技師-電子技術(shù)PPT演示課件

.,1,技師-電子技術(shù),總找借口恐懼猶豫不決拖延三分鐘熱度害怕拒絕逃避現(xiàn)實,.,2,1 - 運算放大器及其應(yīng)用,集成運算放大器基本結(jié)構(gòu)：輸入級：差動放大器（同相輸入端，反向輸入端）中間級：具有很大放大倍數(shù)，開環(huán)電壓放大倍數(shù)（100-140db）輸出級：一般采用射極輸出（如互補電路），使得運算放大器具有一定的負(fù)載能力微電流源偏置電路,.,3,基極電源,雙電源共發(fā)射極單管放大電路,輸入回路,輸出回路,集電極電阻，約為幾至幾十歐,NPN型管,耦合電容,耦合電容,基極電阻，約幾十至幾百千歐,集電極電源，約為幾至幾十伏,負(fù)載電阻,電路中發(fā)射極是輸入、輸出回路的公共支路，而且放大的是電壓信號，因此稱之為共發(fā)射極電壓放大器。,電路各部分作用：,晶體管T：放大器的核心部件，在電路中起電流放大作用；,電源EC：為放大電路提供能量和保證晶體管工作在放大狀態(tài)；,電源EB和電阻RB：使管子發(fā)射結(jié)處于正向偏置，并提供適當(dāng)?shù)幕鶚O電流IB；,耦合電容C1和C2：一般為幾微法至幾十微法，利用其通交隔直作用，既隔離了放大器與信號源、負(fù)載之間的直流干擾，又保證了交流信號的暢通；,電阻RC：將集電極的電流變化變換成集電極的電壓變化，以實現(xiàn)電壓放大作用。,射極輸出器,.,4,集成運放的基本結(jié)構(gòu),輸入級： 差動放大器，減少零點漂移、提高輸入阻抗。,輸出級： 射極輸出器或互補對稱功率放大器，提高 帶載能力。,偏置電路： 為各級提供穩(wěn)定、合適的靜態(tài)工作點。,中間級： 電壓放大。,.,5,運算放大器的符號,反相輸入端,同相輸入端,輸出端,LM741運放外型和管腳,反相輸入端,同相輸入端,輸出端,+15V,-15V,10k,1k,調(diào)零：當(dāng)輸入信號為零時，輸出為零。,8為空腳,.,6,常見集成運算放大器,.,7,工作在線性區(qū)的理想運放,相當(dāng)于兩輸入端之間短路, 但又未真正短路，故稱 “虛短” 。,相當(dāng)于兩輸入端之間斷路，但又未真正斷路，故稱 “虛斷”。,2. i+= i = 0,1. u+= u,而uo是有限值,運放開環(huán)輸入電阻,由于,故從式,可知,（虛短）,（虛斷）,i,i+,線性應(yīng)用深度負(fù)反饋兩原則：虛短，虛斷,.,8,運算放大器輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系曲線稱為傳輸特性。,實際運放電壓傳輸特性,UO+,UO-,線性工作區(qū),正飽和區(qū),負(fù)飽和區(qū),很大,UO- 、UO+為負(fù)、正飽和電壓。,2、集成運放的傳輸特性,.,9,同相比例運算主要特點：,（1）輸入與輸出信號同相。,（2）輸入電阻大，輸出電阻小。,（3）存在共模輸入信號，對 KCMR 的要求高。,例: 如圖所示電路，計算輸出電壓uo 的大小。,解：該電路是一電壓跟隨器。,u+=7.5V,輸出電壓 uo=7.5V,.,10,（3）加法運算電路,在集成運放的反相輸入端增加若干個輸入信號組成的電路，就構(gòu)成了反相加法運算電路，如圖所示 。,若 Rf = R1= R2,則 uO = (uI1+ uI2),R = R1 / R2 / Rf,平衡電阻,.,11,（4）減法運算電路,在集成運放的兩個輸入端都加上輸入信號，就構(gòu)成了減法運算電路 ，如圖所示 。,整理可得,輸出電壓與輸入電壓的差值成正比例，從而能進行減法運算。,.,12,將要求實現(xiàn)的 與上式比較可得,例: 若給定反饋電阻RF=10k，試設(shè)計實現(xiàn) 的運算電路。,.,13,理想運放傳輸特性,UO+,UO-,正飽和區(qū),負(fù)飽和區(qū),理想運放,時，,當(dāng),為了讓運放工作在線性區(qū)，必須加負(fù)反饋，限制其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。,.,14,8.3.2 集成運放的線性應(yīng)用,1、信號運算電路,（1）反相比例運算電路,虛斷,虛地,平衡電阻,輸入電阻:,若,則,.,15,（2）同相比例運算電路,可見同相比例運算電路的電壓放大倍數(shù)必定大于1，而且僅由外接電阻的數(shù)值來決定，與運放本身的參數(shù)無關(guān)。,.,16,.,17,反饋 將電路的輸出量(電壓或電流)的部分或全 部，通過一定的元件，以一定的方式回送到輸入回 路，以改善放大電路的某些性能。,2. 信號的兩種流向,正向傳輸：輸入 輸出,反向傳輸：輸出 輸入, 開環(huán), 閉環(huán),8.2.1 反饋的基本概念,正反饋：,反饋信號消弱原輸入信號，使輸出量減小。,負(fù)反饋：,反饋信號增強原輸入信號，使輸出量增大。,.,18,基本放大電路,反饋網(wǎng)絡(luò),負(fù)反饋的組成框圖, 輸入信號, 凈輸入信號, 反饋信號, 輸出信號,凈輸入信號,反饋信號消弱了凈輸入信號，為負(fù)反饋。,則,.,19,8.2.2 反饋的形式,1、反饋極性與判斷,據(jù)反饋極性的不同，將反饋分為正反饋和負(fù)反饋。,采用瞬時極性法判斷:,反饋信號使凈輸入信號減小的，是負(fù)反饋。,設(shè)某一瞬時ui為正，根據(jù)電路情況推出此時反饋信號的正負(fù)。,判斷正、負(fù)反饋,.,20,2、直流反饋與交流反饋,據(jù)反饋信號的交直流性質(zhì)，分直流反饋和交流反饋。,直流反饋的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點，如具有旁路電容的共射極放大電路的射極電阻。而射極輸出器中的射極電阻，除起直流反饋作用外，也起交流反饋作用。,.,21,串聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號以電壓相加減的形式在輸入端出現(xiàn)。,并聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號以電流相加減的形式在輸入端出現(xiàn)。,負(fù)反饋的類型有四種：,電壓串聯(lián)負(fù)反饋；,電壓并聯(lián)負(fù)反饋；,電流串聯(lián)負(fù)反饋；,電流并聯(lián)負(fù)反饋。,據(jù)反饋信號與放大器輸入信號連接方式不同分為：,串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。,4、串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋,.,22,8.2.3 負(fù)反饋的組態(tài)與判別,四種反饋形式可組合成下列四種類型的負(fù)反饋： 電壓串聯(lián)負(fù)反饋；電壓并聯(lián)負(fù)反饋； 電流串聯(lián)負(fù)反饋；電流并聯(lián)負(fù)反饋。,1、電壓串聯(lián)負(fù)反饋,將輸入信號交流短路后，若反饋信號消失了，則為并聯(lián)反饋；否則為串聯(lián)反饋。,.,23,2、電壓并聯(lián)負(fù)反饋,3、電流串聯(lián)負(fù)反饋,常用“輸出短路法”，即假設(shè)負(fù)載短路（RL=0），使輸出電壓uo=0，看反饋信號是否還存在。若反饋信號不存在了，說明是電流負(fù)反饋。,將輸入信號交流短路后，若反饋信號消失了，則為并聯(lián)反饋；否則為串聯(lián)反饋。,.,24,4、電流并聯(lián)負(fù)反饋,判斷是電壓反饋還是電流反饋時，常用“輸出短路法”，即假設(shè)負(fù)載短路（RL=0），使輸出電壓uo=0，看反饋信號是否還存在。若存在，則說明反饋信號與輸出電壓成比例，是電壓負(fù)反饋。,.,25,例:,輸入回路,輸出回路,判斷電路是否存在反饋，并判斷反饋類型。,RE 介于輸入輸出回路，有反饋。,反饋使 uBE 減小，為負(fù)反饋;,+uf,反饋取自輸出端為電壓反饋;,反饋信號與輸入信號在不同輸入端,為串聯(lián)反饋。,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,.,26,電流串聯(lián)負(fù)反饋,例: 判斷反饋類型。,RE 介于輸入輸出回路，有反饋。,反饋使 uBE 減小，為負(fù)反饋;,反饋不是取自輸出端，為電流反饋;,反饋信號與輸入信號在不同輸入端,為串聯(lián)反饋。,.,27,例: 判斷反饋類型。,Rf 為輸入回路和輸出回路的公共電阻，故有反饋。,RL = 0，無反饋，故為電壓反饋。,反饋信號與輸入信號都加在了反相輸入端，故為并聯(lián)反饋。,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,反饋使凈輸入電流 減小，為負(fù)反饋。,.,28,8.2.4 反饋放大電路的基本關(guān)系式,基本放大電路,反饋網(wǎng)絡(luò), 輸入信號, 凈輸入信號, 反饋信號, 輸出信號,凈輸入信號,開環(huán)放大倍數(shù),反饋系數(shù),閉環(huán)放大倍數(shù),.,29,8.2.5 負(fù)反饋對放大器性能的影響,1. 降低放大倍數(shù),由于負(fù)反饋的存在，使放大器的凈輸入信號減小，輸出電壓減小，所以包含反饋回路后的電壓放大倍數(shù)降低。,2. 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性,放大器在工作過程中，由于環(huán)境溫度變化、晶體管老化、電源電壓波動等情況，都會引起輸出電壓變化，使電壓放大倍數(shù)不穩(wěn)定。,加入負(fù)反饋，在同樣的外界條件變化時，電流負(fù)反饋可以穩(wěn)定輸出電流，電壓負(fù)反饋可以穩(wěn)定輸出電壓，電壓放大倍數(shù)變化較小，即比較穩(wěn)定。,.,30,3. 減少非線性失真,加入負(fù)反饋,無負(fù)反饋,F,uf,uo,略大,略小,略小,略大,產(chǎn)生了失真,接近正弦波，失真得到改善,.,31,4.對放大電路輸入電阻和輸出電阻的影響,輸入電阻增大,輸入電阻減小,輸出電阻增大，穩(wěn)定輸出電流。,輸出電阻減小，穩(wěn)定輸出電壓。,.,32,.,33,8.3 理想集成運放的分析方法,8.3.1 理想集成運放及其傳輸特性,8.3.2 集成運放的線性應(yīng)用,8.3.3 集成運放的非線性應(yīng)用,.,34,8.3 理想集成運放的分析方法,8.3.1 理想集成運放及其傳輸特性,8.3.2 集成運放的線性應(yīng)用,8.3.3 集成運放的非線性應(yīng)用,.,35,理想化的主要條件：,開環(huán)差模電壓增益,開環(huán)差模輸入電阻,開環(huán)輸出電阻,共模抑制比,在分析運算放大器的電路時，一般把運算放大器看成理想元件。,8.3.1 理想集成運放及其傳輸特性,開環(huán)共模輸入電阻,1、理想集成運放,.,36,工作在線性區(qū)的理想運放,相當(dāng)于兩輸入端之間短路, 但又未真正短路，故稱 “虛短” 。,相當(dāng)于兩輸入端之間斷路，但又未真正斷路，故稱 “虛斷”。,2. i+= i = 0,1. u+= u,而uo是有限值,運放開環(huán)輸入電阻,由于,故從式,可知,（虛短）,（虛斷）,i,i+,.,37,運算放大器輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系曲線稱為傳輸特性。,實際運放電壓傳輸特性,UO+,UO-,線性工作區(qū),正飽和區(qū),負(fù)飽和區(qū),很大,UO- 、UO+為負(fù)、正飽和電壓。,2、集成運放的傳輸特性,.,38,理想運放傳輸特性,UO+,UO-,正飽和區(qū),負(fù)飽和區(qū),理想運放,時，,當(dāng),為了讓運放工作在線性區(qū)，必須加負(fù)反饋，限制其閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。,.,39,8.3.2 集成運放的線性應(yīng)用,1、信號運算電路,（1）反相比例運算電路,虛斷,虛地,平衡電阻,輸入電阻:,若,則,.,40,（2）同相比例運算電路,可見同相比例運算電路的電壓放大倍數(shù)必定大于1，而且僅由外接電阻的數(shù)值來決定，與運放本身的參數(shù)無關(guān)。,.,41,上式表明：輸出電壓與輸入電壓之間也存在著比例運算關(guān)系，且輸出電壓與輸入電壓相位相同。,當(dāng) R1 = 時,跟隨器,當(dāng)R1 = ，Rf = 0 時,.,42,同相比例運算主要特點：,（1）輸入與輸出信號同相。,（2）輸入電阻大，輸出電阻小。,（3）存在共模輸入信號，對 KCMR 的要求高。,例: 如圖所示電路，計算輸出電壓uo 的大小。,解：該電路是一電壓跟隨器。,u+=7.5V,輸出電壓 uo=7.5V,.,43,（3）加法運算電路,在集成運放的反相輸入端增加若干個輸入信號組成的電路，就構(gòu)成了反相加法運算電路，如圖所示 。,若 Rf = R1= R2,則 uO = (uI1+ uI2),R = R1 / R2 / Rf,平衡電阻,.,44,（4）減法運算電路,在集成運放的兩個輸入端都加上輸入信號，就構(gòu)成了減法運算電路 ，如圖所示 。,整理可得,輸出電壓與輸入電壓的差值成正比例，從而能進行減法運算。,.,45,將要求實現(xiàn)的 與上式比較可得,例: 若給定反饋電阻RF=10k，試設(shè)計實現(xiàn) 的運算電路。,.,46,（5）積分電路,當(dāng)uI為階躍電壓時，則,t,uo隨時間線性下降，最后達到負(fù)飽和值。,.,47,例: 利用積分電路將方波變成三角波。,10 k,10 nF,時間常數(shù) = R1Cf,= 0.1 ms,設(shè) uC(0) = 0,= 5 V,= 5