运算放大器原理及应用 联系客服

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从反相端输入的滞环比较器电路如图31a所示,滞环比较器中引入了正反馈。

集成运放输出端的限幅电路可以看出vo=?vz,集成运放反相输入端电位vN=vi,同相端的电位为

vP?? 令 vN?vP,则有阈值电压

vT??...R1vz

R1?R2R1vz

R1?R2vo.viNR2R1Rvo+vzDz+_vz-vTO-vza).+vTvi..b).图31 滞环比较器

该电路的传输特性见图31b。

...viNR2R1Rvovo.+vzDz+_vz-vT1O-vz+vT2vi..vRa).b).图32 具有参考电压的滞环比较器

当输入电压vi小于-vT,则vN一定小于vP,所以vo=+vz,vP=+vT。

当输入电压vi增加并达到+vT后,在稍稍增加一点时,输出电压就会从+vz向-vz跃变。 当输入电压vi大于+vT,则vN一定大于vP,所以vo=-vz,vP=-vT。

当输入电压vi减小并达到-vT后,在稍稍减小一点时,输出电压就会从-vz向+vz跃变。 若将电阻R1的接地端接参考电压vR,见图6-32a。 由图可得同相端电压

R2R1vP?vR?vz

R1?R2R1?R2令vN?vP,求出的vi就是阈值电压,因此得出

vT1?162

R2R1vR?vz R1?R2R1?R2vT2?R2R1vR?vz

R1?R2R1?R2该电路的传输特性见图32b。

目前有很多种集成比较器芯片,例如,AD790、LM119、LM193、MC1414、MAX900等,虽然它们比集成运放的开环增益低,失调电压大,共模抑制比小,但是它们速度快,传输延迟时间短,而且一般不需要外加电路就可以直接驱动TTL、CMOS等集成电路,并可以直接驱动继电器等功率器件。

6.5.2方波发生器

.R.RNvR2..vCNvR2vovCR0vo.CR1R2.CR1R2Dz+_vza)b)..

图33 方波发生器

方波发生器是能够直接产生方波信号的非正弦波发生器,由于方波中包含有极丰富的谐波,因此,方波发生器又称为多谐振荡器。由迟滞比较器和RC积分电路组成的方波发生器如图6-33a所示。其中,图6-33b为双向限幅的方波发生器。图中,运放和R1、R2构成迟滞比较器,双向稳压管用来限制输出电压的幅度,稳压值为vz。比较器的输出由电容上的电压

2vR2?RRvo。vc和vo在电阻R2上的分压vR2决定,当vc>vR2时,vo=-vz,vc

?R12方波发生器的工作原理如图34所示。

.R.R.vCN.R0vo..vCNR0voCR1Dz+_vzCR1Dz+_vzR2R2a).b).图34 方波发生器工作原理图

假定接通电源瞬时,vo=+vz,vc=0,那么有

2vR2?RRvz,电容沿图6-34a所示方向充电,vc

1?R2R2上升。当vc=vz?k1时,vo变为-vz,

R1?R22vR2??RRvz,充电过程结束;接着,由于vo由

1?R2+vz变为-vz,电容开始放电,放电方向如图6-34b所示,

R2同时vc下降。当下降到vc=-vo由-vz?k2时,

R1?R2vz变为+vz,重复上述过程。工作过程波形图见图35。

综上所述,这个方波发生器电路是利用正反馈,使运算放大器的输出在两种状态之间反复翻转,RC电路是它的定时元件,决定着方波在正负半周的时间T1和T2,由于该电路充放电时常数相等,即

?2R2?T1=T2=RCln??1?R??

1??方波的周期为

vo+vz..t-vzvo.+vzk1tk2-vz.图 35 方波发生器工作波形图 ?2R2?T=T1+T2=2RCln??1?R??

1??

6.6 正弦波发生器

正弦波振荡器又称自激振荡器,多数的正弦振荡器都是建立在放大反馈的基础上的,因

此又称为反馈振荡器,其框图如图36所示。要想产生等幅持续的振荡信号,振荡器必须满足保证从无到有地建立起振荡的起振条件,以及保证进入平衡状态、输出等幅信号的平衡条件。下面分别讨论这两个条件。

6.6.1 正弦振荡的一般问题

1. 起振条件

振荡信号总是从无到有地建立起来的,接通电源的瞬时,电路的各部分存在各种扰动,这种扰动可能是刚接通电源瞬间引起的电流的突变,也可能是管子和回路的内部噪声。这些扰动中包含有很丰富的频率分量。如果电路具有选频作用,它对某一频率?分量满足AF>1,经过放大、反馈的反复作用,使电压振幅不断加大,从而使振荡器能够从无到有地建立起振

?F?>1,用幅度和相位分别表示为 荡。因此,振荡器的起振条件为A?F?>1 A?A??F??2n?  (n=0,1,2?)

上面两式分别称为幅度起振条件和相位起振条件。满足起振条件后,要想产生等幅持续

的正弦波,还必须满足平衡条件,否则,振荡信号将无休止地增长。 2. 平衡条件

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?V?F?0?A?i?A?V?0,所以产生等幅稳定信号的平衡条件为A?F??1,用幅进入平衡状态时,V度和相位分别表示为

?F?=1 A?A??F??2n?  (n=0,1,2?)

上式分别称为振幅平衡条件和相位平衡条件。

.

.Vi.A.Vo..AF集成运放1..Vf.F.反馈网络.O.Vi 图36 振荡器框图 图37 输入电压幅值与增益之间的关系

从上面的分析过程可以看出,起振和平衡的相位条件均为?A??F??2n?,从反馈的极性来说,反馈网络必须为正反馈。同时,由起振条件可知,反馈网络中必须包含有选频网络。

?F?必须具有图6-37所示的特性,而且,从振幅的起振和平衡条件可以看出,A这样,起振时,

?F?F?i的增大而下降,V?i的增长速度逐渐变慢,直到?>1,V?随V?i迅速增长,以后,由于AA?F?=1,V?i停止增长,振荡器进入平衡状态,并在相应的平衡振幅上维持等幅振荡。为了获A?F?随V?i变化的曲线,振荡环路中必须具有能稳幅的非线性环节。在实际中,得图37所示的A除少数类型外,多数的振荡器都是由放大网络来完成稳幅功能的。 3. 振荡器的组成和分析方法

综上所述,正弦波振荡器由放大网络和反馈网络组成,反馈网络中必须包含有选频网络,并形成正反馈;放大网络必须包含具有稳辐作用的非线性环节。常用的反馈网络有:LC谐振回路、RC移相选频网络、石英晶体谐振器。放大网络可由晶体管、场效应管、差动放大电路、线性集成电路来担任。

根据选频网络的不同,正弦波振荡器分为RC振荡器、LC振荡器和石英晶体振荡器。

实际分析振荡器时,由于电路为非线性系统,通常采用近似分析法。首先检查电路是否具有必须的组成部分,反馈网络是否为正反馈,即是否满足相位平衡条件;然后,求振荡频

?i很小,放大管工作于伏安特性的线性区,可用微变等效电路率和起振条件。振荡开始时,V表示,由此写出环路增益AF的表达式,令?A??F??2n?即可得到振荡频率?0;在?=?0时,

?F?>1,可得到起振条件。 令ACR4. 串并联选频网络

++串并联选频网络的电路结构如图38所示。

..VoVi其传输函数为 RC__1R//?2Vj?RCj?CH?j??????图38 串并联选频网络

V1R?1?R//1?j?RC?2?1?3j?RCj?Cj?C

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