第9章信号处理与信号产生电路

1、1 课程内容与学时安排课程内容与学时安排 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 第第1章章 绪论绪论 2学时学时 第第3章章 二极管及其应用电路二极管及其应用电路 4学时学时 第第4章章 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础 14学时学时 第第6章章 模拟集成电路模拟集成电路 6学时学时 第第7章章 反馈放大电路反馈放大电路 7学时学时 第第9章章 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路 6学时学时 第第8章章 功率放大电路功率放大电路 3学时学时 第第10章章 直流稳压电源直流稳压电源 2学时学时 共：共：52学时学时 第第2章章 运算放大器运算放大器 4学时学时 第

2、第5章章 场效应管放大电路场效应管放大电路 4学时学时 核心、基础核心、基础 2个器件个器件 BJT FET 二极管二极管 核心内容核心内容 (关键词关键词) 1个电路个电路 三极管三极管 放大电路放大电路 集成运放集成运放 逐步完善逐步完善 放大电路放大电路 分立元件放大电路分立元件放大电路 构成和分析构成和分析 模电的常用功能电路模电的常用功能电路 集成运放基本应用集成运放基本应用-线性线性 放大的基本概念放大的基本概念 线性使用的条件线性使用的条件 2 第第2、9章章 运算放大器运算放大器应用应用 各种功能电路各种功能电路 多级放大器组成原则及模电发展线索多级放大器组成原则及模电发展线索

3、 + Vo RL Io Rs Ii + Vs + Vi Vi1 + Vo1 + 放大电路放大电路 Vi2 + Vo2 + 放大电路放大电路 Vi3 + Vo3 + 放大电路放大电路 Vi1 + Ro1 Vo1 + + Ri1 AVO1Vi1 Vi2 + Ro2 Vo2 + + Ri2 AVO2Vi2 Vi3 + Ro3 Vo3 + + Ri3 AVO3Vi3 输入级输入级Ri 中间放大级中间放大级AV 输出级输出级Ro 共集、共射共集、共射共射、共基共射、共基共集共集 第第5章章 场效应管场效应管 第第6.2节节 差分放大电路差分放大电路 2个信号个信号 相减相减 第第8章章 功率放大电路功率

4、放大电路 直接耦合直接耦合 零漂零漂 Ri RL特别小特别小 第第6.1节节 电流源电流源 第第6.4节节 集成集成运算放大器运算放大器 性能性能 改善改善 第第7章章 反馈反馈技术、方法技术、方法 稳定稳定Q 电路电路 3 应用分类应用分类 按功能分类按功能分类 按工作区域分类按工作区域分类 放大放大 信号传递信号传递(第第2章比例章比例,第第7章运放章运放4种反馈结构种反馈结构) AV、AI、AR(V/I)、AG(I/V) 运算运算 (第第2章章) 、 ln dt dx x ex 处理处理 滤波滤波、峰值、有效值、绝对值、限幅、峰值、有效值、绝对值、限幅 比较比较 判断电压大小判断电压大小

5、（第（第9章）章） 信号产生信号产生 正弦、方波、三角波正弦、方波、三角波（第（第9章）章） 线性应用线性应用 非线性应用非线性应用 电压比较器电压比较器 集成运放应用概述集成运放应用概述 4 9 信号处理与信号产生电路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滤波电路的基本概念与分类 9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路 *9.4 开关电容滤波器开关电容滤波器 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 9.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路 9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 9.7 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 9.8 非正弦信号产生电路非正弦

6、信号产生电路 只有只有1个电路：个电路： RC串并联网络串并联网络 同相比例放大电路同相比例放大电路 正反馈正反馈 电路结构：电路结构： RC低通、低通、RC高通高通 运放同相比例电路运放同相比例电路 比较器电路结构：比较器电路结构： 单门限运放单门限运放开环开环； 迟滞迟滞正反馈正反馈。 信号产生电路结构：信号产生电路结构： RC低通低通 or 运放积分运放积分 运放迟滞比较器运放迟滞比较器 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 1. 振荡条件振荡条件2. 起振和稳幅起振和稳幅 3. 振荡电路基本组成部分振荡电路基本组成部分 9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路

7、1. 电路组成电路组成2. RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性 3. 振荡电路工作原理振荡电路工作原理4. 稳幅措施稳幅措施 时，时， 01 FA i o f X X A 自激振荡自激振荡：00 oi XX 7.8 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性 振荡器功能：能自动输出一定频率的正弦波。振荡器功能：能自动输出一定频率的正弦波。(没有输入信号没有输入信号) 原因：噪声；中频区负反馈原因：噪声；中频区负反馈 高频区高频区正反馈正反馈 n放大器电路要求线性，故必须防止振荡补偿方法放大器电路要求线性，故必须防止振荡补偿方法 n振荡器电路要利用自激振荡振荡器电路要利用自激

8、振荡 n为使振荡更容易产生，需要构成为使振荡更容易产生，需要构成正反馈正反馈； n当振幅达到要求时，又需要当振幅达到要求时，又需要负反馈负反馈稳定振幅。稳定振幅。(矛盾矛盾) 只有只有1个电路：个电路： RC串并联网络串并联网络 同相比例放大电路同相比例放大电路 正反馈正反馈 6 1. 振荡条件振荡条件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 Xf F Xo A Xi Xid + + Xf F Xo A Xi Xid + + + + 负反馈放大器负反馈放大器正反馈结构正反馈结构振荡器结构振荡器结构 比较环节：比较环节： fiid XXX 闭环频率响应：闭环频率响应： )()(1

9、 )( )( f jFjA jA jA 振振 荡荡 条条 件件)2(180 fa n 求环路增益求环路增益 1)()( jFjA 1)()( jFjA fiid XXX )()(1 )( )( f jFjA jA jA )2(0 fa n 1)()( jFjA 1)()( jFjA Vfb F Vo A V Vfb F Vo A V Vt Vfb F Vo A V Vt 特点：特点：闭合环路闭合环路 (无无Vi ) 怎么分析？怎么分析？ )()(/)( tfb jFjAVVjT 若若Vfb=Vt，则，则.振荡可维持振荡可维持 )2(0 fa n 1)()( jFjA 即：即： 1)()( jF

10、jA 几个问题？几个问题？ 如何自行建立振荡（起振）？如何自行建立振荡（起振）？ 如何保证输出信号频率？如何保证输出信号频率？ 应有选频网络应有选频网络(带通带通)： RC、LC 3个振荡条件个振荡条件本质上相同！本质上相同！ 1)()()( jFjAjT 环路增益环路增益=1（包含比较环节）（包含比较环节） 7 2. 起振和稳幅起振和稳幅 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 3. 振荡电路基本组成部分振荡电路基本组成部分 1. 振荡条件振荡条件 振幅平衡条件振幅平衡条件 相位平衡条件相位平衡条件)2(0 fa n 1)()( jFjA 1)()( jFjA Vfb Vo

11、 A V 振荡器结构振荡器结构 反馈网络反馈网络 (构成构成正反馈正反馈的的) 选频网络选频网络 (无源、无源、带通滤波带通滤波) 放大电路放大电路 (可能有可能有负反馈负反馈) 稳幅环节稳幅环节 (自动调节自动调节环路增益环路增益) 保证只在保证只在单一频率单一频率 0处满足振荡条件；处满足振荡条件； 可以由可以由RC(低频低频)或或LC(高频高频)元件构成；元件构成； 起振起振 (输出幅值输出幅值=0或较小或较小)时：保证环路增益时：保证环路增益|T(j )|1； 起振原因：噪声、干扰或电源接通时的阶跃起振原因：噪声、干扰或电源接通时的阶跃(均含丰富的谐波均含丰富的谐波)。 稳幅稳幅(输出

12、幅值较大输出幅值较大)时：调节环路增益时：调节环路增益|T(j )| 1； 随着输出幅值的增大，应自动调节随着输出幅值的增大，应自动调节|T(j )| ； 最后在最后在|T(j )|1时达到平衡。时达到平衡。 如何自行建立振荡（起振）？如何自行建立振荡（起振）？ 如何保证输出信号频率？如何保证输出信号频率？ 8 Phase-Shift Oscillation (了解了解) A. Structure - - + A3 R C R2 - - + A2 C - - + A1 C v1 R R v1 v2 v2 v3 vO 电压跟随器电压跟随器 0 反相比例反相比例 180 sRC sRC sCR R

13、 RC 1/1 高高通通： 辨认电路，定性判断：辨认电路，定性判断： 总相移总相移 = 0 相位平衡条件？相位平衡条件？ B. Operating Loop gain i 3 3 o )()( v v v v ssA )3()31( )( )( 222222 2 2 CRRCjCR RCRCj R R jT vi 3 2 1 sRC sRC R R To satisfy T(j )=1：031 222 CR o RC o 3 1 At this freq. 8 1 2 R R T8 2 R R )8:(startup 2 R R 一般分析方法举例一般分析方法举例 3个运放总相移个运放总相移=1

14、80 ， 则则3个个RC电路需产生电路需产生180 相移相移 9 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 1. 振荡条件振荡条件2. 起振和稳幅起振和稳幅 3. 振荡电路基本组成部分振荡电路基本组成部分 9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 1. 电路组成电路组成2. RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性 3. 振荡电路工作原理振荡电路工作原理4. 稳幅措施稳幅措施 时，时， 01 FA i o f X X A 自激振荡自激振荡：00 oi XX 7.8 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性 振荡器功能：没有输入信号，自动输出一定频率的正弦波。振荡

15、器功能：没有输入信号，自动输出一定频率的正弦波。 原因：噪声；中频区负反馈原因：噪声；中频区负反馈 高频区高频区正反馈正反馈 n放大器电路要求线性，故必须防止振荡补偿方法放大器电路要求线性，故必须防止振荡补偿方法 n振荡器电路矛盾振荡器电路矛盾 n需要构成正反馈，使振荡更容易产生；需要构成正反馈，使振荡更容易产生； n但当振幅达到要求时，又需要负反馈稳定振幅。但当振幅达到要求时，又需要负反馈稳定振幅。 只有只有1个电路：个电路： RC串并联网络串并联网络 同相比例放大电路同相比例放大电路 正反馈正反馈 10 9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 - - + A R1 C C R R RF

16、vo Z1 Z2 C vO Rf C R + A R R1 1. 电路组成电路组成(文氏电桥文氏电桥) 特点：特点：电桥、双反馈电桥、双反馈 初步分析：初步分析： 满足相位平衡条件？满足相位平衡条件？ )2(0 FA n 满足满足振幅振幅平衡条件？平衡条件？ )1( 1 AFAF (+) (+) (+) (+) 电压串联电压串联 负反馈负反馈 (同相比例同相比例) (+)？ (+) vt 关键：关键： RC串并联网络串并联网络的频率响应的频率响应 选频特性选频特性 ？ 构成构成正反馈正反馈？ 0 A 1 F 1 R R A 初步结论：初步结论： ?0 f 11 2. RC串并联串并联选频网络选

17、频网络的选频特性的选频特性 即分析反馈系数的频率响应即分析反馈系数的频率响应 21 2 1 2 V )( )( )( ZZ Z sV sV sF sC sRC sC RZ 11 1 sRC R sCR sCR sC RZ 1/1 /1 / 2 sRC R sC sRC sRC R 1 1 1 2 )(31sRCsRC sRC j: s又又 RC 1 0 且令且令 )( j3 1 )( 0 0 V jF 9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 sRC sRC 1 3 1 ?0 f RRR 21 CCC 21 12 2 0 0 2 V 3 1 F 3 arctg 0 0 F 2. RC串并联串并

18、联选频网络选频网络的选频特性的选频特性 相移相移 F = 0 3 1 VmaxV FF RC 1 0 RC ff 2 1 0 9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 ?0 f RRR 21 CCC 21 )( j3 1 )( 0 0 V jF 13 3. 振荡电路工作原理振荡电路工作原理 满足相位平衡条件？满足相位平衡条件？ 满足振幅平衡条件？满足振幅平衡条件？ C vO Rf C R + A R R1 (+) (+) 0 a (+) (+) RC f 2 1 0 只只有有 0 f )2(0 fa n 此时若此时若 31 1 f R R A V 则则1 3 1 3 VV FA 电路可以输出正

19、弦波，频率为电路可以输出正弦波，频率为 RC f 2 1 0 （频率低于频率低于 1 MHz） 1f 2RR 1 AF若若要要起起振振 1f 2RR 只对只对f0有有 0 构成正反馈构成正反馈 9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 14 4. 稳幅措施稳幅措施 稳幅原理：稳幅原理： 起振时：起振时：AV 3 o V V A3 V A1 VV FA稳幅稳幅 采用非线性元件采用非线性元件 热敏电阻热敏电阻 场效应管场效应管 二极管二极管 热敏电阻热敏电阻 o V f I 功功耗耗 温温度度 1 f R R )( f 负负温温度度系系数数 R 正正温温度度系系数数）( 1 R V A 1 f 1

20、 R R A V 9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 15 二极管稳幅原理二极管稳幅原理 设设D开路，则开路，则331. 31 1 32 R RR A V AVFV 1，有利于起振！，有利于起振！ 计算计算D导通条件（求开路电压）：导通条件（求开路电压）： V5 . 016. 0 o 321 o3 3 v RRR vR vR V13. 3 o vD才导通才导通 1 32 / 1 R rRR A D V 此此时时， o V 有有： D r V A 试定性说明当试定性说明当R2不慎短路时输出电压不慎短路时输出电压vO的波形；的波形； 试定性说明当试定性说明当R2不慎断开时输出电压不慎断开时输

21、出电压vO的波形的波形(并标明振幅并标明振幅)。 4. 稳幅措施稳幅措施 9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 16 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 1. 振荡条件振荡条件2. 起振和稳幅起振和稳幅 3. 振荡电路基本组成部分振荡电路基本组成部分 9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 1. 电路组成电路组成2. RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性 3. 振荡电路工作原理振荡电路工作原理4. 稳幅措施稳幅措施 时，时， 01 FA i o f X X A 自激振荡自激振荡：00 oi XX 7.8 负反馈放大电路的稳定性负反馈放大电路的稳定性

22、振荡器功能：没有输入信号，自动输出一定频率的正弦波。振荡器功能：没有输入信号，自动输出一定频率的正弦波。 原因：噪声；中频区负反馈原因：噪声；中频区负反馈 高频区高频区正反馈正反馈 n放大器电路要求线性，故必须防止振荡补偿方法放大器电路要求线性，故必须防止振荡补偿方法 n振荡器电路矛盾振荡器电路矛盾 n需要构成正反馈，使振荡更容易产生；需要构成正反馈，使振荡更容易产生； n但当振幅达到要求时，又需要负反馈稳定振幅。但当振幅达到要求时，又需要负反馈稳定振幅。 只有只有1个电路：个电路： RC串并联网络串并联网络 同相比例放大电路同相比例放大电路 正反馈正反馈 17 9 信号处理与信号产生电路信号

23、处理与信号产生电路 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 9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路 *9.4 开关电容滤波器开关电容滤波器 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 9.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路 9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 9.7 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路 只有只有1个电路：个电路： RC串并联网络串并联网络 同相比例放大电路同相比例放大电路 正反馈正反馈 电路结构：电路结构： RC低通、低通、RC高通高通 运放同相比例电路运放同相比例电路 比较器电路结构：比较器

24、电路结构： 单门限运放开环；单门限运放开环； 迟滞正反馈。迟滞正反馈。 信号产生电路结构：信号产生电路结构： RC低通低通 or 运放积分运放积分 运放迟滞比较器运放迟滞比较器 18 9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路 9.8.2 方波产生电路方波产生电路 9.8.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路 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 vI vO - - + A R1 20k R2 20k vF vI vO - - + A R1 20k R2 20k vF v I vO - - + A R vC C +

25、 A vO R1 R2 vF C R vS vO1 + A1 5.1k 0.047 F VZ DZ + vN vP vO2 R1 R2 R3 vI 2k 15k 5.1k A2 VZ= 8V 19 单门限电压比较器单门限电压比较器 vO VOH VOL vI O VREF vO 0 vP - vN V- - V+ =15V 12V = 70 V Vom=14V 斜率斜率= Aod VCES VCE(sat) vI vO - - + A +VCC -VEE VREF vO VOH VOL vI O VREF 理理想想( (虚虚短短) ) 实实际际的的 特点：开环，特点：开环，)10( 5 od

26、A 运放工作在运放工作在非线性状态非线性状态下下 工作原理：工作原理： )( NPodO vvAv v1 vO - - + A +VCC -VEE v2 21 vv 0 O v OHO Vv 21 vv 0 O v OLO Vv 逻辑逻辑1 逻辑逻辑0 时时，当当 odom21 /AVvv 输出电压处于线性区域输出电压处于线性区域(过渡过渡)， 灵敏度或比较误差灵敏度或比较误差(可忽略，即可忽略，即虚短虚短) 常见电路常见电路 门限电压门限电压Vth (Crossover voltage) 输出输出vO翻转翻转时对应的临界时对应的临界输入电压输入电压 (单门限单门限) REFI Vv OHO

27、Vv REFI Vv OLO Vv 9.8.1 电压比较器电压比较器 时时，当当 odom21 /AVvv 20 vI vO - - + A +VCC -VEE VREF (a) vO VOH VOL vI O VREF vI vO - - + A +VCC -VEE VREF (b) vO VOH VOL vI O VREF vI vO - - + A +VCC -VEE (c) vI vO - - + A +VCC -VEE (d) vO VOH VOL vI O vO VOH VOL vI O 同相比较器同相比较器 反相比较器反相比较器 同相过零比较器同相过零比较器 (Zero-Cros

28、sing Detector) 反相过零比较器反相过零比较器 分析任务及方法分析任务及方法 求传输特性求传输特性 方向方向 输出电平输出电平VOH 、VOL 门限电压门限电压Vth (Crossover voltage) 同相同相和和反相反相 Vom (运放线性范围运放线性范围=VCC- -VCES ) Vom= VCC (忽略饱和压降忽略饱和压降) Vom= VZ ( 稳压电路稳压电路) 输出输出vO翻转翻转时对应的临界时对应的临界输入电压输入电压 当当vP vN 时状态翻转，此瞬间可用时状态翻转，此瞬间可用虚短、虚断虚短、虚断 常见电路常见电路单门限电压比较器单门限电压比较器9.8.1 电压

29、比较器电压比较器 21 vO vI O 分析举例分析举例1 vI vO - - + A VREF VZ R3 2k 10k 10k R1 R2 设运放是理想的，设运放是理想的， 且且VREF= - -1V, VZ= 5V，试求门限电压试求门限电压Vth ，画出传输特性，画出传输特性 解解: 利用利用虚短虚短、虚断虚断 0 PN vv REF 21 1 I 21 2 N V RR R v RR R v 0 2 1 2 1 REFIN Vvv V1 REFIth 可得：可得：VvV 画传输特性画传输特性 +5V vI接到接到反相端反相端 反相电压比较器反相电压比较器 求门限电压求门限电压Vth 5

30、V 由稳压管由稳压管限幅电路限幅电路：VO VZ = 5V。 1V vO DZ1 DZ2 R vI 限流电阻限流电阻 22 分析举例分析举例2画传输特性画传输特性 vI vO1 - - + A1 5V vO - - + A2 +12V - -12V +12V - -12V 5V vO2 +6V D1 D2 R1 R2 51k 5.1k =50 习题习题 9.8.1 T 解：解： (1) A1 , A2开环开环单门限比较器单门限比较器 5V I vV12 O1 v 5V I vV12 O1 v 5V I vV12 O2 v 5V I vV12 O2 v (2) D1 , D2和三极管和三极管或非

31、门逻辑电路或非门逻辑电路 时时，当当5V 5V I vV12 O2O1 vv 则则 D1 ,D2和三极管和三极管都截止都截止 V6 O v 时时，或或当当5V 5V II vv V12V12 O2O1 vv或或 则则 D1 ,D2有有1 1个导通个导通三极管三极管Je正偏正偏( (直流分析直流分析) ) 5.1k 6V mA6 .1050 k51 V4 . 1V12 CSBC Iii 所以所以, ,三极管饱和三极管饱和 vO = 0V vO +6V vI O - -5V 5V 窗口比较器窗口比较器 23 比较器的应用比较器的应用 基本应用基本应用 vI O T 2 3 4 t t vO VOH

32、 O VOL 波形整形波形整形 vI vO - - + A +VCC -VEE (c) vI O T 2 3 4 t t vO O VREF VOH VOL vI vO - - + A +VCC -VEE VREF (a) 同相比较器同相比较器 反相比较器反相比较器 单门限电压比较器单门限电压比较器9.8.1 电压比较器电压比较器 获取周期获取周期T 过零比较器过零比较器 判断电压大小，判断电压大小， 例如安全监控等例如安全监控等 已知电路和输入波形，画输出波形。已知电路和输入波形，画输出波形。 24 vI vO - - + A +VCC -VEE VREF (a) 比较器的应用比较器的应用

33、单门限电压比较器虽单门限电压比较器虽 然有电路简单、灵敏然有电路简单、灵敏 度高等特点，但其度高等特点，但其抗抗 干扰能力差干扰能力差。 vI vO - - + A +12V - -12V VREF =4V R1 20k R2 20k vF 路灯自动控制路灯自动控制 设计动作设计动作 错误动作错误动作 路灯亮路灯亮 路灯灭路灯灭 单门限电压比较器单门限电压比较器9.8.1 电压比较器电压比较器 25 vI vO - - + A +VCC -VEE VREF vI vO - - + A +12V - -12V VREF =4V R1 20k R2 20k vF 特点：特点：单门限比较器单门限比较

34、器正反馈正反馈 VOF AA 工作原理：工作原理：)( IFVOO vvAv 0 REF 先先令令vV6 21 O2 F RR VR v则：则： 所以，所以，vI与与vF的关系为：的关系为： vI最大（最大（vI + +6V） vI居中（居中（- -6V vI + +6V） vI最小（最小（vI vF时时 vO vO = VZ RC反向充电反向充电vC vF = - -FVZ 当当vC vF时时 vO 周而复始，形成振荡周而复始，形成振荡 2. 工作原理工作原理 9.8.2 方波产生电路方波产生电路 32 3. 波形波形 R vC C + A vO R1 R2 vF R VZ vO O VZ

35、t O t FVZ FVZ VZ vC VZ VZ vO O VZ t O t FVZ FVZ VZ vC VZ VZ vO O VZ t O t FVZ FVZ VZ vC VZ VZ vO O VZ t O t FVZ FVZ VZ vC VZ VZ vO O VZ t O t FVZ FVZ VZ vC VZ VZ vO O VZ t O t FVZ FVZ VZ vC VZ VZ vO O VZ t O t FVZ FVZ VZ vC VZ VZ vO O VZ t O t FVZ FVZ VZ vC VZ VZ vO O VZ t T1 T2 O t FVZ FVZ VZ vC VZ

36、 0+ 4. 计算周期计算周期 t evvvtv )()0()()( CCCC 根根据据： ZC )0(FVv ZC )(Vv Z1C )(FVTv RC 1 ZZZZ T eVFVVFV ) 2 1ln(2 1 1 ln22 1 2 1 R R RC F F TT 问题：问题：能否调整占空比，产生矩形波？能否调整占空比，产生矩形波？ 9.8.2 方波产生电路方波产生电路 33 5. 占空比可变的矩形波产生电路占空比可变的矩形波产生电路 C + A vC R R1 R2 vO DZ1 VZ DZ2 + Rf2 Rf1 D2 D1 VZ vO O VZ t T1 T2 O t FVZ FVZ V

37、Z vC VZ 0+ 问题：问题：能否同时产生方波和三角波？能否同时产生方波和三角波？ end 9.8.2 方波产生电路方波产生电路 34 9.8.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路 1.方波三角波产生电路方波三角波产生电路 用积分运算电路可将方波变为三角波用积分运算电路可将方波变为三角波 反相迟滞比较器反相迟滞比较器 RC积分积分 R vC C + A vO R1 R2 vF R v I2 + A2 vO2 R1 R2 vF R C R vS vO1 + A1 5.1k 0.047 F 反相积分电路反相积分电路 同相迟滞比较器同相迟滞比较器 分析方法：比较器输出只有两个暂态。分析方法：比较器输

38、出只有两个暂态。 设输出为某一暂态，看是否能自动翻转为设输出为某一暂态，看是否能自动翻转为 另一暂态，并能再回到原暂态。另一暂态，并能再回到原暂态。 Z U 需要需要 Z FU 不能振荡！应更换为不能振荡！应更换为 9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路 35 v I2 + A2 vO2 R1 R2 vF R C R vS vO1 + A1 5.1k 0.047 F 反相积分电路反相积分电路 反相迟滞比较器反相迟滞比较器 Z U 需要需要 Z FU C R vS vO1 + A1 5.1k 0.047 F 反相积分电路反相积分电路 VZ DZ + vN vP vO2 R1 R2 R3 v

39、I 2k 15k 5.1k A2 VZ= 8V 同相迟滞比较器同相迟滞比较器 习题习题9.8.9 Z U 0 P v Zth FUV 需要需要 不能振荡！不能振荡！ 可以振荡！可以振荡！ 9.8.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路 36 习题习题9.8.9 画出画出vO1、vO2的波形。求振荡频率；的波形。求振荡频率； C R vS vO1 + A1 5.1k 0.047 F VZ DZ + vN vP vO2 R1 R2 R3 vI 2k 15k 5.1k A2 VZ= 8V 反相积分电路反相积分电路同相迟滞比较器同相迟滞比较器 )0( 1 O1 0 SO1 Vdtv RC v t )0( O

40、1 O2 Vt RC V 0 N 21 I2 21 O1 P v RR vR RR vR v V72. 2 ZO 2 1 Ith FVv R R vV 习题习题38、39 37 t vO2 0 vO1 0 t 习题习题9.4.9求振荡频率；画出求振荡频率；画出vO1、vO的波形。的波形。 C R vS vO1 + A1 5.1k 0.047 F VZ DZ + vN vP vO2 R1 R2 R3 vI 2k 15k 5.1k A2 VZ= 8V )0()( O1 O2 1O Vt RC V tv ZZ Z 1O )( 2 ) 2 (FVFV T RC VT v Z Z 4 V FV RCT

41、kHz3 4 1 2 RCR R f 如何调整三角波的幅值和频率？如何调整三角波的幅值和频率？ 38 2. 锯齿波发生电路锯齿波发生电路 9.8.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路 9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路 39 9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路 9.8.2 方波产生电路方波产生电路 9.8.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路 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 vI vO - - + A R1 20k R2 20k vF vI vO - - + A R1 20k R2 20k vF

42、 v I vO - - + A R vC C + A vO R1 R2 vF C R vS vO1 + A1 5.1k 0.047 F VZ DZ + vN vP vO2 R1 R2 R3 vI 2k 15k 5.1k A2 VZ= 8V 40 9 信号处理与信号产生电路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滤波电路的基本概念与分类 9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路 *9.4 开关电容滤波器开关电容滤波器 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 9.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路 9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 9.7 LC正弦波振荡

43、电路正弦波振荡电路 9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路 只有只有1个电路：个电路： RC串并联网络串并联网络 同相比例放大电路同相比例放大电路 正反馈正反馈 电路结构：电路结构： RC低通、低通、RC高通高通 运放同相比例电路运放同相比例电路 比较器电路结构：比较器电路结构： 单门限运放开环；单门限运放开环； 迟滞正反馈。迟滞正反馈。 信号产生电路结构：信号产生电路结构： RC低通低通 or 运放积分运放积分 运放迟滞比较器运放迟滞比较器 41 有源滤波有源滤波 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 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路 9.3 高阶有源滤波电

44、路高阶有源滤波电路 9.3.2 有源高通滤波电路有源高通滤波电路 9.3.3 有源带通滤波电路有源带通滤波电路 9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路 9.3.1 有源低通滤波电路有源低通滤波电路 1. 低通滤波电路低通滤波电路2. 高通滤波电路高通滤波电路 1. 基本概念基本概念2. 分类分类 电路结构：电路结构： RC低通、低通、RC高通高通 运放同相比例电路运放同相比例电路 分析方法分析方法 与与频率响应频率响应分析相同分析相同 (1) 滤波电路定义滤波电路定义 (2) 无源与有源无源与有源 低通（低通（LPF） 高通（高通（HPF） 带通（带通（BPF） 带阻（带阻（BE

45、F） H L 42 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. 基本概念基本概念2. 分类分类 (1) 滤波电路定义滤波电路定义 让有用频率信号通过；让有用频率信号通过； 而同时抑制或衰减无用频率信号。而同时抑制或衰减无用频率信号。 举例：举例：RC低通电路低通电路 vo vi R1 C1 3dB 20 dB/十倍频程十倍频程 0 20 40 0.01fH 0.1fH fH 10fH 100fH f/Hz 20lgAVH/dB 滤波器的用途举例滤波器的用途举例 43 (2) 无源与有源无源与有源 vo vi R1 C1 vo vi R1 C1 RL vo vi A1 R1

46、C1 RL 有源滤波器有源滤波器: : RC + + 放大器（集成运放）放大器（集成运放） 3dB 20 dB/十倍频程十倍频程 0 20 40 0.01fH 0.1fH fH 10fH 100fH f/Hz 20lgAVH/dB 按幅频特性分类按幅频特性分类 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. 基本概念基本概念 2. 分类分类 分析方法分析方法 与频率响应分析相同与频率响应分析相同 无源滤波器无源滤波器: : 采用采用R、L、C等无源元件等无源元件组成；组成； 特性描述特性描述 通常用幅频响应来表征通常用幅频响应来表征 通带通带 能够通过的信号频率范围能够通过的信

47、号频率范围 阻带阻带 受阻或衰减的信号频率范围受阻或衰减的信号频率范围 截止频率截止频率 通带和阻带的界限频率通带和阻带的界限频率 缺点：严重的负载效应。缺点：严重的负载效应。 其它分类其它分类 缺点：运放带宽限制缺点：运放带宽限制 44 2. 分类分类 |A| A0 O 理想理想 实际实际 H 阻带阻带 通带通带 |A| A0 O 理想理想 实际实际 阻带阻带 通带通带 H |A| A0 O 理想理想 实际实际 H L 0 L H 0 |A| A0 O 实际实际 理想理想 低通（低通（LPF）高通（高通（HPF） 带通（带通（BPF）带阻（带阻（BEF） H L 按幅频特性分类按幅频特性分类

48、 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 分析任务分析任务 确定类型确定类型 确定通带增益确定通带增益A0( (中频增益中频增益) ) 通带截止频率通带截止频率f0 ( fL，fH) 确定过渡带衰减速率确定过渡带衰减速率 阻带阻带衰减速率衰减速率 分析方法分析方法 与频率响应分析相同与频率响应分析相同 )()j ()j ( AA 频响表达式频响表达式 )j ( A )( 模，幅频响应模，幅频响应 相位角，相频响应相位角，相频响应 45 有源滤波有源滤波 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 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路 9.3 高阶有源滤波电路

49、高阶有源滤波电路 9.3.2 有源高通滤波电路有源高通滤波电路 9.3.3 有源带通滤波电路有源带通滤波电路 9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路 9.3.1 有源低通滤波电路有源低通滤波电路 1. 低通滤波电路低通滤波电路2. 高通滤波电路高通滤波电路 1. 基本概念基本概念2. 分类分类 电路结构：电路结构： RC低通、低通、RC高通高通 运放同相比例电路运放同相比例电路 分析方法分析方法 与与频率响应频率响应分析相同分析相同 (1) 滤波电路定义滤波电路定义 (2) 无源与有源无源与有源 低通（低通（LPF） 高通（高通（HPF） 带通（带通（BPF） 带阻（带阻（BEF

50、） H L 46 9.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路 1. 低通滤波电路低通滤波电路2. 高通滤波电路高通滤波电路 vo vi A1 R3 10k R4 90k R1 5k C1 200pF vp 结构：结构：RC低通低通 同相比例同相比例 vo vi A1 R3 10k R4 90k R2 C2 vp 结构：结构：RC高通高通 同相比例同相比例 传递函数传递函数 11 1 3 4 i o /1 /1 )1()( sCR sC R R v v sA 11 0 1 )( CsR A sA 频响表达式频响表达式 H / )( j A jA 1 0 )/( )( H ffj A fA 1 0

51、即：即： 确定通带增益确定通带增益A0、通带截止频率、通带截止频率f0 确定阻带衰减速率确定阻带衰减速率 1 3 4 p R R A RC f 2 1 H 一阶通带外衰减速率慢，与理想情况一阶通带外衰减速率慢，与理想情况 相差较远。需要高阶滤波器。相差较远。需要高阶滤波器。 20dB/十倍频程十倍频程 （归一化）（归一化） 47 有源滤波有源滤波 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 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路 9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路 9.3.2 有源高通滤波电路有源高通滤波电路 9.3.3 有源带通滤波电路有源带通滤波电路 9.3.4 二阶

52、有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路 9.3.1 有源低通滤波电路有源低通滤波电路 1. 低通滤波电路低通滤波电路2. 高通滤波电路高通滤波电路 1. 基本概念基本概念2. 分类分类 电路结构：电路结构： RC低通、低通、RC高通高通 运放同相比例电路运放同相比例电路 分析方法分析方法 与与频率响应频率响应分析相同分析相同 (1) 滤波电路定义滤波电路定义 (2) 无源与有源无源与有源 低通（低通（LPF） 高通（高通（HPF） 带通（带通（BPF） 带阻（带阻（BEF） H L 48 9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路 9.3.2 有源高通滤波电路有源高通滤波电路 9.3.3 有源带通

53、滤波电路有源带通滤波电路9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路 9.3.1 有源低通滤波电路有源低通滤波电路 (1) 高阶滤波电路组成的一般规律高阶滤波电路组成的一般规律 (3) 高阶滤波电路的性能改善高阶滤波电路的性能改善 (2) 高阶滤波电路传函的一般形式高阶滤波电路传函的一般形式 二阶可以由一阶串联一阶构成二阶可以由一阶串联一阶构成 (带阻带阻-并联并联) 49 分析举例分析举例1 vo vi A2 A1 R3 10k R4 90k R1 5k R2 10k C1 200pF C2 10pF 设图中的集成运放均为理想运放。试分析：设图中的集成运放均为理想运放。试分析： 1.

54、 集成运放集成运放A1和电阻和电阻R3、R4构成什么电路？构成什么电路？ 2. 推导该电路的传递函数推导该电路的传递函数 3. 作出对数幅频响应曲线（波特图）作出对数幅频响应曲线（波特图） 4. 该电路的通频带该电路的通频带BW=？，中频增益，中频增益Avm=？ kHz CR f159 2 1 11 H1 MHz CR f591 2 1 22 . H2 )/j1)(/j1( )( H2H1 VM V ffff A fA 一阶一阶低通有源滤波器低通有源滤波器 )1)(1 ( 2211 VM CsRCsR A H1 VM /j1ff A 11 v 1 1 CsR sA )1 ( 3 4 R R 2

55、2 1 1 CsR 1 (1) 高阶滤波电路组成的一般规律高阶滤波电路组成的一般规律 二阶可以由一阶串联一阶构成二阶可以由一阶串联一阶构成 50 分析举例分析举例2 vo vi A2 A1 R3 10k R4 90k R1 5k R2 10k C1 200pF C2 10pF kHz CR f159 2 1 11 L MHz CR f59. 1 2 1 22 H )/j1)(/j1( )( HL VM V ffff A fA 一阶？一阶？ 带通有源滤波器带通有源滤波器 )1)(1 ( 2211 11VM CsRCsR CsRA 11 11 v 1CsR CsR sA )1 ( 3 4 R R

56、22 1 1 CsR 1 vo vi A2 A1 R3 10k R4 90k R1 5k R2 10k C1 200pF C2 10pF 可由低通和高通串联得到可由低通和高通串联得到 应满足应满足 LH ff 51 9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路 9.3.2 有源高通滤波电路有源高通滤波电路 9.3.3 有源带通滤波电路有源带通滤波电路 9.3.1 有源低通滤波电路有源低通滤波电路 (1) 高阶滤波电路组成的一般规律高阶滤波电路组成的一般规律 (3) 高阶滤波电路的性能改善高阶滤波电路的性能改善 (2) 高阶滤波电路传函的一般形式高阶滤波电路传函的一般形式 二阶可以由一阶串联一阶构成

57、二阶可以由一阶串联一阶构成 (带阻带阻-并联并联) 2 )(21 1 sRCsRC 2 2 )(21 )( sRCsRC sRC 9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路 2 )(21sRCsRC sRC 2 2 )(231 )(221 sRCsRC sRCsRC 52 (2) 高阶的传函形式高阶的传函形式 9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路 vo vi A R C 二阶可以由一阶串联一阶构成二阶可以由一阶串联一阶构成 9.3.2 有源高通滤波电路有源高通滤波电路 9.3.3 有源带通滤波电路有源带通滤波电路 9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路 9.3.1

58、有源低通滤波电路有源低通滤波电路 sRC sA 1 1 v 2 )(21 1 sRCsRC sRC 1 1 vo vi A R C vo vi A R C sRC sRC sA 1 v vo vi A R C sRC sRC 1 2 2 )(21 )( sRCsRC sRC vo vi A R C sRC sRC sA 1 v vo vi A R C sRC 1 1 2 )(21sRCsRC sRC 2 2 )(231 )(221 )( sRCsRC sRCsRC sAv (1) 高阶滤波电路组成的一般规律高阶滤波电路组成的一般规律 53 (1) 高阶滤波电路组成的一般规律高阶滤波电路组成的一

59、般规律 9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路 二阶可以由一阶串联一阶构成二阶可以由一阶串联一阶构成 9.3.2 有源高通滤波电路有源高通滤波电路9.3.1 有源低通滤波电路有源低通滤波电路 9.3.3 有源带通滤波电路有源带通滤波电路 vo vi A R C sRC sRC sA 1 v vo vi A R C sRC 1 1 2 )(21sRCsRC sRC vo vi A2 R2 C2 vo vi A1 R1 C1 带通滤波器构成示意图带通滤波器构成示意图 11 1 CR LH 22 1 CR A0 A2 A1 A0 阻带阻带 阻 碍 阴 通带通带 测评 通带 阻 碍 阴 阻带阻带 阻

60、 碍 阴 通带通带 测评 通带 阻 碍 阴 O O H L A A0 O L H 阻带阻带 测评 通带通带 阻 碍 阻带阻带 测评 54 (1) 高阶滤波电路组成的一般规律高阶滤波电路组成的一般规律 9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路 9.3.3 有源带通滤波电路有源带通滤波电路 9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路 11 1 CR LH 22 1 CR A0 A2 A1 A0 阻带阻带 阻 碍 阴 通带通带 测评 通带 阻 碍 阴 阻带阻带 阻 碍 阴 通带通带 测评 通带 阻 碍 阴 O O H L A A0 O H L 通带通带 测评 阻带阻带 阻 碍 通带通带 测