信号处理与产生电路.ppt

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1、1,章目录,第1章 绪论,第2章 半导体二极管及其应用电路,第3章 半导体三极管及其放大电路基础,第4章 多级放大电路及模拟集成电路基础,第5章 信号运算电路,第6章 负反馈放大电路,第7章 信号处理与产生电路,第8章 场效应管及其放大电路,第9章 功率放大电路,第10章 集成运算放大器,第11章 直流电源,模拟电子技术基础,2,1.应用分类,按功能分类,按工作区域分类,线性应用,非线性应用 电压比较器,集成运放应用概述,7 信号处理与产生电路,7.2 开关电容滤波器,7.4 正弦波振荡电路的基本概念,7.7 非正弦波产生电路,7.1 有源滤波器,7.3 电压比较器,7.5 RC正弦波振荡电路

2、,7.8 单片集成函数发生器8038简介,7.6 LC正弦波振荡电路,*,*,4,7.3、7.7,7.3 电压比较器,7.3.1 单门限电压比较器,7.3.2 迟滞比较器,7.3.3 集成电压比较器,7.7 非正弦波产生电路,7.7.1 矩形波产生电路,7.7.2 锯齿波及三角波产生电路,开环,负反馈,正反馈,迟滞+RC积分,5,7.3.1 单门限电压比较器,特点：开环，,运放工作在非线性状态下,工作原理：,输出电压处于线性区域(过渡)，,灵敏度或比较误差(可忽略，即虚短),常见电路,门限电压Vth(Crossover voltage),输出vO翻转时对应的临界输入电压(单门限，利用虚短可求解

3、),7.3 电压比较器,6,同相比较器,反相比较器,同相过零比较器(Zero-Crossing Detector),反相过零比较器,分析任务及方法,求传输特性,方向,输出电平VOH、VOL,门限电压Vth(Crossover voltage),同相和反相,Vom(运放线性范围=VCC-VCES),Vom=VCC(忽略饱和压降),Vom=VZ(稳压电路，例题),输出vO翻转时对应的临界输入电压,当vP vN 时状态翻转，此瞬间可用虚短、虚断,常见电路,7.3.1 单门限电压比较器,7.3 电压比较器,7,分析举例1,设运放是理想的，且VREF=-1V,VZ=5V，试求门限电压Vth，画出传输特性

4、,解:,利用虚短、虚断,画传输特性,+5V,vI接到反相端 反相电压比较器,求门限电压Vth,5V,由稳压管限幅电路：VO VZ=5V。,1V,限流电阻,8,分析举例2,画传输特性,解：,(1)A1,A2开环单门限比较器,(2)D1,D2和三极管或非门逻辑电路,则 D1,D2和三极管都截止,则 D1,D2有1个导通三极管Je正偏,所以,三极管饱和 vO=0V,窗口比较器,9,比较器的应用,基本应用,波形整形,同相比较器,反相比较器,获取周期T 过零比较器,判断电压大小，例如安全监控等,已知电路和输入波形，画输出波形。,7.3.1 单门限电压比较器,7.3 电压比较器,10,比较器的应用,单门限

5、电压比较器虽然有电路简单、灵敏度高等特点，但其抗干扰能力差。,路灯自动控制,7.3.1 单门限电压比较器,7.3 电压比较器,正确动作,错误动作,路灯亮,路灯灭,11,7.3、7.7,7.3 电压比较器,7.3.1 单门限电压比较器,7.3.2 迟滞比较器,7.3.3 集成电压比较器,7.7 非正弦波产生电路,7.7.1 矩形波产生电路,7.7.2 锯齿波及三角波产生电路,开环,负反馈,正反馈,迟滞+RC积分,12,特点：单门限比较器正反馈,工作原理：,所以，vI与vF的关系为：,vI最大（vI+6V）,vI居中（-6V vI+6V）,vI最小（vI-6V）,VO=-12V,保持原状态不变,V

6、O=+12V,传输特性右移2V,7.3.2 迟滞比较器,7.3 电压比较器,求电压传输特性：形状、输出电压不变，求Vth,显然在非线性状态，输出只有2种状态,由虚短 虚断,13,分析举例1,试求门限电压，画出传输特性和图c所示输入信号下的输出电压波形。,解：,（1）门限电压,（3）输出电压波形,（2）传输特性,反相迟滞比较器,如果起点在2个门限之间，则假定1个状态,14,单门限电压比较器,同相迟滞比较器,反相迟滞比较器,通过上述分析，可得出如下结论：,(1)电路结构：开环或正反馈,(3)电压传输特性：描述输出电压与输入电压的函数关系。,(4)电压传输特性的关键要素 输出电压的VOH和VOL 门

7、限电压 输出电压的跳变方向,令vP vN所求出的vI 就是门限电压 vI 等于门限电压时VO发生跳变跳变方向取决于是同相输入还是反相输入方式,(2)电压比较器中的运放工作在非线性区，其vO只有高电平VOH和低电平VOL两种情况。,7.3.2 迟滞比较器,7.3 电压比较器,15,7.3、7.7,7.3 电压比较器,7.3.1 单门限电压比较器,7.3.2 迟滞比较器,7.3.3 集成电压比较器,7.7 非正弦波产生电路,7.7.1 矩形波产生电路,7.7.2 锯齿波及三角波产生电路,开环,负反馈,正反馈,迟滞+RC积分,16,概述,7.7 非正弦波产生电路,1.常见的非正弦波,矩形波,三角波,

8、锯齿波,尖顶波,阶梯波,2.信号产生电路的特点 无输入、闭环,3.波形的变换,正弦波,比较,积分,微分,矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。,17,7.3、7.7,7.3 电压比较器,7.3.1 单门限电压比较器,7.3.2 迟滞比较器,7.3.3 集成电压比较器,7.7 非正弦波产生电路,7.7.1 矩形波产生电路,7.7.2 锯齿波及三角波产生电路,开环,负反馈,正反馈,迟滞+RC积分,18,7.7 非正弦波产生电路,7.7.1 矩形波产生电路,1.电路组成,输出无稳态，有两个暂态；若输出为高电平时定义为第一暂态，则输出为低电平为第二暂态。,开关电路：输出只有高电平和低电平两种情

9、况，称为两种状态；因而采用电压比较器。,反馈网络：应引入反馈。在输出为某一状态时孕育翻转成另一状态的条件。,延迟环节：使得两个状态均维持一定的时间，决定振荡频率。利用RC电路实现。,反相迟滞比较器,RC低通积分环节,19,2.工作原理,7.7 非正弦波产生电路,7.7.1 矩形波产生电路,分析方法：断开环路某一点，加入测试信号。突破点：比较器输出端只有两个暂态。设输出为某一暂态，看是否能自动翻转为另一暂态，并能再回到原暂态。,反相迟滞比较器,先求门限电压:,由虚短、虚断：,20,7.7.1 矩形波产生电路,设vO=+VZ（因输出只有两种状态）,vC=0（电容初值）,vO=+VZ,当vC vF时

10、,vO=VZ,当vC vF时,周而复始，形成振荡,2.工作原理,21,3.波形,4.计算周期,问题：能否调整占空比，产生矩形波？,7.7.1 矩形波产生电路,22,5.占空比可变的矩形波产生电路,问题：能否同时产生方波和三角波？,end,7.7.1 矩形波产生电路,23,7.7 非正弦波产生电路,7.7.2 锯齿波及三角波产生电路,电路组成,用积分运算电路可将方波变为三角波,反相迟滞比较器,RC积分,反相积分电路,同相迟滞比较器,分析方法：比较器输出只有两个暂态。设输出为某一暂态，看是否能自动翻转为另一暂态，并能再回到原暂态。,不能振荡！应更换为,24,7.7.2 锯齿波及三角波产生电路,1.

11、电路组成,反相积分电路,反相迟滞比较器,反相积分电路,同相迟滞比较器,习题9.4.9,不能振荡！,可以振荡！,25,习题9.4.9,画出vO1、vO2的波形。求振荡频率；,反相积分电路,同相迟滞比较器,习题38、39,26,习题9.4.9,求振荡频率；画出vO1、vO的波形。,如何调整三角波的幅值和频率？,27,锯齿波发生电路,7.7 非正弦波产生电路,7.7.2 锯齿波及三角波产生电路,28,7.3、7.7,7.3 电压比较器,7.3.1 单门限电压比较器,7.3.2 迟滞比较器,7.3.3 集成电压比较器,7.7 非正弦波产生电路,7.7.1 矩形波产生电路,7.7.2 锯齿波及三角波产生

12、电路,开环,负反馈,正反馈,迟滞+RC积分,29,7.4 正弦波振荡电路的基本概念,7.4.1 正弦波振荡电路的振荡条件,7.4.2 振荡的建立与稳定,7.4.3 正弦波振荡电路的分类与选频网络,7.5 RC正弦波振荡电路,7.5.1 RC桥式正弦波振荡电路,1.电路组成,2.RC串并联选频网络的选频特性,3.振荡电路工作原理,4.稳幅措施,7.5.2 RC移相式正弦波振荡电路,30,7.4.1 正弦波振荡电路的振荡条件,功能：没有输入信号、自动输出正弦波（即自激振荡）。,负反馈,比较环节,闭环增益,振荡条件,正反馈,31,7.4.1 正弦波振荡电路的振荡条件,特点：闭合环路，无输入，有输出。

13、,如何分析？,若环路增益,去掉，闭合环路，,仍有稳定的输出，形成振荡。,振荡平衡条件：,振幅平衡条件,相位平衡条件,2个问题？,如何自行建立振荡（起振）？,如何保证输出信号频率？,应有选频网络（带通）,振荡电路的方框图,32,7.4.2 振荡的建立与稳定,起振原因：,电路器件内部噪声,电源接通时的阶跃,起振条件：,噪声中，满足相位平衡条件的某一频率0的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。,问题？,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。,稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅条件从 回到,稳幅：,33,7.4 正弦波振荡电路的基本概念,7.4

14、.3 正弦波振荡电路的分类与选频网络,用R、C元件组成选频网络。一般用来产生数赫兹到数兆赫兹的低频信号,LC振荡电路,通常，为了保证振荡电路产生出符合要求的单一频率正弦波，要求在AF环路中必须包含一个具有选频特性的网络选频网络。,RC振荡电路,用L、C元件组成选频网络的。主要用来产生数兆赫兹以上的高频信号,综上所述：振荡电路基本组成部分为,放大电路（包括负反馈放大电路）,反馈网络（构成正反馈的）,选频网络（带通滤波器）,稳幅环节（自动调节增益A）,34,Phase-Shift Oscillation(了解),A.Structure,电压跟随器0,反相比例180,辨认电路，定性判断：总相移=0

15、相位平衡条件？,B.Operating,Loop gain,vi,To satisfy T(j)=1：,At this freq.,一般分析方法举例,3个运放总相移=180，则3个RC电路需产生180相移,35,7.5.1 RC桥式正弦波振荡电路,1.电路组成,特点：文氏电桥,分析：,满足相位平衡条件？,构成正反馈？,满足振幅平衡条件？,(+),(+),(+),(+),电压串联负反馈,(+),正反馈？,关键：,RC串并联网络的频率响应 选频特性？,(+),36,2.RC串并联选频网络的选频特性,7.5.1 RC桥式正弦波振荡电路,即分析反馈系数的频率响应,37,2.RC串并联选频网络的选频特性

16、,7.5.1 RC桥式正弦波振荡电路,(a)幅频响应(b)相频响应图7.5.2 RC串、并联网络的频率响应,相移f=0,若,38,3.振荡电路工作原理,7.5.1 RC桥式正弦波振荡电路,满足相位平衡条件？,满足振幅平衡条件？,(+),(+),(+),(+),此时若,则,电路可以输出正弦波，频率为,（频率低于 1 MHz）,只对f0为正反馈,39,4.稳幅措施,7.5.1 RC桥式正弦波振荡电路,稳幅原理：,起振时：AV 3,采用非线性元件,热敏电阻,40,二极管稳幅原理,4.稳幅措施,7.5.1 RC桥式正弦波振荡电路,例7-5-1的电路图（P222）,设D开路，则,AVFV 1，有利于起振

17、！,计算D导通条件（求开路电压）：,D才导通,试定性说明当R2不慎短路时输出电压vO的波形；,试定性说明当R2不慎断开时输出电压vO的波形(并标明振幅)。,41,基本要求,掌握单门限和迟滞电压比较器工作原理，会画电压传输特性掌握产生正弦波振荡的相位平衡条件、幅值平衡条件 掌握RC串并联桥式正弦波振荡电路的工作原理、起振条件、稳幅原理，以及振荡频率的计算 正确理解方波产生电路和锯齿波产生电路的工作原理,7 信号处理与产生电路,42,波形整形,比较器的应用,单门限比较器虽然有电路简单、灵敏度高等特点，但其抗干扰能力差。,7.3.1 单门限电压比较器,43,同相迟滞比较器,反相迟滞比较器,end,44,