模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础模拟电子技术基础第第1 1章章 电子元器件基本知识电子元器件基本知识第第2 2章章 基本放大电路基本放大电路第第3 3章章 负反馈放大电路负反馈放大电路第第4 4章章 集成运算放大器集成运算放大器下一页模拟电子技术基础模拟电子技术基础第第5 5章章 功率放大电路功率放大电路第第6 6章章 正弦波振荡电路正弦波振荡电路第第7 7章章 直流稳压电源直流稳压电源第第8 8章章 电力电子电路电力电子电路第第9 9章章 Multisim 2001 Multisim 2001 电路仿真软件的应用电路仿真软件的应用上一页第第1 1章章 电子元器件基本知识电子元器件基本知识1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 1.3 半导体三极管半导体三极管1.4 1.4 场效应管场效应管1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1.1.1 1.1.1 半导体的特点半导体的特点1.1.本征半导体本征半导体 所谓本征半导体就是结构完整的、纯净的不掺杂任何杂质所谓本征半导体就是结构完整的、纯净的不掺杂任何杂质的半导体。的半导体。2.2.自由电子和空穴自由电子和空穴 共价键中的电子不是自由的，不能自由运动。即本征半导共价键中的电子不是自由的，不能自由运动。即本征半导体是不导电的。体是不导电的。 下一页下一页 返回返回1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识3.3.杂质半导体杂质半导体1 1）N N型半导体型半导体 在本征半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素（如磷）在本征半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素（如磷）后，就可形成后，就可形成N N型半导体。型半导体。2 2）P P型半导体型半导体 在本征半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素（如硼）在本征半导体硅（或锗）中掺入微量五价元素（如硼）后，就可形成后，就可形成P P型半导体。型半导体。上一页上一页 下一页下一页1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识1.1.2 PN1.1.2 PN结形成与特点结形成与特点1.PN1.PN结的形成结的形成 在一块完整的半导体晶片的两边，通过掺杂工艺分别做成在一块完整的半导体晶片的两边，通过掺杂工艺分别做成P P型半导体和型半导体和N N型半导体，在它们的交界面处将形成一个具有特殊型半导体，在它们的交界面处将形成一个具有特殊性能的带电薄层，这个带点薄层就叫做性能的带电薄层，这个带点薄层就叫做PNPN结。结。2.PN2.PN结的单向导电性结的单向导电性1 1）PNPN结正向偏置结正向偏置 当当PNPN结的结的P P区接电源正极，区接电源正极，N N区接电源负极时，称为给区接电源负极时，称为给PNPN结结上一页上一页 下一页下一页1.1 1.1 半导体基本知识半导体基本知识外加正向偏置电压，简称正偏。外加正向偏置电压，简称正偏。2 2） PN PN结反向偏置结反向偏置 当当PNPN结的结的P P区接电源负极，区接电源负极，N N区接电源正极时，称为给区接电源正极时，称为给PNPN结结外加反向偏置电压，简称反偏。外加反向偏置电压，简称反偏。 由于外加电源产生的电场与由于外加电源产生的电场与PNPN结内电场方向相同，加强了内结内电场方向相同，加强了内电场，使电场，使PNPN结变宽，阻碍了结变宽，阻碍了P P区和区和N N区多数载流子向对方的扩散。区多数载流子向对方的扩散。在外电场作用下，只有少数载流子形成了极为微弱的电流，称为在外电场作用下，只有少数载流子形成了极为微弱的电流，称为反向电流。此时反向电流。此时PNPN结处于反向截止状态。应当指出，反向电流是结处于反向截止状态。应当指出，反向电流是少数载流子由于热激发产生，因而反向电流受温度影响很大。少数载流子由于热激发产生，因而反向电流受温度影响很大。上一页上一页 返回返回1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.1 1.2.1 二极管的结构和类型二极管的结构和类型1.1.结构和符号结构和符号 PN PN结用管壳封装，并在两端引出两根电极引线，便构成了结用管壳封装，并在两端引出两根电极引线，便构成了二极管。二极管是最基本的半导体器件，它广泛应用于整流、稳二极管。二极管是最基本的半导体器件，它广泛应用于整流、稳压、检波和开关等电子技术领域。常见二极管的外形及二极管的压、检波和开关等电子技术领域。常见二极管的外形及二极管的电路符号如电路符号如图图1-61-6所示，三角形表示所示，三角形表示P P区，短线表示区，短线表示N N区。区。 下一页下一页 返回返回图图1-61-6返回返回1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管2.2.类型类型 依据不同的分类方法，可对二极管的类型做以下归类：依据不同的分类方法，可对二极管的类型做以下归类：（1 1）按制造材料分：有硅二极管、锗二极管等。）按制造材料分：有硅二极管、锗二极管等。（2 2）按用途分：有整流、稳压、检波、开关等二极管。）按用途分：有整流、稳压、检波、开关等二极管。（3 3）按结构分：有点接触型、面结型和平面型二极管。）按结构分：有点接触型、面结型和平面型二极管。（4 4）按功率分：有大功率、中功率、小功率二极管。）按功率分：有大功率、中功率、小功率二极管。（5 5）按封装形式分：有金属封装和塑料封装二极管。）按封装形式分：有金属封装和塑料封装二极管。 上一页上一页 下一页下一页1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.2 1.2.2 二极管的特性及参数二极管的特性及参数1.1.二极管的单向导电性二极管的单向导电性 半导体二极管的核心其实就是一个半导体二极管的核心其实就是一个PNPN结，二极管的特性就结，二极管的特性就是是PNPN结的特性，即单向导电性。结的特性，即单向导电性。1 1）二极管正向运用）二极管正向运用 二极管的正极接高电位，负极接低电位（即二极管的正极接高电位，负极接低电位（即PNPN结的结的P P区接高区接高电位，电位，N N区接低电位），称为二极管处于正向运用，又称为外加区接低电位），称为二极管处于正向运用，又称为外加正向电压或叫正向偏置。正向电压或叫正向偏置。2 2）二极管反向运用）二极管反向运用 二极管的正极接低电位，负极接高电位（即二极管的正极接低电位，负极接高电位（即PNPN结的结的P P区接低区接低上一页上一页 下一页下一页1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管电位，电位，N N区接高电位），称为二极管反向运用，又称为外加反向区接高电位），称为二极管反向运用，又称为外加反向电压或叫反向偏置。此时流过二极管的电流非常小，仅为零点电压或叫反向偏置。此时流过二极管的电流非常小，仅为零点几几AA，而且反向电压增大时，反向电流几乎不变，该电流称为，而且反向电压增大时，反向电流几乎不变，该电流称为反向饱和电流，记为反向饱和电流，记为I IS S，我们称二极管处于截止状态。，我们称二极管处于截止状态。2.2.二极管的反向击穿特性二极管的反向击穿特性 二极管反向应用时，当反向电压超过一定数值时，反向电二极管反向应用时，当反向电压超过一定数值时，反向电流会急剧增加，这种现象称为二极管反向击穿。流会急剧增加，这种现象称为二极管反向击穿。3.3.二极管的温度特性二极管的温度特性上一页上一页 下一页下一页1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管 二极管的核心是一个二极管的核心是一个PNPN结，它的导电性能对温度比较敏结，它的导电性能对温度比较敏感，温度对二极管的影响主要有两个方面：一是反向饱和电流感，温度对二极管的影响主要有两个方面：一是反向饱和电流I IS S随温度升高而增大，二是正向压随温度升高而降低。随温度升高而增大，二是正向压随温度升高而降低。4.4.二极管的主要参数二极管的主要参数1 1）最大整流电流）最大整流电流I IF F 最大整流电流最大整流电流I IF F是指二极管长期工作时，所允许通过的最大是指二极管长期工作时，所允许通过的最大正向平均电流。正向平均电流。2 2）反向击穿电压）反向击穿电压U U(BR)(BR) 引起二极管反向击穿的电压。引起二极管反向击穿的电压。上一页上一页 下一页下一页1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管3 3）最大反向工作电压）最大反向工作电压U URMRM 实际使用时加在二极管两端的最大反向电压。实际使用时加在二极管两端的最大反向电压。4 4）反向饱和电流）反向饱和电流I IR R 反向饱和电流反向饱和电流I IR R是指在规定的反向电压和室温下所测得的反是指在规定的反向电压和室温下所测得的反向电流值。向电流值。5 5）最高工作频率）最高工作频率f fM M 6 6）直流电阻）直流电阻R RD D 二极管直流电阻二极管直流电阻R RD D指加在二极管两端的直流电压与流过二极指加在二极管两端的直流电压与流过二极管两端的直流电流的比值。管两端的直流电流的比值。上一页上一页 下一页下一页1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.3 1.2.3 二极管的应用电路举例二极管的应用电路举例1.1.整流电路整流电路 所谓整流，就是指把交流电压变成直流电压的过程。所谓整流，就是指把交流电压变成直流电压的过程。2.2.限幅电路限幅电路 如如图图1-111-11（a a）是一个简单限幅电路，理想二极管是一个简单限幅电路，理想二极管D D，限流，限流电阻电阻R R，直流电压，直流电压U U。当输入信号电压。当输入信号电压u ui iUU时，二极管时，二极管D D导通，导通，u u0 0=U=U；当输入信号电压；当输入信号电压u ui iUU；D D截止，视为开路，截止，视为开路，u u0 0=u=ui i，输入、，输入、输出波形如输出波形如图图1-111-11（b b）所示，显然，该电路能把输出信号的最所示，显然，该电路能把输出信号的最高电平限制在某一数值上，称为上限幅电路。高电平限制在某一数值上，称为上限幅电路。上一页上一页 下一页下一页图图1-111-11返回返回1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.2.4 1.2.4 特殊二极管及应用特殊二极管及应用1.1.稳压二极管稳压二极管1 1）稳压二极管的工作特性）稳压二极管的工作特性 利用二极管的反向击穿特性制成的专用二极管称为稳压二极利用二极管的反向击穿特性制成的专用二极管称为稳压二极管，其工作原理是利用管，其工作原理是利用PNPN结发生反向击穿时，流过二极管的反结发生反向击穿时，流过二极管的反向电流在较大范围内变化而二极管两端电压基本不变这一特点。向电流在较大范围内变化而二极管两端电压基本不变这一特点。2 2）稳压二极管的主要参数）稳压二极管的主要参数（1 1）稳定电压）稳定电压U UZ Z ：稳定电压：稳定电压U UZ Z即反向击穿电压。即反向击穿电压。（2 2）最小稳定电流）最小稳定电流I IZminZmin （3 3）最大稳定电流）最大稳定电流I IZmazZmaz 上一页上一页 下一页下一页1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管2.2.发光二极管和电光二极管发光二极管和电光二极管 发光二极管是用砷化镓、磷砷化镓等特殊化合物制成的二发光二极管是用砷化镓、磷砷化镓等特殊化合物制成的二极管，和普通二极管一样，也是由极管，和普通二极管一样，也是由PNPN结构成，同样具有单向导结构成，同样具有单向导电性。但是这种二极管在正向电流通过时，能将电流转换成光电性。但是这种二极管在正向电流通过时，能将电流转换成光能而发光，根据发光波长，分为激光管、红外光管和可见光管。能而发光，根据发光波长，分为激光管、红外光管和可见光管。 光电二极管是将光能装变成电流的器件。光电二极管是将光能装变成电流的器件。3.3.变容二极管变容二极管 变容二极管是指利用变容二极管是指利用PNPN结电容可变原理制成的二极管，它结电容可变原理制成的二极管，它也工作在反向偏置状态，当外加的反向偏置电压大小变化时，也工作在反向偏置状态，当外加的反向偏置电压大小变化时，其结电容随着外加偏压的变化而变化，相当于一个电压控制的其结电容随着外加偏压的变化而变化，相当于一个电压控制的可变电容。可变电容。上一页上一页 返回返回1.3 1.3 半导体三极管半导体三极管1.3.1 1.3.1 三极管的结构和类型三极管的结构和类型1.1.三极管的结构和电路符合三极管的结构和电路符合 它是由三种不同性质的半导体组合而成，按照半导体的排列它是由三种不同性质的半导体组合而成，按照半导体的排列顺序不同，可将其分成顺序不同，可将其分成NPNNPN型管和型管和PNPPNP型管。型管。2.2.三极管的类型三极管的类型（1 1）按结构类型分：）按结构类型分：NPNNPN型、型、PNPPNP型。型。（2 2）按制作材料分：硅管、锗管。）按制作材料分：硅管、锗管。（3 3）按功率大小分：大、中、小功率管。）按功率大小分：大、中、小功率管。（4 4）按工作频率分：高频管、低频管。）按工作频率分：高频管、低频管。（5 5）按工作状态分：开关管、放大管。）按工作状态分：开关管、放大管。 下一页下一页 返回返回1.3 1.3 半导体三极管半导体三极管1.3.2 1.3.2 三极管电流分配和放大作用三极管电流分配和放大作用1.1.三极管的工作电压三极管的工作电压 三极管处于放大状态的外部电压条件是：发射结正偏、集三极管处于放大状态的外部电压条件是：发射结正偏、集电结反偏，原理电路如电结反偏，原理电路如图图1-141-14所示。所示。2.2.三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用（1 1）NPNNPN型三极管的基极电流和集电极电流流进三极管，而发射型三极管的基极电流和集电极电流流进三极管，而发射上一页上一页 下一页下一页图图1-141-14返回返回1.3 1.3 半导体三极管半导体三极管极电流流出三极管（对于极电流流出三极管（对于PNPPNP型三极管则正好相反）。型三极管则正好相反）。（2 2）三极管的电流符号基尔霍夫结点电流关系，称为三极管的）三极管的电流符号基尔霍夫结点电流关系，称为三极管的电流分配关系。电流分配关系。（3 3）微小的基极电流变化引起了集电极电流几十乃至上百倍的）微小的基极电流变化引起了集电极电流几十乃至上百倍的变化，这就是三极管的电流控制作用，激流电流变化，这就是三极管的电流控制作用，激流电流I IB B对集电极电流对集电极电流I IC C的控制作用，也称为三极管的电流放大作用。因此半导体三极的控制作用，也称为三极管的电流放大作用。因此半导体三极管是一种电流控制型器件。管是一种电流控制型器件。上一上一页页 下一页下一页1.3 1.3 半导体三极管半导体三极管1.3.3 1.3.3 三极管的特征曲线三极管的特征曲线 三极管的特征曲线是指三极管各级间电压和电流之间的关三极管的特征曲线是指三极管各级间电压和电流之间的关系曲线。特性曲线是用来描述各级电流与电压的关系，是分析系曲线。特性曲线是用来描述各级电流与电压的关系，是分析三极管电路的基础。三极管电路的基础。1.1.输入特性曲线输入特性曲线 共射极输入特性曲线所描述的是加在基极与发射极之间的共射极输入特性曲线所描述的是加在基极与发射极之间的电压电压u uBEBE和与之对应的基极电流和与之对应的基极电流i iB B的关系。的关系。2.2.输出特性曲线输出特性曲线 输出特性曲线所描述的是加在发射极与集电极之间的电压输出特性曲线所描述的是加在发射极与集电极之间的电压u uCECE和与之对应的集电极电流和与之对应的集电极电流i iC C的关系。的关系。上一页上一页 下一页下一页1.3 1.3 半导体三极管半导体三极管1.3.4 1.3.4 三极管的主要参数三极管的主要参数1 1）电流放大系数）电流放大系数 =I =IC C/I/IB B2 2）极间反向电流）极间反向电流 反向饱和电流反向饱和电流I ICBOCBO 穿透电流穿透电流I ICEOCEO 3 3）极限参数）极限参数（1 1）反向击穿电压）反向击穿电压U U(BR)CBO(BR)CBO：发射极开路，集电极：发射极开路，集电极- -基极之间的反向击穿电压。基极之间的反向击穿电压。上一页上一页 下一页下一页1.3 1.3 半导体三极管半导体三极管U U(BR)EBO(BR)EBO：集电极开路，基极：集电极开路，基极- -发射极之间的反向击穿电压。发射极之间的反向击穿电压。U U(BR)CEO(BR)CEO：基极开路，集电极：基极开路，集电极- -发射极之间的反向击穿电压。发射极之间的反向击穿电压。U U(BR)CBR(BR)CBR：基极与发射极之间接电阻，集电极：基极与发射极之间接电阻，集电极- -发射极之间的反向发射极之间的反向击穿电压。击穿电压。U U(BR)CES(BR)CES：基极与发射极之间短路，集电极：基极与发射极之间短路，集电极- -发射极之间的反向击发射极之间的反向击穿电压。穿电压。（2 2）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流I ICMCM （3 3）集电极最大允许耗散功率）集电极最大允许耗散功率P PCMCM 上一上一页页 下一页下一页1.3 1.3 半导体三极管半导体三极管1.3.5 1.3.5 复合三极管复合三极管 在放大电路中，有时单只三极管难以满足某些方面的特殊在放大电路中，有时单只三极管难以满足某些方面的特殊要求，通常把两个或两个以上三极管按一定方式连接成一个电要求，通常把两个或两个以上三极管按一定方式连接成一个电路来达到所要求的参数，这个电路可以等效的看成一只参数特路来达到所要求的参数，这个电路可以等效的看成一只参数特别的管子，称为复合管。复合管又称达林顿管。别的管子，称为复合管。复合管又称达林顿管。1.1.两只同类型（两只同类型（NPNNPN或或PNPPNP）三极管组成的复合管）三极管组成的复合管 图图1-201-20（a a）是由两只是由两只NPNNPN（或（或PNPPNP）型三极管构成的复合管）型三极管构成的复合管电路，根据电流的流向，这个电路可以等效成电路，根据电流的流向，这个电路可以等效成图图1-201-20（b b）所示所示的一只特殊参数的的一只特殊参数的NPNNPN型三极管型三极管T T。2.2.两只不同类型（两只不同类型（NPNNPN或或PNPPNP）三极管组成的复合管）三极管组成的复合管上一页上一页 返回返回图图1-201-20返回返回1.4 1.4 场效应管场效应管1.4.1 1.4.1 绝缘栅型场效应管的原理和特性绝缘栅型场效应管的原理和特性 晶体三极管是利用输入电流控制输出电流的半导体器件，晶体三极管是利用输入电流控制输出电流的半导体器件，称为电流控制型器件。场效应管是利用电场效应来控制输出电称为电流控制型器件。场效应管是利用电场效应来控制输出电流的半导体器件。场效应管具有输入电阻高、噪声小、热稳定流的半导体器件。场效应管具有输入电阻高、噪声小、热稳定性高、抗干扰能力强和制作工艺简单等优点，在现代的各种集性高、抗干扰能力强和制作工艺简单等优点，在现代的各种集成电路中得到广泛的应用。成电路中得到广泛的应用。1.1.增强型绝缘栅型场效应管的结构和符号增强型绝缘栅型场效应管的结构和符号2.2.增强型绝缘栅型场效应管的工作原理增强型绝缘栅型场效应管的工作原理 下一页下一页 返回返回1.4 1.4 场效应管场效应管3.N3.N沟道增强型绝缘栅型场效应管的特性曲线沟道增强型绝缘栅型场效应管的特性曲线1 1）输出特性曲线）输出特性曲线 U UGSGS越大，半导体表面的电场就越强，形成导电沟道的电子越大，半导体表面的电场就越强，形成导电沟道的电子就越多，导电沟道就越宽。相反，就越多，导电沟道就越宽。相反，U UGSGS越小，导电沟道越窄。所越小，导电沟道越窄。所以，改变以，改变U UGSGS就可以改变导电沟道的宽窄，在电压就可以改变导电沟道的宽窄，在电压U UDSDS作用下，作用下，U UGSGS可以控制可以控制i iD D的大小，这就是的大小，这就是N N沟道沟道MOSMOS管的工作原理。这种在管的工作原理。这种在U UGSGS=0=0时没有导电沟道，而只有在时没有导电沟道，而只有在U UGSGS大于大于U UGSGS（thth）时才能形成导电时才能形成导电沟道的沟道的MOSMOS管称做增强型管。管称做增强型管。2 2）转移特性）转移特性 上一页上一页 下一页下一页1.4 1.4 场效应管场效应管1.4.2 1.4.2 场效应管主要参数场效应管主要参数1.1.低频跨导低频跨导g gm m 2.2.夹断电压夹断电压U UGS(off)GS(off)和开启电压和开启电压U UGS(th)GS(th) 夹断电压夹断电压U UGS(off)GS(off)和开启电压和开启电压U UGS(th)GS(th)是两个极限电压，但其实是两个极限电压，但其实质是一样的，对应于质是一样的，对应于I ID D电流从无到有，或者从有到无时的栅源电电流从无到有，或者从有到无时的栅源电压压U UGSGS。3.3.漏极饱和电流漏极饱和电流I IDSSDSS 4.4.击穿电压击穿电压上一上一页页 下一页下一页1.4 1.4 场效应管场效应管 漏源击穿电压漏源击穿电压U U(BR)DS(BR)DS 栅源击穿电压栅源击穿电压U U(BR)GS(BR)GS 在实际使用中加在场效应管各电极之间的电压不允许超过在实际使用中加在场效应管各电极之间的电压不允许超过上述两个击穿电压，否则会损坏场效应管。上述两个击穿电压，否则会损坏场效应管。5.5.漏极最大允许耗散功率漏极最大允许耗散功率P PDMDM 场效应管工作时要消耗电功率，继而转变成热能，使场效场效应管工作时要消耗电功率，继而转变成热能，使场效应管的温度升高。所以场效应管在工作时实际消耗的功率不允应管的温度升高。所以场效应管在工作时实际消耗的功率不允许超过许超过P PDMDM，否则会因温度过高而烧毁场效应管。，否则会因温度过高而烧毁场效应管。上一上一页页 下一页下一页1.4 1.4 场效应管场效应管1.4.3 1.4.3 场效应管与双极型三极管比较场效应管与双极型三极管比较（1 1）场效应管是电压控制器件，三极管是电流控制器件。）场效应管是电压控制器件，三极管是电流控制器件。（2 2）场效应管是单极型器件，三极管为双极性器件。）场效应管是单极型器件，三极管为双极性器件。（3 3）场效应管的输入电阻很大，三极管在放大状态时输入电阻）场效应管的输入电阻很大，三极管在放大状态时输入电阻很小。很小。（4 4）场效应管的功耗低、制造工艺简单、便于集成化，因此在）场效应管的功耗低、制造工艺简单、便于集成化，因此在电子设备中得到了广泛应用。电子设备中得到了广泛应用。上一页上一页 返回返回第第2 2章章 基本放大电路基本放大电路2.1 2.1 放大电路的基本知识放大电路的基本知识2.2 2.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.3 2.3 常见的放大电路常见的放大电路2.4 2.4 放大器的频率特征放大器的频率特征2.5 2.5 多级放大电路多级放大电路2.1 2.1 放大电路的基本知识放大电路的基本知识2.1.1 2.1.1 放大器的组成电路放大器的组成电路1.1.各元件的作用各元件的作用 T T为为NPNNPN型三极管，起放大作用，是电路的核心部件；直流型三极管，起放大作用，是电路的核心部件；直流电源电源V VCCCC给放大电路提供能量，一般在几伏到几十伏范围内；给放大电路提供能量，一般在几伏到几十伏范围内；RbRb为基极偏置电阻，为基极偏置电阻，V VCCCC和和R Rb b使三极管发射极正向偏置，并为基极使三极管发射极正向偏置，并为基极提供合适的偏置电流，提供合适的偏置电流，R Rb b还可以保证还可以保证uiui能够加到三极管的发射极能够加到三极管的发射极而不被而不被V VCCCC短路；短路；V VCCCC和和R Rc c使三极管集电极反向运动，也称为反向使三极管集电极反向运动，也称为反向偏置，这样三极管工作在放大状态，同时，偏置，这样三极管工作在放大状态，同时，R Rc c的作用是把集电极的作用是把集电极 下一页下一页 返回返回2.1 2.1 放大电路的基本知识放大电路的基本知识电流电流i iC C的变化转变成集电极与发射极之间的电压的变化转变成集电极与发射极之间的电压u uCECE的变化，的变化，R Rc c的的取值范围在几千欧到几十千欧之间；取值范围在几千欧到几十千欧之间；C C1 1和和C C2 2在这里起到隔断直流在这里起到隔断直流传递交流的作用，称为耦合电容，输入信号传递交流的作用，称为耦合电容，输入信号u ui i通过电容通过电容C C1 1加到基加到基极输入端，放大后的信号经电容极输入端，放大后的信号经电容C C2 2由集电极输出给负载由集电极输出给负载R RL L。2.2.组成原则组成原则（1 1）必须使放大器件处于合适的直流状态。）必须使放大器件处于合适的直流状态。（2 2）必须保证放大电路有合适的交流工作条件。）必须保证放大电路有合适的交流工作条件。（3 3）为了保证放大电路不失真地放大信号，必须合理的选择元）为了保证放大电路不失真地放大信号，必须合理的选择元件参数。件参数。 上一页上一页 下一页下一页2.1 2.1 放大电路的基本知识放大电路的基本知识2.1.2 2.1.2 放大器的工作原理放大器的工作原理 放大电路的目的是放大交流信号，但正确的直流偏置是交放大电路的目的是放大交流信号，但正确的直流偏置是交流放大的前提条件。实际电路中的电压、电流既有直流也有交流放大的前提条件。实际电路中的电压、电流既有直流也有交流，交直流是共存的。通常将电压、电流的符号规定如下：流，交直流是共存的。通常将电压、电流的符号规定如下：（1 1）直流量，用）直流量，用I IB B、I IC C、I IE E、U UBEBE、U UCECE表示。表示。（2 2）交流瞬时值，用）交流瞬时值，用i ib b、i ic c、i ie e、u ubebe、u ucece表示。表示。（3 3）交直流共存值，用）交直流共存值，用i iB B、i iC C、i iE E、u uBEBE、u uCECE表示。表示。 放大电路正常工作时，各极电压电流都是直流值和交流值放大电路正常工作时，各极电压电流都是直流值和交流值的叠加，分析放大电路通常遵循的叠加，分析放大电路通常遵循“先静态，后动态先静态，后动态”的原则，的原则，只有静态电路不产生失真，动态分析才有意义。只有静态电路不产生失真，动态分析才有意义。上上一页一页 下一页下一页2.1 2.1 放大电路的基本知识放大电路的基本知识2.1.3 2.1.3 三极管的直流通路和静态工作点三极管的直流通路和静态工作点1.1.直流通路直流通路 直流通路是直流电源作用所形成的电流通路。直流通路用直流通路是直流电源作用所形成的电流通路。直流通路用于分析放大电路的静态工作情况，静态是指没有交流信号输入于分析放大电路的静态工作情况，静态是指没有交流信号输入时放大电路的状态。在直流通路中，电容因对直流量呈现无穷时放大电路的状态。在直流通路中，电容因对直流量呈现无穷大电抗而相当于开路，电感线圈因电阻非常小而相当于短路；大电抗而相当于开路，电感线圈因电阻非常小而相当于短路；信号源电压为零但保留内阻信号源电压为零但保留内阻R Rs s。上一页上一页 下一页下一页2.1 2.1 放大电路的基本知识放大电路的基本知识2.2.静态工作点静态工作点 静态工作点指没有交流输入只有直流电源作用下的四个电静态工作点指没有交流输入只有直流电源作用下的四个电压、电流直流量，在特性曲线上对应确定的一个点压、电流直流量，在特性曲线上对应确定的一个点Q Q，分别用，分别用I IBQBQ、U UBEQBEQ、I ICQCQ、U UCEQCEQ表示静态工作点表示静态工作点Q Q的静态值。直流通路用于分析放的静态值。直流通路用于分析放大电路的静态工作点。大电路的静态工作点。 对于一个放大电路，当静态工作点设置合适时，输入交流对于一个放大电路，当静态工作点设置合适时，输入交流信号，用动态性能指标来衡量放大器性能的好坏。信号，用动态性能指标来衡量放大器性能的好坏。上上一页一页 下一页下一页2.1 2.1 放大电路的基本知识放大电路的基本知识2.1.4 2.1.4 放大器的主要性能指标放大器的主要性能指标1.1.放大电路的二端口模型放大电路的二端口模型 放大电路的二端口模型如放大电路的二端口模型如图图2-42-4所示。对信号源来讲，放大所示。对信号源来讲，放大电路相当于信号源的负载，故放大电路输入端用一电阻电路相当于信号源的负载，故放大电路输入端用一电阻R Ri i（输入（输入电阻）来表示；对负载来讲，放大电路又相当于一个新的信号电阻）来表示；对负载来讲，放大电路又相当于一个新的信号源，故放大电路输出端用一个受控电压源源，故放大电路输出端用一个受控电压源U Uo o和内阻和内阻R Ro o（输出电（输出电阻）相串联表示。阻）相串联表示。2.2.主要性能指标主要性能指标1 1）放大倍数（增益）放大倍数（增益） 2 2）输入电阻）输入电阻R Ri i 3 3）输出电阻）输出电阻R Ro o 上一页上一页 返回返回图图2-42-4返回返回2.2 2.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.2.1 2.2.1 图解法图解法1.1.静态图解分析静态图解分析 静态图解分析是在晶体管特性曲线上，用作图的方法确定静态图解分析是在晶体管特性曲线上，用作图的方法确定出静态工作点，然后求出出静态工作点，然后求出I IBQBQ、U UBEQBEQ、I ICQCQ、U UCEQCEQ。2.2.动态图解分析动态图解分析 放大电路输入端接入输入信号放大电路输入端接入输入信号u ui i后的工作状态，称为动态。后的工作状态，称为动态。利用动态图解法可以分析在输入信号作用下，放大管各极电流利用动态图解法可以分析在输入信号作用下，放大管各极电流和极间电压的变化量、放大电路的电压放大倍数和最大不失真和极间电压的变化量、放大电路的电压放大倍数和最大不失真输出电压。输出电压。1 1）交流通路与交流负载线）交流通路与交流负载线 下一页下一页 返回返回2.2 2.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法 交流通路就是交流电流流经的通路，一般用交流通路来分交流通路就是交流电流流经的通路，一般用交流通路来分析放大电路中各个交流量的变化规律及动态性能。析放大电路中各个交流量的变化规律及动态性能。2 2）放大电路的非线性失真）放大电路的非线性失真3 3）放大电路的最大不失真输出电压幅度）放大电路的最大不失真输出电压幅度 放大电路的最大不失真输出电压是指电路既不发生饱和失放大电路的最大不失真输出电压是指电路既不发生饱和失真也不发生截止失真的情况下能够输出的最大电压，用真也不发生截止失真的情况下能够输出的最大电压，用UomUom表示。表示。3.3.图解法的优缺点图解法的优缺点上一页上一页 下一页下一页2.2 2.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法 图解法的优点是直观形象，由于输入特性和输出特性是实图解法的优点是直观形象，由于输入特性和输出特性是实测得到的，因此切合实际，适合于静态工作点的估算、失真的测得到的，因此切合实际，适合于静态工作点的估算、失真的问题的定性分析。在实际工作中调试放大电路时，图解法对于问题的定性分析。在实际工作中调试放大电路时，图解法对于调整电路参数，设置合适的静态工作点有很大帮助。调整电路参数，设置合适的静态工作点有很大帮助。 图解法的缺点是在特性曲线上作图，工作量太大，结果不图解法的缺点是在特性曲线上作图，工作量太大，结果不太准确，并且不能分析动态参数。太准确，并且不能分析动态参数。 此外，图解法还适用于大幅值信号作用下放大电路的动态此外，图解法还适用于大幅值信号作用下放大电路的动态分析，功率放大电路的最大不失真输出电压的分析。分析，功率放大电路的最大不失真输出电压的分析。上一页上一页 下一页下一页2.2 2.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.2.2 2.2.2 放大器的偏置电路放大器的偏置电路 放大器的偏置电路是指放大器的直流通路形式。放大器的放大器的偏置电路是指放大器的直流通路形式。放大器的偏置电路必须保证发射结正偏和集电结反偏，同时要尽可能地偏置电路必须保证发射结正偏和集电结反偏，同时要尽可能地使静态工作点稳定。使静态工作点稳定。1.1.固定偏置电路固定偏置电路 固定偏置电路虽然结构简单，调节方便，但缺点是工作稳固定偏置电路虽然结构简单，调节方便，但缺点是工作稳定性差。定性差。2.2.分压式稳定偏置电路分压式稳定偏置电路上一页上一页 下一页下一页2.2 2.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.2.3 2.2.3 微变等效电路分析法微变等效电路分析法 “微变微变”就是指微小的变化量，即交流小信号。由于三极就是指微小的变化量，即交流小信号。由于三极管是非线性器件，在小信号作用下，三极管电压电流之间的关管是非线性器件，在小信号作用下，三极管电压电流之间的关系可以用线性电路来等效，这样的线性电路称为三极管的微变系可以用线性电路来等效，这样的线性电路称为三极管的微变等效电路。等效电路。1.1.三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路 一个四端网络，输入、输出各有电压、电流两个变量，可一个四端网络，输入、输出各有电压、电流两个变量，可上一页上一页 下一页下一页2.2 2.2 放大电路的分析方法放大电路的分析方法以选择其中两个作为自变量，另外两个作为因变量，就可以得以选择其中两个作为自变量，另外两个作为因变量，就可以得到不同参数的等效电路。到不同参数的等效电路。2.2.用微变等效电路分析放大电路用微变等效电路分析放大电路（1 1）画放大电路的交流电路）画放大电路的交流电路（2 2）把放大电路中的晶体管用微变等效电路代换）把放大电路中的晶体管用微变等效电路代换（3 3）在微变等效电路中用电路的方法分析计算放大电路的性能）在微变等效电路中用电路的方法分析计算放大电路的性能指标。指标。上一上一页页 返回返回2.3 2.3 常见的放大电路常见的放大电路2.3.1 2.3.1 共集电极放大电路共集电极放大电路1.1.静态分析静态分析2.2.动态分析动态分析 共集电极电路是一个具有高输入电阻、低输出电阻、电压共集电极电路是一个具有高输入电阻、低输出电阻、电压放大倍数近似为放大倍数近似为1 1但电流放大倍数很大的放大电路。由于共集电但电流放大倍数很大的放大电路。由于共集电路的上述特点，它常作为多级放大器的高阻输入级、低阻输出路的上述特点，它常作为多级放大器的高阻输入级、低阻输出级和中间隔离级。级和中间隔离级。 下一页下一页 返回返回2.3 2.3 常见的放大电路常见的放大电路2.3.2 2.3.2 共基极放大电路共基极放大电路 如如图图2-222-22（a a）所示为共基极放大电路的原理图，所示为共基极放大电路的原理图，图图2-2-2222（b b）为它的直流通路，为它的直流通路，图图2-222-22（c c）为它的交流通路，为它的交流通路，图图2-222-22（d d）为微变等效电路。从为微变等效电路。从图图2-222-22（c c）的交流通路可以看出，信号是的交流通路可以看出，信号是从发射极和基极之间输入的，而从集电极和基极之间取出，其从发射极和基极之间输入的，而从集电极和基极之间取出，其输入、输出的公共端是基极，故名共基极放大电路。输入、输出的公共端是基极，故名共基极放大电路。1.1.静态分析静态分析 2. 2.动态分析动态分析 共基极放大电路的输出电阻与共射电路相同。共基极放大共基极放大电路的输出电阻与共射电路相同。共基极放大电路的特点是输入电阻很小、电压放大倍数较高，主要用于多电路的特点是输入电阻很小、电压放大倍数较高，主要用于多级放大电路的中间放大电压级。级放大电路的中间放大电压级。上一页上一页 下一页下一页图图2-222-22返回返回2.3 2.3 常见的放大电路常见的放大电路2.3.3 2.3.3 场效应管放大电路场效应管放大电路 场效应管放大电路的组成原则也与三极管放大电路相同，场效应管放大电路的组成原则也与三极管放大电路相同，要求电路具有合适的静态工作点，管子工作在恒流区。要求电路具有合适的静态工作点，管子工作在恒流区。1.1.场效应管的偏置电路场效应管的偏置电路1 1）自偏压电路）自偏压电路 这种电路的栅偏压是靠场效应管自身漏极电流这种电路的栅偏压是靠场效应管自身漏极电流i iD D产生的，产生的，所以称为自偏压电路。在实际的电路中，既要满足电压极性要所以称为自偏压电路。在实际的电路中，既要满足电压极性要求，又要尽量满足单电源供电，因此场效应管放大电路一般都求，又要尽量满足单电源供电，因此场效应管放大电路一般都上一页上一页 下一页下一页2.3 2.3 常见的放大电路常见的放大电路采用自偏压的方式。采用自偏压的方式。2 2）混合偏压电路）混合偏压电路 特点是能稳定静态工作点，且适用于各类场效应管的放大特点是能稳定静态工作点，且适用于各类场效应管的放大电路。电路。2.2.场效应管的微变等效电路场效应管的微变等效电路 与双极性三极管类似，场效应管也是非线性器件，小信号与双极性三极管类似，场效应管也是非线性器件，小信号作用下，场效应管也可以用线性场效应管的微变等效电路等效。作用下，场效应管也可以用线性场效应管的微变等效电路等效。3.3.场效应管放大电路的动态分析场效应管放大电路的动态分析上一页上一页 返回返回2.4 2.4 放大器的频率特征放大器的频率特征2.4.1 2.4.1 频率特性的基本概念频率特性的基本概念1.1.什么是频率特性什么是频率特性 由于放大电路中存在电抗元件，所以，放大器对不同的频由于放大电路中存在电抗元件，所以，放大器对不同的频率信号其放大情况是不一样的，简单地说频率特性就是指放大率信号其放大情况是不一样的，简单地说频率特性就是指放大器对不同频率信号的放大倍数的函数关系，即放大倍数是频率器对不同频率信号的放大倍数的函数关系，即放大倍数是频率的函数。频率特性也叫频率响应。的函数。频率特性也叫频率响应。2.2.波特图波特图 为了在同一坐标系中表示如此宽的变化范围为了在同一坐标系中表示如此宽的变化范围.在画频率特性曲在画频率特性曲线时采用对数坐标线时采用对数坐标.称为波特图称为波特图(Bode plot)。3.3.频率特性参数频率特性参数 下一页下一页 返回返回2.4 2.4 放大器的频率特征放大器的频率特征（1 1）中频增益：中频区的增益称为中频增益，记为）中频增益：中频区的增益称为中频增益，记为A Am m。（2 2）上、下限频率）上、下限频率（3 3）通频带：表征了放大器在线性失真许可限度内能正常放大）通频带：表征了放大器在线性失真许可限度内能正常放大的信号频带范围。的信号频带范围。（4 4）增益带宽积：在设计宽频带放大器时，宽频带要求与高增）增益带宽积：在设计宽频带放大器时，宽频带要求与高增益要求是互相制约的。益要求是互相制约的。4.4.线性失真线性失真 线性失真时，输出波形虽然呈现失真，但输出波形中不含线性失真时，输出波形虽然呈现失真，但输出波形中不含有输入信号所没有的任何新的频率分量。有输入信号所没有的任何新的频率分量。 上一页上一页 下一页下一页2.4 2.4 放大器的频率特征放大器的频率特征2.4.2 2.4.2 放大器的低频特征放大器的低频特征1.1.定性分析定性分析 以以图图2-302-30单管共射放大电路为例，在中频区，放大倍数不单管共射放大电路为例，在中频区，放大倍数不随频率的变化而变化。在低频区，耦合电容和旁路电容的容抗随频率的变化而变化。在低频区，耦合电容和旁路电容的容抗不再为零，极间电容和分布电容的容抗仍近似为无穷大。由于不再为零，极间电容和分布电容的容抗仍近似为无穷大。由于耦合电容和旁路电容的分压作用，使耦合电容和旁路电容的分压作用，使 U Uo o下降，下降，A Ausus下降；频率越下降；频率越低，低，U Uo o下降越多，下降越多，A Ausus下降也越多。下降也越多。2.2.定量计算定量计算上一页上一页 返回返回图图2-302-30返回返回2.5 2.5 多级放大电路多级放大电路2.5.1 2.5.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式 组合放大电路中各个基本放大器之间的连接方式称为级间组合放大电路中各个基本放大器之间的连接方式称为级间耦合，常用的耦合方式有：耦合，常用的耦合方式有：1 1）阻容耦合）阻容耦合 这种耦合方式的特点是各级静态工作点独立设置，互不影这种耦合方式的特点是各级静态工作点独立设置，互不影响，分离元件的放大器常用这种耦合方式。但它不适用于放大响，分离元件的放大器常用这种耦合方式。但它不适用于放大 下一页下一页 返回返回2.5 2.5 多级放大电路多级放大电路变化缓慢的信号，在集成电路中由于制作大电容困难，也不采变化缓慢的信号，在集成电路中由于制作大电容困难，也不采用这种耦合方式。用这种耦合方式。2 2）直接耦合）直接耦合 这是集成电路中主要采用的耦合方式。这是集成电路中主要采用的耦合方式。3 3）变压器耦合）变压器耦合 这种耦合方式可实现阻抗匹配和平衡输出（不共地），常这种耦合方式可实现阻抗匹配和平衡输出（不共地），常用在频率变换电路和高频电路中。用在频率变换电路和高频电路中。 上一页上一页 下一页下一页2.5 2.5 多级放大电路多级放大电路2.5.2 2.5.2 多级放大电路的增益多级放大电路的增益1.1.增益分析增益分析 结论结论1 1：多级放大电路总的放大电压倍数等于每个单级放大：多级放大电路总的放大电压倍数等于每个单级放大器电压放大倍数的乘机。器电压放大倍数的乘机。 结论结论2 2：整个放大电路的输入电阻就是第一级放大器的输入：整个放大电路的输入电阻就是第一级放大器的输入电阻。电阻。 结论结论3 3：整个放大电路的输出电阻就是最后一级放大器的输：整个放大电路的输出电阻就是最后一级放大器的输出电阻。出电阻。2.2.两级放大器偶合共发射极放大电路分析两级放大器偶合共发射极放大电路分析上一页上一页 返回返回第第3 3章章 负反馈放大电路负反馈放大电路3.1 3.1 反馈的基本概念反馈的基本概念3.2 3.2 反馈类型及判断反馈类型及判断3.3 3.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响3.4 3.4 深度负反馈放大电路的分析深度负反馈放大电路的分析3.1 3.1 反馈的基本概念反馈的基本概念 所谓反馈，就是将放大电路输出信号（电压或电流）的一所谓反馈，就是将放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部，通过反馈网络回送到输入端，从而影响（增加或部分或全部，通过反馈网络回送到输入端，从而影响（增加或减少）放大电路净输入信号的过程。若反馈使净输入信号增减少）放大电路净输入信号的过程。若反馈使净输入信号增加，则称正反馈，使净输入信号减少称负反馈。因此，在反馈加，则称正反馈，使净输入信号减少称负反馈。因此，在反馈电路中，电路的输出不仅取决于输入，而且取决于输出本身，电路中，电路的输出不仅取决于输入，而且取决于输出本身，因而就有可能使电路根据输出状况自动地对输出进行调节，以因而就有可能使电路根据输出状况自动地对输出进行调节，以达到改善电路性能的目的。达到改善电路性能的目的。 负反馈放大电路也称为闭环放大电路；对应地，未引入反负反馈放大电路也称为闭环放大电路；对应地，未引入反下一页下一页 返回返回3.1 3.1 反馈的基本概念反馈的基本概念馈的放大电路称为开环放大电路。在反馈放大电路中，将输出馈的放大电路称为开环放大电路。在反馈放大电路中，将输出回路与输入回路相连接的中间环节称为反馈网络，一般有电阻、回路与输入回路相连接的中间环节称为反馈网络，一般有电阻、电容、电感元件组成。反馈的形成实际上就是通过反馈网络，电容、电感元件组成。反馈的形成实际上就是通过反馈网络，将输出回路中的信号引回到输入回路，以一定的形式与输入信将输出回路中的信号引回到输入回路，以一定的形式与输入信号相叠加，将叠加后所得的信号作为净输入信号输入到电路中号相叠加，将叠加后所得的信号作为净输入信号输入到电路中去。去。 负反馈放大电路主要由基本放大电路和反馈网络两大部分负反馈放大电路主要由基本放大电路和反馈网络两大部分组成。若设有反馈网络，仅有基本放大电路，则该电路就是一组成。若设有反馈网络，仅有基本放大电路，则该电路就是一个开环放大电路。有了反馈网络，该电路则为闭环放大电路。个开环放大电路。有了反馈网络，该电路则为闭环放大电路。上一页上一页 返回返回3.2 3.2 反馈类型及判断反馈类型及判断3.2.1 3.2.1 反馈的分类反馈的分类 反馈可以从不同的角度进行分类。按反馈信号的交、直流反馈可以从不同的角度进行分类。按反馈信号的交、直流成分来划分，可分为交流反馈和直流反馈；按反馈的正、负极成分来划分，可分为交流反馈和直流反馈；按反馈的正、负极性来划分，可分为正反馈和负反馈；按反馈信号与输出信号之性来划分，可分为正反馈和负反馈；按反馈信号与输出信号之间的关系来划分，可分为电压反馈和电流反馈；按反馈信号与间的关系来划分，可分为电压反馈和电流反馈；按反馈信号与输入回路的关系来划分，可分为并联反馈和串联反馈。输入回路的关系来划分，可分为并联反馈和串联反馈。 下一页下一页 返回返回3.2 3.2 反馈类型及判断反馈类型及判断3.2.2 3.2.2 交流反馈与直流反馈的判断交流反馈与直流反馈的判断 在放大电路中存在着直流分量和交流分量，反馈信号也是在放大电路中存在着直流分量和交流分量，反馈信号也是如此。若反馈的信号仅有交流成分，则仅对输入回路中的交流如此。若反馈的信号仅有交流成分，则仅对输入回路中的交流成分有影响，这就是交流反馈；若反馈的信号仅有直流成分，成分有影响，这就是交流反馈；若反馈的信号仅有直流成分，则仅对输入回路中的直流成分有影响，这就是支流反馈。则仅对输入回路中的直流成分有影响，这就是支流反馈。上一页上一页 下一页下一页3.2 3.2 反馈类型及判断反馈类型及判断3.2.3 3.2.3 正反馈与负反馈的判断正反馈与负反馈的判断 反馈信号削弱了净输入信号，使输出量变小，这种反馈称反馈信号削弱了净输入信号，使输出量变小，这种反馈称为负反馈。反之，称为正反馈，正反馈多用于振荡电路和脉冲为负反馈。反之，称为正反馈，正反馈多用于振荡电路和脉冲电路，而负反馈多用于改善放大电路的性能。负反馈的判断方电路，而负反馈多用于改善放大电路的性能。负反馈的判断方法：法：1.1.观察电路，找出反馈元件：介于输入和输出回路之间的观察电路，找出反馈元件：介于输入和输出回路之间的元件。元件。2.2.找出反馈元件后再利用瞬时极性法判断正负反馈。三极管三找出反馈元件后再利用瞬时极性法判断正负反馈。三极管三个电极的瞬时极性（交流极性），在共发射极电路，若由基极个电极的瞬时极性（交流极性），在共发射极电路，若由基极输入正弦信号，在某一瞬间集电极和基极的交流极性相反，如输入正弦信号，在某一瞬间集电极和基极的交流极性相反，如图图3-53-5所示。所示。上一页上一页 下一页下一页图图3-53-5返回返回3.2 3.2 反馈类型及判断反馈类型及判断3.2.4 3.2.4 电压反馈与电流反馈的判断电压反馈与电流反馈的判断 若其反馈信号与输出电压成正比，则是电压反馈；若反馈若其反馈信号与输出电压成正比，则是电压反馈；若反馈信号与输出电流成正比，就是电流反馈。从另一个角度说，看信号与输出电流成正比，就是电流反馈。从另一个角度说，看反馈是对输出电压采样还是对输出电流采样。显然，作为采样反馈是对输出电压采样还是对输出电流采样。显然，作为采样对象的输出量消失，则反馈信号也必然随之消失，由此可以得对象的输出量消失，则反馈信号也必然随之消失，由此可以得到下面判断电压反馈还是电流反馈的基本方法。到下面判断电压反馈还是电流反馈的基本方法。上一页上一页 下一页下一页3.2 3.2 反馈类型及判断反馈类型及判断 负载电阻短路法（也称输出短路法）：这种办法是假设将负载电阻短路法（也称输出短路法）：这种办法是假设将负载电阻负载电阻R RL L短路，也就是使输出电压为零。此时若原来是电压反短路，也就是使输出电压为零。此时若原来是电压反馈，则反馈信号一定随输出电压为零而消失；若电路中仍然有馈，则反馈信号一定随输出电压为零而消失；若电路中仍然有反馈存在，则原来的反馈应该是电流反馈。也可以从电路结构反馈存在，则原来的反馈应该是电流反馈。也可以从电路结构判断，若为电压反馈，输出电压为零，则取样信号必为零，说判断，若为电压反馈，输出电压为零，则取样信号必为零，说明取样点和信号输出点必在输出端的同一点上。如果取样点和明取样点和信号输出点必在输出端的同一点上。如果取样点和信号输出点不在同一点上，必为电流反馈。如信号输出点不在同一点上，必为电流反馈。如图图3-83-8所示。所示。上一页上一页 下一页下一页图图3-83-8返回返回3.2 3.2 反馈类型及判断反馈类型及判断3.2.5 3.2.5 串联反馈与并联反馈的判断串联反馈与并联反馈的判断 反馈信号回送至输入端，与输入信号有两种不同的叠加方反馈信号回送至输入端，与输入信号有两种不同的叠加方式，即串联和并联。如果反馈信号与输入信号是串联接在输入式，即串联和并联。如果反馈信号与输入信号是串联接在输入回路中的（以电压形式叠加），则称为串联反馈。若反馈信号回路中的（以电压形式叠加），则称为串联反馈。若反馈信号与输入信号是并联接在输入回路中的（以电流形式叠加），则与输入信号是并联接在输入回路中的（以电流形式叠加），则称为并联反馈。在串联反馈中，反馈信号与输入信号在输入回称为并联反馈。在串联反馈中，反馈信号与输入信号在输入回路中是以电压形式相叠加的，而在并联反馈中，反馈信号与输路中是以电压形式相叠加的，而在并联反馈中，反馈信号与输入信号则是以电流的形式相叠加的。入信号则是以电流的形式相叠加的。 从电路结构上也可判断串联反馈和并联反馈，即反馈信号从电路结构上也可判断串联反馈和并联反馈，即反馈信号上一页上一页 下一页下一页3.2 3.2 反馈类型及判断反馈类型及判断与输入信号出现在输入端的同一个电极上，是并联反馈，如果与输入信号出现在输入端的同一个电极上，是并联反馈，如果反馈信号与输入信号出现在输入端的不同两个电极上，应是串反馈信号与输入信号出现在输入端的不同两个电极上，应是串联反馈。联反馈。 反馈信号在放大电路输入端是以电压形式（串联反馈）还反馈信号在放大电路输入端是以电压形式（串联反馈）还是以电流形式（并联反馈）出现，与其在输出回路中的采样方是以电流形式（并联反馈）出现，与其在输出回路中的采样方式并无关系。也就是说，不论是电压反馈还是电流反馈，它们式并无关系。也就是说，不论是电压反馈还是电流反馈，它们的反馈信号在输入端都可能以电压或电流两种形式中的一种与的反馈信号在输入端都可能以电压或电流两种形式中的一种与输入信号去叠加。是电压反馈还是电流反馈仅取决于从输出端输入信号去叠加。是电压反馈还是电流反馈仅取决于从输出端的采样方式，是串联反馈还是并联反馈则仅取决于输入端的叠的采样方式，是串联反馈还是并联反馈则仅取决于输入端的叠加方式。加方式。上一页上一页 下一页下一页3.2 3.2 反馈类型及判断反馈类型及判断3.2.6 3.2.6 负反馈的四种组态负反馈的四种组态 将负反馈电路输出端的采样方式与输入端的叠加方式综合将负反馈电路输出端的采样方式与输入端的叠加方式综合考虑，实际的负反馈放大电路，可以分为以下四种基本类型考虑，实际的负反馈放大电路，可以分为以下四种基本类型（常称为四种组态）：（常称为四种组态）：1.1.电压串联负反馈电压串联负反馈2.2.电压并联负反馈电压并联负反馈 用瞬时极性法判断，反馈极性和输入的瞬时极性出现在输用瞬时极性法判断，反馈极性和输入的瞬时极性出现在输入端同一个电极上，且符号相反，是负反馈。从输出回路看，入端同一个电极上，且符号相反，是负反馈。从输出回路看，上一页上一页 下一页下一页3.2 3.2 反馈类型及判断反馈类型及判断反馈信号和输出信号取于输出端同一点，是电压反馈，从输入反馈信号和输出信号取于输出端同一点，是电压反馈，从输入回路看，反馈信号和输入信号加在输入端同一点，是并联反馈。回路看，反馈信号和输入信号加在输入端同一点，是并联反馈。3.3.电流串联负反馈电流串联负反馈 该电路实际就是一个工作点稳定电路。该电路实际就是一个工作点稳定电路。R Rf f是反馈元件，用瞬是反馈元件，用瞬时极性法判断，输入的瞬时极性和反馈极性分别出现在输入端时极性法判断，输入的瞬时极性和反馈极性分别出现在输入端的基极和发射极，不在同一电极上，且符号相同，所以的基极和发射极，不在同一电极上，且符号相同，所以R Rf f引入的引入的是负反馈，输出信号取于集电极，而反馈信号取于发射极，不是负反馈，输出信号取于集电极，而反馈信号取于发射极，不在同一电极上，将输出端短路，反馈信号依然存在，是电流反在同一电极上，将输出端短路，反馈信号依然存在，是电流反上一上一页页 下一页下一页3.2 3.2 反馈类型及判断反馈类型及判断馈。由于输入的瞬时极性和反馈极性分别出现在输入端的基极馈。由于输入的瞬时极性和反馈极性分别出现在输入端的基极和发射极，不在同一电极上，应是串联反馈。故和发射极，不在同一电极上，应是串联反馈。故R Rf f引入的是电流引入的是电流串联负反馈。串联负反馈。4.4.电流并联负反馈电流并联负反馈 通过反馈电阻通过反馈电阻R Rf f, ,从输出级的发射极引入到输入级的基极。从输出级的发射极引入到输入级的基极。由于反馈的引出端与输出电压端不在同一电极，故为电流反由于反馈的引出端与输出电压端不在同一电极，故为电流反馈；反馈引入端与输入信号端在同一电极，故为并联反馈。按馈；反馈引入端与输入信号端在同一电极，故为并联反馈。按瞬时极性法判断是负反馈。瞬时极性法判断是负反馈。上一页上一页 返回返回3.3 3.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响3.3.1 3.3.1 负反馈能提高放大倍数的稳定性负反馈能提高放大倍数的稳定性 电压负反馈能稳定输出电压，电流负反馈能稳定输出电流。电压负反馈能稳定输出电压，电流负反馈能稳定输出电流。这样在放大电路输入信号一定的情况下，其输出受电路参数变这样在放大电路输入信号一定的情况下，其输出受电路参数变化、电源电压波动和负载电阻改变的影响较小，即提高了放大化、电源电压波动和负载电阻改变的影响较小，即提高了放大倍数的稳定性。其定量关系如下：倍数的稳定性。其定量关系如下：由式由式 A Af f=X=Xo o/X/Xi i=A/(1+FA)=A/(1+FA) 下一页下一页 返回返回3.3 3.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响3.3.2 3.3.2 负反馈能减小非线性失真和噪声干扰负反馈能减小非线性失真和噪声干扰 由于电路中非线性器件的存在，所以即使输入信号由于电路中非线性器件的存在，所以即使输入信号X Xi i为正弦为正弦波，输出也不是正弦波，而会产生一定的非线性失真。引入负波，输出也不是正弦波，而会产生一定的非线性失真。引入负反馈以后，非线性失真将会减小。反馈以后，非线性失真将会减小。 负反馈只能减小本级放大电路自身产生的非线性失真，而负反馈只能减小本级放大电路自身产生的非线性失真，而对输入信号的非线性失真，负反馈是无能为力。对输入信号的非线性失真，负反馈是无能为力。 加了负反馈后，放大电路的非线性失真减小到加了负反馈后，放大电路的非线性失真减小到M/M/（1+AF1+AF）。）。上一页上一页 下一页下一页3.3 3.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响M M为无反馈时的非线性失真系数。为无反馈时的非线性失真系数。 采用负反馈也可抑制放大电路自身产生的噪声，其关系为采用负反馈也可抑制放大电路自身产生的噪声，其关系为N/(1+AF)N/(1+AF)。N N为无反馈的噪声系数。为无反馈的噪声系数。 引入负反馈后，噪声系数减小到引入负反馈后，噪声系数减小到N/(1+AF)N/(1+AF)，但输入信号也，但输入信号也将按同样的规律减小，结果输出端输出信号与噪声的比值（称将按同样的规律减小，结果输出端输出信号与噪声的比值（称为信噪比）并没有提高，因此为了提高信噪比，必须同时提高为信噪比）并没有提高，因此为了提高信噪比，必须同时提高有用信号的输入，这就要求信号源要有足够的负载能力。采用有用信号的输入，这就要求信号源要有足够的负载能力。采用负反馈，也可抑制干扰信号。负反馈，也可抑制干扰信号。上一上一页页 下一页下一页3.3 3.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响3.3.3 3.3.3 负反馈能扩展通频带负反馈能扩展通频带 由于耦合电容和旁路电容的存在，将引起低频段放大倍数由于耦合电容和旁路电容的存在，将引起低频段放大倍数下降和产生相位移，由于电路中分布电容和三极管极间电容的下降和产生相位移，由于电路中分布电容和三极管极间电容的存在，引起高频段放大倍数下降和产生相位移。对于任何原因存在，引起高频段放大倍数下降和产生相位移。对于任何原因引起的放大倍数下降，负反馈将起稳定作用。引起的放大倍数下降，负反馈将起稳定作用。上一页上一页 下一页下一页3.3 3.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响3.3.4 3.3.4 负反馈对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响 负反馈对输入电阻的影响，仅与反馈网络和基本放大器的负反馈对输入电阻的影响，仅与反馈网络和基本放大器的连接方式有关，而与输出端连接方式无关。连接方式有关，而与输出端连接方式无关。1.1.串联负反馈可以提高放大电路的输入电阻串联负反馈可以提高放大电路的输入电阻 图图3-143-14所示为串联负反馈的方框图，所示为串联负反馈的方框图，riri为无反馈时放大电为无反馈时放大电路的输入电阻，即路的输入电阻，即 当考虑偏置电阻当考虑偏置电阻R Rb b时，输入电阻应为时，输入电阻应为r rififRRb b，故输入电阻的，故输入电阻的提高，受到提高，受到R Rb b的限制，当的限制，当R Rb b的值较小时，则输入电阻取决于的值较小时，则输入电阻取决于R Rb b值。值。2.2.并联负反馈可以减小放大电路的输入电阻并联负反馈可以减小放大电路的输入电阻上一页上一页 下一页下一页图图3-143-14返回返回3.3 3.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响3.3.5 3.3.5 负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响1.1.电压负反馈可减小放大电路输出电阻电压负反馈可减小放大电路输出电阻2.2.电流负反馈可提高放大电路输出电阻电流负反馈可提高放大电路输出电阻 结论：结论：（1 1）放大电路若引入的是串联负反馈，则可以提高放大电路的）放大电路若引入的是串联负反馈，则可以提高放大电路的输入电阻，若引入的是并联反馈，则使输入电压下降。其提高输入电阻，若引入的是并联反馈，则使输入电压下降。其提高或降低的程度取决于反馈深度（或降低的程度取决于反馈深度（1+AF1+AF）。）。（2 2）放大电路若引入的是电压负反馈，则可减小放大电路的输）放大电路若引入的是电压负反馈，则可减小放大电路的输上一页上一页 下一页下一页3.3 3.3 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响出电阻，若引入的是电流反馈，则使输出电阻增加，其减小或出电阻，若引入的是电流反馈，则使输出电阻增加，其减小或增加的程度取决于反馈深度（增加的程度取决于反馈深度（1+AF1+AF）。）。 为了改善放大电路的某些性能，如何引入负反馈呢？一般为了改善放大电路的某些性能，如何引入负反馈呢？一般是：是：（1 1）要稳定直流量（静态工作点），应该引入直流负反馈。）要稳定直流量（静态工作点），应该引入直流负反馈。（2 2）根据信号源的性质决定引入串联负反馈，或者并联负反馈。）根据信号源的性质决定引入串联负反馈，或者并联负反馈。（3 3）根据负载对放大电路输出量的要求，即负载对其信号源的）根据负载对放大电路输出量的要求，即负载对其信号源的要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈。要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈。（4 4）在需要进行信号变换时，应选择合适的组态。）在需要进行信号变换时，应选择合适的组态。上一页上一页 返回返回3.4 3.4 深度负反馈放大电路的分析深度负反馈放大电路的分析3.4.1 3.4.1 深度负反馈的特点深度负反馈的特点 在负反馈放大电路中，当反馈深度（在负反馈放大电路中，当反馈深度（1+AF1+AF）1 1时的反馈，时的反馈，称为深度负反馈。一般在（称为深度负反馈。一般在（1+AF1+AF）1010时，就可以认为是深度时，就可以认为是深度负反馈。此时，由于（负反馈。此时，由于（1+AF1+AF）AFAF因此有因此有 A Af f=1/F (3-21)=1/F (3-21) 由式（由式（3-213-21）得出：）得出：（1 1）深度负反馈的闭环增益）深度负反馈的闭环增益AfAf只由反馈系数只由反馈系数F F来决定，而与开来决定，而与开环增益环增益A A几乎无关。几乎无关。（2 2）外加输入信号近似等于反馈信号，即）外加输入信号近似等于反馈信号，即X Xi iXXf f。 下一页下一页 返回返回3.4 3.4 深度负反馈放大电路的分析深度负反馈放大电路的分析3.4.2 3.4.2 深度负反馈放大倍数的估算深度负反馈放大倍数的估算 如果电路满足深度负反馈的条件，则在中频范围内，如果电路满足深度负反馈的条件，则在中频范围内， A Af f=1/F=1/F。在反馈网络是由阻容元件组成时，放大倍数主要由反馈。在反馈网络是由阻容元件组成时，放大倍数主要由反馈系数决定。在具体估算时，可先求出反馈系数系数决定。在具体估算时，可先求出反馈系数F F，然后求处，然后求处A Af f，但要注意这是广义放大倍数，要计算电压放大倍数时，需根据但要注意这是广义放大倍数，要计算电压放大倍数时，需根据电路结构做一定的转换。我们也可以这样来估算：由于是深度电路结构做一定的转换。我们也可以这样来估算：由于是深度负反馈，则反馈量负反馈，则反馈量X Xf f和放大电路的净输入量和放大电路的净输入量X Xi i相比要强得多，相比要强得多，所以可以认为反馈信号所以可以认为反馈信号X Xf f与外加输入信号与外加输入信号X Xi i基本相等而净输入信基本相等而净输入信号号X Xi i可计为零，即可计为零，即X Xi iXXf f和和 X Xi i00。上一页上一页 返回返回第第4 4章章 集成运算放大器集成运算放大器4.1 4.1 直接耦合放大电路中存在的主要问题直接耦合放大电路中存在的主要问题4.2 4.2 差分放大电路差分放大电路4.3 4.3 常见的几种改进型差分电路常见的几种改进型差分电路4.4 4.4 集成运算放大器集成运算放大器4.5 4.5 理想集成运算放大器与实际集成运算放理想集成运算放大器与实际集成运算放大器大器4.6 4.6 集成运算放大器在实际中的应用集成运算放大器在实际中的应用4.1 4.1 直接耦合放大电路中存在的主直接耦合放大电路中存在的主要问题要问题4.1.1 4.1.1 前后级的静态工作点相互影响前后级的静态工作点相互影响 由于采用了直接耦合，造成了级与级之间工作状态的相互由于采用了直接耦合，造成了级与级之间工作状态的相互影响。这一点可用影响。这一点可用图图4-14-1来说明。由于某种原因使得第一级静态来说明。由于某种原因使得第一级静态工作点工作点I IB1B1、I IC1C1和和U UCE1CE1发生变化时，则导致第二级的发生变化时，则导致第二级的I IB2B2、I IC2C2和和U UCE2CE2随之改变。显然，第二级静态工作点的变化会导致第三级静态随之改变。显然，第二级静态工作点的变化会导致第三级静态 下一页下一页 返回返回图图4-14-1返回返回4.1 4.1 直接耦合放大电路中存在的主直接耦合放大电路中存在的主要问题要问题工作点的改变。可见由于某种原因使得第一级静态工作点发生工作点的改变。可见由于某种原因使得第一级静态工作点发生变化时，就会引起其他各级直流工作状态的改变，这对直接耦变化时，就会引起其他各级直流工作状态的改变，这对直接耦合放大电路的设计和调整带来很多不便。为此，我们希望一个合放大电路的设计和调整带来很多不便。为此，我们希望一个直流放大器（往往是多级的）在输入信号为零时，其输出直流直流放大器（往往是多级的）在输入信号为零时，其输出直流电平也为零。这样，当多个直流放大器级联时，就不会造成直电平也为零。这样，当多个直流放大器级联时，就不会造成直流工作状态的相互影响。流工作状态的相互影响。上一页上一页 下一页下一页4.1 4.1 直接耦合放大电路中存在的主直接耦合放大电路中存在的主要问题要问题4.1.2 4.1.2 零点漂移零点漂移 当把一只电压表（用直流毫伏档）接入一个输入为零的直当把一只电压表（用直流毫伏档）接入一个输入为零的直流放大器的输出端时，由于输入信号为零，从理论上讲，输出流放大器的输出端时，由于输入信号为零，从理论上讲，输出端电表的指针应该一直停留在零点。但是实际上，它却离开零端电表的指针应该一直停留在零点。但是实际上，它却离开零点，出现忽大忽小、忽快忽慢的不规则摆动，这种现象称为零点，出现忽大忽小、忽快忽慢的不规则摆动，这种现象称为零点漂移，简称零漂。点漂移，简称零漂。 引起零漂的外界因素，主要有以下三种：引起零漂的外界因素，主要有以下三种：（1 1）时间漂移）时间漂移: :这是由于晶体管和其他元器件参数本身的老化而这是由于晶体管和其他元器件参数本身的老化而上一页上一页 下一页下一页4.1 4.1 直接耦合放大电路中存在的主直接耦合放大电路中存在的主要问题要问题 引起的一种零点漂移。引起的一种零点漂移。（2 2）温度漂移：这主要是由于晶体管的参数随着环境温度的变）温度漂移：这主要是由于晶体管的参数随着环境温度的变 化而变化所造成的零漂。化而变化所造成的零漂。（3 3）电源电压变化引起的漂移：这种漂移可认为是当电源电压）电源电压变化引起的漂移：这种漂移可认为是当电源电压变化时，电流的直流电平配置受到某种破坏而导致输出零点变化时，电流的直流电平配置受到某种破坏而导致输出零点的变动。温度变化是产生零点漂移的主要因素，也是最难克的变动。温度变化是产生零点漂移的主要因素，也是最难克服的因素。一个高质量的直流放大电路应该具有高的电压增服的因素。一个高质量的直流放大电路应该具有高的电压增益和小的零点漂移。益和小的零点漂移。上一页上一页 下一页下一页4.1 4.1 直接耦合放大电路中存在的主直接耦合放大电路中存在的主要问题要问题4.1.3 4.1.3 减小零点漂移的办法减小零点漂移的办法 在多级直接耦合放大电路中，由于各级电路的零点漂移逐级在多级直接耦合放大电路中，由于各级电路的零点漂移逐级放大，第一级的零漂所产生的影响占主要地位，所以抑制零放大，第一级的零漂所产生的影响占主要地位，所以抑制零漂主要是解决第一级放大管的参数受温度影响问题。一般采漂主要是解决第一级放大管的参数受温度影响问题。一般采用如下方法：用如下方法：1.1.选用高质量的硅管选用高质量的硅管 2. 2.利用二极管或热敏元利用二极管或热敏元件补偿件补偿3.3.采用差分式放大电路采用差分式放大电路 差分式放大就是采用两只型号相同、特性相同的晶体管进行差分式放大就是采用两只型号相同、特性相同的晶体管进行温度补偿，同时放大两个输入信号之差。这种电路具有许多温度补偿，同时放大两个输入信号之差。这种电路具有许多优点，因而在直接耦合放大器中获得广泛应用，成为集成运优点，因而在直接耦合放大器中获得广泛应用，成为集成运算放大器的基本组成单元。算放大器的基本组成单元。上一页上一页 返回返回4.2 4.2 差分放大电路差分放大电路4.2.1 4.2.1 基本差分放大电路基本差分放大电路 输入信号可以从两个输出端同时输入（称为双端输入），输入信号可以从两个输出端同时输入（称为双端输入），也可以从一个输入端输入，而将另一个输入端接地（称为单端也可以从一个输入端输入，而将另一个输入端接地（称为单端输入）。输出信号可以从两个管子集电极之间取出（称为双端输入）。输出信号可以从两个管子集电极之间取出（称为双端输出），也可以从一个输出端输出（称为单端输出），根据实输出），也可以从一个输出端输出（称为单端输出），根据实际需要，输入和输出方式可灵活选择。际需要，输入和输出方式可灵活选择。 下一页下一页 返回返回4.2 4.2 差分放大电路差分放大电路4.2.2 4.2.2 差分放大电路的静态分析差分放大电路的静态分析 静态时，输入信号静态时，输入信号u ui1i1=u=ui2i2=0=0。由于电路完全对称，两管的。由于电路完全对称，两管的集电极电流和集电极电位均相等，即集电极电流和集电极电位均相等，即I IC1C1=I=IC2C2，U UC1C1=U=UC2C2，此时输，此时输出电压出电压u uo o=U=UC1C1-U-UC2C2=0,=0,这就是说，基本差分放大电路输入为零时，这就是说，基本差分放大电路输入为零时，输出也为零。输出也为零。 当温度变化或电源电压波动时，两管集电极电位同时漂移，当温度变化或电源电压波动时，两管集电极电位同时漂移，两边电路的漂移在输出端互相抵消。在双端输出时，输出电两边电路的漂移在输出端互相抵消。在双端输出时，输出电压没有零点漂移，这是差分放大器的重要特点，也是差分放压没有零点漂移，这是差分放大器的重要特点，也是差分放大器抑制零点漂移的基本原理。大器抑制零点漂移的基本原理。上一页上一页 下一页下一页4.2 4.2 差分放大电路差分放大电路4.2.3 4.2.3 信号放大原理及电压放大倍数信号放大原理及电压放大倍数1.1.共模信号输入共模信号输入 理想情况下，差分放大电路的共模电压放大倍数为零。如果理想情况下，差分放大电路的共模电压放大倍数为零。如果电路的对称性不好，则在输出端会有输出电压，使共模电压电路的对称性不好，则在输出端会有输出电压，使共模电压放大倍数不为零。但此时，输出电压会很小，共模电压放大放大倍数不为零。但此时，输出电压会很小，共模电压放大倍数很小。倍数很小。 差分放大电路的共模电压放大倍数越小，其抑制零点漂移差分放大电路的共模电压放大倍数越小，其抑制零点漂移的能力就越强。的能力就越强。2.2.差模信号输入差模信号输入 牺牲一根管子的放大作用来换取对零点漂移的抑制。牺牲一根管子的放大作用来换取对零点漂移的抑制。3.3.任意信号输入任意信号输入上一页上一页 下一页下一页4.2 4.2 差分放大电路差分放大电路4.2.4 4.2.4 差分放大器的其他指标差分放大器的其他指标1.1.共模抑制比共模抑制比 用共模抑制比来衡量差动放大器电路性能的优劣。用共模抑制比来衡量差动放大器电路性能的优劣。CMRR定义如下定义如下2.2.差模输入电阻差模输入电阻 差模输入电阻差模输入电阻r ridid为在差模输入信号的作用下，输入电压为在差模输入信号的作用下，输入电压U Uidid与流入电流之比称为差模输入电阻与流入电流之比称为差模输入电阻r ridid，即从两个输入端看进，即从两个输入端看进去的差模输入电阻。且去的差模输入电阻。且3.3.差模输出电阻差模输出电阻 从两管集电极输出的差模输出电阻从两管集电极输出的差模输出电阻r rodod=2R=2Rc c。4.4.共模输出电阻共模输出电阻上一页上一页 返回返回4.3 4.3 常见的几种改进型差分电路常见的几种改进型差分电路4.3.1 4.3.1 长尾式差分放大电路长尾式差分放大电路 为了克服电路中可能存在的不完全对称引起的零点漂移，在为了克服电路中可能存在的不完全对称引起的零点漂移，在基本差分放大电路中增加了发射极公共电阻基本差分放大电路中增加了发射极公共电阻R Re e，则得到如，则得到如图图4-84-8所示的长尾式差分电路。所示的长尾式差分电路。 下一页下一页 返回返回4.3 4.3 常见的几种改进型差分电路常见的几种改进型差分电路4.3.2 4.3.2 带恒流源的差分电路带恒流源的差分电路1.1.恒流源特性恒流源特性 长尾式差动放大电路，由于接入长尾式差动放大电路，由于接入R Re e, ,提高了共模信号的抑制提高了共模信号的抑制能力，且能力，且R Re e愈大，抑制能力愈强。但是愈大，抑制能力愈强。但是R Re e增大，则增大，则R Re e上的直流压上的直流压降增大，为保证管子正常工作必须提高降增大，为保证管子正常工作必须提高V Veeee值，这是不合算的。值，这是不合算的。为此希望有这样一种器件，交流电阻为此希望有这样一种器件，交流电阻r r大，而直流电阻大，而直流电阻R R小。恒小。恒流源即有此特性。流源即有此特性。2.2.恒流源差分放大电路恒流源差分放大电路3.3.差分放大电路四种接法的比较差分放大电路四种接法的比较 表表4-14-1列出了差分放大电路四种接法的性能比较。列出了差分放大电路四种接法的性能比较。上一页上一页 返回返回表表4-14-1返回返回4.4 4.4 集成运算放大器集成运算放大器4.4.1 4.4.1 集成运算放大器的分类集成运算放大器的分类1.1.通用型集成运算放大器通用型集成运算放大器2.2.专用型集成运算放大器专用型集成运算放大器（1 1）低功耗或微功耗集成运算放大器）低功耗或微功耗集成运算放大器（2 2）高速集成运算放大器）高速集成运算放大器（3 3）宽带集成运算放大器）宽带集成运算放大器（4 4）高精度集成运放）高精度集成运放 下一页下一页 返回返回4.4 4.4 集成运算放大器集成运算放大器（5 5）高电压集成运算放大器）高电压集成运算放大器（6 6）功率型集成运算放大器）功率型集成运算放大器（7 7）高输入阻抗集成运算放大器）高输入阻抗集成运算放大器（8 8）电流型集成运算放大器）电流型集成运算放大器（9 9）跨导型集成运算放大器）跨导型集成运算放大器（1010）程控型集成运算放大器）程控型集成运算放大器（1111）低噪声型集成运算放大器）低噪声型集成运算放大器（1212）集成电压跟随器）集成电压跟随器上一页上一页 下一页下一页4.4 4.4 集成运算放大器集成运算放大器4.4.2 4.4.2 集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成1.1.集成运算放大器的组成集成运算放大器的组成1 1）输入级）输入级 输入级是提高运算放大器质量的关键部分输入级是提高运算放大器质量的关键部分.要求其要求其输入电阻高输入电阻高.为了能减小零点漂移和抑制共模干扰信号。为了能减小零点漂移和抑制共模干扰信号。2 2）中间级）中间级中间级的主要作用是提供足够大的电压放大倍数中间级的主要作用是提供足够大的电压放大倍数.故常故常称为电压放大级称为电压放大级3 3）输出级）输出级输出级的主要作用是输出足够的电流以满足负载的需输出级的主要作用是输出足够的电流以满足负载的需要要4 4）偏置电路）偏置电路 偏置电路的作用是为各级提供合适的工作电流。偏置电路的作用是为各级提供合适的工作电流。2.2.典型通用集成运算放大器典型通用集成运算放大器F007F007内部电路简介内部电路简介1 1）F007F007的内部电路的内部电路 图图4-134-13所示为所示为F007F007的内部电路。的内部电路。上一页上一页 下一页下一页图图4-134-13返回返回4.4 4.4 集成运算放大器集成运算放大器2 2）输入级）输入级3 3）中间放大级）中间放大级3.3.集成运算放大器的识读集成运算放大器的识读4.4.集成运算放大器在电路中的符号集成运算放大器在电路中的符号 集成运算放大器在实际电路中的符号如集成运算放大器在实际电路中的符号如图图4-144-14所示，其中所示，其中图图4-144-14（a a）是国际标准符号，是国际标准符号，图图4-144-14（b b）是曾用符号，是曾用符号，图图4-144-14（a a）中中“ ”表示信号的传输方向，表示信号的传输方向，“”表示放大倍表示放大倍数为理想条件。两个输入端中，数为理想条件。两个输入端中，“- -”号表示反向输入端，号表示反向输入端，“+ +”号表示同相输入端。号表示同相输入端。上一页上一页 下一页下一页图图4-144-14返回返回4.4 4.4 集成运算放大器集成运算放大器4.4.3 4.4.3 集成运算放大器的传输特性集成运算放大器的传输特性1.1.传输特性传输特性 集成运算放大器是一种多端器件，与二极管、三极管相集成运算放大器是一种多端器件，与二极管、三极管相似，使用者对其认识也应从其特性曲线开始。集成运放的传输似，使用者对其认识也应从其特性曲线开始。集成运放的传输特性是指输出电压与差模输入电压之间的关系曲线，如特性是指输出电压与差模输入电压之间的关系曲线，如图图4-154-15所示。所示。2.2.线性区的特点线性区的特点上一页上一页 下一页下一页图图4-154-15返回返回4.4 4.4 集成运算放大器集成运算放大器 工作在线性状态时，集成运放有以下两个特点：工作在线性状态时，集成运放有以下两个特点：由于运算放大器的差模输入电阻非常大（由于运算放大器的差模输入电阻非常大（r ridid ），故可认），故可认为两个输入端的输入电流为零，像断开一样，称为为两个输入端的输入电流为零，像断开一样，称为“虚断虚断”。由于运算放大器的开环差模输入电压放大倍数非常大（由于运算放大器的开环差模输入电压放大倍数非常大（A Auouo 0 0）。而输出电压）。而输出电压U Uo o是一个有限值，由式是一个有限值，由式U U+ +-U-U- -=U=Uo o/A/Auouo00可见，可见，U U+ +UU- -，表示同相端和反相端电位相等，称为，表示同相端和反相端电位相等，称为“虚短虚短”。3.3.非线性区（饱和区）的特点非线性区（饱和区）的特点上一页上一页 返回返回4.5 4.5 理想集成运算放大器与实际集理想集成运算放大器与实际集成运算放大器成运算放大器4.5.1 4.5.1 理想运算放大器及其性能指标理想运算放大器及其性能指标 下一页下一页 返回返回4.5 4.5 理想集成运算放大器与实际集理想集成运算放大器与实际集成运算放大器成运算放大器4.5.2 4.5.2 理想运放与实际运放理想运放与实际运放 实际上并不存在理想运放。但目前，集成运放的性能指标实际上并不存在理想运放。但目前，集成运放的性能指标已经做得很高，在分析他们组成的电路时，把他们看做是理想已经做得很高，在分析他们组成的电路时，把他们看做是理想运放，所得到的分析结果与实际情况以较接近，一般以能满足运放，所得到的分析结果与实际情况以较接近，一般以能满足工程的需要。但也应切记，按理想运放所得到的分析结果是有工程的需要。但也应切记，按理想运放所得到的分析结果是有误差的。分析运放参数与这一误差之间的关系，可以找出提高误差的。分析运放参数与这一误差之间的关系，可以找出提高集成运放电路性能的途径。集成运放电路性能的途径。上一页上一页 下一页下一页4.5 4.5 理想集成运算放大器与实际集理想集成运算放大器与实际集成运算放大器成运算放大器4.5.3 4.5.3 集成运放的三种基本输入形式集成运放的三种基本输入形式 集成运放按其信号输入方式的不同有同相输入、反相输入集成运放按其信号输入方式的不同有同相输入、反相输入和差模输入。和差模输入。1.1.反相输入反相输入 由于反相输入端与同相输入端是由于反相输入端与同相输入端是“虚短路虚短路”，而同相输入，而同相输入端又接地，因此可以把反相输入端看成是地电位，我们把这种端又接地，因此可以把反相输入端看成是地电位，我们把这种在电路中并没有真正接地，而具有地电位的点称为在电路中并没有真正接地，而具有地电位的点称为“虚地虚地”点。点。2.2.同相输入同相输入3.3.差模输入差模输入上一页上一页 返回返回4.6 4.6 集成运算放大器在实际中的应集成运算放大器在实际中的应用用4.6.1 4.6.1 集成运放在信号运算方面的应用集成运放在信号运算方面的应用1.1.加法运算电路加法运算电路 能实现输出电压与几个输入电压之和成比例的电路，称为能实现输出电压与几个输入电压之和成比例的电路，称为加法运算电路。按输入信号都从反相端或都从同相端输入来划加法运算电路。按输入信号都从反相端或都从同相端输入来划分。可分为反相加法电路和同相加法电路。分。可分为反相加法电路和同相加法电路。2.2.减法运算电路减法运算电路1 1）电路组成）电路组成 该电路输出电压与两输入电压之差成比例，实现减法运该电路输出电压与两输入电压之差成比例，实现减法运 下一页下一页 返回返回4.6 4.6 集成运算放大器在实际中的应集成运算放大器在实际中的应用用算，称为差动输入式减法运算电路。算，称为差动输入式减法运算电路。2 2）电路分析及减法运算条件）电路分析及减法运算条件 该电路是对差模输入电压进行放大，因此又称该电路是对差模输入电压进行放大，因此又称“差分放大差分放大器器”。3.3.微分电路微分电路4.4.积分运算电路积分运算电路 积分电路的输出电压不可能随时间无限增长下去，而是受积分电路的输出电压不可能随时间无限增长下去，而是受到运放最大输出电压的限制。当达到后就不再增长了。此后，到运放最大输出电压的限制。当达到后就不再增长了。此后，运放将进入非线性区。运放将进入非线性区。 上一页上一页 下一页下一页4.6 4.6 集成运算放大器在实际中的应集成运算放大器在实际中的应用用4.6.2 4.6.2 集成运放在信号处理方面的应用集成运放在信号处理方面的应用1.1.电压比较器电压比较器 电压比较器是将输入电压接入运放的一个输入端而将另一个电压比较器是将输入电压接入运放的一个输入端而将另一个输入端接参考电压，将两个电压进行幅度比较，由输出状态反映输入端接参考电压，将两个电压进行幅度比较，由输出状态反映所比较的结果。所比较的结果。1 1）过零比较器）过零比较器2 2）迟滞比较器）迟滞比较器2.2.波形发生器波形发生器1 1）矩形波发生器）矩形波发生器上一页上一页 下一页下一页4.6 4.6 集成运算放大器在实际中的应集成运算放大器在实际中的应用用2 2）三角波发生器）三角波发生器3 3）锯齿波发生器）锯齿波发生器3.3.测量放大器测量放大器4.4.有源滤波器有源滤波器1 1）低通滤波器）低通滤波器2 2）高通滤波器）高通滤波器5.5.可编程增益放大器可编程增益放大器上一页上一页 返回返回图图4-8 返回第第5 5章章 功率放大电路功率放大电路5.1 5.1 功率放大电路概述功率放大电路概述5.2 5.2 甲类功率放大电路甲类功率放大电路5.3 5.3 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路5.4 5.4 实际功率放大电路分析实际功率放大电路分析5.1 5.1 功率放大电路概述功率放大电路概述5.1.1 5.1.1 功率放大电路的特点功率放大电路的特点1.1.要求输出足够大的功率要求输出足够大的功率 所谓最大输出功率是指在输入正弦波信号下，输入波形不所谓最大输出功率是指在输入正弦波信号下，输入波形不超过规定的非线性失真指标时，功放电路最大输出电压和最大超过规定的非线性失真指标时，功放电路最大输出电压和最大输出电流有效值的乘积，其表达式为输出电流有效值的乘积，其表达式为P Pomaxomax=I=IomomU Uomom2.2.效率要高效率要高 功放电路输出给负载的信号是由直流电源能量转换而来的。功放电路输出给负载的信号是由直流电源能量转换而来的。3.3.非线性失真要小非线性失真要小 下一页下一页 返回返回5.1 5.1 功率放大电路概述功率放大电路概述 由于功放管工作在大信号状态下，其电压和电流大起大由于功放管工作在大信号状态下，其电压和电流大起大落，变化幅度大，工作点接近管子的截止区和饱和区，因而产落，变化幅度大，工作点接近管子的截止区和饱和区，因而产生的非线性失真就大，而且输出功率越大，非线性失真就越严生的非线性失真就大，而且输出功率越大，非线性失真就越严重。重。4.4.要考虑功率管的散热和保护问题要考虑功率管的散热和保护问题5.5.在分析方法上，通常采用图解法在分析方法上，通常采用图解法 对功率放大电路的要求是：在保证晶体管安全工作的条件对功率放大电路的要求是：在保证晶体管安全工作的条件下和允许失真的范围内，充分发挥其潜力，输出尽量大的功率。下和允许失真的范围内，充分发挥其潜力，输出尽量大的功率。同时，还要减小管子的损耗，以提高其效率。同时，还要减小管子的损耗，以提高其效率。 上一页上一页 下一页下一页5.1 5.1 功率放大电路概述功率放大电路概述5.1.2 5.1.2 功率放大电路的三种工作状态功率放大电路的三种工作状态 根据功率管静态工作点在输出特性曲线上位置的不同，功根据功率管静态工作点在输出特性曲线上位置的不同，功放电路主要有甲类、甲乙类和乙类三种工作状态，如放电路主要有甲类、甲乙类和乙类三种工作状态，如图图5-25-2所示。所示。1.1.甲类放大状态甲类放大状态 静态工作点静态工作点Q Q选在交流负载线的中点，输入信号的整个周期选在交流负载线的中点，输入信号的整个周期内均有电流流过功率管，即管子在一周内都导通，通常将这种内均有电流流过功率管，即管子在一周内都导通，通常将这种工作状态称为甲类放大。工作状态称为甲类放大。2.2.甲乙类放大状态甲乙类放大状态上一页上一页 下一页下一页图图5-25-2返回返回5.1 5.1 功率放大电路概述功率放大电路概述 静态工作点静态工作点Q Q沿交流负载线下移，静态集电极电流沿交流负载线下移，静态集电极电流I ICQCQ很小，很小，功率管在一个周期内有半个周期以上导通，这种工作转台称为功率管在一个周期内有半个周期以上导通，这种工作转台称为甲乙类放大。甲乙类放大。3.3.乙类放大状态乙类放大状态 如果静态工作点下移到放大区和截止区相交处，使如果静态工作点下移到放大区和截止区相交处，使I ICQCQ00，这时静态管耗也近似为零，功率管在一个周期内只有半个周期这时静态管耗也近似为零，功率管在一个周期内只有半个周期导通，这种工作状态称为乙类放大。导通，这种工作状态称为乙类放大。 乙类功放电路的效率最高，甲乙类其次，甲类最低。乙类功放电路的效率最高，甲乙类其次，甲类最低。上一页上一页 返回返回5.2 5.2 甲类功率放大电路甲类功率放大电路5.2.1 5.2.1 阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 阻容耦合放大电路用来作为功率放大器，其静态工作点的阻容耦合放大电路用来作为功率放大器，其静态工作点的位置必须居中，即工作在甲类放大状态，只有这样，输出电压、位置必须居中，即工作在甲类放大状态，只有这样，输出电压、输出电流才能在线性放大区有最大摆动振幅，才能输出最大的输出电流才能在线性放大区有最大摆动振幅，才能输出最大的不失真功率。对电路的输出功率及效率进行分析估算。不失真功率。对电路的输出功率及效率进行分析估算。1 1）最大不失真输出功率）最大不失真输出功率P Pomom 功放电路的最大不失真输出功率，是指在正弦信号输入功放电路的最大不失真输出功率，是指在正弦信号输入下，失真不超过额定要求时，电路输出的最大信号功率，用放下，失真不超过额定要求时，电路输出的最大信号功率，用放 下一页下一页 返回返回5.2 5.2 甲类功率放大电路甲类功率放大电路大电路的最大输出电压有效值和最大输出电流有效值的乘积来大电路的最大输出电压有效值和最大输出电流有效值的乘积来表示。表示。2 2）效率）效率 功率放大器的效率是指负载得到的信号功率和电源供给的功率放大器的效率是指负载得到的信号功率和电源供给的功率之比。功率之比。3 3）管耗）管耗 管耗即功放管消耗的功率，它主要发生在集电结上，称为管耗即功放管消耗的功率，它主要发生在集电结上，称为集电极耗散功率集电极耗散功率P PT T。 上一页上一页 下一页下一页5.2 5.2 甲类功率放大电路甲类功率放大电路5.2.2 5.2.2 变压器耦合单管功率放大器变压器耦合单管功率放大器 图图5-55-5（a a）所示为变压器耦合的单管功率放大器的典型电所示为变压器耦合的单管功率放大器的典型电路。图中，变压器初级接在集电极电路中，代替集电极负载电路。图中，变压器初级接在集电极电路中，代替集电极负载电阻。利用变压器的阻抗交换作用，可将负载电阻阻。利用变压器的阻抗交换作用，可将负载电阻R RL L折算到变压器折算到变压器初级。在不考虑变压器耗损的理想情况下，折算到初级的等效初级。在不考虑变压器耗损的理想情况下，折算到初级的等效交流电阻交流电阻R RL L为为 R RL L=n=n2 2R RL L （5-95-9）式中式中n=Nn=N1 1/N/N2 2为变压器的变化。这样，利用阻抗交换就可把交流为变压器的变化。这样，利用阻抗交换就可把交流负载电阻变换成我们所需要的数值。负载电阻变换成我们所需要的数值。上一页上一页 返回返回图图5-55-5（a a）返回返回5.3 5.3 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路5.3.1 OCL5.3.1 OCL互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路1.1.乙类乙类OCLOCL互补对称电路互补对称电路 为了提高功率放大器的效率，让静态工作点下移到放大区为了提高功率放大器的效率，让静态工作点下移到放大区与截止区的交界处，使与截止区的交界处，使ICQ0ICQ0。这时静态管耗也近似为零，效。这时静态管耗也近似为零，效率最高，但功率管在一个周期内只有半个周期导通，输出波形率最高，但功率管在一个周期内只有半个周期导通，输出波形出现了严重的失真，只能放大一个半周。这种工作状态称为乙出现了严重的失真，只能放大一个半周。这种工作状态称为乙类放大。类放大。2.2.乙类乙类OCLOCL互补对称电路主要参数估算互补对称电路主要参数估算1 1）最大输出功率）最大输出功率P Pomaxomax及效率及效率 下一页下一页 返回返回5.3 5.3 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路2 2）管耗）管耗 当输入电压为零，即输出功率最小时，由于集电极电流很当输入电压为零，即输出功率最小时，由于集电极电流很小，使管子的损耗很小；当输入电压最大，即输出功率最大小，使管子的损耗很小；当输入电压最大，即输出功率最大时，由于管压降很小，管子的损耗也很小。时，由于管压降很小，管子的损耗也很小。3 3）功率管参数的选择）功率管参数的选择（1 1）U U(BR)CEO(BR)CEO的选择的选择（2 2）I ICMCM的选择的选择（3 3）P PCMCM的选择的选择3.3.甲乙类甲乙类OCLOCL互补对称电路互补对称电路 上一页上一页 下一页下一页5.3 5.3 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路5.3.2 OTL5.3.2 OTL互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路1.1.基本电路基本电路 OCL OCL互补对称电路是双电源供电的，在某些只能由单电源供互补对称电路是双电源供电的，在某些只能由单电源供电的场合，则可采用电的场合，则可采用图图5-105-10所示的单电源互补对称电路。该电所示的单电源互补对称电路。该电路简称为路简称为OTLOTL电路（无输出变压器电路）。电路（无输出变压器电路）。2.2.带自举的带自举的OTLOTL电路电路上一页上一页 下一页下一页图图5-105-10返回返回5.3 5.3 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路5.3.3 5.3.3 采用复合管的准互补对称功率放大电采用复合管的准互补对称功率放大电路路1.1.复合管复合管 所谓复合管就是由两个三极管通过一定的方式连接形成的所谓复合管就是由两个三极管通过一定的方式连接形成的一个等效三极管。其中的两个三极管可以是相同导电型的，也一个等效三极管。其中的两个三极管可以是相同导电型的，也可以是不同导电型的。可以是不同导电型的。 复合管有如下特点：复合管有如下特点：复合管放大倍数复合管放大倍数1 12 2；复合复合管的管型和电极性质与第一只管子相同。管的管型和电极性质与第一只管子相同。2.2.复合管组成的准互补对称放大电路复合管组成的准互补对称放大电路上一页上一页 返回返回5.4 5.4 实际功率放大电路分析实际功率放大电路分析5.4.1 OLT5.4.1 OLT音频功率放大电路音频功率放大电路1.1.电路组成电路组成 图图5-145-14中的音频功率放大电路共有三个放大级。前置放大中的音频功率放大电路共有三个放大级。前置放大级由级由NPNNPN三极管三极管T T1 1组成，是一个典型的静态工作点稳定电路。大组成，是一个典型的静态工作点稳定电路。大电容电容C C1 1、C C3 3作为隔离电容分别与输入信号以及中间级耦合。作为隔离电容分别与输入信号以及中间级耦合。 中间级由中间级由PNPPNP三极管三极管T T2 2组成单管共射放大电路，组成单管共射放大电路，R R9 9是其集电是其集电 下一页下一页 返回返回图图5-145-14返回返回5.4 5.4 实际功率放大电路分析实际功率放大电路分析极负载电阻。极负载电阻。2.2.主要技术指标的估算主要技术指标的估算（1 1）求闭环电压放大倍数）求闭环电压放大倍数 闭环电压放大倍数近似等于反馈系闭环电压放大倍数近似等于反馈系数的倒数。数的倒数。 A Aufuf=U=Uo o/U/Ui i1/F=1011/F=101（2 2）求最大输出功率）求最大输出功率最大输出功率为最大输出功率为 上一页上一页 下一页下一页5.4 5.4 实际功率放大电路分析实际功率放大电路分析5.4.2 OCL5.4.2 OCL高保真功率放大电路高保真功率放大电路1.1.电路组成电路组成 功率放大电路包括三个放大级：差动放大输入级、中间级功率放大电路包括三个放大级：差动放大输入级、中间级和功率输出级。和功率输出级。 输入级是由三极管输入级是由三极管T T1 1、T T2 2和和T T3 3组成的恒流源式差分放大电路。组成的恒流源式差分放大电路。 中间级为由中间级为由T T4 4、T T5 5组成的共射放大电路。组成的共射放大电路。上一页上一页 下一页下一页5.4 5.4 实际功率放大电路分析实际功率放大电路分析 输出级由输出级由T T6 6、T T7 7、T T8 8、T T9 9和和T T1010组成，是一个组成，是一个OCLOCL准互补对称准互补对称放大电路。放大电路。2.2.主要技术指标的估算主要技术指标的估算（1 1）求闭环电压放大倍数。在电容）求闭环电压放大倍数。在电容C C1 1的容抗可以忽略的情况的容抗可以忽略的情况下，可以利用以下公式直接估算放大电路的闭环电压放大倍数下，可以利用以下公式直接估算放大电路的闭环电压放大倍数 A Aufuf=U=Uo o/U/Ui i1+R1+Rf f/R/Rb2b236.536.5（2 2）求最大输出功率）求最大输出功率最大输出功率为最大输出功率为上一页上一页 下一页下一页5.4 5.4 实际功率放大电路分析实际功率放大电路分析5.4.3 5.4.3 集成功率放大器集成功率放大器 随着集成技术的发展，近年来出现了集成功率放大器，采随着集成技术的发展，近年来出现了集成功率放大器，采用集成工艺把功率放大器中的晶体管和电阻器制作在一块硅片用集成工艺把功率放大器中的晶体管和电阻器制作在一块硅片上，有的在一个器件之内集成了从差分前置放大知道上，有的在一个器件之内集成了从差分前置放大知道OCLOCL功放的功放的整个放大线路，新近产品有的还把许多有关附属电器也集成进整个放大线路，新近产品有的还把许多有关附属电器也集成进去。这些都称为集成功率放大器。去。这些都称为集成功率放大器。1.1.单片音频功率放大器单片音频功率放大器5G375G37 5G37 5G37是一块集成音频功率放大器，其最大不失真输出功率是一块集成音频功率放大器，其最大不失真输出功率上一页上一页 下一页下一页5.4 5.4 实际功率放大电路分析实际功率放大电路分析为为2 23W3W，适应工作电压，适应工作电压141420V20V，负载为，负载为4 41616，可作为收音，可作为收音机、录音机、电唱机的功率放大器，也可用于电视机作帧输出机、录音机、电唱机的功率放大器，也可用于电视机作帧输出电路，是应用非常广泛的集成功率放大器之一。电路，是应用非常广泛的集成功率放大器之一。2.5G372.5G37组成的组成的BTLBTL电路电路 BTL BTL电路是平衡式无输出变压器电路（或称桥接推挽功率放电路是平衡式无输出变压器电路（或称桥接推挽功率放大电路），它的主要特点是在较低电源电压下可得较大的输出大电路），它的主要特点是在较低电源电压下可得较大的输出功率，因而可以降低提高电源电压的要求，也有利于降低对功功率，因而可以降低提高电源电压的要求，也有利于降低对功放管的要求。放管的要求。上一页上一页 下一页下一页5.4 5.4 实际功率放大电路分析实际功率放大电路分析5.4.4 5.4.4 功率放大器应用中的几个问题功率放大器应用中的几个问题 在功率放大器的实际工作中，为了电路特别是功放管的安在功率放大器的实际工作中，为了电路特别是功放管的安全，有一些问题应当引起注意。全，有一些问题应当引起注意。1.1.供放管放热供放管放热 通常的散热措施是给功放管加装散热片，在功放电路中，通常的散热措施是给功放管加装散热片，在功放电路中，尤其是中、大功率的功放电路中，必须按照要求给功放管加散尤其是中、大功率的功放电路中，必须按照要求给功放管加散热片（板）。热片（板）。2.2.功放管的二次击穿功放管的二次击穿上一页上一页 下一页下一页5.4 5.4 实际功率放大电路分析实际功率放大电路分析 在大电压大电流情况下工作的功放管，要设法避免或减少在大电压大电流情况下工作的功放管，要设法避免或减少二次击穿的发生，缩短一二次击穿的时间，其主要措施是：通二次击穿的发生，缩短一二次击穿的时间，其主要措施是：通过增大管子的功率容量、改善管子的散热状况等保证管子工作过增大管子的功率容量、改善管子的散热状况等保证管子工作在安全区之内；避免由电源剧烈波动、输入信号突然加强以及在安全区之内；避免由电源剧烈波动、输入信号突然加强以及负载开路、短路等原因引起的过流和过压现象；在负载两端并负载开路、短路等原因引起的过流和过压现象；在负载两端并联保护二极管，防止感性负载造成功率管过压或过流，在功放联保护二极管，防止感性负载造成功率管过压或过流，在功放管的管的C C、E E端并联稳压管可吸收瞬时过电压。端并联稳压管可吸收瞬时过电压。3.3.功放管的过压过流保护功放管的过压过流保护 如上所述如上所述.功放管经常工作在大电压大电流状态功放管经常工作在大电压大电流状态,一旦出现过一旦出现过电压过电流很容易受到损坏而功放管本身又比较贵重电压过电流很容易受到损坏而功放管本身又比较贵重.因而一因而一般都要设置功放管过压保护电路和过流保护电路。此外般都要设置功放管过压保护电路和过流保护电路。此外.扬声扬声器过流时也会使音圈移位或将扬声器烧毁器过流时也会使音圈移位或将扬声器烧毁.因而也要设过流保因而也要设过流保护。护。上一页上一页 返回返回第第6 6章章 正弦波振荡电路正弦波振荡电路6.1 6.1 振荡的基本概念振荡的基本概念6.2 RC6.2 RC振荡电路振荡电路6.3 LC6.3 LC振荡电路振荡电路6.1 6.1 振荡的基本概念振荡的基本概念6.1.1 6.1.1 振荡电路的基本概念和组成振荡电路的基本概念和组成 正弦振荡电路由放大器和反馈网络等组成，当输入量为零正弦振荡电路由放大器和反馈网络等组成，当输入量为零时，净输入量等于反馈量。时，净输入量等于反馈量。 正弦波振荡电路必须由四个部分组成：正弦波振荡电路必须由四个部分组成：（1 1）放大电路：保证电路有从起振到动态平衡的过程，使电路）放大电路：保证电路有从起振到动态平衡的过程，使电路获得一定幅度的输出量。获得一定幅度的输出量。 下一页下一页 返回返回6.1 6.1 振荡的基本概念振荡的基本概念（2 2）选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的）选频网络：确定电路的振荡频率，使电路产生单一频率的振荡。振荡。（3 3）正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于反）正反馈网络：引入正反馈，使放大电路的输入信号等于反馈信号。馈信号。（4 4）稳幅环节：非线性电路，是输出信号的幅度不能无限增长）稳幅环节：非线性电路，是输出信号的幅度不能无限增长同时又稳定在一定幅度。同时又稳定在一定幅度。上一页上一页 下一页下一页6.1 6.1 振荡的基本概念振荡的基本概念6.1.2 6.1.2 振荡条件振荡条件1 1）振荡的平衡条件）振荡的平衡条件 当反馈信号当反馈信号 等于放大器的输入信号等于放大器的输入信号 时，振荡电路的输时，振荡电路的输出电压不再发生变化，电路达到平衡状态，因此将出电压不再发生变化，电路达到平衡状态，因此将 称为称为振荡的平衡条件，即振荡的平衡条件，即 （6-16-1）2 2）振荡的起振条件）振荡的起振条件 式（式（6-16-1）是指振荡电路进入平衡状态以后维持振荡的平衡）是指振荡电路进入平衡状态以后维持振荡的平衡条件。振荡的起振条件也包括两个方面，即幅度条件式条件。振荡的起振条件也包括两个方面，即幅度条件式上一页上一页 返回返回6.2 RC6.2 RC振荡电路振荡电路6.2.1 RC6.2.1 RC移相振荡器移相振荡器 RC RC移相式振荡电路具有结构简单、经济方便等优点。其不移相式振荡电路具有结构简单、经济方便等优点。其不足是选频特性差，频率调节不方便，输出不够稳定，输出波形足是选频特性差，频率调节不方便，输出不够稳定，输出波形差，一般只能用于振荡频率固定，稳定性要求不高的场合，其差，一般只能用于振荡频率固定，稳定性要求不高的场合，其频率范围为几赫兹到几十千赫兹。频率范围为几赫兹到几十千赫兹。 下一页下一页 返回返回6.2 RC6.2 RC振荡电路振荡电路6.2.2 RC6.2.2 RC桥式振荡器桥式振荡器 将将RCRC串并联选频网络和放大器结合起来即可构成串并联选频网络和放大器结合起来即可构成RCRC振荡电振荡电路，放大器可采用集成运算放大器。路，放大器可采用集成运算放大器。 由集成运算放大器和由集成运算放大器和RCRC选频网络构成的选频网络构成的RCRC桥式振荡电路如桥式振荡电路如图图6-36-3、图图6-46-4所示。图中所示。图中RCRC选频网络接在放大器的输出端和同选频网络接在放大器的输出端和同相输入端之间，构成正反馈，相输入端之间，构成正反馈，RFRF、R1R1接在放大器的输出端和反接在放大器的输出端和反上一页上一页 下一页下一页图图6-36-3返回返回图图6-46-4返回返回6.2 RC6.2 RC振荡电路振荡电路 相输入端之间，构成负反馈。正反馈电路与负反馈电路构成文相输入端之间，构成负反馈。正反馈电路与负反馈电路构成文 氏桥电路，见氏桥电路，见图图6-36-3。所以也称这种振荡电路为文氏桥振荡电路。所以也称这种振荡电路为文氏桥振荡电路。采用双联可调电位器或双联可调电容器即可方便的调节振荡频采用双联可调电位器或双联可调电容器即可方便的调节振荡频率。率。 在常用的在常用的RCRC振荡电路中，一般采用切换高稳定度的电容来进行振荡电路中，一般采用切换高稳定度的电容来进行频段的转换，即频率的粗调，再采用双联可变电位器进行频率频段的转换，即频率的粗调，再采用双联可变电位器进行频率的细调。的细调。上一页上一页 返回返回图图6-36-3返回返回6.3 LC6.3 LC振荡电路振荡电路6.3.1 6.3.1 变压器振荡式反馈电路变压器振荡式反馈电路 LC LC并联谐振回路如并联谐振回路如图图6-56-5所示。所示。R R为线圈为线圈L L的等效耗损电的等效耗损电阻，由于电容的耗损很小而忽略。可得并联谐振回路的等效阻阻，由于电容的耗损很小而忽略。可得并联谐振回路的等效阻抗为抗为 若维持电流源幅度不变，在谐振频率附近改变其频率，则输若维持电流源幅度不变，在谐振频率附近改变其频率，则输出电压的变化规律与回路的阻抗频率特征相似，显然并联谐出电压的变化规律与回路的阻抗频率特征相似，显然并联谐振回路具有很好的选频作用。振回路具有很好的选频作用。 下一页下一页 返回返回图图6-56-5返回返回6.3 LC6.3 LC振荡电路振荡电路6.3.2 6.3.2 电感反馈式振荡电路电感反馈式振荡电路 电感反馈式正弦波振荡电路又称为哈特利振荡电路，其原电感反馈式正弦波振荡电路又称为哈特利振荡电路，其原理电路如理电路如图图6-66-6所示。图中三极管构成共发射极放大电路，电感所示。图中三极管构成共发射极放大电路，电感L L1 1、L L2 2和电容和电容C C构成正反馈选频电路。由于振谐回路的三个端点构成正反馈选频电路。由于振谐回路的三个端点分别与三极管的三个极相接，反馈信号取自电感线圈分别与三极管的三个极相接，反馈信号取自电感线圈L L2 2两端电两端电压，故也称为电感三点式振荡电路。压，故也称为电感三点式振荡电路。 电感反馈式振荡电路的特点是由于电感反馈式振荡电路的特点是由于L L1 1和和L L2 2耦合好，正反馈较耦合好，正反馈较强，所以容易起振。该电路只要改变振荡回路的电容值，就可强，所以容易起振。该电路只要改变振荡回路的电容值，就可以调节振荡回路的频率。以调节振荡回路的频率。上一页上一页 下一页下一页图图6-66-6返回返回6.3 LC6.3 LC振荡电路振荡电路6.3.3 6.3.3 电容反馈式振荡电路电容反馈式振荡电路 在在图图6-76-7所示的电路中，将电感所示的电路中，将电感L L1 1和和L L2 2换成换成C C1 1和和C C2 2，电容，电容C C换换成电感成电感L L，并增加电阻，并增加电阻RCRC，就构成电容反馈式正弦波振荡电路。，就构成电容反馈式正弦波振荡电路。由于由于C C1 1和和C C2 2的三个接头分别接到三极管的三个极，故称为电容三的三个接头分别接到三极管的三个极，故称为电容三点式正弦波振荡电路，又称为考毕兹电路。点式正弦波振荡电路，又称为考毕兹电路。 电容三点式振荡电路的反馈信号取自电容电容三点式振荡电路的反馈信号取自电容C2C2两端，因为两端，因为C2C2对高次谐波呈现较小的容抗，反馈信号中高次谐波的分量小，对高次谐波呈现较小的容抗，反馈信号中高次谐波的分量小，故输出的波形较好。但当通过调整故输出的波形较好。但当通过调整C1C1或或C2C2来调节振荡频率时，来调节振荡频率时，同时会改变正反馈量的大小，因而输出信号幅度会发生变化，同时会改变正反馈量的大小，因而输出信号幅度会发生变化，甚至可能会使电路停振。所以这种电路的调节很不方便。甚至可能会使电路停振。所以这种电路的调节很不方便。上一页上一页 下一页下一页图图6-76-7返回返回6.3 LC6.3 LC振荡电路振荡电路6.3.4 6.3.4 石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路1.1.石英晶体谐振器的阻抗特性石英晶体谐振器的阻抗特性 石英是一种各向异性的结晶体，其化学成分为二氧化硅。石英是一种各向异性的结晶体，其化学成分为二氧化硅。从一块晶体上按一定的方位角切下的薄片称为晶片，其形状可从一块晶体上按一定的方位角切下的薄片称为晶片，其形状可以是正方形、矩形或圆形等，然而在晶片的两个面上镀上银层以是正方形、矩形或圆形等，然而在晶片的两个面上镀上银层作为电极，再用金属或玻璃外壳封装并引出电极，就成为石英作为电极，再用金属或玻璃外壳封装并引出电极，就成为石英晶体振谐器，简称石英晶体。晶体振谐器，简称石英晶体。 石英晶体使用时必须注意以下几点：石英晶体使用时必须注意以下几点：（1 1）石英晶体按规定要接一定的负载电容）石英晶体按规定要接一定的负载电容CLCL，用来补偿生产过，用来补偿生产过程中晶片的频率误差，以达到标称频率。程中晶片的频率误差，以达到标称频率。上一页上一页 下一页下一页6.3 LC6.3 LC振荡电路振荡电路（2 2）石英晶体工作时，必须要有合适的激励电平。假如激励电）石英晶体工作时，必须要有合适的激励电平。假如激励电平过大，频率稳定度会显著变坏，甚至可能将晶片损坏；假如平过大，频率稳定度会显著变坏，甚至可能将晶片损坏；假如激励电平过小，则噪声影响大，振荡输出幅度减小，甚至可能激励电平过小，则噪声影响大，振荡输出幅度减小，甚至可能停振。停振。2.2.石英晶体振荡电路石英晶体振荡电路 用石英晶体构成的正弦波振荡电路的基本电路有两类。一用石英晶体构成的正弦波振荡电路的基本电路有两类。一类是石英晶体作为一个高类是石英晶体作为一个高Q Q值的电感元件，和回路中的其他元件值的电感元件，和回路中的其他元件形成并联谐振，称为并联型晶体振荡电路；另一类是石英晶体形成并联谐振，称为并联型晶体振荡电路；另一类是石英晶体作为一个正反馈通路元件，工作在串联谐振状态，称为串联型作为一个正反馈通路元件，工作在串联谐振状态，称为串联型晶体振荡电路。晶体振荡电路。上一页上一页 返回返回第第7 7章章 直流稳压电源直流稳压电源7.1 7.1 整流电路整流电路7.2 7.2 滤波电路滤波电路7.3 7.3 直流稳压电路直流稳压电路7.1 7.1 整流电路整流电路7.1.1 7.1.1 单相半波整流电路单相半波整流电路1.1.电路组成电路组成2.2.工作原理工作原理3.3.负载直流电压和整流二极管上的电压和电流负载直流电压和整流二极管上的电压和电流1 1）负载直流电压）负载直流电压ULUL2 2）负载电流）负载电流ILIL3 3）二极管正向电流和负载电流）二极管正向电流和负载电流4 4）二极管反向峰值电压）二极管反向峰值电压 下一页下一页 返回返回7.1 7.1 整流电路整流电路 在整流电路中，二极管必须满足电路要求，选择整流二极在整流电路中，二极管必须满足电路要求，选择整流二极管的条件为管的条件为（1 1）二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值电压。）二极管允许的最大反向电压应大于承受的反向峰值电压。（2 2）二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的平均工作）二极管允许的最大整流电流应大于流过二极管的平均工作电流。电流。 半波整流电路的特点：电源利用率低（半波），输出直流半波整流电路的特点：电源利用率低（半波），输出直流电压低，输出电压脉动大（有半个周期无输出）。解决的办法电压低，输出电压脉动大（有半个周期无输出）。解决的办法是改进电路，实现全波整流。是改进电路，实现全波整流。上一页上一页 下一页下一页7.1 7.1 整流电路整流电路7.1.2 7.1.2 单相全波整流电流单相全波整流电流1.1.变压器中心抽头式单相全波整流电流变压器中心抽头式单相全波整流电流1 1）电路图）电路图2 2）工作原理）工作原理3 3）负载和整流二极管上的电压和电流）负载和整流二极管上的电压和电流（1 1）负载电压：与半波整流相比较，全波整流输出直流电压是）负载电压：与半波整流相比较，全波整流输出直流电压是半波整流的半波整流的2 2倍。倍。（2 2）负载电流）负载电流上一页上一页 下一页下一页7.1 7.1 整流电路整流电路（3 3）二极管的平均电流）二极管的平均电流（4 4）二极管承受反向峰值电压）二极管承受反向峰值电压 全波整流的特点：输出直流电压高；单管承受的反向峰值全波整流的特点：输出直流电压高；单管承受的反向峰值压比半波整流高一倍；变压器压比半波整流高一倍；变压器T T需中心抽头，变压器利用率不需中心抽头，变压器利用率不高，成本高。高，成本高。2.2.单相桥式全波整流电流单相桥式全波整流电流 桥式整流电路的特点：输出电压高，纹波小，桥式整流电路的特点：输出电压高，纹波小，U URMRM较低，应较低，应用广泛。用广泛。上一页上一页 返回返回7.2 7.2 滤波电路滤波电路7.2.1 7.2.1 电容滤波器电容滤波器 电容滤波器就是将电容器与负载电阻电容滤波器就是将电容器与负载电阻RLRL并联，利用电容器并联，利用电容器两端电压不能突变的原理滤出脉动直流电中的交流成分。两端电压不能突变的原理滤出脉动直流电中的交流成分。1.1.电路电路2.2.工作原理工作原理 电容滤波就是利用电容器存储电能的作用。电容滤波就是利用电容器存储电能的作用。3.3.输出直流电压输出直流电压4.4.二极管承受反向峰值电压二极管承受反向峰值电压 下一页下一页 返回返回7.2 7.2 滤波电路滤波电路7.2.2 7.2.2 电感滤波器电感滤波器1.1.电路电路 电感滤波器就是将电感与负载串联，电路如电感滤波器就是将电感与负载串联，电路如图图7-127-12所示。所示。图中电感图中电感L L组成电感滤波器电路。电感滤波只适用于全波整流。组成电感滤波器电路。电感滤波只适用于全波整流。2.2.工作原理工作原理 电感滤波电路中电感电感滤波电路中电感L L与负载与负载RLRL串联，利用流过电感电流不串联，利用流过电感电流不能突变原理来实现输出平滑电流。当电路电流增加时，电感存储能突变原理来实现输出平滑电流。当电路电流增加时，电感存储上一页上一页 下一页下一页图图7-127-12返回返回7.2 7.2 滤波电路滤波电路能量，当电流减小时，电感释放能量，使负载电路比较平滑，能量，当电流减小时，电感释放能量，使负载电路比较平滑，从而使负载从而使负载RLRL得到平滑的直流电压。从谐波分析的角度，电感得到平滑的直流电压。从谐波分析的角度，电感具有通直流阻交流的作用，电感阻止了脉动直流中的谐波成具有通直流阻交流的作用，电感阻止了脉动直流中的谐波成分，减小了输出电压中交流成分，获得平滑直流电压。分，减小了输出电压中交流成分，获得平滑直流电压。3.3.输出直流电压输出直流电压 电感滤波适用于输出功率较大电源。输出直流电压约为电感滤波适用于输出功率较大电源。输出直流电压约为 U UL L=0.9U=0.9U2 2上一页上一页 下一页下一页7.2 7.2 滤波电路滤波电路7.2.3 7.2.3 复合滤波器复合滤波器1.1.倒倒L L型滤波器型滤波器 如如图图7-137-13所示，图中所示，图中L L和和C C组成一个倒组成一个倒L L型复合滤波器，这种型复合滤波器，这种滤波器滤波器L L在前，在前，C C在后。整流输出的脉动直流经过电感在后。整流输出的脉动直流经过电感L L，交流成，交流成分被削弱，再经过电容分被削弱，再经过电容C C滤波，就可在负载上获得更加平滑的直滤波，就可在负载上获得更加平滑的直流电压。这种复合式滤波器属于电感型。流电压。这种复合式滤波器属于电感型。2.2.型滤波器型滤波器上一页上一页 返回返回图图7-137-13返回返回7.3 7.3 直流稳压电路直流稳压电路7.3.1 7.3.1 并联稳压电路并联稳压电路 并联稳压电路就是在电路的连接形式上，稳压电路与负载并联稳压电路就是在电路的连接形式上，稳压电路与负载并联，是利用稳压二极管来组成稳压电路。并联，是利用稳压二极管来组成稳压电路。1.1.并联稳压电路并联稳压电路 电路中电阻电路中电阻R R与硅稳压二极管与硅稳压二极管V V组成稳压电路。组成稳压电路。2.2.稳压管稳压电路的工作原理稳压管稳压电路的工作原理 并联稳压电路的优点是电路结构简单，调试方便；缺点是并联稳压电路的优点是电路结构简单，调试方便；缺点是输出电流较小、输出电压固定，稳定性能较差。因此，并联稳输出电流较小、输出电压固定，稳定性能较差。因此，并联稳压电路只适用于负载电流小的电子设备。压电路只适用于负载电流小的电子设备。 下一页下一页 返回返回7.3 7.3 直流稳压电路直流稳压电路7.3.2 7.3.2 串联型稳压电路串联型稳压电路 并联稳压电路是通过调节稳压管中电流并联稳压电路是通过调节稳压管中电流IZIZ的大小来改变负的大小来改变负载电流的大小，使输出电压保持稳定。载电流的大小，使输出电压保持稳定。1.1.串联型稳压电路的稳压原理串联型稳压电路的稳压原理 引出输出直流电压不稳的主要原因：一是电网电压波动造引出输出直流电压不稳的主要原因：一是电网电压波动造成输出电压波动。二是负载大小变化引起负载电流变化，使得成输出电压波动。二是负载大小变化引起负载电流变化，使得上一页上一页 下一页下一页7.3 7.3 直流稳压电路直流稳压电路输出电压变化。输出电压变化。2.2.晶体三极管串联稳压电路晶体三极管串联稳压电路1 1）晶体三极管串联稳压电路的组成）晶体三极管串联稳压电路的组成 它由调整管、比较放大器、基准电压、取样电路四个基本它由调整管、比较放大器、基准电压、取样电路四个基本部分组成。部分组成。2 2）串联稳压电路的稳压原理）串联稳压电路的稳压原理3 3）稳压电路性能的改进）稳压电路性能的改进上一页上一页 下一页下一页7.3 7.3 直流稳压电路直流稳压电路7.3.3 7.3.3 集成稳压器简介集成稳压器简介 用集成电路的形式制造的稳压电路称为集成稳压器。集成用集成电路的形式制造的稳压电路称为集成稳压器。集成稳压器因性能稳定可靠，使用方便、外接元件少、价格低廉等稳压器因性能稳定可靠，使用方便、外接元件少、价格低廉等优点，所以得到广泛应用。优点，所以得到广泛应用。 集成稳压器种类有多端式和三端式，输出电压由固定式和集成稳压器种类有多端式和三端式，输出电压由固定式和可调式，输出电压为正电压和负电压的各种稳压器。可调式，输出电压为正电压和负电压的各种稳压器。1.1.固定式三端集成稳压器固定式三端集成稳压器1 1）CW7800CW7800系列集成稳压器系列集成稳压器2 2）CW7900CW7900系列集成稳压器系列集成稳压器2.2.可调式三端集成稳压器可调式三端集成稳压器上一页上一页 返回返回第第8 8章章 电力电子电路电力电子电路8.1 8.1 概述概述8.2 8.2 晶闸管的结构和工作原理晶闸管的结构和工作原理8.3 8.3 单向可控整流单向可控整流8.4 8.4 触发电路触发电路8.5 8.5 应用举例应用举例8.1 8.1 概述概述8.1.1 8.1.1 什么是电力电子技术什么是电力电子技术 电子电力技术（电子电力技术（Power ElectronicsPower Electronics）是研究采用半导体器）是研究采用半导体器件对电能进行电压、电流、频率和波形等方面的控制和变换的件对电能进行电压、电流、频率和波形等方面的控制和变换的科学，它是一门应用于电力技术领域中的电子学，称为电子电科学，它是一门应用于电力技术领域中的电子学，称为电子电力技术，电子电力技术研究领域实际上既是电子学在强电或电力技术，电子电力技术研究领域实际上既是电子学在强电或电工领域的一个分支，又是电工学在弱点或电子领域的一个分工领域的一个分支，又是电工学在弱点或电子领域的一个分支，或者说是强弱电相结合的学科。它是建立在电子技术（电支，或者说是强弱电相结合的学科。它是建立在电子技术（电子器件、电子电路）、电力技术（电力设备、电力网络）和控子器件、电子电路）、电力技术（电力设备、电力网络）和控制技术（连续控制、离散控制）三个学科理论基础之上。制技术（连续控制、离散控制）三个学科理论基础之上。 下一页下一页 返回返回8.1 8.1 概述概述8.1.2 8.1.2 电子电力技术与其他学科之间的关系电子电力技术与其他学科之间的关系1.1.电子电力技术与电子技术的关系电子电力技术与电子技术的关系 电力电子器件的制造技术和电子器件的制造技术的理论基电力电子器件的制造技术和电子器件的制造技术的理论基础是一样的，其大多数工艺也是相同的。础是一样的，其大多数工艺也是相同的。2.2.电子电力技术与电力技术的关系电子电力技术与电力技术的关系3.3.电子电力技术与控制技术的关系电子电力技术与控制技术的关系 电力电子技术可以看成是弱电控制强电的技术，是弱电和强电力电子技术可以看成是弱电控制强电的技术，是弱电和强电之间的接口，控制理论是实现弱电与强电结合的强有力纽电之间的接口，控制理论是实现弱电与强电结合的强有力纽带。带。上一页上一页 下一页下一页8.1 8.1 概述概述8.1.3 8.1.3 电力电子技术的发展史和发展趋势电力电子技术的发展史和发展趋势1.1.电力电子技术的发展史电力电子技术的发展史1 1）第一阶段：功率整流管与晶闸管为代表的发展阶段。）第一阶段：功率整流管与晶闸管为代表的发展阶段。2 2）第二阶段：以门极可关断晶闸管（）第二阶段：以门极可关断晶闸管（GTOGTO）、电力双极型晶体）、电力双极型晶体管（管（BJTBJT）和功率场效应晶体管（）和功率场效应晶体管（MOSFETMOSFET）为代表的全控器件发）为代表的全控器件发展阶段。展阶段。上一页上一页 下一页下一页8.1 8.1 概述概述3 3）第三阶段：以绝缘栅双极型晶体管（）第三阶段：以绝缘栅双极型晶体管（IGBTIGBT）、）、MOSMOS门极晶闸门极晶闸管（管（MCTMCT）等为代表的复合型器件发展阶段。）等为代表的复合型器件发展阶段。4 4）第四阶段：以）第四阶段：以SPICSPIC、HVICHVIC等功率集成电路为代表的发展阶段。等功率集成电路为代表的发展阶段。2.2.电力电子技术的发展趋势电力电子技术的发展趋势 砷化镓二极管具有比硅二极管优越的高频开关特性，但是由砷化镓二极管具有比硅二极管优越的高频开关特性，但是由于工艺技术等方面的原因，砷化镓二极管的耐压较低，实际于工艺技术等方面的原因，砷化镓二极管的耐压较低，实际应用受到局限。应用受到局限。上一页上一页 下一页下一页8.1 8.1 概述概述8.1.4 8.1.4 电力电子技术的应用领域电力电子技术的应用领域（1 1）一般工业中的电气自动化是电力电子技术最活跃最能体现）一般工业中的电气自动化是电力电子技术最活跃最能体现技术水平的领域，也是电力电子技术渗透最深的工业自动化、技术水平的领域，也是电力电子技术渗透最深的工业自动化、机器人控制等领域中的一个。机器人控制等领域中的一个。（2 2）交通运输领域的电气化铁道中广泛采用电力电子技术。）交通运输领域的电气化铁道中广泛采用电力电子技术。（3 3）电力系统中的直流输电、柔性交流输电、无功补偿和谐波）电力系统中的直流输电、柔性交流输电、无功补偿和谐波抑制都要采用电力电子技术。抑制都要采用电力电子技术。（4 4）在通信系统和计算机系统中使用的工作电源也都采用高频）在通信系统和计算机系统中使用的工作电源也都采用高频开关电源。开关电源。（5 5）照明在家用电器中占有十分突出的地位。）照明在家用电器中占有十分突出的地位。上一页上一页 返回返回8.2 8.2 晶闸管的结构和工作原理晶闸管的结构和工作原理8.2.1 8.2.1 晶闸管的结构晶闸管的结构 目前大功率晶闸管常用的外形结构有螺栓式和平板式，它目前大功率晶闸管常用的外形结构有螺栓式和平板式，它具有三个具有三个PNPN结的四层结构，其外形、结构和图形符号如结的四层结构，其外形、结构和图形符号如图图8-18-1所所示。晶闸管内部是示。晶闸管内部是PNPNPNPN四层半导体结构，分别命名为四层半导体结构，分别命名为P P1 1、N N1 1、P P2 2、N N2 2四个区。由最外的四个区。由最外的P P1 1层和层和N N2 2层引出的两个电极，分别为阳极层引出的两个电极，分别为阳极A A和阴极和阴极K K，由中间的，由中间的P P2 2层引出的电极是门极层引出的电极是门极G G（也称控制极）。四（也称控制极）。四个区形成个区形成J J1 1、J J2 2、J J3 3三个三个PNPN结。结。 下一页下一页 返回返回图图8-18-1返回返回8.2 8.2 晶闸管的结构和工作原理晶闸管的结构和工作原理8.2.2 8.2.2 晶闸管的工作原理晶闸管的工作原理 由电源由电源U Us s、白炽灯、晶闸管的阳极、阴极组成晶闸管主线路。、白炽灯、晶闸管的阳极、阴极组成晶闸管主线路。电源电源U Uc c、开关、开关S S、晶闸管门极和阴极组成控制电路也称触发电路。、晶闸管门极和阴极组成控制电路也称触发电路。（1 1）欲使晶闸管导通必须同时具备两个条件：）欲使晶闸管导通必须同时具备两个条件：晶闸管的阳极晶闸管的阳极A A和阴极和阴极K K之间加上正向电压；之间加上正向电压；上一页上一页 下一页下一页8.2 8.2 晶闸管的结构和工作原理晶闸管的结构和工作原理晶闸管的门极晶闸管的门极G G与阴极与阴极K K之间也加上合适的正向电压和电流。之间也加上合适的正向电压和电流。（2 2）晶闸管一旦导通后，门极就失去控制作用，故晶闸管为半）晶闸管一旦导通后，门极就失去控制作用，故晶闸管为半控型器件。控型器件。（3 3）为使晶闸管关断，必须使其阳极）为使晶闸管关断，必须使其阳极A A电流降低到零或某一数电流降低到零或某一数值以下，这可以采用将阳极值以下，这可以采用将阳极A A电压减小到零或者给阳极施加反向电压减小到零或者给阳极施加反向电压。电压。上一页上一页 下一页下一页8.2 8.2 晶闸管的结构和工作原理晶闸管的结构和工作原理8.2.3 8.2.3 晶闸管的伏安特性和主要参数晶闸管的伏安特性和主要参数1.1.晶闸管的伏安特性晶闸管的伏安特性2.2.晶闸管的主要参数晶闸管的主要参数1 1）额定电压）额定电压U UTnTn2 2）额定电流）额定电流I IT(AV)T(AV)3 3）维持电流）维持电流I IH H 维持电流是指使晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般维持电流是指使晶闸管维持导通所必需的最小电流，一般上一页上一页 下一页下一页8.2 8.2 晶闸管的结构和工作原理晶闸管的结构和工作原理为几十到几百毫安。为几十到几百毫安。4 4）擎住电流）擎住电流I IL L I IL L是晶闸管从阻断状态转为导通状态时移除触发信号后，是晶闸管从阻断状态转为导通状态时移除触发信号后，要保持器件维持导通所需要的最小阳极电流。要保持器件维持导通所需要的最小阳极电流。5 5）门极触发电流）门极触发电流I IGTGT I IGTGT是在室温且晶闸管阳极电压为是在室温且晶闸管阳极电压为6V6V直流电压时，使器件从直流电压时，使器件从阻断到完全导通所必需的最小门极直流电流。阻断到完全导通所必需的最小门极直流电流。上一页上一页 下一页下一页8.2 8.2 晶闸管的结构和工作原理晶闸管的结构和工作原理8.2.4 8.2.4 晶闸管的型号及简单测试方法晶闸管的型号及简单测试方法1.1.晶闸管的型号晶闸管的型号 按国家按国家JB1144-75JB1144-75规定，普通硅晶闸管型号及其含义如规定，普通硅晶闸管型号及其含义如图图8-68-6所示。所示。2.2.晶闸管电极的判定和简单测试方法晶闸管电极的判定和简单测试方法1 1）晶闸管电极的判定）晶闸管电极的判定2 2）晶闸管的简单测试）晶闸管的简单测试上一页上一页 返回返回图图8-68-6返回返回8.3 8.3 单向可控整流单向可控整流8.3.1 8.3.1 电阻性负载的单相半控桥式整流电路电阻性负载的单相半控桥式整流电路1.1.电路的工作原理电路的工作原理 将单相桥式整流电路中一对二极管换成两个晶闸管，就构将单相桥式整流电路中一对二极管换成两个晶闸管，就构成单相桥式半控整流电路，如成单相桥式半控整流电路，如图图8-108-10（a a）所示。电路由两个晶所示。电路由两个晶闸管、两个整流二极管和负载电阻闸管、两个整流二极管和负载电阻RdRd组成。晶闸管组成。晶闸管VTVT1 1和和VTVT2 2组成组成一对桥臂。单相桥式整流电路的工作特点是晶闸管触发导通，一对桥臂。单相桥式整流电路的工作特点是晶闸管触发导通，而整流二极管在阳极电压高于阴极电压时自然导通。而整流二极管在阳极电压高于阴极电压时自然导通。2.2.数值关系数值关系 下一页下一页 返回返回图图8-108-10（a a）返回返回8.3 8.3 单向可控整流单向可控整流8.3.2 8.3.2 大电感负载的单相半控桥式整流电路大电感负载的单相半控桥式整流电路 单相半控桥式整流电路带大电感负载时的工作特点是：晶单相半控桥式整流电路带大电感负载时的工作特点是：晶闸管在触发时刻换流，二极管则在电源电压过零时换流；由于闸管在触发时刻换流，二极管则在电源电压过零时换流；由于自然续流的作用，整流输出电压自然续流的作用，整流输出电压udud的波形与全控桥式整流电流的波形与全控桥式整流电流带电阻性负载相同，带电阻性负载相同，的移相范围为的移相范围为0 0180180，UdUd、IdId的计算的计算公式和半控桥带电阻性负载时相同；流过晶闸管和二极管的电公式和半控桥带电阻性负载时相同；流过晶闸管和二极管的电流都是宽度为流都是宽度为180180的方波与的方波与无关，交流侧电流为正负对称的无关，交流侧电流为正负对称的交变方波。交变方波。上一页上一页 返回返回8.4 8.4 触发电路触发电路8.4.1 8.4.1 单结晶体管单结晶体管 单结晶体管也称为双基极二极管，它分别有一个发射极单结晶体管也称为双基极二极管，它分别有一个发射极e e、第一基极第一基极b b1 1和第二基极和第二基极b b2 2。触发电路常用的单结晶体管型号有。触发电路常用的单结晶体管型号有BT33BT33和和BT35BT35两种，其结构、等效电路、符号、外形和引脚如两种，其结构、等效电路、符号、外形和引脚如图图8-138-13所示。其中所示。其中B B表示半导体，表示半导体，T T表示特种半导体，第二位数字表示特种半导体，第二位数字3 3表示表示300mW300mW，5 5表示表示500mW500mW。当。当b b2 2、b b1 1间加入正向电压后，发射极间加入正向电压后，发射极e e、b b1 1间成高阻特性。但是当间成高阻特性。但是当e e的电位达到的电位达到b b2 2、b b1 1间电压的某一比值间电压的某一比值时，时，e e、b b1 1间立刻变成低电阻，这是单结晶体管最基本的特点。间立刻变成低电阻，这是单结晶体管最基本的特点。 下一页下一页 返回返回图图8-138-13返回返回8.4 8.4 触发电路触发电路8.4.2 8.4.2 单结晶体管的触发电路单结晶体管的触发电路1.1.晶闸管对触发电路的要求晶闸管对触发电路的要求2.2.单结晶体管的自激振荡电路单结晶体管的自激振荡电路3.3.单结晶体管触发电路单结晶体管触发电路1 1）同步电源）同步电源2 2）移相控制）移相控制3 3）脉冲输出）脉冲输出上一页上一页 返回返回8.5 8.5 应用举例应用举例 调光灯电路工作原理：调光灯电路工作原理： 整流装置的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对整流装置的输入端一般接在交流电网上。为了适应负载对电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因电源电压大小的要求，或者为了提高可控整流装置的功率因数，一般在主电路输入端接整流变压器，把一次侧电压数，一般在主电路输入端接整流变压器，把一次侧电压U1U1，变，变成二次侧电压成二次侧电压U U2 2。由晶闸管等组成的可控整流主电路，其输出。由晶闸管等组成的可控整流主电路，其输出端的负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。端的负载往往要求整流能输出在一定范围内变化的直流电压。为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的时刻，就能为此，只要改变触发电路所提供的触发脉冲送出的时刻，就能改变晶闸管在交流电压改变晶闸管在交流电压u u2 2一周期内导通时间，这样负载上直流一周期内导通时间，这样负载上直流电压的平均值就可以得到控制。电压的平均值就可以得到控制。返回返回第第9 9章章 Multisim2001 Multisim2001电路仿真软件电路仿真软件的应用的应用9.1 9.1 概述概述9.2 Multisim20019.2 Multisim2001基本界面基本界面9.3 9.3 电路原理图的建立电路原理图的建立9.4 9.4 电路的仿真分析方法电路的仿真分析方法9.1 9.1 概述概述 Multisim 2001 Multisim 2001是是EWB7.0EWB7.0版本。它是一种基于版本。它是一种基于WindowsWindows操操作系统的自动电子电路设计软件系统。主要为电子设计工程师作系统的自动电子电路设计软件系统。主要为电子设计工程师和教育领域的应用提供一个方便的电子设计操作平台。为模拟和教育领域的应用提供一个方便的电子设计操作平台。为模拟电路、数字电路、模数混合电路和部分强电电路的实验、分析电路、数字电路、模数混合电路和部分强电电路的实验、分析和设计提供了虚拟实验和电路分析共用环境。在众多的电路仿和设计提供了虚拟实验和电路分析共用环境。在众多的电路仿真软件中，真软件中，EWBEWB的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同的工作界面非常直观，原理图和各种工具都在同一个窗口内，稍加学习就可以很熟练地使用该软件。一个窗口内，稍加学习就可以很熟练地使用该软件。返回返回9.2 Multisim20019.2 Multisim2001基本界面基本界面9.2.1 9.2.1 菜单栏菜单栏（1 1）文件（）文件（FileFile）菜单：主要用于管理所创建的电路文件，其）菜单：主要用于管理所创建的电路文件，其中包括中包括Open,New,Save,PrintOpen,New,Save,Print等与等与WindowsWindows相同的基本文件操作相同的基本文件操作命令；命令；（2 2）编辑（）编辑（EditEdit）菜单：包含一些最基本的编辑操作命令；还）菜单：包含一些最基本的编辑操作命令；还有对元件操作的命令。有对元件操作的命令。（3 3）窗口显示（）窗口显示（ViewView）菜单：包括调整窗口视图的命令，用于）菜单：包括调整窗口视图的命令，用于添加或去除工具条、元件库栏、状态栏，在窗口界面中显示网添加或去除工具条、元件库栏、状态栏，在窗口界面中显示网络，放大或缩小视图的尺寸以及设置各种显示元素等。络，放大或缩小视图的尺寸以及设置各种显示元素等。（4 4）放置（）放置（PlacePlace）菜单：通过本菜单中的各项命令可在窗口）菜单：通过本菜单中的各项命令可在窗口 下一页下一页 返回返回9.2 Multisim20019.2 Multisim2001基本界面基本界面中放置各种电路对象。中放置各种电路对象。（5 5）仿真（）仿真（SimulateSimulate）菜单：提供仿真所需的各种设备及方法。）菜单：提供仿真所需的各种设备及方法。（6 6）传输（）传输（TransferTransfer）: :用以将所绘电路及分析结果传输给其用以将所绘电路及分析结果传输给其他应用程序，如他应用程序，如PCBPCB和和MathCADMathCAD、ExcelExcel等。等。（7 7）工具（）工具（ToolsTools）：用于创建、编辑、复制、删除元件，管）：用于创建、编辑、复制、删除元件，管理和更新元件库等。理和更新元件库等。（8 8）设置选项（）设置选项（OptionsOptions）：可对程序的运行和界面进行设置。）：可对程序的运行和界面进行设置。（9 9）窗口（）窗口（WindowsWindows）菜单：对窗口控制操作有关命令。）菜单：对窗口控制操作有关命令。（1010）帮助（）帮助（HelpHelp）菜单：提供帮助文件，按下键盘上的）菜单：提供帮助文件，按下键盘上的F1F1键键也可获得帮助。也可获得帮助。上一页上一页 下一页下一页9.2 Multisim20019.2 Multisim2001基本界面基本界面9.2.2 9.2.2 工具栏工具栏 工具栏中最重要的有系统工具样和设计工具栏（工具栏中最重要的有系统工具样和设计工具栏（Multisim Multisim 2001 Design Bar2001 Design Bar）。系统工具栏中的工具按钮与）。系统工具栏中的工具按钮与WindowsWindows的同的同类工具按钮基本类似。设计工具栏中的工具是菜单命令中最常类工具按钮基本类似。设计工具栏中的工具是菜单命令中最常用的命令，使用设计工具栏进行电路设计将会更方便快捷。设用的命令，使用设计工具栏进行电路设计将会更方便快捷。设计工具栏如计工具栏如图图9-39-3所示，共有所示，共有9 9个按钮，从左至右分别是：元件个按钮，从左至右分别是：元件库、元件、仪器、仿真、分析、后处理、（库、元件、仪器、仿真、分析、后处理、（VHDL/VerilogVHDL/Verilog）按）按钮、报告、传输按钮。钮、报告、传输按钮。上一页上一页 下一页下一页图图9-39-3返回返回9.2 Multisim20019.2 Multisim2001基本界面基本界面9.2.3 9.2.3 元（器）件库元（器）件库（1 1）电源（）电源（SourceSource）库）库（2 2）基本元件（）基本元件（BasicBasic）库）库（3 3）二极管（）二极管（Diodes ComponentsDiodes Components）（4 4）晶体管（）晶体管（Transistors ComponentsTransistors Components）（5 5）模拟元件（）模拟元件（Analog ComponentsAnalog Components）（6 6）TTLTTL元（器）件库元（器）件库上一页上一页 下一页下一页9.2 Multisim20019.2 Multisim2001基本界面基本界面（7 7）CMOSCMOS元（器）件库元（器）件库（8 8）其他数字元件（）其他数字元件（Misc.Digital ComponentsMisc.Digital Components）库）库（9 9）混合器件（）混合器件（Mixed ComponentsMixed Components）库）库（1010）指示器件（）指示器件（Indicators ComponentsIndicators Components）库）库（1111）其他器件（）其他器件（ Misc.Components Misc.Components）库）库（1212）控制器件（）控制器件（Controls ComponentsControls Components）库）库（1313）射频元件（）射频元件（RF ComponentsRF Components）库）库（1414）机电类器件（）机电类器件（Electro-Mechanical ComponentsElectro-Mechanical Components）库）库上一页上一页 下一页下一页9.2 Multisim20019.2 Multisim2001基本界面基本界面9.2.4 9.2.4 仪表工具栏仪表工具栏 Multisim 2001 Multisim 2001提供了提供了1111种用来对电路工作状态进行测试的种用来对电路工作状态进行测试的仪器、仪表，如仪器、仪表，如图图9-209-20所示。这些仪表的使用方法和外观与真所示。这些仪表的使用方法和外观与真实仪表相当，感觉就像实验室使用的仪器。实仪表相当，感觉就像实验室使用的仪器。 电路窗口（电路窗口（Circuit WindowsCircuit Windows）：又称为）：又称为WorkspaceWorkspace，相当于，相当于一个现实工作中的操作平台；一个现实工作中的操作平台； “.com.com”按钮；按钮； 状态条：显示有关当前操作以及鼠标所指条口的有用信息。状态条：显示有关当前操作以及鼠标所指条口的有用信息。上一页上一页 返回返回图图9-209-20返回返回9.3 9.3 电路原理图的建立电路原理图的建立9.3.1 9.3.1 定制电路原理图工作界面定制电路原理图工作界面 所谓定制界面，就是用户在创建一个电路之前，通常应根所谓定制界面，就是用户在创建一个电路之前，通常应根据具体电路的要求和使用者的习惯设置一个特定的用户界面，据具体电路的要求和使用者的习惯设置一个特定的用户界面，目的在于方便地创建原理图，方便电路的仿真分析，方便用户目的在于方便地创建原理图，方便电路的仿真分析，方便用户的观察理解。用户界面设置包括工具栏、电路颜色、工作台背的观察理解。用户界面设置包括工具栏、电路颜色、工作台背景颜色、选择符号系统、图纸尺寸、自动存储时间、打印设景颜色、选择符号系统、图纸尺寸、自动存储时间、打印设置，界面设置与电路文件一起保存，也可以对整个电路或个例置，界面设置与电路文件一起保存，也可以对整个电路或个例进行重载。进行重载。 下一页下一页 返回返回9.3 9.3 电路原理图的建立电路原理图的建立9.3.2 9.3.2 创建电路原理图的基本操作创建电路原理图的基本操作 创建电路原理的步骤如下：创建电路原理的步骤如下：（1 1）逐个地将电路中所需的元器件从元器件库中拖到工作区内。）逐个地将电路中所需的元器件从元器件库中拖到工作区内。（2 2）调整元器件方向和位置。）调整元器件方向和位置。（3 3）画连接线。）画连接线。（4 4）设置元器件参数。）设置元器件参数。上一页上一页 下一页下一页9.3 9.3 电路原理图的建立电路原理图的建立（5 5）检查电路并保存文件。）检查电路并保存文件。1.1.从元件库向电路窗口中放置需要的原件从元件库向电路窗口中放置需要的原件2.2.调整元件的方向、位置和删除元件调整元件的方向、位置和删除元件3.3.画元件的电路连接线画元件的电路连接线4.4.调整元件的参数调整元件的参数5.5.检查电路并保存文件检查电路并保存文件上一页上一页 返回返回9.4 9.4 电路的仿真分析方法电路的仿真分析方法9.4.1 9.4.1 常用虚拟仪器的使用简介常用虚拟仪器的使用简介1.1.数字万用表数字万用表1 1）取仪器）取仪器2 2）连接仪器）连接仪器3 3）面板操作）面板操作2.2.信号发生器信号发生器3.3.双踪示波器双踪示波器4.4.波特图仪波特图仪 下一页下一页 返回返回9.4 9.4 电路的仿真分析方法电路的仿真分析方法9.4.2 9.4.2 基本分析方法基本分析方法1.1.用仪表对电路进行仿真测试用仪表对电路进行仿真测试1 1）绘制电路图）绘制电路图2 2）添加测试仪器）添加测试仪器3 3）连接电流表、电压表和示波器）连接电流表、电压表和示波器4 4）直流工作点测试）直流工作点测试5 5）用示波器测输入输出波形和电压放大倍数）用示波器测输入输出波形和电压放大倍数A AU U上一页上一页 下一页下一页9.4 9.4 电路的仿真分析方法电路的仿真分析方法6 6）用波特图仪测放大电路的频率特性）用波特图仪测放大电路的频率特性2.2.用仿真分析法对电路进行仿真分析用仿真分析法对电路进行仿真分析1 1）直流工作点分析）直流工作点分析2 2）瞬态分析）瞬态分析3.3.交流分析交流分析1 1）运行）运行AC AnalysisAC Analysis命令命令2 2）设置分析参数）设置分析参数3 3）观察分析结果）观察分析结果上一页上一页 返回返回