電子設計大賽-訊號處理電路
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訊號處理電路主要利用整合運算放大器或專用模擬積體電路,配以少量的外接元件可以構成各種功能的處理電路。主要功能有訊號放大、訊號濾波、阻抗匹配、電平變換、非線性補償、電流/電壓轉換、電壓/頻率轉換等。
有源濾波電路
濾波電路的作用實質上是“選頻”,即允許某一部分頻率的訊號順利通過,而使另一部分的頻率的訊號被急劇衰減(即被濾掉)。在無線電通訊,自動測量及控制系統中,常常利用濾波電路進行模擬訊號的處理,如用於資料傳送,抑制干擾等。
濾波電路的種類很多,這裡主要介紹整合運算放大器和RC網路組成的有源濾波電路。
根據其工作訊號的頻率範圍,濾波器可以分為四大類,它們是低通濾波器(LPF)、高通濾波器(HPF)、帶通濾波器(BPF)和帶阻濾波器(BEF)。
圖3.4.1所示電路是由運放組成的有源濾波器,R1/R2,C/C2 可以是各種值,圖中選用R1 = R2 ,C = 2C2 ,截止頻率為
如圖3.4.2所示的電路能提供低通、帶通、高通三種濾波特性。當訊號從反相端輸入時,高通、低通輸出端訊號的截止頻率均為
當訊號從同相端輸入時,帶通中心頻率為
電壓/頻率、頻率/電壓變換電路
電壓—頻率變換電路(VFC)能把輸入訊號電壓變換成相應的頻率訊號,既它的輸出訊號頻率與輸入訊號的電壓值成正比例,故又稱之為電壓振盪器(VCO)。VFC廣泛的應用於調頻、調相、模/數變換(A/D)、數字電壓表、資料測量儀器及遠距離遙測遙控裝置中。由通用模擬積體電路組成的VFC電路,尤其是專用模擬整合V/F轉換器,其效能穩定、靈敏度高、非線性誤差小。
模擬整合V/F、F/V轉換器,具有精度高、線性度高,溫度係數低、功耗低、動態範圍寬等一系列優點,目前已廣泛地應用與資料採集,自動控制和數字化及智慧化測量儀器中。整合V/F、F/V轉換器大多采用恆流源復位型VFC電路作基本電路。
圖3.4.3所示電路,採用多諧振盪器CA3130,產生恆定幅度和寬度的脈衝。輸出電壓經積分電路(R3、C2)加到比較器的同相輸入端,比較器輸出經R4、D4反饋至A1的反相輸入端。輸入電壓範圍在010V,輸出頻率在0
圖3.4.4所示的電路為利用比較器SF339(或LM339)組成壓控振盪器。電路由三個部分組成,A比較器構成積分器,控制電壓UC對電容充電;B比較器接成施密特觸發器,實現三角波到方波的轉換;C比較器接為控制開關,控制電容器的放電。
圖3.4.5所示電路中,施密特反相器CC40106的USS端接至運放的“虛地”端。輸入為低電平時,反相器輸出為高電平對C1充電;輸入為高電平時,C1放電。在一個週期內平均放電電流為I=Q/T=UDDC1f,輸出電壓UO=-IR=-UDDRC1f,電容C2、C3有抑制開關尖峰,起平滑濾波的作用。
電流-電壓變換電路
圖3.4.6所示的電路為將微小電流轉換成電壓的變換器,圖中的引數可以將5pA的電流變換成5V電壓輸出。若將圖中的有關電阻減小則可以將毫安級的電流變換成幾伏級電壓。
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