第2章集成运放特性优秀PPT.ppt
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1、第2章集成运放特性现在学习的是第1页,共50页2.1.1 放大电路放大电路(amplifier)的概念的概念2.1.2 放大电路的等效模型放大电路的等效模型2.1.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标2.1 2.1 放大电路基础放大电路基础现在学习的是第2页,共50页2.1.1 放大电路的概念放大电路的概念 信号放大是对信号乘比例系数的运算,比例系数称为增益或放信号放大是对信号乘比例系数的运算,比例系数称为增益或放大倍数。大倍数。放大电路(放大器)是实现信号放放大电路(放大器)是实现信号放大功能的电子电路。大功能的电子电路。音音频频放大器放大器+V 扩扩音机放大音机放大电电路框路框
2、图图 放大器仅对输入信号按一定比例放大器仅对输入信号按一定比例(通常大于通常大于1)放大产生输出信号,放大产生输出信号,即输出信号不失真地放大复制输入信号。即输出信号不失真地放大复制输入信号。直流电源直流电源+V不直接产生输出电压。不直接产生输出电压。现在学习的是第3页,共50页 放大器的实质是完成信号功率的放大,必须包含将直流电放大器的实质是完成信号功率的放大,必须包含将直流电源功率转换为信号功率的电子元器件,称为有源元件。源功率转换为信号功率的电子元器件,称为有源元件。由电路理论可知,有源元器件可以等效为受控电源。由电路理论可知,有源元器件可以等效为受控电源。对于输入输出信号而言,包括直对
3、于输入输出信号而言,包括直流电源在内的放大电路等效为含流电源在内的放大电路等效为含有受控源的电阻性二端口网络。有受控源的电阻性二端口网络。放大电路框图放大电路框图放大器放大器ViVo+-+iiioRSVS+-RLvS 信号源电压、信号源电压、RS内阻、内阻、RL 负载负载 2.1.1 放大电路的概念放大电路的概念现在学习的是第4页,共50页放大电路的增益:放大电路的增益:根据信号的性质,增益分为:根据信号的性质,增益分为:1.电压增益:电压增益:(无量(无量纲纲)2.电流增益:电流增益:(无量(无量纲纲)3.互阻增益:互阻增益:4.互导增益:互导增益:(电电阻量阻量纲纲)(电导电导量量纲纲)5
4、.功率增益:功率增益:对于电阻性负载:对于电阻性负载:放大电路框图放大电路框图放大器放大器V Vi iV Vo o+-+i ii ii io oRSV VS S+-RL(无量(无量纲纲)end2.1.1 放大电路的概念放大电路的概念现在学习的是第5页,共50页放大器放大器V Vi iV Vo o+-+i ii ii io oRSV VS S+-RL 电压电压放大模型放大模型V Vi iV Vo o+-+i ii ii io oRSV VS SRLRoRiA AVOVOV Vi i+-与放大电路的外特性等效的电路称为放大电路的与放大电路的外特性等效的电路称为放大电路的等效模型等效模型。2.1.2
5、 放大电路的等效模型放大电路的等效模型1.电压放大模型电压放大模型含有受控源的电阻性二端口网络含有受控源的电阻性二端口网络 从输出端看:从输出端看:含独立源电阻含独立源电阻性电路等效为性电路等效为电阻电阻输出电输出电阻和电压源串阻和电压源串联。联。戴维宁定理戴维宁定理 从输入端看:从输入端看:无独立源电阻无独立源电阻性电路等效为性电路等效为电阻电阻输入电输入电阻。阻。开路电开路电压增益压增益现在学习的是第6页,共50页 受控源受控源Avovi反映了放大电路的电压放大能力和功率放大能力,反映了放大电路的电压放大能力和功率放大能力,即即将直流电压源输出功率转换为信号功率的能力将直流电压源输出功率转
6、换为信号功率的能力。输出电压:输出电压:负载电压增益:负载电压增益:输入电压:输入电压:信号源电压增益:信号源电压增益:电压电压放大模型放大模型V Vi iV Vo o+-+i ii ii io oRSV VS SRLRoRiA AVOVOV Vi i+-输入电流:输入电流:2.1.2 放大电路的等效模型放大电路的等效模型现在学习的是第7页,共50页输出电阻越小、开路增益和输入电阻越大,则电压增益越大。输出电阻越小、开路增益和输入电阻越大,则电压增益越大。设计电压放大器时,总是希望其开路电压增益和输入电阻大(设计电压放大器时,总是希望其开路电压增益和输入电阻大(Ri RS)、输出电阻很小()、
7、输出电阻很小(RoRL)。)。一个理想放大器的输入电阻为无穷大、输出电阻为一个理想放大器的输入电阻为无穷大、输出电阻为0,等效为一个理想,等效为一个理想的电压控制电压源。的电压控制电压源。电压电压放大模型放大模型V Vi iV Vo o+-+i ii ii io oRSV VS SRLRoRiA AVOVOV Vi i+-2.1.2 放大电路的等效模型放大电路的等效模型结结 论:论:现在学习的是第8页,共50页为了增大电压增益,可用多个放大电路级联。为了增大电压增益,可用多个放大电路级联。Ro2Ri2A AVO2VO2V Vo1o1+V Vi iV Vo1o1+-+i ii ii io oRS
8、V VS SRLRo1Ri1A AVO1VO1V Vi i+-+V Vo o+2.1.2 放大电路的等效模型放大电路的等效模型现在学习的是第9页,共50页Ro2Ri2A AVO2VO2V Vo1o1+V Vi iV Vo1o1+-+i ii ii io oRSV VS SRLRo1Ri1A AVO1VO1V Vi i+-+V Vo o+结结 论论1)级联放大器的电压增益等于各个单级放大器的增益之积;级联放大器的电压增益等于各个单级放大器的增益之积;2)输入电阻等于第一级的输入电阻(输入电阻等于第一级的输入电阻(Ri=Ri1););3)输出电阻等于最末级的输出电阻(输出电阻等于最末级的输出电阻(
9、RO=Ro2)。)。2.1.2 放大电路的等效模型放大电路的等效模型现在学习的是第10页,共50页i iS SRLi ii ii io oRSRoRiA Ais isi ii i(2)电电流放大模型流放大模型(1)电压电压放大模型放大模型V Vi iV Vo o+-+i ii ii io oRSV VS SRLRoRiA AVOVOV Vi i+-对信号源或受控源进行等效变换,电压放大模型可等效变换为电流对信号源或受控源进行等效变换,电压放大模型可等效变换为电流放大模型,互阻放大模型,互导放大模型。放大模型,互阻放大模型,互导放大模型。开路电压增益:开路电压增益:短路电流增益:短路电流增益:2
10、其他形式的等效模型其他形式的等效模型 输入电阻和输出电阻不变输入电阻和输出电阻不变电压独立源电压独立源电流独立源电流独立源电压受控源电压受控源电流受控源电流受控源2.1.2 放大电路的等效模型放大电路的等效模型现在学习的是第11页,共50页(3)互阻放大模型互阻放大模型i iS SV Vo o-+i ii iRSRLRoRiA Aroi ii i+(1)电压电压放大模型放大模型V Vi iV Vo o+-+i ii ii io oRSV VS SRLRoRiA AVOVOV Vi i+-开路电压增益:开路电压增益:开路互阻增益:开路互阻增益:输入电阻和输出电阻不变输入电阻和输出电阻不变电压独立
11、源电压独立源电流独立源电流独立源2.1.2 放大电路的等效模型放大电路的等效模型现在学习的是第12页,共50页(4)互互导导放大模型放大模型RLV Vi i+-i io oRSV VS SRiRoA Agsgsv vi i+(1)电压电压放大模型放大模型V Vi iV Vo o+-+i ii ii io oRSV VS SRLRoRiA AVOVOV Vi i+-开路电压增益:开路电压增益:短路互导增益:短路互导增益:输入电阻和输出电阻不变输入电阻和输出电阻不变电压受控源电压受控源电流受控源电流受控源 4种放大模型可以互相等效变换,所以,可采用任何一种模型表种放大模型可以互相等效变换,所以,可
12、采用任何一种模型表示实际放大器。无特别声明,通常采用电压模型。示实际放大器。无特别声明,通常采用电压模型。end2.1.2 放大电路的等效模型放大电路的等效模型现在学习的是第13页,共50页2.1.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标 主要的性能指标是输入电阻,输出电阻,增益,通频带宽,非线主要的性能指标是输入电阻,输出电阻,增益,通频带宽,非线性失真系数,最大不失真输出幅度,最大输出功率和效率等。性失真系数,最大不失真输出幅度,最大输出功率和效率等。1.输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻略。略。2.增益增益(Gain)对于无量纲的增益,可用分贝表示。对于无量纲的增益,可用分贝表
13、示。对数运算将乘法转换成加法,故多级放大器的增益分贝数等于对数运算将乘法转换成加法,故多级放大器的增益分贝数等于各单级增益分贝数之和。各单级增益分贝数之和。现在学习的是第14页,共50页(b)实际实际放大器的放大器的频频率特性率特性of有用信号有用信号频频段段AV V(a)理想放大器的理想放大器的频频率特性率特性3通频带宽(通频带宽(BW,bandwidth)已知工程实际问题的有用信号通常是频谱有限的。例如,音频信号的频已知工程实际问题的有用信号通常是频谱有限的。例如,音频信号的频率范围为率范围为20Hz,20kHz,带宽近似为,带宽近似为20kHz。实际放大器的增益频率特性不能突变。实际放大
14、器的增益频率特性不能突变。高频区高频区低频区低频区of有用信号有用信号频频段段通通频带频带AV VfLfH0.707AV V中频区中频区中频增益增益中频增益增益2.1.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标现在学习的是第15页,共50页 有用信号频段的增益称为中频增益增益(有用信号频段的增益称为中频增益增益(Av),使增益下降为中频),使增益下降为中频增益的增益的0.707倍所对应的频率称为截止频率或倍所对应的频率称为截止频率或3dB频率。频率。fL-下限截止频率下限截止频率fH 上限截止频率上限截止频率of有用信号有用信号频频段段AV VfLfH0.707AV V(b)实际实际放大
15、器的放大器的频频率特性率特性of有用信号有用信号频频段段AV V(a)理想放大器的理想放大器的频频率特性率特性2.1.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标2.1.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标3通频带宽(通频带宽(BW,bandwidth)现在学习的是第16页,共50页(a)幅度失真幅度失真(b)相位失真:相位失真:当信号频段与放大器的中频区不相同时,将引起输出信号失真,当信号频段与放大器的中频区不相同时,将引起输出信号失真,称为频率失真。称为频率失真。失真是指输入输出波形不同。失真是指输入输出波形不同。输出波形与输入输出波形与输入波形不同波形不同ofAV VfL
16、fH0.707AV V中频区中频区2.1.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4线性失真线性失真Nonlinear distortion现在学习的是第17页,共50页o 理想放大器的理想放大器的传输传输特性特性o 实际实际放大器的放大器的传输传输特性特性 放大电路的输出量随输入量变化的关系曲线称为放大电路的输出量随输入量变化的关系曲线称为传输特性传输特性。5非线性失真非线性失真nonlinear distortion 实际放大器由非线性的有源元件等组成非线性电路,传输特性不是实际放大器由非线性的有源元件等组成非线性电路,传输特性不是直线。直线。非线性的传输特性通常引起失真。非线性的
17、传输特性通常引起失真。2.1.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标现在学习的是第18页,共50页ooo a.虚线输入信号在特性的线性区,虚线输入信号在特性的线性区,输出不失真输出不失真。b.实线输入信号超出特性的线实线输入信号超出特性的线性区,输出失真。性区,输出失真。失真的输出信号包含基波和失真的输出信号包含基波和高次谐波。高次谐波。非线性失真系数:非线性失真系数:2.1.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标5非线性失真非线性失真nonlinear distortion现在学习的是第19页,共50页ooo6最大不失真输出电压幅度最大不失真输出电压幅度 定义:在负载容许
18、的非定义:在负载容许的非线性失真系数的条件下,当线性失真系数的条件下,当输入电压再增大就会使输出输入电压再增大就会使输出电压产生非线性失真时的输电压产生非线性失真时的输出电压幅度。出电压幅度。2.1.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标现在学习的是第20页,共50页 最大输出功率(最大输出功率(Pom):在容许的非线性失真系数的条件下,负载):在容许的非线性失真系数的条件下,负载能够获得的最大平均信号功率。能够获得的最大平均信号功率。通常,它与最大不失真输出电压幅度的平方成正比。通常,它与最大不失真输出电压幅度的平方成正比。7最大输出功率和效率最大输出功率和效率 输出功率源于直流电
19、源发出的平均功率(输出功率源于直流电源发出的平均功率(Pv)。)。效率:最大输出功率与直流电源发出的平均功率之比的百分值,效率:最大输出功率与直流电源发出的平均功率之比的百分值,即即end2.1.3 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标现在学习的是第21页,共50页2.2 集成运算放大器的基本概念集成运算放大器的基本概念 集成运算放大器简称为运算放大器集成运算放大器简称为运算放大器(Operational Amplifier)或运放()或运放(OP),),是一种特殊类型的高增益集成电路放大器。是一种特殊类型的高增益集成电路放大器。1运算放大器的开环电路运算放大器的开环电路open lo
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