1测量放大器（自学）电压比较器电压比较器3集成运放的应用集成运放的应用有源滤波器有源滤波器2重点重点采样保持电路（自学）41第一节 有源滤波器教学内容： 滤波器种类 无源滤波器特点及频率特性 有源滤波器特点及频率特性 重点： 有源滤波器的工作原理与频率特性 难点： 频率特性分析集成运放的应用2电路的频率特性讨论电压与电流是时间讨论电压与电流是时间 的函数，在时间领域内的函数，在时间领域内 对电路进行分析，称为对电路进行分析，称为 时域分析。时域分析。讨论电压与电流是频率讨论电压与电流是频率 的函数；在频率领域内的函数；在频率领域内 对电路进行分析，称为对电路进行分析，称为 频域分析。频域分析。 iIm0Ttt1t2t4.t33频率特性相频特性相频特性: : 电压或电流的相位与频率的关系。电压或电流的相位与频率的关系。幅频特性幅频特性: : 电压或电流的大小与频率的关系。电压或电流的大小与频率的关系。频率特性或频率响应：频率特性或频率响应：研究响应与频率的关系研究响应与频率的关系当电源电压或电流（激励）的当电源电压或电流（激励）的频率改变频率改变时，容时，容 抗和感抗随之改变，从而使电路中产生的电压和电抗和感抗随之改变，从而使电路中产生的电压和电 流（响应）的大小和相位也随之改变。流（响应）的大小和相位也随之改变。450Hz与120Hz叠加信号波形及其频谱5上述信号叠加随机噪声后的波形及其频谱6歌手的频谱7心电信号、50Hz噪声干扰及其频谱8高通（HPF ）低通（LPF ）带阻（BEF ）带通（BPF ）一、滤波电路的作用和分类抗已知频率的干扰理想幅频特性 无过渡带9二、低通滤波器1. 无源滤波电路当 f = fH 时， Au = 0.707缺点： 1.电压放大倍数低；2.带负载能力差。空载时带负载时10 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。 运放提高了滤波电路的放大能力。2. 有源滤波电路无源低通滤波器同相比例放大器111）一阶低通有源滤波器uC+ 求电压放大倍数，设输入为 正弦波信号, 则有故：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，且不受负载影响，通带电压放大倍 数亦得到提高。频率趋于0时的放大倍数 称为通带放大倍数决定于RC 环节12运放相当于同相放大器，低频信号经运放放大输出。1.输入电压ui 的 f fH ： ，容抗值比较小，因此电容上有电流流过。fH ：上限频率工作原理(低通特性）：1）一阶低通有源滤波器：13解决办法：采用二阶低通有源滤波器。表明进入高频段的下降速率为 20dB/十倍频，不理想。波特图 142）二阶低通有源滤波器 LPF0.1- 40- 20-0110低通滤波器的幅频特性二阶低通有源滤波器：输入电压经过两级 RC 低通电路， 在高频段，对数幅频特性以 -40 dB /十倍频的速度下降，使 滤波特性比较接近于理想情况。一阶:20dB/十倍频二阶:40dB/十倍频理想特性15频率越低，输出越小。1. 输入电压ui：f fL： ,容抗值比较小，信号经电容无衰减。fL ：下限频率工作原理(高通特性）：二、一阶高通有源滤波器：16二阶高通滤波器高通滤波电路与低通滤波电路的 对数幅频特性互为“镜像”关系。17低通高通f2fO低通ff1O高通阻阻f2f1fO通方法：低通滤波器和高通滤波器串联起来三、带通滤波器(BPF)必须 满足18带通滤波器的典型电路低通电路：R和C电路组成低通频率： f1高通电路： C和 R2电路组成高通频率： f2带通滤波器频率：f2 - f119工作原理：在规定的频带内， 信号被阻断，在此频带以外的 信号能顺利通过。低通高通方法：低通滤波器和 高通滤波器并联起来四、带阻滤波器(BEF)f2f1fO通 阻 通fO低通 f1f2fO高通必须满 足20带阻滤波器的典型电路低通电路：R、R、2C电路组成低通频率：f1高通电路： C、C、2R电路组成高通频率：f2带阻滤波器频率：f f221Question? 通常心电信号频率为0100Hz，幅度约为 1mV左右，而外界干扰很强，几乎可以淹没 心电信号，主要干扰为随机噪声和50Hz工频 干扰。 请问提取心电信号的滤波电路应当如何设计 才能有效抑制外界干扰？22心电信号、弱噪声干扰及其滤波效果23心电信号、强噪声干扰及其滤波效果24小 结 有源滤波电路一般由RC网络和集成运放组成， 可用于信号的筛选，一般分为LPF、HPF、BPF 、BEF四大类。 有源滤波器的主要性能指标为：通带放大倍数Aup 通带截止频率fL、fH、带宽fbw 实际滤波电路的选择需要根据信号、噪声和干 扰的特点合理选择。25视频：温控电风扇什么是比较器？什么是比较器？26第二节 电压比较器教学内容： 过零比较器 单限比较器 窗口比较器 重点： 电压比较器的工作原理与分析 难点： 传输特性分析集成运放的应用27一、概述1. 1.电压比较器的功能：电压比较器的功能：比较电压的大小将一个输入电压与一个参考电压进行比较 ，当输入电压达到或超过参考电压（阈值电压） 时，比较器的输出状态发生变化。输出的只有两种状态：高电平或低电平。分类：过零比较器、单限比较器、双限比 较器等。uR：参考电压 ui ：输入电压282. 集成运放的非线性工作区比较器工作于集成运放的非线 性区，其特点为：u+ u- 时， uOUOMu+ 0 时 uO UOMUOM-UOMuiuo-UOMUOM2. 同相过零比较器0uiuo030UOM-UOMttUOM-UOM000uiuouiuo例题：反相输入过零比较器的应用ui uO31由于集成运放的UOM较大，为了将输出电压控制在一个幅度内，需要有限幅的措施。 输出限幅电路UOH UZ UOL UZ不可缺少！32比较器传输特性的分析方法： 写出 u+、u-的表达式，令u+ u-，求解出的 uI即 为UT； 根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平； 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。33三、单限比较器过零比较器是门限电平为零的单限比较器。UOM-UOMuiuo0单限比较器有一个门限电平，当输入电压等于此门限电平时，输出端的状态立即发生跳变。1V1V注意：当 uI= UT时比较器输出翻转， UT称为阈值电压。34作用于反相输入端uIuO +UOM-UOMO+UZ-UZ传输特性分析：比较器翻转一定是发生在u+ u-时刻 。 写出 u+、u-的表达式，令u+ u-，求 解出的 uI即为UT； 若要UT 0，则应如何修改电路？ 若要改变曲线跃变方向，则应如何 修改电路？ 若要改变UOL、UOH呢？阈值？35温控电风扇的基本原理电路由负温度系数的热敏电阻Rt为一臂组成测温电桥，其输 出经测量放大器放大后由比较器输出“启动”与“停止”信号， 经三极管放大后控制继电器“接通”与“断开”，进而控制电扇 的“启动”与“停止” 。R1R2R3R4R5R6R7R8RtRW1RW2 RW3JTA2A1+12V-12VP33336四、窗口比较器当uIURH时，uO1= uO2= UOM，D1导通，D2截止； uO= UZ。当uI URH 时， 输出为高电平；而当 URL u 时，uo 0 ；输出端不接 DZ 时，uo = UOM； 接 DZ 限幅时， uo = UZu+ u 时，uo 0 ；1.确定阈值电压电压传输特性的分析方法的分析方法输出电压跃变的条件2.确定输出电压3.确定跃变方向输入接负，(输出)由正到负； 输入接正，由负到正。39传感器放大器滤波器比较分析采样保持A/D 转换器计算机系统总线控制电路信号检测系统基本框图集成运放在信号测量及处理上的应用提取测量信号放大测量信号 抑制干扰信号去除无用信号信号加工 处理系统40由于传感器没有输出 时，数据放大器输入 端加有很高的共模电 压（电源电压的一半 ）。故要求数据放大 器的共模抑制比很高 ，而且输入电阻也要 求很高。同时，其他 的性能也要求较高。 电桥平衡时，即R R。此时放大器的输入差模信号为零 ； 电桥失衡时，即R R。此时放大器的输入差模信号不为 零；- -V V传感器_电桥测量电路41作业： 教材上的相关习题 观看电子控制技术视频 读文献并撰写综述！阐明心电信号滤波器 的设计，附文献 。42第三节 采样保持电路用于数字电路、计算机控制及程序控制装置中。用于数字电路、计算机控制及程序控制装置中。模拟输入 信号模拟开关控制信号采样存储 电容电压跟 随器采样保持电路，多用于模数转换电路之前。由于 A/D转换需要一定的时间，所以在进行A/D 转换前必 须对模拟量进行瞬间采样，并把采样值保存一段时间 ，以满足A/D转换电路的需要。1. 1.电路电路432.2.工作原理工作原理1.1.电路电路采样脉冲采样脉冲采样阶段：采样阶段：u uGG 为为高电平，高电平，S S 闭合闭合( (场效应管导通场效应管导通) )，u ui i 对对存储电容存储电容 C C 充电，充电，u uo o= =u uC C= =u ui i。 保持阶段：保持阶段：u uGG 为为低电平，低电平，S S 断开断开( (场效应管截止场效应管截止) )，u uo o 输出保持在该阶段开始瞬间的值不变。输出保持在该阶段开始瞬间的值不变。采样速度越高，越接近模拟信号的变化情况。采样速度越高，越接近模拟信号的变化情况。44