西安交通大学赵进全模拟电子技术基础学习教案

1、会计学1第一页，共186页。8.1.1 正弦波自激振荡的基本原理 正弦波信号发生器是按照(nzho)自激振荡原理构成的信号(xnho)发生器常称为振荡器1产生(chnshng)正弦波自激振荡的平衡条件 .正反馈网络放大环节.XoAF.XidXf自激振荡原理方框图第1页/共186页第二页，共186页。输入Xid.反馈Xf=FXo. .输出Xo= AXid. .放大(fngd)环节A正反馈网络(wnglu)F如果Xf=Xid.可在输出(shch)端继续维持原有的输出(shch)信号正反馈工作原理第2页/共186页第三页，共186页。由.idofAFXFXX idfXX 及知电路(dinl)产生自激

2、振荡的平衡条件为 1 AF 输入Xid.反馈Xf=FXo. .输出Xo= AXid. .放大(fngd)环节A正反馈网络(wnglu)F如果Xf=Xid.第3页/共186页第四页，共186页。(1) 幅度平衡条件 1 AF(2) 相位平衡条件 , 2102 ，nnFA 上式可分解为AAA FFF 1 AF 式中第4页/共186页第五页，共186页。一个振荡器，只在振荡频率f0时满足(mnz)相位平衡条件。平衡条件讨论(toln)a. 相位(xingwi)平衡条件在电路中应包含选频网络放大环节A正反馈网络F.Xf.Xid.Xo第5页/共186页第六页，共186页。1 AF若 ,则电路减幅振荡，最

3、后停止振荡。1 AF若 ，电路增幅振荡。b. 幅度(fd)平衡条件AF=1是维持等幅振荡(zhndng)的唯一条件放大环节A正反馈网络F.Xf.Xid.Xo第6页/共186页第七页，共186页。2振荡的建立(jinl)与稳定 振荡电路(zhn dn din l)的起振条件：AF 1AF 1, 2102 ，nnFA AF=1只能维持振荡，但不能建立振荡。AF 1输出幅值越来越大，最后出现非线性失真。放大(fngd)电路中还应包含稳幅环节第7页/共186页第八页，共186页。id0UomUOidfmUU A反馈(fnku)特性幅度(fd)特性F太小自激振荡电路的建立(jinl)过程（线性反馈）第8

4、页/共186页第九页，共186页。幅度(fd)特性omUOidfmUU B幅度(fd)特性非线性反馈(fnku)非线性反馈第9页/共186页第十页，共186页。AF=1AF 1起振维持(wich)振荡自激振荡电路(dinl)的起振过程第10页/共186页第十一页，共186页。3正弦波信号(xnho)发生器组成放大(fngd)环节正反馈网络(wnglu)选频网络稳幅环节组成4. 正弦波信号发生器的分类 根据选频网络所用元件分为RC型振荡器LC型振荡器晶体振荡器第11页/共186页第十二页，共186页。1文氏电桥(din qio)振荡器文氏电桥(din qio)振荡电路移相式振荡电路(zhn dn

5、 din l)主要类型双T网络式振荡电路选频网络反馈网络放大电路8.1.2 RC型正弦波信号发生器UoRRCCAR1R2+第12页/共186页第十三页，共186页。2RC串并联网络(wnglu)的选频特性CRZ j11 CRZ j1/2 图中选频网络选频网络Z1Z2RRCCUoUf+UoRRCCAR1R2+第13页/共186页第十四页，共186页。反馈(fnku)系数)1j(31CRCR CRCRCR j1/)j1(j1/ 212ZZZ ofUUF Z1Z2RRCCUoUf+第14页/共186页第十五页，共186页。RC10 令)j(3100 F由此可得 F 的幅频特性与相频特性)1j(31C

6、RCR 即ofUUF 第15页/共186页第十六页，共186页。幅频特性2002)(31 F当0时，F0当时,F0当=0时,F=Fmax=1/3f031/ Ff0幅频特性曲线幅频特性分析(fnx)第16页/共186页第十七页，共186页。3)(arctan00 F相频特性当0时，F 90当时, F 90当=0时, F 00ff0 90 90 45 45相频特性曲线(qxin)f031/ Ff0幅频特性曲线(qxin)F =0，且反馈(fnku)最强可见，当=0时相频特性分析第17页/共186页第十八页，共186页。3工作(gngzu)原理 0f(1) 当f= 时(3) 振荡频率RCf210 与

7、同相位UoUf 的幅值最大Uf=/3UoUf221RRRA (2) 当 3 时，满足振荡条件。UoRRCCAR1R2+A第18页/共186页第十九页，共186页。4稳幅措施(cush) (1) 利用(lyng)二极管稳幅RRCCARWD1D2R1Uo+第19页/共186页第二十页，共186页。Rt为负温度系数(xsh)的热敏电阻(2) 利用(lyng)非线性热敏电阻稳幅RRCCARWUoRt+第20页/共186页第二十一页，共186页。a. 用LC并联谐振回路作为(zuwi)选频网络b. 主要用来产生(chnshng)1 MHz以上的高频信号主要特点c. 频率稳定性较好第21页/共186页第二

8、十二页，共186页。按照反馈方式分为变压器反馈(fnku)式电感(din n)三点式电容(dinrng)三点式LC型正弦波信号发生器类型第22页/共186页第二十三页，共186页。1LC并联(bnglin)谐振回路RCLZ+sIsUCIRLIO|Z|ff0Off0Q大Q小Q大Q小阻抗(zkng)频率特性相频特性第23页/共186页第二十四页，共186页。(1) 谐振(xizhn)频率 LCf210 (2) 谐振(xizhn)时的等值电阻R0 (3) 电路(dinl)的品质因数10S RLIIQC RCLIUR ss0ZRmax0 RCLZ+sIsUCIRLI第24页/共186页第二十五页，共1

9、86页。2选频放大(fngd)电路 当f = f0（ LC并联(bnglin)谐振频率）时(1) 输出(shch)电压幅值最大(2) 输出与输入电压反相工作原理放大电路只对谐振频率f0的信号有放大作用LC并联谐振电路C+LT+iUB1RB1RCCV CCoUECERBC第25页/共186页第二十六页，共186页。3变压器反馈(fnku)式LC振荡电路 +T+N1N2N3B1RB2RBCCLRCCV ECER第26页/共186页第二十七页，共186页。正反馈的判断(pndun)(1) 相位(xingwi)条件判断(pndun)的方法瞬时极性法判断的步骤b. 断开反馈回路a. 假设谐振回路发生谐振

10、+T+N1N2N3B1RB2RBCCLRCCV ECER第27页/共186页第二十八页，共186页。c. 加入瞬时极性为输入电压Ui A d. 输出电压Uo极性为UiUo+T+N1N2N3B1RB2RBCCLRCCV ECER第28页/共186页第二十九页，共186页。 F e. 反馈电压极性Uf为2 FA f.判断是否(sh fu)满足相位平衡条件构成(guchng)正反馈满足(mnz)相位平衡条件UiUo+T+N1N2N3B1RB2RBCCLRCCV ECERUf+_第29页/共186页第三十页，共186页。(2) 起振条件(tiojin)beCrRA 12NNF 因为(yn wi)+T+

11、N1N2N3B1RB2RBCCLRCCV ECER合理地选择电路参数，及变压器的变比，可使AF1,满足(mnz)起振条件。第30页/共186页第三十一页，共186页。LC21 (3) 振荡(zhndng)频率CLf 210(4) 电路(dinl)的特点a.调节N2方便(fngbin)，起振容易。LL+T+N1N2N3B1RB2RBCCLRCCV ECER第31页/共186页第三十二页，共186页。g.受变压器分布(fnb)参数的限制，振荡频率不能很高。b. 振荡(zhndng)频率高。c. 电路(dinl)的品质因数高。e. 频率稳定性高。d. 输出波形好。f. 体积、重量大。LL+T+N1N

12、2N3B1RB2RBCCLRCCV ECER第32页/共186页第三十三页，共186页。4电感三点式正弦(zhngxin)振荡电路 C+T+N2N1ECERB2RB1RL1L2CCV BC第33页/共186页第三十四页，共186页。振荡电路的交流(jioli)通路C+T+N2N1ECERB2RB1RL1L2CCV BCTL1RB1/RB2L2C第34页/共186页第三十五页，共186页。TL1L2C忽略(hl)RB1/RB2简化的交流(jioli)通路线圈(xinqun)的三个端子分别与T的三个电极B、C、E相连接，故称之为电感三点式振荡电路。TL1RB1/RB2L2C第35页/共186页第三

13、十六页，共186页。(1) 相位(xingwi)平衡条件的判断b. 断开反馈(fnku)回路a. 假设谐振回路(hul)发生谐振TL1L2C第36页/共186页第三十七页，共186页。UiUo相量图c. 加入瞬时极性为输入电压Uid. 输出电压Uo极性为iUUoTL1L2C+_+_第37页/共186页第三十八页，共186页。UiUo相量图ICLf. 电压Uf超前ICL90ICLUfUf与Ui同相，满足相位平衡条件e. 电流ICL超前Uo90Uf+_iUUoTL1L2C+_+_第38页/共186页第三十九页，共186页。(2) 幅度(fd)条件Uf+_TL1L2C由于反馈信号Uf取自电感L2，改

14、变(gibin)电感中间抽头位置，调整反馈强弱，容易满足幅度条件。第39页/共186页第四十页，共186页。MLLL221 M为线圈(xinqun)L1与L2之间的互感 (3) 谐振(xizhn)频率LCf210 式中TL1L2C第40页/共186页第四十一页，共186页。(4) 电路(dinl)特点 a. 电感(din n)L1与L2之间耦合很紧，容易起振。b. 输出波形中含有(hn yu)高次谐波，波形较差。UfTL1L2C第41页/共186页第四十二页，共186页。5. 电容(dinrng)三点式正弦波振荡电路 +T+LCCV CRERECB1RB2RBC1C2C电容器的三个端子分别(f

15、nbi)与T的三个电极相连接，故称之为电容三点式振荡电路。第42页/共186页第四十三页，共186页。交流(jioli)通路B2B1B/ RRR +T+LCCV CRERECB1RB2RBC1C2CTLCRBR1C2C第43页/共186页第四十四页，共186页。TL1C2C简化(jinhu)的交流通路TLCRBR1C2C第44页/共186页第四十五页，共186页。b. 断开(dun ki)反馈回路a. 假设(jish)谐振回路发生谐振(1) 相位(xingwi)平衡条件的判断TL1C2C第45页/共186页第四十六页，共186页。c. 加入瞬时极性为输入电压UiiU相量图UiUoTL1C2CU

16、od. 输出电压 Uo极性为第46页/共186页第四十七页，共186页。UiUoILCILCf. 电压Uf滞后ILC90UfUf与Ui同相，满足相位平衡条件e. 电流ILC滞后Uo90相量图UfiUTL1C2CUo+_第47页/共186页第四十八页，共186页。(2) 幅度(fd)条件反馈电压取自C2， 改变C1/ C2，调整反馈强弱和电路的放大倍数，容易(rngy)满足幅度条件。UfTL1C2C第48页/共186页第四十九页，共186页。LCf210 2121CCCCC (3) 谐振(xizhn)频率TL1C2C第49页/共186页第五十页，共186页。(4) 电路(dinl)特点a. 容易

17、(rngy)起振。c. 输出波形(b xn)中高次谐波少，波形(b xn)好。c. 改变电容时，容易停振。TL1C2Cb. 振荡频率高。第50页/共186页第五十一页，共186页。改进(gijn)的电容三点式振荡电路CLf 210CCCC111121 谐振(xizhn)频率L+T+CCV CRERECB1RB2RBC1C2CC第51页/共186页第五十二页，共186页。1. 石英晶体的基本(jbn)特性与等效电路(a) 各向异性( xin y xn)(b) 具有(jyu)压电效应8.1.4 晶体振荡器(1) 压电效应a. 石英晶体的基本特性第52页/共186页第五十三页，共186页。当交变电压

18、的频率等于晶片的固有机械振动频率时，振幅急剧增加(zngji)，这种现象称为压电谐振。当在晶片的两电极之间加交变(jio bin)电压时，晶片就会产生机械变形振动。压电谐振(xizhn)压电效应在晶片的两侧施加压力，又会产生电场。在晶片的两面之间加电场，就会产生机械变形。第53页/共186页第五十四页，共186页。b. 石英(shyng)晶体谐振器的结构适当(shdng)地切片涂上银层涂上银层引出两个电极引出两个电极加装上外壳(wi k)第54页/共186页第五十五页，共186页。电路(dinl)符号第55页/共186页第五十六页，共186页。(2) 等效电路和谐振(xizhn)频率R 等效(

19、dn xio)晶片振动时内部的摩擦损耗等效电路C0 两金属电极间形成的静电(jngdin)电容L 等效晶片振动时的惯性C 等效晶片振动时的弹性RCLC0第56页/共186页第五十七页，共186页。电路(dinl)特点a. L很大，C和R很小。b . Q很高，达104106。c. 频率(pnl)稳定度（f /f0）很高。 三种(sn zhn)振荡电路的频率稳定度RC振荡器 102LC振荡 103 104石英晶体振荡 1091011RCLC0第57页/共186页第五十八页，共186页。当忽略(hl)R时，电抗)(j10202LCCCCLC CLCCLCX j1jj1)j1j (j100 XRCLC

20、0第58页/共186页第五十九页，共186页。LCf21s 串联(chunlin)谐振频率 )(j10202LCCCCLCX 当ffs时，Xfs时，X0，电路(dinl)呈感性。a. 当 12LC =0 时，X=0电路发生串联谐振XRCLC0讨论第59页/共186页第六十页，共186页。并联(bnglin)谐振频率)(j10202LCCCCLCX CCCCLf 00p21 X=b. 当j (C0+C2LCC0 ) = 0时电路发生(fshng)并联谐振XRCLC0第60页/共186页第六十一页，共186页。0s1CCf CCCLC 0021LCCCC200 CCCCLf 00p21由于(yuy

21、)CC0spff 故XRCLC0第61页/共186页第六十二页，共186页。电抗(dinkng) 频率特性fXO感性容性fsfp)(j10202LCCCCLCX 由式画出石英(shyng)晶体振荡器的电抗 频率特性可见(kjin)a. 当 fsffp 时，电路呈感性。b.当 ffp 时，电路呈容性。第62页/共186页第六十三页，共186页。2石英晶体(jngt)振荡电路 (1) 并联(bnglin)型晶体振荡器 晶体(jngt)呈感性谐振频率p0sfff T+C1C2RCRE+VCCRB1RB2CB第63页/共186页第六十四页，共186页。交流(jioli)等效电路T+C1C2RCRE+V

22、CCRB1RB2CBCTRLREC1C2C0RC第64页/共186页第六十五页，共186页。CCCCCCLf 000)(21谐振(xizhn)频率2121CCCCC 式中)(0CCC 由于s021fLCf 故CTRLREC1C2C0RC第65页/共186页第六十六页，共186页。(2) 串联(chunlin)型晶体振荡器s0ff 谐振(xizhn)频率CBC+R+T1T2RE2RC1RB1RB2uo+VCCRE1+第66页/共186页第六十七页，共186页。思 考 题1. 在正弦波发生器中，如果没有(mi yu)选频网络或没有(mi yu)稳幅环节，那么电路将分别会出现什么情况？2. 电容三点

23、式与电感三点式正弦波振荡电路相比(xin b)，哪个电路输出的波形更好，为什么？第67页/共186页第六十八页，共186页。主要(zhyo)组成部分(1) 具有开关(kigun)特性的器件（如电压比较器、BJT等）(2) 反馈网络主要作用 产生高、低电平。主要作用 将输出电压适当地反馈给开关器件 使之改变输出状态。(3) 延时环节主要作用 实现延时，以获得所需要的振荡频率。第68页/共186页第六十九页，共186页。主要(zhyo)特点振荡条件比较简单，只要(zhyo)反馈信号能使比较电路状态发生变化，即能产生周期性的振荡。 第69页/共186页第七十页，共186页。1. 电路(dinl)组成

24、RAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+第70页/共186页第七十一页，共186页。延迟(ynch)环节迟滞(chzh)比较器RAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+第71页/共186页第七十二页，共186页。2 工作(gngzu)原理设t=0时uC(0)=0 uO= +UZ则=+FUZO211RuRRRu )(211RRRF )(Z211URRR RAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+第72页/共186页第七十三页，共186页。uC按指数规律(gul)上升a. 当t0时电容(dinrng)C充电uOuCOtuO, uCUZUZ FUZ FUZiCuO、uC波形图 uO=+

25、UZRAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+第73页/共186页第七十四页，共186页。b. 当uCFUZ 时uOuCuR= FUZ uO= UZ FUZ FUZOtuO, uCUZUZuO、uC波形图iCRAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+第74页/共186页第七十五页，共186页。c. 当uO= UZ时uR= FUZuOuCOtuO, uCUZUZ FUZ FUZuO、uC波形图uC按指数规律(gul)下降电容(dinrng)C放电iCRAuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+第75页/共186页第七十六页，共186页。d. 当uC R，输出(shch)波形的占空比是大

26、于还是小于50%？答 如果电阻R+ R，那么，电容C的充电时间将大于放电时间，输出(shch)波形的占空比大于50%。AuRCR1R2R3uOUZDZu+uuC+R+RD1D2第84页/共186页第八十五页，共186页。1电路(dinl)组成迟滞(chzh)比较器积分器uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+第85页/共186页第八十六页，共186页。O212O1211BuRRRuRRRu 图中ZO1Uu 2工作(gngzu)原理 O212Z211)(uRRRURRR uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+第86页/共186页第八十七页，共186页。(1) 当 时ZO1Uu tuRCut

27、ttd11OO tRCU Z输出(shch)电压电容(dinrng) C充电uO随时间(shjin)线性下降设uC(0)=0波形图tuO , uO1OuOuO1UZuO1RCA1A2R1R2R3uODZB+uC+第87页/共186页第八十八页，共186页。ZO1Uu (2) 当 时0B u令0O212Z211B uRRRURRRuZ21OURRu tuO , uO1OuOuO1UZUZ21Z/ RRU uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+uC+得uO1翻转(fn zhun)时的输出电压波形图第88页/共186页第八十九页，共186页。(3) 当 uB0时tuO , uO1OuOuO1UZ

28、UZ21Z/ RRU 21Z/ RRU波形图得uO1翻转(fn zhun)时的输出电压uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+uC+第90页/共186页第九十一页，共186页。21Z/ RRU tuO , uO1OuOuO1UZUZ21Z/ RRU波形图uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+uC+uO1 方波uO 三角(snjio)波输出(shch)波形第91页/共186页第九十二页，共186页。(1) 输出(shch)电压幅值Z21omURRU 3. 主要参数计算(j sun)(a) 三角(snjio)波幅值(b) 方波幅值ZomUU tuO , uO1OuOuO1UZUZ21Z/ R

29、RU 21Z/ RRU第92页/共186页第九十三页，共186页。(2) 振荡(zhndng)频率三角(snjio)波从零上升到Uom的时间是T/4由图可知(k zh)uO1t+UZOuOO+UomtUomUZ4T 40O1omd1TtRuCU由于RCTU4Z 40Zd)(1TtRUC第93页/共186页第九十四页，共186页。故电路(dinl)的振荡周期Zom4UURCT 214RRCR 振荡(zhndng)频率RCRRTf12041 第94页/共186页第九十五页，共186页。R+RD1D2(a)(b)答 输出波形上升(shngshng)和下降的斜率不等。uO1RCA1A2R1R2R3uO

30、DZB+uC+例3 如果用图(a)示电路(dinl)替代图(b)示电路(dinl)的电阻R，那么输出电压uO的波形如何变化？第95页/共186页第九十六页，共186页。tOuO替代(tdi)RR+RD1D2例4 在上图示电路中，如果电阻(dinz)R+ R，画出输出电压的波形。解 输出信号(xnho)的波形如右图示。uO1RCA1A2R1R2R3uODZB+uC+第96页/共186页第九十七页，共186页。 8.2.3 压控振荡器uO1RCA2A1R1R2R3uODZB+U+US1. 原理图图中模拟(mn)开关S受控于uOa. 当uO=+UZ时，开关(kigun)S接通+U。b. 当uO= U

31、Z时，开关(kigun)S接通U。第97页/共186页第九十八页，共186页。(1) 工作(gngzu)原理O211O1212BuRRRuRRRu 图中ZOUu )(Z211O1212URRRuRRR uO1RCA2A1R1R2R3uODZB+U+US第98页/共186页第九十九页，共186页。(a) 当 时ZOUu U通过(tnggu)R向 C充电S 接电源 +UtURCutttd1O1 tRCU uO1随时间(shjin)线性下降设uC(0)=0+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+U+US第99页/共186页第一百页，共186页。(b) 当 uB 0 时ZOUu 电容 又正向(

32、zhn xin)充电S又接UCuO1又随时间(shjin)线性下降+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+U+US第101页/共186页第一百零二页，共186页。uOC+uCuO1RCA2A1R1R2R3uODZB+-U+USuO1 三角(snjio)波uO 输出(shch)方波输出(shch)波形第102页/共186页第一百零三页，共186页。(2) 振荡(zhndng)波形图(3) 振荡(zhndng)频率tt0uO0+UZt1t2-UZ2TuO1Z21URR Z21URR t1t2振荡波形图tRCUu O1而由波形图知当212Tttt 时Z21O1URRu 故4Z21TRCUUR

33、R 第103页/共186页第一百零四页，共186页。ZURCRURTf12041 由4Z21TRCUURR 得UURRRCTZ214 f0U，实现了电压控制振荡频率(pnl)的目的。第104页/共186页第一百零五页，共186页。一种(y zhn)压控振荡电路电子(dinz)模拟开关UD1RFuO3RRD2uO1RA2A1R1R3uODZ+A3+A4+uO4CR2第105页/共186页第一百零六页，共186页。例1 电路(dinl)如图所示，图中运放A和二极管D1、D2都是理想器件，稳压管DZ的稳压值为UZ。试证明调节电位器RW改变矩形波占空比时，周期T将保持不变。练 习 题A+_RCR1R2

34、R3DZD2D1uORW+_uFuC第106页/共186页第一百零七页，共186页。解 由题意，画出uO和uC的波形(b xn)如下图示。Z211FURRRU 其中波形图T1T2TUZUZUFUFtuOuCOuO, uCA+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuC第107页/共186页第一百零八页，共186页。当uO=UZ时，uO通过(tnggu)D1对电容充电)21ln()(21W1RRCRRT 当uO= UZ时，电容(dinrng)通过D2 放电 )21ln()(21W2RRCRRT 可见，在改变RW滑动(hudng)端位置时，T保持不变。 )21ln()2(21W21RRCRR

35、TTT 振荡周期 为常数 A+_RCR1R2R3DZD2D1uORW+_uFuCWR WR 第108页/共186页第一百零九页，共186页。例2 在图示矩形波发生(fshng)电路中，理想运放的最大输出电压Uomax=12 V，最小的输出电压Uomin=0 V 。(a) 画出输出电压uO和电容(dinrng)电压uC的波形；(b)求出uC的最大值和最小值;(c) 当UR的大小超出什么范围时，电路(dinl)将不再产生矩形波？uOCA+R4R5100kW+15V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+uCUR第109页/共186页第一百一十页，共186页。解 (a) 方

36、波发生器的输出电压(diny)只有高、低两种电平，电容C随输出电压(diny)的极性进行充电或放电。当uC大于运放同相端电位u+时，输出为低电平；反之，输出为高电平。uOCA+R4R5100kW+15V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+uCUR第110页/共186页第一百一十一页，共186页。t015012uO/VuC/Vt输出(shch)电压uO和电容电压uC的波形图uOCA+R4R5100kW+15V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+uCUR第111页/共186页第一百一十二页，共186页。(b) 由图可知(k zh)，运放同

37、相端电位的最大值和最小值，即为uC的最大值和最小值。 对于(duy)同相端，由KCL得21R3ORuRuURuu 3ROUuu V5V3312maxmax uUc当V12O u时当0O u时V1V330minmin uUcuOCA+R4R5100kW+15V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+uCUR第112页/共186页第一百一十三页，共186页。(3) 如果(rgu)UcmaxU+min，电路不能产生方波。 Ucmax=Uomax/2=6 VUcmin=Uomin/2=0 V由图可知(k zh)3ROUuu 由知当UR3U+maxUOmax=6 V或 UR3U

38、+minUOmin=0 V时电路(dinl)不能产生方波uOCA+R4R5100kW+15V100kW0.01mF100kW100kW100kWR1R3R2+uCUR第113页/共186页第一百一十四页，共186页。例3 图示电路为一压控振荡器。设输入电压0UI6V，运放A1、A2为理想器件；二极管D的正向压降为0.6V，稳压管DZ的稳定电压为6V，它们的其它(qt)性能理想。+_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0O1u第114页/共186页第一百一十五页，共186页。(a) 运算放大器A1、A2各组成什么电路？(b) 画出uO1 和uO

39、波形；(c) 写出振荡(zhndng)频率f0 与输入电压UI的函数关系式。+_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0O1u第115页/共186页第一百一十六页，共186页。解 (a) A1构成反相输入(shr)积分电路，A2构成同相输入(shr)比较电压比较器。 +_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0O1u第116页/共186页第一百一十七页，共186页。(b) 当uO6V时，二极管D截止，电容C充电，uO1随时间(shjin)负向线性增大。 当运放A2的同相端电位(din wi)u2+过

40、零时，比较器翻转，uO= 6V。+_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0O1u第117页/共186页第一百一十八页，共186页。当uO= 6 V时，D导通，uO被强制为0.6 V。C迅速放电，uO1快速(kui s)正向增大。当u2+再次过零时，比较器翻转，uO=6 V，二极管截止(jizh)，电容C充电，uO1随时间线性下降。周而复始(zhu r f sh)，形成周期性振荡。+_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0O1u第118页/共186页第一百一十九页，共186页。O4331O4342

41、uRRRuRRRu O431OuRRu 由图可知(k zh)，运放A2同相端电位令u2+=0得+_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0O1u第119页/共186页第一百二十页，共186页。O431OuRRu 由式知当uO6 V时，uO1 5 V，比较器状态(zhungti)翻转。当uO0.6 V时，uO1 0.5 V，比较(bjio)器状态翻转。tt0050.60.56uO1/VT1uO/VTuO1和uO的波形(b xn)第120页/共186页第一百二十一页，共186页。(c) 由于二极管的导通电阻很小，电容放电时间(shjin)极短，所以，

42、TT1。tt00-5-0.60.56uO1/VT1uO/VT第121页/共186页第一百二十二页，共186页。+_+_A1Ou1R3R2R4R5Rk100k100k10k12k2A2ZDDCIUF1.0O1utCRUtUCRu1II1O1d1 由于当 时，电容充电结束，此时Z431OURRu 第122页/共186页第一百二十三页，共186页。Z43I11URRUCRT I4Z311URCURRT IZ31I4020UCURRURf 故电路的振荡(zhndng)频率第123页/共186页第一百二十四页，共186页。9.1 功率放大电路的特点(tdin)及分类 1特点(tdin) (1) 要有尽可

43、能大的输出功率 (2) 效率(xio l)要高 (3) 非线性失真要小 (4) 要加装散热和保护装置 (5) 要用图解法分析 9 功率放大电路第124页/共186页第一百二十五页，共186页。2工作(gngzu)状态分类 (1) 甲类放大(fngd)电路 根据晶体管的静态(jngti)工作点的位置不同分b. 能量转换效率低特点 c. 放大管的导通角 =2静态工作点位置iC1ICQt=2 O2集电极电流波形大 a. 静态功耗CQCEQCIUP uCEiCOQA第125页/共186页第一百二十六页，共186页。(2) 乙类放大(fngd)电路 b. 能量(nngling)转换效率高c. 输出(sh

44、ch)失真大特点 d. 放大管的导通角 =tiC22 = O3 集电极电流波形 a. 静态功耗0CQCEQC IUP静态工作点位置uCEiCOQA第126页/共186页第一百二十七页，共186页。(3) 甲乙类放大(fngd)电路 a. 静态(jngti)功耗较小b. 能量转换(zhunhun)效率较高c. 输出失真较大特点 d. 放大管的导通角 2tiC32O3ICQ 0 时T1导通T2截止(jizh)输入(shr)信号ui输出(shch)信号uo电流io方向uoui+RLT1ui+_+VCC_iC1iC2T2VCCuo_A第131页/共186页第一百三十二页，共186页。c. ui 2VC

45、C(3) ICMVCC/RC在互补推挽功率放大电路中,功率管的极限参数应满足以下关系第157页/共186页第一百五十八页，共186页。2二次击穿(j chun)的影响 iCuCEOBA二次击穿(j chun)一次击穿(j chun)S/B曲线二次击穿现象二次击穿临界曲线iCuCEO第158页/共186页第一百五十九页，共186页。1. V型NMOS管的结构(jigu) 结构(jigu)剖面图9.3.2 功率(gngl)MOSFET s 源极 g 栅极 金属 源极S i O2沟道沟道外延层衬底d 漏极_N +PPNN +N +第159页/共186页第一百六十页，共186页。2. V型NMOS管的

46、主要(zhyo)特点(1) 开关(kigun)速度高 (2) 驱动电流小 (3) 过载(guzi)能力强 (4) 易于并联 第160页/共186页第一百六十一页，共186页。IGBT等效电路dT1gsRT2IGBT电路符号gsdT9.3.3 绝缘(juyun)栅双极型晶体管（IGBT）第161页/共186页第一百六十二页，共186页。绝缘(juyun)栅双极型晶体管(IGBT)的主要特点：(1) 输入阻抗(sh r z kn)高(2) 工作(gngzu)速度快(3) 通态电阻低(4) 阻断电阻高(5) 承受电流大兼顾了MOSFET和BJT的优点，成为当前功率半导体器件发展的重要方向。第162页

47、/共186页第一百六十三页，共186页。外壳c集电结j散热器sR( t h ) j cR( t h ) c sR( t h ) s a环境a9.3.4 功率(gngl)器件的散热晶体管的散热示意图第163页/共186页第一百六十四页，共186页。导电回路（电路）散热回路（热路）参 量 符 号 单 位参 量符 号 单位电 压UV温 差ToC电 流IA最大允许功耗PCMW电 阻R热 阻RToC/W 功率(gngl)器件的散热分析方法导电回路(hul)和散热回路(hul)参数对照表电热模拟法,即用电路来模拟功率(gngl)器件的散热回路。第164页/共186页第一百六十五页，共186页。Tj集电结的

48、结温Tc 功率管的壳温Ts 散热器温度(wnd)Ta 环境温度Rjc 集电结到管壳的热阻Rcs 管壳至散热片的热阻Rsa 散热片至环境(hunjng)的热阻散热等效(dn xio)热路TjTcTsTaRjcRcsRsajcsaPCM第165页/共186页第一百六十六页，共186页。散热回路(hul)的总热阻为 sacsjcRRRRT 最大允许(ynx)功耗 TajCMRTTPTjTcTsTaRjcRcsRsajcsaPCM第166页/共186页第一百六十七页，共186页。练 习 题例1 乙类互补推挽功放电路如图所示。已知ui为正弦电压，RL=8W，要求最大输出功率为16W。假设功率管T1和T2

49、特性对称(duchn)，管子的饱和压降UCES = 0。试求：T1T2RL+VCCVCC_+uoui(1) 正、负电源VCC的最小值；(2) 当输出功率(gngl)最大时，电 源供给的功率(gngl)；(3) 当输出功率(gngl)最大时的输入电压的有效值。 第167页/共186页第一百六十八页，共186页。解 (1) 由于(yuy)电路的最大输出功率W162L2CCom RVP所以(suy)电源电压W38.20W8121222L2CCV RVP(2) 当输出功率最大时，电源供给(gngj)的功率T1T2RL+VCCVCC_+uouiV16V16822omL PRVCC第168页/共186页第

50、一百六十九页，共186页。V16CCom VUV32.11V2162CCoi VUU(3) 因为(yn wi)输出功率最大时，输出电压的幅值为所以输入(shr)电压的有效值为 T1T2RL+VCCVCC_+uoui第169页/共186页第一百七十页，共186页。R1R2RLT1T25kW250kW(18V)( 18V)+uO+VCC VCCiO1uIAuO1例2 在图示电路中，已知运放性能理想(lxing)，其最大的输出电流、电压分别为15 mA和15 V。设晶体管T1和T2的性能完全相同，=60，|UBE|=0.7 V。试问:第170页/共186页第一百七十一页，共186页。(1) 该电路采

51、用什么方法(fngf)来减小交越失真? R1R2RLT1T25kW250kW(18V)( 18V)+uO+VCC VCCiO1uIAuO1(2) 如负载(fzi)RL分别为20 W 、10 W时，其最大不失真输出功率分别为多大? 第171页/共186页第一百七十二页，共186页。(3) 为了使不失真输出功率达到(d do)最大，其电路的最佳负载RLopt 及此时的最大输出功率Pom ； R1R2RLT1T25kW250kW(18V)( 18V)+uO+VCC VCCiO1uIAuO1(4) 功放管T1 和T2的极限(jxin)参数PCM、 ICM 和|U(BR)CEO| 应 选多大? 第172页/共186页第一百七十三页，共186页。解 (1) 在电路即将(jjing)导通瞬间，电路中各支路中的电流为零。这时R1R2RLT1T25kW250kW(18V)( 18V)+uO+VCC VCCiO1uIAuO1IL21L2uRR