第9章信号处理与产生电路

1、上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础第九章第九章 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路掌握内容：掌握内容：正弦波的振荡条件、电压比较器的基本特性正弦波的振荡条件、电压比较器的基本特性了解内容：了解内容：滤波电路、非正弦信号产生电路滤波电路、非正弦信号产生电路重重 点：点：正弦波的振荡条件正弦波的振荡条件难难 点：点：RCRC正弦波电路的工作原理正弦波电路的工作原理 本章学时：本章学时：4 4上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础 9.1 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 9.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路 9.

2、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 9.6 RC9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 9.8 9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路 主要内容：主要内容： 上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础9.1 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. 1. 基本概念基本概念滤波电路：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无滤波电路：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。模拟滤波器，以往滤波电路主要采用无源元件模拟滤波器，以往滤波电路主要采用无源元件R、L、C组成，组成，20

3、世纪世纪60年代后，随着集成运放的发展，由集成运放和年代后，随着集成运放的发展，由集成运放和R、C组成的有源滤波电路具有不用电感、体积小、重量轻等优组成的有源滤波电路具有不用电感、体积小、重量轻等优点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗高，输点。此外，由于集成运放的开环电压增益和输入阻抗高，输出阻抗低，构成滤波后还具有一定的电压放大和缓冲作用。出阻抗低，构成滤波后还具有一定的电压放大和缓冲作用。不足之处：有源滤波电路的工作频率难以做得很高。不足之处：有源滤波电路的工作频率难以做得很高。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础)()()(iosVsVsA 滤波电路传递函数

4、定义：滤波电路传递函数定义：假设滤波电路是一个线性时假设滤波电路是一个线性时不变网络，在复频域内：不变网络，在复频域内：时，有时，有 j s)(je)j ()j ( AA)()j ( A其中其中)j ( A)( 传递函数的模，幅频响应，表示滤波电路的特性传递函数的模，幅频响应，表示滤波电路的特性 输出电压与输入电压之间的相位角，相频响应输出电压与输入电压之间的相位角，相频响应时延时延)( d)(d)(s A(s)是滤波电路的电压传递函数，一般为复数，对于实际频率是滤波电路的电压传递函数，一般为复数，对于实际频率上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础2. 2. 分类分类低通滤波

5、电路低通滤波电路A0表示低频增益，表示低频增益，|A|为增益的幅值。功能是通过从零到为增益的幅值。功能是通过从零到某一截止角频率某一截止角频率H H的低频信号，大于的低频信号，大于H H的所有频率给予的所有频率给予衰减。带宽衰减。带宽BW= BW= H H/2/2对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，对于幅频响应，通常把能够通过的信号频率范围定义为通带，把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频把受阻或衰减的信号频率范围称为阻带，通带和阻带的界限频率叫做截止频率。率叫做截止频率。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础高通滤波器高通滤波器001起振起

6、振维持振荡维持振荡自激振荡电路的起振过程自激振荡电路的起振过程上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础4放大电路（包括负反馈放大电路）放大电路（包括负反馈放大电路）3. 3. 振荡电路基本组成部分振荡电路基本组成部分4反馈网络（构成正反馈的）反馈网络（构成正反馈的）4选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈选频网络（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。）网络合二为一。）4稳幅环节稳幅环节上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础4. 正弦波信号发生器的分类正弦波信号发生器的分类 根据选频网络所用元件分为根据选频网络所用元件分为RC

7、型振荡器型振荡器(1Hz-1MHz)(1Hz-1MHz)LC型振荡器型振荡器(1(1MHz以上以上) )晶体振荡器晶体振荡器上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1桥式振荡电路的原理图桥式振荡电路的原理图桥式振荡电路桥式振荡电路移相式振荡电路移相式振荡电路主要类型主要类型双双T网络式振荡电路网络式振荡电路选频网络选频网络放大电路放大电路9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路VoRRCCARfR1+ +VAVF上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础选频网络选频网络选频网络选频网络Z1Z2RRCCVoVf+ + +UoRRCCARfR1+ +Z1、Z2、R1、

8、Rf形成一个四臂电桥，电桥对角形成一个四臂电桥，电桥对角线顶点接到放大电路的两输入端，桥式振荡电线顶点接到放大电路的两输入端，桥式振荡电路的名称由此得来，也叫文氏电桥振荡电路。路的名称由此得来，也叫文氏电桥振荡电路。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础反馈系数反馈系数)1j(31CRCR CRCRCR j1/)j1(j1/ 212ZZZ ofVVF Z1Z2RRCCVoVf+ + +2RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性CRZj11CRZ j1/2 上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础RC10 令令)j(3100 F由此可得由此可得 F

9、的幅频特性与相频特性的幅频特性与相频特性)1j(31CRCR 即即ofVVF 2002)(31 F3)(arctan00 F上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础幅频特性幅频特性2002)(31 F当当 0 0时，时，F0当当 时时, ,F0 0当当 = = 0 0时时, ,F= =Fmax=1/3f031/ Ff0幅频特性曲线幅频特性曲线幅频特性分析幅频特性分析上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础3)(arctan00 F相频特性相频特性当当 0 0时，时， F 90 当当 时时, , F 90 当当 = = 0 0时时, , F 0 0 ff0 90

10、90 45 45相相频频特特性性曲曲线线f031/ Ff0幅幅频频特特性性曲曲线线 F =0 ，且，且反馈最强反馈最强可见，当可见，当 = = 0 0时时相频特性分析相频特性分析上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础3 3振荡建立振荡建立0f(1) 当当f= 时时(3) 振荡频率振荡频率RCf210 与与同相位同相位VoVf 的幅值最大的幅值最大Vf=/3VoVf11RRRAf(2) 当当 3 时，满足振荡条件。时，满足振荡条件。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.上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟

11、电子技术基础采用非线性元件采用非线性元件4. 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热敏电阻自动调节热敏电阻自动调节 oVoI 功功耗耗 fR 温度温度 fR 阻阻值值 fR3 VA1 VVFA稳幅稳幅 VA上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础end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. 4. 稳幅措施稳幅措施稳幅环节稳幅环节上页上页

12、下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础9.8 9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路9.8.2 9.8.2 方波产生电路方波产生电路9.8.3 9.8.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路9.8.1 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上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础9.8.1 电压比较电压比较器器( (Comparer) )概念：概念：类型类型基本比较器基本比较器简单比较器简单比较器( (单门限单门限) )窗口比较器窗口比较器( (双门限双门限) )迟滞比较器迟滞比较器比较输入信号

13、比较输入信号v vi i和参考电压和参考电压V VREFREF的电路的电路上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础特点：特点：1. 1. 单门限电压比较器单门限电压比较器开环，虚短不成立开环，虚短不成立增益增益A0大于大于105运算放大器工作在非线性状态下运算放大器工作在非线性状态下. .- -VCCvO+VCCvI vP 时，时， vO = VOL当当 vI 0时时电容电容C充电充电vOvCOtvO, vC VZ VZ FVZ FVZiCvO、vC波波形图形图 vO=+VZ上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础b. 当当vCFVZ 时时vOvCvR= FVZ

14、 vO= VZ FVZ FVZOtvO, vC VZ VZvO、vC波波形图形图iC上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础c. 当当vO= VZ时时vR= FVZvOvCOtvO, vC VZ VZ FVZ FVZvO、vC波波形图形图vC按指数规律下降按指数规律下降电容电容C放电放电iC上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础d. 当当vC FVZ 时时vOvCOtvO, vC VZ V FVZ FVZvO、vC波波形图形图vR=FVZ vO=VZ上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础e. 当当vO=+VZ时时vR=FVZvOvCOtvO,

15、 vC VZ VZ FVZ FVZvO、vC波波形图形图vC又按指数规律上升又按指数规律上升电容电容C又充电又充电iC上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础振荡周期振荡周期)/21ln(211ln212RRCRFFCRTfftOvOvCt1t2 VZ VZ+FVZ2T2T FVZvO , vC3. 主要参数计算主要参数计算 )/21ln(21120RRCRff振荡频率振荡频率上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础将方波信号发生器中的电容将方波信号发生器中的电容C的充电和放电回路分开的充电和放电回路分开,使充电使充电和放电的时间常数不相等，即可改变信号的占空比

16、。和放电的时间常数不相等，即可改变信号的占空比。通常将矩形波为高电平的持续时间与振荡周期的比称为通常将矩形波为高电平的持续时间与振荡周期的比称为占占空比。空比。对称方波的占空比为对称方波的占空比为50%。改变电容。改变电容C的正反向充的正反向充电时间常数可改变占空比。电时间常数可改变占空比。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础占空比可调的方波产生电路占空比可调的方波产生电路VO为正时，为正时，D1导通导通D2截止，截止，正向充电常数正向充电常数Rf1C， VO为为负时，负时，D1截止截止D2导通，反导通，反向充电常数向充电常数Rf2C。改变改变Rf1/Rf2的比值，就可的比

17、值，就可改变占空比。改变占空比。上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础9.8.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路1电路组成电路组成同相输入迟滞比较器同相输入迟滞比较器积分器积分器充放电时间充放电时间常数不等常数不等上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础1211Op1RRRvvvvoo电路翻转时：电路翻转时：0P1N1vv2门限电压计算门限电压计算 O1210vRRVvTzVv01zTVRRV21zTVRRV21上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础ZO1Vv(2) 设设 时接通电源时接通电源0ttvRCvtttd11OO输出电压输出电压-VZ向向C充电充电tRCVZvO随时间线性上升，上升到门限电压随时间线性上升，上升到门限电压VT+后，比较器输出后，比较器输出由由-Vz上跳到上跳到+Vz,同时门限电压下降同时门限电压下降VT-上页上页下页下页返回返回模拟电子技术基础模拟电子技术基础ZO1Vv电容器经电容器经R6和和D、R5两支路向