信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路

1、電路與電子學(xué)信息工程學(xué)院信息工程學(xué)院第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第1頁第1頁第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路 本節(jié)主要討論由集成運(yùn)放構(gòu)成的應(yīng)用電路本節(jié)主要討論由集成運(yùn)放構(gòu)成的應(yīng)用電路運(yùn)算電路運(yùn)算電路的特點(diǎn)和分析方法。的特點(diǎn)和分析方法。 為了簡化分析并突出主要性能，通常把集成運(yùn)放看成理為了簡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)算放大器想的，理想運(yùn)算放大器(Ideal Operation Amplifier)應(yīng)當(dāng)滿應(yīng)當(dāng)滿足下列條件。足下列條件。第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、

2、處理及波形發(fā)生電路第2頁第2頁開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod開環(huán)差模輸入電阻開環(huán)差模輸入電阻rid開環(huán)輸出電阻開環(huán)輸出電阻ro0輸入偏置電流輸入偏置電流IIB1 = IIB2=0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=0共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)AOC00dB帶寬帶寬fC第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第3頁第3頁 (1)虛短：虛短：理想運(yùn)放的兩輸入端之間的電壓差為零，理想運(yùn)放的兩輸入端之間的電壓差為零，即即Uid=U-U+=0，或或U-=U+。這是因?yàn)槭茈娫措妷合拗?，這是因?yàn)槭茈娫措妷合拗疲敵鲭妷狠敵鲭妷篣o為有

3、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?yún)?shù)可以導(dǎo)出理想運(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。下面兩條重要結(jié)論。 +U-U+Aod_Uo第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第4頁第4頁 (2)虛斷：理想運(yùn)放的兩輸入端不取電流，即虛斷：理想運(yùn)放的兩輸入端不取電流，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_+第第9章章 信

4、號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第5頁第5頁 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)特點(diǎn)，即有具備這兩個(gè)特點(diǎn)，即有U-U+，I-I+0?？傊傊?，U-U+，I-I+0是兩條重要結(jié)論，用以分折各種運(yùn)算放大是兩條重要結(jié)論，用以分折各種運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用電路。器的線性應(yīng)用電路。第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第6頁第6頁9.1.1 比例電路比例電路 1.1.反相比例電路反相比例電路 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

5、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)放使集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端的外接電阻兩個(gè)輸入端的外接電阻相等，確保其處于平衡相等，確保其處于平衡對稱的工作狀態(tài)對稱的工作狀態(tài)第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第7頁第7頁fo1IRURUI1foURRU如果如果Rf=R1，則輸出電壓與輸入則輸出電壓與輸入電壓相位相反，大小相等，稱為電壓相位相反，大小相等，稱為反相器。反

6、相器。RfUoI+UI_I-I1U+IfR1Rb+_圖圖9.1 反相比例電路反相比例電路第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第8頁第8頁反相比例電路是電壓負(fù)反饋，反相比例電路是電壓負(fù)反饋，理想情況下理想情況下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第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第9頁第9頁2.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)關(guān)系，由于系，由于I-=I+=0，所以有所以有 U+=UI

7、of11-URRRU)1(1fIoRRUU+_+R1RfRbUI_+圖圖9.2 同相比例電路同相比例電路_Uo第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第10頁第10頁電路的輸出電壓與輸入電壓相電路的輸出電壓與輸入電壓相位相同，大小成一定的比例關(guān)位相同，大小成一定的比例關(guān)系系同相比例運(yùn)算。同相比例運(yùn)算。+_+R1RfRbUI_+圖圖9.2 同相比例電路同相比例電路_Uo第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第11頁第11頁同相比例電路是電壓負(fù)反同相比例電路是電壓負(fù)反饋，理想情況下饋，理想情況下 Rof = 0是串聯(lián)負(fù)反饋，所以閉環(huán)

8、是串聯(lián)負(fù)反饋，所以閉環(huán)輸入電阻：輸入電阻：1IifIUR+_+_+R1RfRbUI_+圖圖9.2 同相比例電路同相比例電路_Uo第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第12頁第12頁但但Rf=0，或或R1=，如圖如圖9.3所示，所示，Af=1，即輸出電壓與輸入電壓大即輸出電壓與輸入電壓大小相等相位相同，這種電路稱為小相等相位相同，這種電路稱為電壓跟隨器電壓跟隨器(Voltage Follower)。它具有很大的輸入電阻和很小的它具有很大的輸入電阻和很小的輸出電阻，其作用與晶體管射極輸出電阻，其作用與晶體管射極輸出器相似。輸出器相似。)1(1fIoRRUU_+U

9、oUI_+圖圖9.3 電壓跟隨器電壓跟隨器第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第13頁第13頁9.1.2 加減運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路 1. 加法電路加法電路 在 理 想 情 況 下 ， 存 在在 理 想 情 況 下 ， 存 在 U-=U+=0，Ii=0，因此可列出：因此可列出：IF = I1 + I2 + I3 1I11I11RURUUI2I22RUI3I33RUIUoR3I1I2UI3I3UI1UI2RfR1R2IiARbIF圖圖9.4 反相加法器反相加法器_+第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第14頁第14頁If =

10、I1 + I2 + I3 Uo = -IFRf)()(I33f2I2f1I1ff321URRURRURRRIII如果如果R1=R2=R3=R， )(I3I2I1foUUURRUUoR3I1I2UI3I3UI1UI2RfR1R2IiARbIF圖圖9.4 反相加法器反相加法器_+第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第15頁第15頁)(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_+第第9章章 信號

11、的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第16頁第16頁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，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。解：將式解：將式Y(jié)=(5X1+X2+4X3)與與比較得：比較得： )(I33f2I2f1I1foURRURRURRU51fRR12fRR43fRR例例9.1第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第17頁第17頁選選R1=20k，則則Rf=100k，R2=100k，R3=25k。Rb=R1/R2/R3/Rf10k100k圖圖9.5 例

12、例9.1圖圖Y100kX3X2X1100k20k25kA_+第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第18頁第18頁2. 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圖圖9.6 差值運(yùn)算放大器差值運(yùn)算放大器I1IiI2R2R1R4AR3_+第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第19頁第19頁UoUI2R4R3R4R1R2R1UI1R2R1若若 R1=R3，R2=R4 UoR2R1(UI1UI2)

13、輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓的差輸出電壓與兩個(gè)輸入電壓的差值值UId=UI1UI2成正比，電路實(shí)成正比，電路實(shí)現(xiàn)了差值運(yùn)算?，F(xiàn)了差值運(yùn)算。 UI2UI1Uo圖圖9.6 差值運(yùn)算放大器差值運(yùn)算放大器I1IiI2R2R1R4AR3_+第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第20頁第20頁差值運(yùn)算放大器也稱為差動運(yùn)算放大器。差值運(yùn)算放大器也稱為差動運(yùn)算放大器。UId稱為差模信號，稱為差模信號， 輸入電壓輸入電壓UI1=UI2即輸入信號無即輸入信號無差值時(shí)，輸出電壓差值時(shí)，輸出電壓Uo=0， AfUoUIdR2R1差模放差模放大倍數(shù)大倍數(shù)UICUI1UI22UI2UI1Uo

14、圖圖9.6 差值運(yùn)算放大器差值運(yùn)算放大器I1IiI2R2R1R4AR3_+第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第21頁第21頁電路對共模信號無放大作用，共模放大倍數(shù)為零。電路對共模信號無放大作用，共模放大倍數(shù)為零。差模放大器放大差模信號，抑制共模信號，不僅用來作減法運(yùn)算，差模放大器放大差模信號，抑制共模信號，不僅用來作減法運(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。還廣泛地應(yīng)用于放大具有強(qiáng)烈共模干擾的微小信號。只有滿足只有滿足R1=R3和和R2=R4的條件，才能實(shí)現(xiàn)精確的差值運(yùn)算，所以的條件，才能實(shí)現(xiàn)精確的差值運(yùn)算，所以必須嚴(yán)格地選配電阻必須嚴(yán)格地選

15、配電阻R1、R2、R3和和R4。第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第22頁第22頁另外，集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端上存在共模電壓，理想情況下，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，U-=U+，對于實(shí)際運(yùn)放而言，共模抑制比對于實(shí)際運(yùn)放而言，共模抑制比KCMR為有限值，必將引起為有限值，必將引起輸出誤差電壓。輸出誤差電壓。所以，在實(shí)際電路中，要提高電路運(yùn)算精度，必須選用高所以，在實(shí)際電路中，要提高電路運(yùn)算精度，必須選用高KCMR的的運(yùn)算放大器。運(yùn)算放大器。 第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第23頁第23頁9.1.3

16、 積積分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路分運(yùn)算電路和微分運(yùn)算電路 1. 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 積分電積分電路路(Integration Circuit)是模擬計(jì)算機(jī)中的基本單元，也是是模擬計(jì)算機(jī)中的基本單元，也是控制和測量系統(tǒng)中的重要單元。利用它的充放電過程可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)、控制和測量系統(tǒng)中的重要單元。利用它的充放電過程可以實(shí)現(xiàn)延時(shí)、定時(shí)以及產(chǎn)生各種波形。定時(shí)以及產(chǎn)生各種波形。第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第24頁第24頁理想情況下理想情況下U-=U+=0， ifi1uIR1假設(shè)電容假設(shè)電容C上初始電壓為零，則上初始電壓為零，則uIif圖圖9.7 積分運(yùn)算電路積

17、分運(yùn)算電路R1AuoRbC_+i1第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第25頁第25頁即輸出電壓是輸入電壓對時(shí)間即輸出電壓是輸入電壓對時(shí)間的積分，的積分，R1C稱為積分時(shí)間常稱為積分時(shí)間常數(shù)。數(shù)。uOuC1Cifdt1CuIR1dt1R1CuIdtuIif圖圖9.7 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路R1AuoRbC_+i1第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第26頁第26頁假設(shè)輸入信號的的波形如圖假設(shè)輸入信號的的波形如圖9.8（a）所示，所示，uo在在uI=UI (t1tt2)期間，期間， uO1RCu1tuO線性下降線性下降 u

18、Iif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)第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第27頁第27頁在在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第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第28頁第28頁 在實(shí)際積分電在實(shí)際積分電路中，路中，uO將按

19、圖將按圖9.8(b)曲線的規(guī)律變化，這主要曲線的規(guī)律變化，這主要是因?yàn)閷?shí)際集成運(yùn)放的開環(huán)放大是因?yàn)閷?shí)際集成運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)和輸入電阻不是無窮大，還倍數(shù)和輸入電阻不是無窮大，還有電容器有電容器C的漏電等原因造成的。的漏電等原因造成的。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)際第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第29頁第29頁在電路結(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的位置互換，就組成微分器的位置互換，就組成微分器(Differentiator)，如圖如圖9.9所示。所示。2.微分運(yùn)算

20、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_+uAifiC第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第30頁第30頁uAuoCuIRf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iCCduIdtuOifRfRfCduIdt即輸出電壓是輸入電即輸出電壓是輸入電壓的微分。壓的微分。RfC稱為稱為微分時(shí)間常數(shù)。微分時(shí)間常數(shù)。第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第31頁第31頁當(dāng)輸入階躍電壓時(shí)，當(dāng)輸入階躍電壓時(shí)，t=0時(shí)，輸出電壓仍為一

21、個(gè)有時(shí)，輸出電壓仍為一個(gè)有限值；隨后由于電容限值；隨后由于電容C被被充電，輸出電壓按指數(shù)規(guī)充電，輸出電壓按指數(shù)規(guī)律衰減到零，如圖律衰減到零，如圖9 9.10所所示。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第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第32頁第32頁 圖圖9.9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的容抗變小，高頻放大倍數(shù)的容抗變小，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，在實(shí)際微分增高，因而高頻噪聲和干擾所產(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。電路中

22、要采取一定的補(bǔ)償措施。 luAluolCluIlRfl圖圖9.9 微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路lRbl_l+lifliC第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第33頁第33頁9.1.4 對數(shù)和反對數(shù)運(yùn)算電路對數(shù)和反對數(shù)運(yùn)算電路 1.1.對數(shù)運(yùn)算電路對數(shù)運(yùn)算電路利用二極管組成基本對數(shù)運(yùn)算電路。理想情況下，可以列出利用二極管組成基本對數(shù)運(yùn)算電路。理想情況下，可以列出iDi1uIR1uO=uD 由二極管的伏安特性方程由二極管的伏安特性方程 iDIs(euDUT1)ISeuDUTuIuo圖圖9.11 對數(shù)運(yùn)算電路對數(shù)運(yùn)算電路R1Rb_+i1uDiD第第9章章 信號的運(yùn)算、

23、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第34頁第34頁uIR1ISeuOUT兩邊取對數(shù)，得兩邊取對數(shù)，得lnuIR1uOUTlnISuOUTlnuIR1IS輸出電壓與輸入電壓成輸出電壓與輸入電壓成對數(shù)關(guān)系。對數(shù)關(guān)系。 uIuo圖圖9.11 對數(shù)運(yùn)算電路對數(shù)運(yùn)算電路R1Rb_+i1uDiD第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第35頁第35頁2.反對數(shù)運(yùn)算電路反對數(shù)運(yùn)算電路 反對數(shù)是對數(shù)的反運(yùn)算，將圖中的對數(shù)元件反對數(shù)是對數(shù)的反運(yùn)算，將圖中的對數(shù)元件(二極管二極管D或晶體管或晶體管T)與電與電阻阻R1的位置互換，即構(gòu)成反對數(shù)運(yùn)算電路，如圖的位置互換，即

24、構(gòu)成反對數(shù)運(yùn)算電路，如圖9.12所示。所示。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=uBEiCISeuIUTUOifRfISRfeuIUT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 反對數(shù)運(yùn)算電路反對數(shù)運(yùn)算電路RbuoT_+ifRf第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路9.1.5 乘除運(yùn)算電路乘除運(yùn)算電路 廣泛應(yīng)用于信號處理、廣泛應(yīng)用于信號處理、信號檢測、通信工程、信號檢測、通信工程、自動控制等科學(xué)領(lǐng)域。自動控制等科學(xué)領(lǐng)域。 1.乘法運(yùn)算電路乘法運(yùn)算電路 （1）對數(shù)式乘法器）對數(shù)式乘法器第第

25、9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路uIRb3uoT_+R3uXRb1uo1_+R1TuYRb1uo2_+R1TRb2uo3_+R2R2R2第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第39頁第39頁在正常工作情況下，可以在正常工作情況下，可以認(rèn)為三極管認(rèn)為三極管T1、T2中集電中集電極電流和極電流和uBE近似成指數(shù)關(guān)近似成指數(shù)關(guān)系，即系，即 T1_+R1+Rc_uOVCC+iC1_iC2R1T2 uX-VEERcReRfRfT3uYuOiE_+圖圖9.13 變跨

26、導(dǎo)式乘法器原理電路變跨導(dǎo)式乘法器原理電路iC1aIS1euBE1UTIS1euBE1UT（2）變跨導(dǎo)式乘法器）變跨導(dǎo)式乘法器(Variable Trans-conductance Multiplier)第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第40頁第40頁若若uBE1=uBE2，IS1=IS2，則則 iC2aIS2euBE2UTIS2euBE2UTiE1a(iC1iC2) 2ISeuBEUTT1_+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)式乘法器原理電路第第9章章

27、 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第41頁第41頁uOgm隨隨uY而變，因此這種電路被稱為變跨導(dǎo)式乘法電路。而變，因此這種電路被稱為變跨導(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 gmiCuBEgmiC1UT12iEUTiEuYRegmuY2ReUTTBE111UuSCeIiXIuu211T1_+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)式乘法器原理電路第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第42頁第42

28、頁uODiC112gmuXDiC2 12gmuXuO (DiC1DiC2)RcgmRcuXRcuXuY2ReUTuO RfRcR1uO RfRcR1RcuXuY2ReUTKuXuYK RfRc2(RcR1)ReUTBECuiuigDDBECmT1_+R1+Rc_uOVCC+iC1_iC2R1T2 uX-VEERcReRfRfT3uYuOiE_+第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第43頁第43頁（3）四象限模擬乘法器四象限模擬乘法器 圖圖9.13所示電路雖然能完成兩信號的相乘運(yùn)算，但還不完善，例如所示電路雖然能完成兩信號的相乘運(yùn)算，但還不完善，例如uY極性必

29、須為正，又必須大于發(fā)射結(jié)的死區(qū)電壓，所以該電路只能極性必須為正，又必須大于發(fā)射結(jié)的死區(qū)電壓，所以該電路只能用做二象限相乘用做二象限相乘(uX的極性可正可負(fù)的極性可正可負(fù))，不能適應(yīng)四象限相乘。，不能適應(yīng)四象限相乘。K中含中含有有UT，表明該電路受溫度影響。表明該電路受溫度影響。第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第44頁第44頁為了克服這些缺點(diǎn)，可以采用二為了克服這些缺點(diǎn)，可以采用二級差動放大電路，實(shí)現(xiàn)級差動放大電路，實(shí)現(xiàn)uX和和uY均均可正可負(fù)的四象限乘法器可正可負(fù)的四象限乘法器(Four-Quadrant Multiplier)，原理電路原理電路如圖如圖

30、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第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第45頁第45頁DiC1DiC2gmuXiC32UTuXDiC5DiC6gmuXiC42UTuXiC3iC42iY 2uYRYuO(DiC1DiC2)Rc(DiC5DiC6)Rc(iC32UTuXiC42UTuX)RcRcuX2UT(iC3iC4)RcuXuYUTRY+T2T5+uXT4+VCCRcI + iYI

31、- 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第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第46頁第46頁乘法器符號如圖乘法器符號如圖9.17所示。所示。YXouKuu XYuXuOuY(a)不帶運(yùn)放的乘法器符號不帶運(yùn)放的乘法器符號XYuXuOuY(b)帶運(yùn)放的乘法器符號帶運(yùn)放的乘法器符號圖圖9.17 乘法器的表示符號乘法器的表示符號第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第47頁第47頁 利用集成模擬乘法器和集成運(yùn)算放大器可組成除法、開方

32、及平方利用集成模擬乘法器和集成運(yùn)算放大器可組成除法、開方及平方等運(yùn)算電路。等運(yùn)算電路。 在通信設(shè)備中可作平衡調(diào)制器，同步檢波器、鑒頻器、混頻器等；在通信設(shè)備中可作平衡調(diào)制器，同步檢波器、鑒頻器、混頻器等； 在測量技術(shù)中可以進(jìn)行單相功率測量、三相功率測量、功率因數(shù)在測量技術(shù)中可以進(jìn)行單相功率測量、三相功率測量、功率因數(shù)的測量等；的測量等； 此外還可以作為倍頻器、壓控濾波器等。此外還可以作為倍頻器、壓控濾波器等。第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第48頁第48頁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) uO1KuX

33、uYuO1KuXuYKuYuO=uX若以若以uO、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值相等，便可以實(shí)正比例或二者的絕對值相等，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。第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第49頁第49頁uO1KuXuYKuYuO=uZuZ=-uX當(dāng)當(dāng)R1=RfuX = -KuYuOuO1KuXuYK0uY0uY0i1uOuYuX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

34、_+AX y第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第50頁第50頁9.2 電電壓、電流變換電路壓、電流變換電路 9.2.1 電壓電壓-電流變換器電流變換器目的：輸入電壓目的：輸入電壓UI輸出電流輸出電流IO。這是電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。理想這是電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。理想情況下，情況下，U+=U-，I+=I-=0，所以有所以有IOUIR負(fù)載上的輸出電流負(fù)載上的輸出電流IO與輸入電壓與輸入電壓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第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及

35、波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第51頁第51頁改進(jìn)：負(fù)載改進(jìn)：負(fù)載RL接地。其中接地。其中R3、R4和和RL構(gòu)成正反饋。構(gòu)成正反饋。理想情況下，電路處于線性工作狀態(tài)，理想情況下，電路處于線性工作狀態(tài)，U-=U+，I+=I-=0，有有UUIR2R1R2UOR1R1R2UUOIORLUOR4/RLR3R4/RLUI_R4U+R1U-RLIOUOUO圖圖9.19 電壓電壓-電流變換器電流變換器R2+(b)+_R3第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第52頁第52頁負(fù)載電流負(fù)載電流IO和輸入和輸入電壓電壓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

36、。IOR2R1UIR3R3R4RLR2R1RLR2R1R3R4IO1R4UIUI_R4U+R1U-RLIOUOUO圖圖9.19 電壓電壓-電流變換器電流變換器R2+(b)+_R3第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第53頁第53頁9.2.2 電流電流-電壓變換器電壓變換器目的：輸入電流目的：輸入電流IS輸出電壓輸出電壓UO 。電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。由圖可得：電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。由圖可得：UO=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)成正比，達(dá)到了電流到了電流-電壓線性變換的目的。電壓線性變換的目的。RLUO_+IFRb圖圖9.20 電流

37、電流-電壓變換器電壓變換器RFU+U-IO+_Is第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第54頁第54頁若負(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：IOUORLRFRLIS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流放大電路也可作為電流放大電路。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第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第55頁第55頁 集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用 有源濾波電路有源濾波電路電

38、壓比較器電壓比較器正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路非正弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路 第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第56頁第56頁9.3 有源濾波電路有源濾波電路 濾波電路的功能是讓指定頻率范圍內(nèi)的信號通過，而將其余頻率濾波電路的功能是讓指定頻率范圍內(nèi)的信號通過，而將其余頻率的信號加以抑制，或使其急劇衰減。因此濾波電路在各種預(yù)處理的信號加以抑制，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，有的甚至已成為測量儀器中的基本單電路中幾乎是必不可少的，有的甚至已成為測量儀器中的基本單元電路。元電路。第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號

39、的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第57頁第57頁濾波電路種類很多，但從通帶性質(zhì)來分，主要有以下四種基本類濾波電路種類很多，但從通帶性質(zhì)來分，主要有以下四種基本類型：型：低通濾波器低通濾波器(Low Pass Filter，簡稱簡稱LPF)；高通濾波器高通濾波器(High Pass Filter，簡稱簡稱HPF)；帶通濾波器帶通濾波器(Band Pass Filter，簡稱簡稱BPF)；帶阻濾波器帶阻濾波器(Band Elimination Filter，簡稱簡稱BEF)。第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第58頁第58頁其理想特性如圖其理想特性如圖9.21所示。

40、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10-1101第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第59頁第59頁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

41、性濾波器的理想幅頻特性第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第60頁第60頁9.3.1 低通濾波器低通濾波器 低通濾波器用來通過低頻信號，抑制或衰減高頻信號。理想的低通低通濾波器用來通過低頻信號，抑制或衰減高頻信號。理想的低通濾波器的幅頻特性如圖濾波器的幅頻特性如圖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()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) f0w02p截止頻率截止頻率(Cut

42、off Frequency) 第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第61頁第61頁簡單二階低通濾波電路如圖簡單二階低通濾波電路如圖9.22所示。所示。 RUoRfR1RC1=CC2=CA_+圖圖9.22 簡單二階低通濾波電路簡單二階低通濾波電路UiUMU+第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路二階低通濾波電路，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)，1wpw02j3ww2wp5372w0 0.37w0wp

43、0.37RC第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第63頁第63頁幅頻特性幅頻特性 Af()Af10-210-310-1/0100101020lg/dB40dB/十倍頻十倍頻圖圖9.23 簡單二階低通濾波電路的幅頻特性簡單二階低通濾波電路的幅頻特性第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第64頁第64頁將圖將圖9.22中的電容中的電容C1的接地端接到集成運(yùn)放的輸出端，構(gòu)成圖的接地端接到集成運(yùn)放的輸出端，構(gòu)成圖9.24所所示的二階壓控式低通濾波器。示的二階壓控式低通濾波器。Af1RfR1w01RC1Q3Af阻尼系數(shù)阻尼系數(shù) RC2

44、UoRfR1RC1A_+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+第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第65頁第65頁幅頻特性幅頻特性 Q12當(dāng)當(dāng)UR時(shí)，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 3112fRRAA1FA3112UUFlR2lR1lC2lR 2lUolC1lR 1l+l_lAl圖圖9.39 橋式振蕩器原理電路橋式振蕩器原理電路第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路

45、第106頁第106頁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 過分大就會使輸出波形變壞。過分大就會使輸出波形變壞。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 1FAA3A3A第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第107頁第107頁u通?？梢岳枚O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、場效應(yīng)管的可變電阻特性或者熱敏電阻等元件場效應(yīng)管的可變電阻特性或者熱敏電阻等元件的非

46、線性特性來自動幅。的非線性特性來自動幅。 第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第108頁第108頁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。第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第109頁第109頁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(Crysta

47、l)是一種各向異性的結(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)對應(yīng)表面上涂敷銀層并裝上一對金屬板，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

48、在石。疊在石英晶片的兩個(gè)相對的面上加一個(gè)電壓，晶片便會產(chǎn)生機(jī)械英晶片的兩個(gè)相對的面上加一個(gè)電壓，晶片便會產(chǎn)生機(jī)械變形。相反，在晶片上施加機(jī)械壓力變形。相反，在晶片上施加機(jī)械壓力(或拉力或拉力)，則晶片會，則晶片會在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電壓，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。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)。 第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第110頁第110頁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，而這種機(jī)械振動又會復(fù)的機(jī)械變形而產(chǎn)生振動，而這種機(jī)械振動又會反過來產(chǎn)生交變電壓反過來產(chǎn)生交變

49、電壓 。n在一般情況下，晶片的機(jī)械振動及其所產(chǎn)生的交在一般情況下，晶片的機(jī)械振動及其所產(chǎn)生的交變電壓都非常小，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)械振動和它所產(chǎn)生的交變電壓都會定數(shù)值時(shí)，機(jī)械振動和它所產(chǎn)生的交變電壓都會顯著增大。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。 第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第111頁第111頁n石英揩振器在電路圖中的符號如圖石英揩振器在電路圖中的符號如圖9.40(a)所示，中間

50、是石英晶片，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)象可以用圖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9.40(b)所所示等效電路來模擬。示等效電路來模擬。lXlfslfPlfl0l圖圖9.41 石英諧振器石英諧振器l電抗和頻率的關(guān)系電抗和頻率的關(guān)系lBlAlBlColLlClRl(a) 符號符號l(b) 等效電路等效電路l圖圖9.40 石英振蕩器石英振蕩器lA第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第112頁第112頁n當(dāng)晶片不振動時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)平板電容當(dāng)晶片不振動時(shí)，相當(dāng)于一個(gè)平板電容Co；當(dāng)晶；當(dāng)晶片振動時(shí)，有一個(gè)機(jī)械振

51、動的慣性，用電感片振動時(shí)，有一個(gè)機(jī)械振動的慣性，用電感L來等來等效；而晶片的彈性一般以電容效；而晶片的彈性一般以電容C來等效；晶片振動來等效；晶片振動時(shí)的內(nèi)部摩擦損耗則用時(shí)的內(nèi)部摩擦損耗則用R來等效。來等效。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器的固尺寸和切割方式，電路的諧振頻率為諧振器的固有頻率。有頻率。 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。 第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及

52、波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第113頁第113頁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為為感抗；頻率為感抗；頻率為fp fp時(shí)，時(shí)，X為無為無窮大；頻率高于窮大；頻率高于fp時(shí)，時(shí)，X又為容又為容抗?？?。 fs為石英諧振器的串聯(lián)諧為石英諧振器的串聯(lián)諧振頻率，稱振頻率，稱fp為石英諧振器的為石英諧振器的并聯(lián)諧振頻率。并聯(lián)諧振頻率。 lXlfslfPlfl0l圖圖9.41 石英諧振器石英諧振器l電抗和頻率的關(guān)系電抗和頻率的關(guān)系第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算

53、、處理及波形發(fā)生電路第114頁第114頁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

54、等于fs。 lXlfslfPlfl0l圖圖9.41 石英諧振器石英諧振器l電抗和頻率的關(guān)系電抗和頻率的關(guān)系第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第115頁第115頁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)對振其他元件和雜散參數(shù)對振蕩頻率的影響極微，故諧振蕩頻率的

55、影響極微，故諧振頻率很穩(wěn)定。頻率很穩(wěn)定。 lC1l晶體晶體lCslC2l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l+l_第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第116頁第116頁圖圖9.43示為一串聯(lián)式石英晶體示為一串聯(lián)式石英晶體振蕩龜路。振蕩龜路。 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

56、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。luOl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lC1lR1lR2l晶體晶體l+l_第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第117頁第117頁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。由電路自激產(chǎn)生，也可以由正弦波轉(zhuǎn)換得來。n主要

57、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。 第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第118頁第118頁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)簡單的方波發(fā)生器。示為一個(gè)簡單的方波發(fā)生器。n 1.工作原理工作原理Z322ZB1BFURRRUUun電路接通電路接通電源的瞬間，電源的瞬間，假設(shè)開始時(shí)假設(shè)開始時(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 lUZl+l_lDZlR1lR5l圖圖9.44 方波發(fā)生器方波發(fā)生器luOluClR2lR

58、3lR4luBl+l_l(a) 電路圖電路圖lRflultlOlUB2lUB1l+UZl-UZl(b) 波形圖波形圖luCluOlt1lTlC第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第119頁第119頁n輸出電壓輸出電壓uO經(jīng)過電阻經(jīng)過電阻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。按指數(shù)規(guī)律增長。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 lUZl+l_lDZlR1lR5

59、l圖圖9.44 方波發(fā)生器方波發(fā)生器luOluClR2lR3lR4luBl+l_l(a) 電路圖電路圖lRflultlOlUB2lUB1l+UZl-UZl(b) 波形圖波形圖luCluOlt1lTlC第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第120頁第120頁n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9.4

60、5 (b)所所示。示。 lUZl+l_lDZlR1lR5l圖圖9.44 方波發(fā)生器方波發(fā)生器luOluClR2lR3lR4luBl+l_l(a) 電路圖電路圖lRflultlOlUB2lUB1l+UZl-UZl(b) 波形圖波形圖luCluOlt1lTlC第第9章章 信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路信號的運(yùn)算、處理及波形發(fā)生電路第121頁第121頁n2.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充電到充電到+FUZ，充電時(shí)的等效電，充電時(shí)的等效電路如圖路如圖9.45所示。所示。n由電路可列出方程由電路可列出方程 ZCCf