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信号的运算及处理电路

信号的运算及处理电路
信号的运算及处理电路

信号的运算及处理电路

基本要求

·

正确理解:有源滤波电路 ·

熟练掌握:比例、求和、积分运算电路;虚短和虚断概念 · 一般了解:其它运算电路

难点重点

1.“虚断”和“虚短”概念

如果为了简化包含有运算放大器的电子电路,总是假设运算放大器是理想的,这样就有“虚短”和“虚断”概念。

“虚短”是指在理想情况下,两个输入端的电位相等,就好像两个输入端短接在一起,但事实上并没有短接,称为“虚短”。虚短的必要条件是运放引入深度负反馈。

“虚断”是指在理想情况下,流入集成运算放大器输入端电流为零。这是由于理想运算放大器的输入电阻无限大,就好像运放两个输入端之间开路。但事实上并没有开路,称为“虚断”。

2.集成运算放大器线性应用电路

集成运算放大器实际上是高增益直耦多级放大电路,它实现线性应用的必要条件是引入深度负反馈。此时,运放本身工作在线性区,两输入端的电压与输出电压成线性关系,各种基本运算电路就是由集成运放加上不同的输入回路和反馈回路构成。

在分析由运放构成的各种基本运算电路时,一定要抓住不同的输入方式(同相或反相)和负反馈这两个基本点。

3.有源滤波电路

有源滤波电路仍属于运放的线性应用电路。滤波功能由RC 网络完成,运放构成比例运算电路用以提供增益和提高带负载能力。与无源滤波电路相比有以下优点:

(1)负载不是直接和RC 网络相连,而是通过高输入阻抗和低输出阻抗的运放来连接,从而使滤波性能不受负载的影响;

(2)电路不仅具有滤波功能,而且能起放大作用。

8.1基本运算电路

一、比例运算电路

1.反相比例运算电路(反相输入方式)

保密

(1)闭环电压放大倍数 Avf=Vo/Vi=-R2/R1

(2)当R2=R1时,闭环电压放大倍数为-1,此时的运算放大电路称为反相器。

(3)由于“虚短”,且同相输入端接地,所以此种组态电路具有虚地特性,即反相输入端近似地电位。

(4)输入电阻小。

2.同相比例运算电路(同相输入方式)

(1)闭环电压放大倍数 Avf=Vo/Vi=(R2+R1)/R1=1+R2/R1

(2)当R1开路时,Vo=Vi ,此时的运算放大电路称为电压跟随器。

(3)由于“虚短”,且反相输入端信号为 (Vo*R1)/(R2+R1)不为0,所以同相输入端信号等于

(Vo*R1)/(R2+R1)也不为0。即同相电路组态引入共模信号。

(4)输入电阻较大。

二、加、减运算电路

加、减运算电路均有反相输入和同相输入两种输入方式。对于此种电路的计算一般采用叠加定理。

1.加法电路

Vo=-(V1/R1+V2/R2).Rf

若将V2经一级反相器接至加法器输入端,则可实现减法运算:

Vo=-(V1/R1-V2/R2).Rf

2.减法运算电路(差动输入方式)

(1)根据叠加定理,可以认为输出电压Vo 是在两个输入信号V1和V2分别作用下的代数和,即 Vo=-(R2/R1)V1+[R2'/(R1'+R2')].[(R1+R2)/R1].V2

(2)当R1=R2=R1'=R2' 时,Vo=V2-V1,实现减法运算。

(3)由于“虚短”,同相输入端输入信号和反相输入端输入信号等于[R2'/(R1'+R2')].

V保密

2,不为

0,即差动电路组态引入共模信号。

(4)输入电阻较小。

三、积分与微分电路(都有反相输入和同相输入两种输入方式)

1.积分电路

设t=0时,电容两端的电压为0,则 Vo=-(1/RC)∫Vi .dt

2.微分电路

微分是积分的逆运算,因此把积分电路中的R 和C 对调一下,就可构成微分电路。

8.2实际运算放大器运算电路的误差分析

影响运算精度的因素很多,但应注意到,运放各参数对运算精度的影响程度,随应用条件不同而异。因此,从应用的角度出发,在分析一个具体电路的运算误差时,可以有所侧重,只讨论主要误差的来源。

8.3对数和反对数运算电路(不要求)

8.4模拟乘法器

模拟乘法器是实现两个信号相乘作用的电子器件。模拟乘法器不仅应用于模拟信号运算,而且可以进行模拟信号处理,模拟乘法器与集成运放结合,再加上不同的外接电路,可组成平方、开方、高次方和高次方根的运算电路。因此它在通信系统、信号处理、自动控制等领域得到了越来越广泛的应用。

8.5有源滤波电路

一、基本概念

1.无源滤波电路和有源滤波电路

2.有源滤波电路的分类

低通滤波电路(LPF )、高通滤波电路(HPF )、带通滤波电路(BPF )、带阻滤波电路(BEF )和全通滤波电路(APF )

3.主要参数

Avp 、fp 、fo 和Q

二、低通滤波电路

保密

1.一阶低通滤波电路

Av=Vo/Vi=[(R1+Rf)/R1].[1/(1+jωRC)]2.二阶压控电压源低通滤波电路

三、高通滤波电路

高通与低通滤波电路在电路组成上成对偶关系。

电路与信号处理

数字信号处理和无线电收放机 数字信号处理(DSP)和无线电收发机 Justin Smith 开发工程师/微波数据系统前言术语“DSP”可能指两个不同的事情。数字信号处理是一般领域用的术语,在这样的领域中,用做为离散(在时间和幅值两个方面)的采样数据集来表示和处理信号和系统。这是一个相对老的领域,在出版的书和杂志中有大量的这方面的研究和数学算法。最初,大多数数字信号处理是在主机和其它通用数字计算机上离线完成的。这就是所谓的数字数据的“后处理”。随着在最近的二十多来年集成电路的复杂性和集成度的飞速增加,开发出专用处理芯片器,它能实时或“在线”进行数字信号处理。这些芯片被称为数字信号处理器(DSPs),并在半导体工业中成为最大的增长市场。 从1988年至今,DSP的市场每年增长40%。这就意味着将引入更高性能的DSPs(及与DSP 有关的产品),并以较低的价格销售。结果有双重意义:第1,随着时间的推移,更多的信号处理可在更快和更复杂的处理器内完成。第2,便宜的DSPs进入更多产品,这些产品如,手持电话、无磁带电话录答机、寻呼机(pager)、高保真度立体声设备和汽车中的主动悬挂系统(active suspension systems in cars)。为什么用DSP?如上所述,在大量的新产品中使用DSP技术。为什么?1) 数据信号处理允许很复杂的算法在实时中使用并可被嵌入产品内。DSP能够从一个信号、加密信号信息中滤掉噪音,把波形变换为数字域进行分析,压缩数据,或甚至自动地,根据情况改变系统的处理过程;2) 因为DSP和DSP相关的芯片是软件控制的,在不改变硬件的情况下,可在系统内改变它们的性能和/或任务。这意味着在产品售出后的升级或另增加的特性可加到产品上,不必把装置返回到制造厂;3) DSP技术可实现高精度的控制。因为处理在软件内实现,功能的精度可得到更精密地控制。没有与模拟量元件有关的误差问题;4) 由于软件控制,因而在制造中能有很高的重复性。可把每个装置调到或校准到按最高性能运行;5) 由于信号处理是由数字处理完成的,因此所使用的算法和方法可在数字计算机上被仿真(模拟)和完善。所做的仿真可精确地与系统中的实现进行比较。这个仿真工具极大地降低了产品的设计周期,并向设计者提供研究更复杂算法的方法;6) 如前节所述,DSP技术的成本在继续下降。这就允许产品制造厂以低的价格提供更复杂的产品。模拟无线电收发机为了讨论DSP技术怎样用于改进无线电收发机的设计,让我们首先看一看无DSP技术的无线电收发机的结构。由于无更佳的术语,我们把它称为“模拟无线电收发机”。这个术语有点误称,因为即使DSP收发机也有重要的“模拟量”部分,但我们将这样理想化的称呼它。下面是模拟量收发机结构。全部调制、解调、滤波和纠错由模拟量处理完成(模拟量滤波器,检测等等)如果需要进行数据的任何其它处理,那么附加的部件、专用的芯片、或微处理机必须加到设计中。因为收发机相当多的功能是在硬件中完成,任何校准或无线电的整定必须在硬件级上进行;例如,扭动一个螺丝调整或更换部件。又因为设计是以硬件为基础的,因而它是一个固定的设计。这就是说,不改变硬件就不能改变功能和性能。 DSP无线电收发机现在让我们来看一看以DSP为基础的收发机设计的结构。我们展示出的是有传统DSP功能和可能的DSP限定任务的DSP设计结构。现在让我们先讨论一个无线通讯设备的传统DSP功能。然后我们将涉及设计其它的部分中使用DSP 更多新颖的和灵活的方法。 传统上,大多数数字信号处理是在载波频率上的信号解调后或调制前按基频带进行。为了进行数字处理信号,必须首先把信号变换为数字信号。连续时间信号必须按离散瞬时时间和离散幅值级进行“脉冲调制”。为此原因,经常把这些类型的DSP系统称为“脉冲调制系统”,因而可把它们与连续时间系统区分开。模拟/数字(A/D)转换器模拟量变换为数字量的换器(A/D)取输入连续信号,并把它变换为脉冲调制信号,然后馈送给DSP进行处理。A/D

数字信号处理-低通滤波器设计实验

实验报告 课程名称:数字信号处理 实验名称:低通滤波器设计实验 院(系): 专业班级: 姓名: 学号: 指导教师: 一、实验目的: 掌握IIR数字低通滤波器的设计方法。 二、实验原理: 2.1设计巴特沃斯IIR滤波器 在MATLAB下,设计巴特沃斯IIR滤波器可使用butter 函数。 Butter函数可设计低通、高通、带通和带阻的数字和模拟IIR滤波器,其特性为使通带内的幅度响应最大限度地平坦,但同时损失截止频率处的下降斜度。在期望通带平滑的情况下,可使用butter函数。butter函数的用法为:

[b,a]=butter(n,Wn)其中n代表滤波器阶数,W n代表滤波器的截止频率,这两个参数可使用buttord函数来确定。buttord函数可在给定滤波器性能的情况下,求出巴特沃斯滤波器的最小阶数n,同时给出对应的截止频率Wn。buttord函数的用法为:[n,Wn]= buttord(Wp,Ws,Rp,Rs)其中Wp和Ws分别是通带和阻带的拐角频率(截止频率),其取值范围为0至1之间。当其值为1时代表采样频率的一半。Rp和Rs分别是通带和阻带区的波纹系数。 2.2契比雪夫I型IIR滤波器。 在MATLAB下可使用cheby1函数设计出契比雪夫I 型IIR滤波器。 cheby1函数可设计低通、高通、带通和带阻契比雪夫I 型滤IIR波器,其通带内为等波纹,阻带内为单调。契比雪夫I型的下降斜度比II型大,但其代价是通带内波纹较大。cheby1函数的用法为:[b,a]=cheby1(n,Rp,Wn,/ftype/)在使用cheby1函数设计IIR滤波器之前,可使用cheblord 函数求出滤波器阶数n和截止频率Wn。cheblord函数可在给定滤波器性能的情况下,选择契比雪夫I型滤波器的最小阶和截止频率Wn。cheblord函数的用法为: [n,Wn]=cheblord(Wp,Ws,Rp,Rs)其中Wp和Ws分别是通带和阻带的拐角频率(截止频率),其取值范围为0至1之间。当其值为1时代表采样频率的一半。Rp和Rs分别是通带和阻带区的波纹系数。 三、实验要求: 利用Matlab设计一个数字低通滤波器,指标要求如下:

模拟电子技术答案第7章信号的运算和处理

第7章信号的运算和处理 自测题 一、现有电路: A.反相比例运算电路 B.同相比例运算电路 C.积分运算电路 D.微分运算电路 E.加法运算电路 F.乘方运算电路 选择一个合适的答案填入空内。 (1)欲将正弦波电压移相+90o,应选用( C )。 (2)欲将正弦波电压转换成二倍频电压,应选用( F )。 (3)欲将正弦波电压叠加上一个直流量,应选用( E )。 (4)欲实现A u=?100 的放大电路,应选用( A )。 (5)欲将方波电压转换成三角波电压,应选用( C )。 (6)欲将方波电压转换成尖顶波波电压,应选用( D )。 二、填空: (1)为了避免50H z电网电压的干扰进入放大器,应选用( 带阻 )滤波电路。 (2)已知输入信号的频率为10kH z~12kH z,为了防止干扰信号的混入,应选用( 带通 )滤波电路 (3)为了获得输入电压中的低频信号,应选用( 低通 )滤波电路。 (4)为了使滤波电路的输出电阻足够小,保证负载电阻变化时滤波特性不变,应选用( 有源 )滤波电路。 三、已知图T7.3所示各电路中的集成运放均为理想运放,模拟乘法器的乘积系数k大于零。试分别求解各电路的运算关系。 (a)

(b) 图T7.3 解:图(a)所示电路为求和运算电路,图(b)所示电路为开方运算电路。它们的运算表达式分别为: (a) 124 13121234 ( )(1)//f I I O f I R u u R u R u R R R R R R =-+++??+ 11 O O u u dt RC =- ? (b) '2 3322144 O I O O R R R u u u ku R R R =- ?=-?=-? 24 13 O I R R u u kR R = ?

数字信号处理实验——维纳滤波器设计..

实验一 维纳滤波 1. 实验内容 设计一个维纳滤波器: (1) 产生三组观测数据,首先根据()(1)()s n as n w n =-+产生信号()s n ,将其加噪,(信噪比分别为20,10,6dB dB dB ),得到观测数据123(),(),()x n x n x n 。 (2) 估计()i x n ,1,2,3i =的AR 模型参数。假设信号长度为L ,AR 模型阶数为N ,分析实验结果,并讨论改变L ,N 对实验结果的影响。 2. 实验原理 滤波目的是从被噪声污染的信号中分离出有用的信号来,最大限度地抑制噪声。对信号进行滤波的实质就是对信号进行估计。滤波问题就是设计一个线性滤波器,使得滤波器的输出信号()y n 是期望响应()s n 的一个估计值。下图就是观测信号的组成和信号滤波的一般模型。 观测信号()()()x n s n v n =+ 信号滤波的一般模型 维纳滤波解决从噪声中提取信号的滤波问题,并以估计的结果与真值之间的误差均方值最小作为最佳准则。它根据()()(),1, ,x n x n x n m --估计信号的当前 值,它的解以系统的系统函数()H z 或单位脉冲()h n 形式给出,这种系统常称为最佳线性滤波器。 维纳滤波器设计的任务就是选择()h n ,使其输出信号()y n 与期望信号()d n 误差的均方值最小。

假设滤波系统()h n 是一个线性时不变系统,它的()h n 和输入信号都是复函数,设 ()()()h n a n jb n =+ 0,1, n = 考虑系统的因果性,可得到滤波器的输出 ()()()()()0 *m y n h n x n h m x n m +∞ ===-∑ 0,1, n = 设期望信号()d n ,误差信号()e n 及其均方误差()2 E e n ???? 分别为 ()()()()()e n d n y n s n y n =-=- ()()()()()()22 2 0m E e n E d n y n E d n h m x n m ∞=?? ????=-=--????? ????? ∑ 要使均方误差为最小,需满足: ()() 2 0E e n h j ?????=? 整理得()()0E x n j e n *??-=??,等价于()()0E x n j e n * ??-=?? 上式说明,均方误差达到最小值的充要条件使误差信号与任一进入估计的输入信号正交,这就是正交性原理。 将()()0E x n j e n * ??-=??展开,得 ()()()()00m E x n k d n h m x m +∞ *** =????--=?? ???? ?∑ 整理得 ()()()0 dx xx m r k h m r m k +∞ *=-=-∑ 0,1,2, k = 等价于()()()()()0 dx xx xx m r k h m r k m h k r k +∞ ==-=*∑ 0,1,2, k = 此式称为维纳-霍夫(Wiener-Holf )方程。解此方程可得到最优权系数 012,,, h h h ,此式是Wiener 滤波器的一般方程。 定义

第6章 信号运算电路 习题解答

第6章习题解答 自测题6 一、填空题 1.采用BJT 工艺的集成运放的输入级是( )电路,而输出级一般是( )电路。 2.在以下集成运放的诸参数中,在希望越大越好的参数旁注明“↑”,反之则注明“↓”。 vd A ( ),C M R K ( ),id R ( ),ic R ( ),o R ( ),BW ( ), B W G ( ),SR ( ),IO V ( ),dT dV IO /( ),IO I ( ),dT dI IO /( )。 3.集成运放经过相位补偿后往往具有单极点模型,此时-3dB 带宽BW 与单位增益带宽BWG 之间满足关系式( )。 4.集成运放的负反馈应用电路的“理想运放分析法则”由虚短路法则,即( )和虚开路法则,即( )组成。 5.理想运放分析法实质是( )条件在运放应用电路中的使用。 6.图T6-1a 是由高品质运放OP37组成的( )放大器,闭环增益等于( )倍。在此放大器中,反相输入端②称为( )。电路中10k Ω电位器的作用是( )。R P 的取值应为( )。 7.将图T6-1a 中电阻( )换成电容,则构成反相积分器。此时u o =( ),应取R P =( )。 8.将图T6-1a 中电阻( )换成电容,则构成反相微分器。此时. v o =( ),R P 应取( )。 9.图T6-1b 是( )放大器,闭环增益等于( )倍。应取R P =( )。 10.比较图T6-1a 和图T6-1b 两种放大器,前者的优点是没有( )电压,缺点是( )较小。 + - 图T6-1a 图T6-1b 11.将图T6-1b 中的电阻( )开路,电阻( )短路,电路即构成电压跟随器。 12.负反馈运放的输出电压与负载电阻几乎无关的原因是( )。

信号处理电子电路图全集

信号处理电子电路图全集 一.波形发生器电路图 交流驱动电路实现的基本要求是要在选通像素点两端施加交变脉冲信号,而在非选通端加零偏压或负偏压。为了增加电路应用的灵活性,并且为研究OLED的驱动信号变化对于其性能的影响提供方便,要求交流驱动电路的相位和占空比可调。为此,本文设计了一个可以灵活控制的波形信号发生器,其结构为图1所示的一个由双D型触发器构成的振荡器。该振荡器的起振、停止可以控制,输出波形的相位和占空比也可以调节,其工作波形如图2所示。 二.红外接收头的构造 红外接收电路通常由红外接收二极管与放大电路组成,放大电路通常又由一个集成块及若干电阻电容等元件组成,并且需要封装在一个金属屏蔽盒里,因而电路比较复杂,体积却很小,还不及一个7805体积大! SFH506-38与RPM-638是一种特殊的红外接收电路,它将红外接收管与放大电路集成在一体,体积小(大小与一只中功率三极管相当),密封性好,灵敏度高,并且价格低廉,市场售价只有几元钱。它仅有三条管脚,分别是电源正极、电源负极以及信号输出端,其工作电压在5V左右.只要给它接上电源即是一个完整的红外接收放大器,使用十分方便。 它的主要功能包括放大,选频,解调几大部分,要求输入信号需是已经被调制的信号。经过它的接收放大和解调会在输出端直接输出原始的信号。从而使电路达到最简化!灵敏度和抗干扰性都非常好,可以说是一个接收红外信号的理想装置。 · [图文] T形R-2R电阻网络D/A转换电路

· [图文] KD9561组成的开关式警音发生器电路 · [图文] 石英晶体矩形波振荡器电路 · [图文] 方波振荡器电路 · [图文] 8031与DAC0832双缓冲方式接口电路 · [组图] 矩形波电压发生器 · [组图] 用DAC0832产生锯齿波电路 · [图文] 功率变换电路 · [图文] 数字温湿度传感器SHT11与CC2430应用接口电路 · [图文] 调制解调器与电脑接口电路 · [图文] 数字信号的纠错原因及解决方法 · [组图] 变压器电桥原理图 · [图文] 利用运算放大器式电路虚地点减小电缆电容原理图 · [组图] 差动脉宽(脉冲宽度)调制电路 · [图文] 通断温度控制电路--On-Off Temperature Control · [组图] Phorism with 12V · [组图] 击落模型定位器电路 (Downed Model Locator II) · [组图] 红外线开关电路-Infra Red Switch · [组图] 电池组接收器的放电电路--Discharger for Receiver Battery Packs · [组图] 多通道火箭发射器 -Multi Rocket Launcher · [组图] 阻抗变换器电路 · [图文] 步进电机各相绕组驱动电路 · [图文] 速度判别电路 · [图文] 一种实用的步进电机驱动电路 · [图文] 4线步进电机分列分列电路原理图 · [组图] 击落模型定位器电路 (Downed Model Locator) · [图文] CW431CS比较器应用线路 · [图文] 智能天线技术的应用 · 天线的基本概念及制作 · [组图] 红外接收头的构造 · [图文] 手机信号指示器电路原理图 · [组图] 二阶高通分频器单元电路 · [组图] 二阶分频器低通单元电路 · [组图] 分立元件无稳态多谐振荡电路 · [图文] 用Max038制作的函数波形发生器 · [图文] 多波调频信号产生器电路 · [组图] 方波和三角波发生器电路 · [组图] RC桥式正弦振荡电路 · [图文] AD8228集成芯片构成的阻抗匹配电路 · [图文] 分立元件组成的阻抗匹配电路 · [图文] 采用间接电流反馈架构的IA · [图文] 使用三运放搭建输入缓冲级和输出级电路

信号的运算及处理电路

信号的运算及处理电路 基本要求 · 正确理解:有源滤波电路 · 熟练掌握:比例、求和、积分运算电路;虚短和虚断概念 · 一般了解:其它运算电路 难点重点 1.“虚断”和“虚短”概念 如果为了简化包含有运算放大器的电子电路,总是假设运算放大器是理想的,这样就有“虚短”和“虚断”概念。 “虚短”是指在理想情况下,两个输入端的电位相等,就好像两个输入端短接在一起,但事实上并没有短接,称为“虚短”。虚短的必要条件是运放引入深度负反馈。 “虚断”是指在理想情况下,流入集成运算放大器输入端电流为零。这是由于理想运算放大器的输入电阻无限大,就好像运放两个输入端之间开路。但事实上并没有开路,称为“虚断”。 2.集成运算放大器线性应用电路 集成运算放大器实际上是高增益直耦多级放大电路,它实现线性应用的必要条件是引入深度负反馈。此时,运放本身工作在线性区,两输入端的电压与输出电压成线性关系,各种基本运算电路就是由集成运放加上不同的输入回路和反馈回路构成。 在分析由运放构成的各种基本运算电路时,一定要抓住不同的输入方式(同相或反相)和负反馈这两个基本点。 3.有源滤波电路 有源滤波电路仍属于运放的线性应用电路。滤波功能由RC 网络完成,运放构成比例运算电路用以提供增益和提高带负载能力。与无源滤波电路相比有以下优点: (1)负载不是直接和RC 网络相连,而是通过高输入阻抗和低输出阻抗的运放来连接,从而使滤波性能不受负载的影响; (2)电路不仅具有滤波功能,而且能起放大作用。 8.1基本运算电路 一、比例运算电路 1.反相比例运算电路(反相输入方式) 保密

(1)闭环电压放大倍数 Avf=Vo/Vi=-R2/R1 (2)当R2=R1时,闭环电压放大倍数为-1,此时的运算放大电路称为反相器。 (3)由于“虚短”,且同相输入端接地,所以此种组态电路具有虚地特性,即反相输入端近似地电位。 (4)输入电阻小。 2.同相比例运算电路(同相输入方式) (1)闭环电压放大倍数 Avf=Vo/Vi=(R2+R1)/R1=1+R2/R1 (2)当R1开路时,Vo=Vi ,此时的运算放大电路称为电压跟随器。 (3)由于“虚短”,且反相输入端信号为 (Vo*R1)/(R2+R1)不为0,所以同相输入端信号等于 (Vo*R1)/(R2+R1)也不为0。即同相电路组态引入共模信号。 (4)输入电阻较大。 二、加、减运算电路 加、减运算电路均有反相输入和同相输入两种输入方式。对于此种电路的计算一般采用叠加定理。 1.加法电路 Vo=-(V1/R1+V2/R2).Rf 若将V2经一级反相器接至加法器输入端,则可实现减法运算: Vo=-(V1/R1-V2/R2).Rf 2.减法运算电路(差动输入方式) (1)根据叠加定理,可以认为输出电压Vo 是在两个输入信号V1和V2分别作用下的代数和,即 Vo=-(R2/R1)V1+[R2'/(R1'+R2')].[(R1+R2)/R1].V2 (2)当R1=R2=R1'=R2' 时,Vo=V2-V1,实现减法运算。 (3)由于“虚短”,同相输入端输入信号和反相输入端输入信号等于[R2'/(R1'+R2')]. V保密

例说信号处理与滤波器设计

例说信号处理与滤波器设计 目录 数字时代 (2) 数字信号处理的应用 (3) 频率——信号的指纹 (5) 卷积可以不卷 (8) 向量运算的启示 (11) 滤波器设计征程 (16) 最后一击——滤波的实现方法 (22) 纵览全局 (27)

数字时代 信号处理是对原始信号进行改变,以提取有用信息的过程,它是对信号进行变换、滤波、分析、综合等处理过程的统称。数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术;模拟信号处理是指用模拟系统对模拟信号进行处理的方法或过程。 数字信号处理课程的主要内容包括信号分析与处理。两者并不是孤立的,不同的信号处理方法往往需要选择不同的信号表示形式。两者的区别主要表现在,信号处理是用系统改变输入信号,以得到所期望的输出信号,如信号去噪;而信号分析往往是通过变换(傅里叶变换、小波变换等),或其它手段提取信号的某些特征,如语音信号的基本频率,图像的直方图等。 早期的信号处理局限于模拟信号,随着数字计算机的飞速发展,信号处理的理论和方法得以飞速发展,出现了不受物理制约的纯数学的加工,即算法,并确立了数字信号处理的领域。现在,对于信号的处理,人们通常是先把模拟信号变成数字信号,然后利用高效的数字信号处理器(DSP:Digital Signal Processor)或计算机对其进行数字形式的信号处理。 一般地讲,数字信号处理涉及三个步骤: (1)模数转换(A/D转换):把模拟信号变成数字信号,是一个对自变量和幅值同时进行 离散化的过程,基本的理论保证是采样定理。 (2)数字信号处理(DSP):包括变换域分析(如频域变换)、数字滤波、识别、合成等。 (3)数模转换(D/A转换):把经过处理的数字信号还原为模拟信号。通常,这一步并不 是必须的。 图1数字信号处理基本步骤

光电转换及信号处理电路设计

光电转换及信号处理电路设计 与CCD等探测器不同,PIN光电二极管对于探测目标输出信号是一个电流信号,而且在距离探测目标较远时照射到探测面的光信号很微弱,在预定电压偏置下输出电流会比较小,因而可以概括PIN的输出信号为一个微弱电流信号,对于PIN的输出信号处理,是一个微弱信号处理的过程。 光电转换及信号处理模块 图1 光电转换及信号处理模块整体设计示意图 通常情况下,电流信号的采集和处理都是比较困难的,故首先需要对PIN 的信号进行电流到电压的转化。微弱电流信号转化而来的电压信号一般也是微弱信号,而且传输线耦合进去的交流噪声有可能会淹没目标信号,故为了提高信噪比,需要在采集之前对信号进行前置放大。 由于被测信号也是可见光信号,在进行光电探测时很容易受到杂散光和PIN 自身暗电流的影响,导致噪声信号和目标信号一同被放大,在后续电路中不易消除,为了减少杂散光和PIN暗电流带来的噪声、背景噪声和元器件噪声,本光电信号处理电路设计了一个参考PIN光电转换电路,用来接收杂散光和背景噪声,参考PIN光电转换电路与探测信号PIN光电转换电路及的参数一致,前置放大电路的参数也一样,但是在实验过程中由于与目标光信号之间的光路被人为完全遮挡,故只能接收到杂散光信号和背景噪声信号。在后续的差分放大电路中通过信号同向相减,把系统噪声和背景噪声去除,保证了最终采集信号具有较高的信噪比。 在最后的滤波电路设计过程中,考虑到被测目标光信号的调制频率不会超过200KHz,而空气和电路中存在着大量的高频噪声,为了保证即将进入数据采集

模块的信号有较高的信噪比,需要滤除掉高频噪声,于是需要根据被测信号频率的不同设计一款低通滤波器或者带通滤波器。 综上所述,本光电转换和信号处理模块由光电转换电路、前置放大电路、差分放大电路和滤波电路四个部分组成,模块整体示意图如图4-1所示。 1 光电转换电路设计 光电二极管的光探测方式有两种结构:一是光电导模式,在这种模式下,需给光电二极管加反向偏置电压,存在暗电流I d,由此会产生较大的噪声电流,有非线性,通常应用在高速场合;二是光电压模式,在这种模式下,光电二极管处于零偏状态,不存在暗电流I d,有较低的噪声,线性好,噪声低(主要是热噪声),适合于比较精确的测量[31]。在微弱信号检测中比较常用的是光电压模式,具体光电检测电路图如图2所示。 图2 光电压模式PIN光电转换电路 光电二极管工作于短路状态,极大地降低了暗电流的影响,从而使光电二极管得到最大SNR,进而使后续放大电路仅放大与光强成正比的电流。 考虑到对目标光信号的探测频率不同,本文采用了两款响应率不同PIN光电二极管,用于探测低频光信号的PIN选择的是西门子(SIEMENS)公司的BPX65硅光敏二极管,用于探测高频光信号的高速PIN选择的是日本滨松的S5973硅光敏二极管。 BPX65具有频率响应范围广,暗电流小,高灵敏度等特点,最高工作温度可达125°,其主要特性参数如下所示: (1)光谱响应范围为350nm~1100nm,峰值波长850nm,适合白光测量; (2)暗电流I R≤5nA; (3)光谱灵敏度(Sλ):0.55 A/W; (4)光敏面接收半角(Half angle):±45°; (5)受光面积为1mm2,远小于传感器与探测目标的距离;

信号运算电路-习题解答

第6章自测题、习题解答 自测题 一、填空题 1.采用BJT 工艺的集成运放的输入级是()电路,而输出级一般是()电路。 2.在以下集成运放的诸参数中,在希望越大越好的参数旁注明“”,反之则注明“”。 (),(),(),(),(),(),(),SR (),(), (),(),()。 3.集成运放经过相位补偿后往往具有单极点模型,此时-3dB 带宽BW 与单位增益带宽BWG 之间满足关系式()。 4.集成运放的负反馈应用电路的“理想运放分析法则”由虚短路法则,即()和虚开路法则,即()组成。 5.理想运放分析法实质是()条件在运放应用电路中的使用。 6.图T6-1a 是由高品质运放OP37组成的()放大器,闭环增益等于()倍。在此放大器中,反相输入端②称为()。电路中10k 电位器的作用是()。R P 的取值应为()。 7.将图T6-1a 中电阻()换成电容,则构成反相积分器。此时u o =(),应取R P =()。 8.将图T6-1a 中电阻()换成电容,则构成反相微分器。此时o =(),R P 应取()。 9.图T6-1b 是()放大器,闭环增益等于()倍。应取R P =()。 10.比较图T6-1a 和图T6-1b 两种放大器,前者的优点是没有()电压,缺点是()较小。 图T6-1a 图T6-1b 11.将图T6-1b 中的电阻()开路,电阻()短路,电路即构成电压跟随器。 12.负反馈运放的输出电压与负载电阻几乎无关的原因是()。 13.从正弦稳态分析的观点来观察微分器和积分器,二者都是()移相器。但微分器输出电压的振幅与输入信号频率成(),而积分器却成()。 ↑↓vd A CMR K id R ic R o R BW BW G IO V dT dV IO /IO I dT dI IO /Ω. v + -

(完整版)信号处理电路的研究与设计毕业设计

南京师范大学中北学院 毕业设计(论文) (2013届) 题目:信号处理电路的研究与设计 专业:电子信息工程 姓名:学号: 指导教师:职称:教授 南京师范大学中北学院教务处制

摘要 目前,信号产生与处理电路应用非常广泛。例如,在测量、遥控、通信、自动控制、和超声波电焊等加工设备之中,都有正弦波振荡器的应用;在工程应用中,例如在实验用的低频及高频信号产生电路中,往往要求正弦波震荡电路的震荡频率有一定的稳定度,有时要求震荡频率十分稳定,如通讯系统中的射频振荡电路、数字系统的时钟产生电路等。非正弦波在一些电子系统中有着日益广泛的应用,如数字系统需要的特殊信号,如方波﹑三角波都可以通过非正弦波产生电路来得到。此外,在电信装备和各类控制系统中,滤波器应用极为广泛;滤波器的优劣直接决定产品的优劣,所以,对滤波器的研究和生产历来为各国所重视。 基于TL082CD,本设计介绍了正弦波信号的产生,以及基于555定时器构成的多谐振荡电路的探究与设计。同时也介绍了信号处理的相关内容,其中包括信号的叠加和二阶有源滤波放大电路的探究与设计。使用Multisim电路仿真软件对其进行仿真,用来验证电路理论设计的正确性和可行性。 关键词:正弦波信号产生方波信号产生信号叠加二阶有源滤波放大

Abstract Currently, the signal generation and processing circuit is widely used. For example, in the measurement, remote control, communication, automatic control, and ultrasonic welding and other processing equipment into, engineering applications, for example in the experiment with the low and sine-wave oscillation frequency of the oscillator circuit degree of stability, sometimes requires

运算放大器基本电路

一:比例运算电路定义:将输入信号按比例放大的电路,称为比例运算电路。分类:反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。(按输入信号加入不同的输入端分)比例放大电路是集成运算放大电路的三种主要放大形式(1)反向比例电路输入信号加入反相输入端,电路如图(1)所示:输出特性:因为:,所以:从上式我们可以看出:Uo与Ui是比例关系,改变比例系数,即可改变Uo的数值。负号表示输出电压与输入电压极性相反。反向比例电路的特点: 一:比例运算电路 定义:将输入信号按比例放大的电路,称为比例运算电路。 分类:反向比例电路、同相比例电路、差动比例电路。(按输入信号加入不同的输入端分) 比例放大电路是集成运算放大电路的三种主要放大形式 (1)反向比例电路输入信号加入反相输入端,电路如图(1)所示: 输出特性:因为:, 所以: 从上式我们可以看出:Uo与Ui是比例关系,改变比例系数,即可改变Uo的数值。负号表示输出电压与输入电压极性相反。 反向比例电路的特点: (1)反向比例电路由于存在"虚地",因此它的共模输入电压为零.即:它对集成运放的共模抑制比要求低 (2)输入电阻低:r i=R1.因此对输入信号的负载能力有一定的要求. (2)同相比例电路 输入信号加入同相输入端,电路如图(2)所示: 输出特性:因为:(虚短但不是虚地);;

所以: 改变R f/R1即可改变Uo的值,输入、输出电压的极性相同 同相比例电路的特点: (1)输入电阻高;(2)由于(电路的共模输入信号高),因此集成运放的共模抑制比要求高 (3)差动比例电路 输入信号分别加之反相输入端和同相输入端,电路图如图(3)所示: 它的输出电压为: 由此我们可以看出它实际完成的是:对输入两信号的差运算。二:和、差电路 (1)反相求和电路 它的电路图如图(1)所示:(输入端的个数可根据需要进行调整)其中电阻R'为: 它的输出电压与输入电压的关系为: 它可以模拟方程:。它的特点与反相比例电路相同。它可十

模拟信号运算电路

第六章模拟信号运算电路典型例题 本章习题中的集成运放均为理想运放。 分别选择“反相”或“同相”填入下列各空内。 (1)比例运算电路中集成运放反相输入端为虚地,而比例运算电路中集成运放两个输入端的电位等于输入电压。 (2)比例运算电路的输入电阻大,而比例运算电路的输入电阻小。 (3)比例运算电路的输入电流等于零,而比例运算电路的输入电流等于流过反馈电阻中的电流。 (4)比例运算电路的比例系数大于1,而比例运算电路的比例系数小于零。 解:(1)反相,同相(2)同相,反相(3)同相,反相 (4)同相,反相 填空: (1)运算电路可实现A u>1的放大器。 (2)运算电路可实现A u<0的放大器。 (3)运算电路可将三角波电压转换成方波电压。 (4)运算电路可实现函数Y=aX1+bX2+cX3,a、b和c均大于零。 (5)运算电路可实现函数Y=aX1+bX2+cX3,a、b和c均小于零。 (6)运算电路可实现函数Y=aX2。 解:(1)同相比例(2)反相比例(3)微分(4)同相求和(5)反相求和(6)乘方

电路如图所示,集成运放输出电压的最大幅值为±14V ,填表。 图 u I /V u O 1/V u O 2/V 解:u O 1=(-R f /R ) u I =-10 u I ,u O 2=(1+R f /R ) u I =11 u I 。当集成运放工作到非线性区时,输出电压不是+14V ,就是-14V 。 u I /V u O 1/V -1 -5 -10 -14 u O 2/V 11 14 设计一个比例运算电路, 要求输入电阻R i =20k Ω, 比例系数为-100。 解:可采用反相比例运算电路,电路形式如图(a)所示。R =20k Ω,R f =2M Ω。 电路如图所示,试求: (1)输入电阻; (2)比例系数。 解:由图可知R i =50k Ω,u M =-2u I 。 342R R R i i i += 即 3 O M 4M 2M R u u R u R u -+=- 输出电压 I M O 10452u u u -== 图

模电习题7章 信号的运算和处理题解

第七章信号的运算和处理 自测题 一、判断下列说法是否正确,用“√”或“×”表示判断结果。 (1)运算电路中一般均引入负反馈。() (2)在运算电路中,集成运放的反相输入端均为虚地。() (3)凡是运算电路都可利用“虚短”和“虚断”的概念求解运算关系。 ()(4)各种滤波电路的通带放大倍数的数值均大于1。() 解:(1)√(2)×(3)√(4)× 二、现有电路: A. 反相比例运算电路 B. 同相比例运算电路 C. 积分运算电路 D. 微分运算电路 E. 加法运算电路 F. 乘方运算电路 选择一个合适的答案填入空内。 (1)欲将正弦波电压移相+90O,应选用。 (2)欲将正弦波电压转换成二倍频电压,应选用。 (3)欲将正弦波电压叠加上一个直流量,应选用。 (4)欲实现A u=-100的放大电路,应选用。 (5)欲将方波电压转换成三角波电压,应选用。 (6)欲将方波电压转换成尖顶波波电压,应选用。 解:(1)C (2)F (3)E (4)A (5)C (6)D 三、填空: (1)为了避免50Hz电网电压的干扰进入放大器,应选用滤波电路。 (2)已知输入信号的频率为10kHz~12kHz,为了防止干扰信号的混入,应选用滤波电路。 (3)为了获得输入电压中的低频信号,应选用滤波电路。 (4)为了使滤波电路的输出电阻足够小,保证负载电阻变化时滤波特性不变,应选用滤波电路。 解:(1)带阻(2)带通(3)低通(4)有源

四、已知图T7.4所示各电路中的集成运放均为理想运放,模拟乘法器的乘积系数k 大于零。试分别求解各电路的运算关系。 图T7.4 解:图(a )所示电路为求和运算电路,图(b )所示电路为开方运算电 路。它们的运算表达式分别为 I 3 14 2O 2 O 4 3'O 43I 12O2 O1O I34 34 21f 2I21I1f O1 )b (d 1 )1()( )a (u R kR R R u ku R R u R R u R R u t u RC u u R R R R R R R u R u R u ?= ?-=-=-=- =?+?+++-=?∥

基于TMS320F28335的信号处理电路设计

基于TMS320F28335的信号处理电路设计 摘要:鉴于TMS320F206即将停产,需要寻求一款DSP对其进行替代,替换DSP 后的信号处理电路需完成温度值、一路电气零位、三路加表惯性量、三路陀螺惯 性量的采集以及惯性量的补偿计算和数据组帧发送的功能。该信号处理电路基于 浮点DSP TMS320F28335,该DSP的引用简化了惯性测量装置中的误差补偿计算,为单位类似的产品提供了一套可行方案。TMS320F28335丰富的外设使得信号处 理电路具有可再简化的潜力,其在惯性测量装置信号处理电路中的应用具有广阔 前景。通过系统试验,验证了系统软硬件设计的正确性高的应用推广价值。 关键词:DSP;信号处理电路;浮点 1、前言 现有技术方案主要为TMS320F206+异步串口SC28L202的方案,电路上电后 完成外围电路的初始化,TMS320F206通过SC28L202相应的I/O完成AD7716的 配置,AD7716初始化完成后每隔一个固定时间自动完成加表数据的采集并输出 一个中断信号,所采数据存于FIFO中。陀螺每隔一个固定时间将一帧数据存于 SC28L202的FIFO中,当TMS320F206判到第四个AD7716中断来到后从相应的FIFO中取加表、陀螺数据,TMS320F206完成加表、陀螺数据温度补偿计算后组 帧并向相应的接口发送数据。 本文以某信号处理电路设计为背景,为了解决TMS320F206即将停产的问题,电路架构由TMS320F206+异步串口SC28L202的方案升级为TMS320F28335+异步 串口TL16C752CIPFB架构。其中DSP为TI公司的TMS320F28335 [1],异步串口为 TI公司的TL16C752CIPFB [2]。 2、某信号处理电路原理TMS320F206+异步串口SC28L202架构设计 信号处理电路采用了TMS320F206+异步串口SC28L202架构。信号处理电路 主要由加速度计信号采集电路、陀螺信号采集电路、测温电路、数字信号处理及 控制电路、外设输出接口电路组成。 如果继续使用现有方案,现面临几个问题,主要表现在以下几个方面。 (1)TMS320F206即将停产,本方案中的DSP需进行更换; (2)另外由于TMS320F206为定点DSP,而在补偿计算时要进行浮点运算,为满足 这种需要,在进行补偿时需要对数据进行复杂的移位操作,补偿计算耗时较多, 效率低下; (3)总体需要更换异步串口SC28L202。 为了解决上述问题,DSP采用TI公司的TMS320F28335 ,异步串口采用TI公 司TL16C752CIPFB实现。该方法可以解决上述问题,但是,由于引入了DSP TMS320F28335 ,异步串口TL16C752CIPFB,需要研究基于TMS320F28335的信号 处理电路设计,实现DSP、稳定、可靠的工作。 3、基于TMS320F28335信号处理电路架构设计 TMS320F28335数字信号处理器是属于TI公司C2000系列的一款浮点DSP控 制器,详细信息如下。 (1)单周期指令执行时间:最快达6.67ns; (2)CPU: 32为定点处理器、单精度浮点运算单元、32位算术逻辑单元、16位×16位乘法器和32位×32位乘法器; (3)存储器:地址空间为2M×16、SRAM为34K×16、OTP ROM为1K×16、引导 ROM为8K×16、FLASH为256K×16;

信号调理电路设计方案详解

宽带放大器的设计方案 本设计由直流稳压电源、前置放大电路单元、增益控制部分、功率放大部分、单片机自动增益控制部分几个模块构成。输入部分采用高速电压反馈型运放OPA642作跟随器提高输入阻抗,并且在不影响性能的条件下给输入部分加了保护电路。使用了多种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激。同时利用可变增益宽带放大器AD603来提高增益和扩大AGC控制范围,通过软件补偿减小增益调节的步进间隔和提高准确度。功率输出部分采用分立元件制作,提高了负载阻值以及输出有效值。控制部分由51系列单片机、A/D、D/A和基准源组成。整个系统通频带为1kHz~20MHz,最小增益0dB,最大增益80dB。增益步进1dB,60dB以下预置增益与实际增益误差小于0.2dB。不失真输出电压有效值达9.5V,输出4.5~5.5V时AGC控制范围为66dB,应用单片机和数字信号处理技术对增益进行预置和控制,AGC稳定性好,可控范围大,完成了设计的所有基本要求并做适当的发挥,使设计更完善。 1总体方案 方案一:简单的放大电路可以由三极管搭接的放大电路实现,图3.1为分立元件放大器电路图。为了满足增益60dB的要求,可以采用多级放大电路实现。对电路输出用二极管检波产生反馈电压调节前级电路实现自动增益的调节。本方案由于大量采用分立元件,如三极管等,电路比较复杂,工作点难于调整,尤其增益的定量调节非常困难。此外,由于采用多级放大,电路稳定性差,容易产生自激现象。 方案二:为了易于实现最大60dB增益的调节,可以采用D/A芯片AD7520的电阻权网络改变反馈电压进而控制电路增益。又考虑到AD7520是一种廉价型的10位D /A转换芯片,其输出Vout=Dn×Vref/1024,其中Dn为10位数字量输入的二进制值,可满足1024挡增益调节,满足题目的精度要求。它由CMOS电流开关和梯形电阻网络构成,具有结构简单、精确度高、体积小、控制方便、外围布线简化等特点,故可以采用AD7520来实现信号的程控衰减。但由于AD7520对输入参考电压Vref有一定幅度要求,为使输入信号在mV~V每一数量级都有较精确的增益,最好使信号在到达AD7520前经过一个适应性的幅度放大调整,再通过AD7520衰减后进行相应的后级放大,并使前后级增益积为1024,与AD7520的衰减分母抵消,即可实现程控放大。但AD7520对输入范围有要求,具体实现起来比较复杂,而且转化非线性误差大,带宽只有几kHz,不能满足频带要求。 方案三:根据题目对放大电路的增益可控的要求,考虑直接选取可调增益的集成运放实现,如运放AD603。其内部由R-2R梯形电阻网络和固定增益放大器构成,加在其梯型网络输入端的信号经衰减后,由固定增益放大器输出,衰减量是由加在增益控制接口的参考电压决定;而这个参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A 芯片输出控制电压得来,从而实现较精确的数控。此外AD603能提供由直流到30MHz 以上的工作带宽,单级实际工作时可提供超过20dB的增益,两级级联后即可得到40dB 以上的增益,通过后级放大器放大输出,在高频时也可提供超过60dB的增益。这种

利用一个三极管设计放大信号处理电路

利用一个三极管设计放大信号处理电路 一个三极管设计放大信号处理电路的流程 1、确定被处理信号的属性 你要处理这个信号,必须知道被处理的是什么信号。这是处理信号的第一步。你能够了解的属性越多越好。包括,这个信号的频率,信号的输出伏安特性(输出电阻),信号的空载输出等等。这里不得不提出,在很多描述三极管应用的教程中,都把输入信号默认为理想信号了。要么是理想的小电压信号,要么是理想的小电流信号。在实际应用中,所有的电信号都是由实际设备输出的。比如,是从一个振谐电路输出的(LC回路,收音机等等),或者是从上一级三极管输出的(很多模拟信号处理芯片的输出)。这些设备输出的信号都具有这个设备的脾气。所以,现实中的信号处理电路设计,第一步就是尽可能多的去收集被处理信号的信息。 那么问题就来了,要对被处理信号了解到什么程度呢?电信号是以电流或者电压的形式表现出来的。如果我们把被处理信号短路,很多情况下就会影响信号生成电路的内部工作环境。使信号不被正常的产生了。事实上很多情况下,我们都希望测试信号的回路不要去影响产生信号的内部回路。最理想的情况就是,完全不影响信号生成的内部回路。怎么做到不影响?那就是保持输出信号开路。。。(这不是废话?)。实际情况是,我们不可能做到不影响信号内部回路,我们只能做到影响尽可能的小。如何做到尽可能的小?那就是加大输入信号之间的电阻,输入信号之间开路就等效于他们之间连接一个无穷大的电阻。可是如果被处理信号之间的电阻太大,会使信号的电流过小,从而增加信号放大的难度。这就是为什么我们要了解被处理信号的脾气。为了不影响信号的发生,我们需要把放大电路的输入电阻设计得尽可能大。而为了减少放大电路的负担,我们需要把输入电阻尽可能的小。这两句话,其实不矛盾。 总结起来就是:用三极管设计放大电路时,我们需要放大电路的输入电阻在尽可能少地影响信号发生的情况下,尽可能的小。

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