模拟电子技术课件

主讲教师：主讲教师：元增民元增民2015级注册电气工程师考培级注册电气工程师考培电工与模数电技术电工与模数电技术参考书目参考书目1 1 张炳达，注册电气工程师执业资格考试公共张炳达，注册电气工程师执业资格考试公共/专业基础考试复专业基础考试复习教程，天津大学出版社，习教程，天津大学出版社，20132013年年2 2 元增民，模拟电子技术简明教程，清华大学出版社，元增民，模拟电子技术简明教程，清华大学出版社，20142014年年3 3 元增民，电工技术，国防科大出版社，元增民，电工技术，国防科大出版社，20112011年年4 4 谢庆等，注册电气工程师谢庆等，注册电气工程师(供配电供配电)执业资格考试基础考试历执业资格考试基础考试历年真题详解，人民交通出版社，年真题详解，人民交通出版社，20142014年年本课件补充的知识点都来自于本课件补充的知识点都来自于参考书参考书2、3，特此一并注明。，特此一并注明。主讲教师：元增民2015级注册电气工程师考培电工与模数电技术本节要务本节要务 OPA应用及滤波器应用及滤波器1.乘除法及乘方开方电路乘除法及乘方开方电路2.仪表放大器仪表放大器INA3.比较器比较器4.滤波器滤波器模拟电子技术第十三次课模拟电子技术第十三次课本节要务 OPA应用及滤波器模拟电子技术第十三次课第第10章章 振荡电路振荡电路1.1.典型振典型振荡电路模型路模型1)1)采用采用带通通滤波器的波器的正加正型分立元件振正加正型分立元件振荡电路模型路模型图10.1.1分分立立元元件件振振荡电路路采采用用加加反反馈，反反馈信信号号经加加法法环节形形成偏差信号成偏差信号过程中的相移程中的相移为0，c=0，因，因ui=0，故系，故系统输出出电压(a)A0、F0 (b)A0、F0、F(a)A0、F0 (b)A0、F0图10.1.1 正加正型分立元件振正加正型分立元件振荡电路路环环路路电电压压放放大大倍倍数数是是判判断断系系统统是是否否能能起起振振或或平平衡衡的的关关键键参参数数。对对本本例例，若若环环路路电电压压放放大大倍倍数数F(0)A1，D1，D0、F0 5/22/2024(a)A0、F0 (b)A0、F0，故，故a=0，F0，故，故f=0，相位平衡条件，相位平衡条件 =a+f+c=0+0+0=0 满足。满足。图图(b)模型模型A0、a=，F0、F0 5/22/20243)3)采用采用带通通滤波器的波器的集成振集成振荡电路模型路模型OPA的的开开环电压放放大大倍倍数数A很很大大，故故用用一一路路正正反反馈很很难形形成成幅幅度度平平衡衡条条件件。OPA振振荡电路路必必须采采用用复复合合反反馈，用用正正负反反馈抵抵消消的的方方式来式来获得幅度平衡条件。得幅度平衡条件。图10.1.3为带通通滤波波器器复复合合反反馈集集成成振振荡电路路方方框框图。带通通滤波波器器在在集集成成振振荡电路路中中作作为正正反反馈，正正反反馈系系数数Fp是是频率率的的函函数数，Fp()=F1()。负反反馈系系数数Fn为固固定定值，Fn=F2。在在非非谐振振点点上上，负反反馈强强于正反于正反馈。在。在谐振点上，正反振点上，正反馈强强于于负反反馈，形成振，形成振荡。图10.1.3 带通通滤波器复合反波器复合反馈集成振集成振荡电路路8/4/20233)采用带通滤波器的集成振荡电路模型 5/22/2024 图10.1.3 带通通滤波器复合反波器复合反馈集成振集成振荡电路路 uo=Fp()-FnAuo环路路电压放大倍数是放大倍数是Fp()-FnA。带通通滤波器复合反波器复合反馈集成振集成振荡电路幅度起振路幅度起振/平衡条件平衡条件为 Fp(0)-FnA1 图10.1.3电路模型路模型A0，故，故a=0，F0，故，故f=0，相位平衡条件，相位平衡条件 =a+f+c=0+0+0=0 满足。足。8/4/2023 图10.1.3 带通滤波器复合5/22/20242.2.正弦波振正弦波振荡器起振器起振/平衡条件平衡条件从从式式、可可看看出出，单通通道道振振荡电路路的的幅幅度度起起振振条条件件及及平平衡衡条条件件可可统一表示一表示为|FA|1 (10.1.1)从从式式、可可看看出出，双双通通道道振振荡电路路的的幅幅度度起起振振条条件件及及平平衡衡条条件件可可统一表示一表示为 (Fp-Fn)A1 (10.1.2)取大于号取大于号时为幅度起振条件，取等号幅度起振条件，取等号时为幅度平衡条件。幅度平衡条件。从从式式、可可看看出出，由由帯帯通通滤波波器器构构成成的的振振荡电路路的相位平衡条件可以的相位平衡条件可以统一表示一表示为 =a+f+c=2n,(n=0,1)(10.1.3)8/4/20232.正弦波振荡器起振/平衡条件5/22/2024传统观点点片片面面地地、一一厢情情愿愿地地默默认振振荡系系统一一律律由由单通通道道加加反反馈构构成成，即即默默认c=0，故故传统的的幅幅度度起起振振/平平衡衡条条件件为FA1，相相位位平平衡条件衡条件为=a+f=2n。8/4/2023传统观点片面地、一厢情愿地默认振荡系统一律由5/22/20242.5.2 RC文氏电桥正弦波振荡电路文氏电桥正弦波振荡电路1.电路及起振条件电路及起振条件图2.5-1 RC文氏电桥正弦波振荡电路文氏电桥正弦波振荡电路 Rf=2R1时负反馈系数时负反馈系数 图图示示串串并并联联RC电电路谐振时正反馈系数路谐振时正反馈系数文桥振荡器就会起振。文桥振荡器就会起振。实际上选实际上选 Rf比比2R1稍大一点，例如，稍大一点，例如，R1=10k，Rf=21k，使，使2.振荡频率振荡频率图图2.5-2参考参考书2图10.4.13.起振条件起振条件Fn120kB.R160kD.R160k 2-27 文氏电桥正弦波振荡电路如图，已知Rf=199页题页题2-27图图解解 串并串并联RC谐振振时分分压比比Fp为1/3为保保证起振，分起振，分压比比Fn1/3,为此此R1应满足足R1120kB.R160kD.R160k199页题2-27图解 串并联RC谐振时分压比Fp为1/2006真题真题2006真题 仿真题仿真题2-29 电路如题图电路如题图2-29所示，所示，OPA理想，热敏电阻理想，热敏电阻Rt具有正温度特性。具有正温度特性。为使振荡器起振并输出振幅稳定的正弦波电压，为使振荡器起振并输出振幅稳定的正弦波电压，Rf和和Rt的接入位置及的接入位置及Rt的最大值的最大值分别为分别为A.Rf接虚框接虚框1，Rt接虚框接虚框2，Rtmax500 B.Rf接虚框接虚框1，Rt接虚框接虚框2，Rtmax 2kC.Rf接虚框接虚框2，Rt接虚框接虚框1，Rtmax500 B.Rf接虚框接虚框2，Rt接虚框接虚框1，Rtmax 2k题图题图2-29 仿真题2-29 电路如题图2-29所示，OPA理想5/22/2024A.Rf接虚框接虚框1，Rt接虚框接虚框2，Rtmax500 B.Rf接虚框接虚框1，Rt接虚框接虚框2，Rtmax 2kC.Rf接虚框接虚框2，Rt接虚框接虚框1，Rtmax500 B.Rf接虚框接虚框2，Rt接虚框接虚框1，Rtmax 2k题图题图2-29 仿仿真真题题2-29 电电路路如如题题图图2-29所所示示，OPA理理想想，热热敏敏电电阻阻Rt具具有有正正温温度度特特性性。为为使使振振荡荡器器起起振振并并输输出出振振幅幅稳稳定定的的正正弦弦波波电电压，压，Rf和和Rt的接入位置及的接入位置及Rt的最大值分别为的最大值分别为 解解答答 负负反反馈馈系系数数Fn=R2/(R1+R2)。负负反反馈馈系系数数Fn较较小小，FnFp=1/3，才才能能起起振振，Rf接接虚虚框框1，Rt接接虚虚框框2，Rt取取值值500，则则Fn(max)=500/(1000+500)=1/3=Fp。实实际际Rt比比500稍稍小小，使使Fn1/3，即即保保证证起起振振。Fp不不变变，Fn越越小小，则则振振幅幅越越大大。起起振振后后uo变变大大，Rt电电流流有有效效值值变变大大，Rt变变大大，Fn变变大大，就就抑抑制制了了振振幅幅的的疯疯涨涨，使使振振幅稳定下来。应选答案幅稳定下来。应选答案 A 8/4/2023A.Rf接虚框1，Rt接虚框2，Rtmax5/22/2024 例例2.5-1 文氏电桥振荡器如图文氏电桥振荡器如图2.5-3，运，运放器为理想的，放器为理想的，R=10k，C=0.001F，R1=2k，试计算：算：图图2.5-3(1)振振荡频率率f0(2)起振所需起振所需Rf的最小的最小值8/4/2023 例2.5-1 文氏电桥振荡器如图2.55/22/2024 例例2.5-1 文氏电桥振荡器如图文氏电桥振荡器如图2.5-3，运，运放器为理想的，放器为理想的，R=10k，C=0.001F，R1=2k，试计算：算：(1)振振荡频率率f0(2)起振所需起振所需Rf的最小的最小值解解(1)(2)令令有有Rf=2R1=22k=4k图图2.5-38/4/2023 例2.5-1 文氏电桥振荡器如图2.55/22/20248/4/20235/22/20245/22/2024 上电后，集电极电流从上电后，集电极电流从0开始上升，自同名端流出，按照楞次定开始上升，自同名端流出，按照楞次定律，副绕组律，副绕组L2感应电流流进同名端，再流到晶体管基极，就构成正感应电流流进同名端，再流到晶体管基极，就构成正反馈，形成振荡。反馈，形成振荡。振荡频率为振荡频率为L1C1的并联谐振频率。的并联谐振频率。2.5.3 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路1.变压器反馈式变压器反馈式图图2.5-4a=0、f=0、c=0，8/4/20238/4/2023 上电后，集电极电流从 2.2.电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路(哈特莱振荡器哈特莱振荡器)(a)两电感之间无互感两电感之间无互感 (b)两电感之间有互感两电感之间有互感 (哈特莱振荡器哈特莱振荡器178页图页图2.5-5/参考书参考书1 图图10.2.3 电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路 Hartley Oscillator)并联谐振频率下带通滤波器分压比并联谐振频率下带通滤波器分压比a=、f=、c=05/22/2024振振荡频率率旧图旧图 2.电感三点式振荡电路(哈特莱振荡器)(a)两电感之5/22/2024(a)小功率振荡器小功率振荡器 (b)中功率振荡器中功率振荡器178页图页图2.5-6/图图10.2.1电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路(科比兹振荡器，科比兹振荡器，Colpitts Oscillator)3.3.电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路(科比兹振荡器科比兹振荡器)振荡频率：振荡频率：并联谐振频率下带通滤波器分压比：并联谐振频率下带通滤波器分压比：a=、f=、c=0旧图旧图8/4/2023(a)小功率振荡器 5/22/20242.5.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路石英晶体理解为感性石英晶体理解为感性179页图页图2.5-9179页图页图2.5-10a=、f=、c=0，a=、f=0、c=8/4/20232.5.4 石英晶体振荡电路179页图25/22/20242.5.5 各种正弦波振荡电路的使用场合各种正弦波振荡电路的使用场合8/4/20232.5.5 各种正弦波振荡电路的使用场合5/22/20242.5.6 方波、三角波、锯齿波振荡器方波、三角波、锯齿波振荡器图图2.5-12 图图10.5.1图图2.5-14 图图10.5.68/4/20232.5.6 方波、三角波、锯齿波振荡器图5/22/20242.5.7 压控振荡器压控振荡器振荡频率受电压控制的振荡器称为压控振荡器。振荡频率受电压控制的振荡器称为压控振荡器。压控振控振荡器种器种类控制电压类型控制电压类型输出脉冲电压种类输出脉冲电压种类典型用途典型用途直流电压直流电压正弦波电压正弦波电压电调谐电调谐直流电压直流电压方波电压方波电压正弦波电压正弦波电压调频振荡器调频振荡器方波电压方波电压双频振荡器双频振荡器锯齿波电压锯齿波电压扫频振荡器扫频振荡器扫描扫描8/4/20232.5.7 压控振荡器振荡频率受电压控制5/22/2024压控方波振荡器压控方波振荡器图图2.5-16受电压受电压Ui控制。控制。振荡频率振荡频率8/4/2023压控方波振荡器图2.5-16受电压Ui控制。5/22/2024振荡频率振荡频率受电压受电压Ui控制。控制。8/4/2023振荡频率受电压Ui控制。5/22/2024uo3=-=-(uo1+uo2)=-=-(ui12+ui22)uo4=uo2uo4=-=-uo3=(ui12+ui22)uo2=(ui12+ui22)uo=(ui12+ui22)0.5 反馈电阻反馈电阻R2外端接在哪里并不要紧，只要所外端接在哪里并不要紧，只要所接中间电路能提供电流通路，而且中间电路不接中间电路能提供电流通路，而且中间电路不变号，那么关系变号，那么关系Uo1=-R2/R1Ui就依然存在！就依然存在！8/4/2023uo3=-(uo1+uo2)=-(ui12+谢谢大家！谢谢大家！谢谢大家！