模拟电子技术电气工程师培训演示文稿

模拟电子技术电气工程师培训演示文稿当前第1页\共有71页\编于星期一\4点（优选）模拟电子技术电气工程师培训当前第2页\共有71页\编于星期一\4点3集成运算放大器及其应用3.1掌握放大电路计算；了解典型差放工作原理；差模、共模、零漂概念，静动态计算，输入输出相位关系，集成参数含义3.2掌握集成运放特点和组成；了解多级放大的耦合方式；零漂抑制原理；了解复合管的正确接法及等效参数计算；恒流源作有源负载和偏置电路当前第3页\共有71页\编于星期一\4点3集成运算放大器及其应用3.3了解多级放大器的频率响应3.4掌握理想运放的虚短、虚地、虚断概念及其分析方法；反相、同相、差动输入比例器及电压跟随器工作原理，传输特性；积分、微分电路工作原理3.5掌握实际运放电路的分析；了解对数和指数运算电路工作原理，输入输出关系；应用乘法器（平方、均方根、除法）当前第4页\共有71页\编于星期一\4点3集成运算放大器及其应用3.6了解模拟乘法器的工作原理当前第5页\共有71页\编于星期一\4点4信号处理电路4.1了解滤波器的概念、种类和幅频特性；比较器的工作原理，传输特性和阀值，输入输出波形关系4.2了解一阶和二阶低通滤波器电路分析；主要性能，传递函数，带通截止频率，电压比较器的分析法；检波器、采样保持电路工作原理4.3了解高通、低通、带通电路和低通电路的对偶关系、特性当前第6页\共有71页\编于星期一\4点5信号发生电路5.1掌握自激振荡条件，RC文氏电桥振荡器起振条件，频率计算；LC振荡器工作原理、相位关系；了解矩形、三角、锯齿波发生电路工作原理，振荡周期计算5.2了解文氏电桥振荡器的稳幅措施；石英晶体振荡器工作原理；各种振荡器适用场合；压控振荡器组成，原理，频率估算，输入输出关系当前第7页\共有71页\编于星期一\4点6功率放大电路6.1掌握功率放大电路的特点；了解互补推挽功放电路工作原理，输出功率和转换功率计算6.2掌握集成功率放大器内部组成；了解功率管的选择、晶体管的几种工作状态6.3了解自举电路；功放管的发热当前第8页\共有71页\编于星期一\4点7直流稳压电源7.1掌握桥式整流及滤波电路工作原理、电路计算；串联型稳压电路工作原理，参数选择，电压调节范围，三端稳压块的应用7.2了解滤波电路外特性；硅稳压管稳压电路限流电阻选择7.3了解倍压整流电路原理；集成稳压电路工作原理及提高输出电压和扩流电路工作原理当前第9页\共有71页\编于星期一\4点二极管伏安特性OA段正向特性OB段反向特性BC段击穿特性VD死区电压(硅0.6-0.7V,锗0.1-0.2V)VB击穿电压(额定电压=VB/2)VBiD(mA)vD(V)(μA)oAVDBC返回当前第10页\共有71页\编于星期一\4点硅稳压管伏安特性稳压管工作在反向电击穿区VZ稳定电压(IW=IWmin-IWmax)IW稳定电流电击穿-可恢复热击穿-不可恢复-VZiD(mA)vD(V)o-IWmax-IWmin电击穿区热击穿区返回当前第11页\共有71页\编于星期一\4点载流子运动与PN结形成P型材料-多子空穴,少子电子N型材料-多子电子,少子空穴扩散-多子浓度差产生的载流子定向运动漂移-少子受电场作用产生的定向运动PN结-扩散与漂移动态平衡(势垒,耗尽层)PN空间电荷区漂移扩散返回当前第12页\共有71页\编于星期一\4点基本放大电路三种组态-共射，共集，共基三极管放大条件-内部,外部VCCRBRCRECICO++TvbvcVCCRB1RECICO++TRB2CBVCCRB1RECICO++TRB2RC返回共发射极放大器共集电极放大器共基极放大器当前第13页\共有71页\编于星期一\4点静态工作点及其估算1.直流通路和直流负载直流通路-直流电流流通路径(电容开路)直流负载-三极管集电极直流电阻2.固定偏置和射极偏置VCCRB1REIBICTRCI2VCCRB1REIBICTRB2RC返回当前第14页\共有71页\编于星期一\4点固定偏置电路VCCRBREIBICTRC返回当前第15页\共有71页\编于星期一\4点射极偏置电路I2VCCRB1REIBICTRB2RC返回当前第16页\共有71页\编于星期一\4点交流通路和交流负载1.交流通路-交流电流的通路(耦合傍路电容短路,直流恒压源短路电流源开路)2.交流负载-三极管集电极交流电阻R'LVCCRBRCRECICO++TRLRLRBRCRETR'L=RC//RL返回当前第17页\共有71页\编于星期一\4点放大电路基本分析方法1.图解分析法——非线性电路的一般分析方法，需要非线性曲线求解精度不高2.微变等效电路分析法——在静态工作点处线性展开，适合小信号分析返回当前第18页\共有71页\编于星期一\4点图解分析法直流负载线－ＭＮ直线交流负载线－过Ｑ点斜率等于-1/R'L直线vCEiCQOVCCVCEQICQMNPIB=0IB=20IB=40IB=60IB=802/mA/V直流负载线交流负载线α返回当前第19页\共有71页\编于星期一\4点微变等效电路分析法1.画放大器交流通路2.用三极管微变等效模型替代三极管3.由所得线性电路求解放大器动态指标共发、共集、共基放大电路RLRBRCRETRLRBRCRErbeİbβİb返回当前第20页\共有71页\编于星期一\4点共集电极放大电路共集放大电路又称射极跟随器，隔离级A=1，输入电阻大，输出电阻小VCCRB1RECICO++TRB2RLR'BREİbβİbrbeRLR'BRET返回当前第21页\共有71页\编于星期一\4点放大电路频率特性1频率响应幅频特性-放大倍数与频率关系相频特性-输入输出相位移与频率关系ffLfHAVM0.707AVMfH上限频率fL下限频率通频带BW=fH

–fLAVM中频放大倍数返回当前第22页\共有71页\编于星期一\4点电压放大电路主要指标电压放大器主要技术指标有：1。电压放大倍数AV=ΔVO/ΔVI|RL=C2。输入电阻Ri=ΔVI/ΔII|RL=C3。输出电阻RO=ΔVO/ΔIO|RL=∞

放大器等效电路+-r0RL-+～放大器riRS返回当前第23页\共有71页\编于星期一\4点放大器等效电路放大器对信号源而言是一负载，用ri等效对负载RL而言，放大器等效为信号源Eo和ro+-r0RL-+～放大器riRS返回当前第24页\共有71页\编于星期一\4点反馈概念反馈-放大器输出信号反送到输入端，从而影响放大器性能正反馈（使净输入增加）和负反馈（使净输入减小）直流反馈（稳定工作点）和交流反馈（改善交流特性）局部反馈（影响局部性能）和级间反馈（影响整体性能）返回当前第25页\共有71页\编于星期一\4点四种反馈类型电压反馈：XO=VO，Xf

∝VO；电流反馈：XO=IO，Xf

∝IO串联反馈：Xf=Vf，并联反馈：Xf=If反馈一般表达式：Af=A/(1+AF)基本放大器反馈网络+–1。电压串联负反馈2。电流串联负反馈3。电压并联负反馈4。电流并联负反馈返回反馈框图当前第26页\共有71页\编于星期一\4点电压串联负反馈共集放大器，同相比例运算电路都是电压串联反馈基本放大器反馈网络返回放大电路基础例一返回四种反馈类型当前第27页\共有71页\编于星期一\4点电压串联负反馈分析计算电路分析：1。两级电容耦合NPN放大电路（负电源）2。级间反馈元件引入电压串联反馈3。瞬时极性判定为负反馈4。反馈信号是RE1上电压Vf正比于输出电压Vf100k30k10k3.3k1001.5k10k1.5k6.2k1k9.12.7k2.7kRLRf=4.7kvOvI10μF10μF10μF100μF33μF-VCCRE1T1T2S深度负反馈分析：Vf=VoRE1/(RE1+Rf)AVf=Vo/Vf=(RE1+Rf)/RE1返回1电压串联负反馈返回2放大电路基础当前第28页\共有71页\编于星期一\4点电压并联负反馈集基偏置电路，反相比例运算电路都是电压并联反馈

基本放大器反馈网络返回当前第29页\共有71页\编于星期一\4点电流串联负反馈射极偏置共发电路（微变等效电路中RE≠0）是电流串联负反馈基本放大器反馈网络返回当前第30页\共有71页\编于星期一\4点电流并联负反馈电流并联负反馈电路基本放大器反馈网络返回当前第31页\共有71页\编于星期一\4点电压并联负反馈电路当前第32页\共有71页\编于星期一\4点电流串联负反馈电路当前第33页\共有71页\编于星期一\4点电流并联负反馈电路当前第34页\共有71页\编于星期一\4点负反馈对放大电路性能影响1.闭环放大倍数稳定性提高2.减小环路内非线性失真3.闭环带宽增大4.对输入输出电阻影响：电压反馈输出电阻减小电流反馈输出电阻增大串联反馈输入电阻增大并联反馈输入电阻减小返回当前第35页\共有71页\编于星期一\4点差动放大器基本概念直流放大器零漂问题差模(输入)信号vi1=-vi2=vid/2共模(输入)信号vi1=vi2=vic差模放大倍数Avd=vod/vid

共模放大倍数Avc=voc/vic

共模抑制比KCMR(

CMRR)=Avd/Avc放大器vi1vi2vivovo2vo1RRvid=vi1

-vi2vic=(

vi1

+vi2)/2当前第36页\共有71页\编于星期一\4点零漂问题和抑制零漂的差动原理采用直接耦合以放大极低频率及直流信号。但因温度变化前级工作点状态变化被后级作为信号而加以放大,造成零输入而非零输出现象—零点漂移利用差动原理可抑制零漂vi2vo2Av2vi1vo1Av1vivovi1vo1Av1vo=vo1-vo2=Av1vi1-Av2vi2=Av1vid=Av2vid=Avdvid

返回差放基本概念返回集成运放当前第37页\共有71页\编于星期一\4点典型差放动态和静态分析长尾电路和带恒流源差放静态计算典型差放动态计算vi1vO+VCCT1RERWT2-VCCvi2RRRbARbRcRcvi1vO+VCCT1RERWT2-VCCvi2RbARbRcRcRb2Rb1T3返回当前第38页\共有71页\编于星期一\4点典型差放动态分析双端输出：Avd=Av1(R'L=

Rc//(RL/2)),Ro=2Rc,Rid=2Ri1单端输出：Avd=Av1(R'L=

Rc//RL)/2,Ro=Rc,Rid=2Ri1

Avc=A'v1(R'L=

Rc//RL)vi1vO1T1RW/2RbRcvi1vO1T1RW/2RbRc2RE恒流源电路用替代RE

返回差放动静态分析返回集成运放当前第39页\共有71页\编于星期一\4点集成运放主要参数开环(差模)电压放大倍数Avd(Avo)(差模)输入电阻Ri(d)和输出电阻Ro共模抑制比KCMR输入失调电压VIO和输入失调电流IIO基极电流IB开环带宽BW和单位增益带宽BWG最大差模输入电压Vidmax最大共模输入电压VIcmax等返回当前第40页\共有71页\编于星期一\4点集成运放特点和组成特点：三极管参数一致性好；电阻为沟道电阻，大电阻需外接；PN结电容，大电容需外接；恒流源作偏置电路和有源负载四部分组成：差动输入级，中间电压放大级，（功率）输出级和偏置电路新旧符号+-+∞vPvNvO+-vPvNvO返回当前第41页\共有71页\编于星期一\4点恒流源电路恒流源具有静态电阻小动态电阻大的特点有三极管恒流源，镜像恒流源和微电流源+VCCT1IoT2RIREF2IBREIO+VCCTRb1Rb2D返回当前第42页\共有71页\编于星期一\4点复合管NPN+NPN复合NPN+PNP复合PNP+NPN复合PNP+PNP复合T1T2IC1IC2ICIB1IBIE2IET1T2IBIEICIEIBT1T2ICIBT1T2ICIE返回当前第43页\共有71页\编于星期一\4点理想运算放大器及其分析法理想运放条件：AVO→∞，Ri→∞，Ro→0，KCMR→∞，BW→∞运放线性应用特点：VP=VN，Ii=0，“虚短”+-+∞vPvNvO返回当前第44页\共有71页\编于星期一\4点反相比例运算因为Ii=0，所以VP=0因为VN=VP=0，所以N点地电位“虚地”R平衡电阻+-+∞vivORR1RFI1IiIF返回当前第45页\共有71页\编于星期一\4点同相比例运算因为Ii=0，所以VP=vi因为运放输入端电流为0，所以反相端“虚断”R平衡电阻返回+-+∞vivORR1RFIi当前第46页\共有71页\编于星期一\4点差动运算利用迭加原理和虚短虚断概念+-+∞vi1vOR1RFIiR2R3vi2返回当前第47页\共有71页\编于星期一\4点电压跟随器+-+∞vOIivi返回当前第48页\共有71页\编于星期一\4点积分、微分电路积分电路，时间常数τ=RC要大于Tvi=E，Vo=0时+-+∞vivORCiitvivoRC越大三角波幅度越小返回当前第49页\共有71页\编于星期一\4点微分电路微分电路时间常数τ=RC要小于T/2+-+∞vivORCiitvivo返回当前第50页\共有71页\编于星期一\4点对数、反对数运算对数运算+-+∞vivORiEiF反对数运算+-+∞vivORiCi都与温度有关返回当前第51页\共有71页\编于星期一\4点模拟乘法器及应用乘法器符号乘法器应用注意负反馈,运放线性应用vXvYvO=KvXvY+-+∞vi1vORv2Rvi2+-+∞vivORv2R返回二象限除法vi2大于0负电压开方当前第52页\共有71页\编于星期一\4点有源滤波器概念传递函数频率特性(幅频和相频)理想特性ωωHωωLωωLωHω0ωωLωH返回当前第53页\共有71页\编于星期一\4点一阶低通滤波器其中是通带内放大倍数是上限截止角频率

+-∞+236RvOR1vICRFωA00.707A0ωH20dB/10倍频返回当前第54页\共有71页\编于星期一\4点二阶低通滤波器二阶压控电压源有源低通滤波器

二阶有源低通滤波器

相似的频率特性(幅频特性)+-∞+vOvIRRCCR1RF+-∞+RvORvIC2C1返回当前第55页\共有71页\编于星期一\4点二阶低通滤波器幅频特性等效品质因素Q对幅频特性影响Q=0.707时有最大平坦通频带衰减特性40dB/10倍频程Q越大峰值越大ωA00.707A0ωHQ=5Q=2Q=0.707Q=0.5返回信号处理电路返回二阶低通滤波器当前第56页\共有71页\编于星期一\4点比较器及其传输特性运放开环(非线性)应用电压传输特性迟滞比较器电压传输特性V0+

vIV0-

线性范围+-+∞vIvO+-+∞vIvOVREFvIV0+V0-

VREF返回当前第57页\共有71页\编于星期一\4点迟滞比较器及其传输特性正向阈值V+和反向阈值V–电压回差电压VH=V+-V–应用：波形变换R2+-+∞vIvOR1RDZvRvIV0+=VZV0-=-VZV+V-返回比较器返回信号处理电路当前第58页\共有71页\编于星期一\4点迟滞比较器波形变换电压增大时与V+比较电压减小时与V–比较电压介于V+和V–之间输出保持原先值tvivoV+V―VO+VO―返回迟滞比较器返回比较器返回信号处理电路当前第59页\共有71页\编于星期一\4点自激振荡条件自激振荡-无输入信号电路自动输出一定频率和幅度的信号正弦波振荡器-输出为正弦信号的振荡器振荡条件相位平衡条件幅度平衡条件起振条件放大器选频网络相位平衡条件决定能否振荡及振荡频率返回当前第60页\共有71页\编于星期一\4点RC选频特性和(电桥)振荡器单级RC电路移相0~90度(超前或滞后)RC串并联网络选频特性RRCCωω0φF+90–90ωω0F1/3返回当前第61页\共有71页\编于星期一\4点文氏电桥振荡器运放和R1RF组成同相放大器A=(R1+RF)/R1

φA=0由相位平衡条件必须φF=0,得振荡频率由幅度和起振平衡条件,A必须略大于3D起稳幅作用18kR28.2k12kRW2.7k+-∞+236vOR3D1D2RRCC6.8kABR1RF返回RC振荡器返回信号产生电路当前第62页\共有71页\编于星期一\4点LC选频特性和LC振荡器LC选频特性(谐振)相位条件转化为瞬时极性(正反馈)变压器反馈LC振荡器三点式振荡器(结构判别)T1VCCRB1RE++C1C2L**+++++RB2φA=0(共基),φF=0返回当前第63页\共有71页\编于星期一\4点三点式振荡器Z1和Z2同电抗性质Z3和Z2(Z1)不同电抗Z1+-∞+Z2Z3T1VCCRB1RE+C1C2L+++RB2T1VCCRB1RE++CL+++RB2L1L2电容三点式电感三点式返回LC振荡器返回信号发生电路当前第64页\共有71页\编于星期一\4点非正弦波振荡器滞廻比较器加延时环节改变时间常数RC改变频率改变VR改变频率(压控振荡)R并联D充放电时间不同占空比不同R2+-+∞vO1R1RDZvRCvO2返回V+V–Vo+Vo–vO1vO2vO1积分当前第65页\共有71页\编于星期一\4点石英晶体振荡器石英晶体振荡器特性石英晶体振荡电路