模拟电路培训教材

1.1.1PN结及其单向导电性一、基本概念本征半导体

—纯净的半导体。如硅、锗单晶体。本征激发

—在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。载流子—自由运动的带电粒子。自由电子(带负电)空穴(带正电)电子空穴成对出现，数量少、与温度有关。

两种载流子N型半导体—在本征半导体硅或锗中掺入微量五价元素，如磷、砷（杂质）所构成。正离子多数载流子少数载流子电子为多数载流子空穴为少数载流子载流子数

电子数P型半导体—在本征半导体硅或锗中掺入微量三价元素，如棚、铟（杂质）所构成。负离子多数载流子少数载流子空穴—

多子电子—

少子载流子数

空穴数电中性二、PN结的形成1.载流子的浓度差引起多子的扩散2.交界面形成空间电荷区(PN结)，建立内电场空间电荷区特点:无载流子，阻止扩散进行，利于少子的漂移。3.扩散和漂移达到动态平衡，形成PN结。扩散电流等于漂移电流，

总电流

I=0。内建电场PN结的形成三、PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)（P+、N–

）P区N区内电场+

UR外电场IF限流电阻扩散运动加强形成正向电流IF。IF=I多子

I少子

I多子2.外加反向电压(反向偏置)（P–、N+）P

区N

区

+UR内电场外电场外电场使少子背离PN结移动，空间电荷区变宽。IR漂移运动加强形成反向电流IRIR=I少子

0PN结的单向导电性：正偏呈低阻导通正向电流IF较大;

反偏呈高阻截止，反向电流为IR很小。外电场使多子向PN结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄。PN结的单向导电性

+UR四、PN结的结电容势垒电容

CB：PN中的电荷量随外加电压变化而改变所显示的效应（反偏时显著）。扩散电容

CD：多子在扩散过程中积累程度随外加电压变化而改变所显示的效应（正偏时显著）。+

UR影响工作频率的原因—PN结的电容效应

结论：1.低频时，因结电容很小，对PN结影响很小。高频时，因容抗增大，使结电容分流，导致单向导电性变差。2.结面积小时结电容小，工作频率高。1.1.2半导体二极管的构成和类型构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)PN阳极阴极符号：阳(正)极

ak阴(负)极

分类：按材料分硅二极管锗二极管按用途分普通二极管整流二极管稳压二极管开关二极管按结构工艺分点接触型面接触型平面型点接触型阳极引线触丝N型锗片管壳阴极引线特点：PN结面积小结电容小适于高频、小电流应用：小功率整流高频检波开关电路阴极引线

面接触型N型硅PN结阳极引线铝合金小球支架金锑合金特点：PN结面积大结电容大适于低频、大电流(几百毫安以上)应用：整流阳极

引线阴极

引线集成电路中的平面型PNP型支持衬底1.1.3半导体二极管的伏安特性一、PN结的伏安特性方程反向饱和电流温度的电压当量电子电量1.60210–23C玻尔兹曼常数1.3810–23J/K当T=300(27

C)：UT

=26mVU=0时，I=0；U>0时，U<0时，I

–IS；二、二极管的伏安特性OuD

/ViD

/mA正向特性Uon导通电压(门坎、阈值)ID

=0Uon

=0.5V

0.1V(硅管)(锗管)u

UonID急剧上升0

u

Uon

Uon

=(0.6

0.8)V硅管0.7V(0.1

0.3)V锗管0.2V反向特性ISU(BR)反向击穿U(BR)

u

0ID=IS<0.1

A(硅)

几十

A

(锗)u<

U(BR)反向电流急剧增大(反向击穿)反向击穿类型：电击穿热击穿反向击穿原因：齐纳击穿：(Zener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。

(击穿电压<6V，负温度系数)雪崩击穿：反向电场使电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。—PN结未损坏，断电即恢复。—PN结烧毁。(击穿电压>6V，正温度系数)击穿电压在6V

左右时，温度系数趋近零。三、温度对二极管特性的影响604020–0.0200.4–25–50ID

/mAUD/V20C90CT

升高时，Uon以

(2

2.5)mV/

C下降温度每升高10

C，IS约增大1倍一般，硅管允许结温150~200

C

锗管允许结温75~100

C二、二极管的主要参数1.

IFM—

最大整流电流(最大正向平均电流)2.

URM—

最高反向工作电压，为U(BR)/23.

IR

—

反向电流(随温度变化,越小单向导电性越好)IDUDU(BR)IFURMO4.

fM

—

最高工作频率(主要取决于PN结结电容大小)三、二极管管脚极性及质量的判断在

R

100或

R

1

k

档测量红表笔是(表内电源)负极，黑表笔是(表内电源)正极。正反向电阻各测量一次，测量时手不要接触引脚。(1)

用指针式万用表检测*一般硅管正向电阻为几千欧，锗管正向电阻为几百欧；反向电阻电阻为几百千欧。*正反向电阻相差小为劣质管。正反向电阻都是无穷大或零则二极管内部断路或短路。

1k

0

0

0(2)

用数字式万用表检测红表笔是(表内电源)正极，黑表笔是(表内电源)负极。2k20k200k2M20M200

在

挡进行测量，当

PN结完好且正偏时，显示值为

PN

结两端的正向压降(V)。反偏时，显示。单相半波单相全波单相桥式电路原理图输出直流电压UO0.45U20.9U20.9U2二极管平均电流IDIO0.5IO0.5IO最高反压UDRM优点结构简单输出波形脉动小输出波形脉动小二极管承受反压小缺点输出波形脉动大输出电压低，二极管承受反压高变压器要求有抽头需要四只二极管表1.3.1各种单相整流电路的比较iO+

u2u1+

+

uOiO+

u2u1+

+

uOiO+

u2u1+

+

uOiD1表1.4.3各种滤波器的比较类型电容滤波电感滤波RC-

型LC-型LC-

型UO1.2UO1.2UO1.2UO1.2UO0.9UO二极管冲击电流大小大大小带载能力差强差差强适用场合小电流大电流小电流小电流大/小电流其它特点电路简单电感笨重成本高脉动成分减小，但R上有直流压降脉动成分减小，但电感笨重成本高脉动成分减小，适应性较强，但有电感1.4.1稳压管一、硅稳压管及其伏安特性符号工作条件：反向击穿ak特性IUOUZIZminIZM

UZ

IZIZ+––+特点：*正向特性与普通二极相同*反向击穿特性较陡*反向击穿电压几~几十V，

在允许范围内为电击穿三、使用注意事项1.稳压时必须反向偏置；2.必须串接限流电阻，以保证IZ<I<IZM。3.反向击穿电压较普通二极管小，几~几十V。串联使用时稳压值为各管稳压值之和；不能并联使用，以免因电流分配不均引起过载使管子损坏。1.4.2变容二极管符号工作条件：反向偏置特性特点：*反偏时，势垒电容随外加电压升高而降低，可作为压控可变电容。*电容量较小，几十~几百pF

。*

最大与最小电容比为5:1。用途：*高频电路中自动调谐、调频、调相等。1.4.3光电器件一、光电(光敏)二极管1．符号和特性UIO暗电流E=200lxE=400lx工作条件：反向偏置2.结构和工作原理入射光玻璃透镜管芯管壳电极引线无光照时，暗电流小，反向电阻高达几十兆欧。光照时，产生光生载流子从而形成光电流，光电流随光照强弱变化，反向电阻降为几千欧~几十千欧。二、发光二极管LED(LightEmittingDiode)1.符号和特性工作条件：正向偏置一般工作电流几十mA，导通电压(1

2.5)V2.主要参数电学参数：IFM

，U(BR)

，IR光学参数：峰值波长

P，亮度

L，光通量

发光类型：可见光：红、黄、绿不可见光：红外光符号u/Vi

/mAO2特性材料：砷化镓，磷化镓等2.1.1BJT的结构一、结构、符号和分类NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结基区发射区集电区emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型分类：按材料分：硅管、锗管按结构分：

NPN、PNP按使用频率分：

低频管、高频管按功率分：小功率管<500mW中功率管0.5

1W大功率管>1WECBECB内部条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大外部条件发射结正偏:UC>UB>UE集电结反偏:UC<UB<UEBJT与电源连接方式NPNRcVCCIBIERb+UBE

+UCE

VBBcebIC输入回路输入回路PNPRcVCCIBIERb+UBE

+UCE

VBBcebIC2.1.2BJT的电流分配和放大原理一、BJT处于放大状态的条件当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：IB=

I

BN

ICBOIC

=

ICN

+

ICBO三、BJT的电流分配关系IE=IC+IB穿透电流三、BJT的选管原则1.使用时不能超过极限参数（ICM,PCM,U(BR)CEO）。2.工作在高频条件下应选用高频或超高频管;

工作在开关条件下应选用速度足够高的开关管。3.要求反向电流小、允许结温高且温变大时，选硅管;

要求导通电压低时选锗管。4.同型号管，优先选用反向电流小的。

值不宜过大，一般以几十~一百左右为宜。（进口小功率管

较大，如9013、9014等

在200以上）+VCCRcC1C2RL+Rb+ui

+

uo

AA’BB’VCC(直流电源)：•

使发射结正偏，集电结反偏•向负载和各元件提供功率C1、C2(耦合电容)：•隔直流、通交流RB(基极偏置电阻)：•提供合适的基极电流RC(集电极负载电阻)：•将

IC

UC

，使电流放大

电压放大信号ui

从AA’输入信号uo从BB’输出2.2.1共发射极放大电路各元件作用2.2.2共发射极放大电路的静态分析静态—ui=0，电路中只有直流电源作用。静态工作点

—静态时，各极电流、电压反映在输入、输出特性上的点，常用

“Q”

表示。直流通路+VCCRcRb输入特性OiBuBE输出特性iC

uCE

OIB+UBE

IBUBEQIC+UCE

IBICUCEQ一、用估算法确定静态工作点+VCCRcRbIB+UBE

IC+UCE

取UBE=0.7V(硅管)

0.2V(锗管)IC=

IBUCE=

VCC–

ICRC300k

4k

12V

=37.5=37.5

0.04mA=1.5mA=12–1.5

mA

4k=6V三、电路参数对静态工作点的影响+VCCRcC1C2RL+Rb+ui

+

uo

uCE

=

VCC–

iC

RCOuCEiCVCCVCC/RC当Rc不变时,Rb

IB

，“Q”下移；当Rb不变时,Rc

UCE

，“Q”左移。画交流通路的原则：

1.直流电源短路（因VCC内阻很小）。

2.耦合电容短路（1/j

C0）。2.2.4BJT的三个工作区域及放大电路的非线性失真一、BJT的三个工作区域iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321截止区：IB

0

IC=ICEO

0

条件：两个结反偏2.放大区：3.饱和区：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0条件：两个结正偏特点：IC

IB临界饱和时：uCE

=uBE深度饱和时：0.3V(硅管)0.1V(锗管)UCE(SAT)=放大区截止区饱和区条件：发射结正偏集电结反偏特点：水平、等间隔ICEO二、放大电路的非线性失真因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。1.“Q”过低引起截止失真NPN管：顶部失真为截止失真。PNP管：底部失真为截止失真。不发生截止失真的条件：IB>Ibm

。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui

uCEiCictOOiCOtuCEQuce交流负载线2.“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界饱和电流NPN管：

底部失真为饱和失真。PNP管：顶部失真为饱和失真。IBS—基极临界饱和电流。不接负载时，交、直流负载线重合，V

CC=VCC不发生饱和失真的条件：IB+I

bm

IBSuCEiCtOOiCO

tuCEQV

CC2.2.5用小信号模型法(微变等效)分析动态微变等效的依据：1.非线性电路经适当近似后可按线性电路对待。2.利用叠加定理，分别分析电路中交、直流成分。3.动态是输入信号电压在直流静态工作点的基础上，各极电流、电压的变化。BJT小信号模型+uce–+ube–

ibicCBErbe

Eibic

ic+ube

+uce

BC2.输出回路的模型BJT小信号模型+uce–+ube–

ibicCBErbe

Eibic

ic+ube

+uce

BC注意！小信号模型：（1）未考虑BJT结电容的影响，故只适用于低频信号。（2）当信号较大，但非线性失真不严重时或计算精度要求不高时，仍可使用。（3）只能用于放大电路的动态分析，不能用于计算静态工作点。（4）适于NPN和PNP管，不必改电压、电流参考方向。温度

，输入特性曲线

温度

，输出特性曲线

OT1T2>iCuCET1iB

=0T2>iB

=0iB

=0O2.3.1温度对静态工作点的影响温度对ICEO的影响

温度每升高10

C，

ICBO

约增大1倍。2.温度对

的影响温度每升高1

C，

UBE

(22.5)mV。3.温度对UBE的影响温度每升高1

C，

(0.51)%。输出特性曲线间距增大。+VCCRcC1C2RLRe++Rb1Rb2RSI1I2IBUBICIE+ui

+

uo

2.3.2射极偏置电路一、稳定静态工作点的原理1.Rb1

、Rb2的分压作用固定UB：选用Rb1

、Rb2

时使：I1(或I2)

>>IB不受BJT和温度变化的影响2.Re产生反映IC变化的UE，引起UBE变化，使

IC基本不变。稳定“Q”的原理：T

IC

UE

UB固定

UBE

IB

IC

2.4.1共集电极放大电路(射极输出器、射极跟随器)IBIE+C1RS+ui

–ReRb+VCCC2RL+–+uo–+us特点：Au

1

输入输出同相，Ri

高，Ro

低用途：输入级，输出级，中间缓冲级2.4.2共基极放大电路电路图+VCCRcCbC2RLRe+++Rb1Rb2RS

+us

+uo

C1+ui

交流通路RcReRS+us

RL+ui

+uo

特点：1.Au大小与共射电路相同。

2.输入电阻小，Aus

小。用途：高频特性好，常用于高频电路中。引言场效应管FET

(FieldEffectTransistor)类型：结型JFET

(JunctionFieldEffectTransistor)绝缘栅型IGFET(InsulatedGateFET)特点：1.单极性器件(一种载流子导电)3.工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低2.输入电阻高(107

1015

，IGFET可高达1015

)2.5.1绝缘栅场效应管一、N沟道增强型MOSFET(MentalOxideSemi—FET)1.结构与符号P型衬底(掺杂浓度低)N+N+用扩散的方法制作两个N区在硅片表面生一层薄SiO2绝缘层sd用金属铝引出源极s和漏极dg在绝缘层上喷金属铝引出栅极gB耗尽层s—源极sourceg—栅极gate

d—漏极drainsgdB二、N沟道耗尽型MOSFETsgdB

Sio2

绝缘层中掺入正离子在uGS

=0时已形成沟道；在ds

间加正电压时形成iD，uGS

UGS(off)

时，全夹断。输出特性uGS/ViD/mA转移特性IDSSUGS(off)夹断电压饱和漏极电流当uGS

UGS(off)

时，uDS/ViD/mAuGS

=4V2V0V2VOO三、P沟道MOSFET简介增强型耗尽型sgdBsgdB2.5.2结型场效应管1.结构与符号N沟道JFETP沟道JFETN沟道增强型sgdBiDP沟道增强型sgdBiD2–2OuGS/ViD/mAUGS(th)OuDS/ViD/mA–2V–4V–6V–8VuGS

=8V6V4V2VsgdBiDN沟道耗尽型iDsgdBP沟道耗尽型UGS(off)IDSSuGS/ViD/mA–5O5OuDS/ViD/mA5V2V0V–2VuGS

=2V0V–2V–5VN沟道结型sgdiDsgdiDP沟道结型uGS/ViD/mA5–5OIDSSUGS(off)OuDS/ViD/mA5V2V0VuGS

=0V–2V–5V各种FET符号、特性的比较二、场效应管的主要特点及使用注意事项特点：FET为电压控制型器件，栅极基本无电流，输入电阻高，常用做高输入阻抗输入级。多

子导电，受温度、辐射等外界因素影响小。噪声比BJT小（尤其是JFET）。MOS管制造工艺简单，体积小，功耗小，易集成。使用注意事项：MOS管衬底与源极通常接在一起。若需分开，衬源间电压须反偏（NMOSuGS

<0，PMOSuGS

>

0）。MOS管输入电阻极高，使栅极感应电荷产生高压造成管子击穿。为避免栅极悬空及减少感应，储存时应将三个极短路；焊接时，用镊子短路三个极，并将电烙铁断电后焊接；不能用万用表检测，只能接入测试仪后再去掉短路线测试，取下前也应先短路。JFET可在栅源极开路情况下储存和用万用表检测。MOS管栅极过压保护电路

2.5.6FET放大电路的小信号模型分析法一、FET的简化小信号模型从输入回路看，iG

0，故认为g、s极间开路；从输出回路看，漏极电流受栅、源电压控制，有：对于正弦量：小信号模型sIdgmUgs+Ugs

+Uds

gd2.8.1频率特性的基本概念

fOAum一.幅频特性和相频特性Au(f)—

幅频特性

(f)—相频特性0.707AumfOAuf

L

—下限截止频率

f

H

—上限截止频率

二、

频带宽度(带宽)BW(BandWidth)BW=f

H

-

f

L

f

HfLfH2.8.2频率特性的定性分析及其性能指标+VCCRcC1C2RL+Rb

+us

+

uo

+RSCbcCbefOAuAusm

fO1.中频区可视Cbe、Cbc

开路，C1、C2短路。中频区Ausm和

不受影响。中频区–180°2.低频区可视Cbe、Cbc

开路；C1、C2与输入电阻、负载串联并对信号分压，形成高通电路，使Au减小、

超前。低频区3.高频区C1、C2短路，Cbe、Cbc

分流作用随频率升高显著，形成低通电路，使Au减小、

滞后。高频区0.707Ausm–135°–225°频率失真—放大器通频带不够宽，对信号中不同频率的正弦波成分的放大倍数和附加相移不同，引起的失真。输入波形幅频失真相频失真输出的二次谐波放大倍数小于基波放大倍数输出的二次谐波产生了附加相移频率失真没有产生新的频率成分，属于线性失真。2.8.3对数频率特性曲线—波特图波特图—将频率坐标用对数分度，电压放大倍数用电压增益（dB）表示的频率特性。一、放大倍数的分贝表示法功率放大倍数

Ap

=po/pi功率增益

Ap

(dB)=10

lg

|Ap|

dB电压放大倍数

Au=Uo/Ui电压增益

Au(dB)=20

lg

|Au|

dB当输入量小于输出量时，分贝数为负值时，称为衰减。表2.8.1电压放大倍数Au与分贝数的关系Au10–3

10–2

10–10.20.70712310102103104lg

Au–3–2–1–0.699–0.14700.3010.477123420lgAu/dB–60–40–20–1406.09.5204060802.8.4BJT的频率参数f

fT

lg

f

oO一、共发射极截止频率

—f

为

下降为

0.707

0时对应的频率。

二、特征频率

—fT为

=1

时对应的频率

，此时三极管失去放大能力。当f

>>

f

时，

f

0

f

；当

=1时，f

=fT=

0

•f

三、共基级截止频率

—f

为

下降为

0.707

0时对应的频率。

1.极间耦合形式直接耦合A1A2电路简单，能放大交、直流信号，“Q”互相影响，零点漂移严重。阻容耦合A1A2各级“Q”独立，只放大交流信号，信号频率低时耦合电容容抗大。光电耦合A1A2主要用于耦合开关信号，抗干扰能力强。变压器耦合A1A2用于选频放大器、功率放大器等。2.8.5多级放大电路的频率特性一、多级放大电路的组成和分析方法

2.多级放大电路的组成及参数计算Au1第一级Au2第二级Au1末级UiUo1RLRSUoUsUo2Ui2Uin.........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!!!Ri

=Ri1Ro=Ron2.抑制零点漂移的的原理零点漂移

—当放大电路输入端短路时，输出端仍有缓慢变化电压产生的现象。零漂的主要原因：温度变化引起三极管参数变化。零漂的严重性：淹没信号。A1

=

20A2

=

20A3

=

20

U=0.02V

U=0.42V

U=8.42V零漂的衡量：将输出的漂移折合到输入端。

如：

UO1=1

V，U02=2

V，A1

=

103，A2

=

104

则：

UI1=

1mV,UI2=

0.2mVA1

零漂严重差分电路抑制零漂的的原理：

IC1=

IC2，

UC1=

UC2，

UO=

UC1–

UC2

=0。3.1.1

双端输入的基本差分放大电路T1+

VCCT2–

VEERc1Rc2Reui1ui2uouidRL特点：

a.两个输入端，两个输出端；

b.元件参数对称；

c.双电源供电；

d.ui1=ui2

时，uo

=0一、静态分析及抑制零点漂移原理1.静态分析VEE=UBEQ+IEReIE=(VEE

–UBE)/REEIC1=IC2

(VEE

–

UBE)/2ReUC1=UC2=VCC–

IC1Rcuo

=UC1–

UC2=0二、双端输入时动态分析T1+

VCCT2–

VEERc1Rc2Reui1ui2uouidRL1.差模信号和共模信号差模信号ui1=–

ui2大小相同，极性相反共模信号ui1=ui2大小相同，极性相同差模输入信号uid

=ui1

–

ui2=2ui1

共模输入信号uic

=ui1

=

ui22.差模输入（1）双端输出时差模交流通路T1T2Rc1Rc2ui1ui2uouidRLui1=–

ui2

iC1=–

iC2

iE1=–

iE2故Re上不存在差模信号3.共模抑制比（1）双端输出时共模电压放大倍数T1T2Rc1Rc22Reuocuic2Re双端输出共模交流通路uic

=ui1

=

ui2

iC1=

iC2

iE1=

iE2

iE

=2

iE1

uRe

=2

iERe（2）双端输出时共模抑制比在理想情况下，KCMR=

，集成电路一般为120

~

140

dB。（3）单端输出时共模电压放大倍数和共模抑制比单端输出共模交流通路T1T2Rc1Rc22Reuocuic2ReRL（4）共模输入电阻3.1.2

单端输入的差分放大电路T1+

VCCT2–

VEERc1Rc2Reui

=

ui1ui2=

0uoRL一、任意输入信号的分解当

ui

ui1

，可分解任意输入信号为共模信号和差模信号之和：uid

=

ui1

–

ui2两输入端差模信号各为：两端共模信号同为：uic

=

(ui1+

ui2)

/

2T1+

VCCT2–

VEERc1Rc2ReuoRLuicuicuid1uid2当ui

=

ui1ui2=

03.2.1差分放大电路中恒流源的作用减少共模放大倍数的思路：

增大Re用恒流源代替Re1.三极管恒流源+VCCRLReRb1Rb2IC特点：直流电阻为有限值动态电阻很大I0恒流源代替差分电路中的Reui1T1+VCCT2RcRb31ui2Rc–VEERb32Re3IC3T3RLD简化画法ui1T1+VCCT2Reui2ReVEEIC3RL3.2.2集成运放中的恒流源一、镜像电流源IC2T1RT2IRIC1+VCC2IBRUBE1=

UBE2

=

UBE2

1=

2=

IB1=

IB2=

IBIC1=

IC2=

IR–2IB二、微电流源IC2T1RT2IRIC1+VCC2IBReUBE1UBE2+–

+–UBE2<

UBE13.3.1集成运算放大器的基本结构及其特点一、集成运放的基本结构偏置电路中间电压放大级输出级+

uo

uid差分输入级输入级：差分电路，大大减少温漂。低电流状态获高输入阻抗。中间电压放大级：采用有源负载的共发射极电路，增益大。输出级：准互补对称电路，输出功率大、输出电阻小。偏置电路：各种电流源给各级电路提供合适的静态电流。3.4.1理想集成运放及其传输特性1.

Aud

一、理想运放2.

Rid

3.Ro

04.

KCMR

5.BW

6.UIO0，IIO0二、集成运放的传输特性1.传输特性OuiduoUOM–UOM理想线性区实际2.工作在线性区的集成运放闭环有负反馈(1)

u+

u–(虚短)(2)

i+

i–

0

(虚断)证：uo

=Aud

(u+–u–)=Aud

uidu+–

u–=uo/Aud

0证：i+=uid

/Rid

0同理i–

0虚短和虚断3.工作在非线性区的集成运放开环有正反馈(1)

u+>u–时，uo

=

UOM，u+<u–时,

uo=–UOM(2)

i+

i–

0(虚断)3.4.2基本运算电路一、比例运算电路1.反相比例运算电路运算放大器在线性应用时同时存在虚短和虚断虚断虚地为使两输入端对地直流电阻相等：平衡电阻特点：1.Auf=

Rf

/R12.输入电阻较小，R

if=R1RifR

if3.uIC

=0

，对KCMR的要求低u+=u-

=0虚地2.同相比例运算电路Auf=1跟随器当R1=

时特点：

1.Auf=1

+

Rf

/R1。

2.输入电阻大，R

if

=

。

3.

uIC

=

u

i，对KCMR的要求高。u+=u-=uI

。二、加减运算电路1.加法电路R3=R1//R2//RfiF

i1

+i2若Rf

=R1=R2

则uO

=

(uI1+uI2)2.减法电路法1：利用叠加定理uI2=0uI1使：uI1=0uI2使：一般R1=R

1；Rf

=R

fuO

=uO1+uO2

=Rf/R1(uI2

uI1)法2：利用虚短、虚断uo=Rf

/R1(uI2

uI1)减法运算实际是差分电路三、积分与微分电路1.积分电路(1)基本积分电路=当uI

为阶跃信号时：uItO

UIt0tuOO设t0

=

0时，uC=0

时间常数

=

RCt1

–

UI

–

UOM(2)克服积分漂移的积分电路积分漂移

—输入信号为0时，输出缓慢变化。原因

—AuD、Rid不为，UIO、IIO不为0，电容缓慢充电。克服积分漂移的电路：当：R2C>>R1CR2的负反馈作用可有效抑制积分漂移。(3)积分电路的应用应用：积分、波形变换、示波器显示和扫描电路、模/数转换和波形发生器等。方波

三角波10k

10nF

时间常数

=

RC=0.1msuI/Vt/ms0.10.30.55

5=

5

V=

5

VuO/Vt/ms5

5

开关延迟电路电子开关当uO

6V时S闭合，tuOO6V1msuItO

3VtusO

3V2.微分电路(1)基本微分电路虚地虚断RC

=

—时间常数微分电路输出电压：uItOuOtO4.1.1反馈的概念反馈

—

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。2.

信号的两种流向正向传输：输入输出反向传输：输出输入

—

开环—

闭环输入输出

放大电路

反馈网络输入回路输出回路+C1RS+ui

–ReRb+VCCC2RL+us–+uo–++

uid

–

Re介于输入输出回路，有反馈。反馈使

uid

减小，为负反馈。既有直流反馈，又有交流反馈。例如：4.1.2反馈的极性与类型1.正反馈和负反馈正反馈—

反馈使净输入电量增加，使输出量增大。负反馈—反馈使净输入电量减小，使输出量减小。判断法：瞬时极性法输入信号和反馈信号在不同端子引入，两者极性相同为负反馈，极性相反为正反馈。当输入信号和反馈信号在同一节点引入时，两者极性相同为正反馈，极性相反为负反馈。

正反馈

负反馈二、

直流反馈和交流反馈直流反馈

—

直流信号的反馈。交流反馈

—

交流信号的反馈。直流反馈无反馈交直流反馈交流反馈直流负反馈的作用是稳定静态工作点；交流负反馈能改善放大电路动态性能。三、电压反馈和电流反馈电压反馈

—

反馈信号取自输出电压。

负反馈稳定输出电压。判别法：使uo

=0(RL短路)，若反馈消失为电压反馈。电流反馈

—

反馈信号取自输出电流。

负反馈稳定输出电流判别法：使io

=0(RL开路)，若反馈消失为电流反馈。AFRLuo电压反馈电流反馈iouoFARLio四、串联反馈和并联反馈串联反馈：反馈信号与输入信号以电压相比较的形式在输入端出现。uid

=

ui

uf特点：反馈信号和输入信号在不同节点引入。并联反馈：反馈信号与输入信号以电流相比较的形式在输入端出现。iid

=

ii

if特点：反馈信号和输入信号在同一节点引入。AFiiifisiidRSRSAFuiuidufus4.2.1负反馈放大电路的方框图A基本放大电路F+–比较环节反馈网络

Xi—输入信号(Ii或Ui

)...

Xid

—

净输入信号(Iid

或Uid)...

Xo—输出信号(Io或Uo

)...

Xf

—

反馈信号(If或Uf

)...开环放大倍数反馈系数闭环放大倍数4.2.2负反馈放大电路增益的一般表达式AF+–AF

—

环路放大倍数1

+

AF—反馈深度4.2.3负反馈对放大电路的影响一、提高增益的稳定性Af

的相对变化量A的相对变化量例如，1+

AF

=

101，dA/A

=

10%则，dAf/Af

=

（

10

%）

1010.1

%放大倍数稳定性提高了100倍。二、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减少非线性失真三、扩展通频带BW无反馈时：BW=fH

fL

fH引入反馈后，fA(f)OAm0707AmfLfHBWAf(f)Amf0707AmffLffHfBWf可证明：fHf

=(1+AF)fHfLf

=fL

/

(1+AF)=(1+AF)fH

fHf

=(1+AF)BW

BWf

=fHf

fLf四、对输入、输出电阻的影响1.对输入电阻的影响Rif深度负反馈：并联负反馈使输入电阻减小Rif深度负反馈：ii

A

FuiuidufRiAFuidifiidii

A

FuiRiAFiid串联负反馈使输入电阻增大2.对输出电阻的影响电压负反馈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：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：类型定义判别方法对性能影响电压负反馈反馈信号从输出电压取样，即与uo成正比。反馈信号通过元件连线从输出端取出。或负载短路，反馈消失。稳定输出电压，减小输出电阻。电流负反馈反馈信号从输出电流取样，即与io成正比。反馈信号与输出端无联系。或负载短路，反馈依然存在。稳定输出电流u，增大输出电阻。串联负反馈反馈信号与输入信号在输入回路中以电压相加减的形式出现。输入信号和反馈信号在不同节点引入（例如三极管b、e极，运放的同相输入端。增大输入电阻并联负反馈反馈信号与输入信号在输入回路中以电流相加减的形式出现。输入信号和反馈信号在同一节点引入（例如三极管基极b、运放的反相输入端。减小输入电阻表4.2.1类型定义判别方法对性能影响直流负反馈反馈信号为直流信号直流通路存在反馈稳定静态工作点交流负反馈反馈信号为交流信号交流通路存在反馈改善放大电路性能正反馈反馈信号使净输入信号加强串联反馈：作用在不同节点的ui

和

uf

瞬时极性相反并联反馈：作用在同一节点的ii和if瞬时极性相同放大倍数增加，电路工作可能不稳定负反馈反馈信号使净输入信号减弱串联反馈：作用与不同节点的ui和uf瞬时极性相同并联反馈：作用与同一节点的ii和if瞬时极性相反放大倍数减小，改善电路性能本级反馈反馈返送本级反馈信号仅限本级改善本级性能级间反馈反馈信号返送到输入级输入回路反馈信号与后级输出回路有联系改善总电路各项性能4.3.1产生自激振荡的条件和原因一、自激振荡的现象ui=0AuouiAuo二、产生自激振荡的条件和原因1.自激条件········2.自激的原因附加相移

AF使负反馈正反馈一级放大电路附加相移

90,两级

180,三级

2704.3.2消除自激振荡的常用方法基本方法：在电路中加入C，或R、C元件进行相位补偿，改变电路高频特性，从而破坏自激条件。相位补偿形式滞后补偿电容滞后

RC滞后超前补偿：密勒效应补偿电容滞后补偿RC滞后补偿密勒效应补偿R5.1.1基本概念滤波器—

有用频率信号通过，无用频率信号被抑制的电路。1.分类按处理方法分硬件滤波软件滤波按所处理信号分模拟滤波器数字滤波器按构成器件分无源滤波器有源滤波器按频率特性分低通滤波器高通滤波器带通滤波器带阻滤波器按传递函数分一阶滤波器二阶滤波器

:n

阶滤波器2.理想滤波器的频率特性：f·f·f·f·通带阻带通带通带

阻带

通带阻带

通带

阻带阻带AupAupAupAupfHfL

f0fHfLfH

f0fL低通高通带通带阻3.有源滤波器无源滤波器

—

由无源元件

R、L、C

构成的滤波电路。有源滤波器

—

由有源器件、集成运放

+R、L、C

构成。优点：体积小、重量轻、能放大、带载能力强。缺点：受集成运放上限频率限制，一般使用频率在几kHz以下。高于几kHz采用LC滤波器，带通采用陶瓷、声表面波滤波器。信号产生电路(振荡器—Oscillators)分类：正弦波振荡非正弦波振荡：RC振荡器(1kHz~数百kHz)LC振荡器(几百kHz以上)石英晶体振荡器(频率稳定度高)方波、三角波、锯齿波等主要性要求能：输出信号的幅度准确稳定输出信号的频率准确稳定引言6.1.1正弦波振荡电路的基本概念一、振荡条件放大器反馈网络Ui•Au•Fu•Uo•Uf•RL微弱的电扰动中，某一频率成分通过正反馈逐渐放大，则产生正弦振荡。••••••••—

振幅平衡条件—

相位平衡条件n=0,1,2,

••振荡条件二、起振条件起振条件放大器Au反馈网络FuUoUfUi

1/FuAu=1/FuOuiuoAuuoAuFu

>1Au

Fu

<1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf

起振稳幅••三、振荡电路的组成1.放大电路Au2.正反馈网络Fu3.选频率网络—实现单一频率的振荡4.稳幅环节—使振荡稳定、波形好满足振荡条件放大器选频正反馈网络UoUfUi选频放大器正反馈网络UoUfUi四、振荡电路的分析方法1.检查电路组成2.“Q”是否合适3.用瞬时极性法判断是否满足起振条件6.1.3LC正弦波振荡电路类型：变压器反馈式、电感三点式、电容三点式一、LC

并联回路的特性Is.LRCL的等效损耗电阻,小Z1.谐振频率f02.谐振阻抗Z06.1.4石英晶体振荡电路一、石英晶体的基本特性1.结构和符号化学成分

SiO2结构晶片涂银层焊点符号2.压电效应形变形变机械振动外力压电谐振—外加交变电压的频率等于晶体固有频率时，机械振动幅度急剧加大的现象。3.等效电路RC0CLCo

—晶片静态电容(几~几十pF)L

—

晶体的动态电感(10-3~102H)(大)C

—晶体的动态电容(<0.1pF)(小)R

—

等效摩擦损耗电阻(小)大小小大4.频率特性和谐振频率fXfPfS容性容性感性fP

和fs

很接近6.2.1电压比较器(Comparer)一、单值电压比较器功能：将被测试信号与标准信号进行比较，产生开关量电压信号去实现控制动作。1.电路和工作原理8uSuOUREFu–u+OuIuOUREF+UOM-UOM对于理想运放：当uId

=u–

–u+=uS

–UREF<0时，uO=+

UOM当uId

=u–

–u+=uS

–UREF>0时，uO=–

UOM当UREF=0时，为过零比较器。当UREF<0时，电压传输特性如虚线所示。2.阈值电压(门槛电压)

UT—比较器从一个电平跳变到另一个电平时所对应的输入电压。OuIuOUREF+UOM-UOMUT=UREF3.具有限幅措施的比较器

8uSuOUREFR1R2R3输入限幅输出限幅R1、R2为输入平衡电阻和二极管限流电阻R3为稳压管限流电阻比较器中运放工作的特点：(1)工作在非线性区；(2)不存在虚短

(除uI=

UREF

时)；(3)存在虚断。4.单值比较器的应用

应用：波形变换、整形、电平检测等。例如：过零比较器用作波形变换。1.工作原理和阈值电压二、迟滞比较器uIR1R28UREFR3

UOMu–u+uO正反馈当uI

>u+

时，uO

=-UZ当uI

<u+

时，uO

=+UZ当uI=u+时，状态翻转2.传输特性特点：OuIuOUT+UT-UZ-UZ当uI

逐渐增大时

只要uI<UT+，则uO=UOM一旦uI>UT+，则uO=-UOM当uI

逐渐减小时只要uI>UT-，则uO=-UZ一旦uI<UT-，则uO=UZ上限阈值电压下限阈值电压

U=UT+

-UT-

U回差电压uI

上升时与上门限比,uI

下降时与下门限比。uIR1R28UREFR3

UOMu–u+uO3.迟滞比较器的应用抗干扰OuItUT–UT+UOM–UOMOt整形OuItUT+UT–OuOtUOM–UOMuOuIR1R28UREFR3

UOMu–u+uO7.1功率放大电路的特殊问题一、功率放大的任务输出足够大的功率去驱动负载（扬声器、伺服电机等）。二、功率放大的特殊问题1.输出电压、电流幅度大，三极管尽限工作。2.管子接近饱和或截止，输出有一定非线性失真。3.需加散热器，以提高管子承受较大管耗。4.效率

=Pomax

/PDC

要高。性能分析以功率、管耗、效率为主。四、放大电路的工作状态甲类(

=2

)

tiCO

Icm

2IC

tiCO

Icm

2IC乙类(

=

)

tiCO

Icm

IC2甲乙类(

<

<2

)QuCE

iCO

tiCO

QQ乙类工作状态失真大，静态电流为零，管耗小，效率高。甲乙类工作状态失真大，静态电流小，管耗小，效率较高。甲类工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。类型与效率7.2.1双电源基本互补对称功放电路OCL及工作原理

(OCL—OutputCapacitorless)一、电路组成及工作原理RLT1T2+VCC+ui

+uo

VEEie1ie1ui

=0T1、T2截止IB、IC、UCE均为0ui

>0T1导通T2截止io

=ie1=（1+

）ib1uo

=ie1RLui

<0T2导通T1截止io

=ie2=（1+

）ib2uo

=ie2RL两只管子交替导通，称互补对称7.3.1实用的甲乙类双电源互补对称功放电路一、交越失真的问题RLT1T2+VCC+ui

+uo

VEE1.问题：当输入电压小于阈值电压Uon时，三极管截止，引起

交越失真。交越失真输入信号幅度越小越明显

tiCO

IC1IC22.克服交越失真的思路：交越失真T1、T2有一段共同导通的时间，流过负载的电流不失真。二、减少交越失真的措施1.利用二极管和电位器产生偏置电压：RLR1D1D2T1T2+VCC+ui

+uo

VEET3R2+UB1B2–UB1B2给T1、T2提供静态电压。当ui

=0时，T1、T2微导通；

IB1=–IB2，

IE1=–IE2，IL=0IB1IB2IE1IE2当ui

<0(

至)，T1

微导通

充分导通

微导通；T2

微导通

截止

微导通。当ui

>0(

至)，T2

微导通

充分导通

微导通；T1微导通

截止

微导通。

7.3.2甲乙类单电源对称功率放大电路