电子技术(运放)W剖析课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,1.3,集成运算放大器及其应用,+U,CC,R,C,R,1,T,2,R,B,u,o,R,C,R,1,T,1,R,B,u,i2,u,i1,u,o,=u,C1,-u,C2,u,C1,u,C2,1.3.1,差动放大器的工作原理 类型及优点,1,基本差动放大电路的组成 工作原理,优点：抑制温漂 原理如下,:,u,o,=u,C1,-u,C2,=0,u,o,=(u,C1,+,u,C1,)-(u,C2,+,u,C2,)=0,当,u,i1,=,u,i2,=0,时，,当温度变化时：,特点：,对称性,u,C1,=u,C2,u,C1,=,u,C2,+U,CC,R,C,R,1,T,2,R,B,u,o,R,C,R,1,T,1,R,B,u,i2,u,i1,u,C1,u,C2,2.,具有恒流源的差动放大电路,电路结构,:,R,2,T,3,R,1,R,3,-U,EE,I,C3,+U,CC,u,i2,u,o,E,R,C,T,1,R,C,T,2,u,i1,电路特点：,I,C3,具有恒流特性,抑制温漂的原理,T C,I,C1,I,C2,I,C1,+I,C2,=I,C3,=I,E3,U,BE3,=U,B3,-U,E3,R,2,T,3,R,1,R,3,-U,EE,I,C3,+U,CC,u,i2,u,o,E,R,C,T,1,R,C,T,2,u,i1,I,E3,R,2,R,1,+R,2,（U,CC,-U,EE,）+（-U,EE,）,U,B3,=,认为稳定,U,E3,=I,E3,R,3,-U,EE,I,C3,结论：,I,C3,保持恒流，对共模信号抑制，对差模信号相当于短路,恒流源相当于阻值很大的电阻。,恒流源不影响差模放大倍数。,恒流源使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比。理想的恒流源相当于阻值为无穷大的电阻，所以共模抑制比无穷大。,恒流源的作用,1.3.2,集成运算放大器,1.,集成运算放大器的组成和工作原理,大量采用,NPN,晶体管,可制造小电阻,和小电容,PNP,晶体管性能差,不能制造大电容和电感,大电阻外接,集成电路特点,集成运算放大器的组成,（,1,）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级,一般采用差动放大器。,（,2,）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。,（,3,）输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。,集成运算放大器符号,反相输入端,u,同相输入端,u,+,输出端,u,o,国际符号：,国内符号：,集成运算放大器的技术指标,(1),开环差模电压放大倍数,(,开环增益,),大,A,o,(A,d,)=,u,o,/(u,+,-u,-,)=10,5,-10,7,倍,;,(2),共模抑制比高,CMRR=100dB,以上,;,(3),输入电阻大,r,i,1M,有的可达,100,M,以上,;,(4),输出电阻小,r,o,=,几,-,几十,2.,理想集成运放的条件,在分析实际的电子电路时，为了简化分析与计算，都把运算放大器看作是理想运放。理想运放要满足以下三个条件：,开环电压放大倍数无穷大，即：,A,d,；,输入电阻,R,i,为无穷大，即：,R,i,；,输出电阻为零，即：,R,0,0,。,u,o,=,A,o,(,u,+,u,),A,o,u,+,u,0,u,+,u,u,o,u,u,+,i,b,-,i,b,+,u,+,=,u,虚短,i,b,-,=,i,b,+,=0,虚断,r,i,i,b,-,0,i,b,+,0,集成运算放大器的分析方法,运放线性运用,信号的放大、运算,恒压源、恒流源电路,有源滤波电路,在运放的线性应用中，运放的输出与输入之间加,负反馈,，使运放工作于线性状态。,1.3.3,集成,运算放大器的应用,1.,信号运算电路,信号运算电路包括反相运算电路、同相运算电路、积分和微分电路等。,反相比例运算电路,_,+,+,R,F,R,f,R,u,i,u,o,i,1,i,F,i,b,-,i,b,+,虚地点,i,1,=,i,F,+,i,b,-,=,i,F,i,b,-,=0,i,b,+,=0,u,+,=0,u,=,u,+,=0,平衡电阻,(,使输入端对地的静态电阻相等,):R=,R,f,/R,F,电压放大倍数,:,i,(1),反相比例,、,求和电路,反相求和运算：,_,+,+,R,F,R,1,R,2,u,2,u,o,R,P,u,1,i,1,i,2,i,F,虚地,u,o,=-(,u,1,R,1,R,F,+,u,2,R,2,R,F,),若,R,1,=,R,2,=,R,u,o,=-,(u,1,R,R,F,+,u,2,),取,R=R,1,/R,2,/R,F,u,o,_,+,+,R,F,R,1,R,P,u,i,i,b,+,=0,i,b,-,=0,i,1,+,i,2,=,i,F,u,1,R,1,=,u,2,R,2,+,-,u,o,R,F,例题：图,1.3-7,所示电路，,R,F,20k,，,R,1,5k,，,R,2,4k,R,3,10k,，,u,1,1.2V,u,2,1.5V,，,u,3,0.8V,。求电路输出电压,u,O,。,解：,u,O,(4.8,7.5,1.6),1.1V,u,o,_,+,+,R,F,R,f,R,u,i,i,1,i,F,i,-,i,+,i,1,=,i,F,+,i,-,=,i,F,i,-,=0,i,+,=0,u,-,=,u,+,=,u,i,平衡电阻,(,使输入端对地的静态电阻相等,):R=,R,f,/R,F,电压放大倍数,:,(2),同相比例运算电路：,_,+,+,R,F,R,f,R,P,u,i,u,o,A,u,=1+,R,F,R,f,当,R,F,=0,时,A,u,=1,u,o,=,u,i,电压跟随器,电压跟随器具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点，在电路中常起隔离及增大带负载能力的作用。,_,+,+,R,3,R,2,R,1,u,1,u,o,R,4,u,2,令,u,1,=0,令,u,2,=0,(3),减法运算电路,(4),积分运算电路,i,1,i,F,u,i,-,+,+,R,R,P,C,u,o,u,c,u,c,=-,u,o,i,b,+,=0,i,b,-,=0,i,F,=C,du,c,dt,-C,du,o,dt,u,i,R,=,u,-,=u,+,=0,应用举例：输入方波，输出是三角波。,t,u,i,0,t,u,o,0,(,),微分运算电路,图,1.3-11,微分运算电路,2,电压比较器,比较器,是集成运放的开环运用，增益很高，不能做放大器,。,输出只有两种状态（最高和最低电平），因而工作在非线性状态,。,比较器,用途,1,、,小信号检测,2,、,波形变换或整形电路,3,、,电压控制。,u,o,u,i,0,+U,OM,-U,OM,+,+,u,o,u,i,过零比较器,:,当,U,R,=0,时,+,+,u,o,u,i,u,o,u,i,0,+U,OM,-U,OM,单,限,比较器,+,+,u,o,u,i,U,R,u,o,u,i,0,+,U,om,-,U,om,U,R,U,R,为参考电压,当,u,i,U,R,时,u,o,=,+,U,om,当,u,i,U,R,时,u,o,=,-,U,om,特点,:,运放处于,开环状态,+,+,u,o,u,i,U,R,u,o,u,i,0,+,U,om,-,U,om,U,R,当,u,i,U,R,时,u,o,=,-,U,om,若,u,i,从反相端输入,单,限,比较器,+,+,u,o,u,i,t,u,i,t,u,o,+,U,om,-,U,om,例题：利用电压比较器将正弦波变为方波。,+,+,u,i,u,o,u,i,0,+U,Z,-U,Z,用稳压管稳定输出电压,u,o,U,Z,u,o,u,i,0,+U,OM,-U,OM,+,+,u,o,u,i,忽略了,U,F,迟滞比较器,1,、,因为有正反馈，所以输出饱和。,2,、当,u,o,正饱和时,(,u,o,=+U,OM,),：,OM,F,f,f,+,U,U,R,R,R,U,TH1,=,+,=,3,、当,u,o,负饱和时,(,u,o,=-U,OM,),：,+,+,u,o,R,R,F,R,f,u,i,U,+,F,f,f,-,U,(-U,OM,),R,R,R,U,TH2,=,+,=,+,+,u,o,R,R,2,R,1,u,i,U,+,u,o,u,i,0,+,U,om,-,U,om,U,TH1,U,TH2,设,ui,当,u,i,=,U,TH1,u,o,从,+U,OM,-U,OM,传输特性,u,o,u,i,0,+,U,om,-,U,om,U,TH1,U,TH2,U,TH1,上门限电压,U,TH2,下门限电压,U,TH 1,-,U,TH2,称为回差,OM,F,f,f,U,U,R,R,R,TH1,+,=,OM,F,f,f,U,U,R,R,-,R,TH2,+,=,t,u,i,U,TH1,U,TH2,t,u,o,U,om,-,U,om,例,:,设输入为正弦波,画出输出的波形。,+,+,u,o,R,R,2,R,1,u,i,U,+,加上参考电压后的迟滞比较器,+,+,u,o,R,R,2,R,1,u,i,U,R,上下限：,u,o,u,i,0,U,TH1,U,TH2,传输特性,+U,OM,-U,OM,例题：,R,1,=10k,，,R,2,=20k,，,U,OM,=12V,，,U,R,=9V,当输入,u,i,为如图所示的波形时，画 出输出,u,o,的波形。,u,o,u,i,0,U,TH1,U,TH2,+,+,u,o,R,R,2,R,1,u,i,U,R,传输特性,上下限：,=10V,=2V,2V,10V,u,i,u,o,+U,OM,-U,OM,u,o,u,i,0,U,+H,U,+L,传输特性,+U,OM,-U,OM,+,+,u,o,R,R,2,R,1,u,i,U,R,+,+,u,o,R,R,2,R,1,u,i,U,R,u,o,u,i,0,U,+H,U,+L,+,+,u,o,R,R,2,R,1,u,i,U,+,u,o,u,i,0,+,U,om,-,U,om,U,+H,U,+L,迟滞比较器两种电路,传输特性,的比较,:,3,有源滤波器,滤波电路的种类,:,按信号性质,:,模拟滤波器,和数字滤波器,按电路功能,:,低通滤波器高通滤波器,带通滤波器带阻滤波器,按所用元件,:,无源滤波器和,有源滤波器,按阶数,:,一阶,二阶,高阶,传递函数：,幅频特性,相频特性,filter,传递函数、幅频特性,滤波器分类,(,按频率特性进行分类,),：,低通,高通,带通,带阻,R,R,1,R,F,C,+,-,+,（,1,）有源低通滤波器,传递函数,RC,RC,传递函数中出现,的一次项,故称为一阶滤波器,幅频特性：,相频特性：,R,R,1,R,F,C,+,-,+,幅频特性及幅频特性曲线,0,1+R,F,/R,1,0.707(1+R,F,/R,1,),0,传递函数,RC,（,2,）,有源高通滤波器,R,1,RC,R,R,1,R,F,C,+,-,+,低通,R,R,1,R,F,C,+,-,+,高通,传递函数,1,RC,幅频特性及幅频特性曲线,传递函数,1,RC,幅频特性：,0,0,1+R,F,/R,1,0.707(1+R,F,/R,1,),0,R,R,1,R,F,C,+,-,+,（,3,）二阶有源低通滤波器,R,R,1,R,F,C,+,-,+,C,R,P,，A,F,=1+R,F,/R,1,传递函数中出现,的二次项,故称为二阶滤波器,，,0,3dB,幅频特性曲线,R,1,=,时：,A,F,=1,时：,R,C,+,-,+,C,R,一阶低通和二阶低通,幅频特性曲线,的区别,0,-3db,A,F,理想低通,一阶低通,二阶低通,阶数越高，,幅频特性曲线,越接近理想滤波器,随着半导体工艺的发展，现在已生产并广泛应用的单片集成稳压电源，具有体积小，可靠性高，使用灵活，价格低廉等优点。最简单的集成稳压电源只有输入，输出和公共引出端，故称之为三端集成稳压器。,本节主要介绍常用的,W7800,系列,三端集成稳压器，其内部也是串联型晶体管稳压电路。,该组件的外形如下图，稳压器的硅片封装在普通功率管的外壳内，电路内部附有短路和过热保护环节。,1.3.4,集成稳压电源,1,端,:,输入端,2,端,:,公共端,3,端,:,输出端,W7800,系列稳压器外形,1,2,3,1,端,:,公共端,2,端,:,输入端,3,端,:,输出端,W7900,系列稳压器外形,1,2,3,注：金属封装和塑料封装管脚定义不同，,使用时一定要先查手册。,注：,型号后,XX,两位数字代表输出电压值,输出额定电压值有如下系列,:,5V,、,9V,、,12V,、,18V,、,24V,等。,三端集成,稳压器,固定式,可调式,正稳压,W78XX,负稳压,W79XX,集成稳压电源的分类,应用电路,输出为固定正压时的接法如图所示,。,注意：,输入与输出端之间的电压不得低于,3V,！,+,_,W7800,系列稳压器 基本接线图,C,o,W7800,C,I,U,I,+,_,U,o,1,3,2,0.11,F,1,F,（,1,）正负电压同时输出的电路,正负电压同时输出电路,W78XX,C,I,U,I,+,_,U,O,1,3,2,+,_,C,I,W79XX,1,3,C,O,C,O,2,U,O,C,O,W78XX,C,I,U,I,+,_,+,_,U,O,1,3,2,U,XX,U,Z,R,D,Z,U,XX,:,为,W78XX,固定输出电压,U,O,=,U,XX,+,U,Z,（,2,）提高输出电压的电路,（,3,）扩大输出电流的电路,2,W317,系列三端可调稳压器,CW117,、,CW217,和,CW317,为单片式三端可调正电压稳压器,输出电压在,1.2,37V,范围内连续可调，能提供,1.5A,以上的输出电流，应用时只需外接两个电阻，就可调整到所要求的输出电压值。,图,1.3-27 W317,系列外形与管脚排列,图,1.3-28,是,W317,稳压器的实际应用电路图。,图,1.3-28 W317,稳压器实际应用电路图,