高级电工电子技术(理论)教学课件

维修电工（高级）主讲：徐建芳松江新桥职业培训中心2第一篇电子技术第一单元负反馈放大器第一节反馈的基本概念一．什么是反馈反馈的定义：把放大器输出量的一部分或全部，通过一定的电路返送回输入端的一种连接方式。二．反馈的种类正反馈1．按反馈的极性：负反馈直流反馈2.按反馈量的种类：交流反馈电压反馈3.按输出端的取出方式：电流反馈串联反馈4.按输入端的引入方式：并联反馈正反馈——输出量比没有反馈时大。负反馈——输出量比没有反馈时小。直流反馈——反馈量只有直流。交流反馈——反馈量只有交流。直流负反馈——是为了稳定电路的静态工作点。交流负反馈——是为了改善放大器的动态性能。电压反馈：是指反馈量取自输出电压的，或者说反馈量的大小是正比于输出电压的。电流反馈：是指反馈量取自输出电流的，或者说反馈量的大小是正比于输出电流的。串联反馈：是指反馈量与电路的输入量是以电压加减的形式，也就是串联的形式相叠加的。并联反馈：是指反馈量与电路的输入量是以电流加减的形式，也就是并联的形式相叠加的。放大电路负反馈的四种组态：1.电压串联负反馈2.电压并联负反馈3.电流串联负反馈4.电流并联负反馈第二节负反馈放大器反馈组态的判别一．极性的判别判别反馈极性的方法：采用瞬时极性法。二．直流与交流反馈的判别判别直流反馈还是交流反馈可以分别通过直流通路与交流通路来判别，直流通路中存在的反馈是直流反馈，交流通路中存在的反馈是交流反馈。三．电压与电流反馈的判别方法一：负载RL交流短路后，反馈信号消失是电压反馈；如果反馈仍存在是电流反馈。3方法二：反馈引出端与输出端在同一点上，为电压反馈；反馈引出端与输出端不在同一点上，为电流反馈。四．串联与并联反馈的判别反馈引入点与Ui不在同一点上，为串联反馈；反馈引入点与Ui在同一点上，为并联反馈。第三节负反馈电路放大倍数的一般表达式一．负反馈放大器的方框图开环——没有反馈通路闭环——有反馈通路，则，负反馈，则，正反馈，则→∞，自激振荡称为反馈深度，表示电路中施加反馈的程度，此值愈大，反馈愈深，放大倍数下降愈多，对放大电路性能的影响愈大。如果,这种情况称为“深度负反馈”。深度负反馈放大电路的增益仅取决于反馈系数的倒数，而与基本放大电路的参数基本无关。能成为深度负反馈，是因为A0充分大，所以运放能满足深度负反馈的条件。4第四节负反馈对放大电路性能的影响一．减小并稳定放大倍数二．扩展通频带三．改善非线性失真、抑制噪声和干扰四．改变输入电阻和输出电阻电压反馈——稳定输出电压或减小输出电阻电流反馈——稳定输出电流或增大输出电阻串联反馈——增大输入电阻并联反馈——减小输入电阻第五节深度负反馈放大器电压放大倍数的估算在深度负反馈放大器中利用“虚短”和“虚断”估算电压放大倍数。虚短——因为是深度负反馈，净输入量是极小的，所以认为输入是短路的。虚断——因为净输入量极小，输入电流Ii≈0，所以认为输入是断路的。一．电压串联负反馈二．电压并联负反馈三．电流串联负反馈四．电流并联负反馈重点分析例题和书后习题第六节负反馈放大器的自激振荡与消振一．负反馈放大器产生自激振荡的原因在多级放大器中，反馈太深会产生自激振荡，因为除了基本相移外还会产生附加相移。直接耦合的多级放大器会产生高频自激；阻容耦合的多级放大器还会产生低频自激。二．消除高频自激的措施在电路中接入RC校正电路三．消除低频自激的措施用去耦电路5第二单元运算放大器及其应用第一节运算放大器的结构及其主要技术指标运算放大器最早是在模拟计算机中作运算、放大使用而得名，简称“运放”。运放是高增益的直接耦合的多级放大电路。一．运放的原理框图和符号运放的原理框图输入级：通常由差动放大电路构成，目的是为了减小放大电路的零点漂移、提高输入阻抗。中间级：通常由共发射极放大电路构成，目的是为了获得较高的电压放大倍数。输出级：通常由互补对称电路构成，目的是为了减小输出电阻，提高电路的带负载能力。由于运放是高增益的多级直接耦合放大电路，解决温漂是它的首要任务，所以运放输入级都采用差动放大电路。二．运放的主要技术指标61.开环差模放大倍数Aod——运放在没有反馈时的差模电压放大倍数。20lgAod=20lg(Uod为差模输出电压，Uid为差模输入电压)在应用中希望Aod愈大愈好，Aod越大，电路越稳定，运算精度也越高。它是集成运放分档的重要依据之一，一般把大于100dB称为高增益，80dB~100dB之间，称为中增益，60dB~80dB之间为低增益。2.共模抑制比CMRR——差模放大倍数与共模放大倍数之比。20lgCMRR=20lg(Aod为差模增益，Aoc为共模增益)。共模抑制比愈高，电路受共模信号的干扰的影响愈小，产生的零漂也愈小。一般应大于80dB。3.输入失调电压U——在输入端所加的使输出电压为0的微小电压。U一般小于70mv,它的大小反映了运放内部电路不对称的程度。其数值越小表示运放的零漂越小。三．运放的两种应用方式运放的应用方式有线性应用和非线性应用两种。1.运放的传输特性图中的BC段，输出电压随输入电压作线性变化，运放工作在线性区，运放内部三极管都工作在放大区，Uo=Aod(U--U+)(反相)。但在AB与CD段，输出电压却不随输入电压的改变而变化，分别只有UOH和UOL两个固定值，运放的输入输出关系为非线性关系，此时运放工作在非线性区，运放内部三极管都工作在饱和或截止区。由于运放的Aod极高，差模输入电压只有极小范围内才能工作在线性区，为了使运放工作在线性区，电路必须具有很深的负反馈，因此运放电路是否具有深度负反馈可以作为判别运放是线性应用还是非线性应用的依据。2.理想运放自从1964年生产第一个集成运放以来，经过40多年的努力，至今已达到了理想运放的条件。理想运放参数具有以下七个特征：71)开环差模放大倍数为无穷大。2)两输入端之间的输入电阻为无穷大。3)共模抑制比为无穷大。4)输出电阻为零。5)失调电压、偏置电流、失调电流为零。6)漂移为零。7)通频带为无穷大。本书后面的运放分析都按理想运放处理。第二节运放的线性应用在分析线性应用的运放电路时，由于其工作状态为深度负反馈，所以按照“虚短”和“虚断”的原则分析。虚短——运放的两个输入端的电位相等。U-=U+虚断——运放的两个输入电流为0。I+=I-=0“虚短”和“虚断”是理想运放工作在线性区的两个重要特点，它是分析运放在线性区应用电路的出发点。线性应用的运放电路有反相比例放大器、同相比例放大器、加法器、差动放大器、积分器、微分器等各种运算电路。一．反相比例放大器Af=Uo/Ui=-Rf/R1R2=R1//Rf,为了达到静态平衡的目的。R1一般取10~100K左右。二．同相比例放大器Ui=Uf=UoR1/(R1+Rf),Af=Uo/Ui=(R1+Rf)/R1=1+Rf/R18三.加法器Uo=-IfRf=-(I1+I2)Rf=-(Rf/R1U1+Rf/R2U2)加法器的输出是与两个输入信号都成线性关系的。四．差动放大器取R1=R2，R3=R4，保证电路的对称结构。Uo=R3/R1(U2-U1).(利用虚短和虚断推出)五．积分器Uo=-Uit/RC+Uo(0),当输入电压为恒定的直流时，输出电压是一个在Uo(0)的基础上随时间线性增大（或减小）的变动电压，变化的速率与时间常数RC有关，RC大变化慢，反之快。9六．微分器Uo=-RCdUi/dt,微分器输出电压的大小与输入电压的变化率成正比，输出电压的极性与输入电压的变化方向有关。因此，微分器在电子技术中主要用来检测某一物理量的变化程度与变化方向。第三节运放的非线性应用工作在非线性区的集成运放，一般都处于开环或正反馈状态。两输入端之间不能用“虚短”概念，但“虚断”依然存在，因为运放的输入电阻可视为无穷大，两输入端几乎无信号电流输入。处于开环或正反馈的运放放大倍数可近似认为无穷大。运放两输入端的电压略有差异，输出电压不是最高值UOH（+Ucc）就是最低值UOL（-Ucc）。I+=I-,U+≠U-。U+＞U-时，Uo=UOH;U+＜U-时，Uo=UOL。工作在非线性区的运放的输出电压只有这两个特定值。一．电平比较器10Uo翻转的条件是：U+=U-。UR称为阈值电压。电平比较器可以把输入连续的波形变换成矩形波，也可以检测某一电压是否超过了规定值。二．滞回特性比较器（又称施密特触发器）滞回特性比较器提高了比较器的抗干扰能力。三．非正弦波发生器1．矩形波发生器T=2RCln(1+2R2/R1).112．锯齿波发生器见P47图2—21。电路由N1滞回特性比较器和N2积分器组成，N1输出矩形波，N2输出锯齿波。该电路的缺点是锯齿波的幅度和频率不能分别调节。3．三角波方波发生器见P49图2—22。RP1调节振荡频率，当然改变R2和C也会改变振荡频率；RP2调节Uo3输出的正向幅度及Uo1的负向幅度，RP3调节Uo3输出的负向幅度及Uo1的正向幅度。Uo2输出幅度为±0.7V，不可调节。第三单元数字电子技术基础第一节数字电子技术的特点及分类模拟信号：信号的大小在时间上是连续变化的。对模拟信号进行传输、处理的电子线路称为模拟电路。数字信号：信号的大小在时间上不连续变化的。对数字信号进行传输、处理的电子线路称为数字电路。一．引例二．数字电路的特点1．数字电路处理的信号是二进制数字信号（0和1）。2．数字电路中三极管工作在开关状态（饱和或截止）。3．数字电路研究的是输入与输出之间的逻辑关系。三．数字电路的分类121．组合逻辑电路——在任何时刻，电路的输出信号仅取决于该时刻的输入信号，而与先前的状态无关。2．时序逻辑电路——在任何时刻，电路的输出状态不仅取决于该时刻的输入，而且还与电路原先的状态有关。第二节数制与码一．十进制（逢十进一）特点：1.每位数有0~9十个数字组成。2.逢十进一。3.每位数代表值不同。如：（365）10=3×100+6×10+5×1=3×102+6×101+5×100（按权展开相加）3．6．5——各位的系数102、101、100——各位的权10——十进制的基数二．二进制（逢二进一）特点：1.每位数只有0、1二个数字组成。2.逢二进一。3.每位数代表值不同。（1011101）2=1×26+0×25+1×24+1×23+1×22+0×21+1×201、0、1、1、1、0、1——各位的系数26、25、24、23、22、21、20——各位的权2——二进制的基数为什么用二进制？1．电子、电器中的开关、通断、电平的高低只有二种状态。2．二进制运算规则简单。3．可以利用布尔代数数学工具。4．还可以进行逻辑运算。三．十六进制（逢十六进一）特点：1.每位数有0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F十六个数字组成。2.逢十六进一。3.每位数代表值不同。7ABH=7×162+10×161+11×160四．常用进位计数制的转换1．二、十六进制转换成十进制方法：按权展开相加。2．将十进制转换成二、十六进制方法：除基数，取余数，逆序排列。例：（136）10=（10001000）2=88H133．二进制和十六进制的互换1）二→十六方法：从低位向高位四位为一组，不够四位前面添0至四位，然后写出每一组二进制对应的十六进制即可。2）十六→二方法与1）相反。五．二进制码1．二—十进制码用四位二进制码表示0~9中的一个。如：14用8421码应写成00010100（不要与二进制1110相混淆）。重点介绍8421码（BCD码）第三节基本逻辑门电路基本逻辑门电路是数字电路最基本的单元电路，其功能是用来完成某种最基本的逻辑运算。基本逻辑门电路有三种：与门、或门和非门。一．与门L=AB有0出0，全1出1。二．或门L=A+B有1出1，全0出0。三．非门L=是1出0，是0出1。四．复合门14复合门主要有与非门、或非门、异或门、同或门等。1．与非门L=有0出1，全1出02．或非门L=有1出0，全0出13．异或门L=相异为1，相同为0。4．同或门L=相同为1，相异为0。。第四节逻辑函数的基本概念逻辑函数描述的是输入变量与输出变量之间的关系。一．逻辑