模擬電路的課件

1、二、專業(yè)知識1.電子電路知識（1）模擬電路基礎知識及其應用知識 基本放大電路1 共發(fā)射極基本放大電路的組成及工作原理放大的實質(zhì)：用較小的信號去控制較大的信號。（1）晶體管V。放大元件，用基極電流iB控制集電極電流iC。（2）電源UCC和UBB。使晶體管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管處在放大狀態(tài)，同時也是放大電路的能量來源，提供電流iB和iC。UCC一般在幾伏到十幾伏之間。（3）偏置電阻RB。用來調(diào)節(jié)基極偏置電流IB，使晶體管有一個合適的工作點，一般為幾十千歐到幾百千歐。（4）集電極負載電阻RC。將集電極電流iC的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，以獲得電壓放大，一般為幾千歐。（5）電容Cl、C2。用來傳

2、遞交流信號，起到耦合的作用。同時，又使放大電路和信號源及負載間直流相隔離，起隔直作用。為了減小傳遞信號的電壓損失，Cl、C2應選得足夠大，一般為幾微法至幾十微法，通常采用電解電容器。共發(fā)射極放大電路的實用電路2 共發(fā)射極基本放大電路的靜態(tài)分析靜態(tài)是指無交流信號輸入時，電路中的電流、電壓都不變的狀態(tài)，靜態(tài)時三極管各極電流和電壓值稱為靜態(tài)工作點Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。靜態(tài)分析主要是確定放大電路中的靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ。1估算法直流通路：耦合電容可視為開路。圖解步驟：（1）用估算法求出基極電流IBQ（如40A）。（2）根據(jù)IBQ在輸出特性曲線中找到對應的曲線。（3）作直流負載

3、線。根據(jù)集電極電流IC與集、射間電壓UCE的關系式UCE=UCCICRC可畫出一條直線，該直線在縱軸上的截距為UCC/RC，在橫軸上的截距為UCC，其斜率為1/ RC ，只與集電極負載電阻RC有關，稱為直流負載線。（4）求靜態(tài)工作點Q，并確定UCEQ、ICQ的值。晶體管的ICQ和UCEQ既要滿足IB=40A的輸出特性曲線，又要滿足直流負載線，因而晶體管必然工作在它們的交點Q，該點就是靜態(tài)工作點。由靜態(tài)工作點Q便可在坐標上查得靜態(tài)值ICQ和UCEQ。2圖解法IB=40A的輸出特性曲線由UCE=UCCICRC所決定的直流負載線兩者的交點Q就是靜態(tài)工作點過Q點作水平線，在縱軸上的截距即為ICQ過Q點

4、作垂線，在橫軸上的截距即為ICQ3 共發(fā)射極基本放大電路的動態(tài)分析動態(tài)是指有交流信號輸入時，電路中的電流、電壓隨輸入信號作相應變化的狀態(tài)。由于動態(tài)時放大電路是在直流電源UCC和交流輸入信號ui共同作用下工作，電路中的電壓uCE、電流iB和iC均包含兩個分量。交流通路：（ui單獨作用下的電路）。由于電容C1、C2足夠大，容抗近似為零（相當于短路），直流電源UCC去掉（短接）。1圖解法圖解步驟：（1）根據(jù)靜態(tài)分析方法，求出靜態(tài)工作點Q。（2）根據(jù)ui在輸入特性上求uBE和iB。（3）作交流負載線。（4）由輸出特性曲線和交流負載線求iC和uCE。從圖解分析過程，可得出如下幾個重要結(jié)論：（1）放大器中

5、的各個量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量兩部分組成。（2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCEQ被隔開，放大器的輸出電壓uo等于uCE中的交流分量uce，且與輸入電壓ui反相。（3）放大器的電壓放大倍數(shù)可由uo與ui的幅值之比或有效值之比求出。負載電阻RL越小，交流負載電阻RL也越小，交流負載線就越陡，使Uom減小，電壓放大倍數(shù)下降。（4）靜態(tài)工作點Q設置得不合適，會對放大電路的性能造成影響。若Q點偏高，當ib按正弦規(guī)律變化時，Q進入飽和區(qū)，造成ic和uce的波形與ib（或ui）的波形不一致，輸出電壓uo（即uce）的負半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為飽和失真；若Q點偏低，則Q進

6、入截止區(qū)，輸出電壓uo的正半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為截止失真。飽和失真和截止失真統(tǒng)稱為非線性失真。2微變等效電路法把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效成一個線性電路，就是放大電路的微變等效電路，然后用線性電路的分析方法來分析，這種方法稱為微變等效電路分析法。等效的條件是晶體管在小信號（微變量）情況下工作。這樣就能在靜態(tài)工作點附近的小范圍內(nèi)，用直線段近似地代替晶體管的特性曲線。（1）基本思路（2）晶體管微變等效電路輸入特性曲線在Q點附近的微小范圍內(nèi)可以認為是線性的。當uBE有一微小變化UBE時，基極電流變化IB，兩者的比值稱為三極管的動態(tài)輸入電阻，用rbe表示，即：輸出特性曲線在放大區(qū)域內(nèi)可認為呈

7、水平線，集電極電流的微小變化IC僅與基極電流的微小變化IB有關，而與電壓uCE無關，故集電極和發(fā)射極之間可等效為一個受ib控制的電流源，即：（3）放大電路微變等效電路電壓放大倍數(shù)式中RL=RC/RL。當RL=（開路）時輸入電阻Ri輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號源吸取電流（輸入電流）的大小。為了減輕信號源的負擔，總希望Ri越大越好。另外，較大的輸入電阻Ri，也可以降低信號源內(nèi)阻Rs的影響，使放大電路獲得較高的輸入電壓。在上式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在幾百歐到幾千歐，一般認為是較低的，并不理想。輸出電阻對于負載而言，放大器的輸出電阻Ro越小，負載電阻RL的變化對輸出電

8、壓的影響就越小，表明放大器帶負載能力越強，因此總希望Ro越小越好。上式中Ro在幾千歐到幾十千歐，一般認為是較大的，也不理想。1 集成運算放大器的組成通常由差動放大電路構成，目的是為了減小放大電路的零點漂移、提高輸入阻抗。通常由共發(fā)射極放大電路構成，目的是為了獲得較高的電壓放大倍數(shù)。通常由互補對稱電路構成，目的是為了減小輸出電阻，提高電路的帶負載能力。一般由各種恒流源電路構成，作用是為上述各級電路提供穩(wěn)定、合適的偏置電流，決定各級的靜態(tài)工作點。 集成運算放大電路集成運放的電路符號如圖所示。它有兩個輸入端，標“+”的輸入端稱為同相輸入端，輸入信號由此端輸入時，輸出信號與輸入信號相位相同；標“”的輸

9、入端稱為反相輸入端，輸入信號由此端輸入時，輸出信號與輸入信號相位相反。2 集成運算放大器的主要參數(shù)及種類1、集成運放的主要參數(shù)2、集成運放的種類3 集成運算放大器的理想模型集成運放的理想化參數(shù)： Ado=、 rid=、 ro=0 、KCMR=、等非線性區(qū)（飽和區(qū)）非線性區(qū)分析依據(jù)：當i0，即時，oOM當i0，即 xi ，即反饋信號起了削弱凈輸入信號的作用，引入的是負反饋。例：判斷圖示電路的反饋極性。解：設基極輸入信號ui的瞬時極性為正，則發(fā)射極反饋信號uf的瞬時極性亦為正，發(fā)射結(jié)上實際得到的信號ube（凈輸入信號）與沒有反饋時相比減小了，即反饋信號削弱了輸入信號的作用，故可確定為負反饋。例：判

10、斷圖示電路的反饋極性。解：設輸入信號ui瞬時極性為正，則輸出信號uo的瞬時極性為負，經(jīng)RF返送回同相輸入端，反饋信號uf的瞬時極性為負，凈輸入信號ud與沒有反饋時相比增大了，即反饋信號增強了輸入信號的作用，故可確定為正反饋。例：判斷圖示電路的反饋極性。解：設輸入信號ui瞬時極性為正，則輸出信號uo的瞬時極性為正，經(jīng)RF返送回反相輸入端，反饋信號uf的瞬時極性為正，凈輸入信號ud與沒有反饋時相比減小了，即反饋信號削弱了輸入信號的作用，故可確定為負反饋。3.2 反饋的類型及其判別根據(jù)反饋信號是取自輸出電壓還是取自輸出電流，可分為電壓反饋和電流反饋。電壓反饋的反饋信號xf取自輸出電壓uo，xf與uo

11、成正比。電流反饋的反饋信號xf取自輸出電流io，xf與io成正比。電壓反饋和電流反饋的判別，通常是將放大電路的輸出端交流短路（即令uo=0 ），若反饋信號消失，則為電壓反饋，否則為電流反饋。根據(jù)反饋網(wǎng)絡與基本放大電路在輸入端的連接方式，可分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。串聯(lián)反饋的反饋信號和輸入信號以電壓串聯(lián)方式疊加，ud=uiuf，以得到基本放大電路的輸入電壓ud。并聯(lián)反饋的反饋信號和輸入信號以電流并聯(lián)方式疊加，id=iiif，以得到基本放大電路的輸入電流ii。串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋可以根據(jù)電路結(jié)構判別。當反饋信號和輸入信號接在放大電路的同一點（另一點往往是接地點）時，一般可判定為并聯(lián)反饋；而接在放大電路

12、的不同點時，一般可判定為串聯(lián)反饋。綜合以上兩種情況，可構成電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)、電流串聯(lián)和電流并聯(lián)4種不同類型的負反饋放大電路。1、電壓串聯(lián)負反饋設輸入信號ui瞬時極性為正，則輸出信號uo的瞬時極性為正，經(jīng)RF返送回反相輸入端，反饋信號uf的瞬時極性為正，凈輸入信號ud與沒有反饋時相比減小了，即反饋信號削弱了輸入信號的作用，故為負反饋。將輸出端交流短路，RF直接接地，反饋電壓uf=0，即反饋信號消失，故為電壓反饋。輸入信號ui加在集成運算放大器的同相輸入端和地之間，而反饋信號uf加在集成運算放大器的反相輸入端和地之間，不在同一點，故為串聯(lián)反饋。uiuf2、電壓并聯(lián)負反饋設輸入信號ui（ii）瞬時

13、極性為正，則輸出信號uo的瞬時極性為負，流經(jīng)RF的電流（反饋信號）if的方向與圖示參考方向相同，即if瞬時極性為正，凈輸入信號id與沒有反饋時相比減將輸出端交流短路，RF直接接地，反饋電流if=0，即反饋信號消失，故為電壓反饋。輸入信號ii加在集成運算放大器的反相輸入端和地之間，而反饋信號if也加在集成運算放大器的反相輸入端和地之間，在同一點，故為并聯(lián)反饋。iiif小了，即反饋信號削弱了輸入信號的作用，故為負反饋。3、電流串聯(lián)負反饋設輸入信號ui瞬時極性為正，則輸出信號uo的瞬時極性為正，經(jīng)RF返送回反相輸入端，反饋信號uf的瞬時極性為正，凈輸入信號ud與沒有反饋時相比減小了，即反饋信號削弱了

14、輸入信號的作用，故為負反饋。將輸出端交流短路，盡管uo=0 ，但輸出電流io仍隨輸入信號而改變，在R上仍有反饋電壓uf產(chǎn)生，故可判定不是電壓反饋，而是電流反饋。輸入信號ui加在集成運算放大器的同相輸入端和地之間，而反饋信號uf加在集成運算放大器的反相輸入端和地之間，不在同一點，故為串聯(lián)反饋。uiuf4、電流并聯(lián)負反饋設輸入信號ui（ii）瞬時極性為正，則輸出信號uo的瞬時極性為負，流經(jīng)RF的電流（反饋信號）if的方向與圖示參考方向相同，即if瞬時極性為正，凈輸入信號id與沒有反饋時相比減將輸出端交流短路，盡管uo=0 ，但輸出電流io仍隨輸入信號而改變，在R上仍有反饋電壓uf產(chǎn)生，故可判定不是

15、電壓反饋，而是電流反饋。輸入信號ii加在集成運算放大器的反相輸入端和地之間，而反饋信號if也加在集成運算放大器的反相輸入端和地之間，在同一點，故為并聯(lián)反饋。iiif小了，即反饋信號削弱了輸入信號的作用，故為負反饋。1 自激振蕩條件起振過程：在無輸入信號（xi=0）時，電路中的噪擾電壓（如元件的熱噪聲、電路參數(shù)波動引起的電壓、電流的變化、電源接通時引起的瞬變過程等）使放大器產(chǎn)生瞬間輸出xo，經(jīng)反饋網(wǎng)絡反饋到輸入端，得到瞬間輸入xd，再經(jīng)基本放大器放大，又在輸出端產(chǎn)生新的輸出信號xo，如此反復。在無反饋或負反饋情況下，輸出xo會逐漸減小，直到消失。但在正反饋情況下，xo會很快增大，最后由于飽和等原

16、因輸出穩(wěn)定在xo，并靠反饋永久保持下去。正弦波振蕩器起振時必須滿足：AF1。2 RC正弦波振蕩器正弦波振蕩器的基本組成部分：基本放大電路正反饋網(wǎng)絡選頻網(wǎng)絡正弦波振蕩器的分類：RC正弦波振蕩器LC正弦波振蕩器文氏電橋振蕩器放大器的電壓放大倍數(shù)為：反饋網(wǎng)絡具有選頻作用。RC反饋網(wǎng)絡的反饋系數(shù)為： 直流穩(wěn)壓電路將不穩(wěn)定的直流電壓變換成穩(wěn)定且可調(diào)的直流電壓的電路稱為直流穩(wěn)壓電路。直流穩(wěn)壓電路按調(diào)整器件的工作狀態(tài)可分為線性穩(wěn)壓電路和開關穩(wěn)壓電路兩大類。前者使用起來簡單易行，但轉(zhuǎn)換效率低，體積大；后者體積小，轉(zhuǎn)換效率高，但控制電路較復雜。隨著自關斷電力電子器件和電力集成電路的迅速發(fā)展，開關電源已得到越來越

17、廣泛的應用。1 并聯(lián)型穩(wěn)壓電路工作原理：輸入電壓Ui波動時會引起輸出電壓Uo波動。如Ui升高將引起隨之升高，導致穩(wěn)壓管的電流IZ急劇增加，使得電阻R上的電流I和電壓UR迅速增大，從而使Uo基本上保持不變。反之，當Ui減小時，UR相應減小，仍可保持Uo基本不變。當負載電流Io發(fā)生變化引起輸出電壓Uo發(fā)生變化時，同樣會引起IZ的相應變化，使得Uo保持基本穩(wěn)定。如當Io增大時，I和UR均會隨之增大使得Uo下降，這將導致IZ急劇減小，使I仍維持原有數(shù)值保持UR不變，使得Uo得到穩(wěn)定。2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路（1）取樣環(huán)節(jié)。由R1、RP、R2組成的分壓電路構成，它將輸出電壓Uo分出一部分作為取樣電壓UF，送到

18、比較放大環(huán)節(jié)。（2）基準電壓。由穩(wěn)壓二極管DZ和電阻R3構成的穩(wěn)壓電路組成，它為電路提供一個穩(wěn)定的基準電壓UZ，作為調(diào)整、比較的標準。（3）比較放大環(huán)節(jié)。由V2和R4構成的直流放大器組成，其作用是將取樣電壓UF與基準電壓UZ之差放大后去控制調(diào)整管V1。（4）調(diào)整環(huán)節(jié)。由工作在線性放大區(qū)的功率管Vl組成，Vl的基極電流IB1受比較放大電路輸出的控制，它的改變又可使集電極電流IC1和集、射電壓UCEl改變，從而達到自動調(diào)整穩(wěn)定輸出電壓的目的。1、電路的組成及各部分的作用2、電路工作原理當輸入電壓Ui或輸出電流Io變化引起輸出電壓Uo增加時，取樣電壓UF相應增大，使V2管的基極電流IB2和集電極電流IC2隨之增加，V2管的集電極電位UC2下降，因此Vl管的基極電流IB1下降，使得IC1下降，UCE1增加，Uo下降，使Uo保持基本穩(wěn)定。同理，當Ui或Io變化使Uo降低時，調(diào)整過程相反，UCE1將減小使Uo保持基本不變。從上述調(diào)整過程可以看出，該電路是依靠電壓負反饋來穩(wěn)定輸出電壓的。3