1、學習情境5 電子秤壓力信號放大電路的制作與調試工作過程資訊資訊決策計劃決策計劃實施實施檢查評價檢查評價資訊資訊電子秤壓力信號放大電路的組成壓力檢測信號放大電路反饋網絡執行機構資訊資訊問題一：壓力信號到電信號的轉換問題一：壓力信號到電信號的轉換 應變片壓力傳感器陶瓷壓力傳感器壓電傳感器電信號壓力信號資訊資訊問題二：放大電路性能的改善問題二：放大電路性能的改善負反饋提高穩定性提高穩定性減少非線性失真減少非線性失真擴展通頻帶擴展通頻帶改變輸入輸出電阻改變輸入輸出電阻結構結構集電區N發射區N基區Pebc集電集電結結發射結集電極發射極基極NPNeb ce b cP e b NP cPNPPNP電路符號電

2、路符號N e b PN cNPNNPN電路符號電路符號半導體三極管半導體三極管資訊資訊三極管的伏安特性曲線1）共發射極輸入特性cebIbIeIc+UBE-+UCE-UCE=0V為PN結曲線0.4 0.7 UBE(v)IB(A)100806040200UCE=10V集電極吸收電子多使基極電流減少UCE=1V常溫下的輸入特性曲線常溫下的輸入特性曲線半導體三極管半導體三極管資訊資訊2）共發射極輸出特性曲線不同的不同的I IB B有不同的有不同的I IC C；cebIeIc+IB-+UCE-UCE飽和區截止區IB0UCE=0.7V開始進入放大區常溫下的輸出特性曲線IB=0A AIB=20A AIB=4

3、0A AIB=70A Ama（V） IC放大區0三極管的伏安特性曲線半導體三極管半導體三極管資訊資訊三極管的主要參數1 1）電流放大倍數）電流放大倍數 （直流、交流可以等效）：（直流、交流可以等效）： 共基極共基極電流放大倍數電流放大倍數共發射極共發射極電流放大倍數電流放大倍數2 2）反向電流：）反向電流： 集電極集電極基極基極 電流：電流： I ICBOCBO； 發射極開路時的集電結發射極開路時的集電結PNPN反向漂移電流，一般很小。反向漂移電流，一般很小。 集電極集電極-發射極反向飽和電流：發射極反向飽和電流： I ICEOCEO； 基極開路時的集電極電流。基極開路時的集電極電流。 I I

4、CEOCEO= =（1+ 1+ ）I ICBOCBO 硅材料器件反向電流都很小。分析時都可忽略。硅材料器件反向電流都很小。分析時都可忽略。;1ceII;1cbII資訊資訊3 3）特征頻率）特征頻率 f fT:T:在交流工作時，由于存在結電容。所以頻率愈高，電流放大倍數在交流工作時，由于存在結電容。所以頻率愈高，電流放大倍數 愈小，愈小，當當 =1 =1時的輸入頻率。任何三極管手冊中都有該參數。時的輸入頻率。任何三極管手冊中都有該參數。4 4）極限參數：）極限參數： 集電極最大允許功耗：集電極最大允許功耗：P PCMCM P PCMCM=I=IC CUUCECE；與散熱條件有關。硅管的最高結溫度

5、小于；與散熱條件有關。硅管的最高結溫度小于150150C C，一般工作在低于，一般工作在低于8080度度1 1以內。以內。 集電極最大允許電流：集電極最大允許電流：I ICMCM 三極管工作時的不允許超過的最大集電極電流三極管工作時的不允許超過的最大集電極電流，如果超過，不但如果超過，不但會使其性能變壞。而且有損壞管子。會使其性能變壞。而且有損壞管子。三極管的主要參數資訊資訊5 5）反向擊穿電壓）反向擊穿電壓 U UCBOCBO（BRBR）：發射極開路時的集電極基極反向擊穿電壓；一般比較高。從：發射極開路時的集電極基極反向擊穿電壓；一般比較高。從幾十伏到幾千伏不等。幾十伏到幾千伏不等。 U U

6、CEOCEO（BRBR）：基極開路時的集電極發射極反向擊穿電壓：基極開路時的集電極發射極反向擊穿電壓. .比比U UCBOCBO（BRBR）低低 U UEBOEBO（BRBR）：集電極開路時的發射極基極反向擊穿電壓。該電壓一般比較：集電極開路時的發射極基極反向擊穿電壓。該電壓一般比較低。約低。約510V510V左右。左右。 實際工作時，往往不會開路。所以反向擊穿電壓還會實際工作時，往往不會開路。所以反向擊穿電壓還會高一點高一點。三極管的主要參數資訊資訊三極管的安全工作范圍（ma）UCE（V） IC安安全全區區0過壓區過流區過流區UCEOICM過功率區過功率區PCM=ICUCE應該工作在應該工作

7、在安全區以內安全區以內半導體三極管半導體三極管資訊資訊1.1.放大的基本概念放大的基本概念 放大電路主要用于放大微弱的電信號，使輸出電壓或電流在幅度上得到了放大，從而可以得到所需要的功率。電信號的放大主要指電壓放大，所用的電路稱為電壓放大電路。由于信號是連續的函數，稱為模擬信號，處理模擬信號的電路稱為模擬電路。資訊資訊三極管放大電路三極管放大電路三極管工作在放大區：三極管工作在放大區：發射結正偏，集電結反偏。發射結正偏，集電結反偏。UCE（-ICRc）-+VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCE放大原理：放大原理：iUBE+UIUUBEIBB+IIC+IC（ IB）電壓放大

8、倍數： oUU+CEUOiouUUA資訊資訊2.2.三極管的放大原理三極管的放大原理三極管放大電路三極管放大電路Rb+VCCVBBRCC1C2T放大元件放大元件i iC C= = i iB B，工作，工作在放大區，要保證集電在放大區，要保證集電結反偏，發射結正偏。結反偏，發射結正偏。uiuo輸入輸入輸出輸出參考點參考點RL3.3.共共射射極放大電路的組成分析極放大電路的組成分析基極電源基極電源V VBBBB與基極電阻與基極電阻R Rb b使發使發射結正偏，并提供適當的靜態工射結正偏，并提供適當的靜態工作點作點I IB B和和U UBEBE資訊資訊三極管放大電路三極管放大電路Rb單電源供電+VC

9、CRCC1C2TRL實際電路實際電路資訊資訊三極管放大電路三極管放大電路實施實施測試要求測試要求測量三極管的靜態參數，分析三極管的工作狀態。測量三極管的靜態參數，分析三極管的工作狀態。基極偏置電阻（基極偏置電阻（1 1）100K100K；（；（2 2）100K100K；（；（3 3）200K200K。集電極偏置電阻（集電極偏置電阻（1 1）100K100K；（；（2 2）1K1K；（；（3 3）1K1K。R RB BR RC CI IB BI IC CU UCECE工作狀態工作狀態100K100K100K100K100K100K1K1K200K200K1K1KRb+V+VCCCCR RC CC

10、 C1 1C C2 2T Tu ui i=0=0時時由于電源的存由于電源的存在在I IB B 0 0IC 0ICI IE E=I=IB B+I+IC CR RL LIB無信號輸入時無信號輸入時 靜態工作點靜態工作點u u i i=0=0時電路的工作狀態時電路的工作狀態 4.4.靜態工作點靜態工作點( (直流工作狀態）直流工作狀態）資訊資訊開路開路Rb+VCCRCC1C2RL將交流電壓源短路，將交流電壓源短路，將電容開路將電容開路直流通路的畫法：直流通路的畫法：開路開路資訊資訊（1 1）估算）估算I IBQBQ（ U UBEBE 0.7V)0.7V)Rb+VCCRCIBUBEbBECCBRUVI

11、bCC7 . 0RVbRVCCR Rb b稱為稱為偏置電阻偏置電阻，I IB B稱為稱為偏置電流偏置電流。簡單電路靜態工作的估算（簡單電路靜態工作的估算（ I IBQBQ、I ICQCQ、U UCEQCEQ）資訊資訊（2 2）估算）估算U UCECE、I IC CRb+VCCRCICUCECEQCCCQCUVIRICQ= IBQ資訊資訊5.5.用圖解法分析放大器的靜態工作點用圖解法分析放大器的靜態工作點UCE=VCCICRCV VCCCCICUCECCCRV直流負載線由估算法求出由估算法求出I IB B，I IB B對應的輸出特性對應的輸出特性與直流負載線的交與直流負載線的交點就是工作點點就是

12、工作點Q QQQIB靜態靜態U UCECE靜態靜態I IC C資訊資訊對交流信號(輸入信號ui)短路短路短路短路置零置零6.6.放大器的交流通路放大器的交流通路Rb+VCCRCC1C2RLuiuo1/ C 0將直流電壓源短路，將電容短路將直流電壓源短路，將電容短路交流通路的畫法：交流通路的畫法：資訊資訊RbRCRLuiuo交流通道交流通道資訊資訊7. 7. 三極管的三極管的微變等效電路微變等效電路等效等效ebcebcrbeic = ib資訊資訊8.8.放大器的交流分析放大器的交流分析畫出放大器的微變等效電路畫出放大器的微變等效電路資訊資訊交流通路交流通路電壓放大倍數的計算：電壓放大倍數的計算：

13、bebirIU LboRIU beLurRA LCLR/RR 負載電阻越小，放大倍數越小。負載電阻越小，放大倍數越小。rbeRbRCRLiU iI bI cI oU BI 資訊資訊iiIURibeb/rRber電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。般總是希望得到較大的的輸入電阻。rbeRbRCRLiU iI bI cI oU BI 輸入電阻的計算：輸入電阻的計算：根據輸入電阻的定義：根據輸入電阻的定義：資訊資訊oU oI rbeRbRCiI bI cI bI coooRIUR所以：所以：用加壓求流法用

14、加壓求流法求輸出電阻：求輸出電阻：00輸出電阻的計算：輸出電阻的計算：0U,R.o.ooSLIU=R根據定義根據定義資訊資訊I1I2IBCCb2b1b2BVRRRU9. 9. 靜態工作點穩定的放大器靜態工作點穩定的放大器I2=（510）IB I1 I2Rb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoBEC分壓式偏置電路Re射極直流負反饋電阻Ce 交流旁路電容ICIE資訊資訊直流通道及靜態工作點估算直流通道及靜態工作點估算CCb2b1b2BVRRRUIB=IC/ UCE = VCC - ICRC - IEReIC IE =UE/Re = （UB- UBE）/ Re UBE 0.7V +VCC

15、Rb1RCRb2ReICIEIBUCE電容開路電容開路, ,畫出直流通道畫出直流通道資訊資訊交流通道交流通道Rb1RCRb2RLuiuoBECibiciii2i1微變等效電路微變等效電路rbeRCRLiU oU bI Rb1Rb2iI bI cI BECI1I2微變等效電路及電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻的計算微變等效電路及電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻的計算beLurRA Ri= Rb1/ Rb2/ rbeRo= RCrbeRCRLiU oU bI Rb1Rb2iI bI cI BECI1I2RL= RC / RL)mA(I)mV(26)1()(300rEbe 資訊資訊電容電容C CE

16、E的作用的作用資訊資訊問題問題1 1：如果去掉如果去掉C CE E，放大倍數怎樣？放大倍數怎樣？(1)ib bebEUI rI R(1)LubeERArR obLUI R /(1)iBbeERRrRoCRR去掉CE后的交流通路和微變等效電路：資訊資訊問題問題2 2：如果電路如下圖所示，如何分析？如果電路如下圖所示，如何分析？靜態分析：資訊資訊動態分析：資訊資訊uo可輸出的最大不失真信號合適的靜態工作點ibiCuCE10.10.放放大電路的失真大電路的失真資訊資訊iCuCEuo截止失真iCuCEuo飽和失真資訊資訊1. 1. 直耦放大電路的特殊問題直耦放大電路的特殊問題零點漂移零點漂移零漂現象零

17、漂現象：產生零漂的原因：由溫度變化引起的。由溫度變化引起的。當溫度變化使第一級放當溫度變化使第一級放大器的靜態工作點發生微小變化時，這種變大器的靜態工作點發生微小變化時，這種變化量會被后面的電路逐級放大，最終在輸出化量會被后面的電路逐級放大，最終在輸出端產生較大的電壓漂移。因而零點漂移也叫端產生較大的電壓漂移。因而零點漂移也叫溫漂溫漂。輸入輸入U Ui i=0=0時，輸出有緩慢變化的電壓產生。時，輸出有緩慢變化的電壓產生。資訊資訊差動放大電路差動放大電路2. 2. 差動放大電路差動放大電路1) 1) 結構結構: :對稱性結構對稱性結構即：即： 1= 2= UBE1=UBE2= UBE rbe1

18、= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb資訊資訊差動放大電路差動放大電路差動放大電路一般有兩個輸入端：差動放大電路一般有兩個輸入端：雙端輸入雙端輸入從兩輸入端同時加信號。從兩輸入端同時加信號。單端輸入單端輸入僅從一個輸入端僅從一個輸入端對地對地加信號。加信號。 2022-6-27差分放大電路可以有兩個輸出端，一個差分放大電路可以有兩個輸出端，一個是集電極是集電極C C1 1，另一個是集電極，另一個是集電極C C2 2。雙端輸出雙端輸出從從C C1 1 和和C C2 2輸出。輸出。單端輸出單端輸出從從C C1 1或或C C2 2 對地輸出。對地輸出。2) 2) 幾個

19、基本概念幾個基本概念資訊資訊EERee0.7()=VUIR 3) 3) 靜態工作點的計算：靜態工作點的計算：i1i2=0uu 忽略Ib，有：Ub1=Ub2=0VReCC2C121=IIIICE1CE2=UUCCCC( 0.7)UI R CB1B1IIIOC1C2=0UUU資訊資訊4) 差動放大器的輸入輸出方式 差動放大器共有四種輸入輸出方式: 1. 雙端輸入、雙端輸出（雙入雙出） 2. 雙端輸入、單端輸出（雙入單出） 3. 單端輸入、雙端輸出（單入雙出） 4. 單端輸入、單端輸出（單入單出） 主要討論的問題有：差模電壓放大倍數、共模電壓放大倍數差模輸入電阻輸出電阻資訊資訊beLcd)2/(rR

20、RRAbv5) 5) 雙端輸入雙端輸出雙端輸入雙端輸出差模電壓放大倍數差模電壓放大倍數 共模電壓放大倍數共模電壓放大倍數 差模輸入電阻差模輸入電阻beid2rRRb 輸出電阻輸出電阻co2RRuc0A資訊資訊bebLcd2/rRRRAv6) 6) 雙端輸入單端輸出雙端輸入單端輸出 這種方式適用于將差分信號轉換為單端輸出的信號。 差模電壓放大倍數差模電壓放大倍數 差模輸入電阻差模輸入電阻beid2rRRb 輸出電阻輸出電阻coRR資訊資訊基本放大電路AdX oX 反饋網絡FfX 放大：doXXA迭加：fidXXX A稱為開環放大倍數iX +反饋：ofXXF AF稱為閉環放大倍數AF=Xo / X

21、i輸出信號輸入信號反饋信號差值信號負反饋放大器F稱為反饋系數設Xf與Xi同相1. 負反饋放大電路的方框圖資訊資訊反饋方式的判別反饋方式的判別2. 負反饋放大器的一般關系閉環放大倍數：放大：doXXA反饋：ofXXF 迭加：fidXXX 資訊資訊if()111oooFdooXXXAXXXXX FAAAFFA資訊資訊直流反饋若電路將直流量反饋到輸入回路，則稱直流反饋。3. 直流反饋與交流反饋電路中引入直流反饋的目的，一般是為了穩定靜態工作點Q。直流反饋直流反饋交流反饋交流反饋若電路將交流量反饋到輸入回路，則稱交流反饋。（如去掉電容Ce）交流反饋，影響電路的交流工作性能。 例例: :試判斷下圖電路中

22、有哪些反饋支路，各是直流反饋還是交流反饋？試判斷下圖電路中有哪些反饋支路，各是直流反饋還是交流反饋？資訊資訊4.4.取樣方式取樣方式電壓反饋與電流反饋電壓反饋與電流反饋假設輸出端交流短路（假設輸出端交流短路（R RL L=0=0），即），即U UO O=0=0，若反饋信號消失了，則為，若反饋信號消失了，則為電壓反饋；若反饋信號仍然存在，則為電流反饋。電壓反饋；若反饋信號仍然存在，則為電流反饋。電壓反饋：電壓反饋：反饋信號的大小與輸出電壓成比例。反饋信號的大小與輸出電壓成比例。判斷方法判斷方法輸出短路法：輸出短路法：電流反饋：電流反饋：反饋信號的大小與輸出電流成比例。反饋信號的大小與輸出電流成比

23、例。資訊資訊例例: :試判斷下列電路中引入的反饋是電壓反饋還是電流反饋。試判斷下列電路中引入的反饋是電壓反饋還是電流反饋。資訊資訊5.比較方式串聯反饋和并聯反饋串聯反饋：反饋信號與輸入信號加在放大電路輸入回路的兩個電極。有： 此時反饋信號與輸入信號是電流相加減的關系。 對于運算放大器來說，反饋信號與輸入信號同時加在同相輸入端或反相輸入端，則為并聯反饋；一個加在同相輸入端一個加在反相輸入端則為串聯反饋。 對于三極管來說，反饋信號與輸入信號同時加在三極管的基極或發射極，則為并聯反饋；一個加在基極一個加在發射極則為串聯反饋。并聯反饋：反饋信號與輸入信號加在放大電路輸入回路的同一個電極。有： diFU

24、UUdIFiii資訊資訊例：基本放大器，無反饋，凈輸入量Ube=Ui，電壓放大倍數為：6.6.負反饋與正反饋負反饋與正反饋負反饋輸入量不變時，引入反饋后使凈輸入量減小，放大倍數減小。引入反饋后，凈輸入量Ube =Ui- Uf ，電壓放大倍數為：可見，凈輸入量減小，放大倍數減小，所以是負反饋。可見，凈輸入量減小，放大倍數減小，所以是負反饋。正反饋輸入量不變時，引入反饋后使凈輸入量增加，放大倍數增加。beLurRA (1)LubeeRArR 資訊資訊瞬時極性法瞬時極性法”例例: :試判斷下列電路中反饋支路的反饋極性。試判斷下列電路中反饋支路的反饋極性。vIvO- -+RLR2R1對于串聯反饋：對于

25、串聯反饋：輸入量與反饋量作用在不同的兩點上，若瞬時極性輸入量與反饋量作用在不同的兩點上，若瞬時極性相同為負反饋，瞬時極性相反為正反饋。相同為負反饋，瞬時極性相反為正反饋。對于并聯反饋：對于并聯反饋：輸入量與反饋量作用在同一點上，若反饋元件兩端輸入量與反饋量作用在同一點上，若反饋元件兩端瞬時極性相反為負反饋，瞬時極性相同為正反饋。瞬時極性相反為負反饋，瞬時極性相同為正反饋。動畫演示動畫演示資訊資訊vO- -+R4R5R3- -+vIR1R2本級反饋反饋只存在于某一級放大器中 級間反饋反饋存在于兩級以上的放大器中例vO- -+R4R5R3- -+vIR1R2反饋通路本級反饋通路級間反饋通路7.本級

26、反饋與級間反饋資訊資訊1.1.集成運放線性應用條件及其特性集成運放線性應用條件及其特性 把集成運放接成負反饋組態負反饋組態是集成運放線性應用的必要條件。 理想集成運放線性應用時具有以下兩個特性兩個特性，即 1）虛短(Virtual short circuit)： u+=u- 2）虛斷(Virtual open circuit) ： i+=i-=0 資訊資訊集成運放的線性應用集成運放的線性應用2.2.反相比例放大電路反相比例放大電路 圖中，Rf為反饋電阻，構成電壓并聯負反饋組態；電阻RP稱為直流平衡電阻 。fofof1i1iRuRuuiRuRuuii1fioufRRuuA1iiiRiuR Ro=

27、0 資訊資訊集成運放的線性應用集成運放的線性應用3.3.同相比例放大電路同相比例放大電路放大電路的輸入電阻Ri放大電路的輸出電阻 Ro=0 iofuuRRRu111fiouf1RRuuA輸入信號ui經電阻R2送到同相輸入端，Rf與R1使運放構成電壓串聯負反饋電路。 資訊資訊集成運放的線性應用集成運放的線性應用fo22i11 i0RuRuRu)(2i2fi11fouRRuRRu)(i2i1fouuRRu當取R1=R2=R時 )(i2i1ouuu當取R=Rf時 兩個輸入信號ui1、ui2分別通過R1、R2接至反相輸入端。Rf為反饋電阻，R3為直流平衡電阻。 4.4.反向求和電路反向求和電路資訊資訊

28、集成運放的線性應用集成運放的線性應用 5. 5.同相求和電路同相求和電路應用疊加定理進行分析 ：設ui1單獨作用，ui2=0 i12123fi1212)1 (uRRRRRuuRRRuo 同相加法器如圖所示，輸入信號ui1、ui2都加到同相輸入端，而反相輸入端通過電阻R3接地。 資訊資訊集成運放的線性應用集成運放的線性應用設ui2單獨作用，ui1=0 )()(1 ()1 (2i211 i21213f2i2113f2i211RuRuRRRRRRuuuuRRRRRuuRRRuoooo 二者迭加得 )()(1 ()1 (2i211 i21213f2i2113f2i211RuRuRRRRRRuuuuRR

29、RRRuuRRRuoooo 若取：R1=R2 、R3=Rf ,則 i2i1uuuo 5. 5.同相求和電路同相求和電路6.減法運算電路f1of1fi11RRRuRRRuu323i2.RRRuui11fi23231f)1 (uRRuRRRRRuo當取R1=R2和Rf=R3時,則上式為 )(i1i21fuuRRuo 差分輸入放大電路的兩個輸入端都有信號輸入。ui1通過R1接至運放的反相輸入端，ui2通過R2、R3分壓后接至同相輸入端，而uo通過Rf、R1反饋到反相輸入端。 資訊資訊集成運放的線性應用集成運放的線性應用若C上起始電壓為零，則 RuiiRdtuRCtdiCuutt0i0cco1100ci1tttoudtuRCu若C上起始電壓不為零，則 7.積分電路 積分運算電路如圖所示。輸入信號ui通過電阻R接至反相輸入端，電容C為反饋元件。 資訊資訊集成運放的線性應用集成運放的線性