自動化專業英語教程教學課件P1U2ATheOperationalAmplifier

第一部分第二單元課文A運算放大器

A運算放大器1.課文內容簡介：主要介紹專業基礎課《模擬電子技術基礎》中運算放大器的概念，放大倍數的計算方法，理想運放兩個輸入端“虛短路”和“虛斷路”的概念。2.溫習《模擬電子技術基礎》中比例運算電路的分析方法。3.生詞與短語amplifiern.

放大器integratedcircuit集成電路buildingblocks積木potentialn.(電)勢cascaden.,v.

串聯；adj.

串聯的ontheorderof屬于同類的，約為tradeoff換取cumbersomeadj.

麻煩的intrinsicadj.

內在的circuitryn.

電路P1U2ATheOperationalAmplifier

第一部分第二單元課文A運算放大器4.難句翻譯

[1]Oneproblemwithelectronicdevicescorrespondingtothegeneralizedamplifiersisthatthegains,AUorAI,dependuponinternalpropertiesofthetwo-portsystem.對應于像廣義放大器這樣的電子裝置，一個問題就是增益AU或者AI，它們取決于兩輸入端系統的內部特性。That作從屬連接詞，在句中沒有實在意義，只起連接從句的作用，引導主語從句、賓語從句、同位語從句或表語從句。

[2]ThisisoneofthekeyfeaturesofOp-Ampdesign—theactionofthecircuitonsignalsdependsonlyupontheexternalelementswhichcanbeeasilyvariedbythedesignerandwhichdonotdependuponthedetailedcharacteroftheOp-Ampitself.這是運算放大器設計的重要特征之一——在信號作用下，電路的動作僅取決于能夠容易被設計者改變的外部元件，而不取決于運算放大器本身的細節特性。

Which作關系代詞用，用于限制性定語從句中，專指事物而言。5.參考譯文A運算放大器

像廣義放大器這樣的電子器件存在的一個問題就是它們的增益AU或AI取決于雙端口系統(、、RI、Ro等)的內部特性。器件之間參數的分散性和溫度漂移給設計工作增加了難度。設計運算放大器或Op-Amp的目的就是使它盡可能的減少對其內部參數的依賴性、最大程度地簡化設計工作。運算放大器是一個集成電路，在它內部有許多電阻、晶體管等元件。就此而言，我們不再描述這些元件的內部工作原理。運算放大器的全面綜合分析超越了某些教科書的范圍。在這里我們將詳細研究一個例子，然后給出兩個運算放大器定律并說明在許多實用電路中怎樣使用這兩個定律來進行分析。這兩個定律可允許一個人在沒有詳細了解運算放大器物理特性的情況下設計各種電路。因此，運算放大器對于在不同技術領域中需要使用簡單放大器而不是在晶體管級做設計的研究人員來說是非常有用的。P1U2ATheOperationalAmplifier

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第一部分第二單元課文A運算放大器在電路和電子學教科書中，也說明了如何用運算放大器建立簡單的濾波電路。作為構建運算放大器集成電路的積木—晶體管，將在下篇課文中進行討論。

理想運算放大器的符號如圖1-2A-1所示。圖中只給出三個管腳：正輸入、負輸入和輸出。讓運算放大器正常運行所必需的其它一些管腳，諸如電源管腳、接零管腳等并未畫出。圖1-2A-1運算放大器在實際電路中使用運算放大器時，后者是必要的，但在本文中討論理想的運算放大器的應用時則不必考慮后者。兩個輸入電壓和輸出電壓用符號U

、U

和Uo

表示。每一個電壓均指的是相對于接零管腳的電位。運算放大器是差分裝置。差分的意思是：相對于接零管腳的輸出電壓可由下式表示

(1-2A-1)

式中A

是運算放大器的增益，U

和U

是輸入電壓。換句話說，輸出電壓是A乘以兩輸入間的電位差。

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第一部分第二單元課文A運算放大器集成電路技術使得在非常小的一塊半導體材料的復合“芯片”上可以安裝許多放大器電路。運算放大器成功的一個關鍵就是許多晶體管放大器“串聯”以產生非常大的整體增益。也就是說，等式(1-2A-1)中的數A約為100,000或更多(例如，五個晶體管放大器串聯，每一個的增益為10，那么將會得到此數值的A)。第二個重要因素是這些電路是按照流入每一個輸入的電流都很小這樣的原則來設計制作的。第三個重要的設計特點就是運算放大器的輸出阻抗(Ro

)非常小。也就是說運算放大器的輸出是一個理想的電壓源。我們現在利用這些特性就可以分析圖1-2A-2所示的特殊放大器電路了。首先，注意到在正極輸入的電壓U等于電源電壓，即U=Us。各個電流定義如圖1-2A-2中的b圖所示。P1U2ATheOperationalAmplifier

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第一部分第二單元課文A運算放大器對圖1-2A-2b的外回路應用基爾霍夫定律，注意輸出電壓Uo

指的是它與接零管腳之間的電位，我們就可得到

(1-2A-2)圖1-2A-2運算放大器電路

因為運算放大器是按照沒有電流流入正輸入端和負輸入端的原則制作的，即I=0。那么對負輸入端利用基爾霍夫定律可得I1=I2，利用等式(1-2A-2)，并設I1=I2=I

，

U0=(R1+R2)I

(1-2A-3)

根據電流參考方向和接零管腳電位為零伏特的事實，利用歐姆定律，可得負極輸入電壓U

：因此U=IR1

，并由式(1-2A-3)可得：P1U2ATheOperationalAmplifier

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第一部分第二單元課文A運算放大器

因為現在已有了U+

和U的表達式，所以式(1-2A-1)可用于計算輸出電壓，

綜合上述等式，可得：

(1-2A-4)最后可得：

(1-2A-5a)這是電路的增益系數。如果A

是一個非常大的數，大到足夠使AR1>>(R1+R2)，那么分式的分母主要由AR1項決定，存在于分子和分母的系數A

就可對消，增益可用下式表示

(1-2A-5b)P1U2ATheOperationalAmplifier

第一部分第二單元課文A運算放大器這表明，如果A

非常大，那么電路的增益與A

的精確值無關并能夠通過R1和R2的選擇來控制。這是運算放大器設計的重要特征之一——在信號作用下，電路的動作僅取決于能夠容易被設計者改變的外部元件，而不取決于運算放大器本身的細節特性。注意，如果A=100,000，而(R1+R2)/R1=10，那么為此優點而付出的代價是用一個具有100,000倍電壓增益的器件產生一個具有10倍增益的放大器。從某種意義上說，使用運算放大器是以“能量”為代價來換取“控制”。對各種運算放大器電路都可作類似的數學分析，但是這比較麻煩，并且存在一些非常有用的捷徑，其涉及目前我們提出的運算放大器兩個定律應用。

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第一部分第二單元課文A運算放大器1)第一個定律指出：在一般運算放大器電路中，可以假設輸入端間的電壓為零，也就是說，2)第二個定律指出：在一般運算放大器電路中，兩個輸入電流可被假定為零：第一個定律是因為內在增益A的值很大。例，如果運算放大器的輸出是1V，并且A=100,000,那么

()=105V

這是一個非常小、可以忽略的數，因此可設U+=U-。第二個定律來自于運算放大器的內部電路結構，此結構使得基本上沒有電流流入任何一個輸入端。P1U2BTransistors第一部分第二單元課文B晶體管

B晶體管1.課文內容簡介：主要介紹專業基礎課《模擬電子技術基礎》中晶體三極管的概念，三極管放大電路的連接方法，三極管型號的命名與管角的判斷方法。2.溫習《模擬電子技術基礎》中半導體二極管和雙極型晶體管的相關內容。3.生詞與短語transistorn.

晶體管semiconductorn.

半導體dopev.

摻入predominancen.

優勢crystaln.

晶體germaniumn.

鍺siliconn.

硅bipolaradj.

雙向的leadn.

引線substitutionn.

代替detectorn.

探測器biasn.

偏壓polarityn.

極性encompassv.

包含moreorless或多或少cylindricaladj.

圓柱形的cann.

密封外殼triangularadj.

三角的elongatev.

延長，拉長

P1U2BTransistors第一部分第二單元課文B晶體管4.難句翻譯[1]Putverysimplyasemiconductormaterialisonewhichcanbe“doped”toproduceapredominanceofelectronsormobilenegativecharges(N-type);or“holes”orpositivecharges(P-type).簡單地說，半導體是這樣一種物質，它能夠通過“摻雜”來產生多余的電子，又稱自由電子（N型）；或者產生“空穴”，又稱正電子（P型）。one代替上文中剛提到過的單數可數名詞；如果該名詞是復數，就用ones代之。[2]TO1istheoriginaltransistorshape—acylindrical“can”withthethreeleadsemergingintriangularpatternfromthebottom.Lookingatthebase,theupperleadinthe“triangle”isthebase,theonetotheright(markedbyacolorspot)thecollectorandtheonetothelefttheemitter.TO1是最早的一種晶體管形狀——即一個帶有三個引腳的圓柱體“外罩”，這三個引腳在底部形成三角狀。首先要注意的是，“三角形”上面的引腳是基極，其右面的引腳（由一個彩色點標出）為集電極，其左面的引腳為發射極。P1U2BTransistors第一部分第二單元課文B晶體管P1U2BTransistors第一部分第二單元課文B晶體管

with作“帶有”、“具有”講。若遇有with后的賓語接有現在分詞、過去分詞、形容詞，有時甚至是副詞，可稱為with后帶“主謂”關系，則整個with短語說明附帶情況或交待細節。5.參考譯文B晶體管簡單地說，半導體是這樣一種物質，它能夠通過“摻雜”來產生多余的電子，又稱自由電子（N型）；或者產生“空穴”，又稱正電荷（P型）。由N型摻雜和P型摻雜處理的鍺或硅的單晶體可形成半導體二極管，它具有我們描述過的工作特性。晶體管以類似的方式形成，就象帶有公共中間層、背靠背的兩個二極管，公共中間層是以對等的方式向兩個邊緣層滲入而得，因此中間層比兩個邊緣層或邊緣區要薄的多。P1U2BTransistors第一部分第二單元課文B晶體管

PNP或NPN(圖1-2B-1)這兩種結構顯然是可行的。PNP或NPN被用于描述晶體管的兩個基本類型。因為晶體管包含兩個不同極性的區域（例如“P”區和“N”區），所以晶體管被叫作雙向器件，或雙向晶體管。圖1-2B-1晶體管的兩個基本類型P1U2BTransistors第一部分第二單元課文B晶體管因此晶體管有三個區域，并從這三個區域引出三個管腳。要使工作電路運行，晶體管需與兩個外部電壓或極性連接。其中一個外部電壓工作方式類似于二極管。事實上，保留這個外部電壓并去掉上半部分，晶體管將會象二極管一樣工作。例如在簡易收音機中用晶體管代替二極管作為檢波器。在這種情況下，其所起的作用和二極管所起的作用一模一樣?？梢越o二極管電路加正向偏置電壓或反向偏置電壓。在加正向偏置電壓的情況下，如圖1-2B-2所示的PNP晶體管，電流從底部的P極流到中間的N極。如果第二個電壓被加到晶體管的頂部和底部兩個極之間，并且底部電壓極性相同，那么，流過中間層N區的電子將激發出從晶體管底部到頂部流過的電流。P1U2BTransistors第一部分第二單元課文B晶體管

1-2B-2PNP晶體管電路

在生產晶體管的過程中，通過控制不同層的摻雜度，經過負載電阻流過第二個電路電流的導電能力非常顯著。實際上，當晶體管下半部為正向偏置時，底部的P區就像一個取之不竭的自由電子源（因為底部的P區發射電子，所以它被稱為發射極）。這些電子被頂部P區接收，因此它被稱為集電極，但是流過這個特定電路實際電流的大小由加到中間層的偏置電壓控制，所以中間層被稱為基極。P1U2BTransistors第一部分第二單元課文B晶體管因此，當晶體管外加電壓接連正確（圖1-2B-3）后工作時，實際上存在兩個獨立的“工作”電路。一個是由偏置電壓源、發射極和基極形成的回路，它被稱為基極電路或輸入電路；第二個是由集電極電壓源和晶體管的三個區共同形成的電路，它被稱為集電極電路或輸出電路。（注意：本定義僅適用于發射極是兩個電路的公共端時——被稱為共發射極連接。）圖1-2B-3基極電路和集電極電路P1U2BTransistors第一部分第二單元課文B晶體管這是晶體管最常見的連接方式，但是，當然也存在其它兩種連接方法——共基極連接和共集電極連接。但是在每一種情況下晶體管的工作原理是相同的。本電路的特色是相對小的基極電流能控制和激發出一個比它大得多的集電極電流(或更恰當地說，一個小的輸入功率能夠產生一個比它大得多的輸出功率)。換句話說，晶體管的作用相當于一個放大器。在這種工作方式中，基極-發射極電路是輸入側；通過基極的發射極和集電極電路是輸出側。雖然基極和發射極是公共路徑，但這兩個電路實際上是獨立的，就基極電路的極性而言，基極和晶體管的集電極之間相當于一個反向偏置二極管，因此沒有電流從基極電路流到集電極電路。要讓電路正常工作，當然，加在基極電路和集電極電路的電壓極性必須正確（基極電路加正向偏置電壓，集電極電源的連接要保證公共端（發射極）的極性與兩個電壓源的極性相同）。這也就是說電壓極性必須和晶體管的類型相匹配。在上述的PNP型晶體管中，發射極電壓必須為正。因此，基極和集電極相對于發射極的極性為負。PNP型晶體管的符號在發射極上有一個指示電流方向的箭頭，總是指向基極。（在PNP型晶體管中，“P”代表正）。P1U2BTransistors第一部分第二單元課文B晶體管P1U2BTransistors第一部分第二單元課文B晶體管在NPN型晶體管中，工作原理完全相同，但是兩個電源的極性正好相反（圖1-2B-4）。也就是說，發射極相對于基極和集電極來說極性總是負的（在NPN型晶體管中，“N”代表負）。這一點也可以從NPN型晶體管符號中發射極上相反方向的箭頭看出來，即，電流從基極流出。雖然現在生產的晶體管有上千種不同的型號，但晶體管各種外殼形狀的數量相對有限，并盡量用一種簡單碼——TO（晶體管外形）后跟一個數字為統一標準。圖1-2B-4NPN晶體管電路P1U2BTransistors第一部分第二單元課文B晶體管

TO1是一種最早的晶體管外殼——即一個在底部帶有三個引腳的圓柱體“外罩”，這三個引腳在底部形成三角狀。觀看底部時，“三角形”上面的管腳是基極，其右面的管腳（由一個彩色點標出）為集電極，其左面的管腳為發射極。集電極引腳到基集引腳的間距也許比發射極到基集引腳的間距要大。

在其它TO外殼中，三個引腳可能有類似的三角形形狀（但是基極、集電極和發射極