浙江工業(yè)大學(xué)現(xiàn)代電工學(xué)課件10集成運(yùn)算放大器

10集成運(yùn)算放大器10.1集成運(yùn)放概述10.2放大電路中的負(fù)反饋10.3集成運(yùn)放的基本運(yùn)算電路10.4信號(hào)處理中常用的運(yùn)算放大電路10.5信號(hào)發(fā)生電路10.6使用運(yùn)放應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題翻頁(yè)反回110.1

集成運(yùn)放概述10.1.1集成運(yùn)放的組成10.1.2集成運(yùn)放的主要參數(shù)10.1.3理想運(yùn)放及分析依據(jù)翻頁(yè)2u-u0中間級(jí)輸出級(jí)置路

偏電u+ui輸入級(jí)10.1.1集成運(yùn)放組成

集成運(yùn)放:由多級(jí)直接耦合放大電路構(gòu)成,具有高開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)。

集成運(yùn)放的組成框圖翻頁(yè)31.輸入級(jí)

由差動(dòng)放大電路構(gòu)成 抑制共模干擾信號(hào),放大差模有用信號(hào)兩個(gè)輸入端:u-反相輸入端,u+同相輸入端輸入阻抗高2.中間級(jí)要求:足夠大的電壓放大倍數(shù)。3．輸出級(jí)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路帶負(fù)載能力強(qiáng)(足夠的輸出功率P=VI)輸出電阻小翻頁(yè)4集成運(yùn)放舉例(μA741單運(yùn)放)：2-反相輸入端3-同相輸入端4-負(fù)電源端(-15V)7-正電源端(+15V)1,5-為外接調(diào)零電位器（100kΩ）6-為輸出端8-為空腳。μA741123456785集成電路的特點(diǎn)

在集成電路工藝中還難于制造電感元件和大容量電容，因此集成運(yùn)放主要采用直接耦合。

運(yùn)算放大器的輸入級(jí)采用差分放大電路，零漂小,抗干擾能力強(qiáng)；輸入電阻大。

在集成運(yùn)算放大器中往往用晶體管恒流源代替電阻。

集成電路中的二極管都采用晶體管構(gòu)成(如基極與集電極連在一起)翻頁(yè)

采用雙電源供電610.1.2集成運(yùn)放的主要參數(shù)1．開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)（開(kāi)環(huán)電壓增益）Auo

Auo越大，運(yùn)算精度就越高。理想情況為無(wú)窮大.2．開(kāi)環(huán)差模輸入電阻rid

兩個(gè)輸入端加差模信號(hào)時(shí)的等效電阻。一般rid為3MΩ左右或更高(1000MΩ以上)翻頁(yè)73．開(kāi)環(huán)輸出電阻ro

開(kāi)環(huán)(無(wú)外接反饋)時(shí),輸出級(jí)的輸出電阻表征運(yùn)放帶負(fù)載的能力的指標(biāo)越小越好，一般為600Ω以下4．最大輸出電壓UOM

額定負(fù)載標(biāo)稱電源電壓，不明顯失真的最大電壓，稱為最大輸出電壓(略小于電源電壓，如±13V）。85．輸入失調(diào)電壓Uio

為使輸出電壓為零，在輸入端加一個(gè)補(bǔ)償電壓，該補(bǔ)償電壓稱為輸入失調(diào)電壓Uio。6．共模抑制比KCMR

KCMR越大，抑制共模噪聲的能力越強(qiáng)。翻頁(yè)910.1.3集成運(yùn)放及其分析依據(jù)－＋＋

反相輸入端u－u＋

同相輸入端信號(hào)傳輸方向ui輸出端理想運(yùn)放開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)ouAO1.集成運(yùn)放符號(hào)翻頁(yè)

差動(dòng)輸入電壓102.電壓傳輸特性u(píng)o0uiUOM–UOM

uo=

f

(

ui

),其中ui

=u＋

–

u

－

Ui–Ui+線性區(qū)<uiUi–Ui+<uo=Aoui=Ao（u+–u－）ui>Ui+和uiUi-<飽和區(qū)uo=+–UOM翻頁(yè)ou＋－＋u–u+AOui113.集成運(yùn)放的理想特性理想化的條件：開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)AO∞;差模輸入電阻ri開(kāi)環(huán)輸出電阻rO共模抑制比KCMR∞;0;∞;－＋＋u－u＋ouAO翻頁(yè)12集成運(yùn)放的理想電壓傳輸特性0uouiUOM理想運(yùn)放ou＋－＋u–u+uo0uiUOM-UOM

Ui+Ui-實(shí)際運(yùn)放-UOM翻頁(yè)Ao→∞134.理想運(yùn)放的分析依據(jù)

理想運(yùn)放對(duì)于理想運(yùn)放Ao,ri,“虛短路”原則（2）“虛斷路”原則（1）uuouiu=Ao=–-+

理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的分析uiuO_++u-u++i-uiuO+_i+

0i-=i+→0u-u+→uiri

i-=i+=翻頁(yè)14當(dāng)u+>u-時(shí)，uo=UOMi-uO+ri+輸出電壓uo只有兩種可能：當(dāng)u+<u-時(shí)，uo=-UOM“虛斷”的條件原則上仍成立，即i-=i+

≈0“虛短”不成立，為什么？u+≠u-

理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的分析uiuO_++u-u+本節(jié)結(jié)束i+1510.2.1反饋的基本概念10.2.2反饋的類型及判別10.2.3負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響10.2

放大電路中的負(fù)反饋翻頁(yè)1610.2.1反饋的基本概念A(yù)oFxoxixdxfxi

—輸入信號(hào)xd

—凈輸入信號(hào)xo—輸出信號(hào)xf

—反饋信號(hào)無(wú)反饋有反饋方框圖Ao=

xo

/

xd開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)F=

xf

/

xo反饋系數(shù)負(fù)反饋xd=

xi

–

xf閉環(huán)放大倍數(shù)xoAf

=—

xi

反饋：將放大電路輸出信號(hào)的一部分或全部經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)回饋輸入端。翻頁(yè)正反饋xd=

xi

+

xf1710.2.2反饋的類型及判別直流反饋：反饋信號(hào)中只含直流成分交流反饋：反饋信號(hào)中只含交流成分交、直流反饋：反饋信號(hào)中交、直流同時(shí)存在電壓反饋:反饋信號(hào)取自輸出電壓，與輸出電壓成正比電流反饋:反饋信號(hào)取自輸出電流，與輸出電流成正比串聯(lián)反饋:反饋信號(hào)表現(xiàn)為電壓形式，與輸入電壓進(jìn)行比較，形成凈輸入電壓并聯(lián)反饋:反饋信號(hào)表現(xiàn)為電流形式，與輸入電流進(jìn)行比較，形成凈輸入電流。翻頁(yè)18電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋負(fù)反饋的類型輸出輸入輸出輸入輸出翻頁(yè)19電壓串聯(lián)負(fù)反饋輸出端:將uo的全部或部分回送到輸入端,

為電壓反饋；輸入端:

反饋信號(hào)以電壓形式出現(xiàn),實(shí)現(xiàn)電壓比較為串聯(lián)反饋；ud=ui

–uf

<ui，為負(fù)反饋。凈輸入信號(hào)R1Rf+uiR2_uf+_uo_+RLuLFA0uiudufuo+-

ui

–uf

+同相輸入電路AOud×翻頁(yè)20R1uiR2+_RLuo_+uL判斷是電壓還是電流反饋？fRuf+_判斷是串聯(lián)還是并聯(lián)反饋？輸入端：反饋信號(hào)以電壓形式出現(xiàn),ui

與uf

相比較,-ud+ud=ui

–uf,串聯(lián)反饋．(輸入反饋不同端，一般來(lái)說(shuō)是串聯(lián)）從輸出端分析：idAO若令RL=0,=>反饋信號(hào)=0，則為電壓反饋，否則為電流反饋.翻頁(yè)uo=0R1uf=oR1+Rfu電壓反饋：RL跨接在輸出端與地之間，電流反饋則不然×21R1uouiR2+__+RLfRuf+_-ud+判斷是正反饋還是負(fù)反饋？反饋類型的判別——瞬時(shí)極性法首先設(shè)輸入電壓的極性在某一瞬時(shí)對(duì)地為正；最后分析同一瞬時(shí)凈輸入電壓的增減

然后確定電路其余各點(diǎn)的瞬時(shí)極性；由上述結(jié)果可知：引入反饋后使凈輸人電壓減小，為負(fù)反饋。因此本例為電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路ud=

ui

–uf<uiAO翻頁(yè)22在輸入端,

反饋信號(hào)以電流出現(xiàn),

實(shí)現(xiàn)電流比較為并聯(lián)反饋；id=ii–if<ii

，為負(fù)反饋。凈輸入信號(hào)在輸出端，if與uo成正比,

為電壓反饋；if電壓并聯(lián)負(fù)反饋RLiuoRfR2R1ii反相輸入電路_+uLuFA0uiuo+-+iiifii–if

idAOid翻頁(yè)23RLuiuoRfR2R1ii反相輸入電路_+uLif判斷是電壓還是電流反饋？u-if=u-_uoRf因?yàn)樗詾殡妷悍答?。判斷是串?lián)還是并聯(lián)反饋？信號(hào)以電流出現(xiàn),

if與ii相比較,為并聯(lián)反饋；(輸入反饋相同端，一般來(lái)說(shuō)是并聯(lián)）判斷是正反饋還是負(fù)反饋？+_idid=

ii–

if<

ii

，為負(fù)反饋。凈輸入信號(hào)本例為電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路-uoRf瞬時(shí)極性法AO=id

=ii–if翻頁(yè)243.電流串聯(lián)負(fù)反饋ud=ui

–uf

<ui

，為負(fù)反饋。凈輸入信號(hào)在輸入端,信號(hào)以電壓形式出現(xiàn),uf與ui相比較,為串聯(lián)反饋；在輸出端，uf與io成正比，為電流反饋；i0Ｒ2Ｒ1ＲLudui++uLioFA0uiuduf+-

ui

–uf

+––uf+–AOu025在放大器輸入端,信號(hào)以電流出現(xiàn),if與ii相比較,為并聯(lián)反饋；id=

ii–if<

ii

，為負(fù)反饋。凈輸入電流在放大器輸出端，if與io成正比，為電流反饋；4.電流并聯(lián)負(fù)反饋FAoio+-+iiifii–if

id翻頁(yè)RL++iouLRfR3R1iiidifR2ui++--i3iLu0AO26RL++iouLRfR3R1iiidifR2ui++--i3iL運(yùn)用瞬時(shí)極性法判別正、負(fù)反饋？各點(diǎn)的瞬時(shí)極性u(píng)0各電流的實(shí)際方向id凈輸入電流id=

ii–if<

ii

，為負(fù)反饋。電壓還是電流反饋？R3+Rfif=ioR3,判斷是串聯(lián)還是并聯(lián)反饋？本例為電流并聯(lián)負(fù)反饋電路AO反饋信號(hào)以電流形式出現(xiàn),并聯(lián).翻頁(yè)RLuLRfR3if+-iio27負(fù)反饋類型的分析方法小結(jié)翻頁(yè)1.串并規(guī)律看輸入輸入反饋不同端，一般來(lái)說(shuō)是串聯(lián)uf輸入反饋相同端，一般來(lái)說(shuō)是并聯(lián)if2.電壓電流看輸出

uf

(if)直接與uo成正比，電壓反饋

uf

(if)直接與io

成正比，電流反饋3.正負(fù)規(guī)律看瞬時(shí)根據(jù)瞬時(shí)極性法，若凈輸入增加，則為正反饋;若凈輸入減少，則為負(fù)反饋。28[例題]反饋類型的判別uiA1A2ufuoRFRL在輸入端：ud

=ui-uf<ui

為負(fù)為反饋ud——瞬時(shí)極性法uo1++AOAO翻頁(yè)+R×29

串聯(lián)、并聯(lián)反饋判別——在輸入回路中分析uiA1A2ufuoRFuf

以電壓形式出現(xiàn)且與ud相串聯(lián)接在輸入端，故為串聯(lián)反饋uduo1+++AOAO翻頁(yè)RRL30

電壓、電流反饋判別——在輸出回路中分析uiA1A2ufuoRFuf

與uo成正比為電壓反饋uduo1+++RF引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋AOAO翻頁(yè)×RRL31

試判別圖示電路中反饋的類型和極性u(píng)iA1A2iiuoRFuo1++ioidifRL利用瞬時(shí)極性法判別正、負(fù)反饋為負(fù)反饋在輸入回路中分析串聯(lián)、并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋在輸出回路中分析電壓、電流反饋電流反饋所以，RF引入了電流并聯(lián)負(fù)反饋[例題]AOAO翻頁(yè)Ri3210.2.3負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響降低放大倍數(shù)對(duì)于負(fù)反饋，>1。其值愈大，負(fù)反饋?zhàn)饔糜鷱?qiáng)，Af也就愈小。引入負(fù)反饋后閉環(huán)放大倍數(shù)Af小于開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)Ao

.閉環(huán)放大倍數(shù)反饋深度:翻頁(yè)AoFxoxixdxf±33AFxoxixdxf2.提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性設(shè)開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的相對(duì)變化率為dA/AAf=A1+AF，對(duì)A求導(dǎo)得dAfdA=11+AF－AF(1+AF

)2=1(1+AF)2，dAf=dA(1+AF

)2dAfAf=dA/A(1+AF

)21+AF=dAA.11+AF閉環(huán)放大倍數(shù)的相對(duì)變化率為dAf/Af翻頁(yè)dAfAf=dAA1.1+AF34AFxoxixdxf0.707AoAfffH3.擴(kuò)展通頻帶AAfAo0.707AffHfBWf

1AF

BW加入負(fù)反饋使放大器的通頻帶展寬0無(wú)負(fù)反饋有負(fù)反饋BWBWf翻頁(yè)運(yùn)放直接耦合，頻率為零時(shí)頻響曲線仍平坦。35ufuiuiuo負(fù)反饋改善了波形失真A4.減小非線性失真加入負(fù)反饋無(wú)負(fù)反饋FAuoud翻頁(yè)ud=ui365.對(duì)輸入電阻輸出電阻的影響輸入電阻串聯(lián)負(fù)反饋提高輸入電阻rif>ri并聯(lián)負(fù)反饋降低輸入電阻rif<ri輸出電阻電壓負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓，所以電壓負(fù)反饋降低輸出電阻，rof<ro電流負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流，所以電流負(fù)反饋增加輸出電阻，rof>ro本節(jié)結(jié)束3710.3

集成運(yùn)放的基本運(yùn)算電路10.3.1

比例運(yùn)算10.3.2

加法運(yùn)算10.3.3

差動(dòng)運(yùn)算10.3.4

積分運(yùn)算10.3.5

微分運(yùn)算翻頁(yè)3810.3.1比例運(yùn)算1、反相輸入比例運(yùn)算電路uiuoi1ifi－RfR1R2Rf引入負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋R1－輸入電阻Rf－反饋電阻R2－平衡電阻R2=R1//Rfi＋翻頁(yè)+39反相輸入運(yùn)算關(guān)系uiuoi1ifi-RfR1R2“虛斷路”i-=

0uif

=

–—oRfi1

=ifAf

=

—=–—uouiRfR1—反相比例系數(shù)

當(dāng)Rf=R1=R時(shí)uoAf

=

—=–1ui—反相器“虛地”u-=u+=0uii1

=

—–R1，ui—–R1u=

–—oRfuo=-

(Rf

/R1)ui翻頁(yè)40輸入電阻低反相比例器引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋輸出電阻低反相比例器的特點(diǎn)uiuoi1i-RfR1R2if翻頁(yè)+阻抗匹配環(huán)節(jié)412、同相輸入比例運(yùn)算電路uu

=

——–o

-R1R1

Rf+u+u

=-故有：

Af

=

uoui

=

1+

RfR1——同相輸入比例系數(shù)id

＝

0=uiuu

=

——–o

iR1R1

Rf+

=

1+

ui

Rf

R1uoRfR1R2ui1if同相比例運(yùn)算電路uidu+u_oi翻頁(yè)42同相輸入比例器的特點(diǎn)同相輸入比例器屬于電壓串聯(lián)負(fù)反饋。輸入電阻高在理想運(yùn)放的情況下，輸入電阻：ri＝∞輸出電阻低在理想運(yùn)放的情況下，ro＝0RfR1R2uoi1if同相比例運(yùn)算電路ui翻頁(yè)+++uduf433.電壓跟隨器當(dāng)R1=∞,Rf=0時(shí)uo

=ui同相跟隨器uiR2uoRfR1R2uoi1if同相比例運(yùn)算電路ui

=

1+

ui

Rf

R1uo翻頁(yè)輸入電阻高，輸出電阻低4410.3.2加法運(yùn)算電路fu

obui1

ui3ui2

i1i2i3if1ＲＲ3ＲＲＲ2Rb=R1

//R2

//R3

//Rf

反相加法運(yùn)算電路翻頁(yè)45ui1

fu

obui3ui2

i1i2i3if1ＲＲ3ＲＲＲ2

u

=–(

+

+

)

ui2

oui1

ui3

RfRfRfR1R2R3i-因i-=0，故i1+i2+i3=if即ui1u-——R1ui2u-——R2+ui3u-——R3+uo——Rfu-=u_u_又——“虛地”運(yùn)算關(guān)系翻頁(yè)46其中

R

=

R21R22R

uO

=

1+

R

+

RfR1R21ui1R22ui2ui1－u+R21+ui2－u+R22

=u+Rf211uoui1ui2ＲＲＲＲ22Ｒ同相加法運(yùn)算電路ui2ui1u+=R21R22+R21R22R1+1+1RfuO

=

1+

R1u+ui1ui2u+=R

+

R21R22翻頁(yè)47

=

1+

ui2

uoRfR1R2

+

R3R3-

ui1RfR110.3.3差動(dòng)運(yùn)算差動(dòng)比例運(yùn)算電路因i-=0，u_=ui1_i1R1i1=if=ui1_uoR1+

Rfui1=_.R1ui1_uoR1+

Rfui1ui2u+=ui2R3R2+

R3u_=u+uoR3RfR1R2i-u_u+ifi1翻頁(yè)u+48uoR1R2R3ui2ui1Rf

=

1+

ui2

uoRfR1R2

+

R3R3-

ui1RfR1當(dāng)Rf=R1=R2=R3時(shí)u0=

ui2－ui1—減法運(yùn)算電路翻頁(yè)49R

11ui121132212A2A1uof1uRRRRRRi2f2uo=

—–

?

—–

–

—–ui1

ui2

13RRRRRR

11

12f2f1f2

兩級(jí)反相輸入減法運(yùn)算電路uo1翻頁(yè)50R1uoi1uiCifR2i1=if，uR1i1

=——,i因uN=0,10.3.4積分運(yùn)算電路uN翻頁(yè)51

輸入為階躍電壓時(shí)積分器的輸出波形

uidt=

–

——uo

CR1１∫0totuootuiVR1uoi1uiCifR2對(duì)ui=-V積分輸出uo斜率為正翻頁(yè)5253ui-uo翻頁(yè)uuOiC

duidtuo=

–

Rf

C

–—Ｒ2Ｒf輸入與輸出的關(guān)系式為10.3.5微分運(yùn)算電路i1ifuN翻頁(yè)54uo若輸入為方波則輸出波形為ui

duidtuo=

–

Rf

C

–—翻頁(yè)55應(yīng)用舉例：PID調(diào)節(jié)器Cf21uouiC1ＲfＲＲ依據(jù)虛斷和虛短原則if=i1+ic1Cfuo

=(ifRf

+---∫ifdt)duiu

=

–

[(

+

)

+RfC1–—

+

——∫ui

dt

]

oRfR1C1CfuidtR1Cf1ici1ifi1

=iC

=C1

dui

dtuiR1，本節(jié)結(jié)束0-56HW10-1:10.2(a),(c),(e) 10.75710.4信號(hào)處理中常用的運(yùn)算放大電路10.4.1采樣保持電路10.4.2電壓比較器10.4.3有源濾波器翻頁(yè)5810.4.1采樣保持電路

計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)控制:非電量==>電信號(hào)電信號(hào)是時(shí)間的連續(xù)函數(shù),又叫模擬信號(hào)模擬信號(hào)等周期采樣:離散間間信號(hào)離散時(shí)間信號(hào)需保持一段時(shí)間,以轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),該過(guò)程叫模數(shù)轉(zhuǎn)換.翻頁(yè)59u高電平，S閉合，電路處于采樣階段,ui對(duì)C充電

uc=ui,uo=uc==>uo=ui(電壓跟隨器)u低電平，S斷開(kāi)，電路處于保持階段,uo=uc(電容無(wú)放電回路)uiuou0t(b)輸入輸出信號(hào)波形(a)電路－＋＋uiuouc控制信號(hào)uCRS＋－＋－＋－控制信號(hào)u翻頁(yè)60UOHUOLuiuo0-UDUR0uiuoUZR1R2RDzuOuiuRR1R2uouiuRUR

反相輸入比較器

同相輸入比較器10.4.2電壓比較器翻頁(yè)（開(kāi)環(huán)、非線性）61R1R2UOHUOLttUOHUOL000uiuouOuiuo反相輸入過(guò)零比較器ui翻頁(yè)62UZ–UZ–

—URR1R2R2R3R1URDzUZ0uiuouOui

輸入求和型任意電平比較器因?yàn)?/p>

u+=0設(shè)

u-

=0，則有：uiR2+UR

R1=0轉(zhuǎn)折電壓：ui=–

—URR2R1翻頁(yè)6310.4.3有源濾波器濾波器:

選頻器,選出有用信號(hào)，抑制無(wú)用的信號(hào).

理解為放大電路,放大倍數(shù)是頻率的函數(shù)A(f)

抽象為系統(tǒng),通過(guò)有用信號(hào)，阻止無(wú)用信號(hào)分類按頻率范圍:低通、高通、帶通及帶阻濾波器按是否有源：無(wú)源和有源無(wú)源：R，C等無(wú)源器件構(gòu)成（無(wú)放大作用，總是衰減）有源：運(yùn)放+R，C（有放大，效率高、頻率響應(yīng)特性好）翻頁(yè)64以有源低通濾波器為例。根據(jù)同相比例運(yùn)算電路可得出RF－＋＋R2R1C＋－＋－＋－式中：翻頁(yè)65電壓放大倍數(shù)Auf的幅值（模）為

66ω

0稱為截止角頻率(3dB)，幅頻特性如圖10.4-6（b）所示。由圖可見(jiàn)，有源低通濾波器允許低頻段的信號(hào)通過(guò)，阻止高頻段的信號(hào)通過(guò)。圖10.4-6有源低通濾波器ω0ω0|Auf

||Auf0|(b)幅頻特性(a)電路RF－＋＋R2R1C＋－＋－＋－翻頁(yè)6710.5信號(hào)發(fā)生電路信號(hào)發(fā)生器:

指不需要外界輸入信號(hào)而有穩(wěn)定的輸出(幅值和頻率)的裝置自激振蕩:

這種依靠電路自身?xiàng)l件而產(chǎn)生具有穩(wěn)定的頻率和幅值的輸出信號(hào)的現(xiàn)象組成:

基于自激振蕩原理，利用運(yùn)算放大器和R、L、C元件構(gòu)成的電路實(shí)現(xiàn)。分類:

信號(hào)發(fā)生器按產(chǎn)生的波形的不同可以分為正弦信號(hào)發(fā)生器和非正弦信號(hào)發(fā)生器兩類。翻頁(yè)68不需要外部輸入信號(hào)；必須在電路中引入足夠強(qiáng)的正反饋,形成所謂的自激振蕩?！ㄐ萎a(chǎn)生電路包括正弦和非正弦(如方波、三角波)波形產(chǎn)生電路。波形產(chǎn)生電路的共同特點(diǎn)：翻頁(yè)6910.5.1正弦信號(hào)發(fā)生器10.5.2矩形波發(fā)生器10.5.3三角波發(fā)生器10.5.4鋸齒波發(fā)生器

7010.5.1正弦信號(hào)發(fā)生器1正弦信號(hào)發(fā)生器的振蕩條件

2

RC橋式正弦波振蕩電路翻頁(yè)71Ud121正弦信號(hào)發(fā)生器的振蕩條件(1)自激振蕩的條件S在2:令F=Uf

/Uo..所以產(chǎn)生自激振蕩的條件為:...AF=.UoUd.UoUfS+++Uf+---A=Uo

/Ud..S在1:Ud=Ui

..-.Ui..Uo.因?yàn)?Uf=Ud，.....Uf=UiU=d則輸出電壓保持不變。AF翻頁(yè)因此AF=172自激振蕩的條件:AF=1

幅度平衡條件：相位平衡條件:AF=1

A+F=2k

（k=0,1,2……）

反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的大小相等(足夠強(qiáng)的反饋量)。反饋信號(hào)與輸入信號(hào)同相，必須引入正反饋。翻頁(yè)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)大小相等，相位相同73(2)振蕩的建立與穩(wěn)定振蕩電路的起振:選擇某一頻率的輸出信號(hào)(選頻）電路由等幅振蕩|AF|=1|AF|>1Ud12S+++Uf+----.Ui..Uo.AF增幅振蕩翻頁(yè)A/F非線性穩(wěn)幅Ui與Uf同相位(正反饋）反饋（F），放大（A）74

通過(guò)不斷地反饋放大再反饋再放大

，使Uo不斷增大，一直到M點(diǎn)時(shí)，才穩(wěn)定下來(lái)。自激振蕩的建立和穩(wěn)幅過(guò)程翻頁(yè)正反饋75由上述討論可知,正弦波振蕩電路應(yīng)由以下部分組成放大電路正反饋電路選頻電路穩(wěn)幅電路翻頁(yè)76RfR1+—+∞AouiRCCRuf

=F

uOFA=(1+Rf/R1)uo

=A

ui若uf

=ui,則AF=1,滿足自激振蕩條件.如何確定R,C,Rf

,R1,滿足上述條件.翻頁(yè)希望具有選頻功能77

2

RC橋式正弦波發(fā)生器(1)電路組成RCCRRfR1放大電路（具有非線性負(fù)反饋穩(wěn)幅環(huán)節(jié)）文氏電橋正弦波振蕩電路uO+—+∞正反饋網(wǎng)絡(luò)兼作選頻網(wǎng)絡(luò)AoAF翻頁(yè)78(2)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性Z1

=R+1jωCjωC1Z2=R()R+1jωC=R1+jωRC..UfUO==.IZ2I(Z1+Z2).Z2Z1+Z2=R1+jωRCR+1jωC+R1+jωRC=13+j(ωRC-ωRC1).I++RCUo.Uf.CRZ1Z2翻頁(yè)F=79.UfUo.=11ωRC3+j(ωRC

-)當(dāng):1ωRCωRC-=0即,或RCω=ω0=12πRC?=?0=1時(shí).UfUo.與

同相位,即為正反饋；且F達(dá)到最大值。RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)++RCU0.Uf.CRZ1Z2.I翻頁(yè)F=.UfUo.=1/3F=80即A≥3=F=Uf?__Uo?13__f=0o,(3)如何滿足自激振蕩條件f0=12RC起振時(shí)應(yīng)滿足:Rf>2R1RfR1）,

A=（1+A=0o為滿足AF=1,A=3RfR1）=3,

（1+Rf=2R1ui

u

o1ＲfＲＲCＲC+uf

–Z1Z2Ao翻頁(yè)穩(wěn)定時(shí)A=381(4)穩(wěn)幅措施

特點(diǎn)：

利用二極管的非線性自動(dòng)調(diào)節(jié)反饋的強(qiáng)弱來(lái)維持輸出電壓的恒定。UO↑→二極管rD↓→R?↓→|A|↓二極管靈敏度高,穩(wěn)定性差，輸出波形失真較大

二極管穩(wěn)幅電路u

o1ＲＲf2ＲCＲCＲf1D2D1Ao翻頁(yè)82UO↑→T↑→RT↓→R?↓→|A|↓☆由于熱敏電阻變化遲鈍,具有慣性，因此可獲得失真較小的輸出電壓。特點(diǎn)：

利用半導(dǎo)體熱敏電阻的非線性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)幅。

熱敏電阻穩(wěn)幅電路uo1ＲＲTＲCＲCAo翻頁(yè)HW10-2:10.10,10.188310.5.2矩形波發(fā)生器1.電路的組成RRo

DZR2uCuou+u-±UZAoR1u+H=R1R1+R2UZUZR1R1+R2u+L=C比較器R2引入電壓正反饋u+R引入電壓負(fù)反饋u-，由于C的充放電，具有延遲特性翻頁(yè)842.電路的工作過(guò)程to≤t≤t1時(shí):uC=UZ－(R1R1+R2UZ+UZ）et-toRCUZu+Hu+L－UZ

t=t1時(shí):uC=u+H=R1R1+R2UZ可得：T1=t1

－t0=RCln(1+2R1R2)

tuCuOT1T2to

t1

t2uOuC2R1R2

同理T2=t2

－t1=RCln(1+)2R1R2T=T2+T1=2RCln(1+)Tf0=12RCln(1+=2R1R21)0uC=Uz

－(Uz

－u+L)翻頁(yè)85Ro

DZR2CuCuou+u-±UZAoR13.占空比可調(diào)的多諧振蕩器D1D2RP

調(diào)節(jié)RP，使電容充電和放電的時(shí)間常數(shù)不相等，實(shí)現(xiàn)輸出矩形波的占空比可調(diào)，而矩形波的周期不變。占空比=T1/T=T1/(T1+T2)翻頁(yè)8610.5.3三角波發(fā)生器

－＋

－＋

R1R2R3R4R5R6DZuo

uo1

A1A2CF＋－A1:同向輸入過(guò)零比較器A2:積分器uo1又是積分器的輸入翻頁(yè)R1

R2

－

UZ

0t－UZUZut1t3t5uo

uo1R1

R2

UZ

T87當(dāng)uo下降到使u+1=0時(shí)，有uo1從+UZ翻轉(zhuǎn)為－UZ，uo線性上升。

同理，當(dāng)uo上升到使u+1=0時(shí)，有uo1從－UZ翻轉(zhuǎn)為+UZ，uo線性下降。0t－UZUZut1t3t5uo

uo1R1

R2

－

UZR1

R2UZ

TA1輸出的是矩形波電壓uo1，A2輸出的是三角波電壓uO。翻頁(yè)88可以推出，三角波的周期和頻率,即－＋

＋

－＋

＋

R1

R2

R3R4

R5R6DZuo

uo1A1A2CF

＋－翻頁(yè)89圖10.5-6鋸齒波發(fā)生器10.5.4鋸齒波發(fā)生器CF－

＋

＋

R1R6DZ－

＋

＋

uo1DR4′R3R4R2R5uo

＋－Uo1=－UZ時(shí)，積分時(shí)間常數(shù)=R4CF，T1≠T2當(dāng)uo1=+UZ時(shí)，D導(dǎo)通，積分時(shí)間常數(shù)=本節(jié)結(jié)速

鋸齒波電壓在示波器、數(shù)字儀表電子設(shè)備中作為掃描之用。9010.6使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問(wèn)題選用元件按其技術(shù)指標(biāo)可分為:通用型、高速型、高阻型、低功耗型、大功率型、高精度型等按內(nèi)部電路分為:雙極型（由晶體管組成）和單極型（由場(chǎng)效應(yīng)管組成）；按每片中運(yùn)放個(gè)數(shù)目可分為:單運(yùn)放、雙運(yùn)放和四運(yùn)放。

[例]如輸入信號(hào)是微弱的電壓信號(hào)，第一級(jí)就選用高輸入電阻、高共模抑制比、高開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)、低失調(diào)電壓及低溫度漂移的運(yùn)算放大器。翻頁(yè)912.消振由于運(yùn)算放大器內(nèi)部晶體管的極間電容和其他寄生參數(shù)的影響，很容易產(chǎn)生自激振蕩，破壞正常工作。為此，在使用時(shí)要注意消振。通常是外接RC消振電路或消振電容，用它來(lái)破壞產(chǎn)生自激振蕩的條件。是否已消振，可將輸入端接“地”，用示波器觀察輸出端有無(wú)自激振蕩。翻頁(yè)923.調(diào)零由于運(yùn)算放大器的內(nèi)部參數(shù)不可能完全對(duì)稱，以致當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，仍有輸出信號(hào)。為此，在使用時(shí)要外接調(diào)零電路。調(diào)零時(shí)應(yīng)將電路接成閉環(huán)，方法:無(wú)輸入時(shí)調(diào)零，即將兩個(gè)輸入端接“地”，調(diào)節(jié)調(diào)零電位器，使輸出電壓為零。有輸入時(shí)調(diào)零，即按已知輸入信號(hào)電壓計(jì)算輸出電壓，而后將實(shí)際值調(diào)整到計(jì)算值。翻頁(yè)934.保護(hù)輸入端保護(hù)當(dāng)輸入端靜輸入電壓ud不宜過(guò)高，否則損壞輸入級(jí)的晶體管。為此，在輸入端接入反向并聯(lián)的二極管，將輸入電壓限制在二極管的正向壓降以下。圖10.6-1輸入端保護(hù)uo

－

＋

＋

R1R2ui

D1D