### 模拟电路1-2章笔记精要 #### 第一章 绪论 ##### 1.1 信号 信号是模拟电路中的基础概念之一,它通常来源于各种传感器,将非电量转换为电量形式以便进一步处理。信号源可以通过戴维宁等效电路或诺顿等效电路来表示。由于信号在时间上的变化往往是不规则的,这使得其分析变得复杂。为了简化分析过程,引入了频谱的概念。 ##### 1.2 信号的频谱 频谱分析是将复杂的时域信号转换到频域的一种方法,这对于理解信号的特性非常重要。正弦波是一种最简单的信号,它只包含三个关键参数:幅值\( V_m \)、相位\( θ \)和角频率\( ω \),因此常被用作模拟电路的测试信号。 频谱主要分为三类:直流分量、基波分量以及高次谐波分量。这些分量构成了信号的完整频谱,并且随着谐波次数的增加,其幅度值通常呈现递减趋势。在实际应用中,可以通过选择合适的截止频率来确定信号的有效带宽。 对于电路频率特性的分析,主要是研究电路如何响应不同频率的输入信号,这对于设计具有特定频率响应特性的电路至关重要。 ##### 1.3 模拟信号和数字信号 模拟信号是一种连续变化的信号,而数字信号则是离散的、通常采用二进制形式的信号。模拟信号通常用于处理自然界中的声音、图像等信号,而数字信号则更适合于计算机处理。 ##### 1.4 放大电路模型 放大电路是模拟电路的核心组成部分,它能够提高信号的幅度,使其更易于处理。放大电路主要有四种类型:电压放大、电流放大、互阻放大和互导放大。放大电路的工作原理基于三要素:输入电阻、输出电阻和受控电压源。 - **理想电压放大电路**:输入电阻远大于信号源内阻,以确保输入信号能够尽可能多地传递给放大电路。输出电阻远小于负载电阻,以减小负载变化对输出电压的影响。 - **理想电流放大电路**:输入电阻远小于信号源内阻,输出电阻远大于负载电阻。 电压放大电路和互阻放大电路通常用于前置放大或中间级放大,因为它们能够提供较高的输出电压,而不会消耗过多的能量。电流放大电路和互导放大电路则更适合于输出级,如驱动扬声器或电机等负载,因为它们能够提供较大的电流输出。 ##### 1.5 放大电路的性能指标 放大电路的主要性能指标包括输入电阻、输出电阻、增益、频率响应和非线性失真等。 - **输入电阻**:决定了放大电路从信号源获取信号幅值的能力。 - **输出电阻**:反映了放大电路带负载的能力。 - **增益**:通常以分贝(dB)表示,用来衡量放大电路对信号的放大程度。 - **频率响应**:描述了放大电路在不同频率下的性能。包括幅频响应(输出电压与输入电压幅值之比随频率变化的情况)和相频响应(输出与输入之间的相位差随频率变化的情况)。 - **非线性失真**:由于放大电路的非线性特性造成的信号失真,表现为输出信号中出现额外的高次谐波分量。 #### 第二章 运算放大器 ##### 2.1 集成电路运算放大器 运算放大器是一种高度集成的电路,广泛应用于各种模拟电路设计中。它的核心性能指标包括开环电压增益、输入电阻和输出电阻等。 - **开环电压增益**:指在没有任何反馈网络的情况下,运算放大器的电压增益。典型值可达10^4 (80 dB)。 - **输入电阻**:通常较高,约为1M欧姆。 - **输出电阻**:相对较低,一般小于100欧姆。 电压传输特性曲线几乎垂直,这是因为开环增益非常高,即使输入电压很小也能使输出接近电源电压的极限值。为了改善性能,通常会在运算放大器中引入负反馈。 ##### 2.2 理想运算放大器 理想运算放大器具有以下特点: - 输出电压的极限值等于电源电压。 - 开环增益非常高,即使输入电压很小也能使输出接近饱和状态。 - 当输出电压未达到饱和状态时,差动输入电压趋于零。 - 输入电阻非常高,几乎无限大,这意味着几乎没有电流流入或流出输入端。 - 输出电阻非常低,几乎为零。 这些理想化假设简化了电路的设计与分析。 ##### 2.3 基本线性运算放大器 以同相放大电路为例,其特点如下: - 输入信号\( v_i \)连接到同相输入端。 - 输出信号\( v_o \)通过反馈电阻\( R_1 \)和\( R_2 \)回连到反相输入端。 - 反馈机制使得反相输入端的电压\( v_f = v_n \)。 在深度负反馈条件下,同相输入端和反相输入端之间的电压差几乎为零,这种现象被称为“虚短”。此外,由于输入电阻非常高,可以认为几乎没有电流流过输入端,这被称为“虚断”。 这些概念和特性为理解和设计基于运算放大器的模拟电路提供了理论基础。
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