運(yùn)放及信號處理

1、LM324 LM324系列器件為價格便宜的帶有差動輸入的四運(yùn)算放大器。 封裝：雙列直插和貼面 FEATURESInternally frequency-compensated for unity gainLarge DC voltage gain: 100dBWide bandwidth (unity gain): 1MHz (temperature-compensated)Wide power supply range Single supply: 3VDC to 30VDC or dualsupplies: 1.5VDC to 15VDCVery low supply current dr

2、ain: essentially independent of supply Voltage (1mW/op amp at +5VDC)Low input biasing current: 45nADC (temperature-ompensated)Low input offset voltage: 2mVDC and offset current: 5nADCDifferential input voltage range equal to the power supply voltageLarge output voltage: 0VDC to VCC-1.5VDC swing細(xì)節(jié)描述

3、典型電路典型電路 1、反相交流放大、反相交流放大 該電路可用于擴(kuò)音機(jī)前置放大，無需調(diào)零。 C1 消振 輸入電阻 Ri2、同相交流放大、同相交流放大輸入電阻 R3R4的阻值：幾千歐幾十千歐特點：輸入阻抗高3、交流信號分配放大、交流信號分配放大4、測溫電路、測溫電路硅晶體管發(fā)射結(jié)的溫度系數(shù)-2.5mV/5、濾波器、濾波器6、比較器、比較器OP07 op07的功能介紹：的功能介紹： Op07芯片是一種低噪聲，非斬波穩(wěn)零的雙極性運(yùn)算放大器集成電路。由于OP07具有非常低的輸入失調(diào)電壓（對于OP07A最大為25V），所以O(shè)P07在很多應(yīng)用場合不需要額外的調(diào)零措施。OP07同時具有輸入偏置電流低（OP07

4、A為2nA）和開環(huán)增益高（對于OP07A為300V/mV）的特點，這種低失調(diào)、高開環(huán)增益的特性使得OP07特別適用于高增益的測量設(shè)備和放大傳感器的微弱信號等方面。特點：特點：超低偏移： 150V最大 。 低輸入偏置電流： 1.8nA 。 低失調(diào)電壓漂移： 0.5V/ 。 超穩(wěn)定，時間： 2V/month最大 高電源電壓范圍： 3V至22V詳細(xì)資料和典型應(yīng)用電路應(yīng)用：應(yīng)用：AD581是一款三引腳、溫度補(bǔ)償式單芯片帶隙基準(zhǔn)電壓源，可以利用12 V至30 V的未調(diào)節(jié)輸入電平提供精密的 10.00 V輸出。 TL084詳細(xì)資料 LM311詳細(xì)資料LM311是電壓比較器，可用作模擬電路和數(shù)字電路的接口，

5、還可以用作波形產(chǎn)生和變換電路等。利用LM311可將正弦波變?yōu)橥l率的方波或矩形波。典型應(yīng)用典型應(yīng)用電平變換過零檢測 LM331可用作精密頻率電壓轉(zhuǎn)換器、A/ D 轉(zhuǎn)換器、線性頻率調(diào)制解調(diào)、長時間積分器及其他相關(guān)器件。LM331 采用了新的溫度補(bǔ)償能隙基準(zhǔn)電路, 在整個工作溫度范圍內(nèi)和低到 4.0V 電源電壓下都有極高的精度。LM331的動態(tài)范圍寬, 可達(dá)100dB ,線性度好, 最大非線性失真小于 0.01% ,工作頻率低到0.1Hz時尚有較好的線性;變換精度高,數(shù)字分辨率可達(dá)12位; 外接電路簡單,只需接入幾個外部元件就可方便構(gòu)成 V/F或 F/V 等變換電路, 并且容易保證轉(zhuǎn)換精。 三態(tài)電

6、壓比較器：窗口電壓比較器：F/V變換電路組成LM393詳細(xì)資料鎳鎘電池充電器( LM393 )電路圖測量放大電路 要求：低噪聲、高增益、高共模抑制比、高輸入阻抗差動放大電路 缺點：1、同相端與反相端輸入阻抗不同，R+=R1+RF；R-=R12、共模抑制特性差3、輸入阻抗低高輸入阻抗電路輸入端加電壓跟隨器Ri=ri(1+AF)高共模抑制電路R1R1+A3R2R2uo+uo2+A1+A2RRRWui1ui2uo1ab+ui寬帶放大器 放大器級聯(lián)可獲得高帶寬 單個放大器的單位增益帶寬足夠高 級聯(lián)放大器的電阻選擇相對低些好濾波器 濾波器是由集中參數(shù)的電阻、電感和電容，或分布參數(shù)的電阻、電感和電容構(gòu)成的

7、一種網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)允許一些頻率通過，而對其它頻率成份加以抑制。 根據(jù)要濾除的干擾信號的頻率與工作頻率的相對關(guān)系，干擾濾波器有低通濾波器、高通濾波器、帶通濾波器、帶阻濾波器等種類。2.1濾波器的分類 頻域； 高通； 低通； 帶通； 指定頻率； 全通相移； 時域； 卡爾曼濾波器； 其他分類 模擬濾波器與數(shù)字濾波器 離散濾波器與連續(xù)濾波器 線性與非線性濾波器 時變?yōu)V波器與時不變?yōu)V波器 無源(passive)濾波器與有源（active）濾波器濾波器的實現(xiàn) 硬件實現(xiàn) 自己搭建(放大器電阻電容電感) 模塊化設(shè)計(集成電路); 軟件實現(xiàn) 模塊設(shè)計參數(shù) 自己編程搭建低通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器u常

8、用濾波器傳函：uHPF：wlag orderu令S=1/S可得LPF3223322222:32:2:1wwswsssorderwwsssorderwssorderNotch濾波器（消除指定頻率）iiwQwssws2222羅克韋爾軟件中的notch濾波模塊低通濾波器的特點 對高頻信號起減弱的作用，不能完全消除； 幅值效果好的濾波器，相位延遲的比較多； 延遲的時間可以計算；，非線性時滯，失真固定時滯，無失真ffffTffwfffTfffffffffTdelaydelaydelay412/2/,122arctan12arctan120000000頻域濾波器分析方法 拉氏變換后觀察相-頻，幅-頻特性

9、)(, )(),()(jwHwjwHwsHtyLty低通濾波器分析wRCsHwRCsHfjjwssRCsCRsCsUsUsHinoutarctan)(11)(21111)()()(20低通濾波器伯德圖高通濾波器分析如無源高通濾波器wRCsHwRCwRCsHfjjwssRCsRCsCRRsUsUsHinoutarctan)(1)(211)()()(20高通濾波器伯德圖Notch濾波分析2020220222022202220022202/arctan2)(0/)(wwQwwsHQwwwwwwsHwQwsswsNotch濾波器伯德圖Q=1Q=10濾波器的特性指標(biāo) 濾波器濾波器的特性指標(biāo)主要有特征頻率

10、、增益與衰耗、阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù)、靈敏度和群時延函數(shù)五個。 1、特征頻率： 通帶截頻fp=wp/(2p)為通帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點信號增益下降到一個人為規(guī)定的下限。 阻帶截頻fr=wr/(2p)為阻帶與過渡帶邊界點的頻率，在該點信號衰耗(增益的倒數(shù))下降到一人為規(guī)定的下限。 轉(zhuǎn)折頻率fc=wc/(2p)為信號功率衰減到1/2(約3dB)時的頻率，在很多情況下，常以fc作為通帶或阻帶截頻。 固有頻率f0=w0/(2p)為電路沒有損耗時，濾波器的諧振頻率，復(fù)雜電路往往有多個固有頻率。 2、增益與衰耗 濾波器在通帶內(nèi)的增益并非常數(shù)。 對低通濾波器通帶增益Kp一般指w=0時的增益;高通指w時的

11、增益;帶通則指中心頻率處的增益。 對帶阻濾波器，應(yīng)給出阻帶衰耗，衰耗定義為增益的倒數(shù)。 通帶增益變化量Kp指通帶內(nèi)各點增益的最大變化量，如果Kp以dB為單位，則指增益dB值的變化量。3、阻尼系數(shù)與品質(zhì)因數(shù) 阻尼系數(shù)是表征濾波器對角頻率為w0信號的阻尼作用，是濾波器中表示能量衰耗的一項指標(biāo)。 阻尼系數(shù)的倒數(shù)稱為品質(zhì)因數(shù)，是帶通與帶阻濾波器頻率選擇特性的一個重要指標(biāo)，Q= w0/w。式中的w為帶通或帶阻濾波器的3dB帶寬， w0為中心頻率，在很多情況下中心頻率與固有頻率相等。 4、靈敏度 濾波電路由許多元件構(gòu)成，每個元件參數(shù)值的變化都會影響濾波器的性能。濾波器某一性能指標(biāo)y對某一元件參數(shù)x變化的靈

12、敏度記作Sxy，定義為： Sxy=(dy/y)/(dx/x)。 該靈敏度與測量儀器或電路系統(tǒng)靈敏度不是一個概念，該靈敏度越小，標(biāo)志著電路容錯能力越強(qiáng)，穩(wěn)定性也越高。5、群時延函數(shù) 當(dāng)濾波器幅頻特性滿足設(shè)計要求時，為保證輸出信號失真度不超過允許范圍，對其相頻特性(w)也應(yīng)提出一定要求。在濾波器設(shè)計中，常用群時延函數(shù)d(w)/dw*價信號經(jīng)濾波后相位失真程度。群時延函數(shù)d(w)/dw越接近常數(shù)，信號相位失真越小。濾波器的主要參數(shù)濾波器的主要參數(shù) 中心頻率（Center Frequency）： 濾波器通帶的中心頻率f0，一般取f0=（f1+f2）/2，f1、f2為帶通或帶阻濾波器左、右相對下降1dB

13、或3dB邊頻點。窄帶濾波器常以插損最小點為中心頻率計算通帶帶寬。 截止頻率（Cutoff Frequency）： 指低通濾波器的通帶右邊頻點及高通濾波器的通帶左邊頻點。通常以1dB或3dB相對損耗點來標(biāo)準(zhǔn)定義。相對損耗的參考基準(zhǔn)為：低通以DC處插損為基準(zhǔn)，高通則以未出現(xiàn)寄生阻帶的足夠高通帶頻率處插損為基準(zhǔn)。通帶帶寬（BWxdB）： 指需要通過的頻譜寬度，BWxdB=（f2-f1）。f1、f2為以中心頻率f0處插入損耗為基準(zhǔn)，下降X（dB）處對應(yīng)的左、右邊頻點。通常用X=3、1、0.5 即BW3dB、BW1dB、BW0.5dB 表征濾波器通帶帶寬參數(shù)。插入損耗：由于濾波器的引入對電路中原有信號帶

14、來的衰耗，以中心或截止頻率處損耗表征。紋波：指1dB或3dB帶寬（截止頻率）范圍內(nèi)，插損隨頻率在損耗均值曲線基礎(chǔ)上波動的峰-峰值。帶內(nèi)波動：通帶內(nèi)插入損耗隨頻率的變化量。1dB帶寬內(nèi)的帶內(nèi)波動是1dB。帶內(nèi)駐波比（VSWR）：衡量濾波器通帶內(nèi)信號是否良好匹配傳輸?shù)囊豁椫匾笜?biāo)。理想匹配VSWR=1：1，失配時VSWR1。對于一個實際的濾波器而言，滿足VSWR1.5：1的帶寬一般小于BW3dB，其占BW3dB的比例與濾波器階數(shù)和插損相關(guān)。回波損耗（Return Loss）：端口信號輸入功率與反射功率之比的分貝（dB）數(shù)，也等于|20Log10|，為電壓反射系數(shù)。輸入功率被端口全部吸收時回波損耗為

15、無窮大。阻帶抑制度：衡量濾波器選擇性能好壞的重要指標(biāo)。該指標(biāo)越高說明對帶外干擾信號抑制的越好。通常有兩種提法：一種為要求對某一給定帶外頻率fs抑制多少dB，計算方法為fs處衰減量；另一種為提出表征濾波器幅頻響應(yīng)與理想矩形接近程度的指標(biāo)矩形系數(shù)（KxdB1），KxdB=BWxdB/BW3dB，（X可為40dB、30dB、20dB等）。濾波器階數(shù)越多矩形度越高即K越接近理想值1，制作難度當(dāng)然也就越大。延遲（Td）：指信號通過濾波器所需要的時間，數(shù)值上為傳輸相位函數(shù)對角頻率的導(dǎo)數(shù)，即Td=df/dv。帶內(nèi)相位線性度：該指標(biāo)表征濾波器對通帶內(nèi)傳輸信號引入的相位失真大小。按線性相位響應(yīng)函數(shù)設(shè)計的濾波器具

16、有良好的相位線性度，但頻率選擇性很差，限于脈沖、或調(diào)相信號傳輸系統(tǒng)應(yīng)用。濾波器設(shè)計低通2002200)(sqsHsH帶通200200)(sqsqsHsH高通200220)(sqssHsH帶阻其中： H0：任意增益因子0：特征頻率， 對低通，高通， 0是截止頻率 帶通，帶阻， 0是截止頻率q： 選擇性因子近似方法巴特沃思近似切比雪夫近似貝塞爾近似 通過保角變換ss1得到高通濾波器sss)1(得到帶通濾波器sss1)1(得到帶阻濾波器例：低通歸一化二階濾波器1)(20qssHsHss111111)(22020qsssHsqsHsH1. 巴特沃思近似幅頻函數(shù)njH2211)()()(1)(1)(21

17、nnsssssssBsH 傳遞函數(shù)例： n = 1 s1= -1 Bn(s)=s+1 H(s)=1/(s+1)n=1,2,.21111)(jjjH222221111)(jHn=212)(2sssBn121)(2sssH12)(1)(2jjjH4242222222221122112)1 (1)2()1 (1)(jH巴特沃思多項式2. 切比雪夫近似 Tn() n階切比雪夫多項式 Vn() 切比雪夫濾波多項式22)(11)(nTjH)()(0sVHsHn0.5db波紋n=1S+2.863n=2S2+1.425S+1.5161db波紋n=1S+1.965n=2S2+1.098S+1.103切比雪夫多項

18、式Vn() 3. 貝塞爾近似 n=1S+1 n=2S2+3S+3)()(0sEHsHnEn()貝塞爾濾波多項式4. 三種近似方法的特點 巴特沃思：通帶內(nèi)幅頻曲線的幅度平坦，最平幅度逼近，相移與頻率的關(guān)系不是很線性的，階躍響應(yīng)有過沖。 切比雪夫：下降最陡，但通帶之間幅頻曲線有波紋。 貝塞爾： 相移和頻率之間有良好的線性關(guān)系，階躍響應(yīng)過沖小，但幅頻曲線的下降陡度較差。巴特沃思貝塞爾切比雪夫H()/0二、RC有源濾波器無限增益多路反饋電路vov2Y3viv1Y1Y2Y4Y5設(shè)A0 , 根據(jù)電流守恒定律，則321214111)()()(YvvYvYvvYvvoi52321)()(YvvYvvo02ooAvv由此解得434321531)()()()(YYYYYYYYYsvsvsHio1. 低通濾波器將Y1,Y3,Y4用電阻1/R，Y2,Y5用電容CS，帶入上式 高頻下：C2,C5相當(dāng)于短路，傳輸函數(shù)為0 低頻下： C2,C5相當(dāng)于開路，傳輸函數(shù)-R4/R1viv1R1C2R4C5v2voR3524343