项目4 制作模拟温度控制器

RC
RC
uo ui1
V1 V2
VCC
ui2
VEE
REE
（2）动态分析
+VCC
ui1 V 1
uod uC1 uC2
REE
RC
RC
差模输入 ui1 = – ui2 大小相同 极性相反 差模输入电压 uid = ui1 – ui2 = 2ui1
u V2 i2
i 使得：c1 = – ic2
uo1 = – uo2
= – ui2
差模输出电压 uod = uC1 – uC2
VEE
+VCC
差模信号交流通路
RC RL RC
差模电压放大倍数
Aud uod uid

= uo1 – ( – uo2) = 2uo1
Aud1 RC rbe
2
2 u o1 2 u i1
ic1 ui1 V 1
uod uo1 uo2
集成电路的发展历史
电子管 (1904) 晶体管 (1948) 中/小规模 集成电路 (1950’s) 大规模/超大规模 集成电路(1970’s)
集成电路的制造工艺流程
硅平面工艺
硅抛光片
检测、分类 晶圆
芯片
封装
集成电路
成品
单晶硅 锭
单晶硅锭经切割、研磨 和抛光后制成镜面一样 光滑的圆形薄片，称为 “硅抛光片”
反馈信号与信号源同相，使放大器净输 入信号增强的反馈
负反馈
反馈信号 成分 直流反 馈 交流反 馈 在输入端 的连接方 式 在输出端 的连接方 式 串联反 馈 并联反 馈 电压反 馈 电流反 馈
反馈信号与信号源反相，使放大器的净 输入信号削弱的反馈
反馈信号是直流量的反馈 反馈信号是交流量的反馈 反馈信号与输入信号串联后加到放大器 的输入端的反馈，如图4.12（a）所示 反馈信号与输入信号并联后加到放大器 的输入端的反馈，如图4.12（b）所示 反馈信号取自放大电路的输出电压，与 输出电压成正比，如图4.12（c）所示 反馈信号取自放大电路的输出电流，与 输出电流成正比，如图4.12（d）所示
偏置电路
通常由互补对 称电路构成， 目的是为了减 小输出电阻， 提高电路的带 负载能力。
2.差分放大电路的工作原理 (Differential Amplifier) （1）电路组成及静态分析
特点： a. 两个输入端， 两个输出端； b. 元件参数对称； c. 双电源供电； d. ui1 = ui2 时，uo = 0 能有效地克服零点漂移
3. 理想运放的特点
理想 运放：
1) Aud 2) Rid 3)Ro 0 4) KCMR 5)BW 6)UIO 0，IIO 0
（1）虚断。由rid=∞，得i＋＝i－＝0，即理想运放两个输入
端的输入电流为零。 （2）虚短。由Ado=∞，得u＋＝u－，即理想运放两个输入 端的电位相等。若信号从反相输入端输入，而同相输入端接 地，则u－＝u＋=0，即反相输入端的电位为地电位，通常称 为虚地。
RC
VEE
IEQ2 + ie2
RC
uic = ui1 = ui2 ui2 共模输入电压 V2 ue = 2ie1REE 使得： ie1 = ie2
共模输出电压
Auc u oc u ic 0
uoc = uC1 – uC2 = 0
uoc uC1 uC2
V1 2REE 2REE
V2
ui2
共模抑制比
2.运放的主要参数
参数名称 符号 参数说明 ＋Vcc、 最小和最大的安全工作电源电压，称为运放的供电 电压范围。 Vee 能保证运放在额定的参数范围内工作的温度称为它 的工作温度范围。 Uidmax Uicmax Pc 指在运放的两个输入端之间能够加入的最大电压值。 指运放能承受的最大共模输入电压。若共模输入电 压超过Uicmax，输入级将进入非线性区工作，运放 的工作性能变差。 规定的温度范围内工作时，可以安全耗散的功率
C1
RS + us
– –
RB + + uid RE
–
+VCC
+ 输入 ui 回路
+
C2 + RL uo
–
输出 回路
RE 介于输入输出回路，有反馈。 反馈使 uid 减小，为负反馈。 既有直流反馈，又有交流反馈。
2.反馈的分类及判断
表4.7 反馈类型的分类 分类方法 反馈极性 反馈类 型 正反馈 定 义 说明 常用于振荡电路中
4.集成运放的使用常识
1.辨认集成运放引脚 2.参数测量判断好坏 3.使用前应调零
4.接入补偿电容 5.采用保护电路
集成运放的选择
通常情况下，在设计集成运放应用电路时，不需要 了解运放的内部电路，而是根据实际需要来选择合 适的运放，选择的原则如下： 1）信号源的性质。根据信号源是电压源还是电流 源、内阻大小等选择运放。 2）负载的性质。根据负载的大小，确定所需运放 的输出电压和电流的幅值。 3）精度要求。根据对信号的处理精度要求选择合 适的运放。 4）环境条件。根据温度选择温漂系数，根据所能 提供的电源选择运放的供电方式等。
(2）串联反馈和并联反馈
串联反馈：反馈信号与输入信号以 电压相加减的形式在输入端出现。
RS
us
uid ui uf
A F
uid ui uf
特点：信号源内阻越小， 反馈效果越明显。
反馈量和输入以电压的形式叠加是为串联反馈； 反馈量和输入以电流的形式叠加则是并联反馈。
并联反馈：反馈信号与输入信号以 电流相加减的形式在输入端出现。
功能 调零端 反相输入端 同相输入端 负电源输入端
引脚序号 5 6 7 8
功能 调零端 输出端 正电源输入端 空脚
1. 运放的符号
+VCC uid
+VCC 8
uid –VEE
uo
–VEE
VCC = VEE
习惯用符号
国家标准符号
u+ — 同相端输入电压 u — 反相端输入电压 uid — 差模输入电压 uid = u – u+ Aud — 开环差模电压放大倍数 uo = Aud(u+ – u)
项目4 制作模拟温度控制器
分立元件缺陷：构成的放大电路需要静态工 作点的调试，放大倍数有限，稳定性不高，受温 度影响大，体积也大。 以半导体单晶硅为芯片，把晶体管、场效应 管、二极管、电阻和电容 等元件及它们之间的 连线所组成的完整电路制作在一起，使之具有特 定的功能，这就是集成电路。 集成电路的优点：体积小、重量轻功耗小、 成本低速度快、可靠性高
参数说明 指集成运放在无外加反馈时的差模放大倍数。Aud通常在105左右，即100dB左右。
指运放的差模电压增益与共模电压增益之比，常用对数表示。即：KCMR＝ 20lg|Aud/Auc|,KCMR越大越好。
对于实际的集成运算放大器，当输入为零时输出电压不为零，若把此时的输出 电压折算到输入端就是输入失调电压。输入失调电压越小越好。 实际的集成运放,输出电压为零时，流入两个输入端的基极电流不相等。这两 个静态电流之差称为输入失调电流。IIO越小越好。 指当输入信号为零时，集成运放两个输入端的基极偏置电流的平均值。IIB愈小， 输入失调电流也愈小，同时运放的输入电阻愈高。 在开环条件下，运算放大器等效为电压源时的等效动态内阻称为运算放大器的 输出电阻。ro越小越好，理想集成运放的ro为零。 指集成运放在标称电源电压情况下，其输出端所能提供的最大不失真峰值电压。 其值一般不低于电源电压2V。 指在标称电源电压和最大输出电压的情况下，集成运放所能提供的正向或负向 峰值电流。 开环带宽是指当Aud下降到Aud的0.707倍时所对应的频率范围。 指集成运放对差模信号呈现的电阻。rid一般在MΩ 级， rid越大越好，理想运 算放大器的rid为无穷大。 电路输入端短路，输出端开路时所消耗的功率。
ii is
iid
iid ii if
特点：信号源内阻越大， 反馈效果越明显。
RS if
A F
四种基本反馈类型
K CMR
Aud ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱuc
共模信号交流通路
用对数表示：K CMR ( dB ) 20 lg
Aud Auc
3. 通用型集成运算放大器 741 简化电路
输入级
V1、V3 和 V2、V4
共集-共基组合差分电路 V5、V6 有源负载 构成双端变单端电路
中间级 V7、V8
输入级 输出级
中间级 输出级 V11 V13
供电电压范 围
工作温度范 围 最大差模输 入电压 最大共模输 入电压 功耗
参数名称 开环差模增益 共模抑制比 输入失调电压 输入失调电流 输入偏置电流 输出电阻 最大输出电压 最大输出电流 开环带宽 差模输入电阻 静态功耗
符号 AOd KCMR UIO IIO IIB ro Uomax Iomax fH rid PD
硅平面工艺包括氧化、光刻、掺 杂和互连等工序，最终在硅片上 制成包含多层电路及电子元件的 集成电路。通常每一硅抛光片上 可制作成百上千个独立的集成电 路，这种整整齐齐排满了集成电 路的硅片称作“晶圆”
进行成品测试，按其性能 参数分为不同等级，贴上 规格型号及出厂日期等标 签，成品即可出厂 对晶圆上的每个电路进行检测， 然后将晶圆切开成小片，把合格 的电路分类，再封装成一个个独 立的集成电路
常用于改善放大器性能
主要用于稳定放大器的静态 工作点 可以改善放大器的交流性能 反馈信号与输入信号不在同 一点连接 反馈信号与输入信号在同一 点连接 取样环节与放大器输出端并 联 取样环节与放大器输出端串 联
电压反馈和电流反馈： 判断方法：将输出端短路时，如果 输出电压Uo为0，反馈uf也为0， 即没有反馈存在，则该反馈为电压 反馈。若输出电压Uo为0时，反馈 uf不为0，即反馈依然存在，则该 反馈为电流反馈。
ic2
带 RL 时
u V2 i2
Aud
RL rbe
R L R C // 1 R L
差模输入电阻 差模输出电阻
Rid = 2rbe Rod = 2RC
共模输入与共模抑制比
+VCC
ui1 V 1
uoc uC1 uC2
REE
RC
RC
共模输入
ui1 = ui2
大小相同 极性相同
IEQ1 + ie1
放大电路 反馈网络
输出
2.反馈的分类
（1） 正反馈和负反馈 判断法：瞬时极性法
正反馈 — 反馈使净输入电量增加， 从而使输出量增大。
负反馈 — 反馈使净输入电量减小， 从而使输出量减小。 2). 直流反馈和交流反馈 直流反馈 — 直流信号的反馈。 交流反馈 — 交流信号的反馈。
例 4.1.1 判断电路是否存在反馈。是正反馈还是负反 馈？直反馈还是交流反馈？
知识目标
了解集成运放的电路结构、主要参数、工作特 点、使用常识 掌握集成运放的符号及引脚功能 能识读集成运放构成的常用电路 理解反馈的概念，了解运放电路中的反馈类型
技能目标
会安装和调试由集成运放 组成的应用电路
掌握继电器的检测和使用
相关知识
集成运放的电路结构 集成运放的运用常识 放大电路中的反馈 集成运放常用电路 继电器
复合管，共发射极 具有高增益
甲乙类互补对称功率放大电路 (OCL) 采用单电源(OTL)时，输入端静态电位应为 0.5VCC。
集成运放的应用常识
1.集成运放的符号及引脚功能 2.集成运放的主要参数 3.集成运放的工作特点
4.集成运放的使用常识
5.集成运放的选择
运放的外形及引脚
引脚序号 1 2 3 4
(1）电压反馈和电流反馈 电压反馈 — 反馈信号取自输出电压的部分或全部。 判别法：使 uo = 0 (RL 短路)， 若反馈消失则为电压反馈。 io A RL uo RL uo A
F
电压 反馈
F
io
电流 反馈
电流反馈 — 反馈信号取自输出电流。 判别法：使 io = 0(RL 开路)， 若反馈消失则为电流反馈。

三.放大电路中的反馈
1.反馈的概念
2.反馈的分类及判断
1.反馈的概念
反馈 — 将电路的输出量(电压或电流)的部分或全 部，通过一定的元件，以一定的方式回送到输入回 路并影响输入量(电压或电流)和输出量的过程。 信号的两种流向 正向传输：输入 输出 — 开环 反向传输：输出 输入
输入
— 闭环
技能训练
集成运放的常用电路 继电器检测
实训项目
制作模拟温度控制器
项目小结
一.集成运放的电路结构
1.集成运放的组成 2.差分放大器
1.集成运放的组成
通常由共发射极放大电路构成，目的 是为了获得较高的电压放大倍数。
输入级 中间级 输出级
通常由差动放 大电路构成， 目的是为了减 一般由各种恒流源电路构成，作 小放大电路的 用是为上述各级电路提供稳定、 零点漂移、提 合适的偏置电流，决定各级的静 高输入阻抗。 态工作点。