集成運(yùn)放電路及振蕩電路

1、1.1 輸入級中間級輸出級偏置電路通常由差動放大電路構(gòu)成，目的是為了減小放大電路的零點(diǎn)漂移、提高輸入阻抗。通常由共發(fā)射極放大電路構(gòu)成，目的是為了獲得較高的電壓放大倍數(shù)。通常由互補(bǔ)對稱電路構(gòu)成，目的是為了減小輸出電阻，提高電路的帶負(fù)載能力。一般由各種恒流源電路構(gòu)成，作用是為上述各級電路提供穩(wěn)定、合適的偏置電流，決定各級的靜態(tài)工作點(diǎn)。 a +同相輸入端反相輸入端uouu+uouu+ +實(shí)際特性理想運(yùn)放符號 運(yùn)放電壓傳輸特性理想特性uou+uuomuom0非線性區(qū)分析依據(jù)：當(dāng)i0，即時，oom當(dāng)i0，即時，oom1.2 uouu+ +實(shí)際特性理想運(yùn)放符號 運(yùn)放電壓傳輸特性理想特性uou+uuomuo

2、m0線性區(qū)分析依據(jù)：（1）虛斷：由rid=，得ii0，即理想運(yùn)放兩個輸入端的輸入電流為零。（2）虛短：由ado=，得uu，即理想運(yùn)放兩個輸入端的電位相等。若信號從反相輸入端輸入，而同相輸入端接地，則uu=0，即反相輸入端的電位為地電位，通常稱為虛地。i+i-ifii1.3.1 1.3.1 反相輸入比例運(yùn)算電路反相輸入比例運(yùn)算電路rp +uouirfr1i1if閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：1forruuaiuf根據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的兩條分析依據(jù)可知：f1ii ，0uu而fofof111ruruuiruruuiii由此可得：iurru1fo式中的負(fù)號表示輸出電壓與輸入電壓的相位相反。圖中電阻rp稱為平衡電

3、阻，通常取 ，以保證其輸入端的電阻平衡，從而提高差動電路的對稱性。f1p/ rrr1.3 模擬運(yùn)算電路模擬運(yùn)算電路閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為：rpui +uorfr1i1if1.3.2 1.3.2 同同相輸入比例運(yùn)算電路相輸入比例運(yùn)算電路1fo1rruuaiuf為了提高差動電路的對稱性，平衡電阻 。 f1p/rrr 1.3.3 1.3.3 電壓跟隨器電壓跟隨器ui +uo在上式，當(dāng)rf0時， uoui輸出電壓與輸入電壓相同ri，ro0（阻抗變換）rpui +uorfr1i1ifiurru1fo1同相放大器電壓跟隨器1.4.1 1.4.1 加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路i2ui2rp +uoui1rfifr1

4、i1r2根據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的兩條分析依據(jù)可知：21fiii111ruii，222ruii，fofrui由此可得：)(22f11foiiurrurru若f21rrr，則：)(21oiiuuu可見輸出電壓與兩個輸入電壓之間是一種反相輸入加法運(yùn)算關(guān)系。這一運(yùn)算關(guān)系可推廣到有更多個信號輸入的情況。平衡電阻f21p/rrrr 。r2 +uorfr1ui1ui2r31.4.2 1.4.2 減法減法運(yùn)算電路運(yùn)算電路由疊加定理：ui1單獨(dú)作用時為反相輸入比例運(yùn)算電路，其輸出電壓為：11foiurruui2單獨(dú)作用時為同相輸入比例運(yùn)算，其輸出電壓為：23231fo1iurrrrru ui1和 ui2共同作用時

5、，輸出電壓為：23231f11fooo1iiurrrrrurruuu r2 +uorfr1ui1ui2r3若3r（斷開），則：21f11fo1iiurrurru若21rr ，且f3rr ，則：)(121foiiuurru若f321rrrr，則：12oiiuuu由此可見，輸出電壓與兩個輸入電壓之差成正比，實(shí)現(xiàn)了減法運(yùn)算。該電路又稱為差動輸入運(yùn)算電路或差動放大電路。r3 +uoui1r4 + +uo1r3ui2 +r1r2r2r4uo2a1a2a3思考1：計(jì)算下圖的電壓放大倍數(shù)。a1 = 1+2r2/r1 a2 = r4/r3 a = a1a2ia1 = 1+2r5/r4 =7.667 a2 =

6、1+49.4k/51k=1.969 a = 15.093 比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準(zhǔn)電壓比較器是將一個模擬電壓信號與一個基準(zhǔn)電壓相比較的電路。即相比較的電路。即用來比較兩個電壓的大小，以輸出電壓的高電平或低電平表示兩個輸入電壓的大小關(guān)系。 常用的幅度比較電路有電壓幅度比較器、窗常用的幅度比較電路有電壓幅度比較器、窗口比較器和具有滯回特性的比較器。這些比較器的口比較器和具有滯回特性的比較器。這些比較器的閾值是固定的，有的只有一個閾值，有的具有兩個閾值是固定的，有的只有一個閾值，有的具有兩個閾值。閾值。閾值電壓：閾值電壓：將比較器的輸出電壓從一個電平翻轉(zhuǎn)到將比較器的輸出電壓從一個電平翻轉(zhuǎn)

7、到另一個電平時的輸入電壓值。又稱門限電壓。另一個電平時的輸入電壓值。又稱門限電壓。 (1) (1) 過零比較器和電壓幅度比較器過零比較器和電壓幅度比較器 過 零 電 壓過 零 電 壓比較器是典型比較器是典型的幅度比較電的幅度比較電路，它的電路路，它的電路圖和傳輸特性圖和傳輸特性曲線如圖曲線如圖14.01所示。所示。(a)(b) 圖圖14.01 過零電壓比較器過零電壓比較器(a)電路圖電路圖(b)傳輸特性曲線傳輸特性曲線1.5.1 固定幅度比較器固定幅度比較器 將過零電壓比較器的一個輸入端從接地改接到將過零電壓比較器的一個輸入端從接地改接到一個電壓值一個電壓值vref 上上 , 就得到電壓幅度比

8、較器，它的就得到電壓幅度比較器，它的電路圖和傳輸特性曲線如圖電路圖和傳輸特性曲線如圖14.02所示。所示。 圖圖14.02 固定電壓比較器固定電壓比較器(a)電路圖電路圖(b)傳輸特性曲線傳輸特性曲線(2)(2)比較器的基本特點(diǎn)比較器的基本特點(diǎn)工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)。開關(guān)特性，因開環(huán)增益很大，比較器的輸出只開關(guān)特性，因開環(huán)增益很大，比較器的輸出只有高電平和低電平兩個穩(wěn)定狀態(tài)。有高電平和低電平兩個穩(wěn)定狀態(tài)。非線性，因大幅度工作，輸出和輸入不成線性非線性，因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關(guān)系。關(guān)系。輸入不存在虛短的概念輸入不存在虛短的概念om21221ref1tvrrrrr

9、vrvom21221ref1tvrrrrrvrv 從輸出引一個電阻分壓支路到同相輸入端，電路從輸出引一個電阻分壓支路到同相輸入端，電路如圖如圖14.03(a)所示。當(dāng)輸入電壓所示。當(dāng)輸入電壓vi從零逐漸增大，且從零逐漸增大，且: 時，時， ， 稱為稱為上限閾值上限閾值(觸發(fā)觸發(fā))電平電平。tivv omovvtv當(dāng)輸入電壓當(dāng)輸入電壓 時，時， , 此時觸發(fā)電平變?yōu)榇藭r觸發(fā)電平變?yōu)?， 稱為稱為下限閾值下限閾值(觸發(fā)觸發(fā))電平電平。tivv omovv tv tv圖圖14.03(a)滯回比較器電路圖滯回比較器電路圖1.5.2 滯回比較器滯回比較器 當(dāng)當(dāng) 逐漸減小，且逐漸減小，且 以前，以前， 始

10、終等于始終等于 ，因此出現(xiàn)如圖，因此出現(xiàn)如圖14.03(b)所示的滯回特性曲線。所示的滯回特性曲線。iv tivv ovomv回差電壓 ：vomom212 ttvvrrrvvv圖圖14.03滯回比較電路滯回比較電路 的傳輸特性的傳輸特性 比較器主要用來對輸入波形進(jìn)行整形，可以將不比較器主要用來對輸入波形進(jìn)行整形，可以將不規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出,其原理圖如圖其原理圖如圖14.06所示。所示。(a) 正弦波變換為矩形波正弦波變換為矩形波 (b) 有干擾正弦波變換為方波有干擾正弦波變換為方波 圖圖14.06 用比較器實(shí)現(xiàn)波形變換用比較器實(shí)現(xiàn)波形變換1.5.3 比較器

11、的應(yīng)用比較器的應(yīng)用 方波發(fā)生電路是由滯回比較電路和方波發(fā)生電路是由滯回比較電路和rc定時電路定時電路構(gòu)成的，電路如圖構(gòu)成的，電路如圖14.07所示。所示。(1)(1)工作原理工作原理電源剛接通時電源剛接通時, 設(shè)設(shè)21z2pzoc, 0rrvrvvvv所以 電容電容c充電，充電， 升高。升高。參閱圖參閱圖14.08。cv圖圖14.07 方波發(fā)生器方波發(fā)生器1.5.4 方波發(fā)生電路方波發(fā)生電路 當(dāng)當(dāng) 時，時， ，所以，所以 電容電容c放電，放電， 下降。下降。pncvvvzovv21z2prrvrvcv 當(dāng)當(dāng) ，時，返回初態(tài)。時，返回初態(tài)。pncvvvzovv 方波周期方波周期用過渡過用過渡過程公式可以方便地求出程公式可以方便地求出 )21ln(212frrcrt 圖14.08 方波發(fā)生器波形圖圖14.07 方波發(fā)生器該電路是量熱儀水位檢測電路。由方波發(fā)生器、耦合電路、f/v轉(zhuǎn)換電路、比較電路、穩(wěn)壓電路和整形電路組成。當(dāng)比較