電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能-機(jī)工教案第三章教案集成運(yùn)放的理想化及基本電路

1、電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能 主編 胡崢第三章 教案授課班級(jí)課程名稱電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)內(nèi)容集成運(yùn)放的理想化及基本電路課堂類型學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)授課時(shí)間教學(xué)目的1、集成運(yùn)放的理想化及基本電路2、集成運(yùn)放的主要參數(shù)教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重、難點(diǎn)：集成運(yùn)放的理想化及基本電路教學(xué)內(nèi)容及步驟備注3.1 集成運(yùn)算放大器3.1.1 集成運(yùn)放的理想化及基本電路【基本電路】圖3-2所示為集成運(yùn)算放大器內(nèi)部結(jié)構(gòu)，由圖可以看出內(nèi)部電路有四部分：高阻抗輸入級(jí)、中間放大級(jí)、低阻抗輸出級(jí)和偏置電路。高阻抗輸入級(jí)：是影響集成運(yùn)放工作性能的關(guān)鍵級(jí)，一般由差動(dòng)放大電路組成,作為集成運(yùn)放的輸入級(jí)，它有兩個(gè)輸入端。其中一端為同相輸入端、輸入信號(hào)在該端輸

2、入時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相同；另一端為反相輸入端，輸入信號(hào)在該端輸入時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相反。中間放大器：由高增益的電壓放大電路組成。低阻抗輸出級(jí)：由晶體管射極輸出器互補(bǔ)電路組成。偏置電路：為集成運(yùn)放各極提供合適而穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。其中“ ”表示放大器，三角所指方向?yàn)樾盘?hào)傳輸方向，AUO表示該放大器的開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)。輸入端“”（或P）表示同相輸入端，“”（或N）表示反相輸入端。【理想化集成運(yùn)放】為了便于對(duì)集成運(yùn)放電路進(jìn)行分析，通常將集成運(yùn)放視為理想器件。理想化集成運(yùn)放的條件是：1）開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)AUO=；2）輸入電阻ri=；3）輸出電阻rO=0；4）共模抑制比KCMR=。顯然

3、，實(shí)際應(yīng)用的集成運(yùn)放不可能達(dá)到上述理想的技術(shù)指標(biāo)，但隨著集成電路制作工藝及微電子技術(shù)的高速發(fā)展，其技術(shù)指標(biāo)可與理想集成運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)非常接近。因此，在分析集成運(yùn)放電路時(shí)，其帶來(lái)的誤差并不大，在工程上是允許的。本章中我們均將集成運(yùn)放作為理想集成運(yùn)放來(lái)處理。根據(jù)以上的理想條件可推導(dǎo)出以下兩個(gè)重要結(jié)論。1）虛短：理想集成運(yùn)放的兩輸入端電位差趨于零（簡(jiǎn)稱虛短），即u+-u-0（可認(rèn)為u+=u-）。2）虛斷：理想集成運(yùn)放的輸入電流趨于零（簡(jiǎn)稱虛斷），即ii0（可認(rèn)為ii=0）這兩個(gè)結(jié)論是分析集成運(yùn)放電路的重要依據(jù)，可簡(jiǎn)化分析和計(jì)算過(guò)程。3.1.2 集成運(yùn)放的主要參數(shù)為了正確合理地選擇和使用集成運(yùn)放，必須

4、了解集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)。【開(kāi)環(huán)差模電壓增益AUO】指集成運(yùn)放在無(wú)反饋情況下的差模電壓放大倍數(shù)，它是影響運(yùn)算精度的重要指標(biāo)。AUO有兩種表示方法，一種直接表示為10n倍；另一種用對(duì)數(shù)表示，即20lgAUO，單位是分貝（dB）。目前，高增益的集成運(yùn)放可達(dá)140dB左右，理想情況下可認(rèn)為AUO為無(wú)窮大?！据斎胧д{(diào)電壓UIO】由于集成運(yùn)放高阻抗輸入級(jí)電路不對(duì)稱，欲使輸入為零時(shí)輸出電壓為零，必須要在輸入端另加補(bǔ)償電壓，這個(gè)電壓的數(shù)值便為輸入失調(diào)電壓，它反映了集成運(yùn)放的失調(diào)程度。一般UIO值在110mV，其值越小越好?！据斎胧д{(diào)電流IIO】由于工藝上的誤差，輸入信號(hào)為零時(shí)，集成運(yùn)放兩輸入端的靜態(tài)電流不

5、相等，其差值稱為輸入失調(diào)電流。它的大小也衡量了輸入級(jí)的對(duì)稱性，IIO一般在100nA以下，高質(zhì)量的集成運(yùn)放應(yīng)在1nA以下。【共模抑制比KCMR】 電路開(kāi)環(huán)狀態(tài)下，差模放大倍數(shù)AuD與共模放大倍數(shù)AuC之比，即KCMR=AuD/AuC。它是衡量集成運(yùn)放輸入級(jí)各參數(shù)對(duì)稱程度的標(biāo)志，也反映集成運(yùn)放對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。一般集成運(yùn)放的KCMR在80dB以上，高質(zhì)量的可達(dá)160dB。【輸出峰-峰電壓UOPP】又稱輸出電壓動(dòng)態(tài)范圍，指集成運(yùn)放處于空載時(shí)，在一定電源電壓下輸出的最大不失真電壓的峰-峰值。此外，還有輸入電阻、輸出電阻、溫度漂移、轉(zhuǎn)換速率、靜態(tài)功耗及輸入偏置電流等性能指標(biāo)，必要時(shí)可查閱產(chǎn)品說(shuō)明書

6、，這里不詳細(xì)介紹。第三章 教案授課班級(jí)課程名稱電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)內(nèi)容反饋的基本概念及判斷方法課堂類型學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)授課時(shí)間教學(xué)目的1、反饋的基本概念2、反饋的類型與判斷方法教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重、難點(diǎn)：反饋的類型與判斷方法教學(xué)內(nèi)容及步驟備注3.1.3 反饋的基本概念及判斷方法反饋理論及反饋技術(shù)在自動(dòng)控制、信號(hào)處理電子電路及電子設(shè)備中都得到了廣泛的應(yīng)用，有著十分重要的作用。在集成運(yùn)放中，負(fù)反饋?zhàn)鳛楦纳破骷阅艿闹匾侄味鴤涫苤匾??！痉答伒幕靖拍睢克^反饋，是指將系統(tǒng)或電路中輸出信號(hào)（電壓或電流），通過(guò)一定的網(wǎng)絡(luò)，送回到輸入端，并同輸入信號(hào)一起參與放大器的輸入控制作用，從而使放大器的某些性能獲得有效改

7、善的過(guò)程。例如在第2章中討論過(guò)的分壓式射極偏置電路就是利用“反饋”來(lái)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的。即T（溫度）IcQ（輸出量）UeQ（IcQRe）UbeQIbQ（輸入量）IcQ可見(jiàn)，它是利用輸出量IcQ的變化，經(jīng)電阻Re轉(zhuǎn)換成電壓UeQ的變化，送回到輸入電路，使UbeQ減小，IbQ減小，從而使IcQ的變化減小，從而實(shí)現(xiàn)了靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定功能?！痉答伒念愋团c判斷方法】由于反饋的極性不同，反饋信號(hào)的取樣對(duì)象不同，反饋信號(hào)在輸入回路中連接方式也不同。反饋大致可分為以下幾類。（1）正反饋和負(fù)反饋 如果反饋信號(hào)與輸入信號(hào)極性相同，使凈輸入信號(hào)增強(qiáng)，叫做正反饋；反饋信號(hào)與輸入信號(hào)極性相反，使凈輸入信號(hào)削弱，叫做負(fù)反饋

8、。在工程技術(shù)中，正反饋雖然能使輸出信號(hào)增大，電壓放大倍數(shù)增大，但使放大器的性能顯著變差（工作不穩(wěn)定、失真增加等），所以在集成運(yùn)放中不采用正反饋。正反饋一般用于振蕩電路中。正、負(fù)反饋的判斷一般用瞬時(shí)極性法。判斷過(guò)程、反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的關(guān)系如圖3-4所示。如圖3-5所示，在假定輸入信號(hào)為正極性的情況下，先由正向傳輸?shù)捷敵龆?，然后再通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)到輸入端。反饋到晶體管的電極可能為基極或發(fā)射極，反饋回的信號(hào)可正可負(fù)。為區(qū)分反饋量，習(xí)慣上將反饋到輸入端的反饋量畫上圈。圖3-4 利用瞬時(shí)極性法判斷反饋極性圖3-6（2）直流反饋和交流反饋 對(duì)直流量起反饋?zhàn)饔玫慕兄绷鞣答?，?duì)交流量起反饋?zhàn)饔玫慕薪涣鞣答仭Ｆ渲?/p>

9、直流反饋的主要作用是穩(wěn)定放大器靜態(tài)工作點(diǎn)；交流反饋的作用是改善器件性能。下面討論的均為交流反饋。（3）電壓反饋和電流反饋 將輸出電壓按一定比例反饋到輸入端的反饋稱為電壓反饋；將輸出電流按一定比例反饋到輸入端的反饋稱為電流反饋。電壓與電流反饋的判斷如圖3-6所示。（4）串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋 反饋信號(hào)在輸入端是以電壓形式出現(xiàn)，且與輸入信號(hào)串聯(lián)作用于輸入端，稱為串聯(lián)反饋；反饋信號(hào)是以電流形式出現(xiàn)，且與輸入信號(hào)并聯(lián)加到作用于輸入端，稱為并聯(lián)反饋。并聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋的連接方式如圖3-7所示。第三章 教案授課班級(jí)課程名稱電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)內(nèi)容負(fù)反饋對(duì)放大器主要性能指標(biāo)的影響課堂類型學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)授課時(shí)間教學(xué)目

10、的1、了解負(fù)反饋對(duì)放大器主要性能指標(biāo)的影響2、熟悉負(fù)反饋放大器性能指標(biāo)的測(cè)試方法教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重、難點(diǎn)：了解負(fù)反饋對(duì)放大器主要性能指標(biāo)的影響教學(xué)內(nèi)容及步驟備注課堂實(shí)驗(yàn) 負(fù)反饋對(duì)放大器主要性能指標(biāo)的影響【實(shí)驗(yàn)內(nèi)容】（1）測(cè)試開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。按圖3-9所示電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大器實(shí)驗(yàn)電路連接實(shí)驗(yàn)電路，參照第二章技能訓(xùn)練五（多級(jí)放大電路指標(biāo)測(cè)試）測(cè)試上述性能指標(biāo)，并利用示波器觀察輸出波形，記入表3-1。（2）測(cè)試閉環(huán)電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。閉合開(kāi)關(guān)K，重復(fù)上述測(cè)試步驟，并將測(cè)試結(jié)果記入表3-1?！緦?shí)驗(yàn)結(jié)論】引入負(fù)反饋使放大倍數(shù)降低，非線性失真減小，但提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定

11、性。串聯(lián)反饋使輸入電阻增大，并聯(lián)反饋使輸入電阻減??；電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小，電流負(fù)反饋使輸出電阻增大。3.1.4 負(fù)反饋的四種組態(tài)及其判別由以上分析可見(jiàn)，負(fù)反饋放大電路按反饋電路與輸入、輸出的連接關(guān)系分有四種基本組態(tài)，即電壓串聯(lián)負(fù)反饋；電流串聯(lián)負(fù)反饋；電壓并聯(lián)負(fù)反饋；電流并聯(lián)負(fù)反饋。下面分別予以介紹?！倦妷捍?lián)負(fù)反饋】圖3-10所示為具有電壓串聯(lián)反饋的集成運(yùn)放電路。反饋元件為R1、R2，它跨接在集成運(yùn)放的輸出端和反相輸入端之間，將電壓反饋到輸入端，所以是電壓反饋。反饋極性的判斷如圖中所示。設(shè)輸入為正的情況下，反饋回的信號(hào)為正，參照?qǐng)D3-4，所以為負(fù)反饋。根據(jù)R1、R2與輸入、輸出的連接情況，

12、參照?qǐng)D3-6及圖3-7可知反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。特點(diǎn)：穩(wěn)定輸出電壓，減小輸出電阻，增大輸入電阻。原因分析：假設(shè)輸入電壓穩(wěn)定不變，當(dāng)元件參數(shù)（如RL增加）或者其他原因引起輸出電壓u0增大時(shí)，反饋信號(hào)uf也增大，即凈輸入信號(hào)uID=ui-uf減小，進(jìn)而使輸出電壓下降，u0隨之降低，其結(jié)果使u0趨于穩(wěn)定。這一過(guò)程可表示如下：RLu0ufuID（=ui-uUf）u0上述反饋過(guò)程，從效果上看相當(dāng)于輸出電阻減小，同時(shí)由于反饋信號(hào)的作用，凈輸入信號(hào)減小使輸入電流減小，相當(dāng)輸入電阻增大?！倦娏鞔?lián)負(fù)反饋】圖3-10所示為具有電流串聯(lián)負(fù)反饋的集成運(yùn)放電路。反饋元件為Rf，它跨接在集成運(yùn)放的輸出端和反相輸入端

13、之間，將電流反饋到輸入端，所以是電流反饋。反饋極性的判斷如圖中所示。設(shè)輸入為正的情況下，反饋回的信號(hào)為正，參照?qǐng)D3-4，所以為負(fù)反饋。參照?qǐng)D3-8可知，該電路反饋組態(tài)為電流串聯(lián)負(fù)反饋。特點(diǎn)：穩(wěn)定輸出電流，增大輸出電阻、輸入電阻。分析原因：假設(shè)輸入電壓穩(wěn)定不變，當(dāng)元件參數(shù)（如RL增加）或者其他原因引起輸出電流i0減小時(shí)，uf也隨之減小，則凈輸入信號(hào)uID=ui-uf增大，引起i0增大，取其結(jié)果使i0趨于穩(wěn)定，這一調(diào)節(jié)過(guò)程也可表示如下：RLi0uf（=Rfi0）uID（=ui-uf）i0上述反饋過(guò)程，從效果上看相當(dāng)于輸出電阻增大，同時(shí)由于反饋信號(hào)的作用，凈輸入信號(hào)增大使輸入增大，相當(dāng)輸入電阻增大。

14、【電壓并聯(lián)負(fù)反饋】圖3-12所示為具有電壓并聯(lián)負(fù)反饋的集成運(yùn)放電路。反饋元件為Rf，它跨接在集成運(yùn)放的輸出端和反相輸入端之間，將電壓反饋到輸入端，所以是電壓反饋。反饋極性的判斷如圖中所示。設(shè)輸入為正的情況下，反饋回的信號(hào)為負(fù)，參照?qǐng)D3-5，所以為負(fù)反饋。參照?qǐng)D3-9可知，該電路反饋組態(tài)為電壓并聯(lián)負(fù)反饋。該反饋組態(tài)的特點(diǎn)：穩(wěn)定輸出電壓，減小輸入電阻和出電阻?！倦娏鞑⒙?lián)負(fù)反饋】圖3-13示為具有電流并聯(lián)負(fù)反饋的集成運(yùn)放電路。反饋元件為Rf，它跨接在集成運(yùn)放的輸出端和反相輸入端之間，將電流反饋到輸入端，所以是電流反饋。反饋極性的判斷如圖3-12所示。設(shè)輸入為正的情況下，反饋會(huì)的信號(hào)為負(fù)，參照?qǐng)D3-5

15、，所以為負(fù)反饋。參照?qǐng)D3-10可知，該電路反饋組態(tài)為電流并聯(lián)反饋。該反饋組態(tài)的特點(diǎn)：穩(wěn)定輸出電流，減小輸入電阻，增大輸出電阻。綜上所述，可用瞬時(shí)極性法法來(lái)判別放大器屬正反饋還是負(fù)反饋。用輸出端短路法來(lái)判別電壓反饋還是電流反饋，若輸出端短路后，反饋信號(hào)消失，則屬電壓反饋，否則屬電流反饋。用查看反饋支路與輸入端的連接方式來(lái)判別串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋，若兩者為串聯(lián)關(guān)系，為串聯(lián)反饋；若兩者為并聯(lián)關(guān)系，則為并聯(lián)反饋。這樣可歸結(jié)為：反饋對(duì)象看輸出（端），反饋方式看輸入（端），反饋性質(zhì)看極性。第三章 教案授課班級(jí)課程名稱電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)內(nèi)容集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用課堂類型學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)授課時(shí)間教學(xué)目的1、集成運(yùn)放

16、芯片介紹2、集成運(yùn)放基本應(yīng)用教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重、難點(diǎn)：集成運(yùn)放基本應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容及步驟備注3.1.5 集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用集成運(yùn)放作為通用性很強(qiáng)的有源器件，它不僅可以用于信號(hào)的運(yùn)算、處理、變換和測(cè)量還可以用來(lái)產(chǎn)生正弦或非正弦信號(hào)，不僅在模擬電路中得到廣泛應(yīng)用，而且在數(shù)字電路中也得到日益廣泛的應(yīng)用。【集成運(yùn)放的分類】按照集成運(yùn)放的參數(shù)來(lái)分，集成運(yùn)放主要分為如下幾類：通用型集成運(yùn)放、高阻型集成運(yùn)放、低溫漂移型集成運(yùn)放、低功耗型集成運(yùn)放、高壓大功率型集成運(yùn)放此外，除以上幾種集成運(yùn)放外，還有高速型、跨導(dǎo)型、可編程型等，此處由于篇幅有限，不予介紹?！炯蛇\(yùn)放芯片介紹】LM741其特點(diǎn)是電壓適應(yīng)范圍較寬，可

17、在±5±18V范圍內(nèi)選用；具有很高的輸入共模、差模電壓，電壓范圍分別為±15V和±30V；內(nèi)含頻率補(bǔ)償和過(guò)載、短路保護(hù)電路；可通過(guò)外接電位器進(jìn)行調(diào)零等。LM741外形及引腳排列與構(gòu)成普通反饋放大器的典型接線見(jiàn)圖3-15，圖中所接RP為調(diào)零電位器?！炯蛇\(yùn)放基本應(yīng)用】下面以LM741型集成運(yùn)放的基本應(yīng)用舉例說(shuō)明。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，在電路圖中，供電電源，調(diào)零電路以及管腳標(biāo)號(hào)均不畫出。（1）反相比例運(yùn)算放大器a）原理圖 b）反相器圖形符號(hào)圖3-16 反相比例運(yùn)算放大器1）電路特點(diǎn)輸入電壓ui經(jīng)電阻R1加在反相輸入端上，同相輸入端通過(guò)平衡電阻R2（R2=R1/Rf）

18、接地，輸出電壓uo經(jīng)過(guò)Rf接回反相輸入端，引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋。根據(jù)虛斷（Ii+=Ii-=0），可知同相輸入端的輸入電流為零，R2上沒(méi)有電壓降，因此u+=0。根據(jù)虛短（u+=u-），所以u(píng)-=0，即A點(diǎn)的電位等于零（uA=0），這種現(xiàn)象稱為“虛地”。反相比例運(yùn)算放大器最重要的特點(diǎn)是虛地。2）電壓放大倍數(shù)Avf 因?yàn)閺腁點(diǎn)流入運(yùn)放的電流為零（I-=0），所以i1=if,即由式3-2可知，uo與ui成比例關(guān)系，比例系數(shù)為-Rf/R1，負(fù)號(hào)表示uo與ui反相，只要選取合適的Rf與R1，我們就能方便地決定電壓放大倍數(shù)。當(dāng)Rf=R1時(shí)，- Rf/R1=-1，則 vo=-ui，Avf=-1。輸出電壓與輸入電

19、壓大小相等、相位相反，稱為反相器（變號(hào)運(yùn)算），這是反相比例放大器中的一個(gè)特例。反相器的圖形符號(hào)如圖3-14b所示。（2）同相比例運(yùn)算放大器 同相比例運(yùn)算放電路見(jiàn)圖3-17a）。1）電路特點(diǎn)輸入電壓ui經(jīng)電阻R2加在同相輸入端上，反相輸入端經(jīng)電阻R1接地，輸出電壓uo經(jīng)過(guò)Rf接回反相輸入端，形成電壓串聯(lián)負(fù)反饋。根據(jù)虛斷,Ii+=Ii-=0，可知R2上沒(méi)有電壓降，所以u(píng)+=ui。根據(jù)虛短u+=u-=ui，即A點(diǎn)的電位等于輸入信號(hào)。2）電壓放大倍數(shù)Avfvo與vi相位相同，且vo>vi。當(dāng)Rf=0, R1=時(shí)，Rf/ R1=0,則 uo=ui，Avf=1。輸出電壓與輸入電壓大小相等、相位相同，

20、稱為電壓跟隨器(同號(hào)器)，這是同相比例放大器中的一個(gè)特例。電壓跟隨器的圖形符號(hào)見(jiàn)圖3-15b。（3）反相加法運(yùn)算放大器如果在集成運(yùn)放反相輸入端增加若干輸入電路，則構(gòu)成反相加法運(yùn)算放大器，如圖3-18所示。1）電路特點(diǎn)輸入電壓ui1、ui2經(jīng)電阻R1、R2同時(shí)加在反相輸入端上，同相輸入端經(jīng)電阻R'接地，輸出電壓vo經(jīng)過(guò)Rf接回反相輸入端，形成電壓并聯(lián)負(fù)反饋。與反相比例運(yùn)算放大器相同，其最重要的特點(diǎn)是A點(diǎn)是虛點(diǎn)。2）電壓放大倍數(shù)Avf 根據(jù)虛斷和虛短的概念，從A點(diǎn)流入集成運(yùn)放的電流為零（I-=0），A點(diǎn)為虛地，所以有i1+i2=if第三章 教案授課班級(jí)課程名稱電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)內(nèi)容技能

21、訓(xùn)練一 集成運(yùn)放的識(shí)別與檢測(cè)課堂類型學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)授課時(shí)間教學(xué)目的1、識(shí)別集成運(yùn)放管腳2、用萬(wàn)用表輔助判斷集成運(yùn)放質(zhì)量的好壞教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重、難點(diǎn)：用萬(wàn)用表輔助判斷集成運(yùn)放質(zhì)量的好壞教學(xué)內(nèi)容及步驟備注【訓(xùn)練內(nèi)容及步驟】（1）集成運(yùn)放管腳外觀識(shí)別方法集成運(yùn)放管腳排列與其他常用集成電路管腳排列規(guī)律相同，均通過(guò)外形標(biāo)記進(jìn)行表示。圖3-19所示為常用集成運(yùn)放管腳分布規(guī)律圖。（2）集成運(yùn)放管腳識(shí)別通過(guò)外形標(biāo)記識(shí)別以下各集成運(yùn)放第1腳，將結(jié)果記入表3-2。（3）LM741型集成運(yùn)放質(zhì)量好壞的判別方法1）查閱集成電路手冊(cè)，找出LM741型集成運(yùn)放各腳靜態(tài)參考電壓值，并記入表3-3。2）按圖3-20連接測(cè)試電路，

22、經(jīng)檢查無(wú)誤后接入雙電源12V、12V，并調(diào)零。圖3-20集成運(yùn)放LM741測(cè)試連接線圖3）用萬(wàn)用表直流電壓擋測(cè)量LM741各管腳靜態(tài)電壓，記入表3-3。4）質(zhì)量好壞判別。將萬(wàn)用表置于直流電壓檔，測(cè)量IC各引腳工作電壓值，并與參考數(shù)據(jù)相比較，看是否正常。如有不符合標(biāo)準(zhǔn)值的引腳，先查看其外圍元器件，若無(wú)損壞和失效就證明是IC的問(wèn)題，不能再使用。第三章 教案授課班級(jí)課程名稱電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)內(nèi)容低頻功率放大器課堂類型學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)授課時(shí)間教學(xué)目的1、功率放大器的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象2、功率放大器的分類教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重、難點(diǎn)：功率放大器的分類教學(xué)內(nèi)容及步驟備注3.2低頻功率放大器3.2.1 功率放大器的

23、特點(diǎn)及主要研究對(duì)象如前所述，放大電路的實(shí)質(zhì)上都是能量轉(zhuǎn)換電路。從能量控制的觀點(diǎn)來(lái)看，功率放大器和電壓放大器沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。但是，功率放大器和電壓放大器所要完成的任務(wù)是不同的。對(duì)電壓放大器的主要要求是使負(fù)載得到不失真的電壓信號(hào)，討論的主要指標(biāo)是電壓增益、輸入和輸出阻抗等，輸出的功率不一定大。而對(duì)功率放大器的主要要求是獲得一定的不失真（或失真較?。┑妮敵龉β?，因此，對(duì)功率放大器主要研究的是在電壓放大器中沒(méi)有涉及過(guò)的特殊問(wèn)題。1輸出功率盡可能大2效率盡可能高由于輸出功率大，因此直流電源消耗的功率也大，這就存在一個(gè)效率問(wèn)題。所謂效率就是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率和電源供給直流功率的比值。這個(gè)比值越大，效率

24、越高。3非線性失真要小功率放大器是在大信號(hào)下工作，所以不可避免地會(huì)產(chǎn)生非線性失真，而且同一功放管輸出功率越大，非線性失真往往越嚴(yán)重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對(duì)主要矛盾。但是，在不同領(lǐng)域，對(duì)非線性失真的要求不同。例如，在測(cè)量系統(tǒng)和電聲設(shè)備中，對(duì)非線性失真有很高的要求，而在控制電動(dòng)機(jī)的伺服放大器中，則只要求輸出較大的功率，對(duì)非線性失真的要求就降為次要問(wèn)題了。4功放管的散熱問(wèn)題在功率放大器中，有相當(dāng)大的功率消耗在功放管的集電結(jié)上，使結(jié)溫和管殼溫度升高。為了充分利用允許的管耗而使功放管輸出足夠大的功率，放大器件的散熱就成為一個(gè)重要問(wèn)題。此外，在功率放大器中，為了輸出較大的信號(hào)功率，功放管承受的

25、電壓要高，通過(guò)的電流要大，功放管損壞的可能性也就比較大，所以功放管的損壞與保護(hù)問(wèn)題也不容忽視。在分析方法上，由于功放管工作于大信號(hào)狀態(tài)，故采用圖解分析法。綜上所述，對(duì)功率放大器的要求是：在效率高、非線性失真小、安全工作的前提下，向負(fù)載提供足夠大的功率。3.2.2 功率放大器的分類在音響系統(tǒng)中，功放是不可缺少的組成部分，家庭影院、汽車音響皆不例外。功放的主要作用是把微弱的音頻信號(hào)放大到足以驅(qū)動(dòng)喇叭單元工作，重放出人耳能聽(tīng)到的聲音設(shè)備。目前，功放的種類繁多，功能各異，常用分類方法有如下幾種：1按電路工作狀態(tài)分主要可分為甲類、乙類、甲乙類。（1）甲類 這種功放的工作原理是輸出器件（晶體管或電子管）始

26、終工作在其輸出特性曲線的線性部分，在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)輸出器件始終有電流連續(xù)流動(dòng)。這種功放失真小，但效率低，約為50%，功率損耗大，一般應(yīng)用于家庭高檔機(jī)領(lǐng)域。（2）乙類 兩只晶體管交替工作，每只晶體管在信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，另半個(gè)周期內(nèi)截止。該類功放效率較高，約為78%，但缺點(diǎn)是容易產(chǎn)生交越失真（兩只晶體管分別導(dǎo)通時(shí)發(fā)生的失真）。（3）甲乙類 兼有甲類放大器音質(zhì)好和乙類放大器效率高的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于家庭、專業(yè)、汽車音響系統(tǒng)中。2按所用有源器件分類主要可分為晶體管功率放大器、場(chǎng)效應(yīng)管功率放大器、集成電路功率放大器和電子管功率放大器（俗稱“膽機(jī)”）四類。目前，前三類功率放大器應(yīng)用廣泛，但在高保

27、真音響系統(tǒng)中，電子管功率放大器仍有一席之地。此外，由于其對(duì)數(shù)字音響系統(tǒng)的特殊適應(yīng)性，近年來(lái)在優(yōu)質(zhì)音響設(shè)備領(lǐng)域逐步得到應(yīng)用。3按功能分可分為前級(jí)功率放大器、后級(jí)功率放大器和合并式功率放大器三類。（1）前級(jí)功率放大器 主要作用是對(duì)信號(hào)源傳輸過(guò)來(lái)的節(jié)目信號(hào)進(jìn)行必要的處理和電壓放大后，再輸出到后級(jí)功率放大器。（2）后級(jí)功率放大器 對(duì)前級(jí)功率放大器送出的信號(hào)進(jìn)行不失真放大，以強(qiáng)勁的功率驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器系統(tǒng)。除放大電路外，還設(shè)計(jì)有各種保護(hù)電路，如短路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等。前級(jí)功率放大器和后級(jí)功率放大器一般只在高檔機(jī)或?qū)I(yè)領(lǐng)域采用。（3）合并式放大器 將前級(jí)功率放大器和后級(jí)功率放大器合并為一臺(tái)功放

28、，兼有前二者的功能。人們?nèi)粘Ｋf(shuō)的功放均為合并式，故其應(yīng)用范圍較廣。第三章 教案授課班級(jí)課程名稱電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)內(nèi)容OCL電路、OTL電路課堂類型學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)授課時(shí)間教學(xué)目的1、OCL電路、OTL電路結(jié)構(gòu)2、OCL電路、OTL電路工作原理教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重、難點(diǎn)： OCL電路、OTL電路工作原理教學(xué)內(nèi)容及步驟備注3.2.3 OCL電路OCL是英文Output Capacitance Less的縮寫，意思是無(wú)輸出電容互補(bǔ)對(duì)稱功放電路?！净倦娐贰?圖3-23a所示為OCL基本電路。其中VT1為NPN管，VT2為PNP管，且要求VT1、VT2兩管的特性對(duì)稱一致。從電路可知，每個(gè)管子均組成共集電極

29、組態(tài)的放大電路，屬于乙類互補(bǔ)對(duì)稱OCL電路?！竟ぷ髟怼繛榉治龉ぷ髟矸奖闫鹨?jiàn)，暫不考慮晶體管的飽和壓降VCES和發(fā)射結(jié)的導(dǎo)通壓降VBE。（1）靜態(tài)工作情況分析（ui=0）當(dāng)無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，由于電路無(wú)偏置電壓，故兩管的基極電流均為0，即功放管工作于截止?fàn)顟B(tài)。電路無(wú)功率放大功能。（2）動(dòng)態(tài)工作情況分析（ui0）當(dāng)有輸入信號(hào)時(shí)，在ui的正半周時(shí)，VT1的發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，VT2發(fā)射結(jié)反偏而截止，此時(shí)被放大的電流信號(hào)將由+VCC經(jīng)VT1由上而下流過(guò)負(fù)載電阻RL。在ui的負(fù)半周則正好相反，VT1截止，VT2導(dǎo)通，被放大的電流信號(hào)由VCC經(jīng)VT2由下而上流過(guò)負(fù)載。兩只功放管輪流導(dǎo)通、交替工作，這樣負(fù)載上就

30、得到放大后一個(gè)周期的信號(hào)波形，如圖3-20b所示。OCL電路功放管的選擇標(biāo)準(zhǔn)：PCM0.2Pom，U(BR)CEO2UCC，ICMUCC/RL?！敬嬖趩?wèn)題及改進(jìn)】由共集電極組態(tài)放大電路的特性知道，上述電路的電壓放大倍數(shù)雖然近似為1，但它具有電流放大作用和功率放大作用，射極輸出器輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，所以可將低阻負(fù)載（例如揚(yáng)聲器）直接接入電路作為負(fù)載。但由于晶體管死區(qū)電壓的存在，兩只晶體管在交替工作時(shí)必然會(huì)出現(xiàn)失真，如圖3-24所示。習(xí)慣上把這種失真稱為交越失真。為消除交越失真，往往采用如圖3-25所示的幾種形式，以使兩只功放管靜態(tài)時(shí)工作在微導(dǎo)通狀態(tài)，就是使功放管工作在輸入特性剛剛脫離死區(qū)即

31、將進(jìn)入放大區(qū)的位置上，該類型電路屬于甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱OCL電路。圖3-25a所示在兩功放管基極接人一個(gè)電阻是最簡(jiǎn)單的方式，調(diào)整該電阻的阻值，使兩端電壓剛好克服兩功放管交越失真為好。圖3-22b、c兩電路利用二極管既有一定的電壓且動(dòng)態(tài)電阻又較小的特點(diǎn)，達(dá)到既能消除交越失真，又使兩功放管輸入信號(hào)基本對(duì)稱的目的，在工程技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。3.2.4 OTL電路OTL是英文Output Transformer Less的縮寫，意思是無(wú)輸出變壓器互補(bǔ)對(duì)稱功放電路?！净倦娐贰?圖3-26所示為OTL基本電路。其中VT1為NPN管，VT2為PNP管，C為輸出電容，且要求VT1、VT2兩管的特性對(duì)稱一致。從電

32、路可知，每個(gè)管子均組成共集電極組態(tài)的放大電路，也屬于乙類互補(bǔ)對(duì)稱OTL電路。圖3-26乙類互補(bǔ)對(duì)稱OTL基本電路【工作原理】 由圖3-23可知，OTL基本電路的工作方式與OCL基本電路相同，仍然是在輸入信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)VT1與VT2交替工作、輪流導(dǎo)通，使負(fù)載上得到一個(gè)完整的輸出信號(hào)。區(qū)別是OTL采用一組電源電源后，VT2工作時(shí)由誰(shuí)供電呢？答案是：由輸出電容C等效為一個(gè)電源給VT2供電。這是因?yàn)樵陟o態(tài)時(shí)，由于兩只功放管的參數(shù)一致，所以兩個(gè)功放管分壓使其發(fā)射極的電位為電源電壓的一般，此時(shí)由于C兩端也將充1/2UCC的電壓，且左正、右負(fù)，正好滿足VT2工作所需的電源極性。為了讓VT2工作時(shí)電容兩端電

33、壓基本維持不變，電容C的容量選得要大。OTL電路功放管的選擇標(biāo)準(zhǔn)：PCM0.2Pom，U(BR)CEOUCC，ICMUCC/2RL。值得注意的是，在OCL與OTL電路中，要求NPN與PNP兩只互補(bǔ)功放管的特性基本一致，一般小功率異型管容易配對(duì)，但大功率的異型管配對(duì)就很困難。在大功率放大電路中，一般采用復(fù)合管的方法解決，即用兩只或兩只以上的晶體管適當(dāng)?shù)剡B接起來(lái)，等效成一只晶體管使用。圖3-27是常見(jiàn)的四種復(fù)合管形式，箭頭指向的為復(fù)合后的管型。第三章 教案授課班級(jí)課程名稱電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)內(nèi)容集成功率放大器及其應(yīng)用課堂類型學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)授課時(shí)間教學(xué)目的1、集成功率放大器LM386及其應(yīng)用2、集成功率

34、放大器LA4100及其應(yīng)用教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重、難點(diǎn)： 集成功率放大器的應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容及步驟備注集成功率放大器簡(jiǎn)稱集成功放，現(xiàn)介紹兩種常見(jiàn)的集成功放LM386、LA4100。1集成功率放大器LM386及其應(yīng)用LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的具有DIP8和SMD8兩種封裝的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品，如錄音機(jī)和收音機(jī)等領(lǐng)域。具有自身功耗低、電壓增益可調(diào)整、電源電壓范圍寬、外接元件少和總諧振失真小等優(yōu)點(diǎn)。LM386D的電源電壓為412V，電源電壓為12V時(shí)，額定音頻輸出功率0.5W，輸出阻抗8，典型輸入阻抗50K，靜態(tài)電流4mA。LM386外形、引腳排列及引腳功能見(jiàn)圖3-28。LM

35、386加上外圍電路構(gòu)成的單端輸入OTL功率放大器電路如圖3-29所示。圖3-29 LM386典型應(yīng)用的原理圖圖3-26中，C1、C4為耦合電容，C2、C6為旁路電容，RP為音量電位器， R1和C5構(gòu)成相位補(bǔ)償電路，BL為揚(yáng)聲器。工作原理：電路通電后，音頻信號(hào)經(jīng)C1耦合加至LM386輸入端第3腳，經(jīng)功率放大后由其輸出端第5腳輸出，經(jīng)C4耦合后加至揚(yáng)聲器BL兩端，驅(qū)動(dòng)BL發(fā)生悅耳的聲音。此外，調(diào)節(jié)音量電位器RP，可改變揚(yáng)聲器音量。2集成功率放大器LA4100及其應(yīng)用LA4100是日本三洋公司生產(chǎn)的具有DIP14和SMD14兩種封裝的集成音頻功率放大器，由差動(dòng)輸入級(jí)、中間放大級(jí)、OTL輸出級(jí)組成。主

36、要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類產(chǎn)品，如電視機(jī)、錄音機(jī)的等于。具有性能穩(wěn)定、音質(zhì)好、外接元件少等特點(diǎn)。LA4100外形、引腳排列及引腳功能見(jiàn)圖3-30。LA4100典型應(yīng)用電路如圖3-31a所示，可按圖3-31b印刷電路板或自制萬(wàn)能電路板進(jìn)行制作。圖3-28中，C1、C5、C8、C9為耦合電容，C6為自舉電容，C1為消振電容，C2和R組成負(fù)反饋電路，C4為高頻旁路電容。工作原理：電路通電后，音頻輸入信號(hào)經(jīng)C1耦合后加至LA4100輸入端第9腳，經(jīng)芯片內(nèi)部輸入級(jí)、中間級(jí)和OTL輸出級(jí)三級(jí)放大后，由輸出端第1腳輸出，經(jīng)C5耦合后加至揚(yáng)聲器BL兩端，驅(qū)動(dòng)BL發(fā)聲聲音。第三章 教案授課班級(jí)課程名稱電子技術(shù)基礎(chǔ)與技

37、能教學(xué)內(nèi)容技能訓(xùn)練 音頻OTL功率放大器裝接與參數(shù)測(cè)試課堂類型學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)授課時(shí)間教學(xué)目的1、會(huì)識(shí)別及檢測(cè)集成功率放大器及色環(huán)電阻、電容等常用電子元件的質(zhì)量好壞。2、會(huì)搭接由集成功放組成的OTL功率放大器。3、會(huì)測(cè)試OTL功率放大器主要性能指標(biāo)。教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重、難點(diǎn)： 會(huì)搭接由集成功放組成的OTL功率放大器。教學(xué)內(nèi)容及步驟備注【訓(xùn)練內(nèi)容及步驟】1利用萬(wàn)用表檢測(cè)電路元器件質(zhì)量，篩選元器件。2電路的制作與測(cè)試。（1）按圖3-32a)連線圖搭接電路。圖3-32 OTL功率放大電路（2）靜態(tài)測(cè)試：輸入信號(hào)設(shè)置為零，接通+12V直流電源，測(cè)量集成功放LM386各引腳電壓。（3）動(dòng)態(tài)測(cè)試：輸入1KHz的正

38、弦信號(hào)，用示波器觀察輸入輸出波形，記錄峰-峰值，頻率等參數(shù)。（4）輸入音頻信號(hào)，測(cè)試聲音效果。【訓(xùn)練結(jié)果】將測(cè)試數(shù)據(jù)記入表3-5中。第三章 教案授課班級(jí)課程名稱電子技術(shù)基礎(chǔ)與技能教學(xué)內(nèi)容諧振放大器課堂類型學(xué)時(shí)學(xué)時(shí)授課時(shí)間教學(xué)目的1、諧振放大器工作原理2、諧振放大器的主要參數(shù)3、諧振放大器的應(yīng)用教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重、難點(diǎn)： 諧振放大器的應(yīng)用教學(xué)內(nèi)容及步驟備注*3.3 諧振放大器在無(wú)線電廣播的發(fā)射和接收設(shè)備中，要求放大器具有選頻放大能力。即放大器能從含有多種頻率的信號(hào)群中，選出某個(gè)頻率的信號(hào)加以放大，而對(duì)其他頻率的信號(hào)不予放大。具有選頻放大性能的放大器，稱為選頻放大器。由于主要利用LC諧振回路的諧振特性進(jìn)行選頻，所以又稱為諧振放大器。