《电子技术基础》(模电+数电)教材配套,刘鹏、刘旭主编,北京理工大学出版社ppt课件

电子技术基础（模电+数电）,教材配套课件刘鹏、刘旭主编北京理工大学出版社ISBN:978-7-5640-7300-8,教学目的及要求：1.了解本征半导体和杂质半导体2.掌握PN结的形成以及PN结的特点3.二极管的结构、符号与特性4.掌握半导体三极管的电流放大作用和伏安特性曲线。教学重点：N，P型半导体以及PN结的特点，二极管的特性；掌握半导体三极管的电流放大作用和伏安特性曲线教学难点：PN结的形成；半导体三极管的电流放大原理,第1章半导体器件基础知识,第一节半导体的基础知识第二节半导体二极管第三节半导体三极管,第1章半导体器件基础知识,一、半导体的概念金属导体内的载流子只有一种，就是自由电子，而且数目很多，所以具有良好的导电性能。绝缘体中载流子的数目很少，因而导电性能很差，几乎不导电。半导体中的载流子数目也不多，远远低于金属导体，其导电性能比导体差而比绝缘体好。半导体:导电性能介于导体与绝缘体之间的物质称半导体。常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、硒（Se）和砷化镓（GaAs）及其他金属氧化物和硫化物等，半导体一般呈晶体结构。,第一节半导体的基础知识,半导体的导电特性：,1.掺杂性：在半导体中掺入微量杂质，可改变其电阻率和导电类型(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管和三极管等）。,3.光敏感性：光照能改变半导体的电阻率。(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。,2.温度敏感性：半导体的电阻率随温度变化很敏感,并随掺杂浓度不同，具有正或负的电阻温度系数(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。,二、半导体的特性,纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体，称为本征半导体。本征半导体的最外层电子（称为价电子）除受到原子核吸引外还受到共价键束缚，因而它的导电能力差。价电子从外界获得能量，挣脱共价键的束缚而成为自由电子。这时，在共价键结构中留下相同数量的空位，每次原子失去价电子后，变成正电荷的离子，从等效观点看，每个空位相当于带一个基本电荷量的正电荷，成为空穴。,三、本征半导体,共价健,共价键中的两个电子，称为价电子。,四、N型和P型半导体,掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子型半导体或N型半导体。,掺入五价元素,多余电子,磷原子,在常温下即可变为自由电子,失去一个电子变为正离子,用特殊工艺在本征半导体掺入微量五价元素，如磷或砷。,在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。,掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。,掺入三价元素,在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。,硼原子,接受一个电子变为负离子,空穴,在半导体硅或锗中掺入少量三价元素，如硼元素,在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是，N型半导体中的电流主要是。（a.电子电流、b.空穴电流）,b,a,五、PN结1PN结的形成在一块纯净的半导体晶片上，采取一定的工艺措施，在两边掺入不同的杂质，分别形成P型半导体和N型半导体，它们的交界面就形成了PN结。,PN结的形成机理,多子的扩散运动,少子的漂移运动,浓度差,P型半导体,N型半导体,内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,扩散的结果使空间电荷区变宽。,扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。,形成空间电荷区,结具有单向导电的特性，这种特性可以通过实验加以证明。取一个结分别接成如图所示的电路。实验证明如图（a）所示电路的灯泡发亮，说明此时结电阻很小，处于“导通”状态。当把电路切换成如图（b）所示的电路时灯泡不亮了，说明此时PN结电阻很大，处于“截止”状态。,2PN结的单向导电性,PN结的单向导电性原理,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，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。,2）PN结加反向电压（反向偏置）,P接负、N接正,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，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。,第一节半导体的基础知识第二节半导体二极管第三节半导体三极管,第1章半导体器件基础知识,第二节半导体二极管一、二极管的结构在PN结的两端各引出一根电极引线，然后用外壳封装起来就构成了半导体二极管，简称二极管，如图（a）所示，其图形符号如图（b）所示。,图（a）,图（b）,二、二极管的类型二极管按制造材料分类，主要有硅二极管和锗二极管；按用途分类，主要有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管等；按接触的面积大小分类，可分为点接触型和面接触型两类。,(1)点接触型,点接触型二极管是一根很细的金属触丝（如三价元素铝）和一块N型半导体（如锗）的表面接触，然后在正方向通过很大的瞬时电流，使触丝和半导体牢固接在一起，三价金属与锗结合构成PN结。由于点接触型二极管金属触丝很细，形成的PN结很小，所以它不能承受大的电流和高的反向电压。由于极间电容很小，所以这类管子适用于高频电路。,(2)面接触型,面接触型或称面结型二极管的PN结是用合金法或扩散法做成的。由于这种二极管的PN结面积大，可承受较大的电流。但极间电容较大，这类器件适用于低频电路，主要用于整流电路。,三、二极管的伏安特性,二极管2CP31加正向电压的实验数据,二极管2CP31加反向电压的实验数据,三、二极管的伏安特性,（1）正向特性0A段:死区AB段:正向导通区（2）反向特性0D段:反向截止区DE段:反向击穿区,（1）正向特性。0A段称为“死区”，在这一区间，正向电压增加时正向电流增加甚微，近似为零。在该区，二极管呈现很大的正向电阻，对外不导通。AB段称为正向导通区，随着外加电压的增加，电流急剧增大。此时二极管电阻很小，对外呈现导通状态，在电路中相当于一个闭合的开关。二极管在导通状态下，管子两端的正向压降很小（硅管为0.7V，锗管为0.3V），而且比较稳定，表现出很好的恒压特性。但所加的正向电压不能太大，否则PN结会因过热而被烧坏。,（2）反向特性。0D段称为反向截止区。当反向电压增加时，反向电流增加很小，几乎保持不变。此电流称为反向饱和电流，记作IS。IS愈大，表明二极管单向导电性能愈差。小功率硅管的IS小于1A，锗管的IS为几A几千A。这也是硅管和锗管的一个显著区别。这时二极管呈现很高的电阻，在电路中相当于一个断开的开关，电路呈现截止状态。段称为反向击穿区。当反向电压增加到一定值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。发生反向击穿时所加的电压称为反向击穿电压，记作UBR。反向击穿电压愈大，表明二极管的耐压性能愈好。反向击穿后的电流不加以限制，结同样也会因过热而被烧坏，这种情况称为热击穿。,1最大整流电流IFMIFM是指二极管长期运行时允许通过的最大正向直流电流。IFM与PN结的材料、面积及散热条件有关。大功率二极管使用时，一般要加散热片。在实际使用时，流过二极管最大平均电流不能超过IFM，否则二极管会因过热而损坏。,2.最高反向工作电压URM（反向峰值电压）URM是指二极管在使用时允许外加的最大反向电压，其值通常取二极管反向击穿电压的一半左右。在实际使用时，二极管所承受的最大反向电压值不应超过URM，以免二极管发生反向击穿。,四、二极管的主要参数,3反向电流IR与最大反向电流IRMIR是指在室温下，二极管未击穿时的反向电流值。IRM是指二极管在常温下承受最高反向工作电压URM时的反向漏电流，一般很小，但其受温度影响很大。当温度升高时，IRM显著增大。4最高工作频率fM二极管的工作频率若超过一定值，就可能失去单向导电性，这一频率称为最高工作频率。它主要由PN结的结电容的大小来决定。点接触型二极管结电容较小，fM可达几百兆赫兹。面接触型二极管结电容较大，fM只能达到几十兆赫兹。,1发光二极管2光电二极管,五、特殊二极管,3稳压二极管,(1)稳定电压UzUz是稳压管反向击穿稳定工作的电压。(2)稳定电流IzIz是指稳压管工作的最小电流值。如果电流小于Iz，则稳压性能差，甚至失去稳压作用。(3)动态电阻rzrz是稳压管在反向击穿工作区，电压的变化量与对应的电流变化量的比值，即rz越小，稳压性能越好。,稳压二极管基本参数,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阴二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=6V,例1：,取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。,两个二极管的阴极接在一起取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。,V1阳=6V，V2阳=0V，V1阴=V2阴=12VUD1=6V，UD2=12VUD2UD1D2优先导通，D1截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=0V,求：UAB,课堂作业1：,ui8V，二极管导通，可看作短路uo=8VuiUE，故发射结正偏，集电结反偏，所以图（a）中的三极管工作于放大区。在图（b）中，三极管为NPN型,UB=3.7V,UC=3.3V,UE=3V，经比较：UBUCUE，发射结和集电结均正向偏置，所以图（b）中的三极管处于饱和区,作业5：判断图中的三极管的工作状态。,在图（c）中，三极管为NPN型,UB=2V,UC=8V,U=2.7V，经比较：UCUEUB，发射结和集电结均反向偏置，所以图（c）中的三极管工作于截止区。在图（d）中，三极管为PNP型，对于PNP型三极管，工作在放大区时，各极电压的关系大小应为UEUBUC；工作于截止区时，各极电压的大小关系应为UBUEUC；工作于饱和区时，各极电压的大小关系应为UEUCUB。在图（d）中，UB=-3V,UE=0V,UC=-5V。经比较得：UEUBUC，发射结正向偏置，集电结反向偏置，所以图（d）中的三极管工作于放大区。,四、三极管的主要参数,1.电流放大系数，,直流电流放大系数,交流电流放大系数,当晶体管接成发射极电路时，,注意：,和的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下，两者数值接近。,常用晶体管的值在20200之间。,由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有在特性曲线的近于水平部分，IC随IB成正比变化，值才可认为是基本恒定的。,作业6：在UCE=6V时，在Q1点IB=40A,IC=1.5mA；在Q2点IB=60A,IC=2.3mA。求,在以后的计算中，一般作近似处理：=。,在Q1点，有,由Q1和Q2点，得,ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,2.穿透电流ICEO,3集电极最大允许电流ICM,集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。,5反向击穿电压U(BR)CEO,U(BR)CEO是三极管基极开路时，集射极之间的最大允许电压。当集射极之间的电压大于此值，三极管将被击穿损坏。,4集电极最大允许耗散功耗PCM,PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。PCPCM=UCEIC,硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。,1.NPN型三极管处在放大状态时是()A.UBE0,UBC0C.UBE0,UBC02.当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为。A.前者反偏、后者也反偏B.前者正偏、后者反偏C.前者正偏、后者也正偏3.某放大状态的晶体三极管，当IB=20A时，IC=1mA，当IB=60A时，IC=3mA。则该管的电流放大系数值为_,B,C,课堂作业7：,50,第一章结束！,第二章基本放大电路,第一节放大的概念和放大电路的主要性能指标第二节放大电路的分析方法第三节固定偏置共射极放大电路第四节分压式偏置电路共射极放大电路第五节共集电极放大电路与共基极放大电路第七节多级放大电路,教学目的及要求：1.掌握放大电路的组成、工作原理和性能指标。2.掌握放大电路的静态、动态分析方法。3.掌握微变等效电路的分析方法4.掌握动态指标的求解方法5.掌握放大器偏置电路的特点。6.了解共集电极电路和共基极电路组成7.掌握多级放大电路的级间耦合方式。8.理解多级放大电路的分析。教学重点：放大电路的静态、动态分析方法；放大电路的微变等效电路及其动态指标教学难点：三极管的微变等效电路;多级放大电路的分析方法,第2章放大电路基础,一、放大的概念,第一节放大的概念和放大电路的主要性能指标,二、放大电路的主要性能指标,1.放大倍数,2.输入电阻Ri,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分压大小的参数。电路的输入电阻Ri从信号源取得的电压ui，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。,3.输出电阻ro,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。,三、直流通路与交流通路,静态分析的对象是直流量，用来确定管子的静态工作点；动态分析的对象是交流量，用来分析放大电路的性能指标。,1.直流通路的画法,画法:将电容视为开路，电感视为短路，其他元器件不变,2.交流通路的画法,画法:信号频率较高时，将容量较大的电容视为短路，将电感视为开路，将直流电源（设内阻为零）视为短路，其他不变。,第二节放大电路的分析方法,一、估算法:用在静态直流分析,由KVL:UCC=IBRB+UBE,三极管工作在放大区，则,由KVL:UCC=ICQRC+UCE,所以UCE=UCCICQRC,1.静态分析,用作图的方法确定静态值,步骤：(1)用估算法确定IB,优点：能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。,(3)由输出特性确定iC和UCC,UCC=icRC+UCE,直流负载线方程,（2）根据IB值在输出特性曲线中找到对应的曲线，如图2.5（）所示。,二、图解法既可作静态分析，也可作动态分析。,直流负载线,由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点,iC=0,UCE=UCCUCE=0,iC=UCC/RC,UCC=icRC+UCE,解（1）估算法。由(2-1)、(2-2)和(2-3)可得,CEQCCCQRC=20(21036103)=8V,(2)图解法在图2.4(c)中,根据ICcc/Rc3.3mA,cc20作直流负载线MN,与BBQ40A的曲线相交得静态工作点,根据点所对应的坐标得CQ=2mA,CEQ=8V。,作业2：用估算法计算静态工作点。,已知：UCC=12V，RC=4k，Rb=300k，=37.5。,解：,2.动态分析,用图解法进行动态分析：缺点：精度低、不能用于复杂电路、不能算出输入电阻ri，输出电阻ro。交流负载线是一条通过Q点的直线，其斜率为,3.静态工作点对输出波形的影响,(a)截止失真(b)饱和失真,4.图解法的适用范围,图解法的优点是能直观形象地反映三极管的工作情况，但必须实测所用管子的特性曲线，且用它进行定量分析时误差较大，此外仅能反映信号频率较低时的电压、电流关系。因此，图解法一般适用于输出幅值较大而频率不高时的电路分析。在实际应用中，多用于分析Q点位置、最大不失真输出电压、失真情况及低频功放电路等。,三、微变等效电路分析法-用于动态分析,当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。,（1）三极管基极与发射极之间等效交流电阻rbe,rbe一般为几百欧到几千欧。,即输入端等效,三极管的输入电阻,三极管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和ib之间的关系。,（2）三极管集电极与发射极之间等效为受控电流源，即输出端等效,输出特性,输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。,三极管的输出回路(C、E之间)可用一受控电流源ic=ib等效代替，即由来确定ic和ib之间的关系。,一般在20200之间。,ib,晶体三极管,微变等效电路,放大电路的微变等效电路,三极管的B、E之间可用rbe等效代替。,三极管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。,第三节固定偏置共射极放大电路,一、组成及各元器件的作用,1.电路组成,2各元件的作用,三极管VT-放大元件,IC=IB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使三极管工作在放大区。,集电极电源Ucc：它除了为输出信号提供能量外，还为集电结和发射结提供偏置，以使晶体管起到放大作用。Ucc一般为几伏到几十伏。,集电极负载电阻Rc：它的主要作用是将已经放大的集电极电流的转化变换为电压的变化，以实现电压放大。Rc阻值一般为几千欧到几十千欧。,基极偏置电阻Rb：串联Rb是为了控制基极电流IB的大小，使放大电路获得较合适的工作点。Rb阻值一般为几十千欧。,耦合电容C1、C2(几F)-隔离输入、输出与放大电路直流的联系。,电容有通交流、隔直流的作用,二、固定偏置共射极放大电路的分析,1.固定偏置共射极放大电路的静态工作点,由+UccRbb极e极地可得:,当UBEIB，忽略IB，则UB=Rb2UCC/（Rb1+Rb2）,四、分压式偏置电路共射极放大电路的分析,1.分压式偏置电路共射极放大电路的静态分析,由b极e极Re地可得:,由+UccRcc极e极Re地可得,作业：在图（a）中，若已知=50，UBEQ=0.7V，Rb2=20k，Rb1=50k，Rc=5k，Re=2.7k，UCC=12V，求静态工作点参数。,解,2.分压式偏置电路共射极放大电路的动态分析,作业：在图中，若已知=50，UBE=0.7V，Rb2=20k，Rb1=50k，Rc=5k，Re=2.7k，UCC=12V，若RL=5k，求Au，ri，ro,解：,第五节共集电极放大电路与共基极放大电路,一、共集电极放大电路(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。,1静态分析,直流通路,2动态分析,（1）电压放大倍数,电压放大倍数Au1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Ri,（3）输出电阻Ro,将信号源短路，保留其内阻，在输出端去掉RL，加一交流电压，产生电流，则：,例2-3若如图2-13(a)所示电路中各元件参数为：UCC=12V，RB=240k,RE=3.9k,RS=600,RL=12k。=60。C1和C2容量足够大，试求：Au,Ri,Ro。,在图示放大电路中，已知UCC=12V,RE=2k,RB=200k，RL=2k，三极管=60，UBE=0.6V,信号源内阻RS=100，试求:(1)静态工作点IB、IE及UCE；(2)画出微变等效电路；(3)Au、ri和ro。,作业4:,解:,(1)由直流通路求静态工作点。,直流通路,(2)由微变等效电路求Au、ri、ro。,微变等效电路,二、共基极放大电路,1.静态分析,共基极放大电路的直流通路与图2-11共射极分压式偏置电路的直流通路一样，所以与共射极放大电路的静态工作点的计算相同。,（2）输入电阻。当不考虑Re的并联支路时，,当考虑Re时，,（3）输出电阻。,ro=Rc,由于在求输出电阻RO时令,。则有,，,受控电流源作开路处理，故输出电阻,第七节多级放大电路,在实际的电子设备中，为了得到足够大的放大倍数或者使输入电阻和输出电阻达到指标要求，一个放大电路往往由多级组成。多级放大电路由输入级、中间级及输出级组成,一、级间耦合方式,1.阻容耦合阻容耦合是利用电容器作为耦合元件将前级和后级连接起来。这个电容器称为耦合电容，如图2.24所示。第一级的输出信号通过电容器C2和第二级的输入端相连接。,阻容耦合的优点是：前级和后级直流通路彼此隔开，每一级的静态工件点相互独立，互不影响。便于分析和设计电路。因此，阻容耦合在多级交流放大电路中得到了广泛应用。阻容耦合的缺点是：在集成电路里制造大电容很困难，不利于集成化。所以，阻容耦合只适用于分立元件组成的电路。,2.变压器耦合变压器耦合是利用变压器将前级的输出端与后级的输入端连接起来，这种耦合方式称为变压器耦合。将V1的输出信号经过变压器T1送到V2的基极和发射极之间。V2的输出信号经T2耦合到负载RL上。,变压器耦合的优点是：由于变压器不能传输直流信号，且有隔直作用，因此各级静态工作点相互独立，互不影响。变压器耦合的缺点是：体积大、笨重等，不能实现集成化应用。,3.直接耦合直接耦合是将前级放大电路和后级放大电路直接相连的耦合方式，这种耦合方式称为直接耦合。,直接耦合所用元件少，体积小，低频特性好，便于集成化。直接耦合的缺点是：由于失去隔离作用，使前级和后级的直流通路相通，静态电位相互牵制，使得各级静态工作点相互影响。另外还存在着零点漂移现象。,4.光电耦合,放大器的级与级之间通过光电耦合器相连接的方式，称为光电耦合。,由于它是通过电光电的转换来实现级间耦合，各级的直流工作点相互独立。采用光电耦合，可以提高电路的抗干扰能力。,1.电压放大倍数,所以总的电压放大倍数为,即总的电压放大倍数为各级放大倍数的连乘积。,二、多级放大电路的主要性能指标,2.输入电阻,Ri=Ri1,3.输出电阻,Ro=Ron,第二章结束！,第三章集成运算放大器的基本概念,第一节集成运算放大器的基本组成第二节差分放大电路第三节集成运算放大器的分类及主要参数,教学目的及要求：1.了解集成运算放大器的基本组成。2.掌握差动放大电路。3.掌握集成运算放大器的主要参数。教学重点：掌握差动放大电路教学难点：差动放大电路；集成运算放大器的主要参数,第三章集成运算放大器的基本概念,集成运算放大器简介,集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。(放大倍数104107),集成电路是把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上,组成一个不可分的整体。,集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价格低。,集成运算放大器件外形图,实际集成运算放大器的管脚和符号,反相输入端,同相输入端,信号传输方向,输出端,(a),(b),(a)符号;,(b)引脚,实际运放开环电压放大倍数,第一节集成运算放大器的基本组成,集成运放由四部分组成：输入级、中间级（电压放大级）、输出级和偏置电路。,1.输入级对于高增益的直接耦合放大电路，减小零点漂移的关键在第一级，因此集成运放的输入级一般是由差分放大电路组成的。利用差分放大电路的对称性，可以减小零点漂移的影响。它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。,2.中间级中间级（电压放大级）的主要作用是提高电压增益，大多采用由恒流源作为有源负载的共发射极放大电路，其放大倍数一般在几千倍以上。,3.输出级输出级应具有较大的电压输出幅度、较高的输出功率和较低的输出电阻，一般采用甲乙类互补对称放大电路。4.偏置电路偏置电路提供给各级直流偏置电流，使之获得合适的静态工作点。它由各种电流源电路组成。此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等。,零点漂移：指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象。,产生的原因：三极管参数随温度变化、电源电压波动、电路元件参数的变化。,第二节差分放大电路,零点漂移的危害：直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。严重时，由于后级放大电路的放大作用，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。,差动放大电路(差分式放大电路)-是抑制零点漂移最有效的电路结构。,第二节差分放大电路,电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。,两管特性相同，静态工作点相同左右对称。,一、基本差分放大电路,1.电路组成及特点,静态时，即ui1=ui2=0时，放大电路处于静态。由于电路完全对称，两三极管集电极电位Uc1=Uc2，则输出电压Uo=Uc1-Uc2=0。当温度变化时，两三极管集电极电流Ic1和Ic2同时增加，集电极电位Uc1和Uc2同时下降，且Uc1=Uc2,uo=(Uc1+Uc1)-(Uc2+Uc2)=0，故输出端没有零点漂移，这就是差分放大电路抑制零点漂移的基本原理。,2.零点漂移的抑制,3.差模信号与差模放大倍数（大小相等、极性相反）,两个差模信号分别用uid1和uid2表示，uid1=-uid2。,ui1=uid1,ui2=uid2=-uid1,差模输入电压uid=uid1-uid2=2uid1=-2uid2,差模输出电压,uod=uc1-uc2=2uc1,差模电压放大倍数,即对差模信号放大能力没有影响。,4.共模信号与共模放大倍数：大小相等、极性相同,ui1=ui2=uic,在共模信号作用下，由于电路完全对称，输出电压uoc=0,两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即对共模信号没有放大能力。,(CommonModeRejectionRatio),差模放大倍数=差模输出电压/差模输入电压,共模放大倍数=共模输出电压/共模输入电压,KCMR越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。,5.共模抑制比kCMR,共模抑制比,二、典型差分放大电路,1.电路组成,电路由两个对称的共射电路通过公共的发射极电阻Re相耦合，故又称为射极耦合差分放大电路。电路由正负电源供电。,Re的作用：稳定静态工作点，限制每个管子的漂移,UEE：用于补偿Re上的压降，以使VT1、VT2获得合适的工作点。,第三节集成运算放大器的分类及主要参数,一、集成运算放大器的分类,集成运算放大器是电子技术领域中的一种最基本的放大元件，在自动控制、测量技术、家用电器等多种领域中应用相当广泛。国产集成运算放大器有通用型和特殊型两大类。（1）通用型通用型有通用1型（低增益），通用2型（中增益），通用3型（高增益）三类。（2）特殊型特殊型有高精度型、高阻抗型、高速型、高压型、低功耗型及大功率型等。通用型的指标比较均衡全面，适用于一般电路；特殊型的指标大多数有一项指标非常突出，它是为满足某些专用的电路需要而设计的。,1开环差模电压放大倍数Aod当集成运放工作在线性区时，输出开路时的输出电压uO与输入端的差模输入电压uid=(u+-u-)的比值称为开环差模电压放大倍数Aod。,2输入失调电压uiO及输入失调电压温度系数auiO为使运放输出电压为零，在输入端之间所加的补偿电压，称为输入失调电压uiO。auiO是指在规定温度范围内，输入失调电压胡随随温度的变化率，即一般集成运放的auiO小于。3输入失调电流Iio及输入失调电流温度系数aIIo当输入信号为零时，集成运放两输入端静态电流之差，称为输入失调电流Iio，即Iio=IB+-IB-，Iio愈小愈好。,二、集成运算放大器的主要参数,4共模抑制比KCMR其定义同差动放大电路。若用分贝数表示时，集成运算的共模抑制比KCMR通常在80180dB之间。5输入偏置电流IIB当输入信号为零时，集成运放两输入端的静态电流IB+和IB-的平均值，称为输入偏置电流IIB，即，这个电流也是愈小愈好，典型值为几百纳安。6差模输入电阻rid和输出电阻rod7最大差模输入电压Uidmax指集成运放对共模信号具有很强的抑制性能，但这个性能必须在规定的共模输入电压范围之内，若共模输入电压超出Uidmax,则集成运放输入级就会击穿而损坏。,8最大共模输入电压Uidmax集成运放对共模信号具有很强的抑制性能，但这个性能必须在规定的共模输入电压范围之内，若共模输入电压超出Uidmax，集成运放的输入级就会不正常，KCMR将显著下降。9最大输出电压幅度Uopp指能使输出电压与输入电压保持不失真关系的最大输出电压。10静态功耗Pco指不接负载且输入信号为零时，集成运放本身所消耗的电源总功率。Pco一般为几十毫瓦。,三、理想运放的概念,1.理想运放的主要条件为：,为了便于分析集成运放的线性应用，我们还需要建立“虚短”与“虚断”这两个概念。(1)“虚短”,2、理想运放的特点,(2)“虚断”,2)由于开环输入电阻rid无穷大，输入电流约等于0即I+=I=(U+-U)/rid0,称“虚断”,1)因为Uo=Aod(U+U)而且所以输入电压约等于0即U+=U=0,称“虚地”如果U+=U0，称“虚短”,第三章结束！,第4章集成运算放大器的应用,第一节理想运算放大器第二节集成运算放大器的线性应用第三节集成运算放大器的非线性应用电压比较器第四节集成运算放大器应用时的事项,教学目的及要求：1.掌握理想运放的特点。2.掌握运放的比例、加、减、微分、积分运算。教学重点：运放的线性应用教学难点：运放的线性应用和非线性应用,第4章集成运算放大器应用电路,一、理想运算放大器工作在线性区的特点当集成运放电路引入负反馈时，集成运放工作在线性区。如图4-1所示，引入负反馈是集成运放工作在线性区的基本特征。工作在线性放大状态的理想运放具有“虚短”和“虚断”的两个重要特点。,第一节理想运算放大器,集成运放在应用过程中若处于开环状态，或只引入了正反馈，则表明成运放工作在非线性区。对于理想运放，输出电压uo与输入电压（u+-u-）不再是线性关系，称集成运放工作在非线性工作区，其电压传输特性如图4-2所示。,二、理想运算放大器工作在非线性区的特点,1.输出电压uo只有两种可能的情况:当u+u-时，uo=+Uom;当u+u-时，uo=-Uom。2.由于理想运放的Rid，则有i+=i-=0即输入端几乎不取用电流。由此可见，理想运放工作在非线性区时的具有“虚断”的特点。,第二节集成运算放大器的线性应用,集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和除法等运算。,1.反相比例运算电路,因虚地,所以u=u=0，,因虚断，i+=i=0，,平衡电阻R=R/Rf,一、比例运算-代数方程式是uo=kui，比例常数k为电路的电压放大系数Auf,节点N的电流方程为iR=if+i-,结论：,(1)Auf为负值，即uo与ui极性相反。因为ui加在反相输入端。,(2)Auf只与外部电阻R、RF有关，与运放本身参数无关。,(3)|Auf|可大于1，也可等于1或小于1。,作业1：电路如下图所示，已知R=10k，Rf=50k。求:Auf、R；,解：Auf=RfR=5010=5,R=R/Rf=1050(10+50)=8.3k,2.同相比例运算电路,因虚断，所以i+=i=0，,因虚短，所以u=u=ui,分压原理,平衡电阻R=R/Rf,当R=，为有限值（包括零），,uo=ui，Auf=1，称电压跟随器。,结论：,(1)Auf为正值，即Uo与Ui极性相同。因为Ui加在同相输入端。,(2)Auf只与外部电阻R、RF有关，与运放本身参数无关。,(3)Auf1，不能小于1。,(4)U=U+0,反相输入端不存在“虚地”现象。,二、加、减运算电路,代数方程式是y=K1X1+K2X2+K3X3+,因虚地,u=u=0,平衡电阻：R=R1/R2/R3/Rf,因虚断，i=0if=i1+i2+i3,1）反相求和运算电路,1.求和运算电路,上式可模拟的代数方程式为,式中,当R1=R2=R3=R时，上式变为,当Rf=R时，,上式中比例系数为-1，实现了加法运算。,2）同相求和运算电路,根据“虚断”概念i1+i2+i3=0,R1/R2/R3=R/Rf,2.加减运算电路,利用叠加定理求uo与ui1、ui2、ui3各ui4之间的关系,当ui3、ui4短路时,当ui1、ui2短路时,当Ui1、Ui2、Ui3、Ui4共同作用时,若又满足Rf=R1=R2=R3=R4时则,如果电路有两个输入，且参数对称,因虚断，所以i+=i-=0,因虚地,所以u=u+=0，,所以iC=iR,三、微分和积分运算电路,1.微分运算电路,三、微分和积分运算电路,2.积分运算,因虚断，所以i+=i-=0,因虚地,所以u=u+=0，,所以iR=iC,（1）过零比较器所谓过零比较器就是参考电压为零。待比较电压（输入信号）和零参考电压（基准电压）在输入端进等比较，输出端得到比较后的电压。,第三节集成运算放大器的非线性应用电压比较器,集成运放工作在开环状态，根据运放工作在非线性的特点,输出电压为U0M。当输入电压ui0时uo=UOM。,2.一