模拟电子技术7信号处理与产生.

模拟电子技术基础电子教案V2013陈大钦主编华中科技大学电信系邹韬平2013年5月3日2课程内容与学时安排第1章绪论(2h)第2章半导体二极管及其应用电路(4h)第3章半导体三极管及其放大电路基础(15h)第4章多级放大电路及模拟集成电路基础(4h)第5章信号运算电路(5h)第6章负反馈放大电路(6h)第7章信号处理与产生电路(4h)第8章场效应管及其放大电路(4h)48学时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2个器件BJTFET关键词核心内容1个电路—放大电路三极管集成运放完美的放大电路模拟电子技术重点章介绍放大的基本概念分立元件分立元件电路(放大)构成规律和分析方法核心、基础线索-不断完善放大性能(读图-741)集成运放实现放大的条件集成运放的应用模电的常用功能电路复习、机动(2h)清明、五一(2h)31.应用分类按功能分类按工作区域分类放大—信号传递，AV、AI、AR(V/I)、AG(I/V)运算—、、、、、、、lndtdxxex处理—滤波、峰值、有效值、绝对值、限幅比较—判断电压大小（第7章）信号产生—正弦、方波、三角波（第7章）线性应用非线性应用——电压比较器集成运放应用概述第7章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7.5RC正弦波振荡电路*7.8单片集成函数发生器8038简介7.6LC正弦波振荡电路7.5.2RC移相式正弦波振荡电路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7.7.1矩形波产生电路7.7.2锯齿波及三角波产生电路7.5.1RC桥式正弦波振荡电路vIvO-+AR120kR220kvFvIvO-+AvIvO-+AR120kR220kvF开环负反馈5章-同相比例6章-电压串联正反馈既有正反馈又有负反馈但没有输入RvCC–+AvOR1R2vF6.4负反馈放大电路的自激问题也没有输入迟滞+RC积分同相比例＋正反馈57.4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7.5RC正弦波振荡电路7.5.1RC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7.5.2RC移相式正弦波振荡电路6.4负反馈放大电路的自激问题正弦振荡器:能自动输出一定频率的正弦波。(没有输入信号)自激原因：|AF|1；噪声；中频区负反馈高频区正反馈；01FA自激振荡条件：既有正反馈又有负反馈但没有输入同相比例＋正反馈67.4.1正弦波振荡电路的振荡条件XfFXoAXiXid–+XfFXoAXiXid++负反馈放大器正反馈结构振荡器结构比较环节：fiidXXX闭环频率响应：)()(1)()(fjFjAjAjA振荡条件)2(180fan求环路增益1)()(jFjA1)()(jFjAfiidXXX)()(1)()(fjFjAjAjA)2(0fan1)()(jFjA1)()(jFjAVfbFVoAVVfbFVoAVVtVfbFVoAVVt特点：闭合环路(无Vi)怎么分析？)()(/)(tfbjFjAVVjT若Vfb=Vt，则...振荡可维持)2(0fan1)()(jFjA即：1)()(jFjA几个问题？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)：RC、LC3个振荡条件本质上相同！1)()()(jFjAjT环路增益=1（包含比较环节）77.4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7.5RC正弦波振荡电路7.5.1RC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7.5.2RC移相式正弦波振荡电路6.4负反馈放大电路的自激问题正弦振荡器:能自动输出一定频率的正弦波。(没有输入信号)自激原因：|AF|1；噪声；中频区负反馈高频区正反馈；01FA自激振荡条件：环路增益A(j)F(j)=1选频网络(带通)：RC、LC|AF|1与|AF|=1既有正反馈又有负反馈但没有输入同相比例＋正反馈87.4.2振荡的建立与稳定振荡电路基本组成部分振荡条件振幅平衡条件相位平衡条件)2(0fan1)()(jFjA1)()(jFjAVfbVoAV振荡器结构反馈网络(构成正反馈的)选频网络(无源、带通滤波)放大电路(可能有负反馈)稳幅环节(自动调节环路增益)保证只在单一频率0处满足振荡条件；可以由RC(低频)或LC(高频)元件构成；起振(输出幅值=0或较小)时：保证环路增益|T(j)|1；起振原因：噪声、干扰或电源接通时的阶跃(均含丰富的谐波)。稳幅(输出幅值较大)时：调节环路增益|T(j)|＝1；随着输出幅值的增大，应自动调节|T(j)|；最后在|T(j)|＝1时达到平衡。如何自行建立振荡（起振）？如何保证输出信号频率？97.4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7.5RC正弦波振荡电路7.5.1RC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7.5.2RC移相式正弦波振荡电路6.4负反馈放大电路的自激问题正弦振荡器:能自动输出一定频率的正弦波。(没有输入信号)自激原因：|AF|1；噪声；中频区负反馈高频区正反馈；01FA自激振荡条件：环路增益A(j)F(j)=1选频网络(带通)：RC、LC|AF|1与|AF|=1既有正反馈又有负反馈但没有输入同相比例＋正反馈107.5.1RC桥式正弦波振荡电路-+AR1CCRRRFvoZ1Z2CvORfCR–+ARR11.电路组成(文氏电桥)特点：电桥、双反馈初步分析：满足相位平衡条件？)2(0FAn满足振幅平衡条件？)1(1AFAF(+)(+)(+)(+)电压串联负反馈(同相比例)(+)？(+)vt关键：RC串并联网络的频率响应——选频特性？构成正反馈？0A1F1RRA初步结论：?0f112.RC串并联选频网络的选频特性7.5.1RC桥式正弦波振荡电路即分析反馈系数的频率响应21212)()()(ZZZsVsVsFVsCsRCsCRZ111sRCRsCRsCRsCRZ1/1/1//2sRCRsCsRCsRCR1112)(31sRCsRCsRCj:s又RC10且令)(j3100VF122.RC串并联选频网络的选频特性7.5.1RC桥式正弦波振荡电路)(00Vj31F2002V31F3arctg00f(a)幅频响应(b)相频响应图7.5.2RC串、并联网络的频率响应RCffπ210相移f=0°31VmaxFRC10若133.振荡电路工作原理7.5.1RC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？CvORfCR–+ARR1(+)(+)0a(+)(+)RCf210只有0f)2(0fan此时若311fRRAV则1313VVFA电路可以输出正弦波，频率为RCf210（频率低于1MHz）1f2RR1AF若要起振1f2RR只对f0为正反馈144.稳幅措施7.5.1RC桥式正弦波振荡电路稳幅原理：起振时：AV3oVVA3VA1VVFA稳幅采用非线性元件热敏电阻场效应管二极管1f1RRAV热敏电阻oVfI功耗温度1fRR)(f负温度系数R正温度系数）(1RVA15二极管稳幅原理4.稳幅措施7.5.1RC桥式正弦波振荡电路例7-5-1的电路图（P222）设D开路，则331.31132RRRAVAVFV1，有利于起振！计算D导通条件（求开路电压）：V5.016.0o321o33vRRRvRvRV13.3ovD才导通132//1RrRRADV此时，oV有：DrVA②试定性说明当R2不慎短路时输出电压vO的波形；③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)。第7章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7.5RC正弦波振荡电路*7.8单片集成函数发生器8038简介7.6LC正弦波振荡电路7.5.2RC移相式正弦波振荡电路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7.7.1矩形波产生电路7.7.2锯齿波及三角波产生电路7.5.1RC桥式正弦波振荡电路vIvO-+AR120kR220kvFvIvO-+AvIvO-+AR120kR220kvF开环负反馈5章-同相比例6章-电压串联正反馈既有正反馈又有负反馈但没有输入RvCC–+AvOR1R2vF6.4负反馈放大电路的自激问题也没有输入迟滞+RC积分同相比例＋正反馈177.3.1单门限电压比较器vOVOHVOLvIOVREFvO0vP-vNV-V+=15V1~2V=70VVom=14V斜率=AodVCESVCE(sat)vIvO-+A+VCC-VEEVREFvOVOHVOLvIOVREF理想(虚短)实际的特点：开环，)10(5odA运放工作在非线性状态下工作原理：)(NPodOvvAvv1vO-+A+VCC-VEEv221vv0OvOHOVv21vv0OvOLOVv逻辑‘1’逻辑‘0’时，当odom21/δAVvv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(Crossovervoltage)—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)REFIVvOHOVvREFIVvOLOVv7.3电压比较器时，当odom21/δAVvv18vIvO-+A+VCC-VEEVREF(a)vOVOHVOLvIOVREFvIvO-+A+VCC-VEEVREF(b)vOVOHVOLvIOVREFvIvO-+A+VCC-VEE(c)vIvO-+A+VCC-VEE(d)vOVOHVOLvIOvOVOHVOLvIO同相比较器反相比较器同相过零比较器(Zero-CrossingDetector)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(Crossovervoltage)—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19vOvIO分析举例1设运放是理想的，且VREF=-1V,VZ=5V，试求门限电压Vth，画出传输特性解:利用虚短、虚断0PNvvREF211I212NVRRRvRRRv02121REFINVvvV1REFIth＝可得：VvV画传输特性+5VvI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。vODZ1DZ2RvI1V限流电阻vIvO-+AVREFVZR32k10k10kR1R220比较器的应用