模拟电子线路_第8章_信号处理电路.ppt

8.1电压比较器,8.2波形产生与波形变换,8信号处理电路,8.3有源滤波电路,8.4开关电容滤波器,8.1电压比较器,比较器,单门限电压比较器,迟滞比较器,限幅器,窗口比较器,电压比较器是对输入信号进行鉴别比较的电路，是组成非正弦发生电路的基本单元电路，在测量和控制中有着广泛的应用。,电压比较器的电压传输特性：,电压比较器的输出电压与输入电压的函数关系uo=f(ui)一般用曲线来描述，称为电压传输特性,输入电压ui是模拟信号，输出电压uo只有两种可能的状态，不是高电平UOH就是低电平UOL，用以表示比较结果,使输出电压uo从UOH跃变为UOL；或使输出电压从UOL跃变为UOH的输入电压为阀值电压UT,正确画出电压传输特性，必须求出以下三个要素：,（1）输出电压的高电平UOH、低电平UOL,（2）阀值电压UT,（3）当ui变化且经过阀值电压UT时，uo跃变的方向，是从UOH跃变为UOL，还从UOL跃变为UOH,电压比较器的种类：,电路只有一个阀值电压UT，输入电压ui逐渐增大或减小过程中，通过UT时，输出电压uo产生跃变从UOH跃变为UOL；或从UOL跃变为UOH,（1）单门限电压比较器,电路有两个阀值电压UT，输入电压ui从小变大过程中使输出电压uo产生跃变的阀值电压UT1，不等于从大变小过程中使输出电压uo产生跃变的阀值电压UT2，电路具有迟滞特性。,（2）迟滞比较器,（3）窗口比较器,电路有两个阀值电压UT，输入电压ui从小变大或从大变小过程中使输出电压uo产生两次跃变,，由于|vO|不可能超过VM，,8.1比较器,特点：,1.单门限电压比较器,（1）过零比较器,开环，虚短和虚断不成立,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，A0=105时，,可以认为,vI0时，vOmax=+VCC,vIUH,就有u-u+,在ucUH时，,u-u+,uo保持+UOM不变；,uo立即由UOM变成UOM,此时，C经输出端放电。,2.当uo=-UOM时，,u+=UL,uc降到UL时，uo上翻。,当uo重新回到UOM以后，电路又进入另一个周期性的变化。,0,输出波形：,RC电路：起反馈和延迟作用，获得一定的频率。,下行迟滞比较器：起开关作用，实现高低电平的转换。,方波发生器各部分的作用：,3、周期与频率的计算,uc上升阶段表示式:,uc下降阶段表示式:,f=1/T,方波发生器电路的改进：,改变三角波发生器中积分电路的充放电时间常数，使放电的时间常数为0，即把三角波发生器转换成了锯齿波发生器。,3.锯齿波发生器,LC正弦波振荡电路,1LC并联谐振回路选频特性,2变压器反馈式LC振荡电路,3三点式LC振荡电路,4石英晶体振荡电路,1.等效阻抗,1LC并联谐振回路选频特性,等效损耗电阻,当时,电路谐振。,为谐振频率,谐振时,阻抗最大，且为纯阻性,同时有,即,2.频率响应,1LC并联谐振回路选频特性,2变压器反馈式LC振荡电路,1.电路结构,2.相位平衡条件,3.幅值平衡条件,（定性分析）,虽然波形出现了失真，但由于LC谐振电路的Q值很高，选频特性好，所以仍能选出0的正弦波信号。,4.稳幅,5.选频,BJT进入非线性区，波形,出现失真，从而幅值不再增加，达到稳幅目的。,(+),(-),(+),(+),2变压器反馈式LC振荡电路,反馈,判断是否是正反馈:用瞬时极性法判断,利用1：晶体管共射极放大器，集电极电位变化与基极反相，发射极与基极同相。,利用2：互感线圈的同极性端电位变化相位相同。,(+),(+),(+),(+),反馈,满足相位平衡条件,满足相位平衡条件,仍然由LC并联谐振电路构成选频网络,A.若中间点交流接地，则首端与尾端相位相反。,3三点式LC振荡电路,1.三点式LC并联电路,中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。,三点的相位关系,B.若首端或尾端交流接地，则其他两端相位相同。,3三点式LC振荡电路,2.电感三点式振荡电路,3三点式LC振荡电路,3.电容三点式振荡电路,Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。,4石英晶体振荡电路,1.频率稳定问题,频率稳定度一般由来衡量,频率偏移量。,振荡频率。,LC振荡电路Q(品质因素)数百,石英晶体振荡电路Q10000500000,4石英晶体振荡电路,2.石英晶体的基本特性与等效电路,结构,极板间加电场,极板间加机械力,压电效应,交变电压,机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高,当交变电压频率=固有频率时，振幅最大。,压电谐振,4石英晶体振荡电路,2.石英晶体的基本特性与等效电路,等效电路,A.串联谐振,特性,晶体等效阻抗为纯阻性,B.并联谐振,通常,所以,R模拟损耗，LC模拟晶体的质量和弹性，,C0为静电电容,4石英晶体振荡电路,2.石英晶体的基本特性与等效电路,实际使用时外接一小电容Cs,则新的谐振频率为,由于,由此看出,调整,4石英晶体振荡电路,3.石英晶体振荡电路,电路的振荡频率必须在和石英晶体的之间，晶体在电路中起电感的作用。,8.3有源滤波电路,8.3.1基本概念及初步定义,8.3.2一阶有源滤波电路,高通滤波,低通滤波,基本概念,分类,8.3.3二阶有源滤波电路,高通滤波,低通滤波,带通滤波,带阻滤波,带阻滤波,带通滤波,滤波电路的分类,1.按信号性质分类,3.按电路功能分类:,低通滤波器；高通滤波器；带通滤波器；带阻滤波器,2.按所用元件分类,模拟滤波器和数字滤波器,无源滤波器和有源滤波器,4.按阶数分类:,一阶，二阶高阶,8.3.1基本概念,1.基本概念,有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。,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,时延响应为,2.分类,低通（LPF）,希望抑制50Hz的干扰信号，应选用哪种类型的滤波电路？,高通（HPF）,带通（BPF）,带阻（BEF）,全通（APF）,放大音频信号，应选用哪种类型的滤波电路？,有源滤波器的优点：,1.不使用电感元件，体积小重量轻。,2.有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响。,3.除滤波外，还可放大信号，放大倍数容易调节。,有源滤波器的缺点：,1.不宜用于高频。,2.不宜在高电压、大电流情况下使用。,3.可靠性较差。,4.使用时需外接直流电源。,8.3.2一阶有源滤波电路,1.低通滤波电路,传递函数,其中,为特征角频率,故，幅频相应为,衰减率为20dB/十倍频程，滤波特性不够好，可采用高阶滤波电路。,8.3.2一阶有源滤波电路,2.高通滤波电路,可由低通和高通串联得到,必须满足,3.带通滤波电路,低通特征角频率,高通特征角频率,将低通滤波器中的R、C对调，低通滤波器就变成了高通滤波器。,8.3.2一阶有源滤波电路,4.带阻滤波电路,可由低通和高通并联得到,必须满足,一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢（-20dB/十倍频程），与理想情况相差较远。一般用在对滤波要求不高的场合。,8.3.3二阶有源滤波电路,1.压控电压源低通滤波电路,压控电压源电路（VCVS）,得滤波电路传递函数,（二阶）,8.3.3二阶有源滤波电路,1.压控电压源低通滤波电路,令,称为通带增益,称为特征角频率,称为等效品质因数,则,用代入，可得传递函数的频率响应：,8.3.3二阶有源滤波电路,1.压控电压源低通滤波电路,归一化的幅频响应,相频响应,8.3.3二阶有源滤波电路,1.压控电压源低通滤波电路,归一化的幅频响应波特图,一阶低通和二阶低通幅频特性曲线的区别：,阶数越高，幅频特性曲线越接近理想滤波器。,8.3.3二阶有源滤波电路,2.压控电压源高通滤波电路,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,归一化的幅频响应,8.3.3二阶有源滤波电路,2.压控电压源高通滤波电路,归一化的幅频响应波特图,8.3.3二阶有源滤波电路,3.压控电压源带通滤波电路,可由低通和高通串联得到,8.3.3二阶有源滤波电路,3.压控电压源带通