《模拟电子技术》期末总复习.ppt

1、模拟电子技术 期末总复习,抓住基本概念基本知识和基本分析方法； 注重知识的综合应用。,总要求：,半导体器件基础,1.1半导体特性 掺杂可改变和控制半导体的电阻率 温度可改变和控制半导体的电阻率 光照可改变和控制半导体的电阻1.2 本征半导体 排列整齐、纯净的半导体称为本征半导体。 两种载流子（电子、空穴），成对出现。 在电场作用下，载流子作定向运动形成漂移电流。,半导体器件基础,1.3杂质半导体 （1）N型半导体（本征半导体5价元素）电子为多数载流子，空穴为少数载流子 （2） P型半导体（本征半导体3价元素）电子为少数载流子，空穴为多数载流子 1.4载流子的扩散与漂移运动 扩散运动是由于载流子

2、浓度差产生的。扩散运动形成扩散电流 漂移运动在电场作用下产生的。漂移运动形成漂移电流。,2.1PN结 形成过程：扩散扩散、漂移扩散漂移,半导体器件基础,导通电压 硅（Si）:,锗（Ge）：,2.2 PN结伏安特性,（3） PN结电流方程：,（2）加反向电压：扩散漂移， （耗尽层变宽 ） 反向电流,（1）加正向电压：扩散漂移，（耗尽层变窄） 正向电流,半导体器件基础,2.3 PN结反向击穿特性 （1）电击穿（可逆） 雪崩击穿发生在掺杂浓度较低、反压较高（6V）的PN结中。 齐纳击穿发生在掺杂浓度较高、反压不太高（6V）的PN结中。 （2）热击穿（不可逆，会造成永久损坏）,半导体器件基础,PN结总

3、电容Cj=CT+CD PN结正偏时，以扩散电容为主； PN结反偏时，以势垒电容为主。,2.4 PN结电容,势垒电容CT:,扩散电容CD:,半导体器件基础,3半导体二极管 3.1二极管伏安特性（单向导电性） :,硅管： Ur0.5,门限电压Ur ,锗管： Ur0.1,反向饱和电流Is ,硅管： IsnA级,锗管： IsA级,电压当量（室温下）：,半导体器件基础,3.2二极管的等效电阻 等效电阻为非线性电阻，与工作点有关。直流电阻:,交流电阻：,半导体器件基础,3.3 二极管的主要参数 最大正向平均电IF; 最大反向工作电压URM； 反向电流IR； 最高工作频率fM。 3.4 稳压二极管(利用电击

4、穿特性) 稳压条件： 反向运用, Iz,minIzIz,max，(或偏压大于稳压电压） 加限流电阻R,半导体器件基础,5双极型晶体管 5.1 晶体管的四种运用状态 放大状态：发射结正偏，集电结反偏 饱和状态：发射结正偏、集电结反偏电压不够 截止状态:发射结、集电结均为反偏,半导体器件基础,5.2晶体管的电流分配关系 共基组态:共射组态:IC、IB 、IE的关系：IC+IB=IE,半导体器件基础,5.3晶体管的参数） 1.直流参数： （1）直流电流放大系数： （共基）、 （共射）随ICQ变化 （2）极间反向饱和电流:ICBO、ICEO、IEBO（越小越好） 2.交流参数： （1）交流电流放大系数

5、： （共基）、 （共射）随ICQ变化 （2）特征频率fT:随f增加而下降到1时对应的频率。 3.极限参数： （1）集电极最大允许电流ICM （2）反向击穿电压：UCBO,BUCEO,BUEBO,B （3）集电极最大允许耗散功率PCM：实际使用时PcPCM,半导体器件基础,5.4温度对晶体管参数的影响T,ICBO (1倍/10C), (0.5%1%/ C,UBEO (-2.5mV/ C),ICQ ,半导体器件基础,4场效应管 4.1分类,FET,JFET,MOSFET,N沟道增强型MOSFET,N沟道耗尽型MOSFET,P沟道增强型MOSFET,P沟道耗尽型MOSFET,N沟道JFET,P沟道J

6、FET,（学会判断类型）,半导体器件基础,4.2MOSFET 1.增强型MOSFET,可变电阻区:,恒流区：,静态偏置电压：,半导体器件基础,4.2MOSFET 2.耗尽型MOSFET 可变电阻区:,或,恒流区：,半导体器件基础,4.3 JFET（属耗尽型） 恒流区：,转移特性数学表示式与耗尽型MOSFET相似，即：,4.4各种FET的电压极性 N沟道：uDS加“” ；P沟道：uDS加“-”。 增强型：uGS与uDS极性相同；耗尽型： uGS与uDS极性相反。,半导体器件基础,4.5 FET的主要参数 1.直流参数 阈值电压:(增强型)开启电压UGS,th;(耗尽型)夹断电压UGS,off 。

7、 饱和漏电流IDSS:耗尽型FET参数（uGS=0,uDS=10V时测得） 直流输入电阻：JFET: RGS=1081012,MOSFET: RGS=10101015 2.交流参数 跨导gm: 转移特性曲线在Q点处的切线斜率,半导体器件基础,4.5 FET的主要参数 3.极限参数 栅源击穿电压UGS,B 漏源击穿电压UDS,B 最大漏极耗散功率PDM 4.6 FET的特点 （1）单极型器件（多子导电） （2）电压控制器件 （3）输入电阻极高（108 ） （4）噪声低，以JFET噪声最低 （5）正常工作条件下，D、S极可互换使用。,双极型电路的基本单元电路,5.2构成放大器原则 （1）晶体管正向

8、运用（基极、发射极做输入） （2）要有直流通路 （要有合理的偏置：发射结正偏，集电结反偏） （2）要有交流通路（待放大信号有效的加到放大器的输入，放大后的信号要能顺利取出） 5.3放大电路的分析方法 （1）图解法利用晶体管的伏安特性曲线和外部特性分析。 （2）等效电路分析法。,5.3图解法利用晶体管的伏安特性曲线和外部特性分析。 （1）根据直流通路列方程，作直流负载线，求Q； （2）根据交流通路列方程，作交流负载线； （3）（4）非线性失真：饱和失真（RB偏小造成的）截止失真（RB偏大造成的）双向失真（Ui过大造成的）,双极型电路的基本单元电路,5.3放大电路的分析内容 （1）直流（静态）分析

9、 画直流通路电路中的电容视为开路 据直流通路求解Q点：IBQ、ICQ、UCEQ （2）交流（动态）分析 画交流通路电路中的电容视为短路，直 流电源对地路视为短路 画交流等效电路用模型代替交流通路中的晶体管。 据交流等效电路求：AU、AI、Ri(Ri)、RO(Ro)、fL、fH,双极型电路的基本单元电路,3晶体管模型 （1）h模型（属低、中频模型）,h参数等效电路,CE组态简化h参数等效电路,双极型电路的基本单元电路,h参数的求法hfe= ,低频小功率管：rbb100300 高频小功率管：rbb几几十,双极型电路的基本单元电路,6 放大电路频响 （1）频响概念 带宽：AU(jf)从AU随f变化下

10、降到0.707 AU所对应的截频之差：BWf=fHfL,低频段AU 下降的原因：耦合、旁路电容衰耗作用的影响。,影响放大器截频的主要原因,频率失真,包括幅度频率失真和相位频率失真，属线性失真,高频段AU下降的原因：管子结电容及分布电容分流作用的影响。,双极型电路的基本单元电路,5.4-5.6CE、CB、CC三种组态放大电路的分析 （1）CE放大电路 电压增益：电流增益：输入电阻： 输出电阻：,Ri=RB/ rbe +(1+)RE ),特点：较高的电压增益和电流增益，居中的输入电阻和输出电阻。输出与输入电压反向,双极型电路的基本单元电路,5.4-5.6CE、CB、CC三种组态放大电路的分析 （2

11、）CC放大电路 电压增益：电流增益：输入电阻：输出电阻：,Ri=RB/ rbe +(1+)RL ),特点：较高的电流增益，电压增益1，很高的输入电阻，很低的输出电阻。输出与输入电压同向,双极型电路的基本单元电路,5.4-5.6CE、CB、CC三种组态放大电路的性能比较,1MOS管简化的交流小信号模型,MOS电路的基本单元电路,2MOS管三种组态放大器的特性比较,3MOS管恒流源负载 （1）增强型（单管）有源负载（D、G短接）,（2）耗尽型 （单管）有源负载 (G、S短接),MOS电路的基本单元电路,典型题解析： 共漏共基电路如题图所示，试画出其中频区的微变等效电路，并推导出AU、Ri及Ro的表

12、达式。,解:微变等效电路如图.,MOS电路的基本单元电路,4.7/5.7多级放大电路 1.对耦合电路的要求 各级有合适的直流工作点； 前级输出信号能顺利的传递到后级的输入端。 2.常见的耦合方式（阻容耦合、变压器耦合、直接耦合、光耦合）及其优缺点。 3.直接耦合放大器的特殊问题及解决方法 级间直流电位匹配问题解决方法：电位移动电路 零点漂移问题解决方法：差分电路,双极型电路的基本单元电路,4.7/5.7多级放大电路 4.多级放大电路的分析,注意,(1)前级的输出电压是后一级的输入电压； (2)将后一级的输入电阻作为前一级的负载。,（1）多级放大电路的增益：,(2)多级放大电路的输入电阻：,(3

13、)多级放大电路的输出电阻：,Ri=Ri1,Ro=Ron,晶体管的基本单元电路,7 .1电流源电路及基本应用 （1）电流源的主要要求 能输出符合要求的直流电流 输出电阻尽可能大 温度稳定性好 受电源电压等因素的影响小 （2）电流源电路的主要应用 做直流偏置电路 做有源负载,模拟集成电路,模拟集成电路,1. 差模信号和共模信号的概念,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,共模信号产生的输出,共模抑制比,反映抑制零漂能力的指标,3. 差分放大电路抑制零点漂移的原理 双端输出抑制零点漂移是依靠电路、器件的严格对称； 单端输出抑制零点漂移是依靠大电

14、阻（REE）的深度负反馈；,模拟集成电路,7.2 差分放大电路的分析 1.差分放大电路分四种组态 单端输入单端输出、双端输入单端输出 单端输入双端输出、双端输入双端输出 2.差分放大电路分析 （1）差放电路的主要性能指标只与输出方式有关，而与输入方式无关。 （2）双端输出时，差模电压增益就是半边差模等效电路的电压增益；单端输出时，差模电压增益是半边差模等效电路的电压增益的一半（RL=时）。 （3）差模输入电阻与输入方式无关，都是半边差模等效电路输入电阻的2倍；单端输出方式的输出电阻是双端输出方式时输出电阻的一半。,模拟集成电路,9.0低频功率放大电路 1.低频功率放大器主要关注的问题,（1）功

15、率：Po=VomIom/2 （2）转换效率： Po/ PDc （3）非线性失真：在大信号下，晶体管、变压器等非线性元件的特性不能看成线性，而是非线性的，故非线性失真不可忽略。 （4）晶体管的安全运用：在功放中，晶体管工作时电压、电流幅度变化大，接近极限运用，故应保证晶体管各电流、电压及集电极耗散功率不超过规定的极限值。,2.低频功放的工作状态,甲类：2；乙类： ,；甲乙类: 2,功率放大器,3. 乙类低频功放 最大交流输出功率： 直流电源供给的最大功率：最大转换效率：单管集电极功耗：,选管条件：,存在的失真：交越失真。,克服交越失真的方法：工作在甲乙类,产生原因：管子低电流区的非线性。,功率放

16、大器,1反馈的基本概念 正、负反馈，交、直流反馈，电压、电流反馈，串、并联反馈。 2反馈放大器的分类及判别方法,负反馈放大电路,（1） 负反馈类型有四种: 电流串联负反馈 电压串联负反馈 电流并联负反馈 电压并联负反馈,2反馈放大器的分类及判别方法,负反馈放大电路,判断是电流反馈还是电压反馈用输出电压短路法,输出电压短路法：令输出电压u0=0,若Xf=0，则为电压反馈；否则为电流反馈。,判断是串联反馈还是并联反馈用馈入信号连接方式法,馈入信号连接方式法：若反馈信号Xf接至输入端点，则为并联反馈；否则为串联反馈。,判断是正反馈还是负反馈用瞬时极性法,瞬时极性法：设定信号输入端的瞬时极性，沿反馈回

17、路（A入 A出 B入 B出）标定瞬时极性,若Xf的极性使得净输入信号增 大则为正反馈；否则为负反馈。,（2）判别方法,3负反馈对放大器性能的影响 （1）负反馈可提高增益的稳定性（稳定增益与反馈组态有关） （2）负反馈可展宽频带宽度 （3）负反馈可改善非线性失真（有条件） （4）对输入、输出电阻的影响对输入电阻的影响,串联负反馈:Rif=FRi,并联负反馈:Rif=Ri/F,对输入电阻的影响,电流负反馈:Rof=FRo,电压负反馈:Rof= Ro /F,稳定输出电流,稳定输出电压,（5）负反馈对信号源的要求,串联负反馈要求压源（RS小）激励。,并联负反馈要求流源（RS大）激励。,4反馈放大器的分

18、析方法 1.,负反馈放大电路,深负反馈条件下的估算（常用）,【例】在图5-10所示电路中，引入适当的负反馈，以满足提高输入电阻和带负载能力的要求。引入该负反馈后，当RB=1k时，AUf=Uo/Ui=40，试计算Rf的值。,解题思路基于提高输入电阻和带负载能力的要求确定反馈组态；因为多级放大电路，其增益很大，可近似考虑为深度负反馈。,解：(1)要提高输入电阻，所以需采用串联反馈；要提高带负载能力，即减小输出电阻，所以采用电压反馈，综合上述分析，确定引入电压串联负反馈。（如图）,Rf,负反馈放大电路,由AUf 40 可得，Rf=（40-1）RB =391 k=39k。,(2)反馈系数：,在深度负反

19、馈条件下：,1基本概念 1.运放的基本构成：差动输入级、中间放大级、低阻输出级、恒流源偏置四部分。 2线性应用及理想模型 线性运用：具有深度负反馈或以负反馈为主。(闭环) 非线性运用：（开环）或正反馈 理想模型：,集成运放的分析与应用,AUd ;,Rid ;,Ro=0;,BW ;,理想运放线性应用时的两大特性：“虚短”：V+V-“虚断”：I+=I- 0,3基本运算电路 反相比例器、同相比例器、减法器、积分器和微分器 要求：（1）熟练掌握基本运算电路的电路结构和输出表达式；（2）会由输出函数表达式设计最简电路；（3）能由给定电路求出输出表达式。 6.4 比较器 单限比较器（含过零比较器） 迟滞比

20、较器,集成运放的分析与应用,典型题解： 【例】设计一个运放电路，满足下面关系：,集成运放的分析与应用,解：,典型题解： 【例】某运放电路其输出表达式为,集成运放的分析与应用,解：,试画出满足上述关系的原理电路。,满足上述关系的原理电路如图：,取,则：,典型题解： 【例】,集成运放的分析与应用,运放电路如题图所示，已知电容C初始电压为零，求输出Uo表达式。,解：,典型题解： 【例】求图示电路的输出表达式。,集成运放的分析与应用,解：,直接应用虚短和虚断的概念求解。由虚短的概念可知：U2= UN2、U1= UN1，所以有,集成运放的分析与应用,又由虚断的概念可知： I1= I4= I2 由此可导出

21、,对于A3与R1、R2 构成差动式减法电路,因此有,滤波及信号产生电路,1. 滤波,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？,滤波及信号产生电路,2.正弦波振荡电路的振荡条件,正反馈放大电路框图 （注意与负反馈方框图的差别）,1. 振荡条件,若环路增益,则,又,所以振荡条件为,振幅平衡条件,相位平衡条件,起振条件,3. 起振和稳幅,# 振荡电路是单口网络，无须输入信号就能起振，起振的信号源来自何处？,电路器件内部噪声以及电源接通扰动,当输出信号幅值增加到一定程

22、度时，就要限制它继续增加，否则波形将出现失真。,噪声中，满足相位平衡条件的某一频率0的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。,稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从 回到,信号滤波及产生,放大电路（包括负反馈放大电路）,4. 振荡电路基本组成部分,反馈网络（构成正反馈的）,选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈网络合二为一。）,稳幅环节,信号滤波及产生,5. RC桥式振荡电路工作原理,此时若放大电路的电压增益为,断开环路某一点，用瞬时极性法判断可知，电路满足相位平衡条件：,则振荡电路满足振幅平衡条件,(+),电路可以输出频率为 的正弦波,稳幅：温敏电阻

23、、FET、稳压管,信号滤波及产生,6. LC振荡电路,为谐振频率,稳幅：三极管限幅,信号滤波及产生,信号滤波及产生,比较器： （1）单限比较器,表达式：,集成运放的分析与应用,（2）迟滞比较器,变压器：,整流：,滤波：,稳压：,降压,滤除脉动,交流变脉动直流,进一步消除纹波，提高电压的稳定性和带载能力,交流电网电压转换为直流电压的一般过程,2. 纹波系数,3. 平均整流电流,4. 最大反向电压,1. VL和IL,交流电网电压转换为直流电压的一般过程,电容滤波电路,交流电网电压转换为直流电压的一般过程,典型的串联型稳压电路如图所示。它由调整管、放大环节、比较环节、基准电压源几个部分组成。,电压串联负反馈,将VREF看作电路的输入,交流电网电压转换为直流电压的一般过程,交流电网电压转换为直流电压的一般过程,答疑时间：1月5日和1月6日9:00-11:30 14:00-16:30 答疑地点：综合楼-B座2楼休息室1月5日：周群，贾绍芝1月5日：刘婕，陈彬兵,考试时间:18周六(1月7日)14:00-16:00,补交作业：1月5日,