【A级】模拟电子技术PPT课件全套课件

模块1常用半导体器件,模块3功率放大器,模块5集成运放及其应用,模块2电压放大器,模块4负反馈放大器,模块6信号发生器,模块7直流稳压电源,模块8电子线路仿真软件简介,常用半导体器件,模块1,1.1半导体的基本知识1.2半导体二极管1.3半导体三极管1.4场效应管1.5晶闸管及应用,1.1.1本征半导体,半导体,导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。,本征半导体,纯净的半导体。如硅、锗单晶体。,载流子,自由运动的带电粒子。,共价键,相邻原子共有价电子所形成的束缚。,硅(锗)的原子结构,简化模型,硅(锗)的共价键结构,自由电子,(束缚电子),空穴可在共价键内移动,1.1半导体的基础知识,本征激发：,复合：,自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。,漂移：,自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。,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。,两种载流子,电子(自由电子),空穴,两种载流子的运动,自由电子(在共价键以外)的运动,空穴(在共价键以内)的运动,结论：,1.本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；,2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；,3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关。,1.1.2杂质半导体,一、N型半导体和P型半导体,N型,磷原子,自由电子,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,硼原子,空穴,空穴多子,电子少子,载流子数空穴数,施主离子,施主原子,受主离子,受主原子,二、杂质半导体的导电作用,I,IP,IN,I=IP+IN,N型半导体IIN,P型半导体IIP,三、P型、N型半导体的简化图示,1.1.3PN结,一、PN结(PNJunction)的形成,1.载流子的浓度差引起多子的扩散,2.复合使交界面形成空间电荷区,(耗尽层),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,扩散电流等于漂移电流，,总电流I=0。,内建电场,二、PN结的单向导电性,1.外加正向电压(正向偏置),forwardbias,内电场,外电场,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。,扩散运动加强形成正向电流IF。,IF=I多子I少子I多子,2.外加反向电压(反向偏置),reversebias,外电场使少子背离PN结移动，空间电荷区变宽。,PN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;反偏截止，电阻很大，电流近似为零。,漂移运动加强形成反向电流IR,IR=I少子0,1.2.1半导体二极管的结构和分类,构成：,PN结+引线+管壳=二极管(Diode),符号：,A,(anode),C,(cathode),分类：,按材料分,硅二极管,锗二极管,按结构分,点接触型,面接触型,平面型,1.2半导体二极管,1.2.2二极管的伏安特性,一、PN结的伏安方程,反向饱和电流,温度的电压当量,电子电量,玻尔兹曼常数,当T=300(27C)：,UT=26mV,二、二极管的伏安特性,正向特性,Uth,死区电压,iD=0,Uth=0.5V,0.1V,(硅管),(锗管),UUth,iD急剧上升,0UUth,UD(on)=(0.60.8)V,硅管0.7V,(0.10.3)V,锗管0.2V,反向特性,IS,U(BR),反向击穿,U(BR)U0,iD=IS,0.1A(硅),几十A(锗),UUN,二极管导通,等效为0.7V的恒压源,UO=VDD1UD(on)=150.7=14.3(V),IO=UO/RL=14.3/3=4.8(mA),I2=(UOVDD2)/R=(14.312)/1=2.3(mA),I1=IO+I2=4.8+2.3=7.1(mA),P,N,例1.3二极管构成“门”电路，设V1、V2均为理想二极管，当输入电压UA、UB为低电压0V和高电压5V的不同组合时，求输出电压UO的值。,0V,0V,正偏导通,正偏导通,0V,0V,5V,正偏导通,反偏截止,0V,5V,0V,反偏截止,正偏导通,0V,5V,5V,正偏导通,正偏导通,5V,例1.4画出硅二极管构成的桥式整流电路在ui=15sint(V)作用下输出uO的波形。,(按理想模型),若有条件，可切换到EWB环境观察桥式整流波形。,例1.5ui=2sint(V)，分析二极管的限幅作用。,ui较小，宜采用恒压降模型,uiU(BR)CEO,U(BR)EBO,(P342.1.7)已知:ICM=20mA,PCM=100mW，U(BR)CEO=20V，当UCE=10V时，ICmA当UCE=1V，则ICmA当IC=2mA，则UCE0,此时uGD=UGS(off)；,沟道楔型,耗尽层刚相碰时称预夹断。,预夹断,当uDS，预夹断点下移。,3.转移特性和输出特性,UGS(off),当UGS(off)uGS0时,O,O,一、增强型N沟道MOSFET(MentalOxideSemiFET),1.4.2绝缘栅场效应管,1.结构与符号,P型衬底,(掺杂浓度低),用扩散的方法制作两个N区,在硅片表面生一层薄SiO2绝缘层,用金属铝引出源极S和漏极D,在绝缘层上喷金属铝引出栅极G,S源极Source,G栅极Gate,D漏极Drain,2.工作原理,1)uGS对导电沟道的影响(uDS=0),a.当UGS=0，DS间为两个背对背的PN结；,b.当0UGS(th)时：,uGS=2UGS(th)时的iD值,4.输出特性曲线,可变电阻区,uDS107,MOSFET：RGS=1091015,4.低频跨导gm,反映了uGS对iD的控制能力，单位S(西门子)。一般为几毫西(mS),PDM=uDSiD，受温度限制。,5.漏源动态电阻rds,6.最大漏极功耗PDM,O,概述,晶闸管(Thyristor)可控硅，是一种受控硅二极管。优点：体积小、重量轻、耐压高、容量大、响应速度快、控制灵活、寿命长、使用维护方便。缺点：大多工作与断续的非线性周期工作状态，产生大量谐波干扰电网；过载能力和抗扰能力较差、控制电路复杂。（由于技术进步，近年有改善）,1.5晶闸流管及应用,1.5.1晶闸管的结构和工作原理,1.晶闸管的符号和外型,符号,螺栓式,平板式,塑封式,2.晶闸管的工作原理,等效结构,等效工作电路,符号电路,1.触发导通：,S闭合，触发信号UGK,IB2(IG),IC2(2IB2),IC1(12IB2),形成正反馈，晶闸管触发导通,UGK=0.61.2V,2.关断方法：降低正向电压，使阳极电流小于维持电流IH则截止。使UGK0则截止。,3.晶闸管的主要参数及型号,一、电压额定值,1.额定电压(耐压)UD：指加在管子上的最大允许电压。为保证安全，选型要求UD大于实际工作峰值电压23倍。,2.通态平均电压UF：指通过正向正弦半波额定电流时，在导通一个周期内管子两端的平均电压。为0.61.2V。,3.反向击穿电压UBR：指达到反向击穿时所加反向电压。,4.反向重复峰值电压URRM：当控制极开路，允许重复加在管子上的反向峰值电压。URRM=UBR100V。,二、电流额定值,1.额定正向平均电流IF：指允许通过工频正弦半波电流平均值。一般取IF为正常平均电流的1.52倍。,2.维持电流IH：指由通态到断态的最小阳极电流。,3.浪涌电流IFSM：指晶闸管能承受的最大过载电流的峰值。,三、控制极额定参数,1.控制极触发电压UG、触发电流IG：指管子触发导通所需的最小控制极直流电压、电流。通常UG为15V，IG为几十至几百毫安。,2.控制极正向、反向最大电压、最大电流和平均功率及瞬时最大功率。,四、其它定额,通态电流上升率dia/dt、断态电压临界上升率duak/dt、开通时间ton、关断时间toff。,五、晶闸管型号,据JB114475规定，KP型普通晶闸管的型号和含义为：,KP-,晶闸管,普通型晶闸管（另有K-快速型，S双向型）,额定通态平均电流IF系列从11000A内分14个规格。,额定电压UD等级，1000V级差为100V；10003000V级差为200V，单位为100V。,通态平均电压UF组别（小于100A不标）分9级，用AI表示0.41.2V，级差0.1V,例如KP10012G表示IF=100A，UD=1200V，UF=1V的普通型晶闸管。,1.电阻性负载的单相半控桥式整流电路,一、工作原理,两只晶闸管和两只二极管构成半控整流,u2、ak和RL组成主回路,gk及其控制电路组成触发回路,u2正半周，当t=，T1触发导通、D2导通，T2、D1截止当t=，u2=0，T1阻断、D2截止，T2、D1截止,u2负半周,当t=+，T2触发导通、D1导通，T1、D2截止当t=2，u2=0T2阻断、D1截止，T1、D2截止,1.5.2单相可控整流电路及触发电路,二、参数计算,1.输出电压和电流,2.晶闸管和二极管工作参数,2.触发电路,触发电路向晶闸管控制极提供触发信号的电路。,对触发脉冲的基本要求：(1)与主回路电源电压的相位具有一定控制角对应关系。(2)触发电压为410V。(3)触发脉冲宽度不低于6s，最好为2050s。(感性负载应更宽)(4)在发送触发脉冲之前，触发输出电压应UP，T突然导通，C放电并输出上跳沿，uE按指数曲线迅速；当UEUV，T又截止，C开始充电,三、单结晶体管的振荡电路,充电时间T1，放电时间T2,因（Rb1+RB1）CIB，则,与温度基本无关。,调节过程：,静态工作点稳定的放大电路,电容短路,直流电源短路，画出交流通道,交流通道及微变等效电路,交流通道,微变等效电路,微变等效电路及电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算,Ri=Rb1/Rb2/rbe,Ro=RC,电容CE的作用：,例：图示电路（接CE），已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,解：（1）用估算法计算静态工作点,（2）求电压放大倍数,（3）求输入电阻和输出电阻,2.4.2共集电极放大器,静态分析,直流通道及静态工作点分析：,VCC=IBRb+UBE+IERe=IBRb+UBE+(1+）IBRe,IC=IB,动态分析,交流通路及微变等效电路,交流通路及微变等效电路,2、输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器，或者射极跟随器。,讨论,输出电压与输入电压近似相等，电压未被放大，但是电流放大了，即输出功率被放大了。,Au,输入电阻,输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,置0,保留,输出电阻,（加电压求流法）,ro=Re/,rbe,1+,当RS=0时,r,o,b,+,+,=,1,R,r,/,R,s,be,E,射极输出器的特点：电压放大倍数=1，输入阻抗高，输出阻抗小。,例在射极输出器中已知UCC=12V，RB=240k，RE=3k，RL=6k，RS=150，=50。,RS,uS,+,RL,iC,iB,T,C2,C1,+,+,RB,RE,+UCC,+,uO,（1）静态工作点,（2）Au、ri和r0,ri=RB/rbe+（1+）RL,=240/1.2+（1+50）（2/6）=72.17k,=1.20k,例：图示电路，已知UCC=12V，RB=200k，RE=2k，RL=3k，RS=100，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。,解：（1）用估算法计算静态工作点,2.4.3共基放大器,如图（a）所示电路，信号由发射极输入，由集电极输出，从其交流通路(b)所示，输入与输出回路的公共端为基极，所以称为“共基极放大电路”。,图2-21共基极放大电路,共基极放大电路的微变等效电路如图所示,图共基极放大电路的微变等效电路,对共基极放大电路进行分析，可知共基极放大电路无电流放大作用，但电压放大倍数较大，所以仍有功率放大作用；输出电压和输入电压同相；输入电阻低，输出电阻较高。另外，共基极接法时晶体管输入回路的电容和时间常数都很小，上限截止频率很高，所以共基极放大电路适用于高频和宽频带放大电路。,2.4.4三种组态的性能比较,2.5场效应管放大电路,2.5.1偏置电路及静态分析,1.自偏压电路,在VDD的作用下,ID在RS上产生压降,即US=IDRS,而IG=0,即UG=0,因此UGS=-IDRS,这就是自偏压。只要调整合适的RS，就可以获得合适的静态工作点。,图自偏压电路,电路如图所示，场效应管的直流偏压是靠源极电阻Rs上的直流压降建立的，即,静态分析,2.分压式自偏压电路,图分压式自偏压电路,电路的直流偏压是靠分压电阻Rg1、Rg2和源极电阻Rs共同建立的，其值为,2.5.2场效应管放大电路的动态分析,1.场效应管的交流等效模型,图场效应管的交流等效模型,2基本共源放大电路的动态分析,3分压式偏置共源放大电路的动态分析,(a)(b)图交流通路(a)无旁路电容时(b)有旁路电容时,(1)无旁路电容CS时,RO=RD,图无cs时小信号模型,(2)有旁路电容CS时,图有cs时小信号模型,RO=RD,4.三种场效应管放大器的比较,模块3功率放大器,3.1功率放大电路的特殊问题,3.4功率放大器的保护电路,3.2常见功率放大器,3.3集成功率放大器,3.1功率放大电路的特殊问题,3.1.1功率放大器的特点及要求,输出足够大的功率去驱动负载（扬声器、伺服电机等）。,二、功率放大的特殊问题,1.输出电压、电流幅度大，三极管尽限工作。2.管子接近饱和或截止，输出有一定非线性失真。3.需加散热器，以提高管子承受较大管耗。4.效率=Pomax/PDC要高。性能分析以功率、管耗、效率为主。,一、功率放大的任务,三、共发射极放大电路的效率问题,设“Q”设置在交流负载线中点,VCC,IC,3.1.2功率放大器的分类,甲类(=2),乙类(=),甲乙类(0T1导通T2截止,io=ie1=（1+）ib1uo=ie1RL,ui0时,T2导通，C放电，,T2的等效电源电压0.5VCC。,当ui0时,T1导通，C充电，,T1的等效电源电压+0.5VCC。,2.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，随信号增大同是提高有效电源电压。,自举电容,电位最高提升到3VCC/2,3.OCL和OTL的比较,4.电路的调试方法,调试步骤：调RP1使UK=VCC/2。调RP2使消除交越失真。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。,3.3.1集成功率放大器概述,组成：差分输入级、中间电压放大级、恒流源偏置电路、甲乙类互补对称功放输出级、短路和过热保护电路。,特点：更大的输出功率；与分离元件功率放大器相比，它具有频率特性好、非线性失真小、外围连接元件少、使用方便等优点。,3.3集成功率放大器,1.集成功率放大器LM386,LM386外形、管脚排列及内部电路,3.3.2应用举例,2.集成功率放大器4100系列简介,图CD4100引脚示意图,图CD4100典型接线图,外部元件的作用如下：RF、CF与内部电阻组成交流负反馈支路。CB相位补偿。CC输出端电容，两端充电电压等于VCC/2。CD反馈电容，消除自激振荡。CH自举电容，使复合管的导通电流不随输出电压的升高而减小。C3、C4滤除波纹。C2电源退耦滤波，可消除低频自激。,3.TDA2030专用集成功率放大器,3.4.1热致击穿及其保护措施,一、管耗：PC=UCEICUCE主要降在反偏的集电结上，因集电结电阻大，发热引起温升，超过最高允许结温TjM时，管子损坏。,二、加散热器能提高管耗,加散热器能降低结温提高管耗。例如：3AD50，不加散热器，极限管耗PCM=1W加1201204mm3散热板，极限管耗PCM=10W,三、散热器类型,齿轮形,指状形,板条形,3.4功率放大器的保护电路,四、管子在某一温度（T2）下所能承受的最大管耗,室温25C,室温下的结温,由室温上升到结温时允许承受的最大管耗,例3.33AD50大功率管，已知TjM=90C，PCMa=10W（加散热器）求环境温度T2=60C时，能承受的最大管耗。,解,结果说明环境温度升高后，允许最大管耗下降。,3.4.2二次击穿及其保护措施,1二次击穿,当IC增加到某一值之后，Uce会急剧下降，IC再次剧增，晶体管突然失效或性能明显下降，但晶体管外壳并不发热，此时称为二次击穿。,2保护措施,模块4负反馈放大器,教学目的1.掌握反馈的基本概念和类型，判断放大电路中是否存在反馈，反馈的类型以及它们在电路中的作用。2.理解多种负反馈对放大电路性能的影响，会根据实际要求在电路中引入适当的反馈3.掌握负反馈的一般表达式，会计算深度负反馈条件下的电压放大倍数。4.了解负反馈放大电路产生自激振荡的条件，会在放大电路中接入校正环节以消除振荡。教学重点1.反馈的概念、分类及反馈组态的判断。2.负反馈对放大器性能的影响。3.深度负反馈条件下电压放大倍数的计算。4.负反馈放大电路自激振荡的判断及消除。教学难点：1.反馈类型的判别。2.负反馈放大器的组态分析与计算。3.负反馈对放大器性能的影响。,第四章负反馈放大器,4.1反馈的概念4.2负反馈放大电路的组态4.3负反馈对放大电路工作性能的影响4.4深度负反馈放大电路的分析计算4.5负反馈放大电路的自激振荡和消除方法,4.1反馈的概念,4.1.1.反馈的基本概念4.1.2反馈的一般表达式,反馈在电子电路系统中得到了极其广泛的应用，通过引入反馈，可以改善放大电路的许多性能。把输出的某个物理量的一部分或全部用一定的方法反送回输入端的过程称为反馈。放大电路中的反馈就是将放大电路的输出信号(电压或电流)的一部分或全部通过一定形式的电路反送回输入端并对输入信号(电压或电流)产生影响（增强或消弱）的过程。引入反馈的放大电路称为反馈放大电路。,4.1.1.反馈的基本概念1.反馈概念的建立,图4-1分压偏置式放大电路,图4-1所示的分压偏置式放大电路就是反馈放大电路的一个具体运用，用来稳定电路的静态工作点。,例如，当电路所处的温度环境变化时：,反馈信号,输入信号,输出信号,净输入信号,比较环节,图4-2反馈放大电路组成框图,闭合环路,开环放大电路,反馈网络,2、反馈的分类与判断,（1）正反馈和负反馈,正反馈：,反馈使净输入电量增加，从而使输出量大。,负反馈：,反馈使净输入电量减小，从而使输出量小。,判断法：瞬时极性法,例4.1如图4-3所示放大电路，试判断该电路是否引入了反馈？引入的是正反馈还是负反馈？,图4-3共发射极放大电路,解：电阻R连接在三极管的基射级之间构成反馈元件，它削弱了原输入信号，因而R引入的是负反馈。,（2）直流反馈和交流反馈,直流反馈从输出端反馈回的信号是直流信号。,交流反馈从输出端反馈回的信号是交流信号。,例4.2判断图4-4放大电路中引入的反馈是直流还是交流反馈？,图4-4反馈放大电路,解：该电路中的反馈网络是由RF和CF组成的，所以反馈元件是RF和CF，因为电容的隔直作用，反馈信号中将只有交流成分，所以这个反馈是交流反馈。,（3）电压反馈和电流反馈,电压反馈反馈信号取自输出电压的部分或全部。,判别法：使uo=0(RL短路),电流反馈反馈信号取自输出电流。,图4-5电压反馈框图,图4-6电流反馈框图,若反馈信号依然存在则为电流反馈,若反馈信号消失则为电压反馈。,（4）串联反馈和并联反馈,串联反馈：反馈信号和输入信号在放大器输入回路中以电压形式相叠加。,并联反馈：反馈信号和输入信号在放大器输入回路中以电流形式相叠加。,图4-8并联反馈框图,图4-7串联反馈框图,判别法：输入回路反馈节点“短路法”判定：若输入信号依然能送入放大电路，则引入的是串联反馈。若输入信号不能送入放大电路，则引入的反馈是并联反馈。,4.1.2反馈的一般表达式,xi输入信号(ii或ui),xid净输入信号(iid或uid),xo输出信号(io或uo),xf反馈信号(if或uf),开环放大倍数,反馈系数,闭环放大倍数,xid=xi-xf,1+AF反馈深度。,4.2负反馈放大电路的组态,4.2.1电压串联负反馈放大电路4.2.2电压并联负反馈放大电路4.2.3电流串联负反馈放大电路4.2.4电流并联负反馈放大电路,根据反馈信号输出端采样方式和输入端连接方式的不同，负反馈放大电路可分为四种组态：电压串联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈,四种基本反馈类型,(a)电压串联负反馈(b)电压并联负反馈(c)电流串联负反馈(d)电流并联负反馈,4.2.1电压串联负反馈放大电路,例4.3试对图4-11所示电压串联负反馈放大电路进行分析。,图4-11电压串联负反馈放大电路,解：1.电阻Re是反馈元件，该电路是反馈放大电路。2.用瞬时极性法可知，净输入电压减小，故电路为负反馈电路。3.输入回路反馈节点对地短接，输入信号仍然能送入放大电路起作用，所以是串联反馈；输出回路负载对地短接反馈信号消失，可断定是电压反馈。,总之，以上分析说明，图4-11电路中引入的反馈是电压串联负反馈。因为是电压负反馈，所以仍有稳定输出电压的作用。例如，当ui一定时，若负载电阻RL减小导致输出电压uo下降时，电路将自动出现如下稳定过程：RLuoufuiduo可见，反馈的结果牵制了uo的下降，从而使uo基本维持恒定。,4.2.2电压并联负反馈放大电路,例4.4试对图4-12所示电压并联负反馈放大电路进行分析。,图4-12电压并联负反馈放大电路,解：1.电阻R是反馈元件，故电路是反馈放大电路。2.根据瞬时极性法，流过电阻R的反馈电流将增大，但这个反馈电流使净输入电流减小,所以是负反馈电路。3.输入回路反馈节点对地短接，输入信号被短接，不能送入放大电路起作用，所以是并联反馈；负载对地短接反馈信号消失，可断定是电压反馈。,总之，以上分析说明，图4-12电路中引入的反馈是电压并联负反馈。,电压负反馈能稳定输出电压，是因为反馈元件在输出回路取样的信号类型是电压信号，而与反馈信号在输入端叠加时的连接方式无关。反馈元件利用输出电压自身的变化对放大器进行自动调节，起到稳定输出电压的作用。,4.2.3电流串联负反馈放大电路,例4.5试对图4-13所示电流串联负反馈放大电路进行分析。,图4-13电流串联负反馈放大电路,解：1.电阻R4是输入回路和输出回路的公共元件，故电路是反馈放大电路。2.根据瞬时极性法，则净输入信号减小，所以判定是负反馈电路3.输入回路反馈节点对地短接，输入信号仍然能送入放大电路起作用，所以是串联反馈;负载对地短接反馈信号依然存在，可断定是电流反馈。,总之，以上分析说明，图4-13电路中引入的反馈是电流串联负反馈。,电流负反馈具有稳定输出电流的作用，例如，当负载RL减小导致输出电流增大时，电路将自动出现如下稳定过程：RLioufubeibio可见，反馈的结果牵制了io的增大，从而使io基本维持恒定。,4.2.4电流并联负反馈放大电路,例4.6试对图4-14所示电流并联负反馈放大电路进行分析。图4-14电流并联负反馈放大电路。,图4-14电流并联负反馈放大电路,解：1.电阻R3是输入回路和输出回路的公共元件，即反馈元件，故电路是反馈放大电路。2.根据瞬时极性法，设输入电压ui的瞬时极性为正，则经过两级放大电路VT2的射级瞬时极性为负，则反馈信号if增大，则净输入信号减小，所以判定是负反馈电路3.输入回路反馈节点对地短接，输入信号对地短接，不能送入放大电路起作用，所以是并联反馈；负载对地短接反馈信号依然存在，可断定是电流反馈。,总之，以上分析说明，图4-14电路中引入的反馈是电流并联负反馈，同样具有稳定输出电流的作用。,4.3负反馈对放大电路工作性能的影响,4.3.1提高放大倍数的稳定性,4.3.2减少非线性失真,4.3.4改变输入电阻和输出电阻,4.3.3拓宽频带,4.3.1提高放大倍数的稳定性,Af的相对变化量,A的相对变化量,放大倍数稳定性提高,4.3.2减少非线性失真,加入负反馈,无负反馈,F,uf,uo,略大,略小,略小,略大,接近正弦波,改善了波形失真,4.3.3拓宽频带由于三极管的某些参数随频率而变化，电路中又不可避免地存在电抗性元件，使得放大倍数随频率的变化而变化，中频段放大倍数较大，高频段和低频段放大倍数随频率的升高和降低而减小，放大电路的通频带也因此而变窄。在放大电路中引进负反馈，将有利于频带的展宽。在中频段由于放大倍数大，输出信号大，反馈信号也大，使得净输入信号减小的多，故中频段放大倍数又明显的降低。而在高频段和低频段，放大倍数较小，输出信号小，反馈信号也小，使得净输入信号减小的程度比中频段小，故高频段和低频段放大倍数较低较少。如图4-16，放大电路的幅频特性变得平坦，上限频率升高，下限频率下降，通频带展宽。,图4-16负反馈展宽通频带,4.3.4改变输入电阻和输出电阻,一、对输入电阻的影响,1.串联负反馈使输入电阻增大,2.并联负反馈使输入电阻减小,二、对输出电阻的影响,1.电压负反馈使输出电阻减小。,由上式可知，引入电压负反馈，放大电路闭环输出电阻减小到开环输出电阻的。,第4章负反馈放大电路与基本运算电路的应用,2.电流负反馈使输出电阻增大,引入电流负反馈，放大电路的闭环输出电阻增大到开环输出电阻的,4.4深度负反馈放大电路的分析计算,4.4.1利用关系式Af1/F估算反馈放大电路的电压放大倍数,4.4.2利用关系式XiXf估算反馈放大电路的电压放大倍数,4.4.3深度负反馈放大电路计算举例,所谓深度负反馈，是指时的反馈。在实际的反馈放大电路中，只要，便可认为是深度负反馈。,在反馈放大电路中，反馈形式各种各样，这给电路的分析造成了一定的困难，由于大多数负反馈放大电路一般情况下都比较容易满足深度负反馈的条件，所以工程上常用深度负反馈的方法计算。,4.4.1利用关系式Af1/F估算反馈放大电路的电压放大倍数,该式子表明，深度负反馈时，放大电路的放大倍数仅由反馈系数决定，几乎与放大电路的参数无关。因此，只需求出反馈系数，即可求出放大倍数。,在深度负反馈下，因,所以闭环放大电路的放大倍数为：,（431）,4.4.2利用关系式XiXf估算反馈放大电路的电压放大倍数,反馈系数,闭环放大倍数,深度负反馈时,4.4.3深度负反馈放大电路计算举例,例4.7计算如图4-21所示电压串联负反馈电路的电压放大倍数。,图4-21电压串联负反馈电路,例4.8计算如图4-22所示电流串联负反馈电路的电压放大倍数。,图4-22电流串联负反馈电路,解：设输出电流为三极管集电极电流，且流出为正，则有Uo=(Rc/RL)由于是串联负反馈,UiUf=-Re1，所以,例4.9求图4-23所示的电压并联负反馈电路的源电压闭环增益Ausf=Uo/Us。,图4-23电压并联负反馈电路,例4.10求图4.4.4所示并联电流负反馈电路的闭环源电压增益Ausf。,图4-24电流并联负反馈电路,4.5负反馈放大电路的自激振荡和消除方法,4.5.1产生自激振荡的条件和原因4.5.2消除自激振荡的常用方法,4.5.1、产生自激振荡的条件和原因,1.自激振荡产生的条件,2.自激振荡产生的原因,附加相移AF使负反馈正反馈,4.5.2消除自激振荡的常用方法,要保证负反馈放大电路稳定工作，必须破坏自激条件。通常是在相位条件满足，即反馈为正时，破坏振幅条件，使反馈信号幅值不满足原输入量；或者在振幅条件满足，反馈量足够大时，破坏相位条件，使反馈无法构成正反馈。,1、电容滞后补偿：在负反馈放大电路的适当地方接入一个电容。,接入的电容相当于并联在前一级的负载上，在中、低频时，由于容抗很大，所以这个电容基本不起作用。高频时，由于容抗减小，使前一级的放大倍数降低，从而破坏自激振荡的条件，使电路稳定工作。,图4-25电容滞后补偿,利用RC校正网络代替电容校正网络，将使通频带变窄的程度有所改善。在高频段，电容的容抗将降低，但因有一个电阻与电容串联，所以RC网络并联在电路中，对高频电压放大倍数的影响相对小一些，因此，如果采用RC校正网络，在消除自激振荡的同时，高频响应的损失不如仅用电容校正时严重。,图4-26RC滞后补偿,2.RC滞后补偿,模块5集成运放及其应用,集成电路是20世纪60年代初期发展起来的一种新型半导体器件，它是在半导体制造工艺的基础上，将电阻、电容、二极管、三极管等电路中的元器件制造在一块半导体基片上，构成一个完整的电路，与分立元件电路相比，集成电路具有体积小、质量轻、功耗低、工作可靠、安装方便、价格便宜等特点，因而它逐渐取代了分立元件电路而被广泛应用于各个领域。按功能划分，集成电路有数字集成电路和模拟集成电路两大类，前者用于数字系统，后者用于产生、放大、加工各种模拟信号或者进行模拟信号与数字信号的转换。模拟集成电路种类较多，有集成运算放大器、集成功率放大器、集成稳压器、集成模拟和数字转换器等多种。其中集成运算放大器（简称集成运放）是应用最广泛的一种。,5.1集成运算放大器的组成及性能参数5.2电流源电路5.3差动放大电路5.4理想运放5.5集成运放的应用,5.1集成运算放大器的组成及性能参数5.1.1集成运放的组成集成运算放大器电路符号如图所示，图中“”表示信号的传输方向，“”表示理想条件，两个输入端中，N端称为反相输入端，用符号“”表示，说明如果输入信号由此端加入，由它产生的输出信号与输入信号反相，P端称为同相输入端，用“+”表示，说明输入信号由此加入，由它产生的输出信号与输入信号同相。,从原理上说，集成运放实质上是一个具有高电压增益、高输入电阻和低输出电阻的直接耦合多级放大电路。集成运放其内部电路一般由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成，如图所示。对于高性能、高精度等特殊集成运放，还要增加有关部分的单元电路，如温度控制电路、温度补偿电路、内部补偿电路、过流或过热保护电路、限流电路、稳压电路等。,输入级：集成运放的输入级通常由差动放大电路组成，为了提高集成运放的输入电阻、减小失调电压和偏置电流、提高差模和共模输入电压范围等性能，集成运放的输入级的差动输入放大电路常采用达林顿复合管、串联互补复合管、场效应管等。为了获得较高的增益，减少内部电路的补偿要求，在差动输人放大级中，还采用有源负载或恒流源负载。中间级：运算放大器的总增益主要是由中间级提供的，因此，要求中间级有较高的电压放大倍数。中间级一般采用带有恒流源负载的共射放大电路，其放大倍数可达几千倍以上。输出级：输出级应具有较大的电压输出幅度、较高的输出功率与较低的输出电阻的特点，并有过载保护，一般采用准互补输出级。偏置电路：偏置电路的作用是给各级电路提供所需的静态工作电流，它有各种电流源电路组成。,5.1.2集成运算放大器的性能参数1开环差模电压增益2输入失调电压3输入失调电流4输入偏置电流5差模输入电阻和输出电阻6温度漂移(1)输入失调电压温飘(2)输入失调电流温漂7共模抑制比8最大共模输入电压9最大差模输入电压,5.2电流源电路在集成电路的制作工艺中，在硅片上制作各种类型的晶体管比制作电阻容易的多，所占用的硅片面积也小的多，所以集成电路中的三极管除了作放大管外，大量的被用作恒流源或有源负载，为放大管提供合适的静态工作点及提高放大器的放大倍数。电流源是模拟集成电路中应用十分广泛的单元电路。在集成运放中的电流源为放大电路提供稳定的偏置电流，同时作为放大电路的有源负载，提高放大电路的增益。常见的电流源电路有镜像电流源电路、比例电流源电路和微电流源电路几种。,5.2.1镜像电流源如图所示的电路就是典型的镜像电流源电路。设三极管T1、T2参数完全相同,5.2.2比例电流源在镜像电流源电路中，若增加两个发射极电阻，使两个发射极电阻中的电流成一定的比例关系，即可构成比例电流源。,5.2.3微电流源微电流源电路如图所示，通过接入电阻得到一个比基准电流小许多倍的微电流源，适用于微功耗的集成电路中，由图可知,由于,的数值很小，,故用阻值不大的,即可获得微小的工作电流，故称为微电流源。,5.3差动放大电路差动放大电路又叫差分放大电路，它是另一类基本放大电路，它能有效的减小由于电源波动和晶体管随温度变化而引起的零点漂移，因而获得广泛的应用，特别是大量的应用于集成运放电路，作为多级放大器的前置级。,5.3.1差动放大电路的静态分析,若输入信号为零，即,时，放大电路,之间有方程：,处于静态，其直流通路如图6所示。由于电路完全,对称，由地到负电源,所以：,当,时两管的静态工作点：,两管发射极电位为：,所以,故输出电压：,由上述分析看出，求解差动式放大电路的静态工作点，关键是求出两管的发射极电流。根据电路对称性有,为,中的电流。当输入信号为零时，基本差动放大电路的输出信号电压,也为零。,5.3.2差动放大电路差模信号的动态分析,1双端输入、双端输出差模放大电路分析当差动电路输入差模信号时，即,由于电路对称，集电极电流,的增加量和,的减小量相同，即,所以,上不存在差模信号。,可视为短路。,可见在差模输入情况下,差摸交流通路如图所示。,（1）差模电压放大倍数,双端输入、双端输出时，差模电压放大倍数为：,当两个输出端之间接有负载时,（2）输入电阻和输出电阻,2双端输入、单端输出差模电压放大倍数,输出端接负载后，电压放大倍数为,（,）,5.3.3差动放大电路共模信号的动态分析,1双端输入、双端输出的共模电压放大倍数和共模抑制比当基本放大电路的两个输入端接入共模信号，即,时，因两管的电流增加量（或减小量）相同,所以,射级接上,其交流通路如图所示。,即,对每管而言相当于每个,的电阻，,由于电路对称，其输出电压,其双端输出的共模电压放大倍数为,差动放大电路能够放大差摸信号，抑制共模信号。所以差动放大电路的一个重要指标是对共模信号的抑制能力，通常用共模抑制比,来表示，由共模抑制比的,定义可得,双端输入、双端输出的基本差动放大电路的共模电压放大倍数在理想情况下（电路完全对称）为零，即,2双端输入、单端输出的共模电压放大倍数和共模抑制比。双端输入、单端输出时共模交流通路如图所示。共模电压放大倍数为,由于,上式可简化为,由此可得单端输出时共模抑制比的表达式为,从共模输入的交流通路可以看出，电路的输入电阻为,从单个管子看进去的等效输入电阻为,对于单端输出的差动放大电路，从式,可以看出，要提高共模抑制比，应当提高,而集成电路中不易制作大电阻值的电阻，若静态,是不现实的。如果采用恒流源来代替电阻,的数值。,工作状态不变，加大,还将会增加其直流压降，这,就需要相应提高电源,的数值，而采用过高的电源,就可以,解决这些矛盾，图a所示电路，就是一个具有恒流源的差动放大电路，将电流源简化，其电路由图b所示，从恒流源的特性可知，它的交流等效电阻很大，而直流压降却不大。这样可大大提高共模抑制比，在集成电路中广泛应用。,5.3.4带恒流源的差动放大电路,图中，设,则,(a),(b),5.4理想运放集成运放是一种通用性很强的有源器件，它不仅可以用于信号的运算、处理、变换和测量还可以用来产生正弦或非正弦信号，不仅在模拟电路中得到广泛应用，而且在