集成运算放大器

数字电路综合设计1模拟电子部分2数字逻辑部分

课程的基本描述课程名称：数字电路综合设计Comprehensivedesignofdigitalcircuit课程编号：040115HI06课程性质：学科、专业基础适用专业：计算机科学与技术参考教材：理论叶挺秀.电工电子学.第四版.北京：高等教育出版社，2014年毛法尧.数字逻辑（第二版）北京：高等教育出版社，2008年实验总学时：24学时理论学时：12学时实验学时：无上机学时：无翻转、案例实践、创新实践：12学时学分：2学分开课学期：第三学期前导课程：数字电路及逻辑后续课程：计算机组成原理、数据结构、微机接口技术、数字系统设计第5章集成运算放大器5.1集成运放的基本组成5.2集成运放的基本特性5.3放大电路中的负反馈5.4集成运放在模拟信号运算方面的应用5.5集成运放在幅值比较方面的应用5.6应用举例5.7常见集成运放芯片简介5.1集成运放的基本组成5.1.1

概述运算放大器实际上就是一个高增益的多级直接耦合放大器，广泛应用于模拟信号的运算、放大、滤波等功能。集成运算放大器则是利用集成工艺，将运算放大器的所有元件集成制作在同一块硅片上，然后再封装在管壳内。集成运算放大器简称为集成运放，习称运放。使用集成运放，只需另加少数几个外部元件，就可以方便地实现很多电路功能。可以说，集成运放已经成为模拟电子技术领域中的核心通用器件之一。集成运放基本组成框图

5.1.2集成运放的输入级电路-基本差动放大电路1由两个对称的单管共射放大电路组成的

Vl和V2是两只特性相同的三极管、

RB1=RB2，RCl=RC2

2对零点漂移的抑制作用电路完全对称，由此，当uI=0时，uOl=uO2，uO=uOl-uO2=0。如果由于某种原因，使两管集电极电流发生变化，那么，它们各自的变化量大小相等，方向相同。即ΔuOl=ΔuO2，则输出变化量ΔuO=ΔuOl—ΔuO2=0，说明抑制了零点漂移。3差模放大倍数差模信号：幅度相等极性相反的信号差模输入方式：

若令单管电路的电压放大倍数均为A1，则有：

差动放大电路的输出uO为：

差模放大倍数（Ad）为：

Ad=A1

差动放大电路的差模电压放大倍数与构成它的单管电路的电压放大倍数相同。可以认为差动式电路的特点之一是多用一只放大管来换取对零点漂移的抑制。

射极耦合差动放大电路4．电路分析

（1）静态分析假定电路完全对称，uI=0时，则基极电流IBl=IB2=IB，集电极电流ICl=IC2=IC。于是在Vl和V2的基极回路中有如下关系：IBRB+uBE+IERE=EE。近似条件下：

集电极静态电流IC为：

基极静态电流IB为：

每管的集-射电压为：

静态时基极电位UB为：

uCE＝VCC－ICRC≈VCC－

（2）动态分析

按图5.3所示计算其交流参数

差模电压放大倍数为：

输入电阻ri为：

ri=2（Rb+rbe）差模输出电阻ro为：

ro=2RC

4差动放大电路的连接方式可以组合成四种不同的连接方式，即：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出。

详见表5.1接法电路原理图差分放大倍数输入输出电阻共模抑制比特点双端输入双端输出很高①放大倍数与单管相同②电路对称时共模抑制比→∞③适用于输入输出对称电路双端输入单端输出较高①放大倍数为单管的一半②共模抑制比仍然很高③适用于将差动信号转换为单管信号的情况单端输入双端输出很高①放大倍数与单管相同②电路对称时共模抑制比→∞③适用于将单端输入转为双端输出电路单端输入单端输出较高①放大倍数为单管的一半②共模抑制比仍然很高③适用于输入输出都要接地的情况。5.1.3集成运放的输出级电路-互补对称电路工作原理：ui为正半周时，T1管工作，T2管截止，输出uo为正；ui为负半周时，T2管工作，T1管截止；输出uo为负。两管交替工作，在负载电阻RL上得到完整的正弦波。

输入输出波形图uiuououo´交越失真死区电压2.克服交越失真的互补对电路

静态时，T1、T2两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态，以消除交越失真。电路中增加D1、D2工作原理：5.1.4集成运放的图形符号集成运放的特点：电压增益高输入电阻大输出电阻小反相输入端同相输入端输出端国内符号：国际符号：

1.输入失调电压UIO

输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。5.2.1集成运放的主要参数5.2集成运放的基本特性

2.输入失调电流

IIO

在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。

3.输入偏置电流IIB

：输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。

4.开环差模电压放大倍数

Aod

：

无反馈时的差模电压增益。一般Aod在100～120dB左右，高增益运放可达140dB以上。

5.最大差模输入电压Uidmax

运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。6.最大共模输入电压Vicmax

在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。

7.共模抑制比

KCMR

：

KCMR=20lg(Avd/Avc)

(dB)

其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。8.最大输出电压Vomax

在额定电源电压和额定负载下，不出现明显非线性失真的最大输出电压峰值。如电源电压为±15V时，Vomax约为±13V。9.最大输出电流Iomax

在额定电源电压下达到最大输出电压时所能输出的最大电流。通用一般几到几十毫安。

10.输入电阻ri和输出电阻ro

集成运放输如电阻ri为双极型管输入级约为105～1011欧，场效应管输入级可达1011欧以上。

集成运放输出电阻ro

，是从输出端看进去的等效电阻，一般为几十至几百欧。5.2.2集成运放的电压传输特性所谓电压传输特性是指放大电路的输出电压与输入电压之间的函数关系。即：

uo=Aoui=Ao(u+－u-)当ui=u+-u-较小，即在-uik

到+uik

之间变化时，输出与输入之间呈线性关系，-uik

到+uik

称为线性区。①开环电压增益Aod≈∞。②差模输入电阻rid≈∞。③输出电阻rod≈0。④共模抑制比KCMR≈∞，5.2.3集成运放的理想特性传输特性：称为理想运放输入端的“虚短”。如果同相输入端接地时，反相输入端称为虚地

Ｉ+=Ｉ-≈0

称为虚断。同样，“虚断”与“断路”不同，“虚断”是指某一支路的电流十分微小

（1）运放工作在线性工作区时的特点集成运放工作时的特点理想运放的差模输入电压等于零：由于uo为有限值，理想运放Aod=∞，则输入电为无穷小ui→0。即

理想运放的输入电流等于零：由于

rid=∞，两个输入端均没有电流，即

（2）运放工作在非线性工作区时的特点非线性工作区是指其输出电压uo与输入电压uI不成比例时的输入电压取值范围。在非线性工作区，运放的输入信号超出了线性放大的范围，输出电压不再随输入电压线性变化，而是达到饱和，输出电压为正向饱和压降UOH(正向最大输出电压)或负向饱和压降UOL(负向最大输出电压)。集成运放工作在非线性区时的条件：集成运放一般是开环运用或加正反馈。

输出电压有两种形态：

（1）当时，（2）当时，。5.3放大器中的负反馈5.3.1反馈的基本概念

在电子设备中经常采用反馈的方法来改善电路的性能，以达到预定的指标。将放大电路的输出量（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的方式引回到输入回路来影响输入量（电压或电流）的连接方式。主要功能分两部分：基本放大电路—放大信号反馈网络—传输反馈信号基本放大电路的输入信号为净输入量，由输入信号（输入量）和反馈信号（反馈量）共同决定。反馈信号中只含有交流分量的称为交流反馈。或者说存在于交流通路中的反馈网络引入交流反馈。交流反馈影响电路的交流性能。本章主要是研究交流负反馈。1.直流反馈与交流反馈在放大电路中既含有直流分量，又含有交流分量，因而，必然有直流反馈与交流反馈之分。反馈信号中只含有直流分量的称为直流反馈。或者说存在于放大电路的直流通路中的反馈网络引入直流反馈。直流反馈影响电路的直流性能，如静态工作点。另一种是使净输入信号Xid比没有引入反馈时增加了，有

Xid=Xi+Xf，称这种反馈为正反馈。2.负反馈与正反馈反馈信号Xf送回到输入回路与原输入信号Xi共同作用后，对净输入信号Xid的影响有两种结果：一种是使净输入信号Xid比没有引入反馈时减小了，有Xid=Xi-Xf，称这种反馈为负反馈；放大电路中一般引入负反馈。3.电压反馈与电流反馈

在反馈放大电路中，反馈网络把输出电量（输出电压或输出电流）的一部分或全部取出来送回到输入回路，因此，在放大电路输出端的取样方式有两种：

一种是电压取样，这时反馈信号是输出电压的一部分或全部，即反馈信号与输出电压成正比（xf=Fuo），称为电压反馈。

另一种是电流取样，这时反馈信号是输出电流的一部分或全部，即反馈信号与输出电流成正比（xf=Fio），称为电流反馈。

4.串联反馈与并联反馈

根据反馈信号XF与输入信号XI在放大电路输入端的求和方式可分为串联反馈和并联反馈。串联反馈：并联反馈：以电压方式求和的称为串联反馈。以电流方式求和的称为并联反馈。5.3.2反馈的判断主要看反馈通路是否真正从输出端引回到输入端并对净输入产生影响。+

—(a)uiuo+

—(c)uiuoui+

—(b)uo1、如何判断反馈存在无反馈有反馈无反馈本级反馈：存在于本级基本放大电路中的反馈。级间反馈：存在于后级与前级放大电路间的反馈。2.是正反馈还是负反馈的判断瞬时极性法规定输入信号在某一时刻对地的极性，并以此为依据，逐级判断电路中各相关点电流的流向和电位的极性，从而得到输出信号的极性；根据输出信号的极性判断出反馈信号的极性；若反馈信号使基本放大电路的净输入信号增强，则说明引入正反馈；若反馈信号使基本放大电路的净输入信号削弱，则说明引入了负反馈。＋－uDuPuN＋＋－uF＋－uDuPuN－＋－uF运放的同相端与反相端与输出端信号之间的相位关系：同相端的输入信号与输出端信号之间同相反相端的输入信号与输出端信号之间反相负反馈正反馈正反馈系统是不稳定系统，不能用作线性放大，一般用于振荡电路。

对分离元件的分析中三极管的集电极与基极电压相位相反。反馈分析的是交流信号变化，不要与直流信号混淆。分析中用到的电压、电流要在电路中标出。并且注意符号的使用规则。如果反馈对交直流均起作用，可以用全量。当为交流反馈时，瞬时极性法所判断的是相位的关系。电路中两个信号的相位不是同相就是反相。3.直流反馈、交流反馈的判断看反馈通路传送的是交流信号还是直流信号，或者两者都有。存在于直流通路中的反馈为直流反馈。存在于交流通路中的反馈为交流反馈。直流通路、交流通路中均存在的反馈为交直流反馈。4.电压反馈、电流反馈的判断从输出端看，假设负载短路（RL=0），使输出电压uo=0，看反馈信号是否还存在：输出短路法：若反馈信号不存在了，则说明反馈信号与输出电压成比例，是电压反馈；若反馈信号存在，则说明反馈信号不是与输出电压成比例，而是和输出电流成比例，是电流反馈。RLuoRLuo电压反馈采样的两种形式：采样电阻很大电流反馈采样的两种形式：RLioiERLioiERf采样电阻很小5．串联反馈与并联反馈的判断

从输入端看，输入信号与反馈信号的求和方式是电压求和还是电流求和：若输入信号与反馈信号的求和方式是电压求和则为串联反馈；若输入信号与反馈信号的求和方式是电流求和则为并联反馈。iifibib=i-if并联反馈ufuiubeube=ui-uf串联反馈判断反馈电路的一般步骤：根据输出输入之间有无实质性的连接判断电路有无反馈反馈网络存在于直流通路则为直流反馈；存在于交流通路则反馈为交流反馈；交流、直流通路均存在的反馈为交直流反馈用输出短路法判断是电压反馈还是电流反馈根据输入求和方式判断是串联反馈还是并联反馈用瞬时极性法判断是正反馈还是负反馈5.4.1比例运算

5.4.2加法与减法运算

5.4.3积分与微分运算5.4集成运放在模拟信号运算方面的应用5.4.1

比例运算一、反相比例运算运算放大器在线性应用时同时存在虚短和虚断虚断虚地若Rf

=R1Auf=-1称为反相器

(1)同相输入端通常通过电阻R2接地,R2是一静态平衡电阻，即在静态时（输入信号ui＝0）,两个输入端对地的等效电阻要相等，达到平衡状态。其作用是消除静态基极电流对输出电压的影响。因此：R2＝R1//Rf。

(2)设ui为正，则uo为负，此时反相输入端的电位高于输出端的电位，输入电流i1和反馈电流if的实际方向即如图中所示，差值电流i-＝i1－if，即if削弱了净输入电流(差值电流)，故为负反馈。反馈电流if取自输出电压uo，并与之成正比，故为电压反馈。反馈信号在输入端是以电流的形式出现的，它与输入信号并联，故为并联反馈。因此，反相比例运算电路是一个并联电压负反馈电路。结论：解：1.Auf=–RF

R1

=–5010=–5R2=

R1

RF

=1050(10+50)=8.3k2.因

Auf

=–RF

/

R1

=–RF

10=–10

故得RF=–Auf

R1=–(–10)10=100k

R2=10100(10+100)=9.1kuORFuiR2R1++––++–因虚断，所以u+=ui

因虚短，所以

u–=ui

，反相输入端不“虚地”

因要求静态时u+、u对地电阻相同，所以平衡电阻R2=R1//RFuoRFuiR2R1++––++–u+u–二、同相比例运算

(5)电压串联负反馈，输入电阻高、输出电阻低，共模输入电压可能较高。结论：

(1)Auf为正值，即

uo与ui

极性相同。因为ui

加在同相输入端。

(2)Auf只与外部电阻R1、RF有关，与运放本身参数无关。

(3)Auf≥1，不能小于1。

(4)u–=u+

≠0,反相输入端不存在“虚地”现象。当R1=且RF

=0时，uoRFuiR2R1++––++–由运放构成的电压跟随器输入电阻高、输出电阻低，其跟随性能比射极输出器更好。uoui++––++–左图是一电压跟随器，电源经两个电阻分压后加在电压跟随器的输入端，当负载RL变化时，其两端电压uo不会随之变化。例：uo=ui

电压跟随器5.4.2

加法与减法运算一、加法运算1.反相加法运算R3=R1//R2//RfiF

i1+i2若Rf

=R1=R2

则uO

=(uI1+uI2)

R2//R3//R4

=R1//Rf若R2=R3=R4，则

uO

=uI1+uI2

Rf

=2R1

2.同相加法运算法1：利用叠加定理uI2=0uI1使：uI1=0uI2使：一般R1=R1；Rf

=RfuO

=uO1+uO2

=Rf/R1(uI2

uI1)法2：利用虚短、虚断uo=Rf

/R1(uI2

uI1)减法运算实际是差分电路二、减法运算U=10Vα=4×10-3(℃)-1Rt(0℃)=51ΩRt(25℃)=56.1ΩUa=[R2/(R1+R2)]U=5VUb=[R3/(R3+Rt)]U=4.762VU0=(R6/R4)(Ua-Ub)=2.38V例：利用差分放大电路和电桥测量温度电桥一、积分运算=当uI

=UI时，设uC(0)=0

时间常数

=

R1Cf积分电路输出电压：tuOO5.4.3积分与微分运算R2=Rf虚地虚断RfC1=—

时间常数微分电路输出电压:二、微分运算uItOuOtO5.5

集成运放在幅值比较方面的应用5.5.1开环工作的比较器5.5.2滞回比较器

5.5.1开环工作的比较器uoui0+Uom-UomUR传输特性UR：参考电压ui

：被比较信号

++uouiUR–特点：运放处于开环状态。当ui>UR时,uo=+Uom当ui<UR时,uo=-Uom

一、若ui从同相端输入

++uouiURuoui0+Uom-UomUR当ui<UR时,uo=+Uom当ui>UR时,uo=-Uom

二、若ui从反相端输入

uoui0+UOM-UOM++uoui三、过零比较器:(UR=0时)++uouiuoui0+UOM-UOM

++uouitui例：利用电压比较器将正弦波变为方波。uot+Uom-Uom

分析1.因为有正反馈，所以输出饱和。2.当uo正饱和时(uo=+UOM)U+3.当uo负饱和时(uo=–UOM)－++uoRR2R1ui参考电压由输出电压决定5.5.2滞回比较器特点：电路中使用正反馈，运放处于非线性状态。1.没加参考电压的下行迟滞比较器

分别称UH和UL上下门限电压。称(UH-UL)为回差或门限宽度。当ui

增加到UH时，输出由Uom跳变到-Uom；－++uoRR2R1ui当ui

减小到UL时，输出由-Uom跳变到Uom

。传输特性：UHULuoui0Uom-Uom

tuiUom-UomtuiUHUL例：下行迟滞比较器的输入为正弦波时，画出输出的波形。－++uoRR2R1ui

2.加上参考电压后的下行迟滞比较器加上参考电压后的上下限：－++uoRR2R1uiURuoui0Uom-UomUHUL

例：R1=10k，R2=20k

，UOM=12V，UR=9V当输入ui

为如图所示的波形时，画出输出uo的波形。－++uoRR2R1uiUR5V10Vuit0

门限电压：+UOM-UOM根据传输特性画输出波形图uiuott10V5V002V

－++uoRR2R1ui－++uoRR2R1ui3、上行迟滞比较器没加参考电压的上行迟滞比较器加上参考电压后的上行迟滞比较器UR5.7常见集成运放芯片简介（1）LM324

：集成了4个通用运算放大器，适合需要使用多个运放放大器且输入电压范围相同的运算电路。

（2）LM358：LM358是双运算放大器。内部包括有两个独立的、高增益、内部频率补偿的双运算放大器，适合于电源电压范围很宽的单电源使用，也适用于双电源工作模式，在推荐的工作条件下，电源电流与电源电压无关。它的使用范围包括传感放大器、直流增益模块和其他所有可用单电源供电的使用运算放大器的场合。

正弦波和非正弦波常常作为信号源，被广泛地应用于无线电通信、自动测量及自动控制等系统中。电子技术实验中使用的低频信号发生器就是一种正弦波振荡电路，大功率的正弦波振荡电路还可以直接为工业生产提供能源。

6.1正弦波振荡电路

6.2多谐振荡器

6.3单稳态触发器和施密特触发器第6章波形的产生与变换电路6.1.1正弦波振荡器的基本原理一、自激振荡的条件1SA2F开关合在“1”：开关合在“2”：正弦波振荡电路是用来产生一定频率和幅度的正弦波信号的电路，电路中只有直流源而没有外接信号源。其频率范围很广，可以从零点几Hz到几百MHz以上，其输出功率可以从几mW到几十mW。6.1正弦波振荡电路由此知放大电路产生自激振荡的条件是：即：——幅度平衡条件——相位平衡条件二、正弦波振荡器的起振过程起振条件：合闸后：信号小大平衡三、正弦波振荡电路的组成与分类①放大电路②选频网络③正反馈网络④稳幅环节确定

f0合二为一使输出幅值稳定使1、正弦波振荡电路的组成根据选频网络所用元件分类：RC正弦波振荡电路LC正弦波振荡电路石英晶体正弦波振荡电路f0<1MHzf0>1MHzf0很稳定2、正弦波振荡电路的分类三、正弦波振荡电路的组成与分类四、正弦波振荡电路的分析步骤1.检查电路的结构和组成：（2）检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正常工作；（1）检查电路是否包含四个组成部分，即放大电路、选频网络、正反馈网络和稳幅环节；（3）检查电路中的反馈信号取自什么地方，加在什么位置以及反馈信号的极性。四、正弦波振荡电路的分析步骤2.判断电路是否满足自激振荡的条件：（2）幅值条件（1）相位条件瞬时极性法：断开反馈，加频率为f0的信号，判断与的极性，若相同，则满足相位条件。

⊕四、正弦波振荡电路的分析步骤3.振荡频率的估算计算时的频率，即为振荡频率f0。振荡频率由相位平衡条件决定。写出AF

表达式；..1、文氏电桥（RC串并联）振荡器1）RC串并联网络的选频特性6.1.2RC正弦波振荡电路幅频特性：相频特性：当ω=ωo时，电路达到谐振，电路呈“电阻性”，此时幅值最大2、文氏电桥振荡器的分析1）组成同相比例放大电路RC选频网络，兼正反馈网络Z1、Z2、R3

与R4形成四个桥臂2）起振条件及振荡频率

RC网络谐振时满足自激振荡的相位平衡条件。振荡频率：由同相放大电路：由幅度起振条件：由选频网络可知，谐振时：或结论：RC正弦波振荡器只能用作低频振荡器。振荡频率的范围：1Hz~1MHz例如，桥式振荡器。选R=1kΩ，C=200pF，则fo=796HzRC正弦波振荡器的振荡频率取决于R、C的数值。若提高振荡频率fo

，必须选择较小的R和C值。foR基本放大电路的负载加重；C受到管子结电容和分布电容的限制。当振荡频率高于1MHz时，采用LC正弦波振荡器。振荡频率的调整++∞RFR

CC–uO

–+SSR1R2R3R3R2R1改变开关S的位置可改变选频网络的电阻，实现频率粗调；改变电容C的大小可实现频率的细调。振荡频率带稳幅环节的电路(1)热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅。在起振时，由于uO

很小，流过RF的电流也很小，于是发热少，阻值高，使RF>2R1；即AuF>1。随着振荡幅度的不断加强，uO增大，流过RF

的电流也增大，RF受热而降低其阻值，使得Au下降，直到RF=2R1时，稳定于AuF=1，

振荡稳定。半导体热敏电阻

R++∞RFR1

C

RC–uO

–+带稳幅环节的电路(1)热敏电阻具有负温度系数，利用它的非线性可以自动稳幅。半导体热敏电阻

R++∞RFR1

C

RC–uO

–+稳幅过程：思考：若热敏电阻具有正温度系数，应接在何处？uotRFAu带稳幅环节的电路(2)IDUD振荡幅度较小时正向电阻大振荡幅度较大时正向电阻小利用二极管的正向伏安特性的非线性自动稳幅。

R++∞RF2R1

C

RC–uO

–+D1D2RF1稳幅环节带稳幅环节的电路（2）

R++∞RF2R1

C

RC–uO

–+D1D2RF1

图示电路中，RF分为两部分。在RF1上正反并联两个二极管，它们在输出电压uO的正负半周内分别导通。在起振之初，由于uo

幅值很小，尚不足以使二极管导通，正向二极管近于开路此时，RF>2R1。而后，随着振荡幅度的增大，正向二极管导通，其正向电阻逐渐减小，直到RF=2R1，振荡稳定。总结：（1）RC振荡电路结构简单，调节方便，经济可靠。（2）RC振荡电路的振荡频率较低，最高不会超过200kHz。（3）RC振荡电路的RC选频网络，选频特性较差，因而应尽量使放大器件工作在线性区，故多采用负反馈的方法稳幅和改善输出波形。6.1.3LC正弦波振荡电路

LC振荡电路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡(几百千赫以上)。由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路。常见三点式和变压器反馈式两类。这里介绍三点式LC振荡电路。1.电容三点式振荡电路正反馈放大电路反馈网络－－振荡频率

通常再与线圈串联一个较小的可变电容来调节振荡频率。反馈电压取自C2+UCCC1RB1RB2RECEC1LC2RC反相振荡频率可达100MHz以上。选频电路LECRb1Rb2ReCeCbC2C1LcC1C2L+uce-+ube

-(1)直流等效电路(2)交流等效电路五、改进的电容三点式振荡电路振荡频率选择C<<C1，C<<C2，则：减小了三极管极间电容对振荡频率的影响，适用于产生高频振荡，且频率稳定度高。2.电感三点式振荡电路正反馈放大电路选频电路反馈网络+UCCC1RB1RB2RECEL1CL2RC－－振荡频率

通常改变电容C来调节振荡频率。反馈电压取自L2振荡频率一般在几十MHz以下。例：图示电路能否产生正弦波振荡,如果不能振荡，加以改正。L+UCCC1RB1RB2RECEC2解：直流电路合理。

旁路电容CE将反馈信号旁路，即电路中不存在反馈，所以电路不能振荡。将CE开路，则电路可能产生振荡。反馈电压取自C1－－－正反馈例：金属探测电路（半导体接近开关）开关电路金属探测器是一种专门用来探测金属的仪器，也可以作为半导体接近开关，具有反映速度快、定位准确、寿命长等优点。它在行程控制、定位控制、自动计数以及金属探测报警电路中得到了广泛应用。在这个电路中三极管VT1与外围的电感器和电容器构成了一个电容三点式振荡器。它的交流等效电路（不考虑RP和R2的作用如图所示，当图中三极管基极有一正信号时，由于三极管的反向作用使它的集电极信号为负。两个电容器两端的信号极性如图所示，通过电容器的反馈，三极管基极上的信号与原来同相，由于这是正反馈，所以电路可以产生振荡，RP和R1的存在，消弱了电路中的正反馈信号，使电路处于刚刚起振的状态下。例：金属探测电路（半导体接近开关）金属探测器的振荡频率约为40KHz，主要由电感L、电容器C1、C2决定。调节电位器RP减小反馈信号，使电路处在刚刚起振的状态。电阻器R2是三极管VT1的基极偏置电阻。微弱的振荡信号通过电容器C4、电阻器送到由三极管VT2、电阻器R4、R5及电容器C5等组成的电压放大器进行放大。然后由二极管VD1和VD2进行整流，电容器C6进行滤波。整流滤波后的直流电压使三极管VT3导通，它的集电极为低电平，发光二极管VD3亮。在金属探测器的电感探头L接近金属物体时，振荡电路停振，没有信号通过电容器C4，三极管VT3的基极得不到正电压，所以三极管VT3截止，发光二极管熄灭。电路工作原理多谐振荡器电路是一种矩形波产生电路.这种电路不需要外加触发信号,便能连续地,周期性地自行产生矩形脉冲.该脉冲是由基波和多次谐波构成,因此称为多谐振荡器电路.本节介绍用集成电路构成的多谐振荡器。

6.2多谐振荡器比较器的输出电压经一定延时，馈送作为比较器的输入电压，使比较器自行翻转，产生矩形波输出。1、电路组成RC积分电路延时兼反馈迟滞比较器开关电路限流电阻6.2.1用集成电路构成的多谐振荡器2、工作原理电路的正反馈系数比较电压设t=0时，uC=0，uo=+Uz则输出电压uo通过R向C充电，uC呈指数规律增加。当t=t1，uC≥u'+时，uo跳变为Uz。此时uo=Uz此时C通过R放电，uC呈指数规律减小。如此周而复始，产生振荡，输出矩形波。当t=t2，uC≤u+时，uo跳变为+Uz。电容又被充电。3、振荡周期t1~t2，电容放电。放电时间常数：1=RC当t=T1=T/2时，，代入上式，得振荡频率：4、占空比可调的矩形波产生电路占空比：矩形波中高电平的持续时间与振荡周期的比值。方波的占空比为50%。为改变输出方波的占空比，可改变电容C的充、放电时间常数。占空比：其中rd是二极管D的导通电阻。改变Rw

的中点位置，占空比就可改变。石英晶体振荡器最突出的特点就是振荡频率稳定性好。一、石英晶体的特性1、基本特征压电效应：在石英晶片的两极加一电场，晶片将产生机械变形；反之若在晶片上施加机械压力，在晶片相应的方向上会产生一定的电场。压电谐振：固有频率与晶片的切割方式、几何形状及尺寸有关。6.2.2用石英晶体构成的多谐振荡器2、石英晶体的等效电路符号：（1）晶体不振动时，等效为平板电容器C0

，称为静电电容，一般为几到几十皮法。（2）晶体振动时，机械振动的惯性用电感L(10-3～102H)等效，晶片的弹性用电容C(10-2～10-1PF)等效，晶片振动时的损耗用电阻R(102Ω)等效。3、石英晶体的谐振频率串联谐振频率并联谐振频率此时串联支路呈现为很小的纯电阻R，C0容抗远大于R，视为开路。当工作频率大于fs

时，串联支路呈感性，与C0并联形成LC回路。电抗频率特性OfXfsfp容性容性感性纯阻性

二、石英晶体振荡电路1、串联型石英晶体多谐振荡电路

二、石英晶体振荡电路2、并联型石英晶体多谐振荡电路并联型石英晶体振荡电路，常用于电子钟表，计算机的时钟电路。常用的晶振有32768Hz8Mhz16Mhz6.2.3用555集成电路构成的多谐振荡器１、555集成定时器

555定时器（时基电路）是一种用途广泛的模拟数字混合集成电路。设计新颖、构思奇巧，备受电子专业设计人员和电子爱好者青睐；它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器和压控振荡器等多种应用电路。典型封装双列直插型贴片型

555定时器主要由比较器、触发器、输出级、放电开关和由三个5k电阻组成的分压器等部分构成，电路如图所示。电阻分压器比较器触发器输出级555定时器电路结构图放电开关真值表的第一行00110导通清零0保持保持0010110真值表的第二行从第二行到第三行导通0真值表的第四行10010101截止从第四行返回第三行00保持保持1截止回差现象THTLRdOUTDISCC32V>CC31V>CC31V>CC32V<CC32V<CC31V<LL通HHH断

555定时器功能表通LH保持保持

从555定时器的功能表可以看出：555定时器有两个阈yu值（Threshold）电平，分别是1/3VCC和2/3VCC；2.输出端为低电平时三极管TD导通，7脚输出低电平；输出端为高电平时三极管TD截止，如果7脚接一个上拉电阻，7脚输出为高电平。所以当7脚接一个上拉电阻时，输出状态与3脚相同。

便于记忆：2脚--（低电平置位）；6脚—R（高电平复位）；◆555定时器构成多谐振荡器

555定时器构成多谐振荡器构成的多谐振荡器如图4-9所示。它是将两个触发端2脚和6脚合并在一起，放电端7脚接于两电阻之间。多谐振荡器的波形

多谐振荡器电路图

tuctuoOO

多谐振荡器参数的计算tuctuoOOtw1tw2输出波形的振荡周期可用过渡过程公式计算：

tw1：uC(0)=VCC/3V、

uC(∞)=VCC、1=(RA+RB)C、

当t=tw1时，uC(tw1)=2VCC/3代入三要素方程。于是可解出

tw2：uC(0)=2VCC/3V、uC(∞)=0V、

1=RBC、当t=tw2时，uC(tw2)=VCC/3代入公式。于是可解出占空比（DurationRatio）

对于图5-2-9所示的多谐振荡器，因tw1

＞tw2

，它的占空比大于50%，占空比不可调节。图4-12是一种占空比可调的电路，该电路因加入了二极管，使电容器的充电和放电回路不同，可以调节电位器使充、放电时间常数相同。如果RA=RB，调节电位器可以获得50%的占空比。

占空比可调的多谐振荡器C=充RtA振荡周期:6.3

555定时器的典型应用电路6.3.1单稳态触发器（MonostableTrigger）

图4-4单稳态触发器电路图

图4-5单稳态触发器的波形图

这里要注意R的取值不能太小。（为什么？）若R太小，当放电管导通时，灌入放电管的电流太大，会损坏放电管。为此需要确定三要素：

uC(0)=0V、

uC(∞)=VCC、=RC，当t=tw时，uC(tw)=2VCC/3代入公式。于是可解出单稳态触发器暂稳态时间的计算

根据uC的波形，由过渡过程公式即可计算出暂稳态时间tw

，tw电容C从0V充电到2VCC/3的时间，根据三要素方程：

暂稳态的持续时间由RC确定！！！

单稳态触发器的应用★可重复触发的单稳态触发器：VCCCC123567555R485该电路有何作用？失落脉冲报警！！PNP管★脉冲的定时

ABuuio单稳态电路&只有在tw时间内,与门才开门,信号A才能通过与门

★脉冲的延时uo的下降沿比输入触发信号ui的下降沿延迟了tw。因此，利用