中級(jí)電子設(shè)計(jì)-放大器.ppt

1、集成電路應(yīng)用 模擬集成電路主要是指由電容、電阻、晶體管等組成的模擬電路集成在一起用來(lái)處理模擬信號(hào)的集成電路。有許多的模擬集成電路，如運(yùn)算放大器、模擬乘法器、鎖相環(huán)、電源管理芯片等。 模擬集成電路的主要構(gòu)成電路有：放大器、濾波器、反饋電路、基準(zhǔn)源電路、開(kāi)關(guān)電容電路等。模擬集成電路設(shè)計(jì)主要是通過(guò)進(jìn)行手動(dòng)的電路調(diào)試，模擬而得到。與此相對(duì)應(yīng)的數(shù)字集成電路設(shè)計(jì)大部分是通過(guò)使用硬件描述語(yǔ)言在EDA軟件的控制下自動(dòng)的綜合產(chǎn)生。,1、集成運(yùn)算放大器 集成運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱運(yùn)放）是一種高電壓放大倍數(shù)、高輸入電阻、低輸出電阻的直接耦合放大電路。它工作在放大區(qū)時(shí)，輸入和輸出呈線性關(guān)系，所以它又被稱為線性集成電路。 集

2、成運(yùn)放的組成由四部分組成： 偏置電路：由恒流源電路構(gòu)成，確定運(yùn)放各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)； 輸入級(jí)：由差放構(gòu)成，可減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾； 中間級(jí)：共射放大電路，用于電壓放大； 輸出級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱電路，降低輸出電阻，提高帶載能力。,2、集成運(yùn)放的性能指標(biāo) 開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod：它是指集成運(yùn)放在無(wú)外加反饋回路的情況下的差模電壓的放大倍數(shù)。 最大輸出電壓Uop-p：它是指一定電壓下，集成運(yùn)放的最大不失真輸出電壓的峰-峰值。 差模輸入電阻rid ：它的大小反映了集成運(yùn)放輸入端向差模輸入信號(hào)源索取電流的大小。要求它愈大愈好。 輸出電阻ro ：它的大小反映了集成運(yùn)放在小信號(hào)輸出時(shí)的負(fù)載能力。 共模抑制比CM

3、RR：它放映了集成運(yùn)放對(duì)共模輸入信號(hào)的抑制能力，其定義同差動(dòng)放大電路。CMRR越大越好。,根據(jù)分析時(shí)理想運(yùn)放的條件 ，得出兩個(gè)重要結(jié)論： 虛短路：V+=V-； 虛開(kāi)路：Ii=0 注意在實(shí)際運(yùn)算放大器的分析計(jì)算中，也采用這兩個(gè)條件分析。,3、反相輸入放大器 反相比例運(yùn)算放大器電路輸出電壓與輸入電壓間的關(guān)系： VO= -（RF/F1）*Vi 閉環(huán)放大倍數(shù)： AF = AV*F = VO/Vi = -RF/R1 RF=R1時(shí)，放大器僅起反相作用，又稱反相器。運(yùn)放正端有接入平衡電阻Rp，其目的是為了保持反相比例運(yùn)算放大器電路的結(jié)構(gòu)對(duì)稱，因此運(yùn)放的兩個(gè)輸入電路的電阻必須相等。 平衡電阻(使輸入端對(duì)地的靜

4、態(tài)電阻相等): RP=R1/RF。,反向輸入放大器模型,理想運(yùn)放： 虛短路：V+=V-； 虛開(kāi)路：Ii=0,4、同相輸入放大器 同相比例運(yùn)算放大器電路 ，在理想條件下，Vo與Vi的關(guān)系是： Vo=（1+Rf/R1）*Vi 輸入信號(hào)Vi經(jīng)平衡電阻Rp送到運(yùn)放的同相輸入端，反饋通過(guò)Rf送回到反相輸入端以實(shí)現(xiàn)負(fù)反饋，若把差模輸入電壓看成是凈輸入電壓，則反饋電壓Vf加在R1兩端。同相輸入放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)電壓取樣電壓求和的深負(fù)反饋電路。,5、跟隨器,6、差動(dòng)放大器 差動(dòng)放大電路又叫差分電路，能有效地放大交流信號(hào)，而且能有效地減小由于電源波動(dòng)和晶體管隨溫度變化多引起的零點(diǎn)漂移。常被用作多級(jí)放大器的前置級(jí)

5、。,7、減法電路（該電路也稱為差分電路） 從結(jié)構(gòu)上看，它是反相輸入和同相輸入相結(jié)合的放大電路。 根據(jù)虛短、虛斷和N、P點(diǎn)的KCL得：,8、儀用放大器（高共模抑制比、高輸入電阻測(cè)量放大器） 由三運(yùn)放組成性能優(yōu)越的測(cè)量放大器，A1和A2組成雙端輸入/雙端輸出差動(dòng)放大，由于信號(hào)從二個(gè)同相端輸入，使輸入阻抗高達(dá)10M 以上。第二級(jí)又采用差動(dòng)輸入，在運(yùn)放參數(shù)和R3、R4嚴(yán)格對(duì)稱時(shí)，電路具有很高的共模抑制能力和低溫漂。,9、求和電路（加法電路）,10、積分電路,11、微分電路,12、比較器 比較器是將兩個(gè)相差不是很小的電壓進(jìn)行比較的系統(tǒng)。最簡(jiǎn)單的比較器就是運(yùn)算放大器。 運(yùn)算放大器在有深度負(fù)反饋的條件下，會(huì)

6、在線性區(qū)工作，有著增益很大的放大特性，在計(jì)算時(shí)往往認(rèn)為它放大的倍數(shù)是無(wú)窮大。而在沒(méi)有反饋的條件下，運(yùn)算放大器在線性區(qū)的輸入動(dòng)態(tài)范圍很小，即兩個(gè)輸入電壓有一定差距就會(huì)使運(yùn)算放大器達(dá)到飽和。如果同相端電壓較大，則輸出最大電壓，一般是+12V；如果反相端電壓較大，則輸出最小電壓，一般是-12V。這樣，就實(shí)現(xiàn)了電壓比較功能 注意：在真正的電壓比較器還會(huì)增加一些外圍輔助電路，以加強(qiáng)性能。,Ui從同相端輸入,Ui從反相端輸入,過(guò)零比較器,正弦波變方波,13、濾波器 用來(lái)消除干擾雜訊的器件,將輸入或輸出經(jīng)過(guò)過(guò)濾而得到純凈的交流電。 濾波器的種類很多，分類方法也不同。 （1）按所處理的信號(hào)分為模擬濾波器和數(shù)字

7、濾波器兩種。 （2）按所通過(guò)信號(hào)的頻段分為低通、高通、帶通和帶阻濾波器四種。 低通濾波器：它允許信號(hào)中的低頻或直流分量通過(guò)，抑制高頻分量或干擾和噪聲。 高通濾波器：它允許信號(hào)中的高頻分量通過(guò)，抑制低頻或直流分量。 帶通濾波器：它允許一定頻段的信號(hào)通過(guò)，抑制低于或高于該頻段的信號(hào)、干擾和噪聲。 帶阻濾波器：它抑制一定頻段內(nèi)的信號(hào)，允許該頻段以外的信號(hào)通過(guò)。,有源低通濾波器：f0=1/2RC,有源高通濾波器：f0=1/2RC,有源帶通濾波器,組合濾波器,（3）按所采用的元器件分為無(wú)源和有源濾波器兩種。 無(wú)源濾波器：僅由無(wú)源元件(R、L和C)組成的濾波器，它是利用電容和電感元件的電抗隨頻率的變化而變

8、化的原理構(gòu)成的。這類濾波器的優(yōu)點(diǎn)是：電路比較簡(jiǎn)單，不需要直流電源供電，可靠性高；缺點(diǎn)是：通帶內(nèi)的信號(hào)有能量損耗，負(fù)載效應(yīng)比較明顯，使用電感元件時(shí)容易引起電磁感應(yīng)，當(dāng)電感L較大時(shí)濾波器的體積和重量都比較大，在低頻域不適用。 有源濾波器：由無(wú)源元件(一般用R和C)和有源器件(如集成運(yùn)算放大器）組成。這類濾波器的優(yōu)點(diǎn)是：通帶內(nèi)的信號(hào)不僅沒(méi)有能量損耗，而且還可以放大，負(fù)載效應(yīng)不明顯，多級(jí)相聯(lián)時(shí)相互影響很小，利用級(jí)聯(lián)的簡(jiǎn)單方法很容易構(gòu)成高階濾波器，并且濾波器的體積小、重量輕、不需要磁屏蔽(由于不使用電感元件）；缺點(diǎn)是：通帶范圍受有源器件(如集成運(yùn)算放大器）的帶寬限制，需要直流電源供電，可靠性不如無(wú)源濾波

9、器高，在高壓、高頻、大功率的場(chǎng)合不適用。,14、波形發(fā)生（振蕩器） 能夠產(chǎn)生振蕩電流的電路叫做振蕩電路。一般由電阻、電感、電容等元件和電子器件所組成。由電感線圈l和電容器c相連而成的LC電路是最簡(jiǎn)單的一種振蕩電路，其固有頻率為f=1/2LC。 振蕩電路也叫波形發(fā)生器，是沒(méi)有信號(hào)輸入，而有信號(hào)輸出的信號(hào)產(chǎn)生器，一般由放大電路和振蕩選頻電路組成。 放大電路有三極管和運(yùn)算放大電路振蕩、選頻電路一般由電阻、電容（即RC振蕩選頻電路），或者由電感組成的電路（即LC振蕩選頻電路）決定產(chǎn)生信號(hào)的頻率大小。,方波產(chǎn)生過(guò)程,作業(yè),練習(xí),數(shù)字集成電路 數(shù)字集成電路是將元器件和連線集成于同一半導(dǎo)體芯片上而制成的數(shù)字

10、邏輯電路或系統(tǒng)。根據(jù)數(shù)字集成電路中包含的門電路或元、器件數(shù)量，可將數(shù)字集成電路分為小規(guī)模集成（SSI）電路、中規(guī)模集成MSI電路、大規(guī)模集成（LSI）電路、超大規(guī)模集成VLSI電路和特大規(guī)模集成（ULSI）電路。 小規(guī)模集成電路包含的門電路在10個(gè)以內(nèi)，或元器件數(shù)不超過(guò)100個(gè)； 中規(guī)模集成電路包含的門電路在10100個(gè)之間，或元器件數(shù)在1001000個(gè)之間； 大規(guī)模集成電路包含的門電路在100個(gè)以上，或元器件數(shù)在100010000個(gè)之間； 超大規(guī)模集成電路包含的門電路在萬(wàn)個(gè)以上；特大規(guī)模集成電路的門電路在10萬(wàn)個(gè)以上。,數(shù)字集成電路按電路結(jié)構(gòu)分：TTL和MOS 兩大系列。 TTL 數(shù)字集成電

11、路是利用電子和空穴兩種載流子導(dǎo)電的，所以又叫做雙極性電路。 MOS 數(shù)字集成電路是只用一種載流子導(dǎo)電的電路，其中用電子導(dǎo)電的稱為NMOS 電路；用空穴導(dǎo)電的稱為PMOS電路；如果是用NMOS 及PMOS 復(fù)合起來(lái)組成的電路，則稱為CMOS 電路。,1、TTL電路 （1）電源電壓范圍 TTL電路的工作電源電壓范圍很窄。S，LS，F(xiàn)系列為5V5%；AS，ALS系列為5V10%。 （2）頻率特性 TTL電路的工作頻率比4000系列的高。標(biāo)準(zhǔn)TTL電路的工作頻率小于35MHz；LS系列TTL電路的工作頻率小于40MHz；ALS系列電路的工作頻率小于70MHz；S系列電路的工作頻率小于125MHz；AS

12、系列電路的工作頻率小于200MHz。 （3）TTL電路的電壓輸出特性 當(dāng)工作電壓為十5V時(shí)，輸出高電平大于2.4V，輸人高電平大于2.0V；輸出低電平小于0.4V，輸人低電平小于0.8V。,（4）最小輸出驅(qū)動(dòng)電流 標(biāo)準(zhǔn)TTL電路為16mA；LSTTL電路為8mA；STTL電路為20mA；ALSTfL 電路為8mA；ASTTL電路為20mA。大電流輸出的TTL電路：標(biāo)準(zhǔn)TTL電路為48mA；LSTTL電路為24mA；STTL電路為64mA；ALSTTL電 路為24/48mA；ASTTL電路為48/64mA。 對(duì)于同一功能編號(hào)的各系列TTL集成電路，它們的引腳排列與邏輯功能完全相同。比如，7404

13、，74LS04， 74A504，74F04，74ALS04等各集成電路的引腳圖與邏輯功能完全一致，但它們?cè)陔娐返乃俣群凸姆矫娲嬖谥黠@的差別。,數(shù)字集成電路引腳分布（7400為例）,2、CMOS電路 （1）電源電壓范圍：集成電路的工作電源電壓范圍為318V，74HC系列為26V。 （2）功耗：當(dāng)電源電壓VDD=5V時(shí)，CMOS電路的靜態(tài)功耗分別是：門電路類為2.55W；緩沖器和觸發(fā)器類為520W；中規(guī)模集成電路類為25100W， （3）輸人阻抗：CMOS電路的輸入阻抗只取決于輸人端保護(hù)二極管的漏電流，因此輸人阻抗極高，可達(dá)1081011以上。所以，CMOS電路幾乎不消耗驅(qū)動(dòng)電路的功率。 （4

14、）抗干擾能力: 電源電壓允許范圍大，因此它們輸出高低電平擺幅也大，抗干擾能力就強(qiáng)，其噪聲容限最大值為45%VDD保證值可達(dá)30%VDD，電源電壓越高，噪聲容限值越大。 （5）邏輯擺幅: CMOS電路輸出的邏輯高電平“1”非常接近電源電壓VDD;邏輯低電平“0”接近電源Vss，空載時(shí)，輸出高電平VOH=VCC-0.05V，輸出低電平VOL=0.05V。,高電平（邏輯1理論5/3.3V） 低電平（邏輯0理論0V） 高阻態(tài)（三態(tài)斷開(kāi)）,標(biāo)準(zhǔn)TTL電平 發(fā)送端 高電平：2.4V 低電平：2.0V 低電平：0.8V 特點(diǎn) 噪聲容限小 負(fù)載能力弱,標(biāo)準(zhǔn)CMOS電平 發(fā)送端 高電平：0.9Vdd 低電平：0

15、.7Vdd 低電平：0.3Vdd 特點(diǎn) 噪聲容限大 負(fù)載能力強(qiáng),集成電路命名 1、國(guó)標(biāo)集成電路的型號(hào)命名方法 （1）國(guó)標(biāo)（GB343182）集成電路的型號(hào)命名由五部分組成，各部分的含義如下： 第一部分用字母“C”表示該集成電路為中國(guó)制造，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 第二部分用字母表示集成電路類型。 第三部分用數(shù)字表示集成電路系列和代號(hào)。 第四部分用字母表示電路溫度范圍。 第五部分用字母表示電路的封裝形式。,（2）國(guó)標(biāo)（GB343089）集成電路型號(hào)命名由五部分組成，各部分的含義如下： 第一部分用字母“C”表示該集成電路為中國(guó)制造，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 第二部分用字母表示集成電路的類型。 第三部分用數(shù)字或數(shù)字與字

16、母混合表示集成電路的系列和品種代號(hào)。 第四部分用字母表示電路的工作溫度范圍。 第五部分用字母表示集成電路的封裝形式。,TTL和COMS芯片（74LS00和74HC00）,3.4 傳感器 傳感器（英文名稱：transducer/sensor）是一種檢測(cè)裝置，能感受到被測(cè)量的信息，并能將感受到的信息，按一定規(guī)律變換成為電信號(hào)或其他所需形式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處理、存儲(chǔ)、顯示、記錄和控制等要求。 光敏傳感器視覺(jué) 聲敏傳感器聽(tīng)覺(jué) 氣敏傳感器嗅覺(jué) 化學(xué)傳感器味覺(jué) 壓敏、溫敏、流體傳感器觸覺(jué) 敏感元件的分類： 物理類，基于力、熱、光、電、磁和聲等物理效應(yīng)。 化學(xué)類，基于化學(xué)反應(yīng)的原理。 生物類，

17、基于酶、抗體、和激素等分子識(shí)別功能。,通常據(jù)其基本感知功能可分為熱敏元件、光敏元件、氣敏元件、力敏元件、磁敏元件、濕敏元件、聲敏元件、放射線敏感元件、色敏元件和味敏元件等十大類。 電阻式傳感器是將被測(cè)量，如位移、形變、力、加速度、濕度、溫度等這些物理量轉(zhuǎn)換式成電阻值這樣的一種器件。主要有電阻應(yīng)變式、壓阻式、熱電阻、熱敏、氣敏、濕敏等電阻式傳感器件。,光敏電阻,熱敏電阻,壓力傳感器,加速度傳感器,溫濕度傳感器,熱釋電紅外傳感器,煙霧傳感器,溫度傳感器,超聲波傳感器,金屬檢測(cè)傳感器,壓力水位傳感器,霍爾傳感器,攝像頭,陀螺儀芯片,習(xí)題,1.三極管 三極管結(jié)構(gòu) 三極管工作條件 共發(fā)射極直流放大倍數(shù)

18、三極管工作狀態(tài) 三極管三種電路接法,2.集成電路 反相輸入放大器接法，輸入輸出電壓關(guān)系-反相器 同相輸入放大器接法，輸入輸出電壓關(guān)系-跟隨器 減法電路，加法電路 比較器,電阻色環(huán)識(shí)別：棕綠紅金 第一位：第二位：第三位：第四位：誤差為 即電阻值為歐 五環(huán)電阻識(shí)別：黃紫紅橙棕 前三位數(shù)是第四位表示第五位誤差為即電阻值為千歐,標(biāo)稱電感量及偏差為22uH 5% 紅紅黑金 標(biāo)稱電感量及偏差為1.0uH 10% 棕黑金銀,第四章 電子線路,4.1 歐姆定律拓展使用 1、電流 導(dǎo)體中的自由電子在電場(chǎng)力的作用下做有規(guī)則的定向運(yùn)動(dòng)就形成了電流。電流（current）是表示電流強(qiáng)弱的物理量，通常用字母I表示，單位

19、安培，符號(hào)A 。 電流的大小稱為電流強(qiáng)度（簡(jiǎn)稱電流），指單位時(shí)間內(nèi)通過(guò)導(dǎo)線某一截面的電荷量，每秒通過(guò)1庫(kù)侖的電量稱為1安培（A）。安培是國(guó)際單位制中所有電性的基本單位。 常用的單位有千安（kA）毫安（mA）、微安(A) 。 1A = 1000mA = 1000000A 電學(xué)上規(guī)定：正電荷定向流動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较颉ｋ娏餍纬蓷l件： （1）存在自由電荷； （2）存在電壓； （3）有閉合回路。,2、電壓 電壓（voltage），也稱作電勢(shì)差或電位差，是衡量單位電荷在靜電場(chǎng)中由于電勢(shì)不同所產(chǎn)生的能量差的物理量。其大小等于單位正電荷因受電場(chǎng)力作用從A點(diǎn)移動(dòng)到B點(diǎn)所作的功，電壓的方向規(guī)定為從高電位指向低電位

20、的方向。 電壓的國(guó)際單位制為伏特(V)，常用的單位還有毫伏(mV)、微伏(V)、千伏(kV)等。 1V = 1000mV = 1000000V,3、電路 (1)電路組成 由金屬導(dǎo)線和電氣以及電子部件組成的導(dǎo)電回路，稱其為電路。 電路組成：主要由電源、中間環(huán)節(jié)、負(fù)載構(gòu)成。如下圖家庭電路組成所示。 a.電源(source)：提供能量或信號(hào)（電池、發(fā)電機(jī)、信號(hào)發(fā)生器）； b.負(fù)載(load)：將電能轉(zhuǎn)化為其它形式的能量，或?qū)π盘?hào)進(jìn)行處理（電阻、電容、晶體管）； c.中間環(huán)節(jié)（intermediate）：一般由導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)等構(gòu)成，將電源與負(fù)載接成通路（傳輸線）；,家庭電路組成,(2)電路模型 由理想元件

21、及其組合代表實(shí)際電路元件，與實(shí)際電路具有基本相同的電磁性質(zhì)，稱其為電路模型。電路模型是由理想電路元件構(gòu)成的。 電路模型是實(shí)際電路抽象而成，它近似地反映實(shí)際電路的電氣特性。,電路模型構(gòu)建,(3)電路綜合 通過(guò)對(duì)電路模型的分析計(jì)算來(lái)預(yù)測(cè)實(shí)際電路的特性，從而改進(jìn)實(shí)際電路的電氣特性和設(shè)計(jì)出新的電路。,電路的基本規(guī)律 1、歐姆定律 在同一電路中，通過(guò)導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻阻值成反比，這就是歐姆定律，基本公式是I=U/R。物理學(xué)界將電阻的單位命名為歐姆，以符號(hào)“”表示。,2、基爾霍夫定律 基爾霍夫定律是電路理論中最基本也是最重要的定律之一。它概括了電路中電流和電壓分別遵循的基本規(guī)律

22、。它包括基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL）。 (1)支路： a.每個(gè)元件就是一條支路。 b.串聯(lián)的元件我們視它為一條支路。 c.流入等于流出的電流的支路。 (2)節(jié)點(diǎn)： a.支路與支路的連接點(diǎn)。 b.兩條以上的支路的連接點(diǎn)。 c.廣義節(jié)點(diǎn)（任意閉合面）。 (3)回路： a.閉合的支路。 b.閉合節(jié)點(diǎn)的集合。 (4)網(wǎng)孔： a.其內(nèi)部不包含任何支路的回路。 b.網(wǎng)孔一定是回路，但回路不一定是網(wǎng)孔。,基爾霍夫電流定律（KCL）:該定律又稱節(jié)點(diǎn)電流定律，其內(nèi)容是電路中任一個(gè)節(jié)點(diǎn)上，在任一時(shí)刻，流入節(jié)點(diǎn)的電流之和等于流出節(jié)點(diǎn)的電流之和。(物理基礎(chǔ):電荷守恒，電流連續(xù)性。),i1 i2 i3 i4 = 0,基爾霍夫電壓定律（KVL）:在任何一個(gè)閉合回路中，各段電阻上的電壓降的代數(shù)和等于電動(dòng)勢(shì)的代數(shù)和，即IR=E；從一點(diǎn)出發(fā)繞回路一周回到該點(diǎn)時(shí)，各段電壓的代數(shù)和恒等于零，即U=0。,U1US1+U2U3+U4US20,3、疊加定理 在線性電路中，任一支路的電流（或電壓）可以看成是電路中每一個(gè)獨(dú)立電源單獨(dú)作用于電路