運(yùn)放應(yīng)用函數(shù)發(fā)生器

運(yùn)放應(yīng)用函數(shù)發(fā)生器第1頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月電子線路測試技術(shù)掌握運(yùn)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(yùn)算放大器的基本實(shí)驗(yàn)電路及其工作原理。學(xué)習(xí)要求：第一部分運(yùn)算放大器的應(yīng)用第2頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月一、集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)偏置電路運(yùn)算放大器的應(yīng)用差動(dòng)輸入級

中間放大級輸出級差動(dòng)輸入級：使運(yùn)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(diǎn)。一般采用恒流源偏置電路。第3頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)算放大器的應(yīng)用NE5532（高速低噪聲雙運(yùn)算放大器）管腳圖第4頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月集成運(yùn)放NE5532的應(yīng)用穩(wěn)壓電源15V15V15V+15V注意：正、負(fù)電源的千萬別接反！1、雙電源的連接第5頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)算放大器的應(yīng)用二、運(yùn)放的主要性能參數(shù)的測試方法運(yùn)放的直流參數(shù)：

運(yùn)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(dòng)率）SR

第6頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)算放大器的應(yīng)用輸入失調(diào)電壓VIO實(shí)際的運(yùn)放當(dāng)運(yùn)放的兩輸入端加相同的電壓或直接接地時(shí)，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(yùn)算放大器的兩輸入端加相同的電壓或直接接地時(shí),輸出直流電壓應(yīng)為零。或者說，為使輸出端輸出電壓為零，在兩輸入端間加入的直流補(bǔ)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(gè)三級管的輸入特性不一致引起的第7頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)算放大器的應(yīng)用輸入失調(diào)電流IIO當(dāng)運(yùn)放的輸出電壓為零時(shí)，流入運(yùn)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(gè)三極管的β值不一致引起的IIO=IB+-IB-≈V3/R3-V2/R1第8頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)算放大器的應(yīng)用差模開環(huán)直流電壓增益AVD

當(dāng)運(yùn)放沒有反饋時(shí)的直流差模電壓增益。測量時(shí)，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，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)算放大器的應(yīng)用共模抑制比KCMR運(yùn)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(diǎn)漂移等）的抑制能力愈強(qiáng)。測試方法：KCMR＝20lgAVDAVCdBAVD＝RF/R1AVC＝Vo/Vi第10頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)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(yùn)放的增益帶寬積是指運(yùn)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(shí)所對應(yīng)的頻率就是運(yùn)放的帶寬BW運(yùn)放的BW=fc-fL≈fc放大倍數(shù)等于1時(shí)的帶寬稱為單位增益帶寬。=C（常數(shù)）實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：增益增加時(shí)，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(yùn)放的最高工作頻率受到增益帶寬積的限制，應(yīng)用時(shí)要特別注意這一點(diǎn)。第11頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)算放大器的應(yīng)用轉(zhuǎn)換速率（擺動(dòng)率）SR運(yùn)放的轉(zhuǎn)換速率是指運(yùn)放在大幅度階躍信號作用下，輸出信號所能達(dá)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(shí)間轉(zhuǎn)換速度越高，說明運(yùn)放對輸入信號的瞬時(shí)變化響應(yīng)越好。影響運(yùn)放轉(zhuǎn)換速率的主要因素是運(yùn)放的高頻特性和相位補(bǔ)償電容。階越信號第12頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月運(yùn)算放大器的應(yīng)用使用注意事項(xiàng)P29--31VIO、IIO—用作直流放大器時(shí)，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(biāo)給出的是單位增益帶寬積，即AV=1時(shí)的帶寬輸入電壓范圍：+13V,是指運(yùn)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(shí)，仍需根據(jù)實(shí)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(fù)載，內(nèi)部限流電路使輸出電流≤

30mA第13頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月實(shí)驗(yàn)任務(wù)：P63

實(shí)驗(yàn)與思考題

2.2.1測試運(yùn)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(yùn)算放大器的應(yīng)用不測VIO、IIO、AVO第14頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月第二部分函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)

一、方波-三角波函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)

函數(shù)發(fā)生器能自動(dòng)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，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月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(yùn)放A1的反相端接基準(zhǔn)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(fù)電源電壓–VEE(+VCC=–VEE)。當(dāng)輸入端V+=V-=0時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，，V01或從+Vcc跳到-Vee，或從-Vee跳到＋Vcc。運(yùn)放A1與R1、R2

、R3、RP1組成電壓比較器。第16頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月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，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

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(dāng)輸入電壓Via從上門限電位Via+下降到下門限電位Via－時(shí)，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，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

Vo2=

-(+Vcc)(R4+RP2)C2

t=

-Vcc(R4+RP2)C2

t當(dāng)Vo1=-Vee時(shí)，

Vo2=

-(-Vee)(R4+RP2)C2

t=

Vcc(R4+RP2)C2ta點(diǎn)斷開后，運(yùn)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(shí)，則積分器的輸出

Vo2=

-1(R4+RP2)C2當(dāng)Vo1=+Vcc時(shí)，Vo1dt第19頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月

a點(diǎn)閉合，形成閉環(huán)電路，則自動(dòng)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(dāng)比較器的門限電壓為Via+

時(shí)輸出Vo1為高電平（+Vcc)。這時(shí)積分器的輸出（三角波Vo2）隨著電容的充電開始線性下降。當(dāng)Vo2下降到比較器的下門限電位Via－時(shí)，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Vo1由高電平跳到低電平。這時(shí)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(dòng)產(chǎn)生方波-三角波。時(shí)間常數(shù)=(R4+RP2)C2決定輸出幅度，當(dāng)≥3*T/2輸出為線性三角波

第20頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月三角波的幅度為：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(shí)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，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月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(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)，而用C2改變頻率范圍?！さ?2頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月三、函數(shù)發(fā)生器的性能指標(biāo)

?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(shí)間

tr，一般要求tr＜100ns(1kHz，最大輸出時(shí))。第23頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月四、設(shè)計(jì)舉例（1）確定電路形式及元器件型號

例設(shè)計(jì)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(yùn)算放大器A1與A2用一只雙運(yùn)放A747，差分放大器采用本章第三節(jié)設(shè)計(jì)完成的晶體管單端輸入—單端輸出差分放大器電路。因?yàn)榉讲ǖ姆冉咏娫措妷?，所以取電源電?VCC=+12V，–VEE=–12V。波形特性

方波tr＜1s(1kHz，最大輸出時(shí))三角波△＜2%，正弦波~＜5%第24頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月?三角波-方波-正弦波函數(shù)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)電路圖3.4.9三角波—方波—正弦波函數(shù)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)電路此處引腳標(biāo)號為uA747芯片的，而實(shí)驗(yàn)中用741芯片，引腳號不同，插板時(shí)一定要注意。第25頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）計(jì)算元件參數(shù)

當(dāng)1Hz≤f≤10Hz時(shí)，取C2=10F，R4=5.1k，RP2=100k

；當(dāng)10Hz≤f≤100Hz時(shí)，取C2=1F，以實(shí)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(biāo)要求：VOPP=8V第26頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月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?yàn)檩敵鲱l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(diǎn)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，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月五、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(shí)輸出方波與三角波，故這兩個(gè)單元電路需同時(shí)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(jì)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(diǎn)時(shí)，微調(diào)RP1，使三角波的輸出幅度滿足設(shè)計(jì)指標(biāo)要求，再調(diào)節(jié)RP2，則輸出頻率連續(xù)可變。第28頁，課件共31頁，創(chuàng)作于2023年2月3、誤差分析①方波輸出電壓Vp-p≤2VCC，是因?yàn)檫\(yùn)放輸出級由NPN型或PNP型兩種晶體管組成的復(fù)合互補(bǔ)對稱電路，輸出方波時(shí)，兩管輪流截止與飽和導(dǎo)通，由于