模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第十章信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路

1、10 10 信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路10.1 10.1 濾波電路的基本概念與分類(lèi)濾波電路的基本概念與分類(lèi)10.2 10.2 一階有源濾波電路一階有源濾波電路10.3 10.3 高階有源濾波電路高階有源濾波電路* *10.4 10.4 開(kāi)關(guān)電容濾波器開(kāi)關(guān)電容濾波器10.5 10.5 正弦波振蕩電路的振蕩條件正弦波振蕩電路的振蕩條件10.6 RC10.6 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路10.7 LC10.7 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路10.8 10.8 非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路2華中科技大學(xué) 張林10.1 濾波電路的基本概念與分類(lèi)濾波電路的基本概念與分類(lèi)1.

2、 基本概念基本概念濾波器：是一種能使有用頻率信號(hào)通過(guò)而同時(shí)抑制濾波器：是一種能使有用頻率信號(hào)通過(guò)而同時(shí)抑制或衰減無(wú)用頻率信號(hào)的電子裝置?；蛩p無(wú)用頻率信號(hào)的電子裝置。例如，有一個(gè)較低頻率的信號(hào)，其中包含一些較高例如，有一個(gè)較低頻率的信號(hào)，其中包含一些較高頻率成分的干擾。經(jīng)濾波電路后，則可濾掉高頻成頻率成分的干擾。經(jīng)濾波電路后，則可濾掉高頻成分。分。)()()(iosVsVsA 有源濾波器：由有源器件構(gòu)成的濾波器。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)定濾波電路傳遞函數(shù)定義義時(shí)，有時(shí)，有 j s)(je)j ()j ( AA)()j ( A其中其中)j ( A)( 模，幅頻響應(yīng)模，

3、幅頻響應(yīng) 相位角，相頻響應(yīng)相位角，相頻響應(yīng)群時(shí)延響應(yīng)群時(shí)延響應(yīng))( d)(d)(s 2. 分類(lèi)分類(lèi)低通（低通（LPF）高通（高通（HPF）帶通（帶通（BPF）帶阻（帶阻（BEF）全通（全通（APF） vI R R1 C vP Rf vO RL 無(wú)源 RC 濾波電路 同相比例 放大電路 10.2 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c01)( sAsA 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)2c0)(1)j ( AA其中其中特征角頻率特征角頻率1f01RRA RC1c 故，幅頻相應(yīng)為故，幅頻相應(yīng)為同相比例同相比例放大系數(shù)放大系數(shù) 理想理想 實(shí)際實(shí)際 20dB/十倍頻程十倍頻程 20lg| |

4、 | | A(j ) A0 /dB 0 3 20 1 10 / C 電路如何改變？電路如何改變？幅頻響應(yīng)如何變化？幅頻響應(yīng)如何變化？ 一階有源濾波電路通一階有源濾波電路通帶外衰減速率慢（帶外衰減速率慢（-20dB/十倍頻程），與理想情況十倍頻程），與理想情況相差較遠(yuǎn)。一般用在對(duì)濾相差較遠(yuǎn)。一般用在對(duì)濾波要求不高的場(chǎng)合。波要求不高的場(chǎng)合。2. 高通濾波電路高通濾波電路 vI R R1 C vP Rf vO RL 無(wú)源 RC 濾波電路 同相比例 放大電路 理想理想 實(shí)際實(shí)際 20dB/十倍頻程十倍頻程 20lg| | | | A(j ) A0 /dB 0 3 20 1 10 / C 10.3 高階

5、有源濾波電路高階有源濾波電路10.3.1 有源低通濾波電路有源低通濾波電路10.3.2 有源高通濾波電路有源高通濾波電路10.3.3 有源帶通濾波電路有源帶通濾波電路10.3.4 二階有源帶阻濾波電路二階有源帶阻濾波電路 vI R A vA R C1C vP C2C R1 同相比例 放大電路 (AVF-1)R1 vO 10.3.1 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2. 傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)1fF1RRAV )()(PoFsVsVAV )(/1/1)(APsVsCRsCsV 對(duì)于濾波電路，有對(duì)于濾波電路，有RsVsV)()(Ai sCsVsV/1)()(

6、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(chēng)為稱(chēng)為通帶增益通帶增益)()()(iosVsVsA 2FF)()-(31sCRsCRAAVV F31VAQ 稱(chēng)為稱(chēng)為特征角頻率特征角頻率稱(chēng)為稱(chēng)為等效品質(zhì)因數(shù)等效品質(zhì)因數(shù)則則2cc22c0)(sQsAsA 濾波電路才能穩(wěn)定工作。濾波電路才能穩(wěn)定工作。時(shí)時(shí)，即即當(dāng)當(dāng) 3 03 FF VVAA注意：注意：用用 代入，可得傳遞函數(shù)的頻率響應(yīng)：代入，可得傳遞函數(shù)的頻率響應(yīng)： j

7、 s2c22c0)()(11lg20)j (lg20QAA 歸一化的幅頻響應(yīng)歸一化的幅頻響應(yīng)相頻響應(yīng)相頻響應(yīng)2cc)(1arctg)( Q3. 幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)2c22c0)()(11lg20)j (lg20QAA 歸一化的幅歸一化的幅頻響應(yīng)曲線(xiàn)頻響應(yīng)曲線(xiàn) 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2nc0)/(1)j (AA 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。10.3.2 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 vI C C R vA vP R R1 (

8、AVF -1)R1 vO 同相比例同相比例 放大電路放大電路 將低通電路中的電將低通電路中的電容和電阻對(duì)換，便成為容和電阻對(duì)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(yīng)歸一化的幅頻響應(yīng)2. 巴特沃斯傳遞函數(shù)及巴特沃斯傳遞函數(shù)及其歸一化幅頻響應(yīng)其歸一化幅頻響應(yīng)2nc0)/(1)j (AA 歸一化幅頻響應(yīng)歸一化幅頻響應(yīng)10.3.3 有源帶通濾波電路有源帶通濾波電路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(mǎn)足必須滿(mǎn)足 A0 A2 A1 A0 阻阻帶帶 阻 礙

9、陰 通通帶帶 測(cè)評(píng) 通帶 阻 礙陰 阻阻帶帶 阻 礙陰 通通帶帶 測(cè)評(píng) 通帶 阻 礙陰 O O H L A A0 O L H 通通帶帶 測(cè)評(píng) 阻阻帶帶 阻 礙阻阻帶帶 阻 礙2 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 vI 低低 通通 高高 通通 vO 2. 例例3. 二階有源帶通濾波電路二階有源帶通濾波電路 R2R C1C vI R C R3 2R 低低通通 高高通通 R1 同同相相比比例例 放放大大電電路路 (AVF -1)R1 vO 令令傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)2FF)()-(31)(sCRsCRAsCRAsAVV FF0-3VVAAA RC10

10、 F31VAQ 得得20000)(1)( sQsQsAsA 10.3.4 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)得到必須滿(mǎn)足必須滿(mǎn)足HL A0 A2 A1 A0 阻阻帶帶 阻 礙陰 通通帶帶 測(cè)評(píng) 通帶 阻 礙陰 阻阻帶帶 阻 礙陰 通通帶帶 測(cè)評(píng) 通帶 阻 礙陰 O O H L A A0 O H L 通通帶帶 測(cè)評(píng) 阻阻帶帶 阻 礙通通帶帶 測(cè)評(píng) vI 低低通通 高高通通 vO 10.3.4 二階有源帶阻濾波電路二階有源帶阻濾波電路雙雙T T選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)雙雙T T帶阻濾波電路帶阻濾波電路 2C C R 2 C R R vI vP vO Rf R1

11、 Rf(AVF1)R1 阻濾波電路的幅頻特性阻濾波電路的幅頻特性10.4 開(kāi)關(guān)電容濾波器開(kāi)關(guān)電容濾波器1. 基本原理基本原理積分電路積分電路由電容由電容C1和兩個(gè)和兩個(gè)MOS開(kāi)關(guān)管開(kāi)關(guān)管 T1、T2等效電阻等效電阻R1的積分電路的積分電路不重疊的兩相時(shí)鐘脈沖不重疊的兩相時(shí)鐘脈沖 1和和 2控制關(guān)管的接通控制關(guān)管的接通與斷開(kāi)與斷開(kāi) 1為高電平時(shí)，為高電平時(shí)，T1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止 2為高電平時(shí)，為高電平時(shí)，T1截止，截止，T2導(dǎo)通導(dǎo)通C1所充電荷向所充電荷向C2轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移 C1被充電，有被充電，有qc1C1vI 1為高電平時(shí)，為高電平時(shí)，T1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止 2為高電平時(shí)，為高電平時(shí)

12、，T1截止，截止，T2導(dǎo)通導(dǎo)通C1所充電荷向所充電荷向C2轉(zhuǎn)移轉(zhuǎn)移 C1被充電，有被充電，有qc1C1vI 在每一時(shí)鐘周期在每一時(shí)鐘周期Tc內(nèi)，從信號(hào)源中內(nèi)，從信號(hào)源中提取的電荷提取的電荷qc1C1vI供給了積分電供給了積分電容器容器C2。因此，在節(jié)點(diǎn)。因此，在節(jié)點(diǎn)1、2之間流之間流過(guò)的平均電流為過(guò)的平均電流為cI1c1avTCTqicv 當(dāng)當(dāng)Tc遠(yuǎn)小于信號(hào)周期時(shí)，遠(yuǎn)小于信號(hào)周期時(shí)，可在兩節(jié)點(diǎn)之間定義一個(gè)可在兩節(jié)點(diǎn)之間定義一個(gè)等效電阻等效電阻Req 時(shí)間常數(shù)時(shí)間常數(shù)與脈沖周期和電容比有關(guān)與脈沖周期和電容比有關(guān)得得等效的積分器時(shí)間常數(shù)等效的積分器時(shí)間常數(shù)1cI1cICTCT vvavIeqiRv

13、 1c1Cf 12ceq2CCTRC 2. 開(kāi)關(guān)電路濾波器舉例開(kāi)關(guān)電路濾波器舉例一階低通濾波器電路，傳遞函數(shù)為一階低通濾波器電路，傳遞函數(shù)為其中其中3dB0ff1fio/111)()()( sACsRRRsVsVsA 1f0RRA ff3dB1CR ff3dB21CRf 等效開(kāi)關(guān)電容濾波器電路等效開(kāi)關(guān)電容濾波器電路2cfeqf1CfRR 1c1eq11CfRR 有有代入傳遞函數(shù)表達(dá)式代入傳遞函數(shù)表達(dá)式ff1fj211)j (CfRRRA 2cf1c2c2j1111CffCCfCf 3dB21j11ffCC )/j(13dB0ffA 代入傳遞函數(shù)表達(dá)式代入傳遞函數(shù)表達(dá)式其中其中f2c3dB2 C

14、Cff )/j(13dB0ffAA 210CCA 3dB 0 0.1f3dB f3dB 10f3dB f/Hz -20dB/十倍頻十倍頻 f/Hz -45 /十倍頻十倍頻 -180 -270 0 20lg|A| /dB 20lg|A0| -225 一階低通濾波器的波特圖一階低通濾波器的波特圖通過(guò)選擇通過(guò)選擇C1、 C2和時(shí)鐘頻率和時(shí)鐘頻率fc，便，便可獲得需要的濾波特性可獲得需要的濾波特性3. 單片集成開(kāi)關(guān)電容濾波器簡(jiǎn)介單片集成開(kāi)關(guān)電容濾波器簡(jiǎn)介 目前已有通用型開(kāi)關(guān)電容濾波器，可組成低通、高通、帶目前已有通用型開(kāi)關(guān)電容濾波器，可組成低通、高通、帶通等類(lèi)型濾波電路，階數(shù)達(dá)通等類(lèi)型濾波電路，階數(shù)達(dá)

15、8階，某些型號(hào)的產(chǎn)品能對(duì)微伏數(shù)階，某些型號(hào)的產(chǎn)品能對(duì)微伏數(shù)量級(jí)的有用信號(hào)進(jìn)行濾波。量級(jí)的有用信號(hào)進(jìn)行濾波。 開(kāi)關(guān)電容濾波器的濾波特性決定于電容比和時(shí)鐘頻率，設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)電容濾波器的濾波特性決定于電容比和時(shí)鐘頻率，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)高精度和高穩(wěn)定濾波，同時(shí)便于集成。簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)高精度和高穩(wěn)定濾波，同時(shí)便于集成。 目前集成開(kāi)關(guān)電容濾波器除工作頻率還不夠高外（受脈沖頻目前集成開(kāi)關(guān)電容濾波器除工作頻率還不夠高外（受脈沖頻率遠(yuǎn)大于信號(hào)頻率的限制），大部分性能指標(biāo)已達(dá)到較高水平。率遠(yuǎn)大于信號(hào)頻率的限制），大部分性能指標(biāo)已達(dá)到較高水平。10.5 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. 振蕩電路基本組

16、成部分振蕩電路基本組成部分為了產(chǎn)生正弦波，必須在放大電路里加入正反饋為了產(chǎn)生正弦波，必須在放大電路里加入正反饋，因此放大電路和正反饋網(wǎng)絡(luò)是振蕩電路的最主要，因此放大電路和正反饋網(wǎng)絡(luò)是振蕩電路的最主要部分。但是，這樣兩部分構(gòu)成的振蕩器一般得不到部分。但是，這樣兩部分構(gòu)成的振蕩器一般得不到正弦波，這是由于很難控制正反饋的量。正弦波，這是由于很難控制正反饋的量。 如果正反饋量大，則增幅，輸出幅度越來(lái)如果正反饋量大，則增幅，輸出幅度越來(lái)越大，最后由三極管的非線(xiàn)性限幅，這必然產(chǎn)越大，最后由三極管的非線(xiàn)性限幅，這必然產(chǎn)生非線(xiàn)性失真。生非線(xiàn)性失真。 反之，如果正反饋量不足，則減幅，可能反之，如果正反饋量不足

17、，則減幅，可能停振，為此振蕩電路要有一個(gè)穩(wěn)幅電路。停振，為此振蕩電路要有一個(gè)穩(wěn)幅電路。 為了獲得單一頻率的正弦波輸出，應(yīng)該有為了獲得單一頻率的正弦波輸出，應(yīng)該有選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)絡(luò)往往和正反饋網(wǎng)絡(luò)或放大選頻網(wǎng)絡(luò)，選頻網(wǎng)絡(luò)往往和正反饋網(wǎng)絡(luò)或放大電路合而為一。選頻網(wǎng)絡(luò)由電路合而為一。選頻網(wǎng)絡(luò)由R R、C C和和L L、C C等電抗等電抗性元件組成。正弦波振蕩器的名稱(chēng)一般由選頻性元件組成。正弦波振蕩器的名稱(chēng)一般由選頻網(wǎng)絡(luò)來(lái)命名。正弦波發(fā)生電路的組成網(wǎng)絡(luò)來(lái)命名。正弦波發(fā)生電路的組成 4放大電路（包括負(fù)反饋放大電路）放大電路（包括負(fù)反饋放大電路）4反饋網(wǎng)絡(luò)（構(gòu)成正反饋的）反饋網(wǎng)絡(luò)（構(gòu)成正反饋的）4選頻網(wǎng)絡(luò)

18、（選擇滿(mǎn)足相位平衡條件的一個(gè)頻率。選頻網(wǎng)絡(luò)（選擇滿(mǎn)足相位平衡條件的一個(gè)頻率。4經(jīng)常與反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一。）經(jīng)常與反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一。）4穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)正反饋放大電路框圖正反饋放大電路框圖（注意與負(fù)反饋方框圖的差別）（注意與負(fù)反饋方框圖的差別）2. 振蕩條件振蕩條件fiaXXX 若環(huán)路增益若環(huán)路增益1 FA則則， faXX 去掉去掉， iXoX仍有穩(wěn)定的輸出。仍有穩(wěn)定的輸出。又又fafa AFFAFA所以振蕩條件為所以振蕩條件為1)()( FA振幅平衡條件振幅平衡條件2)()(fan 相位平衡條件相位平衡條件 Xo Xa Xf + 放放大大電電路路 A 反反饋饋網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò) F 起振條件起振條件 3.

19、 起振和穩(wěn)幅起振和穩(wěn)幅 # 振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須輸入信號(hào)就能起振，起振的振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須輸入信號(hào)就能起振，起振的信號(hào)源來(lái)自何處？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)電路器件內(nèi)部噪聲以及電源接通擾動(dòng)1)()( FA2)()(fan 當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，就要限制它繼續(xù)增當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，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(mǎn)足相位平衡條件的某一頻率噪聲中，滿(mǎn)足相位平衡條件的某一頻率 0 0的噪聲信號(hào)被的噪聲信號(hào)被放大，成為振蕩電路的輸出信號(hào)。放大，成為振蕩電路的輸出信號(hào)。 穩(wěn)幅的作用就是，當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一

20、定程度時(shí)，穩(wěn)幅的作用就是，當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，使振幅平衡條件從使振幅平衡條件從 回到回到1 AF。 1 AF10.6 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路1. 電路組成電路組成2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)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5. 移相式正弦波振蕩電路移相式正弦波振蕩電路1. 電路組成電路組成反饋網(wǎng)絡(luò)兼做選頻反饋網(wǎng)絡(luò)兼做選頻網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)RC橋式振蕩電路橋式振蕩電路 OV R C Rf Z1 Z2 C R R1 VA A VF 放放大大電電路路 選選頻頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò) fiVV = 2. RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)

21、的選頻特性反饋系數(shù)反饋系數(shù))()()(ofsVsVsFV 幅頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)又又212ZZZ 2)(31sCRsCRsCR j s且令且令RC10 則則)( j3100 VF2002)(31 VF相頻響應(yīng)相頻響應(yīng)3)(arctg00f 當(dāng)當(dāng)2002)(31 VF幅頻響應(yīng)有最大值幅頻響應(yīng)有最大值3)(arctg00f RCffRC21 100 或或 31max VF相頻響應(yīng)相頻響應(yīng)0f FV 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.1 1 10 / 0 (a) 1 3 f 0.1 1 10 / 0 (b) 90 60 30 0 30 60 90 3. 振蕩電路工作原理振蕩電路工作原理 OV R C

22、 Rf Z1 Z2 C R R1 VA A VF 放放大大電電路路 選選頻頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò) fiVV = 此時(shí)若放大電路的電壓增益為此時(shí)若放大電路的電壓增益為 斷開(kāi)環(huán)路某一點(diǎn)，用瞬時(shí)斷開(kāi)環(huán)路某一點(diǎn)，用瞬時(shí)極性法判斷可知，電路滿(mǎn)足相極性法判斷可知，電路滿(mǎn)足相位平衡條件：位平衡條件：則振蕩電路滿(mǎn)足振幅平衡條件則振蕩電路滿(mǎn)足振幅平衡條件0f 當(dāng)當(dāng)RC10 時(shí)，時(shí)，2fan (+)Av311f 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4. 穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅措

23、施 OV R C Rf Z1 Z2 C R R1 VA A VF 放放大大電電路路 選選頻頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò) fiVV = 采用非線(xiàn)性元件采用非線(xiàn)性元件4熱敏元件熱敏元件熱敏電阻熱敏電阻起振時(shí)，起振時(shí)，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 溫度溫度 fR 阻阻值值 fR3 VA1 VVFA穩(wěn)幅穩(wěn)幅 VA采用非線(xiàn)性元件采用非線(xiàn)性元件4場(chǎng)效應(yīng)管（場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）31DS3p3 RRRAV穩(wěn)幅原理穩(wěn)幅原理 oV )(GS負(fù)值負(fù)值V DSR1 VVFA穩(wěn)幅穩(wěn)幅 VA34 CRD、整流濾波整流濾波T 為壓控電阻為壓控電阻 vDS iD vGS=0V -1

24、V -2V -3V A Rp1 27k 2.4k R1 vO C11 C12 C13 0.3 F 0.003 F 0.003 F C21 C22 C23 2.4k R2 Rp2 27k R3 1k 0.3 F 0.03 F 0.003 F 2.4k RP4 T CS146 Rp3 6.8 k R5 10 k C3 R4 1 k 10 F D 2CP11 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 3 VA可變電阻區(qū)，可變電阻區(qū)，斜率隨斜率隨v vGSGS不同不同而變化而變化end采用非線(xiàn)性元件采用非線(xiàn)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

25、路的的等等效效電電阻阻并并和和、是是其其中中2133DD RR 3R穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)5. 移相式正弦波振蕩電路移相式正弦波振蕩電路每節(jié)每節(jié)RC電路相移小于電路相移小于90 當(dāng)相位移接近當(dāng)相位移接近90 時(shí)，時(shí)，R兩端電壓接近零，所以，兩端電壓接近零，所以，兩節(jié)兩節(jié)RC電路組成的反饋網(wǎng)電路組成的反饋網(wǎng)絡(luò)（兼選頻網(wǎng)絡(luò)）很難既絡(luò)（兼選頻網(wǎng)絡(luò)）很難既滿(mǎn)足相位條件，又滿(mǎn)足幅滿(mǎn)足相位條件，又滿(mǎn)足幅值條件。值條件。 采用采用3節(jié)節(jié)RC移相電路，在特定頻率移相電路，在特定頻率f0下移相下移相180 ，加上，加上放大電路產(chǎn)生的放大電路產(chǎn)生的180 相移則滿(mǎn)足相位平衡條件。相移則滿(mǎn)足相位平衡條件。 只要適當(dāng)調(diào)節(jié)只

26、要適當(dāng)調(diào)節(jié)Rf的值，使的值，使AV適當(dāng)，便可滿(mǎn)足振幅條件，適當(dāng)，便可滿(mǎn)足振幅條件，產(chǎn)生正弦振蕩。產(chǎn)生正弦振蕩。10.7 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路10.7.1 LC選頻放大電路選頻放大電路10.7.2 變壓器反饋式變壓器反饋式LC振蕩電路振蕩電路10.7.3 三點(diǎn)式三點(diǎn)式LC振蕩電路振蕩電路10.7.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路10.7.1 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(dāng)當(dāng)LC10 時(shí)，電路諧振時(shí)，電路諧振LC10 為諧振頻率為諧振頻率諧振時(shí)諧振時(shí)阻抗最大

27、，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(shí)有同時(shí)有scIQI 即即sLcIII 1. 并聯(lián)諧振回路并聯(lián)諧振回路阻抗頻率響應(yīng)阻抗頻率響應(yīng)（a）幅頻響應(yīng)）幅頻響應(yīng) （b）相頻響應(yīng)）相頻響應(yīng) 2. 選頻放大電路選頻放大電路10.7.2 變壓器反饋式變壓器反饋式LC振蕩電路振蕩電路 雖然波形出現(xiàn)了失真，但由于雖然波形出現(xiàn)了失真，但由于LC諧振電路的諧振電路的Q值很高，選值很高，選頻特性好，所以仍能選出頻特性好，所以仍能選出 0的正弦波信號(hào)。的正弦波信號(hào)。1. 電路結(jié)構(gòu)電路結(jié)構(gòu)2. 相位平衡條件相位平衡條件3. 幅值平衡條件幅值平衡條件4. 穩(wěn)幅穩(wěn)幅5.

28、選頻選頻 通過(guò)選擇高通過(guò)選擇高增益的場(chǎng)效應(yīng)管和調(diào)增益的場(chǎng)效應(yīng)管和調(diào)整變壓器的匝數(shù)比，可以滿(mǎn)足整變壓器的匝數(shù)比，可以滿(mǎn)足1 FA使電路可以起振。使電路可以起振。 BJT進(jìn)入非線(xiàn)性區(qū)，波形出現(xiàn)失真，進(jìn)入非線(xiàn)性區(qū)，波形出現(xiàn)失真，從而幅值不再增加，達(dá)到穩(wěn)幅目的。從而幅值不再增加，達(dá)到穩(wěn)幅目的。（定性分析）（定性分析）10.7.3 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、尾端中間端的瞬時(shí)電位一定在

29、首、尾端電位之間。電位之間。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。2. 電感三點(diǎn)式振蕩電路電感三點(diǎn)式振蕩電路3. 電容三點(diǎn)式振蕩電路電容三點(diǎn)式振蕩電路例例：圖為一個(gè)三點(diǎn)式振蕩電路：圖為一個(gè)三點(diǎn)式振蕩電路 , ,試判斷是試判斷是否滿(mǎn)足相位平衡條件。否滿(mǎn)足相位平衡條件。10.7.4 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路Q(chēng)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。

30、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

31、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 psff（a）代表符號(hào)）代表符號(hào) （b）電路模型）電路模型 （c）電抗）電抗-頻率響應(yīng)特性頻率響應(yīng)特性 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 3. 石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路10.8 非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路非

32、正弦信號(hào)產(chǎn)生電路10.8.1 電壓比較器電壓比較器10.8.2 方波產(chǎn)生電路方波產(chǎn)生電路10.8.3 鋸齒波產(chǎn)生電路鋸齒波產(chǎn)生電路10.8.1 電壓比較器電壓比較器 比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓比較器是將一個(gè)模擬電壓信號(hào)與一個(gè)基準(zhǔn)電壓相比較的電路。常用的幅度比較電路有電壓幅度相比較的電路。常用的幅度比較電路有電壓幅度比較器，具有滯回特性的比較器。這些比較器的比較器，具有滯回特性的比較器。這些比較器的閾值是固定的，有的只有一個(gè)閾值，有的具有兩閾值是固定的，有的只有一個(gè)閾值，有的具有兩個(gè)閾值。個(gè)閾值。 比較器的基本特點(diǎn)比較器的基本特點(diǎn): : 工作在開(kāi)環(huán)或正反饋狀態(tài)。工作在開(kāi)環(huán)或正反饋狀

33、態(tài)。 開(kāi)關(guān)特性，因開(kāi)環(huán)增益很大，比較器的輸出開(kāi)關(guān)特性，因開(kāi)環(huán)增益很大，比較器的輸出只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。 運(yùn)算放大器工作在飽和區(qū)，即非線(xiàn)性區(qū)，輸出和輸運(yùn)算放大器工作在飽和區(qū)，即非線(xiàn)性區(qū)，輸出和輸入不成線(xiàn)性關(guān)系。入不成線(xiàn)性關(guān)系。 ，由于，由于|vO |不可能超過(guò)不可能超過(guò)VM ，特點(diǎn)：特點(diǎn)：時(shí)時(shí)， 0MIAVv （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105CCOEEVvV MI0OVvAv （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）MOmaxVv 所以所以當(dāng)當(dāng) |+VCC | = |-VEE

34、 | =VM = 15V，A0=105 時(shí)，時(shí)，0mV15. 01015 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 = -VEE（過(guò)零比較器）（過(guò)零比較器）運(yùn)算放大器工作在非線(xiàn)性狀態(tài)下運(yùn)算放大器工作在非線(xiàn)性狀態(tài)下 MCCEE VVV 假假設(shè)設(shè)1. 單門(mén)限電壓比較器單門(mén)限電壓比較器 輸入為正負(fù)對(duì)稱(chēng)的正弦輸入為正負(fù)對(duì)稱(chēng)的正弦波時(shí)，輸出為方波。波時(shí)，輸出為方波。電壓傳輸特性電壓傳輸特性vOVOHVOLvIO vI O T 2 3 4 t t vO O VOH VOL 思考思考 1. 1. 若過(guò)零比較器如左圖所若過(guò)零比較器如左圖所示，則它的

35、電壓傳輸特性將是示，則它的電壓傳輸特性將是怎樣的？怎樣的？ 2. 2. 輸入為正負(fù)對(duì)稱(chēng)的正弦輸入為正負(fù)對(duì)稱(chēng)的正弦波時(shí)，輸出波形是怎樣的？波時(shí)，輸出波形是怎樣的？vOVOHVOLvIOvIOT 2 3 4 ttvOVOHOVOL（2）門(mén)限電壓不為零的比較器）門(mén)限電壓不為零的比較器電壓傳輸特性電壓傳輸特性vOVOHVOLvIOVREF 輸入為正負(fù)對(duì)稱(chēng)的正弦波輸入為正負(fù)對(duì)稱(chēng)的正弦波時(shí)，輸出波形如圖所示。時(shí)，輸出波形如圖所示。（門(mén)限電壓為（門(mén)限電壓為VREF）vIOT 2 3 4 ttvOVOHOVOLVREF t vO VOH O VOL (a) VREF0時(shí)時(shí)(b) VREF2V時(shí)時(shí) (c) VR

36、EF4V時(shí)時(shí) vI為峰值為峰值6V的三角波，的三角波，設(shè)設(shè)VCC12V，運(yùn)放為，運(yùn)放為理想器件。理想器件。 解：解：（1）A 構(gòu)成過(guò)零比較器構(gòu)成過(guò)零比較器（2）RC 為微分電路，為微分電路， RCT例例 (a) vO vI + A C R RL D v O + vID vL 電路如圖所示，當(dāng)輸入信號(hào)如圖電路如圖所示，當(dāng)輸入信號(hào)如圖c所示的正弦波時(shí)，定性所示的正弦波時(shí)，定性畫(huà)出畫(huà)出。、的的波波形形及及LOO vvv vI (c) O T 2 3 4 t t vO VOH O VOL (d) t v O O (e) vL O (f) t （3）D 削波（限幅、檢波）削波（限幅、檢波）解：解：例例圖

37、示為另一種形式的單門(mén)限電壓比較器，試求出其門(mén)限圖示為另一種形式的單門(mén)限電壓比較器，試求出其門(mén)限電壓電壓(閾值電壓閾值電壓)VT，畫(huà)出其電壓傳輸特性。設(shè)運(yùn)放輸出的，畫(huà)出其電壓傳輸特性。設(shè)運(yùn)放輸出的高、低電平分別為高、低電平分別為VOH和和VOL。 RnR1R2 N R1 P R2 VREF vI vO vO VOH vI VOL O R2 R1 VREF 利用疊加原理可得利用疊加原理可得I211REF212pvvRRRVRRR 理想情況下，輸出電壓發(fā)生跳變理想情況下，輸出電壓發(fā)生跳變時(shí)對(duì)應(yīng)的時(shí)對(duì)應(yīng)的vPvN0，即，即0I1REF2 vRVR門(mén)限電壓門(mén)限電壓REF12IT)(VRRV v單門(mén)限比較

38、器的抗干擾能力單門(mén)限比較器的抗干擾能力 vI t Vth =VREF O vO VOH O t VOL 應(yīng)為高電平應(yīng)為高電平錯(cuò)誤電平錯(cuò)誤電平（1）電路組成）電路組成（2）門(mén)限電壓）門(mén)限電壓為門(mén)限電壓，為門(mén)限電壓， Pv而而vP與與vO有關(guān)，對(duì)應(yīng)有關(guān)，對(duì)應(yīng)vO的兩個(gè)電壓值，的兩個(gè)電壓值， vP的兩個(gè)門(mén)限電壓的兩個(gè)門(mén)限電壓)( OLOPI低低電電平平時(shí)時(shí)，V vvv)( OHOPI高高電電平平時(shí)時(shí)，V vvv21OH221REF1TRRVRRRVRV 21OL221REF1TRRVRRRVRV 上門(mén)限電壓上門(mén)限電壓下門(mén)限電壓下門(mén)限電壓回差電壓回差電壓21OLOH2TTT)(RRVVRVVV 2.

39、遲滯比較器遲滯比較器（3）傳輸特性）傳輸特性21OH221REF1TRRVRRRVRV 21OL221REF1TRRVRRRVRV （4）分析要點(diǎn)）分析要點(diǎn) 門(mén)限電壓與輸出電壓有關(guān)門(mén)限電壓與輸出電壓有關(guān) 任何時(shí)刻只有一個(gè)門(mén)限電壓有效任何時(shí)刻只有一個(gè)門(mén)限電壓有效 當(dāng)輸入介于兩門(mén)限之間時(shí)輸出不變。只當(dāng)輸入介于兩門(mén)限之間時(shí)輸出不變。只有當(dāng)輸入高于有效的上門(mén)限或低于有效的有當(dāng)輸入高于有效的上門(mén)限或低于有效的下門(mén)限時(shí)，輸出才翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)方向取決于下門(mén)限時(shí)，輸出才翻轉(zhuǎn)。翻轉(zhuǎn)方向取決于輸入輸出的相位關(guān)系。輸入輸出的相位關(guān)系。 vO/V 5 0 5 VT vI/V （a） vO/V 5 0 5 （b） VT v

40、I/V vO/V 5 0 5 （c） vI/V VT VT vI VT 5V O VT 5V t1 t3 t vO 10V O 10V t1 t2 t3 t vO/V 10 VT 5 0 10 5 VT vI/V 解：解：（1）門(mén)限電壓）門(mén)限電壓（3）輸出電壓波形）輸出電壓波形例例電路如圖電路如圖9.4.6a所示，試求門(mén)限電壓，畫(huà)出傳輸特性和圖所示，試求門(mén)限電壓，畫(huà)出傳輸特性和圖c所所示輸入信號(hào)下的輸出電壓波形。示輸入信號(hào)下的輸出電壓波形。（2）傳輸特性）傳輸特性V521OH221REF1T RRVRRRVRVV521OL221REF1T RRVRRRVRV 0REF V0V 1O V與單門(mén)限

41、相比，遲與單門(mén)限相比，遲滯比較器在電路翻滯比較器在電路翻轉(zhuǎn)時(shí)有何特點(diǎn)轉(zhuǎn)時(shí)有何特點(diǎn)?解：解：（1）門(mén)限電壓）門(mén)限電壓例例電路如圖示，試求門(mén)限電壓，畫(huà)出傳輸特性。電路如圖示，試求門(mén)限電壓，畫(huà)出傳輸特性。（2）傳輸特性）傳輸特性 vI R4 vN + A R3 vO DZ VZ R2 R1 vP ZOVv vO/ V 0 VT VT+ vI/ V 21O121I2PRRvRRRvRv 翻轉(zhuǎn)時(shí)刻，翻轉(zhuǎn)時(shí)刻，vP=vN=0)(Z21IVRRv )(Z21TVRRV Z21TVRRV 通過(guò)上述幾種電壓比較器的分析，可得出如下結(jié)論通過(guò)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(yùn)放，通常工作在開(kāi)環(huán)或正反饋狀態(tài)和）用于電壓比較器的運(yùn)放，通常工作在開(kāi)環(huán)或正反饋狀態(tài)和非線(xiàn)性區(qū)，其輸出電壓只有高電平非線(xiàn)性區(qū)，其輸出電壓只有高電平VOH和低電平和低電平VOL兩種情況。兩種情況。（2）一般用電壓傳輸特性來(lái)描述輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)）一般用電壓傳輸特性來(lái)描述輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系。關(guān)系。（3）電壓傳輸特性的關(guān)鍵要素）電壓傳輸特性的關(guān)鍵要素 輸出電壓的高電平輸出電壓的