【XDLab每日一题】（5.19—5.23）

时间： 2014.05.19

问题 : 集成运放的主要参数有哪些？

解答：

集成运放的参数较多，其中主要参数分为直流指标（静态指标）和交流指标（动态指标）。

其中主要直流指标有输入失调电压、输入失调电压的温度漂移 ( 简称输入失调电压温漂 ) 、输入偏置电流、输入失调电流、输入偏置电流的温度漂移 ( 简称输入失调电流温漂 ) 、差模开环直流电压增益、共模抑制比、电源电压抑制比、输出峰 - 峰值电压、最大共模输入电压、最大差模输入电压。

主要交流指标有开环带宽、单位增益带宽、转换速率 SR 、全功率带宽、建立时间、等效输入噪声电压、差模输入阻抗、共模输入阻抗、输出阻抗。

（ 1 ）输入失调电压 Uos ：

输入失调电压定义为集成运放输出端电压为零时，两个输入端之间所加的补偿电压。输入失调电压实际上反映了运放内部的电路对称性，对称性越好，输入失调电压越小。输入失调电压是运放的一个十分重要的指标，特别是精密运放或是用于直流放大时。输入失调电压与制造工艺有一定关系，其中双极型工艺 ( 即上述的标准硅工艺 ) 的输入失调电压在± 1~10mV 之间 ; 采用场效应管做输入级的，输入失调电压会更大一些。对于精密运放，输入失调电压一般在 1mV 以下。输入失调电压越小，直流放大时中间零点偏移越小，越容易处理。所以对于精密运放是一个极为重要的指标。

（ 2 ）输入失调电压的温度漂移 ( 简称输入失调电压温漂 ) △ Uos/ △ T ：

输入失调电压的温度漂移定义为在给定的温度范围内，输入失调电压的变化与温度变化的比值。这个参数实际是输入失调电压的补充，便于计算在给定的工作范围内，放大电路由于温度变化造成的漂移大小。一般运放的输入失调电压温漂在± 10~20 μ V/ ℃之间，精密运放的输入失调电压温漂小于± 1 μ V/ ℃。

（ 3 ）输入偏置电流 IB ：

输入偏置电流定义为当运放的输出直流电压为零时，其两输入端的偏置电流平均值。输入偏置电流对进行高阻信号放大、积分电路等对输入阻抗有要求的地方有较大的影响。输入偏置电流与制造工艺有一定关系，其中双极型工艺 ( 即上述的标准硅工艺 ) 的输入偏置电流在± 10nA~1 μ A 之间 ; 采用场效应管做输入级的，输入偏置电流一般低于 1nA 。

（ 4 ）差模开环直流电压增益 Aud ：

差模开环直流电压增益定义为当运放工作于线性区时，运放输出电压与差模电压输入电压的比值。由于差模开环直流电压增益很大，大多数运放的差模开环直流电压增益一般在数万倍或更多，用数值直接表示不方便比较，所以一般采用分贝方式记录和比较。一般运放的差模开环直流电压增益在 80~120dB 之间。实际运放的差模开环电压增益是频率的函数，为了便于比较，一般采用差模开环直流电压增益

（ 5 ）共模抑制比 CMRR ：

共模抑制比定义为当运放工作于线性区时，运放差模增益与共模增益的比值。共模抑制比是一个极为重要的指标，它能够抑制差模输入 == 模干扰信号。由于共模抑制比很大，大多数运放的共模抑制比一般在数万倍或更多，用数值直接表示不方便比较，所以一般采用分贝方式记录和比较。一般运放的共模抑制比在 80~120dB 之间。

（ 6 ）电源电压抑制比 PSRR ：

电源电压抑制比定义为当运放工作于线性区时，运放输入失调电压随电源电压的变化比值。电源电压抑制比反映了电源变化对运放输出的影响。目前电源电压抑制比只能做到 80dB 左右。所以用作直流信号处理或是小信号处理模拟放大时，运放的电源需要作认真细致的处理。当然，共模抑制比高的运放，能够补偿一部分电源电压抑制比，另外在使用双电源供电时，正负电源的电源电压抑制比可能不相同。

（ 7 ）输出峰 - 峰值电压 Uopp ：

输出峰 - 峰值电压定义为，当运放工作于线性区时，在指定的负载下，运放在当前大电源电压供电时，运放能够输出的最大电压幅度。除低压运放外，一般运放的输出输出峰 - 峰值电压大于± 10V 。一般运放的输出峰 - 峰值电压不能达到电源电压，这是由于输出级设计造成的，现代部分低压运放的输出级做了特殊处理，使得在 10k? 负载时，输出峰 - 峰值电压接近到电源电压的 50mV 以内，所以称为满幅输出运放，又称为轨到轨 (raid-to-raid) 运放。需要注意的是，运放的输出峰 - 峰值电压与负载有关，负载不同，输出峰 - 峰值电压也不同 ; 运放的正负输出电压摆幅不一定相同。对于实际应用，输出峰 - 峰值电压越接近电源电压越好，这样可以简化电源设计。但是现在的满幅输出运放只能工作在低压，而且成本较高。

（ 8 ）增益带宽

开环带宽 BW ：集成运放的开环电压增益下降 3dB( 或直流增益的 0.707 倍 ) 时所对应的信号频率称为开环带宽 . 单位增益带宽 GW ：它是集成运放在闭环增益为 1 倍状态下，当用正弦小信号驱动时，其闭环增益下降至 0.707 倍时的频率。 增益带宽积是增益和带宽的乘积，对于电压反馈型运放来说，此值为常数。假设运算放大器的增益带宽积为 1 MHz ，它意味着当频率为 1 Mhz 时，器件的增益下降到单位增益。即此时 A=1 。同时说明这个放大器最高可以以 1 MHz 的频率工作而不至于使输入信号失真。由于增益与频率的乘积是确定的，因此当同一器件需要得到 10 倍增益时，它最高只能够以 100 kHz 的频率工作。

（ 9 ）转换速率（或电压摆率） SR

在额定的满幅输出条件下运放输出电压的最大变化速率，用 Sr 表示， Sr=|dVo/dt|max ，单位为 V/us 。输出信号的最大变化速率不能超过 Sr ，否则实际波形在过 0 时的斜率将受到 Sr 的限制变成直线。

（ 10 ）等效输入噪声电压

屏蔽良好的、无信号输入的集成运放，在其输出端产生的任何交流无规则的干扰电压

（ 11 ）差模输入阻抗 Zid

差模输入阻抗有进也称输入阻抗，是指集成运放工作在线性区时，两输入端的电压变化量与对应的输入电流变化的之比

（ 12 ）共模输入阻抗 Zic

当集成运放工作在共模信号时，共模输入电压的变化量与对应的输入电流变化量之比 。

（ 13 ）输出阻抗 Zo

当集成运放工作于线性区时，在其输出端加信号电压后，此电压变化量与对应的电流变化量之比。

时间： 2014.05.20

问题 : 制作一个直流放大器 （ TI ）

解答：

用万能板焊接，搭建一个放大器，指标要求如下：

基本指标：

1 、增益 40dB ，直流输入时，增益误差不大于 0.1dB 。

2 、输入 0V 时，输出电压漂移不大于 10mV 。

3 、输入阻抗 >100k 。

4 、放大带宽 : DC~ 不低于 50kHz 。

扩展指标：

1 、增益 60dB ，直流输入时，增益误差不大于 0.1dB 。

2 、增益 60dB 时，输入 0V ，输出电压漂移不大于 10mV 。

3 、输入阻抗 >1M 。

4 、放大带宽 : DC~ 不低于 500kHz 。

说明：

1 、可以用实验电源提供正负 12V 电源供电。

2 、留出关键的测试点（输入、输出、中间某些关键点），以备测试。

3 、实验设计及记录：

1 ）指标的论证（说明设计思路，如何达到指标）。

2 ）电路图（可以手画）。

3 ）各项测试方法及步骤（如何测各项指标？用什么仪器，怎么连接？步骤？）。

4 ） 测试结果及分析计算（原始数据，分析过程，结论：你的电路各项实际指标是多少？）。

时间： 2014.05.21

问 题：倍压整流和多倍压整流电路

解答：

图 4a 表示一个半波二倍压整流电路。图 4b 和图 4c 绘出了电路的工作过程。为明了起见，假设变压器的瞬间极性如图 4b 。此时正处在交流电压的负半周，即变压器下端电压为正，上端电压为负，二极管 DA 导通，近似于短路（ DB 截止），电容器 C1 被充电，达到变压器输出的峰值电压√ 2 Erms, 充电电压的极性是左负右正。当交流电压为正半周时，二极管 DA 截止， DB 导通，并向电容 C2 充电。加到电容器 C2 上的电压是交流峰值电压加上电容 C1 上存储电压，既 2 √ 2 Erms ，如图 4c 所示。由此可以看出这个电压也加在处于截止的二极管 DA 上，因此 DA 承受的反向峰值电压为 2 √ 2 Erms 。在交流电压的下一个负半周，二极管 DB 截止， DA 导通，此时电容 C2 上存储电压是 2 √ 2 Erms, 所以 DB 承受的反相峰值电压是 2 √ 2 Erms 。对电容 C1 的最大充电电流为√ 2 Erms 。

如果将图 4a 改成图 5a 的形式，可以看出，在这个倍压电路后面再加上一级同样的倍压电路就变成四倍压电路，又加上一级变成六倍压电路，如图 5b 所示。如此级联下去，既可得到任意的倍压值。

多倍压整流电路每个二极管所承受的最大反向峰值电压与二倍整流电路是相同的，都为 2 √ 2 Erms 。从图 5b 中可以看出，除了电容 C1 所承受的电压为√ 2 Erms ，其余电容所承受的耐压值都为 2 √ 2 Erms 。电路中 R1 是限流电阻，限制充电电流，避免烧毁二极管，可选择 R1=2 √ 2 Erms /I 充。

多倍压整流电路只是在负载电流很小的情况下使用，例如，为示波管、显像管及灭虫高压电网等装置供电用，因此一般对二极管只要求其耐压值，而不要求其电流值。

时间： 2014.05.22

问题：如何正确地设置接地装置

解答：

为了保护家庭的安全，做到安全用电，家庭用电系统必须保持接地良好。保护接地就是把用电器的金属外壳、框架等用接地装置与大地可靠连接。

在正常情况下，各种用电器的外露金属壳体或金属部件是不带电的，人们接触后不会触电。如果用电器的绝缘体损坏，使金属导体碰壳，会造成金属体带电，若没有接地装置，人体一旦接触，就会有一个大电流通过人体、大地流回电网，发生触电危险。如果家庭有一个符合标准的接地系统，该系统的电阻小于４欧姆（人体的电阻一般为２０００欧姆），人体与接地系统相当于两个并联的电阻，通过人体的电流仅为总电流的１／５００，绝大部分电流将通过接地系统进入大地，人就不会有危险。接地系统的电阻过大，通过人体的电流将会等比增加，这样的接地系统就起不到安全保护作用。

新建住宅楼一般都有接地装置，业主在购房时应向开发商了解住宅的配电及接地装置的安装情况。老式住宅一般都没有接地装置，应补装。自建住宅应设计安装接地装置。

　１．接地装置的安装要求有两点：

（１）接地装置的接地电阻必须小于４欧姆。

（２）接地极一般不能少于二根。

　２．接地装置的种类有两种：

　　（１）自然接地 在可以达到接地电阻小于４欧姆的前提下，为节省材料、减少工作量，可优先考虑自然接地。自然接地是把地下的给水、排水或其他金属管道（不包含可燃液体，可燃、可爆气体的金属管道和包有绝缘物质的金属管道）、有金属外皮的电缆，金属井管，建筑物金属结构，钢筋混凝土建筑物的基础等作为自然接地体。

（２）人工接地 一般用钢材作接地极，长度大于２．２米，挖好１米深的坑后，竖直打入坑底，埋入深度不小于２米（距地面３米）。

在土壤电阻率较高或埋入深度不够的情况下，应在接地极周围放置长效降阻剂。

接地线一般用裸导线（包括扁钢、圆钢），或绝缘导线（铜或铝芯），建议不用铝芯线。连接接地线时，所用的导线不能有断痕，不能有接头，以防机械强度减小，电阻增大。接地线地下部分禁用铝导线。接地线与接地极的连接一般采用焊接或压接等可靠的连接方式。

新建住宅楼的接地装置应按以上所述的要求和方法设计、施工，满足上述要求和方法的接地装置算合格。所以住宅楼在建造前应设计合理、安全的接地装置，才能保障以后住户的安全。

接地装置按规定应定期检查，每年至少一次，用“接地电阻测定器”测试其接地电阻是否符合规定。用万用表测试则需在距接地极Ａ约３米处加装两个临时接地极Ｂ、Ｃ（如图）：

3m 3m

| ←—→ | ←—→ |

C A B

　　如测得Ｒ AB ＝Ｒ A ＋Ｒ B ＝８欧，Ｒ AC ＝Ｒ A ＋Ｒ C ＝６欧，Ｒ BC ＝Ｒ B ＋Ｒ C ＝１０欧，则可算出Ｒ A ＝２欧，此即接地装置的接地电阻。

　　对老式住宅楼一般应采用人工接地方式接地，若有条件采用自然接地，则应对选作自然接地极的物体进行除锈、清洁后再进行焊接或可靠压接。

时间： 2014.05.23

问题：快速识别色环电阻

解答：

目前，国产或进口电视机、收录机广泛采用色环电阻，其优点是在装配、调试和修理过程中，不用拨动元件，即可在任意角度看清色环，读出阻值，使用很方便。以往杂志上都介绍过色环电阻识读法，按其方法读数时，要进行换算，较麻烦，这里介绍一种快速识别阻值的方法。

带有四个色环的其中第一、二环分别代表阻值的前两位数；第三环代表倍率；第四环代表误差。快速识别的关键在于根据第三环的颜色把阻值确定在某一数量级范围内，例如是几点几 K 、还是几十几 K 的，再将前两环读出的数 " 代 " 进去，这样就可很快读出数来。

下面介绍掌握此方法的几个要点：

（ 1 ）熟记第一、二环每种颜色所代表的数。可这样记忆：棕 1 ，红 2 ，橙 3 ，黄 4 ，绿 5 ，蓝 6 ，紫 7 ，灰 8 ，白 9 ，黑 0 。这样连起来读，多复诵几遍便可记住。

记准记牢第三环颜色所代表的 阻值范围，这一点是快识的关键。具体是：

金色：几点几 Ω

黑色：几十几 Ω

棕色：几百几十 Ω

红色：几点几 k Ω

橙色：几十几 k Ω

黄色：几百几十 k Ω

绿色：几点几 M Ω

蓝色：几十几 M Ω

从数量级来看，在体上可把它们划分为三个大的等级，即：金、黑、棕色是欧姆级的；红橙 ' 、黄色是千欧级的；绿、蓝色则是兆欧级的。这样划分一下是为了便于记忆。

（ 3 ）当第二环是黑色时，第三环颜色所代表的则是整数，即几，几十，几百 k Ω等，这是读数时的特殊情况，要注意。例如第三环是红色，则其阻值即是整几 k Ω的。

（ 4 ）记住第四环颜色所代表的误差，即：金色为 5 ％；银色为 10 ％；无色为 20 ％。

下面举例说明：

例 1 当四个色环依次是黄、橙、红、金色时，因第三环为红色、阻值范围是几点几 k Ω的，按照黄、橙两色分别代表的数 "4" 和 "3" 代入 , ，则其读数为 43 k Ω。第环是金色表示误差为 5 ％。

例 2 当四个色环依次是棕、黑、橙、金色时，因第三环为橙色，第二环又是黑色，阻值应是整几十 k Ω的，按棕色代表的数 "1" 代入，读数为 10 k Ω。第四环是金色，其误差为 5 ％。