模电复习ppt课件.ppt

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1、一、复习什么,以基本概念、基本电路、基本分析方法为主线 概念和性能指标：每个术语的物理意义，如何应用。 基本电路：电路结构特征、性能特点、基本功能、适用场合，这是读图的基础。见表11.2.1 基本放大电路 集成运放 运算电路 有源滤波电路 正弦波振荡电路 电压比较器 非正弦波振荡电路 信号变换电路 功率放大电路 直流电源,一、复习什么,基本分析方法 通常，不同类型的电路采用不同的方式来描述其功能和性能指标，不同类型电路的指标参数有不同的求解方法。即正确识别电路，并求解电路 例如 放大电路用放大倍数、输入电阻、输出电阻和通频带描述 运算电路用运算关系式描述 电压比较器用电压传输特性描述 有源滤波

2、器用幅频特性描述 功率放大电路用最大输出功率和效率描述 波形发生电路用输出电压波形及其周期和振幅描述 例如 求解放大电路的参数用等效电路法 求解运算电路要利用节点电流法、叠加原理 见11.2.2节,二、怎样复习,重点是基础知识：基本概念、电路、方法 特别注意基础知识的综合应用，融会贯通。例如： 非正弦波发生电路既含有运算电路（积分电路）又含有电压比较器（滞回比较器），即既包含集成运放工作在线性区的电路又包含集成运放工作在非线性区的电路。 功率放大电路需要和前级电路匹配才能输出最大功率，且为了消除非线性失真通常要引入负反馈。因此，实用功放涉及到放大的概念、放大电路的耦合问题、反馈的判断和估算、自

3、激振荡和消振、功放的输出功率和效率。 串联型稳压电源本身既是一个负反馈系统，又是大功率电路，还要考虑电网电压的影响。,功放的前级放大电路，串联型稳压电源的比较放大电路,三、复习举例： 集成运放应用电路,注意知识之间的相互关联！,（1）熟悉下列定义、概念及原理：自由电子与空穴，扩散与漂移，复合，空间电荷区，PN结，耗尽层。 （2）了解本征半导体、杂质半导体； （3）理解因浓度差而产生的运动为扩散运动，因电位差而产生的运动为漂移运动。 （4）了解PN结的单向导电性、反向击穿特性、温度特性和 (5)掌握三极管的工作原理和主要特性,第 1 章,1.3；1.6；1.9；1.10,例1：测量三极管三个电极

4、对地电位如图 09所示，试判断三极管的工作状态。,图 09 三极管工作状态判断,重点：包括共射、共集、共基放大电路的组成、原理,每种接法的特点;静态和动态分析。 1. 静态工作点求法。 2. 动态分析的方法。,第 2 章,2.5；2.6；2.9；2.11；2.13,放大电路的分析方法,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真,三极管的低频小信号模型,A、对谁等效。B、怎么等效。,e,b,c,b,e,c,即 对输入回路：,rbe的量级从几百欧到几千欧。,rce很大，一般忽略。,共射组态基本放大电路 微变等效电路分析法,简单(固定)偏置电路 分压式偏置电

5、路,RB,1.简单(固定)偏置电路 (共射放大电路),(1)基本放大电路的直流通道,直流通道,(2)静态分析,估算法：,a.,根据直流通道估算IB,RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,b.,根据直流通道估算UCE、IB,IC,UCE,(3) 交流计算 对交流信号(输入信号ui),交流通道,简单(固定)偏置电路 将晶体管用简化h参数等效电路取代,放大电路的微变等效电路为:,a、电压放大倍数的计算：,负载电阻越小，放大倍数越小。,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。,b、输入电阻的计算：,c、输出电阻的计算：,对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以

6、将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,计算输出电阻的方法：,1、所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。,2、所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。,所以：,用加压求流法求输出电阻：,2.静态工作点的稳定和分压式偏置电路,(2) 直流计算,图20电路的直流通道如图21(a)所示，用戴维宁定理进行变换后如图21(b)所示。,(a) 直流通路 (b) 用戴维宁定理进行变换 图 .21 基本放大电路的直流通道,IB=(V CCVBE) / Rb+(1+ )Re V CC= VCC Rb2 / (Rb1+Rb2) Rb= Rb1Rb2 IC= IB VC= VCC

7、ICRc VCE= VCC ICRcIERe= VCC IC(Rc+Re),因此静态计算如下：,微变等效电路,(3) 交流计算,三种接法基本放大电路的比较,组态对应关系 CE / CB / CC,电压放大倍数,三种基本放大电路的比较如下,组态对应关系 CE / CB / CC,三种基本放大电路的比较如下,组态对应关系 CE / CB / CC,（1）掌握直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合的特点。 （2）掌握多级放大电路的动态参数与组成它的各级单级放大电路有什么关系。 (3)了解差分放大电路的共模放大倍数、差模放大倍数、共模抑制比、输入电阻、输出电阻等参数分别用来描述其哪方面的性能,它们的

8、物理意义是什么？ （4）掌握差分放大电路的四种不同接法及其对差分放大电路的性能产生什么影响。 重点：差分放大电路工作原理差模放大倍数、输入电阻、输出电阻的分析和估算。消除交越失真的互补输出级,第 3 章,3.6；3.9,几种方式指标比较,rce3 1M,恒流源,T3 :放大区,恒流源相当于阻值很大的电阻。,恒流源不影响差模放大倍数。,恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷大的电阻，所以共模抑制比是无穷大。,恒流源的作用,直接耦合互补输出级,一、基本电路：,要求：1、输出阻抗低 2、不失真输出大,交越失真： 当输入信号小于be结 开 启电压时

9、，输出电压将 在ui过零附近失真,Pspice仿真波形,二、消除交越失真的互补输出级,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,理想二极管,UBE可认为是定值,R3、R4不变时，UCE也是定值，可看作是一个直流电源,二、消除交越失真的互补输出级,引入复合管的准互补输出级,直接耦合多级放大电路,（1）了解集成运放的电路结构特点,重点理解集成运放内部元件很好的一致性所带来其电路结构的特点。 （2）掌握镜像电流源、微电流源、多路电流源及电流源电路如何构成集成运放的偏置电路,这样设置静态工作电流的优点是什么。 重点：通用型集成运放的四个组成部分及其作用、基本电流源电路的

10、组成和工作原理 （1）掌握为什么要用差分放大电路作为集成运放的输入级,共射放大电路作为中间级,互补电路作为输出级； (2)偏置电路如何设置各级放大电路的静态工作点,与分立元件放大电路设置静态工作点的方法有什么不同。,第 4 章,4.3；4.7；4.8；4.10；4.12,方框图,集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路。,集成运放的组成及其各部分的作用,1.输入级 要使用高性能的差分放大电路，它必 须对共模信号有很强的抑制力，而且 采用双端输入双端输出的形式。,4.偏置电流源可提供稳定的几乎不随温度而变 化的偏置电流，以稳定工作点。,3.互补输出级由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组

11、成，以获得正负两个极性的输出电压或电流 具体电路参阅功率放大器。,2.中间放大级要提供高的电压增益，以保证运放的 运算精度。中间级的电路形式多为差 分电路和带有源负载的高增益放大器。,F007所具有的高性能,Ad较大：放大差模信号的能力较强 Ac较小：抑制共模信号的能力较强 rid较大：从信号源索取的电流小 ro小：带负载能力强 Uom大：其峰值接近电源电压 输入端耐压高：使输入端不至于击穿的差模电压大。 uIcmax大：接近电源电压,例：,图示电路 （1）说明电路是几级放大电路，各级分别是哪种形式的放大电路（共射、共集、差放）； （2）分别说明各级采用了哪些措施来改善其性能指标（如增大放大倍

12、数、输入电阻）。,解：（1）三级放大电路，第一级为共集-共基双端输入单端输出差分放大电路，第二级是共射放大电路，第三级是互补输出级。 （2）第一级采用共集-共基形式，增大输入电阻，改善高频特性；利用有源负载（T5、T6）增大差模放大倍数，使单端输出电路的差模放大倍数近似等于双端输出电路的差模放大倍数，同时减小共模放大倍数。 第二级为共射放大电路，以T7、T8构成的复合管为放大管、以恒流源作集电极负载，增大放大倍数。 第三级为互补输出级，加了偏置电路，利用D1、D2的导通压降使T9和T10在静态时处于临界导通状态，从而消除交越失真。,（1）掌握单管放大电路频率响应的概念； （2）了解影响单管放大

13、电路频率特性的因素； （3）掌握单管放大电路下限频率、上限频率和波特图的方法。 （4）了解晶体管的高频等效模型。 重点：求解单管放大电路下限频率、上限频率和波特图的方法。 （1）如何根据波特图写出放大倍数的表达式和根据放大倍数的表达式画出波特图。 （2）多级放大电路的频率参数与各级放大电路频率参数的关系。,第 5 章,5.2；5.3；5.4 ； 5.5 ；5.6；5.12,单管放大电路的频率响应,单管共射放大电路的频率响应,具体分析时, 通常分成三个频段考虑: (1) 中频段: 全部电容均不考虑, 耦合电容视为短路, 极间电容视为开路。 (2) 低频段: 耦合电容的容抗不能忽略, 而极间电容视

14、为开路。 (3) 高频段: 耦合电容视为短路, 而极间电容的容抗不能忽略。 这样求得三个频段的频率响应, 然后再进行综合。 其优点是, 可使分析过程简单明了, 且有助于从物理概念上来理解各个参数对频率特性的影响。,波特图：,几点结论：,1.放大电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因，下限截止频率主要由低频时间常数中较小的一个决定；,2.三极管的结电容和分布电容是引起放大电路高频响应的主要原因，上限截止频率由高频时间常数中较大的一个决定；,（1）熟悉反馈的基本概念 （2）掌握反馈的判断方法。 重点：掌握反馈的基本概念及其反馈组态的判断方法； 深度负反馈条件下放大倍数的估算方法、引人负反馈的方法。

15、 建立起只要放大电路的输出回路和输入回路之间有联系(不一定是输出端和输入端产生联系)就有反馈,反馈量是仅仅决定于输出量的物理量等概念,第 6 章,6.6; 6.14；例6.5.1.,负反馈 放大电路的四种基本组态,将输出电压短路，若反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。,一、电压反馈和电流反馈（反馈信号和输出信号的关系）,电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例的反馈称为电压反馈；,电压反馈与电流反馈的判断：,电流反馈：反馈信号的大小与输出电流成比例的反馈称为电流反馈。,电压反馈采样的两种形式：,电流反馈采样的两种形式：,二、串联反馈和并联反馈（反馈信号和输出信号的关系

16、）,反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路 的同一个电极，则为并联反馈；,此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。,此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。,公式：,反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈。,公式：,对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端一个加在反相输入端则为串联反馈。,对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极一个加在发射极则为串联反馈。,三、负反馈的四种基本组态：,电流串联负反馈,电流并联负反馈,电压串联负反馈,电压并联负反馈,作用：稳定静态工

17、作点,1、电压串联负反馈,射极跟随器：,ui = ube + uf,其中uf = uo,符合公式：,(+),(+),在两级放大器之间接有反馈电阻的放大器,ui = ube + uf,符合公式：,电压串联负反馈,(+),(+),(-),(+),对图(b)，因输入信号和反馈信号加在运放的两个输入端，故为串联反馈，根据瞬时极性判断是负反馈，且为电压负反馈。,电压串联负反馈。,2、电流串联负反馈,接有发射极交流负反馈电阻的放大器,ui = ube + uf,负反馈电阻RF,符合公式：,(+),(+),(-),电流串联负反馈,3、电压并联负反馈,在集电极与基极间接有反馈电阻的放大器,Rf的作用： 1.提

18、供静态工作点 2.直流负反馈,稳定静态工作点 3. 交流负反馈,稳定放大倍数,ii = ib + if,其中if =-(uo-ui)/Rf, 即if是由uo形成的,符合公式：,(+),(-),(-),因反馈信号与输入信号在一点相加，为并联反馈。根据瞬时极性法判断，为负反馈，且为电压负反馈。,电压并联负反馈：,4、电流并联负反馈：,例6.2.1 (P269),例6.2.2 (P270),总结： 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：,2.并联反馈使电路的输入电阻减小：,3.电压反馈使电路的输出电阻减小：,例如:射极输出器,例如:射极输出器,4.电流反馈使电路的输出电阻增加:,

19、负反馈的作用： 1. 稳定静态工作点(直流）； 稳定放大倍数； 改善输出波形 4. 提高(或降低）输入电阻； 5. 降低(或增大）输出电阻； 6. 扩展通频带,引入负反馈的一般原则：,1.稳定Q点，引入直流负反馈；改善动态性能引入交流负反馈,2. 据信号源性质引入串联或并联负反馈,3. 据对放大电路输出的要求，引入电压或电流负反馈,4. 据对放大电路信号变换的要求，引入合适组态。,P292 例6.5.1,(1) 理解理想运放的两个工作区 (2) 熟练掌握比例运算电路、加减运算电路、积分运算 电路和微分运算电路 （3）滤波电路的基础知识 1）滤波电路的种类 按工作频率的不同，滤波器可分为 LPF

20、：通带为0ffp的频率范围，阻带为ffp的频率范围。 HPF：通带为ffp的频率范围，阻带为0ffp的频率范围。 BPF：通带为fp1ffp2的频率范围，阻带为ffp1和ffp2的频率范围。 BEF：通带为ffp1和ffp2的频率范围，阻带为fp1ffp2的频率范围。 APF：通带为0f的频率范围，无阻带。,第 7 章,7.4；7.6；7.9；7.10(a) (b)；7.19; 7.20,二、加减运算电路:,1、 加减运算,只有两个输入：,差分电路！,例：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

21、为正的信号从同相端输入。,(2) 求各电阻值。,（1） 产生正弦波的条件和正弦波振荡电路的组成 *（2）RC正弦波振荡电路 1） RC串并联选频网络的频率响应 2）RC文氏桥振荡电路 3）RC文氏桥振荡电路的构成 4）RC文氏桥振荡电路的稳幅过程 （3）LC正弦波振荡电路 1）LC并联谐振电路的频率特性 2）变压器反馈式LC振荡电路 3）电感三点式LC振荡电路 4）电容三点式LC振荡电路 *(4) 比较器概述 1）电压传输特性;2）集成运放的非线性工作区; 3）电平比较器、滞回比较器; 电路结构： 工作原理及传输特性3）特点及应用,第 8 章,8.6；8.11;8.14; 8.15；,此时若放

22、大电路的电压增益为,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,(+),(+),(+),(+),电路可以输出频率为 的正弦波,RC正弦波振荡电路一般用于产生频率低于 1 MHz 的正弦波,RC正弦波振荡电路,图8.1.4(a) RC串并联网络,一、 RC串并联选频网络,RC串并联网络的电路如图(a) 所示。RC串联臂的阻抗用Z1表示，RC并联臂的阻抗用Z2表示。其频率响应如下:,谐振频率为: f0=,当R1 = R2，C1 = C2时，谐振角频率和谐振频率分别为:,幅频特性:,相频特性:,当 f=f0 时的反馈系数 ,且与频率f0的大小无关。此时的相角 F=0。即改

23、变频率不会影响反馈系数和相角，在调节谐振频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。有关曲线见图8.1.5,RC串并联选频网络的选频特性,图8.1.5 RC串并联网络的 频率特性曲线,二、RC桥式振荡器：,所以只有在f0 处,才满足相位条件：,因为：,AF=1,（1）OCL互补对称功率放大电路 1）电路的组成 2）存在的问题交越失真 3）最大管耗PT1max与输出功率的关系 4）功放管的选择,第 9 章,9.2；9.3；9.4；9.9,OCL电路的组成及工作原理,一、电路组成,ui 0 T1 导通 T2 截止,iC1,io = iE1 = iC1, uO = iC1RL,ui 0 T2 导通

24、 T1 截止,iC1,io = iE2 = iC2, uO = iC2RL,ui = 0 T1 、 T2 截止,若考虑三极管的开启电压，输出波形将产生交越失真。,动画avi17-3.avi,二、消除交越失真的OCL电路的工作原理,消除交越失真思路：,ui = 0，给 T1、T2 提供静态电压,UB1、B2UD1UD2UR2,UB1、B2略大于T1管发射结和T2管发射结开启电压之和，两管均处于微导通状态，即都有一个微小的基极电流，分别为IB1和IB2 。静态时应调节R1 ，使UE为0,即u0为0。,动画avi17-2.avi,OCL电路的输出功率及效率,当输入电压足够大，且又不产生饱和失真的图解

25、分析,图9.2.4 OCL电路的图解分析,图中I区为T1管的输出特性，II区为T2管的输出特性；,二只管子的静态电流很小，可认为Q点在横轴上。,Uop = VCC UCES,最大输出电压幅值,最大不失真输出电压的有效值,动画avi17-1.avi,最大输出功率,电源VCC提供的电流,电源在负载获得最大交流功率时所消耗的平均功率等于其平均电流与电源电压之积。,转换效率,理想情况下， UCES可忽略；但大功率管UCES较大，不能忽略,复习：,1.功放电路的性能指标： 最大输出电压、最大输出功率和效率,2.功放电路的分类： 甲类、乙类、甲乙类、丙类和丁类 变压器耦合、OTL、OCL和BTL,3.OC

26、L功放的性能指标：,Uop = VCC UCES,OCL电路中晶体管的选择,在查阅手册选择晶体管时，应使极限参数,BUCEO2VCC ICMVCC/RL PCM0.2Pom,例9.2.1 在图9.2.2所示电路中已知VCC 15V，输入电压为正弦波，晶体管的饱和管压降UCES 3V，电压放大倍数约为1，负载电阻RL 4欧，,（1）求解负载上可能获得的最大功率和效率 （2）若输入电压最大有效值为8V，则负载上能够获得的最大功率为多少。,解（1）,（2）因为UOUi，所以UOm8V。最大输出功率,（1）掌握单相桥式整流电路 1）全波桥式整流电路的组成及工作原理分析 2）全波桥式整流电路参数计算 3

27、）掌握电容滤波电路参数的计算 （2）掌握串联型稳压电路的工作原理 1）线性串联型稳压电路,第 10 章,自测题 三；六；10.5；10.15,单相桥式整流电路,图 10.2.4单向桥式整流电路,图 10.2.5单向桥式整流电路的习惯画法,一、单向桥式整流 电路的组成,二、工作原理,1. u2 0时，电流由+流出，经 D1、RL、D2流入-。,2. u2 0时，电流由-流出，经 D3、RL、D4流入+。,图 10.2.6单相桥式整流电路的波形图,动画avi15-1.avi,三、输出电压平均值 UO(AV) 和输出电流的平均值IO(AV),四、二极管的选择,对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向

28、工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。,四、二极管的选择,每只二极管只在变压器副边电压的半个周期通过电流，所以每只二极管的平均电流只有负载电阻上电流平均值的一半。,二极管承受的最大反向电压等于变压器副边的峰值电压,对于二极管最大整流平均电流IF和最高反向工作电压UR均应留10%的余地，以保证二极管安全工作。,以单向桥式整流电容滤波为例进行分析，其电路如图所示。,一、滤波原理,（电容器的充、放电）,RL接入（且RLC较大）时 (忽略整流电路内阻),无滤波电容 时的波形,加入滤波电容 时的波形,充电,放电,二、输出电压平均值,当负载开路时,当RLC（35)T/2时,考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于,只有整流电路输出电压大于uc时，才有充电电流。因此二极管中的电流是脉冲波。,二极管中的电流,充电电流,四、整流二极管的导通角,二极管的导通角 ,