山东电气自动化专升本电子技术复习模拟电路专升本辅导材料.doc

1 中心内容 小信号放大中心内容 小信号放大 二二 三三 极极 管管 集成集成 运放运放 和功和功 放放 放放 大大 电电 路路 反馈反馈 放大放大 电路电路 提供直提供直 流电压流电压 小信号放小信号放 大的元件大的元件 信号产生电路信号产生电路直流稳压电源直流稳压电源 提供交流提供交流 小信号小信号 模模 拟拟 电电 子子 技技 术术 辅辅 导导 材材 料料 模拟电子技术模拟电子技术 课程教学的主要内容和基本要求课程教学的主要内容和基本要求 课程结构课程结构 主要内容和基本要求主要内容和基本要求 一 总体要求掌握以下方面的内容一 总体要求掌握以下方面的内容 1 简单直流电路的基本分析方法 2 用图解法和微变等效电路法分析非线性电路 3 基本放大器 多级放大器及负反馈放大器的分析 4 集成运放和集成功放电路的分析 5 正弦波振荡电路的分析与应用 6 直流稳压电源的分析与应用 二 各部分内容要求 二 各部分内容要求 一 半导体管 一 半导体管 1 掌握二极管的结构 符号 伏安特性及其单向导电性 注意其开关特 性的分析 2 掌握三极管的电流分配关系 特性曲线和等效电路 熟悉三极管放大 的外部条件 了解三极管的主要参数 3 熟练掌握二 三极管电路的分析方法 2 二 基本 单级 放大器 二 基本 单级 放大器 1 熟悉基本放大电路的组成和性能指标 2 熟练掌握三种基本组态 共发 共射 共集 放大电路的结构特点 分析方法和性能指标特点 静态工作点是直流量 必须由直流通道求取 输入电阻 输出电阻 电压放大倍是交流量 必须由交流通道求取 3 熟练掌握用等效电路分析法分析计算基本放大电路和分压式放大电 路的静态工作点 输入电阻 输出电阻 电压放大倍数等参数 三 多级放大器 三 多级放大器 1 熟悉多级放大电路的组成和性能指标 2 掌握多级放大器的耦合方式及优缺点 2 掌握直流放大器及差动放大器的特点 3 熟悉多级放大器的增益的计算 四 反馈放大器 四 反馈放大器 1 熟悉四种反馈组态的判断 2 掌握四种反馈组态对放大电路工作性能的影响 3 熟悉深度负反馈放大电路的分析方法并能近似估算电压放大倍数 4 能根据输入及输出要求引相应的负反馈 五 集成运算放大电路及其运用 五 集成运算放大电路及其运用 1 熟悉差动放大电路 恒流源式差动放大器的电路结构 2 掌握差动放大电路 恒流源式差动放大器的静态工作点 输入 输 出电阻 电压放大倍数的计算 3 掌握线性集成运放的特点 4 熟悉集成运放的线性应用 1 掌握以下放大器的构成 同相比例运放 反相比例运放 加法器 减法器 跟随器 2 熟练计算上述放大器的输入电压与输出电压的关系或电压放大倍 数 5 熟悉集成运放的非线性应用 电压比较器的构成 并能画出输入 与输出波形 六 功率放大器 六 功率放大器 1 掌握功率放大器的特点及分类 2 掌握互补对称式功率放大电路的工作原理 3 熟悉 OTL OCL 功率放大电路输出功率及效率的计算 4 熟悉什么是交越失真 如何消除交越失真 七 正弦波振荡电路 七 正弦波振荡电路 1 重点掌握自激振荡的振荡条件以及振荡的建立与稳定 2 掌握 RC 正弦波振荡电路的结构 选频特性及起振条件 3 熟悉 LC 正弦波振荡电路及石英晶体振荡器典型电路 根据起振的相位 条件 判断是否能起振 八 直流稳压电源 八 直流稳压电源 3 1 掌握直流稳压电源的组成及各部分的作用 2 掌握稳压管稳压电路及串联型稳压电路的组成及工作原理 4 第一讲第一讲 半导体二 三极管半导体二 三极管 一 半导体一 半导体二极管二极管 基本要求基本要求 理解 理解 PNPN 结的形成及单向导电性结的形成及单向导电性 熟悉 普通二极管 稳压二极管的外特性及主要参数熟悉 普通二极管 稳压二极管的外特性及主要参数 熟练掌握 二极管电路的分析方法熟练掌握 二极管电路的分析方法 半导体的概念 分类 按是否纯净 一 本征半导体和 一 本征半导体和杂质杂质半半导导体体 1 1 本征半导体 概念 本征半导体是纯净的 具有晶体结构的半导体 结构 半导体材料为四价元素 组成共价键结构 本征激发形成电子 空穴对 在外电场作用下 做漂移运动形成电流 由于载流子浓度很低 所以本征半导体导电能力很弱 2 2 杂质半导体 概念 在本征半导体中掺入少量的杂质 型 掺入五价元素 型 掺入三价元素 两种载流子浓度不等 多子 由掺杂形成 少子 由热激发产生 型半导体中自由电子为多子 空穴为少子 P 型半导体中空穴为多子 自由电子为少子 由于多子浓度就会远大于室温条件下本征激发所产生的 载流子浓度 所以杂志半导体导电能力较强 3 3 半导体中载流子的运动方式 漂移运动 载流子在外加电场作用下的定向移动 扩散运动 因浓度梯度引起载流子的定向运动 二 二 PNPN 结的形成及特性结的形成及特性 1 PN 结的形成 当 型半导体和 型半导体结合在一起的时侯 交界面处 PN 结 由 于交界面处存在载流子浓度的差异 载流子扩散 产生空间电荷区和内电 场 区一侧呈现负电荷 区一侧呈现正电荷 因此空间电荷区出现了 方向由 区指向 区的内电场 内电场阻碍多子扩散 有利少子漂移 当扩散和漂移达到动态平衡时 交界面形成稳定的空间电荷区 即 PN 结 图 a 浓度差使载流子发生扩散运动 5 图 b 内电场形成 2 PN 结的特性 1 单向导电性 PN 正偏时 多子向 PN 结移动 空间电荷区变窄 内电场减弱 扩散运 动大于漂移运动 形成以多子为主体的正向 扩散 电流 外加电压一定 值后 正向电流显著增加 导通 PN 反偏时 多子背离 PN 结移动 空间电荷区变宽 内电场增强 漂移 运动大于扩散运动 形成以少子为主体的反向 漂移 电流 当温度一定 时 少子浓度一定 反向电流几乎不随外加电压而变化 故称为反向饱和 电流 为 uA 级 此时 PN 结截止 2 伏安特性 它可划分为三个部分 正向特性 外加正向电压 当正向电压超过 th 后 二极管才有明显的正向电流 th 称为门坎电压 硅管的 th 约为 0 5V 锗管的 th 约为 0 1V 当流过二极管的电流 较大时 二极管两端的电压几 乎维持恒定 称为导通电压 UD ON 硅管通常取 0 7 锗 管约为通常取 0 2 反向特性 外加反向电压 UD 0 反向电压时 且 BR 反向电流很小 而且 与 UD的大小无关 由二极管的伏安特性曲线看出 二极管是非线性器件 二极管具 有单向导电性 反向击穿特性 当反向电压增加到某一数值 BR 时 反向电流急剧增大 这种现象叫 做二极管的反向击穿 二极管的符号如右图 3 主要参数 1 正向 最大整流电流 F 2 反向 反向击穿工作电压 RM 1 2 BR 三 二极管应用电路的分析方法 三 二极管应用电路的分析方法 1 1 伏安特性的折线近似 伏安特性的折线近似 模型分析法模型分析法 6 理想二极管模型 正向导通时 UD 0 反向截止时 ID 0 恒压降模型 当二极管工作电流较大时 其两端电压为常数 硅管 UD 0 7V 2 2 图解分析的步骤 电路中只有直流电源 图解分析的步骤 电路中只有直流电源 联立方程 一个线性 一个非线性 在同一坐标上画出非线性部分的伏安特性和线性部分的特性曲线 由两条特性曲线的交点求电路的 和 3 3 微变等效电路 微变等效电路 电路中除有直流电源外 还有交流小信号 分析的步 分析的步 骤骤 静态分析 假定Ui 0 用直流图解分析法 找到 Q 点 IQ UQ 动态分析 对电路交流状态进行分析 在 Q 点二极管伏安特性曲线 近似为直线 二极管可等效为交流电阻 rd UT IQ 26mV IDQ 交流电流 idm UIM rd 流过二极管的电流 iD IQ id 四 特殊二极管 四 特殊二极管 1 稳压二极管 1 工作原理 稳压管工作在反向击穿区 在电路中起稳压作用 它的符号 2 主要参数 稳定电压 z BR 稳定电流 z 工作电压为 VZ时 对应的电流 最大工作电流 zM 和最大耗散功率 zM 最大耗散功率 zM IzM Vz 2 发光二极管 发光二极管将电能转化为光能 简写成了 它的特性曲线与普 通二极管类似 但正向导通电压一般为 1 2 正向工作电流一般为几 几十毫安 它的符号 五 题型 五 题型 1 1 根据二极管的开关条件判断二极管的工作状态 求输出信号及波形 2 2 根据稳压管的特点 分析稳压管电路 求输出信号及波形 3 3 利用图解分析 模型分析 微变等效电路分析法分析二极管直流 交直 流电路 例例 1 1 求图所示电路的静态工作点电压和电流 解 1 图解分析法 联立方程 1 iD f uD 7 将相应的负载线画在二极管的伏安特性曲线上 如图所示 其交点便 是所求的 Q Q 2 模型分析法 理想二极管模型 0 1 恒压降模型 设为硅管 0 7V 1 例 2 试判断图中二极管是导通还是截止 并求出 AO 两端电压 A0 设二 极管为理想的 解 分析方法 1 将 D1 D2 从电路中断开 分别出 D1 D2 两端 的电压 2 根据二极管的单向导电性 二极管承受正向电 压则导通 反之则截止 若两管都承受正向电压 则 正向电压大的管子优先导通 然后再按以上方法分析其它管子的工作情况 本题中 D2 优先导通 此时 D1 管子截止 A0 4V 例 3 两个稳压管的稳压值 Z1 5V Z2 7V 它们的正向导通压降均为 0 6V 电路在以下二种接法时 输出电压 o 为多少 若电路输入为正弦信 号 I 20sin t V 画出图 a 输出电压的波形 解 图 a 中若输入正弦信号 I 20sin t V 在输入信号正半周 若 I 1 2V 稳压管截止 o I 若 I 1 2V 稳压管正向导通 o 1 2V 图 b 中 在输入信号正半周 若 I 5 6V 稳压管截止 o I 若 I 5 6V 稳压管正向导通 o 5 6V 单单 元元 检检 测 一 测 一 1 PN 结外加正向电压时 扩散电流 漂移电流 耗尽层 2 在图所示的电路中 当电源 V 5V 时 测得 I 1mA 若把电源电压调整到 V 10V 则电流的大小将 8 是 A A I 2mA B B I2mA 3 图中 D1 D3 为理想二极管 A B C 灯都相同 试问哪个灯最亮 4 设硅稳压管 Dz1 和 Dz2 的稳定电压分别 为 5V 和 10V 求图中电路的输出电压 Uo 已知稳压管的正向压降为 0 7V 5 图所示的电路中 Dz1 和 Dz2 为稳压二 极管 其稳定工作电压分别为 6V 和 7V 且 具有理想的特性 由此可知输出电压 Uo 为 6 图所示电路 设 Ui sin t V V 2V 二极管具有理想特性 则输出电 压 Uo 的波形应为图示 图 7 判断右图所示电路中各二极管是否导通 并求 A B 两端的电压值 设二极管正向压降为 0 7V 8 二极管最主要的特性是 它的 两个主要参数是反映正向特性的 和 反映反向特性的 单元检测答案单元检测答案 1 大于 变窄 2 C 3 B 灯 4 0 7V 5 1V 6 A 7 D2 导通 D1 截止 V 5 3V 8 单向导电性 最大整流电流 反相击穿电压 9 二 半导体三极管二 半导体三极管 按载流子的种类 分为按载流子的种类 分为 一 双极型半导体三极管 晶体三极管 晶体管 三极管 一 双极型半导体三极管 晶体三极管 晶体管 三极管 基本要求基本要求 理解 理解 三极管的结构 放大的原理 三极管放大的外部条件 掌握 掌握 三极管的电流分配关系 主要参数 特性曲线和等效电路 熟练掌握 熟练掌握 三极管电路的分析方法 了解了解 场效应管的结构 工作原理 熟悉增强型绝缘栅场效应管子 的伏安特性曲线 共源 共漏组态放大电路的分析方法 1 1 半导体三极管的结构和类型 半导体三极管的结构和类型 1 概念 通过一定的工艺将两个 PN 结结合在一起 2 结构 同一硅片上掺杂三个区 E 区 B 区和 C 区 两个背靠背的 PN 结 发射结和集电结 引出的三个电极 发射极 e e 基极 b b 集电极 c c 3 分类 分为 NPN 型和 PNP 型两大类 2 结构特点 发射区的掺杂浓度最高 基区很薄 且掺杂浓度最低 集 电区面积大 掺杂浓度较发射区低 4 三个区作用 发射区发射载流子 基区传输和控制载流子 集电区收 集载流子 5 三极管的符号 2 2 三极管放大的原理 三极管放大的原理 电流放大 以小的基极电流控制产生大的集电极电流 1 1 放大的条件 放大的条件 内部条件 基区很薄 发射区的重掺杂 集电区面积大 外部条件 发射结正偏 集电结反偏 2 2 放大的原理 放大的原理 VEE RE 发射结构成输入回路 由于发射结正偏 且发射区的重掺 杂 发射区中的多子 自由电子向基区扩散 并不断由 VEE得到补充 形成 电流 EN 基区很薄 基区中的多子空穴扩散形成的空穴电流 EP很小 忽 略 流过发射极的电流 E EN 半导体三极管内部载流子的传输过程 10 载流子在基区内的扩散与复合 发射区电子扩散到基区后 由于基区薄且掺杂浓度低 只有很少的一 部分会与基区中的多子 空穴 相复合 形成基极电流 IB CBO 忽略 大部分将到达集电结 集电区收集载流子 VCC RC 集电结构成输出回路 由于集电结反偏 电子几乎全部漂移 过集电结 形成集电极的电流 CN1 基区中的少子电子通过集电结形成的 电子电流 CN2 和集电区中的少子空穴通过集电结形成的空穴电流 CP所组 成的反向饱和电流 CBO很小 忽略 因此 C CN1 结论 在外加电压作用下 E 区向 B 区注入的载流子大部分进入 C 区 形成 Ic 小部分在 B 区复合 形成 IB 所以 Ic IB且 E c IB 放大作用 放大作用 V VEEEE变化时 变化时 IB变化 变化 E E 也变 也变 c c 也变 由于也变 由于 IB c c 所以 所以 IB很小的变化会引起 很小的变化会引起 c c 较大的变化较大的变化 三极管的放大作用 三极管的放大作用 3 两个参数 共基接法 参数 称为共基极电流传输系数 表示 E 对 c 的 控制能力 直流共基极电流传输系数 c E 交流共基极电流传输系数 共射接法 参数 hFE 称为共射极电流放大 传输 系数 表示 IB对 c 的 控制能力 直流共射极电流放大系数 c IB 交流共射极电流放大系数 通常认为 且 3 3 电流分配关系 电流分配关系 E E c c I IB B 4 4 共射极电路的特性曲线 共射极电路的特性曲线 以以 NPNNPN 型管为例型管为例 1 输入特性曲线 概念 输入特性曲线是指 CE一定时 IB和 BE之间的关系 即 B f BE CE 常数 特点 CE 0 C E 并连 输入特性曲线等效于二极管的正向伏安特 性曲线 随着 CE 增大 输入特性曲线右移 增大 CE IB下降 导通电压 UBE ON 0 7V 硅管 2 输出特性曲线 概念 输出特性曲线是指 B 一定时 C 和管压降 CE 之间的关系 即 C f CE B 常数 对不同的 B 都有一条曲线与之对应 当 CE 由 0 时 C 由 0 当 CE 到一定值后 C 不随增加 恒流特性 可分为三个区 截止区 发射结反偏或 0 偏 集电结反偏 B 0 UBE0 C B 且 CE BE 11 饱和区 发射结正偏 集电结正偏 UBE UON CE BE UCB CE BE0 或0 时 由于 S 极与衬底 B 相连 在 G B 电场作用下 使靠近 i 2 一侧 P 型硅中的多子 空穴 受到排斥而向体内运动 从而在表面 留下不能移动的负离子 形成耗尽层 正向电压 GS 增大 耗尽层也随着 加宽 P 型半导体中的少子 电子 受电场力的吸引 当 GS 增大到某 一值时 这些电子被吸引到 P 型半导体表面 使耗尽层与绝缘层之间形成 12 一个 N 型薄层 鉴于 N 型薄层是由 P 型半导体转换而来 故称它为反型层反型层 反型层与漏源间的两个 N 型区相连 成为漏源间的导电沟道 如果在 漏源间加上电压 就会有漏极电流产生 因为载流子是电子 因此称为 N 型导电沟道 开始形成 N 型导电沟道所需的 GS 值称为开启电压开启电压 用 GS th 表示 GS GS th 时 形成导电沟道 产生 D GS 越大 电场越强 被吸引到反型层中的电子愈多 沟道愈厚 沟 道电阻就愈小 D 越大 4 4 特性曲线特性曲线 1 输出特性曲线 概念 输出特性曲线是指当 GS 一定时 D 随 DS 变化的曲线 从输出特性曲线上很明显的得出 场效应管是电压控制型器件 栅源 间电压 GS 控制漏极电流 D 2 转移特性曲线 概念 输出特性曲线是指当 DS 一定时 D 随 GS 变化的曲线 5 5 场效应管放大电路与晶体管放大电路类比关系场效应管放大电路与晶体管放大电路类比关系 不同点 场效应管为压控放大元件 晶体管为流控放大元件 雷同点 两种器件之间存在电极对应关系 即栅极 G 基极 B 源极 S 发射 极 E 漏极 D 集电极 C 在分析放大电路时 均采用微变等效电路法 需注意场效应管受电 压控制 晶体三极管受电流控制 场效应管输入电阻很高 分析时 可认 为输入端开路 三三 三极管电路的分析方法三极管电路的分析方法 三极管工作时 常有直流和交流 三极管电路分析步骤 直流 静态 分析 确定直流工作点 交流 动态 分析 确定叠加在静态工作点上的各交流量 1 1 直流分析 直流分析 1 1 图解分析法图解分析法 在三极管的特性曲线上用作图的方法 求电路中各直流电流 电压的 方法 先分析输入回路 首先把电路分为线性和非线性两部分 分别列出它们的方程 在线性 部分 其方程为 BE BB B B 将相应的负载线画在三极管的输入特性曲线上 其交点便是所求的 BQ BQ 再分析输出回路 用同样的方法 可得到输出回路的负载线方程 直流负载方程 为 CE CC C C 13 将相应的负载线 直流负载线 斜率为 1 Rc 画在三极管的输出特性曲线 上 找到与 B BQ 相对应的输出特性曲线 其交点便是所求的 CQ CEQ 2 2 工程近似法 工程近似法 用放大电路的直流通路 直流通路 直流信号的通路 放大电路中各电容开路即可得到 2 2 动态分析 动态分析 放大电路输入端接入交流信号 ui 后的工作状态 称为动态 动态分析 时 各极的电流和各极间的电压都在静态值的基础上叠加一个随输入信号 Vi 作相应变化的交流分量 1 1 图解分析法图解分析法 在三极管的特性曲线上用作图的方法 求电路中各交流电流 电压的 方法 1 根据 Vi 在输入特性曲线上求iB的波形 2 画出直流负载线 3 根据iB在输出特性曲线上画出iC和uCE的波形 2 2 微变等效电路微变等效电路 小信号模型小信号模型 分析分析法法 用三极管的小信号模型进行交流分析 适用于小信号 1 三极管的 H 参数小信号模型 前提 输入交流信号很小时 输入电压ube 及产生的电流ib 呈线性 ube ib 常数 令rbe ube ib rbe 三极管输入电阻 这里 rbe rbb1 1 re rbb1 基区体电阻 re 发射结电阻 re 26mV IEQmA 所以rbe rbb1 1 26mV IEQmA 三极管的小信号等效电路模型 P50 2 三极管电路的 H 参数小信号模型交流分析 步骤 直流分析 确定直流工作点 画出 H 参数小信号等效电路 方法 先画出放大电路的交流通路 电容及电源交流短接 然后将 三极管用 H 参数小信号模型代替 所谓交流通路是指交流电流流经的路径 注意 在交流通路中的电流 电压都是交流量 叠加 四四 题型题型 1 根据三极管的外部条件判断三极管的类型和工作状态 14 2 求交直流电流传输系数 和电流放大系数 P33 例题 3 三极管电路的交直流电流 电压的分析计算 例例 1 1 电路如图所示 设半导体三极管的 80 试分析当开关 K 分别接通 A B C 三位置时 三级管各工作在输出特性曲线的 哪个区域 并求出相应的集电极电流 Ic 解 1 当开关 置 A 在输入回路 B b BE Vcc 可得 B Vcc b 0 3mA 假设工作在放大区 则 C B 24mA CE Vcc C e通频带 输出信号会失真 放大电路频率失真 不产生新的频率 是频率分量大小和相位发生变化 要求通频带 BW 信号频带 最大输出功率和效率 最大输出功率 指在输出信号不失真的情况下 能够向夫在提供的最大 功率 用 Pom 表示 放大电路的效率 放大电路的输出功率 Po 直流电源提供的功率 PDC 二 三种基本组态放大电路二 三种基本组态放大电路 按输入 输出回路所用的公共端 晶体管可构成三种组态放大电路 1 1 共射极电路 共射极电路 组成 基极输入 集电极输出 发射极公用 特点 电压增益大 输出电压与输入电压反相 又称反相放大器 Ri Ro 适中 适做放大电路的中间级 2 2 共集电极电路 共集电极电路 组成 基极输入 发射极输出 集电极公用 特点 又称射极输出器 电压跟随器 电压增益小于 1 而又近似等 于 1 输出电压与输入电压同相 输入电阻高 输出电阻低 常用于多级放 大电路的输入级 输出级或缓冲级 3 3 共基极电路 共基极电路 组成 发射极输入 集电极输出 基极公用 17 特点 输出电压与输入电压同相 输入电阻底 输出电阻高 常用 于高频或宽频带电路 4 4 放大电路的分析方法 放大电路的分析方法 1 画出 H 参数小信号等效电路 2 求电压放大倍数 3 求输入电阻 4 求输出电阻 5 5 放大电路的非线性失真及最大不失真输出电压 放大电路的非线性失真及最大不失真输出电压 1 饱和失真 静态工作点偏高 管子工作进入饱和区 NPN 管 输 出波形削底 PNP 管 输出波形削顶 2 截止失真 静态工作点偏低 管子工作进入截止区 NPN 管 输 出波形削顶 PNP 管 输出波形削底 3 最大不失真输出电压 Vom 以保证输出波形不失真时的最大输出电压 6 6 题型 题型 1 三种组态放大电路的类型判断 2 三种组态放大电路的主要要参数 增益 输入电阻和输出电阻 的 分析计算 例 1 P112 3 4 例 2 P113 3 7 例 3 P113 3 8 例 4 电路如图所示 已知三极管的 100 VBE 0 7V Vcc 12V rbb1 200 1 试计算该电路的 Q 点 2 画出简化的 H 参数小 信号等效电路 3 求该电路的电压增益 AV 输入电阻 Ri 输出电阻 18 Ro 4 若 VO 中的交流成分出现如图所示的失真现象 问是截止失真还是饱 和失真 为消除此失真 应调节电路中的哪个元件 如何调整 解 1 B CC b 40 A CE CC C C 4V 2 步骤 画出放大电路的交流通路 三极管用小信号模型替代 得到 放大电路的小信号等效电路 注意受控电流源的方向 3 be 200 1 26mA EQ 857 V C L be 155 6 Ri b be Ro C 4 因为 EB i EB 输出波形对应 s 正半周出现失真 即对应 EB 减小部分出现失真 即为截止失真 减小 b 提高发射结的电压 可消除此失真 说明 说明 分析这类问题时 要抓住两点 1 发生饱和失真或截止失真与发射 结的电压有关 发射结电压过大 发生饱和失真 过小 发生截止失真 2 利用放大电路交 直流共存的特点 找出发射结电压与输入信号之间 的关系 例例 5 图示场效应管放大电路的组态是 1 共漏 2 共源 3 共栅 4 差动放大 解 共源组态 因为输入信号加在 T1 管的栅极 输出信号取自 T1 管的漏极 所以为共源组态 T2 为 有源负载 作为 T1 管的漏极电阻 三 差分放大电路三 差分放大电路 概念 输出电压与输入电压之差成正比 又称差 动放大电路 差分放大电路工作原理差分放大电路工作原理 1 电路特点 V1 V2 参数对称 构成共射电路 有两个输入端 两个 输出端 P79 2 分类 按输入和输出的方式分为 双端输入双端输出 双端输入单 端输出 单端输入双端输出 单端输入单端输出 3 工作原理 静态分析 静态是指无外输入信号时电路所处的状态 分析时 输入信号置零 即输入端短路 共用电阻 Re 在半电路中应等效为 2Re 双端输出时 Uo 0 动态分析 1 差模信号与共模信号 19 共模信号是由一对幅值相等 极性相同的输入信号组成 即 ui1 ui2 差模信号是由一对幅值相等 极性相反的输入信号组成 即ui1 ui2 差模输入电压uid ui1 ui2 2ui1 共模输入电压uic ui1 ui2 0 2 差模输入与差模特性 差模增益 Aud 指差分放大电路差模输出电压uod 对差模输入电压 uid 的比值 双端输出时 Aud uod uid 2uo1 2ui1 Aud1 C be 单端输出时差模增益为双端输出时的一半 差模输入电阻 Rid 指差分放大电路从两输入端看进去所呈现的电阻 其值为两共射放大电路输入电阻之和 即 Rid 2 be 差模输出电阻 Rod 单端输出时 任一端的差模输出电阻即为共射放 大电路的输出电阻 双端输出时 差模输出电阻为两共射放大电路输出电 阻之和 即 Rod 2 C 3 共模输入与共模参数 共模增益 Auc 双端输出时 共模电压增益为 0 因此 差分放大电 路对差模信号有良好的放大能力 对共模信号有较强的抑制能力 共模抑制比KCMR 差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比的绝 对值 即KCMR Aud Auc KCMR越大 抑制共模信号的性能越好 4 作用 作为多级放大电路的输入级 抑制零点漂移 零点漂移 当温度 电源发生变化时 各级静态工作点发生变化 产 生工作点漂移 5 抑制零点漂移的原理 利用电路的对称性和发射级电阻 Re 或恒流源形成的共模负反馈 4 4 题型 题型 差分放大电路的参数计算 差模增益 Aud 差模输入电阻 Rid 差模输 出电阻 Rod 例例 5 5 差分式放大器如图 已知 Vcc 6V Rb 6K Rc 6K Re 5 1K BE 0 7V bb 700 100 计算 1 电路静态工作点 CQ CEQ 2 差模电压放大倍数 3 差模输入电阻 输出电阻 20 解 1 静态分析 静态工作点时 I1 I2 0 即 B 0 发射极电位 E BE 0 7V 射极电阻 Re 上电流 E E EE Re 1 04mA 因为 T1 T2 对称性 所以 CQ1 CQ2 1 2 E 0 52mA CEQ1 CEQ2 C E 6 Rc CQ 0 7 3 58V 2 动态分析 求差模电压放大倍数 思路 首先画出差模信号工作时电路交流通路 Re 电阻交流短接 Avd Vo Vi Rc Rb be be bb 1 26 EQ 100 1 100 26 0 52 5 15K 所以 Avd 84 3 求输入电阻及输出电阻 由交流通路可直接求得 Rid 2 Rb be 14 3K Rod 2Rc 1 2K 例例 6 6 若上题输出电压 o 从 C2 取出 即 o C2 其它不变 求 1 差模电压放大倍 Avd 数 2 Rid 及 Rod 解 1 Avd 1 2 Rc Rb be 42 2 Rid 2 Rb be 14 3K Rod Rc 6K 有源负载 带恒流源的 差分放大电路有源负载 带恒流源的 差分放大电路 1 1 电流源电路 电流源电路 P83P83 电路组成 分压式电流负反馈偏置电路的共射极电路 电流源电路 符号 P83P83 工作原理 21 前提 三级管工作在放大区 I1 Ib 时 UBQ RB2VCC RB1 RB2 IEQ UBQ UBEQ RE 电路参数一定 IC一定 不受 RL影响 恒流 放大区时 Ib 一定 Ic 不变 ic 0 动态电阻很大 改进的恒流源电路 二极管补偿电路 比例型电流源 多路输出比例电流源 镜像电流源 微电流源 2 2 具有恒流源的差分放大电路 具有恒流源的差分放大电路 电流源具有直流电阻小而交流电阻大的特点 因此作为有源负载 用 来代替 Re 提高差分放大电路的共模抑制比 3 3 问题 问题 1 在差分式放大电路的射极电阻 Re 上是否要加旁路电容 Ce 答 不能加 因为 Re 电阻对输入信号的差模分量 其上电流的变化量 为 0 所以不必加旁路电容 Ce 再者 Re 对输入信号的共模分量 形成较强 的负反馈来抑制零漂 所以不能加旁路电容 Ce 2 在差分放大电路分析中 为什么要考虑信号源内阻 Rs 答 差分式放大电路是直接耦合放大电路 输入端无耦合电容 Rs 的 不同会影响管子的静态工作点 Rs 不同影响也不同 一般经常在信号源和 输入管基极间接较大的电阻 Rs 四 功率放大电路四 功率放大电路 功率放大电路 1 概念 能够向负载提供足够信号功率的放大电路 简称功放 2 与放大电路的关系 无本质区别 只是功放不是单纯追求高输出电压 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 3 分类 P90 甲类放大 整个信号周期内 管子导通 导通角 3600 ICQ较大 乙类放大 只有半个信号周期内 管子导通 导通角 1800 ICQ 0 甲乙类放大 大半个信号周期内 管子导通 3600 导通角 1800 ICQ较 小 4 特点 甲类放大 输出波形失真小 管耗大 效率低 用于小功率放大 乙类放大 功耗小 效率高 输出波形失真严重 甲乙类放大 功耗小 效率高 减小失真 广泛用于功率放大 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 OCLOCL 1 电路的组成和工作原理 P91 22 两个参数对称的异型管 一 NPN 型 一 PNP 型 都工作在乙类放大 状态 一个在输入信号正半周期工作 另一个在负半周期工作 两电路输 出加到同一负载上 从而在负载上得到一个稳定完整波形 2 输出信号 UEQ O 不用电容耦合 OCL 电路 因为是两个射极输出器 所以 Uo Ui 且 Ro 小 负载能力强 可提供较 大输出功率 3 主要性能指标 1 性能指标的计算 输出功率和最大不失真输出功率 输出功率 是指输出端变化的电压和电流有效值的乘积 即 o o o om om 2 om 2 2 L 其中 om 和 om 分别表示输出电压和输出电流的交流峰值 RL为负载电阻 最大不失真输出功率 当输入信号达到允许的最大值时 输出功率将 达到 最大不失真输出功率 即 om cem cm 2 cem 2 2 L cc 2 2 L 其中 cem 和 cm 为相应量的峰值最大值 直流电源供给功率 是指一个周期内的平均功率 直流电源供给的功率 一部分转换为负载所需的交流功率 还有一部分被功率管消耗 集电极平均电流 Ic1 Ic2 1 2 IcmSinwtd wt Icm 两个电源提供的总功率 DC Ic1 cc Ic2 EE 2 cc Icm om 时 DC 2 cc2 L 转换效率 o DC om 4 cc 在理想情况下 当 om cc 时 效率为 78 5 管耗 T T1 T2 DC o 2 CC om om om 4 L 4 功率管的选择 最大管耗与最大输出功率关系 每一功率管集电极最大允许管耗 CM 0 2 o max 管子的 BR CEO 2 cc 导通的最大电流 om max cc L 所以管子的集电极允许电流 CM cc L 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路 1 交越失真 P94 由于三极管输入特性有门槛电压 在输入信 号的一个周期内 互补的两管轮流导通时 基极 电流 0 的附近区域内出现失真 使输出电压 电 流出现同样的失真 交越失真 23 2 甲乙类双电源互补对称功率放大电路 电路组成及电路工作原理 给两管的发射结加一个合适的偏压 使它 们静态时处于微导通状态 轮流导通 电路工作在甲乙类 减小交越失真 甲乙类单电源互补对称功放 甲乙类单电源互补对称功放 OTLOTL 1 电路组成及分析 它与 OCL 电路的根本区别在于输出端接有大电容 C 就直流而言 只要 两管特性相同 点的电位 K Vcc 2 而大电容 C 被充电到 C K Vcc 2 就交流而言 只要时间常数 RLC 比输入信号的最大周期大 得多 电容上电压可看作固定不变 而 C 对交流可视为短路 这样 用单 电源和 C 就可代替 OCL 电路的双电源 T1 管上的电压是 Vcc 与 VK 之 差 等于 Vcc 2 而 T2 管的电源电压就是 0 与 K 之差 等于 Vcc 2 OTL 电 路的工作情况同 OCL 电路 但在用公式估算性能指标时 要用 Vcc 2 代替 2 选管原则 同双电源互补对称功放 原公式中 Vcc 用 Vcc 2 替代 复合管互补对称功放复合管互补对称功放 1 复合管 1 概念 两只或两只以上的三极管按照一定的连接方式组成一只等效的三 极管 2 类型 同第一只三极管 输出电流 饱和压降 由最后的三极管决定 2 复合管互补对称放大电路举例 略 题型题型 1 失真的判断 2 输出功率和效率的估算 3 复合管的判断 例例 7 7设电路如图所示 管子在输入信号 vi 作用下 在一周期内 T1 和 T2 轮 流导电约 180 电源电压 Vcc 20V 负载 RL 8 试计算 1 在输入信号 Vi 10V 有效值 时 电路的输出功率 管耗 直流 电源供给功率和效率 2 当输入信号 Vi 的幅值为 Vim Vcc 20V 时 电 源的输出功率 管耗 直流电源供给功率和效率 解 1 i 10V 时 im 14V om 14V o om om 2 L 142 2 8 12 25W T1 cc om om om 4 L 5 02W o v 12 25 22 29 100 54 96 2 im cc 20V om 20V o 20 20 2 8 25W T1 6 85W 24 v 31 85W 78 5 例例 8 8 单电源互补对称电路如图所示 设 T1 T2 的 特性完全对称 Vi 为正弦波 试回答下列问题 1 静态时 电容两端电压应是多少 调整哪个 电阻能满足这个要求 2 动态时 若输出电压出现交越失真 应调哪 个电阻 如何调整 解 1 Vc2 Vcc 2 6V 调 R1 或 R3 可以满足 2 交越失真 可以增大 R2 五 多级放大电路五 多级放大电路 概念 两级或两级以上的基本单元电路连接起来概念 两级或两级以上的基本单元电路连接起来 多级放大电路的组成和性能指标多级放大电路的组成和性能指标 1 1 多级放大电路的组成 多级放大电路的组成 P98P98 1 输入级 与信号源相连接的第一级放大电路 2 中间级 输入与输出级之间的放大电路 输入级和中间级构成前置级 进行小信号放大 3 输出级 与负载相相连接的末级放大电路 进行大信号放大 2 2 级间耦合方式 级间耦合方式 1 直接耦合 前级输出直接接后级输入 易产生零点漂移 静态工作点发生变化时 产生工作点漂移 前级的 漂移被传至后级 并被逐级放大 即使输入信号为零 输出电压也会偏离 原来初始值而上下波动 零点漂移 2 电容耦合 级间通过耦合电容连接 3 3 性能指标 性能指标 1 电压放大倍数 Au Au UO Ui Uo1 Ui Uo2 Uo1 Uo3 Uo2 Uo Uon 1 Au1 Au2 Au3 Aun 即多级放大电路电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积 2 输入电阻 Ri 由第一级求得的考虑到后级放大电路影响的输入电阻 即 Ri Ri1 3 输出电阻 Ro 由末级求得的输出电阻 即 Ro Ron 25 4 4 题型 题型 求多级放大电路的参数电压放大倍数 Au 输入电阻 Ri 输出电阻 Ro 例例 9 9 电路如图所示为一两级直接耦合放大电路 已知两三极管的电流放大 倍数均为 输入电阻为 be 电路参数如图 计算放大电路的电压放大 倍数 输入电阻和输出电阻 解 本放大电路为一两级直接耦合放大电路 两级都是共集电极组态 1 求电压放大倍数 V O i 画出放大电路的小信号等效电路 V1 O1 i 1 Re1 RL1 be 1 Re1 RL1 V2 O O1 1 Re2 RL be 1 Re2 RL V O i V1 V2 其中 RL1 为第一级放大电路的负载电阻 RL1 be 1 Re2 RL 2 输入电阻 Ri Ri i I Ii Rb1 be 1 Re1 RL1 3 输出电阻 Ro Ro Re2 be Ro1 1 其中 Ro1 为第一级放大电路的输出电阻 Ro1 Re1 be Rb1 Rs 1 六 集成电路运算放大器 集成运放 六 集成电路运算放大器 集成运放 集成运放集成运放 1 概念 是一种高差模放大倍数 高输入电阻 低输出电阻的直接耦 合多级放大电路 是一种模拟集成电路 2 组成 通常由输入级 中间级 输出级及偏置电路组成 P101 1 1 输入级 采用双输入差分放大电路构成 提高共模抑制比 KCMR 提 高输入电阻 2 2 中间级 电压放大级 采用恒流源负载和复合管的差放和共射电路 提高电压增益 3 3 输出级 功放级 采用甲乙类互补对称功放 提高带负载能力 4 偏置电路 给各级提供静态偏置电流 由各种电流源电路组成 3 分类 分为通用型和专用型两大类 26 集成运放的电路符号及理想化条件集成运放的电路符号及理想化条件 P102 1 电路符号 2 集成运放特性的理想化 1 等效电路 2 理想化条件 开环差模电压增益 Aud Rid Ro KcMR 集成运放线性工作时 若uo 为有限值 则uid u u uo Aud 0 即u u 虚短 而 Rid 则i i 0 虚断 3 题型 构成各种运算电路 单单 元元 检检 测测 三 三 1 为保证共发射极放大器不产生削波失真 并要求在 2K 得负载上有不小 于 2V 得信号电压幅度 在选择静态工作点时 就应保证 CQ CEQ 2 某同学为验证基本共射放大电路电压放大倍数与静态工作点的关系 在 线性放大条件下对同一个电路测了四组数据 找出其中错误的一组 A A Ic 0 5mA Ui 10mV Uo 0 37V B B Ic 1 0mA Ui 10mV Uo 0 62V C C Ic 1 5mA Ui 10mV Uo 0 96V D D Ic 2mA Ui 10mV Uo 0 45V 3 在由 PNP 晶体管组成的基本共射放大电路中 当输入信号为 1KHz 5mV 的正弦电压时 输出电压波形出现了顶部削平的失真 这种失真是 A 饱和失真 B B 截止失真 C C 交越失真 D D 频率失真 4 在如图所示的基本放大电路中 输出端 接有负载电阻 RL 输入端加有正弦信号电 压 若输出电压波形出现底部削平的饱和失 真 在不改变输入信号的条件下 减小 RL 的值 将出现什么现象 A 可能使失真消失 B 失真更加严重 C C 可能出现波形两头都削平的失真 5 为了使一个电压信号能得到有效的放大 而且能向负载提供足够大的电流 应在这个信号源后面接入什么电路 A 共射电路 B B 共基电路 C C 共集电路 6 在如图所示的放大电路中 设 Vcc 10V Rb1 4K Rb2 6K Rc 2K Re 3 3K Rl 2 K 电容 C1 C2 和 Ce 都足够大 若 更换晶体管使 由 50 改为 27 100 bb 约为 0 则此放大电路的电压放大倍数 A 约为原来的 2 倍 B 约为原来的 0 5 倍 C 基本不变 D 约为原来的 4 倍 7 对于如上图所示电路 问关于放大倍数的计算 以下式子哪个正确 A Rc RL rbe Re B Rc RL rbe C Rc RL Rb1 Rb2 rbe 8 设图所示的的放大电路处于正常放大状态 各电容都足够大 则该电路 的输入电阻为 A Ri Re rbe Rb1 Rb2 B Ri Re rbe C Ri Re rbe Rb1 Rb2 1 D Ri Re rbe 1 9 一个放大电路的对数幅频特性如图所示 由图可知 中频放大倍数 Avm L 为 H 为 当信号频率为 L 或 H 时 实际的电压增益为 10 场效应管 FET 的输入电阻比双极型晶体管 BJT 的输入电阻 1111 场效应管属于 控制型器件 单元检测单元检测 三三 答案答案 1 1 1mA1mA 2V2V 2 2 D D 错错 3 3 饱和失真饱和失真 4 4 可能使失真消失可能使失真消失 5 5 共射电路共射电路 6 C6 C 7 7 B B 8 8 D D 9 100 0 1MHZ 100Hz 70 7 vm A h f l f 10 大 11 电压 单单 元元 检检 测 四 测 四 28 1 判断对错 1 功率的放大电路的主要作用是向负载提供足够大的功率信号 2 功率的放大电路有功率放大作用 电压放大电路只有电压放大作用而 没有功率放大作用 3 功放中 输出功率最大时 功放管的损耗也最大 4 由于功率放大电路中的晶体管处于大信号工作状态 所以微变等效电 路已不再适用 5 在输入电平为零时 甲乙类功放电路中电源所消耗功率是两个管子静 态电流与电源电压的乘积 6 在 OTL 功放电路中 若在负载 8 的扬声器两端并接一个同样的 8 扬声器 则总的输出功率不变 只是每个扬声器得到的功率比原来少一半 2 图所示电路工作在 乙 类 静态损耗为 0 电路 可能产生的最大输出功率为 Vcc2 2 L R 3 乙类放大器中每个晶体管的导通角是 180 该放 大器的理想效率为 78 5 每个管子所承受的最大 电压为 2Vcc 4 OCL 电路如图所示 1 调整电路静态工作点应调整电路中的哪个元件 如何确定静态工作点是否调好 2 动态时 若输出 o 出现正负半周衔接不上的现 象 为何失真 应调哪个元件 怎样调才能消除失真 3 当 cc 15V RL 8 CES 2V 求最大不失真输 出功率 Pom 5 OTL 功放电路如图所示 已知 CES 1V Vcc 20V RL 8 1 静态时 电容 C3 两端电压是多少 调整哪个电 阻能满足这个要求 2 求电路最大不失真功率 3 若电路输出电压为最大值 Vom 对应输入信号 Vi 有效值约为多少 单元检测 四 答案单元检测 四 答案 1 2 乙 0 Vcc Vcc 2 L R 3 180 78 5 2 Vcc 4 1 调 R1 和 R3 直流 Vo 是否为 0 2 交越失真 增加 R2 29 3 Pom 10 6w 4 Pcm 2 12w Vceo 30V Icm 1 6mA 5 1 Vc3 10V 调 R1 和 R3 2 Pom 5W 3 Vi 6 4V 30 单单 元元 检检 测 五 测 五 1 集成运算放大器是一种采用 耦合方式的放大电路 最常见的问题 是 限于集成工艺的限制 在内部组成上 对高阻值电阻通常 采用由三极管或场效应管组成的 来替代 2 在差动放大电路中 若 Vs1 18mV Vs2 10mV 则输入差模电压 Vsd 8 mV 共模输入电压 Vsc 14 mV 若差模电压增益 Avd 10 共模电 压增益 Avc 0 2 则差动放大电路输出电压 Vo 82 8 mV 3 差动放大电路的基本功能是对差模信号的 作用和对共模信号的 作用 4 差动放大电路抑制零点漂移的原理是 5 选择正确答案填空 1 集成运放电路采