信号处理与信号产生电路(模电康第五版).ppt

第九章信号处理与信号产生电路 9 1滤波电路的基本概念与分类 9 2一阶有源滤波电路 9 3高阶有源滤波电路 9 4开关电容滤波器 9 5正弦波振荡电路的振荡条件 教学内容 9 6RC正弦波振荡电路 9 7LC正弦波振荡电路 9 8非正弦信号产生电路 了解有源滤波电路的分类及一阶 二阶滤波电路的频率特性 掌握正弦波振荡的相位平衡条件 幅值平衡条件 掌握RC串并联式正弦波振荡电路的工作原理 起振条件 稳幅原理及振荡频率的计算 掌握LC正弦波振荡电路的判断 教学重点 教学要求 有源滤波电路 正弦波振荡的相位平衡条件 幅值平衡条件 RC串并联式正弦波振荡电路的工作原理 起振条件 稳幅原理及振荡频率的计算 LC正弦波振荡电路的判断 理论课10学时 正弦波振荡电路的判断 二阶滤波电路的频率特性 教学难点 教学学时 1 单门限电压比较器 9 8 1电压比较器 9 8非正弦信号产生电路 比较器是一种用来比较输入信号vI和参考电压VREF的电路 符号C表示比较器 它在实际应用时最重要的两个动态参数是灵敏度和响应时间 参考电压VREF可正 可负 运放处于开环工作状态 具有很高的开环电压增益 比较器是一种用来比较输入信号vI和参考电压VREF的电路 当vI VREF 即vID vI VREF 0时运放处于负饱和状态 vO VOL 当vI VREF 即vID vI VREF 0时运放处于正饱和状态 vO VOH 门限电压 阈值电压 VT 把比较器输出电压vO从一个电平跳变到另一个电平时相应的输入电压vI值 同相输入单门限电压比较器 同相输入且只有一个门限电压 用集成运放构成的电压比较器 可如下图所示加限幅措施 避免内部管子进入深度饱和区 来提高响应速度 反相输入单门限电压比较器 反相输入且只有一个门限电压 过零比较器 参考电压VREF 0 输入信号电压vI每次过零时 输出就要产生突变 例9 8 1如图所示 vI为三角波 其峰值为6V 设电源电压 VCC 12V 运放为理想元件 试分别画出VREF 0 VREF 2V和VREF 4V时比较器的输出电压vO波形 解 vI VREF时 vO VOL 12V vI VREF时 vO VOH 12V 这个电路具有波形变换和脉宽调制的功能 其脉冲宽度可通过改变VREF进行调节 例9 8 2如图是单门限电压比较器的另一种形式 试求出其门限电压VT 画出其电压传输特性 设运放输出的高 低电平分别为VOH和VOL 解 理想情况下 输出电压发生跳变时对应的vP vN 0 利用叠加定理得 即 门限电压 vI VT时 vP vN vO VOH vI VT时 vP vN vO VOL 若要改变门限电压VT的大小和极性 则只要改变VREF的大小和极性 及电阻R1和R2的阻值 若要改变vI过VT时vO的跃变方向 则只要将运放的同相输入端和反相输入端所接外电路互换 单门限电压比较器的优点 电路简单 灵敏度高 缺点 抗干扰能力差 vI中含有噪声或干扰电压 在vI VT VREF附近出现干扰 vO时而为VOH 时而为VOL 导致比较器输出不稳定 如果用这个输出电压vO去控制电机 将出现频繁的起停现象 显然这种情况是不允许的 2 迟滞比较器 施密特触发器 迟滞比较器是一个具有迟滞回环传输特性的比较器 具有双门限值的反相输入迟滞比较器 在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络 由于正反馈的作用 这种比较器的门限电压是随输出电压vO的变化而改变的 它的灵敏度低一些 但抗干扰能力却大大提高了 vI与VREF位置互换 就可组成同相输入迟滞比较器 电路组成 门限电压的估算 由于引入正反馈 因此输出电压vO与输入电压vI不成线性关系 只有在输出电压vO发生跳变瞬间 集成运放两个输入端之间的电压才可近似认为等于零 即vID 0或vP vN vI是输出电压vO转换的临界条件 当vI vP vO VOL 当vI vP vO VOH 此处vP即为门限电压VT 上门限电压 下门限电压 回差电压 门限宽度 传输特性 设从vI 0 vO VOH和vP VT 开始讨论 当vI由零向正方向增加到接近vP VT 前 一直保持vO VOH不变 当vI VT 则vO VOL 同时使vP VT vI再增加 vO保持vO VOL不变 若减少vI 只要vI vP VT 则vO保持vO VOL不变 只有当vI vP VT 时 vO才由VOL跳变到VOH 例9 8 3如图所示 试画出其传输特性和输出电压vO的波形 解 求门限电压 画出vO波形 画传输特性 迟滞比较器在控制系统 信号甄别和波形产生电路中应用较广 该电路用于波形整形 由于电压比较器通常工作在开环或正反馈状态 运放工作在非线性区 其输出电压只有高电平VOH和低电平VOL两种情况 一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系 电压传输特性的三个要素是输出电压的高电平VOH和低电平VOL 门限电压和输出电压的跳变方向 令vP vN所求出的vI就是门限电压 vI等于门限电压时输出电压的跳变方向决定于输入电压作用于同相输入端还是反相输入端 3 集成电压比较器 集成电压比较器比集成运算放大器的开环增益低 失调电压大 共模抑制比小 因而它的灵敏度不如用集成运放构成的比较器高 但由于集成电压比较器通常工作在输出为高电平或低电平两