1、放大器基础知识本章重点介绍 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。放大器放大电路 超声信号发射、采集、处理系统 典型信号处理系统举例：高压脉冲产生发射电路 返回图中，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
2、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
3、，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MHV69。MHV的电压输出可在0500V之间进行调整，且体积较小便于电路板安装。串联输入限幅电路 并联输入限幅电路 返回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 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。检波电路 返回数据采集电路的结构 返回2 放大器基
4、本概念及主要性能标2.2.2 运算放大器性能指标2.2.1 运算放大器的类型返回本章目录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：放大器（放大电路）的表示方法sv信号源电压sR信号源内阻iv输入电压ii输入电流LR负载电阻ov输出电压oi输出电流2.1 运算放大器的类型负载开路时的负载开路时的 电压增益电压增益A.电压放大模型电压
5、放大模型ovAiR输入电阻输入电阻oR输出电阻输出电阻由输出回路得由输出回路得:LoLiOoRRRAV vv则电压增益为则电压增益为:iovv VALoLoRRRA v由此可见由此可见:LR vA即负载的大小会影响增益的大小即负载的大小会影响增益的大小要想减小负载的影响，则希望要想减小负载的影响，则希望？（考虑改变放大电路的参数）（考虑改变放大电路的参数）LoRR 理想情况理想情况0o R2.1 运算放大器的类型 另一方面，考虑另一方面，考虑到输入回路对信号源到输入回路对信号源的衰减。的衰减。siRR 理想情况理想情况有有sisiivvRRR 要想减小衰减，则希望要想减小衰减，则希望？iRA.
6、电压放大模型电压放大模型2.1 运算放大器的类型负载短路时的负载短路时的 电流增益电流增益B.电流放大模型电流放大模型s iA由输出回路得：由输出回路得：LooioRRRiAiis 则电流增益为：则电流增益为：ioiiAi LooRRRAis 由此可见：由此可见：LR iA要想减小负载的影响，则希望要想减小负载的影响，则希望？LoRR 理想情况：理想情况：oR由输入回路得：由输入回路得：isssiRRRii 要想减小对信号源的衰减，则希望要想减小对信号源的衰减，则希望？siRR 理想情况：理想情况：0i R2.1 运算放大器的类型C.互阻放大模型（自学）互阻放大模型（自学）D.互导放大模型（自
7、学）互导放大模型（自学）2.1 运算放大器的类型输入输出回路没有公共端输入输出回路没有公共端E.隔离放大电路模型隔离放大电路模型2.1 运算放大器的类型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入失调电压输入噪声开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输出阻抗闭环增益主要性能指标（系统设计中）：输入电阻（阻抗）输出电阻（阻抗）增益返回2.2 运算放大器性能指标 频率响应1.1.输入电阻输入电阻ttiiRv 输入电阻是表明放输入电阻是表明放大电路从信号源吸取信大电路从信
8、号源吸取信号大小的参数，对输入号大小的参数，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，则放大电路输入端的入端的Vi值愈大。反之，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，注入放大电路的输入电流的输入电流Ii愈大。愈大。2.2 运算放大器性能指标 输入/输出电阻（阻抗）2.2.输出电阻输出电阻 Ls,0ttoRvviR注意：输入、输出电阻为交流电阻注意：输入、输出电阻为交流电阻 输出电阻是表明放大电路带载能力参数，对输出为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，电压信号的放大电路，R Ro o
9、愈小，负载电阻的变化对输出愈小，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。而对输出为电流信号的放大电路，的放大电路，R Ro o愈大，负载电阻的变化对输出电流的影愈大，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。输入/输出电阻（阻抗）2.2 运算放大器性能指标3.3.增益增益 反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能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。其中：其中：(dB)lg20vA 电电压压增增益益四种增益：四种增益：iovvv AioiiAi
10、ioiArv ioviAg iAA、v常用分贝（常用分贝（dBdB）表示。）表示。(dB)lg20iA 电电流流增增益益(dB)lg10PA 功功率率增增益益2.2 运算放大器性能指标4.4.频率响应频率响应A.A.频率响应及带宽频率响应及带宽 电压增益可表示为：电压增益可表示为：)j()j()j(io VVAV 在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的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。)()()j()j(ioio VV或写为：或写为：)()(VVAA其中：其中：称称为为幅幅频频响响应应 jjio)(
11、)()(VVAV 称称为为相相频频响响应应 io)()()(2.2 运算放大器性能指标该图称为波特图该图称为波特图纵轴：纵轴：dBdB横轴：对数坐标横轴：对数坐标4.频率响应频率响应A.A.频率响应及带宽频率响应及带宽 其中：其中：上上限限频频率率Hf普通音响系统放大电路的幅频响应普通音响系统放大电路的幅频响应下下限限频频率率Lf带宽LHffBWHLH fBWff 时时，当当2.2 运算放大器性能指标图图 3.1.2频率失真频率失真(a)幅频失真幅频失真(b)相频失真相频失真4.频率响应频率响应B.B.频率失真（线性失真）频率失真（线性失真）5.非线性失真非线性失真 由元器件非线性特性引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:%100o122o VVkk VO1是输出电压信号基波是输出电压信号基波分量的有效值，分量的有效值，Vok是高次谐波是高次谐波分量的有效值，分量的有效值，k k为正整数。为正整数。
