《模拟电子技术》期末总复习.ppt

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 2PN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 3PN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结总电容Cj CT CDPN结正偏时 以扩散电容为主 PN结反偏时 以势垒电容为主 2 4PN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 Ur 0 5 门限电压Ur 锗管 Ur 0 1 反向饱和电流Is 硅管 Is nA级 锗管 Is A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 利用电击穿特性 稳压条件 反向运用 Iz min Iz Iz 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 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 B UCEO B UEBO B 3 集电极最大允许耗散功率PCM 实际使用时Pc PCM 半导体器件基础 5 4温度对晶体管参数的影响T ICBO 1倍 10 C 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JFET 学会判断类型 半导体器件基础 4 2MOSFET1 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 2MOSFET2 耗尽型MOSFET可变电阻区 或 恒流区 半导体器件基础 4 3JFET 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 5FET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 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 108 1012 MOSFET RGS 1010 1015 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 5FET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PDM4 6FET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 rbb 100 300 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变化下降到0 707AU所对应的截频之差 BWf fH fL 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 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 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 F Ro 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 39 1k 39k 2 反馈系数 在深度负反馈条件下 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 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