中职 《电子技术基础》第四版 电子教案ppt课件.ppt

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1、目录,11 半导体的基本知识,21 半导体三极管,22 共射极基本放大电路,23 分压式射极偏压电路,24 多级放大器,25 负反馈放大电路,26 功率放大电路,31 差动放大电路,32 集成运算放大器概述,33 集成运算放大器的基本电路,34 集成运算放大器的应用电路,35 集成运放的使用常识,41 正弦波振荡电路的基本原理,42 LC正弦波振荡电路,43 RC正弦波振荡电路,44 石英晶体振荡电路,51 单相整流电路,52 整流器件的选用,53 滤波电路,54 稳压电路,55 集成稳压器,56 开关型稳压电源简介,61 晶闸管,62 晶闸管整流电路,63 负载类型对晶闸管整流的影响,64

2、晶闸管的选择和保护,65 晶闸管的触发电路,66 晶闸管的其它应用电路,67 双向晶闸管简介,12 半导体二极管,（点击目录以打开相应章节）,电子技术基础（第四版） 中国劳动与社会保障出版社 ISBN 978-7-5045-6043-8,11 半导体的基本知识,一、半导体的基本概念,物质按照导电能力分为：,导体：容易导电,绝缘体：不导电,半导体：导电性能随条件变化,影响半导体导电性能（电阻值）的常见条件因素有：,1、温度：称热敏特性，电阻值随温度变化。,2、光照：称光敏特性，电阻值随亮度变化。,3、杂质：称掺杂特性，电阻值随掺入的微量元素显著变化。,声光控开关（楼梯灯开关） 在夜晚，人上楼梯发

3、出的脚步声会自动点亮楼梯灯；在白天，哪怕使劲跺脚发出巨大声响，楼梯灯还是不会点亮，为什么？ 开关面板上的窗口有什么作用？,P,N,P 型半导体或者N 型半导体虽然具备导电能力，但单纯的一块P 型半导体或者一块N型半导体还是没有实用价值。,把P型半导体和N型半导体结合到一块，交界处形成一个很特殊的薄层，称为PN结，有特殊的导电性能，这是制造半导体器件的基础。,把这个PN结用管壳封装成一体、并分别从P型半导体和N型半导体各引一个电极出来，这样构成的器件叫二极管，因此，PN结的导电特性可用二极管的实验来导出。, ,PN结（即二极管）的基本特性,实验一：请2位同学上台进行如下实验的演示,实验电路图：,

4、灯泡亮吗？,再把二极管反过来接试试看,请分析得出什么结论？,PN结（即二极管）的基本特性,实验结论：,PN结具有单向导电性,12 半导体二极管,二极管的种类,(1）按材料分: 有硅二极管,锗二极管和砷化镓二极 管等。 (2）按结构分: 根据PN结面积大小,有点接触型、面 接触型二极管。(3）按用途分: 有整流、稳压、开关、发光、光电、 变容、阻尼等二极管。(4）按封装形式分:有塑封、玻璃封及金属封装等。(5）按功率分:有大功率、中功率及小功率等二极管。,常见各种类型二极管的外观,塑料封装整流管,玻璃封装稳压/普通管,金属封装大功率管,发光二极管,贴片二极管,快恢复二极管,半桥整流堆（复合2只）

5、,桥式整流堆（复合4只）,由图可见二极管型号比较多样，如今很少厂家按书本提到的命名方法定型号，有兴趣同学自己参考一下课本。,实验二：1、按下图连接实验设备,4、总结实验，由图可见：（1）、小于0.5V时I很小，二极管截止，称0.5V为死区电压（2）、达0.7V时I急剧增大，二极管导通，称0.7V为导通电压,7、总结实验，由图可见：（1）、反向电压小于某个电压值时I很小，二极管截止。（2）、反向电压达到某个电压值时I急剧增大，二极管击穿。（3）、反向电压达到击穿电压后，时间一长二极管将会烧毁。,现在将二极管极性调转连接，测试其反向伏安特性,现在把二极管换成锗管2AP4再重复上述实验，并归纳实验结

6、果，看看与之前硅管有何不同。,锗管的死区电压为0.2V，导通电压为0.3V,半导体二极管的主要参数1. 最大整流电流IF2. 最大反向工作电压 URM3. 反向饱和电流 IR,二极管的检测,检测依据：,二极管的单向导电性,？,可见，我们可以用万用表电阻档检测二极管的正反向阻值来判断二极管性能。,二极管的检测,2、测量正向电阻.对于指针式万用表，黑表笔连接着万用表内部电池的正极，所以是黑表笔流出电流，因此测正向电阻时黑表笔接二极管的正极，如图,正常的二极管正向电阻值较小，指针摆幅大,3、测量反向电阻.测反向电阻时红表笔接二极管的正极，如图,正常的二极管反向电阻值很大，指针不摆动,作 业P 9 1

7、、2、3、4、5、6,21 半导体三极管,一、半导体三极管的结构、符号和类型 1、结构和符号,（1）、NPN结构三极管,P,N,N,3块半导体区,3个电极,2个PN结,注意：这3块半导体和2个PN结的工艺特殊，所以：（1）、不能简单理解成2个二极管的反向串联（2）、集电结和发射结不能互换使用。,21 半导体三极管,一、半导体三极管的结构、符号和类型 1、结构和符号,（1）、NPN结构三极管,P,N,集电结,发射结,P,（2）、PNP结构三极管,2、三极管的类型,三极管的种类很多, 有下列常见的分类形式：(1) 按其结构类型分为NPN管和PNP管; (2) 按其制作的半导体材料分为硅管和锗管;

8、(3) 按工作频率分为高频管和低频管; (4) 按功率分为小功率、中功率、大功率管。,三极管的型号命名方法 三极管型号多样，实际上厂家在生产三极管时很少按照书本的命名方法去定型号，该内容请课后自行参考书本。,二、三极管的放大作用,实验环节：,1、按下图连接实验设备,Ib,Ic,Ie,3、分析实验数据，得出实验结论（1）、Ib、Ic、Ie 三者之间有什么关系？（2）、Ib 和Ic 两者之间有什么关系？（3）、Ic 和Ie 两者之间有什么关系？,（1）、Ic Ie Ib （2）、每次实验 Ic 和Ib 两者的比值都相等 即： Ic Ib （称放大倍数）（3）、Ie Ib Ic （1 ）Ib,可见，

9、三极管要实现放大作用的外部条件是：发射结正向偏置, 集电结反向偏置。 现在把三极管换成PNP型的再做一次实验，请注意PNP型管应该如何接线。,最后请大家把 E 极的电流表去掉，并将 B 极和 C 极的数字电流表换成指针式的 uA 表和 mA 表，然后来回调节变阻器，不用记录任何数据，只要观察两个表的变化规律，更直观地来体会一下三极管的电流放大作用。,IB只要有几十微安的变化，就会引起IC有几十毫安的同方向变化，变化量被扩大了千多倍。,二、三极管的放大作用,三、三极管的特性曲线,1、输入特性,从输入回路看Ib只跟一个发射结有关，与集电结没关，所以等效成了一个二极管，b极相当二极管的正极，e极相当

10、负极，因此三极管的输入特性就是二极管的伏安特性。,三、三极管的特性曲线,2、输出特性,从输出回路看Ic与发射结、集电结均有关系，所以三极管的输出特性就比较复杂，即要反映Ic和Ube的关系，又要反映Ic和Ib的关系。,（1）截止区：IB0,三极管截止，IC接近0，CE极之间相当开路（2）放大区：IC受IB的控制，即有ICIB （3）饱和区：UCE很小(0.3V)，CE之间相当短路，IC很大且不受IB控制,用三极管做放大器时要避免三极管工作在截止区或饱和区。 用三极管做开关用途时，饱和区为开关通态，截止区为开关断态。要避免三极管工作在放大区。,例 21 判断下面三极管的工作状态,四、三极管的主要参

11、数,三极管的参数是用来表征其性能和适用范围的,也是评价三极管质量以及选择三极管的依据。常用的主要参数有: （1）电流放大系数：hfe、（2）反向饱和电流ICBO （3）穿透电流ICEO （4）集电极最大允许电流ICM（5）集电极发射极间的击穿电压U（BR）CEO （6）集电极最大耗散功率PCM,五、三极管的识别与检测,很多资料、教材、包括我们的课本都会教我们用万用表去判断三极管的管型（NPN或PNP）、引脚极性（区分哪个是B/C/E极）、以及放大系数等等，在早期，三极管的外观和引脚排列多样化，这些测试方法普遍让初学者难以承受，如今三极管的外形和引脚排列日趋标准化、单一化，给测试带来很大方便，测

12、试时记住如下几点，一般即可满足实际需要。,1、记住三极管的两种结构,测试时，一个PNP三极管等效成两个二极管，电流能从B流向C或E，即黑表笔（机械表）接B极、红表笔接C或E极时导通，其它任何接法都截止。,测试时，一个PNP三极管等效成两个二极管，电流能从C或E流向B，即红表笔（机械表）接B极、黑表笔接C或E极时导通，其它任何接法都截止。,把一个三极管看作两个二极管，能测出B极并确定管型，还能判断两个PN结是否正常，从而确定三极管的性能。,2、记住三极管的几种封装规律,记住这几种排列规律，在确定B极和管型后，可不必再通过测试去判断C、E极。,实验环节 各小组同学对现场提供的各种三极管进行检测，分

13、清引脚排列、管型、并说明三极管的性能好坏。,作 业P 52 1、2、3、4、5、6,22 共射极基本放大电路,一、放大电路概述,所谓放大,从表面上看是将信号由小变大,实质上,放大的过程是实现能量转换的过程。 三极管有三个电极, 在电路中可有三种不同的连接方式（或称三种组态）,即共(发)射极接法、共集电极接法和共基极接法。这三种接法分别以发射极、集电极、基极作为输入回路和输出回路的公共端,而构成不同的放大电路,如下图所示。,二、共射极基本放大电路的组成及工作原理,1、组成及各元件的作用,2、电压、电流的符号与方向规定,(1)直流分量：用大写字母和大写下标表示。如IB表示基极的直流电流。(2)交流

14、分量：用小写字母和小写下标表示。如ib表示基极的交流电流。 (3)总变化量：是直流分量和交流分量之和,即交流叠加在直流上,用小 写字母和大写下标表示。如iB表示基极电流总的瞬时值, 其数值为iB=IB+ib。 (4)交流有效值：用大写字母和小写下标表示。如Ib表示基极的正弦交 流电流的有效值。,直流电 交流电 交直流叠加量,3、静态工作点设置,这是我们前面提到的共射基本放大电路,现在我们把基极电阻断开不要，看看,思考：该电路能否把输入的波形不 失真地放大成右边波形输出？,事实上只有输入信号中 0.5V的那小部分能得到放大，大部分0.5V和负半周信号都没有放大输出，为什么？,很多实际情况是输入信

15、号都很微弱，例如 0.1V Ui 0.1V象这种信号能否被得到放大？如果不能怎么办？,利用基极电阻引入合适的直流偏置，使得基极在没有输入信号的时候能维持微导通，这个合适的偏置叫做静态工作点。,静态工作点称 Q 点，对应输入、输出特性曲线上某一点。,动态是指放大电路输入信号不为零时的工作状态。当放大电路加入交流信号ui时,电路中各电极的电压、电流都是由直流量和交流量叠加而成的。各处波形如图所示。,4、工作原理,三、共设计放大电路的分析方法,2、动态参数估算,（2）、输出电阻ro 在图中,根据戴维南定理可得,2）、求空载电压放大倍数Au 即不接负载RL,RL,23 分压式射极偏置电路,这是上节课学

16、习的固定偏置放大电路,温度会影响三极管的静态工作点,如图增加两个电阻，构成分压式放大电路,(2) 自动稳定Q点,24 多级放大器,前面讲过的基本放大电路,其电压放大倍数一般只能达到几十几百。然而在实际工作中,放大电路所得到的输入信号往往都非常微弱（例如话筒）,要将其放大到能推动负载（例如音箱）工作的程度,仅通过单级放大电路放大,达不到实际要求,则必须通过多个单级放大电路连续多次放大,才可满足实际要求。,一多级放大电路的耦合方式 多级放大电路是由两级或两级以上的单级放大电路连接而成的。在多级放大电路中,我们把级与级之间的连接方式称为耦合方式。级与级之间耦合时,必须满足: (1) 耦合后,各级电路

17、仍具有合适的静态工作点; (2) 保证信号在级与级之间能够顺利地传输过去; (3) 耦合后, 电路性能指标必须满足实际要求。 为了满足上述要求,一般常用的耦合方式有:阻容耦合、直接耦合、变压器耦合、光电耦合。,24 多级放大器,1、阻容耦合 我们把级与级之间通过电容连接的方式称为阻容耦合方式。电路如图。,电容对交流信号具有一定的容抗,信号传输过程中,会受到一定衰减。尤其对于变化缓慢的信号容抗很大, 此外,在集成电路中,制造大容量的电容很困难,所以这种耦合方式下的多级放大电路不便于集成。,24 多级放大器,2、变压器耦合 我们把级与级之间通过变压器连接的方式称为变压器耦合方式。电路如图。,请同学

18、们总结这种耦合方式的优缺点,24 多级放大器,3、直接耦合 我们把级与级之间用导线直接连通的方式称为直接耦合方式。电路如图。,优点:既可以放大交流信号,也可以放大直流和变化非常缓慢的信号;电路简单,便于集成,所以集成电路中多采用这种耦合方式。,缺点:存在着各级静态工作点相互牵制和零点漂移这两个问题。,24 多级放大器,4、光电耦合级与级之间用光电耦合器连通，光电耦合器结构如下：,(a)、LED + 光敏电阻； (b)、LED + 光电二极管(c)、LED + 光电三极管; (d)、LED + 光电池,原理是以光信号作为媒体将输入的电信号传送给后级,实现了“电光电”的转换与传递。前后级的隔离度很

19、高。,二、多级放大器近似估算,2输入电阻 多级放大电路的输入电阻,就是输入级的输入电阻。计算时要注意:当输入级为共集电极放大电路时,要考虑第二级的输入电阻作为前级负载时对输入电阻的影响。 3输出电阻 多级放大电路的输出电阻就是输出级的输出电阻。计算时要注意:当输出级为共集电极放大电路时,要考虑其前级对输出电阻的影响。,25 负反馈放大电路,一、反馈的基本概念,1、反馈的定义 将放大电路输出量（电压或电流）的一部分或全部,通过某些元件或网络（称为反馈网络）,反向送回到输入端,来影响原输入量（电压或电流）的过程称为反馈。 有反馈的放大电路称为反馈放大电路,其组成如图所示,2、反馈极性（正、负反馈）

20、 在反馈放大电路中,反馈量使放大器净输入量得到增强的反馈称为正反馈,使净输入量减弱的反馈称为负反馈。通常采用“瞬时极性法”来区别是正反馈还是负反馈,具体方法如下: (1）假设输入信号某一瞬时的极性。 (2）根据输入与输出信号的相位关系,确定输出信号和反馈 信号的瞬时极性。 (3）根据反馈信号与输入信号的连接情况,分析净输入量的变化,如果反馈信号使净输入量增强即为正反馈,反之为负反馈,增大,正反馈,减少,负反馈,一、反馈的基本概念,3、反馈在输出端的取样方式 从输出端看,若反馈信号取自输出电压,则为电压反馈；若取自输出电流,则为电流反馈。 (1）电压反馈。 在判断电压反馈时,根据电压反馈的定义反

21、馈信号与输出电压成比例,可以假设将负载RL两端短路（uo=0,但io0）,判断反馈量是否为零,如果是零,就是电压反馈。,例 26 判断反馈,首先，有反馈吗？,看联系,Rf跨接在第一级与第二级之间，为反馈电阻。,判断反馈极性,负反馈,看输入：,一旦将Ui短路，反馈信号将依然存在，可见为串联反馈。,这是交、直流电压串联负反馈。,看输出：,一旦将Uo短路，反馈信号将接地消失，可见为电压反馈。,负反馈对放大器性能的影响,2、改善非线性失真 实验演示：（1）由信号发生器输入一频率为1kHz,峰-峰值为1V的正弦波。（2）将开关S断开,用示波器观察输出波形,可看到输出波形明 显地失真,如图中输出波形（a）

22、。（3）将开关S闭合,观察输出波形,可看到失真波形明显地改善,如图中的波形（b）。,演示现象分析 在开环放大器中,由于开环增益很大,使放大器工作在非线性区,输出波形为双向失真波形。 开关闭合后,电路加上了负反馈,电路增益减小,放大器工作在线性区,输出波形为标准的正弦波。即负反馈能减小非线性失真。,3扩展通频带,射极输出器,电路如图,交流信号从基极输入,从发射极输出,故该电路称射极输出器。由交流通路可看出,集电极为输入、输出的公共端,故称为共集电极放大电路(简称共集放大电路)。,特点：1、电压放大倍数接近于12、输入、输出电压同相3、输入电阻很大4、输出电阻很小应用： 阻抗匹配、缓冲、隔离。,2

23、6 功率放大电路,1基本要求 功率放大器作为放大电路的输出级, 具有以下几个特点: (1) 由于功率放大器的主要任务是向负载提供一定的功率, 因而输出电压和电流的幅度足够大; (2) 由于输出信号幅度较大, 使三极管工作在饱和区与截止区的边沿, 因此输出信号存在一定程度的失真; (3) 功率放大器在输出功率的同时, 三极管消耗的能量亦较大, 因此, 不可忽视管耗问题。,根据功率放大器在电路中的作用及特点, 首先要求它输出功率大、 非线性失真小、 效率高。 其次, 由于三极管工作在大信号状态, 要求它的极限参数ICM、 PCM、 U（BR）CEO等应满足电路正常工作并留有一定余量, 同时还要考虑

24、三极管有良好的散热功能, 以降低结温, 确保三极管安全工作。 ,2. 功率放大器的分类 根据放大器中三极管静态工作点设置的不同, 可分成甲类、 乙类和甲乙类三种, 如图所示。 ,二、互补对称功率放大电路,1、OTL电路,（1）、电路组成及工作原理 这类电路又称无输出变压器的功率放大电路, 简称OTL电路。V1为NPN型管,V2为PNP型管,两管参数对称。,图中R1、R2为偏置电阻。适当选择R1、R2阻值,可使两管静态时发射极电压为UCC/2,电容C 两端电压也稳定在UCC/2,这样两管的集、射极之间如同分别加上了UCC/2和-UCC/2的电源电压。 在输入信号正半周, V3导通, V4截止,

25、V3以射极输出器形式将正向信号传送给负载, 同时对电容C2充电; 在输入信号负半周时, V3截止,V4导通,电容C2放电,充当V4管直流工作电源,使V4也以射极输出器形式将负向信号传送给负载。这样,负载RL上得到一个完整的信号波形。 ,1、OCL电路,1. 电路组成及工作原理 右图是双电源乙类互补功率放大电路。 这类电路又称无输出电容的功率放大电路, 简称OCL电路。V1为NPN型管,V2为PNP型管,两管参数对称。,（1） 静态分析 当输入信号ui=0时, 两三极管都工作在截止区, 此时IBQ、 ICQ、 IEQ均为零, 负载上无电流通过, 输出电压uo=0。 （2） 动态分析 1） 当输入

26、信号为正半周时, ui0, 三极管V1导通, V2截止, V1管的射极电流ie1经CC自上而下流过负载, 在RL上形成正半周输出电压, uo0。 2） 当输入信号为负半周时, ui0, 三极管V2导通, V1截止, V2管的射极电流ie2经CC自下而上流过负载, 在RL上形成负半周输出电压, uo0。 ,3. 交越失真及其消除 实验演示 演示电路如图所示, 在放大器的输入端加入一个1KHz正弦信号, 用示波器观察输出端的信号波形, 发现输出波形在正、 负半周的交界处发生了失真。,产生这种失真的原因是: 在乙类互补对称功率放大电路中, 没有施加偏置电压, 静态工作点设置在零点, UBEQ=0,

27、IBQ=0, ICQ=0, 三极管工作在截止区。 由于三极管存在死区电压, 当输入信号小于死区电压时, 三极管V1、 V2仍不导通, 输出电压uo为零, 这样在输入信号正、 负半周的交界处, 无输出信号, 使输出波形失真, 这种失真叫交越失真。,为了解决交越失真, 可给三极管加适当的基极偏置电压, 使之工作在甲乙类工作状态, 如图所示。利用V3和V4产生合适的偏置，使V1和V2在静态时维持微导通状态。,同学实习制作的分立元件OTL功放,三、集成功率放大器,集成功率放大器具有输出功率大、外围连接元件少、使用方便等优点, 目前使用越来越广泛。 它的品种很多, 常见有TDA2030A音频功率放大器、

28、书本列举的LM386等幸好。现以TDA2030A为例。 TDA2030A音频集成功率放大器简介 TDA2030A是目前使用较为广泛的一种集成功率放大器,大量使用在电脑的有源音箱里。与其它功放相比, 它的引脚和外部元件都较少。 ,TDA2030A外形图,同学实习用TDA2030制作的功放。,TDA2030内部结构,TDA2030单电源应用,作 业P 54 11、12、13、14、15,（2）、静态分析 输入信号为零, 即ui1=ui2=0, 放大电路处于静态, 由于电路完全对称, 因此 IBQ1=IBQ2=IBQ IEQ1=IEQ2=IEQ ICQ1=ICQ2=ICQ UCQ1=UCQ2=UCC

29、ICQRc UO=UCQ1UCQ2=0,共模输入信号常用uic来表示。共模输入电路如图所示, 由图可得,2） 对差模信号的放大作用 由图示可以看出, 当从两管集电极取电压时, 其差模电压放大倍数表示为,3) 对共模信号的抑制作用,4）、衡量差动放大电路的性能指标 共模抑制比 实际应用中, 差动放大电路两输入信号中既有差模信号成分, 又有无用的共模输入成分, 此时可利用叠加原理来求总的输出电压, 即,2.具有恒流源的差动放大电路,恒流源差放电路如图所示, V3、 R1、 R2、 R3构成恒流源。,32 集成运算放大器概述,一、集成运放的组成及其符号 集成运放内部实际上是一个高增益的直接耦合放大器

30、, 其内部组成原理框图如下示, 它由输入级、 中间级、 输出级和偏置电路等四部分组成。,1 输入级 输入级是提高运算放大器质量的关键部分, 要求其输入电阻高, 为了能减小零点漂移和抑制共模干扰信号, 输入级都采用具有恒流源的差动放大电路, 也称差动输入级。,2 中间级 中间级的主要作用是提供足够大的电压放大倍数, 故而也称电压放大级。 要求中间级本身具有较高的电压增益。,3 输出级 输出级的主要作用是输出足够的电流以满足负载的需要, 同时还需要有较低的输出电阻和较高的输入电阻, 以起到将放大级和负载隔离的作用。,4 偏置电路 偏置电路的作用是为各级提供合适的工作电流, 一般由各种恒流源电路组成

31、。,2、集成运算放大器的电路符号,二、集成运算放大器件的封装和分类 常见的集成运算放大器有圆形、 扁平型、 双列直插式等, 有8管脚、 14管脚等。,2、集成运算放大器的分类 集成运算放大器有四种分类方法。 （1）按其用途分类 集成运算放大器按其用途分为通用型及专用型两大类。 （2）. 按其供电电源分类 集成运算放大器按其供电电源分类，可分为双电 源集成运算放大器和单电源集成运算放大器 （3）按其制作工艺分类 可分为双极型、单极型、双极单极兼容型集成 运算放大器三类。 （4）. 按运放个数分类 可分为单运放、双运放、四运放,三、集成运算放大器的主要参数 运算放大器(简称运放)的特性参数是评价运

32、放性能优劣的依据。 1极限参数 1）供电电压范围(+UCC、 UEE, 或+Us, Us) 定义: 加到运放上最小和最大允许的安全工作电源电压, 称为运放的供电电压范围。 2）功耗PD 定义: 运放在规定的温度范围工作时, 可以安全耗散的功率称为功耗。,3）工作温度范围 定义: 能保证运放在额定的参数范围内工作的温度称为它的工作温度范围。 4）最大差模输入电压Uidmax 定义: 能安全地加在运放的两输入端之间最大的差模电压称为最大差模输入电压。 5） 最大共模输入电压Uicmax 定义: 能安全地加在运放的两个输入端的短接点与运放地线之间的最大电压称为最大共模输入电压,（3） 增益特性 1)

33、 差模电压增益Aud。 2) 共模电压增益Auc。 3) 共模抑制比KCMR。,33 集成运算放大器基本电路,1. 理想集成运放的性能指标 理想集成运放的主要性能指标有： （1）开环电压放大倍数Aud; （2）输入电阻rid; （3）输出电阻rod0。 此外还有:没有失调,没有失调温漂,共模抑制比趋于无穷大等。尽管理想运放并不存在,但由于集成运放的技术指标都比较接近理想值,在具体分析时将其理想化。是允许的,这种分析所带来的误差一般比较小,可以忽略不计。,2集成运放的传输特性 实际电路中集成运放的传输特性如图所示。,集成运放的非线性应用 当集成运放工作在开环状态或外接正反馈时,由于集成运放的Au

34、d很大,只要有微小的电压信号输入,集成运放就一定工作在非线性区。其特点是:输出电压只有两种状态,不是正饱和电压Uom,就是负饱和电压Uom。 （1）当同相端电压大于反相端电压,即uu时, uo=Uom （2）当反相端电压大于同相端电压,即uu时, uo=Uom。,二、 集成运算放大器的两种基本电路,常见的基本运算电路有比例运算、加法、减法、微积分和乘法运算等。 1. 反相输入比例运算电路 如图所示为反相输入比例运算电路。,输出电压与输入电压成比例关系,且相位相反。此外,由于反相端和同相端的对地电压都接近于零,所以集成运放输入端的共模输入电压极小,这就是反相输入电路的特点。 当R1=Rf=R 时

35、, ,输入电压与输出 电压大小相等,相位相反,称为反相器。,如图所示,当Rf=0或R1时, 即输出电压与输入电压大小相等,相位相同,该电路称为电压跟随器。,34 集成运算放大器应用电路,1、 加法运算 如图所示。,2. 减法运算,当R1=R2=R3=Rf=R时,uo=ui1ui2。在理想情况下,它的输出电压等于两个输入信号电压之差,具有很好的抑制共模信号的能力。但是,该电路作为差动放大器有输入电阻低和增益调节困难两大缺点。因此,为了满足输入阻抗和增益可调的要求,在工程上常采用多级运放组成的差动放大器来完成对差模信号的放大。,集成运放的调零电路有两类,一类是内调零,集成运放设有外接调零电路的引线

36、端,按说明书连接即可,例如我们常用的A741,其中电位器RP可选择10k的电位器,如图所示。,另一类是外调零,即集成运放没有外接调零电路的引线端,可以在集成运放的输入端加一个补偿电压,以抵消集成运放本身的失调电压,达到调零的目的。常用的辅助调零电路如图所示。,二、集成运放的保护 1、电源保护 为了防止正负电源接反,可用二极管保护,若电源接错,二极管反向截止,集成运放上无电压,如图所示。,2、输入端保护 当输入端所加的电压过高时会损坏集成运放,为此,可在输入端加入两个反向并联的二极管,如图所示,将输入电压限制在二极管的正向压降以内。,3、输出端保护 为了防止输出电压过大,可利用稳压管来保护,如图

37、所示,将两个稳压管反向串联,就可将输出电压限制在稳压管的稳压值UZ的范围内。,41 正弦波振荡电路的基本原理,来看一个在卡拉OK中常见的现象啸叫,声音经话筒拾音、功放扩音后从音箱发出，再经空间传播重新进入话筒、再被放大从音箱出来、再次进入话筒形成循环。,类似于啸叫现象：当开关转接到2时就构成了振荡电路,. 正弦波振荡的形成过程 放大电路在接通电源的瞬间, 随着电源电压由零开始的突然增大, 电路受到扰动, 在放大器的输入端产生一个微弱的扰动电压ui, 经放大器放大、 正反馈, 再放大、再反馈, 如此反复循环, 输出信号的幅度很快增加。这个扰动电压包括从低频到甚高频的各种频率的谐波成分。为了能得到

38、我们所需要频率的正弦波信号, 必须增加选频网络, 只有在选频网络中心频率上的信号能通过, 其他频率的信号被抑制, 在输出端就会得到如图的ab段所示的起振波形。,那么, 振荡电路在起振以后, 振荡幅度会不会无休止地增长下去了呢？这就需要增加稳幅环节, 当振荡电路的输出达到一定幅度后, 稳幅环节就会使输出减小, 维持一个相对稳定的稳幅振荡, 如图的bc段所示。 也就是说, 在振荡建立的初期, 必须使反馈信号大于原输入信号, 反馈信号一次比一次大, 才能使振荡幅度逐渐增大; 当振荡建立后, 还必须使反馈信号等于原输入信号, 才能使建立的振荡得以维持下去。,42 LC 正弦波振荡电路,先看看是否为正反

39、馈,变压器反馈式LC 振荡电路 电路如图,是正反馈,看看是否满足条件,（1） 相位平衡条件。 为了满足相位平衡条件, 变压器初次级之间的同名端必须正确连接，电路振荡时, f=f0, LC回路的谐振阻抗是纯电阻性, 由图中L1及L2同名端可知, 反馈信号与输出电压极性相反, 即F=180。 于是A+F=360,保证了电路的正反馈, 满足振荡的相位平衡条件。 对频率ff0的信号, LC回路的阻抗不是纯阻抗, 而是感性或容性阻抗。此时,LC 回路对信号会产生附加相 移, 造成F180, 那A+F360, 不能满足相位平衡条件, 电路也不可能产生 振荡。 由此可见, LC振荡电路只有在f=f0 这个频

40、率上, 才有可能振荡。,（2） 幅度条件。 为了满足幅度条件AF1, 对晶体管的值有一定要求。一般只要值较大, 就能满足振幅平衡条件。反馈线圈匝数越多, 耦合越强, 电路越容易起振。,电路优缺点 (1) 易起振, 输出电压较大。 由于采用变压器耦合, 易满 足阻抗匹配的要求。 (2) 调频方便。 一般在LC回路中采用接入可变电容器的方 法来实现, 调频范围较宽, 工作频率通常在几兆赫左右 (3) 输出波形不理想。 由于反馈电压取自电感两端, 它对高 次谐波的阻抗大, 反馈也强, 因此在输出波形中含有较 多高次谐波成分。 ,RC正弦波振荡电路结构简单, 性能可靠, 用来产生几兆赫兹以下的低频信号

41、, 常用的RC振荡电路有RC桥式振荡电路和移相式振荡电路。 1. RC桥式振荡电路,43 RC振荡电路,二、 RC串并联网络的选频特性 RC串并联网络由R2和C2并联后与R1和C1串联组成, 如图所示。,当f=f0时,电压传输系数最大,其值为: F=1/3, 相角为零, 即F=0。此时, 输出电压与输入电压同相位。当ff0时, F1/3, 且F0, 此时输出电压的相位滞后或超前于输入电压。由以上分析可知: RC串并联网络只在 f=f0=1/2RC 时, 输出幅度最大, 而且输出电压与输入电压同相, 即相位移为零。所以, RC串并联网络具有选频特性。,一、 石英晶体的特点 石英晶体谐振 器是从一

42、块石英晶体上按确定的方位角切下的薄片, 这种晶片可以是正方形、矩形或圆形、 音叉形的, 然后将晶片的两个对应表面上涂敷银层, 并装上一对金属板, 接出引线, 封装于金属壳内。 ,为什么石英晶体能作为一个谐振回路, 而且具有极高的频率稳定度呢？这要从石英晶体的固有特性来进行分析。 物理学的研究表明, 当石英晶体受到交变电场作用时, 即在两极板上加以交流电压, 石英晶体便会产生机械振动。 反过来, 若对石英晶体施加周期性机械力, 使其发生振动, 则又会在晶体表面出现相应的交变电场和电荷, 即在极板上有交变电压。当外加电场的频率等于晶体的固有频率时, 便会产生“机电共振”, 振幅明显加大, 这种现象

43、称为压电谐振。 它与LC回路的谐振现象十分相似。,图示为串联型石英晶体振荡电路。 ,作 业P 86 1、2、3、4,电源适配器,市电220V,4.2V,交流,直流,51 单相整流电路,CH1 20 mS 622 Vpp,交流电特性：,大小和方向作周期性变化,CH1 1 S 17 Vpp,正向,负向,实验一 ：交流电特性的演示,实验电路的连接图,变压器,电流表,灯泡,直流电特性：,大小和方向都稳定不变,能直接使用交流电作为电源的常见设备,电热设备,交流异步电动机,内含电源转换的常见设备,电子设备,交流电变换成直流电,把交流电的方向固定下来,把交流电的大小固定下来,先固定其大小还是先固定方向？,：

44、整流,任务一：设计一个整流电路，电路图基本布局如下：,整流电路,5 分钟完成电路图2 分钟介绍设计原理5 分钟完成电路验证,半波整流电路,uO = 0.45 u2,iO = iD,+,_,桥式整流电路,uO = 0.9 u2,iD = 0.5 iO,思考：如果桥式整流电路的四个二极管中去掉其 中一个（例如 D 2），负载电压有何变化？,53 滤波电路,滤波,如何使断续的水流变得持续平滑？,53 滤波电路,滤波,蓄水供水,任务二：设计一个滤波电路，电路图基本布局如下：,5 分钟完成电路图2 分钟介绍设计原理2 分钟完成电路验证,滤波电路,一、 电容滤波电路,充电,放电,电容放电：U2 按正弦规律下降，使U2小于UC，二极管截止，负载由电容供电，UC缓慢下降。,一、 电容滤波电路,充电,电容放电：U2 按正弦规律下降，使U2小于UC，二极管截止，负载由电容供电，UC缓慢下降。,一、 电容滤波电路,电容滤波使二极管导通时间缩短，只在充电期间导通。,uO = 1.1 u2,二、 电感滤波电路,楞次定理：电感产生的感应电流总是阻 碍外部电流变化的。U2 增大时：电能转变成磁能储存起来，U2 减少时：磁能转变成电能供给负载。,三、 复合滤波电路,T 型滤波器,型滤波器,课堂小结：,电源变换过程,变压,市电,整流,滤波,稳压,课后作业,预习稳压电路知识,