【正文】 ，當(dāng)輸入電壓達(dá)到此門限值時，輸出狀態(tài)立即發(fā)生跳變。運(yùn)放工作在非線性區(qū)時，輸入和輸出不成線性關(guān)系。從電路結(jié)構(gòu)來看，運(yùn)放常處于開環(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： 知識介紹： 非正弦波信號發(fā)生器 在自動化、電子、通信等領(lǐng)域中，經(jīng)常需要進(jìn)行性能測試和信息的傳送等，這些都離不開一些非正弦信號。 表 頻率（ HZ） 波形 Vo1 Vo2 （ 2）改變鋸齒波頻率并測量變化范圍。 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。 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。 情感目標(biāo) 增強(qiáng)專業(yè)意識，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)動機(jī)； 提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。式中的比例常數(shù) RC 稱為電路的時間常數(shù) 圖 微分電路信號波形 dtduCdtduCi c i1C1 ??RudtduCii Rc 0i1 ????dtduCRu i0 ?? 課題 項(xiàng)目四 信號產(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 √ √ √ √ √ 能力目標(biāo) 會用集成運(yùn)放設(shè)計(jì)方波發(fā)生器； 會用集成運(yùn)放設(shè)計(jì)三角波、鋸齒波發(fā)生器； 會用示波器觀察信號及掌握信號頻率調(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 稱為電路的時間常數(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)對稱性要求 ： 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輸入信號的積分運(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)放輸入級的差分放大電路參數(shù)保持一致，要求從運(yùn)放兩個輸入端向外看的等效電阻相等，因此在同相端接入一個 R′為平衡電阻， R′ = Rf∥ R1。 在對集成運(yùn)放應(yīng)用電路的分析過程中，一般將實(shí)質(zhì)運(yùn)放視為理想運(yùn)算放大器來處理，只有在需要研究應(yīng)用電路的誤差時，才會考慮實(shí)際運(yùn)算放大器特性帶來的影響。 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)時的特點(diǎn) 在非線性工作區(qū)，運(yùn)放的輸入信號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)放的兩個工作區(qū) 1． 運(yùn)放工作在線性工作區(qū)時的特點(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，得到一個理想的運(yùn)算放大器。由圖可見，若電源極性接錯，則二極管 VD VD2 不能導(dǎo)通，使電源被斷開。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大的保護(hù)電路，限制集成運(yùn)放的共模輸入電壓不超過 +U 至 U 的范圍。因此，為使運(yùn)放安全工作，也需要從這三個方面進(jìn)行保護(hù)。另外 ,防止通過電源內(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)放的自激振蕩問題 運(yùn)算放大器是一個高放大倍數(shù)的多級放大器 ,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 ,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)對稱電源電壓。 （ 1）對稱雙電源供電方式 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 的開環(huán)電壓增益 Aud 約為 94dB(5 104 倍 )。 二、 集成運(yùn)放參數(shù)的測試 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 ， 除優(yōu)值系數(shù)要考慮之外 ， 還應(yīng)考慮其他因素。 在沒有特殊要求的場合 ， 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。 為簡化分析過程，同時又能滿足實(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具體問題 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)放兩個輸入端能承受的最大共模信號電壓。 (2)差模輸入電阻 ri 運(yùn)放的差動輸入電阻很高，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)用的場合的。低溫漂型運(yùn)算放大器就是為此而設(shè)計(jì)的。常見的集成器件有 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效應(yīng)管高輸入阻抗的特點(diǎn)，用場效應(yīng)管組成運(yùn)算放大器的差分輸入級。 常見的型號有 74 LM38 LM324 等。 圖 集成運(yùn)算放大器的電路符號 集成運(yùn)算放大器的分類 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。輸出級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 ： 利用差動放大電路的對稱特性可提高整個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)上是一個具有高電壓放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路。現(xiàn)在，運(yùn)放的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超 過運(yùn)算的范圍。集成電路的發(fā)展，對各行各業(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世至今，只不過才經(jīng)歷了四十多年時間，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)測值 理論值 VA（ V） VB（ V） 知識介紹： 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