第章集成运算放大器.ppt

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1、第7章 集成运算放大器,7.1 运放的结构、特性和分析依据,7.2 运放在模拟运算方面的应用,7.4 运放在信号处理方面的应用,7.3 放大电路中的负反馈,7.5 信号产生电路,7.1,7.1.1 集成运放的结构和参数,7. 1 集成运算结构、特性和分析依据,集成运放是具有很高开环电压放大倍数的直接耦合放大器.,输入级,偏置电路,输出级,中间级,输入级 差动放大器,输出级 射极输出器或互补对称功率放大器,中间级 电压放大器,偏置电路 由镜像恒流源等电路组成,1. 集成运放的内部电路结构框图,输入级,偏置电路,中间级,输出级,2. 集成运放 741的原理电路图,反相 输入,+UCC,uo,+,-

2、UEE,T12,T1,T2,T3,T4,T5,T6,T7,T8,T9,T10,T11,T13,T14,T16,T18,T17,T20,T15,T19,R1,R2,R3,R4,R5,R7,R8,R9,R10,R11,R12,C,7.1,集成运放的电路符号,A741的引脚排列,输出端,反相 输入端,同相 输入端,信号传 输方向,理想运放开环 电压放大倍数,ui = u u+ 或 ui = u+ u,A,实际运放开环 电压放大倍数,7.1,（1）开环电压放大倍数 Auo；( Auo 104 ) 运放线性工作状态下的差模电压放大倍数 （2）开环差模输入电阻 rid； ( rid 105 ) （3）开环

3、输出电阻 ro； ( ro 104，或80dB ) （6）通频带 fBW,3. 集成运放的主要参数,运放的性能指标用以下参数来表示，运放的参数繁 多，只介绍涉及差模特性和共模特性的主要参数。,7.1,7.1.2 集成运放的理想化模型,1. 开环电压放大倍数 Auo ,2. 开环差模输入电阻 rid ,3. 开环输出电阻 ro 0,4. 共模抑制比 KCMR ,5. 通频带 fBW ,运放的理想化模型是一组理想化的参数， 是将实际运放等效为理想运放的条件。,7.1,7.1.3 集成运放的电压传输特性和分析依据,1. 运放的电压传输特性,实 际 运 放,理 想 运 放,定义：uo= f ( ui

4、)，其中 ui = u+ u,问题: 若定义 ui = u u+，电压传输特性有何变化？,UOM,UOM,UOM,UOM,Uim,Uim,线性区,非线性区,在开环条件下，运放的线性区非常窄，Uim为V量级。,7.1,2. 运放工作在线性区的分析依据,相当于两输入端之间短路。,对于理想运放 rid ,即 u u+,相当于两输入端之间断路。,有 ii 0,（2）“虚短路”原则,（1）“虚断路”原则,对于理想运放 Auo ，ui 0,运放在线性区 符合运算关系,uo= Auo ui,7.1,因为存在负反馈信号, 同相输入 端 不是“虚地”！,（3） “虚地”的概念,由“虚断路”原则 ii = 0 ,

5、 有 u+= 0,u_ u+ = 0,结论：反相输入端为 “虚地”。,当同相输入端接地时，,由“虚短路”原则,u+,注意,当反相输入端接地时,运放工作在线性状态的必要条件： 运放必须加上深度负反馈。,7.1,分析依据：“虚断路”原则仍然成立。,对于理想运放,相当于两输入端之间 断路,注意: “虚短路”原则 不成立！,有 ii 0,3. 运放工作在非线性区的分析依据,非线性区：当输入信号变化时，输出信号并不随之变化。,ui Uim 时， uo = + UOM ui Uim 时，uo = UOM,UOM = VCC (12 )V,7.2,由虚断路,id 0,加上深度负反馈,得输出与输入的关系,1.

6、 输出电压与输入电压反相；,2. 比例系数为 RF / R1。,结论:,7.2 运放在模拟运算方面的应用,7.2.1 比例运算电路,1. 反相比例运算电路,uo,ui,R2,R1,+,+,对a点列KCL方程 i1= id + if if,由虚地,代入方程 i1= if,7.2,得闭环电压放大倍数,平衡电阻,R2 = R1/RF,若取 R1 = RF,电路成为反相器,uo = ui,Auf = 1,放大倍数,1. 反相比例运算电路,平衡电阻的概念,在静态时，从运放 的两个输入端向外看去 所接的电阻应相等 。,7.2,解:,代入 if = i1,由给定条件RF R4， 可忽略RF在输出回路 对R4

7、 的分流作用,例: 反相比例运算电路如图，设: RFR4 ，求Auf。,得,由虚地,有：,7.2,2. 同相比例运算电路,由虚断路 id = 0，有 u+ = ui,由虚短路 u+ = u,由分压关系,闭环电压放大倍数,平衡电阻,R2 = R1 / RF,故有,得,7.2,3. 同相跟随器,可得 uo = ui,uo,ui,+,+,由虚短路 u+ = u,电压放大倍数 Auo= 1,同相跟随器的特点,具有射极输出器的所有优点,1. 输出电压uo 与输入电压ui同相且相等，故称为同相 跟随器或电压跟随器，而且性能更加优良。 2. 同相跟随器的输入电阻很高（约为运放的开环输入 电阻），几乎不从信号

8、源吸取电流； 3. 输出电阻很低，带负载能力强。,在改变比例系数 时，将涉及电路中 所有电阻参数，故 调整比较困难。,7.2,利用叠加原理进行分析,2. 差动比例运算电路,ui2,ui1,ui1 单独作用时，输出分量为,ui2 单独作用时，输出分量为,ui1 和 ui2 共同作用时，输出为,uo,平衡电阻,R2/R3 = R1/RF,小结：运放线性应用的分析方法,反相输入,2. 同相输入,3. 差动输入,再代入KCL方程，导出 uo与 ui 的关系,再代入方程 u+= u- ，导出uo与ui的关系,利用虚地原则，导出 ui、uo与电流的关系，,利用虚断路原则，导出 ui与u+的关系，uo与u-

9、的关系,以上分析方法不仅可用于比例运算，也可用于其它线性电路.,7.2,7.2,7.2.2 模拟运算电路,在集成运放发展的早期，主要用于模拟计算机的加、减、乘、除、积分、微分、对数和指数等各种运算，故将“运算放大器”的名称保留至今。下面通过例题说明的运放线性应用。,例1：电路如图，试推导其运算关系式； 并根据 ui 波形，画出uo的波形。,由虚地,代入 i1 = if ，并整理，得,反相积分电路,当输入为方波时，在输出电压的 线性范围内，输出为三角波。,解：,7.2,例2：求输出信号 uo 与输入信号 ui 的运算关系式(设R1= R2) 。,A1：反相加法运算；A2：反相积分运算,解：,结论

10、: 对于多级电路, 各级分别求解, A1的输出为A2的输入.,7.2,例3：求输出信号 uo 与输入信号 ui 的运算关系式； 并根据 ui 波形，画出 uo 的波形。,解：, 反相微分运算,由虚地，有,代入 i1 = if ，并整理，得,当输入为方波时，在输出电压的 线性范围内，输出为尖脉冲。,解：利用叠加原理：,7.2,当ui1、ui2分别作用时，有,当 ui1、ui2共同作用,例4：电路如图，试推导其电压放大倍数为 。,放大倍数,例5：PID调节器电路如图，推导 uo 与 ui 的运算关系式。,整理得,i1 = iC1+ iR1, uo= uRF + uCF,代入 i1 = if,解：由

11、KCL,由虚地,由KCL,P 比例,I 积分,D 微分,7.2,例5：PID调节器电路如图，推导 uo 与 ui 的运算关系式。,P 比例,I 积分,D 微分,7.2,特例：若将 RF 短路，则有,电路成为PI调节器。,若将 CF 短路，则有uCF= 0，,有,电路成为PD调节器。,7.2,例6：测量放大器电路如图，推导 uo 与输入的运算关系式。,解：,第一级由A1和A2 组成同相并联差动运 算电路，有很好的对 称性，第二级A3为减 法运算电路。,由虚短路,uA = u1 = ui1 uB = u2 = ui2,调整RP , 可改变电路 的电压放大倍数。,7.3,7.3 放大电路中的负反馈,

12、7.3.1 反馈的基本概念,A,F,xo,xi,xd,xf,xi 总输入信号,xd 净输入信号,1. 什么是反馈,将放大器输出信号的一部分 或全部经反馈网络送回输入端。,反馈框图,放大电路,反馈网络,2. 开环和闭环,开环：信号只有正向传输,闭环：信号既有正向传输，也有反向传输，即存在反馈。,xo 输出信号,xf 反馈信号,x 既可以是电压，也可以是电流。,7.3,闭环放大倍数的一般表达式,1+ AF 称为反馈深度,AF 称为环路增益,4. 负反馈放大器的一般分析,正反馈 xd = xi + xf,负反馈 xd = xi xf,3. 正反馈和负反馈,加强了输入信号,削弱了输入信号,开环放大倍数

13、,反馈系数,7.3,闭环放大倍数的一般表达式,1+ AF 称为反馈深度,AF 称为环路增益,4. 负反馈放大器的一般分析,正反馈 xd = xi + xf,负反馈 xd = xi xf,3. 正反馈和负反馈,加强了输入信号,削弱了输入信号,开环放大倍数,反馈系数,7.3,当 1+ AF 1 时，（即深度负反馈）,深度负反馈时的闭环放大倍数,7.3,1. 电压串联负反馈,7.3.2 负反馈的四种典型组态,电压反馈,输出端,电流反馈,输入端,串联反馈,并联反馈,四种 类型,主要分析交流负反馈的类型及其判别。,在2-2，反馈网络 F 与放 大电路A相并联，即输出电 压 uo加在F 的输入端 3-3，

14、 故必有反馈网络的输出信号 uf uo，uf的变化也必然反映uo的变化。,将这种对输出电压进行采样的反馈方式称为电压反馈。,电压负反馈稳定输出电压。,7.3,1. 电压串联负反馈,在放大电路的输入端， 反馈信号与输入信号相串 联，并均以电压形式出现 进行比较, 故为串联反馈。,ud = ui uf,当三个电压极性相同时，有 ud ui 。,串联负反馈的反馈效果与RS有关，RS越小，uS 越接近 恒压源，输入电压 ui 越稳定，uf 的变化对ud 的影响越大， 反馈效果就越明显。特别是当RS = 0 时，uf 的变化全部转 化成 ud 的变化，反馈效果最好。,反馈的加入使净输入信号减小，故为负反

15、馈。,7.3,反馈电路举例：同相比例运算电路,将电路与负反馈框图对比可见：,F,运放为基本放大电路A，反馈 网络F 由电阻RF和R1串联组成。,总输入电压 ui、反馈电压 uf 、 和净输入电压ud，三者均以电压 形式出现 故为串联反馈；,uf 与uo 成正比 为电压反馈;,7.3,反馈电压,将输出电压的一部分送回到 输入端。在输入回路，三个 电压均为真实极性，有,ud = ui uf, ui 为负反馈,反馈系数,由于引入深度负反馈,此式与前边的推导相同。,反馈类型：电压串联负反馈,7.3,2. 电压并联负反馈,从输入端分析，反馈网络输 出端与放大器输入端相并联， 反馈信号与输入信号进行并联

16、比较，故为并联反馈。输入端,从输出端分析仍为电压反馈；,当三个电流的实际方向与图中的假定方向相同时，有,id ii, if 的引入使净输入电流减小，故为负反馈。,三个信号必定以电流 if 的形式出现，其关系为 id = ii if 。,并联负反馈的反馈效果与信号源内阻RS有关，RS的阻值 越大, 信号源越接近恒流源，输入电流 ii 越稳定。特别是当 RS 开路时，if 的变化全部转化成 id 的变化，反馈效果最好。,7.3,F,反馈电路举例：反相比例运算电路,结论：反馈类型为 电压并联负反馈。,放大电路A仍为运放； 反馈网络F由电阻RF构成， 它将输出电压转换成反馈 电流 if。由“虚地” ，

17、有, uo 为电压反馈,输入端三个量均以电流形 式出现，故为并联反馈。,id = ii if,if 的真实极性为从ab，有, ii 为负反馈,在输出端，反馈网络与放大电 路为串联，反馈信号取自输出 电流io (即负载RL中的电流), 形 成电流反馈，因此构成电流串联负反馈。,7.3,3. 电流串联负反馈,由“虚断路” ，有 iR1 io,F,io,反馈电路举例：电压控制电流源,电流负反馈能够稳定输出电流。,反馈电压为 uf = iR1R1 io R1,uf io 为电流反馈；,ud = ui uf ui 为串联负反馈,结论：反馈类型为 电流串联负反馈。,从输入端分析为串联负反馈。,7.3,4.

18、 电流并联负反馈,由以上三种反馈类型的分 析结论及框图中输入、输出 回路的联接方式可看出，其 反馈类型为电流并联负反馈。,反馈电路举例,F,反馈网络由RF和采样电阻R组成。,设RF R，有if io，可认为,在输出端 uR= ( io+ if ) R io R,由“虚地”,在输入端 id = ii if ii,结论：反馈类型为 电流并联负反馈。,7.3,7.3.3 反馈类型的判别,对于单级运放，若反馈元件从运放输出端连接到反相 输入端时，构成负反馈。这是由于输出信号与输入信号极 性相反，必然削弱输入信号，使xd xi，因此形成负反馈；,同理，若反馈元件从运放输出端连接到同相输入端时， 必然加强

19、输入信号，使xd xi，因此形成正反馈。,对于多级电路，则需用瞬时极性法进行判别 (见例题)。,1. 正反馈和负反馈的判别,反馈类型的判别：是指判别正、负反馈；串联、并联 反馈；电压、电流反馈，重点讨论交流反馈类型的判别。, 反馈性质的判别,若已判定某反馈为正反馈，则不必进行其他反馈类型的判别；只有判定为负反馈时，才需要判别其反馈类型。,2. 串联负反馈和并联负反馈的判别,3.电压负反馈和电流负反馈的判别,一般来说，若xf 与 xi分别接到运放的两个输入端时, 二者 必以电压形式在输入端进行比较，即净输入信号ud = ui uf。 所以凡以电压形式进行比较的，即是串联反馈；,若 xf 与 xi

20、 接到运放的同一个输入端时，二者必以电流分 流的形式在输入端进行比较, 即净输入信号id = ii if。所以凡 以电流形式在进行比较的，即是并联反馈。, 在输入端进行, 在输出端进行,在放大电路输出端，根据反馈信号的采样方式来区别 电压负反馈或电流负反馈。,一种简单的判别方法：设将负载 RL两端对交流短路， 或在负载 RL上并联一个大容量电容，使输出电压 uo= 0， 若负反馈消失，为电压负反馈；否则，为电流负反馈。,7.3,（1）xf 与uo成正比 是电压反馈,（2）输出端短路法,将输出端负载两端短路，或在负载 RL上 并联一个大容量电容，使输出电压 uo= 0。,3. 电压负反馈和电流负

21、反馈的判别, 在输出端进行,7.3,若反馈消失为电压反馈，否则为电流反馈。,7.3,io,例1：判断电路中的反馈元件及其反馈类型。,+,+,反馈元件 及反馈类型,级间反馈,局部反馈,利用瞬时极性法判断级间反馈性质: 标出各级的瞬时极性.,解：,RF1,RF2,RF3,RF4,RF5, R, R2, 电压并联负反馈,电压串联负反馈, 电流并联负反馈, 电流串联负反馈, 电压并联负反馈,利用瞬时极性法判断反馈的正负,反馈类型：串联 电压 负反馈,电流,例2：反馈类型的判别,ui,uo,A1,A2,+,+,uo,RF1,R1,R2,RF,R4,R3,R5,R6,RF2,RL,uf 与uo 成正比,i

22、o,+,+ uf ,+ ud ,+,+,+,+,7.3,7.3,7.3.4 负反馈对放大电路性能的影响,1. 提高放大器放大倍数的稳定性,负反馈的引入稳定了放大器的输出信号，在输入信 号不变的情况下，提高了放大倍数的稳定性。,负反馈降低了放大倍数,但也带来放大器性能的改善。,对闭环放大倍数 中的 A求导：,整理得,闭环放大倍数的稳定性比开环时提高了(1+ AF)倍。,相对变化量减小为,通常用相对变化量 和 衡量放大倍数的稳定性。,7.3,2. 扩展通频带,无负 反馈,0.707Au0,Auf,f,fH,有负 反馈,Au,Auf0,Au0,0.707Auf0,fHf,fBWf,fBW,fBWf

23、1 AF fBW,结论：加入负反馈使放大器的通频带展宽。,0,放大器的幅频特性,定性解释为： 当输出信号减小， 反馈信号也随之 减小，净输入信 号相对增大，使 放大器输出信号 的下降程度减小，放大倍数相应提高。,设 ui 为正弦波，开环 放大器发生非线性失真。,加入负反馈以后，放 大倍数下降，使输出信 号进入非线性区的部分 减少，从而削弱 了非线性失真。,7.3,3. 减小非线性失真,结论：负反馈改善了波形失真。,F,加入负反馈,无负反馈,改善失真的效 果取决于失真的 严重程度和反馈 深度的大小。,（1）串联负反馈提高输入电阻,（2）并联负反馈降低输入电阻,由 uf = AF ud,= (1+

24、AF) ri ri,4. 负反馈对输入电阻的影响,开环,闭环,开环,由 if = AF id,闭环,7.3,（2）电流负反馈提高输出电阻 rof ro,（1）电压负反馈降低输出电阻 rof ro,定性解释：电压负反馈稳定了输出电压，使放大器 更趋向于恒压源，因而输出电阻减小。,定性解释：电流负反馈稳定了输出电流，使放大器 更趋向于恒流源，因而输出电阻增大。,负反馈对放大器性能的改善是以降低放大倍数 为代价的，可以通过增加级数提高放大倍数。,5. 负反馈对输出电阻的影响,7.3,7.3,例3：判断分压式偏置电路的反馈类型。,解：,交流通路,反馈电压 uf = ie Re ic= io 电流反馈,

25、净输入电压 ud = ube = ui uf ui 负反馈,输入端三个量均以电压形式出现 串联反馈,结论：Re 引入了 交、直流串联电流负反馈。,画出交流通路，为简化分析，忽略了RB1 和RB2。,7.3,例4：判断射极输出器的反馈类型。,解：,深度交、直流串联电压负反馈。,uf = uo ，输出电压全部反馈到输入端。,结论：RE 引入了,是串联比较， 且三者同相， uf 削弱了ube。,净输入信号,ud = ube = ui uf ui,故有 输入电阻增大，输出电阻减小。,7.4,7.4 运放在信号处理方面的应用,7.4.2 电压比较器,功能 将模拟输入信号ui与某参考电压UR 进行比较。,

26、分析方法 利用理想运放的电压传输特性 uo= f ( ui )。,应用 用于波形产生和变换、模数转换及越限报警等场合,运放的工作状态 运放大多处于开环状态或正反馈状态,据此来判断输入信号的大小和极性。,由高电平 低电平 由低电平 高电平,当二者相等时, uo 产生跃变,1. 电压比较器的概念,7.4,2. 电压比较器,UOM,UOM,ui,uo,（1）反相输入过零比较器,0,R1,R2,uo,ui,+,+,当 ui 0 时，uo = UOM,由理想运放开环的性质得,画出比较器的电压传输特性,即 ui 0 时，uo = UZ,若接入双向稳压管DZ (R3)，即可实现双向限幅。,UZ,UZ,稳压值

27、 (UZ+ UD) UZ,例1：根据输入电压波形画出输出电压波形。,UOM,UOM,0,uo,t,t,0,0,ui,ui,uo,UOM,UOM,问题：1. 若在输出端加入限幅后，输出波形有何变化？,2. 若ui 从同相端加入，输出波形有何变化？,7.4,7.4,（2）反相输入电压比较器,若加入参考电压 UR，有,0,ui /V,uo /V,例2：设UR= 5V和3V， UZ = 8V，画出输出波形。,8,t,8,0,uo/V,ui UR 时，uo = UZ,t,0,uo/V,3. 电压比较器的分析方法,（1） 输出电压跃变的条件,u+ = u,电压 ui 即是电压比较器的门限电平UT。,对于过

28、零比较器 门限电平 UT = 0,（2）电压传输特性,u+ u 时，uo 0 ；,输出端不接 DZ时， uo = UOM,输出端接 DZ 限幅时，uo = UZ,u+ u 时，uo 0 ；,对于电压比较器 门限电平 UT = UR,7.4,满足u+= u 时对应的输入,7.4,4. 过零滞回比较器,UZ,UZ,UT2,UT1,0,ui,uo,过零比较器和电压比较 器灵敏度高，但抗干扰能 力较差。为此，在电路中 加入正反馈，形成具有滞 回特性的比较器，可大大 提高比较器的抗干扰能力。,反相输入过零滞回比较器的 电压传输特性类似于磁滞回线， 具有两个门限电平(阈值电压)：,当uiUT1时, uo从

29、UZ UZ：,当uiUT2到uiUT2时, uo从UZ UZ：,e,f,形成传输特性上 abcd 部分；,形成defa,回差决定了滞回比较器的抗干扰能力。,7.4,4. 过零滞回比较器,由 u+= u 可求出门限电平：,代入 u+= u= ui，并令 ui = UT,取uo=UZ，得上门限电平UT1,取uo= UZ，得下门限电平UT2,定义：回差 U=UT1 UT2,7.4,例3：设R2= 10k, RF= 20k, UZ = 9V, 画出输出波形。,9,t,9,0,uo/V,解：,5. 滞回电压比较器,u+= u= ui , 并令 ui = UT,回差 U=UT1 UT2,求门限电平：,利用

30、叠加原理，求 u+：,上门限电平,下门限电平,7.4,回差决定了滞回比较器的抗干扰能力。,5. 滞回电压比较器,UZ,UZ,UT2,UT1,0,ui,uo,e,f,上、下门限不再对称。,当UR 0 时，电压传输,7.4,7.5,7.5 信号产生电路,功能：信号发生器（或称振荡器）是一种不需要外加输入 信号即能产生一定频率和幅度的信号波形的电路。,分类：按输出波形分,正弦波发生器,非正弦波发生器,方波发生器,三角波发生器,锯齿波发生器,正弦波 振荡器,按振荡频率分,按选频网络的 组成元件分,低频振荡器,高频振荡器,RC 振荡器,LC 振荡器,石英晶体振荡器,RC 桥式电路,RC 移相式电路,双T

31、 型RC电路,7.5,1. 产生自激振荡的条件,7.5.1.1 自激振荡的产生和条件,7.5.1 正弦波振荡器,当放大器满足一定条件时,不需外加输入信号,在输出端 却有一定频率和幅度的信号产生,这种现象称为自激振荡。,当S合于1时， ui =ud,当S合于2后，如果满足：,uf = ui = ud_ 正反馈,则输出电压保持不变。,反馈系数,开环电压放大倍数,设电路输出电压为正弦波， 各个电压均可用相量表示。,结论: 相位和幅值条件必须同时满足, 才能产生等幅振荡。,所以自激振荡的条件为,（1）相位平衡条件,（2）幅值平衡条件, = A +F = 2n,即 Uf = Ud，有,(n = 0, 1

32、, 2, ),7.5,7.5,幅度特性,Uom=f (Ufm),Ufm1,Uom1,Ufm2,Uom2,A,自激振荡的建立过程,在振荡建立时应满足：,2. 振荡的建立和稳定,Uf Ud,开始上电时，电路中有 一个小的扰动，引起输出 Uom0，经正反馈产生Ufm1, 再通过不断放大反馈 再放大再反馈，使振幅 Uom不断增大,一直到达交 点 A 时，才稳定下来。,Ufm3,Uom0,Uom3,反馈特性,Ufm=FUom,7.5,7.5.1.2 RC 正弦波振荡电路,1. 反馈型正弦波振荡电路的组成,（3）选频网络：决定了振荡频率 f0 的高低,（1）放大电路,（2）正反馈网络,三极管放大器、差动放

33、大器和运放等,电阻 R、电感 L、电容C 和变压器等,RC电路、LC电路和石英晶体等,由此构成RC振荡器、LC振荡器、 和石英晶体振荡器等,7.5,2. RC 桥式正弦波振荡电路,RC桥式正弦波振荡器的选频网络采用RC串并联电路。,其电压放大倍数为,由运放构成 的同相比例运算电路.,由RC串并联电路组成，由 uf 作为输入信号 ui。,放大电路,（1）电路的组成,选频电路,正反馈电路,选频 电路,由RC串并联电路组成,同相比例运算电路,7.5,（2）RC串并联电路的选频特性,（参见3.6节）,（1）振荡电路相位条件的分析,满足 = A +F = 0 的条件,同相比例运算电路 A= 0,应使同相

34、比例运算电路,（2）振荡电路幅值条件的分析,为满足 的条件，,即 RF = 2R1,而起振时 RF 2R1,3. RC 桥式振荡电路的分析,振荡 频率,7.5,7.5,（1）用热敏电阻稳幅,用具有负温度系数的热敏 电阻 RT 代替 RF。,思考：如果选用具有正温度系数的热敏电阻， 应接在何处？,用热敏电阻 RT代替 R1。,4. RC 桥式振荡电路的稳幅措施,RT 的性质 为：当温度升高时，RT的阻 值减小。使电路从开始满足 起振条件 RF 2R1 ，到输出 电压幅值增大后自动满足等 幅振荡条件 RF = 2R1。,7.5,（2）用二极管稳幅,实际的振荡电路常采用反向 并联的二极管作为稳幅电路

35、。,当Uom较小时，D截止，电阻 R 作为负反馈电阻的一部分；,当 Uom 较大时，D导通，电阻 R / RD R 改变了负反馈的强弱，实现了自动稳幅。,4. RC 桥式振荡电路的稳幅措施,二极管稳幅的工作原理：,7.5,5. 输出电压频率的调节,改变R或 C 的数值均可 调节输出电压的频率f0。,6. RC 正弦波振荡器的特点,优点：,选频特性较差，波形不够好， 用于要求不高的场合。,电路简单成本低，调整方便， f0可至甚低频。,缺点：,正弦波振荡器的一般分析方法,7.5,7.5,7.5.2 方波发生器,1. 电路的组成,电路由两部分组成：运放构 成的滞回电压比较器和 RC 充 放电回路构成

36、的积分器。滞回 电压比较器使运放形成正反馈, 决定了输出电压的波形为方波; RC充放电回路的参数决定了方 波的周期。输出端的稳压管 DZ 起限幅作用，电阻 R3为DZ 的限 流电阻。,正反馈系数,7.5,2. 电路的工作原理, UZ,0,UZ,uo,t,FUZ,uC,0,FUZ,t,R,DZ,uo,R2,R1,+,+,uC,UZ,C,R3,+,i充,i放,设 t = 0时刻：uo=UZ ，u+ = FUZ，,uC = FUZ uo ，uo 经 R 给C充电。,当 uC u+ = FUZ , uo 翻转, 从UZ UZ , 此时 u+ = FUZ；,uC = FUZ uo ，C 经 R 向输出端

37、放电, 至 uC u+ = FUZ ,uo 翻转, 从UZUZ , 如此循环往复，形成方波。,7.5,3. 方波发生器的主要参数,周期,幅度 Uom = UZ,R,DZ,uo,R2,R1,+,+,uC,UZ,C,R3,+,占空比,对方波发生器 D = 50%,频率 f =1/T,7.5,uC(0) = FUZ,uC() = UZ,周期的推导：利用三要素法, = RC,uC(t) = UZ FUZ UZet/RC,1 F 1 eT/2RC =F,得,uC ( ) =UZ FUZ UZeT/2RC=FUZ,7.5,例：分析电路 uC 和uo的波形，并说明电路的功能。,R,uo,R2,UZ,R3,R

38、1,DZ,C,uC,uo,UZ,UZ,t,0,FUZ,FUZ,t,uC,+,+,0,为电容C充电和放电设置不同的路径，则充、放电时间 常数 充 放 ，所以输出电压正、负向宽度不相等。,功能：矩形波发生器,+,1. 函数发生器的功能,函数发生器是一种能产生多种信号波形的专用集成 电路，如正弦波、方波、三角波、矩形波和锯齿波，而且占空比可调。因此广泛应用于生物医学工程和仪器仪表领域。可将其归属于压控振荡器集成电路系列。,5G 8038是函数发生器的典型产品。本节以单片集成电路5G 8038为例，简要介绍函数发生器的结构、原理和应用。,7.5.5 函数发生器简介,7.5,2. 函数发生器 5G 80

39、38 各管脚功能,7.5,14 13 12 11 10 9 8,1 2 3 4 5 6 7,5G 8038,+UCC,空脚,正弦波输出,调频电压 输入端,-UEE / 地,外接电容,三角波输出,空脚,正弦波失 真度调整,矩形波输出,正弦波失 真度调整,调频偏置 电压端,占空比及 频率调整,5G 8038即可采用双电源（11脚接负电源），也可以 采用单电源（11脚接地），使其使用更加灵活方便。,通过正弦波失 真度调整，可使正 弦波的失真度小于 1%。,外接电容是为 了抑制干扰。,方波,C,三角波,正弦波,缓冲器2,IS1,IS2,触发器,Q,正弦波 变换器,S,I,2I,10,11,3. 函数发生器 5G8038 原理框图,比较器1,比较器2,缓冲器1,7.5,+UCC,UEE /GND,输出信号的频率,2,3,9,6,5,4,7,8,10,11,12,+UCC,5G8038,UEE /GND,R2,C,R1,RL,RP1,RP2,若调整RP1，可得到不同占空比的矩形波和锯齿波。,正弦波,4. 函数发生器5G8038的典型应用电路,7.5,将RP1增大时，电阻R1、R2的阻值应相应减小。,三种比例运算；加、减运算；微分、积分运算,电压传输特性、门限电平UT、输入输出波形,振荡周期 (频率),振荡频率 f0 ，RF = 2R1,集成运算放大器学习重点,小结,四种负反馈类型；,