模拟电子技术基础第八章课件

1、一、理想运放在线性工作区一、理想运放在线性工作区1. 理想运放在线性工作区的特点理想运放在线性工作区的特点uPuNuOiPiN0NPuuNPuu 这就是我们以后这就是我们以后虚短路虚短路”0NPii这就是我们以后这就是我们以后虚断路虚断路”2. 集成运放工作在线性的电路特征集成运放工作在线性的电路特征:电路引入电路引入负反馈负反馈。【 】内容内容回顾回顾二、比例运算电路二、比例运算电路 1、反相、反相 比例运算电路比例运算电路 IOuRRuf2、同相、同相 比例运算电路比例运算电路 IOuRRuf)1 ( 【 】内容内容回顾回顾IuRRRRRRuO)/1 (342142(1) T形网络反相比例

2、运算电路形网络反相比例运算电路(2)电压跟随器电压跟随器IOuu 【 】内容内容回顾回顾1. 反相求和运算电路反相求和运算电路)(321321RuRuRuRuIIIOf三、求和运算电路三、求和运算电路2. 同相求和运算电路同相求和运算电路)(321321RuRuRuRRRuIIINPfO时当PNRR )(321321RuRuRuRuIIIOf)(22114433RuRuRuRuRuIIIIfO时当PNRR )(12IIfOuuRRu【 】内容内容回顾回顾dtuRCuIO1输入方波，输入方波，输出三角波。输出三角波。【 】内容内容回顾回顾第八章第八章 波形的发生和信号的转换波形的发生和信号的转换

3、 8.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 8.2 电压比较器电压比较器8.3 非正弦波发生电路非正弦波发生电路8.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 8.1 正弦波振荡电路正弦波振荡电路 正弦波振荡电路是在没有外加输入信号的情况下，依靠电路正弦波振荡电路是在没有外加输入信号的情况下，依靠电路自激振荡而产生正弦波输出电压的电路。自激振荡而产生正弦波输出电压的电路。8.1.1 概述概述一、产生正弦波振荡的条件一、产生正弦波振荡的条件fiXX1 FA1. 1. 正弦波振荡的平衡条件正弦波振荡的平衡条件1 FA nFAFA21 (n为整数为整数)幅值平衡条件幅值平衡条件相位平衡条件相位平衡条件(正反馈正反

4、馈)1. 1. 正弦波振荡的平衡条件正弦波振荡的平衡条件1 FA2. 2. 电路的电路的起振起振1 FA nFA2 (n为整数为整数)3.电路的电路的选频选频 电路中存在选频网络，其作用是：只有一定频率的信号电路中存在选频网络，其作用是：只有一定频率的信号（满足振荡条件的信号）能得到幅度较大的稳定输出，而其（满足振荡条件的信号）能得到幅度较大的稳定输出，而其它频率的信号都将逐渐减弱一直到消失，既保证电路获得单它频率的信号都将逐渐减弱一直到消失，既保证电路获得单一频率的信号。一频率的信号。4.4.电路的电路的稳幅稳幅环节环节 随着输出信号频率的增大，使随着输出信号频率的增大，使 电路达到稳定电路

5、达到稳定振荡。振荡。1FA5. 5. 振荡过程的建立振荡过程的建立ui1uo1uf1ui2uo2uf2ui3ufnuinuon二、正弦波振荡电路的组成二、正弦波振荡电路的组成（1 1）放大电路放大电路：保证电路能够有从起振到动态平衡的过：保证电路能够有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制。程，使电路获得一定幅值的输出量，实现能量的控制。（4 4）稳幅环节稳幅环节：也就是非线性环节，作用是使输出信号：也就是非线性环节，作用是使输出信号幅值稳定。幅值稳定。（2 2）选频网络选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产生单一：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振荡，即保

6、证电路产生正弦波振荡。频率的振荡，即保证电路产生正弦波振荡。（3）正反馈网络正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于反馈信号。等于反馈信号。三、正弦波振荡电路的分类三、正弦波振荡电路的分类正弦波振荡电路常用选频网络所用元件来命名正弦波振荡电路常用选频网络所用元件来命名RCRC正弦波振荡电路正弦波振荡电路LCLC正弦波振荡电路正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路四、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤四、判断电路是否可能产生正弦波振荡的方法和步骤（1）观察电路是否包含了放大电路、选频网络、观察电路是否包含了放大电路、选频网络、

7、反馈网络和稳幅环节四个组成部分。反馈网络和稳幅环节四个组成部分。（2 2）判断放大电路能否正常工作。）判断放大电路能否正常工作。（3 3）利用）利用瞬时极性法瞬时极性法或或利用相位平衡条件利用相位平衡条件判断电路判断电路是否满足正弦波振荡的相位条件。是否满足正弦波振荡的相位条件。（4 4）判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件，即）判断电路是否满足正弦波振荡的幅值条件，即是否满足起振条件。是否满足起振条件。8.1.2 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路一、一、 RC串并联选频网络串并联选频网络 低频等效电路低频等效电路高频等效电路高频等效电路高通电路高通电路低通电路低通电路RCf 210 31 F

8、当当f = f0时时0 F 反馈系数的幅值最大，并反馈系数的幅值最大，并且输出和输入无相位差。且输出和输入无相位差。二二、 RC桥式正弦波振荡电路桥式正弦波振荡电路311 RRAf12RRf1、电路组成、电路组成2、相位平衡条件：、相位平衡条件： 放大电路为同相比例运算放大电路为同相比例运算电路：电路： 0A 反馈网络为反馈网络为RC串并联串并联式选频网络：式选频网络： 0F0FA满足相位平衡条件满足相位平衡条件3、起振条件、起振条件1 FA3A稳幅环节稳幅环节4、振荡频率、振荡频率RCf210？使用同相比例运算电路的理由使用同相比例运算电路的理由振荡频率连续振荡频率连续可调的可调的RC串并串

9、并联选频网络联选频网络电子琴的振荡电路电路：电子琴的振荡电路电路：2121RRCfo_+RF1uoR1CCRD1D1RF2R28R27R26R25R24R23R22R21例例1 1：判断电路是否满足振荡的相位条件：判断电路是否满足振荡的相位条件+0 F0 A nFA2 (n为整数为整数)+输入端输入端输出端输出端正反馈正反馈例例2 2：判断电路是否满足振荡的相位条件：判断电路是否满足振荡的相位条件+0 FoA180 nFA2 (n为整数为整数)输入端输入端输出端输出端RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+RCRC网络正反馈，网络正反馈，R RF F、

10、R RE E1 1组成负反馈，参数合适则可产生振荡。组成负反馈，参数合适则可产生振荡。例例3 3：判断电路是否满足振荡的相位条件并计算：判断电路是否满足振荡的相位条件并计算R RF F。RCRC+UCCR1C2C3R3R2RE2C1RC2T1RE1CET2RC1RF+例例2：判断电路是否满足振荡的相位条件并计算：判断电路是否满足振荡的相位条件并计算RF。311 EfRRA12EfRR 8.1.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路一、一、 LC谐振回路的频率特性谐振回路的频率特性f较低时较低时: :网络呈容性网络呈容性f较高时较高时: :网络呈感性网络呈感性存在存在f f0 0使网使网络呈纯阻性

11、络呈纯阻性网络电抗的频率特性：网络电抗的频率特性：LCfQ 2110时时RLQ（品质因数）（品质因数）提示：由右图可知：提示：由右图可知：当当f f= =f f0 0时：时：整个网络呈纯阻性，整个网络呈纯阻性，并且网络的阻抗值并且网络的阻抗值达到最大。达到最大。并且其输入电流远并且其输入电流远小于回路环流。小于回路环流。beurZA 根据引入反馈的方式不同，根据引入反馈的方式不同，LCLC正弦波振荡电路分为正弦波振荡电路分为变压变压器反馈式器反馈式、电感反馈式电感反馈式和和电容反馈式电容反馈式三种电路三种电路。 所用放大电路可以是所用放大电路可以是共射电路共射电路，也可以是，也可以是共基电路共

12、基电路。 如右图所示选频放大电路，如右图所示选频放大电路，从中熟悉从中熟悉LCLC并联网络的选频作并联网络的选频作用。用。RC 当当f=ff=f0 0时，放大电时，放大电路的放大倍数最大，且路的放大倍数最大，且无附加相移。无附加相移。二、二、 变压器反馈式振荡电路变压器反馈式振荡电路1 1、变压器线圈同名端和异名端的相位关系、变压器线圈同名端和异名端的相位关系若变压器原副边线圈通过两端相连，另外两端若若变压器原副边线圈通过两端相连，另外两端若为同名端则同相位，若为异名端则反相位。为同名端则同相位，若为异名端则反相位。若若b b和和d d相连，相连，a a和和c c为异为异名端则名端则a a和和

13、c c反相位。反相位。若若b b和和d d相连，相连，a a和和c c为同为同名端则名端则a a和和c c同相位。同相位。（1 1）振荡电路的组成部分：）振荡电路的组成部分：放大电路放大电路选频网络选频网络反馈网络反馈网络（共射放大电路）（共射放大电路）（LC并联网络）并联网络）（变压器反馈）（变压器反馈）2 2、电路组成及其工作原理、电路组成及其工作原理（2 2）电路是否正常工作：）电路是否正常工作：放大电路是否正常工作：放大电路是否正常工作：静态工作点合理。静态工作点合理。交流信号顺畅传输。交流信号顺畅传输。判断是否满足相位平衡条件：判断是否满足相位平衡条件：利用相位平衡条件利用相位平衡条

14、件利用瞬时极性法利用瞬时极性法利用相位平衡条件：利用相位平衡条件：放大电路为共射放大电路：放大电路为共射放大电路：OA180交流地交流地OF180 变压器反馈式，反馈端和输出端为异名端：变压器反馈式，反馈端和输出端为异名端：利用瞬时极性法：利用瞬时极性法：满足相位平衡条件满足相位平衡条件+正反馈正反馈三、三、 电感反馈式振荡电路电感反馈式振荡电路1、电感线圈各点的相位关系、电感线圈各点的相位关系 若电感线圈的一端点接地（若电感线圈的一端点接地（a或或c），中间点），中间点(b)和另一端点和另一端点(c或或a)同相位；若中间点同相位；若中间点(b)接地，则两接地，则两端点（端点（a和和c）反相位

15、。）反相位。2、电路组成及工作原理、电路组成及工作原理（1 1）振荡电路的组成部分：）振荡电路的组成部分：放大电路放大电路选频网络选频网络反馈网络反馈网络（共射放大电路）（共射放大电路）（LC并联网络）并联网络）(电感反馈电感反馈)（2 2）电路是否正常工作：）电路是否正常工作：放大电路是否正常工作：放大电路是否正常工作：判断是否满足相位平衡条件：判断是否满足相位平衡条件：中间点中间点接地接地OA180OF180 +？电容电容C1的作用的作用正反馈正反馈三、三、 电容反馈式振荡电路电容反馈式振荡电路1、电容网络各点的相位关系、电容网络各点的相位关系 若一端点接地（若一端点接地（a或或c），中间

16、点），中间点(b)和另一和另一端点端点(c或或a)同相位；若中间点同相位；若中间点(b)接地，则两端接地，则两端点（点（a和和c）反相位。）反相位。2、电路组成及工作原理、电路组成及工作原理（1 1）振荡电路的组成部分：）振荡电路的组成部分：放大电路放大电路选频网络选频网络反馈网络反馈网络（共射放大电路）（共射放大电路）（LC并联网络）并联网络）(电容反馈电容反馈)（2 2）电路是否正常工作：）电路是否正常工作：放大电路是否正常工作：放大电路是否正常工作：判断是否满足相位平衡条件：判断是否满足相位平衡条件：OA180OF180 ？电容电容C3的作用的作用+CCCC111121电容反馈式放大电路

17、的改进形式电容反馈式放大电路的改进形式采用共基放大电路采用共基放大电路的电容反馈式放大的电容反馈式放大电路电路输入端输入端输出端输出端交流地交流地OA0OF0+正反馈正反馈例例1 1 电路如图所示，电路如图所示，C Cb b为旁路电容，为旁路电容，C C1 1为耦合电容，对交流为耦合电容，对交流信号均视为短路。为使电路可能产生正弦波振荡，试说明变压信号均视为短路。为使电路可能产生正弦波振荡，试说明变压器原边线圈和副边线圈的同名端。器原边线圈和副边线圈的同名端。解：解：变压器原边线圈的下端变压器原边线圈的下端和副边线圈的上端为同和副边线圈的上端为同名端；或者说原边线圈名端；或者说原边线圈的上端和

18、副边线圈的下的上端和副边线圈的下端为同名端。端为同名端。输入端输入端输出端输出端反馈端反馈端例例2 2 改正如图所示电路中的错误，使之有可能产生正弦波振改正如图所示电路中的错误，使之有可能产生正弦波振荡。要求不能改变放大电路的基本接法。荡。要求不能改变放大电路的基本接法。注意电路图的不同画法注意电路图的不同画法解解： 改正后的电路如下图所示：改正后的电路如下图所示：耦合电容耦合电容8.11 8.11 分别标出图分别标出图P8.11P8.11所示各电路中变压器的同铭所示各电路中变压器的同铭端，使之满足正弦波振荡的相位条件。端，使之满足正弦波振荡的相位条件。ui 8.12 分别判断图分别判断图P8

19、.12所示各电路是否可能产生正弦所示各电路是否可能产生正弦波振荡。波振荡。8.2 电压比较器电压比较器8.2 电压比较器电压比较器8.2.1 概述概述一、一、电压比较器电压比较器 电压比较器是将输入电压和一个参考电压进行比电压比较器是将输入电压和一个参考电压进行比较并将比较的结果对外输出的电路。较并将比较的结果对外输出的电路。REFIUu 例：例：OMOUuREFIUu OMOUu模拟量模拟量数字量数字量1 1、什麽是电压比较器、什麽是电压比较器2、电压比较器的电压传输特性、电压比较器的电压传输特性IOufu 用曲线表示用曲线表示 存在一个输入电压，使输出电压发生跃变，称为存在一个输入电压，使

20、输出电压发生跃变，称为阈值电压阈值电压，记作，记作UT 。正确画出电压传输特性，需求出以下三个要素：正确画出电压传输特性，需求出以下三个要素：（1）输出电压高电平和低电平的数值输出电压高电平和低电平的数值 UOH和和UOL；（2）阈值电压的数值阈值电压的数值UT ；（3）当当uI变化且经过变化且经过UT时时， uO的跃变方向的跃变方向，即是从即是从UOH跃变跃变为为UOL ，还是还是UOL跃变为跃变为UOH 。REFIUu OMOUuREFIUu OMOUu3、波形变换、波形变换二、集成运放的非线性工作区二、集成运放的非线性工作区（1）输出电压）输出电压uo只有两种只有两种可能的情况，分别为可

21、能的情况，分别为UOM 。（2）仍具有）仍具有“虚断虚断”的特点。的特点。即：即：uPuN，uo =+ UOM ； uP URH 时时，当当uI URL 时时，当当URL uI URH 时时， uO1= uO2= -UOM ， D1和和 D2均截止。均截止。稳压管稳压管DZ截止截止， uO=0 。URL 和和 URH分别分别为比较器的两为比较器的两个阈值电压。个阈值电压。2、传输特性曲线传输特性曲线例例1 电路如图所示，已知电路如图所示，已知R1=50k， R2=100k，稳压管的稳，稳压管的稳定电压定电压 UZ= 9V,输入电压输入电压uI的波形如图所示的波形如图所示,试画出试画出uO波形。

22、波形。解：解： 输出高电平和低电平分别为输出高电平和低电平分别为 UZ= 9V,阈值电压阈值电压VVURRRUZT3)9(1005050)(211例例2 设计一个电压比较器设计一个电压比较器,使其电压传输特性如下图所示，要使其电压传输特性如下图所示，要求所用电阻阻值在求所用电阻阻值在20100k之间。之间。 UZ= 6V，UT= 3V,解：根据电压传输特性，输入电压应作用于同相输入端。解：根据电压传输特性，输入电压应作用于同相输入端。0211212NOIuuRRRuRRRUPVVRRURRUZT3)6(2121例例2 设计一个电压比较器设计一个电压比较器,使其电压传输特性如下图所示，要使其电压

23、传输特性如下图所示，要求所用电阻阻值在求所用电阻阻值在20100k之间。之间。122RR R1取取25k， R2取取50k。（3 3）电压传输特性的三个要素是输出电压的高、低电）电压传输特性的三个要素是输出电压的高、低电平，阈值电压和输出电压的跃变方向。输出电压的高、平，阈值电压和输出电压的跃变方向。输出电压的高、低电平决定于限幅电路；令低电平决定于限幅电路；令uP= uN所求出的所求出的uI就是阈就是阈值电压值电压UT； uI等于阈值电压时输出电压的的跃变方向等于阈值电压时输出电压的的跃变方向决定于决定于uI作用于集成运放的同相输入端还是反相输入作用于集成运放的同相输入端还是反相输入端。端。

24、小结：小结：（1 1）在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，）在电压比较器中，集成运放多工作在非线性区，输出电压只有高电平和低电平两种可能的情况。输出电压只有高电平和低电平两种可能的情况。（2 2）一般用电压传输特性来描述输出电压和输入电）一般用电压传输特性来描述输出电压和输入电压的函数关系。压的函数关系。8.3 非正弦波发生电路非正弦波发生电路一、矩形波发生电路一、矩形波发生电路1.1.电路组成电路组成滞回电压比较器滞回电压比较器RC回路回路INuu ZOPURRRuRRRu211211ZTURRRU211阈值电压：阈值电压：ZTURRRU2112.2.工作原理工作原理设设uo的初态为的初态为+UZ,电容电容C上无电压上无电压(uc=0), uo通过通过R3向电容向电容C充电，充电，uI增大。此时电压比较器的阈值电