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1、第一章第一章 电子技术的应用电子技术的应用一一. 模拟电子技术模拟电子技术二、二、 数字电子技术数字电子技术1.1. 集成运放集成运放1.2 线性集成稳压电源线性集成稳压电源2.1集成门电路集成门电路1.3 开关稳压电源开关稳压电源2.2组合逻辑电路组合逻辑电路2.4 数字电路的设计方法数字电路的设计方法2.3 时序逻辑电路时序逻辑电路 诸诸 论论一、电子技术的发展一、电子技术的发展（日新月异）（日新月异） 1905-1946 电子管时代1947贝尔实验室诞生第一只半导体晶体管1958集成电路的出现集成电路的出现1969大规模集成电路大规模集成电路19701975超大规模集成电路（伴随计算机技
2、术的发展）超大规模集成电路（伴随计算机技术的发展）19711997 40亿个元件的集成电路亿个元件的集成电路二、模拟电路和数字电路二、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。 诸诸 论论三、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，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。比如：测量等
3、。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。
4、（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 集成运算放大器集成运算放大器高增益的直接耦合的集成高增益的直接耦合的集成的多级放大器。的多级放大器。集成电路的工艺特点：集成电路的工艺特点：（1）元元器器件件具具有有良良好好的的一一致致性性和和同同向向偏偏差差，因因而而特特别别有有利利于于实实现现需要对称结构的电路。需要对称结构的电路。（2）集集成成电电路路的的芯芯片片面面积积小小，集集成成度度高高，所所以以功
5、功耗耗很很小小，在在毫毫瓦瓦以下。以下。（3）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。）不易制造大电阻。需要大电阻时，往往使用有源负载。（4）只只能能制制作作几几十十pF以以下下的的小小电电容容。因因此此，集集成成放放大大器器都都采采用用直直接耦合方式。如需大电容，只有外接。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。）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？什么是集成运算放大器？ 集成运放简介集成运放简介 一一. 集成运放的总体结构集成运放的总体结构 二二. 简单的集成运放简单的集成运放 原理电路：原理电路：u-u+ uo国际符号：国
6、际符号：国内符号：国内符号：集成运放的特点：集成运放的特点：电压增益高电压增益高输入电阻大输入电阻大输出电阻小输出电阻小反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端输出端输出端直耦放大电路的特殊问题直耦放大电路的特殊问题零点漂移零点漂移零漂现象零漂现象：产生零漂的原因产生零漂的原因：零漂的衡量方法：零漂的衡量方法：由由温温度度变变化化引引起起的的。当当温温度度变变化化使使第第一一级级放放大大器器的的静静态态工工作作点点发发生生微微小小变变化化时时，这这种种变变化化量量会会被被后后面面的的电电路路逐逐级级放放大大，最最终终在在输输出出端端产产生生较较大大的的电电压压漂移。因而零点漂移也叫漂移。因而零
7、点漂移也叫温漂温漂。输输入入ui=0时时，输输出出有有缓缓慢慢变变化的电压产生。化的电压产生。将将输输出出漂漂移移电电压压按按电电压压增增益益折折算算到到输输入端计算。入端计算。例如例如 若若输输出出有有1 V的的漂漂移移电压电压 。 则等效输入有则等效输入有100 uV的漂移电压的漂移电压假设假设第一级是关键第一级是关键3. 减小零漂的措施减小零漂的措施用非线性元件进行温度补偿用非线性元件进行温度补偿采用差动放大电路采用差动放大电路等效等效 100 uV漂移漂移 1 V 差差动放大电路动放大电路一一. .结构结构: :对称性结构对称性结构即：即： 1= 2= UBE1=UBE2= UBE r
8、be1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb 1. 1. 差动放大电路差动放大电路一般有两个输入端：一般有两个输入端： 双端输入双端输入从两输入端同时加信号。从两输入端同时加信号。 单端输入单端输入仅从一个输入端仅从一个输入端对地对地加信号。加信号。 2. 2. 差动放大电路可差动放大电路可以有两个输出端。以有两个输出端。 双端输出双端输出从从C1 和和C2输出。输出。 单端输出单端输出从从C1或或C2 对地输出对地输出。二二. 几个基本概念几个基本概念8/6/20243. 差模信号与共模信号差模信号与共模信号差模信号：差模信号：共模信号：共模信号：差模电压增益
9、：差模电压增益：共模电压增益：共模电压增益：总输出电压：总输出电压：4. 共模抑制比共模抑制比三三. .差动放大电路的基本工作原理差动放大电路的基本工作原理 1. 静态工作点的计算：静态工作点的计算： 忽略Ib，有：Ub1=Ub2=0V2.抑制零漂的原理抑制零漂的原理:Uo= UC1 - UC2 = 0当当ui1 = ui2 = 0 时，时，当温度变化时：当温度变化时：UC1 = UC2设设T ic1 ,ic2 uc1 , uc2 uo= uc1 - uc2 = 0(1)(1)加入差模信号加入差模信号 ui1i1=-=-ui2i2 = =uidid/2/2，3.3.电路的动态分析电路的动态分析
10、 所以，所以，Re对差模对差模信号相当于短路。信号相当于短路。若若ui1 ,ui2 ib1 ,ib2 ie1 ,ie2 IRe不变不变 UE不变不变 uicic=0=0。(5)(5)共模抑制比共模抑制比 共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。是差分放大器的一个重要指标。，或 双端输出时双端输出时KCMR可认为等于无穷大，可认为等于无穷大， 单端输出时共模抑制比：单端输出时共模抑制比：动画演示动画演示 五五. 带恒流源的差动放大电路带恒流源的差动放大电路 根据共模抑制比公式：根据共模抑制比公式： 加大加大Re，可以提高共模抑制可以提高共模抑制比比。为此可用恒流源为此可用恒流源T
11、3来代替来代替Re 。等效很大的交流电阻，直流等效很大的交流电阻，直流电阻并不大。电阻并不大。恒流源使共模放大倍数减小，而不恒流源使共模放大倍数减小，而不影响差模放大倍数，从而增加共模影响差模放大倍数，从而增加共模抑制比。抑制比。恒流源的作用恒流源的作用带恒流源的差动放大电路的计算：带恒流源的差动放大电路的计算： 静态工作点静态工作点： 动态动态： 恒流源等效电阻恒流源等效电阻：1. 镜像电流源镜像电流源基准电流：基准电流： 无无论论T2的的负负载载如如何何变变化化， IC2的的电电流流值值将将保保持持不变。不变。5.2 集成运算放大器中的单元电路集成运算放大器中的单元电路一一 . 电流源电路
12、电流源电路因为：因为：所以：所以：2. 微电流源微电流源（1）电流小（因为）电流小（因为UBE小）。小）。微电流源的特点微电流源的特点：（2）电流稳定）电流稳定（电流负反馈）电流负反馈）3. 多路电流源多路电流源二二. 差动输入级差动输入级1. 有源负载差动放大电路有源负载差动放大电路T3、T4组成镜像电流源，作组成镜像电流源，作T1、T2的负载。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。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。三三.输出级输出级工作原理：工作原理：ui为正半周时，为正半周时，T1管工作，管工作，T2管截止，输出管截止，输出uo为正；为正；ui为负
13、半周时，为负半周时，T2管工作，管工作，T1管截止；输出管截止；输出uo为负。为负。两管交替工作，在负载两管交替工作，在负载电阻电阻RL上得到完整的正上得到完整的正弦波。弦波。 1. 互补对称射极输出电路互补对称射极输出电路输入输出波形图输入输出波形图uiuououo 交越失真交越失真死区电压死区电压2. 克服交越失真的互补对电路克服交越失真的互补对电路 静态时，静态时，T1、T2两管发射两管发射结电压分别为二极管结电压分别为二极管D1、 D2的正向导通压降，致的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通使两管均处于微弱导通状态，以消除交越失真。状态，以消除交越失真。 电路中增加电路中增加 D1、D
14、2工作原理工作原理 ： 四四. 通用型集成运放通用型集成运放F007ABAB分析：分析：1. 偏置电路：偏置电路：T12、R5和和T11构成了主偏置电路，产生基准电流构成了主偏置电路，产生基准电流： 其他偏置电流都与基准电流有关。其他偏置电流都与基准电流有关。T10、T11和和R4组组成成微微电电流流源源，通通过过T8和和T9组组成成的的镜镜象象电电流流源源为差动输入级提供偏置电流。为差动输入级提供偏置电流。T12和和T13管管构构成成多多支支路路电电流流源源。T13管管是是多多集集电电极极三三极极管管，其其集集电电极极电电流流和和的的大大小小比比例例为为3:1。B路路作作为为中中间间级级的的
15、有有源源负负载。载。A路为输出级提供偏置。路为输出级提供偏置。2. 输入级：输入级： T1 、T2和和 T3 、T4管组成共集一共基复合差动输入电路。管组成共集一共基复合差动输入电路。其中其中T1和和T2管作为射极输出器，输入电阻高。管作为射极输出器，输入电阻高。 T3 和和T4管是横向管是横向PNP管，发射结反向击穿电压高，可管，发射结反向击穿电压高，可使输入差模信号达到使输入差模信号达到30V以上。以上。 T5 、T6 、T7 和和R1 、R2 、R3组组成成具具有有基基极极补补偿偿作作用用的的镜镜象象电电流流源源，作作为为差差动动输输入入级级的的有有源源负负载载，可可以以提提高输入级的增
16、益。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。它们同时还有单端输出转换为双端增益的功能。3. 中间级：中间级： T16和和T17是复合管组成的共射放大电路，是复合管组成的共射放大电路，T13B作这一级作这一级的集电级有源负载。的集电级有源负载。 T14和和T20管管组组成成互互补补对对称称输输出出级级，T18、T19和和 R8为为其其提供静态偏置以克服交越失真。提供静态偏置以克服交越失真。T15和和 R9保保护护T14管管，使使其其在在正正向向电电流流过过大大时时不不致致烧烧坏坏。 T21、T23、T22管管和和 R10保保护护 T20管管在在负负向向电电流流过过大大时时不不
17、致烧坏。致烧坏。4. 输出级：输出级：5. 相位分析：相位分析：用用“瞬时极性法瞬时极性法”判定，判定，3号腿为同相端；号腿为同相端；2号腿为反相端。号腿为反相端。 1.输入失调电输入失调电UIO 输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，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，小于部电路对称性的指标。（与温度有关，小于1mV/1）五五 集成运算放大器的主要参数集成运算放大器的主要参数 2.输入失调电压温漂输入失调电压温漂 dUIO /dT 在规定工作温度范围内，输入失调电压随温度的
18、变化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。量与温度变化量之比值。 4.输入失调电流输入失调电流 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。于表征差分级输入电流不对称的程度。 3.输入偏置电流输入偏置电流IIB ： 输入电压为零时，输入电压为零时，运放两个输入端偏置电流的平均值，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。用于衡量差分放大对管输入电流的大小。 5.输入失调电流温漂输入失调电流温漂dIIO /DT: 在规定工作温度范围内，输入失调
19、电流随温度的变化量与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。温度变化量之比值。 6.最大差模输入电压最大差模输入电压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。差分管将出现反向击穿现象。 7.最大共模输入电压最大共模输入电压Vicmax 在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许范围。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。去共模抑制能力。 8
20、.开环差模电压放大倍数开环差模电压放大倍数 Aod ： 无反馈时的差模电压增益。无反馈时的差模电压增益。一般一般Aod在在100120dB左右，高增益运放可达左右，高增益运放可达140dB以上。以上。 9.差模输入电阻差模输入电阻rid ： 双极型管输入级约为双极型管输入级约为105106欧姆，场效应管输入级可欧姆，场效应管输入级可达达109欧姆以上。欧姆以上。 10.共模抑制比共模抑制比 KCMR ： KCMR=20lg(Avd / Avc ) (dB)其典型值在其典型值在80dB以上，性能好的高达以上，性能好的高达180dB。二、理想运放工作在线性区二、理想运放工作在线性区运放工作在线性区
21、运放工作在线性区称：称：“虚断虚断”称称“虚短虚短”为了保证运放工作在线性区，为了保证运放工作在线性区，电路必须引入负反馈。电路必须引入负反馈。集成运放的应用集成运放的应用一、理想运放的主要特性一、理想运放的主要特性U UOIOI、I IOIOI、dUdUOIOI/ /dTdT( (0 0C)C)、 dIdIOIOI/ /dTdT( (0 0C)C)均为零均为零三、理想运放工作在非线性区三、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运放处于开环或引入正反馈，则运放工作在非线性区。区。1-21-2运算电路运算电路一、比例运算电路一、比例运算电路1.1.反相比例运算电路反相
22、比例运算电路电压并联负反馈电压并联负反馈特点：特点：1-21-2运算电路运算电路三、积分运算电路和微分运算电路三、积分运算电路和微分运算电路1.1.积分运算电路积分运算电路在在t t1 1-t-t2 2 时间段的积分值时间段的积分值1-31-3电压比较器电压比较器一、功能一、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。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。传输特性传输特性1-31-3电压比较器电压比较器二、单限比较器二、单限比较器电路电路原理原理传输特性传输特性只有一个阈值电压只有一个阈值电压1-31-3电压比较器电压比较器1.1.过零比较器过零比较器U UT T=0=01-31-3电压比较器电压比较器输入保护输入保护1-31-3电压比较器电压比较器输出限幅输出限幅1-31-3电压比较器电压比较器2.2.一般限幅比较器一般限幅比较器1-31-3电压比较器电压比较器三、滞回比较器三、滞回比较器
