低频电子线路 (16),山东大学 信息科学与工程学院 刘志军,2020/6/23,低频电子线路,2,上节课回顾,*对数和反对数运算器 3.1 电压比较器,2020/6/23,低频电子线路,3,本节课,3.1电压比较器（续） 迟滞比较器 3.2 驰张振荡器 2.4 有源滤波器,2020/6/23,低频电子线路,4,过零比较器及脉宽调制器输出波形,图 过零比较器及脉宽调制器输出波形 (a)过零比较器整形波形；(b)脉宽调制器输出波形,2020/6/23,低频电子线路,5,输出限幅电路,图 输出限幅电路 (a)UoH=UVZ1+UVD2, UoL= (UVD1+UVZ2) (b)UoH=UVD1+UVZ+UVD2, UoL= (UVD4+UVZ+UVD3),2020/6/23,低频电子线路,6,迟滞比较器,单门限比较器： 电路简单，灵敏度高。 但缺点是抗干扰能力差，易受漂移，噪声及干扰影响造成误动作。,2020/6/23,低频电子线路,7,单门限比较器受干扰误触发情况,图 简单比较器输出波形边缘不陡峭及受干扰的情况 (a)输出波形边缘不陡峭 (b)受干扰情况,2020/6/23,低频电子线路,8,（1）迟滞比较器电路形式,图 迟滞比较器电路及传输特性 (a)电路,2020/6/23,低频电子线路,9,迟滞比较器电路特点,电路为闭环正反馈状态（接同相端）。 而前述单限比较器为开环状态。,2020/6/23,低频电子线路,10,迟滞比较器传输特性,图 迟滞比较器电路及传输特性 (b)传输特性,2020/6/23,低频电子线路,11,迟滞比较器波形图,图 迟滞比较器输出波形,2020/6/23,低频电子线路,12,（2）迟滞比较器工作原理,迟滞比较器的参考电压不是固定不变的（单限），而是具有上限触发电平和下限触发电平，故其上翻转和下翻转的情况也有所不同。,2020/6/23,低频电子线路,13,迟滞比较器电路分析,图 迟滞比较器电路及传输特性 (a)电路,2020/6/23,低频电子线路,14, 当Uo为高电平UOH时,同相端电压为： 上门限电压： 当Ui=U- Ur1= Uf1时， 比较器Uo从 UOHUOL,2020/6/23,低频电子线路,15, 当输出电压Uo为低电平UOL,同相端电压为: 下门限电压 当 Ui=U- Ur2= Uf2时， 比较器从Uo从 UOLUOH,2020/6/23,低频电子线路,16, 门限宽度（或迟滞电压U）,迟滞比较器上、下门限之差称之为回差,2020/6/23,低频电子线路,17, 同相输入迟滞比较器及其传输特性,图 同相输入迟滞比较器及其传输特性 (a)电路；(b)传输特性,2020/6/23,低频电子线路,18,迟滞比较器传输特性分析,干扰信号必须 UTH（上门限）和 UTL（下门限）才能触发。 正因为有一门限宽度（回差），可以有效防止误触发的产生，有效地提高了抗干扰能力。 但比较器的灵敏度下降。,2020/6/23,低频电子线路,19,（3）集成比较器及特点, 转换速度快 输出电平可与TTL数字电路兼容,2020/6/23,低频电子线路,20,3.2 弛张振荡器,弛张振荡器属于非正弦波形发生器，是一种振荡器，可以产生方波三角波波形。 信号发生“有张有弛”，故为弛张振荡器。,2020/6/23,低频电子线路,21,弛张振荡器框图,用迟滞比较器做状态记忆单元 用积分器做定时电路。,定时元件,状态记忆单元,2020/6/23,低频电子线路,22,波形发生器分类,波形发生器（振荡器）分为两大类： 正弦波振荡器（在高频电路讲） 非正弦波发生器（又叫函数信号发生器，包括弛张振荡器）。,2020/6/23,低频电子线路,23,函数信号发生器, 方波（矩形波） 三角波（锯齿波） 阶梯形,2020/6/23,低频电子线路,24,（1）方波发生器,方波发生器可以产生方波（矩形波）的波形。,2020/6/23,低频电子线路,25,电路形式,方波发生器利用运放电路组成的迟滞比较器，电路同时具有正反馈和负反馈，通过电容和电阻的充放电（定时）和稳压管限幅，决定电路的振荡波形。,2020/6/23,低频电子线路,26,电路原理图,图 单运放弛张振荡器电路,2020/6/23,低频电子线路,27,工作原理,方波发生器利用了比较器原理，通过电容和电阻的充放电过程，决定了电路的振荡波形。,2020/6/23,低频电子线路,28,电路分析,2020/6/23,低频电子线路,29,电路分析,同时，反向端U处，由输出端高电平UOH通过R 对电容C（初始为零）充电； 当充至UC（=U）U+时，比较器翻转； 输出变为低电平UOL。,2020/6/23,低频电子线路,30,电路分析,2020/6/23,低频电子线路,31,分析结论,电路周而复始工作， 形成自激振荡。,2020/6/23,低频电子线路,32,电路波形图,图 单运放弛张振荡器波形图,2020/6/23,低频电子线路,33,波形分析,输出U0为方波（对称方波）。 改变充放电回路可改变占空比。 电容充、放电为锯齿波波形。,2020/6/23,低频电子线路,34,占空比,如果从波形上看：T1=T2 则占空比,2020/6/23,低频电子线路,35,振荡周期,2020/6/23,低频电子线路,36,振荡频率,改变时间常数RC 或反馈系数R2/R1 比值均可改变振荡频率。,2020/6/23,低频电子线路,37,振荡频率分析,上式适当选取 R1、R2 值，可使,2020/6/23,低频电子线路,38,占空比可调的矩形波电路,电路的波形占空比可以得到调整。,2020/6/23,低频电子线路,39,占空比可调的矩形波电路图,图 占空比可调的弛张振荡器 (a)电路；(b)波形,2020/6/23,低频电子线路,40,电路分析,由于充电和放电回路不一致， 故T1、T2不同。 波形也就不同。,2020/6/23,低频电子线路,41,电路分析,改变电路中电位器RW滑动端位置，即可调节矩形波占空比。但总的振荡周期却不受影响。 从C上取出波形，如输出为对称方波（矩形波），UC则为三角波。 如输出为不对称方波（占空比不为50%），则UC为锯齿波。,2020/6/23,低频电子线路,42,电路分析,改变稳压管（UVZ和UVD）可改变U0H和U0L幅度。 改变R1/R2比值将改变振荡频率，同时影响三角波输出幅度，但不影响方波输出幅度。 改变分压系数R1/R2和积分电路RC时间常数可改变频率f，而不影响输出幅度。,2020/6/23,低频电子线路,43,（2）三角波发生器,示波器、监视器、电视、雷达等电子仪器，常需锯齿波电路作为时基电路（行扫），故需三角波发生器。,2020/6/23,低频电子线路,44,方波三角波发生器,图 双运放方波三角波振荡器,2020/6/23,低频电子线路,45,方波 三角波发生器波形图,图 双运放方波 三角波发生器波形图,2020/6/23,低频电子线路,46,作业,3-3， 3-4， 3-5。,2020/6/23,低频电子线路,47,2.4 有源滤波器,以下学习有源滤波器。,2020/6/23,低频电子线路,48,（1）滤波器简介,滤波器是一种很常见的电路形式，在电子线路中有着广泛的应用。,2020/6/23,低频电子线路,49,滤波器的作用,对有用的信号选择通过，而对无用（不需要）的信号进行滤除。,2020/6/23,低频电子线路,50,滤波器的分类,滤波器有两大类： 模拟滤波器 数字滤波器。 本课程学习模拟滤波器。 模拟滤波器分 无源滤波器 有源滤波器。 另有开关电容滤波器（不做介绍）。,2020/6/23,低频电子线路,51,无源滤波器,无源滤波器分为： LC滤波器、 RC滤波器、 陶瓷滤波器、 声表面波滤波器等。,2020/6/23,低频电子线路,52,有源滤波器,RC有源滤波器由RC电路（衰减）和运放（放大）组成。 有源滤波器包括： 低通有源滤波器（LPF） 高通有源滤波器（HPF） 带通有源滤波器（BPF） 带阻有源滤波器（BRF） 全通有源滤波器（APF）,2020/6/23,低频电子线路,53,RC有源滤波器,RC滤波器 低通 高通 有源滤波器 带运放,R,C,C,R,2020/6/23,低频电子线路,54,滤波器种类,2020/6/23,低频电子线路,55,滤波器种类,波特图见黑板图示：,2020/6/23,低频电子线路,56,典型的专业滤波器,巴特沃思滤波器 契比雪夫滤波器 贝塞尔滤波器 椭圆滤波器 -。,2020/6/23,低频电子线路,57,各种低通滤波器特性比较,图 各种低通滤波器特性比较,2020/6/23,低频电子线路,58,滤波器的主要参数,（1）f0（0） 带通或带阻滤波器的中心频率 （2） fH或fL （ 0 或0） 上限或下限截止频率 （3）通频带 BW BW = fHfL （4）矩形系数,2020/6/23,低频电子线路,59,矩形系数,希望 Kf = 1。,0,f,Au,2020/6/23,低频电子线路,60,（2）有源滤波器分析,以下对各种滤波器进行分析。,图 运放作为有限增益放大器的有源滤波器电路 (a)滤波器的一般电路；（b）滤波器一般电路的简化电路,2020/6/23,低频电子线路,61,一阶低通有源滤波器（LPF),图 一阶低通滤波器,u0,ui,Rf,R1,R,c,RL,2020/6/23,低频电子线路,62,表达式,其中,2020/6/23,低频电子线路,63,二阶有源低通滤波器(LPF),是由两节RC低通 组成。,2020/6/23,低频电子线路,64,二阶低通有源滤波器,图 二阶有源低通滤波器,2020/6/23,低频电子线路,65,表达式,2020/6/23,低频电子线路,66,二阶高通有源滤波器(HPF),二阶低通有源滤波器的R和C互换位置，即可得到二阶高通有源滤波器。 自己画画电路看。,2020/6/23,低频电子线路,67,表达式,2020/6/23,低频电子线路,68,二阶有源带通滤波器(BPF),有源带通滤波器是由一个无源RC高通网络和一个无源RC低通网络级联而组成的有源滤波器。,2020/6/23,低频电子线路,69,带通滤波器（BPF）,电路框图,LP,HP,2020/6/23,低频电子线路,70,二阶有源带通滤波器电路图,图 二阶有源带通滤波器电路,2020/6/23,低频电子线路,71,表达式,2020/6/23,低频电子线路,72,分析,不影响中心频率 f0 的情况下改变 Rf2和Rf1 ,可改变通频带的宽度。 Q值越高，则选择性越好，但通频带越窄。,2020/6/23,低频电子线路,73,带通滤波器频率特性,图 带通滤波器 (b)幅频特性；(c)调节R2,幅频特性移动,2020/6/23,低频电子线路,74,带阻滤波器（BRF）,带阻滤波器 是由一个无源RC高通网络和一个无源RC低通网络并联 而组成的有源滤波器。,2020/6/23,低频电子线路,75,带阻滤波器(BRF),电路框图,LP,HP,2020/6/23,低频电子线路,76,双T