模電第九章1(第五版)——康華光.ppt

9 1濾波電路的基本概念與分類1 基本概念濾波器 讓有用頻率信號(hào)順利通過(guò) 同時(shí)抑制無(wú)用頻率信號(hào) 有源濾波器 由有源器件構(gòu)成的濾波器 第9章信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路本章主要討論信號(hào)的處理 濾波 和信號(hào)產(chǎn)生 振蕩 電路 濾波電路傳遞函數(shù)定義 時(shí) 有 其中 模 幅頻響應(yīng) 相位角 相頻響應(yīng) 時(shí)延響應(yīng) 2 有源濾波電路的分類各種濾波器的幅頻特性通帶 允許信號(hào)通過(guò)的頻率范圍 阻帶 能夠阻斷信號(hào)的頻率范圍 截止頻率 通帶與阻帶的界限頻率 分類 低通 LPF 高通 HPF 帶通 BPF 帶阻 BEF 全通 APF 各種濾波器的用途低通濾波器 LPF 削弱高次諧波或頻率較高的干擾和噪聲 低頻 直流信號(hào)可通過(guò) 高通濾波器 HPF 削弱低頻 直流分量 高頻信號(hào)可通過(guò) 帶通濾波器 BPF 突出有用頻段的信號(hào) 帶阻濾波器 BEF 抑制某一頻段的干擾信號(hào) 有源濾波器的主要參數(shù)通帶增益Ao 通帶寬度BW 特征頻率 n c 等效品質(zhì)因素Q 中心角頻率 o 9 2一階有源濾波電路RC為無(wú)源低通 另加同相電壓放大 1 傳遞函數(shù)在通帶范圍內(nèi)電壓增益 同相比例放大系數(shù) 令 因?yàn)閭鬟f函數(shù)A j 的分母為角頻率 的一次冪 故稱 一階有源濾波器 幅頻響應(yīng)按 20dB 十倍頻程衰減 濾波性能差 通帶增益 Ao AVF R1 Rf R1 通帶寬度 BW c 特征頻率 c 1 RC 20dB 十倍頻程 2 高通濾波電路 低通電路中的R和C交換位置便構(gòu)成高通濾波電路 9 3高階有源濾波電路1 二階有源低通濾波器 傳遞函數(shù) 得濾波電路傳遞函數(shù) 二階 同相比例 2 傳遞函數(shù) 令 稱為通帶增益 稱為特征角頻率 稱為等效品質(zhì)因數(shù) 則 2 傳遞函數(shù) 用代入 可得傳遞函數(shù)的頻率響應(yīng) 歸一化的幅頻響應(yīng) 相頻響應(yīng) 3 幅頻響應(yīng) 歸一化的幅頻響應(yīng)曲線 40dB 十倍頻程 濾波效果比一介好 2 二階有源高通濾波器 通帶增益Ao AvF R1 R2 R1特征頻率 n 1 RC等效品質(zhì)因素Q 通帶寬度BW 將低通電路中的電容和電阻對(duì)換 便成為高通電路 傳遞函數(shù) 二階有源帶通濾波器 二階有源濾波器的濾波性能明顯優(yōu)于一階有源濾波器 20lgA jw Ao 二階濾波器的傳遞函數(shù) 低通 A S Ao n2 S2 nS Q n2 高通 A S AoS2 S2 nS Q n2 帶通 A S Ao oS Q S2 oS Q o2 帶阻 A S Ao S2 o2 S2 oS Q o2 信號(hào)發(fā)生器 目的 產(chǎn)生波形 措施 加強(qiáng)自激振蕩的條件 正反饋 正反饋 振蕩 反饋信號(hào)與凈輸入信號(hào)同相 反饋送到同相輸入端 9 5正弦波振蕩電路的振蕩條件正弦波振蕩器實(shí)質(zhì)上是一種滿足自激震蕩條件帶選頻網(wǎng)絡(luò)的放大電路 正反饋 且在反饋支路中加選頻網(wǎng)絡(luò) 無(wú)需輸入信號(hào) 1 反饋放大器產(chǎn)生自激振蕩的基本原理負(fù)反饋 放大 反饋信號(hào)與凈輸入信號(hào)反相 凈輸入減小 2 振蕩條件 3 起振和穩(wěn)幅電路中的噪聲 擾動(dòng)信號(hào) 含fo 選頻網(wǎng)絡(luò) 選出fo 并使其符合相位平衡條件 若開(kāi)始時(shí) fo得不到有效放大 不能起振 起振的幅值條件是 1若 1一直存在 起振后信號(hào)越來(lái)越大 波形失真 起振后還需要穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 使波形基本不失真 因?yàn)?所以 又 所以振蕩條件為 振幅平衡條件 相位平衡條件 4 分析方法 1 確定電路中的基本環(huán)節(jié) 放大電路 反饋網(wǎng)絡(luò)和選頻網(wǎng)絡(luò) 2 分析是否滿足 1 關(guān)鍵是相位平衡條件 瞬時(shí)極性法 振幅條件的分析可在滿足相位平衡條件后進(jìn)行 3 計(jì)算fo 與選頻網(wǎng)絡(luò)有關(guān) 4 振蕩的建立和穩(wěn)定 起振條件 穩(wěn)幅措施 5 分類正弦波振蕩電路可分為RC LC 含石英晶體器件 兩大類RC 產(chǎn)生1Hz 1MHz低頻信號(hào) LC 產(chǎn)生1MHz以上的高頻信號(hào) 9 6RC正弦波振蕩電路 低頻 又稱橋式振蕩電路器 由Z1 Z2 R1 R2組成四個(gè)臂 1 電路的構(gòu)成 基本環(huán)節(jié) 放大電路 同相比例 Rif大 Rof小 選頻反饋網(wǎng)絡(luò) RC串 并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)當(dāng)f fo時(shí) 選頻網(wǎng)絡(luò)對(duì)外呈電阻性 C不產(chǎn)生附加相移 瞬時(shí)極性法 正反饋 2 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性 反饋系數(shù) 幅頻響應(yīng) 又 且令 則 相頻響應(yīng) 2 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性 當(dāng) 幅頻響應(yīng)有最大值 相頻響應(yīng) 3 振蕩電路工作原理 此時(shí)若放大電路的電壓增益為 用瞬時(shí)極性法判斷可知 電路滿足相位平衡條件 則振蕩電路滿足振幅平衡條件 電路可以輸出頻率為的正弦波 RC正弦波振蕩電路一般用于產(chǎn)生頻率低于1MHz的正弦波 選頻網(wǎng)絡(luò)呈電阻性 采用非線性元件 4 穩(wěn)幅措施 負(fù)熱敏元件 熱敏電阻 起振時(shí) 即 熱敏電阻的作用 起振條件 振幅平衡條件 采用非線性元件 4 穩(wěn)幅措施 場(chǎng)效應(yīng)管 JFET 穩(wěn)幅原理 整流濾波 T壓控電阻 采用非線性元件 二極管 穩(wěn)幅原理 起振時(shí) 4 穩(wěn)幅措施 例2 移相式正弦波信號(hào)發(fā)生器電路如圖所示 試說(shuō)明該電路是如何滿足振蕩條件的 解 A 1800 f 一級(jí)RC移相網(wǎng)絡(luò)可移相00 900 三級(jí)RC移相網(wǎng)絡(luò)可移相00 2700 只要適當(dāng)選擇R C的數(shù)值 可在特定頻率fo時(shí) 使 f 1800 A f 3600滿足相位平衡條件只要調(diào)節(jié)Rf的數(shù)值 使放大器的AvF適當(dāng) 可滿足振幅平衡條件 注 V1超前Vo 00 900 V1滯后Vo 00 900 例3 試從相位平衡條件判斷下列電路能否產(chǎn)生正弦振蕩 解 A 1800 當(dāng)fo 1 2 RC 時(shí) f 00 A f 1800 不滿足相位平衡條件 不能起振 方法 瞬時(shí)極性法 斷開(kāi)回路 引進(jìn)輸入 看反饋信號(hào)與輸入信號(hào)是否同相 例3 試從相位平衡條件判斷下列電路能否產(chǎn)生正弦振蕩 解 A 1800 兩連級(jí)RC移相網(wǎng)絡(luò)可移相00 1800之間 而達(dá)不到1800 A f 2n 不滿足相位平衡條件 不能起振 例3 試從相位平衡條件判斷下列電路能否產(chǎn)生正弦振蕩 解 A 00 當(dāng)fo 1 2 RC 時(shí) f 00 A f 00 2n 滿足相位平衡條件