9 9 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路9.1 9.1 滤波电路的基本概念与分类滤波电路的基本概念与分类9.2 9.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路9.3 9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路* *9.4 9.4 开关电容滤波器开关电容滤波器9.5 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9.6 RC9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路9.7 LC9.7 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路9.8 9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路补充：电子信息系统框图补充：电子信息系统框图电子信息系统传感器传感器接收器接收器隔离、滤隔离、滤波、放大波、放大运算、转运算、转换、比较换、比较功放功放执行机构执行机构第七章第七章 第九章第九章第八章第八章信号的产生信号的产生A/D转换转换电子信息系统电子信息系统的供电电源的供电电源第十章第十章复习复习1. 滤波电路的功能 使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。2. 滤波电路的种类低通滤波器（低通滤波器（LPF）通带放大倍数通带放大倍数通带截止频率通带截止频率下降速率下降速率理想幅频特性理想幅频特性无过渡带无过渡带用幅频特性描述滤波特性，要研究用幅频特性描述滤波特性，要研究 、 ( fP、下降速率、下降速率)。复习复习高通滤波器（高通滤波器（HPF）带通滤波器（带通滤波器（BPF）带阻滤波器（带阻滤波器（BEF）全通滤波器（全通滤波器（APF）3、理想滤波器的幅频特性阻容耦合阻容耦合通信电路通信电路抗已知频率的干扰抗已知频率的干扰f-转换转换补充：补充：运算电路与有源滤波器的比较运算电路与有源滤波器的比较相同之处相同之处电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在线性区。线性区。均具有均具有“虚短虚短”和和“虚断虚断”的特点，均可用节点电的特点，均可用节点电流法求解电路。流法求解电路。不同之处不同之处运算电路研究的是运算电路研究的是时域问题时域问题，有源滤波电路研究的，有源滤波电路研究的是是频域问题频域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变；测试时，前者是在输入信号频率不变或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅值的关系，后者是在输入电压幅值不变的情况下测值的关系，后者是在输入电压幅值不变的情况下测量输出电压幅值与输入电压频率的关系。量输出电压幅值与输入电压频率的关系。运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述滤波特性。滤波特性。补充：无源滤波器补充：无源滤波器 无源滤波器（即仅由无源滤波器（即仅由R、L、C等元件组成而无放大器的滤波器）等元件组成而无放大器的滤波器）补充：理想滤波器补充：理想滤波器 理想滤波器的传递函数：理想滤波器的传递函数： n的阶次即滤波器的阶次，阶次越高，越逼近理想。的阶次即滤波器的阶次，阶次越高，越逼近理想。分子分母都可以分解为若干个二次多项式（和一个一分子分母都可以分解为若干个二次多项式（和一个一次多项式次多项式， n为奇数）之积的形式。所以，只要会设为奇数）之积的形式。所以，只要会设计一阶、二阶滤波器，串联起来就是多阶滤波器。计一阶、二阶滤波器，串联起来就是多阶滤波器。补充：二阶滤波器的通式补充：二阶滤波器的通式 其中其中Q为品质因数；为品质因数；=1/ Q称为阻尼系数；称为阻尼系数；n为特征角频率，对于带通和带阻滤波器是为特征角频率，对于带通和带阻滤波器是中心频率；中心频率； Avp是通带增益。是通带增益。对于实际频率来说对于实际频率来说S=S=j。对于低通、高通，其通式很容易理解。对于低通、高通，其通式很容易理解。对于带通和带阻：对于带通和带阻：Q=Q=0 0/B/B f0f0补充：按滤波器性能分类补充：按滤波器性能分类按滤波性能分类，滤波器又可分为：按滤波性能分类，滤波器又可分为：补充：按滤波器性能分类补充：按滤波器性能分类补充：按滤波器性能分类补充：按滤波器性能分类补充：关于补充：关于Q与通频带宽度的关系与通频带宽度的关系f0补充：关于补充：关于Q与通频带宽度的关系与通频带宽度的关系补充：关于补充：关于Q与通频带宽度的关系与通频带宽度的关系补充补充在实际应用中滤波器的问题分为在实际应用中滤波器的问题分为“分析分析”与与“设计设计”分析时，根据电路求出传递函数，归纳为分析时，根据电路求出传递函数，归纳为“通式通式”的形式。与标准的形式。与标准“通式通式”对比，便可知是哪种滤波对比，便可知是哪种滤波器（低通？器（低通？?)；通带增益是多少；特征频率是多；通带增益是多少；特征频率是多少；是哪种性能（巴特沃思？少；是哪种性能（巴特沃思？?)设计时，先选中滤波器电路形式（无限增益多路反设计时，先选中滤波器电路形式（无限增益多路反馈型？馈型？?)，再选电容器参数，然后根据再选电容器参数，然后根据 题目要求题目要求的的 参数，依其公式便可设计出其它电路参数，依其公式便可设计出其它电路参数。参数。例题分析例题分析例题分析例题分析滤波器设计：滤波器设计：1、电容的选取、电容的选取2、由、由 取取 R3=R4=R 则可由设计要求的则可由设计要求的fn选取选取 C ，并求得，并求得R； 再由设计要求的再由设计要求的Avp求得求得R1；由设计要求的；由设计要求的Q求得求得R2。由上面的公式可以看出，调整由上面的公式可以看出，调整C，可以单独调整，可以单独调整fn，对对Avp和和Q无引响；调整无引响；调整R1可以单独调整可以单独调整 Avp ；调整；调整R2可以单独调整可以单独调整 Q。这是该类滤波器的优点。这是该类滤波器的优点。fc(Hz)11010102102103103104104105105106C201F10.1F0.10.01F104103pF103102 pF10210 pF作业作业证明如图所示电路为带通滤波器。设计这个滤证明如图所示电路为带通滤波器。设计这个滤波器，使其中心频率为波器，使其中心频率为1KHz，通频带宽度为，通频带宽度为100Hz，通带内放大倍数为，通带内放大倍数为10。要求计算出各。要求计算出各个电阻与电容参数。图中运放选用个电阻与电容参数。图中运放选用A741是否是否可行可行?为什么为什么?9 9 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路9.1 9.1 滤波电路的基本概念与分类滤波电路的基本概念与分类9.2 9.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路9.3 9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路* *9.4 9.4 开关电容滤波器开关电容滤波器9.5 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9.6 RC9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路9.7 LC9.7 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路9.8 9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路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正反反馈馈放放大大电路框图电路框图（注注意意与与负负反反馈馈方方框框图图的差别）的差别）1. 振荡条件振荡条件若环路增益若环路增益则则去掉去掉仍有稳定的输出。仍有稳定的输出。又又所以振荡条件为所以振荡条件为振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件起振条件起振条件 2. 起振和稳幅起振和稳幅 # 振振荡荡电电路路是是单单口口网网络络，无无须须输输入入信信号号就就能能起起振振，起起振振的的信号源来自何处？信号源来自何处？电路器件内部噪声以及电源接通扰动电路器件内部噪声以及电源接通扰动 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，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 0的的噪噪声声信信号号被被放大，成为振荡电路的输出信号。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4放大电路（包括负反馈放大电路）放大电路（包括负反馈放大电路） 3. 振荡电路基本组成部分振荡电路基本组成部分4反馈网络（构成正反馈的）反馈网络（构成正反馈的）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串并联选频网络的选频特性性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5. 移相式正弦波振荡电路移相式正弦波振荡电路1. 电路组成电路组成反反馈馈网网络络兼兼做做选选频频网络网络RC桥式振荡电路桥式振荡电路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反馈系数反馈系数幅频响应幅频响应又又且令且令则则相频响应相频响应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3. 振荡电路工作原理振荡电路工作原理此时若放大电路的电压增益为此时若放大电路的电压增益为 断断开开环环路路某某一一点点，用用瞬瞬时时极极性性法法判判断断可可知知，电电路路满满足足相位平衡条件：相位平衡条件：则振荡电路满足振幅平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件当当时，时，(+)Av电路可以输出频率为电路可以输出频率为 的正弦波的正弦波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4. 稳幅措施稳幅措施4. 稳幅措施稳幅措施采用非线性元件采用非线性元件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4. 稳幅措施稳幅措施采用非线性元件采用非线性元件4场效应管（场效应管（JFET）稳幅原理稳幅原理稳幅稳幅整流滤波整流滤波T 为压控电阻为压控电阻可变电阻区，可变电阻区，斜率随斜率随v vGSGS不同不同而变化而变化4. 稳幅措施稳幅措施采用非线性元件采用非线性元件采用非线性元件采用非线性元件44二极管二极管二极管二极管稳幅原理稳幅原理稳幅原理稳幅原理稳幅稳幅稳幅稳幅起振时起振时起振时起振时稳幅环节稳幅环节讨论讨论1)是否可用共射放大电路？是否可用共射放大电路？2)是否可用共集放大电路？是否可用共集放大电路？3)是否可用共基放大电路？是否可用共基放大电路？4)是否可用两级共射放大电路？是否可用两级共射放大电路？ 应为应为RC 串并联网路配一个电压放大倍数略大于串并联网路配一个电压放大倍数略大于3、输入电、输入电阻趋于无穷大、输出电阻趋于阻趋于无穷大、输出电阻趋于0的放大电路。的放大电路。不符合相位条件不符合相位条件不符合幅值条件不符合幅值条件输入电阻小、输出输入电阻小、输出电阻大，影响电阻大，影响f0 可引入电压串联负反馈，使可引入电压串联负反馈，使电压放大倍数大于电压放大倍数大于3，且，且Ri大、大、Ro小，对小，对f0影响小影响小