技师-电子技术PPT演示课件

.,1,技师-电子技术,总找借口恐惧犹豫不决拖延三分钟热度害怕拒绝逃避现实,.,2,1 - 运算放大器及其应用,集成运算放大器基本结构：输入级：差动放大器（同相输入端，反向输入端）中间级：具有很大放大倍数，开环电压放大倍数（100-140db）输出级：一般采用射极输出（如互补电路），使得运算放大器具有一定的负载能力微电流源偏置电路,.,3,基极电源,双电源共发射极单管放大电路,输入回路,输出回路,集电极电阻，约为几至几十欧,NPN型管,耦合电容,耦合电容,基极电阻，约几十至几百千欧,集电极电源，约为几至几十伏,负载电阻,电路中发射极是输入、输出回路的公共支路，而且放大的是电压信号，因此称之为共发射极电压放大器。,电路各部分作用：,晶体管T：放大器的核心部件，在电路中起电流放大作用；,电源EC：为放大电路提供能量和保证晶体管工作在放大状态；,电源EB和电阻RB：使管子发射结处于正向偏置，并提供适当的基极电流IB；,耦合电容C1和C2：一般为几微法至几十微法，利用其通交隔直作用，既隔离了放大器与信号源、负载之间的直流干扰，又保证了交流信号的畅通；,电阻RC：将集电极的电流变化变换成集电极的电压变化，以实现电压放大作用。,射极输出器,.,4,集成运放的基本结构,输入级： 差动放大器，减少零点漂移、提高输入阻抗。,输出级： 射极输出器或互补对称功率放大器，提高 带载能力。,偏置电路： 为各级提供稳定、合适的静态工作点。,中间级： 电压放大。,.,5,运算放大器的符号,反相输入端,同相输入端,输出端,LM741运放外型和管脚,反相输入端,同相输入端,输出端,+15V,-15V,10k,1k,调零：当输入信号为零时，输出为零。,8为空脚,.,6,常见集成运算放大器,.,7,工作在线性区的理想运放,相当于两输入端之间短路, 但又未真正短路，故称 “虚短” 。,相当于两输入端之间断路，但又未真正断路，故称 “虚断”。,2. i+= i = 0,1. u+= u,而uo是有限值,运放开环输入电阻,由于,故从式,可知,（虚短）,（虚断）,i,i+,线性应用深度负反馈两原则：虚短，虚断,.,8,运算放大器输出电压与输入电压之间的关系曲线称为传输特性。,实际运放电压传输特性,UO+,UO-,线性工作区,正饱和区,负饱和区,很大,UO- 、UO+为负、正饱和电压。,2、集成运放的传输特性,.,9,同相比例运算主要特点：,（1）输入与输出信号同相。,（2）输入电阻大，输出电阻小。,（3）存在共模输入信号，对 KCMR 的要求高。,例: 如图所示电路，计算输出电压uo 的大小。,解：该电路是一电压跟随器。,u+=7.5V,输出电压 uo=7.5V,.,10,（3）加法运算电路,在集成运放的反相输入端增加若干个输入信号组成的电路，就构成了反相加法运算电路，如图所示 。,若 Rf = R1= R2,则 uO = (uI1+ uI2),R = R1 / R2 / Rf,平衡电阻,.,11,（4）减法运算电路,在集成运放的两个输入端都加上输入信号，就构成了减法运算电路 ，如图所示 。,整理可得,输出电压与输入电压的差值成正比例，从而能进行减法运算。,.,12,将要求实现的 与上式比较可得,例: 若给定反馈电阻RF=10k，试设计实现 的运算电路。,.,13,理想运放传输特性,UO+,UO-,正饱和区,负饱和区,理想运放,时，,当,为了让运放工作在线性区，必须加负反馈，限制其闭环电压放大倍数。,.,14,8.3.2 集成运放的线性应用,1、信号运算电路,（1）反相比例运算电路,虚断,虚地,平衡电阻,输入电阻:,若,则,.,15,（2）同相比例运算电路,可见同相比例运算电路的电压放大倍数必定大于1，而且仅由外接电阻的数值来决定，与运放本身的参数无关。,.,16,.,17,反馈 将电路的输出量(电压或电流)的部分或全 部，通过一定的元件，以一定的方式回送到输入回 路，以改善放大电路的某些性能。,2. 信号的两种流向,正向传输：输入 输出,反向传输：输出 输入, 开环, 闭环,8.2.1 反馈的基本概念,正反馈：,反馈信号消弱原输入信号，使输出量减小。,负反馈：,反馈信号增强原输入信号，使输出量增大。,.,18,基本放大电路,反馈网络,负反馈的组成框图, 输入信号, 净输入信号, 反馈信号, 输出信号,净输入信号,反馈信号消弱了净输入信号，为负反馈。,则,.,19,8.2.2 反馈的形式,1、反馈极性与判断,据反馈极性的不同，将反馈分为正反馈和负反馈。,采用瞬时极性法判断:,反馈信号使净输入信号减小的，是负反馈。,设某一瞬时ui为正，根据电路情况推出此时反馈信号的正负。,判断正、负反馈,.,20,2、直流反馈与交流反馈,据反馈信号的交直流性质，分直流反馈和交流反馈。,直流反馈的作用是稳定静态工作点，如具有旁路电容的共射极放大电路的射极电阻。而射极输出器中的射极电阻，除起直流反馈作用外，也起交流反馈作用。,.,21,串联反馈：反馈信号与输入信号以电压相加减的形式在输入端出现。,并联反馈：反馈信号与输入信号以电流相加减的形式在输入端出现。,负反馈的类型有四种：,电压串联负反馈；,电压并联负反馈；,电流串联负反馈；,电流并联负反馈。,据反馈信号与放大器输入信号连接方式不同分为：,串联反馈和并联反馈。,4、串联反馈与并联反馈,.,22,8.2.3 负反馈的组态与判别,四种反馈形式可组合成下列四种类型的负反馈： 电压串联负反馈；电压并联负反馈； 电流串联负反馈；电流并联负反馈。,1、电压串联负反馈,将输入信号交流短路后，若反馈信号消失了，则为并联反馈；否则为串联反馈。,.,23,2、电压并联负反馈,3、电流串联负反馈,常用“输出短路法”，即假设负载短路（RL=0），使输出电压uo=0，看反馈信号是否还存在。若反馈信号不存在了，说明是电流负反馈。,将输入信号交流短路后，若反馈信号消失了，则为并联反馈；否则为串联反馈。,.,24,4、电流并联负反馈,判断是电压反馈还是电流反馈时，常用“输出短路法”，即假设负载短路（RL=0），使输出电压uo=0，看反馈信号是否还存在。若存在，则说明反馈信号与输出电压成比例，是电压负反馈。,.,25,例:,输入回路,输出回路,判断电路是否存在反馈，并判断反馈类型。,RE 介于输入输出回路，有反馈。,反馈使 uBE 减小，为负反馈;,+uf,反馈取自输出端为电压反馈;,反馈信号与输入信号在不同输入端,为串联反馈。,电压串联负反馈,.,26,电流串联负反馈,例: 判断反馈类型。,RE 介于输入输出回路，有反馈。,反馈使 uBE 减小，为负反馈;,反馈不是取自输出端，为电流反馈;,反馈信号与输入信号在不同输入端,为串联反馈。,.,27,例: 判断反馈类型。,Rf 为输入回路和输出回路的公共电阻，故有反馈。,RL = 0，无反馈，故为电压反馈。,反馈信号与输入信号都加在了反相输入端，故为并联反馈。,电压并联负反馈,反馈使净输入电流 减小，为负反馈。,.,28,8.2.4 反馈放大电路的基本关系式,基本放大电路,反馈网络, 输入信号, 净输入信号, 反馈信号, 输出信号,净输入信号,开环放大倍数,反馈系数,闭环放大倍数,.,29,8.2.5 负反馈对放大器性能的影响,1. 降低放大倍数,由于负反馈的存在，使放大器的净输入信号减小，输出电压减小，所以包含反馈回路后的电压放大倍数降低。,2. 提高放大倍数的稳定性,放大器在工作过程中，由于环境温度变化、晶体管老化、电源电压波动等情况，都会引起输出电压变化，使电压放大倍数不稳定。,加入负反馈，在同样的外界条件变化时，电流负反馈可以稳定输出电流，电压负反馈可以稳定输出电压，电压放大倍数变化较小，即比较稳定。,.,30,3. 减少非线性失真,加入负反馈,无负反馈,F,uf,uo,略大,略小,略小,略大,产生了失真,接近正弦波，失真得到改善,.,31,4.对放大电路输入电阻和输出电阻的影响,输入电阻增大,输入电阻减小,输出电阻增大，稳定输出电流。,输出电阻减小，稳定输出电压。,.,32,.,33,8.3 理想集成运放的分析方法,8.3.1 理想集成运放及其传输特性,8.3.2 集成运放的线性应用,8.3.3 集成运放的非线性应用,.,34,8.3 理想集成运放的分析方法,8.3.1 理想集成运放及其传输特性,8.3.2 集成运放的线性应用,8.3.3 集成运放的非线性应用,.,35,理想化的主要条件：,开环差模电压增益,开环差模输入电阻,开环输出电阻,共模抑制比,在分析运算放大器的电路时，一般把运算放大器看成理想元件。,8.3.1 理想集成运放及其传输特性,开环共模输入电阻,1、理想集成运放,.,36,工作在线性区的理想运放,相当于两输入端之间短路, 但又未真正短路，故称 “虚短” 。,相当于两输入端之间断路，但又未真正断路，故称 “虚断”。,2. i+= i = 0,1. u+= u,而uo是有限值,运放开环输入电阻,由于,故从式,可知,（虚短）,（虚断）,i,i+,.,37,运算放大器输出电压与输入电压之间的关系曲线称为传输特性。,实际运放电压传输特性,UO+,UO-,线性工作区,正饱和区,负饱和区,很大,UO- 、UO+为负、正饱和电压。,2、集成运放的传输特性,.,38,理想运放传输特性,UO+,UO-,正饱和区,负饱和区,理想运放,时，,当,为了让运放工作在线性区，必须加负反馈，限制其闭环电压放大倍数。,.,39,8.3.2 集成运放的线性应用,1、信号运算电路,（1）反相比例运算电路,虚断,虚地,平衡电阻,输入电阻:,若,则,.,40,（2）同相比例运算电路,可见同相比例运算电路的电压放大倍数必定大于1，而且仅由外接电阻的数值来决定，与运放本身的参数无关。,.,41,上式表明：输出电压与输入电压之间也存在着比例运算关系，且输出电压与输入电压相位相同。,当 R1 = 时,跟随器,当R1 = ，Rf = 0 时,.,42,同相比例运算主要特点：,（1）输入与输出信号同相。,（2）输入电阻大，输出电阻小。,（3）存在共模输入信号，对 KCMR 的要求高。,例: 如图所示电路，计算输出电压uo 的大小。,解：该电路是一电压跟随器。,u+=7.5V,输出电压 uo=7.5V,.,43,（3）加法运算电路,在集成运放的反相输入端增加若干个输入信号组成的电路，就构成了反相加法运算电路，如图所示 。,若 Rf = R1= R2,则 uO = (uI1+ uI2),R = R1 / R2 / Rf,平衡电阻,.,44,（4）减法运算电路,在集成运放的两个输入端都加上输入信号，就构成了减法运算电路 ，如图所示 。,整理可得,输出电压与输入电压的差值成正比例，从而能进行减法运算。,.,45,将要求实现的 与上式比较可得,例: 若给定反馈电阻RF=10k，试设计实现 的运算电路。,.,46,（5）积分电路,当uI为阶跃电压时，则,t,uo随时间线性下降，最后达到负饱和值。,.,47,例: 利用积分电路将方波变成三角波。,10 k,10 nF,时间常数 = R1Cf,= 0.1 ms,设 uC(0) = 0,= 5 V,= 5