电工下总复习

第14章半导体二极管和三极管 14 3半导体二极管 14 4稳压二极管 14 5半导体三极管 14 2PN结 14 1半导体的导电特性 基本要求 理解PN结的单向导电性 三极管的电流分配和电流放大作用 了解二极管 稳压管和三极管的基本构造 工作原理和特性曲线 理解主要参数的意义 会分析含有二极管的电路 了解晶体三极管的类型 理解三极管的电流分配 主要参数 特性曲线和放大 饱和 截止三种工作状态 重点掌握的内容 含有二极管的电路分析与计算 三极管的放大 饱和 截止三种工作状态分析与计算三极管的输入输出特性曲线 PN结的单向导电性 1 PN结加正向电压 正向偏置 PN结变窄 P接正 N接负 IF 内电场被削弱 多子的扩散加强 形成较大的扩散电流 PN结加正向电压时 PN结变窄 正向电流较大 正向电阻较小 PN结处于导通状态 PN结变宽 2 PN结加反向电压 反向偏置 内电场被加强 少子的漂移加强 由于少子数量很少 形成很小的反向电流 IR P接负 N接正 温度越高少子的数目越多 反向电流将随温度增加 PN结加反向电压时 PN结变宽 反向电流较小 反向电阻较大 PN结处于截止状态 伏安特性 硅管0 5V 锗管0 1V 反向击穿电压U BR 导通压降 外加电压大于死区电压二极管才能导通 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿 失去单向导电性 正向特性 反向特性 特点 非线性 硅0 6 0 8V锗0 2 0 3V 死区电压 反向电流在一定电压范围内保持常数 二极管的单向导电性 1 二极管加正向电压 正向偏置 阳极接正 阴极接负 时 二极管处于正向导通状态 二极管正向电阻较小 正向电流较大 2 二极管加反向电压 反向偏置 阳极接负 阴极接正 时 二极管处于反向截止状态 二极管反向电阻较大 反向电流很小 3 外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿 失去单向导电性 4 二极管的反向电流受温度的影响 温度愈高反向电流愈大 二极管电路分析举例 定性分析 判断二极管的工作状态 导通截止 分析方法 将二极管断开 分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负 若V阳 V阴或UD为正 正向偏置 二极管导通若V阳 V阴或UD为负 反向偏置 二极管截止 若二极管是理想的 正向导通时正向管压降为零 反向截止时二极管相当于断开 稳压二极管 1 符号 UZ IZ IZM UZ IZ 2 伏安特性 稳压管正常工作时加反向电压 使用时要加限流电阻 稳压管反向击穿后 电流变化很大 但其两端电压变化很小 利用此特性 稳压管在电路中可起稳压作用 半导体三极管 基极 发射极 集电极 NPN型 符号 NPN型三极管 PNP型三极管 电流分配和放大原理 1 三极管放大的外部条件 发射结正偏 集电结反偏 PNP发射结正偏VB VE集电结反偏VC VB 从电位的角度看 NPN发射结正偏VB VE集电结反偏VC VB 1 输入特性 特点 非线性 死区电压 硅管0 5V 锗管0 1V 正常工作时发射结电压 NPN型硅管UBE 0 6 0 7VPNP型锗管UBE 0 2 0 3V 2 输出特性 IB 0 20 A 放大区 输出特性曲线通常分三个工作区 1 放大区 在放大区有IC IB 也称为线性区 具有恒流特性 在放大区 发射结处于正向偏置 集电结处于反向偏置 晶体管工作于放大状态 2 截止区 IB 0以下区域为截止区 有IC 0 在截止区发射结处于反向偏置 集电结处于反向偏置 晶体管工作于截止状态 饱和区 截止区 3 饱和区 当UCE UBE时 晶体管工作于饱和状态 在饱和区 IB IC 发射结处于正向偏置 集电结也处于正偏 深度饱和时 硅管UCES 0 3V 锗管UCES 0 1V 输出特性三个区域的特点 放大区 发射结正偏 集电结反偏 即 IC IB 且 IC IB 2 饱和区 发射结正偏 集电结正偏 即 UCE UBE IB IC UCE 0 3V 3 截止区 UBE 死区电压 IB 0 IC ICEO 0 15 1基本放大电路的组成 15 2放大电路的静态分析 15 4静态工作点的稳定 15 8多级放大电路及其级间耦合 15 6放大电路中的负反馈 15 5射极输出器 15 10互补对称功率放大电路 15 11场效应管及其放大电路 15 3放大电路的动态分析 15 7放大电路中的频率特性 15 9差分放大电路 第15章基本放大电路 基本要求 理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极 共集电极放大电路的性能特点 掌握静态工作点的估算方法和放大电路的微变等效电路分析法 了解放大电路输入 输出电阻和多级放大的概念 掌握电压放大倍数 输入电阻和输出电阻的概念和计算 理解非线性失真 掌握射极跟随器的特点 了解它的用途 重点掌握的内容 放大电路静态 动态分析方法 静态工作点稳定电路 射极跟随器的特点和应用 放大电路的性能指标 一 电压放大倍数Au Ui和Uo分别是输入和输出电压的有效值 Au是复数 反映了输出和输入的幅值比与相位差 二 输入电阻ri 放大电路一定要有前级 信号源 为其提供信号 那么就要从信号源取电流 输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数 输入电阻越大 从其前级取得的电流越小 对前级的影响越小 定义 即 ri越大 Ii就越小 ui就越接近uS 三 输出电阻ro 放大电路对其负载而言 相当于信号源 我们可以将它等效为戴维南等效电路 这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻 基本放大电路的组成 单电源供电时常用的画法 共发射极基本电路 1 无输入信号电压时 三极管各电极都是恒定的电压和电流 IB UBE和IC UCE IB UBE 和 IC UCE 分别对应于输入 输出特性曲线上的一个点 称为静态工作点 静态工作点 直 流通路和交流通路 因电容对交 直流的作用不同 在放大电路中如果电容的容量足够大 可以认为它对交流分量不起作用 即对交流短路 而对直流可以看成开路 这样 交直流所走的通路是不同的 直流通路 无信号时电流 直流电流 的通路 用来计算静态工作点 交流通路 有信号时交流分量 变化量 的通路 用来计算电压放大倍数 输入电阻 输出电阻等动态参数 放大电路的静态分析 静态 放大电路无信号输入 ui 0 时的工作状态 分析方法 估算法 图解法 分析对象 各极电压电流的直流分量 所用电路 放大电路的直流通路 设置Q点的目的 1 使放大电路的放大信号不失真 2 使放大电路工作在较佳的工作状态 静态是动态的基础 静态工作点Q IB IC UCE 静态分析 确定放大电路的静态值 放大电路的动态分析 动态 放大电路有信号输入 ui 0 时的工作状态 分析方法 微变等效电路法 图解法 所用电路 放大电路的交流通路 动态分析 计算电压放大倍数Au 输入电阻ri 输出电阻ro等 分析对象 各极电压和电流的交流分量 目的 找出Au ri ro与电路参数的关系 为设计打基础 ib 晶体三极管 微变等效电路 1 晶体管的微变等效电路 晶体管的B E之间可用rbe等效代替 晶体管的C E之间可用一受控电流源ic ib等效代替 2 放大电路的微变等效电路 将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路 交流通路 微变等效电路 电压放大倍数的计算 当放大电路输出端开路 未接RL 时 因rbe与IE有关 故放大倍数与静态IE有关 负载电阻愈小 放大倍数愈小 式中的负号表示输出电压的相位与输入相反 例1 放大电路输入电阻的计算 放大电路对信号源 或对前级放大电路 来说 是一个负载 可用一个电阻来等效代替 这个电阻是信号源的负载电阻 也就是放大电路的输入电阻 定义 输入电阻是对交流信号而言的 是动态电阻 输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数 电路的输入电阻愈大 从信号源取得的电流愈小 因此一般总是希望得到较大的输入电阻 放大电路输出电阻的计算 放大电路对负载 或对后级放大电路 来说 是一个信号源 可以将它进行戴维宁等效 等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻 定义 输出电阻是动态电阻 与负载无关 输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数 电路的输出电阻愈小 负载变化时输出电压的变化愈小 因此一般总是希望得到较小的输出电阻 如何确定电路的输出电阻ro 步骤 1 所有的电源置零 将独立源置零 保留受控源 2 加压求流法 静态工作点的稳定 静态工作点的计算 估算法 VB 无旁路电容CE 有旁路电容CE Au减小 分压式偏置电路 ri提高 ro不变 射极输出器 因对交流信号而言 集电极是输入与输出回路的公共端 所以是共集电极放大电路 因从发射极输出 所以称射极输出器 求Q点 静态分析 直流通路 动态分析 1 电压放大倍数 电压放大倍数Au 1且输入输出同相 输出电压跟随输入电压 故称电压跟随器 微变等效电路 2 输入电阻 射极输出器的输入电阻高 对前级有利 ri与负载有关 3 输出电阻 射极输出器的输出电阻很小 带负载能力强 共集电极放大电路 射极输出器 的特点 1 电压放大倍数小于1 约等于1 2 输入电阻高 3 输出电阻低 4 输出与输入同相 多级放大电路及其级间耦合方式 耦合方式 信号源与放大电路之间 两级放大电路之间 放大器与负载之间的连接方式 常用的耦合方式 直接耦合 阻容耦合和变压器耦合 动态 传送信号 减少压降损失 静态 保证各级有合适的Q点 波形不失真 输出 多级放大电路的框图 对耦合电路的要求 阻容耦合 第一级 第二级 负载 信号源 两级之间通过耦合电容C2与下级输入电阻连接 1 静态分析 由于电容有隔直作用 所以每级放大电路的直流通路互不相通 每级的静态工作点互相独立 互不影响 可以各级单独计算 两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路 2 动态分析 微变等效电路 第一级 第二级 第16章集成运算放大器 16 1集成运算放大器的简单介绍 16 2运算放大器在信号运算方面的应用 16 4运算放大器在波形产生方面的应用 16 3运算放大器在信号处理方面的应用 1 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义 2 理解运算放大器的电压传输特性 理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法 3 理解用集成运放组成的比例 加减 微分和积分运算电路的工作原理 了解有源滤波器的工作原理 4 理解电压比较器的工作原理和应用 本章要求 第16章集成运算放大器 基本要求 1 了解集成运放的基本组成及主要参数的意义 2 理解运算放大器的电压传输特性 理解理想运算放大器并掌握其基本分析方法 3 理解用集成运放组成的比例 加减 微分和积分运算电路的工作原理 了解有源滤波器的工作原理 4 理解电压比较器的工作原理和应用 重点掌握的内容 运算放大器在信号运算方面的分析与计算 理想运算放大器及其分析依据 1 理想运算放大器 Auo rid ro 0 KCMR 2 电压传输特性uo f ui 线性区 uo Auo u u 非线性区 u u 时 uo Uo sat u u 时 uo Uo sat 线性区 理想特性 实际特性 饱和区 O 3 理想运放工作在线性区的特点 因为uo Auo u u 所以 1 差模输入电压约等于0即u u 称 虚短 2 输入电流约等于0即i i 0 称 虚断 电压传输特性 Auo越大 运放的线性范围越小 必须加负反馈才能使其工作于线性区 O 1 反相比例运算 2 同相比例运算 uo ui Auf 1 3 电压跟随器 4 反相加法运算电路 5 同相加法运算电路 6 减法运算电路 7 积分运算电路 8 比例 积分运算电路 9 微分运算电路 10 比例 微分运算电路 if 了解负反馈的定义 理解反馈划分的类型 主要掌握四类反馈电路的区别和各自的特点 能够分析确定电路中反馈元件及反馈类型 掌握分立式电路和集成电路的反馈分析方法 包括瞬时极性方法 了解反馈对电路性能的影响 基本要求 第17章放大电路中的负反馈 反馈放大电路的三个环节 基本放大电路 比较环节 反馈放大电路的方框图 反馈电路 输出信号 输入信号 反馈信号 反馈系数 净输入信号 放大倍数 直流反馈 反馈只对直流分量起作用 反馈元件只能传递直流信号 负反馈 反馈削弱净输入信号 使放大倍数降低 在振荡器中引入正反馈 用以产生波形 交流反馈 反馈只对交流分量起作用 反馈元件只能传递交流信号 在放大电路中 出现正反馈将使放大器产生自激振荡 使放大器不能正常工作 正反馈 反馈增强净输入信号 使放大倍数提高 负反馈的类型 1 反馈的分类 2 负反馈的类型 1 根据反馈所采样的信号不同 可以分为电压反馈和电流反馈 电流负反馈具有稳定输出电流 增大输出电阻的作用 电压负反馈具有稳定输出电压 减小输出电阻的作用 如果反馈信号取自输出电压 叫电压反馈 如果反馈信号取自输出电流 叫电流反馈 2 根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同 可以分为串联反馈和并联反馈 反馈信号与输入信号串联 即反馈信号与输入信号以电压形式作比较 称为串联反馈 反馈信号与输入信号并联 即反馈信号与输入信号以电流形式作比较 称为并联反馈 串联反馈使电路的输入电阻增大 并联反馈使电路的输入电阻减小 反馈放大器的四种组态 反馈采样信号 输入信号的连接方式 串联 并联 四种连接方式 1 电流串联负反馈 2 电压串联负反馈 3 电流并联负反馈 4 电压并联负反馈 负反馈类型的判别步骤 3 判别是否负反馈 2 判别是交流反馈还是直流反馈 4 是负反馈 判断是何种类型的负反馈 1 找出反馈网络 一般是电阻 电容 1 降低放大倍数 负反馈使放大倍数下降 则有 参见教材P59例题 1 AF 称为反馈深度 其值愈大 负反馈作用愈强 Af也就愈小 射极输出器 不带旁路电容的共射放大电路的电压放大倍数较低就是因为电路中引入了负反馈 2 提高放大倍数的稳定性 引入负反馈使放大倍数的稳定性提高 放大倍数下降至1 1 AF 倍 其稳定性提高1 AF 倍 若 AF 1 称为深度负反馈 此时 在深度负反馈的情况下 闭环放大倍数仅与反馈电路的参数有关 3 改善波形失真 加反馈前 加反馈后 大 略小 略大 略小 略大 负反馈是利用失真的波形来改善波形的失真 因此只能减小失真 而不能完全消除失真 小 接近正弦波 正弦波 5 对输入电阻的影响 在同样的ib下 ui ube uf ube 所以rif提高 1 串联负反馈 无负反馈时 有负反馈时 使电路的输入电阻提高 无负反馈时 有负反馈时 在同样的ube下 ii ib if ib 所以rif降低 2 并联负反馈 使电路的输入电阻降低 电压负反馈具有稳定输出电压的作用 即有恒压输出特性 故输出电阻降低 电流负反馈具有稳定输出电流的作用 即有恒流输出特性 故输出电阻提高 1 电压负反馈使电路的输出电阻降低 2 电流负反馈使电路的输出电阻提高 6 对输出电阻的影响 第18章直流稳压电源 18 2滤波器 18 3直流稳压电源 18 1整流电路 本章要求 1 理解单相整流电路和滤波电路的工作原理及参数的计算 2 了解稳压管稳压电路和串联型稳压电路的工作原理 3 了解集成稳压电路的性能及应用 第18章直流稳压电源 18 1整流电路 整流电路的作用 将交流电压转变为脉动的直流电压 常见的整流电路 半波 全波 桥式和倍压整流 单相和三相整流等 分析时可把二极管当作理想元件处理 二极管的正向导通电阻为零 反向电阻为无穷大 整流原理 利用二极管的单向导电性 18 1 1单相半波整流电路 2 工作原理 u正半周 Va Vb 二极管D导通 3 工作波形 u负半周 Va Vb 二极管D截止 1 电路结构 4 参数计算 1 整流电压平均值Uo 2 整流电流平均值Io 3 流过每管电流平均值ID 4 每管承受的最高反向电压UDRM 5 变压器副边电流有效值I 5 整流二极管的选择 平均电流ID与最高反向电压UDRM是选择整流二极管的主要依据 选管时应满足 IOM ID URWM UDRM 18 1 2单相桥式整流电路 2 工作原理 u正半周 Va Vb 二极管D1 D3导通 D2 D4截止 3 工作波形 uD2uD4 1 电路结构 uD1uD3 4 参数计算 1 全波整流电压平均值Uo 2 整流电流平均值Io 3 流过每管电流平均值ID 4 每管承受的最高反向电压UDRM 例1 已知负载电阻RL 80 负载电压Uo 110V 今采用单相桥式整流电路 交流电流电压为380V 1 如何选用二极管 2 求整流变压器的变比及容量 解 负载电流 每个二极管通过的平均电流 变压器二次侧电压的有效值为 考虑到变压器二次侧绕组及管子上的压降 变压器的二次侧电压大约要高出10 即 变压器的变比 变压器二次侧电流的有效值为 变压器的容量为 例2 单相桥式整流电路 已知交流电网电压为220V 负载电阻RL 50 负载电压Uo 100V 试求变压器的变比和容量 并选择二极管 I 1 11Io 2 1 11 2 2A 变压器副边电流有效值 变压器容量S UI 122 2 2 207 8VA 变压器副边电压U 122V 可选用二极管2CZ11C 其最大整流电流为1A 反向工作峰值电压为300V 18 2滤波器 交流电压经整流电路整流后输出的是脉动直流 其中既有直流成份又有交流成份 滤波原理 滤波电路利用储能元件电容两端的电压 或通过电感中的电流 不能突变的特性 滤掉整流电路输出电压中的交流成份 保留其直流成份 达到平滑输出电压波形的目的 方法 将电容与负载RL并联 或将电感与负载RL串联 4 电容滤波电路的特点 T 电源电压的周期 1 输出电压的脉动程度与平均值Uo与放电时间常数RLC有关 RLC越大 电容器放电越慢 输出电压的平均值Uo越大 波形越平滑 近似估算取 Uo 1 2U 桥式 全波 Uo 1 0U 半波 当负载RL开路时 UO 为了得到比较平直的输出电压 第20章门电路和组合逻辑电路 20 1脉冲信号 20 2基本门电路及其组合 20 5逻辑代数 20 4CMOS门电路 20 3TTL门电路 20 6组合逻辑电路的分析与综合 20 7加法器 20 8编码器 20 9译码器和数字显示 基本要求 掌握基本门电路的逻辑功能 逻辑符号 真值表和逻辑表达式 会用逻辑代数的基本运算法则化简逻辑函数 会分析和设计简单的组合逻辑电路 理解加法器 编码器 译码器等常用组合逻辑电路的工作原理和功能 重点掌握的内容 逻辑函数化简组合逻辑电路的分析和综合 逻辑输入输出波形分析 分立元件门电路 逻辑门电路是数字电路中最基本的逻辑元件 所谓门就是一种开关 它能按照一定的条件去控制信号的通过或不通过 门电路的输入和输出之间存在一定的逻辑关系 因果关系 所以门电路又称为逻辑门电路 门电路的基本概念 基本逻辑关系为 与 或 非 三种 逻辑表达式 Y A B 1 与 逻辑关系 2 或 逻辑关系 逻辑表达式 Y A B 3 非 逻辑关系 4 与非 逻辑关系 5 或非 逻辑关系 例 根据输入波形画出输出波形 A B A 1 常量与变量的关系 逻辑代数运算法则 2 逻辑代数的基本运算法则 自等律 0 1律 重叠律 还原律 互补律 交换律 2 逻辑代数的基本运算法则 结合律 分配律 反演律 逻辑函数的表示方法 1 逻辑状态表 2 逻辑式 取Y 1 或Y 0 列逻辑式 用 与 或 非 等运算来表达逻辑函数的表达式 1 由逻辑状态表写出逻辑式 3 逻辑图 4卡诺图 应用逻辑代数运算法则化简 1 并项法 2 配项法 3 加项法 4 吸收法 应用卡诺图化简逻辑函数 将取值为 1 的相邻小方格圈成圈 所圈相邻小方格的个数应为2n n 0 1 2 圈的个数应最少每个 圈 要最大每个 圈 至少要包含一个未被圈过的最小项 卡诺图化简法 保留一个圈内最小项的相同变量 而消去相反变量 组合逻辑电路的分析与综合 组合逻辑电路框图 组合逻辑电路的分析 1 由逻辑图写出输出端的逻辑表达式 2 运用逻辑代数化简或变换 3 列逻辑状态表 4 分析逻辑功能 已知逻辑电路 确定 逻辑功能 分析步骤 组合逻辑电路的综合 设计步骤如下 第21章触发器和时序逻辑电路 21 1双稳态触发器