电子电路分析制作与调试教学课件作者李伟英项目４　波形发生与转换电路的设计与装调.ppt

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1、项目４　波形发生与转换电路的设计与装调４.１　运算放大器的非线性应用４.２　振荡电路的设计４.３　发光二极管驱动电路返回４.１　运算放大器的非线性应用４.１.１　运放非线性应用的条件和特点通过前面的学习了解到运放在开环和正反馈条件下，运放的电压放大倍数为无穷大，运放工作在非线性区，同时理想运放工作在非线性区时只具备“虚断”特性。若＋ＵＯＭ、－ＵＯＭ分别为运放输出正、负最大值，则有：下一页返回４.１　运算放大器的非线性应用４.１.２　单值比较器的分析由以上公式可知，理想运放工作在非线性区时，可以构成电压比较器。电压比较器就是能够比较

2、两个电压之间大小的电路。对被检测信号而言，重要的是找到报警状态和非报警状态的临界点，即以临界点为参考照（基准电压）进行电压比较。单值比较器的应用电路如图４－３（ａ）所示。图中的ＵＲＥＦ为基准参考电压，该电路没有引入反馈，运放工作在开环状态，因此它处于非线性区。根据运放非线性区的工作特点，分析单值比较器电路如图４－３（ａ）所示。上一页下一页返回４.１　运算放大器的非线性应用由此绘制的电压传输特性曲线如图４－３（ｂ）所示，其中使输出电压ｕｏ由高电平跳变为低电平所对应的输入电压ＵＲＥＦ称为阈值电压，通常用ＵＴＨ表示。阈值电压是指输出电压

3、从一种电平跳变为另一种电平所对应的输入电压值。电压传输特性曲线并不等同于输出电压波形。在输入端送入缓慢变化的正弦波信号时，阈值电压是给输入电压定的基准，在输入波形的坐标中标出阈值电压的基准线，基准线与输入波形的交点即为输出波形发生状态翻转的临界点。当确定电路中的各区域输出电压的数值后可绘制出电压波形，如图４－４所示。上一页下一页返回４.１　运算放大器的非线性应用４.１.３　滞回电压比较器当运放电路加入正反馈时，会使电路的非线性特性发生变化，但是基本的特性是不会变的，即输出电压仅有两种电压状态，且输入保持了“虚断”特征。如图４－５所

4、示，Ｒｆ为反馈电阻，在电路中的反馈类型为电压串联正反馈，该电路运放工作在非线性区。从图４－５中看到，输出采用了两只稳压二极管反向串联的形式，且串联电压为９Ｖ，因此，运放的输出电压和输入电压之间的关系满足：当ｕ＋＞ｕ－时，ｕｏ＝ＵＯＭ＝９Ｖ；当ｕ＋＜ｕ－时，ｕｏ＝－ＵＯＭ＝－９Ｖ（稳压二极管导通时视为理想的二极管）。上一页下一页返回４.１　运算放大器的非线性应用该电路中出现了反馈信号，如何得到它的电压传输特性曲线呢？根据运放“虚断”特性知，ｉ＋＝ｉ－＝０，当输出电压不同时，ｕ＋端将出现不同的阈值电压，阈值电压的求解示意图如图４－６所

5、示，可以得：上一页下一页返回４.１　运算放大器的非线性应用接下来就可以开始绘制电压传输特性曲线。先从输入电压远小于两阈值电压一侧，即图４－７中的①点开始，此时必须有ｕｉ＜ｕ＋，输出电压为高电平有效，ｕ＋＝ＵＴＨ１＝３Ｖ，因此，只有当ｕｉ＞３Ｖ时，运放才发生状态翻转，输出电压变为低电平有效，如图４－７中的②点所示。输出电压的变化直接影响到输入端的阈值电压，使ｕ＋＝ＵＴＨ２＝－３Ｖ，此时ｕｉ必须大于ＵＴＨ２输出电压保持低电平；当输入电压减小时，同样需满足ｕｉ＜ＵＴＨ２，才能让运放发生状态翻转，因此只有在ｕｉ＜－３Ｖ时，翻转才得以发生，

6、如图４－７中③点所示，由此便可画出完整的电压传输特性曲线了。由此可以看到，滞回电压比较器存在不同的阈值电压ＵＴＨ１和ＵＴＨ２，在输入信号增加和减小过程中使输出电压发生翻转的阈值电压完全不同，因此在分析输出波形时需要关注信号变化趋势与阈值电压之间的关系。上一页下一页返回４.１　运算放大器的非线性应用从输入端送入ｕｉ＝４ｓｉｎωｔ的正弦波信号，如图４－８上部所示，在输入波形图中标注两阈值电压＋３Ｖ和－３Ｖ的基准线，以基准线与输入波形的交点时间轴绘垂直线，即得到了输出电压翻转的时间点。值得注意的是，在一个完整的周期里，基准线与输入波形的

7、交点不止一个，要准确地判断正确的交点，还应该从电压传输特性中获得信息。当输入电压从远小于两阈值电压处增大时，变化的基准点是＋３Ｖ，而当输入电压从远大于两阈值电压处减小时，变化的基准点是－３Ｖ，因此，在正弦波的上升沿以＋３Ｖ的基准线为准，在正弦波的下降沿应以－３Ｖ的基准线为准，由此画出的输出电压波形如图４－８所示。上一页下一页返回４.１　运算放大器的非线性应用４.１.４　方波发生器电压比较器可用作模拟电路和数字电路的接口，也可以用作波形产生和变换电路等。图４－９（ａ）所示为方波发生器电路，该电路由滞回比较器和具有延时作用的ＲＣ反馈网

8、络组成，滞回比较器为正反馈，Ｒｆ为电容提供了充放电的通路。由该图可以清楚地看到，电容端电压充放电达到电阻Ｒ１、Ｒ２的分压值时运放即产生状态翻转，因此输出电压ｕｏ＝±ＵＺ。上一页下一页返回４.１　运算放大器的非线性应用为什么电路能自动产生脉冲波？当电