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Auf Ausf在模拟电路中分别是指什么 有什么区别?突击模电,概念不清.求指教还有Au ,
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Au就是正常的电压放大倍数,带了f的是后面的负反馈的放大倍数,Auf=Uo/Ui,Ausf=Uo/Us、
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模拟电子技术课件
模拟电子技术基础主讲人 刘磊明一、课程介绍模拟电子技术基础 54学时 信息类专业基础课 （电路、模拟电子技术、数字电子技术）二、与电路课程的区别1) 电路：简单电路，理想元件 模电：电路较复杂，实际元件，较接近实际电路(实现放 大、滤波、运算功能等) 2) 电路：精确计算 模电：估算――工程思维3) 电路：线性元件：线性电阻等 模电：非线性元件: 二极管、三极管（电路分析的一些 定律和方法不能直接用） 4) 电路：直流电源或交流电源 模电：交、直流电源混合三、作业及考核内容多、课程难，有重点的学习； 以课件、讲课为主，以作业为主。 作业要画图！导言1. 电信号 信号：反映消息的物理量（声音、温度、压力等） 电信号：u(t)、i(t)非电信号 → 电信号易于传送和控制（计算、处理、传送） （如声音放大）传感器电信号的分类随机性：确定信号 随机信号 周期性：周期信号 非周期信号 对时间的取值：连续时间信号 离散时间信号 电子电路中：模拟信号 数字信号模拟信号对应任意时间值t 均有确定的函数值u或i，并且u或 i 的 幅值是连续取值的，即在时间和数值上均具有连续性。数字信号在时间和数值上均具有离散性，u或 i 的变化在时间上 不连续，总是发生在离散的瞬间；且它们的数值是一个最 小量值的整数倍。2. 电子信息系统3. EDA技术 Electronic Design Automation (电子设计自动化)PSpice, Multisim, MaxplusII硬件设计软件化第1章 常用半导体器件1.1半导体基础知识一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的性质一、本征半导体1、什么是半导体？什么是本征半导体？导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，导电性极差，成为绝缘体。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。 无杂质 稳定的结构1、本征半导体的结构单晶硅和锗的共价键结构示意图1、本征半导体的结构共价键 由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚 而成为自由电子 自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升 高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空 穴对的浓度加大。2、本征半导体中的两种载流子运载电荷的粒子称为载流子。 外加电场时，带负电的自由电 子和带正电的空穴均参与导电， 且运动方向相反。由于载流子数 目很少，故导电性很差。 温度升高，热运动加剧，载流 子浓度增大，导电性增强。 热力学温度0K时不导电。 (动画) 载流子二、杂质半导体1. N型半导体多数载流子 杂质半导体主要靠多数载 流子导电。掺入杂质越多， 多子浓度越高，导电性越 强，实现导电性可控。?5磷（P）2. P型半导体多数载流子?3P型半导体主要靠空穴导 电，掺入杂质越多，空穴浓度 越高，导电性越强，硼（B）三、PN结的形成及其单向导电性物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气 体、液体、固体均有之。P区空穴 浓度远高 于N区。 N区自由电 子浓度远高 于P区。扩散运动 扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自由电子浓度降低。PN结的形成由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内 电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、 自由电子从P区向N 区运动。 漂移运动 因电场作用所产生 的运动称为漂移运动。参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同， 达到动态平衡，就形成了PN结。(动画)PN结的单向导电性PN结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加 剧，由于外电源的作用，形 成扩散电流，PN结处于导通 状态。PN结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运 动，有利于漂移运动，形成漂 移电流。由于电流很小，故可 近似认为其截止。(动画)四、PN结的性质 PN结的电流方程i ? I s (e ? 1)式中 Is 为反向饱和电流，q 为电子电量，k 为玻耳兹 曼 常 数 ， T 为 热 力 学 温 度 。 将 式 中 的 kT/q 用 UT (温度的电压当量)取代，则得qu kTi ? I s (e ? 1)常温下，即T为300K时，UT ≈26mVu UTPN结的伏安特性电流方程：i ? I s (eu UT? 1)PN结的电容效应1. 势垒电容 PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生 变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放 电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。 2. 扩散电容 PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流 子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释 放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。 结电容：C j ? C b ? Cd总结：需要大家掌握的重点内容： 1.本征半导体：两种载流子：空穴 自由电子 本征激发，导电性差，对温度敏感 2.杂质半导体：N型半导体：多子―自由电子 P型半导体：多子―空穴 3.PN结：概念（空间电荷区）单向导电性 4.PN结的性质：电流方程 伏安特性―图 电容效应1.2 半导体二极管1.2 半导体二极管一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的主要参数 四、二极管的等效电路 五、稳压二极管一、二极管的组成将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。点接触型： 结面积小，结电容小 故结允许的电流小 最高工作频率高面接触型： 结面积大，结电容大 故结允许的电流大 最高工作频率低平面型： 结面积可小、可大 小的工作频率高 大的结允许的电流大电阻器 晶体二极管二、二极管的伏安特性及电流方程二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性i ? f (u )i ? I S (eu UT? 1)(常温下U T ? 26mV)材料 硅Si 锗Ge 开启电压 0.5V 0.1V击穿 电压导通电压 0.6~0.8V 0.1~0.3V反向饱 和电流开启 电压温度的 电压当量反向饱和电流 0.1?A以下 几十?A从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性正向特性为 指数曲线i ? I S (eu UT? 1)u UT若正向电压u ?? U T，则i ? I Se ； 若反向电压 u ?? U T，则i ? ? I S。反向特性为横轴的平行线2. 伏安特性受温度影响T（℃）↑→在电流不变情况下管压降u↓ →反向饱和电流IS↑，U(BR) ↓ T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移三、二极管的主要参数? ? ? ? 最大整流电流IF：最大平均值 最大反向工作电压UR：最大瞬时值 反向电流 IR：即IS 最高工作频率fM：因PN结有电容效应 结电容为扩散电容（Cd）与势垒电容（Cb）之和。四、二极管的等效电路1. 将伏安特性折线化理想 二极管 导通时i与u成 线性关系理想开关 导通时 UD＝0 截止时IS＝0近似分析 中最常用导通时UD＝Uon 截止时IS＝0应根据不同情况选择不同的等效电路！四、二极管的等效电路2. 微变等效电路当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。ui=0时直流电源作用?uD U T ? 根据电流方程，rd ? ?iD ID小信号作用 Q越高，rd越小。 静态电流UA=2V，UB=－2V，UAB= UA－UB＝2－(－2)=4V， 二极管导通，UO3=0.7－2＝－1.3VUA=－2V，UB=2V，UAB= UA－UB＝－2－2=－4V，二极管截止， UO6=－2V电路如图(a)所示,其输入电压uI1和uI2的波形如图(b)所示,二极管导通电压 UD＝0.7V.试画出输出电压uO的波形,并标出幅值当uI1＝0.3V，uI2＝0.3V时，D1，D2 导通，uO＝0.3+0.7=1V。 当uI1＝3V，uI2＝0.3V时，D2导通， D1截止，uO＝0.3+0.7=1V。 当uI1＝0.3V，uI2＝3V时，D1导通， D2截止，uO＝0.3+0.7=1V。 当uI1＝3V，uI2＝3V时，D1，D2导 通，uO＝3+0.7=3.7V。五、稳压二极管1. 伏安特性由一个PN结组 成，反向击穿后 在一定的电流范 围内端电压基本 不变，为稳定电 压。进入稳压区的最小电流 不至于损坏的最大电流2. 主要参数稳定电压UZ、稳定电流IZ 最大功耗PZM＝ IZM UZ动态电阻rz(rd)＝ΔUZ /ΔIZ例1.2.2:已知如图所示电路中稳压管的稳定电压UZ＝6V， 最小稳定电流IZmin＝5mA，最大稳定电流IZmax＝25mA； 负载电阻RL＝600Ω。求解限流电阻R的取值范围。IL＝UZ / RL＝(6/600)A=0.01A=10mA IZ=IR－IL=5~25mA IR＝15~35mA R＝(10－UZ)/IR= Rmin=4/15=0.267kΩ， Rmax=4/35=0.114kΩP67 四. 已知稳压管的稳压值UZ＝6V，稳定电流的最小值 IZmin＝5mA。求电路中UO1和UO2各为多少伏。解：UR＝2V，URL＝8V&6V。 所以稳压管起稳压作用，UO1＝6V UR＝5V，URL＝5V&6V。 所以稳压管工作在截止状态，UO2＝5V。作业：P67 三 P69 1.3 问题：为什么二极管的反向饱和电流与外加反向 电压基本无关，而当环境温度升高时，又明显增 大？1.3晶体三极管一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入、输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数电容器电池晶体管 运算放大器 电阻器线圈一、三极管的结构和符号小功率管中功率管大功率管多子浓度高 多子浓度很 低，且很薄 面积大晶体管有三个极、三个区、两个PN结。二、晶体管的放大原理（发射结正偏） ?uBE ? U ON 放大的条件? （集电结反偏） ?uCB ? 0，即uCE ? u BE少数载 流子的 运动 因集电区面积大，在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区 因基区薄且多子浓度低，使极少 数扩散到基区的电子与空穴复合 因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区 基区空穴 的扩散扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电 流IB，漂移运动形成集电极电流IC。? 电流分配：IE＝IB＋ICIE－扩散运动形成的电流 IB－复合运动形成的电流 IC－漂移运动形成的电流直流电流 放大系数IC ? ? IB?iC ?? ?iB交流电流放大系数I CEO ? (1 ? ? ) I CBO穿透电流 集电结反向电流三、晶体管的共射输入特性 和输出特性1、输入特性iB ? f (uBE ) U CE ?常数像PN结的伏安特性 UCE增大曲线右移 UCE增大到一定值曲线右移 就不明显了对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线 可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。2、输出特性iC ? f (uCE ) I B ?常数对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。 饱和区uCE较小时iC随uCE变化很大, 进入放大状态曲线几乎是横轴 的平行线?iC?iB??放大区 截止区?iC ?iBU CE ?常量晶体管的三个工作区域状态 截止 放大 饱和uBE ≤Uon & Uon & UoniC ≈0 βiB &βiBuCE & uBE ≥ uBE & uBE晶体管工作在放大状态时，输出回路电流 iC几乎仅仅决 定于输入回路电流 iB；即可将输出回路等效为电流 iB 控制 的电流源iC 。四、温度对晶体管特性的影响T (℃) ?? I CEO ( I CBO ) ? ?? ? ? uBE不变时iB ? ，即iB不变时u BE ? 输入特性曲线左移，输出特性曲线上移五、主要参数? 、ICBO、 ICEO ? 直流参数：? 、? 交流参数：β、α ? 极限参数：ICM、PCM、U(BR)CEO最大集电 极电流 c-e间击穿电压 最大集电极耗散功 率，PCM＝iCuCE安全工作区? ? IC IE???iC ? ? ?iE 1 ? ?补充：晶体三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下: 用字母表示同一型号中的不同规格 3 D G 110 B 用数字表示同种器件型号的序号 用字母表示器件的种类 用字母表示材料 三极管 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管二极管工作状态导通 截止??假设二极管从电路中断开 分析方法： 2.根据U AB判断工作状态 3.(接回来)求输出电压值 导通 不稳压(普通二极管) 截止 管子损坏( ? 反向击穿)I Z ? I ? I ZM 稳压 ? 分析方法：假设稳压 ???? ? 稳压(反向击穿) ？稳压管(特殊二极管)截止 三极管工作状态 饱和 放大 ? 截止：U BE ? U on，U CE ? U BE，I B＝0，I C ? 0 ? U BE ? U on，U CE ? U BE，I C ? ? I B NPN：饱和： ? ?放大：U ? U ，U ? U ，I ? ? I ，(U ? U ? U ) BE on CE BE C B C B E ? ? 截止：U EB ? U on，U EC ? U EB，I B＝0，I C ? 0 ? PNP：饱和： U EB ? U on，U EC ? U EB，I C ? ? I B ? ?放大：U ? U ，U ? U ，I ? ? I ，(U ? U ? U ) EB on EC EB C B E B C ?
? 课堂：P70: 1.9，1.11 P67: 自测题五1.9 测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图 P1.9所示。在圆圈中画出管子，并分别说明它们 是硅管还是锗管。判断方法： 1.中间电位点是b，与它相差0.7V或0.2V的电位点是e， 另一个就是c。 2.b、e点的电位差是0.7V，为硅管，0.2V，为锗管。 3.b点高于e点电位，为NPN型，否则，为PNP型。判断方法： 1.中间电位点是b，与它相差0.7V或0.2V的电位点是e，另一个就是c。 2.b、e点的电位差是0.7V，为硅管，0.2V，为锗管。 3.b点高于e点电位，为NPN型，否则，为PNP型。管号 上 中 下 管型 材料T1 e b c PNP SiT2 c b eT3 e b cT4 b e c PNP GeT5 c e b PNP GeT6 b e c NPN GeNPN NPN Si Si五、电路如图T1.5所示，VCC＝15V，β＝100，UBE＝0.7V。试问： (1)Rb＝50kΩ时，uO＝？(2)若T临界饱和，则Rb≈？ 解：(1) Rb＝50kΩ时，假设三极管处于放大 状态，则基极电流、集电极电流和管压降分别为 V ? U BE I ? ? I B ? 2.6mA ? 26 ? A C I B ? BB Rb U CE ? VCC ? I C RC ? 2VU CE ? U BE 与放大状态相符，所以输出电压 UO＝UCE＝2V。(2)临界饱和（也是临界放大状态）时，UCES＝UBE＝0.7V，所以IC ? IB ? Rb ? VCC ? U CES ? 2.86mA Rc IC?? 28.6 ? AVBB ? U BE ? 45.45k? IB1.11 电路如图 P1.11 所示，晶体管的 β ＝ 50 ， |UBE| ＝ 0.2V ，饱和管压降 |UCES| ＝ 0.1V ；稳压管的稳定电压 UZ＝ 5V ，正向导通电压 UD ＝ 0.5V。 试问：当uI＝0V时uO＝？当uI＝－5V时uO＝？ 解：当 uI ＝ 0 时，先假设稳压二极管 从电路中断开，uI＝0，UEB=0，所以 晶体管截止， IB=0 ， IC=0 ， URc=0 ， UEC=12V，稳压管反向击穿，稳压， uO＝－UZ＝－5V。 所 以 ： 当 uI ＝ 0 时 ， 晶 体 管 截 止，稳压管稳压；uO＝－5V。当uI＝－5V时，先假设稳压二极管从电路 中断开，由于 uI ＝－ 5V ，所以 UEB&Uon ，晶 体管处于放大或饱和状态。 假设处于放大状态，则IB ? 5 ? 0.2 ? 480μA , I C ? ? I B ? 24mA RbURc=24V ，UC=－12+24=12V， UEC=－12V& UEB ，与放大状态不符，因此 晶体管是饱和状态，UEC＝UECS＝0.1V 稳压管截止，uO＝－UEC＝－0.1V 所 以 ， 当 uI ＝ － 5V 时 ， 晶 体 管 饱 和，稳压管截止，uO＝－0.1V。? 作业：P69: 1.6 ? P70: 1.10(uI即VBB)第1章结束第2章 基本放大电路2.1放大的概念和 放大电路的主要性能指标 2.2 基本共射放大电路的工作原理一、放大的概念与放大电路的性能指标 二、基本共射放大电路的组成及各元件的作用 教学基本要求： 三、设置静态工作点的必要性 1、如何组成基本放大电路 四、基本共射放大电路的工作原理 2、如何分析放大电路 五、放大电路的组成原则一、放大的概念及放大电路的性能指标1、放大的概念?放大的对象：变化量 ?放大的本质：能量的控制 ?放大的特征：功率放大 ?放大的基本要求：不失真，放大的前提2、性能指标任何放大电路均可看成为两端口网络。输入电流 信号源 内阻 信号源 输入电压 输出电压 输出电流1) 放大倍数：输出量与输入量之比? U ? ?A ? ? o A uu u ? U i? I ? ?A ? ? o A ii i ? I i? U ? ? o A ui ? I i? I ? ? o A iu ? U i电压放大倍数是最常研究和测试的参数2)输入电阻和输出电阻从输入端看进去的 等效电阻Ui Ri ? Ii输入电压与 输入电流有 效值之比。U ?Uo U Ro ? ? ( ? 1) RL Uo Uo RL' o ' o等效成有内阻 的电压源，内 阻就是输出电 阻。 带RL时的输出 电压有效值空载时输出 电压有效值3)通频带衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。 由于电容、电感及半导体器件PN结的电容效应，使放大电路 在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相 移。下限频率f bw ? f H ? f L上限频率4)最大不失真输出电压Uom：交流有效值。符号规定大写字母、大写下标，表示直流分 UA 量。 ua 小写字母、小写下标，表示交流分量。uA全量小写字母、大写下标，表示全量。 ua交流分量uAUA直流分量t二、基本共射放大电路的组成及各元件的作用如图所示为声音放大的简单 演示实验电路，BJT选用NPN硅 管 3DD6 ， Rc 为 动 圈 式 8Ω 扬 声 器， Rb 选用电话机炭精式送话 器，送话器是一个声控电阻，说 话时，送话器电阻受声控而改 变 ， 引 起 iB 的 变 化 ΔiB ， 而 ΔiC=βΔiB，因此可得到放大的 声音信号。二、基本共射放大电路的组成及各元件的作用VBB、Rb：使UBE＞ Uon，且有 合适的IB。 VCC：使集电结反偏，保证晶 体管工作在放大状态 Rc：将ΔiC转换成ΔuCE(uO) 。 动态信号作用时：ui ? ?iB ? ?iC ? ?u Rc ? ?uCE (uO ) 输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间电压、管 压降，称为静态工作点Q。记作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。三、设置静态工作点的必要性为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零 时有合适的直流电流和极间电压？VBB为零时，输出电压必然失真！ 设置合适的静态工作点，为保证放大不失真。四、基本共射放大电路的工作原理波形分析动态信号 驮载在静 态之上输出和输入反 相！求静态工作点？求静态工作点：令ui ? 0，有 I BQ＝ VBB－U BEQ Rb ，I CQ ? ? I BQU CEQ ? VCC ? I CQ Rc五、放大电路的组成原则? 静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路 参数。 ? 动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载 上能够获得放大了的动态信号。 ? 对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽 可能少、负载上无直流分量。两种实用放大电路 直接耦合放大电路将两个直流电源 问题： 合二为一 1、两个直流电源 2、信号源与放大电路不“共地” 共地，且要使信号 驮载在静态之上静态时，U BEQ ? U Rb1求静态工作点？求静态工作点：令uI =0，有 I BQ＝ VCC－U BEQ Rb2 ? U BEQ Rb1 ，I CQ ? ? I BQU CEQ ? VCC ? I CQ Rc两种实用放大电路 阻容耦合放大电路＋－－＋UCEQUBEQC1、C2为耦合电容 耦合电容的容量应足够大， 即对于交流信号近似为短路。 其作用是“隔直通交”。静态时，C1、C2上电压？UC1 ? U BEQ，UC2 ? UCEQ求静态工作点？求静态工作点：令uI =0，有 I BQ＝ VCC－U BEQ Rb ，I CQ ? ? I BQU CEQ ? VCC ? I CQ Rc2.3 放大电路的分析方法一、放大电路的直流通路和交流通路 二、图解法 三、等效电路法一、直流通路和交流通路通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的 作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分 析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路。 1. 直流通路：① Us=0，保留Rs；②电容开路； ③电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。 2. 交流通路：①大容量电容相当于短路； ②内阻为0的直流电源相当于短路。基本共射放大电路的直流通路和交流通路VBB－U BEQ RbI BQ＝I CQ ? ? I BQ U CEQ ? VCC ? I CQ Rc阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路直流通路I BQ＝VCC－U BEQ RbI CQ ? ? I BQ U CEQ ? VCC ? I CQ Rc已知：VCC＝12V， Rb＝510kΩ， Rc＝3kΩ ， β＝100。 求Q点画图示电路的直流通路和交流通路。二、图解法 (应实测特性曲线)1. 静态分析：求静态工作点QuBE ? VBB ? iB RbuCE ? VCC ? iC Rc输入回路负载线 负载线 Q ICQ Q IBQIBQUBEQUCEQ2、电压放大倍数的分析u BE ? VBB ? ?uI ? iB Rb斜率不变I B ? I BQ ? ?iB?iC?u I?uCE?uO 给定?uI ? ?iB ? ?iC ? ?uCE (?uO ) ? Au ? ?uI ?uO与?uI反相，Au 符号为“－”。3、失真分析? 截止失真截止失真是在输入回路首先产生失真！ 消除方法：增大VBB，或减小Rb。t饱和失真饱和失真产生于晶体管的输出回路！消除饱和失真的方法? 消除方法：增大Rb，减小Rc，或减小β。合适的静态工作点最大不失真输出电压Uom (空载时): 比较(UCEQ－UCES)与( VCC－ UCEQ ), 取较小值, 除以 2(a)饱和失真(b)截止失真注 意 ： 对 于 PNP 管 ， 由 于 是 负 电 源 供 电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。P93,例2.3.1: 1、在什么参数、如何变化时Q1→ Q2 → Q3 → Q4？ 2、从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪 个Q点下最易产生饱和失真？哪个Q点下Uom最大？ 3、Q4：VCC＝？RC＝？4、直流负载线和交流负载线直流负载线：直流量所遵循的负载线(IC和UCE之间关系的直 线) 交流负载线：动态信号(交直流共存)遵循的负载线 (全量iC和uCE之间关系的直线) 直流负载线：静态特性(图解法求Q点) 交流负载线：动态特性 ( 放大倍数Au，失真情况，最大不失 真输出电压Uom) 直接耦合放大电路：交流负载线和直流负载线合二为一 阻容耦合放大电路：空载时，交流负载线和直流负载线合二 为一 有负载时，交流负载线和直流负载线交 点为Q，斜率不同直流负载线和交流负载线U CE ? VCC ? ( I C ? I O ) Rc ? VCC ? I C Rc ? U CE ? VCC ? VCC U CE Rc RLRR RL ? IC c L RL ? Rc RL ? Rc RL ? I C ( Rc // RL ) RL ? Rc直流负载线：I C，U CE U CE ? VCC RL 1 ? I C ( Rc // RL ) ? 6 ? 1.5 I C ? 斜率为 ? RL ? Rc Rc // RLI BQ ? 20μA， I CQ ? 2mA，U CEQ ? 3V 交流负载线：iC，uCE ?uCE ? U CEQ ? uce ? ? iC ? I CQ ? ic uce ? ?ic ( Rc // RL ) ? uCE ? ? ? ? ??? ? ? ? ? ? ? U CEQ ? ic ( Rc // RL ) ? U CEQ ? (iC ? I CQ ) ? ( Rc // RL ) ? U CEQ ? I CQ ? ( Rc // RL ) ? iC ( Rc // RL ) ? 6 ? 1.5 iC ? 斜率为 ? 1 Rc // RL直流负载线和交流负载线已知:ICQ＝2mA，RL＝3kΩ直流负载线：I C，U CE U CE ? VCC ? I C Rc＝12－3I C ? 斜率为 ? Q点：I CQ ? 2mA，U CEQ ? 6V交流负载线： iC， uCE ?uCE ?uCE ? U CEQ ? uce ? ? ? ? ? i I i ? ? ??? CQ c ? C ? ? uce ? ?ic ( Rc // RL ) ? ? ? ? U CEQ ? ic ( Rc // RL ) ? U CEQ ? (iC ? I CQ ) ? ( Rc // RL ) ? U CEQ ? I CQ ? ( Rc // RL ) ? iC ( Rc // RL ) ? 9 ? 1.5 iC ? 斜率为 ? 1 Rc // RL1 Rc5、图解法的特点? ?? ?形象直观； 适应于Q点分析、失真分析、最大不 失真输出电压的分析； 不易准确求解； 不能求解输入电阻、输出电阻、频带 等等参数。三、等效电路法半导体器件的非线性特性使放大电路 的分析复杂化。利用线性元件建立模 型，来描述非线性器件的特性。 1. 晶体管的直流模型 (静态，放大状态)直流模型(线性化处理)：iBiCUonuBEuCE三、等效电路法直流模型：适于Q点的分析输入回路等效为 恒压源I BQ＝VBB－U BEQ RbI CQ ? ? I BQ输出回路等效为电流控制的电流源U CEQ ? VCC ? I CQ Rc理想二极管利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。2、晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）? 在交流通路中可将晶体管看成 为一个二端口网络，输入回 路、输出回路各为一个端口。uCE ) ?u BE ? f (iB， ? uCE ) ?iC ? f (iB，在低频小信号作用下的关系式?uBE ?uBE ? d d u i ? ? B U CE I B du CE ? BE ?iB ?uCE ? ? ?iC ?di ? ?iC C U CE diB ? I B du CE ? ?iB ?uCE ?uCE ) ?uBE ? f (iB， ? uCE ) ?iC ? f (iB，电阻 无量纲 ? ?h I ? ? ? ?U be 11 b ? h12U ce ? ? ? ? ? ? I c ? h21 I b ? h22U ce 电导无量纲交流等效模型（按式子画模型）h参数的物理意义?u BE h11 ? ?iBU CE? rbe?u BE h12 ? ?uCEIBb-e间动态 电阻h21 ??iC ?iB内反馈 系数U CE??电流 放大 系数?iC h22 ? ?uCEIB1 ? rcec-e间电导分清主次，合理近似！什么情况下h12和h22的作用可忽略不计？简化的h参数等效电路－交流等效模型基区体电阻 发射结电阻 发射区体电阻 数值小可忽略 利用PN结的电流方程可求得U be UT rbe ? ? rbb' ? rb'e ? rbb' ? (1 ? ? ) Ib I EQ查阅手册 由IEQ算出简化的h参数等效模型3、放大电路 的动态分析? ?I ? (R ? r ) U i b b be? ? ?I ? R ? ?? I ?R U o c c b c? U ? Rc o ? Au ? ?? ? Ui Rb ? rbeUi Ri ? ? Rb ? rbe IiRo ? Rc求输出电阻Ro方法： 1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源)。 2. 加压求流法。 I UU Ro ? IUo Ro ? ? Rc Io阻容耦合共射放大电路的动态分析' ? ? ( R ∥R ) U ? ? I ? R b c L L ? ? o ? A ? ? u ? ?r U I rbe i b be? U Ri ? i ? Rb∥rbe ? rbe ? I iRo ? Rc? ? U ? U U Ri o o i ? ? Aus ? ? ? ? Au ? ? ? ? Us Ui Us Rs ? RirbeUT ? rbb' ? (1 ? ? ) I EQ课堂：2.1，2.4，2.5 作业：2.7，2.9，2.102.1 分别改正图 P2.1 所示各电路中的错误，使它们有可能放大正弦 波信号。要求保留电路原来的共射接法和耦合方式。? 解：(a) 将－VCC改为＋VCC 。 (b) 在＋VCC 与基极之间加Rb。 (c) 将VBB反接，且在输入端串联一个电阻。 (d) 在VBB支路加Rb，在－VCC与集电极之间加Rc。2.4 电路如图(a)所示，图(b)是晶体管的输出特性，静态时 UBEQ ＝ 0.7V 。利用图解法分别求出 RL ＝∞和 RL ＝ 3kΩ 时 的静态工作点和最大不失真输出电压Uom(有效值)。I BQ ? (VBB ? U BEQ ) / Rb ? 20μA U CE ? VCC ? ( I C ? I O ) RC U ? VCC ? I C RC ? CE RC RL当RL ? ?时， U CE ? VCC ? I C RC ? 12 ? 3I C 当RL ? 3k?时， U CE ? 1 1 (VCC ? I C RC ) ? (12 ? 3I C )＝6－1.5 I C 2 2令U CE ? 0及I C ? 0，当RL ? ?时， (0, 4), (12, 0)，U CEQ ? 6V， I CQ＝2mA 当RL ? 3k?时， (0, 4), (6, 0)，U CEQ ? 3V， I CQ＝2mA? 空载时，最大不失真输出电压峰值约为5.3V，有效值约为 3.75V。 ? 带负载时，最大不失真输出电压峰值约为2.3V，有效值约 为1.63V。2.5在如图所示电路中,已知晶体管的?=80, rbe=1kΩ, ? =20mV; 静态时 UBEQ=0.7V,UCEQ=4V, IBQ=20μA. U i 判断下列结论是否正确.P型半导体 二极管 本征半导体 ? ? ? PN结(单向导电性) N型半导体 三极管(两个PN结) 发射区高掺杂 内部结构 基区薄，杂质浓度低 集电区面积大 U BE ? U on 外部条件 U CE ? U BE ? 放大(I C＝? I B )二极管导通 三极管 截止好处：电流的放大(通过电阻转化为电压的放大) 放大解决办法 麻烦：非线性 ???? ? 保证三极管工作在线性区(放大区) ? 合适的Q点三极管工作在饱和区或截止区 饱和失真(Q点过高) ) Q点不合适 ? 失真( I C ? ? I B或I C＝0 截止失真(Q点过低)2.4 放大电路静态工作点 的稳定一、温度对静态工作点的影响 二、静态工作点稳定的典型电路 三、稳定静态工作点的措施一、温度对静态工作点的影响1.温度对三极管特性的影响T (℃) ?? I CEO ? ?? ? ? uBE不变时iB ?2.温度对静态工作点的影响T（ ℃ ）→β↑→ICQ↑ →Q’Q’ICEO↑ IBQ↑ 若温度升高时要Q’回到Q， 则只有减小IBQ所谓Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不 变，这是靠IBQ的变化得来的。二、静态工作点稳定的典型电路1. 电路组成直流通路？2. 稳定原理I2＝ I1＋ IBQ 为了稳定Q点，通常I1&& IBQ， 即I1≈ I2；因此 R b1 U BQ ? ? V CC R b1 ? R b2 基本不随温度变化。T(℃)↑→IC↑→UE↑→UBE↓(UB基本不变)→ IB↓→ IC↓Re 的作用(负反馈电阻)T(℃)↑→IC↑→UE↑→UBE↓(UB基本不变)→ IB↓→ IC↓ 关于反馈的一些概念： 将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措 施称为反馈。 直流通路中的反馈称为直流反馈。 反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称 为正反馈。 IC通过Re转换为ΔUE影响UBE 温度升高IC增大，反馈的结果使之减小 Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。3. Q点分析U BQRb1 ? ? VCC Rb1 ? Rb2 U BQ－U BEQ ReI BQ ? I EQ 1? ?I EQ ?U CEQ ? VCC ? I CQ Rc ? I EQ Re ? VCC ? I EQ ( Rc ? Re )4. 动态分析? U ? Au ? o ? U i ? ( R ∥R ) ?? I b c L ? ? r ?I ?R I b be e e' ? RL ?? rbe ? (1 ? ? ) ReUi Ri ? =Rb1∥Rb2∥Ri' Ii U i I b rbe ? (1 ? ? ) I b Re ? R ? Ib Ib' iRi ? Rb1 ∥ Rb2 ∥[rbe ? (1 ? ? ) Re ]Ro ? Rc? rbe ? (1 ? ? ) Re Ri ? Rb1∥Rb2∥Ri' ? Rb1∥Rb2∥[rbe ? (1 ? ? ) Re ]利?弊?
4. 动态分析' ? U ? R L ? ? o ?? A u ? U rbe iRi ? Rb1 ∥ Rb2 ∥ rbeRo ? Rc无旁路电容Ce时：? U ? Au ? o ? U i ? ( R ∥R ) ?? I b c L ? ? r ?I ?R I b be e e' ? RL ?? rbe ? (1 ? ? ) ReRi ? Rb1 ∥ Rb2 ∥[rbe ? (1 ? ? ) Re ]Ro ? Rc三、稳定静态工作点的方法1. 引入直流负反馈(电阻Re)分压式电流负反馈工作点稳定电路 2. 利用对温度敏感的元件，如二极管，热敏电阻等，在温度 变化时直接影响输入回路。(温度补偿)? 课堂：2.112.11 电路如图所示，晶体管的 ? ? 100, rbb' ? 100?. ? 、Ri和Ro； (2) 若改用 ? ＝ 200 的晶体管， (1)求电路的Q点、 A u (3) 若电容Ce开路，则将引起电 则Q点如何变化? 路的哪些动态参数发生变化？ (1) 静态分析： 如何变化？U BQRb1 ? ?VCC ? 2V Rb1 ? Rb2 U BQ ? U BEQ Rf ? Re I EQ ? 1mAI EQ ? I BQ ? U CEQ1? ? ? VCC ? I EQ ( Rc ? Rf ? Re )? 10 μA? 5.7V动态分析：26 rbe ? rbb' ? (1 ? ? ) I EQ ? 2.73k?? ( Rc∥RL ) ? ? ?7.6 Au ? ? rbe ? (1 ? ? ) RfRi ? Rb1∥Rb2∥[rbe ? (1 ? ? ) Rf ] ? 3.7k? Ro ? Rc ? 5k?(2)若改用?＝200 的晶体管， 则Q点如何变化? 解：U BQRb1 ? ? VCC ? 2V Rb1 ? Rb2 U BQ ? U BEQ Rf ? Re I EQ ? 1mAI EQ ? I BQ ? U CEQ1? ? ? VCC ? I EQ ( Rc ? Rf ? Re )? 5 μA? 5.7V(3)若电容Ce开路，则将引起 电路的哪些动态参数发生变 化？如何变化？ ? 减小 解：Ri 增大 A u? ( Rc∥RL ) ? ?1.87 rbe ? (1 ? ? )( Rf ? Re ) Ri ? Rb1∥Rb2∥[rbe ? (1 ? ? )( Rf ? Re )] ? 4.04k?? ?? A u Ro ? Rc ? 5k?2.5 晶体管单管放大电路的 三种基本接法 2.7 基本放大电路的派生电路 一、基本共集放大电路 二、基本共基放大电路 三、三种接法放大电路的比较 四、派生电路一、基本共集放大电路1. 静态分析VBB ? I BQ Rb ? U BEQ ? I EQ Re VCC ? U CEQ ? I EQ ReI BQ ? VBB ? U BEQ Rb ? (1 ? ? ) ReI EQ ? (1 ? ? ) I BQ U CEQ ? VCC ? I EQ Re2. 动态分析：电压放大倍数? ?R U I o e e ? ? A ? u ? ? (R ? r ) ? I ?R U I i b b be e e (1 ? ? ) Re ? Rb ? rbe ? (1 ? ? ) ReUo ＜ U i? ? 1，即 U ? U 若(1＋? ) Re ?? Rb ? rbe，则 A u o i故称之为电 压跟随器2. 动态分析：输入电阻的分析RLUi Ui ? ? Rb ? rbe ? (1 ? ? ) Re Ri ? Ii Ib带负载电阻后Ri ? Rb ? rbe ? (1 ? ? )( Re // RL )Ri与负载有关！2. 动态分析：输出电阻的分析令Ui为零，在输出端加Uo，得：??? U oRo ?' oUo ' ? Re∥Ro IoU o I b ( Rb ? rbe ) Rb ? rbe R ? ? ? Ie (1 ? ? ) I b 1? ? ? Ro ? Re∥ Rb ? rbe 1? ?3. 特点输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压； 在一定条件下有电压跟随作用，常称之为电压跟随器.二、基本共基放大电路1. 静态分析? ?U BEQ ? I EQ Re ? VBB ? ? ? I CQ Rc ? U CEQ ? I EQ Re ? VBB ? VCCI EQ ?VBB ? U BEQ ReI BQ ?I EQ 1? ?U CEQ ? VCC ? I CQ Rc ? U BEQ2. 动态分析? ?R U ? I ? Rc o c c ? Au ? ? ? ? ? ? U i ?( I b rbe ? I e Re ) rbe ? (1 ? ? ) ReRo ? Rc? r ?I ? R ) r ? (1 ? ? ) R r U i ?( I b be e e e Ri ? ? ? be ? be ? Re ? 1? ? (1 ? ? ) Ii ?I e3. 特点：输入电阻比共射小，只放大电压，不放大电流 (电流跟随器)， 频带宽.三、三种接法的比较：接法 共射 Au 大(反相) Ai Ri Ro 频带 共集(电压跟随器) 共基(电流跟随器) 小于1 (同相) 1＋β 大 小 中 大(同相)β中 大 窄α小 大 宽讨论图示电路为哪种基本接法的放大电路？设如图所示电路，所加输入电压为正弦波。试问：? ?U ? /U ? ?? (1) A u1 o1 i? ?U ? /U ? ?? A u2 o2 i(2) 画出输入电压和输出电压 ui、uo1、uo2 的波形；? ?? A u1? Rc R ? ? c ? ?1 rbe ? (1 ? ? ) Re Re ? ? (1 ? ? ) Re ? ?1 A u2 rbe ? (1 ? ? ) Reuo1≈－ui，uo2≈ui。
四、派生电路1.复合管复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。 增强了电流放大能力iC ? iC1 ? iC2 ? ?1iB1 ? ? 2 (1 ? ?1 )iB1 ? ( ?1 ? ? 2 ? ?1? 2 )iB1不同类型的管子复合后， 其类型决定于T1管。? ? ?1 ? 2复合管的特点： 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。 ?? ? ?1 ?2复合管的组成原则： 1.在正确的外加电压下每只管子的各极电流 均有合适的通路，且均工作在放大区 2.为了实现电流放大，应将第一只管的集电 极或发射极做为第二只管的基极电流。2.三种接法的组合形式? 为使单级放大电路具有多方面的优良性能，有时 采用组合接法。例如：C 共集－共基形式：输入电阻高、电压放大倍数较大、 频带宽 C 共集－共射形式：输入电阻高、电压放大倍数较大共射－共基形式：电压放大能力较强，又有较好的高频特性第2章结束第3章 多级放大电路3.1 多级放大电路的耦合方式 3.2 多级放大电路的动态分析一、耦合方式 二、多级放大电路的动态分析一、耦合方式当单级放大电路不能满足多方面的性能要求 (如Au＝104、Ri=2MΩ、Ro=100Ω)时，应考虑采 用多级放大电路。组成多级放大电路时首先应考 虑如何“连接”几个单级放大电路，耦合方式即连 接方式。 常见耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、变压 器耦合、光电耦合等。1. 直接耦合既是第一级的集电极电阻， 又是第二级的基极电阻 能够放大变化缓慢的 信 号 ， 便 于 集 成 化， Q 点相互影响，存在零点 漂移现象。 第一级 第二级 输入为零，输出 产生变化的现象 称为零点漂移当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电 流、电位的变化会逐级放大。如何设置合适的静态工作点？Q1合适吗？ 对哪些动态参 数产生影响？Re用什么元件取代Re既可设置合适的Q点，又可使第 二级放大倍数不至于下降太大？ 二极管导通电压UD＝？动态电阻rd＝？ 若要UCEQ1＝5V，则应怎么办？用多个二极管吗？如何设置合适的静态工作点？稳压管 伏安特性小功率管多为5mA 由最大功耗得出 必要性？rz＝Δu /Δi，小功率管多为几欧至二十几欧。 UCEQ1太小→加Re（Au2数值↓）→改用D→若要UCEQ1 大，则改用DZ。NPN型管和PNP型管混合使用问题的提出： 在用NPN型管组成N级共射 放大电路，由于 U CQ i ＞ U BQ i ， 所以 UCQi＞UCQ(i-1) (i=1~N)，以 致于后级集电极电位接近电源 电压，Q点不合适。ReUCQ1 ( UBQ2 ) ＞ UBQ1 UCQ2 ＜ UCQ1直接耦合方式的优点： 有良好的低频特性，可以放大直流及缓慢变化的 信号, 易于集成 直接耦合方式的缺点： Q点相互影响，不利于电路的分析、设计和调试 有零点漂移现象 应用：集成电路2.阻容耦合利用电容连接信号 源与放大电路、放大 电路的前后级、放大 电路与负载，为阻容 耦合。有零点漂移吗？ 共射电路 共集电路Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特 性差，不能集成化。阻容耦合方式的优点： Q点相互独立，利于电路的分析、设计和调试阻容耦合方式的缺点： 低频特性差，不能放大缓慢变化信号 大电容制造困难，不易于集成 应用：分立元件电路，交流放大二、多级放大电路的动态分析将单级放大电路连接成多级放大电路后，要研究的 主要问题:级间的相互影响。? ?U ? R =R R =R R =R U o1 i2 i1 i i2 L1 o2 o1.电压放大倍数n ? ? U ? ? U U U ? ? o ? o1 ? o2 ?????? o ? ? A A ? u uj ? ? U ? ? U U U j ?1 i i i2 in2. 输入电阻 3. 输出电阻Ri ? Ri1Ro ? Ron对电压放大电路的要求：Ri大，Ro小，Au的数值 大，最大不失真输出电压大。
? ? ( R ∥R ) U ? I ?1 ( R3∥Ri2 ) o1 1 b1 3 i2 ? Au1 ? ?? ?? ? ? r U I rbe1 i b1 be1? ? ( R ∥R ) U ? I ?1 ( R3∥Ri2 ) o1 1 b1 3 i2 ? ?? ?? Au1 ? ? ? Ui I b1rbe1 rbe1 ? ? ? ( R ∥R ) U I o e2 6 L ? ? Au 2 ? ? ? ?r ? I ? ? ( R ∥R ) U Ii2 b2 be2 e2 6 L(1＋? 2 )( R6∥RL ) ? rbe2 ? (1＋? 2 )( R6∥RL ) ? ?A ? ?A ? A u u1 u2U i2 ' Ri2 ? ? R5∥Ri2 I i2 U i2 I b2 rbe2 ? I e2 ( R6∥RL ) R ? ? ? rbe2 ? (1 ? ? 2 )( R6∥RL ) I b2 I b2' i2Ri2 ? R5∥[rbe2 ? (1 ? ? 2 )( R6∥RL )]Ri ? R1 ∥ R2 ∥ rbe1Uo U o ? I b2 (rbe2 ? R3∥R5 ) rbe2 ? R3∥R5 ' ' ? R6∥R Ro ? ' ? ? Ro ? ? I e2 1 ? ?2 Io Io rbe2 ? R3∥R5 Ro ? R6∥ 1 ? ?2? ? ? ?1 ( R3∥Ri2 ) A u1 rbe1 (1＋? 2 )( R6∥RL ) rbe2 ? (1＋? 2 )( R6∥RL ) ? ?A ? ?A ? A u u1 u2 ? ? A u2Ri2 ? R5∥[rbe2 ? (1 ? ? 2 )( R6∥RL )]Ri ? R1 ∥ R2 ∥ rbe1Ro ? R6∥ rbe2 ? R3∥R5 1 ? ?2? 作业：3.2a, b3.3 差分放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因 二、长尾式差分放大电路的组成 三、长尾式差分放大电路的分析 四、差分放大电路的四种接法 五、具有恒流源的差分放大电路 六、差分放大电路的改进一、零点漂移现象及其产生的原因1. 什么是零点漂移现象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的现象。产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。 其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零 漂为温漂。抑制温度漂移的方法： uo1.在电路中引入直流负反馈， 例如静态工作点稳定电路 2.采用温度补偿的方法，利用 热敏元件来抵消放大管的变化 3.采用特性相同的管子，使它 们的温漂相互抵消，构成 “ 差 分放大电路”有时会将 信号淹没0t二、长尾式差分放大电路的组成零点 漂移 零输入 零输出 若V与UC的 变化一样， 则输出电压 就没有漂移参数理想对称： Rb1= Rb2 , Rc1= Rc2 , Re1= Re2; T1 、 T2 在任何温度 下特性均相同。信号特点？ 能否放大？典型 电路信号特 点？在理想对称的情况下： 1. 克服零点漂移； 2. 零输入零输出。三、长尾式差分放大电路的分析1. Q点：令uI1= uI2=0I BQ1 ? I BQ 2 ? I BQ I CQ1 ? I CQ 2 ? I CQ I EQ1 ? I EQ 2 ? I EQ U CQ1 ? U CQ 2 ? U CQ uO ? U CQ1 ? U CQ 2 ? 0VEE ? I BQ Rb ? U BEQ ? 2 I EQ Re 因为Rb小，且I BQ很小，所以 I EQ ? VEE ? U BEQ 2 Re1. Q点晶体管输入回路方程：VEE ? I BQ Rb ? U BEQ ? 2 I EQ Re通常，Rb较小，且IBQ很小，故I EQ ? VEE ? U BEQ 2 ReI BQ ?I EQ 1? ?，U CEQ ? U CQ ? U EQ ? (VCC ? I CQ Rc ) ? (2 I EQ Re ? VEE ) ? VCC ? I CQ Rc ? U BEQ2. 抑制共模信号共模信号：数值相等、极性相同的 输入信号，即uI1 ? uI2 ? uIc?iB1 ? ?iB2 ?iC1 ? ?iC2 ?uC1 ? ?uC2uO ? uC1 ? uC2 ? (uCQ1 ? ?uC1 ) ? (uCQ2 ? ?uC2 ) ? 0?uOc 共模放大倍数 Ac ? ，参数理想对称时Ac ? 0 ?uIcRe的共模负反馈作用?uOc 共模放大倍数 Ac ? ?u Ic 参数理想对称时Ac ? 0Re的共模负反馈作用:(温度变化所引起的变化等效为共模信号) 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。3. 放大差模信号差模信号：数值相等，极性相反 的输入信号，即uI1 ? ?uI2 ? uId / 2?iB1 ? ??iB2 ?iC1 ? ??iC2 ?uC1 ? ??uC2 ?uO ? 2?uC1△iE1=－△iE2，Re中电流变化为零，即Re 对差模信号无反馈作 用，对差模信号相当于短路。不影响差模放大倍数。差模信号作用时的动态分析差模放大倍数?uOd Ad ? ?uIdRL ?uOd ? ? ??iB ? 2( Rc∥ ) 2 ?uId ? ?iB ? 2( Rb ? rbe )Ad ? ?? ( Rc∥RL ) 2 R b ? rbeR i ? 2 ( R b ? rbe ) ， R o ? 2 R c4. 动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号 的能力和抑制共模信号的能力。K CMR Ad ? Ac在参数理想对称的情况下，K CMR ? ?。在实际应用时，信号源需要有 “ 接地”点，以避免干 扰；或负载需要有“接地”点，以安全工作。 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种 接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输 入双端输出、单端输入单端输出。四、差分放大电路的四种接法(其它三种)1. 双端输入单端输出：Q点分析I BQ1 ? I BQ2 , I CQ1 ? I CQ2 , U CQ1 ? U CQ2 VEE ? I BQ Rb ? U BEQ ? 2 I EQ Re I EQ ? I BQ ? U EQ VEE ? U BEQ 2 Re I EQU CQ1 ? U CQ2 U CQ1 ? V 'CC ? I CQ R 'c U CQ2 ? VCC ? I CQ Rc1? ? ? 2 I EQ Re ? VEE ? ?U BEQV 'CCRL ? ? VCC Rc ? RLR 'c ? Rc // RL差模信号作用下的分析1 ? ( Rc ∥ RL ) Ad ? ? ? 2 Rb ? rbeRi ? 2( Rb ? rbe )，Ro ? Rc共模信号作用下的分析Ac ? ?? ( Rc∥RL ) Rb ? rbe ? 2(1 ? ? ) Re1 ? ( Rc∥RL ) Ad ? ? ? 2 Rb ? rbeK CMRAd Rb ? rbe ? 2(1 ? ? ) Re ? ? Ac 2( Rb ? rbe )动态参数：1 ? ( Rc ∥ RL ) Ad ? ? ? 2 Rb ? rbe? ( Rc∥ RL ) Ac ? ? Rb ? rbe ? 2(1 ? ? ) ReK CMR Rb ? rbe ? 2(1 ? ? ) Re ? 2( Rb ? rbe )Ri ? 2( Rb ? rbe )，Ro ? Rc2. 单端输入双端输出共模输入电压 差模输入电压电路参数理想对称 时，Ac=0，Q点及 动态性能同双入双 出电路输入差模信号的同时总是伴随 着共模信号输入则：uo ? uoc ? uod ? AcuIc ? Ad uId 其中：uIc ? uI ; uId ? uI 23.单端输入单端输出Q点及动态性能同双入单出电路4. 四种接法的比较：电路参数理想对称条件下Ri均为2(Rb+rbe) Q点、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与输出方式有关。? ( Rc∥RL ) RL ? ( Rc∥ ) 单端输出：Ad ? ? 2 2( Rb ? rbe ) 双端输出：Ad ? ? Rb ? rbe ? ( Rc∥RL ) Ac ? ? Ac ? 0 Rb ? rbe ? 2(1 ? ? ) ReK CMR ? ? Ro ? 2 RcK CMR Rb ? rbe ? 2(1 ? ? ) Re ? 2( Rb ? rbe )Ro ? Rc输入信号分类 (1)差模(differential mode)输入 (2)共模( common mode)输入ui1 = －ui2= uid /2? U 差模电压 Ad ? od ? 放大倍数: U idui1 = ui2 = uic? 共模电压 A ? U oc c ? U 放大倍数: ic(3) 任意输入的信号: ui1 , ui2 首先将信号分解： 差模分量: 共模分量:u d ? u i1 ? u i2u i1 ? u i2 uc ? 2注意：ui1 = uc + ud /2 ；ui2 = uc - ud /2 例: ui1= 20mV , ui2= 10mV 则：ud /2= 5mV , uc= 15mV ui1 = uc + ud /2=15+5=20mV ； ui2 = uc - ud /2=15-5 =10mV五、具有恒流源的差分放大电路为什么要采用电流源？ Re 越大，共模负反馈越 强 ， 单 端 输 出 时 的 Ac 越 小， KCMR 越大，差分放大 电路的性能越好。 但为使静态电流不变， Re越大，VEE越大，以至于 Re太大就不合理了。 需在低电源条件下，得 到趋于无穷大的Re。解决方法：采用电流源五、具有恒流源的差分放大电路近似为 恒流五、具有恒流源的差分放大电路等效电阻 为无穷大R2 ? VEE ? U BEQ R1 ? R2 ? R3近似为 恒流I 2 ?? I B3，I C3 ? I E3六、差分放大电路的改进加调零电位器RWAd ? ??RcRW Rb ? rbe ? (1 ? ? ) 2Ri ? 2[( Rb ? rbe ) ? (1 ? ? )( RW / 2)] Ro ? 2 Rc? 作业：3.63.4 互补输出级一、对输出级的要求 二、互补输出极基本电路 三、消除交越失真的互补输出级 四、准互补输出级一、对输出级的要求互补输出级是直接耦合的功率放大电路。 对输出级的要求：带负载能力强；最大不失真输 出电压大。射极输出形式功率放大电路的作用： 用作放大电路的输出级，以 驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪 表指针偏转等。 例： 扩音系统 信 号 提 取 电 压 放 大 功 率 放 大执行机构二、互补输出级基本电路1. 特征：T1、T2特性理想对称。 2. 静态分析 T1的输入特性理想化特性静态时T1、T2均截止，UB= UE=03. 动态分析ui正半周，电流通路为 +VCC→T1→RL→地，＋uo = ui ui负半周，电流通路为 地→ RL → T2 → -VCC， uo = ui-两只管子交替工作，两路电源交替供 电，双向跟随。4. 交越失真＋-信号在零附近两 只管子均截止开启 电压消除失真的方法： 设置合适的静态工作点。三、消除交越失真的互补输出级? 如果信号为零时两只管子处于临界导通或微导 通状态，那么当有信号输入时两只管子中至少 有一只导通，因而消除了交越失真。 ? 二极管导通时，对直流电源的作用可近似等效 为一个0.6～0.8V的直流电池，对交流信号的作 用可等效为一个数值很小的动态电阻。三、消除交越失真的互补输出级若I 2 ? I B，则静态：U B1B2 ? U D1 ? U D2 动态：ub1 ? ub2 ? uiU B1B2R3＋R4 ? ? U BE R4故称之为U BE 倍增电路四、准互补输出级U BE5 R4 ? 静态时： U BE1 ? U BE2 ? U EB3 R3 ? R4 U BE1 ? U BE2 ? U EB3 ? (1 ? R3 )U BE5 R4直接耦合多级放大电路1. 放大电路的读图方法 (1) 化整为零：按信号流通顺序将 N 级放大 电路分为 N 个基本放大电路。 (2) 识别电路：分析每级电路属于哪种基本电 路，有何特点。 (3) 统观总体：分析整个电路的性能特点。 (4) 定量估算：必要时需估算主要动态参数。直接耦合多级放大电路2. 例题动态电阻无穷大（1）化整为零，识别电路第一级：双端输入单端输出的差放 第二级：以复合管为放大管的共射放大电路 第三级：准互补输出级（2）基本性能输入电阻为2rbe、电压放大倍数较大、输出电阻很 小、最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。（3）判断电路的同相输入端和反相输入端＋ 同相 输入端 ＋ － － ＋ ＋反相 输入端接法 共射 共集 共基输入 b b e输出 c e c相位 反相 同相 同相整个电路可等 效为一个双端输 入单端输出的差 分放大电路。（4）交流等效电路第3章结束第4章 集成运算放大电路一、概述 二、集成运放中的电流源电路 三、集成运放电路简介 四、集成运放的主要性能指标一、概述集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导 体基片上。集成运放：集成运算放大电路, 简称集成运放，是 制作在一块硅片上的一个完整的直接耦合多级放大 电路，因为多用于各种模拟信号的运算（比例、求 和等），所以称为集成运放，大多数情况下，它已 经取代了分立元件放大电路。集成电路的外形(a)双列直插式(b)圆壳式(c)扁平式集成电路的外形1. 集成运放的特点（1）直接耦合方式，采用差分放大电路和电流源电路。 （2）用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路复杂 并不增加制作工序。 （3）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制 作的大电阻。 （4）采用复合管。2. 集成运放电路的组成两个 输入端一个 输出端若将集成运放看成为一个 “ 黑盒子 ” ，则可等效为一 个双端输入、单端输出的差分放大电路。集成运放电路四个组成部分的作用偏置电路：为各 偏置电路： 级放大电路设置 合适的静态工作 点。采用电流源 电路。 输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求 Ri 大， Ad 输入级： 大， Ac小，输入端耐压高。 中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够 中间级： 的放大能力。 输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求 Ro小，最 输出级： 大不失真输出电压尽可能大。例图： +VCCT4反相 输入端uC同相 输入端T1T2T3T5uou+ IS输入级 中间级 输出级-VEE与uo反相 T4 反相 输入端+VCC uoT5uC同相 输入端 与uo同相T3 T1 T2u+IS -VEE 输入级 中间级 输出级对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMR , 输入阻抗 Ri 尽可能大。+VCC T4 反相 输入端uC同相 输入端T3 T1 T2uoT5u+IS -VEE 输入级 中间级 输出级对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。+VCC T4 反相 输入端uC同相 输入端T3 T1 T2uoT5u+IS -VEE 输入级 中间级 输出级对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足够 的输出电流 io。即输出阻抗 Ro小。运放的特点：Ri 大:几十k? ? 几百k? KCMR 很大 Ro 小：几十?几百? Ao 很大:104 ?107 理想运放： Ri ? ? KCMR? ? Ro ? 0 Ao ? ?运放符号： u－ u+－Ao ＋uou－ u+?－＋uo＋3. 集成运放的符号和电压传输特性 uo=f (uP－uN)在线性区： uo＝Aod(uP－uN) Aod是开环差模放大倍数。非线 性区由于 A od高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的 最大输入电压(uP－uN)的数值仅为几十～一百多微伏。 ( u P － u N ) 的数值大于一定值时，集成运放的输出不是 ＋UOM ，就是－UOM，即集成运放工作在非线性区。二、集成运放中的电流源电路 1.基本电流源电路1)镜像电流源T0 和 T1 特性完全相同。I R ? (VCC ? U BE ) R基准电流U BE1 ? U BE0，I B1 ? I B0 I C1 ? I C0 ? I CI R ? I C 0 ? I B0 ? I B1 ? I C ?IC ?2I C?? ? ?2? IR若? ?? 2 ，则I C ? I R镜像电流源具有一定的温度补偿作用：TIC1 IC1IC0 IB1IRUR UB优点：电路简单，应用广泛 缺点： IC1较大使得IR增大，R上 的功耗也会增大； IC1 较小使得 IR 减小，则 需要大的电阻R。2)比例电流源+VCC IR IC0RIB0+ IB1 IB1 IB0 IE0 IE1IC1T0 Re0T1 Re1当β&&2时，IC0= IE0= IR, IC1= IE1。则： Re0 I C1 ? IR Re1 基准电流 IR：VCC ? U BE IR ? R ? Re03)微电流源要求提供很小的静态电流，又 不能用大电阻。U BE0 ? U BE1 I C1 ? I E1 ? ReVCC ? U BE0 IR ? RRe2. 以电流源为有源负载的放大电路基本共射放大电路+VCCRb + ui +Rcibβibrbe Rc RL+ uo -Rb + ui -T1 RLuo -? ( Rc // RL ) ? Au ? ? Rb ? rbeRc影响电压放大倍数2. 以电流源为有源负载的放大电路一、有源负载共射放大电路 以有源器件替代集电极电+VCCT2T3IC2 Rb + ui IC1 T1 RL + uo -阻 Rc ，在交流通路中可以 得到很大的等效阻值，进 而提高电压放大倍数。Rb + ui + rce2 RL uo -IR Ribβibrbe1 rce1? ( RL // rce1 // rce2 ) ? RL ? Au ? ? ?? Rb ? rbe Rb ? rbe二、有源负载差分放大电路+VCC静态时:IC1=IC2= I / 2+ RL uo -iC3 iC1 + ui -T3iC4 iC2T4io若β3&&2, 则IC3=IC1, IC4=IC3; 所以io= IC4－IC2=0 输入差模信号时： ΔiC1= -ΔiC2, 而ΔiC3=ΔiC1； 由镜像关系:ΔiC3=ΔiC4；T1T2I-VEE所以:Δio=ΔiC4－ΔiC2=ΔiC1 C(－ΔiC1)= 2ΔiC1此时, 单端输出的放大 倍数接近于双端输 出：?io ? RL 2 ?iC1 ? RL ?1 RL Au ? ? ? rbe1 2 ?iB1rbe1 ?u I? 习题：P218，4.134.13 图4.13所示为简化的高精度运放电路原理图，试分析： （1）两个输入端中哪个是同相输入端，哪个是反相输入端； （2）T3与T4的作用；（3）电流源I3的作用；（4）D2与D3的作用。解：（1）uI1为反相输入端，uI2为同相输入端。 （ 2 ）为 T1 和 T2 管的有源负载，使单端输出差分放大电路的差模放大倍 数近似等于双端输出时的放大倍数。 （ 3 ）为 T6 设置静态电流，且为 T6 的集电极有源负载，增大共射放大电 路的放大能力。 （4）消除交越失真。三、 集成运放电路简介F007电路原理图F007放大电路四、集成运放的性能指标主要性能指标1) 开环差模电压放大倍数Aod 无外加反馈回路的差模放大倍数。一般在 105?107 之间,理想运放的Aod为?。 2) 共模抑制比KCMR 常用分贝作单位，一般 100dB以上。 A = ? u /? (u - u )od O P N3) 差模输入电阻Rid Rid&1M?, 有的可达100M?以上。4) 输出电阻RoRo =几?-几十?。5) 最大共模输入电压UIcmax 为输入级能正常工作的情况下允许输入的最大共模 信号 6) 最大差模输入电压UIdmax 当输入电压大于此值时，输入级将损坏 7) －3dB带宽fH fH是使Aod下降3dB(即下降到0.707倍)时的信号频率 还有其它一些反映运放对称性、零漂等的参数。 参见书P203-205。第4章结束第5章 放大电路的频率响应一、频率响应概述 二、晶体管的高频等效模型 三、单管放大电路的频率响应 四、多级放大电路的频率响应一、频率响应概述放大倍数与频率之间的函数关系称为频率响应 或频率特性。 产生原因 ―― 电抗 ( 耦合电容、电感 ) 元件及晶体管 存在极间电容(PN结电容效应) RC电路的频率响应分析： 1. 高通电路C? U iR? U oC? U iR? U o? U R j? RC o ? Au ? ? ? ? Ui R ? 1 1 ? j? RC j? C令ωL=1/RC =1/τ，则： fL= ωL/2π = 1/2πτ=1/ 2πRCj??L ? ? Au ? ? f j? 1? 1? j fL ?Lf j fL? ? A uf j fL f 1? j fL? A u1 0.707幅频特性? ? A uf fL f 2 1? ( ) fL0fLf?90o 45o 0o相频特性f ? ? ? 90 ? arctan fLf2. 低通电路R? U iC? U 1 j? C o ? ? ? Uo Au ? ? ? 1 ? j? RC Ui R ? 1 j? C1令ωH=1/RC=1/τ， 则：fH= ωH/2π = 1/2πτ=1/ 2πRC? ? ?A u1 1 ? j? f 1? 1? j ?H fH? ? A u1 f 1? j fH? A u1 0.707幅频特性? ? A u1 f 2 1? ( ) fH0fHf?0o -45o -90o相频特性f ? ? ? arctan fHf3.波特图 波特图由对数幅频特性和对数相频特性两部分 组成，横轴采用对数刻度 lg f，幅频特性的纵轴 ? 表示，单位是分贝(dB),相频特性的 采用20lg A u 纵轴仍用 ? 表示。高通电路? ? A u f fL 1? ( f 2 ) fLf ? ? 90 ? arctan fL?低通电路? ? A u1 f 2 1? ( ) fHf ? ? ? arctan fH? ? A uf fL f 2 1? ( ) fL? ? A u1 f 2 1? ( ) fH3dB5.71Of 高通电路 ? ? 90 ? arctan fL?低通电路f ? ? ? arctan fH结论：（ 1 ）电路的截止频率决定于电容所在回路的时 间常数τ。 （ 2 ）当信号频率等于下限频率 fL 或上限频率 fH 时，放大电路的增益下降3dB，且产生+45o 或-45o相移。 （ 3 ）近似分析中，可以用折线化的近似波特图 表示放大电路的频率特性。二、晶体管的高频等效模型1 晶体管的混合π模型(h参数等效模型为什么不适用了？) 完整的混合π模型完整的混合π模型简化的高频等效电路晶体管简化的高频等效电路rbe ? rbb' ? rb'e UT ? rbb' ? (1 ? ? 0 ) I EQ UT rb'e ? (1 ? ? 0 ) I EQ? ?? I ? ?g U ? ?g I ?r I c 0 b m b'e m b b'e gm ?' ' Cπ ? Cπ ? Cμ?0rb'e?I EQ UT? )C ? Cπ ? (1 ? K μ rbb'、Cμ 可从手册查得, ? 和C 可计算得到 K π三、单管放大电路的频率响应1 共射放大电路的频率响应' 中频段： C π 开路， C短路。' 低频段： C 分频段考虑： π 开路，考虑 C的影响。' 高频段：考虑 C π 的影响， C短路。完整的频率响应：? ?A ? ? A u um f j fL f f (1 ? j )(1 ? j ) fL fH? ( AumU? o R c // R ? ? ? ? ? U? i rb eL)波特图 完整的频率响应：单管共射放大 电路的波特图? ?A ? ? A u um f j fL f f (1 ? j )(1 ? j ) fL fHf fL 1? ( f 2 ) fL ? 1 1? ( f 2 ) fH? 20 lg A u20lg|Aum|0.1fLfL 10 fL 0.1fH fH 10 fHf?-90o -135o -180o -225o -270o? ? A ? ? A u umf? ? ?180 ? ? 90 ?? arctanf f ? arctan fL fH? 习题：P255：5.5, P254：5.25.5 已知某电路电压放大倍数? ?? f ?? f ?? 试求解:(1) A um L H? ? A u(2)画出波特图 解：变换电压放大倍数的表达式 (2)波特图如图所示?10 j f f f (1 ? j )(1 ? j 5 ) 10 10f ?100 ? j 10 ? ? A u f f (1 ? j )(1 ? j 5 ) 10 10 ? ? ?100 A um f L ? 10Hz f H ? 105 Hz? 5.2 已 知 某 电 路 的 波 特 图 如 图 所 示 ， 试 写 出 A u 的表达式。电路为基本共射放大电路 f j fL ? ? Au ? Aum ? f f (1 ? j )(1 ? j ) fL fH2 0 lg ?? Au? Aumum? 30 10 ? ? 32j (1 ? j f f ) (1 ? j 10 10 f 10? A? ? 10? ? 32 ?5)2 放大电路频率响应的改善和增益带宽积 改善低频特性，即降低 fL，需加大耦合电容所在 回路时间常数。根本解决办法：采用直接耦合。 改善高频特性，即增大 fH，需减小C'π所在回路时 间常数。' ? | )C ? C ? (1 ? g R ' )C ; ? Cπ ? (1? | K ? Cπ μ π m L μAumrb'e ' ( ? g m RL ); ? rbe所以减小C'π需减小gmR'L,而减小gmR'L 必然使Aum减 小。即: fH的提高与Aum的增大是相互矛盾的！由于fH&& fL，则通频带fbw= fH－fL≈ fH； 所以：增益与带宽矛盾。 引入新参数――增益带宽积：? f |?| A ? f | |A um bw um H rb'e 1 1 ' g m RL ? ? ? ' rbe 2? (rb'e // rbb' )Cπ 2? rbb'Cμrbb' 和Cμ是由晶体管决定的。所以管子选定后， 增益带宽积也就大体确定。即增益增大多少倍， 带宽几乎就变窄多少倍。四、多级放大电路的频率响应1 定性分析? ? ? A A ? uk uk ?1n? |? 20lg | A ? | 20lg | A ? u ukk ?1n? ? ? ?kk ?1n由两个具有相同频率响应的单管放大电路构成两级放 大电路,中频时 ? |? 20lg | A ? ?A ? |? 40lg | A ? | 20lg | A u um1 um2 um1当f ? f l1时, ? |? 40 lg | A ? 20 lg | Auum1| ?40 lg 2即增益下降6dB , 同时产生+900的相移。两 级 放 大 电 路 的 波 特 图2 截止频率的估算下限频率fL:f L ? 1.1?fk ?1n2 Lk上限频率fH:1 ? 1.1 fH?k ?1n1 2 f Hkf ?10 ? j 书P243 例5.5.1 10 ? ?A ? ? A ? u um f f 3 f f 3 (1 ? j )(1 ? j ) (1 ? j )(1 ? j ) 5 fL fH 10 2 ?104f j fL? 习题：P255：5.3 , P255：5.4? 的表达式。 5.3 已知某共射放大电路的波特图如图所示，试写出 A u解：? ? A u?100 ? j f ? j (1 ? j f )(1 ? jf f )(1 ? j ) 5 10 2.5 ? 10 ?10 f 2 ? f f ) (1 ? j f )(1 ? j )(1 ? j 5 10 2.5 ? 10f 105.4 已知某电路的幅频特性如图所示，试问： (1)该电路的耦合方式； (2)该电路由几级放大电路组成； (3)当f ＝104Hz时，附加相移为多 少？当f ＝105Hz时，附加相移又 约为多少？解:(1)因为下限截止频率为0，所以电路为直接耦合电路； (2) 因为在高频段幅频特性为－ 60dB/ 十倍频，所以电路为三 级放大电路； (3)当f ＝104Hz时，附加相移为－135o；当f ＝105Hz时，附加 相移为－270o第5章结束第6章 放大电路中的反馈1 2 3 4 5 反馈的基本概念及判断方法 负反馈放大电路的四种基本组态 方块图及一般表达式 深度负反馈放大电路的增益 负反馈对放大电路性能的影响1 反馈的基本概念及判断方法1.1 反馈的基本概念凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流） 的一部分或全部引回到输入端，与输入信号叠 加，就称为反馈。 若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。 若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。 这里所说的信号一般是指交流信号， 所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与 输入信号的相位关系，同相是正反馈，反 相是负反馈。
放大电路的反馈框图开环闭环 反馈网络：能将输出和输入回路相联的通路 正反馈：两量同相，净输入量增加。 负反馈：两量反相，净输入量减小。例：RB1 + ui C C1 ud uf RE1 RC1 T1 C2 RB22 RE2 RB21 RC2 T2 CE C3+VCC + uo C RfRf、RE1组成反馈网络1.2 反馈的判断有无反馈判断：有反馈通路；并影响净输入uI－ ＋ ＋A0uoR2uI?－ ＋ ＋RA0uo－ ＋ ＋?uIR1A0uo?反馈极性的判断： 瞬时极性法 利用电路中各点交流电位的瞬时极性来判别。 交流电位为正半周时，瞬时极性为正；交流电位为 负半周时，瞬时极性为负。 首先 断开 反馈网络与输入回路相接处，然后 假设输入端信号有一定极性的瞬时变化(+)，并 依次经过放大电路、反馈网络后，再回到输入端 比较 ，若净输入信号减少，则为负反馈。反之 为正反馈。常见电路极性变化总结输出 输入 输出 共射电路、共集电路 输出 输入A输入输出共基电路 输入输出输出差分电路集成运放反馈极性的判断：引入负反馈uo uI引入正反馈uI+ A0 ＋ + +－ ＋ ? +R2uN R1uP R1 iF+ A0 _ － _ ＋ ＋ _ ?R2uoR2+ uIiIuN－ ＋ _ ＋?R1iN引入负反馈A0 uo瞬时极性法判断反馈极性的经验方法： 1. 单 级 运 放 的 电 阻 反 馈 网 络 接 至 “+” 端为正反 馈，接至“-”端为负反馈。 2.当输入信号与反馈信号不在同一节点引入(其中 一个节点为基极，另一个节点为发射极或不同输 入端 ―― 如差分放大电路、集成运放 ) 若两者的 瞬时极性相同，则为负反馈；若相反，则为正反 馈。 3.如果输入信号和反馈信号从同一节点引入时， 情况相反（即若两者的瞬时极性相同，则为正反 馈；若相反，则为负反馈）。例:试判断电路的反馈极性净输入信号 ube= ui - uf负反馈，对直 流不起作用。+VCC RC2RB1 C1RC1 C2RB21C3+ uo+ ui Cud ufT1T2 RB22 RE2 CE CRE1Rf 、RE1 组成反馈网络Rf交流反馈与直流反馈 交流反馈：反馈只对交流信号起作用。 直流反馈：反馈只对直流起作用。 有的反馈只对交流信号起作用；有的反 馈只对直流信号起作用；有的反馈对 交、直流信号均起作用。 若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断 直流，此时反馈只对交流起作用。 在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可 以使其只对直流起作用。+VCC RB1 + ui C Rf C1 RC1 T1 C2 RE1 RB22 RE2 RB21 RC2 T2 CE C3 + uo CC增加隔直电容C后，Rf只对交流起反馈作用。注：本电路中C2也起到隔直作用。+VCC RB1 + ui C Rf 增加旁路电容C后，Rf只对直流起反馈作用。 C RC1 T1 RE1 RB22 RE2 RB21 RC2 + T2 CE uo C
P264 例6.1.1交直流负反馈2 负反馈放大电路的四种基本组态2.1 负反馈放大电路分析要点结论： 1. 交流负反馈稳定放大电路的输出量，任何因素引 起的输出量的变化均将得到抑制。由于输入量的变 化所引起的输出量的变化也同样会受到抑制，所以 交流负反馈使电路的放大能力下降。 2. 反馈量实质上是对输出量的取样，其数值与输出 量成正比。 3. 负反馈的基本作用是将引回的反馈量与输入量相 减，从而调整电路的净输入量和输出量。对具体的负反馈放大电路首先应研究的 问题： 1) 从输出端看，反馈量是取自于输出电 压，还是取自于输出电流。 2) 从输入端看，反馈量与输入量是以电 压方式将叠加，还是以电流方式相叠 加。电压反馈和电流反馈根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压 反馈和电流反馈。 电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。 电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。 电压负反馈：可以稳定输出电压、减小输出电阻。 电流负反馈：可以稳定输出电流、增大输出电阻。 如何判断电路引入的是电压反馈还是电流反馈？ 经验方法：令输出电压Uo＝0(负载电阻RL短路)， 若反馈不存在，则为电压反馈；若反馈依然存 在，则为电流反馈。电压反馈采样的两种形式：uouoRLRL电压反馈的判断电流反馈采样的两种形式：io io RLiERLiERf电流反馈的判断串联反馈和并联反馈根据反馈信号在输入端与输入信号叠加形式 的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。 串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈电 压信号与输入信号以电压方式叠加。 并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈信 号电流与输入信号以电流方式叠加。 串联反馈使电路的输入电阻增大； 并联反馈使电路的输入电阻减小。 经验判断法：如果反馈信号和输入信号接于基本放 大电路的同一输入端，则为并联反馈；如果反馈信 号和输入信号接于基本放大电路的不同输入端，则 为串联反馈。并联反馈串联反馈iif ib ui ube uf ube=ui-ufib=i-ifP269 例6.2.1电流串联交直流负反馈P270 例6.2.2电压串联交直流负反馈负反馈的分类小结电压串联负反馈 四种组态 电压并联负反馈 交流反馈 负 反 馈 直流反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈 稳定静态工作点负反馈的分析方法分析步骤： 1. 找出反馈网络（电阻）。 2. 是交流反馈还是直流反馈？ 3. 是否负反馈？ 4. 是负反馈！那么是何种类型的负反馈？ （判断反馈的组态）例1：判断反馈的组态。+VCC RB1 + ui C C1 ube uf RE1 T1 RC1 uc1 C2 RB22 RE2 RB21 ub2 RC2 u c2 C 3 T2 uo CE C Rf 此电路是电压串联负反馈，对直流不起作用。+例2：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。+VCC C2电压反馈RC并联反馈if C1Rfuiiibuo 净输入信号 ib= i - if此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。例3：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。+VCC并联反馈RC1iiBuC1RC2uB2 iE2 uo uF电流反馈uiiFRfRE1RE2电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳 定静态工作点。例4：判断如图电路中RE1、RE2的负反馈作用。+VCC RB1 C1 RC C2电流串联反馈ube uiRB2RE1 RE2ieCEuoRE2对交流反 馈不起作用1. 对交流信号： RE1：电流串联负反馈。2. 对直流信号：RB2 UB ? VCC RB1 ? RB2 恒定+VCC RB1 C1 UB UBE UE IE RE1 RE2 CE RC C2 RE1、RE2对 直流均起作 用，通过反 馈稳定静态 工作点。uiRB2uo例5：判断如图电路中RE3的负反馈作用。+VCC RC1 RB1 T2 ui ube1 T1 RE3 RB2 RC2 RB3 RC3 T3 ie3 uf电流串联负反馈，对直流不起作用。习题：6.4，6.5，6.7(e)(f) 作业： P318，6.6(d)(e)(f)(g); 6.7(a)(b)(d)当输入信号与反馈信号不在同一节点引入 (其 不在同一节点 中一个节点为基极，另一个节点为发射极或 不同输入端―如差动放大电路、集成运放) 若 两者的瞬时极性相同，则为负反馈；若相 反，则为正反馈。 如果输入信号和反馈信号从同一节点引入 时，情况相反。 ( 即若两者的瞬时极性相同， 则为正反馈；若相反，则为负反馈。)6.4? 图(a)所示电路中引入了直流负反馈。 ? 图 (b) 所 示 电 路 中 引 入 了 交 、 直 流 正 反 馈。 ? 图(c)所示电路中引入了直流负反馈。 ? 图(d)、(e)、(f)、(g)所示各电路中均引入 了交、直流负反馈。6.5
图(a)所示电路中引入了交、直流负反馈。 图(b)所示电路中引入了交、直流负反馈。 图(d)、(e)所示各电路中均引入了交、直流 负反馈。 图 (f) 所示电路中通过 R3 和 R7 引入直流负反 馈，通过R4, R2引入交、直流负反馈。6.7 分别判断图P6.5(e)(f)所示各电路中引入了哪种 组态的交流负反馈（e）电流并联负反馈 （f）电流串联负反馈四种负反馈组态的特点1. 电压负反馈能够稳定输出电压，电流负反馈能够稳定输出 电流。 2. 串联负反馈电路的输入电流很小，适用于输入信号为恒压 源或近似恒压源的情况；并联负反馈适用于输入信号为恒流 源或近似恒流源的情况。 3. 电路中引入不同组态的交流负反馈就可实现不同的控制关 系，它们的放大倍数具有不同的物理意义： ?uo 电压串联负反馈电路 Af ? Auuf ? ? u I ? io 电流串联负反馈电路 Af ? Aiuf ? ? u I ?uo 电压并联负反馈电路 Af ? Auif ? ? iI ? io 电流并联负反馈电路 Af ? Aiif ? ? iI3 方块图及一般表达式反馈框图：? X i +C+? X d ? X f基本放大 电路Ao? X o反馈网络 F反馈电路的三个环节： 放大：? X Ao ? o ? X d? X 反馈： F ? f ? X o? ?X ? ?X ? 叠加： X d i f? X F? f ? X o ? X o Ao ? ? Xd? X Ao o Af ? ? ? X 1 ? Ao F i? ?X ? ?X ? X d i fAo Af AoF开环放大倍数 闭环放大倍数 环路放大倍数定义： 1 ? Ao F反馈深度Ao Af ? 1 ? Ao F讨论：(1) 若 (1 ? Ao F ) ? 1, Af ? Ao ，此时为负反馈；Ao 1 ? (2) 当 Ao F ?? 1, Af ? ，与Ao无关； Ao F F称为深度负反馈。 (3) 若 (1 ? Ao F ) ? 1, Af ? Ao ，此时为正反馈； (4) 当 Ao F ? ?1,Ao ? ? ，即ui=0时，也有 uo； Af ? 0产生自激振荡。四种组态电路的方块图：+ +u'i＋ ＋ _－R1 R2 F RLA0+功能：ui控制io, 电压转换成电流 电流串联负反馈 + +A0 ioRLui_?+ufuo__u'i＋ ＋ _－+ufR?电压串联负反馈 功能：ui控制uo, 电压放大ui_uo_+_F＋ +R F RL?iii'iA0+功能：ii控制io, 电流放大 电流并联负反馈ifuo_ii?i'i电压并联负反馈 功能：ii控制uo, 电流转换成电压- A0 ＋ +R1ioRL R2 Fifuo_+4 深度负反馈放大电路的增益深度负反馈的实质1 Af ? F ? X Af ? o ? X i ? X F? f ? X? ? X X o ? o ? ? X X i f? ?X ? X i fo即对串联负反馈，ui≈uf，u'i ≈ 0; 对并联负反馈，ii ≈ if， i'i ≈ 0;放大倍数的分析+ +u'i＋ ＋ _－R1 R2 F RLA0?+ui_+ufuo_? ?A ? ?A ? A f uf uuf R2 1 ? ? 1? ? F R1 uu? U ? o ? U i_电压串联负反馈? U R1 f ? Fuu ? ? ? U R1 ? R2 o+ +u'i＋ ＋ _－+ufRA0 ioRL?ui_uo_+_F? I 1 1 o ? ? Af ? Aiuf ? ? ? ? ? U F R i ui电流串联负反馈?R ? I U ? ? f ? o ?R F ui ? ? I I o oRS－ ＋ +R F RL?iii'iA0+ifuo_1 ? ? Af ? Auif ? ? ?R ? F iu电压并联负反馈? U o ? ? I 1 f R ? Fiu ? ? ?? ? ? U U R o o?iiRSi'i－ ＋ ＋R1A0ioRL R2 Fifuo_+电流并联负反馈R1 1 ? ? ? ?(1 ? ) Af ? Aiif ? ? F R2 ii? I R2 f ? Fii ? ?? I?o R1 ? R 2例6.4.1 电压串联负反馈? U R f 2 ? Fuu ? ? ? U R2 ? R4 o? U R4 1 o ? Auf ? ? ? 1? ? 11 ? ? U F R2 i uu例6.4.2 电压串联负反馈? Re1 U f ? Fuu ? ? ? U Re1 ? Rf oR 1 f ? ? ?1? Af ? Auf ? ? F Re1 uu例6.4.4:如图所示电路中,已知R1 ? 10k?，R2 ? 100k?， R3 ? 2k?，RL ? 5k?。 求解在深度负反馈条件 ? 。 下的A uf解：电流串联负反馈 ? R1 R3 U f ? Fui ? ? ? I o R1 ? R2 ? R3? I R1 ? R2 ? R3 1 o ? ? Af ? Aiuf ? ? ? ? ? U F R1 R3 i ui? U R1 ? R2 ? R3 1 o ? ? ? RL ? ? RL ? 28 Auf ? ? ? U F R1 R3 i ui5 负反馈对放大电路性能的影响一、对放大倍数的影响Ao (1) Af ? 1 ? Ao F负反馈: (1 ? Ao F ) ? 1, 则有： Af ? Ao (2)Ao Af ? 1 ? Ao FAo F ? 0负反馈使放大倍数下降。d Af d Ao 1 ? ? Af Ao 1 ? Ao F引入负反馈使电路的稳定性提高。二、改善波形的失真加反馈前uiAouo加反馈后ui ud uf Ao Fuo三、对输入、输出电阻的影响1) 串联反馈使电路的输入电阻增加：U i? Ri ? Ii U i U i? ? U f Rif ? ? Ii Ii U i? ? AFU i? ? IiRif ? (1 ? Ao F ) Ri2) 并联反馈使电路的输入电阻减小：Ui Ri ? I i? Ui Ui Rif ? ? I i I i? ? I f Ui ? I i ? AFI i?Ri Rif ? (1 ? Ao F )3) 电压反馈使电路的输出电阻减小：Ro Rof ? (1 ? Ao F )4) 电流反馈使电路的输出电阻增加：Rof ? (1 ? Ao F ) Ro四、对通频带的影响 引入负反馈使电路的通频带宽度增加：f bwf ? (1 ? Ao F ) f bw五、引入负反馈的一般原则 (1) 为稳定静态工作点，引入直流负反馈； 为改善动态性能，引入交流负反馈。 (2) 信号源为电压源时，引入串联负反馈； 信号源为电流源时，引入并联负反馈； (3) 负载需要稳定的电压信号时，引入电压 负反馈；负载需要稳定的电流信号时，引 入电流负反馈； (4) 根据信号的变换要求，引入适当的反馈 组态。书P292 例题? 习题：6.9(a)(b)(d) ? 作业：P319，6.8：(d)(e)(f)(g)6.9 估算图6.5(a)(b)(d)所示各电路在深度负反馈条件下的电 压放大倍数。6.9 估算图6.5(a)(b)(d)所示各电路在深度负反馈条件下的电 压放大倍数。I? f 1 ? ? ? ， (a ) F ? ? Uo Rf U? o 1 ? ? ? Rf ? Af ? ? F I?iU? o U? o R ? ? Ausf ? ? ? ? f U? s I?i R s Rs6.9 估算图6.5(a)(b)(d)所示各电路在深度负反馈条件下的电 压放大倍数。(b )U? o 1 ? ? ? Auf ? Af ? ? U? i F U? o R ? ?1? 4 U? f R16.9 估算图6.5(a)(b)(d)所示各电路在深度负反馈条件下的电 压放大倍数。I?f 1 ? ? ? (d ) F ? ， ? Uo R4 U? o 1 ? ? ? R4 ? Af ? ? F I?i? ? A ufU? o U? o R ? ? ? ? 4 U? i I?i R 1 R1分别说明图 6.5(a)(b)(d)(e)(f) 所示各电路因引入交流 负反馈使得放大电路输入电阻和输出电阻所产生的变 化。只需说明是增大还是减小即可。 解：图6.5 (a)(b)(d)(e)(f)所示各电路因引入交流负反馈 使得放大电路输入电阻和输出电阻所产生的变化如下： （a）输入电阻减小，输出电阻减小。 (电压并联负反馈) （b）输入电阻增大，输出电阻减小。 (电压串联负反馈) （d）输入电阻减小，输出电阻减小。 (电压并联负反馈) （e）输入电阻减小，输出电阻增大。 (电流并联负反馈) （f） 输入电阻增大，输出电阻增大。 (电流串联负反馈)第6章结束第7章 信号的运算和处理1 概述 2 基本运算电路1 概述1.1 电子信息系统的组成1.2 理想运放的两个工作区+ _ Ao + ? uouI在非线性区： 集成运放的输出不是＋ U OM , 就是－UOM。在线性区： uo＝Aod(uP－uN) Aod是开环差模放大倍数。Ao越大，运放的线性范围越小，必须 在输出与输入之间加负反馈才能使其 工作于线性区。一、理想运放在线性工作区由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出 电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想 运放。理想运放在线性工作区的条件是集成运放引 入深度负反馈。 运放工作在线性区的特点 理想运放的条件Ao ? ?Ri ? ? Ro ? 0u o ? Ao ( u ? ? u ? ) 虚短路I i ? 0 虚断路u? ?u?放大倍数与负载无关二、理想运放的非线性工作区 集成运放处于开环状态或只引入了正反馈。 ?“虚断”仍然存在 ?“虚短”已不存在 ?输出只有正负饱 和值电压传输特性2 基本运算电路2.1 比例运算电路作用：将信号按比例放大。 类型：同相比例放大和反相比例放大。 方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联 负反馈。这样输出电压与运放的开环 放大倍数无关，与输入电压和反馈系 数有关。一、反相比例运算电路 i2 i1 uI R1 RP结构特点：负反馈引到反相输 入端，信号从反相端输入。1. 放大倍数R2u? ? u? ? 0虚短路_ ? +?+uOi1= i2虚断路uO uI ?? R1 R2uO R2 Au ? ?? uI R1i2 i1 uI R1 RP ?R2_ ? + +2. 电路的输入电阻 Ri=R1 RP =R1 // R2uO 为 保 证 一 定 的 输 入电阻，当放大倍数 大 时 ， 需 增 大 R2 ， 而大电阻的精度 差，因此，在放大 倍数较大时，该电 路结构不再适用。平衡电阻，使输入端对地 的静态电阻相等，保证静 态时输入级的对称性。i2 i1 uI R1 RP ?R23. 反馈方式电压并联负反馈 输出电阻很小！_ ? + +4. 共模电压u? ? u? ?0 2输入电阻小、共模电压 为 0 以及“虚地”是反 相输入的特点。电位为0，虚地反相比例电路的特点： 1. 共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比 要求低。 2. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为 是0，因此带负载能力强。 3. 由于并联负反馈的作用，输入电阻小。 4. 在放大倍数较大时，该电路结构不再适用 。改进：T型网络反相比例运算电路虚短路 虚断路i2 R2 M R4 i4 i3 i1 uI R1 RP ? R3 uOu? ? u? ? 0i1= i2uI ? 0 0 ? u M ? ? R1 R2i2 ? i3 ? i4 0 ? u M 0 ? u M u M ? uO ? ? ? R2 R3 R4 uO 1 1 1 ? uM ( ? ? ) R4 R2 R3 R4_ ? + +uI ? 0 0 ? u M R1 i1 ? i2 ? ? ? uI ? ? u M R1 R2 R2uO 0 ? u M 0 ? u M u M ? uO 1 1 1 ? ? ? ? uM ( ? ? ) i2 ? i3 ? i4 ? R2 R3 R4 R4 R2 R3 R4uO R2 1 1 1 ? Au ? ? ? R4 ( ? ? ) uI R1 R2 R3 R4 R2 ? R4 R2 // R4 =? (1 ? ) R1 R3该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用 大电阻。二、同相比例运算电路R2虚短路u-= u+= uIuO_ uI R1 RP? +uO ? uI uI ? R2 R1虚断路+结构特点：负反馈引到反 相输入端，信号从同相端 输入。反馈方式：电压串联负反馈。输入电阻高。?R2 uO ? (1 ? )uI R1uO R2 Au ? ? 1? uI R1同相比例电路的特点： 1. 由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为 是0，因此带负载能力强。 2. 由于串联负反馈的作用，输入电阻大。 3. 共模输入电压为uI，因此对运放的共模抑制比 要求高。三、电压跟随器_ uI? +uO结构特点：输出电压全 部引到反相输入端，信 号从同相端输入。电压 跟随器是同相比例运算 放大器的特例。+此电路是电压串联负反馈，输入电阻大，输 出电阻小，在电路中作用与分立元件的射极输出 器相同，但是电压跟随性能好。?uO ? u? ? u? ? uI例题：P328 例7.1.1? i1 ? i2 uI ? 0 0 ? u M R2 ? ? ? u M ? ? uI R1 R2 R1 i2 ? i3 ? i4 ? 0 ? u M uO ? u M u M ? ? R2 R3 R4若R4 ? ?，R1 =R2 R2 ? R3 uO ? ? uI R1 R3 ? ?(1 ? )uI R1uO 1 1 1 ? uM ( ? ? ) R3 R2 R3 R4 R2 1 1 1 ? uO ? ? R3 ( ? ? )uI R1 R2 R3 R4 R3 ? ?(1 ? )uI R4例题：P329 例7.1.2R2 uO1 ? (1 ? )uI ? 11uI R1 R5 R5 uO ? ? uO1 ? ? ? 11uI ? ?55uI 100 R4 ? R5 ? 500k?2.2 加减运算电路作用：将若干个输入信号之和或之差按比 例放大。 类型：同相求和和反相求和。 方法：引入深度电压并联负反馈或电压串联 负反馈。这样输出电压与运放的开环 放大倍数无关，与输入电压和反馈系 数有关。一、反相求和运算uI1 uI2R11 R12 _ +R2? +uoRP ? R11 // R12 // R2RP实际应用时可适当增加或减少输入端的个数， 以适应不同的需要。uI1 uI2R11iF_ + RPR2u? ? u? ? 0i11 ? i12 ? iFuOi11 i12R12? +R2 R2 uO ? ?( uI1 ? uI2 ) R11 R12调节反相求和电路的某一路信号的输入电阻，不影响 其它输入电压和输出电压的比例关系，调节方便。二、同相求和运算R1 RFuI1 uI2R21 R22?+uO实 际 应 用 时 可 适 当 增 加 或 减 少 输入端的个 数，以适应不同的需要。_ +R1 // RF ? R21 // R22R1 R21 R22 +RF?uI1 uI2+uOu+ 与 uI1 和 uI2 此电路如果以 u+ 为输 的关系如何？ 入 ，则输出为：RF u O ? (1 ? )u ? R1R1 // RF ? R21 // R22流入运放输入端的电流为 0R 22 R 21 u? ? u I1 ? u I2 R 21 ? R 22 R 21 ? R 22RF R 22 R 21 )( u O ? (1 ? u I1 ? u I2 ) R1 R 21 ? R 22 R 21 ? R 22 RF R 21 // R 22 R 21 // R 22 RF RF )( ?( u I1 ? u I2 ) ? u I1 ? u I2 R1 // R F R 21 R 22 R 21 R 22R1 R21 R22 -RF?uI1 ? u? uI2 ? u? u? ? ? ? R21 R22 R'uO ? u ( 1 ? 1 ? 1 ) ? uI1 ? uI2 ? ? R ' R21 R22 R21 R22uI1 uI2+ R?+uI1 uI2 ) ? u? ? RP ( ? R21 R22 (其中RP ? R '// R21 // R22 )RF RP uI1 uI2 uO ? (1 ? )u? ? RF ? ?( ? ) R1 RN R21 R22 (其中RN ? R1 // RF )若：RN ? RPuI1 uI2 uO ? RF ( ) ? R21 R22三、单运放的加减运算电路uI1 uI2 uI3 uI4 R1 R2 R3 R4 _ + R6 R5 ? +uOR1 // R2 // R5 ? R3 // R4 // R6实 际 应 用 时 可 适 当 增 加 或 减 少 输入端的个 数，以适应不同的需要。uI1 uI2 uI3 uI4R1 R2 R3 R4 _ + R6R5 ? +uO虚断路 uI3 uI4 u? ? (R3 // R4 // R6 )( ? ) R3 R4u? ? u?虚短路uI1 ? u? uI2 ? u? u? ? uO ? ? R1 R2 R5虚断路uI1 uI2 1 1 1 uO ? R5[ ? ? ? ( ? ? )u? ] R1 R2 R1 R2 R5 uI1 uI2 uI3 uI4 ? R5 ( ? ? ? ? ) R1 R2 R3 R4R1 // R2 // R5 ? R3 // R4 // R6单运放的加减运算电路的特例：差分比例运算电路 R2u? ? u?uI1 ? u? u? ? uO ? R1 R2uI1 uI2 R1 R1_? ++ R2?uOuI2 ? u? u? ? R1 R2解出：R2 uO ? (uI2 ? uI1 ) R1高输入电阻的差分比例运算电路u O1R f1 R f2 R f2 ? (1 ? ) u I1 , u o ? ? u O1 ? (1 ? ) u I2 R1 R3 R3若 R1＝ R f2， R3＝ R f1， R f2 )( u I2 ? u I1 ) u O ? (1 ? R3例题：设计一个加减运算电路， RF=240k?，使 uO=10uI1+ 8uI2 - 20uI3 解: (1) 画电路。 系数为负的信 号从反相端输 入，系数为正 的信号从同相 端输入。 uI3 uI2 uI1 R3 R2 R1 + R4 RF?+uO(2) 求各电阻值。R1 // R2 // R4 ? R3 // RFuI3 uI2 uI1R3 R2 R1 -RF?+ R4+uOuI1 uI2 uI3 uO ? RF ( ? ? ) R1 R2 R3 RF ? 240k? R1 ? 24k? R2 ? 30k? R3 ? 12k? R4 ? 80k?uO=10uI1+ 8uI2 - 20uI3例题：P334 例7.1.3单运放的加减运算电路uI1R1 R2 R3 R4 _ + R6R5 ? +uI1 uI2 uI3 uI4 uO ? R5 ( ? ? ? ? ) uI2 R1 R2 R3 R4uIuI3 uI4 优点：元件少，成本低。缺点：要求 R1//R2//R5=R3//R4//R6 。阻值的调整计算不 方便。 改进：采用双运放电路。四、双运放的加减运算电路ui1 ui2 R1 R2 + R3 RF1?ui1 ui2 uo1 ? ? RF1 ( ? ) R1 R2uo1 ui3 R4 R5 + R6 RF2?++uoR3 ? R1 // R2 // RF1 , R6 ? R4 // R5 // RF2uo1 ui3 RF1 ui1 ui2 ui3 uo ? ? RF2 ( ? ) ? RF2 [ ( ? )? ] R4 R5 R4 R1 R2 R5五、三运放电路ui1 +?A + R auo1 R1 + R1 uo2 R2?ui2 +?A +RW b RA +uoR2ui1+?A + R auo1ua ? ui1ub ? ui2uo1 ? uo2 ua ? ub ? RW 2 R ? RW?ui2 + A +RW b R uo2uo2 ? uo1 ?ui1 ? ui2 ? RW2 R ? RW (ui2 ? ui1 ) RWuo1 R1 + R1R2?? 三运放电路是差 动放大器，放大 倍数可变。 uo ? 由于输入均在同 相端，此电路的 输入电阻高。A + R2uo2R2 uo ? (uo2 ? uo1 ) R1R2 2 R ? RW uo ? (ui2 ? ui1 ) ? R1 RW比例运算电路与加减运算电路小结1. 它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比 较小 。 2. 关于输入电阻：反相输入的输入电阻小，同 相输入的输入电阻高。 3. 同相输入的共模电压高，反相输入的共模电 压小。2.3 微分运算电路与积分运算电路一、微分运算iF ui i1 C R2 R C ? + +uo iF ? ? RuC= u+= 0uod ui i1 ? C dti1 ? iFd ui uo ? ? RC dt若输入： u i ? sin t 则：ui?uo ? ? RC cos t ? RC sin(t ? 90 )0 0 uot t二、积分运算iF ui i1 R R2 应用举例：C?d uo uo ? ? 1 ? ui d t iF ? ?C RC dtuo ui0ui i1 ? R+ +1 t2 ?? ui d t ? uo (t1 ) ? t RC 1t输入方波，输出是三角波。uo0t积分电路的主要用途： 1. 波形变换。例：将方波变为三角波。 2. 移相。其它一些运算电路：对数与指数运算电路、乘法 与除法运算电路等，由于课时的限制，不作为讲 授内容。例题：P337 例7.1.4（同相积分运算）uI -uP d uP ?C i2 ? iC 2 ? dt R uI d uP uP ? ?C ＋ R dt R d uO u I 所以:C ? ? dt R 1 uO ? uI d t ? RC 1 t2 uO ? u I d t ? uO (t1 ) ? RC t1uN d(uN ? uO ) d uN d uO ?C ?C i1 ? iC1 ? ? ? C dt dt dt R d uO d uN uN ?C ?C ＋ dt dt R例题：P338 例7.1.5iF ? iC 1 ? i1 d uI uI , i1 ? , iC 1 ? C1 dt R1 u R 2 ? ?iF R2 d uI R2 ? ? u I ? R2 C1 dt R1uC 2d uI uI 1 1 iF d t ? ? (C1 ?? ? )dt ? ? C2 C2 dt R1C1 1 uI ? uI d t ?? ? C2 R1C 2 所以： u O ? ? ( d uI R2 C1 1 )u I ? d u t R C ? ? I 2 1 dt R1 C 2 R1C 2 ?课堂习题：P392: 7.6, 7.10(b,c), 7.15, 7.8, 7.14, 7.16 作业：P392: 7.97.6 试求图P7.6所示各电路输出电压与输入电压的运算关系式。(a) Rf Rf Rf uO ? ? ? uI1 ? ? uI2 ? ? uI3 R1 R2 R3 ? ?2uI1 ? 2uI2 ? 5u13(b) Rf Rf Rf uO ? ? ? uI1 ? ? uI2 ? ? uI3 R1 R2 R3 ? ?10uI1 ? 10uI2 ? u13(c)(d) R R R RuO ? ? f ? uI1 ? f ? uI2 ? f ? uI3 ? f ? uI4 Rf uO ? (uI2 ? uI1 ) ? 8 (uI2 ? uI1 ) R1 R2 R3 R4 R1 ? ?20uI1 ? 20uI2 ? 40u13 ? u147.10 分别求解图P7.10所示各电路的运算关系。(b ) uOu ? ? R R5 4O 1? (1 ?5 4R RR R3 1)uI1,5 4uO 1? (1 ? )uI1? ?(1 ?R RR R)uI2 5 43 1? (1 ?R R)uI2? (1 ?R R5 4)(uI2? uI1) ? ? (1 ?R R5 4)uI(c) A1、A2、A3的输出电压分别为uI1、uI2、uI3。由 于在A4组成的同相求和运算电路中反相输入端和同 相输入端外接电阻阻值相等，所以 R4 (u I1 ? u I2 ? u I3 ) ? 10 (u I1 ? u I2 ? u I3 ) uO ? R17.15 试求出图P7.15所示电路的运算关系。 解：设A2的输出为uO2。因为R1的电流等于C的电流，又因 为A2组成以uO为输入的同相比例运算电路，所以d uO2 uI ? iC ? ?C R1 dt uO2 uO2 1 uI dt ? ?2 ? uI dt ?? ? R1C R2 ? (1 ? )uO ? 2uO R3? u O ? ? ? u I dt7.8 图 P7.8 所示为恒流源电路，已知稳压管工作在稳压状 态，试求负载电阻中的电流。 解：利用虚短和虚断uP ? u N ? U Z uN U Z ? ? 0.6mA IL ? R2 R27.14 在 图 P7.14 所 示 电 路 中 , 已 知 R1=R=R‘=R2=Rf=100kΩ, C=1μF 。 (1) 试求出 uO 与 uI 的运算关系。 (2) 设 t=0 时 uO=0 ， 且uI由零跃变为-1V, 试求输出电压由零上升到+6V所需要的 时间。(1) uO1 ? uO ? uIuO1 ? uO d uO d u+ ? iC ? C ?C R dt dt d uO uI ?? ?C dt R1 ? uO ? ? uI dt ? ?10 ? uI dt ? RC(2 ) u O ? ? 1 0 ? u Id t ? u O (0 )0t? ? 1 0 ? ( ? 1) d t ? 60t