低頻電子線路課件

概述

+理想運(yùn)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(diào)電壓、輸入失調(diào)電流以及它們的漂移均為零概述+理想運(yùn)放的特性1、開環(huán)電壓增益Aod=∞2、集成運(yùn)放的應(yīng)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(yùn)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(chǎn)生

—正弦、方波、三角波（第9章）線性應(yīng)用非線性應(yīng)用

——電壓比較器集成運(yùn)放的應(yīng)用按功能分類按工作區(qū)域分類放大—信號傳遞，A線性應(yīng)用的條件

必須引入負(fù)反饋，用Xf抵消Xi，使Vid<Vim，運(yùn)放工作在線性區(qū)。由于AVO

,為深度負(fù)反饋，可用虛短和虛斷。虛斷vP=vN虛短增益與負(fù)載無關(guān)線性應(yīng)用的條件必須引入負(fù)反饋，用Xf抵消Xi，使V6.1集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的放大電路一、反相放大器i1ifv+v-RfvoR1RPviRp=Rf//R1電壓并聯(lián)負(fù)反饋虛短、虛斷(虛地)性能特點輸入電阻小（Ri=R1）運(yùn)放共模輸入電壓

0有虛地——設(shè)計簡單平衡電阻

輸入端對地的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時輸入差分級的對稱性。6.1集成運(yùn)算放大器構(gòu)成的放大電路一、反相放大器i1ifi1例1設(shè)計要求：Ri=1M

，AV=-100解：R1=Ri=1M

為了用低值電阻實現(xiàn)高電壓增益的反相比例運(yùn)算R2=R1=Ri=

1M

?。篟2

>>R3,R4(k)R4=

99k

R3=

1k

i1例1設(shè)計要求：Ri=1M，AV=-100解二、同相放大器電壓串聯(lián)負(fù)反饋虛短、虛斷性能特點輸入電阻大（Ri=

）運(yùn)放共模輸入電壓

vi對運(yùn)放KCMR要求較高電壓跟隨器二、同相放大器電壓串聯(lián)負(fù)反饋虛短、虛斷性能特點輸入電阻大（R三、電流與電壓轉(zhuǎn)換器RfvoRsRPi1RfvoR1R2i1R3電流—電壓轉(zhuǎn)換器電壓—電流轉(zhuǎn)換器三、電流與電壓轉(zhuǎn)換器RfvoRsRPi1RfvoR1R2i1四、差動放大器特點：電阻要配對、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四、差動放大器特點：電阻要配對、無虛地、電阻很大時才能獲得高五、儀器放大器第二級A3差分電路第一級A1、A2五、儀器放大器第二級A3差分電路第一級A1、A26.2集成運(yùn)放組成的基本運(yùn)算電路反相比例加法同相比例加法反相器一、加減法電路6.2集成運(yùn)放組成的基本運(yùn)算電路反相比例加法同相比例加法例(1)求vO表達(dá)式(2)說明A1,A2各構(gòu)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(xiàn)減法運(yùn)算多級運(yùn)放結(jié)構(gòu)例(1)求vO表達(dá)式(2)說明A1,A2各構(gòu)成解:例求vO表達(dá)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:反相比例同相比例例求vO表達(dá)式解:方法一，虛短、虛斷方法二，疊加定理減法電路(1)利用反相信號求和(2)利用差分式電路分析方法小結(jié)：(1)基本的虛短、虛斷(2)分解為基本電路（多個運(yùn)放）(3)疊加原理特點：有虛地、結(jié)構(gòu)簡單輸入電阻小特點：電阻要配對、無虛地、輸入電阻不等減法電路(1)利用反相信號求和(2)利用差分式電路分析方法例求電壓增益表達(dá)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：例求電壓增益表達(dá)式解：A1、A2為電壓跟隨器，對A3二、積分電路

特點：反相比例Rf

C

輸出表達(dá)式推導(dǎo)：根據(jù)“虛短、虛斷”，得反相積分運(yùn)算方法二：C

ZC=1/sC二、積分電路特點：反相比例RfC輸出voviRPRC

例如，設(shè)R=10kΩ，C=0.05μF。在t=0時VCO=0。而v0經(jīng)過+6V時，電子開關(guān)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(guān)的輸入。voviRPRC

例如，設(shè)R=10kΩ，C=0.05μF。在

vitvot（2）將方波變?yōu)槿遣?/p>

vitvot（2）將方波變?yōu)槿遣╲oviRPRCiiC

（3）移相900設(shè)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(guān)，但輸出電壓的幅度隨頻率升高而下降。voviRPRCiiC

（3）移相900設(shè)輸入信號是正弦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(yùn)放電路的滯后作用合在一起，可能引起自激振蕩。（3）當(dāng)vi突變時，vo過大，嚴(yán)重時將使電路不能正常工作。voviRPRC改進(jìn)措施：限流限制vo相位補(bǔ)償三、微分電路iiR工作原理因輸入端存在“虛地”，故

而i也流過R，故缺點：（1）因VT和IS是溫度的函數(shù)，故運(yùn)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(jié)方程差別大，故上式只在小電流時成立。1、對數(shù)電路iRiD工作原理voviRPRD設(shè)vi>0，D導(dǎo)通，則有四、對數(shù)和反對數(shù)電路

缺點：1、對數(shù)電路iRiD工作原理voviRPRD設(shè)vi>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(jìn)措施：iRiDvoviRPRD以三極管代替二極管，以獲得較大的工作vivoRPRDifi1vivoRPRifiC2、指數(shù)運(yùn)算電路vivoRPRDifi1vivoRPRifiC2、指數(shù)運(yùn)算電五、綜合運(yùn)算電路加減法運(yùn)算器反對數(shù)運(yùn)算器vo對數(shù)運(yùn)算器vi3lnvi3對數(shù)運(yùn)算器vi2lnvi2對數(shù)運(yùn)算器vi1lnvi1同相運(yùn)算器mlnvi1反相運(yùn)算器-nlnvi2五、綜合運(yùn)算電路加減法運(yùn)算器反對數(shù)運(yùn)算器vo對數(shù)vi3l6.3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(jìn)行鑒幅與比較的電路6.3集成電壓比較器一、電壓比較器的作用+單限電壓1、單門限電壓比較器

特點：開環(huán)，運(yùn)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）1、單門限電壓比較器特點：開環(huán)，運(yùn)放工作在非線性狀態(tài)下其他電路：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）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分析任務(wù)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(yùn)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(zhuǎn)時相應(yīng)的輸入電壓顯然當(dāng)v+

v-時狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，可用虛短、虛斷分析任務(wù)及方法求傳輸特性方向輸出電平VOH、V分析舉例1設(shè)運(yùn)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

反相電壓比較器分析舉例1設(shè)運(yùn)放是理想的，且VREF=-1V,解:求門比較器的應(yīng)用

基本應(yīng)用—判斷電壓大小，如安全監(jiān)控等

獲取周期T—過零比較器比較器的應(yīng)用基本應(yīng)用—判斷電壓大小，如安全監(jiān)控等獲

波形整形應(yīng)為高電平錯誤電平單門限比較器的抗干擾能力差波形整形應(yīng)為高電平錯誤電平單門限比較器的抗干擾能力差2、滯回電壓比較器

特點：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

<

-6V）

vO=

-12V

保持原狀態(tài)不變

vO=

+12V傳輸特性右移2V2、滯回電壓比較器特點：正反饋，顯然在非線性狀態(tài)，輸出例1試求門限電壓，畫出傳輸特性和圖c所示輸入信號下的輸出電壓波形。解：（1）門限電壓（3）輸出電壓波形（2）傳輸特性反相遲滯比較器例1試求門限電壓，畫出傳輸特性和圖c所示輸入信號下的輸出電壓例2求門限電壓；畫出傳輸特性；畫出輸入正弦信號時的輸出電壓波形。（VZ=9V）求門限電壓:畫出傳輸特性:輸出電壓波形:解：同相遲滯比較器例2求門限電壓；畫出傳輸特性；畫出輸入正弦信號時的輸出電壓波3、窗口電壓比較器用來檢測給定范圍電壓的電路時截止導(dǎo)通時截止導(dǎo)通時截止截止3、窗口電壓比較器用來檢測給定范圍電壓的電路時截止導(dǎo)通時截止例(1)A1,A2開環(huán)

單門限比較器(2)D1,D2和三極管

或非門邏輯電路則D1,D2和三極管都截止

則D1,D2有1個導(dǎo)通

三極管Je正偏所以,三極管飽和

vO=0V畫出傳輸特性例(1)A1,A2開環(huán)單門限比較器(2)D1,補(bǔ)充：信號產(chǎn)生電路電路組成（多諧振蕩電路）反相遲滯比較器RC低通積分環(huán)節(jié)穩(wěn)壓管雙向限幅能否不串入該電阻？方波產(chǎn)生電路補(bǔ)充：信號產(chǎn)生電路電路組成（多諧振蕩電路）反相遲滯比較器RC工作原理設(shè)vO=+VZ（輸出只有2種狀態(tài)）

vC=0

（電容初值）vO=+VZRC充電vC

vF=+FVZ當(dāng)vC>vF時vO

vO=

VZRC反向充電vC

vF=-FVZ當(dāng)vC<vF時vO

周而復(fù)始，形成振蕩工作原理設(shè)vO=+VZ（輸出只有2種狀態(tài)）vC=波形4.計算周期問題：能否調(diào)整占空比，產(chǎn)生矩形波？波形4.計算周期問題：能否調(diào)整占空比，產(chǎn)生矩形波？占空比可變的方波產(chǎn)生電路問題：能否同時產(chǎn)生方波和三角波？占空比可變的方波產(chǎn)生電路問題：能否同時產(chǎn)生方波和三角波？反相遲滯比較器RC積分環(huán)節(jié)鋸齒波產(chǎn)生電路方波、三角波產(chǎn)生電路

電路變換反相積分電路同相遲滯比較器反相遲滯比較器RC積分環(huán)節(jié)鋸齒波產(chǎn)生電路方波、三角波產(chǎn)生電路例題求振蕩頻率；畫出vO1、vO的波形。反相積分電路同相遲滯比較器例題求振蕩頻率；畫出vO1、vO的波形。反相積分電路同相遲滯tvO20vO10t求振蕩頻率；畫出vO1、vO的波形。tvO20vO10t求振蕩頻率；畫出vO1、vO的波形。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(gòu)成的濾波器。濾波電路濾波電路傳遞函數(shù)定義時，有——模，幅頻響應(yīng)——相位角，相頻響應(yīng)時延響應(yīng)為6.4有源濾波電路一、基本概念濾波器：是一種能使有用頻低通（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Avω阻通Avω通阻Avω阻阻通Avω2、分類——按幅頻特性分類低通（LPF）用于工作信號為低頻（或直流），并且需要削弱高次無源濾波電路：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(wǎng)絡(luò)組成的濾波電路。

RviRLCvoviRLCLvo4、由集成運(yùn)放（工作在線性區(qū)）和RC網(wǎng)絡(luò)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(yùn)放可加串聯(lián)負(fù)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(shù)容易調(diào)節(jié)。3、無源濾波電路和有源濾波電路無源濾波電路：由無源元件R、L、C組成的濾波電路。RviRL1、低通濾波器RviCvo最簡單的濾波電路缺點：帶負(fù)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(dāng)RL斷開時，vo=vi，其中當(dāng)為了提高帶負(fù)載的能力，可以減小R，提高C，但這不現(xiàn)實，此時可以加電壓跟隨器，以提高帶負(fù)載的能力。二、一階RC有源濾波電路1、低通濾波器RviCvo最簡單的濾波電路缺點：帶負(fù)載的能傳遞函數(shù)特征角頻率幅頻相應(yīng)為一階RC有源低通濾波電路傳遞函數(shù)特征角頻率幅頻相應(yīng)為一階RC有源低通濾波電路可由低通和高通串聯(lián)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、高通濾波電路可由低通和高通串聯(lián)得到必須滿足3、帶通濾波電路低通可由