模拟电子技术9-信号处理及信号产生电路

９信号处理及信号产生电路9.1滤波电路的基本概念与分类9.2一阶有源滤波电路9.3高阶有源滤波电路*9.4开关电容滤波电路9.5正弦波振荡电路的振荡条件9.6RC正弦波振荡电路9.7LC正弦波振荡电路9.8非正弦信号产生电路……..了解二、滤波电路的分类：1.按信号性质分类：4.按通带、阻带分类:2.按所用元件分类：§9.1滤波电路的基本概念与分类3.按阶数分类:一阶，二阶…高阶一、滤波的定义：使有用频率信号通过、阻碍无用频率信号。模拟滤波器和数字滤波器无源滤波器：有源滤波器：由无源元件R、L、C组成。由无源元件R、C和有源元件集成运放组成。低通滤波器（LPF）；高通滤波器（HPF）；带通滤波器（BPF）；带阻滤波器（BEF）；全通滤波器（APF）；LPFBPF低频喇叭中频喇叭高频喇叭音频信号滤波器的应用实例HPF三、滤波器的幅特性()iVj()oVj滤波器2、四种典型的幅频特性()()()()()OiVjAjAjVj1、滤波器的传递函数为：()Aj()Aj()Aj()Aj理想LPF理想HPF理想BPF理想BEF实际LPF实际HPF实际BPF实际BEF四、无源滤波器与有源滤波器的区别：无源滤波器：有源滤波器：3.由于负载效应，级联能力差；4.不能对信号进行放大；5.幅频特性不理想，边沿不陡；1.不使用电感件，体积小重量轻；3.在运放中可加电压串联负反馈，使输入电阻高、输出电阻低，故只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响，级联能力强；4.除滤波外，还可放大信号；5.不宜在高电压大电流情况下使用。8.可靠性较好；6.使用时需外接直流电源。1.由于使用电感元件，体积大、重量重；2.效率低；6.可在高电压、大电流情况下使用；7.可靠性较差。7.使用时不需外接直流电源。2.由于电源的能量补偿，效率高；5.幅频特性较理想，边沿较陡；常用于电力系统常用于电子电路11()(1)()1FOiRjCVjVjRRjC一、一阶有源低通滤波器传递函数中出现的一次项，故称为一阶滤波器。vovi1()1()(1)1()OFiVjRAjRjRCVjRR1+-RLRf()OVjC()iVj1jC11(1)()1FiRVjRjRC121()(1)1()FHRAjR幅频特性：1HRC令：1HRCmax12AAjmaxA§9.2一阶有源滤波器一阶滤波器幅频特性曲线边沿平滑，滤波效果差。max1(1)FRAR其中：()Aj0L1()(1)()1FOiRRVjVjRRjC二、一阶有源高通滤波器vivo1()1()(1)()1OFLiVjRAjRVjj()OVjC()iVj1jC11(1)()11FiRVjRjRC121()(1)1()FLRAjR幅频特性：1LRC令：一阶滤波器幅频特性曲线边沿平滑，滤波效果差。RR1+-RLRf1(1)FopRVVR1iAApAoVVVVVVRRjC1111AApjCVVVjRCRjC解出：2()1()oFiCCAVAjVjQ1(3)FQA1CRC其中：oV以二阶有源低通滤波器为例传递函数中出现的二次项，故称为二阶滤波器。§9.3高阶有源滤波器RR1RFiVR+-VA.Vp.1jC1jCCC2()1()oFiCCAVAjVjQ222()1()()FCCAAjQc()Aj0一阶低通二阶低通理想低通阶数越高，幅频特性曲线的边沿越陡，越接近理想滤波器。§9.5正弦波振荡电路的振荡条件tx00ixax基本放大电路Aox思考：正弦波振荡电路的作用？其特点是什么？正弦波振荡电路的作用就是产生不同频率正弦波的信号源。正弦波振荡电路具有无输入信号，但可输出不同频率、幅值的正弦波信号。如何实现？作用：特点：分析：1、若只有开环，则xf＝Fxofx反馈支路F具有选频的正２、若引入反馈支路，3、若使xa=xf，则满足xa=xi+xf(xi=0)相当于引入了正反馈。当xi＝0,则xa=0,xo为零点漂移信号。++则输出x0可得到进一步的放大。4、若引入选频电路，可得到所需频率的输出信号x0。含丰富频率且值微弱的零点漂移信号。一、正弦波振荡电路的框图、振荡条件、特点2、振荡条件：1、组成框图：振荡条件也可以写成：……振荡条件相位条件：pnfa2,n是整数设：..1AF0ixax基本放大电路Aoxfx反馈支路F具有选频的正++......aAxFaAA，fFF振幅条件：1AF3、振荡电路的特点：(2).基本放大电路的a＝０或180,不具有选频性；而频率ω可改变f，只有某频率才能使f满足af=n.360。反馈支路具有选频特性。0=n.3600(3).振荡建立时AF1，振荡建立完成后（稳定振荡），AF=1afoxxxF...aAFx..(1).是串联正反馈以电压形式出现,即xf为vf，xa为va....4.正弦波振荡器的分类①RC正弦波振荡器②LC正弦波振荡器③石英晶体振荡器二、正弦振荡建立的过程：3、随着输出信号不断增大，BJT逐渐进入饱和区或截止区，增益A自动下降，直到满足AF=1，从而得到稳定的输出信号，振荡建立结束。1、由于电路参数变化、温度变化、电压波动等因素，使电路产生含丰富频率且值微弱的零点漂移信号，这时由选频正反馈支路选出满足相位条件所对应的某一频率信号作为原始输入信号xa（其值微弱）。.2、设置AF1，xa不断放大，xo输出信号也不断放大。..例：A=20，F=0.1，xa=0.02V..xa1=0.02V.xo1=0.4V.xf2=0.04V.xa2=0.04V.xo2=0.8V.xf3=0.08V.xa3=0.08V.xo3=1.6V.xf4=0.16V.xa4=0.16V.x05=3.2V………….0ixax基本放大电路Aoxfx反馈支路F具有选频的正++......§9.6RC正弦波电路RC移相式振荡电路RC桥式振荡电路双T网络式振荡电路分类一、RC桥式振荡电路1、电路组成图+-R1RfRCRC２、分析及振荡频率计算(1).放大电路：11fRAR011,0faRARfa=n.3600根据故若能振荡，则要求f=00++Va.F．A．选频反馈支路放大电路Vf.(２).反馈支路：1//11//foRVjcFVRRjcjc13()ooj2213()ooF1()oRC1(),3ooftg当ω=ω0=1/RC时,f=0,Fmax=1/3(振荡频率为ω0=1/RC或f0=1/2pRC）Vo.(1).起振条件：应使：3、RC正弦波电路的稳幅措施max11,13fRFARAF1113fRAR即要求：Rf2R1(2).振荡建立完后，又要求输出电压稳定，即要求AF=1，此时，A=3即要求：Rf=2R1为了满足上述要求，稳定输出电压幅值，可以采用下面的措施：①.Rf采用负温度系数的热敏电阻。②.在Rf的两端并联二极管。原理:当输出电压vo增大时，流过Ｒf的电流增大，温度上升，Ｒf的电阻值下降；当下降到Rf=2R1时，输出电压vo自动稳定。+-R1RfRCRCVo.DrDRf1原理:当输出电压vo增大时，二极管D的导通深度增强，rD的电阻值下降；当下降到Rf1=rD//Rf=2R1时，输出电压vo自动稳定。二、RC移相式正弦波振荡电路1、基础知识：2、判断RC移相式电路能否振荡的方法：（1）、确定基本放大电路及相应的相角a；（2）、确定RC反馈支路及相应的最大移相f；（3）、若能满足,则该电路能振荡；反之，不能振荡。fa=n.3600R()OVj1jC()iVj1()111RAjRjjCRC101()90tgRC每一级RC高通或低通电路，最大移相不超过90。0()OVj1jC()iVjR11()11jCAjjRCRjC10()90tgRCRC高通电路RC低通电路例题：试判断下图所示的RC移相式电路能否振荡？R+-RfvoRRCCCRRCCCR+-Rfvo基本放大电路反馈支路１、确定基本放大电路2、确定RC反馈支路解：基本放大电路的相角：+-a=1800RC反馈支路的最大移相f由于RC反馈支路由三级高通电路组成，可达到接近2700因此，在特定的频率下，使RC反馈支路只移相180，即0f=18003、由于能满足,故电路能振荡。fa=n.3600§9.7LC正弦波振荡电路一、LC正弦波振荡电路的特点及分类：(2)、具有选频的正反馈支路采用LC谐振方式实现选频，并只对所选的频率信号进行放大；(3)、谐振时，正反馈支路呈阻性，它不产生移相；(4)、用于产生1MHZ以上的高频正弦波信号。1、特点：2、分类：（1）、变压器反馈式LC正弦波振荡电路（2）、电感三点式（或电感反馈式）LC正弦波振荡电路（3）、电容三点式（或电容反馈式）LC正弦波振荡电路(1)、反馈支路构成串联正反馈，净输入信号、反馈信号以电压形式出现；二、LC正弦波振荡电路能否振荡的判断方法：LC+VCCTRER1R2CECB×bvidvf步骤：1、确定反馈点(反馈支路与基本放大电路输入回路的交点)；2、在反馈点处将反馈支路断开，并假设从反馈点处加入瞬时极性为的净输入信号vid；标出反馈信号vf；３、标出各极的瞬时极性，确定反馈信号vf的瞬时极性；４、若净输入信号vid的瞬时极性与反馈信号vf的瞬时极性相同，则能振荡；反之，不能振荡。CＴRER1R2CECBL1L2+VCCvidb×vf+VCCＴRER1R2CECB1LCELCC1C2CB2变压器反馈式LC振荡电路电感三点式LC振荡电路电容三点式LC振荡电路bvf×vidMvovo三、三种LC正弦波振荡电路的振荡频率计算及比较：LC+VCCTRER1R2CECB12ofLCp1212(2)ofLLMCp121212oCCLCCfp优点:易调节fo(C易调)缺点：输出取自电感，含高次谐波成分大，输出波形差。适宜产生几十MHZ信号+VCCＴRER1R2CECB1LCELCC1C2CB2voMCＴRER1R2CECBL1L2+VCCvo优点:输出取自电容，可对高次谐波滤波，输出波形好。缺点:调节fo须C1、C2联动适宜产生0.1-100MHZ的信号优点:易于起振缺点：体积大,重量重。例题：试判断下图所示的LC电路能否振荡？解：×evidvf+VCCCＴRER1R2CEL1L2CBcb从反馈点e处加入瞬时极性为的净输入信号vid，从C点输出，T管属于共基极放大电路，故集电极C的瞬时极性为。由于净输入信号vid的瞬时极性与反馈信号vf的瞬时极性相反，所以该LC电路不能振荡。四、石英晶体振荡电路1.石英晶体的结构、符号和等效电路(1).结构晶片涂银层焊点点(2).符号(3).等效电路RC0CLL:晶体的动态电感(10-3~102H)(大)C:晶体的动态电容(0.1pF)(小)R:等效摩擦损耗电阻(小)Co:晶体静态电容(几~几十pF)(大)（简称晶振）2.石英晶体的谐振频率、电抗特征RC0CL(1).串联谐振频率：(2).并联谐振频率：(3).电抗特征12sfLCp0012pCCLCCfp000112sCCCfCCLCpfp略大于fs*当ffs或ffp时:石英晶体呈容性*当fsffp时：石英晶体发生并联谐振，呈感性。*当f＝fs时：石英晶体发生串联谐振，呈阻性。由于此区间的频率稳定性差，不利用。上述两种情况的频率稳定性好，加以利用。３.石英晶体谐振频率的调节CSRC0CLCS4.石英晶体振荡电路举例+VCCTRERB1RB2CECsC1C2