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1、1华中科技大学 张林ch1010.1 滤波电路的基本概念与分类10.2 一阶有源滤波电路10.3 高阶有源滤波电路*10.4 开关电容滤波器10.5 正弦波振荡电路的振荡条件10.6 RC 正弦波振荡电路10.7 LC 正弦波振荡电路10.8 非正弦信号产生电路10 信号处理与信号产生电路2华中科技大学 张林ch1010.1 滤波电路的基本概念与分类1.基本概念有源滤波器：由有源器件和相关元件构成的滤波器。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。滤波电路的传递函数时，有其中 模，幅频响应 相位角，相频响应群时延响应相 相位 位失 失真 真与 与群 群时延响应
2、有关 时延响应有关3华中科技大学 张林ch102.分类低通（LPF）高通（HPF）带通（BPF）带阻（BRF）全通（APF）希 希望 望抑 抑制 制 50Hz 50Hz的 的干 干扰 扰信 信号 号，应 应选 选用 用哪 哪种 种类 类型 型的 的滤 滤波 波电路？电路？放 放大 大音 音频 频信 信号 号，应 应选 选用 用哪 哪种 种类 类型 型的滤波电路？的滤波电路？10.1 滤波电路的基本概念与分类4华中科技大学 张林ch103.频率响应的逼近方式10.1 滤波电路的基本概念与分类相同阶数5华中科技大学 张林ch103.频率响应的逼近方式10.1 滤波电路的基本概念与分类反切比雪夫椭圆
3、函数6华中科技大学 张林ch104.实际滤波电路的参数说明10.1 滤波电路的基本概念与分类（1）通带纹波（max）（2）通带截止角频率（p）（3）阻带截止角频率（s）（4）阻带最小衰减量（min）（5）频率选择性因子（s/p）7华中科技大学 张林ch1010 信号处理与信号产生电路10.1 滤波电路的基本概念与分类10.2 一阶有源滤波电路10.3 高阶有源滤波电路*10.4 开关电容滤波器10.5 正弦波振荡电路的振荡条件10.6 RC 正弦波振荡电路10.7 LC 正弦波振荡电路10.8 非正弦信号产生电路8华中科技大学 张林ch10改用反相放大电路有何差别？10.2 一阶有源滤波电路1
4、.低通传递函数其中特征角频率故，幅频响应为增益一阶滤波器的带外衰减速率较慢9华中科技大学 张林ch102.高通电路如何改变？幅频响应如何变化？一 阶 有 源 低通滤波电路10.2 一阶有源滤波电路优点：p 不用电感、体积小、重量轻p 有一定的电压放大和缓冲作用缺点：p 工作频率难以做得很高p 不适宜大功率场合有源滤波器与无源滤波器相比10华中科技大学 张林ch1010 信号处理与信号产生电路10.1 滤波电路的基本概念与分类10.2 一阶有源滤波电路10.3 高阶有源滤波电路*10.4 开关电容滤波器10.5 正弦波振荡电路的振荡条件10.6 RC 正弦波振荡电路10.7 LC 正弦波振荡电路
5、10.8 非正弦信号产生电路11华中科技大学 张林ch1010.3.1 有源低通滤波电路10.3.2 有源高通滤波电路10.3.3 有源带通滤波电路10.3.4 有源带阻滤波电路10.3 高阶有源滤波电路12华中科技大学 张林ch10(1)传递函数对于滤波电路，有得滤波电路传递函数（二阶）（同相比例）10.3.1 有源低通滤波电路1.二阶压控电压源型13华中科技大学 张林ch101.二阶压控电压源型(1)传递函数令称为通带增益称为特征角频率称为等效品质因数则滤波电路才能稳定工作。注意：10.3.1 有源低通滤波电路14华中科技大学 张林ch10(1)传递函数用 代入，得可得归一化的幅频响应相频
6、响应10.3.1 有源低通滤波电路1.二阶压控电压源型=c时15华中科技大学 张林ch10(2)幅频响应归一化的幅频响应曲线10.3.1 有源低通滤波电路1.二阶压控电压源型16华中科技大学 张林ch10(2)幅频响应产 产 生 生 增 增 益 益 过 过 冲 冲 的 的原因是什么？原因是什么？上 上 限 限 角 角 频 频 率 率 H H和 和 特 特 征 征 角 角 频 频 率 率 c c有 有 何差别？何差别？10.3.1 有源低通滤波电路1.二阶压控电压源型当Q=0.707时，在通带内幅频响应曲线最大限度平坦，没有起伏，在阻带内则单调下降为零，为巴特沃斯低通滤波器。17华中科技大学 张
7、林ch1010.3.1 有源低通滤波电路2.二阶无限增益多路反馈型(1)传递函数通带增益特征角频率等效品质因数则Q不会出现负值，对增益无限制18华中科技大学 张林ch103.高阶10.3.1 有源低通滤波电路通过级联二阶或一阶有源滤波电路构成高阶有源滤波电路19华中科技大学 张林ch10式中n为阶数c为3dB截止角频率A0为通带电压增益10.3.1 有源低通滤波电路n阶巴特沃斯 3.高阶传递函数归一化幅频响应通常借助模拟滤波器的软件设计工具来完成。20华中科技大学 张林ch1010.3.1 有源低通滤波电路10.3.2 有源高通滤波电路10.3.3 有源带通滤波电路10.3.4 有源带阻滤波电
8、路10.3 高阶有源滤波电路21华中科技大学 张林ch1010.3.2 有源高通滤波电路二阶压控电压源型 将低通电路中的电容和电阻对换，便成为高通电路。传递函数归一化的幅频响应22华中科技大学 张林ch1010.3.2 有源高通滤波电路二阶压控电压源型23华中科技大学 张林ch1010.3.1 有源低通滤波电路10.3.2 有源高通滤波电路10.3.3 有源带通滤波电路10.3.4 有源带阻滤波电路10.3 高阶有源滤波电路24华中科技大学 张林ch1010.3.3 有源带通滤波电路1.电路组成原理可由低通和高通串联得到必须满足低通截止角频率高通截止角频率25华中科技大学 张林ch102.二阶
9、压控电压源型传递函数令得10.3.3 有源带通滤波电路则有=0时，有最大值26华中科技大学 张林ch102.二阶压控电压源型10.3.3 有源带通滤波电路截止角频率BW=f0/Q 带宽27华中科技大学 张林ch1010.3.1 有源低通滤波电路10.3.2 有源高通滤波电路10.3.3 有源带通滤波电路10.3.4 有源带阻滤波电路10.3 高阶有源滤波电路28华中科技大学 张林ch1010.3.4 有源带阻滤波电路1.电路组成原理可由低通和高通并联得到必须满足29华中科技大学 张林ch10双T选频网络10.3.4 有源带阻滤波电路1.电路组成原理双T带阻滤波电路2.幅频特性30华中科技大学
10、张林ch1010 信号处理与信号产生电路10.1 滤波电路的基本概念与分类10.2 一阶有源滤波电路10.3 高阶有源滤波电路*10.4 开关电容滤波器10.5 正弦波振荡电路的振荡条件10.6 RC 正弦波振荡电路10.7 LC 正弦波振荡电路10.8 非正弦信号产生电路31华中科技大学 张林ch10*10.4 开关电容滤波器略32华中科技大学 张林ch1010 信号处理与信号产生电路10.1 滤波电路的基本概念与分类10.2 一阶有源滤波电路10.3 高阶有源滤波电路*10.4 开关电容滤波器10.5 正弦波振荡电路的振荡条件10.6 RC 正弦波振荡电路10.7 LC 正弦波振荡电路10
11、.8 非正弦信号产生电路33华中科技大学 张林ch10正反馈放大电路框图（注意与负反馈方框图的差别）若环路增益 则 无 时，仍有稳定的输出。又 所以振荡条件为振幅平衡条件相位平衡条件10.5 正弦波振荡电路的振荡条件1.振荡条件34华中科技大学 张林ch102.起振和稳幅起振条件#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 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。噪声中，满足相位平衡条件的某一角频率 0的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从 回到10.5 正弦波振荡电路的振荡条件35
12、华中科技大学 张林ch103.振荡电路基本组成部分4放大电路（包括负反馈放大电路）4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。经常与反馈网络合二为一。）4稳幅环节10.5 正弦波振荡电路的振荡条件36华中科技大学 张林ch1010 信号处理与信号产生电路10.1 滤波电路的基本概念与分类10.2 一阶有源滤波电路10.3 高阶有源滤波电路*10.4 开关电容滤波器10.5 正弦波振荡电路的振荡条件10.6 RC 正弦波振荡电路10.7 LC 正弦波振荡电路10.8 非正弦信号产生电路37华中科技大学 张林ch1010.6 RC 正弦波振荡电路1.电路组成作为正反馈包含
13、负反馈RC桥式振荡电路38华中科技大学 张林ch102.RC 串并联选频网络的选频特性反馈系数幅频响应又且令则相频响应10.6 RC 正弦波振荡电路39华中科技大学 张林ch10当幅频响应有最大值 相频响应2.RC 串并联选频网络的选频特性10.6 RC 正弦波振荡电路40华中科技大学 张林ch1010.6 RC 正弦波振荡电路41华中科技大学 张林ch103.振荡电路工作原理(+)(+)(+)(+)若放大电路的电压增益 满足相位平衡条件：则满足振幅平衡条件当时，输出正弦波的频率 RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波10.6 RC 正弦波振荡电路42华中科技大学 张林c
14、h104.稳幅措施热敏电阻4热敏元件起振时即热敏电阻的作用稳幅10.6 RC 正弦波振荡电路43华中科技大学 张林ch104.稳幅措施10.6 RC 正弦波振荡电路4场效应管（JFET）稳幅原理稳幅整流滤波T 为压控电阻整流滤波电路可变电阻区，斜率随vGS不同而变化44华中科技大学 张林ch104二极管稳幅原理稳幅起振时稳幅环节4.稳幅措施10.6 RC 正弦波振荡电路45华中科技大学 张林ch10RC 移相式正弦波振荡电路10.6 RC 正弦波振荡电路46华中科技大学 张林ch10RC 移相式正弦波振荡电路其中代入10.6 RC 正弦波振荡电路Z1Z247华中科技大学 张林ch10RC 移相
15、式正弦波振荡电路要求 即此时 得根据相位平衡条件 求得10.6 RC 正弦波振荡电路根据相位平衡条件48华中科技大学 张林ch10从相位条件看电路能振荡吗？思考49华中科技大学 张林ch10从相位条件看电路能振荡吗？思考50华中科技大学 张林ch1010 信号处理与信号产生电路10.1 滤波电路的基本概念与分类10.2 一阶有源滤波电路10.3 高阶有源滤波电路*10.4 开关电容滤波器10.5 正弦波振荡电路的振荡条件10.6 RC 正弦波振荡电路10.7 LC 正弦波振荡电路10.8 非正弦信号产生电路51华中科技大学 张林ch1010.7 LC 正弦波振荡电路略52华中科技大学 张林ch
16、1010 信号处理与信号产生电路10.1 滤波电路的基本概念与分类10.2 一阶有源滤波电路10.3 高阶有源滤波电路*10.4 开关电容滤波器10.5 正弦波振荡电路的振荡条件10.6 RC 正弦波振荡电路10.7 LC 正弦波振荡电路10.8 非正弦信号产生电路53华中科技大学 张林ch1010.8.1 电压比较器10.8.2 方波产生电路10.8.3 锯齿波产生电路10.8 非正弦信号产生电路54华中科技大学 张林ch101.单门限电压比较器10.8.1 电压比较器 工作于开环状态，虚短不再成立 极大的输入电阻使输入端电流仍为零极高的增益使得 vID 0 时，vO为正饱电压值 vID V
17、REF 时，vO=VOH=+VCC vI VREF 时，vO=VOL=-VCC电压传输特性vO与vI同相55华中科技大学 张林ch101.单门限电压比较器10.8.1 电压比较器vI为正弦波时vO与vI同相56华中科技大学 张林ch101.单门限电压比较器10.8.1 电压比较器颠倒VREF的极性，传输特性为vO与vI同相57华中科技大学 张林ch10+-1.单门限电压比较器10.8.1 电压比较器互换同相端和反相端vO与vI同相传输特性vO与vI反相58华中科技大学 张林ch101.单门限电压比较器10.8.1 电压比较器提高响应速度的限幅电路集成电压比较器（Comparator）59华中科
18、技大学 张林ch10电路可以产生脉冲宽度调制波形（PWM波形）1.单门限电压比较器10.8.1 电压比较器当vI为三角波，且门限VREF变化时vO的脉冲宽度受VREF的控制60华中科技大学 张林ch10解：例图示为另一种形式的单门限电压比较器，试求出其门限电压(阈值电压)VT，画出其电压传输特性。设运放输出的高、低电平分别为VOH和VOL。利用叠加原理可得理想情况下，输出电压发生跳变时对应的vP vN0，即门限电压61华中科技大学 张林ch10单门限比较器的抗干扰能力应为高电平错误电平10.8.1 电压比较器门限电压能否跟随输出电压跳变而跳变？62华中科技大学 张林ch102.迟滞比较器（1）
19、电路组成（反相输入）（2）门限电压上门限电压下门限电压回差电压正反馈10.8.1 电压比较器对应vO的2个电压值有2个门限电压vO跳变时对应的输入电压即为门限电压vO跳变瞬间有vI=vN=vP，vP同时与VREF和vO有关63华中科技大学 张林ch10（3）传输特性（4）特点10.8.1 电压比较器 门限电压随输出电压变化 任何时刻只有一个有效的门限电压 当输入介于两门限之间变化时输出不变2.迟滞比较器 只有当输入从低于下门限增加到超过上门限或从高于上门限下降到低于下门限时，输出必定翻转。翻转方向取决于输入输出的相位关系。vO与vI反相64华中科技大学 张林ch10解：（1）门限电压（3）输出
20、电压波形例电路如图所示，试求门限电压，画出传输特性和输入信号下的输出电压波形。（2）传输特性与单门限相比，迟滞比较器在电路翻转时有何特点?65华中科技大学 张林ch10解：（1）门限电压例电路如图示，试求门限电压，画出传输特性。（2）传输特性翻转时刻，vP=vN=010.8.1 电压比较器vO与vI同相同相迟滞比较器66华中科技大学 张林ch10集成电压比较器与集成运算放大器比较：开环增益低、失调电压大、共模抑制比小，灵敏度往往不如用集成运放构成的比较器高。但集成电压比较器中无频率补偿电容，因此转换速率高，改变输出状态的典型响应时间是30200ns。相同条件下741集成运算放大器的响应时间为3
21、0s左右。3.集成电压比较器10.8.1 电压比较器67华中科技大学 张林ch1010.8.1 电压比较器4.窗口比较器LM339为片内4个独立的集成电压比较器，且输出端BJT的集电极是开路的，所以可以将多个输出端并接“线与”，但需要外接上拉电阻R才有高电平输出。68华中科技大学 张林ch1010.8.1 电压比较器10.8.2 方波产生电路10.8.3 锯齿波产生电路10.8 非正弦信号产生电路69华中科技大学 张林ch1010.8.2 方波产生电路1)电路组成（多谐振荡电路）迟滞比较器RC充放电支路稳压管双向限幅能否不串入该电阻？70华中科技大学 张林ch102)工作原理 由于迟滞比较器中正反馈的作用，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RC 放电RC 充电10.8.2 方波产生电路71华中科技大学 张林ch10利用三要素法公式t=0其中则又3)振荡周期10.8.2 方波产生电路72华中科技大学 张林ch104)占空比调10.8.2 方波产生电路73华中科技大学 张林ch1010.8.1 电压比较器10.8.2 方波产生电路10.8.3 锯齿波产生电路10.8 非正弦信号产生电路74华中科技大学 张林ch1010.8.3 锯齿波产生电路同相输入迟滞比较器积分电路充放电时间常数不同75华中科技大学 张林ch1010.8.3 锯齿波产生电路end