第一章三極管1ppt課件

1、電子技術基礎沈航民用航空器培訓中心第第1 章章 半導體半導體1.2 三極管及基本放大電路三極管及基本放大電路1.2.1 1.2.1 晶體三極管的結(jié)構(gòu)晶體三極管的結(jié)構(gòu) 工作原理工作原理 管腳排列方式管腳排列方式1.2.2 1.2.2 晶體三極管的特性曲線參數(shù)及檢測晶體三極管的特性曲線參數(shù)及檢測1.2.3 1.2.3 放大器的一般概念放大器的一般概念1.2.4 1.2.4 基本放大電路基本放大電路 半導體三極管又稱為晶體三極管，后面簡稱為晶體管，它半導體三極管又稱為晶體三極管，后面簡稱為晶體管，它與二極管一樣也是非線性器件，但其主要特性上是截然不同。與二極管一樣也是非線性器件，但其主要特性上是截然

2、不同。二極管主要是單向?qū)щ娦?，而晶體管的主要特性與其工作模式二極管主要是單向?qū)щ娦?，而晶體管的主要特性與其工作模式有關。當三極管工作在放大模式時，它對信號的電流、電壓具有關。當三極管工作在放大模式時，它對信號的電流、電壓具有放大作用，從而構(gòu)成放大器；當三極管工作在飽和和截止模有放大作用，從而構(gòu)成放大器；當三極管工作在飽和和截止模式時，它相當于一個受控開關，從而構(gòu)成無觸點開關電路。式時，它相當于一個受控開關，從而構(gòu)成無觸點開關電路。1.2.1 晶體三極管的結(jié)構(gòu)晶體三極管的結(jié)構(gòu) 工作原理工作原理 管腳管腳排列方式排列方式1.晶體三極管的結(jié)構(gòu)晶體三極管的結(jié)構(gòu) 在一個極薄的硅或鍺的基片上制造出三個摻雜

3、區(qū)三在一個極薄的硅或鍺的基片上制造出三個摻雜區(qū)三層半導體形成兩個層半導體形成兩個PN結(jié)，就構(gòu)成了晶體管。從三層半導結(jié)，就構(gòu)成了晶體管。從三層半導體上各接出一個引線，就是三極管的三個電極，再封裝在體上各接出一個引線，就是三極管的三個電極，再封裝在管殼里就制成了三極管。管殼里就制成了三極管。 三個電極分別叫發(fā)射極三個電極分別叫發(fā)射極E、基極、基極B、集電極、集電極C，對應的，對應的每層半導體分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)。發(fā)射區(qū)與基每層半導體分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)。發(fā)射區(qū)與基區(qū)交界處的區(qū)交界處的PN結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)與基區(qū)交界處的結(jié)叫發(fā)射結(jié)，集電區(qū)與基區(qū)交界處的PN結(jié)結(jié)叫集電結(jié)。依據(jù)基區(qū)材料是

4、叫集電結(jié)。依據(jù)基區(qū)材料是P型還是型還是N型半導體，三極管型半導體，三極管有有NPN型和型和PNP型兩種類型。它們的基本結(jié)構(gòu)及符號如圖型兩種類型。它們的基本結(jié)構(gòu)及符號如圖所示。所示。2.工作原理工作原理 當三極管的發(fā)射結(jié)作用正向電壓又稱正向偏置而集當三極管的發(fā)射結(jié)作用正向電壓又稱正向偏置而集電結(jié)作用反向電壓時，三極管的基極電流對集電極電流有控電結(jié)作用反向電壓時，三極管的基極電流對集電極電流有控制作用。制作用。IB0發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏IB=0發(fā)射結(jié)反偏發(fā)射結(jié)反偏IB0集電結(jié)正偏集電結(jié)正偏IB=0集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏IB=0兩個兩個PN結(jié)總有結(jié)總有一個反偏一個反偏UBBUCC，IB0 IC0發(fā)射結(jié)

5、發(fā)射結(jié)和集電極正偏，和集電極正偏，IC不受不受IB控制?？刂啤BBUonBCBCiiIIiCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA發(fā)射結(jié)、集電結(jié)處于正偏發(fā)射結(jié)、集電結(jié)處于正偏失去放大作用失去放大作用晶體管晶體管C C、E E之間電壓之間電壓 UCEUCE0.7V0.7VCEB+-+飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū):BCii uCE=uBE(uCB=0） 晶體管處于臨界狀態(tài)。晶體管處于臨界狀態(tài)。飽和壓降飽和壓降UCES飽和壓降飽和壓降UCES：硅管硅管0.3V，鍺管，鍺管0.1V擊穿區(qū)擊穿區(qū):發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏, ,集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏隨

6、著隨著UCEUCE的增大，加在集電結(jié)上的反偏電壓增的增大，加在集電結(jié)上的反偏電壓增大，超過一定數(shù)值時，集電結(jié)發(fā)生擊穿。大，超過一定數(shù)值時，集電結(jié)發(fā)生擊穿。 晶體三極管的輸出特性曲線晶體三極管的輸出特性曲線在放大器中，晶體三極管工作在放大區(qū)；在開關在放大器中，晶體三極管工作在放大區(qū)；在開關電路中，晶體三極管工作于飽和區(qū)和截止區(qū)。電路中，晶體三極管工作于飽和區(qū)和截止區(qū)。2.晶體管的檢測晶體管的檢測（1用萬用表判別管腳的極性用萬用表判別管腳的極性三極管的結(jié)構(gòu)示意圖三極管的結(jié)構(gòu)示意圖三極管的管腳判別三極管的管腳判別2.晶體管的檢測晶體管的檢測（2晶體管好壞的大致判別晶體管好壞的大致判別 根據(jù)晶體管根據(jù)

7、晶體管PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，我們可以檢查結(jié)的單向?qū)щ娦?，我們可以檢查各極間各極間PN結(jié)的正反向電阻，如果相差較大，說明管結(jié)的正反向電阻，如果相差較大，說明管子基本是好的；如果正反向電阻都較大，說明管子子基本是好的；如果正反向電阻都較大，說明管子內(nèi)部有斷路或內(nèi)部有斷路或PN結(jié)性能不好；如果正反向電阻都小，結(jié)性能不好；如果正反向電阻都小，說明管子極間短路或擊穿了。說明管子極間短路或擊穿了。 注意：用萬用表測晶體管，不宜用注意：用萬用表測晶體管，不宜用RX1擋，因擋，因為電表內(nèi)阻較小，流過晶體管電流較大；也不宜用為電表內(nèi)阻較小，流過晶體管電流較大；也不宜用RX10k擋，這擋電壓高，可能損壞一些低反壓小

8、功擋，這擋電壓高，可能損壞一些低反壓小功率晶體管。率晶體管。1.2.3 放大器的一般概念放大器的一般概念 放大器的基本概念放大器的基本概念 放大器的應用放大器的應用1、放大器的基本概念、放大器的基本概念放大現(xiàn)象存在于各種場合：放大現(xiàn)象存在于各種場合：其共同特點是：其共同特點是： 將將“原物原物形狀或大小按一定比例放大；形狀或大小按一定比例放大； 放大前后能量守恒放大前后能量守恒放大鏡放大微小物體放大鏡放大微小物體利用杠桿移動重物利用杠桿移動重物變壓器將低電壓變換為高電壓變壓器將低電壓變換為高電壓2、放大器的應用、放大器的應用 例如：例如：u放大的對象：放大的對象：u放大的本質(zhì)：放大的本質(zhì)：u放

9、大的特征：放大的特征：u放大的基本要求：放大的基本要求：不失真不失真變化量變化量能量的控制和轉(zhuǎn)換能量的控制和轉(zhuǎn)換功率放大功率放大線性工作區(qū)線性工作區(qū)電壓或電流電壓或電流有源元件有源元件正弦量正弦量1.2.4 基本放大電路基本放大電路放大電路方框圖放大電路方框圖1221任何放大電路均可看成為兩端口網(wǎng)絡。任何放大電路均可看成為兩端口網(wǎng)絡。信號源信號源信號源內(nèi)信號源內(nèi)阻阻輸入電壓輸入電壓輸入電流輸入電流輸出電壓輸出電壓輸出電流輸出電流 晶體管晶體管 放大電路放大電路共射放大電路共射放大電路共基放大電路共基放大電路共集放大電路共集放大電路(1) (1) 必須具有一個能起到控制、放大作用的器件必須具有一

10、個能起到控制、放大作用的器件晶體管或場效應管；晶體管或場效應管；(2) (2) 保證不失真的放大保證不失真的放大工作在線性放大區(qū)晶體管或恒流區(qū)場效工作在線性放大區(qū)晶體管或恒流區(qū)場效應管）應管）NPN:發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏電路的組成電路的組成 保證被放大的交流信號有合適的傳輸通道。保證被放大的交流信號有合適的傳輸通道。(3)(3)放大的是變化量放大的是變化量+-uiVBBTVCC-uo+RbRc加入動態(tài)信號加入動態(tài)信號 ui 后：后：ui =0時，稱放大電路處于靜態(tài)。時，稱放大電路處于靜態(tài)。VCC 、VBB 保證晶體管工作在線性放大區(qū)，保證晶體管工作在線性放大區(qū)，IBIC晶

11、體管晶體管c-e之間電壓之間電壓UCEui uBE iB iC uRC uCE（uo）ce=VCC -ICRC此時此時 IC= IB。各元件的作用各元件的作用VBB、Rb：VCC、Rc：保證晶體管工作在放大狀態(tài)保證晶體管工作在放大狀態(tài)+-uiVBBTVCC-uo+RbRc晶體管晶體管T T：放大信號、控制能量放大信號、控制能量使集電極電流的變化使集電極電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化；轉(zhuǎn)換為電壓的變化；向被放大的輸出信號提供能量。向被放大的輸出信號提供能量。使使UBEUBE UonUon，且有合適的，且有合適的IBIB。使集電結(jié)反向偏置，使集電結(jié)反向偏置， 輸入電壓輸入電壓ui為零時，將晶體管各極的

12、電流、為零時，將晶體管各極的電流、b-e間電間電壓以及壓以及c-e間電壓稱為靜態(tài)工作點間電壓稱為靜態(tài)工作點Q。-UCEQ+各處電壓電流值記作各處電壓電流值記作IBQ、 ICQIEQ）、）、 UBEQ、UCEQ。IBQICQ-UBEQ+ 放大的對象是動態(tài)信號，為什么卻要晶體管在信放大的對象是動態(tài)信號，為什么卻要晶體管在信號為零時有合適的靜態(tài)工作點？號為零時有合適的靜態(tài)工作點？VBBVCCRbRcquiescent 設置靜態(tài)工作點的必要性設置靜態(tài)工作點的必要性 輸出電壓必然失真！輸出電壓必然失真！ 為什么放大的對象是動態(tài)信號，卻要晶體管在信號為零時有合適的直流電流和極間電壓？要解決失真問題，必須設

13、置合適的靜態(tài)工作點要解決失真問題，必須設置合適的靜態(tài)工作點+-uiT-uo+RcRb+VCCuit0iBUonuBEoiB uBE QuBE toUBE ui (ube ) Q1Q2oiB tIB (ib ) uCE oIBiCQQ1Q2iCotIC(ic )uCE toUCE (uce )uo 實際放大電路中，為了防止干擾，常要求輸入實際放大電路中，為了防止干擾，常要求輸入 信號、直流電源、輸出信號均有一端接在公共端，信號、直流電源、輸出信號均有一端接在公共端，稱為稱為“共地共地”+-uiVBBTVCC-uo+RbRc1、信號源與放大電路不、信號源與放大電路不“共共地地”2、兩個電源、兩個電

14、源將兩個電源將兩個電源合二而一合二而一共地共地靜態(tài)時，靜態(tài)時，b1RBEQUU 動態(tài)時，動態(tài)時，b-e間電壓間電壓 是是ui與與Rb1上電壓之上電壓之和。和。% %、直接耦合放大電路、直接耦合放大電路+-uiVBBTVCC-uo+RbRc+-uiT-uo+RcRb1+VCCRb2RL問題：問題：信號損失信號損失Rb1不可去掉、不可去掉、耦合電容的容量應足夠大，耦合電容的容量應足夠大，靜態(tài)時，靜態(tài)時，C1、C2上電壓？上電壓？CEQC2BEQC1UUUU ，動態(tài)時，動態(tài)時，C1、C2為耦合電容！為耦合電容！UBEQUCEQuBEuiUBEQ，信號馱載在靜態(tài)之，信號馱載在靜態(tài)之上。上。% %、阻容

15、耦合放大電路、阻容耦合放大電路耦合電容使負載上只有交流信號。耦合電容使負載上只有交流信號。+-ui-uo+Rc+VCCRbC1C2RL即對于交流信號近似為短路。即對于交流信號近似為短路。“隔離直流、通過交流隔離直流、通過交流”。對于直流信號近似為斷路。對于直流信號近似為斷路。共發(fā)射極基本放大電路共發(fā)射極基本放大電路PNP組成的共發(fā)射極放大器組成的共發(fā)射極放大器% %、 放大電路的分析方法放大電路的分析方法 放大電路放大電路 分析分析靜態(tài)分析靜態(tài)分析動態(tài)分析動態(tài)分析近似估算法近似估算法圖解法圖解法微變等效電路法微變等效電路法圖解法圖解法計算機仿真計算機仿真確定放大電路確定放大電路 的靜態(tài)值的靜態(tài)

16、值放大電路對信號的放大電路對信號的 放大和傳輸能力放大和傳輸能力 通常，放大電路中直流電源的作用和交流信號的通常，放大電路中直流電源的作用和交流信號的1 、直流通路和交流通路、直流通路和交流通路 為簡化，將它們分開作用，為簡化，將它們分開作用，作用共存，電路中各點的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上作用共存，電路中各點的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號。這使得電路的分析復雜化。附加了小的交流信號。這使得電路的分析復雜化。引入直流通路和交流通路。引入直流通路和交流通路。u 直流通路直流通路電感相當于短路線圈電阻近似為電感相當于短路線圈電阻近似為0）。）。電容開路；電容開路； 只考慮直流信號的

17、分電路只考慮直流信號的分電路 信號源置零，保留內(nèi)阻；信號源置零，保留內(nèi)阻；開路開路開路開路Rb+VCCRcRb+VCCRcC1C2Tui+UCEQIBQICQ用于研究靜態(tài)工作點用于研究靜態(tài)工作點u 交流通路交流通路直流電源相當于短路直流電源相當于短路大容量電容相當于短路；大容量電容相當于短路； 只考慮交流信號的分電路只考慮交流信號的分電路（內(nèi)阻為（內(nèi)阻為0）短路短路短路短路置零置零接地接地RbRcuiuoRb+VCCRcC1C2Tuiuo用于研究動態(tài)參數(shù)用于研究動態(tài)參數(shù)2 圖解法圖解法（一）、靜態(tài)工作點的分析（一）、靜態(tài)工作點的分析 實際測出放大管的輸入特性、輸出特性和已知放大實際測出放大管的

18、輸入特性、輸出特性和已知放大電路中其它各元件參數(shù)的情況下，利用作圖的方法對放電路中其它各元件參數(shù)的情況下，利用作圖的方法對放大電路進行分析即為圖解法大電路進行分析即為圖解法 輸入電壓輸入電壓ui=0，IBQ、 ICQIEQ）、）、 UBEQ、UCEQ。近似估算法近似估算法: : 圖解分析法：圖解分析法： 畫出直流通路，在此電路上進行近似估算畫出直流通路，在此電路上進行近似估算oiBuBEUBEQIBQQiCuCEoIBQICQUCEQQ（1）、用近似估算法確定）、用近似估算法確定Q點點直流通路直流通路IBIC+UBE +UCE VCC =RbIB +UBE VCC =RcIC +UCE 晶體管

19、工作在線性放大區(qū)時：晶體管工作在線性放大區(qū)時： 硅管：硅管： |UBE|=0.60.8V 鍺管：鍺管： |UBE|=0.10.3V 當當VCC大于大于10V時，時， UBE可忽略。可忽略。 IC IB+-uiT-uo+Rc+VCCRbC1C2+RbRc+VCCRbRcVCCIBIC+UBE +UCE UBE iBiCiE+uCE-+uBE- 從輸入回路看從輸入回路看iB與與uBE的關系滿足：的關系滿足：)(BEBufi CEu常數(shù)常數(shù)輸入特性輸入特性BEBbCCuiRV直線方程直線方程uBEiBo)(BEBufi CCVbCCRVQUBEQIBQUBEQ、IBQ通常采用估算法確定通常采用估算法

20、確定IBQ。 輸入回路輸入回路負載線負載線bR1 （2）、用圖解法確定）、用圖解法確定Q點點+-ui-uo+RcRbC1C2+BEbbCCB1uRRVi 從輸出回路看從輸出回路看iC與與uCE的關系滿足：的關系滿足：)(CECufi Bi常數(shù)常數(shù)CCC CCEVR iuiCuCEoIBQCCVCCCRVQUCEQICQUCEQ、ICQ直線方程的斜率直線方程的斜率CR1 與集電極負載電阻與集電極負載電阻Rc有關，有關， 故稱之為直流負載線故稱之為直流負載線iBiCiE+uCE-+uBE-+-ui-uo+Rc+VCCRbC1C2+輸出特性輸出特性直線方程直線方程CEccCCC1uRRVi例題例題2

21、043212 4 6 8 10 12iC(mA)uCE(V)06080IB= 100A040利用圖解法求靜態(tài)工作點。利用圖解法求靜態(tài)工作點。 解：解：估算估算IBQ VCC=12VIBQbCCRVk300V12 A40 CECCCCURIV 令令IC= 0，則則UCE= VCC=12V令令UCE= 0， 則則IC=VCC/RC = 3mAQ1.5IBQ =40AICQ =1.5mAUCEQ = 6V300k 4k +12V iBiCiE+uCE-+uBE-+-ui-uo+Rc+VCCRbC1C2+圖解法靜態(tài)工作情況圖解法靜態(tài)工作情況 當當VCC一定時，靜態(tài)工作點一定時，靜態(tài)工作點Q在直流負載線

22、上在直流負載線上的位置，取決于靜態(tài)基極電流的位置，取決于靜態(tài)基極電流IBQ，而，而IBQ的大小由的大小由偏置電阻偏置電阻RB決定。決定。圖解法靜態(tài)工作情況圖解法靜態(tài)工作情況 當其它條件不變，集電極電阻當其它條件不變，集電極電阻RC的變化時，直的變化時，直流負載線的斜率變化，引線流負載線的斜率變化，引線Q點移動。點移動。圖解法靜態(tài)工作情況圖解法靜態(tài)工作情況 當其它條件不變，僅改變電源電壓時，則負載當其它條件不變，僅改變電源電壓時，則負載線的向右或向左平移，但斜率不會改變。例如：線的向右或向左平移，但斜率不會改變。例如：M2N2直線。直線。電壓放大倍數(shù)的分析電壓放大倍數(shù)的分析 bBIBBBERiu

23、VuIuBBQBiII CiCEuu輸出電壓與輸入電壓變化相反輸出電壓與輸入電壓變化相反uQ點位置對點位置對Au的影響的影響%、直流負載線與交流負載線、直流負載線與交流負載線 （1）、直流負載線）、直流負載線 阻容耦合放大電路在工作時，阻容耦合放大電路在工作時， 靜態(tài)時，靜態(tài)時， 負載對電路的工作狀態(tài)負載對電路的工作狀態(tài) 沒有影響，沒有影響， 直流負載線方程為：直流負載線方程為：CECCCCuiRV iC(mA)2043212 4 6 8 10 12 uCE(V)0IB=406080100直流直流斜率斜率 C1 R Q+-ui-uo+Rc+VCCRbC1C2+RL輸出端總要接上一定的負載。輸出

24、端總要接上一定的負載。 交流通路交流通路 +-ui-uo+Rc+VCCRbC1C2+RL2、交流負載線、交流負載線動態(tài)信號遵循的負載線動態(tài)信號遵循的負載線 CLLR/RR RbRc+uo-RL+ui-ict其中：其中：LcceRiu 交流負載線的斜率交流負載線的斜率 LR1 必過必過Q Q點點 CCCCQCEQVR IUCCCCQCEcLVR Ii RuCEQCQCELCLUIRi RuiC(mA)2043212 4 6 8 10 12 uCE(V)0IB=40 A6080100直流直流Q交流交流 必過必過Q Q點點 交流負載線的斜率交流負載線的斜率 LR1 注意：注意：（1直接耦合，交、直流

25、負載線是一條。直接耦合，交、直流負載線是一條。 （2阻容耦合，只有空載時，交、直流負載線重合。阻容耦合，只有空載時，交、直流負載線重合。iC(mA)2043212 4 6 8 10 12 uCE(V)0IB=40 A6080100直流直流Q交流交流由斜率由斜率 定出的負載線稱為直流負載線；定出的負載線稱為直流負載線；CR1 它由直流通路決定，它由直流通路決定， 反映了靜態(tài)時電路的工作狀態(tài)；反映了靜態(tài)時電路的工作狀態(tài)；由斜率由斜率 定出的負載線稱為交流負載線；定出的負載線稱為交流負載線；LR1 它由交流通路決定；它由交流通路決定； 表示動態(tài)時工作點移動的軌跡。表示動態(tài)時工作點移動的軌跡。由于由于

26、 CLRR 所以所以 CLR1R1 故交流負載線比直流負載線故交流負載線比直流負載線更陡，更陡， 結(jié)果使放大能力降低。結(jié)果使放大能力降低。UoppUopp 最大不失真輸出電壓變小。最大不失真輸出電壓變小。 圖解分析法動態(tài)工作情況圖解分析法動態(tài)工作情況iBEQuUuBE電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)AuAu1221電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)iouuuUUAA 電流放大倍數(shù)電流放大倍數(shù)ioiiiIIAA 衡量放大電路放大能力的重要指標衡量放大電路放大能力的重要指標靜態(tài)工作點與波形失真的關系靜態(tài)工作點與波形失真的關系最大不失真輸出電壓最大不失真輸出電壓: :為了使其盡可能大，應將為了使其盡可能大，應將Q 點

27、設置在負載線的中點點設置在負載線的中點:2CCCESVUCEQCCUV CESCEQUU %、圖解法的適用范圍、圖解法的適用范圍 圖解法能夠直觀形象地反映晶體管的工作情況，圖解法能夠直觀形象地反映晶體管的工作情況，便于對放大電路工作原理的理解。便于對放大電路工作原理的理解。做圖麻煩，做圖麻煩， 易產(chǎn)生誤差。易產(chǎn)生誤差。必須實測所用管的特性曲線，必須實測所用管的特性曲線， 適用于分析輸出信號幅值較大且工作頻率不太高適用于分析輸出信號幅值較大且工作頻率不太高的情況。的情況。多用于分析多用于分析Q Q點位置、點位置、和失真情況和失真情況優(yōu)點：優(yōu)點：缺點：缺點：適用適用范圍范圍且曲線只反映低頻時且曲線

28、只反映低頻時的電壓電流關系；的電壓電流關系；% %基本共集放大電路基本共集放大電路電路的組成電路的組成 +ui-T+uo-2C bR1C eRLRCCV +-susRTeRLR+uo-bR+-susR+ui-交流通路交流通路電路的組成電路的組成 % % 共基放大電路共基放大電路+ui-T+uo-2C eR1C 1bRLRCCV +susR bC2bRcRTeR+susR+ui-cRLR+uo-交流通道 放大電壓放大電壓 放大電流放大電流 放大電流放大電流 放大電壓放大電壓 Au大大 Au1 Au大大 反相反相 同相同相 同相同相 Ri 中中 Ri 大大 Ri 小小 Ro 大大 Ro 小小 Ro

29、 大大 頻帶窄頻帶窄 頻帶窄頻帶窄 頻帶寬頻帶寬 三種接法的比較三種接法的比較13 集成運算放大器集成運算放大器高性能的直接耦合多級放大電路，簡稱集成運放。高性能的直接耦合多級放大電路，簡稱集成運放。13.1 集成運算放大器(1) 級間采用直接耦合方式；級間采用直接耦合方式； 用有源器件取代電阻；用有源器件取代電阻；(2) 相鄰元件具有良好的對稱性，相鄰元件具有良好的對稱性， 受環(huán)境溫度和干擾受環(huán)境溫度和干擾等影響后的變化也相同，等影響后的變化也相同， 所以大量采用各種差分放大電路所以大量采用各種差分放大電路(作輸入級作輸入級)和恒流源電路作偏置電路或有源負載和恒流源電路作偏置電路或有源負載)

30、；(3) 不同形式的集成電路，不同形式的集成電路， 只增加元件不增加工序，只增加元件不增加工序，通常用復雜的電路形式來實現(xiàn)提高各方面性能的目的；通常用復雜的電路形式來實現(xiàn)提高各方面性能的目的；(4) 常采用復合管常采用復合管1 1 集成運放的組成和工作原集成運放的組成和工作原理理2 2 集成運放電路的組成及其各部分的作用集成運放電路的組成及其各部分的作用輸入級輸入級一般為差分放大電路一般為差分放大電路中間級中間級主放大級，多為有源負載的共射主放大級，多為有源負載的共射(源源)電路電路輸出級輸出級互補輸出電路，帶載能力強互補輸出電路，帶載能力強偏置電路偏置電路電流源電路，為各級提供合適靜態(tài)工作點

31、電流源電路，為各級提供合適靜態(tài)工作點輸入級輸入級偏置電路偏置電路中間級中間級輸出級輸出級+uo uiduP uNuo 減少溫漂減少溫漂3 3集成運放的電壓傳輸特性集成運放的電壓傳輸特性+AoduPuNuO輸出電壓與兩個輸入端的電壓輸出電壓與兩個輸入端的電壓之間存在線性放大關系，即之間存在線性放大關系，即)u(uAuNPodO 線性區(qū)域：線性區(qū)域：Aod為差模開環(huán)放大倍數(shù)為差模開環(huán)放大倍數(shù)非線性區(qū)域：非線性區(qū)域：輸出電壓只有兩種可能：輸出電壓只有兩種可能：+UOM或或-UOMUOM為輸出電壓的飽和電壓。為輸出電壓的飽和電壓。uOuP-uNUOM-UOM幾十幾十萬倍萬倍參數(shù)參數(shù) 典型數(shù)值典型數(shù)值

32、理想值理想值oRRAi100101010101013675 0 Ri i+=0=i-uo=A(u+-u-)=AudA u+=u-（2）、運放電路模型）、運放電路模型（1）、運放電路符號）、運放電路符號（3）、運放特點）、運放特點+-U+U同相輸入端同相輸入端反相輸入端反相輸入端+-u+u-uoRiRo-+A(u+-u-)i+i-虛斷虛斷虛短虛短 電子電路將輸出量的一部分或全部通過一定的電路形電子電路將輸出量的一部分或全部通過一定的電路形式作用到輸入回路，用來影響輸入量的措施稱為反饋。式作用到輸入回路，用來影響輸入量的措施稱為反饋。 反饋放大電路可用方框圖表示:+iX 放大電路放大電路反饋網(wǎng)絡反

33、饋網(wǎng)絡iXoXfX反向傳輸反向傳輸正向傳輸正向傳輸從輸入端到輸出端從輸入端到輸出端從輸出端到輸入端從輸出端到輸入端:XXXfii 凈輸入量凈輸入量:Xi輸入量輸入量:Xf反饋量反饋量4、由運算放大器構(gòu)成的反饋放大器、由運算放大器構(gòu)成的反饋放大器（1） 反饋分類及判斷反饋分類及判斷按照對凈輸入信號的影響，分為正反饋和負反饋按照對凈輸入信號的影響，分為正反饋和負反饋按照反饋信號所取的輸出信號不同，分為電壓反饋按照反饋信號所取的輸出信號不同，分為電壓反饋 和電流反饋和電流反饋按照反饋信號加在輸入回路的形式，分為串聯(lián)反饋按照反饋信號加在輸入回路的形式，分為串聯(lián)反饋 和并聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋按照反饋所含有的

34、信號，分為直流反饋和交流反饋按照反饋所含有的信號，分為直流反饋和交流反饋+iX 放大電路放大電路反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡iXoXfX（2）、有無反饋的判斷 若放大電路中存在將輸出回路與若放大電路中存在將輸出回路與輸入回路相連接的通路，輸入回路相連接的通路， 并由此影響了放大電路的凈輸入，并由此影響了放大電路的凈輸入， 則表明電路中引入了反饋。則表明電路中引入了反饋。 +ui-T+uo- Rb1RbRcC2C1+VCC無無+ui-T+uo- Rb1Rb2RcReC2C1Ce +VCC有有+A ui uo 無無+A ui uo R1 R2 有有+A ui uo R 無無（3 3）、負反饋和正反饋）、負反饋

35、和正反饋1. 負反饋負反饋 使放大電路凈輸入量減小的反饋，使放大電路凈輸入量減小的反饋， 或使輸出量的變化減小的反饋?；蚴馆敵隽康淖兓瘻p小的反饋。2. 正反饋正反饋 使放大電路凈輸入量增大的反饋，使放大電路凈輸入量增大的反饋， 或使輸出量的變化增大的反饋?；蚴馆敵隽康淖兓龃蟮姆答?。正反饋和負反饋的判斷法之一：瞬時極性法正反饋和負反饋的判斷法之一：瞬時極性法ui uo R1 R2 +A2 在放大電路的輸入端，假設一個輸入信號對地的極性，可用“+”、“-”或“”、“”表示。 按信號傳輸方向依次判斷相關點的瞬時極性，直至判按信號傳輸方向依次判斷相關點的瞬時極性，直至判斷出反饋信號的瞬時極性。斷出反

36、饋信號的瞬時極性。ui uo R1 R2 +A2 +uf ud 負反饋負反饋 如果反饋信號的瞬時極性使凈輸入減小，則為負反如果反饋信號的瞬時極性使凈輸入減小，則為負反饋；反之為正反饋。饋；反之為正反饋。瞬時極性法瞬時極性法+A ui uo R1 R2 uf +ud 正反饋正反饋 瞬時極性法瞬時極性法5、 集成運放的種類及選擇集成運放的種類及選擇(1)、按工作原理分類、按工作原理分類 電壓放大型電壓放大型 電流放大型電流放大型 跨導型跨導型 互阻型互阻型 (2)、按可控性分類、按可控性分類 可變增益運放可變增益運放 選通控制運放選通控制運放 (3)、按性能指標分類、按性能指標分類 高阻型高阻型

37、高速型高速型 高精度型高精度型 低功耗型低功耗型 高壓型高壓型(4)、運放的選擇、運放的選擇 信號源的性質(zhì)信號源的性質(zhì) 負載的性質(zhì)負載的性質(zhì) 精度要求精度要求 環(huán)境條件環(huán)境條件 根據(jù)根據(jù):6. 集成運放的使用集成運放的使用% %、使用時必做的工作、使用時必做的工作 (1)、集成運放的外引線、集成運放的外引線 金屬殼封裝金屬殼封裝 (F007)12345678雙列直插式封裝雙列直插式封裝 (LM741)1 2 3 48 7 6 5 LM741 2反相輸入端反相輸入端3同相輸入端同相輸入端6輸出端輸出端4負電源端負電源端7正電源端正電源端1、5外接調(diào)零電位器外接調(diào)零電位器 8閑置端閑置端8腳、腳、

38、 10腳、腳、 12腳、腳、 16腳腳 單運放、單運放、 雙運放、雙運放、 四運放四運放 (2)、參數(shù)測量、參數(shù)測量 (3)、調(diào)零或調(diào)整偏置電壓、調(diào)零或調(diào)整偏置電壓 (4)、消除自激振蕩、消除自激振蕩 %、保護措施 (1)、輸入保護、輸入保護 防止輸入差模信號幅值過大防止輸入差模信號幅值過大 +A D1 D2 R 防止輸入共模信號幅值過大防止輸入共模信號幅值過大 A +D1 +V D2 -V R(2)、輸出保護、輸出保護 +A DZ R(3)、電源端保護、電源端保護A +D1 +VCC D2 -VCC 1.3.2 1.3.2 運算放大器的應用運算放大器的應用一、運算放大器的開環(huán)應用一、運算放大

39、器的開環(huán)應用 當集成運放處于開環(huán)狀態(tài)或引入正反饋時，由于當集成運放處于開環(huán)狀態(tài)或引入正反饋時，由于運放的開環(huán)放大倍數(shù)很大，使在運放的兩個輸入端之運放的開環(huán)放大倍數(shù)很大，使在運放的兩個輸入端之間有一個非常微小的差值信號，也會使輸出電壓飽和，間有一個非常微小的差值信號，也會使輸出電壓飽和，使運放工作在非線性區(qū)。使運放工作在非線性區(qū)。 利用這一特性，運放可以作電壓比較器，信號利用這一特性，運放可以作電壓比較器，信號發(fā)生器等。發(fā)生器等。電壓比較器電路電壓比較器電路集成運放處于開環(huán)狀態(tài)或引入正反饋集成運放處于開環(huán)狀態(tài)或引入正反饋 +A uP uN uo 反饋通路反饋通路 +A uP uN uo ouP-

40、uN uo-UOM +UOM 虛短？ 虛斷？ %、電壓比較器的種類、電壓比較器的種類1、單限比較器、單限比較器 一個閾值電壓一個閾值電壓UT 增大或減小的過程中只要通過增大或減小的過程中只要通過UT，uo都會發(fā)生躍變。都會發(fā)生躍變。 +UOM -UOM 2、滯回比較器、滯回比較器 兩個閾值電壓兩個閾值電壓ouP-uN uoUT1 UT2 uI和和過程中，過程中， uo發(fā)生躍變對應的閾值電壓不同。發(fā)生躍變對應的閾值電壓不同。+UOM -UOM 3、窗口比較器、窗口比較器 兩個閾值電壓兩個閾值電壓uI單方向變化時，單方向變化時， 在通過不同的閾值電壓時，在通過不同的閾值電壓時， uo產(chǎn)生兩次躍變。

41、產(chǎn)生兩次躍變。ouP-uN uoUT1 UT2 +UOM 1 單限比較器單限比較器（1）、過零比較器）、過零比較器 閾值電壓閾值電壓 UT = 0 ui uo +A oui uo+UOM -UOM ui uo +A oui uo-UOM +UOM 反相輸入反相輸入 同相輸入同相輸入 輸入輸出端加保護電路輸入輸出端加保護電路 ui uo +A Rui uo +A DZ Rui uo +A DZ R（2）、一般單限比較器）、一般單限比較器 ui uo +A DZ RR1 R2 UREF NP參考電壓參考電壓 Nui211uRRR REF212URRR 當當uN=nP=0時，時， 輸出電壓會發(fā)生躍變

42、，輸出電壓會發(fā)生躍變， 這時的這時的ui就是閾值電壓就是閾值電壓UT。 0URRRURRRREF212T211 REF12TURRU oui uoUT +UZ1 -UZ2 二、二、 運放的線性應用運放的線性應用構(gòu)成反饋放大電路構(gòu)成反饋放大電路 為實現(xiàn)輸出電壓與輸入電壓的某種運算關系，為實現(xiàn)輸出電壓與輸入電壓的某種運算關系，集成運放應工作在線性區(qū)，集成運放應工作在線性區(qū)， 因而電路中必須引入負反饋，因而電路中必須引入負反饋，且為了穩(wěn)定輸出電壓，且為了穩(wěn)定輸出電壓，均引入電壓負反饋。均引入電壓負反饋。虛短和虛斷是分析運算電路的基本出發(fā)點。虛短和虛斷是分析運算電路的基本出發(fā)點。NPuNuPuOAiPiN反饋網(wǎng)絡反饋網(wǎng)絡基本基本運算運算電路電路比例運算電路比例運算電路加減運算電路加減運算電路 反相比例反相比例 同相比例同相比例 電壓跟隨器電壓跟隨器反相輸入求和反相輸入求和同相輸入求和同相輸入求和雙端輸入求和雙端輸入求和積分、微分積分、微分對數(shù)、指數(shù)對數(shù)、指數(shù)其