《模拟电子技术》总复习.ppt

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1、1,模拟电子技术 期末总复习,模拟电子技术,2,题型： 一、填空题（12、14分） 二、选择题（16分） 三、分析题（18、16分）（3、2题） 四、计算题（44分） （5题） 五、设计题（10分） （1题）,期中前约 50% 期中后约50%,3,1 绪论,一、电子电路中的信号：模拟信号和数字信号,二、放大电路性能指标：,1、电压放大倍数Au,电压增益=20lg|Au| (dB),2、输入电阻ri,3、输出电阻ro,4、通频带,5、失真：,失真,线性失真,非线性失真：,幅度失真:,相位失真:,4,半导体的性质：负温度系数、光敏特性、掺杂特性,一、半导体与本征半导体：,半导体的共价键结构：,惯性

2、核,价电子,3 二极管及其电路,5,本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。,载流子,自由电子,空穴,本征激发,复合,本征半导体中电流由两部分组成：,1. 自由电子移动产生的电流。,2. 空穴移动产生的电流。,动态平衡,6,二、 杂质半导体,P 型半导体（空穴导电型半导体） ：掺3价元素使用空穴浓度大大增加的杂质。,N 型半导体（电子导电型半导体） ：掺5价元素使用自由电子浓度大大增加的杂质。,施主原子（离子）,多数载流子（多子）：自由电子， 少数载流子（少子）：空穴。,受主原子（离子）,多子：空穴，少子：自由电子。,7,1、 PN结的形成过程：,三、 PN结与半导体二极管,扩散,接触,

3、形成空间电荷区,内电场,漂移,动态平衡,PN结,空间电荷区、耗尽层、阻挡层、势垒区、 PN结,2、PN 结的最主要的特性单向导电性： PN 结加正向电压导通，PN 结加反向电压截止,8,3、PN结的伏安特性：,反向击穿(电击穿),雪崩击穿和齐纳击穿,正向特性,反向特性,击穿特性,稳压二极管利用击穿特性,4、 PN结的电容效应：,势垒电容CB （PN结反偏） 和扩散电容CD （PN结正偏）,9,二极管的电路符号：,5、半导体二极管：,主要参数:最大整流电流 IFM 、反向峰值电压URM 、反向直流电流 IR 等,分为：点接触型、面接触型、平面型。,特殊二极管：稳压二极管、变容二极管、肖特基二极管

4、、 光电二极管、发光二极管、激光二极管等 特别是稳压二极管，利用其反向击穿效应,10,四、 二极管的基本电路及其分析方法,1、图解分析法：,vD,Q,VDD,VDD /R,2、简化模型分析法：,简化模型：理想二极管模型、恒压降模型、 折线模型、小信号模型,应用简化模型分析：,11,（一） BJT的结构与工作原理:,基极,发射极,集电极,NPN型,PNP型,一、 BJT的结构、原理与特性,4 双极型三极管及放大电路基础,两种类型：NPN型和PNP型。,内部结构： 发射区：掺杂浓度较高 基区：较薄，掺杂浓度低 集电区：面积较大 为使发射区发射电子，集电区收集电子，必须具备的外部条件是： a.发射结

5、加正向电压(正向偏置): NPN管：Vbe0； PNP管：Vbe0 b.集电结加反向电压(反向偏置): NPN管：Vbc0；PNP管：Vbc0,2、载流子在基区的扩散与复合,3、集电区收集载流子,工作过程:,1、发射区向基区扩散其多数载流子,三个极（集电极c、基极b、发射极e）、三个区、两个PN结。,13,IE= IEN+ IEP 且有IENIEP IEN=ICN+ IBN 且有IEN IBN ，ICNIBN,IC=ICN+ ICBO,IB=IEP+ IBNICBO,IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO) IE =IC+IB,电流关系式

6、:,14,（二） BJT的V-I特性曲线,1、输入特性：,工作压降： 硅管UBE0.60.7V,锗管UBE0.20.3V。,死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。,15,2、输出特性,IC(mA ),此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）。,此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。,此区域中 : IB=0，IC=ICEO，UBE 死区电压，称为截止区。,16,输出特性三个区域的特点:,放大区：发射结正偏，集电结反偏。 即： IC=IB , 且 IC = IB,(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。 即：VCEUBE ， IBIC， 硅管：VCE0.3V 锗管：

7、 VCE0.1V,(3) 截止区： VBE 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0,17,（三） BJT的主要参数,1. 电流放大系数：、,2、极间反向电流：,（1）集-基极反向饱和电流ICBO,（2） 集-射极反向饱和电流ICEO,3、极限参数：,（1）集电极最大电流ICM,（2）反向击穿电压：,射-基反向极击穿电压U(BR)EBO 集-基反向极击穿电压U(BR)CBO 集-射反向击穿电压U(BR)CEO,（3） 集电极最大允许功耗PCM,4、频率参数：,18,（四） 温度对BJT参数及性能的影响,T,UBE , ,ICEO ,U（BR）CBO ,U（BR）CEO ,19,二、放大电路

8、的组成及分析计算,共射放大器、共集放大器、共基放大器,直流通道：提供放大的条件（静态）。 交流通道：进行交流信号的放大（动态）。,放大器的性能指标： 电压放大倍数、输入电阻ri 、输出电阻ro 、通频带,（一） 常用放大电路：,20,（二）放大器的分析方法,A、图解法分析法：,（1）近似估算Q点:,1、静态工作点的图解分析：,21,直流 负载线,一般可认为:硅管UBEQ为0.7V，锗管为0.3V,IBQ,（2）图解法确定Q点:,22,2、动态工作情况的图解法分析：,图解法的步骤：,1、确定静态工作点,2、画直流负载线,3、画交流负载线,4、 作图：viiBiC、vCEvo,5、求放大倍数：,2

9、3,假设uBE有一微小的变化,uce与ui反相,直流负载线,交流负载线,24,3、静态工作点对波形失真的影响:,（1） Q点过低，信号进入截止区：产生截止失真,（2） Q点过高，信号进入饱和区：产生饱和失真,放大器的动态范围,25,RC：,电路参数对Q点的影响：,Rb：,VCC：,一般情况下，常采用改变Rb的办法，来调节静态工作点。,Rb,IBQ,Q点下移（QQ1）。,RC,直流负载线的斜率 变大,（QQ2）。,交流负载线要看RL而定。,VCC变化，直流负载线发生平动，Q点变化情况比较复杂，在IB不变的情况下，VCC，QQ3,26,B、 小信号模型分析法,1、BJT的h参数及其等效电路：,27

10、,2、用h参数小信号模型分析基本放大器,步骤：,1、画电路的交流通路。,2、画电路的h参数等效电路（包括晶体管和外电路）。,3、标出电压、电流的参考方向。,4、计算：电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、 源电压放大倍数,静态：,动态：,h参数等效电路：,静态：,动态：,h参数等效电路：,静态：,动态：,h参数等效电路：,静态：,动态：,h参数等效电路：,静态：,动态：,h参数等效电路：,33,耦合方式：阻容耦合；直接耦合；变压器耦合；光电耦合。,耦合：即信号的传送方式。,（三）多级放大器及其耦合方式,1、阻容耦合：,(1) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。,(2)

11、不能传输直流及低频信号。,(3) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。,(4) 总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。,(5) 总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻ri1 。,(6) 总输出电阻即为最后一级的输出电阻。,34,2、直接耦合:,直接耦合可放大微弱的直流信号或变化缓慢的信号,零点漂移,多级放大器的静态工作点、电压放大倍数、 输入电阻、输出电阻等的计算比较复杂,直流电平互相影响,问题：,差分放大器,温度漂移（温漂）,35,（四） 放大电路的频率响应,1、共射电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因, CE影响较大; 三极管的结电容和分布电容是引起放大电路高频响应的主要原因,仅考虑C

12、1的影响：,仅考虑C2的影响：,仅考虑CE的影响：,2.共基放大电路没有密勒电容，上限截止频率很高。,3.共集放大电路密勒电容小，上限截止频率也较高。,37,5 场效应管放大电路,一、场效应管的类型、结构、原理与特性：,类型： 结型： N沟道 P沟道 绝缘栅型：增强型： N沟道 P沟道 耗尽型： N沟道 P沟道,、结型：,N沟道,利用电场效应控制电流的半导体器件,38,vGS=0V,恒流区（饱和区）,输出特性曲线,39,40,2、绝缘栅型：,N沟道 P沟道 增强型,N沟道 P沟道 耗尽型,42,（1）夹断电压VP或开启电压VT ： （2）饱和漏极电流IDSS: （3）直流输入电阻RGS（DC）

13、：栅压除栅流,3、 主要参数：,A、直流参数：,（1）最大漏极电流IDM: （2）最大耗散功率PDM: （3）击穿电压：V（BR）DS、V（BR）GS,B、交流参数：,（1）低频跨导gm:,（2）输出电阻rd:,C、极限参数：,详见p210表5.1.1,43,双极型三极管与场效应三极管的比较,44,二、场效应管放大电路及分析：,（1）自偏置电路：,2、共源放大电路：,1、方法：,（）图解分析法：,（）小信号模型分析法：,45,去掉CS:,(2) 分压式自偏压电路,46,3、共漏放大电路：,47,4、共栅放大电路：,RoRd,48,1、几个概念：,差模输入信号：,ui1 =- ui2 =uid

14、/2,大小相等，极性相反,共模输入信号：,ui1 = ui2 = ui C,大小相等，极性相同,6 模拟集成电路,一、 差放电路：,49,2、电路：,（1）基本差分放大器：,IC1= IC2= IC= IB,VC1= VC2= VCCICRC,VE1= VE2 =IBRBVBE,VCE1= VCE2 = VC1VE1,（2）带RE差分放大器：,50,51,（3）带恒流源的差分放大器：,52,rod = 2RC,带负载：,3、动态特性：,共模信号通路:,AC 0,rod = 2 RC,54,4、 差放电路的几种接法,双端输入双端输出：,Ad = Ad1,双端输入单端输出：,55,二、集成运算放大

15、器,2、原理框图：,输入级一般采用差动放大器,输出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大， 提高带负载的能力（ro小）,对中间级的要求：足够大的电压放大倍数,1、运放符号：,56,3、电流源电路：,比例式电流源,多路电流源,其动态输出电阻很大,57,（1）开环差模电压放大倍数Aod,一般在105 107之间。理想运放的Aod为。,（2）共模抑制比KCMMR,理想运放为。,（3）差模输入电阻rid,ri1M, 有的可达100M以上。理想运放为。,（4）输出电阻ro,ro =几-几十。理想运放为0。,3、主要参数：,58,三、变跨导式模拟乘法器：,1、模拟乘法器电路：,59,2、模拟乘法器的应

16、用：,（1）运算电路：,乘方、开方、除等运算,（2）压控放大器（VCA）：,（3）调制和解调：,(a)调制：,(b) 解调：,60,四、 放大电路的噪声与干扰,1、放大电路的噪声：,(1)电阻的热噪声:,(2)三极管的噪声:,热噪声、散粒噪声、闪烁噪声,热噪声的功率频谱密度：,热噪声的电压密度：,（3）放大电路的噪声指标噪声系数：,61,2、放大电路中的干扰：,（1）杂散电磁场干扰:,(a)合理布局:,(b)屏蔽:,（2）由直流电源电压波动引起的干扰:,（3）由交流电源串入的干扰:,(a)多级放大电路的接地:,(b)电子设备共同端的正确连接:,（4）由接地点安排不正确而引起的干扰和正确接地：,

17、62,一、概念：,二、基本电路：,1、反向放大器：,2 运算放大器,63,2、同向比例电路：,电压跟随器:,64,3、减法电路,由虚短和虚断的性质，可得：,65,66,4、加法运算电路,67,v= v+= 0,5、积分运算：,6、微分运算：,v= v+= 0,68,7、对数运算电路,8、指数运算电路,69,7 反馈放大电路,一、基本概念：,二、反馈的基本类型：,电压串联负反馈、电流串联负反馈、 电压并联负反馈、电流并联负反馈,正负反馈的判断： 瞬时极性法,电压电流的判断方法：输出端交流短路，反馈电压为0，则为 电压反馈，否则，为电流反馈,串联并联的判断方法：假设输入端交流短路，反馈信号不存在，

18、 则为并联反馈，否则，为串联反馈,70,例1：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,ui,uc1,ube=ui-uf,uc2,ub2,uf,uo,此电路是电压串联负反馈，对直流不起作用。,71,例2：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,ui,uc,ub,此电路是电压并联负反馈，对直流也起作用。,72,例3：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态。,73,例4：判断如图电路中RE3的负反馈作用。,电流串联负反馈。,74,75,输出信号,输入信号,反馈信号,差值信号,三、负反馈的方框图和一般表达式：,76,四、负反馈对放大器性能的改善,提高放大倍数的稳定性,扩展通频带宽度,改善非线

19、性的失真,抑制噪声,五、负反馈对放大器输入、输出电阻的影响,串联负反馈使电路的输入电阻增加,并联负反馈使电路的输入电阻减小,电压负反馈使电路的输出电阻减小,电流负反馈使电路的输出电阻增加,77,六、深度负反馈条件下的近似计算,深度负反馈：1+AF1,例：,（1）判断反馈类型： 电压串联负反馈（深度）,（2）反馈系数：,（3）闭环放大倍数：,78,七、 负反馈放大电路的设计,一般步骤：,（1）确定反馈类型,（2）确定反馈系数的大小,（3）确定反馈电路的参数,（4）从理论上检验、判断,（5）电路安装、调试,79,8 功率放大器,功率放大电路通常是在大信号状态下工作，是以输出较大功率为目的的放大电路

20、。为了获得一定的不失真的输出功率。,要求：输出功率尽可能大； 效率要高； 非线性失真要小； 考虑管子的散热问题。,80,一、射极输出器甲类放大,UCEQ = UCC2,静态工作点：,82,二、乙类双电源互补对称功率放大电路,死区电压,83,1、输出功率：,、管耗PT：,总的管耗：PT=PT1+PT2=2PT1,84,3.电源功率P,直流电源提供的功率包括负载得到的功率和T1,T2管消耗的功率两部分。,4效率,当Vom = VCC 时效率最大，=/4 =78.5。,85,5、功率管的选择：,（）管耗：,（2）击穿电压V（BR）CEO： |V（BR）CEO|2VCC,（3）最大集电极电流ICM：

21、ICMVCC/RL,86,三、甲乙类互补对称功率放大电路,1、OCL准互补输出功放电路,计算参照乙类,87,2、甲乙类单电源互补对称电路（OTL电路）,计算参照乙类，但直流电源减半,88,实用OTL互补输出功放电路,调节R,使静态UAQ=0.5USC,D1 、 D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真。,Re1 、 Re2：电阻值12，射极负反馈电阻，也起限流保护作用。,89,9 信号的处理与信号产生电路,一、 滤波电路：,低通,高通,带通,带阻,90,1、一阶有源滤波器,91,2、 高阶有源滤波器,92,二、正弦振荡电路：,1、自激振荡条件：,振幅平衡条件：,相位平衡

22、条件：,n是整数,|AF|1，且A+ F =2n,起振条件：,2、振荡电路的基本组成：,放大电路、反馈网络、选频环节、稳幅环节。,93,3、 RC振荡电路,（1）文氏电桥电路:,反馈网络在 fo 处：,基本放大器：,94,（2）RC移相式正弦波振荡器,放大器:A =1800,三级RC网络: 00 F 2700,总存在某一频率,使:F =1800,从而使:A + F =3600,95,4、 LC振荡电路,（1） LC 选频网络：,通常RL,谐振时：,谐振频率：,品质因素,96,（2）变压器反馈式LC振荡电路,三极管共射放大器。,利用互感线圈的同名端：,满足相位条件。,振荡频率:,97,(+),(

23、-),(+),(+),(+),(+),(+),(+),反馈,满足相位平衡条件,满足相位平衡条件,反馈,98,（3） 三点式LC振荡电路,A. 若中间点交流接地，则首端与尾端 相位相反。,三点的相位关系,B. 若首端或尾端交流接地，则其他两 端相位相同。,99,A.电感三点式LC振荡电路(Hartley振荡电路),振荡频率：,100,B. 电容三点式LC振荡电路(Colpitts振荡电路),振荡频率：,101,C、 石英晶体振荡器,102,三、非正弦信号产生电路,1、比较器,（1）单门限电压比较器,A. 过零比较器: （门限电平=0）,103,B. 单门限比较器（与参考电压比较）,UREF,C.

24、 迟滞比较器,104,2、 方波发生器,105,设Rwa Rwc,106,3、锯齿波发生器,uo,107,108,109,10 直流稳压电源,一、直流稳压电源的组成和功能,电源变压器: 将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。,整流电路: 将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。,滤波电路: 将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。,稳压电路: 清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压uo的稳定。,111,1、整流电路：,半波、全波、桥式整流,112,2、滤波电路,滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。,（1）电容滤波电路,113,电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合。,114,（2）电感滤波电路,适用于低电压大电流(RL较小)的场合。,115,3、串联反馈式稳压电路,典型的串联反馈式稳压电路，由基准电压、比较放大、调整、取样几个部分组成。,VIVOVfVO1VCEVO,116,三端集成稳压器,二、 开关型稳压电源（略）,