2022-2023学年高二物理竞赛课件：信号的处理与变换

信号的处理与变换 信号的处理与变换 引言 本章以运算放大器为基础，讨论模拟信号的处理和变换电路。在信号处理电路中，重点讨论有源滤波电路和模拟乘法器，简要介绍开关电容滤波器、调制与解调电路和锁相环的基本原理及其应用。信号变换是传感器与信号处理电路之间接口电路的主要功能，对传感器的输出信号进行变换，例如将电荷变换为电压、电流变换为电压等；本章介绍了几种典型信号变换电路的工作原理及其在实际中的应用。 有源滤波器 滤波器的基础知识 1. 滤波器的功能 使输入信号中特定范围内的频率成分通过，抑制信号中的其他频率成分。 2. 滤波电路的种类 用幅频特性描述滤波特性，要研究 、 fH 、fL 无源滤波电路和有源滤波电路 （1） 无源滤波电路 空载时 带负载时 负载变化，通带放大倍数和截止频率均变化。 无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，可放大，不能输出高电压大电流。 （2）有源滤波电路 用电压跟随器隔离滤波电路与负载电阻 （3）比较 有源滤波器不使用电感，因而设计方便、体积小、重量轻； 无源滤波器滤波参数随负载变化。 有源滤波器使用集成运放，滤波参数不随负载变化。 有源滤波器在滤波的同时对信号具有放大作用，避免了有用信号的过度衰减； 有源滤波器不能在高频(MHz以上)区间使用；在高频段仍较多地使用无源LC滤波器 有源滤波器受到运放电源的限制，也不能处理大功率信号。只适用于信号处理。 （4）分析方法 (1)滤波器的传输特性可以用它的传递函数来表征，其传递函数可简单地理解为用拉氏算子“s”表示的增益表达式。在有源滤波电路中，集成运放工作在线性区；可以根据运放的“虚短”、“虚断”特性，采用节点电流法或叠加定理，列出电路在频域内的方程，求取电路的传递函数。 (2)将s = j 代入电路的传递函数，得到频率特性方程，进而解出滤波电路的通带增益 (也称通带电压放大倍数)、通带截止频率；画出滤波电路的幅频特性和相频特性。 (3)滤波器的阶数取决于电路中RC环节的个数，即由其传递函数的分母中拉氏算子“s”的最高幂数确定。一阶滤波器过渡带的变化速率为20dB/十倍频，二阶滤波器过渡带的变化速率为40dB/十倍频。若是n 阶滤波器则过渡带的变化速率为20dB/十倍频。 9.2.2 有源低通滤波器(LPF) 一、 一阶低通有源滤波器 二、二阶低通滤波器 三、二阶压控型低通滤波器 当f = f0时 9.2.3 有源高通滤波器(HPF) 9.2.4 有源带通滤波器(BPF) 当f = f0时 1� 37� .� 0� 10� 1� .� 0� ��������� dB/� 40� -� A� A� up� u� &� f/f0� lg� 20� /� dB� 0� 40� -� -3� 10� 1� .� 0� ��������� dB/� 40� -� f/f0� 0� 40� -� 1� A� A� up� u� &� lg� 20� /� dB� � � 10� 20� 20� -� Q=1� Q=5� Q=2� Q=0.5� $$