[工学]模电复习必备

第一章,杂质半导体,一、半导体基础知识：,N型半导体,P型半导体,自由电子是多数载流子,空穴是少数载流子,提供自由电子的五价杂质原子因失去一个电子而带单位正电荷而成为正离子,二、 PN 结的单向导电性,1. PN 外加正向电压,空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有较大的正向电流。,2. PN 结外加反向电压(反偏),漂移电流大于扩散电流，电路中产生非常小的反向电流 ；,综上所述：当 PN 结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流， PN 结处于 导通状态；当 PN 结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零， PN 结处于截止状态。可见， PN 结具有单向导电性。,三 稳压二极管,稳压管符号,稳压管工作于反向击穿区。,稳压管正常工作时 必须工作在反向击穿状态,典型应用如图所示：当输入电压vi和负载电阻RL在一定范围内变化时，流过稳压管的电流发生变化，而稳压管两端的电压Vz变化很小，即输出电压vo基本稳定。,电阻R的作用一是起限流作用，以保护稳压管；,四、半导体三极管,1、符号,(a)NPN 型,(b)PNP 型,2、工作状态,放大：,发射结正偏、集电结反偏；,饱和：,发射结正偏、集电结正偏；,截止：,发射结反偏,E结正偏，c结正偏饱和,E结正偏，c结反偏放大,1,2,3,(+3V),(+9V),(+3.2V),三极管的主要参数,电流放大系数,是表征管子放大作用的参数。有以下几个：,1. 共射电流放大系数 ,2. 共射直流电流放大系数,3. 共基电流放大系数 ,4. 共基直流电流放大系数,1. 集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO,2.集电极和发射极之间的反向饱和电流 ICEO,小功率锗管 ICBO 约为几微安；硅管的 ICBO 小，有的为纳安数量级。,当 b 开路时， c 和 e 之间的电流穿透电流 。,值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。,因为反相饱和电流是由少数载流子运动引起的所以对温度敏感，,1.4.2绝缘栅型场效应管,由金属、氧化物和半导体制成。称为金属-氧化物-半导体场效应管，或简称 MOS 场效应管。,特点：输入电阻可达 109 以上。,类型,N 沟道,P 沟道,增强型,耗尽型,增强型,耗尽型,UGS = 0 时漏源间存在导电沟道称耗尽型场效应管；,UGS = 0 时漏源间不存在导电沟道称增强型场效应管。,五场效应三极管,表 1-2各类场效应管的符号和特性曲线,为增强型场效应管的一个重要参数。,开启电压 UGS (th),夹断电压 UGS (off),为耗尽型场效应管的一个重要参数。,第二章 放大电路的基本原理和分析方法,一、放大电路的主要技术指标：,(1) 放大倍数,电压放大倍数：,(2) 最大输出幅度,(3) 输入电阻 Ri,(4) 输出电阻 Ro,输出电阻愈小，带载能力愈强。,(5) 通频带,二、组成放大电路的原则：,1. 外加直流电源的极性必须使发射结正偏，集电结反偏。,2. 输入回路的接法应使输入电压 u 能够传送到三极管的基极回路，使基极电流产生相应的变化量 iB。,3. 输出回路的接法应使变化量 iC 能够转化为变化量 uCE，并传送到放大电路的输出端。,三、放大电路的分析方法：,图解法,微变等效法,（1）、直流通路与交流通路,直流通路,电容开路,交流通路,电容短路,直流电源短路,1、图解法,（2）、静态工作点,当外加输入信号为0时，在直流电源作用下存在的直流电压和直流电流。,若要估算，通过直流通路估算。,静态工作点设置的是否合理关系到放大电路的工作状态。,可用图解法分析。,对于NPN管，静态工作点太低会引起截止失真,为了消除这种失真，如果电源VCC和RC不变，则应减小RB。,uo 波形顶部失真,四.用图解法分析电路参数对静态工作点的影响,（1） 改变 Rb，保持VCC ，Rc ， 不变；,Rb 增大，,Rb 减小，,Q 点下移；,Q 点上移；,（2）改变 VCC，保持 Rb，Rc ， 不变；,升高 VCC，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大。,Q2,3. 改变 Rc，保持 Rb，VCC ， 不变；,4. 改变 ，保持 Rb，Rc ，VCC 不变；,增大 Rc ，直流负载线斜率改变，则 Q 点向饱和区移近。,Q2,增大 ，ICQ 增大，UCEQ 减小，则 Q 点移近饱和区。,图 2.4.9 (c),图 2.4.9 (d),若电流放大倍数增加会出现什么失真?,五、微变等效法,（1）h参数等效模型,利用h参数模型可估算电路的交流参数,六温度对静态工作点稳定的影响,三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对管子参数的影响主要表现有：,1. UBE 改变。UBE 的温度系数约为 2 mV/C，即温度每升高 1C，UBE 约下降 2 mV 。,2. 改变。温度每升高 1C， 值约增加 0.5% 1 %， 温度系数分散性较大。,3. ICBO 改变。温度每升高 10C ，ICBQ 大致将增加一倍，说明 ICBQ 将随温度按指数规律上升。,动画avi3-8.avi,七、三极管的三种基本组态,三种基本接法,共射组态 CE,共集组态 CC,共基组态 CB,三种基本组态的比较,掌握共射组态和共集组态两种电路的相关参数计算,包括静态工作点的计算,微变等效图的画法,输入输出阻抗的计算等,2.6.3三种基本组态的比较,2.6.3三种基本组态的比较,已知Io=1.8mA,八、多级级联放大电路,三种常见的耦合方式：直接耦合阻容耦合变压器耦合,其中直接耦合方式最常用,(1)各级静态工作点互相影响；基极和集电极电位会随着级数增加而上升；(2)零点漂移,缺点:,零点漂移产生的原因（88页）。,放大电路级数愈多，放大倍数愈高，零点漂移问题愈严重。而第一级的漂移影响最为突出,原因：放大器件的参数受温度影响而使 Q 点不稳定。也称温度漂移。,总电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即,其中， n 为多级放大电路的级数。,多级放大电路的输入电阻就是输入级的输入电阻；,输出电阻就是输出级的输出电阻。,多级级联放大电路,第三章 放大电路的频率响应,由于放大电路中存在电抗性元件及晶体管极间电容，所以电路的放大倍数为频率的函数，这种关系称为频率响应或频率特性。,关心一下课本114页关于频率失真的叙述。,一、频率失真,二、单管放大电路的频率响应,中频段：各种电抗影响忽略，Au 与 f 无关；,低频段： 隔直电容(耦合电容)压降增大， Au 降低。与电路中电阻构成 RC 高通电路；,高频段：三极管极间结电容并联在电路中， Au 降低。而且，构成 RC 低通电路。,三、单向化的混合 型等效电路,幅频特性,四、阻容耦合的单管共射电路的频率响应,五、直接耦合单管共射电路的频率响应,六 多级放大电路的频率响应,多级放大电路的电压放大倍数：,取对数:,多级放大电路的总相位移为：,多级放大电路的通频带，总是比组成它的每一级的通频带为窄。,多级放大电路的上限频率和下限频率的估算,一、 对功放的主要要求：,（ 1）. 根据负载要求，提供所需要的输出功率。,最大输出功率,（2）. 具有较高的效率,。,第四章 功率放大电路,二、功放电路的分析方法,不能采用仅适用于小信号的微变等效电路法，而应采用图解法。,OTL（甲）乙类功放、 OCL（甲）乙类功放,三、功放电路,OTL乙类功放,存在交越失真,OTL甲乙类功放,图 OCL 互补对称电路,最大不失真输出功率Pomax,（1）最大输出功率Po,四、 OCL互补对称电路主要参数的估算,（2）.效率,每个三极管的最大功耗为PCM=0.2P0M,（3）三极管的最大管耗,构成复合管时注意事项,（1）. 前后两个三极管连接关系上，应保证前级输出电流与后级输入电流实际方向一致。（2）. 外加电压的极性应保证前后两个管子均为发射结正偏，集电结反偏，使管子工作在放大区。,复合管的接法,(a) NPN 型,(b) PNP 型,图 复合管,五 复合管,图 复合管,结 论,1. 两个同类型的三极管组成复合管，其类型与原来相同。复合管的 1 2，复合管的rbe = rbe1 +（1+1 ） rbe2 。2. 两个不同类型的三极管组成复合管，其类型与前级三极管相同。复合管的 1 2，复合管的 rbe = rbe1。,5.3.2差分放大输入级,输入级大都采用差分放大电路的形式。,电路形式,基本形式,长尾式,恒流源式,图 差分放大电路的基本形式,uI2,1差模输入电压和共模输入电压,VT1 和 VT2 基极输入电压大小相等，极性相反，称为差模输入电压(uId)。,a、差模输入信号,1差模输入电压和共模输入电压,VT1 和 VT2 基极输入电压大小相等，极性相同，称为共模输入电压(uIc)。,b、共模输入信号,任意一组信号都可以分解成一组差模信号和共模信号,c、任意信号,Ui1=1/2(Ui1+Ui2)+1/2(Ui1-Ui2),Ui2=1/2(Ui1+Ui2) -1/2(Ui1-Ui2),其中的差模输入电压为：,其中的共模输入电压为：,2、差分放大电路的输入、输出接法,有四种不同的接法,差分输入、双端输出；,差分输入、单端输出；,单端输入、双端输出；,单端输入、单端输出。,课本195页差分放大电路的四种接法,第六章放大电路中的反馈,一、反馈的分类,正反馈,反馈信号增强了外加净输入信号，使放大电路的放大倍数提高,负反馈,反馈信号削弱了外加净输入信号，使放大电路的放大倍数减小。,用瞬时极性法判断,对分立元件而言，C与B极性相反，E与B极性相同。对集成运放而言， uO与uN极性相反， uO与uP极性相同。,直流反馈,交流反馈,电压反馈,电流反馈,串联反馈,并联反馈,二、负反馈的四种基本组态,电压串联、电压并联、电流串联、电流并联负反馈,要能判断反馈的组态、并能计算深度负反馈情况下的闭环增益,反馈的一般表达式,其中： 1 + AF叫做 反馈深度,A：开环增益,Af：闭环增益,当1+AF1时叫做深度负反馈,三、负反馈对放大电路性能的影响,稳定放大倍数,减小非线性失真和抑制干扰,展宽频带,改变输入电阻和输出电阻,串联负反馈增大输入电阻,并联负反馈减小输入电阻,电压负反馈减小输出电阻、稳定输出电压。,电流负反馈增大输出电阻、稳定输出电流。,直流负反馈稳定静态工作点,四、深度负反馈条件下闭环增益的估算方法,五负反馈放大电路的自激振荡,对于多级放大电路，如果引入过深的负反馈，可能引起自激振荡。,1、自激振荡的幅度条件和相位条件,幅值条件,相位条件,但三级放大电路，在深度负反馈条件下，对于某个频率的信号，既满足相位条件，也满足幅度条件，可以产生自激振荡。,2 结论：,单级放大电路不会产生自激振荡；,两级放大电路当频率趋于无穷大或趋于零时，虽然满足相位条件，但不满足幅度条件，所以也不会产生自激振荡；,某负反馈放大电路的波特图为：,(a)产生自激,由波特图中的相频特性可见，当 f = f0 时，相位移 AF = -180，满足相位条件；,结论：当 f = f0 时，电路同时满足自激振荡的相位条件和幅度条件，将产生自激振荡。,此频率对应的对数幅频特性位于横坐标轴之上，即：,3、自激振荡的判断方法,结论：该负反馈放大电路不会产生自激振荡，能够稳定工作。,由负反馈放大电路 的波特图可见，当 f = f0 ，相位移 AF = -180 时,3、自激振荡的判断方法,第十章 直流电源,一、直流电源的组成,电源变压器,整流电路,滤波电路,稳压电路,二、整流电路,桥式整流电路,工作原理,1. u2 0时，电流由+流出，经D1、RL、D2流入-。,2. u2 0时，电流由-流出，经D3、RL、D4流入+。,图 10.2.6单相桥式整流电路的波形图,动画avi15-1.avi,滤波电路的结构特点: 电容与负载 RL 并联，或电感与负载RL串联。,交流电压,脉动直流电压,直流电压,三 滤波电路,滤波：将脉动的直流电压变为平滑的直流电压。,滤波电容的选择和输出直流电压估算,当负载开路时,RLC（35)T/2时,考虑电网电压波动，电容的耐压值应大于,脉动系数 S,约为 10% 20%