1、“虛斷路”原則,對(duì)于理想運(yùn)放,相當(dāng)于兩輸入端之間 斷路,ii 0,理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的分析依據(jù),+,ii,ui,rid,+,注意: u+ = u 不一定成立！,uO,8. 集成運(yùn)放在信號(hào)處理方面的應(yīng)用,8.2 電壓比較器,理想運(yùn)放非線性區(qū)工作特點(diǎn)及電壓傳輸特性,特點(diǎn) 1、運(yùn)放開環(huán)或正反饋 2、輸入與輸出非線性 3、開關(guān)特性,運(yùn)放工作在非線性區(qū) 理想運(yùn)放 有虛斷無(wú)虛短,分類 1、單限比較器（簡(jiǎn)單） 2、滯回比較器 3、窗口比較器 4、三態(tài)比較器 5、集成比較器,圖8.2.2 電壓比較器電壓傳輸特性舉例,輸入 為模擬量,輸出 為開關(guān)狀態(tài)（UOH, UOL ）,單限比較器,滯回比較器,窗口比較器

2、,ui從大變小使uo躍變的閾值電壓,ui從小變大使uo躍變的閾值電壓,對(duì)滯回比較器,電壓傳輸特性的三個(gè)要素,求,使時(shí)的,當(dāng)變化且經(jīng)過(guò)時(shí)， 躍變的方向,求閾值電壓,的定義：,虛短,1.過(guò)零比較器,(1) 反相輸入過(guò)零比較器,使時(shí)的,為閾值電壓,過(guò)零：無(wú)參考電壓UR,R1,R2,例題：反相輸入過(guò)零比較器的應(yīng)用,t,t,UOM,-UOM,0,0,uO,ui,ui,uo,t1,t2,t3,UT,(2) 同相輸入過(guò)零比較器,-UZ,UZ,(1)同相輸入過(guò)零限幅比較器,R1,R2,R3,Dz1,0,ui,uo,ui,uo,UZ,Dz2,2. 過(guò)零限幅比較器,UT,限幅電阻R3不能少,R1,R2,uO,ui

3、,(2)反相輸入過(guò)零限幅比較器,Dz1,UZ,0,uO,ui,Dz2,有負(fù)反饋,UT,-UZ,3. 同相輸入任意電平比較器,R1,R2,R3,UR,Dz1,UR,0,ui,uo,uO,ui,UZ,設(shè) UR0,u+=ui,u-=UR,UT=UR,Dz2,過(guò)零：無(wú)參考電壓UR,UT,圖8.2.7 一般單限比較器及其電壓傳輸特性,當(dāng)uiUT時(shí),圖8.2.8 例8.2.1 波形圖,4.反相輸入過(guò)零滯回比較器,R1,R2,R3,RF,Dz,uO,ui,UZ,加入了正反饋,UZ,-UZ,UT1,UT2,0,ui,uo,當(dāng)ui0時(shí),閾值電壓為:,只有當(dāng)ui增大到UT2時(shí):,當(dāng)ui0時(shí),閾值電壓為:,只有當(dāng)u

4、i減小到UT1時(shí):,R1,R2,uO,ui,R3,RF,UZ,-UZ,UT1,UT2,反相輸入過(guò)零滯回比較器,t,UT2,UT1,0,t,UZ,-UZ,Dz,UZ,0,0,ui,uo,uo,ui,例題,圖8.2.11 例8.2.2 波形圖,UT1,UT2,R1,R2,uO,ui,R3,RF,UR,UZ,Dz,5.反相輸入滯回電壓比較器,ui,UZ,-UZ,0,UT1,UT2,uo,當(dāng)ui0時(shí),閾值電壓為:,只有當(dāng)ui增大到UT2時(shí):,當(dāng)ui0時(shí),閾值電壓為:,只有當(dāng)ui減小到UT1時(shí):,.同相輸入過(guò)零滯回比較器,圖8.2.12 例8.2.3 圖,當(dāng)ui0時(shí),閾值電壓為:,只有當(dāng)ui減小到UT1

5、時(shí):,電壓比較器的分析方法,1. 輸出電壓躍變的條件,由此可求出電壓比較器的閾值電壓UT,對(duì)過(guò)零單限比較器 門限電壓 UT = 0,2. 電壓傳輸特性,輸出端不接 DZ時(shí)， uo = UOM,輸出端接 DZ限幅時(shí)， uo = UZ,對(duì)過(guò)零滯回比較器 門限電壓 UT1, UT2關(guān)于縱軸對(duì)稱,. 注意同相輸入與反相輸入的不同,虛短時(shí),作業(yè): 8.15(8.14)(a)(c)(d) 8.16(8.15)(a)(b), 8.18(8.17),R2,uO,R3,R1,UZ,R,DZ,一. 方波發(fā)生器,1. 電路的組成,C,8.3 非正弦波振蕩電路,uC,反相輸入過(guò)零滯回比較器,有正負(fù)反饋 正反饋起主導(dǎo)作

6、用,整個(gè)電路無(wú)外接的ui,負(fù)反饋給滯回比較器提供輸入ui,ui,輸出uo為數(shù)字量,直流電壓對(duì)C充放電,UZ,-UZ,UT1,UT2,0,ui,uo,R2,uO,R3,R1,UZ,DZ,C,uC,ui,uc,R,R,uO,R2,uo /uc,UZ,R3,UZ,R1,Dz,C,uC,UT2,-UZ,UT1,t,2. 工作原理,0,下一周期開始,UZ,-UZ,UT1,UT2,0,ui,uo,uc,為uc的幅值,UZ為uo的幅值,T1為C充電時(shí)間,T2為C放電時(shí)間,充電時(shí)間常數(shù)：RC,放電時(shí)間常數(shù)：RC,R,uO,R2,uO,UZ,R3,0,UZ,R1,DZ,C,uC,UT2,-UZ,UT1,t,3.

7、 主要參數(shù),T,電容放電起始值：,電容放電終了值：,電容放電無(wú)窮值：,放電時(shí)間常數(shù)：,T2,T1,方波幅度 ： UZ,一階電路的三要素法：,代入，得到：,因充電時(shí)間常數(shù)：,方波,C充放電回路一致T1=T2,uO,DZ,uo,0,UZ,UT2,-UZ,UT1,t,4. 占空比可調(diào)電路,T1,T2,R4,R1,R3,R2,UZ,DZ,三. 三角波發(fā)生器,1. 電路的組成,A1,uO1,三角波發(fā)生器由,組成,A1 同相輸入過(guò)零滯回電壓比較器,A2 反相積分電路,負(fù)反饋給滯回比較器提供輸入ui,A1有正負(fù)反饋 正反饋起主導(dǎo)作用,整個(gè)電路無(wú)外接的ui,輸出uo1為數(shù)字量,A2只有負(fù)反饋，輸出uo為模擬量

8、,2. 工作原理,uo1為A1的輸出，A2的輸入,uo為A2的輸出，A1的輸入,當(dāng) 時(shí),A1的閾值電壓為：,當(dāng) 時(shí),A1的閾值電壓為：,UZ,-UZ,UT1,UT2,設(shè),則,當(dāng)隨時(shí)間線性減小到時(shí),現(xiàn)在,當(dāng)隨時(shí)間線性增大到時(shí),UZ,-UZ,UT1,UT2,下一周期開始,uO1,t,t,0,UZ,-UZ,uO,T,T,UT2,0,UT1,uO1,t,t,0,UZ,-UZ,uO,T,T,UT2,0,UT1,設(shè),則,因積分電路的正反向積分的時(shí)間常數(shù)一樣,所以當(dāng) 時(shí),即：,RC,T1,T2,三角波周期:,3. 主要參數(shù),三角波uo幅值,uO1,t,t,0,UZ,-UZ,uO,T,T,UT2,0,UT1,

9、方波uo1的周期與三角波uo一致,方波uo1幅值,圖8.3.10 鋸齒波發(fā)生電路及其波形,作業(yè): 8.19(8.18),8.20(8.19),8.21(8.20), 8.22(8.21),8.1 正弦波振蕩電路,一、概述,中頻區(qū)正反饋,在中頻區(qū)人為引入正反饋,時(shí)， 自激振蕩,正弦振蕩,有在中頻區(qū)起作用的L,C,選頻網(wǎng)絡(luò),中頻區(qū)正反饋,因?yàn)?,所以:,振蕩條件,幅值平衡條件,相位平衡條件,幅值起振條件,正弦波振蕩電路的組成： 正弦波振蕩電路由放大電路、正反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻網(wǎng)絡(luò)及穩(wěn)幅環(huán)節(jié)組成。,放大電路：提供,選頻網(wǎng)絡(luò)：只在某一頻率(振蕩頻率）使得和滿足振蕩條件,穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：即非線性環(huán)節(jié)，使輸出信號(hào)幅值

10、穩(wěn)定,正反饋網(wǎng)絡(luò)：為放大電路提供輸入，并提供,其余頻率的輸出信號(hào)不斷衰減為0,正弦波,熱敏電阻,(相位和幅值條件都滿足),(相位和幅值條件都不滿足),為模擬量,分析步驟： （1）檢查電路是否具備正弦波振蕩的組成部分,（2）檢查放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)是否合適, 且動(dòng)態(tài)信號(hào)能否輸入,輸出和放大,（3）分析電路是否滿足自激振蕩條件,（4）估算振蕩頻率,(相位和幅值條件),反饋系數(shù),開環(huán)電壓放大倍數(shù),正反饋,電壓串聯(lián)正反饋,引入正反饋的目的,正反饋給放大電路提供凈輸入,注意: 下面換個(gè)符號(hào)!,圖8.1.3 利用瞬時(shí)極性法判斷相位條件,+,+,正弦波振蕩電路常用選頻網(wǎng)絡(luò)所用元件來(lái)命名，分為RC正弦波振蕩電

11、路、LC正弦波振蕩電路和石英晶體正弦波振蕩電路。RC正弦波振蕩電路的振蕩頻率較低，一般在1MHz以下；LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率多在1MHz以上；石英晶體正弦波振蕩電路也可等效為L(zhǎng)C正弦波振蕩電路，其特點(diǎn)是振蕩頻率非常穩(wěn)定。,R,C,C,R,其電壓放大倍數(shù)為,是由集成運(yùn)放構(gòu)成的 同相比例運(yùn)算電路。,由RC串并聯(lián)電路組成， 它也是正反饋電路。,一. RC振蕩電路,(3) 選頻電路,(1) 放大電路,(2) 正反饋電路,整個(gè)電路無(wú)外接的,即為同相比例運(yùn)算電路的,有正負(fù)反饋,負(fù)反饋起主導(dǎo)作用,輸出uo為模擬量,+,+,+,圖8.1.6 利用RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成 正弦波振蕩電路的方框圖,+,+,?

12、+,判斷相位條件,圖8.1.4 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)及其在 低頻段和高頻段的等效電路,低頻段,高頻段,高通電路,低通電路,Z1,Z2,振蕩頻率,圖8.1.5 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的頻率特性,只在f0處滿足幅值和相位條件,F = 0,A = 0,RF=2R1,R1,RF,R,C,C,R,R1,RF,R,C,C,R,需要外加穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：,選取Rf為負(fù)穩(wěn)度系數(shù)的熱敏電阻,+,+,-,-,-,能否自激振蕩？,CC行嗎？,CB行嗎？,+,+,-,+,+,+,晶體管有非線性,不用外加穩(wěn)幅環(huán)節(jié),Rf,R1,1. 設(shè)C=0.015uF,若要電路產(chǎn)生5kHz 的正弦波， R=?,. 設(shè)R1=1.2k歐姆, Rf=?,

13、3. 若希望uo幅度基本穩(wěn)定，應(yīng)采取何穩(wěn)幅方法,+,+,-,+,+,Rf負(fù)穩(wěn)度系數(shù)的熱敏電阻,負(fù)反饋來(lái)改善放大電路的性能(如非線性失真等),正反饋為放大電路提供輸入,+,+,需外加穩(wěn)幅環(huán)節(jié),加負(fù)反饋后, 與T無(wú)關(guān)了,+,+,+,+,不用外加穩(wěn)幅環(huán)節(jié),作業(yè): 8.7(8.6),8.8(8.7),8.9(8.8),8.1.3 LC正弦波振蕩電路,LC諧振回路的頻率特性,LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò),當(dāng)時(shí)，產(chǎn)生諧振,諧振時(shí),可忽略,諧振頻率,圖8.1.11 LC并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)阻抗的頻率特性,越高，選頻效果越好,圖8.1.12 選頻放大電路,LC正弦波振蕩電路的振蕩頻率高, 用分立元件電路,選頻網(wǎng)絡(luò)與放大電路合二為一,僅在

14、諧振時(shí)，,反相,最大,耦合電容和旁路電容不可少,只要沒(méi)加負(fù)反饋，不需穩(wěn)幅環(huán)節(jié),按引入反饋電壓的方式,圖8.1.13 在選頻放大電路中引入正反饋,變壓器反饋式,副邊1,副邊2,原邊, 變壓器反饋式振蕩電路,反饋電壓uf取自變壓器副邊，叫變壓器反饋式,uo,ui,uf同相, 滿足正弦波振蕩的相位條件,-,+,+,-,+,+,與匝比有關(guān),L,振蕩頻率:,幅值條件容易滿足,2. 電感三點(diǎn)式振蕩電路,+VCC,RB1,RC,C1,C2,T,RB2,RE,CE,L1,L2,C,+,-,-,+,+,T的b,c,e極分別接到電感L(L1,L2串聯(lián)）的下抽頭，上抽頭和中間抽頭，叫電感 三點(diǎn)式,振蕩頻率:,同相，

15、滿足正弦波振蕩的相位條件,幅值條件容易滿足,耦合電容和旁路電容不可少,3. 電容三點(diǎn)式振蕩電路,+VCC,RB1,RC,T,RB2,RE,CE,L,C1,C2,C3,C4,+,-,-,+,+,T的b,c,e極分別接到電容C(C1,C2串聯(lián))的下頭，上頭和中間頭，叫電容 三點(diǎn)式,同相，滿足正弦波振蕩的相位條件,C3,C4不能都沒(méi),一般保留C3,4. 改進(jìn)型電容三點(diǎn)式振蕩電路,+VCC,RB1,RC,T,RB2,RE,CE,L,C1,C2,C3,C4,C,CC1、C2,振蕩頻率:,+,-,-,+,+,+,圖8.1.23 采用共基放大電路的 電容三點(diǎn)反饋式振蕩電路,ui,uf同相, 滿足正弦波振蕩的

16、相位條件,uo,+,+,更高振蕩頻率的LC正弦波振蕩電路, 用CB分立元件電路,uf,ui,+,+,-,-,+,變壓器反饋式,標(biāo)出同名端使電路振蕩,uo,改正電路中的錯(cuò)誤,由L,Cb,C2構(gòu)成電容三點(diǎn)式,UCBQ=0,uo,uo=0,uo,uf,ui,+,-,+,圖8.1.20,+VCC,RB1,T,RB2,RE,CE,+,+,+,L,C1,C2,改正電路中的錯(cuò)誤,把CE并聯(lián)到RB2,8.1.3 石英晶體正弦波振蕩電路,結(jié)構(gòu)示意圖,符號(hào),石英晶體的等效電路及其電抗的頻率特性,幾mH幾十H,0.01 0.1pf,幾 幾十pf,100歐姆,電抗的頻率特性,忽略R,先LC串聯(lián)諧振，再C, CO串聯(lián)與L并聯(lián)諧振,COC時(shí)：,忽略R,當(dāng)f=fs時(shí)，石英晶體呈純阻性,當(dāng)fsffp時(shí)，石英晶體呈感性,其余頻段，石英晶體呈容性,當(dāng)f=fp時(shí)，石英晶