信號處理與信號產(chǎn)生電路

1、第第9章章 信號處理與信號產(chǎn)生電路信號處理與信號產(chǎn)生電路 濾波電路的基本概念與分類濾波電路的基本概念與分類 一階有源濾波電路一階有源濾波電路 高階有源濾波電路高階有源濾波電路 正弦波振蕩電路的振蕩條件正弦波振蕩電路的振蕩條件 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 非正弦信號產(chǎn)生電路非正弦信號產(chǎn)生電路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1. 基本概念基本概念濾波器：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。用頻率信號的電子裝置。有源濾波器：由有源器件和有源濾波器：由有源

2、器件和R、C元件構成的濾波器。元件構成的濾波器。)()()(iosVsVsA )(Itv)(Otv濾波電路濾波電路濾波電路傳遞函數(shù)定義濾波電路傳遞函數(shù)定義時，有 j s)(je)j ()j ( AA)()j ( A其中其中)j ( A)( 模，幅頻響應模，幅頻響應 相位角，相頻響應相位角，相頻響應時延響應為時延響應為)( d)(d)(s 2. 濾波電路的種類濾波電路的種類低通濾波器（低通濾波器（LPF）通帶放大倍數(shù)通帶放大倍數(shù):通帶中輸出電壓通帶中輸出電壓與輸入電壓之比與輸入電壓之比通帶截止頻率通帶截止頻率下降速率下降速率用幅頻特性描述濾波特性，要研究用幅頻特性描述濾波特性，要研究 、 ( f

3、P、下降速、下降速率率)。過渡帶越窄，電路的選擇性越好，濾波特性越明顯。過渡帶越窄，電路的選擇性越好，濾波特性越明顯。puAuA高通濾波器（高通濾波器（HPF）理想濾波器的幅頻特性理想濾波器的幅頻特性阻容耦合阻容耦合高通（高通（HPF）用于信號處于）用于信號處于高頻，并且需要削弱低頻的高頻，并且需要削弱低頻的場合場合阻容放大器的耦合。阻容放大器的耦合。 理想幅頻特性理想幅頻特性無過渡帶無過渡帶用于工作信號為低頻（或用于工作信號為低頻（或直流），并且需要削弱高直流），并且需要削弱高次諧波或頻率較高的干擾次諧波或頻率較高的干擾和噪聲等場合和噪聲等場合整流后整流后濾波。濾波。 低通濾波器（低通濾波器

4、（LPF）帶阻濾波器（帶阻濾波器（BEF）抗已知頻率的干擾抗已知頻率的干擾帶通濾波器（帶通濾波器（BPF）通信電路通信電路帶通（帶通（BPF）用于突出有）用于突出有用頻段的信號，削弱其它用頻段的信號，削弱其它頻段的信號或干擾和噪頻段的信號或干擾和噪聲聲載波通信。載波通信。 帶阻（帶阻（BEF）用于在已知）用于在已知干擾或噪聲頻率的情況下，干擾或噪聲頻率的情況下，阻止其通過，用于抑制干阻止其通過，用于抑制干擾。擾。全通濾波器（全通濾波器（APF）f-轉換轉換APF對于頻率從零到無窮大的信對于頻率從零到無窮大的信號具有同樣的比例系數(shù)，但對于號具有同樣的比例系數(shù)，但對于不同頻率的信號將產(chǎn)生不同的相不

5、同頻率的信號將產(chǎn)生不同的相移。移。pppj11 21 1ffARCfAuu空載：ppLpLLpj1 )( 21 ffAACRRfRRRAuuu帶載：空載時空載時帶負載時帶負載時3. 無源濾波電路和有源濾波電路無源濾波電路和有源濾波電路 負載變化，通負載變化，通帶放大倍數(shù)和截帶放大倍數(shù)和截止頻率均變化，止頻率均變化，不符合信號處理不符合信號處理的要求。的要求。 無源濾波電路的濾波參數(shù)隨負載變化；有源濾波電無源濾波電路的濾波參數(shù)隨負載變化；有源濾波電路的濾波參數(shù)不隨負載變化，可放大，不能輸出高電路的濾波參數(shù)不隨負載變化，可放大，不能輸出高電壓大電流。壓大電流。有源濾波電路有源濾波電路 用電壓跟隨器

6、用電壓跟隨器隔離濾波電路與隔離濾波電路與負載電阻負載電阻,理想情理想情況下，電壓跟隨況下，電壓跟隨器輸入電阻無窮器輸入電阻無窮大，輸出電阻為大，輸出電阻為零，負載變化不零，負載變化不影響輸出電壓。影響輸出電壓。9.2 一階有源濾波電路一階有源濾波電路1. 低通濾波電路低通濾波電路12p1RRAuRCf21pppj1ffAAuu頻率趨于頻率趨于0時的時的放大倍數(shù)為通放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)帶放大倍數(shù)決定于決定于RC環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)表明進入高頻段表明進入高頻段的下降速率為的下降速率為20dB/十倍頻十倍頻 對于對于LPF，頻率頻率趨于趨于0時的放大倍數(shù)即為通帶放大倍數(shù)。時的放大倍數(shù)即為通帶放大倍數(shù)。求解傳遞

7、函數(shù)時，只需將放大倍數(shù)中的求解傳遞函數(shù)時，只需將放大倍數(shù)中的 j用用 s 取代即可。取代即可。sRCRRsCRsCRRsUsUsAu11)1 ( 11)1 ()()()(121fio一階一階LPF經(jīng)拉氏變換得傳遞函數(shù)經(jīng)拉氏變換得傳遞函數(shù)幅頻特性幅頻特性)21( j1 1ppp12pRCfffAARRAuuusRCRRsUsUsAu11)1 ( )()()(12io 為了使過渡帶變窄，需采為了使過渡帶變窄，需采用多階濾波器，即增加用多階濾波器，即增加RC環(huán)環(huán)節(jié)。在節(jié)。在Au(s)表達式分母中表達式分母中s的的方次就是濾波器的階數(shù)。方次就是濾波器的階數(shù)。反相輸入低通濾波器反相輸入低通濾波器。，即u

8、uAfCsRsA 0 1)(112pRRAuHf積分運算電路的傳遞函數(shù)為積分運算電路的傳遞函數(shù)為加加R2后，后， f0，C 斷開，通帶放大倍數(shù)，斷開，通帶放大倍數(shù)，CsRRRsAu21211)(CRffffRRAu20p01221j119.2 一階有源濾波電路一階有源濾波電路 一階有源濾波電一階有源濾波電路通帶外衰減速率慢路通帶外衰減速率慢（-20dB/十倍頻程），十倍頻程），與理想情況相差較遠。與理想情況相差較遠。一般用在對濾波要求一般用在對濾波要求不高的場合。不高的場合。2. 高通濾波電路高通濾波電路與與LPF有對偶性有對偶性 低通電路中的低通電路中的R和和C交換位置便構成高通交換位置便構

9、成高通濾波電路。濾波電路。9.3 高階有源濾波電路高階有源濾波電路9.3.2 有源高通濾波電路有源高通濾波電路9.3.3 有源帶通濾波電路有源帶通濾波電路9.3.4 二階有源帶阻濾波電路二階有源帶阻濾波電路9.3.1 有源低通濾波電路有源低通濾波電路簡單二階簡單二階LPFLPF j3)(11)1 ()(311)1 ()(02012212ffffRRAsRCsRCRRsAuu截止頻率截止頻率 fp 0.37f0特征頻率 210RCf 分析方法：電路引入了負反饋利用節(jié)點電流法求解輸出分析方法：電路引入了負反饋利用節(jié)點電流法求解輸出電壓與輸入電壓的關系。電壓與輸入電壓的關系。9.3.1 有源低通濾波

10、電路有源低通濾波電路為使為使 fp=f0，且在，且在f=f0時幅頻特性按時幅頻特性按40dB/十倍頻下降。十倍頻下降。 f0時，時，C1斷路，正反饋斷路，正反饋斷開，放大倍數(shù)為通帶放大斷開，放大倍數(shù)為通帶放大倍數(shù)；倍數(shù)； f ， C2短路，正反饋短路，正反饋不起作用，放大倍數(shù)小不起作用，放大倍數(shù)小0 ； 因而有可能在因而有可能在f = f 0時放大倍數(shù)等于或大于通帶放大倍數(shù)。時放大倍數(shù)等于或大于通帶放大倍數(shù)。對于不同頻率的信號正反饋的強弱不同。對于不同頻率的信號正反饋的強弱不同。9.3.1 有源低通濾波電路有源低通濾波電路1. 二階有源低通濾波電路二階有源低通濾波電路引入正反饋引入正反饋9.3

11、.1 有源低通濾波電路有源低通濾波電路2. 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)1fF1RRAV )()(PoFsVsVAV )(/1/1)(APsVsCRsCsV 對于濾波電路，有：對于濾波電路，有：RsVsV)()(Ai sCsVsV/1)()(oA 0)()(PA RsVsV得濾波電路傳遞函數(shù)得濾波電路傳遞函數(shù))()()(iosVsVsA 2FF)()-(31sCRsCRAAVV （二階）（二階）（同相比例）（同相比例）2. 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)F0VAA RC1c 令令稱為稱為通帶增益通帶增益)()()(iosVsVsA 2FF)()-(31sCRsCRAAVV F31VAQ 稱為稱為特征角頻率特征角頻率稱為

12、稱為等效品質(zhì)因數(shù)等效品質(zhì)因數(shù)則則2cn22c0)( sQsAsA濾波電路才能穩(wěn)定工作。濾波電路才能穩(wěn)定工作。時時，即即當當 3 03 FF VVAA注意：注意：2. 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)用用 代入，可得傳遞函數(shù)的頻率響應：代入，可得傳遞函數(shù)的頻率響應： j s2c22c0)()(11lg20)j (lg20QAA 歸一化的幅頻響應歸一化的幅頻響應相頻響應相頻響應2cc)(1arctg)( Q3. 幅頻響應幅頻響應2c22c0)()(11lg20)j (lg20QAA 歸一化的幅歸一化的幅頻響應曲線頻響應曲線4. n階巴特沃斯傳遞函數(shù)階巴特沃斯傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)為傳遞函數(shù)為2n0)/(1)(cAjA

13、式中式中n為階濾波電路階數(shù)，為階濾波電路階數(shù)， c為為3dB載止角頻率，載止角頻率，A0為通帶電為通帶電壓增益。壓增益。9.3.2 有源高通濾波電路有源高通濾波電路1. 二階高通濾波電路二階高通濾波電路 將低通電路中的電將低通電路中的電容和電阻對換，便成為容和電阻對換，便成為高通電路。高通電路。傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)2cc220)( sQssAsA2c22c0)(1)(1lg20)j (lg20QAA 歸一化的幅頻響應歸一化的幅頻響應2. 巴特沃斯傳遞函數(shù)及其歸一化幅頻響應巴特沃斯傳遞函數(shù)及其歸一化幅頻響應2n0)/(1)( cAjA 歸一化幅頻響應歸一化幅頻響應9.3.3 有源帶通濾波電路有源帶通

14、濾波電路1. 電路組成原理電路組成原理可由低通和高通串聯(lián)得到可由低通和高通串聯(lián)得到必須滿足必須滿足11H1CR 低通截止角頻率低通截止角頻率22L1CR 高通截止角頻率高通截止角頻率HL fHfL2. 例例9.3.29.3.3 有源帶通濾波電路有源帶通濾波電路3. 二階有源帶通濾波電路二階有源帶通濾波電路 令令傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)2FF)()-(31)(sCRsCRAsCRAsAVV FF0-3VVAAA RC10 F31VAQ 得得20000)(1)( sQsQsAsA 9.3.4 二階有源帶阻濾波電路二階有源帶阻濾波電路可由低通和高通并聯(lián)得到可由低通和高通并聯(lián)得到OOOfHfL雙雙T T選頻網(wǎng)

15、絡選頻網(wǎng)絡9.3.4 二階有源帶阻濾波電路二階有源帶阻濾波電路雙雙T T帶阻濾波電路帶阻濾波電路9.3.4 二階有源帶阻濾波電路二階有源帶阻濾波電路阻濾波電路的幅頻特性阻濾波電路的幅頻特性 9.3.4 二階有源帶阻濾波電路二階有源帶阻濾波電路狀態(tài)變量型濾波器狀態(tài)變量型濾波器要點：要點：l將比例、積分、求和等基將比例、積分、求和等基本運算電路組合成自由設本運算電路組合成自由設置傳遞函數(shù)、實現(xiàn)各種濾置傳遞函數(shù)、實現(xiàn)各種濾波功能的電路，稱為狀態(tài)波功能的電路，稱為狀態(tài)變量型濾波器。變量型濾波器。l通帶放大倍數(shù)決定于負反通帶放大倍數(shù)決定于負反饋網(wǎng)絡。饋網(wǎng)絡。l利用利用“逆運算逆運算”方法。方法。 f0時

16、負反饋最強，時負反饋最強， A1輸出電壓輸出電壓0； f 時時C 相當于相當于短路，短路，A2輸出電壓輸出電壓0，電路開環(huán)，電路開環(huán)， A1輸出電壓輸出電壓UOM，工作到非線性區(qū)；需引入負反饋決定通帶放大倍數(shù)。工作到非線性區(qū)；需引入負反饋決定通帶放大倍數(shù)。6R46p1RRAu狀態(tài)變量濾波器狀態(tài)變量濾波器 二階電路的組成二階電路的組成低通高通帶通帶阻)(o2sU)(o3sU)(o4sU5R)(o1sU6R運算電路與有源濾波器的比較運算電路與有源濾波器的比較l相同之處相同之處l電路中均引入深度負反饋，因而集成運放均工作在線性電路中均引入深度負反饋，因而集成運放均工作在線性區(qū)。區(qū)。l均具有均具有“虛

17、短虛短”和和“虛斷虛斷”的特點，均可用節(jié)點電流法的特點，均可用節(jié)點電流法求解電路。求解電路。l不同之處不同之處l運算電路研究的是時域問題，有源濾波電路研究的是頻運算電路研究的是時域問題，有源濾波電路研究的是頻域問題；測試時，前者是在輸入信號頻率不變或直流信域問題；測試時，前者是在輸入信號頻率不變或直流信號下測量輸出電壓與輸入電壓有效值或幅值的關系，后號下測量輸出電壓與輸入電壓有效值或幅值的關系，后者是在輸入電壓幅值不變的情況下測量輸出電壓幅值與者是在輸入電壓幅值不變的情況下測量輸出電壓幅值與輸入電壓頻率的關系。輸入電壓頻率的關系。l運算電路用運算關系式描述輸出電壓與輸入電壓的關系，運算電路用運

18、算關系式描述輸出電壓與輸入電壓的關系，有源濾波器用電壓放大倍數(shù)的幅頻特性描述濾波特性。有源濾波器用電壓放大倍數(shù)的幅頻特性描述濾波特性。雙雙T網(wǎng)絡網(wǎng)絡RCf210A1組成組成 HPFio1oUUU電路為電路為LPF討論討論無外加信號，輸出一定頻率一定幅值的信號。無外加信號，輸出一定頻率一定幅值的信號。 與負反饋放大電路的振蕩的不同之處：在正弦波振蕩電與負反饋放大電路的振蕩的不同之處：在正弦波振蕩電路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。在電擾動下，對于某一特定頻率在電擾動下，對于某一特定頻率f0的信號形成正反饋：的信號形成正反饋：oioXXX 由于半導體器件的非線

19、性特性及供電電源的限制，最由于半導體器件的非線性特性及供電電源的限制，最終達到動態(tài)平衡，穩(wěn)定在一定的幅值。終達到動態(tài)平衡，穩(wěn)定在一定的幅值。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1. 正弦波振蕩的條件正弦波振蕩的條件1. 正弦波振蕩的條件正弦波振蕩的條件211FAnFAFA 一旦產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩，則一旦產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩，則電路的輸出量自維持，即電路的輸出量自維持，即ooXFAX幅值平衡條件幅值平衡條件相位平衡條件相位平衡條件1FA起振條件：起振條件： 要產(chǎn)生正弦波振蕩，必須有滿足相位條件的要產(chǎn)生正弦波振蕩，必須有滿足相位條件的f0，且在，且在合閘通電時對于合閘通電時對于f= f0

20、信號有從小到大直至穩(wěn)幅的過程，信號有從小到大直至穩(wěn)幅的過程，即滿足起振條件。即滿足起振條件。2. 起振與穩(wěn)幅起振與穩(wěn)幅1FA電路如何從起振到穩(wěn)幅？電路如何從起振到穩(wěn)幅？oX)(ifXXooXFAAFAF穩(wěn)定的穩(wěn)定的振幅振幅非線性環(huán)節(jié)非線性環(huán)節(jié)的必要性！的必要性！電路器件內(nèi)部噪聲以及電源接通擾動電路器件內(nèi)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。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噪聲中，滿足相位平衡條件的某一頻率 0 0的噪聲信號被的噪聲信號被放大，成為振蕩電路的輸出信

21、號。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，穩(wěn)幅的作用就是，當輸出信號幅值增加到一定程度時，使振幅平衡條件從使振幅平衡條件從 回到回到1 AF。 1 AF2. 起振與穩(wěn)幅起振與穩(wěn)幅3. 基本組成部分基本組成部分1) 放大電路：放大作用放大電路：放大作用（包括負反饋放大電路）（包括負反饋放大電路）2) 正反饋網(wǎng)絡：滿足相位條件正反饋網(wǎng)絡：滿足相位條件3) 選頻網(wǎng)絡：確定選頻網(wǎng)絡：確定f0，保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩4) 非線性環(huán)節(jié)（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）：穩(wěn)幅非線性環(huán)節(jié)（穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）：穩(wěn)幅1) 是否存在主要組成部分；是否存在主要組成部分；2) 放大電路

22、能否正常工作，即是否有合適的放大電路能否正常工作，即是否有合適的Q點，信號是點，信號是 否可能正常傳遞，沒有被短路或斷路否可能正常傳遞，沒有被短路或斷路；3) 是否滿足相位條件，即是否存在是否滿足相位條件，即是否存在 f0，是否可能振蕩，是否可能振蕩 ；4) 是否滿足幅值條件，即是否一定振蕩。是否滿足幅值條件，即是否一定振蕩。常合二為一常合二為一4 4、分析方法、分析方法相位條件的判斷方法：瞬時極性法斷開反饋，在斷開處給放大電路加斷開反饋，在斷開處給放大電路加 ff0的信號的信號Ui，且規(guī)且規(guī)定其極性，然后根據(jù)定其極性，然后根據(jù) Ui的極性的極性 Uo的極性的極性 Uf的極性的極性若若Uf與與

23、Ui極性相同，則電路可能產(chǎn)生自激振蕩；否則電路不極性相同，則電路可能產(chǎn)生自激振蕩；否則電路不可能產(chǎn)生自激振蕩?？赡墚a(chǎn)生自激振蕩。 在多數(shù)正弦波振蕩電路在多數(shù)正弦波振蕩電路中，輸出量、凈輸入量和中，輸出量、凈輸入量和反饋量均為電壓量。反饋量均為電壓量。 iU極性？極性？5. 分類常用選頻網(wǎng)絡所用元件分類。常用選頻網(wǎng)絡所用元件分類。1) RC正弦波振蕩電路：幾百正弦波振蕩電路：幾百千赫千赫以下以下2) LC正弦波振蕩電路：幾百正弦波振蕩電路：幾百千赫千赫幾百幾百兆赫兆赫3) 石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定石英晶體正弦波振蕩電路：振蕩頻率穩(wěn)定9.6 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路1. 電路組

24、成電路組成2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的選頻特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的選頻特性3. 振蕩電路工作原理振蕩電路工作原理4. 穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅措施1. 電路組成電路組成反饋網(wǎng)絡兼做選頻反饋網(wǎng)絡兼做選頻網(wǎng)絡網(wǎng)絡RC橋式振蕩電路橋式振蕩電路低頻段低頻段高頻段高頻段900 0Ff，Uf900 Ff，UfUo.Uf.I.Uo.Uf.I. 在頻率從在頻率從0中必有一個頻率中必有一個頻率f0，F(xiàn)0。2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的選頻特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的選頻特性1)是否可用共射放大電路？是否可用共射放大電路？2)是否可用共集放大電路？是否可用共集放大電路？3)是否可用共基放大電路？是否可用共基放大電路？4)是否可用兩級共射放大電

25、路？是否可用兩級共射放大電路？ 應為應為RC 串并聯(lián)網(wǎng)路配一個電壓放大倍數(shù)略大于串并聯(lián)網(wǎng)路配一個電壓放大倍數(shù)略大于3、輸入電、輸入電阻趨于無窮大、輸出電阻趨于阻趨于無窮大、輸出電阻趨于0的放大電路。的放大電路。不符合相位條件不符合相位條件不符合幅值條件不符合幅值條件輸入電阻小、輸出輸入電阻小、輸出電阻大，影響電阻大，影響f0 可引入電壓串聯(lián)負反饋，使可引入電壓串聯(lián)負反饋，使電壓放大倍數(shù)大于電壓放大倍數(shù)大于3，且，且Ri大、大、Ro小，對小，對f0影響小影響小反饋系數(shù)反饋系數(shù)2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的選頻特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的選頻特性)()()(ofsVsVsFV 幅頻響應幅頻響應又又212ZZZ

26、 2)(31sCRsCRsCR j s且令且令RC10 則則)( j3100 VF2002)(31 VF相頻響應相頻響應3)(arctg00f 2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的選頻特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡的選頻特性當當2002)(31 VF幅頻響應有最大值幅頻響應有最大值3)(arctg00f RCffRC21 100 或或 31max VF相頻響應相頻響應0f 3. 振蕩電路工作原理振蕩電路工作原理此時若放大電路的電壓增益為此時若放大電路的電壓增益為 用瞬時極性法判斷可知，用瞬時極性法判斷可知，電路滿足相位平衡條件電路滿足相位平衡條件則振蕩電路滿足振幅平衡條件則振蕩電路滿足振幅平衡條件0f 當當RC10

27、 時，時，2fan 311f RRAV1313 VVFA電路可以輸出頻率為電路可以輸出頻率為 的正弦波的正弦波RCf210 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 的正弦波的正弦波采用非線性元件采用非線性元件4. 穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅措施4熱敏元件熱敏元件熱敏電阻熱敏電阻起振時，起振時，311f RRAV即即1 VVFA熱敏電阻的作用熱敏電阻的作用 oV oI 功功耗耗 fR 溫溫度度 fR 阻阻值值 fR3 VA1 VVFA穩(wěn)幅穩(wěn)幅 VA采用非線性元件采用非線性元件4. 穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅措施4場效應管（場效應管（JFET）31DS3p3 RRRAV穩(wěn)幅原理穩(wěn)

28、幅原理 oV )(GS負負值值V DSR1 VVFA穩(wěn)幅穩(wěn)幅 VA34 CRD、整流濾波整流濾波T 壓控電阻壓控電阻 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vGS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起振時起振時聯(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)頻率可調(diào)的文氏橋振蕩器頻率可調(diào)的文氏橋振蕩器 改變電容以粗調(diào)，改變電改變電容以粗調(diào)，改變電位器滑動端以微調(diào)。位器

29、滑動端以微調(diào)。 加穩(wěn)壓管可以限制輸出電加穩(wěn)壓管可以限制輸出電壓的峰壓的峰-峰值。峰值。同軸同軸電位器電位器討論一：討論一：合理連接電路，組成文氏橋振蕩電路合理連接電路，組成文氏橋振蕩電路討論二：討論二：圖示電路有可能產(chǎn)生正弦波振蕩嗎？圖示電路有可能產(chǎn)生正弦波振蕩嗎？RC 移項式電路移項式電路RC 雙雙T選頻網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡iU 選頻網(wǎng)絡和正反饋選頻網(wǎng)絡和正反饋網(wǎng)絡是兩個網(wǎng)絡。網(wǎng)絡是兩個網(wǎng)絡。RC 移相電路有幾級才可能移相電路有幾級才可能產(chǎn)生正弦波振蕩？產(chǎn)生正弦波振蕩？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 三點式三點式LC振蕩電路

30、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9.7.1 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CQLQRCLZ000 當當 時，時，LC10 電路諧振。電路諧振。LC10 為諧振頻率為諧振頻率諧振時諧振時阻抗最大，且為純阻性阻抗最大，且為純阻性其中其中CLRRCRLQ1100 為品質(zhì)因數(shù)為品質(zhì)因數(shù)同時有同時有scIQI 即即sLcIII 1. 并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路LC并聯(lián)并聯(lián)網(wǎng)絡的選頻特性網(wǎng)絡的選頻特性LCfCLRQ 2110 ， 理想理想LC并聯(lián)網(wǎng)絡

31、在諧振時呈純阻性，且并聯(lián)網(wǎng)絡在諧振時呈純阻性，且阻抗無窮大。阻抗無窮大。LCf 210諧振頻率為諧振頻率為在損耗較小時，品質(zhì)因數(shù)及諧振頻率在損耗較小時，品質(zhì)因數(shù)及諧振頻率損耗損耗 在在ff0時，電容和電感中電流各約為多少時，電容和電感中電流各約為多少(jQI,-jQI)？網(wǎng)絡的電阻為多少網(wǎng)絡的電阻為多少(近似為無窮近似為無窮)？9.7.1 LC選頻放大電路選頻放大電路 構成正弦波構成正弦波振蕩電路最簡振蕩電路最簡單的做法是通單的做法是通過變壓器引入過變壓器引入反饋。反饋。附加相移附加相移LC選頻放大電路正弦波振蕩電路 當當f=f0時，時，電壓放大倍電壓放大倍數(shù)的數(shù)值最數(shù)的數(shù)值最大，且附加大，且

32、附加相移為相移為0。放大電路放大電路反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡Uo9.7.1 LC選頻放大電路選頻放大電路9.7.1 LC選頻放大電路選頻放大電路阻抗頻率響應阻抗頻率響應（a）幅頻響應）幅頻響應 （b）相頻響應）相頻響應 變壓器反饋式變壓器反饋式電路電路)(0iffUfU特點：特點： 易振，波形較好；耦合不緊密，易振，波形較好；耦合不緊密，損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。分析電路是否可能產(chǎn)生正弦分析電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的步驟：波振蕩的步驟：1) 是否存在組成部分是否存在組成部分2) 放大電路是否能正常工作放大電路是否能正常工作3) 是否滿足相位條件是否滿足相位條件 為使為使N1、N

33、2耦合緊密，將它們合二為一，組成電感反饋耦合緊密，將它們合二為一，組成電感反饋式電路。式電路。必須有合適的同必須有合適的同名名端！端！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 三點式三點式LC振蕩電路振蕩電路仍然由仍然由LC并聯(lián)諧振電路構成選頻網(wǎng)絡并聯(lián)諧振電路構成選頻網(wǎng)絡A. 若中間點交流接地，則首端與尾端若中間點交流接地，則首端與尾端 相位相反。相位相反。1. 三點式三點式LC并聯(lián)電路并聯(lián)電路 中間端的瞬時電位一定在首、尾端中間端的瞬時電位一定在首、尾端電位之間。電位之間。三點的相位關系三點的相位關系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

34、 端相位相同。端相位相同。2. 電感反饋式電路電感反饋式電路反饋電壓取自哪個線圈？反饋電壓取自哪個線圈？反饋電壓的極性？反饋電壓的極性？)(0iffUfU必要嗎？必要嗎？ 電感的三個抽頭分別接晶電感的三個抽頭分別接晶體管的三個極，故稱之為電體管的三個極，故稱之為電感三點式電路。感三點式電路。9.7.3 三點式三點式LC振蕩電路振蕩電路2.電感反饋式電路電感反饋式電路特點：耦合緊密，易振，振特點：耦合緊密，易振，振幅大，幅大，C 用可調(diào)電容可獲得用可調(diào)電容可獲得較寬范圍的振蕩頻率。波形較寬范圍的振蕩頻率。波形較差，常含有高次諧波。較差，常含有高次諧波。減小。增大，則具有相關性；若增大與故阻就是它

35、自身的負載，因為放大電路的輸入電FANFA 1 由于電感對高頻信號呈現(xiàn)較大的電抗，故波形中含高由于電感對高頻信號呈現(xiàn)較大的電抗，故波形中含高次諧波，為使振蕩波形好，采用電容反饋式電路。次諧波，為使振蕩波形好，采用電容反饋式電路。9.7.3 三點式三點式LC振蕩電路振蕩電路3.電容反饋式（電容三點式）電路電容反饋式（電容三點式）電路iUfU)(2121210CCCCLf 若要振蕩頻率高，則若要振蕩頻率高，則L、C1、C2的取值就要小。當?shù)娜≈稻鸵　．旊娙蓦娙轀p減小到一定程度小到一定程度時時，晶體管的極間電容將并聯(lián)在，晶體管的極間電容將并聯(lián)在C1和和C2上，影上，影響振蕩頻率。響振蕩頻率。LCf

36、CCCC21 021，則且若特點：特點：波形好，振蕩頻率調(diào)整范圍小，適于頻率固定的場合。波形好，振蕩頻率調(diào)整范圍小，適于頻率固定的場合。C與放大電路參數(shù)無關與放大電路參數(shù)無關作用？作用？9.7.3 三點式三點式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)定問題頻率穩(wěn)定問題頻率穩(wěn)定度一般由頻率穩(wěn)定度一般由 來衡量來衡量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 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度為為105 Q 數(shù)百數(shù)百石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路 頻率穩(wěn)定度頻率穩(wěn)定度

37、為為10101011 Q 10000 5000009.7.4 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結構結構極板間加電場極板間加電場極板間加機械力極板間加機械力晶體機械變形晶體機械變形晶體產(chǎn)生電場晶體產(chǎn)生電場壓電效應壓電效應交變電壓交變電壓機械振動機械振動交變電壓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當交變電壓頻率 = 固有頻率時，振幅最大。固有頻率時，振幅最大。 壓電諧振壓電諧振等效電路等效電路LCf21s A. 串聯(lián)諧振串聯(lián)諧振特性特性 晶 體 等 效 阻晶 體 等

38、效 阻抗為純阻性抗為純阻性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（a）代表符號）代表符號 （b）電路模型）電路模型 （c）電抗）電抗-頻率響應特性頻率響應特性 9.7.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路2. 石英晶體的基本特性與等效電路石英晶體的基本特性與等效電路實際使用時外接一小電容實際使用時外接一小電容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

39、出 )(21s0ssCCCff；時時， 0 pssffC sss ffC 時時，調(diào)整調(diào)整之之間間變變化化和和在在可可使使 psssfffC 利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的特點，構成利用石英晶體的高品質(zhì)因數(shù)的特點，構成LC振蕩電振蕩電路，如圖所示。路，如圖所示。 (a)串聯(lián)型串聯(lián)型 f f0 0 =f fs s （b）并聯(lián)型）并聯(lián)型 f fs s f f0 0 uN時，時， uOUOM uP 0 時時 uO UOM; uI 0 時時 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（不能超過最大差模輸入電壓），需加輸入放的輸入端（不

40、能超過最大差模輸入電壓），需加輸入端限幅電路。端限幅電路。集成運放的凈輸入集成運放的凈輸入電壓最大值為電壓最大值為UD9.8.1 電壓比較器電壓比較器輸出限幅電路輸出限幅電路 實用電路中實用電路中為適應負載對電壓幅值的要求，輸出端加限幅為適應負載對電壓幅值的要求，輸出端加限幅電路。電路。UOH UZ1 UD2 UOL( UZ2 UD1)UOH UOL UZUOH UZ UOL UD 不可缺少！不可缺少！保護穩(wěn)壓管保護穩(wěn)壓管輸出限幅電路輸出限幅電路uO UZ（1）保護輸入端（凈輸入近似為）保護輸入端（凈輸入近似為零）零）（2）加速集成運放狀態(tài)的轉換）加速集成運放狀態(tài)的轉換（集成運放沒有工作在非線

41、性區(qū)，（集成運放沒有工作在非線性區(qū)，輸入電壓過零時，內(nèi)部晶體管不需輸入電壓過零時，內(nèi)部晶體管不需要從截止區(qū)逐漸進入飽和區(qū)，或者要從截止區(qū)逐漸進入飽和區(qū)，或者從飽和區(qū)逐漸進入截止區(qū)）從飽和區(qū)逐漸進入截止區(qū)）電壓比較器的分析方法：電壓比較器的分析方法：（1 1）寫出寫出 uP、uN的表達式，的表達式，令令uP uN，求解出的求解出的 uI即為即為UT；（2 2）根據(jù)輸出端限幅電路決定輸出的高、低電平；根據(jù)輸出端限幅電路決定輸出的高、低電平；（3 3）根據(jù)輸入電壓作用于同相輸入端還是反相輸入端決定）根據(jù)輸入電壓作用于同相輸入端還是反相輸入端決定輸出輸出電壓電壓的躍變方向。的躍變方向。2） 一般單限比

42、較器一般單限比較器得令, 0PNI211REF212NuuuRRRURRRu（1）若要）若要UTURH時，時，uO1= uO2= UOM，D1導通，導通，D2截止；截止； uO= UZ。 當當uIURL時，時，uO2= uO1= UOM，D2導通，導通，D1截止；截止； uO= UZ 。 當當URLuI URH時，時， uO1= uO2= UOM，D1、D2均截止；均截止； uO= 0。9.8.1 電壓比較器電壓比較器9.8.1 電壓比較器電壓比較器4、集成電壓比較器、集成電壓比較器集成電壓比較器與集成運算放大器比較：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(diào)電壓大、共模抑制比小，

43、靈敏度往往不如開環(huán)增益低、失調(diào)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。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)的典型響應時間是變輸出狀態(tài)的典型響應時間是30200ns。 相同條件下相同條件下741集成運算放大器的響應時間為集成運算放大器的響應時間為30 s左右。左右。討論一 已知各電壓比較器的電壓傳輸特性如圖所示，說出它已知各電壓比較器的電壓傳輸特性如圖所示，說出它們各為哪種電壓比較器；輸入電壓為們各為哪種電壓比較器；輸入電壓為5sint (V)，畫出各，畫出各電路輸出電

44、壓的波形。電路輸出電壓的波形。 你能分別組成具有圖你能分別組成具有圖示電壓傳輸特性的電壓示電壓傳輸特性的電壓比較器電路嗎？比較器電路嗎？同相輸入同相輸入單限比較器單限比較器反相輸入反相輸入滯回比較器滯回比較器窗口窗口比較器比較器討論二：討論二：求解圖示各電路的電壓傳輸特性。求解圖示各電路的電壓傳輸特性。AuIUREFuO通過上述幾種電壓比較器的分析，可得出如下結論：通過上述幾種電壓比較器的分析，可得出如下結論：（1）用于電壓比較器的運放，通常工作在開環(huán)或正反）用于電壓比較器的運放，通常工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)和非線性區(qū)，其輸出電壓只有高電平饋狀態(tài)和非線性區(qū)，其輸出電壓只有高電平VOH和低電和低電

45、VOL兩種情況。兩種情況。（2）一般用電壓傳輸特性來描述輸出電壓與輸入電壓）一般用電壓傳輸特性來描述輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關系。的函數(shù)關系。（3）電壓傳輸特性的關鍵要素）電壓傳輸特性的關鍵要素 輸出電壓的高電平輸出電壓的高電平VOH和低電平和低電平VOL 門限電壓門限電壓 輸出電壓的跳變方向輸出電壓的跳變方向令令vPvN所求出的所求出的vI就是門限電壓就是門限電壓vI等于門限電壓時輸出電壓發(fā)生跳變等于門限電壓時輸出電壓發(fā)生跳變跳變方向取決于是同相輸入方式還是反相輸入方式跳變方向取決于是同相輸入方式還是反相輸入方式 輸出輸出無穩(wěn)態(tài)無穩(wěn)態(tài)，有兩個暫態(tài)有兩個暫態(tài)；若輸出為高電平時定義為第；若輸出為

46、高電平時定義為第一暫態(tài)，則輸出為低電平為第二暫態(tài)。一暫態(tài)，則輸出為低電平為第二暫態(tài)。（1）開關電路）開關電路：因為輸出只有高電平和低電平兩種情況，：因為輸出只有高電平和低電平兩種情況，即兩個暫態(tài)；故采用電壓比較器。即兩個暫態(tài)；故采用電壓比較器。（2）反饋網(wǎng)絡）反饋網(wǎng)絡：因需自控，在輸出為某一暫態(tài)時孕育翻轉：因需自控，在輸出為某一暫態(tài)時孕育翻轉成另一暫態(tài)的條件，故應引入反饋。成另一暫態(tài)的條件，故應引入反饋。（3）延遲環(huán)節(jié)）延遲環(huán)節(jié)：要使兩個暫態(tài)均維持一定的時間，故采用：要使兩個暫態(tài)均維持一定的時間，故采用RC環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)實現(xiàn)實現(xiàn)，從而決定振蕩頻率，從而決定振蕩頻率 。9.8.2 方波產(chǎn)生電路方波產(chǎn)生

47、電路1. 1. 電路組成電路組成Z211TURRRU正向充電：正向充電： uO（+UZ）RC地地反向充電：反向充電： 地地C R uO（UZ）RC 回路回路ZU滯回比較器滯回比較器ZU9.8.2 方波產(chǎn)生電路方波產(chǎn)生電路2. 2. 工作原理：分析方法工作原理：分析方法 設電路已振蕩，且在某一暫態(tài)，看是否能自動翻設電路已振蕩，且在某一暫態(tài)，看是否能自動翻轉為另一暫態(tài)，并能再回到原暫態(tài)。轉為另一暫態(tài)，并能再回到原暫態(tài)。 電路合閘通電，分析電路是否有兩個暫態(tài)，而無電路合閘通電，分析電路是否有兩個暫態(tài)，而無穩(wěn)態(tài)。穩(wěn)態(tài)。 設合閘通電時電容上電壓為設合閘通電時電容上電壓為0，uO上升，則產(chǎn)生正反饋過程：上

48、升，則產(chǎn)生正反饋過程： uO uP uO ，直至直至 uOUZ， uP+UT，為，為第一暫態(tài)。第一暫態(tài)。9.8.2 方波產(chǎn)生電路方波產(chǎn)生電路2. 2. 工作原理工作原理： 電容正向充電，電容正向充電，t uN，t ， uN UZ；但當?shù)攗N +UT時，再增大，時，再增大， uO從從+ UZ躍變?yōu)檐S變?yōu)閁Z， uPUT，電路電路進入進入第二暫態(tài)第二暫態(tài)。 電容反向充電，電容反向充電，t uN，t ， uN UZ；但當?shù)攗N UT時，再減小，時，再減小， uO從從 UZ躍變?yōu)檐S變?yōu)?UZ， uP+UT，電路電路返回第一暫態(tài)返回第一暫態(tài)。第一暫態(tài)第一暫態(tài)：uOUZ， uP+UT。9.8.2 方波產(chǎn)生電路方波產(chǎn)生電路求出、終了值、時間常數(shù)，根據(jù)三要素，即起始值)21ln(2213RRCRT%50kTTq占空比脈沖寬度脈沖寬度3. 3. 波形分析波形分析9.8.2 方波產(chǎn)生電路方波產(chǎn)生電路占空比可調(diào)電路占空比可調(diào)電路為了占空比調(diào)節(jié)范圍大，為了占空比調(diào)節(jié)范圍大，R3應如何取值？應如何取值？ 正向充電和反向充電時間常數(shù)可正向充電和反向充電時間常數(shù)可調(diào)，占空比就可調(diào)。調(diào)，占空比就可調(diào)。9.8.2 方波產(chǎn)生電路方波產(chǎn)生電路三角波產(chǎn)生電路三角波產(chǎn)生電路 1. 電路組成 用積分運算電路可將方波變?yōu)槿遣?。用積分運算電路可將方波變?yōu)槿遣ā?/p>