模拟电子技术期末总复习PPT课件

1、半导体器件基础半导体器件基础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。第1页/共67页半导体器件基础半导体器件基础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

2、成漂移电流。第2页/共67页2.1PN结形成过程：扩散扩散、漂移扩散漂移半导体器件基础半导体器件基础VU8 . 06 . 0VU3 . 02 . 0TDUUseII/srII) 1(/TDUUseII导通电压 硅（Si）:锗（Ge）：2.2 PN结伏安特性（3） PN结电流方程：（2）加反向电压：扩散漂移，（耗尽层变窄） 正向电流第3页/共67页半导体器件基础半导体器件基础2.3 PN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）第4页/共67页半导体器件

3、基础半导体器件基础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。2.4 PN结电容势垒电容CT:扩散电容CD:第5页/共67页半导体器件基础半导体器件基础3半导体二极管3.1二极管伏安特性（单向导电性） : ) 1(/TDUUsDeII硅管硅管： Ur 0.5门限电压Ur 锗管锗管： Ur 0.1反向饱和电流Is 硅管硅管： Is nA级级锗管锗管： IsA级级电压当量（室温下）电压当量（室温下）：mVUT26第6页/共67页半导体器件基础半导体器件基础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:QDImVr26QQDIUR交流

4、电阻：第7页/共67页半导体器件基础半导体器件基础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,minIzUCEO,BUEBO,B（3）集电极最大允许耗散功率PCM：实际使用时Pc108 ）（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。第18页/共67页双极型电路的基本单元电路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

5、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。第19页/共67页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）),min(;21maxoooimomUimomIUUUUUAIIA双极型电路的基本单元电路第20页/共67页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

6、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双极型电路的基本单元电路第21页/共67页3晶体管模型（1）h模型（属低、中频模型）h h参数等效电路参数等效电路CE组态简化h参数等效电路rbeIbUbeUceIbIc+-双极型电路的基本单元电路双极型电路的基本单元电路第22页/共67页h参数的求法 hfe= 2626(1)(1)bebbb ebbebbfebbEQBQrrrrrrhrII低

7、频小功率管：rbb 100300 高频小功率管：rbb 几几十 双极型电路的基本单元电路双极型电路的基本单元电路第23页/共67页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0.707 AU所对应的截频之差：BWf=fHfL低频段低频段AU 下降的原因下降的原因：耦合、旁路电容衰耗作用的影响。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双极型电路的基本单元电路第24页/共67页5.4-5.6CE、CB、CC三种组态放大电路的分析（

8、1）CE放大电路电压增益：电流增益：输入电阻：输出电阻：(/ /)(需看射极是否有偏置电阻及旁路电容）oLULCLiiURARRRUR bcIIIAccceoRRrR /1Ri=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双极型电路的基本单元电路第25页/共67页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：)1( beIIIARi=RB/ rbe +(1+ )RL ) LELbeioURRRRrRUUA/1)1 ()1 (LL EbeR

9、rRR/1)(So 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双极型电路的基本单元电路第26页/共67页5.4-5.6CE、CB、CC三种组态放大电路的性能比较类别共射放大电路共集放大电路共基放大电路电压增益AU较大小（ 1）较大Uo与Ui的相位关系反相（相差180o）同相同相最大电流增益AI较大较大小（ 1）输入电阻Ri（Ri）中等高阻低阻输出电阻Ro（Ro）中等低阻高阻频响特性较差较好好用途多级放大电路的中间级输入级、中间缓冲级、输出级高频或宽带放大电路及恒流源电路第27页/共67页1MOS管简化的交流小信号模型MOS电路的

10、基本单元电路电路的基本单元电路 Id G D gmUgs S UdS + + rds Ugs 第28页/共67页2MOS管三种组态放大器的特性比较ioUUUA)/(1LdsDLsmLmRrRRRgRg)/(1LdssLLmLmRrRRRgRg)/(/ 1)/1(LdsDLdsLLdsmRrRRrRRrgmg/1dsDrR/dssmrRg/1dsDrR/电路组态共源（CS）共漏(CD)共栅(CG)电压增益输入电阻Ri很高很高输出电阻Ro基本特点电压增益高,输入输出电压反相,输入电阻高,输出电阻主要取决于RD。电压增益小于1,但接近于1,输入输出电压同相,输入电阻高,输出电阻低。电压增益高,输入输

11、出电压同相,输入电阻低,输出电阻主要取决于RD。性能特点第29页/共67页3MOS管恒流源负载（1）增强型（单管）有源负载（D、G短接）mmbmgggoR111（2）耗尽型）耗尽型 （单管）有源负载（单管）有源负载 (G、S短接短接)mbgoR1MOS电路的基本单元电路第30页/共67页典型题解析：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。 T2 RG RC C2 C1 + Uo +UDD R + Rs + US T1 +UBB RL RG RL Uo + gmUGS S G + rds hib D Ie R hfbIe RS uS + coGif

12、eieibieL/CfeibmibmUh1hhhhh/1h/RRRRRRRrgRrgAdsds其中解:微变等效电路如图. MOS电路的基本单元电路第31页/共67页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第32页/共67页4.7/5.7多级放大电路4.多级放大电路的分析注意注意(1)(1)前级的输出电压是后一级的输入电压；

13、前级的输出电压是后一级的输入电压；(2)(2)将后一级的输入电阻作为前一级的负载。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：）多级放大电路的增益： n1=iin321AAAAAA(2)多级放大电路的输入电阻：多级放大电路的输入电阻：(3)多级放大电路的输出电阻：多级放大电路的输出电阻：Ri=Ri1Ro=Ron晶体管的基本单元电路第33页/共67页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第34页/共67页模拟集成电路1. 差模信号

14、和共模信号的概念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分式放大电路输入输出结构示意图+-vi1+-vi2+-vo1差放差放vo2+-+-vid+-voi2i1id=vvv 差模信号差模信号)(21=i2i1icvvv 共模信号共模信号idod=vvv A差模电压增益差模电压增益icoc=vvv A共模电压增益共模电压增益icciddooo =vvvvvvvAA 总输出电压总输出电压其中其中ov 差模信号产生的输出差模信号产生的输出ov 共模信号产生的输出共模信号产生的输出共模抑制比共模抑制比反映抑制零漂能力的指标反映抑制零漂能力的指标cdCMR=vvAAK第35页/共67页

15、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；模拟集成电路第36页/共67页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

16、阻是双端输出方式时输出电阻的一半。模拟集成电路第37页/共67页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）功率：Po=VomIom/2（2）转换效率）转换效率： Po/ PDc（3）非线性失真非线性失真：在大信号下，晶体管、变压器等非线在大信号下，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。不可忽略。（4）晶体管的安全运用晶体管的安全运用：在功放中，晶体管工作时电压在功放中，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、电流幅度变化大，接近极限运用，故应保证

17、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。、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低频功放的工作状态甲类：甲类： 2 ；乙类：乙类： ,；甲乙类甲乙类: 2 功率放大器功率放大器第38页/共67页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：)2/(V=2CComaxLRP)/(22maxDC,LCCRVP %5.78maxmax,max,222max,2 .02ooLCCcPPRVP 选管条件：选管条件：max,max,203. 02oCMccBCEOLCCoCMPPUURUII存在的失真存在的失真：交越失真。交

18、越失真。克服交越失真的方法克服交越失真的方法：工作在甲乙类工作在甲乙类产生原因产生原因：管子低电流区的非线性。管子低电流区的非线性。功率放大器第39页/共67页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负反馈放大电路（1 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 电压并联负反馈第40页/共67页2反馈放大器的分类及判别方法负反馈放大电路负反馈放大电路判断是电流反馈还是电压反馈判断是电流反馈还是电压反馈用用输出电压短路法输出电压短路法输出电压短路法输出电压短路法：令输出电压令输出电压u0=

19、0,若若Xf=0，则为电压反馈；否，则为电压反馈；否 则为电流反馈。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：馈入信号连接方式法：若反馈信号若反馈信号Xf接至输入端点接至输入端点，则为并联，则为并联 反馈；否则为串联反馈。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：瞬时极性法：设定信号输入端的瞬时极性，沿反馈回路（设定信号输入端的瞬时极性，沿反馈回路（A入入 A出出 B入入 B出出）标定瞬时极性）标定瞬时极性,若若Xf的极性使得净输入信号增的极性使得净输入信号增大则为正反馈；否则为负反馈。大则为正反馈；否则为负反馈。（2）判别方法判

20、别方法第41页/共67页3负反馈对放大器性能的影响（1 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 2）负反馈可展宽频带宽度（3 3）负反馈可改善非线性失真（有条件）（4 4）对输入、输出电阻的影响 对输入电阻的影响串联负反馈串联负反馈:Rif=FRi并联负反馈并联负反馈:Rif=Ri/F 对输入电阻的影响电流负反馈电流负反馈:Rof=FRo电压负反馈电压负反馈:Rof= Ro /F稳定输出电流稳定输出电流稳定输出电压稳定输出电压（5）负反馈对信号源的要求）负反馈对信号源的要求串联负反馈要求压源（串联负反馈要求压源（RS小）激励。小）激励。并联负反馈要求流源（并联负反馈要求流源

21、（RS大）激励。大）激励。第42页/共67页4反馈放大器的分析方法1.负反馈放大电路负反馈放大电路深负反馈条件下的估算（深负反馈条件下的估算（常用常用）FAAFf11 第43页/共67页【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。 R4 Uo R5 RL +UCC T1 T2 UEE R6 R8 R9 T4 T5 RB US + C2 C1 R7 R1 R2 R3 T3 + RB 题 510 图 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

22、，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第44页/共67页负反馈放大电路负反馈放大电路由AUf40可得，Rf=（40-1）RB=391k=39k。fBBURRRBUUfBA1BfBfBRRRRR1 R4 Uo R5 RL +UCC T1 T2 UEE R6 R8 R9 T4 T5 RB US + C2 C1 R7 R1 R2 R3 T3 + RB 题 510 图 Rf(2)反馈系数：在深度负反馈条件下：第45页/共67页1基本概念1.运放的基本构成：差动输入级、

23、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：理想运放线性应用时的两大特性： “虚短虚短”：V+ V- “虚断虚断”：I+=I- 0第46页/共67页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

24、滞比较器集成运放的分析与应用集成运放的分析与应用第47页/共67页典型题解：【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集成运放的分析与应用3211085UUUUo R2 4K R1 5K R6 40K R7 40K R4 2.1K R8 5.7K U2 Uo R3 40K R5 8K U3 U1 + A1 + A2 解：第48页/共67页典型题解：【例】某运放电路其输出表达式为集成运放的分析与应用集成运放的分析与应用解：dttUdttUtUo)(2)(10)(21 + A1 R2 50K R1 10K R3 8.3K C 10F U1（t） U2（t） Uo（t） 试画出满足上

25、述关系的原理电路。F10CkCR10101010110161kCR501010212162kRRR3 . 850/10/213满足上述关系的原理电路如图：取则：第49页/共67页典型题解：【例】集成运放的分析与应用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。 题 611 R1 + - U1 U2 R2 R3 R Uo + - C )()()(2231131tURRtURRtUodttdURdttdURCRRdttdURCtUoo)(1)(1)()(221131解：第50页/共67页典型题解：【例】求图示电路的输出表达式。集成运放的分析与应用集成运放的分析与

26、应用解： + - A1 + - A2 A3 + - R1 R1 R2 R2 R3 U2 U1 N2 N1 R3 R3 U4 U3 Uo I4 I2 I1 P3 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3124RUUI第51页/共67页集成运放的分析与应用集成运放的分析与应用 + - A1 + - A2 A3 + - R1 R1 R2 R2 R3 U2 U1 N2 N1 R3 R3 U4 U3 Uo I4 I2 I1 P3 又由虚断的概念可知： I I1 1= = I I4 4= = I I2 2由此可导出)(33213443UURIUU对于A A3

27、 3与R R1 1、R R2 2 构成差动式减法电路, ,因此有)(3)(21124312oUURRUURRU第52页/共67页滤波及信号产生电路1. 滤波滤波低通（低通（LPF）高通（高通（HPF）带通（带通（BPF）带阻（带阻（BEF）全通（全通（APF）第53页/共67页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正反馈放大电路框图电路框图（注意与负（注意与负反馈方框图反馈方框图的差别）的差别）1. 振荡条件振荡条件fiaXXX 若环路增益若环路增益1 FA则则， faXX 去掉去掉， iXoX仍有稳定的输出。仍有稳定的输出。又又fafa AFFAFA所以振荡条件为所以振荡条

28、件为1)()( FA振幅平衡条件振幅平衡条件2)()(fan 相位平衡条件相位平衡条件第54页/共67页 Xo Xa Xf + 放大放大电路电路 A 反馈网络反馈网络 F 起振条件起振条件 3. 起振和稳幅起振和稳幅 # 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？信号源来自何处？电路器件内部噪声以及电源接通扰动电路器件内部噪声以及电源接通扰动1)()( FA2)()(fan 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。现失真。 噪声中

29、，满足相位平衡条件的某一频率噪声中，满足相位平衡条件的某一频率 0 0的噪声信号被放大，成为振荡电的噪声信号被放大，成为振荡电路的输出信号。路的输出信号。 稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，稳幅的作用就是，当输出信号幅值增加到一定程度时，使振幅平衡条件从使振幅平衡条件从 回到回到1 AF。 1 AF信号滤波及产生第55页/共67页 Xo Xa Xf + 放大放大电路电路 A 反馈网络反馈网络 F 4放大电路（包括负反馈放大电路）放大电路（包括负反馈放大电路） 4. 振荡电路基本组成部分振荡电路基本组成部分4反馈网络（构成正反馈的）反馈网络（构成正反馈的）4选频网络（选择满足相位平

30、衡条件的一个频率。经常与反馈网络合二为一。）选频网络（选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈网络合二为一。）4稳幅环节稳幅环节信号滤波及产生第56页/共67页5. RC桥式振荡电路工作原理桥式振荡电路工作原理 OV R C Rf Z1 Z2 C R R1 VA A VF 放大电路放大电路 选频网络选频网络 fiVV = 此时若放大电路的电压增益为此时若放大电路的电压增益为 断开环路某一点，用瞬时断开环路某一点，用瞬时极性法判断可知，电路满足相极性法判断可知，电路满足相位平衡条件：位平衡条件：则振荡电路满足振幅平衡条件则振荡电路满足振幅平衡条件0f 当当RC10 时，时，2fan (+)Av

31、311f RRAV1313 VVFA电路可以输出频率为电路可以输出频率为 的正弦波的正弦波RCf210 稳幅：温敏电阻、稳幅：温敏电阻、FET、稳压管、稳压管信号滤波及产生第57页/共67页6. LC振荡电路振荡电路LC10 为谐振频率为谐振频率sLcIII 稳幅：三极管限幅稳幅：三极管限幅信号滤波及产生第58页/共67页信号滤波及产生信号滤波及产生比较器： （1 1）单限比较器 同相输入单门限比较器 R1 UREF A - + VOH 0 Uo R2 Uo Ui Ui VOL UREF=Uth Uid (a)电路 (b)传输特性 表达式：REFiDzREFiREFiDzoUUUUUUUUUUU)()(电平转换iZ211PuuRRRu 第59页/共67页集成运放的分析与应用集成运放的分析与应用（2 2）迟滞比较器表达式：omfREFffiomiomfREFffiomoURRURRUUUURRURRUUU