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模拟 电子技术 基础 周良权 电子 教案

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模拟电子技术基础（第4版_周良权）电子教案,模拟,电子技术,基础,周良权,电子,教案

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半导体二极管及其基本应用电路 第1章 1 1PN结的基本知识 1 1 1N型半导体和P型半导体 1 1 2PN结的形成 1 1 3PN结的单向导电性 1 1 1N型半导体和P型半导体 本征半导体 纯净的半导体 如硅 锗单晶体 本征激发 在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子 并在共价键中留下一个空位 空穴 的过程 载流子 自由运动的带电粒子 自由电子 带负电 空穴 带正电 电子空穴成对出现 数量少 与温度有关 两种载流子 N型半导体 在本征半导体硅或锗中掺入微量五价元素 如磷 砷 杂质 所构成 电子为多数载流子空穴为少数载流子载流子数 电子数 P型半导体 在本征半导体硅或锗中掺入微量三价元素 如棚 铟 杂质 所构成 空穴 多子电子 少子载流子数 空穴数 电中性 1 载流子的浓度差引起多子的扩散 2 交界面形成空间电荷区 PN结 建立内电场 空间电荷区特点 无载流子 阻止扩散进行 利于少子的漂移 3 扩散和漂移达到动态平衡 形成PN结 扩散电流等于漂移电流 总电流I 0 内建电场 载流子在电场作用下的定向运动 PN结的形成 1 1 2PN结的形成 一 PN结正向偏置 内电场 外电场 扩散运动加强形成正向电流IF I多子 I少子 I多子 外电场使多子向PN结移动 中和部分离子使空间电荷区变窄 PN结的单向导电性 1 1 3PN结的单向导电性 外加正向电压 P N PN结的单向导电性 正偏呈低阻导通 正向电流IF较大 反偏呈高阻截止 反向电流IR很小 外加反向电压 P N 外电场使少子背离PN结移动 空间电荷区变宽 漂移运动加强形成反向电流IR I少子 0 二 PN结反向偏置 2 2 1共发射放大电路各元件的作用 2 2 2共发射极放大电路的静态分析 2 2 3用图解法分析动态工作情况 2 2共发射极基本放大电路 2 2 4BJT的三个工作区域及放大电路的非线性失真 2 2 5用小信号模型法分析动态工作情况 VCC 直流电源 使发射结正偏 集电结反偏 向负载和各元件提供功率 C1 C2 耦合电容 隔直流 通交流 Rb 基极偏置电阻 提供合适的基极电流 Rc 集电极负载电阻 将 IC UC使电流放大 电压放大 信号ui从AA 输入 信号uo从BB 输出 2 2 1共发射极放大电路各元件的作用 各极电压 电流的波形 2 2 2共发射极放大电路的静态分析 静态 ui 0 电路中只有直流电源作用 静态工作点 静态时 各极电流 电压反映在输入 输出特性上的点 常用 Q 表示 直流通路 输入特性 输出特性 IB UBE Q IB IC UCE 一 用估算法确定静态工作点 取UBE 0 7V 硅管 0 2V 锗管 IC IB UCE VCC ICRC 37 5 37 5 0 04mA 1 5mA 12 1 5mA 4k 6V 二 用图解法确定静态工作点 AB右 AB左 VCC VCC RC 直流负载线斜率 1 Rc IBQ ICQ UCEQ 例如 IB 40 A uCE VCC iCRC 12 4iC 3 12 2 2 3用图解法分析动态工作情况 动态 电路中接入ui后的工作状态 电路中有直流电源作用形成的直流分量 输入电压作用形成的交流分量 交流通路 只考虑变化的电压和电流的电路 电量的符号表示规则 AA A 主要符号 A 下标符号 A 大写表示电量与时间无关 直流 平均值 有效值 小写表示电量随时间变化 瞬时值 A 大写表示直流量或总电量 总最大值 总瞬时值 小写表示交流分量 总瞬时值 交流有效值 uBE UBE ube 交流瞬时值 画交流通路的原则 1 直流电源短路 因VCC内阻很小 2 耦合电容短路 1 j C 0 电路图 交流通路 ui sin t mV 图解分析各电压 电流值 0 7V Q ui IB 交流负载线 VCC VCC RC IC Ucem 直流负载线 当ui 0uBE UBEiB IBiC ICuCE UCE 当ui Uimsin tib Ibmsin tic Icmsin tuce Ucemsin tuo uce iB IB Ibmsin tiC IC Icmsin tuCE UCE Ucemsin t UCE Ucemsin 180 t 基本共发射极电路的波形 IB IC UCE ib ic uce uo 在求得静态工作点的基础上 1 画出交流负载线 2 当负载开路 交流负载线如何变化 交流负载电阻 交流负载线 当负载开路时 交 直流负载线重合 2 2 4BJT的三个工作区域及放大电路的非线性失真 一 BJT的三个工作区域 截止区 iB 0iC 0条件 两个结反偏 2 放大区 3 饱和区 uCE uBE uCB uCE uBE 0 条件 两个结正偏特点 iC iB 临界饱和时 uCE uBE 深度饱和时 0 3V 硅管 0 1V 锗管 UCE sat 放大区 截止区 饱和区 条件 发射结正偏集电结反偏特点 水平 等间隔 ICEO 例2 2 1 判断如图电路UI 1V 3V 5V时 BJT的工作状态 VBB RBB 解 利用戴维宁定理 UI 1V VBB 0 4V UBE 0 5V BJT截止 UI 3V VBB 1 2V IC IB 50 0 04mA 2mA UCE VCC ICRc 6V BJT处于放大状态 例2 2 1 判断如图电路UI 1V 3V 5V时 BJT的工作状态 VBB RBB 解 利用戴维宁定理 UI 1V BJT截止 UI 3V BJT处于放大状态 UI 5V VBB 2V IC IB 5mA BJT处于饱和状态 二 放大电路的非线性失真 因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围 从而引起非线性失真 1 Q 过低引起截止失真 NPN管 顶部失真为截止失真 PNP管 底部失真为截止失真 不发生截止失真的条件 IB Ibm 交流负载线 2 Q 过高引起饱和失真 ICS NPN管 底部失真为饱和失真 PNP管 顶部失真为饱和失真 IBS 基极临界饱和电流 不接负载时 交 直流负载线重合 V CC VCC 不发生饱和失真的条件 IB Ibm IBS 饱和失真的本质 负载开路时 接负载时 受Rc的限制 iB增大 iC不可能超过VCC RC 受R L的限制 iB增大 iC不可能超过V CC R L R L Rc RL 2 2 5用小信号模型法 微变等效 分析动态工作情况 微变等效的依据 1 非线性电路经适当近似后可按线性电路对待 2 利用叠加定理 分别分析电路中交 直流成分 3 动态是输入信号电压在直流静态工作点的基础上 各极电流 电压的变化 一 BJT的小信号简化模型 1 输入回路的模型 动态电阻 BJT内部电阻示意图 rbb rbb 基区体电阻 rb e rb e 发射结电阻 r e r e 集电区体电阻 rbb 通常为几百欧 取300 re rb e r e rb e 注意 rbe UBE IB 因为rbe是动态电阻 而式右是静态参数 不能混淆 2 输出回路的模型 BJT小信号模型 2 输出回路的模型 BJT小信号模型 注意 小信号模型 1 未考虑BJT结电容的影响 故只适用于低频信号 2 当信号较大 但非线性失真不严重时或计算精度要求不高时 仍可使用 3 只能用于放大电路的动态分析 不能用于计算静态工作点 4 适于NPN和PNP管 不必改电压 电流参考方向 3 放大电路的输入 输出电阻 输入电阻 输出电阻 1 实验法 2 加压法求流法 Ro越小带载能力越强 二 用小信号模型分析共射放大电路 1 画简化小信号模型电路 2 求电压放大倍数 R L Rc RL 3 求输入电阻 4 求输出电阻 Ro RC 输入输出相位相反 5 源电压放大倍数 例2 2 2 BJT硅管 VCC 12V 40 求 Au Ri Ro 解 rbe 300 26mV IBmA 1k 78 Ro RC 3 9k 2 3 1温度对静态工作点的影响 2 3 2射极偏置电路 2 3稳定静态工作点的放大电路 射极偏置电路 温度 输入特性曲线 温度 输出特性曲线 T1 T2 O 2 3 1温度对静态工作点的影响 温度对ICBO的影响温度每升高10 CICBO约增大1倍 2 温度对 的影响温度每升高1 C 0 5 1 3 温度对UBE的影响温度每升高1 CUBE 2 2 5 mV 输出特性曲线间距增大 2 3 2射极偏置电路 一 稳定静态工作点的原理 1 Rb1 Rb2的分压作用固定UB 选用Rb1 Rb2时使 I1 或I2 IB 不受BJT和温度变化的影响 2 Re产生反映IC变化的UE 引起UBE变化 使IC基本不变 稳定 Q 的原理 T IC UE UB固定 UBE IB IC 二 静态工作点的估算 三 动态分析 小信号等效电路 1 电压放大倍数 Rc RL Au受 和温度变化的影响小 2 输入电阻 Ri R i Rb1 Rb2 3 输出电阻 Ro Rc 2 4 1共集电极放大电路 2 4 2共基极放大电路 2 4共集电极放大电路和共基极放大电路 2 4 1共集电极放大电路 射极输出器 射极跟随器 一 静态分析 VCC IBRb UBE IERe IBRb UBE 1 IBRe IB VCC UBE Rb 1 Re IC IB UCE VCC ICRe 二 动态分析 交流通路 小信号等效电路 电压放大倍数 1 输入电阻 输出电阻 R S RS Rb 特点 Au 1输入输出同相 Ri高 Ro低 用途 输入级 输出级 中间缓冲级 2 4 2共基极放大电路 电路图 习惯画法 一 静态分析 略 交流通路 小信号模型 二 动态分析 Ri R i Ro Ro RC 特点 1 Au大小与共射电路相同 2 输入电阻小 Aus小 用途 高频特性好 常用于高频电路中 三 BJT共基极电流放大系数 一 简易助听器电路 2 6三极管及场效应管放大和开关电路的应用举例 音量调节 二 触电保护电路 旁路电流检测器 L1 L2匝数相等 双线并绕反向串接 磁通抵消 使二次侧L3无感应电动势 A点电压约0 47V T1 T2截止 KA不动作 0 47V Id L2上电流小于L1 二次侧L3感应电动势 经整流滤波后 A点电压 0 2V T1 T2导通 KA动作 KA1KA2断开 电器断电 0 2V 恢复开关 采用阻容降压 稳压管稳压 泄流二极管 模拟人体触电 三 恒流充电机电路 功能 给摩托车 电动自行车电瓶和可充电电池恒流充电 整流 滤波 分压稳压 电流调节 原理 利用VMOS栅源电压不变时iD恒流 实现恒流充电 指示 变压 2 7 1光电三极管 2 7 2光电耦合器1 2 7特殊三极管 2 7 1光电 敏 三极管 一 工作原理 像光电二极管一样实现光 电转换外 还能放大光电流 有NPN和PNP型之分 IC 1 IL 100 1000 有3AU 3DU系列 如3DU5C 最高工作电压30V暗电流 0 2 A光电流 3mA 1000lx下 峰值波长900nm 二 应用举例 1 开关电路 直接驱动式 能提供3mA的光电流 三极管T用于放大驱动电流 2 测速电路 2 7 2光电耦合器 一 基本原理 发光器件LED 受光器件光电二极管光电三极管 实现电 光 电传输和转换 二 主要参数 1 输入参数即LED的参数 2 输出参数与光电管同 其中 1 光电流指输入一定电流 10mA 输出接一定负载 约500 和一定电压 10V 时输出端产生的电流 2 饱和压降指输入一定电流 20mA 输出接一定电压 10V 调节负载使输出达一定值 2mA 时输出端的电压 通常为0 3V 3 传输参数 1 电流传输比CTR指直流状态下 输出电流与输入电流之比 一般 1 2 隔离电阻RISO指输入 输出间绝缘电阻 3 极间耐压UISO指发光管与光电管之间的绝缘耐压 一般 500V 三 类型 特点和用途 分类 普通光电耦合器线性光电耦合器 用作光电开关 输出随输入成线性比例变化 特点 抗干扰性能好 隔噪声 响应快 寿命长 用作线性传输时失真小 工作频率高 用作光电开关时无机械触点疲劳 可靠性高 用途 实现电平转换 电信号电气隔离 四 应用举例 1 计算机接口电路示意图 线性光电耦合器 功能 1 双向数据实时传输 2 隔离 防止现场信号干扰窜入计算机 3 电平转换 适应计算机和工业系统执行机构要求 2 光耦合器组成的开关电路 功能 1 实现脉冲传输 2 实现电平转换 3 2 1频率特性的基本概念 3 2 2频率特性分析及其指标 3 2放大电路的频率特性 3 2 3对数频率特性曲线 波特图 3 2 4BJT的频率参数 3 2 5多级放大电路的频率特性 3 2 1频率特性的基本概念 幅频特性A f 相频特性 f 前面电路分析时假设 输入信号为单一频率的正弦波 实际需要放大的信号 非单一频率 可分解成从几赫兹 几百兆赫兹的各种频率和幅值的正弦波信号 当输入信号为幅度不变而频率不断连续改变的正弦波时 输出信号的大小 放大倍数 随频率而改变的特性 输出信号与输入信号的相位差也随信号频率而改变的特性 频率特性 频率响应 反映放大电路对不同频率的正弦信号的稳态响应 3 2 2频率特性分析及其指标 1 中频区 可视Cbe Cbc开路 C1 C2短路 中频区Ausm和 不受影响 中频区 180 2 低频区 几十Hz 可视Cbe Cbc开路 C1 C2与输入电阻 负载串联并对信号分压 形成高通电路 使Au减小 超前 低频区 3 高频区 几十千 几百千Hz C1 C2短路 Cbe Cbc分流作用随频率升高显著 形成低通电路 使Au减小 滞后 高频区 0 707Ausm 135 225 一 幅频和相频特性曲线的分析 RC高通等效电路的频率特性 令1 RC L 则fL 1 2 RC RC低通等效电路的频率特性 令1 RC H 则fH 1 2 RC 二 频率特性指标 0 707Aum fL 下限截止频率 fH 上限截止频率 BW BandWidth 通频带 带宽 BW fH fL fH 放大电路通频带不够宽 对信号中不同频率的正弦波成分的放大倍数和附加相移不同 引起的失真 输入波形 幅频失真 相频失真 输出的二次谐波放大倍数小于基波放大倍数 输出的二次谐波产生了附加相移 频率失真没有产生新的频率成分 属于线性失真 三 频率失真 3 2 3对数频率特性曲线 波特图 波特图 将频率坐标用对数分度 电压放大倍数用电压增益 dB 表示的频率特性 一 放大倍数的分贝表示法 功率放大倍数Ap po pi 功率增益Ap dB 10lg Ap dB 电压放大倍数Au Uo Ui 电压增益Au dB 20lg Au dB 当输入量小于输出量时 分贝数为负值时 称为衰减 表3 2 1电压放大倍数Au与分贝数的关系 二 波特图 三 下限频率 上限频率计算举例 1 下限频率fL的计算 1 静态电流 IC IB 1 2mA 2 动态电阻 rbe 300 26mV IB 1 4k 3 输入回路下限频率 4 输出回路下限频率 取下限频率fL fL1 8 33Hz 2 上限频率fH的计算 1 发射结电阻 C Cb e 1 A Cb c 2 等效电容 1 1k 3 上限频率 则频带宽度为 80pF 1 147 2pF 376pF BW fH fL 909kHz 8 33Hz 909kHz fH 3 2 4BJT的频率参数 一 共发射极截止频率 f 为 下降为0 707 0时对应的频率 二 特征频率 fT 为 1时对应的频率 此时三极管失去放大能力 当f f 时 f 0f 当 1时 f fT 0 f 三 共基极截止频率 f 为 下降为0 707 0时对应的频率 3dB 3 2 5多级放大电路的频率特性 1 2 n 例如 两级放大电路 假设每级具有相同的频率特性 即中频区电压放大倍数Aum1 下限频率fL1 上限频率fH1均相同 则总的中频区电压增益为 两级放大电路的波特图 两级放大电路的带宽比级窄 总相移是两级相移之和 第3章教学基本要求 要知道 多级放大电路的耦合含义及类型 多级放大电路的电压放大倍数 输入电阻和输出电阻计算规则 单级和多级放大电路的电压放大倍数的分贝表示法 频率特性 响应 含义和其指标中的下限频率 上限频率和频带宽度含义及其受电路参数影响因素 单级阻容耦合放大电路对数幅频特性和相频特性的变化规律及其所组成两级阻容耦合放大电路频率特性的定性关系 BJT的特征频率fT含义 会判别 多级放大电路的耦合形式 会计算 用分贝表示多级放大电路的电压放大倍数 会选用 各种基本组态单元放大电路以满足多级放大电路中各级性能要求 4 2 1差分放大电路中恒流源的作用 4 2 2集成运放中的电流源 4 2恒流源 4 2 1差分放大电路中恒流源的作用 减少共模放大倍数的思路 增大Re 用恒流源代替Re 1 三极管恒流源 特点 直流电阻为有限值动态电阻很大 恒流源代替差分电路中的Re 简化画法 2 恒流源的计算 设uBE3 UD 4 2 2集成运放中的电流源 一 镜像电流源 UBE1 UBE2 UBE 1 2 IB1 IB2 IB IC1 IC2 IR 2IB 二 微电流源 UBE2 UBE1 4 4 1理想集成运及其传输特性 4 4 2基本运算电路 4 4集成运算放大器的分析方法及其基本运算电路 4 4 1理想集成运放及其传输特性 1 Aud 一 理想集成运放 2 Rid 3 Ro 0 4 KCMR 5 BW 6 UIO 0 IIO 0 二 集成运放的传输特性 1 传输特性 理想 线性区 实际 2 工作在线性区的集成运放 闭环有负反馈 1 u u 虚短 2 i i 0 虚断 证 uo Aud u u Auduid u u uo Aud 0 证 i uid Rid 0 同理i 0 虚短和虚断 3 工作在非线性区的集成运放 开环 有正反馈 1 u u 时 uo UOM u u 时 uo UOM 2 i i 0 虚断 4 4 2基本运算电路 一 比例运算电路 1 反相比例运算电路 运算放大器在线性应用时同时存在虚短和虚断 虚断 虚地 为使两输入端对地直流电阻相等 平衡电阻 特点 1 Auf Rf R1 2 输入电阻较小 R if R1 3 uIC 0 对KCMR的要求低 u u 0 虚地 R2 R1 Rf 2 同相比例运算电路 Auf 1 跟随器 当R1 时 特点 1 Auf 1 Rf R1 2 输入电阻大 R if 3 uIC ui 对KCMR的要求高 u u uI 二 加减运算电路 1 加法电路 R3 R1 R2 Rf iF i1 i2 若Rf R1 R2 则uO uI1 uI2 平衡电阻 2 减法电路 法1 利用叠加定理 uI2 0 uI1使 uI1 0 uI2使 一般 R1 R 1 Rf R f uO uO1 uO2 Rf R1 uI2 uI1 法2 利用虚短 虚断 uo Rf R1 uI2 uI1 减法运算实际是差分电路 例4 4 1 写出所示二级运算电路的输入 输出关系 解 是一种高输入电阻减法电路 R3 R4 三 积分与微分电路 1 积分电路 1 基本积分电路 当uI为阶跃信号时 设t0 0时 uC 0 时间常数 RC t1 UI UOM 例4 4 2 积分电路中 R 20k C 0 1 F 输入信号uI从t 0开始 uC t0 0 求 1 uI为20mV 经过20ms后 输出uO为多大 2 若在 1 uO的基础上 uI变为 10mV 经过多少时间才能使uO 0 画出输出波形 解 1 RC 20 103 0 1 10 6 2 10 3s 解 2 1 200 2 克服积分漂移的积分电路 积分漂移 输入信号为0时 输出缓慢变化 原因 AuD Rid不为 UIO IIO不为0 电容缓慢充电 克服积分漂移的电路 当R2C R1CR2的负反馈作用可有效抑制积分漂移 3 积分电路的应用 应用 积分 波形变换 示波器显示和扫描电路 模 数转换和波形发生器等 方波 三角波 10k 10nF 时间常数 RC 0 1ms 5V 5V 2 微分电路 1 基本微分电路 虚地 虚断 RC 时间常数 微分电路输出电压 2 实用微分电路 微分电路的问题 输出电压对输入电压的变化 尤其对高频干扰和噪声 十分敏感 电路抗干扰能力较差 实用微分电路 在正常工作频率范围 使 R2起限制输入电流作用 C2起相位补偿作用 提高电路稳定性 习题4 30 1 写出输入与输出的关系 2 若uI 1V uC 0 0 求输出uO变为0V所需的时间 解 1 2 练习 电路如图所示 分析输出与输入的关系 求UO 解 第4章教学基本要求 要知道 基本差分电路结构及性能特点 差模信号和共模信号含义及其分解方法 共模抑制比含义 集成运放同相和反相输入端含义 理想集成运放条件及其 虚短 虚断 虚地 概念 线性和非线性工作区特点 运放电路直流平衡电阻配置 集成运放中恒流源的作用 会画出 集成运放反相及同相比例 加法及减法 微分和积分等基本运算电路结构形式 会计算 基本差分电路的差模电压放大倍数 各种基本运算放大电路的电压放大倍数 运算关系和输出电压 负反馈放大电路 第5章 5 1 1反馈的概念 5 1 2反馈的性质与类型 5 1反馈的基本概念 FeedBack 5 1 1反馈的概念 反馈 将电路的输出量 电压或电流 的部分或全部 通过一定的元件 以一定的方式回送到输入回路并影响输入量 电压或电流 和输出量的过程 2 信号的两种流向 正向传输 输入 输出 反向传输 输出 输入 开环 闭环 输入回路 输出回路 Re介于输入输出回路 有反馈 反馈使uid减小 为负反馈 既有直流反馈 又有交流反馈 例如 射极输出电路 5 1 2反馈的性质与类型 1 正反馈和负反馈 正反馈 反馈使净输入电量增加 使输出量增大 负反馈 反馈使净输入电量减小 使输出量减小 判断法 瞬时极性法 输入信号和反馈信号在不同端子引入 两者极性相同为负反馈 极性相反为正反馈 当输入信号和反馈信号在同一节点引入时 两者极性相同为正反馈 极性相反为负反馈 正反馈 负反馈 二 直流反馈和交流反馈 直流反馈 直流信号的反馈 交流反馈 交流信号的反馈 直流反馈 无反馈 交直流反馈 交流反馈 直流负反馈的作用是稳定静态工作点 交流负反馈能改善放大电路动态性能 三 电压反馈和电流反馈 电压反馈 反馈信号取自输出电压 负反馈稳定输出电压 判别法 使uo 0 RL短路 若反馈消失为电压反馈 电流反馈 反馈信号取自输出电流 负反馈稳定输出电流 判别法 使io 0 RL开路 若反馈消失为电流反馈 四 串联反馈和并联反馈 串联反馈 反馈信号与输入信号以电压相比较的形式在输入端出现 uid ui uf 特点 反馈信号和输入信号在不同节点引入 并联反馈 反馈信号与输入信号以电流相比较的形式在输入端出现 iid ii if 特点 反馈信号和输入信号在同一节点引入 RS us 例1 判断图中所示电路的反馈类型 RL uo uf uid uo 稳定了输出电压 为电压反馈 反馈信号和输入信号在不同节点引入 为串联反馈 例2 判断反馈类型 1 两个反馈都是负反馈 2 Rf1引入电流反馈 Rf2引入电压反馈 3 Rf1引入并联反馈 Rf2引入串联反馈 io if iid io Rf1所引反馈的作用 Rf1所引反馈稳定了输出电流 Rf2所引反馈稳定了输出电压 电压串联负反馈 电流并联负反馈 例3 判断反馈类型 电压串联负反馈 电压并联负反馈 反馈组态判断1 反馈组态判断2 5 3 1产生自激振荡的原因 5 3 2消除自激振荡的常用方法 5 3负反馈放大电路的稳定性问题 5 3 1产生自激振荡的原因 一 自激振荡的现象 二 产生自激振荡的原因 1 自激条件 2 自激的原因 附加相移 AF使负反馈 正反馈 一级放大电路附加相移 90 两级 180 三级 270 5 3 2消除自激振荡的常用方法 基本方法 在电路中加入C或R C元件进行相位补偿 改变电路高频特性 从而破坏自激条件 相位补偿形式 滞后补偿 电容滞后 RC滞后 超前补偿 密勒效应补偿 电容滞后补偿 RC滞后补偿 密勒效应补偿 R 第5章教学基本要求 要知道 1 反馈 反馈深度的概念 2 负反馈放大电路增益的一般表达式 3 负反馈对放大电路性能的影响 会判断 反馈类型和性质 会计算 深度负反馈放大电路的电压放大倍数 6 2 1精密差分测量放大电路 6 2 2集成精密测量放大器及应用举例 6 2精密仪用放大电路 6 2 1精密差分测量放大电路 6 2 1精密差分测量放大电路 对共模信号 uO1 uO2则uO 0 对差模信号 R1中点为交流地 采用精密电阻以减少误差 6 2 2集成精密测量放大器及应用举例 一 概述 将高性能集成运放和精密电阻集成在单片电路中 能获得极高的精度和温度稳定性 常用集成精密放大器 LH0036 LH0037 LH0038C LF352 AD521 AD522 超精度集成精密放大器 INA101 INA104 低功耗集成精密放大器 INA102 精密型集成精密放大器 LM163 LM363 数字可控增益型集成精密放大器 LH0086 低漂移廉价型集成精密放大器 3626 3629 二 INA101M型测量放大器简介 当RG 40 04 时 三 应用举例 心电信号放大电路 6 3高精度整流电路 6 3高精度整流电路 运放输入输出反相 D1 D2同时只有一只导通 当ui 0 u o 0 D2导通 D1截止 Rf上无电流 uo u 0 当ui0 D1导通 D2截止 传输特性 高精度半波整流电路 信号发生电路 第7章 7 1 1正弦波振荡电路的基本概念 7 1 2RC正弦波振荡电路 7 1正弦波振荡电路 7 1 3LC正弦波振荡电路 7 1 4石英晶体振荡电路 信号产生电路 振荡器 Oscillators 分类 正弦波振荡 非正弦波振荡 RC振荡器 1kHz 数百kHz LC振荡器 几百kHz以上 石英晶体振荡器 频率稳定度高 方波 三角波 锯齿波等 主要性能要求 输出信号的幅度准确稳定 输出信号的频率准确稳定 引言 7 1 1正弦波振荡电路的基本概念 一 振荡条件 微弱的电扰动中 某一频率成分通过正反馈逐渐放大 则产生正弦振荡 振幅平衡条件 相位平衡条件 n 0 1 2 振荡条件 二 起振条件 起振条件 1 Fu Au 1 Fu O ui uo Au uo AuFu 1 AuFu 1 Ui1 Uo1 Uf1 Ui2 Uo2 Uf2 Ui3 Uo3 Uf2 Ui4 Uo4 uf 起振 稳幅 三 振荡电路的组成 1 放大电路Au 2 正反馈网络Fu 3 选频率网络 实现单一频率的振荡 4 稳幅环节 使振荡稳定 波形好 满足振荡条件 四 振荡电路的分析方法 1 检查电路组成 2 Q 是否合适 3 用瞬时极性法判断是否满足起振条件 7 1 2RC正弦波振荡电路 一 RC串并联网络的频率特性 令 0 1 RC f0 1 2 RC 当f f0时 7 1 2RC正弦波振荡电路 一 RC串并联网络的频率特性 f 0 当f f0时 f 90 当f f0时 f 90 二 RC串并联式振荡电路 A 2n F 0 2 振荡频率 3 起振条件 Rf不能太大 否则正弦波将变成方波 应使 同相放大器 1 电路组成 RC串并联式振荡电路 4 稳幅措施 1 热敏电阻稳幅 为使Au为非线性 起振时 应使Au 3 稳幅后Au 3 正温度系数 负温度系数 2 二极管稳幅 正负半周总有一只二极管导通 起振时信号小 二极管正向电阻rd大 Auf大易起振 电压幅值增加 电流增大 rd减小 Auf下降 自动稳幅 3 场效应管稳幅 起振时 稳压管未被击穿 uGS 0 RDS很小 易起振 当输出幅度增加 稳压管击穿 给T提供负栅偏压 RDS增大 Auf下降 保证输出幅度稳定 7 1 3LC正弦波振荡电路 类型 变压器反馈式 电感三点式 电容三点式 一 LC并联回路的频率特性 L的等效损耗电阻小 Z 1 谐振频率f0 2 谐振阻抗Z0 3 频率特性 幅频特性 Q大 Q小 相频特性 Q增大 4 并联谐振的本质 电流谐振 1 Z Z0 呈纯阻 2 形成环流 大小是总电流的Q倍 二 LC振荡电路的基本形式 1 变压器反馈式振荡电路 满足相位平衡条件 由于变压器绕组匝间分布电容和管子极间电容影响 振荡频率受限 适用范围 几兆赫 十几兆赫 2 电感三点式振荡电路 优点 易起振 L间耦合紧 易调节 C可调 缺点 输出取自电感 对高次谐波阻抗大 输出波形差 交流通路 3 电容三点式振荡电路 考毕兹振荡器 Colpitts 优点 波形较好 缺点 2 T极间电容影响f0 1 调频时易停振 3 电容三点式振荡电路 优点 波形较好 C0 改进 考毕兹振荡器 Colpitts 克拉泼振荡器 Clapp 缺点 2 T极间电容影响f0 1 调频时易停振 例7 1 1 判断能否振荡 若能 指出类型 求振荡频率 解 电容三点式振荡电路 三 LC振荡电路的应用举例 1 控制机械定位的接近开关 当金属靠近LC回路的L时 金属体内感应产生涡流 使LC回路能量损耗增加 Q减小 回路阻抗减小 振荡幅度降低 使输出由高电平变为低电平 SC205集成接近开关方框图 2 人体感应开关 当无人体靠近时 振荡器振荡 T2 T3 T4截止 当人体靠近金属板 感应电容使振荡器停振 T1集电极电位升高 T2 T3 T4导通 继电器得电 控制电磁阀工作 7 1 4石英晶体振荡电路 一 石英晶体的基本特性 1 结构和符号 化学成分SiO2 结构 晶片 符号 2 压电效应 形变 形变 机械振动 外力 压电谐振 外加交变电压的频率等于晶体固有频率时 机械振动幅度急剧加大的现象 3 等效电路 Co 晶片静态电容 几 几十pF L 晶体的动态电感 10 2 10 1H 大 C 晶体的动态电容 0 1pF 小 R 等效摩擦损耗电阻 小 大 小 小 大 4 频率特性和谐振频率 容性 容性 感性 fP和fs很接近 二 石英晶体振荡电路 1 并联型 利用晶体在并联谐振下阻抗呈感性 fs f fp 晶体呈感性 2 串联型 在f fs的信号 晶体阻抗最小 且呈纯阻 满足正反馈的相位条件 利用晶体在串联谐振时阻抗呈纯阻且最小 第7章教学基本要求 要知道 正弦振荡条件 RC串并联及LC并联网络的选频特点及组成振荡电路的基本结构 各类正弦波振荡电路适用频率范围 石英晶体振荡电路特点 比较器电路结构特点与线性运算电路的区别 阈值电压含义 会判断 用瞬时极性法分析正弦振荡是否为正反馈 比较器电路是否为线性运算电路 会计算 正弦和方波振荡频率 RC串并联振荡电路阻值 单值和迟滞比较器的阈值电压 会画出 单值和迟滞比较器传输特性及输出波形 8 2 1双电源基本互补对称功率放大电路 OCL 及其工作原理 8 2 2乙类双电源对称功率放大电路功率参数分析计算 8 2乙类互补对称功率放大电路 8 2 1双电源基本互补对称功放电路OCL及工作原理 OCL OutputCapacitorless 一 电路组成及工作原理 ie1 ie1 ui 0T1 T2截止IB IC UCE均为0 ui 0T1导通T2截止 io ie1 1 ib1uo ie1RL ui 0T2导通T1截止 io ie2 1 ib2uo ie2RL 两只管子交替导通 称互补对称 二 图解分析 最大输出电压幅值 Uom max VCC UCE sat VCC 8 2 2乙类双电源对称功放电路功率参数分析计算 一 输出功率Po 最大输出功率 二 直流电源供给功率PV PV ICAVVCC 2VCCUom RL 三 每只管子平均管耗PT和最大管耗PT max 当输出电压幅值为Uom max VCC时 0 137Po max 令 0 6VCC时管耗最大 即 四 效率 PV 2VCCUom RL 当输出电压幅值为Uom max VCC时 实际约为60 五 功率管的选择条件 PCM 0 2Pom U BR CEO 2VCC ICM VCC RL 例8 2 1 乙类双电源互补对称功放电路 已知VCC 20V RL 8 求对功率管参数的要求 解 1 最大输出功率Po max 2 U BR CEO U BR CEO 2VCC 40V 3 ICM ICM VCC RL 20 8 2 5 A 选管时要留有余地 即提高50 100 教学要求 掌握Po PV的公式 再根据Uom或Uo max VCC UCE sat VCC条件代入计算 并求取PT 和 8 3 1实用的甲乙类双电源互补对称功率放大电路 8 3 2甲乙类单电源互补对称功率放大电路 8 3甲乙类互补对称功率放大电路 8 3 1实用的甲乙类双电源互补对称功放电路 一 交越失真的问题 1 问题 当输入电压小于阈值电压Uon时 三极管截止 引起交越失真 交越失真 输入信号幅度越小越明显 2 克服交越失真的思路 交越失真 T1 T2有一段共同导通的时间 流过负载的电流不失真 二 减少交越失真的措施 1 利用二极管和电位器产生偏置电压 UB1B2给T1 T2提供静态电压 当ui 0时 T1 T2微导通 IB1 IB2 IE1 IE2 IL 0 当ui 0 至 T1微导通 充分导通 微导通 T2微导通 截止 微导通 当ui 0 至 T2微导通 充分导通 微导通 T1微导通 截止 微导通 2 克服交越失真的其它电路 实际电路 三 用复合管组成互补对称功率放大电路 复合管 达林顿管 的目的 实现管子参数的配对 iB1 1 1 iB1 1 1 1 2 B1 1 1 2 1 2 iB1 1 2 rbe rbe1 1 1 rbe2 2 1 1 iB1 1iB1 iB iC iE 1 2 1 2 iB1 接有泻放电阻的复合管 ICEO1 2ICEO1 R 泻放电阻 减小 NPN NPN NPN PNP PNP PNP NPN PNP NPN PNP NPN PNP 构成复合管的规则 b1为b c1或e1接b2 c2 e2为c或e 2 应保证发射结正偏 集电结反偏 3 复合管类型与第一只管子相同 四 实用电路举例分析 前置放大级的作用 放大输入电压到足够幅度 给功放级提供克服交越失真的静态电压UB1B2 四 实用电路举例分析 静态时UK 0 可调节RP1实现 K点向前置级引电压并联负反馈 改善性能 例8 3 1 不考虑前置级的影响 已知T2 T5的UCES 3V 求负载最大功率 电压幅值 电流 电源功率 管耗 效率 解 RL最大功率 电压幅值 电流有效值 电源功率 PV 2VCCUom R L 2 22 19 3 14 8 5 31 3 W 管耗 0 5 31 3 21 24 5 03 W 效率 一 电路和工作原理 8 3 2甲乙类单电源对称功率放大电路 OTL电路 OutputTransformerless K 电容C的作用 充当VCC 2电源 2 耦合交流信号 当ui 0时 当ui 0时 T2导通 C放电 T2的等效电源电压 0 5VCC 当ui 0时 T1导通 C充电 T1的等效电源电压 0 5VCC 二 采用自举电路提高正半周输出电压幅度 问题 T2 T4导通时 最大输出电压受到Rc1上压降的限制 解决 加自举电容 随信号增大同时提高有效电源电压 自举电容 电位最高提升到3VCC 2 三 OCL和OTL的比较 四 电路的调试方法 调试步骤 调RP1使UK VCC 2 调RP2消除交越失真 RP1 RP2反复调节至满意 用固定电阻取代电位器 注意事项 不能使D1 D2支路断开 开机后 输出电容上电压不能马上建立 使负载有冲击电流 可在电源上加延时装置使电源缓慢上升 第8章教学基本