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1、1,模擬電子技術 期末總復習,,模擬電子技術,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、計算題(44分) (5題) 五、設計題(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:模擬信號和數字信號,二、放大電路性能指標:,1、電壓放大倍數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,半導體的性質:負溫度系數、光敏特性、摻雜特性,一、半導體與本征半導體:,半
2、導體的共價鍵結構:,慣性核,價電子,3 二極管及其電路,5,本征半導體:完全純凈的、結構完整的半導體晶體。,載流子,自由電子,空穴,本征激發(fā),復合,本征半導體中電流由兩部分組成:,1. 自由電子移動產生的電流。,2. 空穴移動產生的電流。,動態(tài)平衡,,,,6,二、 雜質半導體,P 型半導體(空穴導電型半導體) :摻3價元素使用空穴濃度大大增加的雜質。,N 型半導體(電子導電型半導體) :摻5價元素使用自由電子濃度大大增加的雜質。,施主原子(離子),多數載流子(多子):自由電子, 少數載流子(少子):空穴。,受主原子(離子),多子:空穴,少子:自由電子。,7,,1、 PN結的形成過程:,三、 P
3、N結與半導體二極管,擴散,接觸,形成空間電荷區(qū),內電場,漂移,動態(tài)平衡,PN結,空間電荷區(qū)、耗盡層、阻擋層、勢壘區(qū)、 PN結,2、PN 結的最主要的特性單向導電性: PN 結加正向電壓導通,PN 結加反向電壓截止,,,,,,8,3、PN結的伏安特性:,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結的電容效應:,勢壘電容CB (PN結反偏) 和擴散電容CD (PN結正偏),9,二極管的電路符號:,5、半導體二極管:,主要參數:最大整流電流 IFM 、反向峰值電壓URM 、反向直流電流 IR 等,分為:點接觸型、面接觸型、平面型。,特
4、殊二極管:穩(wěn)壓二極管、變容二極管、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,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、簡化模型分析法:,簡化模型:理想二極管模型、恒壓降模型、 折線模型、小信號模型,應用簡化模型分析:,11,(一) BJT的結構與工作原理:,基極,發(fā)射極,集電極,NPN型,PNP型,,,一、 BJT的結構、原理與特性,4 雙極型三極管及放大電路基礎,兩種類型:NPN型和PNP型。,內部結構: 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
5、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)射結加正向電壓(正向偏置): NPN管:Vbe0; PNP管:Vbe<0 b.集電結加反向電壓(反向偏置): NPN管:Vbc<0;PNP管:Vbc<0,2、載流子在基區(qū)的擴散與復合,3、集電區(qū)收集載流子,工作過程:,1、發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散其多數載流子,三個極(集電極c、基極b、發(fā)射極e)、三個區(qū)、兩個PN結。,13,IE= IEN+ IEP 且有IENIEP IEN=ICN+ IBN 且有IEN IBN ,ICNIBN,IC=ICN+ ICBO,IB=IEP+ IBNICBO,IE=IEP
6、+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO) IE =IC+IB,電流關系式:,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,輸出特性三個區(qū)域的特點:,放大區(qū):發(fā)射結正偏,集電結反偏。
7、 即: IC=IB , 且 IC = IB,(2) 飽和區(qū):發(fā)射結正偏,集電結正偏。 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,1. 電流放大系數:、,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:,(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
8、最大允許功耗PCM,4、頻率參數:,18,(四) 溫度對BJT參數及性能的影響,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:進行交流信號的放大(動態(tài))。,放大器的性能指標: 電壓放大倍數、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:,1、靜態(tài)工作點的圖解分析:,21,,,直流 負載線,一般可認為:硅管UBEQ為0.7V,鍺管為0.3V,IBQ,,(2)圖解法確
9、定Q點:,22,2、動態(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,2、畫直流負載線,3、畫交流負載線,4、 作圖:viiBiC、vCEvo,5、求放大倍數:,23,,,,,,,,假設uBE有一微小的變化,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,uce與ui反相,,直流負載線,交流負載線,24,3、靜態(tài)工作點對波形失真的影響:,(1) Q點過低,信號進入截止區(qū):產生截止失真,(2) Q點過高,信號進入飽和區(qū):產生飽和失真,放大器的動態(tài)范圍,25,,,,RC:,電路參數對Q點的影響:,Rb:,VCC:,一般情況下,常采用改變Rb的辦
10、法,來調節(jié)靜態(tài)工作點。,Rb,IBQ,,,Q點下移(QQ1)。,RC,直流負載線的斜率 變大,(QQ2)。,交流負載線要看RL而定。,,,VCC變化,直流負載線發(fā)生平動,Q點變化情況比較復雜,在IB不變的情況下,VCC,QQ3,26,B、 小信號模型分析法,1、BJT的h參數及其等效電路:,,,,27,2、用h參數小信號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參數等效電路(包括晶體管和外電路)。,3、標出電壓、電流的參考方向。,4、計算:電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻、 源電壓放大倍數,靜態(tài):,動態(tài):,h參數等效電路:,靜態(tài):,動態(tài):,h參數等效電路:,靜態(tài)
11、:,動態(tài):,h參數等效電路:,靜態(tài):,動態(tài):,h參數等效電路:,靜態(tài):,動態(tài):,h參數等效電路:,33,耦合方式:阻容耦合;直接耦合;變壓器耦合;光電耦合。,耦合:即信號的傳送方式。,(三)多級放大器及其耦合方式,1、阻容耦合:,(1) 由于電容的隔直作用,各級放大器的靜態(tài)工作點相互獨立,分別估算。,(2) 不能傳輸直流及低頻信號。,(3) 后一級的輸入電阻是前一級的交流負載電阻。,(4) 總電壓放大倍數=各級放大倍數的乘積。,(5) 總輸入電阻 ri 即為第一級的輸入電阻ri1 。,(6) 總輸出電阻即為最后一級的輸出電阻。,34,2、直接耦合:,直接耦合可放大微弱的直流信號或變化緩慢的信號
12、,零點漂移,多級放大器的靜態(tài)工作點、電壓放大倍數、 輸入電阻、輸出電阻等的計算比較復雜,直流電平互相影響,問題:,差分放大器,溫度漂移(溫漂),35,(四) 放大電路的頻率響應,1、共射電路的耦合電容是引起低頻響應的主要原因, CE影響較大; 三極管的結電容和分布電容是引起放大電路高頻響應的主要原因,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 場效應管放大電路,一、場效應管的類型、結構、原理與特性:,類型: 結型: N溝道 P溝道 絕緣柵型:增強型: N溝道 P溝
13、道 耗盡型: N溝道 P溝道,、結型:,N溝道,利用電場效應控制電流的半導體器件,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 增強型,N溝道 P溝道 耗盡型,42,(1)夾斷電壓VP或開啟電壓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:,A、直流參數:,(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:,(1)低頻跨導gm:,(2)輸出電阻rd:,C、極限參數:,詳見p210表5.1.1,
14、43,雙極型三極管與場效應三極管的比較,44,二、場效應管放大電路及分析:,(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、幾個概念:,差模輸入信號:,ui1 =- ui2 =uid /2,大小相等,極性相反,共模輸入信號:,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=
15、 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,帶負載:,3、動態(tài)特性:,共模信號通路:,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、集成運算放大器,2、原理框圖:,輸入級一般采用差動放大器,輸出級采用互補對稱式射極跟隨器,以進行功率放大, 提高帶負載的能力(ro?。?對中間級的要求:足夠大的電壓放大倍數,1、運放符號:,56,3、電流源電路:,比例式電流源,多路電流源,其動態(tài)輸出電阻
16、很大,57,(1)開環(huán)差模電壓放大倍數Aod,一般在105 107之間。理想運放的Aod為。,(2)共模抑制比KCMMR,理想運放為。,(3)差模輸入電阻rid,ri1M, 有的可達100M以上。理想運放為。,(4)輸出電阻ro,ro =幾-幾十。理想運放為0。,3、主要參數:,58,三、變跨導式模擬乘法器:,1、模擬乘法器電路:,59,2、模擬乘法器的應用:,(1)運算電路:,乘方、開方、除等運算,(2)壓控放大器(VCA):,(3)調制和解調:,(a)調制:,(b) 解調:,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
17、、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噪聲系數:,61,2、放大電路中的干擾:,(1)雜散電磁場干擾:,(a)合理布局:,(b)屏蔽:,(2)由直流電源電壓波動引起的干擾:,(3)由交流電源串入的干擾:,(a)多級放大電路的接地:,(b)電子設備共同端的正確連接:,(4)由接地點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,可得:,65,66,4、加法運算電路,67,v= v+= 0,,,,5、積分運算:,6、微分運
18、算:,v= v+= 0,,,,68,7、對數運算電路,,,8、指數運算電路,69,7 反饋放大電路,一、基本概念:,二、反饋的基本類型:,電壓串聯負反饋、電流串聯負反饋、 電壓并聯負反饋、電流并聯負反饋,正負反饋的判斷: 瞬時極性法,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,串聯并聯的判斷方法:假設輸入端交流短路,反饋信號不存在, 則為并聯反饋,否則,為串聯反饋,70,例1:判斷Rf是否負反饋,若是,判斷反饋的組態(tài)。,ui,,,uc1,,,ube=ui-uf,,uc2,,,ub2,,,uf,,uo,,,此電路是電壓串聯負反
19、饋,對直流不起作用。,71,例2:判斷Rf是否負反饋,若是,判斷反饋的組態(tài)。,ui,,,uc,,,ub,,此電路是電壓并聯負反饋,對直流也起作用。,72,例3:判斷Rf是否負反饋,若是,判斷反饋的組態(tài)。,,,,,73,例4:判斷如圖電路中RE3的負反饋作用。,,,,,電流串聯負反饋。,,,74,75,輸出信號,輸入信號,反饋信號,差值信號,三、負反饋的方框圖和一般表達式:,76,四、負反饋對放大器性能的改善,提高放大倍數的穩(wěn)定性,擴展通頻帶寬度,改善非線性的失真,抑制噪聲,五、負反饋對放大器輸入、輸出電阻的影響,串聯負反饋使電路的輸入電阻增加,并聯負反饋使電路的輸入電阻減小,電壓負反饋使電路的
20、輸出電阻減小,電流負反饋使電路的輸出電阻增加,77,六、深度負反饋條件下的近似計算,深度負反饋:1+AF1,例:,(1)判斷反饋類型: 電壓串聯負反饋(深度),(2)反饋系數:,(3)閉環(huán)放大倍數:,78,七、 負反饋放大電路的設計,一般步驟:,(1)確定反饋類型,(2)確定反饋系數的大小,(3)確定反饋電路的參數,(4)從理論上檢驗、判斷,(5)電路安裝、調試,79,8 功率放大器,功率放大電路通常是在大信號狀態(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; 非線性失真要小; 考慮管子的散熱問題。,80,一、
21、射極輸出器甲類放大,UCEQ = UCC2,靜態(tài)工作點:,82,二、乙類雙電源互補對稱功率放大電路,,,,,,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載得到的功率和T1,T2管消耗的功率兩部分。,4效率,當Vom = VCC 時效率最大,=/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、甲乙類互補對稱功率放大電路,1、OCL準互補輸出功放電路,計算參照乙類,87,
22、2、甲乙類單電源互補對稱電路(OTL電路),計算參照乙類,但直流電源減半,88,實用OTL互補輸出功放電路,調節(jié)R,使靜態(tài)UAQ=0.5USC,D1 、 D2使b1和b2之間的電位差等于2個二極管正向壓降,克服交越失真。,Re1 、 Re2:電阻值12,射極負反饋電阻,也起限流保護作用。,89,9 信號的處理與信號產生電路,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,|AF|1,且A+ F =2n,起振條件:,2、振蕩電路的基本組成:,放大電
23、路、反饋網絡、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:,反饋網絡在 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RC網絡: 00
24、滿足相位平衡條件,反饋,98,(3) 三點式LC振蕩電路,A. 若中間點交流接地,則首端與尾端 相位相反。,三點的相位關系,B. 若首端或尾端交流接地,則其他兩 端相位相同。,99,A.電感三點式LC振蕩電路(Hartley振蕩電路),振蕩頻率:,100,B. 電容三點式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、非正弦信號產生電路,1、比較器,(1)單門限電壓比較器,A. 過零比較器: (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Rwa Rwc,1
25、06,3、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}動的直流電壓u3。,濾波電路: 將脈動直流電壓u3轉變?yōu)槠交闹绷麟妷簎4。,穩(wěn)壓電路: 清除電網波動及負載變化的影響,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,濾波電路的結構特點: 電容與負載 RL 并聯,或電感與負載RL串聯。,(1)電容濾波電路,113,電容濾波電路適用于輸出電壓較高,負載電流較小且負載變動不大的場合。,114,(2)電感濾波電路,適用于低電壓大電流(RL較小)的場合。,115,3、串聯反饋式穩(wěn)壓電路,典型的串聯反饋式穩(wěn)壓電路,由基準電壓、比較放大、調整、取樣幾個部分組成。,VIVOVfVO1VCEVO,,,,116,三端集成穩(wěn)壓器,二、 開關型穩(wěn)壓電源(略),