信號處理與信號產生電路(更新)

《電子技術基礎》模擬部分（第六版）電子技術基礎模擬部分1緒論2運算放大器3二極管及其基本電路4場效應三極管及其放大電路5雙極結型三極管及其放大電路6頻率響應7模擬集成電路8反饋放大電路9功率放大電路10信號處理與信號產生電路11直流穩(wěn)壓電源10信號處理與信號產生電路10.1濾波電路的基本概念與分類10.2一階有源濾波電路10.3高階有源濾波電路*10.4開關電容濾波器10.5正弦波振蕩電路的振蕩條件10.6RC正弦波振蕩電路10.7LC正弦波振蕩電路10.8非正弦信號產生電路10.1濾波電路的基本概念與分類1.基本概念濾波器：是一種能使有用頻率信號通過而同時抑制或衰減無用頻率信號的電子裝置。有源濾波器：由有源器件構成的濾波器。濾波電路濾波電路傳遞函數定義時，有其中——模，幅頻響應——相位角，相頻響應群時延響應10.1濾波電路的基本概念與分類2.分類低通（LPF）

希望抑制50Hz的干擾信號，應選用哪種類型的濾波電路？高通（HPF）帶通（BPF）帶阻（BEF）全通（APF）放大音頻信號，應選用哪種類型的濾波電路？10.2一階有源濾波電路1.低通濾波電路傳遞函數其中特征角頻率故，幅頻相應為同相比例放大系數10.2一階有源濾波電路電路如何改變？幅頻響應如何變化？

一階有源濾波電路通帶外衰減速率慢（-20dB/十倍頻程），與理想情況相差較遠。一般用在對濾波要求不高的場合。有源濾波電路和無源濾波電路相比有何優(yōu)缺點？2.高通濾波電路10.3高階有源濾波電路10.3.1有源低通濾波電路10.3.2有源高通濾波電路10.3.3有源帶通濾波電路10.3.4二階有源帶阻濾波電路10.3.1有源低通濾波電路1.二階有源低通濾波電路2.傳遞函數對于濾波電路，有得濾波電路傳遞函數（二階）（同相比例）10.3.1有源低通濾波電路2.傳遞函數令稱為通帶增益稱為特征角頻率稱為等效品質因數則濾波電路才能穩(wěn)定工作。注意：10.3.1有源低通濾波電路用代入，可得傳遞函數的頻率響應：歸一化的幅頻響應相頻響應2.傳遞函數10.3.1有源低通濾波電路3.幅頻響應歸一化的幅頻響應曲線產生增益過沖的原因是什么？上限角頻率H和特征角頻率C有何差別？4.n階巴特沃斯傳遞函數傳遞函數為式中n為階濾波電路階數，c為3dB載止角頻率，A0為通帶電壓增益。10.3.2有源高通濾波電路1.二階高通濾波電路

將低通電路中的電容和電阻對換，便成為高通電路。傳遞函數歸一化的幅頻響應10.3.2有源高通濾波電路2.巴特沃斯傳遞函數及其歸一化幅頻響應歸一化幅頻響應10.3.3有源帶通濾波電路1.電路組成原理可由低通和高通串聯(lián)得到必須滿足低通截止角頻率高通截止角頻率10.3.3有源帶通濾波電路2.例10.3.3有源帶通濾波電路3.二階有源帶通濾波電路令傳遞函數得關于選擇性10.3.4二階有源帶阻濾波電路可由低通和高通并聯(lián)得到必須滿足10.3.4二階有源帶阻濾波電路雙T選頻網絡10.3.4二階有源帶阻濾波電路雙T帶阻濾波電路10.3.4二階有源帶阻濾波電路阻濾波電路的幅頻特性10.5正弦波振蕩電路的振蕩條件正反饋放大電路框圖（注意與負反饋方框圖的差別）1.振蕩條件若環(huán)路增益則去掉仍有穩(wěn)定的輸出。又所以振蕩條件為振幅平衡條件相位平衡條件起振條件2.起振和穩(wěn)幅

#振蕩電路是單口網絡，無須輸入信號就能起振，起振的信號源來自何處？電路器件內部噪聲以及電源接通擾動

當輸出信號幅值增加到一定程度時，就要限制它繼續(xù)增加，否則波形將出現(xiàn)失真。

噪聲中，滿足相位平衡條件的某一頻率0的噪聲信號被放大，成為振蕩電路的輸出信號。

穩(wěn)幅的作用就是，當輸出信號幅值增加到一定程度時，使振幅平衡條件從回到放大電路（包括負反饋放大電路）3.振蕩電路基本組成部分反饋網絡（構成正反饋的）選頻網絡（選擇滿足相位平衡條件的一個頻率。經常與反饋網絡合二為一。）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)10.6RC正弦波振蕩電路1.電路組成2.RC串并聯(lián)選頻網絡的選頻特性3.振蕩電路工作原理4.穩(wěn)幅措施5.移相式正弦波振蕩電路1.電路組成反饋網絡兼做選頻網絡RC橋式振蕩電路2.RC串并聯(lián)選頻網絡的選頻特性反饋系數幅頻響應又且令則相頻響應2.RC串并聯(lián)選頻網絡的選頻特性當幅頻響應有最大值相頻響應3.振蕩電路工作原理此時若放大電路的電壓增益為

斷開環(huán)路某一點，用瞬時極性法判斷可知，電路滿足相位平衡條件：則振蕩電路滿足振幅平衡條件當時，(+)Av電路可以輸出頻率為的正弦波RC正弦波振蕩電路一般用于產生頻率低于1MHz的正弦波4.穩(wěn)幅措施采用非線性元件熱敏元件熱敏電阻起振時，即熱敏電阻的作用穩(wěn)幅4.穩(wěn)幅措施采用非線性元件場效應管（JFET）穩(wěn)幅原理穩(wěn)幅整流濾波T為壓控電阻可變電阻區(qū)，斜率隨vGS不同而變化5.移相式正弦波振蕩電路每節(jié)RC電路相移小于90

當相位移接近90時，R兩端電壓接近零，所以，兩節(jié)RC電路組成的反饋網絡（兼選頻網絡）很難既滿足相位條件，又滿足幅值條件。

采用3節(jié)RC移相電路，在特定頻率f0下移相180，加上放大電路產生的180相移則滿足相位平衡條件。只要適當調節(jié)Rf的值，使AV適當，便可滿足振幅條件，產生正弦振蕩。10.7LC正弦波振蕩電路10.7.1LC選頻放大電路10.7.2變壓器反饋式LC振蕩電路10.7.3三點式LC振蕩電路10.7.4石英晶體振蕩電路10.7.1LC選頻放大電路等效損耗電阻一般有則當時，電路諧振為諧振頻率諧振時阻抗最大，且為純阻性其中為品質因數同時有即1.并聯(lián)諧振回路10.7.1LC選頻放大電路阻抗頻率響應（a）幅頻響應（b）相頻響應10.7.1LC選頻放大電路2.選頻放大電路10.7.2變壓器反饋式LC振蕩電路

雖然波形出現(xiàn)了失真，但由于LC諧振電路的Q值很高，選頻特性好，所以仍能選出0的正弦波信號。1.電路結構2.相位平衡條件3.幅值平衡條件4.穩(wěn)幅5.選頻

通過選擇高增益的場效應管和調整變壓器的匝數比，可以滿足使電路可以起振。BJT進入非線性區(qū)，波形出現(xiàn)失真，從而幅值不再增加，達到穩(wěn)幅目的。（定性分析）10.7.3三點式LC振蕩電路仍然由LC并聯(lián)諧振電路構成選頻網絡A.若中間點交流接地，則首端與尾端相位相反。1.三點式LC并聯(lián)電路

中間端的瞬時電位一定在首、尾端電位之間。三點的相位關系B.若首端或尾端交流接地，則其他兩端相位相同。10.7.3三點式LC振蕩電路2.電感三點式振蕩電路10.7.3三點式LC振蕩電路3.電容三點式振蕩電路10.7.4石英晶體振蕩電路Q值越高，選頻特性越好，頻率越穩(wěn)定。1.頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度一般由來衡量——頻率偏移量?！袷庮l率。LC振蕩電路Q——數百石英晶體振蕩電路Q——1000050000010.7.4石英晶體振蕩電路結構極板間加電場極板間加機械力晶體機械變形晶體產生電場壓電效應交變電壓機械振動交變電壓機械振動的固有頻率與晶片尺寸有關，穩(wěn)定性高當交變電壓頻率=固有頻率時，振幅最大壓電諧振2.石英晶體的基本特性與等效電路10.7.4石英晶體振蕩電路等效電路A.串聯(lián)諧振特性

晶體等效阻抗為純阻性B.并聯(lián)諧振通常所以（a）代表符號（b）電路模型（c）電抗-頻率響應特性2.石英晶體的基本特性與等效電路10.7.4石英晶體振蕩電路實際使用時外接一小電容Cs則新的諧振頻率為由于由此看出調整2.石英晶體的基本特性與等效電路10.7.4石英晶體振蕩電路3.石英晶體振蕩電路10.8非正弦信號產生電路10.8.1電壓比較器10.8.2方波產生電路10.8.3鋸齒波產生電路電壓比較器一、概述二、單限比較器三、滯回比較器四、窗口比較器五、集成電壓比較器一、概述1.電壓比較器的功能：比較電壓的大小。廣泛用于各種報警電路。輸入電壓是連續(xù)的模擬信號；輸出電壓表示比較的結果，只有高電平和低電平兩種情況。使輸出產生躍變的輸入電壓稱為閾值電壓。2.電壓比較器的描述方法:電壓傳輸特性uO＝f(uI)電壓傳輸特性的三個要素：（1）輸出高電平UOH和輸出低電平UOL（2）閾值電壓UT（3）輸入電壓過閾值電壓時輸出電壓躍變的方向3.

幾種常用的電壓比較器（1）單限比較器：只有一個閾值電壓（3）窗口比較器：有兩個閾值電壓，輸入電壓單調變化時輸出電壓躍變兩次。（2）滯回比較器：具有滯回特性輸入電壓的變化方向不同，閾值電壓也不同，但輸入電壓單調變化使輸出電壓只躍變一次。回差電壓4、集成運放的非線性工作區(qū)集成運放工作在非線性區(qū)的特點：1)凈輸入電流為02)uP>uN時，

uO＝＋UOM

uP<uN時，

uO＝－UOM電路特征：集成運放處于開環(huán)或僅引入正反饋二、單限比較器

1.過零比較器（1）UT＝0（2）UOH＝＋UOM，UOL＝－UOM（3）uI>0時uO＝－UOM;uI<0時uO＝＋UOM

集成運放的凈輸入電壓等于輸入電壓，為保護集成運放的輸入端，需加輸入端限幅電路。集成運放的凈輸入電壓最大值為±UD輸出限幅電路

為適應負載對電壓幅值的要求，輸出端加限幅電路。UOH＝＋UZ1＋UD2

UOL＝－(UZ2＋UD1)UOH＝

－

UOL＝UZUOH＝UZ

UOL＝－UD

不可缺少！輸出限幅電路uO＝±UZ（1）保護輸入端（uid≈0，iid≈0）；（2）加速集成運放狀態(tài)的轉換（工作在線性區(qū)，內部晶體管不需要從截止區(qū)逐漸進入飽和區(qū)，反之也不需要）。電壓比較器的分析方法：（1）寫出uP、uN的表達式，令uP＝uN，求解出的uI即為UT；（2）根據輸出端限幅電路決定輸出的高、低電平；（3）根據輸入電壓作用于同相輸入端還是反相輸入端決定輸出電壓的躍變方向。2.

一般單限比較器（1）若要UT<0，則應如何修改電路？（改變UREF的極性）（2）若要改變曲線躍變方向，則應如何修改電路？（外電路改變輸入端）（3）若要改變UOL、UOH呢？（改變限幅電路）作用于反相輸入端三、滯回比較器（引入正反饋）

1.

閾值電壓三、滯回比較器

2.

工作原理及電壓傳輸特性

設uI＜－UT，則uN＜uP，

uO＝+UZ。此時uP＝+UT，增大

uI，直至+UT，再增大，

uO才從+UZ躍變?yōu)椋璘Z。

設uI＞+UT，則uN＞uP，

uO＝－UZ。此時uP＝－UT，減小

uI，直至－UT，再減小，

uO才從－UZ躍變?yōu)?UZ。1.若要電壓傳輸特性曲線左右移動，則應如何修改電路？討論一：如何改變滯回比較器的電壓傳輸特性2.若要電壓傳輸特性曲線上下移動，則應如何修改電路？3.若要改變輸入電壓過閾值電壓時輸出電壓的躍變方向，則應如何修改電路？改變輸出限幅電路四、窗口比較器（雙限電壓比較器）

當uI>URH時，uO1=－uO2=UOM，D1導通，D2截止；uO=UZ。

當uI<URL時，uO2=－uO1=UOM，D2導通，D1截止；uO=UZ

。

當URL<uI<URH時，uO1=uO2=－UOM，D1、D2均截止（相當于斷路），穩(wěn)壓管截止，uO=0。特點：1.無需限幅電路，根據電源電壓確定所需高、低電平；2.可直接驅動集成數字電路；3.響應速度快；4.可具有選通端（使能端）；5.電源電壓升高，工作電流增大，工作速度加快。五、集成比較器某型號集成比較器的等效電路集成電壓比較器與集成運算放大器比較：開環(huán)增益低、失調電壓大、共模抑制比小，靈敏度往往不如用集成運放構成的比較器高。

但集成電壓比較器中無頻率補償電容，因此轉換速率高，改變輸出狀態(tài)的典型響應時間是30～200ns。

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