现代电子线路

2.2.1 运算放大器的类型
E. 隔离放大电路模型
输入输出回路没有公共端
2.2.2 运算放大器性能指标
绝对最大差电压 共模抑制 最大共模电压 电源变化引起的漂移 温度引起的漂移 时间引起的漂移 满功率响应 初始偏置电流 初始差电流 输入阻抗 输出阻抗 输入失调电压 输入噪声 开环增益 闭环增益 过载恢复时间 额定输出 调整时间 转换速率 单位增益小信号响应
2.1 引言
串联输入限幅电路
并联输入限幅电路
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2.1 引言
改变恒流源电流的增益控制电路基本原理图
2.1 引言
可控增益放大电路实例
可变增益在从0至80dB范围内可获得0.05%的分辨率
2.1 引言
图2.13 （a）平方律检波电路 （b）峰值包络检波器
输入阻抗较小，而且会带来严重的非线性失真。真对这 种情况，可以采用专用的信号检波集成电路模块来实现 对超声信号的检波。
其 中 ： Av、Ai 常用分贝（dB）表示。 常用分贝（dB）表示。
电压增益 = 20 lg Av 电流增益 = 20 lg Ai
功率增益 = 10 lg AP
(dB) (dB)
(dB)
2.2.2 运算放大器性能指标 4. 频率响应
A.频率响应及带宽
在输入正弦信号情况下， 在输入正弦信号情况下 ， 输出随输入信号频率连续变化的 稳态响应，称为放大电路的频率响应。 稳态响应，称为放大电路的频率响应。 电压增益可表示为： 电压增益可表示为 ：
(a)幅频失真 ) 图 3.1.2 频率失真
(b)相频失真 )
5. 非线性失真 由元 器件非线性特性引 起的失真。 起的失真。 非线性失真系数: 非线性失真系数:
Vo2 ∑ k
k =2 ∞
γ =
Vo1
× 100%
VO1 是输出电压信号基波 分量的有效值， 分量的有效值，Vok是高次谐波 分量的有效值，k为正整数。 分量的有效值， 为正整数。
由输出回路得: 由输出回路得: 则电压增益为: 则电压增益为: 由此可见: 由此可见:
RL vo = AVO vi Ro + RL vo RL AV = = Avo vi Ro + RL
RL ↓
Av ↓
即负载的大小会影响增益的大小
要想减小负载的影响，则希望 ？ 考虑改变放大电路的参数） 要想减小负载的影响，则希望…？ （考虑改变放大电路的参数）
2.2.2 运算放大器性能指标
4. 频率响应
A.频率响应及带宽
其 中 ： f H — —上限频率
f L — —下限频率
该图称为波特图 纵轴： 纵轴：dB
横轴： 普通音响系统放大电路的幅频响应 横轴：对数坐标
BW = f H − f L − −带宽
当 f H >> f L时， BW ≈ f H
4. 频率响应 频率失真（ 线性失真） B. 频率失真 （ 线性失真 ）
2.2.2 运算放大器性能指标 主要性能指标（系统设计中）： • • • • 输入电阻（阻抗） 输出电阻（阻抗） 增益 频率响应
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2.2.2 运算放大器性能指标 • 输入/输出电阻（阻抗）
1. 输入电阻
vt Ri = it
输入电阻是表明放 大电路从信号源吸取信 号大小的参数， 号大小的参数，对输入 为电压信号的放大电路， 为电压信号的放大电路， Ri愈大，则放大电路输 愈大， 入端的V 值愈大。反之， 入端的 i值愈大。反之， 输入为电流的放大电路， 输入为电流的放大电路， Ri愈小，注入放大电路 愈小， 的输入电流I 愈大。 的输入电流 i愈大。
1.2.2 运算放大器选择 1、失调和漂移 （失调：输入失调电流；输入失调电压） （漂移：输入偏置电流漂移；输入失调电 流漂移；输入失调电压漂移 ） 设计中，失调和漂移的允许范围与要求的精 度有关。 精度 VD 漂移误差容限（VD) 选定失调电压（VIO)、偏置电流 (IB)、差电流IIO的容限。
B. 电流放大模型
负载短路时的 Ais ——负载短路时的 电流增益 由输出回路得： 由输出回路得：
Ro io = Ais ii Ro + RL
则电流增益为： 则电流增益为： A = io = Ais i
ii
Ro Ro + RL
由此可见： 由此可见：RL ↑
Ai ↓
要想减小负载的影响，则希望 ？ 要想减小负载的影响，则希望…？ 由输入回路得： 由输入回路得： ii = is
第二讲
第2章 放大器基础
本章重点
• 放大器主要性能指标 • 放大器的四种类型 • 放大器的频率响应 • 放大器中的反馈
本章（讲述）的主要内容：
2.1 引言 2.2 放大器基本概念及主要性能指标 2.4 放大器的频率响应 2.5 放大器中的反馈
2.1 引言
现代科学及高新技术研究中，对数据的采 集和处理的测量精度、数据容量、采集速度、 信息传递和处理速度等的要求越来越高，相应 电子系统的设计要满足上述的新要求。学习如 何采用现代的电子技术的成就及应用，学会和 掌握高速、高分辨率、高性能电路和模块的工 作原理、构成方法及应用设计，是本课程学习 的主要目的。
Ro << RL
理想情况 Ro = 0
2.2.1 运算放大器的类型
A. 电压放大模型
另一方面， 另一方面，考虑 到输入回路对信号源 的衰减。 的衰减。
有 vi =
Ri vs Rs + Ri
要想减小衰减，则希望 ？ 要想减小衰减，则希望…？
Ri >> Rs
理想情况
Ri = ∞
2.2.1 运算放大器的类型
2.1 引言
检波电路
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2.1 引言
数据采集电路的结构
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2.1 引言
实际电子系统设计中，要根据功能、相关各性 能参数的要求，合理地选择放大器件。
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2.2 放大器基本概念及主要性能标
2.2.1 运算放大器的类型
2.2.2 运算放大器性能指标
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2.2.1 运算放大器的类型 引言 在信息社会中，大多数模拟电子系统中都 应用了不同类型的放大器（放大电路）。放大 器（放大电路）在电信号（电压或电流）的处 理过程中，根据不同系统的需要，用以完成信 号放大（缩小）、滤波、振荡、稳压、信号类 型转换、运算等功能（通过不同的功能电路）。 任何功能的放大器（放大电路）表示方法 如下：
3、增益带宽 注意：对高频放大，不同的放大电路的带宽， 受杂散电容的影响也会不同。 以图1－1－1为例 ： 反相输入接法：高输入电阻和快响应不 可兼得 同相输入接法：输入电阻与R1,R2无关， 因而R2可以选得很小，杂散电容CS对速 度的影响变小。
1.2.3 运算放大器稳态应用
1、反馈电路 注意对稳态工作状态时，输出偏差的补偿 2、闭环增益和带宽 闭环电路减小增益，增加带宽，稳定 性好，对于宽带大增益放大
其中，失调电压、偏置电流、差电流的容限 通过具体实际电路与漂移误差容限（VD)建立 一定的关系。 例图1－1－1所示
1.2 运算放大器基础
2、电流放大 在电流测量中，注意不同的测量电路会对 灵敏度产生不同的影响。 不同的测量方法中，对放大器的指标要注 不同。 还需考虑电流噪声和偏置电流漂移。 例图1－1－2
& Vo ( jω ) & AV ( jω ) = & Vi ( jω )
& Vo ( jω ) = ∠[ϕ o (ω ) − ϕ i (ω )] & ( jω ) Vi
& 或 写 为 ： AV = AV (ω )∠ϕ (ω ) & Vo ( j ω ) 其中： 其中： AV (ω ) = 称为幅频响应 ∠ϕ (ω ) = ϕ o (ω ) − ϕ i (ω ) 称为相频响应 & ( jω ) Vi
注意：输入、 注意：输入、输出电阻为交流电阻
2.2.2 运算放大器性能指标 3. 增益
反映放大电路在输入信号控制下， 反映放大电路在输入信号控制下， 将供电电源能 量转换为输出信号能量的能力。 量转换为输出信号能量的能力。
vo 四 种 增 益 ： Av = vi io Ai = ii vo Ar = ii io Ag = vi
2.2.2 运算放大器性能指标 • 输入/输出电阻（阻抗） 2. 输出电阻
vt Ro = it
vs = 0 , R L = ∞
输出电阻是表明放大电路带载能力参数， 输出电阻是表明放大电路带载能力参数，对输出为 电压信号的放大电路， 愈小， 电压信号的放大电路，Ro愈小，负载电阻的变化对输出 电压的影响愈小，带载能力愈强。而对输出为电流信号 电压的影响愈小，带载能力愈强。 的放大电路， 愈大， 的放大电路，Ro愈大，负载电阻的变化对输出电流的影 响愈小，带载能力愈强。 响愈小，带载能力愈强。
放大器 ≈ 放大电路
2.1 引言
典型信号处理系统举例：
超声信号发射、采集、处理系统
2.1 引言
高压脉冲生发射电路
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2.1 引言
图中，在同步信号产生逻辑电路的控制下，产生高电压脉冲信号，以 启动超声换能器发出超声脉冲。在图2.7中，虚线框内的电路部份形成了 可控的开关。 在开关电路中，采用了双极性三极管对管驱动的方式驱动场效应管T4 的开关状态。其中T1为对脉冲控制信号进行数字／模拟隔离的光电器件， 通过T1的集电极输出为三极管T2和T3提供饱和和截止两种状态的基极电 流。通过对管驱动方式，可以提高带容性负载的能力，具有较大的峰值 电流，且可以提高开关速度。 由场效应管T4的源极和漏极，以及其它阻容元件所组成的相关电路提 T4 供了电容瞬间放电的高压脉冲的产生。其中，绝缘栅场效应管T4的栅极 输入经驱动放大的触发脉冲，当T4的栅极为低电位时，栅－源极电压差 为零，场效应管T4关断，能量存储电容器C4通过旁路电阻R6和二极管D2 快速充电，充电时间由时间常数决定。时间常数还决定了两次脉冲之间 的最小间隔。当T4栅极为高电位时，T4导通， C4中存储的能量通过T4 和D1向超声探头放电，激发脉冲超声波。电阻R7则调节激发能量,改变 超声波的幅值。400V的高压电源可采用美国SpellMan公司的印刷电路板 安装高压发生器MHV[69]。MHV的电压输出可在0－500V之间进行调整， 且体积较小便于电路板安装。