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第3章 检测接口 3.4 信号处理电路 3.4.1 信号滤波器 3.4.2 绝对值检测电路 3.4.3 峰值保持电路 3.4.4 调制与解调电路 3.4 信号处理电路 3.4.1 信号滤波器 3.4.2 绝对值检测电路 3.4.3 峰值保持电路 3.4.4 调制与解调电路 3.4.5 电压比较电路 3.4.6 电压／电流转换电路 3.4.7频率／电压变换电路 3.4.1 信号滤波器 (1)滤波器的分类和基本参数 ①滤波器的分类。 滤波器的种类繁多，根据滤波器的选频作用，一般将滤波器分为四类，即低通、高通、带通和带阻滤波器； 根据构成滤波器的元件类型，可分为RC、LC或晶体谐振滤波器； 根据构成滤波器的电路性质，可分为有源滤波器和无源滤波器； 根据滤波器所处理的信号性质，分为模拟滤波器与数字滤波器。 四类滤波器的幅频特性 如图表示低通、高通、带通和带阻滤波器的幅频特性曲线。 四类滤波器的幅频特性 对于低通滤波器，f2为截止频率，O—f2频率之间为其通频带； 对于高通滤波器，截止频率广f1以上频率范围(即f1—∞)为通频带； 对于带通滤波器， f1和f2分别为下、上截止频率，通频带为f1一f2 ； 对于带阻滤波器，下截止频率f1和上截止频率f2之间的频率范围为带阻。 频率位于通频带以内的信号可以顺利通过滤波器，而其他频率的信号将被滤波器极大地衰减。 ②滤波器的基本参数。 对于实际滤波器，其主要参数有截止频率、带宽、品质因数(Q值)、倍频程选择性等。 a. 截止频率。 幅频特性值等于K／√2所对应的频率称为滤波器的截止频率。 K为滤波器在通频带内的增益，以它为参考值， K／√2对应于一3dB点，即相对于K衰减一3dB。若以信号的幅值平方表示信号功率，则所对应的点正好是半功率点。 b．带宽B和品质因数Q值。 上下截止频率之间的频率范围称为滤波器带宽，或一3dB带宽，单位为H z。 带宽决定着滤波器分离信号中相邻频率成分的能力——频率分辨力，通常把中心频率f0和带宽B之比称为滤波器的品质因数Q： C.倍频程选择性 实际滤波器在两截止频率外侧，有一个过渡带。这个过渡带的幅频曲线倾斜程度表明了幅频特性衰减的快慢，它决定着滤波器对带宽外频率成分衰减的能力。通常用倍频程选择性来表征。 所谓倍频程选择性，是指在上截止频率f2 与2f2之间，或者在下截止频率f1 与1/2f1之间幅频特性的衰减量，即频率变化一个倍频程时的衰减量，以dB为单位。 显然，衰减越快，滤波器选择性越好。对于远离截止频率的衰减率也可以用10倍频程衰减量表示。 (2)无源RC滤波器 RC滤波器电路简单，抗干扰性强，有较好的低频性能，并且选用标准阻容元件也容易实现，因此检测系统中应用较多。 ①一阶RC低通滤波器。RC低通滤波器的典型电路及其幅频、相频特性如图所示。设滤波器的输入信号电压为ui，输出信号电压为u0，电路的微分方程式和幅频特性为： 一阶RC低通滤波器 截止频率 一阶RC高通滤波器 微分方程、频率特性、截止频率 RC带通滤波器 带通滤波器可以看成是低通滤波器和高通滤波器串联组成的。 如一阶高通滤波器的传递函数为G1(S)，一阶低通滤波器的传递函数为蜘G2(S)，则串联后传递函数为： G(S)= G1(S) G2(S) 幅频特性和相频特性为： 上下截止频率为： RC带通滤波器 分别调节高、低通环节的时间常数τ1、τ2，就可得到不同的上、下截止频率和带宽的带通滤波器。 注意：高、低通两级串联时，应消除两级耦合的相互影响，因为后一级成为前一级的“负载”，而前一级又是后一级的信号源。 实际上两级间常用射极输出器或者用运算放大器进行隔离，所以实际的带通滤波器常常是有源的。 (3)有源滤波器 有源滤波器采用RC网络和运算放大器组成，其中运算放大器既可起到级间隔离作用，又可起到对信号的放大作用，而RC网络则通常作为运算放大器的负反馈网络。 二阶有源滤波器传递函数的普遍形式为 ①二阶低通有源滤波器 ①二阶低通有源滤波器 幅频特性： 相频特性： 由（式30）取不同阻尼系数ξ值的幅频特性曲线如下页图所示。可见，若f＜1/√2，则幅频特性中有共振峰出现。为了求得共振峰处的角频率，可将上式对ω微分，并令它等于零解得共振峰处的角频率的为： ω p对应的最大峰值为： 二阶低通有源滤波器 图示为二阶低通 有源滤波器的具 体电路。若放大 器的增益为Af， 则该电路传递 函数为： 将上式与二阶低通有源滤波器的传递函数标准式(式28)比较可得 b．设计步骤 具体设计时，根据对滤波器提出的特性要求，选择适当的固有频率ω n及阻尼比ξ和通带增益Kp，然后计算无源元件的具体