模电复习大纲(P.95).ppt

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1、模拟电子技术基础复习大纲,半导体二极管,1、理解半导体及载流子（本征半导体）,电子空穴当电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，共价键就留下一个空位，这个空位就称为空穴,2、理解,N型半导体：电子是多数载流子，空穴是少数载流子，但半导体呈中性P型半导体：空穴是多数载流子，电子是少数载流子，但半导体呈中性少数载流子是由电子空穴对产生而来，,3、熟练掌握PN结,形成由于浓度差，而出现扩散运动，在中间形成空间电荷区 又由于空间电荷区的内电场作用，存在漂移运动单向导电性 不外加电压，扩散运动=漂移运动，iD=O 加正电压，扩散运动漂移运动形成iD 加反向电压，扩散运动为O，只有很小的漂 移运动 形成反向电

2、流 特性方程：iD=IS（eVo/VT-1）特性曲线,硅管：死区 0.5v，导通电压 0.6-0.7v,锗管：死区 0.1v，导通电压 0.2v,4、理解二极管,单向导电性、特性方程及曲线PN结相同主要参数：最大整流电流IF、反向峰值电压VBR、反向峰值电流IR。分析题型：计算二极管电路参数、判断二极管状态、二极管选择、画波形图(理想模型、恒压模型）,5、特殊二极管稳压管（一段为反向连接）,反向偏置 且VIVZ稳压原理：无论输入变化或负载变化，引起的电流变化都加于稳压管上，从而使输出稳定 参数：VZ、IZ、PZM、,#稳压条件是什么？,#上述电路VI为正弦波，且幅值大于VZ，VO的波形是怎样的

3、？,例1：理想二极管，求VAO解：(c)VPN1=12V,VPN2=3V,则D1导通，D2截止。VAO=0V。,(d)VPN1=12V,VPN2=18V,则D2先导通，D2导通以后，VAO=6V，此时D1处于截止状态。,例2：判断D导通还是截止？,解：,例3 双向 限幅电路,例4：理想模型输入电压为0V或5V求输入值的不同组合下，输出电压值。,例5：设硅稳压管DZ1和DZ2的稳定电压分别为5V和10V，试求下列各图中的输出电压VO。已知硅稳压管的正向压降为0.7V。解：（a）在图中，DZ1和DZ2工作在反向击穿区，因此VO的电压值 为：VO=V Z1+V Z2=5+10=15V；（b）在图中，

4、DZ1和DZ2工作在正向导通区，因此VO的电压值为：VO=0.7+0.7=1.4V；（c）在图中，考虑到V Z1V Z2，DZ1反向击穿后V Z1=5V，此时DZ2处于截止状态，因此VO的电压值为：VO=V Z1=5V；（d）在图中，DZ2工作在正向导通区，DZ1处于截止状态，考虑因此VO的电压值为：VO=0.7V。,半导体三极管极放大电路基础,半导体三极管的结构示意图如图03.1.01所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。两种类型的三极管,发射结(Je),集电结(Jc),基极，用B或b表示（Base）,发射极，用E或e表示（Emitter）；,集电极，用C或c表示（Collector）。,

5、发射区,集电区,基区,三极管符号,1、基本结构,2、特性曲线,(3)输入特性曲线的三个部分,死区,非线性区,线性区,输入特性曲线,导通电压典型值：0.7V,死区电压典型值：0.5V,iC=f(vCE)iB=const,输出特性曲线,输出特性曲线的三个区域:,理解半导体三极管,电流控制器件 iC=iB iE=(1+)iB特性曲线 输入：饱和区：发射结、集电结均正偏，VBE=0.7V,VCE=0.3V 输出：放大区:发一正,集一反,VBE=0.7遵循iC=iB 截止区:发射结、集电结均反偏 VBE0.5V 时已进入截止区 参数：集电极最大允许电流ICM、集电极最大允许功耗 PCM,3、基本放大电路

6、,电路组成（共发射极接法）,输入回路（基极回路）,输出回路（集电极回路）,起放大作用。,将变化的集电极电流转换为电压输出。,提供电源，并使三极管工作在线性区。,输入耦合电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。,三极管T,负载电阻Rc、RL,偏置电路VBB、Rb,耦合电容C1、C2,输入回路（基极回路）,简化电路及习惯画法,习惯画法,共射极基本放大电路,4、基本放大电路静态分析,静态：输入信号为零（vi=0 或 ii=0）时，放大 电路的工作状态，也称直流工作状态。,电路处于静态时，三极管个电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为静

7、态工作点，常称为Q点。一般用IB、IC、和VCE（或IBQ、ICQ、和VCEQ）表示。,（1）用直流通路求静态工作点,采用该方法，必须已知三极管的 值。,共射极放大电路,根据直流通路可知：,一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V。,列输出回路方程（直流负载线）：VCE=VCCICRc,在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCICRc。,在直流通路上求出偏流IBQ，与直流负载线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。,（2）用图解法确定静态值,5、基本放大电路动态分析,一般用测试仪测出；,rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。,一般也用公式估算 rbe,其中对于低频小功率管 r

8、b200,则,共射极放大电路,H参数小信号等效电路,放大电路的微变等效电路,电压放大倍数的计算,根据,则电压增益为,（可作为公式）,求输入电阻,令,图解法,由交流通路得纯交流负载线：,共射极放大电路,vce=-ic(Rc/RL),因为交流负载线必过Q点，即 vce=vCE-VCEQ ic=iC-ICQ 同时，令RL=Rc/RL,交流负载线,则交流负载线为,vCE-VCEQ=-(iC-ICQ)RL,即 iC=(-1/RL)vCE+(1/RL)VCEQ+ICQ,图解分析,共射极放大电路,#动态工作时，iB、iC的实际电流方向是否改变，vCE的实际电压极性是否改变？,16.3.2 图解法,通过图解分

9、析，可得如下结论：1.vi vBE iB iC vCE|-vo|2.vo与vi相位相反；3.可以测量出放大电路的电压放大倍数；4.可以确定最大不失真输出幅度。,1.温度变化对ICBO的影响,2.温度变化对输入特性曲线的影响,温度T 输出特性曲线上移,温度T 输入特性曲线左移,3.温度变化对 的影响,温度每升高1 C，要增加0.5%1.0%,温度T 输出特性曲线族间距增大,一、静态分析,RE射极直流负反馈电阻,CE 交流旁路电容,分压式偏置电路,本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程,静态工作点稳定的原理,方框中部分用戴维南定理等效为：,进而，可求出IB、VCE。,计算静态工作点：,

10、1、理解放大和放大电路的性能指标,(放大倍数，输入、输出电阻）,2、放大电路组成及特性（考点：静态工作点的计算、接法是否正确、各器件的作用）,重点掌握单管共射放大电路(包括分压式和射极偏置)电路的组成和工作原理,共射极放大电路,放大电路如图1所示，晶体管T1 的rbe1=6k，T2的rbe2=1.2k，两管的，要求(1)计算该多级放大电路的输入电阻 和输出电阻;(2)计 算 和 时 的 各 是 多 少。,3、熟练掌握用估算法求电路的静态工作点Q,了解图解法,求Q点 直流负载线 交流负载线分析非线性失真 饱和失真 静态点过高 截止失真 静态点过低 信号过大 增益过大引起的失真确定最大输出电压幅度

11、VOm(交流负载线),4、共射电路的计算,P沟道,耗尽型,P沟道,P沟道,（耗尽型）,场效应管的分类：,场效应半导体三极管是仅由一种载流子参与导电的半导体器件，是一种用输入电压控制输出电流的半导体器件。从参与导电的载流子来划分，它有电子作为载流子的N沟道器件和空穴作为载流子的P沟道器件。,1.场效应管种类及特性,2.双极型和场效应型三极管的比较,双极型三极管 场效应三极管结构 NPN型 结型耗尽型 N沟道 P沟道 PNP型 绝缘栅增强型 N沟道 P沟道 绝缘栅耗尽型 N沟道 P沟道 C与E一般不可倒置使用 D与S有的型号可倒置使用载流子 多子扩散少子漂移 多子漂移输入量 电流输入 电压输入控制

12、 电流控制电流源CCCS()电压控制电流源VCCS(gm),双极型三极管 场效应三极管噪声 较大 较小温度特性 受温度影响较大 较小，可有零温度系数点输入电阻 几十到几千欧姆 几兆欧姆以上静电影响 不受静电影响 易受静电影响集成工艺 不易大规模集成 适宜大规模和超大规模集成,3.各种放大器件电路性能比较,组态对应关系：,CE,BJT,FET,CS,CC,CD,CB,CG,BJT,FET,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,CE：,CC：,CB：,CS：,CD：,CG：,1.反馈,内部反馈,外部反馈,凡是将放大电路输出端的信号（电压或电

13、流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加或相减，就称为反馈。,反馈放大器,基本概念,取+加强输入信号 正反馈 用于振荡器,取-削弱输入信号 负反馈 用于放大器,开环,闭环,负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。,反馈框图：,1.反馈,基本概念,1.反馈,反馈通路信号反向传输的渠道,开环 无反馈通路,闭环 有反馈通路,反馈通路（反馈网络）,信号的正向传输,基本概念,2.电路中的反馈形式,（1）正反馈与负反馈,正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。,负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。,另一角度,正反馈：引入反馈后，使净输入量变

14、大了。,负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。,判别方法：瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，沿着 信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率（正斜率或负斜率，用“+”、“-”号表示）。,例,(+),(+),(-),(-),(-),净输入量,(+),(+),(-),(-),净输入量,负反馈,正反馈,反馈通路,反馈通路,级间反馈通路,(+),(+),(+),(+),(-),(-),净输入量,级间负反馈,基本概念,2.电路中的反馈形式,（2）交流反馈与直流反馈,根据反馈到输入端的信号是交流，还是直流，或同时存在，来进行判别。,取决于反馈通路。,例,(+),(+),(+),(+),交、直流负反馈

15、,(+),四种类型的反馈阻态,1.类型,由此可组成四种阻态：,输入端：反馈信号在输入端的联接分为串联和并联两种方式。,输出端：反馈信号在输出端分为取电压和取电流两种方式。,电压串联,电压并联,电流串联,电流并联,2.四种阻态的判断方法,电流：将负载短路，反馈量仍然存在。,电压：将负载短路，反馈量为零。,开环增益（考虑反馈网络的负载效应）,反馈系数,闭环增益,反馈的一般表示法,称为反馈深度,提高增益的稳定性 减小非线性失真，抑制干扰噪声，扩展通频带增大或减小输入、输出电阻,串联负反馈：使输入电阻增加并联负反馈：使输入电阻减小,对输入电阻,对输出电阻,电压负反馈：使输出电阻减小，输出电压稳定。电流

16、负反馈：使输出电阻增加，输出电流稳定,例:试判断下图所示电路的反馈组态。,解:根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知经电阻R1加在基极B1上的是直流并联负反馈。因反馈信号与输出电流成比例，故又为电流反馈。结论：是直流电流并联负反馈。,经Rf 加在E1上是交流负反馈。反馈信号和输入信号加在T1两个输入电极，故为串联反馈。结论：交流电压串联负反馈。,由理想集成运放A组成交流反馈放大电路如图所示，设电容C1、C2对交流信号均可视为短路。该电路的输入电阻,功率放大器,1、了解放大器的三种工作状态,甲类：在整个周期ICO导通角3600高=50%乙类：在半个周期ICO导通角1800高=78.5

17、%甲乙类:在大半个周期ICO导通角18003600,分析功率放大电路常采用图解法信号幅度大 特性曲线 图解法分析,三种工作状态,三极管根据正弦信号整个周期内的导通情况，可分为几个工作状态：,乙类：导通角等于180,甲类：一个周期内均导通,甲乙类：导通角大于180,丙类：导通角小于180,乙类较甲类的优点丙类较乙类的优点,组成:乙类推挽形式,计算:,功效管的选择,输出功率 管耗 直流供电功率 效率,PT1=0.2Pom管耗最大时 Vom=0.6Vcc V(BR)CEO2Vcc IcMVcc/RL,2、掌握乙类双电源对称放大电路,3、掌握甲乙类对称功率放大电路（为克服交越失真）,克服交越失真的措施

18、,单电源互补电路（OTL）,双电源互补电路（OCL）,熟练掌握自举电路的工作原理及自举电路的组成,利用二极管利用VBE扩大电路偏置,组成：必须有电容C计算：将上述公式中的VCC用VCC/2代替静态点为,组成：无电容C静态点为O,交越失真,共模抑制比,反映抑制零漂能力的指标,线性集成运算放大器和运算电路,根据1、2两式又有,差分式放大电路输入输出结构示意图,差模信号,共模信号,差模电压增益,共模电压增益,总输出电压,差模信号输出,共模信号输出,1、基本差分式放大电路,电路组成及工作原理,静态,动态,仅输入差模信号，,大小相等，相位相反。,大小相等，,信号被放大。,相位相反。,抑制零点漂移,温度变

19、化和电源电压波动，都将使集电极电流产生变化。且变化趋势是相同的，,差分式放大电路对共模信号有很强抑制作用。,其效果相当于在两个输入端加入了共模信号。,几种方式指标比较,共模抑制比,双端输出，理想情况,单端输出,抑制零漂能力,越强,单端输出时的总输出电压,频率响应,高频响应与共射电路相同，低频可放大直流信号。,例题:回答下列问题。,图7.15 例题7.04电路图,求图 7.15 在静态时运放的共模输入电压;若要实现串联电压反馈,Rf 应接向何处?要实现串联电压负反馈,运放的输入端极性如何确定？,判断电路中的级间交流反馈是串联反馈还是并联反馈,串联反馈,级间反馈通路,xf(vf),信号运算与处理电

20、路,ri 大:几十k 几百 k,运放的特点：,KCMR 很大,ro 小：几十 几百,A o 很大:104 107,运放符号：,国际符号,国内符号,为提高精度，一般取,电压并联负反馈,（1）反相比例运算电路,利用虚短和虚断得,输出与输入反相,虚短路虚开路放大倍数与负载无关，可以分开分析。,电压串联负反馈,（2）同相比例运算电路,利用虚短和虚断得,运算放大器输入端有共模信号 运算电路输入电阻很大,输出与输入同相,电压跟随器,(2)加法电路,根据虚短、虚断和N点的KCL得：,若,则有,（加法运算）,输出再接一级反相电路,可得,(4).减法电路,第一级反相比例,第二级反相加法,a.利用反相信号求和以实

21、现减法运算,即,当 时,得,（减法运算）,从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。,b.利用差分式电路以实现减法运算,当,则,若继续有,则,根据虚短、虚断和N、P点的KCL得：,(5)积分电路,式中，负号表示vO与vS在相位上是相反的。,根据“虚短”，得,根据“虚断”，得,即,因此,电容器被充电，其充电电流为,设电容器C的初始电压为零，则,（积分运算）,图示运算电路中，A1、A2为理想集成运算放大器。已知输入电压uI13V、uI2 2V，输出电压的起始 值。自t0时接入输入电压，4s后输出电压8V。问电路的时间常数,有源滤波器,1.基本概念,滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时

22、抑制或衰减无 用频率信号得电子装置。,有源滤波器：由有源器件构成的滤波器。,滤波电路传递函数定义,时，有,其中,模，幅频响应,相位角，相频响应,时延响应为,2.分类,低通（LPF）,希望抑制50Hz的干扰信号，应选用哪种类型的滤波电路？,高通（HPF）,带通（BPF）,带阻（BEF）,全通（APF）,放大音频信号，应选用哪种类型的滤波电路？,3.滤波器的阶数,为了产生正弦波，必须在放大电路里加入正反馈，因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。但是，这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波，这是由于很难控制正反馈的量。,如果正反馈量大，则增幅，输出幅度越来越大，最后由三极管的非线性限幅，这

23、必然产生非线性失真。,反之，如果正反馈量不足，则减幅，可能停振，为此振荡电路要有一个稳幅电路。,信号发生电路,为了获得单一频率的正弦波输出，应该有选频网络，选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。选频网络由R、C和L、C等电抗性元件组成。正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。正弦波发生电路的组成,放大电路 正反馈网络 选频网络 稳幅电路,振荡条件 幅度平衡条件 相位平衡条件,(a)负反馈放大电路(b)正反馈振荡电路,振荡器的方框图,AF=A+F=2n,反馈网络（构成正反馈的）,电路组成,反馈网络兼做选频网络,1、RC正弦波振荡电路,放大电路（包括负反馈放大电路）,选频网络,稳幅环节,当

24、f=f0 时的反馈系数,且与频率f0的大小无关。此时的相角 F=0。即改变频率不会影响反馈系数和相角，在调节谐振频率的过程中，不会停振，也不会使输出幅度改变。有关曲线见图。,为满足振荡的幅度条件=1，所以Af3。加入R3、R4支路，构成串联电压负反馈。,F=0,2、LC正弦波振荡电路,谐振时谐振频率,谐振时LC并联谐振电路相当一个电阻。,其值为:,其中 为电感支路电流或电容支路电流与总电流之比，称为并联谐振电路的品质因数,（a）（b）电容三点式LC振荡电路,利用相位平衡条件分析下图3中各电路能否产生振荡，简述理由。并写出振荡频率的表达式。,1、图示是一个尚未连接好的文氏电桥正弦波振荡电路，设A

25、为理想集成运放，试回答下列题:1）为使电路满足振荡的相位平衡条件，各点之间应如何连接（用文字说明）？2）为使电路满足起振的幅值条件，Rf应如何选择？3）为使电路产生100Hz的正弦波振荡，电容C应选多大？4）现有一个具有负温度系数的热敏电阻Rt，为了稳幅，可将它替换哪个电阻（假设它和被替换电阻的阻值相同）？,直流稳压电源,1、稳压电源组成,2、单相桥式整流电路,输出平均电压,负载的平均电流为,二极管所承受的最大反向电压,2、滤波电路,在RLC=(35)T/2的条件下，近似认为VL=VO=(1.11.2)V2,硅稳压二极管稳压电路的电路图如下图所示。它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化,3、稳压电路,VIVOVZIZIRVRVO,IOIRVRVZ（VO）IZIRVRVO,三端固定输出集成稳压器的典型应用电路如图所示。,