9信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路

９信號(hào)處理及信號(hào)產(chǎn)生電路9.1濾波電路的基本概念與分類(lèi)9.2一階有源濾波電路9.3高階有源濾波電路*

9.4開(kāi)關(guān)電容濾波電路9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件9.6RC正弦波振蕩電路9.7LC正弦波振蕩電路9.8非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路……..了解二、濾波電路的分類(lèi)：1.按信號(hào)性質(zhì)分類(lèi)：4.按通帶、阻帶分類(lèi):2.按所用元件分類(lèi)：§9.1濾波電路的基本概念與分類(lèi)3.按階數(shù)分類(lèi):一階，二階…高階一、濾波的定義：使有用頻率信號(hào)通過(guò)、阻礙無(wú)用頻率信號(hào)。模擬濾波器和數(shù)字濾波器無(wú)源濾波器：有源濾波器：由無(wú)源元件R、L、C組成。由無(wú)源元件R、C和有源元件集成運(yùn)放組成。低通濾波器（LPF）；高通濾波器（HPF）；帶通濾波器（BPF）；帶阻濾波器（BEF）；全通濾波器（APF）；LPFBPF低頻喇叭中頻喇叭高頻喇叭音頻信號(hào)濾波器的應(yīng)用實(shí)例HPF三、濾波器的幅特性濾波器2、四種典型的幅頻特性

1、濾波器的傳遞函數(shù)為：

理想LPF理想HPF理想BPF理想BEF實(shí)際LPF實(shí)際HPF實(shí)際BPF實(shí)際BEF四、無(wú)源濾波器與有源濾波器的區(qū)別：無(wú)源濾波器：有源濾波器：3.由于負(fù)載效應(yīng)，級(jí)聯(lián)能力差；4.不能對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大；5.幅頻特性不理想，邊沿不陡；1.不使用電感件，體積小重量輕；3.在運(yùn)放中可加電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使輸入電阻高、輸出電阻低，故只需把幾個(gè)低階濾波電路串起來(lái)就可構(gòu)成高階濾波電路，無(wú)需考慮級(jí)間影響，級(jí)聯(lián)能力強(qiáng)；4.除濾波外，還可放大信號(hào)；5.不宜在高電壓大電流情況下使用。8.可靠性較好；6.使用時(shí)需外接直流電源。1.由于使用電感元件，體積大、重量重；2.效率低；6.可在高電壓、大電流情況下使用；7.可靠性較差。7.使用時(shí)不需外接直流電源。2.由于電源的能量補(bǔ)償，效率高；5.幅頻特性較理想，邊沿較陡；常用于電力系統(tǒng)常用于電子電路一、一階有源低通濾波器傳遞函數(shù)中出現(xiàn)

的一次項(xiàng)，故稱(chēng)為一階濾波器。voviRR1+-RLRfC幅頻特性：§9.2一階有源濾波器一階濾波器幅頻特性曲線邊沿平滑，濾波效果差。0

L二、一階有源高通濾波器vivoC幅頻特性：一階濾波器幅頻特性曲線邊沿平滑，濾波效果差。RR1+-RLRf解出：其中：以二階有源低通濾波器為例傳遞函數(shù)中出現(xiàn)

的二次項(xiàng)，故稱(chēng)為二階濾波器。§9.3高階有源濾波器RR1RFR+-VA.Vp.CC0一階低通二階低通理想低通階數(shù)越高，幅頻特性曲線的邊沿越陡，越接近理想濾波器?！?.5正弦波振蕩電路的振蕩條件tx0

基本放大電路A思考：正弦波振蕩電路的作用？其特點(diǎn)是什么？正弦波振蕩電路的作用就是產(chǎn)生不同頻率正弦波的信號(hào)源。正弦波振蕩電路具有無(wú)輸入信號(hào)，但可輸出不同頻率、幅值的正弦波信號(hào)。如何實(shí)現(xiàn)？作用：特點(diǎn)：分析：1、若只有開(kāi)環(huán)，則xf＝Fxo反饋支路F具有選頻的正２、若引入反饋支路，3、若使xa=xf

，則滿足xa=xi+xf

(xi=0)

相當(dāng)于引入了正反饋。當(dāng)xi＝0,則xa=0,xo為零點(diǎn)漂移信號(hào)。++則輸出x0可得到進(jìn)一步的放大。4、若引入選頻電路，可得到所需頻率的輸出信號(hào)x0。含豐富頻率且值微弱的零點(diǎn)漂移信號(hào)。一、正弦波振蕩電路的框圖、振蕩條件、特點(diǎn)2、振蕩條件：1、組成框圖：振蕩條件也可以寫(xiě)成：……振蕩條件相位條件：pjjnfa2=+,n是整數(shù)設(shè)：

基本放大電路A反饋支路F具有選頻的正++......振幅條件：3、振蕩電路的特點(diǎn)：(2).基本放大電路的ja

＝０或180,不具有選頻性；而頻率ω可改變jf，只有某頻率才能使jf

滿足ja

+jf=n.360。反饋支路具有選頻特性。0=n.3600(3).振蕩建立時(shí)AF>1，振蕩建立完成后（穩(wěn)定振蕩），AF=1.....(1).是串聯(lián)正反饋以電壓形式出現(xiàn),即xf為vf，xa為va....4.正弦波振蕩器的分類(lèi)①

RC正弦波振蕩器②

LC正弦波振蕩器③石英晶體振蕩器二、正弦振蕩建立的過(guò)程：3、隨著輸出信號(hào)不斷增大，BJT逐漸進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)，增益A自動(dòng)下降，直到滿足AF=1，從而得到穩(wěn)定的輸出信號(hào)，振蕩建立結(jié)束。1、由于電路參數(shù)變化、溫度變化、電壓波動(dòng)等因素，使電路產(chǎn)生含豐富頻率且值微弱的零點(diǎn)漂移信號(hào)，這時(shí)由選頻正反饋支路選出滿足相位條件所對(duì)應(yīng)的某一頻率信號(hào)作為原始輸入信號(hào)xa（其值微弱）。.2、設(shè)置AF>1，xa不斷放大，xo輸出信號(hào)也不斷放大。..例：A=20，F(xiàn)=0.1，xa=0.02V..xa1=0.02V.xo1=0.4V.xf2=0.04V.xa2=0.04V.xo2=0.8V.xf3=0.08V.xa3=0.08V.xo3=1.6V.xf4=0.16V.xa4=0.16V.x05=3.2V………….

基本放大電路A反饋支路F具有選頻的正++......§9.6RC正弦波電路RC移相式振蕩電路RC橋式振蕩電路雙T網(wǎng)絡(luò)式振蕩電路分類(lèi)一、RC橋式振蕩電路1、電路組成圖+-R1RfRCRC２、分析及振蕩頻率計(jì)算(1).放大電路：jjfa+=n.3600根據(jù)故若能振蕩，則要求jf=00++Va.F．A．選頻反饋支路放大電路Vf.(２).反饋支路：當(dāng)ω=ω0=1/RC時(shí),jf=0,Fmax=1/3(振蕩頻率為ω0=1/RC或f0=1/2pRC

）Vo.(1).起振條件：應(yīng)使：3、RC正弦波電路的穩(wěn)幅措施AF>1即要求：Rf>2R1(2).振蕩建立完后，又要求輸出電壓穩(wěn)定，即要求AF=1，此時(shí)，A=3即要求：Rf=2R1為了滿足上述要求，穩(wěn)定輸出電壓幅值，可以采用下面的措施：①.Rf采用負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。②.在Rf的兩端并聯(lián)二極管。原理:當(dāng)輸出電壓vo增大時(shí)，流過(guò)Ｒf的電流增大，溫度上升，Ｒf的電阻值下降；當(dāng)下降到Rf=2R1時(shí)，輸出電壓vo自動(dòng)穩(wěn)定。+-R1RfRCRCVo.DrDRf1原理:當(dāng)輸出電壓vo增大時(shí)，二極管D的導(dǎo)通深度增強(qiáng)，rD的電阻值下降；當(dāng)下降到Rf1=

rD//Rf

=2R1時(shí)，輸出電壓vo自動(dòng)穩(wěn)定。二、RC移相式正弦波振蕩電路1、基礎(chǔ)知識(shí)：2、判斷RC移相式電路能否振蕩的方法：（1）、確定基本放大電路及相應(yīng)的相角ja

；（2）、確定RC反饋支路及相應(yīng)的最大移相jf

；（3）、若能滿足,則該電路能振蕩；反之，不能振蕩。jjfa+=n.3600R每一級(jí)RC高通或低通電路，最大移相不超過(guò)90。0RRC高通電路RC低通電路例題：試判斷下圖所示的RC移相式電路能否振蕩？R+-RfvoRRCCCRRCCCR+-Rfvo基本放大電路反饋支路１、確定基本放大電路2、確定RC反饋支路解：基本放大電路的相角：+-ja=1800RC反饋支路的最大移相jf

由于RC反饋支路由三級(jí)高通電路組成，可達(dá)到接近2700因此，在特定的頻率下，使RC反饋支路只移相180，即0jf=18003、由于能滿足,故電路能振蕩。jjfa+=n.3600§9.7LC正弦波振蕩電路一、

LC正弦波振蕩電路的特點(diǎn)及分類(lèi)：(2)、具有選頻的正反饋支路采用LC諧振方式實(shí)現(xiàn)選頻，并只對(duì)所選的頻率信號(hào)進(jìn)行放大；(3)、諧振時(shí)，正反饋支路呈阻性，它不產(chǎn)生移相；(4)、用于產(chǎn)生1MHZ以上的高頻正弦波信號(hào)。1、特點(diǎn)：2、分類(lèi)：（1）、變壓器反饋式LC正弦波振蕩電路（2）、電感三點(diǎn)式（或電感反饋式）LC正弦波振蕩電路（3）、電容三點(diǎn)式（或電容反饋式）LC正弦波振蕩電路(1)、反饋支路構(gòu)成串聯(lián)正反饋，凈輸入信號(hào)、反饋信號(hào)以電壓形式出現(xiàn)；二、

LC正弦波振蕩電路能否振蕩的判斷方法：LC+VCCTRER1R2CECB×bvidvf步驟：1、確定反饋點(diǎn)(反饋支路與基本放大電路輸入回路的交點(diǎn))；2、在反饋點(diǎn)處將反饋支路斷開(kāi)，并假設(shè)從反饋點(diǎn)處加入瞬時(shí)極性為的凈輸入信號(hào)vid；標(biāo)出反饋信號(hào)vf

；３、標(biāo)出各極的瞬時(shí)極性，確定反饋信號(hào)vf的瞬時(shí)極性；４、若凈輸入信號(hào)vid的瞬時(shí)極性與反饋信號(hào)vf的瞬時(shí)極性相同，則能振蕩；反之，不能振蕩。CＴRER1R2CECBL1L2+VCCvidb×vf+VCCＴRER1R2CECB1LCELCC1C2CB2變壓器反饋式LC振蕩電路電感三點(diǎn)式LC振蕩電路電容三點(diǎn)式LC振蕩電路bvf×vidMvovo三、三種LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率計(jì)算及比較：LC+VCCTRER1R2CECB優(yōu)點(diǎn):易調(diào)節(jié)fo(C易調(diào))缺點(diǎn)：輸出取自電感，含高次諧波成分大，輸出波形差。適宜產(chǎn)生幾十MHZ信號(hào)+VCCＴRER1R2CECB1LCELCC1C2CB2voMCＴRER1R2CECBL1L2+VCCvo優(yōu)點(diǎn):輸出取自電容，可對(duì)高次諧波濾波，輸出波形好。缺點(diǎn):調(diào)節(jié)fo須C1、C2聯(lián)動(dòng)適宜產(chǎn)生0.1-100MHZ的信號(hào)優(yōu)點(diǎn):易于起振缺點(diǎn)：體積大,重量重。例題：試判斷下圖所示的LC電路能否振蕩？解：×evidvf+VCCCＴRER1R2CEL1L2CBcb從反饋點(diǎn)e處加入瞬時(shí)極性為的凈輸入信號(hào)vid，從C點(diǎn)輸出，T管屬于共基極放大電路，故集電極C的瞬時(shí)極性為。由于凈輸入信號(hào)vid的瞬時(shí)極性與反饋信號(hào)vf的瞬時(shí)極性相反，所以該LC電路不能振蕩。四、石英晶體振蕩電路1.石英晶體的結(jié)構(gòu)、符號(hào)和等效電路(1).結(jié)構(gòu)晶片涂銀層焊點(diǎn)點(diǎn)(2).符號(hào)

(3).

等效電路RC0CLL:晶體的動(dòng)態(tài)電感(10-3

~102H)(大)C:晶體的動(dòng)態(tài)電容(<0.1pF)(小)R:等效摩擦損耗電阻(小)Co:晶體靜態(tài)電容(幾

~幾十pF)(大)（簡(jiǎn)稱(chēng)晶振）2.石英晶體的諧振頻率、電抗特征RC0CL(1).串聯(lián)諧振頻率：(2).并聯(lián)諧振頻率：(3).電抗特征fp略大于fs*當(dāng)f<fs或f>fp時(shí):石英晶體呈容性*當(dāng)fs<f<fp時(shí)：石英晶體發(fā)生并聯(lián)諧振，呈感性。*當(dāng)f＝fs時(shí)：石英晶體發(fā)生串聯(lián)諧振，呈阻性。由于此區(qū)間的頻率穩(wěn)定性差，不利用。上述兩種情況的頻率穩(wěn)定性好，加以利用。３.石英晶體諧振頻率的調(diào)節(jié)CSRC0CLCS4.石英晶體振蕩電路舉例+VCCTRERB1RB2CECsC1C2RC×石英晶體呈阻性(2)并聯(lián)型石英晶體呈感性當(dāng)CS→0時(shí),f/s=fp;當(dāng)CS→∞時(shí),f/s=fs故諧振頻率可在fs~fp之間做小范圍調(diào)節(jié)即：fs<f０

<fp(1)串聯(lián)型+VCCTRERB1RB2CEC1C2RCL×

§9.8非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路一、電壓比較器vovi0+VOM-VOM1、過(guò)零比較器vovi0+VOM-VOM+-vivo-vivo+tvivo1t+Vom

-Vom過(guò)零比較器的應(yīng)用實(shí)例－－將正弦波變?yōu)榉讲ā?-vivo1+-vivovot+VZ-VZvo

VZR帶雙向限幅的過(guò)零比較器vovi0+Vom-VomVREF2、單門(mén)限電壓比較器+-vivoVREF+-vivoVREFvovi0+Vom-UomVREF單門(mén)限電壓比較器的應(yīng)用實(shí)例－－過(guò)壓、欠壓報(bào)警電路+-viVREF

VZRR1R1D1D1D1發(fā)光表示vi>VREF

，即為過(guò)壓報(bào)警D2發(fā)光表示vi<VREF

，即為欠壓報(bào)警３、雙門(mén)限電壓比較器（遲滯比較器）特點(diǎn)：電路中使用正反饋，所以vo輸出為±Vom。+-vivoVREFR2R1Vp１.當(dāng)vo=+Vom時(shí)2.當(dāng)vo=-Vom時(shí)分析：利用疊加原理可得：分別稱(chēng)Vp+和Vp-為上下門(mén)限電壓。稱(chēng)(Vp+-

Vp-)為回差電壓。當(dāng)vi增加到Vp+時(shí)，輸出由Vom跳變到-Vom；當(dāng)vi

減小到Vp-時(shí)，輸出由-Vom跳變到Vom

。傳輸特性：vovi0Vom-VomVp+

Vp-小于回差的干擾不會(huì)引起跳轉(zhuǎn)。跳轉(zhuǎn)時(shí)，正反饋加速跳轉(zhuǎn)。+-vivoVREFR2R1Vp例：R1=10k

，R2=20k

，ＶOM=12V，VREF=9V,當(dāng)H含干擾的輸入vi

為如圖所示的波形時(shí)，畫(huà)出輸出vo的波形。5V10Vvit0遲滯比較器的應(yīng)用實(shí)例－－消除干擾，提取有用信號(hào)+-vivoVREFR2R1Vp上門(mén)限電壓：解：下門(mén)限電壓：+VOM-VOM根據(jù)傳輸特性畫(huà)輸出波形圖：vovivott10V5V002V+-vivoVREFR2R1Vpvi0Ｖom(12V)-Ｖom(-12V)Vp-2VVp+10V二、采樣－保持電路1、采樣