模拟电路知识点复习总结课件

总的来说就是以三极管为核心，以集成运放为主线。集成运放内部主要组成单元是差分输入级、电压放大级、功率放大级、偏置电路。集成运放的两个不同工作状态：线性和非线性应用。模拟电路主要就是围绕集成运放的内部结构、外部特性及应用、性能改善、工作电源产生、信号源产生等展开。模拟电路知识体系模拟电路知识体系湖南科技大学信息与湖南科技大学信息与电气工程学院气工程学院主主讲:胡仕胡仕刚第一章第一章 绪绪 论论一、放一、放大电路的表示方法大电路的表示方法 放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大。放大电路为双口网络，即一个信号在幅度上得到了放大。放大电路为双口网络，即一个信号输入口和一个信号输出口。输入口和一个信号输出口。1.2 1.2 放大电路基本知识放大电路基本知识1.1.放大倍数放大倍数(增益增益)表征放大器的放大能力表征放大器的放大能力根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。1.3 1.3 放大电路的主要技术性能指放大电路的主要技术性能指标标（1）电压放大倍数电压放大倍数定义为定义为:AU=UO/UI（2）电流放大倍数电流放大倍数定义为定义为:A AI I=I IO O/I II I （3）互阻增益互阻增益定义为定义为:Ar=UO/II（4）互导增益互导增益定义为定义为:Ag=IO/UI2.输入入电阻阻Ri从放大从放大电路路输入端看入端看进去的等效去的等效电阻，决定了放大阻，决定了放大电路从信号源吸取信号幅路从信号源吸取信号幅值的大小。的大小。输入入电阻：阻：Ri=ui/ii一般来一般来说，Ri越大越好。越大越好。（1）Ri越大，越大，ii就越小，从信号源索取的就越小，从信号源索取的电流越小。流越小。（2）当信号源有内阻）当信号源有内阻时，Ri越大，越大，ui就越接近就越接近uS。输入端入端iiuiRiuSRS信号源信号源Au输出端出端3.输出出电阻阻Ro从放大从放大电路路输出端看出端看进 去的等效去的等效电阻。决定了放大阻。决定了放大电路路带负载的能力。的能力。输出端出端Rouo输出端出端AuuS 输出电阻是表明放大电路带负载的能力，输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro越小，放越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。大电路带负载的能力越强，反之则差。0,.o.ooSL=URIUR 输出出电阻阻的定的定义：4.通通频带通通频带：fBW=fHfL放大倍数随放大倍数随频率率变化曲化曲线幅幅频特性曲特性曲线fAAm0.7AmfL下限截下限截止止频率率fH上限截上限截止止频率率 3dB带宽湖南科技大学信息与湖南科技大学信息与电气工程学院气工程学院主主讲:胡仕胡仕刚第二章第二章 运算放大器运算放大器o+Uo(sat)-Uo(sat)实际特性理想特性u+-u-开环电压放大倍数高(104-107)；输入电阻高（约几百K）；输出电阻低（约几百）；漂移小、可靠性高、体积小、重量轻、价格低。电压传输特性电压传输特性Vo=Avo(vp-vN)3）开环输出电阻 ro02）差模输入电阻 rid 4）共模抑制比 KCMRR 理想运放及其分析依据 理想化条件理想化条件：1）开环电压放大倍数 Auo理想运算放大器理想运算放大器 Avo(vp-vN)VpvNvo 理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环(负反馈）下工作。理想运算放大器的特性 (1)虚短虚短 由于运放的电压放大倍数很大，而运放的输出电压是有限的，一般在10 V14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。(2)虚断虚断 由于运放的差模输入电阻很大，一般都在1 M以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1 A，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。下面举两个例子说明虚短和虚断的运用。几种常见的基本运算电路反相比例运算同相比例运算电压跟随器加法电路减法电路积分电路3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识3.3 半导体二极管半导体二极管3.4 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法3.5 特殊二极管特殊二极管3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性 3.1.4 杂质半导体杂质半导体 在本征半在本征半导体中体中掺入某些微量元素作入某些微量元素作为杂质，可使半可使半导体的体的导电性性发生生显著著变化。化。掺入的入的杂质主要是三价或五价元素。主要是三价或五价元素。掺入入杂质的本征半的本征半导体体称称为杂质半半导体体。N型半型半导体体掺入五价入五价杂质元素（如磷）的元素（如磷）的半半导体。体。P型半型半导体体掺入三价入三价杂质元素（如硼）的半元素（如硼）的半导体。体。3.2.1 载流子的漂移与扩散载流子的漂移与扩散漂移运漂移运动：由由电场作用引起的作用引起的载流子的运流子的运动称称为漂移运漂移运动。扩散运散运动：由由载流子流子浓度差引起的度差引起的载流子的运流子的运动称称为扩散运散运动。在一在一块本征半本征半导体两体两侧通通过扩散不同的散不同的杂质,分分别形成形成N型半型半导体和体和P型半型半导体。此体。此时将在将在N型半型半导体和体和P型半型半导体的体的结合面上形成如下物理合面上形成如下物理过程程:因因浓度差度差 空空间电荷区形成内荷区形成内电场 内内电场促使少子漂移促使少子漂移 内内电场阻止多子阻止多子扩散散最后最后,多子的多子的扩散散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡平衡。多子的多子的扩散运散运动由由杂质离子形成空离子形成空间电荷区荷区 3.2.2 PN结形结形成成 PN结加正向加正向电压时，呈，呈现低低电阻，阻，具有具有较大的正向大的正向扩散散电流；流；PN结加反向加反向电压时，呈，呈现高高电阻，阻，具有很小的反向漂移具有很小的反向漂移电流。流。由此可以得出由此可以得出结论：PN结具有具有单向向导电性。性。3.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性PN结V-I 特性表达式特性表达式其中其中PN结的伏安特性的伏安特性IS 反向反向饱和和电流流VT 温度的温度的电压当量当量且在常温下且在常温下（T=300K）当当PN结的反向的反向电压增增加到一定数加到一定数值时，反向，反向电流突然快速增加，此流突然快速增加，此现象称象称为PN结的的反向反向击穿。穿。热击穿穿不可逆不可逆 雪崩雪崩击穿穿 齐纳击穿穿 电击穿穿可逆可逆 3.2.4 PN结的反向击穿结的反向击穿一、一、PN 结的伏安方程的伏安方程反向反向饱和和电流流10-8-10-14A温度的温度的电压当量当量电子子电量量玻玻尔兹曼常数曼常数1.38*10-23J/K当当 T=300(27 C)：VT =26 mV 3.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性正向特性Vth死区死区电压iD=0Vth=0.5 V 0.1 V(硅管硅管)(锗管锗管)V VthiD 急剧上升急剧上升0 V Vth VD(on)=(0.6 0.8)V硅管硅管 0.7 V(0.2 0.4)V锗管管 0.3 V反向特性反向特性ISV(BR)反反向向击穿穿V(BR)V 0 iD=IS U(BR)反向反向电流急流急剧增大增大(反向反向击穿穿)3.4.2 二极管电路的简化模型分析方二极管电路的简化模型分析方法法1.二极管二极管V-I 特性的建模特性的建模 将指数模型将指数模型分段分段线性化，得到二极管性化，得到二极管特性的等效模型。特性的等效模型。（1）理想模型）理想模型（a a）V V-I I特性特性 （b b）代表符号）代表符号 （c c）正向偏置时的电路模型）正向偏置时的电路模型 （d d）反向偏置时的电路模型）反向偏置时的电路模型（2）恒）恒压降模型降模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型路模型（3）折）折线模型模型（a）V-I特性特性 （b）电路模型路模型（4）小信号模型）小信号模型vs=0 时,Q点称点称为静静态工作点工作点，反映直流，反映直流时的工作状的工作状态。vs=Vmsin t 时（VmVT。（a）V-I特性特性 （b）电路模型路模型(2)主要特点：主要特点：(a)正向特性同普通二极管正向特性同普通二极管(b)反向特性反向特性 较大的大的 I 较小的小的 U 工作在反向工作在反向击穿状穿状态。在一定范在一定范围内，反向内，反向击穿穿 具有可逆性。具有可逆性。（一）（一）稳压二极管二极管（3）主要参数）主要参数 稳定定电压：Uz 最小最小稳定定电流：流：Izmin 最大最大稳定定电流：流：Izmax(1)结构：构：面接触型硅二极管面接触型硅二极管U/VIzminIzmaxI/mAUz0上一页上一页下一页下一页返返 回回下一节下一节上一节上一节(a)图形符号图形符号 (b)伏安特性伏安特性303.5 特殊二极管特殊二极管湖南科技大学信息与湖南科技大学信息与电气工程学院气工程学院主主讲:胡仕胡仕刚第四章第四章三极管及放大三极管及放大电路基路基础 半半导体三极管的体三极管的结构示意构示意图如如图所示。所示。它有两种它有两种类型型:NPN型和型和PNP型。型。(a)NPN型管型管结构示意构示意图(b)PNP型管型管结构示意构示意图(c)NPN管的管的电路符号路符号(d)PNP管的管的电路符号路符号 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。流子传输体现出来的。外部条件：外部条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原的工作原理理1.内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程发射区：射区：发射射载流子流子集集电区：收集区：收集载流子流子基区：基区：传送和控制送和控制载流子流子（以（以NPN为例）例）由于三极管内有两种由于三极管内有两种载流子流子(自由自由电子和空穴子和空穴)参与参与导电，故称，故称为双极双极型三极管或型三极管或BJT(Bipolar Junction Transistor)。IC=InC+ICBOIE=IB+IC放大状放大状态下下BJT中中载流子的流子的传输过程程2.电流分配关系电流分配关系根据传输过程可知根据传输过程可知 IC=InC+ICBO通常通常 IC ICBO 为电流放大系数。它只为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般有关，与外加电压无关。一般 =0.9 0.99。IE=IB+IC放大状放大状态下下BJT中中载流子的流子的传输过程程 是另一个电流放大系数。同样，它也只与管是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般一般 1。根据根据IE=IB+IC IC=InC+ICBO且令且令ICEO=(1+)ICBO（穿透电流）（穿透电流）2.电流分配关系电流分配关系3.三极管的三种组态三极管的三种组态共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示。表示。共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示；表示；共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；BJT的三种组态的三种组态三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。的。实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反发射结正向偏置，集电结反向偏置。向偏置。4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线 iB=f(vBE)vCE=const(2)当当vCE1V时，时，vCB=vCE-vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的集电子，基区复合减少，同样的vBE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。(1)当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1.输入特性曲线输入特性曲线（以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）共射极共射极连接接饱和区：和区：iC明明显受受vCE控制的区域，控制的区域，该区域内，一般区域内，一般vCE0.7V(硅管硅管)。此此时，发射射结正偏，集正偏，集电结正偏或反正偏或反偏偏电压很小很小。iC=f(vCE)iB=const2.2.输出特性曲线输出特性曲线输出特性曲出特性曲线的三个区域的三个区域:截止区：截止区：iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0的曲的曲线的下方。此的下方。此时，vBE小于死区小于死区电压。放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的区域，曲的区域，曲线基本平行等距。此基本平行等距。此时，发射射结正偏，正偏，集集电结反偏反偏。4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线(1)集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM PCM=ICVCE 极限参数极限参数4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 V(BR)CEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。极间的击穿电压。在在输出特性曲出特性曲线上，作出直流上，作出直流负载线 VCE=VCCiCRc，与，与IBQ曲曲线的交点即的交点即为Q点，从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ。在在输入特性曲入特性曲线上，作出直上，作出直线 ，两，两线的交点的交点即是即是Q点，得到点，得到IBQ。4.3.1 图解分析法图解分析法1.静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 根据根据vs的波形，在的波形，在BJT的的输入特性曲入特性曲线图上画出上画出vBE、iB 的波形的波形2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析 根据根据iB的的变化范化范围在在输出特性曲出特性曲线图上画出上画出iC和和vCE 的波形的波形2.动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析3.静态工作点对波形失真的影静态工作点对波形失真的影响响截止失真的波形截止失真的波形 饱和失真的波形和失真的波形3.静态工作点对波形失真的影静态工作点对波形失真的影响响4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法1.BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型建立小信号模型的意建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大当放大电路的路的输入信号入信号电压很小很小时，就可以把三极管，就可以把三极管小范小范围内的特性曲内的特性曲线近似地用直近似地用直线来代替，从而可以把来代替，从而可以把三极管三极管这个非个非线性器件所性器件所组成的成的电路当作路当作线性性电路来路来处理。理。由于三极管是非由于三极管是非线性器件，性器件，这样就使得放大就使得放大电路的分路的分析非常困析非常困难。建立小信号模型，就是将非。建立小信号模型，就是将非线性器件做性器件做线性化性化处理，从而理，从而简化放大化放大电路的分析和路的分析和设计。BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数的确定参数的确定rbe=rbb+(1+)re其中其中对于低于低频小功率管小功率管 rbb200 则 而而 (T=300K)一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe（忽略（忽略 re）重点掌握固定偏流射极电路和分压式射极电路4.4.2 射极偏置电射极偏置电路路小信号模型小信号模型等效电路法的步骤等效电路法的步骤：1.首首先先利利用用图图解解法法或或近近似似估估算算法法确确定定放放大大电电路路的静态工作点的静态工作点 Q。2.求求出出静静态态工工作作点点处处的的微微变变等等效效电电路路参参数数 和和 rbe。3.画画出出放放大大电电路路的的微微变变等等效效电电路路。可可先先画画出出三三极极管管的的等等效效电电路路，然然后后画画出出放放大大电电路路其其余余部部分分的的交交流通路。流通路。4.列出电路方程并求解。列出电路方程并求解。三种三种组态的特点及用途的特点及用途共射极放大共射极放大电路：路：电压和和电流增益都大于流增益都大于1，输入入电阻在三种阻在三种组态中居中，中居中，输出出电阻与集阻与集电极极电阻有很大关系。适用于低阻有很大关系。适用于低频情况下，作多情况下，作多级放大放大电路的中路的中间级。共集共集电极放大极放大电路：路：只有只有电流放大作用，没有流放大作用，没有电压放大，有放大，有电压跟随作用。在跟随作用。在三种三种组态中，中，输入入电阻最高，阻最高，输出出电阻最小，阻最小，频率特性好。可率特性好。可用于用于输入入级、输出出级或或缓冲冲级。共基极放大共基极放大电路：路：只有只有电压放大作用，没有放大作用，没有电流放大，有流放大，有电流跟随作用，流跟随作用，输入入电阻小，阻小，输出出电阻与集阻与集电极极电阻有关。高阻有关。高频特性特性较好，常用好，常用于高于高频或或宽频带低低输入阻抗的入阻抗的场合，模合，模拟集成集成电路中亦兼有路中亦兼有电位移位移动的功能。的功能。阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电容及三极管的结电容等，它们的容抗随频率变化，故当信号容及三极管的结电容等，它们的容抗随频率变化，故当信号频率不同时，放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和频率不同时，放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。相位都将发生变化。频频频频率率率率特特特特性性性性幅频特性：幅频特性：幅频特性：幅频特性：电压放大倍数的模电压放大倍数的模电压放大倍数的模电压放大倍数的模|A Au u|与频率与频率与频率与频率 f f 的关系的关系的关系的关系相频特性：相频特性：相频特性：相频特性：输出电压相对于输入电压的输出电压相对于输入电压的输出电压相对于输入电压的输出电压相对于输入电压的 相位移相位移相位移相位移 与频率与频率与频率与频率 f f 的关系的关系的关系的关系Au(f)幅频特性幅频特性 (f)相频特性相频特性4.6 放大电路的频率响应放大电路的频率响应通频带通频带通频带通频带f|Au|0.707|Auo|fLfH|Auo|幅频特性幅频特性下限截止下限截止下限截止下限截止频率频率频率频率上限截止上限截止上限截止上限截止频率频率频率频率耦合、旁路电耦合、旁路电耦合、旁路电耦合、旁路电容造成。容造成。容造成。容造成。三极管结电容、三极管结电容、三极管结电容、三极管结电容、造成造成造成造成f 270 180 90相频特性相频特性 O O4.7 4.7 多级多级(组合组合)放大电路放大电路 基本放大基本放大电路路多多级放大放大电路路 一一级 级间级间耦合：耦合：耦合：耦合：级级与与与与级级之之之之间间的的的的连连接接接接 耦合方式耦合方式直接耦合直接耦合阻容耦合阻容耦合变压器耦合器耦合光光电耦合耦合 1.直接耦合直接耦合 将前一将前一将前一将前一级级的的的的输输出端直接出端直接出端直接出端直接连连接到后一接到后一接到后一接到后一级级的的的的输输入端称入端称入端称入端称为为直接耦合。直接耦合。直接耦合。直接耦合。如如图所示所示4.7.1 4.7.1 级间耦合方式级间耦合方式级间耦合方式级间耦合方式耦合方式有耦合方式有考点考点二、直接耦合方式的二、直接耦合方式的优缺点缺点优优点：点：点：点：低低低低频频特性好（可放大特性好（可放大特性好（可放大特性好（可放大变变化化化化缓缓慢的信号）；慢的信号）；慢的信号）；慢的信号）；易于集成化。易于集成化。易于集成化。易于集成化。缺点：缺点：缺点：缺点：QQ点相互影响点相互影响点相互影响点相互影响电电平偏移平偏移平偏移平偏移存在零点漂移（存在零点漂移（存在零点漂移（存在零点漂移（简简称称称称零漂零漂零漂零漂）现现象象象象不便于分析、不便于分析、不便于分析、不便于分析、设计设计和和和和调试调试。适用适用适用适用场场合：集成合：集成合：集成合：集成电电路中。路中。路中。路中。2.阻容耦合阻容耦合 将前将前将前将前级级的的的的输输出端通出端通出端通出端通过电过电容接到后容接到后容接到后容接到后级级的的的的输输入端称入端称入端称入端称为为阻容耦合阻容耦合阻容耦合阻容耦合。缺点：缺点：缺点：缺点：低低低低频频特性差（不能放大特性差（不能放大特性差（不能放大特性差（不能放大变变化化化化缓缓慢的低慢的低慢的低慢的低频频信号）；信号）；信号）；信号）；优优点：点：点：点：QQ点相互独立点相互独立点相互独立点相互独立适用适用适用适用场场合：特殊需要的分立元件合：特殊需要的分立元件合：特殊需要的分立元件合：特殊需要的分立元件电电路中。路中。路中。路中。便于分析、便于分析、便于分析、便于分析、设计设计和和和和调试调试。不便于集成化。不便于集成化。不便于集成化。不便于集成化。3、变压器耦合器耦合 将前将前将前将前级级的的的的输输出端通出端通出端通出端通过变压过变压器接到后器接到后器接到后器接到后级级的的的的输输入端或入端或入端或入端或负载电负载电阻上称阻上称阻上称阻上称为为变压变压器耦合器耦合器耦合器耦合。优优点：点：点：点：QQ点相互独立点相互独立点相互独立点相互独立便于分析、便于分析、便于分析、便于分析、设计设计和和和和调试调试；能能能能实现实现阻抗阻抗阻抗阻抗变换变换。4.7.2 多多级（组合）放大合）放大电路的路的动态分析分析 n n级级放大放大放大放大电电路交流等效路交流等效路交流等效路交流等效电电路的方框路的方框路的方框路的方框图图 一、一、电压放大倍数放大倍数 放大放大放大放大电电路中，前一路中，前一路中，前一路中，前一级级的的的的输输出出出出电压电压等于后一等于后一等于后一等于后一级级的的的的输输入入入入电压电压，即，即，即，即即即即即注意注意必必必必须须将后将后将后将后级输级输入入入入电电阻作阻作阻作阻作为为前前前前级级的的的的负载电负载电阻。阻。阻。阻。二、二、输入入电阻阻R Ri i=R Ri1i1 三、三、输出出电阻阻R Ro o=R Ronon第六章第六章 模拟集成电路模拟集成电路湖南科技大学信息与湖南科技大学信息与电气工程学院气工程学院主主讲:胡仕胡仕刚6.1.1 BJT电流源电路电流源电路1.镜像电流源镜像电流源T1、T2的参数全同的参数全同 即即12，ICEO1ICEO2 当当BJT的的较大大时，基极，基极电流流IB可以忽略可以忽略 IoIC2IREF 代表符号代表符号6.1.1 BJT电流源电路电流源电路1.镜像电流源镜像电流源动态电阻阻 一般一般ro在几百千欧以上在几百千欧以上6.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构2.有关概念有关概念差模信号差模信号共模信号共模信号差模差模电压增益增益共模共模电压增益增益总输出出电压其中其中差模信号差模信号产生的生的输出出共模信号共模信号产生的生的输出出共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指反映抑制零漂能力的指标6.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构2.有关概念有关概念根据根据有有 共模信号相当于两个共模信号相当于两个输入入端信号中相同的部分端信号中相同的部分 差模信号相当于两个差模信号相当于两个输入入端信号中不同的部分端信号中不同的部分 两两输入端中的共模信号入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信大小相等，相位相同；差模信号大小相等，相位相反。号大小相等，相位相反。3.差分放大电路四种接法双入双出单入单出单入双出单入单出1.差分放大电路的任意输入信号都可以分解为一对共模信号和一对差模信号组合，因此单端输入的差分电路仍可看作双端输入时的工作状态。2.差分放大电路的差模电压放大倍数只与输出方式有关，而于输入方式无关，即输入方式无论是单端输入还是双端输入，只要是双端输出，差动放大电路的差模电压放大倍数就等于单管放大电路的电压放大倍数；凡是单端输出，差动放大电路的差模电压放大倍数就只等于单管放大电路电压放大倍数的一半。湖南科技大学信息与湖南科技大学信息与电气工程学院气工程学院主主讲:胡仕胡仕刚第七章第七章 放大电路中的反馈放大电路中的反馈7.1.1 什么是反馈什么是反馈 将将电子子系系统输出出回回路路的的电量量（电压或或电流流），送送回到回到输入回路的入回路的过程。程。hfeibicvceIbvbehrevcehiehoe内部反馈内部反馈外部反馈外部反馈输出信号输出信号反馈放大电路反馈放大电路的输入信号的输入信号反馈信号反馈信号基本放大电路的输入基本放大电路的输入信号（净输入信号）信号（净输入信号）7.1.1 什么是反馈什么是反馈反反馈放大放大电路路组成框成框图反反馈通路通路信号反向信号反向传输的渠道的渠道开开环 无反无反馈通路通路闭环 有反有反馈通路通路7.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈正反正反馈：输入量不入量不变时，引入反，引入反馈后后输出量出量变大了。大了。负反反馈：输入量不入量不变时，引入反，引入反馈后后输出量出量变小了。小了。从从输出端看出端看从从输入端看入端看正反正反馈：引入反：引入反馈后，使后，使净输入量入量变大了。大了。负反反馈：引入反：引入反馈后，使后，使净输入量入量变小了。小了。净输入量可以是入量可以是电压，也可以是，也可以是电流。流。7.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈判判别方法：方法：瞬瞬时极性法极性法。即在。即在电路中，从路中，从输入端开始，沿着入端开始，沿着信号流向，信号流向，标出某一出某一时刻有关刻有关节点点电压变化的斜率化的斜率（正斜率或（正斜率或负斜率，用斜率，用“+”、“-”号表示）。号表示）。净输入量减小净输入量减小净输入量增大净输入量增大负反馈负反馈正反馈正反馈反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路7.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 电压反反馈与与电流反流反馈由反由反馈网网络在放大在放大电路路输出出端的取端的取样对象决定象决定电压反反馈：反：反馈信号信号xf和和输出出电压成比例，即成比例，即xf=Fvo电流反流反馈：反：反馈信号信号xf与与输出出电流成比例，即流成比例，即xf=Fio 并并联结构构串串联结构构7.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈判断方法：判断方法：负载短路法短路法 将将负载短路，反短路，反馈量仍然存在量仍然存在电流反流反馈。将将负载短短路路（未未接接负载时输出出对地地短短路路），反反馈量量为零零电压反反馈。电压反反馈电流反流反馈反馈通路反馈通路反馈通路反馈通路7.2 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态7.2.2 电压并联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路7.2.3 电流串联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路7.2.4 电流并联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路7.2.1 电压串联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路 反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流）信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响7.2.1 电压串联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路 输入以入以电压形式求和形式求和（KVL）：vid=vi-vf 稳定定输出出电压特点：特点：电压控制的控制的电压源源7.2.2 电压并联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路 输入以入以电流形式求和流形式求和（KCL）：iid=ii-if 稳定定输出出电压 电流控制的流控制的电压源源特点：特点：7.2.3 电流串联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路 输入以入以电压形式求和形式求和（KVL）：vid=vi-vf 稳定定输出出电流流 电压控制的控制的电流源流源特点：特点：7.2.4 电流并联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路 输入以入以电流形式求和流形式求和（KCL）：iid=ii-if 稳定定输出出电流流 电流控制的流控制的电流源流源特点：特点：电压负反反馈：稳定定输出出电压，具有恒，具有恒压特性特性串串联反反馈：输入端入端电压求和（求和（KVL）电流流负反反馈：稳定定输出出电流，具有恒流特性流，具有恒流特性并并联反反馈：输入端入端电流求和流求和（KCL）特点小特点小结：7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式1.闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式2.反馈深度讨论反馈深度讨论3.环路增益环路增益1.闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式开开环增益增益反反馈系数系数闭环增益增益因因为所以所以已知已知闭环增益的一般表达式增益的一般表达式即即7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式负反反馈放大放大电路中各种信号量的含路中各种信号量的含义7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式2.反馈深度讨论反馈深度讨论一般一般负反反馈称称为反反馈深度深度深度深度负反反馈正反正反馈自激振自激振荡 一般情况下，一般情况下，A和和F都是都是频率的函数，当考率的函数，当考虑信号信号频率的影率的影响响时，Af、A和和F分分别用用 、和和 表示。表示。即即end7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式7.4 负反馈对放大电负反馈对放大电路性能的影响路性能的影响7.4.2 减小非线性失真减小非线性失真7.4.3 抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影对输入电阻和输出电阻的影响响7.4.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 负反反馈对放大放大电路性能的改善，是以路性能的改善，是以牺牲增益牲增益为代价的，且代价的，且仅对环内的性能内的性能产生影响。生影响。串串联负反反馈 并并联负反反馈 电压负反反馈 电流流负反反馈 特特别注注意意表表7.4.1的的内内容容增大增大输入入电阻阻减小减小输入入电阻阻减小减小输出出电阻，阻，稳定定输出出电压增大增大输出出电阻，阻，稳定定输出出电流流7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响end7.5 深度负反馈条件深度负反馈条件下的近似计算下的近似计算1.深度负反馈的特点深度负反馈的特点2.举例举例1.深度负反馈的特点深度负反馈的特点即，深度即，深度负反反馈条件下，条件下，闭环增益只与反增益只与反馈网网络有关有关由于由于则又因又因为代入上式代入上式得得（也常写（也常写为 xf xi）净输入量近似等于零入量近似等于零由此可得深度由此可得深度负反反馈条件下，基本放大条件下，基本放大电路路“两虚两虚”的概念的概念输入量近似等于反入量近似等于反馈量量（xid 0）1.深度负反馈的特点深度负反馈的特点串串联负反反馈，输入端入端电压求和求和深度深度负反反馈条件下条件下 xid=xi-xf 0 虚短虚短虚断虚断虚短虚短虚断虚断并并联负反反馈，输入端入端电流求和流求和vid=vi-vf 0iid=ii-if 0vid=iid ri 08.1 功率放大电路的一般问功率放大电路的一般问题题2.功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径1.功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象8.0 功率放大电路概述功率放大电路概述能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路功率放大电路，简称，简称功放功放。功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。情况下，输出尽可能大的功率。功放电路的要求：功放电路的要求：Pomax 大大，三极管极限工作三极管极限工作 =Pomax/PV 要高要高失真要小失真要小一、主要技术指标一、主要技术指标1.最大输出功率最大输出功率Pom功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是交流功率，表达式为交流功率，表达式为PoIoUo。最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率获得的最大交流功率2.转换效率转换效率 功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之比。比。直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积。3.最大输出电压最大输出电压Vom二、功率放大电路中的晶体管二、功率放大电路中的晶体管在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求晶体管工作在极限应用状态。晶体管工作在极限应用状态。选择功放管时选择功放管时，要注意极限参数的选择，还要注意其，要注意极限参数的选择，还要注意其散散热条件热条件，使用时必须安装合适的散热片和，使用时必须安装合适的散热片和各种保护措施各种保护措施。晶体管集电极电流最大时接近晶体管集电极电流最大时接近ICM（集电极最大允许电流）（集电极最大允许电流）晶体管管压降最大时接近晶体管管压降最大时接近V（BR）CEO晶体管耗散功率最大时接近晶体管耗散功率最大时接近PCM（集电极最大（集电极最大允许耗散功率）允许耗散功率）三、功率放大电路的分析方法三、功率放大电路的分析方法采用图解法采用图解法四种工作状四种工作状态根根据据正正弦弦信信号号整整个个周周期期内内三三极管的极管的导通情况划分通情况划分乙乙类：导通角等于通角等于180甲甲类：一个周期内均一个周期内均导通通甲乙甲乙类：导通角大于通角大于180丙丙类：导通角小于通角小于180 8.2 射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例简化化电路路带电流源流源详图的的电路路图 特点：特点：电压增益近似增益近似为1，电流增益很大，可流增益很大，可获得得较大的功率大的功率增益，增益，输出出电阻小，阻小，带负载能力能力强。8.3 乙类双电源互补对乙类双电源互补对称功率放大电路称功率放大电路8.3.2 分析计算分析计算8.3.1 电路组成电路组成8.3.3 功率功率BJT的选择的选择8.3.1 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路1.电路组成电路组成 由一对由一对NPN、PNP特性相特性相同的互补三极管组成，采用正、同的互补三极管组成，采用正、负双电源供电。这种电路也称为负双电源供电。这种电路也称为OCL(Output Capacitorless)互补功率放大互补功率放大电路。电路。2.工作原理工作原理 两个三极管在信号正、负两个三极管在信号正、负半周轮流导通，使半周轮流导通，使负载得到一负载得到一个完整的波形。个完整的波形。3.分析计算分析计算图解分析图解分析3.分析计算分析计算（1）最大不失真输出功率）最大不失真输出功率Pomax实际输出功率实际输出功率Po因电压增益近似为因电压增益近似为1，当输，当输入信号足够大，入信号足够大，VCES很小很小时时,使使 Vim=Vom VCC时，时，可可获得最大功率输出。获得最大功率输出。3.分析计算分析计算单个管子在半个周期内的管耗单个管子在半个周期内的管耗（2）管耗）管耗PT两管管耗两管管耗最大管耗与最大输出功率的关系：最大管耗与最大输出功率的关系：因为：因为：令令dPT1/dVom=0，则：则：即：当即：当 时，具有最大管子功耗。时，具有最大管子功耗。选管依据之一选管依据之一3.分析计算分析计算（3）电源供给的功率）电源供给的功率PV当当（4）效率）效率 当当因为因为:PT(3)通过通过BJT的最大集电极电流为的最大集电极电流为VCCRL，所选，所选BJT的的ICM一一般不宜低于此值。般不宜低于此值。5、功率、功率BJT的选择：的选择：由上面的分析知，若想得到最大输由上面的分析知，若想得到最大输出功率，出功率，BJT的参数必须满的参数必须满足下列条件：足下列条件：(1)每只每只BJT的最大允许管耗的最大允许管耗PCM必须大于必须大于PTlm 0.2Pom；(2)考虑到当考虑到当T2导通时，当导通时，当-vCE2 0时，时，vCE1具有最大值，且等具有最大值，且等于于2VCC。因此，应选用。因此，应选用 V(BR)CEO 2VCC的管子；的管子；8.4 甲乙类互补对称功率甲乙类互补对称功率放大电路放大电路8.4.2 甲乙类单电源互补对称电甲乙类单电源互补对称电路路8.4.1 甲乙类双电源互补对称电甲乙类双电源互补对称电路路8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路乙类互补对称电路存在的问题乙类互补对称电路存在的问题由由于于T1、T2管管输输入入特特性性存存在在死死区区，所所以以输输出出波波形形在在信信号过零附近产生失真号过零附近产生失真交越失真。交越失真。原原因因：假假设设T1、T2的的死死区区电电压压都都是是0.6V，那那么么在在输输入入信信号号电电压压|Ui|0.6V期期间间，T1和和T2截截止止，输输出出电电压压为为零零，得到如图所示失真了的波形，得到如图所示失真了的波形，交越失真波形uiuott008.4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路1.静态偏置静态偏置可克服交越失真可克服交越失真2.动态工作情况动态工作情况二极管等效为恒压模型二极管等效为恒压模型#在输入信号的整个周期内，两二极管是否会出在输入信号的整个周期内，两二极管是否会出在输入信号的整个周期内，两二极管是否会出在输入信号的整个周期内，两二极管是否会出现反向偏置状态？现反向偏置状态？现反向偏置状态？现反向偏置状态？理想二极管理想二极管设设T3已有合适已有合适的静态工作点的静态工作点8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路甲乙类双电源互补对称电路VBE4可认为是定值可认为是定值(0.60.7V)R1、R2不变时，不变时，VCE4也也是定值，可看作是一个直流是定值，可看作是一个直流电源。电源。只要调节只要调节R1*、R2的比值，的比值，就可改变就可改变T1、T2的偏压。的偏压。该方法在集成电路中常用该方法在集成电路中常用到。到。8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路甲乙类单电源互补对称电路静静态时，偏置，偏置电路使路使VKVCVCC/2（电容容C充充电达达到到稳态）。）。end当有信号当有信号vi时负半周半周T1导通，有通，有电流通流通过负载RL，同，同时向向C充充电正半周正半周T2导通，通，则已充已充电的的电容容C通通过负载RL放放电。只要只要满足足RLC T信信，电容容C就就可充当原来的可充当原来的VCC。计算算Po、PT、PV和和PTm的公式的公式必必须加以修正，以加以修正，以VCC/2代替原来代替原来公式中的公式中的VCC。湖南科技大学信息与湖南科技大学信息与电气工程学院气工程学院主主讲:胡仕胡仕刚第九章第九章 信号处理与信号产生电路信号处理与信号产生电路 9.1 滤波电路的基本概念与分类滤波电路的基本概念与分类1.基本概念基本概念滤波器：是一种能使有用波器：是一种能使有用频率信号通率信号通过而同而同时抑制或衰减无抑制或衰减无 用用频率信号的率信号的电子装置。子装置。有源有源滤波器：由有源器件构成的波器：由有源器件构成的滤波器。波器。滤波波电路路传递函数定函数定义时，有，有其中其中 模，幅模，幅频响响应 相位角，相相位角，相频响响应群群时延响延响应9.1 滤波电路的基本概念与分类滤波电路的基本概念与分类2.分类分类低通（低通（LPF）高通（高通（HPF）带通（通（BPF）带阻（阻（BEF）全通（全通（APF）end1)按按电路功能分路功能分类9.1 滤波电路的基本概念与分类滤波电路的基本概念与分类9.5 正弦波振荡电路的振荡条件正弦波振荡电路的振荡条件正反正反馈放大放大电路框路框图（注意与（注意与负反反馈方框方框图的差的差别）1.振荡条件振荡条件若若环路增益路增益则去掉去掉仍有仍有稳定的定的输出。出。又又所以振所以振荡条件条件为振幅平衡条件振幅平衡条件相位平衡条件相位平衡条件只有正反只有正反馈才能才能产生自激振生自激振荡起振条件起振条件2.起振和稳幅起振和稳幅#振振振振荡荡荡荡电电电电路路路路是是是是单单单单口口口口网网网网络络络络，无无无无须须须须输输输输入入入入信信信信号号号号就就就就能能能能起起起起振振振振，起起起起振振振振的信号源来自何处？的信号源来自何处？的信号源来自何处？的信号源来自何处？电路器件内部噪声以及路器件内部噪声以及电源接通源接通扰动 当当输出出信信号号幅幅值增增加加到到一一定定程程度度时，就就要要限限制制它它继续增增加加，否否则波形将出波形将出现失真。失真。噪噪声声中中，满足足相相位位平平衡衡条条件件的的某某一一频率率 0的的噪噪声声信信号号被被放放大，成大，成为振振荡电路的路的输出信号。出信号。稳幅幅的的作作用用就就是是，当当输出出信信号号幅幅值增增加加到到一一定定程程度度时，使使振幅平衡条件从振幅平衡条件从回到回到选频：稳幅：幅：-利用负反馈end4放大放大电路（包括路（包括负反反馈放大放大电路）路）3.振荡电路基本组成部分振荡电路基本组成部分4反反馈网网络（构成正反（构成正反馈的）的）4选频网网络（选择满足相位平衡条件的一个足相位平衡条件的一个频率。率。经常与反常与反馈网网络合二合二为一。）一。）4稳幅幅环节9.6 RC正弦波振荡电路正弦波振荡电路1.电路组成电路组成2.RC串并联选频网络的选频特性串并联选频网络的选频特性3.振荡电路工作原理振荡电路工作原理4.稳幅措施稳幅措施1.电路组成电路组成反反馈网网络兼兼做做选频网网络RC桥式振式振荡电路路3.振荡电路工作原理振荡电路工作原理此此时若放大若放大电路的路的电压增益增益为 用用瞬瞬时极极性性法法判判断断可可知知，电路路满足相位平衡条件足相位平衡条件则振振荡电路路满足振幅平衡条件足振幅平衡条件当当时，时，电路路可可以以输出出频率率为 的正弦波的正弦波RC正弦波振正弦波振荡电路一般用于路一般用于产生生频率低于率低于 1 MHz 的正弦波的正弦波9.7 LC正弦波振荡电路正弦波振荡电路9.7.2 变压器反馈式变压器反馈式LC振荡电路振荡电路9.7.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路9.7.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路9.7.1 LC选频放大电路选频放大电路9.7.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路仍然由仍然由LC并联谐振电路构成选频网络并联谐振电路构成选频网络A.若中间点交流接地，则首端与尾端若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。相位相反。1.三点式三点式LC并联电路并联电路 中中间间端端的的瞬瞬时时电电位位一一定定在在首首、尾尾端电位之间。端电位之间。三点的相位关系三点的相位关系B.若首端或尾端交流接地，则其他两若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。端相位相同。9.7.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路2.电感三点式振荡电路电感三点式振荡电路LC并联谐振电路中的电感有首端、中间抽头和尾端三个端点，其交流通路分别与放大电路的集电极、发射极和基极相连，反馈信号取自电感L2上的电压。9.7.3 三点式三点式LC振荡电路振荡电路3.电容三点式振荡电路电容三点式振荡电路9.8 非正弦信号产生电路非正弦信号产生电路9.8.2 方波产生电路方波产生电路9.8.3 锯齿波产生电路锯齿波产生电路9.8.1 电压比较器电压比较器单门限电压比较器单门限电压比较器迟滞比较器迟滞比较器集成电压比较器集成电压比较器通通过几种几种电压比比较器的分析，可得出如下器的分析，可得出如下结论：（1）用用于于电压比比较器器的的运运放放，通通常常工工作作在在开开环或或正正反反馈状状态和和非非线性区性区，其，其输出出电压只有高只有高电平平VOH和低和低电VOL两种情况。两种情况。（2）一一般般用用电压传输特特性性来来描描述述输出出电压与与输入入电压的的函函数数关系。关系。（3）电压传输特性的关特性的关键要素要素 输出出电压的高的高电平平VOH和低和低电平平VOL 门限限电压 输出出电压的跳的跳变方向方向令令vPvN所求出的所求出的vI就是就是门限限电压vI等于等于门限限电压时输出出电压发生跳生跳变跳跳变方向取决于是同相方向取决于是同相输入方式入方式还是反相是反相输入方式入方式 10.1 小功率整流滤波电路小功率整流滤波电路 10.2 串联反馈式稳压电路串联反馈式稳压电路 10.0 引言引言引言引言直流直流稳压电源的作用源的作用 将将交交流流电网网电压转换为直直流流电压，为放放大大电路路提提供供直直流流工工作作电源。源。组成成各部分功能各部分功能变压器：器：整流：整流：滤波：波：稳压：end降降压滤除脉除脉动交流交流变脉脉动直流直流进一步消除一步消除纹波，提高波，提高电压的的稳定性和定性和带载能力能力1.工作原理工作原理10.1.1 单相桥式整流电路单相桥式整流电路利用二极管的利用二极管的单向向导电性性10.1.2 滤波滤波电电路路电容容滤波波电路路RL未接入时，电容已经充满了电，电容C此时无放电回路，所以电容C的电压保持为RL接入后，有了放电回路放电时，二极管不导通；充电时二极管导通二极管导通角小于10.1.2 滤波滤波电电路路电容容滤波的特点波的特点A.二极管的二极管的导电角角 ，流流过二二极极管管的的瞬瞬时电流流很大。很大。B.负载直流平均直流平均电压 VL 升高升高 d=RLC 越大，越大，VL 越高越高C.直直流流电压 VL 随随负载电流流增加而减少增加而减少当当 d （3 5）时，VL=(1.1 1.2)V2