低頻電子線路

1、低頻電子線路課件第1頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日概述 +理想運放的特性1、開環(huán)電壓增益 Aod=2、差模輸入電阻 Rid=3、輸入偏置電流 IB1=IB2=04、輸出電阻 R0=05、共模抑制比 KCMR=6、頻帶寬度 BW=7、輸入失調電壓、輸入失調電流以及它們的漂移均為零第2頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日集成運放的應用按功能分類按工作區(qū)域分類放大 信號傳遞，AV、AI、AR（V/I）、AG（I/V）運算 處理 濾波、峰值、有效值、絕對值、限幅比較 判斷電壓大小信號產生 正弦、方波、三角波（第9章）線性應用非線性應用 電壓比較器第3頁

2、，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日線性應用的條件 必須引入負反饋，用Xf 抵消Xi ，使Vid R3 ,R4 (k)R4 = 99kR3 = 1k第6頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日二、同相放大器電壓串聯負反饋虛短、虛斷性能特點輸入電阻大（Ri = ）運放共模輸入電壓 vi對運放KCMR 要求較高電壓跟隨器第7頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日三、電流與電壓轉換器RfvoRsRPi1RfvoR1R2i1R3電流電壓轉換器電壓電流轉換器第8頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日四、差動放大器特點：電阻要配

3、對、無虛地、電阻很大時才能獲得高增益和高輸入阻抗輸入電阻虛短第9頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日五、儀器放大器第二級A3差分電路第一級A1 、A2第10頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日6.2 集成運放組成的基本運算電路反相比例加法同相比例加法反相器一、加減法電路第11頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日例(1) 求vO 表達式(2) 說明A1 , A2各構成什么功能電路。解:第一級A1反相比例第二級A2反相加法利用反相信號求和 以實現減法運算多級運放結構第12頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日例求

4、vO 表達式解: 方法一，虛短、虛斷方法二，疊加定理vS1單獨作用， vS2 =0 :vS2單獨作用， vS1 =0 :反相比例同相比例第13頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日減法電路(1) 利用反相信號求和(2)利用差分式電路分析方法小結：(1) 基本的虛短、虛斷(2) 分解為基本電路（多個運放）(3) 疊加原理特點：有虛地、結構簡單輸入電阻小特點：電阻要配對、無虛地、輸入電阻不等第14頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日例求電壓增益表達式解： A1、A2為電壓跟隨器，所以對A3利用虛短、虛斷有 A4為反相比例解得：第15頁，共61頁，2022年

5、，5月20日，22點46分，星期日 二、積分電路 特點： 反相比例 Rf C 輸出表達式推導：根據“虛短、虛斷”，得反相積分運算方法二： C ZC = 1/sC第16頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日voviRPRC例如，設R=10k，C=0.05F。在t=0時VCO=0。而v0經過+6V時，電子開關動作，若vi在t=0時，由0 -3V，則 解得T=1ms即延遲時間為1msvit-3VtvoT+6V用途 （1） 延遲：將積分電路的輸出作為電子開關的輸入。第17頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日vitvot（2）將方波變?yōu)槿遣?第18頁，共61頁

6、，2022年，5月20日，22點46分，星期日voviRPRCiiC（3）移相900設輸入信號是正弦波，則vo比vi超前900，且這個相位差與頻率無關，但輸出電壓的幅度隨頻率升高而下降。第19頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日iiR工作原理因輸入端存在“虛地”，故 而i也流過R，故 電路存在的問題：（1）vo與vi成正比，vo對vi的變化非常敏感，故抗干擾能力差。（2）RC環(huán)節(jié)對于反饋信號具有滯后作用，它和運放電路的滯后作用合在一起，可能引起自激振蕩。（3）當vi突變時，vo過大，嚴重時將使電路不能正常工作。voviRPRC改進措施：限流限制vo相位補償三、微分電路第2

7、0頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日缺點：（1）因VT和IS是溫度的函數，故運算精度受溫度的影響。（2）小信號時 與1相差不多，因而誤差大。（3）大電流時，伏安特性與PN結方程差別大，故上式只在小電流時成立。1、對數電路 iRiD工作原理voviRPRD設vi0，D導通，則有四、對數和反對數電路 第21頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日iRiDvoviRPRD以三極管代替二極管，以獲得較大的工作范圍。 時而voviRPRiRiC注意：vi必須大于零，電路的輸出電壓小于0.7伏改進措施：第22頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期

8、日vivoRPRDifi1vivoRPRifiC2、指數運算電路 第23頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日五、綜合運算電路 加減法運算器反對數運算器vo 對數運算器vi3lnvi3 對數運算器vi2lnvi2 對數運算器vi1lnvi1 同相運算器mlnvi1 反相運算器-nlnvi2第24頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日6.3 集成電壓比較器一、電壓比較器的作用 ， +單限電壓比較器分類：滯回（遲滯）電壓比較器窗口電壓比較器電壓比較器是對輸入信號進行鑒幅與比較的電路 第25頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日1、單門限電

9、壓比較器 特點：開環(huán)，運放工作在非線性狀態(tài)下 工作原理： 傳輸特性：直觀邏輯1（高電平）邏輯0（低電平）第26頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日其他電路： 同相比較 反相比較 同相過零比較器 反相過零比較器同(c)圖（虛斷）第27頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日分析任務及方法 求傳輸特性 方向 輸出電平VOH 、VOL 門限電壓Vth同相和反相Vom (運放線性范圍=VCC-VCES )Vom= VCC (忽略飽和壓降)Vom= VZ (穩(wěn)壓電路) 輸出vO翻轉時相應的輸入電壓顯然當v+ v-時狀態(tài)翻轉，可用虛短、虛斷第28頁，共61頁，202

10、2年，5月20日，22點46分，星期日分析舉例1設運放是理想的， 且VREF= -1V, VZ= 5V，試求門限電壓Vth ，畫出傳輸特性解: 求門限電壓Vth 利用虛短、虛斷畫傳輸特性由穩(wěn)壓管電路，得：VO= VZ= 5V。 vI反相端 反相電壓比較器第29頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日比較器的應用 基本應用 判斷電壓大小，如安全監(jiān)控等 獲取周期T 過零比較器第30頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日 波形整形應為高電平錯誤電平單門限比較器的抗干擾能力差第31頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日 2、滯回電壓比較器 特點

11、：正反饋，顯然在非線性狀態(tài)，輸出只有2種狀態(tài) 工作原理：vI最大（vI +6V）vI居中（-6V vI +6V）vI最?。╲I vF時vO vO = VZRC反向充電vC vF = -FVZ當vC vF時vO 周而復始，形成振蕩第38頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日波形4. 計算周期問題：能否調整占空比，產生矩形波？第39頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日占空比可變的方波產生電路問題：能否同時產生方波和三角波？第40頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日反相遲滯比較器RC積分環(huán)節(jié)鋸齒波產生電路方波、三角波產生電路電路變換反相

12、積分電路同相遲滯比較器第41頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日例題求振蕩頻率；畫出vO1、vO的波形。反相積分電路同相遲滯比較器第42頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日tvO20vO10t求振蕩頻率；畫出vO1、vO的波形。第43頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日6.4 有源濾波電路一、基本概念濾波器：是一種能使有用頻率信號通過而同時抑制或 衰減無用頻率信號的電子裝置。有源濾波器：由有源器件構成的濾波器。濾波電路濾波電路傳遞函數定義時，有 模，幅頻響應 相位角，相頻響應時延響應為第44頁，共61頁，2022年，5月20日，

13、22點46分，星期日低通（LPF）用于工作信號為低頻（或直流），并且需要削弱高次諧波或頻率較高的干擾和噪聲等場合整流后濾波。 高通（HPF）用于信號處于高頻，并且需要削弱低頻的場合阻容放大器的耦合。 帶通（BPF）用于突出有用頻段的信號，削弱其它頻段的信號或干擾和噪聲載波通信。 帶阻（BEF）用于抑制干擾。 全通（APF）通阻通Av阻通Av通阻Av阻阻通Av2、分類按幅頻特性分類第45頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日無源濾波電路：由無源元件R、L、C組成的濾波電路。有源濾波電路：由晶體管和R、C網絡組成的濾波電路。 RviRLCvoviRLCLvo4、由集成運放（工作

14、在線性區(qū)）和RC網絡組成的有源濾波電路的優(yōu)點：（1）體積小，重量輕，不需要加磁屏蔽。（2）電路中的集成運放可加串聯負反饋，使ri高，ro低。（3）除了有源濾波作用外，還可以放大，而且放大倍數容易調節(jié)。 3、無源濾波電路和有源濾波電路第46頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日1、低通濾波器RviCvo最簡單的濾波電路 缺點：帶負載的能力差，例如 R=27k，RL=3k，對直流而言，vo只有vi的十分之一，而當RL斷開時，vo=vi， 其中當為了提高帶負載的能力，可以減小R，提高C，但這不現實，此時可以加電壓跟隨器，以提高帶負載的能力。二、一階RC有源濾波電路第47頁，共61

15、頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日傳遞函數特征角頻率幅頻相應為一階RC有源低通濾波電路第48頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日 可由低通和高通串聯得到必須滿足3、 帶通濾波電路低通特征角頻率高通特征角頻率2、 高通濾波電路第49頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日 可由低通和高通并聯得到必須滿足 一階有源濾波電路通帶外衰減速率慢（-20dB/十倍頻程），與理想情況相差較遠。一般用在對濾波要求不高的場合。4. 帶阻濾波電路第50頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日1. 壓控電壓源低通濾波電路壓控電壓源電路（VCVS

16、）對于濾波電路，有得濾波電路傳遞函數（二階）三、二階有源濾波電路第51頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日稱為通帶增益稱為特征角頻率稱為等效品質因數則濾波電路才能穩(wěn)定工作注意：第52頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日歸一化的幅頻響應相頻響應用 代入，可得傳遞函數的頻率響應第53頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日歸一化的頻率響應波特圖直流時的幅頻響應電壓增益下降-40db在Q0.707和= n時，出現-3db的轉折點第54頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日 將低通電路中的電容和電阻對換，便成為高通電路。傳遞函數歸一化的幅頻響應濾波電路才能穩(wěn)定工作2. 壓控電壓源高通濾波電路第55頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日歸一化的幅頻響應波特圖第56頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日可由低通和高通串聯得到3. 壓控電壓源帶通濾波電路令傳遞函數第57頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日歸一化的幅頻響應波特圖第58頁，共61頁，2022年，5月20日，22點46分，星期日雙T選頻網絡