模电Chapter7
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课件：模电第七章(1)修2
入 电 阻 和
7-9
四、反馈的类型的判断
1、识别放大器有无反馈的方法
1）从电路结构看，主要看输出回路和输入回路之 间是否存在相互联系的反馈元件。
2）从信号角度来分析放大器的净输入量（电流或 电压）是否受到输出量的影响。
uI
＋ －
A0
＋
uo
uf R2
R1
uI
－
A0
＋
＋
uf R2
常用交、直流反馈的判断方法
端的求和形式不同
串联反馈 Xf与Xi在输入回路中以电压形式求和
Uid Ui Uf
并联反馈 Xf与Xi在输入回路中以电流形式求和
Iid Ii If
7-7
三、负反馈放大电路的四种连接方式
反馈量取值 与输入信号的连接方式
电流 Io 电压 Uo
串联 (将反馈信号变为电压信号,与
输入电压Ui相减)
并联 (将反馈信号变为电流信号,与
+
ie2≈io
－
Re
1、判断电路中有无反馈， 可根据电路中是否存在连 接输入输出回路的反馈元 件。图中RF是连接输出 和输入的元件，因此存在 反馈。
2、用瞬时极性法可判断 反馈量是使净输入量减小 的，所以为负反馈。又因 是并联，所以是并联反馈。
3、反馈信号取自电流信号，将负载电阻短路反馈作用还 存在，因此为电流反馈。
X 'i X i X f
可能形成自激振荡。
+-
负反馈
净输入信号| Xi' | < | Xi输出幅度下降。
X 'i X i X f
正确引入负反馈可以改善放大电路的性能。
二、反馈的分类
• 4.根据反馈信号在放大电路输出端的采样方式 电压反馈 反馈信号取自输出电压
7-9
四、反馈的类型的判断
1、识别放大器有无反馈的方法
1）从电路结构看，主要看输出回路和输入回路之 间是否存在相互联系的反馈元件。
2）从信号角度来分析放大器的净输入量（电流或 电压）是否受到输出量的影响。
uI
＋ －
A0
＋
uo
uf R2
R1
uI
－
A0
＋
＋
uf R2
常用交、直流反馈的判断方法
端的求和形式不同
串联反馈 Xf与Xi在输入回路中以电压形式求和
Uid Ui Uf
并联反馈 Xf与Xi在输入回路中以电流形式求和
Iid Ii If
7-7
三、负反馈放大电路的四种连接方式
反馈量取值 与输入信号的连接方式
电流 Io 电压 Uo
串联 (将反馈信号变为电压信号,与
输入电压Ui相减)
并联 (将反馈信号变为电流信号,与
+
ie2≈io
－
Re
1、判断电路中有无反馈， 可根据电路中是否存在连 接输入输出回路的反馈元 件。图中RF是连接输出 和输入的元件，因此存在 反馈。
2、用瞬时极性法可判断 反馈量是使净输入量减小 的，所以为负反馈。又因 是并联，所以是并联反馈。
3、反馈信号取自电流信号，将负载电阻短路反馈作用还 存在，因此为电流反馈。
X 'i X i X f
可能形成自激振荡。
+-
负反馈
净输入信号| Xi' | < | Xi输出幅度下降。
X 'i X i X f
正确引入负反馈可以改善放大电路的性能。
二、反馈的分类
• 4.根据反馈信号在放大电路输出端的采样方式 电压反馈 反馈信号取自输出电压
模电第七章
图 7.1.7
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。
7.1.4 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。 低通 高通 Uo Ui
20 lg Au
O
20 lg Au
低通
f2
f
O
20 lg Au
高通
f1
阻 f1 通 阻 f2
滞后补偿
限制输 入电流
7.3模拟乘法器及其在运算电路中的应用
K和ui2同符号
为了使根号下正数，ui和k一定符号相反。
单端输入双端输出
7.3 有源滤波器
7.3.1 滤波电路的作用和分类
作用：选频。使指定频段的信号顺利通过，其他频率的信号被衰减
分类：
20 lg Au 20 lg Au
线性积分
波形变换
移相
求解图示各电路输出和输入的运算关系
iO f (uI ) ?
uO4 f (uI ) ?
电路为运算电路， 标出“＋”“－”
2、微分运算电路
duI iR iC C dt uO iR R
uO RC
du I dt
限制输出 电压幅值
为了克服集成运放的阻 塞现象和自激振荡，实 用电路应采取措施。
模拟电子技术基础
童诗白、华成英主编
信息工程系电子技术教研室
第七章
信号的运算和处理 §7.1 概述
一、电子系统简介
传感器 接收器
隔离、滤波 放大、阻抗 变换 第七章
第八章
运算、转 换、比较
功率放大 A/D转换
第七章
第九章
信号的产生
第十章
模电ppt课件第七章
出端和输入端之间引入一个负反馈，从而 保证输出与输入成线性关系。
因此有无负反馈是判断运放电路工作
在线性区的重要特征。
所有工作在运算电路和放大电路中的
运放都是工作在线性区。
6
2、非线性工作区 如果运放工作时不接
v0 vom
反馈或接入正反馈时，其
输出将为±Vom，此时输 出与输入电压为非线性关
0
vP-vN
uo2
虚短路：
ua ui1 ub ui2
虚开路：
uo1 uo2 ua ub
2R RW
RW
ui1 ui2
RW
uo2 uo1
2R RW RW
(ui 2
ui1)
35
R1
R2
– A
+
• 三运放电路是差 动放大器，放大 倍数可变。
• 由于输入均在同 相端，此电路的 输入电阻高。
R1
R2
虚开路
i1
ui R1
i2
uM R2
uo
i3
uM R3
i4
uM uo R4
i2 i3 i4
18
uo
(
R2 R3
R2 R4 R1 R3
R3 R4
)ui
Au
uo ui
R2 R3
R2 R4 R1 R3
R3 R4
R2 (1 R4 R4 )
R1
R2 R3
该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电 阻。但R3的存在，削弱了负反馈。
差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输 入电阻不高（=2R1）, 这是由于反相输入造成。
因此应选用较高KCMR的运放。
33
（4）利用三运放组成加减运算电路
因此有无负反馈是判断运放电路工作
在线性区的重要特征。
所有工作在运算电路和放大电路中的
运放都是工作在线性区。
6
2、非线性工作区 如果运放工作时不接
v0 vom
反馈或接入正反馈时，其
输出将为±Vom，此时输 出与输入电压为非线性关
0
vP-vN
uo2
虚短路：
ua ui1 ub ui2
虚开路：
uo1 uo2 ua ub
2R RW
RW
ui1 ui2
RW
uo2 uo1
2R RW RW
(ui 2
ui1)
35
R1
R2
– A
+
• 三运放电路是差 动放大器，放大 倍数可变。
• 由于输入均在同 相端，此电路的 输入电阻高。
R1
R2
虚开路
i1
ui R1
i2
uM R2
uo
i3
uM R3
i4
uM uo R4
i2 i3 i4
18
uo
(
R2 R3
R2 R4 R1 R3
R3 R4
)ui
Au
uo ui
R2 R3
R2 R4 R1 R3
R3 R4
R2 (1 R4 R4 )
R1
R2 R3
该放大电路，在放大倍数较大时，可避免使用大电 阻。但R3的存在，削弱了负反馈。
差动放大器放大了两个信号的差，但是它的输 入电阻不高（=2R1）, 这是由于反相输入造成。
因此应选用较高KCMR的运放。
33
（4）利用三运放组成加减运算电路
模电第七章课后习题答案
第七章 习题与思考题◆◆ 习题 7-1 在图P7-1所示的放大电路中，已知R 1=R 2=R 5=R 7=R 8=10k Ω，R 6=R 9=R 10=20k Ω：① 试问R 3和R 4分别应选用多大的电阻；② 列出u o1、u o2和u o 的表达式；③ 设u I1=3V ，u I2=1V ，则输出电压u o ＝？解：① Ω=Ω==k k R R R 5)10//10(//213，Ω≈Ω==k k R R R 67.6)20//10(//654 ② 1111211010I I I o u u u R R u -=-=-=，2226525.1)20101()1(I I I o u u u R R u =+=+=， 2121217932)5.1(1020)(I I I I o o o u u u u u u R R u +=---=--= ③ V V u u u I I o 9)1332(3221=⨯+⨯=+=本题的意图是掌握反相输入、同相输入、差分输入比例运算电路的工作原理，估算三种比例电路的输入输出关系。
◆◆ 习题 7-2 在图P7-2所示电路中，写出其输出电压u O 的表达式。
解：52145214(1)()[(1)]o I I I R R u u u R R R R u R R =+--=++本题的意图是掌握反相输入和同相输入比例电路的输入、输出关系。
◆◆ 习题 7-3 试证明图P7-3中，)(11221I I o u u R R u -=）＋（解：1121)1(I o u R R u +=))(1()1()1()1()1()1(122122112122111221221121I I I I I I I o o u u R R u R R u R R u R R u R R R R u R R u R R u -+=+++-=+++-=++-=本题的意图是掌握反相输入和同相输入比例电路的输入、输出关系。
模电第七章演示文稿
图7.1.13
uO1
1
Rf 1 R1
uI1
uO
Rf 2 R3
uO1
1
Rf 2 R3
uI2
若R1=Rf2，R3=Rf1，则
uO1R Rf32uI2uI1
清华大学 王宏宝 hongbaow@
7.1.4 积分运算和微分运算
一、积分运算电路
iC iR
图7.1.27
u BE u I iR iE
uI
ISe UT
u O iR R
uI
ISe UT R
清华大学 王宏宝 hongbaow@
2、集成指数运算电路 也是利用特性相同的两只晶体管，消除IS对运
算关系的影响；并且采用热敏电阻补偿UT的变化。 如图7.1.28所示。
iRR
RC
du I dt
图7.1.18
清华大学 王宏宝 hongbaow@
2、实用微分运算电路
在基本微分运算电路中，当输入阶跃电压或有 脉冲大幅值干扰时，集成运放内部放大管进入饱和 或截止状态，以至于即使信号消失，管子还不能脱 离原状态而回到放大区，这叫“堵塞”现象，使电 路不能正常工作；同时由于反馈网络是滞后环节， 与集成运放内部的滞后环节相迭加，易于产生自激 振荡，从而使电路不稳定。
图7.1.28
清华大学 王宏宝 hongbaow@
7.1.6 利用对数和指数运算电路实现的乘法 运算电路和除法运算电路 乘法运算电路如图7.1.29和7.1.30所示。
图7.1.29
清华大学 王宏宝 hongbaow@
清华大学 王宏宝 hongbaow@
理想运放在线性工作区 1、理想运放在线性工作区的特点
uO=Aod(uP-uN) ∵理想运放 Aod=∞, ∴ uP-uN=0
模拟电子第七章12学时课件
反向特性 B
iz(mA)
Uz
正向特性V)
I z
Iz
I z max
图7-1a 稳压二极管的伏安特性
在正常情况下，稳压管工作在反向击穿区，由于曲线很 陡，反向电流在很大范围内变化时其两端电压却基本保持不 变，因而具有稳压作用。只要控制反向电流不超过一定值， 管子就不会过热而损坏。
压受到稳压管自身参数的限制，因此适用于输出电压固 定且负载电流变化不大的场合。
1.稳压管的特性曲线有什么特点？ 2.利用稳压二极管或二极管的正向特性，是否可以稳压？ 3.现有两只稳压值分别为4V和6V的稳压二极管，问能组成 多少种稳压电源？
4.在稳压稳定稳压电路中限流电阻R起什么作用？如R=0是 否还有稳压作用？
目前，中小功率设备中广泛采用的稳压电路有并 联型稳压电路、串联型稳压电路、集成稳压电路等。下 面讨论这几种稳压电路。
一、稳压二极管的工作特性和主要参数
1.工作特性
稳压二极管是一种特殊
的面接触型半导体硅二极管。
“稳压二极管”简称“稳压 管” 。
U z
UB
UA
A
正向特性与普通二极管 相似，而反击穿特性曲线很 陡。
使用时一只稳压管处于 反向击穿状态，另一只稳压 管处于正向导通状态，两只 稳压管相互补偿。
a)
b)
图7—2 具有有温度补偿的稳压管2DW230 a)外形 b)内部结构
二、简单稳压电路
1.电路组成 稳压管VS反向并联在负载RL两端，所以又称为并联稳压电路。
VD4
VD1
VD3
VD2
VS
图7—3 简单稳压电路
2.稳压过程 1）当负载电阻不变，电网电压升高时。 稳压过程如下：
反之亦然。 2）当电网电压不变，负载电阻减小时。 稳压过程如下：
模拟电路第7章PPT课件
注： 在实际电路中，为了防止低频信号增益过大，常 在电容上并联一个电阻加以限制，如图中虚线表示。
二、微分运算电路
1. 基本微分运算电路
由于“虚断”，i- = 0，故iC = iR
又由于“虚地”， u+ = u- = 0
uOiRRiCRRC dd utC
基本微分电路
可见，输出电压正比于输入电压对时间的微分。
微分电路的作用： 微分电路的作用有移相功能。 实现波形变换，如将方波变成双向尖顶波。
2. 实用微分运算电路
基本微分运算电路在输入信号时，集成运放内部的 放大管会进入饱和或截止状态，以至于即使信号消失， 管子还不能脱离原状态回到放大区，出现阻塞现象。同 时集成运放内部易满足自激振荡。
◆实用微分运算电路
(1) 结点法
uI1 uI2 uI3
uP
R1 R2 R3 1111
R1 R2 R3 R4
uI1uI2uI3
uO(1R Rf )uP(1R Rf )
R1 1
R2 R3 111
R1 R2 R3 R4
(2) 若 R PR N(R PR 1//R 2//R 3//R 4,R NR//R f)则 , uoR R 1 f uI1R R 2 f uI2R R 3 f uI3R f(u R I11u R I22u R I3 3)
二、加减运算电路
利用叠加原理求解
为反相求和运算电路
uO1(R R1f uI1R R2f uI2)
同相求和运算电路 若R1//R2//Rf＝R3//R4//R5
uO 2(R RF 3 uI3R RF 4 uI4)
uORF(u R I33u R I44u R I11u R I22)
若电路只有二个输入，且参数 对称，电路
模电七章优质获奖课件
电压串联负反馈
输出电压短路后，假如
或 vF 0，就是电iF压反0馈。
电压负反馈旳特点：电路旳输出电压趋向于维持恒定。
分立元件构成旳电压串联负反馈电路
iID i I iF变小， 是负反馈。
电流并联负反馈
反馈网络串接于输 出回路。反馈信号 旳起源是输出电流 电流反馈
并联反馈
RL iO iF iID iO
输出产生了失真 正半周期略大，负 半周期略小。
引入负反馈后送到 求和点旳反馈信号 与输出波形相同
。
定量分析表白：引入负反馈后， 非线性失真降低了(1+AF)倍。
克制放大电路旳内部噪声
放大电路中各元器件上电压电流旳随机变化称为噪声 。假如放大电路存在较 大旳噪声，有用信号就可能淹没在噪声之中而无法区别，故应尽量降低放大电路 旳噪声。
由反馈放大器增益旳一般体现式：
当深度负反馈，即
A F
1
A A F
| 1 A时F，| 1
A F
A A F
1 F
与开环增益无关（即与基本放大器无关），只决定于反馈网络。
提升增益旳稳定性
为定量阐明放大倍数稳定旳程度，可将开环增益Ａ与闭环增益ＡF旳相对 变化量进行比较。
不考虑相位关系时，Ａ、Ｆ用实数表达:
（2）若 |1 A F | 1 ，则 | AF | A |，即引入反馈后，增益变大，称为正反馈。
（3）若 AF 1 ，即 |1 A F | ，0 则
A F
X o X i
。 在这种情况下，
虽然输入信号为无限小量，也能够有输出信号，而实际电路中总存在
噪声，所以，虽然没有输入信号( X i 0)也能够有输出信号，这种现 象称为自激振荡。
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控制端： （1） （2） （3） （4）
S1 S0=00，CP上升沿到后，输出不变。 S1 S0=01，CP上升沿到后，右移。 S1 S0=10，CP上升沿到后，左移。 S1 S0=11，CP上升沿到后，并行输入。
无论寄存器中原来的内容是什么，只要送数控制时钟脉冲CP 上升沿到来，加在并行数据输入端的数据D0～D3，就立即被 送入进寄存器中，即有：
n n n Q3 1Q n 1Q1 1Q0 1 D3D 2 D1D0 2
移位寄存器
串行 输出
Q3 D3 Q3 Q2 D2 Q2 Q1 D1 Q1 Q0 D0 Q0
第七章 常用时序逻辑功能器件
7.1 7.2 计数器 寄存器和移位寄存器
本章重点
（1）能读懂集成计数器、寄存器的功能表； （2）集成计数器、寄存器电路的分析与设计；
§7.1计数器 能够记忆输入脉冲个数的电路叫计数器。 在数字电路中，计数器应用非常广泛。 计数器可实现对输入的CP脉冲进行计数。 也可用作定时(计时器)、分频、数字测量等。 计数器种类很多，并且有多种分类方法。
TC CET Q3 Q2 Q1 Q0
1）异步清零。 CR=0时， 计数器输出直接 清零 ，Q3Q2Q1Q0 = 0000. 无需CP 2）同步并行预置数。
CR D D D D 0 1 2 3 CET TC 74x161 CEP CP ＞ Q Q Q Q PE 0 1 2 3
CR=1，PE=0，当CP脉冲上升沿到来时， D3D2D1D0输 入端数据被Q3Q2Q1Q0接受，需要CP。
§7.2寄存器
在数字电路中，用来存放二进制数据或 代码的电路称为寄存器。 存放n位二进制代码的寄存器，需用n个 触发器来构成。
基本寄存器 按照功能 移位寄存器
Q0
FF0
Q1
FF1
按照存、取 数据方式
应用：
并行 串行
D0
D1
存储代码、串/并行转换、数值计算、缓冲区
基本寄存器
Q0 Q0 FF0 1D C1 CP D0 D1 D2 D3 Q1 Q1 FF1 1D C1 Q2 Q2 FF2 1D C1 Q3 Q3 FF3 1D C1
≥1 FF1 Q 1D C1 Q R
≥1
CP CR
1 1 1 Q0 1 Q1 1 Q2
1 Q3
1 T TC C
74HC/HCT161,74161, 74LS161,74LVC161 74x161
异步清零 CR
功 能 表
预置 PE
使能 CEP CET 时钟 CP
CR D D D D 0 1 2 3 CET TC 74x161 CEP CP Q Q Q Q PE ＞ 0 1 2 3
时序图：
CP
1
2
3
4
2分频
Q0
0
1
0 1
1 1
4分频
Q1 0
0
模4计数器（M=4）
按计数增减方式分：
加法计数器、减法计数器和可逆计数器。 按进位方式分：
00
01
二进制计数器、 非二进制计数器。
按工作方式分： 同步计数器、
11
10
异步计数器。
一、常用中规模集成计数器： 74x161：4位二进制同步加法计数器 74x160：8421十进制加法计数器（实验六） 74x290：异步二-五-十进制计数器 主要任务： 读功能表掌握计数器使用方法 学会使用集成计数器构成任意进制计数器的方法
（2）74x290功能表
CPA
CPB Q A Q B Q C QD R 01 R 02 R 91 R 92 QD QC QB Q A
74x290
R 01 R 91 R 02 R 92
归纳：
X 1 1 0 0 X X
X 1 1 X X 0 0
1 0 X 0 X 0 X
1 X 0 X 0 X 0
1 0 0
用74x161构成九进制计数器
不占用CP
0000 0001 0010 0011
74x161为4位同 步二进制计数器， 最多可实现16进 制进数器
1001
1000 0111 0110
0100
占用CP
0 0 0
0
0101
CR D D D D 0 1 2 3 方法：用N清零, 1 CET TC 74x161 将N中取“1”的 1 CEP CP Q Q Q Q PE ＞ 项与非后接异 CP 0 1 2 3
0001
0010
0011
占用CP
1000 0111
0100
1
0
0 0 0
0110
0101
CR D D D D 0 1 2 3 1 CET TC 74x161 1 CEP CP Q Q Q Q PE CP ＞ 0 1 2 3
令PE = Q3
0 0 0 1
1
利用74x161的PE置数端。
当第8个CP脉冲上升沿到来时， Q3Q2Q1Q0 = 1000
3）保持.CR=PE=1,当CET*CEP = 0时, 输出保持不变。 4）计数。CR=PE=CET=CEP =1时，计数器输出 处于加 计数状态。随着CP的作用，其状态在0000~1111间循环 变化，当计数状态为1111时， 产生一个进位信号，TC=1。
74x161计数状态
1
CR D D D D 1 CET 0 1 2 3 TC 1 CEP 74x161 CP ＞ Q Q Q Q PE 0 1 2 3
1
Ｍ＝16
2、74x160功能表(十进制加法计数器）
异步清零 预置 LD RD
使能 EP ET
时钟 CP
预置数据输入 A B C D
输出 Q A QB QC QD
L H H H H
X L H H H
X X L X H
X X X L H
X X X
X A X X X
X B X X X
X C X X X
S0
SM-1
S1
S2
S3
(1)、将计数器接成 计数状态； (2)、用N清零,将N中 取“1”的项与非后接 异步 清零端CR。
SM-2
SN
SN-1
清零法
例
用74x161构成九进制计数器
74x161功能表
异步清零 CR
预置 PE
使能 CEP CET
时钟 CP
预置数据输入 D3 D2 D1 D0
输出
Q3 Q2 Q1 Q0
CR D D D D 0 1 2 3 CET TC 74x161 CEP CP ＞ Q Q Q Q PE 1 0 1 2 3
CP
256进制计数器
例2
24进制计数器（16<24<256)
1
1 CP
CR D D D D 0 1 2 3 CET TC 74x161 CEP CP ＞ Q0 Q1 Q2 Q3 PE
(二) N>M
第一步：将L片M进制计数器组合起来，构成 ML进制计数器，使ML大于等于N；
第二步：再采用刚才的方法（如清零、置数 法）构成N进制。
（1）并行进位方式：同步时钟连接
例1
用本级的进位信号驱动下一级计数器 使能端；再用清零或置数法。
1 0 0 0 0 1 0 0 0 0
1 1
CR D D D D 0 1 2 3 CET TC 74x161 CEP CP ＞ Q Q Q Q PE 1 0 1 2 3
X L L L L D A B C D X 保 持 X 保 持 X 计 数(M=10)
RCO ET QD QC QB QA
3、二 - 五 - 十进制计数器 74x290
CPA
CPB Q A Q B Q C QD
74x290
R 01 R 91 R 02 R 92
*CPA为时钟，QA为其输出端， 模 2 计数器； *CPB为时钟，QBQCQD为其输 出端，模 5 计数器； ** CPA为时钟， QA 接CPB， QA QBQCQD为其输出端，模 10 计数器。
预置数据输入 D3 D2 D1 D0 输出
Q3 Q2 Q1 Q0
L H H H H
X L H H H
X X L X H
X X X L H
X X X
X D3 X X X
X D2 X X X
X X L L L L D1 D0 D3 D2 D1 D0 X X 保 持 X X 保 持 X X 计 数(M=16)
步 清零端CR。
1
令CR = Q3Q0
1 0 0
1
&
2、反馈置数法：
利用(PE)端(LD端)
S0 S1 Si
方法：
(1)将计数器接 成计数状态； (2)在状态N-1出 现时送数0，将N1中取“1”的项与 非后接PE;计数状 态0~N-1
SN+i
SN+i-1
Sm
置数法
74x161构成九进制计数器
0000
&
CP Q Q Q Q PE ＞ 0 1 2 3 CP
CR D D D D 1 0 1 2 3 CET TC 1 CEP 74x161
反馈置数（0）法，23时置数
*（2）串行进位方式：异步时钟连接
用本级的进位信号（当需要进位时，信号 边沿与触发方式相反，需接非门处理）驱动下 一级计数器的时钟端；再用清零法。
0 0 0
0 0 0
1 0 0
计数状态
下降沿触发
1. R91和R92同时为“1”，置“1001”，优先级最高；
2. R01和R02同时为“1”，清“0000”；
3. 其余状态计数，模数由连线确定。
二、用MSI构成任意进制计数器(重点)