模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)第八章課件

1、一、理想運放在線性工作區(qū)一、理想運放在線性工作區(qū)1. 理想運放在線性工作區(qū)的特點理想運放在線性工作區(qū)的特點uPuNuOiPiN0NPuuNPuu 這就是我們以后這就是我們以后虛短路虛短路”0NPii這就是我們以后這就是我們以后虛斷路虛斷路”2. 集成運放工作在線性的電路特征集成運放工作在線性的電路特征:電路引入電路引入負反饋負反饋?！?】內(nèi)容內(nèi)容回顧回顧二、比例運算電路二、比例運算電路 1、反相、反相 比例運算電路比例運算電路 IOuRRuf2、同相、同相 比例運算電路比例運算電路 IOuRRuf)1 ( 【 】內(nèi)容內(nèi)容回顧回顧IuRRRRRRuO)/1 (342142(1) T形網(wǎng)絡反相比例

2、運算電路形網(wǎng)絡反相比例運算電路(2)電壓跟隨器電壓跟隨器IOuu 【 】內(nèi)容內(nèi)容回顧回顧1. 反相求和運算電路反相求和運算電路)(321321RuRuRuRuIIIOf三、求和運算電路三、求和運算電路2. 同相求和運算電路同相求和運算電路)(321321RuRuRuRRRuIIINPfO時當PNRR )(321321RuRuRuRuIIIOf)(22114433RuRuRuRuRuIIIIfO時當PNRR )(12IIfOuuRRu【 】內(nèi)容內(nèi)容回顧回顧dtuRCuIO1輸入方波，輸入方波，輸出三角波。輸出三角波?！?】內(nèi)容內(nèi)容回顧回顧第八章第八章 波形的發(fā)生和信號的轉(zhuǎn)換波形的發(fā)生和信號的轉(zhuǎn)換

3、 8.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 8.2 電壓比較器電壓比較器8.3 非正弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路8.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 8.1 正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 正弦波振蕩電路是在沒有外加輸入信號的情況下，依靠電路正弦波振蕩電路是在沒有外加輸入信號的情況下，依靠電路自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。自激振蕩而產(chǎn)生正弦波輸出電壓的電路。8.1.1 概述概述一、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件一、產(chǎn)生正弦波振蕩的條件fiXX1 FA1. 1. 正弦波振蕩的平衡條件正弦波振蕩的平衡條件1 FA nFAFA21 (n為整數(shù)為整數(shù))幅值平衡條件幅值平衡條件相位平衡條件相位平衡條件(正反饋正反

4、饋)1. 1. 正弦波振蕩的平衡條件正弦波振蕩的平衡條件1 FA2. 2. 電路的電路的起振起振1 FA nFA2 (n為整數(shù)為整數(shù))3.電路的電路的選頻選頻 電路中存在選頻網(wǎng)絡，其作用是：只有一定頻率的信號電路中存在選頻網(wǎng)絡，其作用是：只有一定頻率的信號（滿足振蕩條件的信號）能得到幅度較大的穩(wěn)定輸出，而其（滿足振蕩條件的信號）能得到幅度較大的穩(wěn)定輸出，而其它頻率的信號都將逐漸減弱一直到消失，既保證電路獲得單它頻率的信號都將逐漸減弱一直到消失，既保證電路獲得單一頻率的信號。一頻率的信號。4.4.電路的電路的穩(wěn)幅穩(wěn)幅環(huán)節(jié)環(huán)節(jié) 隨著輸出信號頻率的增大，使隨著輸出信號頻率的增大，使 電路達到穩(wěn)定電路

5、達到穩(wěn)定振蕩。振蕩。1FA5. 5. 振蕩過程的建立振蕩過程的建立ui1uo1uf1ui2uo2uf2ui3ufnuinuon二、正弦波振蕩電路的組成二、正弦波振蕩電路的組成（1 1）放大電路放大電路：保證電路能夠有從起振到動態(tài)平衡的過：保證電路能夠有從起振到動態(tài)平衡的過程，使電路獲得一定幅值的輸出量，實現(xiàn)能量的控制。程，使電路獲得一定幅值的輸出量，實現(xiàn)能量的控制。（4 4）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是使輸出信號：也就是非線性環(huán)節(jié)，作用是使輸出信號幅值穩(wěn)定。幅值穩(wěn)定。（2 2）選頻網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡：確定電路的振蕩頻率，使電路產(chǎn)生單一：確定電路的振蕩頻率，使電路產(chǎn)生單一頻率的振蕩，即保

6、證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。頻率的振蕩，即保證電路產(chǎn)生正弦波振蕩。（3）正反饋網(wǎng)絡正反饋網(wǎng)絡：引入正反饋，使放大電路的輸入信號：引入正反饋，使放大電路的輸入信號等于反饋信號。等于反饋信號。三、正弦波振蕩電路的分類三、正弦波振蕩電路的分類正弦波振蕩電路常用選頻網(wǎng)絡所用元件來命名正弦波振蕩電路常用選頻網(wǎng)絡所用元件來命名RCRC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路LCLC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路石英晶體正弦波振蕩電路石英晶體正弦波振蕩電路四、判斷電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的方法和步驟四、判斷電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩的方法和步驟（1）觀察電路是否包含了放大電路、選頻網(wǎng)絡、觀察電路是否包含了放大電路、選頻網(wǎng)絡、

7、反饋網(wǎng)絡和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四個組成部分。反饋網(wǎng)絡和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)四個組成部分。（2 2）判斷放大電路能否正常工作。）判斷放大電路能否正常工作。（3 3）利用）利用瞬時極性法瞬時極性法或或利用相位平衡條件利用相位平衡條件判斷電路判斷電路是否滿足正弦波振蕩的相位條件。是否滿足正弦波振蕩的相位條件。（4 4）判斷電路是否滿足正弦波振蕩的幅值條件，即）判斷電路是否滿足正弦波振蕩的幅值條件，即是否滿足起振條件。是否滿足起振條件。8.1.2 RC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路一、一、 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡 低頻等效電路低頻等效電路高頻等效電路高頻等效電路高通電路高通電路低通電路低通電路RCf 210 31 F

8、當當f = f0時時0 F 反饋系數(shù)的幅值最大，并反饋系數(shù)的幅值最大，并且輸出和輸入無相位差。且輸出和輸入無相位差。二二、 RC橋式正弦波振蕩電路橋式正弦波振蕩電路311 RRAf12RRf1、電路組成、電路組成2、相位平衡條件：、相位平衡條件： 放大電路為同相比例運算放大電路為同相比例運算電路：電路： 0A 反饋網(wǎng)絡為反饋網(wǎng)絡為RC串并聯(lián)串并聯(lián)式選頻網(wǎng)絡：式選頻網(wǎng)絡： 0F0FA滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件3、起振條件、起振條件1 FA3A穩(wěn)幅環(huán)節(jié)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)4、振蕩頻率、振蕩頻率RCf210？使用同相比例運算電路的理由使用同相比例運算電路的理由振蕩頻率連續(xù)振蕩頻率連續(xù)可調(diào)的可調(diào)的RC串并串

9、并聯(lián)選頻網(wǎng)絡聯(lián)選頻網(wǎng)絡電子琴的振蕩電路電路：電子琴的振蕩電路電路：2121RRCfo_+RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21例例1 1：判斷電路是否滿足振蕩的相位條件：判斷電路是否滿足振蕩的相位條件+0 F0 A nFA2 (n為整數(shù)為整數(shù))+輸入端輸入端輸出端輸出端正反饋正反饋例例2 2：判斷電路是否滿足振蕩的相位條件：判斷電路是否滿足振蕩的相位條件+0 FoA180 nFA2 (n為整數(shù)為整數(shù))輸入端輸入端輸出端輸出端RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+RCRC網(wǎng)絡正反饋，網(wǎng)絡正反饋，R RF F、

10、R RE E1 1組成負反饋，參數(shù)合適則可產(chǎn)生振蕩。組成負反饋，參數(shù)合適則可產(chǎn)生振蕩。例例3 3：判斷電路是否滿足振蕩的相位條件并計算：判斷電路是否滿足振蕩的相位條件并計算R RF F。RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+例例2：判斷電路是否滿足振蕩的相位條件并計算：判斷電路是否滿足振蕩的相位條件并計算RF。311 EfRRA12EfRR 8.1.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路一、一、 LC諧振回路的頻率特性諧振回路的頻率特性f較低時較低時: :網(wǎng)絡呈容性網(wǎng)絡呈容性f較高時較高時: :網(wǎng)絡呈感性網(wǎng)絡呈感性存在存在f f0 0使網(wǎng)使網(wǎng)絡呈純阻性

11、絡呈純阻性網(wǎng)絡電抗的頻率特性：網(wǎng)絡電抗的頻率特性：LCfQ 2110時時RLQ（品質(zhì)因數(shù)）（品質(zhì)因數(shù)）提示：由右圖可知：提示：由右圖可知：當當f f= =f f0 0時：時：整個網(wǎng)絡呈純阻性，整個網(wǎng)絡呈純阻性，并且網(wǎng)絡的阻抗值并且網(wǎng)絡的阻抗值達到最大。達到最大。并且其輸入電流遠并且其輸入電流遠小于回路環(huán)流。小于回路環(huán)流。beurZA 根據(jù)引入反饋的方式不同，根據(jù)引入反饋的方式不同，LCLC正弦波振蕩電路分為正弦波振蕩電路分為變壓變壓器反饋式器反饋式、電感反饋式電感反饋式和和電容反饋式電容反饋式三種電路三種電路。 所用放大電路可以是所用放大電路可以是共射電路共射電路，也可以是，也可以是共基電路共

12、基電路。 如右圖所示選頻放大電路，如右圖所示選頻放大電路，從中熟悉從中熟悉LCLC并聯(lián)網(wǎng)絡的選頻作并聯(lián)網(wǎng)絡的選頻作用。用。RC 當當f=ff=f0 0時，放大電時，放大電路的放大倍數(shù)最大，且路的放大倍數(shù)最大，且無附加相移。無附加相移。二、二、 變壓器反饋式振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路1 1、變壓器線圈同名端和異名端的相位關(guān)系、變壓器線圈同名端和異名端的相位關(guān)系若變壓器原副邊線圈通過兩端相連，另外兩端若若變壓器原副邊線圈通過兩端相連，另外兩端若為同名端則同相位，若為異名端則反相位。為同名端則同相位，若為異名端則反相位。若若b b和和d d相連，相連，a a和和c c為異為異名端則名端則a a和和

13、c c反相位。反相位。若若b b和和d d相連，相連，a a和和c c為同為同名端則名端則a a和和c c同相位。同相位。（1 1）振蕩電路的組成部分：）振蕩電路的組成部分：放大電路放大電路選頻網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡（共射放大電路）（共射放大電路）（LC并聯(lián)網(wǎng)絡）并聯(lián)網(wǎng)絡）（變壓器反饋）（變壓器反饋）2 2、電路組成及其工作原理、電路組成及其工作原理（2 2）電路是否正常工作：）電路是否正常工作：放大電路是否正常工作：放大電路是否正常工作：靜態(tài)工作點合理。靜態(tài)工作點合理。交流信號順暢傳輸。交流信號順暢傳輸。判斷是否滿足相位平衡條件：判斷是否滿足相位平衡條件：利用相位平衡條件利用相位平衡條

14、件利用瞬時極性法利用瞬時極性法利用相位平衡條件：利用相位平衡條件：放大電路為共射放大電路：放大電路為共射放大電路：OA180交流地交流地OF180 變壓器反饋式，反饋端和輸出端為異名端：變壓器反饋式，反饋端和輸出端為異名端：利用瞬時極性法：利用瞬時極性法：滿足相位平衡條件滿足相位平衡條件+正反饋正反饋三、三、 電感反饋式振蕩電路電感反饋式振蕩電路1、電感線圈各點的相位關(guān)系、電感線圈各點的相位關(guān)系 若電感線圈的一端點接地（若電感線圈的一端點接地（a或或c），中間點），中間點(b)和另一端點和另一端點(c或或a)同相位；若中間點同相位；若中間點(b)接地，則兩接地，則兩端點（端點（a和和c）反相位

15、。）反相位。2、電路組成及工作原理、電路組成及工作原理（1 1）振蕩電路的組成部分：）振蕩電路的組成部分：放大電路放大電路選頻網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡（共射放大電路）（共射放大電路）（LC并聯(lián)網(wǎng)絡）并聯(lián)網(wǎng)絡）(電感反饋電感反饋)（2 2）電路是否正常工作：）電路是否正常工作：放大電路是否正常工作：放大電路是否正常工作：判斷是否滿足相位平衡條件：判斷是否滿足相位平衡條件：中間點中間點接地接地OA180OF180 +？電容電容C1的作用的作用正反饋正反饋三、三、 電容反饋式振蕩電路電容反饋式振蕩電路1、電容網(wǎng)絡各點的相位關(guān)系、電容網(wǎng)絡各點的相位關(guān)系 若一端點接地（若一端點接地（a或或c），中間

16、點），中間點(b)和另一和另一端點端點(c或或a)同相位；若中間點同相位；若中間點(b)接地，則兩端接地，則兩端點（點（a和和c）反相位。）反相位。2、電路組成及工作原理、電路組成及工作原理（1 1）振蕩電路的組成部分：）振蕩電路的組成部分：放大電路放大電路選頻網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡（共射放大電路）（共射放大電路）（LC并聯(lián)網(wǎng)絡）并聯(lián)網(wǎng)絡）(電容反饋電容反饋)（2 2）電路是否正常工作：）電路是否正常工作：放大電路是否正常工作：放大電路是否正常工作：判斷是否滿足相位平衡條件：判斷是否滿足相位平衡條件：OA180OF180 ？電容電容C3的作用的作用+CCCC111121電容反饋式放大電路

17、的改進形式電容反饋式放大電路的改進形式采用共基放大電路采用共基放大電路的電容反饋式放大的電容反饋式放大電路電路輸入端輸入端輸出端輸出端交流地交流地OA0OF0+正反饋正反饋例例1 1 電路如圖所示，電路如圖所示，C Cb b為旁路電容，為旁路電容，C C1 1為耦合電容，對交流為耦合電容，對交流信號均視為短路。為使電路可能產(chǎn)生正弦波振蕩，試說明變壓信號均視為短路。為使電路可能產(chǎn)生正弦波振蕩，試說明變壓器原邊線圈和副邊線圈的同名端。器原邊線圈和副邊線圈的同名端。解：解：變壓器原邊線圈的下端變壓器原邊線圈的下端和副邊線圈的上端為同和副邊線圈的上端為同名端；或者說原邊線圈名端；或者說原邊線圈的上端和

18、副邊線圈的下的上端和副邊線圈的下端為同名端。端為同名端。輸入端輸入端輸出端輸出端反饋端反饋端例例2 2 改正如圖所示電路中的錯誤，使之有可能產(chǎn)生正弦波振改正如圖所示電路中的錯誤，使之有可能產(chǎn)生正弦波振蕩。要求不能改變放大電路的基本接法。蕩。要求不能改變放大電路的基本接法。注意電路圖的不同畫法注意電路圖的不同畫法解解： 改正后的電路如下圖所示：改正后的電路如下圖所示：耦合電容耦合電容8.11 8.11 分別標出圖分別標出圖P8.11P8.11所示各電路中變壓器的同銘所示各電路中變壓器的同銘端，使之滿足正弦波振蕩的相位條件。端，使之滿足正弦波振蕩的相位條件。ui 8.12 分別判斷圖分別判斷圖P8

19、.12所示各電路是否可能產(chǎn)生正弦所示各電路是否可能產(chǎn)生正弦波振蕩。波振蕩。8.2 電壓比較器電壓比較器8.2 電壓比較器電壓比較器8.2.1 概述概述一、一、電壓比較器電壓比較器 電壓比較器是將輸入電壓和一個參考電壓進行比電壓比較器是將輸入電壓和一個參考電壓進行比較并將比較的結(jié)果對外輸出的電路。較并將比較的結(jié)果對外輸出的電路。REFIUu 例：例：OMOUuREFIUu OMOUu模擬量模擬量數(shù)字量數(shù)字量1 1、什麼是電壓比較器、什麼是電壓比較器2、電壓比較器的電壓傳輸特性、電壓比較器的電壓傳輸特性IOufu 用曲線表示用曲線表示 存在一個輸入電壓，使輸出電壓發(fā)生躍變，稱為存在一個輸入電壓，使

20、輸出電壓發(fā)生躍變，稱為閾值電壓閾值電壓，記作，記作UT 。正確畫出電壓傳輸特性，需求出以下三個要素：正確畫出電壓傳輸特性，需求出以下三個要素：（1）輸出電壓高電平和低電平的數(shù)值輸出電壓高電平和低電平的數(shù)值 UOH和和UOL；（2）閾值電壓的數(shù)值閾值電壓的數(shù)值UT ；（3）當當uI變化且經(jīng)過變化且經(jīng)過UT時時， uO的躍變方向的躍變方向，即是從即是從UOH躍變躍變?yōu)闉閁OL ，還是還是UOL躍變?yōu)檐S變?yōu)閁OH 。REFIUu OMOUuREFIUu OMOUu3、波形變換、波形變換二、集成運放的非線性工作區(qū)二、集成運放的非線性工作區(qū)（1）輸出電壓）輸出電壓uo只有兩種只有兩種可能的情況，分別為可

21、能的情況，分別為UOM 。（2）仍具有）仍具有“虛斷虛斷”的特點。的特點。即：即：uPuN，uo =+ UOM ； uP URH 時時，當當uI URL 時時，當當URL uI URH 時時， uO1= uO2= -UOM ， D1和和 D2均截止。均截止。穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管DZ截止截止， uO=0 。URL 和和 URH分別分別為比較器的兩為比較器的兩個閾值電壓。個閾值電壓。2、傳輸特性曲線傳輸特性曲線例例1 電路如圖所示，已知電路如圖所示，已知R1=50k， R2=100k，穩(wěn)壓管的穩(wěn)，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓定電壓 UZ= 9V,輸入電壓輸入電壓uI的波形如圖所示的波形如圖所示,試畫出試畫出uO波形。

22、波形。解：解： 輸出高電平和低電平分別為輸出高電平和低電平分別為 UZ= 9V,閾值電壓閾值電壓VVURRRUZT3)9(1005050)(211例例2 設(shè)計一個電壓比較器設(shè)計一個電壓比較器,使其電壓傳輸特性如下圖所示，要使其電壓傳輸特性如下圖所示，要求所用電阻阻值在求所用電阻阻值在20100k之間。之間。 UZ= 6V，UT= 3V,解：根據(jù)電壓傳輸特性，輸入電壓應作用于同相輸入端。解：根據(jù)電壓傳輸特性，輸入電壓應作用于同相輸入端。0211212NOIuuRRRuRRRUPVVRRURRUZT3)6(2121例例2 設(shè)計一個電壓比較器設(shè)計一個電壓比較器,使其電壓傳輸特性如下圖所示，要使其電壓

23、傳輸特性如下圖所示，要求所用電阻阻值在求所用電阻阻值在20100k之間。之間。122RR R1取取25k， R2取取50k。（3 3）電壓傳輸特性的三個要素是輸出電壓的高、低電）電壓傳輸特性的三個要素是輸出電壓的高、低電平，閾值電壓和輸出電壓的躍變方向。輸出電壓的高、平，閾值電壓和輸出電壓的躍變方向。輸出電壓的高、低電平?jīng)Q定于限幅電路；令低電平?jīng)Q定于限幅電路；令uP= uN所求出的所求出的uI就是閾就是閾值電壓值電壓UT； uI等于閾值電壓時輸出電壓的的躍變方向等于閾值電壓時輸出電壓的的躍變方向決定于決定于uI作用于集成運放的同相輸入端還是反相輸入作用于集成運放的同相輸入端還是反相輸入端。端。

24、小結(jié)：小結(jié)：（1 1）在電壓比較器中，集成運放多工作在非線性區(qū)，）在電壓比較器中，集成運放多工作在非線性區(qū)，輸出電壓只有高電平和低電平兩種可能的情況。輸出電壓只有高電平和低電平兩種可能的情況。（2 2）一般用電壓傳輸特性來描述輸出電壓和輸入電）一般用電壓傳輸特性來描述輸出電壓和輸入電壓的函數(shù)關(guān)系。壓的函數(shù)關(guān)系。8.3 非正弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路一、矩形波發(fā)生電路一、矩形波發(fā)生電路1.1.電路組成電路組成滯回電壓比較器滯回電壓比較器RC回路回路INuu ZOPURRRuRRRu211211ZTURRRU211閾值電壓：閾值電壓：ZTURRRU2112.2.工作原理工作原理設(shè)設(shè)uo的初態(tài)為的初態(tài)為+UZ,電容電容C上無電壓上無電壓(uc=0), uo通過通過R3向電容向電容C充電，充電，uI增大。此時電壓比較器的閾值電