《电工电子技术基础及技能训练单元7.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电工电子技术基础及技能训练单元7.ppt（64页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、电工电子技术基础电工电子技术基础及技能训练及技能训练主编主编 王欣王欣 王兆霞王兆霞全国高职高专院校规划教材精品与示范系列集成电路集成电路:将整个电路的各个元件做在同一个半导将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。体基片上。集成电路的优点：集成电路的优点：工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。功耗小。集成电路的分类：集成电路的分类：模拟集成电路、数字集成电路；模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；7.1集成运算放大器的基本概念集成运算放大器的基本概念单元单元7 7 集成运算放大器与应用集成运算放大器
2、与应用集成电路内部结构的特点集成电路内部结构的特点1.电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。向一致，温度均一性好。2.电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。替或外接。3.几十几十 pF 以下的小电容用以下的小电容用PN结的结电容构成、结的结电容构成、大电容要外接。大电容要外接。4.二极管一般用三极管的发射结构成。二极管一般用三极管的发射结构成。UEE+UCC u+uo u反相反相输入端输入端同相同相输
3、入端输入端T3T4T5T1T2IS原理框图原理框图输输入入级级中中间间级级输输出出级级与与uo反相反相与与uo同相同相对输入级的要求：对输入级的要求：尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移,尽量提高尽量提高 KCMRR ,输入阻抗输入阻抗 ri 尽可能大。尽可能大。对中间级的要求：对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。足够大的电压放大倍数。对输出级的要求：对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足主要提高带负载能力，给出足够的输出电流够的输出电流io 。即输出阻抗。即输出阻抗 ro小。小。（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。级一般
4、采用差动放大器。（2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。小输入电流，增加输入电阻。（3）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。功率放大，提高带负载的能力。集成运放的结构一、开环电压放大倍数一、开环电压放大倍数Auo无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在105 107之间。理想运放的之间。理想运放的Auo为为。二、共模抑制比二、共模抑制比KCMMR常用分贝作单位，一般常用分贝作单位，一般100dB以上。以上。主要参数主要参数
5、ri 大大:几十几十k 几百几百 k 运放的特点运放的特点KCMRR 很大很大 ro 小：几十小：几十 几百几百 A uo很很大大:104 107理想运放：理想运放：ri KCMRR ro 0 0Auouo 运放符号：运放符号：uu+uo u u+uoAuo理想运算放大器及其分析依据理想运算放大器及其分析依据uiuo+UOM-UOMAuo越大，运放的线性范围越小，必须越大，运放的线性范围越小，必须在在输出与输入输出与输入之间之间加负反馈加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。才能使其扩大输入信号的线性范围。uiuo_+Auo例：若例：若UOM=12V，Auo=106，则，则|ui|UR时时,u
6、o=+Uom当当ui UR时时,uo=-Uom 1、ui从同相端输入从同相端输入+uouiURuoui0+Uom-UomUR当当ui UR时时,uo=-Uom 2、ui从反相端输入从反相端输入uoui0+UOM-UOM+uoui3、过零比较器、过零比较器:(UR=0时时)+uouiuoui0+UOM-UOM+uouitui例：例：利用电压比较器将正利用电压比较器将正弦波变为方波。弦波变为方波。uot+Uom-Uom+uiuoui0+UZ-UZ电路改进：电路改进：用稳压管稳定输出电压。用稳压管稳定输出电压。+uiuo UZRRuo UZ电压比较器的另一种形式电压比较器的另一种形式 将双向稳压管接
7、在将双向稳压管接在负反馈回路上负反馈回路上分析分析1.因为有正反馈，所以因为有正反馈，所以输出饱和。输出饱和。2.当当uo正饱和时正饱和时(uo=+UOM)：U+3.当当uo负饱和时负饱和时(uo=UOM)：+uoRR2R1ui参考电压由参考电压由输出电压决定输出电压决定特点：特点：电路中使用正反馈，电路中使用正反馈，运放处于非线性状态。运放处于非线性状态。4.4.迟滞比较器迟滞比较器分别称分别称UH和和UL上下门限电压上下门限电压。称。称(UH-UL)为为回差回差。当当ui 增加到增加到UH时，输出时，输出由由Uom跳变到跳变到-Uom；+uoRR2R1ui当当ui 减小到减小到UL时，输出
8、时，输出由由-Uom跳变到跳变到Uom。传输特性：传输特性：uoui0Uom-UomUHUL小于回差的干扰不会引起小于回差的干扰不会引起跳转。跳转。跳转时，正反馈加跳转时，正反馈加速跳转。速跳转。tuiUom-UomtuiUHUL例：例：迟滞比较器的输入迟滞比较器的输入为正弦波时，画出为正弦波时，画出输出的波形。输出的波形。+uoRR2R1ui 解解：根根据据反反馈馈到到输输入入端端的的信信号号是是交交流流还还是是直直流流还还是是同同时时存存在在，来进行判别。来进行判别。例例1 1：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。：判断下图中有哪些反馈回路，是交流反馈还是直流反馈。交、直流反
9、馈交、直流反馈交流反馈交流反馈 注意电容的注意电容的“隔直通交隔直通交”作用！作用！技能训练：技能训练：本级反馈本级反馈反馈只存在于某一级放大器中反馈只存在于某一级放大器中 级间反馈级间反馈反馈存在于两级以上的放大器中反馈存在于两级以上的放大器中例：判断下图中的本级反馈与级间反馈例：判断下图中的本级反馈与级间反馈级间反馈级间反馈本级反馈本级反馈本级反馈本级反馈电流并联负反馈电流并联负反馈例例 判断以下各图的反馈类型判断以下各图的反馈类型电流并联负反馈电流并联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电压串联负反馈电压串联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈电流并
10、联负反馈引入电流负反馈的目的引入电流负反馈的目的稳定输出电流稳定输出电流稳定过程：稳定过程：RL io(ic2)if id（ib）io(ic2)例例 判断反馈类型及电路的工作过程判断反馈类型及电路的工作过程例例 图所示电路中，运放图所示电路中，运放A A是理想运放，写出电压是理想运放，写出电压u uo o的表达式。的表达式。解解：由由虚虚断断知知，运运放放同同相相输输入入端端的的电电压压为为u uI I。又又依依据据虚虚短短，运运放放反反相相输输入入端端的的电电压压也也是是u uI I。由由于于等等电电位位，所所以以流流过过电电阻阻R R的的电电流流为为0 0，又又根根据据虚虚断断，流流过过2
11、 2R R的的电电流与前者相等，也为流与前者相等，也为0 0，所以有：，所以有：u uo o=u uI I讨讨论论：在在利利用用“虚虚短短”、“虚虚断断”条条件件分分析析电电路路时时要要注注意意：“虚虚短短”是是指指运运放放的的同同相相端端和和反反相相端端之之间间的的净净输输入入电电压压近近似似为为0 0。“虚虚断断”是是指指流流入入运运放放同同相相端端和和反反相相端端的的净净输输入入电电流流近近似似为为0 0。容容易易出出现现的的问问题题是是，误误认认为为运运放输出端的电流也是放输出端的电流也是0 0。例例：R Rf f=10k=10k，R R2 2=10k=10k ，U UZ Z=6V=6
12、V，U UREFREF=10V=10V。当输入。当输入u ui i为如图所示的波形时，画出输出为如图所示的波形时，画出输出u uo o的波形。的波形。上下限：上下限：uoui08V3V传输特性传输特性+6V-6V3V8Vuiuo+6V-6Vuoui08V3V传输特性传输特性+6V-6V例例：在下图所示电路中，写出输出电压：在下图所示电路中，写出输出电压u uO O与输入电流与输入电流i i1 1和和 i i2 2之间的关系式。之间的关系式。解解：设运放：设运放A A1 1的输出信号的输出信号为为u u1 1，运放，运放A A1 1的反相输入的反相输入端信号为端信号为u uN1N1，运放，运放A
13、 A2 2的反的反相输入端信号为相输入端信号为u uN2N2。两级。两级运放均构成了负反馈，满运放均构成了负反馈，满足足“虚短虚短”、“虚断虚断”。例例：运放组成的有源滤波电路如图所示。运放：运放组成的有源滤波电路如图所示。运放A A1 1和和 A A2 2为理想运放。试求：为理想运放。试求：3 3判定判定A A1 1级和整个电路各组成什么样的滤波电路级和整个电路各组成什么样的滤波电路解：解：1.2.uo=-(uI+uo1)其中其中3 3由以上分析可判定由以上分析可判定A A1 1级组成一阶高通有源滤波电路；整个级组成一阶高通有源滤波电路；整个电路组成一阶低通有源滤波电路。电路组成一阶低通有源
14、滤波电路。tui0tuo0例：例：,求求uo。90例：例：设计一个加减运算电路，设计一个加减运算电路，R RF F=240k=240k，使使u uo o=10=10u ui i1 1+8+8u ui i2 2-20-20u ui i3 3解解:(1)(1)画电路。画电路。系数为负的信号从系数为负的信号从反相端输入，系数反相端输入，系数为正的信号从同相为正的信号从同相端输入。端输入。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3(2)(2)求各电阻值。求各电阻值。-R3RF+ui1uoR2R1ui2R4ui3uo=10ui1+8ui2-20ui3例：一负反馈放大电路例：一负反馈放大电路,|A|=
15、300,|F|=0.01.,|A|=300,|F|=0.01.试问试问:(1)(1)闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数|A|Af f|?|?(2)(2)如果如果|A|A|发生百分之发生百分之2020的变化的变化,|A,|Af f|的相对变化为多少的相对变化为多少?解解:(2)(2)当放大倍数较小时当放大倍数较小时 当放大倍数较大时当放大倍数较大时变化后的放大倍数。变化后的放大倍数。例：试求下图的放大倍数，设例：试求下图的放大倍数，设R RF FRR4.4.解：解：又又例：试求下图例：试求下图u uo o与与u ui1i1和和u ui2i2之间的关系式之间的关系式.解解:此电路为高输入阻抗的差动电
16、路此电路为高输入阻抗的差动电路.例例：图图所所示示电电路路,电电源源电电压压为为15V,ui1=1.1V,ui2=1V,15V,ui1=1.1V,ui2=1V,试试问问接入输入电压后接入输入电压后,输出电压由输出电压由0 0上升到上升到10V10V所需的时间所需的时间.解解:由由A A1 1得得上升所用的时间为上升所用的时间为1s.1s.由由A A2 2得得例：下图所示积分电路例：下图所示积分电路,如果如果R R1 1=50k=50k.C.CF F=1=1F,F,输输入波形如入波形如图图所示所示,试画试画出出输输出波形出波形.ui-+RR2Cuo解解:例：求下图所示电路的输出电压例：求下图所示电路的输出电压解解:i=ii=ic c+i+if f解之得解之得