12-48-zch07、信号处理与产生2.ppt

1、1,章目录,第1章 绪论,第2章 半导体二极管及其应用电路,第3章 半导体三极管及其放大电路基础,第4章 多级放大电路及模拟集成电路基础,第5章 信号运算电路,第6章 负反馈放大电路,第7章 信号处理与产生电路,第8章 场效应管及其放大电路,第9章 功率放大电路,第10章 集成运算放大器,第11章 直流电源,模拟电子技术基础,2,1. 应用分类,按功能分类,按工作区域分类,线性应用,非线性应用 电压比较器, 集成运放应用概述,7 信号处理与产生电路,7.2 开关电容滤波器,7.4 正弦波振荡电路的基本概念,7.7 非正弦波产生电路,7.1 有源滤波器,7.3 电压比较器,7.5 RC正弦波振荡

2、电路,7.8 单片集成函数发生器8038简介,7.6 LC正弦波振荡电路,*,*, ,4,7.3、7.7,7.3 电压比较器,7.3.1 单门限电压比较器,7.3.2 迟滞比较器,7.3.3 集成电压比较器,7.7 非正弦波产生电路,7.7.1 矩形波产生电路,7.7.2 锯齿波及三角波产生电路,开环,负反馈,正反馈,迟滞+RC积分,5,7.3.1 单门限电压比较器,特点：开环，,运放工作在非线性状态下,工作原理：,输出电压处于线性区域(过渡)，,灵敏度或比较误差(可忽略，即虚短),常见电路, 门限电压Vth (Crossover voltage), 输出vO翻转时对应的临界输入电压 (单门限

3、，利用虚短可求解),7.3 电压比较器,6,同相比较器,反相比较器,同相过零比较器 (Zero-Crossing Detector),反相过零比较器,分析任务及方法,求传输特性, 方向, 输出电平VOH 、VOL, 门限电压Vth (Crossover voltage),同相和反相,Vom (运放线性范围=VCC-VCES ),Vom= VCC (忽略饱和压降),Vom= VZ ( 稳压电路，例题), 输出vO翻转时对应的临界输入电压,当vP vN 时状态翻转，此瞬间可用虚短、虚断,常见电路,7.3.1 单门限电压比较器,7.3 电压比较器,7,分析举例1,设运放是理想的， 且VREF= -1

4、V, VZ= 5V，试求门限电压Vth ，画出传输特性,解:,利用虚短、虚断,画传输特性,+5V,vI接到反相端 反相电压比较器,求门限电压Vth,5V,由稳压管限幅电路：VO VZ = 5V。,1V,限流电阻,8,分析举例2,画传输特性,解：,(1) A1 , A2开环单门限比较器,(2) D1 , D2和三极管或非门逻辑电路,则 D1 ,D2和三极管都截止,则 D1 ,D2有1个导通三极管Je正偏,所以,三极管饱和 vO = 0V,窗口比较器,9,比较器的应用, 基本应用, 波形整形,同相比较器,反相比较器, 获取周期T 过零比较器, 判断电压大小， 例如安全监控等,已知电路和输入波形，画

5、输出波形。,7.3.1 单门限电压比较器,7.3 电压比较器,10,比较器的应用,单门限电压比较器虽然有电路简单、灵敏度高等特点，但其抗干扰能力差。,路灯自动控制,7.3.1 单门限电压比较器,7.3 电压比较器,正确动作,错误动作,路灯亮,路灯灭,11,7.3、7.7,7.3 电压比较器,7.3.1 单门限电压比较器,7.3.2 迟滞比较器,7.3.3 集成电压比较器,7.7 非正弦波产生电路,7.7.1 矩形波产生电路,7.7.2 锯齿波及三角波产生电路,开环,负反馈,正反馈,迟滞+RC积分,12,特点：单门限比较器正反馈,工作原理：,所以，vI与vF的关系为：,vI最大（vI +6V）,

6、vI居中（-6V vI +6V）,vI最小（vI -6V）, VO = -12V, 保持原状态不变, VO = +12V,传输特性右移2V,7.3.2 迟滞比较器,7.3 电压比较器,求电压传输特性：形状、输出电压不变，求Vth,显然在非线性状态，输出只有2种状态,由虚短 虚断,13,分析举例1,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。,解：,（1）门限电压,（3）输出电压波形,（2）传输特性,反相迟滞比较器,如果起点在2个门限之间，则假定1个状态,14,单门限电压比较器,同相迟滞比较器,反相迟滞比较器,通过上述分析，可得出如下结论：,(1) 电路结构：开环或正反馈,(3

7、) 电压传输特性：描述输出电压与输入电压的函数关系。,(4)电压传输特性的关键要素 输出电压的VOH和VOL 门限电压 输出电压的跳变方向,令vP vN所求出的vI 就是门限电压 vI 等于门限电压时VO发生跳变 跳变方向取决于是同相输入还是反相输入方式,(2) 电压比较器中的运放工作在非线性区，其vO只有高电平VOH和低电平VOL两种情况。,7.3.2 迟滞比较器,7.3 电压比较器,15,7.3、7.7,7.3 电压比较器,7.3.1 单门限电压比较器,7.3.2 迟滞比较器,7.3.3 集成电压比较器,7.7 非正弦波产生电路,7.7.1 矩形波产生电路,7.7.2 锯齿波及三角波产生电

8、路,开环,负反馈,正反馈,迟滞+RC积分,16,概述,7.7 非正弦波产生电路,1. 常见的非正弦波,矩形波,三角波,锯齿波,尖顶波,阶梯波,2. 信号产生电路的特点 无输入、闭环,3. 波形的变换,正弦波,比较,积分,微分,矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。,17,7.3、7.7,7.3 电压比较器,7.3.1 单门限电压比较器,7.3.2 迟滞比较器,7.3.3 集成电压比较器,7.7 非正弦波产生电路,7.7.1 矩形波产生电路,7.7.2 锯齿波及三角波产生电路,开环,负反馈,正反馈,迟滞+RC积分,18,7.7 非正弦波产生电路,7.7.1 矩形波产生电路,1. 电路组成

9、,输出无稳态，有两个暂态； 若输出为高电平时定义为第一暂态，则输出为低电平为第二暂态。, 开关电路： 输出只有高电平和低电平两种情况，称为两种状态；因而采用电压比较器。, 反馈网络： 应引入反馈。在输出为某一状态时孕育翻转成另一状态的条件。, 延迟环节： 使得两个状态均维持一定的时间，决定振荡频率。利用RC电路实现。,反相迟滞比较器,RC低通 积分环节,19,2. 工作原理,7.7 非正弦波产生电路,7.7.1 矩形波产生电路,分析方法：断开环路某一点，加入测试信号。 突破点：比较器输出端只有两个暂态。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。,反相迟滞比较器,先求门限电

10、压:,由虚短、虚断：,20,7.7.1 矩形波产生电路,设vO = +VZ （因输出只有两种状态）,vC = 0 （电容初值）,vO = +VZ,当vC vF时,vO = VZ,当vC vF时,周而复始，形成振荡,2. 工作原理,21,3. 波形,4. 计算周期,问题：能否调整占空比，产生矩形波？,7.7.1 矩形波产生电路,22,5. 占空比可变的矩形波产生电路,问题：能否同时产生方波和三角波？,end,7.7.1 矩形波产生电路,23,7.7 非正弦波产生电路,7.7.2 锯齿波及三角波产生电路,电路组成,用积分运算电路可将方波变为三角波,反相迟滞比较器,RC积分,反相积分电路,同相迟滞比

11、较器,分析方法：比较器输出只有两个暂态。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。,不能振荡！应更换为,24,7.7.2 锯齿波及三角波产生电路,1. 电路组成,反相积分电路,反相迟滞比较器,反相积分电路,同相迟滞比较器,习题9.4.9,不能振荡！,可以振荡！,25,习题9.4.9,画出vO1、vO2的波形。求振荡频率；,反相积分电路,同相迟滞比较器,习题38、39,26,习题9.4.9,求振荡频率；画出vO1、vO的波形。,如何调整三角波的幅值和频率？,27,锯齿波发生电路,7.7 非正弦波产生电路,7.7.2 锯齿波及三角波产生电路,28,7.3、7.7,7.3 电压

12、比较器,7.3.1 单门限电压比较器,7.3.2 迟滞比较器,7.3.3 集成电压比较器,7.7 非正弦波产生电路,7.7.1 矩形波产生电路,7.7.2 锯齿波及三角波产生电路,开环,负反馈,正反馈,迟滞+RC积分,29,7.4 正弦波振荡电路的基本概念,7.4.1 正弦波振荡电路的振荡条件,7.4.2 振荡的建立与稳定,7.4.3 正弦波振荡电路的分类与选频网络,7.5 RC正弦波振荡电路,7.5.1 RC桥式正弦波振荡电路,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,7.5.2 RC移相式正弦波振荡电路,30,7.4.1 正弦波振荡电路的振

13、荡条件,功能：没有输入信号、自动输出正弦波（即自激振荡 ）。,负反馈,比较环节,闭环增益,振荡 条件,正反馈,31,7.4.1 正弦波振荡电路的振荡条件,特点：闭合环路，无输入，有输出。,如何分析？,若环路增益,去掉 ，闭合环路，,仍有稳定的输出，形成振荡。,振荡平衡条件：,振幅平衡条件,相位平衡条件,2个问题？, 如何自行建立振荡（起振）？, 如何保证输出信号频率？, 应有选频网络（带通）,振荡电路的方框图,32,7.4.2 振荡的建立与稳定,起振原因：,电路器件内部噪声,电源接通时的阶跃,起振条件：,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。,问题？,当

14、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。,稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅条件从 回到,稳幅：,33,7.4 正弦波振荡电路的基本概念,7.4.3 正弦波振荡电路的分类与选频网络,用R、C元件组成选频网络 。 一般用来产生数赫兹到数兆赫兹的低频信号,LC振荡电路,通常，为了保证振荡电路产生出符合要求的单一频率正弦波，要求在AF环路中必须包含一个具有选频特性的网络选频网络。,RC振荡电路,用L、C元件组成选频网络的。 主要用来产生数兆赫兹以上的高频信号,综上所述：振荡电路基本组成部分为,放大电路（包括负反馈放大电路）,反馈网络（构成正反馈的）,

15、选频网络（带通滤波器）,稳幅环节（自动调节增益A）,34,Phase-Shift Oscillation (了解),A. Structure,电压跟随器 0,反相比例 180,辨认电路，定性判断： 总相移 = 0 相位平衡条件？,B. Operating,Loop gain,vi,To satisfy T(j)=1：,At this freq.,一般分析方法举例,3个运放总相移=180， 则3个RC电路需产生180相移,35,7.5.1 RC桥式正弦波振荡电路,1. 电路组成,特点：文氏电桥,分析：, 满足相位平衡条件？,构成正反馈？, 满足振幅平衡条件？,(+),(+),(+),(+),电压

16、串联 负反馈,(+),正反馈？,关键：,RC串并联网络的频率响应 选频特性 ？,(+),36,2. RC串并联选频网络的选频特性,7.5.1 RC桥式正弦波振荡电路,即分析反馈系数的频率响应,37,2. RC串并联选频网络的选频特性,7.5.1 RC桥式正弦波振荡电路,(a)幅频响应 (b)相频响应 图7.5.2 RC串、并联网络的频率响应,相移f = 0,若,38,3. 振荡电路工作原理,7.5.1 RC桥式正弦波振荡电路, 满足相位平衡条件？, 满足振幅平衡条件？,(+),(+),(+),(+),此时若,则,电路可以输出正弦波，频率为,（频率低于 1 MHz）,只对f0 为正反馈,39,4. 稳幅措施,7.5.1 RC桥式正弦波振荡电路,稳幅原理：,起振时：AV 3,采用非线性元件, 热敏电阻,40, 二极管稳幅原理,4. 稳幅措施,7.5.1 RC桥式正弦波振荡电路,例7-5-1的电路图（P222）,设D开路，则,AVFV 1，有利于起振！,计算D导通条件（求开路电压）：,D才导通, 试定性说明当R2不慎短路时输出电压vO的波