放大器基礎(chǔ)知識(shí)解析課件

放大器基礎(chǔ)知識(shí)本章重點(diǎn)介紹放大器基礎(chǔ)知識(shí)本章重點(diǎn)介紹1引言現(xiàn)代科學(xué)及高新技術(shù)研究中，對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處理的測(cè)量精度、數(shù)據(jù)容量、采集速度、信息傳遞和處理速度等的要求越來越高，相應(yīng)電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要滿足上述的新要求。學(xué)習(xí)如何采用現(xiàn)代的電子技術(shù)的成就及應(yīng)用，學(xué)會(huì)和掌握高速、高分辨率、高性能電路和模塊的工作原理、構(gòu)成方法及應(yīng)用設(shè)計(jì)，是本課程學(xué)習(xí)的主要目的。放大器放大電路≈1引言現(xiàn)代科學(xué)及高新技術(shù)研究中，對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處超聲信號(hào)發(fā)射、采集、處理系統(tǒng)典型信號(hào)處理系統(tǒng)舉例：超聲信號(hào)發(fā)射、采集、處理系統(tǒng)典型信號(hào)處理系統(tǒng)舉例：高壓脈沖產(chǎn)生發(fā)射電路返回高壓脈沖產(chǎn)生發(fā)射電路返回圖中，在同步信號(hào)產(chǎn)生邏輯電路的控制下，產(chǎn)生高電壓脈沖信號(hào)，以啟動(dòng)超聲換能器發(fā)出超聲脈沖。在圖2.7中，虛線框內(nèi)的電路部份形成了可控的開關(guān)。在開關(guān)電路中，采用了雙極性三極管對(duì)管驅(qū)動(dòng)的方式驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管T4的開關(guān)狀態(tài)。其中T1為對(duì)脈沖控制信號(hào)進(jìn)行數(shù)字／模擬隔離的光電器件，通過T1的集電極輸出為三極管T2和T3提供飽和和截止兩種狀態(tài)的基極電流。通過對(duì)管驅(qū)動(dòng)方式，可以提高帶容性負(fù)載的能力，具有較大的峰值電流，且可以提高開關(guān)速度。由場(chǎng)效應(yīng)管T4的源極和漏極，以及其它阻容元件所組成的相關(guān)電路提供了電容瞬間放電的高壓脈沖的產(chǎn)生。其中，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管T4的柵極輸入經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大的觸發(fā)脈沖，當(dāng)T4的柵極為低電位時(shí)，柵－源極電壓差為零，場(chǎng)效應(yīng)管T4關(guān)斷，能量存儲(chǔ)電容器C4通過旁路電阻R6和二極管D2快速充電，充電時(shí)間由時(shí)間常數(shù)決定。時(shí)間常數(shù)還決定了兩次脈沖之間的最小間隔。當(dāng)T4柵極為高電位時(shí)，T4導(dǎo)通，C4中存儲(chǔ)的能量通過T4和D1向超聲探頭放電，激發(fā)脈沖超聲波。電阻R7則調(diào)節(jié)激發(fā)能量,改變超聲波的幅值。400V的高壓電源可采用美國SpellMan公司的印刷電路板安裝高壓發(fā)生器MHV[69]。MHV的電壓輸出可在0－500V之間進(jìn)行調(diào)整，且體積較小便于電路板安裝。圖中，在同步信號(hào)產(chǎn)生邏輯電路的控制下，產(chǎn)生高電壓脈沖信號(hào)，以串聯(lián)輸入限幅電路并聯(lián)輸入限幅電路返回串聯(lián)輸入限幅電路并聯(lián)輸入限幅電路返回可控增益放大電路實(shí)例可變?cè)鲆嬖趶?至80dB范圍內(nèi)可獲得0.05%的分辨率可控增益放大電路實(shí)例可變?cè)鲆嬖趶?至80dB范圍內(nèi)可獲得0圖2.13（a）平方律檢波電路（b）峰值包絡(luò)檢波器輸入阻抗較小，而且會(huì)帶來嚴(yán)重的非線性失真。真對(duì)這種情況，可以采用專用的信號(hào)檢波集成電路模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲信號(hào)的檢波。圖2.13（a）平方律檢波電路（b）峰值包絡(luò)檢波電路返回檢波電路返回?cái)?shù)據(jù)采集電路的結(jié)構(gòu)返回?cái)?shù)據(jù)采集電路的結(jié)構(gòu)返回2放大器基本概念及主要性能標(biāo)2.2.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)2.2.1運(yùn)算放大器的類型返回本章目錄2放大器基本概念及主要性能標(biāo)2.2.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)2.1運(yùn)算放大器的類型引言在信息社會(huì)中，大多數(shù)模擬電子系統(tǒng)中都應(yīng)用了不同類型的放大器（放大電路）。放大器（放大電路）在電信號(hào)（電壓或電流）的處理過程中，根據(jù)不同系統(tǒng)的需要，用以完成信號(hào)放大（縮小）、濾波、振蕩、穩(wěn)壓、信號(hào)類型轉(zhuǎn)換、運(yùn)算等功能（通過不同的功能電路）。任何功能的放大器（放大電路）表示方法如下：2.1運(yùn)算放大器的類型引言在信息社會(huì)中，大多數(shù)放大器（放大電路）的表示方法信號(hào)源電壓信號(hào)源內(nèi)阻輸入電壓輸入電流負(fù)載電阻輸出電壓輸出電流2.1運(yùn)算放大器的類型放大器（放大電路）的表示方法信號(hào)源電壓信號(hào)源內(nèi)阻輸入電壓輸入——負(fù)載開路時(shí)的電壓增益A.電壓放大模型——輸入電阻——輸出電阻由輸出回路得:則電壓增益為:由此可見:即負(fù)載的大小會(huì)影響增益的大小要想減小負(fù)載的影響，則希望…？（考慮改變放大電路的參數(shù)）理想情況2.1運(yùn)算放大器的類型——負(fù)載開路時(shí)的A.電壓放大模型——輸入電阻——輸出電阻由另一方面，考慮到輸入回路對(duì)信號(hào)源的衰減。理想情況有要想減小衰減，則希望…？A.電壓放大模型2.1運(yùn)算放大器的類型另一方面，考慮到輸入回路對(duì)信號(hào)源的衰減。理想情況有要——負(fù)載短路時(shí)的電流增益B.電流放大模型由輸出回路得：則電流增益為：由此可見：要想減小負(fù)載的影響，則希望…？理想情況：由輸入回路得：要想減小對(duì)信號(hào)源的衰減，則希望…？理想情況：2.1運(yùn)算放大器的類型——負(fù)載短路時(shí)的B.電流放大模型由輸出回路得：則電流增益為C.互阻放大模型（自學(xué)）D.互導(dǎo)放大模型（自學(xué)）2.1運(yùn)算放大器的類型C.互阻放大模型（自學(xué)）D.互導(dǎo)放大模型（自學(xué)）2.1輸入輸出回路沒有公共端E.隔離放大電路模型2.1運(yùn)算放大器的類型輸入輸出回路沒有公共端E.隔離放大電路模型2.1運(yùn)算放大2.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)絕對(duì)最大差電壓共模抑制最大共模電壓電源變化引起的漂移溫度引起的漂移時(shí)間引起的漂移滿功率響應(yīng)初始偏置電流初始差電流輸入阻抗輸入失調(diào)電壓輸入噪聲開環(huán)增益過載恢復(fù)時(shí)間額定輸出調(diào)整時(shí)間轉(zhuǎn)換速率單位增益小信號(hào)響應(yīng)輸出阻抗閉環(huán)增益2.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)絕對(duì)最大差電壓共模抑制最大共模電壓主要性能指標(biāo)（系統(tǒng)設(shè)計(jì)中）：輸入電阻（阻抗）輸出電阻（阻抗）增益返回2.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)頻率響應(yīng)主要性能指標(biāo)（系統(tǒng)設(shè)計(jì)中）：輸入電阻（阻抗）增益返回21.輸入電阻

輸入電阻是表明放大電路從信號(hào)源吸取信號(hào)大小的參數(shù)，對(duì)輸入為電壓信號(hào)的放大電路，Ri愈大，則放大電路輸入端的Vi值愈大。反之，輸入為電流的放大電路，Ri愈小，注入放大電路的輸入電流Ii愈大。2.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)輸入/輸出電阻（阻抗）1.輸入電阻輸入電阻是表明放大電路從信號(hào)2.輸出電阻注意：輸入、輸出電阻為交流電阻輸出電阻是表明放大電路帶載能力參數(shù)，對(duì)輸出為電壓信號(hào)的放大電路，Ro愈小，負(fù)載電阻的變化對(duì)輸出電壓的影響愈小，帶載能力愈強(qiáng)。而對(duì)輸出為電流信號(hào)的放大電路，Ro愈大，負(fù)載電阻的變化對(duì)輸出電流的影響愈小，帶載能力愈強(qiáng)。輸入/輸出電阻（阻抗）2.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)2.輸出電阻注意：輸入、輸出電阻為交流電阻輸出電阻3.增益反映放大電路在輸入信號(hào)控制下，將供電電源能量轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)能量的能力。其中：四種增益：常用分貝（dB）表示。2.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)3.增益反映放大電路在輸入信號(hào)控制下，將供電電源能4.頻率響應(yīng)A.頻率響應(yīng)及帶寬電壓增益可表示為：在輸入正弦信號(hào)情況下，輸出隨輸入信號(hào)頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，稱為放大電路的頻率響應(yīng)。或?qū)憺椋浩渲校?.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)4.頻率響應(yīng)A.頻率響應(yīng)及帶寬電壓增益可表示為：該圖稱為波特圖縱軸：dB橫軸：對(duì)數(shù)坐標(biāo)4.頻率響應(yīng)A.頻率響應(yīng)及帶寬其中：普通音響系統(tǒng)放大電路的幅頻響應(yīng)2.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)該圖稱為波特圖4.頻率響應(yīng)A.頻率響應(yīng)及帶寬其中：普通音圖3.1.2頻率失真(a)幅頻失真(b)相頻失真4.頻率響應(yīng)B.頻率失真（線性失真）圖3.1.2頻率失真(a)幅頻失真(b)相頻失真4.頻5.非線性失真

由元器件非線性特性引起的失真。非線性失真系數(shù):

VO1是輸出電壓信號(hào)基波分量的有效值，Vok是高次諧波分量的有效值，k為正整數(shù)。5.非線性失真由元器件非線性特性引起的失真。非線放大器基礎(chǔ)知識(shí)本章重點(diǎn)介紹放大器基礎(chǔ)知識(shí)本章重點(diǎn)介紹1引言現(xiàn)代科學(xué)及高新技術(shù)研究中，對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處理的測(cè)量精度、數(shù)據(jù)容量、采集速度、信息傳遞和處理速度等的要求越來越高，相應(yīng)電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要滿足上述的新要求。學(xué)習(xí)如何采用現(xiàn)代的電子技術(shù)的成就及應(yīng)用，學(xué)會(huì)和掌握高速、高分辨率、高性能電路和模塊的工作原理、構(gòu)成方法及應(yīng)用設(shè)計(jì)，是本課程學(xué)習(xí)的主要目的。放大器放大電路≈1引言現(xiàn)代科學(xué)及高新技術(shù)研究中，對(duì)數(shù)據(jù)的采集和處超聲信號(hào)發(fā)射、采集、處理系統(tǒng)典型信號(hào)處理系統(tǒng)舉例：超聲信號(hào)發(fā)射、采集、處理系統(tǒng)典型信號(hào)處理系統(tǒng)舉例：高壓脈沖產(chǎn)生發(fā)射電路返回高壓脈沖產(chǎn)生發(fā)射電路返回圖中，在同步信號(hào)產(chǎn)生邏輯電路的控制下，產(chǎn)生高電壓脈沖信號(hào)，以啟動(dòng)超聲換能器發(fā)出超聲脈沖。在圖2.7中，虛線框內(nèi)的電路部份形成了可控的開關(guān)。在開關(guān)電路中，采用了雙極性三極管對(duì)管驅(qū)動(dòng)的方式驅(qū)動(dòng)場(chǎng)效應(yīng)管T4的開關(guān)狀態(tài)。其中T1為對(duì)脈沖控制信號(hào)進(jìn)行數(shù)字／模擬隔離的光電器件，通過T1的集電極輸出為三極管T2和T3提供飽和和截止兩種狀態(tài)的基極電流。通過對(duì)管驅(qū)動(dòng)方式，可以提高帶容性負(fù)載的能力，具有較大的峰值電流，且可以提高開關(guān)速度。由場(chǎng)效應(yīng)管T4的源極和漏極，以及其它阻容元件所組成的相關(guān)電路提供了電容瞬間放電的高壓脈沖的產(chǎn)生。其中，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管T4的柵極輸入經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大的觸發(fā)脈沖，當(dāng)T4的柵極為低電位時(shí)，柵－源極電壓差為零，場(chǎng)效應(yīng)管T4關(guān)斷，能量存儲(chǔ)電容器C4通過旁路電阻R6和二極管D2快速充電，充電時(shí)間由時(shí)間常數(shù)決定。時(shí)間常數(shù)還決定了兩次脈沖之間的最小間隔。當(dāng)T4柵極為高電位時(shí)，T4導(dǎo)通，C4中存儲(chǔ)的能量通過T4和D1向超聲探頭放電，激發(fā)脈沖超聲波。電阻R7則調(diào)節(jié)激發(fā)能量,改變超聲波的幅值。400V的高壓電源可采用美國SpellMan公司的印刷電路板安裝高壓發(fā)生器MHV[69]。MHV的電壓輸出可在0－500V之間進(jìn)行調(diào)整，且體積較小便于電路板安裝。圖中，在同步信號(hào)產(chǎn)生邏輯電路的控制下，產(chǎn)生高電壓脈沖信號(hào)，以串聯(lián)輸入限幅電路并聯(lián)輸入限幅電路返回串聯(lián)輸入限幅電路并聯(lián)輸入限幅電路返回可控增益放大電路實(shí)例可變?cè)鲆嬖趶?至80dB范圍內(nèi)可獲得0.05%的分辨率可控增益放大電路實(shí)例可變?cè)鲆嬖趶?至80dB范圍內(nèi)可獲得0圖2.13（a）平方律檢波電路（b）峰值包絡(luò)檢波器輸入阻抗較小，而且會(huì)帶來嚴(yán)重的非線性失真。真對(duì)這種情況，可以采用專用的信號(hào)檢波集成電路模塊來實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲信號(hào)的檢波。圖2.13（a）平方律檢波電路（b）峰值包絡(luò)檢波電路返回檢波電路返回?cái)?shù)據(jù)采集電路的結(jié)構(gòu)返回?cái)?shù)據(jù)采集電路的結(jié)構(gòu)返回2放大器基本概念及主要性能標(biāo)2.2.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)2.2.1運(yùn)算放大器的類型返回本章目錄2放大器基本概念及主要性能標(biāo)2.2.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)2.1運(yùn)算放大器的類型引言在信息社會(huì)中，大多數(shù)模擬電子系統(tǒng)中都應(yīng)用了不同類型的放大器（放大電路）。放大器（放大電路）在電信號(hào)（電壓或電流）的處理過程中，根據(jù)不同系統(tǒng)的需要，用以完成信號(hào)放大（縮?。?、濾波、振蕩、穩(wěn)壓、信號(hào)類型轉(zhuǎn)換、運(yùn)算等功能（通過不同的功能電路）。任何功能的放大器（放大電路）表示方法如下：2.1運(yùn)算放大器的類型引言在信息社會(huì)中，大多數(shù)放大器（放大電路）的表示方法信號(hào)源電壓信號(hào)源內(nèi)阻輸入電壓輸入電流負(fù)載電阻輸出電壓輸出電流2.1運(yùn)算放大器的類型放大器（放大電路）的表示方法信號(hào)源電壓信號(hào)源內(nèi)阻輸入電壓輸入——負(fù)載開路時(shí)的電壓增益A.電壓放大模型——輸入電阻——輸出電阻由輸出回路得:則電壓增益為:由此可見:即負(fù)載的大小會(huì)影響增益的大小要想減小負(fù)載的影響，則希望…？（考慮改變放大電路的參數(shù)）理想情況2.1運(yùn)算放大器的類型——負(fù)載開路時(shí)的A.電壓放大模型——輸入電阻——輸出電阻由另一方面，考慮到輸入回路對(duì)信號(hào)源的衰減。理想情況有要想減小衰減，則希望…？A.電壓放大模型2.1運(yùn)算放大器的類型另一方面，考慮到輸入回路對(duì)信號(hào)源的衰減。理想情況有要——負(fù)載短路時(shí)的電流增益B.電流放大模型由輸出回路得：則電流增益為：由此可見：要想減小負(fù)載的影響，則希望…？理想情況：由輸入回路得：要想減小對(duì)信號(hào)源的衰減，則希望…？理想情況：2.1運(yùn)算放大器的類型——負(fù)載短路時(shí)的B.電流放大模型由輸出回路得：則電流增益為C.互阻放大模型（自學(xué)）D.互導(dǎo)放大模型（自學(xué)）2.1運(yùn)算放大器的類型C.互阻放大模型（自學(xué)）D.互導(dǎo)放大模型（自學(xué)）2.1輸入輸出回路沒有公共端E.隔離放大電路模型2.1運(yùn)算放大器的類型輸入輸出回路沒有公共端E.隔離放大電路模型2.1運(yùn)算放大2.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)絕對(duì)最大差電壓共模抑制最大共模電壓電源變化引起的漂移溫度引起的漂移時(shí)間引起的漂移滿功率響應(yīng)初始偏置電流初始差電流輸入阻抗輸入失調(diào)電壓輸入噪聲開環(huán)增益過載恢復(fù)時(shí)間額定輸出調(diào)整時(shí)間轉(zhuǎn)換速率單位增益小信號(hào)響應(yīng)輸出阻抗閉環(huán)增益2.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)絕對(duì)最大差電壓共模抑制最大共模電壓主要性能指標(biāo)（系統(tǒng)設(shè)計(jì)中）：輸入電阻（阻抗）輸出電阻（阻抗）增益返回2.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)頻率響應(yīng)主要性能指標(biāo)（系統(tǒng)設(shè)計(jì)中）：輸入電阻（阻抗）增益返回21.輸入電阻

輸入電阻是表明放大電路從信號(hào)源吸取信號(hào)大小的參數(shù)，對(duì)輸入為電壓信號(hào)的放大電路，Ri愈大，則放大電路輸入端的Vi值愈大。反之，輸入為電流的放大電路，Ri愈小，注入放大電路的輸入電流Ii愈大。2.2運(yùn)算放大器性能指標(biāo)輸入/輸出電阻（阻抗）1.輸入電阻輸入電阻是表明放大電路從信號(hào)2.輸出電阻注意：輸入、輸出電阻為交流電阻輸出電阻是表明放大電路帶載能力參數(shù)，對(duì)輸出為電壓信號(hào)的放大電路，Ro愈小，負(fù)載電阻的變化對(duì)輸出電壓的影響愈小，帶載能力愈強(qiáng)。而對(duì)輸出為電流信號(hào)的