第9章信號(hào)處理與產(chǎn)生電路

1、上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第九章第九章 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)生電路掌握內(nèi)容：掌握內(nèi)容：正弦波的振蕩條件、電壓比較器的基本特性正弦波的振蕩條件、電壓比較器的基本特性了解內(nèi)容：了解內(nèi)容：濾波電路、非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路濾波電路、非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路重重 點(diǎn)：點(diǎn)：正弦波的振蕩條件正弦波的振蕩條件難難 點(diǎn)：點(diǎn)：RCRC正弦波電路的工作原理正弦波電路的工作原理 本章學(xué)時(shí)：本章學(xué)時(shí)：4 4上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 9.1 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 9.2 9.2 一階有源濾波電路一階有源濾波電路 9.

2、5 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 9.6 RC9.6 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 9.8 9.8 非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路 主要內(nèi)容：主要內(nèi)容： 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)9.1 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. 1. 基本概念基本概念濾波電路：是一種能使有用頻率信號(hào)通過而同時(shí)抑制或衰減無濾波電路：是一種能使有用頻率信號(hào)通過而同時(shí)抑制或衰減無 用頻率信號(hào)的電子裝置。用頻率信號(hào)的電子裝置。模擬濾波器，以往濾波電路主要采用無源元件模擬濾波器，以往濾波電路主要采用無源元件R、L、C組成，組成，20

3、世紀(jì)世紀(jì)60年代后，隨著集成運(yùn)放的發(fā)展，由集成運(yùn)放和年代后，隨著集成運(yùn)放的發(fā)展，由集成運(yùn)放和R、C組成的有源濾波電路具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)組成的有源濾波電路具有不用電感、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)。此外，由于集成運(yùn)放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗高，輸點(diǎn)。此外，由于集成運(yùn)放的開環(huán)電壓增益和輸入阻抗高，輸出阻抗低，構(gòu)成濾波后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。出阻抗低，構(gòu)成濾波后還具有一定的電壓放大和緩沖作用。不足之處：有源濾波電路的工作頻率難以做得很高。不足之處：有源濾波電路的工作頻率難以做得很高。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ))()()(iosVsVsA 濾波電路傳遞函數(shù)

4、定義：濾波電路傳遞函數(shù)定義：假設(shè)濾波電路是一個(gè)線性時(shí)假設(shè)濾波電路是一個(gè)線性時(shí)不變網(wǎng)絡(luò)，在復(fù)頻域內(nèi)：不變網(wǎng)絡(luò)，在復(fù)頻域內(nèi)：時(shí)，有時(shí)，有 j s)(je)j ()j ( AA)()j ( A其中其中)j ( A)( 傳遞函數(shù)的模，幅頻響應(yīng)，表示濾波電路的特性傳遞函數(shù)的模，幅頻響應(yīng)，表示濾波電路的特性 輸出電壓與輸入電壓之間的相位角，相頻響應(yīng)輸出電壓與輸入電壓之間的相位角，相頻響應(yīng)時(shí)延時(shí)延)( d)(d)(s A(s)是濾波電路的電壓傳遞函數(shù)，一般為復(fù)數(shù)，對(duì)于實(shí)際頻率是濾波電路的電壓傳遞函數(shù)，一般為復(fù)數(shù)，對(duì)于實(shí)際頻率上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2. 2. 分類分類低通濾波

5、電路低通濾波電路A0表示低頻增益，表示低頻增益，|A|為增益的幅值。功能是通過從零到為增益的幅值。功能是通過從零到某一截止角頻率某一截止角頻率H H的低頻信號(hào)，大于的低頻信號(hào)，大于H H的所有頻率給予的所有頻率給予衰減。帶寬衰減。帶寬BW= BW= H H/2/2對(duì)于幅頻響應(yīng)，通常把能夠通過的信號(hào)頻率范圍定義為通帶，對(duì)于幅頻響應(yīng)，通常把能夠通過的信號(hào)頻率范圍定義為通帶，把受阻或衰減的信號(hào)頻率范圍稱為阻帶，通帶和阻帶的界限頻把受阻或衰減的信號(hào)頻率范圍稱為阻帶，通帶和阻帶的界限頻率叫做截止頻率。率叫做截止頻率。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)高通濾波器高通濾波器001起振起

6、振維持振蕩維持振蕩自激振蕩電路的起振過程自激振蕩電路的起振過程上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)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）3. 3. 振蕩電路基本組成部分振蕩電路基本組成部分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)（選擇滿足相位平衡條件的一個(gè)頻率。經(jīng)常與反饋選頻網(wǎng)絡(luò)（選擇滿足相位平衡條件的一個(gè)頻率。經(jīng)常與反饋 網(wǎng)絡(luò)合二為一。）網(wǎng)絡(luò)合二為一。）4穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)4. 正弦波信號(hào)發(fā)生器的分類正弦波信號(hào)發(fā)生器的分類 根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件分為根據(jù)選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件分為RC

7、型振蕩器型振蕩器(1Hz-1MHz)(1Hz-1MHz)LC型振蕩器型振蕩器(1(1MHz以上以上) )晶體振蕩器晶體振蕩器上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1橋式振蕩電路的原理圖橋式振蕩電路的原理圖橋式振蕩電路橋式振蕩電路移相式振蕩電路移相式振蕩電路主要類型主要類型雙雙T網(wǎng)絡(luò)式振蕩電路網(wǎng)絡(luò)式振蕩電路選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)放大電路放大電路9.6 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路VoRRCCARfR1+ +VAVF上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)Z1Z2RRCCVoVf+ + +UoRRCCARfR1+ +Z1、Z2、R1、

8、Rf形成一個(gè)四臂電橋，電橋?qū)切纬梢粋€(gè)四臂電橋，電橋?qū)蔷€頂點(diǎn)接到放大電路的兩輸入端，橋式振蕩電線頂點(diǎn)接到放大電路的兩輸入端，橋式振蕩電路的名稱由此得來，也叫文氏電橋振蕩電路。路的名稱由此得來，也叫文氏電橋振蕩電路。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)反饋系數(shù)反饋系數(shù))1j(31CRCR CRCRCR j1/)j1(j1/ 212ZZZ ofVVF Z1Z2RRCCVoVf+ + +2RC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CRZj11CRZ j1/2 上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)RC10 令令)j(3100 F由此可得由此可得 F

9、的幅頻特性與相頻特性的幅頻特性與相頻特性)1j(31CRCR 即即ofVVF 2002)(31 F3)(arctan00 F上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)幅頻特性幅頻特性2002)(31 F當(dāng)當(dāng) 0 0時(shí)，時(shí)，F(xiàn)0當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), ,F0 0當(dāng)當(dāng) = = 0 0時(shí)時(shí), ,F= =Fmax=1/3f031/ Ff0幅頻特性曲線幅頻特性曲線幅頻特性分析幅頻特性分析上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3)(arctan00 F相頻特性相頻特性當(dāng)當(dāng) 0 0時(shí)，時(shí)， F 90 當(dāng)當(dāng) 時(shí)時(shí), , F 90 當(dāng)當(dāng) = = 0 0時(shí)時(shí), , F 0 0 ff0 90

10、90 45 45相相頻頻特特性性曲曲線線f031/ Ff0幅幅頻頻特特性性曲曲線線 F =0 ，且，且反饋?zhàn)顝?qiáng)反饋?zhàn)顝?qiáng)可見，當(dāng)可見，當(dāng) = = 0 0時(shí)時(shí)相頻特性分析相頻特性分析上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)3 3振蕩建立振蕩建立0f(1) 當(dāng)當(dāng)f= 時(shí)時(shí)(3) 振蕩頻率振蕩頻率RCf210 與與同相位同相位VoVf 的幅值最大的幅值最大Vf=/3VoVf11RRRAf(2) 當(dāng)當(dāng) 3 時(shí)，滿足振蕩條件。時(shí)，滿足振蕩條件。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.上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬

11、電子技術(shù)基礎(chǔ)采用非線性元件采用非線性元件4. 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(shí)，起振時(shí)，311f RRAV即即1 VVFA熱敏電阻自動(dòng)調(diào)節(jié)熱敏電阻自動(dòng)調(diào)節(jié) oVoI 功功耗耗 fR 溫度溫度 fR 阻阻值值 fR3 VA1 VVFA穩(wěn)幅穩(wěn)幅 VA上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)end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(shí)起振時(shí)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. 4. 穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)上頁(yè)上頁(yè)

12、下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)9.8 9.8 非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路9.8.2 9.8.2 方波產(chǎn)生電路方波產(chǎn)生電路9.8.3 9.8.3 鋸齒波產(chǎn)生電路鋸齒波產(chǎn)生電路9.8.1 9.8.1 電壓比較器電壓比較器單門限電壓比較器單門限電壓比較器遲滯比較器遲滯比較器集成電壓比較器集成電壓比較器上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)9.8.1 電壓比較電壓比較器器( (Comparer) )概念：概念：類型類型基本比較器基本比較器簡(jiǎn)單比較器簡(jiǎn)單比較器( (單門限單門限) )窗口比較器窗口比較器( (雙門限雙門限) )遲滯比較器遲滯比較器比較輸入信號(hào)

13、比較輸入信號(hào)v vi i和參考電壓和參考電壓V VREFREF的電路的電路上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)特點(diǎn)：特點(diǎn)：1. 1. 單門限電壓比較器單門限電壓比較器開環(huán)，虛短不成立開環(huán)，虛短不成立增益增益A0大于大于105運(yùn)算放大器工作在非線性狀態(tài)下運(yùn)算放大器工作在非線性狀態(tài)下. .- -VCCvO+VCCvI vP 時(shí)，時(shí)， vO = VOL當(dāng)當(dāng) vI 0時(shí)時(shí)電容電容C充電充電vOvCOtvO, vC VZ VZ FVZ FVZiCvO、vC波波形圖形圖 vO=+VZ上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)b. 當(dāng)當(dāng)vCFVZ 時(shí)時(shí)vOvCvR= FVZ

14、 vO= VZ FVZ FVZOtvO, vC VZ VZvO、vC波波形圖形圖iC上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)c. 當(dāng)當(dāng)vO= VZ時(shí)時(shí)vR= FVZvOvCOtvO, vC VZ VZ FVZ FVZvO、vC波波形圖形圖vC按指數(shù)規(guī)律下降按指數(shù)規(guī)律下降電容電容C放電放電iC上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)d. 當(dāng)當(dāng)vC FVZ 時(shí)時(shí)vOvCOtvO, vC VZ V FVZ FVZvO、vC波波形圖形圖vR=FVZ vO=VZ上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)e. 當(dāng)當(dāng)vO=+VZ時(shí)時(shí)vR=FVZvOvCOtvO,

15、 vC VZ VZ FVZ FVZvO、vC波波形圖形圖vC又按指數(shù)規(guī)律上升又按指數(shù)規(guī)律上升電容電容C又充電又充電iC上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)振蕩周期振蕩周期)/21ln(211ln212RRCRFFCRTfftOvOvCt1t2 VZ VZ+FVZ2T2T FVZvO , vC3. 主要參數(shù)計(jì)算主要參數(shù)計(jì)算 )/21ln(21120RRCRff振蕩頻率振蕩頻率上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)將方波信號(hào)發(fā)生器中的電容將方波信號(hào)發(fā)生器中的電容C的充電和放電回路分開的充電和放電回路分開,使充電使充電和放電的時(shí)間常數(shù)不相等，即可改變信號(hào)的占空比

16、。和放電的時(shí)間常數(shù)不相等，即可改變信號(hào)的占空比。通常將矩形波為高電平的持續(xù)時(shí)間與振蕩周期的比稱為通常將矩形波為高電平的持續(xù)時(shí)間與振蕩周期的比稱為占占空比。空比。對(duì)稱方波的占空比為對(duì)稱方波的占空比為50%。改變電容。改變電容C的正反向充的正反向充電時(shí)間常數(shù)可改變占空比。電時(shí)間常數(shù)可改變占空比。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)占空比可調(diào)的方波產(chǎn)生電路占空比可調(diào)的方波產(chǎn)生電路VO為正時(shí)，為正時(shí)，D1導(dǎo)通導(dǎo)通D2截止，截止，正向充電常數(shù)正向充電常數(shù)Rf1C， VO為為負(fù)時(shí)，負(fù)時(shí)，D1截止截止D2導(dǎo)通，反導(dǎo)通，反向充電常數(shù)向充電常數(shù)Rf2C。改變改變Rf1/Rf2的比值，就可的比

17、值，就可改變占空比。改變占空比。上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)9.8.3 鋸齒波產(chǎn)生電路鋸齒波產(chǎn)生電路1電路組成電路組成同相輸入遲滯比較器同相輸入遲滯比較器積分器積分器充放電時(shí)間充放電時(shí)間常數(shù)不等常數(shù)不等上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1211Op1RRRvvvvoo電路翻轉(zhuǎn)時(shí)：電路翻轉(zhuǎn)時(shí)：0P1N1vv2門限電壓計(jì)算門限電壓計(jì)算 O1210vRRVvTzVv01zTVRRV21zTVRRV21上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)ZO1Vv(2) 設(shè)設(shè) 時(shí)接通電源時(shí)接通電源0ttvRCvtttd11OO輸出電壓輸出電壓-VZ向向C充電充電tRCVZvO隨時(shí)間線性上升，上升到門限電壓隨時(shí)間線性上升，上升到門限電壓VT+后，比較器輸出后，比較器輸出由由-Vz上跳到上跳到+Vz,同時(shí)門限電壓下降同時(shí)門限電壓下降VT-上頁(yè)上頁(yè)下頁(yè)下頁(yè)返回返回模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)ZO1Vv電容器經(jīng)電容器經(jīng)R6和和D、R5兩支路向