9信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路9.1濾波電路的基本概念與分類9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件9.2一階有源濾波電路9.6RC正弦波振蕩電路9.7LC正弦波振蕩電路9.8非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路主要內(nèi)容：9.1濾波電路的基本概念與分類1.基本概念濾波器：是一種能使有用頻率信號(hào)通過(guò)而同時(shí)抑制或衰減無(wú)用頻率信號(hào)的電子裝置。有源濾波器：由有源器件構(gòu)成的濾波器。濾波電路傳遞函數(shù)定義時(shí)，有其中——

模，幅頻響應(yīng)——

相位角，相頻響應(yīng)9.1濾波電路的基本概念與分類2.分類低通（LPF）高通（HPF）帶通（BPF）帶阻（BEF）全通（APF）9.2一階有源濾波電路1.低通濾波電路傳遞函數(shù)其中特征角頻率故，幅頻相應(yīng)為同相比例放大系數(shù)9.2一階有源濾波電路2.高通濾波電路

將如圖低通電路中的R和C交換位置便構(gòu)成高通濾波電路。一、正弦波振蕩的條件和電路的組成1.正弦波振蕩的條件無(wú)外加信號(hào)，輸出一定頻率一定幅值的信號(hào)。在正弦波振蕩電路中引入的是正反饋，且振蕩頻率可控。在電擾動(dòng)（如通電瞬間）下，對(duì)于某一特定頻率f0的信號(hào)形成正反饋：

由于半導(dǎo)體器件的非線性特性及供電電源的限制，最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，穩(wěn)定在一定的幅值。9.5正弦波振蕩電路的振蕩條件1.正弦波振蕩的條件

一旦產(chǎn)生穩(wěn)定的振蕩，則電路的輸出量為：幅值平衡條件相位平衡條件起振條件：

要產(chǎn)生正弦波振蕩，必須有滿足相位條件的f0，且在合閘通電時(shí)，對(duì)于f=f0信號(hào)能夠有從小到大，直至平衡在一定幅值。所以電路的起振條件為：起振條件2.

起振和穩(wěn)幅

當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，非線性元件就要限制它繼續(xù)增加。

穩(wěn)幅的作用就是，當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，使振幅平衡條件從回到

起振過(guò)程穩(wěn)定振蕩3.

振蕩電路基本組成部分1)放大電路：放大作用2)正反饋網(wǎng)絡(luò)：滿足相位條件3)選頻網(wǎng)絡(luò)：確定f0，保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：使電路能從

AuF

>1

，過(guò)渡到

AuF

=1，從而達(dá)到穩(wěn)幅振蕩。1)是否存在主要組成部分；2)放大電路能否正常工作，即是否有合適的Q點(diǎn)，信號(hào)是否可能正常傳遞，即沒(méi)有被短路或斷路；3)是否滿足相位條件，即是否存在f0，是否可能振蕩

；4)是否滿足幅值條件。常合二為一4.分析方法相位條件的判斷方法：瞬時(shí)極性法

斷開(kāi)反饋，在斷開(kāi)處給放大電路加f=f0的信號(hào)Ui，且規(guī)定其極性，然后根據(jù)

Ui的極性→Uo的極性→Uf的極性若Uf與Ui極性相同，則電路可能產(chǎn)生自激振蕩；否則電路不可能產(chǎn)生自激振蕩。

在多數(shù)正弦波振蕩電路中，輸出量、凈輸入量和反饋量均為電壓量。5.正弦波振蕩電路分類常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件分類。1)RC正弦波振蕩電路：f0在1兆赫以下2)LC正弦波振蕩電路：f0在幾百千赫～幾百兆赫3)石英晶體正弦波振蕩電路：具有非常穩(wěn)定的固有頻率；對(duì)于振蕩頻率的穩(wěn)定性要求高的電路常采用。9.6RC正弦波振蕩電路1.

電路組成2.

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性3.

振蕩電路工作原理4.

穩(wěn)幅措施1.

電路組成反饋網(wǎng)絡(luò)兼做選頻網(wǎng)絡(luò)。RC橋式振蕩電路（文氏橋振蕩器）Rf為負(fù)反饋RC串并網(wǎng)絡(luò)為正反饋網(wǎng)絡(luò)輸入電壓同相比例放大采用同相比例運(yùn)算電路作放大電路。

以RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)為選頻網(wǎng)絡(luò)和正反饋網(wǎng)絡(luò)、并引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋（以滿足輸入電阻大、輸出電阻小的要求），兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成橋路，即構(gòu)成文氏橋振蕩器。Rf為負(fù)反饋RC串并網(wǎng)絡(luò)為正反饋網(wǎng)絡(luò)輸入電壓當(dāng)f=f0時(shí)，不但

F=0，且最大，為1/3。2.

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性

為滿足振蕩電路的起振條件：應(yīng)為RC串并聯(lián)網(wǎng)路配一個(gè)電壓放大倍數(shù)略大于3、輸入電阻趨于無(wú)窮大、輸出電阻趨于0的放大電路。減小放大電路對(duì)選頻特性的影響，使振蕩頻率僅取決于選頻電路。當(dāng)f=f0時(shí)，不但

F=0，且最大，為1/3。起振條件：電壓串聯(lián)負(fù)反饋采用非線性元件實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅4.

穩(wěn)幅措施熱敏元件熱敏電阻起振時(shí)，即熱敏電阻的作用穩(wěn)幅討論：判斷圖示電路有可能產(chǎn)生正弦波振蕩嗎？RC移項(xiàng)式電路1)RC移相電路有三級(jí)才可能產(chǎn)生正弦波振蕩。2)若R和C互換，則成為滯后網(wǎng)絡(luò)。共射放大電路仍需要三級(jí)，其滿足相位條件。9.7LC正弦波振蕩電路9.7.2變壓器反饋式LC振蕩電路9.7.3三點(diǎn)式LC振蕩電路9.7.4石英晶體振蕩電路9.7.1LC選頻放大電路

1.

LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性

理想LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在諧振時(shí)呈純阻性，且阻抗無(wú)窮大。諧振頻率為實(shí)際的LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)是有損耗的，在損耗較小時(shí)，品質(zhì)因數(shù)及諧振頻率損耗9.7.1LC選頻放大電路

根據(jù)引入電路正反饋方式不同，電路分為三種形式。LC選頻正弦波振蕩電路

當(dāng)f=f0時(shí)，電壓放大倍數(shù)的數(shù)值最大。共射或共基放大LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)在諧振時(shí)呈純阻性，且阻抗無(wú)窮大。變壓器反饋式；電感反饋式；電容反饋式。2.變壓器反饋式電路本電路的特點(diǎn)：易振，波形較好；耦合不緊密，損耗大，頻率穩(wěn)定性不高。分析電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的步驟：1)是否存在放大電路2)是否存在選頻網(wǎng)絡(luò)3)是否滿足相位條件（正反饋）為使N1、N2耦合緊密，將它們合二為一，組成電感反饋式電路。必須有合適的同名端！只要參數(shù)選的合適，電路就可以滿足幅值條件。3.電感反饋式電路反饋電壓取自哪個(gè)線圈？

電感的三個(gè)抽頭分別接晶體管的三個(gè)極，故稱之為電感三點(diǎn)式電路。交流通路：3.電感反饋式電路電路特點(diǎn)：耦合緊密，易振，振幅大，C用可調(diào)電容可獲得較寬范圍的振蕩頻率。波形較差，常含有高次諧波。

由于電感對(duì)高頻信號(hào)呈現(xiàn)較大的電抗，故波形中含高次諧波，為使振蕩波形好，采用電容反饋式電路。4.電容反饋式（電容三點(diǎn)式）電路電路特點(diǎn)：波形好，振蕩頻率調(diào)整范圍小，適于頻率固定的場(chǎng)合。

電容的三個(gè)抽頭分別接晶體管的三個(gè)極，故稱之為電容三點(diǎn)式電路。例題：如圖電路，Cb為旁路電容，C1為耦合電容，對(duì)交流均可視為短路，為使電路可能產(chǎn)生正弦波振蕩，標(biāo)出變壓器原副邊的同名端。共基電路例題：改錯(cuò)，使電路有可能產(chǎn)生正弦波振蕩。同名端對(duì)嗎？放大電路能放大嗎？各電容的作用？在直流電路中，電感相當(dāng)于短路，電容相當(dāng)于開(kāi)路.練習(xí)：“判振”時(shí)的注意事項(xiàng)：1.放大電路必須能夠正常工作，放大電路的基本接法；2.斷開(kāi)反饋，在斷開(kāi)處加f=f0的輸入電壓；3.找出在哪個(gè)元件上獲得反饋電壓，是否能取代輸入電壓。判斷以下兩個(gè)電路能否震蕩？若不能請(qǐng)改正。在直流電路中，集電極和發(fā)射極短路，電路不可能工作在放大區(qū)?？梢哉鹗?.7.4石英晶體振蕩電路1.石英晶體的基本特性與等效電路結(jié)構(gòu)如圖：極板間加電場(chǎng)極板間加機(jī)械力晶體機(jī)械變形晶體產(chǎn)生電場(chǎng)稱之為壓電效應(yīng)。交變電壓機(jī)械振動(dòng)交變電壓機(jī)械振動(dòng)的固有頻率與晶片尺寸有關(guān)，穩(wěn)定性非常高。等效電路：A.串聯(lián)諧振由于很小，晶體等效阻抗近似為純阻性。9.7.4石英晶體振蕩電路（a）代表符號(hào)（b）電路模型（c）電抗-頻率響應(yīng)特性容性感性阻性當(dāng)RLC支路發(fā)生諧振時(shí)，諧振頻率為2.石英晶體的基本特性與等效電路B.并聯(lián)諧振通常所以容性感性阻性當(dāng)RLC支路呈現(xiàn)感性時(shí)，與發(fā)生并聯(lián)諧振，諧振頻率為：9.7.4石英晶體振蕩電路2.石英晶體的基本特性與等效電路實(shí)際晶體產(chǎn)品所給頻率，是外接小電容Cs后的振蕩頻率。Cs應(yīng)比C大。則新的諧振頻率為由此看出調(diào)整3.石英晶體振蕩電路（1）并聯(lián)型晶體振蕩電路所以晶體在電路中起電感作用，如圖電路屬于電容三點(diǎn)式振蕩電路。調(diào)整9.8非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路9.8.2方波產(chǎn)生電路9.8.3鋸齒波產(chǎn)生電路9.8.1電壓比較器單門限電壓比較器遲滯比較器集成電壓比較器9.8.1電壓比較器特點(diǎn)：1.單門限電壓比較器（1）過(guò)零比較器開(kāi)環(huán)，具有很高的開(kāi)環(huán)增益。vI>0時(shí)，vOmax=VOH=+VCCvI<0時(shí)，vOmax=VOL=-VEE（過(guò)零比較器）運(yùn)算放大器工作在非線性狀態(tài)下電壓傳輸特性9.8.1電壓比較器特點(diǎn)：1.單門限電壓比較器（1）過(guò)零比較器開(kāi)環(huán)增益A0大于105

輸入為正負(fù)對(duì)稱的正弦波時(shí)，輸出則為方波。9.8.1電壓比較器1.單門限電壓比較器（2）門限電壓不為零的比較器電壓傳輸特性（門限電壓為VREF）如果輸入端兩者換位，則傳輸特性如圖虛線所示。9.8.1電壓比較器1.單門限電壓比較器（2）門限電壓不為零的比較器（門限電壓為VREF）(a)VREF＝0時(shí)(b)VREF＝2V時(shí)

(c)VREF＝－4V時(shí)

設(shè)

vI為峰值6V的三角波，且±VCC＝±12V，運(yùn)放為理想器件。解：例：圖示為另一種形式的單門限電壓比較器，試求出其門限電壓(閾值電壓)VT，畫(huà)出其電壓傳輸特性。設(shè)運(yùn)放輸出的高、低電平分別為VOH和VOL。

利用疊加原理可得理想情況下，輸出電壓發(fā)生跳變時(shí)對(duì)應(yīng)的vP＝vN＝0，即門限電壓電壓傳輸特性單門限比較器的抗干擾能力應(yīng)為高電平錯(cuò)誤電平應(yīng)為高電平，但圖中出現(xiàn)時(shí)高時(shí)低。9.8.1電壓比較器2.遲滯比較器（1）電路組成（2）門限電壓門限電壓上門限電壓下門限電壓回差電壓9.8.1電壓比較器2.遲滯比較器（3）傳輸特性通過(guò)上述幾種電壓比較器的分析，可得出如下結(jié)論：（1）用于電壓比較器的運(yùn)放，通常工作在開(kāi)環(huán)或正反饋狀態(tài)和非線性區(qū)，其輸出電壓只有高電平VOH和低電VOL兩種情況。（2）一般用電壓傳輸特性來(lái)描述輸出電壓與輸入電壓的函數(shù)關(guān)系。（3）電壓傳輸特性的關(guān)鍵要素輸出電壓的高電平VOH和低電平VOL

門限電壓輸出電壓的跳變方向令vP＝vN所求出的vI就是門限電壓vI等于門限電壓時(shí)輸出電壓發(fā)生跳變跳變方向取決于是同相輸入方式還是反相輸入方式9.8.1電壓比較器3.集成電壓比較器集成電壓比較器與集成運(yùn)算放大器比較：開(kāi)環(huán)增益低、失調(diào)電壓大、共模抑制比小，靈敏度往往不如用集成運(yùn)放構(gòu)成的比較器高。

但集成電壓比較器中無(wú)頻率補(bǔ)償電容，因此轉(zhuǎn)換速率高，改變輸出狀態(tài)的典型響應(yīng)時(shí)間是30～200ns。

相同條件下741集成運(yùn)算放大器的響應(yīng)時(shí)間為30s左右。9.8.2方波產(chǎn)生電路1.電路組成（多諧振蕩電路）穩(wěn)壓管雙向限幅輸出飽和電壓：反饋系數(shù)：積分電路基本電路帶限幅電路9.8.2方波產(chǎn)生電路2.工作原理

由于遲滯比較器中正反饋的作用，電源接通后瞬間，輸出便進(jìn)入飽和狀態(tài)。假設(shè)為正向飽和狀態(tài)：即電壓比較器同相端電壓為：反相端電壓由C上電壓定，充電電流如圖，當(dāng)vc電壓達(dá)到時(shí)，輸出電壓反轉(zhuǎn)為。然后，通過(guò)Rf再放電，電流如圖。直到vc達(dá)到時(shí)，輸出再反轉(zhuǎn)。1.正弦波振蕩電路的條件和判斷。2.電壓比較器的傳輸