信号处理与信号产生电路11.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 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 9 5正弦波振荡电路的振荡条件 1 振荡平衡条件 2 起振和稳幅 3 振荡电路基本组成 正弦波振荡器 不需要外加输入而能产生一定幅度 一定频率输出信号的自激振荡器 即是一个无输入信号 带有选频网络的正反馈电路 9 5正弦波振荡电路的振荡条件 正反馈电路 注意与负反馈方框图的差别 若 仍有稳定的输出 振荡条件 幅值平衡条件 相位平衡条件 n为整数 一 振荡条件 相位条件意味着振荡电路必须是正反馈 振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到 9 5正弦波振荡电路的振荡条件 1 振幅条件 2 相位条件 基本放大电路 2 基本组成部分 反馈网络 选频网络 选择满足相位平衡条件的一个频率 经常与反馈网络合二为一 稳幅环节 9 5正弦波振荡电路的振荡条件 起振条件 3 起振和稳幅 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 当输出信号幅值增加到一定程度时 就要限制它继续增加 否则波形将出现失真 噪声中 满足相位平衡条件的某一频率 0的噪声信号被放大 成为振荡电路的输出信号 稳幅的作用就是 当输出信号幅值增加到一定程度时 使振幅平衡条件从回到 9 5正弦波振荡电路的振荡条件 1 检查电路组成 2 检查放大电路能否实现不失真放大 3 判断电路是否满足振荡相位平衡条件 电路是否构成正反馈 4 判断幅值条件是否满足 5 估算振荡频率 4 分析方法和步骤 9 6RC正弦波振荡电路 1 电路组成 2 RC串并联选频网络的选频特性 3 振荡电路工作原理 4 稳幅措施 桥式正弦波振荡器 RC串并联正弦波振荡器 双T网络正弦波振荡器 移相式正弦波振荡器 正弦波振荡电路分类 9 6RC桥式正弦波振荡电路 基本放大电路 同相放大电路 反馈网络 兼做选频网络 1电路组成 9 6RC正弦波振荡电路 反馈系数 2 RC串并联选频网络的选频特性 幅频响应 又 则 相频响应 9 6RC正弦波振荡电路 当 幅频响应有最大值 相频响应 用瞬时极性法 正反馈 若满足振幅平衡条件 电路输出频率 RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于1MHz的正弦波 一 相位平衡条件检查 二 幅值平衡条件 要求放大电路电压增益 3振荡电路工作原理 采用非线性元件 4 稳幅措施 热敏元件 热敏电阻 起振时 即 热敏电阻的作用 9 6RC正弦波振荡电路 三 利用二极管非线性 P474 起振时输出vo较小 二极管D1 D2截止 振荡继续vo增加D1或D2导通 稳幅原理 电路仿真 9 6RC正弦波振荡电路 例题 R 1k C 0 1 F R1 10k Rf为多大时才能起振 振荡频率f0 AF 1 A 3 2 10 20k 1592Hz 起振条件 电子琴的振荡电路 了解 可调 9 8非正弦信号产生电路 9 8 1电压比较器 9 8 3锯齿波产生电路 9 8 2方波产生电路 9 8 1电压比较器 9 8非正弦信号产生电路 将一个模拟电压信号与一参考电压相比较 输出一定的高低电平 运放组成的电路处于非线性状态 输出高低电平 功能 特性 运放工作在非线性区的条件 电路中开环工作或引入正反馈 9 8 1比较器 9 8非正弦信号产生电路 运放工作在非线性区的条件 电路中开环工作或引入正反馈 运放工作在非线性状态的分析方法 若U U 则UO UOM 若U U 则UO UOM 虚断 运放输入端电流 0 注意 此时不能用虚短 1 单门限电压比较器 9 8 1比较器 特点 虚短不成立 可用虚断 运放处于开环状态 当vi vREF时 vo voH 当vi vREF时 vo vol 9 8非正弦信号产生电路 门限电压vREF 输入为正负对称的正弦波时 输出波形如图所示 1 单门限电压比较器 过零比较器 VREF 0V 输入为正负对称的正弦波时 输出为方波 电压传输特性 用稳压管稳定输出电压 忽略了VD 另 限幅电路 使输出电压稳定 稳幅电路的另一种形式 将双向稳压管接在负反馈回路上 R R 例 如图所示电路 稳压管的稳定电压UZ 6V 输入电压为如图所示三角波 试画出输出电压的波形 解 Vi 0时 uo VZ 6VVi 0时 uo VZ 6V 例 图示电路 R1 R2 5k 基准电压VREF 2V 稳压管的稳定电压VZ 5V 输入电压为如图所示三角波 试画出输出电压的波形 解 Vi 2V时 Vo VZ 5VVi 2V时 Vo VZ 5V 单限比较器灵敏度高 但抗干扰能力弱 2 迟滞比较器 特点 电路中使用正反馈 运放处于非线性状态 9 8非正弦信号产生电路 例 设输入为正弦波 画出输出的波形 9 8非正弦信号产生电路 例 图示电路的上下门限电压 UT 3V 稳压管的稳定电压UZ 9V 输入电压波形如图所示 试画出输出电压的波形 解 先画出电压传输特性 抗干扰能力强 1 电路结构 9 4 1方波发生器 下行的迟滞比较器 输出经积分电路再输入到此比较器的输入端 上下限 9 4非正弦信号产生电路 传输特性 2 工作原理 1 设uo UOH 此时 输出给C充电 uc 则 uT 有效 一旦uc UT 就uN uP 在uc UT 时 uN uP uo立即由 UOH跳变成 UOL 设uC初始值uC 0 0 uo保持 UOH不变 9 4非正弦信号产生电路 此时 C经输出端放电 2 当uo UOL时 uT 有效 uc达到UT 时 uo跳变 当uo重新回到 UOM以后 电路又进入另一个周期性的变化 9 4非正弦信号产生电路 周期与频率的计算 f 1 T 9 4非正弦信号产生电路 周期与频率的计算 T T1 T2 2T2 因正反向充电条件一样T1 T2 T2阶段uc t 的过渡过程方程为 9 8非正弦信号产生电路 UC UOM 周期与频率的计算 占空比可调的矩形波发生电路 9 4 3三角波发生器与锯齿波发生器 组成 施密特触发器 积分器 1三角波发生器 vN1 vP1时vI 即vO 的阈值 幅度 VO1m 2VZ T与VZ和运放无关 稳定性好 周期 t1 t3恒流充电 充电速度 vO1 方波vO 三角波 2锯齿波发生器 T1 波形线性变化T2 时间短原理 利用三角波发生器原理 使充 放电时间常数不同 可通过改变充放电通路及参数来实现 vO1 矩形波vO 锯齿波 本章小结 1 自激振荡可以使反馈放大器工作不稳定 但我们可以利用产生自激振荡的条件去构成正反馈电路 以产生正弦波振荡 正弦波振荡电路由放大器 反馈网络 选频网络和稳幅环节构成 2 正弦波振荡电路主要有RC振荡电路和LC振荡电路两种 RC振荡电路主要用于中低频场合 LC振荡电路主要用于高频场合 石英晶体振荡电路是一种特殊类型的LC振荡电路 其特点是具有很高的频率稳定性 3 比较器是一种能够比较两个模拟量大小的电路 由于集成运放的开环电压增益很高 所以 当集成运放工作在开环状态时 可以作为比较器使用 这时 运放工作在非线性状态 其输出电压仅为正负饱和值 输入信号 虚短 的概念也不再成立 迟滞比较器具有回差特性 在信号处理电路中得到了广泛应用 4 在方波 锯齿波和三角波等非正弦波信号发生器中 运放一般工作在非线性状态 电路是由积分器 反馈网络 和比较器等环节组成