模电第9章信号处理与信号产生电路(康华光).ppt
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1、第九章 信号处理与信号产生电路 重点: 1.了解有源滤波器的类型与滤波原理; 2. 理解正弦波振荡电路自激振荡的条件; 3. 理解LC振荡电路和RC振荡电路的工作原理。 4. 理解电压比较器的工作原理和应用。,(1-2),9.1 滤波电路的基本概念与分类,二、滤波电路的分类 1. 按信号性质分类:模拟滤波器和数字滤波器 2. 按所用元件分类:无源滤波器和有源滤波器 3. 按阶数分类:一阶,二阶 高阶 4. 按电路功能分类: 低通滤波器;高通滤波器;带通滤波器;带阻滤波器,一、什么是滤波 使所需要的频率信号能顺利通过滤波电路达到输出端口,抑制(过滤)不需要的频率信号,这种选择频率的功能称为滤波。
2、,输入信号 频率是变的,经滤波后 输出信号,(1-3),低通,高通,带通,带阻,四种典型滤波器的频率特性,三、滤波电路作用的描述 用电压增益频率的关系来描述,称为传递函数。,(1-4),9.2 一阶有源滤波电路 一、一阶有源低通滤波器 1、 电路,2. 频率响应(传递函数),令:Ao=1+Rf /R1 , o=1/RC,幅频特性:,无源低通滤波器,幅频响应波特图:,o :上限截止频率,-20dB/十倍频程,输出频率范围: =0o,(1-5),二、一阶有源高通滤波器 1、 电路,2. 频率响应(传递函数),令:o=1/RC Ao=1+Rf /R1,幅频特性:,无源高通滤波器,幅频响应波特图:,o
3、 :下限截止频率,输出频率范围: = o 三、一阶有源滤波器优缺点 优点:电路简单; 缺点:衰减太慢。,20dB/十倍频程,(1-6),9.3 高阶有源滤波电路(2阶) 一、二阶有源低通滤波器 1、 电路,联立求解得:,二阶,(1-7),2. 频率响应(传递函数) 将s=j 代入上述方程得:,其中:Ao=1+Rf /R1通带增益,特征角频率,等效品质因数,幅频特性:,越大A越小。 波特图如右图。阶数越高,衰减越快,曲线越陡。,-40dB/十倍频程,(1-8),将低通电路中的电容和电阻对换,便成为高通电路。 2. 频率响应(传递函数),二、二阶有源高通滤波器 1、 电路,Ao,C,Q与低通相同。
4、 幅频特性:,可见: 越大A越大。 波特图斜率40dB/十倍频程。,(1-9),当满足LH时,输出频率范围: =LH 2. 实际电路 p426图3.1.11以及p429图3.1.13。,设低通截止角频率:,设高通截止角频率:,三、有源带通滤波电路 1. 电路组成原理 可由低通和高通串联组成,(1-10),例1,计算下图电路的输出频率范围。,低通截止频率:,高通截止频率:,输出频率范围: =(881.1104)Hz,(1-11),高通,低通,3. 二阶有源带通滤波电路,若设:,则:,波特图,传递函数,通频带:BW =o/(2Q),(1-12),当满足LH时,输出频率阻隔范围: = LH,低通截止
5、角频率:,高通截止角频率:,三、有源带阻滤波电路 1. 电路组成原理 可由低通和高通并联组成,(1-13),2. 二阶有源带阻滤波电路(双T带阻滤波电路),传递函数,若设:,则:Ao=AVF,可见: =0A=A0 =A=A0 =0A=0 带阻,(1-14),9.5 正弦波振荡器的振荡条件 正弦波振荡器: 能自激振荡产生正弦输出电压的电路。 一.维持自激振荡的条件 1.自激振荡?,基本放大 电路A,. Xi,. . . Xo=AXi,正反馈,. . Xf =Xi,如果将开关从1打至2,. 则去掉Xi,. Xo不变,反馈信号代替输入信号并维持输出不变 称自激振荡,(1-15),2.维持自激振荡的条
6、件?,. . Xf =Xi,即:,Xf f =Xi i,(1) Xf =Xi幅值平衡条件 (2)f =i 相位平衡条件(正反馈) 由反馈环:,维持振荡条件的另一种形式:,上式可写为: AA FF=1 (1) AF =1幅值平衡条件 (2)A + F=2n(n是整数)相位平衡条件(正反馈),相位条件:通过正反馈实现; 振幅条件:通过调整A或F达到。,(1-16),二、振荡的建立与稳定 实际中的振荡器根本无事先输入xi ,那么振荡是如何建立起来的?,1.起振条件? 放大电路中存在噪声以及电源接通等瞬态扰动,这些微弱的信号使xd0,当电路满足: (1)A + F=2n采用正反馈 (2) AF 1,.
7、 Xd,. Xo ,. Xf ,. Xd ,. Xo ,起振,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称为稳幅。,AF=1能否起振?,(1-17),2.稳幅 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AF 1 回到AF =1。,稳幅措施: (1)被动:器件非线性。 (2)主动:在反馈网络中加入非线性稳幅环节,用以调节放大电路的增益。 三、振荡频率的选择 上述自激振荡电路的输出波形是无规则的。为了得到正弦波输出, 应该加一个筛选频率的电路: 选频网络。,选频网络,(1-18),小结 1.起振条件 (1)A + F=2n采用正反馈 (2) AF
8、1 2.维持振荡的条件 (1)A + F=2n(n是整数)相位平衡条件(正反馈) (2) AF =1幅值平衡条件 3.正弦波振荡器的组成 (1)放大电路(包括负反馈放大电路) (2)反馈网络(构成正反馈的) (3)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,常用的有RC选频和LC选频) (4)稳幅环节(使电路易于起振又能稳定振荡,波形失真小),(1-19),9.6 RC正弦波振荡电路 一. 电路组成,RC 选频兼正反馈网络,放大网络,二. RC选频正反馈网络 把 fo 分量选出放大,把其他频率的分量衰减掉。 1.电路,+ vf -,(1-20),2.选频特性,当RC=1/
9、RC时, vf vo同相且Vf最大。此时:,结论:若vo由多种频率信号组成的话, 必有一个频率=0的信号, 使vf vo同相且Vf最大。,(1-21),三. RC 振荡器工作原理 1. 起振和维持振荡的相位条件 用瞬时极性法判断 :,由多种频率组成的噪声信号中必有一个频率=0的信号,使电路产生正反馈, 满足相位平衡条件。,2. 维持振荡的幅值条件 必有一个频率=0信号的使:,根据AVF =1,取 :,3. 输出电压频率 电路输出频率为fo 的正弦波:,=3,满足幅值平衡条件,+,+,+,(1-22),热敏电阻,5. RC正弦波振荡电路原理简述 频率为 fo 的信号再经过正反馈、放大的循环最终稳
10、定在某一值,输出f =fo正弦波。而频率 fo 的信号经过负反馈、缩小的循环最终被削弱为0 。 该电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波。,起振时:,符合AvF 1的条件,可以起振 起振后电流Rf温度 Rf阻值,4.起振条件和稳幅措施 采用非线性元件,如采用热敏电阻。,当AvF =1时稳幅,(1-23),R=1k,C=0.1F,R1=10k。Rf为多大时才能起振?振荡频率f0=?,AF=1,,A=3,Rf=2R1=210=20k,=1592 Hz,起振条件:,例1,(1-24),四. RC移相式振荡电路 1. RC超前移相电路的移相原理 (1)单级电路,结论: 当vi 的频率=0时,
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