第3章 集成運(yùn)算放大器20140423

1、 第第3章章 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器 3.1 集成運(yùn)算放大器簡介集成運(yùn)算放大器簡介 3.2 集成運(yùn)放的線性應(yīng)用集成運(yùn)放的線性應(yīng)用 3.3 集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用 3.4 集成運(yùn)放組成的信號發(fā)生器集成運(yùn)放組成的信號發(fā)生器 3.5 函數(shù)信號發(fā)生器函數(shù)信號發(fā)生器 3.6 集成運(yùn)放使用常識集成運(yùn)放使用常識 3.1 集成運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器 知識點(diǎn)知識點(diǎn) （1）集成運(yùn)放的基本特性，虛短、虛斷的概念。）集成運(yùn)放的基本特性，虛短、虛斷的概念。 （2）反饋的概念及反饋類型的判定。）反饋的概念及反饋類型的判定。 技能點(diǎn)技能點(diǎn) 掌握集成運(yùn)放兩種工作狀態(tài)的判斷。掌握集成運(yùn)放兩種工作狀態(tài)的

2、判斷。 3.1.1 概述概述 1、集成運(yùn)放的外形與符號、集成運(yùn)放的外形與符號 常見集成運(yùn)放的外形多為金封圓殼式和塑封雙列直插式兩種常見集成運(yùn)放的外形多為金封圓殼式和塑封雙列直插式兩種類型。類型。 目前廣泛目前廣泛應(yīng)用的主要是雙列直插式，根據(jù)其內(nèi)部所包含的運(yùn)放的個數(shù)，應(yīng)用的主要是雙列直插式，根據(jù)其內(nèi)部所包含的運(yùn)放的個數(shù)，又分為單運(yùn)放、雙運(yùn)放以及四運(yùn)放等形式。又分為單運(yùn)放、雙運(yùn)放以及四運(yùn)放等形式。 圓形封裝圓形封裝 b) 雙列直插式雙列直插式 c) LM324的引腳及功能的引腳及功能圖圖3-1 集成運(yùn)放的外形、引腳排序及功能集成運(yùn)放的外形、引腳排序及功能 除了電源端外，每個單元電路都有除了電源端外

3、，每個單元電路都有同相輸入端同相輸入端u+（簡稱同（簡稱同相端）、相端）、反相輸入端反相輸入端u-（簡稱反相端）與（簡稱反相端）與信號輸出端信號輸出端uo三個端口。三個端口。新符號新符號 b) 舊符號舊符號圖圖3-2 集成運(yùn)放的符號集成運(yùn)放的符號 從外部功能來看，從外部功能來看，集成運(yùn)放集成運(yùn)放可以簡單地可以簡單地等效為等效為一個高性能的一個高性能的電壓放大電壓放大器器，相當(dāng)于一個獨(dú)立的器件。，相當(dāng)于一個獨(dú)立的器件。 在將其應(yīng)用于實(shí)際電路的過程中，只需掌握其外部特性，不必考慮芯片在將其應(yīng)用于實(shí)際電路的過程中，只需掌握其外部特性，不必考慮芯片內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)。 3.1.2 理想運(yùn)算

4、放大器理想運(yùn)算放大器 1、理想運(yùn)放的性能指標(biāo)、理想運(yùn)放的性能指標(biāo) 所謂理想運(yùn)算放大器，是指其具有以下主要的所謂理想運(yùn)算放大器，是指其具有以下主要的性能指標(biāo)：性能指標(biāo)： （1）開環(huán)電壓放大倍數(shù)）開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aud = ； （2）輸入電阻）輸入電阻rid = ； （3）輸出電阻）輸出電阻rod = 0。 此外，其它的性能也認(rèn)為是理想化的。此外，其它的性能也認(rèn)為是理想化的。 盡管理想運(yùn)放實(shí)際上并不存在，但盡管理想運(yùn)放實(shí)際上并不存在，但由于集成運(yùn)放制造工由于集成運(yùn)放制造工藝的不斷改進(jìn)，其各項(xiàng)性能指標(biāo)不斷提高，故一般在藝的不斷改進(jìn)，其各項(xiàng)性能指標(biāo)不斷提高，故一般在分析分析集成運(yùn)放的應(yīng)用電路時集成運(yùn)放

5、的應(yīng)用電路時，將實(shí)際的集成運(yùn)放理想化將實(shí)際的集成運(yùn)放理想化所造成所造成的誤差極小，在工程估算、分析中是的誤差極小，在工程估算、分析中是允許允許的。的。 2、集成運(yùn)放的傳輸特性集成運(yùn)放的傳輸特性 （1）線性區(qū)）線性區(qū) 曲線上升部分的斜率：曲線上升部分的斜率：運(yùn)放的開環(huán)電運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)壓放大倍數(shù)Aud。 在虛線所包括的輸入信號范圍內(nèi)，運(yùn)放在虛線所包括的輸入信號范圍內(nèi)，運(yùn)放的輸出電壓通常可表示為的輸出電壓通常可表示為 uo =Aud ( u+u-） =Auduid， uo與與uid成線性放大關(guān)系。成線性放大關(guān)系。非線性區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)0+UomUomuouid圖圖3-4 集成運(yùn)放的傳輸特性集

6、成運(yùn)放的傳輸特性 （2）非線性區(qū)）非線性區(qū) 在虛線框以外所對應(yīng)的輸入信號區(qū)域。在虛線框以外所對應(yīng)的輸入信號區(qū)域。 輸出電壓僅為輸出電壓僅為Uom或或-Uom（近似為正、（近似為正、負(fù)電源的電壓值），且不隨輸入信號而負(fù)電源的電壓值），且不隨輸入信號而改變，即改變，即uo與與ui 為非線性關(guān)系。為非線性關(guān)系。通常通常Aud非常高，可達(dá)幾十萬倍非常高，可達(dá)幾十萬倍 電壓傳輸特性中的線性區(qū)電壓傳輸特性中的線性區(qū)非常窄。非常窄。電路引入負(fù)反饋電路引入負(fù)反饋 運(yùn)放運(yùn)放開環(huán)開環(huán)或電路中或電路中引入引入正反饋正反饋3、集成運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)、集成運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)以以通用型集成運(yùn)放通用型集成運(yùn)放F74

7、1為例。為例。例：已知例：已知F741開環(huán)電壓增益的典型值開環(huán)電壓增益的典型值A(chǔ)ud =200000（倍），差模（倍），差模輸入電阻為輸入電阻為rid =2M，若輸出電壓的最大峰值為，若輸出電壓的最大峰值為 uo =12V（設(shè)所用的電源為（設(shè)所用的電源為12V），試求），試求 1）輸入電壓）輸入電壓( u+u-）的最大值；）的最大值；2）輸入電流）輸入電流i+（i-）的最大值。）的最大值。 解：運(yùn)放工作在線性區(qū)，則有解：運(yùn)放工作在線性區(qū)，則有uo =Auduid = Aud（u+u-），由此），由此可得可得 1）( u+u-）= uo / Aud =12V/ 200000 =0.06mV； 2

8、）i+ = ( u+u-）/ rid = 0.06mV/2M =0.06mV/2000000=0.03A 。 計(jì)算表明，計(jì)算表明，集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時有集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時有 u+u-0，u+u-；i+ =i-0。 集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時的兩個重要概念：集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時的兩個重要概念： （1）集成運(yùn)放的兩個輸入端的電壓近似相等，理想化時可以）集成運(yùn)放的兩個輸入端的電壓近似相等，理想化時可以認(rèn)為認(rèn)為u+ =u-，即運(yùn)放的兩個輸入端為等電位，可視為短路，稱，即運(yùn)放的兩個輸入端為等電位，可視為短路，稱之為之為“虛短虛短”。 （2）集成運(yùn)放兩個輸入端的輸入電流近似為）集成運(yùn)放兩個輸入端的輸入

9、電流近似為0，理想化時可以，理想化時可以認(rèn)為認(rèn)為i+ =i- =0，無電流輸入運(yùn)放，即運(yùn)放的兩個輸入端相當(dāng)于，無電流輸入運(yùn)放，即運(yùn)放的兩個輸入端相當(dāng)于斷路，稱之為斷路，稱之為“虛斷虛斷”。 在實(shí)際應(yīng)用電路中，要輸入幾乎為在實(shí)際應(yīng)用電路中，要輸入幾乎為0的的信號是不現(xiàn)實(shí)的，所以，實(shí)現(xiàn)運(yùn)放工作在線信號是不現(xiàn)實(shí)的，所以，實(shí)現(xiàn)運(yùn)放工作在線性區(qū)的必要條件是在電路中引入性區(qū)的必要條件是在電路中引入深度的負(fù)反深度的負(fù)反饋。饋。 4、集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)、集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn) （1）輸出電壓只有正向飽和電壓）輸出電壓只有正向飽和電壓+Uom和負(fù)向飽和電壓和負(fù)向飽和電壓-Uom兩兩種狀態(tài)，即種狀

10、態(tài)，即 uo =+Uom （u+ u- ）；）； uo =-Uom （u+ u- ）。）。 （2）由于集成運(yùn)放的輸入電阻極大（理想時）由于集成運(yùn)放的輸入電阻極大（理想時rid = ），故輸入），故輸入端電流端電流i+ =i-0。即運(yùn)放的兩個輸入端仍然是。即運(yùn)放的兩個輸入端仍然是“虛斷虛斷”。 由于集成運(yùn)放的開環(huán)極大（理想時由于集成運(yùn)放的開環(huán)極大（理想時Aud = ），極小的輸入），極小的輸入信號即可使輸出信號為信號即可使輸出信號為+Uom或或-Uom，故，故集成運(yùn)放處于開環(huán)集成運(yùn)放處于開環(huán)或正反饋時，工作在非線性工作區(qū)。或正反饋時，工作在非線性工作區(qū)。反饋的基本概念反饋的基本概念反饋：反饋：將

11、輸出量的一部分將輸出量的一部分 或全部通過一定的電路形式作用或全部通過一定的電路形式作用 到輸入回路，用來影響其輸入量到輸入回路，用來影響其輸入量 的措施。的措施。基本放大電路基本放大電路反饋網(wǎng)絡(luò)反饋網(wǎng)絡(luò)輸入量輸入量凈輸入量凈輸入量反饋量反饋量 輸出量輸出量反饋放大電路的方框圖反饋放大電路的方框圖一、什么是反饋一、什么是反饋3.1.3 放大電路中的負(fù)反饋放大電路中的負(fù)反饋二、如何判斷有無反饋二、如何判斷有無反饋通過尋找電路中有無反饋通路可判斷出電路是否引了反饋。通過尋找電路中有無反饋通路可判斷出電路是否引了反饋。有無反饋的判斷有無反饋的判斷無反饋無反饋無反饋無反饋有反饋有反饋反饋的分類及判別反

12、饋的分類及判別1.分類分類 （1）正反饋：）正反饋： 引入的引入的反饋信號反饋信號Xf增強(qiáng)了外加輸入信號的增強(qiáng)了外加輸入信號的作用，作用，使使放大電路的放大電路的凈輸入信號增加凈輸入信號增加，導(dǎo)致，導(dǎo)致放大電路的放大倍數(shù)提高的反饋。放大電路的放大倍數(shù)提高的反饋。 正反饋主要用于振蕩電路、信號產(chǎn)生電正反饋主要用于振蕩電路、信號產(chǎn)生電路，其他電路中則很少用正反饋。路，其他電路中則很少用正反饋。（2）負(fù)反饋：）負(fù)反饋： 引入的引入的反饋信號反饋信號Xf削弱了外加輸入信號削弱了外加輸入信號的作用，的作用，使使放大電路的放大電路的凈輸入信號減小凈輸入信號減小，導(dǎo)致放大電路的放大倍數(shù)減小的反饋。導(dǎo)致放大電

13、路的放大倍數(shù)減小的反饋。 一般放大電路中經(jīng)常引入負(fù)反饋，以一般放大電路中經(jīng)常引入負(fù)反饋，以改善放大電路的性能指標(biāo)。改善放大電路的性能指標(biāo)。反饋的分類及判別反饋的分類及判別反饋極性的判定反饋極性的判定 +R1R2Rfuiuo圖圖3-6 正反饋放大器正反饋放大器 引入深度的負(fù)反饋是使引入深度的負(fù)反饋是使運(yùn)放工作在線性放大區(qū)的必運(yùn)放工作在線性放大區(qū)的必要條件，也是判斷運(yùn)放是否要條件，也是判斷運(yùn)放是否工作在線性區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。工作在線性區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)。 應(yīng)用于線性放大的運(yùn)放應(yīng)用于線性放大的運(yùn)放電路都是深度的負(fù)反饋放大電路都是深度的負(fù)反饋放大器。器。+VCC R1 R2 T1R4 T2uO+-+-R3 R5 C1

14、+R6 C2 C3 + uI uF 分立元件放大電路反饋極性的判斷分立元件放大電路反饋極性的判斷 結(jié)論：負(fù)反饋結(jié)論：負(fù)反饋 3、負(fù)反饋放大器的類型、負(fù)反饋放大器的類型（1）電壓反饋和電流反饋）電壓反饋和電流反饋1）定義）定義電壓反饋電壓反饋v 反饋信號從輸出電壓反饋信號從輸出電壓uo采樣。采樣。電流反饋電流反饋v 反饋信號從輸出電流反饋信號從輸出電流io采樣。采樣。 +R1R2RfRLuiuo+R1R2RfRLuiuo+R2RLuoui+R1Rfio a) 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋 c) 電流串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋圖圖3-7 負(fù)反饋放大器的四種類型負(fù)反饋放大器的四種類型b) 電壓并聯(lián)負(fù)反

15、饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋 d) 電流并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋 思考題思考題 （1）如何判斷集成運(yùn)放工作在線性區(qū)還是非線性區(qū)？）如何判斷集成運(yùn)放工作在線性區(qū)還是非線性區(qū)？ （2）無論集成運(yùn)放是工作在線性區(qū)還是非線性區(qū)，是否都）無論集成運(yùn)放是工作在線性區(qū)還是非線性區(qū)，是否都存在存在“虛短虛短”和和“虛斷虛斷”？ （3）為什么說引入深度負(fù)反饋是集成運(yùn)放工作在線性區(qū)的）為什么說引入深度負(fù)反饋是集成運(yùn)放工作在線性區(qū)的必要條件？必要條件？ （4）閉環(huán)放大器與開環(huán)放大器在電路結(jié)構(gòu)上有何區(qū)別？）閉環(huán)放大器與開環(huán)放大器在電路結(jié)構(gòu)上有何區(qū)別？ （5）如何判斷閉環(huán)放大器的反饋極性？）如何判斷閉環(huán)放大器的反饋極性？ 3.2

16、集成運(yùn)放的線性應(yīng)用集成運(yùn)放的線性應(yīng)用 知識點(diǎn)知識點(diǎn) （1）集成運(yùn)放線性應(yīng)用的基本分析方法。）集成運(yùn)放線性應(yīng)用的基本分析方法。 （2）集成運(yùn)放線性應(yīng)用的幾種典型電路的特性。）集成運(yùn)放線性應(yīng)用的幾種典型電路的特性。 技能點(diǎn)技能點(diǎn) 掌握集成運(yùn)放在測量放大器、掌握集成運(yùn)放在測量放大器、PI調(diào)節(jié)器以及信號調(diào)節(jié)器以及信號 處理方面的典型應(yīng)用。處理方面的典型應(yīng)用。 集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時都引入深度的集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時都引入深度的負(fù)反饋，因而可以利用負(fù)反饋，因而可以利用“虛短虛短”、“虛斷虛斷”的的概念進(jìn)行分析。概念進(jìn)行分析。 集成運(yùn)放典型的線性應(yīng)用有比例、加法、集成運(yùn)放典型的線性應(yīng)用有比例、加法、減法、

17、微分、積分運(yùn)算電路等形式。減法、微分、積分運(yùn)算電路等形式。3.2.1 比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路如右圖，如右圖，Rf 引入深度負(fù)反饋引入深度負(fù)反饋一一. 反相輸入比例運(yùn)算電路反相輸入比例運(yùn)算電路 1、電路的構(gòu)成、電路的構(gòu)成2、函數(shù)關(guān)系、函數(shù)關(guān)系IfOfOIFRfOFIRNPNPuRRuRuRuiiRuiRuiuuuu即虛地,)(0, 0,要求：要求：R2=R1 / Rf 圖圖3.8 反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路uIuO iR iF iN Rf R1 R2 iP PN。時，為單位增益反相器當(dāng)關(guān)。與集成運(yùn)放內(nèi)部參數(shù)無1,fffARRA，例例1：要求輸入電阻：要求輸入電阻Ri100 k，放大倍數(shù)，

18、放大倍數(shù)Au100，則，則 uIuO iR iF iN Rf R R iP PNRf=Ri Au=10MRf R1R2 uI uouf 二、同相比例運(yùn)算電路二、同相比例運(yùn)算電路 1、電路的構(gòu)成、電路的構(gòu)成2、函數(shù)關(guān)系、函數(shù)關(guān)系 若希望輸入電阻高，若希望輸入電阻高， 且輸入輸出同相位，可且輸入輸出同相位，可 用此電路。用此電路。iRiF圖圖3-9 同相比例運(yùn)算電路同相比例運(yùn)算電路uP uN AIfOfOIfONFRIPNFRNPuRRuRRuRuRRuRuiiuuuiiii)1 (, 01111虛短：虛斷：起限流作用且在意外情況下使得差放輸入對稱f/RRR12R2的作用的作用:三、電壓跟隨器三、

19、電壓跟隨器uO = uIuO=uN=uP=uI, Auf= uO / uI1RF uO 圖圖3-10 電壓跟隨器電壓跟隨器uIRAuPuN例例2 電路如圖所示，已知電路如圖所示，已知uO =-55 uI ，其余參數(shù)如圖中所標(biāo)注，其余參數(shù)如圖中所標(biāo)注， 試求出試求出R5的值。的值。A1 -+A2 -+R1 R2 R3 R5 R4 uI uO 10k100k100k解：解：A1構(gòu)成同相比例運(yùn)算電路，構(gòu)成同相比例運(yùn)算電路，A2構(gòu)成反相比例運(yùn)算電路。因此構(gòu)成反相比例運(yùn)算電路。因此kRuukRuRRuuukkuRRuIIOOIIIO500551110011)101001 ()1 (55145121得出u

20、O1 R6 1. 反相加法運(yùn)算電路反相加法運(yùn)算電路 ui2 ui1 ui3 u = ( + + ) o Rf Rf Rf R1 R2 R3 i1 if f f 3.2.2 加減運(yùn)算電路加減運(yùn)算電路 u uI1 4 一、加法運(yùn)算電路一、加法運(yùn)算電路 =R1/R2/R3/Rf1 O 3 uI3 uI2 i2 i3 2 虛地點(diǎn)虛地點(diǎn)利用結(jié)點(diǎn)電流法求解運(yùn)算關(guān)系，對結(jié)點(diǎn)利用結(jié)點(diǎn)電流法求解運(yùn)算關(guān)系，對結(jié)點(diǎn)N進(jìn)行分析，可得：進(jìn)行分析，可得：N輸入電流的疊加輸入電流的疊加4 4 當(dāng)當(dāng)R1=R2=R3=Rf時，時，uo= -（ui1+ui2+ui3）1 u o 2. 同相加法運(yùn)算電路同相加法運(yùn)算電路3 uI1

21、uI2uI3 f 2 i1i2i3R i圖圖3-11.1 同相加法運(yùn)算電路同相加法運(yùn)算電路 PN利用結(jié)點(diǎn)電流法求解運(yùn)算關(guān)系，對結(jié)點(diǎn)利用結(jié)點(diǎn)電流法求解運(yùn)算關(guān)系，對結(jié)點(diǎn)P進(jìn)行分析，可得：進(jìn)行分析，可得：）時，當(dāng)）令）于是得其中，即又332211332211332211321332211321332211332211321-(/()1 (/),()1111()1 ()1 (RuRuRuRuRRRuRuRuRRRuRRRRuRuRuRRRuRRRRRRuRuRuRuRRRRuRuRuRuRuRuuRuuRuuiiiiuRRuRRuIIIfOnpIIIfnpOfnIIIpfOpIIIpIIIIIIffO

22、當(dāng)調(diào)整某一路電阻時，必當(dāng)調(diào)整某一路電阻時，必須相應(yīng)的改變須相應(yīng)的改變R的值，以的值，以保證保證Rn=Rp.二、減法運(yùn)算電路（差分比例運(yùn)算電路）二、減法運(yùn)算電路（差分比例運(yùn)算電路） u oRf R1 R2 R3 uI2 uI1 )(12IIfouuRRu函數(shù)關(guān)系函數(shù)關(guān)系:圖圖3-12 減法運(yùn)算電路減法運(yùn)算電路u- u+ 1123231o1uififuRRuRRRRR當(dāng)當(dāng)R1=R2，R3=Rf 時，時，當(dāng)當(dāng)R1=R2=R3=Rf 時，時，uo= ui2-ui1輸出電壓僅由兩個輸入電壓之差決定，故減法電路也稱輸出電壓僅由兩個輸入電壓之差決定，故減法電路也稱為差動放大電路為差動放大電路 兩輸入電壓不相

23、等（兩輸入電壓不相等（“差差”）時）時有輸出信號（有輸出信號（“動動”），所放大（處理）的是兩個輸入），所放大（處理）的是兩個輸入信號的差值（常稱為差動輸入）信號的差值（常稱為差動輸入）2. 雙運(yùn)放加減運(yùn)算電路雙運(yùn)放加減運(yùn)算電路(1) 電路的構(gòu)成電路的構(gòu)成A1 -+A2 -+R1 Rf1 R3 Rf2 RuO uO1 R2 R RuI1 uI2 uI3 (2) 函數(shù)關(guān)系函數(shù)關(guān)系)()()(),(33221121332211123312221111RuRuRuRuRRRuRuRuRRRuRuRuRuRuRuRuIIIfOfIIIffOIOfOIIfO，則若 集成運(yùn)放線性應(yīng)用時，通常要集成運(yùn)放線性

24、應(yīng)用時，通常要求放大電路具有高增益、高輸入電求放大電路具有高增益、高輸入電阻以及良好的抗干擾能力。阻以及良好的抗干擾能力。 在工程上常采用多個運(yùn)放組成在工程上常采用多個運(yùn)放組成的電路來滿足實(shí)際的需要。的電路來滿足實(shí)際的需要。圖圖3-13 測量放大器原理測量放大器原理3.2.4 測量放大器測量放大器A1、A2: 構(gòu)成了兩個完全對稱的同相構(gòu)成了兩個完全對稱的同相 比例運(yùn)算放大器比例運(yùn)算放大器; A3: 組成差動（減法）電路。組成差動（減法）電路。 輸入信號輸入信號分別從分別從A1、A2的同的同相端輸入，電路具有很高的輸入相端輸入，電路具有很高的輸入電阻；電阻； A1、A2的輸出電壓的輸出電壓（uo

25、1uo2）作為作為A3的差動輸入電壓，因而具的差動輸入電壓，因而具有良好的抗干擾能力。有良好的抗干擾能力。 根據(jù)虛短，可知根據(jù)虛短，可知R1上的電壓降為（上的電壓降為（ui1ui2），則通過），則通過R1上的電流為：上的電流為： (ui1ui2)/R1，由于虛斷特性，可知通過，由于虛斷特性，可知通過R1上的電流與通過電阻上的電流與通過電阻R2的電流相等，的電流相等，即即 電路保持了差動放大的功能，因而具有很強(qiáng)的抑制干電路保持了差動放大的功能，因而具有很強(qiáng)的抑制干擾信號的能力，利用可調(diào)電阻擾信號的能力，利用可調(diào)電阻R1，則，則可方便地調(diào)節(jié)電路的可方便地調(diào)節(jié)電路的增益。增益。 3.2.5 積分運(yùn)算

26、電路積分運(yùn)算電路u i C uO 1 由虛斷和虛地由虛斷和虛地iRiCuC )(11,00i000tudtuRCuRuiiudtiCuuiiiOttOiCRtCttCCOCRN圖圖3-14 積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路 A. 0)0(05. 010k CuFCR，且，例如將方波變成三角波將方波變成三角波)(10i0tudtuRCuOttOuit 0 +3V-3V(ms)135 接通電源時，接通電源時，uo(t)= uo(0)=0 01ms時，時， ui= -3V, uo(t0)=uo(0)=0tdtdtuRCtuutttOO65 . 0301)(0i00 1ms3ms時，時， ui= 3V, uo

27、(t0)=uo(1)=0mssRC5 . 0105 . 01005. 01010363ttdtudtuRCtuutOttOO612) 1(6165 . 03) 1 (1)(1i00將方波變成三角波將方波變成三角波)(10i0tudtuRCuOttOuit 0 +3V-3V(ms)135 3ms5ms時，時， ui= -3V, uo(t0)=uo(3)=12-6t0= 12-63=-6VtdtdtuRCtuutttOO6245 . 0361)(3i00 5ms6ms時，時， ui= 3V, uo(t0)=uo(5)=-24+65=6VmssRC5 . 0105 . 01005. 01010363

28、ttdtudtuRCtuutOttOO636)5(665 . 03)5(1)(5i00將方波變成三角波將方波變成三角波)(10i0tudtuRCuOttOuo uit 0 +3V-3V+6V-6Vt (ms)(ms)135 01ms時，時，tuO6 1ms3ms時，時，tuO612 3ms5ms時，時，tuO624 5ms6ms時，時，tuO636 在實(shí)際電路中，積分電路常用在實(shí)際電路中，積分電路常用于延時、定時和各種波形變換等。于延時、定時和各種波形變換等。 積分電路還可將輸入的三角波積分電路還可將輸入的三角波轉(zhuǎn)換為正弦波。轉(zhuǎn)換為正弦波。 在自動控制系統(tǒng)中，常利用積分在自動控制系統(tǒng)中，常利用

29、積分電路以電路以延緩過渡過程的沖擊延緩過渡過程的沖擊。 實(shí)際積分電路存在的問題實(shí)際積分電路存在的問題 “積分漂移積分漂移”現(xiàn)象：在現(xiàn)象：在uI=0時，時， uO仍產(chǎn)生緩慢變化的輸仍產(chǎn)生緩慢變化的輸出電壓的現(xiàn)象。出電壓的現(xiàn)象。解決辦法：解決辦法： C并并Rf 引入直流負(fù)反饋引入直流負(fù)反饋積分運(yùn)算電路積分運(yùn)算電路3.2.6 微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路 uO 積分的逆運(yùn)算，積分的逆運(yùn)算， R和和C的位置互換。的位置互換。dtduRCRiRiuICROu I C iR iC A圖圖3-17 微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算電路若輸入為方波，且若輸入為方波，且RCT/2， 則輸出為尖頂波。則輸出為尖頂波。uO uI

30、微分電路輸入、微分電路輸入、 輸出波形分析輸出波形分析 3.2.7 有源濾波電路有源濾波電路 濾波電路是一種選頻電路，其允許濾波電路是一種選頻電路，其允許一定頻率范圍的信號通過，阻止或削弱一定頻率范圍的信號通過，阻止或削弱（濾除）其它頻率范圍的信號。（濾除）其它頻率范圍的信號。 1、有源低通濾波器、有源低通濾波器 濾波電容濾波電容C對低頻信號相當(dāng)于開路，對高頻信號相當(dāng)于短對低頻信號相當(dāng)于開路，對高頻信號相當(dāng)于短路。該濾波電路是濾除高頻段信號，使低頻信號順利通過，故路。該濾波電路是濾除高頻段信號，使低頻信號順利通過，故稱為低通濾波電路。為了使濾波效果更理想，通常采用二階有稱為低通濾波電路。為了使

31、濾波效果更理想，通常采用二階有源濾波電路，如圖源濾波電路，如圖3-19b所示。所示。CRR1Rfuiuo+CCRRR1Rfuiuo+a) 一階低通濾波一階低通濾波 b) 二階低通濾波二階低通濾波圖圖3-19 有源低通濾波電路有源低通濾波電路 2、有源高通濾波器、有源高通濾波器 一階有源高通濾波電路如圖一階有源高通濾波電路如圖3-20 a) 所示，顯然，它將阻隔、所示，顯然，它將阻隔、濾除輸入的低頻信號，而讓高頻信號順利通過。實(shí)際應(yīng)用中，多濾除輸入的低頻信號，而讓高頻信號順利通過。實(shí)際應(yīng)用中，多采用二階有源高通濾波電路，如圖采用二階有源高通濾波電路，如圖3-20 b)。 有源濾波電路廣泛應(yīng)用于廣

32、播、通訊、測量和控制系統(tǒng)中，有源濾波電路廣泛應(yīng)用于廣播、通訊、測量和控制系統(tǒng)中，用于選取有用頻率的信號，濾除無用頻率的信號。用于選取有用頻率的信號，濾除無用頻率的信號。CCCRRRR1R1RfRfuiuiuouo+a) 一階高通濾波一階高通濾波 b) 二階高通濾波二階高通濾波圖圖3-20 有源高通濾波電路有源高通濾波電路 思考題：思考題： （1）集成運(yùn)放組成的放大器與分立元件組成的電路相比，）集成運(yùn)放組成的放大器與分立元件組成的電路相比，有何特點(diǎn)？有何特點(diǎn)？ （2）工作在線性區(qū)的集成運(yùn)放都存在）工作在線性區(qū)的集成運(yùn)放都存在“虛地虛地”嗎？為什么？嗎？為什么？ （3）為什么測量放大器具有很高的輸

33、入電阻以及良好的抗）為什么測量放大器具有很高的輸入電阻以及良好的抗干擾能力？干擾能力？ （4）積分電路有哪些波形變換作用？）積分電路有哪些波形變換作用？ 3.3 集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用 知識點(diǎn)知識點(diǎn) （1）集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用電路的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)。）集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用電路的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)。 （2）幾種電壓比較器的性能特點(diǎn)。）幾種電壓比較器的性能特點(diǎn)。 技能點(diǎn)技能點(diǎn) 掌握電壓比較器的典型應(yīng)用電路。掌握電壓比較器的典型應(yīng)用電路。 集成運(yùn)放工作在集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)非線性區(qū)時，處于時，處于開環(huán)開環(huán)或或正反饋正反饋狀狀態(tài)。態(tài)。 此時運(yùn)放兩個輸入端的電壓不一定相等（不存在虛此時運(yùn)放

34、兩個輸入端的電壓不一定相等（不存在虛短），但仍然存在虛斷。短），但仍然存在虛斷。 電壓比較器電壓比較器是集成運(yùn)放典型的非線性應(yīng)用。是集成運(yùn)放典型的非線性應(yīng)用。 電壓比較器簡稱比較器，其將輸入電壓（被測信號，電壓比較器簡稱比較器，其將輸入電壓（被測信號，通常是連續(xù)的模擬量）與另一標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號（參考電通常是連續(xù)的模擬量）與另一標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號（參考電壓）進(jìn)行比較，輸出的是以高、低電平為特征的數(shù)字信壓）進(jìn)行比較，輸出的是以高、低電平為特征的數(shù)字信號，即號，即“1”或或“0”。 常用作模擬電路與數(shù)字電路的接口。常用作模擬電路與數(shù)字電路的接口。 3.3.1 單門限電壓比較器單門限電壓比較器 反相輸入的單

35、門限比較器如圖反相輸入的單門限比較器如圖3-21a 所示。所示。 集成運(yùn)放處于集成運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)開環(huán)狀態(tài)，工作在，工作在非線性區(qū)非線性區(qū)，反相端的輸入信號，反相端的輸入信號ui與同與同相端的參考電壓相端的參考電壓UR比較，根據(jù)運(yùn)放非線性工作的特性，可得：比較，根據(jù)運(yùn)放非線性工作的特性，可得： 當(dāng)當(dāng) ui UR（即（即u-u+）時，）時， uo=-Uom ； 當(dāng)當(dāng) ui UR（即（即u-u+）時，）時， uo =+Uom 。 電路的傳輸特性如圖電路的傳輸特性如圖3-21b 所示。所示。R1uiuoUR+ui0+UomUomURuoa) 電路電路 b) 傳輸特性傳輸特性圖圖3-21 單門限電壓比

36、較電路單門限電壓比較電路 圖圖3-22a 所示的電路稱為過零電壓比較器（參考電壓所示的電路稱為過零電壓比較器（參考電壓為為0），當(dāng)輸入電壓過），當(dāng)輸入電壓過0時，輸出電壓就發(fā)生跳變，傳輸特時，輸出電壓就發(fā)生跳變，傳輸特性如圖性如圖b所示。所示。 過零比較器可將正弦波轉(zhuǎn)換為方波，如圖過零比較器可將正弦波轉(zhuǎn)換為方波，如圖c所示。所示。R1uiuo+ui0+UomUomuoa) 電路電路 b) 傳輸特性傳輸特性 c) 波形變換波形變換 圖圖3-22 過零比較器過零比較器 單門限比較器（又稱為簡單比較器）單門限比較器（又稱為簡單比較器）結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但抗干擾能力差，結(jié)構(gòu)簡單，靈敏度高，但抗干擾能

37、力差，當(dāng)輸入信號在參考電壓附近受到干擾時，當(dāng)輸入信號在參考電壓附近受到干擾時，很容易使電路狀態(tài)產(chǎn)生連續(xù)的跳變，造成很容易使電路狀態(tài)產(chǎn)生連續(xù)的跳變，造成后續(xù)電路的誤動作。后續(xù)電路的誤動作。 3.3.2 滯回電壓比較器滯回電壓比較器+R1R2Rfuiuo圖圖3-23 滯回電壓比較器滯回電壓比較器（3-12） （3-13） UT、-UT分別稱為上門限電壓與下門限電壓。電路的傳分別稱為上門限電壓與下門限電壓。電路的傳輸特性如圖輸特性如圖3-23b所示。所示。uiui0+UomUomUTUT滯回電壓比較器傳輸特性滯回電壓比較器傳輸特性 兩個門限電壓之差，即兩個門限電壓之差，即 U=UT (-UT) =

38、2UT稱為稱為回回差電壓差電壓。 顯然，回差電壓使輸出電壓的正跳變和負(fù)跳變不是發(fā)生在輸入顯然，回差電壓使輸出電壓的正跳變和負(fù)跳變不是發(fā)生在輸入電壓的同一點(diǎn)上，所以，即使干擾信號使得輸入電壓在參考電壓電壓的同一點(diǎn)上，所以，即使干擾信號使得輸入電壓在參考電壓UR（本例中（本例中UR=0）的附近波動，只要其不超出回差電壓的范圍，電路）的附近波動，只要其不超出回差電壓的范圍，電路的輸出電壓將保持穩(wěn)定。的輸出電壓將保持穩(wěn)定。 由此可見，該電路具有較強(qiáng)的抗干擾能力，尤其適用于輸入信由此可見，該電路具有較強(qiáng)的抗干擾能力，尤其適用于輸入信號受干擾較頻繁的場合。號受干擾較頻繁的場合。uiui0+UomUomUT

39、UT 3.3.3 雙限比較器雙限比較器 在實(shí)際工作中，有時需要檢測輸入信號的電平是否處于設(shè)定的兩個電平之在實(shí)際工作中，有時需要檢測輸入信號的電平是否處于設(shè)定的兩個電平之間，這就要求比較器有兩個門限電平。這種比較器稱為雙限比較器。間，這就要求比較器有兩個門限電平。這種比較器稱為雙限比較器。 圖圖3-24a所示是一種典型的雙限比較器，其中的所示是一種典型的雙限比較器，其中的URFE1、URFE2為設(shè)定的兩為設(shè)定的兩個門限電壓（參考電壓），個門限電壓（參考電壓），ui為所檢測的輸入信號。為所檢測的輸入信號。 設(shè)設(shè)A1和和A2的的輸出高電平輸出高電平為為+UOM、輸出低電平輸出低電平為為0。REF2U

40、UREF1uouiRRRRRLVD1VD2+AA12 a) 電路電路 b) ui與與uo 的關(guān)系的關(guān)系圖圖3-24 雙限比較器雙限比較器 思考題思考題 （1）為什么電壓比較器輸出只有高、低電平？）為什么電壓比較器輸出只有高、低電平？ （2）若在過零比較器的同相端輸入正弦波（反相端接地），）若在過零比較器的同相端輸入正弦波（反相端接地），試畫出對應(yīng)的輸出波形。試畫出對應(yīng)的輸出波形。 （3）滯回電壓比較器的特點(diǎn)是什么？）滯回電壓比較器的特點(diǎn)是什么？ （4）雙限比較器還可以應(yīng)用于哪些方面？您可以舉出一些例）雙限比較器還可以應(yīng)用于哪些方面？您可以舉出一些例子嗎？子嗎？ 3.4 集成運(yùn)放組成的信號發(fā)生器

41、集成運(yùn)放組成的信號發(fā)生器 知識點(diǎn)知識點(diǎn) （1）各種非正弦波振蕩電路的結(jié)構(gòu)、原理以及頻）各種非正弦波振蕩電路的結(jié)構(gòu)、原理以及頻率的估算。率的估算。 （2）正弦波振蕩器的組成及原理。）正弦波振蕩器的組成及原理。 （3）不同正弦波振蕩電路的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)及頻）不同正弦波振蕩電路的結(jié)構(gòu)、性能特點(diǎn)及頻率的估算。率的估算。 技能點(diǎn)技能點(diǎn) 掌握信號發(fā)生器的測試、調(diào)試的方法掌握信號發(fā)生器的測試、調(diào)試的方法 電子技術(shù)的許多領(lǐng)域都需要各種類型的信號源。電子技術(shù)的許多領(lǐng)域都需要各種類型的信號源。 用于產(chǎn)生各種信號的電子電路稱為用于產(chǎn)生各種信號的電子電路稱為信號發(fā)生器信號發(fā)生器。 信號發(fā)生器是在沒有輸入信號的情況下，

42、依靠電路的信號發(fā)生器是在沒有輸入信號的情況下，依靠電路的自激振蕩來產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出信號，又稱之為振蕩器。自激振蕩來產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出信號，又稱之為振蕩器。 因此，振蕩器是一種無需外加信號就能將直流電能轉(zhuǎn)因此，振蕩器是一種無需外加信號就能將直流電能轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣麟娔艿哪芰孔儞Q器。變?yōu)榻涣麟娔艿哪芰孔儞Q器。 根據(jù)產(chǎn)生的信號波形，振蕩器可分為正弦波振蕩器和根據(jù)產(chǎn)生的信號波形，振蕩器可分為正弦波振蕩器和非正弦波振蕩器兩大類。非正弦波振蕩器兩大類。 3.4.1 非正弦波信號發(fā)生器非正弦波信號發(fā)生器 1、方波信號發(fā)生器、方波信號發(fā)生器 方波發(fā)生器是能夠直接產(chǎn)生方波的非正弦波發(fā)生器。方波發(fā)生器是能夠直接產(chǎn)生方波的非正

43、弦波發(fā)生器。 由于方波包含著極其豐富的諧波分量，故這種電路又稱為多諧振蕩器，由于方波包含著極其豐富的諧波分量，故這種電路又稱為多諧振蕩器，常在數(shù)字系統(tǒng)中作為信號源。常在數(shù)字系統(tǒng)中作為信號源。 R和雙向穩(wěn)壓管和雙向穩(wěn)壓管VZ使輸出電壓限幅為使輸出電壓限幅為uo=UZ。由于滯回比較器輸出只有。由于滯回比較器輸出只有+UZ、-UZ兩種狀態(tài)，故電路對應(yīng)的門限電壓為兩種狀態(tài)，故電路對應(yīng)的門限電壓為C充電放電RVZR1R2RfUzuuCO+圖圖3-26 方波信號發(fā)生器及其波形方波信號發(fā)生器及其波形C充電放電RVZR1R2RfUzuuCO+圖圖3-26 方波信號發(fā)生器及其波形方波信號發(fā)生器及其波形電路的起振

44、：電路的起振： 電路接通電源瞬間，必然引起電路電路接通電源瞬間，必然引起電路中各點(diǎn)電位產(chǎn)生突變，電路輸出是中各點(diǎn)電位產(chǎn)生突變，電路輸出是+UZ還是還是-UZ純屬偶然（由純屬偶然（由uC與與u+比較而比較而定）。定）。 假設(shè)通電瞬間電路輸出為假設(shè)通電瞬間電路輸出為uo=+UZ（此時的門限電壓為（此時的門限電壓為+UT），則電路的），則電路的輸出電壓輸出電壓uo通過通過Rf對對C進(jìn)行充電，進(jìn)行充電，uC按按指數(shù)規(guī)律上升；指數(shù)規(guī)律上升； 當(dāng)電容充電至當(dāng)電容充電至uCUT，即，即u-u+ 時，時，輸出電壓就翻轉(zhuǎn)為輸出電壓就翻轉(zhuǎn)為uo=-UZ（此時門限電（此時門限電壓跳變?yōu)閴禾優(yōu)?UT）；）； 接著電

45、容接著電容C通過通過Rf對輸出端放電，對輸出端放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)放電至按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)放電至uC-UT，即即u-u+時，輸出電壓又翻轉(zhuǎn)為時，輸出電壓又翻轉(zhuǎn)為uo=+UZ（此時的門限電壓又跳變?yōu)椋ù藭r的門限電壓又跳變?yōu)?UT），），uo又通過又通過Rf對對C進(jìn)行充電。進(jìn)行充電。 可以證明，當(dāng)可以證明，當(dāng)R1=R2時，其振蕩周期為時，其振蕩周期為 T2.2RfC，則振蕩，則振蕩頻率為頻率為（3-14） 2、三角波發(fā)生器、三角波發(fā)生器 三角波發(fā)生器基本電路如圖三角波發(fā)生器基本電路如圖3-27所示。所示。 運(yùn)放運(yùn)放A1：構(gòu)成同相輸入滯回比較器；構(gòu)成同相輸入滯回比較器； 運(yùn)放運(yùn)放A2：構(gòu)成反

46、相積分電路。構(gòu)成反相積分電路。 滯回比較器輸出的矩形波輸入積分電路的反相輸入端，而積分電路輸滯回比較器輸出的矩形波輸入積分電路的反相輸入端，而積分電路輸出的三角波又連接到滯回比較器的同相輸入端，控制滯回比較器輸出端的出的三角波又連接到滯回比較器的同相輸入端，控制滯回比較器輸出端的狀態(tài)發(fā)生跳變，從而在運(yùn)放狀態(tài)發(fā)生跳變，從而在運(yùn)放A2的輸出端得到的輸出端得到周期性的三角波。周期性的三角波。+UzUT+UTUztto1uuo00圖圖3-27 三角波信號發(fā)生器及其波形三角波信號發(fā)生器及其波形uoR1R2R3CUzR4o1uR5VZ+AA12u+u01+UzUT+UTUztto1uuo00圖圖3-27

47、三角波信號發(fā)生器及其波形三角波信號發(fā)生器及其波形uoR1R2R3CUzR4o1uR5VZ+AA12u+u01v假設(shè)通電瞬間假設(shè)通電瞬間uo1=+UZ ，u+為正值。反為正值。反相積分器輸入正電壓，相積分器輸入正電壓，uo1通過通過R4對電對電容容C充電，輸出電壓充電，輸出電壓uo開始線性減小，開始線性減小，A1同相端電壓同相端電壓u+（下同）隨之減小，（下同）隨之減小，當(dāng)輸出電壓當(dāng)輸出電壓uo減小到減小到uo=-UT時，時，u+也減也減小為小為0，此時，此時A1狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，uo1=-UZ ，同時同時u+跳變?yōu)樨?fù)值；此時反相積分器跳變?yōu)樨?fù)值；此時反相積分器輸入負(fù)電壓，電容輸入負(fù)電壓，電容

48、C通過通過R4對對uo1放電，放電，輸出電壓輸出電壓uo開始線性增大，開始線性增大，u+值也隨之值也隨之上升，當(dāng)輸出電壓增大到上升，當(dāng)輸出電壓增大到uo=+UT時，時，u+也上升為也上升為0，此時，此時A1狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，uo1=+UZ ，同時，同時u+跳變?yōu)檎怠Ｌ優(yōu)檎?。v 如此周而復(fù)始，電路形成穩(wěn)定的如此周而復(fù)始，電路形成穩(wěn)定的振蕩，在振蕩，在A1的輸出端得到幅值為的輸出端得到幅值為UZ的的方波，方波，A2輸出端得到幅值為輸出端得到幅值為UT的三角的三角波。波?？梢宰C明，其振蕩頻率為可以證明，其振蕩頻率為（3-15） 3、鋸齒波發(fā)生器、鋸齒波發(fā)生器 在圖在圖3-27的三角波信號發(fā)生

49、器中，如果將積分電容的充、放電回路分開，使得兩個的三角波信號發(fā)生器中，如果將積分電容的充、放電回路分開，使得兩個回路的時間常數(shù)不相等，即可使輸出電壓的波形為鋸齒波?；芈返臅r間常數(shù)不相等，即可使輸出電壓的波形為鋸齒波。 一個簡易的鋸齒波信號發(fā)生器如圖一個簡易的鋸齒波信號發(fā)生器如圖3-28所示，利用二極管所示，利用二極管VD1、VD2和電位器和電位器RP將積分電容將積分電容C的充、放電回路分開，通過調(diào)節(jié)的充、放電回路分開，通過調(diào)節(jié)RP的動端位置，改變充、放電回路時間的動端位置，改變充、放電回路時間常數(shù)的差值，電路可得到矩形波和鋸齒波，信號波形如圖所示。常數(shù)的差值，電路可得到矩形波和鋸齒波，信號波形

50、如圖所示。 uoR1R2R3o1uCUzR4VD1VD2VZ+AA21RP+UzUT+UTUztto1uuo00圖圖3-28 鋸齒波信號發(fā)生器及其波形鋸齒波信號發(fā)生器及其波形 3.4.2 正弦波信號發(fā)生器正弦波信號發(fā)生器 產(chǎn)生正弦波信號的電路稱為產(chǎn)生正弦波信號的電路稱為正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路（或正弦波信號發(fā)生器）。（或正弦波信號發(fā)生器）。根據(jù)振蕩電路的選頻網(wǎng)絡(luò)所用的元件，正弦波振蕩電路通常可分為根據(jù)振蕩電路的選頻網(wǎng)絡(luò)所用的元件，正弦波振蕩電路通?？煞譃镽C振蕩電路、振蕩電路、LC振蕩電路和石英晶體振蕩電路。振蕩電路和石英晶體振蕩電路。 1、正弦波振蕩的原理、正弦波振蕩的原理 設(shè)置放大電路

51、和反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，使設(shè)置放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，使uf ui ；當(dāng)開關(guān)；當(dāng)開關(guān)S迅速切換到迅速切換到2端時，端時，uf便代替了便代替了ui，使放大電路維持輸出信號，使放大電路維持輸出信號uo不變。盡管此時切斷了輸入信號，電不變。盡管此時切斷了輸入信號，電路仍然輸出具有一定頻率和幅值的正弦波信號，即電路形成了正弦波振蕩。路仍然輸出具有一定頻率和幅值的正弦波信號，即電路形成了正弦波振蕩。圖圖3-29 正弦波振蕩電路原理框圖正弦波振蕩電路原理框圖 由此可知，產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是：由此可知，產(chǎn)生正弦波振蕩的條件是： uf = ui 。 具體可表述為：具體可表述為： （1）振蕩的相位平衡條件：）振蕩

52、的相位平衡條件：uf與與ui必須同相位，即要求正反饋；必須同相位，即要求正反饋； （2）振蕩的幅值平衡條件：）振蕩的幅值平衡條件：uf與與ui必須大小相等，即有必須大小相等，即有 AuF=1。 其中：其中：Au為放大電路的增益。為放大電路的增益。 F為正反饋電路的反饋系數(shù)：為正反饋電路的反饋系數(shù)：F= uf /uo。 顯然，在一個正弦波振蕩電路中，為了能輸出確定頻率的正弦波信顯然，在一個正弦波振蕩電路中，為了能輸出確定頻率的正弦波信號，電路中要有選頻網(wǎng)絡(luò)；號，電路中要有選頻網(wǎng)絡(luò)； 同時，為了使輸出電壓幅度保持穩(wěn)定，振蕩電路中還必須要有穩(wěn)幅同時，為了使輸出電壓幅度保持穩(wěn)定，振蕩電路中還必須要有穩(wěn)

53、幅環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。 由此可見，一個正弦波振蕩器通常由由此可見，一個正弦波振蕩器通常由放大電路、正反饋電路、選頻放大電路、正反饋電路、選頻網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)網(wǎng)絡(luò)和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)等等4部分組成。部分組成。 2、RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 （1）電路組成）電路組成 集成運(yùn)放組成最常用的是集成運(yùn)放組成最常用的是RC串、并串、并聯(lián)式正弦波振蕩電路（又稱為文氏橋式聯(lián)式正弦波振蕩電路（又稱為文氏橋式振蕩器）如圖振蕩器）如圖3-30所示。所示。 其中，集成運(yùn)放通過其中，集成運(yùn)放通過Rf、R1引入深引入深度的負(fù)反饋，工作在線性放大狀態(tài)，組度的負(fù)反饋，工作在線性放大狀態(tài)，組成同相放大電路，成同相放大電路，RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作串

54、、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)作為選頻網(wǎng)絡(luò)，同時構(gòu)成正反饋電路（電為選頻網(wǎng)絡(luò)，同時構(gòu)成正反饋電路（電路中正、負(fù)反饋并存）。路中正、負(fù)反饋并存）。uoCCRRR1Rfuf+圖圖3-30 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器（2）工作原理）工作原理 分析及實(shí)驗(yàn)證明，分析及實(shí)驗(yàn)證明，RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性，當(dāng)輸出信號的頻率串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)具有選頻特性，當(dāng)輸出信號的頻率等于由等于由RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)所決定的特定頻率串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)所決定的特定頻率o，即，即 時，時，RC串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)為純阻性，即反饋到同相端的信號串、并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)為純阻性，即反饋到同相端的信號uf與放大電路與放大電路的輸出信號的輸出信號uo同相位（滿足振蕩的

55、相位平衡條件），此時同相端得到的反同相位（滿足振蕩的相位平衡條件），此時同相端得到的反饋信號饋信號uf具有最大值，并且為：具有最大值，并且為： uf = uo / 3，即正反饋系數(shù)，即正反饋系數(shù)F=uf /uo =1/3。 顯然，只要放大電路的放大倍數(shù)顯然，只要放大電路的放大倍數(shù)Au=3， 則有則有AuF=1（滿足振蕩的幅度（滿足振蕩的幅度平衡條件），將使得輸出電壓保持不變，電路形成穩(wěn)定的正弦波振蕩。平衡條件），將使得輸出電壓保持不變，電路形成穩(wěn)定的正弦波振蕩。 根據(jù)同相放大電路的放大倍數(shù)根據(jù)同相放大電路的放大倍數(shù) Au=(1Rf/R1) =3，可推得，電路形成，可推得，電路形成穩(wěn)定振蕩的條件

56、是：穩(wěn)定振蕩的條件是：Rf =2R1。（3-16） （4）振蕩頻率及其調(diào)整）振蕩頻率及其調(diào)整 以上分析表明，振蕩電路的輸出頻率由選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)決定，即如式以上分析表明，振蕩電路的輸出頻率由選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)決定，即如式（3-16）所示。）所示。 從式（從式（3-16）可看出，調(diào)節(jié)選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)）可看出，調(diào)節(jié)選頻網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)R、C，可以在一定的范圍，可以在一定的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)電路的振蕩頻率。在實(shí)際電路中，通常采用雙連電位器代替電阻內(nèi)調(diào)節(jié)電路的振蕩頻率。在實(shí)際電路中，通常采用雙連電位器代替電阻R，或用雙連電容器代替電容或用雙連電容器代替電容C，同時調(diào)節(jié)選頻網(wǎng)絡(luò)串、并聯(lián)兩部分，從而實(shí)現(xiàn)，同時調(diào)節(jié)選頻網(wǎng)絡(luò)串、并

57、聯(lián)兩部分，從而實(shí)現(xiàn)振蕩頻率的平滑調(diào)節(jié)。振蕩頻率的平滑調(diào)節(jié)。 顯然，減小選頻網(wǎng)絡(luò)的電容可以提高振蕩頻率，但由于電路中存在分布顯然，減小選頻網(wǎng)絡(luò)的電容可以提高振蕩頻率，但由于電路中存在分布電容，電容不可能取得很小，因而使電路振蕩頻率的提高受到了限制。所電容，電容不可能取得很小，因而使電路振蕩頻率的提高受到了限制。所以，以，RC振蕩器通常只適用于低頻（振蕩器通常只適用于低頻（1MHz以下）振蕩。以下）振蕩。 如果需要產(chǎn)生更高頻率的正弦信號，則需采用如果需要產(chǎn)生更高頻率的正弦信號，則需采用LC正弦波振蕩器或石英正弦波振蕩器或石英晶體振蕩器。晶體振蕩器。 3、LC正弦波振蕩器正弦波振蕩器 LC正弦波振蕩

58、器可分為變壓器反正弦波振蕩器可分為變壓器反饋式振蕩器、電感反饋式振蕩器和電饋式振蕩器、電感反饋式振蕩器和電容反饋式振蕩器，由容反饋式振蕩器，由LC并聯(lián)諧振特性并聯(lián)諧振特性確定振蕩電路的頻率，用于產(chǎn)生幾確定振蕩電路的頻率，用于產(chǎn)生幾MHz以上的高頻信號。以上的高頻信號。 （1）變壓器反饋式）變壓器反饋式LC振蕩振蕩器器 電路如圖電路如圖3-31所示，集成運(yùn)放組成所示，集成運(yùn)放組成放大電路，放大電路，L1和和C2并聯(lián)諧振回路組成選并聯(lián)諧振回路組成選頻電路，頻電路，L2為反饋繞組。為反饋繞組。 如果如果電路不能起振，大多數(shù)的原電路不能起振，大多數(shù)的原因是由于因是由于L2的同名端有誤，只要將其對的同名

59、端有誤，只要將其對調(diào)即可。調(diào)即可。 電路的振蕩頻率由電路的振蕩頻率由L1C2并聯(lián)回路的并聯(lián)回路的固有諧振頻率固有諧振頻率fo決定，即決定，即+R2RfC2C1uoL12LR1圖圖3-31 變壓器反饋式正弦波振蕩器變壓器反饋式正弦波振蕩器（3-17） （2）電感三點(diǎn)式正弦波振蕩器）電感三點(diǎn)式正弦波振蕩器 電路如圖電路如圖3-32所示，對于交流通路，所示，對于交流通路，LC諧振回路中電感的諧振回路中電感的3個端點(diǎn)個端點(diǎn)a、b、c分別與集成運(yùn)放的兩個輸入端和輸出端相連，故稱為電感三點(diǎn)式。分別與集成運(yùn)放的兩個輸入端和輸出端相連，故稱為電感三點(diǎn)式。 集成運(yùn)放組成放大電路，等效電感集成運(yùn)放組成放大電路，等

60、效電感L （L1和和L2串聯(lián)）與串聯(lián)）與C2并聯(lián)組成選頻網(wǎng)并聯(lián)組成選頻網(wǎng)絡(luò)。絡(luò)。 顯然，在諧振條件下，顯然，在諧振條件下，a、c兩點(diǎn)的相位相反，從兩點(diǎn)的相位相反，從L1兩端取出的信號為正兩端取出的信號為正反饋信號，滿足振蕩的相位條件；通常取反饋線圈反饋信號，滿足振蕩的相位條件；通常取反饋線圈L1的匝數(shù)約為總匝數(shù)的的匝數(shù)約為總匝數(shù)的1/8至至1/4，即可滿足振蕩的幅度條件，所以電路能產(chǎn)生自激振蕩。，即可滿足振蕩的幅度條件，所以電路能產(chǎn)生自激振蕩。+R2RfC2C1uoL12LR1abc圖圖3-32 電感三點(diǎn)式正弦波振蕩器電感三點(diǎn)式正弦波振蕩器 （3）電容三點(diǎn)式正弦波振蕩器）電容三點(diǎn)式正弦波振蕩器