模拟电路期末总复习

1、模拟电路期末总复习模拟电路期末总复习2013年12月两种载流两种载流子的运动子的运动电子电子自由电子自由电子空穴空穴价电子价电子两种两种半导体半导体N型型 (多电子多电子)P型型 (多空穴多空穴)正向电阻小（理想为正向电阻小（理想为0）反向电阻大（反向电阻大（ ）)1(DSD TUueIi)1( , 0DSDD TUueIiu0 , 0SD IIuiDuDU (BR)I FURM正向正向 最大平均电流最大平均电流 IF反向反向最大反向工作电压最大反向工作电压U(BR) (超过则击穿超过则击穿)反向饱和电流反向饱和电流IR (IS)(受温度影响受温度影响)第一章第一章 半导体器件半导体器件基本概

2、念的理解基本概念的理解IU在反向击穿区，流过稳压管的电流在反向击穿区，流过稳压管的电流发生很大变化，两端电压基本不变。发生很大变化，两端电压基本不变。1、稳定电压、稳定电压 UZ：稳压管的击穿电压：稳压管的击穿电压2、稳定电流、稳定电流 IZ： 使稳压管工作在稳压状态的最小电流使稳压管工作在稳压状态的最小电流3、最大耗散功率、最大耗散功率 PZM：允许的最大功率，：允许的最大功率，PZM= IZM UZ4、动态电阻、动态电阻 rz：工作在稳压状态时，：工作在稳压状态时，rzU / I伏安特性伏安特性符号符号1. 形式与结构形式与结构NPNPNP三区三极两结三区三极两结2. 特点特点基极电流控制

3、集电极电流并实现基极电流控制集电极电流并实现放大放大放大放大条件条件内因：发射区载流子浓度高、基区薄、集电区面积大内因：发射区载流子浓度高、基区薄、集电区面积大外因：外因：发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏3. 电流关系电流关系IE = IC + IB IC = IB+ ICEO IE =(1+ ) IB + ICEOIE = IC + IB IC = IB IE = (1+ ) IB 4. 特性特性iC / mAuCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB =0O 3 6 9 124321死区电压死区电压Uth：0.5V(硅管硅管)0.1V(锗管锗管)工作电压工作电压U

4、BE(on)： 0.6 0.8V 取取 0.7V (硅管硅管) 0.2 0.3V 取取0.3V (锗管锗管)放大区放大区饱饱和和区区截止区截止区放大区特点：放大区特点：1）iB决定决定iC2）曲线水平表示恒流）曲线水平表示恒流3）曲线间隔表示受控）曲线间隔表示受控5. 参数参数特性参数特性参数电流放大倍数电流放大倍数 = /（1 ） = /（1 + )极间反向电流极间反向电流ICBOICEO极限参数极限参数ICMPCMU（BR）CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安安 全全 工工 作作 区区= ( 1 + ) ICBO第二章第二章放大电路的基本原理放大电路的基本原理共射极、共

5、集电极，共基极三种组态的判定、性能比较；共射极、共集电极，共基极三种组态的判定、性能比较；直流通路、交流通路的作用及画法；直流通路、交流通路的作用及画法；中频微变等效电路的画法、中频微变等效电路的画法、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、频率响应、波特图、频带宽度、增益带宽积频率响应、波特图、频带宽度、增益带宽积状态状态电流关系电流关系 条条 件件放大放大I C = IB发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏饱和饱和 I C IB两个结正偏两个结正偏ICS = IBS临界临界截止截止IB U (th) 则则导通导通以以NPN为例：为例：UBE UB UE放大放

6、大UE UC U B饱和饱和PNP管管UC UB UC U B饱和饱和静态静态 (Q ) 动态动态 (Au) 解决不失真的问题解决不失真的问题“Q”偏高引起饱和失真偏高引起饱和失真“Q”偏低引起截止失真偏低引起截止失真解决能放大的问题解决能放大的问题1. 计算法计算法1) 直流通路求直流通路求“Q ” (从发射结导通电压从发射结导通电压UBE（on）出发出发)2) 交流通路分析性能交流通路分析性能 交流通路画法交流通路画法 ：VCC 接地，接地， 耦合电容短路耦合电容短路小信号电路模型小信号电路模型EQbbbe26)1(Irr iuuuRRRAuuAuuA sisosio , iiiiuR 0

7、sLooo uRiuR2. 图解法图解法观察失真观察失真 计算计算U omax直流负载线：直流负载线： uCE = VCC iC RCuCE/ViC/mAVccQUCEQ直流负载线直流负载线1/RC交流负载线：交流负载线： 过过 Q 点点, 斜率为斜率为 1/RL交流负载线交流负载线1/RLUom1Uom2Uomax = min Uom1, Uom2判定：判定： 交流输入和输出的公共极交流输入和输出的公共极, 为共为共极电路极电路共射电路：基极输入共射电路：基极输入 ，集电极输出，集电极输出; 电压、电流都放大电压、电流都放大共集电路：基极输入，发射极输出共集电路：基极输入，发射极输出; 电流

8、放大，电压不放大电流放大，电压不放大共基电路：发射极输入共基电路：发射极输入 ，集电极输出；电压放大，电流不放大，集电极输出；电压放大，电流不放大共集电路：共集电路：Au 1， R i 高，高， Ro低；低； 输入、输出级输入、输出级 、隔离级、隔离级偏置式偏置式+us +VCCRCC1C2RL+RBRS+uo分压式分压式+us +VCCRCC1C2RLRE+RB1RB2RS+uo +RBRC+uCE+ uBE +VCCVBBiBiC求静态工作点；求静态工作点；B)BE(onCCBQRUVI EBEQBQEQRUUI 求性能指标；求性能指标；beL rRAu beBi/rRR CoRR Ebe

9、L)1 ( RrRAu )1(/EbeBiRrRR CoRR 图中图中IEQ = 1 mA， = 99, rbb= 300 , 试计算以下电路的输试计算以下电路的输入电阻和电压放大倍数。入电阻和电压放大倍数。 beCrR )(2900126100300 ber 100ber )100(1 be rber berRACu 100beCrR 100)1( beC rR beirR RC+VCC+ui +uoRiRC+VCC+ui +uoRi100 RC+VCC+ui +uoRi100 RC+VCC+ui +uoRi100 （1 1）电压放大倍数）电压放大倍数 njujnuAUUUUUUUUA1io

10、i2o2io1io（2）输入电阻）输入电阻i1iRR （3）输出电阻输出电阻nRRoo 考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理应把后级的输入电阻作为前级的负载处理!第第3章章 多级放大电路多级放大电路长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路四种接法的比较：电路四种接法的比较：电路参数参数理想对称条件下理想对称条件下输入方式：输入方式： Ri均为均为2(Rb+rbe)；双端输入时无共模信号输入，；双端输入时无共模信号输入，单端输入时有共模信号输入。单端输入时有共模信号输入。输出方式：输出方式：Q点、点、

11、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与之有关。均与之有关。coCMRcbebLcd20 )2(RRKArRRRA 双双端端输输出出： cobebebebCMRebebLccbebLcd)(2)1(2)1(2)()(2)(RRrRRrRKRrRRRArRRRA 单单端端输输出出：T3：恒流管：恒流管 作用：能使作用：能使 iC1、iC2基本上不随温度的变化而变化，从而基本上不随温度的变化而变化，从而抑制共模信号的变化。抑制共模信号的变化。 333CCEceIUr恒流源式差分放大电路恒流源式差分放大电路差分放大电路：利用两半电差分放大电路：利用两半电路和器件的参数对称性抑制路和器件的参数对称性抑制零点

12、漂移。零点漂移。用特性相同的两用特性相同的两个管子来提供输出，使它们个管子来提供输出，使它们的零点漂移相互抵消。的零点漂移相互抵消。通常分为长尾式和恒流源式两类通常分为长尾式和恒流源式两类，后者抑制温漂的能力更强。，后者抑制温漂的能力更强。静态分析静态分析当当I2IB3时，时， R2 上的电压为上的电压为CQ3CQ2CQ121III C1CQCCCQ2CQ1RIVUU 11CQBQ2BQ1 III bRIUU1BQBQ2BQ1 33BEQ2EQ3CQ3RUUIIR EEVRRRU 212R2动态分析动态分析由于恒流三极管相当于一由于恒流三极管相当于一个阻值很大的长尾电阻，它的个阻值很大的长尾电

13、阻，它的作用也是引入一个共模负反馈，作用也是引入一个共模负反馈，对差模电压放大倍数没有影响，对差模电压放大倍数没有影响，所以与长尾式交流通路相同。所以与长尾式交流通路相同。差模电压放大倍数差模电压放大倍数beLC2I1IOd)2/(rRRRuuuA 差模输入电阻差模输入电阻差模输出电阻差模输出电阻)(2beidrRR co2RR 1) RW取值应大些？还是小些？取值应大些？还是小些？2) RW对动态参数的影响？对动态参数的影响？3) 若若RW滑动端在中点，写出滑动端在中点，写出Ad、Ri的表达式。的表达式。2)1(WbebcdRrRRA Wbebi)1()(2RrRR 差分放大电路的改进加调零

14、电位器加调零电位器RW集成运放电路四个组成部分的作用集成运放电路四个组成部分的作用前置级，多采用差分放大电路。要求前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，大，Ad大，大， Ac小，输入端耐压高小，输入端耐压高，静态电流小，静态电流小。主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力大能力，常采用复合管做放大管，以恒流源做集电极负载，常采用复合管做放大管，以恒流源做集电极负载。功率级，多采用准互补输出级。要求功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最大不小，最大不失真输出电压尽可能大失真输出电压尽可能大，非线性失真小，非线性失真小。为各级为各级放大电

15、路设置合适放大电路设置合适的静态工作点。采的静态工作点。采用电流源电路。用电流源电路。第第4章集成运放章集成运放第第5章放大电路的频率响应章放大电路的频率响应定性分析：定性分析：C1Rb+VCCC2Rc+Rs+SUOUiU+中频段：中频段：各种电抗影各种电抗影响忽略，响忽略，Au 与与 f 无关；无关；低频段：低频段： 隔直电隔直电容压降增大，容压降增大，Au 降低降低。与电路中电阻构成。与电路中电阻构成 RC 高通电路，产生高通电路，产生090o的附加相位移；的附加相位移；高频段：高频段：三极管极间电容并联在电路中，三极管极间电容并联在电路中， Au 降低。降低。而且，构成而且，构成 RC

16、低通电路，产生低通电路，产生090o的附加相位移。的附加相位移。单管共射放大电路的频率响应单管共射放大电路的频率响应幅频特性幅频特性fdB/lg20uAOfL 20dB/十倍频十倍频fH20dB/十倍频十倍频smlg20uA 270 225 135 180相频特性相频特性 9010 fL0.1fL0.1fH10 fHfO 45/十倍频程十倍频程)j1)(j1(HLsmsffffAAuu unuuuAAAA 21unuuuAAAAlg20lg20lg20lg2021 nkkn121 级数越多，增益越高。级数越多，增益越高。级数越多，相移越大。级数越多，相移越大。多级放大电路的频率响应多级放大电路

17、的频率响应1. 有无反馈有无反馈2. 正反馈和负反馈正反馈和负反馈 主要看信号有无反向传输通路，并由此影响了放大电路主要看信号有无反向传输通路，并由此影响了放大电路的净输入。的净输入。采用采用瞬时极性法瞬时极性法，看反馈是增强还是削弱净输入信号，看反馈是增强还是削弱净输入信号第第6章章放大电路中的反馈放大电路中的反馈负反馈种类的判别；负反馈种类的判别；负反馈对电路性能的影响；负反馈对电路性能的影响；深度负反馈条件下放大倍数的估算深度负反馈条件下放大倍数的估算反馈极性与输入极性叠加后，若净输入量反馈极性与输入极性叠加后，若净输入量正反馈，正反馈， 若净输入量若净输入量负反馈。负反馈。3. 四种反

18、馈组态四种反馈组态规则：规则：RL 短路，反馈消失则为电压反馈，存在为电流反馈。短路，反馈消失则为电压反馈，存在为电流反馈。规律：规律：电压反馈取自输出端或输出分压端；电压反馈取自输出端或输出分压端； 电流反馈取自非输出端。电流反馈取自非输出端。规则：规则：uid = ui ufiid = ii if规律：规律：反馈信号与输入信号在不同节点为串联反馈；反馈信号与输入信号在不同节点为串联反馈； 反馈信号与输入信号在同一个节点为并联反馈。反馈信号与输入信号在同一个节点为并联反馈。uF电压串联负反馈电压串联负反馈 电流并联负反馈电流并联负反馈 电流串联负反馈电流串联负反馈 电压串联负反馈电压串联负反

19、馈 Aidxoxix基本放大电路基本放大电路fxFAFAA 1f 负反馈方程负反馈方程1. 提高增益的稳定性提高增益的稳定性2. 减少失真和扩展通频带减少失真和扩展通频带3. 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响串联负反馈使输入电阻增大串联负反馈使输入电阻增大电压反馈使输出电阻减小（稳定了输出电压）电压反馈使输出电阻减小（稳定了输出电压）并联负反馈使输入电阻减小并联负反馈使输入电阻减小电流反馈使输出电阻增大（稳定了输出电流）电流反馈使输出电阻增大（稳定了输出电流） 11 AF 深度负反馈深度负反馈 fi uu 串联串联负反馈：负反馈：0id u虚短虚短并联并联负反馈：负反馈：

20、fii i 0id i虚断虚断e3fe1e3e1fRRRRRIUFo)(L3ce3e1e3fe1ioRRRRRRRUUAu+_+_uF该电路为电流串联负反馈，在该电路为电流串联负反馈，在深度负反馈条件下，虚短：深度负反馈条件下，虚短：fiUU e1e2e3fe1e3fRIRRRRU )/()/(Lc3e2Lc3c2oRRIRRIU 该电路为电压串联负反馈该电路为电压串联负反馈o323fURRRU 5 . 22311132f RRFAuuuu323ofRRRUUFuu 故故在深度负反馈条件下在深度负反馈条件下oU另：在深度负反馈条件下，虚短，虚断：另：在深度负反馈条件下，虚短，虚断：fi UUi

21、o323fUURRRU 32f1RRUUAiouu 一一. 运算电路的分析方法运算电路的分析方法1 运用运用 “虚短虚短”和和“虚断虚断”的概念分析电路中各电量间关系。的概念分析电路中各电量间关系。 运放在线性工作时，运放在线性工作时， “虚短虚短”和和“虚断虚断”总是同时存在。总是同时存在。虚地只存在于同相输入端接地的电路中。虚地只存在于同相输入端接地的电路中。2 运用迭加定理解决多个输入端的问题。运用迭加定理解决多个输入端的问题。第七章第七章信号的运算和处理信号的运算和处理二、二、 比例运算电路比例运算电路1FIofRRuuAu uI1FIOf1RRuuAu 反相输入反相输入同相输入同相输

22、入F321/RRRRR “虚断虚断”：iN = 0i1 + i2 + i3 = iF“虚地虚地”：uN = uP= 0所以：所以：FO3I32I21I1RuRuRuRu )(I33FI22FI11FOuRRuRRuRRu 当当 R1 = R2 = R3 = R 时，时，)(I3I2I11FOuuuRRu 方法一：利用虚短，虚断求解方法一：利用虚短，虚断求解三、求和电路三、求和电路1、反相输入求和电路、反相输入求和电路I33fI22fI11fO3O2O1OuRRuRRuRRuuuu 方法二：利用叠加原理方法二：利用叠加原理 首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所首先求解每个输入信号单

23、独作用时的输出电压，然后将所有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。I33fO3I22fO2uRRuuRRu 同理可得同理可得1I1fO1uRRu 2、同相输入求和电路、同相输入求和电路方法一：利用虚短，虚断求解方法一：利用虚短，虚断求解参见课本和课件参见课本和课件方法二：利用叠加原理方法二：利用叠加原理计算麻烦，参见课件计算麻烦，参见课件四、四、加减运算加减运算 利用求和运算电路的分析结果利用求和运算电路的分析结果)(2I21I14I43I3fO2O1ORuRuRuRuRuuu 设设 R1 R2 Rf R3 R4 R5)(I1I

24、2fOuuRRu 实现了差分实现了差分放大电路放大电路)(22111RuRuRuIIfO )(44332RuRuRuIIfO 1. 滤波电路的分类滤波电路的分类低通滤波器低通滤波器 LPF高通滤波器高通滤波器 HPF带通滤波器带通滤波器 BPF带阻滤波器带阻滤波器 BEF2. 有源滤波电路的构成有源滤波电路的构成RC 高通电路高通电路 + 运算放大器运算放大器 = 有源高通滤波有源高通滤波RC 低通电路低通电路 + 运算放大器运算放大器 = 有源低通滤波有源低通滤波3. 滤波电路的性能滤波电路的性能一阶滤波：阻带幅频以一阶滤波：阻带幅频以20 dB/ 十倍频下降十倍频下降二阶滤波：阻带幅频以二

25、阶滤波：阻带幅频以40 dB/ 十倍频下降，为了提升截止十倍频下降，为了提升截止频率附近的幅频特性，电路中可引入适当的正反馈。频率附近的幅频特性，电路中可引入适当的正反馈。RC 低通低通 与与 RC 高通串联高通串联 + 运算放大器运算放大器 = 有源带通滤波有源带通滤波有源低通滤波有源低通滤波 + 有源高通滤波有源高通滤波 = 有源带通滤波有源带通滤波直流电源的滤波直流电源的滤波阻容耦合阻容耦合通信电路通信电路抗已知频率的干扰抗已知频率的干扰信号处理电路信号处理电路一、信号产生电路的分类：一、信号产生电路的分类：正弦波振荡正弦波振荡非正弦波振荡：非正弦波振荡：RC振荡器振荡器 (低频低频)L

26、C振荡器振荡器 (高频高频)石英晶体振荡器石英晶体振荡器(振荡频率精确振荡频率精确)方波、方波、 三角波、三角波、 锯齿波等锯齿波等二、正弦波振荡条件、电路结构和选频电路二、正弦波振荡条件、电路结构和选频电路1. 振荡条件振荡条件 振幅平衡条件振幅平衡条件2FAAFn 相位平衡条件相位平衡条件n=0,1,21uu FA 判断电路是否起振采用判断电路是否起振采用瞬时极性法，瞬时极性法，即断开反馈网络，加即断开反馈网络，加一信号，如果信号极性逐级变化后，返回后与原信号同极性，一信号，如果信号极性逐级变化后，返回后与原信号同极性，则满足相位平衡条件。则满足相位平衡条件。第第8章章波形发生电路波形发生

27、电路2. 振荡电路的两种结构振荡电路的两种结构放大器放大器选频正选频正反馈网络反馈网络UoUfUi选频选频放大器放大器正反馈正反馈网络网络UoUfUi3. 选频电路及其特性选频电路及其特性1) RC串并联式串并联式幅频特性幅频特性 0 Fu .31相频特性相频特性 0 f90 90当当 = 0 =1/RC 时时 Fu = 1/3. = 0电路电路2) LC并联谐振回路并联谐振回路LuCr +iiLiC阻抗幅频特性阻抗幅频特性电路电路 0 Z Z0 阻抗相频特性阻抗相频特性 0 f90 90谐振频率谐振频率LCf 210谐振阻抗谐振阻抗rCLZ 0回路品质因数回路品质因数CLrCrrLQ1100

28、 振荡频率振荡频率RCf 210起振条件起振条件f = f0 时，时，31 F3 A31Ff RRAuRR 2F相位条件：相位条件： AF = A+ F =2n 幅度条件：幅度条件： F = 0 A = 2n 1 FA31 F F = 0三、正弦波振荡电路三、正弦波振荡电路1. RC桥氏振荡电路桥氏振荡电路2. LC 振荡电路振荡电路变压器反馈式变压器反馈式LC+VCCVRERB1RB2CECBLCf210 电感三点式电感三点式C+VCCVRERB1RB2CECBL1L2C1 )2(2121210CMLLLCf 电容三点式电容三点式+VCCVRERB1RB2CECBLC1C2123oUfUiU

29、LCCCCLCf212102121 会用瞬时极性法判断是会用瞬时极性法判断是否满足相位条件，能否否满足相位条件，能否振荡振荡1. 电压比较器的描述方法电压比较器的描述方法 :电压传输特性电压传输特性 uOf (uI)电压传输特性的三个要素：电压传输特性的三个要素：（1）输出高电平）输出高电平UOH和输出低电平和输出低电平UOL；（2）阈值电压）阈值电压UT ：当比较器的输出电压由一种状态跳当比较器的输出电压由一种状态跳变为另一种状态所对应的输入电压；变为另一种状态所对应的输入电压；（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向。）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向。2、电压比较器的分析方法：

30、、电压比较器的分析方法：（1）写出）写出 uP、uN的表达式，的表达式，令令uP uN，求解出的求解出的 uI即为即为UT；（2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；（3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出输出电压电压的跃变方向。的跃变方向。uIUREF0uIuOUZUREFUZ3. 单限电压比较器单限电压比较器 uIUREF0uIuOUZUREFUZ特点特点:1) 工作在非线性区工作在非线性区2) 不存在虚短不存在虚短 (除了除了uI=UREF时时) 3) 存在虚断存在虚断门限电压门限

31、电压 UT = UREF传输特性传输特性4. 迟滞迟滞比较器比较器 (施密特触发器施密特触发器) 反相型反相型迟滞迟滞比较器比较器uIRR1UREFR2R3 UZuO0uIuOUT+UTUZ UZ同相型同相型迟滞迟滞比较器比较器R1RuIUREFR2R3 UZuO传输特性传输特性0uIuOUT+UT-UZUZ门限电压的求法：门限电压的求法：根据迭加定理求出同相端电压根据迭加定理求出同相端电压uP 的表达式，当输出状态变化时，与的表达式，当输出状态变化时，与反相端电压反相端电压uN相等，此时的输入电压相等，此时的输入电压uI即为门限电压即为门限电压UT+和和UT 。功率管的工作类型功率管的工作类

32、型类别类别特点特点Q点点波波 形形甲类甲类无失真无失真Q 较高较高ICQ较大较大Q 较高较高甲乙类甲乙类有失真有失真效率高效率高ICQ小小Q 较低较低乙类乙类失真大失真大效率最高效率最高ICQ = 0 Q 最低最低iCO ICQ tiCO ICQ t tiCO ICQ第第9章功率放大电路章功率放大电路OTL 甲乙类互补对称电路甲乙类互补对称电路 R、VD1、VD2 为晶体管为晶体管VT1、VT2提供一小的静态偏置提供一小的静态偏置电压，使得在输入信号等于零时，管子微导通，以克服交电压，使得在输入信号等于零时，管子微导通，以克服交越失真。越失真。OCL 甲乙类互补对称电路甲乙类互补对称电路2. 效率效率LCESCCCCCC 0 LCESCCV)(2 ) d( sin1RUVVtVtRUVP CCCESCC4 VUVPPVom 1. 输出功率输出功率2CESCComUVU L2CESCCom2)(RUVP 若忽略若忽略UCES，L2om2RVPCC L2V2RVPCC %754 改变电压值改变电压值通常为降压通常为降压交流变脉交流变脉动的直流动的