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1、第九章 信号处理与信号产生电路,9.1 基本线性运放电路 9.2 同相输入和反相输入放大电路的其他应用 9.3 模拟乘法器及应用 9.4 有源滤波电路 9.5 正弦波振荡电路的振荡条件 9.6 RC正弦波振荡电路 9.7 LC正弦波振荡电路 9.8 非正弦信号产生电路,第九章 信号处理与信号产生电路,据虚断: I i 0， 则Ii If ; 且V+0,9.1 基本线性运放电路,9.1.1反相放大电路,虚地,据虚短， V- V+ 0,电压增益:,据虚断， V+ = Vi 据虚短， V- V+ =Vi,9.1.2 同相放大电路,电压增益:,分析 1）“虚短”+ “虚断”； 方法：2）叠加定理,特例
2、：,反号器,同号器,1、反相加法器,9.2.1 求和电路,方法一： ：“虚短”+ “虚断”,方法二： ：叠加定理,9.2 同相输入和反相输入放大电路的其他应用,调节反相加法电路的某一路信号的输入电阻，不影响输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。,2、同相加法器,推导略！,9.2.2 求差电路,1、利用加法器,vi2-vi1 =,反号器（-1）,vi2+(-vi1),vi2,叠加定理,Vi1作用,Vi2作用,综合：,2.差动减法电路,vi1,仪用放大器,(仪表放大器、测量放大器、三运放电路）,虚短：,虚断：,三运放电路是差动放大器，放大倍数可变。 由于输入均在同相端，此电路共模抑制比高，输入电
3、阻高。,v3,v4,例：由数据放大器组成的温度测量电路。,Rt ：热敏电阻,集成化:仪表放大器,1. 它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小 。,2. 关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。,3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。,比例运算电路与加减运算电路小结,1.积分电路,例：Vi是阶跃直流电压VI时,9.2.3 积分电路和微分电路,2.微分电路,3.对数和反对数电路,1、对数电路,工作原理,设vi0，D导通，则有,缺点： （1）因VT和IS是温度的函数，故运算精度受温度的影响。 （2）小信号时 与1相差不多，因而误差大。 （3）大电流时，伏安特性与PN
4、结方程差别大，故上式只在小电流时成立。,1、对数电路,改进措施：,（1）以三极管代替二极管，以获得较大的工作范围。,时,而,注意：vI必须大于零，电路的输出电压小于0.7伏,2、指数运算电路,此电路也存在温度影响的问题。,具有温度补偿的对数运算器,乘法器和除法器 (a)乘法器；(b)除法器,综合运算电路,功能: 乘、除、开方、乘方等; 应用: 模拟运算、通信(如调幅)、测控系统、 电气测量和医疗仪器等许多领域。,9.3 模拟乘法器及应用,概 述,功能：实现两个模拟量相乘,其中K为比例因子，,量纲:V-1,符号：,9.3.1 基本原理,1. 对数反对数型,实 现 框 图,9.3.2 乘法器应用,
5、1.乘积和乘方运算电路 2.除法运算电路 3.开平方运算电路 4.开立方运算电路,(1) 相乘运算,模拟相乘器,立方运算电路,(2) 平方和立方运算,平方运算电路,1.乘法运算电路,据虚断,如果令K= R2 / R1则,工作（负反馈）条件？,2.除法运算电路,vo1,v2,-,+,vo,R1,i1,A,v1,i2,R2,v1为负值！,负反馈条件？,3.开平方运算电路,vo1,-,+,vo,R1,i1,A,v1,i2,R2,4.开立方运算电路,vo2,v02,-,+,vo,R1,A,vx,R2,一、基本概念及初步定义,二、一阶有源滤波电路,高通滤波,低通滤波,基本概念,分类,三、 二阶有源滤波电
6、路,高通滤波,低通滤波,带通滤波,带阻滤波,带阻滤波,带通滤波,9.4 有源滤波电路,9.4.1基本概念及初步定义,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 用频率信号得电子装置。,有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。,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,时延响应为,2. 分类按幅频特性分,低通（LPF）用于工作信号为低频（或直流），并且需要削弱高次谐波或频率较高的干扰和噪声等场合整流后滤波。,高通（HPF）用于信号处于高频，并且需要削弱低频的场合阻容放大器的耦合。,带通（BPF）用于突出有用频段的信号，削弱其它频段的信号或干扰和
7、噪声载波通信。,带阻（BEF）用于抑制干扰。,全通（APF）,3、无源滤波电路和有源滤波电路 无源滤波电路：由无源元件R、L、C组成的滤波电路。 有源滤波电路：由晶体管和R、C网络组成的滤波电路。,4、由集成运放（工作在线性区）和RC网络组成的有源滤波电路的优点： （1）体积小，重量轻，不需要加磁屏蔽。 （2）电路中的集成运放可以加串联负反馈，使Ri高，Ro低。 （3）除起有源滤波作用外，还可以放大，而且放大倍数容易调节。,1、一阶RC有源滤波电路,二、低通滤波器,最简单的滤波电路,缺点：带负载的能力差，例如 R=27k，RL=3k，对于直流而言，vo只有vi的十分之一，而当RL断开时，vo=
8、vi，,为了提高带负载的能力，可以减小R，提高C，但这不现实，此时可以加电压跟随器，以提高带负载的能力。,传递函数,其中,特征角频率,故，幅频相应为,1、一阶RC有源滤波电路,9.4.2 一阶有源滤波电路,R1,2. 高通滤波电路,可由低通和高通串联得到,必须满足,3. 带通滤波电路,低通特征角频率,高通特征角频率,4. 带阻滤波电路,可由低通和高通并联得到,必须满足,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。,9.4.3 二阶有源滤波电路,1. 压控电压源低通滤波电路,压控电压源电路（VCVS）,得滤波电路传递函数,（二阶）,
9、1. 压控电压源低通滤波电路,令,称为通带增益,称为特征角频率,称为等效品质因数,则,用 代入，可得传递函数的频率响应：,1. 压控电压源低通滤波电路,归一化的幅频响应,相频响应,1. 压控电压源低通滤波电路,归一化的幅频响应波特图,2. 压控电压源高通滤波电路,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,3. 压控电压源带通滤波电路,可由低通和高通串联得到,vI,-,+,vo,Rf,R1,C,R3 =2R,C1=C,R,R2=R,3. 压控电压源带通滤波电路,传递函数,得,4. 双T带阻滤波电路,双T选频网络,4. 双T带阻滤波电路,频率响应,4. 双T带阻滤
10、波电路,双T带阻滤波电路,只有正反馈电路才能产生自激振荡。,9.5 正弦波振荡电路的振荡条件,基本放大 电路Ao,反馈电路 F,+,如果：,反馈信号代替了放大 电路的输入信号。,自激振荡条件的推导,自激振荡的条件,基本放大 电路Ao,反馈电路 F,如果：,(1) 正反馈足够强,输入信号为 0 时仍有信号输出，这就是产生了自激振荡。,(2) 要获得非正弦自激振荡,反馈回路中必须有RC积分电路。例如：方波发生器、三角波发生器、锯齿波发生器等。,(3) 要获得正弦自激振荡,反馈回路中必须有选频电路。所以将放大倍数和反馈系数写成：,自激振荡的条件：,因为：,所以，自激振荡条件也可以写成：,（1）振幅条
11、件：,（2）相位条件：,n是整数,相位条件意味着振荡电路必须是正反馈； 振幅条件可以通过调整放大电路的放大倍数达到。,问题1：如何启振？,Vo 是振荡器的电压输出幅度，B是要求输出的幅度。起振时Vo=0，达到稳定振荡时Vo=B。,放大电路中存在噪声即瞬态扰动，这些扰动可分解为各种频率的分量，其中也包括有fo分量。,选频网络：把fo分量选出，把其他频率的分量衰减掉。这时，只要：,|AF|1，且A+ B =2n，即可起振。,问题2：如何稳幅？,起振后，输出将逐渐增大，若不采取稳幅，这时若|AF|仍大于1，则输出将会饱和失真。,达到需要的幅值后，将参数调整为AF=1，即可稳幅。,具体方法将在后面具体
12、电路中介绍。,起振并能稳定振荡的条件：,RC网络的频率响应,RC串并联网络的电路如图所示。RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。其频率响应如下:,RC串并联网络,谐振频率为: f0=,当R1 = R2，C1 = C2时，谐振角频率和谐振频率分别为:,幅频特性:,相频特性:,当 f=f0 时的反馈系数 ,且与频率f0的大小无关。此时的相角 F=0。即改变频率不会影响反馈系数和相角，在调节谐振频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。,RC串并联网络的频率特性曲线,9.6 RC正弦波振荡电路,用RC 电路构成选频网络的振荡电路即所谓的 RC振荡电路，可选用的 RC 选频网络有
13、多种，这里只介绍文氏桥选频电路。,1、选频电路,时，相移为0。,如果：R1=R2=R，C1=C2=C，则：,传递函数：,相频特性：,幅频特性：,2、用运放组成的RC振荡器,所以，要满足相位条件，只有在 fo 处,因为：,能自行启动的电路（1）,起振时，RT略大于2R1，使|AF|1，以便起振；,起振后，vo逐渐增大则RT逐渐减小，使得输出vo为某值时，|AF|=1，从而稳幅。,能自行启动的电路（2）,R22为一小电阻，使(R21+R22)略大于2R1，|AF|1，以便起振；,随着vo的增加，R22逐渐被短接，A自动下降到使|AF|=1，使得输出vo稳定在某值。,vo,输出频率的调整：,通过调整
14、R或/和C来调整频率。,C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。,K：双联波段开关，切换R，用于粗调振荡频率。,电子琴的振荡电路电路：,三、用分立元件组成的RC振荡器,vbe,RC网络正反馈，RF、RE1组成负反馈，调整到合适的参数则可产生振荡。负反馈使电路工作稳定。,RC移相式振荡器 1、电路组成,2、RC移相网络的特性,相位图（电容两端的电压落后电流90o）,9.7 LC正弦波振荡电路,LC 振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。本节只对 LC振荡电路做一简单介绍，重点掌握相位条件的判别。,首先介绍一下 LC 选频网
15、络。,谐振时回路电流比总电流大的多，外界对谐振回路的影响可以忽略！,+,+,+,例1：,正反馈,频率由LC谐振网络决定。,例2：,正反馈,频率由C 、 L1 、 L2谐振网络决定。,设vB ,vC ,vD ,vB ,vL2 ,vbe ,vL1 ,D,例3：,正反馈,设vB ,vC ,vC1 ,vC2 ,vB ,频率由 L 、 C1 、 C2 组成的谐振网络决定。,vC1 ,vC1减小时， vC2如何变化？,设L 、 C1 、 C2 组成的谐振网络中的电流为i ，则,例4：,正反馈,设vB ,vC ,vE ,vbe ,vA ,vbe ,+,vC1 ,频率由 L 、 C1 、 C2 组成的谐振网络决定。,9.8.1 电压比较器,将一个模拟电压信号与一个门限电压相比较，输出一定的高低电平。,门限电压VT:使输出电压发生跳变时的输入电压,(阈值电压),功能：,特性：,非线性开关特性（高低电平）,9.8 非正弦波发生电路,(1)电路,(2)传输特性曲线,1.单门限比较器,反相输入单门限比较器,电路图和传输特性曲线如图所示。,(b),(a)电路图,(b)传输特性曲线,(3)特例过零比较器,LM139/339系列集成电压比较器 (a) 外引脚图； (b
