模擬電路知識(shí)點(diǎn)復(fù)習(xí)總結(jié)

總的來(lái)說(shuō)就是以三極管為核心 以集成運(yùn)放為主線(xiàn) 集成運(yùn)放內(nèi)部主要組成單元是差分輸入級(jí) 電壓放大級(jí) 功率放大級(jí) 偏置電路 集成運(yùn)放的兩個(gè)不同工作狀態(tài) 線(xiàn)性和非線(xiàn)性應(yīng)用 模擬電路主要就是圍繞集成運(yùn)放的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 外部特性及應(yīng)用 性能改善 工作電源產(chǎn)生 信號(hào)源產(chǎn)生等展開(kāi) 模擬電路知識(shí)體系 湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 主講 胡仕剛 第一章緒論 一 放大電路的表示方法 放大電路主要用于放大微弱的電信號(hào) 輸出電壓或電流在幅度上得到了放大 放大電路為雙口網(wǎng)絡(luò) 即一個(gè)信號(hào)輸入口和一個(gè)信號(hào)輸出口 1 2放大電路基本知識(shí) 1 放大倍數(shù) 增益 表征放大器的放大能力 根據(jù)放大電路輸入信號(hào)的條件和對(duì)輸出信號(hào)的要求 放大器可分為四種類(lèi)型 所以有四種放大倍數(shù)的定義 1 3放大電路的主要技術(shù)性能指標(biāo) 1 電壓放大倍數(shù)定義為 AU UO UI 2 電流放大倍數(shù)定義為 AI IO II 3 互阻增益定義為 Ar UO II 4 互導(dǎo)增益定義為 Ag IO UI 2 輸入電阻Ri 從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻 決定了放大電路從信號(hào)源吸取信號(hào)幅值的大小 一般來(lái)說(shuō) Ri越大越好 1 Ri越大 ii就越小 從信號(hào)源索取的電流越小 2 當(dāng)信號(hào)源有內(nèi)阻時(shí) Ri越大 ui就越接近uS 輸入端 Ri uS RS 信號(hào)源 Au 輸出端 3 輸出電阻Ro 從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻 決定了放大電路帶負(fù)載的能力 u o 輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載的能力 Ro越小 放大電路帶負(fù)載的能力越強(qiáng) 反之則差 0 o o o S L U R I U R 輸出電阻的定義 4 通頻帶 通頻帶 fBW fH fL 放大倍數(shù)隨頻率變化曲線(xiàn) 幅頻特性曲線(xiàn) f A Am 0 7Am fL 下限截止頻率 fH 上限截止頻率 湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 主講 胡仕剛 第二章運(yùn)算放大器 開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)高 104 107 輸入電阻高 約幾百K 輸出電阻低 約幾百 漂移小 可靠性高 體積小 重量輕 價(jià)格低 電壓傳輸特性 Vo Avo vp vN 3 開(kāi)環(huán)輸出電阻ro 0 2 差模輸入電阻rid 4 共模抑制比KCMRR 理想運(yùn)放及其分析依據(jù)理想化條件 1 開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo 理想運(yùn)算放大器 理想運(yùn)算放大器具有 虛短 和 虛斷 的特性 這兩個(gè)特性對(duì)分析線(xiàn)性運(yùn)用的運(yùn)放電路十分有用 為了保證線(xiàn)性運(yùn)用 運(yùn)放必須在閉環(huán) 負(fù)反饋 下工作 理想運(yùn)算放大器的特性 1 虛短由于運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)很大 而運(yùn)放的輸出電壓是有限的 一般在10V 14V 因此運(yùn)放的差模輸入電壓不足1mV 兩輸入端近似等電位 相當(dāng)于 短路 開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)越大 兩輸入端的電位越接近相等 虛短 是指在分析運(yùn)算放大器處于線(xiàn)性狀態(tài)時(shí) 可把兩輸入端視為等電位 這一特性稱(chēng)為虛假短路 簡(jiǎn)稱(chēng)虛短 顯然不能將兩輸入端真正短路 2 虛斷 由于運(yùn)放的差模輸入電阻很大 一般都在1M 以上 因此流入運(yùn)放輸入端的電流往往不足1 A 遠(yuǎn)小于輸入端外電路的電流 故通?？砂堰\(yùn)放的兩輸入端視為開(kāi)路 且輸入電阻越大 兩輸入端越接近開(kāi)路 虛斷 是指在分析運(yùn)放處于線(xiàn)性狀態(tài)時(shí) 可以把兩輸入端視為等效開(kāi)路 這一特性稱(chēng)為虛假開(kāi)路 簡(jiǎn)稱(chēng)虛斷 顯然不能將兩輸入端真正斷路 下面舉兩個(gè)例子說(shuō)明虛短和虛斷的運(yùn)用 幾種常見(jiàn)的基本運(yùn)算電路 反相比例運(yùn)算同相比例運(yùn)算電壓跟隨器加法電路減法電路積分電路 3二極管及其基本電路 3 1半導(dǎo)體的基本知識(shí) 3 3半導(dǎo)體二極管 3 4二極管基本電路及其分析方法 3 5特殊二極管 3 2PN結(jié)的形成及特性 3 1 4雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì) 可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化 摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素 摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體 摻入五價(jià)雜質(zhì)元素 如磷 的半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體 摻入三價(jià)雜質(zhì)元素 如硼 的半導(dǎo)體 3 2 1載流子的漂移與擴(kuò)散 漂移運(yùn)動(dòng) 由電場(chǎng)作用引起的載流子的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為漂移運(yùn)動(dòng) 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 由載流子濃度差引起的載流子的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 在一塊本征半導(dǎo)體兩側(cè)通過(guò)擴(kuò)散不同的雜質(zhì) 分別形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體 此時(shí)將在N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的結(jié)合面上形成如下物理過(guò)程 因濃度差 空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng) 內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移 內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散 最后 多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) 由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū) 3 2 2PN結(jié)形成 PN結(jié)加正向電壓時(shí) 呈現(xiàn)低電阻 具有較大的正向擴(kuò)散電流 PN結(jié)加反向電壓時(shí) 呈現(xiàn)高電阻 具有很小的反向漂移電流 由此可以得出結(jié)論 PN結(jié)具有單向?qū)щ娦?3 2 3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)V I特性表達(dá)式 其中 PN結(jié)的伏安特性 IS 反向飽和電流 VT 溫度的電壓當(dāng)量 且在常溫下 T 300K 當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí) 反向電流突然快速增加 此現(xiàn)象稱(chēng)為PN結(jié)的反向擊穿 熱擊穿 不可逆 3 2 4PN結(jié)的反向擊穿 一 PN結(jié)的伏安方程 反向飽和電流10 8 10 14A 溫度的電壓當(dāng)量 電子電量 玻爾茲曼常數(shù)1 38 10 23J K 當(dāng)T 300 27 C VT 26mV 3 3 2二極管的伏安特性 二 二極管的伏安特性 正向特性 Vth 死區(qū)電壓 iD 0 Vth 0 5V 0 1V 硅管 鍺管 V Vth iD急劇上升 0 V Vth VD on 0 6 0 8 V 硅管0 7V 0 2 0 4 V 鍺管0 3V 反向特性 IS V BR 反向擊穿 V BR V 0 iD IS 0 1 A 硅 幾十 A 鍺 V U BR 反向電流急劇增大 反向擊穿 3 4 2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法 1 二極管V I特性的建模 將指數(shù)模型分段線(xiàn)性化 得到二極管特性的等效模型 4 小信號(hào)模型 vs 0時(shí) Q點(diǎn)稱(chēng)為靜態(tài)工作點(diǎn) 反映直流時(shí)的工作狀態(tài) vs Vmsin t時(shí) Vm VDD 將Q點(diǎn)附近小范圍內(nèi)的V I特性線(xiàn)性化 得到小信號(hào)模型 即以Q點(diǎn)為切點(diǎn)的一條直線(xiàn) 過(guò)Q點(diǎn)的切線(xiàn)可以等效成一個(gè)微變電阻 即 根據(jù) 得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo) 則 常溫下 T 300K a V I特性 b 電路模型 a V I特性 b 電路模型 2 主要特點(diǎn) a 正向特性同普通二極管 b 反向特性較大的 I 較小的 U工作在反向擊穿狀態(tài) 在一定范圍內(nèi) 反向擊穿具有可逆性 一 穩(wěn)壓二極管 3 主要參數(shù)穩(wěn)定電壓 Uz最小穩(wěn)定電流 Izmin最大穩(wěn)定電流 Izmax 1 結(jié)構(gòu) 面接觸型硅二極管 上一頁(yè) 下一頁(yè) 返回 下一節(jié) 上一節(jié) a 圖形符號(hào) b 伏安特性 30 3 5特殊二極管 湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 主講 胡仕剛 第四章三極管及放大電路基礎(chǔ) 半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示 它有兩種類(lèi)型 NPN型和PNP型 a NPN型管結(jié)構(gòu)示意圖 b PNP型管結(jié)構(gòu)示意圖 c NPN管的電路符號(hào) d PNP管的電路符號(hào) 三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下 通過(guò)載流子傳輸體現(xiàn)出來(lái)的 外部條件 發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏 4 1 2放大狀態(tài)下BJT的工作原理 1 內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程 發(fā)射區(qū) 發(fā)射載流子集電區(qū) 收集載流子基區(qū) 傳送和控制載流子 以NPN為例 由于三極管內(nèi)有兩種載流子 自由電子和空穴 參與導(dǎo)電 故稱(chēng)為雙極型三極管或BJT BipolarJunctionTransistor IC InC ICBO IE IB IC 放大狀態(tài)下BJT中載流子的傳輸過(guò)程 2 電流分配關(guān)系 根據(jù)傳輸過(guò)程可知 IC InC ICBO 通常IC ICBO IE IB IC 放大狀態(tài)下BJT中載流子的傳輸過(guò)程 且令 2 電流分配關(guān)系 3 三極管的三種組態(tài) 共集電極接法 集電極作為公共電極 用CC表示 共基極接法 基極作為公共電極 用CB表示 共發(fā)射極接法 發(fā)射極作為公共電極 用CE表示 BJT的三種組態(tài) 三極管的放大作用 主要是依靠它的發(fā)射極電流能夠通過(guò)基區(qū)傳輸 然后到達(dá)集電極而實(shí)現(xiàn)的 實(shí)現(xiàn)這一傳輸過(guò)程的兩個(gè)條件是 1 內(nèi)部條件 發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度 且基區(qū)很薄 2 外部條件 發(fā)射結(jié)正向偏置 集電結(jié)反向偏置 4 1 3BJT的V I特性曲線(xiàn) iB f vBE vCE const 2 當(dāng)vCE 1V時(shí) vCB vCE vBE 0 集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài) 開(kāi)始收集電子 基區(qū)復(fù)合減少 同樣的vBE下IB減小 特性曲線(xiàn)右移 1 當(dāng)vCE 0V時(shí) 相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線(xiàn) 1 輸入特性曲線(xiàn) 以共射極放大電路為例 共射極連接 飽和區(qū) iC明顯受vCE控制的區(qū)域 該區(qū)域內(nèi) 一般vCE 0 7V 硅管 此時(shí) 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)正偏或反偏電壓很小 iC f vCE iB const 2 輸出特性曲線(xiàn) 輸出特性曲線(xiàn)的三個(gè)區(qū)域 截止區(qū) iC接近零的區(qū)域 相當(dāng)iB 0的曲線(xiàn)的下方 此時(shí) vBE小于死區(qū)電壓 放大區(qū) iC平行于vCE軸的區(qū)域 曲線(xiàn)基本平行等距 此時(shí) 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏 4 1 3BJT的V I特性曲線(xiàn) 1 集電極最大允許電流ICM 2 集電極最大允許功率損耗PCM PCM ICVCE 極限參數(shù) 4 1 4BJT的主要參數(shù) V BR CEO 基極開(kāi)路時(shí)集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓 在輸出特性曲線(xiàn)上 作出直流負(fù)載線(xiàn)VCE VCC iCRc 與IBQ曲線(xiàn)的交點(diǎn)即為Q點(diǎn) 從而得到VCEQ和ICQ 在輸入特性曲線(xiàn)上 作出直線(xiàn) 兩線(xiàn)的交點(diǎn)即是Q點(diǎn) 得到IBQ 4 3 1圖解分析法 1 靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析 根據(jù)vs的波形 在BJT的輸入特性曲線(xiàn)圖上畫(huà)出vBE iB的波形 2 動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析 根據(jù)iB的變化范圍在輸出特性曲線(xiàn)圖上畫(huà)出iC和vCE的波形 2 動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析 3 靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失真的影響 截止失真的波形 飽和失真的波形 3 靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失真的影響 4 3 2小信號(hào)模型分析法 1 BJT的H參數(shù)及小信號(hào)模型 建立小信號(hào)模型的意義 建立小信號(hào)模型的思路 當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)電壓很小時(shí) 就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線(xiàn)近似地用直線(xiàn)來(lái)代替 從而可以把三極管這個(gè)非線(xiàn)性器件所組成的電路當(dāng)作線(xiàn)性電路來(lái)處理 由于三極管是非線(xiàn)性器件 這樣就使得放大電路的分析非常困難 建立小信號(hào)模型 就是將非線(xiàn)性器件做線(xiàn)性化處理 從而簡(jiǎn)化放大電路的分析和設(shè)計(jì) BJT的H參數(shù)及小信號(hào)模型 H參數(shù)的確定 rbe rbb 1 re 其中對(duì)于低頻小功率管rbb 200 則 重點(diǎn)掌握固定偏流射極電路和分壓式射極電路 4 4 2射極偏置電路 小信號(hào)模型等效電路法的步驟 1 首先利用圖解法或近似估算法確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q 2 求出靜態(tài)工作點(diǎn)處的微變等效電路參數(shù) 和rbe 3 畫(huà)出放大電路的微變等效電路 可先畫(huà)出三極管的等效電路 然后畫(huà)出放大電路其余部分的交流通路 4 列出電路方程并求解 三種組態(tài)的特點(diǎn)及用途 共射極放大電路 電壓和電流增益都大于1 輸入電阻在三種組態(tài)中居中 輸出電阻與集電極電阻有很大關(guān)系 適用于低頻情況下 作多級(jí)放大電路的中間級(jí) 共集電極放大電路 只有電流放大作用 沒(méi)有電壓放大 有電壓跟隨作用 在三種組態(tài)中 輸入電阻最高 輸出電阻最小 頻率特性好 可用于輸入級(jí) 輸出級(jí)或緩沖級(jí) 共基極放大電路 只有電壓放大作用 沒(méi)有電流放大 有電流跟隨作用 輸入電阻小 輸出電阻與集電極電阻有關(guān) 高頻特性較好 常用于高頻或?qū)掝l帶低輸入阻抗的場(chǎng)合 模擬集成電路中亦兼有電位移動(dòng)的功能 阻容耦合放大電路由于存在級(jí)間耦合電容 發(fā)射極旁路電容及三極管的結(jié)電容等 它們的容抗隨頻率變化 故當(dāng)信號(hào)頻率不同時(shí) 放大電路的輸出電壓相對(duì)于輸入電壓的幅值和相位都將發(fā)生變化 頻率特性 幅頻特性 電壓放大倍數(shù)的模 Au 與頻率f的關(guān)系 相頻特性 輸出電壓相對(duì)于輸入電壓的相位移 與頻率f的關(guān)系 Au f 幅頻特性 f 相頻特性 4 6放大電路的頻率響應(yīng) 通頻帶 f Au fL fH Auo 幅頻特性 下限截止頻率 上限截止頻率 耦合 旁路電容造成 三極管結(jié)電容 造成 O 4 7多級(jí) 組合 放大電路 基本放大電路 多級(jí)放大電路 一級(jí) 級(jí)間耦合 級(jí)與級(jí)之間的連接 耦合方式 直接耦合 阻容耦合 變壓器耦合 光電耦合 1 直接耦合 將前一級(jí)的輸出端直接連接到后一級(jí)的輸入端稱(chēng)為直接耦合 如圖所示 4 7 1級(jí)間耦合方式 耦合方式有考點(diǎn) 二 直接耦合方式的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn) 低頻特性好 可放大變化緩慢的信號(hào) 易于集成化 缺點(diǎn) Q點(diǎn)相互影響 電平偏移 存在零點(diǎn)漂移 簡(jiǎn)稱(chēng)零漂 現(xiàn)象 不便于分析 設(shè)計(jì)和調(diào)試 適用場(chǎng)合 集成電路中 2 阻容耦合 將前級(jí)的輸出端通過(guò)電容接到后級(jí)的輸入端稱(chēng)為阻容耦合 缺點(diǎn) 低頻特性差 不能放大變化緩慢的低頻信號(hào) 優(yōu)點(diǎn) Q點(diǎn)相互獨(dú)立 適用場(chǎng)合 特殊需要的分立元件電路中 便于分析 設(shè)計(jì)和調(diào)試 不便于集成化 3 變壓器耦合 將前級(jí)的輸出端通過(guò)變壓器接到后級(jí)的輸入端或負(fù)載電阻上稱(chēng)為變壓器耦合 優(yōu)點(diǎn) Q點(diǎn)相互獨(dú)立 便于分析 設(shè)計(jì)和調(diào)試 能實(shí)現(xiàn)阻抗變換 4 7 2多級(jí) 組合 放大電路的動(dòng)態(tài)分析 n級(jí)放大電路交流等效電路的方框圖 一 電壓放大倍數(shù) 放大電路中 前一級(jí)的輸出電壓等于后一級(jí)的輸入電壓 即 即 注意 必須將后級(jí)輸入電阻作為前級(jí)的負(fù)載電阻 二 輸入電阻 Ri Ri1 三 輸出電阻 Ro Ron 第六章模擬集成電路 湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 主講 胡仕剛 6 1 1BJT電流源電路 1 鏡像電流源 T1 T2的參數(shù)全同 即 1 2 ICEO1 ICEO2 當(dāng)BJT的 較大時(shí) 基極電流IB可以忽略 Io IC2 IREF 代表符號(hào) 6 1 1BJT電流源電路 1 鏡像電流源 動(dòng)態(tài)電阻 一般ro在幾百千歐以上 6 2 1差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu) 2 有關(guān)概念 差模信號(hào) 共模信號(hào) 差模電壓增益 共模電壓增益 總輸出電壓 共模信號(hào)產(chǎn)生的輸出 共模抑制比 反映抑制零漂能力的指標(biāo) 6 2 1差分式放大電路的一般結(jié)構(gòu) 2 有關(guān)概念 根據(jù) 有 共模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中相同的部分差模信號(hào)相當(dāng)于兩個(gè)輸入端信號(hào)中不同的部分 兩輸入端中的共模信號(hào)大小相等 相位相同 差模信號(hào)大小相等 相位相反 3 差分放大電路四種接法 雙入雙出單入單出單入雙出單入單出 1 差分放大電路的任意輸入信號(hào)都可以分解為一對(duì)共模信號(hào)和一對(duì)差模信號(hào)組合 因此單端輸入的差分電路仍可看作雙端輸入時(shí)的工作狀態(tài) 2 差分放大電路的差模電壓放大倍數(shù)只與輸出方式有關(guān) 而于輸入方式無(wú)關(guān) 即輸入方式無(wú)論是單端輸入還是雙端輸入 只要是雙端輸出 差動(dòng)放大電路的差模電壓放大倍數(shù)就等于單管放大電路的電壓放大倍數(shù) 凡是單端輸出 差動(dòng)放大電路的差模電壓放大倍數(shù)就只等于單管放大電路電壓放大倍數(shù)的一半 湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 主講 胡仕剛 第七章放大電路中的反饋 7 1 1什么是反饋 將電子系統(tǒng)輸出回路的電量 電壓或電流 送回到輸入回路的過(guò)程 內(nèi)部反饋 外部反饋 輸出信號(hào) 反饋放大電路的輸入信號(hào) 反饋信號(hào) 基本放大電路的輸入信號(hào) 凈輸入信號(hào) 7 1 1什么是反饋 反饋放大電路組成框圖 反饋通路 信號(hào)反向傳輸?shù)那?開(kāi)環(huán) 無(wú)反饋通路 閉環(huán) 有反饋通路 7 1 3正反饋與負(fù)反饋 正反饋 輸入量不變時(shí) 引入反饋后輸出量變大了 負(fù)反饋 輸入量不變時(shí) 引入反饋后輸出量變小了 從輸出端看 從輸入端看 正反饋 引入反饋后 使凈輸入量變大了 負(fù)反饋 引入反饋后 使凈輸入量變小了 凈輸入量可以是電壓 也可以是電流 7 1 3正反饋與負(fù)反饋 判別方法 瞬時(shí)極性法 即在電路中 從輸入端開(kāi)始 沿著信號(hào)流向 標(biāo)出某一時(shí)刻有關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓變化的斜率 正斜率或負(fù)斜率 用 號(hào)表示 凈輸入量減小 凈輸入量增大 負(fù)反饋 正反饋 反饋通路 反饋通路 7 1 5電壓反饋與電流反饋 電壓反饋與電流反饋由反饋網(wǎng)絡(luò)在放大電路輸出端的取樣對(duì)象決定 電壓反饋 反饋信號(hào)xf和輸出電壓成比例 即xf Fvo電流反饋 反饋信號(hào)xf與輸出電流成比例 即xf Fio 并聯(lián)結(jié)構(gòu) 串聯(lián)結(jié)構(gòu) 7 1 5電壓反饋與電流反饋 判斷方法 負(fù)載短路法 將負(fù)載短路 反饋量仍然存在 電流反饋 將負(fù)載短路 未接負(fù)載時(shí)輸出對(duì)地短路 反饋量為零 電壓反饋 電壓反饋 電流反饋 反饋通路 反饋通路 7 2負(fù)反饋放大電路的四種組態(tài) 7 2 2電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路 7 2 3電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路 7 2 4電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路 7 2 1電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路 反饋組態(tài)判斷舉例 交流 信號(hào)源對(duì)反饋效果的影響 7 2 1電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路 輸入以電壓形式求和 KVL vid vi vf 穩(wěn)定輸出電壓 特點(diǎn) 電壓控制的電壓源 7 2 2電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路 輸入以電流形式求和 KCL iid ii if 穩(wěn)定輸出電壓 電流控制的電壓源 特點(diǎn) 7 2 3電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路 輸入以電壓形式求和 KVL vid vi vf 穩(wěn)定輸出電流 電壓控制的電流源 特點(diǎn) 7 2 4電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路 輸入以電流形式求和 KCL iid ii if 穩(wěn)定輸出電流 電流控制的電流源 特點(diǎn) 電壓負(fù)反饋 穩(wěn)定輸出電壓 具有恒壓特性 串聯(lián)反饋 輸入端電壓求和 KVL 電流負(fù)反饋 穩(wěn)定輸出電流 具有恒流特性 并聯(lián)反饋 輸入端電流求和 KCL 特點(diǎn)小結(jié) 7 3負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式 1 閉環(huán)增益的一般表達(dá)式 2 反饋深度討論 3 環(huán)路增益 1 閉環(huán)增益的一般表達(dá)式 開(kāi)環(huán)增益 反饋系數(shù) 閉環(huán)增益 因?yàn)?所以 已知 閉環(huán)增益的一般表達(dá)式 即 7 3負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式 負(fù)反饋放大電路中各種信號(hào)量的含義 7 3負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式 2 反饋深度討論 一般負(fù)反饋 稱(chēng)為反饋深度 深度負(fù)反饋 正反饋 自激振蕩 一般情況下 A和F都是頻率的函數(shù) 當(dāng)考慮信號(hào)頻率的影響時(shí) Af A和F分別用 和表示 即 end 7 3負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式 7 4負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響 7 4 2減小非線(xiàn)性失真 7 4 3抑制反饋環(huán)內(nèi)噪聲 7 4 4對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響 7 4 1提高增益的穩(wěn)定性 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的改善 是以犧牲增益為代價(jià)的 且僅對(duì)環(huán)內(nèi)的性能產(chǎn)生影響 串聯(lián)負(fù)反饋 并聯(lián)負(fù)反饋 電壓負(fù)反饋 電流負(fù)反饋 特別注意表7 4 1的內(nèi)容 增大輸入電阻 減小輸入電阻 減小輸出電阻 穩(wěn)定輸出電壓 增大輸出電阻 穩(wěn)定輸出電流 7 4 4對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響 end 7 5深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算 1 深度負(fù)反饋的特點(diǎn) 2 舉例 1 深度負(fù)反饋的特點(diǎn) 即 深度負(fù)反饋條件下 閉環(huán)增益只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān) 由于 則 又因?yàn)?代入上式 得 也常寫(xiě)為xf xi 凈輸入量近似等于零 由此可得深度負(fù)反饋條件下 基本放大電路 兩虛 的概念 輸入量近似等于反饋量 xid 0 1 深度負(fù)反饋的特點(diǎn) 串聯(lián)負(fù)反饋 輸入端電壓求和 深度負(fù)反饋條件下xid xi xf 0 虛短 虛斷 虛短 虛斷 并聯(lián)負(fù)反饋 輸入端電流求和 vid iidri 0 8 1功率放大電路的一般問(wèn)題 2 功率放大電路提高效率的主要途徑 1 功率放大電路的特點(diǎn)及主要研究對(duì)象 8 0功率放大電路概述 能夠向負(fù)載提供足夠信號(hào)功率的放大電路稱(chēng)為功率放大電路 簡(jiǎn)稱(chēng)功放 功放既不是單純追求輸出高電壓 也不是單純追求輸出大電流 而是追求在電源電壓確定的情況下 輸出盡可能大的功率 功放電路的要求 一 主要技術(shù)指標(biāo) 1 最大輸出功率Pom 功率放大電路提供給負(fù)載的信號(hào)功率稱(chēng)為輸出功率 是交流功率 表達(dá)式為Po IoUo 最大輸出功率是在電路參數(shù)確定的情況下 負(fù)載上可能獲得的最大交流功率 2 轉(zhuǎn)換效率 功率放大電路的最大輸出功率與電源提供的直流功率之比 直流功率等于電源輸出電流平均值及電壓之積 3 最大輸出電壓Vom 二 功率放大電路中的晶體管 在功率放大電路中 為使輸出功率盡可能大 要求晶體管工作在極限應(yīng)用狀態(tài) 選擇功放管時(shí) 要注意極限參數(shù)的選擇 還要注意其散熱條件 使用時(shí)必須安裝合適的散熱片和各種保護(hù)措施 三 功率放大電路的分析方法 采用圖解法 四種工作狀態(tài) 根據(jù)正弦信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)三極管的導(dǎo)通情況劃分 乙類(lèi) 導(dǎo)通角等于180 甲類(lèi) 一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通 甲乙類(lèi) 導(dǎo)通角大于180 丙類(lèi) 導(dǎo)通角小于180 8 2射極輸出器 甲類(lèi)放大的實(shí)例 簡(jiǎn)化電路 帶電流源詳圖的電路圖 8 3乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路 8 3 2分析計(jì)算 8 3 1電路組成 8 3 3功率BJT的選擇 8 3 1乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路 1 電路組成 由一對(duì)NPN PNP特性相同的互補(bǔ)三極管組成 采用正 負(fù)雙電源供電 這種電路也稱(chēng)為OCL OutputCapacitorless 互補(bǔ)功率放大電路 2 工作原理 兩個(gè)三極管在信號(hào)正 負(fù)半周輪流導(dǎo)通 使負(fù)載得到一個(gè)完整的波形 3 分析計(jì)算 圖解分析 3 分析計(jì)算 1 最大不失真輸出功率Pomax 實(shí)際輸出功率Po 因電壓增益近似為1 當(dāng)輸入信號(hào)足夠大 VCES很小時(shí) 使Vim Vom VCC時(shí) 可獲得最大功率輸出 3 分析計(jì)算 單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗 2 管耗PT 兩管管耗 最大管耗與最大輸出功率的關(guān)系 因?yàn)?令dPT1 dVom 0 則 即 當(dāng)時(shí) 具有最大管子功耗 選管依據(jù)之一 3 分析計(jì)算 3 電源供給的功率PV 當(dāng) 4 效率 當(dāng) 因?yàn)?PT 3 通過(guò)BJT的最大集電極電流為VCC RL 所選BJT的ICM一般不宜低于此值 5 功率BJT的選擇 由上面的分析知 若想得到最大輸出功率 BJT的參數(shù)必須滿(mǎn)足下列條件 1 每只BJT的最大允許管耗PCM必須大于PTlm 0 2Pom 8 4甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路 8 4 2甲乙類(lèi)單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路 8 4 1甲乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路 8 4 1甲乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路 乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路存在的問(wèn)題 由于T1 T2管輸入特性存在死區(qū) 所以輸出波形在信號(hào)過(guò)零附近產(chǎn)生失真 交越失真 原因 假設(shè)T1 T2的死區(qū)電壓都是0 6V 那么在輸入信號(hào)電壓 Ui 0 6V期間 T1和T2截止 輸出電壓為零 得到如圖所示失真了的波形 8 4 1甲乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路 1 靜態(tài)偏置 可克服交越失真 2 動(dòng)態(tài)工作情況 二極管等效為恒壓模型 在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi) 兩二極管是否會(huì)出現(xiàn)反向偏置狀態(tài) 理想二極管 設(shè)T3已有合適的靜態(tài)工作點(diǎn) 8 4 1甲乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路 VBE4可認(rèn)為是定值 0 6 0 7V R1 R2不變時(shí) VCE4也是定值 可看作是一個(gè)直流電源 只要調(diào)節(jié)R1 R2的比值 就可改變T1 T2的偏壓 該方法在集成電路中常用到 8 4 2甲乙類(lèi)單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路 靜態(tài)時(shí) 偏置電路使VK VC VCC 2 電容C充電達(dá)到穩(wěn)態(tài) end 當(dāng)有信號(hào)vi時(shí)負(fù)半周T1導(dǎo)通 有電流通過(guò)負(fù)載RL 同時(shí)向C充電 正半周T2導(dǎo)通 則已充電的電容C通過(guò)負(fù)載RL放電 只要滿(mǎn)足RLC T信 電容C就可充當(dāng)原來(lái)的 VCC 計(jì)算Po PT PV和PTm的公式必須加以修正 以VCC 2代替原來(lái)公式中的VCC 湖南科技大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院 主講 胡仕剛 第九章信號(hào)處理與信號(hào)產(chǎn)生電路 9 1濾波電路的基本概念與分類(lèi) 1 基本概念 濾波器 是一種能使有用頻率信號(hào)通過(guò)而同時(shí)抑制或衰減無(wú)用頻率信號(hào)的電子裝置 有源濾波器 由有源器件構(gòu)成的濾波器 濾波電路傳遞函數(shù)定義 時(shí) 有 其中 模 幅頻響應(yīng) 相位角 相頻響應(yīng) 群時(shí)延響應(yīng) 9 1濾波電路的基本概念與分類(lèi) 2 分類(lèi) 低通 LPF 高通 HPF 帶通 BPF 帶阻 BEF 全通 APF end 1 按電路功能分類(lèi) 9 1濾波電路的基本概念與分類(lèi) 9 5正弦波振蕩電路的振蕩條件 正反饋放大電路框圖 注意與負(fù)反饋方框圖的差別 1 振蕩條件 若環(huán)路增益 則 又 所以振蕩條件為 振幅平衡條件 相位平衡條件 只有正反饋才能產(chǎn)生自激振蕩 起振條件 2 起振和穩(wěn)幅 振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò) 無(wú)須輸入信號(hào)就能起振 起振的信號(hào)源來(lái)自何處 電路器件內(nèi)部噪聲以及電源接通擾動(dòng) 當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí) 就要限制它繼續(xù)增加 否則波形將出現(xiàn)失真 噪聲中 滿(mǎn)足相位平衡條件的某一頻率 0的噪聲信號(hào)被放大 成為振蕩電路的輸出信號(hào) 穩(wěn)幅的作用就是 當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí) 使振幅平衡條件從回到 選頻 穩(wěn)幅 利用負(fù)反饋 end 放大電路 包括負(fù)反饋放大電路 3 振蕩電路基本組成部分 反饋網(wǎng)絡(luò) 構(gòu)成正反饋的 選頻網(wǎng)絡(luò) 選擇滿(mǎn)足相位平衡條件的一個(gè)頻率 經(jīng)常與反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一 穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 9 6RC正弦波振蕩電路 1 電路組成 2 RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡(luò)的選頻特