项目3―信号发生器

1集成运算放大器1.1集成运算放大器简介1.2集成运算放大器的线性应用1.3集成运算放大器的非线性应用2放大电路中的反馈2.1反馈的基本概念2.2负反馈的类型2.3负反馈对放大器性能的影响2.4深度负反馈放大电路3正弦波振荡电路3.1正反馈与自激振荡3.2LC正弦波振荡电路3.3RC正弦波振荡器3.4石英晶体振荡电路一、项目描述二、知识准备项目三信号发生器的制作模拟电子技术三、任务实施任务2信号发生器电路仿真任务3制作信号发生器任务四考核评价2成果展示3项目评价项目三信号发生器的制作任务1设备与器材准务1装调报告模拟电子技术一、项目描述低频信号发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。本项目制作的信号发生器可产生正弦波、三角波、方波等低频信号，是一种简单、经济、适应的信号发生器。项目三信号发生器的制作模拟电子技术本项目的学习和实践目标：知识目标：1、掌握集成运算放大器的典型应用电路、反馈的判断、负反馈对放大器性能的影响以及正弦波振荡电路的组成和工作原理；2、熟悉集成运算放大器的主要参数和工作特点、负反馈的分类和自激振荡的条件；3、了解深度负反馈的估算方法。技能目标：1、掌握信号发生器的安装和电路性能指标的测试；2、熟悉电路元件器的检测方法；进一步熟悉手工焊接技术和电子仪器的使用，3、了解集成运算放大器的性能检测方法。态度目标：1、培养学生认真的学习态度、一丝不苟的工作作风、刻苦钻研和团结协作的精神；2、养成遵章守纪、注重整理和整洁的良好的职业习惯。项目三信号发生器的制作模拟电子技术二、知识准备1集成运算放大器1.1集成运算放大器简介1.1.1集成运算放大器的组成及各部分的作用图3-1集成运算放大器的组成框图采用差动放大电路,利用该电路获得较低的零漂和较高的共模抑制比。有两个不接地的输入端：一个是同相输入端,在该输入端输入信号时,输出信号与输入信号同相位；另一个是反相输入端,在该输入端输入信号时,输出信号与输入信号相位相反。运放的高开环电压放大倍数Au≈103~107,由共发射极组成多级直接耦合放大电路提供,中间级是集成运放主要的电压放大级。由晶体管射极跟随器互补电路组成。具有较低的输入电阻,较强的带负载能力,能提供足够大的输出电压和电流。为各级放大电路提供合适而稳定的偏置电流和静态工作点。集成运放多采用电流源电路为各级提供合适的集电极（或发射极、漏极）静态工作电流。模拟电子技术17_1TREFp22T8TT2145R3TR9630pF10IT721TT9T6C19T87T1T13CCTRRT412T220RRRRR68T10111TR416EE+TT1592T34T23TR+V3187-V+V524OT539kTAB17_1TREFp22T8TT2145R3TR9630pF10IT721TT9T6C19T87T1T13CCTRRT412T220RRRRR68T10111TR416EE+TT1592T34T23TR+V3187-V+V524OT539kTAB图3-2集成运放F007的电路图输入级偏置电路中间级输出级模拟电子技术(2)集成运放的外形图图3-4常见集成运放的外形图集成运放的引出端有8、14、16不等。不论哪种封装形式，它们的管脚排列顺序从顶部看都是自标志处数起，逆时钟方向排列1、2、3…图3-3集成运放的符号（1）集成运放的符号1.1.2集成运算放大器的符号、外形图和型号模拟电子技术(3)集成运放的型号0F0741CT金属圆形封装0C-70C通用性运算放放线性放大字母表示器件0F0741CT金属圆形封装0C-70C通用性运算放放线性放大字母表示器件国家标准GB3430-82规定，国产集成运放的型号由5部分组成：第零部分：用字母表示器件；第一部分：用字母表示器件的类型；第二部分：用阿拉伯数字表示器件的系列和品种代号；第三部分：表示器件的工作温度和范围；第四部分：用字母表示器件的封装。低功耗的运算放大器型号模拟电子技术1.1.3集成运放的传输特性Pu-uNouOomu-omu+图3-5集成运放的电压传输特性线性区：非线性区：当uPuN时，。当uPuN时，。)(NPodouuAuomouuomouu模拟电子技术1.1.4集成运放的主要参数（1）传输特性参数①开环差模电压增益Aod开环差模电压增益指在无外加反馈情况下的直流差模增益，它是决定运算精度的重要指标，通常用分贝表示，即，（3-1）Aod愈高,运放愈稳定,运算精度也愈高,Aod一般为80～140dB。)(lg20NPOodUUUA②共模抑制比KCMR电路在开环状态下,差模放大倍数与共模放大倍数之比,KCMR越大,运放性能越好。F741的KCMR约为80dB。③差模输入电阻Rid集成运放在输入差模信号是的输入电阻。它反映了集成运放索取信号的能力。Rid越大越好。双极型管输入级约为105～106欧姆，场效应管输入级可达109欧姆以上。模拟电子技术④开环输出电阻Ro集成运放开环时的动态输出电阻。其值越小，输出的电压越稳定，带负载能力越强。理想集成运放的输出电阻Ro视为零。⑤最大共模输入电压UICmax输入级正常工作时，允许输入的最大共模信号。在使用中若超过此值，集成运放的各级电路工作将失常，性能变差，共模抑制能力将明显变差。⑥最大差模输入电压UIdmax同相输入端与反向输入端之间能承受的最大电压值。使用时差模输入电压不能超过此值，否则集成运放的输入级的晶体管将被击穿，甚至造成永久性的损坏。⑦－3dB带宽fH和单位增益带宽fCfH是指开环增益Aod下降3dB时的频率，即集成运放的通频带。通频带越宽越好，理想运放的通频带视为无穷大。但集成运放F007C的fH仅为7HzfC是指开环增益Aod下降至0dB时的频率。与晶体管的特征频率fT类似。模拟电子技术(2)直流特性参数①输入失调电UIO及输入失调电压温漂dUIO/dT输入失调电UIO：当输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。UIO越小，表明电路的对称性越好。输入失调电压温漂dUIO/dT：在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。它是衡量集成运放温度漂移的重要参数，其值越小，表明集成运放的温漂越小。②输入失调电流IIO及输入失调电流温漂dIIO/dT输入失调电流IIO：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。IIO的大小反映了差分电路输入级两管的的失配程度。IIO越小，表明电路参数的对称性越好。输入失调电流温漂dIIO/dT：在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。其值越小，表明运放的温漂越小。模拟电子技术③输入偏置电流IIB输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。（3-2）IIB越小，运放的输入电阻越大，其输入失调电流就越小，运放的性能越好，一般为10nA～1A。2B1BIB21III(3)输出信号的响应参数①最大输出电压UOPP指在一定电源电压下，集成运放的最大不失真输出电压峰—峰值。②转换速率SR(压摆率)反映运放对于快速变化的输入信号的响应能力。转换速率SR的表达式为(3-3)SR值越大，表明集成运放的频响特性越好。高速运放SR可达100V/s。maxoRddtuS模拟电子技术1.1.5理想集成运放（1）一个理想化运放，应具备以下条件：①开环电压放大倍数Aod=∞；②差模输入电阻Rid=∞；③开环输出电阻RO=0；④共模抑制比KCMR=∞。（2）理想运放工作在线性工作区时的特点：①理想运放的两个输入端的电位相等。（b）虚断图3-6理想运放uu2)理想运放的输入电流等于零。0ii（a）虚短模拟电子技术1.2集成运算放大器的线性应用在线性应用中，集成运放工作在深度负反馈状态，或以负反馈为主兼有正反馈的状态。它的输出与输入呈线性关系（即比例关系），即集成运放工作在线性工作区域如图3-7所示中间的斜线部分。图3-7集成运放的工作区域模拟电子技术1.2.1比例运算电路(1)反相比例运算电路ifouRRu1ioufuuA1RRf根据虚短、虚断可推出：由的比值决定,与运放本身参数无关。又输出电压与输入电压成比例，比例系数是,“-”表示输出与输入相位相反。ufA1RRf1RRfouiu比例系数可大1、等于或小于1。若=1时，电路就成了反相器。1RRf模拟电子技术例3-1：电路如图所示，已知=10k，=50k。求(1)、；(2)若不变，要求为–10，则、应为多少？1RfRufAR1RufAfRR解：1、=–=–=–5ufA1RRf1050=//=8.3kR1RfR2、∵=–=–=–10ufA1RRf10fRfRufA1R∴=×=1010=100=//==9.1kR1RfR1001010010模拟电子技术（2）同相比例运算电路根据虚短、虚断可推出：ifouRRu)1(111RRuuAfiouf图3-9同相比例运算电路图3-10电压跟随器由的比值决定,与运放本身参数无关,式（3-8）表明与同相且大于。ufA1RRfouiuiuou若=∞或=0，则=，此时电路构成电压跟随器，如图3-10所示。1RfRouiu模拟电子技术例3-1：电路如图所示，（1）当=30，=100k。求；(2)若=5.1k，=100k，求。ufAfR1R1RVu20iufR解：（1）由式可得11RRAfuf)(5.32910011010011kARRuff)(097.01001.51.511vuRRRuofi（2）由式可得11RRuufio模拟电子技术1.2.2加法运算电路（1）反相加法电路图3-11反相求和电路)(i22i11ouRRuRRuff根据虚短、虚断可推出：当时，fRRR11)(i2i1ouuu如果在图3-11所示的输出端再接一级反相器，则可消去负号，实现完全的符合常规的算术加法运算。图3-11所示的加法电路可以扩展到多个输入电压相加。模拟电子技术（2）同相加法电路图3-12同相求和电路ifouRRu)1(1)////////////////////////)(1(3213212312311321321iiifuRRRRRRRuRRRRRRRuRRRRRRRRR根据虚短、虚断可推出：RRRR321当时，则)(41)1(3211iiifouuuRRu若在同相输入端接输入信号，为同相加法电路，输出电压符号为正；若在反相输入端接输入信号，为反相加法电路，输出电压符号为负。模拟电子技术1.2.3减法运算电路图3-13减法运算电路图3-13所示电路为一减法运算电路，根据虚短、虚断可推出：i11fi23231fo)1(uRRuRRRRRu当R1=R2，R3=Rf时，有:)(i1i21fOuuRRu当R1=R2=R3=Rf时，有，即输出电压等于两输入电压之差。i1i2Ouuu模拟电子技术1.2.4积分和微分电路（1）积分电路图3-14反相积分电路基本形式根据“虚短”有,根据“虚断”则有RuiiidtuRCdtiCuuiFcFC110上式表明输出电压为输入电压对时间的积分，所以称积分电路。负号表示它们在相位上是相反的。当输入信号是阶跃直流电压时，即tRCUtuRCuuiiCod1图3-15输入电压为矩形波的积分电路的输出电压波形图模拟电子技术（2）微分电路图3-16基本微分电路根据“虚短”有,根据“虚断”则有RuiORRiCidtduCidtduRCuio可推出：积分电路实现了对输入信号求微分的运算，故称之为微分电路。负号表示它们在相位上是相反的。图3-17输入信号为方波的微分电路的输出电压波形图模拟电子技术1.2.5信号变换电路(1)电