金蓝领技师电子技术理论培训教材

金蓝领维修电工技师电子技术理论培训教材2009.07第一章电子技术第一节模拟电子技术一.多级放大电路在大多数情况下，放大电路的输入信号都较微弱，常为毫伏或微伏数量级，输入功率常不到1mW。但放大电路的负载却需要较大的电压和一定的功率才能推动，单级放大器是难于满足这个要求的，所以实际应用的放大电路一般都是多级的。下图即为多级放大器组成框图。其中前面若干级主要用作电压放大，称为前置级；微弱的输入信号经前置级放大到足够的幅度，推动功率放大级(末前级和末级)工作，以输出负载所需要的功率。(一)多级放大电路的组成1．耦合：两个以上的单级放大电路中，级与级之间的连接方式叫耦合。耦合电路：实现级与级之间连接的电路。它作用是把前一级放大电路输出的信号传送到后一级。耦合方式：(1)阻容耦合(2)直接耦合(3)变压器耦合2．阻容耦合放大电路：把电容器作为级间的连接元件，并与下一级的输入电阻连接而成的一种耦合方式。如下图：(1)电路组成：由两个分压式偏置的单管放大电路组成。第一级和第二级之间用耦合电容C2及电阻Rb22连接，即为阻容耦合。主要用于交流放大电路的前置级。(2)电路特点：A.由于电容的“隔直”作用，各级的静态工作点相互自独立，互不影响，整个电路的零漂不会太大，电路的分析调试都比较方便。B.由于电容的“通交”作用，并不影响前后级交流信号的传递。C.由于存在较大的电容器，电路只能放大较大的交流信号，不能放大直流及缓慢变化的信号，低频特性差，而且不易集成化。——缺点3．直接耦合放大电路：一个放大电路的输出与下一个放大电路的输入用导线直接相连的方式。如下图(1)电路组成：前一级放大电路的输出端与后一级放大电路的输入端用导线直接连在一起。即uo1=ui2(2)电路特点：A．前后级直接相连，可以放大缓慢变化的信号或直流信号，能反映直接电平的变化，低频特性比较好。B．电路中没有电容器，易于集成。C．各级静态工作点Q相互影响，信号源及输出负载也会影响到Q，因此分析计算和安装调试都比较困难。——缺点D．零点漂移的影响。——缺点零点漂移——指放大电路的输入端短路(即输入信号ui=0)时，其输出端仍出现变化缓慢而无规则的输出电压。这是一个虚假信号。4．变压器耦合放大电路：利用变压器，通过磁路的耦合把原方的交流信号传送到副方，就构成了变压器耦合放大电路。如下图(1)电路组成：利用变压器T1，通过磁耦合把原边的交流信号传送到副边。(2)电路特点：A．前后级的Q相互独立，电路的设计计算都比较方便。B．变压器耦合不能放大直流信号，低频和高频特性都较差。——缺点C．变压器可以进行阻抗变换，得到最佳负载。常用于功率放大电路中。D．制作变压器需要用有色金属和磁性材料，体积大，成本高，无法集成化。——缺点(二)多级放大电路的分析1.电路的静态分析：即求电路的静态工作点Q,应由电路的直流通路来分析。☆直流通路画法规定：将所有的电容皆视为开路,其余的各量不变。(1)三种耦合方式的比较：1°阻容耦合放大电路：由于电容的“隔直”作用，各级Q相互独立，互不影响，各级的Q点可以单独计算，与单级放大电路相同。2°直接耦合放大电路：由于各级的直流通路互相联系，因此各级Q不能单独计算。3°变压器耦合放大电路:由于变压器作用，各级Q相互独立，互不影响，各级的Q点可以单独计算，与单级放大电路相同。(2)直流通路：以阻容耦合为例。见下图。按照规定：将所有的电容C1、C2、C3及CE1、CE2皆视为开路。如下：(3)计算：直流通路的计算就是求静态工作点Q（即求IBQ、IcQ和UcEQ）。见例题。2．动态性能分析：电路的动态性能分析应通过交流通路来分析计算。☆交流通路的画法规定：（1）所有的电容皆视为短路（2）直流电源UGB视为接地因此，三种耦合方式的分析方法是相同的，下面以阻容耦合为例。在下图电路中，第一级的输出电压Uo1就是第二级的输入电压Ui2,而且两级的发射极电阻RE1与RE2均被发射极旁路电容CE1和CE2短路。(1)交流通路：(2)微变等效电路：（即交流等效电路）由交流通路画出。下图为简化的三极管微变等效电路：(3)计算：A．输入电阻Ri：Ri＝Ri1＝Rb11∥Rb12∥rbe1≈rbe1其中：三极管V的输入电阻rbe＝300＋(1＋β)26mV/IeQmA若前一级无发射极旁路电容CE1，则Ri＝Ri1＝Rb11∥Rb12∥[rbe1＋(1＋β1)RE1]B．输出电阻R0：R0＝R02≈Rc2C．电压增益（电压放大倍数）Au：其中：RL1′＝Rc1∥Ri2，而Ri2＝Rb21∥Rb22∥rbe2≈rbe2∴RL1′≈Rc1∥rbe2；RL2′＝Rc2∥RL若前一级无发射极旁路电容CE1，则：而Ri2＝Rb21∥Rb22∥rbe2∴RL1′＝Rc1∥Ri2＝Rc1∥Rb21∥Rb22∥rbe2(三)多级放大电路的例题分析：[例1]下图电路中，已知：β1＝β2＝50，求：电压增益Au，输入电阻Ri，输出电阻R0这是一个两级阻容耦合放大电路。前一级发射极电阻由RE与RE1串联，其中RE1并联旁路电容CE1，RE无旁路电容；后一级发射极电阻RE2并联旁路电容CE2。（1）静态分析：由直流通路计算，如下图。①计算第一级放大电路的静态工作点：见上图（a）②计算第二级放大电路的静态工作点：见上图（b）(2)动态性能分析：由交流通路分析。①画出交流等效电路图：如下②计算rbe1、rbe2rbe1＝300＋(1＋β1)26mV/IE1QmA＝300＋(1＋50)×26/0.5＝2.95KΩrbe2＝300＋(1＋β2)26mV/IE2QmA＝300＋(1＋50)×26/1＝1.63KΩ③计算电压增益Au：Ri2＝RB21∥RB22∥rbe2＝39∥13∥1.63＝1.4KΩRL1′＝Rc1∥Ri2＝10∥1.4＝1.28KΩ第一级电压增益：第二级电压增益：总电压增益：Au＝Au1·Au2＝(－4.87)×(－78.2)＝381④计算输入电阻Ri：Ri＝Ri1＝RB11∥RB12∥[rbe1＋(1＋β1)RE1]≈7.2KΩ⑤计算输出电阻R0：R0≈Rc2＝5.1KΩ[例2]下图所示电路中，三极管的放大倍数β＝80，求：(1)该电路的静态工作点Q（Ib、Ic、Uce）(2)该电路的电压放大倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻RO。已知rbe＝1KΩ。解:(1)静态分析:即求静态工作点Q(Ib、Ic、Uce):首先画出其直流通路，如下图：静态工作点Q为：Ib＝26μA、Ic＝2.1mA、Uce＝6.4V。(2)动态分析:其微变等效电路如下:1°求输入电阻Ri：已知rbe＝1KΩ,Ri＝Rb1∥Rb2∥[rbe＋(1＋β)Re1]＝40∥10∥(1＋81×0.1)＝4.3KΩ2°求输出电阻R0：R0≈Rc＝3KΩ3°求电压放大倍数Au：[例3]在上图所示电路中，三极管的放大倍数，它的静态工作点是(A)A．Q()B．Q()C．Q()D．Q()解：其直流通路如右图：VUmAIAIcecb4.61.252VUmAIAIcecb1125VUmAIAIcecb4.94.010VUmAIAIcecb1.14100二.集成运算放大器：（一）概述：1．集成运算放大器：是一个高电压增益(105以上)、高输入阻抗和低输出阻抗的直接耦合的多级放大电路。集成运算放大器是一种集成电路,它是将电阻器、电容器、二极管、三极管以及它们的连线等全部集成在一小块半导体基片的完整电路,具有体积小、质量轻、功耗小、外部接线少等优点,从而大大提高了设备的可靠性，降低了成本。集成电路可分为数字集成电路和模拟集成电路两大类，集成运算放大器是模拟集成电路中应用最广泛的一种，由于最初用于数值运算，所以称为集成运算放大器，简称集成运放或运放。如下图：2．集成运放的基本结构：见下图：3．集成运放的组成：(1)输入级：是集成运放性能指标好坏的关键。通常采用差动放大电路来抑制零漂，获得尽可能高的共模抑制比。它要求具有高的输入阻抗。(2)偏置电路：根据各级的需要，集成运放内部采用各种形式的电流源电路，为各级提供小而稳定的直流偏置电流，从而确定合适而稳定的静态工作点。(3)中间级：是集成运放的主要放大级，常采用带有源负载的共射极或共基极放大电路来提高电压增益。(4)输出级：用来提高电路的输出电流和功率，即带负载能力。因此要求有很低的输出阻抗。4．特点：（1）具有很高的开环电压增益，一般在105以上。（2）具有深度负反馈。（3）可进行比例、加法、减法、微分和积分等数学运算。5．集成运算放大器的两种应用方式：（1）线性应用：指集成运放工作在其特性的线性区，其内部的三极管都工作在放大区，它的输入、输出信号呈线性关系。线性应用的基本电路有反相比例、同相比例、加法、减法、微分、积分等各种运算电路。(2)非线性应用：指集成运放工作在其特性的非线性区,其内部的三极管都工作在饱和区或截止区,它的输入、输出信号呈非线性关系。非线性应用的基本电路是比较器,比较器可以组成电平比较、波形产生以及波形变换等各种应用电路。由于集成运算放大器具有极高的电压放大倍数，为了使它能工作在线性区，电路必须具有很深的负反馈才能正常工作，因此，电路是否具有负反馈可以作为判断集成运算放大器是线性应用还是非线性应用的依据。6．分析工作在线性状态的理想运算放大器的两条规则：（1）两输入端电流近似为零。即i+≈0，i-≈0——虚断路（2）两输入端电压近似相等。即u+≈u-——虚短路若为反相输入，∵u+＝0，∴u-≈0——虚地(二)集成运算放大器使用基本知识：1．集成运算放大器的主要参数：(1)开环差模电压放大倍数AuD：指集成运算放大器在开环状态、输出不接负载时的直流差模电压放大倍数。开环状态——指输出端和输入端之间未接任何元件的状态。一般地，通用型集成运算放大器的AuD为60～140dB；高质量的集成运算放大器的AuD可达170dB以上；μA741的AuD典型值约为100dB。(2)输入失调电压UIO：指为使集成运算放大器的输入电压为零时，输出电压也为零，而在输入端施加的补偿电压。其值越小越好，一般地为几毫伏。(3)输入失调电流IIO：指当输入电压为零时，输入级两个差动对管的静态基极电流之差。即IIO＝︱IB1－IB2︱。IIO越小越好，通常为0.001～0.1μA。(4)输入偏置电流IIB：指当输出电压为零时，差动对管的两个静态输入电流的平均值。即IIB＝（IB1＋IB2）/2其值越小越好，通常为0.001～10μA。(5)最大差模输入电压UIDM：指集成运算放大器的两个输入端之间所能承受的最大电压值。利用平面工艺制造的硅NPN管，UIDM约为±5V；横向PNP管可达±30V；μA741的UIDM为±30V。(6)最大共模输入电压UICM：指集成运算放大器所能承受的最大共模输入电压。若实际的共模输入电压超过UICM值，则集成运算放大器的共模抑制性能将明显下降。以至于不能正常工作。μA741的UICM值约为±13V。(7)差模输入电阻Rid：指运算放大器在开环条件下，两输入端之间的动态电阻。其值越大越好。一般的运算放大器为105～106Ω，国产的高输入阻抗运算放大器的Rid值目前可达1012Ω以上。(8)输出电阻RO：指运算放大器在开环条件下的动态输出电阻。它表征集成运算放大器的带负载能力。RO越小，带负载能力越强。一般地，其数值为几十Ω至几百Ω，μA741的RO值为75Ω。(9)最大输出电压幅度UOPP：指在规定的电源电压下，集成运算放大器所能输出的不产生明显失真的最大电压峰值。μA741的UOPP为±13～±14V。(10)共模抑制比KCMR：指差模放大倍数AuD与共模放大倍数AuC之比的绝对值。即KCMR＝︱AuD/AuC︱，此值越大越好。μA741的KCMR为90dB；高精度运算放大器的KCMR可达120dB。2．集成运算放大器的选择：集成运算放大器按其技术指标可分为通用型、高速型、高阻型、低功耗型、高精度型等；按其内部电路可分为双极性型（由晶体管组成）和单极型（