中職_《電子技術(shù)基礎(chǔ)》第四版_電子教案.ppt

目錄 1 1半導(dǎo)體的基本知識 2 1半導(dǎo)體三極管 2 2共射極基本放大電路 2 3分壓式射極偏壓電路 2 4多級放大器 2 5負反饋放大電路 2 6功率放大電路 3 1差動放大電路 3 2集成運算放大器概述 3 3集成運算放大器的基本電路 3 4集成運算放大器的應(yīng)用電路 3 5集成運放的使用常識 4 1正弦波振蕩電路的基本原理 4 2LC正弦波振蕩電路 4 3RC正弦波振蕩電路 4 4石英晶體振蕩電路 5 1單相整流電路 5 2整流器件的選用 5 3濾波電路 5 4穩(wěn)壓電路 5 5集成穩(wěn)壓器 5 6開關(guān)型穩(wěn)壓電源簡介 6 1晶閘管 6 2晶閘管整流電路 6 3負載類型對晶閘管整流的影響 6 4晶閘管的選擇和保護 6 5晶閘管的觸發(fā)電路 6 6晶閘管的其它應(yīng)用電路 6 7雙向晶閘管簡介 1 2半導(dǎo)體二極管 點擊目錄以打開相應(yīng)章節(jié) 電子技術(shù)基礎(chǔ) 第四版 中國勞動與社會保障出版社ISBN978 7 5045 6043 8 1 1半導(dǎo)體的基本知識 一 半導(dǎo)體的基本概念 物質(zhì)按照導(dǎo)電能力分為 導(dǎo)體 容易導(dǎo)電 絕緣體 不導(dǎo)電 半導(dǎo)體 導(dǎo)電性能隨條件變化 影響半導(dǎo)體導(dǎo)電性能 電阻值 的常見條件因素有 1 溫度 稱熱敏特性 電阻值隨溫度變化 2 光照 稱光敏特性 電阻值隨亮度變化 3 雜質(zhì) 稱摻雜特性 電阻值隨摻入的微量元素顯著變化 聲光控開關(guān) 樓梯燈開關(guān) 在夜晚 人上樓梯發(fā)出的腳步聲會自動點亮樓梯燈 在白天 哪怕使勁跺腳發(fā)出巨大聲響 樓梯燈還是不會點亮 為什么 開關(guān)面板上的窗口有什么作用 P N P型半導(dǎo)體或者N型半導(dǎo)體雖然具備導(dǎo)電能力 但單純的一塊P型半導(dǎo)體或者一塊N型半導(dǎo)體還是沒有實用價值 把P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合到一塊 交界處形成一個很特殊的薄層 稱為PN結(jié) 有特殊的導(dǎo)電性能 這是制造半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ) 把這個PN結(jié)用管殼封裝成一體 并分別從P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體各引一個電極出來 這樣構(gòu)成的器件叫二極管 因此 PN結(jié)的導(dǎo)電特性可用二極管的實驗來導(dǎo)出 PN結(jié) 即二極管 的基本特性 實驗一 請2位同學(xué)上臺進行如下實驗的演示 實驗電路圖 燈泡亮嗎 再把二極管反過來接試試看 請分析得出什么結(jié)論 PN結(jié) 即二極管 的基本特性 實驗結(jié)論 PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?1 2半導(dǎo)體二極管 二極管的種類 1 按材料分 有硅二極管 鍺二極管和砷化鎵二極管等 2 按結(jié)構(gòu)分 根據(jù)PN結(jié)面積大小 有點接觸型 面接觸型二極管 3 按用途分 有整流 穩(wěn)壓 開關(guān) 發(fā)光 光電 變?nèi)?阻尼等二極管 4 按封裝形式分 有塑封 玻璃封及金屬封裝等 5 按功率分 有大功率 中功率及小功率等二極管 常見各種類型二極管的外觀 塑料封裝整流管 玻璃封裝穩(wěn)壓 普通管 金屬封裝大功率管 發(fā)光二極管 貼片二極管 快恢復(fù)二極管 半橋整流堆 復(fù)合2只 橋式整流堆 復(fù)合4只 由圖可見二極管型號比較多樣 如今很少廠家按書本提到的命名方法定型號 有興趣同學(xué)自己參考一下課本 實驗二 1 按下圖連接實驗設(shè)備 4 總結(jié)實驗 由圖可見 1 小于0 5V時I很小 二極管截止 稱0 5V為死區(qū)電壓 2 達0 7V時I急劇增大 二極管導(dǎo)通 稱0 7V為導(dǎo)通電壓 7 總結(jié)實驗 由圖可見 1 反向電壓小于某個電壓值時I很小 二極管截止 2 反向電壓達到某個電壓值時I急劇增大 二極管擊穿 3 反向電壓達到擊穿電壓后 時間一長二極管將會燒毀 現(xiàn)在將二極管極性調(diào)轉(zhuǎn)連接 測試其反向伏安特性 現(xiàn)在把二極管換成鍺管2AP4再重復(fù)上述實驗 并歸納實驗結(jié)果 看看與之前硅管有何不同 鍺管的死區(qū)電壓為0 2V 導(dǎo)通電壓為0 3V 半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù) 1 最大整流電流IF 2 最大反向工作電壓URM 3 反向飽和電流IR 二極管的檢測 檢測依據(jù) 二極管的單向?qū)щ娦?可見 我們可以用萬用表電阻檔檢測二極管的正反向阻值來判斷二極管性能 二極管的檢測 2 測量正向電阻 對于指針式萬用表 黑表筆連接著萬用表內(nèi)部電池的正極 所以是黑表筆流出電流 因此測正向電阻時黑表筆接二極管的正極 如圖 正常的二極管正向電阻值較小 指針擺幅大 3 測量反向電阻 測反向電阻時紅表筆接二極管的正極 如圖 正常的二極管反向電阻值很大 指針不擺動 作業(yè)P9 1 2 3 4 5 6 2 1半導(dǎo)體三極管 一 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu) 符號和類型1 結(jié)構(gòu)和符號 1 NPN結(jié)構(gòu)三極管 P N N 3塊半導(dǎo)體區(qū) 3個電極 2個PN結(jié) 注意 這3塊半導(dǎo)體和2個PN結(jié)的工藝特殊 所以 1 不能簡單理解成2個二極管的反向串聯(lián) 2 集電結(jié)和發(fā)射結(jié)不能互換使用 2 1半導(dǎo)體三極管 一 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu) 符號和類型1 結(jié)構(gòu)和符號 1 NPN結(jié)構(gòu)三極管 P N 集電結(jié) 發(fā)射結(jié) P 2 PNP結(jié)構(gòu)三極管 2 三極管的類型 三極管的種類很多 有下列常見的分類形式 1 按其結(jié)構(gòu)類型分為NPN管和PNP管 2 按其制作的半導(dǎo)體材料分為硅管和鍺管 3 按工作頻率分為高頻管和低頻管 4 按功率分為小功率 中功率 大功率管 三極管的型號命名方法三極管型號多樣 實際上廠家在生產(chǎn)三極管時很少按照書本的命名方法去定型號 該內(nèi)容請課后自行參考書本 二 三極管的放大作用 實驗環(huán)節(jié) 1 按下圖連接實驗設(shè)備 Ib Ic Ie 3 分析實驗數(shù)據(jù) 得出實驗結(jié)論 1 Ib Ic Ie三者之間有什么關(guān)系 2 Ib和Ic兩者之間有什么關(guān)系 3 Ic和Ie兩者之間有什么關(guān)系 1 Ic Ie Ib 2 每次實驗Ic和Ib兩者的比值都相等即 Ic Ib 稱放大倍數(shù) 3 Ie Ib Ic 1 Ib 可見 三極管要實現(xiàn)放大作用的外部條件是 發(fā)射結(jié)正向偏置 集電結(jié)反向偏置 現(xiàn)在把三極管換成PNP型的再做一次實驗 請注意PNP型管應(yīng)該如何接線 最后請大家把E極的電流表去掉 并將B極和C極的數(shù)字電流表換成指針式的uA表和mA表 然后來回調(diào)節(jié)變阻器 不用記錄任何數(shù)據(jù) 只要觀察兩個表的變化規(guī)律 更直觀地來體會一下三極管的電流放大作用 IB只要有幾十微安的變化 就會引起IC有幾十毫安的同方向變化 變化量被擴大了千多倍 二 三極管的放大作用 三 三極管的特性曲線 1 輸入特性 從輸入回路看Ib只跟一個發(fā)射結(jié)有關(guān) 與集電結(jié)沒關(guān) 所以等效成了一個二極管 b極相當(dāng)二極管的正極 e極相當(dāng)負極 因此三極管的輸入特性就是二極管的伏安特性 三 三極管的特性曲線 2 輸出特性 從輸出回路看Ic與發(fā)射結(jié) 集電結(jié)均有關(guān)系 所以三極管的輸出特性就比較復(fù)雜 即要反映Ic和Ube的關(guān)系 又要反映Ic和Ib的關(guān)系 1 截止區(qū) IB 0 三極管截止 IC接近0 CE極之間相當(dāng)開路 2 放大區(qū) IC受IB的控制 即有IC IB 3 飽和區(qū) UCE很小 0 3V CE之間相當(dāng)短路 IC很大且不受IB控制 用三極管做放大器時要避免三極管工作在截止區(qū)或飽和區(qū) 用三極管做開關(guān)用途時 飽和區(qū)為開關(guān)通態(tài) 截止區(qū)為開關(guān)斷態(tài) 要避免三極管工作在放大區(qū) 例2 1判斷下面三極管的工作狀態(tài) 四 三極管的主要參數(shù) 三極管的參數(shù)是用來表征其性能和適用范圍的 也是評價三極管質(zhì)量以及選擇三極管的依據(jù) 常用的主要參數(shù)有 1 電流放大系數(shù) hfe 2 反向飽和電流ICBO 3 穿透電流ICEO 4 集電極最大允許電流ICM 5 集電極 發(fā)射極間的擊穿電壓U BR CEO 6 集電極最大耗散功率PCM 五 三極管的識別與檢測 很多資料 教材 包括我們的課本都會教我們用萬用表去判斷三極管的管型 NPN或PNP 引腳極性 區(qū)分哪個是B C E極 以及放大系數(shù)等等 在早期 三極管的外觀和引腳排列多樣化 這些測試方法普遍讓初學(xué)者難以承受 如今三極管的外形和引腳排列日趨標準化 單一化 給測試帶來很大方便 測試時記住如下幾點 一般即可滿足實際需要 1 記住三極管的兩種結(jié)構(gòu) 測試時 一個PNP三極管等效成兩個二極管 電流能從B流向C或E 即黑表筆 機械表 接B極 紅表筆接C或E極時導(dǎo)通 其它任何接法都截止 測試時 一個PNP三極管等效成兩個二極管 電流能從C或E流向B 即紅表筆 機械表 接B極 黑表筆接C或E極時導(dǎo)通 其它任何接法都截止 把一個三極管看作兩個二極管 能測出B極并確定管型 還能判斷兩個PN結(jié)是否正常 從而確定三極管的性能 2 記住三極管的幾種封裝規(guī)律 記住這幾種排列規(guī)律 在確定B極和管型后 可不必再通過測試去判斷C E極 實驗環(huán)節(jié)各小組同學(xué)對現(xiàn)場提供的各種三極管進行檢測 分清引腳排列 管型 并說明三極管的性能好壞 作業(yè)P52 1 2 3 4 5 6 2 2共射極基本放大電路 一 放大電路概述 所謂放大 從表面上看是將信號由小變大 實質(zhì)上 放大的過程是實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換的過程 三極管有三個電極 在電路中可有三種不同的連接方式 或稱三種組態(tài) 即共 發(fā) 射極接法 共集電極接法和共基極接法 這三種接法分別以發(fā)射極 集電極 基極作為輸入回路和輸出回路的公共端 而構(gòu)成不同的放大電路 如下圖所示 二 共射極基本放大電路的組成及工作原理 1 組成及各元件的作用 2 電壓 電流的符號與方向規(guī)定 1 直流分量 用大寫字母和大寫下標表示 如IB表示基極的直流電流 2 交流分量 用小寫字母和小寫下標表示 如ib表示基極的交流電流 3 總變化量 是直流分量和交流分量之和 即交流疊加在直流上 用小寫字母和大寫下標表示 如iB表示基極電流總的瞬時值 其數(shù)值為iB IB ib 4 交流有效值 用大寫字母和小寫下標表示 如Ib表示基極的正弦交流電流的有效值 直流電交流電交直流疊加量 3 靜態(tài)工作點設(shè)置 這是我們前面提到的共射基本放大電路 現(xiàn)在我們把基極電阻斷開不要 看看 思考 該電路能否把輸入的波形不失真地放大成右邊波形輸出 事實上只有輸入信號中 0 5V的那小部分能得到放大 大部分 0 5V和負半周信號都沒有放大輸出 為什么 很多實際情況是輸入信號都很微弱 例如 0 1V Ui 0 1V象這種信號能否被得到放大 如果不能怎么辦 利用基極電阻引入合適的直流偏置 使得基極在沒有輸入信號的時候能維持微導(dǎo)通 這個合適的偏置叫做靜態(tài)工作點 靜態(tài)工作點稱Q點 對應(yīng)輸入 輸出特性曲線上某一點 動態(tài)是指放大電路輸入信號不為零時的工作狀態(tài) 當(dāng)放大電路加入交流信號ui時 電路中各電極的電壓 電流都是由直流量和交流量疊加而成的 各處波形如圖所示 4 工作原理 三 共設(shè)計放大電路的分析方法 2 動態(tài)參數(shù)估算 2 輸出電阻ro 在圖中 根據(jù)戴維南定理可得 2 求空載電壓放大倍數(shù)Au 即不接負載RL RL 2 3分壓式射極偏置電路 這是上節(jié)課學(xué)習(xí)的固定偏置放大電路 溫度會影響三極管的靜態(tài)工作點 如圖增加兩個電阻 構(gòu)成分壓式放大電路 2 自動穩(wěn)定Q點 2 4多級放大器 前面講過的基本放大電路 其電壓放大倍數(shù)一般只能達到幾十 幾百 然而在實際工作中 放大電路所得到的輸入信號往往都非常微弱 例如話筒 要將其放大到能推動負載 例如音箱 工作的程度 僅通過單級放大電路放大 達不到實際要求 則必須通過多個單級放大電路連續(xù)多次放大 才可滿足實際要求 一 多級放大電路的耦合方式 多級放大電路是由兩級或兩級以上的單級放大電路連接而成的 在多級放大電路中 我們把級與級之間的連接方式稱為耦合方式 級與級之間耦合時 必須滿足 1 耦合后 各級電路仍具有合適的靜態(tài)工作點 2 保證信號在級與級之間能夠順利地傳輸過去 3 耦合后 電路性能指標必須滿足實際要求 為了滿足上述要求 一般常用的耦合方式有 阻容耦合 直接耦合 變壓器耦合 光電耦合 2 4多級放大器 1 阻容耦合 我們把級與級之間通過電容連接的方式稱為阻容耦合方式 電路如圖 電容對交流信號具有一定的容抗 信號傳輸過程中 會受到一定衰減 尤其對于變化緩慢的信號容抗很大 此外 在集成電路中 制造大容量的電容很困難 所以這種耦合方式下的多級放大電路不便于集成 2 4多級放大器 2 變壓器耦合 我們把級與級之間通過變壓器連接的方式稱為變壓器耦合方式 電路如圖 請同學(xué)們總結(jié)這種耦合方式的優(yōu)缺點 2 4多級放大器 3 直接耦合 我們把級與級之間用導(dǎo)線直接連通的方式稱為直接耦合方式 電路如圖 優(yōu)點 既可以放大交流信號 也可以放大直流和變化非常緩慢的信號 電路簡單 便于集成 所以集成電路中多采用這種耦合方式 缺點 存在著各級靜態(tài)工作點相互牽制和零點漂移這兩個問題 2 4多級放大器 4 光電耦合 級與級之間用光電耦合器連通 光電耦合器結(jié)構(gòu)如下 a LED 光敏電阻 b LED 光電二極管 c LED 光電三極管 d LED 光電池 原理是以光信號作為媒體將輸入的電信號傳送給后級 實現(xiàn)了 電 光 電 的轉(zhuǎn)換與傳遞 前后級的隔離度很高 二 多級放大器近似估算 2 輸入電阻 多級放大電路的輸入電阻 就是輸入級的輸入電阻 計算時要注意 當(dāng)輸入級為共集電極放大電路時 要考慮第二級的輸入電阻作為前級負載時對輸入電阻的影響 3 輸出電阻 多級放大電路的輸出電阻就是輸出級的輸出電阻 計算時要注意 當(dāng)輸出級為共集電極放大電路時 要考慮其前級對輸出電阻的影響 2 5負反饋放大電路 一 反饋的基本概念 1 反饋的定義 將放大電路輸出量 電壓或電流 的一部分或全部 通過某些元件或網(wǎng)絡(luò) 稱為反饋網(wǎng)絡(luò) 反向送回到輸入端 來影響原輸入量 電壓或電流 的過程稱為反饋 有反饋的放大電路稱為反饋放大電路 其組成如圖所示 2 反饋極性 正 負反饋 在反饋放大電路中 反饋量使放大器凈輸入量得到增強的反饋稱為正反饋 使凈輸入量減弱的反饋稱為負反饋 通常采用 瞬時極性法 來區(qū)別是正反饋還是負反饋 具體方法如下 1 假設(shè)輸入信號某一瞬時的極性 2 根據(jù)輸入與輸出信號的相位關(guān)系 確定輸出信號和反饋信號的瞬時極性 3 根據(jù)反饋信號與輸入信號的連接情況 分析凈輸入量的變化 如果反饋信號使凈輸入量增強即為正反饋 反之為負反饋 增大 正反饋 減少 負反饋 一 反饋的基本概念 3 反饋在輸出端的取樣方式 從輸出端看 若反饋信號取自輸出電壓 則為電壓反饋 若取自輸出電流 則為電流反饋 1 電壓反饋 在判斷電壓反饋時 根據(jù)電壓反饋的定義 反饋信號與輸出電壓成比例 可以假設(shè)將負載RL兩端短路 uo 0 但io 0 判斷反饋量是否為零 如果是零 就是電壓反饋 例2 6判斷反饋 首先 有反饋嗎 看聯(lián)系 Rf跨接在第一級與第二級之間 為反饋電阻 判斷反饋極性 負反饋 看輸入 一旦將Ui短路 反饋信號將依然存在 可見為串聯(lián)反饋 這是交 直流電壓串聯(lián)負反饋 看輸出 一旦將Uo短路 反饋信號將接地消失 可見為電壓反饋 負反饋對放大器性能的影響 2 改善非線性失真 實驗演示 1 由信號發(fā)生器輸入一頻率為1kHz 峰 峰值為1V的正弦波 2 將開關(guān)S斷開 用示波器觀察輸出波形 可看到輸出波形明顯地失真 如圖中輸出波形 a 3 將開關(guān)S閉合 觀察輸出波形 可看到失真波形明顯地改善 如圖中的波形 b 演示現(xiàn)象分析 在開環(huán)放大器中 由于開環(huán)增益很大 使放大器工作在非線性區(qū) 輸出波形為雙向失真波形 開關(guān)閉合后 電路加上了負反饋 電路增益減小 放大器工作在線性區(qū) 輸出波形為標準的正弦波 即負反饋能減小非線性失真 3 擴展通頻帶 射極輸出器 電路如圖 交流信號從基極輸入 從發(fā)射極輸出 故該電路稱射極輸出器 由交流通路可看出 集電極為輸入 輸出的公共端 故稱為共集電極放大電路 簡稱共集放大電路 特點 1 電壓放大倍數(shù)接近于12 輸入 輸出電壓同相3 輸入電阻很大4 輸出電阻很小應(yīng)用 阻抗匹配 緩沖 隔離 2 6功率放大電路 1 基本要求 功率放大器作為放大電路的輸出級 具有以下幾個特點 1 由于功率放大器的主要任務(wù)是向負載提供一定的功率 因而輸出電壓和電流的幅度足夠大 2 由于輸出信號幅度較大 使三極管工作在飽和區(qū)與截止區(qū)的邊沿 因此輸出信號存在一定程度的失真 3 功率放大器在輸出功率的同時 三極管消耗的能量亦較大 因此 不可忽視管耗問題 根據(jù)功率放大器在電路中的作用及特點 首先要求它輸出功率大 非線性失真小 效率高 其次 由于三極管工作在大信號狀態(tài) 要求它的極限參數(shù)ICM PCM U BR CEO等應(yīng)滿足電路正常工作并留有一定余量 同時還要考慮三極管有良好的散熱功能 以降低結(jié)溫 確保三極管安全工作 2 功率放大器的分類 根據(jù)放大器中三極管靜態(tài)工作點設(shè)置的不同 可分成甲類 乙類和甲乙類三種 如圖所示 二 互補對稱功率放大電路 1 OTL電路 1 電路組成及工作原理這類電路又稱無輸出變壓器的功率放大電路 簡稱OTL電路 V1為NPN型管 V2為PNP型管 兩管參數(shù)對稱 圖中R1 R2為偏置電阻 適當(dāng)選擇R1 R2阻值 可使兩管靜態(tài)時發(fā)射極電壓為UCC 2 電容C兩端電壓也穩(wěn)定在UCC 2 這樣兩管的集 射極之間如同分別加上了UCC 2和 UCC 2的電源電壓 在輸入信號正半周 V3導(dǎo)通 V4截止 V3以射極輸出器形式將正向信號傳送給負載 同時對電容C2充電 在輸入信號負半周時 V3截止 V4導(dǎo)通 電容C2放電 充當(dāng)V4管直流工作電源 使V4也以射極輸出器形式將負向信號傳送給負載 這樣 負載RL上得到一個完整的信號波形 1 OCL電路 1 電路組成及工作原理 右圖是雙電源乙類互補功率放大電路 這類電路又稱無輸出電容的功率放大電路 簡稱OCL電路 V1為NPN型管 V2為PNP型管 兩管參數(shù)對稱 1 靜態(tài)分析 當(dāng)輸入信號ui 0時 兩三極管都工作在截止區(qū) 此時IBQ ICQ IEQ均為零 負載上無電流通過 輸出電壓uo 0 2 動態(tài)分析 1 當(dāng)輸入信號為正半周時 ui 0 三極管V1導(dǎo)通 V2截止 V1管的射極電流ie1經(jīng) CC自上而下流過負載 在RL上形成正半周輸出電壓 uo 0 2 當(dāng)輸入信號為負半周時 ui 0 三極管V2導(dǎo)通 V1截止 V2管的射極電流ie2經(jīng) CC自下而上流過負載 在RL上形成負半周輸出電壓 uo 0 3 交越失真及其消除 實驗演示 演示電路如圖所示 在放大器的輸入端加入一個1KHz正弦信號 用示波器觀察輸出端的信號波形 發(fā)現(xiàn)輸出波形在正 負半周的交界處發(fā)生了失真 產(chǎn)生這種失真的原因是 在乙類互補對稱功率放大電路中 沒有施加偏置電壓 靜態(tài)工作點設(shè)置在零點 UBEQ 0 IBQ 0 ICQ 0 三極管工作在截止區(qū) 由于三極管存在死區(qū)電壓 當(dāng)輸入信號小于死區(qū)電壓時 三極管V1 V2仍不導(dǎo)通 輸出電壓uo為零 這樣在輸入信號正 負半周的交界處 無輸出信號 使輸出波形失真 這種失真叫交越失真 為了解決交越失真 可給三極管加適當(dāng)?shù)幕鶚O偏置電壓 使之工作在甲乙類工作狀態(tài) 如圖所示 利用V3和V4產(chǎn)生合適的偏置 使V1和V2在靜態(tài)時維持微導(dǎo)通狀態(tài) 同學(xué)實習(xí)制作的分立元件OTL功放 三 集成功率放大器 集成功率放大器具有輸出功率大 外圍連接元件少 使用方便等優(yōu)點 目前使用越來越廣泛 它的品種很多 常見有TDA2030A音頻功率放大器 書本列舉的LM386等幸好 現(xiàn)以TDA2030A為例 TDA2030A音頻集成功率放大器簡介 TDA2030A是目前使用較為廣泛的一種集成功率放大器 大量使用在電腦的有源音箱里 與其它功放相比 它的引腳和外部元件都較少 TDA2030A外形圖 同學(xué)實習(xí)用TDA2030制作的功放 TDA2030內(nèi)部結(jié)構(gòu) TDA2030單電源應(yīng)用 作業(yè)P54 11 12 13 14 15 2 靜態(tài)分析 輸入信號為零 即ui1 ui2 0 放大電路處于靜態(tài) 由于電路完全對稱 因此 IBQ1 IBQ2 IBQ IEQ1 IEQ2 IEQ ICQ1 ICQ2 ICQ UCQ1 UCQ2 UCC ICQRc UO UCQ1 UCQ2 0 共模輸入信號常用uic來表示 共模輸入電路如圖所示 由圖可得 2 對差模信號的放大作用 由圖示可以看出 當(dāng)從兩管集電極取電壓時 其差模電壓放大倍數(shù)表示為 3 對共模信號的抑制作用 4 衡量差動放大電路的性能指標 共模抑制比 實際應(yīng)用中 差動放大電路兩輸入信號中既有差模信號成分 又有無用的共模輸入成分 此時可利用疊加原理來求總的輸出電壓 即 2 具有恒流源的差動放大電路 恒流源差放電路如圖所示 V3 R1 R2 R3構(gòu)成恒流源 3 2集成運算放大器概述 一 集成運放的組成及其符號集成運放內(nèi)部實際上是一個高增益的直接耦合放大器 其內(nèi)部組成原理框圖如下示 它由輸入級 中間級 輸出級和偏置電路等四部分組成 1 輸入級 輸入級是提高運算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵部分 要求其輸入電阻高 為了能減小零點漂移和抑制共模干擾信號 輸入級都采用具有恒流源的差動放大電路 也稱差動輸入級 2 中間級 中間級的主要作用是提供足夠大的電壓放大倍數(shù) 故而也稱電壓放大級 要求中間級本身具有較高的電壓增益 3 輸出級 輸出級的主要作用是輸出足夠的電流以滿足負載的需要 同時還需要有較低的輸出電阻和較高的輸入電阻 以起到將放大級和負載隔離的作用 4 偏置電路 偏置電路的作用是為各級提供合適的工作電流 一般由各種恒流源電路組成 2 集成運算放大器的電路符號 二 集成運算放大器件的封裝和分類 常見的集成運算放大器有圓形 扁平型 雙列直插式等 有8管腳 14管腳等 2 集成運算放大器的分類集成運算放大器有四種分類方法 1 按其用途分類 集成運算放大器按其用途分為通用型及專用型兩大類 2 按其供電電源分類 集成運算放大器按其供電電源分類 可分為雙電源集成運算放大器和單電源集成運算放大器 3 按其制作工藝分類 可分為雙極型 單極型 雙極 單極兼容型集成運算放大器三類 4 按運放個數(shù)分類 可分為單運放 雙運放 四運放 三 集成運算放大器的主要參數(shù) 運算放大器 簡稱運放 的特性參數(shù)是評價運放性能優(yōu)劣的依據(jù) 1 極限參數(shù) 1 供電電壓范圍 UCC UEE 或 Us Us 定義 加到運放上最小和最大允許的安全工作電源電壓 稱為運放的供電電壓范圍 2 功耗PD 定義 運放在規(guī)定的溫度范圍工作時 可以安全耗散的功率稱為功耗 3 工作溫度范圍 定義 能保證運放在額定的參數(shù)范圍內(nèi)工作的溫度稱為它的工作溫度范圍 4 最大差模輸入電壓Uidmax 定義 能安全地加在運放的兩輸入端之間最大的差模電壓稱為最大差模輸入電壓 5 最大共模輸入電壓Uicmax 定義 能安全地加在運放的兩個輸入端的短接點與運放地線之間的最大電壓稱為最大共模輸入電壓 3 增益特性 1 差模電壓增益Aud 2 共模電壓增益Auc 3 共模抑制比KCMR 3 3集成運算放大器基本電路 1 理想集成運放的性能指標 理想集成運放的主要性能指標有 1 開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aud 2 輸入電阻rid 3 輸出電阻rod 0 此外還有 沒有失調(diào) 沒有失調(diào)溫漂 共模抑制比趨于無窮大等 盡管理想運放并不存在 但由于集成運放的技術(shù)指標都比較接近理想值 在具體分析時將其理想化 是允許的 這種分析所帶來的誤差一般比較小 可以忽略不計 2 集成運放的傳輸特性 實際電路中集成運放的傳輸特性如圖所示 集成運放的非線性應(yīng)用 當(dāng)集成運放工作在開環(huán)狀態(tài)或外接正反饋時 由于集成運放的Aud很大 只要有微小的電壓信號輸入 集成運放就一定工作在非線性區(qū) 其特點是 輸出電壓只有兩種狀態(tài) 不是正飽和電壓 Uom 就是負飽和電壓 Uom 1 當(dāng)同相端電壓大于反相端電壓 即u u 時 uo Uom 2 當(dāng)反相端電壓大于同相端電壓 即u u 時 uo Uom 二 集成運算放大器的兩種基本電路 常見的基本運算電路有比例運算 加法 減法 微積分和乘法運算等 1 反相輸入比例運算電路 如圖所示為反相輸入比例運算電路 輸出電壓與輸入電壓成比例關(guān)系 且相位相反 此外 由于反相端和同相端的對地電壓都接近于零 所以集成運放輸入端的共模輸入電壓極小 這就是反相輸入電路的特點 當(dāng)R1 Rf R時 輸入電壓與輸出電壓大小相等 相位相反 稱為反相器 如圖所示 當(dāng)Rf 0或R1 時 即輸出電壓與輸入電壓大小相等 相位相同 該電路稱為電壓跟隨器 3 4集成運算放大器應(yīng)用電路 1 加法運算 如圖所示 2 減法運算 當(dāng)R1 R2 R3 Rf R時 uo ui1 ui2 在理想情況下 它的輸出電壓等于兩個輸入信號電壓之差 具有很好的抑制共模信號的能力 但是 該電路作為差動放大器有輸入電阻低和增益調(diào)節(jié)困難兩大缺點 因此 為了滿足輸入阻抗和增益可調(diào)的要求 在工程上常采用多級運放組成的差動放大器來完成對差模信號的放大 集成運放的調(diào)零電路有兩類 一類是內(nèi)調(diào)零 集成運放設(shè)有外接調(diào)零電路的引線端 按說明書連接即可 例如我們常用的 A741 其中電位器RP可選擇10k 的電位器 如圖所示 另一類是外調(diào)零 即集成運放沒有外接調(diào)零電路的引線端 可以在集成運放的輸入端加一個補償電壓 以抵消集成運放本身的失調(diào)電壓 達到調(diào)零的目的 常用的輔助調(diào)零電路如圖所示 二 集成運放的保護1 電源保護 為了防止正負電源接反 可用二極管保護 若電源接錯 二極管反向截止 集成運放上無電壓 如圖所示 2 輸入端保護 當(dāng)輸入端所加的電壓過高時會損壞集成運放 為此 可在輸入端加入兩個反向并聯(lián)的二極管 如圖所示 將輸入電壓限制在二極管的正向壓降以內(nèi) 3 輸出端保護 為了防止輸出電壓過大 可利用穩(wěn)壓管來保護 如圖所示 將兩個穩(wěn)壓管反向串聯(lián) 就可將輸出電壓限制在穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ的范圍內(nèi) 4 1正弦波振蕩電路的基本原理 來看一個在卡拉OK中常見的現(xiàn)象 嘯叫 聲音經(jīng)話筒拾音 功放擴音后從音箱發(fā)出 再經(jīng)空間傳播重新進入話筒 再被放大從音箱出來 再次進入話筒 形成循環(huán) 類似于嘯叫現(xiàn)象 當(dāng)開關(guān)轉(zhuǎn)接到2時就構(gòu)成了振蕩電路 正弦波振蕩的形成過程 放大電路在接通電源的瞬間 隨著電源電壓由零開始的突然增大 電路受到擾動 在放大器的輸入端產(chǎn)生一個微弱的擾動電壓ui 經(jīng)放大器放大 正反饋 再放大 再反饋 如此反復(fù)循環(huán) 輸出信號的幅度很快增加 這個擾動電壓包括從低頻到甚高頻的各種頻率的諧波成分 為了能得到我們所需要頻率的正弦波信號 必須增加選頻網(wǎng)絡(luò) 只有在選頻網(wǎng)絡(luò)中心頻率上的信號能通過 其他頻率的信號被抑制 在輸出端就會得到如圖的ab段所示的起振波形 那么 振蕩電路在起振以后 振蕩幅度會不會無休止地增長下去了呢 這就需要增加穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 當(dāng)振蕩電路的輸出達到一定幅度后 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)就會使輸出減小 維持一個相對穩(wěn)定的穩(wěn)幅振蕩 如圖的bc段所示 也就是說 在振蕩建立的初期 必須使反饋信號大于原輸入信號 反饋信號一次比一次大 才能使振蕩幅度逐漸增大 當(dāng)振蕩建立后 還必須使反饋信號等于原輸入信號 才能使建立的振蕩得以維持下去 4 2LC正弦波振蕩電路 先看看是否為正反饋 變壓器反饋式LC振蕩電路電路如圖 是正反饋 看看是否滿足條件 1 相位平衡條件 為了滿足相位平衡條件 變壓器初次級之間的同名端必須正確連接 電路振蕩時 f f0 LC回路的諧振阻抗是純電阻性 由圖中L1及L2同名端可知 反饋信號與輸出電壓極性相反 即 F 180 于是 A F 360 保證了電路的正反饋 滿足振蕩的相位平衡條件 對頻率f f0的信號 LC回路的阻抗不是純阻抗 而是感性或容性阻抗 此時 LC回路對信號會產(chǎn)生附加相移 造成 F 180 那 A F 360 不能滿足相位平衡條件 電路也不可能產(chǎn)生振蕩 由此可見 LC振蕩電路只有在f f0這個頻率上 才有可能振蕩 2 幅度條件 為了滿足幅度條件AF 1 對晶體管的 值有一定要求 一般只要 值較大 就能滿足振幅平衡條件 反饋線圈匝數(shù)越多 耦合越強 電路越容易起振 電路優(yōu)缺點 1 易起振 輸出電壓較大 由于采用變壓器耦合 易滿足阻抗匹配的要求 2 調(diào)頻方便 一般在LC回路中采用接入可變電容器的方法來實現(xiàn) 調(diào)頻范圍較寬 工作頻率通常在幾兆赫左右 3 輸出波形不理想 由于反饋電壓取自電感兩端 它對高次諧波的阻抗大 反饋也強 因此在輸出波形中含有較多高次諧波成分 RC正弦波振蕩電路結(jié)構(gòu)簡單 性能可靠 用來產(chǎn)生幾兆赫茲以下的低頻信號 常用的RC振蕩電路有RC橋式振蕩電路和移相式振蕩電路 1 RC橋式振蕩電路 4 3RC振蕩電路 二 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)由R2和C2并聯(lián)后與R1和C1串聯(lián)組成