《模电第八章》PPT课件

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模电第八章PPT课件

用电压跟随器隔离滤波电路与负载电阻
无源滤波电路的电路特点：无源滤波电路的滤波参数随负载变化；可以用于高电压输入、大电流负载的情况。
有源滤波电路的电路特点：有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，可放大；不能输出高电压大电流，只适用于信号处理，输出电压受电源电压的限制，输入电压应保证集成运放工作在线性区；频率响应受组成它的晶体管、集成运放频率参数的限制。
电路产生自激振荡
二阶低通、高通滤波器，为防止自激，应使 Aup < 3，即要求RF<2R1 。
可见高通滤波电路与低通滤波电路的对数幅频特性互为 “镜像”关系。
第八章信号处理电路
8.1.4 带通滤波器(BPF)
只允许某一段频带内的信号通过，将此频带以外的信号阻断。
U i
20lgAu
O 20lgAu
UUR1R 1RFUoA Uuop
U i R U M U R U M (U o U M )jC 0
U MU R
jCU
A uU U o i 1(3A u)pjA R up C (j R)2 C 1(
Aup
f )2 j 1
f0
Q
f f0
其中
Aup
1 RF R1
1
f0 2RC
1 Q
带A 载 u pR R ： L R L
1 fp2 π (R ∥ R L )C
A uA u p ffp 1 j
fp
存在问题：1、电压放大倍数低，最大为1；2、带负载能力差：负载变化，通带放大倍数和截止频率均变化。
解决办法：利用集成运放与 RC 电路组成有源滤波器。
有源滤波电路
第八章信号处理电路
Auo
1

第8章康华光模电课件

+
R'
vO VT
vO
Is e
vD VT 时
vI R
vI vO VT ln RIs
对数电路改进
基本对数电路缺点：

运算精度受温度影响大
小信号时exp(vD/vT)与1差不多大，所以误差很大二极管在电流较大时伏安特性与PN结伏安特性差别较大，所以运算只在较小的电流范围内误差较小。
→ I4 → I
-
Rf2 A1
+
+
Vo
Vi1 Vi 2 Vo1 Rf 1( ) R1 R 2
Vo1 Vi 3 Vo 2 Rf 2 ( ) R 4 R5
i3 5
Vf 1 Vi1 Vi 2 V Vo R R 4 R1 R 2 R
R2 + R4 R 2 // R 4 Vo = (1 + )Vi R1 R3
↑ Vo
Ii If V _ V 0
Vi
Ii →
↓
If
R2
R3 ↑
R4
I3 I4
8.1.2
同相比例电路
1. 基本电路电压串联负反馈输入端虚短、虚断
R' Vi Rf
Vo
V _ V Vi
R1 Vi Vo Rf R1 Rf Vo (1 )Vi R1
Rf
←
R1
Rp Ra // Rb // Rc // R ' Rn R1 // Rf
Vi1 Vi 2 Vi 3 如果 Rp Rn 则：Vo Rf ( ) Ra Rb Rc
8.1.2
单运放和差电路
Vi3=Vi4=0 时：

《模拟电子电路_模电_课件_清华大学_华成英_8_波形的发生和信号的转换》

1. LC并联网络的选频特性
理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且阻抗无穷大。 1 谐振频率为 f 0 2 π LC 在损耗较小时，品质因数及谐振频率
1 L 1 Q ，f 0 R C 2 π LC
损耗
在f＝f0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电阻为多少？
华成英 hchya@
二、RC正弦波振荡电路三、LC正弦波振荡电路
四、石英晶体正弦波振荡电路
华成英 hchya@
一、正弦波振荡的条件和电路的组成
1. 正弦波振荡的条件
无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。与负反馈放大电路振荡的不同之处：在正弦波振荡电路中引入的是正反馈，且振荡频率可控。

常合二为一
4、分析方法
1) 是否存在主要组成部分； 2) 放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否可能正常传递，没有被短路或断路； 3) 是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡； 4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。
华成英 hchya@
相位条件的判断方法：瞬时极性法

Ui ( f f 0 )

为什么用分立元件放大电路
C1是必要的吗？特点：易振，波形较好；耦合不紧密，损耗大，频率稳定性不高。
为使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式电路。如何组成？
华成英 hchya@
3. 电感反馈式电路

Uf
华成英 hchya@
4、集成运放的非线性工作区
电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈
无源网络
理想运放工作在非线性区的特点： 1) 净输入电流为0 2) uP> uN时， uO＝＋UOM uP< uN时， uO＝－UOM

模电第08章功率放大器(康华光)

一个管子的管耗: PT1 1 (VCCVo m Vo m ) RL π 4 当Vom=2VCC/ 时PT1最大: PT1m≈0.2Pom (4) 电源供给的功率PV : PV = Po+2PT1
Po (5) 效率 : = PV
（1-22）
2
5.缺点:不易调整Q点(VBE)
6. 电路的改进
O
iC
O
VCE
t
——晶体管导通的时间大于半个周期,导通角>180º 静态IC 0,管 , 耗较小效率较高,不失真,一般功放常采用。
4.丙类工作状态——导通角小于180°
（1-4）
§8.2 甲类功率放大器实例
一. 共射极放大器
Rb R b1
ui vi
– vo +
+V +VCC CC
交流通路
+ vi –
若忽略VCES
: Pom 1 VCQ I CQ 1 VCC VCC 2 2 2 2 RL
=PVC静
上一页
(2)动态时电源提供的平均功率PVC
1 PVC 2

2
0
1 VCC iC d ( t ) 2

2
0
VCC ( I CQ I Cm sin t )d t =ICQ· CC V
2 (VCC VCES ) VCC PVC VCC 2 RL 2 RL
VCC VCES 当Q在中点时: I CQ 2 RL (3)电路的效率定义: = Po/PVC 电路的最高效率: m=Pom/PVC 0.25
(4)甲类功率放大器的优缺点优点:信号不失真。缺点:静态功率大,输出功率小,效率低。

《模拟电子技术基础教程》课件第八章

电容充电
电容放电
Tr +
D3
D1
+
～
u
D4
C
D2 –
+
uo=uC RL
–
图8.12 带负载桥式整流电容滤波电路结构图
在整流电路中，把一个大电容C并接在负载电阻两端就构成了电容滤波电路，其电路（图8.12所示）和工作波形（图8.13所示）如图所示。
u2
0
t
加入滤波电容时的波形
uo
无滤波电容时
的波形
0
t
图8.13 带负载桥式整流电容滤波工作波形图
（2）电路工作原理
D导通时给C充电，D截止时C向RL放电。滤波后uo 的波形变得平缓，平均值提高。RL接入（且RLC较大）时忽略整流电路内阻。
u2上升，u2大于电容上的电压uC，u2对电容充电， uo=uCu2；u2下降，u2小于电容上的电压。二极管承受反向电压而截止，电容C通过RL放电，uC按指数规律下降
1.35 A
UDRM = 2U2 = 2 120V 169.7 V
桥式整流电路的优点是输出电压高，电压纹波小，管子所承受的平均电流较小，同时由于电源变压器在正、负半周内都有电流供给负载，电源变压器的利用率高。因此，桥式整流电路在整流电路中有了较为广泛的运用，缺点是二极管用得较多。 8.3 滤波电路
从前面的分析可知，无论何种整流电路，它们的输出电压都含有较大的脉动成分。为了减少脉动，就需要采取一定的措施，即滤波。滤波的作用是一方面尽量降低输出电压中的脉动成分，另一方面又要尽量保留其中的直流成分，使输出电压接近于理想的直流电压。
滤波原理：滤波电路利用储能元件电容两端的电压（或通过电感中的电流）不能突变的特性，滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份，达到平滑输出电压波形的目的。

模拟电子技术基础课件(康华光)第八章

PO max
PE
= 25%
(RL=RE时)
电压放大器一般工作在甲类，其输出功率由功率三角形确定。甲类放大的效率不高，理论上不超过50%。
乙类放大：三极管180°导电。功率放大电路必须考虑效
率问题。静态电流是造成管耗的主要原因。为了降低静态时的工作电流，三极管从甲类工作状态改为乙类工作状态。一周期内只有半个周期iC＞0。没有输入信号时，信号输出功率为零，电源供给的功率为零，管耗为零。信号增大，电源供给的功率增大，输出功率增大。但输出出现了严重的失真。
8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路
静态时，偏置电路使 VK＝VC≈VCC/2（电容C充电达到稳态）。当有信号vi时负半周T1导通，有电流通过负载RL，同时向C充电正半周T2导通，则已充电的电容C通过负载RL放电。只要满足RLC >>T信，电容C就可充当原来的－VCC。计算Po、PT、PV和PTm的公式必须加以修正，以VCC/2代替原来公式中的VCC。
VD
8.4.3带自举电路的单电源功放
当Vi = 0,VD = VCC − IC3R3
则 VC 3 = V D − V A = V CC V CC − I C 3 R3 − 2
V CC = − I C 3 R3 2
若R3C3足够大，电容两端的电压将基本为常数，不随vi 而变化。所以当有信号时： end
乙类ห้องสมุดไป่ตู้补功放电路的管耗
2
2VCCVom Vom PT = PV − Po = − πRL 2 RL
显然，管耗与输出幅度有关，图5.2.2中画阴影线的部分即代表管耗，PT与Vom成非线性关系，有一个最大值。可用PT对Vom求导的办法找出这个最大值。 PTmax 发生在 Vom=0.64VCC 处，将 Vom=0.64VCC代入PT表达式，可得PTmax为

模拟电子技术课件第八章

0.45V2 RL
反向截止: D最大反向工作电压: VR≥ VRM=
2V2
9
单相桥式整流电路中的整流电桥可由四个整流二极管组成，也可直接用集成的整流桥块代替。桥块
二极管桥
整流桥块
选择整流元件的主要指标：
1. 平均整流电流
10
2. 反向耐压
8.2 滤波电路
几种滤波电路
（a）电容滤波电路（b）Π型滤波电路（c）电感电容滤波电路（倒L型）滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。
（P209）
用稳压电路的技术指标去衡量稳压电路性能的高低。
(1)稳压系数Sr
Sr =
RL =常数
稳压系数S用来反映电网电压波动对稳压电路的影响。定义为当负载固定时，输出电压的相对变化量与输入电压的相对变化量之比。
(2)输出电阻Ro
∆U o Ro = ∆U o
U I =常数
输出电阻Ro 用来反映稳压电路受负载变化的影响。定义为当输入电压固定时输出电压变化量与输出电流变化量之比。它实际上就是电源戴维南等效电路的内阻。
8.3.1 稳压电路的主要指标
1、引起输出电压不稳定的原因 2、稳压电路的技术指标
20
8.3.1 稳压电路的主要指标
1、引起输出电压不稳定的原因引起输出电压变化的原因是负载的变化和输入电压的变化。即 V o =f (V I ,I o )
稳压电源方框图
21
2、稳压电路的主要技术指标
∆U o / U o ∆U I / U I
3.元件参数的确定正常稳压时 UO ≈UZ
+
R
IO IZ DZ
+
IR

精品课件-模拟电子技术-第8章

F U f Z2
1
Uo Z1 Z2 3 j(RC 1 )
RC
(8.2.1)
第 8 章波形发生电路
令
0
1 RC
f0
，1 则 2πRC
代入上式，得
F
1
32 ( f f0 )2
f0 f
幅频特性为
F
1
32 ( f f0 )2
f0 f
(8.2.2) (8.2.3)
第 8 章波形发生电路
第 8 章波形发生电路
8.2.1 RC串、
将电阻R1与电容C1串联、电阻R2与电容C2并联所组成的网络称为串并联选频网络，如图8.2.2(a)所示。一般情况下，
选取R1=R2 =R，C1 =C2 =C。因为RC串并联选频网络在正弦波振荡电路中既为选频网络，又为正反馈网络，所以其输入电压
第 8 章波形发生电路振荡电路起振后，输出信号将随时间逐渐增大，而这种增大不是无限的，由于电路中晶体管元件的非线性，电压放大倍数A将随振荡幅度的增大而自动减小，最后达到AF =1，使振荡电路稳定在一定振荡幅度上。从AF>1自动变为AF=1的过程，就是振荡电路自激振荡的建立和稳定过程。
相频特性为
F
arctan 1 ( 3
f f0
f0 ) f
(8.2.4)
根据式(8.2.3) 、式(8.2.4)画F出的频率特性，如图
8.2.3
Uf Uo
(a)U、f (b)所示。也就是说， U当of=f0时，
一求个出频RC率串f并0，联选当频f=网f0络时的，频U率f 特与性U和o f0同。相。通过计算可以
第 8 章波形发生电路图8.2.2 RC串并联选频网络及其在低频段和高频段的等效电路

模拟电子技术第八章

弦波信号。
反馈电阻 RF采用负温度系数的热敏电阻，
R?采用正温度系数的热敏电阻，均可实现自动稳幅。
2020/4/12
稳幅的其它措施
在RF回路中串联二个并联的二极管
电流增大时，二极管动态电阻减小。电流减小时，动态电阻增大，加大非线性环节，从而使输出电压稳定。
Au
?
1?
R ?r
F
d
R?
2020/4/12
如果反馈电压 uf 与原输入信号 ui 完全相等，则即使无外输入信号，放大电路输出端也有一个正弦波信号 —
—自激振荡。(电路要引入正反馈)
2020/4/12
动画 avi\11-1.avi
由此知放大电路产生自激振荡的条件是：
U?f ? U?i
即：
U?f ? F?U?o ? F?A?U?i ? U?i
6.如何组成矩形波、三角波和锯齿波发生发生电路？
7.为什么需要将输入信号进行转换？有哪些基本转换？
8.1 正弦波振荡电路
8.1.1概述
一、产生正弦波振荡的条件
U?i ? 2U i sin ? t U?U?f i ?~F?U?O
放大电路
A?
反馈网络 F?
U?o ? A?U?i
图 8.1.2 正弦波振荡电路的方框图
分类： RC正弦波振荡电路，频率较低，在1MHz以下。
LC正弦波振荡电路，频率较高，在1MHz以上。
2020/4/定。
三、判断电路能否产生正弦波振荡的方法和步骤
1. 检查电路是否具备正弦波振荡的组成部分； 2. 检查放大电路的静态工作点是否能保证放大电路正常工作； 3. 分析电路是否满足自激振荡的相位平衡条件
?0
?

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第八章信号处理电路
8.1 有源滤波器 8.2 电压比较器
8.1 有源滤波器
8.1.1 滤波电路的作用和分类
1. 滤波电路的作用
选频－－使指定频段的信号顺利通过，其它频率的信号被衰减。
2、滤波器的分类
按处理方法分
硬件滤波软件滤波
按构成器件分
无源滤波器有源滤波器
按所处理的信号分
模拟滤波器数字滤波器
1 (3
(jRC )2 Aup Aup )jRC (jRC )2
Aup
1 ( f )2 j 1 f0
f0
Qf
其中：
Aup
1
RF R1
1
f0 2RC
1 Q
3 Aup
A u
1
Aup 1 ( f0 )2 j 1 f0
f
Qf
Aup = 3 时， Q
若 f = f 0 A u
1(
f0
f f0
)2
j2(2
Aup
)
f f0
Aup
1 f0 2RC
——中心频率
Aup
1
RF R1
——通带电压放大倍数
Q f0
1
B 2(2 Aup )
A u
1
Aup
j1 Q
ff 0
f
2 0
f
2
运算电路与有源滤波器的比较
相同之处
• 电路中均引入深度负反馈，因而集成运放均工作在线性区。
• 均具有“虚短”和“虚断”的特点，均可用节点电流法求解电路。
f0
/Q
(2
RF R1
)
f0
8.1.5 带阻滤波器(BEF)
在规定的频带内，信号被阻断，在此频带以外的信号能
U i
顺利通过。
20lg Au
O 低通 f1
f
20lg Au
O
20lg Au
高通
f2
f
O
通阻
f1
通
f2
f
低通
U o
高通
要求：
f2 > f1
带阻滤波器的典型电路
双T
1 ( f )2
网络
A u
Af(ω)=Uo/Ui称为滤波电路增益或电压传递函数。
1
•
u
jC
R 1
•
Ui
1
Ui
jRC
jC
u
R1 R1 R2
•
UO
根据“虚短”，“虚断”：
u u
电压串联负反馈
A u
•
UO
•
Ui
1 R2 R1
1 jRC
A up 1 j f
f0
A up
1
R2 R1
f0
1 2πRC
A u
A up 1 j f
f0
Q f0
其中
Aup
1
RF R1
f0
1
2RC
1 Q
3 Aup
A u
1
Q 1
Aup 1 ( f )2 j 1 f
3 Aup
f0
Q f0
f
f0 时，A u
A up 3 A up
QA up
当 2 A up 3 时，A u f f0 A up
Q — 等效品质因数物理意义：f=f0时的电压放
2、实用二阶LPF（压控电压源二阶LPF）
为使 fp=f0，且在f=f0时幅频特性按－40dB/十倍频下降。
定性分析：只要参数选择合适 C1=C2=C
f→0时，C1断路，正反馈断开,
放大倍数为通带放大倍数；
f →∞， C2短路，正反馈不起 C1
作用，放大倍数小→0 ；
C2
引入正反馈
在 f=f0附近形成正反馈，不致造成自激振荡，使f0附近的电压
二、二阶低通滤波器
1、简单二阶LPF
-3d B
电路引入了负反馈，利用虚短，虚断求解可得：
A u
(1
R2 ) R1 1 (
f
1 )2 3j
f
f0
f0
由幅频特性可见，在高频段，衰
减的斜率为 40 dB /十倍频，
但fp远离f0 ，其幅频特性与理想
低通滤波器相差较大。
f0
1 2πRC
特征频率
截止频率 fp ≈ 0.37f0
电路产生自激振荡
二阶低通、高通滤波器，为防止自激，应使 Aup < 3 ，即要求RF<2R1 。
可见高通滤波电路与低通滤波电路的对数幅频特性互为 “镜像”关系。
8.1.4 带通滤波器(BPF)
只允许某一段频带内的信号通过，将此频带以外的信号阻断。
U i
低通
高通
U o
20lg Au
O
低通
f2
f
20lg Au
8.1.3 高通滤波器(HPF)
无源高通滤波器如下图所示
理想高通滤波器
高通滤波器与低通滤波器具有对偶关系，低通滤波器电阻与电容位置互易就可得到高通滤波器。
通带截止频率：
f0
1 2RC
二阶有源高通滤波器
与LPF有对偶性，将二阶LPF的电
阻和电容互换，就可以得到二阶H
PF电路。
A u
U o U i
理想低通滤波器
•
Au
•
Aup
1
1 jf
/
f0
•
20 lg
Au
•
20lg
Auf
1 1 ( f / f0 )2
归一化幅频特性
通带截止频率fP ＝特征频率f0
缺点：在 f > f 0 时，对数幅频特
性下降速度为 20 dB / 十倍频，过渡带太宽，与理想的幅频特性相差甚远。
为了使过渡带变窄，采用多阶滤波器，即增加 RC 环节。
感谢下载
大倍数与通带放大倍数之比
。Aup = 3 时 Q
f = f0
·
Au
正反馈提升了 f 0 附近的 Au。
Q=1, 幅频特性较理想
电路产生自激振荡
为保证电路稳定工作，要求RF< 2R1
结论：将电容C1接地的一端改接到运放的输出端，形成正反
馈后，可使输出电压的幅度在f = f0范围内得到加强，如果Q
大为1；2、带负载能力差：负载变化，通带放大倍数和截止频率均变化。
解决办法：利用集成运放与 RC 电路组成有源滤波器。
有源滤波电路
用电压跟随器隔离滤波电路与负载电阻
无源滤波电路的电路特点：无源滤波电路的滤波参数随负载变化；可以用于高电压输入、大电流负载的情况。
有源滤波电路的电路特点：有源滤波电路的滤波参数不随负载变化，可放大；不能输出高电压大电流，只适用于信号处理，输出电压受电源电压的限制，输入电压应保证集成运放工作在线性区；频率响应受组成它的晶体管、集成运放频率参数的限制。
8.1.2 低通滤波器(LPF)
一、一阶低通滤波器（同相输入）
低通滤波器用来通过低频信号，抑制或衰减高频信号。
不同之处
• 运算电路研究的是时域问题，有源滤波电路研究的是频域问题；测试时，前者是在输入信号频率不变或直流信号下测量输出电压与输入电压有效值或幅值的关系，后者是在输入电压幅值不变的情况下测量输出电压幅值与输入电压频率的关系。
• 运算电路用运算关系式描述输出电压与输入电压的关系，有源滤波器用电压放大倍数的幅频特性描述滤波特性。
值合适，其幅频特性比较接近理想情况。
一阶、二阶低通有源滤波电路幅频特性的比较
20 lg A u / dB Aup
-0
理想特性－20dB/十倍频
－40dB/十倍频
-2 0
-4
f
0
0.
1
10
f0
1
例 8.1 已知 R = 160 k，C = 0.0
1 F， R1 = 170 k，Rf = 100 k
放大倍数等于或大于通带放大倍数。
对于不同频率的信号正反馈的强弱不同。
定量计算：
U
U
R1 R1 RF
Uo
Uo Aup
U i
U M R
U
U M R
(U o
U M ) jC
0
U M U R
jCU
A u
U o U i
1 (3
Aup
Aup ) jRC ( jRC )2
Aup
1 ( f )2 j 1 f
O
20lg Au
高通
f1
O
阻
f1
通阻
f2
f
要求：
f f2 > f1
带通滤波器的典型电路
A u
Auo
(3
Auo )
j(
f f0
f0 ) f
Aup
1 jQ( f f0 )
f0 f
f0
1 2RC
——中心频率
1 Q
3 Auo
Auo
1
RF R1
Aup
Auo 3 Auo
QAuo
——通带电压放大倍数
BW = f2 - f1 =
，求该滤波器的截止频率、通带增
益及 Q 值。
[解]: 特征频率
f0
1
2RC
1 2 160103 0.01106
99.5(z
Aup
1
Rf R1
1
100 170
1.588
Q = 1/(3 Aup) = 1/(3 1.588) = 0.708
Q = 0.707 时， f0 = fH
上限截止频率： fH = 99.5 Hz

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