电工电子实验之运算放大器的非线性应用精.ppt

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1、电工电子实验之运算电工电子实验之运算放大器的非线性应用放大器的非线性应用第1页，本讲稿共32页实验目的实验目的n n1、掌握集成运算放大器的非线性使用方法。n n2、理解集成运算放大器的非线性应用的电路原理。第2页，本讲稿共32页 集成运算放大器，有三级：输入级、中间级和输出级。集成运算放大器，有三级：输入级、中间级和输出级。是一种直接耦合的高增益的放大器，是一种直接耦合的高增益的放大器，Aud可以达到上千。可以达到上千。如果在其外围加上负反馈，可以实现信号的运算，如果在其外围加上负反馈，可以实现信号的运算，处理，波形的产生和信号的变换等功能，应用十分广泛。处理，波形的产生和信号的变换等功能，

2、应用十分广泛。为了分析方便，把实际运算放大器简化成理想为了分析方便，把实际运算放大器简化成理想运算放大器。运算放大器。运算放大器运算放大器第3页，本讲稿共32页一、理想运算放大器概念一、理想运算放大器概念1.开环差模电压增益开环差模电压增益Aud；2.差模输入电阻差模输入电阻Rid 3.差模输出电阻差模输出电阻Rod0 4.KCMR 5.输入失调电流输入失调电流IIO、失调电压、失调电压UIO和它们的温漂均和它们的温漂均为零；为零；6.输入偏置电流输入偏置电流IIB=0 7.3dB带宽带宽BW=第4页，本讲稿共32页运算放大器的两种基本反馈组态运算放大器的两种基本反馈组态 1、运算放大器的开环

3、传输特性、运算放大器的开环传输特性(a)运算符号；运算符号；(b)开环传输特性开环传输特性 第5页，本讲稿共32页(1)“+”表示同相输入端，表明从该端输入的信号表示同相输入端，表明从该端输入的信号输出为同相放大。输出为同相放大。(2)“”表示反相输入端，表明从该端输入的信表示反相输入端，表明从该端输入的信号输出为反相放大。号输出为反相放大。(3)集成运放是高增益的直接耦合放大器。其开集成运放是高增益的直接耦合放大器。其开环放大倍数非常大。环放大倍数非常大。说说 明明第6页，本讲稿共32页二、理想运算放大器特性二、理想运算放大器特性1.“虚短虚短”特性特性当运放工作在当运放工作在线性状态线性状

4、态时，由于时，由于所以：所以：2.“虚断虚断”特性特性当集成运放工作在当集成运放工作在线性状态线性状态时，时，所以：所以：第7页，本讲稿共32页三、运算放大器非线性应用电路（一）（一）.方波发生器方波发生器 方波发生器方波发生器第8页，本讲稿共32页1 1、分析、分析 (1)R(1)R、C C作为积分电路作为积分电路,即即:定时电路定时电路.(2)(2)从电路结构看从电路结构看,它由一个迟滞比较器和它由一个迟滞比较器和RCRC充放电电充放电电路组成路组成.其中迟滞比较器作为状态记忆电路其中迟滞比较器作为状态记忆电路,RC,RC作为作为定时电路定时电路.(3)(3)电路的正反馈系数电路的正反馈系

5、数F F为为:第9页，本讲稿共32页Uo=Vz+UDoN强调强调:在低频范围在低频范围(如如10HZ 10HZ 10KHZ)10KHZ)内内,对于固定频对于固定频率来说此电路是一较好的振荡电路率来说此电路是一较好的振荡电路.当振荡频率较当振荡频率较高时高时,为了获得前后沿较陡的方波为了获得前后沿较陡的方波,以选择转换速率以选择转换速率较高的运放为宜较高的运放为宜.(4)电路的工作原理电路的工作原理充电充电+放电放电+第10页，本讲稿共32页(5)(5)电容器端电压随时间变化规律为电容器端电压随时间变化规律为第11页，本讲稿共32页（6 6）R R3 3的作用的作用R R3 3为稳压管的限流电阻

6、为稳压管的限流电阻.Dz=3V,Dz=3V,其额定功率为其额定功率为0.5W,0.5W,使用它时使用它时,一般取它的一般取它的1/10,1/10,即即:0.5W/10=0.05W:0.5W/10=0.05W。这样可算出其额定最大这样可算出其额定最大I IDzmaxDzmax=0.05/3V17mA,=0.05/3V17mA,由手由手册上给出一般稳压管的册上给出一般稳压管的I IDzmax=10mA=10mA。因此，。因此，0.05W/(10mA)0.05W/(10mA)2 2=500=500=R=Rimin imin。如取如取I IDz=8mA=8mA，则则R=5V/8mA=0.625K,R=

7、5V/8mA=0.625K,取取R=620R=620。第12页，本讲稿共32页注注:讨论讨论:I IDzDz大大,则充电电流大则充电电流大,则产则产生的生的C(C(结电容小结电容小),),输出矩形波的上输出矩形波的上升沿陡直升沿陡直.I IDzDz小小,则充电电流小则充电电流小,则产生的则产生的C(C(结电容大结电容大),),输出矩输出矩形波的上升沿较缓形波的上升沿较缓.I IDzDz的取值在的取值在3mA3mA10mA10mA范围范围,都可使稳压管正常工作都可使稳压管正常工作.但由但由和和的分析可知的分析可知,I,IDz取得大一些取得大一些,即即:R:R3 3小一些为小一些为好。好。第13页

8、，本讲稿共32页第14页，本讲稿共32页三、实际测量三、实际测量第15页，本讲稿共32页（二）（二）.文氏桥正弦波振荡器文氏桥正弦波振荡器第16页，本讲稿共32页1 1、原理分析、原理分析首先讨论正反馈网络：首先讨论正反馈网络：第17页，本讲稿共32页幅频特性和相频特性表达式为幅频特性和相频特性表达式为 其中其中第18页，本讲稿共32页 RC串并联网络串并联网络 令：令：第19页，本讲稿共32页第20页，本讲稿共32页根据相位平衡条件，当根据相位平衡条件，当=O时，时，为正反馈。因此振荡频率为：为正反馈。因此振荡频率为：当当=O时，时，F=1/3。根据相位起振条件求振荡频率根据相位起振条件求振

9、荡频率OSC第21页，本讲稿共32页由振幅起振条件求开环增益由振幅起振条件求开环增益A将正反馈环断开得到开环电路：同相放大器将正反馈环断开得到开环电路：同相放大器得到：得到：A3因此：因此：第22页，本讲稿共32页 通常通常通常通常R R R R1 1 1 1或者或者或者或者R R R Rf f f f为热敏电阻。为热敏电阻。为热敏电阻。为热敏电阻。起到外稳幅的作用：起到外稳幅的作用：起到外稳幅的作用：起到外稳幅的作用：R R R R1 1 1 1是正温度系数是正温度系数是正温度系数是正温度系数,R R R Rf f f f是负温度系数。是负温度系数。是负温度系数。是负温度系数。R Rf f和

10、和R R1 1引入的电压串联负反馈有助于改善波形减引入的电压串联负反馈有助于改善波形减小失真。小失真。稳幅过程：稳幅过程：稳幅过程：稳幅过程：U U U UO O O O负负负负反反反反馈电馈电馈电馈电流流流流 T T T T R R R R1 1 1 1、R R R Rf f f f负负负负反反反反馈馈馈馈 U U U UO O O O文氏电桥振荡器信号波形质量和稳定性好，文氏电桥振荡器信号波形质量和稳定性好，文氏电桥振荡器信号波形质量和稳定性好，文氏电桥振荡器信号波形质量和稳定性好，故得到了广泛的应用。故得到了广泛的应用。故得到了广泛的应用。故得到了广泛的应用。第23页，本讲稿共32页电路

11、中电路中D1和和D2的作用是什么？为使电路起振的作用是什么？为使电路起振R3、RW和和R R4 4应满足什么条件？应满足什么条件？正反馈支路正反馈支路负反馈支路负反馈支路稳定输出幅度稳定输出幅度电阻不能太大电阻不能太大调节调节Auf使电路容易起振使电路容易起振第24页，本讲稿共32页C C1 1、C C2 2、R R1 1、R R2 2 构成文氏桥电路，则有构成文氏桥电路，则有C C1 1=C=C2 2，R R1 1=R=R2 2 电路中电路中要满足电路的起振条件，则要求：要满足电路的起振条件，则要求：AuAuFu1Fu1第25页，本讲稿共32页则则R R4 41010r rDr Dr ,其中

12、其中r rDr为为D D1 1、D D2 2内阻，内阻，（R R4 4r rDr r rDr r rDr）约为：几十约为：几十几百欧，则取几百欧，则取R R4 4=2.2K=2.2K。R R3 31/21/2（R RW W+R+R4 4）取取R R3 3=10K=10K ，R RW W=22K=22K电位器。电位器。第26页，本讲稿共32页第27页，本讲稿共32页第28页，本讲稿共32页电源输出接口电源输出接口打开电源开关打开电源开关电源指示灯亮电源指示灯亮调整电压到调整电压到“12V12V”万用表测量为准！万用表测量为准！限流旋钮限流旋钮调整到最大调整到最大实验箱双电源的接法实验箱双电源的接

13、法第29页，本讲稿共32页四运放管脚图四运放管脚图TL084、LM324第30页，本讲稿共32页运放的检测电路运放的检测电路当当Uo=Ui1Uo=Ui1时，运放是好的。时，运放是好的。第31页，本讲稿共32页实验报告要求实验报告要求n n实验名称；实验名称；实验名称；实验名称；n n实验目的；实验目的；实验目的；实验目的；n n实验仪表；实验仪表；实验仪表；实验仪表；n n实验原理及实验电路图；实验原理及实验电路图；实验原理及实验电路图；实验原理及实验电路图；n n实验任务；实验任务；实验任务；实验任务；n n实验数据及分析：实验数据及分析：实验数据及分析：实验数据及分析：1 1、根据给定的电

14、路参数计算文氏桥正弦电路和方波发生器电路、根据给定的电路参数计算文氏桥正弦电路和方波发生器电路、根据给定的电路参数计算文氏桥正弦电路和方波发生器电路、根据给定的电路参数计算文氏桥正弦电路和方波发生器电路的输出信号的频率。的输出信号的频率。的输出信号的频率。的输出信号的频率。2 2、画出实验任务要求的波形图，并标注波形的周期和幅度。、画出实验任务要求的波形图，并标注波形的周期和幅度。、画出实验任务要求的波形图，并标注波形的周期和幅度。、画出实验任务要求的波形图，并标注波形的周期和幅度。n n实验小结：总结实验的情况，实验的收获和体会。实验小结：总结实验的情况，实验的收获和体会。实验小结：总结实验的情况，实验的收获和体会。实验小结：总结实验的情况，实验的收获和体会。第32页，本讲稿共32页