第九章信号处理与信号产生电路.ppt

1、9信号处理和信号发生电路，9。1滤波电路的基本概念，1。基本概念，1滤波器：它是一种电子设备，可以传递有用的频率信号，同时抑制或衰减无用的频率信号。有源滤波器：由有源器件组成的滤波器。1体积小，重量轻，有利于集成。2具有放大和可调增益。3有利于制作高阶滤波电路。4具有高稳定性。5但不适用于高频情况。6、工作时必须是DC电源。7、不适合高压或大电流。2有源滤波器特性：分母中S的最高幂称为滤波器电路的阶数。传递函数定义、幅频响应、相频响应、分类、高通滤波(HPF)、低通滤波(LPF)、带阻滤波(BEF)、带通滤波(BPF)、全通滤波(APF)、低通滤波、上限频率、高通滤波、下限频率、带通滤波、中心

2、频率等幅频特性、幅频特性曲线，1。低通滤波器电路，2传递函数：幅频对应，1电路：特征角频率，电压跟随器，同相放大器，注意：一阶有源滤波器电路在通带外的衰减速率较慢，与理想情况相差甚远。一般用于过滤要求不高的地方。9.2一阶有源滤波器电路，2。高通滤波电路，3。带通滤波器电路，1。电路：由低通和高通串联获得，2幅频对应，低通特征角频率和高通特征角频率，要求，4。带阻滤波器电路，1。电路：低通和高通并联，2幅频对应，低通特征角频率和高通特征角频率。1压控电压源电路(VCVS)，2传递函数，(二阶)，通带增益，特征角频率，品质因数，注：3-AVF 0，AVF3能使滤波电路稳定工作，9.3二阶有源滤波

3、电路，用代换法，可以得到传递函数的频率响应：低通滤波电路幅频响应的波特图，以及低通电路中电容和电阻的交换。2.压控电压源高通滤波器电路，1。电路：(滤波电路在AVF3时工作稳定)，由低通和高通串联而成，3。压控电压源带通滤波器电路，1。电路：2传递函数，4。双T带阻滤波器电路，由双T选频网络、9.4开关电容滤波器、9.5正弦波振荡条件电路、1。振荡平衡条件即没有输入信号和频率选择网络的正反馈电路。9.5正弦波振荡电路、正反馈电路的振荡条件(注意与负反馈框图的区别)，若仍有稳定输出，振荡条件：振幅平衡条件、相位平衡条件(n为整数)，1。振荡条件，相位条件意味着振荡电路必须是正反馈；振幅条件可以通

4、过调节放大电路的放大系数来实现。9.5正弦波振荡电路的振荡条件，(1)振幅条件，(2)相位条件，基本放大电路，2。基本组件、反馈网络和频率选择网络(选择满足相位平衡条件的频率。通常与反馈网络相结合。)，稳幅环节，9.5正弦波振荡电路的振荡条件和启动条件，3。启动和稳定振幅，#振荡电路为单端口网络，无需输入信号即可启动振荡。开始振荡的信号源在哪里？当输出信号的幅度增加到一定程度时，应限制其继续增加，否则波形会失真。在噪声中，满足相位平衡条件的某一频率0的噪声信号被放大并成为振荡电路的输出信号。稳幅的作用是当输出信号的幅度增加到一定程度时，使幅度平衡状态回到9.5正弦波振荡电路的振荡状态。(1)检

5、查电路组成；(2)检查放大电路能否实现无失真放大；(3)判断电路是否满足振荡相位平衡条件(电路是否构成正反馈)；(4)判断振幅条件是否满足；(5)估计振荡频率；4.分析方法和步骤：9.6 RC正弦波振荡器电路，1 .电路组成，2。钢筋混凝土串并联选频网络的选频特性。振荡电路的工作原理。稳幅措施，桥式正弦波振荡器(RC串并联正弦波振荡器)，双T网络正弦波振荡器，移相正弦波振荡器，正弦波振荡器电路分类：9.6 RC桥式正弦波振荡器电路，基本同相放大电路，反馈网络(也称选频网络)，1电路，9.6 RC正弦波振荡电路，反馈系数，2 . RC串并联选频网络的选频特性，幅频响应，然后，相频响应，9.6RC

6、正弦波振荡电路， 当幅频响应有最大值时，相频响应，采用瞬时极性法：电路的正负输出频率：RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于1兆赫的正弦波。 1.检查相位平衡条件，2。振幅平衡条件，要求放大电路电压增益，3。振荡电路的工作原理，使用非线性元件，4。振幅稳定措施，热敏元件，热敏电阻，当开始振荡，即热敏电阻的作用，9.6 RC正弦波振荡电路。4.稳幅措施，场效应晶体管(JFET)，稳幅原理，整流器和滤波器，T压控电阻，9.6 RC正弦波振荡电路，3。利用二极管非线性(P474)，当开始振荡时，输出vo很小，二极管D1和D2被关断，振荡继续vo增加D1或D2传导，振幅稳定原理，电路模拟在什么频率开始

7、振动？振荡频率f0=？AF=1，A=3，=210=20k，=1592 Hz，起动条件：电子琴振荡电路(理解):可调，9.7 LC正弦波振荡电路，9 . 7.1 LC并联谐振电路的频率选择特性，9.7.2变压器反馈LC振荡电路，9.7.7，是谐振频率，在谐振期间具有最大阻抗和纯电阻，9.7 LC正弦波振荡电路，2。并联谐振电路频率响应，9.7 LC正弦波振荡电路，它由LC并联谐振电路组成一个选频网络，a .如果中点由交流接地，头端和尾端的相位相反。9.7.3三点液晶振荡电路，1。三点LC并联电路，中间点的瞬时电位必须在头电位和尾电位之间。三点的相位关系。如果头端或尾端为交流接地，则其他两端的相位

8、相同。9.7 LC正弦波振荡电路，2。感应三点电路，9.7 LC正弦波振荡电路，满足相位条件。振荡频率：三极管共发射极放大器，三点相位关系，3。电容三点电路，振荡频率：9.7 LC正弦波振荡电路，满足相位条件。三极管共发射极放大器，三点相位关系，互感线圈极性判别，磁棒，初级线圈，次级线圈，同极性端子，C，L，R，U，I，反馈信号通过互感线圈引出，9.7 LC正弦波振荡电路，例：试判断下图所示的三点振荡，9.7 LC正弦波振荡电路，Q值越高，频率选择特性越好，频率越稳定。9.7.4应时晶体振荡电路，1。频率稳定性问题，频率稳定性一般是通过频率偏移来衡量的。振荡频率。LC振荡电路Q百，应时晶体振荡

9、电路Q 10000 500000，9.7.4应时晶体振荡电路，结构，板间施加的电场，板间施加的机械力，压电效应，交流电压，以及机械振动的固有频率都与晶片尺寸有关，具有高压电谐振，9.7液晶正弦波振荡电路，应时晶体振荡电路，等效电路，9.3液晶正弦波振荡电路，3。应时晶体的等效电路和频率特性，等效电路：(1)串联谐振，频率特性：晶体的等效阻抗是纯阻性的，(2)并联谐振，因此，通常在实际使用中，如果在外部连接一个小电容cs，就会获得新的谐振频率1。平行石英晶体振荡器。应时晶体工作在fs和fp之间，这相当于一个大电感。它与C1和C2形成一个电容三点振荡器。由于应时晶体的Q值很高，可以达到几千，所示电

10、路可以获得很高的振荡频率稳定性。在并联石英晶体振荡器中，应时晶体工作在fs，fs是电阻性的，具有最小的阻抗和最强的正反馈。这个电路是一个感应三点振荡器。加入应时晶体，利用应时晶体的高Q值提高振荡频率的稳定性。9.8非正弦信号发生电路、9.8.1电压比较器、9.8.3锯齿波发生电路、9.8.2方波发生电路、9.8.1电压比较器和9.8非正弦信号发生电路，它们将模拟电压信号与参考电压进行比较，并输出一定的高低电平。由运算放大器组成的电路处于非线性状态，具有高、低输出电平，功能：特性：运算放大器工作在非线性区域的条件：电路开环工作或引入正反馈！9.8.1比较器、9.8非正弦信号发生电路、工作在非线性

11、区域的运算放大器：电路中的开环操作或引入正反馈！运算放大器工作在非线性状态的分析方法：如果U-U-，UO=单位；UO=-单位，如果你-。虚断路(运算放大器输入端的电流=0)注意：此时不能使用虚短路！1。单mosfet比较器，9.8.1比较器，特性：虚拟短路不成立，可以使用虚拟断路，运算放大器处于开环状态。当vi vREF，vo=voH，当vi vREF，vo=-vol，9.8非正弦信号发生电路，mosfet vREF，输入为正负对称正弦波时，输出波形如图所示。1。单mosfet比较器，过零比较器：VREF=0V，当输入为正负对称的正弦波时，输出为方波。电压传输特性，用电压调节器稳定输出电压，忽

12、略VD。此外，限幅电路稳定输出电压。另一种形式的稳幅电路：将双向稳压器连接到负反馈回路，例如R=R，如图所示的：电路，稳压器的稳定电压UZ为6V，输入电压为如图所示的三角波，试画出输出电压的波形，并求解：当uo=VZ=6V Vi0，uo=VZ=6V，例：显示该电路，R1=R2=5k，参考电压VREF=2V，稳压器VZ=5V，输入电压为当求解：时，Vi 2V，VO=VZ=5V。2、迟滞比较器，特点：电路采用正反馈，运算放大器处于非线性状态，9.8非正弦信号发生电路、例：将输入设为正弦波并绘制输出波形。9.8非正弦信号发生电路，例：显示电路的上下mosfet UT为3 V，稳压器的稳定电压UZ为9

13、 V，输入电压波形如图所示。尝试绘制输出电压波形。电压传输特性绘制在解：之前，抗干扰能力强。1。电路结构，9.4.1方波发生器，下行迟滞。上下限：9.4非正弦信号发生电路，传输特性，2。工作原理：(1)让uo=UOH，此时，如果输出被充电到C，uc，那么：ut有效，一旦uc UT，它将是uN uP，当uc UT，uN uP，uo将立即从UOH跳转到UOL。让uC初始值uC(0 )=0，uo保持uoH不变，9.4非正弦信号发生电路，此时，C通过输出端放电，(2)当uo=uoL，uT-_有效，当uC达到uT-，uo跳变，当UO返回UOM，电路进入另一个周期变化。9.4非正弦信号发生电路，周期和频率

14、的计算，T2级uc(t)的过渡过程方程为：9.8非正弦信号发生电路，UC ()=UOM，周期和频率的计算：占空比可调的矩形波发生电路，9.4.3三角波发生器和锯齿波发生器，由施密特触发器、积分器、1个三角波发生器组成，当vN1=vP1时为vI。周期：T1 t3恒流充电：充电速度：vO1:方波vO:三角波，2锯齿波发生器，T1:波形线性变化T2:短时原理：利用三角波发生器原理，充放电时间常数不同。这可以通过改变充放电路径和参数来实现。vO1:矩形波vO:锯齿波，本章概述，1自激振荡会使反馈放大器工作不稳定，但我们可以利用产生自激振荡的条件形成正反馈电路来产生正弦波振荡。正弦波振荡电路由放大器、反

15、馈网络、选频网络和稳幅环节组成。正弦波振荡电路主要有RC振荡电路和LC振荡电路。RC振荡电路主要用于中低频场合，LC振荡电路主要用于高频场合。应时晶体振荡器电路是一种特殊类型的液晶振荡器电路，具有频率稳定性高的特点。比较器是一种可以比较两个模拟量的电路。因为集成运算放大器的开环电压增益非常高，所以当集成运算放大器工作在开环状态时，它可以用作比较器。此时，运算放大器工作在非线性状态，其输出电压只有正、负饱和值，输入信号的“虚短路”概念不再有效。迟滞比较器因其迟滞特性而广泛应用于信号处理电路中。4在方波、锯齿波和三角波等非正弦波信号发生器中，运算放大器一般工作在非线性状态。该电路由积分器、反馈网络

16、和比较器组成，属于张弛振荡电路。这种电路也被广泛使用。9.3.2、9.4.1、9.4.2、9.4.3、9.4.4、9.4.5、9.4.9、9.4.10和8.2电压比较器，是对输入信号进行幅度判别和比较的电路。本节主要介绍各种电压比较器的特性和电压传输特性，并阐述它们的组成特性和分析方法。8.2.1概述，1。电压比较器的电压传输特性，uo与uI的关系曲线称为电压传输特性，uo跳变时的输入电压称为阈值电压或转折电压，记为ut，三要素：1 .确定输出电压的高低电平UOH和UOL2.找到阈值电压UT；3.uI通过UT时uO的跳转方向。第二，理想的集成运算放大器工作在非线性区域，不引入负反馈(开环或正反馈)，理想的运算放大器工作在非线性区域。电压传输特性，因为其放大倍数趋于无穷大，所以输出电压只有两种