晶體管及其應(yīng)用課件

一、基本放大電路的概念及工作原理6.2晶體管及其應(yīng)用二基本放大電路的靜態(tài)分析三基本放大電路的動(dòng)態(tài)分析了解放大電路的基本概念及結(jié)構(gòu)組成；熟悉低頻小信號(hào)放大電路及功率放大器的工作原理；理解靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解法，掌握其微變等效電路的估算法；熟練掌握分壓式偏置的共發(fā)射極放大電路靜態(tài)情況下的特點(diǎn)、動(dòng)態(tài)情況下的特點(diǎn)；理解反饋對(duì)放大電路性能的影響。學(xué)習(xí)目的與要求一、基本放大電路的概念及工作原理放大電路是電子技術(shù)中應(yīng)用十分廣泛的一種單元電路。所謂“放大”，是指將一個(gè)微弱的電信號(hào)，通過(guò)某種裝置，得到一個(gè)波形與該微弱信號(hào)相同、但幅值卻大很多的信號(hào)輸出。這個(gè)裝置就是晶體管放大電路。“放大”作用的實(shí)質(zhì)是電路對(duì)電流、電壓或能量的控制作用。揚(yáng)聲器負(fù)載輸入信號(hào)源擴(kuò)音器中放大電路的組成為放大器提供能量的直流電源RS+－US放大電路+－u0i0話筒送來(lái)的微弱音頻信號(hào)三種基本組態(tài)的晶體管放大電路晶體管放大電路一般有三種組態(tài)：＋

u0－＋

ui－bce＋

u0－＋

ui－bec＋

u0－＋

ui－bec共發(fā)射極放大電路共集電極放大電路共基極放大電路

無(wú)論放大電路的組態(tài)如何，其目的都是讓輸入的微弱小信號(hào)通過(guò)放大電路后，輸出時(shí)其信號(hào)幅度顯著增強(qiáng)。必須清楚：幅度得到增強(qiáng)的輸出信號(hào)，其能量并非來(lái)自于晶體管，而是由放大電路中的直流電源提供的。晶體管只是實(shí)現(xiàn)了對(duì)能量的控制，使之轉(zhuǎn)換成信號(hào)能量，并傳遞給負(fù)載。1.放大電路的組成原則放大電路的作用是實(shí)現(xiàn)對(duì)微弱小信號(hào)的幅度放大，單憑晶體管的電流放大作用顯然無(wú)法完成。必須在放大電路中設(shè)置直流電源，使其保證晶體管工作在線性放大區(qū)。因此，放大電路的組成原則為：(1)核心元件晶體管必須發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏；(2)輸入回路的設(shè)置應(yīng)使輸入信號(hào)耦合到晶體管輸入電路，以保證晶體管的以小控大作用；(3)輸出回路的設(shè)置應(yīng)保證晶體管放大后的電流信號(hào)能夠轉(zhuǎn)換成負(fù)載需要的電壓形式；(4)不允許被傳輸小信號(hào)放大后出現(xiàn)失真。2.共射放大電路的組成及各部分作用共發(fā)射極放大電路是電子技術(shù)中應(yīng)用最為廣泛的放大電路形式，其電路組成的一般形式為：3DG6管RBUBBC1+RCUCCC2+放大電路的核心元件——三極管耦合電容基極電阻基極電源集電極電阻集電極電源耦合電容上圖所示為雙電源組成的共發(fā)射極基本放大電路。3.共射放大電路的工作原理3DG6RBC1+RCC2++UCCcebuiu0ibiCuCEiBIB基極固定偏置電流放大后的集電極電流

iC通過(guò)RC將放大的電流轉(zhuǎn)換為放大的晶體管電壓輸出。uCE經(jīng)C2濾掉了直流成分后的輸出電壓信號(hào)電流和基極固定偏流的疊加顯然，放大電路內(nèi)部各電流、電壓都是交直流共存的。uit0輸入交流信號(hào)電流iBt0IBiCt0ICuCEt0ICRCu0t0反相！輸入信號(hào)電壓

需放大的信號(hào)電壓

ui通過(guò)C1轉(zhuǎn)換為放大電路的輸入電流，與基極偏流疊加后加到晶體管的基極，基極電流iB的變化通過(guò)晶體管的以小控大作用引起集電極電流

iC變化；iC通過(guò)RC使電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，即：uCE=UCC-iCRC

放大電路內(nèi)部各電壓、電流都是交直流共存的。其直流分量及其注腳均采用大寫英文字母；交流分量及其注腳均采用小寫英文字母；疊加后的總量用英文小寫字母，但其注腳采用大寫英文字母。例如：基極電流的直流分量用IB表示；交流分量用ib表示；總量用iB表示。由上式可看出：當(dāng)

iC增大時(shí)，uCE就減小，所以

uCE的變化正好與

iC相反，這就是它們反相的原因。uCE經(jīng)過(guò)C2濾掉了直流成分，耦合到輸出端的交流成分即為輸出電壓u0。若電路參數(shù)選取適當(dāng)，u0的幅度將比

ui

幅度大很多，亦即輸入的微弱小信號(hào)ui被放大了，這就是放大電路的工作原理。共射放大電路工作原理放大電路中各電壓、電流的符號(hào)有何規(guī)定?

你會(huì)做嗎？放大電路的基本概念是什么？放大電路中能量的控制與變換關(guān)系如何？

說(shuō)明共發(fā)射極電壓放大器輸入電壓與輸出電壓的相位關(guān)系如何？如果共發(fā)射極電壓放大器中沒(méi)有集電極電阻RC，能產(chǎn)生電壓放大嗎？檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果基本放大電路的組成原則是什么？以共射組態(tài)基本放大電路為例加以說(shuō)明

ICIEIBUBEUCERBRC＋UCCceb已知圖示電路中UCC=10V，RB=250KΩ，RC=3KΩ，β=50，試求該放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。解IB=37.2μA所以靜態(tài)工作點(diǎn)Q：IC=1.86mAUCE=4.42V例注意：計(jì)算中一定要弄明白各量的單位，不允許寫錯(cuò)！分析UBE(V)IB0.5V0.7V死區(qū)uit0ibt0t1t1t2t3t4t3t2t4此時(shí)ui小于死區(qū)的部分將無(wú)法得到傳輸，只有大于死區(qū)的部分才能轉(zhuǎn)換成電流ib通過(guò)晶體管。由于輸入信號(hào)大部分無(wú)法通過(guò)晶體管，ib電流波形與ui波形完全不一樣了，造成輸入信號(hào)輸入時(shí)的“截止失真”。輸入信號(hào)電壓波形假如不設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)不設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)行嗎？結(jié)論：為保證傳輸信號(hào)不失真地輸入到放大器中得到放大，必須在放大電路中設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)。利用晶體管的輸入、輸出特性曲線求解靜態(tài)工作點(diǎn)的方法稱為圖解法。其分析步驟一般為：2.用圖解法求解靜態(tài)工作點(diǎn)(1)按已選好的管子型號(hào)在手冊(cè)中查找、或從晶體管圖示儀上描繪出管子的輸入、輸出特性如下圖所示：

uBEiBiCuCE固定偏置的放大電路存在很溫度T↑→Q點(diǎn)↑→IC↑→UCE↓→VC↓ICUCEQ若溫度上升，將造成輸出特性曲線上移。靜態(tài)工作點(diǎn)Q隨之上移Q'如果VC<VB，則集電結(jié)就會(huì)由反偏變?yōu)檎?，?dāng)兩個(gè)PN結(jié)均正偏時(shí)，電路出現(xiàn)“飽和失真”。分析上述固定偏置共射放大電路有哪些不足？大的不足。例如當(dāng)晶體管所處環(huán)境溫度升高時(shí)，晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)加劇，因此將造成放大電路中的各參量將隨之發(fā)生變化。為不失真地傳輸信號(hào)，實(shí)用中需對(duì)上述電路進(jìn)行改造。分壓式偏置的共發(fā)射極放大電路可通過(guò)反饋環(huán)節(jié)有效地抑制溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響。分壓式偏置的共發(fā)射極放大電路由于設(shè)置了反饋環(huán)節(jié)，因此當(dāng)溫度升高而造成IC增大時(shí)，可自動(dòng)減小IB，從而抑制了靜態(tài)工作點(diǎn)由于溫度而發(fā)生的變化，保持Q點(diǎn)穩(wěn)定。RCC2＋CE＋C1＋對(duì)固定偏置的放大電路進(jìn)行改造。3DG6cbeRBRE+UCCRB2RB1分壓電阻射極反饋電阻射極旁路濾波電容為穩(wěn)定工作點(diǎn)Q而添加的負(fù)反饋環(huán)節(jié)分壓電阻此電路就是能夠抑制溫度影響而引起靜態(tài)工作點(diǎn)變化的分壓式偏置的共發(fā)射極電壓放大電路。分壓式偏置共射放大電路的靜態(tài)分析靜態(tài)分析時(shí)，此電路需滿足I1≈I2>>IB的小信號(hào)條件。C2＋C1＋CE＋RC3DG6cbeRE+UCCRB2RB1I1I2IBVBVB的大小顯然與溫度無(wú)關(guān)。分壓式偏置共射放大電路的直流通道偏置電阻RB1和RB2應(yīng)選擇適當(dāng)數(shù)值，使之符合：I1≈I2>>IB的條件。在小信號(hào)條件下，IB可近似視為0值。忽略IB時(shí)，RB1和RB2可以對(duì)UCC進(jìn)行分壓。即：ICUCE

基極電位VB的高低對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)Q的影響設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)是對(duì)放大電路的基本要求?；鶚O電位VB選擇偏高或偏低時(shí)，Q點(diǎn)隨之上移或下行。設(shè)VB較高時(shí)：Qibu0

Q點(diǎn)的上移造成放大過(guò)程中信號(hào)的一部分進(jìn)入飽和區(qū)，發(fā)生飽和失真，集電極電流上削波。

放大電路輸出電壓同樣產(chǎn)生飽和失真。由于共射電路輸入、輸出反相，因此輸出電壓呈下削波。結(jié)論：

輸入信號(hào)波形iCVB值大Q點(diǎn)高，飽和失真！ICUCE

基極電位VB設(shè)置較低時(shí)對(duì)Q點(diǎn)的影響

VB設(shè)置的高低，取決于兩個(gè)基極偏置電阻的數(shù)值選擇，當(dāng)RB1太大時(shí)，VB值就會(huì)較低，引起靜態(tài)工作點(diǎn)Q下行：Qib

輸入信號(hào)波形

Q點(diǎn)下行造成放大過(guò)程中信號(hào)的一部分進(jìn)入截止區(qū)，發(fā)生截止失真，集電極電流呈下削波。iCu0

放大電路輸出電壓同樣產(chǎn)生截止失真。由于共射電路輸入、輸出反相，因此輸出電壓呈現(xiàn)上削波。結(jié)論：VB值小Q點(diǎn)低，截止失真！VB的高低對(duì)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)影響很大。溫度對(duì)Q點(diǎn)的影響也不能忽視。分壓式偏置的共發(fā)射極放大電路由于加設(shè)了負(fù)反饋環(huán)節(jié)，因此當(dāng)溫度升高時(shí)，具有自調(diào)節(jié)能力。設(shè)放大電路環(huán)境溫度升高，此時(shí):由于電路具有對(duì)溫度變化的自調(diào)節(jié)能力，因此集電極電流通常恒定，即:溫度變化IC基本不受影響I1I2IBVBIE+UCCRERB1RB2RCβcbeUBEUCET↑→←IB↓IC↑→IE↑→VE↑→VBE↓←IC↓

只要基極電位和射極反饋電阻不變，集電極電流始終維持不變！放大電路中為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)？靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定對(duì)放大電路有何影響？

你會(huì)做嗎？放大電路的失真包括哪些？如何消除失真？?jī)煞N失真下集電極電流的波形和輸出電壓的波形有何不同？

影響靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的因素有哪些？其中哪個(gè)因素影響最大？如何防范？

靜態(tài)時(shí)耦合電容C1、C2兩端有無(wú)電壓？若有，其電壓極性和大小如何確定？

檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果能否說(shuō)出RE和CE在放大電路中所起的作用。三基本放大電路的動(dòng)態(tài)分析放大電路加入交流輸入信號(hào)的工作狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。動(dòng)態(tài)時(shí)，放大電路輸入的是交流微弱小信號(hào)；電路內(nèi)部各電壓、電流都是交直流共存的疊加量；放大電路輸出的則是被放大的輸入信號(hào)。求解放大電路的動(dòng)態(tài)輸入電阻ri、輸出電阻rO及電壓放大倍數(shù)Au等參量的過(guò)程稱為動(dòng)態(tài)分析。1.共射放大電路的動(dòng)態(tài)分析CE＋RC+UCCRB1RB1RCcbeRLRB2T＋RSuS－C2＋C1＋RE分壓式偏置共發(fā)射極放大電路輸入信號(hào)源放大電路負(fù)載電源為0時(shí)可視為“地”電容相當(dāng)于“交流短路”RB1相當(dāng)于接于基極與“地”之間RC相當(dāng)于接于集電極與“地”之間分壓式偏置共發(fā)射極放大電路的交流通道由于發(fā)射極為輸入、輸出回路的公共支路，因之而稱為共發(fā)射極組態(tài)的放大電路。電容CE在電路中起何作用？+UCCCERERB1RB2C2RC＋C1＋T＋cbe電容CE的作用：交流通路中，射極電容將反饋電阻短路，則Au不受影響。如果把射極電容去掉，對(duì)電路會(huì)產(chǎn)生何影響？如果把射極電容CE去掉，交流通道反饋電阻RE仍起作用，則IE減小，rbe增大，負(fù)載不變情況下，電壓放大倍數(shù)Au降低。RB1RCRB2rbe共射電壓放大器的微變等效電路法βibib晶體管的微變等效電路iiuiu0i0=0iC基極電流集電極電流放大電路的輸入電壓和電流放大電路的輸出電壓和電流電路交流等效輸入電阻：ri=rbe//RB1//RB2由于小信號(hào)電路有RB1和RB2>>rbe，所以

ri≈rbe

顯然交流等效輸出電阻：r0=RC電路中電壓放大倍數(shù)：若電路接入負(fù)載，RL此時(shí)電路放大倍數(shù)：共發(fā)射極放大電路微變等效電路法的動(dòng)態(tài)分析結(jié)果為：式中負(fù)號(hào)反映了輸出電壓與輸入電壓的反相關(guān)系顯然，放大電路帶上負(fù)載后，其電壓放大倍數(shù)將降低。負(fù)載越大，RL'等效電阻越小，放大倍數(shù)下降越多。共發(fā)射極放大電路的主要任務(wù)是對(duì)輸入的小信號(hào)進(jìn)行電壓放大，因此電壓放大倍數(shù)Au是衡量放大電壓性能的主要指標(biāo)之一。共射放大電路的電壓放大倍數(shù)隨負(fù)載增大而下降很多，說(shuō)明這種放大電路的帶負(fù)載能力不強(qiáng)。微變等效電路βibibRB1RCRB2rbeRe動(dòng)態(tài)分析：顯然電路中加了交流反饋電阻Re后，電路中的電壓放大倍數(shù)進(jìn)一步降低了。共射放大電路中含有交流反饋電阻的動(dòng)態(tài)分析輸入電阻ri的大小決定了放大電路從信號(hào)源吸取電流的大小。為減輕信號(hào)源負(fù)擔(dān)，總希望Ri大些。另外，較大的輸入電阻ri，也可降低信號(hào)源內(nèi)阻RS的影響，使放大電路獲得較強(qiáng)的輸入電壓。在共發(fā)射極放大電路中，由于RB比rbe大得多，ri近似等于rbe，一般只有幾百歐至幾千歐，阻值比較低，即共射放大器輸入電阻不理想。輸入、輸出電阻對(duì)放大器有何影響？對(duì)負(fù)載而言，總希望放大電路的輸出電阻越小越好。因?yàn)榉糯箅娐份敵鲭娮鑢0越小，負(fù)載電阻RL的變化對(duì)輸出電壓的影響就越小，則放大電路的帶負(fù)載能力就越強(qiáng)。而共射放大電路的輸出電阻r0在通常只有幾千歐至幾十千歐，因此共射放大器的輸出電阻也不理想。電壓放大倍數(shù)與晶體管的電流放大倍數(shù)β、動(dòng)態(tài)輸入電阻rbe及集電極電阻RC、負(fù)載電阻RL均有關(guān)。由計(jì)算式可看出，當(dāng)rbe

和RL一定時(shí)，Au與β成正比。共射電壓放大器由于自身的特點(diǎn)，較廣泛地應(yīng)用于放大電路的輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)。想想練練1、下圖中設(shè)UCC和RC為定值，當(dāng)基極電流增加時(shí)，IC能否成正比地增加？最后接近何值？此時(shí)UCE=？當(dāng)基極電流減小時(shí)，IC又如何變化？最后達(dá)到何值？這時(shí)的UCE約等于多少？ic(mA)uCE(V)UCEQUCCQ2Q1UCCRC80μA60μA40μA20μAIB=0說(shuō)一說(shuō)下圖所示各電路能否放大交流信號(hào)？為什么？C2＋C1＋RCT+UCCRB2uiu0(a)C2＋C1＋RCTRE+UCCRB2RB1uiu0(d)C2＋C1＋RCT+UCCRB1uiu0(b)C2＋C1＋RCT+UCCRB2RB1uiu0(c)不能！不能！不能！不能！VB=UCC，飽和失真VB=UBE，截止失真NPN管的電路，電容極性接反且無(wú)反饋環(huán)節(jié)。PNP管的電路，電源、電容極性均接反。圖示電路，已知UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=50。試估算靜態(tài)工作點(diǎn)，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。（1）用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)例解(2)用微變等效電路法計(jì)算電壓放大倍數(shù)Au及輸入、輸出電阻RB1RCRB2rbe試述放大電路輸出電阻的概念。為什么總希望放大電路的輸出電阻r0盡量小一些呢？

你會(huì)做嗎？電壓放大倍數(shù)的概念是什么?電壓放大倍數(shù)是如何定義的？共發(fā)射極放大電路的電壓放大倍數(shù)與哪些參數(shù)有關(guān)？

試述放大電路輸入電阻的概念。為什么總是希望放大電路的輸入電阻ri盡量大一些？

檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果何謂放大電路的動(dòng)態(tài)分析？動(dòng)態(tài)分析分析步驟？你能否說(shuō)出微變等效電路法的思想？

頻率特性的基本概念頻率特性的定性分析及其指標(biāo)放大電路的頻率特性對(duì)數(shù)頻率特性曲線—波特圖2.8.1頻率特性的基本概念fOAum一.幅頻特性和相頻特性Au(f)—

幅頻特性

(f)—相頻特性0.707AumfOAuf

L

—下限截止頻率

f

H

—上限截止頻率

二、頻帶寬度(帶寬)BW(BandWidth)BW=f

H

-

f

L

f

HfLfH對(duì)數(shù)頻率特性曲線—波特圖波特圖—將頻率坐標(biāo)用對(duì)數(shù)分度，電壓放大倍數(shù)用電壓增益（dB）表示的頻率特性。一、放大倍數(shù)的分貝表示法功率放大倍數(shù)

Ap

=po/pi功率增益

Ap

(dB)=10

lg

|Ap|

dB電壓放大倍數(shù)

Au=Uo/Ui電壓增益

Au(dB)=20

lg

|Au|

dB當(dāng)輸入量小于輸出量時(shí)，分貝數(shù)為負(fù)值時(shí)，稱為衰減。表2.8.1電壓放大倍數(shù)Au與分貝數(shù)的關(guān)系二、阻容耦合基本共射電路的波特圖6.3.1集成運(yùn)算放大器6.3集成運(yùn)算放大器6.3.2集成運(yùn)放的應(yīng)用6.3.1集成運(yùn)算放大器在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上，把整個(gè)電路中的元器件制作在一塊硅基片上，構(gòu)成特定功能的電子電路，稱為集成電路(英文簡(jiǎn)稱IC)。集成電路的體積很小，但性能卻很好。自1959年世界上第一塊集成電路問(wèn)世至今，只不過(guò)才經(jīng)歷了四十來(lái)年時(shí)間，但它已深入到工農(nóng)業(yè)、日常生活及科技領(lǐng)域的相當(dāng)多產(chǎn)品中。例如在導(dǎo)彈、衛(wèi)星、戰(zhàn)車、艦船、飛機(jī)等軍事裝備中；在數(shù)控機(jī)床、儀器儀表等工業(yè)設(shè)備中；在通信技術(shù)和計(jì)算機(jī)中；在音響、電視、錄象、洗衣機(jī)、電冰箱、空調(diào)等家用電器中都采用了集成電路。集成電路的技術(shù)發(fā)展將直接促進(jìn)整機(jī)的小型化、高性能化、多功能化和高可靠性。毫不夸張地說(shuō)，集成電路是工業(yè)的“食糧”和“原油”。1.集成運(yùn)算放大器概述集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)稱運(yùn)放，是一種多端集成電路。集成運(yùn)放是一種價(jià)格低廉、用途廣泛的電子器件。早期，運(yùn)放主要用來(lái)完成模擬信號(hào)的求和、微分和積分等運(yùn)算，故稱為運(yùn)算放大器?，F(xiàn)在，運(yùn)放的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)運(yùn)算的范圍。它在通信、控制和測(cè)量等設(shè)備中得到廣泛應(yīng)用。常見集成電路的封裝形式圓殼式雙列直插式扁平式單列直插式直插式單列扁平式圖示為常用μA741集成運(yùn)放芯片產(chǎn)品實(shí)物圖μA741集成運(yùn)放的8個(gè)管腳排列圖如下：μA74112438765調(diào)零端反相輸入端同相輸入端負(fù)電源端調(diào)零端輸出端正電源端空腳反相輸入端μA741集成運(yùn)放圖形符號(hào)∞＋＋－U0U+U-μA741集成運(yùn)放外部接線圖同相輸入端－12V＋12V輸出端子調(diào)零電位器管腳1和5分別與調(diào)零電位器的兩個(gè)固定端相連調(diào)零電位器的可調(diào)端與管腳4相連∞＋－6513724＋(1)開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au0其數(shù)值很高，一般約為104~107。該值反映了輸出電壓U0與輸入電壓U＋和U－之間的關(guān)系。(2)差模輸入電阻ri運(yùn)放的差動(dòng)輸入電阻很高，一般在幾十千歐至幾十兆歐。(3)閉環(huán)輸出電阻r0由于運(yùn)放總是工作在深度負(fù)反饋條件下，因此其閉環(huán)輸出電阻很低，約在幾十歐至幾百歐之間。

指運(yùn)放兩個(gè)輸入端能承受的最大共模信號(hào)電壓。超出這個(gè)電壓時(shí)，運(yùn)放的輸入級(jí)將不能正常工作或共模抑制比下降，甚至造成器件損壞。(4)最大共模輸入電壓Uicmax2.集成運(yùn)放的主要技術(shù)指標(biāo)為簡(jiǎn)化分析過(guò)程，同時(shí)又能滿足實(shí)際工程的需要，常把集成運(yùn)放理想化，集成運(yùn)放的理想化參數(shù)為：①開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au0=∞②差模輸入電阻ri=∞③輸出電阻r0=0④共模抑制比KCMR=∞3.理想集成運(yùn)放及其傳輸特性集成運(yùn)放的電壓傳輸特性理想特性＋U0Mui(mV)0u0(V)線性區(qū)實(shí)際特性－U0M根據(jù)集成運(yùn)放的實(shí)際特性和理想特性，可分別畫出其相應(yīng)的電壓傳輸特性。集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系飽和區(qū)

可以看出，當(dāng)集成運(yùn)放工作在線性區(qū)(+U0M~－U0M)時(shí)，其實(shí)際特性與理想特性非常接近；由于集成運(yùn)放的電壓放大倍數(shù)相當(dāng)高，即使輸入電壓很小，也足以讓運(yùn)放工作在飽和狀態(tài)，使輸出電壓保持穩(wěn)定。集成運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)由可知，理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)，輸出電壓U0與輸入電壓Ui之間是線性放大關(guān)系。因Au0=∞，所以可導(dǎo)出運(yùn)放工作在線性區(qū)差模輸入電壓等于零，說(shuō)明，即理想運(yùn)放的兩個(gè)輸入端電位相等。兩點(diǎn)等電位相當(dāng)于短路。理想運(yùn)放的兩個(gè)輸入端并沒(méi)有真正短接，但卻具有短接的現(xiàn)象稱為“虛短”。又由于理想運(yùn)放的差模輸入電阻ri=∞，所以可近似地認(rèn)為兩個(gè)輸入端均無(wú)電流流入。這種現(xiàn)象稱為“虛斷”?！疤摱獭焙汀疤摂唷笔沁\(yùn)放工作在線性區(qū)的兩個(gè)重要結(jié)論。

集成運(yùn)放由哪幾部分組成？各部分的主要作用是什么？工作在線性區(qū)的理想運(yùn)放有哪兩條重要結(jié)論？試說(shuō)明其概念？你能說(shuō)明理想運(yùn)放的特點(diǎn)是什么嗎？檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果

集成運(yùn)放的應(yīng)用分為線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用兩大類。1.集成運(yùn)放的線性應(yīng)用負(fù)號(hào)說(shuō)明輸入輸出反相由“虛斷”可推出：i2=0，因此u+=“地”由圖可知所以u(píng)+u－i1if∞＋＋－uiu0R2R1RFi2可得根據(jù)“虛短”又可推出：u－=u+=0整理后可得輸出與輸入的比例值6.3.2集成運(yùn)放的應(yīng)用(1)反相比例運(yùn)算電路反相比例運(yùn)算電路中，R2是平衡電阻，其值應(yīng)選擇符合(2)同相比例運(yùn)算電路由“虛斷”可推出：i2=0，因此u+=ui由圖可知所以u(píng)+u－i1if∞＋＋－uiu0R2R1RFi2可得根據(jù)“虛短”又可推出：u－=u+=ui整理后可得輸出與輸入的比例值顯然同相比例運(yùn)算電路的輸出必然大于輸入。為提高電路的對(duì)稱性，與反相比例運(yùn)算電路相同，R2=R1//RF(3)反相加法運(yùn)算電路反相電路存在“虛地”現(xiàn)象，因此因?yàn)榭傻胾－=u+=“地”將各電流代入如果整理上式可得若再有則實(shí)現(xiàn)了反相求和運(yùn)算u+u－∞＋＋－u0RPR3RFui1R2R1ui2ui3i1i2i3if(4)差分減法運(yùn)算電路u+u－i1if∞＋＋－ui1u0R1RFi2ui2R2R3若R2=R3，則因?yàn)椴淮嬖凇疤摰亍爆F(xiàn)象所以整理得若R1=RF，則實(shí)現(xiàn)了輸出對(duì)輸入的減法運(yùn)算。(5)基本微分運(yùn)算電路微分電路也存在“虛地”現(xiàn)象，即可知u－=u+=“地”

微分電路可用于波形變換，將矩形波變換成尖脈沖；且u0與ui相位反相因?yàn)樗噪娐穼?shí)現(xiàn)了輸出電壓正比于輸入電壓對(duì)時(shí)間的微分。式中的比例常數(shù)RFC1稱為電路的時(shí)間常數(shù)為保證電路的平衡，RF=R2uit0u0t0u+u－i1if∞＋＋－uiu0C1RFuCif∞＋＋－u0RFR2(6)基本積分運(yùn)算電路u+u－i1if∞＋＋－uiu0if∞＋＋－u0R1R2積分電路也存在“虛地”現(xiàn)象，即可知u－=u+=“地”因?yàn)閷1代入u0表達(dá)式得電路實(shí)現(xiàn)了輸出電壓正比于輸入電壓對(duì)時(shí)間的積分。式中的比例常數(shù)R1C1稱為電路的時(shí)間常數(shù)。RF反相比例運(yùn)放中的偏置電阻用電容代替即為積分電路CF所以2.集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)的特點(diǎn)①集成運(yùn)放應(yīng)用在非線性電路時(shí)，處于開環(huán)或正反饋狀態(tài)下。②非線性運(yùn)用狀態(tài)下，U+≠U－，“虛短”概念不再成立。當(dāng)同相輸入端信號(hào)電壓U＋大于反相輸入端信號(hào)電壓U－時(shí)，輸出端電壓U0=＋UOM，當(dāng)U＋小于U－時(shí)，輸出端電壓U0=－UOM。③非線性應(yīng)用下的運(yùn)放雖然同相輸入端和反相輸入端信號(hào)電壓不等，但由于其輸入電阻很大，所以輸入端的信號(hào)電流仍可視為零值。因此，非線性應(yīng)用下的運(yùn)放仍然具有“虛斷”的特點(diǎn)。④非線性區(qū)的運(yùn)放，輸出電阻仍可以認(rèn)為是零值。此時(shí)運(yùn)放的輸出量與輸入量之間為非線性關(guān)系，輸出端信號(hào)電壓或?yàn)檎柡椭担驗(yàn)樨?fù)飽和值。集成運(yùn)放工作于非線性區(qū)的顯著特點(diǎn)就是運(yùn)行在開環(huán)或正反饋狀態(tài)下；因運(yùn)放的開環(huán)電壓放大倍數(shù)Au極高，所以只要輸入一個(gè)很小的信號(hào)電壓，即可使運(yùn)放進(jìn)入非線性區(qū)。運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)，輸入和輸出不成線性關(guān)系。i1∞＋＋－uiR1URR2u0(1)單門限電壓比較器單門限電壓比較器只有一個(gè)門限電平，當(dāng)輸入電壓達(dá)到此門限值時(shí)，輸出狀態(tài)立即發(fā)生跳變。電壓比較器廣泛應(yīng)用于模/數(shù)接口、電平檢測(cè)及波形變換等領(lǐng)域中。uiu00＋U0M－U0MUR門限電平值電壓比較器應(yīng)用實(shí)例利用電壓比較器可以把正弦波變換成方波。UR=0∞＋＋－uiu0由于門限電壓等于0，因此為過(guò)零電壓比較器。ui0tu00t＋UCM－UCM輸入電壓只要到達(dá)門限電壓值，輸出電壓即可發(fā)生跳變。3、何謂“虛地”？何謂“虛短”？何謂“虛斷”？“虛地”端是否可以真的接地？1、你能畫出電壓比較器的電路圖和說(shuō)明滯回比較器的電壓傳輸特性嗎？2、舉例說(shuō)明理想集成運(yùn)放兩條重要結(jié)論在運(yùn)放電路分析中的作用？檢驗(yàn)學(xué)習(xí)結(jié)果檢驗(yàn)題解答1利用理想集成運(yùn)放“虛斷”和“虛短”兩個(gè)重要結(jié)論，無(wú)論是運(yùn)放的線性分析還是非線性分析，都帶來(lái)很大方便。例如反相比例運(yùn)算電路的分析：由“虛斷”可推出：i2=0，因此u+=“地”由圖可知所以u(píng)+u－i1ifi2可得根據(jù)“虛短”又可推出：u－=u+=0整理后可得輸出與輸入的比例值∞＋＋－uiu0R2R1RF檢驗(yàn)題解答3u0U－U＋∞＋＋－Ri=∞ii=0虛斷運(yùn)放近似符合理想條件即：Ri≈∞虛短u0輸出電壓u0為有限值。運(yùn)放近似符合理想條件。即：Au≈∞，“虛地”是指并未真正接地，但具有“地”的電位。虛地點(diǎn)若真的接地，電路結(jié)構(gòu)將發(fā)生變化，因此不行。U－U＋∞＋＋－負(fù)反饋放大電路6.4.1反饋的概念6.4.2反饋的極性與類型6.4反饋的基本概念(FeedBack)反饋的概念反饋

—

將電路的輸出量(電壓或電流)的部分或全部，通過(guò)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(guò)程。2.

信號(hào)的兩種流向正向傳輸：輸入輸出反向傳輸：輸出輸入—

開環(huán)—

閉環(huán)輸入輸出

放大電路

反饋網(wǎng)絡(luò)輸入回路輸出回路+C1RS+ui–ReRb+VCCC2RL+us–+uo–++uid

–

Re介于輸入輸出回路，有反饋。反饋使

uid減小，為負(fù)反饋。既有直流反饋，又有交流反饋。例如：反饋的極性與類型1.正反饋和負(fù)反饋正反饋—

反饋使凈輸入電量增加，使輸出量增大。負(fù)反饋—反饋使凈輸入電量減小，使輸出量減小。判斷法：瞬時(shí)極性法輸入信號(hào)和反饋信號(hào)在不同端子引入，兩者極性相同為負(fù)反饋，極性相反為正反饋。當(dāng)輸入信號(hào)和反饋信號(hào)在同一節(jié)點(diǎn)引入時(shí)，兩者極性相同為正反饋，極性相反為負(fù)反饋。正反饋負(fù)反饋二、直流反饋和交流反饋直流反饋

—

直流信號(hào)的反饋。交流反饋

—

交流信號(hào)的反饋。直流反饋無(wú)反饋交直流反饋交流反饋直流負(fù)反饋的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)；交流負(fù)反饋能改善放大電路動(dòng)態(tài)性能。三、電壓反饋和電流反饋電壓反饋

—

反饋信號(hào)取自輸出電壓。

負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電壓。判別法：使uo=0(RL短路)，若反饋消失為電壓反饋。電流反饋

—

反饋信號(hào)取自輸出電流。

負(fù)反饋穩(wěn)定輸出電流判別法：使io=0(RL開路)，若反饋消失為電流反饋。AFRLuo電壓反饋電流反饋iouoFARLio四、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)以電壓相比較的形式在輸入端出現(xiàn)。uid

=

ui

uf特點(diǎn)：反饋信號(hào)和輸入信號(hào)在不同節(jié)點(diǎn)引入。并聯(lián)反饋：反饋信號(hào)與輸入信號(hào)以電流相比較的形式在輸入端出現(xiàn)。iid

=

ii

if特點(diǎn)：反饋信號(hào)和輸入信號(hào)在同一節(jié)點(diǎn)引入。AFiiifisiidRSRSAFuiuidufusRS+us–[例1]+C1+ui–ReRb+VCCC2RL+uo–++uid

–

+uf–RL

uo

uf

uid

uo

穩(wěn)定了輸出電壓，為電壓反饋。反饋信號(hào)和輸入信號(hào)在不同節(jié)點(diǎn)引入，為串聯(lián)反饋。[例2]電壓串聯(lián)正反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋反饋組態(tài)判斷1反饋組態(tài)判斷2[例3]1.兩個(gè)反饋都是負(fù)反饋。2.Rf1引入電壓反饋；

Rf2引入電流反饋。反饋消失反饋仍存在3.Rf1引入串聯(lián)反饋；

Rf2引入并聯(lián)反饋。

io

if

iid

io

Rf1所引反饋的作用：Rf1所引反饋穩(wěn)定了輸出電流。Rf2所引反饋穩(wěn)定了輸出電壓。電壓串聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋6.3.2負(fù)反饋放大電路的方框圖及增益分析方法一、負(fù)反饋放大電路的方框圖A基本放大電路F+–比較環(huán)節(jié)反饋網(wǎng)絡(luò)

Xi—輸入信號(hào)(Ii或Ui)...Xid—

凈輸入信號(hào)(Iid或Uid)...Xo—輸出信號(hào)(Io或Uo)...Xf—

反饋信號(hào)(If或Uf)...開環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)二、負(fù)反饋放大電路增益的一般表達(dá)式AF+–AF

—

環(huán)路放大倍數(shù)1

+

AF—反饋深度三、負(fù)反饋對(duì)放大電路的影響1、提高增益的穩(wěn)定性Af的相對(duì)變化量A的相對(duì)變化量例如，1+

AF

=

101，dA/A

=

10%則，dAf/Af

=（10

%）1010.1

%放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高了100倍。2、減少非線性失真uf加入負(fù)反饋無(wú)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減少非線性失真3、擴(kuò)展通頻帶BW無(wú)反饋時(shí)：BW=