模电电子线路线性部分第五版主编冯军谢嘉奎第四章课件(1).

R1C1
又 1 2 10，C2 0 Rin 100k，又当T 1 1时， 1 1k，
RC
RC
C 1 10nF。 100k 1k
（2）、vo 1 t vidt,则当0 t 2ms时，vo 2 t 2000t。
RC 0
RC
当t 2ms时，vo vo(2ms) 4V。
（d）、f
5kHz,
则v
' o
max
SR
31.8V
10V ,
2f
vo max 10V ,则对应的vi max vo max 1V。 10
有用的输入电压范围为（- 1V， 1V）。
2.106
取R2 R3 100k,1 R2 200, R1 100k 502。
R1
199
又 1 2 100，C1 3.18F。
Acm R4 (1 R2 R3) 0.009。 R4 R3 R1 R4
CMRR 20log Ad 60.8dB。 Acm
2.72
A C
D B
令vI1 3 0.04sin t(V ), vI 2 3 0.04sin t(V )
i vI 2 vI1 0.08sin t(mA)。
(a)直流分析
直流通路如图所示。
栅极电压VG
15 5M 5M 10M
5V
又VG VGS ID *3k (1)
假设该管工作在饱和区，忽略沟长效应，
则有 ID 1 k 'n(W )(VGS Vt)2 （2） 2L
v Do
,
D
vo
00,.9v8I (vI0.605.V65),
v I
0.65V
3.69
Iz=20mA时，VZ=6.8V，rZ=5Ω，则VZ=VZO+IZrZ， VZO=6.7V。 ① 电源电流不受限（反向击穿）

定了现代电力工业的基础。 。
9
麦克斯韦1831年6月出生于英国爱丁堡， 14岁在中学时期 就发表了第一篇科学论文《论卵形曲线的机械画法》，16 岁进入爱丁堡大学学习物理，三年后，他转学到剑桥大学 三一学院。在剑桥学习时，打下了扎实的数学基础，为他 尔后把数学分析和实验研究紧密结合创造了条件。 麦克斯韦在总结前人工作的基础上，引入位移电流的概 念，建立了一组微分方程。确定了电荷、电流（运动的电 荷）、电场、磁场之间的普遍联系，麦克斯韦方程组表明， 空间某处只要有变化的磁场就能激发出涡旋电场，而变化 的电场又能激发涡旋磁场。交变的电场和磁场互相激发就 形成了连续不断的电磁振荡即电磁波。麦克斯韦方程还说 明，电磁波的速度只随介质的电和磁的性质而变化，由此 式可证明电微波在真空中传播的速度，等于光在真空中传 播的速度。这不是偶然的巧合，而是由于光和电磁波在本 质上是相同的。光是一定波长的电磁波，这就是麦克斯韦 创立的光的电磁学说。 麦克斯韦依据库仑、高斯、欧姆、安培、毕奥、萨伐尔、 法拉第等前人的一系列发现和实验成果，建立了第一个完 整的电磁理论体系，不仅科学地预言了电磁波的存在，而 且揭示了光、电、磁现象的本质的统一性，完成了物理学 的又一次大综合。这一理论自然科学的成果，奠定了现代 的电力工业、电子工业和无线电工业的基础。
11
1824年6月26日开尔文生于爱尔兰的贝尔法斯特。原 名W.汤姆孙。 10岁时就进格拉斯哥大学预科学习。 1845年毕业于剑桥大学，1846年受聘为格拉斯哥大学物 理学教授1890～1895年任伦敦皇家学会会长。1877年被 选为法国科学院院士。 开尔文研究范围广泛，在热学、电磁学、流体力学、 光学、地球物理、数学、工程应用等方面都做出了贡献。 他一生发表论文多达600余篇，取得70种发明专利， 在电学方面，汤姆孙以极高明的技巧研究过各种不同 类型的问题，从静电学到瞬变电流。他揭示了傅里叶热 传导理论和势理论之间的相似性，讨论了法拉第关于电 作用传播的概念，分析了振荡电路及由此产生的交变电 流。他的文章影响了麦克斯韦，后者向他请教，希望能 和他研究同一课题，并给了他极高的赞誉。1855年他研 究了电缆中信号传播情况，解决了长距离海底电缆通讯 的一系列理论和技术问题。由汤姆孙和亥姆霍兹起主导 作用的在巴黎召开的国际代表大会，和1893年在芝加哥 召开的另一次代表大会，正式采用伏特、安培、法拉和 欧姆等作为电学单位，这一新的单位制，从此它们被普 遍使用。

例如：温度升高，三极管参数 、ICBO、VBE(on)，
而这些参数的变化将直接引起 Q 点发生变化。 当 Q 点过高或过低时，输出波形有可能产生饱和
或截止失真。
第 4 章 放大器基础
Q 点波动对输出波形的影响：
iC
iC
Q
ib
ICQ O
O
t
O
Q
ib
Q VCEQ
ib vCE
vCE
t
Q 点在中点，动态范围最大，输出波形不易失真。 Q 点升高，不失真动态范围减小，输出易饱和失真。 Q 点降低，不失真动态范围减小，输出易截止失真。
第 4 章 放大器基础
三极管偏置电路
(1)固定偏流电路
▪ Q 点估算：
IBQ
VCC
VB E(on) RB
VCC
RB
RC IC
IB
ICQ IBQ (1 )ICBO IBQ
VCEQ VCC ICQ RC
▪ 电路优点： Q 点设置方便，计算简单。
▪ 电路缺点： 不具有稳定 Q 点的功能。
T ICQ VEQ( = ICQRE) VBEQ(= VBQ VEQ)
ICQ
IBQ
第 4 章 放大器基础
▪ 存在问题：
VBEQ 越大 Q 点越稳定 RE 越大 VCEQ 越小 输出动态范围越小
工程上，常选用： VEQ = 0.2VCC 或 VEQ = 1 ~ 3 V
RB1、RB2 过大 不满足 I1 >> IBQ 则 VBQ 不稳定 RB1、RB2 过小 放大器 Ri 减小
将放大器输出 端与输出负载 进行连接。
第 4 章 放大器基础
4.1 偏置电路和耦合方式
4.1.1 偏置电路

Ri 越大，RS 对 Avs 影响越小。
第4章
放大器基础
电流放大器
电流增益：
ii
io
ion RL
RS Ri 短路电流增益： ion io ion RL Ain Ai (1 ) ii i i io Ro Ro 越大，RL 对 Ai 影响越小。 io io i i RS 源电流增益： Ais Ai is i i is RS Ri
第4章
放大器基础 VCC RC2 T2 RE2 RC3 T3 RE3 RCn Tn REn
级间直流电平配置问题二
RC1 T1
工作在放大模式时： 由图
VCQ3 VBQ3 VBQ2 VBQ1
VBQ3 VBE(on)3 I CQ3RE3
VCEQ3 VCC I CQ3( RC3 RE3 )
部分。
第4章
放大器基础
放大器分类
按信号特征分： 音频放大器 视频放大器 脉冲放大器 谐振放大器 (放大语音信号) (放大图像信号) (放大脉冲信号) (放大高频载波信号)
宽带 放大器
按信号强弱分： 小信号放大器 (线性放大器) 大信号放大器 (非线性放大器) 按电路结构分： 直流放大器 (多用于集成电路) 交流放大器 (多用于分立元件电路)
( Ro 的定义)
+
v
-
(放大器一般框图)
令负载电阻 RL 开路，信号源为零。
在输出端外加电压 v，则产生电流 i。
定义
v Ro i
Ro 反映放大器受负载电阻 RL 的影响程度。
第4章
放大器基础
小信号放大器四种电路模型
ii io
RS + vS -

元件参数优化
元件参数优化
在模拟电子线路中，元件参数的选择对电路性能具有重要影响。通过优化元件参数，可以 提高电路性能、减小功耗和减小体积。
电阻优化
电阻是模拟电子线路中常用的元件，其阻值和功率等参数的选择对电路性能有直接影响。 优化电阻参数，如选用高精度、低温度系数的电阻，可以减小电路误差和提高稳定性。
电路板制作
将PCB板图交给工厂制作电路 板。
电路原理图设计
根据设计要求，使用电路设计 软件绘制电路原理图。
PCB板设计
使用PCB设计软件，将电路原 理图转换为PCB板图。
元件焊接与组装
将采购的元件焊接到电路板上 ，完成电路板的组装。
电路调试与测试
电源检查
检查电源是否正常，确保电源电压符 合要求。
02
电路性能改进
电源效率改进
在模拟电子线路中，电源效率是一个重要的性能指标。通 过改进电源效率，可以减小功耗和减小散热问题。
信号质量改进
信号质量是模拟电子线路中的关键性能指标之一。通过改 进信号质量，可以提高电路的信噪比和减小失真。
动态性能改进
动态性能是模拟电子线路中衡量电路快速响应能力的指标 。通过改进动态性能，可以提高电路的响应速度和减小超 调和振荡。
特点
模拟电路能够实现信号的放大、滤波 、转换等功能，具有高精度、低噪声 、稳定性好等优点，广泛应用于通信 、音频、图像处理等领域。
模拟电子线路的应用
01
02
03
通信系统
模拟电子线路在通信系统 中主要用于信号的发送、 接收和处理，如调制解调 器、滤波器等。
音频处理
模拟电子线路在音频处理 中主要用于信号的放大、 滤波和音效处理，如音频 功放、音响设备等。

vo
Rf R1
vs1
Rf R2
vs2
例如
令 vs2 = 0 令 vs1 = 0
则
vo1
Rf R1
vs1
则
vo2
Rf R2
vs2
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vo vo1 vo2
第 6 章 集成运算放大器及其应用电路
▪ 同相加法器
利用叠加原理：
R
f
v
R2vs1 R1 R2
R1vs2 R1 R2
则
vo
(1
vZ
分析方法一：
因 T1、T2、T3、T4 构成跨导线性环，
则
iX iY iZ iO
由图
iX vX / RX
iY vY / RY iZ vZ / RZ iO vO / R4
整理得
vO
R4 RZ RX RY
vXvY vZ
(实现乘、除运算)
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第 6 章 集成运算放大器及其应用电路
vs
因
v 0
因深度电压负反馈
输入电阻 输出电阻
第4页/共44页
Ri R1
Ro 0
第 6 章 集成运算放大器及其应用电路
▪ 同相放大器
类型：电压串联负反馈
因
则
v v
v vs
注：同相放大器不存在“虚地”。
if R
f
i1
+
A
R1
v
+-
o
则 因
v
i 0
i1 if
s
由图
i1
0 v R1
vs R1
Rf R3
)v
R3
+

~
+ u2
C1
C2
RL
L 对交流感抗很大
RLC- 型滤波电路
第四章 直流稳压电源
四、电子滤波电路
R
RC-π型滤波电路中，R越大，滤波效果越好， + 但同时在R上产生的电压损失也越大.
+ ui RP -
V C1 C2 C2 C1
++
RLRL uo uo -
解决思路：
当三极管工作在放大状态时，c与e间的直流电 阻RCE较小，而交流电阻rce却很大.
t1
t2
t3
t4
uL 共阳极接法
采用三相整流电 路
T 一个周期出现三个波头
自然换相点
第四章 直流稳压电源
L + - u R
L
T
N
K
V1 V2 V3
T L1 L2 L3
N
-
RL
+
K V4 V5 V6
L1 L2 L3 二次相电压有效值为 U相 V相 W相
U V W
iL
U V W
共阴极接法 U 2 ，其表达式为： U相电位最高，V1导通 在t1～t2时间内 uL=uU
(１)尽管交流电压的大小和方向随时间不断变 化，但只要二极管正极的电位高于负极的电位，二 极管就导通，导通后流过负载的电流方向是不变的， 负载上得到的是脉动的直流电. (２)若需负的直流电源，电路形式同上，只需 把其中的二极管的两个管脚极性颠倒一下即可.
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第四章 直流稳压电源
§4-2
整流器件的选用
解:
整流二极管的工作电流 变压器二次绕组的相电压
IF
1 450 150 A 3 IL 3

当 VS = VREF 时 误差放大器输出静态电压，经电压比较器使 T1 管的 导通时间为 ton 或占空系数为 d0，稳压器的输出电压
VO = VREF
R1 R2 = f T
调解过程如下： VO VS ton d VO 反之亦然。
1.5.3 开关型稳压器
开关型稳压器的调整管工作在开关状态，通过控制开 关的启闭时间来调整输出电压。
一、直流–直流变换器 1．降压型变换器
如图 1–5–15(a)所示，电路由开关 S、续流二极管 D 和低通滤波器 L1、C2 组成。 S 闭合：vA = VI，D 截止， 电感 L1 充电。
S 断开：vA = 0，D 导通 (设VD(on) = 0)，电感 L1 放电。
稳压二极管构成的基准电压源电路如图 1–5–13(a)所示。
基准电压 VREF
VREF = VZ - 2V(on)
VZ - 3V(on) R2VZ ( R1 - 2 R2 )V(on) R1 = R1 R2 R1 R2
VZ(6 ~ 8 V)具有正温度系数，V(on) 具有负温度系数。
满足 R1 - 2 R2 = - VZ / T 时，基准电压 VREF 的温 R2 V(on) / T 度系数
1.5.2 串联型稳压器
一、工作原理 1．组成
串联型稳压器的组成 如图 1-5-12(a)所示。 串联型稳压器组成： 调整管、取样电路、 基准电压源和比较放大器。
图 1-5-12(a)
串联稳压电路的组成方框图
串联型稳压器组成： 调整管 —— 功率管或 复合管与负载串联。 比较放大器 —— 单管 放大器、差分放大器、集 成运放等。 基 准 电 压 源 —— 温 度 系数很小的电压源电路。

Ai io / ii
iS
kfi if / io
Aif Ai /(1 Ai kfi )
R
+-
+-
S
vi
vi
Ag
+-
vf
kfr
ii
ii
if
Ai
R
S
kfi
io
RL
io
RL
第7页/共50页
第 5 章 放大器中的负反馈
5.1.2 反馈极性与类型的判别
判断是否为反馈电路 xi
看电路输出与输入之间是 否接有元件，若有则为反馈电 路，该元件即为反馈元件。
说明
负反馈 正反馈
✓负反馈具有自动调整作用，可改善放大器性能。 例：某原因 xo xf xi ( xi xf )
xo
负反馈的自动调整作用是以牺牲增益为代价的。 ✓正反馈使放大器工作不稳定，多用于振荡器中。
第3页/共50页
第 5 章 放大器中的负反馈
5.1.2 四种类型负反馈放大器
根据输出端连接方式
得
Rof
v i
Ro 1 Astkf
Ro Fst
结论
引入电压反馈，反馈越深，输出电阻 越小，v o 越稳定。
xs
+
-
Ro
基
Ast xs
放
xf
反馈 网络
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RL
+vo
-
i
+ v
第 5 章 放大器中的负反馈
▪ 电流反馈
Ro ：考虑反馈网络负载效应后，基放输出电阻 。
xs
xs
基放
Ro Asn xs
电流反馈输出量xo串联反馈在输入端反馈网络与基本放大器串接反馈信号以电压vf的形式出现并在输入端进行电压比较即vivivf在输入端反馈网络与基本放大器并接反馈信号以电流if的形式出现并在输入端进行电流比较即iivivf四种类型负反馈放大器增益表达式avkfvivfvoarkf开环电压增益电压反馈系数开环互阻增益互导反馈系数agkfvivfaikf开环互导增益互阻反馈系数开环电流增益电流反馈系数注意

19
3.2.1 载流子的漂移与扩散
漂移运动： 在电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。
扩散运动： 由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散
运动。
20
3.2.2 PN结的形成
因浓度差 多子扩散 形成空间电荷区
促使少子漂移 阻止多子扩散
扩散到对方的载流子在P区和N区的交界处附近被相互中 和掉，使P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子， N区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这样在 两种半导体交界处逐渐形成由正、负离子组成的空间电 荷区(耗尽层) 。由于P区一侧带负电， N区一侧带正电， 所以出现了方向由N区指向P区的内电场
束缚电子同时受两个原子的约束，如果没有足 够的能量，不易脱离轨道。
因此，在绝对温度T=0K (-273 oC) 时，由于 共价键中的电子被束缚着，本征半导体中没有自由电子， 不导电。只有在激发下，本征半导体才能导电。
7
3、电子与空穴
当导体处于热
力学温度0oK时，
导体中没有自由电
子。当温度升高或
受到光的照射时，
向电流突然快速增加， 此现象称为PN结的反向 击穿。
它的耗散功率时， PN结将发生热 击穿。这时PN结的电流和温度之 间出现恶性循环，最终将导致PN 结烧毁。
热击穿——不可逆
雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆
31
3.2.5 PN结的电容效应
(1) 扩散电容CD
是由多数载流子在扩散过程中积累而引起的。
(2) PN结加反向电压时
外加的反向电压方向 与PN结内电场方向相同， 加强了内电场。内电场对 多子扩散运动的阻碍增强， 扩散电流大大减小。此时 PN结区的少子在内电场的 作用下形成的漂移电流大 于扩散电流，可忽略扩散 电流， PN结呈现高阻性。

iC
vCE = 0V vCE ≥ 1V
iB
vBE - e VBB 共射极放大电路
b +
c+
vCE
VCC
①截止区
②非线性区
③线性区(放大区) 线性区(放大区)
NPN共射输入特性曲线的特点描述 共射输入特性曲线的特点描述 共射输入特性曲线
(1)当vCE=0V时,相当于正向偏置的两个二极管并联, 当 =0V时 相当于正向偏置的两个二极管并联, 所以与PN PN结的正向特性相似 所以与PN结的正向特性相似 ≥1V的特性曲线比 =0V的右移 原因: 的右移. (2) vCE≥1V的特性曲线比vCE=0V的右移.原因: vCE≥1V时集电结反偏,集电结吸引自由电子的能力增 ≥1V时集电结反偏 时集电结反偏, 从发射区注入的自由电子更多地流向集电区, 强,从发射区注入的自由电子更多地流向集电区,对 即发射区发射的自由电子数一定) 应于相同的vBE (即发射区发射的自由电子数一定) , 流向基极的电流减小, 流向基极的电流减小,曲线右移 >1V与 =1V的曲线非常接近 的曲线非常接近, (3) vCE>1V与vCE=1V的曲线非常接近,可以近似认 为重合 (4)有一段死区 (5)非线性特性 温度上升, (6)温度上升,曲线左移 陡峭上升部分可以近似认为是直线, (7)陡峭上升部分可以近似认为是直线,即iB与vBE 成正比( 放大状态时,NPN的 PNP的 成正比(8)放大状态时,NPN的vBE =0.7V, PNP的vBE =-0.2V
基区 发射结(Je) 发射结 集电结(Jc) 集电结 基极,用B或b表示(Base) 基极
三极管符号
结构特点(对 型均适用) 结构特点 对NPN PNP型均适用 型均适用
发射区的掺杂浓度最高; 发射区的掺杂浓度最高; 集电区掺杂浓度低于发射区,且面积大; 集电区掺杂浓度低于发射区,且面积大; 基区很薄,一般在几个微米至几十个微米, 基区很薄,一般在几个微米至几十个微米,且 掺杂浓度最低. 掺杂浓度最低.

实例
手机中的电容触摸屏，利用了电容器原理 实现触摸感应；汽车中的点火线圈，利用 大容量电容器产生高电压点火。
耦合器
利用电容器将信号从一个电路耦合到另一 个电路。
储能
利用大容量电容器储存电能，用于短时大 电流放电。
调谐器
利用电容器与电感器配合实现信号的调谐 。
05 电感器
电感器的定义与分类
总结词
电感器是一种储能元件，能够将电能转换为磁能并存 储起来。根据工作频率、用途和制作材料的不同，电 感器可分为多种类型。
详细描述
电感器是一种电子元件，通过电流产生磁场，从而将电 能转换为磁能并存储起来。电感器通常由线圈绕在磁芯 上制成，其工作原理是基于电磁感应定律。根据不同的 分类标准，电感器可分为多种类型。例如，按工作频率 可分为高频电感器和低频电感器；按用途可分为通用电 感器和专用电感器；按制作材料可分为空心电感器、铁 氧体电感器和铜线电感器等。
模拟电路的应用与实例
总结词
模拟电路广泛应用于通信、音频处理、图像处理、控制 系统等领域。实例包括音频放大器、滤波器、稳压电源 等。
详细描述
模拟电路具有广泛的应用领域，包括通信、音频处理、 图像处理、控制系统等。在通信领域，模拟电路用于调 制解调、滤波和放大信号；在音频处理领域，模拟电路 用于音频信号的放大和处理；在图像处理领域，模拟电 路用于图像信号的采集、处理和显示；在控制系统领域 ，模拟电路用于信号的转换、放大和处理。
要求较高的场合尤为重要。
电阻器的应用与实例
总结词
电阻器在各种电子设备和电路中都有广泛的应用，如 信号处理、电源控制和安全保护等。
详细描述
在信号处理电路中，电阻器用于衰减或放大信号，以 实现信号的调整和控制。在电源控制电路中，电阻器 用于限流和分压，保证电源的稳定输出。在安全保护 电路中，电阻器用于防止电流过大或过热，保护电路 和设备的安全。例如，在LED灯中，电阻器用于限制 电流，防止电流过大导致LED灯烧毁。在电源插头中 ，电阻器用于防止电流过大，保护用户安全。

功率分析
BWAM 2Fmax
载波功率 边频功率
2 P0 Vm 0 / 2 1 MV 1 2 PSB 2 ( a m0 ) 2 M a P0 2 2 2
3
双边带调制、单边带调制及实现模型
DSB
vo (t ) ka v (t ) cosct
v (t )
vc (t ) Vcm cosct
3） 非线性器件组成平衡电路
I-1 二极管平衡相乘器
工作原理 V1m>>V2m V1m>>VD(on)
v1控制 D1 、 D2开关工作
若v1>0，D1、D2导通 ；若v1<0，D1、D2截止
《非线性电子线路》
13
第4章 振幅调制、解调与混频电路
I-2 二极管双平衡相乘器（环形相乘器）
vL正半周
VLm Vsm ,VLm VD ( on)
20
第4章 振幅调制、解调与混频电路
2 ） 二极管混频电路
二极管环形相乘器
作混频器使用，二极管双平衡相乘器各端口间有良好的隔 离，习惯上规定信号输入端口、本振输入端口、中频输出 瑞口分别用R、L、I表示，各端口的匹配阻抗均为50欧,二 极管工作在受νL控制的开关状态。
《非线性电子线路》
21
第4章 振幅调制、解调与混频电路
线性时变状态的器件最适宜于构成频谱搬移电路 虽然线性时变器件输出电流中仍存在着众多无用组合频率分 量，但是它们的频率均远离有用信号频率，因此，用滤波器 可以较容易地将它们滤除掉。
P184例1 单个二极管线性时变工作 P184例2 差分对管线性时变工作
《非线性电子线路》
12
第4章 振幅调制、解调与混频电路