模擬電子技術 第7章信號檢測與處理電路 考研備考期末復習

1、上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎7 信號檢測與處理電路信號檢測與處理電路7.1 電子系統(tǒng)概述電子系統(tǒng)概述7.2 信號檢測系統(tǒng)中的放大電路信號檢測系統(tǒng)中的放大電路7.3有源濾波器有源濾波器7.4電壓比較器電壓比較器上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎7.1 電子系統(tǒng)概述電子系統(tǒng)概述7 信號檢測與處理電路信號檢測與處理電路傳感器傳感器放大器放大器濾波器濾波器增益調整增益調整采樣保持采樣保持A/D 轉換器轉換器計算機系統(tǒng)總線計算機系統(tǒng)總線控制電路控制電路信號檢測系統(tǒng)基本框圖信號檢測系統(tǒng)基本框圖上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎傳感器傳

2、感器放大器放大器濾波器濾波器增益調整增益調整采樣保持采樣保持A/D 轉換器轉換器計算機系統(tǒng)總線計算機系統(tǒng)總線控制電路控制電路提取測信號提取測信號放大測量信號放大測量信號抑制干擾信號抑制干擾信號進一步去除進一步去除無用信號無用信號聯系處理系聯系處理系統(tǒng)的橋梁統(tǒng)的橋梁信號加工信號加工處理系統(tǒng)處理系統(tǒng)上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎7.2.1 測量放大器測量放大器應用：應用：熱電偶、應變電橋、流量計、生物電測量等熱電偶、應變電橋、流量計、生物電測量等7.2 信號檢測系統(tǒng)中的放大電路信號檢測系統(tǒng)中的放大電路共模抑制比高共模抑制比高輸入抗阻高輸入抗阻高主要特點主要特點常用于測量直

3、流緩變微弱信號常用于測量直流緩變微弱信號上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎1. 三運放測量放大器三運放測量放大器b. 電阻電阻R3、R4、R5、R6要精密配合（要精密配合（ R3= R5、 R4 =R6）a. 運放運放A1、A2的特性一致性的特性一致性對電路要求：對電路要求：（1）基本電路圖）基本電路圖A1A2A3+_b1b2+_iIduIcuOuGR2RSR3R4RO2u5R6R1RO1u+上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎Gb2b1Ruui IcId1buuu Icb2uu 由圖可知由圖可知（2）電路分析）電路分析A1A2A3+_b1b2+_iI

4、duIcuOuGR2RSR3R4RO2u5R6R1RO1u+上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎IdGG21uRRRR O2O1uu )(G21RRRi 1O342O65634O)1(uRRuRRRRRu A1A2A3+_b1b2+_iIduIcuOuGR2RSR3R4RO2u5R6R1RO1u+上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎 輸出信號共模信號輸出信號共模信號uIc無關無關RRRRR 6543令令)(2OO1uu IdG21)1(uRRR 1O342O65634O)1(uRRuRRRRRu 因此，因此，放大器具有很高的抑制共模信號的能力。放大器具有

5、很高的抑制共模信號的能力。 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎2. 單片集成測量放大器單片集成測量放大器AD521集成化的集成化的三運放測量放大器。三運放測量放大器。性能指標：性能指標：(2) 輸入阻抗輸入阻抗3 109 。(3) 增益帶寬大于增益帶寬大于2MHz。(4) 電壓放大倍數電壓放大倍數0.110000。(5) 電源電壓電源電壓 (518)V。(6) 過載能力較強，動態(tài)特性好。過載能力較強，動態(tài)特性好。( (1) ) 共模抑制比共模抑制比120dB。上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎(1) 引腳說明引腳說明12345678910111312

6、14OUTOFF SETV-INRG+INSENSEREFRsCOMPOFF SETRsV+RG上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎(2) 基本連接方式圖基本連接方式圖sR123456781011121314AD521IduOu100k10k V VGR+上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎7.2.2 隔離放大器隔離放大器特點：特點：信號傳遞的主要方式：信號傳遞的主要方式：電磁耦合，即經過變壓器傳遞信號電磁耦合，即經過變壓器傳遞信號光電耦合光電耦合輸入回路與輸出回路之間是電絕緣的。輸入回路與輸出回路之間是電絕緣的。上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎

7、模擬電子技術基礎二極管二極管三極管型三極管型1. 光電耦合隔離放大器光電耦合隔離放大器光電耦合器原理圖光電耦合器原理圖二極管二極管二極管型二極管型IoIiIiIo上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎b. 采用負反饋技術采用負反饋技術光電耦合器的特點光電耦合器的特點a. .耦合器中的發(fā)光和光敏元件都是非線性器件。耦合器中的發(fā)光和光敏元件都是非線性器件。b. .非線性器件傳輸模擬信號將會導致信號失真。非線性器件傳輸模擬信號將會導致信號失真?？朔蔷€性失真采取的主要措施克服非線性失真采取的主要措施a. 給非線性器件施加合適的直流偏置，在小范圍內給非線性器件施加合適的直流偏置，在小

8、范圍內線性傳輸信息。線性傳輸信息。上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎一種典型的光電耦合隔離放大器一種典型的光電耦合隔離放大器Iu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T14.3k1k3.9k561500pFOu3R4R1R4.3k上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎Iu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T14.3k1k3.9k561500pFOu3R4R1R4.3k電壓并聯負反饋電壓并聯負反饋上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模

9、擬電子技術基礎Iu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T14.3k1k3.9k561500pFOu3R4R1R4.3k電壓串聯負反饋電壓串聯負反饋電壓并聯負反饋電壓并聯負反饋上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎串聯負反饋的判斷串聯負反饋的判斷Iu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T14.3k1k3.9k561500pFOu3R4R1R4.3k電壓串聯負反饋電壓串聯負反饋電壓并聯負反饋電壓并聯負反饋上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎工

10、作原理工作原理O1、O2特性相同特性相同R1=R4+RWR1=R4+RWIu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T14.3k1k3.9k561500pFOu3R4R1R4.3k上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎uCE2uCE1= uCE2uCE1O1、O2特性相同特性相同R1=R4+RWR1=R4+RWIu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T14.3k1k3.9k561500pFOu3R4R1R4.3k上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技

11、術基礎uO= uCE1uI= uCE2uO = uIuCE2uCE1= uCE2uCE1Iu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T14.3k1k3.9k561500pFOu3R4R1R4.3k上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎實現信號隔離實現信號隔離實現信號傳輸實現信號傳輸兩地獨立兩地獨立兩地獨立兩地獨立輸入、輸出級之輸入、輸出級之間是電氣絕緣的間是電氣絕緣的uO = uIIu CA1O1A2+15V+5V-15V-15V+15V+5V RW R2O2GND2GND1T2T14.3k1k3.9k561500pFO

12、u3R4R1R4.3k上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎放大器原理圖放大器原理圖2. 變壓器隔離放大器變壓器隔離放大器+- -1A調制器調制器隔隔 離離電電 源源解調器解調器振蕩器振蕩器+- -2A輸入屏蔽輸入屏蔽輸出屏蔽輸出屏蔽uOuI k100CCV 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎+- -1A調制器調制器隔隔 離離電電 源源解調器解調器振蕩器振蕩器+- -2A輸入屏蔽輸入屏蔽輸出屏蔽輸出屏蔽uOuI k100CCV 調調 制制給輸入側提供能量給輸入側提供能量兩側電源獨立兩側電源獨立恢復原低頻信號恢復原低頻信號輸入、輸出側輸入、輸出側間電氣絕緣

13、間電氣絕緣上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎變壓器隔離放大器變壓器隔離放大器AD277原理圖和引腳原理圖和引腳 1A調制器調制器隔隔 離離電電 源源解調器解調器振蕩器振蕩器 2A輸入屏蔽輸入屏蔽輸出屏蔽輸出屏蔽 k100 k100 M116151114101213(+VCC)126873495(+15V)(-15V)(-VEE)上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎7.3.1 濾波器的基礎知識濾波器的基礎知識功能：只允許某一部分頻率的信號順利的通過。功能：只允許某一部分頻率的信號順利的通過。通帶：能夠通過信號的頻率范圍。通帶：能夠通過信號的頻率范圍。阻帶

14、：不能夠通過信號的頻率范圍。阻帶：不能夠通過信號的頻率范圍。截止頻率：通帶和阻帶之間的分界頻率。截止頻率：通帶和阻帶之間的分界頻率。 7.3 有源濾波器有源濾波器上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎濾波器的分類濾波器的分類a. 根據處理的信號不同根據處理的信號不同 b. 根據使用的濾波元件不同根據使用的濾波元件不同數字濾波器數字濾波器模擬濾波器模擬濾波器RC型型LC型型RLC型型上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎c. 根據工作頻率不同根據工作頻率不同低通濾波器低通濾波器高通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器帶阻濾波器全通濾波器全通濾波器上頁

15、上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎fA02f1f0A理想濾波器的幅頻特性理想濾波器的幅頻特性低低通通fA0cf0A通通帶帶高高通通帶帶阻阻帶帶通通通通帶帶通通帶帶通通帶帶通通帶帶Af01f2f0AfA0cf0A上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎0fAcf0A0.7070A實際低通濾波器的幅頻特性實際低通濾波器的幅頻特性實際特性實際特性理想理想特性特性阻帶阻帶過渡帶過渡帶通帶通帶上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎d. 根據濾器的階數分根據濾器的階數分 一階濾波器一階濾波器二階濾波器二階濾波器高階濾波器高階濾波器e. 根據采用的元器件不

16、同根據采用的元器件不同無源濾波器無源濾波器有源濾波器有源濾波器濾器的階數越高，性能越好。濾器的階數越高，性能越好。上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎組成組成: : 由電阻、電容、電感等無源器件組成。由電阻、電容、電感等無源器件組成。體積和重量比較大，電感還會引起電磁感應。體積和重量比較大，電感還會引起電磁感應。(a) 無源濾波器無源濾波器電路簡單電路簡單高頻性能好高頻性能好工作可靠工作可靠優(yōu)點優(yōu)點通帶信號有能量損耗通帶信號有能量損耗負載效應比較明顯負載效應比較明顯缺點缺點CRRL無源高通濾波器無源高通濾波器上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎(b) 有

17、源濾波器：有源濾波器：電路體積小、重量輕電路體積小、重量輕通帶內的信號可以放大通帶內的信號可以放大精度高、性能穩(wěn)定、易于調試精度高、性能穩(wěn)定、易于調試負載效應小負載效應小組成：由電阻、電容和有源器件（如集成運放）組成組成：由電阻、電容和有源器件（如集成運放）組成優(yōu)點優(yōu)點可以多級相聯，用低階來構成高階濾波器可以多級相聯，用低階來構成高階濾波器上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎通帶范圍小通帶范圍小需要直流電源需要直流電源適用于低頻、低壓、小功率等場合。適用于低頻、低壓、小功率等場合。 缺點缺點上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎1. 一階低通有源濾波器一階

18、低通有源濾波器7.3.2 低通有源濾波器低通有源濾波器（1） 電路組成電路組成 （2） 電路性能分析電路性能分析 a. 電路的傳遞函數電路的傳遞函數)()()(iosUsUsA +_+IuOu1R2RCA+上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎)()(12sZsZ CsRRsCRsZ222211/)( 式中式中11)(RsZ 21211)(sCRRRsA )()()(iosUsUsA Z1(s)Z2(s)故故+_+IuOu1R2RCA+上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎)(12cCR 120RRA 令令濾波器的截止角頻率濾波器的截止角頻率c 21211)

19、(sCRRRsA 0A濾波器的通帶增益濾波器的通帶增益 cc0)( sAsA+_+IuOu1R2RCA+上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎cc0)( sAsAcc0j)j ( AAC0j11 Ab. 濾波器的頻率特性濾波器的頻率特性令令 s=j c0j11ffA 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎c0j11)j(ffAA CRf2cc212 式中式中稱為濾波器的截止頻率稱為濾波器的截止頻率即即因電路的頻率特性與因電路的頻率特性與f 的一次的一次方有關方有關故稱之為一階故稱之為一階RC低通有源濾波器低通有源濾波器上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎

20、模擬電子技術基礎 2c0)(1jffAA c. 濾波器的幅頻特性濾波器的幅頻特性c0j11)j (ffAA 由由得得d. 相頻特性相頻特性 carctan180jff 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎 2c0)(1jffAA 3dBcf0lg20A020lg|A(jw)|/dBflg幅頻特性曲線幅頻特性曲線-20dB/ /十倍頻十倍頻上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎(3) 一階濾波器特點一階濾波器特點 a. 電路簡單電路簡單 b. 過渡帶輸出的衰減慢，衰減速率過渡帶輸出的衰減慢，衰減速率20dB /十倍頻十倍頻上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術

21、基礎模擬電子技術基礎2. 二階有源低通濾波器二階有源低通濾波器(1) 電路組成電路組成(2) 電路分析電路分析a. 電路的傳遞函數電路的傳遞函數無限增益多路反饋型無限增益多路反饋型12+_+_.IuOu1R2R1C2C3R_+上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎對節(jié)點對節(jié)點1、2列方程得：列方程得： 21312o111i1)()()()()()(sCsURsURsUsURsUsU 1o311)()(sCsURsU 對節(jié)點對節(jié)點1對節(jié)點對節(jié)點212+_+_.IuOu1R2R1C2C3R_+上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎1223n1CCRR 由上兩式得

22、由上兩式得)()()(iosUsUsA 2nn22n12 QssRR其中其中)(12321312321CRRRRRRRRCRQ 1223212323112)1(11CCRRsRRRRRsCRR 電路的品質因數電路的品質因數濾波器的特征角頻率濾波器的特征角頻率上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎2nn22n12)( QssRRsAQRRAn22n2n12j)()j ( QAn2n20j)1(1 式中式中120RRA 為濾波器的通帶增益為濾波器的通帶增益b. 濾波器的頻率特性濾波器的頻率特性令令 s=j 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎c. 濾波器的幅頻

23、特性濾波器的幅頻特性)()1()j (22n222n20QAA 2n2n1o1)(180)j ( Qtg由由QAAn2n20j)1(1)j ( 得得d. 濾波器的相頻特性濾波器的相頻特性上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎e. 幅頻特性分析幅頻特性分析0)j (AA 0)j ( A當當 n n時，時，電路具有低通濾波器特性電路具有低通濾波器特性上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎0n)j (AQA 可見可見品質因數品質因數也也影響濾波器頻率特性影響濾波器頻率特性當當 = = n n時，時，由式由式)()1()j (22n222n20QAA 知知或或0n)

24、j (AAQ 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎幅頻特性曲線幅頻特性曲線10-310/n Q=105210.7070.50(j )20lg|/dBAA -40上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎這種濾波器稱為切比雪夫（這種濾波器稱為切比雪夫（Chebyshev）型濾波器。）型濾波器。 a. 特性有峰值。特性有峰值。 b. Q值越大，尖峰值越大，尖峰越高越高 。c. 當當 時，電路時，電路將產生自激振蕩。將產生自激振蕩。 Qd. 過渡帶衰減速過渡帶衰減速度較快。度較快。 /n 10-310Q=105210.7070.5-400(j )20lg|/dBAA

25、 2/1 Q當當時時上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎c. Q值越小，通帶值越小，通帶有衰減衰減嚴重。有衰減衰減嚴重。a. 特性無峰值。特性無峰值。b. 通帶有衰減。通帶有衰減。2/1 Q當當時時10-310Q=105210.7070.5-400(j )20lg|/dBAA 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎c. 幅頻特性最平坦幅頻特性最平坦a. 無峰值無峰值 b. 通帶內的減最小通帶內的減最小 稱為最大平坦或巴特沃斯稱為最大平坦或巴特沃斯（Butterworth）型濾波器。）型濾波器。 這種濾波器這種濾波器2/1 Q當當時時10-310Q=1052

26、10.7070.5-400(j )20lg|/dBAA 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎巴特沃斯（巴特沃斯（Butterworth）型濾波器的幅頻特性）型濾波器的幅頻特性4n12)(1)j ( RRA2)j (12RRA n 當當n 即特征角頻率即特征角頻率c 就是截止角頻率就是截止角頻率 10-310-400(j )20lg|/dBAA n/ -40dB/ /十倍頻十倍頻上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎1一階高通有源濾波器一階高通有源濾波器 7.3.3 高通有源濾波器高通有源濾波器(1) 低通與高通電路的對偶關系低通與高通電路的對偶關系C換成換

27、成RR換成換成CiURC OUOUiURC 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎b. 電路分析電路分析)()()(iosUsUsA )()(12sZsZ sCRsZ1)(11 22)(RsZ (2) 一階高通濾波器一階高通濾波器a. 高通濾波高通濾波電路電路(a) 傳遞函數傳遞函數Z1(s)Z2(s)2ROu+_+Iu1RC+_上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎)(11cCR 120RRA 式中式中1121)(sCRRRsA 112111sCRRR c0 ssA1121CRssRR 通帶增益通帶增益截止角頻率截止角頻率2ROu+_+Iu1RC+_上頁上

28、頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎濾波器的頻率特性濾波器的頻率特性 js 令令c0jj)j ( AA C0j11 AffAC0j11 (b) 頻率特性頻率特性c0)( ssAsA由由得得CRf1cc212 濾波器的截止頻率濾波器的截止頻率上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎 2c0)(1jffAA (c) 濾波器的幅頻特性濾波器的幅頻特性由由得得ffAAc0j11)j ( 幅頻特性曲線幅頻特性曲線oflgdB/)j (lg20 A0lg20AdB3cf十倍頻十倍頻dB/20上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎 2二階高通有源濾波器二階高通

29、有源濾波器 ( (1) ) 電路組成電路組成( (2) ) 電路分析電路分析壓控電壓源型電路壓控電壓源型電路 +_ +_IuOu1R2RaR1CbR2C+_A上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎等效虛線內的電路等效虛線內的電路等效電路等效電路ab01RRA +_ +_IuOu1R2RaR1CbR2C+_A A03 2 + + Ou1RIu2R1C2C上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎對節(jié)點對節(jié)點3、2列方程列方程 節(jié)點節(jié)點3節(jié)點節(jié)點2021)()(1)()(11)()(30o3o3i C/ssUA/sURsUsUC/ssUsURAsUCsAsUsU20

30、o20o3/ )(/1/ )()( a. 傳遞函數傳遞函數 A03 2 + + Ou1RIu2R1C2C上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎2nn220io)()()( sQssAsUsUsA由以上兩式電路的傳遞函數為由以上兩式電路的傳遞函數為 其中其中)1(02212112121ARCRCRCCCRRQ 品質因數品質因數ab01RRA 通帶增益通帶增益CCRR2121n1 特征角頻率特征角頻率上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎b. 頻率特性頻率特性 QAA/j)j (n22n20 sj 令令2nn220)( sQssAsA由由得得c. 幅頻特性幅頻特

31、性)/()/(n222n201)j (QAA 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎幅頻特性曲線幅頻特性曲線10-3/n Q=105210.7070.50(j )20lg|/dBAA 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎7.3.4 帶通和帶阻有源濾波器帶通和帶阻有源濾波器1 二階帶通有源濾波器二階帶通有源濾波器(1) 電路組成電路組成(2) 電路分析電路分析 32 + _+AIuOu1R2R1C2CaRbR3R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎等效虛線內的電路等效虛線內的電路等效電路等效電路ab01RRA 32 + _+AIuOu1R

32、2R1C2CaRbR3R 32 _+A0IuOu1R2R1C2C3R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎對節(jié)點對節(jié)點3、2列方程列方程 節(jié)點節(jié)點3CssUCssUAsURsUsURsUsU23130o23o13i/1)(/1)(/ )()()()()( 節(jié)點節(jié)點2RAsUCsAsUsU30o10o3/ )(/1/ )()( 32 _+A0IuOu1R2R1C2C3R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎中心頻率中心頻率CCRRRRR1232121o 通帶增益通帶增益ab01RRA CRACRCRCRQ220112321o/ )1(/1/1/1 品質因數品質

33、因數 2oo2210/ QssCRsA)()()(iosUsUsA a. 電路的傳遞函數電路的傳遞函數上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎 2oo2210/)( QssCRsAsA得濾波器的頻率特性得濾波器的頻率特性QCRAA/j/j)j (o22o210 c. 頻幅特性頻幅特性 )()/(/1)/()j (2oo2o210QCRAA b. 頻率特性頻率特性將將s=j 代入式代入式上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎)()/(/1)/()j (2oo2o210QCRAA 0)j ( A0)j ( A)/()j (o210 CRQAA 討論：討論：當當 時

34、，時，0 (a)當當 時，時， (b)當當 時，時，0 (c)電路具有帶通特性電路具有帶通特性為中心角頻率為中心角頻率 o上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎)()/(/1)/()j (2oo2o210QCRAA 由由在截止頻率上在截止頻率上2)/()j (o210 CRAA 22oo1)(Q 即即 o2H2/14/11QQ o2L2/14/11QQ 求解上式得求解上式得d. 通頻帶通頻帶上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎Q/oLHbw 故故 濾波器的通頻帶寬濾波器的通頻帶寬可見，可見，Q值越大，通頻帶越窄，選擇性越強值越大，通頻帶越窄，選擇性越強上頁

35、上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎Q=105210.50-20-40/ o o 10.1dBAjA/ |)(|lg200 帶通濾波器帶通濾波器的幅頻特性的幅頻特性上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎2二階帶阻有源濾波器二階帶阻有源濾波器 （1）電路組成）電路組成C2CR32RCR/24+_+_+_IuOuaRbR上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎列節(jié)點電壓方程列節(jié)點電壓方程0/1)(/ )(2/)()(/1)()(20o2o2i sCsUAsURsUsUsCsUsU節(jié)點節(jié)點2（1）電路分析）電路分析a. 傳遞函數傳遞函數節(jié)點節(jié)點302

36、/1)()(/ )()()(330o3i sCsURsUAsURsUsUC2CR32RCR/24+_+_+_OuIuaRbR上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎節(jié)點節(jié)點40/ )()(/1/ )()(0o30o2 RAsUsUsCAsUsU式中式中 RRAab0/1 C2CR32RCR/24+_+_+_OuIuaRbR上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎)()2(21)(1)()()(2020iosCRRCsAsCRAsUsUsA 2oo22o20/ QssA)/(1oRC )2(2/10AQ 其中：其中：ab01RRA 故故 傳遞函數傳遞函數上頁上頁下

37、頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎得濾波器的頻率特性得濾波器的頻率特性將將s=j 代入式代入式b. 頻率特性頻率特性 2oo22o20/)( QssAsAQCRAA/j/j)j (o22o210 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎AQA0o2222o22o)/()()j ( c. 濾波器的幅頻特性濾波器的幅頻特性討論討論: :0)j (AA AA0)j ( 0)j ( A當當 時，時，0 (a)當當 時，時， (b)當當 時，時，0 (c)可見電路具有帶阻特性可見電路具有帶阻特性為中心角頻率為中心角頻率o上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎

38、令令 21)/()(o222o222o Q 即即2111)/(22oo2 Q 解之得截止角頻率解之得截止角頻率 上限上限 14122oH QQ d. 濾波器的阻帶濾波器的阻帶 14122oL QQ 下限下限上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎Q/oLHbw 故故 濾波器的阻帶寬為濾波器的阻帶寬為 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎帶通濾波器帶通濾波器的幅頻特性的幅頻特性11000.1-50Q小小dB)j (lg200AA 0ffQ大大上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎功能：用來比較輸入電壓相對大小的電路。功能：用來比較輸入電壓相對

39、大小的電路。輸出端的信號狀態(tài)輸出端的信號狀態(tài)只有高電平和低電平。只有高電平和低電平。7.4 電壓比較器電壓比較器被比較的輸入電壓被比較的輸入電壓比較電壓（基準電壓或參考電平）比較電壓（基準電壓或參考電平）輸入端的信號有輸入端的信號有工作原理工作原理 輸入信號偏離參考電壓時，輸出電壓將輸入信號偏離參考電壓時，輸出電壓將發(fā)生躍變。發(fā)生躍變。將輸出電壓發(fā)生躍變的現象稱為比較器翻轉。將輸出電壓發(fā)生躍變的現象稱為比較器翻轉。上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎7.4.1 單門限比較器單門限比較器1. 零電平比較器零電平比較器 (2) 電路特點電路特點Ib1uu 0b2 ub.，a.

40、運放工作于開環(huán)狀態(tài)運放工作于開環(huán)狀態(tài)c. 輸出電壓輸出電壓uOVCC(1) 電路組成電路組成Rb2b1+_+_+IuOuCCV CCV 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎0I ua. 當當 時，時，CCOVu b. 當當 時，時，0I uCCOVu (3) 工作原理工作原理(4) 傳輸特性傳輸特性)(IOufu CCV CCV 0IuOu 與零電平（電位）進行比與零電平（電位）進行比較，故稱為零電平比較器。較，故稱為零電平比較器。 IuRb2b1+_+_+IuOuCCV CCV 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎CCV CCV 0IuOu理想特性理想

41、特性實際特性實際特性WU不靈敏區(qū)不靈敏區(qū)上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎(5) 電路存在的問題電路存在的問題a. 輸出電壓基本由電源電壓確定。輸出電壓基本由電源電壓確定。b. 輸出電平易受電源波動、飽和深度的影響。輸出電平易受電源波動、飽和深度的影響。c. 輸出電平不易改變。輸出電平不易改變。Rb2b1+_+_+IuOuCCV CCV 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎改進型的零電平比較器改進型的零電平比較器限流電阻限流電阻 雙向限幅穩(wěn)壓管雙向限幅穩(wěn)壓管輸出電壓輸出電壓 ZOUu 輸入保護電路輸入保護電路RDZ+_+_+_D1D2IuOuCCV C

42、CV oR傳輸特性傳輸特性0IuOuZU ZU 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎2非零電平比較器非零電平比較器 電路簡單電路簡單靈敏度高靈敏度高抗干擾能力差抗干擾能力差單門限電壓比較器的特點單門限電壓比較器的特點0IuOuZU ZURU傳輸特性傳輸特性RDZ+_+_+_IuOuCCV CCV oRUR上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎t0Ou0tIu干擾干擾干擾干擾比較電壓比較電壓UR輸入電壓輸入電壓輸出電壓輸出電壓誤動作誤動作誤動作誤動作單門限比較器抗干擾性能差的波形圖單門限比較器抗干擾性能差的波形圖上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電

43、子技術基礎7.4.2 多門限比較器多門限比較器1 遲滯比較器遲滯比較器1）反相輸入遲滯比較器反相輸入遲滯比較器Dz+_+_IuOuRU1R2RoR3R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎給電路提供雙極性參考電平給電路提供雙極性參考電平加速輸出翻轉過程加速輸出翻轉過程電路引入正反饋電路引入正反饋正反饋的作用正反饋的作用Dz+_+_IuOuRU1R2RoR3R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎)(322RRRK UKUZR 反饋電壓反饋電壓ZOUu 輸出電壓輸出電壓a. 工作原理工作原理Dz+_+_IuOuRU1R2RoR3R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電

44、子技術基礎模擬電子技術基礎如果如果 uI URZOUu ZRKUU 當當uO=UZ時時(a)IuOu0ZUZU ZKUZKU uo=UZuIUR=KUZ時，時，,只要只要zOUu RIUu zRKUU IuOu0ZUZU ZKUZKU uouI傳輸特性傳輸特性Dz+_+_IuOuRU1R2RoR3R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎IuOu0ZUZU ZKUZKU uouI傳輸特性傳輸特性zRKUU (c) 當當uO=-UZ時時zRKUU 如果如果 uI URZOUu Dz+_+_IuOuRU1R2RoR3R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎IuOu

45、0ZUZU ZKUZKU uouI傳輸特性傳輸特性zOUu zRKUU 此時此時(d) 當當uIUR =-KUZ時時, ,zOUu 只要只要 uI-KUZ傳輸特性傳輸特性當當zOUu 時時(a)Dz+_b1b2IuOu1R2RoR3R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎只要只要ZIKUu zOUu IuOu0ZUZU ZKUZKU Uo=-UZuIKUZ傳輸特性傳輸特性當當zOUu 時時(b)Dz+_b1b2IuOu1R2RoR3R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎輸出維持原狀態(tài)輸出維持原狀態(tài)IuOu0ZUZU ZKUZKU Uo=-UZ|uI|KUZ

46、傳輸特性傳輸特性ZIZ-KUuKU 當當時時 (c)Dz+_b1b2IuOu1R2RoR3R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎輸出維持原狀態(tài)輸出維持原狀態(tài)IuOu0ZUZU ZKUZKU Uo=UZ|uI|KUZ傳輸特性傳輸特性ZIZ-KUuKU 當當時時 (c)Dz+_b1b2IuOu1R2RoR3R上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎IuOu0ZUZU ZKUZKU 同相同相輸入輸入遲滯遲滯比較比較器傳器傳輸特輸特性性具有逆時針具有逆時針旋轉的特性旋轉的特性上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎c. 特性平移的遲滯比較器特性平移的

47、遲滯比較器圖中圖中O322I3232buRRRuRRRu zOUu R1bUu Dz+_b1b2IuOu1R2RoR3RRU上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎即即Rz322I323)(UURRRuRRR 1b2buu 令令得電路的翻轉電平為得電路的翻轉電平為)()(322z323RHRRRURRRUU )()(322z323RLRRRURRRUU Dz+_b1b2IuOu1R2RoR3RRU上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎遲滯回環(huán)沿著遲滯回環(huán)沿著坐標橫軸平移坐標橫軸平移)(323MRRRRUU 傳輸特性傳輸特性0ZU ZU LU MU HUOuIu

48、上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎2. 窗口比較器窗口比較器(1) 電路電路A1D1D2A2LU HUIuCRBR+ + +CCV CCV T Ou上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎D1導通，導通， D2截止截止A1輸出高電平，輸出高電平，A2輸出低電平。輸出低電平。HIUu 當當時時(a)輸出電壓輸出電壓CCOVu 2. 工作原理工作原理0LH UU（設（設）晶體管晶體管T飽和導通飽和導通A1D1D2A2LU HUIuCRBR+ + +CCV CCV T Ou上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎A2輸出高電平輸出高電平LIUu

49、當當時時(b)輸出電壓輸出電壓CCOVu A1輸出低電平輸出低電平D1截止，截止， D2導通導通晶體管晶體管T飽和導通飽和導通A1D1D2A2LU HUIuCRBR+ + +CCV CCV T Ou上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎晶體管晶體管T截止截止A2輸出低電平輸出低電平HILUuU 當當時時(c)輸出電壓輸出電壓CCOVu A1輸出低電平輸出低電平D1截止，截止， D2截止截止A1D1D2A2LU HUIuCRBR+ + +CCV CCV T Ou上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎用于工業(yè)控制系統(tǒng)，測量溫度、壓力、液面等的范圍。用于工業(yè)控制系

50、統(tǒng)，測量溫度、壓力、液面等的范圍。窗口比較器的主要應用窗口比較器的主要應用0IuOuCCV LU HUCCV 傳輸特性傳輸特性上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎LM111系列的封裝形式和引腳排列系列的封裝形式和引腳排列7.4.3 集成電壓比較器集成電壓比較器+_12345678OUTGNDININ+BALBAL/S+VCCVCC上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎LM111系列典型應用電路系列典型應用電路具有選通的接法具有選通的接法 RT123456785選通選通+5V+_3k COuIURUCCV WR1R2R基本應用電路基本應用電路23456781

51、5R k3OuRUIUCCV CCV WR+上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎電路電路2373K3KOuRUIUCCV 1R2RFR+ +LM111系列實現的施密特電路系列實現的施密特電路傳輸特性傳輸特性0IuOuLU HUOLUOHU上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎例例1 在圖示電路中，設各運放都具有理想特性。試求：在圖示電路中，設各運放都具有理想特性。試求： (a) Au1=Uo3/Ui (b) 電路的中頻電壓放大倍數電路的中頻電壓放大倍數Aum=Uo/Ui 練習題練習題A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C23

52、30k 27k 110k 15mFRLR11C1uO3R810k 10k 3.33k +_+_+10k 1010k 33k pF47003.33k 3.33k 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎(c) 整個電路的上、下限截止頻率整個電路的上、下限截止頻率fH和和fL之值。之值。 解解 由圖可知，運放由圖可知，運放A1A3構成三運放測量放大器，構成三運放測量放大器，運放運放A4構成一階低通濾波器，電容器構成一階低通濾波器，電容器C2 和負載和負載RL構構成高通濾波器成高通濾波器。 A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330k 27k 11

53、0k 15mFRLR11C1uO3R810k 10k 3.33k +_+_+10k 1010k 33k pF47003.33k 3.33k 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎 (a) 寫出寫出uO2與與ui的關系的關系 1O342O75746O3)1(uRRuRRRRRu )(2OO1uu I3321uRRRR I3u A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330k 27k 110k 15mFRLR11C1uO3R810k 10k 3.33k +_+_+10k 1010k 33k pF47003.33k 3.33k 上頁上頁下頁下頁后退后

54、退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎(b) 電路的中頻電壓放大倍數電路的中頻電壓放大倍數 所以，所以，Au1=Uo3/Ui=330)33330(3 iomUUAu o3oio3UUUU )(891RRAu A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330k 27k 110k 15mFRLR11C1uO3R810k 10k 3.33k +_+_+10k 1010k 33k pF47003.33k 3.33k 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎 (c) 整個電路的上、下限截止頻率分別為整個電路的上、下限截止頻率分別為Hz6 .1022119H CR

55、f Hz095. 0212LL CRf A1A2A3R1R2R3R4R5R6R7uIuO2uO1uOA4R9C2330k 27k 110k 15mFRLR11C1uO3R810k 10k 3.33k +_+_+10k 1010k 33k pF47003.33k 3.33k 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎例例2 在圖示電路中，已知穩(wěn)壓管在圖示電路中，已知穩(wěn)壓管DZ1 、DZ2的擊穿電壓分的擊穿電壓分別為別為UZ1=3.4V, UZ2=7.4V ,正向壓降皆為正向壓降皆為UD1= UD2=0.6V ,運放運放A具有理想的特性。畫出具有理想的特性。畫出uI由由-6V變至變至

56、+6V，再由，再由+6V變至變至-6V時電路的電壓傳輸特性曲線。時電路的電壓傳輸特性曲線。A+_Ou1R4R3R5RIuZ1DZ2D2Rk9 . 3k30k10.7k44k212V 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎解解 (a) 由圖可知電路的輸出電壓極限值由圖可知電路的輸出電壓極限值 V46 . 04 . 3D2Z1omax UUUV84 . 76 . 0Z2D1omin UUUA+_Ou1R4R3R5RIuZ1DZ2D2Rk9 . 3k30k10.7k44k212V 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎(b) 運運放反相輸入端電壓放反相輸入端電壓

57、12212R RRRU同相輸入端電壓同相輸入端電壓 O433I434uRRRuRRRu V2127 . 4247 . 4 當輸入電壓當輸入電壓uI由由-6V 向向+6V方向變化時，如果同相輸入方向變化時，如果同相輸入端的電壓端的電壓u+ 低于低于UR，輸出電壓，輸出電壓uO為為Uomin ；A+_Ou1R4R3R5RIuZ1DZ2D2Rk9 . 3k30k10.7k44k212V 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎Romin433H434UURRRURRRu 由由得得當當同相輸入端的電壓同相輸入端的電壓u+略高于略高于UR時，比較時，比較器翻轉，輸出電壓器翻轉，輸出電壓u

58、O為為Uomax 。UH=5.3V設此時的輸入電壓為設此時的輸入電壓為UHA+_Ou1R4R3R5RIuZ1DZ2D2Rk9 . 3k30k10.7k44k212V 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎當當uI由由+6V向向-6V 方向變方向變化時，如果化時，如果u+ 高于高于UR，輸出電壓輸出電壓uO為為Uomax ；當當u+略低于略低于UR時，比時，比較器再次翻轉，輸出較器再次翻轉，輸出電壓電壓uO為為Uomin 。設此時的輸入電壓為設此時的輸入電壓為ULRomax433L434UURRRURRRu 由由得得V3 . 1L UA+_Ou1R4R3R5RIuZ1DZ2D2

59、Rk9 . 3k30k10.7k44k212V 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎由此可畫出電路的傳輸特性由此可畫出電路的傳輸特性uOuI0UHULUominUomax傳輸特性傳輸特性A+_Ou1R4R3R5RIuZ1DZ2D2Rk9 . 3k30k10.7k44k212V 上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎例例3 在圖示電路中，設運算放大器在圖示電路中，設運算放大器A具有理想的特性，具有理想的特性，其最大輸出電壓其最大輸出電壓)1(32ZROmaxRRUUU 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管 的穩(wěn)定電壓為的穩(wěn)定電壓為 ,試畫出電路的電壓傳輸特試畫出電路的電壓傳輸特性曲線。性曲線。ZDZU A+_Ou1R3R2RIuZDRU上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技術基礎模擬電子技術基礎解解 由圖可知，當穩(wěn)壓管由圖可知，當穩(wěn)壓管DZ擊穿后，由于其動態(tài)電擊穿后，由于其動態(tài)電阻很小，電路引入深度負阻很小，電路引入深度負反饋。反饋。Z3UuR 故運放的故運放的“虛短虛短” 仍然成仍然成立。立。電路的輸出電壓電路的輸出電壓此時，電阻此時，電阻R3兩端的電壓為兩端的電壓為 )(323RO3RRRuUuR A+_Ou1R3R2RIuZDRU上頁上頁下頁下頁后退后退模擬電子技