（中职）电子技术基础与技能模块3教学课件第二版（）.ppt

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1、Y CF（中职）电子技术基础与技能模块3 教学课件第二版模块三集成运算放大电路电子技术基础与技能（电气电力类）（第2版）课题1 集成运算放大器课题2 低频功率放大电路目录上一页下一页返回任务导入进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等等。所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器，而功率放大器对音色的还原质量,有着举足轻重的作用。上一页下一页返回课题1 集成运算放大器

2、一、认识集成运放1.零点漂移(1）零点漂移现象当放大电路处于静态时，即输入信号电压为零时，输出端的静态电压应为恒定不变的稳定值。但是在直流放大电路中，即使输入信号电压为零，输出电压也会偏离稳定值而发生缓慢的、无规则的变化，这种现象叫做零点漂移，简称零漂。如图3-1-1(a)所示直接耦合放大电路，即使将输入端短路，在其输出端也会有变化缓慢的电压输出，即Ui0，U0=0。下一页上一页返回（a）直接耦合放大电路（b）零点漂移现象图3-1-1 直接耦合放大电路及其零点漂移现象课题1 集成运算放大器上一页下一页返回课题1 集成运算放大器(2)产生零点漂移的原因产生零点漂移的原因有电源电压的波

3、动、温度变化、元器件老化等，其中温度变化是产生零漂的最主要的原因，因此，也称为温度漂移。下一页上一页返回课题1 集成运算放大器(3)抑制零点漂移的措施选用稳定性能好的高质量的硅管。采用高稳定度的稳压电源可以抑制电源电压波动引起的零漂。利用恒温系统来减小温度变化引起的零漂。利用两只特性相同的三极管组成差动放大器，它可以有效地抑制零漂。下一页上一页返回请看动画课题1 集成运算放大器2.差动放大电路(1）电路组成图3-1-2是一个基本差动放大电路，它由两个特性相同的三极管VT1和VT2组成对称电路，电路参数均对称(比如RCl=RC2，l=2等)。电路中有两组电源VCC，和VEE。两个三极

4、管的发射极连接在一起，并接了一个恒流源，它提供恒定的发射极电流I0。这个电路有两个输入端和两个输出端，称为双端输入、双端输出差动放大电路。差动放大电路没有耦合电容，是直接耦合放大电路。下一页上一页返回请看动画课题1 集成运算放大器图3-1-2 基本差动放大电路上一页下一页返回课题1 集成运算放大器(2）静态特性当没有输入信号时，即uI1=uI2=0时，由于电路完全对称，这时两个三极管的集电极电流相等，则有ICl=IC2=I0/2，而IC1 RC1=IC2 RC2，故uO=uO1-uO2=0。也就是说，当输入信号为0时，其输出信号也为0。下一页上一页返回课题1 集成运算放大器(3）

5、动态特性 1)差模特性电路的两个输入端各加上一个大小相等、极性相反的电压信号，称为差模输入方式。此时，uIl=uI/2，uI2=-uI/2，若用uID 表示差模输入信号，则有uID=uI1 uI2。在差模输入信号作用下，差动放大电路一个管的集电极电流增加，而另一管的集电极电流减少，使得uO1 和uO2 以相反方向变化，在两个输出端将有一个放大了的输出电压uO。这说明，差动放大电路对差模输入信号有放大作用。下一页上一页返回课题1 集成运算放大器2)共模特性电路的两个输入端各加上一个大小相等、极性相同的电压信号，称为共模输入方式。此时，uIl=uI2=uI/2，若用uIC表示共模输入信号，

6、则有uIC=(uIl+uI2)/2。在共模信号作用下，由于电路参数对称，两管集电极电流的变化是大小相等、方向相同，因此uO1 和uO2 相等，输出端uO=uO1-uO2=0。这说明，差动放大器电路对共模输入信号没有放大作用，起抑制作用。下一页上一页返回课题1 集成运算放大器(4）共模抑制比下一页上一页返回请看动画课题1 集成运算放大器(5）抑制零点漂移在差动放大电路中，温度或电源电压的波动，会引起两管集电极电流相同的变化，其效果相当于共模输入方式。由于电路元器件的对称性及发射极接有恒流源，在理想情况下，可使输出电压保持不变，从而抑制了零点漂移。当然，实际上要做到两管电流完全对称和理

7、想恒流源是比较困难的，由于实际的电路元器件存在微小的不对称，造成差动放大电路静态时的输出电压不为0。但是，可以在差动放大电路中加上调零电路使静态时的输出电压为0。下一页上一页返回课题1 集成运算放大器3.集成运算放大电路简介集成运放具有可靠性高、使用方便、放大性能好(如极高的放大倍数、较宽的通频带、很低的零漂等)等特点。随着技术指标的不断提高和价格日益降低，作为一种通用的高性能放大器，目前已广泛应用在自动控制、精密测量、通信、信号运算、信号处理、波形产生及电源等电子技术应用的各个领域。上一页下一页返回课题1 集成运算放大器4.集成运算放大器的特点：1集成运放采用直接耦合方式，是高质量

8、的直接耦合放大电路。2集成运放采用差动放大电路克服零点漂移。由于在很小的硅片上制作很多元件，所以可使元件的特性达到非常好的对称性，加之采用其它措施，集成运放的输入级具有高输入电阻、高差模放大倍数、高共模抑制比等良好性能。3用有源元件取代无源元件。用电流源电路提供各级静态电流，并以恒流源替代大阻值电阻。4采用复合管以提高电流放大系数。下一页上一页返回课题1 集成运算放大器5.集成运放的组成及各部分的作用集成运放有两个输入端，一个称为同相输入端，一个称为反相输入端；一个输出端；符号如图3-1-3(a)所示。图中，带“-”号的输入端称为反相输入端，带“+”号的输入端称为同相输入端，三角形符号表

9、示运算放大器。“”表示开路增益极高。它的三个端分别用U-、U+和UO 来表示。一般情况下可以不画出电源连线。其输入端对地输入，输出端对地输出。下一页上一页返回图3-1-3 集成运放的符号及内部电路框图课题1 集成运算放大器上一页下一页返回课题1 集成运算放大器(1)输入级输入级又称前置级，它是一个高性能的差动放大电路。输入级的好坏影响着集成运放的大多数参数。(2)中间级中间级是整个电路的主放大器，主要功能是获得高的电压放大倍数。(3)输出级输出级应具有输出电压范围宽，输出电阻小，有较强的带负载能力，非线性失真小等特点。(4)偏置电路偏置电路用于设置集成运放各级放大电路的静态工作

10、点。下一页上一页返回课题1 集成运算放大器6.集成运算放大器的主要参数 1.最大输出电压Uopp 2.开环差模电压放大倍数Auo 3.输入失调电压Uio 4.输入失调电流Iio 5.最大输出电流Iomax 下一页上一页返回课题1 集成运算放大器7.集成运放的种类 1通用型 2低功耗型 3高精度型 4高阻型下一页上一页返回课题1 集成运算放大器8.理想运算放大器(1）理想集成运放的特性开环电压放大倍数Aod=；差模输入电阻rid=；输出电阻ro=0；共模抑制比KCMR=；输入偏置电流IB1=IB2=0。下一页上一页返回课题1 集成运算放大器理想集成运放的两个重要结论(1)虚

11、断路原则（简称虚断）因rid有i+i-0，即理想运放两个输入端的输入电流近似为零。(2)虚短路原则（简称虚短）因Auo，故有u+u-即理想运放两个输入端的电位近似相等。请看动画上一页下一页返回(2）集成运放的传输特性表示输出电压与输入电压之间关系的特性曲线称为传输特性曲线，如图3-1-5所示，可分为线性区和非线性区。1)线性区工作在线性区时，UO和Ui是线性关系，即 UO=AodUi=Aod（U-U+）2)非线性区集成运算放大器工作在非线性区时，这时输出电压只有两种可能。当U-U+时，UO=-UOm当U-U+时，UO=+UOm 此时虚短原则不成立，U-U+，虚断原则仍然成立，即有I-=

12、I+=0。课题1 集成运算放大器上一页下一页返回课题1 集成运算放大器图3-1-5 集成运放的传输特性曲线上一页下一页返回二集成运算放大器的基本运算电路 1.反相比例运算电路如图3-17所示，输入信号ui经外接电阻R1送到反相输入端，而同相输入端通过电阻R2接地。反馈电阻RF跨接在输出端和反相输入端之间，形成电压并联负反馈。输出电压与输入电压是一种比例运算关系，或者说是比例放大的关系，比例系数只取决于RF与RL的比值，而与集成运放本身的参数无关。课题1 集成运算放大器上一页下一页返回图3-1-7 反相比例运算电路原理图课题1 集成运算放大器上一页下一页返回课题1 集成运算

13、放大器2.同相比例运算电路如图31-9所示，输入信号ui经外接电阻R2送到同相输入端，而反相输入端通过电阻R1接地。反馈电阻RF跨接在输出端和同相输入端之间，形成电压串联负反馈。输出电压与输入电压也是一种比例运算关系，或者说是比例放大的关系。同相输入比例放大电路的闭环电压放大倍数也仅与外部电阻R1和RF的比值有关，而与运算放大器本身的参数无关。下一页上一页返回课题1 集成运算放大器图3-1-9 同相比例运算电路原理图上一页下一页返回课题1 集成运算放大器3.差动比例（减法）运算电路减法运算电路是指输出电压与多个输电压和差值呈比例的电路，常用差动输入方式来实现。如图3-112所示。

14、下一页上一页返回课题1 集成运算放大器下一页上一页图3-1-12 减法运算电路返回课题1 集成运算放大器4.加法运算电路如果在反相比例运算电路的输入端增加若干输入电路，如图3-114所示，则构成反相加法运算电路。下一页上一页返回课题1 集成运算放大器下一页上一页图3-1-14 加法运算电路返回课题1 集成运算放大器三、放大电路中的负反馈1反馈的基本概念将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部，通过某种电路（称为反馈电路）送回到输入回路，从而影响输入信号的过程称为反馈。反馈到输入回路的信号称为反馈信号。如图3-1-16所示为负反馈放大电路的原理框图，它由基本放大电路A、反馈

15、网络F和比较环节三部分组成。基本放大电路由单级或多级组成，完成信号从输入端到输出端的正向传输。反馈网络一般由电阻元件组成，完成信号从输出端到输入端的的反向传输，即通过它来实现反馈。图中箭头表示信号的传输方向，xi、xo、xf和xd分别表示外部输入信号、输出信号、反馈信号和基本放大电路的净输入信号，它们既可以是电压，也可以是电流。比较环节实现外部输入信号与反馈信号的叠加，以得到净输入信号xd。返回下一页上一页课题1 集成运算放大器图3-1-16 负反馈放大电路的原理框图上一页下一页返回课题1 集成运算放大器设基本放大电路的放大倍数为A，反馈网络的反馈系数为F，则反馈放大电路的放大倍数为：

16、通常称Af为反馈放大电路的闭环放大倍数，A为开环放大倍数，1+AF为反馈深度，它反应了负反馈的程度。上一页下一页返回课题1 集成运算放大器(1）正反馈与负反馈凡是反馈信号削弱输入信号，也就是使净输入信号减小的反馈称为负反馈，负反馈有着抑制和稳定系统输出量变化的作用；反馈信号如能起到加强净输入量的作用，则称为正反馈。(2）直流反馈与交流反馈反馈信号中只含直流成分的称直流反馈，只含交流成分的，则称交流反馈。直流反馈仅对放大电路的直流性能（如静态工作点）有影响；交流反馈则只对其交流性能有影响（如放大倍数、输入电阻、输出电阻等），而交、直流反馈则对二者均有影响。2负反馈的类型上一页下一页返

17、回课题1 集成运算放大器(3）电压反馈与电流反馈根据反馈信号是反映输出量中的电压还是电流，有电压反馈和电流反馈之分。反馈信号取自输出电压的称电压反馈，取自输出电流的则称电流反馈。电压反馈时，反馈网络与基本放大电路在输出端并联连接，反馈信号正比于输出电压；电流反馈时，反馈网络与基本放大电路在输出端串联连接，反馈信号正比于输出电流。一般，在放大电路中引入电压负反馈，可以稳定输出电压；引入电流负反馈，则可以稳定输出电流。(4）串联反馈与并联反馈根据反馈信号与输入信号在输入回路的作用方式，反映在电路连接上是串联还是并联，有串联反馈和并联反馈之分。反馈信号与输入信号在输入回路中串联连接着，称串联反馈

18、；并联连接着则称并联反馈。在放大电路中引入串联负反馈，可以使放大电路的输入电阻增大；引入并联负反馈，则可以使放大电路的输入电阻减小。上一页下一页返回下一页上一页课题2 低频功率放大电路一、认识低频功率放大器1低频功率放大器的基本要求(1)具有足够大的输出功率(2)效率要高(3)非线性失真要小(4)散热性能好返回下一页上一页课题2 低频功率放大电路 2低频功率放大器的分类常见的功率放大器按晶体管静态工作点Q在交流负载线上的位置不同，可分为甲类、乙类和甲乙类三种，如图3-2-2所示。(1）以晶体管的静态工作点位置分类下一页上一页课题2 低频功率放大电路图3-2-2 功率放大器的三种

19、工作状态返回下一页上一页课题2 低频功率放大电路有输出变压器功率放大器。无输出变压器功率放大器（又称OTL功率放大器）。无输出电容器功率放大器（又称OCL功率放大器）。平衡式无输出变压器功率放大器（又称BTL功率放大器）。(2）以功率放大器输出端特点分类返回下一页上一页课题2 低频功率放大电路 3功放管的散热和安全使用热的传导路径称热路，阻碍热的传导的特性称热阻。真空不易传热，其热阻大；金属的传热性能好，其热阻小。(1）热阻的概念(2）提高功放管散热能力的措施利用金属材料热阻小的特点，将功放管的集电极（通常就是管壳）安装在金属片上，这金属片一般选用铜或铝材，为增大散热面积而做成凹凸形

20、，为增大散热效果而制作成黑色，通常称做散热器、散热片、散热板。例如3AD50A型功放管，不加散热片时，它允许的最大集电极功耗PCM为1W；若加接1201204mm3的散热片时，允许的PCM为10W，如图3-2-3所示。返回下一页上一页课题2 低频功率放大电路图3-2-3 安装散热器的功放管返回下一页上一页课题2 低频功率放大电路应使功放管工作在安全区以内，耐压和功耗要留有充分的余量，注意改善功放管集电极的散热条件，防止集电结温度过高。在使用时尽量避免功放管过压和过流的可能性，避免负载出现开路、短路或过载。不要突然加大信号，不允许电源电压有较大的波动。(3）功放管的安全使用问题返回下一页

21、上一页课题2 低频功率放大电路二、低频功率放大器的应用1.单电源互补对称功率放大电路（OTL功率放大器）OTL功率放大器采用输出端耦合电容取代输出耦合变压器。图3-2-4（a）所示为乙类单电源互补对称功率放大器。电路中，VT1和VT2是OTL功率放大器输出管，C是输出端耦合电容，BL1是扬声器。返回下一页上一页课题2 低频功率放大电路图3-2-4 单电源互补对称功率放大器返回下一页上一页课题2 低频功率放大电路 2.双电源互补对称功率放大电路（OCL功率放大器）OCL功率放大器是指没有输出端耦合电容的功率放大器电路。如图3-2-6所示。从电路中可以看出，这一放大器电路采用正、负电源供

22、电，即+VCC和VCC，并且是对称的正、负电源供电，也就是+VCC和VCC的电压大小相等，这是OCL功率放大器电路的一个特点。返回下一页上一页课题2 低频功率放大电路图3-2-6 双电源互补对称功率放大器返回下一页上一页课题2 低频功率放大电路 OCL功率放大器与OTL功率放大器比较具有下列特点：（1）省去了输出端耦合电容器，扬声器直接与放大器输出端相连，如果电路出现故障，功率放大器输出端直流电压异常，这一异常的直流电压直接加到扬声器上，因为扬声器的直流电阻很小，便有很大的直流电流通过扬声器，损坏扬声器是必然的。所以，OCL功率放大器使扬声器被烧坏的可能性大大增加，这是一个缺点。在一些OCL功率放大器中为了防止扬声器损坏，设置了扬声器保护电路。（2）由于要求采用正、负对称直流电源供电，电源电路的结构复杂，增加了电源电路的成本。所谓正、负对称直流电源就是正、负直流电源电压的绝对值相同，极性不同。（3）无论什么类型的OCL功率放大器，其输出端的直流电压等于0V，这一点要牢记，对检修十分有用。检查OCL功率放大器是否出现故障，只要测量这一点的直流电压是不是为0V，不为0V就说明放大器已出现故障。返回

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