集成運算放大器與功率放大器演示文稿

集成運算放大器與功率放大器演示文稿第一頁，共五十三頁。第9章集成運算放大器與功率放大器9.1差分放大器

9.2集成運算放大器簡介

9.3集成運算放大器的應(yīng)用

9.4功率放大器第二頁，共五十三頁。9.1差分放大器9.1.1基本差分放大器

1.零點漂移

2.基本差分放大器的電路組成及工作原理

(1)電路組成圖9-1所示為基本差分放大器，由兩個特性相同的單管共發(fā)射極放大電路組成，有兩個電源供電，且UCC=-UEE。圖9-1基本差分放大器第三頁，共五十三頁。9.1差分放大器(2)工作原理

1)靜態(tài)分析。

2)動態(tài)分析:

①共模信號與差模信號。共模信號是指無用的干擾或噪聲信號。在兩輸入端加入相同的輸入信號，使兩只晶體管產(chǎn)生相同的變化，通常把這種大小相等、極性相同的輸入信號稱為“共模信號”。

②對共模信號的抑制作用。在差分放大器中，無論是溫度變化，還是電源電壓波動，都會引起兩管集電極電流及相應(yīng)集電極電壓產(chǎn)生相同的變化，其效果相當(dāng)于在兩個輸入端加了共模信號。第四頁，共五十三頁。9.1差分放大器③對差模信號的放大作用。圖9-1中的輸入信號Ui被兩個分壓電阻R1和R2分為大小相等、方向相反的差模信號Ui1和Ui2，分別加到VT1和VT2基極。在差模信號作用下，兩管的集電極產(chǎn)生等值而相反的電流變化，它們共同流過RE時相互抵消，因而對差模信號而言，RE不會產(chǎn)生影響，可視為短路。

(3)共模抑制比共模抑制比的定義是，差模放大倍數(shù)Ad與共模放大倍數(shù)Ac之比，用KCMR表示，即

例9-1在圖9-1所示的差分放大器中，若已知兩管各自的單管放大器的放大倍數(shù)Ad1=Ad2=-50，差分放大器的共模放大倍數(shù)Ac=0.02，試求(1)該差動放大器的差模放大倍數(shù)Ad；(2)共模抑制比KCMR。

解：(1)Ad=Ad1=Ad2=-50

(2)KCMR===2500第五頁，共五十三頁。9.1差分放大器9.1.2差分放大器的幾種接法

差分放大器輸入端可采用雙端輸入和單端輸入兩種方式。

1.雙端輸入-雙端輸出接法

2.雙端輸入-單端輸出接法圖9-2雙端輸入-雙端輸出差分放大器第六頁，共五十三頁。9.1差分放大器圖9-3雙端輸入-單端輸出差分放大器3.單端輸入-雙端輸出接法第七頁，共五十三頁。9.1差分放大器4.單端輸入-單端輸出接法圖9-4單端輸入-雙端輸出差分放大器第八頁，共五十三頁。9.1差分放大器圖9-5單端輸入-單端輸出差分放大器第九頁，共五十三頁。9.2集成運算放大器簡介9.2.1集成運算放大器的基本知識

集成運算放大器是一種高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大器，作為一種多功能的通用放大器件，它的應(yīng)用已超出早期的數(shù)學(xué)運算范疇，廣泛應(yīng)用于電子技術(shù)的各個領(lǐng)域，在許多情況下已經(jīng)取代了分立元器件放大器。

1.組成框圖圖9-6集成運算放大器的組成框圖第十頁，共五十三頁。9.2集成運算放大器簡介1)輸入級：采用具有較高輸入電阻和一定放大倍數(shù)的雙輸入端差分放大器，利用它可以使集成運算放大器獲得盡可能高的共模抑制比。

2)中間級：中間級的主要作用是電壓放大，使集成運算放大器具有足夠的放大倍數(shù)，通常由多級共發(fā)射極放大器構(gòu)成。

3)輸出級：輸出級的作用是使電路有較大的功率輸出和較強的帶負(fù)載能力，并具有一定的保護(hù)功能。

4)偏置電路：偏置電路的作用是為各級提供所需的穩(wěn)定靜態(tài)工作電流。

2.封裝第十一頁，共五十三頁。9.2集成運算放大器簡介圖9-7集成運算放大器的封裝第十二頁，共五十三頁。9.2集成運算放大器簡介圖9-8LM741集成運算放大器第十三頁，共五十三頁。9.2集成運算放大器簡介表9-1LM741集成運算放大器各引腳的作用3.電路符號第十四頁，共五十三頁。9.2集成運算放大器簡介圖9-9集成運算放大器的電路符號4.分類

9.2.2集成運算放大器的主要參數(shù)

為了表征集成運算放大器的性能，生產(chǎn)廠家制定了很多參數(shù)。

1)最大輸出電壓UoPP：指在額定的電源下，集成運算放大器的最大不失真輸出電壓的峰-峰值。第十五頁，共五十三頁。9.2集成運算放大器簡介2)開環(huán)電壓放大倍數(shù)Aud:指沒有外加反饋電路時所測出的差模電壓放大倍數(shù)。

3)輸入失調(diào)電壓UIO:當(dāng)理想運算放大器的輸入電壓為零時，為使輸出電壓也為零，需要在其輸入端施加的一個補償電壓。

4)輸入失調(diào)電流IIO：指輸入信號為零時，兩個輸入端靜態(tài)電流之差。

5)最大差模輸入電壓Uidm。

6)最大共模輸入電壓Uicm。

7)差模輸入電阻Rid。

8)輸出電阻Ro。

9)共模抑制比KCMR。

9.2.3集成運算放大器的分析方法第十六頁，共五十三頁。9.2集成運算放大器簡介1.理想集成運算放大器的概念

1)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud→∞。

2)開環(huán)差模輸入電阻Rid→∞。

3)開環(huán)差模輸出電阻Rod→0。

4)共模抑制比KCMR→∞。

5)沒有失調(diào)現(xiàn)象，即當(dāng)輸入信號為零時，輸出信號也為零。

2.理想集成運算放大器的電壓傳輸特性圖9-10理想運算放大器符號第十七頁，共五十三頁。9.2集成運算放大器簡介圖9-11集成運算放大器的電壓傳輸特性3.理想集成運算放大器工作在線性區(qū)的特點第十八頁，共五十三頁。9.2集成運算放大器簡介(1)虛短——兩輸入端電位相等

(2)虛斷——理想運算放大器的輸入電流等于零

4.理想集成運算放大器工作在非線性區(qū)的特點

(1)輸出電壓uo具有兩值性其值或等于運算放大器的正向最大輸出電壓+Uom，或等于運算放大器的負(fù)向最大輸出電壓-Uom。

(2)理想運算放大器的輸入電流等于零在非線性區(qū)內(nèi)，雖然運算放大器兩個輸入端的電位不等，但因為理想運算放大器的輸入電阻Ri→∞，故仍可認(rèn)為理想運算放大器的輸入電流等于零，即i+=i-=0。第十九頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用9.3.1比例運算電路

將輸入信號按比例放大的電路，稱為比例運算電路。圖9-12反相比例運算電路第二十頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用1.反相比例運算電路

2.同相比例運算電路圖9-13同相比例運算電路第二十一頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用9.3.2加法運算電路

加法運算電路是實現(xiàn)若干個輸入信號求和功能的電路。圖9-14反相加法運算電路第二十二頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用例9-2一個測量系統(tǒng)的輸出電壓和某些非電量(經(jīng)傳感器變換為電量)的關(guān)系為uo=4ui1+2ui2+0.5ui3，試用集成運算放大器構(gòu)成信號處理電路，若取Rf=100kΩ，求各電阻值。

解：分析得知輸入信號為加法關(guān)系，因此第一級采用加法電路，輸入信號與輸出信號要求同相位，所以再加一級反相器。電路構(gòu)成如圖9-15所示。圖9-15例9-2圖第二十三頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用9.3.3減法運算電路

如果兩個輸入端都有信號輸入，則為差動輸入。圖9-16減法運算電路第二十四頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用9.3.4積分運算電路

與反相比例運算電路比較，用電容C代替Rf作為反饋元件，就成為積分運算電路，如圖9?17a所示。圖9-17積分運算電路第二十五頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用9.3.5微分運算電路

微分是積分的逆運算，輸出電壓與輸入電壓呈微分關(guān)系，其電路如圖9?18a所示。圖9-18微分運算電路第二十六頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用9.3.6電壓比較器

電壓比較器是將輸入電壓與一個參考電壓進(jìn)行大小比較，并將結(jié)果以高低電平的形式輸出。

1.單門限電壓比較器圖9-19單門限電壓比較器第二十七頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用圖9-20過零比較器2.雙門限電壓比較器第二十八頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用圖9-21雙門限電壓比較器第二十九頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用圖9-22雙門限電壓比較器的抗干擾作用3.集成電壓比較器簡介第三十頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用1)輸出高電平UOH=3.3V，輸出低電平UOL=-0.4V，適應(yīng)TTL數(shù)字電路要求(LM311型電壓范圍較寬，以便與CMOS電路匹配)。

2)有較大的上升速率SR，以適應(yīng)開關(guān)電路對響應(yīng)速度的要求。

3)適應(yīng)非線性工作狀態(tài)，所以沒有相位補償(校正)引出腳。

9.3.7集成運算放大器的使用常識

1.消振圖9-23消振電路第三十一頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用2.電路的調(diào)零圖9-24外接調(diào)零電位器的調(diào)零電路第三十二頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用圖9-25外加補償電壓的調(diào)零電路3.電源極性錯接保護(hù)第三十三頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用4.輸入保護(hù)

5.輸出保護(hù)圖9-26電源端的保護(hù)第三十四頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用圖9-27輸入端的保護(hù)第三十五頁，共五十三頁。9.3集成運算放大器的應(yīng)用圖9-28輸出端的保護(hù)第三十六頁，共五十三頁。9.4功率放大器9.4.1功率放大器的要求

從能量轉(zhuǎn)換觀點來看，功率放大器和電壓放大器沒有本質(zhì)區(qū)別，但是它們的工作任務(wù)是不同的。

1.有足夠大的輸出功率

2.效率要高

3.非線性失真要小圖9-29功放管外形圖第三十七頁，共五十三頁。9.4功率放大器4.功放管的散熱要好

9.4.2功率放大器的分類

1.按功放管靜態(tài)工作點設(shè)置分類圖9-30功率放大器的三種工作狀態(tài)1)甲類功率放大器：靜態(tài)工作點設(shè)在放大區(qū)的中部，功放管在整個信號周期內(nèi)都有電流通過，輸出波形是完整的正弦波。

2)乙類功率放大器：靜態(tài)工作點設(shè)置在橫軸上，功放管僅在信號的半個周期內(nèi)有電流通過，其輸出波形被削掉一半。第三十八頁，共五十三頁。9.4功率放大器3)甲乙類功率放大器：靜態(tài)工作點設(shè)在甲類和乙類之間且靠近乙類處，功放管在半個多周期內(nèi)有信號電流通過，輸出波形被削掉一部分。

2.按功率放大器輸出端特點不同分類

9.4.3互補對稱功率放大器

1.雙電源互補對稱功率放大器

(1)電路基本結(jié)構(gòu)互補對稱功率放大器的原理電路及波形圖如圖9-31所示。圖9-31互補對稱功率放大器的原理電路及波形圖第三十九頁，共五十三頁。9.4功率放大器(2)工作原理靜態(tài)時，兩管均無直流偏置而截止，故IB=0，IC=0，因此放大器工作在乙類狀態(tài)。

(3)主要性能指標(biāo)估算

1)輸出功率Po。

2)管耗PT。

3)直流電源供給的功率PDC。

4)效率η。

5)功放管的選擇。第四十頁，共五十三頁。9.4功率放大器(4)交越失真及其消除方法在乙類功率放大電路中，VT1、VT2兩管發(fā)射結(jié)都沒有設(shè)置偏置電壓，當(dāng)輸入信號電壓ui小于死區(qū)電壓時，兩管均處于截止?fàn)顟B(tài)，故輸出信號的波形在過零點附近的一個區(qū)域都將出現(xiàn)明顯的失真，這種失真稱為交越失真，如圖9-32所示。圖9-32交越失真第四十一頁，共五十三頁。9.4功率放大器圖9-33OCL甲乙類互補對稱功率放大器2.單電源互補對稱功率放大器(OTL電路)第四十二頁，共五十三頁。9.4功率放大器圖9-34OTL電路9.4.4集成功率放大器第四十三頁，共五十三頁。9.4功率放大器1.LM386圖9-35LM386外形及引腳排列第四十四頁，共五十三頁。9.4功率放大器2.LM386應(yīng)用電路圖9-36LM386的應(yīng)用電路第四十五頁，共五十三頁。9.4功率放大器本章小結(jié)

1.差分放大器是抑制零點漂移最有效的電路形式，其特點是電路對稱。

2.集成運算放大器實際使用時，通常把它看成是一個理想器件，集成運算放大器的理想化條件是：開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud→∞、開環(huán)差模輸入電阻Rid→∞、開