信号处理与信号产生电路(更新)

《电子技术基础》模拟部分（第六版）电子技术基础模拟部分1绪论2运算放大器3二极管及其基本电路4场效应三极管及其放大电路5双极结型三极管及其放大电路6频率响应7模拟集成电路8反馈放大电路9功率放大电路10信号处理与信号产生电路11直流稳压电源10信号处理与信号产生电路10.1滤波电路的基本概念与分类10.2一阶有源滤波电路10.3高阶有源滤波电路*10.4开关电容滤波器10.5正弦波振荡电路的振荡条件10.6RC正弦波振荡电路10.7LC正弦波振荡电路10.8非正弦信号产生电路10.1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10.1滤波电路的基本概念与分类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？10.2一阶有源滤波电路1.低通滤波电路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10.2一阶有源滤波电路电路如何改变？幅频响应如何变化？

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。有源滤波电路和无源滤波电路相比有何优缺点？2.高通滤波电路10.3高阶有源滤波电路10.3.1有源低通滤波电路10.3.2有源高通滤波电路10.3.3有源带通滤波电路10.3.4二阶有源带阻滤波电路10.3.1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）10.3.1有源低通滤波电路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：10.3.1有源低通滤波电路用代入，可得传递函数的频率响应：归一化的幅频响应相频响应2.传递函数10.3.1有源低通滤波电路3.幅频响应归一化的幅频响应曲线产生增益过冲的原因是什么？上限角频率H和特征角频率C有何差别？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载止角频率，A0为通带电压增益。10.3.2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10.3.2有源高通滤波电路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10.3.3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10.3.3有源带通滤波电路2.例10.3.3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关于选择性10.3.4二阶有源带阻滤波电路可由低通和高通并联得到必须满足10.3.4二阶有源带阻滤波电路双T选频网络10.3.4二阶有源带阻滤波电路双T带阻滤波电路10.3.4二阶有源带阻滤波电路阻滤波电路的幅频特性10.5正弦波振荡电路的振荡条件正反馈放大电路框图（注意与负反馈方框图的差别）1.振荡条件若环路增益则去掉仍有稳定的输出。又所以振荡条件为振幅平衡条件相位平衡条件起振条件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。

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10.6RC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5.移相式正弦波振荡电路1.电路组成反馈网络兼做选频网络RC桥式振荡电路2.RC串并联选频网络的选频特性反馈系数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

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，(+)Av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4.稳幅措施采用非线性元件热敏元件热敏电阻起振时，即热敏电阻的作用稳幅4.稳幅措施采用非线性元件场效应管（JFET）稳幅原理稳幅整流滤波T为压控电阻可变电阻区，斜率随vGS不同而变化5.移相式正弦波振荡电路每节RC电路相移小于90

当相位移接近90时，R两端电压接近零，所以，两节RC电路组成的反馈网络（兼选频网络）很难既满足相位条件，又满足幅值条件。

采用3节RC移相电路，在特定频率f0下移相180，加上放大电路产生的180相移则满足相位平衡条件。只要适当调节Rf的值，使AV适当，便可满足振幅条件，产生正弦振荡。10.7LC正弦波振荡电路10.7.1LC选频放大电路10.7.2变压器反馈式LC振荡电路10.7.3三点式LC振荡电路10.7.4石英晶体振荡电路10.7.1LC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10.7.1LC选频放大电路阻抗频率响应（a）幅频响应（b）相频响应10.7.1LC选频放大电路2.选频放大电路10.7.2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。BJT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）10.7.3三点式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。10.7.3三点式LC振荡电路2.电感三点式振荡电路10.7.3三点式LC振荡电路3.电容三点式振荡电路10.7.4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——1000050000010.7.4石英晶体振荡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2.石英晶体的基本特性与等效电路10.7.4石英晶体振荡电路等效电路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（a）代表符号（b）电路模型（c）电抗-频率响应特性2.石英晶体的基本特性与等效电路10.7.4石英晶体振荡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2.石英晶体的基本特性与等效电路10.7.4石英晶体振荡电路3.石英晶体振荡电路10.8非正弦信号产生电路10.8.1电压比较器10.8.2方波产生电路10.8.3锯齿波产生电路电压比较器一、概述二、单限比较器三、滞回比较器四、窗口比较器五、集成电压比较器一、概述1.电压比较器的功能：比较电压的大小。广泛用于各种报警电路。输入电压是连续的模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。2.电压比较器的描述方法:电压传输特性uO＝f(uI)电压传输特性的三个要素：（1）输出高电平UOH和输出低电平UOL（2）阈值电压UT（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向3.

几种常用的电压比较器（1）单限比较器：只有一个阈值电压（3）窗口比较器：有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。（2）滞回比较器：具有滞回特性输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压4、集成运放的非线性工作区集成运放工作在非线性区的特点：1)净输入电流为02)uP>uN时，

uO＝＋UOM

uP<uN时，

uO＝－UOM电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈二、单限比较器

1.过零比较器（1）UT＝0（2）UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM（3）uI>0时uO＝－UOM;uI<0时uO＝＋UOM

集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入端，需加输入端限幅电路。集成运放的净输入电压最大值为±UD输出限幅电路

为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。UOH＝＋UZ1＋UD2

UOL＝－(UZ2＋UD1)UOH＝

－

UOL＝UZUOH＝UZ

UOL＝－UD

不可缺少！输出限幅电路uO＝±UZ（1）保护输入端（uid≈0，iid≈0）；（2）加速集成运放状态的转换（工作在线性区，内部晶体管不需要从截止区逐渐进入饱和区，反之也不需要）。电压比较器的分析方法：（1）写出uP、uN的表达式，令uP＝uN，求解出的uI即为UT；（2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；（3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出电压的跃变方向。2.

一般单限比较器（1）若要UT<0，则应如何修改电路？（改变UREF的极性）（2）若要改变曲线跃变方向，则应如何修改电路？（外电路改变输入端）（3）若要改变UOL、UOH呢？（改变限幅电路）作用于反相输入端三、滞回比较器（引入正反馈）

1.

阈值电压三、滞回比较器

2.

工作原理及电压传输特性

设uI＜－UT，则uN＜uP，

uO＝+UZ。此时uP＝+UT，增大

uI，直至+UT，再增大，

uO才从+UZ跃变为－UZ。

设uI＞+UT，则uN＞uP，

uO＝－UZ。此时uP＝－UT，减小

uI，直至－UT，再减小，

uO才从－UZ跃变为+UZ。1.若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性2.若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？3.若要改变输入电压过阈值电压时输出电压的跃变方向，则应如何修改电路？改变输出限幅电路四、窗口比较器（双限电压比较器）

当uI>URH时，uO1=－uO2=UOM，D1导通，D2截止；uO=UZ。

当uI<URL时，uO2=－uO1=UOM，D2导通，D1截止；uO=UZ

。

当URL<uI<URH时，uO1=uO2=－UOM，D1、D2均截止（相当于断路），稳压管截止，uO=0。特点：1.无需限幅电路，根据电源电压确定所需高、低电平；2.可直接驱动集成数字电路；3.响应速度快；4.可具有选通端（使能端）；5.电源电压升高，工作电流增大，工作速度加快。五、集成比较器某型号集成比较器的等效电路集成电压比较器与集成运算放大器比较：开环增益低、失调电压大、共模抑制比小，灵敏度往往不如用集成运放构成的比较器高。

但集成电压比较器中无频率补偿电容，因此转换速率高，改变输出状态的典型响应时间是30～200ns。

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