工学电子技术信号产生电路运放非线性应用课件.pptx

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1、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第1页/共55页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

2、（APF）H上限截止频率上限截止频率 L下限截止频率下限截止频率 o中心频率中心频率只让低于只让低于 H的信号通过的信号通过只让高于只让高于 H的信号通过的信号通过第2页/共55页1.一阶一阶低通滤波电路低通滤波电路传递函数：传递函数：9.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路电路结构：电路结构：RC低通电路低通电路 +同相比例放大电路同相比例放大电路第3页/共55页故，幅频相应为故，幅频相应为其中其中同相比例放大同相比例放大系数系数特征角频率特征角频率第4页/共55页9.2 一阶有源滤波电路一阶有源滤波电路2.高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

3、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求不高的场合。要求不高的场合。end 低通电路中的低通电路中的R和和C交换位置便构交换位置便构成高通滤波电路成高通滤波电路第5页/共55页正反馈放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第6页/共55页起振条件起振条件#振荡电路是单

4、口网络，无需输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？振荡电路是单口网络，无需输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？振荡电路是单口网络，无需输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？振荡电路是单口网络，无需输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？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加，否否则则波波形形将将出出现现失真。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放大大，成成为为振振荡荡电电路路的输出信号。的输出

5、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，使使振振幅幅平平衡衡条条件件从从 回到回到2.起振和稳起振和稳幅幅第7页/共55页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）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，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一。）经常与反馈网络合二为一。）4稳幅环节稳幅环节3.振荡电路基本组成部分振荡电路基本组成部分第8页/共55页3 3、起振及稳幅振荡的过程起振及稳幅振荡的过程起振及稳幅振荡的过程起振及稳幅振荡的过程 起

6、振过程中起振过程中起振过程中起振过程中:要求要求要求要求|AF|1，稳定振荡时稳定振荡时稳定振荡时稳定振荡时:要求要求要求要求|AF|=1 ，从从从从 A Au uF F 1 1 到到到到 A Au uF F =1 1，就是自激振荡建立的过程。，就是自激振荡建立的过程。，就是自激振荡建立的过程。，就是自激振荡建立的过程。可使输出电压的幅度不断增大。可使输出电压的幅度不断增大。可使输出电压的幅度不断增大。可使输出电压的幅度不断增大。使输出电压的幅度得以稳定。使输出电压的幅度得以稳定。使输出电压的幅度得以稳定。使输出电压的幅度得以稳定。起始信号的产生：起始信号的产生：起始信号的产生：起始信号的产生

7、：电源接通时，在电路中激起一个微小的扰动电源接通时，在电路中激起一个微小的扰动电源接通时，在电路中激起一个微小的扰动电源接通时，在电路中激起一个微小的扰动 信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。信号，它是个非正弦信号，含有一系列频率不同的正弦分量。讨论：1 1、相位条件相位条件相位条件相位条件意味着振荡电路在意味着振荡电路在意味着振荡电路在意味着振荡电路在频率频率频率频率f f f f0 0 0 0下下下下必须是必须是必须是必须是正反馈正反馈正反馈正反馈；正弦波振荡电路只

8、在一个频率正弦波振荡电路只在一个频率正弦波振荡电路只在一个频率正弦波振荡电路只在一个频率(f(f0 0)下满足下满足下满足下满足相位平衡条件。所以相位平衡条件。所以相位平衡条件。所以相位平衡条件。所以正弦波振荡电正弦波振荡电正弦波振荡电正弦波振荡电路路路路必须有一个必须有一个必须有一个必须有一个选频网络选频网络。选频网络选频网络可设在可设在 中或中或 中。中。由由由由 RCRCRCRC元件或元件或元件或元件或 LCLCLCLC元件组成元件组成元件组成元件组成。2 2、幅度条件幅度条件幅度条件幅度条件表明反馈放大器要产生自激振荡，必须有足够表明反馈放大器要产生自激振荡，必须有足够表明反馈放大器要

9、产生自激振荡，必须有足够表明反馈放大器要产生自激振荡，必须有足够 的反馈量的反馈量的反馈量的反馈量(可以通过调整放大倍数可以通过调整放大倍数可以通过调整放大倍数可以通过调整放大倍数A A 或反馈系数或反馈系数或反馈系数或反馈系数F F 达到达到达到达到)。第9页/共55页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9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路第10页/共55页.反馈网络反馈网络:由由RC串串并并联联电电路路构构成成，反馈网络兼反馈网络兼 做做选频网络选频网络。RC桥式正弦波桥式正弦波振荡电路振荡

10、电路1.电路组成电路组成.基本放大电路基本放大电路:由运放由运放组成的同相比例放大电路组成的同相比例放大电路构成。构成。.关于关于选频选频的概念的概念第11页/共55页2 2、RC串并联选频网络的选频特性令令0=1/RC第12页/共55页RC串并联选频网络的频率特性=0=1/RCRC串并联网络的频率特性曲线串并联网络的频率特性曲线 改变改变RC可可调节谐振频率。调节谐振频率。0第13页/共55页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，电电路路满满足足相相位平衡条件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

11、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正弦波振荡电路一般用于产生频率低于低于 1 MHz 的正弦波的正弦波3.振荡电路工作原理振荡电路工作原理第14页/共55页采用非线性元件采用非线性元件4热敏元件热敏元件热敏电阻热敏电阻起振时，起振时，热敏电阻的作用热敏电阻的作用稳幅稳幅4.稳幅措稳幅措施施问题：问题：Rf应选具有正的温度系数，还是负的？应选具有正的温度系数，还是负的？第15页/共55页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

12、区，斜率随斜率随vGS不不同而变化同而变化第16页/共55页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第17页/共55页例1：.试分析试分析D1、D2自动稳幅原理；自动稳幅原理；.估算输出电压估算输出电压V0m；(VD=0.6V).试画出若试画出若R2短路时，输出电压短路时，输出电压V0的波形；的波形；.试画出若试画出若R2开路时，输出电压开路时，输出电压V0的波形；的波形；解：解：解：解：.稳幅原理稳幅原理 当当v0 0幅值很小时，幅值很小时，D1、D2接近开路，接近开路，R3=2.7K。当当v0 0幅值较大时，幅值较大

13、时，D1或或D2导通，导通，R3减小，减小，AV下降。下降。v v0 0 幅值趋与稳定幅值趋与稳定幅值趋与稳定幅值趋与稳定。第18页/共55页I.估算输出电压估算输出电压V0m(VD=0.6V)第19页/共55页.若R R2 2短路时(4).若若R2开路时，输出电压开路时，输出电压V0的波形的波形当当R2短路，则短路，则AV0 时，时，vOmax +VCCvI 0 时，时，vOmax -VCC（过零比较器）（过零比较器）运算放大器工作在非线性状态下运算放大器工作在非线性状态下-VCCvO+VCC电压比较器电压比较器第40页/共55页电压比较器电压比较器特点：特点：1.单门限电压比较器单门限电压

14、比较器开环，开环，虚短虚短不成立不成立增益增益A0大于大于105 当当输输入入为为正正负负对对称称的的正正弦弦波波时时，输输出为方波。出为方波。电压传输特性电压传输特性-VCCvO+VCC（1）过零比较器）过零比较器第41页/共55页电压比较器电压比较器1.单门限电压比较器单门限电压比较器电压传输特性电压传输特性（门限电压为（门限电压为VREF）（2）门限电压不为零的比较）门限电压不为零的比较器器第42页/共55页电压比较器电压比较器1.单门限电压比较器单门限电压比较器（2）门限电压不为门限电压不为零的比较器零的比较器（门限电压为（门限电压为VREF）(a)VREF0时时(b)VREF2V时时

15、 (c)VREF4V时时 vI为峰值为峰值6V的三角波，设的三角波，设VCC12V，运放为理想器件。，运放为理想器件。第43页/共55页电压比较器电压比较器（1）电路组成电路组成（2）门限电压门限电压门限电压门限电压上门限电压上门限电压下门限电压下门限电压回差电压回差电压2.迟滞比较器迟滞比较器(自自学学)第44页/共55页电压比较器电压比较器2.迟滞比较器迟滞比较器（3 3）传输特性传输特性第45页/共55页解：解：（1）门限电压）门限电压（3）输出电压波形输出电压波形电电路路如如图图所所示示，试试求求门门限限电电压压，画画出出传传输输特特性性和和图图c所所示示输输入入信信号号下下的的输输出

16、出电电压压波形。波形。（2）传输特性）传输特性例第46页/共55页通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：通过上述几种电压比较器的分析，可得出如下结论：（1）用用于于电电压压比比较较器器的的运运放放，通通常常工工作作在在开开环环或或正正反反馈馈状状态态和和非非线线性性区区，其其输输出出电电压只有高电平压只有高电平VOH和低电平和低电平VOL两种情况。两种情况。（2）一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。）一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。（3）电压传输特性的关键要素）电压传输特性的关键要素 输出电压的高电平输出电压的高电平VOH和低电平和低电平VOL

17、门限电压门限电压 输出电压的跳变方向输出电压的跳变方向令令vPvN所求出的所求出的vI就是门限电压就是门限电压vI等于门限电压时输出电压发生跳变等于门限电压时输出电压发生跳变跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式第47页/共55页电压比较器电压比较器3.集成电压比较器集成电压比较器集成电压比较器与集成运算放大器比较：集成电压比较器与集成运算放大器比较：开开环环增增益益低低、失失调调电电压压大大、共共模模抑抑制制比比小小，灵灵敏敏度度往往往往不不如如用用集集成成运运放放构构成成的的比比较器高。较器高。但但集集成成电电压压比比较较器器中中无无频频率

18、率补补偿偿电电容容，因因此此转转换换速速率率高高，改改变变输输出出状状态态的的典典型型响响应时间是应时间是30200 ns。相同条件下相同条件下741集成运算放大器的响应时间为集成运算放大器的响应时间为30 s左右。左右。第48页/共55页方波产生电路方波产生电路1.电路组成（多谐振荡电路）电路组成（多谐振荡电路）稳压管双向稳压管双向限幅限幅第49页/共55页方波产生电路方波产生电路2.工作原理工作原理 由由于于迟迟滞滞比比较较器器中中正正反反馈馈的的作作用用，电源接通后瞬间，输出便进入饱和状态。电源接通后瞬间，输出便进入饱和状态。假设为正向饱和状态假设为正向饱和状态第50页/共55页3.占空

19、比可变的方波产生电路占空比可变的方波产生电路方波产生电路方波产生电路第51页/共55页锯齿波产生电路锯齿波产生电路end同相输入迟滞比同相输入迟滞比较器较器积分电路积分电路充放电时间常数充放电时间常数不同不同第52页/共55页本章习题；（；（做在本上做在本上）；（；（课堂讲解课堂讲解）第53页/共55页 电路如图题所示，试用相位平衡条件判断哪个电路可能振荡，哪个不能，并简述理由。题解解：图题所示电路不能振荡。用瞬时（变化）极性法分析可知，从图题所示电路不能振荡。用瞬时（变化）极性法分析可知，从T1栅极断开，栅极断开，加一加一“（）（）”信号，则从信号，则从 T2射极输出为射极输出为“（）（）”，即，即 。考。考虑到虑到 RC串并联网络串并联网络 在时，在时，因此反馈回，因此反馈回T1栅极的信栅极的信号为号为“（）（）”，即，即 ，不满足相位平衡条件。，不满足相位平衡条件。图题所示电路能振荡。当从运放同相端断开并加一图题所示电路能振荡。当从运放同相端断开并加一“（）（）”信号，则信号，则vo为为“（十）（十）”，即，即 。因在。因在 时，时，经，经 RC串并联网络反馈到同相端的信号串并联网络反馈到同相端的信号也为也为“（）（）”，即有，即有 或或 360o，满足相位平衡条件。，满足相位平衡条件。第54页/共55页感谢您的观看。第55页/共55页