【正文】 種類的集成電路。二、集成運(yùn)算放大器的介紹 符號(hào)集成運(yùn)放的原理框圖如圖所示，由4個(gè)主要部分組成⑴輸入級(jí)：有兩個(gè)輸入端，一個(gè)輸入端與輸出端成同相關(guān)系，一個(gè)輸入端同輸出端成反相關(guān)系。溫度漂移要小。⑵中間級(jí)：主要完成電壓放大任務(wù)⑶輸出級(jí)：功率放大⑷偏置電路：向各級(jí)提供穩(wěn)定的靜態(tài)的工作電流。另外還有一些輔助電路：電平偏移電路 短路保護(hù)電路等。理想運(yùn)算放大器開環(huán)電壓增益Aod=∞ 共模抑制比KCMRR=∞輸入電阻rid=∞ 輸出電阻ro=0失調(diào)電壓UOS=0， 失調(diào)電壓溫漂dUO/dT=0失調(diào)電流IOS=0， 失調(diào)電流溫漂dIOS/dT=0運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性（1）、分析運(yùn)算放大器電路的兩條原則（線性區(qū)）（“虛短”） （“虛斷”）（2）、分析運(yùn)算放大器電路的原則（非線性區(qū)） （“虛斷”）第二節(jié) 運(yùn)算放大器的應(yīng)用一、信號(hào)運(yùn)算電路 電路特點(diǎn)：運(yùn)算放大器工作在閉環(huán)狀態(tài)，在運(yùn)放外部，輸出端與一個(gè)反相輸入端有物理連接。反相比例運(yùn)算同相比例運(yùn)算 反相加法運(yùn)算減法運(yùn)算分析過程略第三節(jié) 其他方面的應(yīng)用一、電壓比較器——單限電壓比較器在比較器中加入限幅或鉗位電路二、矩形波和三角波產(chǎn)生電路三、測(cè)量放大器課后作業(yè)：、第9章 正弦波振蕩器教學(xué)目的：掌握有源濾波器的基本概念及一階有源濾波電路的基本原理和分析計(jì)算。教學(xué)重點(diǎn)：LC振蕩電路的基本原理和分析計(jì)算教學(xué)難點(diǎn)：三點(diǎn)式LC振蕩電路的分析計(jì)算教學(xué)內(nèi)容：正弦波振蕩器的基本概念，LC振蕩器，石英晶體振蕩器教學(xué)方法：理論講解與舉例相結(jié)合，講例題時(shí)邊講邊練（學(xué)生先作，老師后講）。教學(xué)進(jìn)度：本內(nèi)容為8學(xué)時(shí)，、9..2節(jié)3學(xué)時(shí)。參考資料：電子電路基礎(chǔ)（林家儒主編，第2版，2006年），165173頁(yè)。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 正弦波振蕩器的基本概念一、自激振蕩的工作原理LC回路中的自由振蕩，如圖(a)所示。自由振蕩——電容通過電感充放電，電路進(jìn)行電能和磁能的轉(zhuǎn)換過程。阻尼振蕩——因損耗等效電阻R將電能轉(zhuǎn)換成熱能而消耗的減幅振蕩。圖(b)所示。等幅振蕩——利用電源對(duì)電容充電，補(bǔ)充電容對(duì)電感放電的振蕩過程，圖(c)所示。這種等幅正弦波振蕩的頻率稱為L(zhǎng)C回路的固有頻率，即 圖1 LC回路中的電振蕩二、自激振蕩的條件振蕩電路如圖2所示。振蕩條件：相位平衡條件和振幅平衡條件。1．相位平衡條件反饋信號(hào)的相位與輸入信號(hào)相位相同，即為正反饋，相位差是180176。 的偶數(shù)倍，即 j = 2np 其中，j 為Vf與Vi的相位差，n是整數(shù)。Vi、Vo、Vf的相互關(guān)系參見圖3。反饋信號(hào)幅度與原輸入信號(hào)幅度相等。即 AVF = 1 圖2 變調(diào)諧放大器為振蕩器 圖3 自激振蕩器方框圖三、自激振蕩建立過程自激振蕩器：在圖2中，去掉信號(hào)源，把開關(guān)S和點(diǎn)“2”相連所組成的電路。圖4 振蕩的建立過程自激振蕩建立過程：電路接通電源瞬間，輸入端產(chǎn)生瞬間擾動(dòng)信號(hào)vi，振蕩管V產(chǎn)生集電極電流iC，因iC具有跳變性，它包含著豐富的交流諧波。經(jīng)LC并聯(lián)電路選出頻率為f0的信號(hào)，由輸出端輸出vo，同時(shí)通過反饋電路回送到輸入端，經(jīng)過放大、選頻、正反饋、再放大不斷地循環(huán)過程，將振蕩由弱到強(qiáng)的建立起來(lái)。當(dāng)信號(hào)幅度進(jìn)入管子非線性區(qū)域后，放大器的放大倍數(shù)降低到AVF = 1時(shí)，振幅不再增加，自動(dòng)維持等幅振蕩。如圖4所示。例:判斷圖5(a)所示電路能否產(chǎn)生自激振蕩。解 (1) 振幅條件：因V基極偏置電阻Rb2被反饋線圈Lf短路接地，使V處于截止?fàn)顟B(tài)，故電路不能起振。 (2) 相位條件：采用瞬時(shí)極性法，設(shè)V基極電位為“正”，根據(jù)共射電路的倒相作用，可知集電極電位為“負(fù)”，于是L同名端為“正”，根據(jù)同名端的定義得知，Lf同名端也為“正”，則反饋電壓極性為“負(fù)”。顯然，電路不能自激振蕩。如果把圖5(a)改成圖(b)。因隔直電容Cb避免了Rb2被反饋線圈Lf短路，同時(shí)反饋電壓極性為“正”，電路滿足振幅平衡和相位平衡條件，所以電路能產(chǎn)生自激振蕩。 圖5 自激振蕩的判別 圖6 共發(fā)射極變壓器耦合振蕩器第二節(jié) LC振蕩器一、變壓器耦合式LC振蕩器電路特點(diǎn)：用變壓器耦合方式把反饋信號(hào)送到輸入端。常用的有以下兩種。1．共發(fā)射極變壓器耦合LC振蕩器(1) 電路結(jié)構(gòu)如圖6(a)所示。圖中V為振蕩放大管，電阻RRR3為分壓式穩(wěn)定工作點(diǎn)偏置電路，CC2為旁路電容，LC并聯(lián)回路為選頻振蕩回路，L34為反饋線圈，L78為振蕩信號(hào)輸出端，電位器RP和電容C1組成反饋量控制電路。(2) 工作原理圖7 共基極變壓器耦合振蕩電路交流通路如圖6(b)所示。對(duì)頻率f = f0的信號(hào)，LC選頻振蕩回路呈純阻性，此時(shí)和vf，反相，即φ1 = 180186。輸出電壓vo162。再通過反饋線圈L34，使4端為正電位，即與的φ2= 180186。于是，保證了正反饋，滿足了相位條件。如果電路具有足夠大的放大倍數(shù)，滿足振幅條件，電路就能振蕩。調(diào)節(jié)RP可改變輸出幅度。2．共基極變壓器耦合LC振蕩器(1) 電路結(jié)構(gòu)如圖7(a)所示。圖中V為振蕩放大管，電阻RRR3為分壓式穩(wěn)定工作點(diǎn)偏置電路，C1為基極旁路電容，C2為隔直耦合電容，L2為反饋線圈，L與C串聯(lián)組成選頻振蕩電路。(2) 工作原理交流通路如圖L7(b)所示。接通電源瞬間，LC回路振蕩電壓加到管子基射之間，形成輸入電壓，經(jīng)V放大后，輸出信號(hào)經(jīng)反饋線圈L2與L之間的互感耦合反饋到管子基射之間，若形成正反饋。在滿足振幅平衡條件下，電路產(chǎn)生振蕩。綜上分析，變壓器反饋電路的反饋強(qiáng)度，可通過L2與L1之間的距離來(lái)調(diào)節(jié)。變壓器耦合振蕩電路的振蕩頻率為 若調(diào)節(jié)L、C，可改變振蕩頻率。二、三點(diǎn)式LC振蕩電路電路特點(diǎn)：LC振蕩回路三個(gè)端點(diǎn)與晶體管三個(gè)電極相連。 圖8 電感三點(diǎn)式振蕩器 圖9 電容三點(diǎn)式振蕩器1．電感三點(diǎn)式振蕩器電路如圖8(a)，交流通路如圖8(b)所示。相位條件：當(dāng)線圈1端電位為“+”時(shí)，3端電位為“”，此時(shí)2端電位低于1端而高于3端，即vf與vo反相，經(jīng)倒相放大后，形成正反饋，即滿足相位條件。振幅條件：適當(dāng)選擇L2和L1的比值。使，滿足振幅條件。電路就能振蕩。由于反饋電壓vf取自L2兩端，故改變線圈抽頭位置，可調(diào)節(jié)振蕩器的輸出幅度。L2越大，反饋越強(qiáng)，振蕩輸出越大，反之，L2越小，反饋越小，不易起振。電路振蕩頻率為 其中M是L1與L2之間的互感系數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：振蕩頻率很高，一般可達(dá)到幾十兆赫；缺點(diǎn)：波形失真較大。2．電容三點(diǎn)式振蕩器電容三點(diǎn)式振蕩器電路如圖9(a)所示，交流通路如圖9(b)所示。相位條件：當(dāng)線圈1端電位為“+”時(shí)，3端電位為“”。此電壓經(jīng)CC2分壓后，2端電位低于1端而高于3端，即vf與vo反相，經(jīng)V倒相放大后，使1端獲“+”電位，形成正反饋，滿足相位條件。振幅條件：適當(dāng)?shù)倪x擇CC2的數(shù)值，使電路具有足夠大的放大倍數(shù)，電路可產(chǎn)生振蕩。電路振蕩頻率為 而 電路特點(diǎn)：頻率較高，可達(dá)100 MHz以上。優(yōu)點(diǎn)：輸出波形好。缺點(diǎn)：調(diào)節(jié)頻率不方便。第三節(jié) 石英晶體振蕩器電路特點(diǎn)：頻率穩(wěn)定度高，可達(dá)106 ~ 1011量級(jí)。一、石英晶體的基本特性及其等效電路1．壓電效應(yīng)石英晶體諧振器如圖11所示。它是在晶片的兩個(gè)對(duì)面上噴涂一對(duì)金屬極板，引出兩個(gè)電極，加以封裝所構(gòu)成。壓電效應(yīng)：晶片在電壓產(chǎn)生的機(jī)械壓力下，其表面電荷的極性隨機(jī)械拉力而改變的一種現(xiàn)象。如圖12(a)所示。壓電諧振：外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時(shí)，回路發(fā)生串聯(lián)諧振，電流振幅最大的一種現(xiàn)象。產(chǎn)生壓電諧振時(shí)的振蕩頻率稱晶體諧振器的振蕩頻率。圖12(b)所示。 圖12 壓電效應(yīng)和諧振現(xiàn)象 圖13 石英晶體諧振器2．符號(hào)和等效電路符號(hào)如圖13(a)所示。當(dāng)晶體不振動(dòng)時(shí)，可用靜態(tài)電容CO來(lái)等效，一般約為幾個(gè)皮法到幾十皮法；當(dāng)晶體振動(dòng)時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的慣性可用電感L來(lái)等效，一般為103~102H；晶片的彈性可用電容C來(lái)等效，一般為102 ~ 101 pF；晶片振動(dòng)時(shí)的損耗用R來(lái)等效，阻值約為102 W。由可知，品質(zhì)因數(shù)Q很大，可達(dá)104 ~ 106。加之晶體的固有頻率只與晶片的幾何尺寸有關(guān)，其精度高而穩(wěn)定。所以，采用石英晶體諧振器組成振蕩電路，可獲得很高的頻率穩(wěn)定度。等效電路如圖3(b)所示，它有兩個(gè)諧振頻率。(1) 當(dāng)L、C、R支路串聯(lián)諧振時(shí)，等效電路的阻抗最小，串聯(lián)諧振頻率為 (2) 當(dāng)?shù)刃щ娐凡⒙?lián)諧振時(shí)，并聯(lián)諧振頻率為 由于C C0，因此fs和fp兩個(gè)頻率非常接近。圖13(c)為石英晶體諧振器的電抗頻率特性，在fs和fp之間為感性，在此區(qū)域之外為容性。二、石英晶體振蕩電路1．并聯(lián)型晶體振蕩電路圖14(a)所示。振蕩回路由CC2和晶體組成。其中，晶體起電感L的作用，等效電路如圖14(b)所示。即振蕩頻率在晶體諧振器的fs與fp之間。由于回路電容是C1和C2串聯(lián)后與C0并聯(lián)，再與C串聯(lián)，則回路電容為。故振蕩回路的諧振頻率為圖14 并聯(lián)型晶體振蕩器 由于，則諧振頻率近似為 可見，振蕩頻率基本上取決于晶體的固有頻率f s。故其頻率穩(wěn)定度高。2．串聯(lián)型晶體振蕩電路如圖15所示。晶體與電阻R串聯(lián)構(gòu)成正反饋電路。當(dāng)振蕩頻率等于晶體的固有頻率fs時(shí)，晶體阻抗最小，且為純電阻，電路滿足自激振蕩條件而振蕩，其振蕩頻率為f0 = fs。否則不能振蕩。調(diào)節(jié)電阻R可獲得良好的正弦波輸出。 圖15 串聯(lián)晶體振蕩電路 圖16 集成運(yùn)放LC正弦波振蕩器本章小結(jié)：1．調(diào)諧放大器是一種選頻放大器。它利用LC并聯(lián)諧振電路的選頻特性在頻率眾多的信號(hào)中選出某一頻率的信號(hào)加以放大。2．調(diào)諧放大器有單回路調(diào)諧和雙回路調(diào)諧兩種基本電路。雙回路調(diào)諧放大器可以在一定的頻帶內(nèi)具有良好的選擇性。3．電路產(chǎn)生自激振蕩必需同時(shí)滿足相位平衡條件和振幅平衡條件。具體判別的關(guān)鍵為：電路必需是一個(gè)具有正反饋的正常放大電路。4．正弦波振蕩器實(shí)質(zhì)上是具有正反饋的放大器，LC振蕩器常用于高頻振蕩，石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定度很高。5．LC振蕩器有變壓器耦合式和三點(diǎn)式。可以用集成運(yùn)放組成LC振蕩器。振蕩器的種類很多，可分為正弦波和非正弦波兩大類。各種振蕩器都有各自的用途，它們的集成電路的形式廣泛用于電子玩具、發(fā)聲設(shè)備及石英電子鐘等各個(gè)方面。作業(yè)： 第10章 直流電源教學(xué)目的：掌握整流電路、濾波電路和串聯(lián)型穩(wěn)壓電路的工作原理。教學(xué)重點(diǎn)：穩(wěn)壓電路和濾波電路。教學(xué)難點(diǎn)：串聯(lián)型穩(wěn)壓電壓的設(shè)計(jì)。 教學(xué)內(nèi)容：整流、濾波電路，串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源。教學(xué)方法：理論講解與舉例相結(jié)合，講例題時(shí)邊講邊練（學(xué)生先作，老師后講）。教學(xué)進(jìn)度：本內(nèi)容為5學(xué)時(shí)。參考資料：電子電路基礎(chǔ)（林家儒主編，第2版，2006年），176180頁(yè)。教學(xué)內(nèi)容第一節(jié) 整流、濾波電路一、整流電路整流電路的作用是將交流電（正弦或非正弦）變換為單方向脈動(dòng)的直流電，完成這一任務(wù)主要是靠二極管的單向?qū)щ娮饔?，因此二極管是構(gòu)成整流電路的核心元件。整流電路研究的主要問題是輸出電壓的波形以及輸出電壓的平均值Uo（即輸出電壓的直流分量大?。?，均列于表中。表中還列出了各種整流電路的二極管中流過的電流平均值ID和二極管承受的最高反向電壓UDRM，它們是選擇二極管的主要技術(shù)參數(shù)。變壓器副邊電流的有效值I2是選擇整流變壓器的主要指標(biāo)之一。分析整流電路工作原理的依據(jù)是看哪個(gè)二極管承受正向電壓，三相橋式整流電路是看哪個(gè)二極管陽(yáng)極電位最高或陰極電位最低，決定其是否導(dǎo)通。分析時(shí)二極管的正向壓降及反向電流均可忽略不計(jì)，即可將二極管視作理想的單向?qū)щ娫?各種整流電路性能比較表類型整流電路整流電壓波形整流電壓平均值Uo二極管電流平均值ID二極管承受的最高反向電壓UDRM變壓器副邊電流的有效值I2單相半波