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1、实用模拟电子技术,李妍 姜俐侠,任务3 音调调整电路的制作,为了使声音信号符合人们的听觉及爱好，通常在前置放大电路后增加音调调整电路。音调调整电路是通过对不同频率的衰减与提升，来改变信号原有的频率特性。 本书中语音放大器的音调调整电路能够实现高低音调调整并有一定的信号放大作用。同时还能够进行音量控制。本任务将介绍音调调整电路的相关原理及制作方法。,任务3 音调调整电路的制作,音调调整电路,任务3 音调调整电路的制作,3.1 差动放大电路 3.2 集成运算放大器 3.3 集成运算放大器的应用,任务3 音调调整电路的制作,任务3 音调调整电路的制作,集成运算放大器是一个高增益多级直接耦合放大器，主
2、要由输入级、中间级、输出级及偏置电路组成，外接不同反馈网络和输入网络就可构成具有各种功能的模拟电子电路，例如，比例放大、加法运算、减法运算、微分运算、积分运算等各种模拟运算电路。集成运算放大器是一种高放大倍数、性能优良、通用性强的多功能部件，应用极为广泛。,任务3 音调调整电路的制作,3.1 差动放大电路,3.1.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象,3.1.2 差动放大电路的组成及工作原理,任务3 音调调整电路的制作,3.1.3. 长尾式差动放大电路的结构及工作原理,3.1.4恒流源差动放大电路,任务3 音调调整电路的制作,3.1.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象,1. 零漂现象,放大电路在
3、输入电压为零时，输出电压不为零且缓慢变化的现象 。,2. 产生零漂的原因,任何参数的变化，如电源电压的波动、电路元件的老化、半导体器件参数随温度变化而产生的变化，都将产生输出电压的漂移。 采用高质量的稳压电源和使用经过老化实验的元件就可以大大减小由此而产生的漂移。所以由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移的主要原因，因而也称零点漂移为温度漂移，简称温漂。 在直接耦合放大电路各级产生的零点漂移中，第一级产生零点漂移影响最大，因此，减小零点漂移的关键是改善放大电路第一级的性能。,在电路中引入直流负反馈，稳定静态工作点。 采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化。 将两个参数
4、对称的单管放大电路接成差动放大电路的结构形式，使输出端的零漂相互抵消。,3. 抑制零点漂移的措施,任务3 音调调整电路的制作,3.1.2 差动放大电路的组成及工作原理,任务3 音调调整电路的制作,1. 基本差动放大电路的组成及特性,特点： a.两只完全相同的管子； b.两个输入端， 两个输出端； c.元件参数对称；,能有效地克服零点漂移,双端输出- 在电路的两管集电极C1、C2间输出。 单端输出- 从C1或C2对地输出。,两种输出方式：,对于双端输入的电路，其输入信号分为三种：,共模信号：大小相等极性相同的输入信号，共模输入信号用uic表示。 差模信号：大小相等极性相反的输入信号，差模输入信号
5、用uid表示。 不规则信号：大小不等,极性不定的输入信号。不规则信号用ui表示。对于不规则信号可将其分解成一对差模信号和一对共模信号。,任务3 音调调整电路的制作,若两不规则信号分别为ui1和ui2，则有,式中，差模信号为：,，,共模信号为：,任务3 音调调整电路的制作,工作原理：在电路结构相同、参数完全对称的情况下，由于环境温度变化引起静态工作点的漂移折合到输入端相当于在两个输入端加上了大小相等、极性相同的共模信号。那么两只管子的集电极电位在温度变化时也相等，电路以两只管子集电极电位差作为输出，就克服了温度漂移。,该电路是靠电路的对称性消除零漂的。,任务3 音调调整电路的制作,3.1.3长尾
6、式差动放大电路的结构及工作原理,任务3 音调调整电路的制作,基本差动放大电路存在如下不足：,完全对称的元器件并不存在； 如果采用单端输出(输出电压从一个管子的集电极与“地”之间取出)，零漂根本无法抑制。,所以单靠提高电路的对称性来抑制零点漂移是有限度的。为此，常采用长尾式差动放大电路。,（1）电路结构,RP 调零电位器,调节电路的对称性。几十到几百欧姆之间.,RE 具有负反馈作用，可以稳定电路的静态工作点， 进一步抑制零漂。,负电源VEE 扩大动态范围,任务3 音调调整电路的制作,（2）工作原理,1）静态分析,因RP阻值很小，可忽略RP的影响， 简化后的电路如图:,根据基极回路方程 IBQRB
7、1+UBEQ+2IEQRE=VEE,合理选择RE，并与电源VEE相配合，就可设置合适的静态工作点。,任务3 音调调整电路的制作,双端输入：两个输入端与地之间分别接入信号源。 单端输入：仅一个输入端与地之间接信号源，而另一输入端直接接地。 双端输出：负载接于两管集电极之间。 单端输出：负载接于某一单管的集电极与地之间。,2）动态分析,（1）差动放大电路的四种接法,差动放大电路按输入输出的不同联接方式可分为四种： 双端输入双端输出； 双端输入单端输出； 单端输入双端输出； 单端输入单端输出。,任务3 音调调整电路的制作,（2）双端输入双端输出的差动放大电路,任务3 音调调整电路的制作,Uod=Uo
8、1Uo2=2Uo1（或-2Uo2） Uid=Uid1Uid2=2Uid1,差动放大电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价，换取了低温漂的效果。,1）差模放大倍数Aud,任务3 音调调整电路的制作,2）输入、输出电阻,输出电阻,输入电阻,RB=RB1=RB2,任务3 音调调整电路的制作,输出电压 uoc=uc1-uc2=0 共模放大倍数为,3）共模放大倍数Auc,4）共模抑制比 表示对差模信号的放大能力和对共模信号的抑制能力。,CMRR越大，表示电路对共模信号的抑制能力越好。 因为Auc=0，所以共模抑制比CMRR=。,任务3 音调调整电路的制作,（2）双端输入单端输出的差动放大电路,任务3 音调
9、调整电路的制作,1）差模放大倍数Aud,任务3 音调调整电路的制作,2）输入、输出电阻,3）共模放大倍数Auc,4）共模抑制比,任务3 音调调整电路的制作,3.1.4恒流源差动放大电路,任务3 音调调整电路的制作,减少共模放大倍数的思路：,增大 RE,用恒流源代替 RE,特点：,直流电阻为有限值 动态电阻很大,1. 三极管恒流源电路,简化 画法,电流源代替差分电路中的 RE,任务3 音调调整电路的制作,电路如图所示，设VCC=VEE=12V，=50，RC=30k，RE=27k，RB=10k，RP=500k, RL=20k ，设RP的活动端调在中间位置。 （1）求静态工作点 （2）求差模电压放大
10、倍数Aud。 （3）差模输入电阻Rid和输出电阻Ro。,例3-1,解：由三极管的基极回路可知,任务3 音调调整电路的制作,放大电路中引入RE，对差模电压放大倍数没有影响，但 调零电位器只流过一个管子的电流，因此将使差模电压 放大倍数降低。放大电路的交流通路如下图所示。,由图可求得差模电压放大倍数为,任务3 音调调整电路的制作,差模输入电阻,差模输出电阻,任务3 音调调整电路的制作,3.2 集成运算放大器,任务3 音调调整电路的制作,集成运算放大器是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、集成化了的直接耦合多级放大器。它在自动控制，测量设备，计算技术和电信等几乎一切电子技术领域中获得了日益广泛的
11、应用。 集成运算放大器的外形有多种，如图所示。,3.2 集成运算放大器,3.2.1 集成运算放大器的组成、符号和特点,3.2.2 集成运算放大器的主要性能指标及选择方法,3.2.3 常用集成运算放大器芯片介绍,3.2.4 理想集成运算放大器,任务3 音调调整电路的制作,3.2.1 集成运算放大器的组成,集成运算放大器外形 :,a）双列直插式 b）圆壳式 c）扁平式,任务3 音调调整电路的制作,输入级：,差动放大电路，减少温漂、提高输入电阻。,中间级：,直接耦合共发射极电路，电压增益大。,输出级：,功放电路，带负载能力强。,偏置电路：,镜像电流源,微电流源。 为输入级、中间级和输出级提供合适的静
12、态工作点。,任务3 音调调整电路的制作,3.2.1 集成运算放大器的组成,集成运算放大器的符号,曾用符号,国家标准符号,任务3 音调调整电路的制作,同相输入端,反相输入端,同相输入端，标注“+”，表示输出电压与此输入端的电压相位相同； 反相输入端，标注“-”号，表示输出电压与此输入端的电压相位相反。,3.2.2 集成运算放大器的主要性能指标及选择方法,1.集成运算放大器的主要性能指标,无反馈时的差模电压放大倍数.,可达100 140 dB,(1） 开环差模电压放大倍数Aod:,任务3 音调调整电路的制作,（2）共模抑制比CMRR,是衡量输入级抑制零漂的能力的重要指标。,约为（80160）dB,
13、（3）差模输入电阻Rid,开环情况下输入差模信号时的输入电阻。,约为10千欧3兆欧,越大越好,（4）输入失调电压UIO,输入电压为0时，输出失调电压折合到输入端的等效差模输入电压值。,约为（210）mV,任务3 音调调整电路的制作,（5）输入失调电流IIO,当输出端电压为零时流入两输入端的静态基极电流之差。,约为（110）nA,（6）差出电阻RO,在开环条件下，运放等效为电压源时的等效动态内阻。,约为几百千欧几兆欧,越大越好,（7）最大输出电压Uom,运放在标称电源电压时，其输出端所能提供的 最大不失真峰值电压。,不低于电源电压2V,（8）最大输出电流Iom,运放在标称电源电压和最大输出电压下
14、，运放所 能提供的正向或负向的峰值电流。,（9）开环带宽fBW,开环差模电压增益下降3dB时所对应的频率范围。用分贝表示是3dB。,大于80 dB,任务3 音调调整电路的制作,（1）信号源的性质 根据信号源是类型、内阻、输入信号的幅值及频率等，选择运算放大器。 （2）负载的性质 根据负载确定所需运算放大器的输出电压和输出电流。 （3）精度要求 根据精度要求选择运算放大器参数指标。 （4）环境条件 根据环境温度的变化范围，选择运算放大器的参数、电源电压、功耗。,2.集成运算放大器的选择,任务3 音调调整电路的制作,3.运算放大器在使用中的一些问题,（1）首先选择通用运算放大器，其次再考虑特殊运算
15、放大器。 （2）使用集成运算放大器要会辨认封装形式。 （3）查阅手册，确认各个管脚的功能。 （4）清楚运算放大器的参数。 （5）单电源使用时，注意输入端是否需要增加直流偏置，以便能放大正负两个方向的输入信号。 （6）设计集成运算放大器电路时，应该考虑是否增加调零电路、输入保护电路、输出保护电路。,任务3 音调调整电路的制作,3.2.3 常用集成运算放大器芯片介绍,集成运算放大器有很多型号，例如，AD826（低功耗、宽带、高速双运算放大器）、MC33172 （单电源、低电压、低功耗双运算放大器）、EL2044C（单电源、低功耗、高速运算放大器）、uA741（通用型单运算放大器）RC4558（低功
16、耗、低噪声、宽带、双集成运放）。下面以RC4558为例对集成运放做简单介绍。,任务3 音调调整电路的制作,RC4558引脚功能如下： 1脚为通道1输出；2脚为通道1反相输入；3脚为通道1同相输入；4脚为电源负；5脚为通道2同相输入；6脚为通道2反相输出；7脚为通道2输出；8脚为电源正。,RC4558为8脚双列直插式塑料封装，其引脚排列如图,任务3 音调调整电路的制作,RC4558的各参数值,表3-3 RC4558的电气特性,3.2.4 理想集成运算放大器,理想运算放大器的各项技术指标为：,5)-3dB带宽fBW ,4) CMRR ,2) Rid ,3)Ro 0,任务3 音调调整电路的制作,1) Aod ,2、理想运放的两种工作状态,传输特性,理想,线 性 区,Uomax,Uomax,实际,非线性区,非线性区,任务3 音调调整电路的制作,集成运放的两种工作状态： 线性工作状态和非线性工作状态。 在其传输特性曲线上对应两个区域： 线
