电子技术基础(模拟部分)第五版课件(全部).ppt
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1.1信号信号1.3模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号1.2信号的频谱信号的频谱1.4放大电路模型放大电路模型1.5放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标1.信号:
信号:
信息的载体信息的载体微音器输出的某一段信号的波形微音器输出的某一段信号的波形1.1信号信号2.电信号源的电路表达形式电信号源的电路表达形式电压源等效电路电压源等效电路电流源等效电路电流源等效电路1.1信号信号1.电信号的时域与频域表示电信号的时域与频域表示AA.正弦正弦信号信号1.2信号的频谱信号的频谱时域时域1.电信号的时域与频域表示电信号的时域与频域表示BB.方波方波信号信号满满足足狄狄利利克克雷雷条条件件,展展开开成成傅傅里叶级数里叶级数直流分量直流分量其中其中基波分量基波分量三次谐波分量三次谐波分量1.2信号的频谱信号的频谱方波的时域表示方波的时域表示2.信号的频谱信号的频谱BB.方波方波信号信号频谱:
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。
随角频率变化的分布,称为该信号的频谱。
1.2信号的频谱信号的频谱幅度谱幅度谱相位谱相位谱非非周周期期信信号号包包含含了了所所有有可可能能的的频频率成分(率成分(0)CC.非周期信号非周期信号傅里叶变换:
傅里叶变换:
通通过过快快速速傅傅里里叶叶变变换换(FFT)可可迅迅速速求求出出非非周周期期信信号号的的频频谱谱函函数。
数。
离散频率函数离散频率函数周期信号周期信号连续频率函数连续频率函数非周期信号非周期信号气温波形气温波形气温波形的频谱函数(示意图)气温波形的频谱函数(示意图)1.2信号的频谱信号的频谱1.3模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。
处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。
模拟信号:
在时间和幅值上都是连续的信号。
模拟信号:
在时间和幅值上都是连续的信号。
数字信号:
在时间和幅值上都是离散的信号。
数字信号:
在时间和幅值上都是离散的信号。
1.4放大电路模型放大电路模型电压增益(电压放大倍数)电压增益(电压放大倍数)电流增益电流增益互阻增益互阻增益互导增益互导增益1.放大电路的符号及模拟信号放大放大电路的符号及模拟信号放大负载开路时的负载开路时的电压增益电压增益A.电压放大模型电压放大模型输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻由输出回路得由输出回路得则电压增益为则电压增益为由此可见由此可见即负载的大小会影响增益的大小即负载的大小会影响增益的大小要想减小负载的影响,则希望要想减小负载的影响,则希望?
(考虑改变放大电路的参数)(考虑改变放大电路的参数)理想情况理想情况2.放大电路模型放大电路模型1.4放大电路模型放大电路模型另另一一方方面面,考考虑虑到到输输入入回回路路对对信信号号源源的的衰减衰减理想情况理想情况有有要想减小衰减,则希望要想减小衰减,则希望?
1.4放大电路模型放大电路模型A.电压放大模型电压放大模型负载短路时的负载短路时的电流增益电流增益B.电流放大模型电流放大模型由输出回路得由输出回路得则电流增益为则电流增益为由此可见由此可见要想减小负载的影响,则希望要想减小负载的影响,则希望?
理想情况理想情况由输入回路得由输入回路得要想减小对信号源的衰减,则希望要想减小对信号源的衰减,则希望?
理想情况理想情况1.4放大电路模型放大电路模型C.互阻放大模型(自学)互阻放大模型(自学)输入输出回路没有公共端输入输出回路没有公共端D.互导放大模型(自学)互导放大模型(自学)E.隔离放大电路模型隔离放大电路模型1.4放大电路模型放大电路模型1.5放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标1.输入电阻输入电阻1.5放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标2.输出电阻输出电阻注意:
输入、输出电阻为交流电阻注意:
输入、输出电阻为交流电阻1.5放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标3.增益增益反反映映放放大大电电路路在在输输入入信信号号控控制制下下,将将供供电电电电源源能能量量转换为输出信号能量的能力。
转换为输出信号能量的能力。
其中其中四种增益四种增益常用分贝(常用分贝(dBdB)表示。
表示。
1.5放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4.频率响应频率响应A.A.频率响应及带宽频率响应及带宽电压增益可表示为电压增益可表示为在在输输入入正正弦弦信信号号情情况况下下,输输出出随随输输入入信信号号频频率率连连续续变变化化的的稳稳态态响应,称为放大电路的频率响应。
响应,称为放大电路的频率响应。
或写为或写为其中其中该图称为波特图该图称为波特图纵轴:
纵轴:
dBdB横轴:
对数坐标横轴:
对数坐标1.5放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4.频率响应频率响应A.A.频率响应及带宽频率响应及带宽其中其中普通音响系统放大电路的幅频响应普通音响系统放大电路的幅频响应1.5放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4.频率响应频率响应B.B.频率失真(线性失真)频率失真(线性失真)幅度失真:
幅度失真:
对对不不同同频频率率的的信信号号增增益不同产生的失真。
益不同产生的失真。
4.频率响应频率响应B.B.频率失真(线性失真)频率失真(线性失真)幅度失真:
幅度失真:
对对不不同同频频率率的的信信号号增增益不同产生的失真。
益不同产生的失真。
相位失真:
相位失真:
对对不不同同频频率率的的信信号号相相移不同产生的失真。
移不同产生的失真。
1.5放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标5.非线性失真非线性失真由由元元器器件件非非线线性性特特性性引起的失真。
引起的失真。
非线性失真系数非线性失真系数:
endVo1是是输输出出电电压压信信号号基基波波分分量量的的有有效效值值,Vok是是高高次次谐谐波波分分量量的的有有效效值,值,kk为正整数。
为正整数。
1.5放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标2.1集成电路运算放大器集成电路运算放大器2.2理想运算放大器理想运算放大器2.3基本线性运放电路基本线性运放电路2.4同相输入和反相输入放大电同相输入和反相输入放大电路的其他应用路的其他应用在半导体制造工艺的基础上,把整个电路中元器在半导体制造工艺的基础上,把整个电路中元器件制作在一块硅基片上,构成特定功能的电子电路,件制作在一块硅基片上,构成特定功能的电子电路,称为集成电路。
简单来说,称为集成电路。
简单来说,集成电路是把元器件和集成电路是把元器件和连接导线全部制作在一小块硅片上而连接导线全部制作在一小块硅片上而成成的电路。
的电路。
集成电路按其功能来分,有数字集成电路和模拟集成电路按其功能来分,有数字集成电路和模拟集成电路。
模拟集成电路种类繁多,有运算放大器、集成电路。
模拟集成电路种类繁多,有运算放大器、宽频带放大器、功率放大器、模拟乘法器、模拟锁宽频带放大器、功率放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模数和数模转换器、稳压电源和音像设备中相环、模数和数模转换器、稳压电源和音像设备中常用的其他模拟集成电路等。
常用的其他模拟集成电路等。
引引言言l模拟集成电路的特点:
模拟集成电路的特点:
电阻值电阻值不能很大,精度较差,阻值一般在几十欧至几不能很大,精度较差,阻值一般在几十欧至几十千欧。
需要大电阻时,通常用恒流源替代;十千欧。
需要大电阻时,通常用恒流源替代;电容电容利用利用PN结结电容,一般不超过几十结结电容,一般不超过几十pF。
需要大。
需要大电容时,通常在集成电路外部连接。
电容时,通常在集成电路外部连接。
不能制电感,级不能制电感,级与级之间用直接耦合;与级之间用直接耦合;二极管用三极管的发射结代。
二极管用三极管的发射结代。
比如比如由由NPN型三极管型三极管短路其中一个短路其中一个PN结构成。
结构成。
运算放大器外形图运算放大器外形图2.1集成电路运算放大器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集成电路运算放大器的内部组成单元图图2.1.1集成运算放大器的内部结构框图集成运算放大器的内部结构框图集成运算放大器是一种高电压增益,高输入电阻和集成运算放大器是一种高电压增益,高输入电阻和集成运算放大器是一种高电压增益,高输入电阻和集成运算放大器是一种高电压增益,高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。
低输出电阻的多级直接耦合放大电路。
低输出电阻的多级直接耦合放大电路。
低输出电阻的多级直接耦合放大电路。
运算放大器方框图1.输入级输入级:
均采用差动放大电路组成,可减小温度漂:
均采用差动放大电路组成,可减小温度漂移的影响,提高整个电路共模抑制比。
移的影响,提高整个电路共模抑制比。
2.中间级中间级:
多采用有源负载的共射极放大电路,有源:
多采用有源负载的共射极放大电路,有源负载及复合管可提高电压增益。
负载及复合管可提高电压增益。
3.输出级输出级:
互补对称功放。
:
互补对称功放。
4.偏置电路偏置电路:
用以供给各级直流偏置电流,由各种电:
用以供给各级直流偏置电流,由各种电流源电路组成。
流源电路组成。
表示信号从左表示信号从左(输入端输入端)向右向右(输出端输出端)传输的方向。
传输的方向。
vNvPvOvNvPvOl集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号vN或或v:
反相输入端反相输入端,信号从此端输入信号从此端输入(vP=0),输出信,输出信号和输入信号反相。
号和输入信号反相。
vP或或v+:
同相输入端同相输入端,信号从此端输入信号从此端输入(vN=0),输出信,输出信号和输入信号同相。
号和输入信号同相。
vO:
输出端输出端。
图图2.1.2运算放大器的代表符号运算放大器的代表符号(a)国家标准规定的符号国家标准规定的符号(b)国内外常用符号国内外常用符号2.运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型图图2.1.3运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型通常:
通常:
开环电压增益开环电压增益Avo的的105(很高)(很高)输入电阻输入电阻ri106(很大)(很大)输出电阻输出电阻ro100(很小)(很小)vOAvo(vPvN)(VvOV)注意输入输出的相位关系注意输入输出的相位关系2.运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型当当Avo(vPvN)V时时vOV当当Avo(vPvN)V-时时vOV-电压传输特性电压传输特性vOf(vPvN)线性范围内线性范围内vOAvo(vPvN)Avo斜率斜率电路模型中的输出电压不可能超越正负电源的电压值电路模型中的输出电压不可能超越正负电源的电压值电路模型中的输出电压不可能超越正负电源的电压值电路模型中的输出电压不可能超越正负电源的电压值输输出出电电压压与与其其两两个个输输入入端端的的电电压压之间存在线性放大关系,即之间存在线性放大关系,即集成运放的工作区域集成运放的工作区域线性区域:
线性区域:
Aod为差模开环放大倍数为差模开环放大倍数非线性区域:
非线性区域:
输出电压只有两种可能的情况:
输出电压只有两种可能的情况:
+UOM或或-UOMUOM为输出电压的饱和电压。
为输出电压的饱和电压。
uOuP-uN+UOM-UOM例例2.2.1电路如图电路如图2.1.3所示,运放的开环电压增益所示,运放的开环电压增益Avo=2105,输入电阻输入电阻ri=0.6M,电源电压,电源电压V+=+12V,V-=-12V。
(1)试求当试求当vo=Vom=12V时输入电压的最小幅值时输入电压的最小幅值vP-vN=?
输入电流输入电流ii=?
(2)画出传输特性曲线画出传输特性曲线vo=f(vP-vN)。
说明运放的两个区域。
说明运放的两个区域。
图图2.1.3运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型例例2.2.1电路如图电路如图2.1.3所示,运放的开环电压增益所示,运放的开环电压增益Avo=2105,输入输入电阻电阻ri=0.6M,电源电压,电源电压V+=+12V,V-=-12V。
(1)试求当试求当vo=Vom=12V时输入电压的最小幅值时输
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- 电子技术 基础 模拟 部分 第五 课件 全部