模电模拟电路基础2010第9章

1、第九章 功率放大电路 例8、如图所示电路, 运算放大器都是理想器件, 电容C上的初始电压为零。 求V0(t)与 Vi(t)的关系表达式； 解：积分电路 因理想运算放大器满足V+=V-，于是有 分析： 由多个运算放大器组成的线性电路，可根据单个电路的输入输出关系，求出总电路的运算关系。 本例首先确定积分电路关系，再根据理想运算放大器的分析方法，确定输入输出电 压关系。 第八章 波形的发生和信号的转换第八章 波形的发生和信号的转换8.1 正弦波振荡电路（重点）8.2 电压比较器（自学）8.3 非正弦波发生电路（自学）8.4 信号的转换（自学）8.1 正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成（

2、重点）二、RC正弦波振荡电路三、LC正弦波振荡电路（重点）四、石英晶体正弦波振荡电路一、正弦波振荡的条件和电路的组成1. 正弦波振荡的条件 无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。 与负反馈放大电路振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。在电扰动下，对于某一特定频率f0的信号形成正反馈： 由于半导体器件的非线性特性及供电电源的限制，最终达到动态平衡，稳定在一定的幅值。1. 正弦波振荡的条件 一旦产生稳定的振荡，则电路的输出量自维持，即幅值平衡条件相位平衡条件起振条件： 要产生正弦波振荡，必须有满足相位条件的f0，且在合闸通电时对于f= f0信号有从小到大直至稳幅的过程

3、，即满足起振条件。2. 起振与稳幅：输出电压从幅值很小、含有丰富频率，到仅有一种频率且幅值由小逐渐增大直至稳幅。很多种频率频率逐渐变为单一振幅越来越大趋于稳幅2. 起振与稳幅电路如何从起振到稳幅？稳定的振幅3. 基本组成部分1) 放大电路：放大作用2) 正反馈网络：满足相位条件3) 选频网络：确定f0，保证电路产生正弦波振荡4) 非线性环节（稳幅环节）：稳幅1) 是否存在主要组成部分；2) 放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路；3) 是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡 ；4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。常合二为一4、分析方法5.

4、 分类常用选频网络所用元件分类。1) RC正弦波振荡电路：1兆赫以下2) LC正弦波振荡电路：几百千赫几百兆赫3) 石英晶体正弦波振荡电路：振荡频率稳定二、RC 正弦波振荡电路1. RC串并联选频网络低频段高频段 在频率从0中必有一个频率f0，F0。三、LC 正弦波振荡电路 1. LC并联网络的选频特性 理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。谐振频率为在损耗较小时，品质因数及谐振频率损耗2. 变压器反馈式电路特点： 易振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。分析电路是否可能产生正弦波振荡的步骤：1) 是否存在四个组成部分2) 放大电路是否能正常工作3) 是否满足相位条件4)

5、 是否可能满足幅值条件3. 电感反馈式电路特点：耦合紧密，易振，振幅大，C 用可调电容可获得较宽范围的振荡频率。波形较差，常含有高次谐波。 由于电感对高频信号呈现较大的电抗，故波形中含高次谐波，为使振荡波形好，采用电容反馈式电路。4. 电容反馈式（电容三点式）电路 若要振荡频率高，则L、C1、C2的取值就要小。当电容减小到一定程度时，晶体管的极间电容将并联在C1和C2上，影响振荡频率。特点：波形好，噪声特性也不错; 是分立元件LC振荡器最为常用的电路(包括其改进型)。与放大电路参数无关四、石英晶体正弦波振荡电路SiO2结晶体按一定方向切割的晶片。压电效应和压电振荡：机械变形和电场的关系固有频率

6、只决定于其几何尺寸，故非常稳定。容性感性阻性 一般LC选频网络的Q为几十几百，石英晶体的Q可达104106；前者的相对频差f/f为105，后者可达10101011。1. 石英晶体的特点8.2 电压比较器一、概述二、单限比较器三、滞回比较器四、窗口比较器五、集成电压比较器一、概述1. 电压比较器的功能：比较电压的大小。 输入电压是模拟信号；输出电压表示比较的结果，只有高电平和低电平两种情况，为二值信号。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压(也称门限电压)。 广泛用于各种判决、报警等电路中。2. 电压比较器的描述方法 :电压传输特性 uOf(uI)电压传输特性的三个要素：（1）输出高电平UOH和输

7、出低电平UOL（2）阈值电压UT（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向3. 几种常用的电压比较器（1）单限比较器：只有一个阈值电压（3）窗口比较器： 有两个阈值电压，输入电压单调变化时输出电压跃变两次。（2）滞回比较器：具有滞回特性 输入电压的变化方向不同，阈值电压也不同，但输入电压单调变化使输出电压只跃变一次。回差电压：4、集成运放的非线性工作区电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈理想运放工作在非线性区的特点：1) 净输入电流为02) uP uN时， uOUOM uP 0 时 uO UOM; uI 0 时 uO UOM 集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运放的输入级，需加

8、输入端限幅电路。二极管限幅电路使净输入电压最大值为UD1. 过零比较器输出限幅电路 为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。UOH UZ1 UD2 UOL( UZ2 UD1)不可缺少！8.3 非正弦波发生电路一、常见的非正弦波二、矩形波发生电路三、三角波发生电路四、锯齿波发生电路五、波形变换电路一、常见的非正弦波矩形波三角波锯齿波尖顶波阶梯波矩形波是基础波形，可通过波形变换得到其它波形。二、矩形波发生电路 输出无稳态，有两个暂态；若输出为高电平时定义为第一暂态，则输出为低电平为第二暂态。1. 基本组成部分 （1）开关电路：因为输出只有高电平和低电平两种情况，即两个暂态；故采用电压比较器。

9、 （2）反馈网络：因需自控，在输出为某一暂态时孕育翻转成另一暂态的条件，故应引入反馈。 （3）延迟环节：要使两个暂态均维持一定的时间，故采用RC环节实现，从而决定振荡频率 。2. 电路组成正向充电： uO（+UZ）RC地反向充电： 地C R uO（UZ）RC 回路滞回比较器三、三角波发生电路 1. 电路组成 用积分运算电路可将方波变为三角波。两个RC环节实际电路将两个RC 环节合二为一集成运放应用电路的分析方法：化整为零（分块），分析功能（每块），统观整体，性能估算8.4 信号的转换一、概述二、u-i 转换电路三、精密整流电路四、u-f 转换电路一、概述信号的发送：调幅、调频、调相信号的接收：

10、解调信号对负载的驱动：i-u，u-i信号的预处理：AC-DC（整流、检波、滤波） DC-AC（斩波）信号的接口：A-D（如 u-f ），D-A二、 u-i 转换电路 若信号源不能输出电流，则选电路一；若信号源能够输出一定的电流，则可选电路二。 电路一电路二引入了电流串联负反馈引入了电流并联负反馈第九章 功率放大电路9.1 概述9.2 互补输出级的分析计算9.1 概述一、功率放大电路研究的问题二、对功率放大电路的要求三、晶体管的工作方式四、功率放大电路的种类集成运放的组成 集成运算放大器是一个高增益直接耦合多级放大电路。差动放大输入级U-U+中间放大级互补输出级恒流源偏置电路增益级一般高增益共射

11、电路低阻功率输出级，提高负载能力。提供稳定合适的偏流一般由恒流源组成Uo例： 扩音系统执行机构功率放大器的作用： 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。 功率放大电压放大信号提取9.1 功率放大器9.1.1 功放的特点及分类 功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。为了获得大的输出功率，必须使 : 输出信号电压大； 输出信号电流大； 放大电路的输出电阻与负载匹配。9.1.1 功放的特点及分类 电压放大器与功率放大器的区别： 1. 任务不同：电压放大不失真地提高输入信号的幅度，以驱动后面的功率放大级，通常工作在小信号状态。功率放大信号不失真

12、或轻度失真的条件下提高输出功率，通常工作在大信号状态。 2. 分析方法：电压放大采用微变等效电路法和图 解法;功率放大图解法 功率放大电路中的一些特殊问题1. 要求尽可能大的输出功率,管子工作在极限的工作状态。2. 效率=负载得到的有用信号功率Po电源供给的直流功率PDC3. 非线性失真要小。 在大信号状态工作必然引起失真的问题，这就存在增大输出功率和失真严重的矛盾，这就要求在电路结构上进行改进，尽可能大的提高输出功率，减小非线性失真。4. 半导体三极管散热的问题。 实例典型的收音机电路变频低放中放功放Ic=0.5mAIc=2mAIc=20mAVCC=6VPo=30mW电源供给的功率：PDC=

13、VCCIc=120mW转换效率：电源供给的能量大多数以管耗的形式消耗掉，通常功放电路中的工作管必须加散热片。功率放大器分类 三极管根据正弦信号整个周期内的导通情况，可分为几个工作状态：乙类：导通角等于180甲类：一个周期内均导通甲乙类：导通角大于180丙类：导通角小于180 根据偏置条件不同，或者说 Q 点的位置不同，可以用甲类、乙类、甲乙类等来描述放大器的工作状态。 甲 类：整个周期有电流； 失真小，但效率低，应用少。 乙 类：一半时间无电流； 效率高，但有交越失真,应用:对失真要求不高时。 甲乙类：少半时间无电流； 效率高，可以消除交越失真,应用:较多。 功率放大器分类1. 甲类功率放大器

14、分析（BJT总工作在放大区)甲类功率放大器存在的缺点： 输出功率小 静态功率大，效率低，最高效率为:如何解决效率低的问题？办法：降低Q点。既降低Q点又不会引起截止失真的办法：采用推挽输出电路，或称互补对称射极输出器。缺点：但又会引起截止失真。电路特点:互补对称电路中采用两个晶体管： NPN,PNP各一支；两管特性一致。对称电源：+USC，-USC组成互补对称式射极输出器。ui-USCT1T2uo+USCRLiLNPN型PNP型2. 乙类功率放大器 1. 电路工作原理 当输入信号处于正半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时NPN型三极管工作。有电流通过负载RL，按图中方向由上到下，与假设正方

15、向相同。 当输入信号为负半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时PNP型三极管工作。有电流通过负 载RL，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。于是两个三极管一个正半周，一个负半周轮流导电，在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。ie1ie22 互补推挽乙类功放乙类互补对称电路存在的问题实际测试波形ui-USCT1T2uo+USCRLiL输入输入波形图uiuououo 交越失真死区电压乙类互补对称电路存在的问题 当输入信号vi在0VBE之间变化时，不足以克服死区电压，三极管不工作。因此在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真。3. 甲乙类功放给V

16、1、V2提供静态电压tiC0 ICQ1ICQ2克服交越失真：电路：RLRV3V4V1V2+VCC+ui+uoVEEV54. 几种电路的比较 变压器耦合乙类推挽：单电源供电，笨重，效率低，低频特性差。OTL电路：单电源供电，低频特性差。OCL电路：双电源供电，效率高，低频特性好。BTL电路：单电源供电，低频特性好；双端输入双端输出。1)乙类推挽电路 信号的正半周T1导通、T2截止；负半周T2导通、T1截止。 两只管子交替工作，称为“ 推挽 ”。设 相同，则负载上可获得正弦波。 输入信号越大，电源提供的功率也越大。2). OTL 电路 输入电压的正半周： VCCT1CRL地 C 充电。输入电压的负半周： C 的 “”T2