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模擬電路的學習歷程分享

2017-09-08 | rar | 0.1 MB | 次下載 | 免費

資料介紹

模擬電路的學習歷程分享
說到元器件,首先接觸到的便是二、三極管。不論哪種版本的教材,一開始都會介紹PN結的特性,個人覺得可以不要太在乎里面的結構,但其特性方程是一定要記得的。然后,二極管比較簡單,就是一個單一的PN結,在電路中的表現在不同情況下可
以用不同的模型解決(理想模型、恒壓降模型、小信號模型,前兩者是用于直流分析的,而最后一個是用于交流分析的)。而對于三極管,就相對來說復雜些,在此本人不想說書上有的東西,只想強調一下學習中該注意的問題:
1、對于三極管,它總共有三種工作狀態,當它被放在電路中時,我們所要做的第一件事就是判斷它在所給參數下的工作狀態。(在模電的習題中,除非那道題是專門地考你三極管的狀態,否則都是工作在放大區,因為只有這樣,管子才能發揮我們想它有的效用。但在數電中,我們卻是靠管子的不同狀態的切換來做控制開關用的)。
2、既然管子基本在放大區,那么它的直流特性就有:BE結的電壓為0.7V(硅管,鍺管是0.2V),發射極電流約等于集電集電流并等于基極電流的貝塔倍。通過這幾個已知的關系,我們可以把管子的靜態工作點算出來——所謂靜態工作點就是:CE間電壓,三個極分別的電流。
3、為什么我們得先算出靜態工作點呢?這就要弄清直流和交流之間的關系了:在模電里,我們研究的對象都是放大電路,而其中的放大量都是交流信號,并且是比較微弱的交流信號。大家知道,三極管要工作是要一定的偏置條件的,而交流信號又小又有負值,所以我們不能直接放大交流信號,在此我們用的方法就是:給管子一個直流偏置,讓它在放大區工作,然后在直流上疊加一個交流信號(也就是讓電壓波動,不過不是像單一的正弦波一樣圍繞0波動,而是圍繞你加的那個直流電壓波動),然后由于三極管的性質,就能產生放大的交流信號了。
4、關于分析電路:從以上的敘述,我們可以看出分析電路應該分為兩部分:直流分析和交流分析。不同的分析下,電路圖是不一樣的,這是因為元件在不同的量下,它的特性不同。(例如電容在直流下就相當于開路,而在交流下可以近似為短路)。而三極管,在交流下就有一個等效模型,也就是把BE間等效為一個電阻,CE間等效為一個受控電流源,其電流值為BE間電流的貝塔倍。這樣分析就可以很好的進行下去了。
5、備注:在模電中,我們分析的都是工程電路,而在工程中,對于精確度的要求不是很高,所以在分析時能夠忽略的因子就該忽略,例如在加減法中,如果有項與項之間相差十倍以上,那么那個很小的項是可以忽略的。
6、接著就是場效應管了,對于場效應管,其種類多,性質較三極管也復雜,但其原理還是一樣的,所以我想如果你的三極管會分析的話,應該不會成問題。比起三極管,場效應管要求你記住它的直流特性(是把電流Id寫成關于Vgs的二次方程),然后交流時,要注意跨導的概念,具體的,書上都有寫。
7、接著是說三極管的高頻、低頻模型了。我們以開始說的交流分析都是在中頻下的,在中頻下,耦合電容可以看為短路,極間電容可以看為開路——而在低頻下,耦合電容不能當作短路;高頻下,極間電容不能當成開路。這就造成了交流信號的頻率對于電路放大特性的影響(整個電路的等效模型都變了嘛)。
在此,我們把放大倍數寫成頻率的函數,這樣我們可以得到一個曲線,在用20log|A|的關系畫出來,就得到了波特圖。對于波特圖,我不想贅述,只想強調大家要注意一下低頻截止頻率、高頻截止頻率的概念,然后注意一下幾級放大電路的相頻和幅頻曲線隨頻率變化的斜率。
8、接著就是說三極管的一大應用了——集成放大電路。集成發大電路對體積要求盡可能小,所以我們就無法再用大電容了,所以一切的電路都采用直接耦合的方式。但這樣,各級工作會互相影響。而且,由于三極管的特性對溫度很敏感,所以我們必須采取措施來抑制由于溫度變化而產生的噪聲。
幾乎所有的方法都是鏡像:利用產生對稱電路來抑制溫度或其它噪聲的影響。具體的,我也不多說了。但這部分內容的基礎還是三極管的分析,只是管子變多了,電路結構變巧妙了!
接著學完集成放大電路的結構后,內容就相對簡單了,因為此時我們不再是用一根根的三極管來組成電路,而是用已經做好了的集成放大器來組成電路。對于集成放大器,想必大家在電路理論這門課上也學過,但要注意的是:在電路理論中,我們只強調它的“虛短”“虛斷”的性質,而從來沒有考慮到它的同相端和反相端的接法問題。而實際上,由于開環的輸出相位直接和端口接法相關,因此在這里我們不得不考慮。然后就是反饋,信號處理電路和信號產生電路了。
9、接下來是負反饋。這部分的內容本人覺得是最難也最重要的。主要內容有:反饋類型的判斷、反饋引入的方法、反饋對放大電路性能的影響、反饋的放大倍數計算和自激震蕩(不做要求)。
首先,對于反饋類型的判斷,用到的方法是瞬時極性法。這里就不贅述了,不過我想講句就是:當考慮輸出經過反饋回路對輸入造成影響的時候,要把輸入當成是零,然后再用疊加原理看反饋回路的作用進而判斷反饋類型。然后,對于反饋網絡和放大網絡,都可以當成二端口網絡來看,因此分析時就可以將其抽象化,不必考慮其結構,而對不同的反饋類型又有不同的網絡連接結構。在計算深度反饋放大電路的放大時,放大倍數為反饋網絡放大倍數的倒數,因此我們只要把反饋網絡抽象出來再對其加以運算就夠了!至于反饋網絡對放大電路的影響,書上有詳細的說明,我也不贅述了。其實也就是反饋輸出影響了輸入,自然就影響了放大電路的一些特性咯。
為什么我說反饋重要呢?因為后兩章的內容都要用到集成運放,而對于運放,其開環性能很不好,我們通常引入反饋使其工作在閉環狀態下。對于信號處理電路,我們通常引入負反饋,而對于信號產生電路,我們引入正反饋。
先說信號處理電路,我覺得也沒什么好說的,其實本質都是負反饋的特例,只不過為了實現不同的功能,我們必須引入不同的負反饋罷了。而且引入的都是深度負反饋,因此分析整個電路性能的時候,主要還是抓住反饋電路的性質入手!
再說信號產生電路,與信號處理電路不同,它的電路中除了提供集成運放的工作電壓外,并無輸入,在這種情況下,為了得到我們想要的信號,就必須引入正反饋。此時,正反饋可以將偶然的噪聲源放大然后輸出。當然,我們并不想要噪聲,我們只是利用噪聲得到我們所需的信號,因此這里就要求我們的電路里有個選擇信號的網絡以濾去我們不想要的信號.總的說來,信號產生電路就分為三部分:放大電路,反饋網絡,選頻網絡。當然,反饋網絡和放大網絡還得滿足一定的參數條件,具體見書上!
?10、剩下還是補充一下直流電源的內容吧。直流電源的構成分成三個部分:整流、濾波、穩壓。這部分比較簡單,書上有的東西我就不多說了,說些對大家有啟發的東西(主要是用信號的觀點來看待全過程)。首先,我們擁有的是一個頻率單一的正弦交流信號,這個時候,我們先將其進行整流,書上說整流的作用是將交流信號轉化為方向單一的直流信號,在此,我覺得更好的理解是利用二極管的單向導電性將頻率單一的信號變成了頻率豐富的信號(原信號的頻譜完全集中在它的角頻率上,而整流后的信號,在頻率為0(即直流)、原角頻率的兩倍、及原角頻率的偶數倍都有頻譜分布,而且,在頻率為零處的功率最大),而我們想要的,只是直流信號(即頻率為零的信號)。此時,我們用一個理想低通濾波器便可將直流信號提取出來、把其他頻率的交流信號濾去,但實際上理想低通是不存在的,我們只有用性能并不是很好的RC濾波器先將低頻部分提取出來,此時,我們得到的信號已經與直流信號差不多,只是還有些少量的交流信號。接著,我們便利用穩壓管的穩壓特性進而將小的交流信號也濾去!
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