1、項(xiàng)目3 集成音頻功率放大器的制作,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ)任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用任務(wù)5 集成功率放大電路的介紹,項(xiàng)目三-集成音頻功率放大器的制作16+1W”,21:57,1,2,圖3.1為一個(gè)以集成電路TDA2030為主組成的立體聲功率放大器。,圖3.1 TDA2030集成音頻功率放大器,項(xiàng)目剖析,這是一款很適合無(wú)線(xiàn)電愛(ài)好者和音響發(fā)燒友自制的音響套材。這個(gè)電路的工作原理是什么？又是如何實(shí)現(xiàn)功率放大作用的呢？,【項(xiàng)目目標(biāo)】,項(xiàng)目3 集成音頻功率放大器的制作,集成電路是功率放大電路的“核心”，該功率放大電路由三個(gè)部分組成，即電源電路、左右

2、聲道的功率放大器及輸入信號(hào)處理電路(四運(yùn)放)。其中四運(yùn)放輸入信號(hào)處理電路及集成電路是本項(xiàng)目的重點(diǎn)，其中對(duì)差分放大電路、負(fù)反饋放大電路、功率放大電路是本項(xiàng)目應(yīng)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，集成運(yùn)放和集成功放是本項(xiàng)目的重點(diǎn)。本項(xiàng)目通過(guò)圍繞“集成功放”的制作展開(kāi)學(xué)習(xí)，要達(dá)到的主要目標(biāo)為：,1.掌握差分放大電路的原理及分析方法。 2.掌握負(fù)反饋放大電路的概念，判別方法及對(duì)電路性能的影響。 3.掌握功率放大電路的原理及分析方法。 4.掌握集成運(yùn)放和集成功放的應(yīng)用。,項(xiàng)目3 集成音頻功率放大器的制作,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析,【任務(wù)目標(biāo)】,1. 熟悉基本差分放大電路的結(jié)構(gòu)及性能特點(diǎn)。,2. 理解共模信號(hào)、差模信號(hào)的含義及

3、其分解方法。,3. 掌握差分放大電路抑制零點(diǎn)漂移的原理。,4. 掌握各種差分放大電路的工作原理。,5. 掌握各種差分放大電路的分析方法。,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析,3.1.1 基本差分放大電路,一個(gè)理想的直接耦合放大電路，當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，其輸出電壓應(yīng)保持不變。實(shí)際上把直接耦合放大電路的輸入端短接，在輸出端也會(huì)偏離初始值，有一定數(shù)值的無(wú)規(guī)則緩慢變化的電壓輸出，這種現(xiàn)象稱(chēng)為零點(diǎn)漂移，簡(jiǎn)稱(chēng)零漂。 引起零點(diǎn)漂移的原因很多，如晶體管參數(shù)隨溫度變化，電源電壓的波動(dòng)，電路元件參數(shù)變化等，其中以溫度變化的影響最為嚴(yán)重，所以零點(diǎn)漂移也稱(chēng)溫漂。,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析,1. 基本差分放大電路,圖3.2是一

4、種基本差動(dòng)放大電路，VT1和VT2是兩個(gè)參數(shù)完全相同的晶體管，電路的其他元件參數(shù)也完全相同，電路結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱(chēng)。,1）靜態(tài)分析,當(dāng)輸入信號(hào)為零，即ui1= ui2 =0，由于電路完全對(duì)稱(chēng)，兩個(gè)晶體管V1和V2的集電極電流相等，集電極電位也相等，這時(shí)輸出電壓uo=uC1uC2 =0，實(shí)現(xiàn)了零輸入時(shí)零輸出的要求。,2）動(dòng)態(tài)分析,當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，輸入的信號(hào)可分成共模信號(hào)、差模信號(hào)及不對(duì)稱(chēng)信號(hào)。,圖3.2 基本差分放大電路,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析,（1）共模信號(hào)輸入,如果加在V1和V2管的輸入信號(hào)大小相等、極性相同，即ui1= ui2=uiC，則這種輸入信號(hào)稱(chēng)為共模信號(hào)，如圖3.3（a）所示。 在共

5、模信號(hào)的作用下，對(duì)于完全對(duì)稱(chēng)的差動(dòng)放大電路，輸出電壓始終為零，故共模電壓放大倍數(shù)(用AC表示)為0。工程上常常用放大器對(duì)共模信號(hào)的抑制能力來(lái)表示放大器對(duì)溫漂的抑制能力。,圖3.3 差動(dòng)放大電路的輸入方式 ( a )共模輸入 （b）差模輸入,（2）差模信號(hào)輸入,如果將輸入信號(hào)uid加在差動(dòng)放大電路的兩個(gè)輸入端，使V1和V2管的輸入信號(hào)電壓大小相等，極性相反，即ui1=uid/2 、ui2 =uid/2，則這種輸入信號(hào)稱(chēng)為差模信號(hào)，如圖3.3（b）所示。,共模輸入,差模輸入,差模輸入,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析,【想一想】差動(dòng)放大電路對(duì)共模信號(hào)具有抑制作用，那么對(duì)差模信號(hào)是否具有放大作用呢？,設(shè)A

6、u1 ，是三極管VT1組成的單管放大器的電壓放大倍數(shù)。 設(shè)Au2 ，是三極管VT2組成的單管放大器的電壓放大倍數(shù)。 因?yàn)殡娐吠耆珜?duì)稱(chēng)，所以Au1Au2Au單 差動(dòng)放大電路的輸出電壓uo為,uo=uo1uo2 = Au1ui1Au2ui2= Au單(ui1ui2)Au單 uid,所以差模電壓放大倍數(shù)Aud為,（3-1）,【結(jié)論】差動(dòng)放大電路對(duì)差模信號(hào)具有放大作用，而且差模電壓放大倍數(shù)等于一個(gè)單管放大器的電壓放大倍數(shù)。,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析,3）不對(duì)稱(chēng)信號(hào)輸入,在實(shí)際中，差動(dòng)放大電路的輸入信號(hào)往往即不是共模信號(hào)，也不是差模信號(hào)。此時(shí)可將輸入信號(hào)分解成一對(duì)共模信號(hào)和一對(duì)差模信號(hào)，它們共同作用在

7、差動(dòng)放大電路的輸入端。 差模輸入電壓為： 共模輸入電壓為： （ ）/2 差動(dòng)放大電路的輸出電壓為： 為了表示一個(gè)電路放大有用的差模信號(hào)和抑制無(wú)用的共模信號(hào)的綜合能力，人們引入一個(gè)叫做共模抑制比的指標(biāo) ，它的定義為： 或用分貝表示： （3-2） 【結(jié)論】共模抑制比是愈大愈好，愈大放大器抑制溫漂的能力愈強(qiáng)。,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析,【想一想】基本的差分放大電路是如何抑制零漂的呢？,3.1.2 差動(dòng)放大電路的改進(jìn),基本差動(dòng)放大器依靠對(duì)稱(chēng)性來(lái)抑制溫漂。在實(shí)際電路中做到電路完全對(duì)稱(chēng)是不可能的，另外如果采用單端輸出，漂移根本無(wú)法抑制。因此，常采用如圖3.4所示電路，在這個(gè)電路中多加了電位器、發(fā)射極電阻

8、和負(fù)電源。,1.長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路,帶公共Re的差動(dòng)式放大電路也稱(chēng)為長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路。下面分析Re對(duì)共模電壓放大倍數(shù)和差模電壓放大倍數(shù)的影響。,圖3.4 長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路 （a）差動(dòng)放大電路 （b）靜態(tài)工作點(diǎn)的分析,公共電阻Re,直流通路,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析,1）靜態(tài)分析,如圖3.4所示，由于流過(guò)Re的電流為 和 之和，又由于電路的對(duì)稱(chēng)性，則 ，流過(guò)Re的電流為2 。,（1）靜態(tài)工作點(diǎn)的估算：,所以 因此，兩管的集電極電流均為,兩管集電極對(duì)地電壓為 可見(jiàn)，靜態(tài)兩管集電極之間的輸出電壓為零，即,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析,（2）穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的過(guò)程,加 后，當(dāng)溫度上升時(shí)，由于 和 同

9、時(shí)增大， 增大， 增大， 減小， 減小， 也減小，穩(wěn)定了 ，這一穩(wěn)定過(guò)程實(shí)質(zhì)上是一個(gè)負(fù)反饋過(guò)程。 越大工作點(diǎn)越穩(wěn)定，但 過(guò)大會(huì)導(dǎo)致 過(guò)高，使靜態(tài)電流減小，加入負(fù)電源 可補(bǔ)償上的壓 降。,2）動(dòng)態(tài)分析,（1）Re對(duì)差模信號(hào)的影響。,如圖3.5所示，加入差模信號(hào)時(shí)由于 ，則 ，流過(guò)Re的電流 。對(duì)差模信號(hào)來(lái)講，Re上沒(méi)有信號(hào)壓降，即Re對(duì)差模電壓放大倍數(shù)沒(méi)有影響。,（a）差模信號(hào)輸入；（b）差模信號(hào)交流通路 圖3.5 差分放大電路差模信號(hào)輸入,交流通路,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析,差模電壓放大倍數(shù),【結(jié)論】差分放大電路雙端輸出時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)等于單管的差模電壓放大倍數(shù)。,輸入電阻 輸出電阻,（

10、2）Re對(duì)共模信號(hào)的影響。,如圖3.6 加入共模信號(hào)時(shí)，由于，則流過(guò)Re1的電流,對(duì)于共模信號(hào)可以等效成每管發(fā)射極接入2Re的電阻。,圖3.6 差分放大電路共模信號(hào)輸入 （a）共模信號(hào)輸入 （b）共模信號(hào)交流通路,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析,共模電壓放大倍數(shù)為,【結(jié)論】Re使共模電壓放大倍數(shù)減小，而且Re越大，Ac越小，KCMRR越大。,2. 具有恒流源的差動(dòng)放大電路,通過(guò)對(duì)帶Re的差動(dòng)式放大電路的分析可知，Re越大，KCMRR越大，但增大Re，相應(yīng)的UEE也要增大。顯然，使用過(guò)高的UEE是不合適的。此外，Re直流能耗也相應(yīng)增大。所以，靠增大Re來(lái)提高共模抑制比是不現(xiàn)實(shí)的。 設(shè)想，在不增大UE

11、E時(shí)，如果Re，Ac0，則KCMRR，這是最理想的。為解決這個(gè)問(wèn)題，用恒流源電路來(lái)代替Re，電路如圖3.7（a）所示，圖（b）是實(shí)際電路之一。,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析,3. 差動(dòng)式放大電路的輸入、輸出方式,由于差動(dòng)式放大電路有兩個(gè)輸入端、兩個(gè)輸出端，所以信號(hào)的輸入和輸出有四種方式。,（1）雙端輸入雙端輸出,電路圖3.8所示，其中，差模電壓放大倍數(shù)為,其中 （33）,輸入電阻 輸出電阻,此電路適用于輸入、輸出不需要接地，對(duì)稱(chēng)輸入，對(duì)稱(chēng)輸出的場(chǎng)合。,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析,（2） 單端輸入雙端輸出,圖3.9所示，信號(hào)從一只管子（指V1）的基極與地之間輸入，另一只管子的基極接地，表面上似乎兩

12、管不是工作在差動(dòng)狀態(tài)，但是，若將發(fā)射極公共電阻Re換成恒流源，那 圖3.9 單端輸入雙端輸出 么，IC1的任何增加將等于IC2的減少，也就是說(shuō)，輸出端電壓的變化情況將和差動(dòng)輸入（即雙端輸入）時(shí)一樣。即單端輸入的實(shí)質(zhì)還是雙端輸入，可以將它歸結(jié)為雙端輸入的問(wèn)題。所以，它的Ad、ri、ro的估算與雙端輸入雙端輸出的情況相同。此電路適用于單端輸入轉(zhuǎn)換成雙端輸出的場(chǎng)合。,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析,（3）單端輸入單端輸出,圖3-10為單端輸入單端輸出的接法。信號(hào)只從一只管子的基極與地之間接入，輸出信號(hào)從一只管子的集電極與地之間輸出，輸出電壓只有雙端輸出的一半，電壓放大倍數(shù)Aud也只有雙端輸出時(shí)的一半。即

13、,其中 （34）,輸入電阻 輸出電阻,（4）雙端輸入單端輸出,圖3.11所示電路，其輸入方式和雙端輸入相同，輸出方式和單端輸出相同，它的Ad、ii、ro的計(jì)算和單端輸入單端輸出相同。此電路適用于雙端輸入轉(zhuǎn)換成單端輸出的場(chǎng)合。,任務(wù)1 差動(dòng)放大電路的分析,幾種電路的接法來(lái)看，只有輸出方式對(duì)差模放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻有影響，不論哪一種輸入方式，只要是雙端輸出，其差模放大倍數(shù)就等于單管放大倍數(shù)，單端輸出差模電壓放大倍數(shù)為雙端輸出的一半。,圖3.11 雙端輸入單端輸出,3.10 單端輸入單端輸出,任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ),項(xiàng)目3 集成音頻功率放大器的制作,【任務(wù)目標(biāo)】,1. 熟悉集成運(yùn)算放大電路

14、的組成及特點(diǎn)。,2. 掌握集成運(yùn)算放大電路的主要參數(shù)及管腳識(shí)別。,3. 了解通用集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)及工作原理。,4. 掌握集成運(yùn)放工作的兩個(gè)區(qū)域及特點(diǎn)。,5. 掌握如何選用集成運(yùn)放的方法及使用的注意事項(xiàng)。,任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ),3.2.1 集成運(yùn)算放大電路的組成及其特點(diǎn),3.12 LM324實(shí)物照片,LM324系列集成放大器是價(jià)格便宜的帶差動(dòng)輸入功能的四運(yùn)算放大器。LM324的特點(diǎn)：短路保護(hù)輸出；差動(dòng)輸入級(jí)；單電源工作：3V-32V；低偏置電流：最大100nA（LM324A）；每封裝含四個(gè)運(yùn)算放大器；具有內(nèi)部補(bǔ)償?shù)墓δ?；共模范圍擴(kuò)展到負(fù)電源；行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的引腳排列；輸入端具有靜電保護(hù)功能。其內(nèi)

15、部結(jié)構(gòu)如圖3.13所示為：,圖3.13 LM324內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖,任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ),集成運(yùn)放具有體積小、重量輕、價(jià)格低、使用可靠、靈活方便、通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，它的種類(lèi)型號(hào)眾多，但基本結(jié)構(gòu)歸納起來(lái)通常由四部分組成。,圖3.14 集成運(yùn)算放大器內(nèi)部組成原理框圖,1. 集成運(yùn)算放大器組成及其特點(diǎn),任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ),（1）輸入級(jí) 是提高運(yùn)算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵部分, 采用具有恒流源的差動(dòng)放大電路,也稱(chēng)差動(dòng)輸入級(jí)。 （2）中間級(jí) 主要作用是提供足夠大的電壓放大倍數(shù),故而也稱(chēng)電壓放大級(jí)。 （3）輸出級(jí) 主要作用是輸出足夠的電流以滿(mǎn)足負(fù)載的需要，同時(shí)還需要有較低的輸出電阻和較高的輸入電阻，以起

16、到將放大級(jí)和負(fù)載隔離的作用。 （4）偏置電路 偏置電路的作用是為各級(jí)提供合適的工作電流,確定各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)。一般由各種恒流源電路組成。,任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ),2. 集成運(yùn)算放大器的圖形符號(hào)和引腳功能,集成運(yùn)放的外形有雙列直插式、扁平式和圓殼式3種，如圖3.15所示。,（a）雙列直插式 (b)扁平式 (c) 圓殼式,圖3.15 常見(jiàn)集成運(yùn)算放大器的外形,集成運(yùn)放其第一級(jí)都是采用差動(dòng)放大電路。所以，集成運(yùn)放有兩個(gè)輸入端。分別由兩個(gè)輸入端加入信號(hào)，在電路的輸出端得到的信號(hào)相位是不同的，一個(gè)為反相關(guān)系，一個(gè)為同相關(guān)系，所以把這兩個(gè)輸入端分別稱(chēng)為同相輸入端(用+表示)和反相輸入端(用表示)，其符

17、號(hào)如圖3.16所示。,（a）國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)符號(hào) (b)習(xí)慣通用符號(hào) 圖3.16 集成運(yùn)放符號(hào),任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ),F007型集成運(yùn)放的外形如圖3.17（a）(b)所示。（a）圖為F007運(yùn)放的頂視圖，圖中引腳編號(hào)是逆時(shí)針排列的。對(duì)照?qǐng)D（b），各引腳功能是：1、5為外接調(diào)零電位器，2為反相輸入端；3為同相輸入端；4為外接負(fù)電源；5為輸出端；7為外接正電源；8為空腳。,（a）F007運(yùn)放的頂視圖 (b) F007運(yùn)放的外引腳圖 圖3.17 F007外形引線(xiàn)連接圖,3. 集成運(yùn)算放大電器的主要參數(shù),集成運(yùn)算放大器的性能可用一些參數(shù)來(lái)表示，為了合理地選用和正確地使用運(yùn)放，必須了解各主要參數(shù)的意義。

18、,任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ),（1）開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod Aod指集成運(yùn)放在無(wú)外加反饋的情況下的差模電壓放大倍數(shù)，即 對(duì)于集成運(yùn)放而言，希望Aod大且穩(wěn)定。 （2）最大輸出電壓UOPP UOPP是指在額定電源電壓下，集成運(yùn)放最大不失真輸出電壓的峰峰值。 （3）差模輸入電阻rid rid的大小反映了集成運(yùn)放的輸入端向信號(hào)源索取電流的大小。一般要求rid愈大愈好，普通型集成運(yùn)放的rid為幾百千歐至幾兆歐。 （4）輸出電阻ro ro的大小反映了集成運(yùn)放在輸出信號(hào)時(shí)帶負(fù)載能力。ro愈小愈好，理想運(yùn)放ro為零。 （5）共模抑制比KCMRR 共模抑制比反映了集成運(yùn)放對(duì)共模輸入信號(hào)的抑制能力，KCM

19、RR愈大愈好，理想集成運(yùn)放KCMRR為無(wú)窮大。,任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ),4. 通用型集成運(yùn)放介紹,圖3.18所示為通用型集成運(yùn)放741的簡(jiǎn)化電路原理圖。圖中V1、V3和V2、V4組成共集-共基組合差分電路，V5、V6組成有緣負(fù)載，構(gòu)成雙端變單端電路。V7、V8組成復(fù)合管共發(fā)射極放大電路中間級(jí)，由于采用有源負(fù)載，故該級(jí)可獲得很高的電壓增益。輸出級(jí)由V9V13組成典型的甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路，V11構(gòu)成推動(dòng)級(jí)，V12、V13構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)輸出級(jí)。,圖3.18 通用型集成運(yùn)放A74簡(jiǎn)化的內(nèi)部電路,任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ),3.2.2 集成運(yùn)放工作的兩個(gè)區(qū)域,在分析運(yùn)放時(shí)，為了使問(wèn)題分析簡(jiǎn)

20、化，通常把實(shí)際運(yùn)放看成是一個(gè)理想元件。所謂理想運(yùn)放就是將集成運(yùn)放的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)理想化，即： （1）開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)Aod=； （2）開(kāi)環(huán)輸入電阻Rid=； （3）開(kāi)環(huán)輸出電阻Rod=0； （4）共模抑制比KCMRR=； （5）有無(wú)限寬的頻帶。 在各種應(yīng)用電路中，集成運(yùn)算放大器的工作范圍可能有由兩種情況：工作在線(xiàn)性區(qū)或非線(xiàn)性區(qū)，集成運(yùn)放電壓傳輸特性如圖3.19所示。,圖3.19 運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性,任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ),1理想運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)的特點(diǎn),集成運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)域時(shí)，其輸出電壓與兩個(gè)輸出端的電壓之間存在著線(xiàn)性放大關(guān)系，即： 因?yàn)槔硐脒\(yùn)放Aud=，而輸出uo是一個(gè)有限值，所以

21、有 u+u-。即理想運(yùn)放的同相輸入端與反相輸入端的電位相等，好像這兩個(gè)輸入端短路一樣，這種現(xiàn)象稱(chēng)為“虛短”。 由于理想運(yùn)放Rid=，因此在其兩個(gè)輸入端均可以認(rèn)為沒(méi)有電流輸入，即：i+=i=0,此時(shí)，集成運(yùn)放的同相輸入端和反相輸入端的輸入電流都等于零，如同這兩個(gè)輸入端內(nèi)部被斷開(kāi)一樣，所以將這種現(xiàn)象稱(chēng)為“虛斷”。 【結(jié)論】理想運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)的特點(diǎn)： 1）u+u，存在“虛短”現(xiàn)象； 2）i+=i=0，存在“虛斷”現(xiàn)象。,任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ),2理想運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)的特點(diǎn),理想運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)輸出電壓uo具有兩值性：或等于運(yùn)放的正向最大輸出電壓+UOPP，或等于運(yùn)放的負(fù)向最大輸出電壓UO

22、PP 。 當(dāng)u+u-時(shí)：uo=+UOPP 當(dāng)u+u-時(shí)：uo= -UOPP 在非線(xiàn)性區(qū)內(nèi)，運(yùn)放的差模輸入電壓可能很大，即u+u-，此時(shí)，電路的“虛短”現(xiàn)象將不復(fù)存在。 在非線(xiàn)性區(qū)內(nèi)，雖然集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端的電位不等，但因?yàn)槔硐脒\(yùn)放的輸入電阻rid=，故“虛斷”現(xiàn)象仍存在。 【結(jié)論】理想運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)的特點(diǎn)： 1）輸出電壓uo具有兩值性，不存在“虛短”現(xiàn)象； 2）i+=i=0，存在“虛斷”現(xiàn)象。,任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ),3.2.3 集成運(yùn)放的發(fā)展與選用,1集成運(yùn)放的發(fā)展,（1）高精度型 （2）高阻型 （3）高速型 （4）低功耗型 （5）高電壓型,2集成運(yùn)放的選用,了解集成運(yùn)放基本性能指

23、標(biāo)的物理意義是正確選用和使用集成運(yùn)放的基礎(chǔ)。在組成集成運(yùn)放應(yīng)用電路時(shí)，首先應(yīng)查閱手冊(cè)，根據(jù)所應(yīng)用的場(chǎng)合選定某一種或幾種型號(hào)的芯片，并通過(guò)廠家提供的詳細(xì)資料，進(jìn)一步了解其性能特點(diǎn)、封裝方式以及每個(gè)芯片中含有的集成運(yùn)放的個(gè)數(shù)。應(yīng)當(dāng)指出，在無(wú)特殊需要的情況下，一般應(yīng)選用通用型運(yùn)放，以獲得滿(mǎn)意的性能價(jià)格比。,任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ),3集成運(yùn)放的靜態(tài)調(diào)試,通常，在使用集成運(yùn)放前要粗測(cè)集成運(yùn)放的好壞。可以用萬(wàn)用表的電阻中檔(“l(fā)OO”或“l(fā)k”檔，避免電壓或電流過(guò)大)對(duì)照管腳圖測(cè)試有無(wú)短路和斷路現(xiàn)象，然后將其接入電路。 由于失調(diào)電壓和失調(diào)電流的存在，集成運(yùn)放輸入為零時(shí)輸出往往不為零。對(duì)于內(nèi)部沒(méi)有自動(dòng)

24、穩(wěn)零措施的運(yùn)放，則需根據(jù)產(chǎn)品說(shuō)明外加調(diào)零電路，使之輸人為零時(shí)輸出為零。調(diào)零電路中的電位器應(yīng)為精密電阻。 對(duì)于單電源供電的集成運(yùn)放，應(yīng)加偏置電路，設(shè)置合適的靜態(tài)輸出電壓。通常，在集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端靜態(tài)電位為二分之一電源電壓時(shí)，輸出電壓等于二分之一電源電壓，以便能放大正、負(fù)兩個(gè)方向的變化信號(hào)，且使兩個(gè)方向的最大輸出電壓基本相同。,任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ),4集成運(yùn)放的保護(hù)電路,集成運(yùn)放在使用中常因輸入信號(hào)過(guò)大、電源電壓極性接反或過(guò)高、輸出端直接接“地”或接電源等原因而損壞。為使運(yùn)放安全工作，可從三個(gè)方面進(jìn)行保護(hù)。 （1）輸入保護(hù) 一般情況下，運(yùn)放工作在開(kāi)環(huán)(即未引反饋)狀態(tài)時(shí)，易因差模輸入電壓

25、過(guò)大而損壞：在閉環(huán)(即引入反饋)狀態(tài)時(shí)，易因共模輸入電壓過(guò)大而損壞。 圖3.20(a)所示是防止差模電壓過(guò)大的保護(hù)電路，由于二極管的作用，集成運(yùn)放的最大差模輸入電壓幅值被限制在二極管的導(dǎo)通電壓UD。圖(b)所示是防止共模電壓過(guò)大的保護(hù)電路，通過(guò)V和二極管的作用，集成運(yùn)放的最大共模輸入電壓被限制在(V+UD)。,(a) 防止差模電壓過(guò)大的保護(hù)電路 ； (b) 防止共模電壓過(guò)大的保護(hù)電路 圖3.20 輸入保護(hù)措施,任務(wù)2 集成運(yùn)算放大器的基礎(chǔ),（2）輸出保護(hù) 當(dāng)集成運(yùn)放輸出端對(duì)地或?qū)﹄娫炊搪窌r(shí)，如果沒(méi)有保護(hù)措施，集成運(yùn)放內(nèi)部輸出級(jí)的管子將會(huì)因電流過(guò)大而損壞。圖3.21所示為輸出端保護(hù)電路，限流電阻

26、R與穩(wěn)壓管DZ構(gòu)成的限幅電路一方面將負(fù)載與集成運(yùn)放輸出端隔離開(kāi)來(lái)，限制了運(yùn)放的輸出電流；另一方面也限制了輸出電壓的幅值，穩(wěn)壓管為雙向穩(wěn)壓管，故輸出電壓最大幅值等于穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓Uz。,圖3.21 輸出保護(hù)電路,（3）電源端保護(hù) 為了防止因電源極性接反而損壞集成運(yùn)放，可利用二極管單向?qū)щ娦?，將其串?lián)在電源端實(shí)現(xiàn)保護(hù),圖3.22所示。,圖3.22 電源端保護(hù),任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,【任務(wù)目標(biāo)】,1. 熟悉反饋的概念，能夠判斷出電路中是否存在反饋。,2. 理解反饋放大電路的組成及一般表達(dá)式。,3. 掌握負(fù)反饋的基本類(lèi)型及其判別方法。,4. 掌握四種組態(tài)的負(fù)反饋放大電路的特點(diǎn)。,5. 掌握

27、負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響。,項(xiàng)目3 集成音頻功率放大器的制作,3.3.1 反饋的作用 1. 什么是反饋 在電子系統(tǒng)中，將放大電路輸出量（電壓或電流）的一部分或全部，通過(guò)某些元件或網(wǎng)絡(luò)（稱(chēng)為反饋網(wǎng)絡(luò)），反向送回到輸入端，來(lái)影響原輸入量（電壓或電流）的過(guò)程稱(chēng)為反饋。引入了反饋的放大電路叫做反饋放大電路，也叫閉環(huán)放大電路，而未引入反饋的放大電路，則稱(chēng)為開(kāi)環(huán)放大電路。 反饋可以在一級(jí)放大器內(nèi)存在，稱(chēng)為本級(jí)反饋；反饋也可以在多級(jí)放大電路中構(gòu)成，稱(chēng)為級(jí)間反饋。級(jí)間反饋改善整個(gè)放大電路的性能；本級(jí)反饋只改善本級(jí)電路的性能。,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,2. 反饋放大電路的方框圖,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器

28、中的應(yīng)用,圖3.23反饋放大電路的方框圖,3. 反饋放大電路的一般關(guān)系式,定義：放大器的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)為：,放大電路的閉環(huán)放大倍數(shù)為：,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,凈輸入信號(hào)為：,根據(jù)上面關(guān)系式，可得：,（3.23）,式（3.23）是一個(gè)十分重要的關(guān)系式，也叫閉環(huán)增益方程，是分析反饋放大器的基本關(guān)系式。如果放大電路工作在中頻范圍，而且反饋網(wǎng)絡(luò)又是純電阻性時(shí)，開(kāi)環(huán)放大倍數(shù) 和反饋系數(shù) 皆為實(shí)數(shù)，式（3.23）可變?yōu)?=,式中 ：1+AF 稱(chēng)為反饋深度，一般用D 來(lái)表示，是衡量放大器信號(hào)反饋強(qiáng)弱程度的一個(gè)重要指標(biāo)。,1. 電路有無(wú)反饋的判斷,圖3.24反饋實(shí)例1,3.3.2 負(fù)反饋的基本類(lèi)型及其

29、分析方法,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,圖3.24(a)所示電路，是一個(gè)兩級(jí)共射放大器。結(jié)合反饋1掌握判斷反饋極性和反饋類(lèi)型的方法。,(a)電路圖 (b)反饋網(wǎng)絡(luò),方法：考察放大電路輸入回路和輸出回路之間是否有起聯(lián)系作用的反饋網(wǎng)絡(luò)。 在圖3.24(a)電路中，電阻R4和Rf能把輸出端交流信號(hào)返回到輸入端，故本電路中存在反饋網(wǎng)絡(luò)，見(jiàn)圖3.24(b)所示。而且是把放大器第二級(jí)的輸出信號(hào)引回到第一級(jí)的輸入端，所以是級(jí)間反饋。,2. 反饋極性（正、負(fù)反饋）的判斷,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,放大器中的反饋，按照反饋信號(hào)極性的不同，可分為正反饋和負(fù)反饋。在放大器中，如果引入反饋信號(hào)后，放大電路的凈

30、輸入信號(hào)減小，導(dǎo)致放大器的放大倍數(shù)降低，這種反饋為負(fù)反饋；若反饋信號(hào)使放大電路的凈輸入信號(hào)增大，導(dǎo)致放大器的放大倍數(shù)增大，這種反饋為正反饋。,判斷正、負(fù)反饋的方法是用瞬時(shí)極性法，步驟如下：,（1）先假定放大器輸入端的輸入信號(hào)在某一瞬時(shí)的極性為正，說(shuō)明該點(diǎn)瞬時(shí)電位的變化是升高，在圖中用“+”號(hào)表示。 （2）根據(jù)各級(jí)放大器對(duì)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的相位關(guān)系，依次推斷出由瞬時(shí)輸入信號(hào)所引起的電路中有關(guān)各點(diǎn)電位的瞬時(shí)極性，確定輸出信號(hào)和反饋信號(hào)的瞬時(shí)極性。 （3）再根據(jù)反饋信號(hào)與輸入信號(hào)的連接情況,分析凈輸入量的變化，如果反饋信號(hào)使凈輸入量增強(qiáng)，即為正反饋，反之為負(fù)反饋。,需要強(qiáng)調(diào)的是，當(dāng)“+”信號(hào)從三極

31、管的基極輸入時(shí)， 信號(hào)從集電極上輸出時(shí)為“-”，從發(fā)射極上輸出時(shí)則為“+”；信號(hào)經(jīng)過(guò)電阻和電容時(shí)不改變極性；信號(hào)在經(jīng)過(guò)集成運(yùn)放時(shí)，從同相端輸入，則輸出與輸入同相，從反相端輸入時(shí)，則輸出與輸入反相。,在圖3.24(a)電路中，凈輸入信號(hào) ，按照（1）（2）步驟，得出輸入信號(hào) 與反饋信號(hào) 的瞬時(shí)極性相同。電路引入反饋使得凈輸入信號(hào)減小，所以為負(fù)反饋.,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,=,-,【結(jié)論】當(dāng)輸入信號(hào)ui 與反饋信號(hào)uf 在輸入端的不同點(diǎn)時(shí)，若反饋信號(hào)uf 的瞬時(shí)極性和輸入信號(hào)ui 的瞬時(shí)極性相同，為負(fù)反饋；若兩者極性相反，為正反饋。當(dāng)輸入信號(hào)ui 與 反饋信號(hào)uf 在輸入的同一點(diǎn)時(shí)，若反

32、饋信號(hào)uf 的瞬時(shí)極性和輸入信號(hào)ui 的瞬時(shí)極性相同，為正反饋；若兩者極性相反，為負(fù)反饋。,3. 直流反饋和交流反饋的判斷。,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,在反饋放大器中，若反饋回來(lái)的信號(hào)是直流量，稱(chēng)為直流反饋；若反饋回來(lái)的信號(hào)是交流量，稱(chēng)為交流反饋；若反饋信號(hào)中既有交流分量，又有直流分量，則為交、直流反饋。 區(qū)分直流反饋和交流反饋：關(guān)鍵抓住電容“通交流隔直流”的特點(diǎn)。 在圖3.24(a)電路中，反饋網(wǎng)絡(luò)中串聯(lián)了電容C4，C4對(duì)于直流相當(dāng)于開(kāi)路，對(duì)于交流相當(dāng)于短路，所以是交流反饋。,4. 負(fù)反饋組態(tài)的判斷,從放大器的輸出端，按照反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出端的采樣不同，可分成電壓反饋和電流反饋。如果反饋取

33、樣是輸出電壓，稱(chēng)為電壓反饋；如果反饋取樣是輸出電流，稱(chēng)為電流反饋。 從放大器的輸入端，按照反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入端的連接方式的不同，可分成串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。如果反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入端串聯(lián)連接，稱(chēng)為串聯(lián)反饋；如果反饋信號(hào)與輸入信號(hào)在輸入端并聯(lián)連接，則稱(chēng)為并聯(lián)反饋。,（1）電壓反饋和電流反饋的判斷,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,方法：負(fù)載短路法,假設(shè)把輸出負(fù)載短路，即uo=0，若反饋信號(hào)因此而消失，則為電壓反饋；如果反饋信號(hào)依然存在，則為電流反饋。 電路中負(fù)載RL短路，VT2集電極接地，輸出信號(hào)uo直接經(jīng)導(dǎo)線(xiàn)到地，反饋信號(hào)消失，所以為電壓反饋。若將C4右端改接到VT2發(fā)射極，則成為電流反

34、饋。請(qǐng)自己判斷一下。,（2）串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋的判斷,方法：如果反饋信號(hào)和輸入信號(hào)在輸入端的同一節(jié)點(diǎn)引入，為并聯(lián)反饋,如果反饋信號(hào)和輸入信號(hào)不在輸入端的同一節(jié)點(diǎn)引入，則為串聯(lián)反饋,在圖3.24(a)電路中，輸入信號(hào) 與反饋信號(hào) 在輸入回路中不在同一節(jié)點(diǎn)，以電壓形式求和（反饋信號(hào)與輸入信號(hào)串聯(lián)），所以是串聯(lián)反饋。 若將Rf右端改接到VT1基極，則成為并聯(lián)反饋。,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,【想一想】如何判別負(fù)反饋的四種組態(tài)？,【例3.1】說(shuō)明如圖3.25所示各個(gè)電路中分別存在哪些反饋網(wǎng)絡(luò)？分析它們是正反饋還是負(fù)反饋？是直流反饋還是交流反饋？并分析出反饋組態(tài)。,圖3.25 實(shí)例2電路圖,(b)

35、,（a）,（c）,解：圖3.25（a）是一個(gè)由集成運(yùn)放構(gòu)成的放大電路，和我們講過(guò)的由三極管構(gòu)成的共射放大器相比較：集成運(yùn)放的同相輸入端u對(duì)應(yīng)于三極管的基極輸入端，反相輸入端u-對(duì)應(yīng)于三極管的發(fā)射極，運(yùn)放的輸出端對(duì)應(yīng)于三極管集電極輸出端。輸出信號(hào)通過(guò)反饋網(wǎng)絡(luò)R1、R2引回到集成運(yùn)放的輸入端。采用瞬時(shí)極性法判斷極性為負(fù)反饋，且是交、直流負(fù)反饋。利用假設(shè)負(fù)載短路法，分析是電壓反饋。從輸入端看，輸入信號(hào)ui與反饋信號(hào)uf，不在同一節(jié)點(diǎn)，以電壓形式求和（反饋信號(hào)與輸入信號(hào)串聯(lián)），所以串聯(lián)反饋。此放大器組態(tài)是電壓串聯(lián)負(fù)反饋.,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,圖3.25（b）是一個(gè)單管共射放大器。通過(guò)反饋電

36、阻Re把放大器的輸出信號(hào)ic（ie）與輸入回路連接起來(lái)，使三極管的凈輸入信號(hào)ube(uiiCRe)受到了輸出信號(hào)的影響。采用瞬時(shí)極性法判斷極性為負(fù)反饋，且是交、直流負(fù)反饋。假設(shè)負(fù)載短路，反饋信號(hào)ufiCRe0，因而是電流反饋。輸入端看是串聯(lián)反饋。此放大器組態(tài)是電流串聯(lián)負(fù)反饋。,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,圖3.25（c）是一個(gè)兩級(jí)共射放大器，電阻R3構(gòu)成了級(jí)間反饋，是交、直流負(fù)反饋。從輸出端分析是電流反饋。從輸入端分析，輸入信號(hào)與反饋信號(hào)在同一節(jié)點(diǎn)，以電流形式求和（凈輸入信號(hào) = - ），所以為并聯(lián)反饋。組態(tài)是電流并聯(lián)負(fù)反饋。電阻R2、R5分別構(gòu)成了本級(jí)負(fù)反饋。電阻R2構(gòu)成的反饋是直流負(fù)反

37、饋；電阻R5構(gòu)成的是交、直流負(fù)反饋，組態(tài)為電流串聯(lián)負(fù)反饋。,3.3.3 負(fù)反饋對(duì)放大性能的影響,放大器引入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)有所下降，但卻可以改善放大器的性能。直流負(fù)反饋可以提高放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性；交流負(fù)反饋可以改善放大電路的動(dòng)態(tài)性能。,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,1. 交流負(fù)反饋可以提高放大器增益的穩(wěn)定性,設(shè)放大電路工作在中頻范圍，反饋網(wǎng)絡(luò)為純電阻，所以A、F都可用實(shí)數(shù)表示，則閉環(huán)增益方程為：,對(duì)上式求微分，可得：,=,對(duì)上式兩邊同時(shí)除以Af，得：,（3.25）,上式（3.25）表明，負(fù)反饋放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)的相對(duì)變化量dAf/Af是開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)相對(duì)變化量dA/A的1/(1+

38、AF)，也就是說(shuō)，負(fù)反饋的引入使放大器的放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高到了(1+AF)倍。負(fù)反饋越深，穩(wěn)定性越高。,【結(jié)論】電壓負(fù)反饋使電路的輸出電壓保持穩(wěn)定；電流負(fù)反饋使電路的輸出電流保持穩(wěn)定。,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,2. 交流負(fù)反饋可以擴(kuò)展放大器的通頻帶,如圖3.26所示，圖中A和Af分別表示負(fù)反饋引入前后的放大倍數(shù)，fL和fH分別表示負(fù)反饋引入前的下限頻率和上限頻率，fLf和fHf分別表示引入負(fù)反饋后的下限頻率和上限頻率。,圖3.26 放大器開(kāi)環(huán)與閉環(huán)的幅頻特性,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,3. 交流負(fù)反饋可以減小對(duì)信號(hào)放大的非線(xiàn)性失真,我們可以通過(guò)一個(gè)具體的電路演示來(lái)說(shuō)明此問(wèn)題。,1

39、）演示電路,圖3.27 演示電路,2）演示內(nèi)容,（1）由信號(hào)發(fā)生器輸入一頻率為1kHz,峰-峰值為1V的正弦波。 （2）將開(kāi)關(guān)S斷開(kāi),用示波器觀察輸出波形,可看到輸出波形明顯地失真,如圖3.28（a）所示輸出波形。 （3）將開(kāi)關(guān)S閉合,觀察輸出波形,可看到失真波形明顯地改善, 如圖3.28（b）所示輸出波形。,(a) (b),任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,3）演示現(xiàn)象分析,在開(kāi)環(huán)放大器中，由于開(kāi)環(huán)增益很大,使放大器工作在非線(xiàn)性區(qū)，輸出波形為雙向失真波形。開(kāi)關(guān)閉合后，電路加上了負(fù)反饋，電路增益減小，放大器工作在線(xiàn)性區(qū)，輸出波形為標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，即負(fù)反饋能減小非線(xiàn)性失真。,4交流負(fù)反饋可改變放大電

40、路的輸入電阻,（1）串聯(lián)負(fù)反饋,圖3.29（a）是串聯(lián)負(fù)反饋電路的方框圖。由圖可知,由于負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器串聯(lián)，故使放大器的輸入電阻增大。根據(jù)推算,兩者的關(guān)系為： 。,圖3.29 負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響 （a）串聯(lián)負(fù)反饋框圖 （b）并聯(lián)負(fù)反饋框圖,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,（2）并聯(lián)負(fù)反饋,圖3.29（b）是并聯(lián)負(fù)反饋電路的方框圖，由于負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大器并聯(lián)，使得放大器的輸入電阻減小。根據(jù)推算，兩者的關(guān)系為： 。,5. 交流負(fù)反饋可改變放大電路的輸出電阻,圖3.30（a）是電壓負(fù)反饋的方框圖。對(duì)于負(fù)載RL來(lái)說(shuō)，從輸出端看進(jìn)去，等效的輸出電阻相當(dāng)于原開(kāi)環(huán)放大電路輸出電阻與反饋網(wǎng)絡(luò)的

41、電阻并聯(lián)，其結(jié)果必然使輸出電阻減小。經(jīng)分析，兩者的關(guān)系為： 。,（1）電壓負(fù)反饋,圖3.30 負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響 （a）電壓負(fù)反饋方框圖 ,任務(wù)3 負(fù)反饋在放大器中的應(yīng)用,圖3.30 負(fù)反饋對(duì)輸出電阻的影響 （b）電流負(fù)反饋方框圖,圖3.30（b）是電流負(fù)反饋的方框圖。對(duì)于負(fù)載RL來(lái)說(shuō),從輸出端看進(jìn)去,等效的輸出電阻相當(dāng)于原開(kāi)環(huán)放大電路輸出電阻與反饋網(wǎng)絡(luò)的電阻串聯(lián),其結(jié)果必然使輸出電阻增大。經(jīng)分析,兩者的關(guān)系為： 。即引入電流負(fù)反饋后的輸出電阻是開(kāi)環(huán)輸出電阻的 倍。,（2）電流負(fù)反饋,現(xiàn)將四種組態(tài)負(fù)反饋放大器的有關(guān)特性列于表3.1。以便對(duì)照分析。,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,【任務(wù)目標(biāo)】,1.

42、 熟悉集成運(yùn)放的各種運(yùn)算電路。,2. 理解集成運(yùn)放的非線(xiàn)性應(yīng)用。,3. 掌握各種線(xiàn)性運(yùn)算電路的分析方法。,4. 掌握非線(xiàn)性運(yùn)算電路的工作原理。,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,【想一想】為什么集成運(yùn)放的線(xiàn)性應(yīng)用必須引入負(fù)反饋？,采用集成運(yùn)放實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的運(yùn)算，必須引入深度負(fù)反饋。深度負(fù)反饋指當(dāng)反饋深度 1時(shí)，負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)為,一般，當(dāng) 10時(shí)，即可認(rèn)為是深度負(fù)反饋，此時(shí)的運(yùn)放電路就叫作深度負(fù)反饋放大電路。,下面以一實(shí)例來(lái)研究集成運(yùn)放的線(xiàn)性運(yùn)用基本運(yùn)算放大器,3.4.1 集成運(yùn)放的線(xiàn)性應(yīng)用分析運(yùn)算電路,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,【實(shí)例】求圖3.32所示電路輸出信號(hào)uo與兩個(gè)輸入信號(hào)ui1、ui

43、2之間的關(guān)系。,圖3.32 基本運(yùn)算放大器,圖3.32電路是由兩個(gè)集成運(yùn)放構(gòu)成的放大器，經(jīng)分析引入的都是負(fù)反饋，而且由于集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益Aod非常大，所以引入的都是深度負(fù)反饋，這保證了集成運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)。,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,1. 集成運(yùn)放A1構(gòu)成的放大器的分析,1）反相比例放大器,圖3.32電路中集成運(yùn)放A1構(gòu)成的是反相比例運(yùn)算器。輸入信號(hào)經(jīng)R1加至集成運(yùn)放的反相輸入端，Rf為反饋電阻，把輸出信號(hào)電壓 反饋到反相端，構(gòu)成深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋。,（1）“虛地”的概念,由于集成運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)，有u+=u、i+=i=0，即流過(guò)R2的電流值為零，則u+=u=0，說(shuō)明反相端雖然沒(méi)有直接接地，但

44、其電位為地電位，相當(dāng)于接地，是“虛假接地”，簡(jiǎn)稱(chēng)為“虛地”。因此加在集成運(yùn)放輸入端的共模輸入電壓很小。,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,（2）電壓放大倍數(shù),因?yàn)?；,又因?yàn)椤疤摂唷?，?即：,又因?yàn)椤疤摰亍保?所以將上式整理得：,電壓放大倍數(shù)：,（38）,即輸出電壓與輸入電壓的相位相反，比值 決定于電阻Rf和R1之比，而與集成運(yùn)放的各項(xiàng)參數(shù)無(wú)關(guān)。根據(jù)電阻取值的不同， 可以大于1，也可以小于1。當(dāng)Rf=R1時(shí)，Auf = 1，此時(shí)的電路稱(chēng)為反相器，用于在數(shù)學(xué)運(yùn)算中實(shí)現(xiàn)變號(hào)運(yùn)算。,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,（3）輸入、輸出電阻,輸入電阻為：,電路的輸出電阻很小，可以認(rèn)為：,反相比例運(yùn)算器輸入電阻不高，輸出電

45、阻很低。,【注意】為了使集成運(yùn)放中的差動(dòng)放大電路的參數(shù)保持對(duì)稱(chēng)，應(yīng)使兩個(gè)差分對(duì)管的基極對(duì)地電阻盡量一致，因此，要選擇R2的阻值為：R2=R1/Rf ，因此R2也稱(chēng)為平衡電阻。,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,2）同相比例運(yùn)算器,如果輸入信號(hào)加到集成運(yùn)放的同相輸入端，反饋電阻接到其反相端,就構(gòu)成了同相比例運(yùn)算器，電路如圖3.33所示。R2是平衡電阻，應(yīng)保證R2=R1/Rf。,圖3.33 同相比例運(yùn)算電路,根據(jù)電路結(jié)構(gòu)及集成運(yùn)放工作在線(xiàn)性區(qū)時(shí)的“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)，可得電壓放大倍數(shù)：,(3-9),任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,比例| |值恒大于等于1，所以同相比例運(yùn)算放大電路不能完成比例系數(shù)小于1的運(yùn)算。當(dāng)

46、將電阻取值為 或 時(shí)，顯然， 這時(shí)的電路稱(chēng)為電壓跟隨器。,同相比例運(yùn)算器輸入電阻很高，為：,F是反饋系數(shù)：,電路的輸出電阻很小，可以認(rèn)為：,【注意】同相比例運(yùn)算放大電路是一個(gè)深度的電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。因?yàn)閡=u+=ui，所以不存在“虛地”現(xiàn)象，在選用集成運(yùn)放時(shí)要考慮到其輸入端可能具有較高的共模輸入電壓，要選用輸入共模電壓高的集成運(yùn)放器件。,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,2. 集成運(yùn)放A2構(gòu)成的放大器的分析,集成運(yùn)放A2的反相輸入端加入了多個(gè)輸入信號(hào)，則構(gòu)成反相加法運(yùn)算電路。 是平衡電阻，應(yīng)保證 。,因?yàn)閕11i12ii,即：,又因?yàn)椤疤摂唷?，?ii=,即：,又因?yàn)椤疤摰亍保瑄-=0 所以整理得：,

47、任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,當(dāng)：R11=R12= 時(shí)，上式就成為：,實(shí)現(xiàn)了多個(gè)信號(hào)的反相求和。 將R11、R12、的阻值帶入，得：,因?yàn)閯偛盼覀兦蟮眉蛇\(yùn)放A1構(gòu)成的放大器的輸出信號(hào)為 ，將此式帶入上式，所以圖3.32所示電路最終結(jié)果為：,從上式可以看出，采用反相比例運(yùn)算器和反相求和運(yùn)算器可以實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,3. 積分和微分運(yùn)算,集成運(yùn)放構(gòu)成的放大器不僅可以實(shí)現(xiàn)比例、加法和減法運(yùn)算，還可以實(shí)現(xiàn)積分與微分運(yùn)算。,1）積分運(yùn)算,在反相比例運(yùn)算電路中，用電容C代替RF作為反饋元件，引入并聯(lián)電壓負(fù)反饋，就成為積分運(yùn)算電路，電路如圖3.35（a）所示。,圖3.35 積分運(yùn)算電路,（a

48、）電路圖 （b）輸入、輸出波形,波形變換,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,由集成運(yùn)放工作于線(xiàn)性區(qū)的“虛短”和“虛斷”的特點(diǎn)，可列出：,所以,上式說(shuō)明，輸出電壓為輸入電壓對(duì)時(shí)間的積分，實(shí)現(xiàn)了積分運(yùn)算，式中負(fù)號(hào)表示輸出與輸入相位相反。積分電路除用于積分信號(hào)運(yùn)算外，還可以實(shí)現(xiàn)波形變換，如圖3.37（b）所示，可將矩形波變成三角波輸出。積分電路在自動(dòng)控制系統(tǒng)中用以延緩過(guò)渡過(guò)程的沖擊，使被控制的電動(dòng)機(jī)外加電壓緩慢上升，避免其機(jī)械轉(zhuǎn)矩猛增,造成傳動(dòng)機(jī)械的損壞。積分電路還常用來(lái)做顯示器的掃描電路，以及模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)學(xué)模擬運(yùn)算等。,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,2）微分運(yùn)算,將積分電路中的1和互換,就可得到微分(運(yùn)算)電

49、路,如圖3.36(a)所示。在這個(gè)電路中，點(diǎn)為“虛地”,即uA0,再根據(jù)“虛斷”的概念,i0,則iRiC。假設(shè)電容的初始電壓為零，那么,則輸出電壓：,上式表明，輸出電壓為輸入電壓對(duì)時(shí)間的微分，且相位相反。,(a) (b) 圖3.36 微分運(yùn)算電路 （a）電路圖；（b）輸入、輸出波形,微分電路的波形變換作用如圖3.36(b)所示，可將矩形波變成尖脈沖輸出。微分電路在自動(dòng)控制系統(tǒng)中可用作加速環(huán)節(jié)，例如電動(dòng)機(jī)出現(xiàn)短路故障時(shí)，起加速保護(hù)作用，迅速降低其供電電壓。,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,3.4.2 集成運(yùn)放的非線(xiàn)性應(yīng)用分析電壓比較器,【想一想】遲滯電壓比較器的主要作用是什么?,讓集成運(yùn)放工作于開(kāi)環(huán)狀態(tài)

50、或引入正反饋，由于集成運(yùn)放的開(kāi)環(huán)增益很高，這時(shí)集成運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)。集成運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)可用來(lái)作為信號(hào)的電壓比較器，即對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行幅值大小的比較，在集成運(yùn)放的輸出端則以高電平或低電平來(lái)反映比較的結(jié)果。電壓比較器是信號(hào)發(fā)生、波形變換、模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換等電路常用的單元電路。,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,圖3.37是基本電壓比較器的電路和其電壓傳輸特性。,圖3.37 基本電壓比較器電路及其電壓傳輸特性 (a) 電壓比較器 (b)電壓傳輸特性,由集成運(yùn)放的特點(diǎn)，可以分析出： 當(dāng)輸入信號(hào)ui小于比較信號(hào)UR時(shí)，有：uo= +Uopp 當(dāng)輸入信號(hào)ui大于比較信號(hào)UR時(shí)，有：uo=Uopp,1. 基本電壓比

51、較器,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,當(dāng)比較電壓（又稱(chēng)門(mén)限電壓）UR=0時(shí)，即輸入電壓和零電平進(jìn)行比較，此時(shí)的電路稱(chēng)為過(guò)零電壓比較器，3.38所示為過(guò)零電壓比較器的波形轉(zhuǎn)換，可以實(shí)現(xiàn)波形變換。,圖3.38 過(guò)零電壓比較器的波形轉(zhuǎn)換作用,在實(shí)際應(yīng)用時(shí),如果實(shí)際測(cè)得的信號(hào)存在外界干擾,即在正弦波上疊加了高頻干擾,過(guò)零電壓比較器就容易出現(xiàn)多次誤翻轉(zhuǎn),如圖3.39所示。解決辦法是采用遲滯電壓比較器。遲滯電壓比較器的組成如圖3.40（a）所示,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,圖3.39 基本電壓比較受外界干擾的影響,（a） (b) 圖3.40 遲滯電壓比較器 (a) 電路圖 (b) 傳輸特性,該電路的同相輸入端電壓u+

52、，由uo和UREF共同決定，根據(jù)疊加原理有 由于運(yùn)放工作在非線(xiàn)性區(qū)，輸出只有高低電平兩個(gè)電壓+Uopp和-Uopp，因此當(dāng)輸出電壓為+Uopp時(shí)，u+的上門(mén)限電壓為： 輸出電壓為-UOPP時(shí)，u+的下門(mén)限電壓為： 這種比較器在兩種狀態(tài)下,有各自的門(mén)限電平。對(duì)應(yīng)于+Uopp有門(mén)限電壓UTH+，對(duì)應(yīng)于 -Uopp有下門(mén)限電壓UTH-。圖3.41所示為遲滯電壓比較器輸入輸出波形，可以實(shí)現(xiàn)波形的變化。,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,圖3.42看出遲滯電壓比較器具有抗干擾的能力。,圖3.41 遲滯電壓比較器輸入輸出波形 圖3.42 遲滯電壓比較器對(duì)干擾信號(hào)的濾除,在生產(chǎn)實(shí)踐中，經(jīng)常需要對(duì)溫度、水位進(jìn)行控制，這

53、些都可以用遲滯電壓比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)。如東芝GR系列電冰箱的溫控就采取了電子溫控電路，在這個(gè)電路中，遲滯電壓比較器是必不可少的，只要改變門(mén)限電壓的值，就改變了電冰箱的溫控值。,【想一想】某一電子電路需要輸入一矩形波信號(hào)，但實(shí)驗(yàn)室中只有正弦波信號(hào)發(fā)生器，怎么辦？,任務(wù)4 集成運(yùn)放的應(yīng)用,【閱讀材料】進(jìn)口集成電壓比較器的主要參數(shù),表3.3 常用進(jìn)口電壓比較器的型號(hào)和主要參數(shù),項(xiàng)目3 集成音頻功率放大器的制作,任務(wù)5 集成功率放大電路的介紹,【任務(wù)目標(biāo)】,1. 熟悉集成功率放大電路的組成和特點(diǎn)。,2. 掌握幾種常用集成功放的組成及使用方法。,任務(wù)5 集成功率放大電路的介紹,3.5.1 常用的幾種集成功放電

54、路,1LM386集成功率放大器及其應(yīng)用,LM386是一種低電壓通用型集成功率放大器，其內(nèi)部電路如圖3.46 (a)所示，管腳排列如圖3.46(b)所示，采用8腳雙列直插式塑料封裝。圖3.46(c)所示為它的典型應(yīng)用電路。 LM386集成功放典型應(yīng)用參數(shù)為：直流電源電壓范圍412V；額定輸出功率為660mW；帶寬300kHZ（管腳1、8開(kāi)路）；輸入阻抗50k。,任務(wù)5 集成功率放大電路的介紹,圖3.46 LM386集成功率放大器 (a) 內(nèi)部電路 (b) 管腳排列 (c) 典型應(yīng)用電路,（a）,（b）,（c）,任務(wù)5 集成功率放大電路的介紹,由圖3.46(a)可見(jiàn)，LM386內(nèi)部電路由輸入級(jí)、中

55、間級(jí)和輸出級(jí)等組成。 輸入級(jí)由V2、V4組成雙端輸入單端輸出差分放大電路，V3、V5是其恒流源負(fù)載，V1、V6是為了提高輸入電阻而設(shè)置的輸入端射極跟隨器，R1、R7為偏置電阻，該級(jí)的輸出取自V4、V5的集電極。R5是差分放大電路的發(fā)射極負(fù)反饋電阻，管腳l、8開(kāi)路時(shí)，負(fù)反饋?zhàn)顝?qiáng)，整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)為20倍，若在1、8間外接旁路電容，以短路R5兩端的交流壓降，可使電壓放大倍數(shù)提高到200。在實(shí)際使用中往往在1、8之間外接阻容串聯(lián)電路，如圖3.46 (c)所示Rp和C2，調(diào)節(jié)Rp即可使集成功放電壓放大倍數(shù)在20200之間變化。管腳7與地之間外接電解電容，如圖3.46(c)所示C5，C5可與R2組

56、成直流電源去耦電路。 中間級(jí)是本集成功放的主要增益級(jí)，它由V7和其集電極恒流源(I0)負(fù)載構(gòu)成共發(fā)射極放大電路,作為驅(qū)動(dòng)級(jí)。 輸出級(jí)由V8、V10復(fù)合等效為PNP管與NPN管V9組成準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放電路，二極管V11、V12為V8、V9提供靜態(tài)偏置，以消除交越失真，R6是級(jí)間電壓串聯(lián)負(fù)反饋電阻。 圖3.46 (c)中，5腳外接電容C3為功放輸出電容，以便構(gòu)成OTL電路，R1、C4是頻率補(bǔ)償電路，用以抵消揚(yáng)聲器音圈電感在高頻時(shí)產(chǎn)生的不良影響，改善功率放大電路的高頻特性和防止高頻自激。輸入信號(hào)ui由C1接入同相輸入端3腳，反相輸入端2腳接地，故構(gòu)成單端輸入方式。,任務(wù)5 集成功率放大電路的介紹,2D

57、G810集成功率放大器及其應(yīng)用,DG810集成功率放大器具有輸出功率大、噪聲小、頻帶寬、工作電源范圍寬，具有保護(hù)電路等優(yōu)點(diǎn)，是通常使用的標(biāo)準(zhǔn)集成音頻功率放大器。,圖3.47 DG810典型應(yīng)用電路,圖3.47中8腳為信號(hào)輸入端，C1為輸入耦合電容，R1為輸入管的偏置電阻以提供基極電流。6腳到地之間所接C2、R2為交流反饋電路，選用不同阻值的R2，可得到不同的閉環(huán)增益。12腳為輸出端，C10為輸出電容，用以構(gòu)成OTL電路，R4、C4為頻率補(bǔ)償電路，用以改善高頻特性和防止高頻自激。C6和C9為濾波電容，用以消除電源紋波。C3、C5、C7為頻率補(bǔ)償電容，用以改善頻率特性和消除高頻自激。4腳為自舉端，

58、C8為自舉電容。1腳為電源端，工作電壓Ucc可根據(jù)輸出功率要求選用+6+16V，在圖3.41中Ucc=15V，RL=4，輸出功率可達(dá)6W。,任務(wù)5 集成功率放大電路的介紹,3. TDA2040集成功率放大器及其應(yīng)用,TDA2040集成功率放大器內(nèi)部有獨(dú)特的短路保護(hù)系統(tǒng)，可以自動(dòng)限制功耗，從而保證輸出級(jí)三極管始終處于安全區(qū)域；此外，TDA2040內(nèi)部還設(shè)置了過(guò)熱關(guān)機(jī)等保護(hù)電路，使集成電路具有較高可靠性。它的主要應(yīng)用參數(shù)為：電源電壓2520V，開(kāi)環(huán)增益80dB，功率帶寬100kHz，輸入電阻50k。負(fù)載為4時(shí)，輸出功率可達(dá)22W，失真度僅為0.5。,圖3.48 TDA2040封裝和引腳排列,TDA2040的應(yīng)用比較靈活，既可以采用雙電源供電構(gòu)成0CL電路，也可以采用單電源供電構(gòu)成0TL電路。它采用單列5腳封裝，其引腳排列如圖3.