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文檔簡介
1、模擬電子技術(shù)教學(xué)指導(dǎo)模擬電子技術(shù)是理工科電子信息工程專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課,該課程不僅具有自身的理論體系且是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程 。本課程的任務(wù)是使學(xué)生獲得的模擬電子技術(shù)基本理論、基本知識和技能,培養(yǎng)學(xué)生分析問題和解決問題的能力,為學(xué)習(xí)自動控制系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)原理等課程,以及電子技術(shù)及電路在專業(yè)中的應(yīng)用打好基礎(chǔ)。第1章 常用半導(dǎo)體器件【本章教學(xué)目的和要求】基本要求:了解半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識,通過講述管子的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和載流子的運(yùn)動,使學(xué)生更好地理解管子的外部特性,了解選用器件的原則。掌握半導(dǎo)體二極管、晶體管和場效應(yīng)管的工作原理、特性曲線和主要參數(shù)。重點(diǎn):從使用的角度出發(fā)掌握半導(dǎo)體二極管、晶體管和場效應(yīng)管
2、的外部特性和主要參數(shù)。難點(diǎn):半導(dǎo)體二極管、三極管及場效應(yīng)管的工作原理?!窘虒W(xué)內(nèi)容】1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識一、導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體 導(dǎo)體:銅、鐵、鋁等具有良好導(dǎo)電能力的物質(zhì)。主要特點(diǎn):原子核最外層有可以自由移動的自由電子。 絕緣體: 沒有導(dǎo)電能力的物質(zhì)。如:紙、木材等。 半導(dǎo)體:導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間。典型的半導(dǎo)體材料有硅和鍺。 主要特點(diǎn):原子核最外層有四個(gè)價(jià)電子,原子核對其束縛力較強(qiáng),常溫下不能自由移動。二、本征半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性本征半導(dǎo)體是指完全純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。本征半導(dǎo)體在環(huán)境溫度升高或受到光照時(shí)產(chǎn)生本征激發(fā),形成自由電子和空穴。電子帶負(fù)電,空穴帶正電。自由電子和空穴都能導(dǎo)電
3、,稱為載流子。本征激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和空穴成對出現(xiàn),數(shù)量相等,數(shù)量的多少取決于環(huán)境溫度的高低,所以半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能極易受外界因素的影響。三、 雜質(zhì)半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體: 在硅(鍺)中摻入 5 價(jià)元素(磷、砷等)。自由電子為多數(shù)載流子,而空穴為少數(shù)載流子,主要靠自由電子導(dǎo)電。 P型半導(dǎo)體:在硅(鍺)中摻入 3 價(jià)元素(硼、銦等)??昭槎鄶?shù)載流子,而自由電子為少數(shù)載流子,主要靠空穴導(dǎo)電。注意:N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體對外均不顯電性。四、 PN結(jié)1. PN結(jié)的形成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體接觸后,存在電子與空穴的濃度差,多數(shù)載流子擴(kuò)散逐漸加寬空間電荷層,形成逐漸增強(qiáng)并阻礙多子擴(kuò)散、阻礙空間電荷層加寬的內(nèi)電
4、場。二者最終達(dá)到動態(tài)平衡,空間電荷層相對穩(wěn)定。 PN結(jié)的特性:PN具有單向?qū)щ娦浴?PN結(jié)方程及伏安特性曲線PN結(jié)方程: 其中,為反向飽和電流,為溫度電壓當(dāng)量。圖1.1.10 PN結(jié)的伏安特性曲線 伏安特性曲線為:為反向擊穿電壓。1.2 半導(dǎo)體二極管一、 二極管的結(jié)構(gòu)和類型將一個(gè)PN結(jié)加上電極引線、管殼密封即制成一個(gè)二極管。類型:分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩種。前者工作頻率高、電流?。缓笳吖ぷ黝l率低、電流較大。二、 二極管的伏安特性二極管的伏安特性是指二極管兩端的電壓與通過二極管的電流之間的關(guān)系曲線。(1)正向特性:要使二極管正向?qū)?,外加正向電壓必須大于死區(qū)電壓,硅管:約0.5V;鍺管:約0.1
5、V。二極管正向?qū)ê?,其正向壓降基本不變,硅管:約0.7V;鍺管:約0.3V。(2)反向特性:二極管外加反向電壓時(shí),產(chǎn)生很小的反向電流,反向電流的大小易受外界因素的影響。當(dāng)反向電壓大于某一數(shù)值后,二極管被反向擊穿,易損壞。三 、二極管的主要參數(shù)二極管的主要參數(shù)有:最大整流電流、最高反向工作電壓、最大反向電流、最高工作頻率。二極管可應(yīng)用于整流、檢波、鉗位、限幅、開關(guān)以及元件保護(hù)等各種電路。四 、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是一種用特殊工藝制成的面接觸型硅二極管,雜質(zhì)濃度較大,空間電荷區(qū)密度大,容易形成強(qiáng)電場。它與一般二極管的區(qū)別是:其反向擊穿可逆。1. 穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓性能:在反向擊穿狀態(tài)下,流過管子的
6、電流在一定范圍內(nèi)變化時(shí),管子兩端的電壓變化很小,利用這一特性可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。故穩(wěn)壓二極管的正常工作狀態(tài)是反向擊穿狀態(tài)。 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)有:穩(wěn)定電壓、穩(wěn)定電流、額定功耗、動態(tài)電阻等。穩(wěn)壓二極管主要應(yīng)用于穩(wěn)壓電源和限幅電路中。1.3 雙極型晶體管一、 晶體管的結(jié)構(gòu)和類型晶體管有發(fā)射極e、基極b、集電極c三個(gè)電極,發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個(gè)結(jié),發(fā)射區(qū)、集電區(qū)、基區(qū)三個(gè)區(qū)。按結(jié)構(gòu)不同,分NPN型和PNP型兩種類型。按材料不同,可分為鍺管和硅管兩大類。鍺管多為NPN型,鍺管多為PNP型。按工作頻率,可分為高頻管和低頻管。按功率,可分為大功率管,小功率管和中功率管。二、 晶體管電流放大作用晶體管電流放大作用是指
7、以較小的基極電流控制獲得較大的集電極電流。三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下,通過載流子傳輸體現(xiàn)出來的。外部條件:發(fā)射結(jié)正向偏置,集電結(jié)反向偏置。內(nèi)部載流子的傳輸過程:發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射載流子;集電區(qū)收集載流子;基區(qū)傳送和控制載流子的擴(kuò)散與復(fù)合。三、 晶體管的共射特性曲線1. 輸入特性曲線輸入特性曲線是指晶體管的集、射極間電壓一定時(shí),基極電流與基、射極間電壓之間的關(guān)系曲線。一般硅管死區(qū)電壓約為0.5V,鍺管為0.2V;正常導(dǎo)通后,硅管的約為0.7V,鍺管約為0.3V。2. 輸出特性曲線三極管的輸出特性是一族曲線。應(yīng)掌握以下幾點(diǎn):放大區(qū):發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏。具有恒流特性,即近似為常數(shù)。
8、截止區(qū):的區(qū)域。此時(shí),發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏,無放大能力。飽和區(qū):發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏。此時(shí),IC與IB不符合線性關(guān)系。晶體管工作在放大區(qū),具有電流放大作用;工作在截止區(qū)和飽和區(qū),相當(dāng)于開關(guān)的斷開和接通。四、 晶體管的主要參數(shù)1電流放大系數(shù)2. 集、基極反向飽和電流,受溫度影響較大,是影響管子工作特性的主要因素。集電極、發(fā)射極間反向電流即穿透電流,受溫度影響較大,也是影響管子工作特性的主要因素。3. 幾個(gè)極限參數(shù):集電極最大允許電流;集、射間反向擊穿電壓;集電極最大允許功耗。五、 溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響1溫度對的影響:溫度越高,越大。2. 溫度對輸入特性的影響:當(dāng)溫度升高時(shí),正向特性將左移
9、。3. 溫度對輸出特性的影響:當(dāng)溫度升高時(shí),集電極電流增大,曲線之間的間距增大,即增大。1.4 場效應(yīng)管(FET) 場效應(yīng)管是利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件,它僅靠半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子導(dǎo)電,又稱單極型晶體管。場效應(yīng)管分結(jié)型和絕緣柵型兩種不同結(jié)構(gòu)。一、 結(jié)型場效應(yīng)管(JEFT)1 結(jié)構(gòu)及類型結(jié)型場效應(yīng)管有兩種類型:N溝道和P溝道,分別引出三個(gè)電極為:柵極g、漏極d和源極s。2 工作原理和特性曲線 以N溝道JFET為例。(1)工作原理:柵源之間加控制電壓,當(dāng)時(shí),幾乎僅僅決定于,而與無關(guān),故稱場效應(yīng)管為電壓控制的器件。(2)特性曲線:輸出特性曲線描述當(dāng)柵源電壓為常量時(shí),漏極
10、電流與漏源電壓之間的函數(shù)關(guān)系,場效應(yīng)管的輸出特性曲線也是一族曲線。應(yīng)掌握三個(gè)工作區(qū)特點(diǎn):可變電阻區(qū):當(dāng)時(shí),D、S間相當(dāng)于一可變電阻R,當(dāng)增大時(shí),R減小。恒流區(qū):當(dāng)時(shí),變化,幾乎不變。夾斷區(qū):當(dāng)時(shí),。二、 絕緣柵型場效應(yīng)管(MOS管)1結(jié)構(gòu)及類型絕緣柵場效應(yīng)管有兩種類型:N溝道和P溝道,分別引出三個(gè)電極為:柵極g、漏極d和源極s。絕緣柵場效應(yīng)晶體管又分為耗盡型的和增強(qiáng)型的。絕緣柵場效應(yīng)管,又稱為金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管,簡稱MOS管。2工作原理和特性曲線增強(qiáng)型MOS管在為零時(shí),無導(dǎo)電溝道。管子有一臨界開啟電壓,只有當(dāng)柵、源之間電壓大于時(shí),管子才能導(dǎo)通。耗盡型MOS管在為零時(shí),已有導(dǎo)電溝道。管子有
11、一臨界夾斷電壓,當(dāng)柵、源之間電壓大于時(shí),管子才能導(dǎo)通。2工作原理和特性曲線絕緣柵場效應(yīng)管的工作原理和特性曲線參考結(jié)型場效應(yīng)管掌握,注意兩種不同類型(耗盡型的和增強(qiáng)型)絕緣柵場效應(yīng)管的區(qū)別。三、 場效應(yīng)晶體管的主要參數(shù)(一)直流參數(shù)1 開啟電壓:它是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù);2 夾斷電壓:它是耗盡型MOS管的參數(shù)和結(jié)型場效應(yīng)管的參數(shù);3 飽和漏極電流():是耗盡型MOS管的參數(shù)和結(jié)型場效應(yīng)管的參數(shù), 增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)。(二)交流參數(shù)1 低頻跨導(dǎo):表示對的控制作用;(三)極限參數(shù)1 漏源擊穿電壓2 最大耗散功率3 最大漏極電流四、 場效應(yīng)管與雙極型晶體管比較(1)場效應(yīng)管是電壓控制器件,而雙極型晶
12、體管是電流控制器件;(2)場效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電,故溫度穩(wěn)定性好,而雙極型晶體管機(jī)有多子又有少子參與導(dǎo)電,故受溫度影響較大;(3)場效應(yīng)管的漏極和源極可以互換使用,而雙極型晶體管的發(fā)射極和集電極不可以互換使用。(4)場效應(yīng)管集成度高,且種類多,組成電路更加靈活;(5)場效應(yīng)管使用和存放時(shí)應(yīng)注意靜電屏蔽,焊接時(shí)電烙鐵應(yīng)接地良好等。第2章 基本放大電路【本章教學(xué)目的和要求】基本要求:了解放大電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性及穩(wěn)定方法,掌握放大的概念、放大電路的主要指標(biāo)參數(shù)、基本放大電路和放大電路的分析方法,包括共射、共集、共基、共源、共漏放大電路的組成、工作原理和靜動態(tài)分析。能正確分析放大電路的輸出波
13、形和產(chǎn)生截止失真、飽和失真的原因。重點(diǎn):共射、共集、共基、共源、共漏放大電路的組成、工作原理和靜動態(tài)分析。難點(diǎn):有源元件對能量的控制作用,有關(guān)放大、動態(tài)和靜態(tài)、等效電路等概念的建立,電路能否放大的判斷,各種基本放大電路的失真分析等等,而上述問題對于學(xué)好本課程至關(guān)重要。此外,由于場效應(yīng)管種類繁多,初學(xué)者對場效應(yīng)管放大電路的分析更覺困難。【教學(xué)內(nèi)容】2.1 什么是放大(含課本2.1和2.2節(jié))一、 放大的概念1(電子)放大的對象:差異或變化量;2(電子)放大的本質(zhì):能量的轉(zhuǎn)換和控制作用;3(電子)放大的核心元件:有源器件(例:晶體管或場效應(yīng)管);4(電子)放大的基本特征:功率放大;5(電子)放大的
14、前提:不失真。二、 放大電路的性能指標(biāo)放大電路的性能指標(biāo)指的是反映放大電路放大性能的指標(biāo)。有三種類型的性能指標(biāo):(一) 對應(yīng)于一個(gè)頻率一定(中頻),幅值一定信號輸入時(shí)的性能指標(biāo)。(放大倍數(shù),輸入電阻,輸出電阻等)(二) 對應(yīng)于幅值不變而頻率改變的信號輸入時(shí)的性能指標(biāo)。(通頻帶,上限頻率,下限頻率等)(三) 對應(yīng)于頻率不變而幅值改變信號輸入時(shí)的性能指標(biāo)。(最大輸出幅值,最大輸出功率與效率,非線性失真等)本章主要學(xué)習(xí)第一類性能指標(biāo)。(一) 放大倍數(shù):衡量放大能力的指標(biāo) (電壓放大倍數(shù)) (電流放大倍數(shù)) (電壓對電流放大倍數(shù),也稱互阻放大倍數(shù))(電流對電壓放大倍數(shù),也稱互導(dǎo)放大倍數(shù)) 輸入電阻:從
15、放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻。(輸入電阻等于輸入電壓有效值與輸入電流有效值之比) 輸出電阻:從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻。 (令輸入信號為0,在輸出端加電壓UO,則輸出電阻即為輸出電壓與產(chǎn)生的輸出電流的比值。)三、放大電路的特點(diǎn) 電路特征:電路中交直流并存; 電量特征:電路中交流參數(shù)直流參數(shù)并存;四、放大電路組成原則 必須有合適的直流電源,保證放大管處于放大狀態(tài); 電阻取值得當(dāng),使放大管有合適的靜態(tài)參數(shù)(靜態(tài)工作點(diǎn)); 輸入信號必須能作用于放大管的輸入回路; 放大后的輸出信號能作用于負(fù)載。(綜上,一個(gè)放大電路能正常放大,必須有合適的交直流通路。)五、相關(guān)概念解釋: 直流通路將交流信號置0
16、,電容視為開路后的放大電路稱為直流通路。 靜態(tài)工作點(diǎn)及其求法靜態(tài)工作點(diǎn)可以用靜態(tài)工作狀態(tài)時(shí)、和 的數(shù)值表示,在輸出特性曲線上習(xí)慣上用Q表示。畫出放大電路的直流通路,所求的參數(shù)即為靜態(tài)工作點(diǎn)。注意事項(xiàng):靜態(tài)分析時(shí)各個(gè)電量的書寫必須用大寫字母和大寫下標(biāo)表示。 交流通路將直流電源置0,電容視為短路后的放大電路稱為交流通路。動態(tài)參數(shù)(放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻等)要用交流通路來求解。2.2 放大器的分析方法(課本2.3)一、 圖解法圖解法就是利用晶體管的特性曲線,通過作圖來分析放大電路性能的方法。(一)靜態(tài)分析1. 直流負(fù)載線和靜態(tài)工作點(diǎn)先畫出直流通路,并由基極直流通路估算基極電流,然后在輸出特性曲
17、線上作出直流負(fù)載線,則直流負(fù)載線與基極電流曲線的交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn)Q,從而找出對應(yīng)的和。 電路參數(shù)對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響若增大,直流負(fù)載線變平坦,Q點(diǎn)左移,易進(jìn)入飽和區(qū);若增大,減小,Q點(diǎn)下移,易進(jìn)入截止區(qū);若增大,直流負(fù)載線向左平移,易進(jìn)入截止區(qū);若增大,間距變大,向飽和區(qū)移動。(二)動態(tài)分析 交流負(fù)載線畫出交流通路,求出輸出回路中與的關(guān)系曲線,即為交流負(fù)載線。 用圖解法進(jìn)行動態(tài)分析動態(tài)分析主要是研究交流信號在電路中的傳輸情況,確定輸出信號的大小、相位關(guān)系及動態(tài)性能參數(shù),如放大倍數(shù)、輸入輸出電阻和失真程度等。(1)將疊加在上,畫出的波形;(2)由管子的輸入特性和的變化曲線,畫出的波形;(3)由的
18、波形,利用輸出特性和交流負(fù)載線,畫出和的波形。其中波形的交流分量就是輸出電壓的波形。(4)從輸入、輸出電壓波形圖上可知和的相位關(guān)系、動態(tài)范圍、失真情況等,并可測得,求得電壓放大倍數(shù):。晶體管截止而產(chǎn)生的失真為截止失真,應(yīng)提高靜態(tài)工作點(diǎn);晶體管飽和而產(chǎn)生的失真為飽和失真,應(yīng)降低靜態(tài)工作點(diǎn)。 交流負(fù)載線與直流負(fù)載線的關(guān)系對于放大電路與負(fù)載直接耦合的情況,直流負(fù)載線與交流負(fù)載線是同一條直線;對于阻容耦合的情況,只有在空載情況下,兩條直線才合二為一。 最大不失真幅度分析(1)若Q點(diǎn)一定,則?。ǎ┖椭械男≈?;(2)若要獲得最大輸出幅值,Q點(diǎn)的設(shè)置應(yīng)使()=二、 微變等效電路分析法1晶體管的微變等效模型(
19、簡化h參數(shù)等效模型)當(dāng)放大電路的輸入信號變化范圍很小時(shí),可以認(rèn)為晶體管電壓電流變化量之間的關(guān)系基本上是線性的,即晶體管可用以線性化模型來替代,該線性化模型即為它的微變等效電路。其簡化微變等效如圖2.3.14所示,其中2用微變等效電路法分析電路步驟:(1)畫出直流通路,求靜態(tài)工作點(diǎn);(2)求;(3)畫出交流通路;(4)畫出微變等效電路,求交流參數(shù)(放大倍數(shù),輸入電阻,輸出電阻等)。3微變法分析放大電路實(shí)例:(1)直接耦合單管共射電路的分析;(2)阻容耦合單管共射電路的分析;(3)靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路的分析;(4)基本共集放大電路的分析;(5)基本共基放大電路的分析。4三種組態(tài)放大電路性能比較:(1
20、)共射放大電路既能放大電壓又能放大電流,輸入電阻居中,輸出電阻較大,頻帶較窄。輸入電阻與負(fù)載無關(guān),輸出電阻與信號源無關(guān)。常作為低頻電壓放大電路的單元電路。(2)共集電路只能放大電流不能放大電壓,是三種接法中輸入電阻最大、輸出電阻最小的電路,并具有電壓跟隨的特點(diǎn)。且輸入電阻與負(fù)載有關(guān),輸出電阻與信號源內(nèi)阻有關(guān),常用于電壓放大電路的輸入級和輸出級,在功率放大電路中也常采用射極跟隨的形式。(3)共基電路只能放大電壓不能放大電流,輸入電阻小,電壓放大倍數(shù)和輸出電阻與共射電路相當(dāng),頻率特性最好。且輸入電阻與負(fù)載有關(guān),輸出電阻與信號源無關(guān)。2.4 晶體管基本放大電路的派生電路(課本2.6)一、復(fù)合管概念
21、特點(diǎn):(1)電流放大系數(shù)近似等于各管的乘積,使電流放大系數(shù)大大增加;(2)輸入電阻大大改善:一種是輸入電阻大大增加,另一種是輸入電阻近似與第一只管相同;(3)復(fù)合管的類型與第一只管類型相同。 應(yīng)用:在運(yùn)放、功放電路中常用。 組成原則:(1)在正確的外加電壓下,每只管子的各極電流均有合適的通路,切都工作在放大區(qū);(2)將第一只管子的集電極或發(fā)射極電流作為第二只管子的基極電流;二、復(fù)合管實(shí)際電路分析實(shí)例2.5 場效應(yīng)管放大電路(課本2.7)一、場效應(yīng)管放大電路組成原則 必須有合適的直流偏置,既必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn); 、的極性與大小必須保證場效應(yīng)管工作在恒流區(qū); 有正確的輸入輸出回路,既交流通路
22、必須合理,保證輸入信號加到FET的輸入端,輸出信號送到FET的負(fù)載端。二、場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法場效應(yīng)管的靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置,主要是指G、S間偏置電壓的設(shè)置,的偏置方式主要有如下幾種: 固定式偏置電路適用于所有類型的FET; 自給偏壓電路(自偏壓電路)適用于JFET和耗盡型MOS管; 零偏壓電路適用于耗盡型MOS管; 分壓式偏置電路適用于所有類型的FET。三、場效應(yīng)管放大電路的三種接法場效應(yīng)管的三個(gè)電極源極、柵極和漏極與晶體管的三個(gè)極發(fā)射極、基極和集電極相對應(yīng),因此在組成放大電路時(shí),也有三種接法:即共源放大電路、共漏放大電路和共柵放大電路。共柵放大電路很少使用,要求掌握共源放大電路
23、和共漏放大電路的分析方法。四、場效應(yīng)管放大電路的分析(一)靜態(tài)分析針對二中所涉及的靜態(tài)偏置方式,畫出直流通路(畫法與晶體管放大電路相同),求出三個(gè)靜態(tài)參數(shù):、和。(二)動態(tài)分析微變等效電路分析法1場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型場效應(yīng)管的低頻小信號模型與晶體管的h參數(shù)等效模型相似,場效應(yīng)管也可看成是一個(gè)兩端口網(wǎng)絡(luò),柵極與源極之間看成輸入端口,漏極與源極之間看成輸出端口,并認(rèn)為柵極電流為0,柵-源之間只有電壓存在,從而獲得場效應(yīng)管的低頻小信號模型(如圖2.7.6所示)圖中,一般為已知,若不知,可根據(jù)具體場效應(yīng)管類型,用如下公式計(jì)算: 或2場效應(yīng)管放大電路分析步驟(1)畫出直流通路,求靜態(tài)工作點(diǎn);(2
24、)畫出交流通路;(3)將場效應(yīng)管用其小信號模型代替,得出微變等效電路;(4)求放大倍數(shù),輸入及輸出電阻。2場效應(yīng)管放大電路分析實(shí)例講解并掌握共源放大電路和共漏放大電路的分析方法 放大器的高頻特性放大器的高頻特性主要源于放大器中并聯(lián)支路的電容。共射極放大器的高頻信號下的等效電路見圖。其高頻特性的波特圖見圖。第三章 多級放大電路【本章教學(xué)目的和要求】基本要求:了解各種多級放大電路的耦合方式及特點(diǎn),掌握由基本放大電路為單元電路組成的多級放大電路的耦合方式及分析方法,以及組成直接耦合多級放大電路的輸入級差分放大電路和輸出級互補(bǔ)電路的結(jié)構(gòu)和工作原理。掌握各種耦合方式的優(yōu)缺點(diǎn),能夠正確估算多級放大電路的交
25、流參數(shù)。重點(diǎn):多級放大電路的耦合方式及其特點(diǎn),多級放大電路的動態(tài)參數(shù)與組成它的各級電路的關(guān)系;差分放大電路的工作原理和靜態(tài)工作點(diǎn)、差模放大倍數(shù)、共模放大倍數(shù)、共模抑制比、輸入電阻、輸出電阻的分析和估算。難點(diǎn):組成多級放大電路的各級電路的輸入電阻和輸出電阻對多級放大電路動態(tài)參數(shù)的影響,單端輸出差分放大電路靜態(tài)和動態(tài)的分析等?!窘虒W(xué)內(nèi)容】3.1 多級放大電路特點(diǎn)及分析一、多級放大電路類型多級放大器內(nèi)部相鄰兩級之間的信號傳遞叫耦合,實(shí)現(xiàn)級間耦合的電路叫耦合電路。多級放大器的耦合方式一般有阻容耦合、變壓器耦合和直接耦合。直接耦合:將前一級的輸出直接接到后一級的輸入端;阻容耦合:將前一級的輸出通過耦合電
26、容接到后一級的輸入端; 變壓器耦合:將前一級的輸出通過變壓器耦合到后一級的輸入端;各級的工作點(diǎn)互相獨(dú)立,便于調(diào)整,只能放大交流信號,可進(jìn)行阻抗變換。光電耦合:將前一級的輸出通過光電器件耦合到后一級的輸入端。二、各種類型優(yōu)缺點(diǎn)比較直接耦合放大電路:靜態(tài)工作點(diǎn)不獨(dú)立,有溫漂;能放大變化緩慢或直流信號;利于集成化;應(yīng)用越來越廣泛。阻容耦合放大電路:靜態(tài)工作點(diǎn)獨(dú)立,溫漂;不能放大變化緩慢或直流信號;不利于集成化;應(yīng)用不廣泛。三、多級放大電路的分析方法1靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算:對阻容耦合放大電路,因各級靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立,故可獨(dú)立計(jì)算各級靜態(tài)值;對直接耦合放大電路,因各級靜態(tài)工作點(diǎn)不獨(dú)立,故計(jì)算各級靜態(tài)值較復(fù)雜
27、,較少計(jì)算靜態(tài)值。2 動態(tài)分析:多級放大電路交流通路框圖如圖3.2.1所示圖3.2.1 多級放大電路方框圖1 電壓放大倍數(shù):注意:求每一級的放大倍數(shù)時(shí),要將后一級的輸入電阻作為前一級的負(fù)載電阻。2 輸入電阻: 即輸入電阻等于第一級的輸入電阻 。3 輸出電阻:注意:當(dāng)共集放大電路作為輸入級時(shí),它的輸入電阻與其負(fù)載,即第二級的輸入電阻有關(guān);而當(dāng)共集放大電路作為輸出級(即最后一級)時(shí),它的輸出電阻與其信號源內(nèi)阻,即倒數(shù)第二級的輸出電阻有關(guān)。4當(dāng)多級放大電路的輸出波形產(chǎn)生失真時(shí),應(yīng)首先確定是哪一級先出現(xiàn)的失真,然后再判斷失真的類型。3.2 直接耦合放大電路(課本3.3)一、直接耦合放大電路的特點(diǎn)及溫漂
28、現(xiàn)象1特點(diǎn):(1)既能放大交流信號,又能放大直流或緩慢變化的信號;(2)便于集成化;(3)估算靜態(tài)工作點(diǎn)和調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)麻煩,有溫漂。2零點(diǎn)漂移(溫漂)的概念(1)現(xiàn)象:輸入信號時(shí),輸出電壓。即當(dāng)無輸入信號時(shí),輸出端卻存在一個(gè)忽大忽小,忽快忽慢的不規(guī)則信號輸出。(2)產(chǎn)生原因:由于溫度變化引起晶體管參數(shù)變化,從而使晶體管的工作點(diǎn)產(chǎn)生緩慢不規(guī)則的變化,被逐級放大后使輸出端產(chǎn)生一個(gè)漂移電壓,直接耦合級數(shù)越多,漂移越嚴(yán)重,有時(shí)漂移電壓會完全掩蓋住有用信號輸出。所以改善第一級尤為重要。二、抑制溫漂的措施1采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ǎ豪脽崦粼淼窒糯蠊苡捎跍囟茸兓鸬钠疲?采用靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路:穩(wěn)
29、定;3輸入級采用差分放大電路:利用特性相同的管子,使它們的溫漂完全抵消。這是最有效的消除溫漂的方法。三、差分放大電路1典型差分放大電路結(jié)構(gòu):差分放大器的典型電路如圖,它由兩個(gè)結(jié)構(gòu)完全對稱的單管放大器組成,外接電阻一一對稱相等,兩輸入端、兩輸出端。抑制零漂的原理:溫度升高時(shí),雖然每只管子的零漂并未減少,但由于電路對稱,兩管各自的零漂電壓在輸出端可互相抵消,因而使零漂被抑制掉。電路的對稱性越好,對零漂的抑制能力越強(qiáng)。2差分放大電路的幾個(gè)重要概念:設(shè)差分放大電路兩個(gè)輸入端所加的信號分別為,(1)共模輸入信號:加在兩個(gè)輸入端大小相等極性相同的一對輸入信號; (2)差模輸入信號:放大電路連個(gè)輸入信號的差
30、:加在每個(gè)輸入端的差模信號:大小相等極性相反的一對輸入信號; 每個(gè)輸入端的輸入信號(對地)均可寫為該端差模輸入信號與共模輸入信號之和。 (3)差模放大倍數(shù): (4)共模放大倍數(shù): (5)共模抑制比:,用對數(shù)表示為: dB。共模抑制比反映對差模信號的放大能力和對共模信號的抑制能力。四、差分放大電路的分析差分放大電路有四種接法:雙端輸入、雙端輸出;雙端輸入、單端輸出;單端輸入、雙端輸出;單端輸入、單端輸出。(一) 典型電路分析1 雙端輸入、雙端輸出電路的分析;2 雙端輸入、單端輸出電路的分析。(二) 差分放大電路小結(jié)1 四種接法輸入電阻均為;2 、與輸出方式有關(guān)。五、改進(jìn)型差分放大電路的分析1帶恒
31、流源電路(如圖3.3.13):恒流源對輸入共模信號,相當(dāng)于開路;對差模輸入信號,E點(diǎn)相當(dāng)于接地;對靜態(tài),若恒流源電流為I,則2帶恒流源及帶調(diào)零措施的電路(如圖3.3.14):恒流源電路在實(shí)際電路中,難以做到參數(shù)理想對稱,常在兩只管子的發(fā)射極之間接一阻值較小的電阻起調(diào)零作用。第四章 集成運(yùn)算放大器【本章教學(xué)目的和要求】基本要求:了解集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、種類,重點(diǎn)理解集成運(yùn)放內(nèi)部元件很好的一致性所帶來其電路結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),掌握電路組成、主要性能指標(biāo)及使用方法等。重點(diǎn):運(yùn)放的基本組成部分及各部分的作用、基本電流源的組成和工作原理、集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)及運(yùn)放的合理選擇與使用。難點(diǎn):運(yùn)放的內(nèi)部電路及集成運(yùn)
32、放的讀圖,但不是重點(diǎn)?!窘虒W(xué)內(nèi)容】集成電路:將整個(gè)電路的各個(gè)元件做在同一個(gè)半導(dǎo)體基片上。集成電路按功能不同,可分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路。在模擬集成電路中,集成運(yùn)算放大器是應(yīng)用最為廣泛的器件。集成運(yùn)算放大器簡稱集成運(yùn)放,實(shí)質(zhì)是一個(gè)多級直接耦合高電壓放大倍數(shù)的放大器。一、集成運(yùn)放的電路組成及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)集成運(yùn)放的內(nèi)部電路包括輸入級、偏置級、中間級和輸出級四部分。以通用型集成運(yùn)放F007為例,對各部分功能進(jìn)行分析。F007的電路原理圖見圖。1 輸入級:由差分放大器組成,具有共模抑制比很高、輸入電阻很大的特點(diǎn),使零漂在輸入級得到有效地抑制。2 偏置電路:多采用恒流源電路,用來降低各管靜態(tài)電流以降低靜
33、態(tài)功耗、減少溫升。3 中間級:可由多級放大器組成直接耦合的共射(或共源)放大電路,而且為了提高電壓放大倍數(shù),經(jīng)常采用復(fù)合管做放大管,以恒流源做負(fù)載。其電壓放大倍數(shù)可達(dá)千倍以上。4 輸出級:多采用互補(bǔ)對稱輸出電路,以減小輸出電阻,提高帶負(fù)載能力,減小非線性失真,獲得較寬的輸出電壓范圍。二、集成運(yùn)放的性能指標(biāo)1 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)無外加反饋回路的差模放大倍數(shù),常用分貝(dB)表示。這個(gè)值越大越好,理想運(yùn)放的為。2 共模抑制比常用分貝作單位,一般100dB上下。3 輸入失調(diào)電壓及其溫漂值越小越好,應(yīng)為mV數(shù)量級;值也是越小越好。3 輸入失調(diào)電流 及其溫漂值越小越好,應(yīng)為A數(shù)量級;值也是越小越好。4
34、 輸入偏置電流它是衡量對管輸入電流絕對值大小的標(biāo)志,值越小越好,應(yīng)為A數(shù)量級。5差模輸入電阻它是衡量差分對管從差模輸入信號索取電流大小的標(biāo)志,一般為M數(shù)量級。6 輸出電阻值越小越好,一般為幾幾十。還有最大差模輸入電壓、最大共模輸入電壓、電壓幅值、帶寬、轉(zhuǎn)換速度、電源電壓抑制比等技術(shù)指標(biāo)。三、集成運(yùn)放的使用及保護(hù)1在使用前,要認(rèn)真閱讀有關(guān)手冊,辨認(rèn)管腳,以便正確連線,并用簡易測試法判斷其好壞,并且要調(diào)零;在使用時(shí)要注意采用合適的方法消除自激振蕩。2為了避免集成運(yùn)放被損壞,使用時(shí)要注意對其輸入端、輸出端和電源端進(jìn)行保護(hù)。四、集成運(yùn)放中的恒流源電路1基本電流源電路有三種基本電流源電路:鏡像電流源、比
35、例電流源及微電流源;3 改進(jìn)型電流源電路第五章 放大電路的頻率響應(yīng)【本章教學(xué)目的和要求】基本要求:了解多級放大電路頻率響應(yīng)與組成它的各級電路頻率響應(yīng)間的關(guān)系,正確理解決定防大電路頻率相應(yīng)的因素。掌握有關(guān)晶體管和場效應(yīng)管的高頻等效模型和放大電路頻率響應(yīng)的分析方法,從而使學(xué)生能夠計(jì)算放大電路中只包含一個(gè)時(shí)間常數(shù)時(shí)的下限頻率、上限頻率,并能畫出波特圖。重點(diǎn):討論影響放大電路頻率響應(yīng)的因素,求解單管共射放大電路下限頻率、上限頻率和波特圖的方法,了解多級放大電路的頻率參數(shù)與各級放大電路的頻率參數(shù)的關(guān)系。難點(diǎn):多級放大電路頻率響應(yīng)的分析與參數(shù)計(jì)算,及集成運(yùn)放的頻率響應(yīng)和頻率補(bǔ)償問題。(本章內(nèi)容可根據(jù)課時(shí)的
36、多少靈活安排講課內(nèi)容,也可作為學(xué)生的自學(xué)內(nèi)容提出學(xué)習(xí)要求)【教學(xué)內(nèi)容】5.1 頻率響應(yīng)概述一、什么是頻率響應(yīng)(頻率特性)在放大電路中,由于電抗元件(如電容、電感等)及晶體管極間電容的存在,當(dāng)輸入信號的頻率過低或過高時(shí),不但放大倍數(shù)的數(shù)值會變小,而且還將產(chǎn)生超前或滯后的相移,說明放大倍數(shù)是信號頻率的函數(shù),這種函數(shù)關(guān)系稱為頻率響應(yīng)或頻率特性。二、影響放大電路頻率響應(yīng)的因素頻段影響因素放大倍數(shù)變化情況分析方法低頻段耦合電容,旁路電容不可忽略,結(jié)電容視為開路。放大倍數(shù)下降,產(chǎn)生超前的附加相移。低頻等效電路法中頻段耦合電容,旁路內(nèi)容視為短路,結(jié)電容視為開路。放大倍數(shù)不隨頻率變化而變,只有固定相移。中頻等
37、效電路法(微變等效電路法)高頻段耦合電容,旁路內(nèi)容視為短路,結(jié)電容不可忽略。放大倍數(shù)下降,產(chǎn)生滯后的附加相移。高頻等效電路法(混合等效模型)(以單管共射電路為例)5.2 晶體管的高頻等效模型一、簡化的混合等效模型如圖5.2.2(C)所示。二、等效模型有關(guān)參數(shù)1 , 與中頻簡化微變等效模型中的相同。2求: (0為低頻段晶體管的放大倍數(shù),通常) 代入得: 3求: 式中,:集電結(jié)電容,手冊中可查得():發(fā)射結(jié)電容,(為特征頻率,手冊中給出):一般取中頻時(shí)的值,5.3 單管共射放大電路的頻率響應(yīng)(課本5.4.1)一、單管共射放大電路及等效電路:如圖5.4.1所示。二、三個(gè)頻率段的特點(diǎn)及等效電路1中頻:
38、容抗很大,視為開路,C容抗很小,視為短路中頻放大電路;2低頻:容抗很大,視為開路,C起作用低頻放大電路;3高頻:C容抗很小,視為短路,起作用高頻放大電路。(三個(gè)等效放大電路分別如圖5.4.2,5.4.3,5.4.4所示)三、三個(gè)頻率段放大電路的放大倍數(shù)1中頻電壓放大倍數(shù):;2低頻電壓放大倍數(shù): 式中,3高頻電壓放大倍數(shù):式中, 是所在回路的時(shí)間常數(shù)。4全頻段電壓放大倍數(shù):四、波特圖當(dāng)時(shí), 中頻段;當(dāng)時(shí), 低頻段;當(dāng)時(shí), 高頻段。據(jù)上分析,得單管共射放大電路的波特圖如圖5.4.5所示。5.5 多級放大電路的頻率響應(yīng)一、多級放大電路電壓放大倍數(shù)估算一、多級放大電路頻率特性1 對數(shù)幅頻特性和相頻特性
39、表達(dá)式為:2上下限截止頻率估算:(1)上限截止頻率:若,則隨著級數(shù)的增加,上限頻率降低。(2)下限截止頻率:若,則隨著級數(shù)的增加,下限頻率升高。(3)若某級的上限頻率遠(yuǎn)低于其它各級的上限頻率,則認(rèn)為; 若某級的下限頻率遠(yuǎn)高于其它各級的上限頻率,則認(rèn)為。第六章 放大電路中的反饋【本章教學(xué)目的和要求】基本要求:了解負(fù)反饋放大電路穩(wěn)定性的判斷方法和自激振蕩的消除方法,正確理解負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)在不同反饋組態(tài)下的物理意義,掌握反饋的基本概念、負(fù)反饋放大電路的方塊圖及一般表達(dá)式、反饋類型的判斷方法、各種反饋對放大電路的影響及引入適當(dāng)反饋類型的方法、深度負(fù)反饋條件下放大倍數(shù)的估算。重點(diǎn):本章的重點(diǎn)內(nèi)容
40、可以歸納為八個(gè)字:會判、會算、會引、會調(diào)。會判,指會判斷電路中的反饋類型;會算,指會估算深負(fù)反饋下電路的放大倍數(shù);會引,指會根據(jù)要求引進(jìn)適當(dāng)?shù)姆答侇愋?;會調(diào),指會調(diào)節(jié)電路參數(shù)以消除自激振蕩。難點(diǎn):反饋概念的建立、反饋的判斷、反饋網(wǎng)絡(luò)的確定、穩(wěn)定性的判斷。【教學(xué)內(nèi)容】6.1 反饋的基本概念與反饋組態(tài)及判斷方法(課本6.1 ,6.2)一、反饋的基本概念與反饋組態(tài)1什么是反饋:將放大電路輸出端的信號(電壓或電流)的一部分或全部按一定的方式(經(jīng)過一定回路)引回到輸入端,來影響輸入量的一種連接方式,稱為反饋。2帶有反饋的放大電路的電路特征:(1)有從輸入到輸出的放大通路;(2)有從輸出到輸入的回路;或輸
41、入輸出回路有公共元件同時(shí)影響輸入量和輸出量。有反饋的放大電路稱為閉環(huán)放大電路;無反饋的放大電路稱為開環(huán)放大電路。3 反饋的類型(1)直流反饋與交流反饋只存在于直流通路中的反饋稱為直流反饋;只存在于交流通路中的反饋稱為交流反饋;在交直流通路中都存在的反饋稱為交直流反饋。(2)電壓反饋與電流反饋若反饋信號取自輸出電壓信號,則稱為電壓反饋;若反饋信號取自輸出電流信號,則稱為電流反饋。(3)串聯(lián)反饋與并聯(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。(4)正反饋與負(fù)反饋若反饋信號使凈輸入信號減弱,就稱為負(fù)反饋
42、;若反饋信號使凈輸入信號加強(qiáng),就稱為正反饋。綜上,有四種具體反饋類型:電壓串聯(lián)反饋,電壓并聯(lián)反饋,電流串聯(lián)反饋,電流并聯(lián)反饋。二、反饋組態(tài)(類型)的判斷方法1根據(jù)電路特征,判有無反饋,并找出反饋元件;2交流、支流反饋的判別;3電壓反饋、電流反饋的判別根據(jù)輸出端情況判別方法:輸出短路法。令,若反饋信號仍能作用于輸入端, 則為電流反饋;否則為電壓反饋。4串聯(lián)、并聯(lián)反饋的判別判別方法:(1)短路法:把輸入信號置0,若反饋不復(fù)存在,則為并聯(lián)反饋,否則為串聯(lián)反饋。(2)同相法:對運(yùn)放電路,若反饋信號與輸入信號加在運(yùn)放的同一相上,為并聯(lián)反饋,否則為串聯(lián)反饋;對晶體管或場效應(yīng)管電路,若反饋信號與輸入信號加在
43、輸入端的同一極上,為并聯(lián)反饋,否則,為串聯(lián)反饋。5反饋極性的判別瞬時(shí)極性法:先假定輸入信號處于某一瞬時(shí)極性,然后判斷出輸出電路中其它有關(guān)各點(diǎn)信號的瞬時(shí)極性,最后看反饋信號是增強(qiáng)(正反饋)還是削弱(負(fù)反饋)了原輸入信號。簡易法:對串聯(lián)反饋,若反饋信號的瞬時(shí)極性與輸入信號的瞬時(shí)極性相同,為負(fù)反饋,否則,為正反饋;并聯(lián)反饋則正好相反。6.3 負(fù)反饋放大電路的方塊圖及一般表達(dá)式一、負(fù)反饋放大電路的簡易方塊圖圖6.3.1 負(fù)反饋放大電路的方框圖對及地說明:負(fù)反饋放大電路的基本放大電路放大倍數(shù),是在斷開反饋且考慮了反饋網(wǎng)絡(luò)負(fù)載效應(yīng)的情況下所構(gòu)成放大電路的放大倍數(shù);反饋網(wǎng)絡(luò)指與反饋系數(shù)有關(guān)的所有器件所構(gòu)成的
44、網(wǎng)絡(luò)。二、四種負(fù)反饋組態(tài)、表達(dá)式1電壓串聯(lián)負(fù)反饋: 2電壓并聯(lián)負(fù)反饋: 3電流串聯(lián)負(fù)反饋: 4電流并聯(lián)負(fù)反饋: 四種不同的負(fù)反饋放大電路中,、的物理意義及量綱均不同,但四種組態(tài)下,均無量綱。三、負(fù)反饋放大電路一般表達(dá)式及有關(guān)概念1. 負(fù)反饋放大器的放大倍數(shù)負(fù)反饋放大器的放大倍數(shù)為: 。式中,稱為反饋深度,的值越大,則負(fù)反饋越深。在中頻段,、均為實(shí)數(shù),故2. 幾個(gè)概念(1)若1+AF1,則AfA,引入的是負(fù)反饋;(2)若1+AF1,則AfA,引入的是正反饋;(3)若1+AF»1,則引入的是深度負(fù)反饋;(4)若1+AF=0,則Af為無窮大,電路產(chǎn)生自激振蕩。6.4 深度負(fù)反饋放大電路放大
45、倍數(shù)的分析一、深度負(fù)反饋放大電路的特征、實(shí)質(zhì)1特征:根據(jù), 當(dāng) 時(shí),為深度負(fù)反饋,此時(shí)有:在反饋網(wǎng)絡(luò)參數(shù)已確定后,數(shù)值越大,反饋越深,的近似程度越好,這是深負(fù)反饋電路的一個(gè)明顯特征。據(jù)此可得:(1)所有運(yùn)放組成基本放大電路的負(fù)反饋放大電路,均可視為深負(fù)反饋電路;(2)兩級以上的多級放大電路,當(dāng)引入級間反饋時(shí),也可視為深負(fù)反饋電路。(3)單級放大電路,除特殊說明外,一般不視為深負(fù)反饋電路。2實(shí)質(zhì): 深負(fù)反饋時(shí),有,即 有 即:即深負(fù)反饋的實(shí)質(zhì)是:在近似分析中,凈輸入量可以忽略。對串聯(lián)反饋,對并聯(lián)反饋,二、深度負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)估算1利用 步驟:(1)判反饋類型;(2)求;(3)對電壓串聯(lián)反饋
46、: ,對電壓并聯(lián)反饋:,對電流串聯(lián)反饋:,對電流并聯(lián)反饋:, 本方法缺點(diǎn):不一定是,除電壓串聯(lián)反饋外,其余三種反饋均須轉(zhuǎn)換。2利用及對于串聯(lián)反饋,利用,找,從而求出;對于并聯(lián)反饋,利用,找 則:,從而求出。三、例題分析課本P2706.5負(fù)反饋對放大電路性能的影響一、負(fù)反饋對放大電路各種性能參數(shù)的影響1減小放大倍數(shù);2提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性;3展寬通頻帶4減小非線性失真5改變輸入電阻和輸出電阻串聯(lián)反饋增大輸入電阻,并聯(lián)反饋減小輸入電阻;電壓反饋減小輸出電阻,電流反饋增大輸出電阻。減小或增大的倍數(shù)均為(1+AF)倍。 二、放大電路中引入負(fù)反饋類型的原則1若要穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn),應(yīng)引入直流負(fù)反饋;若要改善
47、動態(tài)性能,應(yīng)引入交流負(fù)反饋;2根據(jù)信號源的性質(zhì)決定引入串聯(lián)還是并聯(lián)負(fù)反饋:當(dāng)信號源為恒壓源或內(nèi)阻較小的電壓源時(shí),為增大放大電路的輸入電阻,以減小信號源的輸出電流和內(nèi)阻上的壓降,應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋;當(dāng)信號源為恒流源或內(nèi)阻較大的電壓源時(shí),為減小放大電路的輸入電阻,使電路獲得更大的輸入電流,應(yīng)引入并聯(lián)負(fù)反饋;3當(dāng)負(fù)載需要穩(wěn)定的電壓信號時(shí),應(yīng)引入電壓負(fù)反饋;當(dāng)負(fù)載需要穩(wěn)定的電流信號時(shí),應(yīng)引入電流負(fù)反饋;4根據(jù)四種反饋組態(tài)的功能,若將電壓信號轉(zhuǎn)換成電壓信號,應(yīng)引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋;若將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號,應(yīng)引入電流串聯(lián)負(fù)反饋;若將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號,應(yīng)引入電壓并聯(lián)負(fù)反饋;若將電流信號轉(zhuǎn)換成電流信號,
48、應(yīng)引入電流并聯(lián)負(fù)反饋;5若要求提高帶負(fù)載能力,就需減小輸出電阻,應(yīng)引入電壓負(fù)反饋。第七章 信號的運(yùn)算和處理【本章教學(xué)目的和要求】基本要求:了解運(yùn)放構(gòu)成的微分、乘除、對數(shù)和指數(shù)電路的工作原理及運(yùn)算關(guān)系,正確理解各種濾波電路的工作原理和主要性能,掌握理想運(yùn)放的特點(diǎn)、基本運(yùn)算電路和有源濾波電路的分析。重點(diǎn):掌握比例、加減、微分積分運(yùn)算電路的工作原理和運(yùn)算關(guān)系,利用“虛短”和“虛斷”的概念分析各種運(yùn)算電路輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系;模擬乘法器的應(yīng)用;濾波的有關(guān)概念,有源濾波電路的識別,各種濾波電路的用途及它們幅頻特性的定性分析。難點(diǎn):本章的難點(diǎn)內(nèi)容是有源濾波電路的識別,對數(shù)、指數(shù)運(yùn)算電路和有源濾波電路的
49、定性分析?!窘虒W(xué)內(nèi)容】7.1 理想運(yùn)放的基本概念一、理想運(yùn)放的性能指標(biāo)二、 理想運(yùn)放的線性區(qū)與非線性區(qū)(1)線性區(qū)線性區(qū)內(nèi)輸出電壓與差模輸入電壓成線性關(guān)系,即。 對理想運(yùn)放,可有以下兩條結(jié)論:第一, 同相輸入端電位等于反相輸入端電位,即“虛短”。第二, 輸入電流等于零,即“虛斷”。以上兩個(gè)特點(diǎn)是分析集成運(yùn)算放大電路的重要依據(jù)。(3)非線性區(qū)運(yùn)放組成的電路處于非線性狀態(tài),輸出與輸入的關(guān)系是非線性函數(shù)。對理想運(yùn)放,可有以下兩條結(jié)論:第一, 輸入電壓與可以不等,輸出電壓非正飽和即負(fù)飽和,不再滿足“虛短”。第二, 輸入電流等于零,滿足“虛斷”。7.2 基本運(yùn)算電路當(dāng)集成運(yùn)放引入適當(dāng)?shù)呢?fù)反饋后,即可工作
50、在線性區(qū)。根據(jù)引入的負(fù)反饋類型,可實(shí)現(xiàn)各種不同運(yùn)算。分析理想運(yùn)放運(yùn)算電路的思路:(1)確定uP:對同相端列KCL方程;(2)確定uN:利用uP=uN;(3)求uO:對反相端列KCL方程。一、 比例運(yùn)算電路1反相比例運(yùn)算(課本P313圖7.2.1)閉環(huán)電壓放大倍數(shù):當(dāng)時(shí):(反相器)平衡電阻:特點(diǎn):(1)輸入電阻等于,較??;(2)輸出電阻很?。ㄒ腚妷贺?fù)反饋),近似為0;(3)存在虛地:;(4)共模輸入為0,對共模抑制比要求低。2同相比例運(yùn)算(課本P315圖7.2.3)閉環(huán)電壓放大倍數(shù):當(dāng)或時(shí),(電壓跟隨器)。平衡電阻: 特點(diǎn):(1)輸入電阻等于,很大;(2)輸出電阻很?。ㄒ腚妷贺?fù)反饋),近似為
51、0;(3)不存在虛地:;(4)共模輸入不為0,對共模抑制比要求高。二、 加減運(yùn)算電路1反相加法運(yùn)算(課本P318圖7.2.7)平衡電阻:。調(diào)節(jié)反相加法電路的某一路信號的輸入電阻,不影響輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系,調(diào)節(jié)方便。實(shí)際應(yīng)用時(shí)可適當(dāng)增加或減少輸入端的個(gè)數(shù),以適應(yīng)不同的需要。2同相加法運(yùn)算(課本P318圖7.2.9), 其中。故同相加法電路的各輸入信號的放大倍數(shù)互相影響,不能單獨(dú)調(diào)整。3單運(yùn)放加減運(yùn)算(課本P320圖7.2.10) (前提: ) 此電路優(yōu)點(diǎn)是元件少,成本低,但阻值計(jì)算及調(diào)節(jié)均不方便,且對每個(gè)信號源,輸入電阻都較小,對信號源要求較高。4雙運(yùn)放加減運(yùn)算電路(課本p321圖7.
52、2.13)若滿足:,則對兩個(gè)輸入端,均可認(rèn)為輸入電阻為無窮大。三 、積分、微分運(yùn)算1積分運(yùn)算(課本p322圖7.2.16)在求解到時(shí)間段的積分值時(shí),2微分運(yùn)算(課本p323圖7.2.18)7.3 模擬乘法器及其應(yīng)用一、 模擬乘法器功能、符號理想模擬乘法器條件:;為常數(shù);電路無失調(diào)噪聲。模擬乘法器輸出:,為乘積系數(shù)。二、 模擬乘法器四個(gè)象限單象限模擬乘法器:、均限定于某一種極性;兩象限模擬乘法器:、中有一個(gè)限定于某一種極性,另一個(gè)可正可負(fù);四象限模擬乘法器:、均可正可負(fù)。二、 模擬乘法器在運(yùn)算電路中的應(yīng)用模擬乘法器可實(shí)現(xiàn)乘方運(yùn)算,立方運(yùn)算,除法運(yùn)算,開方運(yùn)算,開立方運(yùn)算等,在組成這些運(yùn)算電路時(shí),
53、需構(gòu)成負(fù)反饋電路。(各種運(yùn)算電路的分析見課本7.3.3節(jié))7.4 有源濾波器一、濾波電路的基礎(chǔ)知識1濾波的概念及種類(1)濾波的概念:對于信號的頻率具有選擇性的電路稱為濾波電路,其功能是使特定頻率范圍內(nèi)的信號順利通過,而阻止其它信號通過。(2)濾波的種類按工作頻率分為:低通濾波器(LPF)、高通濾波器(HPF)、帶通濾波器(BPF)、帶阻濾波器(BEF)、全通濾波器(APF)。按組成濾波電路的元件分:無源濾波器、有源濾波器。(3)各種濾波電路的理想幅頻特性(課本P346圖7.4.1)2濾波電路的實(shí)際幅頻特性及有關(guān)參數(shù):放大電路的電壓增益,;,傳遞函數(shù)。:通帶電壓增益(通帶中輸出電壓與輸入電壓之
54、比); 對LPF,為時(shí)的電壓增益;對HPF,為時(shí)的電壓增益。:時(shí)的頻率,稱為截止頻率。4 有源濾波電路的特點(diǎn)(1)由于使用有源器件,信號在無源元件中的損失可以在有源元件中得到補(bǔ)充,因此,可以用損耗較大而體積較小的電阻來代替無源濾波器中的電感。這不僅可以使濾波器的體積和重量大大減小,而且可以避免電感元件的非線性、磁場干擾、制造成本高、參數(shù)調(diào)整困難等缺點(diǎn)。(2)運(yùn)放具有差模放大倍數(shù)高、輸入電阻大、輸出電阻低和高穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),為有源濾波器的設(shè)計(jì)提供了方便。由運(yùn)放、電阻、電容構(gòu)成的有源濾波器,可使濾波范圍達(dá)HZ,具有較好的穩(wěn)定性。(3)有源濾波器的頻率精度高,一般可達(dá),頻率的穩(wěn)定性好,可以達(dá)到,上述指標(biāo)無源濾波器難以達(dá)到。(4)有運(yùn)放構(gòu)成的有源濾波器,在高頻使用時(shí)受到運(yùn)放本身帶寬的限制,一般只能工作在幾十KHZ范圍內(nèi)。二、低通濾波器1一階低通濾波電路(1)電路形式:同相輸入、反相輸入、的一階低通濾波器。(2)電路分析步驟
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