《船舶模拟电子技术基础》-项目二

目录Contents项目1常用半导体器件识别与检测0102项目2小信号放大与信号处理电路装接与测试03项目3功率放大电路的装接与测试04项目4直流稳压电源的制作与测试05项目5正弦波信号发生电路项目2小信号放大与信号处理电路装接与测试任务2.1放大的概念和放大电路的性能指标了解放大的概念和放大电路的主要性能指标掌握示波器、信号发生器等常用电子仪器的使用方法能正确使用示波器和信号发生器知识目标能力目标任务2.1放大的概念和放大电路的性能指标2.1.1放大的基本概念P36

所谓放大是指能够将微弱的电信号不失真地放大到所需要的数值。一般情况下指既能放大电压又能放大电流，或者即使不同时对电压、电流信号进行放大，也要达到放大后信号的能量比放大前大。

放大的实质是实现能量的控制和转换，在一个能量较小的输入信号的作用下，放大电路利用直流电源提供的能量将其转换成较大的能量输出，驱动负载工作。能够实现放大功能的电子线路叫做放大电路，也叫放大器，构成放大器的核心器件是晶体管。任务2.1放大的概念和放大电路的性能指标2.1.2放大电路模型和主要参数P36-38信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流任何放大电路均可看成二端口网络：衡量放大电路质量的主要性能指标是放大倍数、输入电阻、输出电阻和频率响应等。任务2.1放大的概念和放大电路的性能指标01放大倍数

也称放大增益，是直接衡量放大电路放大能力的重要指标。它定义为输出信号与输入信号的比值。衡量电路放大电压能力的指标（1）电压放大倍数为了便于使用常用分贝（dB）表示（2）电流放大倍数衡量电路放大电流能力的指标任务2.1放大的概念和放大电路的性能指标02输入电阻衡量放大电路向信号源索取信号大小的能力从输入回路可得：源电压放大倍数

愈大

与愈接近。放大电路从输入端看进去的等效电阻任务2.1放大的概念和放大电路的性能指标03输出电阻放大电路从输出端看进去的等效电阻。表明放大电路的带负载能力输出电阻越小，放大电路带负载能力越强空载时输出电压有效值带RL时的输出电压有效值任务2.1放大的概念和放大电路的性能指标04通频带反映放大电路对不同频率信号的放大能力fAAm0.707AmfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fBW=fH–fL放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线3dB带宽任务2.2共发射极放大电路的装接与测试认识基本共发射极放大电路掌握共发射极放大电路分析方法了解静态工作点对放大电路性能的影响掌握共发射极放大电路特点能够给共发射极放大电路设置合适静态工作点能测试共发射极放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻知识目标能力目标任务2.2共发射极放大电路的装接与测试2.2.1基本共发射极放大电路P3601组成和各元件作用+VCC

RC

RLT

+_uiRB

uo+_++C1C2NPN三极管放大电流直流电源1、提供能量。2、为T提供偏置。（一般在几伏到十几伏之间）基极上偏置电阻：为发射结提供正偏电压通路；决定静态基极电流大小（一般为几十千欧到几百千欧）集电极负载电阻

：给集电结提供反偏电压通路

；将集电极电流的变化转换成集电极电压的变化，实现电压放大。（一般为几千欧）耦合电容

：隔直通交（容量较大，一般采用电解电容）

任务2.2共发射极放大电路的装接与测试02电路工作原理首先，明确以下电流、电压的使用符号：只有直流电时：用大写字母表示变量和下标，如只有交流电时：用小写字母表示变量和下标，如既有直流又有交流时：用小写字母表示变量，用大写字母表示下标，如UBE任务2.2共发射极放大电路的装接与测试

对于放大电路而言，电路中既有待放大的交流信号

，又有直流电源所以，电路中的电压和电流既有交流量，也有直流量，是交直流的叠加。静态

当电路没有加输入信号时，放大电路只有直流电源供电，电路中各处电压、电流都是直流，称为静态。静态时，晶体管具有固定的IB、IC、UBE、UCE，它们对应晶体管输入、输出特性曲线上的一个点，称为“静态工作点”，习惯用IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ表示。任务2.2共发射极放大电路的装接与测试

当待被放大的交流信号加入放大电路后，ui通过电容C1加到晶体管的发射结,基极电流在静态值的基础上叠加一个动态的基极电流,经过晶体管放大，集电极上也将在静态的基础上叠加一交流量，集电结电流的变化通过集电极电阻转化成电压uCE的变化,经过电容C2后，滤掉直流成分，只有交流成分输出，即为输出交流电压uo,如果电路参数选择适当的话，uo的幅度将比ui大的多，这样就实现了电压的放大。任务2.2共发射极放大电路的装接与测试

放大电路中，交流和直流是并存的，但两种信号的作用是不同的，交流信号是待放大信号，但直流信号（静态）是基础，是放大电路能够放大交流信号的前提，它的作用是保证晶体管工作在放大状态，并为晶体管提供合适的静态工作点，以保证晶体管在整个放大过程中始终处于放大区，从而使放大电路能够将微弱的交流信号不失真地放大。任务2.2共发射极放大电路的装接与测试03电路分析

一般情况下，在放大电路中直流量(静态电流与电压)和交流信号(动态电流与电压)总是共存的。但是由于电容、电感等电抗元件的存在，直流量所流经的通路与交流信号所流经的通路是不完全相同的。因此，为了研究问题方便起见，常利用叠加原理，把直流电源对电路的作用和输入信号（交流）对电路的作用区分开来，分成直流通路和交流通路。任务2.2共发射极放大电路的装接与测试（1）直流通路和直流分析直流通路是在直流电源作用下直流电流流经的通路，用于研究静态工作点。电容对直流量可视为开路；电感线圈可视为短路；交流信号源视为短路，保留其内阻；电路中其他元件保持不变。+VCC

RC

T

RB

RLuo+_+C2+_ui+C1①直流通路的画法任务2.2共发射极放大电路的装接与测试②直流分析硅管：

也称为静态分析，主要利用直流通路计算静态工作点求Q点：锗管：任务2.2共发射极放大电路的装接与测试③静态工作点与放大电路的失真

放大电路中，静态工作点Q的设置要恰当，一般选在晶体管特性曲线放大区中间区域，远离饱和区和截止区，保证加上交流信号后，晶体管在整个周期始终工作在放大区。饱和失真底部失真截止失真顶部失真若Q点设置过高若Q点设置过低任务2.2共发射极放大电路的装接与测试（2）交流通路和交流分析交流通路是输入信号作用下交流信号流经的通路，用于研究动态参数。①交流通路的画法大电容，视为短路；理想直流电源对地短路；电路中其他元件保持不变。+VCC

RC

T

RB

RLuo+_+C2+_ui+C1RC

RB

T

+--Ui

Uo

RL

+任务2.2共发射极放大电路的装接与测试②晶体管的低频小信号微变等效模型在放大电路的中，经常要进行动态的定量分析，常用的方法是微变等效电路法。由于晶体管是非线性器件，而分析非线性电路较为复杂，通常在低频小信号下，对晶体管的输入、输出特性做线性化处理。线性化处理就是将非线性的放大电路近似等效为线性的放大电路，然后再用线性电路的分析方法来分析放大电路。小信号是指微小变化的信号，故称此方法为微变等效电路法。用这种分析方法得出的结果与实际量结果基本一致。任务2.2共发射极放大电路的装接与测试晶体管的微变等效电路+uce–+ube–

ibicCBErbe

Eibic

ib+ube

+uce

BC

在等效模型中，基极和发射极之间用一个等效电阻rbe代表，称为晶体管的输入电阻，阻值一般为几百到几千欧。集电极和发射极之间等效为一个受控电流源βib，控制量为基极电流ib，被控制量为集电极电流ic，ic=βib。任务2.2共发射极放大电路的装接与测试③微变等效交流通路

先画出基本共射放大电路的交流通路,再将交流通路中的晶体管用其微变等效电路代替。

RC

RB

T

+--ui

Uo

RL

++uo

+–

RBRLrbe

Eibic

icBCRC+ube

ui

任务2.2共发射极放大电路的装接与测试④动态分析+–

RBRLRSrbe

EBCusRC+ube

-++-Ib·Ic·

Ib·电压放大倍数:带负载时：空载时：输出与输入反相任务2.2共发射极放大电路的装接与测试输入电阻输出电阻+–

RBRLRSrbe

EBCusRC+ube

-++-Ib·Ic·

Ib·任务2.2共发射极放大电路的装接与测试（1）画出直流通路，求静态工作点。（2）画出微变等效的交流通路，求电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解：（1）画出的直流通路如图2-17（a）所示。任务2.2共发射极放大电路的装接与测试求解静态工作点：由直流通路的输入回路列电压方程：（注意Rb和Re上的电流不同）因为所以可得：由直流通路的输出回路列电压方程任务2.2共发射极放大电路的装接与测试微变等效的交流通路根据可得电压放大倍数为输入电阻为输出电阻为任务2.2共发射极放大电路的装接与测试2.2.2分压偏置式共发射极放大电路P48-50

分压偏置式共发射极放大电路可以稳定静态工作点，也可称为静态工作点稳定的共发射极放大电路。01温度对静态工作点的影响

当温度升高时，静态工作点Q将沿直流负载线上移，向饱和区变化；当温度下降时，静态工作点Q将沿直流负载线下移，向截止区变化。静态工作点Q随温度变化而发生偏移的结果是：导致输出波形失真任务2.2共发射极放大电路的装接与测试02分压偏置式共发射极放大电路的组成(1)通过Rb1

、Rb2分压，使基极电压固定。+VCCRcC1C2RLRe+Ce++Rb1Rb2+ui

+uo

I1I2IBQ该电路的直流通路中，对于晶体管基极：使

，常选择合适的Rb1

、Rb2当硅管锗管（当温度变化时，基本不变）任务2.2共发射极放大电路的装接与测试（2）Re(发射极电阻)：•利用发射极电阻将发射极电流的变化转化为电压的变化，并反馈到输入端，

稳定静态工作点“Q”（3）Ce(发射极旁路电容)：•

短路交流，消除RE对电压放大倍数的影响+VCCRcC1C2RLRe+Ce++Rb1Rb2+ui

+uo

T(℃)↑→IC↑→IE↑→UE↑→UBE↓（UB基本不变）→IB↓→IC↓任务2.2共发射极放大电路的装接与测试03电路分析（1）静态分析+VCCRcReRb1Rb2+UBEQ

+UCEQ

IBQI2ICQIEQ直

流

通

路因为

，有任务2.2共发射极放大电路的装接与测试（2）动态分析电压放大倍数输入电阻输出电阻共发射极放大电路的特点：①输出与输入反相，电压放大倍数较高；②输入电阻低③输出电阻高任务2.3共集电极与共基极放大电路的装接与测试

认识共集电极、共基极放大电路放大电路

掌握共集电极放大电路的特点

能够根据电路特点分析基本放大电路的组态知识目标能力目标任务2.3共集电极与共基极放大电路的装接与测试2.3.1共集电极放大电路P53-55

共集电极放大电路它的输入信号接在基极和公共端“地”之间，输出信号从发射极和公共端“地”之间引出。01电路组成任务2.3共集电极与共基极放大电路的装接与测试02电路分析（1）静态分析根据直流通路可求得静态工作点为：任务2.3共集电极与共基极放大电路的装接与测试（2）动态分析微变等效交流通路电压放大倍数输入电阻任务2.3共集电极与共基极放大电路的装接与测试信号源短路，保留信号源内阻，去掉负载，同时在输出端接上一个电压信号

，产生电流任务2.3共集电极与共基极放大电路的装接与测试共集电极放大电路的特点：①输出与输入同相，电压放大倍数接近于1，但略小于1，无电压放大能力；②输入电阻高；③输出电阻低。

共集电极放大电路常用于多级放大电路的输入级和输出级；也可用它连接两电路，作为中间级，减少电路间直接相连所带来的彩响，起缓冲作用。任务2.3共集电极与共基极放大电路的装接与测试2.3.2共基极放大电路P55-5601电路组成电路输入信号加在晶体管的发射极，从集电极引出输出信号。（1）静态分析直流通路与分压偏置式共发射极放大电路的直流通路相同，所以，静态工作点的计算方法相同.02电路分析任务2.3共集电极与共基极放大电路的装接与测试（2）动态分析

微变等效交流通路电压放大倍数输入电阻输出电阻共基极放大电路的特点：①输出与输入同相，有电压放大能力；②输入电阻低，一般几欧姆到几十欧姆；③输出电阻较高。任务2.3共集电极与共基极放大电路的装接与测试P56-572.3.3放大电路三种组态比较在实际工程应用中，可根据需求选择合适的电路。共射极既能放大电流，又能放大电压，且输出电压与输入电压极性相反。输入电阻较大输出电阻较大通频带最窄共集电极只能放大电流，不能放大电压，且输出电压与输入电压相同。输入电阻最大输出电阻最小共基极只能放大电压，不能放大电流，且输出电压与输入电压极性相同。输入电阻最小输出电阻较大通频带最宽任务2.4多级放大电路

掌握多级放大电路的耦合方式

了解多级放大电路的主要性能指标

了解零点漂移能够给多级放大电路设置合适静态工作点，测试多级放大电路电压放大倍数及最大不失真输出电压。知识目标能力目标任务2.4多级放大电路P602.4.1多级放大电路的组成

在大多数的实际应用中，单个晶体管组成的放大电路往往不能满足特定的增益、输入电阻、输出电阻等要求，为此，常把基本放大电路适当地组合，构成多级放大电路，以便电路发挥更好的性能。多级放大电路组成框图任务2.4多级放大电路输入级：与信号源相连接的一级。要求输入电阻高，它的任务是从信号源获取更多的信号。中间级：主要承担电压放大任务，给电路提供足够大的电压放大倍数。常采用共发射级放大电路。输出级：在不失真的情况下，向负载提供足够大的输出功率，常用功率放大电路。任务2.4多级放大电路P60-612.4.2多级放大电路的耦合方式多级放大电路级与级之间的连接方式，称为耦合方式01阻容耦合放大器前级的输出端通过电容连接至后一级输入端的连接方式是阻容耦合任务2.4多级放大电路特点：（1）由于电容的隔直作用，各级电路的静态工作点互不关联，各自独立，便于电路的计算、设计和调试。（2）当耦合电容足够大时，对于交流信号，在一定范围内电容可被视为短路，第一级的输出信号可以通过耦合电容传送到第二级，作为第二级的输入信号，所以阻容耦合能够有效地放大交流信号，但对于缓慢变化的交流信号和直流信号，电容的容抗较大，会有很大的衰减，不适合放大。任务2.4多级放大电路02直接耦合

放大器前级的输出端通过导线直接连接到后级输入端的连接方式特点：（1）各级之间直接相连，它不仅可以放大一般的交流信号，而且可以放大缓慢变化的信号或直流信号。（2）电路中不存在大电容，便于集成，所以目前的集成电路均采用直接耦合方式。（3）放大器各级之间直接相连会使各级的静态工作点相互关联，相互影响，从而给设计、计算、调试带来不便，并使工作点的温漂逐级放大，造成输出级工作点的严重偏移。任务2.4多级放大电路输入电压为零而输出电压不为零且缓慢变化的现象，称为零点漂移现象。

零点漂移，简称零漂。在放大电路中，任何参数的变化，如电源电压的波动、元件的老化、半导体元件参数随温度变化而产生的变化都将产生输出电压的漂移。。P61-622.4.3零点漂移任务2.4多级放大电路温度是产生零点漂移的主要原因。当温度变化使第一级放大器的静态工作点发生微小变化时，这种变化量会被后面的电路逐级放大，最终在输出端产生较大的电压漂移。因而零点漂移也叫温漂。零点漂移的本质是Q点漂移温度变化是导致Q点漂移的主要原因零点漂移的后果：

Q点严重偏离，使后级电路进入饱和或截止状态，不能正常工作。

可能将有用信号“淹没”。任务2.4多级放大电路衡量温漂的方法：

温度每升高1度时，输出漂移电压按电压增益折算到输入端的等效输入漂移电压值ΔUO/|AU|。例如:放大器A：|AU|=1000，温漂ΔUo=100mV，则折算到输入端零漂为:ΔUO/|AU|=0.1mV放大器B：|AU|=5000，温漂ΔUO=200mV，则折算到输入端零漂为:ΔUO/|AU|=0.04mV则A比B温漂严重抑制零漂，常用的措施有：①引入直流负反馈以稳定静态工作点，减小零点漂移。②利用温敏元件补偿晶体管的零漂。③采用差分放大电路作为多级放大电路的输入级。任务2.4多级放大电路P62-642.4.4多级放大电路的分析方法01静态工作点的分析变压器耦合阻容耦合各级静态工作点都是相对独立，每一级静态工作点的计算与基本放大电路的计算方法一样各级间的直流相互有影响，要写出直流通路中各个回路的电流、电压方程，然后求解。直接耦合

任务2.4多级放大电路02动态指标的分析（1）电压放大倍数的计算多级放大电路总的电压放大倍数是各级放大电路电压放大倍数的乘积（2）输入电阻多级放大电路的输入电阻为第一级放大电路的输入电阻任务2.4多级放大电路（3）输出电阻多级放大电路的输出电阻为最后一级放大电路的输出电阻。注意：在计算多级放大电路的动态参数时，应注意前后级之间是相互关联性，后一级的输入电阻相当于前一级的负载电阻，前一级的输出电阻相当于后一级的信号源内阻。任务2.4多级放大电路

解:（1）求各级静态工作点。该电路为共射-共集二级阻容耦合放大电路，各级静态工作点独立，可分级计算。第一级：任务2.4多级放大电路第二级：任务2.4多级放大电路（2）求动态参数：输入电阻：考虑到前一级的输出电阻是后一级的信号源内阻，即输出电阻:放大倍数：考虑到后一级的输入电阻是前一级的负载，即:任务2.4多级放大电路任务2.5差动放大电路

了解差分放大电路作用和原理

能够测试差动放大放大电路的主要性能指标知识目标能力目标任务2.5差动放大电路

差动放大电路也叫差分放大电路，是一种具有两个输入端且电路结构对称的放大电路，常用来抑制多级直接耦合放大电路中的零点漂移P66-672.5.1基本差动放大电路的组成和工作原理01电路结构零点漂移任务2.5差动放大电路当温度变化时，由于电路结构对称性，两个三极管的变化幅度也将相等，结果输出端两个三极管的零点漂移将互相抵消02消除零点漂移的工作原理图2-37差动放大电路任务2.5差动放大电路03电路输入输出方式共有四种：双入双出双入单出单入双出单入单出输入输出当两个输入端都有信号输入时，称为双端输入；当一个输入端接地，另一个输入端有信号输入时，称为单端输入。当输出取自两个三极管的集电极之间，称为双端输出；当从单个晶体管的集电极与地之间取输出时，称为单端输出。任务2.5差动放大电路04差模信号和共模信号差动放大电路输入信号类型共模输入信号差模输入信号任意输入信号共模信号：大小相等极性相同的输入信号，共模输入信号用uic表示。差模信号：大小相等极性相反的输入信号，差模输入信号用uid表示。任意输入信号：大小不等，极性不定的输入信号。任务2.5差动放大电路对于差动放大电路，我们定义两个输入信号的平均值为共模信号，即：两个输入信号差值为差模信号，即则对于任意信号可将其分解成一对差模信号和一对共模信号。

若电路输入信号是共模输入，即,由于对称性可知输出,则双端输出差动放大电路的共模电压放大倍数差放电路对共模信号无放大作用,抑制共模信号任务2.5差动放大电路若输入信号是差模输入，即那么对于两输出电压应该有,输出则双端输出的差模电压放大倍数差放电路对差模信号有放大作用。

差动放大电路对零点漂移的抑制作用，也可以理解为：在电路对称条件下，两管的零点漂移折算到输入端的漂移电压相同，相当于输入了共模信号，所以零点漂移被有效抑制。任务2.5差动放大电路P-672.5.2差动放大电路的改进加入平衡电阻，消除电路不对称性增大

，用交流电阻很大的恒流源来代替

任务2.5差动放大电路P672.5.3共模抑制比

衡量差动放大电路的性能，不仅要求对共模信号的抑制能力强，也要求对差模信号的放大能力强，我们常用共模抑制比()来表示差动放大电路性能的优劣。共模抑制比常用对数形式表示为：理想情况KCMR→∞任务2.6集成运放及其应用

了解集成运算放大电路的结构和特点

掌握常见的集成运放的应用

能按要求用集成运放构成简单的运算电路知识目标能力目标任务2.6集成运放及其应用

集成运算放大器是一种高放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、集成化了的直接耦合多级放大器。它在自动控制，测量设备，计算技术和电信等几乎一切电子技术领域中获得了日益广泛的应用。P70-712.6.1集成运放结构和符号

集成运放的内部电路尽管有很多不同，但从总体结构上来看，有许多共同之处，通常由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成任务2.6集成运放及其应用输入端是一个高性能差动放大电路，有两个输入端，输入阻抗高，有一定的差模信号放大倍数，抑制共模信号的能力强。输入级偏置电路中间级输出级+

uouidu+u-中间级主要作用是提高电压放大倍数；输出级输出电阻小，有较强的带负载能力。偏置电路：镜像电流源,微电流源。为输入级、中间级和输出级提供合适的静态工作点。一个输出端任务2.6集成运放及其应用集成运算放大器的符号国家标准符号uou+u–Au–u+uoA同相输入端反相输入端同相输入端，标注“+”，表示输出电压与此输入端的电压相位相同；反相输入端，标注“-”号，表示输出电压与此输入端的电压相位相反。

国内外常用符号任务2.6集成运放及其应用P71-722.6.2集成运算放大器的理想模型01集成运放的电压传输特性

集成运放的电压传输特性是指运放输出电压与输入电压(即同相输入端与反相输入端之间的差值电压)之间的关系曲线当

为小信号时，输出与输入成线性放大关系，此时称运放工作在线性区；任务2.6集成运放及其应用

称为差模开环放大倍数（也叫差模开环电压增益），一般运放在100~120dB，高增益运放可达140dB以上，所以集成运放电压传输特性中的线性区范围非常窄。，当输入电压

超过线性范围时，运放输出达到饱和，输出只有两种情况，

和

，此时称运放工作在非线性区。任务2.6集成运放及其应用02理想运放模型在实际应用电路中，通常都将集成运放的性能指标理想化，即将其看成理想运放。6)开环带宽：fBW

4)共模抑制比：KCMR

2)差模输入电阻：

Rid

3)输出电阻：Ro

01)差模开环放大倍数：Aod

5)输入失调电压、输入失调电流及其温漂为0传输特性线性区OuiduoUomax–Uomax非线性区非线性区任务2.6集成运放及其应用03理想运放的工作区及特点（1）线性区的两个特点1)

u+

u–(虚短)证：u+–

u–=uo/Aud

02)i+

i–

0(虚断)证：i+=uid/Rid

0同理i–

0（2）非线性区的两个特点1)u+>u–时，uo=UOMu+<u–时,

uo=–UOM2)i+

i–

0(虚断)（两值性）任务2.6集成运放及其应用01比例运算电路

集成运算放大器的线性应用主要表现在构成各种运算电路,在分析这些电路时，常将运放看为理想运放，利用“虚短”和“虚断”的概念。P72-762.6.3集成运算放大器的线性应用（1）反相比例运算电路RP：平衡电阻（由于运放的输入级是差动放大电路，为使两输入端对地直流电阻相等）RP=R1//Rf任务2.6集成运放及其应用虚断虚地

为比例系数，也是反相比例运算电路的闭环电压放大倍数。讨论：如何设计一个反相器？任务2.6集成运放及其应用【例2-3】在图2-45所示的反相比例运算电路中，已知,求该电路的电压放大倍数和平衡电阻的值。解：电压放大倍数:平衡电阻:任务2.6集成运放及其应用（2）同相比例运算电路根据“虚短”、“虚断”的特点，有:可得：整理可得：或在该电路中，如果则

电压跟随器任务2.6集成运放及其应用【例2-4】电压-电流（U-I）变换电路是比例运算电路的一个实际应用，可以用来产生与输入电压比例的输出电流。如图2-48是一个同相输入的U-I变换电路，试写出负载电流与输入电压的关系。解：根据“虚短”、“虚断”有可得：所以:

可以看出，负载电流与输入电压成正比，且与负载电阻的大小无关任务2.6集成运放及其应用02加法运算电路(1)

反相加法运算电路方法一:节点电流法if=i1+i2+i3若

R1=R2=R3=Rf

uo=-（ui1+ui2+ui3）则任务2.6集成运放及其应用方法二：利用叠加原理设

单独作用时的输出电压为利用同样方法，分别求出

和

单独作用时的输出电压

和任务2.6集成运放及其应用(2)同相加法运算电路

同相加法运算电路物理意义清楚，但计算和调试都相对繁琐，对电阻要求也高，实际应用较少。任务2.6集成运放及其应用03减法运算电路根据“虚断”的特点，分析电路可得：又因为“虚短”若

，则输出电压为：若任务2.6集成运放及其应用04积分运算电路

时间常数

=

RC根据“虚短”、“虚断”的特点，有:当电路输入信号为直流信号时，即则积分电路是控制和测量系统重要单元，广泛应用于波形变换、定时和延时电路中。任务2.6集成运放及其应用05微分运算电路根据“虚短”、“虚断”的特点，有：对于电容有可得：任务2.6集成运放及其应用P76-792.6.4集成运算放大器的非线性应用

当运算放大器工作于开环状态，由于开环电压放大倍数很高，即使输入端有一个非常微小的差值信号，也会使集成运放达到饱和，使运算放大器工作在非线性区。电压比较器是集成运算工作在非线性区的最常见的应用01单限电压比较器

它是一种简单的电压比较器，它将输入信号与某个固定的电压进行比较，因为只有一个比较值，故称作单限电压比较器，任务2.6集成运放及其应用由理想集成运放工作在非线性区的特点“虚断”和“两值性”可知：当当电压传输特性曲线把输出电压跳变时刻对应的输入电压称为阈值电压或者门限电压，用

表示，单限电压比较器门限电压就是任务2.6集成运放及其应用当门限电压

时，输入电压每次经过0V就会发生跳变，我们称这样的电路过零比较器。

实际应用过程中，为了限制集成运放的差模输入电压，保护其输入级，可加二极管限幅电路，为了满足负载的需要，常在集成运放的输出端加稳压管限幅电路，从而获得合适的输出电压任务2.6集成运放及其应用02滞回电压比较器

单限电压比较器电路比较简单，但当输入电压在基准电压值附近有干扰的波动时，将会引起输出电压的跳变，可能致使电路的执行电路产生误动作。为了提高电路的抗干扰能力，常常采用滞回电压比较器。（a）滞回电压比较器电路根据叠加原理可知，同相输入端的电压为：任务2.6集成运放及其应用输入信号由小变大当ui足够低时，uo=+UZ，同相输入端电压：当ui升高到U+时，比较器发生翻转。uo=-UZ

此时，所对应的门限电压称为上限门限电压，用UT+表示:ui>UT+以后，uo=-UZ保持不变。OuiuOUT+UZ-UZ上门限任务2.6集成运放及其应用输入信号由大变小当ui足够大时，uo=-UZ，同相输入端电压：当ui降低到U+时，比较器发生翻转。uo=+UZ

此时，所对应的门限电压称为下限门限电压用UT-表示:ui<

UT-以后，uo=+UZ保持不变。OuiuOUT-UZ-UZ下门限任务2.6集成运放及其应用特点：OuIuOUT+UT-UZ-UZ上门限下门限UT=UT+

-UT-UT回差电压ui

上升时与上门限比,ui

下降时与下门限比。调整Rf和R2的大小，可改变比较器的门限宽度。

任务2.6集成运放及其应用【例2-5】在图2-57所示的滞回电压比较器电路中，已知双向稳压管的稳定电压为,,,输入信号为,试求该电路的门限电压，并画出输出波形。解：由于电路参考电压

，

，可知，电路的上限门限电压和下限门限电压分别为：任务2.7放大电路中的反馈

了解反馈的概念

掌握反馈的类型和判别方法

了解负反馈的四种组态

了解负反馈对放大电路性能的影响

能够找出电路中的反馈并判断出反馈类型知识目标能力目标任务2.7放大电路中的反馈

反馈不仅是改善电路性能的重要手段，而且也是电子技术和自动调节原理中的一个基本概念。在实际使用的电路中，基本都有反馈。P822.7.1反馈的概念

将放大电路的输出量（输出电压或输出电流）的一部分或者全部，通过一定的电路形式（反馈网络）回送到输入回路，用来影响输入量（输入电压或输入电流）的措施称为反馈。正向传输反向传输

开环

闭环输入输出放大电路反馈网络任务2.7放大电路中的反馈

在具有反馈的放大电路中：基本放大电路的主要功能是放大信号；反馈网络的主要功能是传输反馈信号。

判断一个放大电路是否存在反馈，我们主要看输入、输出之间是否存在有效的反馈回路，若存在，则该电路具有反馈，如果不存在，则该电路不存在反馈。有反馈吗？无反馈任务2.7放大电路中的反馈P832.7.2反馈的类型及作用正反馈：反馈使净输入电量增加，从而使输出量增大。负反馈：反馈使净输入电量减小，从而使输出量减小。01正反馈和负反馈作用：引入负反馈可以从许多方面改善放大电路的性能，其应用非常广泛，几乎在所有实用的放大电路中都适当地引入了负反馈；而正反馈主要用于波形产生电路中，以构成自激振荡。放大电路中的反馈可以从不同角度来分类。任务2.7放大电路中的反馈直流反馈：反馈量中只含有直流成分

或：直流通路中存在的反馈交流反馈：反馈量中只含交流成分

或：交流通路中存在的反馈交直流反馈：反馈量中即包含交流成分又包含直流成分；或：交直流通路中都存在的反馈02直流反馈和交流反馈作用：直流负反馈主要用于稳定放大电路的静态工作点，交流负反馈主要用于影响放大电路的交流性能。引入交流负反馈引入直流负反馈任务2.7放大电路中的反馈电压反馈:反馈量取自于输出电压.

电流反馈:反馈量取自于输出电流03电压反馈与电流反馈根据反馈量在放大电路输出端取样方式不同04串联反馈和并联反馈作用：电压负反馈可以稳定输出电压，降低输出电阻；电流反馈可以稳定输出电流，增加输出电阻。根据反馈量与输入量在输入端叠加方式不同串联反馈:输入端，反馈量与输入量以电压的方式叠加并联反馈：输入端，反馈量与输入量以电流的方式叠加作用：串联负反馈使输入电阻增大；并联负反馈使输入电阻减小。任务2.7放大电路中的反馈05局部反馈和级间反馈只对多级放大电路中某一级起反馈作用的称为局部反馈，将多级放大电路的输出量引回到其输入级的输入回路的称为级间反馈。通过R3引入的是局部反馈通过R4引入的是级间反馈通常：重点研究级间反馈或称总体反馈。任务2.7放大电路中的反馈P84-862.7.3反馈的判断首先我们要判断电路是否存在反馈，如果存在，找出反馈元件；其次判断反馈的极性是正反馈还是负反馈，以及反馈是交流反馈还是直流反馈；判断反馈是串、并联反馈还是电压、电流反馈。01有无反馈的判断找反馈网络：将输出回路与输入回路相连接的通路，即反馈网络，判断是否影响净输入：如果影响放大电路的净输入，则表明电路引入了反馈；否则电路中便没有反馈。任务2.7放大电路中的反馈【例2-6】判断图2-66所示的电路中，是否存在反馈。（a）

（b）

（c）解：（a）中输出端与同相输入端、反相输入端均无通路，故没有引入反馈

（b）中输出端与反相输入端相连，存在反馈通路，反馈通路将输出电压全部反馈到输入端，故电路存在反馈。

（c）中虽然R跨接在输出端与同相输入端之间，但是由于同相输入端接地，所以只是集成运放的负载，而不会使作用于输入回路，故电路没有引入反馈。任务2.7放大电路中的反馈02直流反馈和交流反馈的判断“看通路”，即看反馈是存在于直流通路还是交流通路。若反馈回路存在于直流通路中为直流反馈；若反馈通路存在于交流通路中为交流反馈；若反馈通路既存在于直流通路中，又存在于交流通路里，交流反馈和直流反馈都有。任务2.7放大电路中的反馈【例2-7】判断图2-67所示的电路中的反馈，是直流反馈还是交流反馈发射电阻Re是该电路的反馈元件，由于旁路电容的存在，只可能存在于直流通路中，不可能存在于交流通路中，所以就是直流反馈。R2和C为反馈通路，由于电容的隔直通交作用，反馈只存在于交流通路中，故该电路为交流反馈。输出和输入之间通过导线相连，它既可以通交流，也可以通直流，故该电路中交流反馈和直流反馈都有。任务2.7放大电路中的反馈03正反馈和负反馈的判断瞬时极性法瞬时极性法指同一瞬间各交流量的相对极性，在电路图上用⊕和

表示。—先规定电路输入信号在某一时刻对地的极性，一般规定为正，在输入信号处标上符号⊕。再以输入量为依据，逐级判断并标出电路中各相关点的极性，从而得到输出信号的极性，根据输出信号的极性判断出反馈信号的极性。（这里需要特别指出，反馈量仅仅决定于输出量，而与输入量无关）最后将反馈量与输入量比较，若反馈信号使基本放大电路的净输入信号增大，则说明引入了正反馈；若反馈信号使基本放大电路的净输入信号减小，则说明引入了负反馈。任务2.7放大电路中的反馈【例2-8】判断图2-68所示电路中的反馈是正反馈还是负反馈。该电路中反馈网络有两个：一个是C2、Rf2、RE1构成的反馈网络；另一个是Rf1构成的反馈网络。二者皆为负反馈电路引入了正反馈任务2.7放大电路中的反馈04串联反馈和并联反馈的判断由反馈网络在放大电路输入端的连接方式判定若反馈信号通过反馈网络与输入信号串接在放大电路输入端的不同节点上为串联反馈；若反馈信号通过反馈网络与输入信号并接在放大电路输入端的同一节点上为并联反馈。C2、Rf2、RE1：串联反馈Rf1：并联反馈任务2.7放大电路中的反馈05电压反馈和电流反馈的判断输出负载短路法

令输出电压uo=0，或者负载RL=0，看反馈信号是否还存在，若反馈信号不存在了，则为电压反馈；若反馈信号依然存在，则为电流反馈。C2，Rf2，RE1：电压反馈Rf1：电流反馈电压反馈任务2.7放大电路中的反馈P86-882.7.4交流负反馈的四种类型引入了交流负反馈的放大电路称为负反馈放大电路，负反馈放大电路有四种基本组态，也叫四种类型，它们是: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。01电压串联负反馈框图实际电路任务2.7放大电路中的反馈电压串联负反馈的重要作用:(1)

稳定输出电压

当输入信号ui一定时，当由于某种原因（如：负载电阻减小）使uo下降时，由于负反馈的作用，电路将进行以下的调节过程。（2）输出端采用电压负反馈，可以减小输出电阻。（3）输入端采用串联负反馈，可以增大输入电阻。任务2.7放大电路中的反馈02电压并联负反馈电压并联负反馈框图电压并联负反馈的重要作用:（1）稳定输出电压。通过电流控制电压，是一种电流控制电压的放大器。（2）输出端采用电压负反馈，可以减小输出电阻。（3）输入端采用并联负反馈，减小输入电阻。任务2.7放大电路中的反馈03电流串联负反馈电流串联负反馈框图电流串联负反馈的重要作用：（1）稳定输出电流（2）增大输入电阻（3）增大输出电阻任务2.7放大电路中的反馈03电流并联负反馈电流并联负反馈框图电流并联负反馈的重要作用：（1）稳定输出电流（2）减小输入电阻（3）增大输出电阻任务2.7放大电路中的反馈P88-892.7.5负反馈放大电路增益的一般表达式净输入信号开环放大倍数反馈系数闭环放大倍数闭环增益方程任务2.7放大电路中的反馈称为反馈深度相当与引入负反馈。相当与引入正反馈。相当于输入为零时仍有输出，故称