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1、任 务 二 信号发生器的制作,任务导入,下图是低频信号发生器。其中的运算放大器LM358是本任务的重点。,目录,Click to add Title,2.集成运算放大电路,3.振荡器,1.差分放大电路,LC正弦振荡器,RC正弦振荡器,石英晶体正弦振荡器,退出,3.1.1 直接耦合放大器中的特殊问题,两个问题： 一是级与级间互相影响：可以采用NPN与PNP管组合电路的方法有效解决 二是零点漂移,直接耦合电路,所谓零点漂移，是指在当输入信号为零时，在放大器输出端出现一个变化不定（时大时小，时快时慢）的输出信号的现象，简称零漂。产生零漂的原因有：温度变化、电源电压波动、晶体管参数变化等，但主要因素是
2、温度变化，故也称温漂。,退出,3.1.2 差分放大器,1. 基本差分放大器组成 2. 抑制零漂的原理,虚线两边的电路完全对称，且两个三级管参数完全相同。两管各自的零漂电压相同，在输出端可以抵消。但每只管子的零漂并未减少。,完全对称,每只管子的零漂是否减少？,退出,3. 性能分析:输入信号类型及差模电压放大倍数,基本差分放大器的输入信号可以分为共模信号和差模信号两种。uI1与uI2大小相等、极性相同的部分为共模信号分量，用uIC表示。而uI1=uI2时为共模输入状态。,（1）共模信号及共模电压放大倍数：因电路对称，所以此时输出电压uOC恒为零，共模电压放大倍数恒为零。说明差分放大器对共模信号有抑
3、制能力。,共模输入状态,退出,正常输入中uI1与uI2不同的部分为差模信号分量，用uID表示。在放大器两输入端输入大小相等、方向相反的信号，即uI1=uI2，为差模输入状态。有uI1=uID/2，uI2=uID/2。,设两管放大倍数分别为A1、A2，集电极输出电压分别为uO1、uO2，有,而电路对称有A1=A2=A,（2）差模信号及差模电压放大倍数：,退出,所以，差模放大倍数与单管共射放大器的电压放大倍数相同。,而一般有Rbrbe,有负载RL时,两管集电极输出一正一负、大小相同，则RL中间点为交流接地。,差模输入的差放,退出,放大器的输入回路经过两个管子的发射结和RS，故输入电阻为,放大器的输
4、出端经过两个Rc，故输入电阻为,4.共模抑制比,表明差分放大器放大差模信号、抑制共模信号的能力，定义为,共模抑制比越大放大差模信号的能力越强，抑制共模信号的能力也越强，理想状况下KCMR趋于，一般为4060dB。,5.差分放大电路的几种接法,双端输入-双端输出,双端输入-单端输出,单端输入-双端输出,单端输入-单端输出,3.1.2 差分放大电路,1）双端输入-双端输出,3.1.2 差分放大电路,5.差分放大电路的几种接法,2)双端输入-单端输出,5.差分放大电路的几种接法,2.1.1 差分放大电路,3)单端输入-双端输出,5.差分放大电路的几种接法,2.1.1 差分放大电路,4)单端输入-单端
5、输出,5.差分放大电路的几种接法,2.1.1 差分放大电路,差分放大电路四种接法的性能比较,Ad,Rid,Ro,差分放大电路四种接法的性能比较,接法,双端输入双端输出,双端输入单端输出,单端输入双端输出,单端输入单端输出,适用范围,适用于差分输入、双端输出，输入信号及负载的两端均不接地的情况。,适用于将双端输入转换为单端输出。,适用于将单端输入转换为双端输出。,选择不同管子输出，可使输出电压与输入电压反相或同相。,差分放大电路四种接法的性能比较,Ad,Rid,Ro,课前复习,差分放大电路四种接法的性能比较,接法,双入双出,单入双出,单入单出,适用范围,适用于输入信号及负载的两端均不接地的情况。
6、,适用于将双端输入转换为单端输出。,适用于将单端输入转换为双端输出。,选择不同管子输出，可使输出电压与输入电压反相或同相。,课前复习,双入 单出,本节重点讲解了双入双出差分放大电路，介绍了衡量差分电路性能的参数共模抑制比KCMR，差分电路主要用于集成电路中，不要我们自己做，所以同学们做一般了解就可以了。,什么是集成电路,集成电路把电路的元器件、导线等做在一块半导体内芯片内， 这个芯片就叫集成电路,优点：体积小、功耗低、可靠性高、成本低。,3.2 集成运算放大器(运放)介绍,1.分类,集成运算放大器就是模拟集成电路的基础电路,模拟集成：集成运算放大器、集成功率放大器、集成稳压电源等,数字集成：集
7、成门电路、集成触发器,什么是集成运算放大器,初期，用于信号的数字运算。目前，应用于信号的产生、放大、交换、处理、测量等。,3.2 集成运算放大器(运放)介绍,2.电路的框图及组成方框图,3.2 集成运算放大器(运放)介绍,反相输入端,同相输入端,输出端,3.集成运算放大器的符号,.2 集成运算放大器(运放)介绍,741管脚功能,3.2 集成运算放大电路(运放)介绍,1、开环电压放大倍数 Aud,2、共模抑制比 KCMR,4.集成运放的主要性能指标,运放F007的约为100db(105倍)。,无外加反馈时，差模放大倍数,越大越好,衡量运放对差模信号的放大和对共模信号的抑制能力的参数。,运放F00
8、7的 KCMRR约为80db,3.2 集成运算放大电路(运放)介绍,4、差模输出电阻 rod,3、差模输入电阻,很大，运放F007的rid约为12M。,很小，运放F007的约为500。,5、输入失调电压 Uio,由于差分放大电路的不对称引起的，即当输入电压为零时，输出电压不为零。,3.2 集成运算放大电路(运放)介绍,集成运放的理想化条件:,开环输出电阻 rO0。,开环电压放大倍数 AuO。,差模输入电阻 rid。,共模抑制比 KCMR。,理想运算放大器,3.2集成运算放大器(运放)介绍,.集成运放的理想模型,（1）线性区：要加负反馈 uo与ui成线性关系 uoAuo(u+ u-),Uom,U
9、om,3.2集成运算放大器(运放)介绍,“虚短”的概念 u+ u- 即u+ u-0,“虚断”的概念 ii0,运用两个重要依据，可大大简化运放电路的分析,非线性区,3.2 集成运算放大电路,（2）非线性区 uo 与ui不是线性关系,不加反馈，或加正反馈,线性区,非线性区,u+u- u+u-,Uom,Uom,（1）线性区：要加负反馈,重点,“虚短”的概念 u+ u-,“虚断”的概念 ii0,反相输入端,同相输入端,（2）非线性区,不加反馈，或加正反馈,u+u- u+u-,3.3.1基本运算电路（含3.3.2） 1.反相比例运算电路,加平衡电阻R2（补偿电阻）。,负反馈电阻,深度负反馈,3.3 集成
10、运算放大器的应用,“虚地”根据 u- = u+ = 0 , 电压放大倍数 根据i+ = i- =0 ， 则: i1 = if+i- =if。,i-,负号表示uO与ui反相,i+,3.3 集成运算放大器的应用,电压并联负反馈,u-,u+,RF,R2,R1,uO与ui同相,3.3 集成运算放大器的应用,根据 u- = u+ , i+ = i- =0 ， 则:u+= u-= ui i1 = if,电压放大倍数：,2.同相比例运算电路,电压串联负反馈,i+,u-,u+,同相比例电路电压放大倍数：,电压跟随器,当R1= (断开) 或 RF = 0 时,举例 P67,3.3 集成运算放大器的应用,3.同相
11、加法运算电路,平衡电阻（补偿电阻）,3.3 集成运算放大器的应用,用叠加定理和比例器的知识来做,根据 u- = u+ , i+ = i- =0 ， 则:u+= u-=0, i1+i2+i3= if,3.3 集成运算放大器的应用,4.减法运算电路 用叠加定理和比例器的知识来做,2,R1,R3,RF,减数,被减数,根据 :u+= u-, i+=i-= 0,当,时,举例P69,根据 u- = u+ = 0 , “虚地”。 根据i+ = i- =iI =0 ， 则: i1 = ic+iI iF,5.积分运算电路,电容上电压等于其电流的积分,1、uO与uI成积分关系,方波变三角波： 不同时间段里，uI正
12、跳变或 负跳变，uO充放电，变三角波。,2、应用,当为一阶跃直流电压时：,5.积分运算电路,补充例题,6.微分运算电路,根据 u- = u+ = 0 , “虚地”。 根据i+ = i- =iI =0 ， 则: i1 = iF+iI iF,1、uO与uI成微分关系,2、应用,方波变尖顶波。,6.微分运算电路,退出,1.电压比较器,电压比较器是将输入电压与另一个参考电压进行幅度比较，由输出状态反映结果的电路。它能够鉴别输入电平的相对大小。,（1）过零比较器,电路图,传输特性,双向稳压器，由反相串联的稳压管组成,3.3.2运算放大器的非线性应用,退出,uI0,uI0,当uI0时，u0，uoUZ；。,
13、可见，uI0处是输出电压的转折点，当输入正弦波，则输出负相矩形波。,波形图,在同相端另接一个固定电压UREF则成为电平检测比较器。,退出,3.3.2运算放大器的非线性应用,退出,（2）迟滞比较器,过零比较器非常灵敏，但抗干扰能力较差，当输入电压于参考电压附近时，输出会在正负饱和输出间跳跃，易造成误动作。,引入正反馈到同相端，使比较参考电压随着输出电压变化。,电路图,传输特性,退出,由理想运放“虚断”,电路图,传输特性,可见，输出为正，uI与UT比较；输出为负，则uI与UT比较，产生比较基准随输出变化的迟滞回差。,uI上升趋势时,uI下降趋势时,回差,退出,迟滞比较电路,UREF=0V传输特性,
14、UREF=6V传输特性,由上页结论，当UREF0V时,当UREF6V时,有UT16V，UT24V,退出,3.4.4 波形发生器,1.矩形波发生器,迟滞比较器 （正反馈）,电路图,由迟滞比较器的分析,uC与UT的比较结果影响uo极性,设uo+UZ，而C未充电，uC+UT时，输出变为UZ，而uR2UZ，C将通过Rf放电，uC降到UZ以下将重复充电过程，如此往复输出矩形波。,波形图,退出,2.三角波发生器,迟滞比较器 A1,反相积分器 A2,由叠加原理，A1同相端输入电压u为,式中，uo1为A1输出电压，其值等于UZ。,当uo1+UZ时，积分器输入为正，输出为线性下降波形，u+也线性下降，当u+过零
15、变负时，比较器A1翻转为UZ。积分器输入为负，此时输出为线性上升波形， u+也线性上升，当u+过零变正时，比较器A1翻转为+UZ。如此往复，输出三角波形。,退出,若需要改变输出电压频率，可以改变R2与Rf比值或RC充放电回路的时间常数。,可以改变输出频率的三角波信号产生电路图,调节电位器 RP减小被积电压，则积分电路输出电压uo反馈使比较器同相端输入电压u+变为零的时间增加，三角波频率降低。,退出,3.锯齿波发生器,将三角波发生器电路稍加改动，在R3两端并联一个二极管VD与电阻R5串联的支路，就成为锯齿波发生器。,图中R5R3，利用VD的单向导电性来改变本来相等的充放电时间系数。充电时二极管截
16、止，积分常数为R3C，放电时导通，积分常数为(R5/R3)C。,波形图,六、使用时的注意问题,1、消振:运算放大器很容易产生自激振荡，使用时要消振。目前集成运算放大器都有消振元件，,2、调零：运算放大器内部参数不完全对称，需外接调零电路。,不需外部消振。如确需可外接RC消振电路或消振电容。,2.1.2 集成运算放大电路,在报告会或演唱会上，使用扩音机不恰当，往往会听到扬声器尖锐的啸叫声。这是因为扬声器发出的声音又反馈到话筒中，话筒将声音变换为电信号，经放大后再推动扬声器，声音信号就这样不断地反馈到放大电路的输入端进行重复放大，结果在不需外加输入信号时，系统自己就可以将信号逐渐增大变成振幅固定的振动，这就是振荡现象，如图所示。,扩音系统中的电声振荡
