模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第4版） 課件 第7、8章 集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用、直流穩(wěn)壓電源

第七章模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版)集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材01通用集成運(yùn)算放大器的基本特點(diǎn)通用集成運(yùn)算放大器的基本特點(diǎn)集成電路及其特點(diǎn)1.集成電路的特點(diǎn)(1)由于制造工藝和集成化的限制，不適于制造容量大的電容和電感，因此，集成電路內(nèi)部放大電路通常采用直接耦合方式。(2)集成電路的工藝不適于大阻值電阻的制造，因此，常采用晶體管構(gòu)成的恒流源電路提供偏置電流。(3)電路元器件匹配。通用集成運(yùn)算放大器的基本特點(diǎn)集成電路及其特點(diǎn)1.集成電路的特點(diǎn)(4)在集成電路內(nèi)部，縱向NPN管的β較大，而橫向PNP管的β值很小，但PN結(jié)耐壓高，因此，設(shè)計(jì)中常常利用這一特點(diǎn)，將縱向NPN管和橫向PNP管接成復(fù)合組態(tài)，形成性能優(yōu)良的各種放大電路。通用集成運(yùn)算放大器的基本特點(diǎn)集成電路及其特點(diǎn)2.集成電路的分類集成電路的種類很多，按照實(shí)現(xiàn)的功能不同，一般將集成電路分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路兩大類：數(shù)字集成電路主要用于產(chǎn)生和處理各種數(shù)字信號；模擬集成電路主要完成對模擬信號的采集、放大、比較、變換等功能，用來產(chǎn)生、放大和處理各種模擬信號或進(jìn)行模擬信號和數(shù)字信號之間的相互轉(zhuǎn)換。通用集成運(yùn)算放大器的基本特點(diǎn)集成電路及其特點(diǎn)3.集成運(yùn)算放大器的發(fā)展(1)通用型集成運(yùn)放；(2)專用型集成運(yùn)放；通用集成運(yùn)算放大器的基本特點(diǎn)集成運(yùn)算放大器的組成1.集成運(yùn)放的電路符號和封裝；2.集成運(yùn)放的組成框圖；02雙極型通用集成運(yùn)算放大器雙極型通用集成運(yùn)算放大器電路基本結(jié)構(gòu)概述圖7-4所示電路為741運(yùn)放的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)。為便于分析，將電路分為幾個(gè)基本的部分，并對其逐一進(jìn)行分析。和大多數(shù)運(yùn)放電路一樣，741運(yùn)放也由三級電路組成：差動放大輸入級電路、增益級電路和輸出級電路。圖中將提供運(yùn)放基準(zhǔn)偏置電流的偏置電路單獨(dú)分開。雙極型通用集成運(yùn)算放大器電路基本結(jié)構(gòu)概述雙極型通用集成運(yùn)算放大器電路基本結(jié)構(gòu)概述1.輸入級差動放大電路；2.增益級；3.輸出級；雙極型通用集成運(yùn)算放大器直流偏置分析1.偏置電路和輸入級電路雙極型通用集成運(yùn)算放大器直流偏置分析2.增益級圖7-9所示為基準(zhǔn)偏置電路和增益級電路部分。雙極型通用集成運(yùn)算放大器直流偏置分析3.輸出級電路圖7-10所示為741運(yùn)放基本的輸出級電路。雙極型通用集成運(yùn)算放大器直流偏置分析4.保護(hù)電路雙極型通用集成運(yùn)算放大器交流小信號分析1.輸入級；2.增益級；3.總增益；4.輸出電阻；03CMOS集成運(yùn)算放大器CMOS集成運(yùn)算放大器5G14573CMOS集成運(yùn)算放大器1.5G14573CMOS運(yùn)放電路結(jié)構(gòu)；2.直流分析；3.小信號交流分析；CMOS集成運(yùn)算放大器5G14573CMOS集成運(yùn)算放大器CMOS集成運(yùn)算放大器三級CMOS運(yùn)算放大器圖7-19所示為三級CMOS運(yùn)算放大器電路。CMOS集成運(yùn)算放大器三級CMOS運(yùn)算放大器1.直流分析；2.交流分析；CMOS集成運(yùn)算放大器折疊式共源-共柵CMOS運(yùn)算放大器電路1.折疊式共源-共柵電路；2.CMOS折疊式共源-共柵放大器電路；(1)直流分析(2)交流分析04集成運(yùn)算放大器的特性參數(shù)集成運(yùn)算放大器的特性參數(shù)折疊式共源-共柵CMOS運(yùn)算放大器電路1.輸入特性參數(shù)輸入特性參數(shù)主要是用于評價(jià)集成運(yùn)放的輸入失調(diào)特性的參數(shù)。2.增益特性參數(shù)3.輸出特性參數(shù)(1)輸出電阻R；(2)輸出峰-峰電壓；4.電源特性參數(shù)集成運(yùn)算放大器的特性參數(shù)折疊式共源-共柵CMOS運(yùn)算放大器電路5.頻率特性參數(shù)(1)開環(huán)帶寬BW(2)單位增益帶寬BG(3)轉(zhuǎn)換速率Sn(壓擺率)集成運(yùn)算放大器的特性參數(shù)折疊式共源-共柵CMOS運(yùn)算放大器電路05理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器1.運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性；2.運(yùn)放的理想?yún)?shù)；3.理想運(yùn)放的等效模型和分析方法；理想運(yùn)算放大器4.運(yùn)放構(gòu)成的兩種基本負(fù)反饋電路(1)反相放大器；(2)同相放大器；5.運(yùn)算放大器的誤差分析06集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用加法運(yùn)算電路1.反相加法運(yùn)算電路集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用加法運(yùn)算電路2.同相加法運(yùn)算電路集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用差動放大器差動放大器可以實(shí)現(xiàn)輸出電壓與輸入電壓的減法運(yùn)算，基本電路結(jié)構(gòu)如圖7-34所示。集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用測量放大器針對差動放大器很難同時(shí)獲得較高的輸入阻抗和較高增益的問題，一種解決方法是在信號源和相應(yīng)的輸入端之間接入電壓跟隨器。集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用積分器1.反相積分器；2.實(shí)際應(yīng)用的積分器；集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用微分器1.反相微分器；2.實(shí)際應(yīng)用的微分器；07集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用對數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路1.對數(shù)運(yùn)算電路；2.指數(shù)運(yùn)算電路；集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用波形變換電路1.檢波與絕對值電路(1)檢波電路；(2)絕對值電路；集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用對數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路2.限幅電路(1)串聯(lián)限幅電路；(2)并聯(lián)限幅電路；(3)穩(wěn)壓管雙向限幅電路；08集成運(yùn)算放大器的其他應(yīng)用簡介集成運(yùn)算放大器的其他應(yīng)用簡介電壓比較器1.理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)(1)理想運(yùn)放的開關(guān)特性；(2)理想運(yùn)放的輸入電流等于零；(3)電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)；集成運(yùn)算放大器的其他應(yīng)用簡介電壓比較器2.簡單電壓比較器(1)反相電壓比較器；(2)過零比較器；3.遲滯電壓比較器集成運(yùn)算放大器的其他應(yīng)用簡介有源濾波器1.有源低通濾波器(1)一階有源低通濾波器；(2)二階有源低通濾波器；2.有源高通濾波器(1)一階有源高通濾波器；(2)二階有源高通濾波器；集成運(yùn)算放大器的其他應(yīng)用簡介波形發(fā)生器1.文氏電橋正弦信號發(fā)生器2.非正弦信號發(fā)生器(1)矩形波發(fā)生器；(2)三角波發(fā)生器和鋸齒波發(fā)生器；感謝觀看模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版)“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材第八章模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第4版)直流穩(wěn)壓電源“十二五”普通高等教育本科國家級規(guī)劃教材01直流穩(wěn)壓電源的組成直流穩(wěn)壓電源的組成一般小功率(1kW以下)直流穩(wěn)壓電源的組成如圖8-1所示，它由以下四個(gè)部分組成。直流穩(wěn)壓電源的組成電源變壓器：電網(wǎng)提供50Hz,220V(或380V)的交流電壓。在一般情況下，電子設(shè)備所需的直流電壓的數(shù)值與電網(wǎng)電壓的有效值相差較大，因此需要通過電源變壓器降壓后，再對交流信號進(jìn)行處理。直流穩(wěn)壓電源的組成整流電路：整流電路將正負(fù)交替的正弦交流電壓轉(zhuǎn)換為單一方向的脈動電壓，但是這種脈動的電壓含有很大的交流分量，與穩(wěn)定的直流電壓相差還很遠(yuǎn)。直流穩(wěn)壓電源的組成濾波電路：濾波電路利用儲能元件濾掉單向脈動電壓中的脈動成分，輸出較為平滑的直流電壓。對于穩(wěn)定性要求不高的電子電路，整流、濾波后的直流電壓可以直接作為供電電壓源。但是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動或者負(fù)載變化時(shí)，濾波器輸出的直流電壓的幅值也會隨之變化，在要求穩(wěn)定性較高的電子設(shè)備中，這種情況是不符合要求的。直流穩(wěn)壓電源的組成穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的作用是使輸出的直流電壓在電網(wǎng)電壓波動或負(fù)載發(fā)生變化時(shí)能保持穩(wěn)定，并具有足夠高的穩(wěn)定度。02整流電路整流電路整流電路的作用是將正弦交流電壓轉(zhuǎn)換為單向脈動電壓。利用二極管的單向?qū)щ娦钥梢詫?shí)現(xiàn)這一功能，因此二極管是構(gòu)成整流電路的關(guān)鍵元件。在小功率直流電源中，常用的整流電路有單相半波、單相橋式和倍壓整流電路等。整流電路1.單相半波整流電路2.單相橋式整流電路(1)輸出直流電壓(輸出電壓平均值)UO(AV)(2)二極管正向平均電流ID(AV)(3)整流輸出電壓的脈動系數(shù)S(4)二極管承受的最大反向電壓UR整流電路整流電路03濾波電路濾波電路電容濾波電路在整流電路的輸出端即負(fù)載電阻兩端并聯(lián)一個(gè)電容即可構(gòu)成電容濾波電路，如圖8-6所示。濾波電路電容濾波電路1.濾波原理濾波電路電容濾波電路2.整流管的導(dǎo)通角及濾波電容的選擇濾波電路3.輸出電壓平均值Uo(Avj及脈動系數(shù)S電容濾波電路濾波電路4.輸出特性(外特性)電容濾波電路濾波電路電感濾波電路電容濾波電路具有結(jié)構(gòu)簡單、直流輸出電壓高、紋波小等優(yōu)點(diǎn)。但是在大電流負(fù)載情況下，整流二極管的沖激電流很大，而且如果負(fù)載電阻R,很小，則勢必要求電容器的容量很大，這就使得整流管和電容器的選擇很不經(jīng)濟(jì)，甚至難于實(shí)現(xiàn)。濾波電路電感濾波電路濾波電路電感濾波電路電感濾波的優(yōu)點(diǎn)是整流管的導(dǎo)通角大(0=xm),峰值電流小，輸出電壓受負(fù)載電流的影響較小(外特性硬)。缺點(diǎn)是輸出直流電壓低，鐵心線圈的體積大、笨重，容易引起電磁干擾。電感濾波一般適用于低電壓、大電流的場合。濾波電路為了進(jìn)一步改善濾波效果，可以采用復(fù)式濾波電路。復(fù)式濾波電路的基本元件仍然是電容和電感，利用它們對直流量和交流量呈現(xiàn)不同阻抗的特點(diǎn)，將之合理地接入電路就可以達(dá)到濾波的目的復(fù)式濾波電路濾波電路復(fù)式濾波電路濾波電路電容濾波電路不同的濾波電路具有不同的特點(diǎn)和適用場合，現(xiàn)將各種濾波電路的性能列于表8-2中，以便讀者進(jìn)行比較。濾波電路電容濾波電路04倍壓整流電路倍壓整流電路利用電容的儲能作用以及二極管的整流、引導(dǎo)作用，將較低的直流電壓分別存儲在多個(gè)電容器上，從而獲得幾倍于變壓器副邊電壓的輸出電壓，稱為倍壓整流電路。倍壓整流電路1.二倍壓整流電路倍壓整流電路2.多倍壓整流電路倍壓整流電路電感濾波電路電感濾波的優(yōu)點(diǎn)是整流管的導(dǎo)通角大(0=xm),峰值電流小，輸出電壓受負(fù)載電流的影響較小(外特性硬)。缺點(diǎn)是輸出直流電壓低，鐵心線圈的體積大、笨重，容易引起電磁干擾。電感濾波一般適用于低電壓、大電流的場合。05線性穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路所謂線性穩(wěn)壓電路，是指調(diào)整管工作在線性放大區(qū)的穩(wěn)壓電路；而開關(guān)型穩(wěn)壓電路中調(diào)整管工作在開、關(guān)兩種狀態(tài)。線性穩(wěn)壓器具有穩(wěn)定性好、輸出電壓紋波小、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，適合在穩(wěn)定性要求較高或小功率的場合下使用，如無線電設(shè)備、測量儀器、醫(yī)療器械等。線性穩(wěn)壓電路1.穩(wěn)壓系數(shù)SV;2.輸出電阻RO;3.溫度系數(shù)ST;4.紋波電壓。穩(wěn)壓電路的質(zhì)量指標(biāo)線性穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路有串聯(lián)型和并聯(lián)型兩種。串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路是在輸入電壓和負(fù)載之間串聯(lián)一個(gè)調(diào)整管，所以叫做串聯(lián)型穩(wěn)壓電路，是目前使用最多的線性穩(wěn)壓電路。串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路三端集成穩(wěn)壓器按照性能和用途不同，可以分成兩大類，一類輸出電壓是固定的，稱為固定輸出三端穩(wěn)壓器；另一類輸出電壓是可調(diào)的，稱為可調(diào)輸出三端穩(wěn)壓器。其基本原理相同，均采用串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。集成線性穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路線性穩(wěn)壓電路有串聯(lián)型和并聯(lián)型兩