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1、第七章 信号处理电路 7.1 有源滤波器 7.2 模拟乘法器 7.3 锁相环电路17.1 有源虑波器一、滤波器的基本概念滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无用频率信号得电子装置。1. 滤波器的分类有源滤波器：由有源器件加上R、C和L等无源器件 构成的滤波器。无源滤波器：由R、C和L等无源器件构成的滤波器。应用：自动控制、仪表测量和无线电通信等领域中。按信号性质: 模拟滤波器和数字滤波器按构成器件:按处理方法: 硬件滤波器和软件滤波器27.1 有源虑波器按传递函数:一阶滤波器 二阶滤波器N 阶滤波器:按频率特性:低通滤波器(LPF) 高通滤波器(HPF)带阻滤波器(BEF)带通滤
2、波器(BPF)32.滤波器的用途滤波器主要用来滤除信号中无用的频率成分 ，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些 较高频率成分的干扰。滤波过程如图所示。7.1 有源虑波器43.滤波器的传递函数一阶低通网络7.1 有源虑波器5一阶高通网络7.1 有源虑波器6二阶低通网络7.1 有源虑波器7高阶网络特性n阶一般而言，实际高阶滤波电路可由 若干一阶，二阶滤波电路级联而成。7.1 有源虑波器84.通滤波器的主要技术指标 （1）通带增益Auf7.1 有源虑波器通带增益是指滤波器 在通频带内的电压放大倍 数。性能良好的LPF通带内 的幅频特性曲线是平坦的 ，阻带内的电压放大倍数 基本为零。 （2）通带截
3、止频率fo与放大电路的截止频率相同。通带与阻带 之间称为过渡带，过渡带越窄，说明滤波器的 选择性越好。9二、一阶有源滤波电路一阶低通滤波器的电路如图（a）。7.1 有源虑波器幅频特性如图（b）。 图中虚线为理想的情况 ，实线为实际的情况。特点是电路简单，阻带衰 减太慢，选择性较差。10当 f = 0时，通带内的增益为该传递函数式的样子与一阶RC低通网络的频响 表达式差不多，只是后者缺少通带增益Auf这一项。当 f 0时，一阶低通滤波器的传递函数如下其中7.1 有源虑波器111. 二阶低通有源滤波电路为了改善滤波效果，再加一节RC低通滤波 环节，构成简单的二阶有源滤波电路。三、二阶有源滤波电路7
4、.1 有源虑波器12（2）传递函数设C1=C2=C（1）通带增益7.1 有源虑波器132.二阶压控型低通滤波器LPF 7.1 有源虑波器二阶压控型低通有源滤波器如图所示。其中 的一个电容器C1原来是接地的，现在改接到输出 端。显然C1的改接不影响通带增益。14（1）传递函数上式表明，该滤波器的通带增益应小于3， 才能保障电路稳定工作。对于节点U1 , 可以列出方程联立求解以上三式，可得LPF的传递函数7.1 有源虑波器15(2）频率响应当 时，上式可以化简为定义有源滤波器的等效品质因数Q值7.1 有源虑波器由传递函数可以写出频率响应的表达式16当 时当 =3时7.1 有源虑波器Q1，在 处的电
5、压增益将大于 ，幅频特性将抬高。Q =，有源滤波器自激。由于将 接到输出端，等于在高频端给LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。17二阶压控型有源高通滤波器的电路图3. 二阶高通有源滤波器(HPF)7.1 有源虑波器18(1)通带增益(2)传递函数(3)频率响应令则可得出频响表达式7.1 有源虑波器194.二阶带通有源滤波器(BPF)带通滤波器是由低通RC环节和高通RC环节组 合而成的。要将高通的下限截止频率设置的小于 低通的上限截止频率。反之则为带阻滤波器。7.1 有源虑波器20(1)通带增益(2)传递函数(3)频率响应7.1 有源虑波器令得将s=jw代入，
6、得215. 二阶带阻有源滤波器(BEF)7.1 有源虑波器(1)通带增益(2)传递函数22(3)频率响应7.1 有源虑波器令得将s=jw代入，得23功能：实现两个模拟量相乘其中K为比例因子，量纲:V-1符号：乘法器是又一种广泛使用的模拟集成电路，它 可以实现乘、除、开方、乘方、调制以及解调等功 能，广泛应用于模拟运算、通信、 测控系统、电气 测量和医疗仪器等许多领域。7.2 模拟乘法器24一、对数式模拟乘法器7.2 模拟乘法器(1)基于对数运算的乘法器的方框图：257.2 模拟乘法器(2) 对数式集成模拟乘法器RC4200原理图：267.2 模拟乘法器(3) 原理分析：27基本原理电路对于差动
7、放大电路，输 出电压为：二、变跨导式模拟乘法器7.2 模拟乘法器28四象限模拟乘法器7.2 模拟乘法器297.2 模拟乘法器 原理分析：若各管的IS相等，则有：307.2 模拟乘法器类似可得：将上式代入，得：当ux2UT，uyUT时有：31集成模拟乘法器F1596.MC15967.2 模拟乘法器32三、模拟乘法器应用举例7.2 模拟乘法器1. 运算电路（1）相乘运算模拟相乘器（2）平方和立方运算平方运算电路立方运算电路 33(3) 除法运算电路据虚断如果令K= R2 / R1则工作（负反馈）条件？7.2 模拟乘法器u1为负值！负反馈条件？7.2 模拟乘法器（4）开平方运算(5) 开立方运算电路
8、7.2 模拟乘法器2.调制解调电路7.2 模拟乘法器377.2 模拟乘法器38一、锁相环的基本概念锁相：相位同步的自动控制7.3 锁相环电路锁相环：完成两个信号间相位同步的 自动控制系统的环路(PLL)构成负反馈回路 39鉴相器（PD）：相位比较，uD与两个输入信 号相位差成线性比例；7.3 锁相环电路环路滤波器（LF）：低通滤波，确定uD中 的平均分量uC； 压控振荡器（VCO）：振荡频率由uC值确定，uC=0时的振荡频率为 VCO的固有频率；407.3 锁相环电路3.在捕捉过程中，VCO振荡频率逐渐趋同于输入信号频 率的现象，称作频率牵引；4.在频率牵引过程中，环路有能力自行锁定的最大输
9、入信号频率范围称为捕捉频带或简称捕捉带；5.环路锁定后，VCO的振荡频率自动跟踪输入信号频率 的变化，并能维持锁定的最大频率变化范围称为环路 的跟踪频带或简称同步带。基本概念： 1.VCO振荡频率与输入信号频率一致时，称VCO的频率 锁定于输入信号的频率或简称锁定； 2.环路由失锁状态进入锁定状态的过程称为捕捉过程；417.3 锁相环电路典型锁相环原理图：427.3 锁相环电路 原理分析：43通过LPT后，其平均输出电压为鉴相灵敏度模拟乘法器构成鉴相器7.3 锁相环电路设441.通用型模拟集成锁相环7.3 锁相环电路二、集成锁相环及其应用452.通用型CMOS集成锁相环40467.3 锁相环电路463.集成锁相环应用举例FM调制电路7.3 锁相环电路47电子技术第七章 结束模拟电路部分48
