《模电复习参考》PPT课件.ppt

2020 3 26 温医生物医学工程 1 温医生工系 模拟电子技术基础复习 2020 3 26 温医生物医学工程 2 第一章半导体的基本知识 1 1导体 半导体和绝缘体 本征半导体 一 本征半导体的结构特点 二 本征半导体的导电机理 杂质半导体 一 N型半导体 二 P型半导体 2020 3 26 温医生物医学工程 3 硅和锗的共价键结构 共价键共用电子对 4表示除去价电子后的原子 2020 3 26 温医生物医学工程 4 本征半导体的导电机理 在绝对0度 T 0K 和没有外界激发时 价电子完全被共价键束缚着 本征半导体中没有可以运动的带电粒子 即载流子 它的导电能力为0 相当于绝缘体 在常温下 由于热激发 使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚 成为自由电子 同时共价键上留下一个空位 称为空穴 载流子 自由电子和空穴 2020 3 26 温医生物医学工程 5 杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量的杂质 就会使半导体的导电性能发生显著变化 其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加 P型半导体 空穴浓度大大增加的杂质半导体 也称为 空穴半导体 N型半导体 自由电子浓度大大增加的杂质半导体 也称为 电子半导体 2020 3 26 温医生物医学工程 6 主要内容 PN结的形成 单向导电性及PN结的特性曲线 1 PN结的形成2 PN结的单向导电性a PN结加正向电压时导通b PN结加反向电压时截止3 PN结的伏安特性 1 2PN结及半导体二极管 2020 3 26 温医生物医学工程 7 P型半导体 N型半导体 扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽 空间电荷区越宽 内电场越强 就使漂移运动越强 而漂移使空间电荷区变薄 2020 3 26 温医生物医学工程 8 1 空间电荷区中没有载流子 2 空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴 N区中的电子 都是多子 向对方运动 扩散运动 3 P区中的电子和N区中的空穴 都是少子 数量有限 因此由它们形成的 少子漂移 电流很小 注意 无载流子 助少子 阻多子 PN结 2020 3 26 温医生物医学工程 9 1 2 2PN结的单向导电性 PN结加上正向电压 正向偏置的意思都是 P区加正 N区加负电压 PN结加上反向电压 反向偏置的意思都是 P区加负 N区加正电压 单向导电性 PN结加上正向电压时导通 PN结加上反向电压时截止 2020 3 26 温医生物医学工程 10 三 PN结的伏 安特性图1 1 10 正向特性 反向特性 2020 3 26 温医生物医学工程 11 PN结的电流方程 PN结所加电压u和流过电流i的关系 IS为反向饱和电流 q为电子电量 k为玻耳兹曼常数 T为热力学温度 如果设UT KT q则 在T 300K时 UT 26mV 当u为负值 且满足eu UT 1时 则 2020 3 26 温医生物医学工程 12 伏安特性 获取 死区电压硅管0 6V 锗管0 2V 导通压降 硅管0 6 0 7V 锗管0 2 0 3V 反向击穿电压UBR 伏安特性与温度的关系 2020 3 26 温医生物医学工程 13 由伏安特性折线化得到的等效电路图1 2 4 二极管的折线化模型 理想二极管 正向导通时电压为常量 正向导通时电压与电流成线性关系 在实际应用中前二种常见 2020 3 26 温医生物医学工程 14 二级管的构成及特性 符号 曲线 使用 二极管的几种外形 几种常见结构 符号二极管的伏安特性曲线及温度特性二极管的折线化等效模型微变等效电路二极管的主要参数 P26 二极管的使用 二极管的几种常见外形图1 2 1 1 2 3半导体二极管 2020 3 26 温医生物医学工程 15 1 3 1稳压二极管 U IZ 稳压误差 曲线越陡 电压越稳定 UZ 1 3特殊二极管 1 3 2光电二极管 1 3 3发光二极管 2020 3 26 温医生物医学工程 16 晶体三级管主要内容 1 三级管的结构 三区二结 分类 名称 符号2 基本 共射 放大电路 晶体管的放大作用 3 三级管放大电路的电流分配及放大4 三级管的输入 输出特性曲线及分区5 温度对输入 输出特性曲线的影响6 三级管的主要参数 ICB0 ICE07 极限参数 ICM UCEO PCM 1 4半导体三极管 2020 3 26 温医生物医学工程 17 1 4 1基本结构 基极 发射极 集电极 NPN型 PNP型 结构及掺杂特点 2020 3 26 温医生物医学工程 18 IB IBE ICBO IBE IE IB IC 载流子流向及各级电流 2020 3 26 温医生物医学工程 19 一 输入特性 工作压降 硅管UBE 0 6 0 7V 锗管UBE 0 2 0 3V 死区电压 硅管0 5V 锗管0 2V UBE EB IBRB 2020 3 26 温医生物医学工程 20 晶体管的输出特性曲线图1 3 6 曲线的获得曲线的特征 曲线的分区 4个 晶体管的极限参数图1 3 7 2020 3 26 温医生物医学工程 21 场效应管与双极型晶体管的导电机理和结构都不同 它是多子导电 输入阻抗高 温度稳定性好 结型场效应管JFET 绝缘栅型场效应管MOS 场效应管有两种 1 5场效应晶体管 N沟道 P沟道 增强型 耗尽型 增强型 耗尽型 N沟道 P沟道 2020 3 26 温医生物医学工程 22 N沟道场效应管原理简介 N沟道 uDS 0时uGS对导电沟道的控制作用 uGS 0 UGS off uGS 0 uGS UGS off 夹断电压VP 当uGS较小时 耗尽区宽度有限 存在导电沟道 DS间相当于线性电阻 uGS达到一定值时 夹断电压VP 耗尽区碰到一起 DS间被夹断 这时 即使UDS 0V 漏极电流ID 0A uGS 沟道变窄 2020 3 26 温医生物医学工程 23 图1 4 4UGS off 0的情况 uGD UGS off uGD UGS off uGD UGS off 漏端的沟道被夹断 称为予夹断 沟道中仍是电阻特性 但为非线性电阻 因电阻各点有压降 UDS 则被夹断区向下延伸 此时电流ID由未被夹断区域的载流子形成 基本不随UDS的增加 呈恒流特性 N N 2020 3 26 温医生物医学工程 24 场效应管的输出特性图1 4 5 场效应管的转移特性曲线图1 4 6 二条曲线的关系 2020 3 26 温医生物医学工程 25 图1 4 13场效应管的符号及特性 N沟道J管 P沟道J管 N沟道增强型MOS N沟道耗尽型MOS P沟道增强型MOS P沟道耗尽型MOS 2020 3 26 温医生物医学工程 26 第二章基本放大电路 放大的概念 放大电路的分类放大电路构成 各元件的功能及作用放大电路的工作原理 偏置及静态工作点 放大电路的分析参数 静态工作 放大倍数 输入 输出阻抗 通频带放大电路的分析方法 静态 估算法 动态 微变等效电路法静态工作点的稳定放大电路的设计 本章学习目的 2020 3 26 温医生物医学工程 27 2 2基本放大电路的组成和工作原理 三极管放大电路有三种形式 共射放大器 共基放大器 共集放大器 以共射放大器为例讲解工作原理 共 以交流电路为依据 2020 3 26 温医生物医学工程 28 2 2 1共射放大电路的基本组成及各元件作用 放大元件iC iB 工作在放大区 要保证集电结反偏 发射结正偏 输入 输出 参考点 2020 3 26 温医生物医学工程 29 放大电路的静态工作点 1 静态工作点 设置静态工作点的必要性2 放大电路的偶合方式与静态工作点 直接 阻容 变压器 光电3 静态工作点分析 a 直流通路与交流通路b 直流通路法c 图解法 2 2 2基本放大电路的工作原理 2020 3 26 温医生物医学工程 30 IBQ ICQ ICQ UCEQ IBQ UBEQ 直流工作时的输入 输出电流 电压 2020 3 26 温医生物医学工程 31 IB uCE怎么变化 假设uBE有一微小的变化 三 静态工作点与输入 输出波形 图解法示意 2020 3 26 温医生物医学工程 32 各点波形 2020 3 26 温医生物医学工程 33 2 3放大电路的分析方法 放大电路分析 静态分析 动态分析 估算法 图解法 微变等效电路法 图解法 计算机仿真 分析步骤 分离交 直流通路静态工作点估算 根据确定的电压点计算出Q点的参数 动态参数计算 微变等效电路法 算AV ri ro等 图解法 输入 输出特性 方程 信号 动态 工作点稳定 2020 3 26 温医生物医学工程 34 已学电路形式 1 典型共射电路 2 分压式偏置共射电路 3 共集电路 射极输出器 4 场效应管放大电路 2020 3 26 温医生物医学工程 35 2 3 1直流通道和交流通道 放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号 但是 电容对交 直流的作用不同 如果电容容量足够大 可以认为它对交流不起作用 即对交流短路 而对直流可以看成开路 这样 交直流所走的通道是不同的 交流通道 只考虑交流信号的分电路 直流通道 只考虑直流信号的分电路 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析 2020 3 26 温医生物医学工程 36 一 直流负载线 IC UCE UCE IC满足什么关系 1 三极管的输出特性 2 UCE EC ICRC 直流负载线 与输出特性的交点就是Q点 IB 2 3 2直流负载线和交流负载线 2020 3 26 温医生物医学工程 37 交流负载线的作法 IB 过Q点作一条直线 斜率为 交流负载线 2020 3 26 温医生物医学工程 38 2 3 3静态分析 一 估算法 1 根据直流通道估算IB RB称为偏置电阻 IB称为偏置电流 2020 3 26 温医生物医学工程 39 2 根据直流通道估算UCE IB IC UCE 39 2020 3 26 温医生物医学工程 40 放大电路的动态分析内容 图解法分析放大电路的波形及放大倍数晶体管的共射h参数等效模型基本共射放大电路的动态分析 放大倍数 输入 输出阻抗 放大电路静态工作点的稳定放大电路的主要性能指标 2 3 4动态分析 2020 3 26 温医生物医学工程 41 放大电路动态分析的主要内容 放大倍数AV 输入输出阻抗RI RO 频率响应fL fH 第五章 2020 3 26 温医生物医学工程 42 rce很大 一般忽略 c b e 3 三极管的微变等效电路 2020 3 26 温医生物医学工程 43 二 放大电路的微变等效电路 将交流通道中的三极管用微变等效电路代替 39 2020 3 26 温医生物医学工程 44 分压式偏置电路 一 静态分析 RE射极直流负反馈电阻 CE交流旁路电容 86 2020 3 26 温医生物医学工程 45 算法三 常用的简化算法 39 2020 3 26 温医生物医学工程 46 二 动态分析 EC uo 39 2020 3 26 温医生物医学工程 47 2 5射极输出器 共集电路 102 2 2020 3 26 温医生物医学工程 48 一 静态分析 39 2020 3 26 温医生物医学工程 49 二 动态分析 2020 3 26 温医生物医学工程 50 1 电压放大倍数 2020 3 26 温医生物医学工程 51 2 输入电阻 输入电阻较大 作为前一级的负载 对前一级的放大倍数影响较小且取得的信号大 2020 3 26 温医生物医学工程 52 3 输出电阻 用加压求流法求输出电阻 39 2020 3 26 温医生物医学工程 53 射极输出器的使用 1 将射极输出器放在电路的首级 可以提高输入电阻 2 将射极输出器放在电路的末级 可以降低输出电阻 提高带负载能 3 将射极输出器放在电路的两级之间 可以起到电路的匹配作用 2020 3 26 温医生物医学工程 54 2020 3 26 温医生物医学工程 55 2020 3 26 温医生物医学工程 56 2020 3 26 温医生物医学工程 57 复合管图2 6 1 NPN PNP NPN PNP NPN PNP PNP PNP PNP NPN NPN NPN 复合管的 1 2 2020 3 26 温医生物医学工程 58 第三章多极放大电路的耦合 放大电路的耦合方式指的是多极放大电路相连时连接方式 常用的耦合方式有 直接耦合 阻容耦合 变压器耦合 光电耦合 电路耦合的选择需考虑的问题主要有 静态点是否合适 前后级的工作点是否影响 电路的频率响应 输入输出阻抗 放大倍数等方面 2020 3 26 温医生物医学工程 59 关键 考虑级间影响 1 静态 Q点同单级 2 动态性能 方法 ri2 RL1 性能分析 2020 3 26 温医生物医学工程 60 多级阻容耦合放大器的特点 1 由于电容的隔直作用 各级放大器的静态工作点相互独立 分别估算 2 前一级的输出电压是后一级的输入电压 3 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻 4 总电压放大倍数 各级放大倍数的乘积 5 总输入电阻ri即为第一级的输入电阻ri1 6 总输出电阻即为最后一级的输出电阻 由上述特点可知 射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻 接在末级可减小输出电阻 接在中间级可起匹配作用 从而改善放大电路的性能 2020 3 26 温医生物医学工程 61 4 1 2基本型差动放大器 基本形式的差动放大器 差动放大电路 差动输入 2020 3 26 温医生物医学工程 62 一 结构 为了使左右平衡 可设置调零电位器 4 1 3双电源长尾式差放 电路改进 特点 加入射极电阻RE 加入负电源 UEE 采用正负双电源供电 RW RW 双电源的作用 1 使信号变化幅度加大 2 IB1 IB2由负电源 UEE提供 提供偏置 2020 3 26 温医生物医学工程 63 结论 任意输入的信号 ui1 ui2 都可分解成差模分量和共模分量 注意 ui1 uC ud ui2 uC ud 例 ui1 20mV ui2 10mV 则 ud 5mV uc 15mV 差模分量 共模分量 2020 3 26 温医生物医学工程 64 IC1 IC2 IC IB UC1 UC2 UCC IC RC UE1 UE2 IB RB UBE UCE1 UCE2 UC1 UE1 RW UCE1 UCE2 UC1 UE1 UCC IC RC IB RB UBE 2020 3 26 温医生物医学工程 65 差模信号通路 T1单边微变等效电路 2020 3 26 温医生物医学工程 66 rce3 1M 恒流源 T3 放大区 静态分析 主要分析T3管 VB3 VE3 IE3 IC3 2020 3 26 温医生物医学工程 67 差分放大电路分析 双入 双出 静态工作点 无或忽略RB时 vI1 vI2 0 IE1Q IE2Q IE 2 0 7 VEE 2REIBQ IE1Q 1 vCEQ VCC ICQRC 0 7共模放大倍数 因两输入端的输入相同 vIC 两输出端的变化也一样 VOC 0 故AC 0 理想情况 下双入 双出 差模放大倍数 画出微变等效电路可得 Ad RC RL 2 Rb rbe 输入阻抗 Ri 2 Rb rbe 输出阻抗 Ro 2RC 共模抑制比 CMRR KCMR Ad Ac 2020 3 26 温医生物医学工程 68 4 1 5差放电路的几种接法 双端输入双端输出 Ad Ad1 双端输入单端输出 组合 双入双出 双入单出 单入双出 单入单出 2020 3 26 温医生物医学工程 69 差放电路四种接法的动态参数特点 1 输入电阻Ri均为2 Rb rbe 2 Ad Ac Ro与输出方式有关 双端输出时 Ad RC RL 2 Rb rbe Ac 0Ro 2RC单端输出 Ad RC RL 2 Rb rbe AC RC RL Rb rbe 2 1 Re RO RC3 单端输入时 若输入信号为ui 其差模输入电压uid ui 而共模输入uic ui 2 输出电压表达式 uO Adui Acui 24 双端输入时 uid ui uic 0 uO Adui 双端输出时的共模抑制比 KCMR 单端输出时的共模抑制比 KCMR Ad Ac Rb rbe 2 1 Re 2 Rb rbe 2020 3 26 温医生物医学工程 70 直接耦合互补输出 简述 放电电路对输出级的要求 1 低输出电阻 2 大动态范围 3 高效率 考虑到满足后二个要求 常选用互补形式的电路结构 基本电路 工作原理 此电路静态时Ue 0则 uI 0时 T1导通uI 0时 T2导通存在问题 交越失真 ube 死区电压 2020 3 26 温医生物医学工程 71 第四章集成运放的组成 一般分为四个部份 输入级 差放 中间级 主放级 输出级 互补 偏置电路 电流源 uP 同相端输入uN 反向端输入uO 输出 集成运放电路方框图图4 1 1 各信号均以 地 为公共端 2020 3 26 温医生物医学工程 72 三 集成运放各部分作用 特点 输入级 前置级 通常为一双输入 高性能差动放大电路 对输入级的要求 尽量减小零点漂移 尽量提高KCMRR 输入阻抗ri尽可能大 中间级 主放级 运放较强的放大能力主要体现在这一级 多为复合管共射放大电路 对中间级的要求 足够大的电压放大倍数 输出级 输出线性范围宽 多为互补对称式射随器 对输出级的要求 主要提高带负载能力 给出足够的输出电流io 即输出阻抗ro小 2020 3 26 温医生物医学工程 73 1 通常采用三级的多级放大器 输入级一般采用差动放大器 2 输入级常采用复合三极管或场效应管 以减小输入电流 增加输入电阻 3 输出级采用互补对称式射极跟随器 以进行功率放大 提高带负载的能力 集成运放各部分作用 特点 偏置级 用于设置各级电路的静态工作点 其电路构成为各种电流源 2020 3 26 温医生物医学工程 74 ri大 几十k 几百k 运放的常用参数 KCMR很大 ro小 几十 几百 Ao很大 104 107 运放符号 国际符号 国内符号 四 集成运放常用参数 符号 使用 2020 3 26 温医生物医学工程 75 集成运放电压传输特性 输出负最大值 输出正最大值 动态范围 UOM UOM 集成运放引入负反馈图7 1 2 电路特点 负反馈虚短 虚断 集成运放的线性应用 2020 3 26 温医生物医学工程 76 基本镜像电流源电路由制造工艺和结构完全一致的两只晶体管T0和T1组成 两管的基 射极电压任何时候都保持相等 即UBE0 UBE1 所以任何时候都有 0 1 IB1 IB0 IB若忽略穿透电流 则 IC1 IC0 IB1 IB0 IB 2 基本镜像恒流源 镜像电流源图4 2 1 2020 3 26 温医生物医学工程 77 输入电流IR为 IR IC1 IB1 IB2 IC1 2IB 2 IB 当 2时 输出电流 如果能做到IR与晶体管的参数无关 则IC1也就稳定了 而 当满足EC UBE时 上式可简化为 则有 R R R R 1 1 即恒流源输出电流 0 0 R 1 2020 3 26 温医生物医学工程 78 比例电流源 3 比例电流源 恒流源 由于V1与V2的发射结都处于导通状态 其伏安特性曲线十分陡峭 因为发射区都是重掺杂的 发射结正偏压的微小变化 就会导致发射极电流的显著变化 所以 当IE1与IE2相差不大 小于10倍 时 对应的发射结正偏压UBE1与UBE2相差十分微小 因此 在的范围内 可以近似认为UBE1 UBE2 即 2020 3 26 温医生物医学工程 79 当 1时 所以在的范围内 改变发射极电阻比获得不同的输出电流 2020 3 26 温医生物医学工程 80 1 基于比例电流源的多路电流源 多路电流源电路 集成电路有多级电路 各级都需要偏置 偏置电流又各不相同 此时选用多路电流源较合适 多路比例电流源的IR EC VBE R Re1 IC1 IR IB因各管参数相近 IRRe1 IE2Re2 IE3Re3 IE4Re4 由式可见 通过改变Rx就可改变电流 具有多路输出的电流源 R 2020 3 26 温医生物医学工程 81 2 多集电极管构成的多路电流源图4 2 7 右图所示为电路多集电极管构成的多路电流源 此类管当基极电流一定时 各集电极电流之比等于它们的集电区面积之比 设图中各集电区面积为 S0 S1 S2 对应的电流 IC0 IC1 IC2 则有 IC1 IC0 S1 S0 IC2 IC0 S2 S0再知道IB与任一IC比例即可 2020 3 26 温医生物医学工程 82 第五章主要问题 伏频特性 相频特性波特图 通频带晶体管的混合 参数等效模型场管的高频等效模型增益带宽积概念放大电路的频响低 中 高频放大倍数多极电路频响参数计算集成运放频响 频率补偿频响与阶跃响应 2020 3 26 温医生物医学工程 83 频率特性的一般概念 对含电容电路 1 C为电容的容抗 高频时容抗1 C R 电容可视为短路 而低频时 由于耦合电容的容抗变大 1 C R不成立 其影响则不能忽略 此时输出相对与输入将产生衰减 定义 当放大倍数下降到中频区放大倍数的0 707倍时 即时的频率称为下限频率fL 考虑频率特性时的等效电路 高通 2020 3 26 温医生物医学工程 84 高通电路的频响 将复变量用幅值 相角表示 幅频特性 相频特性 依上二式分别画出幅值 相移随频率的变化曲线即得幅频 相频特性曲线 讨论 当f fL时 Au 1 0 当f fL时 Au 0 707 45 当f fL时 Au f fL Au 随f 下降 f 0 Au 0 90 fL 高通电路的下限截止频率 fL I 2020 3 26 温医生物医学工程 85 波特图 放大电路的放大倍数的变化范围和输入信号频率的变化范围通常都很大 为在同一坐标系中表示如此宽变化范围的两个量 画幅频 相频曲线时常采用对数坐标 以此方式得到的幅频 相频曲线称为波特图 波特图由对数幅频特性和对数相频特性两部分组成 横轴用对数标 纵轴 幅频特性用对数坐标 dB 相频特性仍用 表示 2020 3 26 温医生物医学工程 86 高通电路与低通电路的波特图图5 1 3 高通电路对数幅频特性 当f fL时 20lg Au 0 0 当f fL时 45 20lg Au 3dB 当f fL时 20lg Au 20lgf fL 低通电路对数幅频特性 当f fH时 20lg Au 0 0 当f fH时 45 20lg Au 3dB 当f fH时 20lg Au 20lgf fH 高通 低通 波特图的画法介绍 波特图的特点 幅频特性 在通频带上为0dB 转折频率处为 3dB 通带外以 20dB 十倍频相频特性 在通频带上为0 转折频率处为 45 通带外以 90 变化发生在0 1fI 10fI之间 近似波特图 实际应用时常将波特图的曲线折线化 拐点fI 0 1fI 10fI 2020 3 26 温医生物医学工程 87 混合 模型的简化 进一步的简化1 单向化 将跨接在b c两端的C 等效到输入 输出端 分别为C 和C 2 输入电容等效为C C C 且C 的容抗远大于集电极总负载RL 因此也可不作考虑 3 最终的混合 模型 2020 3 26 温医生物医学工程 88 单管共射放大电路频响的波特图 放大倍数 中频 低频 高频 综合各频段的放大倍数 可见全频段放大倍数 2020 3 26 温医生物医学工程 89 单管共射放大电路的波特图图5 4 5 通频带 fbw fH fL 中频段频率特性 高频段频率特性 单管放大电路的波特图 2020 3 26 温医生物医学工程 90 5 5多级放大电路的频率响应 多级放大电路中有多个晶体管 在高频等效电路中多组结电容 即多个C 或Cgs 它们组成了多级高通电路 具有多个高频转折频率 多极阻容耦合电路中有多个耦合电容和旁路电容 它们构成了多级低通电路 具有多个低频转折频率 确定这种具有多电容回路的电路之截止频率是接下来要解决的问题 定性分析 定量估算 2020 3 26 温医生物医学工程 91 多极放大电路频率特性的定性分析 多极放大电路的放大倍数 其对数幅频 相频特性 先对两管放大电路的情况进行分析 设此二电路具有相同的频响 即 Aum1 Aum2 fL1 fL2 fH1 fH2 2020 3 26 温医生物医学工程 92 多级电路截止频率的估算 下限截止频率 上限截止频率 两极电路上下限截止频率 三级电路上下限截止频率 二式用于各级转折频率相近时的计算 2020 3 26 温医生物医学工程 93 6 93 第六章放大电路中的负反馈 负反馈的概念负反馈的类型及分析方法负反馈对放大电路的影响 2020 3 26 温医生物医学工程 94 6 94 内容 1 反馈的基本概念及判断方法2 负反馈放大电路的四种基本组态3 负反馈放大电路方框图及一般表达式4 深度负反馈放大电路的放大倍数分析5 负反馈对放大电路性能的影响6 负反馈放大电路的稳定性7 放大电路中其它形式的反馈 2020 3 26 温医生物医学工程 95 6 95 6 1反馈 负反馈的概念 凡是将放大电路输出端的信号 电压或电流 的一部分或全部引回到输入端 与输入信号迭加 就称为反馈 若引回的信号削弱了输入信号 就称为负反馈 若引回的信号增强了输入信号 就称为正反馈 这里所说的信号一般是指交流信号 所以判断正负反馈 就要判断反馈信号与输入信号的相位关系 同相是正反馈 反相是负反馈 2020 3 26 温医生物医学工程 96 6 96 取 加强输入信号正反馈用于振荡器 取 削弱输入信号负反馈用于放大器 开环 闭环 负反馈的作用 稳定静态工作点 稳定放大倍数 提高输入电阻 降低输出电阻 扩展通频带 反馈的框图表示 2020 3 26 温医生物医学工程 97 6 97 反馈放大电路的方框图图6 1 1 反馈的判断内容 方法 有无反馈 输入 输出有无联系 反馈网络反馈极性 正 负反馈 瞬时极性法直 交流反馈 与电容有关 四种反馈组态 电压 电流 串联 并联电压 电流 短路法 输出端 串联 电压相加 输入端 并联 电流相加 输入端 2020 3 26 温医生物医学工程 98 6 98 反馈极性的判断 虚短 虚断 虚地 虚短 运放的净输入电压为0 uN uP虚断 运放的净输入电流为0 iI 0虚地 当同相端接地时 反向端电位为0 iI 信号由同相端输入时输出与输入同相 由反相端输入时输出与之反向 2020 3 26 温医生物医学工程 99 6 99 判断负反馈的方法 瞬时极性法 假设输入 输出 端信号有一定极性的瞬时变化 依次经过反馈 比较 放大后 再回到输入 输出 端 若输出信号与原输出信号的变化极性相反 则为负反馈 反之为正反馈 如果是电压反馈 则要从输出电压的微小变化开始 如果是电流反馈 则要从输出电流的微小变化开始 判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信号的比较关系 使得净输入增加的反馈 正反馈 使得净输入减少的反馈 负反馈 2020 3 26 温医生物医学工程 100 6 100 负反馈的类型及分析方法 负反馈的类型 一 电压反馈和电流反馈 电压反馈 反馈信号取自输出电压信号 电流反馈 反馈信号取自输出电流信号 电压负反馈 可以稳定输出电压 减小输出电阻 电流负反馈 可以稳定输出电流 增大输出电阻 根据反馈所采样的信号不同 可以分为电压反馈和电流反馈 6 2负反馈放大电路的四种基本组态 2020 3 26 温医生物医学工程 101 6 101 根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同 可以分为串联反馈和并联反馈 串联反馈 反馈信号与输入信号串联 即反馈电压信号与输入信号电压比较 并联反馈 反馈信号与输入信号并联 即反馈信号电流与输入信号电流比较 串联反馈使电路的输入电阻增大 并联反馈使电路的输入电阻减小 二 串联反馈和并联反馈 反馈信号与输入信号在输入端以电压的形式叠加 反馈信号与输入信号在输入端以电流的形式叠加 2020 3 26 温医生物医学工程 102 6 102 负反馈放大电路的一般表达式 1 基本放大电路放大倍数 2 反馈系数 3 闭环放大倍数 4 环路放大倍数 净输入量 深度负反馈 开环放大倍数 2020 3 26 温医生物医学工程 103 6 103 6 4 4深度负反馈电路放大倍数 1 正确判断反馈组态 2 求解反馈系数 3 利用反馈系数求电路的闭环放大倍数及电压放大倍数 引入串联负反馈时Ui Uf 引入并联负反馈时常认为US IfRS 引入电流负反馈UO IOR L 负反馈放大电路的参数A F Af Auf 或Ausf 均同号 对于集成运放放大电路 单级时 同相输入为串联反馈 反相输入为并联反馈 求解深度负反馈电路放大倍数的步骤 2020 3 26 温医生物医学工程 104 6 104 6 5负反馈对放大器性能的影响 1 放大倍数的稳定2 通频带加宽3 非线性失真变小4 输入 输出阻抗改变5 静态工作点稳定原因 即以损失放大倍数为代价 换取性能的改善 2020 3 26 温医生物医学工程 105 6 105 引入负反馈的一般原则 1 稳定工作点 直流负反馈 改善动态特性 交流负反馈 2 对电压源性信号源 串联负反馈 对电流源性信号源 并联负反馈 3 根据输出的要求 需要稳定的电压输出 电压负反馈 需要稳定的电流输出 电流负反馈 4 电流 电压 电压并联负反馈 电压 电流 电流串联负反馈 2020 3 26 温医生物医学工程 106 运算放大器的基本电路 电压跟随器反相比例运算电路高增益反相放大器 书中 同相比例运算电路差分比例运算电路反相求和运算电路同相求和运算电路 有哪些放大电路 分析内容 分析方法 注意事项 RP RN 2020 3 26 温医生物医学工程 107 二 分析运放组成的线性电路的出发点 虚短路虚开路放大倍数与负载无关 可以分开分析 uo 虚地 2020 3 26 温医生物医学工程 108 运算放大器的应用 加减运算电路积分和微分运算电路对数和反对数运算电路测量放大器 2020 3 26 温医生物医学工程 109 虚短路 虚开路 虚开路 2020 3 26 温医生物医学工程 110 五 三运放电路 2020 3 26 温医生物医学工程 111 常用滤波器内容 1 理想滤波电路的幅频特性2 有源滤波电路3 一阶低通滤波电路4 简单二阶低通滤波电路5 二阶高通滤波电路6 带通滤波器 品质因素Q7 带阻滤波器 2020 3 26 温医生物医学工程 112 低通 高通 带通 带阻 四种典型 理想 滤波电路的频率特性 转折频率 通频带 2020 3 26 温医生物医学工程 113 第八章波形发生 信号转换 一 内容 正弦波发生器 RC LC 电压比较器 单限 滞回 窗口 非正弦波发生器 矩形 三角 锯齿 波形变换 信号转换电路 V I V f 精密整流 2020 3 26 温医生物医学工程 114 正弦波振荡电路组成 放大电路 完成基本放大功能 反馈网络 引入正反馈 使电路在无输入时将所需信号引回输入端 选频网络 选出所需频率信号 以产生正弦波 稳幅环节 以实现从起振到输出稳定波形的自动转换过程 分类 依反馈网络 RC振荡器 低频LC振荡器 高频石英晶体 高频 频率极其稳定 正弦波振荡电路组成框图 2020 3 26 温医生物医学工程 115 RC桥式正弦波振荡电路图8 1 7 电路组成 A R1 Rf组成的基本放大环节 R C组成的串并联正反馈及选频网络 尚缺稳幅环节 RC振荡电路 2020 3 26 温医生物医学工程 116 非线性处理器 一 概述 二 限幅器 三 单限比较器 四 迟滞比较器 五 窗口比较器 2020 3 26 温医生物医学工程 117 1 比较器的阈值比较器的输出状态发生跳变的时刻 所对应的输入电压值叫作比较器的阈值电压 简称阈值 或叫门限电压 简称门限 记作UT UTH UTL 2 比较器传输特性 传输特性三要素 输出 阈值 跃变方向 比较器的输出电压uO与输入电压uI之间的对应关系叫作比较器的传输特性 它可用曲线表示 也可用方程式表示 3 比较器的组态若输入电压uI从运放的 端输入 则称为反相比较器 若输入电压uI从运放的 端输入 则称为同相比较器 一 概述 几个重要概念 2020 3 26 温医生物医学工程 118 滞回比较器及其电压传输特性图8 2 9 滞回比较器分析 UT UZ R1 R1 R2 起始 uI绝对 uP时 uO UZ uP UZR1 R1 R2 UT uI 直到uI UT后 uO UZ uP UZR1 R1 R2 UT uI 直到uI uP UT 时 uO UZ 2020 3 26 温医生物医学工程 119 下行迟滞比较器两种电路传输特性的比较 2020 3 26 温医生物医学工程 120 电压比较器电压传输特性举例图8 2 2 单限比较器 滞回比较器 双限比较器 电压比较器电路分析的注意事项 运放工作在非线性区 uO UOM 用电压传输特性描述输入输出电压函数关系 电压传输特性三要素 UOM UT 跃变方向 UOM取决于限幅电路 uP uN时的uI为UT 跃变方向取决于输入电压作用于同相端还是反向端 2020 3 26 温医生物医学工程 121 波形发生电路 方波发生器三角波发生器锯齿波发生器压频转换 2020 3 26 温医生物医学工程 122 一 电路结构 上下门限电压 先对比较器作分析 下行迟滞比较器 输出经积分电路再输入到此比较器的反相输入端 方波发生器 2020 3 26 温医生物医学工程 123 0 输出波形 2020 3 26 温医生物医学工程 124 一阶RC电路三要素法简介 如考虑充电的起始状态 则 T 2为 2020 3 26 温医生物医学工程 125 思考 点b是电位器RW的中点 点a和点c是b的上方和下方的某点 试定性画出电位器可动端分别处于a b c三点时的uo uc相对应的波形图 矩形波发生器 2020 3 26 温医生物医学工程 126 电路一 方波发生器 矩形波 积分电路 三角波 此电路要求前后电路的时间常数配合好 不能让积分器饱和 三角波发生器 2020 3 26 温医生物医学工程 127 全波精密整流电路及其波形图8 4 7 工作原理 2020 3 26 温医生物医学工程 128 第十章直流稳压电源 10 1直流稳压电源的组成和功能 10 2整流电路 10 3滤波电路 10 4稳压电路 10 5集成稳压电源 10 6开关型稳压电路 2020 3 26 温医生物医学工程 129 电源变压器 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2 整流电路 滤波电路 稳压电路 整流电路 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3 滤波电路 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4 稳压电路 清除电网波动及负载变化的影响 保持输出电压uo的稳定 10 1直流稳压电源的组成和功能 2020 3 26 温医生物医学工程 130 电源变压器 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2 整流电路 滤波电路 稳压电路 整流电路 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3 滤波电路 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4 稳压电路 清除电网波动及负载变化的影响 保持输出电压uo的稳定 10 1直流稳压电源的组成和功能 2020 3 26 温医生物医学工程 131 整流电路 半波整流全波整流桥式整流倍压整流 电路结构整流原理元件参数整流输出参数 2020 3 26 温医生物医学工程 132 4 输出电压平均值