電子技術(shù)基礎(chǔ) 模擬部分 第五版康華光 期末考試 重點

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1、模 電 分 析 課 程內(nèi) 容 總 結(jié) 二 極 管 電 路 3 二 極 管 電 路 的 簡 化 模 型 分 析 方 法1 .理 想 模 型 （ ideal diode) v DiD 當(dāng) 電 源 電 壓 遠(yuǎn) 比 二 極 管 的 管 壓 降 大 時 ， 利 用 此 模型 作 近 似 分 析 。iD vD 4 2 .恒 壓 降 模 型 （ offset model) 二 極 管 導(dǎo) 通 后 ， 認(rèn) 為 其 壓 降 是 恒 定 的 ， 典 型 值 為0 .7 V， 只 有 當(dāng) 二 極 管 的 電 流 大 于 等 于 1 mA時 ， 才 是 正 確的 。 vDiDvDiD Vth 二 極 管 電 路 的

2、簡 化 模 型 分 析 方 法 3 . 限 幅 電 路 v O + VREF vI + R D V D vO + V REF vI + R D 有 一 限 幅 電 路 如 圖 所 示 ， R=1 k， VREF=3 V,二 極 管 為 硅二 極 管 。 分 別 用 理 想 模 型 和 恒壓 降 模 型 求 解 一 下 兩 問 ：（ ） vI=0 V、 4 V、 6 V時 ， 求相 應(yīng) 的 輸 出 電 壓 vO的 值 ；（ ） 當(dāng) vI= sinwt(V)時 ， 繪出 相 應(yīng) 的 輸 出 電 壓 波 形 O + D VREF I + R +5 VvI1vI2 VCC 4 .7 kvO Vo=?（

3、 1 ） vI1 =0 V、 vI2 =0 V （ 2 ） vI1 =0 V、 vI2 =5 V（ 3 ） vI1 =5 V、 vI2 =5 V（ 4 ） vI1 =5 V、 vI2 =0 V 晶 體 管 放 大 電 路 8 基 本 共 射 極 放 大 電 路 的 工 作 原 理 cCCCCE BC b BECCB RIVV II RVR VVI BCC 根 據(jù) 直 流 通 路 可 知 ： 采 用 該 方 法 ， 必 須 已 知 三 極 管 的 值 。一 般 硅 管 V BE=0 .7 V， 鍺 管 VBE=0 .2 V。 + CTb1 CCRb V+vov+i b2CcR a.靜 態(tài) (直

4、流 工 作 狀 態(tài) ) 9 基 本 共 射 極 放 大 電 路 的 工 作 原 理b.動 態(tài)+ + CTb1 CCRb VL+voR-v+-i b2CcR+TRb L+voR-v+-i cR 輸 入 信 號 不 為 零 時 ， 放 大 電 路 的 工 作 狀 態(tài) ， 即 交 流 工 作 狀 態(tài) 耦 合 電 容 ： 通 交 流 、 隔 直 流 直 流 電 源 ： 內(nèi) 阻 為 零 直 流 電 源 和 耦 合 電 容 對 交 流 相 當(dāng)于 短 路 . .H參 數(shù) 小 信 號 等 效 電 路 .+eb c Vo-i-+V cbI+. bII c Lb beR r RRbe Lc beb LcciOV

5、r RR rI RRIVVA )/( )/( berR /b ber TTi IVr CTTo RIVR 1 1 （ 2 ） 放 大 電 路 指 標(biāo) 分 析 靜 態(tài) 工 作 點 CCb2b1 b2B VRR RV e BEBEC RVVII )( ecCCCeEcCCCCE RRIVRIRIVV CB II + + CTb1 CCRb1 VL+v oR-v+-i b2CcR+eRb2R 射 極 偏 置 電 路 電 壓 增 益 )/( Lcbo RRIV ebbebeebebi )1( RIrIRIrIV ebe Lcebeb LcbioV )1( )/()1( )/( Rr RRRrI RRI

6、VVA )mA( )mV(26)1(200 EQbe Ir . . .Voi-+V cbI. I + + eb cR Rb1 ber R c+-LRb2R bIeeI. )1(/ ebeb2b1TTi RrRRIVR 輸 出 電 阻 oco /RRR 當(dāng) co RR 時 ， 一 般 cceo RrR （ ）co RR 輸 入 電 阻 場 效 應(yīng) 管 電 路 MOS放 大 電 路 DD2g1g 2gGS VRR RV 2TGSnD VVKI 根 據(jù) 求 得 的 VDS判 斷 FET工 作 在 飽 和 區(qū) 或 可 變 電 阻 區(qū)dDDDDS RIVV 1. 直 流 偏 置 及 靜 態(tài) 工 作 點

7、的 計 算 VDDvovi B Cb2Cb1 Rg1 RdRg2g ds Tid（ 1） 簡 單 的 共 源 極 放 大 電 路 1. 直 流 偏 置 及 靜 態(tài) 工 作 點 的 計 算（ 2） 帶 源 極 電 阻 的 NMOS共 源 極 放 大 電 路 +VDDvov i B Cb2Cb1 Rg1 RdRg2g ds Tid -VSSRs R GS G SG2 DD SS SS D SSG1 G2V V VR V V V RI VR R 2TGSnD VVKI RRIVVV dDSSDDDS當(dāng) NMOS管 工 作 在 飽 和 區(qū) voRvi g RdRg1| Rg2 s d gsmVg gs

8、V RgRgVVA RVgVRVgVVV mdmio dgsmogsmgsi 1 dog2g1i | RRRRR Rsvs+-小 信 號 模 型 分 析 gsmgsTGSQnd 2 vgvVVKi 1 8 直 流 偏 置 電 路.分 壓 器 式 自 偏 壓 電 路 2 PGSDSSD )1( VVII 可 解 出 Q點 的 VGS 、 ID 計 算 Q點 ：已 知 VP ， 由 RIVRRRV DDDg2g1 g2GS VDS =VDD- ID (Rd + R )再 求 ：+gTRdRCb1 b2C vovi VDDCdsg1Rg2R g3R+ JFET放 大 電 路 1 9 動 態(tài) 指 標(biāo)

9、分 析 （ 1） 求 電 壓 放 大 倍 數(shù)（ 2） 求 輸 入 電 阻（ 3） 求 輸 出 電 阻 )/( g2g1g3i RRRR do RR RgRgVVA RVgVRVgVV mdmioVM dgsmogsmgsi 1 iR + +-+-g dsRg3g1R g2R R dR OVgsmVg iV gsV JFET放 大 電 路 的 小 信 號 模 型 分 析 法 時 ）（ 當(dāng) 0)1(2 GSPP PGSDSSm vVV VvIg 運 放 電 路 基 本 線 性 運 放 電 路虛 假 短 路 iv pvnv ov 1R 2R)( npoo vvAv v 由 理 想 運 放 的 參 數(shù)

10、 可 知 ：ovA為 有 限 值ov 0np vv兩 輸 入 端 的 電 位 約 相 等 ， 稱 為 虛 短iii /ivr ir 為 有 限 值 iv 0i i 0np ii兩 輸 入 端 的 電 流 約 為 零 ， 稱 為 虛 斷 21Rnv 1ov1R1iv 2R 22R2R 2ov22R1A 2A2iv高 輸 入 電 阻 差 分 電 路 如 圖 ， 求 輸 出 電 壓 表 達(dá) 式 。1 1211 )1( io vRRv 由 疊 加 定 理 ： 12222 oo vRRv 11212222 )1( io vRRRRv 2222 222222 )(1( io vRR RRRv 222 oo

11、o vvv當(dāng) R1=R21時 )( 122222 iio vvRRv 與 單 級 差 放 電 路 相 比 ， 由 于 第 一 級 是 同 相 輸 入 放 大 電路 ， 輸 入 電 阻 為 無 窮 大 反 饋 電 路 2 4 反 饋1 . 反 饋 (feedback) 輸 出 信 號反 饋 放 大 電 路的 輸 入 信 號 反 饋 信 號 基 本 放 大 電 路 的 輸 入信 號 （ 凈 輸 入 信 號 ）+x I x F x O基 本 放 大電 路 Ax ID 反 饋 網(wǎng) 絡(luò)F 2 5 Fv io A v + v i + vid vf + vo RL + + + Fr io A g + v i

12、 vid vf vo RL + + Fg Ar ii iid if io v o R L + Fi Ai ii iid if io v o R L 電 壓 串 聯(lián) 電 壓 并 聯(lián) 電 流 串 聯(lián) 電 流 并 聯(lián) 電 壓 并 聯(lián) 負(fù) 反 饋ii iidif fR LR+Vsi Rs voVoltage-shunt negative feedback 電 流 串 聯(lián) 負(fù) 反 饋V V +idv f Rfv RLviRssv oiCurrent-series negative feedback 電 流 并 聯(lián) 負(fù) 反 饋ii iidif iofR R LR+Vsi RsCurrent-shunt n

13、egative feedback 電 流 并 聯(lián) 負(fù) 反 饋T1 CCV1Rfi 2Rsi T23R Rb1i oiCurrent-shunt negative feedback Rs vo+ I1 2 Rb cTR c TR VCCVEE vobR +fR RLsi Rs例 電 壓 并 聯(lián) 負(fù) 反 饋 3 1 1 .鏡 像 電 流 源 (mirror current sources ) BJT電 流 源 電 路 +VCCT1 T2RIREFIC1 iC22 IB -V EE vCEIO與 IREF相 等 ， 構(gòu) 成 鏡 像 關(guān) 系 ， 改 變 R值 ， 可以 獲 得 不 同 的 IO， 不

14、受 T2 負(fù) 載 變 動 的 影 響較 小 時 ， IB對 IREF的 分 流 作 用 影 響 鏡 像 對 稱 度 。 若 需 減 小 輸 出電 流 ， 必 要 求 R的 值 很 大 B2 1CE2C2o Ivir 動 態(tài) 輸 出電 阻 集 成 運 放 3 3 2 .微 電 流 源 (widlar current source)BJT電 流 源 電 路 利 用 發(fā) 射 結(jié) 電 壓 對 集 電 極 電 流 的 影 響 作 用 。 T2 的 射 極 電 阻 使 其 發(fā) 射 結(jié) 電 壓 減 小 ，從 而 減 小 其 集 電 極 電 流 IC2 +VCCT 1 T2R Re2IREFIC1 IC22

15、IB -VEEe2BEE2C2O RVIII e2be2 e2ce2o 1 Rr Rrr RVVI EECCREF 3 4 2 .微 電 流 源 (widlar current source)BJT電 流 源 電 路 +VCCT1 T2R R e2IREFIC1 IC22 IB例 題 ： VCC=3 0 V， 現(xiàn) 要 求 IC2 1 0 A。若 采 用 鏡 像 電 流 源 ： MR RVVII BECCREFC 9322 . 3 5 2 .微 電 流 源 (widlar current source)BJT電 流 源 電 路 +VCCT1 T2R R e2IREFIC1 IC22 IB選 Re

16、2 1 1 .9 7 k， 利 用 公 式 ： 222221 2121 ln ECEEBEBE CCTBEBE RIRIVV IIVVV AII CREF 7.9981 kI VVR REF BECC 3.29 若 采 用 微 電 流 源 ：代 入 數(shù) 據(jù) ， 3 6 3 .高 輸 出 阻 抗 電 流 源BJT電 流 源 電 路 +VCCT1 T2R IREFIC1 IC22 IB-V EE T3 IC3威 爾 遜 電 流 源 電 路 利 用 電 流 負(fù) 反 饋 原 理 來 進(jìn) 一 步提 高 鏡 像 輸 出 電 流 的 溫 度 穩(wěn) 定 性 和 增 大 動 態(tài) 輸 出電 阻 R VVVVI EE

17、3BE2BECCREF REF 13C2O IAAII A1 、 A3 為 T1 、 T3 得 相 對 結(jié) 面 積當(dāng) 溫 度 或 負(fù) 載 變 化 使 IO(IC2 )增 大 時 ， IE2 隨 之 增 大 ， IC3 及 其 鏡 像 電 流 IC1亦 隨 之 增 大 ， 促 使 VC1 (VB2 )減 小 、 IB2 減 小 ， IO減 小 ， 穩(wěn) 定 了 IO 3 7 電 流 源 作 有 源 負(fù) 載BJT電 流 源 電 路 IREF T2T3 T1R vOvi+VCC可 使 電 路 在 不 提 高 電 源 電 壓 的 條 件 下 ，獲 得 較 高 的 電 壓 增 益 與 較 大 的 動 態(tài)

18、范 圍有 源 負(fù) 載 是 模 擬 集 成 電 路 的 重 要 特 征 。 采 用 有 源 負(fù) 載 的 運 放 ， 有 時 中 間 只 需 兩 級 放 大 ，就 可 以 滿 足 高 增 益 的 要 求 。 這 樣 ， 放 大 器 級 數(shù) 減 少 ， 有 利 于 提 高 多 級 放 大 器 的 穩(wěn) 定 性鏡 像 電 流 源 作 為 T1 的 集 電 極 負(fù) 載 3 8 射 極 耦 合 差 分 式 放 大 電 路1.基 本 電 路 + +_ r RT+ Rb T CC1 R EE vO b2VRc c V +i2v vi1 oidv2 idv2I0 E o2v+vo1射 極 耦 合 （ Emitte

19、r-coupled)方 式 3 9 射 極 耦 合 差 分 式 放 大 電 路2.工 作 原 理靜 態(tài) 分 析 ： BECCCCCE OCC VRIVV III 2121 + +_ r RT+ Rb T CC1 REE vO b2VRc cV +i2v vi1 oidv2 idv2I0 E o2v+vo1動 態(tài) 分 析 ： 4 0流 過 恒 流 源 的 電 流 不 變 ， 故 BJT的 射 極電 位 不 變 ； 負(fù) 載 中 點 電 位 不 變 ， 以 上各 點 對 差 模 信 號 視 為 短 路 。 （ 1 ） 差 模 電 壓 放 大 倍 數(shù) + 2 +R E idb2 Tv Ti1 id b

20、 1R R vcc+ i22v Rvvv+ +o1 ov o2 射 極 耦 合 差 分 式 電 路 + +_ r RT+ Rb T CC1 R EE vO b2VRc c V +i2v vi1 oidv2 idv2I0 E o2v+vo13 .主 要 技 術(shù) 指 標(biāo) 計 算 4 1 beCidOVD rRVVA 有 負(fù) 載 時 ： 2LCL beLVD RRR rRA 無 負(fù) 載 時 ： Co bei RR rR 22 bI bI RL/2rbe RC 1odVrbe RC 2odVRL/22idV2idVidV bI oVbI 射 極 耦 合 差 分 式 電 路 + 2 +R E idb2

21、Tv Ti1 id b 1R R vcc+ i22v Rvvv+ +o1 ov o2 功 率 放 大 電 路 乙 類 功 放 工 作 原 理 （ 設(shè) ui為 正 弦 波 ） ic1i c2 靜 態(tài) 時 ：ui = 0V ic1、 ic2均 =0（ 乙類 工 作 狀 態(tài) ） uo = 0V動 態(tài) 時 ：ui 0V T1截 止 ， T2導(dǎo) 通ui 0V T1導(dǎo) 通 ， T2截 止iL= ic1 ;iL=ic2T1、 T2兩 個 管 子 交 替 工 作 ， 在 負(fù) 載 上 得 到 完 整 的 正 弦 波 。 uu VCCVCCoi LR 當(dāng) 輸 入 信 號 處 于 正 半 周 時 ， 且幅 度 遠(yuǎn)

22、大 于 三 極 管 的 開 啟 電 壓 ， 此時 NPN型 三 極 管 導(dǎo) 電 ， 有 電 流 通 過負(fù) 載 RL， 按 圖 中 方 向 由 上 到 下 ， 與假 設(shè) 正 方 向 相 同 。 當(dāng) 輸 入 信 號 為 負(fù) 半 周 時 ， 且 幅 度 遠(yuǎn)大 于 三 極 管 的 開 啟 電 壓 ， 此 時 PNP型 三極 管 導(dǎo) 電 ， 有 電 流 通 過 負(fù) 載 RL， 按 圖 中方 向 由 下 到 上 ， 與 假 設(shè) 正 方 向 相 反 。 于是 兩 個 三 極 管 一 個 正 半 周 ， 一 個 負(fù) 半 周輪 流 導(dǎo) 電 ， 在 負(fù) 載 上 將 正 半 周 和 負(fù) 半 周合 成 在 一 起 ，

23、 得 到 一 個 完 整 的 不 失 真 波形 。 ui+- +VCC-VCC uo三 、 分 析 計 算 (P488) Icm2ic的 最 大 變 化 范 圍 為 ：uCE的 最 大 變 化 范 圍 為 ： cmI2 LcmCEScc RIUV 2)(2 1、 輸 出 功 率 ooo IUP Lomom RUU 22 LomRU221 Lomom RUP 221 L CESCC RUV 2)(21 LCCRV 221ui+- +VCC-VCC uo 電 源 功 率 PV 直 流 電 源 提 供 的 功 率 為 半 個 正 弦 波 的 平 均 功率 ， 信 號 越 大 ， 電 流 越 大 ，

24、電 源 功 率 也 越 大 。 LomCC 0 LomCC 0 omCCCCCCV 2 )d(sin22 )d(sin22= RUV ttRUV ttIVIVP 即 PV Uom 。 當(dāng) Uom趨 近 VCC時 ， 顯 然 PV 近 似 與 電 源 電 壓 的 平 方 成 比 例 。 乙 類 互 補 功 放 電 路 的 管 耗 L2omL omCCoVT 22= RURUVPPP 三 極 管 的 管 耗 PT 電 源 輸 入 的 直 流 功 率 ， 有 一 部 分 通 過 三 極管 轉(zhuǎn) 換 為 輸 出 功 率 ， 剩 余 的 部 分 則 消 耗 在 三 極管 上 ， 形 成 三 極 管 的 管

25、 耗 。 顯 然 將 PT畫 成 曲 線 ，如 圖 所 示 。 一 個 管 子 的 管 耗 )(d )(21= 0 LooCCT1 tRuuVP 兩 管 管 耗 )d( sin)sin(21 0 LomomCC tR tUtUV )4(1 2 omomCCL UUVR T1T 2= PP )4(2 2omomCCL UUVR uu VCCV CCoi LR 三 極 管 的 最 大 管 耗)4(1 )d(sin)sin(21= 2omomCCL om0 omT1 UUVR tR tUtUVP LCC 0omL2CC2 2T1max 2.022.0 CESULCC PRVRVP 用 PT1對 Uo

26、m求 導(dǎo) ， 并 令 導(dǎo) 數(shù) =0， 得 出 ：PT1max發(fā) 生 在 Uom=0.64VCC處 。將 Uom=0.64VCC代 入 PT1表 達(dá) 式 ： 效 率 CComVo 4= VUPP 時 ， CCom VU % 78.54max 最 高 效 率 max 小 結(jié) :1、 乙 類 功 放 兩 管 輪 流 工 作2、3、 L 2CCom 2 )( RUVP CESL2omo 2RUP CCom4= VU % 78.54max 靜 態(tài) 時 : T1、 T2兩 管 發(fā) 射 結(jié) 電 壓 分別 為 二 極 管 D1、 D2的 正 向 導(dǎo) 通壓 降 ， 致 使 兩 管 均 處 于 微 弱 導(dǎo)通 狀

27、態(tài) 甲 乙 類 工 作 狀 態(tài)動 態(tài) 時 ： 設(shè) ui 加 入 正 弦 信 號 。 正 半周 T2 截 止 ， T1 基 極 電 位 進(jìn) 一 步提 高 ， 進(jìn) 入 良 好 的 導(dǎo) 通 狀 態(tài) ； 負(fù)半 周 T1截 止 ， T2 基 極 電 位 進(jìn) 一 步降 低 ， 進(jìn) 入 良 好 的 導(dǎo) 通 狀 態(tài) 。1.基 本 原 理 甲 乙 類 功 率 放 大 器 電 路一 . 甲 乙 類 雙 電 源 互 補 對 稱 電 路電 路 中 增 加 R1、 R2、 D1、 D2、 R3支 路 uB1t tiB IBQ波 形 關(guān) 系 ： ICQ iCuBEiB ib特 點 ： 存 在 較 小 的 靜 態(tài)電 流 ICQ 、 IBQ 。每 管 導(dǎo) 通 時 間 大于 半 個 周 期 ， 基本 不 失 真 。 iC Q uceVCCIBQ 利 用 uBE擴 大 電 路 進(jìn) 行 偏 置 的 互 補 對 稱 電 路 2 2144 R RRUU BECE 421 24 CEBE URR RU