模拟电子课程学习指导资料.doc

模拟电子技术基础课 程 学 习 指 导 资 料适用专业： 电气工程及其自动化适用层次： 专升本（业余） 四川大学网络教育学院二零零三年十一月 第一部分 课程的学习目的及总体要求一、 课程的学习目的今天，人类已进入信息时代，信息的处理已离不开电子技术。人们每天都要同各种电子器件和电子设备打交道。电子技术是一门应用性很强的课程，理论与工程实际紧密相连，在自动控制、检测技术、计算机等许多学科领域中都得到很广泛的应用。电子技术的基本任务可称之为“信号的产生、信号的传输、信号的处理”。任务的完成取决于对电子器件、电子电路、电子系统的性能的研究。按照功能和构成原理的不同，电子电路可分为模拟电子技术和数字电子技术两大类。模拟电子技术主要讨论模拟电路的分析与设计的方法，为进一步学习电子类、通讯类、电气类、计算机类的其它课程打下基础，培养学生能够掌握电子电路的基本概念、基本器件，学会各种分离集成单元电路、小型电子系统的功能及其应用。着重培养学生的分析能力，启发学生的思维开拓能力和创新能力，培养出“厚基础、宽专业、重应用”复合型的人才。先修课程: 高等数学、电路二、课程的总体要求掌握基本器件、基本电路的工作原理、主要特性、以及电路之间的互连匹配后， 能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的单元电路进行设计。第二部分 课程学习的基本要求及重点难点内容分析第一章 绪论1、本章学习要求(1) 应熟悉内容：电子系统与信号的基本知识(2) 应掌握内容：放大电路的基本知识(3) 应熟练掌握内容：无2、 本章重点难点分析：输入电阻的物理意义是其大小决定放大电路从信号源吸取信号幅值的大小，其值越大于信号源电阻，放大电路所得到的信号就越大。因此一般要求放大电路的输入电阻应大于信号源电阻。输出电阻的大小决定它带负载能力的大小，他不应将负载考虑在内。因此，计算时，一定将负载开路。3、 本章典型例题分析：例：某放大电路输入电阻为10KW，如果用1mA电流源驱动，放大电路短路输出为10mA，开路输出电压为10V。求放大电路接4KW负载时的电压增益Av，电流增益Ai。解： 4、本章作业：1.1.1、1.1.3、1.2.2、1.2.4、1.2.6第二章 半导体二极管及其基本电路1、本章学习要求（1） 应熟悉的内容半导体的物理知识，PN结的形成过程（2） 应掌握的内容PN结的特性：PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。PN结V-I特性可表达为PN结V-I特性图如右图所示：二极管的参数：1） 大整流电流IF2） 向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM （3）熟练掌握内容：二极管的模型分析法根据二极管的单向导电性判断二极管导通与截止2、本章重点难点分析：难点：根据PN结在外加电压下内部载流子的运动规律来理解PN结的单向导电性。重点：在开关电路中，如何判断二极管是导通的还是截止的方法如下：对于单只二极管而言，首先将二极管断开，进行计算VP、VN的电压值，若VPVN，则二极管是导通的；若VPVN，则二极管是截止的。对于并联二极管而言，首先将二极管断开，分别进行计算VPN1、VPN2的电压值，max(VPN1、VPN2)并且大于0，则正向电压值大的二极管先导通，余下的被钳位。稳压二极管的稳压过程及稳压的工作区域。（3） 本章典型例题分析例1：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，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。 例2电路如图所示，稳压管Dz的稳定电压Vz=8V，限流电阻R=3KW，设nI=nI=15sinwt V，试画出nO的波形。解：5、本章作业：2.4.3、2.4.8、2.4.13、2.5.2第三章 半导体三极管极放大电路1、 本章学习要求（1） 应熟悉的内容三极管的电流分配、放大原理及三极管的特性曲线和主要参数正确理解放大电路工作点稳定问题，放大电路的频率响应，研究放大器频率响应的目的及影响放大器频率响应的因素。（2） 应掌握的内容 放大电路三种基本组态（共射、共集）组成及工作原理。通过图解法，掌握如何确定静态工作点（Q），以及工作点对各种失真的影响，并学会分析动态范围。共集电极电路的特点：共集电极电路也称电压跟随器，电压增益小于1而接近于1；输出电压与输入电压同相；输入电阻高；输出电阻低；通常应用于输入极或输出极。（3） 应熟练掌握的内容微变等效电路分析方法是分析放大器的一个重要工具。要牢固掌握用H参数等效电路计算放大器的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。在工作点稳定电路中，掌握射极偏置电路。输出特性曲线可以分为三个区域 饱和区此时发射结正偏，集电结正偏或反偏电 压很小。 截止区相当iB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏，集电结反偏。 放大区iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏，电压大于0.7 V左右(硅管)判断一个电路是否具有放大能力的原则：1) 必须满足BJT三极管放大的外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置；2) 外加输入信号不能被短接，必须加在发射结上；3) 输出信号能从输出端取出（一般指电压量）；4) 没有外加信号时，一定要有合适的静态工作点。2、 本章重点难点分析重点：判断三极管的工作状态：导通、截止、饱和。当VBE0.75、VCEVCC/RCb，饱和。否则，导通确定三极管的动态范围：当工作点在放大区的中点时，三极管具有最大的动态范围，若不在中点，以小的范围计算。判断组态：根据信号的流向，基极进，集电极出，共射组态。 射极进，集电极出，共基组态。 基极进，射电极出，共集组态。注意：集电极不可能作输入端，分清组态对于复杂电路的分析分常重要。难点：计算放大电路动态指标，特别注意射极是否接有偏置电阻、是否接有旁路电容的动态指标计算的区别。3、 本章典型例题分析 例：教材P141图题3.2.1例：测量三极管三个电极对地电位如图3.21所示，试判断三极管的工作状态。答案：(a)放大状态 (b) 截止状态 (c)饱和状态例：下图画出了某单管共射放大电路中BJT三极管的输出特性和直流、交流负载线，由此可得出：1) 电源电压VCC=（ ）；静态集电极电流ICQ=( )，集电极电压VCEQ=( );2) 集电极电阻RC=( ),负载电阻RL=( )；3) 放大电路最大不失真输出正弦电压有效值约为（ ）；4) 要使放大电路不失真，基极正弦电流的振幅应小于（ ）。答案：1）VCC=6V； ICQ=1mA, VCEQ=3V；2）RC=3K，RL=3K； 3）VO=1V ；4）因为IBQ=20A，为防止放大器产生截止失真，基极电流振幅应小于20A。例：共发射极交流基本放大电路如下图所示： 静态工作点的求法：VCC= VCC Rb2 / (Rb1+Rb2) IB=( VCCVBE)/ Rb+(1+b)Re Rb= Rb1Rb2 IC=bIB VC= VCCICRc VCE= VCC ICRcIERe= VCCIC(Rc+Re) (a) 直流通路 (b) 用戴维定理进行变换 交流计算 根据图的微变等效电路，有 RL= Rc RL 电压放大倍数Av Av = = RL / rbe 输入电阻Ri ：Ri = = rbe / Rb1/ Rb2rbe = rbb +(1+)26 mV/ IE=300+(1+)26 mV/ IE 输出电阻Ro： Ro = rceRcRc第四章 场效应管 1、 本章的学习要求（1） 应熟悉的内容 场效应管是一种单极型器件，熟悉场效应管内部的放大原理（栅源电压对漏极电流的控制作用）。各种场效应管的结构区别。（2） 应掌握的内容掌握其参数和特性曲线，对其构成的放大电路与双极型三极管相对应，掌握其微变等效电路分析法。（3） 熟练掌握的内容 2、本章重点难点分析重点：利用场效应管的特性进行识别难点：用小信号模型进行动态指标计算，特别注意rg的处理。3、本章典型例题分析4、 本章作业4.1.3、4.3.1、4.4.2、4.4.5第五章 功率放大器1、 本章的学习要求（1） 应熟悉的内容功率放大器的主线是功率、效率和非线性失真三方面的问题。熟悉放大器的三种工作状态甲类、乙类和甲乙类的工作特点（2） 应掌握的内容乙类互补功率放大电路如图右图所示。它由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成。这种电路也称为OCL互补功率放大电路。 当输入信号处于正半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时NPN型三极管导电，有电流通过负载RL，按图中方向由上到下，与假设正方向相同。 当输入信号处于负半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时PNP型三极管导电，有电流通过负载RL，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。于是两个三极管一个正半周、一个负半周轮流导电，在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。如图上图所示。掌握甲乙类单电源互补功放的原理VK=1/2VCC，D1、D2给三极管提供偏置防止交越失真。R2、R1用于调整T1工作点。其工作原理同上，只是每个功放管的工作电压是电源的一半。C3、R3自举电路（3） 应熟练掌握的内容熟悉功率、效率、功耗等的计算。最大输出功率电源供给的功率PV管耗效率2、 本章重点难点分析重点：分清各类放大器工作状态的特点难点：功放指标的计算。最大管耗与最大输出功率的关系。最大管耗与最大功率并非同一时间出现。3、 本章典型例题分析P204 例5.2.14、本章作业5.1.1 5.2.3 5.3.3第六章 集成电路运算放大器1、本章学习目的（1）本章应熟悉内容差分式放大器是多级直接耦合放大器的重要组成单元，熟悉电路特点抑制零点漂移，简单运放的组成结构框图和主要技术指标。熟悉组成集成运放的各种电流源集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路，它的方框图如图所示。1) 输入级要使用高性能的差分放大电路，它必须对共模信号有很强的抑制力，而且采用双端输入、双端输出的形式。2) 中间放大级要提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。中间级的电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放大器。3) 互补输出级由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。 4) 偏置电流源可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。 模拟集成放大器的符号（2） 掌握的内容四种输入输出方式的特点及相位关系简单差分放大电路的结构差分放大电路是由对称的两个基本放大电路，通过射极公共电阻耦合构成的，如图所示。对称的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等。 b1=b2=b VBE1=VBE2= VBE rbe1= rbe2= rbe ICBO1=ICBO2= ICBO Rc1=Rc2= Rc Rb1=Rb2= Rb（3） 应熟练掌握的内容差模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号；共模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号。差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。共模抑制比：共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。差模信号 共模信号 或 2、本章重点难点分析重点：理解差模信号与共模信号的物理意义。难点：输入输出方式与相位的关系。弄懂差分放大器抑制共模信号，放大差模信号的原理。3、本章典型例题分析4、5、 差分式放大电路如图所示。分析下列输入和输出的相位关系：6、7、vC1与vi1 反相 vC2与vi1 同相 vC1与vi2 同相 vC2与vi2 反相 vO与vi1 反相 vO与vi2 同相 4、本章作业 6.2.1 6.2.2第七章 反馈放大器1、 本章的学习要求（1） （1）本章应熟悉的内容（2） 反馈对放大器性能的影响（3） （2）本章应掌握内容 反馈就是将输出信号取出一部分或全部送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输入端。反馈信号的传输是反向传输。所以，放大电路无反馈也称开环，放大电路有反馈也称闭环。反馈的示意图见右图所示：图中是输入信号，是反馈信号， 称为净输入信号。所以有 负反馈，加入反馈后，净输入信号，输出幅度增加。（3）本章应熟练掌握内容 正反馈和负反馈的判断法之一：瞬时极性法在放大电路的输入端，假设一个输入信号的电压极性，可用“+”、“-”或“”、“”表示。按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时电压极性。如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为并联反馈，此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈，此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。电压反馈，反馈信号的大小与输出电压成比例的反馈称为电压反馈；电流反馈，反馈信号的大小与输出电流成比例的反馈称为电流反馈。电压反馈与电流反馈的判断：将输出电压短路，若反馈回来的反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为并联反馈，此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈，此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。学会用近似法计算深度负反馈的放大倍数（串联电压反馈、串联电流反馈）2、本章重点难点分析 重点：学会对具体的电路进行反馈类型的判断。难点：对于分离元件和集成电路如何判断串并联反馈。 对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极，另一个加在发射极则为串联反馈。对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端，另一个加在反相输入端则为串联反馈。用近似法计算深度负反馈的放大倍数3、本章典型例题分析例题1:试判断左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，故为电流反馈。结论是直流电流并联负反馈。 经Rf 加在E1上的是交流负反馈。反馈信号和输入信号加在三极管两个输入电极，故为串联反馈。结论：交流电压串联负反馈。例题2:试判断右上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，可知是负反馈。因反馈信号和输入信号加在运放两个输入端，故为串联反馈。因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。结论：交、直流串联电压负反馈。4、本章作业 7.1.1 7.1.2 7.3.10 7.4.1第八章 信号的运算与处理电路1、 本章的学习要求（1） 本章应熟悉的内容有源低通、高通、带通、带阻滤波器的概念。实际运算放大器与理想运算放大器的区别和关系。（2） 本章应掌握的内容 理想运算放大器的条件： 满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算放大器。 1). 差模电压放大倍数Aid=，实际上Aid80dB即可。 2). 差模输入电阻Rid=，实际上Rid比输入端外电路的电阻大23个量级即可。 3). 输出电阻Rio=0，实际上Rio比输入端外电路的电阻小23个量级即可。 4). 带宽足够宽。 5). 共模抑制比足够大。(1) 虚短 由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10 V14 V。因此，运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。 开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。 虚短是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 (2) 虚断由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1 MW以上。因此，流入运放输入端的电流往往不足1 mA，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。 “虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 （3） 应熟练掌握内容利用虚短和虚断的概念掌握比例运算电路、加法电路、微分、积分电路的分析与运算。2本章的重点与难点分析 重点：掌握比例运算电路、加法电路、微分、积分电路的分析与运算。 难点：上面各种基本运算电路组合成复杂的运算电路的分析与计算。3本章典型例题分析 例1：有一理想运算放大器组成的电路如下图所示，试求输出电压的表达式和电压放大倍数。 根据虚断，Vi = V+ 根据虚短，Vi = V+ V- V+= Vi = Vo R1 /(R1+ Rf) Vo Vi 1+(Rf /R1) 电压增益 Avf= Vo /Vi =1+(Rf /R1)根据上述关系式，该电路可用于同相比例运算。 例2反相积分运算电路如右图所示。试求输出电压的表达式和电压放大倍数。根据虚地有 , 于是 4本章作业 8.1.1 8.1.2 8.1.10 8.1.11第九章 信号产生电路1、 本章的学习要求（1）本章应熟悉的内容 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。石英晶体振荡器的概念。LC、RC选频网络的特点。（2） 本章应掌握的内容分析RC振荡器电路结构、起振条件、稳幅措施等。掌握起振条件与平衡条件的关系。振荡平衡条件： =1 振荡起振条件： 1 幅度平衡条件： |=1 幅度起振条件： |1 相位平衡条件与相位起振条件相同： jAF = jA+jF = 2np（3） 本章应熟练掌握的内容利用相位平衡条件判断能否起振。运算LC、RC振荡频率。2、 本章的重点难点分析重点：利用相位平衡条件判断能否起振。并计算振荡频率。难点：判断组成振荡电路的放大器的输入与输出相位的关系。判断振荡电路的选频网络的类型和输入与输出相位的关系。3、 本章典型例题分析下图为三点式振荡电路试判断是否满足相位平衡条件。判定相位关系如图所示，因为jAF = jA+jF 2np所以左图不能振荡。右图的相位关系也满足jAF = jA+jF = 2np所以