1、2022-11-29 1 DAL 00-1647电院科技创新电院科技创新22 讲座讲座2 2:放大器电路设计指导放大器电路设计指导 上海交通大学上海交通大学 电子工程系电子工程系 2009年3月2Agenda从课题任务的角度分析问题从课题任务的角度分析问题使用使用LM741LM741设计所需放大器电路设计所需放大器电路本课题的工作层面：板级设计本课题的工作层面：板级设计完成任务所需之知识和技能完成任务所需之知识和技能在假定的理想条件下设计运放实用电路在假定的理想条件下设计运放实用电路实际运放的几项特性与理想模型的差异实际运放的几项特性与理想模型的差异解读解读DATA SHEETDATA SHE
2、ET了解了解LM741LM741特性特性小结及问题思考小结及问题思考用于设计放大器的电子元件用于设计放大器的电子元件以级联的观点分析以级联的观点分析(设计设计)电路电路3从课题任务的角度分析问题从课题任务的角度分析问题本课题的工作层面本课题的工作层面（半导体）材料（半导体）材料芯片设计、元件制造芯片设计、元件制造系统（集成）系统（集成）（电路）板（电路）板元件工艺元件工艺本课题任务本课题任务相关提示：适当地、有效地搜集和阅读资料。相关提示：适当地、有效地搜集和阅读资料。比如：比如：模拟电子技术基础模拟电子技术基础（童诗白）中某些部（童诗白）中某些部分讨论运算放大器的内部结构，是关于元件内部设分
3、讨论运算放大器的内部结构，是关于元件内部设计的分析，与本课题任务的关系不大。计的分析，与本课题任务的关系不大。4从课题任务的角度分析问题从课题任务的角度分析问题完成任务所需之知识技能完成任务所需之知识技能MCS51MCS51单片机（小系统）的使用：硬件、软件单片机（小系统）的使用：硬件、软件(C51)(C51)用用LM741LM741、CD4066CD4066等设计所需电路等设计所需电路拓展任务关联的知识拓展任务关联的知识动手操作的技能和技巧：如焊接、调试、仪器使用动手操作的技能和技巧：如焊接、调试、仪器使用5用于设计放大器的电子元件用于设计放大器的电子元件电子管元件电子管元件晶体管分立元件晶
4、体管分立元件:各型三极管、各型场效应管各型三极管、各型场效应管晶体管集成电路元件：晶体管集成电路元件：运算放大器、功率放大器运算放大器、功率放大器6以级联的观点分析（设计）电路以级联的观点分析（设计）电路把电路看作前后级联的多个功能块把电路看作前后级联的多个功能块便于对各功能块单独分析，单独设计便于对各功能块单独分析，单独设计前后级间的相互影响（举例）前后级间的相互影响（举例）方式方式1 1：高阻输入，低阻输出：高阻输入，低阻输出后级后级输入阻抗输入阻抗相对于前级相对于前级输出阻抗输出阻抗 极大极大前级前级输出阻抗输出阻抗相对于后级相对于后级输入阻抗输入阻抗 极小极小方式方式2 2：阻抗匹配：
5、阻抗匹配设定一个规范值，要求前级输出阻抗和后级输入阻抗均等于该值设定一个规范值，要求前级输出阻抗和后级输入阻抗均等于该值 7使用使用LM741设计所需放大器电路设计所需放大器电路在假定的理想条件下设计运放实用电路在假定的理想条件下设计运放实用电路理想运放模型理想运放模型物理学中，起类似作用概念有物理学中，起类似作用概念有 “刚体刚体”“”“不计质量的滑轮不计质量的滑轮”等等运算放大器（集成电路）运算放大器（集成电路）一类常用的电子元器件，对信号有良好的线性放大功能。一类常用的电子元器件，对信号有良好的线性放大功能。在设计常规放大电路时，在设计常规放大电路时，LM741LM741是一种常用的型号
6、。是一种常用的型号。为分析（或设计）含运算放大器的电路，对运放建立的为分析（或设计）含运算放大器的电路，对运放建立的数学模型数学模型。为便于分析，适当降低求解复杂度，引入了一些理想化条件。为便于分析，适当降低求解复杂度，引入了一些理想化条件。所以，理想运放模型是对实际器件物理特性某种程度的近似描述，两者所以，理想运放模型是对实际器件物理特性某种程度的近似描述，两者有本质区别，不可混为一谈。有本质区别，不可混为一谈。8使用使用LM741设计所需放大器电路设计所需放大器电路理想运放模型理想运放模型1.1.虚短：虚短：(V+)(V-)(V+)(V-)，开路增益，开路增益 A=Vo/(V+)-(V-)
7、A=Vo/(V+)-(V-)2.2.虚断：虚断：(i+)0 (i-)0 (i+)0 (i-)0 等价于等价于输入电阻输入电阻无穷大无穷大3.3.输出电阻输出电阻为零为零i+i+V+V+i-i-V-V-VoVoA A输入电阻（输入阻抗）输入电阻（输入阻抗）输出电阻（输出阻抗）输出电阻（输出阻抗）“等效等效”概念，不是一个定值电阻！概念，不是一个定值电阻！在假定的理想条件下设计运放实用电路在假定的理想条件下设计运放实用电路9使用使用LM741设计所需放大器电路设计所需放大器电路理想运放模型的应用理想运放模型的应用同相放大器电路同相放大器电路ViViVoVoR R1 1R Rf fR RL LVo=
8、(1+RVo=(1+Rf f/R/R1 1)Vi)Vi反相放大器电路反相放大器电路ViViVoVoR R1 1R Rf fR RL LVo=-(RVo=-(Rf f/R/R1 1)Vi)Vi在假定的理想条件下设计运放实用电路在假定的理想条件下设计运放实用电路10使用使用LM741设计所需放大器电路设计所需放大器电路理想运放模型的应用理想运放模型的应用反相放大器电路反相放大器电路-可变增益可变增益ViViVoVoR R1 1R Rf fVo=-(RVo=-(Rf f/R/R1 1)Vi)ViR R1111R R1212K K1 1K K2 2R R1313R R1414K K3 3K K4 4初
9、期试验时可利初期试验时可利用导线通断来代替用导线通断来代替最终用最终用CD4066CD4066实实现，开关状态可受现，开关状态可受单片机控制单片机控制共共1515种有效状态种有效状态R Rf f R R1 1 取值？取值？显然，在理想化条件下，只要保显然，在理想化条件下，只要保证两者比例即可满足要求！证两者比例即可满足要求！在假定的理想条件下设计运放实用电路在假定的理想条件下设计运放实用电路R RL L11使用使用LM741设计所需放大器电路设计所需放大器电路实际运放的几项指标与理想模型的差异实际运放的几项指标与理想模型的差异理想运放模型假设理想运放模型假设实际运放（以实际运放（以741741
10、为例）为例）输入阻抗输入阻抗输出阻抗输出阻抗开路电压增益开路电压增益输出电压范围输出电压范围输入电压范围输入电压范围输入失调电压输入失调电压0 0未限制未限制未限制未限制0 0 输入失调电压：输入失调电压：当使当使Vo=0 Vo=0 时，时，V+V+与与V-V-的差值的差值典型值：典型值：2 M2 M几十几十 典型值：典型值：100100 dB dB（约（约1010万倍）万倍）-Vs Vo Vs (-Vs Vo Vs (VsVs电源电压）电源电压）-Vs Vi Vs-Vs Vi Vs 几几 mVmV(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)(4)(4)12使用使用LM741设计所需放大器
11、电路设计所需放大器电路实际运放的几项指标与理想模型的差异实际运放的几项指标与理想模型的差异实际运放（以实际运放（以741741为例）为例）输入阻抗输入阻抗输出阻抗输出阻抗开路电压增益开路电压增益输出电压范围输出电压范围输入电压范围输入电压范围输入失调电压输入失调电压0 0未限制未限制未限制未限制0 0典型值：典型值：2 M2 M几十几十 典型值：典型值：100100 dB dB（约（约1010万倍）万倍）-Vs Vo Vs (-Vs Vo Vs (VsVs电源电压）电源电压）-Vs Vi Vs-Vs Vi Vs 几几 mVmV(1)(1)(2)(2)(3)(3)(4)(4)(4)(4)(1)R
12、1 Rf Ri(1)R1 Rf Ro(2)RL Ro，建议取，建议取10-20 K10-20 K(3)Vi-Vo(3)Vi-Vo关系关系 当当Vs=5VVs=5V，VoM 4.2VVoM 4.2V理想运放模型假设理想运放模型假设13使用使用LM741设计所需放大器电路设计所需放大器电路解读解读DATA SHEETDATA SHEET了解了解LM741LM741特性特性一般性描述一般性描述General DescriptionGeneral Description引脚分布引脚分布Connection DiagramsConnection Diagrams：可对应：可对应物理尺寸物理尺寸阅读阅读典
13、型应用典型应用Typical ApplicationTypical Application极限指标极限指标Absolute Maximum RatingsAbsolute Maximum Ratings电气特性电气特性Electrical CharacteristicsElectrical Characteristics：前页的指标主要在这里找：前页的指标主要在这里找器件内部原理图器件内部原理图Schematic DiagramSchematic Diagram物理尺寸物理尺寸Physical DimensionsPhysical DimensionsDATA SHEETDATA SHEET之
14、各部分（以之各部分（以 N NationalationalS Semiconductor emiconductor 的版本为例）的版本为例）精读精读 ；选读；选读；浏览浏览14使用使用LM741设计所需放大器电路设计所需放大器电路解读解读DATA SHEETDATA SHEET了解了解LM741LM741特性特性一般性描述一般性描述General DescriptionGeneral Description引脚分布引脚分布Connection DiagramsConnection Diagrams：可对应：可对应物理尺寸物理尺寸阅读阅读典型应用典型应用Typical ApplicationTy
15、pical ApplicationDATA SHEETDATA SHEET之各部分（以之各部分（以 N NationalationalS Semiconductor emiconductor 的版本为例）的版本为例）例如：例如：LM741LM741共有共有8 8个引脚，哪几个与你的应用电路个引脚，哪几个与你的应用电路“无关无关”，“无关无关”引脚到引脚到底如何接？是否可以悬空？底如何接？是否可以悬空？15使用使用LM741设计所需放大器电路设计所需放大器电路解读解读DATA SHEETDATA SHEET了解了解LM741LM741特性特性极限指标极限指标Absolute Maximum Ra
16、tingsAbsolute Maximum Ratings电气特性电气特性Electrical CharacteristicsElectrical Characteristics器件内部原理图器件内部原理图Schematic DiagramSchematic Diagram物理尺寸物理尺寸Physical DimensionsPhysical DimensionsDATA SHEETDATA SHEET之各部分（以之各部分（以 N NationalationalS Semiconductor emiconductor 的版本为例）的版本为例）例如：例如：本应用中，我们关心本应用中，我们关心 ：
17、最大供电电压，输入阻抗，输出阻抗，：最大供电电压，输入阻抗，输出阻抗，等等等等本应用中，我们基本不关心：转换速率（因为输入直流或低频信号），工作温本应用中，我们基本不关心：转换速率（因为输入直流或低频信号），工作温度（因为仅在室温环境），度（因为仅在室温环境），等等等等16使用使用LM741设计所需放大器电路设计所需放大器电路小结及问题思考小结及问题思考除电源、信号输入输出之外，除电源、信号输入输出之外，741741的其它几个引脚的功能的其它几个引脚的功能CD4066CD4066可通信号的电压范围（若以电阻开关网络代替可通信号的电压范围（若以电阻开关网络代替RfRf是否可行？）是否可行？）注意注意CD4066CD4066的导通电阻问题（结合的导通电阻问题（结合R1R1各电阻值的选取）各电阻值的选取）理论模型与物理实际之辨证关系理论模型与物理实际之辨证关系问题思考与提示问题思考与提示尽早开展实质性工作，进实验室实际动手。尽早开展实质性工作，进实验室实际动手。实践中，会遇到诸多事先预料不到的问题和困难！实践中，会遇到诸多事先预料不到的问题和困难！17谢谢谢谢 ！
