電子技術(shù)課件(模電部分)

一、二極管的伏安特性(單向?qū)щ娦浴巢牧祥_啟電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流硅Si0.5V0.5~0.8V1μA以下鍺Ge0.1V0.1~0.3V幾十μA開啟電壓反向飽和電流擊穿電壓二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性。1/55

二、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號多子濃度高多子濃度很低，且很薄面積大晶體管有三個(gè)極、三個(gè)區(qū)、兩個(gè)PN結(jié)。2/55三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性1.輸入特性3/552.輸出特性對應(yīng)于一個(gè)IB就有一條iC隨uCE變化的曲線。為什么uCE較小時(shí)iC隨uCE變化很大？為什么進(jìn)入放大狀態(tài)曲線幾乎是橫軸的平行線？飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)4/55晶體管的三個(gè)工作區(qū)域狀態(tài)uBEiCuCE截止＜UonICEOVCC放大≥UonβiB≥uBE飽和≥Uon＜βiB≤uBE5/5515.1根本放大電路的組成15.1.1共發(fā)射極根本放大電路組成共發(fā)射極根本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE6/5515.1根本放大電路的組成15.1.2根本放大電路各元件作用晶體管T--放大元件,iC=iB。要保證集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏,使晶體管工作在放大區(qū)?；鶚O電源EB與基極電阻RB--使發(fā)射結(jié)處于正偏，并提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流。共發(fā)射極根本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE7/5515.1根本放大電路的組成15.1.2根本放大電路各元件作用集電極電源EC--為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻RC--將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸ｑ詈想娙軨1、C2--隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系，同時(shí)使信號順利輸入、輸出。信號源負(fù)載共發(fā)射極根本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE8/5515.1根本放大電路的組成單電源供電時(shí)常用的畫法共發(fā)射極根本電路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE9/5515.1.3共射放大電路的電壓放大作用UBEIBICUCE無輸入信號(ui

=0)時(shí):uo=0uBE=UBEuCE=UCE+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO10/55ICUCEOIBUBEO結(jié)論：(1)無輸入信號電壓時(shí)，三極管各電極都是恒定的電壓和電流:IB、UBE和IC、UCE。

(IB、UBE)

和(IC、UCE)分別對應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。QIBUBEQUCEIC11/55UBEIB無輸入信號(ui

=0)時(shí):uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有輸入信號(ui

≠0)時(shí)uCE=UCC－iC

RCuo

0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC15.1.3.共射放大電路的電壓放大作用+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO12/55結(jié)論：(2)加上輸入信號電壓后，各電極電流和電壓的大小均發(fā)生了變化，都在直流量的根底上疊加了一個(gè)交流量，但方向始終不變。+集電極電流直流分量交流分量動態(tài)分析iCtOiCtICOiCticO靜態(tài)分析13/55結(jié)論：(3)假設(shè)參數(shù)選取得當(dāng)，輸出電壓可比輸入電壓大，即電路具有電壓放大作用。(4)輸出電壓與輸入電壓在相位上相差180°，即共發(fā)射極電路具有反相作用。uitOuotO14/551.實(shí)現(xiàn)放大的條件(1)晶體管必須工作在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。(2)正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使晶體管工作于放大區(qū)。(3)輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。(4)輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容耦合只輸出交流信號。15/552.直、流通路和交流通路因電容對交、直流的作用不同。在放大電路中如果電容的容量足夠大，可以認(rèn)為它對交流分量不起作用，即對交流短路。而對直流可以看成開路。這樣，交直流所走的通路是不同的。直流通路：無信號時(shí)電流〔直流電流〕的通路，用來計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。交流通路：有信號時(shí)交流分量〔變化量〕的通路，用來計(jì)算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)參數(shù)。16/55例：畫出以下圖放大電路的直流通路直流通路直流通路用來計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)Q(IB、IC、UCE)對直流信號電容C可看作開路〔即將電容斷開〕斷開斷開+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE17/55RBRCuiuORLRSes++–+––對交流信號(有輸入信號ui時(shí)的交流分量)XC0，C可看作短路。忽略電源的內(nèi)阻，電源的端電壓恒定，直流電源對交流可看作短路。短路短路對地短路交流通路用來計(jì)算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)參數(shù)。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE18/5515.2放大電路的靜態(tài)分析靜態(tài)：放大電路無信號輸入〔ui=0〕時(shí)的工作狀態(tài)。分析方法：估算法、圖解法。分析對象：各極電壓電流的直流分量。所用電路：放大電路的直流通路。設(shè)置Q點(diǎn)的目的：(1)使放大電路的放大信號不失真；(2)使放大電路工作在較佳的工作狀態(tài)，靜態(tài)是動態(tài)的根底?！o態(tài)工作點(diǎn)Q：IB、IC、UCE

。靜態(tài)分析：確定放大電路的靜態(tài)值。19/55用估算法確定靜態(tài)值1.直流通路估算IB根據(jù)電流放大作用2.由直流通路估算UCE、IC當(dāng)UBE<<UCC時(shí)，+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBRB+

UBE由KVL:UCC=ICRC+

UCE所以UCE=UCC–

ICRC20/55例1：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：注意：電路中IB

和IC

的數(shù)量級不同+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB21/55例2：用估算法計(jì)算圖示電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。由例1、例2可知，當(dāng)電路不同時(shí)，計(jì)算靜態(tài)值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB22/55用圖解法確定靜態(tài)值用作圖的方法確定靜態(tài)值步驟：

1.用估算法確定IB優(yōu)點(diǎn)：

能直觀地分析和了解靜態(tài)值的變化對放大電路的影響。2.由輸出特性確定IC

和UCCUCE

=UCC–ICRC+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB直流負(fù)載線方程23/55用圖解法確定靜態(tài)值

直流負(fù)載線斜率ICQUCEQUCCUCE

=UCC–ICRCUCE/VIC/mA直流負(fù)載線Q由IB確定的那條輸出特性與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)O24/5515.3放大電路的動態(tài)分析動態(tài)：放大電路有信號輸入〔ui0〕時(shí)的工作狀態(tài)。分析方法：

微變等效電路法，圖解法。所用電路：

放大電路的交流通路。動態(tài)分析:計(jì)算電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。分析對象：

各極電壓和電流的交流分量。目的：找出Au、ri、ro與電路參數(shù)的關(guān)系，為設(shè)計(jì)打根底。25/55RBRCuiuORLRSes++–+––交流通路用來計(jì)算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)參數(shù)。26/5515.3.1微變等效電路法

微變等效電路：把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個(gè)線性電路。即把非線性的晶體管線性化，等效為一個(gè)線性元件。線性化的條件：晶體管在小信號〔微變量〕情況下工作。因此，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近小范圍內(nèi)的特性曲線可用直線近似代替。微變等效電路法：利用放大電路的微變等效電路分析計(jì)算放大電路電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。27/55晶體管的微變等效電路可從晶體管特性曲線求出。當(dāng)信號很小時(shí)，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的輸入特性在小范圍內(nèi)可近似線性化。1.晶體管的微變等效電路

UBE

IB對于小功率三極管：rbe一般為幾百歐到幾千歐。15.3.1微變等效電路法(1)輸入回路Q輸入特性晶體管的輸入電阻晶體管的輸入回路(B、E之間)可用rbe等效代替，即由rbe來確定ube和ib之間的關(guān)系。IBUBEO28/55(2)輸出回路rce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不計(jì)。晶體管的輸出電阻輸出特性ICUCEQ輸出特性在線性工作區(qū)是一組近似等距的平行直線。晶體管的電流放大系數(shù)晶體管的輸出回路(C、E之間)可用一受控電流源ic=ib等效代替，即由

來確定ic和ib之間的關(guān)系。

一般在20～200之間，在手冊中常用hfe表示。O29/55ibicicBCEibib晶體三極管微變等效電路ube+-uce+-ube+-uce+-1.晶體管的微變等效電路rbeBEC晶體管的B、E之間可用rbe等效代替。晶體管的C、E之間可用一受控電流源ic=ib等效代替。30/552.放大電路的微變等效電路將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微變等效電路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii31/55分析時(shí)假設(shè)輸入為正弦交流，所以等效電路中的電壓與電流可用相量表示。微變等效電路2.放大電路的微變等效電路將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS32/553.電壓放大倍數(shù)的計(jì)算當(dāng)放大電路輸出端開路(未接RL)時(shí)，因rbe與IE有關(guān)，故放大倍數(shù)與靜態(tài)IE有關(guān)。負(fù)載電阻愈小，放大倍數(shù)愈小。式中的負(fù)號表示輸出電壓的相位與輸入相反。例1：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS33/553.電壓放大倍數(shù)的計(jì)算rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2：由例1、例2可知，當(dāng)電路不同時(shí)，計(jì)算電壓放大倍數(shù)Au的公式也不同。要根據(jù)微變等效電路找出ui與ib的關(guān)系、uo與ic

的關(guān)系。34/554.放大電路輸入電阻的計(jì)算放大電路對信號源(或?qū)η凹壏糯箅娐?來說，是一個(gè)負(fù)載，可用一個(gè)電阻來等效代替。這個(gè)電阻是信號源的負(fù)載電阻,也就是放大電路的輸入電阻。定義：輸入電阻是對交流信號而言的，是動態(tài)電阻。+-信號源Au放大電路+-輸入電阻是說明放大電路從信號源吸取電流大小的參數(shù)。電路的輸入電阻愈大，從信號源取得的電流愈小，因此一般總是希望得到較大的輸入電阻。放大電路信號源+-+-35/55rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例1：riri36/555.放大電路輸出電阻的計(jì)算放大電路對負(fù)載(或?qū)蠹壏糯箅娐?來說，是一個(gè)信號源，可以將它進(jìn)行戴維寧等效，等效電源的內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻。+_RLro+_定義：輸出電阻是動態(tài)電阻，與負(fù)載無關(guān)。輸出電阻是說明放大電路帶負(fù)載能力的參數(shù)。電路的輸出電阻愈小，負(fù)載變化時(shí)輸出電壓的變化愈小，因此一般總是希望得到較小的輸出電阻。RSRL+_Au放大電路+_37/55rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射極放大電路特點(diǎn)：

1.放大倍數(shù)高;2.輸入電阻低;3.輸出電阻高.例3：求ro的步驟：1)斷開負(fù)載RL3)外加電壓4)求外加2)令或38/55rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加例4：求ro的步驟：1)斷開負(fù)載RL3)外加電壓4)求2)令或39/55動態(tài)分析圖解法QuCE/VttiB/

AIBtiC/mAICiB/

AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=

由uo和ui的峰值〔或峰峰值〕之比可得放大電路的電壓放大倍數(shù)。40/55

非線性失真如果Q設(shè)置不適宜，晶體管進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)工作，將造成非線性失真。假設(shè)Q設(shè)置過高，晶體管進(jìn)入飽和區(qū)工作，造成飽和失真。Q2uo適當(dāng)減小基極電流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ141/55

非線性失真假設(shè)Q設(shè)置過低，晶體管進(jìn)入截止區(qū)工作，造成截止失真。適當(dāng)增加基極電流可消除失真。uiuotiB/

AiB/

AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE如果Q設(shè)置適宜，信號幅值過大也可產(chǎn)生失真，減小信號幅值可消除失真。42/5515.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)是保證放大電路正常工作的先決條件。但是放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)常因外界條件的變化而發(fā)生變動。前述的固定偏置放大電路，簡單、容易調(diào)整，但在溫度變化、三極管老化、電源電壓波動等外部因素的影響下，將引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變動，嚴(yán)重時(shí)將使放大電路不能正常工作，其中影響最大的是溫度的變化。43/5515.4.1溫度變化對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響在固定偏置放大電路中，當(dāng)溫度升高時(shí)，UBE

、

、ICBO

。

上式說明，當(dāng)UCC和RB一定時(shí)，IC與UBE、以及ICEO有關(guān)，而這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化。溫度升高時(shí)，

IC將增加，使Q點(diǎn)沿負(fù)載線上移。44/55iCuCEQ溫度升高時(shí)，輸出特性曲線上移Q′固定偏置電路的工作點(diǎn)Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的，為此需要改進(jìn)偏置電路。當(dāng)溫度升高使IC增加時(shí)，能夠自動減少IB，從而抑制Q點(diǎn)的變化，保持Q點(diǎn)根本穩(wěn)定。結(jié)論：

當(dāng)溫度升高時(shí)，

IC將增加，使Q點(diǎn)沿負(fù)載線上移，容易使晶體管T進(jìn)入飽和區(qū)造成飽和失真，甚至引起過熱燒壞三極管。O45/5515.4.2分壓式偏置電路1.穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理基極電位根本恒定，不隨溫度變化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–46/5515.4.2分壓式偏置電路1.穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理VB集電極電流根本恒定，不隨溫度變化。RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–47/55從Q點(diǎn)穩(wěn)定的角度來看似乎I2、VB越大越好。但I(xiàn)2越大，RB1、RB2必須取得較小，將增加損耗，降低輸入電阻。而VB過高必使VE也增高，在UCC一定時(shí)，勢必使UCE減小，從而減小放大電路輸出電壓的動態(tài)范圍。在估算時(shí)一般選取：I2=(5~10)IB，VB=(5~10)UBE，RB1、RB2的阻值一般為幾十千歐。參數(shù)的選擇VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–48/55Q點(diǎn)穩(wěn)定的過程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–TUBEIBICVEICVB固定RE：溫度補(bǔ)償電阻對直流：RE越大,穩(wěn)定Q點(diǎn)效果越好；對交流：RE越大,交流損失越大,為防止交流損失加旁路電容CE。49/552.靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算估算法:VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–50/553.動態(tài)分析對交流：旁路電容CE

將RE

短路，RE不起作用，Au，ri，ro與固定偏置電路相同。如果去掉CE，Au，ri，ro？旁路電容RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–51/55RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–去掉CE后的微變等效電路短路對地短路如果去掉CE，Au，ri，ro

?rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE52/55對信號源電壓的放大倍數(shù)？信號源考慮信號源內(nèi)阻RS時(shí)RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–53/55例1:在圖示放大電路中，UCC=12V,RC=6kΩ,RE1=300Ω，RE2=2.7kΩ，RB1=60kΩ，RB2=20kΩRL=6kΩ，晶體管β=50，UBE=0.6V,試求:(1)靜態(tài)工作點(diǎn)IB、IC及UCE；(2)畫出微變等效電路；(3)輸入電阻ri、ro及Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL++++UCCuiuo++––RE254/55解:(1)由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)。直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+–UCEIEIBICVB55/55(2)由微變等效電路求Au、ri、

ro。微變等效電路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE56/5515.5

放大電路的頻率特性

阻容耦合放大電路由于存在級間耦合電容、發(fā)射極旁路電容及三極管的結(jié)電容等，它們的容抗隨頻率變化，故當(dāng)信號頻率不同時(shí)，放大電路的輸出電壓相對于輸入電壓的幅值和相位都將發(fā)生變化。頻率特性幅頻特性：電壓放大倍數(shù)的模|Au|與頻率f的關(guān)系相頻特性：輸出電壓相對于輸入電壓的相位移

與頻率f的關(guān)系57/55通頻帶f|Au

|0.707|Auo|fLfH|Auo|幅頻特性下限截止頻率上限截止頻率耦合、旁路電容造成。三極管結(jié)電容、

造成f–270°–180°–90°相頻特性

O58/55在中頻段

所以，在中頻段可認(rèn)為電容不影響交流信號的傳送，放大電路的放大倍數(shù)與信號頻率無關(guān)。(前面所討論的放大倍數(shù)及輸出電壓相對于輸入電壓的相位移均是指中頻段的)

三極管的極間電容和導(dǎo)線的分布電容很小，可認(rèn)為它們的等效電容CO與負(fù)載并聯(lián)。由于CO的電容量很小，它對中頻段信號的容抗很大，可視作開路。由于耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容量較大，故對中頻段信號的容抗很小，可視作短路。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS+-59/55由于信號的頻率較低，耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗較大，其分壓作用不能忽略。以至實(shí)際送到三極管輸入端的電壓比輸入信號要小，故放大倍數(shù)降低，并使產(chǎn)生越前的相位移〔相對于中頻段〕。在低頻段：所以，在低頻段放大倍數(shù)降低和相位移越前的主要原因是耦合電容和發(fā)射極旁路電容的影響。

CO的容抗比中頻段還大，仍可視作開路。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS+-C1C260/55由于信號的頻率較高，耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗比中頻段還小，仍可視作短路。在高頻段：所以，在高頻段放大倍數(shù)降低和相位移滯后的主要原因是三極管電流放大系數(shù)

、極間電容和導(dǎo)線的分布電容的影響。CO的容抗將減小，它與負(fù)載并聯(lián)，使總負(fù)載阻抗減小，在高頻時(shí)三極管的電流放大系數(shù)也下降，因而使輸出電壓減小，電壓放大倍數(shù)降低，并使產(chǎn)生滯后的相位移〔相對于中頻段〕。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSCo61/5515.6

射極輸出器因?qū)涣餍盘柖裕姌O是輸入與輸出回路的公共端，所以是共集電極放大電路。因從發(fā)射極輸出，所以稱射極輸出器。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS62/55求Q點(diǎn)：15.6.1靜態(tài)分析直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS63/5515.6.2動態(tài)分析1.電壓放大倍數(shù)

電壓放大倍數(shù)Au

1且輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。微變等效電路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE64/55rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE2.輸入電阻射極輸出器的輸入電阻高，對前級有利。ri與負(fù)載有關(guān)65/553.輸出電阻射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE66/55共集電極放大電路(射極輸出器)的特點(diǎn)：1.電壓放大倍數(shù)小于1，約等于1;2.輸入電阻高；3.輸出電阻低；4.輸出與輸入同相。67/55射極輸出器的應(yīng)用主要利用它具有輸入電阻高和輸出電阻低的特點(diǎn)。1.因輸入電阻高，它常被用在多級放大電路的第一級，可以提高輸入電阻，減輕信號源負(fù)擔(dān)。2.因輸出電阻低，它常被用在多級放大電路的末級，可以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。3.利用ri大、ro小以及Au

1的特點(diǎn)，也可將射極輸出器放在放大電路的兩級之間，起到阻抗匹配作用，這一級射極輸出器稱為緩沖級或中間隔離級。68/55例1:.在圖示放大電路中，UCC=12V,RE=2kΩ,RB=200kΩ，RL=2kΩ，晶體管β=60，UBE=0.6V,信號源內(nèi)阻RS=100Ω，試求:(1)靜態(tài)工作點(diǎn)IB、IE及UCE；(2)畫出微變等效電路；(3)Au、ri和ro。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS69/55解:(1)由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)。直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBIC70/55(2)由微變等效電路求Au、ri、

ro。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE微變等效電路71/55零點(diǎn)漂移：指輸入信號電壓為零時(shí)，輸出電壓發(fā)生緩慢地、無規(guī)那么地變化的現(xiàn)象。uotO產(chǎn)生的原因：晶體管參數(shù)隨溫度變化、電源電壓波動、電路元件參數(shù)的變化。零點(diǎn)漂移零點(diǎn)漂移的危害：直接影響對輸入信號測量的準(zhǔn)確程度和分辨能力。嚴(yán)重時(shí)，可能淹沒有效信號電壓，無法分辨是有效信號電壓還是漂移電壓。72/5515.7差分放大電路15.7.1差動放大電路的工作情況電路結(jié)構(gòu)對稱，在理想的情況下，兩管的特性及對應(yīng)電阻元件的參數(shù)值都相等。差動放大電路是抑制零點(diǎn)漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)。差動放大原理電路

+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2兩個(gè)輸入、兩個(gè)輸出兩管靜態(tài)工作點(diǎn)相同73/551.零點(diǎn)漂移的抑制uo=VC1－VC2

=0uo=(VC1+

VC1

)－(VC2+

VC2)=0靜態(tài)時(shí)，ui1

=

ui2

=0當(dāng)溫度升高時(shí)ICVC〔兩管變化量相等〕對稱差動放大電路對兩管所產(chǎn)生的同向漂移都有抑制作用。+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T274/552.有信號輸入時(shí)的工作情況兩管集電極電位呈等量同向變化，所以輸出電壓為零，即對共模信號沒有放大能力。(1)共模信號

ui1=ui2大小相等、極性相同差動電路抑制共模信號能力的大小，反映了它對零點(diǎn)漂移的抑制水平。+UCCuoRCRB2T1RB1RCRB2RB1+–ui1ui2++––T2+–+–+–+–+–+–共模信號需要抑制75/55+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T22.有信號輸入時(shí)的工作情況兩管集電極電位一減一增，呈等量異向變化，(2)

差模信號

ui1=–ui2大小相等、極性相反uo=(VC1－

VC1

)－(VC2+

VC１)=－2

VC1即對差模信號有放大能力。+–+–+–+–+–+–差模信號是有用信號76/55(3)比較輸入

ui1、ui2大小和極性是任意的。例1:

ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV例2:

ui1=20mV,ui2=16mV可分解成:

ui1=18mV+2mVui2=18mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV共模信號差模信號放大器只放大兩個(gè)輸入信號的差值信號—差動放大電路。這種輸入常作為比較放大來應(yīng)用，在自動控制系統(tǒng)中是常見的。77/55〔CommonModeRejectionRatio)全面衡量差動放大電路放大差模信號和抑制共模信號的能力。差模放大倍數(shù)共模放大倍數(shù)

KCMR越大，說明差放分辨差模信號的能力越強(qiáng)，而抑制共模信號的能力越強(qiáng)。3.共模抑制比共模抑制比78/55假設(shè)電路完全對稱，理想情況下共模放大倍數(shù)Ac=0輸出電壓uo=Ad〔ui1－ui2〕=Aduid假設(shè)電路不完全對稱，那么Ac0，實(shí)際輸出電壓uo=Acuic+Aduid即共模信號對輸出有影響。79/5515.7.2典型差動放大電路+UCCuoui1RCRPT1RBRCui2RERB+++–––T2EE+–RE的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，限制每個(gè)管子的漂移。EE：用于補(bǔ)償RE上的壓降，以獲得適宜的工作點(diǎn)。Rp的作用：在靜態(tài)時(shí)將輸出電壓調(diào)零。80/5515.8互補(bǔ)對稱功率放大電路對功率放大電路的根本要求功率放大電路的作用：是放大電路的輸出級，去推動負(fù)載工作。例如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)、電動機(jī)旋轉(zhuǎn)等。(1)在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。(2)由于功率較大，就要求提高效率。81/55ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號的整個(gè)周期都導(dǎo)通靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大效率低。乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，靜態(tài)IC=0，波形嚴(yán)重失真,管耗小效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時(shí)間大于半個(gè)周期，靜態(tài)IC

0，一般功放常采用。82/55互補(bǔ)對稱放大電路互補(bǔ)對稱電路是集成功率放大電路輸出級的根本形式。當(dāng)它通過容量較大的電容與負(fù)載耦合時(shí)，由于省去了變壓器而被稱為無輸出變壓器(OutputTransformerless)電路，簡稱OTL電路。假設(shè)互補(bǔ)對稱電路直接與負(fù)載相連，輸出電容也省去，就成為無輸出電容(OutputCapacitorless)電路，簡稱OCL電路。OTL電路采用單電源供電，OCL電路采用雙電源供電。83/551.

OTL電路(1)特點(diǎn)T1、T2的特性一致；一個(gè)NPN型、一個(gè)PNP型兩管均接成射極輸出器；輸出端有大電容；單電源供電。OTL原理電路RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-84/55RLuiT1T2Auo+-+-(2)工作過程T1導(dǎo)通、T2截止；同時(shí)給電容充電T2導(dǎo)通、T1截止；電容放電，相當(dāng)于電源假設(shè)輸出電容足夠大，其上電壓根本保持不變，那么負(fù)載上得到的交流信號正負(fù)半周對稱。ic1ic2交流通路uo輸入交流信號ui的正半周輸入交流信號ui的負(fù)半周85/55(4)交越失真當(dāng)輸入信號ui為正弦波時(shí)，輸出信號在過零前后出現(xiàn)的失真稱為交越失真。

交越失真產(chǎn)生的原因由于晶體管特性存在非線性，

ui

<死區(qū)電壓晶體管導(dǎo)通不好。交越失真采用各種電路以產(chǎn)生有不大的偏流，使靜態(tài)工作點(diǎn)稍高于截止點(diǎn)，即工作于甲乙類狀態(tài)。克服交越失真的措施uitOuotO86/55R1RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-R2D1D2動態(tài)時(shí)，設(shè)ui參加正弦信號。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。負(fù)半周T1截止，T2基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。靜態(tài)時(shí)T1、T2

兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)。(5)克服交越失真的電路87/55uiuo+–UCCT1T2+UCCRL–2.OCL電路ic1ic2靜態(tài)時(shí)：ui=0V,iC10，iC20uo=0V。動態(tài)時(shí)：ui

<0VT2導(dǎo)通，T1截止ui

>0VT1導(dǎo)通，T2截止特點(diǎn)：

雙電源供電、輸出無電容器。uoOCL原理電路88/5515.9場效應(yīng)管及其放大電路場效應(yīng)晶體管是利用電場效應(yīng)來控制電流的一種半導(dǎo)體器件，即是電壓控制元件。它的輸出電流決定于輸入電壓的大小，根本上不需要信號源提供電流，所以它的輸入電阻高，且溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)不同場效應(yīng)管有兩種:絕緣柵型場效應(yīng)管本節(jié)僅介紹絕緣柵型場效應(yīng)管按工作狀態(tài)可分為：增強(qiáng)型和耗盡型兩類每類又有N溝道和P溝道之分89/55絕緣柵場效應(yīng)管漏極D柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場效應(yīng)管。金屬電極(1)

N溝道增強(qiáng)型管的結(jié)構(gòu)柵極G源極S1.增強(qiáng)型絕緣柵場效應(yīng)管SiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)90/55GSD符號：由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入電阻很高，最高可達(dá)1014

。漏極D金屬電極柵極G源極SSiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)由于金屬柵極和半導(dǎo)體之間的絕緣層目前常用二氧化硅，故又稱金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管，簡稱MOS場效應(yīng)管。91/55(2)N溝道增強(qiáng)型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–

由結(jié)構(gòu)圖可見，N+型漏區(qū)和N+型源區(qū)之間被P型襯底隔開，漏極和源極之間是兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。

當(dāng)柵源電壓UGS=0時(shí)，不管漏極和源極之間所加電壓的極性如何，其中總有一個(gè)PN結(jié)是反向偏置的，反向電阻很高，漏極電流近似為零。SD92/55EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–

當(dāng)UGS>0時(shí)，P型襯底中的電子受到電場力的吸引到達(dá)表層，填補(bǔ)空穴形成負(fù)離子的耗盡層；N型導(dǎo)電溝道在漏極電源的作用下將產(chǎn)生漏極電流ID，管子導(dǎo)通。當(dāng)UGS>UGS〔th〕時(shí)，將出現(xiàn)N型導(dǎo)電溝道，將D-S連接起來。UGS愈高，導(dǎo)電溝道愈寬。(2)N溝道增強(qiáng)型管的工作原理93/55EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–N型導(dǎo)電溝道當(dāng)UGSUGS(th〕后，場效應(yīng)管才形成導(dǎo)電溝道，開始導(dǎo)通，假設(shè)漏–源之間加上一定的電壓UDS，那么有漏極電流ID產(chǎn)生。在一定的UDS下漏極電流ID的大小與柵源電壓UGS有關(guān)。所以，場效應(yīng)管是一種電壓控制電流的器件。在一定的漏–源電壓UDS下，使管子由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通的臨界柵源電壓稱為開啟電壓UGS(th〕。(2)N溝道增強(qiáng)型管的工作原理94/55(3)

特性曲線有導(dǎo)電溝道轉(zhuǎn)移特性曲線無導(dǎo)電溝道開啟電壓UGS(th〕UDSUGS/ID/mAUDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V漏極特性曲線恒流區(qū)可變電阻區(qū)截止區(qū)95/55N型襯底P+P+GSD符號：結(jié)構(gòu)(4)P溝道增強(qiáng)型SiO2絕緣層加電壓才形成P型導(dǎo)電溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管只有當(dāng)UGSUGS(th〕時(shí)才形成導(dǎo)電溝道。96/552.耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管GSD符號：如果MOS管在制造時(shí)導(dǎo)電溝道就已形成，稱為耗盡型場效應(yīng)管。(1)N溝道耗盡型管SiO2絕緣層中摻有正離子予埋了N型導(dǎo)電溝道97/552.耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管由于耗盡型場效應(yīng)管預(yù)埋了導(dǎo)電溝道，所以在UGS=0時(shí)，假設(shè)漏–源之間加上一定的電壓UDS，也會有漏極電流ID產(chǎn)生。當(dāng)UGS>0時(shí)，使導(dǎo)電溝道變寬，ID增大；當(dāng)UGS<0時(shí)，使導(dǎo)電溝道變窄，ID減??；UGS負(fù)值愈高，溝道愈窄，ID就愈小。當(dāng)UGS到達(dá)一定負(fù)值時(shí)，N型導(dǎo)電溝道消失，ID=0，稱為場效應(yīng)管處于夾斷狀態(tài)〔即截止〕。這時(shí)的UGS稱為夾斷電壓，用UGS(off〕表示。

這時(shí)的漏極電流用

IDSS表示，稱為飽和漏極電流。98/55(2)耗盡型N溝道MOS管的特性曲線夾斷電壓耗盡型的MOS管UGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓到一定值時(shí)才能夾斷。UGS(off)轉(zhuǎn)移特性曲線0ID/mA

UGS/V-1-2-348121612UDS=常數(shù)UDSUGS=0UGS<0UGS>0漏極特性曲線0ID/mA16201248121648IDSS99/552.耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管(3)P溝道耗盡型管符號：GSD予埋了P型導(dǎo)電溝道SiO2絕緣層中摻有負(fù)離子100/55耗盡型GSDGSD增強(qiáng)型N溝道P溝道GSDGSDN溝道P溝道G、S之間加一定電壓才形成導(dǎo)電溝道在制造時(shí)就具有原始導(dǎo)電溝道101/553.場效應(yīng)管的主要參數(shù)(1)開啟電壓UGS(th)：是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)(2)夾斷電壓UGS(off)：(3)飽和漏電流IDSS：是耗盡型MOS管的參數(shù)(4)低頻跨導(dǎo)gm：表示柵源電壓對漏極電流的控制能力極限參數(shù)：最大漏極電流、耗散功率、擊穿電壓。102/55場效應(yīng)管與晶體管的比較電流控制電壓控制控制方式電子和空穴兩種載流子同時(shí)參與導(dǎo)電載流子電子或空穴中一種載流子參與導(dǎo)電類型

NPN和PNPN溝道和P溝道放大參數(shù)

rce很高

rds很高輸出電阻輸入電阻較低較高雙極型三極管單極型場效應(yīng)管熱穩(wěn)定性差好制造工藝較復(fù)雜簡單，成本低對應(yīng)電極

B—E—CG—S—D103/55

場效應(yīng)管放大電路

場效應(yīng)晶體管具有輸入電阻高、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，常用于多級放大電路的輸入級以及要求噪聲低的放大電路。場效應(yīng)管的源極、漏極、柵極相當(dāng)于雙極型晶體管的發(fā)射極、集電極、基極。場效應(yīng)管的共源極放大電路和源極輸出器與雙極型晶體管的共發(fā)射極放大電路和射極輸出器在結(jié)構(gòu)上也相類似。場效應(yīng)管放大電路的分析與雙極型晶體管放大電路一樣，包括靜態(tài)分析和動態(tài)分析。104/551.自給偏壓式偏置電路

場效應(yīng)管放大電路柵源電壓UGS是由場效應(yīng)管自身的電流提供的，故稱自給偏壓。UGS

=–RSIS

=–RSID+UDD

RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuoIS

+_UGST為N溝道耗盡型場效應(yīng)管增強(qiáng)型MOS管因UGS=0時(shí)，ID

0，故不能采用自給偏壓式電路。105/55+UDD

RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuoIS

+_UGS靜態(tài)分析可以用估算法或圖解法(

略)估算法：UGS

=–RSID將的UGS(off)、IDSS代入上兩式，解出UGS、ID;由UDS=

UDD–ID(RD+RS)解出UDS列出靜態(tài)時(shí)的關(guān)系式對增強(qiáng)型MOS管構(gòu)成的放大電路需用圖解法來確定靜態(tài)值。106/55+UDD

RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuoIS

+_UGS例：UDD=20V、RD=3k、RS=1k、RG=500k、UGS(off)=–4V、IDSS=8mA，確定靜態(tài)工作點(diǎn)。解：用估算法UGS

=–1

IDUDS=20–2〔3+1〕=12V列出關(guān)系式解出UGS1=

–2V、UGS2=

–8V、ID1=2mA、ID2=8mA因UGS2<UGS(off)故舍去，所求靜態(tài)解為UGS=

–2VID=2mA、107/552.分壓式偏置電路(1)靜態(tài)分析+–+UDD

RSCSC2C1RG1RDRG2RG++–RLuiuo估算法：將的UGS(off)、IDSS代入上兩式，解出UGS、ID;由UDS=

UDD–ID(RD+RS)解出UDS列出靜態(tài)時(shí)的關(guān)系式流過

RG的電流為零108/55(2)動態(tài)分析電壓放大倍數(shù)RG1RDRG2RG+–RL+–SDGT交流通路輸入電阻輸出電阻

RG是為了提高輸入電阻ri而設(shè)置的。109/553.源極輸出器+UDD

RSC2C1RG1RG2RG+–RLuiuo+–+RG1RSRG2RG+–RL+–SDGT+–交流通路電壓放大倍數(shù)特點(diǎn)與晶體管的射極輸出器一樣110/55第16章集成運(yùn)算放大器16.1集成運(yùn)算放大器的簡單介紹16.2運(yùn)算放大器在信號運(yùn)算方面的應(yīng)用16.4運(yùn)算放大器在波形產(chǎn)生方面的應(yīng)用16.5使用運(yùn)算放大器應(yīng)注意的幾個(gè)問題16.3運(yùn)算放大器在信號處理方面的應(yīng)用111/551.了解集成運(yùn)放的根本組成及主要參數(shù)的意義。2.理解運(yùn)算放大器的電壓傳輸特性，理解理想運(yùn)算放大器并掌握其根本分析方法。3.理解用集成運(yùn)放組成的比例、加減、微分和積分運(yùn)算電路的工作原理，了解有源濾波器的工作原理。4.理解電壓比較器的工作原理和應(yīng)用。本章要求第16章集成運(yùn)算放大器112/5516.1集成運(yùn)算放大器的簡單介紹16.1.1集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路。是開展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。特點(diǎn)：高增益、高可靠性、低本錢、小尺寸Auo高:80dB~140dBrid高:105~1011

ro低:幾十

~幾百

KCMR高:70dB~130dB集成運(yùn)放的符號：uo++Auou+u–。。

。+UCC–UEE–

113/55+UCC–UEEuou–u+16.1.2電路的簡單說明輸入級中間級輸出級同相輸入端輸出端反相輸入端輸入級：輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號，都采用帶恒流源的差放

。

中間級：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。輸出級：與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)對稱電路或射極輸出器構(gòu)成。114/5516.1.3主要參數(shù)1.最大輸出電壓UOPP能使輸出和輸入保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓。2.開環(huán)差模電壓增益Auo運(yùn)放沒有接反響電路時(shí)的差模電壓放大倍數(shù)。Auo愈高，所構(gòu)成的運(yùn)算電路越穩(wěn)定，運(yùn)算精度也越高。6.共模輸入電壓范圍UICM運(yùn)放所能承受的共模輸入電壓最大值。超出此值，運(yùn)放的共模抑制性能下降，甚至造成器件損壞。愈小愈好3.輸入失調(diào)電壓UIO4.輸入失調(diào)電流IIO5.輸入偏置電流IIB115/5516.1.4理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)1.理想運(yùn)算放大器Auo

，rid，ro0，KCMR

2.電壓傳輸特性uo=f(ui)線性區(qū)：uo

=Auo(u+–u–)非線性區(qū)：u+>u–

時(shí)，uo=+Uo(sat)

u+<u–

時(shí)，uo=–Uo(sat)

+Uo(sat)

u+–u–

uo–Uo(sat)線性區(qū)理想特性實(shí)際特性uo++

u+u–+UCC–UEE–

飽和區(qū)O116/553.理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)因?yàn)閡o

=Auo(u+–

u–

)所以(1)差模輸入電壓約等于0即u+=u–,稱“虛短〞(2)輸入電流約等于0即i+=i–0,稱“虛斷〞電壓傳輸特性Auo越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須加負(fù)反響才能使其工作于線性區(qū)。++∞uou–u+i+i––

u+–u–

uo線性區(qū)–Uo(sat)+Uo(sat)O117/554.理想運(yùn)放工作在飽和區(qū)的特點(diǎn)(1)輸出只有兩種可能,+Uo(sat)或–Uo(sat)(2)i+=i–0,仍存在“虛斷〞現(xiàn)象電壓傳輸特性當(dāng)u+>u–時(shí)，uo=+Uo(sat)u+<u–時(shí)，uo=–Uo(sat)不存在“虛短〞現(xiàn)象

u+–u–

uo–Uo(sat)+Uo(sat)O飽和區(qū)118/5516.2

運(yùn)算放大器在信號運(yùn)算方面的運(yùn)用集成運(yùn)算放大器與外部電阻、電容、半導(dǎo)體器件等構(gòu)成閉環(huán)電路后，能對各種模擬信號進(jìn)行比例、加法、減法、微分、積分、對數(shù)、反對數(shù)、乘法和除法等運(yùn)算。運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)，通常要引入深度負(fù)反響。所以，它的輸出電壓和輸入電壓的關(guān)系根本決定于反響電路和輸入電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，而與運(yùn)算放大器本身的參數(shù)關(guān)系不大。改變輸入電路和反響電路的結(jié)構(gòu)形式，就可以實(shí)現(xiàn)不同的運(yùn)算。119/5516.2.1比例運(yùn)算1.反相比例運(yùn)算〔1〕電路組成

以后如不加說明，輸入、輸出的另一端均為地()?！?〕電壓放大倍數(shù)因虛短,所以u–=u+=0，稱反相輸入端“虛地〞—反相輸入的重要特點(diǎn)因虛斷，i+=i–=0，

ifi1i–i+uoRFuiR2R1++––++

–

所以i1

if

因要求靜態(tài)時(shí)u+、u–對地電阻相同，所以平衡電阻R2=R1//RF120/55結(jié)論：①Auf為負(fù)值，即uo與ui

極性相反。因?yàn)閡i加在反相輸入端。②Auf

只與外部電阻R1、RF

有關(guān)，與運(yùn)放本身參數(shù)無關(guān)。③|Auf

|可大于1，也可等于1或小于1。④因u–=u+=0，所以反相輸入端“虛地〞。121/55例：電路如以下圖所示，R1=10k，RF=50k。求：1.Auf、R2；2.假設(shè)R1不變，要求Auf為–10，那么RF、R2應(yīng)為多少？解：1.Auf=–RF

R1

=–50

10=–5R2=

R1

RF

=1050

(10+50)=8.3k

2.因

Auf

=–RF

/

R1

=–RF

10=–10

故得RF=–Auf

R1=–(–10)

10=100k

R2=10100

(10+100)=9.1k

uoRFuiR2R1++––++

–

122/552.同相比例運(yùn)算因虛斷，所以u+=ui

〔1〕電路組成〔2〕電壓放大倍數(shù)uoRFuiR2R1++––++

–

因虛短，所以u–=ui，反相輸入端不“虛地〞

因要求靜態(tài)時(shí)u+、u

對地電阻相同，所以平衡電阻R2=R1//RFu+u–123/55結(jié)論：①Auf為正值，即uo與ui

極性相同。因?yàn)閡i加在同相輸入端。②Auf只與外部電阻R1、RF有關(guān)，與運(yùn)放本身參數(shù)無關(guān)。③Auf≥1，不能小于1。④u–=u+≠0，反相輸入端不存在“虛地〞現(xiàn)象。124/55當(dāng)R1=

且RF

=0時(shí)，uo=ui，Auf=1，稱電壓跟隨器。uoRFuiR2R1++––++

–

由運(yùn)放構(gòu)成的電壓跟隨器輸入電阻高、輸出電阻低，其跟隨性能比射極輸出器更好。uoui++––++

–

左圖是一電壓跟隨器，電源經(jīng)兩個(gè)電阻分壓后加在電壓跟隨器的輸入端，當(dāng)負(fù)載RL變化時(shí)，其兩端電壓uo不會隨之變化。uo+–++

–

15k

RL15k

+15V7.5k

例：125/55負(fù)載電流的大小與負(fù)載無關(guān)。例2：負(fù)載浮地的電壓-電流的轉(zhuǎn)換電路1.能測量較小的電壓；2.輸入電阻高，對被測電路影響小。流過電流表的電流IGUxR2R1+–++

–

RLuiR2R1+–++

–

iLi1126/5516.2.2加法運(yùn)算電路1.反相加法運(yùn)算電路因虛短,u–=u+=0

平衡電阻：

R2=Ri1

//Ri2

//RFii2ii1ifui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R2+–因虛斷，i–=0

所以

ii1+ii2=if

127/552.同相加法運(yùn)算電路方法1:根據(jù)疊加原理

ui1單獨(dú)作用(ui2＝0)時(shí)，同理，ui2單獨(dú)作用時(shí)ui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R1+–128/55方法2：平衡電阻：

Ri1//Ri2

=R1

//RFu+思考u+=?也可寫出u–和u+的表達(dá)式，利用u–=u+的性質(zhì)求解。ui2uoRFui1Ri2Ri1++

–

R1+–129/5516.2.3減法運(yùn)算電路由虛斷可得：由虛短可得：ui2uoRFui1R3R2++

–

R1+–++––如果取R1

=R2

，R3

=RF

如R1

=R2

=R3

=RF

R2//R3

=R1

//RF輸出與兩個(gè)輸入信號的差值成正比。常用做測量放大電路130/5516.2.4積分運(yùn)算電路由虛短及虛斷性質(zhì)可得i1=ifif=?ifi1uoCFuiR2R1++––++

–

uC+–當(dāng)電容CF的初始電壓為uC(t0)時(shí)，那么有131/55假設(shè)輸入信號電壓為恒定直流量，即ui=Ui時(shí)，那么uitO積分飽和線性積分時(shí)間–Uo(sat)uotO+Uo(sat)ui=Ui>0

ui=–Ui<0

采用集成運(yùn)算放大器組成的積分電路，由于充電電流根本上是恒定的，故uo是時(shí)間t的一次函數(shù)，從而提高了它的線性度。輸出電壓隨時(shí)間線性變化Ui–Ui132/55

將比例運(yùn)算和積分運(yùn)算結(jié)合在一起，就組成比例-積分運(yùn)算電路。uoCFuiR2R1++––++

–

RFifi1電路的輸出電壓上式說明：輸出電壓是對輸入電壓的比例-積分這種運(yùn)算器又稱PI調(diào)節(jié)器,常用于控制系統(tǒng)中,以保證自控系統(tǒng)的穩(wěn)定性和控制精度。改變RF和CF，可調(diào)整比例系數(shù)和積分時(shí)間常數(shù),以滿足控制系統(tǒng)的要求。133/5516.2.5微分運(yùn)算電路ifi1由虛短及虛斷性質(zhì)可得i1=ifuoC1uiR2RF++––++

–

uitOuotOUi–Ui134/55比例-微分運(yùn)算電路上式說明：輸出電壓是對輸入電壓的比例-微分控制系統(tǒng)中，PD調(diào)節(jié)器在調(diào)節(jié)過程中起加速作用，即使系統(tǒng)有較快的響應(yīng)速度和工作穩(wěn)定性?！狿D調(diào)節(jié)器uoC1uiR2RF++––++

–

R1ifiRiC135/5516.3運(yùn)放在信號處理方面的應(yīng)用電壓比較器電壓比較器的功能：電壓比較器用來比較輸入信號與參考電壓的大小。當(dāng)兩者幅度相等時(shí)輸出電壓產(chǎn)生躍變，由高電平變成低電平，或者由低電平變成高電平。由此來判斷輸入信號的大小和極性。用途：數(shù)模轉(zhuǎn)換、數(shù)字儀表、自動控制和自動檢測等技術(shù)領(lǐng)域，以及波形產(chǎn)生及變換等場合。運(yùn)放工作在開環(huán)狀態(tài)或引入正反響。136/55理想運(yùn)放工作在飽和區(qū)的特點(diǎn)：1.輸出只有兩種可能+Uo(sat)或–Uo(sat)當(dāng)u+>u－時(shí)，uo=+Uo(sat)u+<u－時(shí)，uo=–Uo(sat)不存在“虛短〞現(xiàn)象2.i+=i－0仍存在“虛斷〞現(xiàn)象電壓傳輸特性uo

u+–u–

–Uo(sat)+Uo(sat)飽和區(qū)O137/55電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)1.根本電壓比較器閾值電壓(門限電平)：輸出躍變所對應(yīng)的輸入電壓。uiuoOURURuouiR2++

–

R1+–++––當(dāng)u+>u–

時(shí)，uo=+Uo

(sat)

u+<u–

時(shí)，uo=–Uo

(sat)

即ui<UR時(shí)，uo=+Uo

(sat)

ui

>UR

時(shí)，uo=–

Uo

(sat)可見，在ui=UR處輸出電壓uo發(fā)生躍變。參考電壓138/55uitOUROuot+Uo

(sat)–Uo

(sat)t1t2單限電壓比較器：當(dāng)ui單方向變化時(shí)，uo只變化一次。URuouiR2++

–

R1+–++––電壓傳輸特性–Uo(sat)+Uo(sat)uiuoOUR139/55ui>UR，uo=+Uo

(sat)ui

<UR，uo=–Uo

(sat)URuouiR2++

–

R1+–++––uiuoURR2++

–

R1+–++––

–Uo(sa