信号处理和信号产生电路

1、第9章 信号处理及信号产生电路1 滤波电路的基本概念及分类2 一阶有源滤波电路3 高阶有源滤波电路7 LC正弦波振荡电路8 振荡电路4 正弦波振荡电路的振荡条件5 RC正弦波振荡电路6 调谐放大器信号处理和信号产生电路1 滤波电路的基本概念及分类1. 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用频率信号的电子装置。滤波电路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信号处理和信号产生电路2. 分类按幅频特性分 低通（LPF）用于工作信号为低频（或直流），并且需要削弱高次谐波或频率较高的干扰和噪声等场合整流后滤波。 高通（HPF）用于信号处于高频，并

2、且需要削弱低频的场合阻容放大器的耦合。 带通（BPF）用于突出有用频段的信号，削弱其它频段的信号或干扰和噪声载波通信。 带阻（BEF）用于抑制干扰。 全通（APF）通阻通Au阻通Au通阻Au阻阻通Au信号处理和信号产生电路3、无源滤波电路和有源滤波电路 无源滤波电路：由无源元件R、L、C组成的滤波电路。 有源滤波电路：由晶体管和R、C网络组成的滤波电路。 4、由集成运放（工作在线性区）和RC网络组成的有源滤波电路的优点： （1）体积小，重量轻，不需要加磁屏蔽。 （2）电路中的集成运放可以加串联负反馈，使ri高，ro低。 （3）除起有源滤波作用外，还可以放大，而且放大倍数容易调节。 5、举例：有

3、一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。信号处理和信号产生电路RL1、RC低通滤波器缺点（1）放大倍数低，最大为1； （2）带负载的能力差；例如R=27k，RL=3k，对于低频而言，uo只有ui的十分之一，而当RL断开时，uo=ui。 为了提高带负载的能力，可以加电压跟随器，以提高带负载的能力。Uo+CRUi+其中特征角频率2 一阶有源低通滤波电路传递函数中出现 的一次项，故称为一阶滤波器。0.01f0f0100f00.1f010f00-20-40f/Hz20lgA/dB-3-20dB/十倍频程信号处理和信号产生电路RLUo+CRUi+UPUNRRf+UoRL+R12、一阶有源低通

4、滤波器Uo1+4、幅频特性为10-2010w/w020lg|A/A0|/dB-33、传递函数电路特点：有放大作用；带负载能力强。-20dB/十倍频程0.01f0f0100f00.1f010f00-20-40f/Hz20lgA/dB-3-20dB/十倍频程信号处理和信号产生电路CRUi+UPUNRRf+UoRL+R15、一阶无源和有源低通滤波器的比较Uo1+10-2010w/w020lg|A/A0|/dB-3-20dB/十倍频程0.01f0f0100f00.1f010f00-20-40f/Hz20lgA/dB-3一阶低通有源滤波器与无源低通滤波器的通带截止频率相同；但通带电压放大倍数得到提高。缺

5、点：一阶低通有源滤波器在 w w 0 时，滤波特性不理想。对数幅频特性下降速度为 -20 dB / 十倍频。解决办法：采用高阶低通有源滤波器。-20dB/十倍频程信号处理和信号产生电路3、高阶有源滤波器 常见高阶低通有源滤波器 ： （1）巴特沃思滤波器(Butterworth) ：通带内幅频曲线的幅度平坦，最平幅度逼近， 相移与频率的关系不是很线性的，但过渡带的衰减较慢，阶跃响应有过冲。 （2）切比雪夫滤波器(Chebyshev) ：过渡带的衰减最快，但通带之间幅频曲线有波纹。 （3）贝塞尔滤波器(Bessel) ：相移和频率之间有良好的线性关系，阶跃响应过冲小，但幅频曲线的下降陡度较差。信号

6、处理和信号产生电路1、电路组成为了使uo在高频段以更快的速率下降，以改善滤波效果，再加一级RC低通滤波电路。 第一级电容C不接地，而改接到输出端。 CUi+UPUNRRf+UoRL+R1改画UPRf+UoR1CRCR这种接法相当于在二阶有源滤波电路种引入反馈，让uo在高频段迅速下降。 UiUA一、二阶有源低通滤波器 C信号处理和信号产生电路2、传递函数对A点对P点解得：称为通带增益称为特征角频率称为等效品质因数UPRf+UoR1CRCRUiUA一、二阶有源低通滤波器 传递函数中出现 的二次项,故称为二阶滤波器电压增益与通带增益的比信号处理和信号产生电路幅频响应相频响应3、二阶有源滤波电路w/w

7、00.50.2151032-30-400.120lg|A/Au|/dB20-3100-10-20-40dB/十倍频程Q=0.707Q=0.5Q=10与一阶有源滤波电路相比，uo在高频段下降迅速。 一、二阶有源低通滤波器 Q=0.707时：Q=0.5时Q=1时Q=2时Q=10时信号处理和信号产生电路3、二阶有源滤波电路表明：当2Au1，在w=w0处的电压增益将大于Au，幅频特性在 w=w0处将抬高。 当Au3时，有源滤波器自激。由于将C接到输出端，等于在高频端给LPF加了一点正反馈，所以在高频端的放大倍数有所抬高，甚至可能引起自激。滤波电路才能稳定工作一、二阶有源低通滤波器 w/w00.50.2

8、151032-30-400.120lg|A/Au|/dB20-3100-10-20-40dB/十倍频程Q=0.707Q=0.5Q=10幅频响应相频响应信号处理和信号产生电路4、四阶和n有源滤波电路UPRf+UoR1CRCRUiUAuo1=ui2四阶LPF20lg|A/Au|/dBw/w00-20-400.10.50.2151032-3n=2n=6n=4n=10n=8二阶LPF二阶LPFuoui一、二阶有源低通滤波器 信号处理和信号产生电路二、二阶高通滤波器 解得： 将低通电路中的电容和电阻对换，便成为高通电路。UPRf+UoR1CRCRUiUAuPRfuoR1uiuACRC-+放大电路同相比例

9、R，高通滤波电路与低通滤波电路的对数幅频特性互为“镜像”关系。归一化的幅频响应信号处理和信号产生电路二、二阶高通滤波器 解得： 将低通电路中的电容和电阻对换，便成为高通电路。uPRfuoR1uiuACRC-+放大电路同相比例R，高通滤波电路与低通滤波电路的对数幅频特性互为“镜像”关系。归一化的幅频响应w/w00.50.2151032-30-400.120lg|A/Au|/dB20-3100-10-20-40dB/十倍频程Q=0.707信号处理和信号产生电路三、带通滤波器 可由低通和高通串联得到必须满足低通特征角频率高通特征角频率只允许某一段频带内的信号通过，将此频带以外的信号阻断。低通高通1、

10、基本形式信号处理和信号产生电路C2R2+Uo三、带通滤波器 C1UiR1+Uo1一阶低通一阶高通2、一阶带通滤波器信号处理和信号产生电路高通低通Rf+UoR1C2RCRUi R三、带通滤波器 3、二阶带通滤波器对A点对同相端解得：通带增益特征角频率中心角频率A等效品质因数信号处理和信号产生电路三、带通滤波器 3、二阶带通滤波器对A点对同相端解得：Q=120lg|A/AuP|/dBw/w00-20-400.1110Q=10Q=5通带增益特征角频率中心角频率等效品质因数信号处理和信号产生电路四、带阻滤波器 可由低通和高通并联得到必须满足在规定的频带内，信号被阻断，在此频带以外的信号能顺利通过。低通

11、高通信号处理和信号产生电路四、带阻滤波器 双T选频网络一阶电路uiuo二阶电路RRRuiuoR1RfCCC信号处理和信号产生电路4 正弦波振荡电路的振荡条件振荡器：不需要外加激励信号就能将直流信号转化为交流信号的电子设备。分类： 正弦波振荡器；非正弦波振荡器 一、条件 基本放大电路Ao反馈电路F自激振荡的条件：而即（为保证起振，通常要求 ）幅度条件：相位条件： （n=0，1，2，3，）此外：信号处理和信号产生电路二、组成 基本放大器； 反馈网络； 选频网络（为了获得单一频率）； 稳幅环节（为了产生稳幅振荡）； 若选频网络由RC元件构成RC正弦波振荡器；若选频网络由LC元件构成LC正弦波振荡器；

12、由同一电路组成由同一电路组成基本放大电路Ao反馈电路F电容电路：电流超前电压90o电感电路：电压超前电流90o信号处理和信号产生电路1、判断能否产生振荡 （1）检查电路是否具备振荡电路的组成部分； （2）检查放大电路的Q点是否能够保证放大器正常工作；三、分析方法（3）分析电路是否满足振荡条件。主要是分析相位条件，至于幅度条件一般容易满足。 瞬时极性法：断开反馈，在断开处给放大电路加 ff0的信号ui，且规定其极性，然后根据: ui的极性 uo的极性 uf的极性 若uf与ui极性相同，则电路可能产生自激振荡； 否则不能产生自激振荡。2、求振荡频率和起振条件振荡频率由相位条件决定；起振条件由幅度条

13、件求得； 基本放大电路Ao反馈电路F信号处理和信号产生电路1、如何起振？uo 是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起振时uo=0，达到稳定振荡时uo=B。放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：|AF|1，且A+ B =2n，即可起振。四、说明2、如何稳幅？ 起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1，即可稳幅。起振并能稳定振荡的条件：基本放大电路Ao反馈电路F信号处理和信号产生电路5 RC正弦波振荡电路

14、一、RC移相式振荡器1、电路组成C C CR R Ruf=uiui uoRb2、RC移相网络的特性相位图（电容两端的电压落后电流90o）CuouiR原理图Rb1 R R RRb2 Re Ce+EC C C C C C C Ib Rb hie Ib R R R ui信号处理和信号产生电路uo与ui间的相位差为了得到一定的输出电压幅度，每一小节的相移只能小于或等于60o，为了得到180o的相移，至少应选用三节RC移相网络。结论： uo超前ui一定的角度 相位超前移相网络。 与RC的大小有关，最大为90o，但 为90o时， uo的幅度便为0。一、RC移相式振荡器1、电路组成2、RC移相网络的特性Cu

15、ouiR原理图C C C Ib Rb hie Ib R R R ui信号处理和信号产生电路一、RC移相式振荡器3、振荡频率和起振条件 其中Ri= Rb/ hie hie 令为 R/nR R RiR C C CIbRI1 I2 I3按电路定理列方程组解得：C C C Ib Rb hie Ib R R R ui信号处理和信号产生电路一、RC移相式振荡器3、振荡频率和起振条件 得为保证相位条件，虚部必须为零，即此时为保证幅度条件，必须有即29+其中Ri= Rb/ hie hie 令为 R/nR R RiR C C CIbRI1 I2 I3C C C Ib Rb hie Ib R R R ui信号处理

16、和信号产生电路一、RC移相式振荡器3、振荡频率和起振条件 得为保证相位条件，虚部必须为零，即此时为保证幅度条件，必须有即29+当hie1时：起振条件 30振荡频率4、结论（1）RC振荡器的振荡频率不是很高，一般为几kHz以下；（2）适用于产生频率不高的场合； 信号处理和信号产生电路二、相位落后的RC移相式振荡器采用射极输出器提高负载电阻RCuiuo振荡频率起振条件+EC信号处理和信号产生电路三、RC文氏桥式振荡器1、基本电路R1C1 R2C2R1C1R2C2uo_+R2R1信号处理和信号产生电路三、RC文氏桥式振荡器2、选频电路时，相移为0。如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：fof+9

17、090f当R1C1 R2C2信号处理和信号产生电路3、起振条件所以，要满足相位条件，只有在 fo 处因为：三、RC文氏桥式振荡器uo_+R2RCRCR1信号处理和信号产生电路能自行启动的电路（1）uotRtA半导体热敏电阻起振时，RT略大于2R1，使|AF|1，以便起振；起振后，_+RTRCRCR1t uo4、实用电路三、RC文氏桥式振荡器使得输出uo为某值时，|AF|=1，从而稳幅。i信号处理和信号产生电路R22为一小电阻，使(R21+R22)略大于2R1，|AF|1，以便起振；随着uo的增加，R22逐渐被短接，A自动下降到使|AF|=1，使得输出uo稳定在某值。_+R21RCCR1R22D

18、1D2能自行启动的电路（3）三、RC文氏桥式振荡器4、实用电路信号处理和信号产生电路输出频率的调整：通过调整R或/和C来调整频率。C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。K：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频率。_+RFuoRCCRKKR1R1R2R2R3R3三、RC文氏桥式振荡器4、实用电路信号处理和信号产生电路电子琴的振荡电路电路：_+RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21三、RC文氏桥式振荡器功率放大器4、实用电路信号处理和信号产生电路5、用分立元件组成的RC振荡器RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC

19、1RF+ubeRC网络正反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。 RF、RE1组成负反馈，使电路工作稳定。三、RC文氏桥式振荡器信号处理和信号产生电路6 调谐放大器I、LC并联谐振回路 一、谐振频率与谐振电阻 1、谐振的概念：AB间的阻抗最大，且呈纯电阻的状态谐振状态。2、谐振频率：当 时呈谐振状态，此时或3、谐振电阻4、理想电路CLR0L、C为理想电抗件R0体现了损耗ABCLr信号处理和信号产生电路I、LC并联谐振回路 一、谐振频率与谐振电阻 5、特点（1）谐振频率：（2）谐振时总的容抗等于感抗：两端呈纯电阻。（3）谐振时总电流与总电压同相，支路电流比总电流大。电感支路：电容支路：ABCLr信号

20、处理和信号产生电路I、LC并联谐振回路 二、谐振回路的品质因数定义：谐振时电路的电抗（0L或1/ 0C ）与等效损耗电阻r之比。Q0的大小标志着谐振质量的优劣。Q0损耗越小。Q0通常在30200之间。ABCLr信号处理和信号产生电路I、LC并联谐振回路 三、谐振曲线1、谐振曲线fof+9090fR02、通用谐振方程ABCLr信号处理和信号产生电路I、LC并联谐振回路 三、谐振曲线2、通用谐振方程或在f=f0f的情况下：则其中相对失谐量，描述了f偏离f0的程度。ABCLr信号处理和信号产生电路I、LC并联谐振回路 三、谐振曲线3、通频带当时，相减得可见Q0愈大，通频带愈窄。|ZAB|ABCLr信

21、号处理和信号产生电路I、LC并联谐振回路 四、信号源和负载与并联谐振回路的连接CLR0IsRsRL令则而结论：Rs和RL的接入，使回路的损耗增加，通频带变宽。ABCLr信号处理和信号产生电路I、LC并联谐振回路 BBACL2L1rCBCL2CL1r五、改变并联谐振回路阻抗的办法1、电感中间抽头谐振频率谐振阻抗忽略两线圈间的互感和R的影响ABCLr信号处理和信号产生电路I、LC并联谐振回路 BCArLC2C1CBrLC2C1五、改变并联谐振回路阻抗的办法忽略r的影响2、电容中间抽头谐振频率谐振阻抗ABCLr信号处理和信号产生电路I、LC并联谐振回路 五、改变并联谐振回路阻抗的办法3、结论谐振频率

22、仅仅决定于回路的总电感L和总电容C，与抽头位置无关。谐振阻抗与抽头的位置有关。ABCLr信号处理和信号产生电路、 LC串联谐振回路RLC谐振频率：或谐振阻抗： Z=R （此时阻抗很小）品质因数：fof+9090fR信号处理和信号产生电路、LC调谐放大器一、单调谐放大器即 的频率特性在形式上与并联谐振回路相似，在表明调谐放大器具有良好的选频特性。二、采用部分接入的LC调谐放大器1、减小了集电极电容对谐振频率的影响；2、使阻抗得到匹配； f+ECC LRL信号处理和信号产生电路、LC调谐放大器R0 C L RL三、双调谐放大器1、为使频率特性接近于矩形，采用双调谐放大器。2、双调谐放大器的耦合，可

23、采用电容耦合或电感耦合。3、耦合系数电感耦合电容耦合 f+ECC LRL信号处理和信号产生电路1234磁棒初级线圈次级线圈同极性端1234+IV、变压器耦合振荡电路 1、变压器同极性端的问题信号处理和信号产生电路+ECCC1Luo2、变压器耦合振荡电路 振荡频率：起振条件：优点：易于起振，调节频率方便缺点：输出波形不好IV、变压器耦合振荡电路 信号处理和信号产生电路2、变压器耦合振荡电路 IV、变压器耦合振荡电路 信号处理和信号产生电路7 LC振荡电路LC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。放大电路可用高频运放，也可用分离元件组成。本节重点掌握相位条件的判别。信号处理和信号

24、产生电路一、电感三点式振荡电路1、电路组成2、相位条件CL1L2ufuo电路满足相位条件。瞬时极性法？必要吗？ 电感的三个抽头分别接晶体管的三个极，故称之为电感三点式电路。特点： 耦合紧密，易振，振幅大。+C+ECL1L2RL信号处理和信号产生电路一、电感三点式振荡电路3、振荡频率和起振条件振荡频率：起振条件：为总的损耗电阻得具体的L2/L1最好通过实验来调整。C+ECL1L2RLCL1L2ufuoL1L2 RChie信号处理和信号产生电路一、电感三点式振荡电路4、特点（1）由于L1和L2耦合很紧，因此很容易起振；（2）调节频率方便，通常采用可变电容；（3）一般用于产生几十MHz以下的频率；（

25、4）由于Uf取自L2（电感），输出波形中有高次谐波，故波形较差。（5）另一种电感三点式LC振荡电路。 图中三极管是共基极接法。C+ECL1L2RL信号处理和信号产生电路二、电容三点式振荡电路1、电路组成2、相位条件电路满足相位条件。瞬时极性法？+RLC1C2+ECLufuoC1C2L信号处理和信号产生电路二、电容三点式振荡电路3、振荡频率和起振条件振荡频率：起振条件：为总的损耗电阻得RLC1C2+ECLufuoC1C2L信号处理和信号产生电路4、特点（1）晶体管的极间电容对振荡频率有一定的影响；（2）调节频率不方便，适用于产生固定频率；（3）一般用于产生几百MHz以上的频率，很高；（4）由于u

26、f取自C2（电容），故波形较好。 二、电容三点式振荡电路RLC1C2+ECLufuoC1C2L信号处理和信号产生电路三、三点式振荡电路举例 （）图是正反馈。并联回路同时担负选频和反馈作用, 且在谐振频率点反馈电压最强。 （）图根据瞬时极性判断法, 如把并联回路作为一个电阻看待, 则为正反馈。但并联回路在谐振频率点阻抗趋于无穷大, 正反馈最弱。 （）图电路不能正常工作。 （） 图与（）图不同之处在于用串联回路置换了并联回路。 由于LC串联回路在谐振频率点阻抗趋于零, 正反馈最强, 所以（）图电路能正常工作。(c)图中在T2的发射极与T1的基极之间增加了一条负反馈支路, 用以稳定电路的输出波形。

27、CLRe1Re2CLRe1Rc1Re2Rc2（）（）（）CRf+ECRb2Rb1LRe1Rc1Re2Re3Re4Rc2信号处理和信号产生电路四、三点式振荡电路的组成原则1、三点式振荡器是指回路的三个端点与晶体管的三个电极分别连接而组成的一种振荡器。 2、在满足正反馈相位条件时, 回路中三个电抗元件应具有的性质。 假定回路由纯电抗元件组成, 其电抗值分别为xce, xbe和xbc, 同时不考虑晶体管的电抗效应, 则当回路谐振（0）时, 回路呈纯阻性, 则：因为这是一个正反馈反相放大器, ui与uf 同相, uc与ui 反相， 所以 即xbe与xce必须是同性质电抗, 因而xbc必须是异性质电抗。

28、 支路电流很大，则：若为三点式振荡器，可用“射同基反”的原则，判断相位条件： “射同”振荡电路与T的发射极相连的两个电抗性质相同； “基反”振荡电路与T的基极相连的两个电抗性质相反；uouixbcxcexbeufucxbe+xbc +xce0信号处理和信号产生电路六、实例分析 收音机的本机振荡电路 共基极放大，发射极调谐式电路C3高频旁路电容，使基极对地交流短路。L1、C5、C6、C7振荡回路，完成选频任务，其中C5为垫整电容，C6为补偿电容，C7为振荡电容，调节C7可调节振荡频率。L3、L1+L2组成变压器，L2为反馈线圈。C4耦合电容。T的发射极接1，为部分接入，这是因为共基电路的输入阻抗很小（约为100），而振荡回路与Ri并联，若直接将发射极接至5，将使振荡回路的Q降低，使振荡减弱，波形变坏。C7C6C5L2L1+ECL3C4R3R1R2C354321L1C5L3L2信号处理和信号产生电路8 石英晶体振荡电路2、影响振荡频率不稳定的因素温度的变化、电源电压的波动、元件参数的变化等频