【正文】 ，當(dāng)輸入電壓達(dá)到此門(mén)限值時(shí)，輸出狀態(tài)立即發(fā)生跳變。運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)，輸入和輸出不成線性關(guān)系。從電路結(jié)構(gòu)來(lái)看，運(yùn)放常處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)或加入 正反饋。比較器的輸出只有兩種可能的狀態(tài)：高電平或低電平，為數(shù)字量 ；而輸入信號(hào)是連續(xù)變化的模擬量，因此比較器可作為模擬電路和數(shù)字電路的 “接口 ”、電平檢測(cè)及波形變換等領(lǐng)域中。本節(jié)將重點(diǎn)介紹方波產(chǎn)生電路和 鋸齒 波產(chǎn)生電路的基本工作原理。 R1 R2 C RP1 f (HZ) 得出結(jié)論： 知識(shí)介紹： 非正弦波信號(hào)發(fā)生器 在自動(dòng)化、電子、通信等領(lǐng)域中，經(jīng)常需要進(jìn)行性能測(cè)試和信息的傳送等，這些都離不開(kāi)一些非正弦信號(hào)。 表 頻率（ HZ） 波形 Vo1 Vo2 （ 2）改變鋸齒波頻率并測(cè)量變化范圍。 按圖 在實(shí)驗(yàn) 板上接好線路。 圖 三角波發(fā)生電路 （ 1）觀察 V01及 V02的波形 V01波形和 V02波形 （ 2）改變輸出波形的頻率，方法如方波。在下表 中填寫(xiě)。 圖 方波發(fā)生電路 （ 1）觀察 Vc 和 Vo 的波形及頻率。每組模電試驗(yàn)箱一臺(tái)。 情感目標(biāo) 增強(qiáng)專(zhuān)業(yè)意識(shí)，培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和職業(yè)習(xí)慣； 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)； 提高學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。式中的比例常數(shù) RC 稱(chēng)為電路的時(shí)間常數(shù) 圖 微分電路信號(hào)波形 dtduCdtduCi c i1C1 ??RudtduCii Rc 0i1 ????dtduCRu i0 ?? 課題 項(xiàng)目四 信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)與制作 任務(wù)二 三角波、方波發(fā)生器設(shè)計(jì)與制作 任務(wù) 分解 方波發(fā)生器的制作與調(diào)試 三角波發(fā)生器的制作與調(diào)試 授 課 方 式 講 授 操作演示 仿真演示 研究學(xué)習(xí) 學(xué)生操作 師生互動(dòng) √ √ √ √ √ 能力目標(biāo) 會(huì)用集成運(yùn)放設(shè)計(jì)方波發(fā)生器； 會(huì)用集成運(yùn)放設(shè)計(jì)三角波、鋸齒波發(fā)生器； 會(huì)用示波器觀察信號(hào)及掌握信號(hào)頻率調(diào)整方法 。圖中 R 引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋使運(yùn)放工作在線性區(qū)。式中的比例常數(shù) RC 稱(chēng)為電路的時(shí)間常數(shù)。電容 C 引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋，運(yùn)放工作在線性區(qū)。 圖 同相求和電路 根據(jù) “虛 斷 ”可得： 由 “虛短 ”可得 ： 再根據(jù)同相比例輸入電路 ： 可得 ： 根據(jù)對(duì)稱(chēng)性要求 ： 因此 ： 若 ： 則實(shí)現(xiàn)同相求和運(yùn)算 ： 43i32i21i1 RuRuRuRu ????)( 3i32i21i14 RuRuRuRuu ???? ??iuRRu )1( 1F0 ??)()1( 3i32i21i14Fo RuRuRuRRRu ????)()( 3i32i21i1F3i32i21i1FFFo RuRuRuRRuRuRuRR RRR RRu ????????4FN // RRRR ??F321 RRRR ???3i2i1i0 uuuu ???（ 5）積分電路 積分電路可以完成對(duì)輸入信號(hào)的積分運(yùn)算，即輸出電壓與輸入電壓的積分成正比。 圖 反相求和電路 反相電路存在 “虛地 ”現(xiàn)象，因此 ： u= u+= “地 ” 可得： 因?yàn)?： 將各電流代入 ： 整理上式可得 ： 如果取各輸入電阻 ： 則 ： 實(shí)現(xiàn)了反相求和運(yùn)算 。 若 R1=∞或 Rf=0，則 uo=ui，此時(shí)電路構(gòu)成電壓跟隨器，如圖 所示。 比例系數(shù)取決于電阻 Rf與 R1 阻值之比。輸入電壓加在同相輸入端，為保證運(yùn)放工作在線性區(qū)，在輸出端和反相輸入端之間接反饋電阻 Rf構(gòu)成深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋， R′為平衡電阻， R′ = Rf∥ R1。 圖 反相比例運(yùn)算電路 由 “虛斷 ”可推出： i+=0，因此 u+“虛地 ” 根據(jù) “虛短 ”又可推出： u= u+=0 可得： 反相輸入端虛斷，所以 ： 整理后可得 可見(jiàn)反相比例運(yùn)算電路的輸出電壓與輸入電壓相位相反，而幅度成正比關(guān)系，比例系數(shù)取決于電阻阻值之比 為 使運(yùn)放輸入級(jí)的差分放大電路參數(shù)保持一致，要求從運(yùn)放兩個(gè)輸入端向外看的等效電阻相等，因此在同相端接入一個(gè) R′為平衡電阻， R′ = Rf∥ R1。 在對(duì)集成運(yùn)放應(yīng)用電路的分析過(guò)程中，一般將實(shí)質(zhì)運(yùn)放視為理想運(yùn)算放大器來(lái)處理，只有在需要研究應(yīng)用電路的誤差時(shí)，才會(huì)考慮實(shí)際運(yùn)算放大器特性帶來(lái)的影響。 比例運(yùn)算電路 線性應(yīng)用電路中，一般都在電路中加入深度負(fù)反饋，使運(yùn)放工作在線性區(qū)，以實(shí)現(xiàn)各種不同功能。 2． 運(yùn)放工作在非線性工作區(qū)時(shí)的特點(diǎn) 在非線性工作區(qū)，運(yùn)放的輸入信號(hào)超出了線性放大的范圍，輸出電壓不再隨輸入電壓線性變化，而是達(dá)到飽和，輸出電壓為正向飽和壓降 UOH（正向最大輸出電壓）或負(fù)向飽和壓降 UOL（負(fù)向最大輸出電壓），如圖 所示。 “虛短 ”和 “短路 ”是截然不同的兩個(gè)概念， “虛短 ”的兩點(diǎn) 之間，仍然有電壓，只是電壓十分微?。欢?“短路 ”的兩點(diǎn)之間，電壓為零。在線性工作區(qū)，集成運(yùn)放 uo 與 ui 之間關(guān)系可表示為 式中， Aod為集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)， u+和 u分別為同相輸入端和反相輸入端電壓。 集成運(yùn)放的兩個(gè)工作區(qū) 1． 運(yùn)放工作在線性工作區(qū)時(shí)的特點(diǎn) 在集成運(yùn)放應(yīng)用電路中，運(yùn)放的工作范圍有兩種情況：工作在線性區(qū)或工作在非線性區(qū)。就是將集成運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化，得到一個(gè)理想的運(yùn)算放大器。由圖可見(jiàn)，若電源極性接錯(cuò)，則二極管 VD VD2 不能導(dǎo)通，使電源被斷開(kāi)。當(dāng)然，任何保護(hù)措施都是有限度的，若將輸出端直接接電源，則穩(wěn)壓管會(huì)損壞，使電路的輸出電阻大大提高，影響了電路的性能。圖 (b)所示是防止共模電壓過(guò)大的保護(hù)電路，限制集成運(yùn)放的共模輸入電壓不超過(guò) +U 至 U 的范圍。因此，為使運(yùn)放安全工作，也需要從這三個(gè)方面進(jìn)行保護(hù)。另外 ,防止通過(guò)電源內(nèi)阻造成低頻振蕩或高頻振蕩的措施是在集成運(yùn)放的正、負(fù)供電電源的輸入端對(duì)地一定要分別加入一電解電容（ 10mF）和一高頻濾波電容（ ~）。 圖 常用調(diào)零電路 3．集成運(yùn)放的自激振蕩問(wèn)題 運(yùn)算放大器是一個(gè)高放大倍數(shù)的多級(jí)放大器 ,在接成深度負(fù)反饋條件下 ,很容易產(chǎn)生自激振蕩。下面以 uA741 為例 ,圖 給出了常用調(diào)零電路。為了提高電路的運(yùn)算精度 ,要求對(duì)失調(diào)電壓和失調(diào)電流造成的誤差進(jìn)行補(bǔ)償 ,這就是運(yùn)算放大器的調(diào)零。靜態(tài)時(shí) ,運(yùn)算放大器的輸出電壓近似為 VCC/2,為了隔離掉輸出中的直流成分接入電容。此時(shí)為了保證運(yùn)放內(nèi)部單元電路具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn) ,在運(yùn)放輸入端一定要加入一直流電位。在這種方式下 ,可把信號(hào)源直接接到運(yùn)放的輸入腳上 ,而輸出電壓的振幅可達(dá)正負(fù)對(duì)稱(chēng)電源電壓。 （ 1）對(duì)稱(chēng)雙電源供電方式 運(yùn)算放大器多采用這種方式供電。 三、集成運(yùn)放使用注意事項(xiàng)： 1．集成運(yùn)放的電源供給方 式 集成運(yùn)放有兩個(gè)電源接線端 +VCC 和 VEE,但有不同的電源供給方式。 15V 電源。μA741 的開(kāi)環(huán)電壓增益 Aud 約為 94dB(5 104 倍 )。 二、 集成運(yùn)放參數(shù)的測(cè)試 以μ A741 為例，其管腳排列如圖所示。 實(shí)際選擇集成運(yùn)放時(shí) ， 除優(yōu)值系數(shù)要考慮之外 ， 還應(yīng)考慮其他因素。 在沒(méi)有特殊要求的場(chǎng)合 ， 盡量選用通用型集成運(yùn)放 ， 這樣即可降低成本 ， 又容易保證貨源。 為簡(jiǎn)化分析過(guò)程，同時(shí)又能滿(mǎn)足實(shí)際工程的需要，常把集成運(yùn)放理想化，集成運(yùn)放的理想化參數(shù)為： ①開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù) Au0=∞ ②差模輸入電阻 ri=∞ ③輸出電阻 r0=0 ④共模抑制比 KCMR=∞ 集成運(yùn)放的電壓傳輸特性 集成運(yùn)算放大器使用中的幾個(gè)具體問(wèn)題 一、 集成運(yùn)放的選擇 集成 運(yùn)算放大器是模擬集成電路中應(yīng)用最廣泛的一種器件。 (4)最大共模輸入電壓 Uicmax 指運(yùn)放兩個(gè)輸入端能承受的最大共模信號(hào)電壓。 (2)差模輸入電阻 ri 運(yùn)放的差動(dòng)輸入電阻很高，一般在幾十千歐至幾十兆歐。 集成運(yùn)算放大器的 主要性能指標(biāo) (1)開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù) Au0 其數(shù)值很高，一般約為 104~107。例如 D41 集成運(yùn)放的電源電壓可達(dá)177。若要提高輸出電壓或增大輸出電流，集成運(yùn)放外部必須要加輔助電路。 6. 高壓大功率型運(yùn)算放大器 運(yùn)算放大器的輸出電壓主要受供電電源的限制。 2V~177。常見(jiàn)的運(yùn)放有LM31μ A715 等，其 SR=50~70V/μ s， BWG＞ 20MHz。 4. 高速型運(yùn)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(yùn)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(yùn)放是不能適合于高速應(yīng)用的場(chǎng)合的。低溫漂型運(yùn)算放大器就是為此而設(shè)計(jì)的。常見(jiàn)的集成器件有 LF35 LF35 LF347（四運(yùn)放）及更高輸入阻抗的 CA31 CA3140 等。實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)的主要措施是利用場(chǎng)效應(yīng)管高輸入阻抗的特點(diǎn)，用場(chǎng)效應(yīng)管組成運(yùn)算放大器的差分輸入級(jí)。 常見(jiàn)的型號(hào)有 74 LM38 LM324 等。 圖 集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào) 集成運(yùn)算放大器的分類(lèi) 1. 通用型運(yùn)算放大器 通用型運(yùn)算放大器就是以通用為目的而設(shè)計(jì)的。 單列扁平式 雙列直插式 單列直插式 扁平式 圖 所示為集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)。輸出級(jí)常用電壓跟隨器或互補(bǔ)電壓跟隨器組 成，以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。 圖 集成運(yùn)放的基本組成部分 運(yùn)放的輸入級(jí) ： 利用差動(dòng)放大電路的對(duì)稱(chēng)特性可提高整個(gè)電路的共模抑制比和電路性能。 集成運(yùn)算放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有高電壓放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路?，F(xiàn)在，運(yùn)放的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超 過(guò)運(yùn)算的范圍。集成電路的發(fā)展，對(duì)各行各業(yè)的技術(shù)改造與產(chǎn)品更新起到了促進(jìn)作用。自 1959 年世界上第一塊集成電路問(wèn)世至今，只不過(guò)才經(jīng)歷了四十多年時(shí)間，但它已深入到工農(nóng)業(yè)、日常生活及科技領(lǐng)域的相當(dāng)多產(chǎn)品中。 表 Vi1 (V) 1 2 Vi2 (V) Vo (V) 實(shí)測(cè)值 理論值 VA（ V） VB（ V） 知識(shí)介紹： 集成運(yùn)算放大器 集成運(yùn)算放大器的基本組成 集成電路