信号处理与信号产生电路.pptx

1.振荡平衡条件振荡平衡条件2.起振和稳幅起振和稳幅3.振荡电路基本组成振荡电路基本组成9.5 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡器：正弦波振荡器：不需要外加输入而能产生一定幅度、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。一定频率输出信号的自激振荡器。即是一个即是一个无输入信号无输入信号、带有选频网带有选频网络络的的正反馈正反馈电路。电路。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反馈电路正反馈电路（注意与负反馈方（注意与负反馈方框图的差别）框图的差别）若若仍有稳定的输出仍有稳定的输出振荡条件振荡条件：幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件（相位平衡条件（n为整数）为整数）一一.振荡条件振荡条件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（1）振幅条件：）振幅条件：（2）相位条件：）相位条件：振荡条件振荡条件：4基本放大电路基本放大电路2.基本组成部分基本组成部分4反馈网络反馈网络4选选频频网网络络（选选择择满满足足相相位位平平衡衡条条件件的的一一个个频频率率。经经常常与与反反馈网络合二为一。）馈网络合二为一。）4稳幅环节稳幅环节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起振条件起振条件3.起振和稳幅起振和稳幅#振振振振荡荡荡荡电电电电路路路路是是是是单单单单口口口口网网网网络络络络，无无无无须须须须输输输输入入入入信信信信号号号号就就就就能能能能起起起起振振振振，起起起起振振振振的的的的信号源来自何处？信号源来自何处？信号源来自何处？信号源来自何处？电路器件内部噪声电路器件内部噪声 当当输输出出信信号号幅幅值值增增加加到到一一定定程程度度时时，就就要要限限制制它它继继续续增增加，否则波形将出现失真。加，否则波形将出现失真。噪噪声声中中，频频谱谱分分布布很很广广，满满足足相相位位平平衡衡条条件件的的某某一一频频率率 0的噪声信号的噪声信号被放大，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。稳稳幅幅的的作作用用就就是是，当当输输出出信信号号幅幅值值增增加加到到一一定定程程度度时时，使振幅平衡条件从使振幅平衡条件从 回到回到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（1 1）检查电路组成；检查电路组成；（2 2）检查放大电路能否实现检查放大电路能否实现不失真放大不失真放大；（3 3）判断电路是否满足振荡判断电路是否满足振荡相位平衡条件相位平衡条件（电路是否构成正反馈）；（电路是否构成正反馈）；（4 4）判断判断幅值条件幅值条件是否满足；是否满足；（5 5）估算估算振荡频率振荡频率；4.分析方法和步骤：分析方法和步骤：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.稳幅措施稳幅措施桥式正弦波振荡器桥式正弦波振荡器（RC串并联正弦波振荡器）串并联正弦波振荡器）双双T网络网络正弦波振荡器正弦波振荡器移相式移相式正弦波振荡器正弦波振荡器正弦波振荡电路正弦波振荡电路分类：分类：9.6RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路基本放大电路基本放大电路同相放大电路同相放大电路反馈网络反馈网络（兼做选频网络）（兼做选频网络）1 电路组成电路组成9.6 RC正弦波振荡电路正弦波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则则相频响应相频响应9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路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f+90 90 ff0 用瞬时极性法：用瞬时极性法：正反馈正反馈若满足振幅平衡条件若满足振幅平衡条件当当时，时，(+)(+)(+)(+)Av电路输出频率：电路输出频率：RC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3振荡电路工作原理振荡电路工作原理 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9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路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导通导通稳幅稳幅稳幅原理稳幅原理电路仿真电路仿真9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路例题例题:R=1kR=1k，C=0.1C=0.1 F F，R R1 1=10k=10k。R Rf f为多大时才能为多大时才能起振？振荡频率起振？振荡频率f f0 0=？AFAF =1 1，31=F11f+=RRAA=3A=3=210=20k=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）：_+RF1uoR1CCRfD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21R22112CRR=0f12345176功率放功率放大器大器可调可调9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路9.8.1 电压电压比较器比较器9.8.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路9.8.2 方波产生电路方波产生电路1.1.电压比较器的电压比较器的功能功能：比较电压的大小比较电压的大小。输入电压是输入电压是模拟信号模拟信号；输出电压表示比较的结果，输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平只有高电平和低电平两种情两种情况，为二值信号。况，为二值信号。使输出产生跃变的输入电压称为使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压阈值电压。广泛用于各种广泛用于各种报警报警电路。电路。2.2.电压比较器的电压比较器的描述方法描述方法:电压传输特性电压传输特性 uOf(uI)电压传输特性的三个要素：电压传输特性的三个要素：（1）输出高电平）输出高电平UOH和输出低电平和输出低电平UOL（2）阈值电压）阈值电压UT（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向98.19.8.1 电压电压比较器比较器9.8 非正弦信号产生电路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）单限比较器：只有一个阈值电压（3）窗口比较器：）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。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）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。压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压：回差电压：9.8.19.8.1 比较器比较器9.8.19.8.1 电压电压比较器比较器9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路4 4、集成运放的、集成运放的非线性工作区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：运放工作在非线性状态的分析方法：若若U U+U U-则则U UO O=+U=+UOMOM；若若U U+U U-则则U UO O=-U=-UOMOM。虚断（运放输入端电流虚断（运放输入端电流=0=0）注意：此时不能用虚短！注意：此时不能用虚短！（1 1）写出写出 uP、uN的表达式，的表达式，令令uP uN，求求解出的解出的 uI即为即为UT；（2 2）根据输出端限幅电路根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平决定输出的高、低电平；（3 3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定）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输出电压电压的的跃变方向跃变方向。电压比较器的分析方法：9.8.19.8.1 电压电压比较器比较器9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路1.1.单门限电压比较器单门限电压比较器9.8.1 比较器比较器特点：特点：虚短虚短不成立，可用不成立，可用虚断虚断运放处于开环状态运放处于开环状态当当v vi i v vREFREF时时 ,v,vo o=+v=+voHoH当当v vi i v vREFREF时时 ,v,vo o=vvoLoL9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路门限电压门限电压vREF 输输入入为为正正负负对对称称的的正正弦弦波波时，输出波形如图所示。时，输出波形如图所示。1.单门限电压比较器单门限电压比较器过零比较器过零比较器:VREF=0V 输输入入为为正正负负对对称称的的正正弦弦波波时，输出为方波。时，输出为方波。电压传输特性电压传输特性1.单门限电压比较器单门限电压比较器过零比较器过零比较器:VREF=0V 集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成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。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二极管限幅电路使净输入电压最大值为入电压最大值为UD必要吗？必要吗？1.单门限电压比较器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。为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。UOH UZ1 UD2 UOL(UZ2 UD1)UOH UOL UZ不可缺少！不可缺少！1.单门限电压比较器单门限电压比较器（1 1）写出写出 uP、uN的表达式，的表达式，令令uP uN，求求解出的解出的 uI即为即为UT；（2 2）根据输出端限幅电路根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平决定输出的高、低电平；（3 3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定）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输出电压电压的的跃变方向跃变方向。1.单门限电压比较器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）若要UT UT+,就就 uN uP,在在 uc UT+时，时，uN uP ,uo 立即由立即由UOH跳变成跳变成UOL ,设设uC初始值初始值uC(0+)=0uo保持保持+UOH不变不变UOH9.4 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路传输特性传输特性uoui0UT-UT+UOHUOL此时，此时，C 经输出端放电经输出端放电(2)当当uo =UOL 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。-UOLUOM0t-UOM传输特性传输特性uoui0UT-UT+UOHUOL9.4 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路0U+HuctU+LUOMuo0t-UOMT周期与频率的计算：周期与频率的计算：+RR1R2C+ucuof =1/T9.4 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路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vO1vP1vIA1A2R3R4R2R1R5VZ9.4.3 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：施密特触发器，积分器施密特触发器，积分器1 三角波发生器三角波发生器vN1=vP1时时vI(即即vO)的阈值的阈值-VZVZt0vO1T/2T/2t2t3t1t0vOVth1Vth2vO1vP1vIA1A2R3R4R2R1R5VZ2 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自自激激振振荡荡可可以以使使反反馈馈放放大大器器工工作作不不稳稳定定，但但我我们们可可以以利利用用产产生生自自激激振振荡荡的的条条件件去去构构成成正正反反馈馈电电路路，以以产产生生正正弦弦波波振振荡荡。正正弦弦波波振振荡荡电电路路由放大器、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正正弦弦波波振振荡荡电电路路主主要要有有RC振振荡荡电电路路和和LC振振荡荡电电路路两两种种。RC振振荡荡电电路路主主要要用用于于中中低低频频场场合合，LC振振荡荡电电路路主主要要用用于于高高频频场场合合。石石英英晶晶体体振振荡荡电电路路是是一一种种特特殊殊类类型型的的LC振振荡荡电电路路其其特特点点是是具具有有很很高高的的频频率率稳稳定定性。性。3比比较较器器是是一一种种能能够够比比较较两两个个模模拟拟量量大大小小的的电电路路。由由于于集集成成运运放放的的开开环环电电压压增增益益很很高高，所所以以，当当集集成成运运放放工工作作在在开开环环状状态态时时，可可以以作作为为比比较较器器使使用用。这这时时，运运放放工工作作在在非非线线性性状状态态，其其输输出出电电压压仅仅为为正正负负饱饱和和值值，输输入入信信号号“虚虚短短”的的概概念念也也不不再再成成立立。迟迟滞滞比比较较器器具具有有回回差差特特性性，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在在方方波波、锯锯齿齿波波和和三三角角波波等等非非正正弦弦波波信信号号发发生生器器中中，运运放放一一般般工工作作在在非非线线性性状状态态。电电路路是是由由积积分分器器、反反馈馈网网络络、和和比比较较器器等等环环节节组组成成，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。9.8.1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