低頻電子線路

低頻電子線路課件第一頁，共六十一頁，2022年，8月28日概述

+理想運放的特性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第二頁，共六十一頁，2022年，8月28日集成運放的應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）線性應用非線性應用——電壓比較器第三頁，共六十一頁，2022年，8月28日線性應用的條件

必須引入負反饋，用Xf抵消Xi，使Vid<Vim，運放工作在線性區(qū)。由于AVO,為深度負反饋，可用虛短和虛斷。虛斷vP=vN虛短增益與負載無關(guān)第四頁，共六十一頁，2022年，8月28日6.1集成運算放大器構(gòu)成的放大電路一、反相放大器i1ifv+v-RfvoR1RPviRp=Rf//R1電壓并聯(lián)負反饋虛短、虛斷(虛地)性能特點輸入電阻小（Ri=R1）運放共模輸入電壓

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。第五頁，共六十一頁，2022年，8月28日i1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算R2=R1=Ri=

1M?。篟2

>>R3,R4(k)R4=

99kR3=

1k第六頁，共六十一頁，2022年，8月28日二、同相放大器電壓串聯(lián)負反饋虛短、虛斷性能特點輸入電阻大（Ri=）運放共模輸入電壓

vi對運放KCMR要求較高電壓跟隨器第七頁，共六十一頁，2022年，8月28日三、電流與電壓轉(zhuǎn)換器RfvoRsRPi1RfvoR1R2i1R3電流—電壓轉(zhuǎn)換器電壓—電流轉(zhuǎn)換器第八頁，共六十一頁，2022年，8月28日四、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第九頁，共六十一頁，2022年，8月28日五、儀器放大器第二級A3差分電路第一級A1、A2第十頁，共六十一頁，2022年，8月28日6.2集成運放組成的基本運算電路反相比例加法同相比例加法反相器一、加減法電路第十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日例(1)求vO表達式(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)減法運算多級運放結(jié)構(gòu)第十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日例求vO表達式解:

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:反相比例同相比例第十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日減法電路(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、輸入電阻不等第十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日例求電壓增益表達式解：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：第十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日二、積分電路

特點：反相比例Rf

C

輸出表達式推導：根據(jù)“虛短、虛斷”，得反相積分運算方法二：C

ZC=1/sC第十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日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。第十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日

vitvot（2）將方波變?yōu)槿遣ǖ谑隧?，共六十一頁?022年，8月28日voviRPRCiiC

（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。第十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日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，它和運放電路的滯后作用合在一起，可能引起自激振蕩。（3）當vi突變時，vo過大，嚴重時將使電路不能正常工作。voviRPRC改進措施：限流限制vo相位補償三、微分電路第二十頁，共六十一頁，2022年，8月28日缺點：（1）因VT和IS是溫度的函數(shù)，故運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導通，則有四、對數(shù)和反對數(shù)電路

第二十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日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伏改進措施：第二十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日vivoRPRDifi1vivoRPRifiC2、指數(shù)運算電路第二十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日五、綜合運算電路加減法運算器反對數(shù)運算器vo對數(shù)運算器vi3lnvi3對數(shù)運算器vi2lnvi2對數(shù)運算器vi1lnvi1同相運算器mlnvi1反相運算器-nlnvi2第二十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日6.3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行鑒幅與比較的電路第二十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日1、單門限電壓比較器

特點：開環(huán)，運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）第二十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日其他電路：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）第二十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日分析任務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)時相應的輸入電壓顯然當v+

v-時狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，可用虛短、虛斷第二十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日分析舉例1設(shè)運放是理想的，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

反相電壓比較器第二十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日比較器的應用基本應用—判斷電壓大小，如安全監(jiān)控等獲取周期T—過零比較器第三十頁，共六十一頁，2022年，8月28日波形整形應為高電平錯誤電平單門限比較器的抗干擾能力差第三十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日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2V第三十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日例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第三十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日例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：同相遲滯比較器第三十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日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通時截止導通時截止截止第三十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日例(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個導通三極管Je正偏所以,三極管飽和

vO=0V畫出傳輸特性第三十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日補充：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)生電路第三十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日工作原理設(shè)vO=+VZ（輸出只有2種狀態(tài)）

vC=0

（電容初值）vO=+VZRC充電vCvF=+FVZ當vC>vF時vOvO=VZRC反向充電vCvF=-FVZ當vC<vF時vO周而復始，形成振蕩第三十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日波形4.計算周期問題：能否調(diào)整占空比，產(chǎn)生矩形波？第三十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日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？第四十頁，共六十一頁，2022年，8月28日反相遲滯比較器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第四十一頁，共六十一頁，2022年，8月28日例題求振蕩頻率；畫出vO1、vO的波形。反相積分電路同相遲滯比較器第四十二頁，共六十一頁，2022年，8月28日tvO20vO10t求振蕩頻率；畫出vO1、vO的波形。第四十三頁，共六十一頁，2022年，8月28日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——相位角，相頻響應時延響應為第四十四頁，共六十一頁，2022年，8月28日低通（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——按幅頻特性分類第四十五頁，共六十一頁，2022年，8月28日無源濾波電路：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）電路中的集成運放可加串聯(lián)負反饋，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第四十六頁，共六十一頁，2022年，8月28日1、低通濾波器RviCvo最簡單的濾波電路缺點：帶負載的能力差，例如R=27k，RL=3k，對直流而言，vo只有vi的十分之一，而當RL斷開時，vo=vi，其中當為了提高帶負載的能力，可以減小R，提高C，但這不現(xiàn)實，此時可以加電壓跟隨器，以提高帶負載的能力。二、一階RC有源濾波電路第四十七頁，共六十一頁，2022年，8月28日傳遞函數(shù)特征角頻率幅頻相應為一階RC有源低通濾波電路第四十八頁，共六十一頁，2022年，8月28日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、高通濾波電路第四十九頁，共六十一頁，2022年，8月28日可由低通和高通并聯(lián)得到必須滿足一階有源濾波電路通帶外衰減速率慢（-20dB/十倍頻程），與理想情況相差較遠。一般用在對濾波要求不高的場合。4.帶阻濾波電路第五十頁，共六十一頁，2022年，8月28日1.壓控電壓源低通濾波電路壓控電壓源電路（VCVS）對于濾波電路，有得濾波電路傳遞函數(shù)（二階）三、二階有源濾波電路第五十一頁，共六十一頁，20