模电康华光第六版10.pptx
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1、1华中科技大学 张林电子技术电子技术基础模拟部分基础模拟部分1 1 绪论绪论2 2 运算放大器运算放大器3 3 二极管及其基本电路二极管及其基本电路4 4 场效应三极管及其放大电路场效应三极管及其放大电路5 5 双极结型三极管及其放大电路双极结型三极管及其放大电路6 6 频率响应频率响应7 7 模拟集成电路模拟集成电路8 8 反馈放大电路反馈放大电路9 9 功率放大电路功率放大电路10 10 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路11 11 直流稳压电源直流稳压电源第1页/共72页华中科技大学 张林210 10 信号处理与信号产生信号处理与信号产生电路电路10.1 10.1 滤波电路的基
2、本概念与分类滤波电路的基本概念与分类10.2 10.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路10.3 10.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路*10.4 10.4 开关电容滤波器开关电容滤波器10.5 10.5 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件10.6 RC10.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路10.7 LC10.7 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路10.8 10.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路第2页/共72页3华中科技大学 张林10.1 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:
3、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。滤波电路滤波电路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第3页/共72页4华中科技大学 张林10.1 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.分分类低通(低通(LPF)希希希希望望望望抑抑抑抑制制制制50Hz50Hz的的的的干干干干扰扰扰扰信信信信号号号号,应应应应选选选选用用用用哪哪哪哪种种种种类类类类型型型型的的的的滤滤
4、滤滤波波波波电电电电路?路?路?路?高通(高通(HPF)带通(带通(BPF)带阻(带阻(BEF)全通(全通(APF)放大音频信号,应选用哪种类型的滤波电路?放大音频信号,应选用哪种类型的滤波电路?放大音频信号,应选用哪种类型的滤波电路?放大音频信号,应选用哪种类型的滤波电路?第4页/共72页5华中科技大学 张林10.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路1.低通低通滤波波电路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第5页/共72页6华中科技大学 张林10.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路电路如何改变?电路如何改变?幅频响应如何
5、变化?幅频响应如何变化?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要求不高的场合。波要求不高的场合。有有有有源源源源滤滤滤滤波波波波电电电电路路路路和和和和无无无无源源源源滤滤滤滤波波波波电电电电路相比有何优缺点?路相比有何优缺点?路相比有何优缺点?路相比有何优缺点?2.高通高通滤波波电路路第6页/共72页华中科技大学 张林710.3 高阶有源滤波电路高阶有源滤波电路有源低通滤波电路有源低通滤波电路有源高通滤波电路有源高通滤波电路有源带通滤波电路有源带通滤波电路二阶有源带阻滤
6、波电路二阶有源带阻滤波电路第7页/共72页8华中科技大学 张林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)第8页/共72页9华中科技大学 张林有源低通滤波电路有源低通滤波电路2.传递函数传递函数令令称称为通通带增益增益称称为特征角特征角频率率称称为等效品等效品质因数因数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:第9页/共72页10华中科技大学 张林有源低通滤波电路有源低通滤波电路用用 代入,可得传递函数的频率响应:代入,
7、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2.传递函数传递函数第10页/共72页11华中科技大学 张林有源低通滤波电路有源低通滤波电路3.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产产产产生生生生增增增增益益益益过过过过冲冲冲冲的的的的原因是什么?原因是什么?原因是什么?原因是什么?上上上上限限限限角角角角频频频频率率率率 H H和和和和特特特特征征征征角角角角频频频频率率率率 C C有有有有何差别?何差别?何差别?何差别?第11页/共72页12华中科技大学 张林 4.n阶巴特沃斯巴特沃斯传递函数函数传递函数为传递函数为式式中中n为阶滤波波电路路阶数
8、数,c为3dB载止止角角频率率,A0为通通带电压增益。增益。第12页/共72页13华中科技大学 张林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 将将低低通通电路路中中的的电容容和和电阻阻对换,便便成成为高高通通电路。路。传递函数函数归一化的幅一化的幅频响响应第13页/共72页14华中科技大学 张林有源高通滤波电路有源高通滤波电路2.巴巴特特沃沃斯斯传传递递函函数数及及其归一化幅频响应其归一化幅频响应归一化幅一化幅频响响应第14页/共72页15华中科技大学 张林有源带通滤波电路有源带通滤波电路1.电路路组成原理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
9、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第15页/共72页16华中科技大学 张林有源带通滤波电路有源带通滤波电路2.例例第16页/共72页17华中科技大学 张林有源带通滤波电路有源带通滤波电路3.二阶有源带通滤波电路二阶有源带通滤波电路令令传递函数传递函数得得关于选择性关于选择性关于选择性关于选择性第17页/共72页18华中科技大学 张林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可由低通和高通并联得到得到必须满足必须满足第18页/共72页19华中科技大学 张林二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路双双T选频网网络第19页/共72页20华中科技大学 张林二阶
10、有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路双双T带阻阻滤波波电路路第20页/共72页21华中科技大学 张林二阶有源带阻滤波电路二阶有源带阻滤波电路阻阻滤波波电路的幅路的幅频特性特性第21页/共72页22华中科技大学 张林10.4 开关电容滤波器开关电容滤波器1.基本原理基本原理积分分电路路由由电容容C1和两个和两个MOS开关管开关管 T1、T2等效等效电阻阻R1的的积分分电路路不重叠的两相不重叠的两相时钟脉冲脉冲 1和和 2控制关管的接通控制关管的接通与断开与断开第22页/共72页23华中科技大学 张林10.4 开关电容滤波器开关电容滤波器1.基本原理基本原理 1为高高电平平时,T1导通,通,T2截
11、止截止 2为高高电平平时,T1截止,截止,T2导通通C1所充所充电荷向荷向C2转移移 C1被充被充电,有,有qc1C1vI 第23页/共72页24华中科技大学 张林10.4 开关电容滤波器开关电容滤波器1.基本原理基本原理 1为高高电平平时,T1导通,通,T2截止截止 2为高高电平平时,T1截止,截止,T2导通通C1所充所充电荷向荷向C2转移移 C1被充被充电,有,有qc1C1vI 在每一在每一时钟周期周期Tc内,从信号源中内,从信号源中提取的提取的电荷荷qc1C1vI供供给了了积分分电容器容器C2。因此,在。因此,在节点点1、2之之间流流过的平均的平均电流流为第24页/共72页25华中科技大
12、学 张林10.4 开关电容滤波器开关电容滤波器1.基本原理基本原理当当Tc远小于信号周期小于信号周期时,可在两可在两节点之点之间定定义一个一个等效等效电阻阻Req 时间常数常数与脉冲周期和与脉冲周期和电容比有关容比有关得得等效的等效的积分器分器时间常数常数第25页/共72页26华中科技大学 张林10.4 开关电容滤波器开关电容滤波器2.开关开关电路路滤波器波器举例例一一阶低通低通滤波器波器电路,路,传递函数函数为其中其中等效开关等效开关电容容滤波器波器电路路有有第26页/共72页27华中科技大学 张林10.4 开关电容滤波器开关电容滤波器2.开关开关电路路滤波器波器举例例代入代入传递函数表达式
13、函数表达式第27页/共72页28华中科技大学 张林10.4 开关电容滤波器开关电容滤波器2.开关开关电路路滤波器波器举例例代入代入传递函数表达式函数表达式其中其中一一阶低通低通滤波器的波特波器的波特图通通过选择C1、C2和和时钟频率率fc,便可,便可获得需要的得需要的滤波特性波特性第28页/共72页29华中科技大学 张林10.4 开关电容滤波器开关电容滤波器3.单片集成开关片集成开关电容容滤波器波器简介介 目前已有通用型开关目前已有通用型开关电容容滤波器,可波器,可组成低通、高通、成低通、高通、带通等通等类型型滤波波电路,路,阶数达数达8阶,某些型号的,某些型号的产品能品能对微伏数微伏数量量级
14、的有用信号的有用信号进行行滤波。波。开开关关电容容滤波波器器的的滤波波特特性性决决定定于于电容容比比和和时钟频率率,设计简单,可,可实现高精度和高高精度和高稳定定滤波,同波,同时便于集成。便于集成。目目前前集集成成开开关关电容容滤波波器器除除工工作作频率率还不不够高高外外(受受脉脉冲冲频率率远大于信号大于信号频率的限制),大部分性能指率的限制),大部分性能指标已达到已达到较高水平。高水平。第29页/共72页30华中科技大学 张林10.5 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放放大大电路框路框图(注注意意与与负反反馈方方框框图的差的差别)1.振振荡条件条件若环路增益若环路增
15、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第30页/共72页31华中科技大学 张林起振条件起振条件 2.起振和起振和稳幅幅#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 当当输出出信信号号幅幅值增增加加到到一一定定程程度度时,就就要要限限制制它它继续增增加加,否否则波形将出波形将出现失真。失真。噪噪声声中中,满足足相相位位平平衡衡条条件件的的某某一一频率率 0的的噪噪声
16、声信信号号被被放放大,成大,成为振振荡电路的路的输出信号。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 回到回到第31页/共72页32华中科技大学 张林4放大放大电路(包括路(包括负反反馈放大放大电路)路)3.振振荡电路基本路基本组成部分成部分4反反馈网网络(构成正反(构成正反馈的)的)4选频网网络(选择满足足相相位位平平衡衡条条件件的的一一个个频率率。经常常与与反反馈网网络合二合二为一。)一。)4稳幅幅环节第32页/共72页华中科技大学 张林3310.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路1.电路组成电路组
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- 康华 第六 10
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