模塊3 模擬集成電路的應用

1、模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編課題課題1 模擬集成電路的應用模擬集成電路的應用任務任務5 汽車倒車警示電路汽車倒車警示電路 5.1 任務目標任務目標 知道集成運放的基本組成及主要參數(shù)的意義。知道集成運放的基本組成及主要參數(shù)的意義。 知道模擬集成電路的功能及運用。知道模擬集成電路的功能及運用。 能使用模擬集成電路設計倒車警示電路。能使用模擬集成電路設計倒車警示電路。 能運用模擬集成電路進行實際應用電路的安裝與調(diào)試。能運用模擬集成電路進行實際應用電路的安裝與調(diào)試。模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編5.2 知識積累5.2.1 差分放大器1基本形式圖5-1

2、基本差動電路VT1、VT2是特性相同的晶體管，電路對稱，參數(shù)也對稱。如：UBE1=UBE2，Rc1=Rc2=Rc，Rb1=Rb2=Rb，1=2=。 模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編2工作原理工作原理（1）靜態(tài)分析）靜態(tài)分析IC1=IC2=IC IE （5-1） UC1=UC2=UCC ICRc （5-2） IB1=IB2=IC/ =IB=I/2 模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編（2）差模輸入iuiuoo1o2u1i1u2i2uduiiii11()22u Au AuuuA uA uAAuuuu 圖5-2 差模輸入差動放大電路模 擬 電 子 技 術 應

3、用 基 礎王川主編王川主編（3）共模輸入圖5-3 共模輸入差動放大電路模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編（4）共模抑制比KCMRudCMRucAKA模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編3抑制零點漂移的原理抑制零點漂移的原理在差分電路中，無論是溫度的變化，還是電流源的波動在差分電路中，無論是溫度的變化，還是電流源的波動都會引起兩個三極管的都會引起兩個三極管的ic及及uc的變化。的變化。 這個效果相當于在這個效果相當于在兩個輸入端加入了共模信號，在理想情況下，兩個輸入端加入了共模信號，在理想情況下，uo不變，不變，從而抑制了零點漂移。從而抑制了零點漂移。差模輸

4、入信號盡可能大的放大倍數(shù)；共模輸入信號盡量差模輸入信號盡可能大的放大倍數(shù)；共模輸入信號盡量地加以抑制，不予放大傳送。地加以抑制，不予放大傳送。4差動放大器的輸入差動放大器的輸入/輸出方式輸出方式模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編（1）雙端輸入雙端輸出電路）雙端輸入雙端輸出電路 圖5-4 雙端輸入雙端輸出電路模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編圖5-5 雙端輸入單端輸出電路模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編圖5-6 雙端共模輸入單端輸出電路模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編圖5-7 雙端輸入單端輸出共模等效電路oco1

5、LLucicicbbeee(1)22uuRRAuuRrRR 模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編圖5-8 單端輸入雙端輸出電路（3）單端輸入雙端輸出電路）單端輸入雙端輸出電路差模電壓放大倍數(shù)：共模電壓放大倍數(shù)：AuC=0 差模輸入電阻：Rid=2（Rb+rbe）輸出電阻：Ro=2RcLcudbbe(/)2RRARr 模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編圖5-9 單端輸入單端輸出電路差模電壓放大倍數(shù)： cLudbbe/2RRARr 差模輸入電阻：Rid=2（Rb+rbe） 輸出電阻：Ro=Rc 共模電壓放大倍數(shù)： Luce2RAR （4）單端輸入單端輸出電路）

6、單端輸入單端輸出電路模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編5.2.2 集成運算放大器集成運算放大器1集成運算放大器的特點集成運算放大器的特點（1）元器件參數(shù)的一致性和對稱性好；）元器件參數(shù)的一致性和對稱性好；（2）電阻的阻值受到限制，大電阻常）電阻的阻值受到限制，大電阻常用三極管恒流源代替，電位器需外接；用三極管恒流源代替，電位器需外接；（3）電容的容量受到限制，電感不能）電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電容、電感和變壓器均需外集成，故大電容、電感和變壓器均需外接；接； （4）二極管多用三極管的發(fā)射結代替。）二極管多用三極管的發(fā)射結代替。 模 擬 電 子 技 術 應 用

7、基 礎王川主編王川主編2集成運算放大器基本構成集成運算放大器基本構成圖5-10 模擬集成運算放大器方框圖模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編圖5-11 運放的符號圖5-12 運放的新國標符號模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編3主要參數(shù)主要參數(shù)（1）輸入失調(diào)電壓UIO輸入失調(diào)電壓；Uoo輸入為零時的輸出電壓值；Aod運算放大器的開環(huán)電壓放大倍數(shù)。 ooIOodUUA模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編（2）輸入失調(diào)電流）輸入失調(diào)電流IIO（3）開環(huán)差模放大倍數(shù)）開環(huán)差模放大倍數(shù)Aod IOB1B2IIIoodidUAUoodid20 lgU

8、AU（dB）（4）共模抑制比）共模抑制比KCMRodCMRocAKAodCMRoc20lg(dB)AKA（5）共模輸入電壓范圍）共模輸入電壓范圍UICM（6）最大輸出電壓）最大輸出電壓UOPP模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編4集成運算放大器的理想特性集成運算放大器的理想特性（1）理想運算放大器的條件 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)。 開環(huán)輸入電阻。 開環(huán)輸出電阻。 共模抑制比。odAidr o0r CMRK模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編圖5-13 理想運算放大器的電壓傳輸特性圖5-14 運放的電路模型（2）運放電壓傳輸特性 uo= f (ui) 模 擬 電

9、子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編（3）理想運放工作在線性區(qū)的特點）理想運放工作在線性區(qū)的特點 虛短：虛短：工作在線性區(qū)的理想運放的輸入端電壓近似為工作在線性區(qū)的理想運放的輸入端電壓近似為零，也就是說，輸入端在分析時可以看成是短零，也就是說，輸入端在分析時可以看成是短接的，這就是所謂的接的，這就是所謂的“虛短虛短”。在分析計算中，。在分析計算中，運放的同相端與反相端等電位。運放的同相端與反相端等電位。差模輸入電壓約等于差模輸入電壓約等于0，即，即u+= u，稱，稱“虛短虛短” 虛斷：虛斷：輸入電流約等于輸入電流約等于0，即，即 i+= i 0，稱，稱“虛斷虛斷”。 虛地：當運放的同相端

10、（或反相端）接地虛地：當運放的同相端（或反相端）接地時，運放的另一端也相當于接地，我們稱其為時，運放的另一端也相當于接地，我們稱其為“虛地虛地”。模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編（4）理想運放工作在飽和區(qū)的特點）理想運放工作在飽和區(qū)的特點 輸出只有兩種可能輸出只有兩種可能+Uo(sat)或或 Uo(sat)。當當u+ u 時，時，uo = + Uo(sat)；當；當u+ u時，時，uo= Uo(sat)。不存在。不存在“虛短虛短”現(xiàn)現(xiàn)象。象。 i+= i 0，仍存在，仍存在“虛斷虛斷”現(xiàn)象。現(xiàn)象。模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編5運算放大器在信號運算

11、方面的運用運算放大器在信號運算方面的運用（1）反相比例器圖5-15 反相比例器電路由于“虛斷”，則。因為 iii0uuuuiRRRoooFFFF0uuuuiRRR 由于“虛短”，理想運放的輸入電流為零，即，所以。即oiFFuuiiRR FoiRuuR （2）反相器）反相器 當比例器中的當比例器中的R=RT時，則時，則uo=-ui，即為一個反相器。，即為一個反相器。 模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編（3）同相比例運算電路）同相比例運算電路 同相比例運算電路，電壓串聯(lián)負反饋，輸入端虛短、虛斷，即u=u+=ui1iof1RuuRRFoi1(1)RuuRR2=R1/RF 圖5-1

12、6 同相比例運算電路模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編（4）電壓跟隨器）電壓跟隨器 當R1時，uo=ui，即得到電壓跟隨器圖5-16 同相比例運算電路模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編（5）加法器 0i123iiiii 3i 33330uuiRRi 2i 22220uuiRRi1i11110uuiRRooFF0uuiRR 123iiiii3i1i2oF123uuuuRRRR 由于“虛短”，對節(jié)點1列寫節(jié)點方程（KCL方程），有該電路正是一個由運放構成的反相加法器。123FRRRRoi1i2i3()uuuu圖5-17 加法器電路由于“虛斷”，則節(jié)點1的電位

13、為零。列寫方程：模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編圖5-18 減法器電路（6）減法器）減法器如R1 = R2 = R3 = RF，則 oi2i1uuu模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編（7）積分器）積分器ocFiF1F11dduuitu tCRC 圖5-19 積分器電路模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編圖5-20 微分器電路（8）微分器）微分器oF FF cuR iR i icd( )( )du ti tCtioFdduuR Ct 模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編5.2.3 集成功率放大器集成功率放大器1低頻功率

14、放大器的基本要求低頻功率放大器的基本要求（1）具有足夠大的輸出功率。）具有足夠大的輸出功率。（2）效率要高。）效率要高。（3）非線性失真要小。）非線性失真要小。（4）散熱性能好。）散熱性能好。模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編2低頻功率放大器的分類（1）以晶體管的靜態(tài)工作點位置分類）以晶體管的靜態(tài)工作點位置分類 圖5-21 功率放大器的3種工作狀態(tài)模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編（2）以功率放大器輸出端特點分類）以功率放大器輸出端特點分類 有輸出變壓器功放電路。有輸出變壓器功放電路。 無輸出變壓器功

15、放電路無輸出變壓器功放電路（又稱（又稱OTL功放電路）。功放電路）。 無輸出電容器功放電路無輸出電容器功放電路（又稱（又稱OCL功放電路）。功放電路）。 橋接無輸出變壓器功放電路橋接無輸出變壓器功放電路（又稱（又稱BTL功放電路）。功放電路）。 模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編（3）功率管的安全使用知識）功率管的安全使用知識 避免發(fā)生集電結的擊穿。避免發(fā)生集電結的擊穿。 避免集電結過熱，集電極的功率損耗應避免集電結過熱，集電極的功率損耗應低于最大容許值低于最大容許值PCM。 功率管在工作時不能進入二次擊穿區(qū)。功率管在工作時不能進入二次擊穿區(qū)。模 擬 電 子 技 術 應 用

16、 基 礎王川主編王川主編3乙類推挽功率放大器乙類推挽功率放大器圖5-22 乙類推挽功率放大器電路及其波形電電路路及及其其工工作作原原理理模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編（2）輸出功率和效率）輸出功率和效率 作直流負載線，求靜作直流負載線，求靜態(tài)工作點。態(tài)工作點。 作交流負載線，畫交作交流負載線，畫交流電壓和電流幅值。流電壓和電流幅值。圖5-22 乙類推挽功率放大器電路及其波形模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編 電路最大輸出功率。電路最大輸出功率。cemGUUGcmLUIR2GGomGLL122UUPURR2GomL2UPR212LLL21124NRRn

17、 RN 式中，n = N1/N2。 效率。效率。 = T m 電路優(yōu)點：總效率高。電路優(yōu)點：總效率高。電路缺點：存在交越失真，頻率特性不好。電路缺點：存在交越失真，頻率特性不好。模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編4甲乙類推挽功率放大器甲乙類推挽功率放大器圖5-24 甲乙類推挽功率放大電路Rb1、Rb2、Re組成分壓式電流負反饋偏置電路。靜態(tài)時，VT1、VT2處于微導通狀態(tài)，從而避免了交越失真。由于靜態(tài)工作點處于甲、乙類之間，所以叫做甲乙類推挽功率放大器。模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編5互補對稱式推挽功放電路（互補對稱式推挽功放電路（OTL電路）電路）

18、（1）電路結構）電路結構圖5-25 互補對稱式推挽功放電路模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編（3）最大輸出功率）最大輸出功率 cemG12UUcemGcmLL2UUIRRGomcmcemGL1112222UPIUUR2GomL8UPR（2 2）信號的放大過程）信號的放大過程輸入信號輸入信號ui負半周時，負半周時，VT1輸出正半周信號，輸出正半周信號，VT2導通（導通（VT3截止），截止），i2通過通過RL；ui正半周時，正半周時，VT1輸輸出負半周信號，出負半周信號，VT3導通（導通（VT2截止），截止），i3流過流過RL。在在ui一周期內(nèi)，一周期內(nèi)，VT2、VT3輪流導電

19、，輪流導電，RL上得到完上得到完整的信號。整的信號。 模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編6無輸出電容功率放大器（OCL電路）圖5-26 OCL功放示意圖（1）中點靜態(tài)電位必須為零）中點靜態(tài)電位必須為零（UA=0） 雙電源供電：電壓大小相等、極性相反的正負電源。 采用差分放大電路。（2）最大輸出功率）最大輸出功率cemGUUcemGcmLLUUIRR GomcmcemGL1122UPIUUR2GomL2UPR模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編7平衡式推挽功率放大電路（平衡式推挽功率放大電路（BTL電路）電路）圖5-27 平衡式推挽功率放大電路靜態(tài)時，電橋平衡，4只晶體管均截止，輸出電壓為零，負載RL中無直流電流。動態(tài)時，橋臂對管輪流導通。 模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編8集成功率放大電路及應用集成功率放大電路及應用圖5-28 TDA2030的外引線排列圖5-29 TDA2030接成OCL功放電路模 擬 電 子 技 術 應 用 基 礎王川主編王川主編5.3 任務實施過程任務實施過程5.3.1 任務分析任務分析圖5-30 汽車倒車警示電路框圖模 擬 電 子 技 術 應