模拟电路学习笔记.docx

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模拟电路学习笔记

模电（放大、电源电路）学习

OperationalAmplifier-----运算放大器；Simplified----简化的；Common---对应共模信号（C）；Difference---对应差模信号（D）；

>>TTL-------三极管-三极管逻辑电路；MOS-----金属-氧化物-半导体电路。

TTL电平：

　　输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。

在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平是0.2V。

最小输入高电平和低电平：

输入高电平>=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。

CMOS电平：

　　1逻辑电平电压接近于电源电压，0逻辑电平接近于0V。

而且具有很宽的噪声容限。

>>EMC（ElectroMagneticCompatibility）电磁兼容性，包括EMI（interference）和EMS（susceptibility）,也就是电磁干扰和电磁抗干扰。

>>主要学习内容：

集成放大电路、差分放大电路、多级放大电路、功率放大电路。

----------总之就是多级的差分输入集成放大电路---多个集成运放组成的多级放大电路。

>>放大概念：

放大倍数为大于1、小于1或等于1都是放大。

>>“线与”----即线与逻辑，即两个输出端（包括两个以上）直接互连就可以实现“AND”的逻辑功能。

在总线传输等实际应用中需要多个门的输出端并联连接使用，而一般TTL门输出端并不能直接并接使用，否则这些门的输出管之间由于低阻抗形成很大的短路电流（灌电流），而烧坏器件。

在硬件上，可用集电极开路门（OC门）或三态门（TS门）来实现。

用OC门实现线与，应同时在输出端口应加一个上拉电阻。

>>电阻、电容测量方法：

测电阻、电容最终都是转换成电压并通过AD测量并找出电阻、电容与电压的函数关系，从而根据测得的电压值来计算电阻值或电容值。

1模拟电路类型：

（整流、滤波、稳压）、微分和积分、选频、电压比较、振荡、反馈、放大电路。

（1）电源类：

整流、滤波、稳压--由220V交流电得到稳压的直流电。

（2）微分和积分电路：

积分电路把方波转换为三角波或斜波（锯齿波）；微分电路把方波转换成尖脉冲波（波形变换）还具有滤波、延时、定时等作用。

（3）选频电路：

利用电路的谐振特性选取信号--类似滤波电路。

（4）电压比较电路：

比较两个输入电压的大小关系--放大倍数无穷大的运放。

（5）振荡电路：

包括RC、LC、石英晶体振荡（晶振）电路--为MCU提供时钟信号。

（6）反馈电路：

包括正反馈和负反馈电路。

（7）信号运算与处理电路：

包括比例运算、加减运算、微分积分运算、对数指数运算、模拟乘法器和滤波器电路。

（8）波形发生与信号转换：

包括振荡电路、电压比较器、非正弦波发生电路和U-I转换、精密整流、u-f转换电路（压控振荡器）。

（9）放大电路：

包括BJT放大、FET放大、运算放大（集成放大）、功率放大。

2重点学习电路：

各类放大电路及其相关电路（滤波、稳压、U-I转换等电路）。

学习方法：

先打好基础、不急于求成;首先熟悉基本集成放大电路-----定性分析----定量计算（任何学习都是相通的、由浅入深、循序渐进、脚踏实地、功到自然成）。

----------------

3熟悉集成放大电路：

偏置电路：

晶体管构成的放大器要做到不失真地将信号电压放大，就必须保证晶体管的发射结正偏、集电结反偏。

即应该设置它的静态工作点。

所谓工作点就是通过外部电路的设置使晶体管的基极、发射极和集电极处于所要求的电位（可根据计算获得）。

这些外部电路就称为偏置电路（可理解为，设置PN结正、反偏的电路），偏置电路向晶体管提供的电流就称为偏置电流，也可表述为为各级放大电路设置合适的静态工作点的电路。

输入电阻：

（从输入端看进去的等效电阻）和输出电阻（将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻）-----输出电阻越小、负载能力越强。

通频带：

只对有限频率范围内的信号进行放大。

衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。

由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。

静态工作点（Q点）：

输入信号为零时，电路处于直流工作状态，这些电流、电压的数值可用BJT特性曲线上一个确定的点表示，该点习惯上称为静态工作点Q，设置静态工作点的目的就是要保证在被放大的交流信号加入电路时，不论是正半周还是负半周都能满足发射结正向偏置，集电结反向偏置的三极管放大状态（信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！

）。

可以通过改变电路参数来改变静态工作点，这就可以设置静态工作点。

饱和失真：

就是输入信号的正半周期超过了三极管的放大能力，造成失真，对应的就是输出波形底部失真，此时三极管就会处于饱和状态，解决饱和失真的方法就是调低静态工作电流Ib（增大Rb）----因为当Vbe接近最大时、Ib太大以至于IC不能增加，即输出电压不能继续减小----所以需要限制Ib的大小。

截止失真：

当输入的波形是负半周时，快到谷值时，三极管就会处于截止状态，那么此时的输出就不再随输入变化了，即输出得到的正半周正弦波波形就没有峰值了，此时BJT处在截止区域，如同工作在断开区域-----解决方法是增加偏置电压。

---输出与输入反相

晶体管：

有三个工作区：

饱和区、截止区和线性放大区。

对于共发射极的基本放大电路，其输入波形正好与输出波形反相，就是相位相差180度，当输入为正弦波正半周期时，应该输出正弦波负半周期。

耦合：

是指两个或两个以上的电路元件或电网络的输入与输出之间存在紧密配合与相互影响，并通过相互作用从一侧向另一侧传输能量的现象-----阻容耦合：

放大器级与级之间通过电容相连；直接耦合：

放大器级与级之间不通过任何元件直接相连的。

功率放大电路----分立元件构成

1功率放大电路的要求：

<1输出功率尽可能大:

即在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压最大。

<2效率尽可能高:

即电路损耗的直流功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流近似为0。

2按晶体管的工作方式或状态：

<1.甲类方式：

晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态

<2.乙类方式：

晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态

<3.甲乙类方式：

晶体管在信号的多半个周期处于导通状态

----------工作状态是由偏置电路决定的或实现的（偏置电压与Q点不同）。

3按照电路的组成或结构：

<1.变压器耦合乙类推挽：

单电源供电，笨重，效率低，低频特性差。

<2.OTL电路：

单电源供电、输出端为电容耦合，低频特性差。

<3.OCL电路：

正负双电源供电、输出端为直接耦合，效率高，低频特性好。

<4.BTL电路：

单电源供电，低频特性好；双端输入双端输出---对称的OTL或OCL电路推挽（读音为wan）工作。

集成运算放大电路

集成运算放大电路：

简称集成运放，是一个高性能的直接耦合多级放大电路。

因首先用于信号的运算，故而得名------可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。

1集成运放的符号：

特点：

电压放大倍数高、输入电阻大、输出电阻小、共模抑制比高、抗干扰能力强、可靠性高、体积小、耗电少。

差分放大电路：

把两个输入端的电压差以固定增益放大，将一个输入端接地即可得到单端输入放大器，分为双端输入双端输出、双入单出、单入双出、单入单出四种类型。

对共模信号有很强的抑制能力，放大差模信号，可以稳定Q点，因此差分放大电路一般做放大电路的输入级，可以抑制由外界条件的变化给电路带来的影响（如温度影响）可以直接检测任意两点间的电压，可以稳定增益----比较精确（总之是放大差模信号、抑制共模信号）。

2差模（d）与共模（c）：

-----差分放大电路的概念。

共模信号：

大小相等，极性相同----温度变化所引起的噪声或干扰信号。

差模信号：

大小相等，极性相反----有用的输入信号或检测到的信号。

共模抑制比KCMR=Ad/Ac：

综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力-------理想时为无穷大（Ac为共模放大倍数----理想时为0，Ad为差模放大倍数）。

总之：

共模信号为噪声或干扰信号、差模信号为有用信号。

3理想运放：

“虚断”i－=i+=0------适用于理想运放工作在线性和饱和时！

“虚短”u+=u-------只适用于理想运放闭环线性应用时！

开环电压增益Aud=∞；输入阻抗ri=∞；输出阻抗ro=0；带宽fBW=∞。

>>运放要工作在线性区，必须引入深度负反馈。

4线性应用：

比例、加法、减法、乘法、除法、积分、微分、对数、指数等模拟运算电路。

5同相与反相输入端：

U-对应的端子为“-”，当输入U-单独加于该端子时，输出电压与输入电压U-反相，故称它为反相输入端。

U+对应的端子为“＋”当输入U+单独由该端加入时，输出电压与U同相，故称它为同相输入端。

同相放大器、反相放大器：

输入端的极性和输出端是同一极性的就是同相放大器（输入信号从同相输入端输入），输入端的极性和输出端是相反极性的就是反相放大器（输入信号从反相输入端输入）。

同相放大器、反相放大器对比：

同相放大电路:

优点在于有足够大的输入阻抗，对于输出阻抗很大的电路比较适用。

缺点在于放大电路没有虚地，抗干扰能力相对较差，另外一个小缺点是放大倍数只能大于1。

反向放大电路:

优点是同相端接地，反相端虚地，抗干扰能力强

缺点是输入阻抗很小，不适用于前级电路输出阻抗很大的场合

6集成运放的组成：

一般由4个部分组成，偏置电路，输入级，中间级，输出级。

输入级：

又称前置级，输入电阻大、差模放大倍数大、共模放大倍数小、输入端耐压高，并完成电平转换（即对“地”输出），多采用差分放大电路。

中间级：

主放大器，它所采取的一切措施都是为了增大放大倍数，多采用共射放大电路。

输出级：

功率级，多采用准互补输出级，输出电阻小、最大不失真输出电压高。

偏置电路：

为各级放大电路设置合适的静态工作点。

采用电流源电路。

集成运放组成的放大电路

研究问题：

（1）运算电路：

运算电路的输出电压是输入电压某种运算的结果，如加、减、乘、除、乘方、开方、积分、微分、对数、指数等。

（2）描述方法：

运算关系式uO＝f（uI）。

（3）分析方法：

“虚短”和“虚断”是基本出发点。

1比例运算电路：

ComponentWizard.；平、0；0000

同相输入----------输入输出的电压符号相同。

反相输入----------输入输出的电压符号相反。

电压跟随器-------输出端与反相输入端直接连接（或通过电阻连接），使得输出电压与同相输入电压相等。

电压跟随器作用是做缓冲级或隔离级（承上启下），提高输入阻抗、降低输出阻抗，可以降低损耗、提高带负载能力。

单端输入放大电路：

根据公式调整Rf与R的关系即可实现不同的放大倍数。

2加减运算电路：

反相求和：

多个信号从反相输入端输入。

同相求和：

多个信号从同相输入端输入--输入电路相同时运算结果正好相反。

加减运算：

即同相求和与反相求和相结合的电路---同相输入端与反相输入端都有输入。

双输入差分放大：

即同相输入端与反相输入端都有一个输入信号。

3积分与微分电路：

有源滤波电路

1基本的有源滤波电路----低通滤波电路

无源滤波电路的滤波参数随负载变化；有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，可放大。

无源滤波电路可用于高电压大电流，如直流电源中的滤波电路；有源滤波电路是信号处理电路，其输出电压和电流的大小受有源元件自身参数和供电电源的限制。

2高通、带通、带阻有源滤波器：

有源滤波电路：

需要有电源输入，需要提供额定的电压，由有源元件（运放