輪機員培訓教案--電子器件及電路.ppt

電子器件及電路,天津理工大學海運學院 2013.4,一、半導體、PN結的概念,1.半導體的導電特性：,(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。,摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質(zhì)，導電 能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導 體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。,光敏性：當受到光照時，導電能力明顯變化 (可做 成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極 管、光敏三極管等)。,熱敏性：當環(huán)境溫度升高時，導電能力顯著增強,本征半導體,完全純凈的、具有晶體結構的半導體，稱為本征半導體。,晶體中原子的排列方式,硅單晶中的共價健結構,共價健,共價鍵中的兩個電子，稱為價電子。,價電子,價電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵中留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。,本征半導體的導電機理,這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。,空穴,溫度愈高，晶體中產(chǎn)生的自由電子便愈多。,自由電子,在外電場的作用下，空穴吸引相鄰原子的價電子來填補，而在該原子中出現(xiàn)一個空穴，其結果相當于空穴的運動（相當于正電荷的移動）。,本征半導體的導電機理,當半導體兩端加上外電壓時，在半導體中將出現(xiàn)兩部分電流 (1)自由電子作定向運動 電子電流 (2)價電子遞補空穴 空穴電流,注意： (1) 本征半導體中載流子數(shù)目極少, 其導電性能很差； (2) 溫度愈高， 載流子的數(shù)目愈多,半導體的導電性能也就愈好。所以，溫度對半導體器件性能影響很大。,自由電子和空穴都稱為載流子。 自由電子和空穴成對地產(chǎn)生的同時，又不斷復合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復合達到動態(tài)平衡，半導體中載流子便維持一定的數(shù)目。,N型半導體,摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為電子半導體或N型半導體。,摻入五價元素,多余電子,磷原子,在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮?失去一個電子變?yōu)檎x子,在本征半導體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,形成雜質(zhì)半導體。,在N 型半導體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。,動畫,P 型半導體,摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導電成為這種半導體的主要導電方式，稱為空穴半導體或 P型半導體。,摻入三價元素,在 P 型半導體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。,硼原子,接受一個電子變?yōu)樨撾x子,空穴,無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。,2. PN結的單向?qū)щ娦?PN結的形成,多子的擴散運動,少子的漂移運動,濃度差,P 型半導體,N 型半導體,內(nèi)電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。,擴散的結果使空間電荷區(qū)變寬。,空間電荷區(qū)也稱 PN 結,擴散和漂移這一對相反的運動最終達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。,動畫,形成空間電荷區(qū),PN結的單向?qū)щ娦?1. PN 結加正向電壓（正向偏置）,PN 結變窄,P接正、N接負,IF,內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。,PN 結加正向電壓時，PN結變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結處于導通狀態(tài)。,動畫,2. PN 結加反向電壓（反向偏置）,P接負、N接正,動畫,PN 結變寬,2. PN 結加反向電壓（反向偏置）,內(nèi)電場被加強，少子的漂移加強，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。,IR,P接負、N接正,溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。,動畫,PN 結加反向電壓時，PN結變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結處于截止狀態(tài)。,二、二極管的基本特性,1.二極管的構成與伏安特性,(a) 點接觸型,(b)面接觸型,結面積小、結電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。,結面積大、正向電流大、結電容大，用于工頻大電流整流電路。,(c) 平面型 用于集成電路制作工藝中。PN結結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。,半導體二極管的結構和符號,二極管的結構示意圖,伏安特性,硅管0.5V,鍺管0.1V。,反向擊穿 電壓U(BR),導通壓降,外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導通。,外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?正向特性,反向特性,特點：非線性,硅0.60.8V鍺0.20.3V,死區(qū)電壓,反向電流 在一定電壓 范圍內(nèi)保持 常數(shù)。,2.二極管的主要參數(shù),1. 正向平均電流 IF,二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。,2. 反向工作峰值電壓URWM,是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。,3. 反向峰值電流IRM,指二極管加最高反向工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，IRM受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。,3.二極管的選用,1. 二極管的反向峰值電壓是實際峰值的兩倍，標稱的額定電壓是反向峰值電壓的80%。,2. 恢復時間在5us以上的稱整理二極管，也就是普通二極管。,三、穩(wěn)壓二極管,1. 符號,UZ,IZ,IZM, UZ, IZ,2. 伏安特性,穩(wěn)壓管正常工作時加反向電壓,使用時要加限流電阻,穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。,3. 主要參數(shù),(1) 穩(wěn)定電壓UZ 穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時管子兩端的電壓。,(2) 穩(wěn)定電流 IZ 、最大穩(wěn)定電流 IZMax,(3) 最大允許耗散功率 PZM = UZ IZMax,四、使用萬用表進行二極管性能測量與極性判斷,1. 單相半波整流電路,2. 工作原理,u 正半周，VaVb， 二極管D導通；,3. 工作波形,u 負半周，Va Vb， 二極管D 截止 。,1. 電路結構,五、單相整流電路,4. 參數(shù)計算,(1) 整流電壓平均值 Uo,(2) 整流電流平均值 Io,(3) 流過每管電流平均值 ID,(4) 每管承受的最高反向電壓 UDRM,(5) 變壓器副邊電流有效值 I,5. 整流二極管的選擇,平均電流 ID 與最高反向電壓 UDRM 是選擇整流二極管的主要依據(jù)。,選管時應滿足： IOM ID ， URWM UDRM,2. 單相橋式全波整流電路,2. 工作原理,u 正半周，VaVb，二極管 D1、 D3 導通， D2、 D4 截止 。,3. 工作波形,uD2uD4,1. 電路結構,動畫,單相橋式全波整流電路工作原理,當 u20 時，二極管 D1、D3 導通。,返回,單相橋式全波整流電路工作原理,當 u20 時，二極管 D2、D4 導通。,返回,單相橋式全波整流電路輸出電壓波形,單相橋式整流電路輸出電壓平均值,單相橋式全波整流電路輸出電流平均值,返回,單相橋式全波整流電路二極管上承受的最高反向電壓：,單相橋式全波整流電路中二極管的平均電流和輸出電流：,返回,參數(shù)計算,(1) 整流電壓平均值 Uo,(2) 整流電流平均值 Io,(3) 流過每管電流平均值 ID,(4) 每管承受的最高反向電壓 UDRM,三相半波整流電路,六、三相整流電路,三相橋式整流電路,2. 工作原理,在每一瞬間 共陰極組中陽極電位最高的二極管導通； 共陽極組中陰極電位最低的二極管導通。,1. 電路,三相變壓器原繞組接成三角形，副繞組接成星形,3. 參數(shù)計算,(1) 整流電壓平均值 Uo,(2) 整流電流平均值 Io,(3) 流過每管電流平均值 ID,(4) 每管承受的最高反向電壓 UDRM,七、濾波與穩(wěn)壓電路,交流電壓經(jīng)整流電路整流后輸出的是脈動直流，其中既有直流成份又有交流成份。 濾波原理：濾波電路利用儲能元件電容兩端的電壓(或通過電感中的電流)不能突變的特性, 濾掉整流電路輸出電壓中的交流成份，保留其直流成份，達到平滑輸出電壓波形的目的。 方法：將電容與負載RL并聯(lián)(或?qū)㈦姼信c負載RL串聯(lián))。,2. 工作原理,u uC時，二極管導通，電源在給負載RL供電的同時也給電容充電， uC 增加，uo= uC 。,u uC時，二極管截止，電容通過負載RL 放電，uC按指數(shù)規(guī)律下降， uo= uC 。,= uC,3. 工作波形,二極管承受的最高反向電壓為 。,電容濾波電路的特點,(T 電源電壓的周期),輸出電壓的脈動程度與平均值Uo與放電時間 常數(shù)RLC有關。,RLC 越大 電容器放電越慢 輸出電壓的平均值Uo 越大，波形越平滑。,近似估算?。?Uo = 1. 2 U ( 橋式、全波） Uo = 1. 0 U （半波）,當負載RL 開路時，UO ,為了得到比較平直的輸出電壓,電感電容濾波器,1. 電路結構,2. 濾波原理,對直流分量: XL=0 ，L相當于短路,電壓大部分降在RL上。對諧波分量: f 越高,XL越大,電壓大部分降在L上。因此,在負載上得到比較平滑的直流電壓。,當流過電感的電流發(fā)生變化時，線圈中產(chǎn)生自感電勢阻礙電流的變化,使負載電流和電壓的脈動減小。,LC濾波適合于電流較大、要求輸出電壓脈動較小的場合，用于高頻時更為合適。, 形濾波器, 形 LC 濾波器,濾波效果比LC濾波器更好，但二極管的沖擊電流較大。,比 形 LC 濾波器的體積小、成本低。, 形 RC 濾波器,R 愈大，C2愈大，濾波效果愈好。但R 大將使直流壓降增加，主要適用于負載電流較小而又要求輸出電壓脈動很小的場合。,直流穩(wěn)壓電源,穩(wěn)壓電路（穩(wěn)壓器）是為電路或負載提供穩(wěn)定的輸出電壓的一種電子設備。 穩(wěn)壓電路的輸出電壓大小基本上與電網(wǎng)電壓、負載及環(huán)境溫度的變化無關。理想的穩(wěn)壓器是輸出阻抗為零的恒壓源。實際上，它是內(nèi)阻很小的電壓源。其內(nèi)阻越小，穩(wěn)壓性能越好。 穩(wěn)壓電路是整個電子系統(tǒng)的一個組成部分，也可以是一個獨立的電子部件。,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,2. 工作原理,UO = UZ IR = IO + IZ,RL(IO) IR ,設UI一定，負載RL變化, UO (UZ ) , IZ,1. 電路,限流調(diào)壓,穩(wěn)壓電路,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,2. 工作原理,UO = UZ IR = IO + IZ,UI UZ ,設負載RL一定， UI 變化, IZ , IR ,1. 電路,集成穩(wěn)壓電源,單片集成穩(wěn)壓電源，具有體積小,可靠性高,使用靈活,價格低廉等優(yōu)點。 最簡單的集成穩(wěn)壓電源只有輸入，輸出和公共引出端,故稱之為三端集成穩(wěn)壓器。,1. 分類,XX兩位數(shù)字為輸出電壓值,（1. 25 37 V 連續(xù)可調(diào)）,2. 外形及引腳功能,W7800系列穩(wěn)壓器外形,W7900系列穩(wěn)壓器外形,塑料封裝,輸出為固定正電壓時的接法如圖所示。,(1) 輸出為固定電壓的電路,輸入與輸出之間的電壓不得低于3V！,三端固定輸出集成穩(wěn)壓器的應用,0.11F,1F,為了瞬時增減負載電流 時，不致引起輸出電壓 有較大的波動。即用來 改善負載的瞬態(tài)響應。,用來抵消輸入端接線 較長時的電感效應， 防止產(chǎn)生自激振蕩。 即用以改善波形。,(2)同時輸出正、負電壓的電路,八、晶體管,基本結構,基極,發(fā)射極,集電極,NPN型,符號：,NPN型三極管,PNP型三極管,基區(qū)：最薄， 摻雜濃度最低,發(fā)射區(qū)：摻 雜濃度最高,發(fā)射結,集電結,結構特點：,集電區(qū)： 面積最大,電流分配和放大原理,1. 三極管放大的外部條件,發(fā)射結正偏、集電結反偏,PNP 發(fā)射結正偏 VBVE 集電結反偏 VCVB,從電位的角度看： NPN 發(fā)射結正偏 VBVE 集電結反偏 VCVB,2. 各電極電流關系及電流放大作用,結論:,1）三電極電流關系 IE = IB + IC 2） IC IB ， IC IE 3） IC IB,把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。 實質(zhì):用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化，是CCCS器件。,3. 特性曲線,即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是管子內(nèi)部載流子運動的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。,為什么要研究特性曲線： 1）直觀地分析管子的工作狀態(tài) 2）合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設計性能良好的電路,重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線,發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端,共發(fā)射極電路,輸入回路,輸出回路,測量晶體管特性的實驗線路,1. 輸入特性,特點:非線性,死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。,正常工作時發(fā)射結電壓： NPN型硅管 UBE 0.60.7V PNP型鍺管 UBE 0.2 0.3V,2. 輸出特性,IB=0,20A,放大區(qū),輸出特性曲線通常分三個工作區(qū)：,(1) 放大區(qū),在放大區(qū)有 IC= IB ，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。,在放大區(qū)，發(fā)射結處于正向偏置、集電結處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。,（2）截止區(qū),IB 0 以下區(qū)域為截止區(qū)，有 IC 0 。,在截止區(qū)發(fā)射結處于反向偏置，集電結處于反向偏置，晶體管工作于截止狀態(tài)。,飽和區(qū),截止區(qū),（3）飽和區(qū),當UCE UBE時，晶體管工作于飽和狀態(tài)。 在飽和區(qū)，IB IC，發(fā)射結處于正向偏置，集電結也處于正偏。 深度飽和時， 硅管UCES 0.3V， 鍺管UCES 0.1V。,4. 主要參數(shù),1. 電流放大系數(shù)，,直流電流放大系數(shù),交流電流放大系數(shù),當晶體管接成發(fā)射極電路時，,表示晶體管特性的數(shù)據(jù)稱為晶體管的參數(shù)，晶體管的參數(shù)也是設計電路、選用晶體管的依據(jù)。,注意：,和 的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0 較小的情況下，兩者數(shù)值接近。,常用晶體管的 值在20 200之間。,例：在UCE= 6 V時， 在 Q1 點IB=40A, IC=1.5mA； 在 Q2 點IB=60 A, IC=2.3mA。,在以后的計算中，一般作近似處理： = 。,Q1,Q2,在 Q1 點，有,由 Q1 和Q2點，得,2.集-基極反向截止電流 ICBO,ICBO是由少數(shù)載流子的漂移運動所形成的電流，受溫度的影響大。 溫度ICBO,3.集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEO,ICEO受溫度的影響大。 溫度ICEO，所以IC也相應增加。三極管的溫度特性較差。,4. 集電極最大允許電流 ICM,5. 集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO,集電極電流 IC上升會導致三極管的值的下降，當值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為 ICM。,當集射極之間的電壓UCE 超過一定的數(shù)值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數(shù)值是25C、基極開路時的擊穿電壓U(BR) CEO。,6. 集電極最大允許耗散功耗PCM,PCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過大，溫升過高會燒壞三極管。 PC PCM =IC UCE,硅管允許結溫約為140C，鍺管約為7090C。,ICUCE=PCM,安全工作區(qū),由三個極限參數(shù)可畫出三極管的安全工作區(qū),九、基本放大電路,基本放大電路各元件作用,晶體管T-放大元件, iC= iB。要保證集電結反偏,發(fā)射結正偏,使晶體管工作在放大區(qū) 。,基極電源EB與基極電阻RB-使發(fā)射結 處于正偏，并提供大小適當?shù)幕鶚O電流。,共發(fā)射極基本電路,九、基本放大電路,基本放大電路各元件作用,集電極電源EC -為電路提供能量。并保證集電結反偏。,集電極電阻RC-將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸?耦合電容C1 、C2 -隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系，同時使信號順利輸入、輸出。,信號源,負載,共發(fā)射極基本電路,九、基本放大電路,單電源供電時常用的畫法,共發(fā)射極基本電路,15.2.1 用估算法確定靜態(tài)值,1. 直流通路估算 IB,根據(jù)電流放大作用,2. 由直流通路估算UCE、IC,當UBE UCC時，,由KVL: UCC = IB RB+ UBE,由KVL: UCC = IC RC+ UCE,所以 UCE = UCC IC RC,用圖解法確定靜態(tài)值,直流負載線斜率,直流負載線,由IB確定的那條輸出特性與直流負載線的交點就是Q點,O,放大電路的動態(tài)分析,動態(tài)分析圖解法,RL=,由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大電路的電壓放大倍數(shù)。,非線性失真,若Q設置過低，,晶體管進入截止區(qū)工作，造成截止失真。,適當增加基極電流可消除失真。,如果Q設置合適，信號幅值過大也可產(chǎn)生失真，減小信號幅值可消除失真。,15.3.2 非線性失真,如果Q設置不合適，晶體管進入截止區(qū)或飽和區(qū)工作，將造成非線性失真。,若Q設置過高，,動畫,晶體管進入飽和區(qū)工作，造成飽和失真。,適當減小基極電流可消除失真。,十、使用萬用表進行晶體管性能測量與極性判斷,1. 基本結構,晶閘管具有三個PN結。,(c) 結構,(a) 外形,晶閘管的外形、結構及符號,十一、晶閘管的結構、特性,晶閘管相當于PNP和NPN型兩個晶體管的組合,2. 工作原理,在極短時間內(nèi)使兩個三極管均飽和導通，此過程稱觸發(fā)導通。,形成正反饋過程,EA 0、EG 0,A,K,G,晶閘管導通后，去掉EG ， 依靠正反饋，仍可維持導通狀態(tài)。,2. 工作原理,EA 0、EG 0,G,晶閘管導通的條件：,(1)晶閘管陽極電路(陽極與陰極之間)施加正向電壓。 (2)晶閘管控制電路(控制極與陰極之間)加正向電壓或正向脈沖(正向觸發(fā)電壓)。,晶閘管導通后，控制極便失去作用。 依靠正反饋，晶閘管仍可維持導通狀態(tài)。,晶閘管關斷的條件：,(1)必須使可控硅陽極電流減小，直到正反饋效應不能維持。 (2)將陽極電源斷開或者在晶閘管的陽極和陰極間加反向電壓。,正向特性,反向特性,IG2 IG1 IG0,正向轉(zhuǎn)折電壓,反向轉(zhuǎn)折電壓,正向平均電流,維持電流,3. 伏安特性,4 . 主要參數(shù),(1)正向重復峰值電壓UDRM 晶閘管控制極開路且正向阻斷情況下,可以重復加在晶閘管兩端的正向峰值電壓。 一般UDRM 比正向轉(zhuǎn)折電壓UBO低100V 。,(2)反向重復峰值電壓URRM 晶閘管控制極開路時,可以重復加在晶閘管兩端的反向峰值電壓。 一般URRM 比反向轉(zhuǎn)折電壓|UBO|低100V 。,(3)正向平均電流 IF 環(huán)境溫度為40C及標準散熱條件下，晶閘管處于全導通時可以連續(xù)通過的工頻正弦半波電流的平均值。,如果正弦半波電流的最大值為Im, 則,普通晶閘管IF為1A 1000A。,(4)維持電流 IH 在規(guī)定的環(huán)境和控制極斷路時，晶閘管維持導通狀態(tài)所必須的最小電流。,2. 單相半控橋式整流電路,(1) 電路,(2) 工作原理,T1和D2承受正向 電壓。 T1控制極加觸發(fā)電壓, 則T1和D2導 通，電流的通路為,a,電壓u 為正半周時：,此時，T1和D2均承受反向電壓而截止。,十二、晶閘管的基本應用,T2和D1承受正向 電壓。 T2控制極加觸發(fā)電壓, 則T2和D1導 通，電流的通路為,電壓u 為負半周時：,b,此時，T1和D2均承受反向電壓而截止。,(3)工作波形,2,(4) 輸出電壓及電流的平均值,2. 三相橋式半控整流電路,2.工作原理,1. 電路,十三、使用萬用表進行晶閘管的極性判斷,1. 理想運算放大器,Auo ， rid ， ro 0 ， KCMR ,2. 電壓傳輸特性 uo= f (ui),線性區(qū)： uo = Auo(u+ u),非線性區(qū)： u+ u 時， uo = +Uo(sat) u+ u 時， uo = Uo(sat),線性區(qū),理想特性,實際特性,飽和區(qū),O,十四、集成運算放大器的主要參數(shù)及外特性,3. 理想運放工作在線性區(qū)的特點,因為 uo = Auo(u+ u ),所以(1) 差模輸入電壓約等于 0 即 u+= u ,稱“虛短”,(2) 輸入電流約等于 0 即 i+= i 0 ,稱“虛斷”,電壓傳輸特性,Auo越大，運放的 線性范圍越小，必 須加負反饋才能使 其工作于線性區(qū)。,O,理想運放工作在飽和區(qū)的特點,(1) 輸出只有兩種可能, +Uo(sat) 或Uo(sat),(2) i+= i 0,仍存在“虛斷”現(xiàn)象,電壓傳輸特性,當 u+ u 時， uo = + Uo(sat) u+ u 時， uo = Uo(sat) 不存在 “虛短”現(xiàn)象,主要參數(shù),1. 最大輸出電壓 UOPP 能使輸出和輸入保持不失真關系的最大輸出電壓。,2. 開環(huán)差模電壓增益 Auo 運放沒有接反饋電路時的差模電壓放大倍數(shù)。 Auo愈高，所構成的運算電路越穩(wěn)定，運算精度也越高。,6. 共模輸入電壓范圍 UICM 運放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。,愈小愈好,3. 輸入失調(diào)電壓 UIO 4. 輸入失調(diào)電流 IIO 5. 輸入偏置電流 IIB,十五、集成運算放大器的基本應用,1. 反相比例運算,（1）電路組成,以后如不加說明，輸入、輸出的另一端均為地()。,（2）電壓放大倍數(shù),因虛短, 所以u=u+= 0， 稱反相輸入端“虛地” 反相輸入的重要特點,因虛斷，i+= i = 0 ，,所以 i1 if,因要求靜態(tài)時u+、 u 對地電阻相同， 所以平衡電阻 R2 = R1 / RF,1. 反相比例運算,電壓放大倍數(shù),反饋電路直接從輸 出端引出電壓反饋,輸入信號和反饋信號加在 同一輸入端并聯(lián)反饋,反饋信號使凈輸入 信號減小負反饋,電壓并聯(lián)負反饋,輸入電阻低， 共模電壓 0, 電壓并聯(lián)負反饋，輸入、輸出電阻低， ri = R1。共模輸入電壓低。,結論：, Auf為負值，即 uo與 ui 極性相反。因為 ui 加 在反相輸入端。, Auf 只與外部電阻 R1、RF 有關，與運放本 身參數(shù)無關。, | Auf | 可大于 1，也可等于 1 或小于 1 。, 因u= u+= 0 ， 所以反相輸入端“虛地”。,例：電路如下圖所示，已知 R1= 10 k ，RF = 50 k 。 求：1. Auf 、R2 ； 2. 若 R1不變，要求Auf為 10，則RF 、 R2 應為 多少？,解：1. Auf = RF R1 = 50 10 = 5,R2 = R1 RF =10 50 (10+50) = 8.3 k,2. 因 Auf = RF / R1 = RF 10 = 10 故得 RF = Auf R1 = (10) 10 =100 k R2 = 10 100 (10 +100) = 9. 1 k,2. 同相比例運算,因虛斷，所以u+ = ui,（1）電路組成,（2）電壓放大倍數(shù),因虛短，所以 u = ui ， 反相輸入端不“虛地”,因要求靜態(tài)時u+、u對地電阻相同， 所以平衡電阻R2=R1/RF,2. 同相比例運算,輸入電阻高 共模電壓 = ui,電壓放大倍數(shù),電壓串聯(lián)負反饋,輸入信號和反饋信號分別 加兩個輸入端串聯(lián)反饋,反饋電路直接從輸 出端引出電壓反饋,因虛短，所以 u = ui ， 反相輸入端不“虛地”,反饋信號使凈輸入 信號減小負反饋, 電壓串聯(lián)負反饋，輸入電阻高、輸出電阻低， 共模輸入電壓可能較高。,結論：, Auf 為正值，即 uo與 ui 極性相同。因為 ui 加 在同相輸入端。, Auf只與外部電阻 R1、RF 有關，與運放本 身參數(shù)無關。, Auf 1 ，不能小于 1 。, u = u+ 0 ，反相輸入端不存在“虛地”現(xiàn)象。,當 R1= 且 RF = 0 時，,uo = ui ， Auf = 1， 稱電壓跟隨器。,由運放構成的電壓跟 隨器輸入電阻高、輸出 電阻低，其跟隨性能比 射極輸出器更好。,左圖是一電壓跟隨器，電源經(jīng)兩個電阻分壓后加在電壓跟隨器的輸入端，當負載RL變化時，其兩端電壓 uo不會隨之變化。,負載電流的大小 與負載無關。,例2：負載浮地的電壓-電流的轉(zhuǎn)換電路,1. 能測量較小的電壓； 2. 輸入電阻高，對被 測電路影響小。,流過電流表的電流,加法運算電路,1. 反相加法運算電路,因虛短, u= u+= 0,平衡電阻： R2= Ri1 / Ri2 / RF,因虛斷，i = 0,所以 ii1+ ii2 = if,動畫,2. 同相加法運算電路,方法1: 根據(jù)疊加原理 ui1單獨作用(ui20)時，,同理，ui2單獨作用時,動畫,方法2：,平衡電阻： Ri1 / Ri2 = R1 / RF,u+,u+=?,也可寫出 u和 u+的表達式，利用 u= u+ 的性質(zhì)求解。,1. 輸入電阻低； 2. 共模電壓低； 3. 當改變某一路輸入電阻時， 對其它路無影響；,同相加法運算電路的特點： 1. 輸入電阻高； 2. 共模電壓高； 3. 當改變某一路輸入電阻時， 對其它路有影響；,反相加法運算電路的特點：,減法運算電路,由虛斷可得：,由虛短可得：,分析方法1：,如果取 R1 = R2 ，R3 = RF,如 R1 = R2 = R3 = RF,R2 / R3 = R1 / RF,輸出與兩個輸入信號的差值成正比。,常用做測量 放大電路,動畫,積分運算電路,由虛短及虛斷性質(zhì)可得 i1 = if,if =?,當電容CF的初始電壓為 uC(t0) 時，則有,動畫,若輸入信號電壓為恒定直流量，即 ui= Ui 時，則,積分飽和,線性積分時間,線性積分時間,Uo(sat),ui = Ui 0,ui = Ui 0,采用集成運算放大器組成的積分電路，由于充電電流基本上是恒定的，故 uo 是時間 t 的一次函數(shù)，從而提高了它的線性度。,輸出電壓隨時 間線性變化,Ui,Ui,將比例運算和積分運算結合在一起，就組成 比例-積分運算電路。,電路的輸出電壓,上式表明：輸出電壓是對輸入電壓的比例-積分,這種運算器又稱 PI 調(diào)節(jié)器, 常用于控制系統(tǒng)中, 以保證自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。改變 RF 和 CF，可調(diào)整比例系數(shù)和積分時間常數(shù), 以滿足控制系統(tǒng)的要求。,微分運算電路,由虛短及虛斷性質(zhì)可得 i1 = if,Ui,Ui,比例-微分運算電路,上式表明：輸出電壓是對輸入電壓的比例-微分,控制系統(tǒng)中， PD調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)過程中起加速作用，即使系統(tǒng)有較快的響應速度和工作穩(wěn)定性。,PD調(diào)節(jié)器,if,電壓傳輸特性,Uo(sat),+Uo(sat),運放處于開環(huán)狀態(tài),比較電路,閾值電壓(門限電平)：輸出躍變所對應的輸入電壓。,當 u+u 時，uo= +Uo (sat) u+u 時，uo= Uo (sat),即 uiUR 時，uo = Uo (sat),可見，在 ui =UR 處輸出電壓 uo 發(fā)生躍變。,參考電壓,1. 常量與變量的關系,邏輯代數(shù)運算法則,2. 邏輯代數(shù)的基本運算法則,自等律,0-1律,重疊律,還原律,互補律,交換律,十六、數(shù)字邏輯電路,2. 邏輯代數(shù)的基本運算法則,普通代數(shù) 不適用！,證:,結合律,分配律,A+1=1,反演律,列狀態(tài)表證明：,對偶關系： 將某邏輯表達式中的與( )換成或 (+)，或(+)換成與( )，得到一個新的邏輯表達式，即為原邏輯式的對偶式。若原邏輯恒等式成立，則其對偶式也成立。,證明：,A+AB = A,RS 觸發(fā)器,兩互補輸出端,1. 基本 RS 觸發(fā)器,兩輸入端,反饋線,十七、觸發(fā)器,觸發(fā)器輸出與輸入的邏輯關系,設觸發(fā)器原態(tài)為“1”態(tài)。,1,0,1,0,設原態(tài)為“0”態(tài),1,1,0,觸發(fā)器保持“0”態(tài)不變,復位,0,設原態(tài)為“0”態(tài),1,1,0,0,設原態(tài)為“1”態(tài),0,0,1,觸發(fā)器保持“1”態(tài)不變,置位,1,設原態(tài)為“0”態(tài),0,0,1,1,設原態(tài)為“1”態(tài),0,0,1,觸發(fā)器保持“1”態(tài)不變,1,1,0,若G1先翻轉(zhuǎn)，則觸發(fā)器為“0”態(tài),“1”態(tài),若先翻