模擬電路的課件

1、二、專(zhuān)業(yè)知識(shí)1.電子電路知識(shí)（1）模擬電路基礎(chǔ)知識(shí)及其應(yīng)用知識(shí) 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(shí)質(zhì)：用較小的信號(hào)去控制較大的信號(hào)。（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(shí)也是放大電路的能量來(lái)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(lái)調(diào)節(jié)基極偏置電流IB，使晶體管有一個(gè)合適的工作點(diǎn)，一般為幾十千歐到幾百千歐。（4）集電極負(fù)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(lái)傳

2、遞交流信號(hào)，起到耦合的作用。同時(shí)，又使放大電路和信號(hào)源及負(fù)載間直流相隔離，起隔直作用。為了減小傳遞信號(hào)的電壓損失，Cl、C2應(yīng)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(shí)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(wú)交流信號(hào)輸入時(shí)，電路中的電流、電壓都不變的狀態(tài)，靜態(tài)時(shí)三極管各極電流和電壓值稱(chēng)為靜態(tài)工作點(diǎn)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(kāi)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(xiàn)中找到對(duì)應(yīng)的曲線(xiàn)。（3）作直流負(fù)載

3、線(xiàn)。根據(jù)集電極電流IC與集、射間電壓UCE的關(guān)系式UCE=UCCICRC可畫(huà)出一條直線(xiàn)，該直線(xiàn)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(fù)載電阻RC有關(guān)，稱(chēng)為直流負(fù)載線(xiàn)。（4）求靜態(tài)工作點(diǎn)Q，并確定UCEQ、ICQ的值。晶體管的ICQ和UCEQ既要滿(mǎn)足IB=40A的輸出特性曲線(xiàn)，又要滿(mǎn)足直流負(fù)載線(xiàn)，因而晶體管必然工作在它們的交點(diǎn)Q，該點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)。由靜態(tài)工作點(diǎn)Q便可在坐標(biāo)上查得靜態(tài)值ICQ和UCEQ。2圖解法IB=40A的輸出特性曲線(xiàn)由UCE=UCCICRC所決定的直流負(fù)載線(xiàn)兩者的交點(diǎn)Q就是靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)Q點(diǎn)作水平線(xiàn)，在縱軸上的截距即為ICQ過(guò)Q點(diǎn)

4、作垂線(xiàn)，在橫軸上的截距即為ICQ3 共發(fā)射極基本放大電路的動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)是指有交流信號(hào)輸入時(shí)，電路中的電流、電壓隨輸入信號(hào)作相應(yīng)變化的狀態(tài)。由于動(dòng)態(tài)時(shí)放大電路是在直流電源UCC和交流輸入信號(hào)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(gè)分量。交流通路：（ui單獨(dú)作用下的電路）。由于電容C1、C2足夠大，容抗近似為零（相當(dāng)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(diǎn)Q。（2）根據(jù)ui在輸入特性上求uBE和iB。（3）作交流負(fù)載線(xiàn)。（4）由輸出特性曲線(xiàn)和交流負(fù)載線(xiàn)求iC和uCE。從圖解分析過(guò)程，可得出如下幾個(gè)重要結(jié)論：（1）放大器中

5、的各個(gè)量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量?jī)刹糠纸M成。（2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCEQ被隔開(kāi)，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(fù)載電阻RL越小，交流負(fù)載電阻RL也越小，交流負(fù)載線(xiàn)就越陡，使Uom減小，電壓放大倍數(shù)下降。（4）靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置得不合適，會(huì)對(duì)放大電路的性能造成影響。若Q點(diǎn)偏高，當(dāng)ib按正弦規(guī)律變化時(shí)，Q進(jìn)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(fù)半周出現(xiàn)平頂畸變，稱(chēng)為飽和失真；若Q點(diǎn)偏低，則Q進(jìn)

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

7、水平線(xiàn)，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(guān)，而與電壓uCE無(wú)關(guān)，故集電極和發(fā)射極之間可等效為一個(gè)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(dāng)RL=（開(kāi)路）時(shí)輸入電阻Ri輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號(hào)源吸取電流（輸入電流）的大小。為了減輕信號(hào)源的負(fù)擔(dān)，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(hào)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(rèn)為是較低的，并不理想。輸出電阻對(duì)于負(fù)載而言，放大器的輸出電阻Ro越小，負(fù)載電阻RL的變化對(duì)輸出電

8、壓的影響就越小，表明放大器帶負(fù)載能力越強(qiáng)，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(rèn)為是較大的，也不理想。1 集成運(yùn)算放大器的組成通常由差動(dòng)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(duì)稱(chēng)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(jí)電路提供穩(wěn)定、合適的偏置電流，決定各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)。 集成運(yùn)算放大電路集成運(yùn)放的電路符號(hào)如圖所示。它有兩個(gè)輸入端，標(biāo)“+”的輸入端稱(chēng)為同相輸入端，輸入信號(hào)由此端輸入時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相同；標(biāo)“”的輸

9、入端稱(chēng)為反相輸入端，輸入信號(hào)由此端輸入時(shí)，輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位相反。2 集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)及種類(lèi)1、集成運(yùn)放的主要參數(shù)2、集成運(yùn)放的種類(lèi)3 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)： Ado=、 rid=、 ro=0 、KCMR=、等非線(xiàn)性區(qū)（飽和區(qū)）非線(xiàn)性區(qū)分析依據(jù)：當(dāng)i0，即時(shí)，oOM當(dāng)i0，即 xi ，即反饋信號(hào)起了削弱凈輸入信號(hào)的作用，引入的是負(fù)反饋。例：判斷圖示電路的反饋極性。解：設(shè)基極輸入信號(hào)ui的瞬時(shí)極性為正，則發(fā)射極反饋信號(hào)uf的瞬時(shí)極性亦為正，發(fā)射結(jié)上實(shí)際得到的信號(hào)ube（凈輸入信號(hào)）與沒(méi)有反饋時(shí)相比減小了，即反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)的作用，故可確定為負(fù)反饋。例：判

10、斷圖示電路的反饋極性。解：設(shè)輸入信號(hào)ui瞬時(shí)極性為正，則輸出信號(hào)uo的瞬時(shí)極性為負(fù)，經(jīng)RF返送回同相輸入端，反饋信號(hào)uf的瞬時(shí)極性為負(fù)，凈輸入信號(hào)ud與沒(méi)有反饋時(shí)相比增大了，即反饋信號(hào)增強(qiáng)了輸入信號(hào)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(shè)輸入信號(hào)ui瞬時(shí)極性為正，則輸出信號(hào)uo的瞬時(shí)極性為正，經(jīng)RF返送回反相輸入端，反饋信號(hào)uf的瞬時(shí)極性為正，凈輸入信號(hào)ud與沒(méi)有反饋時(shí)相比減小了，即反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)的作用，故可確定為負(fù)反饋。3.2 反饋的類(lèi)型及其判別根據(jù)反饋信號(hào)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(hào)xf取自輸出電壓uo，xf與uo

11、成正比。電流反饋的反饋信號(hào)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(hào)消失，則為電壓反饋，否則為電流反饋。根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)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(hào)和輸入信號(hào)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(hào)和輸入信號(hào)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(gòu)判別。當(dāng)反饋信號(hào)和輸入信號(hào)接在放大電路的同一點(diǎn)（另一點(diǎn)往往是接地點(diǎn)）時(shí)，一般可判定為并聯(lián)反饋；而接在放大電路

12、的不同點(diǎn)時(shí)，一般可判定為串聯(lián)反饋。綜合以上兩種情況，可構(gòu)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(lèi)型的負(fù)反饋放大電路。1、電壓串聯(lián)負(fù)反饋設(shè)輸入信號(hào)ui瞬時(shí)極性為正，則輸出信號(hào)uo的瞬時(shí)極性為正，經(jīng)RF返送回反相輸入端，反饋信號(hào)uf的瞬時(shí)極性為正，凈輸入信號(hào)ud與沒(méi)有反饋時(shí)相比減小了，即反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)的作用，故為負(fù)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(hào)消失，故為電壓反饋。輸入信號(hào)ui加在集成運(yùn)算放大器的同相輸入端和地之間，而反饋信號(hào)uf加在集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和地之間，不在同一點(diǎn)，故為串聯(lián)反饋。uiuf2、電壓并聯(lián)負(fù)反饋設(shè)輸入信號(hào)ui（ii）瞬時(shí)

13、極性為正，則輸出信號(hào)uo的瞬時(shí)極性為負(fù)，流經(jīng)RF的電流（反饋信號(hào)）if的方向與圖示參考方向相同，即if瞬時(shí)極性為正，凈輸入信號(hào)id與沒(méi)有反饋時(shí)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(hào)消失，故為電壓反饋。輸入信號(hào)ii加在集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和地之間，而反饋信號(hào)if也加在集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和地之間，在同一點(diǎn)，故為并聯(lián)反饋。iiif小了，即反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)的作用，故為負(fù)反饋。3、電流串聯(lián)負(fù)反饋設(shè)輸入信號(hào)ui瞬時(shí)極性為正，則輸出信號(hào)uo的瞬時(shí)極性為正，經(jīng)RF返送回反相輸入端，反饋信號(hào)uf的瞬時(shí)極性為正，凈輸入信號(hào)ud與沒(méi)有反饋時(shí)相比減小了，即反饋信號(hào)削弱了

14、輸入信號(hào)的作用，故為負(fù)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(hào)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(hào)ui加在集成運(yùn)算放大器的同相輸入端和地之間，而反饋信號(hào)uf加在集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和地之間，不在同一點(diǎn)，故為串聯(lián)反饋。uiuf4、電流并聯(lián)負(fù)反饋設(shè)輸入信號(hào)ui（ii）瞬時(shí)極性為正，則輸出信號(hào)uo的瞬時(shí)極性為負(fù)，流經(jīng)RF的電流（反饋信號(hào)）if的方向與圖示參考方向相同，即if瞬時(shí)極性為正，凈輸入信號(hào)id與沒(méi)有反饋時(shí)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(hào)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(hào)ii加在集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和地之間，而反饋信號(hào)if也加在集成運(yùn)算放大器的反相輸入端和地之間，在同一點(diǎn)，故為并聯(lián)反饋。iiif小了，即反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)的作用，故為負(fù)反饋。1 自激振蕩條件起振過(guò)程：在無(wú)輸入信號(hào)（xi=0）時(shí)，電路中的噪擾電壓（如元件的熱噪聲、電路參數(shù)波動(dòng)引起的電壓、電流的變化、電源接通時(shí)引起的瞬變過(guò)程等）使放大器產(chǎn)生瞬間輸出xo，經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)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(hào)xo，如此反復(fù)。在無(wú)反饋或負(fù)反饋情況下，輸出xo會(huì)逐漸減小，直到消失。但在正反饋情況下，xo會(huì)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(shí)必須滿(mǎn)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(luò)選頻網(wǎng)絡(luò)正弦波振蕩器的分類(lèi)：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(luò)具有選頻作用。RC反饋網(wǎng)絡(luò)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(chēng)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(xiàn)性穩(wěn)壓電路和開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電路兩大類(lèi)。前者使用起來(lái)簡(jiǎn)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(fù)雜。隨著自關(guān)斷電力電子器件和電力集成電路的迅速發(fā)展，開(kāi)關(guān)電源已得到越來(lái)越

17、廣泛的應(yīng)用。1 并聯(lián)型穩(wěn)壓電路工作原理：輸入電壓Ui波動(dòng)時(shí)會(huì)引起輸出電壓Uo波動(dòng)。如Ui升高將引起隨之升高，導(dǎo)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(dāng)Ui減小時(shí)，UR相應(yīng)減小，仍可保持Uo基本不變。當(dāng)負(fù)載電流Io發(fā)生變化引起輸出電壓Uo發(fā)生變化時(shí)，同樣會(huì)引起IZ的相應(yīng)變化，使得Uo保持基本穩(wěn)定。如當(dāng)Io增大時(shí)，I和UR均會(huì)隨之增大使得Uo下降，這將導(dǎo)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(gòu)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(zhǔn)電壓。由穩(wěn)壓二極管DZ和電阻R3構(gòu)成的穩(wěn)壓電路組成，它為電路提供一個(gè)穩(wěn)定的基準(zhǔn)電壓UZ，作為調(diào)整、比較的標(biāo)準(zhǔn)。（3）比較放大環(huán)節(jié)。由V2和R4構(gòu)成的直流放大器組成，其作用是將取樣電壓UF與基準(zhǔn)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(xiàn)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(dá)到自動(dòng)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(dāng)輸入電壓Ui或輸出電流Io變化引起輸出電壓Uo增加時(shí)，取樣電壓UF相應(yīng)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(dāng)Ui或Io變化使Uo降低時(shí)，調(diào)整過(guò)程相反，UCE1將減小使Uo保持基本不變。從上述調(diào)整過(guò)程可以看出，該電路是依靠電壓負(fù)反饋來(lái)穩(wěn)定輸出電壓的。3