第9章信号处理与产生电路

1、上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 第九章第九章 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路 掌握内容：掌握内容：正弦波的振荡条件、电压比较器的基本特性正弦波的振荡条件、电压比较器的基本特性 了解内容：了解内容：滤波电路、非正弦信号产生电路滤波电路、非正弦信号产生电路 重重 点：点：正弦波的振荡条件正弦波的振荡条件 难难 点：点：RCRC正弦波电路的工作原理正弦波电路的工作原理 本章学时：本章学时：4 4 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 9.1 9.1 滤波电路的基本概念与分类滤波电路的基本概念与分类 9.2 9.2 一阶有源滤波电路一

2、阶有源滤波电路 9.5 9.5 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件 9.6 RC9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 9.8 9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路 主要内容：主要内容： 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 9.1 9.1 滤波电路的基本概念与分类滤波电路的基本概念与分类 1. 1. 基本概念基本概念 滤波电路：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无滤波电路：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。用频率信号的电子装置。 模拟滤波器，以往滤波电路主要采用无源元件模拟滤波器，以往滤波电路主要采用无

3、源元件R、L、C组成，组成， 20世纪世纪60年代后，随着集成运放的发展，由集成运放和年代后，随着集成运放的发展，由集成运放和R、 C组成的有源滤波电路具有不用电感、体积小、重量轻等优组成的有源滤波电路具有不用电感、体积小、重量轻等优 点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗高，输点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗高，输 出阻抗低，构成滤波后还具有一定的电压放大和缓冲作用。出阻抗低，构成滤波后还具有一定的电压放大和缓冲作用。 不足之处：有源滤波电路的工作频率难以做得很高。不足之处：有源滤波电路的工作频率难以做得很高。 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基

4、础 )( )( )( i o sV sV sA 滤波电路传递函数定义：滤波电路传递函数定义： 假设滤波电路是一个线性时假设滤波电路是一个线性时 不变网络，在复频域内：不变网络，在复频域内： 时，有时，有 j s )(j e)j ()j ( AA)()j ( A 其中其中)j ( A )( 传递函数的模，幅频响应，表示滤波电路的特性传递函数的模，幅频响应，表示滤波电路的特性 输出电压与输入电压之间的相位角，相频响应输出电压与输入电压之间的相位角，相频响应 时延时延)( d )(d )(s A(s)是滤波电路的电压传递函数，一般为复数，对于实际频率是滤波电路的电压传递函数，一般为复数，对于实际频率

5、 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 2. 2. 分类分类 低通滤波电路低通滤波电路 A0表示低频增益，表示低频增益，|A|为增益的幅值。功能是通过从零到为增益的幅值。功能是通过从零到 某一截止角频率某一截止角频率H H的低频信号，大于的低频信号，大于H H的所有频率给予的所有频率给予 衰减。带宽衰减。带宽BW= BW= H H/2/2 对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带， 把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频 率叫做截止频率

6、。率叫做截止频率。 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 高通滤波器高通滤波器 001 起振起振 维持振荡维持振荡 自激振荡电路的起振过程自激振荡电路的起振过程 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 4放大电路（包括负反馈放大电路） 放大电路（包括负反馈放大电路） 3. 3. 振荡电路基本组成部分振荡电路基本组成部分 4反馈网络（构成正反馈的） 反馈网络（构成正反馈的） 4选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈 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。）网络合二为一。） 4稳幅环节 稳幅环节 上页上页 下

7、页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 4. 正弦波信号发生器的分类正弦波信号发生器的分类 根据选频网络所用元件分为根据选频网络所用元件分为 RC型振荡器型振荡器(1Hz-1MHz)(1Hz-1MHz) LC型振荡器型振荡器(1(1MHz以上以上) ) 晶体振荡器晶体振荡器 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 1桥式振荡电路的原理图桥式振荡电路的原理图 桥式振荡电路桥式振荡电路 移相式振荡电路移相式振荡电路 主要类型主要类型 双双T网络式振荡电路网络式振荡电路 选频网络选频网络 放大电路放大电路 9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 Vo R R C C

8、 A Rf R1 + + V A V F 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 选频网络选频网络 选频网络选频网络 Z1 Z2 R R C C Vo Vf + + + + Uo R R C C A Rf R1 + + Z1、Z2、R1、Rf形成一个四臂电桥，电桥对角形成一个四臂电桥，电桥对角 线顶点接到放大电路的两输入端，桥式振荡电线顶点接到放大电路的两输入端，桥式振荡电 路的名称由此得来，也叫文氏电桥振荡电路。路的名称由此得来，也叫文氏电桥振荡电路。 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 反馈系数反馈系数 ) 1 j(3 1 CR CR C R

9、 C R C R j 1 /) j 1 ( j 1 / 21 2 ZZ Z o f V V F Z1 Z2 R R C C Vo Vf + + + + 2RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性 C RZ j 1 1 C RZ j 1 / 2 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 RC 1 0 令令 )j(3 1 0 0 F 由此可得由此可得 F 的幅频特性与相频特性的幅频特性与相频特性 ) 1 j(3 1 CR CR 即即 o f V V F 2 0 0 2 )( 3 1 F 3 )( arctan 0 0 F 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础

10、模拟电子技术基础 幅频特性幅频特性 2 0 0 2 )( 3 1 F 当当 0 0时，时，F0 当当 时时, ,F0 0 当当 = = 0 0时时, ,F= =Fmax=1/3 f 0 31/ F f0 幅频特性曲线幅频特性曲线 幅频特性分析幅频特性分析 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 3 )( arctan 0 0 F 相频特性相频特性 当当 0 0时，时， F 90 当当 时时, , F 90 当当 = = 0 0时时, , F 0 0 ff0 90 90 45 45 相相 频频 特特 性性 曲曲 线线 f 0 31/ F f0 幅幅 频频 特特 性性 曲曲

11、线线 F =0 ，且，且反馈最强反馈最强 可见，当可见，当 = = 0 0时时 相频特性分析相频特性分析 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 3 3振荡建立振荡建立 0 f(1) 当当f= 时时 (3) 振荡频率振荡频率 RC f 2 1 0 与与同相位同相位 Vo Vf 的幅值最大的幅值最大Vf =/3 Vo Vf 1 1 R RR A f (2) 当当 3 时，满足振荡条件。时，满足振荡条件。 RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波的正弦波. 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 采用

12、非线性元件采用非线性元件 4. 4. 稳幅措施稳幅措施 4热敏元件 热敏元件 热敏电阻热敏电阻 起振时，起振时，31 1 f R R A V 即即1 VV FA 热敏电阻自动调节热敏电阻自动调节 o V o I 功功耗耗 f R 温度温度 f R 阻阻值值 f R 3 V A1 VV FA稳幅稳幅 V A 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 end 采用非线性元件采用非线性元件 4二极管 二极管 稳幅原理稳幅原理 o V 3 V A 1 VV FA稳幅稳幅 V A 31 1 32 R RR A V 起振时起振时 联联支支路路的的等等效效电电阻阻 并并和和、是是其其中中

13、 2133 DD R R 3 R 4. 4. 稳幅措施稳幅措施稳幅环节稳幅环节 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 9.8 9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路 9.8.2 9.8.2 方波产生电路方波产生电路 9.8.3 9.8.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路 9.8.1 9.8.1 电压比较器电压比较器 单门限电压比较器单门限电压比较器 迟滞比较器迟滞比较器 集成电压比较器集成电压比较器 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 9.8.1 电压比较电压比较器器( (Comparer) ) 概念：概念： 类型类型 基本比较器基本比较器

14、 简单比较器简单比较器( (单门限单门限) ) 窗口比较器窗口比较器( (双门限双门限) ) 迟滞比较器迟滞比较器 比较输入信号比较输入信号v vi i和参考电压和参考电压V VREF REF的电路 的电路 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 特点：特点： 1. 1. 单门限电压比较器单门限电压比较器 开环，虚短不成立开环，虚短不成立 增益增益A0大于大于105 运算放大器工作在非线性状态下运算放大器工作在非线性状态下. . - -VCCvO+VCC vI vP 时，时， vO = VOL 当当 vI 0时时 电容电容C充电充电 vO vC O t vO, vC VZ

15、 VZ FVZ FVZ iC vO、vC波波 形图形图 vO=+VZ 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 b. 当当vCFVZ 时时 vO vC vR= FVZ vO= VZ FVZ FVZ O t vO, vC VZ VZ vO、vC波波 形图形图 iC 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 c. 当当vO= VZ时时 vR= FVZ vO vC O t vO, vC VZ VZ FVZ FVZ vO、vC波波 形图形图 vC按指数规律下降按指数规律下降 电容电容C放电放电 iC 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础

16、d. 当当vC FVZ 时时 vO vC O t vO, vC VZ V FVZ FVZ vO、vC波波 形图形图 vR=FVZ vO=VZ 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 e. 当当vO=+VZ时时 vR=FVZ vO vC O t vO, vC VZ VZ FVZ FVZ vO、vC波波 形图形图 vC又按指数规律上升又按指数规律上升 电容电容C又充电又充电 iC 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 振荡周期振荡周期 )/21ln(2 1 1 ln2 12 RRCR F F CRT f f t O vO vC t1 t2 VZ VZ

17、+FVZ 2 T 2 T FVZ vO , vC 3. 主要参数计算主要参数计算 )/21ln(2 1 12 0 RRCR f f 振荡频率振荡频率 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 将方波信号发生器中的电容将方波信号发生器中的电容C的充电和放电回路分开的充电和放电回路分开,使充电使充电 和放电的时间常数不相等，即可改变信号的占空比。和放电的时间常数不相等，即可改变信号的占空比。 通常将矩形波为高电平的持续时间与振荡周期的比称为通常将矩形波为高电平的持续时间与振荡周期的比称为占占 空比。空比。对称方波的占空比为对称方波的占空比为50%。改变电容。改变电容C的正反向充

18、的正反向充 电时间常数可改变占空比。电时间常数可改变占空比。 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 占空比可调的方波产生电路占空比可调的方波产生电路 VO为正时，为正时，D1导通导通D2截止，截止， 正向充电常数正向充电常数Rf1C， VO为为 负时，负时，D1截止截止D2导通，反导通，反 向充电常数向充电常数Rf2C。 改变改变Rf1/Rf2的比值，就可的比值，就可 改变占空比。改变占空比。 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 9.8.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路 1电路组成电路组成 同相输入迟滞比较器同相输入迟滞比较器 积分器积分器 充放电时间充放电时间 常数不等常数不等 上页上页 下页下页返回返回 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 1 21 1 Op1 R RR vv vv oo 电路翻转时：电路翻转时： 0 P1N1 vv 2门限电压计算门限电压计算 O1 2