低频电子线路PPT讲稿.ppt

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1、低频电子线路课件第1页，共61页，编辑于2022年，星期四概述概述+理想运放的特性理想运放的特性1、开环电压增益、开环电压增益Aod=2、差模输入电阻、差模输入电阻Rid=3、输入偏置电流、输入偏置电流IB1=IB2=04、输出电阻、输出电阻R0=05、共模抑制比、共模抑制比KCMR=6、频带宽度、频带宽度BW=7、输入失调电压、输入失调电流以及它们的、输入失调电压、输入失调电流以及它们的漂移均为零漂移均为零第2页，共61页，编辑于2022年，星期四集成运放的应用集成运放的应用按功能分类按功能分类按工作区域分类按工作区域分类放大放大信号传递，信号传递，AV、AI、AR（V/I）、）、AG（I/

2、V）运算运算处理处理滤波、峰值、有效值、绝对值、限幅滤波、峰值、有效值、绝对值、限幅比较比较判断电压大小判断电压大小信号产生信号产生正弦、方波、三角波（第正弦、方波、三角波（第9章）章）线性应用线性应用非线性应用非线性应用电压比较器电压比较器第3页，共61页，编辑于2022年，星期四线性应用的条件线性应用的条件 必须引入必须引入负反馈负反馈，用，用Xf抵消抵消Xi，使，使Vid R3,R4(k)R4=99k R3=1k 第6页，共61页，编辑于2022年，星期四二、同相放大器二、同相放大器电压电压串联串联负反馈负反馈虚短、虚断虚短、虚断性能特点性能特点输入电阻大（输入电阻大（Ri=）运放共模输

3、入电压运放共模输入电压 vi对运放对运放KCMR要求较高要求较高电压跟随器电压跟随器第7页，共61页，编辑于2022年，星期四三、电流与电压转换器三、电流与电压转换器RfvoRsRPi1RfvoR1R2i1R3电流电流电压转换器电压转换器电压电压电流转换器电流转换器第8页，共61页，编辑于2022年，星期四四、差动放大器四、差动放大器特点：特点：电阻要配对、无虚地、电阻要配对、无虚地、电电阻阻很很大大时时才才能能获获得得高增益和高输入阻抗高增益和高输入阻抗输入电阻输入电阻虚短虚短第9页，共61页，编辑于2022年，星期四五、仪器放大器五、仪器放大器第二级第二级A3差分电路差分电路第一级第一级A

4、1、A2第10页，共61页，编辑于2022年，星期四6.2集成运放组成的基本运算电路集成运放组成的基本运算电路反相比例加法反相比例加法同相比例加法同相比例加法反相器反相器一、加减法电路一、加减法电路第11页，共61页，编辑于2022年，星期四例例(1)求求vO表达式表达式(2)说明说明A1,A2各构成各构成什么功能电路。什么功能电路。解解:第一级第一级A1反相比例反相比例第二级第二级A2反相加法反相加法利用反相信号求和利用反相信号求和以实现减法运算以实现减法运算多级运放结构多级运放结构第12页，共61页，编辑于2022年，星期四例例求求vO表达式表达式解解:方法一，虚短、虚断方法一，虚短、虚断

5、方法二，叠加定理方法二，叠加定理vS1单独作用，单独作用，vS2=0:vS2单独作用，单独作用，vS1=0:反相比例反相比例同相比例同相比例第13页，共61页，编辑于2022年，星期四减法电路减法电路(1)(1)利用反相信号求和利用反相信号求和(2)(2)利用差分式电路利用差分式电路分析方法小结：分析方法小结：(1)(1)基本的虚短、虚断基本的虚短、虚断(2)(2)分解为基本电路（多个运放）分解为基本电路（多个运放）(3)(3)叠加原理叠加原理特点：特点：有虚地、结构简单有虚地、结构简单输入电阻小输入电阻小特点：特点：电阻要配对、无虚地、电阻要配对、无虚地、输入电阻不等输入电阻不等第14页，共

6、61页，编辑于2022年，星期四例例求电压增益表达式求电压增益表达式解：解：A1、A2为电压跟随器，为电压跟随器，所以所以对对A3利用利用虚短虚短、虚断虚断有有A4为反相比例为反相比例解得：解得：第15页，共61页，编辑于2022年，星期四二、积分电路二、积分电路 特点：特点：反相比例反相比例 Rf C 输出表达式推导：输出表达式推导：根据根据“虚短、虚断虚短、虚断”，得，得反相积分运算反相积分运算方法二：方法二：C ZC=1/sC第16页，共61页，编辑于2022年，星期四voviRPRC例如，设例如，设R=10k，C=0.05F。在。在t=0时时VCO=0。而。而v0经过经过+6V时，电子

7、开关动作，若时，电子开关动作，若vi在在t=0时，由时，由0-3V，则则解得解得T=1ms即延迟时间为即延迟时间为1msvit-3VtvoT+6V用途用途（1）延迟延迟：将积分电路的输：将积分电路的输出作为电子开关的输入。出作为电子开关的输入。第17页，共61页，编辑于2022年，星期四vitvot（2）将方波变为三角波）将方波变为三角波第18页，共61页，编辑于2022年，星期四voviRPRCiiC（3）移相）移相900设输入信号是正弦波，则设输入信号是正弦波，则vo比比vi超前超前900，且这个相位差与频率无关，但输出电压，且这个相位差与频率无关，但输出电压的幅度随频率升高而下降。的幅度

8、随频率升高而下降。第19页，共61页，编辑于2022年，星期四iiR工作原理工作原理因输入端存在因输入端存在“虚地虚地”，故，故而而i也流过也流过R，故，故电路存在的问题：电路存在的问题：（1）vo与与vi成正比，成正比，vo对对vi的变化非常敏感，故抗干扰能力差。的变化非常敏感，故抗干扰能力差。（2）RC环节对于反馈信号具有滞后作用，它和运放电路的滞后作用合在一环节对于反馈信号具有滞后作用，它和运放电路的滞后作用合在一起，可能引起自激振荡。起，可能引起自激振荡。（3）当）当vi突变时，突变时，vo过大，严重时将使电路不能正常工作。过大，严重时将使电路不能正常工作。voviRPRC改进措施：改

9、进措施：限流限流限限制制vo相相位位补补偿偿三、微分电路三、微分电路第20页，共61页，编辑于2022年，星期四缺点：缺点：（1）因）因VT和和IS是温度的函数，故运算精度受温度的影响。是温度的函数，故运算精度受温度的影响。（2）小信号时）小信号时与与1相差不多，因而误差大。相差不多，因而误差大。（3）大电流时，伏安特性与）大电流时，伏安特性与PN结方程差别大，故上式只结方程差别大，故上式只在小电流时成立。在小电流时成立。1、对数电路、对数电路iRiD工作原理工作原理voviRPRD设设vi0，D导通，则有导通，则有四、对数和反对数电路四、对数和反对数电路第21页，共61页，编辑于2022年，

10、星期四iRiDvoviRPRD以三极管代替二极管，以获得较以三极管代替二极管，以获得较大的工作范围。大的工作范围。时时而voviRPRiRiC注注意意：vi必必须须大大于于零零，电电路路的的输输出出电压小于电压小于0.7伏伏改进措施：改进措施：第22页，共61页，编辑于2022年，星期四vivoRPRDifi1vivoRPRifiC2、指数运算电路、指数运算电路第23页，共61页，编辑于2022年，星期四五、综合运算电路五、综合运算电路加减法加减法运算器运算器反对数反对数运算器运算器vo对数对数运算器运算器vi3lnvi3对数对数运算器运算器vi2lnvi2对数对数运算器运算器vi1lnvi1

11、同相同相运算器运算器mlnvi1反相反相运算器运算器-nlnvi2第24页，共61页，编辑于2022年，星期四6.3集成电压比较器集成电压比较器一、电压比较器的作用一、电压比较器的作用，+单限电压比较器单限电压比较器分类：分类：滞回（迟滞）电压比较器滞回（迟滞）电压比较器窗口电压比较器窗口电压比较器电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路第25页，共61页，编辑于2022年，星期四1、单门限电压比较器、单门限电压比较器特点：特点：开环开环，运放工作在运放工作在非线性状态非线性状态下下工作原理：工作原理：传输特性：传输特性：直观直观逻辑逻辑1（高电平）

12、（高电平）逻辑逻辑0（低电平）（低电平）第26页，共61页，编辑于2022年，星期四其他电路：其他电路：同相比较同相比较反相比较反相比较同相过零比较器同相过零比较器反相过零比较器反相过零比较器同同(c)图（虚断）图（虚断）第27页，共61页，编辑于2022年，星期四分析任务及方法分析任务及方法求传输特性求传输特性方向方向输出电平输出电平VOH、VOL门限电压门限电压Vth同相同相和和反相反相Vom(运放线性范围运放线性范围=VCC-VCES)Vom=VCC(忽略饱和压降忽略饱和压降)Vom=VZ(稳压电路稳压电路)输出输出vO翻转翻转时相应的时相应的输入电压输入电压显然当显然当v+v-时状态翻

13、转，可用时状态翻转，可用虚短、虚断虚短、虚断第28页，共61页，编辑于2022年，星期四分析举例分析举例1设运放是理想的，设运放是理想的，且且VREF=-1V,VZ=5V，试求门限电压试求门限电压Vth，画出传输特性，画出传输特性解解:求门限电压求门限电压Vth利用利用虚短虚短、虚断虚断画传输特性画传输特性由稳压管电路，得：由稳压管电路，得：VO=VZ=5V。vI反相端反相端反相电压比较器反相电压比较器第29页，共61页，编辑于2022年，星期四比较器的应用比较器的应用基本应用基本应用判断电压大小，如安全监控等判断电压大小，如安全监控等获取周期获取周期T 过零比较器过零比较器第30页，共61页

14、，编辑于2022年，星期四波形整形波形整形应为高电平应为高电平错误电平错误电平单门限比较器的抗干扰能力差单门限比较器的抗干扰能力差第31页，共61页，编辑于2022年，星期四2、滞回电压比较器滞回电压比较器特点：特点：正反馈正反馈，显然在显然在非线性状态非线性状态，输出只有，输出只有2种状态种状态工作原理：工作原理：vI最大（最大（vI+6V）vI居中（居中（-6V vI+6V）vI最小（最小（vI vF时时vO vO=VZRC反向充电反向充电vC vF=-FVZ当当vCvF时时vO 周而复始，形成振荡周而复始，形成振荡第38页，共61页，编辑于2022年，星期四波形波形4.计算周期计算周期问

15、题：问题：能否调整占空比，产生矩形波？能否调整占空比，产生矩形波？第39页，共61页，编辑于2022年，星期四占空比可变的方波产生电路占空比可变的方波产生电路问题：问题：能否同时产生方波和三角波？能否同时产生方波和三角波？第40页，共61页，编辑于2022年，星期四反相迟滞比较器反相迟滞比较器RC积分环节积分环节锯齿波产生电路锯齿波产生电路方波、三角波产生电路方波、三角波产生电路电路变换电路变换反相积分电路反相积分电路同相迟滞比较器同相迟滞比较器第41页，共61页，编辑于2022年，星期四例题例题求振荡频率；画出求振荡频率；画出vO1、vO的波形。的波形。反相积分电路反相积分电路同相迟滞比较器

16、同相迟滞比较器第42页，共61页，编辑于2022年，星期四tvO20vO10t求振荡频率；画出求振荡频率；画出vO1、vO的波形。的波形。第43页，共61页，编辑于2022年，星期四6.4有源滤波电路有源滤波电路一、基本概念基本概念滤波器：滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无用频率信号的电子装置。有源滤波器：有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。滤波电路滤波电路滤波电路传递函数定义时，有模，幅频响应相位角，相频响应时延响应为时延响应为第44页，共61页，编辑于2022年，星期四低低通通（LPF）用于工作信号为低频（或直流），并且需要削弱高次谐波或频率较高的干扰和噪声等场合整流后滤

17、波。高高通通（HPF）用于信号处于高频，并且需要削弱低频的场合阻容放大器的耦合。带带通通（BPF）用于突出有用频段的信号，削弱其它频段的信号或干扰和噪声载波通信。带阻（带阻（BEF）用于抑制干扰。全通（全通（APF）通阻通Av阻通Av通阻Av阻阻 通Av2、分类、分类按幅频特性分类按幅频特性分类第45页，共61页，编辑于2022年，星期四无源滤波电路：无源滤波电路：由无源元件R、L、C组成的滤波电路。有源滤波电路：有源滤波电路：由晶体管和R、C网络组成的滤波电路。RviRLCvoviRLCLvo4、由由集集成成运运放放（工工作作在在线线性性区区）和和RC网网络络组组成成的的有有源源滤滤波波电电

18、路路的的优优点：点：（1）体积小，重量轻，不需要加磁屏蔽。（2）电路中的集成运放可加串联负反馈，使ri高，ro低。（3）除了有源滤波作用外，还可以放大，而且放大倍数容易调节。3、无源滤波电路和有源滤波电路、无源滤波电路和有源滤波电路第46页，共61页，编辑于2022年，星期四1、低通滤波器、低通滤波器RviCvo最简单的滤波电路缺点：带负载的能力差，例如R=27k，RL=3k，对直流而言，vo只有vi的十分之一，而当RL断开时，vo=vi，其中当为了提高带负载的能力，可以减小R，提高C，但这不现实，此时可以加电压跟随器，以提高带负载的能力。二、一阶二、一阶RC有源滤波电路有源滤波电路第47页，

19、共61页，编辑于2022年，星期四传递函数传递函数特征角频率特征角频率幅频相应为幅频相应为一阶一阶RC有源低通滤波电路有源低通滤波电路第48页，共61页，编辑于2022年，星期四可由低通和高通串联得到可由低通和高通串联得到必须满足必须满足3、带通滤波电路带通滤波电路低通特征角频率低通特征角频率高通特征角频率高通特征角频率2、高通滤波电路高通滤波电路第49页，共61页，编辑于2022年，星期四可由低通和高通并联得到必须满足必须满足一一阶阶有有源源滤滤波波电电路路通通带带外外衰衰减减速速率率慢慢（-20dB/十十倍倍频频程程），与与理理想想情情况况相相差差较较远远。一一般般用用在在对对滤滤波波要求

20、不高的场合。要求不高的场合。4.带阻滤波电路带阻滤波电路第50页，共61页，编辑于2022年，星期四1.压控电压源低通滤波电路压控电压源低通滤波电路压控电压源电路（压控电压源电路（VCVS）对于滤波电路，有得滤波电路传递函数（二阶）（二阶）三、二阶有源滤波电路三、二阶有源滤波电路第51页，共61页，编辑于2022年，星期四称为称为通带增益通带增益称为称为特征角频率特征角频率称为称为等效品质因数等效品质因数则滤波电路才能稳定工作滤波电路才能稳定工作注意：注意：第52页，共61页，编辑于2022年，星期四归一化的幅频响应归一化的幅频响应相频响应相频响应用代入，可得传递函数的频率响应第53页，共61

21、页，编辑于2022年，星期四归一化的频率响应波特图直流时的幅频直流时的幅频响应响应电压增益下降电压增益下降-40db在在Q0.707和和=n时，出时，出现现-3db的转折点的转折点第54页，共61页，编辑于2022年，星期四将低通电路中的电容和电阻对换，便成为高通电路。传递函数传递函数归一化的幅频响应归一化的幅频响应滤波电路才能稳定工作2.压控电压源高通滤波电路压控电压源高通滤波电路第55页，共61页，编辑于2022年，星期四归一化的幅频响应波特图归一化的幅频响应波特图第56页，共61页，编辑于2022年，星期四可由低通和高通串联得到3.压控电压源带通滤波电路压控电压源带通滤波电路令传递函数传

22、递函数第57页，共61页，编辑于2022年，星期四归一化的幅频响应波特图归一化的幅频响应波特图第58页，共61页，编辑于2022年，星期四双双T T选频网络选频网络4.4.双双T T带阻滤波电路带阻滤波电路第59页，共61页，编辑于2022年，星期四双双T带阻滤波电路带阻滤波电路第60页，共61页，编辑于2022年，星期四小小 结结1、理想运放工作时，两输入端之间的电压差为零，输入电流为零；2、运放有两种工作状态：线性和非线性；3、运放的两种基本电路为同相放大器和反相放大器；4、利用运放的两种基本电路可以组成运算电路（加减法加减法、积分、微分积分、微分、对数、反对数、乘法器等）5、运放与电阻电容可构成滤波器电路，实现对频率的选择作用。第61页，共61页，编辑于2022年，星期四