電工電子實驗之運算放大器的非線性應(yīng)用第1頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗?zāi)康?、掌握集成運算放大器的非線性使用方法。2、理解集成運算放大器的非線性應(yīng)用的電路原理。第2頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

集成運算放大器，有三級：輸入級、中間級和輸出級。是一種直接耦合的高增益的放大器，Aud可以達到上千。如果在其外圍加上負反饋，可以實現(xiàn)信號的運算，處理，波形的產(chǎn)生和信號的變換等功能，應(yīng)用十分廣泛。

為了分析方便，把實際運算放大器簡化成理想運算放大器。運算放大器第3頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月一、理想運算放大器概念1.開環(huán)差模電壓增益Aud→∞；2.差模輸入電阻Rid→∞3.差模輸出電阻Rod→04.KCMR→∞5.輸入失調(diào)電流IIO、失調(diào)電壓UIO和它們的溫漂均為零；6.輸入偏置電流IIB=07.3dB帶寬BW=∞第4頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月運算放大器的兩種基本反饋組態(tài)1、運算放大器的開環(huán)傳輸特性(a)運算符號；(b)開環(huán)傳輸特性

第5頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月(1)“+”表示同相輸入端，表明從該端輸入的信號輸出為同相放大。(2)“?”表示反相輸入端，表明從該端輸入的信號輸出為反相放大。(3)集成運放是高增益的直接耦合放大器。其開環(huán)放大倍數(shù)非常大。說明第6頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月二、理想運算放大器特性1.“虛短”特性當(dāng)運放工作在線性狀態(tài)時，由于所以：2.“虛斷”特性當(dāng)集成運放工作在線性狀態(tài)時，所以：第7頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月三、運算放大器非線性應(yīng)用電路（一）.方波發(fā)生器方波發(fā)生器第8頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月1、分析

(1)R、C作為積分電路,即:定時電路.(2)從電路結(jié)構(gòu)看,它由一個遲滯比較器和RC充放電電路組成.其中遲滯比較器作為狀態(tài)記憶電路,RC作為定時電路.(3)電路的正反饋系數(shù)F為:第9頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月Uo=Vz+UDoN強調(diào):

在低頻范圍(如10HZ～10KHZ)內(nèi),對于固定頻率來說此電路是一較好的振蕩電路.當(dāng)振蕩頻率較高時,為了獲得前后沿較陡的方波,以選擇轉(zhuǎn)換速率較高的運放為宜.(4)電路的工作原理充電+放電+第10頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月(5)電容器端電壓隨時間變化規(guī)律為第11頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月（6）R3的作用R3為穩(wěn)壓管的限流電阻.∵Dz=3V,其額定功率為0.5W,使用它時,一般取它的1/10,即:0.5W/10=0.05W。這樣可算出其額定最大IDzmax=0.05/3V≈17mA,由手冊上給出一般穩(wěn)壓管的IDzmax=10mA。因此，0.05W/(10mA)2=500Ω=Rimin。如取IDz=8mA，則R=5V/8mA=0.625K,取R=620Ω。第12頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月注:討論:①IDz大,則充電電流大,則產(chǎn)生的C(結(jié)電容小),輸出矩形波的上升沿陡直.②IDz小,則充電電流小,則產(chǎn)生的C(結(jié)電容大),輸出矩形波的上升沿較緩.③IDz的取值在3mA～10mA范圍,都可使穩(wěn)壓管正常工作.但由①和②的分析可知,IDz取得大一些,即:R3小一些為好。第13頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月第14頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月三、實際測量第15頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月（二）.文氏橋正弦波振蕩器第16頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月1、原理分析首先討論正反饋網(wǎng)絡(luò)：第17頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月幅頻特性和相頻特性表達式為

其中第18頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月

RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)令：第19頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月第20頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月根據(jù)相位平衡條件，當(dāng)ω=ωO時，為正反饋。因此振蕩頻率為：當(dāng)ω=ωO時，F(xiàn)=1/3。根據(jù)相位起振條件求振蕩頻率ωOSC第21頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月由振幅起振條件求開環(huán)增益A將正反饋環(huán)斷開得到開環(huán)電路：同相放大器得到：A>3因此：第22頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月 通常R1或者Rf為熱敏電阻。起到外穩(wěn)幅的作用：

R1是正溫度系數(shù),Rf是負溫度系數(shù)。Rf和R1引入的電壓串聯(lián)負反饋有助于改善波形減小失真。穩(wěn)幅過程：UO↑

負反饋電流↑

T↑

R1↑、

Rf↓

負反饋↑

UO↓文氏電橋振蕩器信號波形質(zhì)量和穩(wěn)定性好，故得到了廣泛的應(yīng)用。第23頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月電路中D1和D2的作用是什么？為使電路起振R3、RW和R4應(yīng)滿足什么條件？正反饋支路負反饋支路穩(wěn)定輸出幅度電阻不能太大調(diào)節(jié)Auf使電路容易起振第24頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月C1、C2、R1、R2構(gòu)成文氏橋電路，則有C1=C2，R1=R2

電路中要滿足電路的起振條件，則要求：Au·Fu≧1第25頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月則R4≈10rDr,其中rDr為D1、D2內(nèi)阻，（R4‖rDr‖rDr≈

rDr）

約為：幾十～幾百歐，則取R4=2.2KΩ。R3≦1/2（RW+R4）取R3=10KΩ

，RW=22KΩ電位器。第26頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月第27頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月第28頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月電源輸出接口打開電源開關(guān)電源指示燈亮調(diào)整電壓到“12V”萬用表測量為準！限流旋鈕調(diào)整到最大實驗箱雙電源的接法第29頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月四運放管腳圖TL084、LM324第30頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月運放的檢測電路當(dāng)Uo=Ui1時，運放是好的。第31頁，課件共32頁，創(chuàng)作于2023年2月實驗報告要求實驗名稱；實驗?zāi)康?；實驗儀