集成运放构成的基本负反馈放大电路.pptx

《集成运放构成的基本负反馈放大电路.pptx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《集成运放构成的基本负反馈放大电路.pptx（142页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 (1)虚短：理想运放的两输入端之间的电压差为零，即Uid=U-U+=0，或U-=U+。这是因为受电源电压限制，输出电压Uo为有限值，又因Aod，所以 集成运放的两个重要特点:理想运放工作在线性区，利用它的理想参数可以导出下面两条重要结论。+U-U+Aod_Uo第1页/共142页 (2)虚断：理想运放的两输入端不取电流，即I-=I+=0，这是因为Uid0，又因rid，所以Uo理想集成运算放大器I-=0I+=0U+U-Aod_+第2页/共142页一般实际运放工作在线性区时，其参数很接近理想条件，也基本具备这两个特点，即有U-U+，I-I+0。总之，U-U+，I-I+0是两条重要结论，用以分折各种

2、运算放大器的线性应用电路。第3页/共142页9.1.1 比例电路 1.1.反相比例电路 电压并联负反馈电路 由 于 I-=I+=0，所 以U+=0，因此有U-=U+=09.1 运算电路 RfUoI+UI_I-I1U+IfR1Rb+_图9.1 反相比例电路Rb称为输入平衡电阻，选择参数时，应使Rb=R1/Rf，使集成运放两个输入端的外接电阻相等，确保其处于平衡对称的工作状态第4页/共142页如果Rf=R1，则输出电压与输入电压相位相反，大小相等，称为反相器。RfUoI+UI_I-I1U+IfR1Rb+_图9.1 反相比例电路第5页/共142页反相比例电路是电压负反馈，理想情况下Rof=0输入电阻

3、:RfUoI+UI_I-I1U+IfR1Rb+_图9.1 反相比例电路第6页/共142页2.同相比例电路 理想情况下，存在U-=U+“虚短”关系，由于 I-=I+=0，所 以 有 U+=UI+_+R1RfRbUI_+图9.2 同相比例电路_Uo第7页/共142页电路的输出电压与输入电压相位相同，大小成一定的比例关系同相比例运算。+_+R1RfRbUI_+图9.2 同相比例电路_Uo第8页/共142页同相比例电路是电压负反馈，理想情况下 Rof=0是串联负反馈，所以闭环输入电阻：+_+_+R1RfRbUI_+图9.2 同相比例电路_Uo第9页/共142页但Rf=0，或R1=，如图9.3所示，Af

4、=1，即输出电压与输入电压大小相等相位相同，这种电路称为电压跟随器(Voltage Follower)。它具有很大的输入电阻和很小的输出电阻，其作用与晶体管射极输出器相似。_+UoUI_+图9.3 电压跟随器第10页/共142页9.1.2 加减运算电路 1.加法电路 在理想情况下，存在U-=U+=0，Ii=0，因此可列出：IF=I1+I2+I3 UoR3I1I2UI3I3UI1UI2RfR1R2IiARbIF图9.4 反相加法器_+第11页/共142页If=I1+I2+I3 Uo=-IFRf如果R1=R2=R3=R，UoR3I1I2UI3I3UI1UI2RfR1R2IiARbIF图9.4 反相

5、加法器_+第12页/共142页如果Rf=R，Uo=-(UI1+UI2+UI3)Rb=R1/R2/R3/Rf UoR3I1I2UI3I3UI1UI2RfR1R2IiARbIF图9.4 反相加法器_+第13页/共142页要求用一反相加法器实现Y=(5X1+X2+4X3)运算，输入电阻不低于10k，选定电路中的各电阻。解：将式Y=(5X1+X2+4X3)与比较得：例9.1第14页/共142页选R1=20k，则Rf=100k，R2=100k，R3=25k。Rb=R1/R2/R3/Rf10k100k图9.5 例9.1图Y100kX3X2X1100k20k25kA_+第15页/共142页2.减法电路理想情

6、况下，Ii=0，U-=U+，I1=I2 UI2UI1Uo图9.6 差值运算放大器I1IiI2R2R1R4AR3_+第16页/共142页若 R1=R3，R2=R4 输出电压与两个输入电压的差值UId=UI1UI2成正比，电路实现了差值运算。UI2UI1Uo图9.6 差值运算放大器I1IiI2R2R1R4AR3_+第17页/共142页差值运算放大器也称为差动运算放大器。UId称为差模信号，输入电压UI1=UI2即输入信号无差值时，输出电压Uo=0，差模放大倍数UI2UI1Uo图9.6 差值运算放大器I1IiI2R2R1R4AR3_+第18页/共142页电路对共模信号无放大作用，共模放大倍数为零。差

7、模放大器放大差模信号，抑制共模信号，不仅用来作减法运算，还广泛地应用于放大具有强烈共模干扰的微小信号。只有满足R1=R3和R2=R4的条件，才能实现精确的差值运算，所以必须严格地选配电阻R1、R2、R3和R4。第19页/共142页另外，集成运放两个输入端上存在共模电压，理想情况下，U-=U+，对于实际运放而言，共模抑制比KCMR为有限值，必将引起输出误差电压。所以，在实际电路中，要提高电路运算精度，必须选用高KCMR的运算放大器。第20页/共142页9.1.3 积分运算电路和微分运算电路 1.积分运算电路 积分电路(Integration Circuit)是模拟计算机中的基本单元，也是控制和测

8、量系统中的重要单元。利用它的充放电过程可以实现延时、定时以及产生各种波形。第21页/共142页理想情况下U-=U+=0，假设电容C上初始电压为零，则uIif图9.7 积分运算电路R1AuoRbC_+i1第22页/共142页即输出电压是输入电压对时间的积分，R1C称为积分时间常数。uIif图9.7 积分运算电路R1AuoRbC_+i1第23页/共142页假设输入信号的的波形如图9.8（a）所示，uo在uI=UI (t1tt2)期间，uO线性下降 uIif图9.7 积分运算电路R1AuoRbC_+i1图9.8 积分电路输入输出波形uIuOt1t2tt理想(a)(b)第24页/共142页在uI=0(

9、tt2)期间，uO保持不变。图9.8 积分电路输入输出波形uIuOt1t2tt理想(a)(b)uIif图9.7 积分运算电路R1AuoRbC_+i1第25页/共142页第26页/共142页在 电 路 结 构 上 将 积 分 电 路 中 R1与 C的 位 置 互 换，就 组 成 微 分 器(Differentiator)，如图9.9所示。n2.微分运算电路 uoCuIRf图9.9 微分运算电路Rb_+uAifiC第27页/共142页uAuoCuIRf图9.9 微分运算电路Rb_+ifiC理想情况下，U-=U+=0，iC=if，所以有即输出电压是输入电压的微分。RfC称为微分时间常数。第28页/共

10、142页第29页/共142页图9.9所示微分电路在高频时，电容C的容抗变小，高频放大倍数增高，因而高频噪声和干扰所产生的影响比较严重，在实际微分电路中要采取一定的补偿措施。uAuoCuIRf图9.9 微分运算电路Rb_+ifiC第30页/共142页9.1.4 对数和反对数运算电路 1.1.对数运算电路利用二极管组成基本对数运算电路。理想情况下，可以列出uO=uD 由二极管的伏安特性方程 uIuo图9.11 对数运算电路R1Rb_+i1uDiD第31页/共142页两边取对数，得输出电压与输入电压成对数关系。uIuo图9.11 对数运算电路R1Rb_+i1uDiD第32页/共142页2.反对数运算

11、电路 反对数是对数的反运算，将图中的对数元件(二极管D或晶体管T)与电阻R1的位置互换，即构成反对数运算电路，如图9.12所示。理想情况下，当输入电压为正时有：uI=uBE输出电压与输入电压成指数关系。iCuI图9.12 反对数运算电路RbuoT_+ifRf第33页/共142页9.1.5 乘除运算电路 广泛应用于信号处理、信号检测、通信工程、自动控制等科学领域。1.乘法运算电路（1）对数式乘法器第34页/共142页uIRb3uoT_+R3uXRb1uo1_+R1TuYRb1uo2_+R1TRb2uo3_+R2R2R2第35页/共142页第36页/共142页在正常工作情况下，可以认为三极管T1、

12、T2中集电极电流和uBE近似成指数关系，即 T1_+R1+Rc_uOVCC+iC1_iC2R1T2 uX-VEERcReRfRfT3uYuOiE_+图9.13 变跨导式乘法器原理电路（2）变跨导式乘法器(Variable Trans-conductance Multiplier)第37页/共142页若uBE1=uBE2，IS1=IS2，则 T1_+R1+Rc_uOVCC+iC1_iC2R1T2 uX-VEERcReRfRfT3uYuOiE_+图9.13 变跨导式乘法器原理电路第38页/共142页uOgm随uY而变，因此这种电路被称为变跨导式乘法电路。交流时，T3短路，uE1=uE2=0,所以

13、T1_+R1+Rc_uOVCC+iC1_iC2R1T2 uX-VEERcReRfRfT3uYuOiE_+图9.13 变跨导式乘法器原理电路第39页/共142页uOT1_+R1+Rc_uOVCC+iC1_iC2R1T2 uX-VEERcReRfRfT3uYuOiE_+第40页/共142页（3）四象限模拟乘法器 图9.13所示电路虽然能完成两信号的相乘运算，但还不完善，例如uY极性必须为正，又必须大于发射结的死区电压，所以该电路只能用做二象限相乘(uX的极性可正可负)，不能适应四象限相乘。K中含有UT，表明该电路受温度影响。第41页/共142页为了克服这些缺点，可以采用二级差动放大电路，实现uX和

14、uY均可正可负的四象限乘法器(Four-Quadrant Multiplier)，原理电路如图9.14所示。+T2T5+uXT4+VCCRcI+iYI-iYiC1T1-VEE+_iC2iC4uYT3T6_iYRYuORciC5iC6iC3_II图9.14 四象限模拟乘法器第42页/共142页+T2T5+uXT4+VCCRcI+iYI-iYiC1T1-VEE+_iC2iC4uYT3T6_iYRYuORciC5iC6iC3_II图9.14 四象限模拟乘法器第43页/共142页乘法器符号如图9.17所示。XYuXuOuY(a)不带运放的乘法器符号XYuXuOuY(b)带运放的乘法器符号图9.17 乘

15、法器的表示符号第44页/共142页利用集成模拟乘法器和集成运算放大器可组成除法、开方及平方等运算电路。在通信设备中可作平衡调制器，同步检波器、鉴频器、混频器等；在测量技术中可以进行单相功率测量、三相功率测量、功率因数的测量等；此外还可以作为倍频器、压控滤波器等。第45页/共142页2.除法运算电路 例9.29.2 利用模拟乘法器实现 KuYuO=uX若以uO、uY作为模拟乘法器的两个输入电压，设法使乘法器的输出电压与uX成正比例或二者的绝对值相等，便可以实现除法运算，电路如图9.18所示。第46页/共142页KuYuO=uZuZ=-uX当R1=RfuX=-KuYuOvK0uY0uY0i1uOu

16、YuX图9.18 用模拟乘法器组成的除法电路uZR1RfiFRb_+AX y第47页/共142页9.2 电压、电流变换电路 9.2.1 电压-电流变换器n目的：输入电压UI输出电流IO。n这是电流串联负反馈放大电路。理想情况下，U+=U-，I+=I-=0，所以有负载上的输出电流IO与输入电压UI成正比。缺点：负载不接地。R1U+IORU-UIRLUO+_(a)+_图9.19电压-电流变换器第48页/共142页n改进：负载RL接地。其中R3、R4和RL构成正反馈。n理想情况下，电路处于线性工作状态，U-=U+，I+=I-=0，有UI_R4U+R1U-RLIOUOUO图9.19 电压-电流变换器R

17、2+(b)+_R3第49页/共142页n负载电流IO和输入电压UI成正比，实现了线性变换。UI_R4U+R1U-RLIOUOUO图9.19 电压-电流变换器R2+(b)+_R3第50页/共142页9.2.2 电流-电压变换器n目 的：输 入 电 流IS输出电压UO。n电压并联负反馈电路。由图可得：nUO=ISRF 输出电压UO与输入电流IS成正比，达到了电流-电压线性变换的目的。RLUO_+IFRb图9.20 电流-电压变换器RFU+U-IO+_Is第51页/共142页n若负载RL是固定不变的，则可得：负载上的电流IO与输入电流IS成正比，所以该电路也可作为电流放大电路。RLUO_+IFRb图

18、9.20 电流-电压变换器RFU+U-IO+_Is第52页/共142页集成运算放大器的应用 有源滤波电路电压比较器正弦波振荡电路非正弦波发生电路 第53页/共142页9.3 有源滤波电路 滤波电路的功能是让指定频率范围内的信号通过，而将其余频率的信号加以抑制，或使其急剧衰减。因此滤波电路在各种预处理电路中几乎是必不可少的，有的甚至已成为测量仪器中的基本单元电路。第54页/共142页滤波电路种类很多，但从通带性质来分，主要有以下四种基本类型：低通滤波器(Low Pass Filter，简称LPF)；高通滤波器(High Pass Filter，简称HPF)；带通滤波器(Band Pass Fil

19、ter，简称BPF)；带阻滤波器(Band Elimination Filter，简称BEF)。第55页/共142页其理想特性如图9.21所示。10-110210-310-2100101/0通 带阻 带(a)理想低通滤波器特性Af()10-2100102/0阻 带通 带(b)理想高通滤波器特性Af()图9.21 滤波器的理想幅频特性10-1101第56页/共142页其理想特性如图9.21所示。阻012Af()阻通(c)带通滤波器理想特性阻Af()012通通(d)带阻滤波器理想特性图9.21 滤波器的理想幅频特性第57页/共142页9.3.1 低通滤波器 低通滤波器用来通过低频信号，抑制或衰减高

20、频信号。理想的低通滤波器的幅频特性如图9.21(a)所示。10-310-210-1100101102/0通 带阻 带(a)理想低通滤波器特性Af()滤波电路增益或电压传递函数 通带(Pass band)阻带(Stop band)截止频率(Cut off Frequency)第58页/共142页简单二阶低通滤波电路如图9.22所示。RUoRfR1RC1=CC2=CA_+图9.22 简单二阶低通滤波电路UiUMU+第59页/共142页二阶低通滤波电路，0 0不是通带截止角频率。令p p为通带截止角频率，按截止频率的定义=p p时，第60页/共142页幅频特性 Af()Af10-210-310-1/

21、0100101020lg/dB40dB/十倍频图9.23 简单二阶低通滤波电路的幅频特性第61页/共142页将图9.22中的电容C1的接地端接到集成运放的输出端，构成图9.24所示的二阶压控式低通滤波器。阻尼系数 RC2UoRfR1RC1A_+图9.24(a)改进二阶低通滤波电路UiUMU+第62页/共142页幅频特性 当UR时，UO=-UOm；uIUB1，才 能 使 uO由 正翻转为负；uI由正向负变化时，因为这时uO为负，须 uI2R1 R2R1C2R2UoC1R1+_A图9.39 桥式振荡器原理电路第103页/共142页n如何做到既能可靠起振，又能保证输出波形为较好的正弦波呢？n可靠起振

22、：n但如果 过分大就会使输出波形变坏。n因此，设法使起振时，n即 R22R1n平衡时，n即 R2=2R1 第104页/共142页u通常可以利用二极管或稳压管的非线性特性、场效应管的可变电阻特性或者热敏电阻等元件的非线性特性来自动幅。第105页/共142页nRC串并联振荡电路存在的缺点：n受RC参数的影响，振荡频率较低。小于1MHz。n原因：电路中存在分布电容。n若提高振荡频率，可以采用LC振荡电路，石英晶体振荡电路。第106页/共142页9.6.4 石英晶体振荡器n石英晶体(Crystal)是一种各向异性的结晶体，化学成分是二氧化硅(SiO2)。从一块晶体上接一定的方位角切下的薄片称为晶片，然

23、后在晶片的两个对应表面上涂敷银层并装上一对金属板，就构成石英晶体产品若提高振荡频率，可以采用LC振荡电路，石英晶体振荡电路。n1.石英晶体的压电效应及其等效电路n石英晶片具有压电效应(Piezoelectric Effect)。叠在石英晶片的两个相对的面上加一个电压，晶片便会产生机械变形。相反，在晶片上施加机械压力(或拉力)，则晶片会在相应的方向上产生电压，这种现象称为压电效应。第107页/共142页n当在晶片的两个面上加交变电压时，晶片便因反复的机械变形而产生振动，而这种机械振动又会反过来产生交变电压。n在一般情况下，晶片的机械振动及其所产生的交变电压都非常小，但在外加电压的频率为某个特定数

24、值时，机械振动和它所产生的交变电压都会显著增大。这一现象称为压电谐振。n上述特定频率称为石英晶片的固有频率或谐振频率。第108页/共142页n石英揩振器在电路图中的符号如图9.40(a)所示，中间是石英晶片，两边是两块金属夹板及相应引出线。它的压电现象可以用图9.40(b)所示等效电路来模拟。XfsfPf0图9.41 石英谐振器电抗和频率的关系BABCoLCR(a)符号(b)等效电路图9.40 石英振荡器A第109页/共142页n当晶片不振动时，相当于一个平板电容Co；当晶片振动时，有一个机械振动的惯性，用电感L来等效；而晶片的弹性一般以电容C来等效；晶片振动时的内部摩擦损耗则用R来等效。n电

25、路中L、C、R和Co等参数决定于晶片的几何尺寸和切割方式，电路的谐振频率为谐振器的固有频率。n由于等效电路的参数只决定于晶体的几何尺寸，所以是十分稳定的，因此电路的谐振频率也十分稳定。第110页/共142页n当频率比较低时，石英谐振器呈现容抗；频率为fs时，X=0；频率在fs和fp之间，X为感抗；频率为fp fp时，X为无穷大；频率高于fp时，X又为容抗。fs为石英谐振器的串联谐振频率，称fp为石英谐振器的并联谐振频率。XfsfPf0图9.41 石英谐振器电抗和频率的关系第111页/共142页2.石英晶体振荡电路n石英晶体振荡电路可以归结为两类，一类称为并联式，一类称为串联式。fs为石英谐振器

26、的串联谐振频率，称fp为石英谐振器的并联谐振频率。n并联式：石英晶体的阻抗呈电感性，与外接电容器构成并联谐振，振荡频率在fs和fp之间。n串联式石英晶体发生串联谐振，它呈纯阻性，振荡频率就等于fs。XfsfPf0图9.41 石英谐振器电抗和频率的关系第112页/共142页n由C1、C2和石英晶体构成并联谐振电路，这时石英晶体相当于电感，谐振频率必然处于石英谐振器的fs和fp之间。n由于C1Cs，C2Cs，所以振荡频率主要取决于石英晶体与Cs的谐振频率。n其他元件和杂散参数对振荡频率的影响极微，故谐振频率很稳定。C1晶体CsC2图9.42 并联式石英晶体振荡电路+_第113页/共142页图9.4

27、3示为一串联式石英晶体振荡龟路。集成运放在这里作为电压比较器，输出uO为一方波，正、负幅值为集成运放最大限幅值Uom。输出经R1将全部直流输出电压负反馈于反相输入端，使比较器偏置于线性区域。晶体置于正反馈回路中，工作于串联谐振，这时反馈最强，最易振荡。uO图9.43 串联式石英晶体振荡电路C1R1R2晶体+_第114页/共142页9.7 非正弦波发生电路n在脉冲和数字电路中矩形波、三角波、锯齿波等非正弦波被广泛应用。这些波形可以由电路自激产生，也可以由正弦波转换得来。n主要介绍由集成运放组成的方波、三角波和锯齿波发生电路。第115页/共142页9.7.1方波发生电路n图9.44示为一个简单的方

28、波发生器。n 1.工作原理n电路接通电源的瞬间，假设开始时输出电压uO为正值n uO=+UZ n则同相输入端门限电压 UZ+_DZR1R5图9.44 方波发生器uOuCR2R3R4uB+_(a)电路图RfutOUB2UB1+UZ-UZ(b)波形图uCuOt1TC第116页/共142页n输出电压uO经过电阻Rf向C充电(充电电流方向如图中实线箭头所示)，uC按指数规律增长。n当uC上升到略高于uB1时，输出电压便翻转。n uO=-UZ n则同相输入端门限电压 UZ+_DZR1R5图9.44 方波发生器uOuCR2R3R4uB+_(a)电路图RfutOUB2UB1+UZ-UZ(b)波形图uCuOt

29、1TC第117页/共142页n电容器C经Rf放电(如图中虚线箭头所示)，uC按指数规律下降。n当uC降到略低于UB2时，输出电压再次翻转。n uO=+UZ n如此周而复始，便在输出端得到了方波电压。n如图9.45(b)所示。UZ+_DZR1R5图9.44 方波发生器uOuCR2R3R4uB+_(a)电路图RfutOUB2UB1+UZ-UZ(b)波形图uCuOt1TC第118页/共142页n2.方波的周期Tn当t=0时，uC(0)=UB2=-FUZ，uO=+UZ，t由0t1时，由-FUZ充电到+FUZ，充电时的等效电路如图9.45所示。n由电路可列出方程 n解微分方程并代入初始条件得nt=t1时

30、，C充电到uC=+FUZ，代入上式解出t1RfUZuCuC(0)=-FUZi+_图9.45充电等效电路第119页/共142页nC的充电回路和放电回路相同，UB1=-UB2，因而输出方波是对称的，即 。所以方波周期为n方波的频率为 utOUB2UB1+UZ-UZ(b)波形图uCuOt1T图9.44 方波发生器第120页/共142页n表明方波的频率只与RfC和R2/R3有关。实际应用中常通过改变Rf来调节频率。第121页/共142页9.7.2 方波-三角波发生器n典型电路如图 9.46(a)所示，由滞回比较器和积分器构成。A1同相端电位uB由uO1和uO2共同决定：n1.工作原理 UZuO2RfR

31、1R2R3R4RwCfR5A1A2_+_+uO1图9.46 方波-三角波发生器(a)电路图第122页/共142页n当uB0时，A1输出为正，即uO1=+UZ；n当uB0时，则uO1=-UZ。UZuO2RfR1R2R3R4RwCfR5A1A2_+_+uO1 (a)电路图t4R2+R3UZ0t1t2t3tuuO1uO2+UZ-UZTUZ（b）波形图图9.46方波-三角波发生器_R2R3-第123页/共142页nA2构成反相积分器，uO1为负时，uO2向正向变化；uO1为正时，uO2向负向变化。n假设接通电源时，uO1=-UZ，uO2线性增加，若n则 UZuO2RfR1R2R3R4RwCfR5A1A

32、2_+_+uO1 (a)电路图t4R2+R3UZ0t1t2t3tuuO1uO2+UZ-UZTUZ（b）波形图图9.46方波-三角波发生器_R2R3-第124页/共142页n当uO2上升到使uB略高于0V时，A1翻转成uO1=-UZ。n如此周而复始，便可得到方波uO1和三角波uO2 n三角波的峰值为 UZuO2RfR1R2R3R4RwCfR5A1A2_+_+uO1 (a)电路图t4R2+R3UZ0t1t2t3tuuO1uO2+UZ-UZTUZ（b）波形图图9.46方波-三角波发生器_R2R3-第125页/共142页 UZuO2RfR1R2R3R4RwCfR5A1A2_+_+uO1 (a)电路图t

33、4R2+R3UZ0t1t2t3tuuO1uO2+UZ-UZTUZ（b）波形图图9.46方波-三角波发生器_R2R3-n2.输出波形的频率n假设电位器Rw的滑动端在最上端，则uO1就是积分器的输入电压，uO1=-UZ n由图可见，周期T=4t1，t1是uO2由0积分到 所需的时间 n由此可写出 第126页/共142页n所以周期n解得：n由此可写出 n由上式可见，调节Rf、Cf和R2/R3均可改变振荡频率。n一般改变电容Cf作频率粗调，而用Rw作频率细调。t4R2+R3UZ0t1t2t3tuuO1uO2+UZ-UZTUZ（b）波形图图9.46方波-三角波发生器_R2R3-第127页/共142页9.

34、7.3锯齿波发生器n在方波-三角波发生器电路的基础上附加很少元件，使正、反两个方向的积分时间常数不等，就可得到锯齿波。UZDR1R2R3R4RwRf1CfR5A1A2_+_+uO1uO2图9.47 矩形波发生器(a)电路图Rf2第128页/共142页n电路的工作原理与方波-三角波发生器基本上相同。只是增加了D和Rf2组成的支路之后，要考虑二极管的单向导电性。UZDR1R2R3R4RwRf1CfR5A1A2_+_+uO1uO2图9.47 矩形波发生器(a)电路图Rf2第129页/共142页n当uO1为正时，D导通，Rf2与Rf1并联(忽略二极管正向导通电阻)，A2反方向积分的时间常数为：(Rf2

35、/Rf1)Cf。n当uO1为负时，二极管不导通，这条支路如同开路，A2正方向积分时间常数为Rf1Cf。UZDR1R2R3R4RwRf1CfR5A1A2_+_+uO1uO2图9.47 矩形波发生器(a)电路图Rf2第130页/共142页n电路正向积分时的时间常数大，uO2上升得慢，形成了锯齿波的正程；反向积分时的时间常数很小(Rf2Rf1)，uO2快速下降形成了锯齿波回程。第131页/共142页n电路正向积分时的时间常数大，uO2上升得慢，形成了锯齿波的正程；反向积分时的时间常数很小(Rf2Rf1)，uO2快速下降。n图 9.48(b)中画出了uO1和uO2的波形。uO1t1t2t3t4tuO2

36、0+UZ-UZT图9.47 矩形波发生器(b)波形图R3_R2UZR3+R2UZu第132页/共142页9.7.4 压控振荡器n压控振荡器(简称VCO)是电压-频率变换电路的一种，它的输出电压的频率可由外加电压来控制，输出的波形可以是正弦波、方波或三角波。压控振荡器原理电路如图9.48所示。R1SuO-UR2RC+U_R3+R4A1A2_+DZ图9.48 压控振荡器的原理电路uO1ui1第133页/共142页由积分器A1，滞回比较器A2和开关S等组成。开关S仅是示意图，实际上是由晶体管来完成开关作用的。R1SuO-UR2RC+U_R3+R4A1A2_+DZ图9.48 压控振荡器的原理电路uO1

37、ui1第134页/共142页n开关S受A2的输出电压uO的控制，这样就形成了一个闭环振荡系统。压控振荡器。当uO为负时，S接向+U处，使A1输入电压为+U；R1SuO-UR2RC+U_R3+R4A1A2_+DZ图9.48 压控振荡器的原理电路uO1ui1第135页/共142页若uO为正时，则S接向-U处，使A1输入电压为-U。设开始时uO为-UZ，此时A1的输入为+U，它经R对C充电，使积分器A1的输出电压uO1逐渐线性地下降。R1SuO-UR2RC+U_R3+R4A1A2_+DZ图9.48 压控振荡器的原理电路uO1ui1第136页/共142页此时A2同相输入端的电压为当uO1下降到略低此值

38、后，uO将翻转为+UZ。此时开关S转向-U，A1输入为-U。R1SuO-UR2RC+U_R3+R4A1A2_+DZ图9.48 压控振荡器的原理电路uO1ui1第137页/共142页此时A2同相输入端的电压为此时A1的输入为-U，它经R对C充电，但电压极性相反，uO1线性上升。当uO1上升到略高此值后，uO又翻转为-UZ，S转向+U。R1SuO-UR2RC+U_R3+R4A1A2_+DZ图9.48 压控振荡器的原理电路uO1ui1第138页/共142页三角形的幅值为 周而复始，在A1输出端的电压uO1为对称三角形。A2的输出电压uO波形为对称方波。方波的幅值为UZ。波形见下图所示。R1SuO-UR2RC+U_R3+R4A1A2_+DZ图9.48 压控振荡器的原理电路uO1ui1第139页/共142页对于积分器A1 计算振荡频率。在0t1期间，ui1=U时，则有 在这期间uO1由 下降到 即 t1t2t3t4tuuOuO10+UZ-UZ图9.49 压控振荡器的波形图R3_R2UZR2R3+UZ第140页/共142页解出因此得振荡频率为 压控振荡器的用途较广。应用于各种测试设备和控制系统，也是锁相技术中的关键部件。t1t2t3t4tuuOuO10+UZ-UZ图9.49 压控振荡器的波形图R3_R2UZR2R3+UZ第141页/共142页感谢您的观看！第142页/共142页