廣東海洋大學(xué) 電路及電子學(xué) 上課課件 第9章

1、第第9章章 信號(hào)的運(yùn)算、處理及信號(hào)的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路波形發(fā)生電路 本節(jié)主要討論由集成運(yùn)放構(gòu)成的應(yīng)用本節(jié)主要討論由集成運(yùn)放構(gòu)成的應(yīng)用電路電路運(yùn)算電路的特點(diǎn)和分析方法。運(yùn)算電路的特點(diǎn)和分析方法。 為了簡(jiǎn)化分析并突出主要性能，通常為了簡(jiǎn)化分析并突出主要性能，通常把集成運(yùn)放看成理想的，理想運(yùn)算放把集成運(yùn)放看成理想的，理想運(yùn)算放大器大器(Ideal Operation Amplifier)應(yīng)當(dāng)應(yīng)當(dāng)滿足下列條件。滿足下列條件。n開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aodn開(kāi)環(huán)差模輸入電阻開(kāi)環(huán)差模輸入電阻ridn開(kāi)環(huán)輸出電阻開(kāi)環(huán)輸出電阻ro0n輸入偏置電流輸入偏置電流IIB1 = IIB2=0n

2、失調(diào)電壓和失調(diào)電流失調(diào)電壓和失調(diào)電流UIO=0、IIO=0n共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)AOC0n0dB帶寬帶寬fC (1)虛短虛短：理想運(yùn)放的兩輸入端之間理想運(yùn)放的兩輸入端之間的電壓差為零，即的電壓差為零，即Uid=U-U+=0，或或U-=U+。這是因?yàn)槭茈娫措妷合拗疲敵鲭娺@是因?yàn)槭茈娫措妷合拗?，輸出電壓壓Uo為有限值，又因?yàn)橛邢拗?，又因Aod，所以所以 0odoidAUUUU集成運(yùn)放的兩個(gè)重要特點(diǎn)集成運(yùn)放的兩個(gè)重要特點(diǎn):理想運(yùn)放工作在線性區(qū)，利用它的理想理想運(yùn)放工作在線性區(qū)，利用它的理想?yún)?shù)可以導(dǎo)出下面兩條重要結(jié)論。參數(shù)可以導(dǎo)出下面兩條重要結(jié)論。 +U-U+Aod_Uo (2)虛斷虛

3、斷：理想運(yùn)放的兩輸入端不取電：理想運(yùn)放的兩輸入端不取電流，即流，即I-=I+=0，這是因?yàn)檫@是因?yàn)閁id0，又因又因rid，所以所以0idid-rUIIUo理想集成運(yùn)算放大器理想集成運(yùn)算放大器I-=0I+=0U+U-Aod_+一般實(shí)際運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，其參數(shù)一般實(shí)際運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，其參數(shù)很接近理想條件，也基本具備這兩個(gè)特很接近理想條件，也基本具備這兩個(gè)特點(diǎn)，即有點(diǎn)，即有U-U+，I-I+0。n總之，總之，U-U+，I-I+0是兩條重要結(jié)論，是兩條重要結(jié)論，用以分折各種運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電用以分折各種運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路。路。9.1.1 比例電路比例電路 n1.1.反相比例電路反相比

4、例電路 電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路 由于由于I-=I+=0，所以所以U+=0，因此有因此有U-=U+=09.1 運(yùn)算電路運(yùn)算電路 RfUoI+UI_I-I1U+IfR1Rb+_圖圖9.1 反相比例電路反相比例電路Rb稱為輸入平衡電阻，稱為輸入平衡電阻，選擇參數(shù)時(shí)，應(yīng)使選擇參數(shù)時(shí)，應(yīng)使Rb=R1/Rf，使集成運(yùn)使集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端的外接放兩個(gè)輸入端的外接電阻相等，確保其處電阻相等，確保其處于平衡對(duì)稱的工作狀于平衡對(duì)稱的工作狀態(tài)態(tài)fo1IRURUI1foURRU如果如果Rf=R1，則輸出則輸出電壓與輸入電壓相位電壓與輸入電壓相位相反，大小相等，稱相反，大小相等，稱為反相器。為反相器。Rf

5、UoI+UI_I-I1U+IfR1Rb+_圖圖9.1 反相比例電路反相比例電路反相比例電路是電反相比例電路是電壓負(fù)反饋，理想情壓負(fù)反饋，理想情況下況下Rof=01I1ifIURR輸入電阻輸入電阻:RfUoI+UI_I-I1U+IfR1Rb+_圖圖9.1 反相比例電路反相比例電路n2.同相比例電路同相比例電路 理想情況下，存在理想情況下，存在U-=U+“虛短虛短”關(guān)系，由關(guān)系，由于于I-=I+=0，所以有所以有 U+=UIof11-URRRU)1 (1fIoRRUU+_+R1RfRbUI_+圖圖9.2 同相比例電路同相比例電路_Uo電路的輸出電壓與電路的輸出電壓與輸入電壓相位相同，輸入電壓相位相

6、同，大小成一定的比例大小成一定的比例關(guān)系關(guān)系同相比例同相比例運(yùn)算。運(yùn)算。+_+R1RfRbUI_+圖圖9.2 同相比例電路同相比例電路_Uo同相比例電路是電壓負(fù)同相比例電路是電壓負(fù)反饋，理想情況下反饋，理想情況下 Rof = 0是串聯(lián)負(fù)反饋，所以閉是串聯(lián)負(fù)反饋，所以閉環(huán)輸入電阻：環(huán)輸入電阻：1IifIUR+_+_+R1RfRbUI_+圖圖9.2 同相比例電路同相比例電路_Uo但但Rf=0，或或R1=，如圖如圖9.3所示，所示，Af=1，即輸出電壓即輸出電壓與輸入電壓大小相等相位與輸入電壓大小相等相位相同，這種電路稱為電壓相同，這種電路稱為電壓跟隨器跟隨器(Voltage Follower)。它

7、具有很大的輸入電阻和它具有很大的輸入電阻和很小的輸出電阻，其作用很小的輸出電阻，其作用與晶體管射極輸出器相似。與晶體管射極輸出器相似。)1 (1fIoRRUU_+UoUI_+圖圖9.3 電壓跟隨器電壓跟隨器9.1.2 加減運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路 n1. 加法電路加法電路 在理想情況下，在理想情況下，存在存在U-=U+=0，Ii=0，因此可列出：因此可列出：IF = I1 + I2 + I3 1I11I11RURUUI2I22RUI 3I33RUI UoR3I1I2UI3I3UI1UI2RfR1R2IiARbIF圖圖9.4 反相加法器反相加法器_+If = I1 + I2 + I3 Uo = -I

8、FRf)()(I33f2I2f1I1ff321URRURRURRRIII如果如果R1=R2=R3=R， )(I3I2I1foUUURRUUoR3I1I2UI3I3UI1UI2RfR1R2IiARbIF圖圖9.4 反相加法器反相加法器_+)(I3I2I1foUUURRU如果如果Rf = R，Uo= -(UI1+UI2+UI3)Rb=R1/R2/R3/Rf UoR3I1I2UI3I3UI1UI2RfR1R2IiARbIF圖圖9.4 反相加法器反相加法器_+n要 求 用 一 反 相 加 法 器 實(shí) 現(xiàn)要 求 用 一 反 相 加 法 器 實(shí) 現(xiàn) Y = (5X1+X2+4X3)運(yùn)算，輸入電阻不低于運(yùn)算

9、，輸入電阻不低于10k，選定電路中的各電阻。選定電路中的各電阻。n解解：將式：將式Y(jié)=(5X1+X2+4X3)與與n比較得：比較得： )(I33f2I2f1I1foURRURRURRU51fRR12fRR43fRR例例9.1n選選R1=20k，則則Rf=100k，R2=100k，R3=25k。nRb=R1/R2/R3/Rf10k100k圖圖9.5 例例9.1圖圖Y100kX3X2X1100k20k25kA_+n2. 減法電路減法電路理想情況下，理想情況下，Ii=0，U-=U+，I1=I2 2o1I1RUURUU434I2RRRUU12I1121434I2oRRURRRRRRUUUI2UI1Uo

10、圖圖9.6 差值運(yùn)算放大器差值運(yùn)算放大器I1IiI2R2R1R4AR3_+12I1121434I2oRRURRRRRRUU若若 R1=R3，R2=R4 )(I2I112oUURRU輸出電壓與兩個(gè)輸輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓的差值入電壓的差值UId=UI1UI2成正比，成正比，電路實(shí)現(xiàn)了差值運(yùn)電路實(shí)現(xiàn)了差值運(yùn)算。算。 UI2UI1Uo圖圖9.6 差值運(yùn)算放大器差值運(yùn)算放大器I1IiI2R2R1R4AR3_+n差值運(yùn)算放大器也稱為差動(dòng)運(yùn)算放大器。差值運(yùn)算放大器也稱為差動(dòng)運(yùn)算放大器。UId稱為差模信號(hào)，稱為差模信號(hào)， 輸入電壓輸入電壓UI1=UI2即即輸入信號(hào)無(wú)差值時(shí)，輸入信號(hào)無(wú)差值時(shí)，輸出電壓輸出電壓

11、Uo=0， 12IdofRRUUA差模差模放大放大倍數(shù)倍數(shù)2I2I1ICUUUUI2UI1Uo圖圖9.6 差值運(yùn)算放大器差值運(yùn)算放大器I1IiI2R2R1R4AR3_+n電路對(duì)共模信號(hào)無(wú)放大作用，共模放大電路對(duì)共模信號(hào)無(wú)放大作用，共模放大倍數(shù)為零。倍數(shù)為零。n差模放大器放大差模信號(hào)，抑制共模信差模放大器放大差模信號(hào)，抑制共模信號(hào)，不僅用來(lái)作減法運(yùn)算，還廣泛地應(yīng)號(hào)，不僅用來(lái)作減法運(yùn)算，還廣泛地應(yīng)用于放大具有強(qiáng)烈共模干擾的微小信號(hào)。用于放大具有強(qiáng)烈共模干擾的微小信號(hào)。n只有滿足只有滿足R1=R3和和R2=R4的條件，才能實(shí)的條件，才能實(shí)現(xiàn)精確的差值運(yùn)算，所以必須嚴(yán)格地選現(xiàn)精確的差值運(yùn)算，所以必須嚴(yán)

12、格地選配電阻配電阻R1、R2、R3和和R4。n另外，集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端上存在共模另外，集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端上存在共模電壓，理想情況下，電壓，理想情況下，U-=U+，對(duì)于實(shí)際運(yùn)對(duì)于實(shí)際運(yùn)放而言，共模抑制比放而言，共模抑制比KCMR為有限值，必為有限值，必將引起輸出誤差電壓。將引起輸出誤差電壓。n所以，在實(shí)際電路中，要提高電路運(yùn)算所以，在實(shí)際電路中，要提高電路運(yùn)算精度，必須選用高精度，必須選用高KCMR的運(yùn)算放大器。的運(yùn)算放大器。 9.1.3 積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路 n1. 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 積分電路積分電路(Integration Circuit)是模擬計(jì)是模

13、擬計(jì)算機(jī)中的基本單元，也是控制和測(cè)量系算機(jī)中的基本單元，也是控制和測(cè)量系統(tǒng)中的重要單元。利用它的充放電過(guò)程統(tǒng)中的重要單元。利用它的充放電過(guò)程可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)、定時(shí)以及產(chǎn)生各種波形?？梢詫?shí)現(xiàn)延時(shí)、定時(shí)以及產(chǎn)生各種波形。理想情況下理想情況下U-=U+=0， 1I1fRuii假設(shè)電容假設(shè)電容C上初始電壓上初始電壓為零，則為零，則uIif圖圖9.7 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路R1AuoRbC_+i1n即輸出電壓是輸即輸出電壓是輸入電壓對(duì)時(shí)間的入電壓對(duì)時(shí)間的積分，積分，R1C稱為稱為積分時(shí)間常數(shù)。積分時(shí)間常數(shù)。tuCRtRuCtiCuud1d1d1I11IfCOuIif圖圖9.7 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路R1

14、AuoRbC_+i1n假設(shè)輸入信號(hào)的的波形如圖假設(shè)輸入信號(hào)的的波形如圖9.8（a）所所示，示，uo在在uI=UI (t1tt2)期間，期間， tuRCu1O1uO線性下降線性下降 uIif圖圖9.7 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路R1AuoRbC_+i1圖圖9.8 積分電路輸入輸出波形積分電路輸入輸出波形uIuOt1t2tt理想理想(a)(b)n在在uI=0(tt2)期間，期間，uO保持不變。保持不變。 圖圖9.8 積分電路輸入輸出波形積分電路輸入輸出波形uIuOt1t2tt理想理想(a)(b)uIif圖圖9.7 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路R1AuoRbC_+i1在實(shí)際積分電路中，在實(shí)際積分電路中，u

15、O將按圖將按圖9.8(b)曲曲線的規(guī)律變化線的規(guī)律變化，這主要是因?yàn)閷?shí)際這主要是因?yàn)閷?shí)際集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)和輸入電阻大倍數(shù)和輸入電阻不是無(wú)窮大，還有不是無(wú)窮大，還有電容器電容器C的漏電等的漏電等原因造成的。原因造成的。uIuOt1t2tt理想理想圖圖9.8 積分電路輸入輸出波形積分電路輸入輸出波形(a)(b)實(shí)際實(shí)際在電路結(jié)構(gòu)上將積分電路中在電路結(jié)構(gòu)上將積分電路中R1與與C的位的位置互換，就組成微分器置互換，就組成微分器(Differentiator)，如圖如圖9.9所示。所示。n2.微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路 uoCuIRf圖圖9.9 微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路Rb_+uAi

16、fiCuAuoCuIRf圖圖9.9 微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路Rb_+ifiC理想情況下，理想情況下，U-=U+=0，iC=if，所以有所以有tuCiddICtuCRRiuddIfffO即輸出電壓是輸入即輸出電壓是輸入電壓的微分。電壓的微分。RfC稱為微分時(shí)間常數(shù)。稱為微分時(shí)間常數(shù)。當(dāng)輸入階躍電壓時(shí)，當(dāng)輸入階躍電壓時(shí)，t=0時(shí)，輸出電壓仍時(shí)，輸出電壓仍為一個(gè)有限值；隨為一個(gè)有限值；隨后由于電容后由于電容C被充被充電，輸出電壓按指電，輸出電壓按指數(shù)規(guī)律衰減到零，數(shù)規(guī)律衰減到零，如圖如圖9 9.10所示。所示。 uIuOtt00(a)(b)圖圖9.10 微分器的輸入輸出波形微分器的輸入輸出波形圖圖9

17、.9所示微分電路在高頻時(shí)，電容所示微分電路在高頻時(shí)，電容C的容的容抗變小，高頻放大倍數(shù)增高，因而高頻抗變小，高頻放大倍數(shù)增高，因而高頻噪聲和干擾所產(chǎn)生的影響比較嚴(yán)重，在噪聲和干擾所產(chǎn)生的影響比較嚴(yán)重，在實(shí)際微分電路中要采取一定的補(bǔ)償措施。實(shí)際微分電路中要采取一定的補(bǔ)償措施。 uAuoCuIRf圖圖9.9 微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路Rb_+ifiC9.1.4 對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路 n1.1.對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路n利用二極管組成基本對(duì)數(shù)運(yùn)算電路。理利用二極管組成基本對(duì)數(shù)運(yùn)算電路。理想情況下，可以列出想情況下，可以列出1I1DRuiiuO=uD 由二極管的伏安特性方程由二極管的

18、伏安特性方程 TDTDSsD) 1(UuUueIeIiuIuo圖圖9.11 對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路R1Rb_+i1uDiDTOS1IUueIRu兩邊取對(duì)數(shù)，得兩邊取對(duì)數(shù)，得STO1IlnlnIUuRuS1ITOlnIRuUu輸出電壓與輸入電壓成輸出電壓與輸入電壓成對(duì)數(shù)關(guān)系。對(duì)數(shù)關(guān)系。 uIuo圖圖9.11 對(duì)數(shù)運(yùn)算電路對(duì)數(shù)運(yùn)算電路R1Rb_+i1uDiDn2.反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路 n反對(duì)數(shù)是對(duì)數(shù)的反運(yùn)算，將圖中的對(duì)數(shù)元反對(duì)數(shù)是對(duì)數(shù)的反運(yùn)算，將圖中的對(duì)數(shù)元件件(二極管二極管D或晶體管或晶體管T)與電阻與電阻R1的位置互的位置互換，即構(gòu)成反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路，如圖換，即構(gòu)成反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路，如圖

19、9.12所所示。示。理想情況下，當(dāng)輸入電理想情況下，當(dāng)輸入電壓為正時(shí)有：壓為正時(shí)有：uI=uBETISCUueIiTIfSffOUueRIRiU輸出電壓與輸入電壓成指輸出電壓與輸入電壓成指數(shù)關(guān)系。數(shù)關(guān)系。 iCuI圖圖9.12 反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路RbuoT_+ifRf9.1.5 乘除運(yùn)算電路乘除運(yùn)算電路 廣泛應(yīng)用于信號(hào)處理、廣泛應(yīng)用于信號(hào)處理、信號(hào)檢測(cè)、通信工程、信號(hào)檢測(cè)、通信工程、自動(dòng)控制等科學(xué)領(lǐng)域。自動(dòng)控制等科學(xué)領(lǐng)域。 1.乘法運(yùn)算電路乘法運(yùn)算電路 （1）對(duì)數(shù)式乘法器）對(duì)數(shù)式乘法器ln(* )ln+ln= * =X YXYZ X Y eeuIRb3uoT_+R3uXRb1uo1_

20、+R1TRb1uo2_+R1TRb2uo3_+R2R2R2XO1T1 S1lnuuUR I YO2T1 S2lnuuUR I O3O1O2()uuu XO1T1 S1lnuuUR I YO2T1 S2lnuuUR I XYO3O1O2T21S1 S2()lnu uuuuUR I I O3T/3 S3O3 S3XY21S1 S2euUR IuR Iu uR I I 在正常工作情在正常工作情況下，可以認(rèn)況下，可以認(rèn)為三極管為三極管T1、T2中集電極電中集電極電流和流和uBE近似近似成指數(shù)關(guān)系，成指數(shù)關(guān)系，即即 T1_+R1+Rc_uOVCC+iC1_iC2R1T2 uX-VEERcReRfRfT3

21、uYuOiE_+圖圖9.13 變跨導(dǎo)式乘法器原理電路變跨導(dǎo)式乘法器原理電路TBE1TBE1111UuSUuSCeIeIi（2）變跨導(dǎo)式乘法器）變跨導(dǎo)式乘法器(Variable Trans-conductance Multiplier)n若若uBE1=uBE2，IS1=IS2，則則 TBE2TBE2222UuSUuSCeIeIiTBESC2C1E2)(1UueIiiiT1_+R1+Rc_uOVCC+iC1_iC2R1T2 uX-VEERcReRfRfT3uYuOiE_+圖圖9.13 變跨導(dǎo)式乘法器原理電路變跨導(dǎo)式乘法器原理電路uOgm隨隨uY而變，因此這種電路被稱為變跨而變，因此這種電路被稱為變

22、跨導(dǎo)式乘法電路。導(dǎo)式乘法電路。 交流時(shí)，交流時(shí)，T3短路，短路，uE1=uE2=0,所以所以 BECmuigTETC1m21UiUigeYERuiTeYm2URugTBE111UuSCeIiXIuu211T1_+R1+Rc_uOVCC+iC1_iC2R1T2 uX-VEERcReRfRfT3uYuOiE_+圖圖9.13 變跨導(dǎo)式乘法器原理電路變跨導(dǎo)式乘法器原理電路uOXmC121ugiXmC221ugiTeYXcXcmcC2C1O2)(URuuRuRgRiiuYXTeYXc1cfO1cfO2uKuURuuRRRRuRRRuTe1ccf)2(URRRRRKBECuiuigBECmT1_+R1+R

23、c_uOVCC+iC1_iC2R1T2 uX-VEERcReRfRfT3uYuOiE_+（3）四象限模擬乘法器四象限模擬乘法器 n圖圖9.13所示電路雖然能完成兩信號(hào)的相乘所示電路雖然能完成兩信號(hào)的相乘運(yùn)算，但還不完善，例如運(yùn)算，但還不完善，例如uY極性必須為正，極性必須為正，又必須大于發(fā)射結(jié)的死區(qū)電壓，所以該電又必須大于發(fā)射結(jié)的死區(qū)電壓，所以該電路只能用做二象限相乘路只能用做二象限相乘(uX的極性可正可的極性可正可負(fù)負(fù))，不能適應(yīng)四象限相乘。，不能適應(yīng)四象限相乘。K中含有中含有UT，表明該電路受溫度影響。表明該電路受溫度影響。為了克服這些缺點(diǎn)，為了克服這些缺點(diǎn)，可以采用二級(jí)差動(dòng)可以采用二級(jí)差

24、動(dòng)放大電路，實(shí)現(xiàn)放大電路，實(shí)現(xiàn)uX和和uY均可正可負(fù)的均可正可負(fù)的四 象 限 乘 法 器四 象 限 乘 法 器(Four-Quadrant Multiplier)，原理原理電路如圖電路如圖9.14所示。所示。 +T2T5+uXT4+VCCRcI + iYI - iYiC1T1-VEE+_iC2iC4uYT3T6_iYRYuORciC5iC6iC3_II圖圖9.14 四象限模擬乘法器四象限模擬乘法器XTC3XmC2C12uUiugiiXTC4XmC6C52uUiugiiYYYC4C322RuiiiYTYXcC4C3TXccXTC4XTC3cC6C5cC2C1O)(2)22()()(RUuuRii

25、UuRRuUiuUiRiiRiiu+T2T5+uXT4+VCCRcI + iYI - iYiC1T1-VEE+_iC2iC4uYT3T6_iYRYuORciC5iC6iC3_II圖圖9.14 四象限模擬乘法器四象限模擬乘法器n乘法器符號(hào)如圖乘法器符號(hào)如圖9.17所示。所示。YXouKuu XYuXuOuY(a)不帶運(yùn)放的乘法器符號(hào)不帶運(yùn)放的乘法器符號(hào)XYuXuOuY(b)帶運(yùn)放的乘法器符號(hào)帶運(yùn)放的乘法器符號(hào)圖圖9.17 乘法器的表示符號(hào)乘法器的表示符號(hào)利用集成模擬乘法器和集成運(yùn)算放大器利用集成模擬乘法器和集成運(yùn)算放大器可組成可組成除法除法、開(kāi)方開(kāi)方及及平方平方等運(yùn)算電路。等運(yùn)算電路。在通信設(shè)備

26、中可作在通信設(shè)備中可作平衡調(diào)制器平衡調(diào)制器，同步檢同步檢波器、鑒頻器、混頻器波器、鑒頻器、混頻器等；等；在測(cè)量技術(shù)中可以進(jìn)行在測(cè)量技術(shù)中可以進(jìn)行單相功率測(cè)量單相功率測(cè)量、三相功率測(cè)量、功率因數(shù)的測(cè)量三相功率測(cè)量、功率因數(shù)的測(cè)量等；等；此外還可以作為倍頻器、此外還可以作為倍頻器、壓控濾波器壓控濾波器等。等。2. 除法運(yùn)算電路除法運(yùn)算電路 例例9.29.2 利用模擬乘法器實(shí)現(xiàn)利用模擬乘法器實(shí)現(xiàn) YXO1uuKuYXO1uuKuKuYuO=uX若以若以u(píng)O、uY作為模擬乘法器的兩個(gè)輸入作為模擬乘法器的兩個(gè)輸入電壓，設(shè)法使乘法器的輸出電壓與電壓，設(shè)法使乘法器的輸出電壓與uX成成正比例或二者的絕對(duì)值相等

27、，便可以實(shí)正比例或二者的絕對(duì)值相等，便可以實(shí)現(xiàn)除法運(yùn)算，電路如圖現(xiàn)除法運(yùn)算，電路如圖9.18所示。所示。YXO1uuKuKuYuO=uZuZ=-uX當(dāng)當(dāng)R1=RfuX = -KuYuOYXO1uuKuvK0uY0uY0i1uOuYuX圖圖9.18 用模擬乘法器組成的除法電路用模擬乘法器組成的除法電路uZR1RfiFRb_+AX y9.2 電壓、電流變換電路電壓、電流變換電路 n9.2.1 電壓電壓-電流變換器電流變換器n目的：輸入電壓目的：輸入電壓UI輸出輸出電流電流IO。n這是電流串聯(lián)負(fù)反饋放這是電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。理想情況下，大電路。理想情況下，U+=U-，I+=I-=0，所以有所以有

28、RUIIO負(fù)載上的輸出電流負(fù)載上的輸出電流IO與與輸入電壓輸入電壓UI成正比。成正比。缺點(diǎn)：負(fù)載不接地。缺點(diǎn)：負(fù)載不接地。R1U+IORU-UIRLUO+_(a)+_圖圖9.19電壓電壓-電流變換器電流變換器n改進(jìn)：負(fù)載改進(jìn)：負(fù)載RL接地。其接地。其中中R3、R4和和RL構(gòu)成正反饋。構(gòu)成正反饋。n理想情況下，電路處于理想情況下，電路處于線性工作狀態(tài)，線性工作狀態(tài)，U-=U+，I+=I-=0，有有211O212IRRRURRRUUL43L4OLOO/RRRRRURIUUUI_R4U+R1U-RLIOUOUO圖圖9.19 電壓電壓-電流變換器電流變換器R2+(b)+_R3n負(fù)載電流負(fù)載電流IO和輸

29、入和輸入電壓電壓UI成正比，實(shí)成正比，實(shí)現(xiàn)了線性變換?，F(xiàn)了線性變換。L12L433I12ORRRRRRRURRI4312RRRRI4O1URIUI_R4U+R1U-RLIOUOUO圖圖9.19 電壓電壓-電流變換器電流變換器R2+(b)+_R3n9.2.2 電流電流-電壓變換器電壓變換器n目的：輸入電流目的：輸入電流IS輸出電壓輸出電壓UO 。n電壓并聯(lián)負(fù)反饋電電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。由圖可得：路。由圖可得：nUO=ISRF 輸出電壓輸出電壓UO與輸入電流與輸入電流IS成正比，達(dá)到了電流成正比，達(dá)到了電流-電電壓線性變換的目的。壓線性變換的目的。RLUO_+IFRb圖圖9.20 電流電流-電壓變換

30、器電壓變換器RFU+U-IO+_Isn若負(fù)載若負(fù)載RL是固定不變的，是固定不變的，則可得：則可得：SLFLOOIRRRUI負(fù)載上的電流負(fù)載上的電流IO與輸入與輸入電流電流IS成正比，所以該成正比，所以該電路也可作為電路也可作為電流放大電流放大電路。電路。RLUO_+IFRb圖圖9.20 電流電流-電壓變換器電壓變換器RFU+U-IO+_Is集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用 n有源濾波電路有源濾波電路n電壓電壓比較器比較器n正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路n非正弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路 9.3 有源濾波電路有源濾波電路 n濾波電路的功能是讓指定頻率范圍內(nèi)的濾波電路的功能是讓指定頻率范圍內(nèi)

31、的信號(hào)通過(guò)，而將其余頻率的信號(hào)加以抑信號(hào)通過(guò)，而將其余頻率的信號(hào)加以抑制，或使其急劇衰減。因此濾波電路在制，或使其急劇衰減。因此濾波電路在各種預(yù)處理電路中幾乎是必不可少的，各種預(yù)處理電路中幾乎是必不可少的，有的甚至已成為測(cè)量?jī)x器中的基本單元有的甚至已成為測(cè)量?jī)x器中的基本單元電路。電路。n濾波電路種類很多，但從通帶性質(zhì)來(lái)分，濾波電路種類很多，但從通帶性質(zhì)來(lái)分，主要有以下四種基本類型：主要有以下四種基本類型：n低通濾波器低通濾波器(Low Pass Filter，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱LPF)；n高通濾波器高通濾波器(High Pass Filter，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱HPF)；n帶通濾波器帶通濾波器(Band Pass

32、 Filter，簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱BPF)；n帶阻濾波器帶阻濾波器(Band Elimination Filter，簡(jiǎn)簡(jiǎn)稱稱BEF)。n其理想特性如圖其理想特性如圖9.21所示。所示。 10-110210-310-2100101/0通通 帶帶阻阻 帶帶(a) 理想低通濾波器特性理想低通濾波器特性Af()10-2100102/0阻阻 帶帶通通 帶帶(b) 理想高通濾波器特性理想高通濾波器特性Af()圖圖9.21 濾波器的理想幅頻特性濾波器的理想幅頻特性10-1101n其理想特性如圖其理想特性如圖9.21所示。所示。 阻阻012Af()阻阻通通(c) 帶通濾波器理想特性帶通濾波器理想特性阻阻Af()012通

33、通通通(d) 帶阻濾波器理想特性帶阻濾波器理想特性圖圖9.21 濾波器的理想幅頻特性濾波器的理想幅頻特性9.3.1 低通濾波器低通濾波器 n低通濾波器用來(lái)通過(guò)低頻信號(hào)，抑制或低通濾波器用來(lái)通過(guò)低頻信號(hào)，抑制或衰減高頻信號(hào)。理想的低通濾波器的幅衰減高頻信號(hào)。理想的低通濾波器的幅頻特性如圖頻特性如圖9.21 (a)所示。所示。 10-310-210-1100101102/0通通 帶帶阻阻 帶帶(a) 理想低通濾波器特性理想低通濾波器特性Af()iof)(UUA濾波電路增益或?yàn)V波電路增益或電壓傳遞函數(shù)電壓傳遞函數(shù) 通帶通帶(Pass band) 阻帶(Stop band) 200f截止頻率截止頻率(

34、Cut off Frequency) n簡(jiǎn)單二階低通濾波電路如圖簡(jiǎn)單二階低通濾波電路如圖9.22所示。所示。 fof(1)RUUAURRCjUCjCjRUU11111MMiM1/1)1/(1UCjRCjRCjRCjU020fiof31)(jAUUARUoRfR1RC1=CC2=CA_+圖圖9.22 簡(jiǎn)單二階低通濾波電路簡(jiǎn)單二階低通濾波電路UiUMU+n二階低通濾波電路，二階低通濾波電路，0 0不是通帶截止角頻率。不是通帶截止角頻率。令令p p為通帶截止角頻率，按截止頻率的定義為通帶截止角頻率，按截止頻率的定義= =p p時(shí)，時(shí)，23120pj00p37. 02753RC37. 0pn幅頻特性幅

35、頻特性 020fiof31)(jAUUAAf()Af10-210-310-1/0100101020lg/dB40dB/十倍頻十倍頻圖圖9.23 簡(jiǎn)單二階低通濾波電路的幅頻特性簡(jiǎn)單二階低通濾波電路的幅頻特性n將圖將圖9.22中的電容中的電容C1的接地端接到集成的接地端接到集成運(yùn)放的輸出端，構(gòu)成圖運(yùn)放的輸出端，構(gòu)成圖9.24所示的二階所示的二階壓控式低通濾波器。壓控式低通濾波器。020ffof11)(QjAUUA1ff1RRARC10f31AQ阻尼系數(shù)阻尼系數(shù) RC2UoRfR1RC1A_+圖圖9.24(a) 改進(jìn)二階低通濾波電路改進(jìn)二階低通濾波電路UiUMU+n幅頻特性幅頻特性 21Q當(dāng)當(dāng)UR時(shí)

36、，時(shí)，UO=-UOm；uIUB1，才能使才能使uO由正翻由正翻轉(zhuǎn)為負(fù)；轉(zhuǎn)為負(fù)；uI由正向負(fù)變化由正向負(fù)變化時(shí)，因?yàn)檫@時(shí)時(shí)，因?yàn)檫@時(shí)uO為負(fù)，須為負(fù)，須uI2R1 3112fRRAA1FA3112UUFR2R1C2R2UoC1R1+_A圖圖9.39 橋式振蕩器原理電路橋式振蕩器原理電路n如何做到既能可靠起振，又能保證輸出波形為較好的正如何做到既能可靠起振，又能保證輸出波形為較好的正弦波呢？弦波呢？ n可靠起振：可靠起振：n但如果但如果 過(guò)分大就會(huì)使輸出波形變壞。過(guò)分大就會(huì)使輸出波形變壞。n因此，設(shè)法使起振時(shí)，因此，設(shè)法使起振時(shí)，n即即 R22R1n平衡時(shí)，平衡時(shí)，n即即 R2=2R1 1FAA3

37、A3Au通常可以利用二極管或穩(wěn)壓管的非線性特性、通?？梢岳枚O管或穩(wěn)壓管的非線性特性、場(chǎng)效應(yīng)管的可變電阻特性或者熱敏電阻等元件場(chǎng)效應(yīng)管的可變電阻特性或者熱敏電阻等元件的非線性特性來(lái)自動(dòng)幅。的非線性特性來(lái)自動(dòng)幅。 nRC串并聯(lián)振蕩電路存在的缺點(diǎn)：串并聯(lián)振蕩電路存在的缺點(diǎn)： n受受RC參數(shù)的影響，振蕩頻率較低。參數(shù)的影響，振蕩頻率較低。小于小于1MHz。n原因原因：電路中存在分布電容。：電路中存在分布電容。n若提高振蕩頻率，可以采用若提高振蕩頻率，可以采用LC振蕩電路，振蕩電路，石英晶體振蕩電路。石英晶體振蕩電路。9.6.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器n石英晶體石英晶體(Crystal)是一種

38、各向異性的結(jié)晶體，化學(xué)成分是一種各向異性的結(jié)晶體，化學(xué)成分是二氧化硅是二氧化硅(SiO2)。從一塊晶體上接一定的方位角切下的。從一塊晶體上接一定的方位角切下的薄片稱為晶片，然后在晶片的兩個(gè)對(duì)應(yīng)表面上涂敷銀層并薄片稱為晶片，然后在晶片的兩個(gè)對(duì)應(yīng)表面上涂敷銀層并裝上一對(duì)金屬板，就構(gòu)成石英晶體產(chǎn)品若提高振蕩頻率，裝上一對(duì)金屬板，就構(gòu)成石英晶體產(chǎn)品若提高振蕩頻率，可以采用可以采用LC振蕩電路，石英晶體振蕩電路。振蕩電路，石英晶體振蕩電路。n1.石英晶體的壓電效應(yīng)及其等效電路石英晶體的壓電效應(yīng)及其等效電路n石英晶片具有壓電效應(yīng)石英晶片具有壓電效應(yīng)(Piezoelectric Effect)。疊在石英。疊

39、在石英晶片的兩個(gè)相對(duì)的面上加一個(gè)電壓，晶片便會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變晶片的兩個(gè)相對(duì)的面上加一個(gè)電壓，晶片便會(huì)產(chǎn)生機(jī)械變形。相反，在晶片上施加機(jī)械壓力形。相反，在晶片上施加機(jī)械壓力(或拉力或拉力)，則晶片會(huì)在，則晶片會(huì)在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電壓，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電壓，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。 n當(dāng)在晶片的兩個(gè)面上加交變電壓時(shí)，晶片便因反當(dāng)在晶片的兩個(gè)面上加交變電壓時(shí)，晶片便因反復(fù)的機(jī)械變形而產(chǎn)生振動(dòng)，而這種機(jī)械振動(dòng)又會(huì)復(fù)的機(jī)械變形而產(chǎn)生振動(dòng)，而這種機(jī)械振動(dòng)又會(huì)反過(guò)來(lái)產(chǎn)生交變電壓反過(guò)來(lái)產(chǎn)生交變電壓 。n在一般情況下，晶片的機(jī)械振動(dòng)及其所產(chǎn)生的交在一般情況下，晶片的機(jī)械振動(dòng)及其所產(chǎn)生的交變電壓都

40、非常小，但在外加電壓的頻率為某個(gè)特變電壓都非常小，但在外加電壓的頻率為某個(gè)特定數(shù)值時(shí)，機(jī)械振動(dòng)和它所產(chǎn)生的交變電壓都會(huì)定數(shù)值時(shí)，機(jī)械振動(dòng)和它所產(chǎn)生的交變電壓都會(huì)顯著增大。這一現(xiàn)象稱為壓電諧振。顯著增大。這一現(xiàn)象稱為壓電諧振。n上述特定頻率稱為石英晶片的固有頻率或諧振頻上述特定頻率稱為石英晶片的固有頻率或諧振頻率。率。 n石英揩振器在電路圖中的符號(hào)如圖石英揩振器在電路圖中的符號(hào)如圖9.40(a)所示，中間是石所示，中間是石英晶片，兩邊是兩塊金屬夾板及相應(yīng)引出線。它的壓電現(xiàn)英晶片，兩邊是兩塊金屬夾板及相應(yīng)引出線。它的壓電現(xiàn)象可以用圖象可以用圖9.40(b)所示等效電路來(lái)模擬。所示等效電路來(lái)模擬。X

41、fsfPf0圖圖9.41 石英諧振器石英諧振器電抗和頻率的關(guān)系電抗和頻率的關(guān)系BABCoLCR(a) 符號(hào)符號(hào)(b) 等效電路等效電路圖圖9.40 石英振蕩器石英振蕩器An當(dāng)晶片不振動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)平板電容當(dāng)晶片不振動(dòng)時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)平板電容Co；當(dāng)晶；當(dāng)晶片振動(dòng)時(shí)，有一個(gè)機(jī)械振動(dòng)的慣性，用電感片振動(dòng)時(shí)，有一個(gè)機(jī)械振動(dòng)的慣性，用電感L來(lái)等來(lái)等效；而晶片的彈性一般以電容效；而晶片的彈性一般以電容C來(lái)等效；晶片振動(dòng)來(lái)等效；晶片振動(dòng)時(shí)的內(nèi)部摩擦損耗則用時(shí)的內(nèi)部摩擦損耗則用R來(lái)等效。來(lái)等效。n電路中電路中L、C、R和和Co等參數(shù)決定于晶片的幾何尺等參數(shù)決定于晶片的幾何尺寸和切割方式，電路的諧振頻率為諧振

42、器的固有寸和切割方式，電路的諧振頻率為諧振器的固有頻率。頻率。 n由于等效電路的參數(shù)只決定于晶體的幾何尺寸，由于等效電路的參數(shù)只決定于晶體的幾何尺寸，所以是十分穩(wěn)定的，因此電路的諧振頻率也十分所以是十分穩(wěn)定的，因此電路的諧振頻率也十分穩(wěn)定。穩(wěn)定。 n當(dāng)頻率比較低時(shí)，石英諧振當(dāng)頻率比較低時(shí)，石英諧振器呈現(xiàn)容抗；頻率為器呈現(xiàn)容抗；頻率為fs時(shí)，時(shí)，X=0；頻率在頻率在fs和和fp之間，之間，X為感抗；為感抗；頻率為頻率為fp fp時(shí)，時(shí)，X為無(wú)窮大；頻為無(wú)窮大；頻率高于率高于fp時(shí)，時(shí)，X又為容抗。又為容抗。 fs為為石英諧振器的串聯(lián)諧振頻率，石英諧振器的串聯(lián)諧振頻率，稱稱fp為石英諧振器的并聯(lián)諧

43、振為石英諧振器的并聯(lián)諧振頻率。頻率。 XfsfPf0圖圖9.41 石英諧振器石英諧振器電抗和頻率的關(guān)系電抗和頻率的關(guān)系2.石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路n石英晶體振蕩電路可以歸結(jié)石英晶體振蕩電路可以歸結(jié)為兩類，一類稱為并聯(lián)式，一為兩類，一類稱為并聯(lián)式，一類稱為串聯(lián)式。類稱為串聯(lián)式。 fs為石英諧振為石英諧振器的串聯(lián)諧振頻率，稱器的串聯(lián)諧振頻率，稱fp為石為石英諧振器的并聯(lián)諧振頻率。英諧振器的并聯(lián)諧振頻率。n并聯(lián)式：石英晶體的阻抗呈并聯(lián)式：石英晶體的阻抗呈電感性，與外接電容器構(gòu)成并電感性，與外接電容器構(gòu)成并聯(lián)諧振，振蕩頻率在聯(lián)諧振，振蕩頻率在fs和和fp之之間間 。n串聯(lián)式石英晶體發(fā)生串聯(lián)諧串

44、聯(lián)式石英晶體發(fā)生串聯(lián)諧振，它呈純阻性，振蕩頻率就振，它呈純阻性，振蕩頻率就等于等于fs。 XfsfPf0圖圖9.41 石英諧振器石英諧振器電抗和頻率的關(guān)系電抗和頻率的關(guān)系n由由C1、C2和石英晶體構(gòu)成和石英晶體構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，這時(shí)石英晶并聯(lián)諧振電路，這時(shí)石英晶體相當(dāng)于電感，諧振頻率必體相當(dāng)于電感，諧振頻率必然處于石英諧振器的然處于石英諧振器的fs和和fp之間之間 。n由于由于C1Cs，C2Cs，所，所以振蕩頻率主要取決于石英以振蕩頻率主要取決于石英晶體與晶體與Cs的諧振頻率。的諧振頻率。n其他元件和雜散參數(shù)對(duì)振其他元件和雜散參數(shù)對(duì)振蕩頻率的影響極微，故諧振蕩頻率的影響極微，故諧振頻率很穩(wěn)定。

45、頻率很穩(wěn)定。 C1晶體晶體CsC2圖圖9.42 并聯(lián)式石英晶體振蕩電路并聯(lián)式石英晶體振蕩電路+_圖圖9.43示為一串聯(lián)式石英晶體振示為一串聯(lián)式石英晶體振蕩龜路。蕩龜路。 集成運(yùn)放在這里作為電壓比較集成運(yùn)放在這里作為電壓比較器，輸出器，輸出uO為一方波，正、負(fù)為一方波，正、負(fù)幅值為集成運(yùn)放最大限幅值幅值為集成運(yùn)放最大限幅值Uom。輸出經(jīng)。輸出經(jīng)R1將全部直流輸將全部直流輸出電壓負(fù)反饋于反相輸入端，出電壓負(fù)反饋于反相輸入端，使比較器偏置于線性區(qū)域。使比較器偏置于線性區(qū)域。晶體置于正反饋回路中，晶體置于正反饋回路中，工作于串聯(lián)諧振，這時(shí)反工作于串聯(lián)諧振，這時(shí)反饋?zhàn)顝?qiáng)，最易振蕩。饋?zhàn)顝?qiáng)，最易振蕩。uO

46、圖圖9.43 串聯(lián)式石英晶體振蕩電路串聯(lián)式石英晶體振蕩電路C1R1R2晶體晶體+_9.7 非正弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路n在脈沖和數(shù)字電路中矩形波、三角波、鋸在脈沖和數(shù)字電路中矩形波、三角波、鋸齒波等非正弦波被廣泛應(yīng)用。這些波形可以齒波等非正弦波被廣泛應(yīng)用。這些波形可以由電路自激產(chǎn)生，也可以由正弦波轉(zhuǎn)換得來(lái)。由電路自激產(chǎn)生，也可以由正弦波轉(zhuǎn)換得來(lái)。n主要介紹由集成運(yùn)放組成的方波、三角波主要介紹由集成運(yùn)放組成的方波、三角波和鋸齒波發(fā)生電路。和鋸齒波發(fā)生電路。 9.7.1方波發(fā)生電路方波發(fā)生電路n圖圖9.44示為一個(gè)簡(jiǎn)單的方波發(fā)生器。示為一個(gè)簡(jiǎn)單的方波發(fā)生器。n 1.工作原理工作原理Z322ZB

47、1BFURRRUUun電路接通電路接通電源的瞬間，電源的瞬間，假設(shè)開(kāi)始時(shí)假設(shè)開(kāi)始時(shí)輸出電壓輸出電壓uO為正值為正值n uO=+UZ n則同相輸則同相輸入端門限電入端門限電壓壓 UZ+_DZR1R5圖圖9.44 方波發(fā)生器方波發(fā)生器uOuCR2R3R4uB+_(a) 電路圖電路圖RfutOUB2UB1+UZ-UZ(b) 波形圖波形圖uCuOt1TCn輸出電壓輸出電壓uO經(jīng)過(guò)電阻經(jīng)過(guò)電阻Rf向向C充電充電(充電電流方向充電電流方向如圖中實(shí)線箭頭所示如圖中實(shí)線箭頭所示)，uC按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。Z322ZB2BFURRRUUun當(dāng)當(dāng)uC上升到上升到略高于略高于uB1時(shí)，時(shí)，輸出電壓便翻輸

48、出電壓便翻轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。 n uO=-UZ n則同相輸入則同相輸入端門限電壓端門限電壓 UZ+_DZR1R5圖圖9.44 方波發(fā)生器方波發(fā)生器uOuCR2R3R4uB+_(a) 電路圖電路圖RfutOUB2UB1+UZ-UZ(b) 波形圖波形圖uCuOt1TCn電容器電容器C經(jīng)經(jīng)Rf放電放電(如圖中虛線如圖中虛線箭頭所示箭頭所示)，uC按指數(shù)規(guī)律下降。按指數(shù)規(guī)律下降。 n當(dāng)當(dāng)uC降到略低降到略低于于UB2時(shí)，輸出時(shí)，輸出電壓再次翻轉(zhuǎn)。電壓再次翻轉(zhuǎn)。n uO=+UZ n如此周而復(fù)始，如此周而復(fù)始，便在輸出端得到便在輸出端得到了方波電壓了方波電壓 。n如圖如圖9.45 (b)所所示。示。 UZ+_DZR

49、1R5圖圖9.44 方波發(fā)生器方波發(fā)生器uOuCR2R3R4uB+_(a) 電路圖電路圖RfutOUB2UB1+UZ-UZ(b) 波形圖波形圖uCuOt1TCn2.方波的周期方波的周期Tn當(dāng)當(dāng)t=0時(shí)，時(shí)，uC(0)=UB2=-FUZ，uO=+UZ，t由由0t1時(shí)，由時(shí)，由-FUZ充充電到電到+FUZ，充電時(shí)的等效電路，充電時(shí)的等效電路如圖如圖9.45所示。所示。n由電路可列出方程由電路可列出方程 ZCCfddUutuCRn解微分方程并代入初始條件得解微分方程并代入初始條件得CRteUFUufZZC)1 (nt=t1時(shí)，C充電到充電到uC=+FUZ，代入上式解出代入上式解出t1FFCRt11l

50、nf1RfUZuCuC(0)=-FUZi+_圖圖9.45充電等效電路充電等效電路nC的充電回路和放電回路相同，的充電回路和放電回路相同，UB1=-UB2，因而輸出方波是對(duì)稱的，因而輸出方波是對(duì)稱的，即即 。所以。所以方波周期為方波周期為n方波的頻率為方波的頻率為 21Tt32ff121ln211ln22RRCRFFCRtT32f21ln211RRCRTfutOUB2UB1+UZ-UZ(b) 波形圖波形圖uCuOt1T圖圖9.44 方波發(fā)生器方波發(fā)生器n表明方波的頻率只與表明方波的頻率只與RfC和和R2/R3有關(guān)。實(shí)際應(yīng)有關(guān)。實(shí)際應(yīng)用中常通過(guò)改變用中常通過(guò)改變Rf來(lái)調(diào)節(jié)頻率。來(lái)調(diào)節(jié)頻率。9.7.

51、2 方波方波-三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器n典型電路如圖典型電路如圖 9.46(a)所示，由所示，由滯回比較器和積滯回比較器和積分器構(gòu)成。分器構(gòu)成。A1同相端電位同相端電位uB由由uO1和和uO2共共同決定：同決定：n1.工作原理工作原理323O2322O1BRRRuRRRuu UZuO2RfR1R2R3R4RwCfR5A1A2_+_+uO1圖圖9.46 方波方波-三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器 (a) 電路圖電路圖n當(dāng)當(dāng)uB0時(shí)，時(shí)，A1輸出為正，即輸出為正，即uO1=+UZ；n當(dāng)當(dāng)uB0時(shí)，則時(shí)，則uO1=-UZ。 UZuO2RfR1R2R3R4RwCfR5A1A2_+_+uO1 (a) 電路圖電路

52、圖t4R2+R3UZ0t1t2t3tuuO1uO2+UZ-UZTUZ（b）波形圖波形圖圖圖9.46方波方波-三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器_R2R3-nA2構(gòu)成反相積分器，構(gòu)成反相積分器，uO1為負(fù)時(shí)，為負(fù)時(shí)，uO2向正向正向變化；向變化；uO1為正時(shí)，為正時(shí)，uO2向負(fù)向變化。向負(fù)向變化。n假設(shè)接通電源時(shí)，假設(shè)接通電源時(shí)， uO1=-UZ ，uO2線線性增加性增加 ，若，若32ZO2RRUun則則0Z32323322ZBURRRRRRRRUu UZuO2RfR1R2R3R4RwCfR5A1A2_+_+uO1 (a) 電路圖電路圖t4R2+R3UZ0t1t2t3tuuO1uO2+UZ-UZTUZ（b

53、）波形圖波形圖圖圖9.46方波方波-三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器_R2R3-n當(dāng)當(dāng)uO2上升到使上升到使uB略高于略高于0V時(shí)，時(shí)，A1翻翻轉(zhuǎn)成轉(zhuǎn)成uO1=-UZ。 n如此周而復(fù)始，如此周而復(fù)始，便可得到方波便可得到方波uO1和三角波和三角波uO2 n三角波的峰值為三角波的峰值為Z32O2mURRU UZuO2RfR1R2R3R4RwCfR5A1A2_+_+uO1 (a) 電路圖電路圖t4R2+R3UZ0t1t2t3tuuO1uO2+UZ-UZTUZ（b）波形圖波形圖圖圖9.46方波方波-三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器_R2R3- UZuO2RfR1R2R3R4RwCfR5A1A2_+_+uO1 (a)

54、 電路圖電路圖t4R2+R3UZ0t1t2t3tuuO1uO2+UZ-UZTUZ（b）波形圖波形圖圖圖9.46方波方波-三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器_R2R3-n2.輸出波形的頻率輸出波形的頻率n假設(shè)電位器假設(shè)電位器Rw的滑的滑動(dòng)端在最上端，則動(dòng)端在最上端，則uO1就是積分器的輸就是積分器的輸入電壓，入電壓，uO1=-UZ n由圖可見(jiàn)，周期由圖可見(jiàn)，周期T=4t1，t1是是uO2由由0積分到積分到 所需的時(shí)間所需的時(shí)間 32ZRRUn由此可寫出由此可寫出 Z321ffZ0ffO21d)(1URRtCRUtUCRutZn所以周期所以周期n解得：解得：n由此可寫出由此可寫出 ff321CRRRt ff

55、324CRRRT ff2341CRRRTfn由上式可見(jiàn)，調(diào)節(jié)由上式可見(jiàn)，調(diào)節(jié)Rf、Cf和和R2/R3均可改變振蕩頻率。均可改變振蕩頻率。n一般改變電容一般改變電容Cf作頻率粗調(diào)，而用作頻率粗調(diào)，而用Rw作頻率細(xì)調(diào)。作頻率細(xì)調(diào)。 t4R2+R3UZ0t1t2t3tuuO1uO2+UZ-UZTUZ（b）波形圖波形圖圖圖9.46方波方波-三角波發(fā)生器三角波發(fā)生器_R2R39.7.3鋸齒波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器n在方波在方波-三角三角波發(fā)生器電路波發(fā)生器電路的基礎(chǔ)上附加的基礎(chǔ)上附加很少元件，使很少元件，使正、反兩個(gè)方正、反兩個(gè)方向的積分時(shí)間向的積分時(shí)間常數(shù)不等，就常數(shù)不等，就可得到鋸齒波?？傻玫戒忼X波。

56、UZDR1R2R3R4RwRf1CfR5A1A2_+_+uO1uO2圖圖9.47 矩形波發(fā)生器矩形波發(fā)生器 (a) 電路圖電路圖Rf2n電路的工作原電路的工作原理與方波理與方波-三角三角波發(fā)生器基本波發(fā)生器基本上相同。只是上相同。只是增加了增加了D和和Rf2組成的支路之組成的支路之后，要考慮二后，要考慮二極管的單向?qū)O管的單向?qū)щ娦?。電性?UZDR1R2R3R4RwRf1CfR5A1A2_+_+uO1uO2圖圖9.47 矩形波發(fā)生器矩形波發(fā)生器 (a) 電路圖電路圖Rf2n當(dāng)當(dāng)uO1為正時(shí)，為正時(shí)，D導(dǎo)通，導(dǎo)通，Rf2與與Rf1并并聯(lián)聯(lián)(忽略二極管正忽略二極管正向?qū)娮柘驅(qū)娮?，A2反方向積分的時(shí)反方向積分的時(shí)間常數(shù)為：間常數(shù)為：(Rf2/Rf1)Cf。 n當(dāng)當(dāng)uO1為負(fù)時(shí)，二為負(fù)時(shí)，二極管不導(dǎo)通，這條極管不導(dǎo)通，這條支路如同開(kāi)路，支路如同開(kāi)路，A2正方向積分時(shí)間常正方向積分時(shí)間常數(shù)為數(shù)為Rf1Cf 。 UZDR1R2R3R4RwRf1CfR5A1A2_+_+uO1uO2圖圖9.47 矩形波發(fā)生器矩形波發(fā)生器 (a) 電路圖電路圖Rf2n電路正向積分時(shí)的時(shí)間常數(shù)大，電路正向積分時(shí)的時(shí)間常數(shù)大，uO2上升得慢，上升得慢，形成了鋸齒波的正程；反向積分時(shí)的時(shí)間常數(shù)形成了鋸齒波的正程；反向積分時(shí)的時(shí)間常數(shù)很小很小(Rf2Rf1)，uO2快速下降形成了鋸齒波快速下降形