模擬電子-信號運算

1、第第9章章 信號的運算、處理及信號的運算、處理及波形發(fā)生電路波形發(fā)生電路 本節(jié)主要討論由集成運放構(gòu)成的應(yīng)用電路本節(jié)主要討論由集成運放構(gòu)成的應(yīng)用電路運算電路的特點和分析方法。運算電路的特點和分析方法。 為了簡化分析并突出主要性能，通常把集成為了簡化分析并突出主要性能，通常把集成運放看成理想的，理想運算放大器運放看成理想的，理想運算放大器(Ideal Operation Amplifier)應(yīng)當(dāng)滿足下列條件。應(yīng)當(dāng)滿足下列條件。n開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aodn開環(huán)差模輸入電阻開環(huán)差模輸入電阻ridn開環(huán)輸出電阻開環(huán)輸出電阻ro0n輸入偏置電流輸入偏置電流IIB1 = IIB2=0n

2、失調(diào)電壓和失調(diào)電流失調(diào)電壓和失調(diào)電流UIO=0、IIO=0n共模電壓放大倍數(shù)共模電壓放大倍數(shù)AOC0n0dB帶寬帶寬fC (1)虛短虛短：理想運放的兩輸入端之間的理想運放的兩輸入端之間的電壓差為零，即電壓差為零，即Uid=U-U+=0，或或U-=U+。這是因為受電源電壓限制，輸出電壓這是因為受電源電壓限制，輸出電壓Uo為有限值，又因為有限值，又因Aod，所以所以 0odoidAUUUU集成運放的兩個重要特點集成運放的兩個重要特點:理想運放工作在線性區(qū)，利用它的理想理想運放工作在線性區(qū)，利用它的理想?yún)?shù)可以導(dǎo)出下面兩條重要結(jié)論。參數(shù)可以導(dǎo)出下面兩條重要結(jié)論。 +U-U+Aod_Uo (2)虛斷虛

3、斷：理想運放的兩輸入端不取電流，理想運放的兩輸入端不取電流，即即I-=I+=0，這是因為這是因為Uid0，又因又因rid，所以所以0idid-rUIIUo理想集成運算放大器理想集成運算放大器I-=0I+=0U+U-Aod_+n一般實際運放工作在線性區(qū)時，其參數(shù)一般實際運放工作在線性區(qū)時，其參數(shù)很接近理想條件，也基本具備這兩個特很接近理想條件，也基本具備這兩個特點，即有點，即有U-U+，I-I+0。n總之，總之，U-U+，I-I+0是兩條重要結(jié)論，是兩條重要結(jié)論，用以分折各種運算放大器的線性應(yīng)用電用以分折各種運算放大器的線性應(yīng)用電路。路。9.1.1 比例電路比例電路 n1.1.反相比例電路反相比

4、例電路 電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路 由于由于I-=I+=0，所以所以U+=0，因此有因此有U-=U+=09.1 運算電路運算電路 RfUoI+UI_I-I1U+IfR1Rb+_圖圖9.1 反相比例電路反相比例電路Rb稱為輸入平衡電阻，稱為輸入平衡電阻，選擇參數(shù)時，應(yīng)使選擇參數(shù)時，應(yīng)使Rb=R1/Rf，使集成運使集成運放兩個輸入端的外接放兩個輸入端的外接電阻相等，確保其處電阻相等，確保其處于平衡對稱的工作狀于平衡對稱的工作狀態(tài)態(tài)AodRfUoI+UI_I-I1U+IfR1Rb+_圖圖9.1 反相比例電路反相比例電路Afo1IRURUI1foURRU如果如果Rf=R1，則輸出則輸出電壓與

5、輸入電壓相位電壓與輸入電壓相位相反，大小相等，稱相反，大小相等，稱為反相器。為反相器。RfUoI+UI_I-I1U+IfR1Rb+_圖圖9.1 反相比例電路反相比例電路反相比例電路是電反相比例電路是電壓負(fù)反饋，理想情壓負(fù)反饋，理想情況下況下Rof=01I1ifIURR輸入電阻輸入電阻:RfUoI+UI_I-I1U+IfR1Rb+_圖圖9.1 反相比例電路反相比例電路n2.同相比例電路同相比例電路 理想情況下，存在理想情況下，存在U-=U+“虛短虛短”關(guān)系，由關(guān)系，由于于I-=I+=0，所以有所以有 U+=UIof11-URRRU)1 (1fIoRRUU+_+R1RfRbUI_+圖圖9.2 同相

6、比例電路同相比例電路_Uo電路的輸出電壓與電路的輸出電壓與輸入電壓相位相同，輸入電壓相位相同，大小成一定的比例大小成一定的比例關(guān)系關(guān)系同相比例同相比例運算。運算。+_+R1RfRbUI_+圖圖9.2 同相比例電路同相比例電路_Uo同相比例電路是電壓負(fù)同相比例電路是電壓負(fù)反饋，理想情況下反饋，理想情況下 Rof = 0是串聯(lián)負(fù)反饋，所以閉是串聯(lián)負(fù)反饋，所以閉環(huán)輸入電阻：環(huán)輸入電阻：1IifIUR+_+_+R1RfRbUI_+圖圖9.2 同相比例電路同相比例電路_Uo但但Rf=0，或或R1=，如圖如圖9.3所示，所示，Af=1，即輸出電壓即輸出電壓與輸入電壓大小相等相位與輸入電壓大小相等相位相同，

7、這種電路稱為電壓相同，這種電路稱為電壓跟隨器跟隨器(Voltage Follower)。它具有很大的輸入電阻和它具有很大的輸入電阻和很小的輸出電阻，其作用很小的輸出電阻，其作用與晶體管射極輸出器相似。與晶體管射極輸出器相似。)1 (1fIoRRUU_+UoUI_+圖圖9.3 電壓跟隨器電壓跟隨器9.1.2 加減運算電路加減運算電路 n1. 加法電路加法電路 在理想情況下，存在理想情況下，存在在U-=U+=0，Ii=0，因此可列出：因此可列出：IF = I1 + I2 + I3 1I11I11RURUUI2I22RUI 3I33RUI UoR3I1I2UI3I3UI1UI2RfR1R2IiARb

8、IF圖圖9.4 反相加法器反相加法器_+If = I1 + I2 + I3 Uo = -IFRf)()(I33f2I2f1I1ff321URRURRURRRIII如果如果R1=R2=R3=R， )(I3I2I1foUUURRUUoR3I1I2UI3I3UI1UI2RfR1R2IiARbIF圖圖9.4 反相加法器反相加法器_+)(I3I2I1foUUURRU如果如果Rf = R，Uo= -(UI1+UI2+UI3)Rb=R1/R2/R3/Rf UoR3I1I2UI3I3UI1UI2RfR1R2IiARbIF圖圖9.4 反相加法器反相加法器_+n要 求 用 一 反 相 加 法 器 實 現(xiàn)要 求 用

9、 一 反 相 加 法 器 實 現(xiàn) Y = (5X1+X2+4X3)運算，輸入電阻不低于運算，輸入電阻不低于10k，選定電路中的各電阻。選定電路中的各電阻。n解解：將式：將式Y(jié)=(5X1+X2+4X3)與與n比較得：比較得： )(I33f2I2f1I1foURRURRURRU51fRR12fRR43fRR例例9.1n選選R1=20k，則則Rf=100k，R2=100k，R3=25k。nRb=R1/R2/R3/Rf10k10k圖圖9.5 例例9.1圖圖Y100kX3X2X1100k20k25kA_+n2. 減法電路減法電路理想情況下，理想情況下，Ii=0，U-=U+，I1=I2 2o1I1RUUR

10、UU434I2RRRUU12I1121434I2oRRURRRRRRUUUI2UI1Uo圖圖9.6 差值運算放大器差值運算放大器I1IiI2R2R1R4AR3_+12I1121434I2oRRURRRRRRUU若若 R1=R3，R2=R4 )(I2I112oUURRU輸出電壓與兩個輸輸出電壓與兩個輸入電壓的差值入電壓的差值UId=UI1UI2成正比，成正比，電路實現(xiàn)了差值運電路實現(xiàn)了差值運算。算。 UI2UI1Uo圖圖9.6 差值運算放大器差值運算放大器I1IiI2R2R1R4AR3_+n差值運算放大器也稱為差動運算放大器。差值運算放大器也稱為差動運算放大器。UId稱為差模信號，稱為差模信號，

11、 輸入電壓輸入電壓UI1=UI2即即輸入信號無差值時，輸入信號無差值時，輸出電壓輸出電壓Uo=0， 12IdofRRUUA差模差模放大放大倍數(shù)倍數(shù)2I2I1ICUUUUI2UI1Uo圖圖9.6 差值運算放大器差值運算放大器I1IiI2R2R1R4AR3_+n電路對共模信號無放大作用，共模放大電路對共模信號無放大作用，共模放大倍數(shù)為零。倍數(shù)為零。n差模放大器放大差模信號，抑制共模信差模放大器放大差模信號，抑制共模信號，不僅用來作減法運算，還廣泛地應(yīng)號，不僅用來作減法運算，還廣泛地應(yīng)用于放大具有強烈共模干擾的微小信號。用于放大具有強烈共模干擾的微小信號。n只有滿足只有滿足R1=R3和和R2=R4的

12、條件，才能實的條件，才能實現(xiàn)精確的差值運算，所以必須嚴(yán)格地選現(xiàn)精確的差值運算，所以必須嚴(yán)格地選配電阻配電阻R1、R2、R3和和R4。n另外，集成運放兩個輸入端上存在共模另外，集成運放兩個輸入端上存在共模電壓，理想情況下，電壓，理想情況下，U-=U+，對于實際運對于實際運放而言，共模抑制比放而言，共模抑制比KCMR為有限值，必為有限值，必將引起輸出誤差電壓。將引起輸出誤差電壓。n所以，在實際電路中，要提高電路運算所以，在實際電路中，要提高電路運算精度，必須選用高精度，必須選用高KCMR的運算放大器。的運算放大器。 9.1.3 積分運算電路和微分運算電路積分運算電路和微分運算電路 n1. 積分運算

13、電路積分運算電路 n積分電路積分電路(Integration Circuit)是模擬計是模擬計算機(jī)中的基本單元，也是控制和測量系算機(jī)中的基本單元，也是控制和測量系統(tǒng)中的重要單元。利用它的充放電過程統(tǒng)中的重要單元。利用它的充放電過程可以實現(xiàn)延時、定時以及產(chǎn)生各種波形?？梢詫崿F(xiàn)延時、定時以及產(chǎn)生各種波形。n積分電路如圖所示。將反相比例運算放積分電路如圖所示。將反相比例運算放大器中的反饋支路電阻大器中的反饋支路電阻Rf改換成電容改換成電容C就就組成了積分運算電路。組成了積分運算電路。 n積分電路如圖積分電路如圖9.7所示。將反相比例運算所示。將反相比例運算放大器中的反饋支路電阻放大器中的反饋支路電阻

14、Rf改換成電容改換成電容C就組成了積分運算電路。就組成了積分運算電路。 理想情況下理想情況下U-=U+=0， 1I1fRuii假設(shè)電容假設(shè)電容C上初始電壓上初始電壓為零，則為零，則uIif圖圖9.7 積分運算電路積分運算電路R1AuoRbC_+i1n即輸出電壓是輸即輸出電壓是輸入電壓對時間的入電壓對時間的積分，積分，R1C稱為稱為積分時間常數(shù)。積分時間常數(shù)。tuCRtRuCtiCuud1d1d1I11IfCOuIif圖圖9.7 積分運算電路積分運算電路R1AuoRbC_+i1n假設(shè)輸入信號的的波形如圖假設(shè)輸入信號的的波形如圖9.8（a）所所示，示，uo在在uI=UI (t1tt2)期間，期間，

15、 tuRCu1O1uO線性下降線性下降 uIuOt1t2tt理想理想(a)(b)圖圖9.8 積分電路輸入輸出波形積分電路輸入輸出波形uIif圖圖9.7 積分運算電路積分運算電路R1AuoRbC_+i1n在在uI=0(tt2)期間，期間，uO保持不變。保持不變。 圖圖9.8 積分電路輸入輸出波形積分電路輸入輸出波形uIuOt1t2tt理想理想(a)(b)uIif圖圖9.7 積分運算電路積分運算電路R1AuoRbC_+i1n在實際積分電路中，在實際積分電路中，uO將按圖將按圖9.8(b)曲曲線的規(guī)律變化線的規(guī)律變化，這主要是因為實際這主要是因為實際集成運放的開環(huán)放集成運放的開環(huán)放大倍數(shù)和輸入電阻大

16、倍數(shù)和輸入電阻不是無窮大，還有不是無窮大，還有電容器電容器C的漏電等的漏電等原因造成的。原因造成的。uIuOt1t2tt理想理想圖圖9.8 積分電路輸入輸出波形積分電路輸入輸出波形(a)(b)實際實際n在電路結(jié)構(gòu)上將積分電路中在電路結(jié)構(gòu)上將積分電路中R1與與C的位的位置互換，就組成微分器置互換，就組成微分器(Differentiator)，如圖如圖9.9所示。所示。n2.微分運算電路微分運算電路 ifuoCuIRf圖圖9.9 微分運算電路微分運算電路Rb_+uAiCn理想情況下，理想情況下，U-=U+=0，iC=if，所以有所以有tuCiddICtuCRRiuddIfffO即輸出電壓是輸入即輸

17、出電壓是輸入電壓的微分。電壓的微分。RfC稱為微分時間常數(shù)。稱為微分時間常數(shù)。uoCuIRf圖圖9.9 微分運算電路微分運算電路Rb_+uAifiCn當(dāng)輸入階躍電壓時，當(dāng)輸入階躍電壓時，t=0時，輸出電壓仍時，輸出電壓仍為一個有限值；隨為一個有限值；隨后由于電容后由于電容C被充被充電，輸出電壓按指電，輸出電壓按指數(shù)規(guī)律衰減到零，數(shù)規(guī)律衰減到零，如圖如圖9 9.10所示。所示。 uIuOtt00(a)(b)圖圖9.10 微分器的輸入輸出波形微分器的輸入輸出波形n圖圖9.9所示微分電路在高頻時，電容所示微分電路在高頻時，電容C的容的容抗變小，高頻放大倍數(shù)增高，因而高頻抗變小，高頻放大倍數(shù)增高，因而

18、高頻噪聲和干擾所產(chǎn)生的影響比較嚴(yán)重，在噪聲和干擾所產(chǎn)生的影響比較嚴(yán)重，在實際微分電路中要采取一定的補償措施。實際微分電路中要采取一定的補償措施。 if圖圖9.9 微分運算電路微分運算電路uoCuIRfRb_+iC9.1.4 對數(shù)和反對數(shù)運算電路對數(shù)和反對數(shù)運算電路 n1.1.對數(shù)運算電路對數(shù)運算電路n利用二極管組成基本對數(shù)運算電路。理利用二極管組成基本對數(shù)運算電路。理想情況下，可以列出想情況下，可以列出1I1DRuiiuO=uD 由二極管的伏安特性方程由二極管的伏安特性方程 TDTDSsD) 1(UuUueIeIiuIuo圖圖9.11 對數(shù)運算電路對數(shù)運算電路R1Rb_+i1uDiDTOS1I

19、UueIRu兩邊取對數(shù)，得兩邊取對數(shù)，得STO1IlnlnIUuRuS1ITOlnIRuUu輸出電壓與輸入電壓成輸出電壓與輸入電壓成對數(shù)關(guān)系。對數(shù)關(guān)系。 uIuo圖圖9.11 對數(shù)運算電路對數(shù)運算電路R1Rb_+i1uDiDn2.反對數(shù)運算電路反對數(shù)運算電路 n反對數(shù)是對數(shù)的反運算，將圖中的對數(shù)元反對數(shù)是對數(shù)的反運算，將圖中的對數(shù)元件件(二極管二極管D或晶體管或晶體管T)與電阻與電阻R1的位置互的位置互換，即構(gòu)成反對數(shù)運算電路，如圖換，即構(gòu)成反對數(shù)運算電路，如圖9.12所所示。示。理想情況下，當(dāng)輸入電理想情況下，當(dāng)輸入電壓為正時有：壓為正時有：uI=uBETISCUueIiTIfSffOUue

20、RIRiU輸出電壓與輸入電壓成指輸出電壓與輸入電壓成指數(shù)關(guān)系。數(shù)關(guān)系。 iCuI圖圖9.12 反對數(shù)運算電路反對數(shù)運算電路RbuoT_+ifRf9.1.5 乘除運算電路乘除運算電路 廣泛應(yīng)用于信號處理、信號檢測、通廣泛應(yīng)用于信號處理、信號檢測、通信工程、自動控制等科學(xué)領(lǐng)域。信工程、自動控制等科學(xué)領(lǐng)域。 1.乘法運算電路乘法運算電路 （1）對數(shù)式乘法器）對數(shù)式乘法器ln(* )ln+ln= * =X YXYZ X Y eeuIRb3uoT_+R3uXRb1uo1_+R1TuYRb1uo2_+R1TRb2uo3_+R2R2R2XO1T1 S1lnuuUR I YO2T1 S2lnuuUR I O3

21、O1O2()uuu XO1T1 S1lnuuUR I YO2T1 S2lnuuUR I XYO3O1O2T21S1 S2()lnu uuuuUR I I O3T/3 S3O3 S3XY21S1 S2euUR IuR Iu uR I I 在正常工作情在正常工作情況下，可以認(rèn)況下，可以認(rèn)為三極管為三極管T1、T2中集電極電中集電極電流和流和uBE近似近似成指數(shù)關(guān)系，成指數(shù)關(guān)系，即即 T1_+R1+Rc_uOVCC+iC1_iC2R1T2 uX-VEERcReRfRfT3uYuOiE_+圖圖9.13 變跨導(dǎo)式乘法器原理電路變跨導(dǎo)式乘法器原理電路TBE1TBE1111UuSUuSCeIeIi（2）變跨

22、導(dǎo)式乘法器）變跨導(dǎo)式乘法器(Variable Trans-conductance Multiplier)n若若uBE1=uBE2，IS1=IS2，則則 TBE2TBE2222UuSUuSCeIeIiTBESC2C1E2)(1UueIiiiT1_+R1+Rc_uOVCC+iC1_iC2R1T2 uX-VEERcReRfRfT3uYuOiE_+圖圖9.13 變跨導(dǎo)式乘法器原理電路變跨導(dǎo)式乘法器原理電路uOngm隨隨uY而變，因此這種電路被稱為變跨而變，因此這種電路被稱為變跨導(dǎo)式乘法電路。導(dǎo)式乘法電路。 n交流時，交流時，T3短路，短路，uE1=uE2=0,所以所以 BECmuigTETC1m21U

23、iUigeYERuiTeYm2URugTBE111UuSCeIiXIuu211T1_+R1+Rc_uOVCC+iC1_iC2R1T2 uX-VEERcReRfRfT3uYuOiE_+圖圖9.13 變跨導(dǎo)式乘法器原理電路變跨導(dǎo)式乘法器原理電路uOXmC121ugiXmC221ugiTeYXcXcmcC2C1O2)(URuuRuRgRiiuYXTeYXc1cfO1cfO2uKuURuuRRRRuRRRuTe1ccf)2(URRRRRKBECuiuigBECmT1_+R1+Rc_uOVCC+iC1_iC2R1T2 uX-VEERcReRfRfT3uYuOiE_+圖圖9.13 變跨導(dǎo)式乘法器原理電路變

24、跨導(dǎo)式乘法器原理電路（2）四象限模擬乘法器四象限模擬乘法器 n圖圖9.13所示電路雖然能完成兩信號的相乘所示電路雖然能完成兩信號的相乘運算，但還不完善，例如運算，但還不完善，例如uY極性必須為正，極性必須為正，又必須大于發(fā)射結(jié)的死區(qū)電壓，所以該電又必須大于發(fā)射結(jié)的死區(qū)電壓，所以該電路只能用做二象限相乘路只能用做二象限相乘(uX的極性可正可的極性可正可負(fù)負(fù))，不能適應(yīng)四象限相乘。，不能適應(yīng)四象限相乘。K中含有中含有UT，表明該電路受溫度影響。表明該電路受溫度影響。n為了克服這些缺點，為了克服這些缺點，可以采用二級差動可以采用二級差動放大電路，實現(xiàn)放大電路，實現(xiàn)uX和和uY均可正可負(fù)的均可正可負(fù)的

25、四 象 限 乘 法 器四 象 限 乘 法 器(Four-Quadrant Multiplier)，原理原理電路如圖電路如圖9.14所示。所示。 +T2T5+uXT4+VCCRcI + iYI - iYiC1T1-VEE+_iC2iC4uYT3T6_iYRYuORciC5iC6iC3_II圖圖9.14 四象限模擬乘法器四象限模擬乘法器XTC3XmC2C12uUiugiiXTC4XmC6C52uUiugiiYYYC4C322RuiiiYTYXcC4C3TXccXTC4XTC3cC6C5cC2C1O)(2)22()()(RUuuRiiUuRRuUiuUiRiiRiiu+T2T5+uXT4+VCCRc

26、I + iYI - iYiC1T1-VEE+_iC2iC4uYT3T6_iYRYuORciC5iC6iC3_II圖圖9.14 四象限模擬乘法器四象限模擬乘法器（3）集成模擬乘法器集成模擬乘法器 n國產(chǎn)單片集成乘國產(chǎn)單片集成乘法器性能已達(dá)到法器性能已達(dá)到國外同類產(chǎn)品水國外同類產(chǎn)品水平。圖平。圖9.15示出示出國產(chǎn)單片集成乘國產(chǎn)單片集成乘法器法器BG314外型外型封裝，采用陶瓷封裝，采用陶瓷14管腳雙列直插管腳雙列直插管殼。管殼。12345678 9 1011 12 13 14圖圖9.15 BG314封裝封裝n圖圖9.16示出示出BG314應(yīng)用接線圖應(yīng)用接線圖,圖圖9.17示示出其符號。出其符號。

27、BG314型乘法器需外接較多型乘法器需外接較多元件（包括外加偏置電路）才能正常工元件（包括外加偏置電路）才能正常工作。作。 uOR51MRw4Rw1R9RYRX+32VR2121456101194812 7133uXuY接調(diào)零接調(diào)零-15VR13R3R1R2R6R8R7_+F008 圖圖9.16 乘法器應(yīng)用接線圖乘法器應(yīng)用接線圖+15V25k-15VBG314n由于由于BG314為雙端輸出（為雙端輸出（2、14腳），共模輸腳），共模輸出電壓可高達(dá)出電壓可高達(dá)1821V，為消除此共模電壓，為消除此共模電壓，需將雙端輸出變換為單端輸出，要外接運算需將雙端輸出變換為單端輸出，要外接運算uOR51MR

28、w4Rw1R9RYRX+32VR2121456101194812 7133uXuY接調(diào)零接調(diào)零-15VR13R3R1R2R6R8R7_+F008 圖圖9.16 乘法器應(yīng)用接線圖乘法器應(yīng)用接線圖+15V25k-15VBG314n放大器（應(yīng)為高增益寬頻帶集成運放如放大器（應(yīng)為高增益寬頻帶集成運放如F008）正正電源電源32V（通過電阻通過電阻R1、R2，R2接接2、14腳），腳），負(fù)電源負(fù)電源-15V（7腳），最大輸入為腳），最大輸入為10V（9、4腳）。腳）。uOR51MRw4Rw1R9RYRX+32VR2121456101194812 7133uXuY接調(diào)零接調(diào)零-15VR13R3R1R2R6

29、R8R7_+F008 圖圖9.16 乘法器應(yīng)用接線圖乘法器應(yīng)用接線圖+15V25k-15VBG314nRX（5、6腳）、腳）、RY（10、11腳）根據(jù)不同的腳）根據(jù)不同的輸入條件，保證與流經(jīng)其上的電流成線性變換，輸入條件，保證與流經(jīng)其上的電流成線性變換，其取值應(yīng)根據(jù)輸入條件正確選擇。其取值應(yīng)根據(jù)輸入條件正確選擇。uOR51MRw4Rw1R9RYRX+32VR2121456101194812 7133uXuY接調(diào)零接調(diào)零-15VR13R3R1R2R6R8R7_+F008 圖圖9.16 乘法器應(yīng)用接線圖乘法器應(yīng)用接線圖+15V25k-15VBG314n負(fù)載電阻負(fù)載電阻Rc（圖中為圖中為R2，接接2

30、=4腳）應(yīng)根據(jù)腳）應(yīng)根據(jù)標(biāo)定系數(shù)標(biāo)定系數(shù)K求出。調(diào)零端（求出。調(diào)零端（8、12腳）接調(diào)腳）接調(diào)零網(wǎng)絡(luò)，用于消除輸入、輸出失調(diào)電壓引零網(wǎng)絡(luò)，用于消除輸入、輸出失調(diào)電壓引起的誤差。起的誤差。uOR51MRw4Rw1R9RYRX+32VR2121456101194812 7133uXuY接調(diào)零接調(diào)零-15VR13R3R1R2R6R8R7_+F008 圖圖9.16 乘法器應(yīng)用接線圖乘法器應(yīng)用接線圖+15V25k-15VBG314n乘法器符號如圖乘法器符號如圖9.17所示。所示。YXouKuu XYuXuOuY(a)不帶運放的乘法器符號不帶運放的乘法器符號XYuXuOuY(b)帶運放的乘法器符號帶運放的

31、乘法器符號圖圖9.17 乘法器的表示符號乘法器的表示符號n利用集成模擬乘法器和集成運算放大器利用集成模擬乘法器和集成運算放大器可組成除法、開方及平方等運算電路。可組成除法、開方及平方等運算電路。在通信設(shè)備中可作平衡調(diào)制器，同步檢在通信設(shè)備中可作平衡調(diào)制器，同步檢波器、鑒頻器、混頻器等；在測量技術(shù)波器、鑒頻器、混頻器等；在測量技術(shù)中可以進(jìn)行單相功率測量、三相功率測中可以進(jìn)行單相功率測量、三相功率測量、功率因數(shù)的測量等；此外還可以作量、功率因數(shù)的測量等；此外還可以作為倍頻器、壓控濾波器等。為倍頻器、壓控濾波器等。2. 除法運算電路除法運算電路 n例例9.29.2 利用模擬乘法器實現(xiàn)利用模擬乘法器實

32、現(xiàn) YXO1uuKuYXO1uuKuKuYuO=uX若以若以uO、uY作為模擬乘法器的兩個輸入作為模擬乘法器的兩個輸入電壓，設(shè)法使乘法器的輸出電壓與電壓，設(shè)法使乘法器的輸出電壓與uX成成正比例或二者的絕對值相等，便可以實正比例或二者的絕對值相等，便可以實現(xiàn)除法運算，電路如圖現(xiàn)除法運算，電路如圖9.18所示。所示。YXO1uuKuKuYuO=uZuZ=-uX當(dāng)當(dāng)R1=RfuX = -KuYuOYXO1uuKuvK0uY0uY0i1uOuYuX圖圖9.18 用模擬乘法器組成的除法電路用模擬乘法器組成的除法電路uZR1RfiFRb_+AX y9.2 電壓、電流變換電路電壓、電流變換電路 n9.2.1

33、 電壓電壓-電流變換器電流變換器n目的：輸入電壓目的：輸入電壓UI輸出輸出電流電流IO。n這是電流串聯(lián)負(fù)反饋放這是電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路。理想情況下，大電路。理想情況下，U+=U-，I+=I-=0，所以有所以有RUIIO負(fù)載上的輸出電流負(fù)載上的輸出電流IO與與輸入電壓輸入電壓UI成正比。成正比。缺點：負(fù)載不接地。缺點：負(fù)載不接地。R1U+IORU-UIRLUO+_(a)+_圖圖9.19電壓電壓-電流變換器電流變換器n改進(jìn)：負(fù)載改進(jìn)：負(fù)載RL接地。其接地。其中中R3、R4和和RL構(gòu)成正反饋。構(gòu)成正反饋。n理想情況下，電路處于理想情況下，電路處于線性工作狀態(tài)，線性工作狀態(tài)，U-=U+，I+=I-=

34、0，有有211O212IRRRURRRUUL43L4OLOO/RRRRRURIUUUI_R4U+R1U-RLIOUOUO圖圖9.19 電壓電壓-電流變換器電流變換器R2+(b)+_R3n負(fù)載電流負(fù)載電流IO和輸入和輸入電壓電壓UI成正比，實成正比，實現(xiàn)了線性變換?，F(xiàn)了線性變換。L12L433I12ORRRRRRRURRI4312RRRRI4O1URIUI_R4U+R1U-RLIOUOUO圖圖9.19 電壓電壓-電流變換器電流變換器R2+(b)+_R3n9.2.2 電流電流-電壓變換器電壓變換器n目的：輸入電流目的：輸入電流IS輸出電壓輸出電壓UO 。n電壓并聯(lián)負(fù)反饋電電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路。由圖可

35、得：路。由圖可得：nUO=ISRF 輸出電壓輸出電壓UO與輸入電流與輸入電流IS成正比，達(dá)到了電流成正比，達(dá)到了電流-電電壓線性變換的目的。壓線性變換的目的。RLUO_+IFRb圖圖9.20 電流電流-電壓變換器電壓變換器RFU+U-IO+_Isn若負(fù)載若負(fù)載RL是固定不變的，是固定不變的，則可得：則可得：SLFLOOIRRRUI負(fù)載上的電流負(fù)載上的電流IO與輸入與輸入電流電流IS成正比，所以該成正比，所以該電路也可作為電路也可作為電流放大電流放大電路。電路。RLUO_+IFRb圖圖9.20 電流電流-電壓變換器電壓變換器RFU+U-IO+_Is集成運算放大器的應(yīng)用集成運算放大器的應(yīng)用 n模擬

36、乘法器模擬乘法器 n有源濾波電路有源濾波電路n電壓電壓比較器比較器n采樣采樣- -保持電路保持電路n正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路n非正弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路 9.3 有源濾波電路有源濾波電路 n濾波電路的功能是讓指定頻率范圍內(nèi)的濾波電路的功能是讓指定頻率范圍內(nèi)的信號通過，而將其余頻率的信號加以抑信號通過，而將其余頻率的信號加以抑制，或使其急劇衰減。因此濾波電路在制，或使其急劇衰減。因此濾波電路在各種預(yù)處理電路中幾乎是必不可少的，各種預(yù)處理電路中幾乎是必不可少的，有的甚至已成為測量儀器中的基本單元有的甚至已成為測量儀器中的基本單元電路。電路。n濾波電路種類很多，但從通帶性質(zhì)來分，濾波電路種

37、類很多，但從通帶性質(zhì)來分，主要有以下四種基本類型：主要有以下四種基本類型：n低通濾波器低通濾波器(Low Pass Filter，簡稱簡稱LPF)；n高通濾波器高通濾波器(High Pass Filter，簡稱簡稱HPF)；n帶通濾波器帶通濾波器(Band Pass Filter，簡稱簡稱BPF)；n帶阻濾波器帶阻濾波器(Band Elimination Filter，簡簡稱稱BEF)。n其理想特性如圖其理想特性如圖9.21所示。所示。 10-110210-310-2100101/0通通 帶帶阻阻 帶帶(a) 理想低通濾波器特性理想低通濾波器特性Af()10-2100102/0阻阻 帶帶通通

38、帶帶(b) 理想高通濾波器特性理想高通濾波器特性Af()圖圖9.21 濾波器的理想幅頻特性濾波器的理想幅頻特性10-1101n其理想特性如圖其理想特性如圖9.21所示。所示。 阻阻012Af()阻阻通通(c) 帶通濾波器理想特性帶通濾波器理想特性阻阻Af()012通通通通(d) 帶阻濾波器理想特性帶阻濾波器理想特性圖圖9.21 濾波器的理想幅頻特性濾波器的理想幅頻特性n實際濾波器無法實現(xiàn)這樣的理想特性，實際濾波器無法實現(xiàn)這樣的理想特性，通常都是用高階的函數(shù)去逼近它。一般通常都是用高階的函數(shù)去逼近它。一般說來，濾波器的階次越高，其幅頻特性說來，濾波器的階次越高，其幅頻特性的邊界越陡直，也就越接近

39、理想特性。的邊界越陡直，也就越接近理想特性。當(dāng)然電路的結(jié)構(gòu)也就越復(fù)雜，設(shè)計計算當(dāng)然電路的結(jié)構(gòu)也就越復(fù)雜，設(shè)計計算和調(diào)試工作越困難。和調(diào)試工作越困難。9.3.1 低通濾波器低通濾波器 n低通濾波器用來通過低頻信號，抑制或低通濾波器用來通過低頻信號，抑制或衰減高頻信號。理想的低通濾波器的幅衰減高頻信號。理想的低通濾波器的幅頻特性如圖頻特性如圖9.21 (a)所示。所示。 10-310-210-1100101102/0通通 帶帶阻阻 帶帶(a) 理想低通濾波器特性理想低通濾波器特性Af()iof)(UUA濾波電路增益或濾波電路增益或電壓傳遞函數(shù)電壓傳遞函數(shù) 通帶通帶(Pass band) 阻帶(St

40、op band) 200f截止頻率截止頻率(Cut off Frequency) n簡單二階低通濾波電路如圖簡單二階低通濾波電路如圖9.22所示。所示。 RCjUCjCjRUU11111MMiM1/1)1/(1UCjRCjRCjRCjU020fiof31)(jAUUAUoRRfR1RC1=CC2=CA_+圖圖9.22 簡單二階低通濾波電路簡單二階低通濾波電路UiUMU+UAURRUffo)1 (RCCjRCjCjRCj2221)1/(1131121111/1)1/(111222f222ffioRCRCjARCjRCRCjRCjRCjACjRCjRCjRCjRCjAUURC10n二階低通濾波電路

41、，二階低通濾波電路，0 0不是通帶截止角不是通帶截止角頻率。令頻率。令p p為通帶截止角頻率，按截止為通帶截止角頻率，按截止頻率的定義頻率的定義= =p p時，時，23120pj00p37. 02753RC37. 0pn幅頻特性幅頻特性 020fiof31)(jAUUAAf()Af10-210-310-1/0100101020lg/dB40dB/十倍頻十倍頻圖圖9.23 簡單二階低通濾波電路的幅頻特性簡單二階低通濾波電路的幅頻特性n將圖將圖9.22中的電容中的電容C1的接地端接到集成的接地端接到集成運放的輸出端，構(gòu)成圖運放的輸出端，構(gòu)成圖9.24所示的二階所示的二階壓控式低通濾波器。壓控式低通

42、濾波器。020ffof11)(QjAUUA1ff1RRARC10f31AQ阻尼系數(shù)阻尼系數(shù) RC2UoRfR1RC1A_+圖圖9.24(a) 改進(jìn)二階低通濾波電路改進(jìn)二階低通濾波電路UiUMU+n幅頻特性幅頻特性 21Q當(dāng)當(dāng)UR時，時，UO=-UOm；uIUB1，才能使才能使uO由正翻由正翻轉(zhuǎn)為負(fù)；轉(zhuǎn)為負(fù)；uI由正向負(fù)變化由正向負(fù)變化時，因為這時時，因為這時uO為負(fù)，須為負(fù)，須uI2R1 3112fRRAA1FA3112UUFR2R1C2R2UoC1R1+_A圖圖9.39 橋式振蕩器原理電路橋式振蕩器原理電路n如何做到既能可靠起振，又能保證輸出波形為較好的正如何做到既能可靠起振，又能保證輸出波

43、形為較好的正弦波呢？弦波呢？ n可靠起振：可靠起振：n但如果但如果 過分大就會使輸出波形變壞。過分大就會使輸出波形變壞。n因此，設(shè)法使起振時，因此，設(shè)法使起振時，n即即 R22R1n平衡時，平衡時，n即即 R2=2R1 1FAA3A3Au通?？梢岳枚O管或穩(wěn)壓管的非線性特性、通?？梢岳枚O管或穩(wěn)壓管的非線性特性、場效應(yīng)管的可變電阻特性或者熱敏電阻等元件場效應(yīng)管的可變電阻特性或者熱敏電阻等元件的非線性特性來自動地穩(wěn)定振蕩電路的幅度。的非線性特性來自動地穩(wěn)定振蕩電路的幅度。 nRC串并聯(lián)振蕩電路存在的缺點：串并聯(lián)振蕩電路存在的缺點： n受受RC參數(shù)的影響，振蕩頻率較低。參數(shù)的影響，振蕩頻率較低

44、。小于小于1MHz。n原因原因：電路中存在分布電容。：電路中存在分布電容。n若提高振蕩頻率，可以采用若提高振蕩頻率，可以采用LC振蕩電振蕩電 路，石英晶體振蕩電路。路，石英晶體振蕩電路。9.6.3 LC正弦波振蕩電路正弦波振蕩電路 1.LC1.LC并聯(lián)回路的頻率特性并聯(lián)回路的頻率特性CRLAB1L(Rj L)j CCZ=11(Rj L)Rj( L)j CCCLQCQLQRCLZ0000100CL01LC設(shè)設(shè)諧振頻率：諧振頻率：00/1/QL RCR 2.2.變壓器反饋式振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路ReL1CRLRb1Rb2C1CeT+VCCL2L3 LC并聯(lián)諧振電路作為并聯(lián)諧振電路作為三極管的

45、負(fù)載。三極管的負(fù)載。反饋線圈反饋線圈L2與電感線圈與電感線圈L1相耦合相耦合,將反饋信號送將反饋信號送入三極管的輸入回路。入三極管的輸入回路。以使正反饋的條件得以以使正反饋的條件得以滿足。滿足。 2.2.變壓器反饋式振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路ReL1CRLRb1Rb2C1CeT+VCCL2L3變壓器反饋式振蕩電變壓器反饋式振蕩電路的振蕩頻率與并聯(lián)路的振蕩頻率與并聯(lián)LC諧振電路相同，為諧振電路相同，為0112fLC 2.2.變壓器反饋式振蕩電路變壓器反饋式振蕩電路ReL1CRLRb1Rb2C1CeT+VCCL2L3特點：特點： 易振，波形較好；易振，波形較好； 耦合不緊密，損耗大，耦合不緊密，

46、損耗大， 頻率穩(wěn)定性不高。頻率穩(wěn)定性不高。3.3. 三點式振蕩電路三點式振蕩電路C2C1132LL2L1132C（ L1 +L2 + 2M ）C 21fo =+VCCReL2L1Rb1Rb2電感三點式振蕩電路電感三點式振蕩電路C1CeT132RLC3.3. 三點式振蕩電路三點式振蕩電路+VCCReL2L1Rb1Rb2電感三點式振蕩電路電感三點式振蕩電路C1CeT132RLC特點：特點： 耦合緊密，耦合緊密，易振，振幅大，易振，振幅大，C用可調(diào)電容可用可調(diào)電容可獲得較寬范圍的獲得較寬范圍的振蕩頻率。波形振蕩頻率。波形較差，常含有高較差，常含有高次諧波。次諧波。 3.3. 三點式振蕩電路三點式振蕩

47、電路ReC2C1RCRb1Rb2電容三點式振蕩電路電容三點式振蕩電路CbCeLT132+VCCRL特點：特點：波形好，振蕩頻波形好，振蕩頻率調(diào)整范圍小，率調(diào)整范圍小，適用于頻率固定適用于頻率固定的場合。的場合。 電感電感L和電容和電容C1、 C2構(gòu)成的諧振回路成為放大構(gòu)成的諧振回路成為放大電路的負(fù)載，電容電路的負(fù)載，電容C2兩端的電壓作為反饋信號，兩端的電壓作為反饋信號，在放大器的輸入端引入了正反饋。在放大器的輸入端引入了正反饋。 選取適當(dāng)?shù)撵o態(tài)值和元件參數(shù)，使得諧振回路選取適當(dāng)?shù)撵o態(tài)值和元件參數(shù)，使得諧振回路諧振時，諧振時，AF1。電路自激振蕩。電路自激振蕩AF=1時，振蕩穩(wěn)定。時，振蕩穩(wěn)定

48、。振蕩頻率近似等于振蕩頻率近似等于LC諧振回路的振蕩頻率：諧振回路的振蕩頻率：C1 C2C1 + C2L21fo o = = 電容三點式與電感三點式電路比較：電容三點式與電感三點式電路比較：電容三點式電路：電容三點式電路： 反饋電壓中，高次諧波份量較小，反饋電壓中，高次諧波份量較小，波形好。波形好。電容三點式電路：電容三點式電路： 反饋系數(shù)隨頻率變化。反饋系數(shù)隨頻率變化。 改進(jìn)型電容三點式振蕩電路改進(jìn)型電容三點式振蕩電路并聯(lián)一個電容并聯(lián)一個電容C3 ，諧諧振回路的總電容：振回路的總電容：改變改變C3，即可改變即可改變fo C3ReC2C1RCRb1Rb2改進(jìn)的電容三點式振蕩電路改進(jìn)的電容三點式

49、振蕩電路CbCeLT132+VCCRL31212CC C /(CC )9.6.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器n石英晶體石英晶體(Crystal)是一種各向異性的結(jié)晶體，化學(xué)成分是一種各向異性的結(jié)晶體，化學(xué)成分是二氧化硅是二氧化硅(SiO2)。從一塊晶體上接一定的方位角切下的。從一塊晶體上接一定的方位角切下的薄片稱為晶片，然后在晶片的兩個對應(yīng)表面上涂敷銀層并薄片稱為晶片，然后在晶片的兩個對應(yīng)表面上涂敷銀層并裝上一對金屬板，就構(gòu)成石英晶體產(chǎn)品若提高振蕩頻率，裝上一對金屬板，就構(gòu)成石英晶體產(chǎn)品若提高振蕩頻率，可以采用可以采用LC振蕩電路，石英晶體振蕩電路。振蕩電路，石英晶體振蕩電路。n1.石英晶體

50、的壓電效應(yīng)及其等效電路石英晶體的壓電效應(yīng)及其等效電路n石英晶片具有壓電效應(yīng)石英晶片具有壓電效應(yīng)(Piezoelectric Effect)。疊在石英。疊在石英晶片的兩個相對的面上加一個電壓，晶片便會產(chǎn)生機(jī)械變晶片的兩個相對的面上加一個電壓，晶片便會產(chǎn)生機(jī)械變形。相反，在晶片上施加機(jī)械壓力形。相反，在晶片上施加機(jī)械壓力(或拉力或拉力)，則晶片會在，則晶片會在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電壓，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電壓，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。 9.6.4 石英晶體振蕩器石英晶體振蕩器n石英晶體石英晶體(Crystal)是一種各向異性的結(jié)晶體，化學(xué)成分是一種各向異性的結(jié)晶體，化學(xué)成分是二氧化硅是

51、二氧化硅(SiO2)。從一塊晶體上接一定的方位角切下的。從一塊晶體上接一定的方位角切下的薄片稱為晶片，然后在晶片的兩個對應(yīng)表面上涂敷銀層并薄片稱為晶片，然后在晶片的兩個對應(yīng)表面上涂敷銀層并裝上一對金屬板，就構(gòu)成石英晶體產(chǎn)品。裝上一對金屬板，就構(gòu)成石英晶體產(chǎn)品。n1.石英晶體的壓電效應(yīng)及其等效電路石英晶體的壓電效應(yīng)及其等效電路n石英晶片具有壓電效應(yīng)石英晶片具有壓電效應(yīng)(Piezoelectric Effect)。疊在石英。疊在石英晶片的兩個相對的面上加一個電壓，晶片便會產(chǎn)生機(jī)械變晶片的兩個相對的面上加一個電壓，晶片便會產(chǎn)生機(jī)械變形。相反，在晶片上施加機(jī)械壓力形。相反，在晶片上施加機(jī)械壓力(或拉力

52、或拉力)，則晶片會在，則晶片會在相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電壓，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。相應(yīng)的方向上產(chǎn)生電壓，這種現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。 n當(dāng)在晶片的兩個面上加交變電壓時，晶片便因反當(dāng)在晶片的兩個面上加交變電壓時，晶片便因反復(fù)的機(jī)械變形而產(chǎn)生振動，而這種機(jī)械振動又會復(fù)的機(jī)械變形而產(chǎn)生振動，而這種機(jī)械振動又會反過來產(chǎn)生交變電壓反過來產(chǎn)生交變電壓 。n在一般情況下，晶片的機(jī)械振動及其所產(chǎn)生的交在一般情況下，晶片的機(jī)械振動及其所產(chǎn)生的交變電壓都非常小，但在外加電壓的頻率為某個特變電壓都非常小，但在外加電壓的頻率為某個特定數(shù)值時，機(jī)械振動和它所產(chǎn)生的交變電壓都會定數(shù)值時，機(jī)械振動和它所產(chǎn)生的交變電壓都會顯著增大。這一

53、現(xiàn)象稱為壓電諧振。顯著增大。這一現(xiàn)象稱為壓電諧振。n上述特定頻率稱為石英晶片的固有頻率或諧振頻上述特定頻率稱為石英晶片的固有頻率或諧振頻率。率。 n石英揩振器在電路圖中的符號如圖石英揩振器在電路圖中的符號如圖9.40(a)所示，所示，中間是石英晶片，兩邊是兩塊金屬夾板及相應(yīng)引中間是石英晶片，兩邊是兩塊金屬夾板及相應(yīng)引出線。它的壓電現(xiàn)象可以用圖出線。它的壓電現(xiàn)象可以用圖9.40(b)所示等效電所示等效電路來模擬。路來模擬。XfsfPf0圖圖9.41 石英諧振器石英諧振器電抗和頻率的關(guān)系電抗和頻率的關(guān)系BABCoLCR(a) 符號符號(b) 等效電路等效電路圖圖9.40 石英振蕩器石英振蕩器An當(dāng)

54、晶片不振動時，相當(dāng)于一個平板電容當(dāng)晶片不振動時，相當(dāng)于一個平板電容Co；當(dāng)晶；當(dāng)晶片振動時，有一個機(jī)械振動的慣性，用電感片振動時，有一個機(jī)械振動的慣性，用電感L來等來等效；而晶片的彈性一般以電容效；而晶片的彈性一般以電容C來等效；晶片振動來等效；晶片振動時的內(nèi)部摩擦損耗則用時的內(nèi)部摩擦損耗則用R來等效。來等效。n電路中電路中L、C、R和和Co等參數(shù)決定于晶片的幾何尺等參數(shù)決定于晶片的幾何尺寸和切割方式，電路的諧振頻率為諧振器的固有寸和切割方式，電路的諧振頻率為諧振器的固有頻率。頻率。 n由于等效電路的參數(shù)只決定于晶體的幾何尺寸，由于等效電路的參數(shù)只決定于晶體的幾何尺寸，所以是十分穩(wěn)定的，因此電

55、路的諧振頻率也十分所以是十分穩(wěn)定的，因此電路的諧振頻率也十分穩(wěn)定。穩(wěn)定。 n當(dāng)頻率比較低時，石英諧振當(dāng)頻率比較低時，石英諧振器呈現(xiàn)容抗；頻率為器呈現(xiàn)容抗；頻率為fs時，時，X=0；頻率在頻率在fs和和fp之間，之間，X為感抗；為感抗；頻率為頻率為fp fp時，時，X為無窮大；頻為無窮大；頻率高于率高于fp時，時，X又為容抗。又為容抗。 fs為為石英諧振器的串聯(lián)諧振頻率，石英諧振器的串聯(lián)諧振頻率，稱稱fp為石英諧振器的并聯(lián)諧振為石英諧振器的并聯(lián)諧振頻率。頻率。 XfsfPf0圖圖9.41 石英諧振器石英諧振器電抗和頻率的關(guān)系電抗和頻率的關(guān)系2.石英晶體振蕩電路石英晶體振蕩電路n石英晶體振蕩電路可

56、以歸結(jié)石英晶體振蕩電路可以歸結(jié)為兩類，一類稱為并聯(lián)式，一為兩類，一類稱為并聯(lián)式，一類稱為串聯(lián)式。類稱為串聯(lián)式。 fs為石英諧振為石英諧振器的串聯(lián)諧振頻率，稱器的串聯(lián)諧振頻率，稱fp為石為石英諧振器的并聯(lián)諧振頻率。英諧振器的并聯(lián)諧振頻率。n并聯(lián)式：石英晶體的阻抗呈并聯(lián)式：石英晶體的阻抗呈電感性，與外接電容器構(gòu)成并電感性，與外接電容器構(gòu)成并聯(lián)諧振，振蕩頻率在聯(lián)諧振，振蕩頻率在fs和和fp之之間間 。n串聯(lián)式石英晶體發(fā)生串聯(lián)諧串聯(lián)式石英晶體發(fā)生串聯(lián)諧振，它呈純阻性，振蕩頻率就振，它呈純阻性，振蕩頻率就等于等于fs。 XfsfPf0圖圖9.41 石英諧振器石英諧振器電抗和頻率的關(guān)系電抗和頻率的關(guān)系n由

57、由C1、C2和石英晶體構(gòu)成和石英晶體構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，這時石英晶并聯(lián)諧振電路，這時石英晶體相當(dāng)于電感，諧振頻率必體相當(dāng)于電感，諧振頻率必然處于石英諧振器的然處于石英諧振器的fs和和fp之間之間 。n由于由于C1Cs，C2Cs，所，所以振蕩頻率主要取決于石英以振蕩頻率主要取決于石英晶體與晶體與Cs的諧振頻率。的諧振頻率。n其他元件和雜散參數(shù)對振其他元件和雜散參數(shù)對振蕩頻率的影響極微，故諧振蕩頻率的影響極微，故諧振頻率很穩(wěn)定。頻率很穩(wěn)定。 C1晶體晶體CsC2圖圖9.42 并聯(lián)式石英晶體振蕩電路并聯(lián)式石英晶體振蕩電路+_圖圖9.43示為一串聯(lián)式石英晶體振示為一串聯(lián)式石英晶體振蕩龜路。蕩龜路。 集成

58、運放在這里作為電壓比較集成運放在這里作為電壓比較器，輸出器，輸出uO為一方波，正、負(fù)為一方波，正、負(fù)幅值為集成運放最大限幅值幅值為集成運放最大限幅值Uom。輸出經(jīng)。輸出經(jīng)R1將全部直流輸將全部直流輸出電壓負(fù)反饋于反相輸入端，出電壓負(fù)反饋于反相輸入端，使比較器偏置于線性區(qū)域。使比較器偏置于線性區(qū)域。晶體置于正反饋回路中，晶體置于正反饋回路中，工作于串聯(lián)諧振，這時反饋最工作于串聯(lián)諧振，這時反饋最強，最易振蕩。強，最易振蕩。uO圖圖9.43 串聯(lián)式石英晶體振蕩電路串聯(lián)式石英晶體振蕩電路C1R1R2晶體晶體+_9.7 非正弦波發(fā)生電路非正弦波發(fā)生電路n在脈沖和數(shù)字電路中矩形波、三角波、鋸在脈沖和數(shù)字電

59、路中矩形波、三角波、鋸齒波等非正弦波被廣泛應(yīng)用。這些波形可以齒波等非正弦波被廣泛應(yīng)用。這些波形可以由電路自激產(chǎn)生，也可以由正弦波轉(zhuǎn)換得來。由電路自激產(chǎn)生，也可以由正弦波轉(zhuǎn)換得來。n主要介紹由集成運放組成的方波、三角波主要介紹由集成運放組成的方波、三角波和鋸齒波發(fā)生電路。和鋸齒波發(fā)生電路。 9.7.1方波發(fā)生電路方波發(fā)生電路n圖圖9.44示為一個簡單的方波發(fā)生器。示為一個簡單的方波發(fā)生器。n 1.工作原理工作原理Z322ZB1BFURRRUUun電路接通電路接通電源的瞬間，電源的瞬間，假設(shè)開始時假設(shè)開始時輸出電壓輸出電壓uO為正值為正值n uO=+UZ n則同相輸則同相輸入端門限電入端門限電壓壓

60、 UZ+_DZR1R5圖圖9.44 方波發(fā)生器方波發(fā)生器uOuCR2R3R4uB+_(a) 電路圖電路圖RfutOUB2UB1+UZ-UZ(b) 波形圖波形圖uCuOt1TCn輸出電壓輸出電壓uO經(jīng)過電阻經(jīng)過電阻Rf向向C充電充電(充電電流方向充電電流方向如圖中實線箭頭所示如圖中實線箭頭所示)，uC按指數(shù)規(guī)律增長。按指數(shù)規(guī)律增長。Z322ZB2BFURRRUUun當(dāng)當(dāng)uC上升到上升到略高于略高于uB1時，時，輸出電壓便翻輸出電壓便翻轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)。 n uO=-UZ n則同相輸入則同相輸入端門限電壓端門限電壓 UZ+_DZR1R5圖圖9.44 方波發(fā)生器方波發(fā)生器uOuCR2R3R4uB+_(a) 電