模擬電路緒論

1、電子技術(shù)基礎(chǔ)電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分模擬部分傳感器壓力壓力1壓力壓力2溫度溫度1溫度溫度2.放大濾波疊加組合數(shù)模轉(zhuǎn)換電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路計算機數(shù)據(jù)處理.驅(qū)動電路.驅(qū)動電路驅(qū)動電路驅(qū)動電路傳感器傳感器傳感器執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)執(zhí)行機構(gòu)模擬電子技術(shù)數(shù)字信號處理模擬電子技術(shù)壓力壓力1壓力壓力2溫度溫度1溫度溫度2.壓力壓力1壓力壓力2溫度溫度1溫度溫度2.傳感器傳感器.傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器傳感器.放大放大濾波濾波疊加疊加組合組合數(shù)數(shù)模模轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換電電路路模模數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換電電路路計計算算機機數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)處處理理.驅(qū)動驅(qū)動電路電路.驅(qū)動驅(qū)動電路電路驅(qū)動驅(qū)動電路電路驅(qū)動驅(qū)動電路電路.執(zhí)行執(zhí)行機構(gòu)機構(gòu)執(zhí)行執(zhí)

2、行機構(gòu)機構(gòu)執(zhí)行執(zhí)行機構(gòu)機構(gòu)執(zhí)行執(zhí)行機構(gòu)機構(gòu)模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)數(shù)字信數(shù)字信號處理號處理模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)電子系統(tǒng)電子系統(tǒng)A/DD/A三極管三極管二極管二極管分立元件電路分立元件電路集成電路集成電路第一章緒論第一章緒論放大電路基礎(chǔ)放大電路基礎(chǔ)放大電路的基本知識放大電路的基本知識 放大放大是最基本的模擬信號處理功能,它是通過放大電路實現(xiàn)的，大多數(shù)模擬電子系統(tǒng)中都應(yīng)用了不同類型的放大電路。放大電路也是構(gòu)成其他模擬電路，如濾波、振蕩、穩(wěn)壓等功能電路的基本單元電路。實例：實例：1 1、話筒和揚聲器組成的擴音系統(tǒng)。、話筒和揚聲器組成的擴音系統(tǒng)。 2 2、醫(yī)院心電圖檢測（、醫(yī)院心電圖檢測（ECGE

3、CG）。）。放大電路至少應(yīng)滿足：放大電路至少應(yīng)滿足： 能將微弱的電信號增強到人們所需要的數(shù)值。能將微弱的電信號增強到人們所需要的數(shù)值。 放大后的信號波形與放大前的波形的形狀相同或基本相同放大后的信號波形與放大前的波形的形狀相同或基本相同 。光控報警器電路光控報警器電路R：光敏電阻，其阻值與照射到其表面的光強成反比。：光敏電阻，其阻值與照射到其表面的光強成反比。VT1，VT2：三極管，放大元件。：三極管，放大元件。HA：蜂鳴器，一種信號提示設(shè)備，基于壓電原理制成。鳴響頻率在：蜂鳴器，一種信號提示設(shè)備，基于壓電原理制成。鳴響頻率在200HZ3KHZ。 用來檢測外部物理信號的傳感器所輸出的電信號通常

4、是很微弱的。所以必須將信號加以放大才能對其進行進一步處理。1.2.1 1.2.1 模擬信號放大模擬信號放大模擬信號模擬信號是幅值和時間都連續(xù)的信號幅值和時間都連續(xù)的信號。如：直流（DC）、交流(AC)一類的信號。模擬電路模擬電路：處理模擬信號的電子電路。 放大電路+_.Vi+_.Vs+_.VoRsRLIoIi.放大電路的一般符號如下圖iVVAV0iIIAI0iGVAI0電壓放大電壓放大電流放大電流放大互阻放大互阻放大互導(dǎo)放大互導(dǎo)放大電壓增益電壓增益電流增益電流增益互阻增益互阻增益互導(dǎo)增益互導(dǎo)增益iRIAV0信號源信號源負載負載雙口網(wǎng)絡(luò)雙口網(wǎng)絡(luò)在實際應(yīng)用中，在實際應(yīng)用中，根據(jù)放大電路輸根據(jù)放大電

5、路輸入信號（電流或入信號（電流或電壓信號）的條電壓信號）的條件和對輸出信號件和對輸出信號（電流或電壓信（電流或電壓信號）的要求，放號）的要求，放大電路分四種：大電路分四種：n 定理：對于一個不含獨立電源、僅含電阻和受控源的一端口，其端口輸入定理：對于一個不含獨立電源、僅含電阻和受控源的一端口，其端口輸入電壓和輸入電流的比值為一個常量，這個比值就定義為該一端口的輸入電阻或電壓和輸入電流的比值為一個常量，這個比值就定義為該一端口的輸入電阻或等效電阻。所以等效電阻。所以這類一端口可以用一個電阻支路等效置換這類一端口可以用一個電阻支路等效置換。n 對于一個既含獨立電源又含電阻和受控源的一端口，它的等效

6、電路對于一個既含獨立電源又含電阻和受控源的一端口，它的等效電路是什么？是什么？戴維南定理戴維南定理：一個含獨立電源、線性電阻和受控源的一端口，對外電路來：一個含獨立電源、線性電阻和受控源的一端口，對外電路來說，可以說，可以用一個電壓源和電阻的串聯(lián)組合等效置換用一個電壓源和電阻的串聯(lián)組合等效置換。此電壓源的電壓等于。此電壓源的電壓等于一端口的開路電壓，電阻等于一端口的全部獨立電源置零后的輸入電阻。一端口的開路電壓，電阻等于一端口的全部獨立電源置零后的輸入電阻。諾頓定理諾頓定理：一個含獨立電源、線性電阻和受控源的一端口，對外電路來說，：一個含獨立電源、線性電阻和受控源的一端口，對外電路來說，可以用

7、可以用一個電流源和電導(dǎo)的并聯(lián)組合等效置換。一個電流源和電導(dǎo)的并聯(lián)組合等效置換。此電流源的電流等于該一端此電流源的電流等于該一端口的短路電流，電導(dǎo)等于一端口的全部獨立電源置零后的輸入電導(dǎo)?？诘亩搪冯娏鳎妼?dǎo)等于一端口的全部獨立電源置零后的輸入電導(dǎo)。放大電路建模知識：放大電路建模知識：1.1.電壓放大電路：電壓放大電路：.iVoVAV +_.Vs+_.Vi+_. AvoVi.+_.VoRsRiRLRo.VA電壓增益電壓增益電壓放大電路模型電壓放大電路模型 電壓放大電路適用于信號源內(nèi)阻電壓放大電路適用于信號源內(nèi)阻R RS S較小且負載電阻較小且負載電阻R RL L較大的場合。較大的場合。輸出開路（輸

8、出開路（RL= ）時的電壓增益時的電壓增益000RRRAVVALLViVR0 = 0iSiSiRRRVVRi = 當當RiRS時，才能減小信號的衰減。時，才能減小信號的衰減。R0 應(yīng)盡量應(yīng)盡量 RL，以減小信號的衰減。，以減小信號的衰減。3.互阻放大電路互阻放大電路:.iROIAV.Is+_.AROIi.RsRiIi.+_.VoRLRo.RA互阻增益互阻增益oLLiRooRRRIAV.ROA輸出開路輸出開路(R(RL L= =) )時的互阻增益時的互阻增益n 在理想狀態(tài)，互阻放大電路要求輸入電阻在理想狀態(tài)，互阻放大電路要求輸入電阻Ri=0且輸出電阻且輸出電阻Ro=0?；プ璺糯箅娐纺Ｐ突プ璺糯箅?/p>

9、路模型4.4.互導(dǎo)放大電路互導(dǎo)放大電路: :.iGOVAI+_.Vs.AGSVi.RsRiRLRoIo.Vi+_.GA互導(dǎo)增益互導(dǎo)增益OLOiGSORRRVAI.n 在理想狀態(tài)，互導(dǎo)放大電路要求輸入電阻在理想狀態(tài)，互導(dǎo)放大電路要求輸入電阻R Ri i=且輸出電阻且輸出電阻R Ro o=。.GSA輸出短路（輸出短路（R RL L=0=0）時的互導(dǎo)增益）時的互導(dǎo)增益互導(dǎo)放大電路模型互導(dǎo)放大電路模型 根據(jù)信號源的戴維寧諾頓定理戴維寧諾頓定理，上述四種電路模型相互之間可以實現(xiàn)任意轉(zhuǎn)換。 一個實際的放大電路原則上可以取四類電路模型中任意一種作為它的電路模型，但是根據(jù)信號源的性質(zhì)和負載的要求信號源的性質(zhì)和

10、負載的要求，一般只有其中一種模型在電路設(shè)計或分析中概念最明確，運用最方便。如：信號源為低電阻的電壓源，要求輸出為電壓信號時，以選用電壓放大電路模型為宜。而某種場合需要將來自高阻抗傳感器的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號時，則采用互阻放大電流模型較合適。 放大電路放大信號性能的優(yōu)劣是用它的性能指標來表示的。 一、放大倍數(shù)一、放大倍數(shù) 放大倍數(shù)表征放大電路對微弱信號的放大能力，它是輸出信號（Uo、Io、Po）比輸入信號增大的倍數(shù)，又稱增益增益。 1. 電壓增益電壓增益 放大電路的電壓增益定義為輸出電壓相量與輸入電壓相量之比，即它表示放大電路放大電壓信號的能力。.iOVVVA 1.2.3 1.2.3 放大電路

11、的主要性能指標放大電路的主要性能指標放大電路+_.Vi+_.Vs+_.VoRsRLIoIi.2 2電流增益電流增益 放大電路電流增益定義為輸出電流相量與輸入電流相量之比，即 它表示放大電路放大電流信號的能力。3 3功率增益功率增益 放大電路等效負載RL上吸收的信號功率（Po =UoIo）與輸入端的信號功率（Pi =UiIi）之比，即 定義為放大電路的功率放大倍數(shù)。.ioIIIA iuiiooioPAAIUIUPPAPiopiioiuiouAPPdBAAIIdBAAUUdBAlg10lg10)(lg20lg20)(lg20lg20)(.注意：注意： 或或 若為負，表示輸出與輸入若為負，表示輸出與

12、輸入之間的相差之間的相差180；對數(shù)增益為負表示信號；對數(shù)增益為負表示信號衰減。衰減。.VA.IA例例1：放大電路的增益為放大電路的增益為100倍，應(yīng)為多少倍，應(yīng)為多少dB？例例2：放大電路的增益為放大電路的增益為- -20dB，應(yīng)為多少倍？，應(yīng)為多少倍？在實際工作中，增益常用在實際工作中，增益常用分貝分貝表示，定義為：表示，定義為： 二、輸入電阻和輸出電阻二、輸入電阻和輸出電阻1 1輸入電阻輸入電阻 當輸入信號源加進放大電路時，放大電路對信號源所呈現(xiàn)的負載效應(yīng)。用輸入電阻Ri i來衡量，它相當于從放大電路的輸入端看進去的等效電阻。 放大電路的輸入電阻為動態(tài)電阻動態(tài)電阻，它反映了對信號源的衰減

13、程度。+_.Vs+_.Vi+_. AvoVi.+_.VoRsRiRLRo輸入電阻輸入電阻輸出電阻輸出電阻 輸入為電壓信號的放大電路，Ri 越大，輸入端的 越大。.iV 輸入為電流信號的放大電路，Ri 越小，輸入端的 越大。.iI放大電路+_.VTRLIT.Ri 當定量分析放大電路的輸入電阻Ri時，一般可假定在輸入端外加一測試電壓 ，根據(jù)放大電路內(nèi)各元件參數(shù)計算出相應(yīng)的測試電流 .TV.TI.TTiIVR 輸出電阻的測量方法之一是：將輸入信號電源短路（如是電流源開放），保留其內(nèi)阻保留其內(nèi)阻，在輸出端將負載RL取掉，且加一測試電壓VT，測出它所產(chǎn)生的電流IT，則輸出電阻的大小為 oVRIVRSLT

14、To.,放大電路+_.Vs=0+_.VTRsIT.RO2 2輸出電阻（戴維南等效電阻）輸出電阻（戴維南等效電阻） （1）對輸出為電壓信號的放大電路對輸出為電壓信號的放大電路，即電壓放大和互阻放大，Ro越小越小，負載電阻RL的變化對輸出電壓Vo影響越小。oLLiVooRRRVAV. （2）對輸出為電流信號的放大電路對輸出為電流信號的放大電路，即電流放大和互導(dǎo)放大，與受控電流源并聯(lián)的Ro愈大愈大，負載電阻RL的變化對輸出電流Io的影響愈小。 與電壓、互阻兩種放大電路相比，在供電電源電壓相同的情況下，電流、互導(dǎo)放大電路可輸出較大的電流信號，從而輸出功率PoIo2RL可能達到較大的值，同時電源供給的功

15、率也較大，通常用于電子系統(tǒng)的輸出級，可作為各種輸出物理變量變換器（揚聲器、電動機）的驅(qū)動電路。OLOiISORRRIAI. 輸出電阻的大小決定了放大電路帶負載能力帶負載能力的大小。這兩種放大電路只要負載電阻RL足夠大，信號輸出功率PoVo2 / RL一般較低，多用于信號的前置放大和中間級放大。放大器與揚聲器的阻抗匹配放大器與揚聲器的阻抗匹配信號的頻譜信號的頻譜1.1.正弦信號正弦信號常用的測試信號常用的測試信號單一頻率單一頻率2.2.方波信號方波信號傅里葉級數(shù)傅里葉級數(shù)圖中的坐標均采用對數(shù)刻度對數(shù)刻度，稱波特圖波特圖3dB3、放大電路的頻率特性、放大電路的頻率特性 由于三極管自身的頻率特性和由

16、于三極管自身的頻率特性和放大器電路中電容等元器件的放大器電路中電容等元器件的參數(shù)決定了放大器對頻率的參數(shù)決定了放大器對頻率的“敏感性敏感性”。 放大電路的頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)：指在輸入正弦信號情況下，輸出隨頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。放大電路的電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系稱為幅頻特性幅頻特性，輸出信號與輸入信號的相位差（相移）相位差（相移）與頻率之間的關(guān)系稱為相頻特性相頻特性。兩者統(tǒng)稱頻率特性頻率特性。)()()(0jVjVjAiV)()(VVAA或式中為信號的角頻率，AV()表示電壓增益的模與角頻率之間的關(guān)系。 放大電路的頻率特性中有三項性能指標放大電路的頻率特性中有三項性能指標1下限頻

17、率下限頻率 在低頻段，放大電路的電壓放大倍數(shù)降到中頻段電壓放大倍在低頻段，放大電路的電壓放大倍數(shù)降到中頻段電壓放大倍數(shù)數(shù)Avo的的0.707Avo時的頻率值叫做下限頻率時的頻率值叫做下限頻率fL，如圖所示。，如圖所示。2上限頻率上限頻率 在高頻段，放大電路的電壓放大倍數(shù)降到中頻段電壓放大倍數(shù)在高頻段，放大電路的電壓放大倍數(shù)降到中頻段電壓放大倍數(shù)Avo的的0.707Avo時的頻率值叫做上限頻率時的頻率值叫做上限頻率fH，如圖所示。，如圖所示。3通頻帶通頻帶 在頻率特性的中頻段，放大電路的各種電容對交流信號的影在頻率特性的中頻段，放大電路的各種電容對交流信號的影響均可以忽略，因此電壓放大倍數(shù)響均可

18、以忽略，因此電壓放大倍數(shù)Avo基本不變?；静蛔儭?頻率帶寬頻率帶寬BW fH fL，稱，稱BW為通頻帶。放大電路的通頻帶為通頻帶。放大電路的通頻帶越寬，即放大電路的頻率特性就越好越寬，即放大電路的頻率特性就越好頻率范圍種類 fL=0HZ直流放大器20HZ100KHZ低頻放大器100KHZ300MHZ高頻放大器300MHZ以上超高頻放大器放大器種類放大器種類放大電路的帶寬是有限，而相頻相應(yīng)也不能保持為常數(shù)。放大電路的帶寬是有限，而相頻相應(yīng)也不能保持為常數(shù)。線性放大線性放大 放大電路輸出信號中包含的信息與輸入信號完全相同，既不減少任何原有信息，也不增加任何新的信息，只改變信號幅值或功率的大小。幅值失真幅值失真：放大電路對不同頻率的信號產(chǎn)生不同 的放大增益產(chǎn)生失真相位失真相位失真：放大電路對不同頻率的信號產(chǎn)生延遲 時間不同產(chǎn)生失真幅值失真和相位失真總稱頻率失真頻率失真。線性失真線性失真線性失真的產(chǎn)生原因是由于線性失真的產(chǎn)生原因是由于放大電路的通頻帶不夠?qū)?/p>