模拟电路总复习.ppt

《模拟电路总复习.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电路总复习.ppt（120页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、第一章 总结,1.半导体的基本知识,2.Pn结的单向导电性,3.二极管的单向导电性及两种模型,4.二极管电路分析与计算,5.三极管分类、内部结构、特性曲线,.三极管参数、电极判断,.稳压管参数、工作原理,一、两种半导体和两种载流子,两种载流子的运动,电子,自由电子,空穴,价电子,两 种半导体,N 型(多电子),P 型(多空穴),二、二极管,1.特性,单向导电,正向电阻小(理想为 0)，反向电阻大()。,2.主要参数,正向 最大平均电流 IF,反向,最大反向工作电压 U(BR)(超过则击穿),反向饱和电流 IR(IS)(受温度影响),IS,3.二极管的等效模型,理想模型(大信号状态采用),正偏导

2、通 电压降为零 相当于理想开关闭合,反偏截止 电流为零 相当于理想开关断开,恒压降模型,UD(on),正偏电压 UD(on)时导通 等效为恒压源UD(on),否则截止，相当于二极管支路断开,UD(on)=(0.6 0.8)V,估算时取 0.7 V,硅管：,锗管：,(0.1 0.3)V,0.2 V,折线近似模型,相当于有内阻的恒压源 UD(on),4.二极管的分析方法,图解法,微变等效电路法,5.特殊二极管,工作条件,主要用途,稳压二极管,反 偏,稳 压,发光二极管,正 偏,发 光,光敏二极管,反 偏,光电转换,三、两种半导体放大器件,双极型半导体三极管(晶体三极管 BJT),单极型半导体三极管

3、(场效应管 FET),两种载流子导电,单一载流子导电,晶体三极管,1.形式与结构,NPN,PNP,三区、三极、两结,2.特点,基极电流控制集电极电流并实现放大,放大条件,内因：发射区载流子浓度高、基区薄、集电区面积大,外因：发射结正偏、集电结反偏,3.电流关系,IE=IC+IB,IC=IB+ICEO,IE=(1+)IB+ICEO,IE=IC+IB,IC=IB,IE=(1+)IB,4.特性,死区电压(Uth)：,0.5 V(硅管),0.1 V(锗管),工作电压(UBE(on)：,0.6 0.8 V 取 0.7 V(硅管),0.2 0.3 V 取 0.3 V(锗管),饱和区,截止区,放大区,饱和区

4、,截止区,放大区特点：,1)iB 决定 iC,2)曲线水平表示恒流,3)曲线间隔表示受控,5.参数,特性参数,电流放大倍数,=/(1),=/(1+),极间反向电流,ICBO,ICEO,极限参数,ICM,PCM,U(BR)CEO,ICM,U(BR)CEO,PCM,安 全 工 作 区,=(1+)ICBO,过损耗区,例.在晶体管放大电路中，测得三个晶体管的各个电极的电位如图所示。试判断各晶体管的类型（是PNP管还是NPN管，是硅管还是锗管），并区分e、b、c三个电极。,小 结,第一节 放大电路组成及工作原理,一、基本放大电路定义,由一个放大元件所构成的简单放大电路。放大元件：三极管、场效应管,二、基

5、本放大电路组成,第二章 放大电路基础,三、各元件作用,四.放大电路的组成原则,1.电路中要有放大元件，而且电源的设置应与三极管的类型相匹配，使三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，以保证三极管工作在放大状态。对于NPN管，必须使：UBE0，UBC0。,.元件的安排要保证信号的传输。,第二节放大电路的分析方法,一、放大电路的基本概念,静态和动态,（1）外加输入信号为零时放大电路的工作状态，称为静态。此时放大电路各处的电流和电压都是直流量。,（2）加入输入信号以后放大电路的工作状态，称为动态。此时放大电路中既有交流分量又有直流分量。,直流通路和交流通路,二、静态工作点Q：,(1)静态工作点的估算

6、,UCEQ=UCC-ICQRC,(2).图解法,在三极管的输入输出特性曲线上，用作图的方法，来分析放大电路的工作情况。,图解法是分析非线性电路的一种基本方法。,、动态分析,静态工作点分析：估算法、图解法。,图解法分析幅值及失真情况。,微变等效电路法分析放大倍数,输入电阻、输出电阻,电压放大倍数,已知两只晶体管的电流放大系数分别为50和100，现测得放大电路中这两只管子两个电极的电流如图3所示。分别求另一电极的电流，标出其实际方向，并在圆圈中画出管子。,NPN型半导体三极管构成的基本放大电路中（图），由于电路参数不同，在信号源电压为正弦波时，测得输出波形如图1（a）、（b）、（c）所示，试说明电

7、路分别产生了什么失真，如何消除。a 饱和失真；b 截止失真；c。,3.3.3 静态工作点估算,若IRIB，则,UEQ UBQUBEQ,UCEQ=UCCICQRC IEQRE=UCCICQ(RC+RE),Q值仅与电阻和电源数值有关，而基本与管子的参数无关。,注意：该电路计算Q点应从UB入手：,UBQUEQIEQICQIBQ、UCEQ,ri=RB1 RB2 rbe,rO RC,.,基本放大电路的三种组态,3.4.1 共集电极放大电路 射极输出器,1、电路结构,2、静态分析,UCEQ=UCCIEQRE=UCCICQRE,ICQ=IBQ,3、动态分析,1）求电压放大倍数Au,Uo=Ie(RE RL)=

8、(1+)IbRE,Ui=Ib rbe+Ie RE=Ib rbe+(1+)Ib RE,2）求输入电阻ri,射极输出器的输入电阻较大,）求输出电阻ro,I=IRe+Ib+Ib,射极输出器的输出电阻很小。,（a）作多级放大电路的输入极。,（b）作多级放大电路的输出极。,）特点和应用,（c）作多级放大电路的缓冲级,由于ro较小，可提高电路的带载能力。,由于ri较大，可提高输入信号的利用率。,应用:,、共基极放大电路,1、电路结构,2、静态分析,UCEQ=UCCICQRC IEQRE=UCCICQ(RC+RE),3、动态分析,1）求电压放大倍数,Ui=Ib rbe,2）求输入电阻,I1=Ii+Ie,3）

9、求输出电阻,Us=0，则 Ib=0,Ic=0,ro=Rc,4、三极管共基极电流放大倍数,在共基极接法中，三极管的输入电流为Ie，输出电流为Ic，因此,、三种组态的比较（总结）,ri高，ro低，Au小于接近于1，无电压放大作用,具有电压跟随的特点；有电流放大作用。常用作电压放大电路的输入级与输出级,三种接法的主要特点和应用,具有较大的电压、电流放大倍数，同时ri高，ro比较适中，故常用作放大电路的输入/输出/中间级；具有倒相作用。,1共射电路：,2射随:,3共基电路,作输出级（输出阻抗低，带负载能力强）,ri低，结电容影响小，频率特性好，常用于宽带放大器；ro高，可用作恒流源（在运放内部结构中可

10、以看到它的应用）；无电流放大作用，有电压放大作用，且Uo与Ui同相。,、三种组态的比较（总结）,ri高，ro低，Au小于接近于1，无电压放大作用,具有电压跟随的特点；有电流放大作用。常用作电压放大电路的输入级与输出级,三种接法的主要特点和应用,具有较大的电压、电流放大倍数，同时ri高，ro比较适中，故常用作放大电路的输入/输出/中间级；具有倒相作用。,1共射电路：,2射随:,解:1）,2.6,UCEQ=7.2 V,7.2,UCEM UCEQ ICQ RL=9.8 V,4.8,9.8,2.6,7.2,UOM1UCEQUCES=7.24.8=2.4 V,UOM2UCEMUCEQ=9.87.2=2.

11、6 V,UOM min(UOM1，UOM2)=2.4V,如图电路，=100，试用微变等效电路法求解：1)不接负载电阻时的电压放大倍数；2)接负载电阻时的电压放大倍数；3)ri、rO；4)信号源内阻RS 500的电压放大倍数。,多级放大电路的分析和动态参数的计算,1、电压放大倍数Au：各级电压放大倍数之积。,2、输入电阻：第一级放大电路的输入电阻。,3、输出电阻：最后一级的输出电阻。,ri=ri1,ro=ron,在分析多级放大电路时，要考虑前、后级之间的相互影响。通常把后一级的输入电阻看作前一级的交流负载电阻，即令：rLk=ri,k+1。,例1：如图所示两级阻容耦合放大电路，已知：1=2=50，

12、计算该电路的总的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,ICQ=IBQ 1mA,UCE1=UCC-IC1RE1=9 V,UCE2 UCCIC2(RC 2+RE 2)=122(2+1.5)=5V,RL1=RE1 RL1=RE1 ri2=0.67K,RL1=ri2=RB4 RB5 rbe2=0.87K,RL2=RC2 RL=1.5K,Au=Au1 Au2=0.95(78)75,ro=ro2 RC2 2K,ri=ri1=(RB3+RB1 RB2)rbe1+(1+)RE1 31.5 K,基本差动放大电路,一、基本差动放大电路,二、抑制零点漂移原理,理想情况下，电路对称，ui=0时，IC1=IC2，UC1=

13、UC2，所以uo=UC1-UC2=0,故：零漂移被抑制。,即,由于电路完全对称，两管uC的变化相同，所以uo=0，从而AC=0（实际上两管不可能完全对称，即 Uo0，但AC很小）。,三、当有信号输入时（ui=0）,对称差放的工作情况分成以下几种来讨论：,1、ui1=ui2（大小、相位均相同）,称为共模输入,2、ui1=ui2（大小相同、极性相反）,称为差模输入,差模放大倍数：,（设ui1为正）,即：与单管放大倍数相同。,3、ui1 ui2(两个输入信号的大小和极性任意的)称为比较输入。,问题：为什么要引入差放呢？,引入差动电路的主要目的是多用一个放大管来换取对零漂的抑制。,可分解为共模分量和差

14、模分量,四、共模抑制比CMRR：,差模电压放大倍数Ad对共模电压放大倍数Ac之比的绝对值。CMRR越高的差动放大电路，抑制零点漂移的能力越强。,例：电路如图（见下页），已知 Rc=10k，RB=300k，RS=2k，rbe1=rbe2=1k，1=2=50。1）此电路若采用单端输出，能抑制零漂吗？2）若结构上完全对称，求差模电压放大倍数Ad和共模电压放大倍数Ac。,AC=0,典型差动放大电路长尾式差放,1、利用差动抑制零漂,一、工作原理,2、利用RP调校对称性,由于长尾电路的偏流由负电源UEE提供，所以RB可以不用，而保留RS,采用该电路的优点：,3、利用RE稳定静态工作点，抑制共模信号零漂。,

15、1）对于共模输入，iC1、iC2同时增加，iRE增加,uE升高，uBE减小，从而限制iC1、iC2的增加，RE起共模电流负反馈作用,RE共模反馈电阻。,2）对于差模输入，iC1=iC2,iRE保持不变，UE=0，RE不起作用。,可见，RE引入的共模负反馈使AC减小了，降低了每个管子的零漂；但对Ad没有影响，因此提高了电路的共模抑制比。,RE愈大，共模负反馈愈强，零漂越小。但是随着RE的增大，其上的直流压降也愈大，故引入一个负电源UEE来补偿RE上的压降，以免输出电压范围减小；同时也保证UB近似“0”电位。,两管对称,二、性能分析,1静态分析（Ui=0）：,IB1=IB2=IB,IE1=IE2=

16、IE=IRE/2,IC1=IC2=IC,根据电路：,2动态分析（ui1=ui2）：,对于差模输入信号，由于两管的输入信号幅度相等而极性相反，所以 iC1=iC2,流过RE的电流iRE保持不变，则 uE=0，uE相当于一个固定电位，可等效作电源同样考虑，则在画交流通路时可看作交流地，故得单管交流通路如下：,1）等效电路：,）放大倍数：,当在两管的集电极间接入负载RL时，由于差动输入，一管uC升高，另一管uC降低，RL中点的电位不变，相当于交流地，故可以认为每管各带一负载RL/2，所以 RL=RC/（RL/2）。,ui=ui1-ui2，输入信号以电压的形式相加减，故可以认为两输入端口之间为串联的关

17、系，所以差模输入电阻为：,3）差动输入电阻ri,4）差模输出电阻ro,ri=2（RS+rbe）+（1+）RP,ro=2RC,3.7 图P3.7所示电路参数理想对称，晶体管的均为50，,=100，UBEQ0.7。试计算RW滑动端在中点时T1管和T2管的发射极静态电流IEQ，以及动态参数Ad和Ri。,解：RW滑动端在中点时T1管和T2管的发射极静态电流分析如下：,Ad和Ri分析如下：,3.8差分放大电路如图所示。设VT1、VT2特性对称且12100，UBE1UBE2UBE0.6V，rbb1rbb2rbb240。试估算：1VT1、VT2的静态工作电流、电压：IC、ICE；2差模电压放大倍数Aud。,

18、解：,功 放 复 习,功率放大电路的相关概念,一、对功放的一般要求（特点）,1、输出功率尽可能大。,对共射接法：,2、非线性失真要小。,3、效率要高,二、功放分类,1甲类功放Q点位于交流负载线的中点（Q1）,2乙类功放Q点位于截止边缘（Q2此时只 有信号的正半周起作用）,3甲乙类功放Q点处于甲类和乙类之间（Q3 靠近截止区）,功放的内部损耗主要是静态管耗（PC=ICQUCEQ），从效率角度考虑，PC越小越好，显然乙类功放管耗最小，其次是甲乙类，但却都易引起失真。,互补对称功率放大电路,一、OTL电路（Output Transformerless）,1静态时，两管都工作于乙类状态；,2当Ui在U

19、CC/2上下变化时,正半周时，T1导通，T2截止,CL充电，电流由电源提供；,负半周时，T1截止,T2导通，CL放电，电流由电容CL提供。,3.电路缺点：信号较小时，有交越失真,二、OTL甲乙类互补对称电路,三、OCL甲乙类互补对称功放,采用复合管的功率输出级,复合管（达林顿管）,复合管的类型由第一管决定，第一管的类型相同（若第一管为PNP管，则复合管为PNP型），且b、c、e各极与第一管相同。,运 放 复 习,运放结构特点：,、因硅片上不能制作大电容，故级间采用直接耦合；,、为减少环境温度和干扰等影响，多采用对称电路（如差动电路）和复合电路来改善电路性能；,、因为硅片上不易制作高阻值电阻，所

20、以大量采用电流源代替大电阻；,、集成晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能上有较大差异，所以在集成运放中常采用复合形式。,集成运放的组成,输入电阻大，输出电阻小，抑制零漂能力强，可输出较大的功率。,理想运算放大器,1.开环放大倍数Auo,2.差模输入电阻rid,3.开环输出电阻ro0,4.共模抑制比CMRR,5失调电UOS、失调电流IOS及它们的温漂均为零,6输入偏置电流IB1=IB2=0,一、理想运算放大器性能指标,1.运放工作在线性区时，有两条重要结论：,即：输入电流等于0虚断。同相输入端和反相输入端近似等电位虚短。,二、开环电压传输特性,2非线性区（饱和区）,(1)当u+u，uo=+Uo(

21、sat),(2)当u+u，uo=Uo(sat),由于rid，所以此时仍有 IB1=IB2=0,比例运算电路,一、反相比例运算电路,二、同相比例运算电路,三、差动比例运算电路,四、反相求和电路,积分电路和微分电路,一、积分电路,uo,二、比例积分调节器（PI调节器）,三、微分电路,例：运放电路如图所示，设各级电阻已平衡，t=0时，输入输出电压均为零，求Uo与输入电压之间的关系。,例：设计一个能实现Uo=2Ui1-5Ui2+0.1Ui3的求和电路。,电路如图所示，要求,（2）若RF1=R1，RF2=R2，R3=R4，写出此时uo与u11，u12的关系式。,（1）写出输出电压uo 与输入电压u11，

22、u12之间运算关系的表达式。,解：,当u01单独作用时,当u12单独作用时,电路如图所示，要求,（2）若Rf1=R1，Rf2=R2，R3=R4，写出此时uo与u11，u12的关系式。,（1）写出输出电压uo 与输入电压u11，u12之间运算关系的表达式。,（2）若Rf1=R1，Rf2=R2，R3=R4,反 馈 复 习,反馈的分类,一、根据反馈信号的成份分：,交流反馈：Xf中仅包含交流成份,直流反馈：Xf中仅包含直流成份,交、直流反馈：交直流成份兼而有之。,交流反馈：在反馈支路串有电容；直流反馈：在反馈支路的中间或两端对地接有电容;否则交直流反馈。,问题的关键:电容隔直通交,一般判别：,判别：采

23、用瞬时极性法,二、反馈极性分：正反馈、负反馈,三、反馈的组态,电压反馈：Xf取自输出电压Uo,电流反馈：Xf 取自输出电流Io,输出端：,判别：如果反馈信号和输出信号取自同一极，则为电压反馈，否则为电流反馈。,并联反馈：Xf与Xi以电流的形式相加减。,串联反馈：Xf与Xi以电压的形式相加减。,输入端：,判别：如果反馈信号和输入信号加在同一极，则为并联反馈，否则为串联反馈。,引入负反馈的一般原则：,1要稳定 直流量（如Q点），应引入直流负反馈；,2要稳定交流性能，应引入交流负反馈；,要稳定输出电压，应引入电压负反馈；（减小输出电阻）,要稳定输出电流，应引入电流负反馈；（提高输出电阻）,要提高输入

24、电阻，应引入串联负反馈；,要降低输入电阻，应引入并联负反馈。,负反馈对放大电路性能的影响,一、提高放大倍数的稳定性：提高了（1+AF）倍,二、扩展频带：频带展宽了（1+AF）倍,三、减小非线形失真及抑制干扰和噪声,四、负反馈对输入电阻的影响,1、串联负反馈：增大输入电阻，rif=(1+AF)ri（）,2、并联负反馈：减小输入电阻，rif=ri/(1+AF)（0）,1、电压负反馈：减小输出电阻，也就是稳定输出电压。rof=ro/(1+AF)（0）,五、负反馈对输出电阻的影响,2、电流负反馈:增大输出电阻，也就是稳定输出电流。rof=(1+AF)ro（）,深度负反馈放大电路的计算,方法一：转换法,

25、先求出反馈系数F，然后求出Af，再转换成Auf或Ausf。,具体估算步骤如下：,1判别反馈组态，确定A、F的含义；,2画出F电路，列出F表达式；,3求出Af=1/F;,4转换成Auf或Ausf,方法二：直接法,先找出Xf与Xi的联系（Xf Xi），然后根据不同的反馈组态，直接求闭环电压放大倍数。,具体估算步骤如下：,1判别反馈组态，确定Xi、Xf、Xo的形式（电压或电流）；,2画出F电路；,3利用Xf=Xi，求出该组态的Xi与Xo的关系；,4求出Auf或Ausf。,画F电路：关键消除它的正向传输作用,对于串联反馈，将输入回路断开,对于并联反馈，将输入端短路,方法：,信号处理及产生电路复习,简单

26、电压比较器,具有限幅措施的比较器,滞回比较器,正弦波振荡电路,一、振荡条件：,三、振荡电路组成：,放大电路、反馈网络电压并联正反馈选频网络、稳幅环节,二、起振和稳幅,四、分类,（根据选频网络划分）,RC正弦波振荡器,LC正弦波振荡器,石英晶体正弦波振荡器,变压器反馈式,电感三点式,电容三点式,RC振荡电路,振荡频率：,此时有：,LC正弦波振荡电路,选频性的优劣用品质因数Q标志：,振荡频率：,一、变压器反馈式正弦波振荡电路,二、电感三点式,三、电容三点式（考毕茨电路）,电路如图P8.8所示，稳压管DZ起稳幅作用，其稳定电压UZ6V。试估算：（1）输出电压不失真情况下的有效值；（2）振荡频率。解：

27、（1）输出电压不失真情况下的峰值是稳压管的稳定电压，故其有效值,（2）电路的振荡频率,分别求解图所示电路的运算关系,（b）先求解uO1，再求解uO。,图（a）所示为反相求和运算电路；图（b）所示的A1组成同相比例运算电路，A2组成加减运算电路；图（c）所示的A1、A2、A3均组成为电压跟随器电路，A4组成反相求和运算电路。,电 源,直流电源方框图：,单相半波整流电路,1、输出直流电压,4、脉动系数 S=1.57,单相桥式整流电路,4、脉动系数S=0.67,电容滤波电路,RLC（35）T/2,一般来说：,全波整流为：uo=1.2 u2,半波整流为：uo=1.2 u2,电感滤波电路,复式滤波电路,

28、硅稳压管稳压电路,具有放大环节的串联型稳压电路,一、组成,1采样环节:由R1、R2、R3组成的电阻分压器,2基准电压：由RZ和DZ组成,3比较放大环节：由T2、RC2构成,4调整环节（元件）：T1,例：在下图电路中,1）指出电路组成,3串联式稳压电源,稳压原理,当UI增加或输出电流减小使U0升高时,输出电压的确定和调节范围,4 三端固定式输出集成稳压电源及其应用,1端:输入端3端:公共端2端:输出端,W7800系列稳压器外形,1端:公共端3端:输入端2端:输出端,W7900系列稳压器外形,分类:,78(LM)XX型号后XX两位数字代表输出电压值,W78系列(输出正电压)W79系列(输出负电压),输出电压额定电压值有:,5V、6V、9V、12V、15V、18V、24V。,