模电复习课件

第一章总结,1.半导体的基本知识,2.Pn结的单向导电性,3.二极管的单向导电性及两种模型,4.二极管电路分析与计算,5.三极管分类、内部结构、特性曲线,.三极管参数、电极判断,.稳压管参数、工作原理,一、两种半导体和两种载流子,两种载流子的运动,电子,自由电子,空穴,价电子,两种半导体,N型(多电子),P型(多空穴),二、二极管,1.特性,单向导电,正向电阻小(理想为0)，反向电阻大()。,2.主要参数,正向最大平均电流IF,反向,最大反向工作电压U(BR)(超过则击穿),反向饱和电流IR(IS)(受温度影响),IS,3.二极管的等效模型,理想模型(大信号状态采用),正偏导通电压降为零相当于理想开关闭合,反偏截止电流为零相当于理想开关断开,恒压降模型,UD(on),正偏电压UD(on)时导通等效为恒压源UD(on),否则截止，相当于二极管支路断开,UD(on)=(0.60.8)V,估算时取0.7V,硅管：,锗管：,(0.10.3)V,0.2V,折线近似模型,相当于有内阻的恒压源UD(on),4.二极管的分析方法,图解法,微变等效电路法,5.特殊二极管,工作条件,主要用途,稳压二极管,反偏,稳压,发光二极管,正偏,发光,光敏二极管,反偏,光电转换,三、两种半导体放大器件,双极型半导体三极管(晶体三极管BJT),单极型半导体三极管(场效应管FET),两种载流子导电,单一载流子导电,晶体三极管,1.形式与结构,NPN,PNP,三区、三极、两结,2.特点,基极电流控制集电极电流并实现放大,放大条件,内因：发射区载流子浓度高、基区薄、集电区面积大,外因：发射结正偏、集电结反偏,3.电流关系,IE=IC+IB,IC=IB+ICEO,IE=(1+)IB+ICEO,IE=IC+IB,IC=IB,IE=(1+)IB,4.特性,死区电压(Uth)：,0.5V(硅管),0.1V(锗管),工作电压(UBE(on)：,0.60.8V取0.7V(硅管),0.20.3V取0.3V(锗管),饱和区,截止区,放大区,饱和区,截止区,放大区特点：,1)iB决定iC,2)曲线水平表示恒流,3)曲线间隔表示受控,5.参数,特性参数,电流放大倍数,=/(1),=/(1+),极间反向电流,ICBO,ICEO,极限参数,ICM,PCM,U(BR)CEO,ICM,U(BR)CEO,PCM,安全工作区,=(1+)ICBO,过损耗区,例.在晶体管放大电路中，测得三个晶体管的各个电极的电位如图所示。试判断各晶体管的类型（是PNP管还是NPN管，是硅管还是锗管），并区分e、b、c三个电极。,小结,第一节放大电路组成及工作原理,一、基本放大电路定义,由一个放大元件所构成的简单放大电路。放大元件：三极管、场效应管,二、基本放大电路组成,第二章放大电路基础,三、各元件作用,四.放大电路的组成原则,1.电路中要有放大元件，而且电源的设置应与三极管的类型相匹配，使三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，以保证三极管工作在放大状态。对于NPN管，必须使：UBE0，UBCIB，则,UEQUBQUBEQ,UCEQ=UCCICQRCIEQRE=UCCICQ(RC+RE),Q值仅与电阻和电源数值有关，而基本与管子的参数无关。,注意：该电路计算Q点应从UB入手：,UBQUEQIEQICQIBQ、UCEQ,ri=RB1RB2rbe,rORC,.,基本放大电路的三种组态,3.4.1共集电极放大电路射极输出器,1、电路结构,2、静态分析,UCEQ=UCCIEQRE=UCCICQRE,ICQ=IBQ,3、动态分析,1）求电压放大倍数Au,Uo=Ie(RERL)=(1+)IbRE,Ui=Ibrbe+IeRE=Ibrbe+(1+)IbRE,2）求输入电阻ri,射极输出器的输入电阻较大,）求输出电阻ro,I=IRe+Ib+Ib,射极输出器的输出电阻很小。,（a）作多级放大电路的输入极。,（b）作多级放大电路的输出极。,）特点和应用,（c）作多级放大电路的缓冲级,由于ro较小，可提高电路的带载能力。,由于ri较大，可提高输入信号的利用率。,应用:,3.4.2、共基极放大电路,1、电路结构,2、静态分析,UCEQ=UCCICQRCIEQRE=UCCICQ(RC+RE),3、动态分析,1）求电压放大倍数,Ui=Ibrbe,2）求输入电阻,I1=Ii+Ie,3）求输出电阻,Us=0，则Ib=0,Ic=0,ro=Rc,4、三极管共基极电流放大倍数,在共基极接法中，三极管的输入电流为Ie，输出电流为Ic，因此,2.4.3、三种组态的比较（总结）,ri高，ro低，Au小于接近于1，无电压放大作用,具有电压跟随的特点；有电流放大作用。常用作电压放大电路的输入级与输出级,三种接法的主要特点和应用,具有较大的电压、电流放大倍数，同时ri高，ro比较适中，故常用作放大电路的输入/输出/中间级；具有倒相作用。,1共射电路：,2射随:,3共基电路,作输出级（输出阻抗低，带负载能力强）,ri低，结电容影响小，频率特性好，常用于宽带放大器；ro高，可用作恒流源（在运放内部结构中可以看到它的应用）；无电流放大作用，有电压放大作用，且Uo与Ui同相。,2.4.3、三种组态的比较（总结）,ri高，ro低，Au小于接近于1，无电压放大作用,具有电压跟随的特点；有电流放大作用。常用作电压放大电路的输入级与输出级,三种接法的主要特点和应用,具有较大的电压、电流放大倍数，同时ri高，ro比较适中，故常用作放大电路的输入/输出/中间级；具有倒相作用。,1共射电路：,2射随:,解:1）,2.6,UCEQ=7.2V,7.2,UCEMUCEQICQRL=9.8V,4.8,9.8,2.6,7.2,UOM1UCEQUCES=7.24.8=2.4V,UOM2UCEMUCEQ=9.87.2=2.6V,UOMmin(UOM1，UOM2)=2.4V,如图电路，=100，试用微变等效电路法求解：1)不接负载电阻时的电压放大倍数；2)接负载电阻时的电压放大倍数；3)ri、rO；4)信号源内阻RS500的电压放大倍数。,多级放大电路的分析和动态参数的计算,1、电压放大倍数Au：各级电压放大倍数之积。,2、输入电阻：第一级放大电路的输入电阻。,3、输出电阻：最后一级的输出电阻。,ri=ri1,ro=ron,在分析多级放大电路时，要考虑前、后级之间的相互影响。通常把后一级的输入电阻看作前一级的交流负载电阻，即令：rLk=ri,k+1。,例1：如图所示两级阻容耦合放大电路，已知：1=2=50，计算该电路的总的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,ICQ=IBQ1mA,UCE1=UCC-IC1RE1=9V,UCE2UCCIC2(RC2+RE2)=122(2+1.5)=5V,RL1=RE1RL1=RE1ri2=0.67K,RL1=ri2=RB4RB5rbe2=0.87K,RL2=RC2RL=1.5K,Au=Au1Au2=0.95(78)75,ro=ro2RC22K,ri=ri1=(RB3+RB1RB2)rbe1+(1+)RE131.5K,基本差动放大电路,一、基本差动放大电路,二、抑制零点漂移原理,理想情况下，电路对称，ui=0时，IC1=IC2，UC1=UC2，所以uo=UC1-UC2=0,故：零漂移被抑制。,即,由于电路完全对称，两管uC的变化相同，所以uo=0，从而AC=0（实际上两管不可能完全对称，即Uo0，但AC很小）。,三、当有信号输入时（ui=0）,对称差放的工作情况分成以下几种来讨论：,1、ui1=ui2（大小、相位均相同）,称为共模输入,2、ui1=ui2（大小相同、极性相反）,称为差模输入,差模放大倍数：,（设ui1为正）,即：与单管放大倍数相同。,3、ui1ui2(两个输入信号的大小和极性任意的)称为比较输入。,问题：为什么要引入差放呢？,引入差动电路的主要目的是多用一个放大管来换取对零漂的抑制。,可分解为共模分量和差模分量,四、共模抑制比CMRR：,差模电压放大倍数Ad对共模电压放大倍数Ac之比的绝对值。CMRR越高的差动放大电路，抑制零点漂移的能力越强。,例：电路如图（见下页），已知Rc=10k，RB=300k，RS=2k，rbe1=rbe2=1k，1=2=50。1）此电路若采用单端输出，能抑制零漂吗？2）若结构上完全对称，求差模电压放大倍数Ad和共模电压放大倍数Ac。,AC=0,典型差动放大电路长尾式差放,1、利用差动抑制零漂,一、工作原理,2、利用RP调校对称性,由于长尾电路的偏流由负电源UEE提供，所以RB可以不用，而保留RS,采用该电路的优点：,3、利用RE稳定静态工作点，抑制共模信号零漂。,1）对于共模输入，iC1、iC2同时增加，iRE增加,uE升高，uBE减小，从而限制iC1、iC2的增加，RE起共模电流负反馈作用,RE共模反馈电阻。,2）对于差模输入，iC1=iC2,iRE保持不变，UE=0，RE不起作用。,可见，RE引入的共模负反馈使AC减小了，降低了每个管子的零漂；但对Ad没有影响，因此提高了电路的共模抑制比。,RE愈大，共模负反馈愈强，零漂越小。但是随着RE的增大，其上的直流压降也愈大，故引入一个负电源UEE来补偿RE上的压降，以免输出电压范围减小；同时也保证UB近似“0”电位。,两管对称,二、性能分析,1静态分析（Ui=0）：,IB1=IB2=IB,IE1=IE2=IE=IRE/2,IC1=IC2=IC,根据电路：,2动态分析（ui1=ui2）：,对于差模输入信号，由于两管的输入信号幅度相等而极性相反，所以iC1=iC2,流过RE的电流iRE保持不变，则uE=0，uE相当于一个固定电位，可等效作电源同样考虑，则在画交流通路时可看作交流地，故得单管交流通路如下：,1）等效电路：,）放大倍数：,当在两管的集电极间接入负载RL时，由于差动输入，一管uC升高，另一管uC降低，RL中点的电位不变，相当于交流地，故可以认为每管各带一负载RL/2，所以RL=RC/（RL/2）。,ui=ui1-ui2，输入信号以电压的形式相加减，故可以认为两输入端口之间为串联的关系，所以差模输入电阻为：,3）差动输入电阻ri,4）差模输出电阻ro,ri=2（RS+rbe）+（1+）RP,ro=2RC,3.7图P3.7所示电路参数理想对称，晶体管的均为50，,=100，UBEQ0.7。试计算RW滑动端在中点时T1管和T2管的发射极静态电流IEQ，以及动态参数Ad和Ri。,解：RW滑动端在中点时T1管和T2管的发射极静态电流分析如下：,Ad和Ri分析如下：,3.8差分放大电路如图所示。设VT1、VT2特性对称且12100，UBE1UBE2UBE0.6V，rbb1rbb2rbb240。试估算：1VT1、VT2的静态工作电流、电压：IC、ICE；2差模电压放大倍数Aud。,解：,功放复习,功率放大电路的相关概念,一、对功放的一般要求（特点）,1、输出功率尽可能大。,对共射接法：,2、非线性失真要小。,3、效率要高,二、功放分类,1甲类功放Q点位于交流负载线的中点（Q1）,2乙类功放Q点位于截止边缘（Q2此时只有信号的正半周起作用）,3甲乙类功放Q点处于甲类和乙类之间（Q3靠近截止区）,功放的内部损耗主要是静态管耗（PC=ICQUCEQ），从效率角度考虑，PC越小越好，显然乙类功放管耗最小，其次是甲乙类，但却都易引起失真。,互补对称功率放大电路,一、OTL电路（OutputTransformerless）,1静态时，两管都工作于乙类状态；,2当Ui在UCC/2上下变化时,正半周时，T1导通，T2截止,CL充电，电流由电源提供；,负半周时，T1截止,T2导通，CL放电，电流由电容CL提供。,3.电路缺点：信号较小时，有交越失真,二、OTL甲乙类互补对称电路,三、OCL甲乙类互补对称功放,采用复合管的功率输出级,复合管（达林顿管）,复合管的类型由第一管决定，第一管的类型相同（若第一管为PNP管，则复合管为PNP型），且b、c、e各极与第一管相同。,例：一双电源互补对称电路如图题所示，设已知Vcc12V，RL6，vI为正弦波。求：1）在BJT的饱和压降VCES可以忽略不计的条件下，负载上可能得到的最大输出功率Pom；2）每个管子允许的管耗PCM至少应为多少？3）每个管子的耐压|V(BR)CEO|应大于多少？,输出功率,每管允许的管耗,每管子的耐压,运放复习,运放结构特点：,、因硅片上不能制作大电容，故级间采用直接耦合；,、为减少环境温度和干扰等影响，多采用对称电路（如差动电路）和复合电路来改善电路性能；,、因为硅片上不易制作高阻值电阻，所以大量采用电流源代替大电阻；,、集成晶体管和场效应管因制作工艺不同，性能上有较大差异，所以在集成运放中常采用复合形式。,集成运放的组成,输入电阻大，输出电阻小，抑制零漂能力强，可输出较大的功率。,理想运算放大器,1.开环放大倍数Auo,2.差模输入电阻rid,3.开环输出电阻ro0,4.共模抑制比CMRR,5失调电UOS、失调电流IOS及它们的温漂均为零,6输入偏置电流IB1=IB2=0,一、理想运算放大器性能指标,1.运放工作在线性区时，有两条重要结论：,即：输入电流等于0虚断。同相输入端和反相输入端近似等电位虚短。,二、开环电压传输特性,2非线性区（饱和区）,(1)当u+u，uo=+Uo(sat),(2)当u+u，uo=Uo(sat),由于rid，所以此时仍有IB1=IB2=0,比例运算电路,一、反相比例运算电路,二、同相比例运算电路,三、差动比例运算电路,四、反相求和电路,积分电路和微分电路,一、积分电路,uo,二、比例积分调节器（PI调节器）,三、微分电路,例：运放电路如图所示，设各级电阻已平衡，t=0时，输入输出电压均为零，求Uo与输入电压之间的关系。,例：设计一个能实现Uo=2Ui1-5Ui2+0.1Ui3的求和电路。,电路如图所示，要求,（2）若RF1=R1，RF2=R2，R3=R4，写出此时uo与u11，u12的关系式。,（1）写出输出电压uo与输入电压u11，u12之间运算关系的表达式。,解：,当u01单独作用时,当u12单独作用时,电路如图所示，要求,（2）若Rf1=R1，Rf2=R2，R3=R4，写出此时uo与u11，u12的关系式。,（1）写出输出电压uo与输入电压u11，u12之间运算关系的表达式。,（2）若Rf1=R1，Rf2=R2，R3=R4,分别求解图所示电路的运算关系,反馈复习,反馈的分类,一、根据反馈信号的成份分：,交流反馈：Xf中仅包含交流成份,直流反馈：Xf中仅包含直流成份,交、直流反馈：交直流成份兼而有之。,交流反馈：在反馈支路串有电容；直流反馈：在反馈支路的中间或两端对地接有电容;否则交直流反馈。,问题的关键:电容隔直通交,一般判别：,判别：采用瞬时极性法,二、反馈极性分：正反馈、负反馈,三、反馈的组态,电压反馈：Xf取自输出电压Uo,电流反馈：Xf取自输出电流Io,输出端：,判别：如果反馈信号和输出信号取自同一极，则为电压反馈，否则为电流反馈。,并联反馈：Xf与Xi以电流的形式相加减。,串联反馈：Xf与Xi以电压的形式相加减。,输入端：,判别：如果反馈信号和输入信号加在同一极，则为并联反馈，否则为串联反馈。,引入负反馈的一般原则：,1要稳定直流量（如Q点），应引入直流负反馈；,2要稳定交流性能，应引入交流负反馈；,要稳定输出电压，应引入电压负反馈；（减小输出电阻）,要稳定输出电流，应引入电流负反馈；（提高输出电阻）,要提高输入电阻，应引入串联负反馈；,要降低输入电阻，应引入并联负反馈。,负反馈对放大电路性能的影响,一、提高放大倍数的稳定性：提高了（1+AF）倍,二、扩展频带：频带展宽了（1+AF）倍,三、减小非线形失真及抑制干扰和噪声,四、负反馈对输入电阻的影响,1、串联负反馈：增大输入电阻，rif=(1+AF)ri（）,2、并联负反馈：减小输入电阻，rif=ri/(1+AF)（0）,1、电压负反馈：减小输出电阻，也就是稳定输出电压。rof=ro/(1+AF)（0）,五、负反馈对输出电阻的影响,2、电流负反馈:增大输出电阻，也就是稳定输出电流。rof=(1+AF)ro（）,深度负反馈放大电路的计算,方法一：转换法,先求出反馈系数F，然后求出Af，再转换成Auf或Ausf。,具体估算步骤如下：,1判别反馈组态，确定A、F的含义；,2画出F电路，列出F表达式；,3求出Af=1/F;,4转换成Auf或Ausf,方法二：直接法,先找出Xf与Xi的联系（XfXi），然后根据不同的反馈组态，直接求闭环电压放大倍数。,具体估算步骤如下：,1判别反馈组态，确定Xi、Xf、Xo的形式（电压或电流）；,2画出F电路；,3利用Xf=Xi，求出该组态的Xi与Xo的关系；,4求出Auf或Ausf。,画F电路：关键消除它的正向传输作用,对于串联反馈，将输入回路断开,对于并联反馈，将输入端短路,方法：,试判断电路的反馈极性和反馈类型(或称为反馈组态)；（2）说明这种反馈类型对放大电路的哪种性能指标产生何种影响?（3）估算相应的闭环放大倍数和闭环放大电压倍数。,（1）电流并联负反馈；（2）减小输入电阻，增大输出电阻，稳定输出电流；（3）,信号处理及产生电路复习,简单电压比较器,具有限幅措施的比较器,滞回比较器,正弦波振荡电路,一、振荡条件：,三、振荡电路组成：