测控电路04_信号运算电路1.ppt

信号分离电路 测量信号中，往往包含许多与被测量无关的信号，即噪声 测量信号在传输、放大、变换、运算及各种其他处理过程，也会混入各种不同形式的噪声， 这些噪声的随机性很强，很难从时城中直接分离， 但限于其产生的机理，其噪声功率是有限的，并按一定规律分布于频率域中某一特定的频带中。 因此可以用频率选择的方法，对噪声进行抑制，并分离提取出有用的信号，信号分离电路可以实现其功能。 一般利用滤波器从频率域中实现对噪声的抑制，提取所需的测量信号， （一）一阶滤波器 一阶滤波电路只能构成低通和高通滤波器，而不能构成带通和带阻滤波器。其传递函数为 常用的二阶低通滤波器，只要阻尼α小于临界阻尼均属于切比雪夫逼近，不同的阻尼α对应不同的ΔKp值。 切比雪夫逼近在通带内ω≤ωp有[n/2]（[n/2]表示n/2取整）个等幅波动，通带增益在1到 之间变化。允许的波动幅度越大，其过渡带越陡峭，但ΔKp所产生的幅度失真也越大，同时相频特性也随之变差。在通带外ωωp,基本以指数规律衰减。 一阶滤波电路只有低通和高通滤波器，性能较差。 一阶有源滤波电路 压控电压源型滤波电路对有源器件特性理想程度要求较低，结构简单，调整方便。但压控电压源电路利用正反馈补偿RC网络中能量损耗，反馈过强将降低电路稳定性。Q值表达式均包含-Kf项，Kf过大，可能会使Q值变负，导致电路自激振荡。 高通滤波 令R03开路 R01=R02R2/R3 带阻滤波 R01=R02R2/R3 R03=R02R5/R4 全通滤波 R01=R02R2/2R3 R03=R02R5/R4 电路所实现的各种双二阶电路，滤波器参数均为： 上述电路中，某些元件值必须满足一定的约束关系，如果元件值有误差，将会影响其特性。 各种形式双二阶环电路实现高通、带阻与全通(传递函数分子含二次项)滤波功能时，一般都有这种约束关系，当满足这种约束关系时，它们的灵敏度也是很低的。 如果R01=R02=R03=R04,则uh、ub与u1分别为高通、带通与低通滤波电路的输出。 滤波器参数分别为: 集成有源滤波器有两类 ： （1）将若干运算放大器和无源元件集成到一起，构成双二阶环滤波电路的框架，通过外接无源元件调整滤波参数或改变滤波器类型 ； （2）采用开关电容技术 ，改变等效时间常数。 在时钟脉冲Φ1与Φ2驱动下，信号源ui(t)向电容C1充电，又将存储在C1的电荷转移到C2。流过节点1、2的平均电流iav(t)= C1 ui(t)/ Tc，两节点1、2之间构成一个等效电阻Req= ui(t)/ iav(t)=Tc/ C1，等效时间常数τ= C2Req=TcC2/C1= C2/(C1fclk)。τ仅取决于电容比C2/C1，CMOS制造工艺可将C2/C1精度控制在0.1%以内。 在许多测控系统中，被测信号中心频率f0在很宽的频带内连续变化，要求测量电路在很窄的频带f0?Δf内提取测量信号，例如在转动的控制系统中，要求按照需要将机器转速控制在0~nmax之间的任意给定值，同时必须准确测量在任意瞬间与机器转动同频率的其他物理量的量值。在这种情况下，采用普通滤波器无法获得所需的测量信号，而利用中心频率自动可调的跟踪滤波器可以有效地解决这个问题。 习题与思考题 4-1 4-4 4-15 对转折频率fc1=659Hz:R1=39.46k,? R2=50.65k, R3=78.92k 对于转折频率fc2=750Hz:R1=34.20k,? R2=43.89k, R3=68.40k 两个电路C2取值均为1500pF. 在实际电路中， R可选用5%的金属膜电阻。 fc1=659Hz:R1=39k,? R2=51k, R3=82k fc2=750Hz:R1=33k,? R2=43k, R3=68k C1=0.01uF,? C2=1500pF 4.3 集成有源滤波器 4.3 集成有源滤波器 4.3.1 开关电容滤波原理 a) 有源积分器 c)驱动时钟脉冲与的波形 C2 ∞ - + + N 2 1 C1 uo(t) I1 ui(t) d) 充电过程(为高电平)网络 ∞ - + + N C2 uo(t) 2 I2 C1 e)转移过程(为低电平) b) 运放与开关电容网络 Tc ?2 ?1 ∞ - + + N ui(t) uo(t) C2 R 1 2 uo(t) C2 ∞ - + + N ui(t) 1 C1 V2 V1 ?2 ?1 2 4.3 集成有源滤波器 4.3.1 开关电容滤波原理 4.4 跟踪滤波器 1、低通与带通滤波电路 ∞ - + + N1 ∞ - + + N2 ∞ - + + N3 R1 R0 R2 C1 R3 R4 R5 u