用运放设计函数发生器幻灯片.ppt

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1、用运放设计函数发生器第1页，共46页，编辑于2022年，星期一掌握运算放大器的主要直流参数与交流参掌握运算放大器的主要直流参数与交流参数的测试方法；数的测试方法；正确运用调零技术、相位补偿技术及保护正确运用调零技术、相位补偿技术及保护电路；电路；掌握运算放大器的基本实验电路及其工作掌握运算放大器的基本实验电路及其工作原理。原理。学习要求学习要求：第第一部分一部分 运算放大器的应用运算放大器的应用第2页，共46页，编辑于2022年，星期一一、集成运算放大器的内部结构一、集成运算放大器的内部结构差动输入级差动输入级中间放大级中间放大级输出级输出级偏置电路偏置电路第3页，共46页，编辑于2022年，

2、星期一741的内部结构：的内部结构：T1,T3T1,T3与与T2,T4T2,T4组成组成 差动输入级电路差动输入级电路T5,T6,T7T5,T6,T7组成差动组成差动放大器的恒流源电路放大器的恒流源电路T8T8，T9T9组成差动放大器的组成差动放大器的有源负载电路有源负载电路T14T14与与T15T15组成中间电压放大级，组成中间电压放大级，其中其中T14T14接成射极跟随器，接成射极跟随器，T15T15是电压放大器是电压放大器T12T12与与T13T13构成恒流源构成恒流源电路作为电路作为T15T15的集电的集电极负载极负载T16T16与与T17T17组成互补对称组成互补对称推挽输出电路推挽

3、输出电路T18T18组成推挽电路的静态组成推挽电路的静态偏置电路并消除交越失偏置电路并消除交越失真真T19T19与与T20T20起过流保护起过流保护作用作用第4页，共46页，编辑于2022年，星期一粗测运放好坏粗测运放好坏 正负电源端与其它各引脚之间是否短路。若无短路则正确。正负电源端与其它各引脚之间是否短路。若无短路则正确。电路中主要晶体管的电路中主要晶体管的PN结电阻值是否正确。应该正向电阻小，结电阻值是否正确。应该正向电阻小，反向电阻大。反向电阻大。测试时注意，不用小电阻档（如测试时注意，不用小电阻档（如“11”档），以免测试档），以免测试电流过大：也不要用大电阻档（如电流过大：也不要用

4、大电阻档（如“10K10K”档），以免电压档），以免电压过高损坏运放。过高损坏运放。测量结果如下表：测量结果如下表：第5页，共46页，编辑于2022年，星期一32746+Vcc-VeeVo+-UA741 黑表笔黑表笔(+)红表笔红表笔(-)电阻值电阻值 7 脚脚 3 脚脚 无穷大无穷大 3 脚脚 7 脚脚 44 K 7 脚脚 2 脚脚 无穷大无穷大 2 脚脚 7 脚脚 46 K 7 脚脚 6 脚脚 无穷大无穷大 6 脚脚 7 脚脚 10 K 6 脚脚 4 脚脚 1000 K 4 脚脚 6 脚脚 10 K 如果测得阻值与表中值相差太多，说明运放的差动输入级或如果测得阻值与表中值相差太多，说明运放

5、的差动输入级或者推挽输出管有损坏。者推挽输出管有损坏。第6页，共46页，编辑于2022年，星期一二、运放的主要性能参数的测试方法二、运放的主要性能参数的测试方法运放的直流参数：运放的直流参数：运放的交流参数：运放的交流参数：输入失调电压输入失调电压V VIOIO输入失调电流输入失调电流I IIOIO差模开环直流电压增益差模开环直流电压增益A AVDVD共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR增益带宽积增益带宽积A AV VBWBW转换速率（摆动率）转换速率（摆动率）S SR R 第7页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用 输入失调电压输入失调电压V VIOIO 当

6、运放的两输入端加相同的电压或直接接地时为使输当运放的两输入端加相同的电压或直接接地时为使输出直流电压为零，在两输入端间加有补偿直流电压出直流电压为零，在两输入端间加有补偿直流电压V VIO,IO,该该V VIOIO称为输入失调电压。称为输入失调电压。V VIOIOR1R1+RFVOV VIOIO一般为一般为（1 1 20)mV20)mV，其值越小越好。其值越小越好。测试方法：测试方法：第8页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用输入失调电流输入失调电流I IIOIO 当运放的输出电压为零时，将两输入端偏置电流的差称为当运放的输出电压为零时，将两输入端偏置电流的差称

7、为输入失调电流。即输入失调电流。即 I IIOIOI IB+B+-I-IB-B-，其中其中I IB+B+为同相输入端基极电为同相输入端基极电流，流，I IB-B-为反相输入端基极电流。为反相输入端基极电流。I IIOIO一般为一般为 1nA1nA 10nA10nA，其值，其值越小越好。越小越好。测试方法：测试方法：I IIOIOV3R3V2R1I IB+B+-I IB-B-第9页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用差模开环直流电压增益差模开环直流电压增益A AVDVD 当运放没有反馈时的直流差模电压增益。当运放没有反馈时的直流差模电压增益。选择电阻选择电阻(R1

8、+R2)R3。测量时，交流信号源的测量时，交流信号源的输出频率尽量选低输出频率尽量选低（小于（小于100Hz)100Hz)，Vi幅度幅度不能太大，一般取几十不能太大，一般取几十毫伏。增益通常用毫伏。增益通常用DBDB（分贝）表示，即（分贝）表示，即20Lg20LgA AVDVD。测试方法：测试方法：R1+R2A AVD VD VOViVOVi*ViViVOVi*R2第10页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用共模抑制比共模抑制比K KCMRCMR 将运放的差模电压放大倍数将运放的差模电压放大倍数A AVDVD与共模电压放大倍数与共模电压放大倍数A AVCVC之之

9、比称为共模抑制比，单位比称为共模抑制比，单位dBdB。其中其中V Vi i1V1V（有效值）（有效值）、频率为、频率为100Hz100Hz的正弦波。的正弦波。K KCMRCMR愈大，表示放大器对共模信号（温度漂移、零点漂愈大，表示放大器对共模信号（温度漂移、零点漂移等）的抑制能力愈强。移等）的抑制能力愈强。测试方法：测试方法：K KCMR CMR 20lg20lgA AVDVDA AVCVCdBA AVDVDR RF F/R/R1 1 A AVCVCV Vo o/V/Vi i第11页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用 AVBW常数测试方法：测试方法：表表2.2

10、.1 增益带宽积测量值增益带宽积测量值 RF R1 A AV V BWBW AVBW 110K10K 2100K10K 31M10K运放的带宽运放的带宽BW通常等于截止频率通常等于截止频率fc，将放，将放大倍数等于大倍数等于1时的带宽称为单位增益带宽时的带宽称为单位增益带宽 增益带宽积增益带宽积 A AV VBWBWVi=100mV 实验结果表明：增益增加时，带宽减小，但增益带宽实验结果表明：增益增加时，带宽减小，但增益带宽积不变（可能存在测量误差）。因此，在给定电压增积不变（可能存在测量误差）。因此，在给定电压增益下，运放的最高工作频率受到增益带宽积的限制，益下，运放的最高工作频率受到增益带

11、宽积的限制，应用时要特别注意这一点。应用时要特别注意这一点。增高频率直到增高频率直到AV=0.707 AV(1KHz)时所对应的时所对应的频率就是运放的带宽频率就是运放的带宽BWBW 第12页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用转换速率（摆动率）转换速率（摆动率）S SR R 运放在大幅度阶跃信号作用下，输出信号所能达到的运放在大幅度阶跃信号作用下，输出信号所能达到的最大变化率，其单位为最大变化率，其单位为V/usV/us。测试方法：测试方法：测试电路中，测试电路中，V Vi i为为10KHz10KHz的方波，其峰的方波，其峰-峰值为峰值为5V5V。SRV/t

12、t为输出电压为输出电压vo从最小值从最小值上升到最大值所需的时上升到最大值所需的时间间 转换速度越高，说明运放对输入信号的瞬时变化响应越好。转换速度越高，说明运放对输入信号的瞬时变化响应越好。影响运放转换速率的主要因素是运放的高频特性和相位补偿影响运放转换速率的主要因素是运放的高频特性和相位补偿电容。电容。第13页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用三、集成运算放大器的基本应用三、集成运算放大器的基本应用1 1、反相放大器、反相放大器 其闭环电压增益：其闭环电压增益：AV=RFR1输入电阻输入电阻 R Ri i=R1 输出电阻输出电阻 Ro 0 平衡电阻平衡电阻

13、 Rp=R1/RF 其中，反馈电阻其中，反馈电阻R RF F值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般值不能太大，否则会产生较大的噪声及漂移，一般为几十千欧至几百千欧。为几十千欧至几百千欧。R R1 1的取值应远大于信号源的取值应远大于信号源v vi i的内阻。的内阻。若若R RF F=R R1 1，则为倒相器，可作为信号的极性转换电路。，则为倒相器，可作为信号的极性转换电路。第14页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用2 2、同相放大器、同相放大器其闭环电压增益：其闭环电压增益：AVF=1+RFR1输入电阻输入电阻 Ri=ric 输出电阻输出电阻 Ro 0

14、平衡电阻平衡电阻 Rp=R1/RF 若若R RF F 0 0，R R1 1=（开路），则为（开路），则为电压跟随器电压跟随器。r ricic为运放本身同相端对地的共模为运放本身同相端对地的共模输入电阻，一般为输入电阻，一般为10108 8。同相放大器具有输入阻抗非常高，输出阻抗很低的特点，广泛用于前置放大级。与晶体管电压跟随器（射极输与晶体管电压跟随器（射极输出器）相比，集成运放的电压出器）相比，集成运放的电压跟随器的输入阻抗更高，几乎跟随器的输入阻抗更高，几乎不从信号源吸取电流；输出阻不从信号源吸取电流；输出阻抗更小，可视作电压源，是较抗更小，可视作电压源，是较理想的阻抗变换器。理想的阻抗变

15、换器。第15页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用4 4、加（减）法器、加（减）法器 若取若取R R1 1=R R2 2=R RF F，并使其中一个输入信号，并使其中一个输入信号v v1 1经过一级反经过一级反相放大器，则加法器可以变为减法器，其输出电压为相放大器，则加法器可以变为减法器，其输出电压为V Vo o=(V V2 2V V1 1)。RFR1 VO=V1RFR2V2)负号表示反相加法器负号表示反相加法器 第16页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用 上图所示电路为卡拉上图所示电路为卡拉OKOK伴唱机的混合前置放大器电路。

16、伴唱机的混合前置放大器电路。其其中，中，A A1 1为射极跟随器，实现阻抗变换与隔离，为射极跟随器，实现阻抗变换与隔离，A A2 2为基本的加法为基本的加法器，器，输出电压：输出电压：RFR1 VO V1RFR2V2)RFR1 V1 V2)10（V1 V2）第17页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用5 5、微分器、微分器 为限制电路的高频电压增益，在输入端与电容为限制电路的高频电压增益，在输入端与电容C C之间接之间接入一小电阻入一小电阻R Rs s,当输入频率低于当输入频率低于 dvidt VO=RFC式中，式中，RFC为微分时间常数。为微分时间常数。fo=

17、12RsC时,电路起微分作用路起微分作用；若若输入入频率率远高于上式高于上式,则电路近似路近似一个反相器，高一个反相器，高频电压增益增益为 AVF=RFRs由于电容由于电容C的容抗随输入信号的频的容抗随输入信号的频率升高而减小率升高而减小,结果是结果是 输出电压随频输出电压随频率升高而增加。率升高而增加。第18页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用 实际的微分器电路如下图实际的微分器电路如下图(a)(a)所示。若输入电压为一对称所示。若输入电压为一对称三角波，则输出电压为一对称方波，其波形关系如图三角波，则输出电压为一对称方波，其波形关系如图(b)(b)所示。所

18、示。（a）（b）第19页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用6 6、积分器、积分器 为限制电路的低频电压增益，可将反馈电容为限制电路的低频电压增益，可将反馈电容c c与一电阻与一电阻R RF F并联。当输入并联。当输入频率大于频率大于 式中，式中，R1C为积分时间常数。为积分时间常数。fo=12RFC时,电路起路起积分作用分作用；若若输入入频率率远低于上式低于上式,则电路近似一个反相器，路近似一个反相器，低低频电压增益增益为 AVF=RFR1t1R1C VO=0Vidt由于电容由于电容C的容抗随输入信号的的容抗随输入信号的频率降低而增加频率降低而增加,结果是结果

19、是 输出电输出电压随频率降低而增加。压随频率降低而增加。第20页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用 实际的积分器电路如下图实际的积分器电路如下图(a)(a)所示。若输入电压为一对称所示。若输入电压为一对称方波，则输出电压为一对称三角波，其波形关系如图方波，则输出电压为一对称三角波，其波形关系如图(b)(b)所示。所示。（a）（b）第21页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用9 9、方波发生器、方波发生器 图中图中R R1 1与与R RF F组成正反馈支路，运放组成正反馈支路，运放同相端电压同相端电压 电阻电阻R R、电容、电容C

20、 C组成运放的负反馈支路。组成运放的负反馈支路。VR1R R1 1+R+RF FVofo1T12RCln 1+2R1RF（）当电容当电容C的端电压的端电压VC（等于运放的反相（等于运放的反相端电压端电压V）大于）大于V+时，输出电压时，输出电压Vo=VZ（双向稳压管（双向稳压管DZ的限幅电压），则电容的限幅电压），则电容C经经电阻电阻R放电，放电，VC下降。当下降。当VC下降到比下降到比V+小小时，比较器的输出电压时，比较器的输出电压Vo=+VZ，电容，电容C又又经过电阻经过电阻R充电，电容的端电压充电，电容的端电压VC又开又开始上升，如此重复，则输出电压始上升，如此重复，则输出电压vo为周为

21、周期性方波，如图所示。期性方波，如图所示。调节电位器调节电位器Rp可改变频率。可改变频率。第22页，共46页，编辑于2022年，星期一 耦合电容耦合电容C1、C3可根据交流放大器的下限频率可根据交流放大器的下限频率fL来确定，一来确定，一般取般取 运算放大器的应用运算放大器的应用1111、自举式交流电压放大器、自举式交流电压放大器 若只放大交流信号，则可若只放大交流信号，则可采用如右图所示的运放同相交采用如右图所示的运放同相交流电压放大器（或反相交流电流电压放大器（或反相交流电压放大器）。压放大器）。AVF=1+RFR2交流放大器的输入电阻交流放大器的输入电阻 Ri=R1 （R1一般取几十千欧

22、。）一般取几十千欧。）C1=C3=(310）12 RLfL反馈支路的隔直电容反馈支路的隔直电容C2一般取几微法。一般取几微法。电容电容C1、C2及及C3为隔直电容为隔直电容 电阻电阻R1接地是为了保证输入为接地是为了保证输入为零时，放大器的输出直流电位零时，放大器的输出直流电位为零为零 第23页，共46页，编辑于2022年，星期一 为提高交流放大器的输入阻抗，可以采用如图所示的自举式同相交流为提高交流放大器的输入阻抗，可以采用如图所示的自举式同相交流电压放大器。电压放大器。VB=R2R2RFVO 因为放大器的电压放大倍数因为放大器的电压放大倍数AvF=1+(RF/R2)，故，故 VO=（1+R

23、FR2）ViR2RFR2VB运算放大器的应用运算放大器的应用反馈电压反馈电压 交流信号自同相端交流信号自同相端B点输入，输点输入，输出信号经出信号经RF反馈至反馈至A点点 VA=R2R2RFVO有有VAVB第24页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用 R1两端的电压相等，且相两端的电压相等，且相位相同，故称位相同，故称R1为自举电阻。为自举电阻。流经流经R1的电流可视为零，从而的电流可视为零，从而大大提高了交流放大器的输入大大提高了交流放大器的输入电阻。输入电阻电阻。输入电阻 Ri=(R1/ric)(1+AVFF)式中，式中，F为反馈系数，为反馈系数，F=R2/

24、(R2+RF)。对于图所示电路参数，输入电阻对于图所示电路参数，输入电阻 Ri=(R1/ric)(1+AVFF)200k 第25页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用1212、单电源供电的交流电压放大器、单电源供电的交流电压放大器 右图为单电源供电的反相交流电右图为单电源供电的反相交流电压放大器。图中，电阻压放大器。图中，电阻R2、R3称为称为偏置电阻，用来设置放大器的静态偏置电阻，用来设置放大器的静态工作点。工作点。V+=VCC，即，即 12V=R3R2R3VCC12VCC所以取所以取R2=R3 静态时静态时 V6=V+=12VCC 电电容容C1、C2为为放放

25、大大器器的的交交流流耦耦合合隔隔直直电电容容，因因此此，反反向向交交流流放大器的电压放大倍数放大器的电压放大倍数 AVF=RF/R1 第26页，共46页，编辑于2022年，星期一运算放大器的应用运算放大器的应用 右图为单电源供电的右图为单电源供电的自举式同相交流电压放自举式同相交流电压放大器。该电路也能大大大器。该电路也能大大提高单电源供电的交流提高单电源供电的交流放大器的输入电阻。放大器的输入电阻。运放交流电压放大器只放大交流信号，输出信号受运运放交流电压放大器只放大交流信号，输出信号受运放本身的失调影响较小。因此，不需要调零。放本身的失调影响较小。因此，不需要调零。第27页，共46页，编辑

26、于2022年，星期一实验任务：实验任务：实验与思考题实验与思考题 2.2.1 2.2.1 测试运放测试运放UA741UA741的性能参数的性能参数 AvAv BW BW、S SR R及及 K KCMRCMR，并与其典型值相，并与其典型值相比较。比较。运算放大器的应用运算放大器的应用第28页，共46页，编辑于2022年，星期一第二部分第二部分 函数发生器设计函数发生器设计一一 、方波、方波-三角波函数发生器设计三角波函数发生器设计函数发生器能自动产生函数发生器能自动产生方波方波-三角波三角波-正弦波。正弦波。其电路组成框图如图其电路组成框图如图3.4.1 所示所示.图图3.4.1 函数发生器组成

27、框图函数发生器组成框图第29页，共46页，编辑于2022年，星期一viaR1VV+A1A2VEER2R3RP1VCCaC1R4RP2C2VCCVEER5vo2vo11、方波、方波-三角波产生电路三角波产生电路 电路图如图电路图如图3.4.2所示：所示：比较器比较器积分器积分器C1称为加速电容称为加速电容，可加速比，可加速比较器的翻转较器的翻转 R1称为平衡电阻称为平衡电阻 运放的反相端接基准电压，即运放的反相端接基准电压，即V=0;同相端接输入电压同相端接输入电压via；比较器的输出比较器的输出vo1的高电平等于正电的高电平等于正电 源电源电压压+VCC，低电平等于负电源电压低电平等于负电源电

28、压VEE(+VCC=VEE)。当输入端当输入端V+=V-=0 时，比较器翻转，时，比较器翻转，V01从从+Vcc跳到跳到-Vee，或从，或从-Vee跳到跳到Vcc。运放运放A1与与R1、R2、R3、RP1组成电压比较器。组成电压比较器。第30页，共46页，编辑于2022年，星期一viaR1VV+A1A2VEER2R3RP1VCCaC1R4RP2C2VCCVEER5vo2vo1Via=0若若Vo1=-Vee,则则比较器的上门限电位为比较器的上门限电位为 Via+=-R2R3+RP1(-Vee)=R2R3+RP1(Vcc)设设 V01=+Vcc,则则 R2+R3+RP1(+Vcc)R2 +R3+R

29、P1 R2+R3+RP1整理上式整理上式,得比较器的下门限电位为得比较器的下门限电位为 -R2 R3+RP1(+Vcc)=R3+RP1 -R2(Vcc)Via=V+=RP1指电位器的调整值指电位器的调整值(以下同以下同)第31页，共46页，编辑于2022年，星期一 比较器的门限宽度比较器的门限宽度VH为为 VH=Via+Via=2 R2 R3+RP1Vcc由上面公式可得比较器的电压由上面公式可得比较器的电压传输特性，如图传输特性，如图3.4.3 所示。所示。图图3.4.3 比较器电压传输特性比较器电压传输特性从电压传输特性可见，当输从电压传输特性可见，当输入电压入电压Via从上门限电位从上门限

30、电位Via+下降到下门限电位下降到下门限电位Via时，时，输出电压输出电压Vo1由高电平由高电平+Vcc突变到低电平突变到低电平-Vee。比较器的传输特性比较器的传输特性第32页，共46页，编辑于2022年，星期一viaR1VV+A1A2VEER2R3RP1VCCaC1R4RP2C2VCCVEER5vo2vo1 Vo2=-(+Vcc)(R4+RP2)C2 t=-Vcc(R4+RP2)C2 t当当Vo1=-Vee时，时，Vo2=-(-Vee)(R4+RP2)C2 t=Vcc(R4+RP2)C2ta点断开后，运算放大器点断开后，运算放大器A2与与 R4、RP2、R5、C2 组成反相积分器，组成反相

31、积分器，其输入信号为方波其输入信号为方波Vo1时，则积分时，则积分器的输出器的输出 Vo2=-1(R4+RP2)C2当当Vo1=+Vcc时，时，Vo1dt第33页，共46页，编辑于2022年，星期一 a点闭合，形成闭环点闭合，形成闭环 电路电路，则自动产生方，则自动产生方 波波-三角波，其波三角波，其波 形如图形如图3.4.4 所示。所示。图图3.4.4 方波方波三角波三角波 方方 波波-三角波的工作过程：三角波的工作过程：当比较器的门限当比较器的门限 电电 压为压为 Via+时时输出输出Vo1为高电平（为高电平（+Vcc)。这时积分。这时积分器开始反向积分，三角波器开始反向积分，三角波Vo2

32、 线性下降。线性下降。当当Vo2下降到比较器的下门限下降到比较器的下门限 电电 位位 Via 时，比较器翻转，输出时，比较器翻转，输出Vo1由高电由高电平跳到低电平。这时积分器又开始平跳到低电平。这时积分器又开始正向积分，正向积分，Vo2线性增加。线性增加。如此反复，就可自动产生方如此反复，就可自动产生方 波波-三三角波。角波。第34页，共46页，编辑于2022年，星期一三角波的三角波的幅度幅度为：为：Vo2m=方波的方波的幅度幅度 略小于略小于 +Vcc 和和-Vee。方方 波波-三角波的幅度和频率三角波的幅度和频率 -1(R4+RP1)C2T40Vo1 dt=-1(R4+RP1)C2T 4

33、实际上，三角波的幅度实际上，三角波的幅度 也就是比较器的也就是比较器的 门限电压门限电压Via+Vo2m=Via+=R2 R3+RP1 Vcc=-Vcc(R4+RP1)C2 T4 第35页，共46页，编辑于2022年，星期一Vo2m=Vcc方方 波波-三角波三角波 的波频率为：的波频率为：=R3+RP14R2(R4+RP2)C2 R2R3+RP1 将上面两式整理可得三角波将上面两式整理可得三角波 的周期的周期 T ，而而 F=1/T三角波三角波 的幅度为：的幅度为：由此可见：由此可见：1、方波的幅度由、方波的幅度由+Vcc 和和 Vee决定；决定；2、调节电位器、调节电位器RP1，可调节三角波

34、，可调节三角波 的幅度，但会影响其频率；的幅度，但会影响其频率；3、调节电位器、调节电位器RP2，可调节方，可调节方 波波-三角波三角波 的频率，但不会影的频率，但不会影 响响 其幅度，可用其幅度，可用 RP2实现频率微调，而用实现频率微调，而用C2改变频率改变频率 范围。范围。第36页，共46页，编辑于2022年，星期一二、二、单片集成电路函数发生器单片集成电路函数发生器ICL8038ICL8038的工作频率范围在几赫兹至几百千赫兹之间，它可以的工作频率范围在几赫兹至几百千赫兹之间，它可以同时输出方波同时输出方波(或脉冲波或脉冲波)、三角波、正弦波。其内部组成如图、三角波、正弦波。其内部组成

35、如图3.4.7所示。所示。两个比较器两个比较器A1、A2的基准电压的基准电压2VCC/3、VCC/3由内部电阻分压由内部电阻分压网络提供。网络提供。触发器触发器FF的输出端的输出端Q控制外接控制外接定时电容的充、放电。定时电容的充、放电。充、放电流IA、IB的大小由外接电阻决定，当IA=IB时，输出三角波，否则为锯齿波。I 产生三角波产生三角波方波的工作原理与图方波的工作原理与图3.4.2所示电路的工作原理基本所示电路的工作原理基本相同。相同。ICL8038可以采用单电源可以采用单电源(+10V+30V)供电，也可以采用双电供电，也可以采用双电源源(5V15V)供电。供电。第37页，共46页，

36、编辑于2022年，星期一由由ICL8038组成的音频函数发生器如图组成的音频函数发生器如图3.4.8所示。电阻所示。电阻R1与电位器与电位器RP1用用来确定来确定脚的直流电位脚的直流电位V8，通常取，通常取V82/3VCC。V8越高，越高，IA、IB越小，输越小，输出频率越低，反之亦然。因此，出频率越低，反之亦然。因此，ICL8038又称为压控振荡器又称为压控振荡器(VCO)或频或频率调制器（率调制器（FM)。RP1可调节的频率范围为可调节的频率范围为20Hz20kHz。图图3.4.8 ICL8038组成的音频函数发生器组成的音频函数发生器第38页，共46页，编辑于2022年，星期一三、函数发

37、生器的性能指标三、函数发生器的性能指标 输出波形输出波形 正弦波、方正弦波、方 波、三角波波、三角波 频率范围频率范围 1Hz10Hz,10Hz100Hz,1001KHz,1KHz10KHz,10KHz100KHz,100KHz1MHz.输出电压输出电压 一般指输出波形的峰一般指输出波形的峰-峰值，即峰值，即 Vp-p=2Vm.波形波形 特性特性 表征正弦波特性的参数是非线性失真表征正弦波特性的参数是非线性失真，一般要求，一般要求 3%；表征三角波特性的参数是非线性系数；表征三角波特性的参数是非线性系数，一般要求一般要求 2%；表征方波特性的参数是；表征方波特性的参数是 上升时间上升时间 tr

38、，一般要求，一般要求 tr100ns(1kHz，最大输出时，最大输出时)。第39页，共46页，编辑于2022年，星期一四、设计举例四、设计举例（1 1）确定电路形式及元器件型号确定电路形式及元器件型号 例例 设计一方设计一方 波波-三角波三角波-正弦波正弦波函数发生器。函数发生器。函数发生器。函数发生器。性能指示要求性能指示要求 频频频频 率范围率范围率范围率范围 1Hz10Hz,10Hz100Hz;1Hz10Hz,10Hz100Hz;输出电压输出电压输出电压输出电压 方波方波方波方波V Vp-pp-p 24V24V，三角波，三角波，三角波，三角波V Vp-pp-p=8V=8V，正弦波正弦波正

39、弦波正弦波V Vp-pp-p1V1V。采用如图采用如图3.4.9所示电路，其中运算放大器所示电路，其中运算放大器A1与与A2用一只双运放用一只双运放 A747，差差分分放放大大器器采采用用本本章章第第三三节节设设计计完完成成的的晶晶体体管管单单端端输输入入 单单端端输出差分放大器电路。因为方波的幅度接近电源输出差分放大器电路。因为方波的幅度接近电源电压，所以取电源电压电压，所以取电源电压+VCC=+12V，VEE=12V。波形特性波形特性波形特性波形特性 方波方波方波方波t tr r1 1 s(1kHzs(1kHz，最大输出时，最大输出时，最大输出时，最大输出时)三角波三角波三角波三角波 2%

40、2%，正弦波，正弦波，正弦波，正弦波 5%5%第40页，共46页，编辑于2022年，星期一 三角波三角波-方方 波波-正弦波函数发生器实验电路正弦波函数发生器实验电路图图3.4.9 三角波三角波方波方波正弦波函数发生器实验电路正弦波函数发生器实验电路此处引脚标号为此处引脚标号为uA747芯片芯片的，而实验中用的，而实验中用741芯片，引芯片，引脚号不同，插板时一定要注意。脚号不同，插板时一定要注意。第41页，共46页，编辑于2022年，星期一（2）计算元件参数比较器比较器A1与积分器与积分器A2的元件参数计算如下：的元件参数计算如下：由式由式(3-4-8)得得 当当1Hzf10Hz时，取时，取

41、C2=10 F，R4=5.1k，RP2=100k ；当当 10Hzf100Hz时，取时，取C2=1 F，以实现频率波段的转，以实现频率波段的转 换换；R4及及RP2的取值不变。取平衡电阻的取值不变。取平衡电阻R5=10k。R2 VccR3+RP1=Vo2m=412 =1 3取取R2=10k，取，取R3=20k,RP1=47k,平衡电阻平衡电阻R1=R2/(R3+RP1)10k 由输出频率的表达式由输出频率的表达式(3-4-9)得得R4+RP2=R3+RP14 R2 C2 第42页，共46页，编辑于2022年，星期一三角波三角波正弦波电路的参数选择原则是：正弦波电路的参数选择原则是：隔直电容隔直

42、电容C3、C4、C5要取得较大，因为输出频率很低，取要取得较大，因为输出频率很低，取C3=C4=C5=470 f，滤波电容，滤波电容C6的取值视输出的波形而定，若含的取值视输出的波形而定，若含高次谐波成分较多，则高次谐波成分较多，则C6一般为几十皮法至一般为几十皮法至0.1 F。RE2=100 与与RP4=100 相并联，以减小差分放大器的相并联，以减小差分放大器的线性区。差分放大器的静态工作点可通过观测传输线性区。差分放大器的静态工作点可通过观测传输特性特性 曲线、调整曲线、调整RP4及电阻及电阻R*来确定。来确定。第43页，共46页，编辑于2022年，星期一五、电路安装与调试技术五、电路安

43、装与调试技术 1、方、方 波波-三角波发生器的装调三角波发生器的装调由于比较器由于比较器A1与积分器与积分器A2组成正反馈闭环电路，同时输出方波与组成正反馈闭环电路，同时输出方波与三角波，故这两个单元电路需同时安装。要注意的是，在安装电三角波，故这两个单元电路需同时安装。要注意的是，在安装电位器位器RP1与与RP2之前，先将其调整到设计值，否则电路可能会不起之前，先将其调整到设计值，否则电路可能会不起振。如果电路接线正确，则在接通电源后，振。如果电路接线正确，则在接通电源后，A1的输出的输出vo1为方波为方波，A2的输出的输出vo2为三角波，在低频点时，微调为三角波，在低频点时，微调RP1，使

44、三角波的输，使三角波的输出幅度满足设计指标要求，再调节出幅度满足设计指标要求，再调节RP2，则输出频率连续可变。，则输出频率连续可变。第44页，共46页，编辑于2022年，星期一3、误差分析、误差分析 方波输出电压方波输出电压Vp-p2VCC，是因为运放输出级由，是因为运放输出级由NPN型或型或PNP型两种晶体管组成的复合互补对称电路，输出方波时，两型两种晶体管组成的复合互补对称电路，输出方波时，两管轮流截止与饱和导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波管轮流截止与饱和导通，由于导通时输出电阻的影响，使方波输出幅度小于电源电压值。输出幅度小于电源电压值。方波的上升时间方波的上升时间tr，主要受运

45、放转换速率的限制。如果输出，主要受运放转换速率的限制。如果输出频率较高，则可接入加速电容频率较高，则可接入加速电容C1(C1一般为几十皮法一般为几十皮法)。可用示。可用示 波器波器(或脉冲示波器或脉冲示波器)测量测量tr。第45页，共46页，编辑于2022年，星期一六、设计任务六、设计任务:设计课题：方波设计课题：方波设计课题：方波设计课题：方波三角波函数发生器设计三角波函数发生器设计三角波函数发生器设计三角波函数发生器设计 已知条件已知条件已知条件已知条件 双运放双运放双运放双运放 A747A747一只（或一只（或一只（或一只（或 A741A741两只）两只）两只）两只）性能指标要求性能指标

46、要求性能指标要求性能指标要求 频率范围频率范围频率范围频率范围 100Hz1kHz100Hz1kHz，1kHz10kHz1kHz10kHz 输出电压输出电压输出电压输出电压 方波方波方波方波V Vp-pp-p 24V24V，三角波，三角波，三角波，三角波V Vp-pp-p=6V=6V，波形特性波形特性波形特性波形特性 方波方波方波方波t tr r3030 s(1kHzs(1kHz，最大输出时，最大输出时，最大输出时，最大输出时)，三角波三角波三角波三角波 2%2%。设计步骤与要求设计步骤与要求设计步骤与要求设计步骤与要求 参考书。参考书。参考书。参考书。实验仪器设备实验仪器设备实验仪器设备实验仪器设备 。第46页，共46页，编辑于2022年，星期一