模拟电路基础：第十五章 集成电路的应用和设计

第15章信号的转换和波形产生电路15.1

有源滤波器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2.分类低通（LPF）

希望抑制50Hz的干扰信号，应选用哪种类型的滤波电路？高通（HPF）带通（BPF）带阻（BEF）全通（APF）放大音频信号，应选用哪种类型的滤波电路？无源一阶高通滤波器电路波特图传输函数无源一阶低通滤波器高通滤波器有源一阶低通滤波器运放构成电压跟随器（输入电阻大，输出电阻小），有效地将滤波器与负载隔离开，负载对滤波器无影响，即带负载能力增强。如果还想提供大于1的增益，可以用同相放大器代替电压跟随器15.1.1有源滤波电路电路由一阶无源低通滤波+同相比例放大电路组成

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。越高阶，通带外衰减速率越快。有源滤波电路和无源滤波电路相比有何优缺点？1.可以提供大于1的电压增益2.可以提高带负载能力i1iF-+RiR2Rfui其他有源滤波电路一阶有源低通滤波器CfZf当-20dB/dec有源带通滤波器uiuoiF–+RfR2i1CiRiCfZff-20dB/dec20dB/decZi15.1.2二阶有源滤波电路一般二阶有源滤波电路在节点Va列写KCL在节点Vb列写KCL由于电压跟随作用，有（1）（2）（3）由（2）和（3）可得由（1），（3）和（4）可得（4）为得到低通滤波电路，Y1和Y2必须对直流保持畅通，如果Y4为电容，可使得传递函数在高频时降低，为满足二阶电路，Y3应为电容由于根据可得0频时，可得当增益为0，因此是低通如果传函为巴特沃斯滤波器是最大平坦幅度滤波器，即在通带内的幅度几乎不变或者传函的幅度为求导并在0频率时置零可得15.1.3二阶低通巴特沃斯滤波电路电路波特图15.1.4二阶高通巴特沃斯滤波电路电路波特图15.2振荡器15.2.1振荡器的基本原理1.振荡条件Aβ12所以振荡的条件（巴克豪森条件）：若环路增益则去掉仍有稳定的输出。振幅平衡条件相位平衡条件即起振条件2.起振和稳幅

#振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，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。

接通电源瞬间，电流突变，满足相位平衡条件的某一频率0的信号被放大，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

So

Se

Sf

+

放大电路

A

反馈网络

β

放大电路:保证电路能够有从起振到动态平衡的过程选频网络:确定电路的振荡频率（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。）正反馈网络:使放大电路的输入信号等于反馈信号稳幅环节:非线性环节，使得输出信号幅值稳定3.振荡电路基本组成部分

So

Se

Sf

+

放大电路

A

反馈网络

β

AB=1AB>1起振维持振荡自激振荡电路的起振过程15.2.3文氏桥振荡电路同相放大电路A，输入电阻无穷大，相移为0，且放大器A由于A网络提供的相移为0，根据振荡条件，反馈网络β也应提供0相移反馈网络β同相放大器A2.RC串并联选频网络的选频特性反馈系数当此时的相频为0时，根据振荡条件，可知3.振荡电路工作原理此时若放大电路的电压增益为

断开环路某一点，用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件：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的正弦波放大器A反馈网络β0+Vs-Vsuoud=uP-uN理想运放的传输特性15.3Schmitt触发器（比较器）运放开环时，虚短不成立虚断成立（）ud>0时，uO=+Vsud<0时，uO=-Vs

将信号与0进行比较，即参考电压为0。这种比较器就是过零比较器。过零比较器uiuoViVo0VHVLtui0uo0VHVLt15.3.1电压比较器uiuouo0VHVL过零比较器tui0uo0VHVLtuiuiuouiVoVLuiuouiVoVLuREFuREFuREFVHVHuREF反相型同相型基本差动式电压比较器电压传输特性00uiVouOLuREFuOH0影响门限误差的因素：放大倍数不是无穷大、输入失调电压影响速度的因素：运放转换速率、运放饱和的限制基本求和式电压比较器R1R2uiUREFuoRpuNuPViU’REFVHVo0VL有嵌位电路的电压比较器uiRuo+Uz-Vi-UDUZVo0uiRuoDz1Dz2uitUot+(UD1+UZ)-(UD2+UZ)滞回比较器uiuoRR1R2+UZRr反相型如果输入波形如右图，可发现输入电压在阈值附近的任何微小变化都将使输出发生变化。单门限比较器的主要缺点是抗干扰能力差

tUiUotUth滞回比较器的特征：引入正反馈

因为采用了箝位电路，输出的两个稳态值为+UZ，VH=+UZ，VL=-UZ因为令UN=UP，解出Ui的值即为阈值uiuoRR2R1DZ+UZUot-UzUZ电压传输特性tVTHUiVTLuiuoRR1R2+UZRrＵoUiVTHVTLUZ-UZ同相型ＵoUiVTHVTLUZ-UZ电压传输特性uiuoR1R2+UZR3R415.4非正弦信号发生器uiRC15.4.1矩形波产生电路工作原理设t=0时uC(0)=0uO=+UZ则=+BUZRAuRCR1R2R3uO±UZDZuPuNuC+––++–uC按指数规律上升a.

当t>0时电容C充电iCuO、uC波形图uO=+UZRAuRCR1R2R3uO±UZDZuPuNuC+––++–OtuO,uC+UZ-UZ-BUZ+BUZiCuO、uC波形图uO发生跳转，从+UZ跳转到-UZRAuRCR1R2R3uO±UZDZuPuNuC+––++–b.

当uC=BUZ时OtuO,uC+UZ-UZ-BUZ+BUZuC按指数规律下降电容C放电uOuCOtuO,uC+UZ-UZ-BUZ+BUZiCuO、uC波形图RAuRCR1R2R3uO±UZDZuPuNuC+––++–c.当uO=–UZ时uR=–BUZuOuCOtuO,uC+UZ-UZ-BUZ+BUZiCuO、uC波形图RAuRCR1R2R3uO±UZDZuPuNuC+––++–d.当uC下降到uc=-BUZuO再次发生跳转，从-UZ跳转到+UZ根据三要素法3.主要参数计算如果选定时间起点为t2，那么振荡频率tOuOuCt1t2+UZ-UZ+BUZ-BUZuO,

uC由此得电路的振荡周期当t=T/2时即tOuOuCt1t2+UZ-UZ+BUZ-BUZuO,

uC振荡频率[答]如果将方波信号发生器中的电容C的充电和放电回路分开,使充电和放电的时间常数不相等，即可改变信号的占空比。改进电路AuRCR1R2R3uO±UZ