模电康华光第六版10

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1、电子技术基础电子技术基础 模拟部分模拟部分 （第六版第六版） 华中科技大学 张林 2 华中科技大学 张林 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 华中科技大学 张林 3 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 10.6 RC正弦波振荡电路 1

2、0.7 LC正弦波振荡电路 10.8 非正弦信号产生电路 4 华中科技大学 张林 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 5 华中科技大学 张林 10.1 滤波电路的基本概念与分类 2. 分类类 低通（LPF） 希望抑制希望抑制50Hz50Hz的的 干扰信号，应选用干扰信号，应选用 哪种类型的滤波电哪种类型的滤波电 路？路？ 高通（HPF） 带通（BPF） 带阻（BEF） 全通（

3、APF） 放大音频信号，应选用哪种类型的滤波电路？放大音频信号，应选用哪种类型的滤波电路？ 6 华中科技大学 张林 10.2 一阶有源滤波电路 1. 低通滤滤波电电路 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 7 华中科技大学 张林 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有源滤波电路和无源滤波电 路相比有何优缺点？路相比有何优缺点？ 2. 高通滤滤波电电路 华中科技大学 张林 8 10.3 高阶有源滤波电路

4、 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 9 华中科技大学 张林 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 华中科技大学 张林 10.3.1 有源低通滤波电路 2. 传递函数 令 称为为通带带增益 称为为特征角频频率 称为为等效品质质因数 则则 滤波电路才能稳定工作。注意： 11 华中科技大学 张林 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

5、递函数 12 华中科技大学 张林 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 产生增益过冲的产生增益过冲的 原因是什么？原因是什么？ 上限角频率上限角频率 H H 和和 特征角频率特征角频率 C C 有有 何差别？何差别？ 13 华中科技大学 张林 4. n阶阶巴特沃斯传递传递 函数 传递函数为 式中n为阶滤为阶滤 波电电路阶阶数，c为为3dB载载止角频频率，A0为为通带带 电压电压 增益。 14 华中科技大学 张林 10.3.2 有源高通滤波电路 1. 二阶高通滤波电路 将低通电电路中的电电容 和电电阻对换对换 ，便成为为高 通电电路。 传递传递 函数 归归一化的

6、幅频频响应应 15 华中科技大学 张林 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 归归一化幅频频响 应应 16 华中科技大学 张林 10.3.3 有源带通滤波电路 1. 电电路组组成原理 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 17 华中科技大学 张林 10.3.3 有源带通滤波电路 2. 例 18 华中科技大学 张林 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 关于选择性关于选择性 19 华中科技大学 张林 10.3.4 二阶有源带阻滤波电路 可由低通和高通并联联得到 必须满足 20 华中科技大学

7、张林 10.3.4 二阶有源带阻滤波电路 双T选频选频 网络络 21 华中科技大学 张林 10.3.4 二阶有源带阻滤波电路 双T带带阻滤滤波电电路 22 华中科技大学 张林 10.3.4 二阶有源带阻滤波电路 阻滤滤波电电路的幅频频特性 23 华中科技大学 张林 10.4 开关电容滤波器 1. 基本原理 积积分电电路 由电电容C1和两个MOS开关管 T1 、T2等效电电阻R1的积积分电电路 不重叠的两相时钟时钟 脉冲 1和2控制关管的接通 与断开 24 华中科技大学 张林 10.4 开关电容滤波器 1. 基本原理 1为为高电电平时时，T1导导通 ，T2截止 2为为高电电平时时，T1截止，T2

8、导导通 C1所充电电荷向C2转转移 C1被充电电，有qc1C1vI 25 华中科技大学 张林 10.4 开关电容滤波器 1. 基本原理 1为为高电电平时时，T1导导通 ，T2截止 2为为高电电平时时，T1截止，T2导导通 C1所充电电荷向C2转转移 C1被充电电，有qc1C1vI 在每一时钟时钟 周期Tc内，从信号源中 提取的电电荷qc1C1vI供给给了积积分 电电容器C2。因此，在节节点1、2之间间 流过过的平均电电流为为 26 华中科技大学 张林 10.4 开关电容滤波器 1. 基本原理 当Tc远远小于信号周期时时， 可在两节节点之间间定义义一 个等效电电阻Req 时间时间 常数与脉冲周期

9、和电电容比有关 得等效的积积分器时间时间 常数 27 华中科技大学 张林 10.4 开关电容滤波器 2. 开关电电路滤滤波器举举例 一阶阶低通滤滤波器电电路，传递传递 函数 为为 其中 等效开关电电容滤滤波器电电路 有 28 华中科技大学 张林 10.4 开关电容滤波器 2. 开关电电路滤滤波器举举例 代入传递传递 函数表达式 29 华中科技大学 张林 10.4 开关电容滤波器 2. 开关电电路滤滤波器举举例 代入传递传递 函数表达式 其中 一阶阶低通滤滤波器的波特图图 通过选择过选择 C1、 C2和时钟频时钟频 率fc，便 可获获得需要的滤滤波特性 30 华中科技大学 张林 10.4 开关电

10、容滤波器 3. 单单片集成开关电电容滤滤波器简简介 目前已有通用型开关电电容滤滤波器，可组组成低通、高通、 带带通等类类型滤滤波电电路，阶阶数达8阶阶，某些型号的产产品能对对微 伏数量级级的有用信号进进行滤滤波。 开关电电容滤滤波器的滤滤波特性决定于电电容比和时钟频时钟频 率，设设 计简单计简单 ，可实现实现 高精度和高稳稳定滤滤波，同时时便于集成。 目前集成开关电电容滤滤波器除工作频频率还还不够够高外（受脉冲 频频率远远大于信号频频率的限制），大部分性能指标标已达到较较高 水平。 31 华中科技大学 张林 10.5 正弦波振荡电路的振荡条件 正反馈馈放大 电电路框图图 （注意与负负 反馈馈方

11、框图图 的差别别） 1. 振荡荡条件 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 32 华中科技大学 张林 起振条件 2. 起振和稳稳幅 # 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 当输输出信号幅值值增加到一定程度时时，就要限制它继续继续 增 加，否则则波形将出现现失真。 噪声中，满满足相位平衡条件的某一频频率0的噪声信号被 放大，成为为振荡电荡电 路的输输出信号。 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 33 华中科技大学 张林 4放大电电路（包括负负反馈馈放大

12、电电路 ） 3. 振荡电荡电 路基本组组成部分 4反馈馈网络络（构成正反馈馈的） 4选频选频 网络络（选择满选择满 足相位平衡条件的一个频频率。经经常与 反馈馈网络络合二为为一。） 4稳稳幅环环 节节 华中科技大学 张林 34 10.6 RC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 35 华中科技大学 张林 1. 电路组成 反馈网络兼做选频 网络 RC桥桥式振荡电荡电 路 36 华中科技大学 张林 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 37 华中科技大学 张林

13、 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 38 华中科技大学 张林 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正弦波振荡电荡电 路一般用于产产生频频率低于 1 MHz 的正弦波 39 华中科技大学 张林 4. 稳幅措施 采用非线性元件 4热敏元件 热敏电阻 起振时， 即 热敏电阻的作用 稳幅 40 华中科技大学 张林 4. 稳幅措施 采用非线性元件 4场效应管（JFET） 稳幅原理 稳幅 整流滤波 T 为

14、压为压 控电电阻 可变电阻区， 斜率随vGS不同 而变化 41 华中科技大学 张林 5. 移相式正弦波振荡电路 每节节RC电电路相移小于90 当相位移接近90时时， R两端电压电压 接近零，所以， 两节节RC电电路组组成的反馈馈网 络络（兼选频选频 网络络）很难难既 满满足相位条件，又满满足幅 值值条件。 采用3节节RC移相电电路，在特定频频率f0下移相180，加 上放大电电路产产生的180相移则满则满 足相位平衡条件。 只要适当调节调节 Rf的值值，使AV适当，便可满满足振幅条件 ，产产生正弦振荡荡。 华中科技大学 张林 42 10.7 LC正弦波振荡电路 10.7.1 LC选频放大电路 1

15、0.7.2 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 43 华中科技大学 张林 10.7.1 LC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. 并联谐联谐 振回路 44 华中科技大学 张林 10.7.1 LC选频放大电路 阻抗频率响应 （a）幅频频响应应 （b）相频频响应应 45 华中科技大学 张林 10.7.1 LC选频放大电路 2. 选频选频 放大电电路 46 华中科技大学 张林 10.7.2 变压器反馈式LC振荡电路 虽虽然波形出现现了失真，但由于LC谐谐振电电路的Q值值很高， 选频选频 特性好，所以仍能选选出0的正弦波信号。 1. 电电路结结构 2. 相位平衡条件 3. 幅值值平衡条件 4. 稳稳幅 5. 选频选频 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进进入非线线性区，波形出现现失真， 从而幅值值不再增加，达到稳稳幅目的。 （定性分析） 47 华中科技大学 张林 10.7.3 三点式LC振荡电路 仍然由LC并联谐联谐 振电电路构成选频选