信号检测与处理电路

8.2.1单限电压比较器
1. 过零电压比较器
（1）电路组成 uI
8
uO
（2）工作原理
（3）转换条件
u u
TH
（4）阈值（门限电压） U （5）电压传输特性 （6）输入端的保护电路
uI < 0
uO
UOH UOmax uI uI > 0 UOL
和输出端的限幅电路
UOmax
O
2. 同相输入单门限比较器
（1）计算阈值 （2）画出电压传输特性 uO UZ O uI < UREF UZ uI > UREF uI uI UREF 8 UZ
UREF
门限 电压 UT
门限电压 UT = UREF 特点: 1)工作在非线性区 2)不存在虚短 (除了uI = UREF 时) 3)存在虚断 举例:
电路组成
计算阈值
画电压传输特性
应用举例
8.2.2窗口比较器
U1 uI
uO1 uO2 V1 uO
8 8
U2
V2
设 U1 > U2 ，比较器采用单电源
uI < U2 > U1 U2 < uI < U1 UZ O uO1 0 uO2 UOmax V1 截止 导通 V2 导通 截止 uO UZ UZ 0
UOmax 0 0 uO U2 0
问题：在 f = fH 附近，输出幅度衰减大。 改进思路：在提升 fH 附近的输出幅度。
2. 实用二阶 LPF
R R1 R R C C
f
1 0 0 3 特征频率： 1 n fn 10 2 2 RC 20 Q = 1 / (3 A )
· Ui
· A · U o u f A · u 2 U i 1 ( ) j Q n n · A 20 lg u / dB · Auf Q=5 Uo
上限截止频率：
fH = 99.5 Hz
8.1.2 有源高通滤波电路(HPF—High Pass Filter) · R A u
R1 C
f
20 lg
Auf
/ dB
· Ui
C R R
· Uo
Auf = 1 + Rf / R1 通带增益： 1 30 fn 2RC 40 Q = 1/(3 Auf) 1 f / fn ， Auf = 3 时，Q ， A 电路产生自激振荡 u 二阶低通、高通，为防止自激，应使 Auf < 3。
u U R IR 1 Z 2 u P R 1R 2
U = UT+ UT
2U Z R2 R1
传输特性
uO
UZ
O uI
UT
UT+ UZ
单门限比较
uI UT uO
O
迟滞比较
UT+ UTO UOH
uI
t t
UOH O UOL
抗 干 扰
t
uO
t
O UOL
UT+ O UTUOH O
R
[解]: 特征频率
R
R1
R
f
8
1 fn 3 6 2 1 60 10 0 .01 10 99 .5 ( z
1 fn 2RC
· Ui
C
C
· Uo
R 100 f A 1 1 1 . 588 u f R 170 1
Q = 1/(3 Auf) = 1/(3 1.588) = 0.708 Q = 0.707 时， fn = fH
Q=2 –40 dB/十倍频 Q=1
8
Q = 0.707
Good f / fn · Auf = 3 时 Q Au ! 电路产生自激振荡 当A Q = 0.707 时，fn = fH 正反馈提升了 f n 附近的 u。
1
Q — 等效品质因数
uf
30 40
例8.1.1 已知 R = 160 k，C = 0.01 F， R1 = 170 k，Rf = 100 k，求该滤波器的 截止频率、通带增益及 Q 值。
R2 = R LPF BPF
例8.1.2 已知 R = 7.96 k，C = 0.01 F， R3 = 15.92 k，R1= 24.3 k，Rf = 46.2 k 求该电路的中心频率、带宽 BW及通带 最大增益 Au0。
Rf R1 8 R C1 R2 R3
Ui C
·
U· o
[ 解]
1 1 f0 3 6 2 7.96 10 0 . 01 10 2RC 2 (k z R 46 . 2 f A 1 1 2 . 9 u f R 24 . 3 1 Q = 1/(3 Auf)= 1/(3 2.9) = 10
uI R P R3 uO 8
Fra Baidu bibliotek
当 uI > uP 时， uO = UZ 当 uI < uP 时， uO = +UZ 当 uI = uP 时， 状态翻转
UREF R2
UZ
U R U R RE F 1 Z 2 U T R R 1 2 U R R RE F 1 U Z 2 U P U R U R RE F 1 Z 2 R R R R 1 2 1 2 U T R R 1 2
截止 U1
uI
截止
— 三极管 值分选电路
1 M 5V 5 k 8 20 k 8
V1
430 k
3CG
10 k V 2.5 V 20 k +15 V
1.5 k
V2
分析电路是否满足要求： < 50 或 > 100，LED 亮， 50 100，LED 不亮。
[解] IB = (15 0.7 ) /1430 = 0.01 mA
uI
t
uO t
UT+
O
uI
t
整 UT形 uO
UOH UOL O
t
UOL
1 0 0 3 10 20
Q=5 Q=2 Q= 1= Q 0.707
8
8.1.3 有源带通滤波电路(BPF—Band Pass Filter) R 构成思路： · f 20 lgA / dB
u
R1
8
R fH fL f f
C1
=C R3 = 2R
Ui C
·
U· o
1 中心频率： f0 f 2RC fL f0 fH 等效品质因素： Q = 1/(3 Auf) fH > fL 通频带： BW = f0 /Q 要求 R3 C1 > RC 最大电压增益： Au0 = Auf /(3 Auf)
8
O 下门限 UZ
U = UT+ UT 特点： uI 上升时与上门限比, uI 下降时与下门限比。
【例8-6】： 设电路参数如图8-47(a)所示，
UI/V +3 - ∞ 7.5kΩ + R3 R1 15kΩ 15kΩ UO/V VDZ UZ=±6V +6 0 -6 -6 t R 1kΩ uO -3 -3 0 3 UI/V 0 t1 t2 t3 t UO/V 6
BW = f0 /Q = 2 000 /10 = 200 (Hz)
Au0 = Auf /(3 Auf) = 2.9 /(3 2.9 ) = 29
8.2 电压比较器
8.2.1单限 电压比较器
8.2.2窗口比较器
8.2.3迟滞比较器
电压比较器(Comparer) 功能： 比较电压信号(被测试信号与标准信号)大小 类型 简单比较器(单门限) 基本比较器 窗口比较器(双门限) 迟滞比较器(施密特触发器)
第 8 章 信号检测与处理电路
8.1 有源滤波电路
8.2 电 压比较器
8. 1 有源滤波电路
8.1.1 有源低通滤波电路
8.1.2 有源高通滤波电路
8.1.3 有源带通滤波电路
引 言
滤波电路 — 有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。 分类： 无源滤波器 硬件滤波 按构成 按处理 器件分 方法分 有源滤波器 软件滤波
(b)当UREF不为0时的传输特性 uO
uI UREF R2 R P R1 R3
uO
UZ
UZ
上门限 UT UT+ U uI 回差 电压
当 uI 逐渐增大时 只要 uI < UT+ ，则 uO = UZ 一旦 uI > UT+ ，则 uO = UZ 当 uI 逐渐减小时 只要 uI > U T ，则 uO = UZ 一旦 uI < UT ，则 uO = UZ
当 < 50 时，IC < 0.5 mA，UC < 2.5 V, V2 导通，LED 亮
当 > 100 时，IC > 1 mA，UC > 5 V V1 导通，LED 亮 当 50 100 时，2.5 V UC <5 V， LED 不亮
8.2.3迟滞比较器
1. 反相型迟滞比较器 1)电路和门限电压
8 fH f
arctan ( f/f ) H
二、 二阶 LPF 1. 简单二阶 LPF
R
f
A 20 lg u / dB Auf
·
R1
U· i
1 0 0 8
U
–40 dB/ 十倍频
R
R UP C
·
C
·
o
10 20 30 40 1 f / fH
通带增益：Auf = 1 + Rf/R1
1.通带电压放大倍数 2.通带截止频率 3.特征频率
A
up
f p p
f 0 0
4.通带（阻带）宽度 5.等效品质因数Q
fbw fp1fp2
8.1.1 有源低通滤波电路(LPF—Low Pass Filter) 1 一、一阶 LPF · A uf R U Rf jC · o Au · (1 ) f f 1 Ui R1 R1 1 j R fH jC R · 其中， A = 1 + R /R U uf f — 1 通带放大倍数 o · Ui C 归一化 fH = 1/2RC — 上限截止频率 · A 1 幅频特性 · u A 20 lg u / dB A 1j f / fH u f Auf · A 1 u 20 dB /十倍频 20 lg 20 lg 0 2 A 1 ( f / f ) u f H 3
uI
+
【例8-7】
2. 同相型迟滞比较器
UREF R N
uI R2 P R1 R3 uO UZ 8
状态翻转时，uP = uN = UREF
u U R IR 1 Z 2 即 U REF R R 1 2
若 UREF = 0
UZR UZR 2 2 U 则 UT T R1 R1
正反馈
R1
例：R1 = 30 k，R2 =15 k, UZ = 6 V, UREF = 0,
求 UT。
615 UT 2(V)， uI 15 30 615 UT- 2(V) U REF 15 30
R2
R
R3
uO
8 P
R1
UZ
2)传输特性
(a)当UREF=0时的电压传输特性
按所处理 信号分
模拟滤波器
数字滤波器
按频率 特性分
低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器
一阶滤波器 按传递 二阶滤波器 函数分 : N 阶滤波器
理想滤波器的频率特性
20lg Au
·
20lg Au
·
20lg Au
·
20lg Au
·
f
通 阻
低通
f
阻 通
高通
f
阻 通 阻 通阻通
带通
f
带阻
滤波电路的主要参数