第3章 集成放大电路

第3章集成放大电路 3 1集成运放及其组成3 2运放的输入级 差动放大器3 3运放的输出级 互补对称电路3 4集成运放的应用3 5集成功率放大器3 6基础实验3 7技能训练本章小结 3 1集成运放及其组成 一 集成运算放大器的内部电路简介 1 输入级由差动放大器组成 要求其零漂小 输入电阻高 输入电压范围大 并有较高的增益等 2 中间级主要提供足够的电压放大倍数 同时承担将输入级的双端输出在本级变为单端输出 以及实现电位移动等任务 3 1集成运放及其组成 3 输出级主要是给出较大的输出电压和电流 并起到将放大级与负载隔离的作用 电路形式是射极输出器和互补对称电路 4 偏置电路用来向各放大级提供合适的静态工作电流 决定各级静态工作点 在集成电路中 广泛采用镜像电流源电路作为各级的恒流偏置 3 1集成运放及其组成 3 1集成运放及其组成 二 运放的外形和电路符号 a 双列直插式 b 扁平式 c 圆壳式 集成运算放大器符号 F007引脚图 3 1集成运放及其组成 三 集成运放的主要参数开环差模电压放大倍数Aod最大输出电压Uom差模输入电阻rid输出电阻ro共模抑制比KCMR 3 2输入级 差动放大器 一 零点漂移的概念 零点漂移 是指输入电压为零时 输出电压偏离零值 时大时小 时快时慢的现象 简称 零漂 产生零漂的原因 温度变化 电源电压波动 晶体管参数变化等 但主要是环境温度的变化引起 所以零漂又称为温漂 抑制零漂的方法 在电路结构上采用差分放大电路 3 2输入级 差动放大器 二 典型差动放大电路分析 1 电路形式 长尾式差放 又称射极耦合差动放大电路 该电路利用结构对称抑制零漂现象 3 2输入级 差动放大器 2 对共模信号的抑制作用 共模信号 指在差动放大管V1和V2的基极接入幅度相等 极性相同的信号 Uic1 Uic2 Uic共模放大倍数 由于该电路完全对称 从两管集电极输出共模电压为零 所以其共模放大倍数为零 抑制温漂 温度变化情况是共模的一种特例 3 2输入级 差动放大器 3 对差模信号的放大作用 差模信号是指在两差动放大管的基极分别加入幅度相等而极性相反的信号 Uid1 Uid2 1 2 Uid 3 2输入级 差动放大器 3 对差模信号的放大作用 长尾式电路差模信号等效电路 3 2输入级 差动放大器 3 对差模信号的放大作用 输出电压为而此时的两管基极b1 b2的信号为差模电压放大倍数 表明差分放大器放大差模信号 抑制共模信号的能力 定义为 3 2输入级 差动放大器 其值越大放大差模信号的能力越强 抑制共模信号的能力也越强 理想状况下KCMR趋于 一般为40 60dB 4 共摸抑制比 5 差动放大电路的四种接法 1 双端输入 双端输出 2 双端输入 单端输出 uo只有双端输出的一半 故放大倍数Ad等于双端输出时的一半 3 单端输入 双端输出 3 2输入级 差动放大器 单端输入是双端输入的一种特例 4 单端输入 单端输出 3 2输入级 差动放大器 共模放大倍数不再为零 而是与射极电阻Re有关 为更好地抑制共模信号 可以将Re改为恒流源 3 3运放的输出级 互补对称电路 一 功放简介 集成运放的输出级 具有较高的输出功率或者要求具有较大的输出动态范围 主要功能是向负载提供较大功率 这类电路称为功率放大电路 根据静态工作点的位置不同 功率放大器可分为甲类 乙类 甲乙类等形式 二 乙类互补对称电路 1 电路组成及工作原理 3 3运放的输出级 互补对称电路 现象 在波形过零的小区域内输出波形产生的失真 产生原因 管子没有直流偏置 当输入信号小于管子的死区电压时 管子截止 有输入 无输出 消除的方法 给管子提供一定的静态偏置 信号过零时 使管子处于微导通状态 即让管子工作在甲乙类状态 3 3运放的输出级 互补对称电路 二 乙类互补对称电路 2 关于交越失真 二 乙类互补对称电路 输出功率 3 3运放的输出级 互补对称电路 3 电路分析计算 二 乙类互补对称电路 晶体管的管耗 3 3运放的输出级 互补对称电路 3 电路分析计算 当时 晶体管消耗的功率最大 二 乙类互补对称电路 电源提供的功率 3 3运放的输出级 互补对称电路 3 电路分析计算 效率 功率晶体管的选择条件 三 甲乙类互补对称电路 1 互补对称电路结构 3 3运放的输出级 互补对称电路 三 甲乙类互补对称电路 2 单电源对称电路结构 3 3运放的输出级 互补对称电路 Uom 1 2 VCCVD1VD2的作用 3 4集成运放的应用 一 理想特性 1 理想指标 2 传输特性 3 4集成运放的应用 分线性区和非线性区 3 两区特点 线性区 当集成运放工作在线性区时 其输入与输出满足公式 3 4集成运放的应用 3 两区特点 线性区 3 4集成运放的应用 3 两区特点 非线性区 3 4集成运放的应用 输出电压为正负向饱和值 虚断依然成立 二 线性应用 1 反相比例电路 3 4集成运放的应用 R2为平衡电阻 特例 二 线性应用 2 同相比例运算电路 电流通路由R1 Rf组成负反馈 R2电阻是平衡电阻 R2 R1 Rf 3 4集成运放的应用 特例 电压跟随器 3 4集成运放的应用 二 线性应用 3 加减电路 反相加法电路 3 4集成运放的应用 二 线性应用 减法电路 若阻值对称 由理想运放的 虚短路 和 虚断路 可得 二 线性应用 积分电路 3 微积分电路 3 4集成运放的应用 二 线性应用 3 微积分电路 微分电路 微分为积分的逆运算 电容C和R1互换位置即成为微分电路 3 4集成运放的应用 三 非线性应用 1 电压比较器 电压比较器是将输入电压与另一个参考电压进行幅度比较 由输出状态反映比较结果的电路 它能够鉴别输入电平的相对大小 3 4集成运放的应用 三 非线性应用 1 电压比较器 电压比较器是将输入电压与另一个参考电压进行幅度比较 由输出状态反映比较结果的电路 它能够鉴别输入电平的相对大小 单限比较器 过零比较器 任意电平比较器 滞回比较器 反相输入 同相输入 窗口比较器 3 4集成运放的应用 3 4集成运放的应用 三 非线性应用 比较电平UREF 0 输出限幅值UZ 3 4集成运放的应用 三 非线性应用 比较电平有两个 UT R2 R2 Rf Uom回差电压 输出 3 5集成功率放大电路 1 5G37集成功放的应用 内部电路 3 5集成功率放大电路 LM386集成功率放大器内部电路 3 5集成功率放大电路 LM386的应用 3 5集成功率放大电路 3 6基础实验 一 计算机仿真 1 实验目的 1 通过仿真实验理解恒流源差动放大电路的特点 2 用仿真软件测量差模电压放大倍数和共模电压放大倍数 3 通过仿真实验进一步理解功率放大电路的原理 4 用示波器观察乙类推挽功率放大电路中的交越失真现象 2 实验过程及步骤 1 测量恒流源差动放大电路电压放大倍数 一 计算机仿真 差放 3 6基础实验 1 绘图 测量静态工作点 一 计算机仿真 2 动态指标测试 3 6基础实验 一 计算机仿真 乙类推挽功率放大电路 3 6基础实验 一 计算机仿真 甲乙类推挽功率放大电路 3 6基础实验 二 实验室操作部分 1 实验目的 1 掌握通用集成运算放大器使用时调零的方法及其引脚名称 功能 2 掌握集成运算放大器组成反相比例运算 反相求和 积分运算等线性应用电路的连接测试方法 2 实验仪器 1 电子实验台 函数信号发生器 万用表 交流毫伏表 直流电压表 2 集成运算放大器 A741 电阻 电容若干 导线若干 3 6基础实验 二 实验室操作部分 3 6基础实验 3 实验电路 二 实验室操作部分 4 实验内容及步骤 1 熟悉实验所用集成放大器 A741 F007 的外形和引脚排列 2 按图连接反相比例运算电路 调节直流稳压电源 给电路加上 12V电源 3 按图连接反相求和运算电路 仿上 先调零 使输入为零时输出亦为零 然后 按表的要求 调节输入信号Ui1 Ui2的值测出相应输出Uo的大小 3 6基础实验 二 实验室操作部分 5 实验总结 1 分析比例运算电路中 实测输出电压值与理论值存在误差的原因 2 画出积分电路输出Uo与时间t的关系曲线 思考 为什么在达到一定时间后 Uo不再按时间成正比增长 3 6基础实验 3 7技能训练 1 实训目标 1 熟悉集成功放的功能及其应用 2 掌握集成功率放大器应用电路的调整与测试 2 实训设备 1 电子实验箱 万用表 交流毫伏表 直流电压表 2 集成运算放大器LM386 电阻 电容若干 导线若干 3 安装电路 3 7技能训练 4 实训内容与步骤 1 测试电路如图所示 分析电路的工作原理 估算V管的静态工作点电流和电压 2 按图所示电路配置元器件并对所有元器件进行检测 3 按图示电路进行组装 经检查接线没有错误后 接通9V直流电源 4 用万用表直流电压挡 测量三极管的直流工作点电压以及集成功放输出端对地电压 分析是否符合要求 如不符合要求应切断直流电源进行检查 找出原因 然后再次接通直流电源进行测试 3 7技能训练 5 从信号源取出一频率为1000Hz 大小是10mV左右的音频电压信号 送至电路输入端 输出端的扬声器中即有声音发出 改变RP的大小 声音的强弱将会跟随变化 6 用示波器观察输出波形为正弦波后 再用交流毫伏表测量放大电路的电压增益 Au U0 Ui 另外 测出最大不失真功率的大小 并与理论估算值相比较 3 7技能训练 5实训总结及思考 1 透析本综合训练的目的 主要内容及要求 写出自己的观点 2 能自行进行静态 动态测试 独立分析电压放大倍数 3 进行最大不失真功率的估算 并将估算值与测量值进行分析比较 3 7技能训练 本章小结 1 集成运放是用集成工艺制成的 具有较高增益 属直接耦合的多级放大电路 一般由输入级 中间级 输出级和偏置电路组成 输入级常采用差动放大电路的形式 中间级是电压增益级 输出级采用不对称功放电路 2 差动放大电路是集成运放的输入级 具有抑制零漂的作用 本章以长尾式差放为例讲解了差动放大电路的相关知识点 介绍了差放的四种连接方式 差摸放大倍数 共模抑制比等参数 本章小结 3 功率放大电路是集成运放的输出级 主要功能是向负载提供较大功率 具有较大的输出动态范围 4 集成运算放大器有两个输入端 即同相输入端和反相输入端 当其工作在线性区时 满足虚断