汽車電工電子技術(shù)6課件

1、汽車電工電子技術(shù)汽車集成運(yùn)算放大器項(xiàng)目六任務(wù)一 運(yùn)算放大器認(rèn)知一、基本概念（一）運(yùn)算放大器 在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上，將整個(gè)電路中的元器件制作在一塊硅基片上，構(gòu)成特定功能的電子電路，稱為集成電路，英文簡(jiǎn)稱IC。集成電路的體積小，性能高，按其功能不同可以分為數(shù)字集成電路和模擬集成電路兩種。 （a）外形 （b）管腳 圖6-1 集成運(yùn)算放大電路的外形與管腳圖 如圖6-1（b）所示的管腳圖中含有三個(gè)引線端，分別是同相輸入端u+、反相輸入端u-和輸出端uo。 集成運(yùn)算放大器一般采用金屬封裝，封裝的材料有陶瓷、金屬和塑料等。形狀有圓殼式、雙列直插式和扁平式等，其外形和管腳如圖6-1所示。圖6-2 LM32

2、4的實(shí)際引腳圖 符號(hào)中的“”或“”只是接線端的名稱，與實(shí)際所接的電壓極性無關(guān)。集成運(yùn)算放大器符號(hào)的含義對(duì)應(yīng)于實(shí)際產(chǎn)品的引腳，如圖6-2所示。（二）零點(diǎn)漂移 零點(diǎn)漂移簡(jiǎn)稱零漂，它是指當(dāng)輸入信號(hào)電壓為零時(shí)，輸出電壓不為零，且緩慢變化的現(xiàn)象。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因有晶體管參數(shù)隨溫度而變化、電源電壓的波動(dòng)、電路元件參數(shù)的變化等。零點(diǎn)漂移的危害是會(huì)直接影響對(duì)輸入信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確程度和分辨能力。嚴(yán)重時(shí)，可能淹沒有效信號(hào)電壓，讓人無法分辨是有效信號(hào)電壓還是漂移電壓。（三）集成運(yùn)放輸入級(jí)與差分放大器基本差分放大器電路如圖6-3所示。圖6-3 基本差分放大器電路 當(dāng)靜態(tài)輸入信號(hào) 時(shí)，由于組成差分放大器電路的兩個(gè)三極管

3、處于完全對(duì)稱的狀態(tài)，兩管的電流相等，集電極電位也相等，即故輸出電壓為（6-1）（四）共模信號(hào)與差模信號(hào) 當(dāng)放大電路的兩輸入端輸入的信號(hào)幅值大小相等、極性相同時(shí)，這兩個(gè)輸入信號(hào)稱為共模信號(hào)，記作 ，下標(biāo)c表示共模，即 此輸入方式稱為共模輸入。在共模輸入時(shí)，由于電路的完全對(duì)稱性，在輸出端也得到完全一致的輸出信號(hào)，即兩者的差值則為零，即 輸出電壓與輸入電壓之比稱為共模電壓放大倍數(shù)，用 表示，則有（6-2） 式（6-2）說明差分放大電路對(duì)共模輸入信號(hào)無放大作用，即完全抑制了共模信號(hào)。 當(dāng)放大電路的兩輸入端輸入的信號(hào)大小相等、極性相反時(shí)，這種信號(hào)稱為差模信號(hào)，記作 ，下標(biāo)d表示差模，即此輸入方式稱為差模

4、輸入。在差模輸入時(shí)，輸入電壓為而輸出端的集電極電流和輸出電壓分別為總的差模輸出電壓為 輸出電壓與輸入電壓之比稱為差模電壓放大倍數(shù)，用 表示，則有（6-3）二、集成運(yùn)算放大器的組成 集成運(yùn)放內(nèi)部實(shí)質(zhì)是一個(gè)高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。它通常由輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路等四部分組成，如圖6-4所示。圖6-4 集成運(yùn)算放大電路的組成方框圖（一）輸入級(jí) 輸入級(jí)又稱前置級(jí)，它由高性能的差分放大電路組成，要能盡量減小零漂，并對(duì)共模信號(hào)有很強(qiáng)的抑制力，且應(yīng)具有較高的輸入電阻和良好的穩(wěn)定性。（二）中間級(jí) 中間級(jí)由若干級(jí)共發(fā)射極放大電路組成，主要是為整個(gè)電路提供足夠的增益，以保證集成運(yùn)放的運(yùn)算精度。（

5、三）輸出級(jí) 輸出級(jí)的任務(wù)是向負(fù)載提供足夠大的功率。（四）偏置電路 偏置電路是為各級(jí)電路提供靜態(tài)偏置電流。三、集成運(yùn)算放大器的主要技術(shù)指標(biāo)（一）運(yùn)算放大器的靜態(tài)技術(shù)指標(biāo)1輸入失調(diào)電壓2輸入失調(diào)電流3輸入偏置電流4輸入失調(diào)電壓溫漂5輸入失調(diào)電流溫漂6最大差模輸入電壓7最大共模輸入電壓（二）運(yùn)算放大器的動(dòng)態(tài)技術(shù)指標(biāo)1開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)2差模輸入電阻3共模抑制比4單位增益帶寬5轉(zhuǎn)換速率（壓擺率）SR6等效輸入噪聲電壓四、理想運(yùn)算放大器 由于集成運(yùn)算放大器的種類繁多，內(nèi)部構(gòu)造各異，分析實(shí)際電路時(shí)為簡(jiǎn)化起見，通常忽略一些問題，而按理想化模型來分析處理，稱之為理想運(yùn)算放大器，其符號(hào)如圖6-5所示。圖6-5

6、 理想運(yùn)算放大電路的符號(hào) 兩個(gè)輸入端的電位相等，即 。理想運(yùn)算放大器的電壓放大倍數(shù)為（6-4）圖6-6 理想運(yùn)放的“虛短” 凈輸入電流為零，即 。理想運(yùn)算放大器的凈輸入電流為（6-5）圖6-7 理想運(yùn)放的“虛斷”五、集成運(yùn)算放大器的主要特性 電壓傳輸特性給出了集成運(yùn)放開環(huán)時(shí)輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系，如圖6-8所示。該傳輸特性分為線性區(qū)和非線性區(qū)（飽和區(qū)）。圖6-8 電壓傳輸特性任務(wù)二 集成運(yùn)放的閉環(huán)系統(tǒng)與反饋一、反饋的基本概念 將放大電路輸出信號(hào)（電壓或電流）的一部分或全部，通過某種電路（反饋電路）反送回到輸入回路中，從而再次影響整個(gè)放大電路的過程稱為反饋。反饋到輸入端的信號(hào)稱為反饋信號(hào)。

7、圖6-9 反饋電路框圖二、反饋的類型（一）正反饋和負(fù)反饋 根據(jù)反饋信號(hào)的不同，反饋可以分為正反饋和負(fù)反饋。（二）直流反饋和交流反饋 根據(jù)反饋信號(hào)的交、直流性質(zhì)，可分為直流反饋和交流反饋。圖6-11 交、直流反饋（三）電壓反饋和電流反饋 根據(jù)反饋信號(hào)在放大電路輸出端不同的電量形式，分為電壓反饋和電流反饋。 （a） （b） 圖6-12 電壓與電流反饋（四）串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋 根據(jù)放大電路輸入信號(hào)和反饋信號(hào)的比較方式，分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。三、常見放大器的運(yùn)算電路1反相比例運(yùn)算電路 （a）反相比例運(yùn)算電路 （b）虛地示意圖 圖6-13 反相比例運(yùn)算電路（一）比例運(yùn)算電路 將輸入信號(hào)按一定比例放大的

8、電路，稱為比例運(yùn)算電路。根據(jù)信號(hào)輸入端的不同，又分為反相比例運(yùn)算電路和同相比例運(yùn)算電路。2同相比例運(yùn)算電路 （a）同相比例運(yùn)算電路 （b）電壓跟隨器 圖6-14 同相比例運(yùn)算電路及應(yīng)用（二）加法運(yùn)算電路 加法運(yùn)算是指電路的輸出電壓等于各輸入電壓的代數(shù)和。在反相比例運(yùn)算電路的反相端再增加幾個(gè)輸入支路便可以組成反相加法運(yùn)算電路，簡(jiǎn)稱反相加法器，如圖6-15所示。圖6-15 加法運(yùn)算電路 （三）減法運(yùn)算電路 減法運(yùn)算是指電路的輸出電壓與同相端輸入電壓和反相端輸入電壓之差成正比，減法運(yùn)算又稱差分比例運(yùn)算。 圖6-16 減法運(yùn)算電路（四）積分運(yùn)算電路 積分運(yùn)算電路是指電路的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間存在積分

9、關(guān)系，如圖6-17所示。圖6-17 積分運(yùn)算電路（五）微分運(yùn)算電路 微分運(yùn)算電路是指電路的輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之間存在微分關(guān)系，它也是一種應(yīng)用極為廣泛的運(yùn)算電路，如圖6-18所示。圖6-18 微分運(yùn)算電路四、比較器（一）過零比較器 過零比較器是參考電壓為零的比較器，如圖6-19（a）所示，其同相輸入端接地，輸入信號(hào)從反相端接入。 （a） （b） （c） 圖6-19 過零比較器 電壓比較器是指將一個(gè)模擬量電壓信號(hào)和一個(gè)參考電壓相比較，在二者幅度相等的附近，輸出電壓產(chǎn)生躍變，相應(yīng)輸出高電平或低電平的電路。 有時(shí)為了將輸出電壓限制在某一特定值，以與接在輸出端的數(shù)字電路電平配合，在比較器的輸出端與“地”

10、之間跨接一個(gè)雙向穩(wěn)壓管VDZ，作雙向限幅用，其電路和傳輸特性如圖6-20所示。 （a） （b）圖6-20 有限幅的過零比較器 如果將過零比較器的接地端改接入一個(gè)參考電壓UR，由于UR的大小與極性均可調(diào)整，則電路成為任意電平電路，如圖6-21所示。 （a） （b） 圖6-21 任意電平電壓比較器（二）滯回比較器由于輸出電壓為+UZ和-UZ，所以，根據(jù)疊加原理可得（6-10） （a） （b） 圖6-22 滯回比較器五、集成運(yùn)放在汽車電子電路中的應(yīng)用（一）電橋信號(hào)放大電路 采用如圖6-23所示的電橋信號(hào)放大電路可對(duì)溫度、壓力、形變等進(jìn)行檢測(cè)，電路中的一個(gè)臂是由傳感器構(gòu)成的。圖6-23 電橋信號(hào)放大電路 汽車電噴發(fā)動(dòng)機(jī)中，用來測(cè)量進(jìn)氣量的進(jìn)氣壓力傳感器就是由壓敏電阻和集成運(yùn)放組合制成的。如圖6-24所示為其結(jié)構(gòu)和工作原理示意圖。（a）結(jié)構(gòu)示意圖 （b）工作原理示意圖 圖6-24 壓敏電阻式進(jìn)氣壓力傳感器（二）光電測(cè)量電路 光電二極管、光電三極管等光電器件能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，如圖6-25所示為一種最簡(jiǎn)單的光電測(cè)量電路。圖6-25 光電測(cè)量電路（三）蓄電池電壓過低報(bào)警電路 蓄電池電壓過低報(bào)警電路是一種簡(jiǎn)單的電壓比較器電路。它主要由集成運(yùn)算放大器、