电子技术基础模拟部分 高等教育出版社 第九章信号处理与信号产生

9.1 滤波电路的基本概念与分类

9.1 滤波电路的基本概念与分类初步定义传递函数

时有时，有ωj )(j e )j ()j (ω?ωω?=A A )

()j (ω?ω∠=A 滤波电路基础知识

二. 滤波电路的分类和主要参数

越窄表明选频性能越滤波电路基础知识

滤波电路基础知识

e. 全通滤波器( APF )

滤波电路基础知识理想有源

滤波器的频响：

滤波器的用途

成分的干扰滤波过程如图所示成分的干扰。滤波过程如图所示。

9.2 9.2 一阶低通滤波电路一阶低通滤波电路( LPF )

一. 电路构成

RC 环节

一阶低通滤波电路( LPF )

一阶低通滤波电路( LPF )

?通带电压放大倍数

1

2

1R R

A vp +=?通带截止频率f

j j 2s =πω换为将RC

f 1

200=

=πω令A ?传递函数

一阶低通滤波电路( LPF )

过渡带缓慢v A ?

,选频性能差

vp

A ?

lg

20

信号产生电路

9.5 正弦波振荡电路的振荡条件

1.振荡条件

正反馈放大电路框图

（注意与负反馈方框图的差别）

f

i a X X X += 若环路增益1=F A 则， f a X X =去掉， X X 仍有稳定的输出。i o

又f

a f a ????+∠=+∠=AF F A F A

相位平衡条件π

n φφF A 2=+幅度平衡条件

振荡平衡条件:

1

=?

?F A 2.起振和稳幅

起振条件

1

)()(>?ωωF A π

2)()(f a n =+ω?ω?#振荡电路是单口网络振荡电路是单口网络，，无需输入信号就能起振无需输入信号就能起振，，起振

的信号源来自何处的信号源来自何处？？电路器件内部噪声以及电源接通扰动 2. 起振和稳幅

起振的幅度条件是：

?

?3.振荡电路基本组成部分

、放大电路（包括负反馈放大电路）

网络合二为一。）以产生单一频率的正弦波网络合二为。）以产生单频率的正弦波(RC 、LC)4、稳幅环节:

以保证输出端得到不失真的正弦波

1. RC 桥式振荡电路

RC 串并联网络的频率特性

RC 串并联网络的频率特性

RC 串并联网络的频率特性

当f=f 0 时的反1/3,馈系数为1/3 ,且与频率f 0的大小无关小无关。此时的相角

0?F = 0°。

3.振荡电路工作原理

0f =?当1

0=

=ωω时，用瞬时极性法判断可知，

电路满足相位衡条件RC

电路满足相位平衡条件

π

2n =+f a ??3

1f =+=R 4.稳幅措施

热敏电阻

采用非线性元件4热敏元件

起振时R 起振时，

311

f >+=R A V 即

1

>V V F A 热敏电阻的作用

V I ↑o

↑o

↑

功耗 f R ↑温度 f R ↓

阻值 f R

4.稳幅措施

可变电阻区，

4.稳幅措施

采用非线性元件

稳幅环节

4二极管

3

13

2>

′

+

+

=

R

R

A

V

起振时

1

R

并

和

、

是

其中

2

1

3

3

D

D

R

R′

联支路的等效电阻

稳幅原理

V ′R

↑

o

3

=

V

A1

=

F

A稳幅

↓

V

A

↓

3

2. 移相式选频网络和移相式式振荡电路

移相式选频网络:

例9.6.4：移相式正弦波振荡电路正弦波放大电路的分析方法9.7 LC 正弦波振荡电路

1. LC并联回路的基本特性

R: 回路的等效耗损电阻

LC 并联回路的基本特性

LC 并联回路的基本特性c. 谐振电流

LC 并联回路的基本特性回路的频率特性

9.7.1 LC 选频放大电路2. 选频放大电路

9.7.2 变压器反馈式LC 振荡电路（定性分析）电路结构

进入非线性区，波形出现失真，

变压器反馈式正弦振荡器电路图

3. 三点式正弦振荡器

三点式正弦振荡器

三点式正弦振荡器

三点式正弦振荡器X X A A ?

?三点式正弦振荡器

9.7.3 三点式LC 振荡电路

三点式9.7.3 三点式LC 振荡电路

电感三点式振荡电路

19.7.3 三点式LC 振荡电路

3.电容三点式振荡电路

1C C 2

1':C f =

≈

振荡频率9.7.4 石英晶体振荡电路

1.频率稳定问题

9.7.4 石英晶体振荡电路

2.石英晶体的基本特性与等效电路机械振动

交变电压

9.7.4 石英晶体振荡电路

2.石英晶体的基本特性与等效电路（a ）代表符号

（b ）电路模型

（c ）电抗-频率响应特性

9.7.4 石英晶体振荡电路

2.石英晶体的基本特性与等效电路

′ f f =时，9.3.4 二阶有源带阻滤波电路

3.石英晶体振荡电路

9.8 电压比较器功能

集成电压比较器

电压比较器中运放的工作特点

9.8.1 电压比较器

特点：1.单门限电压比较器

开环，特点：开环，

虚短不成立增益A 0大于105运算放大器工作在非线性状态下

-V ≤v ≤+V

9.8.1 电压比较器

特点：1.单门限电压比较器

开环，特点：开环，

虚短不成立增益A 0大于105-V CC ≤v O ≤+V CC

（1）过零比较器

输入为正负对称的正弦波时输出为方波波时，输出为方波。电压传输特性

9.8.1 电压比较器

1.单门限电压比较器

9.8.1 电压比较器

1.单门限电压比较器

（门限电压为V REF 图示为另一种形式的单门限电压比较器，试求出其门限

画出其电压传输特性设运放输出例

电压(阈值电压)V T ，画出其电压传输特性。设运放输出OL 。

例9.8.1 比较器应用

单门限比较器的抗干扰能力

应为高电平

错误电平

9.8.1 电压比较器

2.迟滞比较器为门限电压，

)

( 高电平时，V =

2.迟滞比较器

例

电路如图所示，试求门限电压，画出传输特性和图入信号下的输出电压波形。

1）门限电压通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：（1）用于电压比较器的运放，通常工作在开环或正反馈状态和9.8.2 方波发生电路

方波发生电路是由滞回比较电路和RC 定时电路构成的电路如图所示的，电路如图所示。

方波发生电路工作原理

(1)电源刚接通时,设：

Z O C ,

+=,0=V v v 2

1Z

2P +=R R V

R V 所以电容C 充电，v c 开始升高；(2)当v c =V N ≥V P 时，v o =-V Z ，R 所以：

Z 2P -

=V V (3)当v =V ≤V 时，2

1+R R c N p

方波发生电路输出波形

方波周期Ｔ用过渡过程公式可以方便地求出：

22

R )1ln(21

f R C R T +

=其中t t f C R τ=其中：

12

Z t t c V

R v +=

2

=1Z

t c

V v R R -==21∞

t []

-方波发生电路波形周期计算

-=T

21

22t t C

R t --e R -=(-V f

Δ2)1ln(22

f R C R T +

=t 1

t 2

Z Z c R

)

e )(V +R R (V v 2111

R Z V +R R +2

12其中T 211≤≤t t -t =t Δt t ，且其中：

T

Z

c V

+R R R =v 212-2=

t Δ时，当-T 方波发生电路改进—占空比可调的矩形波电路

为了改变输出方波的占空比，应改变电容器C 的充电和放

电时间常数。

占空比可调的矩形波电路如图

波电路如图。C 充电时，充电电流经

电位器的上半部、二极管D 1、R f ；

C 放电时，放电电流经R f 、二极管

D 2、电位器的下半部。

下半部矩形波电路的占空比可调

占空比为：

其中，是电位器中点

到上端电阻'

w R %100%100×=×到上端电阻，是二极管D 1的导通电阻。

1d r 2

1+ττT

'=()C

R r R f 1d w 1++τC

R r R R '++?=τ()f 2d w w 2其中，

是二极管D 2的导通电阻即改变2d r 的导通电阻。即改变

的中点位置，占空比就可改变w R 改变。

9.8.2 三角波方波发生电路

三角波发生器的电路如图所示。它是由滞回比较器和

积分器闭环组合而成的。积分器的输出反馈给滞回比较器，作为滞回比较器的输入电压V I 。

1. 三角波方波发生电路工作原理

(1)当v O1=+V Z 时,则电容C 充电, 同时v O 按线性逐渐下降，当使A 1的V P 时略低于V N (0)时，v O1从+V Z 跳变为-V Z 。

R 1

2v R v V +=

2. 三角波方波发生电路输出波形峰值

输出峰值R R 12R N

O o V v R R v R R V =+++=12

121P 要使Z

2

1m o V R V =Z V R R

V 21O ±= 3. 三角波方波发生电路输出波形周期

振荡周期：

m

o 2

/Z

21

V dt V T =4C

R R V 0

4R C

∫2

1

4Z m o 44R V C R T ==4. 三角波方波发生电路改进—锯齿波发生电路

为了获得锯齿波，应改变积分器的充放电时间常数。锯锯齿波电路的输出波形

锯齿波周期可以根据时间常数和锯齿波的幅值求得。锯齿波的幅值为：

v = V o1m z v om = V z R 1/R 2于是有：

1

z

2=

V R T V z

22R RC

22R R 波形变换电路

作业

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