課題三 運算放大器的應(yīng)用

1、1課題三運算放大器的應(yīng)用課題三運算放大器的應(yīng)用 &函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計函數(shù)發(fā)生器的設(shè)計電子線路測試技術(shù)電子線路測試技術(shù)2電子線路測試技術(shù)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；流參數(shù)的測試方法； 正確運用調(diào)零技術(shù)、相位補償技術(shù)及正確運用調(diào)零技術(shù)、相位補償技術(shù)及保護電路；保護電路； 掌握運算放大器的基本實驗電路及其掌握運算放大器的基本實驗電路及其工作原理。工作原理。學(xué)習(xí)要求學(xué)習(xí)要求：第第一部分一部分 運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用3一、集成運算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)一、集成運算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)差動輸入級差動輸入級中間放大級中間放大級輸出

2、級輸出級偏置電路偏置電路運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用4350kT1VCC1T3T51k1k5k50k50T7T2T8T9T12T13T4T6T10539k30pFT11T207.5k 1.5kT14T15T16T19T17T184627VEE2550運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用741的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：T1,T3T1,T3與與T2,T4T2,T4組成組成 差動輸入級電路差動輸入級電路T5,T6,T7T5,T6,T7組成差動組成差動放大器的恒流源電路放大器的恒流源電路T8T8，T9T9組成差動放大組成差動放大器的有源負(fù)載電路器的有源負(fù)載電路T14T14與與T15T15組成中間電壓放組

3、成中間電壓放大級，其中大級，其中T14T14接成射極跟接成射極跟隨器，隨器，T15T15是電壓放大器是電壓放大器T12T12與與T13T13構(gòu)成恒流構(gòu)成恒流源電路作為源電路作為T15T15的的集電極負(fù)載集電極負(fù)載T16T16與與T17T17組成互補對組成互補對稱推挽輸出電路稱推挽輸出電路T18T18組成推挽電路的靜組成推挽電路的靜態(tài)偏置電路并消除交越態(tài)偏置電路并消除交越失真失真T19T19與與T20T20起過流保起過流保護作用護作用5運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用粗測運放好壞粗測運放好壞 正負(fù)電源端與其它各引腳之間是否短路。若無短路正負(fù)電源端與其它各引腳之間是否短路。若無短路則正確。則正確。

4、 電路中主要晶體管的電路中主要晶體管的PN結(jié)電阻值是否正確。應(yīng)該正結(jié)電阻值是否正確。應(yīng)該正向電阻小，向電阻小， 反向電阻大。反向電阻大。 測試時注意，不用小電阻檔（如測試時注意，不用小電阻檔（如“1”1”檔），以免檔），以免測試電流過大：也不要用大電阻檔（如測試電流過大：也不要用大電阻檔（如“10K”10K”檔），以免電壓過高損壞運放。檔），以免電壓過高損壞運放。測量結(jié)果如下表：測量結(jié)果如下表：632746+Vcc-VeeVo+-UA741 黑表筆黑表筆 (+) 紅表筆紅表筆 (-) 電阻值電阻值 7 腳腳 3 腳腳 無窮大無窮大 3 腳腳 7 腳腳 44 K 7 腳腳 2 腳腳 無窮大無窮大

5、 2 腳腳 7 腳腳 46 K 7 腳腳 6 腳腳 無窮大無窮大 6 腳腳 7 腳腳 10 K 6 腳腳 4 腳腳 1000 K 4 腳腳 6 腳腳 10 K 如果測得阻值與表中值相差太多，說明運放的差動如果測得阻值與表中值相差太多，說明運放的差動輸入級或者推挽輸出管有損壞。輸入級或者推挽輸出管有損壞。運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用7運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(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)：運放的直流參數(shù)： 運放的交流參數(shù)：運放的交流參數(shù)：輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓V VIOIO輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流I IIOIO差模開環(huán)直流電壓增益差模

6、開環(huán)直流電壓增益A AVDVD共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR增益帶寬積增益帶寬積A AV V BWBW轉(zhuǎn)換速率（擺動率）轉(zhuǎn)換速率（擺動率）S SR R 8運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓V VIOIO 當(dāng)運放的兩輸入端加相同的電壓或直接接地時為當(dāng)運放的兩輸入端加相同的電壓或直接接地時為使輸出直流電壓為零，在兩輸入端間加有補償直流電使輸出直流電壓為零，在兩輸入端間加有補償直流電壓壓V VIO,IO,該該V VIOIO稱為輸入失調(diào)電壓。稱為輸入失調(diào)電壓。V VIOIOR1R1+RFVOV VIOIO一般為一般為（1 120)mV20)mV，其值越小越好。其值越小越

7、好。測試方法：測試方法：6Rp100k15V7423R1100R3100RF100k15VA741vo9運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流I IIOIO 當(dāng)運放的輸出電壓為零時，將兩輸入端偏置電流當(dāng)運放的輸出電壓為零時，將兩輸入端偏置電流的差稱為輸入失調(diào)電流。即的差稱為輸入失調(diào)電流。即 I IIOIOI IB+B+-I-IB-B-，其中其中I IB+B+為同為同相輸入端基極電流，相輸入端基極電流，I IB-B-為反相輸入端基極電流。為反相輸入端基極電流。I IIOIO一般為一般為 1nA1nA10nA10nA，其值，其值越小越好。越小越好。測試方法：測試方法：I IIOI

8、OV3R3V2R1I IB+B+- -I IB-B- 6Rp100k15V7423R1100R3100RF100k15VA741vo10運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用差模開環(huán)直流電壓增益差模開環(huán)直流電壓增益A AVDVD 當(dāng)運放沒有反饋時的直流差模電壓增益。當(dāng)運放沒有反饋時的直流差模電壓增益。選擇電阻選擇電阻( (R1+R2 ) )R3。測量時，交流信號源的測量時，交流信號源的輸出頻率盡量選低輸出頻率盡量選低（小于（小于100Hz)100Hz)，Vi幅度幅度不能太大，一般取幾十不能太大，一般取幾十毫伏。增益通常用毫伏。增益通常用DBDB（分貝）表示，即（分貝）表示，即20Lg20LgA AV

9、DVD。測試方法：測試方法：R1+R2A AVD VD VOViVOVi*ViViVOVi*R2A741信號源vo51k1kR3vi51kR1 C47F 51viR2RF15V15V2374651Rp11運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR 將運放的差模電壓放大倍數(shù)將運放的差模電壓放大倍數(shù)A AVDVD與共模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)A AVCVC之比稱為共模抑制比，單位之比稱為共模抑制比，單位dBdB。 其中其中V Vi i1V1V（有效值）（有效值）、頻率為、頻率為100Hz100Hz的正弦波。的正弦波。 K KCMRCMR愈大，表示放大器對共模信號（

10、溫度漂移、零點愈大，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。漂移等）的抑制能力愈強。測試方法：測試方法：K KCMR CMR 20lg20lgA AVDVDA AVCVCdBA AVDVDR RF F/R/R1 1 A AVCVCV Vo o/V/Vi iA741信號源vo100k100kR3vi100R1RF15V15V23746100R212運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用 AVBW常數(shù)測試方法：測試方法：表表2.2.1 增益帶寬積測量值增益帶寬積測量值 RF R1 A AV V BWBW AVBW 110K10K 2100K10K 31M10KA741信號源voviR

11、1RF15V15V23746Rp=R1 RFCH1CH2示波器運放的帶寬運放的帶寬BW通常等于截止頻率通常等于截止頻率fc，將放大倍數(shù)等于將放大倍數(shù)等于1時的帶寬稱為單位時的帶寬稱為單位增益帶寬增益帶寬 增益帶寬積增益帶寬積 A AV VBWBWVi=100mV 實驗結(jié)果表明：增益增加時，帶寬減小，但增益帶實驗結(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。限制，應(yīng)用時要特別注意這一點。 增高頻率直

12、到增高頻率直到AV=0.707 AV(1KHz)時所對時所對應(yīng)的頻率就是運放的帶寬應(yīng)的頻率就是運放的帶寬BWBW 13運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用轉(zhuǎn)換速率（擺動率）轉(zhuǎn)換速率（擺動率）S SR R 運放在大幅度階躍信號作用下，輸出信號所能達到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，其單位為的最大變化率，其單位為V/usV/us。測試方法：測試方法： 測試電路中，測試電路中，V Vi i為為10KHz10KHz的方波，其峰的方波，其峰- -峰值為峰值為5V5V。SRV/ tA741信號源voviR1RF 15V 15V23746Rp=RF R1CH1CH2示波器10k10kv

13、oviVoottt t為輸出電壓為輸出電壓vo從最小從最小值上升到最大值所需值上升到最大值所需的時間的時間 轉(zhuǎn)換速度越高，說明運放對輸入信號的瞬時變化響應(yīng)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。性和相位補償電容。 14運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用三、集成運算放大器的基本應(yīng)用三、集成運算放大器的基本應(yīng)用1 1、反相放大器、反相放大器 其閉環(huán)電壓增益：其閉環(huán)電壓增益： AV=RFR1輸入電阻輸入電阻 R Ri i=R1 輸出電阻輸出電阻 Ro 0 平衡電阻平衡電阻 Rp=R1/R

14、F 其中，反饋電阻其中，反饋電阻R RF F值不能太大，否則會產(chǎn)生較大的噪聲及值不能太大，否則會產(chǎn)生較大的噪聲及漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。漂移，一般為幾十千歐至幾百千歐。R R1 1的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號源的取值應(yīng)遠(yuǎn)大于信號源v vi i的內(nèi)阻。的內(nèi)阻。 若若R RF F= = R R1 1，則為倒相器，可作為信號的極性轉(zhuǎn)換電路。，則為倒相器，可作為信號的極性轉(zhuǎn)換電路。 15運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用2 2、同相放大器、同相放大器其閉環(huán)電壓增益：其閉環(huán)電壓增益： AVF=1+RFR1輸入電阻輸入電阻 Ri = ric 輸出電阻輸出電阻 Ro 0 平衡電阻平衡電阻 Rp=R1/RF 若若

15、R RF F 0 0，R R1 1= = （開路），則為（開路），則為電壓跟隨器電壓跟隨器。 r ricic為運放本身同相端對地的為運放本身同相端對地的共模輸入電阻，一般為共模輸入電阻，一般為10108 8 。同相放大器具有輸入阻抗非常高，輸出阻抗很低的特點，廣泛用于前置放大級。 與晶體管電壓跟隨器（射極輸與晶體管電壓跟隨器（射極輸出器）相比，集成運放的電壓出器）相比，集成運放的電壓跟隨器的輸入阻抗更高，幾乎跟隨器的輸入阻抗更高，幾乎不從信號源吸取電流；輸出阻不從信號源吸取電流；輸出阻抗更小，可視作電壓源，是較抗更小，可視作電壓源，是較理想的阻抗變換器。理想的阻抗變換器。 16運算放大器的應(yīng)用

16、運算放大器的應(yīng)用4 4、加（減）法器、加（減）法器 若取若取R R1 1= = R R2 2= = R RF F，并使其中一個輸入信號，并使其中一個輸入信號v v1 1經(jīng)過一經(jīng)過一級反相放大器，則加法器可以變?yōu)闇p法器，其輸出電級反相放大器，則加法器可以變?yōu)闇p法器，其輸出電壓為壓為V Vo o= (= (V V2 2V V1 1) )。 RFR1 VO= V1RFR2V2)vov1RFR1v2R2負(fù)號表示反相加法器負(fù)號表示反相加法器 17運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用 上圖所示電路為卡拉上圖所示電路為卡拉OKOK伴唱機的混合前置放大器電伴唱機的混合前置放大器電路。路。其中，其中，A A1 1為

17、射極跟隨器，實現(xiàn)阻抗變換與隔離，為射極跟隨器，實現(xiàn)阻抗變換與隔離，A A2 2為基本的加法器，為基本的加法器，輸出電壓：輸出電壓： RFR1 VO V1RFR2V2)RFR1 V1 V2)10（ V1 V2）voRFR1A1R2A2v1v210k10k100k7612vi1210錄音機輸出(卡拉OK磁帶)話音放大器輸出A74718運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用5 5、微分器、微分器 為限制電路的高頻電壓增益，在輸入端與電容為限制電路的高頻電壓增益，在輸入端與電容C C之間之間接入一小電阻接入一小電阻R Rs s, , 當(dāng)輸入頻率低于當(dāng)輸入頻率低于 dvidt VO= RFC式中，式中，RFC

18、為微分時間常數(shù)。為微分時間常數(shù)。 fo=12RsC時時, 電路起微分作用電路起微分作用；若輸入頻率遠(yuǎn)高于上式若輸入頻率遠(yuǎn)高于上式, 則電路則電路近似一個反相器，高頻電壓增益為近似一個反相器，高頻電壓增益為 AVF=RFRsvoviRFC由于電容由于電容C的容抗隨輸入信號的容抗隨輸入信號的頻率升高而減小的頻率升高而減小, 結(jié)果是結(jié)果是 輸輸出電壓隨頻率升高而增加。出電壓隨頻率升高而增加。 19運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用 實際的微分器電路如下圖實際的微分器電路如下圖(a)(a)所示。若輸入電壓為一所示。若輸入電壓為一對稱三角波，則輸出電壓為一對稱方波，其波形關(guān)系如圖對稱三角波，則輸出電壓為一

19、對稱方波，其波形關(guān)系如圖(b)(b)所示。所示。 （a）（b）vi(t)VmoVmt1t2ttvo(t)o2RFCVmt12RFCVmt1voviRFRs6CA 7411000.01F200k2320運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用6 6、積分器、積分器 為限制電路的低頻電壓增益，可將反饋電容為限制電路的低頻電壓增益，可將反饋電容c c與一電阻與一電阻R RF F并并聯(lián)。當(dāng)輸入頻率大于聯(lián)。當(dāng)輸入頻率大于 式中，式中，R1C為積分時間常數(shù)。為積分時間常數(shù)。 fo=12RFC時時, 電路起積分作用電路起積分作用；若輸入頻率遠(yuǎn)低于上式若輸入頻率遠(yuǎn)低于上式, 則電路近似一個則電路近似一個反相器，低頻電

20、壓增益為反相器，低頻電壓增益為 AVF=RFR1t1R1C VO= 0Vidt由于電容由于電容C的容抗隨輸入信號的容抗隨輸入信號的頻率降低而增加的頻率降低而增加, 結(jié)果是結(jié)果是 輸輸出電壓隨頻率降低而增加。出電壓隨頻率降低而增加。 21運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用 實際的積分器電路如下圖實際的積分器電路如下圖(a)(a)所示。若輸入電壓為一所示。若輸入電壓為一對稱方波，則輸出電壓為一對稱三角波，其波形關(guān)系如圖對稱方波，則輸出電壓為一對稱三角波，其波形關(guān)系如圖(b)(b)所示。所示。 （a）（b）voviRF100k C0.022FA741R110k236Rp=R1 RF10kvi(t)Vm

21、o Vmt1t2ttvo(t)oVmt1R1CVmt1R1C22運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用9 9、方波發(fā)生器、方波發(fā)生器 圖中圖中R R1 1與與R RF F組成正反饋支路，組成正反饋支路，運放同相端電壓運放同相端電壓 電阻電阻R R、電容、電容C C組成運放的負(fù)反饋組成運放的負(fù)反饋支路。支路。 VR1R R1 1+R+RF FVofo1T12RCln 1+2R1RF（）voC0.01FA741623R31kRF10kR110kR210kRP100kRDZ2DW7voVzvctTVzR1R1RFoVzR1R1RFVz當(dāng)電容當(dāng)電容C的端電壓的端電壓VC（等于運放的（等于運放的反相端電壓反相

22、端電壓V）大于）大于V+時，輸出電時，輸出電壓壓Vo=VZ（雙向穩(wěn)壓管（雙向穩(wěn)壓管DZ的限幅電的限幅電壓），則電容壓），則電容C經(jīng)電阻經(jīng)電阻R放電，放電，VC下下降。當(dāng)降。當(dāng)VC下降到比下降到比V+小時，比較器小時，比較器的輸出電壓的輸出電壓Vo=+VZ，電容，電容C又經(jīng)過又經(jīng)過電阻電阻R充電，電容的端電壓充電，電容的端電壓VC又開又開始上升，如此重復(fù)，則輸出電壓始上升，如此重復(fù)，則輸出電壓vo為為周期性方波，如圖所示。周期性方波，如圖所示。 調(diào)節(jié)電位器調(diào)節(jié)電位器Rp可改變頻率?？筛淖冾l率。 23 耦合電容耦合電容C1、C3可根據(jù)交流放大器的下限頻率可根據(jù)交流放大器的下限頻率fL來確定，來確定

23、，一般取一般取 運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用1111、自舉式交流電壓放大器、自舉式交流電壓放大器 若只放大交流信號，則可若只放大交流信號，則可采用如右圖所示的運放同相交采用如右圖所示的運放同相交流電壓放大器（或反相交流電流電壓放大器（或反相交流電壓放大器）。壓放大器）。 AVF=1+RFR2交流放大器的輸入電阻交流放大器的輸入電阻 Ri = R1 （R1一般取幾十千歐。）一般取幾十千歐。） C1 = C3 = (310）12 RLfL反饋支路的隔直電容反饋支路的隔直電容C2一般取幾微法。一般取幾微法。 電容電容C1、C2及及C3為隔直電容為隔直電容 電阻電阻R1接地是為了保證輸入接地是為了

24、保證輸入為零時，放大器的輸出直流為零時，放大器的輸出直流電位為零電位為零 24 為提高交流放大器的輸入阻抗，可以采用如圖所示的自舉為提高交流放大器的輸入阻抗，可以采用如圖所示的自舉式同相交流電壓放大器。式同相交流電壓放大器。 VB=R2R2RFVO 因為放大器的電壓放大倍數(shù)因為放大器的電壓放大倍數(shù)AvF=1+(RF / R2)，故，故 VO =（1+RFR2）ViR2RFR2VB運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用反饋電壓反饋電壓 交流信號自同相端交流信號自同相端B點輸入，點輸入，輸出信號經(jīng)輸出信號經(jīng)RF反饋至反饋至A點點 VA=R2R2RFVO有有VAVB25運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用 R

25、1兩端的電壓相等，且相兩端的電壓相等，且相位相同，故稱位相同，故稱R1為自舉電阻。為自舉電阻。流經(jīng)流經(jīng)R1的電流可視為零，從而的電流可視為零，從而大大提高了交流放大器的輸入大大提高了交流放大器的輸入電阻。輸入電阻電阻。輸入電阻 Ri = (R1 / ric)(1+ AVFF)式中，式中，F(xiàn)為反饋系數(shù)，為反饋系數(shù)，F(xiàn)= R2 / (R2+ RF)。 對于圖所示電路參數(shù)，輸入電阻對于圖所示電路參數(shù)，輸入電阻 Ri =(R1 / ric)(1+ AVFF) 200k 26運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用1212、單電源供電的交流電壓放大器、單電源供電的交流電壓放大器 右圖為單電源供電的反相右圖為單電

26、源供電的反相交流電壓放大器。圖中，電阻交流電壓放大器。圖中，電阻R2、R3稱為偏置電阻，用來設(shè)稱為偏置電阻，用來設(shè)置放大器的靜態(tài)工作點。置放大器的靜態(tài)工作點。 V+= VCC，即，即 12V=R3R2R3VCC12VCC所以取所以取R2= R3 靜態(tài)時靜態(tài)時 V6 = V+ = 12VCC 電容電容C1、C2為放大器的交流耦合隔直電容，因此，反為放大器的交流耦合隔直電容，因此，反向交流放大器的電壓放大倍數(shù)向交流放大器的電壓放大倍數(shù) AVF =RF / R1 27運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用 右圖為單電源供電右圖為單電源供電的自舉式同相交流電的自舉式同相交流電壓放大器。該電路也壓放大器。該電

27、路也能大大提高單電源供能大大提高單電源供電的交流放大器的輸電的交流放大器的輸入電阻。入電阻。 運放交流電壓放大器只放大交流信號，輸出運放交流電壓放大器只放大交流信號，輸出信號受運放本身的失調(diào)影響較小。因此，不需要信號受運放本身的失調(diào)影響較小。因此，不需要調(diào)零。調(diào)零。 RFR1A741voC3C2C1R210F47615V10k10k10F10F32RL2kR4100k100kR310kvi28實驗任務(wù)：實驗任務(wù)： 實驗與思考題實驗與思考題 2.2.1 2.2.1 測試運放測試運放UA741UA741的性能參數(shù)的性能參數(shù) Av BWAv BW、 S SR R及及 K KCMRCMR，并與表，并與

28、表2.2.22.2.2所示的典型值相比較。所示的典型值相比較。運算放大器的應(yīng)用運算放大器的應(yīng)用29第二部分第二部分 函數(shù)發(fā)生器設(shè)計函數(shù)發(fā)生器設(shè)計一一 、方波、方波 - 三角波函數(shù)發(fā)生器設(shè)計三角波函數(shù)發(fā)生器設(shè)計函數(shù)發(fā)生器能自動產(chǎn)生函數(shù)發(fā)生器能自動產(chǎn)生 方波方波 - 三角波三角波-正弦波。正弦波。其電路組成框圖如圖其電路組成框圖如圖3.4.1 所示所示.比 較 器積 分 器差 分 放 大 器圖圖3.4.1 函數(shù)發(fā)生器組成框圖函數(shù)發(fā)生器組成框圖30viaR1VV+A1A2VEER2R3RP1VCCaC1R4RP2C2VCCVEER5vo2vo11、方波、方波 - 三角波產(chǎn)生電路三角波產(chǎn)生電路電路圖如

29、圖電路圖如圖3.4.2所示：所示：比較器比較器積分器積分器C1稱為加速電容稱為加速電容 ，可加，可加速比較器的翻轉(zhuǎn)速比較器的翻轉(zhuǎn) R1稱為平衡電阻稱為平衡電阻 運放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即運放的反相端接基準(zhǔn)電壓，即V=0; 同相端接輸入電壓同相端接輸入電壓via； 比較器的輸出比較器的輸出vo1的高電平等于正電的高電平等于正電 源電壓源電壓+VCC，低電平等于負(fù)電源電壓低電平等于負(fù)電源電壓VEE ( +VCC = VEE ) 。 當(dāng)輸入端當(dāng)輸入端V+ =V- =0 時，比較器翻轉(zhuǎn)，時，比較器翻轉(zhuǎn)，V01從從+Vcc跳到跳到-Vee，或從，或從-Vee跳到跳到Vcc。運放運放A1與與R1、 R2

30、、R3、 RP1組成電壓比較器。組成電壓比較器。31 via R1 V V+ A1 A2 VEE R2 R3 RP1 VCC a C1 R4 RP2 C2 VCC VEE R5 vo2 vo1 Via = 0若若Vo1 = -Vee, 則則比較器的上門限電位為比較器的上門限電位為 Via+ = -R2R3+RP1(-Vee) = R2R3+RP1(Vcc) 設(shè)設(shè) V01= +Vcc, 則則 R2 +R3 +RP1 (+Vcc)R2 + R3+RP1 R2+R3+RP1整理上式整理上式, 得比較器的下門限電位為得比較器的下門限電位為 -R2 R3+RP1(+Vcc) = R3+RP1 -R2(V

31、cc)Via = V+ =RP1指電位器的調(diào)整值指電位器的調(diào)整值(以下同以下同) 32 比較器的門限寬度比較器的門限寬度VH為為 VH = Via+Via = 2 R2 R3+RP1Vcc由上面公式可得比較器的電壓由上面公式可得比較器的電壓傳輸特性，如圖傳輸特性，如圖3.4.3 所示。所示。vo1ViaVia+VCCVEEviao圖圖3.4.3 比較器電壓傳輸特比較器電壓傳輸特性性從電壓傳輸特性可見，當(dāng)輸從電壓傳輸特性可見，當(dāng)輸入電壓入電壓Via從上門限電位從上門限電位Via+下降到下門限電位下降到下門限電位Via時，時，輸出電壓輸出電壓Vo1由高電平由高電平+Vcc突變到低電平突變到低電平-

32、Vee。 比較器的傳輸特性比較器的傳輸特性33viaR1VV+A1A2VEER2R3RP1VCCaC1R4RP2C2VCCVEER5vo2vo1 Vo2 = - (+Vcc) (R4+RP2)C2 t = -Vcc(R4+RP2)C2 t當(dāng)當(dāng)Vo1= -Vee時，時， Vo2 = -(-Vee)(R4+RP2)C2 t = Vcc(R4+RP2)C2ta點斷開后，運算放大器點斷開后，運算放大器A2與與 R4、RP2、 R5 、C2 組成反相積分器，組成反相積分器，其輸入信號為方波其輸入信號為方波Vo1時，則積分時，則積分器的輸出器的輸出 Vo2 = - 1(R4+RP2)C2當(dāng)當(dāng)Vo1=+Vc

33、c時，時， Vo1dt34 VCCVCCR2R3+RP1VEER2R3+RP1o VEEtTT2T4vovo1vo2 a點閉合，形成閉環(huán)點閉合，形成閉環(huán) 電路電路 ，則自動產(chǎn)生方，則自動產(chǎn)生方 波波-三角波，其波三角波，其波 形如圖形如圖3.4.4 所示。所示。 圖圖3.4.4 方波方波三角波三角波 方方 波波-三角波的工作過程：三角波的工作過程： 當(dāng)比較器的門限當(dāng)比較器的門限 電電 壓為壓為 Via+ 時時輸出輸出Vo1為高電平（為高電平（+Vcc)。這時積。這時積分器開始反向積分，三角波分器開始反向積分，三角波Vo2 線性下降。線性下降。 當(dāng)當(dāng)Vo2下降到比較器的下門限下降到比較器的下門限

34、 電電 位位 Via 時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出時，比較器翻轉(zhuǎn)，輸出Vo1由高電平跳到低電平。這時由高電平跳到低電平。這時積分器又開始正向積分，積分器又開始正向積分，Vo2線線性增加。性增加。 如此反復(fù)，就可自動產(chǎn)生方如此反復(fù)，就可自動產(chǎn)生方 波波-三角波。三角波。35三角波的三角波的幅度幅度為：為：Vo2m = VCCVCCR2R3+RP1VEER2R3+RP1oVEEtTT2T4vovo1vo2方波的方波的幅度幅度 略小于略小于 +Vcc 和和-Vee。 方方 波波-三角波的幅度和頻率三角波的幅度和頻率 -1(R4+RP1)C2T40Vo1 dt = -1(R4+RP1)C2T 4實際上，三角波

35、的幅度實際上，三角波的幅度 也就是比較器的也就是比較器的 門限電壓門限電壓Via+ Vo2m = Via+ = R2 R3+RP1 Vcc = -Vcc (R4+RP1)C2 T4 36Vo2m = Vcc方方 波波-三角波三角波 的波頻率為：的波頻率為： = R3+RP14R2 (R4+RP2) C2 R2R3+RP1 將上面兩式整理可得三角波將上面兩式整理可得三角波 的周期的周期 T ， 而而 F = 1 / T三角波三角波 的幅度為：的幅度為： 由此可見：由此可見：1、方波的幅度由、方波的幅度由+Vcc 和和 Vee決定；決定；2、調(diào)節(jié)電位器、調(diào)節(jié)電位器RP1，可調(diào)節(jié)三角波，可調(diào)節(jié)三角波

36、 的幅度，但會影響其頻率；的幅度，但會影響其頻率；3、調(diào)節(jié)電位器、調(diào)節(jié)電位器RP2，可調(diào)節(jié)方，可調(diào)節(jié)方 波波-三角波三角波 的頻率，但不會影的頻率，但不會影 響響 其幅度，可用其幅度，可用 RP2實現(xiàn)頻率微調(diào)，而用實現(xiàn)頻率微調(diào)，而用C2改變頻率改變頻率 范圍。范圍。37二、二、單片集成電路函數(shù)發(fā)生器單片集成電路函數(shù)發(fā)生器ICL8038ICL8038的工作頻率范圍在幾赫茲至幾百千赫茲之間，的工作頻率范圍在幾赫茲至幾百千赫茲之間，它可以同時輸出方波它可以同時輸出方波(或脈沖波或脈沖波)、三角波、正弦波。其、三角波、正弦波。其內(nèi)部組成如圖內(nèi)部組成如圖3.4.7所示。所示。 FM-BADJF1FM-I

37、NADJF27485S2IBIA33k8.2kA1A2比較器VCC23VCC13FFQQRSCt正弦波變換緩沖器緩沖器106312129SQADJS2SINADJS1TR1V +V GND11兩個比較器兩個比較器A1、A2的基準(zhǔn)電的基準(zhǔn)電壓壓2VCC/3、VCC/3由內(nèi)部電阻由內(nèi)部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)提供。分壓網(wǎng)絡(luò)提供。 觸發(fā)器觸發(fā)器FF的輸出端的輸出端Q控制外控制外接定時電容的充、放電。接定時電容的充、放電。 充、放電流IA、IB的大小由外接電阻決定，當(dāng)IA= IB時，輸出三角波，否則為鋸齒波。I 產(chǎn)生三角波產(chǎn)生三角波方波的工作原理與圖方波的工作原理與圖3.4.2所示電路的工作所示電路的工作原理基本

38、相同。原理基本相同。 ICL8038可以采用單電源可以采用單電源(+10V+30V)供電，也可以采用供電，也可以采用雙電源雙電源(5V15V)供電。供電。 38由由ICL8038組成的音頻函數(shù)發(fā)生器如圖組成的音頻函數(shù)發(fā)生器如圖3.4.8所示。電阻所示。電阻R1與電位與電位器器RP1用來確定用來確定腳的直流電位腳的直流電位V8，通常取，通常取V82/32/3VCC。V8越高，越高，IA、IB越小，輸出頻率越低，反之亦然。因此，越小，輸出頻率越低，反之亦然。因此，ICL8038又稱為又稱為壓控振蕩器壓控振蕩器(VCO)或頻率調(diào)制器（或頻率調(diào)制器（FM)。RP1可調(diào)節(jié)的頻率范圍可調(diào)節(jié)的頻率范圍為為2

39、0Hz20kHz。 C10.1FRP21kRARB4.7k4.7k546RL15k+5VVCC9328ADJF2ADJF1V +SQTR1SINV/GNDFM-INCtCt4700pF101112RP3100k20Hz20kHz5VRP110kR120k8038VEEADJS2圖圖3.4.8 ICL8038組成的音頻函數(shù)發(fā)生器組成的音頻函數(shù)發(fā)生器39三、函數(shù)發(fā)生器的性能指標(biāo)三、函數(shù)發(fā)生器的性能指標(biāo) 輸出波形輸出波形 正弦波、正弦波、方方 波、三角波波、三角波 頻率范圍頻率范圍 1Hz10Hz , 10Hz100Hz , 1001KHz , 1KHz10KHz , 10KHz100KHz , 1

40、00KHz1MHz. 輸出電壓輸出電壓 一般指輸出波形的峰一般指輸出波形的峰-峰值，即峰值，即 Vp-p = 2Vm. 波形波形 特性特性 表征正弦波特性的參數(shù)是非線性失真表征正弦波特性的參數(shù)是非線性失真 ，一般要求，一般要求 3%；表征三角波特性的參數(shù)是非線性系數(shù)；表征三角波特性的參數(shù)是非線性系數(shù) ， 一般要求一般要求 2%；表征方波特性的參數(shù)是；表征方波特性的參數(shù)是 上升時間上升時間 tr，一般要求，一般要求 tr100ns(1kHz，最大輸出時，最大輸出時)。40四、設(shè)計舉例四、設(shè)計舉例（1 1） 確定電路形式及元器件型號確定電路形式及元器件型號 例例 設(shè)計一方設(shè)計一方 波波-三角波三角

41、波-正弦波正弦波 性能指示要求性能指示要求采用如圖采用如圖3.4.9所示電路，其中運算放大器所示電路，其中運算放大器A1與與A2用一只雙運放用一只雙運放 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，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入 單端輸出差分放大器電路。因為方波的幅度接近電源單端輸出差分放大器電路。因為方波的幅度接近電源電壓，所以取電源電壓電壓，所以取電源電壓+VCC= +12V，VEE= 12V。41 三角波三角波-方方 波波-正弦波函數(shù)發(fā)生器實驗電路正弦波函數(shù)發(fā)生器實驗電路vo1+12V13124R320k12V47k10kR22R110k1RP2R45.1k100k76R510kA1A294C110FSC21F+12Vvo210C3470FRP347kC4470FRB16.8kT1RC110k+12VRC210kC6*0.1FC5470Fvo3RB2T26.8k100RP4RE2100RE32kT3T4RE42kR8kBG31912VA74712A7471212VRP1A1A2*+圖圖3.4.9 三角波三角波方波方波正弦波函數(shù)發(fā)生器實驗電路正弦波函數(shù)發(fā)生器實驗電路此處引腳標(biāo)號為此處引腳標(biāo)號為uA747芯芯片的，而實驗中用片的，而實驗中用741芯芯片，引腳號不同，插板片，引腳號不同，插板時一定要注