集成運算放大器

1、第7章 集成運算放大器7.1 運放的結(jié)構(gòu)、特性和分析依據(jù)7.2 運放在模擬運算方面的應(yīng)用7.4 運放在信號處理方面的應(yīng)用7.3 放大電路中的負反饋7.5 信號產(chǎn)生電路7.1.1 集成運放的結(jié)構(gòu)和參數(shù)7. 1 集成運算結(jié)構(gòu)、特性和分析依據(jù)集成運放是具有很高開環(huán)電壓放大倍數(shù)的直接耦合放大器.輸入級偏置電路輸出級中間級輸入級 差動放大器輸出級 射極輸出器或互補對稱功率放大器中間級 電壓放大器偏置電路 由鏡像恒流源等電路組成1. 集成運放的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)框圖輸入級偏置電路中間級輸出級輸出2. 集成運放 741的原理電路圖反相輸入同相輸入+UCCuo+-UEET12T1T2T3T4T5T6T7T8T9T1

2、0T11T13T14T16T18T17T20T15T19R1R2R3R4R5R7R8R9R10R11R12Cuiuou+u+12345678A741+UCC空腳輸出端調(diào)零電位器集成運放的電路符號反相輸入同相輸入-UEE調(diào)零電位器A741的引腳排列輸出端反相輸入端同相輸入端信號傳輸方向理想運放開環(huán)電壓放大倍數(shù) ui = u u+或 ui = u+ u A實際運放開環(huán)電壓放大倍數(shù)（1）開環(huán)電壓放大倍數(shù) Auo；( Auo 104 ) 運放線性工作狀態(tài)下的差模電壓放大倍數(shù)（2）開環(huán)差模輸入電阻 rid； ( rid 105 )（3）開環(huán)輸出電阻 ro； ( ro 104，或80dB )（6）通頻帶

3、fBW3. 集成運放的主要參數(shù) 運放的性能指標用以下參數(shù)來表示，運放的參數(shù)繁多，只介紹涉及差模特性和共模特性的主要參數(shù)。 7.1.2 集成運放的理想化模型1. 開環(huán)電壓放大倍數(shù) Auo 2. 開環(huán)差模輸入電阻 rid 3. 開環(huán)輸出電阻 ro 04. 共模抑制比 KCMR 5. 通頻帶 fBW 運放的理想化模型是一組理想化的參數(shù)，是將實際運放等效為理想運放的條件。7.1.3 集成運放的電壓傳輸特性和分析依據(jù) 1. 運放的電壓傳輸特性實際運放理想運放 定義：uo= f ( ui )，其中 ui = u+ u 問題: 若定義 ui = u u+，電壓傳輸特性有何變化？UOMUOMuoui0UOMU

4、OMUimUimuiuo0uiuou+u+線性區(qū)非線性區(qū)在開環(huán)條件下，運放的線性區(qū)非常窄，Uim為V量級。 2. 運放工作在線性區(qū)的分析依據(jù)相當(dāng)于兩輸入端之間短路。對于理想運放 rid 即 u u+相當(dāng)于兩輸入端之間斷路。有 ii 0（2）“虛短路”原則（1）“虛斷路”原則+iiuiriduo+iiuiuo+對于理想運放 Auo ，ui 0運放在線性區(qū)符合運算關(guān)系uo= Auo ui因為存在負反饋信號, 同相輸入端 不是“虛地”！（3） “虛地”的概念由“虛斷路”原則 ii = 0 , 有 u+= 0 u_ u+ = 0結(jié)論：反相輸入端為 “虛地”。當(dāng)同相輸入端接地時，由“虛短路”原則u+ii

5、uo+R1RFR2u_ui+iiuo+R1RFR2u_u+ui注意當(dāng)反相輸入端接地時,運放工作在線性狀態(tài)的必要條件： 運放必須加上深度負反饋。分析依據(jù)：“虛斷路”原則仍然成立。對于理想運放相當(dāng)于兩輸入端之間 斷路 注意: “虛短路”原則 不成立！有 ii 0 3. 運放工作在非線性區(qū)的分析依據(jù)+iiuiuo+非線性區(qū)：當(dāng)輸入信號變化時，輸出信號并不隨之變化。ui Uim 時， uo = + UOM ui R4，可忽略RF在輸出回路對R4 的分流作用例: 反相比例運算電路如圖，設(shè): RFR4 ，求Auf。uouiR2R1RF +i1ifidaR4R3uo+得由虛地有：2. 同相比例運算電路 由虛

6、斷路 id = 0，有 u+ = ui 由虛短路 u+ = u 由分壓關(guān)系閉環(huán)電壓放大倍數(shù) 平衡電阻R2 = R1 / RF故有uouiR2R1RF + uf +idu+u得3. 同相跟隨器可得 uo = uiuoui+由虛短路 u+ = u 電壓放大倍數(shù) Auo= 1同相跟隨器的特點具有射極輸出器的所有優(yōu)點1. 輸出電壓uo 與輸入電壓ui同相且相等，故稱為同相 跟隨器或電壓跟隨器，而且性能更加優(yōu)良。2. 同相跟隨器的輸入電阻很高（約為運放的開環(huán)輸入 電阻），幾乎不從信號源吸取電流；3. 輸出電阻很低，帶負載能力強。 在改變比例系數(shù)時，將涉及電路中所有電阻參數(shù)，故調(diào)整比較困難。利用疊加原理進

7、行分析2. 差動比例運算電路 ui2ui1ui2ui1 單獨作用時，輸出分量為ui2 單獨作用時，輸出分量為ui1 和 ui2 共同作用時，輸出為ui1RF R2R1+u+R3uo平衡電阻R2/R3 = R1/RF小結(jié)：運放線性應(yīng)用的分析方法反相輸入 2. 同相輸入3. 差動輸入再代入KCL方程，導(dǎo)出 uo與 ui 的關(guān)系再代入方程 u+= u- ，導(dǎo)出uo與ui的關(guān)系利用虛地原則，導(dǎo)出 ui、uo與電流的關(guān)系，利用虛斷路原則，導(dǎo)出 ui與u+的關(guān)系，uo與u-的關(guān)系利用疊加原理，分別求反相輸入的輸出分量 uo 和同相輸入的輸出分量 uo在輸出端疊加 uo= uo + uo以上分析方法不僅可用

8、于比例運算，也可用于其它線性電路.7.2.2 模擬運算電路 在集成運放發(fā)展的早期，主要用于模擬計算機的加、減、乘、除、積分、微分、對數(shù)和指數(shù)等各種運算，故將“運算放大器”的名稱保留至今。下面通過例題說明的運放線性應(yīng)用。例1：電路如圖，試推導(dǎo)其運算關(guān)系式； 并根據(jù) ui 波形，畫出uo的波形。由虛地R1CFR2+uoA2uii1if+ uCF 代入 i1 = if ，并整理，得反相積分電路 當(dāng)輸入為方波時，在輸出電壓的線性范圍內(nèi)，輸出為三角波。uiuo解：例2：求輸出信號 uo 與輸入信號 ui 的運算關(guān)系式(設(shè)R1= R2) 。A1：反相加法運算；A2：反相積分運算R1RFR2R4CR5+uo

9、ui1A2A1R3uo1ui2解：結(jié)論: 對于多級電路, 各級分別求解, A1的輸出為A2的輸入.例3：求輸出信號 uo 與輸入信號 ui 的運算關(guān)系式； 并根據(jù) ui 波形，畫出 uo 的波形。解：RFC1R+uouiA2i1if 反相微分運算由虛地，有代入 i1 = if ，并整理，得 當(dāng)輸入為方波時，在輸出電壓的線性范圍內(nèi)，輸出為尖脈沖。uiuo解：利用疊加原理：當(dāng)ui1、ui2分別作用時，有當(dāng) ui1、ui2共同作用例4：電路如圖，試推導(dǎo)其電壓放大倍數(shù)為 。放大倍數(shù)uoR1+A1R4ui1+A2R3R1ui2R2R2例5：PID調(diào)節(jié)器電路如圖，推導(dǎo) uo 與 ui 的運算關(guān)系式。整理得

10、i1 = iC1+ iR1 uo= uRF + uCF代入 i1 = if 解：由KCL由虛地由KCLP 比例I 積分D 微分uoRC1+uiRFCFR1 i1iC1iR1if+ uRF + uCF 例5：PID調(diào)節(jié)器電路如圖，推導(dǎo) uo 與 ui 的運算關(guān)系式。P 比例I 積分D 微分特例：若將 RF 短路，則有電路成為PI調(diào)節(jié)器。若將 CF 短路，則有uCF= 0，有電路成為PD調(diào)節(jié)器。uoRC1+uiRFCFR1 i1iC1iR1if+ uRF + uCF 例6：測量放大器電路如圖，推導(dǎo) uo 與輸入的運算關(guān)系式。解： 第一級由A1和A2組成同相并聯(lián)差動運算電路，有很好的對稱性，第二級A

11、3為減法運算電路。 由虛短路uA = u1 = ui1uB = u2 = ui2調(diào)整RP , 可改變電路的電壓放大倍數(shù)。uoRP R1+R1RRFuo2AB+ui1A1+A2A3ui2uo1RRF7.3 放大電路中的負反饋7.3.1 反饋的基本概念A(yù)Fxoxixdxfxi 總輸入信號xd 凈輸入信號1. 什么是反饋 將放大器輸出信號的一部分或全部經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)送回輸入端。反饋框圖放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)2. 開環(huán)和閉環(huán)開環(huán)：信號只有正向傳輸閉環(huán)：信號既有正向傳輸，也有反向傳輸，即存在反饋。xo 輸出信號xf 反饋信號 x 既可以是電壓，也可以是電流。閉環(huán)放大倍數(shù)的一般表達式1+ AF 稱為反饋深度AF 稱

12、為環(huán)路增益AFxoxixdxf4. 負反饋放大器的一般分析正反饋 xd = xi + xf負反饋 xd = xi xf3. 正反饋和負反饋加強了輸入信號削弱了輸入信號開環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)的一般表達式1+ AF 稱為反饋深度AF 稱為環(huán)路增益AFxoxixdxf4. 負反饋放大器的一般分析正反饋 xd = xi + xf負反饋 xd = xi xf3. 正反饋和負反饋加強了輸入信號削弱了輸入信號開環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)當(dāng) 1+ AF 1 時，（即深度負反饋）用來估算放大倍數(shù)深度負反饋時的閉環(huán)放大倍數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)的一般表達式1+ AF 稱為反饋深度AF 稱為環(huán)路增益AFxoxixdxf4.

13、 負反饋放大器的一般分析開環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)1. 電壓串聯(lián)負反饋 負反饋的四種典型組態(tài) 電壓反饋輸出端電流反饋輸入端串聯(lián)反饋并聯(lián)反饋四種類型主要分析交流負反饋的類型及其判別。+AFRLuo+uS+ui+udufRS+12342134 在2-2，反饋網(wǎng)絡(luò) F 與放大電路A相并聯(lián)，即輸出電壓 uo加在F 的輸入端 3-3，故必有反饋網(wǎng)絡(luò)的輸出信號 uf uo，uf的變化也必然反映uo的變化。將這種對輸出電壓進行采樣的反饋方式稱為電壓反饋。電壓負反饋穩(wěn)定輸出電壓。1. 電壓串聯(lián)負反饋+AFRLuo+uS+ui+udufRS+12342134 在放大電路的輸入端，反饋信號與輸入信號相串聯(lián)，并均以電壓形

14、式出現(xiàn)進行比較, 故為串聯(lián)反饋。ud = ui uf當(dāng)三個電壓極性相同時，有 ud ui 。 串聯(lián)負反饋的反饋效果與RS有關(guān)，RS越小，uS 越接近恒壓源，輸入電壓 ui 越穩(wěn)定，uf 的變化對ud 的影響越大，反饋效果就越明顯。特別是當(dāng)RS = 0 時，uf 的變化全部轉(zhuǎn)化成 ud 的變化，反饋效果最好。 反饋的加入使凈輸入信號減小，故為負反饋。反饋電路舉例：同相比例運算電路將電路與負反饋框圖對比可見：ud uf +RL+R1R2RF+uoA+ui+ Fud+ + ufRLR1R2RF+uoA+ui+AFRLuo+uS+ui+udufRS+12342134 運放為基本放大電路A，反饋網(wǎng)絡(luò)F

15、由電阻RF和R1串聯(lián)組成。 總輸入電壓 ui、反饋電壓 uf 、和凈輸入電壓ud，三者均以電壓形式出現(xiàn) 故為串聯(lián)反饋；uf 與uo 成正比 為電壓反饋;Fud+ + ufRLR1R2RF+uoA+ui+AFRLuo+uS+ui+udufRS+12342134反饋電壓將輸出電壓的一部分送回到輸入端。在輸入回路，三個電壓均為真實極性，有ud = ui uf ui 為負反饋反饋系數(shù)由于引入深度負反饋此式與前邊的推導(dǎo)相同。反饋類型：電壓串聯(lián)負反饋2. 電壓并聯(lián)負反饋AFRL+uo+RSifiSiiidui 從輸入端分析，反饋網(wǎng)絡(luò)輸出端與放大器輸入端相并聯(lián)，反饋信號與輸入信號進行并聯(lián)比較，故為并聯(lián)反饋。

16、輸入端從輸出端分析仍為電壓反饋；當(dāng)三個電流的實際方向與圖中的假定方向相同時，有id ii if 的引入使凈輸入電流減小，故為負反饋。三個信號必定以電流 if 的形式出現(xiàn)，其關(guān)系為 id = ii if 。 并聯(lián)負反饋的反饋效果與信號源內(nèi)阻RS有關(guān)，RS的阻值越大, 信號源越接近恒流源，輸入電流 ii 越穩(wěn)定。特別是當(dāng)RS 開路時，if 的變化全部轉(zhuǎn)化成 id 的變化，反饋效果最好。 FRL+R1R2RF+uoAiiidif+ui+ab反饋電路舉例：反相比例運算電路結(jié)論：反饋類型為 電壓并聯(lián)負反饋。 放大電路A仍為運放；反饋網(wǎng)絡(luò)F由電阻RF構(gòu)成，它將輸出電壓轉(zhuǎn)換成反饋電流 if。由“虛地” ，有

17、 uo 為電壓反饋 輸入端三個量均以電流形式出現(xiàn)，故為并聯(lián)反饋。id = ii ifif 的真實極性為從ab，有 ii 為負反饋AFRL+uo+RSifiSiiidui 在輸出端，反饋網(wǎng)絡(luò)與放大電路為串聯(lián)，反饋信號取自輸出電流io (即負載RL中的電流), 形成電流反饋，因此構(gòu)成電流串聯(lián)負反饋。3. 電流串聯(lián)負反饋+AFRLuo+uS+ui+udufRS+io由“虛斷路” ，有 iR1 ioFioiR1ud+ + ufRLR1R2A+ui+ uo反饋電路舉例：電壓控制電流源電流負反饋能夠穩(wěn)定輸出電流。反饋電壓為 uf = iR1R1 io R1uf io 為電流反饋；ud = ui uf ui

18、 為串聯(lián)負反饋結(jié)論：反饋類型為 電流串聯(lián)負反饋。從輸入端分析為串聯(lián)負反饋。4. 電流并聯(lián)負反饋AF+RSifiSiiiduiRLuo+io 由以上三種反饋類型的分析結(jié)論及框圖中輸入、輸出回路的聯(lián)接方式可看出，其反饋類型為電流并聯(lián)負反饋。 反饋電路舉例F+uoRFR2R1+ifRRL+uRioiiidiR+ui反饋網(wǎng)絡(luò)由RF和采樣電阻R組成。 設(shè)RF R，有if io，可認為在輸出端 uR= ( io+ if ) R io R由“虛地”在輸入端 id = ii if ii結(jié)論：反饋類型為 電流并聯(lián)負反饋。7.3.3 反饋類型的判別 對于單級運放，若反饋元件從運放輸出端連接到反相輸入端時，構(gòu)成負反

19、饋。這是由于輸出信號與輸入信號極性相反，必然削弱輸入信號，使xd xi，因此形成正反饋。 對于多級電路，則需用瞬時極性法進行判別 (見例題)。1. 正反饋和負反饋的判別 反饋類型的判別：是指判別正、負反饋；串聯(lián)、并聯(lián)反饋；電壓、電流反饋，重點討論交流反饋類型的判別。 反饋性質(zhì)的判別 若已判定某反饋為正反饋，則不必進行其他反饋類型的判別；只有判定為負反饋時，才需要判別其反饋類型。 2. 串聯(lián)負反饋和并聯(lián)負反饋的判別3.電壓負反饋和電流負反饋的判別 一般來說，若xf 與 xi分別接到運放的兩個輸入端時, 二者必以電壓形式在輸入端進行比較，即凈輸入信號ud = ui uf。所以凡以電壓形式進行比較的

20、，即是串聯(lián)反饋； 若 xf 與 xi 接到運放的同一個輸入端時，二者必以電流分流的形式在輸入端進行比較, 即凈輸入信號id = ii if。所以凡以電流形式在進行比較的，即是并聯(lián)反饋。 在輸入端進行 在輸出端進行 在放大電路輸出端，根據(jù)反饋信號的采樣方式來區(qū)別電壓負反饋或電流負反饋。 一種簡單的判別方法：設(shè)將負載 RL兩端對交流短路，或在負載 RL上并聯(lián)一個大容量電容，使輸出電壓 uo= 0，若負反饋消失，為電壓負反饋；否則，為電流負反饋。（1）xf 與uo成正比 是電壓反饋（2）輸出端短路法 將輸出端負載兩端短路，或在負載 RL上并聯(lián)一個大容量電容，使輸出電壓 uo= 0。3. 電壓負反饋和

21、電流負反饋的判別 在輸出端進行CuiR2R1RF +RL uo+Cuo+uiR2R1RF +RRLio若反饋消失為電壓反饋，否則為電流反饋。CioRF5RF2R4R3+RF1R2R1+uo1A1A2RF3R6R5+A3RF4RLR uf +uouo2ifii+uRid+ud+ui例1：判斷電路中的反饋元件及其反饋類型。+反饋元件及反饋類型級間反饋局部反饋利用瞬時極性法判斷級間反饋性質(zhì): 標出各級的瞬時極性.解：RF1RF2RF3RF4RF5, R, R2 電壓并聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋 電流并聯(lián)負反饋 電流串聯(lián)負反饋 電壓并聯(lián)負反饋利用瞬時極性法判斷反饋的正負反饋類型：串聯(lián) 電壓 負反饋電流例2

22、：反饋類型的判別uiuoA1A2+uoRF1R1R2RFR4R3R5R6RF2RLuf 與uo 成正比io+ uf + ud +7.3.4 負反饋對放大電路性能的影響1. 提高放大器放大倍數(shù)的穩(wěn)定性 負反饋的引入穩(wěn)定了放大器的輸出信號，在輸入信號不變的情況下，提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。負反饋降低了放大倍數(shù),但也帶來放大器性能的改善。對閉環(huán)放大倍數(shù) 中的 A求導(dǎo)：整理得閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定性比開環(huán)時提高了(1+ AF)倍。相對變化量減小為通常用相對變化量 和 衡量放大倍數(shù)的穩(wěn)定性。2. 擴展通頻帶 無負反饋Au0AufffH有負反饋AuAuf0Au0Auf0fHffBWffBWfBWf 1 AF f

23、BW結(jié)論：加入負反饋使放大器的通頻帶展寬。0放大器的幅頻特性 定性解釋為：當(dāng)輸出信號減小，反饋信號也隨之減小，凈輸入信號相對增大，使放大器輸出信號的下降程度減小，放大倍數(shù)相應(yīng)提高。 設(shè) ui 為正弦波，開環(huán)放大器發(fā)生非線性失真。 加入負反饋以后，放大倍數(shù)下降，使輸出信號進入非線性區(qū)的部分減少，從而削弱了非線性失真。3. 減小非線性失真 uf結(jié)論：負反饋改善了波形失真。AuouiF加入負反饋無負反饋uoAuiuduiuf 改善失真的效果取決于失真的嚴重程度和反饋深度的大小。 （1）串聯(lián)負反饋提高輸入電阻（2）并聯(lián)負反饋降低輸入電阻由 uf = AF ud = (1+AF) ri ri4. 負反饋

24、對輸入電阻的影響 FuiudufiiriA+FuiiiriAidif+開環(huán)閉環(huán)開環(huán)由 if = AF id閉環(huán)（2）電流負反饋提高輸出電阻 rof ro（1）電壓負反饋降低輸出電阻 rof ro定性解釋：電壓負反饋穩(wěn)定了輸出電壓，使放大器更趨向于恒壓源，因而輸出電阻減小。定性解釋：電流負反饋穩(wěn)定了輸出電流，使放大器更趨向于恒流源，因而輸出電阻增大。 負反饋對放大器性能的改善是以降低放大倍數(shù)為代價的，可以通過增加級數(shù)提高放大倍數(shù)。5. 負反饋對輸出電阻的影響 例3：判斷分壓式偏置電路的反饋類型。解：RB2CE+UCCRCC1C2TRL+RB1uo+ui+ReREuS+RS交流通路反饋電壓 uf

25、= ie Re ic= io 電流反饋凈輸入電壓 ud = ube = ui uf ui 負反饋 +uouS+icTRL+uf RSReieib+ube A Fio+ui+輸入端三個量均以電壓形式出現(xiàn) 串聯(lián)反饋 結(jié)論：Re 引入了 交、直流串聯(lián)電流負反饋。畫出交流通路，為簡化分析，忽略了RB1 和RB2。例4：判斷射極輸出器的反饋類型。解：深度交、直流串聯(lián)電壓負反饋。uf = uo ，輸出電壓全部反饋到輸入端。 結(jié)論：RE 引入了是串聯(lián)比較，且三者同相，uf 削弱了ube。 凈輸入信號ud = ube = ui uf ui +UCCC1C2TRL+RBuo+ui+RERSuS+uf+ube故有

26、 輸入電阻增大，輸出電阻減小。7.4 運放在信號處理方面的應(yīng)用7.4.2 電壓比較器 功能 將模擬輸入信號ui與某參考電壓UR 進行比較。分析方法 利用理想運放的電壓傳輸特性 uo= f ( ui )。應(yīng)用 用于波形產(chǎn)生和變換、模數(shù)轉(zhuǎn)換及越限報警等場合運放的工作狀態(tài) 運放大多處于開環(huán)狀態(tài)或正反饋狀態(tài)據(jù)此來判斷輸入信號的大小和極性。由高電平 低電平由低電平 高電平當(dāng)二者相等時, uo 產(chǎn)生躍變1. 電壓比較器的概念2. 電壓比較器UOMUOMuiuo（1）反相輸入過零比較器0R1R2uoui+當(dāng) ui 0 時，uo = UOM由理想運放開環(huán)的性質(zhì)得畫出比較器的電壓傳輸特性即 ui 0 時，uo

27、= UZ若接入雙向穩(wěn)壓管DZ (R3)，即可實現(xiàn)雙向限幅。UZUZR3UZDZ穩(wěn)壓值 (UZ+ UD) UZ例1：根據(jù)輸入電壓波形畫出輸出電壓波形。UOMUOM0uott00uiuiuoR1R2ui+uoUOMUOM問題：1. 若在輸出端加入限幅后，輸出波形有何變化？2. 若ui 從同相端加入，輸出波形有何變化？（2）反相輸入電壓比較器UZDZR1R2uoui+R3若加入?yún)⒖茧妷?UR，有0ui /Vuo /V例2：設(shè)UR= 5V和3V， UZ = 8V，畫出輸出波形。8t80uo/VURui UR 時，uo = UZt0ui/V101053t880uo/V38853. 電壓比較器的分析方法（

28、1） 輸出電壓躍變的條件u+ = u電壓 ui 即是電壓比較器的門限電平UT。對于過零比較器 門限電平 UT = 0（2）電壓傳輸特性u+ u 時，uo 0 ；輸出端不接 DZ時， uo = UOM輸出端接 DZ 限幅時，uo = UZu+ u 時，uo 0 ；對于電壓比較器 門限電平 UT = UR 滿足u+= u 時對應(yīng)的輸入4. 過零滯回比較器UZUZUT2UT10uiuoR1R2uoui+R3UZDZRF 過零比較器和電壓比較器靈敏度高，但抗干擾能力較差。為此，在電路中加入正反饋，形成具有滯回特性的比較器，可大大提高比較器的抗干擾能力。 反相輸入過零滯回比較器的電壓傳輸特性類似于磁滯回

29、線，具有兩個門限電平(閾值電壓)：當(dāng)uiUT1時, uo從UZ UZ：當(dāng)uiUT2到ui 0 時，電壓傳輸7.5 信號產(chǎn)生電路功能：信號發(fā)生器（或稱振蕩器）是一種不需要外加輸入 信號即能產(chǎn)生一定頻率和幅度的信號波形的電路。分類：按輸出波形分正弦波發(fā)生器非正弦波發(fā)生器方波發(fā)生器三角波發(fā)生器鋸齒波發(fā)生器正弦波振蕩器按振蕩頻率分按選頻網(wǎng)絡(luò)的組成元件分低頻振蕩器高頻振蕩器RC 振蕩器LC 振蕩器石英晶體振蕩器RC 橋式電路RC 移相式電路雙T 型RC電路udS21uiuouf+ 1. 產(chǎn)生自激振蕩的條件7.5.1.1 自激振蕩的產(chǎn)生和條件 7.5.1 正弦波振蕩器 當(dāng)放大器滿足一定條件時,不需外加輸入

30、信號,在輸出端卻有一定頻率和幅度的信號產(chǎn)生,這種現(xiàn)象稱為自激振蕩。 當(dāng)S合于1時， ui =ud當(dāng)S合于2后，如果滿足：uf = ui = ud_ 正反饋則輸出電壓保持不變。反饋系數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù) 設(shè)電路輸出電壓為正弦波，各個電壓均可用相量表示。結(jié)論: 相位和幅值條件必須同時滿足, 才能產(chǎn)生等幅振蕩。所以自激振蕩的條件為S21uiuduouf+ 由于有反饋系數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù)（1）相位平衡條件（2）幅值平衡條件 = A +F = 2n即 Uf = Ud，有(n = 0, 1, 2, )幅度特性Uom=f (Ufm)Ufm1Uom1Ufm2Uom2AUfmUomo自激振蕩的建立過程在振蕩建立時

31、應(yīng)滿足：2. 振蕩的建立和穩(wěn)定Uf Ud 開始上電時，電路中有一個小的擾動，引起輸出Uom0，經(jīng)正反饋產(chǎn)生Ufm1,再通過不斷放大反饋再放大再反饋，使振幅Uom不斷增大,一直到達交點 A 時，才穩(wěn)定下來。Ufm3Uom0Uom3反饋特性Ufm=FUom起振條件即振蕩器形成等幅振蕩。當(dāng)滿足：7.5.1.2 RC 正弦波振蕩電路1. 反饋型正弦波振蕩電路的組成（3）選頻網(wǎng)絡(luò)：決定了振蕩頻率 f0 的高低（1）放大電路（2）正反饋網(wǎng)絡(luò)三極管放大器、差動放大器和運放等電阻 R、電感 L、電容C 和變壓器等RC電路、LC電路和石英晶體等由此構(gòu)成RC振蕩器、LC振蕩器、和石英晶體振蕩器等2. RC 橋式正

32、弦波振蕩電路RC橋式正弦波振蕩器的選頻網(wǎng)絡(luò)采用RC串并聯(lián)電路。其電壓放大倍數(shù)為由運放構(gòu)成的同相比例運算電路.由RC串并聯(lián)電路組成，由 uf 作為輸入信號 ui。 放大電路（1）電路的組成 選頻電路 正反饋電路+uoR2uiu+R1RF+RCCRuf+選頻電路由RC串并聯(lián)電路組成同相比例運算電路（2）RC串并聯(lián)電路的選頻特性U1(j)U2(j)RRCC+0 () 0| T (j ) | 909000頻率特性 00|T(j) | ( ) 01/30 09090（參見節(jié)）（1）振蕩電路相位條件的分析uou+R1RF+RCCRuf+選頻電路滿足 = A +F = 0 的條件 同相比例運算電路 A= 0

33、 應(yīng)使同相比例運算電路（2）振蕩電路幅值條件的分析為滿足 的條件， 即 RF = 2R1而起振時 RF 2R13. RC 橋式振蕩電路的分析振蕩頻率（1）用熱敏電阻穩(wěn)幅 用具有負溫度系數(shù)的熱敏電阻 RT 代替 RF。 思考：如果選用具有正溫度系數(shù)的熱敏電阻， 應(yīng)接在何處？用熱敏電阻 RT代替 R1。uou+R1RF+RCCRuf+選頻電路同相比例運算電路4. RC 橋式振蕩電路的穩(wěn)幅措施RT RT 的性質(zhì)為：當(dāng)溫度升高時，RT的阻值減小。使電路從開始滿足起振條件 RF 2R1 ，到輸出電壓幅值增大后自動滿足等幅振蕩條件 RF = 2R1。（2）用二極管穩(wěn)幅 實際的振蕩電路常采用反向并聯(lián)的二極管

34、作為穩(wěn)幅電路。 當(dāng)Uom較小時，D截止，電阻 R 作為負反饋電阻的一部分； 當(dāng) Uom 較大時，D導(dǎo)通，電阻 R / RD R 改變了負反饋的強弱，實現(xiàn)了自動穩(wěn)幅。uou+R1RF+RCCRuf+選頻電路同相比例運算電路D1RFD2R4. RC 橋式振蕩電路的穩(wěn)幅措施二極管穩(wěn)幅的工作原理：5. 輸出電壓頻率的調(diào)節(jié) 改變R或 C 的數(shù)值均可調(diào)節(jié)輸出電壓的頻率f0。6. RC 正弦波振蕩器的特點優(yōu)點： 選頻特性較差，波形不夠好，用于要求不高的場合。RRR1R1C1C2C3C4C5C1C2C3C4C5 電路簡單成本低，調(diào)整方便， f0可至甚低頻。缺點：正弦波振蕩器的一般分析方法1. 判斷相位條件: 是否引入正反饋 2. 判斷幅值條件：將 f = f0 帶入 AF 的表達式但增益太大，波形嚴重失真；且振蕩穩(wěn)定，波形較好；3. 求振蕩頻率f = f0 選頻網(wǎng)絡(luò)的固有頻率若則電路不能產(chǎn)生振蕩；則電路能產(chǎn)生振蕩，則電路能產(chǎn)生振蕩， 1 = A+ F = 2n (n = 0, 1, 2, )7.5.2 方波發(fā)生器 1. 電路的組成uCRDZuoR2R1+