模电第三章
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模电第三章
.
[例3.3.1]
5.
Ausm
'
增益带宽积
| Ausm BW || Ausm f H |
fH 1 2R 'C '
.
.
rb 'e Ri g m RC Rs Ri rbe
C Cb 'e (1 g m RC )Cb'c
rb 'e Ri 1 | Ausm f H | g m RC RS Ri rbe 2R 'C '
(2) 特征频率fT |β|的值下降为1时的频率定义为三极管 的特征频率fT fT 0 f (3)共基截止频率fα |α|的值下降到0.707α0时的频率定义 为三极管的共基截止频率fα f (1 0 ) f 三者的关系: f fT f
3.3 单管共射放大电路的频率响应 定性分析: 在低频段,由于隔直电 容的电抗增大,信号在电 容上的压降也增大,电压 放大倍数将降低,并产生超 前的附加相位移. 在高频段,三极管的极 间电容并联在电路中,将 使电压放大倍数降低。并 产生滞后的附加相位移.
拓宽视野,在较小的坐标
范围内表示宽广频率范围的变化情况。
3.1.5 高通电路和低通电路 1、高通电路
Au
. .
Uo Ui
R 1 R j C
1 fL 1 j f
Au
.
1 fL 1 f
2
fL arctg f ( RS rb 'b )Cb 'e
3.3.3 直接耦合单管共射放大电路的频率响应 直接耦合放大电路的下限频率fL =0, 在 高频段其电压放大倍数仍将下降。
模拟电子第三章
13
(2)输入特性
iI/mA
-1.0 - 0.5
0.5
O
-0.5
1.0 1.5 2.0
1.4
uI/V
V
iI
mA
+
u_ I
Vcc
&
uO
-1.0
-1.5
40A
-2.0 (a)输入特性
(b)测试电路
①输入短路电流:IIS=-1.07mA
②输入漏电流:IIH= 1IB1( 1<0.01) 约为40 A
35
4.加电后,CMOS器件输入端不能悬空 ①输入电位不定(此时输入电位由保护二极管 的反向电阻比来决定),从而破坏了电路的正 常逻辑关系; ②由于输入阻抗高,易接受外界噪声干扰,使电 路产生误动作; ③极易使栅极感应静电,造成栅击穿。
36
二、其它类型的CMOS电路
1.CMOS与非门 (1)电路结构 两个反相器的负载管并联,驱动管串联。 (2)工作原理
图3.2.16 54LS/74LS系列与非门(54LS/74LS00)的电路结构
25
表3.2.1 不同系列TTL门电路的性能比较
参数名称
TTL门电路系列名称
54/74 54H/74H 54S/74S 54LS/74LS
tpd(ns) 10
6
4
10
功耗/每门 (mW)
10
22.5
20
2
pd(ns·mW) 100 135
IIH:负载门输入漏电流。
29
②只有一个OC门输出低电平:(uOUO(Lma)x)
V C C u O R L (I G (m m a IIx ) L)
RL
VC CuO IG(max)mIIL
模电课件第三章(模拟电子技术基础第四版童诗白华成英)
Ri Ri1 R1 // R2 // rbe1 1.52k
直接耦合电路的特殊问题
R1 RC1 R2 T1 RC2
+UCC
T2
RE2
ui
uo
问题 1 :前后级Q点相互影响。
增加R2 、RE2 : 用于设置合适的Q点。
R1 RC1
RC2 T1 T2
+UCC
uo
R2
ui
有时会将 信号淹没
d
(2)共模( common mode) 输入
ui1 = ui2 = uC
U oc 共模电压 Ac 放大倍数: Uc
(一) 差模输入
RC RB T1 均压器 ui R
+UCC uo T2 RE
RC RB
R
–UEE
1 u i1 u i u d 2 1 u i 2 u i u d 2
T2
C11
C12
C22 uo
uo u i
CE
RE2
Ri
放大电路一
放大电路二
+VCC
R1 RC T1 ui R2 RE1 CE
+VCC RB C21 uo u i C22 T2 RE2 uo
C11
C12
Ri 1. 求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。
2. 若信号经放大电路一放大后,再经射极输出 器输出,求放大倍数Au、Ri和Ro 。
RB ib1
RC
RB rbe1
Ad1 Ad 2
B1 C1 rbe1 E
ui1
ib1
RC
uod1
差模电压放大倍数:
RC RB R ib1
uod Ad ui
模电课件第三章
VR IZ
VO
当VCC或RL变化时,能自动调整IZ的大小
使VR=IR· R改变,从而使VO基本不变。 例如: 当VCC变大,RL不变时的调节过程如下:
VCC VO IZ IR VR
VO ———————|
精品课件!
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3.5.2 变容二极管
(二极管的 PN结在外电场的作用下,电子/空穴扩散量的变化)。 用于超高频段某范围频率的电子调谐。 3.5.4 光电子器件
3.4
基本电路及其分析方法
二极管正向V-I特性的建模在电子电路中应用广泛。如在整流、 检波、开关控制、稳压、限幅、变容、发光指示等电路中的应用。
3.4.1 简单二极管电路的图解分析方法
R VDD iD iD(mA)
二极管V—I 特性曲线
VDD/R
D ID Q
斜率为-1/R的负载线
由KVL得:
O
VD
1)P型半导体 掺入多出空穴元素的半导体;导电以空穴为主。 掺入少量3价元素——硼。 硼原子外层有3个电子,与硅组成 共价键后,因缺1个电子而形成空穴。
硼原子在硅晶体中能接受电子,称硼为“受主杂质”,或 P 型 杂质。除硼外,镓、铝、铅、铟外层也是3个电子。 在P型半导体中,多子——空穴;少子——自由电子。
3、 PN结的反向击穿 反向击穿有两种:电击穿和热击穿。 1)电击穿
当反向电压增加到一定程度时,可能产生电击穿。强电场→自
由电子、空穴数↑ →反向电流↑(陡增) 。有两种:
雪崩击穿:VF↑→内电场↑→自由电子、空穴获得的能量↑→ 碰撞电离→载流子的倍增效应→电流急剧放大 。
齐纳击穿: 强电场可直接破坏共价键结构,分离电子空穴对,形成较大的 反向电流,这是杂质浓度大的PN结而具有的特性。 利用这一特点,可制成 稳压二极管。 注:反向电流不超过一定值,不会使结温过高,电击穿是可逆的。
模拟电子技术基础第三章
1.阻容耦合
Rb1
RS
Cb+1
+
+
us
ui
-
-
Rc1
+
Cb 2
Rb2
T1
+ UCC
R
c2
+
Cb3
T2
+
RL uo
-
信号源US经耦合电容Cb1与第一级的输入电阻 Ri1联系起来,经第一级放大后的信号又经耦合电 容Cb2与第二级的输入电阻Ri2联系起来,信号是通 过电阻和电容的连接进行传递的,这种方式为阻 容耦合方式。
3.1.1 模拟集成电路特点
模拟集成电路一般是由一块厚约0.2- 0.25mm的P型硅片制成,这种硅片是集成电 路的基片。它上面可以做出包含有几十个或 者更多的BJT或FET、电阻和连接电路。和分 立元件相比,模拟集成电路有如下几个方面 的特点:
(1)电路结构与元件参数具有对称性。
(2)电阻和电容值不易做太大,电路结构上采 用直接耦合方式。
Rc1
T1
+UCC
R c2
T2
Re2
R c1
T1
R c2
+UCC
T2
D1
D2
D3 D4
(a)利用电阻Re提高射极电位 (b)利用二极管提高射极电位
(2)零点漂移问题 如果将直接耦合放大电路的输入端短路,其输出
端应有一固定的直流电压,即静态输出电压。但是, 实际输出电压将随时间变化而偏离初始值作缓慢的随 机波动,这种现象称为零点漂移,简称零漂。
U CC R
I REF R
2IB
IC1
T1
U CC
RC
IC 2
模拟电路第三章 多级放大电路
整理ppt
1. 双端输入单端输出:共模信号作用下的分析
Ad
1(Rc∥RL)
2 Rbrbe
AcRbrb(R ec2 ∥ (1R L))Re
KCMRA Ad c Rb2 rb(R eb2(1rbe))Re
整理ppt
2. 单端输入双端输出
共模输入电压 差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入:
3.3.2 差分放大电路
一、电路的组成
零点 漂移
参数理想对称: Rb1= Rb2,Rc1= Rc2, Re1= Re2;T1、T2在任何温度下特性均相同。 uI1与uI2所加信号大小相等、极性相同——共模信号
整理ppt
二、长尾式差分放大电路
典型电路
信号特点? uI1与uI2所加信号大小相等、极性相反——差模信号
在实际应用时,信号源需要有“ 接地”点,以避免干扰; 或负载需要有“ 接地”点,以安全工作。
根据信号源和负载的接地情况,差分放大电路有四种接法: 双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、 单端输入单端输出。
整理ppt
三、差分放大电路的四种接法 1. 双端输入单端输出:Q点分析
由于输入回路没有变化,所以
共模放大倍数 Ac
uO c uIc
参数理想对称A时 c 0
Re的共模负反馈作用:温度变化所引起的变化等效为共模信号
如 T(℃)↑→IC1↑ IC2 ↑→UE↑→ IB1 ↓IB2 ↓→ IC1 ↓ IC2 ↓
Re负反馈作用抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。
整理ppt
3. 放大差模信号 差模信号:数值相等,极性相反的输入信号,即
uI1uI2uId/2
i B 1 i B2 i C 1 i C2 u C 1 u C2 u O 2 u C1
1. 双端输入单端输出:共模信号作用下的分析
Ad
1(Rc∥RL)
2 Rbrbe
AcRbrb(R ec2 ∥ (1R L))Re
KCMRA Ad c Rb2 rb(R eb2(1rbe))Re
整理ppt
2. 单端输入双端输出
共模输入电压 差模输入电压 输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入:
3.3.2 差分放大电路
一、电路的组成
零点 漂移
参数理想对称: Rb1= Rb2,Rc1= Rc2, Re1= Re2;T1、T2在任何温度下特性均相同。 uI1与uI2所加信号大小相等、极性相同——共模信号
整理ppt
二、长尾式差分放大电路
典型电路
信号特点? uI1与uI2所加信号大小相等、极性相反——差模信号
在实际应用时,信号源需要有“ 接地”点,以避免干扰; 或负载需要有“ 接地”点,以安全工作。
根据信号源和负载的接地情况,差分放大电路有四种接法: 双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、 单端输入单端输出。
整理ppt
三、差分放大电路的四种接法 1. 双端输入单端输出:Q点分析
由于输入回路没有变化,所以
共模放大倍数 Ac
uO c uIc
参数理想对称A时 c 0
Re的共模负反馈作用:温度变化所引起的变化等效为共模信号
如 T(℃)↑→IC1↑ IC2 ↑→UE↑→ IB1 ↓IB2 ↓→ IC1 ↓ IC2 ↓
Re负反馈作用抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。
整理ppt
3. 放大差模信号 差模信号:数值相等,极性相反的输入信号,即
uI1uI2uId/2
i B 1 i B2 i C 1 i C2 u C 1 u C2 u O 2 u C1
模电第三章课件
Ad
1 2
(Rc ∥ RL ) Rb rbe
Ac
Rb
(Rc
rbe
∥ RL )
2(1 )Re
K CMR
Rb
rbe 2(1 )Re
Rb rbe
具有恒流源的差分放大电路
等效电阻 为无穷大
I2
IB3,IE3
R2 R1 R2
VEE R3
U BEQ
近似为 恒流
UCC
RC
RC
uo
ui1 RB
开环差模电压放大倍数 Aud→∞;
差模输入电阻 rid→∞; 开环输出电阻 Ro→0; 共模抑制比 KCMR→∞。
uiP
A
uiN
uo
uiP uiN 0
通常将uiP 趋于uiN 这种情况称为“虚短”。
ii 0
通常将 ii 0这种情况称为“虚断”。
R1
R f
u
R
A1
i
u
uo uR
A2
o
i
( a)
2 R rbe
较高
Rid 2( R rbe ) 2( R rbe ) 2( R rbe ) 2( R rbe )
Ro
2Rc
Rc
2Rc
Rc
UCC
RC
RC
uo
RB
RB
T1
T2
uid
V uod
uid
-3UT
-UT 0 UT
3UT
mV
I
UEE
(a)
图3.22 差动放大电路及其电压传输特性 (a)电路图 (b)电压传输特性
第3章 集成运算放大器电路
3.1 概 述
集成运算放大器的电路组成
模拟电子技术第三章
2. 输入电阻 3. 输出电阻
Ri = Ri1
Ro = Ron
对电压放大电路的要求: 对电压放大电路的要求:Ri大, Ro小,Au的数值 最大不失真输出电压大。 大,最大不失真输出电压大。
第三章 多级放大电路
分析举例
= β ( R3 ∥ Ri2 ) Au1 rbe1 (1+β 2 ) ( R6 ∥ RL ) Au 2 = rbe2 + (1+β 2 ) ( R6 ∥ RL ) A = A A
第三章 多级放大电路
3.1 多级放大电路的耦合方式
将多个单级基本放大电路合理联接, 将多个单级基本放大电路合理联接,构成多级放大电路
组成多级放大电路的每一个基本电路称为一级 一级, 组成多级放大电路的每一个基本电路称为一级, 级间耦合。 级与级之间的连接称为级间耦合 级与级之间的连接称为级间耦合。 四种常见的耦合方式:
R1 R + uI
iC1 T1 Re
Rc
+VCC + uO
uB1 T2 R2
利用热敏三极管补偿零漂
(3) 采用差分放大电路。 ) 采用差分放大电路。
第三章 多级放大电路
3.3.2
差分放大电路
差分放大电路是构成多级直接耦合放大电路的基本单元电路 一、电路的组成
uO T
Re Re
T
V
差分放大电路的组成(a) 图 3.3.2差分放大电路的组成 差分放大电路的组成
选择恰当的变比,可在负载上得到尽可能大的输出功率。 选择恰当的变比,可在负载上得到尽可能大的输出功率。
第三章 多级放大电路
四
光电耦合
光电耦合是以光信号为媒介来实现电信号的耦合和 传递的,因而其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。 传递的,因而其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。
【2024版】模拟电子技术课件第三章
60A
此区域中 : 2
40A
IB=0 , IC=ICEO ,
1
20A
VBE<死区电
IB=0
压,称为截止 3 6 9 12 VCE(V)
区。
输出特性三个区域的特点: (1) 放大区: BE结正偏,BC结反偏, IC=IB , 且 IC = IB
(2) 饱和区: BE结正偏,BC结正偏 , 即VCEVBE , IB>IC,VCE0.3V
1、晶体管必须偏置在放大区。发射结正 偏,集电结反偏。
2、正确设置静态工作点,使整个波形处 于放大区。
3、输入回路将变化的电压转化成变化的 基极电流。
4、输出回路将变化的集电极电流转化成 变化的集电极电压,经电容滤波只输 出交流信号。
放大 电路 分析
放大电路的分析方法
静态分析
估算法 图解法
小信号模型分析法
vi=0时
入时
RL IE=IB+IC
基本放大电路的工作原理
静态工作点
RB
RC
C1
IB
(IB,VBE)
VBE
+VCC
IC C2
T VCERL
( IC,VCE )
(IB,VBE) 和( IC,VCE )分别对应于输入输 出特性曲线上的一个点称为静态工作点。
IB
IC
IB
Q
IC
VBE VBE
Q IB
VCE VCE
共射直流电流放大倍数:
___
IC
IB
工作于动态的三极管,真正的信号
是叠加在直流上的交流信号。基极
电流的变化量为IB,相应的集电 极电流变化为IC,则交流电流放 大倍数为:
《模拟电子技术基础》第3章 双极型晶体管及其基本放大电路
3.2 双极型晶体管
3.2.4 晶体管的共射特性曲线
2.输出特性曲线—— iC=f(uCE) IB=const
以IB为参变量的一族特性曲线
(1)当UCE=0V时,因集电极无收集
作用,IC=0;
(2)随着uCE 的增大,集电区收集电
子的能力逐渐增强,iC 随着uCE 增加而
增加;
(3)当uCE 增加到使集电结反偏电压
电压,集电结应加反向偏置电压。
3.2 双极型晶体管
3.2.3 晶体管的电流放大作用
1. 晶体管内部载流子的传输
如何保证注入的载流
子尽可能地到达集电区?
P
N
IE=IEN + IEP
IEN >> IEP
IC= ICN +ICBO
ICN= IEN – IBN
IEN>> IBN
ICN>>IBN
N
IEP
IE
3. 晶体管的电流放大系数
(1) 共基极直流电流放大系数
通常把被集电区收集的电子所形成的电流ICN 与发射极电流
IE之比称为共基电极直流电流放大系数。
ത
I CN
IE
由于IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN,且ICN>> IBN,ICN>>IEP。通常ത
的值小于1,但≈1,一般
ത
为0.9-0.99。
ത
3.2 双极型晶体管
3.2.3 晶体管的电流放大作用
3. 晶体管的电流放大系数
(2) 共射极直流电流放大系数
I C I CN I CBO I E I CBO ( I C I B ) I CBO
模拟电子技术第三章
第三章 场效应管放大器
3.1 结型场效应管
3.2 绝缘删型场效应管
3.3 各种场效应管的特性比较 及使用时的注意事项 3.4 场效应管放大电路
3.1 结型场效应管
3.1.1 结型场效应管(JFET)的类型和结构 BJT是一种电流控制元件(iB~ iC),工作时,多数载流子和少数载 流子都参与运行,所以被称为双极型器件。 场效应管(Field Effect Transistor简称FET)是一种电压控制器 件(uGS~ iD) ,工作时,只有一种载流子参与导电,因此它是单极型 器件。 FET因其制造工艺简单,功耗小,温度特性好,输入电阻极高 等优点,得到了广泛应用。 1.类型
用下,漏极电流iD越大。
漏源电压vDS的控制作用
s vGS g d s g vGS vDS d s vGS g vDS d
N+ P型硅衬底 b (a)
N+
N+ P型硅衬底 b (b)
N+
N+ P型硅衬底 b (c)
N+
1. 当vDS较小时:沟道形状随vDS的变化不大,沟道电阻变化不 大,iD与vDS呈线性关系。 2. 随着vDS的增大,沟道在漏极处明显变薄,沟道电阻不断增 大,iD与vDS不再是线性关系,iD随vDS的变化趋缓。
uGS=-2V
VGG
s
uGS=-3V
uDS
四个区:
(a)可变电阻区
可变电阻区
i D (mA)
恒流区
uGS=0V
(预夹断前)。
(b)恒流区也称饱和
击穿区
uGS=-1V uGS=-2V uGS=-3V
uDS
区(预夹断 后)。
恒流区的特点: △ iD /△ vGS = gm ≈常数 即: △ iD = gm △ vGS (放大原理) (c)夹断区(截止区)。
3.1 结型场效应管
3.2 绝缘删型场效应管
3.3 各种场效应管的特性比较 及使用时的注意事项 3.4 场效应管放大电路
3.1 结型场效应管
3.1.1 结型场效应管(JFET)的类型和结构 BJT是一种电流控制元件(iB~ iC),工作时,多数载流子和少数载 流子都参与运行,所以被称为双极型器件。 场效应管(Field Effect Transistor简称FET)是一种电压控制器 件(uGS~ iD) ,工作时,只有一种载流子参与导电,因此它是单极型 器件。 FET因其制造工艺简单,功耗小,温度特性好,输入电阻极高 等优点,得到了广泛应用。 1.类型
用下,漏极电流iD越大。
漏源电压vDS的控制作用
s vGS g d s g vGS vDS d s vGS g vDS d
N+ P型硅衬底 b (a)
N+
N+ P型硅衬底 b (b)
N+
N+ P型硅衬底 b (c)
N+
1. 当vDS较小时:沟道形状随vDS的变化不大,沟道电阻变化不 大,iD与vDS呈线性关系。 2. 随着vDS的增大,沟道在漏极处明显变薄,沟道电阻不断增 大,iD与vDS不再是线性关系,iD随vDS的变化趋缓。
uGS=-2V
VGG
s
uGS=-3V
uDS
四个区:
(a)可变电阻区
可变电阻区
i D (mA)
恒流区
uGS=0V
(预夹断前)。
(b)恒流区也称饱和
击穿区
uGS=-1V uGS=-2V uGS=-3V
uDS
区(预夹断 后)。
恒流区的特点: △ iD /△ vGS = gm ≈常数 即: △ iD = gm △ vGS (放大原理) (c)夹断区(截止区)。
模拟电子技术 第3章
I(mA)
四、二极管的直反流向参击数
1. 最大整流电流穿区IF:
IF
管子长期运行时,允IS许通过O的最大正向
平均电流;
V(V)
VBR
IFVD 耗散功率
2. 反向击穿电压 VBR与最大反相工作电压:
VBR管子反向击穿时的电压值
一般手册上给出的最高反向工作电压约为 击穿电压的一半。
3.反向饱和电流IS
晶体结构
共价键形成后,每个原子的最外层电子是八个,构成稳 定结构。并且,使原子规则排列,形成晶体。
2. 本征激发
A、T = 0 K (绝对零 度)和无外界激发时
+4
+4
+4
+4
在T = 0 K(绝对零度)和无外界激发,本征半导体 没有自由运动的带电粒子——载流子,因而不能导 电;
B、温度上升时
空穴
I 2 1VR 1 2
F
P
N
2 1 1 2
图1-9
IR(或IS )
结论:
由于在正向电压作用下,参与导电的主体为多子 的扩散,因而,正向电流大,正向电阻小。
由于在反向电压作用下,参与导电的主体为少子 的漂移,因而,反向电流小,反向电阻大。
二极管(PN结)正向电阻小,反向电阻大, 这就是 它的单向导电性。
2. 半导体材料的特性及应用 热敏性:热敏电阻 光敏性:光敏电阻,光敏二极管、光敏三极管等。 掺杂性:二极管、三极管、场效应管等
二、本征半导体
纯净的半导体晶体, 如:硅与锗
1. 本外层征轨半道导体的共价键结构(硅与锗)
电子,称 共价键 为价电子
+4
+4
共价键中
的两个电
蒋莉模电第3章
R
io RL
+ uo -
《模拟电子技术》
第3章 负反馈放大器
(4)电流串联负反馈
反馈电压:uf=ioRf
因为反馈量与输出电流成百分比,所以是电流反馈
又因为在输入端有 ud = ui -uf 故为串联反馈
R1
+
++ ∞
u
-
d
-
A
+
ui +
-
uf
-
Rf
io RL
+ uo -
《模拟电子技术》
第3章 负反馈放大器
+V+CVCCC R cR2 c2
ui一定
CCb1b1
++ V V
uui i
-- V V
++uuub-+fe-ub-+fe-TR1TRRe11
fR
e1
f
T2TC2 bC2 b2
++
R LR L u Ou O
R eR2 e2
--
《模拟电子技术》
第3章 负反馈放大器
(2)电压并联负反馈
反馈电流: if
R1
+ ii u
i
-
-∞
id
A +
+
if R f
R
io RL
+ uo -
《模拟电子技术》
第3章 负反馈放大器
分立电路构成旳电流并联负反馈
引入电流负反馈旳目旳——稳定输出电流
稳定过程: RL
io
if
id (ib)
io
负载变化时,输出电流稳定——输出电阻↑
模电第三章
f 20dB/十倍频 f
3.高频电压放大倍数 A ush
U i
第3章 放大电路的频率响应
R U' s
b'
U be
rbe Ri U rbe U U i s s rbe rbe Rs Ri
. Au RL . Uo
+
1 U U U U rbe jC Ri o s b e o Aush ) ( g m RL U s U s U s U be Rs Ri rbe R 1 jC r R 1 b e i ) ( g m RL A ush Rs Ri rbe 1 jRC
令 fL
1 2RC
1 fL 1 f
A u
fL
A u
2
90 ac tan
f fL
2.低通电路:信号频率越低,输出电压越接近输入电压。
. I . Ui . Uo
1 U 1 Au o jC U 1 1 jRC i R jC
令
A usl
r Ri ) be ( g m RL Rs Ri rbe 1
1 fL 2 ( Rc RL )C
jf fL 1 Ausm Ausl Ausm jf f 1 1 L fL jf
第3章 放大电路的频率响应
A Ausl usm f 1 L jf
-20dB/十倍频
5.71
注意折线化曲线的误差
f 20 lg 20 lg 0 20 lg 1 f f arctan f ,单位 采用对数坐标系,横轴为lg f,可开阔视野;纵轴为 20 lg 为“分贝” (dB),将 “ 乘除 ” 运算转换成 “ 加减 ” 运算。
3.高频电压放大倍数 A ush
U i
第3章 放大电路的频率响应
R U' s
b'
U be
rbe Ri U rbe U U i s s rbe rbe Rs Ri
. Au RL . Uo
+
1 U U U U rbe jC Ri o s b e o Aush ) ( g m RL U s U s U s U be Rs Ri rbe R 1 jC r R 1 b e i ) ( g m RL A ush Rs Ri rbe 1 jRC
令 fL
1 2RC
1 fL 1 f
A u
fL
A u
2
90 ac tan
f fL
2.低通电路:信号频率越低,输出电压越接近输入电压。
. I . Ui . Uo
1 U 1 Au o jC U 1 1 jRC i R jC
令
A usl
r Ri ) be ( g m RL Rs Ri rbe 1
1 fL 2 ( Rc RL )C
jf fL 1 Ausm Ausl Ausm jf f 1 1 L fL jf
第3章 放大电路的频率响应
A Ausl usm f 1 L jf
-20dB/十倍频
5.71
注意折线化曲线的误差
f 20 lg 20 lg 0 20 lg 1 f f arctan f ,单位 采用对数坐标系,横轴为lg f,可开阔视野;纵轴为 20 lg 为“分贝” (dB),将 “ 乘除 ” 运算转换成 “ 加减 ” 运算。
模拟电子技术 第三章
输入电阻
.
Au
A n .
j1 uj
R1=Ri1
输出电阻 R0=Ron
uo RL
解: (1)求解Q点,第一级为共射放大电路
U BQ1
Rb 2 Rb1 Rb2
VCC
I BQ1
U BQ1 U BEQ1
(1 )Re1
I CQ1 I BQ1
U CQ1 VCC (I CQ1 I BQ2 )Rc1 VCC I R CQ1 c1
共模信号:大小相等,极性相同。
差模信号:大小相等,极性相反.
典型电路:长尾式差分放大电路
一.结构: 对称性结构
+VCC
即:1=2=
Rc
Rc
UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb
I BQ1 I BQ2 I BQ ICQ1 ICQ2 ICQ I EQ1 I EQ2 I EQ U CQ1 U CQ2 U CQ uO U CQ1 U CQ2 0
• 1979年:Intel推出5MHz 8088微处理器,之 后,IBM基于8088推出全球第一台PC。折 合25560.8元人民币
• 1988年:16M DRAM问世,1平方厘米大小 的硅片上集成有3500万个晶体管,标志着 进入超大规模集成电路(VLSI)阶段
• 。我国集成电路发展历史
• 我国集成电路产业诞生于六十年代,共经历了三个发展 阶段:
• 1965年-1978年:以计算机和军工配套为目标,以开发 逻辑电路为主要产 品,初步建立集成电路工业基础及 相关设备、仪器、材料的配套条件
• 1978年-1990年:主要引进美国二手设备,改善集成电 路装备水平,在“治散治乱”的同时,以消费类整机作 为配套重点,较好地解决了彩电集成电路的国产化
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3
(c)T2射极加稳压管抬高UCEQ1: 直 流 时 UCEQ1 = UDZ + UBEQT2 , R 的 存 在 使 得
ID>IDmin,保证稳压管工作于稳压状态,可根据所 需UCEQ1值选用稳压管。 交流时动态电阻duDZ/diDZ很小,Au2↓不大。 (a)、(b)、(c)3电路中,均为NPN管构成 的共射放大电路,为了保证三极管处于放大状态, 必然由于级数的增加需不断抬高T1的集电极电 位、以至于接近电源电压VCC,势必使后级的静 态工作点设置不合适。工程实际中常采用NPN+ PNP混合使用的方法解决该问题。↓
P1 P2
即I
2 1
RL
I
2 2
RL
2
RL
I2 I1
RL
RL
N2 N1
2 RL
Au
RL rbe
根据所需的电压放大倍数,可以选择适当的匝数比,使负载电阻上获得
足够大的电压。匹配得当时,负载可以获得足够大的功率。
由于集成功率放大电路的发展,只有在需要输出特大功率或实现高频功
率放大时,才考虑分立元件构成变压器耦合放大电路。
6
三、变压器耦合
——将第一级的输出端通过变压器接到后一级的输入端或负载上。
基本特点同阻容耦合; 突出特点:可以实现阻抗变换,在分立元件功率放大电路中广泛应用。
7
实际系统中,如扬声器负载电阻往往很小,直接接到放大电路输出 端其电压放大倍数变得很小,无法获得大功率。采用变压器耦合时,原、 副边功率相等:
1、Q点:阻容耦合,每一级Q点独立分析
U BQ1
R1 R1 R2
VCC
I EQ1
U BQ1
U BEQ1 R4
I BQ1
I EQ1 1 1
U CEQ1 VCC I CQ1R3 I EQ1R4 VCC I EQ1 (R3 R4 )
I BQ2
VCC R5
U BEQ2 1 2 R6
(d)NPN+PNP混合使用
4
直接耦合放大电路特点: 缺点:各级直流通路相连,Q点相互影响,设计、调试复杂,零点漂移 现象; 优点:低频特性良好,便于集成,价格便宜,技术进步、应用广泛
5
二、阻容耦合
——将前一级的输出端通过电容接到后一级的输入端。 例:共射+共集
优点:各级Q点相互独立,分析、设计和调试简单易行,只要ω、C足够 大,交流信号几乎没有衰减传递到后级;在分立元件电路中应用广泛。 缺点:低频特性差,不能放大变化缓慢的信号,集成困难。由于集成电 路应用越来越广泛,只有在特殊需要下,由分立元件组成的放大电路中 才采用。
组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级,级与级之间的 连接称为级间耦合。多级放大电路中4种常见的耦合方式为:直接耦 合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。
2
一、直接耦合——将前一级的输出端直接接到后一级的输入端。
例:共射+共射
பைடு நூலகம்
图中第二级省去了基极电阻,Rc1既作为第一级的集电 极电阻,又作为第二级的基极电阻。
8
四、光电耦合
以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递,因抗干扰能力强而得到越来 越广泛的应用。 发光二极管+光敏三极管
P152~思考题 P178~自测题一 习题3.1
9
3.2 多级放大电路的动态分析
一个n级放大电路:
n
其电压放大倍数为: Au Auj j 1
其中
RLj Ri( j1)
Rsj
温漂在阻容耦合放大电路中会被耦合电容所阻断,但在直接耦合放大电
路中却会逐级传递、放大,以致与在输出端不能区别有用信号与漂移电
压,电路不能正常工作。
14
2、抑制温漂的方法
某种意义上,零点漂移就是Q点的漂移,稳定Q点的措施也是抑制温漂的 方法。 ①直流负反馈 ②温度补偿 ③差分放大电路(属于温度补偿)
I EQ2 1 2 I BQ2
U CEQ2 VCC I EQ2 R6
11
2、动态分析
P154~思考题 习题3.2、3.3 作业3.4、3.5
Ri2 R5 // rbe2 (1 2 )R6 // RL
Au1
1
R3 // Ri2 rbe1
Au 2
1 2 R6 // RL rbe2 (1 2 )R6 // RL
第三章 多级放大电路
实际应用中,对Ri、Au、Ro、f同时有要求时,简单基本放大电路已 经不能满足要求,常常需要将多个基本放大电路合理连接、构成多级放大 电路。
内容提要:
3.1 多级放大电路的耦合方式 3.2 多级放大电路的动态分析 3.3 直接耦合放大电路 3.4 Multisim应用举例
1
3.1 多级放大电路的耦合方式
( a ) UBEQT2 = 0.7V = UCEQ1——T1 靠 近 饱 和 区 , 易 饱 和失真。
(b)T2射极加Re2抬高UCEQ1: 直流时UCEQ1=URE2+UBEQT2,但交流时Re2使得Au2↓
(b')T2射极加二极管抬高UCEQ1: 直流时UCEQ1=UD(0.7V)+UBEQT2=1.4V, 交流时动态电阻duD/diD很小,Au2↓不大, 或用2只二极管使得UCEQ1=2.1V。
Ro( j1)
Ri Ro
Ri1 Ron
因此当共集放大电路作为输入级时,电路的输入电阻与第二级的输入电
阻有关;当共集放大电路作为输出级时,电路的输出电阻与倒数第二级有关。
当多级放大电路输出波形产生失真时,应首先确定是在哪一级先出现失
真,再判断产生了什么失真。
10
例3.2.1 两级阻容耦合放大电路分析
13
一、直接耦合放大电路的零点漂移现象
1、零点漂移现象及其产生的原因
零点漂移——放大电路输入电压(ui)为零而输出电压(uo)不为零且缓 慢变化的现象。
产生原因:任何电路参数的变化,如电源电压的波动、元件的老化、半 导体元件参数随温度变化等。采用高质量的稳压电源和使用经过老化实 验的元件就可以大大减少如电源电压的波动、元件的老化等原因产生的 漂移。所以由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移 现象的主要原因,因而也称零点漂移为温度漂移,简称温漂。
Au Au1 Au2
Ri R1 // R2 // rbe1
Ro
R6
//
rbe2
R3 // R5
1 2
12
3.3 直接耦合放大电路
工业控制中的很多物理量均为模拟量,如温度、流量、压力、液面、 长度等。它们通过各种不同传感器转化成的电量也均为变化缓慢的非周期 性信号,而且比较微弱,这类信号采用直接耦合放大电路将其放大最为方 便。
(c)T2射极加稳压管抬高UCEQ1: 直 流 时 UCEQ1 = UDZ + UBEQT2 , R 的 存 在 使 得
ID>IDmin,保证稳压管工作于稳压状态,可根据所 需UCEQ1值选用稳压管。 交流时动态电阻duDZ/diDZ很小,Au2↓不大。 (a)、(b)、(c)3电路中,均为NPN管构成 的共射放大电路,为了保证三极管处于放大状态, 必然由于级数的增加需不断抬高T1的集电极电 位、以至于接近电源电压VCC,势必使后级的静 态工作点设置不合适。工程实际中常采用NPN+ PNP混合使用的方法解决该问题。↓
P1 P2
即I
2 1
RL
I
2 2
RL
2
RL
I2 I1
RL
RL
N2 N1
2 RL
Au
RL rbe
根据所需的电压放大倍数,可以选择适当的匝数比,使负载电阻上获得
足够大的电压。匹配得当时,负载可以获得足够大的功率。
由于集成功率放大电路的发展,只有在需要输出特大功率或实现高频功
率放大时,才考虑分立元件构成变压器耦合放大电路。
6
三、变压器耦合
——将第一级的输出端通过变压器接到后一级的输入端或负载上。
基本特点同阻容耦合; 突出特点:可以实现阻抗变换,在分立元件功率放大电路中广泛应用。
7
实际系统中,如扬声器负载电阻往往很小,直接接到放大电路输出 端其电压放大倍数变得很小,无法获得大功率。采用变压器耦合时,原、 副边功率相等:
1、Q点:阻容耦合,每一级Q点独立分析
U BQ1
R1 R1 R2
VCC
I EQ1
U BQ1
U BEQ1 R4
I BQ1
I EQ1 1 1
U CEQ1 VCC I CQ1R3 I EQ1R4 VCC I EQ1 (R3 R4 )
I BQ2
VCC R5
U BEQ2 1 2 R6
(d)NPN+PNP混合使用
4
直接耦合放大电路特点: 缺点:各级直流通路相连,Q点相互影响,设计、调试复杂,零点漂移 现象; 优点:低频特性良好,便于集成,价格便宜,技术进步、应用广泛
5
二、阻容耦合
——将前一级的输出端通过电容接到后一级的输入端。 例:共射+共集
优点:各级Q点相互独立,分析、设计和调试简单易行,只要ω、C足够 大,交流信号几乎没有衰减传递到后级;在分立元件电路中应用广泛。 缺点:低频特性差,不能放大变化缓慢的信号,集成困难。由于集成电 路应用越来越广泛,只有在特殊需要下,由分立元件组成的放大电路中 才采用。
组成多级放大电路的每一个基本放大电路称为一级,级与级之间的 连接称为级间耦合。多级放大电路中4种常见的耦合方式为:直接耦 合、阻容耦合、变压器耦合和光电耦合。
2
一、直接耦合——将前一级的输出端直接接到后一级的输入端。
例:共射+共射
பைடு நூலகம்
图中第二级省去了基极电阻,Rc1既作为第一级的集电 极电阻,又作为第二级的基极电阻。
8
四、光电耦合
以光信号为媒介来实现电信号的耦合和传递,因抗干扰能力强而得到越来 越广泛的应用。 发光二极管+光敏三极管
P152~思考题 P178~自测题一 习题3.1
9
3.2 多级放大电路的动态分析
一个n级放大电路:
n
其电压放大倍数为: Au Auj j 1
其中
RLj Ri( j1)
Rsj
温漂在阻容耦合放大电路中会被耦合电容所阻断,但在直接耦合放大电
路中却会逐级传递、放大,以致与在输出端不能区别有用信号与漂移电
压,电路不能正常工作。
14
2、抑制温漂的方法
某种意义上,零点漂移就是Q点的漂移,稳定Q点的措施也是抑制温漂的 方法。 ①直流负反馈 ②温度补偿 ③差分放大电路(属于温度补偿)
I EQ2 1 2 I BQ2
U CEQ2 VCC I EQ2 R6
11
2、动态分析
P154~思考题 习题3.2、3.3 作业3.4、3.5
Ri2 R5 // rbe2 (1 2 )R6 // RL
Au1
1
R3 // Ri2 rbe1
Au 2
1 2 R6 // RL rbe2 (1 2 )R6 // RL
第三章 多级放大电路
实际应用中,对Ri、Au、Ro、f同时有要求时,简单基本放大电路已 经不能满足要求,常常需要将多个基本放大电路合理连接、构成多级放大 电路。
内容提要:
3.1 多级放大电路的耦合方式 3.2 多级放大电路的动态分析 3.3 直接耦合放大电路 3.4 Multisim应用举例
1
3.1 多级放大电路的耦合方式
( a ) UBEQT2 = 0.7V = UCEQ1——T1 靠 近 饱 和 区 , 易 饱 和失真。
(b)T2射极加Re2抬高UCEQ1: 直流时UCEQ1=URE2+UBEQT2,但交流时Re2使得Au2↓
(b')T2射极加二极管抬高UCEQ1: 直流时UCEQ1=UD(0.7V)+UBEQT2=1.4V, 交流时动态电阻duD/diD很小,Au2↓不大, 或用2只二极管使得UCEQ1=2.1V。
Ro( j1)
Ri Ro
Ri1 Ron
因此当共集放大电路作为输入级时,电路的输入电阻与第二级的输入电
阻有关;当共集放大电路作为输出级时,电路的输出电阻与倒数第二级有关。
当多级放大电路输出波形产生失真时,应首先确定是在哪一级先出现失
真,再判断产生了什么失真。
10
例3.2.1 两级阻容耦合放大电路分析
13
一、直接耦合放大电路的零点漂移现象
1、零点漂移现象及其产生的原因
零点漂移——放大电路输入电压(ui)为零而输出电压(uo)不为零且缓 慢变化的现象。
产生原因:任何电路参数的变化,如电源电压的波动、元件的老化、半 导体元件参数随温度变化等。采用高质量的稳压电源和使用经过老化实 验的元件就可以大大减少如电源电压的波动、元件的老化等原因产生的 漂移。所以由温度变化所引起的半导体器件参数的变化是产生零点漂移 现象的主要原因,因而也称零点漂移为温度漂移,简称温漂。
Au Au1 Au2
Ri R1 // R2 // rbe1
Ro
R6
//
rbe2
R3 // R5
1 2
12
3.3 直接耦合放大电路
工业控制中的很多物理量均为模拟量,如温度、流量、压力、液面、 长度等。它们通过各种不同传感器转化成的电量也均为变化缓慢的非周期 性信号,而且比较微弱,这类信号采用直接耦合放大电路将其放大最为方 便。