電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)第五版_第9章

1、9.1 濾波電路的基本概念與分類濾波電路的基本概念與分類9.3 高階有源濾波電路高階有源濾波電路*9.4 開(kāi)關(guān)電容濾波器開(kāi)關(guān)電容濾波器9.5 正弦波振蕩電路的振蕩條件正弦波振蕩電路的振蕩條件9.2 一階有源濾波電路一階有源濾波電路9.6 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路9.7 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路9.8 非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路第9章 信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路)()()(iosVsVsA j s)(je)j ()j ( AA)()j ( A)j ( A)( )( d)(d)(s 通常用幅頻響應(yīng)來(lái)表征濾波電路的特性，若要考察濾波電路對(duì)失真的影響，則需考慮相位和時(shí)延響應(yīng)。只有

2、當(dāng)相位響應(yīng)()做線性變化，時(shí)延響應(yīng)()為常數(shù)時(shí)，才能避免失真。相位失真幅度失真頻率失真線性失真線性失真非線性失真非線性失真在幅頻響應(yīng)內(nèi)，把能通過(guò)信號(hào)的頻率范圍定義為通帶通帶，把受阻或衰減的信號(hào)頻率范圍稱為阻帶阻帶。通帶與阻帶的界限頻率稱截止頻率截止頻率。理想濾波器在通帶內(nèi)應(yīng)為零衰減的幅頻響應(yīng)和線性的相位響應(yīng)，而在阻帶內(nèi)，幅度應(yīng)該衰減到零。按照阻帶和通帶的位置不同，可以做如下分類： A0低頻增益；H截止角頻率；帶寬 H/2低通濾波電路低通濾波電路LPF高于L均為通帶，理論上BW=，實(shí)際上高通濾波器的帶寬也是有限的。兩個(gè)阻帶，一個(gè)通帶。H高邊截止角頻率，L低邊截止角頻率，帶寬 (H -L)/2，0

3、中心角頻率。帶阻濾波電路帶阻濾波電路BEF全通濾波電路全通濾波電路APF一個(gè)阻帶，兩個(gè)通帶。其功能是衰減LH間的信號(hào)。0中心角頻率。無(wú)阻帶，通帶是從零到無(wú)窮大，但相移大小隨頻率變化。圖9.2.1 一階低通濾波電路（a）帶同相比例放大電路（b）幅頻響應(yīng) 由一級(jí)RC低通電路輸出端加上電壓跟隨器，使之能與負(fù)載隔離開(kāi)，構(gòu)成了簡(jiǎn)單的一階有源濾波電路，這樣利用到了集成運(yùn)放輸出阻抗低，帶負(fù)載能力強(qiáng)的特點(diǎn)。如果希望電路還能起放大作用，將電壓跟隨器改成同相比例放大電路即可。如圖所示。c01)( sAsA 1f01RRA 通帶電壓增益A0是=0時(shí)輸出電壓vO與輸入電壓vi的比值，也就是同相比例放大電路的電壓增益A

4、VF。RC1c 2c0)(1)j ( AAc01)( sAsA C就是-3dB截止角頻率H。 低通電路中的低通電路中的R和和C交換交換位置便構(gòu)成高通濾波電路位置便構(gòu)成高通濾波電路1fF1RRAV )()(PoFsVsVAV )(/1/1)(APsVsCRsCsV RsVsV)()(Ai sCsVsV/1)()(oA 0)()(PA RsVsV)()()(iosVsVsA 2FF)()-(31sCRsCRAAVV F0VAA RC1c )()()(iosVsVsA 2FF)()-(31sCRsCRAAVV F31VAQ 2cc2c0sQsAsA2)(時(shí)時(shí)，即即當(dāng)當(dāng) 3 03 FF VVAA j

5、s2c22c0)()(11lg20)j (lg20QAA 2cc)(1arctg)( Q觀察Q=0.707的曲線，通帶內(nèi)幅頻曲線平坦，當(dāng)/C=1時(shí)，20lg|A(j)/A0|=-3dB，當(dāng)/C=10時(shí)，20lg|A(j)/A0|=-40dB。這表明二階比一階低通濾波電路的濾波效果更好。 由|A(j)|表達(dá)式，當(dāng)=0時(shí)，|A(j)|=A0；當(dāng)時(shí)，|A(j)|0。符合低通濾波器的特性。圖中畫出不同Q值下的幅頻曲線。最常用的低通有源濾波電路有三種：巴特沃斯、切比雪夫和貝塞爾濾波電路。高階有源濾波電路的種類高階有源濾波電路的種類不同的濾波電路在幅頻和相頻兩方面有不同的重點(diǎn)，不可能都達(dá)到理想要求。巴特沃

6、斯巴特沃斯濾波電路的幅頻響應(yīng)在通帶內(nèi)具有最平幅度特性，但從通帶到阻帶衰減較慢；切比雪夫切比雪夫?yàn)V波電路能迅速衰減，但允許通帶內(nèi)有一定紋波；貝塞爾貝塞爾濾波電路著重于相頻響應(yīng)，相移與頻率基本成正比，群時(shí)延基本恒定，波形失真較小。對(duì)于上述的二階有源濾波器，若選取不同的RC值，可得到不同頻率響應(yīng)曲線，這種工程上使用的濾波器稱為巴特沃斯巴特沃斯、切切比雪夫比雪夫和貝塞爾濾波器貝塞爾濾波器，常用查表式軟件計(jì)算來(lái)確定參數(shù)。2n0)/(1)(cAjA 總的幅頻響應(yīng)消除了峰值，使得四階電路幅頻響應(yīng)的平坦部分得到擴(kuò)展，體現(xiàn)了巴特沃斯巴特沃斯低通濾波器的特點(diǎn)。2cc220)( sQssAsA2c22c0)(1)(

7、1lg20)j (lg20QAA RCC1F31VAQ2n0)/(1)( cAjA 歸一化幅頻響應(yīng)歸一化幅頻響應(yīng)當(dāng)c時(shí)，傳遞函數(shù)隨增加以n20dB/10倍頻程上升。這些都是高通濾波器的特性。隨著n的增加，幅頻特性更加接近理想值。當(dāng)時(shí)，|A(j)|A0；當(dāng)0時(shí)，|A(j)|0；當(dāng)=c時(shí)，|A(j)|=20A，c是3dB的截止角頻率。 11H1CR 22L1CR HL 對(duì)比帶通濾波電路的幅頻響應(yīng)與高通、低通濾波電路的幅頻響應(yīng)，將低通與高通濾波電路相串聯(lián)，就可以構(gòu)成帶通濾波電路。試設(shè)計(jì)一個(gè)帶通濾波電路。要求（1）信號(hào)通過(guò)頻率范圍f在100Hz至10kHz之間；（2）濾波電路在1kHz的幅頻響應(yīng)必須在

8、1dB范圍內(nèi)，而在100Hz至10kHz濾波電路的幅頻響應(yīng)衰減應(yīng)當(dāng)在1kHz的3dB范圍呢；（3）在10Hz的幅頻衰減應(yīng)為26dB，而在100kHz的幅頻衰減應(yīng)為16dB。解：（1）電路的方案選擇設(shè)計(jì)100Hz至10kHz的帶通濾波電路，通帶內(nèi)為單位增益(0dB)。因此，低通濾波電路和高通濾波電路的截止頻率分別為fH=10kHz和fL=100Hz。由阻帶衰減的速度，選擇二階濾波電路，有源器件采用運(yùn)放CF412（LF412），串聯(lián)構(gòu)成了帶通濾波電路。查表9.3.1找到二階巴特沃斯濾波器的AVF1=1.586，兩級(jí)巴特沃斯濾波器串聯(lián)后的通帶電壓增益(AVF1)2=2.515，因?yàn)轭}目要求通帶增益為

9、0dB（也就是1），因此在低通濾波器輸入部分加入了由R1，R2組成的分壓器，衰減信號(hào)，以抵消2.515的增益。選用元件需考慮元件參數(shù)誤差對(duì)于傳遞函數(shù)的影響。規(guī)定電阻值容差1%，電容值容差5%，每一個(gè)電路包含若干電阻器和兩個(gè)電容器，實(shí)際截止頻率可能存在的較大誤差（10%），為了保證100Hz和10kHz處衰減不大于3dB，以額定截止頻率90Hz和11kHz進(jìn)行設(shè)計(jì)。確定實(shí)際截止頻率確定實(shí)際截止頻率。（2）元件參數(shù)的選擇和計(jì)算運(yùn)放電路的電阻通常選為幾千歐到幾十千歐，因此低通級(jí)電路的電容選為1000pF，高通級(jí)電路的電容選為0.1uF，由c=1/RC，計(jì)算精確的電阻值。算得R3=14.47k，可以選

10、擇標(biāo)準(zhǔn)電阻R3=14k。對(duì)于高通級(jí)，C=0.1uF，fL=90Hz，求得R7=R8=18k。由截止頻率確定由截止頻率確定R、C值。值。要盡量使運(yùn)放同相輸入端和反相輸入端對(duì)地直流電阻相同，選擇R5=68k，R10=82k，由R4=(AVF-1)R5=39.8k，R9=(AVF-1)R10=48k。由輸入端對(duì)地電阻相同確定同相比由輸入端對(duì)地電阻相同確定同相比例放大電路的電阻。例放大電路的電阻。信號(hào)源vI通過(guò)R1和R2衰減，這一部分電路的輸出電阻應(yīng)該等于低通級(jí)電阻R3。整個(gè)濾波電路的通帶增益是電壓器比值和濾波器部分增益的乘積，應(yīng)等于單位增益。因此R1R2/(R1+R2)=R3，(AVF1)2R2/(

11、R1+R2)=1，解R1=35.7k，R2=23.2k。確定分壓器的電阻確定分壓器的電阻。（3）仿真實(shí)驗(yàn)使用SPICE對(duì)電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，隨機(jī)對(duì)電路元件參數(shù)選擇20組，20次仿真實(shí)驗(yàn)表明，都滿足濾波器電路的技術(shù)要求。 2FF)()-(31)(sCRsCRAsCRAsAVV FF0-3VVAAA RC10 F31VAQ 20000)(1)( sQsQsAsA -jQAjA0001）（0既是特征角頻率，也是中心角頻率。令s=j代入A(s)，得到上式表明，當(dāng)=0時(shí)，電路有最大電壓增益，|A(j0)|=A0,是帶通濾波器的通帶電壓增益。幅頻響應(yīng)曲線如圖，Q值越高，通帶越窄。HL 雙雙T T帶阻濾波電路

12、帶阻濾波電路實(shí)現(xiàn)帶阻濾波器的方案二，雙T帶阻濾波電路。 200202211ss-AsAsVsVA(s)VFVFio由節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納方程求出傳遞函數(shù)。 200200111jjQjA)jA(其中0=1/RC，特征角頻率，也是帶阻濾波器的中心角頻率；A0=AVF為帶阻濾波器的通帶電壓增益；Q=1/2(2-A0)代入S=j，則有阻濾波電路的幅頻特性阻濾波電路的幅頻特性 若若A0=1，則，則Q=0.5，A0增加，增加，Q值升高。當(dāng)值升高。當(dāng)A0趨近于趨近于2時(shí)，時(shí)，Q趨趨于無(wú)窮大。因此于無(wú)窮大。因此A0越接近越接近2，|A(j)|越大，帶阻濾波電路的選頻越大，帶阻濾波電路的選頻特性愈好，阻斷的頻率范圍愈窄特性

13、愈好，阻斷的頻率范圍愈窄.（b b）正弦波振蕩電路方框圖）正弦波振蕩電路方框圖 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路：沒(méi)有輸入信號(hào)的帶選頻網(wǎng)絡(luò)的正反饋放大電路。如圖a所示，表示接成正反饋時(shí)，放大電路在輸入信號(hào)Xi=0的框圖。（a a）正反饋放大電路方框圖）正反饋放大電路方框圖改畫一下，得到b圖。由圖可知，如放大電路輸入端（1端）外接一定頻率，一定幅度的正弦信號(hào)Xa，經(jīng)過(guò)基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)后，在反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端（2端），得到反饋信號(hào)Xf。如果Xa和Xf在大小和相位上都一致，就可以除去外接信號(hào)Xa，而將1，2端連接起來(lái)形成閉環(huán)系統(tǒng)，輸出端就可能繼續(xù)維持與開(kāi)環(huán)時(shí)一樣的輸出信號(hào)。1 FA， faXX faf

14、a AFFAFA1)()( FA2)()(fan 1-FA1FA負(fù)反饋放大電路的自激條件負(fù)反饋放大電路的自激條件振蕩電路的振蕩條件振蕩電路的振蕩條件都要求環(huán)路增益幅值等于都要求環(huán)路增益幅值等于1，由于比，由于比較環(huán)節(jié)輸入端的較環(huán)節(jié)輸入端的“+”，“-”不一樣，不一樣，所以環(huán)路增益的相位條件不一致。所以環(huán)路增益的相位條件不一致。（比較（比較p.363式式7.8.2與式與式9.5.3）。）。 （正（正/ /負(fù)反饋振蕩的對(duì)比）負(fù)反饋振蕩的對(duì)比）振蕩電路的振蕩頻率f0是由相位平衡條件決定。一個(gè)正弦波振蕩電路只一個(gè)正弦波振蕩電路只在一個(gè)頻率下滿足相位平衡條件在一個(gè)頻率下滿足相位平衡條件，這個(gè)頻率就是f0

15、。選頻網(wǎng)絡(luò)可以設(shè)置在放大電路A中，也可設(shè)置在反饋網(wǎng)絡(luò)F中。由R、C組成的選頻網(wǎng)絡(luò)振蕩電路稱RC振蕩電路振蕩電路（ 1Hz 1MHz），由LC元件組成的選頻網(wǎng)絡(luò)的振蕩電路稱LC振蕩電振蕩電路路（1MHz以上）。這就要求在AF環(huán)路中包含一個(gè)具有選頻特性的網(wǎng)絡(luò)，簡(jiǎn)稱選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)。1FA振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無(wú)需輸入信號(hào)就能起振，起振的信號(hào)源來(lái)自何處？電路器件內(nèi)部噪聲以及電源接通擾動(dòng)噪聲中，滿足相位平衡條件的某一頻率0的噪聲信號(hào)被放大被放大，成為振蕩電路的輸出信號(hào)。起振條件：1FA2)()(fan1 AF。 1 AF欲使振蕩電路能自行建立振蕩，就必須滿足AF1的條件。這樣振蕩電路就有可能自激，最后趨

16、于穩(wěn)定平衡。在正弦波正弦波振蕩電路振蕩電路中的放大器件工作在線性區(qū)和接近線性區(qū)，可以近似線性電路處理。RC正弦波振蕩電路有橋式振蕩電路、雙T網(wǎng)絡(luò)式和移相式振蕩電路等，這里主要討論橋式振蕩電路。9.6 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路RC橋式振蕩電路橋式振蕩電路由兩部分構(gòu)成：放大放大電路電路AV和選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)FV。AV由集成運(yùn)放組成的電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路，利用了輸入阻抗高和輸出阻抗低的特點(diǎn)。FV由Z1、Z2組成，兼做正反饋網(wǎng)絡(luò)。)()()(ofsVsVsFV 212ZZZ 2)(31sCRsCRsCR j sRC10 )( j3100 VF2002)(31 VF3)(arctg00f 20

17、02)(31 VF3)(arctg00f RCffRC21 100 或或 31max VF0f 0f RC10 2fan 311f RRAV1313 VVFARCf210 RC正弦波振蕩電路一般用于產(chǎn)生頻率低于正弦波振蕩電路一般用于產(chǎn)生頻率低于 1 MHz 的正弦波的正弦波熱敏電阻熱敏電阻311f RRAV1 VVFA oV oI 功功耗耗 fR 溫度溫度 fR 阻阻值值 fR3 VA1 VVFA VA31DS3p3 RRRAV oV )(GS負(fù)負(fù)值值V DSR1 VVFA VA34 CRD、 vDS iD vGS=0V -1V -2V -3V 3 VA可變電阻區(qū)，可變電阻區(qū)，斜率隨斜率隨vG

18、S不不同而變化同而變化采用非線性元件采用非線性元件4二極管二極管穩(wěn)幅原理穩(wěn)幅原理 oV3 VA1 VVFA穩(wěn)幅穩(wěn)幅 VA31132 RRRAV起振時(shí)起振時(shí)聯(lián)聯(lián)支支路路的的等等效效電電阻阻并并和和、是是其其中中2133DD RR 3R4. 穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)例9.6.1 圖9.6.4 所示為移相式正弦波振蕩電路，試簡(jiǎn)述其工作原理。每節(jié)每節(jié)RC 電路都是相位超前電路，相位移小于電路都是相位超前電路，相位移小于90。當(dāng)相位。當(dāng)相位移接近移接近90 時(shí)，其頻率必須是很低的，這樣時(shí)，其頻率必須是很低的，這樣R 兩端輸出電兩端輸出電壓與輸入電壓的幅值比接近零，所以，壓與輸入電壓的幅值比接近零

19、，所以，兩節(jié)兩節(jié)RC 電路組成的電路組成的反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)(兼選頻網(wǎng)絡(luò)兼選頻網(wǎng)絡(luò))是不能滿足振蕩的相位條件的。是不能滿足振蕩的相位條件的。有3 節(jié)RC 移相網(wǎng)絡(luò)，其最大相移可接近270 ，因此，有可能在特定頻率兒下移相180，即f = 180 ?？紤]到放大電路產(chǎn)生的相移(運(yùn)放的輸出與反相輸入端比較) a=180 則有則有a+f=360或者或者0。只要適當(dāng)調(diào)節(jié)Rf的值，使Av適當(dāng)，就可同時(shí)滿足相位和振幅條件，產(chǎn)生正弦振蕩。電路組成：放大、反饋、選頻和穩(wěn)幅等基本部分電路組成：放大、反饋、選頻和穩(wěn)幅等基本部分分析放大電路能否正常工作。對(duì)分立元件電路，看靜態(tài)工分析放大電路能否正常工作。對(duì)分立元件電路，

20、看靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適；對(duì)集成運(yùn)放，看輸入端是否有直流通路。作點(diǎn)是否合適；對(duì)集成運(yùn)放，看輸入端是否有直流通路。自激的條件自激的條件a利用瞬時(shí)極性法檢查相位平衡條件。利用瞬時(shí)極性法檢查相位平衡條件。b檢查幅值平衡條件。既要能起振，又要能穩(wěn)幅。檢查幅值平衡條件。既要能起振，又要能穩(wěn)幅。根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，估算振蕩頻率根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，估算振蕩頻率f0.正弦振蕩電路的分析方法9.7 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路9.7.2 變壓器反饋式變壓器反饋式LC振蕩電路振蕩電路9.7.3 三點(diǎn)式三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩電路9.7.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路9.7.1 LC選頻放大電路選頻放大電路9.7.

21、1 LC選頻放大電路選頻放大電路LRCLRCZ jj1)j(j1 等效損耗電阻等效損耗電阻)1j(CLRCLZ 一般有一般有LR 則則1. 并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路（1）當(dāng)）當(dāng)LC01時(shí)，電路諧振。時(shí)，電路諧振。為諧振頻率為諧振頻率LC10（2）諧振時(shí)，回路的等效阻抗為純阻性，阻抗最大）諧振時(shí)，回路的等效阻抗為純阻性，阻抗最大CQLQRCLZ000CLRRCRLQ1100為品質(zhì)因數(shù)。此時(shí)此時(shí) 與與 同相位。同相位。sIOV有如下特點(diǎn)：有如下特點(diǎn)：9.7.1 LC選頻放大電路選頻放大電路)1j(CLRCLZ （3）輸入電流IS和回路電流IC或IL的關(guān)系。可見(jiàn)，在諧振時(shí)，可見(jiàn)，在諧振時(shí)，LC并聯(lián)電

22、路的支路電路比輸入電流并聯(lián)電路的支路電路比輸入電流IS大大得多，得多， IS可以忽略。可以忽略。9.7.1 LC選頻放大電路選頻放大電路LC并聯(lián)諧振回路的頻率響應(yīng)曲線并聯(lián)諧振回路的頻率響應(yīng)曲線（a）幅頻響應(yīng)）幅頻響應(yīng) （b）相頻響應(yīng)）相頻響應(yīng) （1）幅頻響應(yīng)：當(dāng)）幅頻響應(yīng)：當(dāng)=0時(shí)，回路等效阻抗最大；當(dāng)時(shí)，回路等效阻抗最大；當(dāng)偏離偏離0時(shí)，等效阻抗將減小。時(shí)，等效阻抗將減小。（2）相頻響應(yīng)：當(dāng)）相頻響應(yīng)：當(dāng)0時(shí)，相對(duì)失諧為正，等效阻抗為電容性時(shí)，相對(duì)失諧為正，等效阻抗為電容性，Z的相角為負(fù)，的相角為負(fù)，VO滯后于滯后于Is。反之，則為電感性，。反之，則為電感性，VO超前于超前于Is。（3）諧振

23、曲線的形狀與）諧振曲線的形狀與Q有關(guān)，有關(guān)，Q越大，諧振曲線越尖銳越大，諧振曲線越尖銳，相角變化也越快。，相角變化也越快。9.7.1 LC選頻放大電路選頻放大電路2. 選頻放大電路選頻放大電路一個(gè)由BJT組成的單回路小信號(hào)選頻放大電路如圖9.7.3所示。圖中由LC組成并聯(lián)諧振回路，通過(guò)L的抽頭與電源正端相連，從而有利于實(shí)際阻抗匹配LC 選頻放大電路是構(gòu)成LC 正弦波振蕩器的基礎(chǔ)。LC并聯(lián)諧振電路Q 值高，選頻性能好，即使電流有失真、輸出電壓也基本為正弦形。9.7.2 變壓器反饋式變壓器反饋式LC振蕩電路振蕩電路1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)是采用JFET的變壓器反饋式LC振蕩電路。圖中LC并聯(lián)諧振回路

24、作為管子的漏極負(fù)載，與L串聯(lián)的電阻R 表示回路的等效損耗。反饋信號(hào)通過(guò)一變壓器二次線圈傳送到柵極回路。Rg，Cg是用來(lái)產(chǎn)生柵偏壓的。2. 相位平衡條件相位平衡條件9.7.2 變壓器反饋式變壓器反饋式LC振蕩電路振蕩電路在諧振頻率在諧振頻率 的情況下，的情況下， LC 回路回路呈純電阻性質(zhì)呈純電阻性質(zhì).并且數(shù)值最大并且數(shù)值最大|Z|= L/ (RC). LC01整個(gè)閉合環(huán)路的相位移為整個(gè)閉合環(huán)路的相位移為a+f= 180+180=360 ， 滿足了相滿足了相位平衡條件。位平衡條件。同時(shí)根據(jù)圖中標(biāo)出的變壓器的同名端符號(hào)同時(shí)根據(jù)圖中標(biāo)出的變壓器的同名端符號(hào)“ ”，二次線圈又引，二次線圈又引入了入了1

25、80的相位移，即的相位移，即f=180 。 JFET 的漏極輸出電壓與柵極輸入電壓的漏極輸出電壓與柵極輸入電壓將產(chǎn)生將產(chǎn)生180的相位移，即的相位移，即a=180 。3. 幅值平衡條件幅值平衡條件9.7.2 變壓器反饋式變壓器反饋式LC振蕩電路振蕩電路為了確保電路能振蕩，還必須滿足振幅條件，交流等效電路模型如圖9.7.2 變壓器反饋式變壓器反饋式LC振蕩電路振蕩電路場(chǎng)效應(yīng)管的電壓放大系數(shù) = gm rds，放大電路的電壓增益為反饋系數(shù)由幅值平衡條件，得當(dāng)RRC/(M -L) 。9.7.2 變壓器反饋式變壓器反饋式LC振蕩電路振蕩電路電路的柵偏壓是由Rg、Cg所產(chǎn)生的。 在建立振蕩的過(guò)程中，它們

26、的柵源極間起整流元件的作用，柵極為正極，源極為負(fù)極， Rg、Cg為整流電路的負(fù)載。當(dāng)時(shí)間常數(shù)g= RgCg大于振蕩信號(hào)的周期時(shí)，電容C將被充電到接近柵極信號(hào)電壓的峰值，此電壓就是電路的柵偏壓VG。9.7.2 變壓器反饋式變壓器反饋式LC振蕩電路振蕩電路開(kāi)始時(shí)，由于柵偏壓VGS = 0 ，管子的跨導(dǎo)gm較大，此時(shí)， AF1 ，易于起振。DnmiKg2隨著振幅的不斷增長(zhǎng)，柵偏壓|VGS|增加(更負(fù)) ，管子的工作點(diǎn)下移， gm值減小，直至AF=1 ，振蕩趨于穩(wěn)定自偏壓環(huán)節(jié)和管子的非線性能夠自動(dòng)地調(diào)整輸出幅度。gm 值可以理解為確定振幅的平均跨導(dǎo)值值可以理解為確定振幅的平均跨導(dǎo)值9.7.2 變壓器反

27、饋式變壓器反饋式LC振蕩電路振蕩電路由圖可知，漏極電流ID為非正弦形，但是由于漏極負(fù)載是LC并聯(lián)諧振回路，選擇性較強(qiáng)，所以輸出波形還是正弦波(用第三個(gè)線圈耦合輸出，圖中未畫出) 這種工作狀態(tài)是不同于RC振蕩電路的，在RC振蕩電路中，放大器件是工作于線性放大區(qū)。9.7.2 變壓器反饋式變壓器反饋式LC振蕩電路振蕩電路用用BJT 組成的變壓器反饋式組成的變壓器反饋式LC 振蕩電路。振蕩電路。Rb1、Re、Rb2穩(wěn)定管子的靜態(tài)穩(wěn)定管子的靜態(tài)工作點(diǎn)，工作點(diǎn)，Ce和和C1均為交流旁路均為交流旁路電容。電容。選用 較大的管子(例如 50) 或增加變壓器一次側(cè)和二次側(cè)之間的耦合程度(增加互感M) ， 或增加

28、二次線圈的匝數(shù)，都可使電路易于起振。9.7.3 三點(diǎn)式三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩電路仍然由仍然由LC并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)并聯(lián)諧振電路構(gòu)成選頻網(wǎng)絡(luò)A. 若中間點(diǎn)交流接地，則首端與尾端若中間點(diǎn)交流接地，則首端與尾端 相位相反。相位相反。1. 三點(diǎn)式三點(diǎn)式LC并聯(lián)電路并聯(lián)電路中間端的瞬時(shí)電位一定在首、尾端電位之中間端的瞬時(shí)電位一定在首、尾端電位之間。間。三點(diǎn)的相位關(guān)系三點(diǎn)的相位關(guān)系B. 若首端或尾端交流接地，則其他兩若首端或尾端交流接地，則其他兩 端相位相同。端相位相同。9.7.3 三點(diǎn)式三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩電路2. 電感三點(diǎn)式振蕩電路電感三點(diǎn)式振蕩電路相位平衡條件相位平衡條件振幅平衡條件振幅平衡

29、條件考慮L1 、L2間的互感，電路的振蕩頻率可近似表示為由于AV 較大，只要適當(dāng)選取L2/L1的比值，加大L2(或減小L1)時(shí)，有利于起振。缺點(diǎn)：反饋電壓缺點(diǎn)：反饋電壓Vf 取自取自L2上，對(duì)高次諧波上，對(duì)高次諧波(相當(dāng)于相當(dāng)于f0 而言而言)阻抗大，阻抗大，因而引起振蕩回路輸出諧波分量增大，輸出波形不理想。因而引起振蕩回路輸出諧波分量增大，輸出波形不理想。9.7.3 三點(diǎn)式三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩電路3. 電容三點(diǎn)式振蕩電路電容三點(diǎn)式振蕩電路扼流線圈LC的作用相位平衡條件相位平衡條件振幅平衡條件振幅平衡條件特點(diǎn)：由于反饋電壓是從電容特點(diǎn)：由于反饋電壓是從電容(C(C2 2) )兩端取出，對(duì)高次

30、諧波阻兩端取出，對(duì)高次諧波阻抗小，因而可將高次諧波濾除，所以輸出波形好?？剐。蚨蓪⒏叽沃C波濾除，所以輸出波形好。9.7.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。1. 頻率穩(wěn)定問(wèn)題頻率穩(wěn)定問(wèn)題頻率穩(wěn)定度一般由頻率穩(wěn)定度一般由 來(lái)衡量來(lái)衡量0ff頻率偏移量。頻率偏移量。f 0f振蕩頻率。振蕩頻率。LC振蕩電路振蕩電路 Q 數(shù)百數(shù)百石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路 Q 10 000 500 000為了提高Q值，應(yīng)盡量減小回路的損耗電阻R并加大L/C 值。9.7.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路2. 石英晶體的基本特性與等效電路

31、石英晶體的基本特性與等效電路結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)極板間加電場(chǎng)極板間加電場(chǎng)極板間加機(jī)械力極板間加機(jī)械力晶體機(jī)械變形晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場(chǎng)晶體產(chǎn)生電場(chǎng)壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)交變電壓交變電壓機(jī)械振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)交變電壓交變電壓機(jī)械振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高機(jī)械振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性高當(dāng)交變電壓頻率當(dāng)交變電壓頻率 = 固有頻率時(shí)，振幅最大固有頻率時(shí)，振幅最大壓電諧振壓電諧振9.7.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路2. 石英晶體的基本特性與等效電路石英晶體的基本特性與等效電路石英晶體(a)的壓電諧振現(xiàn)象可以用如圖（b）所示的電路模型來(lái)表示C0為切片與金屬板構(gòu)成的靜電電容，L和C分別模擬晶體的質(zhì)

32、量(代表慣性)和彈性，而晶片振動(dòng)時(shí)，因摩擦而造成的損耗則用電阻R 來(lái)等效。石英晶體高Q的特點(diǎn)在于它具有很高的質(zhì)量與彈性的比值(等效于L/C) ， 因而它的品質(zhì)因數(shù)Q 處于高達(dá)1045105的范圍內(nèi)。LCf21s A. 串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振特性特性晶體等效阻抗為晶體等效阻抗為純阻性純阻性0p121CCLCf B. 并聯(lián)諧振并聯(lián)諧振通常通常0CC 0s1CCf 所以所以很很接接近近與與 psff9.7.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路2. 石英晶體的基本特性與等效電路石英晶體的基本特性與等效電路代表符號(hào) 電路模型 電抗-頻率響應(yīng)特性 9.7.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路2. 石英晶體的基本

33、特性與等效電路石英晶體的基本特性與等效電路實(shí)際使用時(shí)外接一小電容實(shí)際使用時(shí)外接一小電容Cs則新的諧振頻率為則新的諧振頻率為s0s121CCCLCf 由于由于s0CCC s0s1CCCf 由此看出由此看出 )(21s0ssCCCff；時(shí)，時(shí)， 0 pssffC sss ffC 時(shí)，時(shí)，調(diào)整調(diào)整之之間間變變化化和和在在可可使使 psssfffC 振蕩頻率主要取決于石英晶體與CS的諧振頻率，與石英晶體本身的諧振頻率十分接近。9.3.4 二階有源帶阻濾波電路二階有源帶阻濾波電路3. 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路石英晶體作為一個(gè)等效電感Leq大，而CS又很小，使得等效Q 值極高。電容三點(diǎn)式LC 振蕩

34、電路9.8 非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路9.8.2 方波產(chǎn)生電路方波產(chǎn)生電路9.8.3 鋸齒波產(chǎn)生電路鋸齒波產(chǎn)生電路9.8.1 電壓比較器電壓比較器單門限電壓比較器單門限電壓比較器遲滯比較器遲滯比較器集成電壓比較器集成電壓比較器9.8.1 電壓比較器電壓比較器，由于，由于|vO |不可能超過(guò)不可能超過(guò)VM ，特點(diǎn)：特點(diǎn)：1. 單門限電壓比較器單門限電壓比較器（1）過(guò)零比較器）過(guò)零比較器開(kāi)環(huán)，開(kāi)環(huán)，虛短虛短不成立不成立增益增益A0大于大于105MI0OVA vv（忽略了放大器輸出級(jí)的飽和壓降）（忽略了放大器輸出級(jí)的飽和壓降）MOmaxV v所以所以當(dāng)當(dāng) |+VCC | = |-VCC |

35、 =VM = 15V，A0=105 時(shí)，時(shí)，0mV15. 0V1015 50M AV可以認(rèn)為可以認(rèn)為vI 0 時(shí)，時(shí)， vOmax = +VCCvI 0 時(shí)，時(shí)， vOmax = -VCC（過(guò)零比較器）（過(guò)零比較器）運(yùn)算放大器工作在非線性狀態(tài)下運(yùn)算放大器工作在非線性狀態(tài)下 MCCCC VVV 假假設(shè)設(shè)- -VCCvO+VCC時(shí)時(shí)， 0MAV|vI|9.8.1 電壓比較器電壓比較器特點(diǎn)：特點(diǎn)：1. 單門限電壓比較器單門限電壓比較器（1）過(guò)零比較器）過(guò)零比較器開(kāi)環(huán)，開(kāi)環(huán)，虛短虛短不成立不成立增益增益A0大于大于105 輸入為正負(fù)對(duì)稱的正弦波時(shí)，輸入為正負(fù)對(duì)稱的正弦波時(shí)，輸出為方波。輸出為方波。電壓

36、傳輸特性電壓傳輸特性- -VCCvO+VCC9.8.1 電壓比較器電壓比較器1. 單門限電壓比較器單門限電壓比較器（2）門限電壓不為門限電壓不為零的比較器零的比較器電壓傳輸特性電壓傳輸特性（門限電壓為（門限電壓為VREF）9.8.1 電壓比較器電壓比較器1. 單門限電壓比較器單門限電壓比較器（2）門限電壓不為門限電壓不為零的比較器零的比較器（門限電壓為（門限電壓為VREF）(a) VREF0時(shí)時(shí)(b) VREF2V時(shí)時(shí) (c) VREF4V時(shí)時(shí)vI為峰值為峰值6V的三角波，設(shè)的三角波，設(shè)VCC12V，運(yùn)放為理想器件。，運(yùn)放為理想器件。 解：解：例例：圖示為另一種形式的單門限電壓比較器，試求出其

37、門限電壓：圖示為另一種形式的單門限電壓比較器，試求出其門限電壓(閾閾值電壓值電壓)VT，畫出其電壓傳輸特性。設(shè)運(yùn)放輸出的高、低電平分別為，畫出其電壓傳輸特性。設(shè)運(yùn)放輸出的高、低電平分別為VOH和和VOL。 利用疊加定理可得利用疊加定理可得I211REF212PvvRRRVRRR 理想情況下，輸出電壓發(fā)生跳變時(shí)理想情況下，輸出電壓發(fā)生跳變時(shí)對(duì)應(yīng)的對(duì)應(yīng)的vPvN0，即，即0I1REF2 vRVR門限電壓門限電壓REF12IT)(VRRV v單門限比較器的抗干擾能力弱單門限比較器的抗干擾能力弱應(yīng)為高電平應(yīng)為高電平錯(cuò)誤電平錯(cuò)誤電平9.8.1 電壓比較器電壓比較器2. 遲滯比較器遲滯比較器（1）電路組成電路組成（2）門限電壓門限電壓為門限電壓，為門限電壓， Pv門限電壓門限電壓的的兩兩個(gè)個(gè)的的兩兩個(gè)個(gè)電電壓壓值值可可得得有有關(guān)關(guān)，對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)于于與與而而POOPvvvv)( OLOPI低電平低電平時(shí)，時(shí)，V vvv)( OHOPI高電平高電平時(shí)，時(shí)，V vvv21OH221REF1TRRVRRRVRV 21OL221REF1TRRVRRRVRV 上門限電壓上門限電壓下門限電壓下門限電壓回差電壓回差電壓21OLOH2TTT)(RRVVRVVV 9.8.1 電壓比較器電壓比較器2. 遲滯比較器遲滯比較器（3 3）傳輸特性傳輸特性21OH221REF1TRRVRRRVRV