第九章信号处理与信号产生电路.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第九章 信号处理与信号产生电路,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,开关电容滤波器,9.5,正弦波振荡电路的振荡条件,9.6,RC,正弦波振荡电路,9.7,LC,正弦波振荡电路,9.8,非正弦信号产生电路,1.,振荡平衡条件,2.,起振和稳幅,3.,振荡电路基本组成,9.5,正弦波振荡电路的振荡条件,正弦波振荡器：,不需要外加输入而能产生一定幅度、一定频率输出信号的自激振荡器。,即是一个,无输入信号,、,带有选频网络,的,正反馈,电路。,9.5,正弦波振荡电路的振荡条件,正反馈电路,（注意与负反馈方框图的差别）,若,仍有稳定的输出,振荡条件,：,幅值平衡条件,相位平衡条件（,n,为整数）,一,.,振荡条件,相位条件,意味着振荡电路必须是,正反馈,振幅条件,以通过,调整,放大电路放大倍数达到,9.5,正弦波振荡电路的振荡条件,（,1,）振幅条件：,（,2,）相位条件：,振荡条件,：,基本放大电路,2.,基本组成部分,反馈网络,选频网络,（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈网络合二为一。）,稳幅环节,9.5,正弦波振荡电路的振荡条件,起振条件,3.,起振和稳幅,#,振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？,电路器件内部噪声,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。,噪声中，频谱分布很广，满足相位平衡条件的,某一频率,0,的噪声信号,被放大，成为振荡电路的输出信号。,稳幅,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 回到,9.5,正弦波振荡电路的振荡条件,（,1,）,检查电路组成；,（,2,）,检查放大电路能否实现,不失真放大,；,（,3,）,判断电路是否满足振荡,相位平衡条件,（电路是否构成正反馈）；,（,4,）,判断,幅值条件,是否满足；,（,5,）,估算,振荡频率,；,4.,分析方法和步骤：,9.6,RC,正弦波振荡电路,1.,电路组成,2.,RC,串并联选频网络的选频特性,3.,振荡电路工作原理,4.,稳幅措施,桥式正弦波振荡器（,RC,串并联正弦波振荡器）,双,T,网络,正弦波振荡器,移相式,正弦波振荡器,正弦波振荡电路,分类：,9.6,RC,桥式正弦波振荡电路,基本放大电路,同相放大电路,反馈网络,（兼做选频网络）,1,电路组成,9.6,RC,正弦波振荡电路,反馈系数,2.,RC,串并联选频网络的选频特性,幅频响应,又,则,相频响应,9.6,RC,正弦波振荡电路,当,幅频响应有最大值,相频响应,f,+90,90,f,f,0,用瞬时极性法：,正反馈,若满足振幅平衡条件,当,时，,(+),(+),(+),(+),A,v,电路输出频率RC,正弦波振荡电路一般用于产生频率低于,1 MHz,的正弦波,一,.,相位平衡条件检查,二,.,幅值平衡条件,要求放大电路电压增益,3,振荡电路工作原理,采用非线性元件,4.,稳幅措施,热敏元件,热敏电阻,起振时，,即,热敏电阻的作用,稳幅,9.6,RC,正弦波振荡电路,利用二极管非线性,(P474),起振时,输出,v,o,较小,二极管,D,1,、,D,2,截止,振荡继续,v,o,增加,D,1,或,D,2,导通,稳幅,稳幅原理,电路仿真,9.6,RC,正弦波振荡电路,例题,:,R=1k,，,C=0.1,F,，,R,1,=10k,。,R,f,为多大时才能起振？振荡频率,f,0,=,？,AF1，,3,1,=,F,1,1,f,+,=,R,R,A,A=3,=2,10=20,k,=1592 Hz,起振条件：,1,f,2,R,R,=,电子琴的振荡电路（了解）：,_,+,+,R,F,1,u,o,R,1,C,C,R,f,D,1,D,1,R,F,2,R,28,R,27,R,26,R,25,R,24,R,23,R,22,R,21,R,2,2,1,1,2,C,R,R,=,0,f,1,2,3,4,5,1,7,6,功率放大器,可调,9.8,非正弦信号产生电路,9.8.1,电压,比较器,9.8.3,锯齿波产生电路,9.8.2,方波产生电路,1.,电压比较器的,功能,：,比较电压的大小,。,输入电压是,模拟信号,；,输出电压表示比较的结果，,只有高电平和低电平,两种情况，为二值信号。,使输出产生跃变的输入电压称为,阈值电压,。,广泛用于各种,报警,电路。,2.,电压比较器的,描述方法,:,电压传输特性,u,O,f,(,u,I,),电压传输特性的三个要素：,（,1,）输出高电平,U,OH,和输出低电平,U,OL,（,2,）,阈值电压,U,T,（,3,）,输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向,9.8.1,电压,比较器,9.8,非正弦信号产生电路,3.,几种常用的电压比较器,（,1,）单限比较器：只有一个阈值电压,（,3,）窗口比较器：,有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。,2,）滞回比较器：具有滞回特性,输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。,回差电压：,9.8.1,比较器,9.8.1,电压,比较器,9.8,非正弦信号产生电路,4,、集成运放的,非线性工作区,电路特征：集成运放处于,开环,或仅引入,正反馈,运放工作在非线性状态的分析方法：,若,U,+,U,-,则,U,O,=+U,OM,；,若,U,+,U,-,则,U,O,=-U,OM,。,虚断（运放输入端电流,=0,）,注意：此时不能用虚短！,（,1,）,写出,u,P,、,u,N,的表达式，,令,u,P,u,N,，,求,解出的,u,I,即为,U,T,；,（,2,）,根据输出端限幅电路,决定输出的高、低电平,；,（3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定,输出电压,的,跃变方向,。,电压比较器的分析方法：,9.8.1,电压,比较器,9.8,非正弦信号产生电路,1.,单门限电压比较器,9.8.1,比较器,特点：,虚短,不成立，可用,虚断,运放处于开环状态,当,v,i,v,REF,时,v,o,=+,v,oH,当,v,i,v,REF,时,v,o,=,v,oL,9.8,非正弦信号产生电路,门限电压,v,REF,输入为正负对称的正弦波时，输出波形如图所示。,1.,单门限电压比较器,过零比较器,:V,REF,=0V,输入为正负对称的正弦波时，输出为方波。,电压传输特性,1.,单门限电压比较器,过零比较器,:V,REF,=0V,集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入级，需加输入端限幅电路。,二极管限幅电路使净输入电压最大值为,U,D,必要吗？,1.,单门限电压比较器,输入限幅电路,输出限幅电路,为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。,U,OH,U,Z1,U,D2,U,OL,(,U,Z2,U,D1,),U,OH,U,OL,U,Z,不可缺少！,1.,单门限电压比较器,（,1,）,写出,u,P,、,u,N,的表达式，,令,u,P,u,N,，,求,解出的,u,I,即为,U,T,；,（,2,）,根据输出端限幅电路,决定输出的高、低电平,3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定,输出电压,的,跃变方向,。,1.,单门限电压比较器,电压比较器的分析方法：,一般单限比较器,（,1,）若要,U,T,U,T+,就,u,N,u,P,在,u,c,U,T+,时，,u,N,u,P,u,o,立即由,U,O,H,跳变成,U,OL,设,u,C,初始值,u,C,(0,+,)=0,u,o,保持,+U,OH,不变,U,OH,9.4,非正弦信号产生电路,传输特性,u,o,u,i,0,U,T-,U,T+,+U,OH,U,OL,此时，,C,经输出端放电,(2),当,u,o,=,U,OL,时，,u,T,-_,有效,u,c,达到,U,T-,时，,uo,跳变,+,+,R,R,1,R,2,C,+,u,c,u,o,U,T+,u,c,t,U,T-,当,u,o,重新回到,U,OM,以后，,电路又进入另一个周期性的变化。,-,U,OL,U,OM,0,t,-U,OM,传输特性,u,o,u,i,0,U,T-,U,T+,+U,OH,U,OL,9.4,非正弦信号产生电路,0,U,+H,u,c,t,U,+L,U,OM,u,o,0,t,-U,OM,T,周期与频率的计算：,+,+,R,R,1,R,2,C,+,u,c,u,o,f,=1/,T,9.4,非正弦信号产生电路,占空比,可调的,矩形波发生电路,v,O1,v,P1,v,I,A,1,A,2,R,3,R,4,R2,R,1,R,5,V,Z,9.4.3,三角波发生器与锯齿波发生器,组成：,施密特触发器，积分器,1,三角波发生器,v,N1,=,v,P1,时,v,I,(,即,v,O,),的阈值,-V,Z,V,Z,t,0,v,O1,T,/2,T,/2,t,2,t,3,t,1,t,0,v,O,V,th1,V,th2,v,O1,v,P1,v,I,A,1,A,2,R,3,R,4,R,2,R,1,R,5,V,Z,2,锯齿波发生器,T,1,：,波形线性变化,T,2,：,时间短,原理：,利用三角波发生器原理，,使充、放电时间常数不同。,可通过改变充放电通路及,参数来实现。,t,0,v,O1,t,2,t,3,t,1,t,0,v,O,V,th1,V,th2,-V,Z,V,Z,T,1,T,2,V,m,T,1,T,T,2,v,O1,：,矩形波,v,O,：,锯齿波,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,RC,振荡电路和,LC,振荡电路两种。,RC,振荡电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值，输入信号“虚短”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。,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。,9.8.1,第九章,信号处理与信号产生电路,