模拟电电子技术基础第7章第四版童诗白华成英

模拟电子技术基础0导言1常用半导体器件2基本放大电路3多级放大电路4集成运算放大电路5放大电路的频率响应6放大电路中的反馈7信号的运算和处理8波形的发生和信号的变换9功率放大电路10直流电源模拟电子技术基础7信号的运算和处理模拟电子技术基础7.1基本运算电路7.2模拟乘法器及其在运算电路中的应用7.3有源滤波电路7.4电子信息系统预处理中所用放大电路7.5Multisim应用举例7信号的运算和处理模拟电子技术基础7.1基本运算电路7.1.1概述7.1.2比例运算电路7.1.3加减运算电路7.1.4积分运算电路和微分运算电路模拟电子技术基础将输入信号作为变量，输出信号作为函数，当输入信号与输出信号存在一定的数学关系时，例如：比例、加减、积分、微分、对数、指数等基本运算关系，对应实现运算关系的电路——称为基本运算电路。7.1基本运算电路模拟电子技术基础7.1.1概述——构成运算电路的基本单元电路——集成运算放大电路一、理想运放的性能指标1）开环差模大倍数Aod=∞(实际为105~107）2）输入电阻Rid=∞(实际为2MΩ）3）输出电阻Rod=04）共模抑制比KCMR=∞5)上限截止频率fH=∞模拟电子技术基础OOdPN()Avvv由于uo为有限值，Aod为无穷大，因而净输入电压vP-vN≈0二、理想运放在线性工作区(指输入、输出成线性关系）1.理想运放在线性工作区的特点vPvNvOiPiN“虚短路”特点1）vP≈vN---“虚短”即：vP≈vN模拟电子技术基础因为净输入电压为零，输入电阻为无穷大，所以两个输入端的输入电流也均为零。vPvNuOiPiN“虚断路”PNPNi0iiRvv对于工作在线性区的应用电路，“虚短”和“虚断”是分析其输入信号和输出信号关系的基本出发点。特点2）ip=iN≈0---“虚断”模拟电子技术基础2、集成运放工作在线性区的条件：引入负反馈且1+AF1。因为理想运放Aod=∞，所以输入端只要有信号输入（无论信号多么小），集成运放开环时，其输出端将有一个超出线性范围的信号+Vom或-Vom。因此，只有引入负反馈，才能保证运放工作在线性区。负反馈是否存在，也就决定运放是否工作在线性区。vPvNvOOOdPN()Avvv模拟电子技术基础7.1基本运算电路7.1.1概述7.1.2比例运算电路7.1.3加减运算电路7.1.4积分运算电路和微分运算电路模拟电子技术基础一、同相放大电路1.基本电路图2.3.1同相放大电路（a）电路图（b）小信号电路模型输入信号输出信号反馈信号模拟电子技术基础4.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所以（可作为公式直接使用）模拟电子技术基础(2)输入电阻Ri输入电阻定义iiiIVR根据虚短和虚断有所以iiiIVR模拟电子技术基础(3)输出电阻RosTo0,0,TsLRRVVRI0模拟电子技术基础_++RfR1RPvivoAv=1+RfR1当Rf=0时,Av=1vo=vi电压跟随器模拟电子技术基础5.电压跟随器根据虚短和虚断有所以（可作为公式直接使用）模拟电子技术基础电压跟随器的作用无电压跟随器时负载上得到的电压电压跟随器时根据虚短和虚断有消除了负载变化对输出电压的影响模拟电子技术基础二、反相放大电路1.基本电路（a）电路图（b）由虚短引出虚地vn≈0图2.3.5反相放大电路模拟电子技术基础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所以即（可作为公式直接使用）模拟电子技术基础(2)输入电阻Ri输入电阻定义iiiIVR根据虚短和虚断有(3)输出电阻Ro模拟电子技术基础同相和反相放大电路比较同相反相电路形式AvRiRoI1fO)1(vRRvI1fOvRRvR100模拟电子技术基础例.电路如图所示，设运放是理想的。当输入电压为+2V时，则vO=?模拟电子技术基础VAfOAAA110101RVVVVRA?VSAAA-0221VVVVV+-0VVA0.5VVO100.5V5VV模拟电子技术基础例:电路如图所示，设运放是理想的。当输入电压为+1V时，则输出电压vO=?vA1vO1vO2SA1A11010VVVA1S11V22VVO1A110(1)1V10VVO2O1101V10VV=v01-vO2=2V模拟电子技术基础7.1基本运算电路7.1.1概述7.1.2比例运算电路7.1.3加减运算电路7.1.4积分运算电路和微分运算电路模拟电子技术基础S1N1-RvvNO3-Rvv根据虚短、虚断和N点的KCL得：33O1212-iiRRRRvvv123RRR若NP0vvS2N2-Rvv则有O12-iivvv（加法运算）输出再接一级反相电路O12iivvv可得一、求和电路模拟电子技术基础从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。i1NNO14vvvvRRi2PP230vvvRR3144Oi2i11231()()RRRRvvvRRRR当3412,RRRR则4Oi2i11()RvvvR若继续有41,RR则Oi2i1vvv根据虚短、虚断和N、P点的KCL得：PNvv二、求差电路模拟电子技术基础从放大器角度看增益为当输入电阻为（该电路也称为差分式减法电路）模拟电子技术基础一种高输入电阻的差分电路21111(1)oiRvvR同相输入放大电路差分式放大电路20,iv'222221211221(1)ooiRRRvvvRRR10,ov2222222222(1)()oiRRvvRRR模拟电子技术基础电路的总输出电压'222ooovvv当121RR222212(2)oiiRvvvR模拟电子技术基础7.1基本运算电路7.1.1概述7.1.2比例运算电路7.1.3加减运算电路7.1.4积分运算电路和微分运算电路模拟电子技术基础1.积分电路式中，负号表示vO与vS在相位上是相反的。根据“虚短”，得根据“虚断”，得0PNvv0Ii即0Iv因此RviiS12电容器被充电，其充电电流为2i设电容器C的初始电压为零，则tRvCtiCvvd1d1S2OItvRCvd1SO（积分运算）7.1.4积分电路和微分电路模拟电子技术基础当vS为阶跃电压时，有1.积分电路vO与t成线性关系dtvRCvSO1tRCVStVS模拟电子技术基础对于输入信号的不同，积分电路可表现出不同的输出特性：若输入为阶跃信号，则积分电路表现为与输入成线性关系增长直到C充电结束，使运放进入饱和状态。充电时间τ=RC。若输入为方波信号，则积分电路表现为充电与放电交替进行的状态（理想），对外表现为三角波。tui0tuo0τtui0tuo0模拟电子技术基础如果将积分电路中R和C的位置互换，便构成基本微分电路。它是积分的逆运算。根据虚断原则，有CRii而dtduCiicRuiORdtduCRRiuiRo当输入电压us为阶跃信号时，输出电压仍为一个有限值，随着C的充电。uo将逐渐地衰减，最后趋近于零。2.微分电路模拟电子技术基础例：设计一个加减运算电路，RF=240k，使uo=10ui1+8ui2-20ui3解:(1)画电路。系数为负的信号从反相端输入，系数为正的信号从同相端输入。-R3RF++ui1uoR2R1ui2R4ui3模拟电子技术基础(2)求各电阻值。-R3RF++ui1uoR2R1ui2R4ui3FRRRRR//////3421)(332211RuRuRuRuiiiFok240FRuo=10ui1+8ui2-20ui3k241Rk302Rk123Rk804R模拟电子技术基础例：A/D变换器要求其输入电压的幅度为0~+5V，现有信号变化范围为-5V~+5V。试设计一电平变换电路，将其变化范围变为0~+5V。+5V-5V+5V+2.5V电平抬高电路A/D计算机uiuouo=0.5ui+2.5V模拟电子技术基础uo=0.5ui+2.5V=0.5(ui+5)V_++10k20k+5V5kui20kuo1uo_++20k20k10k)5(5.0)5(20101iiouuu)5(5.020201ioouuu模拟电子技术基础例：R1=10k,R2=20k,ui1=-1V，ui2=1V。求:uouo_++R2R1R1R2ui1_++ui2_++R2R1RPuo=(uo2-uo1)=(20/10)[3-(-1)]=8VR2R1uo1=ui1=-1Vuo2=ui2(1+R2/R1)=3V模拟电子技术基础作业：7.107.11模拟电子技术基础7.1基本运算电路7.2模拟乘法器及其在运算电路中的应用7.3有源滤波电路7.4电子信息系统预处理中所用放大电路7.5Multisim应用举例7信号的运算和处理模拟电子技术基础7.3有源滤波电路7.3.1滤波电路的基础知识7.3.2低通滤波器7.3.3其它滤波电路7.3.4开关电容滤波器7.3.5状态变量型有源滤波器模拟电子技术基础7.3.1滤波电路的基础知识1.基本概念)()()(iosVsVsA滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无用频率信号得电子装置。有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。)(Itv)(Otv滤波电路滤波电路传递函数定义时，有js)(je)j()j(AA)()j(A其中)j(A)(——模，幅频响应——相位角，相频响应时延响应为)(d)(d)(s模拟电子技术基础例如，有一个较低频率的信号，其中包含一些较高频率成分的干扰。模拟电子技术基础2.分类模拟电子技术基础1.有用信号频率低于20Hz，可选用()滤波电路。A.低通B.高通C.带通D.带阻2.有用信号频率高于500Hz，可选用()滤波电路。A.低通B.高通C.带通D.带阻3.希望抑制50Hz的交流电源干扰，可选用()滤波电路。A.低通B.高通C.带通D.带阻4.有用信号的频率为某一固定频率，可选用()滤波电路。A.低通B.高通C.带通D.带阻ABDC模拟电子技术基础7.3有源滤波电路7.3.1滤波电路的基础知识7.3.2低通滤波器7.3.3其它滤波电路7.3.4开关电容滤波器7.3.5状态变量型有源滤波器模拟电子技术基础1.一阶RC低通滤波器(无源)CjRCjuuAiO11RCj11H11j传递函数：RC1H截止频率：幅频特性：2)(11HA++++-i+uRC+uo-7.3.2低通滤波器模拟电子技术基础此电路的缺点：1、带负载能力差。2、无放大作用。3、特性不理想，边沿不陡。幅频特性：2)(11HA++++-i+uRC+uo-0.707H截止频率01|A|模拟电子技术基础模拟电子技术基础2.低通滤波电路(有源）n01)(sAsA传递函数2n0)(1)j(AA其中特征角频率1f01RRARC1n故，幅频相应为7.3.2低通滤波器模拟电子技术基础3.高通滤波电路电路如何改变？幅频响应如何变化？7.3.2低通滤波器模拟电子技术基础7.3.3二阶有源低通滤波电路1.二阶有源低通滤波电路2.传递函数vIRf–+vPR1放大电路同相比例vOvIRfC–+vPR1放大电路同相比例RvOvICRfRC–+vPR1放大电路同相比例vAARvOvICRfRC–+vPR1放大电路同相比例vAARvO负反馈正反馈引入正反馈，电路会自激振荡吗？模拟电子技术基础要求实际滤波特性尽量接近理想幅频特性，必须使f＝fc处增益提升cff1jc1jc反馈信号(并）反馈信号此时C对电路增益基本无影响模拟电子技术基础要求实际滤波特性尽量接近理想幅频特性，必须使f＝fc处增益提升cff1jc1jc同相端信号同相端信号输出电压小，反馈弱，放大倍数影响小模