模拟电子技术基础（第4版） 课件 第7、8章 集成运算放大器及其应用、直流稳压电源

第七章模拟电子技术基础(第4版)集成运算放大器及其应用“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材01通用集成运算放大器的基本特点通用集成运算放大器的基本特点集成电路及其特点1.集成电路的特点(1)由于制造工艺和集成化的限制，不适于制造容量大的电容和电感，因此，集成电路内部放大电路通常采用直接耦合方式。(2)集成电路的工艺不适于大阻值电阻的制造，因此，常采用晶体管构成的恒流源电路提供偏置电流。(3)电路元器件匹配。通用集成运算放大器的基本特点集成电路及其特点1.集成电路的特点(4)在集成电路内部，纵向NPN管的β较大，而横向PNP管的β值很小，但PN结耐压高，因此，设计中常常利用这一特点，将纵向NPN管和横向PNP管接成复合组态，形成性能优良的各种放大电路。通用集成运算放大器的基本特点集成电路及其特点2.集成电路的分类集成电路的种类很多，按照实现的功能不同，一般将集成电路分为数字集成电路和模拟集成电路两大类：数字集成电路主要用于产生和处理各种数字信号；模拟集成电路主要完成对模拟信号的采集、放大、比较、变换等功能，用来产生、放大和处理各种模拟信号或进行模拟信号和数字信号之间的相互转换。通用集成运算放大器的基本特点集成电路及其特点3.集成运算放大器的发展(1)通用型集成运放；(2)专用型集成运放；通用集成运算放大器的基本特点集成运算放大器的组成1.集成运放的电路符号和封装；2.集成运放的组成框图；02双极型通用集成运算放大器双极型通用集成运算放大器电路基本结构概述图7-4所示电路为741运放的内部电路结构。为便于分析，将电路分为几个基本的部分，并对其逐一进行分析。和大多数运放电路一样，741运放也由三级电路组成：差动放大输入级电路、增益级电路和输出级电路。图中将提供运放基准偏置电流的偏置电路单独分开。双极型通用集成运算放大器电路基本结构概述双极型通用集成运算放大器电路基本结构概述1.输入级差动放大电路；2.增益级；3.输出级；双极型通用集成运算放大器直流偏置分析1.偏置电路和输入级电路双极型通用集成运算放大器直流偏置分析2.增益级图7-9所示为基准偏置电路和增益级电路部分。双极型通用集成运算放大器直流偏置分析3.输出级电路图7-10所示为741运放基本的输出级电路。双极型通用集成运算放大器直流偏置分析4.保护电路双极型通用集成运算放大器交流小信号分析1.输入级；2.增益级；3.总增益；4.输出电阻；03CMOS集成运算放大器CMOS集成运算放大器5G14573CMOS集成运算放大器1.5G14573CMOS运放电路结构；2.直流分析；3.小信号交流分析；CMOS集成运算放大器5G14573CMOS集成运算放大器CMOS集成运算放大器三级CMOS运算放大器图7-19所示为三级CMOS运算放大器电路。CMOS集成运算放大器三级CMOS运算放大器1.直流分析；2.交流分析；CMOS集成运算放大器折叠式共源-共栅CMOS运算放大器电路1.折叠式共源-共栅电路；2.CMOS折叠式共源-共栅放大器电路；(1)直流分析(2)交流分析04集成运算放大器的特性参数集成运算放大器的特性参数折叠式共源-共栅CMOS运算放大器电路1.输入特性参数输入特性参数主要是用于评价集成运放的输入失调特性的参数。2.增益特性参数3.输出特性参数(1)输出电阻R；(2)输出峰-峰电压；4.电源特性参数集成运算放大器的特性参数折叠式共源-共栅CMOS运算放大器电路5.频率特性参数(1)开环带宽BW(2)单位增益带宽BG(3)转换速率Sn(压摆率)集成运算放大器的特性参数折叠式共源-共栅CMOS运算放大器电路05理想运算放大器理想运算放大器1.运算放大器的电压传输特性；2.运放的理想参数；3.理想运放的等效模型和分析方法；理想运算放大器4.运放构成的两种基本负反馈电路(1)反相放大器；(2)同相放大器；5.运算放大器的误差分析06集成运算放大器的线性应用集成运算放大器的线性应用加法运算电路1.反相加法运算电路集成运算放大器的线性应用加法运算电路2.同相加法运算电路集成运算放大器的线性应用差动放大器差动放大器可以实现输出电压与输入电压的减法运算，基本电路结构如图7-34所示。集成运算放大器的线性应用测量放大器针对差动放大器很难同时获得较高的输入阻抗和较高增益的问题，一种解决方法是在信号源和相应的输入端之间接入电压跟随器。集成运算放大器的线性应用积分器1.反相积分器；2.实际应用的积分器；集成运算放大器的线性应用微分器1.反相微分器；2.实际应用的微分器；07集成运算放大器的非线性应用集成运算放大器的非线性应用对数和指数运算电路1.对数运算电路；2.指数运算电路；集成运算放大器的非线性应用波形变换电路1.检波与绝对值电路(1)检波电路；(2)绝对值电路；集成运算放大器的非线性应用对数和指数运算电路2.限幅电路(1)串联限幅电路；(2)并联限幅电路；(3)稳压管双向限幅电路；08集成运算放大器的其他应用简介集成运算放大器的其他应用简介电压比较器1.理想运放工作在非线性区的特点(1)理想运放的开关特性；(2)理想运放的输入电流等于零；(3)电路结构的特点；集成运算放大器的其他应用简介电压比较器2.简单电压比较器(1)反相电压比较器；(2)过零比较器；3.迟滞电压比较器集成运算放大器的其他应用简介有源滤波器1.有源低通滤波器(1)一阶有源低通滤波器；(2)二阶有源低通滤波器；2.有源高通滤波器(1)一阶有源高通滤波器；(2)二阶有源高通滤波器；集成运算放大器的其他应用简介波形发生器1.文氏电桥正弦信号发生器2.非正弦信号发生器(1)矩形波发生器；(2)三角波发生器和锯齿波发生器；感谢观看模拟电子技术基础(第4版)“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材第八章模拟电子技术基础(第4版)直流稳压电源“十二五”普通高等教育本科国家级规划教材01直流稳压电源的组成直流稳压电源的组成一般小功率(1kW以下)直流稳压电源的组成如图8-1所示，它由以下四个部分组成。直流稳压电源的组成电源变压器：电网提供50Hz,220V(或380V)的交流电压。在一般情况下，电子设备所需的直流电压的数值与电网电压的有效值相差较大，因此需要通过电源变压器降压后，再对交流信号进行处理。直流稳压电源的组成整流电路：整流电路将正负交替的正弦交流电压转换为单一方向的脉动电压，但是这种脉动的电压含有很大的交流分量，与稳定的直流电压相差还很远。直流稳压电源的组成滤波电路：滤波电路利用储能元件滤掉单向脉动电压中的脉动成分，输出较为平滑的直流电压。对于稳定性要求不高的电子电路，整流、滤波后的直流电压可以直接作为供电电压源。但是当电网电压波动或者负载变化时，滤波器输出的直流电压的幅值也会随之变化，在要求稳定性较高的电子设备中，这种情况是不符合要求的。直流稳压电源的组成稳压电路：稳压电路的作用是使输出的直流电压在电网电压波动或负载发生变化时能保持稳定，并具有足够高的稳定度。02整流电路整流电路整流电路的作用是将正弦交流电压转换为单向脉动电压。利用二极管的单向导电性可以实现这一功能，因此二极管是构成整流电路的关键元件。在小功率直流电源中，常用的整流电路有单相半波、单相桥式和倍压整流电路等。整流电路1.单相半波整流电路2.单相桥式整流电路(1)输出直流电压(输出电压平均值)UO(AV)(2)二极管正向平均电流ID(AV)(3)整流输出电压的脉动系数S(4)二极管承受的最大反向电压UR整流电路整流电路03滤波电路滤波电路电容滤波电路在整流电路的输出端即负载电阻两端并联一个电容即可构成电容滤波电路，如图8-6所示。滤波电路电容滤波电路1.滤波原理滤波电路电容滤波电路2.整流管的导通角及滤波电容的选择滤波电路3.输出电压平均值Uo(Avj及脉动系数S电容滤波电路滤波电路4.输出特性(外特性)电容滤波电路滤波电路电感滤波电路电容滤波电路具有结构简单、直流输出电压高、纹波小等优点。但是在大电流负载情况下，整流二极管的冲激电流很大，而且如果负载电阻R,很小，则势必要求电容器的容量很大，这就使得整流管和电容器的选择很不经济，甚至难于实现。滤波电路电感滤波电路滤波电路电感滤波电路电感滤波的优点是整流管的导通角大(0=xm),峰值电流小，输出电压受负载电流的影响较小(外特性硬)。缺点是输出直流电压低，铁心线圈的体积大、笨重，容易引起电磁干扰。电感滤波一般适用于低电压、大电流的场合。滤波电路为了进一步改善滤波效果，可以采用复式滤波电路。复式滤波电路的基本元件仍然是电容和电感，利用它们对直流量和交流量呈现不同阻抗的特点，将之合理地接入电路就可以达到滤波的目的复式滤波电路滤波电路复式滤波电路滤波电路电容滤波电路不同的滤波电路具有不同的特点和适用场合，现将各种滤波电路的性能列于表8-2中，以便读者进行比较。滤波电路电容滤波电路04倍压整流电路倍压整流电路利用电容的储能作用以及二极管的整流、引导作用，将较低的直流电压分别存储在多个电容器上，从而获得几倍于变压器副边电压的输出电压，称为倍压整流电路。倍压整流电路1.二倍压整流电路倍压整流电路2.多倍压整流电路倍压整流电路电感滤波电路电感滤波的优点是整流管的导通角大(0=xm),峰值电流小，输出电压受负载电流的影响较小(外特性硬)。缺点是输出直流电压低，铁心线圈的体积大、笨重，容易引起电磁干扰。电感滤波一般适用于低电压、大电流的场合。05线性稳压电路线性稳压电路所谓线性稳压电路，是指调整管工作在线性放大区的稳压电路；而开关型稳压电路中调整管工作在开、关两种状态。线性稳压器具有稳定性好、输出电压纹波小、噪声低等优点，适合在稳定性要求较高或小功率的场合下使用，如无线电设备、测量仪器、医疗器械等。线性稳压电路1.稳压系数SV;2.输出电阻RO;3.温度系数ST;4.纹波电压。稳压电路的质量指标线性稳压电路线性稳压电路有串联型和并联型两种。串联型线性稳压电路是在输入电压和负载之间串联一个调整管，所以叫做串联型稳压电路，是目前使用最多的线性稳压电路。串联型线性稳压电路线性稳压电路三端集成稳压器按照性能和用途不同，可以分成两大类，一类输出电压是固定的，称为固定输出三端稳压器；另一类输出电压是可调的，称为可调输出三端稳压器。其基本原理相同，均采用串联型稳压电路。集成线性稳压电路线性稳压电路线性稳压电路有串联型和并联型两