講座放大器電路設(shè)計指導(dǎo)課件

電院科技創(chuàng)新[2]

講座2:放大器電路設(shè)計指導(dǎo)上海交通大學(xué)電子工程系2009年3月電院科技創(chuàng)新[2]2Agenda從課題任務(wù)的角度分析問題使用LM741設(shè)計所需放大器電路本課題的工作層面：板級設(shè)計完成任務(wù)所需之知識和技能在假定的理想條件下設(shè)計運放實用電路實際運放的幾項特性與理想模型的差異解讀DATASHEET了解LM741特性小結(jié)及問題思考用于設(shè)計放大器的電子元件以級聯(lián)的觀點分析(設(shè)計)電路2Agenda從課題任務(wù)的角度分析問題使用LM741設(shè)計所需3從課題任務(wù)的角度分析問題本課題的工作層面（半導(dǎo)體）材料芯片設(shè)計、元件制造系統(tǒng)（集成）（電路）板元件工藝本課題任務(wù)相關(guān)提示：適當(dāng)?shù)?、有效地搜集和閱讀資料。比如：《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（童詩白）中某些部分討論運算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是關(guān)于元件內(nèi)部設(shè)計的分析，與本課題任務(wù)的關(guān)系不大。3從課題任務(wù)的角度分析問題本課題的工作層面（半導(dǎo)體）材料芯片4從課題任務(wù)的角度分析問題完成任務(wù)所需之知識技能MCS51單片機（小系統(tǒng)）的使用：硬件、軟件(C51)用LM741、CD4066等設(shè)計所需電路拓展任務(wù)關(guān)聯(lián)的知識動手操作的技能和技巧：如焊接、調(diào)試、儀器使用4從課題任務(wù)的角度分析問題完成任務(wù)所需之知識技能MCS51單5用于設(shè)計放大器的電子元件電子管元件晶體管分立元件:

各型三極管、各型場效應(yīng)管晶體管集成電路元件：

運算放大器、功率放大器5用于設(shè)計放大器的電子元件電子管元件6以級聯(lián)的觀點分析（設(shè)計）電路把電路看作前后級聯(lián)的多個功能塊便于對各功能塊單獨分析，單獨設(shè)計前后級間的相互影響（舉例）方式1：高阻輸入，低阻輸出后級輸入阻抗相對于前級輸出阻抗極大前級輸出阻抗相對于后級輸入阻抗極小方式2：阻抗匹配設(shè)定一個規(guī)范值，要求前級輸出阻抗和后級輸入阻抗均等于該值6以級聯(lián)的觀點分析（設(shè)計）電路把電路看作前后級聯(lián)的多個功能塊7使用LM741設(shè)計所需放大器電路在假定的理想條件下設(shè)計運放實用電路理想運放模型物理學(xué)中，起類似作用概念有“剛體”“不計質(zhì)量的滑輪”等運算放大器（集成電路）一類常用的電子元器件，對信號有良好的線性放大功能。在設(shè)計常規(guī)放大電路時，LM741是一種常用的型號。為分析（或設(shè)計）含運算放大器的電路，對運放建立的數(shù)學(xué)模型。為便于分析，適當(dāng)降低求解復(fù)雜度，引入了一些理想化條件。所以，理想運放模型是對實際器件物理特性某種程度的近似描述，兩者有本質(zhì)區(qū)別，不可混為一談。7使用LM741設(shè)計所需放大器電路在假定的理想條件下設(shè)計運放8使用LM741設(shè)計所需放大器電路理想運放模型1.虛短：(V+)≈(V-)，開路增益A=Vo/[(V+)-(V-)]→∞2.虛斷：(i+)≈0(i-)≈0等價于輸入電阻無窮大3.輸出電阻為零i+V+i-V-VoA≈輸入電阻（輸入阻抗）輸出電阻（輸出阻抗）“等效”概念，不是一個定值電阻！在假定的理想條件下設(shè)計運放實用電路8使用LM741設(shè)計所需放大器電路理想運放模型1.虛短：(9使用LM741設(shè)計所需放大器電路理想運放模型的應(yīng)用同相放大器電路ViVoR1RfRLVo=(1+Rf/R1)Vi反相放大器電路ViVoR1RfRLVo=-(Rf/R1)Vi在假定的理想條件下設(shè)計運放實用電路9使用LM741設(shè)計所需放大器電路理想運放模型的應(yīng)用同相放大10使用LM741設(shè)計所需放大器電路理想運放模型的應(yīng)用反相放大器電路-可變增益ViVoR1RfVo=-(Rf/R1)ViR11R12K1K2R13R14K3K4初期試驗時可利用導(dǎo)線通斷來代替最終用CD4066實現(xiàn)，開關(guān)狀態(tài)可受單片機控制共15種有效狀態(tài)RfR1取值？顯然，在理想化條件下，只要保證兩者比例即可滿足要求！在假定的理想條件下設(shè)計運放實用電路RL10使用LM741設(shè)計所需放大器電路理想運放模型的應(yīng)用反相放11使用LM741設(shè)計所需放大器電路實際運放的幾項指標(biāo)與理想模型的差異理想運放模型假設(shè)實際運放（以741為例）輸入阻抗輸出阻抗開路電壓增益輸出電壓范圍輸入電壓范圍輸入失調(diào)電壓∞0∞未限制未限制0輸入失調(diào)電壓：當(dāng)使Vo=0時，V+與V-的差值典型值：2MΩ幾十Ω典型值：100

dB（約10萬倍）-Vs<Vo<Vs(±Vs電源電壓）-Vs<Vi<Vs

幾mV(1)(2)(3)(4)(4)11使用LM741設(shè)計所需放大器電路實際運放的幾項指標(biāo)與理想12使用LM741設(shè)計所需放大器電路實際運放的幾項指標(biāo)與理想模型的差異實際運放（以741為例）輸入阻抗輸出阻抗開路電壓增益輸出電壓范圍輸入電壓范圍輸入失調(diào)電壓∞0∞未限制未限制0典型值：2MΩ幾十Ω典型值：100

dB（約10萬倍）-Vs<Vo<Vs(±Vs電源電壓）-Vs<Vi<Vs

幾mV(1)(2)(3)(4)(4)(1)R1Rf<<Ri，建議取幾千到幾十千歐姆ViVo-VsVsVoM-VoM是漸變，不是突變(4)綜合其他因素考慮，Vi取1V左右(2)RL>>Ro，建議取10-20KΩ(3)Vi-Vo關(guān)系當(dāng)Vs=5V，VoM≈4.2V理想運放模型假設(shè)12使用LM741設(shè)計所需放大器電路實際運放的幾項指標(biāo)與理想13使用LM741設(shè)計所需放大器電路解讀DATASHEET了解LM741特性一般性描述GeneralDescription引腳分布ConnectionDiagrams：可對應(yīng)物理尺寸閱讀典型應(yīng)用TypicalApplication極限指標(biāo)AbsoluteMaximumRatings電氣特性ElectricalCharacteristics：前頁的指標(biāo)主要在這里找器件內(nèi)部原理圖SchematicDiagram物理尺寸PhysicalDimensionsDATASHEET之各部分（以NationalSemiconductor的版本為例）★★☆☆△△★精讀；☆選讀；△瀏覽★13使用LM741設(shè)計所需放大器電路解讀DATASHEET14使用LM741設(shè)計所需放大器電路解讀DATASHEET了解LM741特性一般性描述GeneralDescription引腳分布ConnectionDiagrams：可對應(yīng)物理尺寸閱讀典型應(yīng)用TypicalApplicationDATASHEET之各部分（以NationalSemiconductor的版本為例）★★例如：LM741共有8個引腳，哪幾個與你的應(yīng)用電路“無關(guān)”，“無關(guān)”引腳到底如何接？是否可以懸空？★14使用LM741設(shè)計所需放大器電路解讀DATASHEET15使用LM741設(shè)計所需放大器電路解讀DATASHEET了解LM741特性極限指標(biāo)AbsoluteMaximumRatings電氣特性ElectricalCharacteristics器件內(nèi)部原理圖SchematicDiagram物理尺寸PhysicalDimensionsDATASHEET之各部分（以NationalSemiconductor的版本為例）☆☆例如：本應(yīng)用中，我們關(guān)心：最大供電電壓，輸入阻抗，輸出阻抗，等等本應(yīng)用中，我們基本不關(guān)心：轉(zhuǎn)換速率（因為輸入直流或低頻信號），工作溫度（因為僅在室溫環(huán)境），等等△△15使用LM741設(shè)計所需放大器電路解讀DATASHEET16使用LM741設(shè)計所需放大器電路小結(jié)及問題思考除電源、信號輸入輸出之外，741的其它幾個引腳的功能CD4066可通信號的電壓范圍（若以電阻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)代替Rf是否可行？）注意CD4066的導(dǎo)通電阻問題（結(jié)合R1各電阻值的選取）理論模型與物理實際之辨證關(guān)系問題思考與提示盡早開展實質(zhì)性工作，進(jìn)實驗室實際動手。實踐中，會遇到諸多事先預(yù)料不到的問題和困難！16使用LM741設(shè)計所需放大器電路小結(jié)及問題思考除電源、信17謝謝！17謝謝！電院科技創(chuàng)新[2]

講座2:放大器電路設(shè)計指導(dǎo)上海交通大學(xué)電子工程系2009年3月電院科技創(chuàng)新[2]19Agenda從課題任務(wù)的角度分析問題使用LM741設(shè)計所需放大器電路本課題的工作層面：板級設(shè)計完成任務(wù)所需之知識和技能在假定的理想條件下設(shè)計運放實用電路實際運放的幾項特性與理想模型的差異解讀DATASHEET了解LM741特性小結(jié)及問題思考用于設(shè)計放大器的電子元件以級聯(lián)的觀點分析(設(shè)計)電路2Agenda從課題任務(wù)的角度分析問題使用LM741設(shè)計所需20從課題任務(wù)的角度分析問題本課題的工作層面（半導(dǎo)體）材料芯片設(shè)計、元件制造系統(tǒng)（集成）（電路）板元件工藝本課題任務(wù)相關(guān)提示：適當(dāng)?shù)?、有效地搜集和閱讀資料。比如：《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（童詩白）中某些部分討論運算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，是關(guān)于元件內(nèi)部設(shè)計的分析，與本課題任務(wù)的關(guān)系不大。3從課題任務(wù)的角度分析問題本課題的工作層面（半導(dǎo)體）材料芯片21從課題任務(wù)的角度分析問題完成任務(wù)所需之知識技能MCS51單片機（小系統(tǒng)）的使用：硬件、軟件(C51)用LM741、CD4066等設(shè)計所需電路拓展任務(wù)關(guān)聯(lián)的知識動手操作的技能和技巧：如焊接、調(diào)試、儀器使用4從課題任務(wù)的角度分析問題完成任務(wù)所需之知識技能MCS51單22用于設(shè)計放大器的電子元件電子管元件晶體管分立元件:

各型三極管、各型場效應(yīng)管晶體管集成電路元件：

運算放大器、功率放大器5用于設(shè)計放大器的電子元件電子管元件23以級聯(lián)的觀點分析（設(shè)計）電路把電路看作前后級聯(lián)的多個功能塊便于對各功能塊單獨分析，單獨設(shè)計前后級間的相互影響（舉例）方式1：高阻輸入，低阻輸出后級輸入阻抗相對于前級輸出阻抗極大前級輸出阻抗相對于后級輸入阻抗極小方式2：阻抗匹配設(shè)定一個規(guī)范值，要求前級輸出阻抗和后級輸入阻抗均等于該值6以級聯(lián)的觀點分析（設(shè)計）電路把電路看作前后級聯(lián)的多個功能塊24使用LM741設(shè)計所需放大器電路在假定的理想條件下設(shè)計運放實用電路理想運放模型物理學(xué)中，起類似作用概念有“剛體”“不計質(zhì)量的滑輪”等運算放大器（集成電路）一類常用的電子元器件，對信號有良好的線性放大功能。在設(shè)計常規(guī)放大電路時，LM741是一種常用的型號。為分析（或設(shè)計）含運算放大器的電路，對運放建立的數(shù)學(xué)模型。為便于分析，適當(dāng)降低求解復(fù)雜度，引入了一些理想化條件。所以，理想運放模型是對實際器件物理特性某種程度的近似描述，兩者有本質(zhì)區(qū)別，不可混為一談。7使用LM741設(shè)計所需放大器電路在假定的理想條件下設(shè)計運放25使用LM741設(shè)計所需放大器電路理想運放模型1.虛短：(V+)≈(V-)，開路增益A=Vo/[(V+)-(V-)]→∞2.虛斷：(i+)≈0(i-)≈0等價于輸入電阻無窮大3.輸出電阻為零i+V+i-V-VoA≈輸入電阻（輸入阻抗）輸出電阻（輸出阻抗）“等效”概念，不是一個定值電阻！在假定的理想條件下設(shè)計運放實用電路8使用LM741設(shè)計所需放大器電路理想運放模型1.虛短：(26使用LM741設(shè)計所需放大器電路理想運放模型的應(yīng)用同相放大器電路ViVoR1RfRLVo=(1+Rf/R1)Vi反相放大器電路ViVoR1RfRLVo=-(Rf/R1)Vi在假定的理想條件下設(shè)計運放實用電路9使用LM741設(shè)計所需放大器電路理想運放模型的應(yīng)用同相放大27使用LM741設(shè)計所需放大器電路理想運放模型的應(yīng)用反相放大器電路-可變增益ViVoR1RfVo=-(Rf/R1)ViR11R12K1K2R13R14K3K4初期試驗時可利用導(dǎo)線通斷來代替最終用CD4066實現(xiàn)，開關(guān)狀態(tài)可受單片機控制共15種有效狀態(tài)RfR1取值？顯然，在理想化條件下，只要保證兩者比例即可滿足要求！在假定的理想條件下設(shè)計運放實用電路RL10使用LM741設(shè)計所需放大器電路理想運放模型的應(yīng)用反相放28使用LM741設(shè)計所需放大器電路實際運放的幾項指標(biāo)與理想模型的差異理想運放模型假設(shè)實際運放（以741為例）輸入阻抗輸出阻抗開路電壓增益輸出電壓范圍輸入電壓范圍輸入失調(diào)電壓∞0∞未限制未限制0輸入失調(diào)電壓：當(dāng)使Vo=0時，V+與V-的差值典型值：2MΩ幾十Ω典型值：100

dB（約10萬倍）-Vs<Vo<Vs(±Vs電源電壓）-Vs<Vi<Vs

幾mV(1)(2)(3)(4)(4)11使用LM741設(shè)計所需放大器電路實際運放的幾項指標(biāo)與理想29使用LM741設(shè)計所需放大器電路實際運放的幾項指標(biāo)與理想模型的差異實際運放（以741為例）輸入阻抗輸出阻抗開路電壓增益輸出電壓范圍輸入電壓范圍輸入失調(diào)電壓∞0∞未限制未限制0典型值：2MΩ幾十Ω典型值：100

dB（約10萬倍）-Vs<Vo<Vs(±Vs電源電壓）-Vs<Vi<Vs

幾mV(1)(2)(3)(4)(4)(1)R1Rf<<Ri，建議取幾千到幾十千歐姆ViVo-VsVsVoM-VoM是漸變，不是突變(4)綜合其他因素考慮，Vi取1V左右(2)RL>>Ro，建議取10-20KΩ(3)Vi-Vo關(guān)系當(dāng)Vs=5V，VoM≈4.2V理想運放模型假設(shè)12使用LM741設(shè)計所需放大器電路實際運放的幾項指標(biāo)與理想30使用LM741設(shè)計所需放大器電路解讀DATASHEET了解LM741特性一般性描述GeneralDescription引腳分布ConnectionDiagrams：可對應(yīng)物理尺寸閱讀典型應(yīng)用TypicalApplication極限指標(biāo)AbsoluteMaximumRatings電氣特性ElectricalCharacteristics：前頁的指標(biāo)主要在這里找器件內(nèi)部原理圖SchematicDiagram物理尺寸PhysicalDimensionsDATASHEET之各部分（以NationalSemiconductor的版本為例）★★☆☆△△★精讀；☆選讀；△瀏覽★13使用LM741設(shè)計所需放大器電路解讀DATASHEET31使用LM741設(shè)計所需放大器電路解讀DATASHEET了解LM741特性一般性描述GeneralDescription引腳分布ConnectionDiag