资源描述
9.1 滤波电路的基本概念与分类滤波电路的基本概念与分类9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路*9.4 开关电容滤波器开关电容滤波器9.5 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件9.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路*9.7 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路第九章第九章 信号的处理与产生电路信号的处理与产生电路9.1 滤波电路的基本概念与分类滤波电路的基本概念与分类滤波滤波让有用信号通过，滤除无用信号让有用信号通过，滤除无用信号（有用信号与无用信号的频率不同）（有用信号与无用信号的频率不同）滤波器滤波器无源滤波器无源滤波器：RLC元件构成元件构成有源滤波器有源滤波器：RC元件与集成运放组成元件与集成运放组成负载变化会影响滤波特性负载变化会影响滤波特性电感元件体积大、易受电磁干扰电感元件体积大、易受电磁干扰滤波的同时还可实现放大滤波的同时还可实现放大放大器缓冲后使负载对滤波特性的影响减小放大器缓冲后使负载对滤波特性的影响减小不用电感、体积小不用电感、体积小工作频率受集成运放限制工作频率受集成运放限制2.分类分类低通（低通（LPF）高通（高通（HPF）带通（带通（BPF）带阻（带阻（BEF）全通（全通（APF）9.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路RC无源无源滤波电路滤波电路放大器放大器频率响应频率响应其中其中 Ao c0.7Ao c0-3-20dB/十倍频程十倍频程低通滤波器低通滤波器将将R与与C位置互换即为高通滤波器位置互换即为高通滤波器1.低通滤波电路低通滤波电路传递函数传递函数其中其中特征角频率特征角频率故，幅频相应为故，幅频相应为同相比例同相比例放大系数放大系数2.高通滤波电路高通滤波电路 一一阶阶有有源源滤滤波波电电路路通通带带外外衰衰减减速速率率慢慢（-20dB/十十倍倍频频程程），与与理理想想情情况况相相差差较较远远。一一般般用用在在对对滤滤波要求不高的场合。波要求不高的场合。低通电路中的低通电路中的R和和C交换交换位置便构成高通滤波电路位置便构成高通滤波电路9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路9.3.2 有源高通滤波电路有源高通滤波电路9.3.3 有源带通滤波电路有源带通滤波电路9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路9.3.1 有源低通滤波电路有源低通滤波电路9.3.1 有源低通滤波电路有源低通滤波电路1.二阶有源低通滤波电路二阶有源低通滤波电路2.传递函数传递函数对于滤波电路，有对于滤波电路，有得滤波电路传递函数得滤波电路传递函数（二阶）（二阶）（同相比例）（同相比例）2.传递函数传递函数令令称为称为通带增益通带增益称为称为特征角频率特征角频率称为称为等效品质因数等效品质因数则则滤波电路才能稳定工作。滤波电路才能稳定工作。注意：注意：2.传递函数传递函数用用 代入，可得传递函数的频率响应：代入，可得传递函数的频率响应：归一化的幅频响应归一化的幅频响应相频响应相频响应3.幅频响应幅频响应归一化的幅归一化的幅频响应曲线频响应曲线4.n阶巴特沃斯传递函数阶巴特沃斯传递函数传递函数为传递函数为式式中中n为为阶阶滤滤波波电电路路阶阶数数，c为为3dB载载止止角角频频率率，A0为为通通带带电电压增益。压增益。9.3.2 有源高通滤波电路有源高通滤波电路1.二阶高通滤波电路二阶高通滤波电路 将将低低通通电电路路中中的的电电容容和和电电阻阻对对换换，便便成成为为高通电路。高通电路。传递函数传递函数归一化的幅频响应归一化的幅频响应w wQ=0.5，-6dBQ=0.7，-3dBQ=1，0dBQ=2，6dBQ=5，14dBQ=10，20dB40dB/十倍频程十倍频程w wc0dB高高通通滤滤波波器器2.巴特沃斯传递函数及其归一化幅频响应巴特沃斯传递函数及其归一化幅频响应归一化幅频响应归一化幅频响应9.3.3 有源带通滤波电路有源带通滤波电路1.电路组成原理电路组成原理可由低通和高通串联得到可由低通和高通串联得到必须满足必须满足低通截止角频率低通截止角频率高通截止角频率高通截止角频率2.例例9.3.29.3.3 有源带通滤波电路有源带通滤波电路3.二阶有源带通滤波电路二阶有源带通滤波电路 令令传递函数传递函数9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路可由低通和高通并联得到可由低通和高通并联得到必须满足必须满足vovi带通带通1、带通滤波器减法器、带通滤波器减法器2、双、双T型带阻滤波器型带阻滤波器低通滤波器低通滤波器高通滤波器高通滤波器有源双有源双T带带阻滤波器阻滤波器vivo其中其中带阻滤波电路的幅频特性带阻滤波电路的幅频特性 9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路*9.4 开关电容滤波器开关电容滤波器不作要求不作要求基本放大器基本放大器反馈网络反馈网络若反馈信号与原来的输入信号若反馈信号与原来的输入信号相等，即使去掉输入信号，也相等，即使去掉输入信号，也能维持输出信号幅度不变能维持输出信号幅度不变维持等幅振荡的条件维持等幅振荡的条件9.5 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的正弦波振荡电路的平衡条件平衡条件振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件n=0,1,2,3,.电路中有电抗元件电路中有电抗元件在特定频率才满在特定频率才满足相位平衡条件足相位平衡条件振荡频率由相位条件确定振荡频率由相位条件确定决定振荡频率的电抗元件构成决定振荡频率的电抗元件构成选频网络选频网络正弦波振荡电路的构成正弦波振荡电路的构成基本放大电路基本放大电路、正反馈电路正反馈电路、选频电路选频电路选频选频电路电路RC元件构成元件构成RC振荡器振荡器LC元件构成元件构成LC振荡器振荡器石英晶体构成石英晶体构成石英晶体振荡器石英晶体振荡器用于用于低频低频振荡振荡用于用于高频高频振荡振荡用于用于高稳定高稳定振荡振荡起振条件起振条件仅能保证仅能保证维持维持原来的输出原来的输出幅度不变幅度不变必须先给一个输入信号激励必须先给一个输入信号激励才能产生一定幅度的输出才能产生一定幅度的输出他激振荡他激振荡振荡器要求不需要加输振荡器要求不需要加输入信号就能产生振荡入信号就能产生振荡自激振荡自激振荡起振条件起振条件解决如何解决如何从无到有从无到有建立自激振荡？建立自激振荡？电路中的噪声包含了丰富的频率成份电路中的噪声包含了丰富的频率成份若若每次反馈回去的信号都每次反馈回去的信号都比原来的输入信号更大比原来的输入信号更大经过不断的反馈循环，输出幅度将不断增加，经过不断的反馈循环，输出幅度将不断增加，实现了实现了从从“无无”到有到有、从小到大从小到大的自激振荡的自激振荡起振条件起振条件振幅起振条件振幅起振条件相位起振条件相位起振条件n=0,1,2,3,.起振条件起振条件平衡条件平衡条件？如何使不断增长的如何使不断增长的幅度稳定下来？幅度稳定下来？稳幅措施稳幅措施1、利用放大器工作到、利用放大器工作到非线性非线性区区限幅限幅正弦波将严重失真正弦波将严重失真若若选频电路能够将非正弦波的谐波滤除，选频电路能够将非正弦波的谐波滤除，仅保留基波成份仍然可获得正弦电压波形仅保留基波成份仍然可获得正弦电压波形要求选频电路是要求选频电路是高高Q值值的带通滤波器的带通滤波器LC、石英晶体的石英晶体的Q值高值高LC与石英晶体振与石英晶体振荡器一般采用放大器非线性限幅措施稳幅荡器一般采用放大器非线性限幅措施稳幅RC电路电路Q值低值低RC振荡器不能采用此方法振荡器不能采用此方法2、在放大器反馈环路中设置稳幅电路、在放大器反馈环路中设置稳幅电路放大倍数随振荡幅度的增加而减小放大倍数随振荡幅度的增加而减小振荡幅度还没有增加到使放大器出现明显振荡幅度还没有增加到使放大器出现明显的非线性时已经使的非线性时已经使AF从大于从大于1降到了等于降到了等于1若若Rf为热敏元件为热敏元件Vohaha流过电阻的电流流过电阻的电流hhRfiZiZ温度温度hhAiZiZvo正反馈正反馈F放大电路放大电路4放大电路（包括负反馈放大电路）放大电路（包括负反馈放大电路）振荡电路基本组成部分振荡电路基本组成部分4反馈网络（构成正反馈的）反馈网络（构成正反馈的）4选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈 网络合二为一。）网络合二为一。）4稳幅环节稳幅环节9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路1.电路组成电路组成2.RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性3.振荡电路工作原理振荡电路工作原理4.稳幅措施稳幅措施1.电路组成电路组成反反馈馈网网络络兼兼做做选选频频网络网络RC桥式振荡电路桥式振荡电路反馈系数反馈系数2.RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性幅频响应幅频响应又又且令且令则则相频响应相频响应2.RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性当当幅频响应有最大值幅频响应有最大值相频响应相频响应3.振荡电路工作原理振荡电路工作原理此时若放大电路的电压增益为此时若放大电路的电压增益为 用用瞬瞬时时极极性性法法判判断断可可知知，电电路满足相位平衡条件路满足相位平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件当当时，时，电路可以输出频率为电路可以输出频率为 的正弦波的正弦波采用非线性元件采用非线性元件4.稳幅措施稳幅措施4热敏元件热敏元件热敏电阻热敏电阻起振时，起振时，即即热敏电阻的作用热敏电阻的作用稳幅稳幅采用非线性元件采用非线性元件4.稳幅措施稳幅措施4场效应管（场效应管（JFET）稳幅原理稳幅原理稳幅稳幅整流滤波整流滤波T 压控电阻压控电阻可变电阻区，可变电阻区，斜率随斜率随vGS不不同而变化同而变化+-采用非线性元件采用非线性元件4二极管二极管稳幅原理稳幅原理稳幅稳幅起振时起振时4.稳幅措施稳幅措施稳幅措施稳幅措施RC移相式正弦波振荡器移相式正弦波振荡器放大电路放大电路180o移相电路移相电路正正反反馈馈9.8.1 电压比较器电压比较器1.单门限电压比较器单门限电压比较器（1）过零比较器）过零比较器运放开环应用运放开环应用Aoggv+v-时，时，vo=VCCv+v-时，时，vo=-VCC高电平高电平低电平低电平波形变换波形变换vivovitvot9.8.1 电压比较器电压比较器1.单门限电压比较器单门限电压比较器（2）门限电压不为门限电压不为零的比较器零的比较器电压传输特性电压传输特性（门限电压为（门限电压为VREF）9.8.1 电压比较器电压比较器1.单门限电压比较器单门限电压比较器（2）门限电压不为门限电压不为零的比较器零的比较器（门限电压为（门限电压为VREF）(a)VREF0时时(b)VREF2V时时 (c)VREF4V时时 vI为峰值为峰值6V的三角波，设的三角波，设VCC12V，运放为理想器件。，运放为理想器件。解：解：例例图图示示为为另另一一种种形形式式的的单单门门限限电电压压比比较较器器，试试求求出出其其门门限限电电压压(阈阈值值电电压压)VT，画画出出其其电电压压传传输输特特性性。设设运运放放输输出出的的高高、低电平分别为低电平分别为VOH和和VOL。利用叠加原理可得利用叠加原理可得理想情况下，输出电压发生跳变理想情况下，输出电压发生跳变时对应的时对应的vPvN0，即即门限电压门限电压vivoVthVthtvitvo传输处理过程中传输处理过程中发生畸变的脉冲发生畸变的脉冲比较器的应用比较器的应用举例举例整形整形vivoVth单门限比较器单门限比较器存在的问题存在的问题voviVth传输特性传输特性门限门限电压电压Vthtvitvo干扰干扰抗干扰能力差抗干扰能力差9.8.1 电压比较器电压比较器2.迟滞比较器迟滞比较器（1）电路组成电路组成（2）门限电压门限电压门限电压门限电压上门限电压上门限电压下门限电压下门限电压回差电压回差电压9.8.1 电压比较器电压比较器2.迟滞比较器迟滞比较器（3 3）传输特性传输特性解：解：（1）门限电压）门限电压（3）输出电压波形输出电压波形例例电电路路如如图图所所示示，试试求求门门限限电电压压，画画出出传传输输特特性性和和图图c所所示示输输入信号下的输出电压波形。入信号下的输出电压波形。（2）传输特性）传输特性vivoVOLVOHVTVT-VT+tvitvoVT-干扰干扰干扰对输出干扰对输出没有影响没有影响迟滞比较器抗迟滞比较器抗干扰能力强干扰能力强通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：（1）用用于于电电压压比比较较器器的的运运放放，通通常常工工作作在在开开环环或或正正反反馈馈状状态态即非线性区，其输出电压只有高电平即非线性区，其输出电压只有高电平VOH和低电和低电VOL两种情况。两种情况。（2）一一般般用用电电压压传传输输特特性性来来描描述述输输出出电电压压与与输输入入电电压压的的函函数数关系。关系。（3）电压传输特性的关键要素）电压传输特性的关键要素 输出电压的高电平输出电压的高电平VOH和低电平和低电平VOL 门限电压门限电压 输出电压的跳变方向输出电压的跳变方向令令vPvN所求出的所求出的vI就是门限电压就是门限电压vI等于门限电压时输出电压发生跳变等于门限电压时输出电压发生跳变跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式9.8.1 电压比较器电压比较器3.集成电压比较器集成电压比较器集成电压比较器与集成运算放大器比较：集成电压比较器与集成运算放大器比较：开开环环增增益益低低、失失调调电电压压大大、共共模模抑抑制制比比小小，灵灵敏敏度度往往往往不不如如用集成运放构成的比较器高。用集成运放构成的比较器高。但但集集成成电电压压比比较较器器中中无无频频率率补补偿偿电电容容，因因此此转转换换速速率率高高，改改变输出状态的典型响应时间是变输出状态的典型响应时间是30200ns。相同条件下相同条件下741集成运算放大器的响应时间为集成运算放大器的响应时间为30 s左右。左右。9.8.2 方波产生电路方波产生电路1.电路组成（多谐振荡电路）电路组成（多谐振荡电路）稳压管双稳压管双向限幅向限幅9.8.2 方波产生电路方波产生电路2.工作原理工作原理 由由于于迟迟滞滞比比较较器器中中正正反反馈馈的的作作用用，电电源源接接通通后后瞬瞬间间，输输出便进入饱和状态。出便进入饱和状态。假设为正向饱和状态假设为正向饱和状态3.占空比可变的方波产生电路占空比可变的方波产生电路9.8.2 方波产生电路方波产生电路9.8.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路同相输入迟同相输入迟滞比较器滞比较器积分电路积分电路充放电时间充放电时间常数不同常数不同
展开阅读全文