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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: - + Vo R Rf R1 If Ii Ii A Vi + - + - 据虚断， V+ = Vi 据虚短， V- V+ =Vi 9.1.2 同相放大
2、电路 电压增益: + - Vo R Rf R1 A Vi + - + - 分析 1）“虚短”+ “虚断”； 方法：2）叠加定理 特例： 反号器同号器 - + Vo R Rf R1 If Ii Ii A Vi + - + - + - V o R Rf R1 A Vi + - + - - + vo R Rf R2 A vi2 R1 RL vi1 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。 ii1 ii2 if 2、同
3、相加法器 推导略！ - + vo R Rf R2 A vi2 R RL vi1 R1 9.2.2 求差电路 1、利用加法器 vi2-vi1 =反号器（-1）vi2+(-vi1) - + R/2 R R A vi2 - + vo R Rf R2 A R1 RL vi1 vi2 叠加定理 Vi1作用 Vi2作用 综合： 2.差动减法电路 - + vo R Rf R2 A R1 RL vi1 仪用放大器(仪表放大器、测量放大器、三运放电路） v4 + A1 A2 R2 R2 R1 v1 v2 v3 a b + vo R3 R3 A3 R4 R4 + 虚短： 虚断： v4 + A1 A2 R2 R2
4、R1 v1 v2 v3 a b + iR1 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 电阻高。 v3 vo R3 R3 A3 R4 R4 + v4 例：由数据放大器组成的温度测量电路。 Vcc=+5V R R R Rt vi Rt ：热敏电阻 集成化:仪表放大器 vo R1 R1 R2 R2 R R RW + - A1 + - A2 + - A3 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
5、 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 - + vo C R iC i A vi + - vc 2.微分电路 - + vo C R iC iR A vi +- vc 3.对数和反对数电路 1、对数电路 i1 iD 工作原理 vo vi RP R D 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结方程差别大，故上式只在小电流时成立。 1、对数电路 i1 iD 改进措施： uo ui RP R D （1）以三极管代替二极管，以获得较大的 工作
6、范围。 时 而 vo vi RP R i1 iC 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 vi vo RP R D if i1 此电路也存在温度影响的问题。 vi vo RP R ifiC 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 加减法运 算器 反对数运 算器 vo 对数 运算器 vi3 lnvi3 对数 运算器 vi2 lnvi2 对数 运算器 vi1 lnvi1 同相 运算器 mlnvi1 反相 运算器 -nlnvi2 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
7、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： vo vXKxy vY vo vX K vY 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 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 vo vX K vY vo=KvI2 vI K vo=K2vI3K vI K 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 - + v
8、o R1 i1 A v1 i2 R2 K )( 1 1 1 2 O v R R K v = 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 K 4.开立方运算电路 vo2 v02 - + vo R1 A vx R2 K K 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
9、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 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噪声 载波通信。 带阻（BEF）用于抑制干扰。 全通（APF） 通阻通 Av 阻通 Av 通阻 Av 阻阻通 Av 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
10、电路：由晶体管和R、C网络组成的滤波电路。 R vi RL C vo vi RL C L vo 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 R viCvo 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=vi， 其中当 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
11、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 + - + vo C Rf RA vI + - - RL vP (a) 具有电压跟随器的低通滤波电路 + - + vo C Rf RA vI + - - RL vP (b) 带同相比例放大电路的低通滤波电路 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 vovI R - + A C- + vo C1 R1 A1 vI R2 - + A2 C2 4. 带阻滤波电路 可由低通和高通并联得到 必须满足 一阶
12、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。 vI - + - + C1 R1 - + vo RR R C2 R2 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） 对于滤波电路，有 得滤波电路传递函数 （二阶） vI - + vo Rf R1 同相比例放大电 路 vP C R C R vA A 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 滤波电路才能稳定工作注意： 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
13、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 滤波电路才能稳 定工作 vI - + vo Rf R1 同相比例放大 电路 vP C R C R vA 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 令 传递函数 得 vI - + vo Rf R1 C R3 =2R C1=C R R2=R 4. 双T带阻滤波电路 双T选频网络 R - + vf R vi + - CC
14、R/22C (a) 电路 - + vf Z1 vi + - R/2 2C2C R/2 Z2Z3 (b) 等效电路 4. 双T带阻滤波电路 频率响应 R - + vf R vi + - CC R/22C 4. 双T带阻滤波电路 双T带阻滤波电路 R vp R vI CC R/2 2C + - vo Ra Rb Rb= (AVF - 1)Ra 改成正反馈 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： 则去掉 仍有信号输出。 反馈信号代替了放大 电路的输入信号。 基本放大 电路Ao 反馈电路 F + + 基本放大 电路Ao 反馈电路
15、 F 自激振荡条件的推导 基本放大 电路Ao 反馈电路 F + + FAo=1 自激振荡的条件 基本放大 电路Ao 反馈电路 F offi XFXXX & = , ooioo XFAXAX & = 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）振幅条件： （2）相位条件：n是整数 相位条件意味
16、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电路中介绍。 起振并能稳定振荡的条件： 1 1 1 = 1， 以便起振； RT R C RC R1 t vo 起振后，vo逐渐增大则RT逐渐减小， 使得输出vo为某值时，|A
