第9章信号处理与产生电路

第9章信号处理与信号产生电路计算机及信息工程学院江冰主讲9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9.3高阶有源滤波电路*9.4开关电容滤波器9.5正弦波振荡电路的振荡条件(重点)9.2一阶有源滤波电路9.6RC正弦波振荡电路(重点)9.7LC正弦波振荡电路9.8非正弦信号产生电路(重点)9.1滤波电路的基本概念与分类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。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，相频响应群时延响应滤波器Vi(t)VO(t)9.1滤波电路的基本概念与分类2.分类低通（LPF）高通（HPF）带通（BPF）带阻（BEF）全通（APF）end缩写见P414页9.2一阶有源滤波电路1.低通滤波电路(硬件实现)传递函数其中特征角频率故，幅频相应为同相比例放大系数9.2一阶有源滤波电路2.高通滤波电路

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。end

低通电路中的R和C交换位置便构成高通滤波电路9.3高阶有源滤波电路9.3.2有源高通滤波电路9.3.3有源带通滤波电路9.3.4二阶有源带阻滤波电路9.3.1有源低通滤波电路9.3.1有源低通滤波电路1.二阶有源低通滤波电路2.传递函数对于滤波电路，有得滤波电路传递函数（二阶）（同相比例）2.传递函数令称为通带增益称为特征角频率称为等效品质因数则滤波电路才能稳定工作。注意：2.传递函数用代入，可得传递函数的频率响应：归一化的幅频响应相频响应3.幅频响应归一化的幅频响应曲线4.n阶巴特沃斯传递函数传递函数为式中n为阶滤波电路阶数，c为3dB截止角频率，A0为通带电压增益。9.3.2有源高通滤波电路1.二阶高通滤波电路

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2.巴特沃斯传递函数及其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1.电路组成原理可由低通和高通串联得到必须满足低通截止角频率高通截止角频率2.例9.3.29.3.3有源带通滤波电路3.二阶有源带通滤波电路

令传递函数得9.3.4二阶有源带阻滤波电路可由低通和高通并联得到必须满足双T选频网络9.3.4二阶有源带阻滤波电路双T带阻滤波电路9.3.4二阶有源带阻滤波电路阻滤波电路的幅频特性

9.3.4二阶有源带阻滤波电路end*9.4开关电容滤波器不作要求end9.5正弦波振荡电路的振荡条件结构特点：正反馈、无输入1.

振荡条件又振幅平衡条件相位平衡条件振荡条件起振条件2.

起振和稳幅无输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？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0的噪声信号被放大，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，使振幅平衡条件从回到end放大电路（包括负反馈放大电路）3.

振荡电路基本组成部分反馈网络（构成正反馈的）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。）稳幅环节9.6RC正弦波振荡电路1.

电路组成2.

RC串并联选频网络的选频特性3.

振荡电路工作原理4.

稳幅措施1.

电路组成四个组成部分：放大环节（含负反馈）正反馈网络选频网络稳幅环节RC桥式振荡电路反馈系数2.

RC串并联选频网络的选频特性幅频响应又且令则相频响应2.

RC串并联选频网络的选频特性当幅频响应有最大值相频响应3.

振荡电路工作原理此时若放大电路的电压增益为电路正反馈，满足相位平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件当时，电路可以输出频率为的正弦波RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于1MHz的正弦波采用非线性元件4.

稳幅措施热敏元件热敏电阻起振时，即热敏电阻的作用稳幅采用非线性元件4.

稳幅措施场效应管（JFET）稳幅原理稳幅整流滤波T压控电阻可变电阻区，斜率随vGS不同而变化end采用非线性元件二极管稳幅原理稳幅起振时4.

稳幅措施稳幅环节*9.7LC正弦波振荡电路9.7.2变压器反馈式LC振荡电路9.7.3三点式LC振荡电路9.7.4石英晶体振荡电路9.7.1LC选频放大电路9.7.1LC选频放大电路等效损耗电阻一般有则当时，电路谐振。为谐振频率谐振时阻抗最大，且为纯阻性其中为品质因数同时有即1.并联谐振回路9.7.1LC选频放大电路阻抗频率响应（a）幅频响应（b）相频响应9.7.1LC选频放大电路2.选频放大电路9.7.2变压器反馈式LC振荡电路

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。1.电路结构2.相位平衡条件3.幅值平衡条件4.稳幅5.选频

通过选择高增益的场效应管和调整变压器的匝数比，可以满足使电路可以起振。T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。（定性分析）9.7.3三点式LC振荡电路仍然由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。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。9.7.3三点式LC振荡电路2.电感三点式振荡电路9.7.3三点式LC振荡电路3.电容三点式振荡电路9.7.4石英晶体振荡电路Q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度一般由来衡量——频率偏移量。——振荡频率。LC振荡电路Q——数百石英晶体振荡电路Q——100005000009.7.4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晶体机械变形晶体产生电场压电效应交变电压机械振动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9.7.4石英晶体振荡电路2.石英晶体的基本特性与等效电路（a）代表符号（b）电路模型（c）电抗-频率响应特性9.7.4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

9.3.4二阶有源带阻滤波电路end3.石英晶体振荡电路9.8非正弦信号产生电路9.8.2方波产生电路9.8.3锯齿波产生电路9.8.1电压比较器单门限电压比较器迟滞比较器集成电压比较器9.8.1电压比较器特点：1.过零比较器（1）过零比较器开环，虚短不成立增益A0大于105运算放大器工作在非线性状态下-VCC≤vO≤+VCCvI>0时，vOmax=+VCCvI<0时，vOmax=-VCC9.8.1电压比较器过零比较器的应用

例：输入为正负对称的正弦波时，输出的波形如何？电压传输特性9.8.1电压比较器（2）固定参考电压的过压比较器电压传输特性（门限电压为VREF）vI>VREF

时，vOmax=+VCCvI<VREF

时，vOmax=-VCC例：门限比较器应用(a)VREF＝0时(b)VREF＝2V时

(c)VREF＝－4V时vI为峰值6V的三角波，设±VCC＝±12V，运放为理想器件。

利用叠加定理可得Vp>0,Vo=VoHVp<0,Vo=VoL门限电压Vp=0是输出转折点电压传输特性（３）参考电压可变的过压比较器问题：单门限比较器的抗干扰能力差应为高电平错误电平提高抗干扰能力的措施:设计迟滞比较器9.8.1电压比较器2.迟滞比较器（1）电路组成（正反馈）（2）门限电压上门限电压下门限电压回差电压限值：有关，用迭加原理得门和与而REFVOPvv9.8.1电压比较器2.迟滞比较器（3）传输特性解：（1）门限电压（3）输出电压波形例电路如图所示，试求门限电压，画出传输特性和图c所示输入信号下的输出电压波形。（2）传输特性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馈状态和非线性区，其输出电压只有高电平VOH和低电平VOL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的函数关系。（3）电压传输特性的关键要素

输出电压的高电平VOH和低电平VOL

门限电压输出电压的跳变方向

（４）比较器可作为模拟信号和数字信号的接口.9.8.2方波产生电路1.电路组成（多谐振荡电