- 电便于传输，用波动形式进行远距离传播
- 电路技术和计算机技术能够完成对电子信息的各种处理
- 电路是电子器件的某种连接关系。电磁场与构成电路元件的导体介质相互作用，能量交换，形成电路器件的电特性
- 辐射模式：用于无线通信
- 传导模式：用于有线通信
- 信号的分类：
- 确定性信号/随机信号
- 周期信号/非周期信号
- 连续时间信号/离散时间信号
- 模拟信号/数字信号
- 课程常用的典型信号
- 正弦：有效值、峰值、峰峰值
- 直流/交流
- 方波
- 噪声
- 热噪声
- 散粒噪声
- 闪烁噪声
- 信噪比/噪声系数
- 语音信号
- 基带信号是低频信号。比如用电记录语音信号，电信号的频率与语音频率相同。
- 工程上，空间传播的电磁波是辐射电磁波，语音信号要想在空间中传播，需要将原本的导行电磁波转换为辐射电磁波。往往使用天线转换两种电磁波。
- 天线根据其作用可以分为两种：
- 发射天线：将导行电磁波转换为辐射电磁波
- 接收天线：将辐射电磁波转换为导行电磁波
- 天线的尺寸必须与波长可比拟：一般选取λ/4作为天线尺寸
- 降低天线尺寸，需要高频的电磁波辐射(提高载波频率)
- 调制：将低频的基带信号调制到高频载波上
- 种类：调幅、调频、调相、混合调制
- 调制是为了实现更有效的发射与接收
- 信源→滤波器→载波(正弦波振荡器)调制→滤波器→功率放大器→滤波器→发射天线
- 发射天线从端口可以等效为一个电阻
- 假设电磁波以球面波形式传播，能量密度与距离平方成反比，接收天线的尺寸固定，因而接收天线接收到的能量与量天线之间的间距的平方成反比。
- 接收天线可以从端口等效为电源
- 与调制器的作用过程相反，解调器能将基带信号从载波上卸载下来。
- 接收天线→滤波器→低噪声放大器(LNA)→滤波器→解调器→滤波器→激励器(扬声器)→信宿
- 激励器：将电信号转换为人可以感知识别的信号(比如扬声器转换为声波信号)
- 放大器/衰减器：完成信号电平的调整，输入输出转移特性是一条直线(常用的电阻衰减网络包括：T型和π型衰减网络)
- 滤波器：完成信号频率的选择，包括低通、高通、带通、带阻等
- 振荡器：产生周期信号，生成正弦波、方波、三角波、锯齿波等
- 调制器：将基带信号装载到载波信号上
- 解调器：从已经调制的波中卸载基带信号
- 数模转换器(ADC：模拟转数字；DAC：数字转模拟)
- 存储器：用于记录以前某时刻的状态，电容存储电荷、电感存储磁通
- 整流器：交流→直流
- 稳压器：不稳定直流→稳定直流
- 逆变器：直流→交流(效率很高)
- 变压器：交流→交流
-
电路抽象：
- 目的：简单化，降低复杂度
- 思路：将关键特征提取出来
- 电路的关键特征是端口的电压电流关系
- 三原则：
- 离散化原则
- 极致化原则
- 限定性原则：抽象结果有限定的适用范围
- 分层抽象，分层设计的思想
-
电压是电场的空间离散化抽象
-
电流是磁场的空间离散化抽象
-
电阻：金属导体中，自由电子碰撞晶格引起的能耗被等效为电阻
-
电感：电能转换为磁能，等效为电感
-
电容：电能以电荷累积效应存储于导体，被等效为电容的电能存储
- 无记忆/记忆系统
- 无记忆(线性电阻)：系统输出仅由当前输入决定，与之前输入无关
- 有记忆(线性电容、线性电感)：系统输出不仅由当前输入决定，还与之前输入有关
- 线性/非线性
- 线性：满足叠加性与均匀性的系统
- 非线性：不满足叠加性均匀性
- 时变/时不变
- 时不变：输入延时，输出产生同样的延时，满足：e(t)→r(t)且e(t-τ)→r(t-τ)的系统。
- 时变：不满足上述关系
- 端点A流入的电流从端点B流出同样大小电流，则AB两端点构成一个端口
- 意义：只需要关注端口特性，网络内部工作可以不关注；能够用电路处理的问题，一定可以定义出端口
- 单端口网络一个方程即可完备描述
- n端口网络需要n个方程才能完备描述
- 二端口网络端口连接：串串、并并、串并、级联
- 端口对接一般可以视为并联后总端口开路、串联后总端口短路
- 判断压控与流控：
- 压控：电流表示成电压的函数
- 流控：电压表示成电流的函数
- 有源的定义：网络具有向外提供电能量的能力。
- 系统端口总功率大于0，则表现为吸收能力，认为是无源的
- 系统端口总功率小于0，则表现为释放功率，认为是有源的
- 总功率有时大于0，有时小于0，认为是有源的(因为有释放能量的能力)
- 元件的有源/无源
- 线性电阻：无源
- 电容：无初始电压→无源；有初始电压→有源
- 电感：无初始电流→无源；有初始电流→有源
- 有源无源的判断
- 伏安特性曲线表现出存在功率小于0的情况，即曲线经过第二或四象限
- 两个压控网络，采用并并连接方式，可以确保压控性质不变
- 两个流控网络，采用串串连接方式，可以确保流控性质不变
- 理想电源：恒压源/恒流源：端口的电压/电流不随外接负载改变
- 线性内阻电源：
- 伏安特性曲线为直线
- 流控形式：电压是电流的函数，等效为有内阻的电压源，称为戴维南电压源
- 压控形式：电流是电压的函数，等效为有内导的电流源，称为诺顿电流源
- 等效方法
- 当电源内阻远小于负载电阻时，使用戴维南等效
- 当电源内导远小于负载电阻时，使用诺顿等效
- 各种形式的电源
- 交流发电机
- 化学电池
- 太阳能电池
- 传感器：光电、热点、压电、湿度等
- 额定功率：电源能够输出的最大功率
- 最大功率传输匹配：负载电阻等于电源内阻
- 电源内阻决定了戴维南电压源输出功率的能力，内阻越小，能够达到的最大功率越大
- 源的额定功率由源的幅度和内阻共同决定
- 电阻：金属薄膜电阻、贴片电阻、电位器等
- 开关：
- 当控制开关通断的是输入信号时，开关是非线性系统
- 当控制开关通断的是另外的控制信号，开关是线性系统
- 半导体二极管分类：
- 按结分类：PN结、肖特基结(金属半导体结)、异质结
- 按伏安特性分类：
- 整流特性
- 负阻特性：隧道二极管，N/S型负阻
- 按应用分类：整流、稳压、变容、发光、光电、光伏
- PN结二极管：
- 特点：正偏导通、反偏截止、反向击穿
- 击穿：反向击穿，齐纳击穿，雪崩击穿
- 零阶模型：开关模型，理想整流二极管
- 一阶模型：考虑内建电位差影响
- 二阶模型：考虑导通后体电阻影响
- 应用：半波整流，相当于一个开关函数(具有周期性)
- 半波整流后的输出信号，直流分量为Vp/π，有效值为0.5Vp，其中Vp为峰值
- 特点：正偏导通、反偏截止、反向击穿
- N型/S型非线性电阻
- N型负阻：隧道二极管
- 一般有两个稳定平衡点，一个稳定直流工作点
- 可以作为状态存储器，表示0和1两个状态
- S型负阻：肖克利二极管
- N型负阻：隧道二极管
- 晶体管
- 分类：
- 根据导电载流子种类数：双极型、单极型
- 根据导电受控特性：场效应(MOS)、势效应(BJT)
- 组成：漏极(D)、栅极(G)、源极(S)
- 电压关系：V_DS = V_GS - V_TH，V_TH为阈值电压
- 分类：
- NMOS反相器
- 输入信号：V_GS，输出信号：V_DS
- 功能：电压反相，输入高电平输出低电平，输入低电平输出高电平
- 小信号时，反向电压放大器
- 大信号时，数字非门
- 输入输出转移特性：截止区、恒流导通区、欧姆导通区
- 恒流导通区：晶体管是受控电流源，输出由输入线性决定，是线性放大器
- 等效电阻
- 吸收电能并将其转换为其他能量形式的器件
- 其他非线性电阻
- 保护电阻：并联于需保护的电路，当其上电压较小时，电阻阻值极大，近乎开路，对原电路不起作用；当其上电压较大时，电阻阻值很小，大的干扰电流从保护电路流走。
- 麦克斯韦方程组：
- 基尔霍夫电压定律(KVL):
- 两个结点之间电压与路径无关
- 闭合回路中电压总和为0
- 环路中电压降之和等于电动势之和
- 基尔霍夫电流定律(KCL):
- 流入一个结点的电流等于流出这个结点的电流
- 和某结点相连的所有支路上的电流之和为0
- 欧姆定律：电阻元件的约束条件
- 列写电路方程的方法：
设一电路中有b条支路、n个结点。
- 支路电压电流法：
- 未知量：b个支路的电压与电流，共2b个未知量
- b条支路，每个支路一个元件约束条件(广义欧姆定律)
- 基尔霍夫电流定律：n-1个
- 基尔霍夫电压定律：b-n+1个
- 支路电流法：
- 未知量：b个支路的电压与电流，共2b个未知量
- b个支路的电流列写b个方程
- KCL：n-1个方程
- KVL：b-n+1个
- 回路电流法：
- 未知量：回路电流
- KCL：包含在回路电流的定义中
- KVL：b-n+1
- 结点电压法：
- 未知量：其中一个结点为参考地结点，n-1个结点电压为未知量
- n-1个结点电压列写n-1个方程
- KVL：包含在结点电压的定义中
- KCL：n-1
- 修正结点电压法：
- 结点电压法无法处理恒压源或流控元件
- 流控支路需要添加支路电流为新未知量，将支路元件约束方程加入方程组
- 支路电压电流法：
- 等效电路法：
- 简单串并联： 电压、电阻、电容、电源都可以串并联，线性内阻电源的串并联中，源串联采用戴维南等效，源并联采用诺顿等效
- 加压求流法： 在单端口网络的端口上加测试电压，考察端口电流，等效为线性电导或者诺顿电流源
- 加流求压法： 在单端口网络的端口上加测试电流，考察端口电压，等效为线性电阻或者戴维南电压源
- 多端口情形：加压求压法、加流求流法
- 惠斯通电桥可以用于电阻阻值测量
- 相关的定理：
- 替代定理：
- 两个单端口网络对接时，假设该端口电压Vp、端口电流Ip
- 可以使用理想电压源Vp或理想电流源Ip替代任意一个单端口网络
- 叠加定理：
- 叠加定理只适用于线性电路系统
- 电路中包含多个独立源时，可以认为它们对电路的作用是叠加的
- 线性电路中，所有独立源同时激励时所产生的总响应，等于各独立源单独激励时所产生的分响应的代数和
- 独立电压源不起作用时，短路处理
- 独立电流源不起作用时，开路处理
- 戴维南-诺顿定理(仅适用于线性电路)：
- 独立源置零：电压源短路处理，电流源开路处理
- 戴维南定理：恒压源(端口开路电压)+电阻(电路所有独立电源置零时的端口等效电阻)+串联
- 诺顿定理：恒流源(端口短路电流)+电阻(电路所有独立电源置零时的端口等效电阻)+并联
- 戴维南定理是加流求压法的叠加定理表述
- 诺顿定理是加压求流法的叠加定理表述
- 注意：受控源等非独立源不能置零，需要保留受控源作用
- 特勒根定理：与基尔霍夫定理等价
- 互易定理：互易网络，激励和响应可以互易
- 替代定理：
- 受控源：端口件的相互作用关系被等效为受控关系
- 引入受控源的目的：简化电路分析、规范电路分析方法、不用再关注网络内部到底如何工作
- 种类：
- 压控压源：电压传递关系，电压放大器，最适参量：g
- 压控流源：跨导传递关系，跨导放大器，最适参量：y
- 流控流源：电流传递关系，电流放大器，最适参量：h
- 流控压源：跨阻传递关系，跨阻放大器，最适参量：z
- 线性放大器的参数与特性：
- 增益：电压Av、电流Ai、跨导Gm、跨阻Rm
- 阻抗：输入电阻Ri、输出电阻Ro
- 有源性：
- 不完全由受控源自身决定
- 运放等效的受控源是有源的
- 有源性来自直流偏置电压源
- 有源性条件(压控压源为例)：|Av|>2\sqrt(Ro/Ri)
- 受控源是非独立源
- 单端口非独立源：等效负阻
- 二端口非独立源：受控源
- 其他非独立源：半波整流器、二极管稳压器
- 对偶量
- 电压-电流
- 电阻-电导
- 电感-电容
- 磁通-电荷
- 短路-开路
- 串联-并联
- 分压-分流
- 结点-回路
- 结点电压法-回路电流法
- KVL-KCL
- 戴维南定理-诺顿定理
- 耦合电容-高频扼流圈
- 对偶变换的方法：
- 回旋器能实现对偶变换
- 二端口网络的参量：
- 阻抗参量z
- 导纳参量y
- 混合参量h
- 逆混参量g
- 传输参量ABCD
- 逆传参量abcd
- 阻抗参量z二端口线性网络的戴维南等效(两个端口同时加电流)
- 恒压源：端口1恒压源电压为端口1、2同时开路时端口1的开路电压
- 流控压源：端口1的跨阻系数为端口1开路电压和端口2测试电流的比值
- 串联电阻：端口1的串联电阻为端口2开路时，端口1的看入电阻
- 导纳参量y二端口线性网络的诺顿等效(两个端口同时加电压)
- 恒流源：端口1恒流源电流为端口1、2同时短路时端口1的短路电流
- 压控流源：端口1的跨导系数为端口1短路电流和端口2测试电压的比值
- 并联电导：端口1的并联电导为端口2短路时，端口1的看入电导
- 混合参量h二端口线性网络的戴维南-诺顿等效(端口1加流、端口2加压)
- 端口1看入电阻
- 端口2看入电导
- 电压传递系数：端口2到端口1的电压传递系数
- 电流传递系数：端口1到端口2的电流传递系数
- 逆混参量g二端口线性网络的诺顿-戴维南等效(端口1加压、端口2加流)
- 端口1看入电导
- 端口2看入电阻
- 电压传递系数：端口1到端口2的电压传递系数
- 电流传递系数：端口2到端口1的电流传递系数
- 传输参量ABCD只在端口1加压加流
- 逆传参量abcd只在端口2加压加流
- 参量之间的相互转换
- 各种增益参量(均要求内部独立源置零)
- 本征电压增益：端口2开路，端口2电压与端口1电压之比
- 本征跨导增益：端口2短路，端口2电流与端口1电压之比
- 本征跨阻增益：端口2开路，端口2电压与端口2电流之比
- 本征电流正义：端口2短路，端口2电流与端口1电流之比
- 二端口网络连接后参数的改变：
- 串串连接z相加
- 并并连接y相加
- 串并连接h相加
- 并串连接g相加
- 网络级联ABCD相乘
- 双向网络和单向网络
- 阻性/动态网络：
- 阻性网络：网络端口电压和电流之间用代数方程描述
- 动态网络: 网络端口电压和电流之间用微分方程描述
- 另一种定义：有记忆→动态网络；无记忆→阻性网络
- 线性/非线性网络：
- 线性网络：网络端口电压和电流之间能用线性方程描述
- 非线性网络：网络端口电压和电流之间不能用线性方程描述
- 互易/非互易网络：
- 互易网络：激励与响应可以互换位置，一般针对线性网络而定义
- 对称/非对称网络：
- 对称网络：从两个端口看入其端口电压电流关系毫无差别
- 对称网络未必物理对称，但物理对称一定是对称网络
- 有源/无源网络：
- 无源：端口吸收功率恒不小于0
- 有源：存在端口总吸收功率小于0的情况
- 无损/有损网络：
- 无损：
- 对于没有电容、电感的无源阻性网络，端口总吸收功率恒等于0
- 纯由理想电容、电感、传输线构成的网络
- 理想变压器、理想环形器、理想回旋器是无损的
- 无损：
- 双向/单向网络：
- 单向网络：端口A对端口B有作用关系，等效为受控源，但端口B对端口A没有作用关系
- 本征增益：电压、电流、跨阻、跨导
- 功率增益：转换T功率增益、资用A功率增益、工作功率P增益
- 最大功率增益：当两个端口同时达到最大功率传输匹配时，三个增益相等且最大
- 特征阻抗：N个端口的网络，第i个端口的特征阻抗是其他N-1个端口接特征阻抗，从第i个端口看入的输入阻抗
- 分压器/分流器，合压/合流
- 电阻分压网络的应用：DAC/ADC
- 衰减器/放大器：
- 匹配衰减器
- 线性放大器：四种理想线性受控源
- 放大器的基本作用：
- 信号放大
- 信号缓冲：基本放大器具有单向性，将源和负载隔离
- 电压缓冲器：电压增益为1的压控压源的电压放大器
- 电流缓冲器：电流增益为1的流控流源的电流放大器
- 电压跟随器
- 电流缓冲器
- 信号线性转换：
- 线性压流转换器：接近理想压控流源的跨导放大器
- 线性流压转换器：接近理想流控压源的跨阻放大器
- 理想变压器(无损、互易、双向网络)：
- 阻抗变换
- 源的变换
- 单双端变换
- 环形器： 端口1吸收功率，在端口2全部释放，端口3没有释放吸收任何功率
- 非线性电路：存在非线性元件的电路
- 非线性电阻元件：元件约束方程为非线性代数方程
- 非线性动态元件：元件约束方程为非线性微积分关系
- 非线性电路分析的基本方法：
-
解析法：元件数目少、对称结构，直接求解方程
-
数值法：牛顿-拉夫逊法
- 迭代公式：
- 一般迭代不会超过10步
-
分段折线法：
- 将非线性曲线近似为多段线性连接得到，在每段区间，可以进行线性化分析
- PN结二极管
- 二极管整流器、二极管稳压器、二极管混频器(见31)
- MOSFET电流镜分析(见32)
- 反相器电路分析(见33)
- BJT电流源分析(见34)
-
局部线性法：非线性电路的交直流分析法
- 单端口非线性电阻分析
- 二端口非线性电阻分析
-
- 二极管整流：用二极管的整流开关特性将交流电压变为直流电压
- 半波整流：只对正弦波的半周期波形整流(单向开关函数)
- 直流分量：Vp/π
- 有效值：0.5Vp
- 全波整流：将正弦波的半周期波形翻转(双向开关函数)
- 全波整流器只用了一半电压
- 直流分量：2Vp/π
- 有效值：Vp/\sqrt{2} = 0.707Vp
- 桥式整流：
- 负载电压为全波信号
- 相比于全波整流，能得到两倍的峰值电压、直流电压和有效值电压
- 代价：比全波整流器多用了两个二极管
- 三种整流器的比较：
- 二极管稳压器： 齐纳二极管工作在击穿区，由击穿区电压基本恒定不变，可以作为稳压电路
- 二极管混频器：
- 乘法器可实现混频功能
- 混频器完成频谱线性搬移
- 中频 = 射频 - 本振
- MOSFET：Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor 金属氧化半导体场效应晶体管
- 参数解释：
- 过驱动电压：V_OD = V_GS - V_TH
- 饱和电压：V_DS,SAT = V_GS - V_TH
- 阈值电压：V_TH
- 厄利电压：V_E(厄利效应)
- 分类：
- NMOS：源栅漏=N-P-N结构
- PMOS：源栅漏=P-N-P结构
- 分段折线法：
三个明显的分区，均可近似为线性电路模型
- 截止区：电流为0，开路模型
- 欧姆区：线性化为线性电阻
- 恒流区：伏安特性曲线几乎平直，线性化为诺顿电流源
- 应用：
- 直流偏置电路的设计：源极和漏极电阻的选择与计算
- 电流镜：镜像电流大小由晶体管尺寸决定 实际输出与设计值之间偏离小，确保电流稳定
- 分压偏置电路：
- 带负反馈：负反馈环路的存在，使得外加扰动的影响力降低，电路更稳定
- 负反馈电阻的作用：
- 降低不确定性：实际输出的电流与设计值之间偏离小
- 灵敏度越小，电路越稳定
- 偏置电路1：线性电阻+直流偏置电压源
- NMOS截止区
- NMOS恒流导通区
- NMOS欧姆导通区
- 偏置电路2：非线性电阻PMOS+直流偏置电压源
- NMOS截止，PMOS欧姆导通
- NMOS恒流导通，PMOS欧姆导通
- NMOS恒流导通，PMOS恒流导通
- NMOS欧姆导通，PMOS恒流导通
- 总结：
- 无论是线性电阻还是非线性电阻，只要电阻阻值是单调增的，则可以形成反相器功能。
- 应用：
- 数字非门
- NMOS反相器做数字非门，位于欧姆导通区时，电流值较大，电路有较大损耗。(PMOS反相器同理)
- 改进：使用CMOS做数字非门，要么NMOS截止，要么PMOS截止，都无损耗
- 反相电压放大
- 数字非门
- BJT：Bipolar Junction Transistor：双极结型晶体管
- 组成：
- 发射机E，发射多子；发射区掺杂浓度高
- 集电极C，收集多子
- 基极B，少子导电通道控制端；基区很薄
- 参数解释：
- 热电压
- 厄利电压
- 反向饱和电流
- 电流增益
- 分类：
- NPN-BJT：集电极高电压，发射极低电压
- PNP-BJT：发射极高电压，集电极低电压
- 分段折线法-线性化:以NPN-BJT为例
- 截止区：C和E均反偏截止，开路模型
- 饱和区：C和E均正偏导通，抽象为恒压源
- 恒流区：E正偏导通，C反偏截止，抽象为恒流源
- BJT分压偏置电路：
-
分压偏置电路是最常见的直流偏置电路
-
负反馈的存在使得直流工作点很稳定，灵敏度降低
- 并并负反馈：接近理想的流控压源
- 串串负反馈：接近理想的压控流源
- 串并负反馈：接近理想的压控压源
- 并串负反馈：接近理想的流控流源
-
射极串联负反馈可稳定直流工作点
-
- BJT电流源：
- 晶体管工作在恒流区，CE对外可以等效为电流源
- 负反馈使得等效电流源更接近理想电流源
- 负反馈使得电流源的温度稳定性提高
- BJT反相器：
- BJT晶体管作放大器使用时，必须保证工作点位于有源区
- 非线性电阻：
- S型负阻
- N型负阻
- 保护电阻
- PN结二极管开关：无源
- 隧道二极管负阻放大器
- 耦合电容：直流开路、交流短路，抽象为微分内阻为0的恒压源，交流分析时视为短路
- 高频扼流圈：直流短路、高频开路，抽象为微分内导为0的恒流源，交流分析时视为开路
- 耦合电容、高频扼流圈不消耗任何功率，只提供交直流通断的通路
- 隧道二极管的有源性来自直流偏置电压源提供的直流能量
- 局部线性法-非线性电路交直流分析：
- 假设线性网络中包含直流偏置电源和交流小信号激励源
- 假设交流小信号足够小，非线性此时可以局部线性化处理
- 电路中的电压、电流都可以分为直流分量加小信号交流分量
- 交流分量变化规律完全由激励源决定
- 交流信号足够小时，局部对于交流信号而言是线性的
- 电路分析可以分解为直流非线性分析和交流小信号线性分析
- 局部线性法的一般步骤：
- 先直流非线性分析：
- 保留直流源的作用
- 去掉交流激励
- 再交流小信号线性分析：
- 保留交流激励
- 其他元件采用微分元件：
- 线性电阻→线性电阻
- 电压源→短路
- 电流源→开路
- 非线性电阻→微分电阻
- 总响应为直流响应加交流响应
- 先直流非线性分析：
- 描述非线性程度的参量：
- 总谐波失真：Total Harmonic Distortion, THD
- 线性范围的定义：例，可以定义THD在-30(40、60、80等)dB以下时，则在线性范围之内
- 1dB线性范围：在极值点附近划定1dB线性范围，具有最大的线性范围，且微分斜率最大
- 二端口非线性电阻：
- BJT晶体管(NPN-BJT、PNP-BJT)
- MOSFET(NMOS、PMOS)
- 局部线性化原理：
- 线性网络同时存在直流偏置电压源和交流小信号激励源
- 端口电压同时包括直流分量和交流小信号分量
- 直流分析：
- 直流分析获得直流工作点
- 非线性方程求解：牛顿拉夫逊法、分段折线法
- 交直流分析举例-恒流区NPN-BJT：
- 先假设BJT工作在恒流区
- 再确认晶体管确实工作在恒流区
- 恒流区微分元件，获取直流工作点上的微分元件
- 获得交流小信号电压放大倍数
-
组态：
- MOS：共源CS、共栅CG、共漏CD
- 共漏：电压缓冲器，具有高的负载驱动能力
- BJT：共基CB、共射CE、共集CC
- CB：电流缓冲器模型
- CE：理想跨导器模型
- CC：电压缓冲器模型
- MOS：共源CS、共栅CG、共漏CD
-
NPN-BJT共射放大器分析：
- 旁路电容：
- 将混有高频电流和低频电流中的高频成分旁路滤掉的电容
- 共射放大器中并联于发射极电阻的电容是旁路电容
- 没有旁路电容时，电压增益太低
- 没有旁路电容，交流小信号分析产生负反馈，负反馈会降低电压增益，但是能够提高交流小信号增益的稳定性
- 耦合电容：基极和集电极处连接的电容为耦合电容
- 开环：单向网络，消除了输出对输入的反馈
- 闭环：输出对输入有作用
- 负反馈放大器几乎由负反馈网络决定
- 闭环增益是反馈系数的倒数，几乎由反馈网络决定：稳定可靠
- 旁路电容：
-
负反馈的优点与意义：
- 使得放大器接近理想受控源
- 提高稳定性
- 提高线性度
- 提高带宽
-
深度负反馈：
- 条件：环路增益 = 开关放大倍数×反馈系数 >> 1
- 放大网络：提供能量和驱动能力
- 反馈网络：提供信号处理特性
- 深度负反馈对输入输出电阻不感兴趣，只对闭环增益感兴趣，可直接由反馈网络获得闭环增益
-
对晶体管组态的分析：
- CE/CS：跨导放大器，反向电压放大，本征电压/电流增益，最大功率增益
- CB/CG：电流缓冲器，CB组态单向化条件
- CC/CD：电压缓冲器
- BJT组态的总结：
-
单支路双管级联Cascode
- Cascode: Cascaded Cathode阴极级联
- 电路连接：第一级电子管的输出端与第二级电子管的阴极相连
- 共源共栅级联
- Cascade比单管更接近理想跨导器，具有更大的输出电阻
-
晶体管电流源
-
集成电路中电流源的用处主要有：
- 为放大器提供直流偏置通路
- 作为小信号放大器的有源负载
-
分为P型和N型
-
晶体管虽被等效为电流源，但是消耗能量，吸收直流电能
-
用途1：偏置电流源
- 为放大晶体管提供直流偏置，具有工作在有源区的可能
- 射极跟随器、源极跟随器
-
用途2：有源负载
- 接电压缓冲器驱动重负载
- 负载电阻大，使得放大器有较大电压增益
- 可采用cascode结构，进一步提高放大器增益
-
得到接近理想的稳定恒流：
- 射极串联负反馈
- 电流镜：电流控制关系精准，输入输出电流之间关系由晶体管结构决定
- 使用Cascade提高输出电阻，增强电流增益
- 改进偏置形式，增大输出摆幅空间
-
-
差分对
- 结构：
- 差分对结构完全对称
- 包含直流偏置
- 功能：
- 小信号时作为差分放大器
- 大信号时作为单刀双掷开关
- 性质：
- 输出差模电压，只对差模输入电压放大
- 为实现差模放大，需确保晶体管始终工作在有源区
- 差分对管的转移特性曲线是非线性的
- 差分对线性范围比单管的宽，线性度得到提高
- 差分对线性度的提高，可以通过提高过驱动电压实现，代价是跨导增益下降
- 共模抑制比：CMRR
- 分类：
- BJT差分对
- MOSFET差分对
- 射极/源极负反馈能够提高线性度
- 加入负反馈，跨导增益不仅由晶体管决定
- 深度负反馈条件下，几乎由外部线性电阻决定，这是线性度提高的根本原因
- 同时伴随增益的下降
- 结构：
-
Cascade：
- 共射共基级联CE-CB
- 共源共栅级联CS-CG
- 等效为单向跨导器，输出阻抗比单管跨导器明显增加
- 作用是提高电流源等效内阻
-
CC-CB共集共基组合
- CC共集：电压缓冲器
- CB共基：电流缓冲器
- 电压缓冲器与电流缓冲器级联是跨导放大器
- 中间部分压流转换，转换后的电流是电压缓冲器输出电阻和电流缓冲器输入电阻构成回路的电流
-
CC-CE共集共射组合
- CC共集：电压缓冲器
- CE共射：跨导放大器
- 电压缓冲器与跨导放大器级联是跨导放大器
- 能有效提高跨导放大器的输入电阻
- 电流驱动复杂，常用结构为其变形结构Darlington复合管
-
Darlington复合管
- 有效提高输入阻抗
- BJT使用，但MOS不用该结构
-
AB类输出缓冲器
-
跨导放大器输出电阻大，能提供很高的本正电压增益，但不能驱动重负载(小电阻或大电容)
-
级联结构的高增益电压放大器最后一级应该是电压缓冲器
- 缓冲器具有小的输出电阻，可向外提供大电流，驱动重负载
-
A类放大器：
- 线性度最高
- 静态功耗太高
- 正弦波100%的周期位于有源区
- 晶体管电流源提供直流偏置：最高理论效率为25%
- 高频扼流圈提供直流偏置：最高理论效率为50%
- A类输出缓冲器：理论最大25%效率
-
B类放大器：
- 半个周期位于有源区，半个周期位于截止区
- 没有V_B偏置电压，没有静态功耗，线性度糟糕
- 效率最高78%
- 会产生交越失真
-
AB类放大器：
- 推挽结构：两个晶体管分别在输出正弦波的正半周和负半周为负载提供电流
- 推管(将电流推给负载)：信号正半周，Q2的大部分电流被负载吸走
- 拉管(将电流从负载中拉出来)信号负半周，Q1的大部分电流来自负载
- 推管工作，拉管近乎截止；拉管工作，推管近乎截止
- 效率低于B类放大器，但高于A类放大器
- 提供微微导通偏置，消除交越失真
-
D类放大器：
- 将直流功率转换为交流功率，又称D类逆变器
-
- 运算放大器三级结构：
- 差分输入级跨导放大器，提供大的输入阻抗和一定电压增益
- 同相输入端
- 反相输入端
- 中间放大级跨导放大器：提供进一步的电压增益
- 输出缓冲级电压缓冲器：提供负载驱动能力、提供小的输出阻抗和大电流驱动能力
- 级与级之间采用直接耦合方式：直流放大
- 差分输入级跨导放大器，提供大的输入阻抗和一定电压增益
- 741运算放大器结构：
- 直流偏置参考源
- 差分输入级
- 中间放大级
- 输出短路保护
- 输出级
- 密勒补偿电容：
- 跨接在放大器(放大工作的器件或者电路)的输出端与输入端之间的电容
- 运算放大器的应用：
- 通过恰当选择外围器件，可以构造各种运算单元：
- 负反馈：放大、加法、减法、积分、微分、对数等
- 正反馈：比较、触发、振荡等
- 线性应用：高增益
- 第一要求是采用适当的负担亏，确保电路稳定在线性区
- 第二要求是增益足够高
- 线性负反馈网络，深度负反馈，运放工作在线性区，形成理想线性受控源
- 通过恰当选择外围器件，可以构造各种运算单元：
- 运算放大器的转移特性曲线
- 仅在零附近可以近似为线性放大器
- 差分输入电压较大时立即进入饱和状态
- 理想运算放大器和实际运算放大器的参数
- 理想运算放大器(理想运算放大器的极致化抽象)
- 电压放大倍数无穷大
- 输入电阻无穷大
- 输出电阻为0
- 实际运算放大器：
- 电压放大倍数20万，约106dB
- 输入电阻很大：2MΩ
- 输出电阻很小：75Ω
- 对比理想电压放大器：
- 压控压源
- 输入电阻无穷大
- 输出电阻为0
- 理想运算放大器(理想运算放大器的极致化抽象)
- 理想运算放大器模型的分析：
- 理想情况下，增益仅和外接电阻有关，与运放无关
- 原理分析采用理想模型
- 运算放大器虚短虚断的处理方法：
- 虚短：当差分输入电压在0左右时，可以认为两个输入端短接在一起(实际没有)
- 虚断：两个输入端没有电流流入(实际有很小的电流)，似乎完全开路
- 应用：可以完成放大、加法、指数、调制等各种运算功能
-
正负反馈：
- 负反馈：反馈回路导致和初始变化相反方向的变化
- 正反馈：反馈回路导致的变化方向与初始变化方向相同
- 负反馈如果有多个电容参与，则有可能形成正反馈
-
负反馈的意义：
- 降低增益的灵敏度，从而增强系统稳定性
- 放大器更接近理想受控源
- 非线性失真降低
- 可增加带宽
-
负反馈的代价：
- 放大倍数下降
-
运放电路中的负反馈：
- 输出端通过电阻、电容等无源元件的网络引回至反相输入端，则称为负反馈连接
- 没有负反馈时，放大器增益不稳定
- 运放负反馈类别
- 并并负反馈--流控压源--跨阻放大器--最适参量矩阵：z
- 串串负反馈--压控流源--跨导放大器--最适参量矩阵：y
- 串并负反馈--压控压源--电压放大器--最适参量矩阵：g
- 并串负反馈--流控流源--电流放大器--最适参量矩阵：h
- 运放失调：
- 理想运放：输入端为零电压时，输出为零电压
- 实际运放：输入端为零电压时，输出电压非零，说明两个输入端之间又有失调
- 失调的主要原因：两个输入端存在不对称，出现不平衡
- 失调参量：输入失调电压、输入失调电流
- 输入失调电压对于一个特定的运放是确定的
- 输入失调电流体现于输入偏置电流的不同
- 不同的运放有不同的失调电压值，可正可负
- 消除运放失调：
- 外加调零电路，输入为零时，强制输出为零
- 调整电位器位置，使得同相输入端外部电路的戴维南等效电压和运放失调电压、失调电流抵消
- 外加调零电路，输入为零时，强制输出为零
- 负反馈的线性应用：
- 理想受控源
- 加法电路：源自反相放大电路
- 数模转换器DAC
- 电压跟随器：源自同相放大电路
- 缓冲器：接近理想电压缓冲器，信号单向传输，隔离负载对信源影响
- 差分放大器：
- 同时包含同相和反相放大器
- 可以有效抑制共模信号
- 失调信号导致共模信号不能被完全抑制
- 外部非理想电阻会引入CMRR
- 负反馈的非线性应用：
- 运放线性区+非线性元件
- 电阻对数指数运算
- 齐纳二极管输出限幅
- 二极管产生半波信号
- 过零比较器：输入大于0输出1，输入小于0输出-1
- 脉冲宽度调制PWM
- 信号噪声导致数字信号中有很多毛刺
- 施密特触发器：
- 滞回比较器
- 形成正反馈
- 施密特触发器能够消除噪声影响
- 线性负反馈有唯一输出，线性正反馈有非唯一输出
- 负反馈令工作点在线性区
- 线性区的正反馈等效为线性负阻
- 运放线性区+非线性元件
- 逻辑门电路：
- 与门
- 或门
- 非门
- 逻辑运算准则：
- 分配律
- 结合律
- 德摩根定律 \hat{AB} = \hat{A} + \hat{B}
- 逻辑运算的化简方法：卡诺图
- 逻辑门电路用开关实现：
- BJT
- 饱和导通态对应闭合态
- 截止态对应断开态
- NMOS
- 高电平：线性电阻区对应闭合
- 低电平：截止区无电流，对应断开无功耗
- PMOS
- 高电平：断开
- 低电平：闭合
- CMOS
- PMOS与NMOS点接并联
- PMOS和NMOS中一个饱和导通时另一个截止，消耗功率很小
- PMOS开关电路是NMOS开关电路的互补
- BJT
- 数字电路的优势：
- 面积极小，可大规模集成
- 抗干扰能力强，容差性强
- 功耗低，面积小
- 可大规模继承，构建复杂的信息处理系统
- 模拟电路不能被完全替代的原因：
- 通过能量转换才能完成的信号处理功能无法用逻辑实现
- 放大器
- 振荡器
- 传感器
- 激励器
- 数字电路尚不能处理射频信号(频率过高)
- 数字电路时钟频率过高时，由于寄生效应，数字电路工作状态接近于模拟电路，频率过高，来不及稳定
- 通过能量转换才能完成的信号处理功能无法用逻辑实现
- 电容：
- 对导体结构保持自身电荷能力大小的描述
- 对导体结构电能存储能力大小的描述
- 频率较低时，小寄生电容视为开路，小寄生电感视为短路
- 电感：
- 对导线结构流通电流产生与链接磁通能力大小的描述
- 对导线结构磁能存储能力大小的描述
- 电容/电感的三个基本特性：
- 记忆性
- 电容电压依赖于之前所有时间段的电流
- 电感电流依赖于之前所有时间段的电压
- 连续性
- 电容两端电压不会发生突变
- 电感通过电流不会发生突变
- 无损性
- 电容和电感本身不消耗能量，吸收的能量下一个时间段会完全释放出来
- 记忆性
- 二端口电感和电容
- 互感变压器：
- 流入电流使得磁通加强的两个端点是同名端
- 二阶：互感变压器
- 互感变压器的基本等效电路：T型网络
- 一阶：全耦合互感变压器
- 一个回路产生的磁通全部被第二个回路链接，无任何泄露
- 零阶：理想变压器
- 互感二端口元件极致化原则下的一种高度抽象
- 理想变压器既不储能也不耗能
- 理想耦合电容和高频扼流圈都是1:1的理想变压器
- 互感变压器：
- 纯容、纯感的串并联
- 独立电容、独立电容
- 电容可以与电导类比，并联时直接相加
- 电感可以与电阻类比，串联时直接相加
- 存在互容、互感情况下
- 加流求压法
- T型等效法
- 独立电容、独立电容
- 状态方程：
- 动态系统含有n个独立动态元件，可用n个独立的一阶微分方程表述
- 前后向欧拉法：将连续时间的状态转移离散化为离散时间的转移
- 前向欧拉法：
- k时刻函数值为k段积分离散矩形高度
- 存在不收敛的可能性(步长较大时)
- 后向欧拉法：
- k+1时刻函数值为k段积分离散矩形高度
- 具有内在收敛性
- 前向欧拉法：
- 求解非线性动态电路的思路：
- 后向欧拉法将非线性动态电路转换为非线性电阻电路
- 使用牛顿拉夫逊迭代求解非线性电阻电路
- 状态空间：
- 以动态系统的独立状态变量为坐标轴构成的空间
- 状态空间的一个点称为该动态系统的一个状态
- 相轨迹：
- 状态空间中随时间变化而转移的状态点连成的曲线
- 相图：
- 动态系统的状态转移图
- 不同初始状态点出发形成的所有相轨迹的集合
- 相轨迹提供的信息：
- 收敛于某个极限环，则说明出现周期振荡波形
- 若极限环是圆形，则说明是正弦波振荡
- 若极限环上有状态点的跳变，则为张弛振荡
- 收敛于某个点，则系统在该点附近是稳定的
- 耗散系统：正阻耗能
- 从某个点发散出去，该点为不确定平衡点，系统在该点附近不稳定
- 收敛于某个极限环，则说明出现周期振荡波形
- 一阶动态系统相轨迹：
- 由电阻网络的伏安特性所决定
- 直流工作点的微分电阻为正阻时，该点是不稳定平衡点
- 直流工作点的微分电阻为负阻时，该点是稳定平衡点
- 张弛振荡：
- S型负阻+电容
- N型负阻+电感
- 二阶正弦振荡退化为一阶张弛振荡
- 向量运算
- 易获得正弦激励下的线性时不变电路的稳态响应
- 正弦波是电路信号的基函数
- 获取正弦激励下系统的响应之后，任何信号激励下的响应均可获得
- 向量分析的好处：
- 无需微积分运算
- 同频正弦波叠加用复数加减法即可实现
- 电容和电感电压电流的滞后关系？
- 电容电压滞后电容电流90°相位
- 电感电流会后电感电压90°相位
- 文氏电桥正弦波振荡器：
- 同时具有正反馈和负反馈
- 正反馈大于负反馈时，可在特定频点上形成正弦振荡
- 功率：
- 瞬时功率：瞬间吸收能量的速率
- 平均功率：最容易测量
- 视在功率：电压有效值和电流有效值之积
- 功率因数：平均功率与视在功率之比
- 功率因数角：电压相位与电流相位之差
- 复功率：
- 实部：有功功率
- 虚部：无功功率
- 一阶RC电路：电容+电阻网络
- 电阻网络为线性电阻
- 时间常数：一阶RC电路τ = RC，一阶RL电路τ = GL
- 电容以指数衰减规律释放
- 工程上一般认为5τ之后，电容电压趋于稳态值
- 电容输出的功率全部被电阻消耗
- 相轨迹的斜率为-1/τ，代表了状态转移速度
- 电阻网络为戴维南源
- 全响应 = 零输入响应+零状态响应
- 零输入响应：电容有初始电压，之后只考虑RC不考虑电源影响，对应放电曲线
- 零状态响应：电容初始状态为0，电荷已通过电阻释放，对应充电曲线
- 电阻网络为线性电阻
- 三要素法：
- 仅对一阶线性时不变动态系统成立
- 全响应=稳态响应+瞬态响应
- 三个要素：
- 时间常数τ
- 初值X
- 终值，稳态响应x(t)
- 三要素法的解析解形式：全响应=稳态响应+(初值-稳态初值)*指数衰减
-
冲激响应：系统对单位冲激信号的响应
- 存在冲激电流时，电容电压会出现跳变
- 存在冲激电压时，电感电流会出现跳变
- 一阶RC电路的冲激响应是电容放电过程
- 一阶RC电路的阶跃响应是电容充电过程
-
时频特性
- 幅度失真：不同频率分量有不同传输系数
- 相位失真：不同频率分量有不同延时
- 随着阶数增加，幅频特性可接近理想滤波器
- 波特图：对数坐标下的分段折线描述
- 一阶低通滤波器
- 阶跃响应：电容充电过程
- 冲激响应：电容放电过程，电压从零突变到最大，再放电
- 示波器带宽及测量：
- 截止频率：3dB截止频率，f0 = 1/τ
- 上升沿时间：时域参数
- 带宽：带宽越宽，响应速度越快
- 上升沿时间×带宽 = 0.35
- 一阶高通滤波器
- 阶跃响应：瞬间输入电压直接加到电阻上，之后电容充电，电阻上电压减小
- 冲激响应：冲激瞬间电容充电，之后通过电阻放电
- 一阶全通滤波器
- 全通：所有频率分量全通过
- 阶跃响应对比
- 机制：电容的电压保持功能
- 电容快速充电储存电荷
- 电容慢速放电保持电压
- 最大电压保持功能
- 纹波：
- 电容滤波结果会产生纹波
- 纹波的明显程度与负载电流成正比，与电容电纳成反比
- 倍压整流电路
- 嵌位器+半波整流器
- 嵌位器电路：电容作为源提供直流偏置电压
- 数字门延时现象：
- 由于存在寄生电容，数字门电路不能对输入状态转换作出即时的反应，需要延时才能反应
- 原因：
- 寄生电容充放电需要时间
- 改善或解决方法：
- 提高电源电压
- 降低门电路之前等效电容大小
- 功耗问题：
- 由于寄生电容存在，静态功耗很小的CMOS会产生较大动态功耗
- 降低数字门电路功耗的方法：
- 门电路状态翻转频率应尽量减小：门控时钟
- 尽量用低电压源：但是会增加延时
- 降低负载电容：降低晶体管尺寸和互连线的长度
-
张弛振荡器典型结构：
-
施密特反向触发器 + 负反馈电阻 = S型负阻
-
张弛振荡：
- S型负阻+电容
- 偏置在负阻区，可以形成张弛振荡
- 无源变为有源
- S型负阻分段线性化
- N型负阻+电感
- S型负阻+电容
-
非门多谐振荡器
- 方波的产生：
- 反相施密特触发器+负反馈电阻+电容
- 三角波的产生：
- 方法一：方波振荡器经过积分器输出三角波
- 方法二：方波电流经过电容时，电容上的电压充放电形成三角波
- 方法三：同相施密特触发器提供两个稳定状态形成方波，方波再经过反相积分电路，通过状态转移延迟，决定三角波振荡频率
- 锯齿波如何产生？
- 锯齿波上升部分的时间对应正向充电
- 锯齿波下降部分的时间对应反向充电
- 两个充电的电流不同，因而所需时间不同，形成锯齿状
- 动态电路：
- 电阻电路以记忆元件为反馈网络，则构成动态电路
- 记忆元件：
- 电容
- 电感
- 传输线
- 时序逻辑电路：
- 组合逻辑电路以状态记忆单元为反馈网络，构成时序逻辑电路
- 状态记忆单元：
- 触发器
- 寄存器
- 存储器
- 时序逻辑电路状态空间是有限的，对应有限状态机
- 双稳态记忆单元：有两个稳定状态，用于记忆状态0和1，是最常见的状态记忆单元
-
RS锁存器
- 存在禁止态
- 不考虑寄生电容效应，门延时为0
-
D锁存器
- 透明传输的D锁存器
-
D触发器
- 边沿触发的D触发器
- Clk线上的三角表示边沿触发
- Clk线上的圆圈表示下降沿触发
-
存储器：用于计算机运算过程中数据、地址或其他中间变量存储的记忆单元
- 大批量记忆单元以阵列结构形式存在
- 采用阵列结构，通过降低记忆单元的数字特性提高记忆单元密度
- 寄存器：由时钟边沿触发的记忆单元
- 寄存：暂时存储，便于调用
- 寄存器也被成为前台存储器
- SRAM
- 易失性存储器
- 静态随机存取存储器
- 通过正反馈形成双稳态，形成记忆单元
- DRAM
- 易失性存储器
- 将状态存储于电容之上
- 电容存储电荷有可能泄露，有可能在读出状态时遭到破坏，因而需要动态刷新
- ROM
- 非易失性存储器：断电重启后记忆保持
- FLASH
- 电可擦除
- FRAM：铁电存储器
- 利用铁电电容的滞回特性形成记忆
- 大批量记忆单元以阵列结构形式存在
-
- 单稳态记忆单元：
- 只有一个稳定状态，偏离稳定状态一段时间后会自动返回，用于定时、振荡等
- 另一个准稳状态，静止时的状态
- 无稳态记忆单元：
- 没有可以保持稳定的状态，只能在状态件来回转换，实现振荡功能
- 电路在两个准稳态之间转换，形成振荡
- 应用：
- 形成振荡器电路，用于产生周期性方波信号
- 环形振荡器：奇数个反相器头尾相连构成
- 周期为2nτ，n为反相器个数，为奇数
- RLC串联谐振回路的特征参量：
- 自由振荡频率：由LC串联系统结构决定
- 阻尼系数：代表谐振回路的能量损耗大小
- =0，无阻尼，理想正弦振荡
- 0<且>1，欠阻尼，幅度衰减正弦振荡
- =1，临界阻尼
- ＞1，过阻尼，指数衰减形态
- 特征阻抗：LC谐振腔的阻抗参量，自由振荡频点的电抗值
- 二阶线性时不变系统的求解方法：
- 观察法
- 列写定常系数其次微分方程
- 观察法得到解的形态
- 待定系数法代回方程
- 化简得到特征方程
- 求解特征根
- 根据特征根及形式得到零输入响应
- 五要素法
- 要素1：稳态响应
- 要素2：阻尼系数
- 要素3：自由振荡频率
- 要素4：初值
- 要素5：微分初值
- 观察法
-
二阶低通
- 典型传递函数形式
- 伯特图：
- 幅频特性
- 谐振峰频点小于自由振荡频率，阻尼系数很小时，可视自由振荡频点为谐振峰位置
- 阻尼系数为0.707时，幅频特性最平坦
- 相频特性
- 阻尼系数越小，零频附近变化越缓慢，自由振荡频点变化越陡峭
- 群延时特性
- 阻尼系数为0.866(品质因数为0.577)时，群延时最大平坦
- 二阶低通系统的幅频特性具有最大平坦特性，是最接近理想传输系统幅频特性的二阶低通系统
-
二阶高通
- 典型传递函数形式
- 伯特图：
- 幅频特性
- 谐振峰频点大于自由振荡频率，阻尼系数很小时，可视自由振荡频点为谐振峰位置
-
二阶带通
- 典型传递函数形式
- 带通频域特性参数--品质因数Q：
- 系统储能与耗能之比
- 带通的带宽越窄，信号的群延时越大
-
二阶带阻
- 典型传递函数形式
-
二阶全通
- 典型传递函数形式
-
时频关系对应表
- 根据传递函数形式对应到冲激响应
-
关于二阶谐振电路
- 阻尼系数大于1时，两个特征根为负实根，因而二阶系统可以拆解为两个一阶系统
- 阻尼系数小于1时，两个特征根为共轭复根，二阶系统不能拆解为两个一阶系统
- 并联RLC是电流谐振，在谐振频点上，电感电流和电容电流是电阻电流的Q倍
- 串联RLC是电压谐振，在谐振频点上，电感电压和电容电压是电阻电压的Q倍
- 最大功率传输匹配：
- 不仅需要负载电阻与源内阻相等，还需要负载的电抗与源的电抗相抵消---共轭匹配
- 电感的电抗为正，电容的电抗为负
- 用电容抵偿电感电抗
- 用电感抵偿电容电抗
- 二阶低通电路满足R_L = R_S = R时
- 电感和电容可获得幅度最大平坦低通传输特性
- 通带中心零频点具有最大功率传输匹配
- LC匹配网络：
- 电压谐振或电流谐振实现阻抗变换
- RLC串联谐振为电压谐振，电感或电容上分压能高于激励电压
- RLC并联谐振为电流谐振，电感或电容上的分流能高于激励电流
- 变压器阻抗匹配：
- 互感变压器，通过谐振实现匹配
- 阻抗变换：
- 只要是双向二端口网络，仅具有阻抗变换能力
- 最简单的举例：
- 并臂电容：电阻变小
- 串臂电容：电阻变大
- 并臂电感
- 串臂电感
- 电容部分接入
- 通过串并转换可以得到全接入的等效结果
- 电感部分接入
- 并联电阻调带宽
- 直流工作点调增益
注意：负阻分析时，LC谐振可以是并联谐振或串联谐振；正反馈分析时，LC谐振应当是并联谐振状态
- 形成正弦振荡的条件
- 系统至少是二阶的
- 需要等效负阻提供能量补充，负阻是非线性元件
- 结论：不少于二阶的高阶非线性动态系统****
- RLC谐振回路的能量转换
- 过阻尼
- 欠阻尼
- 负欠阻尼
- 无阻尼
- 临界阻尼
- LC正弦波振荡如何获取等幅的正弦波？
- RLC串联谐振增加负阻，抵偿等效正阻---S型负阻
- RLC并联谐振增加负导，抵偿等效正导---N型负导
- 三条件：起振条件、平衡条件、稳定条件
- 负阻的实现：
- 负阻器件：S/N型
- 受控源等效：晶体管跨导正反馈形成负阻
- 三点式振荡器
- 差分对负阻LC振荡器
- 三点式振荡器(负阻原理和正反馈原理均适用)
- 电感三点式--哈特来振荡器：C+L+L
- 电容三点式--考毕兹振荡器：L+C+C
- 提高频率稳定性：
- 克拉泼振荡器：LC+C+C，通过部分接入降低晶体管影响
- 皮尔斯振荡器：晶体谐振腔+C+C，高Q值，低接入系数，频率稳定性极高
- 起振条件：足够大的跨导增益，补偿电路中的电阻损耗
- 起振过程中，要求晶体管跨导随着振荡幅度增加越来越小
- 差分对负阻LC振荡器
- 差分对的等效线性负导与振荡幅度成反比
- 说明：
- 满足起振条件，振荡器可自激振荡
- 最终振荡器的振荡频率和振荡幅度是由平衡条件决定的
- 准线性分析
- 非线性负阻产生高次谐波分量→高选择性选频电路只让基波存在→非线性负阻可以视为线性负阻
- 准线性分析前提：品质因数Q足够高，否则退化为张弛振荡
- 准线性负阻：随幅度增加而降低
- 振荡幅度和振荡频率由平衡条件决定
- 正弦振荡与张弛振荡的比较
- 在特定频点相差2π整数倍的位置适时补充能量，维持正弦波形不变
- 起振条件：AF > 1
- 平衡条件：AF = 1
- 稳定条件：放大器放大倍数随着幅度增加单调下降
- 使用正反馈实现的正弦波振荡器：
- 文氏电桥正弦波振荡器
- 优点：电路简单，容易调试
- 缺点：Q值太低，正弦波波形纯度不高
- RC移相正弦波振荡器
- 三个电容两个电阻+反相放大器：一共移相360°
- 三个电容两个电阻：跨导反馈网络，将房贷去输出电压转为反馈电流
- 跨阻放大网络：将输入电流转化为输出电压
- 互感耦合正弦波振荡器
- 旁路大电容：高频短路
- 电容三点式振荡器：
- 三点式结构都是正反馈结构
- 弱耦合使得接入回路等效负载变大，提高回路Q值
- 文氏电桥正弦波振荡器
-
谐振是欠阻尼或零阻尼
- 谐振意味着两个储能元件储能的来回转换
- 最大功率传输匹配是谐振下的匹配
-
振荡是欠阻尼
-
电路各部分功能分析举例：
- 例1：
- 例2：
