低頻電子線路

低頻電子線路課件第一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日概述

+理想運(yùn)放的特性1、開(kāi)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(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日集成運(yùn)放的應(yīng)用按功能分類按工作區(qū)域分類放大—信號(hào)傳遞，AV、AI、AR（V/I）、AG（I/V）運(yùn)算—處理—濾波、峰值、有效值、絕對(duì)值、限幅比較—判斷電壓大小信號(hào)產(chǎn)生—正弦、方波、三角波（第9章）線性應(yīng)用非線性應(yīng)用——電壓比較器第三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日線性應(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(wú)關(guān)第四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日6.1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(diǎn)輸入電阻小（Ri=R1）運(yùn)放共模輸入電壓

0有虛地——設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單平衡電阻輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時(shí)輸入差分級(jí)的對(duì)稱性。第五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日i1例1設(shè)計(jì)要求：Ri=1M

，AV=-100解：R1=Ri=1M為了用低值電阻實(shí)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=

99kR3=

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

vi對(duì)運(yùn)放KCMR要求較高電壓跟隨器第七頁(yè)，共六十一頁(yè)，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(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日四、差動(dòng)放大器特點(diǎn)：電阻要配對(duì)、無(wú)虛地、電阻很大時(shí)才能獲得高增益和高輸入阻抗輸入電阻虛短第九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日五、儀器放大器第二級(jí)A3差分電路第一級(jí)A1、A2第十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日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反相器一、加減法電路第十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日例(1)求vO表達(dá)式(2)說(shuō)明A1,A2各構(gòu)成什么功能電路。解:第一級(jí)A1反相比例第二級(jí)A2反相加法利用反相信號(hào)求和以實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算多級(jí)運(yùn)放結(jié)構(gòu)第十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日例求vO表達(dá)式解:

方法一，虛短、虛斷方法二，疊加定理vS1單獨(dú)作用，vS2=0:vS2單獨(dú)作用，vS1=0:反相比例同相比例第十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日減法電路(1)利用反相信號(hào)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(gè)運(yùn)放）(3)疊加原理特點(diǎn)：有虛地、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單輸入電阻小特點(diǎn)：電阻要配對(duì)、無(wú)虛地、輸入電阻不等第十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日例求電壓增益表達(dá)式解：A1、A2為電壓跟隨器，所以對(duì)A3利用虛短、虛斷有A4為反相比例解得：第十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日二、積分電路

特點(diǎn)：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第十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日voviRPRC

例如，設(shè)R=10kΩ，C=0.05μF。在t=0時(shí)VCO=0。而v0經(jīng)過(guò)+6V時(shí)，電子開(kāi)關(guān)動(dòng)作，若vi在t=0時(shí)，由0→-3V，則解得T=1ms即延遲時(shí)間為1msvit-3VtvoT+6V用途

（1）延遲：將積分電路的輸出作為電子開(kāi)關(guān)的輸入。第十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日

vitvot（2）將方波變?yōu)槿遣ǖ谑隧?yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日voviRPRCiiC

（3）移相900設(shè)輸入信號(hào)是正弦波，則vo比vi超前900，且這個(gè)相位差與頻率無(wú)關(guān)，但輸出電壓的幅度隨頻率升高而下降。第十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，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(guò)R，故電路存在的問(wèn)題：（1）vo與vi成正比，vo對(duì)vi的變化非常敏感，故抗干擾能力差。（2）RC環(huán)節(jié)對(duì)于反饋信號(hào)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(shí)，vo過(guò)大，嚴(yán)重時(shí)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、微分電路第二十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日缺點(diǎn)：（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(hào)時(shí)與1相差不多，因而誤差大。（3）大電流時(shí)，伏安特性與PN結(jié)方程差別大，故上式只在小電流時(shí)成立。1、對(duì)數(shù)電路iRiD工作原理voviRPRD設(shè)vi>0，D導(dǎo)通，則有四、對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)電路

第二十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，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(shí)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：第二十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日vivoRPRDifi1vivoRPRifiC2、指數(shù)運(yùn)算電路第二十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日五、綜合運(yùn)算電路加減法運(yùn)算器反對(duì)數(shù)運(yùn)算器vo對(duì)數(shù)運(yùn)算器vi3lnvi3對(duì)數(shù)運(yùn)算器vi2lnvi2對(duì)數(shù)運(yùn)算器vi1lnvi1同相運(yùn)算器mlnvi1反相運(yùn)算器-nlnvi2第二十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，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(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行鑒幅與比較的電路第二十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日1、單門(mén)限電壓比較器

特點(diǎn)：開(kāi)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）第二十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日其他電路：同相比較反相比較同相過(guò)零比較器反相過(guò)零比較器同(c)圖（虛斷）第二十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日分析任務(wù)及方法求傳輸特性方向輸出電平VOH、VOL門(mén)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(shí)相應(yīng)的輸入電壓顯然當(dāng)v+

v-時(shí)狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，可用虛短、虛斷第二十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日分析舉例1設(shè)運(yùn)放是理想的，且VREF=-1V,VZ=5V，試求門(mén)限電壓Vth，畫(huà)出傳輸特性解:

求門(mén)限電壓Vth

利用虛短、虛斷畫(huà)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(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日比較器的應(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(guò)零比較器第三十頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日波形整形應(yīng)為高電平錯(cuò)誤電平單門(mén)限比較器的抗干擾能力差第三十一頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日2、滯回電壓比較器

特點(diǎn)：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(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日例1試求門(mén)限電壓，畫(huà)出傳輸特性和圖c所示輸入信號(hào)下的輸出電壓波形。解：（1）門(mén)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(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日例2求門(mén)限電壓；畫(huà)出傳輸特性；畫(huà)出輸入正弦信號(hào)時(shí)的輸出電壓波形。（VZ=9V）求門(mén)限電壓:畫(huà)出傳輸特性:輸出電壓波形:解：同相遲滯比較器第三十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日3、窗口電壓比較器用來(lái)檢測(cè)給定范圍電壓的電路時(shí)截止導(dǎo)通時(shí)截止導(dǎo)通時(shí)截止截止第三十五頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日例(1)A1,A2開(kāi)環(huán)單門(mén)限比較器(2)D1,D2和三極管或非門(mén)邏輯電路則D1,D2和三極管都截止則D1,D2有1個(gè)導(dǎo)通三極管Je正偏所以,三極管飽和

vO=0V畫(huà)出傳輸特性第三十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日補(bǔ)充：信號(hào)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(yè)，共六十一頁(yè)，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(dāng)vC>vF時(shí)vOvO=VZRC反向充電vCvF=-FVZ當(dāng)vC<vF時(shí)vO周而復(fù)始，形成振蕩第三十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日波形4.計(jì)算周期問(wèn)題：能否調(diào)整占空比，產(chǎn)生矩形波？第三十九頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日占空比可變的方波產(chǎn)生電路問(wèn)題：能否同時(shí)產(chǎn)生方波和三角波？第四十頁(yè)，共六十一頁(yè)，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(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日例題求振蕩頻率；畫(huà)出vO1、vO的波形。反相積分電路同相遲滯比較器第四十二頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日tvO20vO10t求振蕩頻率；畫(huà)出vO1、vO的波形。第四十三頁(yè)，共六十一頁(yè)，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(hào)通過(guò)而同時(shí)抑制或衰減無(wú)用頻率信號(hào)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(shí)，有——模，幅頻響應(yīng)——相位角，相頻響應(yīng)時(shí)延響應(yīng)為第四十四頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日低通（LPF）用于工作信號(hào)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(chǎng)合——整流后濾波。高通（HPF）用于信號(hào)處于高頻，并且需要削弱低頻的場(chǎng)合——阻容放大器的耦合。帶通（BPF）用于突出有用頻段的信號(hào)，削弱其它頻段的信號(hào)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(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日無(wú)源濾波電路：由無(wú)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(diǎn)：（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(wú)源濾波電路和有源濾波電路第四十六頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日1、低通濾波器RviCvo最簡(jiǎn)單的濾波電路缺點(diǎn)：帶負(fù)載的能力差，例如R=27k，RL=3k，對(duì)直流而言，vo只有vi的十分之一，而當(dāng)RL斷開(kāi)時(shí)，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(shí)，此時(shí)可以加電壓跟隨器，以提高帶負(fù)載的能力。二、一階RC有源濾波電路第四十七頁(yè)，共六十一頁(yè)，2022年，8月28日傳遞函數(shù)特征角頻率幅頻相應(yīng)為一階RC有源低通濾波電路第四十八頁(yè)，共六十一頁(yè)，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(yè)，共六十一頁(yè)，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(yuǎn)。一般用在對(duì)濾波要求不高的場(chǎng)合。4.帶阻濾波電路第五十頁(yè)，共六十一頁(yè)，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(duì)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(yè)，共六十一頁(yè)，20