谱仪放大器3学习.pptx
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1、第1页/共67页第2页/共67页基线恢复原理设想有一种元件或电路,能跟踪基线的变化,在设想有一种元件或电路,能跟踪基线的变化,在信号到达之前,随时随地记录当前的基线电平,信号到达之前,随时随地记录当前的基线电平,一旦信号到达,它能完成该信号(包括基线电平)一旦信号到达,它能完成该信号(包括基线电平)减去信号到达前瞬间的基线电平的功能,从而得减去信号到达前瞬间的基线电平的功能,从而得到真正的信号电平,这就是基线恢复器的基本原到真正的信号电平,这就是基线恢复器的基本原理。理。第3页/共67页理想基线恢复器电电容容作作为为基基线线电电平平记记忆忆元元件件,信信号号未未到到达达时时,开开关关S S闭闭
2、合合,等等于于基基线线电电平平 。一一旦旦信信号号加加入入,信信号号通通过控制器使过控制器使S S打开,因为:打开,因为:为为基基线线电电平平,为信号,则为信号,则 实实际际上上这这种种理理想想基基线线恢恢复复电电路路是是很很难难实实现现的的,通通常常采采用用一一些些较较简简单单办办法法来来近近似似模模拟拟这这一一理理想想系系统统,其其基基本本原原则则是是:信信号号出出现现之之前前电电容容能能尽尽可可能能跟跟踪踪基基线线电电平平;当当信信号号一一出出现现,保持不变。保持不变。第4页/共67页CD基线恢复器n最简单的基线恢复器是由电最简单的基线恢复器是由电容和二极管构成,二极管容和二极管构成,二
3、极管D近近似起到开关似起到开关S的作用,的作用,D的导的导通或截止取决于通或截止取决于V2 的正或负。的正或负。n此电路对于单极性正输入信此电路对于单极性正输入信号,其基线电平为负值,具号,其基线电平为负值,具有一定基线恢复功能,它使有一定基线恢复功能,它使二极管二极管D起到开关的作用,对起到开关的作用,对于负信号,就起不到基线恢于负信号,就起不到基线恢复作用。复作用。n实际上二极管实际上二极管D不是理想开不是理想开关,导通时存在一定正向电关,导通时存在一定正向电阻,而截止时存在有限的阻阻,而截止时存在有限的阻抗值。抗值。V2V1第5页/共67页n为了进一步减小正向电阻,可采用如图所示的有源为
4、了进一步减小正向电阻,可采用如图所示的有源CDCD基线恢复器。把二极管作为运算放大器反馈元件,使基线恢复器。把二极管作为运算放大器反馈元件,使D D的等效正向电阻为的等效正向电阻为 ,而反向电阻仍为,而反向电阻仍为 。CD基线恢复器第6页/共67页CDCD基线恢复器的缺点:基线恢复器的缺点:它它只只适适应应单单极极性性信信号号,若若信信号号存存在在下下冲冲,下下冲冲过过后后基基线线恢恢复复器器的的速速度度很很慢慢(以以 时时间间常常数数恢恢复复);基基线线迅迅速速上上升升时时,(即即基基线线变变化化速速率率较较大大时时)由由于于 时时间间常常数数不不是是十十分分小小,因因而而C C上上电电压压
5、跟跟不不上上基基线线变变化化,造造成成在在一一段段时时间间内内输输出出电电压压 还还会会叠叠加加上上一一定定基基线线电电平平,因因而而在在基基线线变变化化速速率率不不大大时时才才能比较好地发挥作用。能比较好地发挥作用。CD基线恢复器第7页/共67页无源CDD恢复电路n无源无源CDDCDD基线恢复电路:基线恢复电路:针对针对CDCD基线恢复器的基线恢复器的只适应单极性缺点,提出只适应单极性缺点,提出了了CDDCDD基线恢复器(又称罗基线恢复器(又称罗宾逊基线恢复器)其原理宾逊基线恢复器)其原理如图。如图。V1=Vs+VbV2=V1-Vc当 Vc=Vb,V2=Vs 恒流源恒流源第8页/共67页无源
6、CDD恢复电路在在 时,时,、均匀导通,并平均均匀导通,并平均地分别流过地分别流过 I2 电流,流过电流,流过 C 的电流的电流为为0,Vc保持不变。保持不变。一旦输一旦输 入端基线发生变动,例如入端基线发生变动,例如Vb上上升,就会使升,就会使V2 上升,导致上升,导致 D1 截止,截止,输入端对输入端对C充电,充电电流为充电,充电电流为I2,Vc的的上升速率为上升速率为I2 /C,充电到,充电到Vc=Vb为止。为止。基线被记忆在电容器基线被记忆在电容器C上面。上面。反之反之 V1 的基线下降,引起的基线下降,引起V2 下降,导下降,导致致 D2 截止,电流源对电容器截止,电流源对电容器C以
7、以 I2 大小的电流进行反向充电,也就是电容大小的电流进行反向充电,也就是电容器器C向输入端放电,放电速率也为向输入端放电,放电速率也为I2 /C,直到,直到C上电压上电压Vc=Vb 的基线电平相的基线电平相等时为止。等时为止。因此无论的基线向任何方向变动,经过因此无论的基线向任何方向变动,经过 时间,就可使输出电平时间,就可使输出电平为零为零第9页/共67页它与理想的基线恢复器差别在于它与理想的基线恢复器差别在于:v记忆住基线电平所需时间不是零而时间记忆住基线电平所需时间不是零而时间 。v对于信号(例如是正信号),在信号持续期间内,对于信号(例如是正信号),在信号持续期间内,对电容器对电容器
8、C也要进行充电,在电容器上建立电压为也要进行充电,在电容器上建立电压为 V=TwI2 /C,其中,其中 为信号宽度。这与理想基线为信号宽度。这与理想基线恢复器也存在一定差别(理想情况下),输出信号恢复器也存在一定差别(理想情况下),输出信号平顶有一定下降。信号一结束,在平顶有一定下降。信号一结束,在 时间内将充在时间内将充在电容上的电荷放掉。输出端恢复到零电平。电容上的电荷放掉。输出端恢复到零电平。无源CDD恢复电路第10页/共67页无源CDD恢复电路下图为在基线下图为在基线电平缓慢变化电平缓慢变化和和快速变化快速变化两种两种情况下情况下V1、Vc 和和 V2 上波形示意图。上波形示意图。从此
9、图中可以看出,基线电平缓慢变化时,从此图中可以看出,基线电平缓慢变化时,电容器电容器C上电压基本上跟踪着基线电平变化,因上电压基本上跟踪着基线电平变化,因而输出端而输出端 V2(t)基线保持在零电平,而信号平顶基线保持在零电平,而信号平顶有有Vc 的下降,信号结束后拖有宽度为的下降,信号结束后拖有宽度为Tw 的反的反向尾部;向尾部;但是如果基线电平突变时,对应在突变处会但是如果基线电平突变时,对应在突变处会出现一个正或负的脉冲,只要基线电平的变化速出现一个正或负的脉冲,只要基线电平的变化速度度dVb/dt 1,以加大在恢复时间内流过电,以加大在恢复时间内流过电容器容器C的电流。在有信号时以的电
10、流。在有信号时以I1充电,信号充电,信号消失后以(消失后以(K1)I2/C 的放电速度恢复到原的放电速度恢复到原来的基线,这样可以使在信号间隔接近它的来的基线,这样可以使在信号间隔接近它的宽度时,也不会发生基线的偏移。由于电路宽度时,也不会发生基线的偏移。由于电路的不对称性,它只适用于一种极性的输入信的不对称性,它只适用于一种极性的输入信号,输入信号还要通过极零相消电路消除信号,输入信号还要通过极零相消电路消除信号的反向下冲,否则由于反向下冲的存在,号的反向下冲,否则由于反向下冲的存在,它可能产生假脉冲而恢复到原来基线的时间它可能产生假脉冲而恢复到原来基线的时间也较长。也较长。CDD基线恢复实
11、际电路第15页/共67页开关型基线恢复器其其原原理理如如右右图图所所示示。信信号号未未加加入入时时,S闭闭合合,V1基基线线慢慢变变化化对对C充充电电,充充电电电电流流为为I,速速度度为为I/C,取取I足足够够大大值值,使使C上上电电压压能能来来得得及及跟跟上上V1基基线线慢慢的的变变化化。一一旦旦信信号号输输入入,触触发发控控制制器器,使使S断断开开,充充电电电电流流为为I1,取取I1tW-tM:两个信号幅度都无畸变;utMT0:两个信号发生前沿堆积,幅度都畸变了;utW-tMTtM:发生后沿堆积,后一个信号幅度畸变了。第28页/共67页二、单元功能电路1、线性门组成堆积拒绝电路的单元电路第
12、29页/共67页u线线性性门门是是传传输输信信号号的的一一个个门门电电路路,其其作作用用在在控控制制信信号号(门门控控信信号号)作作用用下下,可可以以有有两两个个状状态态。在在门门控控信信号号的的开开门门电电平平作作用用下下,线线性性门门开开放放,脉脉冲冲信信号号以以最最小小畸畸变变通通过过线线性性门门,传传输输系系数数为为一一常常数数,通通常常取取1 1。在在门门控控信信号号关关门门电电平平作作用用下下,线线性性门门关关闭闭,脉脉冲冲信信号号无无法法通通过过线线性性门门,即它的传输系数为即它的传输系数为0 0。u线线性性门门可可以以用用来来对对信信号号作作时时间间上上的的筛筛选选,其其基基本
13、本示示意意图图如下图所示:如下图所示:第30页/共67页线性门电路分为常闭式和常开式两种:线性门电路分为常闭式和常开式两种:常闭式为平时输入端信号不能传送到输出端。一旦有门控信号加入时,输入信号线性地被传送到输出端;常开式为平时可以将输入信号线性地传送到输出端,一旦信号传送之后门控信号加入,关闭传送途径,待门控信号消失之后,门又开放,恢复到常态。常闭式常开式第31页/共67页电阻二极管线性门原理图电阻二极管线性门原理图,电阻二极管线性门原理图,n开开门门时时:开开关关S S断断开开(在在位位置置2 2),在在有有正正信信号号输输入入时时,二二极极管管D D截截止止,信信号号通通过过电电阻阻R
14、R传传送送,图图中中R RL L为为负负载电阻,载电阻,n关关门门时时:开开关关S S闭闭合合(在在位位置置1 1),电流源电流源I I的电流通过的电流通过D D,只要,只要 条件满足条件满足D D始终导通,输出端被钳始终导通,输出端被钳位在零电平附近。位在零电平附近。第32页/共67页p具体电路,具体电路,其中其中T1和和T2组组成一个电流开成一个电流开关,关,T3、T4为为开关控制电路。开关控制电路。第33页/共67页集成线性门电路CD4066第34页/共67页第35页/共67页逻辑展宽电路第36页/共67页逻辑展宽电路静静态态时时,V1V1为为高高电电平平,A A点点亦亦处处于于高高电电
15、平平,电电容容器器C C被被充充到到高高电电平平,RSRS触触发发器器输输出出端端 为为低低电电平平。当当V1V1下下降降到到低低电电平平时时,A A点点亦亦下下降降到到低低电电平平,G G的的S S端端成成为为高高电电平平(即即M M输输出出端端),V2V2为为高高电电平平输输出出。输输入入信信号号结结束束后后,D D处处于于截截止止状状态态,电电流流源源对对电电容容C C充充电电,VaVa线线性性上上升升,一一直直到到A A点点电电压压达达到到M M(与与非非门门)的的门门槛槛电电平平时时,G G的的S S端端变变为为低低电电平平,此此时时G G才才从从0 0态态返返回回1 1态态。输输出
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