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文檔簡介

第二章半導(dǎo)體三極管及其放大電路2.2單管共射放大電路的工作原理2.3放大電路的圖解分析法2.4放大電路的模型分析法2.5共集和共基放大電路及BJT電流源電路2.6多級放大電路2.7BJT放大電路的頻率響應(yīng)2.1放大電路的基本概念及性能指標(biāo)第二章半導(dǎo)體三極管及其放大電路2.2單管共射放大電路的工12.1放大電路的基本概念及性能指標(biāo)

一.放大的基本概念

放大——把微弱的電信號的幅度放大。一個微弱的電信號通過放大器后,輸出電壓或電流的幅得到了放大,但它隨時間變化的規(guī)律不能變,即不失真。2.1放大電路的基本概念及性能指標(biāo)一.放大的基本概2二.放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.放大倍數(shù)——表示放大器的放大能力

根據(jù)放大電路輸入信號的條件和對輸出信號的要求,放大器可分為四種類型,所以有四種放大倍數(shù)的定義。(1)電壓放大倍數(shù)定義為:AU=uo/ui(2)電流放大倍數(shù)定義為:AI=io/ii

(3)互阻增益定義為:Ar=uo/ii(4)互導(dǎo)增益定義為:Ag=io/ui二.放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.放大倍數(shù)——表示放大器的放大能32.輸入電阻Ri——從放大電路輸入端看進去的等效電阻Ri=ui/ii一般來說,Ri越大越好。(1)Ri越大,ii就越小,從信號源索取的電流越小。(2)當(dāng)信號源有內(nèi)阻時,Ri越大,ui就越接近uS。2.輸入電阻Ri——從放大電路輸入端看進去的等效電阻Ri=43.輸出電阻Ro——從放大電路輸出端看進去的等效電阻

輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的,Ro越小,放大電路帶負(fù)載的能力越強,反之則差。

輸出電阻的定義:3.輸出電阻Ro——從放大電路輸出端看進去的等效電阻54.通頻帶fAAm0.7AmfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶:fbw=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線——幅頻特性曲線3dB帶寬4.通頻帶fAAm0.7AmfL下限截止頻率fH上限截止頻62.2單管共射放大電路的工作原理一.三極管的放大原理三極管工作在放大區(qū):發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏?!鱑CE(-△IC×Rc)放大原理:→△UBE→△IB→△IC(b△IB)電壓放大倍數(shù):→uo

ui2.2單管共射放大電路的工作原理一.三極管的放大原理→△U7放大元件iC=iB,工作在放大區(qū),要保證集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏。二.單管共射極放大電路的結(jié)構(gòu)及各元件的作用放大元件iC=iB,工作在放大區(qū),要保證集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)8各元件作用:使發(fā)射結(jié)正偏,并提供適當(dāng)?shù)撵oIB和UBE?;鶚O電源與基極電阻集電極電源,為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻RC,將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。各元件作用:使發(fā)射結(jié)正偏,并提供適當(dāng)?shù)撵oIB和UBE?;鶚O電9耦合電容:電解電容,有極性,大小為10F~50F作用:隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系,同時能使信號順利輸入輸出。++各元件作用:耦合電容:作用:隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系,同時能10基本放大電路的習(xí)慣畫法基本放大電路的習(xí)慣畫法111.靜態(tài)工作點——Ui=0時電路的工作狀態(tài)

三.靜態(tài)工作點ui=0時由于電源的存在,電路中存在一組直流量。ICIEIB+UBE-+UCE-1.靜態(tài)工作點——Ui=0時電路的工作狀態(tài)三.靜態(tài)工作12由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個點,所以稱為靜態(tài)工作點。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點?

放大電路建立正確的靜態(tài)工作點,是為了使三極管工作在線性區(qū),以保證信號不失真。由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分別對應(yīng)于輸入、13開路畫出放大電路的直流通路

2.靜態(tài)工作點的估算

將交流電壓源短路,將電容開路。直流通路的畫法:開路開路畫出放大電路的直流通路2.靜態(tài)工作點的估算14畫直流通路:Rb稱為偏置電阻,IB稱為偏置電流。用估算法分析放大器的靜態(tài)工作點(IB、UBE、IC、UCE)IC=IB畫直流通路:Rb稱為偏置電阻,IB稱為偏置電流。用估算法分析15例:用估算法計算靜態(tài)工作點。已知:VCC=12V,RC=4K,Rb=300K,=37.5。解:請注意電路中IB和IC的數(shù)量級例:用估算法計算靜態(tài)工作點。已知:VCC=12V,RC=4K16一.用圖解法分析放大器的靜態(tài)工作點UCE=VCC–ICRCVCCICUCE直流負(fù)載線由估算法求出IB,IB對應(yīng)的輸出特性與直流負(fù)載線的交點就是工作點QQIB靜態(tài)UCE靜態(tài)IC2.3放大電路的圖解分析法一.用圖解法分析放大器的靜態(tài)工作點UCE=VCC–ICR17iBuBEQuiibic1.交流放大原理(設(shè)輸出空載)假設(shè)在靜態(tài)工作點的基礎(chǔ)上,輸入一微小的正弦信號uiib靜態(tài)工作點二.用圖解法分析放大器的動態(tài)工作情況iCiCEuce注意:uce與ui反相!iBuBEQuiibic1.交流放大原理(設(shè)輸出空載)假18uiiBiCuCEuo各點波形uo比ui幅度放大且相位相反工作原理演示uiiBiCuCEuo各點波形uo比ui幅度放大且相位相反工19結(jié)論:(1)放大電路中的信號是交直流共存,可表示成:雖然交流量可正負(fù)變化,但瞬時量方向始終不變(2)輸出uo與輸入ui相比,幅度被放大了,頻率不變,但相位相反。uituBEtiBtiCtuCEtuot結(jié)論:(1)放大電路中的信號是交直流共存,可表示成:雖然交流20對交流信號(輸入信號ui)2.放大器的交流通路交流通路——分析動態(tài)工作情況交流通路的畫法:

將直流電壓源短路,將電容短路。短路短路置零對交流信號(輸入信號ui)2.放大器的交流通路交流通路——分21交流通路交流通路223.交流負(fù)載線輸出端接入負(fù)載RL:不影響Q影響動態(tài)!3.交流負(fù)載線輸出端接入負(fù)載RL:不影響Q23交流負(fù)載線ic其中:uce=-ic(RC//RL)=-ic

RL交流負(fù)載線ic其中:uce=-ic(RC//RL)24交流量ic和uce有如下關(guān)系:即:交流負(fù)載線的斜率為:uce=-ic(RC//RL)=-ic

RL或ic=(-1/RL)uce交流負(fù)載線的作法:①斜率為-1/R'L。(R'L=RL∥Rc)②經(jīng)過Q點。

交流量ic和uce有如下關(guān)系:即:交流負(fù)載線的斜率為:uce25交流負(fù)載線的作法:iCiCEVCCQIB交流負(fù)載線直流負(fù)載線①斜率為-1/R'L。(R'L=RL∥Rc)②經(jīng)過Q點。

注意:(1)交流負(fù)載線是有交流輸入信號時工作點的運動軌跡。

(2)空載時,交流負(fù)載線與直流負(fù)載線重合。交流負(fù)載線的作法:iCiCEVCCQIB交流負(fù)載線直流負(fù)載線26iCuCEuo可輸出的最大不失真信號(1)合適的靜態(tài)工作點ib4.非線性失真與Q的關(guān)系iCuCEuo可輸出的最大不失真信號(1)合適的靜態(tài)工作點i27iCuCEuo(2)Q點過低→信號進入截止區(qū)稱為截止失真信號波形iCuCEuo(2)Q點過低→信號進入截止區(qū)稱為截止失真信號28iCuCEuo(3)Q點過高→信號進入飽和區(qū)稱為飽和失真信號波形動畫演示截止失真和飽和失真統(tǒng)稱“非線性失真”EWB演示——放大器的飽和與截止失真iCuCEuo(3)Q點過高→信號進入飽和區(qū)稱為飽和失真信號292.4放大電路的交流模型分析法思路:將非線性的BJT等效成一個線性電路條件:交流小信號2.4放大電路的交流模型分析法思路:將非線性的BJT等效成301、三極管的h參數(shù)等效電路一.三極管的共射低頻h參數(shù)模型根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)理論:求變化量:在小信號情況下:1、三極管的h參數(shù)等效電路一.三極管的共射低頻h參數(shù)模型31各h參數(shù)的物理意義:iBuBEuBEiB——輸出端交流短路時的輸入電阻,用rbe表示?!斎攵碎_路時的電壓反饋系數(shù),用μr表示。iBuBEuBEuCE各h參數(shù)的物理意義:iBuBEuBEiB——輸出端交流短32iCiBiCuCE——輸出端交流短路時的電流放大系數(shù),用β表示?!斎攵碎_路時的輸出電導(dǎo),用1/rce表示。iCuCEiCuCEiCiBiCuCE——輸出端交流短路時的電流放大系數(shù),33該式可寫為:由此畫出三極管的h參數(shù)等效電路:該式可寫為:由此畫出三極管的h參數(shù)等效電路:342、簡化的h參數(shù)等效電路(1)μr<10-3,忽略。(2)rce>105,忽略。得三極管簡化的h參數(shù)等效電路。2、簡化的h參數(shù)等效電路(1)μr<10-3,忽略。(2)r353、rbe的計算:由PN結(jié)的電流公式:(常溫下)其中:rbb’=200Ω所以:3、rbe的計算:由PN結(jié)的電流公式:(常溫下)其中:rbb36二.放大器的交流分析1.畫出放大器的微變等效電路動畫演示(1)畫出放大器的交流通路(2)將交流通路中的三極管用h參數(shù)等效電路代替二.放大器的交流分析1.畫出放大器的微變等效電路動畫演372、電壓放大倍數(shù)的計算:負(fù)載電阻越小,放大倍數(shù)越小。2、電壓放大倍數(shù)的計算:負(fù)載電阻越小,放大倍數(shù)越小。38電路的輸入電阻越大,從信號源取得的電流越小,因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。3、輸入電阻的計算:根據(jù)輸入電阻的定義:電路的輸入電阻越大,從信號源取得的電流越小,因此一般總是希望39定義:當(dāng)信號源有內(nèi)阻時:由圖知:所以:定義:當(dāng)信號源有內(nèi)阻時:由圖知:所以:40所以:4、輸出電阻的計算:根據(jù)定義:0+-所以:4、輸出電阻的計算:根據(jù)定義:0+-41例2.4.1共射放大電路如圖所示。設(shè):VCC=12V,Rb=300kΩ,Rc=3kΩ,RL=3kΩ,BJT的b

=60。1、試求電路的靜態(tài)工作點Q。解:例2.4.1共射放大電路如圖所示。設(shè):VCC=12V,R422、估算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。解:畫微變等效電路Ri=rbe//Rb≈rbe=993ΩRo=Rc=3kΩ2、估算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。解:43

3.若輸出電壓的波形出現(xiàn)如下失真,是截止還是飽和失真?應(yīng)調(diào)節(jié)哪個元件?如何調(diào)節(jié)?解:為截止失真。應(yīng)減小Rb。3.若輸出電壓的波形出現(xiàn)如下失真,是截止還是飽和失44對于前面的電路(固定偏置電路)而言,靜態(tài)工作點由UBE、和ICEO決定,這三個參數(shù)隨溫度而變化。Q變UBEICEO變T變IC變?nèi)?靜態(tài)工作點的穩(wěn)定1.溫度對靜態(tài)工作點的影響對于前面的電路(固定偏置電路)而言,靜態(tài)工作點由UBE、和451、溫度對UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC1、溫度對UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEI462、溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′溫度上升時,輸出特性曲線上移,造成Q點上移??傊篢IC動畫演示2、溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCE47I1I2IB2.靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大器選I2=(5~10)IB∴I1I2ICIE(1)結(jié)構(gòu)及工作原理I1I2IB2.靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大器選I2=(5~1048靜態(tài)工作點穩(wěn)定過程:TUBEICICIEUE

UBE=UB-UE=UB-IE

ReUB穩(wěn)定IB由輸入特性曲線演示I1I2IBICIE靜態(tài)工作點TUBEICICIEUEUBE=UB-49(2)直流通道及靜態(tài)工作點估算:IB=IC/UCE=VCC-ICRC-IEReICIE=UE/Re

=(UB-UBE)/Re

電容開路,畫出直流通道(2)直流通道及靜態(tài)工作點估算:IB=IC/UCE=V50將電容短路,直流電源短路,畫出電路的交流小信號等效電路(3)動態(tài)分析:將電容短路,直流電源短路,畫出電路的交流小信號等效電路51電壓放大倍數(shù):RL=RC//RL電壓放大倍數(shù):RL=RC//RL52輸入電阻:輸出電阻:輸入電阻:輸出電阻:53思考:若在Re兩端并電容Ce會對Au、Ri、Ro有什么影響?思考:若在Re兩端并電容Ce會對Au、Ri、Ro有什么影響?54一.共集電極放大電路1.結(jié)構(gòu):2.5共集和共基放大電路、電流源一.共集電極放大電路1.結(jié)構(gòu):2.5共集和共基放大電552.直流通道及靜態(tài)工作點分析:IBIEUBEUCE2.直流通道及靜態(tài)工作點分析:IBIEUBEUCE563.動態(tài)分析(1)交流通道及微變等效電路3.動態(tài)分析(1)交流通道及微變等效電路57(2)電壓放大倍數(shù):(2)電壓放大倍數(shù):58(2)輸入電阻(2)輸入電阻593、輸出電阻3、輸出電阻60射極輸出器的特點:電壓放大倍數(shù)=1,輸入阻抗高,輸出阻抗小。演示:射極輸出器的應(yīng)用1、放在多級放大器的輸入端,提高整個放大器的輸入電阻。2、放在多級放大器的輸出端,減小整個放大器的輸出電阻。2、放在兩級之間,起緩沖作用。射極輸出器的特點:電壓放大倍數(shù)=1,演示:射極輸出器的應(yīng)用161二.共基極電路二.共基極電路621.靜態(tài)工作點直流通路:1.靜態(tài)工作點直流通路:632.動態(tài)分析畫出電路的交流小信號等效電路(1)電壓放大倍數(shù)2.動態(tài)分析畫出電路的交流小信號等效電路(1)電壓放大倍數(shù)64(2)輸入電阻(3)輸出電阻(2)輸入電阻(3)輸出電阻653.三種組態(tài)的比較電壓增益:輸入電阻:輸出電阻:共集共基共射3.三種組態(tài)的比較電壓增益:輸入電阻:輸出電阻:共集共基66

三.BJT電流源電路

用普通的三極管接成電流負(fù)反饋電路,即可構(gòu)成一個基本的電流源電路。射極偏置放大電路就具有這一功能。

UBEICICUEIBIc電流是恒定的:

三.BJT電流源電路用普通的三極管接成電流負(fù)反饋電67

聯(lián)立方程組:

用等效電路來求該電路的內(nèi)阻

可以解出:

可見三極管電流源的內(nèi)阻比三極管的輸出電阻rce還要大。聯(lián)立方程組:用等效電路來求該電路的內(nèi)阻可以解出:682.6多級放大電路一.多級放大器的耦合方式1.阻容耦合優(yōu)點:

各級放大器靜態(tài)工作點獨立。輸出溫度漂移比較小。缺點:不適合放大緩慢變化的信號。

不便于作成集成電路。2.6多級放大電路一.多級放大器的耦合方式1.阻容耦合優(yōu)692.直接耦合優(yōu)點:

各級放大器靜態(tài)工作點相互影響。輸出溫度漂移嚴(yán)重。缺點:可放大緩慢變化的信號。

電路中無電容,便于集成化。2.直接耦合優(yōu)點:各級放大器靜態(tài)工作點相互影響。輸出溫度70二.多級放大器的分析?

前級的輸出阻抗是后級的信號源阻抗?

后級的輸入阻抗是前級的負(fù)載1.兩級之間的相互影響2.電壓放大倍數(shù)(以兩級為例)注意:在算前級放大倍數(shù)時,要把后級的輸入阻抗作為前級的負(fù)載!擴展到n級:二.多級放大器的分析?前級的輸出阻抗是后級的信號源阻抗?713.輸入電阻4.輸出電阻Ri=Ri(最前級)(一般情況下)Ro=Ro(最后級)(一般情況下)3.輸入電阻4.輸出電阻Ri=Ri(最前級)(一般情72設(shè):1=2==100,UBE1=UBE2=0.7

V。舉例1:兩級放大電路如下圖示,求Q、Au、Ri、Ro設(shè):1=2==100,UBE1=UBE2=0.7V。73解:(1)求靜態(tài)工作點解:(1)求靜態(tài)工作點74模擬電子技術(shù)第2章三極管放大電路-課件75(2)求電壓放大倍數(shù)先計算三極管的輸入電阻(2)求電壓放大倍數(shù)先計算三極管的輸入電阻76畫微變等效電路:畫微變等效電路:77電壓增益:電壓增益:78(3)求輸入電阻Ri=Ri1=rbe1//Rb1//Rb2

=2.55k(4)求輸出電阻RO=RC2

=4.3k(3)求輸入電阻Ri=Ri1=rbe1//Rb1/792.7BJT放大電路的頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)——放大器的電壓放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系下面先分析無源RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)其中:稱為放大器的幅頻響應(yīng)

稱為放大器的相頻響應(yīng)2.7BJT放大電路的頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)——放大器的電壓放801.RC低通網(wǎng)絡(luò)(1)頻率響應(yīng)表達式:一.無源RC電路的頻率響應(yīng)令:則:幅頻響應(yīng):相頻響應(yīng):1.RC低通網(wǎng)絡(luò)(1)頻率響應(yīng)表達式:一.無源RC電路81(2)RC低通電路的波特圖最大誤差-3dB0分貝水平線斜率為-20dB/十倍頻程的直線幅頻響應(yīng):f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍頻程(2)RC低通電路的波特圖最大誤差-3dB0分貝水平線斜82相頻響應(yīng)

可見:當(dāng)頻率較低時,│AU│

≈1,輸出與輸入電壓之間的相位差=0。隨著頻率的提高,│AU│下降,相位差增大,且輸出電壓是滯后于輸入電壓的,最大滯后90o。其中fH是一個重要的頻率點,稱為上限截止頻率。

f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍頻程f0.1fH0°fH10fH100fH-45°-90°這種對數(shù)頻率特性曲線稱為波特圖相頻響應(yīng)可見:當(dāng)頻率較低時,│AU│≈1,輸出與輸832.RC高通網(wǎng)絡(luò)(1)頻率響應(yīng)表達式:令:則:幅頻響應(yīng):相頻響應(yīng):2.RC高通網(wǎng)絡(luò)(1)頻率響應(yīng)表達式:令:則:幅頻響應(yīng):相84(2)RC高通網(wǎng)絡(luò)的波特圖f0.01fL00.1fLfL10fL-20-40最大誤差-3dB斜率為-20dB/十倍頻程的直線幅頻響應(yīng):20dB/十倍頻(2)RC高通網(wǎng)絡(luò)的波特圖f0.01fL00.1fLf85

可見:當(dāng)頻率較高時,│AU│

≈1,輸出與輸入電壓之間的相位差=0。隨著頻率的降低,│AU│下降,相位差增大,且輸出電壓是超前于輸入電壓的,最大超前90o。其中,fL是一個重要的頻率點,稱為下限截止頻率。f0.01fL00.1fLfL10fL-20-4020dB/十倍頻相頻響應(yīng)f0.01fL0°0.1fLfL10fL90°45°可見:當(dāng)頻率較高時,│AU│≈1,輸出與輸入電壓之86二.BJT的混合π型模型混合π型高頻小信號模型是通過三極管的物理模型而建立的。

rbb'——基區(qū)的體電阻1.BJT的混合π型模型rb‘e——發(fā)射結(jié)電阻

b'是假想的基區(qū)內(nèi)的一個點。Cb‘e——發(fā)射結(jié)電容rb‘c——集電結(jié)電阻Cb‘c——集電結(jié)電容——受控電流源,代替了二.BJT的混合π型模型混合π型高頻小信號模型是通過三極管的87

(2)用代替了。因為β本身就與頻率有關(guān),而gm與頻率無關(guān)。2.BJT的混合π等效電路特點:(1)體現(xiàn)了三極管的電容效應(yīng)(2)用代替了88rb’c很大,可以忽略。rce很大,也可以忽略。3、簡化的混合π等效電路rb’c很大,可以忽略。3、簡化的混合π等效電路89低頻時,忽略電容,混合模型與H參數(shù)模型等效所以4.混合π參數(shù)的估算由:低頻時,忽略電容,混合模型與H參數(shù)模型等效所以4.混合90又因為從手冊中查出所以又因為從手冊中查出所以915.BJT的頻率參數(shù)fβ、

fT

根據(jù)β定義:

將c、e短路。得:其中:5.BJT的頻率參數(shù)fβ、fT根據(jù)β定義:92

做出β的幅頻特性曲線:當(dāng)β=1時對應(yīng)的頻率

當(dāng)20lgβ下降3dB時對應(yīng)的頻率fβfβ00-20dB/十倍頻程fT當(dāng)fT>>f時,

可得:fT≈β0

ffβ——共發(fā)射極截止頻率fT——特征頻率做出β的幅頻特性曲線:當(dāng)β=1時對當(dāng)20lgβ93三.阻容耦合共射放大電路的頻率響應(yīng)

對于如圖所示的共射放大電路,分低、中、高三個頻段加以研究。1.中頻段

所有的電容均可忽略??捎们懊嬷v的h參數(shù)等效電路分析中頻電壓放大倍數(shù):三.阻容耦合共射放大電路的頻率響應(yīng)對于如圖所942.低頻段

在低頻段,三極管的極間電容可視為開路,耦合電容C1、C2不能忽略。為方便分析,現(xiàn)在只考慮C1,將C2歸入第二級。畫出低頻等效電路如圖所示。可推出低頻電壓放大倍數(shù):該電路有一個RC高通環(huán)節(jié)。有下限截止頻率:2.低頻段在低頻段,三極管的極間電容可視為開路95共射放大電路低頻段的波特圖幅頻響應(yīng):

相頻響應(yīng):

f0.01fL-180°0.1fLfL10fL-90°-135°f0.01fL0.1fLfL10fL20dB/十倍頻共射放大電路低頻段的波特圖幅頻響應(yīng):相頻響應(yīng):f0.96

在高頻段,耦合電容C1、C2可以可視為短路,三極管的極間電容不能忽略。這時要用混合π等效電路,畫出高頻等效電路如圖所示。3.高頻段用“密勒定理”將集電結(jié)電容單向化。在高頻段,耦合電容C1、C2可以可視為短路,三極97用“密勒定理”將集電結(jié)電容單向化:其中:用“密勒定理”將集電結(jié)電容單向化:其中:98用戴維南定理將C左端的電路進行變換:忽略CN,并將兩個電容合并成一個電容:得簡化的高頻等效電路。其中:用戴維南定理將C左端的電路進行變換:忽略CN,并將99可推出高頻電壓放大倍數(shù):其中:其中:該電路有一個RC低通環(huán)節(jié)。有上限截止頻率:可推出高頻電壓放大倍數(shù):其中:其中:該電路有一個RC100共射放大電路高頻段的波特圖幅頻響應(yīng):

相頻響應(yīng):

f0.1fH-180°fH10fH100fH-225°-270°f0.1fHfH10fH100fH-20dB/十倍頻程共射放大電路高頻段的波特圖幅頻響應(yīng):相頻響應(yīng):f0.1014.完整的共射放大電路的頻率響應(yīng)f-180°fHfL-225°-270°ffHfL-20dB/十倍頻程-135°-90°20dB/十倍頻程4.完整的共射放大電路的頻率響應(yīng)f-180°fHfL-22102(1)通頻帶:(2)帶寬-增益積:│fbw×Aum│BJT一旦確定,帶寬增益積基本為常數(shù)5.頻率失真——由于放大器對不同頻率信號的放大倍數(shù)不同而產(chǎn)生的失真。頻率失真動畫演示兩個頻率響應(yīng)指標(biāo):f-180°fHfL-225°-270°ffHfL-20dB/十倍頻程-135°-90°20dB/十倍頻程(1)通頻帶:(2)帶寬-增益積:│fbw×Aum│BJT103本章小結(jié)1.基本放大電路的組成。BJT加上合適的偏置電路(偏置電路保證BJT工作在放大區(qū))。2.交流與直流。正常工作時,放大電路處于交直流共存的狀態(tài)。為了分析方便,常將兩者分開討論。直流通路:交流電壓源短路,電容開路。交流通路:直流電壓源短路,電容短路。3.三種分析方法。(1)估算法(直流模型等效電路法)——估算Q。(2)圖解法——分析Q(Q的位置是否合適);分析動態(tài)(最大不失真輸出電壓)。(3)h參數(shù)交流模型法——分析動態(tài)(電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等)。

本章小結(jié)1.基本放大電路的組成。BJT加上合適的偏置電路(1044.三種組態(tài)。(1)共射——AU較大,Ri、Ro適中,常用作電壓放大。(2)共集——AU≈1,Ri大、Ro小,適用于信號跟隨、信號隔離等。(3)共基——AU較大,Ri小,頻帶寬,適用于放大高頻信號。5.多級放大器。兩種耦合方式:阻容耦合與直接耦合。電壓放大倍數(shù):AU=AU1×AU2×……×AUn

6.頻率響應(yīng)——兩個截止頻率下限截止頻率fL——頻率下降,使AU下降為0.707Aum所對應(yīng)的頻率.由電路中的耦合電容和旁路電容所決定。上限截止頻率fH——頻率上升,使AU下降為0.707Aum所對應(yīng)的頻率,由電路中三極管的極間電容所決定。4.三種組態(tài)。105第二章半導(dǎo)體三極管及其放大電路2.2單管共射放大電路的工作原理2.3放大電路的圖解分析法2.4放大電路的模型分析法2.5共集和共基放大電路及BJT電流源電路2.6多級放大電路2.7BJT放大電路的頻率響應(yīng)2.1放大電路的基本概念及性能指標(biāo)第二章半導(dǎo)體三極管及其放大電路2.2單管共射放大電路的工1062.1放大電路的基本概念及性能指標(biāo)

一.放大的基本概念

放大——把微弱的電信號的幅度放大。一個微弱的電信號通過放大器后,輸出電壓或電流的幅得到了放大,但它隨時間變化的規(guī)律不能變,即不失真。2.1放大電路的基本概念及性能指標(biāo)一.放大的基本概107二.放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.放大倍數(shù)——表示放大器的放大能力

根據(jù)放大電路輸入信號的條件和對輸出信號的要求,放大器可分為四種類型,所以有四種放大倍數(shù)的定義。(1)電壓放大倍數(shù)定義為:AU=uo/ui(2)電流放大倍數(shù)定義為:AI=io/ii

(3)互阻增益定義為:Ar=uo/ii(4)互導(dǎo)增益定義為:Ag=io/ui二.放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.放大倍數(shù)——表示放大器的放大能1082.輸入電阻Ri——從放大電路輸入端看進去的等效電阻Ri=ui/ii一般來說,Ri越大越好。(1)Ri越大,ii就越小,從信號源索取的電流越小。(2)當(dāng)信號源有內(nèi)阻時,Ri越大,ui就越接近uS。2.輸入電阻Ri——從放大電路輸入端看進去的等效電阻Ri=1093.輸出電阻Ro——從放大電路輸出端看進去的等效電阻

輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的,Ro越小,放大電路帶負(fù)載的能力越強,反之則差。

輸出電阻的定義:3.輸出電阻Ro——從放大電路輸出端看進去的等效電阻1104.通頻帶fAAm0.7AmfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶:fbw=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線——幅頻特性曲線3dB帶寬4.通頻帶fAAm0.7AmfL下限截止頻率fH上限截止頻1112.2單管共射放大電路的工作原理一.三極管的放大原理三極管工作在放大區(qū):發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏。→△UCE(-△IC×Rc)放大原理:→△UBE→△IB→△IC(b△IB)電壓放大倍數(shù):→uo

ui2.2單管共射放大電路的工作原理一.三極管的放大原理→△U112放大元件iC=iB,工作在放大區(qū),要保證集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏。二.單管共射極放大電路的結(jié)構(gòu)及各元件的作用放大元件iC=iB,工作在放大區(qū),要保證集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)113各元件作用:使發(fā)射結(jié)正偏,并提供適當(dāng)?shù)撵oIB和UBE。基極電源與基極電阻集電極電源,為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻RC,將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。各元件作用:使發(fā)射結(jié)正偏,并提供適當(dāng)?shù)撵oIB和UBE。基極電114耦合電容:電解電容,有極性,大小為10F~50F作用:隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系,同時能使信號順利輸入輸出。++各元件作用:耦合電容:作用:隔直通交隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系,同時能115基本放大電路的習(xí)慣畫法基本放大電路的習(xí)慣畫法1161.靜態(tài)工作點——Ui=0時電路的工作狀態(tài)

三.靜態(tài)工作點ui=0時由于電源的存在,電路中存在一組直流量。ICIEIB+UBE-+UCE-1.靜態(tài)工作點——Ui=0時電路的工作狀態(tài)三.靜態(tài)工作117由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個點,所以稱為靜態(tài)工作點。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點?

放大電路建立正確的靜態(tài)工作點,是為了使三極管工作在線性區(qū),以保證信號不失真。由于(IB,UBE)和(IC,UCE)分別對應(yīng)于輸入、118開路畫出放大電路的直流通路

2.靜態(tài)工作點的估算

將交流電壓源短路,將電容開路。直流通路的畫法:開路開路畫出放大電路的直流通路2.靜態(tài)工作點的估算119畫直流通路:Rb稱為偏置電阻,IB稱為偏置電流。用估算法分析放大器的靜態(tài)工作點(IB、UBE、IC、UCE)IC=IB畫直流通路:Rb稱為偏置電阻,IB稱為偏置電流。用估算法分析120例:用估算法計算靜態(tài)工作點。已知:VCC=12V,RC=4K,Rb=300K,=37.5。解:請注意電路中IB和IC的數(shù)量級例:用估算法計算靜態(tài)工作點。已知:VCC=12V,RC=4K121一.用圖解法分析放大器的靜態(tài)工作點UCE=VCC–ICRCVCCICUCE直流負(fù)載線由估算法求出IB,IB對應(yīng)的輸出特性與直流負(fù)載線的交點就是工作點QQIB靜態(tài)UCE靜態(tài)IC2.3放大電路的圖解分析法一.用圖解法分析放大器的靜態(tài)工作點UCE=VCC–ICR122iBuBEQuiibic1.交流放大原理(設(shè)輸出空載)假設(shè)在靜態(tài)工作點的基礎(chǔ)上,輸入一微小的正弦信號uiib靜態(tài)工作點二.用圖解法分析放大器的動態(tài)工作情況iCiCEuce注意:uce與ui反相!iBuBEQuiibic1.交流放大原理(設(shè)輸出空載)假123uiiBiCuCEuo各點波形uo比ui幅度放大且相位相反工作原理演示uiiBiCuCEuo各點波形uo比ui幅度放大且相位相反工124結(jié)論:(1)放大電路中的信號是交直流共存,可表示成:雖然交流量可正負(fù)變化,但瞬時量方向始終不變(2)輸出uo與輸入ui相比,幅度被放大了,頻率不變,但相位相反。uituBEtiBtiCtuCEtuot結(jié)論:(1)放大電路中的信號是交直流共存,可表示成:雖然交流125對交流信號(輸入信號ui)2.放大器的交流通路交流通路——分析動態(tài)工作情況交流通路的畫法:

將直流電壓源短路,將電容短路。短路短路置零對交流信號(輸入信號ui)2.放大器的交流通路交流通路——分126交流通路交流通路1273.交流負(fù)載線輸出端接入負(fù)載RL:不影響Q影響動態(tài)!3.交流負(fù)載線輸出端接入負(fù)載RL:不影響Q128交流負(fù)載線ic其中:uce=-ic(RC//RL)=-ic

RL交流負(fù)載線ic其中:uce=-ic(RC//RL)129交流量ic和uce有如下關(guān)系:即:交流負(fù)載線的斜率為:uce=-ic(RC//RL)=-ic

RL或ic=(-1/RL)uce交流負(fù)載線的作法:①斜率為-1/R'L。(R'L=RL∥Rc)②經(jīng)過Q點。

交流量ic和uce有如下關(guān)系:即:交流負(fù)載線的斜率為:uce130交流負(fù)載線的作法:iCiCEVCCQIB交流負(fù)載線直流負(fù)載線①斜率為-1/R'L。(R'L=RL∥Rc)②經(jīng)過Q點。

注意:(1)交流負(fù)載線是有交流輸入信號時工作點的運動軌跡。

(2)空載時,交流負(fù)載線與直流負(fù)載線重合。交流負(fù)載線的作法:iCiCEVCCQIB交流負(fù)載線直流負(fù)載線131iCuCEuo可輸出的最大不失真信號(1)合適的靜態(tài)工作點ib4.非線性失真與Q的關(guān)系iCuCEuo可輸出的最大不失真信號(1)合適的靜態(tài)工作點i132iCuCEuo(2)Q點過低→信號進入截止區(qū)稱為截止失真信號波形iCuCEuo(2)Q點過低→信號進入截止區(qū)稱為截止失真信號133iCuCEuo(3)Q點過高→信號進入飽和區(qū)稱為飽和失真信號波形動畫演示截止失真和飽和失真統(tǒng)稱“非線性失真”EWB演示——放大器的飽和與截止失真iCuCEuo(3)Q點過高→信號進入飽和區(qū)稱為飽和失真信號1342.4放大電路的交流模型分析法思路:將非線性的BJT等效成一個線性電路條件:交流小信號2.4放大電路的交流模型分析法思路:將非線性的BJT等效成1351、三極管的h參數(shù)等效電路一.三極管的共射低頻h參數(shù)模型根據(jù)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)理論:求變化量:在小信號情況下:1、三極管的h參數(shù)等效電路一.三極管的共射低頻h參數(shù)模型136各h參數(shù)的物理意義:iBuBEuBEiB——輸出端交流短路時的輸入電阻,用rbe表示?!斎攵碎_路時的電壓反饋系數(shù),用μr表示。iBuBEuBEuCE各h參數(shù)的物理意義:iBuBEuBEiB——輸出端交流短137iCiBiCuCE——輸出端交流短路時的電流放大系數(shù),用β表示?!斎攵碎_路時的輸出電導(dǎo),用1/rce表示。iCuCEiCuCEiCiBiCuCE——輸出端交流短路時的電流放大系數(shù),138該式可寫為:由此畫出三極管的h參數(shù)等效電路:該式可寫為:由此畫出三極管的h參數(shù)等效電路:1392、簡化的h參數(shù)等效電路(1)μr<10-3,忽略。(2)rce>105,忽略。得三極管簡化的h參數(shù)等效電路。2、簡化的h參數(shù)等效電路(1)μr<10-3,忽略。(2)r1403、rbe的計算:由PN結(jié)的電流公式:(常溫下)其中:rbb’=200Ω所以:3、rbe的計算:由PN結(jié)的電流公式:(常溫下)其中:rbb141二.放大器的交流分析1.畫出放大器的微變等效電路動畫演示(1)畫出放大器的交流通路(2)將交流通路中的三極管用h參數(shù)等效電路代替二.放大器的交流分析1.畫出放大器的微變等效電路動畫演1422、電壓放大倍數(shù)的計算:負(fù)載電阻越小,放大倍數(shù)越小。2、電壓放大倍數(shù)的計算:負(fù)載電阻越小,放大倍數(shù)越小。143電路的輸入電阻越大,從信號源取得的電流越小,因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。3、輸入電阻的計算:根據(jù)輸入電阻的定義:電路的輸入電阻越大,從信號源取得的電流越小,因此一般總是希望144定義:當(dāng)信號源有內(nèi)阻時:由圖知:所以:定義:當(dāng)信號源有內(nèi)阻時:由圖知:所以:145所以:4、輸出電阻的計算:根據(jù)定義:0+-所以:4、輸出電阻的計算:根據(jù)定義:0+-146例2.4.1共射放大電路如圖所示。設(shè):VCC=12V,Rb=300kΩ,Rc=3kΩ,RL=3kΩ,BJT的b

=60。1、試求電路的靜態(tài)工作點Q。解:例2.4.1共射放大電路如圖所示。設(shè):VCC=12V,R1472、估算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。解:畫微變等效電路Ri=rbe//Rb≈rbe=993ΩRo=Rc=3kΩ2、估算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。解:148

3.若輸出電壓的波形出現(xiàn)如下失真,是截止還是飽和失真?應(yīng)調(diào)節(jié)哪個元件?如何調(diào)節(jié)?解:為截止失真。應(yīng)減小Rb。3.若輸出電壓的波形出現(xiàn)如下失真,是截止還是飽和失149對于前面的電路(固定偏置電路)而言,靜態(tài)工作點由UBE、和ICEO決定,這三個參數(shù)隨溫度而變化。Q變UBEICEO變T變IC變?nèi)?靜態(tài)工作點的穩(wěn)定1.溫度對靜態(tài)工作點的影響對于前面的電路(固定偏置電路)而言,靜態(tài)工作點由UBE、和1501、溫度對UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC1、溫度對UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEI1512、溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′溫度上升時,輸出特性曲線上移,造成Q點上移??傊篢IC動畫演示2、溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCE152I1I2IB2.靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大器選I2=(5~10)IB∴I1I2ICIE(1)結(jié)構(gòu)及工作原理I1I2IB2.靜態(tài)工作點穩(wěn)定的放大器選I2=(5~10153靜態(tài)工作點穩(wěn)定過程:TUBEICICIEUE

UBE=UB-UE=UB-IE

ReUB穩(wěn)定IB由輸入特性曲線演示I1I2IBICIE靜態(tài)工作點TUBEICICIEUEUBE=UB-154(2)直流通道及靜態(tài)工作點估算:IB=IC/UCE=VCC-ICRC-IEReICIE=UE/Re

=(UB-UBE)/Re

電容開路,畫出直流通道(2)直流通道及靜態(tài)工作點估算:IB=IC/UCE=V155將電容短路,直流電源短路,畫出電路的交流小信號等效電路(3)動態(tài)分析:將電容短路,直流電源短路,畫出電路的交流小信號等效電路156電壓放大倍數(shù):RL=RC//RL電壓放大倍數(shù):RL=RC//RL157輸入電阻:輸出電阻:輸入電阻:輸出電阻:158思考:若在Re兩端并電容Ce會對Au、Ri、Ro有什么影響?思考:若在Re兩端并電容Ce會對Au、Ri、Ro有什么影響?159一.共集電極放大電路1.結(jié)構(gòu):2.5共集和共基放大電路、電流源一.共集電極放大電路1.結(jié)構(gòu):2.5共集和共基放大電1602.直流通道及靜態(tài)工作點分析:IBIEUBEUCE2.直流通道及靜態(tài)工作點分析:IBIEUBEUCE1613.動態(tài)分析(1)交流通道及微變等效電路3.動態(tài)分析(1)交流通道及微變等效電路162(2)電壓放大倍數(shù):(2)電壓放大倍數(shù):163(2)輸入電阻(2)輸入電阻1643、輸出電阻3、輸出電阻165射極輸出器的特點:電壓放大倍數(shù)=1,輸入阻抗高,輸出阻抗小。演示:射極輸出器的應(yīng)用1、放在多級放大器的輸入端,提高整個放大器的輸入電阻。2、放在多級放大器的輸出端,減小整個放大器的輸出電阻。2、放在兩級之間,起緩沖作用。射極輸出器的特點:電壓放大倍數(shù)=1,演示:射極輸出器的應(yīng)用1166二.共基極電路二.共基極電路1671.靜態(tài)工作點直流通路:1.靜態(tài)工作點直流通路:1682.動態(tài)分析畫出電路的交流小信號等效電路(1)電壓放大倍數(shù)2.動態(tài)分析畫出電路的交流小信號等效電路(1)電壓放大倍數(shù)169(2)輸入電阻(3)輸出電阻(2)輸入電阻(3)輸出電阻1703.三種組態(tài)的比較電壓增益:輸入電阻:輸出電阻:共集共基共射3.三種組態(tài)的比較電壓增益:輸入電阻:輸出電阻:共集共基171

三.BJT電流源電路

用普通的三極管接成電流負(fù)反饋電路,即可構(gòu)成一個基本的電流源電路。射極偏置放大電路就具有這一功能。

UBEICICUEIBIc電流是恒定的:

三.BJT電流源電路用普通的三極管接成電流負(fù)反饋電172

聯(lián)立方程組:

用等效電路來求該電路的內(nèi)阻

可以解出:

可見三極管電流源的內(nèi)阻比三極管的輸出電阻rce還要大。聯(lián)立方程組:用等效電路來求該電路的內(nèi)阻可以解出:1732.6多級放大電路一.多級放大器的耦合方式1.阻容耦合優(yōu)點:

各級放大器靜態(tài)工作點獨立。輸出溫度漂移比較小。缺點:不適合放大緩慢變化的信號。

不便于作成集成電路。2.6多級放大電路一.多級放大器的耦合方式1.阻容耦合優(yōu)1742.直接耦合優(yōu)點:

各級放大器靜態(tài)工作點相互影響。輸出溫度漂移嚴(yán)重。缺點:可放大緩慢變化的信號。

電路中無電容,便于集成化。2.直接耦合優(yōu)點:各級放大器靜態(tài)工作點相互影響。輸出溫度175二.多級放大器的分析?

前級的輸出阻抗是后級的信號源阻抗?

后級的輸入阻抗是前級的負(fù)載1.兩級之間的相互影響2.電壓放大倍數(shù)(以兩級為例)注意:在算前級放大倍數(shù)時,要把后級的輸入阻抗作為前級的負(fù)載!擴展到n級:二.多級放大器的分析?前級的輸出阻抗是后級的信號源阻抗?1763.輸入電阻4.輸出電阻Ri=Ri(最前級)(一般情況下)Ro=Ro(最后級)(一般情況下)3.輸入電阻4.輸出電阻Ri=Ri(最前級)(一般情177設(shè):1=2==100,UBE1=UBE2=0.7

V。舉例1:兩級放大電路如下圖示,求Q、Au、Ri、Ro設(shè):1=2==100,UBE1=UBE2=0.7V。178解:(1)求靜態(tài)工作點解:(1)求靜態(tài)工作點179模擬電子技術(shù)第2章三極管放大電路-課件180(2)求電壓放大倍數(shù)先計算三極管的輸入電阻(2)求電壓放大倍數(shù)先計算三極管的輸入電阻181畫微變等效電路:畫微變等效電路:182電壓增益:電壓增益:183(3)求輸入電阻Ri=Ri1=rbe1//Rb1//Rb2

=2.55k(4)求輸出電阻RO=RC2

=4.3k(3)求輸入電阻Ri=Ri1=rbe1//Rb1/1842.7BJT放大電路的頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)——放大器的電壓放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系下面先分析無源RC網(wǎng)絡(luò)的頻率響應(yīng)其中:稱為放大器的幅頻響應(yīng)

稱為放大器的相頻響應(yīng)2.7BJT放大電路的頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)——放大器的電壓放1851.RC低通網(wǎng)絡(luò)(1)頻率響應(yīng)表達式:一.無源RC電路的頻率響應(yīng)令:則:幅頻響應(yīng):相頻響應(yīng):1.RC低通網(wǎng)絡(luò)(1)頻率響應(yīng)表達式:一.無源RC電路186(2)RC低通電路的波特圖最大誤差-3dB0分貝水平線斜率為-20dB/十倍頻程的直線幅頻響應(yīng):f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍頻程(2)RC低通電路的波特圖最大誤差-3dB0分貝水平線斜187相頻響應(yīng)

可見:當(dāng)頻率較低時,│AU│

≈1,輸出與輸入電壓之間的相位差=0。隨著頻率的提高,│AU│下降,相位差增大,且輸出電壓是滯后于輸入電壓的,最大滯后90o。其中fH是一個重要的頻率點,稱為上限截止頻率。

f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍頻程f0.1fH0°fH10fH100fH-45°-90°這種對數(shù)頻率特性曲線稱為波特圖相頻響應(yīng)可見:當(dāng)頻率較低時,│AU│≈1,輸出與輸1882.RC高通網(wǎng)絡(luò)(1)頻率響應(yīng)表達式:令:則:幅頻響應(yīng):相頻響應(yīng):2.RC高通網(wǎng)絡(luò)(1)頻率響應(yīng)表達式:令:則:幅頻響應(yīng):相189(2)RC高通網(wǎng)絡(luò)的波特圖f0.01fL00.1fLfL10fL-20-40最大誤差-3dB斜率為-20dB/十倍頻程的直線幅頻響應(yīng):20dB/十倍頻(2)RC高通網(wǎng)絡(luò)的波特圖f0.01fL00.1fLf190

可見:當(dāng)頻率較高時,│AU│

≈1,輸出與輸入電壓之間的相位差=0。隨著頻率的降低,│AU│下降,相位差增大,且輸出電壓是超前于輸入電壓的,最大超前90o。其中,fL是一個重要的頻率點,稱為下限截止頻率。f0.01fL00.1fLfL10fL-20-4020dB/十倍頻相頻響應(yīng)f0.01fL0°0.1fLfL10fL90°45°可見:當(dāng)頻率較高時,│AU│≈1,輸出與輸入電壓之191二.BJT的混合π型模型混合π型高頻小信號模型是通過三極管的物理模型而建立的。

rbb'——基區(qū)的體電阻1.BJT的混合π型模型rb‘e——發(fā)射結(jié)電阻

b'是假想的基區(qū)內(nèi)的一個點。Cb‘e——發(fā)射結(jié)電容rb‘c——集電結(jié)電阻Cb‘c——集電結(jié)電容——受控電流源,代替了二.BJT的混合π型模型混合π型高頻小信號模型是通過三極管的192

(2)用代替了。因為β本身就與頻率有關(guān),而gm與頻率無關(guān)。2.BJT的混合π等效電路特點:(1)體現(xiàn)了三極管的電容效應(yīng)(2)用代替了193rb’c很大,可以忽略。rce很大,也可以忽略。3、簡化的混

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