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1、放大器设计,模拟电子技术培训,一、概述,（1）按使用频段分：直流放大器；低频放大器；中频放大器；高频放大器和微波放大器。 （2）按功率大小分：小信号（小功率）放大器，功率放大器；大功率放大器；超大功率放大器。 （3）按导通角分：甲类放大器，甲乙类放大器、乙类放大器、丙类放大器等。 （4）按频带宽窄分：选频放大器、窄带放大器、宽带放大器 （5）按集成度分：分立元件组成的放大器、集成放大器。 （6）按有无反馈分：开环放大器、反馈放大器（反馈放大器分为四种组态）,放大器种类繁多，分类如下：,放大器是电子线路系统最基本的、也是最重要的单元。,一、概述,（1）输入阻抗和输入电平（或输入信号的动态范围）。
2、 （2）输出阻抗。 （3）电压（或电流、或功率）放大倍数。 （4）输出电平（输出功率） （5）频率带宽。 （6）失真度 （7）放大器的效率,放大器的技术指标很多，设计中下面几项技术指标必须考虑：,二、运算放大器,（1）通用型运算放大器：普通用途，性能较差或中等，价格低，如LM358、OP07、LM324、LF412等。 （2）精密运算放大器：高精度，如TLC4501,TLC2201。 （3）低噪声运放：TIC2201,TLE2027。 （4）高速型运放：用于处理频带宽、变化速度快的信号。如TLC4501。 （5）低功耗型运放：如TLC2254。 （6）单电源运放：,运算放大器可分为以下类型：,
3、二、运算放大器集成运放的种类,按性能指标,高 阻 型：rid，可高于1012。 用于测量放大器、信号发生器。 高 速 型： fH和SR高， fH可达1.7GHz，SR可达 103V/S。 用于A/D、D/A转换电路、视频放大器。 高精度型：低失调、低温漂、低噪声、高增益， Aod高于105dB。 用于微弱信号的测量与运算、高精度设备。 低功耗型：工作电源电压低、静态功耗小，在100200W。 用于空间技术、军事科学和工业中的遥感遥测。 大功率型、仪表用放大器、隔离放大器、缓冲放大器,通常情况下用通用型运放，特殊情况下才用专用型运放。,二、运算放大器,按工作原理,电压放大型：输入量与输出量均为电
4、压 电流放大型：输入量与输出量均为电流 跨导型：输入量为电压，输出量均为电流 互阻型：输入量为电流，输出量均为电压,按可控性,可控增益：利用外加控制电压控制增益的大小 选通控制：输入为多通道，利用输入的逻辑信 号控制那个通道的信号放大,二、运算放大器集成运放的主要性能指标,指标参数 F007典型值 理想值 UIO的温漂dUIO/dT() 几V/ 0,UIO的温漂dUIO/dT() 几V/ 0,输入失调电流 IIO 20nA 0,IIO的温漂dIIO/dT() 几nA/ 0,使输出电压等于零在输入端加的补偿电压。,二、运算放大器集成运放的主要性能指标,指标参数 F007典型值 理想值 最大共模输
5、入电压 UIcmax 13V,-3dB带宽 fH 10Hz ,转换速率 SR 0.5V/S ,能正常放大差模信号时容许的最大的共模输入电压。,最大差模输入电压 UIdmax 30V,超过此值输入级差分管将损坏。,上限截止频率。,对大信号的反应速度,为什么这么低？,二、运算放大器集成运放的主要性能指标,指标参数 F007典型值 理想值 开环差模增益 Aod 106dB 差模输入电阻 rid 2M 共模抑制比 KCMR 90dB 输入失调电压 UIO 1mV 0 UIO的温漂d UIO/dT() 几V/ 0 输入失调电流 IIO ( IB1- IB2 ) 20nA 0 UIO的温漂d UIO/dT
6、() 几nA/ 0 最大共模输入电压 UIcmax 13V 最大差模输入电压 UIdmax 30V -3dB带宽 fH 10Hz 转换速率 SR(=duO/dtmax) 0.5V/S ,讨论一,根据下列要求，将应优先考虑使用的集成运放填入空内。 已知现有集成运放的类型是： 通用型 高阻型 高速型 低功耗型 高压型 大功率型 高精度型 1. 作低频放大器，应选用 。 2. 作宽频带放大器，应选用 。 3. 作幅值为1V以下微弱信号的量测放大器，应选用 。 4. 作内阻为10M信号源的放大器，应选用 。 5. 负载需5A电流驱动的放大器，应选用 。 6. 要求输出电压幅值为80的放大器，应选用 。
7、 7. 宇航仪器中所用的放大器，应选用 。,三、集成放大器的应用电路 1. 电子系统简介,传感器接收器,隔离、滤波放大、阻抗变换,运算、转换、比较,功率放大A/D转换,信号的产生,电子信息系统的供电电源,2. 理想运放的参数特点,Aod、 rid 、fH 均为无穷大，ro、失调电压及其温漂、失调电流及其温漂、噪声均为0。,因为uO为有限值， Aod，所以 uNuP0，即 uNuP虚短路,因为rid，所以 iNiP0虚断路,电路特征：引入电压负反馈。,无源网络,3. 集成运放的线性工作区 uOAod(uP uN),4. 研究的问题,（1）什么是运算电路：运算电路的输出电压是输入电压某种运算的结果
8、，如加、减、乘、除、乘方、开方、积分、微分、对数、指数等。 （2）描述方法：运算关系式 uOf (uI) （3）分析方法：“虚短”和“虚断”是基本出发点。,（1）识别电路。 （2）求解运算关系式。,5、学习运算电路的基本要求,比例运算电路 1. 反相输入,电路引入了哪种组态的负反馈？ 电路的输入电阻为多少？ 3) R？为什么？ 4) 若要Ri100k，比例系数为100，R1？ Rf？,Rf太大，噪声大。如何利用相对小的电阻获得100的比例系数？,+,_,iN=iP=0， uN=uP=0虚地,在节点N：,T 形反馈网络反相比例运算电路,利用R4中有较大电流来获得较大数值的比例系数。,运算关系的分
9、析方法：节点电流法,2. 同相输入,电路引入了哪种组态的负反馈？ 输入电阻为多少？ 电阻R？为什么？ 共模抑制比KCMR时会影响运算精度吗？为什么？,同相输入比例运算电路的特例：电压跟随器,加减运算电路 1. 反相求和,方法一：节点电流法,1. 反相求和,方法二：利用叠加原理 首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。,2. 同相求和 设 R1 R2 R3 R4 R Rf,利用叠加原理求解： 令uI2= uI3=0，求uI1单独作用时的输出电压,在求解运算电路时，应选择合适的方法，使运算结果简单明了，易于计算。,同理可得， uI2、
10、uI3单独作用时的uO2、 uO3，形式与uO1相同， uO =uO1+uO2+uO3 。 物理意义清楚，计算麻烦！,2. 同相求和 设 R1 R2 R3 R4 R Rf,与反相求和运算电路的结果差一负号,必不可少吗？,3. 加减运算 利用求和运算电路的分析结果,设 R1 R2 Rf R3 R4 R5,若R1 R2 Rf R3 R4 R5，uO?,实现了差分放大电路,积分运算电路和微分运算电路 1. 积分运算电路,移相,利用积分运算的基本关系实现不同的功能,1) 输入为阶跃信号时的输出电压波形？,2) 输入为方波时的输出电压波形？,3) 输入为正弦波时的输出电压波形？,线性积分，延时,波形变换
11、,2. 微分运算电路,为了克服集成运放的阻塞现象和自激振荡，实用电路应采取措施。,限制输入电流,限制输出电压幅值,滞后补偿,四、仪表放大器,也称为精密放大器，用于弱信号放大,输入电阻越大，因信号源内阻变化而引起的放大误差就越小。 从传感器所获得的信号常为差模小信号，并含有较大共模部分，其数值有时远大于差模信号。要求放大器具有较强的抑制共模信号的能力。,要求仪表放大器：足够大的放大倍数，还应具有高输入电阻和高共模抑制比。,三、仪表放大器,三运放构成的精密放大器,型号为INA102的集成仪表用放大器,INA102的外接电源和输入级失调调整,数字式温度计电路,五、信号转换,信号的发送：调幅、调频、调
12、相 信号的接收：解调 信号对负载的驱动：i-u，u-i 信号的预处理：AC-DC（整流、检波、滤波） DC-AC（斩波） 信号的接口电路：A-D（如 u-f），D-A,1、 u-i 转换电路,若信号源不能输出电流，则选电路一；若信号源能够输出一定的电流，则可选电路二。 若负载需接地，则上述两电路均不符合要求。,电路一,电路二,引入了电流串联负反馈,引入了电流并联负反馈,豪兰德电流源电路,电路既引入了负反馈，又引入了正反馈。,如何求解输出电阻？,为什么一般的整流电路不能作为精密的信号处理电路？,2、精密整流电路,若uImaxUon ，则uO仅在大于Uon近似为uI，失真。,精密整流电路是信号处理
13、电路，不是电源中AC-DC的能量转换电路；实现微小信号的整流。,设RRf,对于将二极管和晶体管作电子开关的集成运放应用电路，在分析电路时，首先应判断管子相当于开关闭合还是断开，它们的状态往往决定于输入信号或输出信号的极性。,精密整流电路的组成,半波整流，若加uI的负半周，则实现全波整流,全波精密整流电路,二倍频三角波,绝对值运算电路,3、u-f 转换电路（压控振荡器）,T,1. 电荷平衡式压控振荡器,电路的组成：由锯齿波发生电路演变而来。,若T2决定于外加电压，则电路的振荡频率就几乎仅仅受控于外加电压，实现了uf 的转换。,1. 电荷平衡式压控振荡器,R1R5,单位时间内脉冲个数表示电压的数值，故实现A/D转换,若uI0，则电路作何改动？,2. 复位式压控振荡器,直流电源设计,模拟电子技术培训,