模电知识点复习总结.pptx
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单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,总来说就是以三极管为关键,以集成运放为根本。,集成运放内部主要组成单元是差分输入级、电压放大级、功率放大级、偏置电路。,集成运放两个不一样工作状态:线性和非线性应用。,模拟电路主要就是围绕集成运放内部结构,、,外部特征及应用,、性能改进、工作电源产生、信号源产生等,展开。,模拟电路知识体系,1/134,湖南科技大学信息与电气工程学院,主讲,:,胡仕刚,第一章,绪 论,2/134,一、放,大电路表示方法,放大电路主要用于放大微弱电信号,输出电压或电流在幅度上得到了放大。放大电路为双口网络,即一个信号输入口和一个信号输出口。,1.2,放大电路基本知识,3/134,1.放大倍数,(增益)表征放大器放大能力,依据放大电路输入信号条件和对输出信号要求,放大器,可分为四种类型,所以有四种放大倍数定义。,1.3,放大电路主要技术性能指标,4/134,(1),电压放大倍数,定义为:,A,U,=,U,O,/,U,I,(,2,),电流放大倍数,定义为:,A,I,=,I,O,/,I,I,(3),互阻增益,定义为:,A,r,=,U,O,/,I,I,(4),互导增益,定义为:,A,g,=,I,O,/,U,I,5/134,2.输入电阻R,i,从放大电路输入端看进去等效电阻,决定了放大电路从信号源吸收信号幅值大小。,输入电阻:,R,i,=u,i,/i,i,普通来说,R,i,越大越好。,(1)R,i,越大,i,i,就越小,从信号源索取电流越小。,(2)当信号源有内阻时,R,i,越大,u,i,就越靠近u,S,。,输入端,i,i,u,i,R,i,u,S,R,S,信号源,A,u,输出端,6/134,3.输出电阻,R,o,从放大电路输出端看进 去等效电阻。决定了放大电路带负载能力。,输出端,R,o,u,o,输出端,A,u,u,S,7/134,输出电阻是表明放大电路带负载能力,,R,o,越小,放大电路带负载能力越强,反之则差。,0,.,o,.,o,o,S,L,=,=,=,U,R,I,U,R,输出电阻,定义:,8/134,4.通频带,通频带:,f,BW,=f,H,f,L,放大倍数随频率改变曲线幅频特征曲线,f,A,A,m,0.7A,m,f,L,下限截止频率,f,H,上限截止频率,3dB带宽,9/134,湖南科技大学信息与电气工程学院,主讲,:,胡仕刚,第二章,运算放大器,10/134,o,+,U,o(sat),-,U,o(sat),实际特征,理想特征,u,+,-,u,-,开环电压放大倍数高(10,4,-10,7,);,输入电阻高(约几百K);,输出电阻低(约几百);,漂移小、可靠性高、体积小、重量轻、价格低。,电压传输特征,V,o,=A,vo,(v,p,-v,N,),11/134,3)开环输出电阻,r,o,0,2)差模输入电阻,r,id,4)共模抑制比,K,CMRR,理想运放及其分析依据,理想化条件,:,1)开环电压放大倍数,A,uo,理想运算放大器,A,vo,(v,p,-v,N,),Vp,v,N,v,o,12/134,理想运算放大器含有“虚短”和“虚断”特征,这两个特征对分析线性利用运放电路十分有用。为了确保线性利用,运放必须在闭环(负反馈)下工作。,理想运算放大器特征,(1)虚短,因为运放电压放大倍数很大,而运放输出电压是有限,普通在10,V14,V。所以运放差模输入电压不足1,mV,两输入端近似等电位,相当于,“短路”。,开环电压放大倍数越大,,两输入端电位越靠近相等。,“,虚短,”,是指在分析运算放大器处于线性状态时,可把两输入端视为等电位,这一特征称为虚假短路,简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。,13/134,(2)虚断,因为运放差模输入电阻很大,普通都在1,M,以上。,所以流入运放输入端电流往往不足1,A,远小于输入端外电路电流。故通常可把运放两输入端视为开路,且输入电阻,越大,两,输入端越靠近开路。,“,虚断,”,是指在分析运放处于线性状态时,能够把两输入端视为等效开路,这一特征称为虚假开路,简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。,下面举两个例子说明虚短和虚断利用。,14/134,几个常见基本运算电路,反相百分比运算,同相百分比运算,电压跟随器,加法电路,减法电路,积分电路,15/134,3 二极管及其基本电路,3.1 半导体基本知识,3.3 半导体二极管,3.4 二极管基本电路及其分析方法,3.5 特殊二极管,3.2 PN,结形成及特征,16/134,3.1.4 杂质半导体,在本征半导体中掺入一些微量元素作为杂质,可使半导体导电性发生显著改变。掺入杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质本征半导体称为,杂质半导体,。,N型半导体,掺入五价杂质元素(如磷)半导体。,P型半导体,掺入三价杂质元素(如硼)半导体。,17/134,3.2.1 载流子漂移与扩散,漂移运动:,由电场作用引发载流子运动称为,漂移运动,。,扩散运动:,由载流子浓度差引发载流子运动称为,扩散运动,。,18/134,在一块本征半导体两侧经过扩散不一样杂质,分别形成,N,型半导体和,P,型半导体。此时将在,N,型半导体和,P,型半导体结合面上形成以下物理过程:,因浓度差,空间电荷区形成内电场,内电场促使少子漂移,内电场阻止多子扩散,最终,多子,扩散,和少子,漂移,到达,动态平衡,。,多子扩散运动,由,杂质离子形成空间电荷区,3.2.2 PN结形成,19/134,PN结加正向电压时,展现低电阻,含有较大正向扩散电流;,PN结加反向电压时,展现高电阻,含有很小反向漂移电流。,由此能够得出结论:,PN结含有单向导电性。,3.2.3,PN结单向导电性,20/134,PN结,V,-,I,特征表示式,其中,PN结伏安特征,I,S,反向饱和电流,V,T,温度电压当量,且在常温下(,T,=300K),21/134,当PN结反向电压增加到一定数值时,反向电流突然快速增加,此现象称为PN结,反向击穿。,热击穿不可逆,雪崩击穿,齐纳击穿,电击穿可逆,3.2.4 PN结反向击穿,22/134,一、PN 结伏安方程,反向饱和电流10,-8,-10,-14,A,温度,电压当量,电子电量,玻尔兹曼常数1.38*10,-23,J/K,当,T,=300(27,C):,V,T,=26 mV,3.3.2,二极管伏安特征,23/134,二、二极管伏安特征,O,u,D,/V,i,D,/mA,正向特征,V,th,死区,电压,i,D,=0,V,th,=,0.5 V,0.1 V,(硅管),(锗管),V,V,th,i,D,急剧上升,0,V,V,th,V,D(on),=,(0.6,0.8)V,硅管,0.7 V,(0.2,0.4)V,锗管,0.3 V,反向特征,I,S,V,(BR),反向击穿,V,(BR),V,0,i,D,=,I,S,U,(BR),反向电流急剧增大,(反向击穿),24/134,3.4.2 二极管电路简化模型分析方法,1.二极管,V,-,I,特征建模,将指数模型 分段线性化,得到二极管特征等效模型。,(1)理想模型,(a),V,-,I,特征 (b)代表符号 (c)正向偏置时电路模型 (d)反向偏置时电路模型,25/134,(2)恒压降模型,(a),V,-,I,特征 (b)电路模型,(3)折线模型,(a),V,-,I,特征 (b)电路模型,26/134,(4)小信号模型,v,s,=0 时,Q,点称为静态工作点,反应直流时工作状态。,v,s,=,V,m,sin,t,时(,V,m,V,T,。,(a),V,-,I,特征 (b)电路模型,29/134,(2)主要特点:,(a)正向特征同普通二极管,(b)反向特征,较大,I,较小,U,工作在反向击穿状态。,在一定范围内,反向击穿 含有可逆性。,(一)稳压二极管,(3)主要参数,稳定电压:,U,z,最小稳定电流:,I,zmin,最大稳定电流:,I,zmax,(1)结构:,面接触型硅二极管,U,/V,I,zmin,I,zmax,I,/mA,U,z,0,上一页,下一页,返 回,下一节,上一节,(a)图形符号 (b)伏安特征,30,3.5 特殊二极管,30/134,湖南科技大学信息与电气工程学院,主讲,:,胡仕刚,第四章,三极管及放大电路基础,31/134,半导体三极管结构示意图如图所表示。它有两种类型:,NPN,型和,PNP,型。,(a)NPN型管结构示意图,(b)PNP型管结构示意图,(c)NPN管电路符号,(d)PNP管电路符号,32/134,33/134,三极管放大作用是在一定外部条件控制下,经过载流子传输表达出来。,外部条件:,发射结正偏,集电结反偏,4.1.2 放大状态下BJT工作原理,1.内部载流子传输过程,发射区:发射载流子,集电区:搜集载流子,基区:传送和控制载流子,(以NPN为例),因为三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参加导电,故称为双极型三极管或,BJT,(,Bipolar Junction Transistor,)。,I,C,=,I,nC,+,I,CBO,I,E,=,I,B,+,I,C,放大状态下BJT中载流子传输过程,34/134,2.电流分配关系,依据传输过程可知,I,C,=,I,nC,+,I,CBO,通常,I,C,I,CBO,为电流放大系数。它只与管子结构尺寸和掺杂浓度相关,与外加电压无关。普通,=0.90.99,。,I,E,=,I,B,+,I,C,放大状态下BJT中载流子传输过程,35/134,是另一个电流放大系数。一样,它也只与管子结构尺寸和掺杂浓度相关,与外加电压无关。普通,1。,依据,I,E,=,I,B,+,I,C,I,C,=,I,nC,+,I,CBO,且令,I,CEO,=(1+,),I,CBO,(穿透电流),2.电流分配关系,36/134,3.三极管三种组态,共集电极接法,,集电极作为公共电极,用,CC,表示。,共基极接法,,,基极作为公共电极,用,CB,表示;,共发射极接法,,发射极作为公共电极,用,CE,表示;,BJT三种组态,37/134,三极管放大作用,主要是依靠它发射极电流能够经过基区传输,然后抵达集电极而实现。,实现这一传输过程两个条件是:,(1),内部条件:,发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度,且基区很薄。,(2),外部条件:,发射结正向偏置,集电结反向偏置。,38/134,4.1.3 BJT,V,-,I,特征曲线,i,B,=,f,(,v,BE,),v,CE,=const,(2)当,v,CE,1V时,,v,CB,=,v,CE,-,v,BE,0,集电结已进入反偏状态,开始收,集电子,基区复合降低,一样,v,BE,下,I,B,减小,特征曲线右移。,(1)当,v,CE,=0V时,相当于发射结正向伏安特征曲线。,1.输入特征曲线,(以共射极放大电路为例),共射极连接,39/134,饱和区:,i,C,显著受,v,CE,控制区域,该区域内,普通,v,CE,0.7V(硅管)。此时,,发射结正偏,集电结正偏或反偏电压很小,。,i,C,=,f,(,v,CE,),i,B,=const,2.输出特征曲线,输出特征曲线三个区域:,截止区:,i,C,靠近零区域,相当,i,B,=0曲线下方。此时,,v,BE,小于死区电压,。,放大区:,i,C,平行于,v,CE,轴区域,曲线基本平行等距。此时,,发射结正偏,集电结反偏,。,4.1.3 BJT,V,-,I,特征曲线,40/134,(1)集电极最大允许电流,I,CM,(2)集电极最大允许功率损耗,P,CM,P,CM,=,I,C,V,CE,极限参数,4.1.4 BJT主要参数,41/134,V,(BR)CEO,基极开路时集电极和发射,极间击穿电压。,42/134,在输出特征曲线上,作出直流负载线,V,CE,=,V,CC,i,C,R,c,,与,I,BQ,曲线交点即为,Q,点,从而得到,V,CEQ,和,I,CQ,。,在输入特征曲线上,作出直线,,两线交点即是,Q,点,得到,I,BQ,。,4.3.1 图解分析法,1.静态工作点图解分析,43/134,依据,v,s,波形,在BJT输入特征曲线图上画出,v,BE,、,i,B,波形,2.动态工作情况图解分析,44/134,依据,i,B,改变范围在输出特征曲线图上画出,i,C,和,v,CE,波形,2.动态工作情况图解分析,45/134,3.静态工作点对波形失真影响,截止失真波形,46/134,饱和失真波形,3.静态工作点对波形失真影响,47/134,4.3.2 小信号模型分析法,1.BJTH参数及小信号模型,建立小信号模型意义,建立小信号模型思绪,当放大电路输入信号电压很小时,就能够把三极管小范围内特征曲线近似地用直线来代替,从而能够把三极管这个非线性器件所组成电路看成线性电路来处理。,因为三极管是非线性器件,这么就使得放大电路分析非常困难。建立小信号模型,就是将非线性器件做线性化处理,从而简化放大电路分析和设计。,48/134,BJTH参数及小信号模型,H参数确实定,r,be,=,r,bb,+(1+,),r,e,其中对于低频小功率管,r,bb,200,则,而,(,T,=300K),普通也用公式估算,r,be,(忽略,r,e,),49/134,重点掌握固定偏流射极电路和分压式射极电路,4.4.2 射极偏置电路,50/134,小信号模型,等效电路法步骤,:,1.首先利用图解法或近似估算法确定放大电路静态工作点,Q,。,2.求出静态工作点处微变等效电路参数,和,r,be,。,3.画出放大电路微变等效电路。可先画出三极管等效电路,然后画出放大电路其余部分交流通路。,4.列出电路方程并求解。,51/134,三种组态特点及用途,共射极放大电路:,电压和电流增益都大于1,输入电阻在三种组态中居中,输出电阻与集电极电阻有很大关系。适合用于低频情况下,作多级放大电路中间级。,共集电极放大电路:,只有电流放大作用,没有电压放大,有电压跟随作用。在三种组态中,输入电阻最高,输出电阻最小,频率特征好。可用于输入级、输出级或缓冲级。,共基极放大电路:,只有电压放大作用,没有电流放大,有电流跟随作用,输入电阻小,输出电阻与集电极电阻相关。高频特征很好,惯用于高频或宽频带低输入阻抗场所,模拟集成电路中亦兼有电位移动功效。,52/134,阻容耦合放大电路因为存在级间耦合电容、发射极旁路电容及三极管结电容等,它们容抗随频率改变,故当信号频率不一样时,放大电路输出电压相对于输入电压幅值和相位都将发生改变。,频率特征,幅频特征:,电压放大倍数模,|,A,u,|,与频率,f,关系,相频特征:,输出电压相对于输入电压,相位移,与频率,f,关系,A,u,(,f,),幅频特征,(,f,),相频特征,4.6 放大电路频率响应,53/134,通频带,f,|A,u,|,0.707,|A,u,o,|,f,L,f,H,|A,u,o,|,幅频特征,下限截止频率,上限截止频率,耦合、旁路电容造成。,三极管结电容、,造成,f,270,180,90,相频特征,O,54/134,4.7 多级(组合)放大电路,基本放大电路,多级放大电路,一级,级间耦合:,级与级之间连接,耦合方式,直接耦合,阻容耦合,变压器耦合,光电耦合,1.直接耦合,将前一级输出端直接连接到后一级输入端称为,直接耦合。,如图所表示,4.7.1 级间耦合方式,耦合方式有考点,55/134,二、直接耦合方式优缺点,优点:低频特征好(可放大改变迟缓信号);,易于集成化。,缺点:,Q,点相互影响,电平偏移,存在零点漂移(简称,零漂,)现象,不便于分析、设计和调试。,适用场所:集成电路中。,2.,阻容耦合,将前级输出端经过电容接到后级输入端称为,阻容耦合,。,56/134,缺点:低频特征差(不能放大改变迟缓低频信号);,优点:,Q,点相互独立,适用场所:特殊需要分立元件电路中。,便于分析、设计和调试。,不便于集成化。,57/134,3、变压器耦合,将前级输出端经过变压器接到后级输入端或负载电阻上称为,变压器耦合,。,优点:,Q,点相互独立,便于分析、设计和调试;,能实现阻抗变换。,58/134,4.7.2 多级(组合)放大电路动态分析,n,级放大电路交流等效电路方框图,一、电压放大倍数,放大电路中,前一级输出电压等于后一级输入电压,即,即,注意,必须将后级输入电阻作为前级负载电阻。,59/134,二、输入电阻,R,i,=,R,i1,三、输出电阻,R,o,=,R,on,60/134,第六章,模拟集成电路,湖南科技大学信息与电气工程学院,主讲,:胡仕刚,61/134,6.1.1 BJT电流源电路,1.镜像电流源,T,1,、T,2,参数全同,即,1,2,,,I,CEO1,I,CEO2,当,BJT,较大时,基极电流,I,B,能够忽略,I,o,I,C2,I,REF,代表符号,62/134,6.1.1 BJT电流源电路,1.镜像电流源,动态电阻,普通,r,o,在几百千欧以上,63/134,6.2.1,差分式放大电路普通结构,2.相关概念,差模信号,共模信号,差模电压增益,共模电压增益,总输出电压,其中,差模信号产生输出,共模信号产生输出,共模抑制比,反应抑制零漂能力指标,64/134,6.2.1 差分式放大电路普通结构,2.相关概念,依据,有,共模信号相当于两个输入端信号中相同部分,差模信号相当于两个输入端信号中不一样部分,两输入端中共模信号大小相等,相位相同;差模信号大小相等,相位相反。,65/134,3.差分放大电路四种接法,双入双出,单入单出,单入双出,单入单出,66/134,1.差分放大电路任意输入信号都能够分解为一对共模信号和一对差模信号组合,所以单端输入差分电路仍可看作双端输入时工作状态。,2.差分放大电路差模电压放大倍数只与输出方式相关,而于输入方式无关,即输入方式不论是单端输入还是双端输入,只要是双端输出,差动放大电路差模电压放大倍数就等于单管放大电路电压放大倍数;凡是单端输出,差动放大电路差模电压放大倍数就只等于单管放大电路电压放大倍数二分之一。,67/134,湖南科技大学信息与电气工程学院,主讲,:胡仕刚,第七章,放大电路中反馈,68/134,7.1.1 什么是反馈,将电子系统输出回路电量(电压或电流),送回到输入回路过程。,h,fe,i,b,i,c,v,ce,I,b,v,be,h,re,v,ce,h,ie,h,oe,内部反馈,外部反馈,69/134,输出信号,反馈放大电路输入信号,反馈信号,基本放大电路输入信号(净输入信号),7.1.1 什么是反馈,反馈放大电路组成框图,反馈通路信号反向传输渠道,开环 无反馈通路,闭环 有反馈通路,70/134,7.1.3 正反馈与负反馈,正反馈:输入量不变时,引入反馈后输出量变大了。,负反馈:输入量不变时,引入反馈后输出量变小了。,从输出端看,从输入端看,正反馈:引入反馈后,使净输入量变大了。,负反馈:引入反馈后,使净输入量变小了。,净输入量能够是电压,也能够是电流。,71/134,7.1.3 正反馈与负反馈,判别方法:,瞬时极性法,。即在电路中,从输入端开始,沿着,信号流向,标出某一时刻相关节点电压改变斜率,(正斜率或负斜率,用“+”、“-”号表示)。,净输入量减小,净输入量增大,负反馈,正反馈,反馈通路,反馈通路,72/134,73/134,7.1.5 电压反馈与电流反馈,电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端取样对象决定,电压反馈:反馈信号,x,f,和输出电压成百分比,即,x,f,=,F,v,o,电流反馈:反馈信号,x,f,与输出电流成百分比,即,x,f,=,Fi,o,并联结构,串联结构,74/134,7.1.5 电压反馈与电流反馈,判断方法:负载短路法,将,负载,短路,反馈量依然存在电流反馈。,将,负载,短路(未接负载时输出对地短路),反馈量为零电压反馈。,电压反馈,电流反馈,反馈通路,反馈通路,75/134,7.2 负反馈放大电路四种组态,7.2.2 电压并联负反馈放大电路,7.2.3 电流串联负反馈放大电路,7.2.4 电流并联负反馈放大电路,7.2.1 电压串联负反馈放大电路,反馈组态判断举例(交流),信号源对反馈效果影响,76/134,7.2.1 电压串联负反馈放大电路,输入以电压形式求和,(KVL),:,v,id,=,v,i,-,v,f,稳定输出电压,特点:,电压控制电压源,77/134,7.2.2 电压并联负反馈放大电路,输入以电流形式求和,(KCL),:,i,id,=,i,i,-,i,f,稳定输出电压,电流控制电压源,特点:,78/134,7.2.3 电流串联负反馈放大电路,输入以电压形式求和,(KVL),:,v,id,=,v,i,-,v,f,稳定输出电流,电压控制电流源,特点:,79/134,7.2.4 电流并联负反馈放大电路,输入以电流形式求和,(KCL),:,i,id,=,i,i,-,i,f,稳定输出电流,电流控制电流源,特点:,80/134,电压负反馈:,稳定输出电压,含有恒压特征,串联反馈:,输入端电压求和(KVL),电流负反馈:,稳定输出电流,含有恒流特征,并联反馈:,输入端电流求和(KCL),特点小结:,81/134,7.3 负反馈放大电路增益普通表示式,1.闭环增益普通表示式,2.反馈深度讨论,3.环路增益,82/134,1.闭环增益普通表示式,开环增益,反馈系数,闭环增益,因为,所以,已知,闭环增益普通表示式,即,7.3 负反馈放大电路增益普通表示式,83/134,负反馈放大电路中各种信号量含义,7.3 负反馈放大电路增益普通表示式,84/134,2.反馈深度讨论,普通负反馈,称为反馈深度,深度负反馈,正反馈,自激振荡,普通情况下,,A,和,F,都是频率函数,当考虑信号频率影响时,,A,f,、,A,和,F,分别用 、和 表示。,即,end,7.3 负反馈放大电路增益普通表示式,85/134,7.4 负反馈对放大电路性能影响,7.4.2 减小非线性失真,7.4.3 抑制反馈环内噪声,7.4.4 对输入电阻和输出电阻影响,7.4.1 提升增益稳定性,86/134,负反馈对放大电路性能改进,是以牺牲增益为代价,且仅对环内性能产生影响。,串联负反馈,并联负反馈,电压负反馈,电流负反馈,尤其注意表7.4.1内容,增大输入电阻,减小输入电阻,减小输出电阻,稳定输出电压,增大输出电阻,稳定输出电流,7.4.4 对输入电阻和输出电阻影响,end,87/134,88/134,7.5 深度负反馈条件下近似计算,1.深度负反馈特点,2.举例,89/134,1.深度负反馈特点,即,深度负反馈条件下,闭环增益只与反馈网络相关,因为,则,又因为,代入上式,得,(也常写为,x,f,x,i,),净输入量近似等于零,由此可得深度负反馈条件下,基本放大电路,“两虚”,概念,输入量近似等于反馈量,(,x,id,0,),90/134,1.深度负反馈特点,串联负反馈,输入端电压求和,深度负反馈条件下,x,id,=,x,i,-,x,f,0,虚短,虚断,虚短,虚断,并联负反馈,输入端电流求和,v,id,=,v,i,-,v,f,0,i,id,=,i,i,-,i,f,0,v,id,=,i,id,r,i,0,91/134,92/134,8.1 功率放大电路普通问题,2.功率放大电路提升效率主要路径,1.功率放大电路特点及主要研究对象,93/134,8.0 功率放大电路概述,能够向负载提供足够信号功率放大电路称为,功率放大电路,,简称,功放,。,功放既不是单纯追求输出高电压,也不是单纯追求输出大电流,而是追求在电源电压确定情况下,输出尽可能大功率。,功放电路要求:,P,omax,大,三极管极限工作,=,P,omax,/,P,V,要高,失真要小,94/134,一、主要技术指标,1.最大输出功率,P,om,功率放大电路提供给负载信号功率称为输出功率。是交流功率,表示式为,P,o,I,o,U,o,。,最大输出功率是在电路参数确定情况下,负载上可能取得最大交流功率,2.转换效率,功率放大电路最大输出功率与电源提供直流功率之比。,直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积,。,3.最大输出电压V,om,95/134,二、功率放大电路中晶体管,在功率放大电路中,为使输出功率尽可能大,要求晶体管工作在极限应用状态。,选择功放管时,,要注意极限参数选择,还要注意其,散热条件,,使用时必须安装适当散热片和,各种保护办法,。,晶体管集电极电流最大时靠近,I,CM,(集电极最大允许电流),晶体管管压降最大时靠近,V,(BR)CEO,晶体管耗散功率最大时靠近,P,CM,(集电极最大允许耗散功率),三、功率放大电路分析方法,采取图解法,96/134,四种工作状态,依据正弦信号整个周期内三极管导通情况划分,乙类:,导通角等于180,甲类:,一个周期内均导通,甲乙类:,导通角大于180,丙类:,导通角小于180,97/134,8.2 射极输出器甲类放大实例,简化电路,带电流源详图电路图,特点:,电压增益近似为1,电流增益很大,可取得较大功率增益,输出电阻小,带负载能力强。,98/134,8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路,8.3.2 分析计算,8.3.1 电路组成,8.3.3 功率BJT选择,99/134,8.3.1 乙类双电源互补对称功率放大电路,1.电路组成,由一对NPN、PNP特征相同互补三极管组成,采取正、负双电源供电。这种电路也称为OCL(Output Capacitorless)互补功率放大电路。,2.工作原理,两个三极管在信号正、负半周轮番导通,使,负载得到一个完整波形。,100/134,3.分析计算,图解分析,101/134,3.分析计算,(1)最大不失真输出功率,P,omax,实际输出功率,P,o,因电压增益近似为1,当输入信号足够大,V,CES,很小时,使 V,im,=V,om,V,CC,时,,可取得最大功率输出。,102/134,3.分析计算,单个管子在半个周期内管耗,(2)管耗,P,T,两管管耗,103/134,最大管耗与最大输出功率关系:,因为:,令dP,T1,/dV,om,=0,,则:,即:当 时,含有最大管子功耗。,选管依据之一,104/134,3.分析计算,(3)电源供给功率,P,V,当,(4)效率,当,因为:,P,T,105/134,(3)经过BJT最大集电极电流为V,CC,R,L,,所选BJTI,CM,普通不宜低于此值。,5、功率BJT选择:,由上面分析知,若想得到最大输,出功率,BJT参数必须满,足以下条件:,(1)每只BJT最大允许管耗P,CM,必须大于P,Tlm,0.2P,o,m,;,(2)考虑到当T,2,导通时,当-v,CE2,0时,v,CE1,含有最大值,且等于2V,CC,。所以,应选取 V,(BR)CEO,2V,CC,管子;,106/134,8.4 甲乙类互补对称功率放大电路,8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路,8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,107/134,8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,乙类互补对称电路存在问题,因为,T,1,、,T,2,管输入特征存在死区,所以输出波形在信号过零附近产生失真交越失真。,原因:假设,T,1,、,T,2,死区电压都是,0.6V,,那么在输入信号电压,|,U,i,|,0.6V,期间,,T,1,和,T,2,截止,输出电压为零,得到如图所表示失真了波形,,交越失真波形,u,i,u,o,t,t,0,0,108/134,8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,1.静态偏置,可克服交越失真,2.动态工作情况,二极管等效为恒压模型,#,在输入信号整个周期内,两二极管是否会出现反向偏置状态?,理想二极管,设T,3,已经有适当,静态工作点,109/134,8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,V,BE4,可认为是定值(0.60.7V),R,1,、,R,2,不变时,,V,CE4,也是定值,可看作是一个直流电源。,只要调整R,1,*、R,2,比值,就可改变T,1,、T,2,偏压。该方法在集成电路中惯用到。,110/134,8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路,静态时,偏置电路使,V,K,V,C,V,CC,/2(电容C充电到达稳态)。,end,当有信号,v,i,时,负半周T,1,导通,有电流经过负载,R,L,,同时向,C,充电,正半周T,2,导通,则已充电电容,C,经过负载,R,L,放电。,只要满足,R,L,C,T,信,,电容,C,就可充当原来,V,CC,。,计算,P,o,、,P,T,、,P,V,和,P,Tm,公式必须加以修正,以,V,CC,/2代替原来公式中,V,CC,。,111/134,湖南科技大学信息与电气工程学院,主讲,:,胡仕刚,第九章,信号处理与信号产生电路,112/134,9.1 滤波电路基本概念与分类,1.,基本概念,滤波器:是一个能使有用频率信号经过而同时抑制或衰减无,用频率信号电子装置。,有源滤波器:由有源器件组成滤波器。,滤波电路传递函数定义,时,有,其中,模,幅频响应,相位角,相频响应,群时延响应,113/134,9.1 滤波电路基本概念与分类,2.,分类,低通(LPF),高通(HPF),带通(BPF),带阻(BEF),全通(APF),end,1)按电路功效分类,114/134,9.1 滤波电路基本概念与分类,115/134,116/134,117/134,9.5 正弦波振荡电路振荡条件,正反馈放大电路框图,(注意与负反馈方框图差异),1.,振荡条件,若环路增益,则,去掉,仍有稳定输出。,又,所以振荡条件为,振幅平衡条件,相位平衡条件,只有正反馈才能产生自激振荡,118/134,起振条件,2.,起振和稳幅,#,振荡电路是单口网络,无须输入信号就能起振,起振信号源来自何处?,电路器件内部噪声以及电源接通扰动,当输出信号幅值增加到一定程度时,就要限制它继续增加,不然波形将出现失真。,噪声中,满足相位平衡条件某一频率,0,噪声信号被放大,成为振荡电路输出信号。,稳幅作用就是,当输出信号幅值增加到一定程度时,使振幅平衡条件从 回到,选频,:,稳幅:,-利用负反馈,119/134,end,放大电路(包含负反馈放大电路),3.,振荡电路基本组成部分,反馈网络(组成正反馈),选频网络(选择满足相位平衡条件一个频率。经常与反馈,网络合二为一。),稳幅步骤,120/134,9.6,RC,正弦波振荡电路,1.,电路组成,2.,RC,串并联选频网络选频特征,3.,振荡电路工作原理,4.,稳幅办法,121/134,1.,电路组成,反馈网络兼做选频网络,RC,桥式振荡电路,122/134,3.,振荡电路工作原理,此时若放大电路电压增益为,用瞬时极性法判断可知,电路满足相位平衡条件,则振荡电路满足振幅平衡条件,当,时,,电路能够输出频率为 正弦波,RC,正弦波振荡电路普通用于产生频率低于 1 MHz 正弦波,123/134,9.7,LC,正弦波振荡电路,9.7.2 变压器反馈式,LC,振荡电路,9.7.3 三点式,LC,振荡电路,9.7.4 石英晶体振荡电路,9.7.1,LC,选频放大电路,124/134,9.7.3 三点式,LC,振荡电路,依然由,LC,并联谐振电路组成选频网络,A.若中间点交流接地,则首端与尾端,相位相反。,1.三点式,LC,并联电路,中间端瞬时电位一定在首、尾端电位之间。,三点相位关系,B.若首端或尾端交流接地,则其它两,端相位相同。,125/134,9.7.3 三点式,LC,振荡电路,2.电感三点式振荡电路,LC并联谐振电路中电感有首端、中间抽头和尾端三个端点,其交流通路分别与放大电路集电极、发射极和基极相连,反馈信号取自电感L,2,上电压。,126/134,9.7.3 三点式,LC,振荡电路,3.电容三点式振荡电路,127/134,9.8 非正弦信号产生电路,9.8.2 方波产生电路,9.8.3 锯齿波产生电路,9.8.1 电压比较器,单门限电压比较器,迟滞比较器,集成电压比较器,128/134,经过几个电压比较器分析,可得出以下结论:,(1)用于电压比较器运放,通常工作在,开环或正反馈状态,和,非线性区,,其输出电压只有高电平,V,OH,和低电,V,OL,两种情况。,(2)普通用电压传输特征来描述输出电压与输入电压函数关系。,(3)电压传输特征关键要素,输出电压高电平,V,OH,和低电平,V,OL,门限电压,输出电压跳变方向,令,v,P,v,N,所求出,v,I,就是门限电压,v,I,等于门限电压时输出电压发生跳变,跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式,129/134,10.1 小功率整流滤波电路,10.2 串联反馈式稳压电路,10 直流稳压电源,10.0 引言,130/134,引言,直流稳压电源作用,将交流电网电压转换为直流电压,为放大电路提供直流工作电源。,组成,各部分功效,变压器:,整流:,滤波:,稳压:,end,降压,滤除脉动,交流变脉动直流,深入消除纹波,提升电压稳定性和带载能力,131/134,1.工作原理,10.1.1,单相桥式整流电路,利用二极管单向导电性,132/134,10.1.2,滤波,电路,电容滤波电路,R,L,未接入时,电容已经充满了电,,电容C此时无放电回路,所以电容C,电压保持为,RL接入后,有了放电回路,放电时,二极管不导通;,充电时二极管导通,二极管导通角小于,133/134,10.1.2,滤波,电路,电容滤波特点,A.二极管导电角,,,流过二极管瞬时电流很大。,B.负载直流平均电压,V,L,升高,d,=,R,L,C,越大,,V,L,越高,C.直流电压,V,L,随负载电流增加而降低,当,d,(3 5)时,,V,L,=(1.1 1.2),V,2,134/134,展开阅读全文
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