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1、第一章 电子技术的应用,一.模拟电子技术,二、数字电子技术,1.1.集成运放,1.2 线性集成稳压电源,2.1集成门电路,1.3 开关稳压电源,2.2组合逻辑电路,2.4 数字电路的设计方法,2.3 时序逻辑电路,诸 论,一、电子技术的发展（日新月异）,1905-1946 电子管时代贝尔实验室诞生第一只半导体晶体管集成电路的出现大规模集成电路1975超大规模集成电路（伴随计算机技术的发展）1997 40亿个元件的集成电路,二、模拟电路和数字电路,1、数字信号：特点 离散性（时间上、数值上）2、模拟信号：连续性（任何瞬间的任何数值都是有意义的）如自动控制系统的物理量、温度、压力、重量等，由传感器
2、变来的量都是模拟量。模拟电子技术的应用：集中在集成运放引入反馈的不同，达到不同的功能，此基本功能可以得到扩散。,诸 论,三、电子系统的组成：电子系统总是伴随着一个物理系统，具有工程性，比如：测量等。由以下几个部分组成。,1、信号的提取：通过两个途径（1）传感器：如自动控制的物理量：温度、压力、流量等。（2）接收器：如无线通讯、遥测遥控等。2、信号的预处理：从传感器或接收器提取的信号是微弱的，甚至还混杂着干扰、噪声等，必须通过预处理。处理的方法有：（1）隔离：如信号源的地与后面电路的地分开；信号输入与输出采用光电、变压器等不同偶合方式。（2）滤波：去掉干扰和噪声的影响。（3）放大：放大的本质是能
3、量的控制，任何放大器都需要有电源提供能量，放大器通过有源元件（场效应管、晶体管等），从电源吸取能量并转换成与输入信号相同的信号来驱动负载。3、信号加工（1）信号的运算：输出电压是输入电压的某种运算。（2）信号的转换：电流转换为电压；交变直；直变交（根据负载的需要）。（3）信号的比较：以基准信号进行比较（在自动控制中，将信号控制在一定的范围）。4、信号的执行（1）直接驱动负载（2）经A/D转换计算机（数字系统）D/A转换功放推动,集成运算放大器高增益的直接耦合的集成的多级放大器。,集成电路的工艺特点：（1）元器件具有良好的一致性和同向偏差，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。（2）集成电路的芯
4、片面积小，集成度高，所以功耗很小，在毫瓦以下。（3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。（4）只能制作几十pF以下的小电容。因此，集成放大器都采用直接耦合方式。如需大电容，只有外接。（5）不能制造电感，如需电感，也只能外接。,什么是集成运算放大器？,集成运放简介,一.集成运放的总体结构,二.简单的集成运放,原理电路：,集成运算放大器符号,国际符号：,国内符号：,集成运放的特点：,电压增益高,输入电阻大,输出电阻小,直耦放大电路的特殊问题零点漂移,零漂现象：,产生零漂的原因：,零漂的衡量方法：,由温度变化引起的。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的
5、电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。,输入ui=0时，输出有缓慢变化的电压产生。,将输出漂移电压按电压增益折算到输入端计算。,例如,若输出有1 V的漂移电压。,则等效输入有100 uV的漂移电压,假设,第一级是关键,3.减小零漂的措施,用非线性元件进行温度补偿,采用差动放大电路,等效 100 uV,漂移 1 V,差动放大电路,即：1=2=UBE1=UBE2=UBE rbe1=rbe2=rbe RC1=RC2=RC Rb1=Rb2=Rb,1.差动放大电路一般有两个输入端：双端输入从两输入端同时加信号。单端输入仅从一个输入端对地加信号。,2.差动放大电路可以有两个输
6、出端。双端输出从C1 和C2输出。单端输出从C1或C2 对地输出。,二.几个基本概念,3.差模信号与共模信号,差模信号：,共模信号：,差模电压增益：,共模电压增益：,总输出电压：,4.共模抑制比,三.差动放大电路的基本工作原理,1.静态工作点的计算：,忽略Ib，有：Ub1=Ub2=0V,2.抑制零漂的原理:,Uo=UC1-UC2=0,当ui1=ui2=0 时，,当温度变化时：,UC1=UC2,设T ic1,ic2 uc1,uc2 uo=uc1-uc2=0,(1)加入差模信号,ui1=-ui2=uid/2，,3.电路的动态分析,所以，Re对差模信号相当于短路。,若ui1,ui2 ib1,ib2
7、ie1,ie2 IRe不变 UE不变,uic=0。,(5)共模抑制比,共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。,，或,双端输出时KCMR可认为等于无穷大，单端输出时共模抑制比：,动画演示,五.带恒流源的差动放大电路,根据共模抑制比公式：,加大Re，可以提高共模抑制比。为此可用恒流源T3来代替Re。,等效很大的交流电阻，直流电阻并不大。,恒流源使共模放大倍数减小，而不影响差模放大倍数，从而增加共模抑制比。,恒流源的作用,带恒流源的差动放大电路的计算：,静态工作点：,动态：,恒流源等效电阻：,1.镜像电流源,基准电流：,无论T2的负载如何变化，IC2的电流值将保持不变。,5.2 集成运算放大
8、器中的单元电路,一.电流源电路,因为：,所以：,2.微电流源,（1）电流小（因为UBE小）。,微电流源的特点：,（2）电流稳定（电流负反馈）,3.多路电流源,二.差动输入级,1.有源负载差动放大电路,T3、T4组成镜像电流源，作T1、T2的负载。同时可使单端输出的电压增益近似为双端输出的电压增益。,三.输出级,工作原理：,ui为正半周时，T1管工作，T2管截止，输出uo为正；ui为负半周时，T2管工作，T1管截止；输出uo为负。两管交替工作，在负载电阻RL上得到完整的正弦波。,1.互补对称射极输出电路,输入输出波形图,死区电压,2.克服交越失真的互补对电路,静态时，T1、T2两管发射结电压分别
9、为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态，以消除交越失真。,电路中增加 D1、D2,工作原理：,四.通用型集成运放F007,分析：,1.偏置电路：,T12、R5和T11构成了主偏置电路，产生基准电流：,其他偏置电流都与基准电流有关。T10、T11和R4组成微电流源，通过T8和T9组成的镜象电流源为差动输入级提供偏置电流。T12和T13管构成多支路电流源。T13管是多集电极三极管，其集电极电流和的大小比例为3:1。B路作为中间级的有源负载。A路为输出级提供偏置。,2.输入级：,T1、T2和 T3、T4管组成共集一共基复合差动输入电路。其中T1和T2管作为射极输出器，输入电阻高
10、。T3 和T4管是横向PNP管，发射结反向击穿电压高，可使输入差模信号达到30V以上。,T5、T6、T7 和R1、R2、R3组成具有基极补偿作用的镜象电流源，作为差动输入级的有源负载，可以提高输入级的增益。它们同时还有单端输出转换为双端增益的功能。,3.中间级：,T16和T17是复合管组成的共射放大电路，T13B作这一级的集电级有源负载。,T14和T20管组成互补对称输出级，T18、T19和 R8为其提供静态偏置以克服交越失真。T15和 R9保护T14管，使其在正向电流过大时不致烧坏。T21、T23、T22管和 R10保护 T20管在负向电流过大时不致烧坏。,4.输出级：,5.相位分析：,用“
11、瞬时极性法”判定，3号腿为同相端；2号腿为反相端。,1.输入失调电UIO 输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。是表征运放内部电路对称性的指标。（与温度有关，小于1mV/1）,五 集成运算放大器的主要参数,2.输入失调电压温漂 dUIO/dT 在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。,4.输入失调电流 IIO：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。,3.输入偏置电流IIB：输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。,5.输入失调电流温漂dIIO/DT:
12、在规定工作温度范围内，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。,6.最大差模输入电压Uidmax 运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。,7.最大共模输入电压Vicmax 在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。,8.开环差模电压放大倍数 Aod：无反馈时的差模电压增益。一般Aod在100120dB左右，高增益运放可达140dB以上。,9.差模输入电阻rid：双极型管输入级约为105106欧姆，场效应管输入级可达109欧姆以上。,10.共模抑制比 KCMR：KCMR=20l
13、g(Avd/Avc)(dB)其典型值在80dB以上，性能好的高达180dB。,二、理想运放工作在线性区,运放工作在线性区,称：“虚断”,称“虚短”,为了保证运放工作在线性区，电路必须引入负反馈。,集成运放的应用,一、理想运放的主要特性,UOI、IOI、dUOI/dT(0C)、dIOI/dT(0C)均为零,三、理想运放工作在非线性区,运放处于开环或引入正反馈，则运放工作在非线性区。,1-2运算电路,一、比例运算电路,1.反相比例运算电路,电压并联负反馈,特点：,1-2运算电路,三、积分运算电路和微分运算电路,1.积分运算电路,在t1-t2 时间段的积分值,1-3电压比较器,一、功能,比较两个电压的大小，根据结果的不同输出两个不同的电平。,传输特性,1-3电压比较器,二、单限比较器,电路,原理,传输特性,只有一个阈值电压,1-3电压比较器,1.过零比较器,UT=0,1-3电压比较器,输入保护,1-3电压比较器,输出限幅,1-3电压比较器,2.一般限幅比较器,1-3电压比较器,三、滞回比较器,
