模电总结(三)

昨天玩了一天..........................

 

反馈

      (我曾给一位已经工作了的大哥发我写的博客,他觉得我学的太过粗糙、浅显,功力不够,但他还是给我点了个赞。。。。。那么这一节,我就打算往深一点去写............大概会写到北王11号放假.........)

        这次总结是全篇模电大纲最后一个大总结,我的思路是,先负反馈、然后运放、整流电路,然后完结。至于震荡什么的,简单提一下就行,gay电考试不考,所以我不会hhh.........

        好了,现在上强度!
        什么是反馈?反馈的作用有什么?(为了解决什么问题?)

反馈的概念是 (在电子电路中)将输出量(输出电压或电流)的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输入回路中,用来影响其输入量(放大电路的输入电压或输入电流)的措施。

模电总结(三)_第1张图片

从左边的方框图我们可以看到

基本放大电路的输入信号是净输入量,它不但决定于输入信号,还与反馈信号有关。

我们再看看右边这个图(是不是很熟悉?),右边的这个,是一个共射组态放大电路,Re的作用就是负反馈,上一节我们讲过。              但是,在这里,我还得再补充一下:

Re所起的作用是直流负反馈,为什么是直流?首先Ce电容把交流部分直接导入地了。而负反馈是这样看出来的:当BJT工作在放大区时,它会因工作久而温度升高,而温度升高时热运动加剧,会有更多的价电子获得足够的能力挣脱共价键的束缚,另 少子 浓度增大,那么参与漂移运动的少子数目就增多了,从外部看就是什么电流增大呢?ICB(ICB是集电结加反向电压时平衡少子的漂移运动产生的.)那么ICB增大了,Ice不也增大了吗(Ice=(1+β)Icb)(这些就是深入的细节内容了,第一章半导体器件的)

则有:

模电总结(三)_第2张图片

模电总结(三)_第3张图片

 从以上分析我们便能得出一个结论:直流负反馈可以稳定静态工作点。这就是为什么bjt共射电路通常会在发射极加一个电阻Re的缘故。

此知识补充完毕。

反馈有四种类型:正反馈            负反馈

                            直流反馈           交流反馈
                            串联类型           并联类型

正反馈:使基本放大电路的净输入量增大的反馈叫正反馈
负反馈:使基本放大电路的净输入量减小的反馈叫负反馈

如果反馈量只含直流量,称为直流反馈

如果反馈量只含交流量,称为交流反馈

那么,如何判断呢?

正负反馈的判断

模电总结(三)_第4张图片
         我们先就着这个图来说,正负反馈的判断需要先看反馈引出的信号是否反向来进行抉择。

我们常常用瞬时极性法来进行判断

模电总结(三)_第5张图片

 直流、交流的判断

模电总结(三)_第6张图片

这里,是这么看的:如果反馈电阻旁边只有电阻,那么肯定是交直流反馈;

如果反馈电阻旁路有个电容接地,把交流信号导入地了,他就是直流反馈;

如果反馈电阻和电容在一个支路上,那他就是交流反馈(电容通交流阻直流嘛) 

如图:

模电总结(三)_第7张图片

 接下来,我们在补充一个知识点:

局部反馈和级间反馈

模电总结(三)_第8张图片

模电总结(三)_第9张图片  电压,电流反馈:

(其实看这个图也就图一乐,看两眼就行了,判断还是下一个方法)

模电总结(三)_第10张图片

还有的老师喜欢这么教:(我个人是不怎么喜欢这种方法.......)

模电总结(三)_第11张图片

 串、并联反馈判断:

 模电总结(三)_第12张图片

模电总结(三)_第13张图片

上图注意!——电压电流反馈看输出端!串并联看输入端!


我一般是这么判断电压、电流负反馈的: 令负反馈放大电路输出电压为u0为零,若反馈量为零,则为电压负反馈;若反馈量依然存在,则为电流负反馈。

 模电总结(三)_第14张图片

 比如说上图

左边:u0为零了从负号这端的信号相当于直接接地,Rf反馈量为零,为电压负反馈。
右边:u0为零,对s极的Rf影响不大,仍存在反馈量,则为电流负反馈

再讲一下串并联:

上图左边:Rf把输出和输入相连——并联结构

上图右边:Rf输出导出去与负电源连——串联结构

(在这种简单一级放大电路中主要是判断Rf是否把输出,输入相连在一起,若相连,则为并联;否则串联)

再来几道题练练手:

模电总结(三)_第15张图片

在这再简单提一下: 把u0短路了R3、R4反馈量都为零,所以是电压负反馈。然后再说一下R4,R4未与输入端ui接在一起,而是和接地端在一起,所以是串联;而R3接了从u01(输入信号端)所以是并联。模电总结(三)_第16张图片

 然后,我们就要思考,引入各类负反馈是为了什么?  负反馈的指标是什么?

先背下这个,然后再讨论这些问题:

 第一个直流负反馈,我已经在开篇就讲过了,在此不再复述。而同理,交流其实也和直流一样的道理,在此不再复述。

那么其他的呢?

模电总结(三)_第17张图片

 (串联负反馈使输入电阻增大)

模电总结(三)_第18张图片

 (并联负反馈使输入电阻减小)

模电总结(三)_第19张图片

 (电压负反馈使输出电阻减小)

模电总结(三)_第20张图片

 (电流负反馈使输出电阻增大)

所以注意到了没有——串并联影响的是输入电阻;电压电流影响的是输出电阻

引入负反馈后普遍有的性能:

模电总结(三)_第21张图片

模电总结(三)_第22张图片

模电总结(三)_第23张图片

 总结:扩展通频带,减小非线性失真——负反馈带来的普遍性能的改善。

再总结一下:

模电总结(三)_第24张图片

 好,现在我们要讨论负反馈的指标了:

负反馈的指标

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模电总结(三)_第26张图片

模电总结(三)_第27张图片

 模电总结(三)_第28张图片

模电总结(三)_第29张图片模电总结(三)_第30张图片

反馈的内容已经在此基本讲完,接下来反馈的知识将会运用到运放当中,进一步强化反馈的理解,同时,此节运放,将会往深的来讲,讲透每一个细节!
 


运放

什么是运放?

    它是以半导体单晶硅为芯片,把晶体管、二极管、电阻电容等元件连接而成所组成的完整的电路,因它最初常用于各种模拟信号的运算,故称之为运算放大电路。

模电总结(三)_第31张图片

 

运放的特点

模电总结(三)_第32张图片运放的构成 模电总结(三)_第33张图片

 在这我解释一下运算放大器的基本构造:

        (一般情况下) 第一级采用  差分放大电路——放大差模信号,抑制共模信号(防止温漂)第一级其实也就是输入级的意思,而输入级一般要求输入电阻高,电压放大倍数大,静态电流小,抑制零点漂移
                                  第二级采用  高增益电路(放大电压所用)——提高增益倍数,一般为十万倍,这个其实就是中间级的意思,中间级是主放大器,多采用共源或共射电路,其作用就是为了使运放具有较大的放大能力,以恒流源做集电极负载提高电压放大倍数

                                  第三级采用   互补输出级电路——提高输出功率,增加带负载能力(一般这是提高电流放大倍数),此即为输出级的意思,它要求输出电压线性范围大,输出电阻小,非线性失真小。

                       外加   直流偏置电路    镜像电流源 ——稳定静态工作点和偏置电流 

                               (此设计其实也是一般放大电路的总设计思路)

模电总结(三)_第34张图片

 


接下来我们来讲一下运放的一些指标:
 

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在理想的运放当中,Aod是趋向于无穷大的,而实际工艺是达不到的。


集成运放的电压传输特性

我们来看下图,当运放同相端和反向端都接入信号源时,我们有:Vo(输出端)=Aod(V2-V1),理想 情况下Aod是无穷大,那么Vo应该无限趋向于10v电压.

模电总结(三)_第36张图片

 那么我们把式子变更一下:Vo/Ado=V2-V1,其中Ado无穷大,Vo约等于10v,也就是说V2-V1约等于零。则有:
模电总结(三)_第37张图片

 也就是说,一旦V2-V1超过了红色线的范围,输出的电压就不是放大中的电压(不是趋向于10V的电压)而是输出的电压要么是-10V,要么是+10V的电压,此时运放就处于非线性区域(电压增益平了,饱和区了)。而其实,我们看蓝色那条斜线段,它的斜率k其实就是Aod。

模电总结(三)_第38张图片

 


接着讲指标:

运放的Ri(输入电阻)应该趋向于无穷大,为什么呢?因为我的目的是要放大电压信号,那么我就得尽可能地把电压信号传入进来,而不是把一堆电压分压给外部的电阻,我要在我的运放内尽可能地实现全部电压降压到我这边,故Ri应趋向于无穷大。

同理,Ro也是,我在内部把电压信号放大了,我需要把电压全部给出去供负载使用,那么由于分压的概念,我就尽量把我的输出电阻尽可能地小,最好趋向于零,这样我就把电压给出去了。

模电总结(三)_第39张图片


 

虚短虚断

我们常见到的集成运放的电路基本是这种类型的:

模电总结(三)_第40张图片

 为什么要这么做呢?

在前面讨论了运放的电压传送特性,我们知道,V2-V1的范围是很小很小的,这样就导致了实际工艺和运用中很难维持电压传入时运放工作在线性区域。那么我们就需要负反馈,把一部分电压信号传送回去,让V1变得大一点,而V2还是不变,这就让|V2-V1|的差值维持住了,但也同时牺牲掉了一些电压增益(不可避免的)。(若没有R2降压掉部分,把放大的又全部传回去,那不是负反馈了个寂寞?)

模电总结(三)_第41张图片

 由上图我们知道:Vo=Aod(V2-V1)

                          V2-V1=Vo/Aod,Aod无穷大。

                          也就是说V2-V1趋向于零,这说明什么?说明V1约等于V2,V2是地,V1约等于零。这就是虚短的概念(virtual ground——虚地)

模电总结(三)_第42张图片

接下来,我们再看下图,

 模电总结(三)_第43张图片

由于虚短的缘故,V1=V2,而V2=0则 V1=0;
                           i = (Vi-V1)/R1 =Vi / R1;
                           也就是说:  i1等于零了,i2 = i 了   电流从R1处直接流向R2处从V0中出去了(其实也不难想,Ri输入电阻无穷大嘛,电流压根进去不运放只能从上边R2过去了呗) 而这不就是虚断了吗?

模电总结(三)_第44张图片

 好了,现在总结一下:

                  虚短虚断是在理想运放的线性区的一个重要概念,这将成为运算放大电路的一个重要出发点。

模电总结(三)_第45张图片

 

 

 


    现在我们讲完了,运放的基本性质了。接下来说什么呢?

当然是运放的运用啦!

集成运放的线性运用

前言:在运算电路中,以输入电压为自变量,以输出电压为函数;当输入电压变化时,输出电压将按一定的规律变化,即输出电压反映输入电压某种运算的结果。(如比例、加减、积分、微分、对数、指数等)。而为了实现输出电压与输入电压的某种运算关系,运放必须工作在线性区,因而电路必须引入负反馈;因为是电压之间的运算关系,应该稳定输出电压,因此都引入电压负反馈。

1.反相比例放大器
    模电总结(三)_第46张图片

模电总结(三)_第47张图片

模电总结(三)_第48张图片

  

2.同相比例放大器

模电总结(三)_第49张图片 

 发现没有....同相和反相其实就是把Rf和地换了个地方....................

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 注意到:反相是电压并联同相是电压串联

3.电压跟随器

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4.减法(差分比例放大器) 

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 模电总结(三)_第54张图片

5.反相加法电路

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 6.同相加法电路

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模电总结(三)_第57张图片 

 练一下:

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模电总结(三)_第59张图片 

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 7.积分电路

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8.微分电路
模电总结(三)_第65张图片模电总结(三)_第66张图片 

总结:积分电路,微分电路互为逆运算,也就是电容位置不一样....... 

 9.对数运算电路

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 10.指数运算电路

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说白了还是三极管位置不一样而已.....................

11.乘除法电路(巧妙运用数学)(数学方面就不用讲了吧....)

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集成运放的非线性运用

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模电总结(三)_第72张图片 

1.过零比较器

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模电总结(三)_第74张图片  

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2.单限比较器

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模电总结(三)_第77张图片 

模电总结(三)_第78张图片 

3.迟滞比较器 

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模电总结(三)_第80张图片模电总结(三)_第81张图片 

模电总结(三)_第82张图片模电总结(三)_第83张图片 

 

四.窗口比较器 

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模电总结(三)_第85张图片 

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 有源滤波器(简单提一下) (不细讲)

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在信号处理电路中,当有用信号频率低于10 Hz时,可选用   低通  滤波器;有用信号频率高于10 kHz时,可选用   高通  滤波器;希望抑制50 Hz的交流电源干扰时,可选用    带阻   滤波器;有用信号频率为某一固定频率,可选用   带通   滤波器。

整流电路

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模电总结(三)_第90张图片

模电总结(三)_第91张图片

  桥式全波整流:iD1电流:a——D1——R1——D3——b;

                            iD2电流:b——D2——R1——D4——a

 桥式全波整流的半个拆掉就是半波整流,他的操作无非就是把变压器输送过来的周期信号比较完整的重现罢了;而半波整流就是取正半周期或负半周期的信号而已。(二极管特性)至于推导,此处省略

模电总结(三)_第92张图片

 (其实运放这里我还学得并未透彻,所以寒假还需要再深入学习学习,还有半导体那部分的知识,待我学习透彻且与北王讨论一番在发笔记总结。唉,还有代码要敲算法要学.............................................信号与系统还没总结,二月份之前要把模电部分章节细节总结了还有信号与系统总结完全.............................)就这样吧。先停笔一段时间沉淀一下

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