信号处理与信号产生电路.ppt

模拟电子线路 第八章信号处理与信号产生电路 模拟电子线路 本章主要讲述正弦波振荡电路 比较器电路和非正弦波发生电路等 重点掌握正弦波振荡的平衡条件 并能够依据相位平衡条件正确判断电路是否可能产生振荡 掌握单限 滞回比较器的工作原理和传输特性 正确理解由集成运放构成的矩形波 锯齿波发生电路的工作原理 波形 滤波电路概念 模拟电子线路 8 1有源滤波电路 一 基本概念和分类 滤波器 是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无用频率信号的电子装置 有源滤波器 由有源器件构成的滤波器 1 基本概念 模拟电子线路 2 分类 低通 LPF 高通 HPF 带通 BPF 带阻 BEF 全通 APF 模拟电子线路 8 2正弦波振荡电路的振荡条件 一 振荡条件 所以振荡条件为 正反馈放大电路框图 注意与负反馈方框图的差别 模拟电子线路 二 振荡的起振条件 问题1 振荡电路是单口网络 无须输入信号就能起振 起振的信号源来自何处 电路器件内部噪声 振荡电路中的选频网络 只使噪声中某一频率 0满足相位平衡条件 形成正反馈 成为振荡电路的输出信号 而其它频率的信号 则不满足相位平衡条件 逐渐被抑制掉 问题2 电路器件的内部噪声不是单一频率噪声 而电路输出的是单一频率的正弦波 如何实现 问题3 起振条件是否意味着输出电压将越来越大 趋于无穷 振荡电路中的稳幅环节 将限制输出信号幅度无限增长 当输出信号达到一定值后 将使其稳定 一是可以另加稳幅电路 二是直接依靠放大电路中晶体管的非线性作用实现 模拟电子线路 三 振荡电路基本组成部分 放大电路 能量控制 保证输出信号的幅度 反馈网络 引入正反馈 选频网络 确定输出信号为单一频率的正弦信号 稳幅环节 使输出信号幅值稳定 其中选频网络往往与反馈网络合二为一 振荡电路中的稳幅环节 在分立元件放大电路中常依靠放大电路中晶体管的非线性作用实现 而不另加稳幅电路 模拟电子线路 一 电路组成 反馈网络兼做选频网络 RC桥式振荡电路 8 6RC正弦波振荡电路 模拟电子线路 二 RC串并联选频网络的选频特性 RC串并联选频网络 低频等效电路 高频等效电路 定性分析幅频特性 信号频率较低时 1 C1 R1 1 C2 R2 0 1 C1 V2近似为零信号频率较高时 1 C1 R1 1 C2 R2 1 C2 0 V2近似为零可知 在频率为某一中间值时 V2为最大 相频特性 0 1 C1 电路呈电容性 V2超前V1约90 1 C2 0 电路呈电阻性 V2滞后V1约90 在某一中间频率 V2与V1同相 模拟电子线路 反馈系数 幅频响应 又 且令 则 相频响应 定量分析 模拟电子线路 当 幅频响应有最大值 相频响应 模拟电子线路 三 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 模拟电子线路 采用非线性元件 四 稳幅措施 热敏元件 热敏电阻 起振时 即 热敏电阻的作用 模拟电子线路 采用非线性元件 场效应管 JFET 稳幅原理 整流滤波 T压控电阻 模拟电子线路 采用非线性元件 二极管 稳幅原理 起振时 模拟电子线路 一 电压比较器 由于 vO 不可能超过VM 特点 1 单门限电压比较器 1 过零比较器 开环 虚短不成立 增益A0大于105 忽略了放大器输出级的饱和压降 所以 当 VCC VEE VM 15V vI 0时 vOmax VCC vI 0时 vOmax VEE 过零比较器 运算放大器工作在非线性状态下 A0大于105 8 8非正弦信号产生电路 模拟电子线路 特点 1 过零比较器 开环 虚短不成立 增益A0大于105 输入为正负对称的正弦波时 输出为方波 电压传输特性 模拟电子线路 2 门限电压不为零的比较器 电压传输特性 门限电压为VREF 模拟电子线路 a VREF 0时 b VREF 2V时 c VREF 4V时 vI为峰值6V的三角波 设 VCC 12V 运放为理想器件 模拟电子线路 解 例 图示为另一种形式的单门限电压比较器 试求出其门限电压 阈值电压 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 利用叠加原理可得 理想情况下 输出电压发生跳变时对应的vP vN 0 即 门限电压 模拟电子线路 单门限比较器的抗干扰能力 模拟电子线路 2 迟滞比较器 1 电路组成 2 门限电压 门限电压 上门限电压 下门限电压 回差电压 模拟电子线路 3 传输特性 模拟电子线路 解 1 门限电压 3 输出电压波形 例 电路如图所示 试求门限电压 画出传输特性和图c所示输入信号下的输出电压波形 2 传输特性 模拟电子线路 通过上述几种电压比较器的分析 可得出如下结论 1 用于电压比较器的运放 通常工作在开环或正反馈状态和非线性区 其输出电压只有高电平VOH和低电VOL两种情况 2 一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压关系 3 电压传输特性的关键要素输出电压的高电平VOH和低电平VOL门限电压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发生跳变跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式 模拟电子线路 二 方波产生电路 1 电路组成 多谐振荡电路 稳压管双向限幅 模拟电子线路 2 工作原理 滞回比较器输出电压发生跳变的条件 v v 模拟电子线路 电路振荡过程 初始时 电容电压不能突变 v vC 0 而由于正反馈的作用 vO的初始值可为 VZ或 VZ 这里假设vO VZ 则vO通过R向C充电 vC 当vC v v FVZ时 vO跳变到 VZ 则C开始放电 vC 直到vC v v FVZ时 vO跳变到VZ 如此循环 自激振荡便建立起来 得到连续的方波输出 模拟电子线路 振荡频率由RC暂态过程计算公式 可得充电时间T1和放