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文檔簡介
實(shí)用模擬電路原理分析與調(diào)試第一頁,共七十頁,2022年,8月28日UCE1一、直接耦合放大電路問題一:
Q點(diǎn)互相影響RRB1C1uiuoTT12RC2E2R問題二:
T1管接近飽和會造成放大倍數(shù)下降DZ第二頁,共七十頁,2022年,8月28日集成電路中的放大電路都采用直接耦合方式。為了抑制零漂,它的輸入級采用特殊形式的差動放大電路,亦稱為差分放大電路。難題:由于電容很難集成,因此集成電路中一般采用直接耦合,但直接耦合存在“溫漂”,怎么解決?二、差動(差分)放大電路第三頁,共七十頁,2022年,8月28日差分放大電路的工作原理
a.兩只完全相同的管;
b.兩個輸入端,兩個輸出端;
c.元件參數(shù)對稱;特點(diǎn):+ui2T1T2RCRB1+UCC+ui1RCRB1+uO
RB2RB2RE第四頁,共七十頁,2022年,8月28日uo=VC1-VC2
=0uo=(VC1+VC1
)-(VC2+
VC2)=0靜態(tài)時,ui1
=
ui2
=0當(dāng)溫度升高時ICVC(兩管變化量相等)對稱差分放大電路對兩管所產(chǎn)生的同向漂移都有抑制作用。+ui2T1T2RCRB1+UCC+ui1RCRB1+uO
RB2RB2RE第五頁,共七十頁,2022年,8月28日共模信號:兩輸入端加的信號大小相等、極性相同。差模信號:兩輸入端加的信號大小相等、極性相反。(1)共模信號(2)差模信號差模和共模信號重點(diǎn)第六頁,共七十頁,2022年,8月28日(3)比較信號Ui1≠Ui2設(shè):差模分量為Uid=
Ui1-Ui2
共模分量為Uic=
(Ui1+Ui2)/2得:Ui1=
Uic+Uid/2
Ui2=
Uic-Uid/2第七頁,共七十頁,2022年,8月28日差模信號輸入ui1=–
ui2差模輸入電壓uid=ui1
–
ui2
=2ui1
使得:ic1=–
ic2uo1=–
uo2差模輸出電壓uod
=uC1
–uC2=uo1–(–
uo2)=2uo1大小相同極性相反動態(tài)分析——差模ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC2差模電壓放大倍數(shù)第八頁,共七十頁,2022年,8月28日帶RL時RLRid=2rbe差模輸入電阻差模輸出電阻Rod=2RCui1V1V2RCRCuodui2uo1uo2第九頁,共七十頁,2022年,8月28日共模信號輸入ui1=ui2共模電壓放大倍數(shù)大小相同極性相同動態(tài)分析——共模ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC2第十頁,共七十頁,2022年,8月28日差動放大電路質(zhì)量好壞最重要的技術(shù)指標(biāo)理想電路的共模抑制比→∞共模抑制比KCMR
KCMR越大,說明差放分辨差模信號的能力越強(qiáng),而抑制共模信號的能力越強(qiáng)。第十一頁,共七十頁,2022年,8月28日+VCCRCRERB1RB2
穩(wěn)定“Q”的原理:TICUEUBE
IBIC請回憶左邊電路是如何穩(wěn)定Q點(diǎn)?發(fā)射極電阻RE的作用第十二頁,共七十頁,2022年,8月28日穩(wěn)定電路的工作點(diǎn),提高對共模信號的抑制能力溫度IC1IC2IEUReUBE1UBE2IB1IB2IC1IC2T1T2RCRB+UCC+ui1RCRB+ui2RPReEE+uO發(fā)射極電阻Re的作用共模反饋電阻基本上不影響差模信號的放大效果重點(diǎn)第十三頁,共七十頁,2022年,8月28日結(jié)論1、差分放大電路應(yīng)該對差模信號有良好的放大能力,而對共模信號有較強(qiáng)的抑制能力。2、共模抑制比越大表明電路抑制共模信號的能力越好。重點(diǎn)第十四頁,共七十頁,2022年,8月28日復(fù)習(xí)1、什么是共模和差模信號?什么是共模抑制比?2、差分放大電路最突出的優(yōu)點(diǎn)是什么?3、長尾式差分放大電路的Re作用是什么?第十五頁,共七十頁,2022年,8月28日輸入級中間級輸出級偏置電路第二節(jié)集成運(yùn)算放大器簡介一、集成運(yùn)算放大器的組成通常由差動放大電路構(gòu)成,目的是為了減小放大電路的零點(diǎn)漂移、提高輸入阻抗。通常由共發(fā)射極放大電路構(gòu)成,目的是為了獲得較高的電壓放大倍數(shù)。通常由互補(bǔ)對稱電路構(gòu)成,目的是為了減小輸出電阻,提高電路的帶負(fù)載能力。一般由各種恒流源電路構(gòu)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(diǎn)。第十六頁,共七十頁,2022年,8月28日集成運(yùn)放的電路符號如圖所示。它有兩個輸入端,標(biāo)“+”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(biāo)“-”的輸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。
A
-
+Δ+同相輸入端反相輸入端uou-u+第十七頁,共七十頁,2022年,8月28日二、芯片的封裝方式第十八頁,共七十頁,2022年,8月28日三、集成運(yùn)放的主要參數(shù)開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud
:指集成運(yùn)放本身(無外加反饋回路)的差模電壓放大倍數(shù)。它體現(xiàn)了集成運(yùn)放的電壓放大能力,一般在104~107之間。Aud越大,電路越穩(wěn)定,運(yùn)算精度也越高。開環(huán)共模電壓放大倍數(shù)Auc
:它反映集成運(yùn)放抗溫漂、抗共模干擾的能力,優(yōu)質(zhì)的集成運(yùn)放Auc應(yīng)接近于零。共模抑制比KCMR:用來綜合衡量集成運(yùn)放的放大能力和抗溫漂、抗共模干擾的能力,一般應(yīng)大于一般應(yīng)大于80dB。第十九頁,共七十頁,2022年,8月28日4.輸入偏置電流5.輸入失調(diào)電流6.輸入失調(diào)電壓7.帶寬
……高增益高輸入阻抗低輸出阻抗理想運(yùn)放第二十頁,共七十頁,2022年,8月28日四、集成運(yùn)算放大器的理想模型集成運(yùn)放的理想化參數(shù):Aud=∞、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(dāng)ui>0,即u+>u-時,uo=+uOM當(dāng)ui<0,即u+<u-時,uo=-uOM第二十一頁,共七十頁,2022年,8月28日線性區(qū)(放大區(qū))第二十二頁,共七十頁,2022年,8月28日線性區(qū)分析依據(jù):(1)虛斷。由Rid=∞,得i+=i-=0,即理想運(yùn)放兩個輸入端的輸入電流為零。(2)虛短。由Ado=∞,得u+=u-,即理想運(yùn)放兩個輸入端的電位相等。若信號從反相輸入端輸入,而同相輸入端接地,則u-=u+=0,即反相輸入端的電位為地電位,通常稱為虛地。uo=Aud(u+–u–)=Auduidu+–u–=uo/Aud0i+=uid/Rid0同理i–0第二十三頁,共七十頁,2022年,8月28日第三節(jié)負(fù)反饋電路反饋——將電路的輸出量(電壓或電流)的部分或全部,通過一定的元件,以一定的方式回送到輸入回路并影響輸入量(電壓或電流)和輸出量的過程。若引回的信號削弱了輸入信號,就稱為負(fù)反饋。若引回的信號增強(qiáng)了輸入信號,就稱為正反饋。A+–比較環(huán)節(jié)基本放大電路F第二十四頁,共七十頁,2022年,8月28日有無反饋的判斷方法無反饋有反饋無反饋通過尋找電路中有無反饋通路,并影響了放大電路的凈輸入。重點(diǎn)第二十五頁,共七十頁,2022年,8月28日反饋的分類1.正反饋和負(fù)反饋正反饋—
反饋使凈輸入電量增加,從而使輸出量增大。負(fù)反饋—反饋使凈輸入電量減小,從而使輸出量減小。判斷法:瞬時極性法重點(diǎn)第二十六頁,共七十頁,2022年,8月28日正反饋和負(fù)反饋(反饋極性)的判斷②假設(shè)將閉環(huán)回路在反饋通路與輸入回路的連接處斷開(變?yōu)殚_環(huán)),在放大器的輸入端加入一正弦信號,瞬時極性設(shè)為“+”或“-”。①設(shè)“地”點(diǎn)的電位為零,若某點(diǎn)交流電位對
“地”處于正半周,則該點(diǎn)交流電位的瞬時極性為正;在負(fù)半周則為負(fù)。瞬時極性法③分析反饋回輸入回路的反饋電壓瞬時極性(或反饋電流的瞬時方向),如果反饋信號使放大器凈輸入信號加強(qiáng),則為正反饋;如果反饋信號使放大器凈輸入信號削弱,則為負(fù)反饋。第二十七頁,共七十頁,2022年,8月28日正反饋和負(fù)反饋(反饋極性)的判斷uD=u+-
u-=uI-
uF負(fù)反饋第二十八頁,共七十頁,2022年,8月28日正反饋和負(fù)反饋(反饋極性)的判斷iN=iI-
iF負(fù)反饋第二十九頁,共七十頁,2022年,8月28日+-R1R2RL+-vivo+iIiPiFiP=iI+
iF正反饋正反饋和負(fù)反饋(反饋極性)的判斷+第三十頁,共七十頁,2022年,8月28日+-R1RL+-vivo+++vD-vFvD=vI-vF負(fù)反饋正反饋和負(fù)反饋(反饋極性)的判斷第三十一頁,共七十頁,2022年,8月28日負(fù)反饋的類型一、電壓反饋和電流反饋電壓反饋:反饋信號取自輸出電壓信號。電流反饋:反饋信號取自輸出電流信號。電壓負(fù)反饋:可以穩(wěn)定輸出電壓、減小輸出電阻。電流負(fù)反饋:可以穩(wěn)定輸出電流、增大輸出電阻。根據(jù)反饋所采樣的信號不同,可以分為電壓反饋和電流反饋。第三十二頁,共七十頁,2022年,8月28日根據(jù)反饋信號在輸入端與輸入信號比較形式的不同,可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。串聯(lián)反饋:反饋信號與輸入信號串聯(lián),即反饋電壓信號與輸入信號電壓比較。并聯(lián)反饋:反饋信號與輸入信號并聯(lián),即反饋信號電流與輸入信號電流比較。串聯(lián)反饋使電路的輸入電阻增大;并聯(lián)反饋使電路的輸入電阻減小。二、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋第三十三頁,共七十頁,2022年,8月28日三、交流反饋與直流反饋交流反饋:反饋只對交流信號起作用。直流反饋:反饋只對直流起作用。若在反饋網(wǎng)絡(luò)中串接隔直電容,則可以隔斷直流,此時反饋只對交流起作用。在起反饋?zhàn)饔玫碾娮鑳啥瞬⒙?lián)旁路電容,可以使其只對直流起作用。有的反饋只對交流信號起作用;有的反饋只對直流信號起作用;有的反饋對交、直流信號均起作用。第三十四頁,共七十頁,2022年,8月28日增加隔直電容C后,Rf只對交流起反饋?zhàn)饔谩?–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+–T1T2RfRE1C第三十五頁,共七十頁,2022年,8月28日增加旁路電容C后,Rf只對直流起反饋?zhàn)饔?。C+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+–T1T2RfRE1第三十六頁,共七十頁,2022年,8月28日負(fù)反饋交流反饋直流反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)負(fù)反饋的分類第三十七頁,共七十頁,2022年,8月28日電壓反饋與電流反饋判別方法:反饋信號和輸入信號同一節(jié)點(diǎn)——并聯(lián)反饋信號和輸入信號不同節(jié)點(diǎn)——串聯(lián)并聯(lián)反饋與串聯(lián)反饋判別方法:反饋的判斷方法設(shè)輸出電壓uo=0(負(fù)載短路),反饋信號存在——電流反之——電壓第三十八頁,共七十頁,2022年,8月28日四種反饋組態(tài)電壓串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋第三十九頁,共七十頁,2022年,8月28日電壓串聯(lián)負(fù)反饋第四十頁,共七十頁,2022年,8月28日反饋電路的三個環(huán)節(jié):放大:反饋:疊加:負(fù)反饋框圖:基本放大電路Ao反饋回路F+–輸出信號輸入信號反饋信號差值信號第四十一頁,共七十頁,2022年,8月28日基本放大電路Ao反饋回路F+–——開環(huán)放大倍數(shù)——閉環(huán)放大倍數(shù)——反饋系數(shù)第四十二頁,共七十頁,2022年,8月28日負(fù)反饋放大器的一般關(guān)系:基本放大電路Ao反饋回路F+–第四十三頁,共七十頁,2022年,8月28日負(fù)反饋放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)當(dāng)AoF>>1時,結(jié)論:當(dāng)AoF>>1
很大時,負(fù)反饋放大器的閉環(huán)放大倍數(shù)與晶體管無關(guān),只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。即負(fù)反饋可以穩(wěn)定放大倍數(shù)。反饋深度深度負(fù)反饋第四十四頁,共七十頁,2022年,8月28日同相,所以則有:負(fù)反饋使放大倍數(shù)下降。引入負(fù)反饋使電路的穩(wěn)定性提高。(2)中,(1)(3)若稱為深度負(fù)反饋,此時在深度負(fù)反饋的情況下,放大倍數(shù)只與反饋網(wǎng)絡(luò)有關(guān)。第四十五頁,共七十頁,2022年,8月28日負(fù)反饋的作用:穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn);穩(wěn)定放大倍數(shù);減小非線性失真;提高輸入電阻;降低輸出電阻;擴(kuò)展通頻帶。第四十六頁,共七十頁,2022年,8月28日減少非線性失真uf加入負(fù)反饋無負(fù)反饋FufAuiuo+–uiduo大小略大略小略小略大uiA接近正弦波改善了波形失真第四十七頁,共七十頁,2022年,8月28日改變放大電路的輸入和輸出電阻一、對輸入電阻的影響1.串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大Rif深度負(fù)反饋:ii
A
FuiuidufRiAFuid重點(diǎn)第四十八頁,共七十頁,2022年,8月28日2.并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小Rif深度負(fù)反饋:ifiidii
A
FuiRiAFiid重點(diǎn)第四十九頁,共七十頁,2022年,8月28日二、對輸出電阻的影響1.電壓負(fù)反饋F
與A
并聯(lián),使輸出電阻減小。AFRoRofA為負(fù)載開路時的源電壓放大倍數(shù)。深度負(fù)反饋:2.電流負(fù)反饋F
與A
串聯(lián),使輸出電阻增大。AFRoRofA為負(fù)載短路時的源電壓放大倍數(shù)。深度負(fù)反饋:重點(diǎn)第五十頁,共七十頁,2022年,8月28日根據(jù)對輸入、輸出電阻的要求選擇反饋類型欲提高輸入電阻,采用串聯(lián)反饋;欲降低輸入電阻,采用并聯(lián)反饋;要求高內(nèi)阻輸出,采用電流反饋;要求低內(nèi)阻輸出,采用電壓反饋。第五十一頁,共七十頁,2022年,8月28日運(yùn)放工作在線性區(qū)的分析依據(jù)相當(dāng)于兩輸入端之間短路,但又未真正短路,故稱“虛短”。相當(dāng)于兩輸入端之間斷路,但又未真正斷路,故稱“虛斷”。2.iP
iN
01.uPuN輸入電阻i+所以uouP+–+uNRid,uo是有限值,第五十二頁,共七十頁,2022年,8月28日uo+–+u–u+運(yùn)放工作在飽和區(qū)的依據(jù)ridi+uoOUO(sat)–UO(sat)非線性區(qū)
非線性區(qū)
iP
=iN0當(dāng)時,注意第五十三頁,共七十頁,2022年,8月28日1、加上負(fù)反饋工作在線性區(qū)2、開環(huán)或加上正反饋工作在非線性區(qū)理想運(yùn)放的兩個工作區(qū)(2)電信號處理電路:有源濾波、整流。(2)整形電路:比較器(1)電信號運(yùn)算電路:比例、加法、減法、微分、積分、對數(shù)、反對數(shù)、乘法、除法等(1)電信號產(chǎn)生電路:正弦波、非正弦波
第五十四頁,共七十頁,2022年,8月28日1.反相比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)可得閉環(huán)電壓放大倍數(shù)平衡電阻若則ifR1R2uoRFiiui+–+–+–+反相器重點(diǎn)第五十五頁,共七十頁,2022年,8月28日由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)可得ifR1R2uoRFiiui+–+–+–+Ri特點(diǎn):1.為深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋,Auf=Rf/R12.輸入電阻較小Ri=R1第五十六頁,共七十頁,2022年,8月28日應(yīng)用:電流--電壓變換器(I/U
)輸出端的負(fù)載電流iS第五十七頁,共七十頁,2022年,8月28日2.同相比例運(yùn)算電路由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)得閉環(huán)電壓放大倍數(shù)若則或ifR1R2uoRFiiui+–+–+–+電壓跟隨器比例運(yùn)算電路重點(diǎn)第五十八頁,共七十頁,2022年,8月28日ifR1R2uoRFiiui+–+–+–+1.為深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋Auf=1+Rf/R12.輸入電阻大Rif=由運(yùn)放工作在線性區(qū)的依據(jù)得第五十九頁,共七十頁,2022年,8月28日u+=u-=usio=i1=us/R11.輸出電流與負(fù)載大小無關(guān)2.恒壓源轉(zhuǎn)換成為恒流源特點(diǎn):電壓—電流轉(zhuǎn)換器第六十頁,共七十頁,2022年,8月28日平衡電阻uoifR12R2RFii2ui2+
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