模拟电路知识点复习总结

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,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,湖南科技大学信息与电气工程学院,主讲,:,胡仕刚,第一章,绪 论,一、,放,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。,1.2,放大电路基本知识,1.,放大倍数,(,增益,),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,可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。,1.3,放大电路的主要技术性能指标,（,1,）,电压放大倍数,定义为,:,A,U,=,U,O,/,U,I,（,2,）,电流放大倍数,定义为,:,A,I,=,I,O,/,I,I,（,3,）,互阻增益,定义为,:,A,r,=,U,O,/,I,I,（,4,）,互导增益,定义为,:,A,g,=,I,O,/,U,I,2.,输入电阻,R,i,从放大电路输入端看进去的等效电阻，决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小。,输入电阻：,R,i,=,u,i,/ i,i,一般来说，,R,i,越大越好。,（,1,）,R,i,越大，,i,i,就越小，从信号源索取的电流越小。,（,2,）当信号源有内阻时，,R,i,越大，,u,i,就越接近,u,S,。,输入端,i,i,u,i,R,i,u,S,R,S,信号源,A,u,输出端,3.,输出电阻,R,o,从放大电路输出端看进 去的等效电阻。决定了放大电路带负载的能力。,输出端,R,o,u,o,输出端,A,u,u,S,输出电阻是表明放大电路带负载的能力，,R,o,越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。,0,.,o,.,o,o,S,L,=,=,=,U,R,I,U,R,输出电阻,的定义：,4.,通频带,通频带：,f,BW,=,f,H,f,L,放大倍数随频率变化曲线,幅频特性曲线,f,A,A,m,0.7A,m,f,L,下限截止频率,f,H,上限截止频率,3dB,带宽,湖南科技大学信息与电气工程学院,主讲,:,胡仕刚,第二章,运算放大器,o,+,U,o(sat,),-,U,o(sat,),实际特性,理想特性,u,+,-,u,-,开环电压放大倍数高,(10,4,-10,7,),；,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,V,o,=,A,vo,(v,p,-v,N,),3,）开环输出电阻,r,o,0,2,）差模输入电阻,r,id,4,）共模抑制比,K,CMRR,理想运放及其分析依据,理想化条件,：,1,）开环电压放大倍数,A,uo,理想运算放大器,A,vo,(v,p,-v,N,),Vp,v,N,v,o,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,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,V,14,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,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 二极管及其基本电路,3.1,半导体的基本知识,3.3,半导体二极管,3.4,二极管基本电路及其分析方法,3.5,特殊二极管,3.2 PN,结的形成及特性,3.1.4,杂质半导体,在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为,杂质半导体,。,N,型半导体,掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。,P,型半导体,掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。,3.2.1,载流子的漂移与扩散,漂移运动：,由电场作用引起的载流子的运动称为,漂移运动,。,扩散运动：,由载流子浓度差引起的载流子的运动称为,扩散运动,。,在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成,N,型半导体和,P,型半导体。此时将在,N,型半导体和,P,型半导体的结合面上形成如下物理过程,:,因浓度差,空间电荷区形成内电场,内电场促使少子漂移,内电场阻止多子扩散,最后,多子的,扩散,和少子的,漂移,达到,动态平衡,。,多子的扩散运动,由,杂质离子形成空间电荷区,3.2.2 PN,结形成,PN,结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；,PN,结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。,由此可以得出结论：,PN,结具有单向导电性。,3.2.3,PN,结的单向导电性,PN,结,V,-,I,特性表达式,其中,PN,结的伏安特性,I,S,反向饱和电流,V,T,温度的电压当量,且在常温下（,T,=300K,）,当,PN,结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为,PN,结的,反向击穿。,热击穿,不可逆,雪崩击穿,齐纳击穿,电击穿,可逆,3.2.4 PN,结的反向击穿,一、,PN,结的伏安方程,反向饱和电流,10,-8,-10,-14,A,温度的,电压当量,电子电量,玻尔兹曼常数,1.38*10,-23,J/K,当,T,= 300,(,27,C,),：,V,T,= 26 mV,3.3.2,二极管的伏安特性,二、二极管的伏安特性,O,u,D,/V,i,D,/,mA,正向特性,V,th,死区,电压,i,D,= 0,V,th,=,0.5 V,0.1 V,(,硅管,),(,锗管,),V,V,th,i,D,急剧上升,0,V,V,th,V,D(on,),=,(0.6,0.8) V,硅管,0.7 V,(0.2,0.4) V,锗管,0.3 V,反向特性,I,S,V,(BR),反向击穿,V,(BR),V,0,i,D,=,I,S,U,(BR),反向电流急剧增大,(,反向击穿,),3.4.2,二极管电路的简化模型分析方法,1.,二极管,V,-,I,特性的建模,将指数模型 分段线性化，得到二极管特性的等效模型。,（,1,）理想模型,（,a,）,V,-,I,特性 （,b,）代表符号 （,c,）正向偏置时的电路模型 （,d,）反向偏置时的电路模型,（,2,）恒压降模型,（,a,）,V,-,I,特性 （,b,）电路模型,（,3,）折线模型,（,a,）,V,-,I,特性 （,b,）电路模型,（,4,）小信号模型,v,s,=0,时,Q,点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。,v,s,=,V,m,sin,t,时（,V,m,V,T,。,（,a,）,V,-,I,特性 （,b,）电路模型,(2),主要特点：,(a),正向特性同普通二极管,(b),反向特性,较大的 ,I,较小的,U,工作在反向击穿状态。,在一定范围内，反向击穿 具有可逆性。,（一）稳压二极管,（,3,）主要参数,稳定电压：,U,z,最小稳定电流：,I,zmin,最大稳定电流：,I,zmax,(1),结构：,面接触型硅二极管,U,/V,I,zmin,I,zmax,I,/,mA,U,z,0,上一页,下一页,返 回,下一节,上一节,(a),图形符号,(b),伏安特性,30,3.5,特殊二极管,湖南科技大学信息与电气工程学院,主讲,:,胡仕刚,第四章,三极管及放大电路基础,半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型,:,NPN,型和,PNP,型。,(a) NPN,型管结构示意图,(b) PNP,型管结构示意图,(c) NPN,管的电路符号,(d) PNP,管的电路符号,三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。,外部条件：,发射结正偏,集电结反偏,4.1.2,放大状态下,BJT,的工作原理,1.,内部载流子的传输过程,发射区：发射载流子,集电区：收集载流子,基区：传送和控制载流子,（以,NPN,为例）,由于三极管内有两种载流子,(,自由电子和空穴,),参与导电，故称为双极型三极管或,BJT,(,Bipolar Junction Transistor,),。,I,C,=,I,nC,+,I,CBO,I,E,=,I,B,+,I,C,放大状态下,BJT,中载流子的传输过程,2.,电流分配关系,根据传输过程可知,I,C,=,I,nC,+,I,CBO,通常,I,C,I,CBO,为电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般,= 0.90.99,。,I,E,=,I,B,+,I,C,放大状态下,BJT,中载流子的传输过程,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。一般,1 。,根据,I,E,=,I,B,+,I,C,I,C,=,I,nC,+,I,CBO,且令,I,CEO,= (1+,),I,CBO,（穿透电流）,2.,电流分配关系,3.,三极管的三种组态,共集电极接法,，集电极作为公共电极，用,CC,表示。,共基极接法,，,基极作为公共电极，用,CB,表示；,共发射极接法,，发射极作为公共电极，用,CE,表示；,BJT,的三种组态,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的。,实现这一传输过程的两个条件是：,（,1,）,内部条件：,发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。,（,2,）,外部条件：,发射结正向偏置，集电结反向偏置。,4.1.3 BJT,的,V,-,I,特性曲线,i,B,=,f,(,v,BE,),v,CE,=const,(2),当,v,CE,1V,时，,v,CB,=,v,CE,-,v,BE,0,，,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,v,BE,下,I,B,减小，特性曲线右移。,(1),当,v,CE,=0V,时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,1.,输入特性曲线,（以共射极放大电路为例）,共射极连接,饱和区：,i,C,明显受,v,CE,控制的区域，该区域内，一般,v,CE,0.7V (,硅管,),。此时，,发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小,。,i,C,=,f,(,v,CE,),i,B,=const,2.,输出特性曲线,输出特性曲线的三个区域,:,截止区：,i,C,接近零的区域，相当,i,B,=0,的曲线的下方。此时，,v,BE,小于死区电压,。,放大区：,i,C,平行于,v,CE,轴的区域，曲线基本平行等距。此时，,发射结正偏，集电结反偏,。,4.1.3 BJT,的,V,-,I,特性曲线,(1),集电极最大允许电流,I,CM,(2),集电极最大允许功率损耗,P,CM,P,CM,=,I,C,V,CE,极限参数,4.1.4 BJT,的主要参数,V,(BR)CEO,基极开路时集电极和发射,极间的击穿电压。,在输出特性曲线上，作出直流负载线,V,CE,=,V,CC,i,C,R,c,，与,I,BQ,曲线的交点即为,Q,点，从而得到,V,CEQ,和,I,CQ,。,在输入特性曲线上，作出直线,，两线的交点即是,Q,点，得到,I,BQ,。,4.3.1,图解分析法,1.,静态工作点的图解分析,根据,v,s,的波形，在,BJT,的输入特性曲线图上画出,v,BE,、,i,B,的波形,2.,动态工作情况的图解分析,根据,i,B,的变化范围在输出特性曲线图上画出,i,C,和,v,CE,的波形,2.,动态工作情况的图解分析,3.,静态工作点对波形失真的影响,截止失真的波形,饱和失真的波形,3.,静态工作点对波形失真的影响,4.3.2,小信号模型分析法,1. BJT,的,H,参数及小信号模型,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。,BJT,的,H,参数及小信号模型,H,参数的确定,r,be,=,r,bb,+ (1+,),r,e,其中对于低频小功率管,r,bb,200,则,而,(,T,=300K),一般也用公式估算,r,be,（忽略,r,e,）,重点掌握固定偏流射极电路和分压式射极电路,4.4.2,射极偏置电路,小信号模型,等效电路法的步骤,：,1.,首先利用图解法或近似估算法确定放大电路的静态工作点,Q,。,2.,求出静态工作点处的微变等效电路参数,和,r,be,。,3.,画出放大电路的微变等效电路。可先画出三极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交流通路。,4.,列出电路方程并求解。,三种组态的特点及用途,共射极放大电路：,电压和电流增益都大于,1,，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。,共集电极放大电路：,只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。,共基极放大电路：,只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。,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相位都将发生变化。,频率特性,幅频特性：,电压放大倍数的模,|,A,u,|,与频率,f,的关系,相频特性：,输出电压相对于输入电压的,相位移,与频率,f,的关系,A,u,(,f,),幅频特性,(,f,),相频特性,4.6,放大电路的频率响应,通频带,f,|A,u,|,0.707,|,A,u,o,|,f,L,f,H,|,A,u,o,|,幅频特性,下限截止频率,上限截止频率,耦合、旁路电容造成。,三极管结电容、,造成,f,270,180,90,相频特性,O,4.7,多级,(,组合,),放大电路,基本放大电路,多级放大电路,一级,级间耦合：,级与级之间的连接,耦合方式,直接耦合,阻容耦合,变压器耦合,光电耦合,1.,直接耦合,将,前一级的输出端直接连接到后一级的输入端称为,直接耦合。,如图所示,4.7.1,级间耦合方式,耦合方式有考点,二、直接耦合方式的优缺点,优点：低频特性好（可放大变化缓慢的信号）；,易于集成化。,缺点：,Q,点相互影响,电平偏移,存在零点漂移（简称,零漂,）现象,不便于分析、设计和调试。,适用场合：集成电路中。,2.,阻容耦合,将前级的输出端通过电容接到后级的输入端称为,阻容耦合,。,缺点：低频特性差（不能放大变化缓慢的低频信号）；,优点：,Q,点相互独立,适用场合：特殊需要的分立元件电路中。,便于分析、设计和调试。,不便于集成化。,3,、变压器耦合,将前级的输出端通过变压器接到后级的输入端或负载电阻上称为,变压器耦合,。,优点：,Q,点相互独立,便于分析、设计和调试；,能实现阻抗变换。,4.7.2,多级（组合）放大电路的动态分析,n,级放大电路交流等效电路的方框图,一、电压放大倍数,放大电路中，前一级的输出电压等于后一级的输入电压，即,即,注意,必须将后级输入电阻作为前级的负载电阻,。,二、输入电阻,R,i,=,R,i1,三、输出电阻,R,o,=,R,on,第六章,模拟集成电路,湖南科技大学信息与电气工程学院,主讲,:,胡仕刚,6.1.1 BJT,电流源电路,1.,镜像电流源,T,1,、,T,2,的参数全同,即,1,2,，,I,CEO1,I,CEO2,当,BJT,的,较大时，基极电流,I,B,可以忽略,I,o,I,C2,I,REF,代表符号,6.1.1 BJT,电流源电路,1.,镜像电流源,动态电阻,一般,r,o,在几百千欧以上,6.2.1,差分式放大电路的一般结构,2.,有关概念,差模信号,共模信号,差模电压增益,共模电压增益,总输出电压,其中,差模信号产生的输出,共模信号产生的输出,共模抑制比,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,2.,有关概念,根据,有,共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分,差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分,两输入端中的共模信号大小相等，相位相同；差模信号大小相等，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电气工程学院,主讲,:,胡仕刚,第七章,放大电路中的反馈,7.1.1,什么是反馈,将电子系统输出回路的电量（电压或电流），送回到输入回路的过程。,h,fe,i,b,i,c,v,ce,I,b,v,be,h,re,v,ce,h,ie,h,oe,内部反馈,外部反馈,输出信号,反馈放大电路的输入信号,反馈信号,基本放大电路的输入信号（净输入信号）,7.1.1,什么是反馈,反馈放大电路组成框图,反馈通路,信号反向传输的渠道,开环,无反馈通路,闭环,有反馈通路,7.1.3,正反馈与负反馈,正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。,负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。,从输出端看,从输入端看,正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。,负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。,净输入量可以是电压，也可以是电流。,7.1.3,正反馈与负反馈,判别方法：,瞬时极性法,。即在电路中，从输入端开始，沿着,信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率,（正斜率或负斜率，用,“,+,”,、,“,-,”,号表示）。,净输入量减小,净输入量增大,负反馈,正反馈,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由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定,电压反馈：反馈信号,x,f,和输出电压成比例，即,x,f,=,F,v,o,电流反馈：反馈信号,x,f,与输出电流成比例，即,x,f,=,Fi,o,并联结构,串联结构,7.1.5,电压反馈与电流反馈,判断方法：负载短路法,将,负载,短路，反馈量仍然存在,电流反馈。,将,负载,短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零,电压反馈。,电压反馈,电流反馈,反馈通路,反馈通路,7.2,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,7.2.3,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,7.2.1,电压串联负反馈放大电路,反馈组态判断举例（交流）,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,输入以电压形式求和,（,KVL,）,：,v,id,=,v,i,-,v,f,稳定输出电压,特点：,电压控制的电压源,7.2.2,电压并联负反馈放大电路,输入以电流形式求和,（,KCL,）,：,i,id,=,i,i,-,i,f,稳定输出电压,电流控制的电压源,特点：,7.2.3,电流串联负反馈放大电路,输入以电压形式求和,（,KVL,）,：,v,id,=,v,i,-,v,f,稳定输出电流,电压控制的电流源,特点：,7.2.4,电流并联负反馈放大电路,输入以电流形式求和,（,KCL,）,：,i,id,=,i,i,-,i,f,稳定输出电流,电流控制的电流源,特点：,电压负反馈：,稳定输出电压，具有恒压特性,串联反馈：,输入端电压求和（,KVL,）,电流负反馈：,稳定输出电流，具有恒流特性,并联反馈：,输入端电流求和（,KCL,）,特点小结：,7.3,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,2.,反馈深度讨论,3.,环路增益,1.,闭环增益的一般表达式,开环增益,反馈系数,闭环增益,因为,所以,已知,闭环增益的一般表达式,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,2.,反馈深度讨论,一般负反馈,称为反馈深度,深度负反馈,正反馈,自激振荡,一般情况下，,A,和,F,都是频率的函数，当考虑信号频率的影响时，,A,f,、,A,和,F,分别用 、 和 表示。,即,end,7.3,负反馈放大电路增益的一般表达式,7.4,负反馈对放大电路性能的影响,7.4.2,减小非线性失真,7.4.3,抑制反馈环内噪声,7.4.4,对输入电阻和输出电阻的影响,7.4.1,提高增益的稳定性,负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。,串联负反馈,并联负反馈,电压负反馈,电流负反馈,特别注意表,7.4.1,的内容,增大输入电阻,减小输入电阻,减小输出电阻，稳定输出电压,增大输出电阻，稳定输出电流,7.4.4,对输入电阻和输出电阻的影响,end,7.5,深度负反馈条件下的近似计算,1.,深度负反馈的特点,2.,举例,1.,深度负反馈的特点,即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关,由于,则,又因为,代入上式,得,（也常写为,x,f,x,i,）,净输入量近似等于零,由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路,“,两虚,”,的概念,输入量近似等于反馈量,（,x,id,0,）,1.,深度负反馈的特点,串联负反馈，输入端电压求和,深度负反馈条件下,x,id,=,x,i,-,x,f,0,虚短,虚断,虚短,虚断,并联负反馈，输入端电流求和,v,id,=,v,i,-,v,f,0,i,id,=,i,i,-,i,f,0,v,id,=,i,id,r,i,0,8.1,功率放大电路的一般问题,2.,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,8.0,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,功率放大电路,，简称,功放,。,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情况下，输出尽可能大的功率。,功放,电路的要求：,P,omax,大,，,三极管极限工作,=,P,omax,/,P,V,要高,失真要小,一、主要技术指标,1.,最大输出功率,P,om,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,P,o,I,o,U,o,。,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,2.,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比。,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,V,om,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，要求晶体管工作在极限应用状态。,选择功放管时,，要注意极限参数的选择，还要注意其,散热条件,，使用时必须安装合适的散热片和,各种保护措施,。,晶体管集电极电流最大时接近,I,CM,（集电极最大允许电流）,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,P,CM,（集电极最大允许耗散功率）,三、功率放大电路的分析方法,采用图解法,四种工作状态,根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分,乙类：,导通角等于,180,甲类：,一个周期内均导通,甲乙类：,导通角大于,180,丙类：,导通角小于,180,8.2,射极输出器,甲类放大的实例,简化电路,带电流源详图的电路图,特点：,电压增益近似为,1,，电流增益很大，可获得较大的功率增益，输出电阻小，带负载能力强。,8.3,乙类双电源互补对称功率放大电路,8.3.2,分析计算,8.3.1,电路组成,8.3.3,功率,BJT,的选择,8.3.1,乙类双电源互补对称功率放大电路,1.,电路组成,由一对,NPN,、,PNP,特性相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,OCL(Output,Capacitorless,),互补功率放大电路。,2.,工作原理,两个三极管在信号正、负半周轮流导通，使,负载得到一个完整的波形。,3.,分析计算,图解分析,3.,分析计算,（,1,）最大不失真输出功率,P,omax,实际输出功率,P,o,因电压增益近似为,1,，当输入信号足够大，,V,CES,很小时,使,V,im,=,V,om,V,CC,时，,可获得最大功率输出。,3.,分析计算,单个管子在半个周期内的管耗,（,2,）管耗,P,T,两管管耗,最大管耗与最大输出功率的关系：,因为：,令,dP,T1,/dV,om,=0,，,则：,即：当 时，具有最大管子功耗。,选管依据之一,3.,分析计算,（,3,）电源供给的功率,P,V,当,（,4,）效率,当,因为,:,P,T,(3),通过,BJT,的最大集电极电流为,V,CC,R,L,，,所选,BJT,的,I,CM,一般不宜低于此值。,5,、功率,BJT,的选择：,由上面的分析知，若想得到最大输,出功率，,BJT,的参数必须满,足下列条件：,(1),每只,BJT,的最大允许管耗,P,CM,必须大于,P,Tlm,0.2P,o,m,；,(2),考虑到当,T,2,导通时，当,-v,CE2,0,时，,v,CE1,具有最大值，且等于,2V,CC,。,因此，应选用,V,(BR)CEO,2V,CC,的管子；,8.4,甲乙类互补对称功率放大电路,8.4.2,甲乙类单电源互补对称电路,8.4.1,甲乙类双电源互补对称电路,8.4.1,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,由于,T,1,、,T,2,管输入特性存在死区，所以输出波形在信号过零附近产生失真,交越失真。,原因：假设,T,1,、,T,2,的死区电压都是,0.6V,，,那么在输入信号电压,|,U,i,|,0.6V,期间，,T,1,和,T,2,截止，输出电压为零，得到如图所示失真了的波形，,交越失真波形,u,i,u,o,t,t,0,0,8.4.1,甲乙类双电源互补对称电路,1.,静态偏置,可克服交越失真,2.,动态工作情况,二极管等效为恒压模型,#,在输入信号的整个周期内，两二极管是否会出现反向偏置状态？,理想二极管,设,T,3,已有合适,的静态工作点,8,.4.1,甲,乙类双电源互补对称电路,V,BE4,可认为是定值,(0.60.7V),R,1,、,R,2,不变时，,V,CE4,也是定值，可看作是一个直流电源。,只要调节,R,1,*,、,R,2,的比值，就可改变,T,1,、,T,2,的偏压。该方法在集成电路中常用到。,8.4.2,甲乙类单电源互补对称电路,静态时，偏置电路使,V,K,V,C,V,CC,/2,（,电容,C,充电达到稳态）,。,end,当有信号,v,i,时,负半周,T,1,导通，有电流通过负载,R,L,，,同时向,C,充电,正半周,T,2,导通，则已充电的电容,C,通过负载,R,L,放电。,只要满足,R,L,C,T,信,，电容,C,就可充当原来的,V,CC,。,计算,P,o,、,P,T,、,P,V,和,P,Tm,的公式必须加以修正，以,V,CC,/2,代替原来公式中的,V,CC,。,湖南科技大学信息与电气工程学院,主讲,:,胡仕刚,第九章,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,1.,基本概念,滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无,用频率信号的电子装置。,有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。,滤波电路传递函数定义,时，有,其中,模，幅频响应,相位角，相频响应,群时延响应,9.1,滤波电路的基本概念与分类,2.,分类,低通（,LPF,）,高通（,HPF,）,带通（,BPF,）,带阻（,BEF,）,全通（,APF,）,end,1),按电路功能分类,9.1,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,正反馈放大电路框图,（注意与负反馈方框图的差别）,1.,振荡条件,若环路增益,则,去掉,仍有稳定的输出。,又,所以振荡条件为,振幅平衡条件,相位平衡条件,只有正反馈才能产生自激振荡,起振条件,2.,起振和稳幅,#,振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？,电路器件内部噪声以及电源接通扰动,当输出信号幅值增加到一定程度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现失真。,噪声中，满足相位平衡条件的某一频率,0,的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。,稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从 回到,选频,：,稳幅：,-,利用负反馈,end,放大电路（包括负反馈放大电路）,3.,振荡电路基本组成部分,反馈网络（构成正反馈的）,选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈,网络合二为一。）,稳幅环节,9.6,RC,正弦波振荡电路,1.,电路组成,2.,RC,串并联选频网络的选频特性,3.,振荡电路工作原理,4.,稳幅措施,1.,电路组成,反馈网络兼做选频网络,RC,桥式振荡电路,3.,振荡电路工作原理,此时若放大电路的电压增益为,用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件,则振荡电路满足振幅平衡条件,当,时，,电路可以输出频率为 的正弦波,RC,正弦波振荡电路一般用于产生频率低于,1 MHz,的正弦波,9.7,LC,正弦波振荡电路,9.7.2,变压器反馈式,LC,振荡电路,9.7.3,三点式,LC,振荡电路,9.7.4,石英晶体振荡电路,9.7.1,LC,选频放大电路,9.7.3,三点式,LC,振荡电路,仍然由,LC,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,相位相反。,1.,三点式,LC,并联电路,中间端的瞬时电位一定在首、尾端电位之间。,三点的相位关系,B.,若首端或尾端交流接地，则其他两,端相位相同。,9.7.3,三点式,LC,振荡电路,2.,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,L,2,上的电压。,9.7.3,三点式,LC,振荡电路,3.,电容三点式振荡电路,9.8,非正弦信号产生电路,9.8.2,方波产生电路,9.8.3,锯齿波产生电路,9.8.1,电压比较器,单门限电压比较器,迟滞比较器,集成电压比较器,通过几种电压比较器的分析，可得出如下结论：,（,1,）用于电压比较器的运放，通常工作在,开环或正反馈状态,和,非线性区,，其输出电压只有高电平,V,OH,和低电,V,OL,两种情况。,（,2,）一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。,（,3,）电压传输特性的关键要素,输出电压的高电平,V,OH,和低电平,V,OL,门限电压,输出电压的跳变方向,令,v,P,v,N,所求出的,v,I,就是门限电压,v,I,等于门限电压时输出电压发生跳变,跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式,10.1,小功率整流滤波电路,10.2,串联反馈式稳压电路,10 直流稳压电源,10.0,引言,引言,直流稳压电源的作用,将交流电网电压转换为直流电压，为放大电路提供直流工作电源。,组成,各部分功能,变压器：,整流：,滤波：,稳压：,end,降压,滤除脉动,交流变脉动直流,进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力,1.,工作原理,10.1.1,单相桥式整流电路,利用二极管的单向导电性,10.1.2,滤波,电路,电容滤波电路,R,L,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,电路,电容滤波的特点,A.,二极管的导电角, ,，,流过二极管的瞬时电流很大。,B.,负载直流平均电压,V,L,升高,d,=,R,L,C,越大，,V,L,越高,C.,直流电压,V,L,随负载电流增加而减少,当,d,（,3 5,）,时，,V,L,= ( 1.1 1.2 ),V,2,