電子技術基礎與技能

電子技術基礎與技能第1頁/共45頁理解反饋的概念，了解負反饋應用于放大器中的類型；了解集成運放電路結(jié)構(gòu)及抑制零點漂移的方法，理解差模與共模、共模抑制比的概念；掌握集成運放的符號及器件的引腳功能；了解集成運放的主要參數(shù)、理想集成運放的特點；能識讀由理想集成運放構(gòu)成的常用電路（反相輸入、同相輸入、差分輸入運放電路和加法、減法運算電路），會估算輸出電壓值；了解集成運放的使用常識，會根據(jù)要求正確選用元器件；會安裝和使用集成運放組成的應用電路。第2頁/共45頁3.1.1放大器中的負反饋反饋放大器的一般形式反饋系數(shù)

開環(huán)放大倍數(shù)

閉環(huán)放大倍數(shù)

一、反饋放大器的組成反饋放大器的一般形式如圖所示。第3頁/共45頁3.1.1放大器中的負反饋二、反饋類型1.直流反饋和交流反饋根據(jù)反饋量是直流量還是交流量，可將反饋分為直流反饋和交流反饋。若將直流量反饋到輸入端，稱為直流反饋。直流反饋多用于穩(wěn)定靜態(tài)工作點。若將交流量反饋到輸入端，稱為交流反饋。交流反饋多用于改善放大器的動態(tài)性能。

2.正反饋和負反饋根據(jù)反饋的效果可以區(qū)分反饋的極性。當輸入量不變時，引入反饋后使凈輸入量增加，放大倍數(shù)增加的反饋稱為正反饋。正反饋多用于振蕩電路和脈沖電路。當輸入量不變時，引入反饋后使凈輸入量減小，導致電路放大倍數(shù)減小的反饋稱為負反饋。負反饋多用于改善放大器的性能。第4頁/共45頁3.1.1放大器中的負反饋三、負反饋放大器的四種組態(tài)

放大器引入交流負反饋后，稱為負反饋放大器。在負反饋放大器中，根據(jù)反饋網(wǎng)絡與放大器輸出端連接方式的不同，可分為電壓和電流反饋，當反饋量取自輸出電壓時稱為電壓反饋，取自輸出電流時稱為電流反饋；根據(jù)反饋網(wǎng)絡與放大器輸入端連接方式不同，可分為串聯(lián)和并聯(lián)反饋，當反饋量與輸入量以電壓方式相疊加時稱為串聯(lián)反饋，以電流方式相疊加時稱為并聯(lián)反饋。這樣，交流負反饋放大器有四種組態(tài)，即電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)、電流串聯(lián)、電流并聯(lián)，不同組態(tài)的負反饋對放大器輸入、輸出電阻的影響也不一樣。第5頁/共45頁3.1.2集成運放的符號及引腳功能

一、圖形符號

圖形符號如圖所示。表示運放表示開環(huán)增益極高

第6頁/共45頁3.1.2集成運放的符號及引腳功能

二、引腳功能

在實際應用中，集成運放除了輸入和輸出端，還有電源端，有些運放還有調(diào)零和相位補償端。實物及引腳排列如圖所示。第7頁/共45頁3.1.3集成運放的組成和主要參數(shù)

一、集成運放的組成框圖集成運放由四部分組成，包括輸入級、中間級、輸出級以及偏置電路。如圖所示。第8頁/共45頁3.1.3集成運放組成和主要參數(shù)

一、集成運放的組成框圖1.輸入級

由于集成運放是采用高增益多級直接耦合的放大電路，前級放大電路產(chǎn)生的零點漂移會被逐級放大，在末級輸出端形成大的漂移電壓，嚴重時甚至淹沒信號電壓，使放大電路無法正常工作。因此解決零點漂移成為集成運放的首要任務，為此運放輸入級都采用差分放大電路。

2.中間級中間級的作用是提供高的放大倍數(shù)，通常由一或兩級有源負載放大電路構(gòu)成。第9頁/共45頁3.1.3集成運放組成和主要參數(shù)

一、集成運放的組成框圖3.輸出級集成運放的輸出級一般由互補對稱電路或準互補對稱電路構(gòu)成，以提高運放的輸出功率和帶負載能力。

4.偏置電路

為各級提供穩(wěn)定的靜態(tài)工作電流，確保靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。第10頁/共45頁二、集成運放的主要參數(shù)

3.1.3集成運放組成和主要參數(shù)

1.開環(huán)差模增益

指集成運放本身的差模增益，即。它體現(xiàn)了集成運放的電壓放大能力，一般在之間。

2.開環(huán)共模增益

指集成運放本身的共模增益，它反映集成運放抗溫漂、抗共模干擾的能力，優(yōu)質(zhì)的集成運放

應接近于零。

3.共模抑制比

用來綜合衡量集成運放的放大能力和抗溫漂、抗共模干擾的能力，一般應大于80dB。4.差模輸入電阻

指差模信號作用下集成運放的輸入電阻。

5.輸入失調(diào)電壓

指為使輸出電壓為零，在輸入級所加的補償電壓值。

6.失調(diào)電壓溫度系數(shù)

指溫度變化時所產(chǎn)生的失調(diào)電壓變化的大小，它直接影響集成運放的精確度，一般為幾十微伏/度。

7.轉(zhuǎn)換速率

衡量集成運放對高速變化信號的適應能力，一般為幾伏/微秒。第11頁/共45頁3.1.4集成運放的理想特性一、理想運放的概念(1)開環(huán)差模放大倍數(shù)趨于無窮大它將可以放大幾乎所有的輸入信號。

(2)兩輸入端之間的輸入電阻趨于無窮大具有這樣的輸入阻抗，運放就不消耗信號源的能量。

(3)輸出電阻為零這時，運放就可以接任何負載。

(4)共模抑制比趨于無窮大。

(5)漂移為零。第12頁/共45頁二、理想運放特點3.1.4集成運放的理想特性工作在線性放大狀態(tài)的理想運放具有兩個重要特點：1.虛短：兩輸入端電位相等，即對于理想運放，由于

∞,而輸出電壓

為有限值，則有差模輸入電壓

相當于兩輸入端短路，但又不是真正的短路，故稱為“虛短”。如圖所示。2.虛斷：凈輸入端電流等于零，即理想運放的差模輸入電阻

∞,流經(jīng)運放兩輸入端的電流

相當于兩輸入端斷開，但又不是真正的斷開，故稱為“虛斷”。如圖所示。第13頁/共45頁3.1.5集成運放的基本運用一、反相輸入放大器反相輸入放大器是將輸入信號

加到運放的反相輸入端。如圖所示。

根據(jù)理想運放的

，有則輸出電壓為

反相放大器的電壓放大倍數(shù)為

第14頁/共45頁二、同相輸入放大器3.1.5集成運放的基本運用同相輸入放大器是將輸入信號

是通過加到運放的同相輸入端。利用理想運放“虛斷”與“虛短”的概念，那么，同相放大器中由于

，則，即輸出電壓為同相放大器的電壓放大倍數(shù)為第15頁/共45頁三、差分輸入放大器3.1.5集成運放的基本運用

差分輸入放大器有兩個輸入信號

和

，

通過

加到運放的反相輸入端。如圖所示。

當

單獨作用時，，電路為反相輸入方式，輸出電壓為

當

單獨作用時，，電路為同相輸入方式，輸出電壓為01=Iu

差分輸入放大器可以實現(xiàn)減法運算。當圖中時，輸出電壓為

第16頁/共45頁3.1.6集成運放的使用常識一、集成運放的調(diào)零

集成運放調(diào)零的作用，是保證運放實現(xiàn)零輸入時的零輸出。當選用的運放有調(diào)零端，應查閱集成電路手冊，按接線圖正確接上調(diào)零電位器進行調(diào)零。集成運放實物如圖所示。集成運放實物第17頁/共45頁3.1.6集成運放的使用常識二、集成運放的保護1.輸入保護為了防止由于集成運放輸入電壓過高而引起的運放損壞，輸入保護電路在運放輸入端加限幅保護，圖中所示的是反相輸入保護電路。由圖可知，兩個二極管VD1、VD2和電阻

構(gòu)成了限幅電路，這樣，運放的輸入電壓的幅度被限制在二極管的正向?qū)▔航担行У胤乐沽瞬钅Ｐ盘栠^大的現(xiàn)象出現(xiàn)。2.輸出保護

為了防止輸出端可能接到外部過高的電壓上而造成的運放損壞，可在輸出端接入雙向穩(wěn)壓管，如圖所示。3.電源端反接保護圖示是利用二極管的單向?qū)щ娦詷?gòu)成的電源端保護電路。一旦電源接反，二極管VD1、VD2反向截止，切斷電源，而電源極性連接正確時二極管因正偏，從而保護集成運放不受損壞。第18頁/共45頁了解低頻功率放大器的基本要求和分類；能識讀OTL、OCL功率放大器的電路圖；了解功放器件的安全使用知識；了解典型功放集成電路的引腳功能，能按工藝要求裝接典型電路。第19頁/共45頁3.2.1功率放大器的要求與分類一、功率放大器的基本要求1.盡可能大的輸出功率功率放大器提供給負載的信號功率稱為輸出功率

。

2.盡可能高的效率功率放大器的最大輸出功率與電源所提供的功率之比稱為效率

。第20頁/共45頁3.2.1功率放大器的要求與分類一、功率放大器的基本要求3.較小的非線性失真處在大信號工作狀態(tài)的功率放大器，不可避免地會產(chǎn)生非線性失真。因此，必須將功率放大器的非線性失真限制在允許范圍內(nèi)。

4.較好的散熱裝置由于功放管工作在極限運用狀態(tài)，管耗大。其中大部分被集電結(jié)承受轉(zhuǎn)化為熱量，使集電結(jié)溫度升高。第21頁/共45頁(1)功放管靜態(tài)工作點選擇在放大區(qū)內(nèi)的稱為甲類功放電路在工作過程中功放管處于導通狀態(tài)，輸出波形無失真。由于設置的靜態(tài)電流大，放大器的效率較低，最高只能達到50%。如圖所示。3.2.1功率放大電路的要求與分類二、功率放大電路的分類(2)功放管靜態(tài)工作點設置在截止區(qū)邊緣的稱為乙類功放電路在工作過程中功放管僅在輸入信號的正半周導通，負半周時功放管截止，只有半波輸出。由于幾乎無靜態(tài)電流，電路的功率損耗減到最少，使效率大大提高。在實際使用中，乙類功放電路采用兩個功放管組合起來交替工作，就可輸出完整的信號。

如圖所示。(3)功放管的靜態(tài)工作點介于甲類和乙類之間的稱為甲乙類功放電路它的波形失真情況和效率介于上述兩類之間。是實用功放電路經(jīng)常采用的方式。

如圖所示。第22頁/共45頁3.2.2OCL電路

一、電路構(gòu)成

OCL基本電路結(jié)構(gòu)如圖所示。圖中VT1、VT2是一對特性對稱的NPN管和PNP管，電路工作在乙類狀態(tài)。第23頁/共45頁3.2.2OCL電路

二、工作原理1.靜態(tài)分析

時，由于電路結(jié)構(gòu)對稱，無偏置電壓，

，A點的靜態(tài)電位

，流過

的靜態(tài)電流為零。

2.動態(tài)分析設輸入信號

為正弦信號。在

正半周內(nèi)，VT1導通，VT2截止，VT1的集電極電流

流經(jīng)方向如圖，在

負半周內(nèi)，VT2導通，VT1截止，VT2的集電極電流

流經(jīng)方向如圖。由于VT1和VT2管型相反，特性對稱，在

整個周期，VT1、VT2交替工作，互相補充，向負載提供了完整的輸出信號。第24頁/共45頁3.2.2OCL電路

三、輸出功率和效率在OCL電路中，負載上輸出電壓和電流的最大值為則最大輸出功率為

在理想條件下，可以推得OCL電路的最大效率為78.5﹪。第25頁/共45頁3.2.2OCL電路

四、交越失真在OCL基本電路中，當輸入電壓小于三極管的開啟電壓時，VT1、VT2均截止，從而出現(xiàn)如圖所示的交越失真現(xiàn)象。一旦音頻功率放大器出現(xiàn)交越失真，會使聲音質(zhì)量明顯下降。為了避免交越失真，在實際使用的OCL電路中，必須設置合適的靜態(tài)工作點。第26頁/共45頁3.2.3

單電源互補對稱功率放大電路

單電源互補對稱功率放大電路，又稱無輸出變壓器功率放大電路，簡稱OTL電路。

一．電路構(gòu)成

電路為OTL電原理圖。與OCL電路不同的是，電路有雙電源改為單電源供電，輸出端經(jīng)大電容CL與負載RL耦合。

電路原理圖如圖所示。OTL電路原理圖第27頁/共45頁3.2.3

單電源互補對稱功率放大電路

二．工作原理

1．靜態(tài)分析

ui=0時，IB=0，由于兩管特性對稱，

A點的靜態(tài)電位UA=

，則CL上充有左正右負的靜態(tài)電壓，由于CL容量很大，相當于一個電壓為的直流電源。此外，在輸出端耦合電容CL的隔直作用下，流過RL的靜態(tài)電流為零。

2．動態(tài)分析

在ui正、負周期，電路與OCL電路相似，VT1、VT2交替工作，互相補充，通過CL的耦合，向負載RL提供完整的輸出信號。

第28頁/共45頁3.2.3

單電源互補對稱功率放大電路

三．輸出功率和效率

由于OTL電路采用單電源供電，各管電源工作電壓是，負載RL上輸出電壓和電流的最大值為，則最大輸出功率為OTL電路的最大效率也為78.5﹪。第29頁/共45頁3.2.4集成功率放大器

集成功率放大器以其輸出功率大、外圍連接元件少、使用方便等優(yōu)點，使其應用越來越廣泛。目前，OTL、OCL均有各種不同輸出功率和不同電壓的多種型號的集成電路。使用應注意輸出引腳外接電路的特征。LM386是一種目前應用較多的小功率音頻放大電路，其內(nèi)部電路為OTL電路。單聲道集成功放輸出引腳外電路如圖所示。第30頁/共45頁3.2.4集成功率放大器

一、LM386的引腳功能

LM386電路功耗低、增益可調(diào)、允許的電源電壓范圍寬、通頻帶寬、外接元件少，廣泛應用于收錄機、電視伴音等系統(tǒng)中，是專為低損耗電源所設計的集成功率放大器電路。實物及引腳功能如圖所示。第31頁/共45頁3.2.4集成功率放大器

二、LM386的主要性能

LM386額定電源電壓范圍為，無作動時僅消耗4mA電流，極適合電池供電，且失真低。LM386內(nèi)建增益為26dB，在第1引腳和第8引腳之間電容的作用下，增益最高可達46dB。其外形如圖所示。第32頁/共45頁了解場效晶體管的結(jié)構(gòu)、符號、電壓放大作用和主要參數(shù)；了解場效晶體管放大器的特點及應用。第33頁/共45頁

圖所示是另一種能夠進行電信號放大的半導體器件——場效晶體管。場效晶體管僅依靠半導體中的多子實現(xiàn)導電，故又稱為單極型晶體管。圖中的場效晶體管從外形上來看與三極管非常相似，也有三個引腳：漏極（D）、源極（S）、柵極（G）,分別對應于三極管的集電極（c）、發(fā)射極（e）和基極（b）。與三極管不同是，場效晶體管是利用電壓控制電流大小的放大器件，稱為電壓控制器件。根據(jù)結(jié)構(gòu)和工作原理的不同，場效應管分為結(jié)型和絕緣柵型兩大類。第34頁/共45頁3.3.1絕緣柵型場效晶體管一、結(jié)構(gòu)與符號第35頁/共45頁3.3.1絕緣柵型場效晶體管二、N溝道增強型場效晶體管特性曲線場效晶體管的特性同樣可以通過轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線來描述，如圖所示。

第36頁/共45頁3.3.1絕緣柵型場效晶體管三、N溝道耗盡型場效晶體管特性曲線N溝道耗盡型場效晶體管輸出特性曲線也可分為變阻區(qū)、恒流區(qū)和擊穿區(qū)。其轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線如圖所示。第37頁/共45頁3.3.2結(jié)型場效晶體管

一、結(jié)構(gòu)和符號

N溝道結(jié)型場效晶體管是在N型半導體硅片的兩側(cè)各制造一個PN結(jié)，形成兩個PN結(jié)夾著一個N型溝道的結(jié)構(gòu)。如圖所示P區(qū)為柵極G(g)，N型硅的一端是漏極