電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分

9信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路9.1濾波電路的基本概念與分類9.3高階有源濾波電路*9.4開關(guān)電容濾波器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(hào)產(chǎn)生電路電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分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(hào)通過而同時(shí)抑制或衰減無用頻率信號(hào)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(shí)，有其中——模，幅頻響應(yīng)——相位角，相頻響應(yīng)時(shí)延響應(yīng)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分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）end電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分

3.濾波器的用途

濾波器主要用來濾除信號(hào)中無用的頻率成分，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。電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分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)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.2一階有源濾波電路2.高通濾波電路

一階有源濾波電路通帶外衰減速率慢（-20dB/十倍頻程），與理想情況相差較遠(yuǎn)。一般用在對(duì)濾波要求不高的場合。end

低通電路中的R和C交換位置便構(gòu)成高通濾波電路電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.3高階有源濾波電路9.3.2有源高通濾波電路9.3.3有源帶通濾波電路9.3.4二階有源帶阻濾波電路9.3.1有源低通濾波電路電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.3.1有源低通濾波電路1.二階有源低通濾波電路2.傳遞函數(shù)對(duì)于濾波電路，有得濾波電路傳遞函數(shù)（二階）（同相比例）電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分2.傳遞函數(shù)令稱為通帶增益稱為特征角頻率稱為等效品質(zhì)因數(shù)則濾波電路才能穩(wěn)定工作。注意：電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分2.傳遞函數(shù)用代入，可得傳遞函數(shù)的頻率響應(yīng)：歸一化的幅頻響應(yīng)相頻響應(yīng)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分3.幅頻響應(yīng)歸一化的幅頻響應(yīng)曲線電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分4.n階巴特沃斯傳遞函數(shù)傳遞函數(shù)為式中n為階濾波電路階數(shù)，c為3dB載止角頻率，A0為通帶電壓增益。電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.3.2有源高通濾波電路1.二階高通濾波電路

將低通電路中的電容和電阻對(duì)換，便成為高通電路。傳遞函數(shù)歸一化的幅頻響應(yīng)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分2.巴特沃斯傳遞函數(shù)及其歸一化幅頻響應(yīng)歸一化幅頻響應(yīng)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.3.3有源帶通濾波電路1.電路組成原理可由低通和高通串聯(lián)得到必須滿足低通截止角頻率高通截止角頻率電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分2.例9.3.29.3.3有源帶通濾波電路電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分3.二階有源帶通濾波電路

令傳遞函數(shù)得電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分3.二階有源帶通濾波電路傳遞函數(shù)令電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.3.4二階有源帶阻濾波電路可由低通和高通并聯(lián)得到必須滿足電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分雙T選頻網(wǎng)絡(luò)9.3.4二階有源帶阻濾波電路電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分雙T帶阻濾波電路9.3.4二階有源帶阻濾波電路電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分阻濾波電路的幅頻特性

9.3.4二階有源帶阻濾波電路end電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分二階有源濾波電路傳遞函數(shù)對(duì)比低通高通帶通穩(wěn)定電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分*9.4開關(guān)電容濾波器不作要求end電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件正反饋放大電路框圖（注意與負(fù)反饋方框圖的差別）1.

振蕩條件若環(huán)路增益則去掉仍有穩(wěn)定的輸出。又所以振蕩條件為振幅平衡條件相位平衡條件電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分起振條件2.

起振和穩(wěn)幅

#

振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無須輸入信號(hào)就能起振，起振的信號(hào)源來自何處？電路器件內(nèi)部噪聲以及電源接通擾動(dòng)

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。

噪聲中，滿足相位平衡條件的某一頻率0的噪聲信號(hào)被放大，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)幅值增加到一定程度時(shí)，使振幅平衡條件從回到電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分end放大電路（包括負(fù)反饋放大電路）3.

振蕩電路基本組成部分反饋網(wǎng)絡(luò)（構(gòu)成正反饋的）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。）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分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)幅措施電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分1.

電路組成反饋網(wǎng)絡(luò)兼做選頻網(wǎng)絡(luò)RC橋式振蕩電路電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分反饋系數(shù)2.

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性幅頻響應(yīng)又且令則相頻響應(yīng)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分2.

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性當(dāng)幅頻響應(yīng)有最大值相頻響應(yīng)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分3.

振蕩電路工作原理此時(shí)若放大電路的電壓增益為

用瞬時(shí)極性法判斷可知，電路滿足相位平衡條件則振蕩電路滿足振幅平衡條件當(dāng)時(shí)，電路可以輸出頻率為的正弦波RC正弦波振蕩電路一般用于產(chǎn)生頻率低于1MHz的正弦波電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分例題:R=1k，C=0.1F，R1=10k。Rf為多大時(shí)才能起振？振蕩頻率f0=？AF=1，31=F11f+=RRAA=3Rf=2R1=210=20k=1592Hz起振條件：vRf1RRRCCvf-A++∞o電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分采用非線性元件4.

穩(wěn)幅措施熱敏元件熱敏電阻起振時(shí)，即熱敏電阻的作用穩(wěn)幅電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分采用非線性元件4.

穩(wěn)幅措施場效應(yīng)管（JFET）穩(wěn)幅原理穩(wěn)幅整流濾波T壓控電阻可變電阻區(qū)，斜率隨vGS不同而變化電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分end采用非線性元件二極管穩(wěn)幅原理穩(wěn)幅起振時(shí)4.

穩(wěn)幅措施穩(wěn)幅環(huán)節(jié)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分

RC移相式振蕩電路1.RC移相電路

（1）RC超前移相電路

（2）RC滯后移相電路

φA+90°+180°+270°0°φA-90°-180°-270°0°+￡--+vofvRRRCCC+-vovf+-RRRCCC電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分2.RC移相式振蕩電路在f0處滿足相位條件：v++A∞-+-/=//oR2R1R0RRCCCvfRRR01R電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分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(diǎn)式LC振蕩電路9.7.4石英晶體振蕩電路9.7.1LC選頻放大電路電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.7.1LC選頻放大電路等效損耗電阻一般有則當(dāng)時(shí)，電路諧振。為諧振頻率諧振時(shí)阻抗最大，且為純阻性其中為品質(zhì)因數(shù)同時(shí)有即1.并聯(lián)諧振回路電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.7.1LC選頻放大電路阻抗頻率響應(yīng)（a）幅頻響應(yīng)（b）相頻響應(yīng)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.7.1LC選頻放大電路2.選頻放大電路電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.7.2變壓器反饋式LC振蕩電路

雖然波形出現(xiàn)了失真，但由于LC諧振電路的Q值很高，選頻特性好，所以仍能選出0的正弦波信號(hào)。1.電路結(jié)構(gòu)2.相位平衡條件3.幅值平衡條件4.穩(wěn)幅5.選頻

通過選擇高增益的場效應(yīng)管和調(diào)整變壓器的匝數(shù)比，可以滿足使電路可以起振。FET進(jìn)入非線性區(qū)，波形出現(xiàn)失真，從而幅值不再增加，達(dá)到穩(wěn)幅目的。（定性分析）電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分互感線圈的極性判別1234初級(jí)線圈次級(jí)線圈同名端1234+–+–

在LC振蕩器中，反饋信號(hào)通過互感線圈引出同名端：電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.7.3三點(diǎn)式LC振蕩電路仍然由LC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，則首端與尾端相位相反。1.三點(diǎn)式LC并聯(lián)電路

中間端的瞬時(shí)電位一定在首、尾端電位之間。三點(diǎn)的相位關(guān)系B.若首端或尾端交流接地，則其他兩端相位相同。電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.7.3三點(diǎn)式LC振蕩電路2.電感三點(diǎn)式振蕩電路電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.7.3三點(diǎn)式LC振蕩電路3.電容三點(diǎn)式振蕩電路電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.7.4石英晶體振蕩電路Q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)定度一般由來衡量——頻率偏移量。——振蕩頻率。LC振蕩電路Q——數(shù)百石英晶體振蕩電路Q——10000500000電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分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結(jié)構(gòu)極板間加電場極板間加機(jī)械力晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場壓電效應(yīng)交變電壓機(jī)械振動(dòng)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)定性高當(dāng)交變電壓頻率=固有頻率時(shí)，振幅最大。壓電諧振電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分等效電路A.串聯(lián)諧振特性

晶體等效阻抗為純阻性B.并聯(lián)諧振通常所以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（a）代表符號(hào)（b）電路模型（c）電抗-頻率響應(yīng)特性電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分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(shí)際使用時(shí)外接一小電容Cs則新的諧振頻率為由于由此看出調(diào)整電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分

9.3.4二階有源帶阻濾波電路end3.石英晶體振蕩電路并聯(lián)晶體振蕩器

石英晶體工作在fs與fp之間，相當(dāng)一個(gè)大電感，與C1、C2組成電容三點(diǎn)式振蕩器。由于石英晶體的Q值很高，可達(dá)到幾千以上，所以電路可以獲得很高的振蕩頻率穩(wěn)定性。電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.8非正弦信號(hào)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電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.8.1電壓比較器，由于|vO|不可能超過VM，特點(diǎn)：1.單門限電壓比較器（1）過零比較器開環(huán)，虛短不成立增益A0大于105（忽略了放大器輸出級(jí)的飽和壓降）所以當(dāng)|+VCC|

=|-VEE|=VM=

15V，A0=105時(shí)，可以認(rèn)為vI>0時(shí)，vOmax=+VCCvI<0時(shí)，vOmax=-VEE（過零比較器）運(yùn)算放大器工作在非線性狀態(tài)下電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.8.1電壓比較器特點(diǎn)：1.單門限電壓比較器（1）過零比較器開環(huán)，虛短不成立增益A0大于105

輸入為正負(fù)對(duì)稱的正弦波時(shí)，輸出為方波。電壓傳輸特性電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分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）電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分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(shí)(b)VREF＝2V時(shí)

(c)VREF＝－4V時(shí)vI為峰值6V的三角波，設(shè)±VCC＝±12V，運(yùn)放為理想器件。電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分解：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(yùn)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(shí)對(duì)應(yīng)的vP＝vN＝0，即門限電壓電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分單門限比較器的抗干擾能力應(yīng)為高電平錯(cuò)誤電平電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分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電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分9.8.1電壓比較器2.遲滯比較器（3）傳輸特性電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分解：（1）門限電壓（3）輸出電壓波形例電路如圖所示，試求門限電壓，畫出傳輸特性和圖c所示輸入信號(hào)下的輸出電壓波形。（2）傳輸特性電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分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(yùn)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