《模擬電子技術(shù)》總復(fù)習(xí).ppt

1,模擬電子技術(shù) 期末總復(fù)習(xí),模擬電子技術(shù),2,題型： 一、填空題（12、14分） 二、選擇題（16分） 三、分析題（18、16分）（3、2題） 四、計(jì)算題（44分） （5題） 五、設(shè)計(jì)題（10分） （1題）,期中前約 50% 期中后約50%,3,1 緒論,一、電子電路中的信號(hào)：模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào),二、放大電路性能指標(biāo)：,1、電壓放大倍數(shù)Au,電壓增益=20lg|Au| (dB),2、輸入電阻ri,3、輸出電阻ro,4、通頻帶,5、失真：,失真,線性失真,非線性失真：,幅度失真:,相位失真:,4,半導(dǎo)體的性質(zhì)：負(fù)溫度系數(shù)、光敏特性、摻雜特性,一、半導(dǎo)體與本征半導(dǎo)體：,半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)：,慣性核,價(jià)電子,3 二極管及其電路,5,本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。,載流子,自由電子,空穴,本征激發(fā),復(fù)合,本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：,1. 自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。,2. 空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流。,動(dòng)態(tài)平衡,6,二、 雜質(zhì)半導(dǎo)體,P 型半導(dǎo)體（空穴導(dǎo)電型半導(dǎo)體） ：摻3價(jià)元素使用空穴濃度大大增加的雜質(zhì)。,N 型半導(dǎo)體（電子導(dǎo)電型半導(dǎo)體） ：摻5價(jià)元素使用自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)。,施主原子（離子）,多數(shù)載流子（多子）：自由電子， 少數(shù)載流子（少子）：空穴。,受主原子（離子）,多子：空穴，少子：自由電子。,7,1、 PN結(jié)的形成過(guò)程：,三、 PN結(jié)與半導(dǎo)體二極管,擴(kuò)散,接觸,形成空間電荷區(qū),內(nèi)電場(chǎng),漂移,動(dòng)態(tài)平衡,PN結(jié),空間電荷區(qū)、耗盡層、阻擋層、勢(shì)壘區(qū)、 PN結(jié),2、PN 結(jié)的最主要的特性單向?qū)щ娦裕?PN 結(jié)加正向電壓導(dǎo)通，PN 結(jié)加反向電壓截止,8,3、PN結(jié)的伏安特性：,反向擊穿(電擊穿),雪崩擊穿和齊納擊穿,正向特性,反向特性,擊穿特性,穩(wěn)壓二極管利用擊穿特性,4、 PN結(jié)的電容效應(yīng)：,勢(shì)壘電容CB （PN結(jié)反偏） 和擴(kuò)散電容CD （PN結(jié)正偏）,9,二極管的電路符號(hào)：,5、半導(dǎo)體二極管：,主要參數(shù):最大整流電流 IFM 、反向峰值電壓URM 、反向直流電流 IR 等,分為：點(diǎn)接觸型、面接觸型、平面型。,特殊二極管：穩(wěn)壓二極管、變?nèi)荻O管、肖特基二極管、 光電二極管、發(fā)光二極管、激光二極管等 特別是穩(wěn)壓二極管，利用其反向擊穿效應(yīng),10,四、 二極管的基本電路及其分析方法,1、圖解分析法：,vD,Q,VDD,VDD /R,2、簡(jiǎn)化模型分析法：,簡(jiǎn)化模型：理想二極管模型、恒壓降模型、 折線模型、小信號(hào)模型,應(yīng)用簡(jiǎn)化模型分析：,11,（一） BJT的結(jié)構(gòu)與工作原理:,基極,發(fā)射極,集電極,NPN型,PNP型,一、 BJT的結(jié)構(gòu)、原理與特性,4 雙極型三極管及放大電路基礎(chǔ),兩種類型：NPN型和PNP型。,內(nèi)部結(jié)構(gòu)： 發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高 基區(qū)：較薄，摻雜濃度低 集電區(qū)：面積較大 為使發(fā)射區(qū)發(fā)射電子，集電區(qū)收集電子，必須具備的外部條件是： a.發(fā)射結(jié)加正向電壓(正向偏置): NPN管：Vbe0； PNP管：Vbe<0 b.集電結(jié)加反向電壓(反向偏置): NPN管：Vbc<0；PNP管：Vbc<0,2、載流子在基區(qū)的擴(kuò)散與復(fù)合,3、集電區(qū)收集載流子,工作過(guò)程:,1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散其多數(shù)載流子,三個(gè)極（集電極c、基極b、發(fā)射極e）、三個(gè)區(qū)、兩個(gè)PN結(jié)。,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,電流關(guān)系式:,14,（二） BJT的V-I特性曲線,1、輸入特性：,工作壓降： 硅管UBE0.60.7V,鍺管UBE0.20.3V。,死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。,15,2、輸出特性,IC(mA ),此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。,此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IBIC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。,此區(qū)域中 : IB=0，IC=ICEO，UBE< 死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。,16,輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn):,放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 即： IC=IB , 且 IC = IB,(2) 飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。 即：VCEUBE ， IBIC， 硅管：VCE0.3V 鍺管： VCE0.1V,(3) 截止區(qū)： VBE< 死區(qū)電壓， IB=0 ， IC=ICEO 0,17,（三） BJT的主要參數(shù),1. 電流放大系數(shù)：、,2、極間反向電流：,（1）集-基極反向飽和電流ICBO,（2） 集-射極反向飽和電流ICEO,3、極限參數(shù)：,（1）集電極最大電流ICM,（2）反向擊穿電壓：,射-基反向極擊穿電壓U(BR)EBO 集-基反向極擊穿電壓U(BR)CBO 集-射反向擊穿電壓U(BR)CEO,（3） 集電極最大允許功耗PCM,4、頻率參數(shù)：,18,（四） 溫度對(duì)BJT參數(shù)及性能的影響,T,UBE , ,ICEO ,U（BR）CBO ,U（BR）CEO ,19,二、放大電路的組成及分析計(jì)算,共射放大器、共集放大器、共基放大器,直流通道：提供放大的條件（靜態(tài)）。 交流通道：進(jìn)行交流信號(hào)的放大（動(dòng)態(tài)）。,放大器的性能指標(biāo)： 電壓放大倍數(shù)、輸入電阻ri 、輸出電阻ro 、通頻帶,（一） 常用放大電路：,20,（二）放大器的分析方法,A、圖解法分析法：,（1）近似估算Q點(diǎn):,1、靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析：,21,直流 負(fù)載線,一般可認(rèn)為:硅管UBEQ為0.7V，鍺管為0.3V,IBQ,（2）圖解法確定Q點(diǎn):,22,2、動(dòng)態(tài)工作情況的圖解法分析：,圖解法的步驟：,1、確定靜態(tài)工作點(diǎn),2、畫直流負(fù)載線,3、畫交流負(fù)載線,4、 作圖：viiBiC、vCEvo,5、求放大倍數(shù)：,23,假設(shè)uBE有一微小的變化,uce與ui反相,直流負(fù)載線,交流負(fù)載線,24,3、靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失真的影響:,（1） Q點(diǎn)過(guò)低，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)：產(chǎn)生截止失真,（2） Q點(diǎn)過(guò)高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)：產(chǎn)生飽和失真,放大器的動(dòng)態(tài)范圍,25,RC：,電路參數(shù)對(duì)Q點(diǎn)的影響：,Rb：,VCC：,一般情況下，常采用改變Rb的辦法，來(lái)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點(diǎn)。,Rb,IBQ,Q點(diǎn)下移（QQ1）。,RC,直流負(fù)載線的斜率 變大,（QQ2）。,交流負(fù)載線要看RL而定。,VCC變化，直流負(fù)載線發(fā)生平動(dòng)，Q點(diǎn)變化情況比較復(fù)雜，在IB不變的情況下，VCC，QQ3,26,B、 小信號(hào)模型分析法,1、BJT的h參數(shù)及其等效電路：,27,2、用h參數(shù)小信號(hào)模型分析基本放大器,步驟：,1、畫電路的交流通路。,2、畫電路的h參數(shù)等效電路（包括晶體管和外電路）。,3、標(biāo)出電壓、電流的參考方向。,4、計(jì)算：電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、 源電壓放大倍數(shù),靜態(tài)：,動(dòng)態(tài)：,h參數(shù)等效電路：,靜態(tài)：,動(dòng)態(tài)：,h參數(shù)等效電路：,靜態(tài)：,動(dòng)態(tài)：,h參數(shù)等效電路：,靜態(tài)：,動(dòng)態(tài)：,h參數(shù)等效電路：,靜態(tài)：,動(dòng)態(tài)：,h參數(shù)等效電路：,33,耦合方式：阻容耦合；直接耦合；變壓器耦合；光電耦合。,耦合：即信號(hào)的傳送方式。,（三）多級(jí)放大器及其耦合方式,1、阻容耦合：,(1) 由于電容的隔直作用，各級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，分別估算。,(2) 不能傳輸直流及低頻信號(hào)。,(3) 后一級(jí)的輸入電阻是前一級(jí)的交流負(fù)載電阻。,(4) 總電壓放大倍數(shù)=各級(jí)放大倍數(shù)的乘積。,(5) 總輸入電阻 ri 即為第一級(jí)的輸入電阻ri1 。,(6) 總輸出電阻即為最后一級(jí)的輸出電阻。,34,2、直接耦合:,直接耦合可放大微弱的直流信號(hào)或變化緩慢的信號(hào),零點(diǎn)漂移,多級(jí)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、 輸入電阻、輸出電阻等的計(jì)算比較復(fù)雜,直流電平互相影響,問(wèn)題：,差分放大器,溫度漂移（溫漂）,35,（四） 放大電路的頻率響應(yīng),1、共射電路的耦合電容是引起低頻響應(yīng)的主要原因, CE影響較大; 三極管的結(jié)電容和分布電容是引起放大電路高頻響應(yīng)的主要原因,僅考慮C1的影響：,僅考慮C2的影響：,僅考慮CE的影響：,2.共基放大電路沒(méi)有密勒電容，上限截止頻率很高。,3.共集放大電路密勒電容小，上限截止頻率也較高。,37,5 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,一、場(chǎng)效應(yīng)管的類型、結(jié)構(gòu)、原理與特性：,類型： 結(jié)型： N溝道 P溝道 絕緣柵型：增強(qiáng)型： N溝道 P溝道 耗盡型： N溝道 P溝道,、結(jié)型：,N溝道,利用電場(chǎng)效應(yīng)控制電流的半導(dǎo)體器件,38,vGS=0V,恒流區(qū)（飽和區(qū)）,輸出特性曲線,39,40,2、絕緣柵型：,N溝道 P溝道 增強(qiáng)型,N溝道 P溝道 耗盡型,42,（1）夾斷電壓VP或開(kāi)啟電壓VT ： （2）飽和漏極電流IDSS: （3）直流輸入電阻RGS（DC）：柵壓除柵流,3、 主要參數(shù)：,A、直流參數(shù)：,（1）最大漏極電流IDM: （2）最大耗散功率PDM: （3）擊穿電壓：V（BR）DS、V（BR）GS,B、交流參數(shù)：,（1）低頻跨導(dǎo)gm:,（2）輸出電阻rd:,C、極限參數(shù)：,詳見(jiàn)p210表5.1.1,43,雙極型三極管與場(chǎng)效應(yīng)三極管的比較,44,二、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路及分析：,（1）自偏置電路：,2、共源放大電路：,1、方法：,（）圖解分析法：,（）小信號(hào)模型分析法：,45,去掉CS:,(2) 分壓式自偏壓電路,46,3、共漏放大電路：,47,4、共柵放大電路：,RoRd,48,1、幾個(gè)概念：,差模輸入信號(hào)：,ui1 =- ui2 =uid /2,大小相等，極性相反,共模輸入信號(hào)：,ui1 = ui2 = ui C,大小相等，極性相同,6 模擬集成電路,一、 差放電路：,49,2、電路：,（1）基本差分放大器：,IC1= IC2= IC= IB,VC1= VC2= VCCICRC,VE1= VE2 =IBRBVBE,VCE1= VCE2 = VC1VE1,（2）帶RE差分放大器：,50,51,（3）帶恒流源的差分放大器：,52,rod = 2RC,帶負(fù)載：,3、動(dòng)態(tài)特性：,共模信號(hào)通路:,AC 0,rod = 2 RC,54,4、 差放電路的幾種接法,雙端輸入雙端輸出：,Ad = Ad1,雙端輸入單端輸出：,55,二、集成運(yùn)算放大器,2、原理框圖：,輸入級(jí)一般采用差動(dòng)放大器,輸出級(jí)采用互補(bǔ)對(duì)稱式射極跟隨器，以進(jìn)行功率放大， 提高帶負(fù)載的能力（ro?。?對(duì)中間級(jí)的要求：足夠大的電壓放大倍數(shù),1、運(yùn)放符號(hào)：,56,3、電流源電路：,比例式電流源,多路電流源,其動(dòng)態(tài)輸出電阻很大,57,（1）開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aod,一般在105 107之間。理想運(yùn)放的Aod為。,（2）共模抑制比KCMMR,理想運(yùn)放為。,（3）差模輸入電阻rid,ri1M, 有的可達(dá)100M以上。理想運(yùn)放為。,（4）輸出電阻ro,ro =幾-幾十。理想運(yùn)放為0。,3、主要參數(shù)：,58,三、變跨導(dǎo)式模擬乘法器：,1、模擬乘法器電路：,59,2、模擬乘法器的應(yīng)用：,（1）運(yùn)算電路：,乘方、開(kāi)方、除等運(yùn)算,（2）壓控放大器（VCA）：,（3）調(diào)制和解調(diào)：,(a)調(diào)制：,(b) 解調(diào)：,60,四、 放大電路的噪聲與干擾,1、放大電路的噪聲：,(1)電阻的熱噪聲:,(2)三極管的噪聲:,熱噪聲、散粒噪聲、閃爍噪聲,熱噪聲的功率頻譜密度：,熱噪聲的電壓密度：,（3）放大電路的噪聲指標(biāo)噪聲系數(shù)：,61,2、放大電路中的干擾：,（1）雜散電磁場(chǎng)干擾:,(a)合理布局:,(b)屏蔽:,（2）由直流電源電壓波動(dòng)引起的干擾:,（3）由交流電源串入的干擾:,(a)多級(jí)放大電路的接地:,(b)電子設(shè)備共同端的正確連接:,（4）由接地點(diǎn)安排不正確而引起的干擾和正確接地：,62,一、概念：,二、基本電路：,1、反向放大器：,2 運(yùn)算放大器,63,2、同向比例電路：,電壓跟隨器:,64,3、減法電路,由虛短和虛斷的性質(zhì)，可得：,65,66,4、加法運(yùn)算電路,67,v= v+= 0,5、積分運(yùn)算：,6、微分運(yùn)算：,v= v+= 0,68,7、對(duì)數(shù)運(yùn)算電路,8、指數(shù)運(yùn)算電路,69,7 反饋放大電路,一、基本概念：,二、反饋的基本類型：,電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電流串聯(lián)負(fù)反饋、 電壓并聯(lián)負(fù)反饋、電流并聯(lián)負(fù)反饋,正負(fù)反饋的判斷： 瞬時(shí)極性法,電壓電流的判斷方法：輸出端交流短路，反饋電壓為0，則為 電壓反饋，否則，為電流反饋,串聯(lián)并聯(lián)的判斷方法：假設(shè)輸入端交流短路，反饋信號(hào)不存在， 則為并聯(lián)反饋，否則，為串聯(lián)反饋,70,例1：判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。,ui,uc1,ube=ui-uf,uc2,ub2,uf,uo,此電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，對(duì)直流不起作用。,71,例2：判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。,ui,uc,ub,此電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，對(duì)直流也起作用。,72,例3：判斷Rf是否負(fù)反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。,73,例4：判斷如圖電路中RE3的負(fù)反饋?zhàn)饔谩?電流串聯(lián)負(fù)反饋。,74,75,輸出信號(hào),輸入信號(hào),反饋信號(hào),差值信號(hào),三、負(fù)反饋的方框圖和一般表達(dá)式：,76,四、負(fù)反饋對(duì)放大器性能的改善,提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性,擴(kuò)展通頻帶寬度,改善非線性的失真,抑制噪聲,五、負(fù)反饋對(duì)放大器輸入、輸出電阻的影響,串聯(lián)負(fù)反饋使電路的輸入電阻增加,并聯(lián)負(fù)反饋使電路的輸入電阻減小,電壓負(fù)反饋使電路的輸出電阻減小,電流負(fù)反饋使電路的輸出電阻增加,77,六、深度負(fù)反饋條件下的近似計(jì)算,深度負(fù)反饋：1+AF1,例：,（1）判斷反饋類型： 電壓串聯(lián)負(fù)反饋（深度）,（2）反饋系數(shù)：,（3）閉環(huán)放大倍數(shù)：,78,七、 負(fù)反饋放大電路的設(shè)計(jì),一般步驟：,（1）確定反饋類型,（2）確定反饋系數(shù)的大小,（3）確定反饋電路的參數(shù),（4）從理論上檢驗(yàn)、判斷,（5）電路安裝、調(diào)試,79,8 功率放大器,功率放大電路通常是在大信號(hào)狀態(tài)下工作，是以輸出較大功率為目的的放大電路。為了獲得一定的不失真的輸出功率。,要求：輸出功率盡可能大； 效率要高； 非線性失真要?。?考慮管子的散熱問(wèn)題。,80,一、射極輸出器甲類放大,UCEQ = UCC2,靜態(tài)工作點(diǎn)：,82,二、乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路,死區(qū)電壓,83,1、輸出功率：,、管耗PT：,總的管耗：PT=PT1+PT2=2PT1,84,3.電源功率P,直流電源提供的功率包括負(fù)載得到的功率和T1,T2管消耗的功率兩部分。,4效率,當(dāng)Vom = VCC 時(shí)效率最大，=/4 =78.5。,85,5、功率管的選擇：,（）管耗：,（2）擊穿電壓V（BR）CEO： |V（BR）CEO|2VCC,（3）最大集電極電流ICM： ICMVCC/RL,86,三、甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路,1、OCL準(zhǔn)互補(bǔ)輸出功放電路,計(jì)算參照乙類,87,2、甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路（OTL電路）,計(jì)算參照乙類，但直流電源減半,88,實(shí)用OTL互補(bǔ)輸出功放電路,調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)UAQ=0.5USC,D1 、 D2使b1和b2之間的電位差等于2個(gè)二極管正向壓降，克服交越失真。,Re1 、 Re2：電阻值12，射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用。,89,9 信號(hào)的處理與信號(hào)產(chǎn)生電路,一、 濾波電路：,低通,高通,帶通,帶阻,90,1、一階有源濾波器,91,2、 高階有源濾波器,92,二、正弦振蕩電路：,1、自激振蕩條件：,振幅平衡條件：,相位平衡條件：,n是整數(shù),|AF|1，且A+ F =2n,起振條件：,2、振蕩電路的基本組成：,放大電路、反饋網(wǎng)絡(luò)、選頻環(huán)節(jié)、穩(wěn)幅環(huán)節(jié)。,93,3、 RC振蕩電路,（1）文氏電橋電路:,反饋網(wǎng)絡(luò)在 fo 處：,基本放大器：,94,（2）RC移相式正弦波振蕩器,放大器:A =1800,三級(jí)RC網(wǎng)絡(luò): 00 <F <2700,總存在某一頻率,使:F =1800,從而使:A + F =3600,95,4、 LC振蕩電路,（1） LC 選頻網(wǎng)絡(luò)：,通常R<<L,諧振時(shí)：,諧振頻率：,品質(zhì)因素,96,（2）變壓器反饋式LC振蕩電路,三極管共射放大器。,利用互感線圈的同名端：,滿足相位條件。,振蕩頻率:,97,(+),(-),(+),(+),(+),(+),(+),(+),反饋,滿足相位平衡條件,滿足相位平衡條件,反饋,98,（3） 三點(diǎn)式LC振蕩電路,A. 若中間點(diǎn)交流接地，則首端與尾端 相位相反。,三點(diǎn)的相位關(guān)系,B. 若首端或尾端交流接地，則其他兩 端相位相同。,99,A.電感三點(diǎn)式LC振蕩電路(Hartley振蕩電路),振蕩頻率：,100,B. 電容三點(diǎn)式LC振蕩電路(Colpitts振蕩電路),振蕩頻率：,101,C、 石英晶體振蕩器,102,三、非正弦信號(hào)產(chǎn)生電路,1、比較器,（1）單門限電壓比較器,A. 過(guò)零比較器: （門限電平=0）,103,B. 單門限比較器（與參考電壓比較）,UREF,C. 遲滯比較器,104,2、 方波發(fā)生器,105,設(shè)Rwa Rwc,106,3、鋸齒波發(fā)生器,uo,107,108,109,10 直流穩(wěn)壓電源,一、直流穩(wěn)壓電源的組成和功能,電源變壓器: 將交流電網(wǎng)電壓u1變?yōu)楹线m的交流電壓u2。,整流電路: 將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。,濾波電路: 將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。,穩(wěn)壓電路: 清除電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變化的影響,保持輸出電壓uo的穩(wěn)定。,111,1、整流電路：,半波、全波、橋式整流,112,2、濾波電路,濾波電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn): 電容與負(fù)載 RL 并聯(lián)，或電感與負(fù)載RL串聯(lián)。,（1）電容濾波電路,113,電容濾波電路適用于輸出電壓較高，負(fù)載電流較小且負(fù)載變動(dòng)不大的場(chǎng)合。,114,（2）電感濾波電路,適用于低電壓大電流(RL較小)的場(chǎng)合。,115,3、串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路,典型的串聯(lián)反饋式穩(wěn)壓電路，由基準(zhǔn)電壓、比較放大、調(diào)整、取樣幾個(gè)部分組成。,VIVOVfVO1VCEVO,116,三端集成穩(wěn)壓器,二、 開(kāi)關(guān)型穩(wěn)壓電源（略）,