信号处理与信号产生电路

1、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 滤波电路的基本概念与分类滤波电路的基本概念与分类 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路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1. 基本概念基本概念滤波器：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。用频率信号的电子装置。有源滤波器：由有源器件和有源滤波器：由有源

2、器件和R、C元件构成的滤波器。元件构成的滤波器。)()()(iosVsVsA )(Itv)(Otv滤波电路滤波电路滤波电路传递函数定义滤波电路传递函数定义时，有 j s)(je)j ()j ( AA)()j ( A其中其中)j ( A)( 模，幅频响应模，幅频响应 相位角，相频响应相位角，相频响应时延响应为时延响应为)( d)(d)(s 2. 滤波电路的种类滤波电路的种类低通滤波器（低通滤波器（LPF）通带放大倍数通带放大倍数:通带中输出电压通带中输出电压与输入电压之比与输入电压之比通带截止频率通带截止频率下降速率下降速率用幅频特性描述滤波特性，要研究用幅频特性描述滤波特性，要研究 、 ( f

3、P、下降速、下降速率率)。过渡带越窄，电路的选择性越好，滤波特性越明显。过渡带越窄，电路的选择性越好，滤波特性越明显。puAuA高通滤波器（高通滤波器（HPF）理想滤波器的幅频特性理想滤波器的幅频特性阻容耦合阻容耦合高通（高通（HPF）用于信号处于）用于信号处于高频，并且需要削弱低频的高频，并且需要削弱低频的场合场合阻容放大器的耦合。阻容放大器的耦合。 理想幅频特性理想幅频特性无过渡带无过渡带用于工作信号为低频（或用于工作信号为低频（或直流），并且需要削弱高直流），并且需要削弱高次谐波或频率较高的干扰次谐波或频率较高的干扰和噪声等场合和噪声等场合整流后整流后滤波。滤波。 低通滤波器（低通滤波器

4、（LPF）带阻滤波器（带阻滤波器（BEF）抗已知频率的干扰抗已知频率的干扰带通滤波器（带通滤波器（BPF）通信电路通信电路带通（带通（BPF）用于突出有）用于突出有用频段的信号，削弱其它用频段的信号，削弱其它频段的信号或干扰和噪频段的信号或干扰和噪声声载波通信。载波通信。 带阻（带阻（BEF）用于在已知）用于在已知干扰或噪声频率的情况下，干扰或噪声频率的情况下，阻止其通过，用于抑制干阻止其通过，用于抑制干扰。扰。全通滤波器（全通滤波器（APF）f-转换转换APF对于频率从零到无穷大的信对于频率从零到无穷大的信号具有同样的比例系数，但对于号具有同样的比例系数，但对于不同频率的信号将产生不同的相不

5、同频率的信号将产生不同的相移。移。pppj11 21 1ffARCfAuu空载：ppLpLLpj1 )( 21 ffAACRRfRRRAuuu带载：空载时空载时带负载时带负载时3. 无源滤波电路和有源滤波电路无源滤波电路和有源滤波电路 负载变化，通负载变化，通带放大倍数和截带放大倍数和截止频率均变化，止频率均变化，不符合信号处理不符合信号处理的要求。的要求。 无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，可放大，不能输出高电路的滤波参数不随负载变化，可放大，不能输出高电压大电流。压大电流。有源滤波电路有源滤波电路 用电压跟随器

6、用电压跟随器隔离滤波电路与隔离滤波电路与负载电阻负载电阻,理想情理想情况下，电压跟随况下，电压跟随器输入电阻无穷器输入电阻无穷大，输出电阻为大，输出电阻为零，负载变化不零，负载变化不影响输出电压。影响输出电压。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12p1RRAuRCf21pppj1ffAAuu频率趋于频率趋于0时的时的放大倍数为通放大倍数为通带放大倍数带放大倍数决定于决定于RC环节环节表明进入高频段表明进入高频段的下降速率为的下降速率为20dB/十倍频十倍频 对于对于LPF，频率频率趋于趋于0时的放大倍数即为通带放大倍数。时的放大倍数即为通带放大倍数。求解传递

7、函数时，只需将放大倍数中的求解传递函数时，只需将放大倍数中的 j用用 s 取代即可。取代即可。sRCRRsCRsCRRsUsUsAu11)1 ( 11)1 ()()()(121fio一阶一阶LPF经拉氏变换得传递函数经拉氏变换得传递函数幅频特性幅频特性)21( j1 1ppp12pRCfffAARRAuuusRCRRsUsUsAu11)1 ( )()()(12io 为了使过渡带变窄，需采为了使过渡带变窄，需采用多阶滤波器，即增加用多阶滤波器，即增加RC环环节。在节。在Au(s)表达式分母中表达式分母中s的的方次就是滤波器的阶数。方次就是滤波器的阶数。反相输入低通滤波器反相输入低通滤波器。，即u

8、uAfCsRsA 0 1)(112pRRAuHf积分运算电路的传递函数为积分运算电路的传递函数为加加R2后，后， f0，C 断开，通带放大倍数，断开，通带放大倍数，CsRRRsAu21211)(CRffffRRAu20p01221j119.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路 一阶有源滤波电一阶有源滤波电路通带外衰减速率慢路通带外衰减速率慢（-20dB/十倍频程），十倍频程），与理想情况相差较远。与理想情况相差较远。一般用在对滤波要求一般用在对滤波要求不高的场合。不高的场合。2. 高通滤波电路高通滤波电路与与LPF有对偶性有对偶性 低通电路中的低通电路中的R和和C交换位置便构成高通交换位置便构

9、成高通滤波电路。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简单二阶简单二阶LPFLPF j3)(11)1 ()(311)1 ()(02012212ffffRRAsRCsRCRRsAuu截止频率截止频率 fp 0.37f0特征频率 210RCf 分析方法：电路引入了负反馈利用节点电流法求解输出分析方法：电路引入了负反馈利用节点电流法求解输出电压与输入电压的关系。电压与输入电压的关系。9.3.1 有源低通滤波

10、电路有源低通滤波电路为使为使 fp=f0，且在，且在f=f0时幅频特性按时幅频特性按40dB/十倍频下降。十倍频下降。 f0时，时，C1断路，正反馈断路，正反馈断开，放大倍数为通带放大断开，放大倍数为通带放大倍数；倍数； f ， C2短路，正反馈短路，正反馈不起作用，放大倍数小不起作用，放大倍数小0 ； 因而有可能在因而有可能在f = f 0时放大倍数等于或大于通带放大倍数。时放大倍数等于或大于通带放大倍数。对于不同频率的信号正反馈的强弱不同。对于不同频率的信号正反馈的强弱不同。9.3.1 有源低通滤波电路有源低通滤波电路1. 二阶有源低通滤波电路二阶有源低通滤波电路引入正反馈引入正反馈9.3

11、.1 有源低通滤波电路有源低通滤波电路2. 传递函数传递函数1fF1RRAV )()(PoFsVsVAV )(/1/1)(APsVsCRsCsV 对于滤波电路，有：对于滤波电路，有：RsVsV)()(Ai sCsVsV/1)()(oA 0)()(PA RsVsV得滤波电路传递函数得滤波电路传递函数)()()(iosVsVsA 2FF)()-(31sCRsCRAAVV （二阶）（二阶）（同相比例）（同相比例）2. 传递函数传递函数F0VAA RC1c 令令称为称为通带增益通带增益)()()(iosVsVsA 2FF)()-(31sCRsCRAAVV F31VAQ 称为称为特征角频率特征角频率称为

12、称为等效品质因数等效品质因数则则2cn22c0)( sQsAsA滤波电路才能稳定工作。滤波电路才能稳定工作。时时，即即当当 3 03 FF VVAA注意：注意：2. 传递函数传递函数用用 代入，可得传递函数的频率响应：代入，可得传递函数的频率响应： j s2c22c0)()(11lg20)j (lg20QAA 归一化的幅频响应归一化的幅频响应相频响应相频响应2cc)(1arctg)( Q3. 幅频响应幅频响应2c22c0)()(11lg20)j (lg20QAA 归一化的幅归一化的幅频响应曲线频响应曲线4. n阶巴特沃斯传递函数阶巴特沃斯传递函数传递函数为传递函数为2n0)/(1)(cAjA

13、式中式中n为阶滤波电路阶数，为阶滤波电路阶数， c为为3dB载止角频率，载止角频率，A0为通带电为通带电压增益。压增益。9.3.2 有源高通滤波电路有源高通滤波电路1. 二阶高通滤波电路二阶高通滤波电路 将低通电路中的电将低通电路中的电容和电阻对换，便成为容和电阻对换，便成为高通电路。高通电路。传递函数传递函数2cc220)( sQssAsA2c22c0)(1)(1lg20)j (lg20QAA 归一化的幅频响应归一化的幅频响应2. 巴特沃斯传递函数及其归一化幅频响应巴特沃斯传递函数及其归一化幅频响应2n0)/(1)( cAjA 归一化幅频响应归一化幅频响应9.3.3 有源带通滤波电路有源带通

14、滤波电路1. 电路组成原理电路组成原理可由低通和高通串联得到可由低通和高通串联得到必须满足必须满足11H1CR 低通截止角频率低通截止角频率22L1CR 高通截止角频率高通截止角频率HL fHfL2. 例例9.3.29.3.3 有源带通滤波电路有源带通滤波电路3. 二阶有源带通滤波电路二阶有源带通滤波电路 令令传递函数传递函数2FF)()-(31)(sCRsCRAsCRAsAVV FF0-3VVAAA RC10 F31VAQ 得得20000)(1)( sQsQsAsA 9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路可由低通和高通并联得到可由低通和高通并联得到OOOfHfL双双T T选频网

15、络选频网络9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路双双T T带阻滤波电路带阻滤波电路9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路阻滤波电路的幅频特性阻滤波电路的幅频特性 9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路状态变量型滤波器状态变量型滤波器要点：要点：l将比例、积分、求和等基将比例、积分、求和等基本运算电路组合成自由设本运算电路组合成自由设置传递函数、实现各种滤置传递函数、实现各种滤波功能的电路，称为状态波功能的电路，称为状态变量型滤波器。变量型滤波器。l通带放大倍数决定于负反通带放大倍数决定于负反馈网络。馈网络。l利用利用“逆运算逆运算”方法。方法。 f0时

16、负反馈最强，时负反馈最强， A1输出电压输出电压0； f 时时C 相当于相当于短路，短路，A2输出电压输出电压0，电路开环，电路开环， A1输出电压输出电压UOM，工作到非线性区；需引入负反馈决定通带放大倍数。工作到非线性区；需引入负反馈决定通带放大倍数。6R46p1RRAu状态变量滤波器状态变量滤波器 二阶电路的组成二阶电路的组成低通高通带通带阻)(o2sU)(o3sU)(o4sU5R)(o1sU6R运算电路与有源滤波器的比较运算电路与有源滤波器的比较l相同之处相同之处l电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在线性电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在线性区。区。l均具有均具有“虚

17、短虚短”和和“虚断虚断”的特点，均可用节点电流法的特点，均可用节点电流法求解电路。求解电路。l不同之处不同之处l运算电路研究的是时域问题，有源滤波电路研究的是频运算电路研究的是时域问题，有源滤波电路研究的是频域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变或直流信域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅值的关系，后号下测量输出电压与输入电压有效值或幅值的关系，后者是在输入电压幅值不变的情况下测量输出电压幅值与者是在输入电压幅值不变的情况下测量输出电压幅值与输入电压频率的关系。输入电压频率的关系。l运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的关系，运算电路用运

18、算关系式描述输出电压与输入电压的关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述滤波特性。有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述滤波特性。双双T网络网络RCf210A1组成组成 HPFio1oUUU电路为电路为LPF讨论讨论无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。 与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电与负反馈放大电路的振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。在电扰动下，对于某一特定频率在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈：的信号形成正反馈：oioXXX 由于半导体器件的非线

19、性特性及供电电源的限制，最由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。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. 正弦波振荡的条件正弦波振荡的条件1. 正弦波振荡的条件正弦波振荡的条件211FAnFAFA 一旦产生稳定的振荡，则一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即电路的输出量自维持，即ooXFAX幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件1FA起振条件：起振条件： 要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在，且在合闸通电时对于合闸通电时对于f= f0

20、信号有从小到大直至稳幅的过程，信号有从小到大直至稳幅的过程，即满足起振条件。即满足起振条件。2. 起振与稳幅起振与稳幅1FA电路如何从起振到稳幅？电路如何从起振到稳幅？oX)(ifXXooXFAAFAF稳定的稳定的振幅振幅非线性环节非线性环节的必要性！的必要性！电路器件内部噪声以及电源接通扰动电路器件内部噪声以及电源接通扰动 当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增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。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噪声中，满足相位平衡条件的某一频率 0 0的噪声信号被的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信

21、号。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，稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从使振幅平衡条件从 回到回到1 AF。 1 AF2. 起振与稳幅起振与稳幅3. 基本组成部分基本组成部分1) 放大电路：放大作用放大电路：放大作用（包括负反馈放大电路）（包括负反馈放大电路）2) 正反馈网络：满足相位条件正反馈网络：满足相位条件3) 选频网络：确定选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡保证电路产生正弦波振荡4) 非线性环节（稳幅环节）：稳幅非线性环节（稳幅环节）：稳幅1) 是否存在主要组成部分；是否存在主要组成部分；2) 放大电路

22、能否正常工作，即是否有合适的放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是点，信号是 否可能正常传递，没有被短路或断路否可能正常传递，没有被短路或断路；3) 是否满足相位条件，即是否存在是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡，是否可能振荡 ；4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。是否满足幅值条件，即是否一定振荡。常合二为一常合二为一4 4、分析方法、分析方法相位条件的判断方法：瞬时极性法断开反馈，在断开处给放大电路加断开反馈，在断开处给放大电路加 ff0的信号的信号Ui，且规且规定其极性，然后根据定其极性，然后根据 Ui的极性的极性 Uo的极性的极性 Uf的极性的极性若若Uf与与

23、Ui极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不极性相同，则电路可能产生自激振荡；否则电路不可能产生自激振荡。可能产生自激振荡。 在多数正弦波振荡电路在多数正弦波振荡电路中，输出量、净输入量和中，输出量、净输入量和反馈量均为电压量。反馈量均为电压量。 iU极性？极性？5. 分类常用选频网络所用元件分类。常用选频网络所用元件分类。1) RC正弦波振荡电路：几百正弦波振荡电路：几百千赫千赫以下以下2) LC正弦波振荡电路：几百正弦波振荡电路：几百千赫千赫几百几百兆赫兆赫3) 石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路1. 电路组

24、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1. 电路组成电路组成反馈网络兼做选频反馈网络兼做选频网络网络RC桥式振荡电路桥式振荡电路低频段低频段高频段高频段900 0Ff，Uf900 Ff，UfUo.Uf.I.Uo.Uf.I. 在频率从在频率从0中必有一个频率中必有一个频率f0，F0。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1)是否可用共射放大电路？是否可用共射放大电路？2)是否可用共集放大电路？是否可用共集放大电路？3)是否可用共基放大电路？是否可用共基放大电路？4)是否可用两级共射放大电

25、路？是否可用两级共射放大电路？ 应为应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电、输入电阻趋于无穷大、输出电阻趋于阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。的放大电路。不符合相位条件不符合相位条件不符合幅值条件不符合幅值条件输入电阻小、输出输入电阻小、输出电阻大，影响电阻大，影响f0 可引入电压串联负反馈，使可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于电压放大倍数大于3，且，且Ri大、大、Ro小，对小，对f0影响小影响小反馈系数反馈系数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)()()(ofsVsVsFV 幅频响应幅频响应又又212ZZZ

26、 2)(31sCRsCRsCR j s且令且令RC10 则则)( j3100 VF2002)(31 VF相频响应相频响应3)(arctg00f 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当当2002)(31 VF幅频响应有最大值幅频响应有最大值3)(arctg00f RCffRC21 100 或或 31max VF相频响应相频响应0f 3. 振荡电路工作原理振荡电路工作原理此时若放大电路的电压增益为此时若放大电路的电压增益为 用瞬时极性法判断可知，用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件电路满足相位平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件0f 当当RC10

27、 时，时，2fan 311f RRAV1313 VVFA电路可以输出频率为电路可以输出频率为 的正弦波的正弦波RCf210 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 的正弦波的正弦波采用非线性元件采用非线性元件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，311f RRAV即即1 VVFA热敏电阻的作用热敏电阻的作用 oV oI 功功耗耗 fR 温温度度 fR 阻阻值值 fR3 VA1 VVFA稳幅稳幅 VA采用非线性元件采用非线性元件4. 稳幅措施稳幅措施4场效应管（场效应管（JFET）31DS3p3 RRRAV稳幅原理稳

28、幅原理 oV )(GS负负值值V DSR1 VVFA稳幅稳幅 VA34 CRD、整流滤波整流滤波T 压控电阻压控电阻 vDS iD vGS=0V -1V -2V -3V 3 VA可变电阻区，可变电阻区，斜率随斜率随vGS不不同而变化同而变化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 oV3 VA1 VVFA稳幅稳幅 VA31132 RRRAV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2133DD RR 3R4. 稳幅措施稳幅措施稳幅环节稳幅环节频率可调的文氏桥振荡器频率可调的文氏桥振荡器 改变电容以粗调，改变电改变电容以粗调，改变电位器滑动端以微调。位器

29、滑动端以微调。 加稳压管可以限制输出电加稳压管可以限制输出电压的峰压的峰-峰值。峰值。同轴同轴电位器电位器讨论一：讨论一：合理连接电路，组成文氏桥振荡电路合理连接电路，组成文氏桥振荡电路讨论二：讨论二：图示电路有可能产生正弦波振荡吗？图示电路有可能产生正弦波振荡吗？RC 移项式电路移项式电路RC 双双T选频网络选频网络iU 选频网络和正反馈选频网络和正反馈网络是两个网络。网络是两个网络。RC 移相电路有几级才可能移相电路有几级才可能产生正弦波振荡？产生正弦波振荡？9.7 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路9.7.2 变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路9.7.3 三点式三点式LC振荡电路

30、振荡电路9.7.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路9.7.1 LC选频放大电路选频放大电路9.7.1 LC选频放大电路选频放大电路LRCLRCZ jj1)j(j1 等效损耗电阻等效损耗电阻)1j(CLRCLZ 一般有一般有LR 则则CQLQRCLZ000 当当 时，时，LC10 电路谐振。电路谐振。LC10 为谐振频率为谐振频率谐振时谐振时阻抗最大，且为纯阻性阻抗最大，且为纯阻性其中其中CLRRCRLQ1100 为品质因数为品质因数同时有同时有scIQI 即即sLcIII 1. 并联谐振回路并联谐振回路LC并联并联网络的选频特性网络的选频特性LCfCLRQ 2110 ， 理想理想LC并联网络

31、在谐振时呈纯阻性，且并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。阻抗无穷大。LCf 210谐振频率为谐振频率为在损耗较小时，品质因数及谐振频率在损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗损耗 在在ff0时，电容和电感中电流各约为多少时，电容和电感中电流各约为多少(jQI,-jQI)？网络的电阻为多少网络的电阻为多少(近似为无穷近似为无穷)？9.7.1 LC选频放大电路选频放大电路 构成正弦波构成正弦波振荡电路最简振荡电路最简单的做法是通单的做法是通过变压器引入过变压器引入反馈。反馈。附加相移附加相移LC选频放大电路正弦波振荡电路 当当f=f0时，时，电压放大倍电压放大倍数的数值最数的数值最大，且附加大，且

32、附加相移为相移为0。放大电路放大电路反馈网络反馈网络Uo9.7.1 LC选频放大电路选频放大电路9.7.1 LC选频放大电路选频放大电路阻抗频率响应阻抗频率响应（a）幅频响应）幅频响应 （b）相频响应）相频响应 变压器反馈式变压器反馈式电路电路)(0iffUfU特点：特点： 易振，波形较好；耦合不紧密，易振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。损耗大，频率稳定性不高。分析电路是否可能产生正弦分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：波振荡的步骤：1) 是否存在组成部分是否存在组成部分2) 放大电路是否能正常工作放大电路是否能正常工作3) 是否满足相位条件是否满足相位条件 为使为使N1、N

33、2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。式电路。必须有合适的同必须有合适的同名名端！端！9.7.2 变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路9.7.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路仍然由仍然由LC并联谐振电路构成选频网络并联谐振电路构成选频网络A. 若中间点交流接地，则首端与尾端若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。相位相反。1. 三点式三点式LC并联电路并联电路 中间端的瞬时电位一定在首、尾端中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。电位之间。三点的相位关系三点的相位关系B. 若首端或尾端交流接地，则其他两若首端或尾端交流接地，则其他两

34、 端相位相同。端相位相同。2. 电感反馈式电路电感反馈式电路反馈电压取自哪个线圈？反馈电压取自哪个线圈？反馈电压的极性？反馈电压的极性？)(0iffUfU必要吗？必要吗？ 电感的三个抽头分别接晶电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电体管的三个极，故称之为电感三点式电路。感三点式电路。9.7.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路2.电感反馈式电路电感反馈式电路特点：耦合紧密，易振，振特点：耦合紧密，易振，振幅大，幅大，C 用可调电容可获得用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。较差，常含有高次谐波。减小。增大，则具有相关性；若增大与故阻就是它

35、自身的负载，因为放大电路的输入电FANFA 1 由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。9.7.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路3.电容反馈式（电容三点式）电路电容反馈式（电容三点式）电路iUfU)(2121210CCCCLf 若要振荡频率高，则若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当的取值就要小。当电容电容减减小到一定程度小到一定程度时时，晶体管的极间电容将并联在，晶体管的极间电容将并联在C1和和C2上，影上，影响振荡频率。响振荡频率。LCf

36、CCCC21 021，则且若特点：特点：波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。波形好，振荡频率调整范围小，适于频率固定的场合。C与放大电路参数无关与放大电路参数无关作用？作用？9.7.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路9.7.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路Q值越高，选频特性越好，频率越稳定。值越高，选频特性越好，频率越稳定。1. 频率稳定问题频率稳定问题频率稳定度一般由频率稳定度一般由 来衡量来衡量0ff 频率偏移量。频率偏移量。f 0f振荡频率。振荡频率。LC振荡电路振荡电路 频率稳定度频率稳定度为为105 Q 数百数百石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 频率稳定度频率稳定度

37、为为10101011 Q 10000 5000009.7.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路2. 石英晶体的基本特性与等效电路石英晶体的基本特性与等效电路结构结构极板间加电场极板间加电场极板间加机械力极板间加机械力晶体机械变形晶体机械变形晶体产生电场晶体产生电场压电效应压电效应交变电压交变电压机械振动机械振动交变电压交变电压机械振动的固有频率与晶片尺寸有关，稳定性高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当交变电压频率 = 固有频率时，振幅最大。固有频率时，振幅最大。 压电谐振压电谐振等效电路等效电路LCf21s A. 串联谐振串联谐振特性特性 晶 体 等 效 阻晶 体 等

38、效 阻抗为纯阻性抗为纯阻性0p121CCLCf B. 并联谐振并联谐振通常通常0CC 0s1CCf 所以所以很很接接近近与与 psff9.7.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路2. 石英晶体的基本特性与等效电路石英晶体的基本特性与等效电路（a）代表符号）代表符号 （b）电路模型）电路模型 （c）电抗）电抗-频率响应特性频率响应特性 9.7.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路2. 石英晶体的基本特性与等效电路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实际使用时外接一小电容Cs则新的谐振频率为则新的谐振频率为s0s121CCCLCf 由于由于s0CCC s0s1CCCf 由此看出由此看

39、出 )(21s0ssCCCff；时时， 0 pssffC sss ffC 时时，调整调整之之间间变变化化和和在在可可使使 psssfffC 利用石英晶体的高品质因数的特点，构成利用石英晶体的高品质因数的特点，构成LC振荡电振荡电路，如图所示。路，如图所示。 (a)串联型串联型 f f0 0 =f fs s （b）并联型）并联型 f fs s f f0 0 uN时，时， uOUOM uP 0 时时 uO UOM; uI 0 时时 uO UOM 集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入端（不能超过最大差模输入电压），需加输入放的输入端（不

40、能超过最大差模输入电压），需加输入端限幅电路。端限幅电路。集成运放的净输入集成运放的净输入电压最大值为电压最大值为UD9.8.1 电压比较器电压比较器输出限幅电路输出限幅电路 实用电路中实用电路中为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。电路。UOH UZ1 UD2 UOL( UZ2 UD1)UOH UOL UZUOH UZ UOL UD 不可缺少！不可缺少！保护稳压管保护稳压管输出限幅电路输出限幅电路uO UZ（1）保护输入端（净输入近似为）保护输入端（净输入近似为零）零）（2）加速集成运放状态的转换）加速集成运放状态的转换（集成运放没有工作在非线

41、性区，（集成运放没有工作在非线性区，输入电压过零时，内部晶体管不需输入电压过零时，内部晶体管不需要从截止区逐渐进入饱和区，或者要从截止区逐渐进入饱和区，或者从饱和区逐渐进入截止区）从饱和区逐渐进入截止区）电压比较器的分析方法：电压比较器的分析方法：（1 1）写出写出 uP、uN的表达式，的表达式，令令uP uN，求解出的求解出的 uI即为即为UT；（2 2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；（3 3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出输出电压电压的跃变方向。的跃变方向。2） 一般单限比

42、较器一般单限比较器得令, 0PNI211REF212NuuuRRRURRRu（1）若要）若要UTURH时，时，uO1= uO2= UOM，D1导通，导通，D2截止；截止； uO= UZ。 当当uIURL时，时，uO2= uO1= UOM，D2导通，导通，D1截止；截止； uO= UZ 。 当当URLuI URH时，时， uO1= uO2= UOM，D1、D2均截止；均截止； uO= 0。9.8.1 电压比较器电压比较器9.8.1 电压比较器电压比较器4、集成电压比较器、集成电压比较器集成电压比较器与集成运算放大器比较：集成电压比较器与集成运算放大器比较： 开环增益低、失调电压大、共模抑制比小，

43、灵敏度往往不如开环增益低、失调电压大、共模抑制比小，灵敏度往往不如用集成运放构成的比较器高。用集成运放构成的比较器高。 但集成电压比较器中无频率补偿电容，因此转换速率高，改但集成电压比较器中无频率补偿电容，因此转换速率高，改变输出状态的典型响应时间是变输出状态的典型响应时间是30200ns。 相同条件下相同条件下741集成运算放大器的响应时间为集成运算放大器的响应时间为30 s左右。左右。讨论一 已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它们各为哪种电压比较器；输入电压为们各为哪种电压比较器；输入电压为5sint (V)，画出各，画出各电路输出电

44、压的波形。电路输出电压的波形。 你能分别组成具有图你能分别组成具有图示电压传输特性的电压示电压传输特性的电压比较器电路吗？比较器电路吗？同相输入同相输入单限比较器单限比较器反相输入反相输入滞回比较器滞回比较器窗口窗口比较器比较器讨论二：讨论二：求解图示各电路的电压传输特性。求解图示各电路的电压传输特性。AuIUREFuO通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：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）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馈状态和非线性区，其输出电压只有高电平VOH和低电和低电

45、VOL两种情况。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）一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。的函数关系。（3）电压传输特性的关键要素）电压传输特性的关键要素 输出电压的高电平输出电压的高电平VOH和低电平和低电平VOL 门限电压门限电压 输出电压的跳变方向输出电压的跳变方向令令vPvN所求出的所求出的vI就是门限电压就是门限电压vI等于门限电压时输出电压发生跳变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跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式 输出输出无稳态无稳态，有两个暂态有两个暂态；若输出为高电平时定义为第；若输出为

46、高电平时定义为第一暂态，则输出为低电平为第二暂态。一暂态，则输出为低电平为第二暂态。（1）开关电路）开关电路：因为输出只有高电平和低电平两种情况，：因为输出只有高电平和低电平两种情况，即两个暂态；故采用电压比较器。即两个暂态；故采用电压比较器。（2）反馈网络）反馈网络：因需自控，在输出为某一暂态时孕育翻转：因需自控，在输出为某一暂态时孕育翻转成另一暂态的条件，故应引入反馈。成另一暂态的条件，故应引入反馈。（3）延迟环节）延迟环节：要使两个暂态均维持一定的时间，故采用：要使两个暂态均维持一定的时间，故采用RC环节环节实现实现，从而决定振荡频率，从而决定振荡频率 。9.8.2 方波产生电路方波产生

47、电路1. 1. 电路组成电路组成Z211TURRRU正向充电：正向充电： uO（+UZ）RC地地反向充电：反向充电： 地地C R uO（UZ）RC 回路回路ZU滞回比较器滞回比较器ZU9.8.2 方波产生电路方波产生电路2. 2. 工作原理：分析方法工作原理：分析方法 设电路已振荡，且在某一暂态，看是否能自动翻设电路已振荡，且在某一暂态，看是否能自动翻转为另一暂态，并能再回到原暂态。转为另一暂态，并能再回到原暂态。 电路合闸通电，分析电路是否有两个暂态，而无电路合闸通电，分析电路是否有两个暂态，而无稳态。稳态。 设合闸通电时电容上电压为设合闸通电时电容上电压为0，uO上升，则产生正反馈过程：上

48、升，则产生正反馈过程： uO uP uO ，直至直至 uOUZ， uP+UT，为，为第一暂态。第一暂态。9.8.2 方波产生电路方波产生电路2. 2. 工作原理工作原理： 电容正向充电，电容正向充电，t uN，t ， uN UZ；但当但当uN +UT时，再增大，时，再增大， uO从从+ UZ跃变为跃变为UZ， uPUT，电路电路进入进入第二暂态第二暂态。 电容反向充电，电容反向充电，t uN，t ， uN UZ；但当但当uN UT时，再减小，时，再减小， uO从从 UZ跃变为跃变为+UZ， uP+UT，电路电路返回第一暂态返回第一暂态。第一暂态第一暂态：uOUZ， uP+UT。9.8.2 方波产生电路方波产生电路求出、终了值、时间常数，根据三要素，即起始值)21ln(2213RRCRT%50kTTq占空比脉冲宽度脉冲宽度3. 3. 波形分析波形分析9.8.2 方波产生电路方波产生电路占空比可调电路占空比可调电路为了占空比调节范围大，为了占空比调节范围大，R3应如何取值？应如何取值？ 正向充电和反向充电时间常数可正向充电和反向充电时间常数可调，占空比就可调。调，占空比就可调。9.8.2 方波产生电路方波产生电路三角波产生电路三角波产生电路 1. 电路组成 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。