集成電路 (4)課件

9模擬集成電路的應(yīng)用9.1集成運(yùn)放的應(yīng)用信號(hào)放大

信號(hào)比較

信號(hào)產(chǎn)生

信號(hào)濾波

信號(hào)運(yùn)算為消除偏置電流引起的偏差，取反相放大電路電壓并聯(lián)負(fù)反饋由第4章可知，電路為負(fù)反饋電路。即電路處于深度負(fù)反饋條件下，虛短和虛斷成立。利用虛短和虛斷得由于運(yùn)放的增益一般有，所以輸出與輸入反相從結(jié)構(gòu)上看，它是反相輸入和同相輸入相結(jié)合的放大電路。當(dāng)則若繼續(xù)有則根據(jù)虛短、虛斷和N、P點(diǎn)的KCL得：差值放大電路根據(jù)虛短、虛斷和N點(diǎn)的KCL得：若則有（加法運(yùn)算）輸出再接一級(jí)反相電路可得反相加法電路根據(jù)虛短、虛斷和疊加原理得：同相加法電路//

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fn21pRRRRRRR==式中

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i2i1of21npvvvRRRRR+====時(shí)當(dāng)，從結(jié)構(gòu)上看，它是反相輸入和同相輸入相結(jié)合的放大電路。根據(jù)虛短、虛斷和N、P點(diǎn)的KCL得：減法電路（2）利用差值放大以實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算R2R1R2積分電路式中，負(fù)號(hào)表示vO與vi在相位上是相反的。根據(jù)“虛短”，得根據(jù)“虛斷”，得因此設(shè)電容器C的初始電壓為零，則（積分運(yùn)算）微分電路根據(jù)“虛短”，得根據(jù)“虛斷”，得因此所以vO是vS的反對(duì)數(shù)運(yùn)算（指數(shù)運(yùn)算）反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路利用虛短和虛斷，電路有以上兩個(gè)電路溫漂很嚴(yán)重，實(shí)際電路都有溫度補(bǔ)償電路9.1.3信號(hào)濾波1基本概念及初步定義

2一階有源濾波電路

高通濾波

低通濾波

基本概念

分類

帶阻濾波

帶通濾波

基本概念及初步定義1.基本概念濾波器：是一種能使有用頻率信號(hào)通過而同時(shí)抑制或衰減無(wú)用頻率信號(hào)的電子裝置。無(wú)源濾波器：由無(wú)源器件（R、L、C等）構(gòu)成的濾波器。濾波電路濾波電路傳遞函數(shù)定義時(shí)，有其中——模，幅頻響應(yīng)——相位角，相頻響應(yīng)時(shí)延響應(yīng)為有源濾波器：由有源器件構(gòu)成的濾波器。實(shí)際濾波器的幅頻響應(yīng)(a)低通濾波器(b)帶通濾波器1—切比雪夫?yàn)V波器；2—巴特沃斯濾波器；3—貝塞爾濾波器由圖可見，切比雪夫?yàn)V波器的幅頻特性曲線邊沿下降陡峭，但頂部不平；貝塞爾濾波器的頂部少起伏但邊沿下降緩慢；巴特沃斯濾波器特性介于二者之間。一階有源濾波電路1.低通濾波電路傳遞函數(shù)其中特征角頻率故，幅頻相應(yīng)為一階有源濾波電路2.高通濾波電路可由低通和高通串聯(lián)得到必須滿足3.帶通濾波電路低通特征角頻率高通特征角頻率信號(hào)比較

比較器的基本功能是對(duì)兩個(gè)模擬電壓信號(hào)的電平值進(jìn)行比較，并用輸出電平的兩個(gè)極端值（高、低電平）來(lái)表示比較的結(jié)果。

單門限比較器遲滯比較器比較器特點(diǎn)：1.單門限電壓比較器開環(huán)，虛短和虛斷不成立增益A0大于105因?yàn)殡娐分挥幸粋€(gè)門限電壓，故稱為單門限比較器。電壓傳輸特性vI>VREF時(shí)，vOH=+VCCvI<VREF時(shí)，vOL=-VEE理想實(shí)際比較器對(duì)于單門限比較器，當(dāng)輸入為正負(fù)對(duì)稱的正弦波時(shí)，輸出波形如下圖所示。思考1.若過零比較器如圖所示，則它的電壓傳輸特性將是怎樣的？2.輸入為正負(fù)對(duì)稱的正弦波時(shí)，輸出波形是怎樣的？單門限比較器的抗干擾能力應(yīng)為高電平錯(cuò)誤電平單門限比較器的特點(diǎn)工作在開環(huán)狀態(tài)；具有開關(guān)特性。因開環(huán)增益很大，比較器的輸出只有高電平和低電平兩個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)；電路簡(jiǎn)單，靈敏度高，但抗干擾能力較差，容易發(fā)生誤觸發(fā)。遲滯比較器（3）傳輸特性(VOH)(VOL)當(dāng)vi增大時(shí)，直到vi>VT+時(shí)（略大），電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)，vO=VoL。當(dāng)vi減小時(shí)，直到vi<VT-時(shí)（略?。?，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)，vO=VoH。解：（1）門限電壓（3）輸出電壓波形例電路如圖9.4.6a所示，試求門限電壓，畫出傳輸特性和圖c所示輸入信號(hào)下的輸出電壓波形。（2）傳輸特性信號(hào)產(chǎn)生電路在不輸入任何信號(hào)的條件下，可以在輸出端自動(dòng)獲取信號(hào)的電路，稱為波形產(chǎn)生電路。正弦波產(chǎn)生電路非正弦波產(chǎn)生電路正反饋放大電路如圖示。（注意與負(fù)反饋方框圖的差別）

振蕩條件所以振蕩條件為當(dāng)Xi=0，Xo0時(shí)，電路產(chǎn)生自激振蕩，AF=，即1-AF=0。AF=A+

F=2n－幅度平衡條件－相位平衡條件起振條件起振和穩(wěn)幅振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò)，無(wú)須輸入信號(hào)就能起振，起振的信號(hào)源來(lái)自何處？電路器件內(nèi)部噪聲或外部的干擾當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，就要限制它繼續(xù)增加，否則波形將出現(xiàn)失真。噪聲或干擾信號(hào)中，滿足相位平衡條件的某一頻率0的信號(hào)被放大，成為振蕩電路的輸出信號(hào)。

穩(wěn)幅的作用就是，當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí)，使振幅條件從回到AF=A+

F=2n放大電路（包括負(fù)反饋放大電路）正弦波振蕩電路的基本組成反饋網(wǎng)絡(luò)（構(gòu)成正反饋的）

選頻網(wǎng)絡(luò)（選擇滿足相位平衡條件的一個(gè)頻率。經(jīng)常與反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一。）穩(wěn)幅環(huán)節(jié)正弦波振蕩電路的分類按照組成選頻網(wǎng)絡(luò)的元件類型，可將正弦波振蕩電路分為以下兩類：RC正弦波振蕩器產(chǎn)生1HZ-1MHZ的低頻正弦波，主要有RC移相式、RC串并聯(lián)式（RC橋式）、雙T網(wǎng)絡(luò)式等。LC正弦波振蕩器產(chǎn)生1MHZ以上的高頻正弦波，主要有變壓器反饋式、三點(diǎn)式、石英晶體振蕩器等。反饋系數(shù)RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性幅頻響應(yīng)又且令則相頻響應(yīng)

RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特性當(dāng)幅頻響應(yīng)有最大值相頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)相頻響應(yīng)正反饋網(wǎng)絡(luò)兼做選頻網(wǎng)絡(luò)RC橋式正弦波振蕩電路1.電路組成帶負(fù)反饋的放大電路正反饋網(wǎng)絡(luò)2.振蕩電路工作原理此時(shí)若放大電路的電壓增益為由此可知，電路滿足相位平衡條件則振蕩電路滿足起振的振幅條件當(dāng)時(shí)，(+)(+)(+)(+)Av電路可以輸出頻率為的正弦波電路是否構(gòu)成正反饋電路能否起振采用非線性元件3.穩(wěn)幅措施利用熱敏電阻熱敏電阻起振時(shí)，即熱敏電阻的作用穩(wěn)幅3.穩(wěn)幅措施利用二極管的非線性二極管的正向電阻所以當(dāng)輸出電壓振幅增大時(shí)，輸出電流增大，RD將減小。石英晶體振蕩器石英晶體發(fā)生壓電諧振時(shí)，可用L和C分別模擬晶體的質(zhì)量和彈性，振動(dòng)時(shí)的摩擦損耗用R模擬，整個(gè)晶體等效為一LC振蕩器，因?yàn)槠銺值（品質(zhì)因數(shù)＝L/C）極高，選頻特性很好，所以振蕩頻率的穩(wěn)定性可以高達(dá)10-9甚至10-10。石英振蕩器是利用石英晶體的壓電效應(yīng)制成的。當(dāng)外加的交變電壓的頻率與晶片的固有頻率相等時(shí)，機(jī)械振動(dòng)的幅度將急劇增加，產(chǎn)生壓電諧振現(xiàn)象，從而可制成振蕩器。方波產(chǎn)生電路1.電路組成遲滯比較器RC充放電支路穩(wěn)壓管雙向限幅能否不串入該電阻？方波產(chǎn)生電路2.工作原理由于遲滯比較器中正反饋的作用，電源接通后瞬間，輸出便進(jìn)入飽和狀態(tài)。假設(shè)為接通電源瞬間，電路的輸出為正飽和值VZ，則輸出電壓將向電容充電，vN=vC將不斷升高。RC放電RC充電當(dāng)vN>VT+時(shí)，電路發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出電壓變?yōu)榈碗娖?VZ。當(dāng)電路的輸出為-VZ，電容將通過Rf支路放電，vN=vC將不斷下降。當(dāng)vN

<VT-時(shí)，電路再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，輸出電壓變?yōu)楦唠娖絍Z。方波產(chǎn)生電路CRVZ電容充放電的微分方程為：通解為：3.振蕩周期方波產(chǎn)生電路4.占空比可變的方波產(chǎn)生電路

放電充電三角波產(chǎn)生電路