運放應(yīng)用函數(shù)發(fā)生器

運放應(yīng)用函數(shù)發(fā)生器第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日電子線路測試技術(shù)掌握運算放大器的主要直流參數(shù)與交流參數(shù)的測試方法；掌握運算放大器的基本實驗電路及其工作原理。學習要求：第一部分運算放大器的應(yīng)用第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日一、集成運算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)偏置電路運算放大器的應(yīng)用差動輸入級

中間放大級輸出級差動輸入級：使運放具有盡可能高的輸入電阻及共模抑制比。中間放大級：獲得足夠高的電壓增益輸出級：具有一定幅度的輸出電壓、輸出電流和盡可能小的輸出電阻。偏置電路：為各級提供合適的靜態(tài)工作點。一般采用恒流源偏置電路。第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日運算放大器的應(yīng)用NE5532（高速低噪聲雙運算放大器）管腳圖第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日集成運放NE5532的應(yīng)用穩(wěn)壓電源15V15V15V+15V注意：正、負電源的千萬別接反！1、雙電源的連接第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日運算放大器的應(yīng)用二、運放的主要性能參數(shù)的測試方法運放的直流參數(shù)：

運放的交流參數(shù)：輸入失調(diào)電壓VIO輸入失調(diào)電流IIO差模開環(huán)直流電壓增益AVD共模抑制比KCMR增益帶寬積AV?BW轉(zhuǎn)換速率（擺動率）SR

第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日運算放大器的應(yīng)用輸入失調(diào)電壓VIO實際的運放當運放的兩輸入端加相同的電壓或直接接地時，輸出直流電壓不為零，輸出端存在的直流電壓折算到輸入端的電壓值稱之為失調(diào)電壓VIO

。VIO＝R1R1+RFVOVIO一般為（0.5￣5)mV，其值越小越好。測試方法：理想運算放大器的兩輸入端加相同的電壓或直接接地時,輸出直流電壓應(yīng)為零?；蛘哒f，為使輸出端輸出電壓為零，在兩輸入端間加入的直流補償電壓稱之為失調(diào)電壓VIO失調(diào)電壓是由于差分輸入級的二個三級管的輸入特性不一致引起的第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日運算放大器的應(yīng)用輸入失調(diào)電流IIO當運放的輸出電壓為零時，流入運放兩輸入端的靜態(tài)基極電流之差稱為輸入失調(diào)電流。即IIO＝IB+-IB-，其中IB+為同相輸入端基極電流，IB-為反相輸入端基極電流。IIO一般為

1nA￣10nA，其值越小越好。測試方法：失調(diào)電流是由于輸入級的二個三極管的β值不一致引起的IIO=IB+-IB-≈V3/R3-V2/R1第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日運算放大器的應(yīng)用差模開環(huán)直流電壓增益AVD

當運放沒有反饋時的直流差模電壓增益。測量時，信號源的輸出頻率盡量選低（小于10Hz)，Vi幅度不能太大，一般取幾十毫伏。測試方法：R1+R2AVD＝VOVi’＝VOVi*ViVi’＝VOVi*R2AVD較大，用測閉環(huán)電路測量，折算成AVD選擇電阻(R1+R2)>>R3、R2>>R1

，則有Vi>>

Vi’，增益通常用DB（分貝）表示，即20LgAVD。即：輸出端反饋到輸入端的電壓Vi’≈0第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日運算放大器的應(yīng)用共模抑制比KCMR運放的差模電壓放大倍數(shù)AVD與共模電壓放大倍數(shù)AVC的比值,稱為共模抑制比，單位dB。

其中Vi＝2V（有效值）、頻率為50Hz的正弦波。KCMR愈大，表示放大器對共模信號（溫度漂移、零點漂移等）的抑制能力愈強。測試方法：KCMR＝20lgAVDAVCdBAVD＝RF/R1AVC＝Vo/Vi第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日運算放大器的應(yīng)用測試方法：表2.2.1增益帶寬積測量值

RF

R1

AV

BW

AV*BW

110KΩ10KΩ

2100KΩ10KΩ

31MΩ10KΩ運放的增益帶寬積是指運算放大器的差模增益與其工作頻率帶寬的乘積。增益帶寬積AV*BWVi≤50mV增高頻率直到AV=0.707AV(1KHz)時所對應(yīng)的頻率就是運放的帶寬BW運放的BW=fc-fL≈fc放大倍數(shù)等于1時的帶寬稱為單位增益帶寬。=C（常數(shù)）實驗結(jié)果表明：增益增加時，帶寬減小，但增益帶寬積不變（可能存在測量誤差）。因此，在給定電壓增益下，運放的最高工作頻率受到增益帶寬積的限制，應(yīng)用時要特別注意這一點。第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日運算放大器的應(yīng)用轉(zhuǎn)換速率（擺動率）SR運放的轉(zhuǎn)換速率是指運放在大幅度階躍信號作用下，輸出信號所能達到的最大變化率。測試方法：測試電路中，Vi為10KHz的方波，其峰-峰值為5V。＝△V/△t，單位：V/ust為輸出電壓vo從最小值上升到最大值所需的時間轉(zhuǎn)換速度越高，說明運放對輸入信號的瞬時變化響應(yīng)越好。影響運放轉(zhuǎn)換速率的主要因素是運放的高頻特性和相位補償電容。階越信號第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日運算放大器的應(yīng)用使用注意事項P29--31VIO、IIO—用作直流放大器時，VIO、IIO應(yīng)盡可能地小。還可以外加調(diào)零電路（P30)測試方法：增益帶寬積AV*BW=C，器件指標給出的是單位增益帶寬積，即AV=1時的帶寬輸入電壓范圍：+13V,是指運放的工作電壓為+15V，若工作電壓為+5V，則輸入電壓范圍只能是+3V輸入電阻Ri--差模輸入電阻雖然很大，UA741的Ri

≈1MΩ分析時，仍需根據(jù)實際電路，決定是否能忽略。輸出電阻RO---輸出電阻雖然很小，UA741的RO≈75Ω,但不能接很重的負載，內(nèi)部限流電路使輸出電流≤

30mA第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日實驗任務(wù)：P63

實驗與思考題

2.2.1測試運放UA741的性能參數(shù)Av·BW、SR及KCMR，并與表2.2.2所示的典型值相比較。運算放大器的應(yīng)用不測VIO、IIO、AVO第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日第二部分函數(shù)發(fā)生器設(shè)計

一、方波-三角波函數(shù)發(fā)生器設(shè)計

函數(shù)發(fā)生器能自動產(chǎn)生方波-三角波-正弦波。其電路組成框圖如圖3.4.1所示.圖3.4.1函數(shù)發(fā)生器組成框圖第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日1、方波-三角波產(chǎn)生電路

電路圖如圖3.4.2所示：比較器積分器C1稱為加速電容，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)R1稱為平衡電阻運放A1的反相端接基準電壓，即V–=0;同相端接輸入電壓via；比較器的輸出vo1的高電平約等于正電源電壓+VCC，低電平約等于負電源電壓–VEE(+VCC=–VEE)。當輸入端V+=V-=0時，比較器翻轉(zhuǎn)，，V01或從+Vcc跳到-Vee，或從-Vee跳到＋Vcc。運放A1與R1、R2

、R3、RP1組成電壓比較器。第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日Via=0若Vo1

是從–Vee跳到+Vcc則比較器的上門限電位為

Via+=

-R2R3+RP1(-Vee)=

R2R3+RP1(Vcc)設(shè)V01是從+Vcc跳到-Vee

，則

R2+R3+RP1

(+Vcc)R2

+

R3+RP1

R2+R3+RP1整理上式,得比較器的下門限電位為

-R2

R3+RP1(+Vcc)=

R3+RP1

-R2(Vcc)Via－

=

V+=RP1指電位器的調(diào)整值(以下同)第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日

比較器的門限寬度VH為

VH=Via+Via－

=2

R2

R3+RP1Vcc由上面公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖3.4.3所示。圖3.4.3比較器電壓傳輸特性從電壓傳輸特性可見，當輸入電壓Via從上門限電位Via+下降到下門限電位Via－時，輸出電壓Vo1由高電平+Vcc突變到低電平-Vee。?

比較器的傳輸特性第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日

Vo2=

-(+Vcc)(R4+RP2)C2

t=

-Vcc(R4+RP2)C2

t當Vo1=-Vee時，

Vo2=

-(-Vee)(R4+RP2)C2

t=

Vcc(R4+RP2)C2ta點斷開后，運算放大器A2與R4、RP2、R5

、C2

組成反相積分器，其輸入信號為方波Vo1時，則積分器的輸出

Vo2=

-1(R4+RP2)C2當Vo1=+Vcc時，Vo1dt第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日

a點閉合，形成閉環(huán)電路，則自動產(chǎn)生方波-三角波，其波形如圖3.4.4所示。

圖3.4.4方波—三角波?方波-三角波的工作過程：當比較器的門限電壓為Via+

時輸出Vo1為高電平（+Vcc)。這時積分器的輸出（三角波Vo2）隨著電容的充電開始線性下降。當Vo2下降到比較器的下門限電位Via－時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Vo1由高電平跳到低電平。這時積分器輸出（三角波Vo2）又隨著電容的放電開始線性增加。如此反復(fù)，就可自動產(chǎn)生方波-三角波。時間常數(shù)=(R4+RP2)C2決定輸出幅度，當≥3*T/2輸出為線性三角波

第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日三角波的幅度為：Vo2m=

方波的幅度略小于

+Vcc和-Vee。?方波-三角波的幅度和頻率

-1(R4+RP1)C2T40Vo1dt

=

|-VCC|(R4+RP1)C2T4實際上，三角波的幅度也就是比較器的門限電壓Via+·

Vo2m=Via+=

R2R3+RP1·Vcc=

-Vcc(R4+RP1)C2·

T4第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日Vo2m=

Vcc方波-三角波的波頻率為：

?=

R3+RP14R2(R4+RP2)C2

R2R3+RP1將上面兩式整理可得三角波的周期T，而f=1/T三角波的幅度為：由此可見：1、方波的幅度由+Vcc和–Vee決定；2、調(diào)節(jié)電位器RP1，可調(diào)節(jié)三角波的幅度，但會影響其頻率；3、調(diào)節(jié)電位器RP2，可調(diào)節(jié)方波-三角波的頻率，但不會影響其幅度，可用RP2實現(xiàn)頻率微調(diào)，而用C2改變頻率范圍。·第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日三、函數(shù)發(fā)生器的性能指標

?輸出波形

正弦波、方波、三角波

?

頻率范圍

1Hz~10Hz,10Hz~100Hz,100~1KHz,1KHz~10KHz,10KHz~100KHz,100KHz~1MHz.

?

輸出電壓一般指輸出波形的峰-峰值，即Vp-p=2Vm.?

波形特性表征正弦波特性的參數(shù)是非線性失真~，一般要求~＜3%；表征三角波特性的參數(shù)是非線性系數(shù)△，一般要求△＜2%；表征方波特性的參數(shù)是上升時間

tr，一般要求tr＜100ns(1kHz，最大輸出時)。第23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日四、設(shè)計舉例（1）確定電路形式及元器件型號

例設(shè)計一方波-三角波-正弦波函數(shù)發(fā)生器。?性能指示要求

頻率范圍

1Hz~10Hz,10Hz~100Hz;

輸出電壓

方波Vp-p≤24V，三角波Vp-p=8V，正弦波Vp-p＞1V。采用如圖3.4.9所示電路，其中運算放大器A1與A2用一只雙運放A747，差分放大器采用本章第三節(jié)設(shè)計完成的晶體管單端輸入—單端輸出差分放大器電路。因為方波的幅度接近電源電壓，所以取電源電壓+VCC=+12V，–VEE=–12V。波形特性

方波tr＜1s(1kHz，最大輸出時)三角波△＜2%，正弦波~＜5%第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日?三角波-方波-正弦波函數(shù)發(fā)生器實驗電路圖3.4.9三角波—方波—正弦波函數(shù)發(fā)生器實驗電路此處引腳標號為uA747芯片的，而實驗中用741芯片，引腳號不同，插板時一定要注意。第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日（2）計算元件參數(shù)

當1Hz≤f≤10Hz時，取C2=10F，R4=5.1k，RP2=100k

；當10Hz≤f≤100Hz時，取C2=1F，以實現(xiàn)頻率波段的轉(zhuǎn)換；R4及RP2的取值不變。取平衡電阻R5=10k。R

VccR3+RP1=Vo2m

=412

=

1

3取R2=10k，取R3=20k,RP1=47k,平衡電阻R1=R2//(R3+RP1)10k

R4+RP2=R3+RP14R2C2

?指標要求：VOPP=8V第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日三角波正弦波電路的參數(shù)選擇原則是：隔直電容C3、C4、C5要取得較大，因為輸出頻率很低，取C3=C4=C5=470f，濾波電容C6的取值視輸出的波形而定，若含高次諧波成分較多，則C6一般為幾十皮法至0.1F。RE2=100與RP4=100相并聯(lián)，以減小差分放大器的線性區(qū)。差分放大器的靜態(tài)工作點可通過觀測傳輸特性曲線、調(diào)整RP4及電阻R*來確定。第27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日五、電路安裝與調(diào)試技術(shù)

1、方波-三角波發(fā)生器的裝調(diào)由于比較器A1與積分器A2組成正反饋閉環(huán)電路，同時輸出方波與三角波，故這兩個單元電路需同時安裝。要注意的是，在安裝電位器RP1與RP2之前，先將其調(diào)整到設(shè)計值，否則電路可能會不起振。如果電路接線正確，則在接通電源后，A1的輸出vo1為方波，A2的輸出vo2為三角波，在低頻點時，微調(diào)RP1，使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計指標要求，再調(diào)節(jié)RP2，則輸出頻率連續(xù)可變。第28頁，共31頁，2023年，2月20日，星期日3、誤差分析①方波輸出電壓Vp-p≤2VCC，是因為運放輸出級由NPN型或PNP型兩種晶體管組成的復(fù)合互補對稱電路，輸出方波時，兩管輪流截止與飽和導通，由于