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信号处理电路课件

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《数字信号处理》课件

《数字信号处理》课件
特点
数字信号处理具有精度高、稳定性好、灵活性大、易于实现和可重复性好等优 点。它克服了模拟信号处理系统中的一些限制，如噪声、漂移和温度变化等。
数字信号处理的重要性
数字信号处理是现代通信、雷达、声 呐、语音、图像、控制、生物医学工 程等领域中不可或缺的关键技术之一 。
随着数字技术的不断发展，数字信号 处理的应用范围越来越广泛，已经成 为现代信息处理技术的重要支柱之一 。
04 数字信号变换技术
CHAPTER
离散余弦变换
总结词
离散余弦变换（DCT）是一种将离散信号变换到余弦函数基 的线性变换。
详细描述
DCT被广泛应用于图像和视频压缩标准，如JPEG和MPEG， 因为它能够有效地去除信号中的冗余，从而减小数据量。 DCT通过将信号分解为一系列余弦函数的和来工作，这些余 弦函数具有不同的大小和频率。
雷达信号处理
雷达目标检测
利用数字信号处理技术对雷达回 波数据进行处理和分析，实现雷 达目标检测和跟踪。
雷达测距和测速
通过数字信号处理技术，对雷达 回波数据进行处理和分析，实现 雷达测距和测速。
雷达干扰抑制
利用数字信号处理技术对雷达接 收到的干扰信号进行抑制和滤除 ，提高雷达的抗干扰能力。
谢谢
THANKS
《数字信号处理经典》ppt课 件
目录
CONTENTS
• 数字信号处理概述 • 数字信号处理基础知识 • 数字滤波器设计 • 数字信号变换技术 • 数字信号处理的应用实例
01 数字信号处理概述
CHAPTER
定义与特点
定义
数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及信号的获 取、表示、变换、分析和综合的理论和技术。它以数字计算为基础，利用数字 计算机或其他数字硬件来实现信号处理的方法。

数字信号处理课件线性移不变系统

数字信号处理课件线性移不变系统
系统分析和仿真
利用线性移不变系统，可以对控制系统进行仿真和分析，预测系统 的性能和行为，为实际系统的设计和优化提供依据。
在图像处理中的应用
01
图像滤波
线性移不变系统在图像处理中用于设计各种滤波器，如平滑滤波器、锐
化滤波器和边缘检测滤波器等，以改善图像的质量和特征提取。
02
图像压缩
通过线性移不变系统的方法，可以对图像进行有效的压缩和解压缩，实
系统的性能。
滤波器设计
线性移不变系统在通信中用于设 计各种滤波器，如低通、高通、 带通和带阻滤波器，以实现对信
号的过滤和筛选。
在控制系统中的应用
控制系统建模
线性移不变系统是控制系统建模的重要工具，通过建立系统的数 学模型，可以更好地理解和分析系统的动态行为。
控制策略设计
基于线性移不变系统的特性，可以设计各种控制策略，如PID控制、 模糊控制等，以实现系统的稳定控制和优化。
现图像数据的存储和传输。
03
图像变换编码
利用线性移不变系统的性质，可以实现高效的图像变换编码，如离散余
弦变换（DCT）和离散小波变换（DWT），从而提高图像压缩的效率
和效果。
THANKS
稳定性定义
平衡状态
线性移不变系统在没有任何外部输入 的情况下，能够保持其状态不变的状 态称为平衡状态。
稳定性定义
如果系统在受到外部输入时，其状态 变化不会远离平衡状态，则称该系统 是稳定的。
稳定性判据
劳斯-赫尔维茨判据
通过计算系统的特征根来判断系统的稳定性。如果所有特征根的实部都小于零，则系统是稳定的 。
2
传递函数通常表示为 G(s) = (num(s) / den(s))， 其中s是复数变量，num(s)和den(s)分别是多项 式函数的分子和分母。

《数字信号处理技术》PPT课件

《数字信号处理技术》PPT课件
为便于数学处理，对截断信号做周期延拓，得到虚拟的 无限长信号。
§14.4 信号的截断、能量泄露
周期延拓后的信号与真实信号是不同的，下面从数学的角 度来看这种处理带来的误差情况。
设有余弦信号x(t)，用矩形窗函数w(t)与其相乘，得到截 断信号：y(t) =x(t)w(t)
将截断信号谱 XT(ω)与原始信号谱X(ω)相比较可知，它已 不是原来的两条谱线，而是两段振荡的连续谱. 原来集中在f0处
a) 多种多样的工业用计算机。
§14.1 数字信号处理概述
2) 计算机软硬件技术发展的有力推动
b) 灵活、方便的计算机虚拟仪器开发系统
§14.1 数字信号处理概述
案例：铁路机车FSK信号检测与分析
京广线计划提速到200公里/小时 合作任务：机车状态信号识别(频率解调)
§14.2 模数(A/D)和数模(D/A)
§14.3 采样定理
2 采样定理
A/D采样前的抗混迭滤波：
对象
物理信号
传 感 器
电信号
放 大 调 制
电信号
A/D 转换
数字信号
展开
放大
低通滤波 (0~Fs/2)
§14.3 采样定理
用计算机进行测试信号处理时，不可能对无限长的 信号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进行分析， 这个过程称信号截断。
1、数字信号处理的主要研究内容
数字信号处理主要研究用数字序列来表示测试信号，并 用数学公式和运算来对这些数字序列进行处理。内容包括数字 波形分析、幅值分析、频谱分析和数字滤波。
A
X(0)
X(1)
0
t
X(2)
E
1 N
X
i
X(3)
X(4)

信号的运算和处理电路

信号的运算和处理电路

04 模拟-数字转换技术
采样定理与抗混叠滤波器
采样定理
采样定理是模拟信号数字化的基础， 它规定了采样频率应至少是被采样信 号最高频率的两倍，以避免混叠现象 的发生。
抗混叠滤波器
在模拟信号数字化之前，需要使用抗 混叠滤波器来滤除高于采样频率一半 的频率成分，以确保采样后的信号能 够准确地还原原始信号。
续时间信号在任意时刻都有定义，而离散时间信号只在特定时刻有定义。
02
周期信号与非周期信号
周期信号具有重复出现的特性，而非周期信号则不具有这种特性。周期
信号的频率和周期是描述其特性的重要参数。
03
能量信号与功率信号
根据信号的能量和功率特性，信号可分为能量信号和功率信号。能量信
号在有限时间内具有有限的能量，而功率信号在无限时间内具有有限的
平均功率。
线性时不变系统
线性系统
线性时不变系统的性质
线性系统满足叠加原理，即系统对输 入信号的响应是各输入信号单独作用 时响应的线性组合。
线性时不变系统具有稳定性、因果性、 可逆性、可预测性等重要性质。
时不变系统
时不变系统的特性不随时间变化，即 系统对输入信号的响应与输入信号的 时间起点无关。
卷积与相关运算
Z变换与DFT的关系
Z变换可以看作是DFT的推广，通过引入复变量z，可以将离散时间信号转换为复平面上的函数，从 而方便地进行频域分析和设计。
数字滤波器设计
01
数字滤波器的类型和特性
数字滤波器可分为低通、高通、带通、带阻等类型，具有 不同的频率响应特性。
02 03
IIR滤波器和FIR滤波器的设计
IIR滤波器具有无限冲激响应，设计时需要考虑稳定性和相 位特性；FIR滤波器具有有限冲激响应，设计时主要考虑 频率响应和滤波器长度。

信号处理电路

信号处理电路
fPL = f0/2[√(3–A0)2 +4 –(3–A0)] fPH= f0/2[√(3–A0)2 +4 +(3–A0)]
设 C1=C2=C, A0= (1+R2/R1) 传递函数(推导从略)
Ra ui
C1
Rb C2
Au(s) = UO(s)/Ui(s)
=A0÷[1 + (3–A0) SRC +(SRC)2 ]
令S=jω, f0=1/(2πRC)
电压放大倍数
20lg Au
Au(f) = A0÷[1 – (f/f0)2 + j(3–A0)f/f0] 令 Q =1/(3–A0), 当 f = f0 时, Au(f0) = A0 /(3–A0)= QA0
–20dB/十倍频
2. 简单二阶电路 令 A0=(1+R2/R1) 传递函数
Au(s) = UO(s)/Ui(s) = A0Ub(s)/Ui(s)
Ra ui
C1
Rb C2
+ A
uO
R2
RL
R1
= A0Ub(s)/Ua(s)*Ua(s)/Ui(s), 当 C1= C2= C 时 Ub(s)/Ua(s) =1/(1+SRC), Ua(s)/Ui(s) =[1/SC//(R+1/SC)]÷[R+1/SC//(R+1/SC)] ∴ Au(s) = A0÷[1+3SRC+(SRC)2] 用jω取代 S，且令 f0=1/(2πRC)有： Au(f) = A0÷[1 – (f/f0)2 + j3f/f0]
2. 简单二阶电路(续) Au(f) = A0 ÷[1 – (f/f0)2 + j3f/f0] 截止频率 fP ≈ 0.37 f0

第9章 信号的运算与处理电路

第9章 信号的运算与处理电路

R3 u− = u+ = ui 2 R2 + R3
if R1 ii ＋ R2 ui1 ＋ － ui2 －
RF
ii = i f
ui 1 − u− ii = R1 u− − uo if = RF RF R3 RF uo = (1 + ) ui 2 − ui 1 R1 R2 + R3 R1
＋ uo R3 －
典型电路
比例运算电路 加法运算电路 减法运算电路 积分运算电路 微分运算电路
例
电路如图所示。 电路如图所示。设运放是理想的， 设运放是理想的，电 容器C上的初始电压为零。 上的初始电压为零。
300kΩ 100kΩ
ui1
100kΩ
_ ∞ +
A1 +
∆
+
100kΩ
_ ∞ +
A3 +
∆
uo1
uo
100μF
ii ＋ ui －
＋
－ ＋ uo －
dui uo = − RC dt
if uC ＋ － C R2 ＋ uo － RF
ui
t ii ＋ ui － uo
t
当输入电压为阶跃信号时， 当输入电压为阶跃信号时，输出电压为尖脉冲。 输出电压为尖脉冲。
小结
集成运算放大器的线性应用 集成运放怎样才能实现线性应用？ 集成运放怎样才能实现线性应用？ 加负反馈 分析依据？ 分析依据？ 虚短 虚断
IS -UEE
输入级 要求： 要求： 尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri尽可能大。 尽可能大。
T4 反相端 u－
－ ＋
+UCC uo
T3 T1 T2
T5

信号处理电路


低通滤波器(LPF)
➢无源低通滤波器
——由无源器件（R、L、C）构成。
电压放大倍数为
Au
Uo Ui
1 1 j
f
f0
f0
1 2RC
——通带截止频率
电路缺点：
✓电压放大倍数低，带载能力很差；
✓特性不理想，边沿不陡；
有源滤波器
➢一阶低通有源滤波器
R1
RF
U o = 1+
RF R1
U
U
1 1 f
➢传输特性
u O
f (uI)
➢工作在非线性区
uo +UOPP
0
UOPP
u+ ≠u i i_ 0 ➢阈值电压UT ：使输出产生跃变的输入电压。
u+-u-
过零比较器
uI
-
A
+
uO
简单过零比较器
uI < 0 uI > 0
uo = + UOPP uo = - UOPP
阈值电压UT (门限电平)
uo
+UOPP
的信号阻断。
U i
低通
高通
U o
20lg Au
低通
0
f2
f
20lg Au
0
20lg Au
高通
f1
f f2＞f1
0
阻 f1
通阻 f2
f
当R2=2R，R3=R时，
Au
A uo
(3-Auo )
j(
f f0
f0 ) f
A up
1 jQ ( f f0 )
f0
1 2RC
f0 f
——中心频率

第六讲 信号处理电路设计(放大与滤波)

反相放大器的特点
1. 共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比 要求低。 2. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认 为是0，因此带负载能力强。 3. 由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此 对输入电流有一定的要求。 4. 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用 。
1.4 集成运算放大器设计
几个注意点
1.1 放大器概述
？
几个基本概念
■等效电路 ■共模电压、差模电压（常模电压） ■差模放大倍数、共模放大倍数 ■共模抑制比
信号调理电路
1.2 分立元件放大器设计
三极管放大器的设计
交、直流分析-〉确定 静态工作点 设计步骤详见课本P36
信号调理电路
1.2 分立元件放大器设计
场效应管放大器的设计
信号调理电路
1.3 集成运算放大器
运算放大器是高增益、低漂移的直流放大器。
输入级：由差放构成。可减小零点漂移和抑制干扰。
中间级：共射放大电路。用于电压放大。 输出级：互补对称电路。降低输出电阻，提高带载能力。 偏置电路：由恒流源电路构成。确定运放各级的静态工作点。
输入端
输入级
中间级
偏置 电路
输出级
1.3 集成运算放大器
实际运放具有高增益、低漂移、高输出阻抗、低输出 阻抗、可靠性高的特点，因此可以视其为理想器件。 运放的理想参数：
（1）开环电压增益 （2）输入电阻 （3）输出电阻 （4）开环带宽 （5）共模抑制比 （6）失调电压、电流 Avd=∞； Rid=∞，Ric=∞； Ro =0 ； BW= ∞ ； KCMR =∞； Vio =0、Iio=0 。
1.反相比例放大电路
uo 与uI 相位相反、大 小成一定比例，实现 了反相比例运算。如 要RF=R1,则uo与uI大小 相等，相位相反。这 种电路被称作反相器。

电路与信号系统课件

可方便地对电路参数进行测试和分析；
可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理 图；
实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和 数量不受限制、实验成本低、实验速度快、效率高；
设计和实验成功的电路可直接在产品中使用。
MULTISIM仿真软件的使用
1） MULTISIM的工作界面
Multisim菜单器件库
Trace width
分析后处理功能
新增OP AMP电路和MOSFET放大器电路
在Multisim9以后的版本： 提供了 Microphone，Speaker，Signal Analyzer，Signal Generator的Labview虚拟 仪器
第二部分 MULTISIM仿真软件使用
Component Wizard：元件创建向导。 Database ：元件库管理。 555 Timer Wizard ： 555时基电路设计向导。 Filter Wizard ： 滤波器设计向导。 CE BJT Amplifier Wizard ： 共发射极放大电路
可以对被仿真的电路中的元器件设置各种 故障、如开路、短路和不同程度的漏电等，
利用MULTISIM可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与 传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：
设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，修改 调试方便；
设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成 各种类型的电路设计与实验；
。
Show Grid :显示栅格。 Show Brder :显示图纸边框。 Show Page Bounds :显示图纸边界。 Ruler bars :显示表尺。 Status Bar : 显示状态条。 Design Toolbox ：显示工程工具箱。 Spreadsheet View :显示电子数据表。 Circuit Description box:显示电路描述

信号的运算与处理电路


uo
1 RC
uidt
1 RC
ui t
求积到饱和值的时间：
UOM
1 RC
uiTM
TM
RCU OM ui
0.05s
EWB演示——积分器
0
uo TM
t
积分时间
0
t
-Uom
设Uom=15V,ui=+3V, R=10k ,C=1F
练习: 画出在给定输 ui
入波形作用下积分器
2
的输出波形。
0 12345
uu－uu+uu－+u－u+－－++－+－+－+ARfARARAfRf ∞f+∞∞++∞+
RR3R3R3 3
uouuuooo
三. 积分和微分电路
1. 积分电路
虚地 i ui R
iC u C
uO
uC
1 C
iCdt
ui
i R
C
－ +
A
∞
+
uo
1 RC
uidt
R1
反相积分器：如果u i=直流电压,输出将反相积分，经 过一定的时间后输出饱和。 ui
二. 减法运算电路
1、利用加法器和反相比例器
R
ui1 R 1
if
ui2 R
u－ －
∞
u+ + A + uOA
R/2
R2
Rf
u－ －
∞
u+ + A +
uo
R0
uo
( Rf R1
ui1
Rf R2
ui2 )
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学习交流PPT
22
设任何一个稳压管被反向击穿时，两个稳压管
两端总的的稳定电压为 UZ < UOpp 当 uI < 0 时，不接稳压管时， uo= + U0PP ，接
入稳压管后，左边的稳压管被反向击穿，集成运放的
反向输入端“虚地”， uo = + UZ 当uI >0时，右边的稳压管被反向击穿，uOuo= - UZ +UOpp +UZ
缺点：当f≥f0时，幅频特性衰减太慢，以 -20dB／10倍频程的速率下降，与理
想的幅频特性相比相差甚远
解决办法：采用二阶低通有源滤波器。
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7
三、二阶低通有源滤波器：
(a)电路图
(b)对数幅频特性
幅频特性在f≥f0时，以-40dB／10倍频程的速
率下降，衰减速度快，其幅频特性更接近于理想特
uO +UOpp
O
uI
-UOpp
简单的过零比较器
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21
理想运放的开环差模增益为无穷大
当 uI < 0 时，uO= + UOPP ； 当 uI > 0 时，uO = - UOPP ； UOPP 为集成运放的最大输出电压。
阈值电压：当比较器的输出电压由一种 状态跳变为另一种状态所对应的输入电压。
率易调整，但所用元器件多
2、将两节电路直接相联，其优点是电路
简单
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12
Ui
低通
高通
Uo
20 lg Au
O
低通
f2
f
20 lg Au
O
高通
f
f
20 lg Au
1
O
阻
f
通
阻
f
f
1
2
带通滤波器原理示意图
学习交流PPT
13
带通滤波器电路及幅频特性
学习交流PPT
14
A u(3Auo) Aujo(ff0ff0)1jQ(Afu fp 0ff0)
f0 Qf
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11
§7.1.4 带通滤波器(BPF)
将一个低通滤波电路和一个高通滤波电
路串联连接即可组成带通滤波电路， fh > fL 能组成带通电路。
BPF的构成方法: BPF构成的总则是LPF与
HPF相串联，LPF与HPF串联有如下两种情况
1、将有源LPF与有源HPF两级直接串联。
用这种方法构成的BPF通带宽，而且通带截止频
性，为进一步改善滤波波形,常将第一级的电容C接
到输出端，引入一个反馈。这种电路又称为赛伦-凯
电路
学习交流PPT
8
一阶、二阶低通有源滤波电路幅频特性的比较：
20lg Au / dB Aup
-0
理想特性 －20dB/十倍频
-20
-40
0.1
1
－40dB/十倍频 f
10
f0
低通滤波器的幅频特性
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比较器中的集成运放一般工作在非线性区， 处于开环状态或引入正反馈。
比较器的输出只有两种可能的状态：高电平 或低电平，为数字量，而输入信号是连续变化的 模拟量，因此比较器可作为模拟电路和数字电路 的“接口”
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20
分类：过零比较器、单限比较器、 滞回比较器及双限比较器
§4.2.1 过零比较器
电压放大倍数为
Au
Uo Ui
1 1 j
f
f0
图 7.1.2
f0
1 2RC
——通带截止频率
电路缺点：电压放大倍数低，带负载能力差
解决办法：有源滤波器。
学习交流PPT
6
二、一阶低通有源滤波器：Ui
1 RF R1
1 j f
Aup 1 j f
f0
f0
优Au点p ：1通 带RRF1电压放大(倍a)数电路得图到提高 (b)对数幅频特性
滤波电路传递函数定义
A(s) Vo (s) Vi (s)
vI (t)
滤波电
vO (t)
路
s j 时，有 A (j)A (j)ej() A(j)()
其中 A(j) —— 模，幅频响应
( ) —— 相位角，相频响应
时延响应为 ()dd () (s)
学习交流PPT
3
分类： 按处理 硬件滤波 方法分 软件滤波
f f0
)2
f0 j2(2Aup)
f f0
Aup
f0
1 2RC
——中心频率
Aup
1
RF R1
——通带电压放大倍数
Q f0 1
B 2(2Aup)
A&u
1
Aup
j1 Q
ff 0
f
2 0
f
2
学习交流PPT
19
§4.2 电压比较器
电压比较器简称比较器，其基本功能是对两 个输入电压进行比较，并根据比较结果输出高电 平或低电平，据此来判断输入信号的大小和极性
O
f0
1 2RC
——中心频率
Aup
Auo 3Auo
QAuo
——通带电压放大倍数
Auo
1
RF R1
Q 1 3 Auo
学习交流PPT
15
§7.1.5 带阻有源滤波电路（BEF）
在规定的频带内，信号被阻断，在此频带 以外的信号能顺利通过。
一个低通滤波电路和一个高通滤波电路并 联连接组成的带阻滤波电路，fh< fL能组成带阻 电路
9
§7.1.3 高通滤波器(HPF))
一、高通滤波器是指高频信号能通过而低频信号不 能通过的滤波器，将低通滤波器中起滤波作用的 电阻、电容互换，即成为高通有源滤波器
其通带截止频率：
1 f0 2RC
无源学高习交通流P滤PT 波器
10
二阶有源高通滤波器
A uU U o i 1(3A (u jp)R jR )2 C A C up (j R)2 C 1(f)2 A u pj1f0
BEF构成的总原则是LPF与HPF相并联， BEF构成的原理框图如图所示
学习交流PPT
16
Ui
低通
Uo
20 lg Au
高通
O 低通 f1
f
20 lg Au
O
20 lg Au
高通 f
f2
通阻通
O
f1
f2
f
带阻滤波器原理示意图
学习交流PPT
17
带阻滤波器的典型电路
学习交流PPT
18
1( f )2
Au 1(
第四节 信号处理电路
学习交流PPT
1
内容提要
1、介绍滤波电路的作用和分类，并阐明 各种有源滤波电路的工作原理和输入-输 出关系
2、介绍几种典型的电压比较器的工作原 理、传输特性和用途
学习交流PPT
2
§4.1 有源滤波器
§4.1.1 滤波电路的作用和分类
滤波器的功能：对频率进行选择,过滤掉噪声 和干扰信号，即有用频率信号通过，无用频率信 号被抑制的电路。
按构成 无源滤波器 按所处理 模拟滤波器 器件分 有源滤波器 信号分 数字滤波器
低通滤波器 按频率 高通滤波器 特性分 带通滤波器
带阻滤波器
按传 递函 数分
一阶滤波器 二阶滤波器
:
N 阶滤波器
学习交流PPT
4
滤波器的理想特性和实际滤波器特性
学习交流PPT
5
§7.1.2 低通滤波器(LPF)
一、无源低通滤波器：低频信号能通过而高频信 号不能通过的滤波器