信号处理电路-移相电路设计

移相电路是一种特殊的信号处理电路,改变输出信号相对与输入信号的相位(时延),不改变信号的幅度。移相电路在实际工程中应用广泛,如锁定放大器、外差接收、同步、波形合成等。
移相电路的本质是改变输出信号与输入信号的相位关系,所以必须会用到电容器,其实移相电路也可称为全通滤波器。
在多数情况下,滤波器的幅度响应是首要考虑因素。不影响信号幅度但会导致相移的另一类滤波器称为全通滤波器。该滤波器的目的是给电路的响应增加相移(延迟)。全通滤波器的幅度在所有频率下一致。
然而,在频率从0扫频至无穷大时,相位响应会从0°变化至360°(双极点滤波器)。全通滤波器的一种用途是提供相位均衡,一般用在脉冲电路中。同时也可用在单边带、抑制载波 (ssb-sc)调制电路中。
全通滤波器的传递函数为:
全通传递函数可以合成为:
一阶全通
一阶全通滤波器的一般形态如图 1所示。如果其功能为简单的rc高(图1a),则电路的相移范围为−180°(0 hz)至0°(高频)。当 ω = 1/rc时,为−90°。可将电阻设为可变,以便在具体频率下进行延迟调节。
如果将功能改成低通功能(图1b),则滤波器仍然为一阶全通,延迟等式仍然有效,但信号会反相,变化范围为0°(直流)至−180°(高频)。
二阶全通
图2所示二阶全通电路首次由 delyiannis描述。这种电路的最大魅力在于只需要一个运算放大器。同时记住,全通滤波器也可实现为1 – 2 bp。
我们可以利用本文中讨论的带通实现方式来构建该滤波器,但一定要知道, bp是否会使相位反转。另外需要记住bp部分的增益必须为2。为此,双放大器带通滤波器(dabp)结构十分有用,因为其增益固定为2。
在选择运算放大器时,我们主要考虑带宽问题。根据经验,放大器在谐振频率下的开环增益不得低于20 db。同时,由于反馈网络中有一个电容,所以,可能不大适合使用电流反馈放大器。图3和图4总结了多种有源滤波器实现方式的设计方程式。在所有情况下, h、 ωo、 q和α都是已知的,取自设计表。
一阶全通设计方程
二阶全通设计方程

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