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1、多級(jí)放大器及運(yùn)算放大器第1頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二要 求:1. 了解多級(jí)放大的概念,了解差動(dòng)放大電路的工作原理和性能特點(diǎn)。2. 了解集成運(yùn)放的基本組成及主要參數(shù)的意義。3. 理解運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性,理解理想 運(yùn)算放大器并掌握其基本分析方法。4. 理解用集成運(yùn)放組成的比例、加減、微分和 積分運(yùn)算電路的工作原理,了解有源濾波器 的工作原理。5. 理解電壓比較器的工作原理和應(yīng)用。第2頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二11.1 多級(jí)放大器及其級(jí)間耦合方式多級(jí)放大電路的框圖多級(jí)放大器輸入級(jí)接信號(hào)源,器輸入電阻要大,以減小信號(hào)源的電流負(fù)擔(dān)
2、,放大倍數(shù)應(yīng)保證不失真。中間級(jí)主要解決放大倍數(shù)的問(wèn)題,也要注意不產(chǎn)生失真。輸出級(jí)的任務(wù)是在前置級(jí)輸出足夠大信號(hào)的推動(dòng)下,供給負(fù)載一定的功率,不僅要注意失真的問(wèn)題,還要使電路的管耗小、效率高。第3頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二11.1 多級(jí)放大器及其級(jí)間耦合方式 耦合方式:信號(hào)源與放大電路之間、兩級(jí)放大電路之間、放大器與負(fù)載之間的連接方式。 常用的耦合方式:直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。動(dòng)態(tài): 傳送信號(hào)減少壓降損失 靜態(tài):保證各級(jí)有合適的Q點(diǎn)波形不失真對(duì)耦合電路的要求耦合方式第4頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 阻容耦合第一級(jí)第二級(jí)負(fù)載
3、信號(hào)源兩級(jí)之間通過(guò)耦合電容 C2 與下級(jí)輸入電阻連接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+T1T2第5頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二1. 靜態(tài)分析 由于電容有隔直作用,所以每級(jí)放大電路的直流通路互不相通,每級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)互相獨(dú)立,互不影響,可以各級(jí)單獨(dú)計(jì)算。兩級(jí)放大電路均為共發(fā)射極分壓式偏置電路。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+RS+RC2C3CE2RE2RL+UCC+T1T2第6頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二2. 動(dòng)態(tài)分析微變等效電路第一級(jí)第二級(jí)rbeRB2RC1EBC+-+-+-
4、RSrbeRC2RLEBC+-RB1第7頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 阻容耦合放大電路的低頻特性差,不能放大變化緩慢的信號(hào)。 由于集成芯片中不能制作大容量電容,所以阻容耦合放大電路不能集成化,而只用于分立原件電路。阻容耦合的特點(diǎn)第8頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二例2: 如圖所示的兩級(jí)電壓放大電路,已知1= 2 =50, T1和T2均為3DG8D。(1) 計(jì)算前、后級(jí)放大電路的靜態(tài)值(UBE=0.6V);(2) 求放大電路的輸入電阻和輸出電阻; (3) 求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)。 RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24
5、V+T1T21M27k82k43k7.5k51010k第9頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二【解】 (1) 兩級(jí)放大電路的靜態(tài)值可分別計(jì)算。 第一級(jí)是射極輸出器:RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010k第10頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二【解】第二級(jí)是分壓式偏置電路RB1C1C2RE1+RC2C3CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010k第11頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二【解】第二級(jí)是分壓式偏置電路RB1C1C2RE1+RC2C3
6、CE+24V+T1T21M27k82k43k7.5k51010k第12頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2) 計(jì)算 r i和 r 0 由微變等效電路可知,放大電路的輸入電阻 ri 等于第一級(jí)的輸入電阻ri1。第一級(jí)是射極輸出器,它的輸入電阻ri1與負(fù)載有關(guān),而射極輸出器的負(fù)載即是第二級(jí)輸入電阻 ri2。微變等效電路第13頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二(2) 計(jì)算 r i和 r 0rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第14頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二r
7、be2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2) 計(jì)算 r i和 r 0第15頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二(3)求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)第一級(jí)放大電路為射極輸出器rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第16頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二(3)求各級(jí)電壓的放大倍數(shù)及總電壓放大倍數(shù)第二級(jí)放大電路為共發(fā)射極放大電路總電壓放大倍數(shù)rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第17頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二應(yīng)用舉例鎳鎘電池恒流充電電路原理:三極管工作于恒流狀態(tài),基極電位恒為6V;調(diào)整轉(zhuǎn)
8、換開(kāi)關(guān)使充電電流限制在50mA和100mA;性能:正常充電時(shí)間7小時(shí)左右;充電電流為恒定值;充電電流大小由電池額定容量確定。LED電池R3u2TrD220VR2S50mA100mADZ6V6V+R5R4R1C+T第18頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 LED發(fā)光二極管承受正向電壓導(dǎo)通發(fā)光, 發(fā)光強(qiáng)度與通過(guò)的電流大小有關(guān)。LED與R5串聯(lián)后,接于R4 兩端,R4兩端電壓的大小,反映充電電流的大小,LED發(fā)光的亮、暗指示S的位置, R5是LED的限流電阻,使通過(guò)LED的電流限制在一定數(shù)值。LED電池R3u2TrD220VR2S50mA100mADZ6V6V+R5R4R1
9、C+T第19頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 直接耦合直接耦合:將前級(jí)的輸出端直接接后級(jí)的輸入端??捎脕?lái)放大緩慢變化的信號(hào)或直流量變化的信號(hào)。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2+RE2第20頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二2. 零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移:指輸入信號(hào)電壓為零時(shí),輸出電壓發(fā)生 緩慢地、無(wú)規(guī)則地變化的現(xiàn)象。uot0產(chǎn)生的原因:晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓 波動(dòng)、電路元件參數(shù)的變化。直接耦合存在的兩個(gè)問(wèn)題:1. 前后級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響第21頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 由于前、后級(jí)電路直接相連
10、,各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響且逐級(jí)提高,輸入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)不為零。而且當(dāng)調(diào)整電路的某一參數(shù)時(shí),可能帶來(lái)多級(jí)電路靜態(tài)工作點(diǎn)的變化,這就給電路的設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來(lái)一定的困難。 由于電路中沒(méi)有耦合電容,直接耦合放大電路具有很好的低頻特性,能夠放大變化緩慢的信號(hào),而且便于集成化。目前集成放大電路幾乎均為直接耦合放大電路。直接耦合的特點(diǎn)第22頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 直接耦合電路可以放大信號(hào)頻率趨于零的小信號(hào),如前級(jí)因受環(huán)境影響工作點(diǎn)有微小的變化,后級(jí)可以將這一變化的信號(hào)加以放大形成更大的輸出,這種現(xiàn)象為零點(diǎn)漂移。直接耦合的特點(diǎn)第23頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日
11、,23點(diǎn)15分,星期二 若由于溫度的升高 IC1增加 1%,試計(jì)算輸出電壓Uo變化了多少?已知:UZ=4V, UBE=0.6V,RC1=3k,RC2=500 , 1= 2=50。溫度升高前,IC1=2.3mA,Uo=7.75V。IC1 = 2.31.01 = 2.323 mAUC1= UZ + UBE2 = 4 + 0.6 = 4.6 V例:uZ+UCCuoRC2T2ui=0RC1R1T1R2+RDZ第24頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 已知:UZ=4V, UBE=0.6V, RC1=3k, RC2=500 , 1= 2=50。溫度升高前,IC1=2.3mA,Uo
12、=7.75V。IC2= 2 IC2 = 50 0.147 = 7.35mA Uo= 8.3257.75 = 0.575V 提高了7.42% 可見(jiàn),當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí),由于溫度的變化,輸出電壓發(fā)生了變化即有零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。例:uZ+UCCuoRC2T2ui=0RC1R1T1R2+RDZ第25頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二零點(diǎn)漂移的危害: 直接影響對(duì)輸入信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確程度和分辨能力。 嚴(yán)重時(shí),可能淹沒(méi)有效信號(hào)電壓,無(wú)法分辨是有效信號(hào)電壓還是漂移電壓。 一般用輸出漂移電壓折合到輸入端的等效漂移電壓作為衡量零點(diǎn)漂移的指標(biāo)。輸入端等效漂移電壓輸出端漂移電壓電壓放大倍數(shù) 只有輸入
13、端的等效漂移電壓比輸入信號(hào)小許多時(shí),放大后的有用信號(hào)才能被很好地區(qū)分出來(lái)。第26頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 由于不采用電容,所以直接耦合放大電路具有良好的低頻特性。通頻帶f|Au |0.707| Auo |0fH| Auo |幅頻特性 抑制零點(diǎn)漂移是制作高質(zhì)量直接耦合放大電路的一個(gè)重要的問(wèn)題。 適合于集成化的要求,在集成運(yùn)放的內(nèi)部,級(jí)間都是直接耦合。第27頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 變壓器耦合變壓器耦合:級(jí)與級(jí)之間通過(guò)變壓器連接起來(lái)的方式。各級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立,便于設(shè)計(jì)與調(diào)試;但高低頻信號(hào)傳遞效果均不好,不可以放大變化
14、緩慢的信號(hào),且笨重、不能集成化。第28頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 差動(dòng)放大電路差動(dòng)放大電路的工作情況 電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱,在理想的情況下,兩管的特性及對(duì)應(yīng)電阻元件的參數(shù)值都相等。差動(dòng)放大電路是抑制零點(diǎn)漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)。差動(dòng)放大原理電路 +UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2兩個(gè)輸入、兩個(gè)輸出兩管靜態(tài)工作點(diǎn)相同第29頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二1. 零點(diǎn)漂移的抑制uo= VC1 VC2 = 0uo= (VC1 + VC1 ) (VC2 + VC2 ) = 0靜態(tài)時(shí),ui1 = ui2 = 0當(dāng)溫度升高時(shí)I
15、CVC (兩管變化量相等) 對(duì)稱差動(dòng)放大電路對(duì)兩管所產(chǎn)生的同向漂移都有抑制作用。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T2第30頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二2. 有信號(hào)輸入時(shí)的工作情況 兩管集電極電位呈等量同向變化,所以輸出電壓為零,即對(duì)共模信號(hào)沒(méi)有放大能力。1) 共模信號(hào) ui1 = ui2大小相等、極性相同 差動(dòng)電路抑制共模信號(hào)能力的大小,反映了它對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+ui1ui2+T2+共模信號(hào) 需要抑制第31頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二+UCCuou
16、i1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+T22. 有信號(hào)輸入時(shí)的工作情況兩管集電極電位一減一增,呈等量異向變化,2) 差模信號(hào) ui1 = ui2大小相等、極性相反差模信號(hào) 是有用信號(hào)uo= (VC1VC1 )(VC2 + VC ) =2 VC1 即對(duì)差模信號(hào)有放大能力。+第32頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二3) 比較輸入 ui1 、ui2 大小和極性是任意的。例1: ui1 = 10 mV, ui2 = 6 mV ui2 = 8 mV 2 mV 例2: ui1 =20 mV, ui2 = 16 mV 可分解成: ui1 = 18 mV + 2 mV ui
17、2 = 18 mV 2 mV 可分解成: ui1 = 8 mV + 2 mV共模信號(hào)差模信號(hào) 放大器只 放大兩個(gè) 輸入信號(hào) 的差值信 號(hào)差動(dòng) 放大電路。 這種輸入常作為比較放大來(lái)應(yīng)用,在自動(dòng)控制系統(tǒng)中是常見(jiàn)的。 第33頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 1) 差模電壓增益(差模放大倍數(shù))3. 主要參數(shù) 2) 共模電壓增益(共模放大倍數(shù)) 3) 總輸出電壓uo = Ac uic + Ad uid第34頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二(Common Mode Rejection Ratio) 全面衡量差動(dòng)放大電路放大差模信號(hào)和抑制共模信號(hào)的能力
18、。差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù) KCMRR越大,說(shuō)明差放分辨差模信號(hào)的能力越強(qiáng),而抑制共模信號(hào)的能力越強(qiáng)。4) 共模抑制比共模抑制比第35頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 若電路完全對(duì)稱,理想情況下共模放大倍數(shù) Ac = 0 輸出電壓 uo = Ad (ui1 ui2 ) = Ad uid 若電路不完全對(duì)稱,則 Ac 0,實(shí)際輸出電壓 uo = Ac uic + Ad uid 即共模信號(hào)對(duì)輸出有影響 。第36頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 差動(dòng)放大電路的輸入輸出方式四種輸入輸出方式第37頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,
19、星期二 多級(jí)放大器的分析靜態(tài)工作點(diǎn)分析 對(duì)阻容耦合和變壓器耦合電路,由于各級(jí)工作點(diǎn)之間是相互隔離的,因此可以運(yùn)用單級(jí)放大器工作點(diǎn)的方法計(jì)算。對(duì)直接耦合電路,因其工作點(diǎn)相互牽制,要通過(guò)聯(lián)立方程來(lái)計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。2. 動(dòng)態(tài)分析(1)電壓放大倍數(shù)Au。 多級(jí)放大電路總的電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)放大倍數(shù)的連乘積,即注意:計(jì)算n級(jí)中每一級(jí)的電壓放大倍數(shù)時(shí),必須考慮前后級(jí)之間的相互影響,一般是將后級(jí)輸入電阻作為前級(jí)負(fù)載。第38頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 多級(jí)放大器的分析(2) 輸入電阻ri和輸出電阻ro。 一般說(shuō)來(lái), 多級(jí)放大器的輸入電阻就是輸入級(jí)的輸入電阻; 輸出電阻就是輸
20、出級(jí)的輸出電阻。第39頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二11.1.7 典型差動(dòng)放大電路+UCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+T2EE+RE的作用:穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn),限制每個(gè)管子的漂移。EE:用于補(bǔ)償RE上的壓降,以獲得合適的工作點(diǎn)。第40頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二11.2 集成運(yùn)算放大器特點(diǎn):體積小,重量輕,耗電省(低功耗) ,可靠性高集成電路(Integrated Circuits,IC):是在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上,把整個(gè)電路中的元器件(例如三極管、電阻)及其連接導(dǎo)線,制作在一塊硅片上,構(gòu)成特定功能的電子電路。分類:
21、(1)按產(chǎn)品情況分:集成運(yùn)算放大器,集成功率放大器,集成穩(wěn)壓器,時(shí)基電路等。(2)按單片上集成的元器件數(shù)目分:小規(guī)模SSI,中規(guī)模MSI,大規(guī)模LSI,超大規(guī)模VLSI。(3)按信號(hào)分:模擬集成電路,數(shù)字集成電路。第41頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 集成運(yùn)算放大器 集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。特點(diǎn):高增益、高可靠性、低成本、小尺寸Auo 高: 80dB140dBrid 高: 105 1011ro 低: 幾十 幾百KCMRR高: 70dB130dB集成運(yùn)放的符號(hào):uo+Auou+u。 。+U
22、CCUEE第42頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二+UCCUEEuouu+11.2.2 電路的簡(jiǎn)單說(shuō)明輸入級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)同相輸入端輸出端反相輸入端 輸入級(jí):輸入電阻高,能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號(hào),都采用帶恒流源的差放 。 中間級(jí):要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。 輸出級(jí):與負(fù)載相接,要求輸出電阻低,帶負(fù)載能力強(qiáng),一般由互補(bǔ)對(duì)稱電路或射極輸出器構(gòu)成。第43頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二11.2.3 主要參數(shù)1. 最大允許輸出電壓 UOmax 額定電壓和額定負(fù)載下,不出現(xiàn)明顯非線性失真的最大輸出電壓峰值。2. 開(kāi)環(huán)
23、電壓放大倍數(shù) Auo 運(yùn)放沒(méi)有接反饋電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。 Auo愈高,所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定,運(yùn)算精度也越高。6. 最大共模輸入電壓 UICM 運(yùn)放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值,運(yùn)放的共模抑制性能下降,甚至造成器件損壞。愈小愈好3. 輸入失調(diào)電壓 UIO4. 輸入失調(diào)電流 IIO5. 輸入偏置電流 IIB第44頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二11.2.3 主要參數(shù)7. 最大差模輸入電壓 Uidm 運(yùn)放兩個(gè)輸入端之間能承受的最大差值電壓。8. 共模抑制比 KCMRR 9. 差模輸入電阻rid、輸出電阻ro10. 轉(zhuǎn)換速率 SR第45頁(yè),共105頁(yè),20
24、22年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二11.2.4 理想運(yùn)算放大器的線性分析特點(diǎn)1. 理想運(yùn)算放大器Auo , rid ,ro 0 , KCMRR 2. 電壓傳輸特性 uo= f (ui)線性區(qū):uo = Auo( u+ u )非線性區(qū):u+ u 時(shí), uo = +UoM u+ u 時(shí), uo = + UoM u+ 0 ui = Ui 0時(shí),| T(j)| 衰減很快 顯然,電路能使低于0的信號(hào)順利通過(guò),衰減很小,而使高于0的信號(hào)不易通過(guò),衰減很大,稱一 階有源低通濾波器。 為了改善濾波效果,使 0 時(shí)信號(hào)衰減得更快些,常將兩節(jié)RC濾波環(huán)節(jié)串接起來(lái),組成二階有源低通濾波器。uoRFCR+R1+
25、ui+RC一階二階 幅頻特性 0| Auf0 | T(j) |o第72頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二2. 有源高通濾波器uiuoRFCR+R1+設(shè)輸入為正弦波信號(hào),則有故:第73頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 可見(jiàn),電路使頻率大于 0 的信號(hào)通過(guò) ,而小于 0 的信號(hào)被阻止,稱為有源高通濾波器。 若頻率 為變量,則電路的傳遞函數(shù)其模為 幅頻特性 0| Auf0 | T(j) |o第74頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二11.4 集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用分析當(dāng)集成運(yùn)放處于開(kāi)環(huán)或引入正反饋使其工作于非線性區(qū)時(shí),
26、稱為集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用。第75頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二模擬開(kāi)關(guān)模擬輸入信號(hào)1. 電路11.4.1 采樣保持電路 Suc+ui+uo+ 采樣保持電路,多用于模一數(shù)轉(zhuǎn)換電路(A/D)之前。由于A/D 轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間,所以在進(jìn)行A/D 轉(zhuǎn)換前必須對(duì)模擬量進(jìn)行瞬間采樣,并把采樣值保存一段時(shí)間,以滿足A/D 轉(zhuǎn)換電路的需要。 用于數(shù)字電路、計(jì)算機(jī)控制及程序控制等裝置中。采樣存儲(chǔ)電容控制信號(hào)電壓跟隨器第76頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二2. 工作原理11.4.1 采樣保持電路 Suc+ui+uo+1. 電路采樣階段: uG為高電
27、平, S 閉合(場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)通), ui對(duì)存儲(chǔ)電容C充電, uo= uc = ui 。保持階段: uG為 0, S 斷開(kāi)(場(chǎng)效應(yīng)管截止),輸出 保持該階段開(kāi)始瞬間的值不變。采樣脈沖uitouGto采樣速度愈高,愈接近模擬信號(hào)的變化情況。第77頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 電壓比較器功能: 電壓比較器用來(lái)比較輸入信號(hào)與參考電壓的大小。當(dāng)兩者幅度相等時(shí)輸出電壓產(chǎn)生躍變,由高電平變成低電平,或者由低電平變成高電平。由此來(lái)判斷輸入信號(hào)的 大小和極性。用途: 數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動(dòng)控制和自動(dòng)檢測(cè)等技術(shù)領(lǐng)域,以及波形產(chǎn)生及變換等場(chǎng)合 。 運(yùn)放工作在開(kāi)環(huán)狀態(tài)或引入正反饋。第7
28、8頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn): 輸出只有兩種可能 +Uo (sat) 或Uo (sat) 當(dāng) u+ u 時(shí), uo = +Uo (sat) u+u 時(shí),uo= +Uo (sat) u+u 時(shí),uo= Uo (sat) 即 uiUR 時(shí),uo = Uo (sat)UR:參考電壓(閾值電壓或門(mén)限電壓)翻轉(zhuǎn)條件??梢?jiàn),在 ui =UR 處輸出電壓 uo 發(fā)生躍變。第80頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二uitoURouot+Uo (sat) Uo (sat)t1t2單限電壓比較器: 當(dāng) ui 單方向變化時(shí), uo
29、 只變化一次。URuouiR2+R1+電壓傳輸特性Uo(sat) +Uo(sat)uiuooUR第81頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二ui UR,uo=+ Uo (sat)ui UR,uo= Uo (sat)URuouiR2+R1+uiuoURR2+R1+ Uo(sat) +Uo(sat)uiuooUR輸入信號(hào)接在反相端輸入信號(hào)接在同相端電壓傳輸特性Uo(sat) +Uo(sat)uiuooUR第82頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二URuouiR2+R1+uiuoURR2+R1+ouot +Uo(sat) Uo(sat)uitoURt1t
30、2ot +Uo(sat) Uo(sat)uo輸入信號(hào)接在反相端輸入信號(hào)接在同相端第83頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二輸出帶限幅的電壓比較器設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ,忽略穩(wěn)壓管的正向?qū)▔航祫t ui UR,uo = UZUZUZuoRDZURuouiR2+R1+電壓傳輸特性Uo(sat) +Uo(sat)uiuooURuiUR 時(shí),uo = Uo (sat) 第84頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二過(guò)零電壓比較器tuituo+Uo(sat)-Uo(sat)利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲║RuouiR2+R1+電壓傳輸特性Uo(sat) +U
31、o(sat)uiuooUR= 0第85頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二2. 滯回比較器上門(mén)限電壓下門(mén)限電壓 電路中引入正反饋1. 提高了比較器的響應(yīng)速度2. 輸出電壓的躍變不是發(fā)生 在同一門(mén)限電壓上RF當(dāng) uo = + Uo(sat), 則 當(dāng) uo = Uo(sat), 則門(mén)限電壓受輸出電壓的控制R2uoui+R1+第86頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二上門(mén)限電壓 U+ :ui 逐漸增加時(shí)的門(mén)限電壓下門(mén)限電壓U+:ui 逐漸減小時(shí)的門(mén)限電壓uiuo0 -Uo(sat)+Uo(sat)電壓傳輸特性u(píng)it0uo0t+Uo(sat)-Uo(s
32、at)兩次跳變之間具有遲滯特性滯回比較器RFR2uoui+R1+第87頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二根據(jù)疊加原理,有改變參考電壓UR,可使傳輸特性沿橫軸移動(dòng)??梢?jiàn):傳輸特性不再對(duì)稱于縱軸,+URRFR2uoui+R1+uiuo0 -Uo(sat)+Uo(sat)電壓傳輸特性當(dāng)參考電壓UR不等于零時(shí)第88頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二定義:回差電壓 與過(guò)零比較器相比具有以下優(yōu)點(diǎn):1. 改善了輸出波形在躍變時(shí)的陡度。2. 回差提高了電路的抗干擾能力,U越大,抗干擾 能力越強(qiáng)。結(jié)論:1. 調(diào)節(jié)RF 或R2 可以改變回差電壓的大小。2. 改變
33、UR可以改變上、下門(mén)限電壓, 但不影回差 電壓U。 電壓比較器在數(shù)據(jù)檢測(cè)、自動(dòng)控制、超限控制報(bào)警和波形發(fā)生等電路中得到廣泛應(yīng)用。第89頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二解:對(duì)圖(1) 上門(mén)限電壓 下門(mén)限電壓例:Uo(sat) =6V,UR = 5V,RF = 20k, R2 =10k,求上、下門(mén)限電壓。(1)RFR2uoui+R1+URRFR2uoui+R1+(2)第90頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二解:對(duì)圖(2) 例:Uo(sat) =6V,UR = 5V,RF = 20k, R2 =10k,求上、下門(mén)限電壓。(1)RFR2uoui+R
34、1+URRFR2uoui+R1+(2)第91頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二(1)RFR2uoui+R1+URRFR2uoui+R1+(2)uiuo0-6-226 圖(1)的電壓傳輸特性圖(2)的電壓傳輸特性u(píng)oui0 -661.335.33第92頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二11.5 運(yùn)放在波形產(chǎn)生方面的應(yīng)用波形發(fā)生器的作用: 產(chǎn)生一定頻率、幅值的波形(如正弦波、方波、三角波、鋸齒波等)。特點(diǎn):不用外接輸入信號(hào),即有輸出信號(hào)。第93頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二11.5.1 矩形波發(fā)生器1. 電路結(jié)構(gòu) 由
35、滯回比較器、 RC充放電電路組成, 電容電壓uc 即是比較器的輸入電壓,2. 工作原理設(shè)電源接通時(shí), uo = +Uo(sat) ,uc(0) = 0。 電阻R2兩端的電壓UR即是比較器的參考電壓。 uo 通過(guò) RF 對(duì)電容C充電, uc 按指數(shù)規(guī)律增長(zhǎng)。 RFCuc+R1R2uo+充電UR+第94頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二當(dāng) uo = +Uo(sat)時(shí),電容充電, uc上升,電容放電, uc下降,當(dāng)uc= UR 時(shí),uo 跳變成 Uo(sat)當(dāng) uc= UR 時(shí),uo 跳變成 +Uo(sat) ,電容又重新充電。放電2. 工作原理RFCuc+R1R2uo
36、+充電UR+RFCuc+R1R2uo+UR+第95頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二3. 工作波形充電放電uouct1t3t2T = T1+T2電容充放電過(guò)程,uc的響應(yīng)規(guī)律為4. 周期與頻率T1T2TUo(sat)+ Uo(sat)第96頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二在充電過(guò)程中在放電過(guò)程中矩形波的周期矩形波的頻率充放電時(shí)間常數(shù)相同: = RC 矩形波常用于數(shù)字電路中作為信號(hào)源第97頁(yè),共105頁(yè),2022年,5月20日,23點(diǎn)15分,星期二 A1:滯回比較器 u = 0 , u+ = 0 時(shí), A1狀態(tài)改變11.5.2 三角波發(fā)生器1. 電路結(jié)構(gòu)A2:反相積分電路Cuo1R3DZR2+R6u
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