电子技术基础与技能-(3)

理解反馈的概念，了解负反馈应用于放大器中的类型；了解集成运放电路结构及抑制零点漂移的方法，理解差模与共模、共模抑制比的概念；掌握集成运放的符号及器件的引脚功能；了解集成运放的主要参数、理想集成运放的特点；能识读由理想集成运放构成的常用电路（反相输入、同相输入、差分输入运放电路和加法、减法运算电路），会估算输出电压值；了解集成运放的使用常识，会根据要求正确选用元器件；会安装和使用集成运放组成的应用电路。3.1.1放大器中的负反馈反馈放大器的一般形式反馈系数开环放大倍数闭环放大倍数ofXXF'ioXXAAFAXXA1iof一、反馈放大器的组成反馈放大器的一般形式如图所示。3.1.1放大器中的负反馈二、反馈类型1.直流反馈和交流反馈根据反馈量是直流量还是交流量，可将反馈分为直流反馈和交流反馈。若将直流量反馈到输入端，称为直流反馈。直流反馈多用于稳定静态工作点。若将交流量反馈到输入端，称为交流反馈。交流反馈多用于改善放大器的动态性能。2.正反馈和负反馈根据反馈的效果可以区分反馈的极性。当输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加，放大倍数增加的反馈称为正反馈。正反馈多用于振荡电路和脉冲电路。当输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小，导致电路放大倍数减小的反馈称为负反馈。负反馈多用于改善放大器的性能。3.1.1放大器中的负反馈三、负反馈放大器的四种组态放大器引入交流负反馈后，称为负反馈放大器。在负反馈放大器中，根据反馈网络与放大器输出端连接方式的不同，可分为电压和电流反馈，当反馈量取自输出电压时称为电压反馈，取自输出电流时称为电流反馈；根据反馈网络与放大器输入端连接方式不同，可分为串联和并联反馈，当反馈量与输入量以电压方式相叠加时称为串联反馈，以电流方式相叠加时称为并联反馈。这样，交流负反馈放大器有四种组态，即电压串联、电压并联、电流串联、电流并联，不同组态的负反馈对放大器输入、输出电阻的影响也不一样。3.1.2集成运放的符号及引脚功能一、图形符号图形符号如图所示。表示运放表示开环增益极高3.1.2集成运放的符号及引脚功能二、引脚功能在实际应用中，集成运放除了输入和输出端，还有电源端，有些运放还有调零和相位补偿端。实物及引脚排列如图所示。3.1.3集成运放的组成和主要参数一、集成运放的组成框图集成运放由四部分组成，包括输入级、中间级、输出级以及偏置电路。如图所示。3.1.3集成运放组成和主要参数一、集成运放的组成框图1.输入级由于集成运放是采用高增益多级直接耦合的放大电路，前级放大电路产生的零点漂移会被逐级放大，在末级输出端形成大的漂移电压，严重时甚至淹没信号电压，使放大电路无法正常工作。因此解决零点漂移成为集成运放的首要任务，为此运放输入级都采用差分放大电路。2.中间级中间级的作用是提供高的放大倍数，通常由一或两级有源负载放大电路构成。3.1.3集成运放组成和主要参数一、集成运放的组成框图3.输出级集成运放的输出级一般由互补对称电路或准互补对称电路构成，以提高运放的输出功率和带负载能力。4.偏置电路为各级提供稳定的静态工作电流，确保静态工作点的稳定。二、集成运放的主要参数3.1.3集成运放组成和主要参数1.开环差模增益指集成运放本身的差模增益，即。它体现了集成运放的电压放大能力，一般在之间。2.开环共模增益指集成运放本身的共模增益，它反映集成运放抗温漂、抗共模干扰的能力，优质的集成运放应接近于零。3.共模抑制比用来综合衡量集成运放的放大能力和抗温漂、抗共模干扰的能力，一般应大于80dB。odAuuuAodO7410~10ocAocACMRK4.差模输入电阻指差模信号作用下集成运放的输入电阻。5.输入失调电压指为使输出电压为零，在输入级所加的补偿电压值。6.失调电压温度系数指温度变化时所产生的失调电压变化的大小，它直接影响集成运放的精确度，一般为几十微伏/度。7.转换速率衡量集成运放对高速变化信号的适应能力，一般为几伏/微秒。idRioUTU/ioioUTSR3.1.4集成运放的理想特性一、理想运放的概念(1)开环差模放大倍数趋于无穷大它将可以放大几乎所有的输入信号。(2)两输入端之间的输入电阻趋于无穷大具有这样的输入阻抗，运放就不消耗信号源的能量。(3)输出电阻为零这时，运放就可以接任何负载。(4)共模抑制比趋于无穷大。(5)漂移为零。二、理想运放特点3.1.4集成运放的理想特性工作在线性放大状态的理想运放具有两个重要特点：1.虚短：两输入端电位相等，即对于理想运放，由于∞,而输出电压为有限值，则有差模输入电压相当于两输入端短路，但又不是真正的短路，故称为“虚短”。如图所示。11uuodAou11110uuuuuuu或OdOId2.虚断：净输入端电流等于零，即理想运放的差模输入电阻∞,流经运放两输入端的电流相当于两输入端断开，但又不是真正的断开，故称为“虚断”。如图所示。0iiidR011111idRuuiii3.1.5集成运放的基本运用一、反相输入放大器反相输入放大器是将输入信号加到运放的反相输入端。如图所示。iu根据理想运放的，有则输出电压为反相放大器的电压放大倍数为1110uui和fOfF和RuiRuiii1111，11uRRufO11RRuuAfOu二、同相输入放大器3.1.5集成运放的基本运用同相输入放大器是将输入信号是通过加到运放的同相输入端。iu利用理想运放“虚断”与“虚短”的概念，那么，同相放大器中111uuu由于，则，即输出电压为0iiFiii同相放大器的电压放大倍数为）（1RRuuAfiOu1i1fOuRRu)1(1R三、差分输入放大器3.1.5集成运放的基本运用差分输入放大器有两个输入信号和，通过加到运放的反相输入端。如图所示。1Iu2IuI1u1R当单独作用时，，电路为反相输入方式，输出电压为02Iu1Iu11If1OuRRu23231)1(If2OuRRRRRu当单独作用时，，电路为同相输入方式，输出电压为2Iu01Iu差分输入放大器可以实现减法运算。当图中时，输出电压为fRRRR321。12IIOuuu3.1.6集成运放的使用常识一、集成运放的调零集成运放调零的作用，是保证运放实现零输入时的零输出。当选用的运放有调零端，应查阅集成电路手册，按接线图正确接上调零电位器进行调零。集成运放实物如图所示。集成运放实物3.1.6集成运放的使用常识二、集成运放的保护1R1.输入保护为了防止由于集成运放输入电压过高而引起的运放损坏，输入保护电路在运放输入端加限幅保护，图中所示的是反相输入保护电路。由图可知，两个二极管VD1、VD2和电阻构成了限幅电路，这样，运放的输入电压的幅度被限制在二极管的正向导通压降，有效地防止了差模信号过大的现象出现。2.输出保护为了防止输出端可能接到外部过高的电压上而造成的运放损坏，可在输出端接入双向稳压管，如图所示。3.电源端反接保护图示是利用二极管的单向导电性构成的电源端保护电路。一旦电源接反，二极管VD1、VD2反向截止，切断电源，而电源极性连接正确时二极管因正偏，从而保护集成运放不受损坏。了解低频功率放大器的基本要求和分类；能识读OTL、OCL功率放大器的电路图；了解功放器件的安全使用知识；了解典型功放集成电路的引脚功能，能按工艺要求装接典型电路。3.2.1功率放大器的要求与分类一、功率放大器的基本要求1.尽可能大的输出功率功率放大器提供给负载的信号功率称为输出功率。2.尽可能高的效率功率放大器的最大输出功率与电源所提供的功率之比称为效率。oooUIP%100voPP3.2.1功率放大器的要求与分类一、功率放大器的基本要求3.较小的非线性失真处在大信号工作状态的功率放大器，不可避免地会产生非线性失真。因此，必须将功率放大器的非线性失真限制在允许范围内。4.较好的散热装置由于功放管工作在极限运用状态，管耗大。其中大部分被集电结承受转化为热量，使集电结温度升高。(1)功放管静态工作点选择在放大区内的称为甲类功放电路在工作过程中功放管处于导通状态，输出波形无失真。由于设置的静态电流大，放大器的效率较低，最高只能达到50%。如图所示。3.2.1功率放大电路的要求与分类二、功率放大电路的分类(2)功放管静态工作点设置在截止区边缘的称为乙类功放电路在工作过程中功放管仅在输入信号的正半周导通，负半周时功放管截止，只有半波输出。由于几乎无静态电流，电路的功率损耗减到最少，使效率大大提高。在实际使用中，乙类功放电路采用两个功放管组合起来交替工作，就可输出完整的信号。如图所示。(3)功放管的静态工作点介于甲类和乙类之间的称为甲乙类功放电路它的波形失真情况和效率介于上述两类之间。是实用功放电路经常采用的方式。如图所示。3.2.2OCL电路一、电路构成OCL基本电路结构如图所示。图中VT1、VT2是一对特性对称的NPN管和PNP管，电路工作在乙类状态。3.2.2OCL电路二、工作原理1.静态分析时，由于电路结构对称，无偏置电压，，A点的静态电位，流过的静态电流为零。2.动态分析设输入信号为正弦信号。在正半周内，VT1导通，VT2截止，VT1的集电极电流流经方向如图，在负半周内，VT2导通，VT1截止，VT2的集电极电流流经方向如图。由于VT1和VT2管型相反，特性对称，在整个周期，VT1、VT2交替工作，互相补充，向负载提供了完整的输出信号。LR0iu0BI0AUiuiu1cIiu2cIiu3.2.2OCL电路三、输出功率和效率在OCL电路中，负载上输出电压和电流的最大值为则最大输出功率为在理想条件下，可以推得OCL电路的最大效率为78.5﹪。LCCLOMOMCCCESCCOMRVRUIVUVU，LCCCCOMOMOMRVVIUP2222LCCOMRVP223.2.2OCL电路四、交越失真在OCL基本电路中，当输入电压小于三极管的开启电压时，VT1、VT2均截止，从而出现如图所示的交越失真现象。一旦音频功率放大器出现交越失真，会使声音质量明显下降。为了避免交越失真，在实际使用的OCL电路中，必须设置合适的静态工作点。3.2.3单电源互补对称功率放大电路单电源互补对称功率放大电路，又称无输出变压器功率放大电路，简称OTL电路。一．电路构成电路为OTL电原理图。与OCL电路不同的是，电路有双电源改为单电源供电，输出端经大电容CL与负载RL耦合。电路原理图如图所示。OTL电路原理图3.2.3单电源互补对称功率放大电路二．工作原理1．静态分析ui=0时，IB=0，由于两管特性对称，A点的静态电位UA=，则CL上充有左正右负的静态电压，由于CL容量很大，相当于一个电压为的直流电源。此外，在输出端耦合电容CL的隔直作用下，流过RL的静态电流为零。CC21VCCCL21VUCC21V2．动态分析在ui正、负周期，电路与OCL电路相似，VT1、VT2交替工作，互相补充，通过CL的耦合，向负载RL提供完整的输出信号。3.2.3单电源互补对称功率放大电路三．输出功率和效率cc21V由于OTL电路采用单电源供电，各管电源工作电压是，负载RL上输出电压和电流的最大值为CC21VCCCESCCom2121VUVULCCLomom2RVRUI，则最大输出功率为LCCCComomom222222RVVIUPL2CCL2CCom82)21(RVRVPOTL电路的最大效率也为78.5﹪。3.2.4集成功率放大器集成功率放大器以其输出功率大、外围连接元件少、使用方便等优点，使其应用越来越广泛。目前，OTL、OCL均有各种不同输出功率和不同电压的多种型号的集成电路。使用应注意输出引脚外接电路的特征。LM386是一种目前应用较多的小功率音频放大电路，其内部电路为OTL电路。单声道集成功放输出引脚外电路如图所示。3.2.4集成功率放大器一、LM386的引脚功能LM386电路功耗低、增益可调、允许的电源电压范围宽、通频带宽、外接元件少，广泛应用于收