模电第九章1(第五版)——康华光.ppt

9 1滤波电路的基本概念与分类1 基本概念滤波器 让有用频率信号顺利通过 同时抑制无用频率信号 有源滤波器 由有源器件构成的滤波器 第9章信号处理与信号产生电路本章主要讨论信号的处理 滤波 和信号产生 振荡 电路 滤波电路传递函数定义 时 有 其中 模 幅频响应 相位角 相频响应 时延响应 2 有源滤波电路的分类各种滤波器的幅频特性通带 允许信号通过的频率范围 阻带 能够阻断信号的频率范围 截止频率 通带与阻带的界限频率 分类 低通 LPF 高通 HPF 带通 BPF 带阻 BEF 全通 APF 各种滤波器的用途低通滤波器 LPF 削弱高次谐波或频率较高的干扰和噪声 低频 直流信号可通过 高通滤波器 HPF 削弱低频 直流分量 高频信号可通过 带通滤波器 BPF 突出有用频段的信号 带阻滤波器 BEF 抑制某一频段的干扰信号 有源滤波器的主要参数通带增益Ao 通带宽度BW 特征频率 n c 等效品质因素Q 中心角频率 o 9 2一阶有源滤波电路RC为无源低通 另加同相电压放大 1 传递函数在通带范围内电压增益 同相比例放大系数 令 因为传递函数A j 的分母为角频率 的一次幂 故称 一阶有源滤波器 幅频响应按 20dB 十倍频程衰减 滤波性能差 通带增益 Ao AVF R1 Rf R1 通带宽度 BW c 特征频率 c 1 RC 20dB 十倍频程 2 高通滤波电路 低通电路中的R和C交换位置便构成高通滤波电路 9 3高阶有源滤波电路1 二阶有源低通滤波器 传递函数 得滤波电路传递函数 二阶 同相比例 2 传递函数 令 称为通带增益 称为特征角频率 称为等效品质因数 则 2 传递函数 用代入 可得传递函数的频率响应 归一化的幅频响应 相频响应 3 幅频响应 归一化的幅频响应曲线 40dB 十倍频程 滤波效果比一介好 2 二阶有源高通滤波器 通带增益Ao AvF R1 R2 R1特征频率 n 1 RC等效品质因素Q 通带宽度BW 将低通电路中的电容和电阻对换 便成为高通电路 传递函数 二阶有源带通滤波器 二阶有源滤波器的滤波性能明显优于一阶有源滤波器 20lgA jw Ao 二阶滤波器的传递函数 低通 A S Ao n2 S2 nS Q n2 高通 A S AoS2 S2 nS Q n2 带通 A S Ao oS Q S2 oS Q o2 带阻 A S Ao S2 o2 S2 oS Q o2 信号发生器 目的 产生波形 措施 加强自激振荡的条件 正反馈 正反馈 振荡 反馈信号与净输入信号同相 反馈送到同相输入端 9 5正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡器实质上是一种满足自激震荡条件带选频网络的放大电路 正反馈 且在反馈支路中加选频网络 无需输入信号 1 反馈放大器产生自激振荡的基本原理负反馈 放大 反馈信号与净输入信号反相 净输入减小 2 振荡条件 3 起振和稳幅电路中的噪声 扰动信号 含fo 选频网络 选出fo 并使其符合相位平衡条件 若开始时 fo得不到有效放大 不能起振 起振的幅值条件是 1若 1一直存在 起振后信号越来越大 波形失真 起振后还需要稳幅环节 使波形基本不失真 因为 所以 又 所以振荡条件为 振幅平衡条件 相位平衡条件 4 分析方法 1 确定电路中的基本环节 放大电路 反馈网络和选频网络 2 分析是否满足 1 关键是相位平衡条件 瞬时极性法 振幅条件的分析可在满足相位平衡条件后进行 3 计算fo 与选频网络有关 4 振荡的建立和稳定 起振条件 稳幅措施 5 分类正弦波振荡电路可分为RC LC 含石英晶体器件 两大类RC 产生1Hz 1MHz低频信号 LC 产生1MHz以上的高频信号 9 6RC正弦波振荡电路 低频 又称桥式振荡电路器 由Z1 Z2 R1 R2组成四个臂 1 电路的构成 基本环节 放大电路 同相比例 Rif大 Rof小 选频反馈网络 RC串 并联选频网络当f fo时 选频网络对外呈电阻性 C不产生附加相移 瞬时极性法 正反馈 2 RC串并联选频网络的选频特性 反馈系数 幅频响应 又 且令 则 相频响应 2 RC串并联选频网络的选频特性 当 幅频响应有最大值 相频响应 3 振荡电路工作原理 此时若放大电路的电压增益为 用瞬时极性法判断可知 电路满足相位平衡条件 则振荡电路满足振幅平衡条件 电路可以输出频率为的正弦波 RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于1MHz的正弦波 选频网络呈电阻性 采用非线性元件 4 稳幅措施 负热敏元件 热敏电阻 起振时 即 热敏电阻的作用 起振条件 振幅平衡条件 采用非线性元件 4 稳幅措施 场效应管 JFET 稳幅原理 整流滤波 T压控电阻 采用非线性元件 二极管 稳幅原理 起振时 4 稳幅措施 例2 移相式正弦波信号发生器电路如图所示 试说明该电路是如何满足振荡条件的 解 A 1800 f 一级RC移相网络可移相00 900 三级RC移相网络可移相00 2700 只要适当选择R C的数值 可在特定频率fo时 使 f 1800 A f 3600满足相位平衡条件只要调节Rf的数值 使放大器的AvF适当 可满足振幅平衡条件 注 V1超前Vo 00 900 V1滞后Vo 00 900 例3 试从相位平衡条件判断下列电路能否产生正弦振荡 解 A 1800 当fo 1 2 RC 时 f 00 A f 1800 不满足相位平衡条件 不能起振 方法 瞬时极性法 断开回路 引进输入 看反馈信号与输入信号是否同相 例3 试从相位平衡条件判断下列电路能否产生正弦振荡 解 A 1800 两连级RC移相网络可移相00 1800之间 而达不到1800 A f 2n 不满足相位平衡条件 不能起振 例3 试从相位平衡条件判断下列电路能否产生正弦振荡 解 A 00 当fo 1 2 RC 时 f 00 A f 00 2n 满足相位平衡条件