《電子技術(shù)初步(模擬電路)》教學(xué)演示第3章課件

1、電子技術(shù)初步（模擬電路）第3章 集成運(yùn)算放大電路課程描述： 集成運(yùn)放實(shí)質(zhì)是一個(gè)高增益的多級(jí)直接耦合放大電路，用集成運(yùn)放外加反饋網(wǎng)絡(luò)可構(gòu)成各種運(yùn)算電路，常見的有比例運(yùn)算、加法、減法、和微積分電路。集成運(yùn)放還可對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，包括信號(hào)的濾波，信號(hào)幅度的比較與選擇，信號(hào)的采樣與保持等。本章對(duì)以上電路分別進(jìn)行了描述。 第3章 集成運(yùn)算放大電路 知識(shí)點(diǎn)及技能點(diǎn) 了解差分放大電路的組成 了解理想集成運(yùn)算放大電路的特性 掌握信號(hào)運(yùn)算電路 熟悉信號(hào)處理電路 掌握導(dǎo)線的加工工藝 3.1 簡(jiǎn)介 3.2 信號(hào)運(yùn)算電路 3.3 信號(hào)處理電路3.4 綜合技能實(shí)訓(xùn)（2） 重點(diǎn)和難點(diǎn)討論 本章小結(jié)作業(yè)及練習(xí)主要內(nèi)容3.1

2、簡(jiǎn)介 3.1.1 差分放大電路1基本差分式放大電路的工作原理圖3-l所示是基本的差分放大器，它由兩個(gè)完全相同的單管放大器組成。差分放大器抑制零點(diǎn)漂移的基本原理：兩管的漂移信號(hào)（Uc1、Uc2）在輸出端恰能互相抵消，使得輸出端不出現(xiàn)零點(diǎn)漂移，從而使零漂受到了抑制。 圖3-l 基本差分式放大電路 3.1.1 差分放大電路2. 共模信號(hào)與差模信號(hào) 共模輸入信號(hào)常用Uic來表示，差模輸入信號(hào)常用Uid來表示，差動(dòng)放大器兩種輸入方式如圖3-2所示。 （a） （b）圖3-2 差分放大器的輸入方式（a）共模輸入 （b）差模輸入 3.1.1 差分放大電路差模電壓放大倍數(shù)為輸入電阻為 輸出電阻為 3共模抑制比共

3、模抑制比KCMRR的定義為 3.1.2集成運(yùn)算放大電路 1集成運(yùn)放的組成及其符號(hào) 集成運(yùn)放電路基本框圖如圖3-3表示。 圖3-3集成運(yùn)算放大器內(nèi)部組成原理框圖 3.1.2集成運(yùn)算放大電路2集成運(yùn)放的主要參數(shù)（1）輸入失調(diào)電壓UOS（2）輸入失調(diào)電流IOS (3）輸入偏置電流IB (4）開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud (5）共模抑制比KCMRR (6）最大共模輸入電壓Uicmax (7）最大差模輸入電壓Uidmax (8) 差模輸入電阻rid (9) 開環(huán)輸出電阻ro 3.1.2集成運(yùn)算放大電路3理想集成運(yùn)放的特性 理想運(yùn)算放大器的符號(hào)如圖3-4所示。 理想集成運(yùn)放具有以下的重要特性，即（1）開環(huán)差

4、模電壓放大倍數(shù)Aud；（2）差模輸入電阻rid；（3）輸出電阻ro0；（4）共模抑制比KCMRR；（5）輸入偏置電流IB1=IB2=0； （6）沒有失調(diào)現(xiàn)象，即當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出信號(hào)也為零。 3.1.2集成運(yùn)算放大電路4.理想運(yùn)放在線性應(yīng)用時(shí)的兩個(gè)重要概念（1）“虛短”的概念（2）“虛斷”的概念 圖 3-4 集成運(yùn)放的符號(hào) 3.2 信號(hào)運(yùn)算電路 3.2.1比例運(yùn)算1.反相輸入比例運(yùn)算電路反相輸入比例運(yùn)算電路是指信號(hào)由反相端輸入的運(yùn)算電路，如圖3-5所示。R2是平衡電阻，要求R2= R1/ Rf。 圖3-5 反相輸入比例運(yùn)算電路 3.2.1比例運(yùn)算反相比例運(yùn)算電路的電壓放大倍數(shù)Auf為 當(dāng)R

5、f=R1時(shí)， 反相輸入比例運(yùn)算電路的輸入電阻 反相比例運(yùn)算電路的輸出電阻 3.2.1比例運(yùn)算2同相輸入比例運(yùn)算電路同相輸入比例運(yùn)算電路是指信號(hào)由同相端輸入的電路，圖3-6所示。R2為平衡電阻，應(yīng)滿足R2=R1Rf。 圖3-6 同相輸入比例運(yùn)算電路 3.2.1比例運(yùn)算電壓放大倍數(shù) 在圖3-6中如果把Rf短路(Rf=0)，把R1斷開(R1)，則 該電路稱為電壓跟隨器，如圖3-7所示。 輸入電阻為 輸出電阻為 圖3-7電壓跟隨器 3.2.2 加法運(yùn)算 圖3-5所示的反相輸入放大器中再增加幾個(gè)支路便組成反相加法運(yùn)算電路，如圖3-7所示。 電路輸出電壓Uo與輸入電壓Ui1、Ui2和 Ui3的函數(shù)關(guān)系為在

6、圖3-8中，如果Rf =R1 = R2 =R3 ，則 圖3-8 反相加法運(yùn)算電路 3.2.3減法運(yùn)算 圖3-10所示為減法運(yùn)算電路。 電路輸出電壓Uo與輸入電壓Ui1、Ui2和 Ui3的函數(shù)關(guān)系為 若取 ，可得 當(dāng)R1= Rf時(shí) 輸出電壓等于兩個(gè)輸入電壓之差。 圖3-10 減法電路 3.2.4積分微分運(yùn)算 1積分運(yùn)算積分運(yùn)算電路如圖3-11所示。根據(jù)“虛短”和“虛斷”的概念，可得電容電流 假設(shè)電容的初始電壓為零，則 圖3-11 積分運(yùn)算電路 3.2.4積分微分運(yùn)算2.微分運(yùn)算微分（運(yùn)算）電路，如圖3-12所示。微分電路也稱微分器。 根據(jù)“虛短”和“虛斷”的概念，U=0，Ii=0，所以Ic=If

7、。假設(shè)電容的初始電壓為零，則 圖3-12 微分運(yùn)算電路 3.3 信號(hào)處理電路 3.3.1有源濾波電路1濾波電路的分類及幅頻特性濾波分為低通濾波、高通濾波、帶通濾波、帶阻濾波等四類。它們的幅頻特性如圖3-13所示；另外濾波還可分為無源濾波和有源濾波。 濾波電路的理想特性是：（1）通帶范圍內(nèi)信號(hào)無衰減地通過，阻帶范圍內(nèi)無信號(hào)輸出;（2）通帶與阻帶之間的過渡帶為零。 3.3.1有源濾波電路（a） （b） （c） （d） 圖3-13濾波電路的幅頻特性（a）低通濾波（b）高通濾波（c）帶通濾波（d）帶阻濾波 3.3.1有源濾波電路2無源濾波電路 圖3-14所示的RC網(wǎng)絡(luò)為無源濾波電路。無源濾波電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)

8、單，但有很多缺點(diǎn)： （1）由于R及C上有信號(hào)壓降，使輸出信號(hào)幅值下降； （2）帶負(fù)載能力差，當(dāng)RL變化時(shí)，輸出信號(hào)的幅值將隨之改變，濾波特性也隨之變化；（3）過渡帶較寬，幅頻特性不理想。 圖3-14無源濾波電路 3.3.1有源濾波電路3有源濾波電路（1）有源低通濾波電路圖3-15（a）為一階有源低通濾波電路，圖3-15（b）為二階有源低通濾波電路。 （a） （b）圖3-15有源低通濾波電路（a）一階（b）二階 3.3.1有源濾波電路（2）有源高通濾波電路一階有源高通濾波電路,如圖3-16（a）所示。 將圖3-15（a）中R和C的位置調(diào)換即可得到二階有源高通濾波器，如圖3-16（b）所示。采用二

9、階高通濾波器可以克服一階高通濾波器過渡帶較寬而導(dǎo)致的濾波性能較差的缺點(diǎn)。 （a） （b）圖3-16有源高通濾波電路 3.3.2電壓比較器 1.單限電壓比較器圖3-17(a)所示電路為簡(jiǎn)單的單限電壓比較器。根據(jù)電路的輸出我們可以判斷輸入信號(hào)是比參考電壓高還是低：其傳輸特性如圖3-17（b）所示。 若圖3-17中，UR=0V，則輸入電壓每次過零變化時(shí)，輸出電壓就會(huì)發(fā)生一次跳變，這時(shí)的比較器稱為過零比較器。過零比較器可做用波形變換器，將任意波形變化成矩形波，如圖3-18所示。 3.3.2電壓比較器（a） （b）圖3-17簡(jiǎn)單的電壓比較器 （a）電路圖 （b）傳輸特性 圖3-18過零比較器波形圖 3.

10、3.2電壓比較器2.遲滯電壓比較器遲滯電壓比較器，如圖3-19（a）所示。根據(jù)疊加原理有 當(dāng)輸出電壓為Uom時(shí)，同相端電壓U+的上門限值為 輸出輸出電壓為UoL時(shí)，同相端電壓U+的下門限值為 3.3.2電壓比較器其輸入-輸出特性如圖3-19（b）所示。高門限電壓和低門限電壓之差叫遲滯寬度或遲滯回差電壓，用UT表示，即 （a） （b）圖3-19遲滯電壓比較器 （a）電路圖（b）傳輸特性 3.3.3精密整流電路 1.精密半波整流電路精密半波整流電路如圖3-20（a）所示。當(dāng)Ui為正半周時(shí)， Uo=0。當(dāng)Ui為負(fù)半周時(shí)， 電壓傳輸特性曲線如圖3-20（b）所示。輸入、輸出波形如圖3-20（c）所示。

11、 3.3.3精密整流電路（a） （b） （c）圖3-20 精密半波整流電路（a）半波整流電路（b）傳輸特性（c）輸出波形 3.3.3精密整流電路2.精密全波整流電路全波線性整流電路，如圖3-21所示。 圖3-21 全波線性整流電路 3.3.3精密整流電路由圖3-21可得輸出電壓為 當(dāng)輸入信號(hào)Ui為正半周時(shí)， 當(dāng)Ui為負(fù)半周時(shí)， 全波線性整流電路的輸入、輸出波形如圖3-22所示。 圖3-22 全波線性整流電路輸入、輸出波形 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2） 課題：導(dǎo)線及其加工工藝1.導(dǎo)線的選擇（1）導(dǎo)線的溫升（2）電壓損失（3）經(jīng)濟(jì)條件 2.導(dǎo)線的剖削 剖剝方法通常有單層剖削、分段剖削和斜剖削三種，如圖

12、3-23所示。 （a） （b） （c） 3-23 導(dǎo)線絕緣層的剖削（a）單層剖削（b）分段剖削圖（c）斜剖削 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）（1）.單股導(dǎo)線的剖削用電工刀剖削，如圖3-24所示。 （a） （b）3-24 用電工刀剖削示意圖（a）以45切入（b）刀面與導(dǎo)線保持25 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）（2）.多股導(dǎo)線的剖削1） 護(hù)套線的剖削（如圖3-25所示） 2）橡皮線的剖削 （a） （b）圖3-25 塑料護(hù)套線絕緣層的剖削（a）用刀尖劃開（b）剝?nèi)ソ^緣層 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）3.導(dǎo)線連接的方法（1）銅芯導(dǎo)線的連接 1）單股銅芯導(dǎo)線的直接連接絞接法絞接法適用于截面較小（6 mm2）的導(dǎo)線直接

13、連接。如圖3-26所示。纏卷法 纏卷法用于截面較大（10mm2）的導(dǎo)線的直接連接。如圖3-27所示。 2）單股銅芯導(dǎo)線的T形分支連接絞接法，如圖3-28所示。纏卷法，如圖3-29所示。 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）（a） （b） （c） 圖3-26 單股銅芯導(dǎo)線的絞接 圖3-27 單股銅芯導(dǎo)線的纏卷連接 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）（a） （b）圖3-28 銅芯導(dǎo)線的T形連接纏卷法 圖3-29銅芯導(dǎo)線T形連接絞接法 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）3）多股銅芯導(dǎo)線的直線連接以7股銅芯導(dǎo)線為例進(jìn)行討論，如圖3-30所示。 （a） （b） （c） （d） （e） （f） （g） （h） 圖3-30 插孔式接線樁的

14、連接 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）4）多股銅芯導(dǎo)線的T型分支連接，如圖3-31所示。 （a） （b） （c）圖3-31 多股銅芯導(dǎo)線的T型連接3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）5)接線樁頭的連接方法插孔式接線樁的連接方法，如圖3-32所示。 （a） （b） （c）圖3-32 插孔式接線樁的連接 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）平壓式接線樁頭的連接方法，如圖3-33所示。 圖3-34所示為銅接頭、銅接線端子裝接，可采用錫焊和壓接兩種方法。多股芯線與接線鼻的壓接方法如圖3-35所示。 （a） （b） （c）圖3-33 單根線頭與平壓式接線樁的連接 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）圖3-34銅接頭 （a） （b） 圖3-35 多

15、股芯線與接線鼻的壓接方法 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）（2）鋁芯導(dǎo)線的連接1）螺釘壓接法螺釘壓接法適用于負(fù)荷較小的單股鋁芯導(dǎo)線的連接，如圖3-36所示。 （a） （b） （c）圖3-36 單根鋁芯導(dǎo)線的螺釘壓接法連接 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2） 2）壓接管壓接法壓接管壓接法適用于較大負(fù)荷的多股鋁芯導(dǎo)線的直線連接，需要用壓接鉗和壓接管，如圖3-37所示。 （3）銅芯導(dǎo)線和鋁芯導(dǎo)線的連接在電流較小的低壓線路中的導(dǎo)線連接常用此種方法。（4）導(dǎo)線與設(shè)備元件的連接方法1）導(dǎo)線與設(shè)備元件針孔式接線端子的連接方法2）與設(shè)備元件螺釘平壓式接線端子的連接 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）（a） （b） （c） （d） （e）

16、圖 3-37 多股鋁芯線壓接管壓接法 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）4.導(dǎo)線連接的要求（1）導(dǎo)線連接的總體要求1）導(dǎo)線的連接必須符合國(guó)標(biāo)GB5025896、GB5017392所規(guī)范的電氣裝置安裝工程施工及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程的要求。2）必須學(xué)會(huì)使用剝線鉗、鋼絲鉗和電工刀剖削導(dǎo)線的絕緣層。3）導(dǎo)線的絕緣層破損及導(dǎo)線連接后必須恢復(fù)絕緣，恢復(fù)后的絕緣強(qiáng)度不應(yīng)低于原有絕緣層的強(qiáng)度 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）（2）導(dǎo)線與導(dǎo)線的連接要求1）熔焊連接2）使用壓板或其它專用夾具壓接3）采用套管、壓模等連接器件連接4）10KV及以下架空線路的單股和多股導(dǎo)線采用纏繞法連接5）在配線和架空線的的分支線路連接處，干線不應(yīng)受到支線的橫

17、向拉力。6）在架空線路中，不同材質(zhì)、不同規(guī)格、不同絞制方向的導(dǎo)線嚴(yán)禁在跨檔內(nèi)連接。 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）7）采用接續(xù)管連接的導(dǎo)線，連接后的握著力與原導(dǎo)線的保持計(jì)算拉斷力比8）導(dǎo)線連接后的電阻不得大于與接線長(zhǎng)度相同的長(zhǎng)度的導(dǎo)線電阻。9）穿在管內(nèi)的導(dǎo)線，絕緣必須完好無損，所有的接頭和分支路都應(yīng)在接線盒內(nèi)進(jìn)行。10）護(hù)套線的連接，應(yīng)采用接線盒、分線盒或或借用其它電器裝置的接線柱來連接接頭。11）銅芯導(dǎo)線采用絞接或纏繞法連接，必須先對(duì)其搪錫或鍍錫處理后再進(jìn)行連接，連接后再進(jìn)行蘸錫處理。12）導(dǎo)線連接后都應(yīng)將毛刺和不妥之處修理合適并符合要求。 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）（3）導(dǎo)線與設(shè)備元件的連接要求1

18、）在針孔式接線端子上連接2）在螺釘平壓式接線端子上連接3）所有導(dǎo)線的連接必須牢固，不得松動(dòng)。（4）電纜的連接要求1）保證密封。2）保證絕緣強(qiáng)度。3）保證電氣距離，避免短路或擊穿。4）保證導(dǎo)體接觸良好，接觸電阻要小而穩(wěn)定，并有一定的機(jī)械強(qiáng)度。 3.4綜合技能實(shí)訓(xùn)（2）5.導(dǎo)線絕緣層的恢復(fù)（1）絕緣帶的包纏如圖3-38所示。（2）注意事項(xiàng) 6. 導(dǎo)線的焊接（1）烙鐵錫焊（2）蘸錫焊接（3）澆焊 （a） （c） （b） （d） 圖3-38 絕緣帶的包纏 重點(diǎn)和難點(diǎn) 差分放大電路的工作原理信號(hào)運(yùn)算電路 信號(hào)處理電路 導(dǎo)線的加工工藝 差分放大電路是如何抑制零漂得？什么是虛短和虛斷？ 比例運(yùn)算電路、加法運(yùn)算電路、減法運(yùn)算電路、微積分運(yùn)算電路各有什么樣的特點(diǎn)？ 信號(hào)處理電路有哪幾種？各有何特點(diǎn)？ 導(dǎo)線的加工工藝包括什么？如何進(jìn)行導(dǎo)線的剖削、連接和絕緣層的恢復(fù)？討論本章小結(jié)1集成運(yùn)算放大器的輸入級(jí)多采用差分式放大電路，該電路對(duì)兩個(gè)輸入信號(hào)之差進(jìn)行放大，在電路性能方面有許多優(yōu)點(diǎn)。2加法、減法電路是在反相比例運(yùn)算電路和同相比例運(yùn)算電路基礎(chǔ)上形成的，積分微分電路也是基本的運(yùn)算電路。3有源濾波器通常由無源RC電路和集成運(yùn)放組成。因?yàn)橛性礊V波器中的集成運(yùn)放工作在線性區(qū)，所以能夠利用“虛短”、“虛斷”等概念