模擬電路課件模電

9信號處理與信號產(chǎn)生電路9.1濾波電路的基本概念與分類9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件9.2一階有源濾波電路9.6RC正弦波振蕩電路9.7LC正弦波振蕩電路9.8非正弦信號產(chǎn)生電路主要內(nèi)容：9.1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(gòu)成的濾波器。濾波電路傳遞函數(shù)定義時，有其中——

模，幅頻響應(yīng)——

相位角，相頻響應(yīng)9.1濾波電路的基本概念與分類2.分類低通（LPF）高通（HPF）帶通（BPF）帶阻（BEF）全通（APF）9.2一階有源濾波電路1.低通濾波電路傳遞函數(shù)其中特征角頻率故，幅頻相應(yīng)為同相比例放大系數(shù)9.2一階有源濾波電路2.高通濾波電路

將如圖低通電路中的R和C交換位置便構(gòu)成高通濾波電路。一、正弦波振蕩的條件和電路的組成1.正弦波振蕩的條件無外加信號，輸出一定頻率一定幅值的信號。在正弦波振蕩電路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。在電擾動（如通電瞬間）下，對于某一特定頻率f0的信號形成正反饋：

由于半導(dǎo)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。9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件1.正弦波振蕩的條件

一旦產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩，則電路的輸出量為：幅值平衡條件相位平衡條件起振條件：

要產(chǎn)生正弦波振蕩，必須有滿足相位條件的f0，且在合閘通電時，對于f=f0信號能夠有從小到大，直至平衡在一定幅值。所以電路的起振條件為：起振條件2.

起振和穩(wěn)幅

當輸出信號幅值增加到一定程度時，非線性元件就要限制它繼續(xù)增加。

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

起振過程穩(wěn)定振蕩3.

振蕩電路基本組成部分1)放大電路：放大作用2)正反饋網(wǎng)絡(luò)：滿足相位條件3)選頻網(wǎng)絡(luò)：確定f0，保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：使電路能從

AuF

>1

，過渡到

AuF

=1，從而達到穩(wěn)幅振蕩。1)是否存在主要組成部分；2)放大電路能否正常工作，即是否有合適的Q點，信號是否可能正常傳遞，即沒有被短路或斷路；3)是否滿足相位條件，即是否存在f0，是否可能振蕩

；4)是否滿足幅值條件。常合二為一4.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f=f0的信號Ui，且規(guī)定其極性，然后根據(jù)

Ui的極性→Uo的極性→Uf的極性若Uf與Ui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。

在多數(shù)正弦波振蕩電路中，輸出量、凈輸入量和反饋量均為電壓量。5.正弦波振蕩電路分類常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件分類。1)RC正弦波振蕩電路：f0在1兆赫以下2)LC正弦波振蕩電路：f0在幾百千赫～幾百兆赫3)石英晶體正弦波振蕩電路：具有非常穩(wěn)定的固有頻率；對于振蕩頻率的穩(wěn)定性要求高的電路常采用。9.6RC正弦波振蕩電路1.

電路組成2.

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性3.

振蕩電路工作原理4.

穩(wěn)幅措施1.

電路組成反饋網(wǎng)絡(luò)兼做選頻網(wǎng)絡(luò)。RC橋式振蕩電路（文氏橋振蕩器）Rf為負反饋RC串并網(wǎng)絡(luò)為正反饋網(wǎng)絡(luò)輸入電壓同相比例放大采用同相比例運算電路作放大電路。

以RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)、并引入電壓串聯(lián)負反饋（以滿足輸入電阻大、輸出電阻小的要求），兩個網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成橋路，即構(gòu)成文氏橋振蕩器。Rf為負反饋RC串并網(wǎng)絡(luò)為正反饋網(wǎng)絡(luò)輸入電壓當f=f0時，不但

F=0，且最大，為1/3。2.

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性

為滿足振蕩電路的起振條件：應(yīng)為RC串并聯(lián)網(wǎng)路配一個電壓放大倍數(shù)略大于3、輸入電阻趨于無窮大、輸出電阻趨于0的放大電路。減小放大電路對選頻特性的影響，使振蕩頻率僅取決于選頻電路。當f=f0時，不但

F=0，且最大，為1/3。起振條件：電壓串聯(lián)負反饋采用非線性元件實現(xiàn)穩(wěn)幅4.

穩(wěn)幅措施熱敏元件熱敏電阻起振時，即熱敏電阻的作用穩(wěn)幅討論：判斷圖示電路有可能產(chǎn)生正弦波振蕩嗎？RC移項式電路1)RC移相電路有三級才可能產(chǎn)生正弦波振蕩。2)若R和C互換，則成為滯后網(wǎng)絡(luò)。共射放大電路仍需要三級，其滿足相位條件。9.7LC正弦波振蕩電路9.7.2變壓器反饋式LC振蕩電路9.7.3三點式LC振蕩電路9.7.4石英晶體振蕩電路9.7.1LC選頻放大電路

1.

LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性

理想LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在諧振時呈純阻性，且阻抗無窮大。諧振頻率為實際的LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是有損耗的，在損耗較小時，品質(zhì)因數(shù)及諧振頻率損耗9.7.1LC選頻放大電路

根據(jù)引入電路正反饋方式不同，電路分為三種形式。LC選頻正弦波振蕩電路

當f=f0時，電壓放大倍數(shù)的數(shù)值最大。共射或共基放大LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在諧振時呈純阻性，且阻抗無窮大。變壓器反饋式；電感反饋式；電容反饋式。2.變壓器反饋式電路本電路的特點：易振，波形較好；耦合不緊密，損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。分析電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的步驟：1)是否存在放大電路2)是否存在選頻網(wǎng)絡(luò)3)是否滿足相位條件（正反饋）為使N1、N2耦合緊密，將它們合二為一，組成電感反饋式電路。必須有合適的同名端！只要參數(shù)選的合適，電路就可以滿足幅值條件。3.電感反饋式電路反饋電壓取自哪個線圈？

電感的三個抽頭分別接晶體管的三個極，故稱之為電感三點式電路。交流通路：3.電感反饋式電路電路特點：耦合緊密，易振，振幅大，C用可調(diào)電容可獲得較寬范圍的振蕩頻率。波形較差，常含有高次諧波。

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。4.電容反饋式（電容三點式）電路電路特點：波形好，振蕩頻率調(diào)整范圍小，適于頻率固定的場合。

電容的三個抽頭分別接晶體管的三個極，故稱之為電容三點式電路。例題：如圖電路，Cb為旁路電容，C1為耦合電容，對交流均可視為短路，為使電路可能產(chǎn)生正弦波振蕩，標出變壓器原副邊的同名端。共基電路例題：改錯，使電路有可能產(chǎn)生正弦波振蕩。同名端對嗎？放大電路能放大嗎？各電容的作用？在直流電路中，電感相當于短路，電容相當于開路.練習(xí)：“判振”時的注意事項：1.放大電路必須能夠正常工作，放大電路的基本接法；2.斷開反饋，在斷開處加f=f0的輸入電壓；3.找出在哪個元件上獲得反饋電壓，是否能取代輸入電壓。判斷以下兩個電路能否震蕩？若不能請改正。在直流電路中，集電極和發(fā)射極短路，電路不可能工作在放大區(qū)?？梢哉鹗?.7.4石英晶體振蕩電路1.石英晶體的基本特性與等效電路結(jié)構(gòu)如圖：極板間加電場極板間加機械力晶體機械變形晶體產(chǎn)生電場稱之為壓電效應(yīng)。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(guān)，穩(wěn)定性非常高。等效電路：A.串聯(lián)諧振由于很小，晶體等效阻抗近似為純阻性。9.7.4石英晶體振蕩電路（a）代表符號（b）電路模型（c）電抗-頻率響應(yīng)特性容性感性阻性當RLC支路發(fā)生諧振時，諧振頻率為2.石英晶體的基本特性與等效電路B.并聯(lián)諧振通常所以容性感性阻性當RLC支路呈現(xiàn)感性時，與發(fā)生并聯(lián)諧振，諧振頻率為：9.7.4石英晶體振蕩電路2.石英晶體的基本特性與等效電路實際晶體產(chǎn)品所給頻率，是外接小電容Cs后的振蕩頻率。Cs應(yīng)比C大。則新的諧振頻率為由此看出調(diào)整3.石英晶體振蕩電路（1）并聯(lián)型晶體振蕩電路所以晶體在電路中起電感作用，如圖電路屬于電容三點式振蕩電路。調(diào)整9.8非正弦信號產(chǎn)生電路9.8.2方波產(chǎn)生電路9.8.3鋸齒波產(chǎn)生電路9.8.1電壓比較器單門限電壓比較器遲滯比較器集成電壓比較器9.8.1電壓比較器特點：1.單門限電壓比較器（1）過零比較器開環(huán)，具有很高的開環(huán)增益。vI>0時，vOmax=VOH=+VCCvI<0時，vOmax=VOL=-VEE（過零比較器）運算放大器工作在非線性狀態(tài)下電壓傳輸特性9.8.1電壓比較器特點：1.單門限電壓比較器（1）過零比較器開環(huán)增益A0大于105

輸入為正負對稱的正弦波時，輸出則為方波。9.8.1電壓比較器1.單門限電壓比較器（2）門限電壓不為零的比較器電壓傳輸特性（門限電壓為VREF）如果輸入端兩者換位，則傳輸特性如圖虛線所示。9.8.1電壓比較器1.單門限電壓比較器（2）門限電壓不為零的比較器（門限電壓為VREF）(a)VREF＝0時(b)VREF＝2V時

(c)VREF＝－4V時

設(shè)

vI為峰值6V的三角波，且±VCC＝±12V，運放為理想器件。解：例：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(閾值電壓)VT，畫出其電壓傳輸特性。設(shè)運放輸出的高、低電平分別為VOH和VOL。

利用疊加原理可得理想情況下，輸出電壓發(fā)生跳變時對應(yīng)的vP＝vN＝0，即門限電壓電壓傳輸特性單門限比較器的抗干擾能力應(yīng)為高電平錯誤電平應(yīng)為高電平，但圖中出現(xiàn)時高時低。9.8.1電壓比較器2.遲滯比較器（1）電路組成（2）門限電壓門限電壓上門限電壓下門限電壓回差電壓9.8.1電壓比較器2.遲滯比較器（3）傳輸特性通過上述幾種電壓比較器的分析，可得出如下結(jié)論：（1）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VOH和低電VOL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的函數(shù)關(guān)系。（3）電壓傳輸特性的關(guān)鍵要素輸出電壓的高電平VOH和低電平VOL

門限電壓輸出電壓的跳變方向令vP＝vN所求出的vI就是門限電壓vI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9.8.1電壓比較器3.集成電壓比較器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，靈敏度往往不如用集成運放構(gòu)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(zhuǎn)換速率高，改變輸出狀態(tài)的典型響應(yīng)時間是30～200ns。

相同條件下741集成運算放大器的響應(yīng)時間為30s左右。9.8.2方波產(chǎn)生電路1.電路組成（多諧振蕩電路）穩(wěn)壓管雙向限幅輸出飽和電壓：反饋系數(shù)：積分電路基本電路帶限幅電路9.8.2方波產(chǎn)生電路2.工作原理

由于遲滯比較器中正反饋的作用，電源接通后瞬間，輸出便進入飽和狀態(tài)。假設(shè)為正向飽和狀態(tài)：即電壓比較器同相端電壓為：反相端電壓由C上電壓定，充電電流如圖，當vc電壓達到時，輸出電壓反轉(zhuǎn)為。然后，通過Rf再放電，電流如圖。直到vc達到時，輸出再反轉(zhuǎn)。1.正弦波振蕩電路的條件和判斷。2.電壓比較器的傳輸