信号处理电路
信号处理电路
信号处理电路1 钳位电路钳位电路的作用是将电路的输出信号幅度限制在某一个预期值。
钳位电路分为限幅式和非限幅式，区别在于：信号经限幅式钳位电路限幅后，信号的峰峰值受到相当程度的损失；而信号经非限幅式钳位电路限幅后，信号的峰峰值基本不受到损失，但输出信号幅度却受到限制。
（1）限幅式钳位电路限幅电路是限制信号输出幅度的电路，它能按限定的范围削平信号电压的波形幅度，是用来限制信号电压范围的电路，又称限幅器、削波器等。
限幅电路应用非常广泛，常用于整形、波形变换、过压保护等电路。
二极管下限幅电路二极管上限幅电路二极管双向限幅电路（2）非限幅式钳位电路负钳位器：（1）简单型工作原理：Vi正半周时, DON，C充电至V值,Vo=0V。
Vi负半周时，DOFF，Vo=－2V。
（2）加偏压型工作原理:Vi正半周时，二极管DON，C被充电至V值（左正、右负），Vo=+V1(a)图或－V1(b)图。
Vi负半周时，二极管DOFF，RC时间常数足够大，Vo=VC+Vi（负半周）=2V。
几种二极管负钳位器电路比较:正钳位器(1)简单型工作原理Vi负半周时，DON，C充电至V值（左负、右正），Vo=0V。
Vi正半周时，DOFF，Vo=VC+Vi（正半周）=2V。
(2)加偏压型判断输出波形的简易方法 :1.由参考电压V1决定输出波形于坐标轴上的参考点。
2.由二极管D的方向决定原来的波形往何方向移动，若二极管的方向为，则波形必须向上移动；若二极管的方向为，则波形必须往下移动。
3.决定参考点与方向后，再以参考点为基准，将原来的波形画于输出坐标轴上，即为我们所求。
几种二极管正钳位器电路比较:2 信号比较电路运算放大器组成比较器集成电压比较器 LM139/239/3393 模拟乘法器基本应用：平衡调制；混频；倍频；同步检波应用举例：M15964 幅度调制电路调制：用被传送的低频信号去控制高频信号（载波）的参数（幅度、频率、相位），实现低频信号搬移到高频段。
高频电路工作原理
高频电路工作原理工作原理是指高频电路的基本原理和工作方式。
高频电路是指工作频率在几百千赫兹到几十兆赫兹范围内的电路。
它在无线电通信、雷达、微波炉、电视等领域有着广泛的应用。
本文将着重介绍高频电路的工作原理及其相关概念。
一、高频电路的基本原理高频电路主要由三部分组成：信号源、信号处理电路和负载。
信号源产生高频信号，并通过信号处理电路对信号进行调节和处理，最后将信号传递给负载进行相应的工作。
1. 信号源信号源产生高频信号，可以是振荡器或其他高频信号产生器。
高频信号的频率一般在几千千赫兹（kHz）到几十兆赫兹（MHz）之间，可以通过频率调节电容器或电感器来调节。
2. 信号处理电路信号处理电路对高频信号进行调节和处理，以满足不同应用的需求。
常见的信号处理电路包括放大器、滤波器、混频器等。
放大器用于放大信号的幅度，滤波器用于过滤掉不需要的频率成分，混频器用于将两个不同频率的信号进行混频。
3. 负载负载是高频电路中需要进行工作的部分，可以是扬声器、天线、发射机等。
负载的特性对高频电路的工作有着重要的影响，需根据工作要求进行选择和设计。
二、常见的高频电路1. 放大器电路放大器是高频电路中常见的组件，用于放大输入信号的幅度。
常用的放大器电路有共射放大器、共基放大器和共集放大器等。
其中，共射放大器是最常用的一种，其工作原理是通过控制输入电流来调节输出电流。
2. 滤波器滤波器用于过滤掉不需要的频率成分，使目标频率的信号得以通过。
常见的滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
它们通过选择合适的电容、电感和电阻组合实现信号的滤波。
3. 混频器混频器用于将两个不同频率的信号进行混频，得到新的频率信号。
它常用于无线电通信系统中的频率转换和变频器中。
混频器的原理是将两个输入信号相乘，然后通过滤波器提取所需的频率成分。
三、高频电路的特点1. 多径效应在高频电路中，电磁波在传播过程中会遇到多径效应，即信号会按照不同路径到达目标地点，导致信号间的干扰和传输损耗。
数字信号处理电路的基本原理与应用
数字信号处理电路的基本原理与应用数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及数字信号的获取、处理和分析的学科。
它包括了信号处理领域中的一系列技术与方法，如采样、量化、编码、滤波、时频分析、相关等。
数字信号处理电路是实现这些技术与方法的关键。
数字信号处理电路的基本原理是将模拟信号转化为数字信号，并对其进行处理。
模拟信号是连续时间的信号，而数字信号是离散时间的信号。
这种转化需要使用模数转换器（Analog-to-Digital Converter，简称ADC）来进行采样和量化。
采样是指按照一定的时间间隔对信号进行取样，而量化是将取样结果离散化为有限个不同的幅值。
通过ADC，模拟信号可以转化为数字信号，进而可以在数字环境中进行处理。
数字信号处理电路主要包括了数字滤波器、谱分析器、时域分析器等模块。
其中，数字滤波器是最常见的模块之一，用于对数字信号进行滤波处理。
滤波器可以通过去除不需要的频率成分或者增强所需的频率成分来实现信号的处理。
常见的数字滤波器有低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器等。
通过适当选择滤波器的参数，可以实现对信号的去噪、降低干扰等目的。
谱分析器是用于对信号进行频谱分析的模块，用于研究信号频域特性。
它可以将信号从时域转化为频域，并显示信号的功率谱密度。
谱分析器在通信系统、音频处理、图像处理等领域应用广泛。
通过对信号的频域特性进行分析，可以了解信号的频率分布情况，以便进行相应的处理和改进。
时域分析器是用于对信号进行时域分析的模块，用于研究信号的时间特性。
它可以显示信号的幅度随时间的变化情况，从而了解信号的时域特性。
时域分析器在振动分析、通信系统、音频处理等领域有着重要的应用。
通过对信号的时域特性进行分析，可以了解信号的时序关系，检测信号的波形变化等信息。
除了数字滤波器、谱分析器、时域分析器等模块外，数字信号处理电路还包括了信号源、数字信号编解码器等组成部分。
数字信号处理电路分析
数字信号处理电路分析数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是指对数字信号进行采样、量化、编码和计算等处理的技术。
数字信号处理电路（Digital Signal Processing Circuit，简称DSP电路）是实现数字信号处理功能的硬件电路。
1. 数字信号处理电路的基本原理数字信号处理电路由以下几部分构成：采样电路、模数转换电路、数字信号处理器和数模转换电路。
其基本原理如下：1.1 采样电路：将连续时间的模拟信号转换成离散时间的数字信号。
采样定理规定了采样频率应大于信号最高频率的两倍，以避免采样失真。
1.2 模数转换电路：将连续的模拟信号转换成对应的数字信号。
模数转换器的核心是模数转换器芯片，采用逐级逼近型模数转换器或者delta - sigma调制器。
1.3 数字信号处理器：对数字信号进行数学运算和算法处理的核心部件。
它可以用于音频、视频等信号的压缩、滤波、变换等处理。
1.4 数模转换电路：将数字信号转换为模拟信号，以便于输出到外部设备。
2. DSP电路常用应用及分析2.1 音频信号处理DSP电路广泛应用于音频设备中，如音乐播放器、音响等。
采用DSP电路可以对音频信号进行滤波、均衡、混响等处理，以改善音质和增加音效。
2.2 图像处理在数字相机、手机摄像头等设备中，DSP电路可用于图像处理，如去噪、增强对比度、调整颜色平衡等。
DSP电路的高速处理能力和算法优化可以提供更好的图像质量。
2.3 通信信号处理在通信领域，DSP电路被广泛应用于调制解调、编解码、信号压缩等方面。
采用DSP电路可以提高通信质量和信号处理的速度。
2.4 视频信号处理DSP电路在电视、监控摄像头等设备中也起到重要作用。
例如，DSP电路可以完成视频信号的编码、解码、去噪和增强，以提高图像质量和显示效果。
2.5 生物医学信号处理生物医学信号处理是DSP电路的重要应用领域之一。
通过DSP电路可以对生物医学信号进行滤波、去噪、生理参数提取等处理，为医学诊断和治疗提供支持。
信号处理与信号产生电路
不可缺少！
UOH＝＋ UZ1＋ UD2 UOL＝－( UZ2 ＋ UD1)
UOH＝ － UOL＝ UZ
1. 单门限电压比较器
电压比较器的分析方法：
（1）写出 uP、uN的表达式，令uP＝ uN，求解出的 uI即为UT； （2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平； （3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出 电压的跃变方向。
vO
t
Vth1
R1 R2
VZ
Vth2
R1 R2
VZ
vO1 VZ 0
vO1
VZ
Vth2
Vo Vth12
R1RV1ZVZ
t
Vp1 0V Vn1
2 锯齿波发生器
C
Vm
T1 T2
vI R1 vN
v R2 vP
R v VREF
P1
-
+A1
R vO'
R3v4 I O1
R vO
iR R4
iC
N
-
+ A2
特点： 门限电压vREF
vI VREF
+VCC
+
A -
vO
-VEE
运放处于开环状态
虚短不成立，可用虚断
vO VOH
当vi > vREF时 , vo = +voH
O
VREF
vI
当vi < vREF时 , vo = voL
VOL
1. 单门限电压比较器
输入为正负对称的正弦波 时，输出波形如图所示。
vI VREF
0
1
FV 32 ( 0 )2
0
( 0 )
相频响应
信号处理电路的基本原理与应用
信号处理电路的基本原理与应用信号处理电路是现代电子系统中不可或缺的组成部分，它在无线通信、音视频处理、传感器技术等领域中扮演着重要的角色。
本文将探讨信号处理电路的基本原理与应用，并介绍其在实际应用中的几个典型案例。
1. 信号处理电路的基本原理信号处理电路是用来处理各种形式的信号，包括模拟信号和数字信号。
在模拟信号处理中，信号经过滤波、放大、混频等操作，使其满足特定的要求。
而数字信号处理则通过模数转换和数模转换将信号转化为数字形式，然后经过离散化处理和滤波等操作。
滤波是信号处理中常见的一种操作，它用于去除信号中的频率成分或噪声。
滤波电路可以采用各种不同的结构，如RC电路、RL电路、LC电路等，通过选择合适的元件参数和拓扑结构可以实现不同的滤波效果。
另一个重要的信号处理原理是放大。
放大电路用于增强信号的幅度，使其能够驱动后续电路或器件。
放大电路可以采用各种不同的放大器结构，如共射放大器、共基放大器、共集放大器等，通过选择合适的电路结构和参数可以实现不同的放大效果。
2. 信号处理电路的应用案例2.1 无线通信中的信号处理电路无线通信中的信号处理电路主要用于调制解调和信号解码。
调制解调电路将基带信号调制到无线载波上进行传输，而信号解码电路则用于从接收的信号中提取出原始的基带信号。
以FM调制为例，调制电路通过变化载波频率来实现信号的调制。
解调电路则通过频率鉴别器将接收到的信号还原为原始信号。
这些调制解调电路中包括了大量的信号处理电路，如滤波电路、放大电路、混频电路等。
2.2 音频处理中的信号处理电路音频处理中的信号处理电路主要用于音频信号的增强、降噪和效果处理。
例如，音频放大器用于增强音频信号的幅度，以便驱动扬声器产生更大的声音。
音频滤波器用于去除音频信号中的杂音和噪声，以获得更清晰的音质。
音频混响电路则用于模拟各种不同的音质环境，如大厅、卧室等。
这些音频处理中的信号处理电路满足了音响设备对音质和效果的要求。
信号处理电路基本原理解析
信号处理电路基本原理解析信号处理电路是电子电路中的一种重要组成部分，起着将输入信号进行改变、处理、转换的作用。
本文将解析信号处理电路的基本原理，介绍其工作原理和应用领域。
一、信号处理电路的概述信号处理电路是一种用于对输入信号进行采样、滤波、放大、调制/解调、编码/解码等处理的电子电路。
它可以将不同形式的输入信号转换为适合特定应用场景的输出信号，广泛应用于通信、音频、视频、生物医学等领域。
二、信号处理电路的基本原理1. 信号采样信号采样是将连续时间的信号转换为离散时间的过程。
常见的采样方式有脉冲采样和保持采样。
脉冲采样将连续信号通过间隔一定时间的脉冲信号进行采样，而保持采样则是通过保持电路将信号的幅值保持一段时间。
2. 信号滤波信号滤波是对输入信号进行滤波处理，以去除或弱化其中的噪声或干扰。
滤波器可以按照频率响应分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。
常用的滤波器类型有RC滤波器、LC滤波器、数字滤波器等。
3. 信号放大信号放大是将输入信号的幅值进行放大处理，以增加信号的强度，使其适合后续处理或驱动其他设备。
放大电路常采用放大器作为核心元件，常见的放大器有运放放大器、功放、差分放大器等。
4. 信号调制/解调信号调制是将输入信号与载波信号进行混合，通过改变载波信号的某些特性，实现对输入信号的编码和传输。
调制方式有调幅、调频、调相等。
解调则是将调制后的信号还原为原始信号的过程。
5. 信号编码/解码信号编码是将输入信号转换为特定的编码格式，以实现信号的传输和存储。
编码方法有模拟编码和数字编码等。
解码则是将编码后的信号还原为原始信号的过程。
三、信号处理电路的应用领域1. 通信系统信号处理电路广泛应用于通信系统中，包括无线通信和有线通信。
例如，在移动通信系统中，信号处理电路用于信号的解调和解码，实现语音和数据的传输。
2. 音频处理信号处理电路在音频处理中起着重要作用。
例如，在音频音响系统中，信号处理电路用于音频信号的放大、滤波和均衡等处理，以提高音频质量和音响效果。
信号的运算和处理电路
04 模拟-数字转换技术
采样定理与抗混叠滤波器
采样定理
采样定理是模拟信号数字化的基础， 它规定了采样频率应至少是被采样信 号最高频率的两倍，以避免混叠现象 的发生。
抗混叠滤波器
在模拟信号数字化之前，需要使用抗 混叠滤波器来滤除高于采样频率一半 的频率成分，以确保采样后的信号能 够准确地还原原始信号。
续时间信号在任意时刻都有定义，而离散时间信号只在特定时刻有定义。
02
周期信号与非周期信号
周期信号具有重复出现的特性，而非周期信号则不具有这种特性。周期
信号的频率和周期是描述其特性的重要参数。
03
能量信号与功率信号
根据信号的能量和功率特性，信号可分为能量信号和功率信号。能量信
号在有限时间内具有有限的能量，而功率信号在无限时间内具有有限的
平均功率。
线性时不变系统
线性系统
线性时不变系统的性质
线性系统满足叠加原理，即系统对输 入信号的响应是各输入信号单独作用 时响应的线性组合。
线性时不变系统具有稳定性、因果性、 可逆性、可预测性等重要性质。
时不变系统
时不变系统的特性不随时间变化，即 系统对输入信号的响应与输入信号的 时间起点无关。
卷积与相关运算
Z变换与DFT的关系
Z变换可以看作是DFT的推广，通过引入复变量z，可以将离散时间信号转换为复平面上的函数，从 而方便地进行频域分析和设计。
数字滤波器设计
01
数字滤波器的类型和特性
数字滤波器可分为低通、高通、带通、带阻等类型，具有 不同的频率响应特性。
02 03
IIR滤波器和FIR滤波器的设计
IIR滤波器具有无限冲激响应，设计时需要考虑稳定性和相 位特性；FIR滤波器具有有限冲激响应，设计时主要考虑 频率响应和滤波器长度。
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低通滤波器(LPF)
➢无源低通滤波器
——由无源器件（R、L、C）构成。
电压放大倍数为
Au
Uo Ui
1 1 j
f
f0
f0
1 2RC
——通带截止频率
电路缺点：
✓电压放大倍数低，带载能力很差；
✓特性不理想，边沿不陡；
有源滤波器
➢一阶低通有源滤波器
R1
RF
U o = 1+
RF R1
U
U
1 1 f
➢传输特性
u O
f (uI)
➢工作在非线性区
uo +UOPP
0
UOPP
u+ ≠u i i_ 0 ➢阈值电压UT ：使输出产生跃变的输入电压。
u+-u-
过零比较器
uI
-
A
+
uO
简单过零比较器
uI < 0 uI > 0
uo = + UOPP uo = - UOPP
阈值电压UT (门限电平)
uo
+UOPP
的信号阻断。
U i
低通
高通
U o
20lg Au
低通
0
f2
f
20lg Au
0
20lg Au
高通
f1
f f2＞f1
0
阻 f1
通阻 f2
f
当R2=2R，R3=R时，
Au
A uo
(3-Auo )
j(
f f0
f0 ) f
A up
1 jQ ( f f0 )
f0
1 2RC
f0 f
——中心频率
Auo
1
RF R1
f0
Q f0
20lg Au / dB Aup
-0
Aup
1
RF R1
理想特性
－20dB/十 倍频
-20
－40dB/十 倍频
-40
Q=1时滤波效果较好；
0.1
1
f
10
f0
为避免电路产生自激振荡，元件参数应使RF<2R1；
高通滤波器(HPF)
与LPF有对偶性，将LPF的电阻和电容互换，就 可得一阶HPF、压控电压源二阶HPF电路。
1
1
f
UM
f0
U
根据KCL列结点方程：
Au
Ui-UMUUMUoUM0
R
R
1jC
Aup
Uo
Aup
Ui 1(3 Aup)jRC (jRC)2
1 RF R1
Q
1
f0
1 2RC
Aup
3 Aup
1( f )2 j 1 f
——等效品质因数
f0
Q f0
Au
1(
f
Aup )2 j 1
f
Q 1 3 Aup
+
uo
为
R´
占 空 比
0
UT
t
不
同 uo
的 +UZ
矩 形
0
t
波 -UZ
单限比较器的作用：检测输入信号是否达到某一给定电平。
缺点：抗干扰能力差。
解决办法： 采用具有滞回传输特性
的比较器。
存在干扰时单限比较器的 uI、uo 波形
滞回比较器
UREF R2
uI
R1
RF
+
R
A -
uo
VDZ
u+ = u- 时对应的输入电压就是门限电平UT 。
f0
Ui
1 RF
U
U·i R C
+A
· Uo
Au
Uo Ui
1
R1 jf
A up 1 j f
Aupf0121RRRCF1
f0
f0
——通带电压放大倍数
——通带截止频率
一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的通带截
止频率相同，但通带电压放大倍数得到提高。
➢二阶低通有源滤波器
Uo
=
1+
RF R1
U
U
➢无源高通滤波器
其通带截止频率：
f0
1 2RC
➢二阶高通有源滤波器
Au
Uo Ui
1 (3
(jRC)2 Aup Aup)jRC (jRC)2
Aup
1( f0 )2 j 1 f0
f Qf
Aup
1
RF R1
f0
1 2RC
Q 1 3 Aup
互为“镜像”关系
带通滤波器(BPF)
只允许某一段频带内的信号通过，将此频带以外
UREF R2
VDZ
uo
+UZ
uI
R1
A
+
R´
uo
R1 R2
U
REF
0
uI
-UZ
u+ = u- 时对应的输入电压就是门限电平UT 。
u- R1R 1R2UREFR1R 2R2uI 令 u- u+0,得
UT
uI
R1 R2
UREF
正 弦
UREF R2
VDZ
波 变
uI
R1
-
A
UT
R1 R2
UREF
换 uI
0
uI
-UOPP 传输特性利 Nhomakorabea非线性工作区
用 uI 稳
A
+
R
uo
压 管
VDZ
uo +UZ
限
幅
的
过
零
比 较
uI
器
UZ < UOPP
0
uI
VDZ
-UZ
传输特性
R
-
A +
uo 线性工作区
VDZ
将 正 uI
R uI
+A
uo
弦
波0 变
换 为 uo
矩 +UZ 形
波0
-UZ
uo +UZ
0
uI
-UZ
t
t
单限比较器
第8章 信号处理电路
本章教学内容
8.1 有源滤波器 8.2 电压比较器
8.1 有源滤波器
功能：
使指定频段的信号通过，其它频率的信号被衰减。
分类： 低通滤波器LPF 高通滤波器HPF
带通滤波器BPF 带阻滤波器BEF
低通滤波器（LPF）
通带放大倍数
理想幅频特性 无过渡带
通带截止频率
下降速率
高通滤波器（HPF） 带通滤波器（BPF） 带阻滤波器（BEF）
Q 1 3 Auo
Aup
Auo 3Auo
QAuo
Q越大，通频带越窄， 选择性越好。
带阻滤波器(BEF)
在规定的频带内，信号被 阻断，在此频带以外的信号能
U i
低通
U o
顺利通过。
高通
20lgAu
低通
0
f1
f
20lgAu
0 20lgAu
高通 f2
f f2＞f1
通阻通
0
f1
f2
f
1 ( f )2
u+R2R FRFUREF+R2R 2RFuo
uo UZ
u-=uI
若uo=UZ，当uI逐渐增大时，使uo由+UZ跳变为-UZ所需的门限电平UT+：
U TR 2R FR FURE F R 2R 2R FUZ 若uo=-UZ，当uI逐渐减小时，使uo由UZ跳变为UZ所需的门限电平UT-：
U TR 2R FR FURE F R 2R 2R FUZ
U TU T U T R 2 2 R 2 R FU Z
门限宽度 （回差）
uo +UZ
UT- 0
UT+ uI
-UZ 传输特性
UREFR2 uI uI R1
UT+
0 UT-
RF
+- A
R
VDZ
uo
uo +UZ
0 -UZ
uo +UZ
UT-
0
UT+ uI
-UZ
t
t
抗干扰能力强
uo
+UZ
UT+
UT-
0
uI
-UZ
双限比较器
UREF1 R R
+-A1
VD1
uI
R
UREF2 R
+- A2
VD2
UTH = UREF1 UTL = UREF2 uo uo
RL
UREF1 > UREF2
0 UTL UTH uI
uI > UREF1 VD1导通，VD2截止 uo=+Uopp
Au
1 (
f )2 f0
f0 j2(2
Aup )
f f0
Aup
Aup
1 j 1 Q
ff0
f
2 0
f
2
f0
1 2RC
——中心频率
Aup
1
RF R1
Q 1 2(2 Aup )
Q越大，阻带越窄，选择性越好。
8.2 电压比较器
➢概念
•输入： uI、 UREF •输出： UOH、 UOL
用于各种报警电路及各种 非正弦波的产生和变换等。