信号处理与信号产生电路

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1、第九章第九章 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路9.1 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9.2 9.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路9.3 9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路9.4 9.4 开关电容滤波器开关电容滤波器 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件 RC RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 LC LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路9.5.1 振荡条件振荡条件9.5.3 起振和稳幅起振和稳幅9.5.2 振荡电路基本组成振荡电路基本组成 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反馈电路正反馈

2、电路（注意与负反馈方（注意与负反馈方框图的差别）框图的差别）fiaXXX 若若0 XioX仍有稳定的输出仍有稳定的输出1)(AF)(FAFAfafa 振荡条件振荡条件：1)()(FA幅值平衡条件幅值平衡条件 n2)()(fa 相位平衡条件（相位平衡条件（n为整数）为整数）则faXX1*FAafofaoXXXXXX环路增益9.5.1 振荡条件振荡条件1|AF相位条件相位条件意味着振荡电路必须是意味着振荡电路必须是正反馈正反馈振幅条件振幅条件以通过以通过调整调整放大电路放大倍数达到放大电路放大倍数达到（1）振幅条件：）振幅条件：（2）相位条件：）相位条件：n2)()(fa 振荡条件振荡条件：4基本

3、放大电路基本放大电路9.5.2 基本组成部分基本组成部分4反馈网络反馈网络4选频网络选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反（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。）馈网络合二为一。）4稳幅环节稳幅环节起振条件起振条件9.5.3 起振和稳幅起振和稳幅电路器件内部噪声电路器件内部噪声1)()(FA n2)()(fa 当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现失真。加，否则波形将出现失真。噪声中，频谱分布很广，满足相位平衡条件的噪声中，频谱分布很广，满足相位平衡条件的某一频率某一频率 0的噪声信号的

4、噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。被放大，成为振荡电路的输出信号。稳幅稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从使振幅平衡条件从 回到回到1 AF。1AF1|AF1|AF n2)()(fa RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路 电路组成电路组成 选频网络的选频特性选频网络的选频特性 振荡电路工作原理振荡电路工作原理 启振与稳幅措施启振与稳幅措施基本放大电路基本放大电路同相放大电路同相放大电路1fVRR1A反馈网络反馈网络（兼做选频网络）（兼做选频网络）9.6.1 电路组成电路组成稳幅环节稳幅环节（可由（可由Rf或者或者R1热敏

5、电阻构成，或者另加辅助电路）热敏电阻构成，或者另加辅助电路）ofVVFV212ZZZ 反馈系数反馈系数 9.6.2 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)()()(ofsVsVsFV 幅频响应幅频响应又又212ZZZ 2)(31sCRsCRsCR j sRC10 则则)(j3100 VF2002)(31 VF相频响应相频响应3)(arctg00f 当当2002)(31 VF幅频响应有最大值幅频响应有最大值3)(arctg00f RCffRC21 100或31max VF相频响应相频响应0f fOFVV31+90 90 ff00 用瞬时极性法：用瞬时极性法：正反馈正反馈若满足振幅

6、平衡条件若满足振幅平衡条件 n2fa (+)(+)(+)(+)Av1FAVV电路输出频率：电路输出频率：0022 1fTRCwRC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波的正弦波一一.相位平衡条件检查相位平衡条件检查二二.幅值平衡条件幅值平衡条件要求放大电路电压增益要求放大电路电压增益3F1RR1AV1fV 振荡电路工作原理振荡电路工作原理RCf 210 1)()(FA幅值平衡条件幅值平衡条件 n2)()(fa 相位平衡条件相位平衡条件31max VF0f a0RCffRC21 100或采用非线性元件采用非线性元件9.6.4 起振与稳幅措施起振

7、与稳幅措施4热敏元件热敏元件热敏电阻热敏电阻起振时，起振时，311f RRAV即即1 VVFA热敏电阻的作用热敏电阻的作用 oV oI 功耗功耗 fR 温温度度 fR 阻阻值值 fR3 VA1 VVFA稳幅稳幅 VA1|AF1|AF31F0Vf1f1RRAV利用二极管非线性利用二极管非线性 (P474)(P474)起振时输出起振时输出v vo o较小较小二极管二极管D D1 1、D D2 2截止截止3RRR1AV132振荡继续振荡继续v vo o增加增加D D1 1或或D D2 2导通导通132Rr/RR1AdV oVdr3 VA1 VVFA稳幅稳幅 VA稳幅原理稳幅原理例题例题:R=1kR=

8、1k，F F，R R1 1=10k=10k。R Rf f为多大时才为多大时才能起振？振荡频率能起振？振荡频率f f0 0=？AFAF =1 1，31=F11f+=RRAA=3A=3=210=20kRCf210=1592 Hz=1592 Hz起振条件：起振条件：1f2RR=电子琴的振荡电路（了解）：电子琴的振荡电路（了解）：_+RF1uoR1CCRfD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21R22112CRR0f12345176功率放功率放大器大器可调可调正弦波振荡电路正弦波振荡电路分析方法和步骤：分析方法和步骤：9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路 电压电压比较器比

9、较器9.8.3 三角波发生器与锯齿波发生器三角波发生器与锯齿波发生器 方波产生电路方波产生电路开环电压放大倍数开环电压放大倍数 A A V0 V0=差模输入电阻差模输入电阻 R R id id=输出电阻输出电阻 R R 0 0 =0=0理想运算放大器：理想运算放大器：电路引入负反馈！电路引入负反馈！线性区：线性区：uo=Auo(uPuN)uPuN一、理想运放工作在线性区一、理想运放工作在线性区 电压电压比较器比较器条件条件二、理想运放工作在非线性工作区二、理想运放工作在非线性工作区电路特征：集成运放处于电路特征：集成运放处于开环开环或仅引入或仅引入正反馈正反馈 运放工作在非线性状态的分析方法：

10、运放工作在非线性状态的分析方法：若若UpUpUn Un 则则U UO O=+U=+UOMOM；若若UpUn Up v vREFREF时时 ,v,vo o=+v=+vomom当当v vi i v UT+,就就 uN uP,在在 uc UT+时，时，uN uP ,uo 立即由立即由UOm跳变成跳变成UOm ,设设uC初始值初始值uC(0+)=0uo保持保持+UOm不变不变UOHuoui0UT-UT+UOm-UOm此时，此时，C 经输出端放电经输出端放电(2)当当uo =-UOm 时，时，uT-_有效有效uc达到达到UT-时，时，uo跳变跳变+RR1R2C+ucuoUT+uctUT-当当uo 重新回

11、到重新回到UOM 以后，以后，电路又进入另一个周期性的变电路又进入另一个周期性的变化。化。-UOmUOM0t-UOM0U+HuctU+LUOMuo0t-UOMT周期与频率的计算：周期与频率的计算：+RR1R2C+ucuo)21ln(221RRRCTf =1/T占空比占空比可调的可调的矩形波发生电路矩形波发生电路9.8.3 三角波发生器与锯齿波发生器三角波发生器与锯齿波发生器组成：组成：迟滞比较器迟滞比较器，积分器，积分器1 三角波发生器三角波发生器 9.8.3 三角波发生器与锯齿波发生器三角波发生器与锯齿波发生器1 三角波发生器三角波发生器-VZVZt0vO1T/2T/2t2t3t1t0vOV

12、th1Vth2ZthVRRV211 ZOVv 1ZthVRRV212 ZOVv 11n1pV0VVZthVRRVV212oZthVRRVV211o1n1pV0VV 2 锯齿波发生器锯齿波发生器T1：波形线性变化：波形线性变化T2：时间短：时间短原理：原理：利用三角波发生器原理，利用三角波发生器原理，使充、放电时间常数不同。使充、放电时间常数不同。可通过改变充放电通路及可通过改变充放电通路及参数来实现。参数来实现。t0vO1t2t3t1t0vOVth1Vth2-VZVZT1T2VmT1TT2vO1：矩形波矩形波vO：锯齿波锯齿波本章小结本章小结1自激振荡可以使反馈放大器工作不稳定，但我们可以利用

13、产生自激自激振荡可以使反馈放大器工作不稳定，但我们可以利用产生自激振荡的条件去构成正反馈电路，以产生正弦波振荡。正弦波振荡电路振荡的条件去构成正反馈电路，以产生正弦波振荡。正弦波振荡电路由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节构成。由放大器、反馈网络、选频网络和稳幅环节构成。2正弦波振荡电路主要有正弦波振荡电路主要有RC振荡电路和振荡电路和LC振荡电路两种。振荡电路两种。RC振荡电振荡电路主要用于中低频场合，路主要用于中低频场合，LC振荡电路主要用于高频场合。石英晶体振振荡电路主要用于高频场合。石英晶体振荡电路是一种特殊类型的荡电路是一种特殊类型的LC振荡电路，其特点是具有很高的频率稳定振荡电路

14、，其特点是具有很高的频率稳定性。性。3比较器是一种能够比较两个模拟量大小的电路。由于集成运放的开比较器是一种能够比较两个模拟量大小的电路。由于集成运放的开环电压增益很高，所以，当集成运放工作在开环状态时，可以作为比环电压增益很高，所以，当集成运放工作在开环状态时，可以作为比较器使用。这时，运放工作在非线性状态，其输出电压仅为正负饱和较器使用。这时，运放工作在非线性状态，其输出电压仅为正负饱和值，输入信号值，输入信号“虚短虚短”的概念也不再成立。迟滞比较器具有回差特性的概念也不再成立。迟滞比较器具有回差特性，在信号处理电路中得到了广泛应用。，在信号处理电路中得到了广泛应用。4在方波、锯齿波和三角波等非正弦波信号发生器中，运放一般工作在方波、锯齿波和三角波等非正弦波信号发生器中，运放一般工作在非线性状态。电路是由积分器、反馈网络、和比较器等环节组成，在非线性状态。电路是由积分器、反馈网络、和比较器等环节组成，属于一种弛张振荡电路。这一类电路也得到了广泛的应用。属于一种弛张振荡电路。这一类电路也得到了广泛的应用。第九章第九章 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路