9-1、信号处理与信号产生电路.ppt

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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9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路*9.4 开关电容滤波器开关电容滤波器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9.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路9.7 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路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1.基本概念基本概念滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无 用频率信号的电子装置。用频率信号的电子装置。有源滤波器：由有源器

2、件构成的滤波器。有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。滤波电路传递函数定义滤波电路传递函数定义时，有时，有其中其中 模，幅频响应模，幅频响应 相位角，相频响应相位角，相频响应群时延响应群时延响应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2.分类分类低通（低通（LPF）高通（高通（HPF）带通（带通（BPF）带阻（带阻（BEF）全通（全通（APF）9.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路1.低通滤波电路低通滤波电路传递函数传递函数其中其中特征角频率特征角频率故，幅频相应为故，幅频相应为同相比例同相比例放大系数放大系数(c)(b)(a)&19.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路2.高

3、通滤波电路高通滤波电路 一一阶阶有有源源滤滤波波电电路路通通带带外外衰衰减减速速率率慢慢（-20dB/十十倍倍频频程程），与与理理想想情情况况相相差差较较远远。一一般般用用在在对对滤滤波波要要求不高的场合。求不高的场合。低通电路中的低通电路中的R和和C交换交换位置便构成高通滤波电路位置便构成高通滤波电路9.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路9.3.2 有源高通滤波电路有源高通滤波电路9.3.3 有源带通滤波电路有源带通滤波电路9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路9.3.1 有源低通滤波电路有源低通滤波电路9.3.1 有源低通滤波电路有源低通滤波电路1.二阶有源低通滤波电路二阶

4、有源低通滤波电路2.传递函数传递函数对于滤波电路，有对于滤波电路，有得滤波电路传递函数得滤波电路传递函数（二阶）（二阶）（同相比例）（同相比例）（a）（b）2.传递函数传递函数令令称为称为通带增益通带增益称为称为特征角频率特征角频率称为称为等效品质因数等效品质因数则则滤波电路才能稳定工作。滤波电路才能稳定工作。注意：注意：&12.传递函数传递函数用用 代入，可得传递函数的频率响应：代入，可得传递函数的频率响应：归一化的幅频响应：归一化的幅频响应：相频响应：相频响应：低通滤波电路的特性：=0时，|A(j)|=A0=时，|A(j)|03.幅频响应幅频响应归一化的幅归一化的幅频响应曲线频响应曲线图9

5、.3.24.n阶巴特沃斯传递函数阶巴特沃斯传递函数 不讲不讲传递函数为传递函数为式式中中n为为阶阶滤滤波波电电路路阶阶数数，c为为3dB载载止止角角频频率率，A0为为通通带带电电压增益。压增益。9.3.2 有源高通滤波电路有源高通滤波电路1.二阶高通滤波电路二阶高通滤波电路 将将低低通通电电路路中中的的电电容容和和电电阻阻对对换换，便便成成为为高通电路。高通电路。传递函数传递函数归一化的幅频响应：归一化的幅频响应：图9.3.72.巴特沃斯传递函数及其归一化幅频响应巴特沃斯传递函数及其归一化幅频响应归一化幅频响应归一化幅频响应图9.3.8例:带通滤波电路如图所示，要求电路的中心频率 f0=1kH

6、z，通带宽度 BW=100Hz，试计算和选择该电路的电容和电阻值。解：选择 C=0.01F,则有 考虑到BW=f0/Q和Q=1/(3-AVF)故有：从工程实践考虑，与运放两输入端相连的外接电阻必须满足平衡条件，即Rf|R1=R3=2R=31.83k,这样和Rf=1.9R1联合求解，得R1=48.58 k,Rf=92.3 k考虑到滤波电路的性能对元件的误差相当灵敏，电路选用稳定而精密的电阻和电容9.3.3 有源带通滤波电路有源带通滤波电路1.电路组成原理电路组成原理可由低通和高通串联得到可由低通和高通串联得到必须满足必须满足低通截止角频率低通截止角频率高通截止角频率高通截止角频率2.例例9.3.

7、29.3.3 有源带通滤波电路有源带通滤波电路图9.3.11低通级高通级:C=0.1F和fL=90 Hz，可求得R7=R818 k 令令传递函数传递函数得得3.二阶有源带通滤波电路二阶有源带通滤波电路 p428&19.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路可由低通和高通并联得到可由低通和高通并联得到必须满足必须满足双双T T带阻滤波电路带阻滤波电路 不讲不讲9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路带阻滤波电路的幅频特性带阻滤波电路的幅频特性 不讲不讲 9.3.4 二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路end9.5 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反馈放

8、大电路框图正反馈放大电路框图（注意与负反馈方框图的差别）（注意与负反馈方框图的差别）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图1a图1b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

9、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选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈 网络合二为

10、一。）网络合二为一。）4稳幅环节稳幅环节例例 R=1 k ，C=0.1 F，R1=10k。Rf为为多多大大时时才才能能起起振振？振振 荡荡 频频 率率 f0=？uo_+RfRCRCR1AF=1，31=F11f+=RRAA=3=1592 Hz解：起振条件：解：起振条件：=210=20kR f=2R19.6 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性串并联选频网络的选频特性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反馈系数反馈系数2.RC串并联选频网络的选

11、频特性串并联选频网络的选频特性 p437p437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 谐振定义在RLC电路中：1、出现了电压与电流同相。2、电源的频率等于了电路的固有频率。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 用用瞬瞬时时极极性性法法判判断断可可知知，电路满足相位平衡条件电路满足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，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 的正弦波的正弦波总结：总结：4.稳幅措施稳幅措施稳幅稳幅采用非线性元件采用非线性元件4.稳幅措施稳幅措施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 压控电阻压控电阻可变电阻区，可变电阻区，斜率随斜率随vGS不不同而变化同而变化图9.6.3end采用非线性元件采用非线性元件4二极管二极管稳幅原理稳幅原理稳幅稳幅起振时起振时4.稳幅措施稳幅措施稳幅环节稳幅环节