中职培训模拟电子技术课件.ppt

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1、模 拟 电 子 技 术 基 础宣 传 忠 内 蒙 古 农 业 大 学机 电 工 程 学 院 2/25 1.1 信 号 的 频 谱1.2 放 大 电 路 模 型1.3 放 大 电 路 的 主 要 性 能 指 标 3/25 1. 电 信 号 的 时 域 与 频 域 表 示A. 正 弦 信 号 )sin()( 0m tVtv 000 22 fT 1.1 信 号 的 频 谱 时 域 4/25 1. 电 信 号 的 时 域 与 频 域 表 示B. 方 波 信 号 )5sin513sin31(sin22)( 000SS tttVVtv T20 满 足 狄 利 克 雷 条 件 ， 展 开 成 傅里 叶 级

2、数 2SV 直 流 分 量其 中 2 SV 基 波 分 量 312 S V 三 次 谐 波 分 量方 波 的 时 域 表 示 5/25 2. 信 号 的 频 谱B. 方 波 信 号 )5sin513sin31(sin22)( 000SS tttVVtv频 谱 ： 将 一 个 信 号 分 解 为 正 弦 信 号 的 集 合 ， 得 到 其 正 弦 信 号 幅 值 和 相 位随 角 频 率 变 化 的 分 布 ， 称 为 该 信 号 的 频 谱 。 幅 度 谱 相 位 谱 6/25 1.2 放 大 电 路 模 型电 压 增 益 （ 电 压 放 大 倍 数 ） iovvv A 电 流 增 益 ioi

3、iAi 互 阻 增 益 )(io iAr v 互 导 增 益 )S(ioviAg 1. 放 大 电 路 的 符 号 及 模 拟 信 号 放 大 7/25 负 载 开 路 时 的 电 压 增 益A. 电 压 放 大 模 型ovAiR 输 入 电 阻oR 输 出 电 阻由 输 出 回 路 得 Lo LiOo RR RAV vv则 电 压 增 益 为 iovvVA Lo Lo RR RA v由 此 可 见 LR vA 即 负 载 的 大 小 会 影 响 增 益 的 大 小要 想 减 小 负 载 的 影 响 ， 则 希 望 ？ （ 考 虑 改 变 放 大 电 路 的 参 数 ）Lo RR 理 想 情

4、况 0o R 2. 放 大 电 路 模 型 8/25 另 一 方 面 ， 考 虑 到输 入 回 路 对 信 号 源 的 衰减 si RR 理 想 情 况有 sis ii vv RR R要 想 减 小 衰 减 ， 则 希 望 ？iR A. 电 压 放 大 模 型 9/25 负 载 短 路 时 的 电 流 增 益2. 电 流 放 大 模 型siA由 输 出 回 路 得 Lo oio RR RiAi is 则 电 流 增 益 为 ioiiAi Lo oRR RAis 由 此 可 见 LR iA要 想 减 小 负 载 的 影 响 ， 则 希 望 ？ Lo RR 理 想 情 况 oR由 输 入 回 路

5、得 is ssi RR Rii 要 想 减 小 对 信 号 源 的 衰 减 ， 则 希 望 ？ si RR 理 想 情 况 0i R 10/25 1.3 放 大 电 路 的 主 要 性 能 指 标1. 输 入 电 阻tti iR v决 定 了 放 大 电路 从 信 号 源 吸取 信 号 幅 值 的大 小 11/25 2. 输 出 电 阻 Ls ,0tto RvviR 注 意 ： 输 入 、 输 出 电 阻 为 交 流 电 阻 ， 计 算 输 出电 阻 时 不 考 虑 负 载 电 阻 R L输 出 电 阻 的 大 小 决 定 了 放 大 电 路 的 带 负 载 能 力 。即 指 放 大 电 路

6、输 出 量 随 负 载 变 换 的 程 度 。 12/25 3. 增 益 反 映 放 大 电 路 在 输 入 信 号 控 制 下 ， 将 供 电 电 源 能 量 转 换 为 输出 信 号 能 量 的 能 力 。其 中 (dB)lg20 vA电 压 增 益四 种 增 益 iovvv A ioiiAi ioiAr v ioviAg iAA 、v 常 用 分 贝 （ dB） 表 示 。(dB)lg20 iA电 流 增 益 (dB)lg10 PA功 率 增 益 13/25 4. 频 率 响 应A.频 率 响 应 及 带 宽 电 压 增 益 可 表 示 为)j( )j()j( io VVAV 在 输 入

7、 正 弦 信 号 情 况 下 ， 输 出 随 输 入 信 号 频 率 连 续 变 化 的 稳 态 响 应 ，称 为 放 大 电 路 的 频 率 响 应 。)()()j( )j( ioio VV或 写 为 )()( VV AA其 中 称 为 幅 频 响 应 jjio )( )()( VVAV 称 为 相 频 响 应 io )()()( 14/25 该 图 称 为 波 特 图纵 轴 ： dB横 轴 ： 对 数 坐 标4. 频 率 响 应A.频 率 响 应 及 带 宽 其 中 上 限 频 率Hf普 通 音 响 系 统 放 大 电 路 的 幅 频 响 应 下 限 频 率Lf 称 为 带 宽 LH ff

8、BW HLH fBWff 时 ，当 15/25 4. 频 率 响 应B.频 率 失 真 （ 线 性 失 真 ）幅 度 失 真 ： 对 不 同 频 率 的 信 号 增 益不 同 ， 产 生 的 失 真 。 16/25 4. 频 率 响 应B.频 率 失 真 （ 线 性 失 真 ）幅 度 失 真 ： 对 不 同 频 率 的 信 号 增 益不 同 ， 产 生 的 失 真 。相 位 失 真 ： 对 不 同 频 率 的 信 号 相 移不 同 ， 产 生 的 失 真 。 17/25 2 集 成 电 路 运 算 放 大 器1. 集 成 电 路 运 算 放 大 器 的 内 部 组 成 单 元 图 2.1.1

9、集 成 运 算 放 大 器 的 内 部 结 构 框 图 18/25 1. 集 成 电 路 运 算 放 大 器 的 内 部 组 成 单 元图 2.1.2 运 算 放 大 器 的 代 表 符 号（ a） 国 家 标 准 规 定 的 符 号 （ b） 国 内 外 常 用 符 号 19/25 1. 运 算 放 大 器 的 电 路 模 型 图 2.1.3 运 算 放 大 器 的 电 路 模 型通 常 ： 开 环 电 压 增 益 Avo的 105 （ 很 高 ） 输 入 电 阻 ri 106 （ 很 大 ） 输 出 电 阻 r o 100 （ 很 小 ） vO Avo(vP vN) （ V vO V ）

10、注 意 输 入 输 出 的 相 位 关 系 20/25 2. 理 想 运 放 的 线 性 工 作 区电 路 特 征 ： 电 路 引 入 负 反 馈 。vO = Aod(uP uN) 因 为 vO为 有 限 值 ， Aod 所 以 vN vP 0， 即 vN vP虚 短 路 因 为 R id ， 所 以 iN iP 0虚 断 路 21/25 3. 理 想 运 放 的 非 线 性 工 作 区电 路 特 征 ： 电 路 处 于 开 环 状 态 或 只 引 入 了 正 反 馈 。特 点 ： 输 出 电 压 vO只 有 两 种 情 况 ： 分 别 为 VOM或 VOM。当 vPvN时 ， vO VOM

11、当 v PvN时 ， vO VOM 差 模 输 入 电 阻 无 穷 大 ， 净 输 入 电 流 为零 ， 仍 有 “ 虚 断 ” ， 但 无 “ 虚 短 ” 。 22/25 2 同 相 放 大 电 路 （ a） 电 路 图 （ b） 小 信 号 电 路 模 型图 2.3.1 同 相 放 大 电 路1. 基 本 电 路 23/25 2 同 相 放 大 电 路2. 几 项 技 术 指 标 的 近 似 计 算（ 1） 电 压 增 益 Av 根 据 虚 短 和 虚 断 的 概 念 有 vp vn， ip in 0 o21 1npi vvvv RR R所 以 121 21io 1 RRR RRA vvv

12、 （ 可 作 为 公 式 直 接 使 用 ） 24/25 2 同 相 放 大 电 路3. 几 项 技 术 指 标 的 近 似 计 算（ 2） 输 入 电 阻 Ri 输 入 电 阻 定 义 iii ivR 根 据 虚 短 和 虚 断 有 vi vp， ii ip 0所 以 iii ivR（ 3） 输 出 电 阻 Ro Ro 0 25/25 4. 电 压 跟 随 器根 据 虚 短 和 虚 断 有vo vn vp vi1 io vvvA（ 可 作 为 公 式 直 接 使 用 ） 26/25 电 压 跟 随 器 的 作 用无 电 压 跟 随 器 时 负 载 上 得 到 的 电 压 ss sLs Lo

13、01.011001 vv vv RR R 电 压 跟 随 器 时ip 0， vp vs根 据 虚 短 和 虚 断 有vo vn vp vs 27/25 3 共 射 极 放 大 电 路 的 工 作 原 理1 基 本 共 射 极 放 大 电 路 的 组 成基 本 共 射 极 放 大 电 路 三 极 管 T（ NPN） ： 起 放 大 作 用 。 偏 置 电 路 VBB、 Rb： 使 VBEVon(发 射 结 正 偏 )， 提 供 一 个 合 适 的 IB电 流 ， 使 三 极 管 工 作 在 线 性 区 。 V CC： 使 VCEVBE（ 集 电 结 反 偏 ） ， 同 时 提 供 电 路 工 作

14、 的 能 量 。 负 载 电 阻 （ 集 电 极 电 阻 ） RC： 将 变 化 的 集 电 极 电 流 转 换 为 电 压 输 出 。 地 ： 输 入 回 路 与 输 出 回 路 的 公 共 端 。 28/25 静 态 和 动 态 工 作 情 况 ： vi 0时 ， 放 大 电 路 的 工 作 状态 ， 也 称 。 ： vi0时 ， 放 大 电 路 的 工 作 状态 ， 也 称 。 在 动 态 工 作 情 况 下 ， 放 大 电 路 的 放 大 原 理 ： 2 基 本 共 射 极 放 大 电 路 的 工 作 原 理 )( oCEcbi c vviiiv R DD 29/25 1. 静 态 工

15、 作 点 的 估 算静 态 时 ， v i 0 ， 三 极 管 的 各 极 电 流 、发 射 结 电 压 、 管 压 降 均 为 一 个 恒 定 的 直 流量 。 记 作 ： (IBQ， VBEQ) 和 ( ICQ， VCEQ )分 别 对 应 于 输 入 、 输 出 特 性 曲 线 上 的 一 个 点 ， 所 以称 为 在 放 大 电 路 中 ， 三 极 管 的 发 射 结 始 终 是 正 偏 的 ， 其 发 射 结 压 降 可 以 近 似为 一 常 量 ， V BEQ=0.7V （ 硅 ） ， 0.2V（ 锗 ） 。根 据 回 路 方 程 ， 可 以 得 到 静 态 工 作 点 的 表 达

16、 式 ： CCQCCCEQ BQCQ b BEQBBBQ RIVV II RVVI CEQBEQEQCQBQ )( VVIII 、 4.2.2 基 本 共 射 极 放 大 电 路 的 工 作 原 理 30/25 2 设 置 静 态 工 作 点 的 必 要 性放 大 电 路 建 立 正 确 的 静 态 工 作 点 ， 是 为 了 使 三 极 管 工 作 在 线 性区 ， 以 保 证 信 号 不 失 真 。 图 示 为 没 有 设 置 合 适 静 态 工作 点 电 路 ， 该 电 路 在 输 入 信 号vi Von ， 三 极 管 发 射 结 不 导 通， 无 输 出 信 号 ， 输 出 失 真

17、。 没 有 设 置 合 适 的 静 态 工 作 点 31/25 3. 动 态 输 入 正 弦 信 号 vs后 ， 电 路将 处 在 动 态 工 作 情 况 。 此 时 ，BJT各 极 电 流 及 电 压 都 将 在静 态 值 的 基 础 上 随 输 入 信 号作 相 应 的 变 化 。 交 流 通 路 32/25 4 共 射 放 大 电 路 的 工 作 原 理 及 波 形 分 析 当 基 本 共 射 放 大 电 路 的 有 输 入 信 号 时 ， 基极 电 流 、 集 电 极 电 流 、 管 压 降 均 在 原 来 静 态 直流 分 量 上 叠 加 了 一 个 交 流 分 量 ， 工 作 波

18、形 如 图所 示 ：注 意 ： 输 出 信 号 v o（ vce） 与 输 入 信 号 vi（ ib、 ic）相 位 相 反 。 ce bcC vVu iIiIi iIi CEQCE BQCQ bBQB )(对 于 基 本 共 射 放 大 电 路 ， 只 有 设 置 合 适 的 静态 工 作 点 ， 使 交 流 信 号 加 载 在 直 流 信 号 之 上 ， 以保 证 三 极 管 在 输 入 信 号 整 个 周 期 内 始 终 工 作 在 放大 状 态 ， 输 出 信 号 才 不 会 失 真 。 33/25 5 放 大 电 路 的 组 成 原 则 静 态 工 作 点 合 适 ： 合 适 的 直

19、 流 电 源 、 合 适 的 电 路 参 数 。 动 态 信 号 能 够 作 用 于 晶 体 管 的 输 入 回 路 ， 在 负 载 上 能够 获 得 放 大 了 的 动 态 信 号 。 对 实 用 放 大 电 路 的 要 求 ： 共 地 、 直 流 电 源 种 类 尽 可 能少 。 1 组 成 原 则 34/25 2 两 种 实 用 放 大 电 路 直 接 耦 合 电 路 电 路 特 点 ：单 电 源 ： 电 路 只 有 一 个 直 流 电 源 ；共 地 ： 输 入 信 号 、 直 流 电 源 、 输出 信 号 均 有 一 端 接 在 公 共端 ， 抗 干 扰 性 强 ；直 接 耦 合 ：

20、信 号 源 与 放 大 电 路 、 放 大 电 路 与 负 载 均 直 接 相 连 。 35/25 CCQCCCEQ BQCQ b1BEQb2 BEQCCBQ RIVV II RVR VVI 静 态 工 作 点 估 算 ： 缺 点 ：w Rb1不 能 缺 少 ， 否 则 在 静 态 时 ， 三 极 管 截 止 ， 不 能 正 常 工 作 ；w 输 入 信 号 在 Rb1上 有 损 失 ， 影 响 放 大 电 路 的 放 大 能 力 。 36/25 阻 容 耦 合 电 路 电 路 特 点 ： 阻 容 耦 合 ： 信 号 源 与 放 大 电 路 、 放 大 电 路 与 负 载 之 间 通 过 电

21、容 （ 耦 合 电 容 ） 相 连 。 37/25 耦 合 电 容 的 作 用 ： 隔 离 直 流 ， 通 过 交 流 。 电 容 对 直 流 量 容 抗 无 穷 大 ， 信 号 源 与放 大 电 路 、 放 大 电 路 与 负 载 间 无 直 流量 通 过 ； 电 容 容 量 足 够 大 ， 对 输 入 交 流 信 号 容抗 很 小 ， 相 当 于 短 路 ， 输 入 信 号 可 以无 损 的 加 在 放 大 电 路 上 ， 并 放 大 后 加在 负 载 上 。 静 态 工 作 点 估 算 ： CCQCCCEQ BQCQ b BEQCCBQ RIVV II R VVI 38/25 4 小 功

22、 率 整 流 滤 波 电 路1 单 相 桥 式 整 流 电 路2 滤 波 电 路 39/25 引 言直 流 稳 压 电 源 的 作 用 将 交 流 电 网 电 压 转 换 为 直 流 电 压 ， 为 放 大 电 路 提 供 直 流 工 作 电 源 。组 成 变 压 器 ： 整 流 ： 滤 波 ：稳 压 ： 降 压 滤 除 脉 动交 流 变 脉 动 直 流进 一 步 消 除 纹 波 ， 提 高 电 压 的 稳 定 性 和 带 载 能 力 40/25 1. 工 作 原 理1 单 相 桥 式 整 流 电 路利 用 二 极 管 的 单 向 导 电 性 41/25 单 相 桥 式 整 流 电 路 42/25 43/25 几 种 滤 波 电 路2 滤 波 电 路（ a） 电 容 滤 波 电 路（ b） 电 感 电 容 滤 波 电 路 （ 倒 L型 ）（ c） 型 滤 波 电 路 44/25 45/25t输 出 电 压 波 形 2 3 4u222U tO 输 入 电 压 C放 电C充 电 D截 止D导 通 22U O 2 3 4uO uC,Tr + +u1 RLD4+ D1D3 D2u2 uO+C 2 滤 波 电 路