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1、自動(dòng)化專業(yè)英語教程自動(dòng)化專業(yè)英語教程教學(xué)課件P1U2A The Operational Amplifier 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文A 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 A A 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器1.課文內(nèi)容簡(jiǎn)介:主要介紹專業(yè)基礎(chǔ)課模擬電子技術(shù)基 礎(chǔ)中運(yùn)算放大器的概念,放大倍數(shù)的計(jì)算方法,理想運(yùn) 放兩個(gè)輸入端“虛短路”和“虛斷路”的概念。2.溫習(xí)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)中比例運(yùn)算電路的分析方法。3.生詞與短語amplifier n. 放大器integrated circuit 集成電路building blocks 積木potential n. (電)勢(shì)cascade n., v. 串聯(lián);adj
2、. 串聯(lián)的 on the order of 屬于同類的,約為trade off 換取cumbersome adj. 麻煩的intrinsic adj. 內(nèi)在的circuitry n. 電路 P1U2A The Operational Amplifier 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文A 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器4. 難句翻譯 1 One problem with electronic devices corresponding to the generalized amplifiers is that the gains, AU or AI, depend upon internal p
3、roperties of the two-port system.對(duì)應(yīng)于像廣義放大器這樣的電子裝置,一個(gè)問題就是增 益 AU 或者AI ,它們?nèi)Q于兩輸入端系統(tǒng)的內(nèi)部特性。That 作從屬連接詞,在句中沒有實(shí)在意義,只起連接從 句的作用,引導(dǎo)主語從句、賓語從句、同位語從句或表語從句。 2 This is one of the key features of Op-Amp designthe action of the circuit on signals depends only upon the external elements which can be easily varied by
4、the designer and which do not depend upon the detailed character of the Op-Amp itself.這是運(yùn)算放大器設(shè)計(jì)的重要特征之一在信號(hào)作用下,電路的動(dòng)作僅取決于能夠容易被設(shè)計(jì)者改變的外部元件,而不取決于運(yùn)算放大器本身的細(xì)節(jié)特性。 Which 作關(guān)系代詞用,用于限制性定語從句中,專指事 物而言。5. 參考譯文A 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 像廣義放大器這樣的電子器件存在的一個(gè)問題就是它們的增益AU或AI取決于雙端口系統(tǒng)(、RI、Ro等)的內(nèi)部特性。器件之間參數(shù)的分散性和溫度漂移給設(shè)計(jì)工作增加了難度。設(shè)計(jì)運(yùn)算放大器或Op-Amp
5、的目的就是使它盡可能的減少對(duì)其內(nèi)部參數(shù)的依賴性、最大程度地簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)工作。運(yùn)算放大器是一個(gè)集成電路,在它內(nèi)部有許多電阻、晶體管等元件。就此而言,我們不再描述這些元件的內(nèi)部工作原理。 運(yùn)算放大器的全面綜合分析超越了某些教科書的范圍。在這里我們將詳細(xì)研究一個(gè)例子,然后給出兩個(gè)運(yùn)算放大器定律并說明在許多實(shí)用電路中怎樣使用這兩個(gè)定律來進(jìn)行分析。這兩個(gè)定律可允許一個(gè)人在沒有詳細(xì)了解運(yùn)算放大器物理特性的情況下設(shè)計(jì)各種電路。因此,運(yùn)算放大器對(duì)于在不同技術(shù)領(lǐng)域中需要使用簡(jiǎn)單放大器而不是在晶體管級(jí)做設(shè)計(jì)的研究人員來說是非常有用的。P1U2A The Operational Amplifier 第一部分第二單元課文
6、第一部分第二單元課文A 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器P1U2A The Operational Amplifier 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文A 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 在電路和電子學(xué)教科書中,也說明了如何用運(yùn)算放大器建立簡(jiǎn)單的濾波電路。作為構(gòu)建運(yùn)算放大器集成電路的積木晶體管,將在下篇課文中進(jìn)行討論。 理想運(yùn)算放大器的符號(hào)如圖1-2A-1所示。圖中只給出三個(gè)管腳:正輸入、負(fù)輸入和輸出。讓運(yùn)算放大器正常運(yùn)行所必需的其它一些管腳,諸如電源管腳、接零管腳等并未畫出。 輸出 ()輸入 (+)輸入 + 圖1-2A-1 運(yùn)算放大器 在實(shí)際電路中使用運(yùn)算放大器時(shí),后者是必要的,但在本文中討論理想的運(yùn)算放
7、大器的應(yīng)用時(shí)則不必考慮后者。兩個(gè)輸入電壓和輸出電壓用符號(hào)U 、U 和Uo 表示。每一個(gè)電壓均指的是相對(duì)于接零管腳的電位。運(yùn)算放大器是差分裝置。差分的意思是:相對(duì)于接零管腳的輸出電壓可由下式表示 (1-2A-1) 式中 A 是運(yùn)算放大器的增益,U 和 U 是輸入電壓。換句話說,輸出電壓是A乘以兩輸入間的電位差。 )(oUUAUP1U2A The Operational Amplifier 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文A 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 集成電路技術(shù)使得在非常小的一塊半導(dǎo)體材料的復(fù)合 “芯片”上可以安裝許多放大器電路。運(yùn)算放大器成功的一個(gè)關(guān)鍵就是許多晶體管放大器“串聯(lián)”以產(chǎn)生非常
8、大的整體增益。也就是說,等式(1-2A-1)中的數(shù)A約為100,000或更多 (例如,五個(gè)晶體管放大器串聯(lián),每一個(gè)的增益為10,那么將會(huì)得到此數(shù)值的A )。 第二個(gè)重要因素是這些電路是按照流入每一個(gè)輸入的電流都很小這樣的原則來設(shè)計(jì)制作的。第三個(gè)重要的設(shè)計(jì)特點(diǎn)就是運(yùn)算放大器的輸出阻抗(Ro )非常小。也就是說運(yùn)算放大器的輸出是一個(gè)理想的電壓源。 我們現(xiàn)在利用這些特性就可以分析圖1-2A-2所示的特殊放大器電路了。首先,注意到在正極輸入的電壓U 等于電源電壓,即U =Us。各個(gè)電流定義如圖1-2A-2中的b圖所示。P1U2A The Operational Amplifier 第一部分第二單元課文
9、第一部分第二單元課文A 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器P1U2A The Operational Amplifier 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文A 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 對(duì)圖1-2A-2b的外回路應(yīng)用基爾霍夫定律,注意輸出電壓Uo 指的是它與接零管腳之間的電位,我們就可得到 (1-2A-2) 0o2211URIRI I + + Uo R1 R2 Us a) + + Uo R1 R2 Us b) I2 I1 loop 圖1-2A-2 運(yùn)算放大器電路 因?yàn)檫\(yùn)算放大器是按照沒有電流流入正輸入端和負(fù)輸入端的原則制作的,即I =0。那么對(duì)負(fù)輸入端利用基爾霍夫定律可得 I1 = I2,利用等式(1-2
10、A-2) ,并設(shè) I1 =I2 =I , U0 = (R1 +R2 ) I (1-2A-3) 根據(jù)電流參考方向和接零管腳電位為零伏特的事實(shí),利用歐姆定律,可得負(fù)極輸入電壓U :因此 U =IR1 ,并由式 (1-2A-3)可得:IRU10P1U2A The Operational Amplifier 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文A 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器P1U2A The Operational Amplifier 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文A 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 因?yàn)楝F(xiàn)在已有了U+ 和U的表達(dá)式,所以式(1-2A-1)可用于計(jì)算輸出電壓, 綜合上述等式,可得: (1
11、-2A-4)o211URRRU21o1so)(RRURUAUUAU1os121ARUAURR最后可得: (1-2A-5a)這是電路的增益系數(shù)。如果A 是一個(gè)非常大的數(shù),大到足夠使AR1 (R1 +R2),那么分式的分母主要由AR1 項(xiàng)決定,存在于分子和分母的系數(shù)A 就可對(duì)消,增益可用下式表示 (1-2A-5b) 12121soUARRRRRAUUA121URRRAP1U2A The Operational Amplifier 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文A 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器 這表明,如果A 非常大,那么電路的增益與A 的精確值無關(guān)并能夠通過R1和R2的選擇來控制。這是運(yùn)算放大器
12、設(shè)計(jì)的重要特征之一 在信號(hào)作用下,電路的動(dòng)作僅取決于能夠容易被設(shè)計(jì)者改變的外部元件,而不取決于運(yùn)算放大器本身的細(xì)節(jié)特性。注意,如果A=100,000, 而(R1 +R2) /R1=10,那么為此優(yōu)點(diǎn)而付出的代價(jià)是用一個(gè)具有100,000倍電壓增益的器件產(chǎn)生一個(gè)具有10倍增益的放大器。從某種意義上說,使用運(yùn)算放大器是以 “能量”為代價(jià)來換取“控制” 。 對(duì)各種運(yùn)算放大器電路都可作類似的數(shù)學(xué)分析,但是這比較麻煩,并且存在一些非常有用的捷徑,其涉及目前我們提出的運(yùn)算放大器兩個(gè)定律應(yīng)用。 P1U2A The Operational Amplifier 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文A 運(yùn)算放
13、大器運(yùn)算放大器P1U2A The Operational Amplifier 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文A 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器1) 第一個(gè)定律指出:在一般運(yùn)算放大器電路中,可以假設(shè)輸入 端間的電壓為零,也就是說,2) 第二個(gè)定律指出:在一般運(yùn)算放大器電路中,兩個(gè)輸入電流 可被假定為零: 第一個(gè)定律是因?yàn)閮?nèi)在增益A的值很大。例,如果運(yùn)算放大器的輸出是1V ,并且A=100,000, 那么 ( )=105V 這是一個(gè)非常小、可以忽略的數(shù),因此可設(shè)U+=U-。第二個(gè)定律來自于運(yùn)算放大器的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu),此結(jié)構(gòu)使得基本上沒有電流流入任何一個(gè)輸入端。0II UU UUP1U2B Trans
14、istors 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文B 晶體管晶體管 B 晶體管晶體管1.課文內(nèi)容簡(jiǎn)介:主要介紹專業(yè)基礎(chǔ)課模擬電子技術(shù)基 礎(chǔ)中晶體三極管的概念,三極管放大電路的連接方法, 三極管型號(hào)的命名與管角的判斷方法。2.溫習(xí)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)中半導(dǎo)體二極管和雙極型晶體 管的相關(guān)內(nèi)容。3.生詞與短語transistor n. 晶體管semiconductor n. 半導(dǎo)體dope v. 摻入predominance n. 優(yōu)勢(shì)crystal n. 晶體germanium n. 鍺silicon n. 硅bipolar adj. 雙向的lead n. 引線substitution n. 代替
15、 detector n. 探測(cè)器bias n. 偏壓polarity n. 極性encompass v. 包含more or less 或多或少cylindrical adj. 圓柱形的can n. 密封外殼triangular adj. 三角的elongate v. 延長(zhǎng),拉長(zhǎng) P1U2B Transistors 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文B 晶體管晶體管4. 難句翻譯1 Put very simply a semiconductor material is one which can be “doped” to produce a predominance of electr
16、ons or mobile negative charges (N-type); or “holes” or positive charges (P-type). 簡(jiǎn)單地說,半導(dǎo)體是這樣一種物質(zhì),它能夠通過“摻雜”來產(chǎn)生多余的電子,又稱自由電子(N型);或者產(chǎn)生“空穴”,又稱正電子(P型)。 one 代替上文中剛提到過的單數(shù)可數(shù)名詞;如果該名詞是復(fù)數(shù),就用ones 代之。2 TO1 is the original transistor shapea cylindrical “can” with the three leads emerging in triangular pattern fro
17、m the bottom. Looking at the base, the upper lead in the “triangle” is the base, the one to the right (marked by a color spot) the collector and the one to the left the emitter. TO1是最早的一種晶體管形狀即一個(gè)帶有三個(gè)引腳的圓柱體“外罩”,這三個(gè)引腳在底部形成三角狀。首先要注意的是,“三角形”上面的引腳是基極,其右面的引腳(由一個(gè)彩色點(diǎn)標(biāo)出)為集電極,其左面的引腳為發(fā)射極。 P1U2B Transistors 第一部
18、分第二單元課文第一部分第二單元課文B 晶體管晶體管P1U2B Transistors 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文B 晶體管晶體管 with 作“帶有”、“具有”講。若遇有 with 后的賓語接有現(xiàn)在分詞、過去分詞、形容詞,有時(shí)甚至是副詞,可稱為 with 后帶“主謂”關(guān)系,則整個(gè) with 短語說明附帶情況或交待細(xì)節(jié)。5. 參考譯文B 晶體管晶體管 簡(jiǎn)單地說,半導(dǎo)體是這樣一種物質(zhì),它能夠通過“摻雜”來產(chǎn)生多余的電子,又稱自由電子(N型);或者產(chǎn)生“空穴”,又稱正電荷(P型)。由N型摻雜和P型摻雜處理的鍺或硅的單晶體可形成半導(dǎo)體二極管,它具有我們描述過的工作特性。晶體管以類似的方式
19、形成,就象帶有公共中間層、背靠背的兩個(gè)二極管,公共中間層是以對(duì)等的方式向兩個(gè)邊緣層滲入而得,因此中間層比兩個(gè)邊緣層或邊緣區(qū)要薄的多。P1U2B Transistors 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文B 晶體管晶體管 PNP 或 NPN (圖 1-2B-1)這兩種結(jié)構(gòu)顯然是可行的。PNP或NPN被用于描述晶體管的兩個(gè)基本類型。因?yàn)榫w管包含兩個(gè)不同極性的區(qū)域(例如“P”區(qū)和“N”區(qū)),所以晶體管被叫作雙向器件,或雙向晶體管。 基 極 集 電 極 N型 P 型 N型 發(fā) 射 極 基 極 集 電 極 P 型 N型 P 型 發(fā) 射 極 N -P -N 晶 體 管 P -N -P 晶 體 管
20、圖1-2B-1 晶體管的兩個(gè)基本類型P1U2B Transistors 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文B 晶體管晶體管 因此晶體管有三個(gè)區(qū)域,并從這三個(gè)區(qū)域引出三個(gè)管腳。要使工作電路運(yùn)行,晶體管需與兩個(gè)外部電壓或極性連接。其中一個(gè)外部電壓工作方式類似于二極管。事實(shí)上,保留這個(gè)外部電壓并去掉上半部分,晶體管將會(huì)象二極管一樣工作。例如在簡(jiǎn)易收音機(jī)中用晶體管代替二極管作為檢波器。在這種情況下,其所起的作用和二極管所起的作用一模一樣。 可以給二極管電路加正向偏置電壓或反向偏置電壓。在加正向偏置電壓的情況下,如圖1-2B-2所示的PNP 晶體管,電流從底部的P極流到中間的N極。如果第二個(gè)電壓被
21、加到晶體管的頂部和底部?jī)蓚€(gè)極之間,并且底部電壓極性相同,那么,流過中間層N區(qū)的電子將激發(fā)出從晶體管底部到頂部流過的電流。P1U2B Transistors 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文B 晶體管晶體管 1-2B-2 PNP晶體管電路 在生產(chǎn)晶體管的過程中,通過控制不同層的摻雜度,經(jīng)過負(fù)載電阻流過第二個(gè)電路電流的導(dǎo)電能力非常顯著。實(shí)際上,當(dāng)晶體管下半部為正向偏置時(shí),底部的P區(qū)就像一個(gè)取之不竭的自由電子源(因?yàn)榈撞康腜區(qū)發(fā)射電子,所以它被稱為發(fā)射極)。這些電子被頂部P區(qū)接收,因此它被稱為集電極,但是流過這個(gè)特定電路實(shí)際電流的大小由加到中間層的偏置電壓控制,所以中間層被稱為基極。 P P
22、 N P1U2B Transistors 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文B 晶體管晶體管 因此,當(dāng)晶體管外加電壓接連正確(圖1-2B-3)后工作時(shí),實(shí)際上存在兩個(gè)獨(dú)立的“工作”電路。一個(gè)是由偏置電壓源、發(fā)射極和基極形成的回路,它被稱為基極電路或輸入電路;第二個(gè)是由集電極電壓源和晶體管的三個(gè)區(qū)共同形成的電路,它被稱為集電極電路或輸出電路。(注意:本定義僅適用于發(fā)射極是兩個(gè)電路的公共端時(shí)被稱為共發(fā)射極連接。) 圖 1-2B-3 基極電路和集電極電路P1U2B Transistors 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文B 晶體管晶體管 這是晶體管最常見的連接方式,但是,當(dāng)然也存在其它
23、兩種連接方法 共基極連接和共集電極連接。但是在每一種情況下晶體管的工作原理是相同的。 本電路的特色是相對(duì)小的基極電流能控制和激發(fā)出一個(gè)比它大得多的集電極電流(或更恰當(dāng)?shù)卣f,一個(gè)小的輸入功率能夠產(chǎn)生一個(gè)比它大得多的輸出功率)。換句話說,晶體管的作用相當(dāng)于一個(gè)放大器。 在這種工作方式中,基極-發(fā)射極電路是輸入側(cè);通過基極的發(fā)射極和集電極電路是輸出側(cè)。雖然基極和發(fā)射極是公共路徑,但這兩個(gè)電路實(shí)際上是獨(dú)立的,就基極電路的極性而言,基極和晶體管的集電極之間相當(dāng)于一個(gè)反向偏置二極管,因此沒有電流從基極電路流到集電極電路。 要讓電路正常工作,當(dāng)然,加在基極電路和集電極電路的電壓極性必須正確(基極電路加正向偏
24、置電壓,集電極電源的連接要保證公共端(發(fā)射極)的極性與兩個(gè)電壓源的極性相同)。這也就是說電壓極性必須和晶體管的類型相匹配。在上述的PNP型晶體管中,發(fā)射極電壓必須為正。 因此,基極和集電極相對(duì)于發(fā)射極的極性為負(fù)。PNP 型晶體管的符號(hào)在發(fā)射極上有一個(gè)指示電流方向的箭頭,總是指向基極。(在PNP型晶體管中,“P”代表正) 。P1U2B Transistors 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文B 晶體管晶體管P1U2B Transistors 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文B 晶體管晶體管 在NPN型晶體管中,工作原理完全相同,但是兩個(gè)電源的極性正好相反(圖1-2B-4)。也就是說,發(fā)射極相對(duì)于基極和集電極來說極性總是負(fù)的(在NPN型晶體管中,“N”代表負(fù))。這一點(diǎn)也可以從NPN型晶體管符號(hào)中發(fā)射極上相反方向的箭頭看出來,即,電流從基極流出。 雖然現(xiàn)在生產(chǎn)的晶體管有上千種不同的型號(hào),但晶體管各種外殼形狀的數(shù)量相對(duì)有限,并盡量用一種簡(jiǎn)單碼TO(晶體管外形)后跟一個(gè)數(shù)字為統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 N N P 圖1-2B-4 NPN 晶體管電路P1U2B Transistors 第一部分第二單元課文第一部分第二單元課文B 晶體管晶體管 TO1是一種最早的晶體管外殼即一個(gè)在底部帶有三個(gè)引腳的圓柱體“外罩”,這三個(gè)引腳在底部形
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