信号处理电路主要利用集成运算放大器或专用模拟集成电路,配以少量的外接元件可以构成各种功能的处理电路。主要功能有信号放大、信号滤波、阻抗匹配、电平变换、非线性补偿、电流/电压转换、电压/频率转换等。
有源滤波电路
滤波电路的作用实质上是“选频”,即允许某一部分频率的信号顺利通过,而使另一部分的频率的信号被急剧衰减(即被滤掉)。在无线电通讯,自动测量及控制系统中,常常利用滤波电路进行模拟信号的处理,如用于数据传送,抑制干扰等。
滤波电路的种类很多,这里主要介绍集成运算放大器和RC网络组成的有源滤波电路。
根据其工作信号的频率范围,滤波器可以分为四大类,它们是低通滤波器(LPF)、高通滤波器(HPF)、带通滤波器(BPF)和带阻滤波器(BEF)。
图3.4.1所示电路是由运放组成的有源滤波器,R1/R2,C/C2 可以是各种值,图中选用R1 = R2 ,C = 2C2 ,截止频率为
如图3.4.2所示的电路能提供低通、带通、高通三种滤波特性。当信号从反相端输入时,高通、低通输出端信号的截止频率均为
当信号从同相端输入时,带通中心频率为
电压/频率、频率/电压变换电路
电压—频率变换电路(VFC)能把输入信号电压变换成相应的频率信号,既它的输出信号频率与输入信号的电压值成正比例,故又称之为电压振荡器(VCO)。VFC广泛的应用于调频、调相、模/数变换(A/D)、数字电压表、数据测量仪器及远距离遥测遥控设备中。由通用模拟集成电路组成的VFC电路,尤其是专用模拟集成V/F转换器,其性能稳定、灵敏度高、非线性误差小。
VFC电路通常主要由积分器、电压比较器、自动复位开关电路等三部分组成。各种类型VFC电路的主要区别在于复位方法及复位时间不同而已。下面将讨论由运放构成的各种VFC电路的和典型的模拟集成V/F转换器。
模拟集成V/F、F/V转换器,具有精度高、线性度高,温度系数低、功耗低、动态范围宽等一系列优点,目前已广泛地应用与数据采集,自动控制和数字化及智能化测量仪器中。集成V/F、F/V转换器大多采用恒流源复位型VFC电路作基本电路。
图3.4.3所示电路,采用多谐振荡器CA3130,产生恒定幅度和宽度的脉冲。输出电压经积分电路(R3、C2)加到比较器的同相输入端,比较器输出经R4、D4反馈至A1的反相输入端。输入电压范围在010V,输出频率在010KHz,转换灵敏度为1KHz/1V。
图3.4.4所示的电路为利用比较器SF339(或LM339)组成压控振荡器。电路由三个部分组成,A比较器构成积分器,控制电压UC对电容充电;B比较器接成施密特触发器,实现三角波到方波的转换;C比较器接为控制开关,控制电容器的放电。
图3.4.5所示电路中,施密特反相器CC40106的USS端接至运放的“虚地”端。输入为低电平时,反相器输出为高电平对C1充电;输入为高电平时,C1放电。在一个周期内平均放电电流为I=Q/T=UDDC1f,输出电压UO=-IR=-UDDRC1f,电容C2、C3有抑制开关尖峰,起平滑滤波的作用。
电流-电压变换电路
图3.4.6所示的电路为将微小电流转换成电压的变换器,图中的参数可以将5pA的电流变换成5V电压输出。若将图中的有关电阻减小则可以将毫安级的电流变换成几伏级电压。