二十个基础模拟电路分析.pdf
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1、.网上资料整合一一:整流整流1、二极管的单向导电性:二极管的 PN 结加正向电压,处于导通状态;加反向电压,处于截止状态。伏安特性曲线;理想开关模型和恒压降模型:理想模型指的是在二极管正向偏置时,其管压降为 0,而当其反向偏置时,认为它的电阻为无穷大,电流为零.就是截止。恒压降模型是说当二极管导通以后,其管压降为恒定值,硅管为 0.7V,锗管 0.5 V2、半波整流电路U0(av)=0.45U2,3、桥式整流电流流向过程:1当 u 2 是正半周期时,二极管 Vd1 和 Vd2 导通;而夺极管 Vd3 和 Vd4 截止,负载 RL 是的电流是自上而下流过负载,负载上得到了与 u 2 正半周期一样
2、的电压;在 u 2 的负半周,u 2 的实际极性是下正上负,二极管 Vd3 和 Vd4 导通而 Vd1 和 Vd2 截止,负载 RL 上的电流仍是自上而下流过负载,负载上得到了与 u 2 正半周期一样的电压。2 计算:输出平均电压平均电压及平均电流 Vo,Io,变压器副边电流 I,二极管反向电压 URMUO(AV)1220uOdt 0.9U2Uo=0.9U2,Io=0.9U 2/RL,URM=2 U 2I=U2/RL=I0/0.9=1.11 I0 二极管的平均电流是负载电流的 0.50.5 倍倍。4、倍压整流电路二二.电源滤波器电源滤波器 1 电源滤波的过程分析:电源滤波是在负载 RL 两端并
3、联一只较大容量的电容器。由于电容两端电压不能突变,因而负载两端的电压也不会突变,.v.使输出电压得以平滑,到达滤波的目的。波形形成过程:1、二极管半波整流电容滤波2、桥式全波整流电容滤波:电容滤波适合于电流变化不大且较小的场合。LC 滤波电路和 L 滤波电路适用于电流较大,要求电压脉动较小的场合。3、计算:滤波电容的容量和耐压值选择二极管半波整流电容滤波电路输出电压 UoU2,整流管的最大反向峰值电压 URM=22U2,ID=I0。滤波系数:q=pi*f*C*RL/2桥式整流电容滤波电容滤波整流电路输出电压 Uo 在2U20.9U2 之间,实际中经常进一步近似为 UoUo1.2U21.2U2,
4、输出电压的平均值取决于放电时间常数的大小。RL*C 愈大,电容放电愈慢,U0 愈大且愈平稳。不带负载即负载开路时,电容先充电后保持恒压,U0 取2U2。电容容量由 RL*C35T/2,可得出 C值。其中 T 为交流电源电压的周期,由电源频率 f 得出。电容耐压值2U2。整流管的最大反向峰值电压 URM=2U2,每个二极管的平均电流是负载电流的0.50.5 倍倍。滤波系数:q=8*f*C*RL/34、桥式全波整流电感滤波三三.信号滤波器信号滤波器 1 信号滤波器的作用:把输入信号中不需要的信号成分衰减到足够小的程度,但同时必须让有用信号顺利通过。与电源滤波器的区别和一样点:两者区别为:信号滤波器
5、用来过滤信号,其通带是一定的频率频率 X X 围围,而电源滤波器那么是用来滤除交流成分,使直流通过,从而保持输出电压稳定;交流电源那.v.么是只允许某一特定的频率通过。一样点:都是用电路的幅频特性来工作。2LC串联和并联电路的阻抗计算:串联时,电路阻抗为 Z=R+j(XL-XC)=R+j(L-1/C)并联时电路阻抗为Z=1/jC(R+jL)=考滤到实际中,常有RL,所以有Z1/jCjL3 画出通频带曲线:计算谐振频率:fo=1/2LC四.微分电路和积分电路 1 电路的作用:积分电路:1.延迟、定时、时钟2.低通滤波 3.改变相角减积分电路可将矩形脉冲波转换为锯齿波或三角波,还可将锯齿波转换为抛
6、物波。微分电路:1.提取脉冲前沿 2.高通滤波 3.改变相角加微分电路是积分电路的逆运算,波形变换。微分电路可把矩形波转换为尖脉冲波。与滤波器的区别和一样点:原理一样,应用场合不同。2 微分和积分电路电压变化过程分析,在图 4-17 所示电路中,鼓励源为一矩形脉冲信号,响应是从电阻两端取出的电压,即,电路时间常数小于脉冲信号的脉宽,通常取。图4-17 微分电路图因为 t0 时,而在 t=0 时,突变到,且在 0 t rbe,RLrbe,那么 Rirbe输出电阻 Ro=Uo/IoUs=0=Rc 源电压放大倍数 Aus,定义为输出电压 Uo 与信号源电压 Us 的比值,即 Aus=AuRi/(Rs
7、+Ri)假设满足 RiRs,那么 AusAu 假设旁路电容 CE 开路时的情况,旁路电容 CE 开路,发射极接有电阻 RE,此时直流通路不变,静态点不变,Ui=Ibrbe+(1+)IbRE,Uo 仍为-IbRL,电压放大倍数将变为Au=Uo/Ui=-RL/rbe+(1+)RE,比照知放大倍数减小了,因为 RE 的自动调节作用,使得输出随输入变化受到抑制,导致 Au 减小。当(1+)RErbe,那么有Au-RL/RE,与此同时,从 b 极看去的输入电阻 RL不包括 Rb1Rb2变为RL=Ui/Ib=rbe+(1+)RE,即射极电阻 RE 折合到基极支路应扩大(1+)倍,因此,放大器的输入电阻 R
8、i=Rb1Rb2Ri,输入电阻明显增大了。七.共集电极放大电路(射极跟随电路)1 元器件的作用:R2 为反应电阻,能稳定静态工作点。电路的用途,:常作为多级放大电路的输入电路的输入级、输出级、中间缓冲级,功率放大电路中,常作推挽输出级。电压放大倍数:Uo=Ie(ReRL)=(1+)IbRe.v.Ui=Ibrbe+Uo=Ibrbe+(1+)IbReAu=(1+)Re/rbe+(1+)Re 输入输出的信号电压相位关系:输出电压与输入电压同相。交流和直流等效电路图:电路的输入和输出阻抗特点:输入电阻高,输出电阻低。2 电流串联负反应过程分析:在输入电压Ui一定时,某种原因如负载电阻变小使输出电流 I
9、o增大,那么反应信号 Uf增大,从而使运放的净输入信号 Ud 减小,使输出电压 Uo 减小,使 Io减小,从而抑制了 Io的增大。过程可表示为:RLIo UfUdUoIo 电流负反应放大具有恒流源的性质。负反应对电路参数的影响:提高放大倍数的稳定性,稳定输出电流,展宽通频带,减小非线性失真抑制干扰噪声,串联负反应使输入电阻增大,电流负反应使输出电阻增大。3 静态工作点的计算:UBRB2UCC/RB1+RB2ICQIEQ=UB-UBEQ/RE IBQ=ICQ/,UCEQ=UCC-ICQRe 电压放 大 倍 数 的 计 算:Uo=Ie(Re RL)=(1+)IbRe Ui=Ibrbe+Uo=Ibr
10、be+(1+)IbReAu=(1+)Re/rbe+(1+)Re 八.电路反应框图 1 反应的概念:将放大电路输出量电压或电流的一局部或全部通过某些元件或网络称为反应网络,反向送回到输入回路,来影响原输入量电压或电流的过程称为反应。正负反应及其判断方法:当输入量不变时,假设输入量比没有反应时变大了,即反应信号加强了净输入信号,这种情况称为正反应;反之,假设输出量比没有反应时变小了,即反应信号削弱了净输入信号,这种情况称为负反应。通常采用“瞬时极性法判断。方法如下:首先创定输入信号为某一瞬时极性 一般设对地极性为正,然后再根据各级输入、输出之间的相位关系对分立元件放大器有共射反相,共集、共基同相;
11、对集成运放有,Uo 与 U-反相、与U+同相依次推断其他有关各点瞬时输入信号作用所呈现的瞬时极性用+或表示升高,-或表示降低;并确定从输出回路到输入回路的反应信号的瞬时极性;最后判断反应信号的作用.v.是加强了还是削弱了净输入信号。使净输入信号加强的为正反应,假设是削弱那么为负反应。电流反应和电压反应及其判断方法:假设反应是对输出电压采样那么称为电压反应,假设反应是对输出电流采样,那么称为电流反应。电压反应的反应信号与输出电压成正比,电流反应的反应信号与输出电流成正比。常用方法负载电阻短路法亦称输出短路法。方法是假设奖负载电阻 RL 短路,也就是使输出电压为零。此时假设原来是电压反应,那么反应
12、信号一定随输出信号电压为零而消失;假设电路中仍然有反应存在,那么原来的反应是应该是电流反应。2 带负反应电路的放大增益:净输入信号 Xid=Xi-Xf,开环增益为 A=Xo/Xid,反应系数为 F=Xf/Xo。闭环增益Af=Xo/Xi 负反应放大电路增益表达式为 Af=A/1+AF3 负反应对电路的放大增益,通频带,增益的稳定性,失真,输入和输出电阻的影响:提高闭环放大倍数的稳定性,提高1+AF倍。展宽通频带,上限 fHf 增加 1+AmF 倍,下限 fLf 减小 1/1+AmF 倍。减小非线性失真和抑制干扰、噪声。对输入电阻的影响:串联负反应使输入电阻增大 1+AF 倍,并联负反应使输入电阻
13、减小 1/1+AF 倍;对输出电阻的影响:电压负反应使输出电阻减小 1/1+AF 倍,电流负反应使输出电阻增大 1+AF 倍。九.稳压电路二极管稳压电路:1、稳压二极管的特性曲线:2、稳压二极管应用考前须知:稳压二极管工作在反向击穿状态,外接电源电压应保证管子反偏,其大小应不低于反向击穿电压。限流电阻 R 的选择:Iz:稳压电流,Izm:最大稳压电流3、稳压过程分析:.v.集成化稳压电路:十.串联稳压电源1 串联稳压电源的组成框图:2 每个元器件的作用:R3R4R5 组成采样电路,当输出电阻将根底代谢变化量的一局部送到比拟放大器的基极,基极电压能反映输出电压的变化,称为取样电压。电阻 R2 和
14、稳压管 D2 组成基准电路,这 Q2 发射极提供一个基准电压,R2 为限流电阻,保证 D2 有一个适宜的工作电流。三极管 Q2 和 R1 构成比拟放大环节,Q2 是比拟放大管,R1 既是 Q2 的集电极电阻,又是 Q1 的基极偏置电阻,比拟放大管的作用是先放大输出电压的变化量,然后加到调整管的基极,控制调整管工作,可以提高控制的灵敏度和输出电压的稳定性。Q1 是调整管,它与负载串联,所以称之为串联型线性稳压电路。调整管 Q1 受比拟放大管的控制,工作在放大状态,集射间相当于一个可变电阻,用来抵消输出电压的变化。稳压过程分析:当负载 RL 不变,电压 Ui 减小时,输出电压 Uo 有下降趋势,通
15、过取样电阻的分压使比拟放大管的基极电位 UB2 下降,而比拟放大管的发射极电压不变UE2=UD2,因此 UBE2 也下降,于是比拟放大管导通能力减弱,UC2升高,调整管导通能力增强,调整D1 集射之间的电阻 RCE1 减小,管压降 UCE1下降,由于 Uo=Ui-UCE1,所以使输出电压 Uo 上升,保证了 Uo 根本不变,上述稳压过程表示如下:UiUo(下降趋势)UB2UBE2UC2(UB1)UCE1Uo当输入电压减小时,稳压过程与上述过程相反.v.当输入电压 Ui 不变时,负载 RL 增大时,引起输出电压 Uo 有增长趋势,那么电路产生以下调整过程:RLUo(上升趋势)UB2UBE2UC2
16、(UB1)UCE1Uo当负载减小时,稳压过程相反。3 输出电压计算:UB2=Uo(R2+RP)/(R1+R2+RP)Uo=UB2(R1+R2+RP)/R2+RP=(UD2+UBE2)(R1+R2+RP)/(R2+RP)式中 UD2 为稳压管和稳压值,UBE2 这 Q2 发射结电压当 RP 调到最上端时,输出电压为最小值 Uomin=UD2+UBE2 R1+R2+RP/R2+RP当 RP 调到最下端时,输出电压为最大值 Uomax=UD2+UBE2 R1+R2+RP/R2=1+(R1+RP)/R2(UD2+UBE2)十一.差动放大电路1 电路各元器件的作用:电路的用途:抑制零点漂移,解决静态工作
17、点相互影响。电路的特点:对称,两个三极管完全一样,外接电阻也一样。2 电路的工作原理分析:差动电路完全对称,当电源波动或温度变化时,两管集电极电流将同时变化。两管的漂移信号在输出端互相抵消,使得输出端不出现零点漂移,从而抑制零漂。如何放大差模信号而抑制共模信号:当差动放大器输入共模信号时,由于电路完全对称,两管的极电位变化一样,因而输出电压 Uoc 保持为零,这和静态时的输.v.出结果完全一样。从而抑制共模信号。当差动放大器输入差模信号时,由于电路对称,其两管输出端电位 Uc1 和 UC2 的变化也是大小相等,极性相反。假设某个管集电极电位升高 Uc,那么另一个管集电极电位必然降低Uc。差动放
18、大器的差模电压放大倍等于组成该差动放大器的半边电路的电压放大倍数。3 电路的单端输入和双端输入,单端输出和双端输出工作方式:十二.场效应管放大电路1 场效应管的分类,特点,构造,场效应管是利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流的,所以又称之为电压控制型器件。它工作时只有一种载流子多数载流子参与导电,故也叫单极型半导体三极管。它具有很高的输入电阻,能满足高内阻信号源对放大电路和要求,是较理想的前置级器件。它还具有热稳定性好,功耗低,噪声低,制造工艺简单,便于集成等特点。转移特性和输出特性曲线:2 场效应放大电路的特点:1)场效应管是一种电压控制器件,即通过 UGS 控制ID2)场效应管输入端几
19、乎没有电流,所以其直流输入电阻和交流输入电阻都非常.v.高。3)由于场效应管是利用多数载流子导电的,因此,与双极性三极管相比,具有噪声小,受幅射的影响小、热稳定性较好而且存在零温度系数点等特性。4)由于场效应管的构造对称,有时漏极和源极可以互换使用,而各项指标根本上不受影响,因此应用时比拟方便灵活。结型场效应管漏极和源极可以互换使用,但栅源电压不能接反;衬底单独引出的 MOS 管漏极和源极可以互换使用,NMOS管衬底连电路最低电位,PMOS 管衬底连电路最高电位。MOS 管在使用时,常把衬底和源极连在一起,这时漏极、源极不能互换。5)场效应管的制造工艺简单,有利于大规模集成。6)由于 MOS
20、场效应管的输入电阻可高达 1015,因此由外界静电感应所产生的电荷不易泄漏,而栅极上的 SiO2 绝缘层又很薄,这将在栅极上产生很高有电场强度,易引进绝缘层击穿而损坏管子。应在栅极加有二极管或稳压管保护电路。7)场效应管的跨导很小,当组成放大电路时,在一样的负载电阻下,电压放大倍数比双极型三极管低。3 场效应放大电路的应用场合:MOS 管与结型管相比开关特性更好。结型场效应管主要用途是在模拟电路中用做放大元件,既可作分立元件使用,也可制作成集成电路。十三.选频(带通)放大电路.v.1 每个元器件的作用:单调谐回路带通放大器由两局部组成:一局部是以BJT或 PET 为核心的放大镜局部;另一局部是
21、由 LC 并联谐振回路完成滤波作用,并且,放大器件与负载都与振荡回路采用局部连接,以减小外界因素变化对选频特性的不良影响选频放大电路的特点:高增益2 特征频率的计算:f=fo=1/2LC选频元件参数的选择:3 幅频特性曲线十四.运算放大电路1 理想运算放大器的概念:所谓理想运算放大器就是各项技术指标理想化的运算放大器。具体指标有:1开环电压放大倍数 Aod=;2输入电阻 rid=;ric=;3输入偏置电流 IB1=IB2=0;4失调电压 UIO、失调电流 IIO 以及它们的温飘均为零;5共模抑制比 KCMRR=;6输出电阻 rod=0;7-3dB 带宽 fH=;8无干扰、噪声。运放的输入端虚拟
22、短路:当集成运放工作在线性区时,输出电压在有限值之间变化,而集成运放的 Aod,那么 uid=uod/Aod0,但不是短路,故称为“虚短由.v.此得出 u+u-,上式说明集成运放工作在线性区时,两输入端电位近似相等。运放的输入端的虚拟断路:由于集成运放的差模开环输入电阻 rid,输入偏置电流 IB0,不向外部索取电流,因此两输入端电流为零,即可得出 i+=i-0,上式说明,流入集成运放同相端和反相端的电流近似为零,所以称为“虚断。2 反相输入方式的运放电路的主要用途:把信号进展反向运算输入电压与输出电压信号的相位关系是:输入电压的输出电压成比例关系,相位相反,当 R1=Rf=R 时,输入电压与
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