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1、( 4 - - 1 )第七章 信号的处理与产生电路7. 1 7. 2 电压比较器7. 3 正弦波振荡电路 有源滤波电路 7. 1 有源滤波器 有源滤波器滤波器是一种选频电路。 滤波器是一种选频电路。它能选出有用的信号，而抑制无用的信号，使 它能选出有用的信号，而抑制无用的信号，使一定频率范围内的信号能顺利通过，衰减很小， 一定频率范围内的信号能顺利通过，衰减很小，而在此频率范围以外的信号不易通过，衰减很大。 而在此频率范围以外的信号不易通过，衰减很大。无源滤波器： 无源滤波器： 由电阻、电容和电感组成的滤波器。 由电阻、电容和电感组成的滤波器。有源滤波器： 有源滤波器： 含有运算放大器的滤波器
2、。 含有运算放大器的滤波器。缺点： 缺点： 低频时体积大，很难做到小型化。 低频时体积大，很难做到小型化。优点： 优点： 体积小、效率高、频率特性好。 体积小、效率高、频率特性好。按频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、 按频率范围的不同，滤波器可分为低通、高通、带通和带阻等。 带通和带阻等。( 4 - - 3 )滤波电路的种类 :按信号性质 : 模拟滤波器和数字滤波器按电路功能 : 低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器按所用元件 : 无源滤波器和 有源滤波器( 4 - - 4 )j(Ui )j(Uo 传递函数：ioioioUU)j(U)j(U)j(T =ioUU)j(T = 幅频特性i
3、o)( = 相频特性f i l t e r( 4 - - 5 )按频率特性进行分类：ioUUioUUioUUioUU低通 高通带通 带阻( 4 - - 6 )RC一阶 低通滤波器iUoU+=j1Rj1UUioR Cj11+=0j11+= R C10 =( 4 - - 7 )0j11)j(T+= 20)(11)j(T+=ioUU0 1 0.7070截止频率此电路的缺点：1 、带负载能力差。2 、无放大作用。3 、特性不理想，边沿不陡。截止频率处：21UUi0 =( 4 - - 8 )7. 1. 2 一阶有源低通滤波器oF11 URR RU +=iUCj1RCj1U + += iUCj11 +=C
4、j11)RR1(UU1Fio+=+ = UURR1RFC+- +iU oU( 4 - - 9 )Cj11)RR1(UU1Fio+=幅频特性： 201Fio)(11)RR1(UU+= )R C1( 0 =相频特性：0a r g =1 、 0= 时： )RR1(UU1Fio += 有放大作用2 、 0= 时： 21)RR1(UU1Fio +=3 、 运放输出，带负载能力强。幅频特性与一阶无 源低通滤波器类似( 4 - - 1 0 )7. 1. 3 二阶有源低通滤波器+ = UAUFoCj1UURUURUU oPPPi+= +PP UR Cj11UCj1RCj1U + +=+=R C1)A3(21o
5、F =o2oFio2j)(1AUU+=RR1RFC+- +iU oUCR P( 4 - - 1 1 )ioUU02121=o3dBP21 v 时， Vo = + Vo (s at ) v + u 时， 时， u o = + Uo (s at ) u+ UR 时， 时， uo = Uo (s at )可见，在 ui = UR 处输出电压 u o 发生跃变。参考电压u itO O O OURO O O Ouot+ Uo ( s a t ) Uo ( s a t )t 1 t 2单限电压比较器： 单限电压比较器：当 u i 单方向变化时， uo 只变化一次。UR uou i R2 + R1+ 电压传
6、输特性 Uo ( s a t )+ Uo ( s a t )u iu oO O O OURu i UR ， u o = + Uo (s at )ui UR ， ， uo = UZUZ UZ电压传输特性 Uo ( s a t )+Uo ( s a t )uiu oO O O OURu i UR 时， 时， u o = Uo (s at ) uo RDZUR u ou i R2 + R1+ 过零电压比较器 过零电压比较器利用电压比较器 利用电压比较器将正弦波变为方波 将正弦波变为方波UR uoui R2 + R1 + 电压传输特性 电压传输特性 Uo ( s a t )+ Uo ( s a t )
7、u iu oO O O O O O O OUR = 0tu iO O O O O O O Otuo+ Uo ( s a t ) Uo ( s a t )O O O O O O O O2 . 滞回比较器 滞回比较器上门限电压 上门限电压下门限电压 下门限电压电路中引入正反馈 电路中引入正反馈( 1 ) 提高了比较器的响应速 提高了比较器的响应速度； 度；( 2 ) 输出电压的跃变不是发生 输出电压的跃变不是发生在同一门限电压上。 在同一门限电压上。RF+ UU当 u o = + Uo( s at ) ， 则 当 u o = Uo( s at ) ，则iuu =门限电压受输出电压的控制R2 u o
8、u i + + R1 +)( o(s at)F22 URR RUu +=+)( o ( s a t )F22 URR RUu +=+oF22 uRR Ru +=+上门限电压 上门限电压 U + ： ：u i 逐渐增加时的门限电压 逐渐增加时的门限电压下门限电压 下门限电压 U + ： ：u i 逐渐减小时的门限电压 逐渐减小时的门限电压uiu oO O O O Uo ( s a t )+ Uo ( s a t )+ U电压传输特性+UuitO O O Ou oO O O O t+ Uo ( s a t ) Uo ( s a t )+U+ U两次跳变之间具有迟滞特性 滞回比较器RFuou i +
9、 + R1 +根据叠加原理，有 根据叠加原理，有)( o(s at)F 22RF 2FR URR RURR Ru +=改变参考电压 改变参考电压 UR ，可使传输特性沿横轴移动 ，可使传输特性沿横轴移动 。 。可见： 传输特性不再对称于纵轴， UU + +URRFR2 u ou i + R1 +u iu oO O O O O O O O Uo ( s a t )+ Uo ( s a t )+ U电压传输特性 电压传输特性+U当参考电压 当参考电压 UR 不等于零时 不等于零时定义： 定义： 回差电压 回差电压 o ( s a t )F 22 2 URRRUUU+= +与过零比较器相比具有以下优
10、点： 与过零比较器相比具有以下优点：1 . 改善了输出波形在跃变时的陡度。 改善了输出波形在跃变时的陡度。2 . 回差提高了电路的抗干扰能力， 回差提高了电路的抗干扰能力， U越大，抗干扰 越大，抗干扰能力越强。 能力越强。结论： 结论：1 . 调节 调节 RF 或 或 R2 可以改变回差电压的大小。 可以改变回差电压的大小。2 . 改变 改变 UR 可以改变上、下门限电压， 可以改变上、下门限电压， 但不影响回差电 但不影响回差电 压 压 U。 。电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报 电压比较器在数据检测、自动控制、超限控制报警和波形发生等电路中得到广泛应用。 警和波形发生等电路中得到
11、广泛应用。解： 解： 对图（ 对图（ 1 ） ） 上门限电压 上门限电压 V2V6201010 =+=+U下门限电压 下门限电压 ( ) V 2V62 01 0 1 0 =+=+U例： 例： 电路如图所示， 电路如图所示， Uo( s at ) = 6 V， ， UR = 5 V， ，RF = 2 0 k ， ， R2 = 1 0 k ，求上、下门限电压。 ，求上、下门限电压。（ （ 1 ） ）RFR2 u ou i + R1+ +URRFR2 u ou i + R1 +（ （ 2 ） ）解： 解： 对图（ 对图（ 2 ） ） 例： 例： 电路如图所示， 电路如图所示， Uo( s at )
12、= 6 V， ， UR = 5 V， ，RF = 2 0 k ， ， R2 = 1 0 k ，求上、下门限电压。 ，求上、下门限电压。（ （ 1 ） ） （ （ 2 ） ）( ) V3 3.1V62 01 0 1 052 01 0 2 0V3 3.5V62 01 0 1 052 01 0 2 0=+=+=+UU+UR RFR2 uou i + R1+RFR2 u ou i + R1+（ （ 1 ） ）+UR RFR2 uou i + R1+（ （ 2 ） ）u iu oO O O O O O O O- 6- 2 26图 图 ( 1)的电压传输特性 的电压传输特性 图 图 ( 2)的电压传输特性
13、 的电压传输特性u ou iO O O O O O O O-661.33 5.33RFR2 u ou i + R1+3 2图 7.3.3a是单门限电压比较器的另一种形式，试求出其门限电压 ( 阀值电压 ) VT ，画出其电压传输特性。设比较器输出的高、低电平分别为 VO H O H O H O H 和 VO LO O O 。 图 7.3.3 (a)I211R E F212N vv RR RVRR R +=R2 VR E F + R1 v I = 0 VT = v I = R E F12 VRR7.3.1图 7.3.3 (b )利用叠加原理可得 解：理想情况下，输出电压发生 跳变时对应的 vP
14、= vN = 0 ，即 由此可求出门限电压 根据已知的电压传输特性的三个 要素 ( 输出电压的高、低电平，门限电压和输出电压的跳变方向 ) 电压传输特性u oiuO O O OUO O O O O O O O ( s at ) UO O O O O O O O ( s at )例 2 : 电路如图所示 , u i 是一正弦电压 , 画出 u o 的波形。O O O OiutUO O O O O O O O ( s at ) UO O O O O O O O ( s at )解 : 运放为同相输入过零电压 比较器u oO O O O tO O O O tou O O O O tou UO O O O O O O O ( s at )UO O O O O O O O ( s at )各电压波形如右图所示。R1R2u i uo+ ou ou CDRLR7 . 7 . 1 矩形波发生器 矩形波发生器矩形波产生电路 矩形波产生电路 uc+UR+1 . 电路结构 电路结
