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1、9.1 滤波电路的基本概念与分类,9.2 一阶有源滤波电路,9.3 高阶有源滤波电路,第九章 信号处理与信号产生电路,9.5 正弦波振荡电路的震荡条件,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,9.1 滤波电路的基本概念与分类,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,分类,低通（LPF）,高通（HPF）,带通（BPF）,带阻（BEF）,全通（APF）,滤波器的用途,滤波器主要用来滤除信号中无用的频
2、率成分，例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。,低通,9.2 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，幅频响应为,同相比例放大系数,2. 高通滤波电路,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。,低通电路中的R和C交换位置便构成高通滤波电路,9.3 高阶有源滤波电路,一、有源低通滤波电路,二阶有源低通滤波电路,将低通电路中的电容和电阻对换，便成为高通电路。,二、有源高通滤波电路,二阶有源高通滤波电路,三、有源带通滤波电路,可由低通和高通串联得到,必须满足,可由低通和高通并联得到
3、,必须满足,9.5 正弦波振荡电路的震荡条件,一. 产生自激振荡的条件,只有正反馈电路才能产生自激振荡。,反馈信号代替了放大 电路的输入信号。,Xd=Xf,所以，自激振荡条件也可以写成：,自激振荡的条件：,（1）振幅条件：,动画演示,起振条件和稳幅原理,振荡建立与稳定过程图,起振条件：,结果：产生增幅振荡,（略大于）,1、被动：器件非线性 2、主动：在反馈网络中加入非线性稳幅环节，用以调节放大电路的增益,稳幅：,1.放大电路,2.正反馈网络,3.选频网络只对一个频率满足振荡条件，从而获得单一频率的正弦波输出。,4.稳幅电路,选频网络组成：R、C或L、C,正弦波振荡器命名,（石英晶体）,二. 正
4、弦波振荡器的一般组成,9.6 RC正弦波振荡电路,放大网络,稳幅环节 (负反馈),RC串并联网络 正反馈、选频网络,Rf,R1,C,R,C,R,RC桥式正弦波振荡电路,vo,1. 桥式振荡电路,RC 串联阻抗：,RC 并联阻抗：,2. 选频,可知当 即 时幅度最大,RC串并联网络的频率特性曲线,3. 振荡条件,（1）相位条件（瞬时极性法） RC选频电路引入正反馈 （2）幅度条件 起振时：AF1 因为F=1/3所以A3 稳定振荡：AF=1 A=3,能自动稳幅的振荡电路,起振时RT2R1, 使A3,易起振。 当vo幅度自激增长达某一值时， RT=2R1，A=3。 当vo进一步增大时， RT2R1
5、,使A3。 因此vo幅度自动稳定于某一幅值。,能自动稳幅的振荡电路,Rf1+Rf2略大于2R1,随着vo的增加，Rf2逐渐被短接，A自动下降，输出自动被稳定于某一幅值。,将Rf分为二个： Rf1 和Rf2 ， Rf2 并联二极管,K：双联波段开关， 切换R，用于 粗调振荡频率。,C：双联可调电容，改变C，用于细调振荡频率。,振荡频率的调节：,9.7 LC正弦波振荡电路,主要用于高频信号的产生。1M赫兹以上,一、 LC并联谐振回路的选频特性,(阻性),LC并联谐振特点：谐振时，总路电流很小，支路电流很大，电感与电容的无功功率互相补偿，电路呈阻性。用于选频电路。,R为电感线圈中的电阻,Q为谐振回路
6、的品质因数，Q值越大，曲线越陡越窄，选频特性越好。图中Q1Q2。并联谐振阻抗为Z0,谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻。,LC并联谐振回路的幅频特性曲线,互感线圈的极性判别,磁棒,初级线圈,次级线圈,C,L,R,v,i,反馈信号通过互感线圈引出,二、变压器反馈式LC振荡电路,工作原理：,满足相位条件。,振荡频率:,判断是否是正反馈:用瞬时极性法判断,(+),(-),(+),(+),(+),(+),(+),(+),反馈,满足相位平衡条件,满足相位平衡条件,反馈,+,+,+,正反馈,振荡频率:,vo,三、三点式LC 振荡电路,电容三点式 电感三点式,A. 若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。
7、,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。,三点式电路的瞬时极性判断：,中心抽头交流接地：,另一端交流接地：,电容三点式,电感三点式,震荡频率：,1. 电容三点式LC 振荡电路,振荡频率：,2.电感三点式LC振荡电路,振荡频率：,若三点式变为左图电路，则电路是否还是三点式？瞬时极性如何变化？能否震荡？,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 10000 500000,四、石英晶体振荡电路,2. 石英晶体基本特性,极板间加电场,极板间加机械力,压电效应,交
8、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,等效电路：,（1）串联谐振,频率特性：,晶体等效阻抗为纯阻性,（2）并联谐振,通常,所以,3. 石英晶体的等效电路与频率特性,9.8 非正弦信号产生电路,一、 电压比较器,将一个模拟电压信号与一参考电压相比较，输出一定的高低电平。,功能：,特性：,运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系vo=f(vi)是非线性函数。,1. 运放工作在非线性状态的判定：电路开环或引入正反馈。,运放工作在非线性状态基本分析方法,2. 运放工作在非线性状态的分析方法： 若VPVN 则VO=+VOM； 若V
9、PVN 则VO=-VOM。 虚断（rid ：运放输入端电流=0） 注意：此时不能用虚短！,1. 单门限电压比较器,1） 过零比较器: （门限电平=0）,例题：利用电压比较器将正弦波变为方波。,2） 单门限比较器（与参考电压比较）,VREF,VREF为参考电压,当vi VREF时 , vo = +Vom 当vi VREF时 , vo = -Vom,运放处于开环状态,VREF,当vi VREF时 , vo = -Vom,若vi从反相端输入,用稳压管稳定输出电压,忽略了VD,3） 带限幅的电压比较器,稳幅电路的另一种形式： 将双向稳压管接在负反馈回路上,R =R,若同向端接参考电压会怎样？,特点:电
10、路中使用正反馈,1、因为有正反馈，所以输出饱和。,2、当vo正饱和时(vo =+VOM) ：,3、当vo负饱和时(vo =-VOM) ：,2. 迟滞比较器,1）反相输入,设vi , 当vi = VT-, vo从-VOM +VOM,这时, vo =-VOM , VP= VT-,设初始值: vo =+VOM , VP= VT+ 设vi , 当vi = VT+, vo从+VOM -VOM,传输特性,VT+上门限电压 VT-下门限电压 VT+- VT-称为回差,例:设输入为正弦波, 画出输出的波形。,加上参考电压后的迟滞比较器：,上下限：,vi极大时，vo=-Vz; vi极小时，vo=Vz 传输特性曲
11、线如图：,例题：R1=10k，R2=10k ，VZ=6V， VREF=10V。 当输入vi为如图所示的波形时，画 出输出vo的波形。,上下限：,2,2,2）同相输入,上下限：,R1=10k，R2=20k ，VZ=6V，画出输出特性曲线。,vi极大时，vo=-Vz; vi极小时，vo=Vz 传输特性曲线如图：,vi/V,vo/V,二、方波产生电路,1.电路结构,由迟滞比较电路和RC定时电路构成的,上下限:,2.工作原理：,(1) 设 vo = + VOM ,此时，输出给C 充电, vc ,则：vp=VT+,一旦 vc VT+ , 就有 vN vP ,在 vc VT+ 时，,vN vP ,vo 立即由VOM 变成VOM, 设vC初始值vC(0+)= 0,vo保持+VOM不变,此时，C 经输出端放电,再反向充电,(2) 当vo = -VOM 时，,vP=VT-,vc达到VT-时，vo上翻,当vo 重新回到VOM 以后，电路又进入另一个 周期性的变化。,周期与频率的计算：,f = 1/T,三角波发生器波形图,电路与工作原理：,锯齿波发生器,应改变积分器的充放电时间常数,充电：(RR)C，放电：仍为RC,三、方波-三角波产生电路,
