《測控電路學(xué)習(xí)教案》由會(huì)員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《測控電路學(xué)習(xí)教案（56頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、會(huì)計(jì)學(xué)1測控測控(c kn)電路電路 第一頁，共56頁。第一節(jié) 濾波器基本知識(shí)第1頁/共56頁第二頁，共56頁。rc)a)b)OA()OA()OA()rpKpKpKpKpKpKpcpc1rc12p1pd)OA()pKpK1pc11r2pc22rc22r各種( zhn)濾波器頻率特性第2頁/共56頁第三頁，共56頁。第3頁/共56頁第四頁，共56頁。第4頁/共56頁第五頁，共56頁。 jssbsbasasasabsbsbsbsUsUsHmlllmkkknnnnmmmmio 0001110111)()()(傳遞函數(shù)與頻率特性)()()()()()()(112121lmlkmknmpszsKpsps

2、pszszszsKsH 網(wǎng)絡(luò)(wnglu)零點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)(wnglu)極點(diǎn)第5頁/共56頁第六頁，共56頁。根據(jù)線性網(wǎng)絡(luò)理論，任意個(gè)互相隔離（沒有負(fù)載效應(yīng)）的線性網(wǎng)絡(luò)級聯(lián)后，總的傳遞函數(shù)等于各個(gè)網(wǎng)絡(luò)傳遞函數(shù)的乘積。任何復(fù)雜的濾波網(wǎng)絡(luò)，均可由若干簡單(jindn)的一階與二階濾波電路等效級聯(lián)構(gòu)成。實(shí)際電路傳遞系數(shù)均為實(shí)數(shù)，故復(fù)數(shù)零點(diǎn)(ln din)與極點(diǎn)必須共軛出現(xiàn)。)()()(0122101221jjjNjiiiMiasasabsbsbsH 結(jié)論(jiln)：第6頁/共56頁第七頁，共56頁。相頻特性幅頻特性)(arctan)(| )(|)()()()()()(00jHjHAjbjbjUjUjHml

3、llmkkkio濾波器頻率(pnl)選擇幅頻特性頻率特性第7頁/共56頁第八頁，共56頁。通帶(tn di)截頻阻帶(z di)截頻轉(zhuǎn)折頻率固有頻率第8頁/共56頁第九頁，共56頁。的變化量。的變化量。第9頁/共56頁第十頁，共56頁。第10頁/共56頁第十一頁，共56頁。一階濾波器l 一階低通濾波器的傳遞函數(shù)的一般(ybn)形式為：l 一階高通濾波器的傳遞函數(shù)的一般(ybn)形式為： )(0 sKsHp )(0 ssKsHp第11頁/共56頁第十二頁，共56頁。0120)(asasbsH 200220)( ssKsHpl 二階低通濾波器的傳遞函數(shù)的一般(ybn)形式為：l 它的固有頻率( y

4、u pn l)為a01/2，通帶增益Kp=b0/a0，阻尼系數(shù)為a1/w0。其幅頻特性與相頻特性為：第12頁/共56頁第十三頁，共56頁。20lgA/dB-101-40-20020=2.5=1.67=1.25=0.8=0.5=0.33=0.2=0.1lg(/0)-60l幅頻特性20220220)()()( pKA第13頁/共56頁第十四頁，共56頁。l相頻特性 )( 02020 arctan 02020 arctan =0.2=0.1-101-180o-90o=2.5=1.67=1.25=0.8=0.5=0.33lg(/0)/()0第14頁/共56頁第十五頁，共56頁。20022)( sssK

5、sHp)(02020 arctan 02020 arctan l幅頻特性：l 二階高通濾波器的傳遞函數(shù)的一般(ybn)形式為：l相頻特性：2022022)()()( pKA第15頁/共56頁第十六頁，共56頁。20lgA/dB)lg(/0)-20020=0.1=0.2=0.33=0.5=0.8=1.25=1.67=2.5-101-40l幅頻特性b)lg(/0)=2.5-101090180=1.67=1.25 =0.8=0.5=0.33=0.2=0.1/()l相頻特性第16頁/共56頁第十七頁，共56頁。l幅頻特性： )1Q ( /)(20020 QsssQKsHp2022020)/()()/(

6、)(QQKAp )(02020 )(arctan2 Q02020 )(arctan2 Ql 二階帶通濾波器的傳遞函數(shù)的一般(ybn)形式為：l相頻特性：第17頁/共56頁第十八頁，共56頁。l相頻特性l幅頻特性-90o-10190oQ=100Q=40Q=20Q=10Q=5Q=2.5Q=1Q=0.5lg(/0)0o/()20lgA/dBlg(/0)-101-60-40-20Q=0.5 Q=1 Q=2.5Q=5Q=10Q=20Q=40Q=1000第18頁/共56頁第十九頁，共56頁。2002202)/()()( sQssKsHpl 二階帶阻濾波器的傳遞函數(shù)的一般(ybn)形式為：l幅頻特性l相頻特

7、性202202202)/()(|)(QKAp )(arctan)(2020 Q第19頁/共56頁第二十頁，共56頁。20lgA/dB01-20Q=5Q=2.5Q=1Q=0.1Q=0.2Q=0.5lg(/0)-40-600-1 -101-90o0o90oQ=5Q=2.5Q=1 Q=0.5 Q=0.2 Q=0.1lg(/0)/()l幅頻特性l相頻特性第20頁/共56頁第二十一頁，共56頁。l幅頻特性為常數(shù)(chngsh)20022002)()( ssssKsHp)(02020 arctan2 02020 arctan22 l 二階全通濾波器的傳遞函數(shù)的一般(ybn)形式為：l 全通濾波器的幅頻特性

8、為一常數(shù)，只有(zhyu)相位隨頻率變化，又稱移相器，用于相位補(bǔ)償。l 相頻特性l 相頻特性曲線與二階低通濾波器相頻特性相似第21頁/共56頁第二十二頁，共56頁。 巴特沃斯逼近(bjn)切比雪夫逼近(bjn)貝賽爾逼近(bjn)濾波器特性(txng)的逼近l 原因：l 逼近方法: 第22頁/共56頁第二十三頁，共56頁。ncpKA2)/(1)( ln階巴特沃斯低通濾波器的傳遞函數(shù)為: )(sH2N sin22221 nssKckccNkp 12N sin22221 nsssKckccNkccp )2/()12(nkk 巴特沃斯逼近(bjn)第23頁/共56頁第二十四頁，共56頁。0.51.0

9、/0n=2n=4n=5120A1-1800/0n=5n=4n=2-3602/()l三種(sn zhn)巴特沃斯低通濾波器頻率特性第24頁/共56頁第二十五頁，共56頁。 )/(110)/(1)(10/22pnKpnpccKAp pppphnn )/(arccoscosh)/arccos(cos切比雪夫逼近(bjn)第25頁/共56頁第二十六頁，共56頁。 )(SH12)cos(sinhsinsinh2)cos(sinhsinhsinh2)cos(sinhsinsinh2)cos(sinh1222222212222222 NnsssKNnssKNkkpkpkppppNkkpkpkpp nhnkk

10、/)/1(arcsin)2/()12( l傳遞函數(shù)第26頁/共56頁第二十七頁，共56頁。l 這種逼近與前兩種不同，它主要側(cè)重于相頻特性，其基本原則是使通帶內(nèi)相頻特性線性度最高，群時(shí)延函數(shù)(hnsh)最接近于常量，從而使相頻特性引起的相位失真最小。貝賽爾逼近(bjn)第27頁/共56頁第二十八頁，共56頁。/000.5121.0Al四種(s zhn)五價(jià)低通濾波器的幅頻特性1、貝賽爾逼近(bjn)2、巴特沃斯逼近(bjn)3、通帶波動(dòng)為0.5dB 切比雪夫逼近4、通帶波動(dòng)為2dB 切比雪夫逼近第28頁/共56頁第二十九頁，共56頁。/0-180-3600121、貝賽爾逼近(bjn)2、巴特沃斯

11、逼近(bjn)3、通帶波動(dòng)(bdng)為0.5dB 切比雪夫逼近4、通帶波動(dòng)為2dB 切比雪夫逼近l四種五價(jià)低通濾波器的相頻特性第29頁/共56頁第三十頁，共56頁。246800.20.40.60.81.0t/t0uo(t)/uil 三種(sn zhn)二階低通濾波器的單位階躍響應(yīng)1.貝賽爾逼近(bjn)2.巴特沃斯逼近(bjn)3.切比雪夫逼近第30頁/共56頁第三十一頁，共56頁。RC)(tuo)(tuil低通濾波器CR)(tuo)(tuil高通濾波器RCKp110第二節(jié) RC有源濾波(lb)電路一階無源濾波(lb)電路 )(0 sKsHp )(0 ssKsHp第31頁/共56頁第三十二頁

12、，共56頁。l低通濾波器l高通濾波器RC)(tuo)(tui-+NCR)(tuo)(tui-+N單位(dnwi)增益一階有源RC濾波電路第32頁/共56頁第三十三頁，共56頁。RCRRKp100 任意增益反相一階有源RC濾波(lb)電路l低通濾波器 )(0 sKsHpR0)(tuo)(tui-+NCR第33頁/共56頁第三十四頁，共56頁。C)(tuo)(tui-+NR0RRCRRKp100 l高通濾波器 )(0 ssKsHp第34頁/共56頁第三十五頁，共56頁。24315432121)1()()(YYYKYYYYYYYYKsHff l該電路(dinl)壓控增益Kf=1+R0/R ，傳遞函數(shù)

13、為:uo(t)Y2Y1Y4Y3Y5R0Rui(t)+-+N壓控電壓(diny)源所所處處位位置置元元件件的的復(fù)復(fù)導(dǎo)導(dǎo)納納51YY壓控電壓源型濾波(lb)電路l 其中第35頁/共56頁第三十六頁，共56頁。+-+NR0Ruo(t)ui(t)C1C2R2R12221102121001)11(111CRKRRCCCRRRRKKffp 200220)( ssKsHp第36頁/共56頁第三十七頁，共56頁。uo(t)R0Rui(t)C2C1R1R2+-+N1121202121001)11(111CRKCCRCCRRRRKKffp 20022)( sssKsHp第37頁/共56頁第三十八頁，共56頁。ui

14、(t)R0Ruo(t)C1C2R1R2R3+-+N1223131102132121012131211111)1()1(1CRKCRCRCRQCCRRRRRRRKRRCCKKfffp )1Q ( /)(20020 QsssQKsHp第38頁/共56頁第三十九頁，共56頁。R1C3R0Ruo(t)ui(t)C2C1R3R2+-+N)1(2111121110210RRRKCRQRRCRRKKfffp 雙T網(wǎng)絡(luò)必須滿足(mnz)平衡式結(jié)構(gòu)：21321332121321/,/)(CCCRRRRCCRRCRR 或或2002202)/()()( sQssKsHp第39頁/共56頁第四十頁，共56頁。-+NY

15、4Y1Y3Y2Y5Rui(t)uo(t)325432121)()(YYYYYYYYYsH 構(gòu)成(guchng)：低通，高通，帶通。無限增益多路反饋(fnku)型濾波電路無限增益(zngy)多路反饋型不能構(gòu)成帶阻。第40頁/共56頁第四十一頁，共56頁。-+NC2R1R3R2C1Rui(t)uo(t)111(11321102132013RRRCCCRRRRKKfp l 低通濾波電路(dinl)200220)( ssKsHp第41頁/共56頁第四十二頁，共56頁。-+NR2C1C3C2R1Ruo(t)ui(t)322321032210311CCRCCCCCRRCCKp 20022)( sssKsH

16、p第42頁/共56頁第四十三頁，共56頁。-+NR3R1C2C1R2Rui(t)uo(t)11(1)(21302132121021113CCRQCCRRRRRCCRCRKp l 帶通濾波器 )1Q ( /)(20020 QsssQKsHp 無限增益多路反饋型濾波電路不存在(cnzi)正反 饋， 因而總量穩(wěn)定的。對運(yùn)算放大器理想(lxing)程度要求比較高。l 優(yōu)點(diǎn)(yudin)：l 不足：第43頁/共56頁第四十四頁，共56頁。設(shè)計(jì)方法：公式(gngsh)法圖表法計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)法和類比法第44頁/共56頁第四十五頁，共56頁。l公式(gngsh)法例：設(shè)計(jì)一低通濾波器，要求通帶截止頻率wp=1

17、000Hz,帶內(nèi)增益Kp=1000, 且保持平坦，在阻帶(z di)截止頻率wr=1500Hz至少衰減20dB。(1)確定(qudng)傳遞函數(shù)根據(jù)要求，濾波器在通帶內(nèi)增益平坦，因而選擇巴特沃斯濾波器。一般測控系統(tǒng)中應(yīng)用巴特沃斯。N=5.7 實(shí)際 n=62)/(1)(2pncpppKKA npncrprKKA22)1000/1500(1)/(1)( npK25 . 11 第45頁/共56頁第四十六頁，共56頁。(2)電路(dinl)結(jié)構(gòu)選擇+-+NR0Ruo(t)ui(t)C1C2R2R1采用(ciyng)3個(gè)如圖所示的低通濾波器級聯(lián)，每個(gè)通帶截止頻率都為1000Hz,增益10。1、壓控電壓源

18、濾波電路使用元器件數(shù)目較少，對有源器件要求較低，結(jié)構(gòu)(jigu)簡單，調(diào)整方便。但Q值過大易振蕩。2、無限增益多路反饋型濾波電路，由于沒有正反饋，穩(wěn)定性強(qiáng)，但對有源器件要求較高。第46頁/共56頁第四十七頁，共56頁。(3)有源器件(qjin)的選擇 運(yùn)算放大器可以(ky)選擇LM347。這種運(yùn)算放大器開環(huán)增益較高，失調(diào)較小，頻率特性也滿足要求。(4)無源元件的選擇(xunz)選擇R=10k, 根據(jù)通帶增益取R0=90k, 根據(jù)二階有源濾波器設(shè)計(jì)電容選擇用表，f/Hz100kC1/uF100.1 0.10.010.010.001(1000100)10-6(10010) 10-6C1=C2=0.

19、01uF第47頁/共56頁第四十八頁，共56頁。根據(jù)(gnj)10,2fK可計(jì)算(j sun)出：kRkR352 . 721特點(diǎn)(tdin):計(jì)算繁雜第48頁/共56頁第四十九頁，共56頁。例：要求設(shè)計(jì)兩個(gè)通帶增益為Kp=2,轉(zhuǎn)折頻率為fc1=650Hz和fc2=750Hz的無限(wxin)增益多路反饋型二階巴特沃斯低通濾波器。l圖表法根據(jù)C1的實(shí)際值，按下式計(jì)算(j sun)電阻換標(biāo)系數(shù)K;在給定的fc下，參考(cnko)下表選擇電容C1;f/Hz100kC1/uF100.1 0.10.010.010.001(1000100)10-6(10010) 10-6K=100/fcC1第49頁/共5

20、6頁第五十頁，共56頁。-+NC2R1R3R2C1Rui(t)|pK /k1r k/2r k/3r12/ CC12 610 3.1112.5651.6971.6254.0723.2924.9774.7233.1115.13010.180 16.252 0.20.150.050.033第50頁/共56頁第五十一頁，共56頁。-+Nui(t)uo(t)C2R12a)ui(t)C2uo(t)-+N12C1V2V121b)Tc21c)-+N21C1uo(t)I1ui(t)C2d)C2-+Nuo(t)2I2e)開關(guān)電容濾波(lb)原理第三節(jié) 其它(qt)濾波電路第51頁/共56頁第五十二頁，共56頁。l

21、 如果TC足夠小，可近似(jn s)認(rèn)為上述過程是連續(xù)的，則節(jié)點(diǎn)1,2之間構(gòu)成一個(gè)等效電阻。ciavicTuCiuCq/111 )/(/12122clkceqfCCCTCRC 時(shí)時(shí)間間常常數(shù)數(shù)1202CCffclk 第52頁/共56頁第五十三頁，共56頁。集成有源濾波(lb)芯片介紹(基于開關(guān)電容)第53頁/共56頁第五十四頁，共56頁。-+NR3R1C2C1R/2R2ui(t)uc(t)RR0uo(t)-+NR3R1C2C1R2Rui(t)uo(t)11(1)(21302132121021113CCRQCCRRRRRCCRCRKp 跟蹤(gnzng)濾波器是一種帶通濾波器, 中心頻率在一定范

22、圍內(nèi)可調(diào)，通帶增益與帶寬或相對帶寬保持不變。第54頁/共56頁第五十五頁，共56頁。tK022sine tK sine11 tK cose13 tKe024cos ttK sincose06 ttK sinsine05 tKe)cos(07 )()sin(0tnte e11e1e3e4晶體振蕩器Nf0被測信號(hào)源乘法器乘法器90O移相器乘法器加法器90O移相器乘法器晶體濾波器中心(zhngxn)頻率0低通濾波器1/N分頻器e0e1e2e2e6-e5e7e7e8e9e10帶通濾波器中心(zhngxn)頻率0)sin(2109 tKe)sin(41211 tKe tKtntKtKe)(cos)()2(sin21)sin(210008 )2(41)sin(4102210 tKtKe第55頁/共56頁第五十六頁，共56頁。