中職培訓(xùn)模擬電子技術(shù)ppt課件

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)2/251 1 放大電路模型放大電路模型1.1 信號的頻譜信號的頻譜1.2 放大電路模型放大電路模型1.3 放大電路的主要性能指標(biāo)放大電路的主要性能指標(biāo)3/251. 電信號的時(shí)域與頻域表示電信號的時(shí)域與頻域表示A A. 正弦信號正弦信號)sin()(0m tVtv00022fT 1.1 信號的頻譜信號的頻譜時(shí)域時(shí)域4/251. 電信號的時(shí)域與頻域表示電信號的時(shí)域與頻域表示B B. 方波信號方波信號)5sin513sin31(sin22)(000SS tttVVtvT20 滿足狄利克雷條件，展開成傅里葉級滿足狄利克雷條件，展開成傅里葉級數(shù)數(shù)2SV直流分量直流分量其

2、中其中2SV基波分量基波分量312S V三次諧波分量三次諧波分量方波的時(shí)域表示方波的時(shí)域表示 5/252. 信號的頻譜信號的頻譜B B. 方波信號方波信號)5sin513sin31(sin22)(000SS tttVVtv頻譜：將一個(gè)信號分解為正弦信號的集合，得到其正弦信號幅值和相位隨角頻率變化的頻譜：將一個(gè)信號分解為正弦信號的集合，得到其正弦信號幅值和相位隨角頻率變化的分布，稱為該信號的頻譜。分布，稱為該信號的頻譜。幅度譜幅度譜相位譜相位譜6/25 1.2 放大電路模型放大電路模型電壓增益（電壓放大倍數(shù)）電壓增益（電壓放大倍數(shù)）iovvv A電流增益電流增益ioiiAi 互阻增益互阻增益)(

3、io iArv互導(dǎo)增益互導(dǎo)增益)S(ioviAg 1. 放大電路的符號及模擬信號放大放大電路的符號及模擬信號放大7/25負(fù)載開路時(shí)的負(fù)載開路時(shí)的 電壓增益電壓增益A. 電壓放大模型電壓放大模型ovAiR輸入電阻輸入電阻oR輸出電阻輸出電阻由輸出回路得由輸出回路得LoLiOoRRRAV vv則電壓增益為則電壓增益為iovv VALoLoRRRA v由此可見由此可見 LR vA即負(fù)載的大小會影響增益的大小即負(fù)載的大小會影響增益的大小要想減小負(fù)載的影響，則希望要想減小負(fù)載的影響，則希望？ （考慮改變放大電路的參數(shù)）（考慮改變放大電路的參數(shù)）LoRR 理想情況理想情況0o R2. 放大電路模型放大電路

4、模型8/25 另一方面，考慮到輸入另一方面，考慮到輸入回路對信號源的衰減回路對信號源的衰減siRR 理想情況理想情況有有sisiivvRRR 要想減小衰減，則希望要想減小衰減，則希望？ iRA. 電壓放大模型電壓放大模型9/25負(fù)載短路時(shí)的負(fù)載短路時(shí)的 電流增益電流增益2. 電流放大模型電流放大模型s iA由輸出回路得由輸出回路得LooioRRRiAiis 則電流增益為則電流增益為ioiiAi LooRRRAis 由此可見由此可見 LR iA要想減小負(fù)載的影響，則希望要想減小負(fù)載的影響，則希望？LoRR 理想情況理想情況 oR由輸入回路得由輸入回路得isssiRRRii 要想減小對信號源的衰減

5、，則希望要想減小對信號源的衰減，則希望？siRR 理想情況理想情況0i R10/25 1.3 放大電路的主要性能指標(biāo)放大電路的主要性能指標(biāo)1. 輸入電阻輸入電阻ttiiRv 決定了放大電路從信號源決定了放大電路從信號源吸取信號幅值的大小吸取信號幅值的大小11/252. 輸出電阻輸出電阻 Ls,0ttoRvviR注意：輸入、輸出電阻為交流電阻，計(jì)算輸出電阻時(shí)不注意：輸入、輸出電阻為交流電阻，計(jì)算輸出電阻時(shí)不考慮負(fù)載電阻考慮負(fù)載電阻R RL L輸出電阻的大小決定了放大電路的帶負(fù)載能力。輸出電阻的大小決定了放大電路的帶負(fù)載能力。即指放大電路輸出量隨負(fù)載變換的程度。即指放大電路輸出量隨負(fù)載變換的程度。

6、12/253. 增益增益 反映放大電路在輸入信號控制下，將供電電源能量轉(zhuǎn)換為輸出信號能量的能力。反映放大電路在輸入信號控制下，將供電電源能量轉(zhuǎn)換為輸出信號能量的能力。其中其中(dB)lg20vA 電電壓壓增增益益四種增益四種增益iovvv AioiiAi ioiArv ioviAg iAA 、v常用分貝（常用分貝（dBdB）表示。）表示。(dB)lg20iA 電流增益電流增益(dB)lg10PA 功功率率增增益益13/254. 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)A.A.頻率響應(yīng)及帶寬頻率響應(yīng)及帶寬 電壓增益可表示為電壓增益可表示為)j ()j ()j (io VVAV 在輸入正弦信號情況下，輸出隨輸入信號頻率連

7、續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，稱為放大在輸入正弦信號情況下，輸出隨輸入信號頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，稱為放大電路的頻率響應(yīng)。電路的頻率響應(yīng)。)()()j ()j (ioio VV或?qū)憺榛驅(qū)憺?()( VVAA其中其中稱稱為為幅幅頻頻響響應(yīng)應(yīng) jjio)()()( VVAV 稱稱為為相相頻頻響響應(yīng)應(yīng) io)()()( 14/25該圖稱為波特圖該圖稱為波特圖縱軸：縱軸：dBdB橫軸：對數(shù)坐標(biāo)橫軸：對數(shù)坐標(biāo)4. 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)A.A.頻率響應(yīng)及帶寬頻率響應(yīng)及帶寬 其中其中上上限限頻頻率率Hf普通音響系統(tǒng)放大電路的幅頻響應(yīng)普通音響系統(tǒng)放大電路的幅頻響應(yīng)下下限限頻頻率率Lf稱稱為為帶帶寬寬LHffBW HLH fB

8、Wff 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng)15/254. 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)B.B.頻率失真（線性失真）頻率失真（線性失真）幅度失真：幅度失真： 對不同頻率的信號增益不同，對不同頻率的信號增益不同，產(chǎn)生的失真。產(chǎn)生的失真。16/254. 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)B.B.頻率失真（線性失真）頻率失真（線性失真）幅度失真：幅度失真： 對不同頻率的信號增益不同，對不同頻率的信號增益不同，產(chǎn)生的失真。產(chǎn)生的失真。相位失真：相位失真： 對不同頻率的信號相移不同，對不同頻率的信號相移不同，產(chǎn)生的失真。產(chǎn)生的失真。17/252 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器1. 集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元圖圖2

9、.1.1 集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖18/251. 集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元圖圖2.1.2 運(yùn)算放大器的代表符號運(yùn)算放大器的代表符號（a）國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號）國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號 （b）國內(nèi)外常用符號）國內(nèi)外常用符號19/251. 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型圖圖2.1.3 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型通常：通常： 開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益 Avo的的 105 （很高）（很高） 輸入電阻輸入電阻 ri 106 （很大）（很大） 輸出電阻輸出電阻 ro 100 （很?。ê苄。?vOAvo(vPvN) （

10、 V vO V ） 注意輸入輸出的相位關(guān)系注意輸入輸出的相位關(guān)系20/252. 2. 理想運(yùn)放的線性工作區(qū)理想運(yùn)放的線性工作區(qū)電路特征：電路引入負(fù)反饋。電路特征：電路引入負(fù)反饋。vO = Aod(uP uN) 因?yàn)橐驗(yàn)関O為有限值，為有限值， Aod 所以所以 vNvP0， 即即 vNvP虛短路虛短路 因?yàn)橐驗(yàn)镽id， 所以所以 iNiP0虛斷路虛斷路21/253. 3. 理想運(yùn)放的非線性工作區(qū)理想運(yùn)放的非線性工作區(qū)電路特征：電路處于開環(huán)狀態(tài)或只引入了正反饋。電路特征：電路處于開環(huán)狀態(tài)或只引入了正反饋。特點(diǎn)：特點(diǎn)：輸出電壓輸出電壓vO只有兩種情況：分別為只有兩種情況：分別為 VOM或或 VOM

11、。當(dāng)當(dāng)vPvN時(shí)，時(shí)， vO VOM 當(dāng)當(dāng)vPvN時(shí)，時(shí)， vO VOM 差模輸入電阻無窮大，凈輸入電流為零，仍有差模輸入電阻無窮大，凈輸入電流為零，仍有“虛斷虛斷”，但無，但無“虛短虛短”。22/252 同相放大電路同相放大電路（a）電路圖）電路圖 （b）小信號電路模型）小信號電路模型圖圖2.3.1 同相放大電路同相放大電路1. 基本電路基本電路 23/252 同相放大電路同相放大電路2. 幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算（1）電壓增益電壓增益Av 根據(jù)虛短和虛斷的概念有根據(jù)虛短和虛斷的概念有 vpvn， ipin0o211npivvvv RRR所以所以12121io1RRRRR

12、A vvv（可作為公式直接使用）（可作為公式直接使用）24/252 同相放大電路同相放大電路3. 幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算（2）輸入電阻）輸入電阻Ri 輸入電阻定義輸入電阻定義 iiiivR 根據(jù)虛短和虛斷有根據(jù)虛短和虛斷有 vivp，ii ip0所以所以 iiiivR（3）輸出電阻）輸出電阻Ro Ro025/254. 電壓跟隨器電壓跟隨器根據(jù)虛短和虛斷有根據(jù)虛短和虛斷有vovn vp vi1io vvvA（可作為公式直接使用）（可作為公式直接使用）26/25電壓跟隨器的作用電壓跟隨器的作用無電壓跟隨器時(shí)無電壓跟隨器時(shí) 負(fù)載上得到的電壓負(fù)載上得到的電壓sssLsLo01.

13、011001vvvv RRR電壓跟隨器時(shí)電壓跟隨器時(shí)ip00，vpvs根據(jù)虛短和虛斷有根據(jù)虛短和虛斷有vovn vp vs27/253 共射極放大電路的工作原理共射極放大電路的工作原理1 基本共射極放大電路的組成基本共射極放大電路的組成基本共射極放大電路基本共射極放大電路 三極管三極管T（NPN）：起放大作用。）：起放大作用。 偏置電路偏置電路VBB、Rb：使：使VBEVon(發(fā)發(fā) 射結(jié)正偏射結(jié)正偏)，提供一個(gè)合適的，提供一個(gè)合適的IB電電 流，使三極管工作在線性區(qū)。流，使三極管工作在線性區(qū)。 VCC：使：使VCEVBE（集電結(jié)反偏），（集電結(jié)反偏）， 同時(shí)提供電路工作的能量。同時(shí)提供電路工作

14、的能量。 負(fù)載電阻（集電極電阻）負(fù)載電阻（集電極電阻）RC：將：將 變化的集電極電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出。變化的集電極電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出。 地：輸入回路與輸出回路的公共端。地：輸入回路與輸出回路的公共端。 28/25靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作情況靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作情況 ：vi0時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱。 ： vi0時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，也稱。 在動(dòng)態(tài)工作情況下，放大電路的放大原理：在動(dòng)態(tài)工作情況下，放大電路的放大原理： 2 基本共射極放大電路的工作原理基本共射極放大電路的工作原理)( oCEcbicvviiivRDD29/251. 1. 靜態(tài)工作點(diǎn)的估算

15、靜態(tài)工作點(diǎn)的估算靜態(tài)時(shí)，靜態(tài)時(shí)，v i0 ，三極管的各極電流、發(fā)射結(jié)電，三極管的各極電流、發(fā)射結(jié)電壓、管壓降均為一個(gè)恒定的直流量。記作：壓、管壓降均為一個(gè)恒定的直流量。記作： (IBQ，VBEQ) 和和( ICQ，VCEQ )分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，所以稱為分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，所以稱為 在放大電路中，三極管的發(fā)射結(jié)始終是正偏的，其發(fā)射結(jié)壓降可以近似為一常量，在放大電路中，三極管的發(fā)射結(jié)始終是正偏的，其發(fā)射結(jié)壓降可以近似為一常量， VBEQ=0.7V （硅），（硅），0.2V（鍺）。（鍺）。根據(jù)回路方程，可以得到靜態(tài)工作點(diǎn)的表達(dá)式：根據(jù)回路方程，可以得到靜態(tài)工

16、作點(diǎn)的表達(dá)式： CCQCCCEQBQCQbBEQBBBQRIVVIIRVVICEQBEQEQCQBQ)(VVIII、4.2.2 基本共射極放大電路的工作原理基本共射極放大電路的工作原理30/252 2設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性放大電路建立正確的靜態(tài)工作點(diǎn)，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號放大電路建立正確的靜態(tài)工作點(diǎn)，是為了使三極管工作在線性區(qū)，以保證信號不失真。不失真。 圖示為沒有設(shè)置合適靜態(tài)工作點(diǎn)電圖示為沒有設(shè)置合適靜態(tài)工作點(diǎn)電路，該電路在輸入信號路，該電路在輸入信號viVon ，三極管，三極管發(fā)射結(jié)不導(dǎo)通，無輸出信號，輸出失真發(fā)射結(jié)不導(dǎo)通，無輸出信號，輸出失真。 沒

17、有設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)31/253. 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài) 輸入正弦信號輸入正弦信號vs后，電路將處在動(dòng)態(tài)工后，電路將處在動(dòng)態(tài)工作情況。此時(shí)，作情況。此時(shí)，BJT各極電流及電壓都將在各極電流及電壓都將在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上隨輸入信號作相應(yīng)的變化。靜態(tài)值的基礎(chǔ)上隨輸入信號作相應(yīng)的變化。 交流通路交流通路 32/254 4共射放大電路的工作原理及波形分析共射放大電路的工作原理及波形分析 當(dāng)基本共射放大電路的有輸入信號時(shí)，基極電流、當(dāng)基本共射放大電路的有輸入信號時(shí)，基極電流、集電極電流、管壓降均在原來靜態(tài)直流分量上疊加了一個(gè)集電極電流、管壓降均在原來靜態(tài)直流分量上疊加了一個(gè)交流分量，工作波形如圖所示：交流分量，工作波

18、形如圖所示：注意：輸出信號注意：輸出信號vo（vce）與輸入信號）與輸入信號vi（ib、ic）相位相反。）相位相反。cebcCvVuiIiIiiIiCEQCEBQCQbBQB)(對于基本共射放大電路，只有設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，對于基本共射放大電路，只有設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使交流信號加載在直流信號之上，以保證三極管在輸入信號使交流信號加載在直流信號之上，以保證三極管在輸入信號整個(gè)周期內(nèi)始終工作在放大狀態(tài)，輸出信號才不會失真。整個(gè)周期內(nèi)始終工作在放大狀態(tài)，輸出信號才不會失真。 33/255 5放大電路的組成原則放大電路的組成原則 靜態(tài)工作點(diǎn)合適：合適的直流電源、合適的電路參數(shù)。靜態(tài)工作點(diǎn)合適：合

19、適的直流電源、合適的電路參數(shù)。 動(dòng)態(tài)信號能夠作用于晶體管的輸入回路，在負(fù)載上能夠獲得放大了的動(dòng)態(tài)信號。動(dòng)態(tài)信號能夠作用于晶體管的輸入回路，在負(fù)載上能夠獲得放大了的動(dòng)態(tài)信號。 對實(shí)用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少。對實(shí)用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少。 1 1組成原則組成原則34/252 2兩種實(shí)用放大電路兩種實(shí)用放大電路 直接耦合電路直接耦合電路 電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)：單電源：電路只有一個(gè)直流電源；單電源：電路只有一個(gè)直流電源；共共 地：輸入信號、直流電源、輸出信號均地：輸入信號、直流電源、輸出信號均有一端接在公共端，抗干擾性強(qiáng)；有一端接在公共端，抗干擾性強(qiáng)；直接耦合：信

20、號源與放大電路、放大電路與負(fù)載均直接相連。直接耦合：信號源與放大電路、放大電路與負(fù)載均直接相連。35/25CCQCCCEQBQCQb1BEQb2BEQCCBQRIVVIIRVRVVI靜態(tài)工作點(diǎn)估算：靜態(tài)工作點(diǎn)估算： 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：w Rb1不能缺少，否則在靜態(tài)時(shí)，三極管截止，不能正常工作；不能缺少，否則在靜態(tài)時(shí)，三極管截止，不能正常工作；w 輸入信號在輸入信號在Rb1上有損失，影響放大電路的放大能力。上有損失，影響放大電路的放大能力。 36/25 阻容耦合電路阻容耦合電路 電路特點(diǎn)：電路特點(diǎn)： 阻容耦合：信號源與放大電路、放大電路與負(fù)載之間通過電容（耦合電容）相連。阻容耦合：信號源與放大電路、放大電路與負(fù)載之間通過電容（耦合電容）相連。 37/25耦合電容的作用：隔離直流，通過交流。耦合電容的作用：隔離直流，通過交流。電容對直流量容抗無窮大，信號源與放大電路、電容對直流量容抗無窮大，信號源與放大電路、放大電路與負(fù)載間無直流量通過