实用模拟电路原理分析与调试

实用模拟电路原理分析与调试第1页，课件共70页，创作于2023年2月UCE1一、直接耦合放大电路问题一：

Q点互相影响RRB1C1uiuoTT12RC2E2R问题二：

T1管接近饱和会造成放大倍数下降DZ第2页，课件共70页，创作于2023年2月集成电路中的放大电路都采用直接耦合方式。为了抑制零漂，它的输入级采用特殊形式的差动放大电路，亦称为差分放大电路。难题：由于电容很难集成，因此集成电路中一般采用直接耦合，但直接耦合存在“温漂”，怎么解决？二、差动（差分）放大电路第3页，课件共70页，创作于2023年2月差分放大电路的工作原理

a.两只完全相同的管；

b.两个输入端，两个输出端；

c.元件参数对称；特点：+ui2T1T2RCRB1+UCC+ui1RCRB1+uO

RB2RB2RE第4页，课件共70页，创作于2023年2月uo=VC1－VC2

=0uo=(VC1+VC1

)－(VC2+

VC2)=0静态时，ui1

=

ui2

=0当温度升高时ICVC（两管变化量相等）对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用。+ui2T1T2RCRB1+UCC+ui1RCRB1+uO

RB2RB2RE第5页，课件共70页，创作于2023年2月共模信号：两输入端加的信号大小相等、极性相同。差模信号：两输入端加的信号大小相等、极性相反。（1）共模信号（2）差模信号差模和共模信号重点第6页，课件共70页，创作于2023年2月（3）比较信号Ui1≠Ui2设：差模分量为Uid=

Ui1-Ui2

共模分量为Uic=

（Ui1+Ui2）/2得：Ui1=

Uic+Uid/2

Ui2=

Uic-Uid/2第7页，课件共70页，创作于2023年2月差模信号输入ui1=–

ui2差模输入电压uid=ui1

–

ui2

=2ui1

使得：ic1=–

ic2uo1=–

uo2差模输出电压uod

=uC1

–uC2=uo1–(–

uo2)=2uo1大小相同极性相反动态分析——差模ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC2差模电压放大倍数第8页，课件共70页，创作于2023年2月带RL时RLRid=2rbe差模输入电阻差模输出电阻Rod=2RCui1V1V2RCRCuodui2uo1uo2第9页，课件共70页，创作于2023年2月共模信号输入ui1=ui2共模电压放大倍数大小相同极性相同动态分析——共模ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC2第10页，课件共70页，创作于2023年2月差动放大电路质量好坏最重要的技术指标理想电路的共模抑制比→∞共模抑制比KCMR

KCMR越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。第11页，课件共70页，创作于2023年2月+VCCRCRERB1RB2

稳定“Q”的原理：TICUEUBE

IBIC请回忆左边电路是如何稳定Q点？发射极电阻RE的作用第12页，课件共70页，创作于2023年2月稳定电路的工作点，提高对共模信号的抑制能力温度IC1IC2IEUReUBE1UBE2IB1IB2IC1IC2T1T2RCRB+UCC+ui1RCRB+ui2RPReEE+uO发射极电阻Re的作用共模反馈电阻基本上不影响差模信号的放大效果重点第13页，课件共70页，创作于2023年2月结论1、差分放大电路应该对差模信号有良好的放大能力，而对共模信号有较强的抑制能力。2、共模抑制比越大表明电路抑制共模信号的能力越好。重点第14页，课件共70页，创作于2023年2月复习1、什么是共模和差模信号？什么是共模抑制比？2、差分放大电路最突出的优点是什么？3、长尾式差分放大电路的Re作用是什么？第15页，课件共70页，创作于2023年2月输入级中间级输出级偏置电路第二节集成运算放大器简介一、集成运算放大器的组成通常由差动放大电路构成，目的是为了减小放大电路的零点漂移、提高输入阻抗。通常由共发射极放大电路构成，目的是为了获得较高的电压放大倍数。通常由互补对称电路构成，目的是为了减小输出电阻，提高电路的带负载能力。一般由各种恒流源电路构成，作用是为上述各级电路提供稳定、合适的偏置电流，决定各级的静态工作点。第16页，课件共70页，创作于2023年2月集成运放的电路符号如图所示。它有两个输入端，标“+”的输入端称为同相输入端，输入信号由此端输入时，输出信号与输入信号相位相同；标“－”的输入端称为反相输入端，输入信号由此端输入时，输出信号与输入信号相位相反。

A

－

+Δ+同相输入端反相输入端uou－u+第17页，课件共70页，创作于2023年2月二、芯片的封装方式第18页，课件共70页，创作于2023年2月三、集成运放的主要参数开环差模电压放大倍数Aud

：指集成运放本身（无外加反馈回路）的差模电压放大倍数。它体现了集成运放的电压放大能力，一般在104～107之间。Aud越大，电路越稳定，运算精度也越高。开环共模电压放大倍数Auc

：它反映集成运放抗温漂、抗共模干扰的能力，优质的集成运放Auc应接近于零。共模抑制比KCMR：用来综合衡量集成运放的放大能力和抗温漂、抗共模干扰的能力，一般应大于一般应大于80dB。第19页，课件共70页，创作于2023年2月4.输入偏置电流5.输入失调电流6.输入失调电压7.带宽

……高增益高输入阻抗低输出阻抗理想运放第20页，课件共70页，创作于2023年2月四、集成运算放大器的理想模型集成运放的理想化参数：Aud=∞、rid=∞、ro=0、KCMR=∞、等非线性区（饱和区）非线性区分析依据：当ｕi>0，即ｕ＋>ｕ－时，ｕo＝＋ｕOM当ｕi<0，即ｕ＋<ｕ－时，ｕo＝－ｕOM第21页，课件共70页，创作于2023年2月线性区（放大区）第22页，课件共70页，创作于2023年2月线性区分析依据：（1）虚断。由Rid=∞，得i＋＝i－＝0，即理想运放两个输入端的输入电流为零。（2）虚短。由Ado=∞，得u＋＝u－，即理想运放两个输入端的电位相等。若信号从反相输入端输入，而同相输入端接地，则u－＝u＋=0，即反相输入端的电位为地电位，通常称为虚地。uo=Aud(u+–u–)=Auduidu+–u–=uo/Aud0i+=uid/Rid0同理i–0第23页，课件共70页，创作于2023年2月第三节负反馈电路反馈——将电路的输出量(电压或电流)的部分或全部，通过一定的元件，以一定的方式回送到输入回路并影响输入量(电压或电流)和输出量的过程。若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈。A+–比较环节基本放大电路F第24页，课件共70页，创作于2023年2月有无反馈的判断方法无反馈有反馈无反馈通过寻找电路中有无反馈通路，并影响了放大电路的净输入。重点第25页，课件共70页，创作于2023年2月反馈的分类1.正反馈和负反馈正反馈—

反馈使净输入电量增加，从而使输出量增大。负反馈—反馈使净输入电量减小，从而使输出量减小。判断法：瞬时极性法重点第26页，课件共70页，创作于2023年2月正反馈和负反馈（反馈极性）的判断②假设将闭环回路在反馈通路与输入回路的连接处断开（变为开环），在放大器的输入端加入一正弦信号，瞬时极性设为“+”或“-”。①设“地”点的电位为零，若某点交流电位对

“地”处于正半周，则该点交流电位的瞬时极性为正；在负半周则为负。瞬时极性法③分析反馈回输入回路的反馈电压瞬时极性（或反馈电流的瞬时方向），如果反馈信号使放大器净输入信号加强，则为正反馈；如果反馈信号使放大器净输入信号削弱，则为负反馈。第27页，课件共70页，创作于2023年2月正反馈和负反馈（反馈极性）的判断uD=u+－

u-=uI－

uF负反馈第28页，课件共70页，创作于2023年2月正反馈和负反馈（反馈极性）的判断iN=iI－

iF负反馈第29页，课件共70页，创作于2023年2月+-R1R2RL+-vivo+iIiPiFiP=iI+

iF正反馈正反馈和负反馈（反馈极性）的判断+第30页，课件共70页，创作于2023年2月+-R1RL+-vivo+++vD-vFvD=vI-vF负反馈正反馈和负反馈（反馈极性）的判断第31页，课件共70页，创作于2023年2月负反馈的类型一、电压反馈和电流反馈电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。电压负反馈：可以稳定输出电压、减小输出电阻。电流负反馈：可以稳定输出电流、增大输出电阻。根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。第32页，课件共70页，创作于2023年2月根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较。并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较。串联反馈使电路的输入电阻增大；并联反馈使电路的输入电阻减小。二、串联反馈和并联反馈第33页，课件共70页，创作于2023年2月三、交流反馈与直流反馈交流反馈：反馈只对交流信号起作用。直流反馈：反馈只对直流起作用。若在反馈网络中串接隔直电容，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容，可以使其只对直流起作用。有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。第34页，课件共70页，创作于2023年2月增加隔直电容C后，Rf只对交流起反馈作用。+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+–T1T2RfRE1C第35页，课件共70页，创作于2023年2月增加旁路电容C后，Rf只对直流起反馈作用。C+–C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+–T1T2RfRE1第36页，课件共70页，创作于2023年2月负反馈交流反馈直流反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈稳定静态工作点负反馈的分类第37页，课件共70页，创作于2023年2月电压反馈与电流反馈判别方法：反馈信号和输入信号同一节点——并联反馈信号和输入信号不同节点——串联并联反馈与串联反馈判别方法：反馈的判断方法设输出电压uo=0（负载短路），反馈信号存在——电流反之——电压第38页，课件共70页，创作于2023年2月四种反馈组态电压串联负反馈电流串联负反馈电压并联负反馈电流并联负反馈第39页，课件共70页，创作于2023年2月电压串联负反馈第40页，课件共70页，创作于2023年2月反馈电路的三个环节：放大：反馈：叠加：负反馈框图：基本放大电路Ao反馈回路F+–输出信号输入信号反馈信号差值信号第41页，课件共70页，创作于2023年2月基本放大电路Ao反馈回路F+–——开环放大倍数——闭环放大倍数——反馈系数第42页，课件共70页，创作于2023年2月负反馈放大器的一般关系：基本放大电路Ao反馈回路F+–第43页，课件共70页，创作于2023年2月负反馈放大器的闭环放大倍数当AoF>>1时，结论：当AoF>>1

很大时，负反馈放大器的闭环放大倍数与晶体管无关，只与反馈网络有关。即负反馈可以稳定放大倍数。反馈深度深度负反馈第44页，课件共70页，创作于2023年2月同相，所以则有：负反馈使放大倍数下降。引入负反馈使电路的稳定性提高。(2)中，(1)(3)若称为深度负反馈，此时在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。第45页，课件共70页，创作于2023年2月负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；减小非线性失真；提高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。第46页，课件共70页，创作于2023年2月减少非线性失真uf加入负反馈无负反馈FufAuiuo+–uiduo大小略大略小略小略大uiA接近正弦波改善了波形失真第47页，课件共70页，创作于2023年2月改变放大电路的输入和输出电阻一、对输入电阻的影响1.串联负反馈使输入电阻增大Rif深度负反馈：ii

A

FuiuidufRiAFuid重点第48页，课件共70页，创作于2023年2月2.并联负反馈使输入电阻减小Rif深度负反馈：ifiidii

A

FuiRiAFiid重点第49页，课件共70页，创作于2023年2月二、对输出电阻的影响1.电压负反馈F

与A

并联，使输出电阻减小。AFRoRofA为负载开路时的源电压放大倍数。深度负反馈：2.电流负反馈F

与A

串联，使输出电阻增大。AFRoRofA为负载短路时的源电压放大倍数。深度负反馈：重点第50页，课件共70页，创作于2023年2月根据对输入、输出电阻的要求选择反馈类型欲提高输入电阻，采用串联反馈；欲降低输入电阻，采用并联反馈；要求高内阻输出，采用电流反馈；要求低内阻输出，采用电压反馈。第51页，课件共70页，创作于2023年2月运放工作在线性区的分析依据相当于两输入端之间短路，但又未真正短路，故称“虚短”。相当于两输入端之间断路，但又未真正断路，故称“虚断”。2.iP

iN

01.uPuN输入电阻i+所以uouP+–+uNRid，uo是有限值，第52页，课件共70页，创作于2023年2月uo+–+u–u+运放工作在饱和区的依据ridi＋uoOUO(sat)–UO(sat)非线性区

非线性区

iP

=iN0当时，注意第53页，课件共70页，创作于2023年2月1、加上负反馈工作在线性区2、开环或加上正反馈工作在非线性区理想运放的两个工作区(2)电信号处理电路：有源滤波、整流。(2)整形电路：比较器(1)电信号运算电路：比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法、除法等(1)电信号产生电路：正弦波、非正弦波

第54页，课件共70页，创作于2023年2月1.反相比例运算电路比例运算电路由运放工作在线性区的依据可得闭环电压放大倍数平衡电阻若则ifR1R2uoRFiiui+–+–+–+反相器重点第55页，课件共70页，创作于2023年2月由运放工作在线性区的依据可得ifR1R2uoRFiiui+–+–+–+Ri特点：1.为深度电压并联负反馈，Auf=Rf/R12.输入电阻较小Ri=R1第56页，课件共70页，创作于2023年2月应用：电流--电压变换器（I/U

）输出端的负载电流iS第57页，课件共70页，创作于2023年2月2.同相比例运算电路由运放工作在线性区的依据得闭环电压放大倍数若则或ifR1R2uoRFiiui+–+–+–+电压跟随器比例运算电路重点第58页，课件共70页，创作于2023年2月ifR1R2uoRFiiui+–+–+–+1.为深度电压串联负反馈Auf=1+Rf/R12.输入电阻大Rif=由运放工作在线性区的依据得第59页，课件共70页，创作于2023年2月u+=u-=usio=i1=us/R11.输出电流与负载大小无关2.恒压源转换成为恒流源特点：电压—电流转换器第60页，课件共70页，创作于2023年2月平衡电阻uoifR12R2RFii2ui2