《电子技术基础模拟部分第六版) 康华光ch10资料》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子技术基础模拟部分第六版) 康华光ch10资料（72页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、电子技术基础,模拟部分 （第六版）,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,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 10.7 LC正弦波振荡电路 10.8 非正弦信号产生电路,10.1 滤波电
2、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,10.1 滤波电路的基本概念与分类,2. 分类,低通（LPF）,希望抑制50Hz的干扰信号，应选用哪种类型的滤波电路？,高通（HPF）,带通（BPF）,带阻（BEF）,全通（APF）,放大音频信号，应选用哪种类型的滤波电路？,10.2 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，幅频相应为,同相比例放大系数,10.2 一阶有源滤波电路,
3、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路相比有何优缺点？,2. 高通滤波电路,10.3 高阶有源滤波电路,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,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,得滤波电路传递函数,（二阶）,（同相比例）,10.3.1 有源低通滤波电路,2. 传递函数,令,称为通带增益,称为特征角频率,称为等效品质因数,则,10.
4、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. 传递函数,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,产生增益过冲的原因是什么？,上限角频率H和特征角频率C有何差别？,4. n阶巴特沃斯传递函数,传递函数为,式中n为阶滤波电路阶数，c为3dB载止角频率，A0为通带电压增益。,10.3.2 有源高通滤波电路,1. 二阶高通滤波电路,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,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,归一化幅频响应,10.3.3 有源带通滤波电
5、路,1. 电路组成原理,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,10.3.3 有源带通滤波电路,2. 例,10.3.3 有源带通滤波电路,3. 二阶有源带通滤波电路,传递函数,得,关于选择性,10.3.4 二阶有源带阻滤波电路,可由低通和高通并联得到,必须满足,10.3.4 二阶有源带阻滤波电路,双T选频网络,10.3.4 二阶有源带阻滤波电路,双T带阻滤波电路,10.3.4 二阶有源带阻滤波电路,阻滤波电路的幅频特性,10.4 开关电容滤波器,1. 基本原理,积分电路,由电容C1和两个MOS开关管 T1、T2等效电阻R1的积分电路,不重叠的两相时钟脉冲1和2控制关管
6、的接通与断开,10.4 开关电容滤波器,1. 基本原理,1为高电平时，T1导通，T2截止,2为高电平时，T1截止，T2导通 C1所充电荷向C2转移,C1被充电，有qc1C1vI,10.4 开关电容滤波器,1. 基本原理,1为高电平时，T1导通，T2截止,2为高电平时，T1截止，T2导通 C1所充电荷向C2转移,C1被充电，有qc1C1vI,在每一时钟周期Tc内，从信号源中提取的电荷qc1C1vI供给了积分电容器C2。因此，在节点1、2之间流过的平均电流为,10.4 开关电容滤波器,1. 基本原理,当Tc远小于信号周期时，可在两节点之间定义一个等效电阻Req,时间常数与脉冲周期和电容比有关,得等
7、效的积分器时间常数,10.4 开关电容滤波器,2. 开关电路滤波器举例,一阶低通滤波器电路，传递函数为,其中,等效开关电容滤波器电路,有,10.4 开关电容滤波器,2. 开关电路滤波器举例,代入传递函数表达式,10.4 开关电容滤波器,2. 开关电路滤波器举例,代入传递函数表达式,其中,一阶低通滤波器的波特图,通过选择C1、 C2和时钟频率fc，便可获得需要的滤波特性,10.4 开关电容滤波器,3. 单片集成开关电容滤波器简介,目前已有通用型开关电容滤波器，可组成低通、高通、带通等类型滤波电路，阶数达8阶，某些型号的产品能对微伏数量级的有用信号进行滤波。 开关电容滤波器的滤波特性决定于电容比和
8、时钟频率，设计简单，可实现高精度和高稳定滤波，同时便于集成。 目前集成开关电容滤波器除工作频率还不够高外（受脉冲频率远大于信号频率的限制），大部分性能指标已达到较高水平。,10.5 正弦波振荡电路的振荡条件,正反馈放大电路框图 （注意与负反馈方框图的差别）,1. 振荡条件,若环路增益,则,又,所以振荡条件为,振幅平衡条件,相位平衡条件,起振条件,2. 起振和稳幅,# 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,当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现失真。,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，成
9、为振荡电路的输出信号。,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,放大电路（包括负反馈放大电路）,3. 振荡电路基本组成部分,反馈网络（构成正反馈的）,选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈网络合二为一。）,稳幅环节,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,1. 电路组成,反馈网络兼做选频网络,RC桥式振荡电路,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,2. RC串并联选频网络的选频特性,当,幅频响应有最
10、大值,相频响应,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,(+),电路可以输出频率为 的正弦波,RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波,4. 稳幅措施,采用非线性元件,热敏元件,热敏电阻,起振时，,即,热敏电阻的作用,4. 稳幅措施,采用非线性元件,场效应管（JFET）,稳幅原理,整流滤波,T 为压控电阻,5. 移相式正弦波振荡电路,每节RC电路相移小于90 当相位移接近90时，R两端电压接近零，所以，两节RC电路组成的反馈网络（兼选频网络）很难既满足相位条件，又满足幅值条
11、件。,采用3节RC移相电路，在特定频率f0下移相180，加上放大电路产生的180相移则满足相位平衡条件。 只要适当调节Rf的值，使AV适当，便可满足振幅条件，产生正弦振荡。,10.7 LC正弦波振荡电路,10.7.1 LC选频放大电路 10.7.2 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,10.7.1 LC选频放大电路,等效损耗电阻,当,时，电路谐振,为谐振频率,谐振时,阻抗最大，且为纯阻性,同时有,即,1. 并联谐振回路,10.7.1 LC选频放大电路,阻抗频率响应,（a）幅频响应 （b）相频响应,10.7.1 LC选频放大电路,2. 选频
12、放大电路,10.7.2 变压器反馈式LC振荡电路,虽然波形出现了失真，但由于LC谐振电路的Q值很高，选频特性好，所以仍能选出0的正弦波信号。,1. 电路结构,2. 相位平衡条件,3. 幅值平衡条件,4. 稳幅,5. 选频,（定性分析）,10.7.3 三点式LC振荡电路,仍然由LC并联谐振电路构成选频网络,A. 若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。,1. 三点式LC并联电路,中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。,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。,10.7.3 三点式LC振荡电路,2. 电感三点式振荡电路,10.7.3 三点式LC振荡电路,3. 电容三点
13、式振荡电路,10.7.4 石英晶体振荡电路,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 10 000 500 000,10.7.4 石英晶体振荡电路,结构,极板间加电场,极板间加机械力,压电效应,交变电压,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,2. 石英晶体的基本特性与等效电路,10.7.4 石英晶体振荡电路,等效电路,A. 串联谐振,特性,晶体等效阻抗为纯阻性,B. 并联谐振,通常,所以,（a）代表符号 （b）电路模型 （c
14、）电抗-频率响应特性,2. 石英晶体的基本特性与等效电路,10.7.4 石英晶体振荡电路,实际使用时外接一小电容Cs,则新的谐振频率为,由于,由此看出,调整,2. 石英晶体的基本特性与等效电路,10.7.4 石英晶体振荡电路,3. 石英晶体振荡电路,10.8 非正弦信号产生电路,10.8.1 电压比较器 10.8.2 方波产生电路 10.8.3 锯齿波产生电路,10.8.1 电压比较器,，由于|vO |不可能超过VM ，,特点：,（1）过零比较器,开环，虚短不成立,增益A0大于105,（忽略了放大器输出级的饱和压降）,所以,当 |+VCC | = |-VEE | =VM = 15V，A0=10
15、5 时，,可以认为,vI 0 时， vOmax = +VCC,vI 0 时， vOmax = -VEE,（过零比较器）,运算放大器工作在非线性状态下,1. 单门限电压比较器,10.8.1 电压比较器,特点：,（1）过零比较器,开环，虚短不成立,增益A0大于105,输入为正负对称的正弦波时，输出为方波。,电压传输特性,1. 单门限电压比较器,10.8.1 电压比较器,（2）门限电压不为零的比较器,电压传输特性,输入为正负对称的正弦波时，输出波形如图所示。,（门限电压为VREF）,1. 单门限电压比较器,解：,（1）A 构成过零比较器,（2）RC 为微分电路， RCT,例,电路如图所示，当输入信号
16、如图c所示的正弦波时，定性画出,（3）D 削波（限幅、检波）,解：,例,图示为另一种形式的单门限电压比较器，试求出其门限电压(阈值电压)VT，画出其电压传输特性。设运放输出的高、低电平分别为VOH和VOL。,利用叠加原理可得,理想情况下，输出电压发生跳变时对应的vPvN0，即,门限电压,单门限比较器的抗干扰能力,10.8.1 电压比较器,（1）电路组成,（2）门限电压,而vP与vO有关，对应vO的两个电压值， vP的两个门限电压,上门限电压,下门限电压,回差电压,2. 迟滞比较器,10.8.1 电压比较器,（3）传输特性,（4）分析要点,门限电压与输出电压有关,任何时刻只有一个门限电压有效,当输入介于两门限之间时输出不变。只有当输入高于有效的上门限或低于有效的下门限时，输出才翻转。翻转方向取决于输入输出的相位关系。,2. 迟滞比较器,解：,（1）门限电压,（3）输出电压波形,
