第8章-集成運(yùn)放

1、p緒論緒論p晶體二極管及應(yīng)用電路晶體二極管及應(yīng)用電路p晶體三極管及應(yīng)用電路晶體三極管及應(yīng)用電路p場效應(yīng)管及基本放大電路場效應(yīng)管及基本放大電路p放大電路的頻率響應(yīng)放大電路的頻率響應(yīng)p負(fù)反饋放大電路負(fù)反饋放大電路p雙極型模擬集成電路雙極型模擬集成電路p雙極型模擬集成電路的分析與應(yīng)用雙極型模擬集成電路的分析與應(yīng)用pMOSMOS模擬集成電路模擬集成電路p直流穩(wěn)壓電源電路直流穩(wěn)壓電源電路p電子電路的計算機(jī)輔助設(shè)計（自學(xué)）電子電路的計算機(jī)輔助設(shè)計（自學(xué)）第第8章章 雙般型模擬集成電路的分析與應(yīng)用雙般型模擬集成電路的分析與應(yīng)用集成運(yùn)算放的組成及基本特性集成運(yùn)算放的組成及基本特性集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成運(yùn)

2、算放大器的主要參數(shù)8.1 8.1 運(yùn)放的線性應(yīng)用及理想運(yùn)放模型運(yùn)放的線性應(yīng)用及理想運(yùn)放模型8.2 8.2 基本運(yùn)算電路基本運(yùn)算電路8.3 8.3 電壓比較器電壓比較器8.4 8.4 波形發(fā)生器波形發(fā)生器8.5 8.5 集成運(yùn)放的其他應(yīng)用電路集成運(yùn)放的其他應(yīng)用電路集成運(yùn)算放的組成及基本特性集成運(yùn)算放的組成及基本特性一、概述一、概述二、集成電路的基本結(jié)構(gòu)二、集成電路的基本結(jié)構(gòu)三、模擬集成運(yùn)放的典型電路三、模擬集成運(yùn)放的典型電路1）通用集成電路）通用集成電路 2）模擬信號處理電路）模擬信號處理電路3）控制系統(tǒng)專用集成電路，如電機(jī)控制電路控制系統(tǒng)專用集成電路，如電機(jī)控制電路、可控硅控可控硅控制電路等制

3、電路等4）通信系統(tǒng)專用集成電路，如電話電路、無線通信電路通信系統(tǒng)專用集成電路，如電話電路、無線通信電路、交換專用電路等。、交換專用電路等。5）測試系統(tǒng)專用集成電路，測試系統(tǒng)專用集成電路，ATE電路、信號變換和處理電路、信號變換和處理電路等電路等6）儀器專用電路等。）儀器專用電路等。 集成運(yùn)算放大器的組成及基本特性集成運(yùn)算放大器的組成及基本特性1. 模擬集成電路分類模擬集成電路分類按照應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行分類：按照應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行分類：一、一、 概述概述按照電路的功能進(jìn)行分類按照電路的功能進(jìn)行分類1）運(yùn)算放大器）運(yùn)算放大器2）模擬乘法器（除法器）模擬乘法器（除法器）3）對數(shù)放大器對數(shù)放大器4）函數(shù)發(fā)生器函數(shù)

4、發(fā)生器5）濾波器濾波器6）壓控振蕩器）壓控振蕩器 7）集成功率放大器）集成功率放大器8）集成）集成 穩(wěn)壓電源穩(wěn)壓電源一、一、 概述概述( (續(xù)）續(xù)）集成運(yùn)算放大器的組成及基本特性集成運(yùn)算放大器的組成及基本特性集成電路集成電路通用型通用型專用型專用型按照集成電路分類按照集成電路分類1 1 集成電路的基本結(jié)構(gòu)集成電路的基本結(jié)構(gòu)圖 61 集成電路的基本組成結(jié)構(gòu) 輸入模塊 功能模塊 輸出模塊 電源模塊 控制/補(bǔ)償 模塊 保護(hù)模塊 二二 集成電路的基本結(jié)構(gòu)集成電路的基本結(jié)構(gòu)二二 集成電路的基本結(jié)構(gòu)集成電路的基本結(jié)構(gòu)( (續(xù)）續(xù)）2 2 模擬集成電路組成模擬集成電路組成輸入級輸入級中間級中間級輸出級輸出級

5、偏置偏置電路電路組成：組成：運(yùn)算放大器是由直接耦合多級放大電路集成制造的運(yùn)算放大器是由直接耦合多級放大電路集成制造的高增益放大器，它的組成框圖如圖所示。高增益放大器，它的組成框圖如圖所示。運(yùn)放組成運(yùn)放組成差放差放輸入級輸入級中間中間放大級放大級低阻低阻輸出級輸出級恒流源恒流源偏置偏置U+U-Uo三、三、 模擬集成運(yùn)放的典型電路模擬集成運(yùn)放的典型電路運(yùn)放舊符號運(yùn)放舊符號運(yùn)放國標(biāo)符號運(yùn)放國標(biāo)符號1.輸入級輸入級:高性能的差動放大電高性能的差動放大電路。運(yùn)放有兩個輸入端，一個路。運(yùn)放有兩個輸入端，一個稱為稱為同相輸入端同相輸入端，即輸出與該即輸出與該端輸入信號相位相同，用符號端輸入信號相位相同，用符

6、號U 表示；另一個稱為表示；另一個稱為反相輸反相輸入端入端，即輸出與該端輸入信號即輸出與該端輸入信號相位相反，用符號相位相反，用符號U表示。表示。 4.恒流源偏置：恒流源偏置：可提供穩(wěn)定的幾乎不隨溫度而變化的偏置電可提供穩(wěn)定的幾乎不隨溫度而變化的偏置電流，以穩(wěn)定工作點(diǎn)。流，以穩(wěn)定工作點(diǎn)。 3.低阻輸出級：低阻輸出級：由由PNP和和NPN兩種極性的三極管或復(fù)合管組兩種極性的三極管或復(fù)合管組成，以獲得正負(fù)兩個極性的輸出電壓或電流。具體電路參閱成，以獲得正負(fù)兩個極性的輸出電壓或電流。具體電路參閱功率放大器。功率放大器。2.中間放大級：中間放大級：提供高的電壓增益，以保證運(yùn)放的運(yùn)算精度提供高的電壓增益

7、，以保證運(yùn)放的運(yùn)算精度。多為帶有源負(fù)載的高增益放大器。多為帶有源負(fù)載的高增益放大器。差放差放輸入級輸入級中間中間放大級放大級低阻低阻輸出級輸出級恒流源恒流源偏置偏置U-U+運(yùn)放組成運(yùn)放組成圖 64 F007 的電路原理圖 +UCC -UCC T3 _ + Ui T1 T2 T4 T9 T8 T7 T6 R1 T5 R2 R3 1k 1k RW R4 T11 T10 R5 39k T13 T12 3k 50k T16 T17 T15 T14 C 30pFR7 4.5k R8 7.5k T19 T18 Uo R9 25 R10 50 D1 D2 輸出級 中間級 偏置電路 輸入級 外接調(diào)零電位器 集

8、成運(yùn)放集成運(yùn)放F007的的電路原理電路原理2單極型集成運(yùn)放單極型集成運(yùn)放 +UDD -USS T1 T6 R UI T2 UO T3 T4 T5 C T8 T7 圖 67 C14573 的電路原理圖 第一級是以第一級是以P溝道管溝道管T3和和T4為放大管、以為放大管、以N溝道管溝道管T5和和T6管構(gòu)成的電管構(gòu)成的電流源為有源負(fù)載。流源為有源負(fù)載。 第二級是共源放大電路，以第二級是共源放大電路，以N溝道管溝道管T8為放大管，漏極帶有源負(fù)載。為放大管，漏極帶有源負(fù)載。 集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)集成運(yùn)放的性能指標(biāo)集成運(yùn)放的性能指標(biāo)-主要參數(shù)如下：主要參數(shù)如下： 1電源電壓電源

9、電壓2開環(huán)差模電壓增益開環(huán)差模電壓增益AUd3共模抑制比共模抑制比KCMR4差模輸入電阻差模輸入電阻rid5輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓Uos6輸入失調(diào)電壓的溫漂輸入失調(diào)電壓的溫漂dUos/dT7輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流Ios8輸入失調(diào)電流的溫漂輸入失調(diào)電流的溫漂dIos/dT9輸入偏置電流輸入偏置電流IB10最大共摸輸入電壓最大共摸輸入電壓Uic,max11最大差模輸入電壓最大差模輸入電壓Uid,max12-3dB帶寬帶寬13單位增益帶寬單位增益帶寬BWG-fT14轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率SR(擺率擺率) |duo/dt|max見書上第見書上第7章章183頁內(nèi)容頁內(nèi)容8.1 8.1 線性應(yīng)用及理想運(yùn)放模

10、型線性應(yīng)用及理想運(yùn)放模型一、線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用一、線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用二、理想運(yùn)放模型二、理想運(yùn)放模型8.1 8.1 線性應(yīng)用及理想運(yùn)放模型線性應(yīng)用及理想運(yùn)放模型運(yùn)放模型分類運(yùn)放模型分類按精度分類按精度分類理想模型理想模型非理想模型非理想模型運(yùn)放宏模型運(yùn)放宏模型按功能分類按功能分類直流模型直流模型交流小信號模型交流小信號模型大信號模型大信號模型噪聲模型噪聲模型8.1 8.1 線性應(yīng)用及理想運(yùn)放模型（續(xù)）線性應(yīng)用及理想運(yùn)放模型（續(xù)）運(yùn)放分析特點(diǎn)運(yùn)放分析特點(diǎn)：芯片內(nèi)部分析復(fù)雜、外部特征分析簡單。：芯片內(nèi)部分析復(fù)雜、外部特征分析簡單。運(yùn)放分析內(nèi)容運(yùn)放分析內(nèi)容傳輸特性傳輸特性(輸入與輸出信號關(guān)系特性

11、輸入與輸出信號關(guān)系特性)頻域特性頻域特性時域特性時域特性溫度特性溫度特性噪聲特性噪聲特性主要分析主要分析內(nèi)容內(nèi)容1. 線性應(yīng)用：線性應(yīng)用：運(yùn)放輸入輸出運(yùn)放輸入輸出成線性關(guān)系的應(yīng)用。成線性關(guān)系的應(yīng)用。閉環(huán)應(yīng)閉環(huán)應(yīng)用用，如，如“運(yùn)算電路運(yùn)算電路”、“有有源濾波電路源濾波電路”等。等。一、一、 線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用2. 非線性應(yīng)用：非線性應(yīng)用：運(yùn)放輸入輸運(yùn)放輸入輸出成非線性關(guān)系的應(yīng)用。出成非線性關(guān)系的應(yīng)用。開開環(huán)應(yīng)用環(huán)應(yīng)用，如比較器。，如比較器。輸入輸入輸出輸出輸入輸入輸出輸出電壓放大器電壓放大器電壓比較器電壓比較器二、理想運(yùn)放模型二、理想運(yùn)放模型1. 理想運(yùn)放的性能理想運(yùn)放的性

12、能1) 開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益Aud=;2) 輸入電阻輸入電阻Rid=;3)輸出電阻輸出電阻Ro=0;4)頻帶寬度頻帶寬度 F=;5)共模抑制比共模抑制比CMRR=;6)失調(diào)、漂移和內(nèi)部噪聲為零。失調(diào)、漂移和內(nèi)部噪聲為零。主要條件，實際運(yùn)放主要條件，實際運(yùn)放同樣基本滿足。同樣基本滿足。條件較難滿足，條件較難滿足，可采用專用運(yùn)放可采用專用運(yùn)放來近似滿足。來近似滿足。二、理想運(yùn)放模型（續(xù)）二、理想運(yùn)放模型（續(xù)）-U-I-+U+I+Uo+-AUd(U+-U-)1） 同相端與反相端呈開路狀態(tài)。同相端與反相端呈開路狀態(tài)。2）輸出回路為一受控電壓源）輸出回路為一受控電壓源AUd(U+-U-) ， 由于輸

13、出電阻由于輸出電阻ro=0,所以所以Uo=AUd(U+-U-)。2.理想運(yùn)放模型理想運(yùn)放模型3. 線性運(yùn)用狀態(tài)時主要特征線性運(yùn)用狀態(tài)時主要特征1. 理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電流近似為零理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電流近似為零 ，稱虛斷。，稱虛斷。I+=I-02. 理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電位近似相等理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電位近似相等 ，稱虛短。，稱虛短。U+=U-Rid=虛斷虛斷虛短虛短在分析運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時，可把在分析運(yùn)算放大器處于線性狀態(tài)時，可把兩輸入端兩輸入端視為等電位視為等電位，這一特性稱為虛假短路，簡稱，這一特性稱為虛假短路，簡稱虛短虛短。虛地虛地如將運(yùn)放的同相端接地如

14、將運(yùn)放的同相端接地U+=0，則，則U-=0,即反相端是一即反相端是一 個不接個不接“地地”的的“地地”，稱為，稱為“虛地虛地”。虛地點(diǎn)對地的電阻為虛地點(diǎn)對地的電阻為“0”由于理想運(yùn)放的輸入電阻非常高，輸入端電流近似為由于理想運(yùn)放的輸入電阻非常高，輸入端電流近似為0，在分析處于線性狀態(tài)運(yùn)放時，可以把，在分析處于線性狀態(tài)運(yùn)放時，可以把兩輸入端視兩輸入端視為等效開路為等效開路，這一特性稱為虛假開路，簡稱虛斷。，這一特性稱為虛假開路，簡稱虛斷。U+-U-=Uo/AUd0（ Aud=）-U-I-+U+I+Uo+-AUd(U+-U-)4. 飽和工作狀態(tài)時特征（非線性工作狀態(tài)）飽和工作狀態(tài)時特征（非線性工作

15、狀態(tài)）1) 理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電流近似為零理想運(yùn)放的同相和反相輸入端電流近似為零2)當(dāng)當(dāng)U+U-時，時，Uo為正飽和值為正飽和值； 當(dāng)當(dāng)U+UR時，時， 輸出應(yīng)為負(fù)飽和值，輸出應(yīng)為負(fù)飽和值，Uo為低電平為低電平-VOL。UoRo當(dāng)當(dāng)UiUR時，輸出為正飽和值時，輸出為正飽和值， Uo為高電平為高電平VOM。-UOLURUoUiUOMDz輸出電壓被限定在輸出電壓被限定在 （UZ+UD)原理原理(U+U-) 單門限比較器：單門限比較器：是指只有一個門限電壓的比較器是指只有一個門限電壓的比較器.圖 631 過零比較器 R1 過零比較器 A - + 0 Uo R2 Uo Ui Ui Uid (

16、a)電路 (b)傳輸特性 Uo R1 A + Uo Ui DZ (c)帶輸出限幅的過零比較器 一、單門限比較器（續(xù)）一、單門限比較器（續(xù)） 過零比較器：過零比較器：當(dāng)當(dāng)UR=0時，輸入電壓時，輸入電壓Ui每次過零時，輸出電壓每次過零時，輸出電壓產(chǎn)生躍變產(chǎn)生躍變.圖 632 例 62 波形圖 t U i 0 (c) 經(jīng) RC 微分電路后的輸出 Uo波形 t Uo 0 (a) 輸入 U i波形 (b) 輸出 Uo波形 Uo 0 t (a) (b) VOH VOL 圖 6 3 1 過 零 比 較 器 R1 過 零 比 較 器 A - + 0 Uo R2 Uo Ui Ui Uid (a)電 路 (b

17、)傳 輸 特 性 Uo R1 A + Uo Ui DZ (c)帶 輸 出 限 幅 的 過 零 比 較 器 例例: 電路如圖電路如圖 (a)所示，當(dāng)所示，當(dāng)Ui如圖如圖 (b)所示時，試畫出所示時，試畫出Uo及及Uo 的波形。的波形。 圖（圖（a) 電路電路圖圖(b) 波形圖電路波形圖電路一、單門限比較器（續(xù)）一、單門限比較器（續(xù)）二、遲滯比較器二、遲滯比較器-+R1UiR2URUoRf引入正反饋起加引入正反饋起加速輸出電壓變化速輸出電壓變化 UoUiUomUonU2U1原理原理: 當(dāng)輸出當(dāng)輸出Uo為高電平為高電平Uo=Uom時，同相端受到時，同相端受到Uom和和UR同時作用同時作用f2Rff2

18、om21RRURRRURUU 當(dāng)當(dāng)UiU 1時，輸出將由高電平時，輸出將由高電平Uom跳變到低電平跳變到低電平Uon。U 1稱為上門限電壓，也稱正向閾值電壓。稱為上門限電壓，也稱正向閾值電壓。遲滯比較器遲滯比較器：具有遲滯回環(huán)特性，輸入電壓的變化方向不同，閾值：具有遲滯回環(huán)特性，輸入電壓的變化方向不同，閾值電壓也不同，但輸入電壓單調(diào)變化使輸出電壓只躍變一次。電壓也不同，但輸入電壓單調(diào)變化使輸出電壓只躍變一次。單門限電壓比較器抗干擾能力差，當(dāng)輸入有波動時，輸出將產(chǎn)生頻繁躍變單門限電壓比較器抗干擾能力差，當(dāng)輸入有波動時，輸出將產(chǎn)生頻繁躍變（上門限電壓）（上門限電壓）二、遲滯比較器（續(xù)）二、遲滯比較

19、器（續(xù)）-+R1UiR2URUoRf UoUiUomUonU2U1原理原理: 當(dāng)輸出當(dāng)輸出Uo為低電平為低電平Uo=Uon時，同相端受到時，同相端受到Uon和和UR同時作用同時作用f2Rff2on22RRURRRURUU 當(dāng)當(dāng)UiU 2時，輸出將由低電平時，輸出將由低電平Uon跳變到高電平跳變到高電平Uom 。U 2稱為下門限電壓，也稱負(fù)向閾值電壓。稱為下門限電壓，也稱負(fù)向閾值電壓。U 1（下門限電壓）（下門限電壓）當(dāng)當(dāng)U 2 UiU 1時，時， Uo保持不變保持不變遲滯比較器遲滯比較器上門限電壓：上門限電壓：f2Rff2om21RRURRRURU 下門限電壓：下門限電壓：f2Rff2on22

20、RRURRRURU 21-UU U 門限寬度：門限寬度：小結(jié)：小結(jié)：1. 改變基準(zhǔn)電壓改變基準(zhǔn)電壓UR可改變上、下門限電壓可改變上、下門限電壓U 1、 U 2 ， 但不影響門限寬度但不影響門限寬度 U。2. 改變正反饋系數(shù)改變正反饋系數(shù)R2/(R2+Rf),將影響將影響 U和和 U 1、 U 2 。3. Uom、Uon運(yùn)放的正負(fù)飽和電壓，可通過加限幅電路限制其值運(yùn)放的正負(fù)飽和電壓，可通過加限幅電路限制其值。UoUiUomUonU2U1)-(onomf22UURRR 三、三、比較器的特點(diǎn)及應(yīng)用比較器的特點(diǎn)及應(yīng)用1、工作在工作在開環(huán)開環(huán)或或正反饋正反饋狀態(tài)。狀態(tài)。2、開關(guān)特性開關(guān)特性，因開環(huán)增益很

21、大，因開環(huán)增益很大，比較器的輸出只有高電比較器的輸出只有高電平和低電平兩個穩(wěn)定狀態(tài)。平和低電平兩個穩(wěn)定狀態(tài)。3、非線性非線性，因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關(guān)系。因大幅度工作，輸出和輸入不成線性關(guān)系。比較器特點(diǎn)：比較器特點(diǎn)：比較器的應(yīng)用：比較器的應(yīng)用：比較器主要用來對輸入波形進(jìn)行比較器主要用來對輸入波形進(jìn)行整形整形，可以，可以將不規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出。將不規(guī)則的輸入波形整形為方波輸出。正弦波變換為矩形波正弦波變換為矩形波三、三、比較器的特點(diǎn)及應(yīng)用（續(xù)）比較器的特點(diǎn)及應(yīng)用（續(xù)）有干擾正弦波變換為方波有干擾正弦波變換為方波其他應(yīng)用：過零檢測、越線報警、模數(shù)轉(zhuǎn)換等。其他應(yīng)用：過零檢測、越線

22、報警、模數(shù)轉(zhuǎn)換等。正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 （補(bǔ)充內(nèi)容）（補(bǔ)充內(nèi)容）非正弦信號產(chǎn)生電路非正弦信號產(chǎn)生電路 二、二、 RCRC振蕩器振蕩器一、一、 反饋振蕩器的基本原理反饋振蕩器的基本原理正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 反饋振蕩器的構(gòu)成反饋振蕩器的構(gòu)成組成組成反饋振蕩器方框圖反饋振蕩器方框圖1.控制能量轉(zhuǎn)換的有源器件；控制能量轉(zhuǎn)換的有源器件；2.具有正反饋?zhàn)饔玫倪x頻器件；具有正反饋?zhàn)饔玫倪x頻器件；3.穩(wěn)定振蕩幅度的限幅電路。穩(wěn)定振蕩幅度的限幅電路。BBBB.BBBBB.B. 于是，上式于是，上式振蕩器的起振過程和起振條件振蕩器的起振過程和起振條件起振條件：起振條件：1 AB分解后得：分解后得：

23、1 AB nBA2 表明是正反聵表明是正反聵幅值條件：幅值條件：相位條件：相位條件：問題：問題：起振之初是增幅振蕩，那么這種增幅是否會一直起振之初是增幅振蕩，那么這種增幅是否會一直“增增”下去？下去？分析：分析：不會。這主要是由于管子非線性和限幅作用，使不會。這主要是由于管子非線性和限幅作用，使A隨隨Udi增長而下降，直到增長而下降，直到|AB|=1，進(jìn)入等幅狀態(tài)為止。，進(jìn)入等幅狀態(tài)為止。4. 振蕩器的平衡過程和穩(wěn)定條件振蕩器的平衡過程和穩(wěn)定條件 當(dāng)下降到當(dāng)下降到AB=1（平衡狀態(tài)）時，振蕩器滿足（平衡狀態(tài)）時，振蕩器滿足Ui=Uf，保持保持等幅振蕩。等幅振蕩。振蕩平衡的幅值條件和相位條件為：

24、振蕩平衡的幅值條件和相位條件為：1AB )2 , 1 , 0(2 nnBA幅值平衡條件：幅值平衡條件：相位平衡條件：相位平衡條件：起振條件起振條件 振幅條件振幅條件 相位條件相位條件平衡條件平衡條件 振幅條件振幅條件 相位條件相位條件|AB|=1 A A+B B=2n(n=0,1,2=2n(n=0,1,2) ) |AB|1 A A+B B=2n(n=0,1,2=2n(n=0,1,2) ) 起振起振 、平衡、平衡 、 穩(wěn)定三個條件缺一不可。穩(wěn)定三個條件缺一不可。小結(jié)：小結(jié)：振蕩器的振蕩頻率范圍振蕩器的振蕩頻率范圍二、二、 RC振蕩器振蕩器 當(dāng)當(dāng) f 要求很低（幾十要求很低（幾十KHz以下）時，以

25、下）時，L、C要求很大，體積要求很大，體積必然很大，成本也昂貴，因此常采用必然很大，成本也昂貴，因此常采用RC振蕩器來產(chǎn)生低頻信號振蕩器來產(chǎn)生低頻信號。它是以。它是以RC構(gòu)成選頻回路，其構(gòu)成選頻回路，其 0=1/RC。 1. 橋式橋式RC振蕩器振蕩器（文氏振蕩器）（文氏振蕩器） 由由RC選頻回路和放大器構(gòu)成。首先討論選頻回路和放大器構(gòu)成。首先討論RC選頻回路的傳輸特性。選頻回路的傳輸特性。RC選頻回路如右圖選頻回路如右圖.cjRZcjRZ 1/121 uoufCCRRZ2RC振蕩器分兩類振蕩器分兩類：移相式，橋式：移相式，橋式(最為常用最為常用)。)1(312120RCRCjZZZUUBf 反

26、反饋饋系系數(shù)數(shù)：橋式橋式RC振蕩器振蕩器Z1)(311000 jUUBRCof，有有令令2002)(31 B它具有選頻作用它具有選頻作用:當(dāng)當(dāng) = 0= 時，時，|B|=1/3最大，最大， B=03arctg00B /2- /2 B 0|B| 01/3uoufCCRRRC1振蕩器組成：振蕩器組成：將將RC選頻回路與放大器相連接，就構(gòu)成選頻回路與放大器相連接，就構(gòu)成RC橋橋式振蕩器。式振蕩器。1）RC回路構(gòu)成具有正反饋的選頻回路?；芈窐?gòu)成具有正反饋的選頻回路。2）R1 、 R2構(gòu)成具有負(fù)反饋的支路。構(gòu)成具有負(fù)反饋的支路。其中：其中：R1為具有負(fù)溫度系數(shù)的為具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。熱敏電阻。反饋

27、系數(shù)反饋系數(shù)31 BuuBo時，時，當(dāng)當(dāng)， of當(dāng)起振時，應(yīng)滿足當(dāng)起振時，應(yīng)滿足|AB|1RC橋式振蕩器橋式振蕩器增益增益21dio1RRuuA ufuoudi環(huán)路增益環(huán)路增ABRRARR，若若取取+ R1RCRCR2起振后，輸出的振蕩信號頻率起振后，輸出的振蕩信號頻率 f =RC 21（1）降低增益，以達(dá)到振幅平衡條件，要）降低增益，以達(dá)到振幅平衡條件，要滿足滿足A=3，必須加負(fù)反饋。，必須加負(fù)反饋。（2）自動穩(wěn)幅，主要通過）自動穩(wěn)幅，主要通過R1（具有負(fù)溫度（具有負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻）來完成。系數(shù)的熱敏電阻）來完成。這里加負(fù)反饋支路的作用有二：這里加負(fù)反饋支路的作

28、用有二：穩(wěn)幅過程如下：穩(wěn)幅過程如下：起振后起振后R1的電流不斷的電流不斷 R1 A A =3時時 |AB|=1 （穩(wěn)定平衡條件）（穩(wěn)定平衡條件）211RRAf RC橋式振蕩器橋式振蕩器+ R1RCRCR2仿真實例：仿真實例：+ R2R CRR1C1、幅度放大設(shè)置：、幅度放大設(shè)置：R1=10k ，R2=30k 2、選頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)置：、選頻網(wǎng)絡(luò)設(shè)置：設(shè)正弦波頻率為設(shè)正弦波頻率為160Hz，根據(jù)，根據(jù)f0 =1/2 RC，則選則選C=0.1uF， R=10k 在電路最初工作時，為了保證電在電路最初工作時，為了保證電路起振通常會設(shè)置振幅放大倍數(shù)路起振通常會設(shè)置振幅放大倍數(shù)略大于略大于3。對穩(wěn)定輸出信號幅度

29、的改善措施：對穩(wěn)定輸出信號幅度的改善措施：+ R2R CRR1C在電路最初工作時，為了保證電路起在電路最初工作時，為了保證電路起振通常會設(shè)置振幅放大倍數(shù)略大于振通常會設(shè)置振幅放大倍數(shù)略大于3，但電路起振后，為使幅度穩(wěn)定，在負(fù)但電路起振后，為使幅度穩(wěn)定，在負(fù)反饋回路可采用非線性元件自動調(diào)整反饋回路可采用非線性元件自動調(diào)整反饋的強(qiáng)弱以維持輸出電壓恒定。反饋的強(qiáng)弱以維持輸出電壓恒定。R1=10k ，R3=20k ， R2=50k + R3R CRR1CR2一、矩形波發(fā)生電路一、矩形波發(fā)生電路二、三角波發(fā)生電路二、三角波發(fā)生電路三、脈沖和鋸齒波發(fā)生電路三、脈沖和鋸齒波發(fā)生電路1. 基本組成部分基本組成

30、部分 1) 開關(guān)電路開關(guān)電路：輸出只有高電平和低電平兩種情況，稱：輸出只有高電平和低電平兩種情況，稱為兩種狀態(tài)；因而采用電壓比較器。為兩種狀態(tài)；因而采用電壓比較器。 2) 反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)：自控，在輸出為某一狀態(tài)時孕育翻轉(zhuǎn)成：自控，在輸出為某一狀態(tài)時孕育翻轉(zhuǎn)成另一狀態(tài)的條件。應(yīng)引入反饋。另一狀態(tài)的條件。應(yīng)引入反饋。 3) 延遲環(huán)節(jié)延遲環(huán)節(jié)：使得兩個狀態(tài)均維持一定的時間，決定：使得兩個狀態(tài)均維持一定的時間，決定振蕩頻率。振蕩頻率。利用利用RC電路實現(xiàn)。電路實現(xiàn)。一、矩形波發(fā)生電路 輸出特點(diǎn)：輸出特點(diǎn)：輸出無穩(wěn)態(tài)，有兩個暫態(tài)；若輸出為高電平時輸出無穩(wěn)態(tài)，有兩個暫態(tài)；若輸出為高電平時定義為第一暫態(tài)，

31、則輸出為低電平為第二暫態(tài)。定義為第一暫態(tài)，則輸出為低電平為第二暫態(tài)。2. 2. 電路組成電路組成Z211TURRRU正向充電：正向充電： uO（+UZ）RC地地反向充電：反向充電： 地地C R uO（UZ）RC 回路回路ZU 滯回比較器滯回比較器ZU一、矩形波發(fā)生電路（續(xù)） 通過對電容通過對電容C的正、反向充電改變的正、反向充電改變U-的值，使之與的值，使之與U+相比較相比較后形成輸出的翻轉(zhuǎn)后形成輸出的翻轉(zhuǎn)3. 3. 工作原理工作原理分析方法：分析方法：（1）初始態(tài)：）初始態(tài)： 設(shè)合閘通電時電容上電壓為設(shè)合閘通電時電容上電壓為0，uO上升，則產(chǎn)生正反饋過程：上升，則產(chǎn)生正反饋過程： uO up

32、 uO ，直至直至 uOUZ， uP+UT，第一暫態(tài)。第一暫態(tài)。一、矩形波發(fā)生電路（續(xù)） up一、矩形波發(fā)生電路（續(xù)）一、矩形波發(fā)生電路（續(xù)） 3. 3. 工作原理（續(xù)）工作原理（續(xù)）原理：原理：電容正向充電，電容正向充電，t uN，t ， uN UZ；但當(dāng)?shù)?dāng)uN +UT時，時，再增大再增大uN ， uO從從+ UZ躍變?yōu)檐S變?yōu)?UZ， uP-UT，電路進(jìn)入第二暫態(tài)電路進(jìn)入第二暫態(tài)。原理：電容反向充電，電容反向充電，t uN，t ， uN -UZ；但當(dāng)?shù)?dāng)uN -UT時，時，再減小再減小uN ， uO從從- UZ躍變?yōu)檐S變?yōu)?UZ， uP+UT，電路返回第一暫態(tài)。電路返回第一暫態(tài)。（2）第一

33、暫態(tài)第一暫態(tài)：uOUZ， uP+UT。（3）第第二二暫態(tài)暫態(tài)：uO-UZ， uP-UT。upuN4. 4. 波形分析波形分析求出、終了值、時間常數(shù)，根據(jù)三要素，即起始值)21ln(2213RRCRT%50kTT占空比一、矩形波發(fā)生電路（續(xù)） )0(1)0()()(/ctcccueuutu 推導(dǎo)過程推導(dǎo)過程（了解）：（了解）：利用一階利用一階RC電路的三要素法列出方程如下：電路的三要素法列出方程如下： )21ln(12,)(,)0(,)(2131/211211321121111RRCRTeURRRUURRRCRUuURRRUuURRRUtuTZZZZcZTcZTTto 充電時：充電時：T1 )2

34、1ln(2)21ln(12,)(,)0(,)()0(1)0()()(213212132/2112113211211/22RRCRTTTRRCRTeURRRUURRRCRUuURRRUuURRRUtuueuutuTZZZZcZTcZTTtcotooc 放電時放電時推導(dǎo)過程（續(xù)）：推導(dǎo)過程（續(xù)）：T25. 5. 占空比可調(diào)電路占空比可調(diào)電路 思考思考:為了占空比為了占空比調(diào)節(jié)范圍大，調(diào)節(jié)范圍大，R3應(yīng)如何取值？應(yīng)如何取值？ 正向充電和反向充電時間常數(shù)可調(diào)，占空比就可調(diào)。正向充電和反向充電時間常數(shù)可調(diào)，占空比就可調(diào)。一、矩形波發(fā)生電路（續(xù)）一、矩形波發(fā)生電路（續(xù)） T1T2T1 TTRRCRRRTT

35、TRRCRRTRRCRRTwwww121213212123221131)21ln(2)21ln()21ln( 占占空空比比：方方波波周周期期反反向向放放電電時時間間正正向向充充電電時時間間占空比可調(diào)電路分析過程：占空比可調(diào)電路分析過程：D1導(dǎo)通導(dǎo)通D2導(dǎo)通導(dǎo)通調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)RW可調(diào)可調(diào)節(jié)方波的占節(jié)方波的占空比，但信空比，但信號的周期始號的周期始終沒變。終沒變。 1. 電路組成電路組成 用積分運(yùn)算電路可將方波變?yōu)槿遣?。用積分運(yùn)算電路可將方波變?yōu)槿遣?。兩個兩個RC環(huán)節(jié)環(huán)節(jié)實際電路將兩個實際電路將兩個RC 環(huán)節(jié)合二而一環(huán)節(jié)合二而一ZUuO要取代要取代uC，必須改變輸入端。，必須改變輸入端。集成運(yùn)放應(yīng)用

36、電路的分析方法：集成運(yùn)放應(yīng)用電路的分析方法：化整為零（分塊），分析功能（每塊），統(tǒng)觀整體，性能估算。化整為零（分塊），分析功能（每塊），統(tǒng)觀整體，性能估算。二、三角波發(fā)生電路二、三角波發(fā)生電路uC滯回比較器滯回比較器積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路求滯回比較器的電壓傳輸特性：三要素求滯回比較器的電壓傳輸特性：三要素uOH 、 uOL ， UT 。代入，求出，將令ZO1N1P1O212O1211P10UuuuuRRRuRRRuZ21TURRUuo 二、三角波發(fā)生電路(續(xù)）2. 2. 工作原理工作原理up1三角波發(fā)生電路的振蕩原理三角波發(fā)生電路的振蕩原理初始態(tài)：初始態(tài)：合閘通電，通常合閘通電，通常C 上電

37、壓為上電壓為0。設(shè)。設(shè)uO1 uP1 uO1，直至直至uO1 UZ（第一暫態(tài)）；（第一暫態(tài)）；第一暫態(tài)：第一暫態(tài)：積分電路對積分電路對C積分，積分，t uO，一旦，一旦uO過過- UT ，uO1從從+ UZ躍變?yōu)檐S變?yōu)? UZ （第二暫態(tài)）（第二暫態(tài)） 。第二暫態(tài)：第二暫態(tài)：積分電路對積分電路對C積分，積分，t uO，一旦，一旦uO過過+ UT ， uO1從從 - UZ躍變?yōu)檐S變?yōu)? UZ ，返回第一暫態(tài)。，返回第一暫態(tài)。重復(fù)上述過程，產(chǎn)生周期性的變化，即振蕩。重復(fù)上述過程，產(chǎn)生周期性的變化，即振蕩。 電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時，電路狀態(tài)翻轉(zhuǎn)時，uP1=?up1(up1un1)3. 3. 波形分析波形分析

38、 1oo132o211tudttuCRtutt Z21TTZ3T21URRU)U(TUCRU 又又2314RCRRT 振蕩振蕩中間中間過程過程二、三角波發(fā)生電路二、三角波發(fā)生電路( (續(xù)）續(xù)）三、鋸齒波發(fā)生電路三、鋸齒波發(fā)生電路 23112RCRRRT6 21TTT 23122RCRRRT7 一、電壓一、電壓電流變換電電流變換電路路二、二、RC有源濾波器有源濾波器三、測量放大電路三、測量放大電路四、單電源供電放大電四、單電源供電放大電路路五、線性穩(wěn)壓電路五、線性穩(wěn)壓電路一、電壓一、電壓電流變換電路電流變換電路 電流電流電壓變換電路電壓變換電路Uo= -IsRfUoRfRP-+RLUsUo-+R

39、1IL 電壓電壓電流變換電路電流變換電路IL=Uo/R1=Us/R1Is輸出電壓與輸入電流成比例。輸出電壓與輸入電流成比例。輸出電流與輸入電壓成比例，輸出電流與輸入電壓成比例，而與外接負(fù)載無關(guān)而與外接負(fù)載無關(guān)。電壓電壓-電流電流和和電流電流-電壓電壓變換器廣泛應(yīng)用于放大電路和傳感器的連接處變換器廣泛應(yīng)用于放大電路和傳感器的連接處1.一階低通有源濾波一階低通有源濾波根據(jù)反相比例運(yùn)算電路的分析根據(jù)反相比例運(yùn)算電路的分析ifffoURZIZU1() 頻率特性頻率特性CRjRRRZUUAfio212111() 截止頻率截止頻率CRfH221 濾波增益濾波增益|A|=R2/R1二、二、RCRC有源濾波器有源濾波器特性曲線：特性曲線：一階低通有源濾波和積分器一階低通有源濾波和積分器(有直流負(fù)反饋）有直流負(fù)反饋）電路形式相同，但：電路形式相同，但：截止頻率截止頻率CRfH221濾波增益濾波增益|A|=R2/R1作為低通源濾波器時作為低通源濾波器時：作為積分器時：作為積分器時： ttuCRtu)d(1)(i1o濾波器強(qiáng)調(diào)頻域特性濾波器強(qiáng)調(diào)頻域特性。積分器強(qiáng)調(diào)時域特性積分器強(qiáng)調(diào)時域特性。分析：當(dāng)信號頻率較低時，信號積分過程可以忽略，輸分析：當(dāng)信號頻率較低時，信號積分過程