现代电子电路基础与实验教学课件全套电子教案汇总整本书课件最全教学教程完整版教案(最新)

1、现代电子电路基础与实验 课程目标 掌握模拟电路和数字电路的组成、基本理论、 性能特点和基本分析方法； 具备简单电子技术的分析和设计能力； 配合电子线路实验（非电类），培养分析和解 决实际问题的能力，为后续课程的学习打下坚 实的基础。课程特点 技术基础课，不同于专业课，注重基本概念、基本原理和基本分析方法。电子技术发展迅速，课程内容不可能面面俱到，因此要注意分析问题和解决问题能力的培养，为今后的学习和工作打下基础。 又不同于基础理论课，课程内容接近工程实际，常常采用抓住主要矛盾，忽略次要因素的方法。实践性很强，要注重实践环节和动手能力的培养，结合实验课，巩固和深化理论课知识。 课程内容围绕电子信

2、号的产生和处理所展开。教学内容实验课 实验一、 常规实验仪器的使用实验二、 单级放大器特性研究（一）实验三、 放大器的频率特性研究（二）实验四、 电流串联负反馈放大器的焊接与测试实验五、 RC晶体管振荡器（*）实验六、 集成运算放大器的应用实验七、 计算机仿真分析实验实验八、 多谐波振荡器与脉冲波形变换（*）实验九、 TTL与非门的参数测量实验十、 集成与非门在脉冲电路中的应用实验十一、 555定时器的应用实验十二、 十进制计数器实验十三、 虚拟仪器实验（*）实验十四、 综合测量系统 第一代电子管1904年，英国电气工程师弗莱明（J. Fleming）发明了世界上第一只电子管 真空二极管。19

3、07年，美国科学家李德福雷斯特（Lee de Forest ）在真空二极管中加 入金属栅网，使之成为具有放大作用的真空三极管（电子管），标志电子器件真正走向应用。德福雷斯特也被称为“电子管之父”。绪论电子技术的发展ENIAC电子数字积分机和计算机(Electronic Numerical Integrator and Computer)，1946年2月研制成功。ENIAC占地170平方米，有8英尺高，3英尺宽，100英尺长，装有16种型号的18000个真空管、1500个电子继电器、70000个电阻器、18000个电容器，总重量30吨，耗电140-150KW。ENIAC有5种功能：每秒5000次

4、加法运算；每秒50次乘法运算；平方和立方计算；sin和cos函数数值运算；其他更复杂的计算。绪论电子技术的发展 第二代晶体管：巴丁布拉顿肖克利 (19081991) (19021987)(19101989)晶体管装置（NPN Ge） 1947年12月23日，工作于贝尔实验室的威廉肖克利（WBShockley）、沃尔特布拉顿（JBardeen）和约翰巴丁（WHBrattain），发明了第一只晶体管。 1954年，硅晶体管开始广泛使用，晶体管收音机、电视机也陆续问世。电子管与晶体管第一台晶体管收音机 (1955年) 最早的晶体管电视机(1960年) 绪论电子技术的发展 第三代集成电路： 1959年

5、1月，德克萨斯仪器公司（TI）宣布发明集成电路，是以锗做的单晶片。 同年7月，仙童公司（Fairchild）的罗伯特诺伊斯（NNoyce ）发明了硅集成电路。 1968年8月诺伊斯与负责研发的戈登摩尔和工艺开发专家安迪格罗夫离开仙童，创立了英特尔（Intel）公司。基尔比发明的集成电路诺依斯发明的集成电路Moore定律（1964年）：每18个月芯片集成度（每平方毫米晶体管数）提高一倍，这个预测已为实践所证实。绪论电子技术的发展400480868018680286i386i486PentiumPentiumMMXCeleronPentiumIIIPentiumIV绪论电子技术的发展 第四代大规模

6、、超大规模集成电路第一代CPU：Intel 4004具有代表性的是1971年英特尔公司推出的第一代中央处理器：4004，它在34毫米芯片面积上集成晶体管2250个。 2002年1月，英特尔公司推出了64比特总线配置的Intel Pentium4 2.2G CPU，采用0.13微米铜布线工艺技术，在14.6平方毫米的表面积上集成了5500万个晶体管。Pentium III CPU显微照片绪论电子技术的发展 高密度集成 高频高速 低压低耗 可编程单片收音机硅单晶片与加工好的硅片绪论电子技术的发展物理量（物理过程）模拟电量（U、I）预处理DSP显示结果传感器前端电路计算机接口数字信号A/D变换器计算

7、机处理程序存储、处理显示、控制数字化仪器数据采集系统绪论典型电子测量系统电子测量仪器的发展按所采用的技术分按仪器结构和实现形式分模拟仪器数字化仪器智能仪器单台仪器模块化仪器虚拟仪器技术基础：微电子技术、数字信号处理技术、计算机技术电子仪器测量系统信号采集（包括传感器电路、信号调理电路）信号分析与处理结果表达与输出+绪论典型电子测量系统传 统 仪 器虚 拟 仪 器功能由仪器厂商定义功能由用户自己定义与其它仪器设备的连接十分有限可方便地与网络外设及多种仪器连接图形界面小，人工读取数据，信息量小界面图形化，计算机直接读取数据并分析处理数据无法编辑数据可编辑、存储、打印硬件是关键部分软件是关键部分价格

8、昂贵价格低廉，仅是传统仪器的五至十分之一系统封闭、功能固定、可扩展性差基于计算机技术开放的功能模块可构成多种仪器技术更新慢技术更新快开发和维护费用高基于软件体系的结构可大大节省开发费用绪论虚拟仪器绪论虚拟仪器绪论电路设计仿真第一章:电路基础知识 电子信号及频谱 （signals and spectrum）理想电路元件 （circuit elements）电压源与电流源 （voltage and current sources）线性网络定律（linear network theorem ）双口网络 （two-port networks）RC电路分析 （RC circuits）1.1 电子信号及频

9、谱1.1-1 电子信号模拟信号和数字信号（analog and digital signals）tt模拟信号: 幅值连续数字信号: 幅值离散 时间连续 时间离散UU2. 正弦信号（sinusoidal signals）UtAPeak-to-peak:Root-mean-square:Period: T=1.1 电子信号及频谱3. 其它信号（other signals）t三角波（triangle）t锯齿波（sawtooth wave）t方波（square waves）UUUt阶跃信号（step signal）U1.1 电子信号及频谱3. 其它信号（other signals）脉冲（pulses）

10、Positive-goingNegative-going rise time: fall time: Duty cycle: / Tpulse width: Tt10%50%90%T1.1 电子信号及频谱 1.1-2 频谱周期信号（periodic signals）任何周期函数，满足狄里赫利条件，可以展开为傅里叶级数：函数由下列分量部分组成：（1）直流分量：（2）基波分量：（3）谐波分量：n=2,3,4 . . .各项函数包含的各种分量成分成为 的频谱， 全体 称为振幅谱， 全体 称为相位谱。1.1 电子信号及频谱例：周期对称方波之频谱f(t)tUmT-T傅里叶级数：w357振幅谱|An|w3

11、57相位谱1.1 电子信号及频谱非周期信号（non-periodic signals）傅里叶逆变换:1.1 电子信号及频谱傅里叶正变换: 非周期信号的频谱为连续频谱，可采用傅里叶变换得到。频谱表示方法使用频谱密度（单位频带的频谱值）函数：F(w)例：矩形脉冲信号的频谱:UmtwF(w)1.1 电子信号及频谱 电路元件：电阻器、电容器、电感器等 电路器件：二极管、三极管、集成运算放大器等电阻器（resistors）IUR欧姆定律（ohms law）：R=U/I功率消耗：P=UISeries: Parallel: Resistances: 0.01 ohm 1012 ohmsPower ratin

12、gs: 1/8 watt 250 wattAccuracies: 0.005% 20%1.2 理想电路元件电容器（capacitors）通高频、阻低频IUC表达式：Series: Parallel: Capacitances: 0.5 pF(picofarads) 10 F(farads)1.2 理想电路元件电感器（inductors）通低频、阻高频IUL表达式：Series: Parallel: Inductance is measured in henrys (or mH, uH, etc.)1.2 理想电路元件1.3-1 电压源 理想电压源的两端电压 U(t)与流过它的电流无关 源电压为

13、0的理想电压源等效于理想的短路线 实际电压源等效于理想电压源与内阻Rs串联 内阻Rs越小，电压源质量越高 U(t) = Us - I(t)RsUsU（t）Us=0UsU（t）RsI（t）理想电压源 Us=0的理想电压源 实际电压源1.3 电压源与电流源1.3-2 电流源 理想电流源的电流I（t）与其两端电压无关 源电流为0的理想电流源等效于开路端子 实际电流源等效于理想电流源与内阻Rs并联 内阻Rs越大，电流源质量越高 I(t) = Is - U(t) / RsIsV（t）Is=0理想电流源 Is=0的理想电流源实际电流源IsU（t）RsI（t）I（t）1.3 电压源与电流源1.3-3 受控源

14、（controlled sources） 受控源 非独立源 A：电压增益Ai：电流增益 g：跨电导 r： 跨电阻 四种理想放大器模型电压控制电压源 电压控制电流源AUiUigUiUirIiIiAiIiIi电流控制电压源 电流控制电流源1.3 电压源与电流源1.4-1 基尔霍夫定律（Kirchhoffs laws） 网络：电路的泛称，线性元件组成线性网络 端口、节点（n） 支路（b）、回路（loop） 基尔霍夫电流定律（KCL） 任一时刻，任一节点各支路流出（或流入） 的瞬时电流总和为 0 基尔霍夫电压定律（KVL） 任一时刻，沿任一回路的绕向计算， 回路上各支路电压之和为 0b1b2b5b6b

15、4b3n3n1n4n2loop1.4 线性网络定律 例：求电路中回路电流 I1 loop1： Z1I1 + Z2（I1 - I2）- E1 = 0 loop2： Z2（I2 -I1 ）+ rI1 + Z3I2 + E2 = 0 （Z2+Z3）E1 + Z2 E2 I1= （Z1+Z2）（Z2+Z3）+Z2（r-Z2）Z3Z2E1Z1I1loop1E2rI1loop21.4 线性网络定律作业题： P27：1-5第1章：电路基础知识第一章:电路基础知识 电子信号及频谱 （signals and spectrum）理想电路元件 （circuit elements）电压源与电流源 （voltage a

16、nd current sources）线性网络定律（linear network theorem ）双口网络 （two-port networks）RC电路分析 （RC circuits）1.4-2 独立源叠加定理（superposition theorem） 线性网络中任一支路上的电压或电流，任一节点的电压 或回路电流，等于网络中每一个独立源单独作用产生的 效果之和。Z3 Z2 EZ1IZ3 Z2 E=0Z1IZ3 Z2 EZ1I=0I3I3I3” Z3I3 = I3+I3”= (I + Z1 E) Z1+Z2+Z31.4 线性网络定律1.4-3 等效电源定理 戴文宁定理（Thevenins

17、 theorem） 任一有源单口（二端）线性网络，可用一个理想电压源 串联一个阻抗来代替，称为戴文宁等效电路。 理想电压源的电压等于该网络端口的开路电压，等效阻 抗等于该网络中全部独立源为零值时从端口看进去的阻抗。 诺顿定理（Nortons theorem） 任一有源单口线性网络，可用一个理想电流源并联一个 阻抗来代替，称为诺顿等效电路。 理想电流源的电流等于该网络端口的短路电流，等效阻抗 等于该网络中全部独立源为零值时从端口看进去的阻抗。1.4 线性网络定律例：右图电路中， 求戴维宁等效电路求开路电压 ：求等效电阻 ：1.4 线性网络定律1.5-1 双口网络 任何复杂大网络可分解为N1、N2

18、单口和N双口网络 输入端口：U1、I1 输出端口：U2、I2 使用网络参量来描述双口网络特性， U1、U2、I1、I2中两个为自变量，两个为因变量， 可构成4种网络参量：Z、Y、H和G。 信号源（单口） 放大器（双口） 负载（单口）UsI1RsRLI2U1U2 N 放大器N1N21.5 双口网络1.5-2 Z 参量 I1、I2 为自变量， U1、U2为因变量 网络方程：U1= Z11 I1 + Z12 I2U2= Z21 I1 + Z22 I2 Z11=U1/I1(I2=0)：输出端开路时的输入阻抗 Z12=U1/I2(I1=0)：输入端开路时的反向转移阻抗 Z21=U2/I1(I2=0)：输

19、出端开路时的正向转移阻抗 Z22=U2/I2(I1=0)：输入端开路时的输出阻抗 Z 参量等效电路：I1I2U1U2ZI1I2Z12I2Z22Z11Z21I1U2U11.5 双口网络1.5-3 Y 参量 U1、U2为自变量， I1、I2为因变量 网络方程：I1= Y11 U1 + Y12 U2I2= Y21 U1 + Y22 U2 Y11=I1/U1(U2=0)：输出端短路时的输入导纳 Y12=I1/U2(U1=0)：输入端短路时的正向转移导纳 Y21=I2/U1(U2=0)：输出端短路时的反向转移导纳 Y22=I2/U2(U1=0)：输入端短路时的输出导纳 Y 参量等效电路：I1I2U1U2

20、YI1I2Y12U21/Y221/Y11Y21U1U2U11.5 双口网络1.5-4 H 参量 I1、U2为自变量， U1、I2为因变量 网络方程：U1= H11 I1 + H12 U2I2= H21 I1 + H22 U2 H11=U1/I1(U2=0)：输出端短路时的输入阻抗 H12=U1/U2(I1=0)：输入端开路时的反向电压传输系数 H21=I2/I1(U2=0)：输出端短路时的正向电流传输系数 H22=I2/U2(I1=0)：输入端开路时的输出导纳 分析晶体管放大电路时 常采用H参量电路I1I2U1U2HI1I2H12U2H111/H21H21I1U2U11.5 双口网络1.5-5

21、 G 参量 U1、I2为自变量， I1、U2为因变量 网络方程：I1= G11 U1 + G12 I2U2= G21 U1 + G22 I2 G11=I1/U1(I2=0)：输出端开路时的输入导纳 G12=I1/I2(U1=0)：输入端短路时的反向电流传输系数 G21=U2/U1(I2=0)：输出端开路时的正向电压传输系数 G22=U2/I2(U1=0)：输入端短路时的输出阻抗 G 参量等效电路：I1I2U1U2GI1I2G12I2G221/G11G21U1U2U11.5 双口网络1.5-6 网络函数（network function）激励（excitation）与响应（response）网络

22、函数为激励与响应之比H = 响应 /激励网络函数分类：激励与响应在同一端口称为策动点（driving point）函数激励与响应不在同一端口称为转移（transfer）函数激励响应H响应 激励 名称策动点函数 电流 电压 策动点导纳 电压 电流 策动点阻抗（Zi、Zo） 电流 电压 转移导纳转移函数 电压 电流 转移阻抗 电流 电流 电流传输系数（Ki） 电压 电压 电压传输系数（Ku）1.5 双口网络例：右图所示电路：求：电压传输系数 K=Uo/Us列出节点方程：（Us-U1）/1=（U1-Uo）/2+U1/2（U1-Uo）/2+2U1=Uo/1K=Uo/Us=10/7U1212U1UoUs

23、21I1.5 双口网络1.6-1 重要概念电路分为： 即时响应的电阻电路 带有储能元件C、L的动态电路（dynamic circuits）电容电压不可突变，有隔直流、通交流功能电感电流不可突变，有隔交流、通直流功能电路不处于暂态（transient state）， 就处于稳态（steady state）工作状态的变化过程称为过度（transition）过程电路的全响应（complete response）分为：零输入响应（zero input response ）- Us(t=0)=0零状态响应（ zero state response ）- Uc(0)=0UsRC1.6 RC电路分析1.6-

24、2 零输入响应（zero input response ） t=0时的等效电路中：RCUc(0)RCUc(0)IUc1.6 RC电路分析1.6-2 零输入响应（zero input response ）Uc (t)t2340.380.02Uc (0)tI (t)-Uc(0) / R 电压、电流按指数规律变化 变化速度由时间常数 =RC决定 上升/下降时间为 2.2 暂态过程持续时间为 4 再次稳态时 Uc=0，I=0，放电结束1.6 RC电路分析1.6-3 零状态响应（zero state response ）电路中电容电压为 Uc(0)=0，t=0时加入直流 UsUsRCIUcUc (t)2

25、340.630.98Ust 再次稳态时 Uc=Us，I=0 电容充电结束I(t)2340.380.02tUs / R1.6 RC电路分析1.6-4 全响应（complete response）电路中电容电压为 Uc(0)，t=0时加入直流 Us全响应 = 零状态响应+零输入响应 （叠加定理）UsRCIUcUc(0) 对响应是按指数律变化的一阶电路， 可使用三要素法（观察法：inspection method） 对任一变量的响应直接求解 三要素：变量的初始值X(0)、稳态值X( )和时间常数 变量的全响应为：1.6 RC电路分析例：t=0时刻打开开关，求 Uc(t)和I(t)t=0- 时： Uc

26、(0-)=6V I(0-)=0mAt=0+ 时： Uc(0+)=6V I(0+)=0.2mAt= 时： Uc( )=10V I( )=0mA时间常数： =2mS10V20K C0.1uFI(t)30K10V20K C0.1uFI(t)30K10V20K C0.1uFI(t)t=0-t=0+稳态响应 暂态响应1.6 RC电路分析1.6-5 微分器（differentiators）Ui(t)U(t)CRI(t) 当 =RC非常小时，Ui(t) U(t)UiUmttwV(t)UmtV(t)Umt 对输入矩形脉冲正跳变：零状态响应 对输入矩形脉冲负跳变：零输入响应 当 =RC非常大时，耦合电路tw U

27、(t)UiUmttwViUmttw 对输入矩形脉冲正跳变：零状态响应 对输入矩形脉冲负跳变：零输入响应1.6 RC电路分析习题：P27 1-6P27 1-9P28 1-12第1章：电路基础知识第2章:半导体器件 半导体基本知识 （semiconductors） PN结及二极管 （ PN junction and diode） 双极型晶体管 （ bipolar junction transistor）线性： resistors, capacitors, inductors非线性: semiconductors导体： 绝缘体：介于导体和绝缘体之间的称为半导体硅（Si，原子序号14）、锗（Ge，原子

28、序号32 ）二者共同点：最外层轨道上有4个电子（价电子）价电子决定着物质的物理和化学性质将原子核和内层电子看作一个带有+4电荷的正离子一个4价元素的原子由惯性核与4个价电子来表示+42.1 半导体基本知识2.1-1 本征半导体（pure semiconductor）硅（或锗）的晶体，相邻原子共有一对价电子：共价键半导体的导电能力与温度有很大关系温度升高时，价电子摆脱共价键束缚成为自由电子电子 空穴对载流子+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键价电子空穴自由电子2.1 半导体基本知识2.1-2 杂质半导体（mixed semiconductor）一、N型半导体4价晶体中掺入5价元素（如：磷）

29、- 施主杂质组成共价键后多余出一个电子该电子不受共价键束缚，自由电子电子型半导体（N型）多数载流子 电子+4+4+4+4+5+4+4+4+4自由电子施主原子2.1 半导体基本知识2.1-2 杂质半导体（mixed semiconductor）二、P型半导体4价晶体中掺入3价元素（如：硼）- 受主杂质组成共价键后缺少一个电子而形成空穴空穴型半导体（P型）多数载流子 空穴多子浓度不受温度影响+4+4+4+4+3+4+4+4+4空穴受主原子2.1 半导体基本知识2.2-1 PN结及其单向导电特性PN结：各种半导体器件的基础将P型和N型制作在同一半导体上，交界处： PN结浓度高区向浓度低区运动：扩散运

30、动P区负离子区，N区正离子区：空间电荷区 耗尽层产生电位差Uho -电位壁垒（硅：0.7V，锗：0.2V）电场产生漂移运动扩散运动与漂移运动达到动态平衡P区 N区空间电荷区 耗尽层P区 N区空穴 负离子 正离子 自由电子Uho2.2 PN结及二极管2.2-1 PN结及其单向导电特性PN结加正向电压：P接正极，N接负极外电场将多数载流子推向空间电荷区，变窄扩散运动加剧，漂移运动减弱PN结导通，结压降为零点几伏限流电阻P区 N区 空间电荷区Uho 外电场 RV2.2 PN结及二极管2.2-1 PN结及其单向导电特性PN结加反向电压： N接正极， P接负极外电场增强了内电场，使空间电荷区变宽阻止扩散

31、运动，加强漂移运动形成非常小的漂移电流PN结截止P区 N区 空间电荷区Uho 外电场 RV2.2 PN结及二极管2.2-2 PN结的伏安特性PN结电流方程正向特性U较小时，正向电流几乎为0 死区U大于死区电压时，正向电流随电压指数增加反向特性反向电压U小于UBR时，反向饱和电流Is很小反向电压U大于UBR时，反向电流急剧增大 击穿UBR 反向击穿电压雪崩击穿：碰撞电离齐纳击穿：直接将价电子摆脱共价键束缚IsUBRIU正向特性反向特性死区2.2 PN结及二极管2.2-3 PN结的电容效应PN结中的电荷量随外加电压变化而变化 电容的充放电势垒电容Cb：空间电荷区的结电容扩散电容Cd：多数载流子扩散

32、过程积累PN结电容Cj=Cb+Cd，正向约为Cd，反向约为CbPN结电容量级：pF几百pF，低频可忽略P区 N区 L+Dl L Q dQ RVCbV2.2 PN结及二极管2.2-4 二极管的结构点接触型：电流小，结电容小，高频面结合型：电流大，结电容大，低频平面型：扩散法制造，结面积有大有小2.2 PN结及二极管2.2-5 二极管的特性实际二极管存在电阻：正向电流小于PN结电流存在漏电流：反向电流大于PN结电流开启电压UON：Si：0.5V，Ge：0.1V导通电压UD：Si：0.7V，Ge：0.2V反向饱和电流：Si：0.1uA，Ge：0.1mA反向击穿电压UBR：几十V几千V温度影响二极管主

33、要参数最大整流电流IF：长期工作时容许的最大正向平均电流最高反向工作电压 UR：最大反向工作电压（1/2 UBR ）反向电流IR：越小越好，受温度影响大最高工作频率FM：工作的上限频率IsUBRIU正向特性反向特性UON2.2 PN结及二极管2.2-6 二极管的等效电路 - 直流通路：2.2 PN结及二极管理想模型最简单，但误差最大，当Ui远大于UD时采用；折线模型误差最小，但最复杂，精确计算时采用；恒压降模型最常用。理想模型UI0恒压降模型UI0UD UI0UD折线模型UDUD RD2.2-6 二极管的等效电路 交流通路：2.2 PN结及二极管近似可认为：rd微变等效电路只考虑二极管两端的电

34、压在某一固定值附近作微小变化时引起的电流变化，可用曲线在该固定值处的切线来近似表示这一小段曲线，而将二极管等效成一个微变等效电阻rdUI0 例：UD=0.7V，估算开关断开和闭合时的Uo开关断开时，二极管导通： Uo=V1-UD=5.3V开关闭合时，二极管截止： Uo=V2=12VUoRDV16VV212V2.2 PN结及二极管2.2-7 二极管的应用整流电路（rectification）将交流电压变为直流电压正弦波的正半周通过偏移电压：U1-U2=UD正弦波的负半周截止半波整流UoRDACUacUottU2U12.2 PN结及二极管2.2-7 二极管的应用 整形电路削波（限幅）电路防止输出电

35、压超过给定值UstUotV1V2UoRD1UsV1D2V2Us（V2UsV1）V2（UsIZMIN (8-5)/R 30 5 R 86Us最大且IL最小时，IZ最大，应该有： IZIZMAX (10-5)/R 0 0.05UsRDIL2.2 PN结及二极管双极型晶体管（晶体三极管、半导体三极管）小功率管 中功率管 大功率管2.3 双极型晶体管2.3-1 晶体管的结构两个PN结、三个电极平面型（NPN）、合金型（PNP）P N N C E B N N P 发射极E 集电极C 基极B 集电结 发射结 集电区 基区 发射区 B E CC EB E BC NPP P P NECB BE CC E B2

36、.3 双极型晶体管2.3-2 晶体管电流放大作用 晶体管内部载流子的运动（NPN共发射极为例）发射区高搀杂、基区薄、外加电压发射过程：发射结正偏压，形成发射极电流IE复合和扩散过程：电子向集电结扩散，与基区空穴复合形成基极电流IB收集过程：集电结反偏压，形成集电极电流IC和反向截止电流ICBORcRbIBIEICICNICBOIBNIEPIEN2.3 双极型晶体管2.3-2 晶体管电流放大作用晶体管的电流分配关系（共发射极）IE=IEN+IEP=ICN+IBN+IEPIC=ICN+ICBOIB=IBN+IEP-ICBOIE=IC+IB共射电流放大系数：hFE=ICN/（IBN+IEP） =（I

37、C-ICBO）/（IB+ICBO）由于：IcIBICBOIBIEICICNICBOIBNIEPIEN2.3 双极型晶体管2.3-2 晶体管电流放大作用晶体管的电流分配关系（共基极）IE=IEN+IEP=ICN+IBN+IEPIC=ICN+ICBOIB=IBN+IEP-ICBOIE=IC+IB共基电流放大系数：hFB=ICN/IE =(IC-ICBO)/IE由于：ICICBOIBIEICICNICBOIBNIEPIEN2.3 双极型晶体管2.3-3 晶体管共射特性曲线 输入特性曲线 UCE一定，基极电流IB与发射结电压 UBE之间的函数关系UCE=0时，基极与发射极间相当于两个PN结并联C EB

38、UBEIBUCE=0C EBUBEIB 0UCEUBE时,集电结反向偏置，收集电子能力强，曲线再次右移 UCE1V时, 曲线重叠IBUBEUCE=00.5V1V2.3 双极型晶体管2.3-3 晶体管共射特性曲线 输出特性曲线 IB一定，集电极电流IC与管压降UCE之间的函数关系每一个确定的IB对应一条输出曲线UCE从小逐渐增大，集电结电场增强，IC增大；UCE再增大，IC基本不变截止区（UBE UON 且UCE UBE）发射结正向偏置，集电结反向偏置IC=hFE*IB饱和区（ UBE UON 且UCE 1：深度负反馈（|1+A*F|A*F|） |1+A*F|1：正反馈 |1+A*F|= 0：自

39、激振荡器4.1 反馈的基本概念与分类习题：P157 4-24.1 反馈的基本概念与分类第4章:放大电路的反馈 反馈的基本概念与分类 （introduction to feedback） 负反馈对放大器性能的改善 （negative feedback） 负反馈放大器的分析方法 （negative feedback amplifier） 负反馈放大器的自激振荡 （self-oscillation）4.2-1 提高放大倍数的稳定性（gain）在中频段： 闭环放大倍数的相对变化量仅为开环的(1+AF)分之一； AF的稳定性是A的(1+AF)倍； 代价是：AF 仅为A的(1+AF)分之一； 对深度负反馈

40、： AF1/F AF 仅决定于反馈网络，可获得更好的稳定性4.2 负反馈对放大器性能的改善4.2-2 减小非线性失真（non-linear distortion）UIUoAFUDUFAUIUoUD=UI-UF 定量分析： 开环时：Uo=A*UI+Uo2 A*UI为基波；Uo2为谐波 闭环时：UoF=A*UD+Uo2F A*UD为基波；Uo2F为谐波 闭环时增大UI，使得UD等于开环时的UI Uo2F=Uo2-A*F*Uo2F Uo2F=Uo2/(1+A*F) 负反馈只能减小由于电路内部产生的非线性失真4.2 负反馈对放大器性能的改善4.2-3 展宽频带（bandwidth） 高频段的放大倍数：

41、无反馈 有反馈 同理，低频段： 通频带： 增益-带宽积：20lg|AM|20lg|AMF|fLFfLfHfHF4.2 负反馈对放大器性能的改善电压串联负反馈电路中，基本放大电路的开环放大倍数为：AM= ，上限频率：fH=7Hz，下限频率：fL=0；引入反馈后，闭环放大倍数为：AMF=10。 反馈深度：(1+AM*F)=AM/AMF= 若AM的相对变化量为10% AMF的相对变化量为：10% / =0.001% 负反馈放大电路的通频带： BWF = fHF = *7 = 70kHz4.2 负反馈对放大器性能的改善4.2-4 改变输入电阻和输出电阻（input and output resista

42、nce） 串联负反馈增大输入电阻： RI=UD/II RIF=UI/II=(UD+UF)/II UF=A*F*UD RIF=(1+A*F)RI电压串联： RIF=(1+AU*FU)RI电流串联： RIF=(1+AG*FR)RI 考虑反馈环外的电阻影响： RIF = RIF/RB1/RB2+VccRCRB1RERB2UIUFUDIIRIFRIAFRIFRIF4.2 负反馈对放大器性能的改善 并联负反馈减小输入电阻： RI=UI/ID RIF=UI/II=UI/(ID+IF) IF=A*F*ID RIF=RI/(1+A*F)电压并联： RIF=RI/(1+AR*FG)电流并联： RIF=RI/(1

43、+AI*FI) 考虑反馈环外的电阻影响： RIF = RIF/RB1/RB2+VccRCRB1RERB2UIIFIDIIRIFRIAFRIFRIF4.2 负反馈对放大器性能的改善4.2-4 改变输入电阻和输出电阻（input and output resistance） 电压负反馈减小输出电阻： ROF=UO/IO IO=(UO-A*UD)/RO UD=UI-UF= -UF = -F*UO ROF=RO/(1+A*F)电压串联： ROF=RO/(1+AU*FU)电压并联： ROF=RO/(1+AR*FG) 考虑反馈环外的电阻影响： ROF = ROF/RCUI=0UFUDIOROFAFA*UD

44、UORORCREROFROF4.2-4 改变输入电阻和输出电阻（input and output resistance）4.2 负反馈对放大器性能的改善 电流负反馈增大输出电阻： ROF=UO/IO IO=(UO/RO)+A*ID ID=II-IF= -IF= -F*IO ROF=(1+A*F)RO电流串联： ROF=RO(1+AG*FR)电流并联： ROF=RO(1+AI*FI) 考虑反馈环外的电阻影响： ROF = ROF/RCII=0IFIDIOROFAFA*IDUORORCREROFROF4.2 负反馈对放大器性能的改善4.2-4 改变输入电阻和输出电阻（input and outpu

45、t resistance）总结： 负反馈使放大电路增益的稳定度提高（1+AF）倍； 负反馈使放大电路的通频带展宽（1+AF）倍； 负反馈使放大电路的非线性失真减小（1+AF）倍； 串联负反馈使放大电路的输入电阻提高（1+AF）倍； 并联负反馈使放大电路的输入电阻减小（1+AF）倍； 电压负反馈使放大电路的输出电阻减小（1+AF）倍； 电流负反馈使放大电路的输出电阻提高（1+AF）倍； 代价：闭环增益下降（1+AF）倍4.2 负反馈对放大器性能的改善4.3-1 深度负反馈近似估算法 XD=XI-XF A=Xo/XD F=XF/Xo AF=Xo/XI=A/(1+A*F) 当|1+A*F|1 深度负

46、反馈（|1+A*F|A*F|） 则有： AF1/F XFXI输入量 (XI)输出量 (XO)基本放大电路 (A)反馈网络 (F)净输入量 (XD)反馈量 (XF) 对于电压串联负反馈，电压放大倍数 AUF1/F 对于其它三种负反馈，可利用 XFXI求得电压放大倍数 串联负反馈：UFUI，UD0 并联负反馈：IFII，ID04.3 负反馈放大器的分析方法4.3-2 四种组态深度负反馈放大倍数近似估算 电压串联负反馈： F=UF/Uo=R2/(R2+RF) AUF1/F=1+RF/R2 电压并联负反馈： II = UI/R1 IF = -Uo/RF IIIF AUF=Uo/UI-RF/R1UIUO

47、RFR2R1UIUORFR14.3 负反馈放大器的分析方法 电流并联负反馈： II=UI/R1 IF=-Io*R2/(RF+R2) =-(Uo/RL)*R2/(RF+R2) IIIF AUF=Uo/UI-RL*(RF+R2)/(R1R2) 电流串联负反馈： UIUF = Io*RF Uo=Io*RL AUF=Uo/UI RL/RFUIUORLRFR1UIUORLRFR1R24.3-2 四种组态深度负反馈放大倍数近似估算4.3 负反馈放大器的分析方法判断右图电路中引入了哪种组态的反馈求闭环电压放大倍数 反馈信号取自输出端电流 在输入端以电压方式叠加 电流串联负反馈4.3 负反馈放大器的分析方法判

48、断右图电路中引入了哪种组态的反馈求在深度负反馈条件下的 AUSF 反馈信号取自输出端电流 在输入端以电流方式叠加 电流并联负反馈 深度负反馈条件下： II=US/RS IF=Io*RE2/(RF+RE2) Uo=Io*(RC2/RL) IIIF AUSF=Uo/US(1+RF/RE2)*(RC2/RL)/RS4.3 负反馈放大器的分析方法*4.4 负反馈放大器的自激振荡 （self-oscillation） 负反馈放大电路的闭环放大倍数：若：1+AF=0，则AF=：自激振荡负反馈放大电路自激振荡产生的条件： AF = -1 即：|AF|=1 ； argAF=(2n+1)|AU|AUMBWfLf

49、H0-90-180-270ff 阻容耦合单管共射放大电路中频段=180 在低频、高频段会产生090的附加相移 多级放大器，对某个频率，附加相移等于180，|AF|又足够大：振荡 自激振荡的频率必在电路的低频段或高频段； 单级或两级负反馈电路是稳定的； 三级以上深度负反馈电路容易产生自激振荡4.3 负反馈放大器的分析方法习题：P158 4-4P159 4-94.3 负反馈放大器的分析方法第5章:集成运放的应用 运算放大器的基本电路 （operational amplifiers）信号运算电路 （operational amplifiers） RC有源滤波器 （ RC Active Filters

50、）电压比较器 （Voltage comparators）非正弦波发生器 （relaxation oscillators）5.1-1 理想运放的性能指标 （ ideal operational amplifier） 开环差模增益（电压放大倍数） AUo= 差模输入电阻：RID= 共模输入电阻：RIC= 输出电阻： Ro=0 共模抑制比： KCMR= 上限截止频率：fH= 输入失调电压及温漂均为 0 输入失调电流及温漂均为 05.1 运算放大器的基本电路5.1-2 理想运放工作在线性工作区 （linear region (active region)） “虚短路” (Virtual short)

51、Uo=AUo(U+-U-)，由于AUo= U+ = U-反馈网络U+U-Uo “虚断路” (Virtual opened) 由于理想运放的输入电阻为 I+ = I- = 0 理想运放要工作在线性区，电路中必须引入负反馈5.1 运算放大器的基本电路5.1-3 理想运放工作在非线性工作区 （nonlinear region ） 当 U+ U- 时，由于AUo= UO = UOM 理想运放开环工作时， 则在非线性区 仍满足： I+ = I- = 0 典型应用：比较器0U+ - U-UoUOM-UOM 当 U+ fLLPFHPFUi求和电路UoBEFfLfHfHfL5.3 RC有源滤波器习题：P209

52、 5-13P210 5-16 5.3 RC有源滤波器第5章:集成运放的应用 运算放大器的基本电路 （operational amplifiers）信号运算电路 （operational amplifiers） RC有源滤波器 （ RC active filters）电压比较器 （voltage comparators）非正弦波发生器 （relaxation oscillators）Op.amp.UoPositivefeedbackAmplitudecontrolFrequencyselection正弦波振荡器 正弦波振荡器 Direct Digital Synthesis 5.4-1 单限比较

53、器（ simple comparators ） 电压比较器一般由运放构成， 输入可为模拟信号或数字信号， 输出则为二状态(UOH、UOL)的数字信号， 输出状态跃变的输入电压称为阈值电压UT。UT UIUoUOHUOL5.4 电压比较器过零比较器（zero-crossing comparator）UT UIUoUOHUOL UT=0V，可将正弦波整成方波； 输入端加二极管限幅电路，限制运放的差模输入电压； 输出端加稳压管限幅电路，可以获得 合适的UOH、UOL：(UZ+UD)5.4 电压比较器输入信号和参考电压由同一输入端输入的比较器 输出端限幅电路采用稳压管垮接在输出端 和反相输入端，构成负

54、反馈回路，反相端 为虚地，保护了输入级；同时，运放 工作在线性区，提高了跃变速度。 输出状态发生跃变时，流过稳压管电流为0， U- = R2UI/(R1+R2)+R1UR/(R1+R2)=0 UT= -R1UR/R2 改变参考电压的大小和极性，以及电阻 R1和R2的阻值，就可以改变阈值电压的 大小和极性；若要改变UI过UT时的跃变 方向，则只须改变同相端和反相端。UT UIUoUOHUOL5.4 电压比较器5.4-2 迟滞比较器（ regenerative comparator/Schmitt trigger ） 单限比较器灵敏度高，但可干扰能力差，在阈值电压 附近外部干扰严重，迟滞比较器引入

55、正反馈，具有 滞回惯性特性，存在两个阈值电压。计算阈值：存在两个阈值：5.4 电压比较器5.4-2 迟滞比较器（ regenerative comparator/Schmitt trigger ）UT1 UT2 UIUoUOHUOL 当UIUT2时：Uo=UOL，UT=UT1 因而，UI减小到UT1时， 输出电压才会从UOL跃变为UOH5.4 电压比较器 当UT1UIUT2时： Uo可能是UOH，也可能是UOL； 若UI是从小于UT1的值逐渐增大过来， 则UO=UOH 若UI是从大于UT2的值逐渐减小过来， 则UO=UOL 迟滞比较器的三个重要参数：UT1：下触发(门限)电平；UT2：上触发(

56、门限)电平；UH=UT2 - UT1：回差。tUItUotUotUo过零同端迟滞5.4-2 迟滞比较器5.4 电压比较器迟滞比较器的抗干扰性能UT2UT1UT1 UT2 UIUoUOHUOLUH-3V +3V UIUo+6V-6V例：设计一个电压比较器，使其电压传输特性如右图所示。 该电压比较器应为迟滞比较器UR=0由于UOL=- 6V,UOH=+6VR1=R2取 R1=R2=50k输出选用 6V 稳压管对接。5.4 电压比较器5.4-3 双限比较器（ window comparator） 单限比较器用于判别大于或小于某一参考电压值， 输入电压单一方向变化时，输出只跃变一次； 双限比较器用于判

57、别输入是否在两个参考电压之间， 输入电压单一方向变化时，输出可能跃变两次； 当 UIURH时： A2输出高电平，A1输出低电平， D2导通，D1截止，Uo=UDZ；当 URLUIUc时， D1、D3导通， 电流一路提供给负载RL， 一路对C充电， 理想情况（整流器内阻为0） Uc=Uo=U2； U2到达峰值后开始下降， Uc通过RL放电， Uc按指数规律下降（慢于U2）， 当U2Uc时，D1、D3 截止， C继续通过RL放电； U2负半周雷同正半周，D2、D4将导通、截止。tUo6.1 整流滤波电路220VUoRLU2C 当负载开路，即RL=时：tUoRLC大 RLC小 当RLC=(35)T/

58、2 时： 考虑整流器内阻，阴影部分为其内阻上的压降； C充电时，整流器内阻很小，充电时间常数很小， 放电时，时间常数为RLC，滤波效果取决于放电时间， RLC 越大越好。电容滤波电路（capacitance filter）6.1 整流滤波电路tUo电容滤波电路（capacitance filter）6.1 整流滤波电路tUoID IOt 整流二极管: 无滤波电容 半个周期导通状态，导通角为； 有滤波电容 电容充电时导通，导通角小于， 二极管导通电流很大， 选择整流二极管的平均电流：6.2-1 稳压管稳压电路（ zener voltage regulator） 整流滤波电路能输出较平滑的直流电压

59、，但电网电压 和负载的变动都会引起输出电压的波动，要想得到 稳定的输出，还需要稳压电路。 稳压管DZ和限流电阻 R 组成稳压电路， 当满足：IZIDZIZM，Uo即基本稳定。 电网变化：负载变化：6.2 稳压电路UIUo6.2-1 稳压管稳压电路（ zener voltage regulator） 稳压电路两个重要指标：稳压系数（电网波动）：输出电阻（负载变化）：6.2 稳压电路UIUo 稳压电路参数选择： 1、整流电路输入电压： 稳压电路参数选择： 2、稳压二极管： 3、限流电阻 R：当电网电压最低， 且负载电流最大时，流过稳压管的电流最小： 当电网电压最高，且负载电流最小时， 流过稳压管的

60、电流最大：6.2 稳压电路UIUo6.2-2 串联型稳压电路（Voltage regulator） 基本调整管电路： 稳压管稳压电路输出电流 动态范围小， (IZM-IZ)， 且输出电压固定为： UZ 要扩大负载电流的变化范围，可考虑 将稳压管电流放大后，再作为负载电流。引入三极管 T ， 用于放大稳压管电流，且用于输出电压的调节， 故称为调整管。 负载最大的电流变化范围：UIUoT 输出电压值：6.2 稳压电路6.2-2 串联型稳压电路（Voltage regulator） 为了使输出电压可调，增加输出电压取样电路，同时增加比较放大电路，加深电压负反馈，使输出电压更加稳定工作原理：调整放大基