模拟集成电路及应用

第五讲模拟集成电路及应用5.1集成功率放大器5.1.1LM386集成功率放大器1．LM386的特点321321321321321321321321321121212121212121212321+-R150KT1T2R2R315K15KR4R51501.35K15KR6R750KT3T4T5T6T7T8T9T10V+6418723地(a)LM386内部电路图12345678增益反相输入同相输入地输出V+旁路增益(b)LM386管脚排列图5它是8脚DIP封装，消耗的静态电流约为4mA，是应用电池供电的理想器件。该集成功率放大器同时还提供电压增益放大，其电压增益通过外部连接的变化可在20～200范围内调节。其供电电源电压范围为4～15V，在8W负载下，最大输出功率为325mW，内部没有过载保护电路。功率放大器的输入阻抗为50k，频带宽度300kHz。2．LM386的典型应用LM386使用非常方便。它的电压增益近似等于2倍的1脚和5脚电阻值除以T1和T3发射极间的电阻（图3.3.1中为R4+R5）。所以图3.3.2是由LM386组成的最小增益功率放大器，总的电压增益为：20k35.1k15.0k1526245RRR20k35.1k15.0k1526245RRRC2是交流耦合电容，将功率放大器的输出交流送到负载上，输入信号通过Rw接到LM386的同相端。C1电容是退耦电容，R1-C3网络起到消除高频自激振荡作用。VCC_CIRCLEVCC_CIRCLE1212+-1651472V+(4～12V)LM386+C1100nC2220uF8Ω～～～C3R147n10RW10KVi23645若要得到最大增益的功率放大器电路，可采用图3.3.3电路。在该电路中，LM386的1脚和8脚之间接入一电解电容器，则该电路的电压增益将变的最大：200k15.0k152246RRAVVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE+-16514712122V+(4～12V)LM386+C1100nC2220uF8Ω～～～C3R147n10RW10KVi23645+C410uF18电路的其他元件的作用与图3.3.2作用一样。若要得到任意增益的功率放大器，可采用图3.3.4所示电路。该电路的电压增益为：2546//2RRRRAV在给定参数下，该功率放大器的电压增益为50。VCC_CIRCLEVCC_CIRCLE+-1651471212212V+(4～12V)LM386+C1100nC2220uF8Ω～～～C3R147n10RW10KVi2364510uF18+C4R21.2K5.1.2高功率集成功率放大器TDA2006TDA2006集成功率放大器是一种内部具有短路保护和过热保护功能的大功率音频功率放大器集成电路。它的电路结构紧凑，引出脚仅有5只，补偿电容全部在内部，外围元件少，使用方便。不仅在录音机、组合音响等家电设备中采用，而且在自动控制装置中也广泛使用.1．TDA2006的性能参数TDA200621345音频功率放大器集成电路TDA2006采用5脚单边双列直插式封装结构，图3.3.5是其外型和管脚排列图。1脚是信号输入端子；2脚是负反馈输入端子；3脚是整个集成电路的接地端子，在作双电源使用时，即是负电源（-VCC）端子；4脚是功率放大器的输出端子；5脚是整个集成电路的正电源（+VCC）端子。表3-5TDA2006的性能参数参数名称符号单位测试条件规范最小典型最大电源电压VCCV±6V±15V静态电流ICCmAVCC=±15V4080输出功率P0WRL=4W，f=1kHz,THD=10%12RL=8W，f=1kHz,THD=10%68总谐波失真率THD%P0=8W，RL=4W，f=1kHz0.2频率响应BWHzP0=8W，RL=4W40～140000输入阻抗RiMΩf=1kHz0.55电压增益（开环）AVdBf=1kHz75电压增益（闭环）AVdBf=1kHz29.53030.5输入噪声电压eNμVBW=22Hz～22kHz，RL=4W32．TDA2006音频集成功率放大器的典型应用VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE+-32618121212121212++++C1C2C3C4C5RLR1R2R3213451N4001×2+Vcc-VccR42.2uF100uF100uF0.22uF22uF22K22K680图3.3.6电路是TDA2006集成电路组成的双电源供电的音频功率放大器，该电路应用于具有正、负双电源供电的音响设备。音频信号经输入耦合电容C1送到TDA2006的同相输入端（1脚），功率放大后的音频信号由TDA2006的4脚输出。由于采用了正、负对称的双电源供电，故输出端子（4脚）的电位等于零，因此电路中省掉了大容量的输出电容。电阻R1、R2和电容器C2构成负反馈网络，其闭环电压增益：4.3368.0221121VfRRA电阻R4和电容器C5是校正网络，用来改善音响效果。两只二极管是TDA2006内大功率输出管的外接保护二极管。3.单电源供电在中、小型收、录音机等音响设备中的电源设置往往仅有一组电源，这时可采用图3.3.7所示的TDA2006工作在单电源下的典型应用电路。音频信号经输入耦合电容C1输入TDA2006的输入端，功率放大后的音频信号经输出电容C5送到负载RL扬声器。电阻R1、R2和电容C2构成负反馈网络，其电路的闭环电压放大倍数：9.327.41501121VfRRA电阻R6和电容C6同样是用以改善音响效果的校正网络。电阻R4、R5、R3和电容C7用来为TDA2006设置合适的静态工作点的，使1脚在静态时获得电位近似为1/2VCC。VCC_CIRCLEVCC_CIRCLE+-326181212121212121212++++C1C2C3C4RLR1R2213451N4001×2+VccR42.2uF100uF100uF0.22uF22uFC4100pFR3R4R5100K100K100K+C722uFC6+C52200uFTDA2006150K4.7K15.2线性集成稳压器5.2.1三端固定集成稳压器1．三端固定集成稳压器的特点三端固定集成稳压器包含7800和7900两大系列，7800系列是三端固定正输出稳压器，7900系列是三端固定负输出稳压器。它们的最大特点是稳压性能良好，外围元件简单，安装调试方便，价格低廉，现已成为集成稳压器的主流产品。7800系列按输出电压分有5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V等品种；按输出电流大小分有0.1A、0.5A、1.5A、3A、5A、10A等产品；具体型号及电流大小见表3-6。例如型号为7805的三端集成稳压器，表示输出电压为5V，输出电流可达1.5A。注意所标注的输出电流是要求稳压器在加入足够大的散热器条件下得到的。同理7900系列的三端稳压器也有-5V～-24V七种输出电压，输出电流有0.1A、0.5A、1.5A三种规格，具体型号见表3-7。7800系列属于正压输出，即输出端对公共端的电压为正。根据集成稳压器本身功耗的大小，其封装形式分为TO-220塑料封装和TO-3金属壳封装，二者的最大功耗分别为10W和20W（加散热器）。管脚排列如图3.4.1(a)所示。UI为输入端，UO为输出端，GND是公共端（地）。三者的电位分布如下：UI＞UO＞UGND(0V)。最小输入—输出电压差为2V，为可靠起见，一般应选4～6V。最高输入电压为35V。CW78××CW79××输入输入地地输出输出(a)(b)7900系列属于负电压输出，输出端对公共端呈负电压。7900与7800的外形相同，但管脚排列顺序不同，如图3.4.1(b)所示。7900的电位分布为：UGND(0V)＞-UO＞-UI。另外在使用7800与7900时要注意，采用TO-3封装的7800系列集成电路，其金属外壳为地端；而同样封装的7900系列的稳压器，金属外壳是负电压输入端。因此，在由二者构成多路稳压电源时若将7800的外壳接印刷电路板的公共地，7900的外壳及散热器就必须与印刷电路板的公共地绝缘，否则会造成电源短路。2．应用中的几个注意问题（1）改善稳压器工作稳定性和瞬变响应的措施三端固定集成稳压器的典型应用电路如图3.4.2所示。图3.4.2（a）适合7800系列，UI、UO均是正值；图3.4.2（b）适合7900系列，UI、UO均是负值；其中UI是整流滤波电路的输出电压。在靠近三端集成稳压器输入、输出端处，一般要接入C1=0.33mF和C2=0.1mF电容，其目的是使稳压器在整个输入电压和输出电流变化范围内，提高其工作稳定性和改善瞬变响应。为了获得最佳的效果，电容器应选用频率特性好的陶瓷电容或胆电容为宜。另外为了进一步减小输出电压的纹波，一般在集成稳压器的输出端并入一几百mF的电解电容。VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLE1212CW7800DC1UiC2C0U0CW7900-Ui-U0C1C2C0D++(b)(a)0.33μF0.33μF0.1μF0.1μF（2）确保不毁坏器件的措施三端固定集成稳压器内部具有完善的保护电路，一旦输出发生过载或短路，可自动限制器件内部的结温不超过额定值。但若器件使用条件超出其规定的最大限制范围或应用电路设计处理不当，也是要损坏器件的。例如当输出端接比较大电容时（CO＞25mF），一旦稳压器的输入端出现短路，输出端电容器上储存的电荷将通过集成稳压器内部调整管的发射极—基极PN结泄放电荷，因大容量电容器释放能量比较大，故也可能造成集成稳压器坏。为防止这一点，一般在稳压器的输入和输出之间跨接一个二极管（见图3.4.2），稳压器正常工作时，该二极管处于截止状态，当输入端突然短路时，二极管为输出电容器CO提供泄放通路。（3）稳压器输入电压值的确定集成稳压器的输入电压虽然受到最大输入电压的限制，但为了使稳压器工作在最佳状态及获得理想的稳压指标，该输入电压也有最小值的要求。输入电压UI的确定，应考虑如下因素：稳压器输出电压UO；稳压器输入和输出之间的最小压差(UI－UO)min；稳压器输入电压的纹波电压URIP，一般取UO、(UI－UO)min之和的10%；电网电压的波动引起的输入电压的变化，一般取UO、(UI－UO)min、URIP之和的10%。对于集成三端稳压器，具有较好的稳压输出特性。例如对于输出为5V的集成稳压器，其最小输出电压UI为：IUVUU10~2)(OI）（V5.877.07.025)(IRIPmin0I0IminUUUUUU5.2.2三端可调集成稳压器它分为CW317(正电压输出)和CW337(负电压输出)两大系列，每个系列又有100mA、0.5A、1.5A、3A…等品种，应用十分方便。就CW317系列与CW7800系列产品相比，在同样的使用条件下，静态工作电流IQ从几十mA下降到50mA，电压调整率SV由0.1%/V达到0.02%/V，电流调整率SI从0.8%提高到0.1%。三端可调集成稳压器的产品分类见表3-8所示。CW117/217/317CW137/237/337ADJU0UiADJ-Ui-U0CW317、CW337系列三端可调稳压器使用非常方便，只要在输出端上外接两个电阻，即可获得所要求的输出电压值。它们的标准应用电路如图3.4.4所示，其中图3.4.4(a)是CW317系列正电压输出的标准电路；图3.4.4(b)是CW337系列负电压输出的标准电路。VCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEVCC_CIRCLEC1C2R11212D112D21222D212D11212R112C2C1Ui213LM3171N40071N4007C3++120ΩR2U011N40071N4007C3120ΩR2-UiLM33732++-U00.1μF0.1μF10μF10μF10μF10μF(a)(b))1(25.110