实用模拟电路原理分析与调试学习教案

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1、实用模拟电路实用模拟电路(dinl)原理分析与调试原理分析与调试第一页，共70页。UCE1一、直接耦合放大(fngd)电路问题一： Q点互相(h xing)影响RRB1C1uiuoTT12RC2E2R问题(wnt)二： T1管接近饱和会造成放大倍数下降DZ第1页/共70页第二页，共70页。 集成电路中的放大电路都采用直接耦合方式。为了(wi le)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(ciyng)直接耦合，但直接耦合存在“温漂”，怎么解决？二、差动（差分(ch fn)）放大电路第2页/共70页第三页，共70页。u差

2、分放大电路的工作(gngzu)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(yunjin)参数对称；特点(tdin)：+ui2T1T2RCRB1+UCC+ui1RCRB1+ uO RB2RB2RE第3页/共70页第四页，共70页。uo= VC1 VC2 = 0uo= (VC1 + VC1 ) (VC2 + VC2 ) = 0静态(jngti)时，ui1 = ui2 = 0当温度升高时ICVC （两管变化(binhu)量相等）+ui2T1T2RCRB1+UCC+ui1RCRB1+ uO RB2RB2RE第4页/共70页第五页，共70页。共模信号(xnho)：两输入端加的信

3、号(xnho)大小相等、极性相同。差模信号：两输入端加的信号大小(dxio)相等、极性相反。（1）共模(n m)信号（2）差模信号差模和共模信号重点第5页/共70页第六页，共70页。得： Ui1 = Uic +Uid / 2 Ui2 = Uic - Uid / 2第6页/共70页第七页，共70页。差模信号(xnho)输入ui1 = ui2差模输入(shr)电压uid = ui1 ui2 = 2ui1 使得(sh de)：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+VCCV2VEERCRC

4、REEuodui2uC1uC2idodduuAu 差模电压放大倍数第7页/共70页第八页，共70页。带RL时RLbeLdrRAu L21CL/RRR Rid = 2rbe差模输入电阻差模输出电阻Rod = 2RCui1V1V2RCRCuodui2uo1uo2beCud1idodudrRAUUA第8页/共70页第九页，共70页。共模信号(xnho)输入ui1 = ui2共模电压(diny)放大倍数大小(dxio)相同 极性相同动态分析共模ui1V1+VCCV2VEERCRCREEuodui2uC1uC20UUUUUAicoc2oc1icocuc第9页/共70页第十页，共70页。共模(n m)抑制

5、比 KCMRucudCMRAAK KCMR越大，说明差放分辨差模信号的能力(nngl)越强，而抑制共模信号的能力(nngl)越强。第10页/共70页第十一页，共70页。+VCCRCRERB1RB2 稳定(wndng)“Q”的原理：TIC UEUBE IBIC 请回忆左边电路(dinl)是如何稳定Q点？发射极电阻(dinz)RE的作用第11页/共70页第十二页，共70页。稳定电路的工作点，提高(t go)对共模信号的抑制能力温度IC1IC2IEUReUBE1UBE2IB1IB2IC1IC2T1T2RCRB+UCC+ui1RCRB+ui2RPReEE+ uO 发射极电阻(dinz)Re的作用共模反

6、馈(fnku)电阻基本上不影响差模信号的放大效果重点第12页/共70页第十三页，共70页。重点(zhngdin)第13页/共70页第十四页，共70页。第14页/共70页第十五页，共70页。输入级 中间级输出级偏置电路通常由差动放大(fngd)电路构成，目的是为了减小放大(fngd)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15页/共70页第十六页，共70页。 A +同相输入端反相输

7、入端uouu+第16页/共70页第十七页，共70页。第17页/共70页第十八页，共70页。三、集成(j chn)运放的主要参数1. 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104107之间。Aud越大，电路越稳定，运算精度也越高。2. 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。3. 共模抑制比KCMR ：用来综合(zngh)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18页/共70页第十九页，共70页。4. 输入偏置(

8、pin zh)电流5. 输入失调电流6. 输入失调电压7. 带宽 理想(lxing)运放第19页/共70页第二十页，共70页。四、集成(j chn)运算放大器的理想模型uouu+ +实际特性理想运放符号 运放电压传输特性理想特性uou+uUOMUOM0非线性区分析依据：当i0，即时，oOM当i0，即1时，结论：当 AoF1 很大时，负反馈放大器的闭环放大倍数与晶体管无关(wgun)，只与反馈网络有关。即负反馈可以稳定放大倍数。FAAAooF1FAF1反馈深度深度(shnd)负反馈第43页/共70页第四十四页，共70页。dfXX、同相，所以0|FAo则有：oFAA负反馈使放大(fngd)倍数下降

9、。引入负反馈使电路(dinl)的稳定性提高。FAAAooF1FAAAdAAdoooFF11(2)FAAAooF1中，dfofdooXXXXXXFA(1)(3) 若1FAo称为深度负反馈，此时FAF1在深度负反馈的情况下，放大倍数(bish)只与反馈网络有关。第44页/共70页第四十五页，共70页。负反馈的作用(zuyng)：稳定静态(jngti)工作点；稳定放大(fngd)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45页/共70页第四十六页，共70页。减少(jinsho)非线性失真uf加入(jir)负反馈无负反馈FufAuiuo+uiduo大小uiA接近(jijn)正弦波

10、改善了波形失真第46页/共70页第四十七页，共70页。改变放大电路(dinl)的输入和输出电阻一、对输入电阻的影响(yngxing)1. 串联(chunlin)负反馈使输入电阻增大RifiididifidiiifiAFuuiuuiuR )1(i ifRAFR 深度负反馈： ifRii A FuiuidufRiAFuid重点第47页/共70页第四十八页，共70页。2. 并联(bnglin)负反馈使输入电阻减小Rifidididf ididiiifAFiiuiiuiuR AFRR 1i if深度(shnd)负反馈：0ifRifiidii A FuiRiAFiid重点(zhngdin)第48页/共7

11、0页第四十九页，共70页。二、对输出电阻的影响(yngxing)1. 电压(diny)负反馈 F 与 A 并联，使输出电阻减小。AFRoRofFARR 1o ofA 为负载开路(kil)时的源电压放大倍数。深度负反馈：0ofR2. 电流负反馈 F 与 A 串联，使输出电阻增大。AFRoRof )1(o ofRFAR A 为负载短路时的源电压放大倍数。深度负反馈： ofR重点第49页/共70页第五十页，共70页。根据对输入、输出电阻的要求选择(xunz)反馈类型欲提高(t go)输入电阻，采用(ciyng)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

12、电压反馈。第50页/共70页第五十一页，共70页。o()uPNuA uuo()0PNuuuuA运放(yn fn)工作在线性区的分析依据相当于两输入(shr)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(dun l)，但又未真正断路(dun l)，故称 “虚断”。2. iP iN 0 1. uP uN输入电阻idR i+所以uouP+uNRid， uo 是有限值，uA 第51页/共70页第五十二页，共70页。uo+uu +运放工作在饱和(boh)区的依据ridiuo uuO非线性区 非线性区 iP = iN 0 当PNuuPNuuo(sat)oUu (sat)ooUu 时

13、，PNuu注 意第52页/共70页第五十三页，共70页。1、加上负反馈工作(gngzu)在线性区2、开环或加上正反馈工作(gngzu)在非线性区理想运放的两个(lin )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53页/共70页第五十四页，共70页。1.反相(fn xin)比例运算电路fiii 0 uu1i1iiRuRuui FFRuRuuioof i1ouRRuF 1iofRRuuAFu FRRR/12 比例运算(yn sun)电路由运放工作(gng

14、zu)在线性区的依据可得闭环电压放大倍数平衡电阻iouu FRR 1若则ifR1R2uoRFiiui+反相器重点第54页/共70页第五十五页，共70页。i1ouRRuF 由运放工作(gngzu)在线性区的依据可得ifR1R2uoRFiiui+Ri特点(tdin)：1.为深度(shnd)电压并联负反馈，Auf = Rf / R 12. 输入电阻较小Ri = R1第55页/共70页第五十六页，共70页。应用(yngyng)：电流-电压变换器（ I/U ）fSO=Riu输出(shch)端的负载电流SLfLfSLOO=iRRRRiRui iS第56页/共70页第五十七页，共70页。2.同相比例运算(y

15、n sun)电路fiii iuuu 1i1iRuRui FFRuuRuuioiof i1o)1(uRRuF 1iof1RRuuAFu 由运放工作(gngzu)在线性区的依据得闭环电压放大(fngd)倍数0 FR0iuu 1R若则或ifR1R2uoRFiiui+电压跟随器比例运算电路重点第57页/共70页第五十八页，共70页。i1o)1(uRRuF ifR1R2uoRFiiui+1. 为深度电压(diny)串联负反馈Auf = 1 + Rf /R12. 输入电阻大Rif = 由运放工作(gngzu)在线性区的依据得第58页/共70页第五十九页，共70页。u+ = u- = usio = i1 =

16、 us / R11. 输出电流与负载大小(dxio)无关2. 恒压源转换(zhunhun)成为恒流源特点(tdin)：电压电流转换器第59页/共70页第六十页，共70页。11i1i1Rui FiiRuiiio21f )(i212i111ouRRuRRuFF 12i2i2Rui FRRRR/12112 平衡(pnghng)电阻uoifR12R2RFii2ui2+R11ii1ui1+加减运算(yn sun)电路1.反相加法电路(dinl)由运放工作在线性区的依据得若 Rf = R11= R22 则 uO = (ui1+ ui2)第60页/共70页第六十一页，共70页。R2 / R3 / R4 =

17、R1/ Rf uRRu)1(1fO)/)(1(I242342I1432431fOuRRRRRuRRRRRRRu I242342I143243/uRRRRRuRRRRRu 若 R2 = R3 = R4 ，则 uO = uI1+ uI2 Rf = 2R1 2. 同相加法运算(yn sun)平衡(pnghng)电阻第61页/共70页第六十二页，共70页。i2323uRRRu 两个输入(shr)端都有信号输入(shr)因为(yn wi) uui11i23231o)1(uRRuRRRRRuFF FoiiRRuuRuiRuu1111i1i1)( ifR1R2uoRFiiui1+R3+ui2+平衡(pngh

18、ng)电阻FRRRR/1323. 减法运算电路第62页/共70页第六十三页，共70页。减法(jinf)运算实际是差分电路i11i23231o)1(uRRuRRRRRuFF ifR1R2uoRFiiui1+R3+ui2+3. 减法(jinf)运算电路一般(ybn)R1 = R2 ； RF = R3uo = RF /R1( ui2 ui1 )第63页/共70页第六十四页，共70页。1、积分(jfn)运算1I1Rui oFddfuiCt I1f1dou tuR C 当 uI = UI 时，f1IoCRtUu 设 uC(0) = 0 时间常数(sh jin chn sh) = R1Cf积分电路输出(shch)电压：tuIOtuOO积分与微分运算电路第64页/共70页第六十五页，共70页。积分电路应用(yngyng)延迟方波 三角波移相900第65页/共70页第六十六页，共70页。微分(wi fn)运算电路tuCiddI11 R2 = Rf虚地foFRui 1Fii虚断tuCRRiuddI1ffFO RfC1 = 时间常数(sh jin chn sh)微分电路输出(shch)电压uItOuOtO积分与微分运算电路第66页/共70页第六十七页，共70页。第67页/共70页第六十八页，共70页。第68页/共70页第六十九页，共70页。第69页/共70页第七十页，共70页。