【文章內(nèi)容簡介】 型運算放大器 這類集成運算放大器的特點是差模輸入阻抗非常高 ， 輸入偏置電流非常小 ， 一般 rid（ 109~1012） W， IIB 為幾皮安到幾十皮安。實現(xiàn)這些指標的主要措施是利用場效應管高輸入 阻抗的特點 ,用場效應管組成運算放大器的差分輸入級 。 用 FET 作輸入級 ， 不僅輸入阻抗高 ， 輸入偏置電流低 ，而且具有高速、寬帶和低噪聲等優(yōu)點 ， 但輸入失調(diào)電壓較大。常見的集成器件有 LF35 LF35 LF347（四運放）及更高輸入阻抗的 CA31 CA3140等。 3低溫漂型運算放大器 在精密儀器、弱信號檢測等自動控制儀表中 ,總是希望運算放大器的失調(diào)電壓要小且不隨溫度的變化而變化。低溫漂型運算放大器就是為此而設(shè)計的。目前常用的高精度、低溫漂運算放大器有 OP0 OP2 AD508 及由 MOSFET 組成的 斬波穩(wěn)零型低漂移器件 ICL7650 等。 8 4高速型運算放大器 在快速 A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器、視頻放大器中 ， 要求集成運算放大器的轉(zhuǎn)換速率 SR 一定要高 ， 單位增益帶寬 BWG 一定要足夠大 ， 像通用型集成運放是不能適合于高速應用的場合的。高速型運算放大器主要特點是具有高的轉(zhuǎn)換速率和寬的頻率響應。常見的運放有 LM31 mA715等 ， 其 SR=50~70V/ms，BWG＞ 20MHz。 5低功耗型運算放大器 由于電子電路集成化的最大優(yōu)點是能使復雜電路小型輕便 ， 所以隨著便攜式儀器應用范圍的擴大 ， 必須使用低電源電壓供電、低功 率消耗的運算放大器。常用的有 TL022C、 TL060C 等 ， 其工作電壓為 177。2V ～ 177。18V ，消耗電流為 50～ 250mA。 目前有的產(chǎn)品功耗已達微瓦級 ,例如 ICL7600 的供電電源為 ， 功耗為 10mW， 可采用單節(jié)電池供電。 6高壓大功率型運算放大器 運算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。在普通的運算放大器中 ,輸出電壓的最大值一般僅幾十伏 ， 輸出電流僅幾十毫安。若要提高輸出電壓或增大輸出電流 ， 集成運放外部必須要加輔助電路。高壓大電流集成運算放大器外部不需附加任何電路 ， 即可輸出高電壓和大電流。例如 D41集成運放的電源電壓可達 177。150V ， mA791 集成運放的輸出電流可達 1A。 理論上，任何滿足放大倍數(shù)要求的放大電路與 RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡都可組成正弦波振蕩電路，但是實際上所選用的放大電路應具有盡可能大的輸入電阻和盡可能小的輸出電阻。經(jīng)過分析比較我選用 uA741 通用 型 集成運放，該運放的技術(shù)參數(shù)如表 2– 1，引腳排列圖及仿真圖標如 (a) (b)所示。 9 它具有輸出零電位穩(wěn)定性高、輸入阻抗高 ，價格低廉，易于購買等 優(yōu)點 。 表 2– 1 uA741通用集成運放技術(shù)參數(shù)符號 參數(shù) 條件 最小值 典型值 最大值 單位 VOS 輸入失調(diào)電壓 — — 2 6 mV IOS 輸入失調(diào)電流 — — 20 200 nA IB 輸入偏置電流 — — 80 500 nA RIN 輸入電阻 — — MΩ VIDR 差模輸入電壓范圍 — 177。 177。 — V CMRR 共模抑制比 VCM=177。13V 70 90 — dB PSRR 電源抑制比 VS=177。3V～ 177。18V — 30 150 u V/V AVO 開環(huán)電壓增益 RL≥ 2KΩ V0=177。 10V 20 200 — V/mV VO 輸出電壓擺幅 RL≥ 10KΩ RL≥ 2KΩ 177。12177。 177。177。 — V SR 擺率 RL≥ 2KΩ — — V/us RO 輸出電阻 V0=0， I0=0 — 75 — Ω IOS 輸出短路電流 — — 25 — mA IS 電源電流 — — mA Pd 功耗 VS=177。15 無負載 — 50 85 mW 注：測試條件： T=25℃， VCC=VEE=15V 圖 uA741 引線排列圖 (a) 引腳排列圖 (b)仿真圖標 10 (2) 選頻網(wǎng)絡 選頻網(wǎng)絡有很多種，有 RC 組成的選頻網(wǎng)絡也有 LC、石英晶體組成的選頻網(wǎng)絡。 RC 型選頻網(wǎng)絡的的振蕩頻率 較低，一般在 1MHZ以下； LC 選頻網(wǎng)絡的振蕩頻率在 1MHZ以上；石英晶體選頻網(wǎng)絡可以等效成 LC 選頻網(wǎng)絡，其特點是振蕩頻率非常穩(wěn)定。根據(jù)任務要求產(chǎn)生振蕩頻率為 20HZ～ 2KHZ的正弦信號，選擇 RC 型選頻網(wǎng)絡就可以滿足。 實用的 RC 型選頻網(wǎng)絡有很多種，如 RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡， RC 雙 T 網(wǎng)絡， RC移相網(wǎng)絡。目前應用最為廣泛的是 RC 串并聯(lián)網(wǎng)絡，由 RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡構(gòu)成的正弦振蕩電路稱為 RC 正弦波振蕩電路，又稱 RC 橋式振蕩電路或文式橋振蕩電路。 將電阻與電容串聯(lián)、電阻與電容并聯(lián)所組成的網(wǎng)絡稱為 RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡 [7]，如圖 ： 通常取 R1=R2=R， C1=C2=C。因為 RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡在正弦波振蕩電路中既為選頻網(wǎng)絡，又為正反饋網(wǎng)絡，所以其輸入電壓為 .OU ，輸出電壓為 .fU 。 當信號頻率足夠低時， 1 RwC?? ，因而網(wǎng)絡的簡化電路及其電壓和電流的向量圖如圖 所示。 .fU 超前 .OU ，當頻率趨近于零時，相位超前趨近于+90176。 ， 且 .fU趨近于零。 圖 RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡 11 當信號頻率足夠高時， 1 RwC??，因而網(wǎng)絡的簡化電路及其電壓和電流的向量圖如圖 所示。 .fU 滯后 .OU ，當頻率趨近于無窮大時，相位滯后趨近于 90176。 ，且 .fU趨近于零。 可以想象，當信號頻率從零逐漸變化到無窮大時， .fU 的相位將從 +90176。逐漸變化到 90176。 。因此，對于 RC 串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡，必定存在一個頻率 f0,當 f= f0時， .fU 與 .OU 同相。通過計算可以求出頻率特性和 f0。 ...111fR jwCRRjwC jwC????? ? ? ?OUFU （ 2–7） 整理可 得： . 113 ( )j w RC w RC? ??F （ 2–8） 令0 1w RC?， 則 0 12f RC?? 代入（ 2–8）式得 .0013 ( )ffj ff? ??F （ 2–9） 幅頻特性 為： .220013 ( )ffff???F （ 2–10） 圖 低頻段等效電路及其向量圖 圖 高頻段等效電路及其向量圖 12 相頻特性為 ： 001a r c ta n ( )3F ffff? ? ? ? （ 2–11） 由上述式子得： 當 0ff? 時 ， . 13F?， 即 ..013f ?UU， 0F? ? ? 。 由選頻網(wǎng)絡的上述分析可得必須匹配一個電壓放大倍數(shù)大于 3 的放大電 路使得 ..1?AF 才能構(gòu)成正弦振蕩電路。 (3)穩(wěn)幅電路 由于 RC 選頻網(wǎng)絡本身存在的特點會使振蕩波形不穩(wěn)定，加之放大器的非線性會使波形質(zhì)量更差，因此采用線性放大器，引入電壓負反饋穩(wěn)幅電路，如圖 ，使放大器輸入阻抗提高，從而減小放大器對選頻網(wǎng)絡的影響；輸出阻抗減小，從而提高振蕩器帶負載的能力；負反饋本身就有改善波形，減小失真的功能。對于這部分負反饋電路可以選用 R1為正溫度系數(shù)的熱敏電阻，當 0U 因某種原因增大時，流過 R1和 Rf 的電流增大，使 R1功耗增大，導致溫度升高，因而使熱敏電阻 R1阻值增大，從而使 .A 數(shù)值減小， 0U 隨之減??；當 0U 因某種原因減小時，各物理量與上述變化相反，從而使輸出電壓穩(wěn)定。當然，也可選用負 Rf 為負溫度系數(shù)的熱敏電阻。 除此之外，還可在 Rf 串聯(lián)兩個并聯(lián)的二極管，如圖 ，利用電流增大時二極管動態(tài)電阻減小、電流減小時二極管動態(tài)電阻增大的特點，加入非線 性環(huán)節(jié)，從而使輸出電壓穩(wěn)定。 圖 電壓串聯(lián)負反饋電路 13 （ 二 ） 脈沖信號源 獲取矩形脈沖波形的途徑不外乎兩種 [8]：一種是利用各種形式的多諧振蕩電路直接產(chǎn)生所需要的矩形脈沖，另一種是通過各種整形電路把已有的周期性變化波形變換為符合要求的矩形脈沖。當然，在采用整形的方法獲取矩形脈沖時，是以能夠找到頻率和幅度都符合要求的一種已有電壓信號為前提的。本設(shè)計中采用 555 構(gòu)成的多諧振蕩器直接產(chǎn)生矩形脈沖。定量描述矩形脈沖特性的參數(shù)有： 脈沖周期 T— 周期性重復的脈沖序列中，兩個相鄰脈沖之間的時間間隔。有時也使用頻率 1f T? 表示單位時間內(nèi)脈沖重復的次數(shù)。 脈沖幅度 Vm— 脈沖電壓的最大變化幅度。 脈沖寬度 tw— 從脈沖前沿到達 起，到脈沖后沿到達 為止的一段時間。 上升時間 tτ — 脈沖上升沿從 上升到 所需要的時間。 下降時間 tf— 脈沖下降沿從 下降到 所需要的時間。 占空比 q— 脈沖寬度與脈沖周期的比值，亦即 wq t T＝ 。 圖 加入并聯(lián)二極管的電壓串聯(lián)負反饋電路 14 555 定時器工作原理 555 定時器（又稱時基電路）是一種將模擬功能和邏輯功能巧妙 結(jié)合在同一塊硅片上的線性集成電路，它是數(shù)字電路和模擬電路相結(jié)合的電路，能夠產(chǎn)生時間延遲和多種脈沖信號。具有線路簡單、功能靈活、調(diào)節(jié)方便等優(yōu)點。利用它能方便的構(gòu)成各種觸發(fā)器、波形振蕩器以及定時延時電路、檢測電路、電源變換電路等多種實用電路 [9]。 它由兩個比較器 C C2，基本 RS 觸發(fā)器和集電極開路的放電三極管TD 三部分組成。 555 定時器產(chǎn)品型號繁多，但所有雙極型產(chǎn)品型號最后的 3位數(shù)碼都是 555，所有 CMOS 產(chǎn)品型號最后的 4 位數(shù)碼都是 7555。而且它們的功能和外部引腳的排列完全相同，國產(chǎn)雙極型定時器 CB555 的電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳排列如圖 所示。 1Iv 是比較器 C1 輸入端（也稱閾值端，用 TH 標注）， 2Iv 是比較器 C2的圖 CB555 的電路結(jié)構(gòu)圖及引腳排列圖 15 輸入端（也稱觸發(fā)端，用 TR 標注）。 C1 和 C2 的參考電壓（電壓比較的基準）VR1