模擬電子線路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)

1、第二部分第二部分 模擬電子線路模擬電子線路基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)2.1 二極管的主要參數(shù)與基本應(yīng)用二極管的主要參數(shù)與基本應(yīng)用2.2 三極管的主要參數(shù)與基本應(yīng)用三極管的主要參數(shù)與基本應(yīng)用2.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)與基本應(yīng)用場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)與基本應(yīng)用2.4 集成運(yùn)算放大器及其基本應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及其基本應(yīng)用2.1二極管的參數(shù)測(cè)試與基本應(yīng)用二極管的參數(shù)測(cè)試與基本應(yīng)用l2.1.1二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)l2.1.2二極管的基本應(yīng)用二極管的基本應(yīng)用l一、普通二極管的應(yīng)用一、普通二極管的應(yīng)用l二、發(fā)光二極管的應(yīng)用二、發(fā)光二極管的應(yīng)用l三、穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用三、穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用l四、變?nèi)荻O管的應(yīng)用四、

2、變?nèi)荻O管的應(yīng)用2.1二極管的參數(shù)測(cè)試與基本應(yīng)用二極管的參數(shù)測(cè)試與基本應(yīng)用2.1.1二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)l最大整流電流最大整流電流 IFMl最大反向工作電壓最大反向工作電壓 VRMl反向電流反向電流 IRl交流電阻交流電阻 rlIFM 、VRM通常由器件手冊(cè)查得。通常由器件手冊(cè)查得。 IR和和r可以用晶體管可以用晶體管特性圖示儀進(jìn)行測(cè)量特性圖示儀進(jìn)行測(cè)量UI導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降: : 硅硅管管0.60.7V,鍺鍺管管0.20.3V。反向擊穿電反向擊穿電壓壓U(BR)死區(qū)電壓死區(qū)電壓 硅管硅管0.5V,鍺管鍺管0.2V。UIE+-反向漏電流反向漏電流（很小，（很小， A級(jí)）級(jí)）二極管伏安

3、特性曲線二極管伏安特性曲線2.1二極管的參數(shù)測(cè)試與基本應(yīng)用二極管的參數(shù)測(cè)試與基本應(yīng)用l2.1.2二極管的基本應(yīng)用二極管的基本應(yīng)用l一、普通二極管的應(yīng)用一、普通二極管的應(yīng)用l二、發(fā)光二極管的應(yīng)用二、發(fā)光二極管的應(yīng)用l三、穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用三、穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用l四、變?nèi)荻O管的應(yīng)用四、變?nèi)荻O管的應(yīng)用幾幾種種常常見見二二極極管管的的應(yīng)應(yīng)用用電電路路圖圖2.1.2幾種幾種常見常見的發(fā)的發(fā)光二光二極管極管應(yīng)用應(yīng)用電路電路幾幾種種常常見見穩(wěn)穩(wěn)壓壓二二極極管管應(yīng)應(yīng)用用電電路路2.2三極管的參數(shù)測(cè)試與基本應(yīng)用三極管的參數(shù)測(cè)試與基本應(yīng)用l2.2.1三極管的主要參數(shù)及其測(cè)試三極管的主要參數(shù)及其測(cè)試l直流電流放大系

4、數(shù)直流電流放大系數(shù)l交流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)l穿透電流穿透電流 ICEOl反向擊穿電壓反向擊穿電壓 U（BR）CEO l集電極最大允許電流集電極最大允許電流 ICMl集電極最大允許功耗集電極最大允許功耗 PCMb b c e c e NPNPNP2.2三極管的參數(shù)測(cè)試與基本應(yīng)用三極管的參數(shù)測(cè)試與基本應(yīng)用l2.2.2 三極管的基本應(yīng)用三極管的基本應(yīng)用應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：l（a）簡(jiǎn)易聲光歐姆表）簡(jiǎn)易聲光歐姆表l（b）鋸齒波發(fā)生器）鋸齒波發(fā)生器l（c）自激多諧振蕩器）自激多諧振蕩器l（d）光控路燈）光控路燈l（e）調(diào)頻無(wú)線話筒）調(diào)頻無(wú)線話筒晶體管低頻電路晶體管低頻電路晶體管開關(guān)電路晶體管開關(guān)

5、電路晶體管高頻電路晶體管高頻電路晶體三極管應(yīng)用舉例晶體三極管應(yīng)用舉例（a）簡(jiǎn)易聲光歐姆表）簡(jiǎn)易聲光歐姆表 （b）鋸齒波發(fā)生器）鋸齒波發(fā)生器晶體三極管應(yīng)用舉例晶體三極管應(yīng)用舉例（c）自激多諧振蕩器）自激多諧振蕩器（d）光控路燈）光控路燈晶體三極管應(yīng)用舉例晶體三極管應(yīng)用舉例（e）調(diào)頻無(wú)線話筒）調(diào)頻無(wú)線話筒2.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)與基本應(yīng)用場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)與基本應(yīng)用l2.3.1場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù)場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù)l1）飽和漏電流）飽和漏電流IDSSl2）夾斷電壓）夾斷電壓VP或開啟電或開啟電壓壓VT l3）跨導(dǎo)）跨導(dǎo)gml4) 最大耗散功率最大耗散功率PDM l5）直流輸入電阻）直流輸入電阻RGSl

6、IDSS和和VP （ VT ）可以用電）可以用電流表和電壓表測(cè)得，流表和電壓表測(cè)得， gm可可以用晶體管特性圖示儀測(cè)以用晶體管特性圖示儀測(cè)得。得。dsgN溝道溝道結(jié)型結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管P溝道溝道結(jié)型結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管dsggdsgdsN溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS管管P溝道溝道增強(qiáng)型增強(qiáng)型MOS管管2.3 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)與基本應(yīng)用場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)與基本應(yīng)用l2.3.2 場(chǎng)效應(yīng)管的基本應(yīng)用場(chǎng)效應(yīng)管的基本應(yīng)用 場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件，在只允許從信號(hào)源取極少量場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件，在只允許從信號(hào)源取極少量電流的情況下，應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管。其噪聲系數(shù)比晶體管要小，電流的情況下，應(yīng)選用場(chǎng)效應(yīng)管。其

7、噪聲系數(shù)比晶體管要小，故常用于低噪聲放大器中。因?yàn)檩斎胱杩箻O高，故常用于低噪聲放大器中。因?yàn)檩斎胱杩箻O高，N溝道結(jié)型溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極可以互換，柵極電壓可正可負(fù)，所以場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極可以互換，柵極電壓可正可負(fù)，所以靈活性比晶體管更高。靈活性比晶體管更高。應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：l（a）駐極體話筒電路）駐極體話筒電路l（b）場(chǎng)效應(yīng)管源極跟隨器）場(chǎng)效應(yīng)管源極跟隨器l（c）高穩(wěn)定石英晶體振蕩器）高穩(wěn)定石英晶體振蕩器l（d）擴(kuò)音機(jī)與電唱機(jī)相接的拾音電路）擴(kuò)音機(jī)與電唱機(jī)相接的拾音電路2.3.2 場(chǎng)效應(yīng)管的基本應(yīng)用（舉例）場(chǎng)效應(yīng)管的基本應(yīng)用（舉例）（a）駐極體話筒電路）駐極體話筒電路（b）場(chǎng)效應(yīng)

8、管源極跟隨器）場(chǎng)效應(yīng)管源極跟隨器2.3.2 場(chǎng)效應(yīng)管的基本應(yīng)用（舉例）場(chǎng)效應(yīng)管的基本應(yīng)用（舉例）（c）高穩(wěn)定石英晶體振蕩器）高穩(wěn)定石英晶體振蕩器 （d）擴(kuò)音機(jī)與電唱機(jī)相接的拾音電路）擴(kuò)音機(jī)與電唱機(jī)相接的拾音電路2.4 集成運(yùn)算放大器及其基本應(yīng)用集成運(yùn)算放大器及其基本應(yīng)用l2.4.1 集成運(yùn)放概述集成運(yùn)放概述l2.4.2 集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)l2.4.3 使用集成運(yùn)放時(shí)的注意事項(xiàng)使用集成運(yùn)放時(shí)的注意事項(xiàng)l2.4.4 集成運(yùn)放的基本應(yīng)用集成運(yùn)放的基本應(yīng)用uuuo集成運(yùn)放的符號(hào)集成運(yùn)放的符號(hào) _ A+NPO2.4.1 集成運(yùn)放概述集成運(yùn)放概述l 集成運(yùn)算放大器（集成運(yùn)算放大器

9、（Operational Amplifier，Op-amp）是一種通用的集成電路，廣泛應(yīng)用于各種線性集成電是一種通用的集成電路，廣泛應(yīng)用于各種線性集成電路系統(tǒng)中。路系統(tǒng)中。l早期的集成運(yùn)放主要用于數(shù)學(xué)運(yùn)算（如加、減、乘、早期的集成運(yùn)放主要用于數(shù)學(xué)運(yùn)算（如加、減、乘、除、積分、微分）電路中。除、積分、微分）電路中。l初期是由真空管構(gòu)成，需較高工作電壓，功耗也大。初期是由真空管構(gòu)成，需較高工作電壓，功耗也大。l當(dāng)今的集成運(yùn)放由線性集成電路構(gòu)成，在相對(duì)較低的當(dāng)今的集成運(yùn)放由線性集成電路構(gòu)成，在相對(duì)較低的電壓下工作，且具有更高的可靠性和比較低廉的價(jià)格。電壓下工作，且具有更高的可靠性和比較低廉的價(jià)格。2

10、.4.1 集成運(yùn)放概述集成運(yùn)放概述l 集成運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：集成運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu)：l集成運(yùn)放實(shí)際上是一個(gè)高增益的、高輸入阻抗、集成運(yùn)放實(shí)際上是一個(gè)高增益的、高輸入阻抗、低輸出阻集成運(yùn)放抗，帶深度負(fù)反饋的多級(jí)直接低輸出阻集成運(yùn)放抗，帶深度負(fù)反饋的多級(jí)直接耦合放大器。耦合放大器。集成運(yùn)算放大器內(nèi)部組成原理框圖集成運(yùn)算放大器內(nèi)部組成原理框圖差動(dòng)輸差動(dòng)輸入級(jí)入級(jí)電壓放大電壓放大級(jí)級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)偏置電路偏置電路uiduoNC81234567調(diào)零 UCCIN調(diào)零INUoTO 5 UCC管鍵8金屬封片標(biāo)記凹格標(biāo)記141742.4.1 集成運(yùn)放概述集成運(yùn)放概述l管腳辨識(shí)：管腳辨識(shí)：常見的集常見的集成運(yùn)算放成運(yùn)算放

11、大器有圓大器有圓形、形、 扁平扁平型、型、 雙列雙列直插式等直插式等, 有有8管腳、管腳、 14管腳等。管腳等。12348765調(diào)零 UCCININNC調(diào)零Uo UCC1234567141312111098NCNC調(diào)零ININ UCCNCNCNCNC UCCUo調(diào)零NCMIN-DIP14PIN DIP集成運(yùn)放外形結(jié)構(gòu)示意圖集成運(yùn)放外形結(jié)構(gòu)示意圖2.4.2 集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)l1. 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓VIOl2. 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流IIOl3. 開環(huán)差模直流電壓增益開環(huán)差模直流電壓增益AVOl4. 共模抑制比共模抑制比KCMRl5. 增益帶寬積增益帶寬積l6

12、. 轉(zhuǎn)換速率（擺動(dòng)率）轉(zhuǎn)換速率（擺動(dòng)率）SR2.4.2 集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)l1. 輸入失調(diào)電壓輸入失調(diào)電壓VIOl理想運(yùn)放是，當(dāng)兩輸入端電壓為理想運(yùn)放是，當(dāng)兩輸入端電壓為零（零（ui+=ui-)時(shí)時(shí), 輸出電壓應(yīng)輸出電壓應(yīng)當(dāng)為零。但實(shí)際的集成運(yùn)放難以做到差動(dòng)輸入級(jí)完全對(duì)稱，當(dāng)為零。但實(shí)際的集成運(yùn)放難以做到差動(dòng)輸入級(jí)完全對(duì)稱，實(shí)現(xiàn)這個(gè)指標(biāo)。實(shí)現(xiàn)這個(gè)指標(biāo)。l規(guī)定在室溫（規(guī)定在室溫（25）及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，）及標(biāo)準(zhǔn)電源電壓下，為了使輸出電壓為為了使輸出電壓為零，需在集成運(yùn)放兩輸入端額外附加的補(bǔ)償電壓稱為輸入失零，需在集成運(yùn)放兩輸入端額外附加的補(bǔ)償電壓稱為輸入失調(diào)電壓調(diào)電壓V

13、IO 。 VIO越小越好，越小越好， 一般約為一般約為110mV。可用書中?？捎脮袌D圖2.4.3電路測(cè)試。電路測(cè)試。l2. 輸入失調(diào)電流輸入失調(diào)電流IIOlIIO是當(dāng)運(yùn)放輸出電壓為零時(shí)，兩個(gè)輸入端的偏置電流之差，是當(dāng)運(yùn)放輸出電壓為零時(shí)，兩個(gè)輸入端的偏置電流之差，IIO=|IB+ - IB-|。它是由內(nèi)部元件參數(shù)不一致等原因造成的。它是由內(nèi)部元件參數(shù)不一致等原因造成的。 IIO越小越好，一般為越小越好，一般為1 nA0.1A。2.4.2 集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)l3. 開環(huán)差模直流電壓增益開環(huán)差模直流電壓增益AVOl 集成運(yùn)放在開環(huán)時(shí)（無(wú)外加反饋時(shí)）輸出電壓與集成運(yùn)放在開環(huán)

14、時(shí)（無(wú)外加反饋時(shí)）輸出電壓與輸入差模信號(hào)電壓之比稱開環(huán)差模直流電壓增益輸入差模信號(hào)電壓之比稱開環(huán)差模直流電壓增益AVO。它是決定運(yùn)放運(yùn)算精度的重要因素，常用分它是決定運(yùn)放運(yùn)算精度的重要因素，常用分貝（貝（dB）表示，目前最高值可達(dá)）表示，目前最高值可達(dá)140 dB以上。以上。 可可用書中圖用書中圖2.4.4電路測(cè)試。電路測(cè)試。l4. 共模抑制比共模抑制比KCMRlKCMR是差模電壓放大倍數(shù)是差模電壓放大倍數(shù)AVD與共模電壓放大倍與共模電壓放大倍數(shù)數(shù)AVC之比，之比， 即即KCMR=20lg|AVD/AVC| ，高質(zhì)量的，高質(zhì)量的運(yùn)放運(yùn)放KCMR可達(dá)可達(dá)160 dB?？捎脮袌D可用書中圖2.4.

15、5電路測(cè)試。電路測(cè)試。2.4.2 集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)l5. 增益帶寬積增益帶寬積 AVBWl運(yùn)放的帶寬運(yùn)放的帶寬BW通常等于截止頻率通常等于截止頻率fc。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：增益越高，帶寬越窄，但增益帶寬積不變，明：增益越高，帶寬越窄，但增益帶寬積不變，即即AVBW=常數(shù)常數(shù)。l因此，在給定電壓增益下，運(yùn)放的最高工作頻率因此，在給定電壓增益下，運(yùn)放的最高工作頻率收到增益帶寬積的限制，應(yīng)用時(shí)要特別注意這一收到增益帶寬積的限制，應(yīng)用時(shí)要特別注意這一點(diǎn)。點(diǎn)。l6. 轉(zhuǎn)換速率（擺動(dòng)率）轉(zhuǎn)換速率（擺動(dòng)率）l運(yùn)放在大幅度階躍信號(hào)作用下，輸出信號(hào)所能達(dá)運(yùn)放在大幅度階躍信號(hào)作用

16、下，輸出信號(hào)所能達(dá)到的最大變化率成為轉(zhuǎn)換速率或擺動(dòng)率。用到的最大變化率成為轉(zhuǎn)換速率或擺動(dòng)率。用SR表表示，其單位為示，其單位為V/s。l以上兩個(gè)參數(shù)稱為運(yùn)放的交流參數(shù)。2.4.2 集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)集成運(yùn)放的主要性能參數(shù)理想運(yùn)放參數(shù)特征：理想運(yùn)放參數(shù)特征：l開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益AVo = l開環(huán)帶寬開環(huán)帶寬BW= l輸入電阻輸入電阻Ri = l輸出電阻輸出電阻Ro = 0l當(dāng)當(dāng)V+=V-時(shí)，時(shí)，VO=0l沒(méi)有溫漂沒(méi)有溫漂 1 1、理想運(yùn)放兩輸入端、理想運(yùn)放兩輸入端電壓電壓u+ =u（虛短）（虛短） 2、理想運(yùn)放兩輸入端理想運(yùn)放兩輸入端不取用電流不取用電流i-= i+ =0（虛虛斷斷）

17、由理想運(yùn)放參數(shù)可推出：由理想運(yùn)放參數(shù)可推出：2.4.3 使用集成運(yùn)放時(shí)的注意事項(xiàng)使用集成運(yùn)放時(shí)的注意事項(xiàng)l1.粗測(cè)運(yùn)放的好壞粗測(cè)運(yùn)放的好壞l2.調(diào)零消除失調(diào)誤差調(diào)零消除失調(diào)誤差l3.相位補(bǔ)償消除高頻自激相位補(bǔ)償消除高頻自激l4.過(guò)載保護(hù)措施過(guò)載保護(hù)措施具體見書P252.4.3節(jié)內(nèi)容2.4.4 集成運(yùn)放的基本應(yīng)用集成運(yùn)放的基本應(yīng)用l1.反相放大器反相放大器l2.同相放大器和電壓跟隨器同相放大器和電壓跟隨器l3.差動(dòng)放大器差動(dòng)放大器l4.加（減）法器加（減）法器l5.微分器微分器l6.積分器積分器l7.窗比較器窗比較器l8.RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器l9.方波發(fā)生器方波發(fā)生器l10.階梯波發(fā)生器

18、階梯波發(fā)生器l11.自舉式交流電壓放大器自舉式交流電壓放大器l12.單電源供電交流電壓放大器單電源供電交流電壓放大器運(yùn)放的線性運(yùn)用運(yùn)放的線性運(yùn)用運(yùn)放的運(yùn)放的非線性運(yùn)用非線性運(yùn)用2.4.4 集成運(yùn)放的基本應(yīng)用集成運(yùn)放的基本應(yīng)用l1.反相放大器反相放大器i1=iF+ ib-=iF , ib- =0 ib+ =0v+ =0 v=v+=0平衡電阻平衡電阻( (使輸入端使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相對(duì)地的靜態(tài)電阻相等等):):R RP P=R=R1 1/R/RF FFoiRvRv 1電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù):1RRvvAFioVF 虛地點(diǎn)虛地點(diǎn)_+RFR1RPvivoi1iFib-ib+u-= u+= uii

19、b+ =0ib- =0Au=1+RFR1iF=i1R RP P=R=R1 1/R/RF F1i2ioRuRuu F1i12ou)RR1(u F1)iFi1_+RFR1RPuiuo2.4.4 集成運(yùn)放的基本應(yīng)用集成運(yùn)放的基本應(yīng)用l2. 同相放大器同相放大器Au=1+RFR1當(dāng)當(dāng)RF=0時(shí)時(shí),Au=1uo=ui2. 電壓跟隨器電壓跟隨器此電路是電壓串此電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻大，輸出電阻小，阻大，輸出電阻小，在電路中作用與分在電路中作用與分離元件的射極輸出離元件的射極輸出器相同，但是電壓器相同，但是電壓跟隨性能好。跟隨性能好。_+RFR1RPuiuo)uu(RRu1i2i12

20、o ib+ =0ib- =0ui2R2 R1 + R2 u+ =u- = u+ u- =uo R1 + ui1 R2 R1 + R2 uo R1 + ui1 R2 R1 + R2 ui2R2 R1 + R2 =_+R2R1R1ui2uoR3ui1ib-ib+2.4.4 集成運(yùn)放的基本應(yīng)用集成運(yùn)放的基本應(yīng)用l3. 差動(dòng)放大器（減法器）差動(dòng)放大器（減法器）2.4.4 集成運(yùn)放的基本應(yīng)用集成運(yùn)放的基本應(yīng)用l3. 差動(dòng)放大器應(yīng)用差動(dòng)放大器應(yīng)用2.4.4 集成運(yùn)放的基本應(yīng)用集成運(yùn)放的基本應(yīng)用l4.加法器（反相電壓求和）加法器（反相電壓求和）i1i2iF虛地虛地uo =-(ui1 R1 RF +ui2 R2 RF )若若R1 =R2 =R, u