模拟电子电路

1、第四讲模拟电子电路 翻页第四讲 模拟电子电路 4.1 常用电子器件4.2 晶体管放大电路4.3 集成运算放大器电路4.4 集成功率放大电路4.5 波形发生电路4.1 常用电子器件4.1.1 晶体二极管4.1.2 双极型晶体管4.1.3 场效应晶体管4.1.4 光电器件返回4.1.1 晶体二极管本征半导体完全纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。它具有共价键结构。 单晶硅中的共价键结构硅原子价电子返回翻页N型半导体和P型半导体N型半导体 在硅或锗中掺入少量的五价元素，如磷或砷、锑，则形成N型半导体。P自由电子磷原子正离子P+ 少子多子正离子在N型半导体中，电子是多子，空穴是少子返回翻页N型半

2、导体和P型半导体P型半导体 在硅或锗中掺入三价元素，如硼或铝、镓，则形成P型半导体。BB- 硼原子负离子空穴填补空位多子少子负离子在P型半导体中，空穴是多子，电子是少子。返回翻页PN结用专门的制造工艺在同一块半导体单晶上，形成P型半导体区域和N型半导体区域，在这两个区域的交界处就形成一个PN结 。P 区N 区P区的空穴向N区扩散并与电子复合N区的电子向P区扩散并与空穴复合空间电荷区内电场方向返回翻页 即在PN结上加正向电压时，PN结电阻很低，正向电流较大。（PN结处于导通状态）正向导通 加反向电压时，PN结电阻很高，反向电流很小。（PN结处于截止状态）反向截止返回PN结具有单向导电性翻页面接触

3、型点接触型引线触丝外壳N型锗片N型硅阳极引线PN结阴极引线金锑合金底座铝合金小球阴极阳极D表示符号 二极管的结构与符号返回翻页几种二极管外观图大功率二极管小功率二极管返回翻页二极管的伏安特性硅管的伏安特性U/V-500.8反向击穿电压U(BR)-40-20OI/mA604020-250.4正向死区电压I/A锗管的伏安特性-20-40-250.40.2-5010O155I/mAU/VI/A死区电压死区电压：硅管约为：0.5V,锗管约为：0.1V。导通时的正向压降：硅管约为:0.6V0.8V,锗管约为:0.2V0.3V。常温下，反向饱和电流很小.当PN结温度升高时，反向电流明显增加。注 意:返回翻

4、页二极管的主要参数最大整流电流IOM最大反向工作电压UDR一般取反向电流IDRU/V-500.8反向击穿电压UDBR-40-20OI/mA604020-250.4正向死区电压I/A返回翻页稳压二极管稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管。符号DZ阴 极阳 极特点:(1)反向特性曲线比较陡(2)工作在反向击穿区I/mAU/V0UZIZ稳压二极管伏安特性返回翻页稳压二极管主要参数稳定电压UZ稳定电流IZ动态电阻rZ rz = UZ / IZ电压温度系数UZ 一般情况:高于6V的UZ 为负,低于6V的UZ为正。最大允许耗散功率PZMI/mAU/V0UZIZminIZmaxiu返回翻页4.1.2 双极

5、型晶体管1. 基本结构、符号2. 电流分配与放大作用3. 特性曲线4. 主要参数5. 小信号模型返回翻页1. 基本结构、符号BETCNPNBETCPNPPNP型NPPEB基区发射结集电结集电区发射区集电极C发射极基极NPN型CPNNEB发射区集电区基区基极发射极集电结发射结集电极返回翻页2. 电流分配与放大作用IBRBUBBICUCC输入电路输出电路公共端 晶体管具有电流放大作用的外部条件：发射结正向偏置集电结反向偏置NPN 管： UBE0 UBCVBVERCBCE共发射极放大电路PNP 管： UBE0即VCVB109低频跨导gm：在UDS为某一固定值时，漏极电流的微小变化和相应的栅源输入电压

6、变化量之比。返回翻页极限参数最大漏极电流IDM：管子工作时允许的最大漏极电流最大漏源击穿电压U(BR)DS:漏极和源极之间的击穿电压。最大耗散功率PDM ：管子最高温升决定的参数返回翻页4.1.5 光电器件1. 发光二极管2. 光敏二极管3. 光敏晶体管4. 光电耦合器返回翻页1. 发光二极管发光二极管是一种能将电能转换成光能的器件，简称LED发光二极管的PN结多采用磷（）砷（As）化镓（Ga）制成，根据所用材料不同，能发出不同颜色的光发光二极管也具有单向导电性，但其正向工作电压要高于普通二极管，通常在1.4V以上返回翻页 发光二极管发光二极管的外形及符号发光二极管具有寿命长、抗冲击和抗振动性

7、能好、可靠性高等优点，应用十分广泛，其外形众多发光二极管电路符号返回翻页2. 光敏二极管光敏二极管是一种将光能转换成电流的器件，其PN结封装在具 有透明聚光窗的管壳 内。下图为光敏二极 管实物返回翻页光敏二极管结构与符号结构图入射光玻璃透镜管芯管壳陶瓷管座引线上电极下电极PNN管芯示意图AK电路符号返回翻页光敏二极管伏安特性光敏二极管使用时要反向接入电路中，即正极接电源负极，负极接电源正极。I/AU/V无光照射电流很小（暗电流）受到光照，反向电流增大（光电流）正向特性类同于普通二极管返回翻页3. 光敏晶体管光敏三极管和普通三极管的结构相类似。不同之处是光敏三极管必须有一个对光敏感的PN结作为感

8、光面，一般用集电结作为受光结，因此，光敏三极管实质上是一种相当于在基极和集电极之间接有光敏二极管的普通三极管。其结构 及符号如下图所示。返回翻页光敏三极管等效电路及符号ceec等效电路符号光敏三极管外形返回翻页放大原理与特性曲线入射光子形成光生电压，产生光生电流，由基极进入发射极，从而在集电极回路中得到一个放大了倍的电流。因此，光敏三极管是一种相当干将基极、集电极光敏二极管的电流加以放大的普通晶体管。其特性曲线如图所示uCE /ViC / mAOICEOPCM曲线入射光照度增加E=0E1E2E3E4返回翻页*4.光电耦合器光电耦合器是把发光二极管和光敏二极管或光敏晶体管合二为一的器件，输入端接

9、收电信号，中间以光耦合的形式控制输出端的电信号。由于输入输出没有电气的直接联系，故又称为光电隔离器。光电耦合器及符号返回翻页光电耦合器的优点及应用光电耦合器因输入和输出相互绝缘，可以承受很高的电压；同时还具有抗干扰能力极强、响应速度快等有点。因此广泛用于信号隔离转换、脉冲系统的电平匹配、数模转换和计算机接口等方面。返回翻页4.2 晶体管放大电路4.2.1 阻容耦合的共发射极电路4.2.2 工作点稳定的放大电路4.2.3 共集电极放大电路返回翻页晶体管放大电路是利用晶体管将微弱的电信号进行放大的电子电路的总称放大电路的一个基本要求就是在对电信号进行放大的同时，输出信号的变化规律与输入信号变化规律

10、一致，即不失真放大电路按照晶体管公共接地端的不同分为共发射极、共集电极和共基极三种类型按照信号传递方式不同，分阻容耦合、变压器耦合和直接耦合三种类型翻页4.2.1 阻容耦合的共发射极电路直流电源基极 电阻 输入 电容集电极电阻 三极管：电流放大输出电容电路组成RBRCUCEUBE+UCC+C1C2+ui+u0RL负载 电阻返回翻页耦合电容的作用负载信号源+UCCRBRCUCEUBE+C1C2+ui+u0RLC1 用来隔断放大电路与信号源之间的直流通路。C2用来隔断放大电路与负载之间的直流通路。C1、 C2 同时又起到耦合交流的作用，其电容值应足够大，以保证在一定的频率范围内，耦合电容上的交流压

11、降达到可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。翻页+UCCRBRCUCEUBE+C1C2+ui+u0RL各种符号关系：IB，IC，UBE，UCE 直流分量ib，ic，ube，uce 交流分量iB，iC，uBE，uCE 总 量Ib，Ic，Ube，Uce 交流分量有效值符号含义：iBIBIbmib0t翻页静态分析+UCCRBRCUBE+C1C2+ui+u0RLIBQICQUCEUCEQ静态分析就是在无输入信号情况下求电路的静态值IBQ、 ICQ和UCEQ通常，为了使放大器有较大的输出范围，以及较小的噪声，UCEQ值在1/21/3UCC左右。翻页动态分析动态分析主要了解放大器的放大能力（电压放大倍数A

12、u）、信号接收能力（输入电阻ri）以及信号输出能力（输出电阻ro）共发射极电路的电压放大倍数为返回放大电路较小信号较大信号uiuo翻页输入电阻与输出电阻放大电路riRSuS+-+-ui+-uoRLro+-uo信号源负载共射极电路的输入电阻为 ri RB / rbe输出 电阻 ro RC ri反映放大器接收信号的能力， ro反映的是带负载能力返回对于信号源来说，放大器相当于负载，可以用一个输入电阻ri来表示对于负载来说，放大器相当于一个有内阻的信号源，其内阻值ro，即为放大器的输出电阻翻页4.2.3 共集电极放大电路典型的共集电极放大电路如右图所示。又因为该电路的输出信号取自晶体管的发射极，故该

13、电路又称为射极输出器uS+RLTC2C1+RBRE+UCCRS+uO返回翻页射极输出器的电压放大倍数为放大倍数为正数，说明输出信号与输入信号同相；显然Au小于1，但是接近于1翻页放大器输入电阻放大器输出电阻较大的输入电阻减小信号源内阻上的压降，常用于多级放大的第一级较小的输出电阻可提高电路的带负载能力，常用于多级放大的最后一级射极输出器可作为小功率放大器使用返回翻页4.3 集成运算放大器及其电路4.3.1 集成运算放大器4.3.2 比例运算电路4.3.3 加减运算电路4.3.4 积分、微分运算电路*4.3.5 精密整流电路*4.3.6 电压比较器返回电路分析时设运算放大器具有理想特性，即输入电

14、阻ri(i+=i-=0)，运放的开环放大倍数Au翻页4.3.1 集成运算放大器集成运放是具有高开环放大倍数并带有深度负反馈的多级直接耦合放大电路。u-u0中间级输出级置 路 偏 电u+ui输入级 集成运放的组成框图返回翻页LM348uA741外形、符号与主要参数集成运放的管脚DIP封装SOP封装LM348引脚排列uA741引脚定义返回-+翻页集成运放的符号 反相输入端uu 同相输入端信号传输方向ui输出端ou实际运放开环电压放大倍数AO返回翻页集成运放的主要参数输入失调电压UI0输入失调电流II0开环（差模）电压放大倍数Aod差模输入电阻rid差模输出电阻rod共模抑制比KCMR越小越好越大越

15、好返回翻页理想运算放大器理想化的条件：开环电压放大倍数 AO ;差模输入电阻 ri开环输出电阻 rO共模抑制比 KCMRR ;0 ; ;uuouAOri共模输入电阻 ri ;共模电压放大倍数 AuC0 ;返回翻页集成运放的理想电压传输特性0uouiUO+理想运放ouuu+uo0uiUo+U0 -UimUim实际运放UO-返回翻页4.3.2 比例运算电路R1输入电阻Rf反馈电阻R2平衡电阻R2= R1/ Rfi1=if故反相比例返回uiuoi1ifRfR1R2i-1. 反相输入比例运算翻页2. 同相输入比例运算返回uiuoi1ifRfR1R2u+u_i-故有：i- 0同相输入比例器翻页4.3.3

16、 加减运算电路返回i1u+u_u0R3RfR1R2i-ifui1ui2 = 1+ ui2 uoRfR1R2 + R3R3- ui1RfR1因i-= 0，u_=ui1_i1R1ui1=_.R1ui1_u0R1+ Rfu+=ui2R3R2+ R3u_=u+u0i1 =if=ui1_R1+ Rf1. 减法运算电路翻页i1u+u_u0R3RfR1R2i-ifui1ui2 = 1+ ui2 uoRfR1R2 + R3R3- ui1RfR1若取R1R2，R3Rf，则若取R1R2R3Rf ，则减法运算电路返回翻页ui1 2. 加法运算电路返回Rb=R1 / R2 / R3 / Rf电路组成ui3fu obu

17、i2 i1i2i3if132i-翻页因i-= 0，故i1+i2+i3=if又 u-= 0, 即i2i3i1ui3uo bui2 if1fR1R2R3ui1i-u_运算关系 u = ( + + ) ui2 oui1 ui3 RfRfRfR1R2R3若R1=R2=R3=R，则返回翻页uoui5 R4R6R5i2i3i1ui3uo1 ui2 if1Rf1bR1R2R3ui1if2Rf2ui4二级求加减电路 u = ( + + ) ui2 o1ui1 ui3 Rf1Rf1Rf1R1R2R3同理可得令R6Rf2，则返回翻页4.3.4 积分、微分运算电路返回i1= iC uC =- uo若uiUI为阶跃信

18、号，则uiuoi1iCCR1R2+ uC -i-1.积分运算翻页2. 微分运算uoui若输入为方波则输出波形为微分电路返回uiuoifiCRfR2C+ uC -i-翻页*4.3.5 精密整流电路返回1. 一般二极管整流电路+ui-DRL+uo-1. 一般二极管整流电路ui/V0.7ui/V0.700uo由于二极管存在正向压降，当输入信号ui较小时，输出误差较大，在ui幅值小于正向压降时甚至不能整流。翻页2. 精密整流电路bD1RfR1uiD2uoui/V00uo当ui0，uo0，D2导通，D1截止，uo0当ui0， D2截止， D1导通，uouiRfR1RfR1uiuiuo0半波精密整流的传输

19、特性返回翻页*4.3.6 电压比较器返回1. 单限电压比较器+UZ-RRRuiuoUR+UZ-UZui/Vuo/V0URUR为比较器的参考电压，ui= UR = UT，称为门限电压或阈值电压当ui UR ， uo =-UZ比较器的电压传输特性如图所示翻页ui0uo0+UZ-RRRuiuo反向过零比较器波形变换UZ-UZ当UR =0，称为过零比较器，常用于信号极性鉴别和波形变换返回翻页电压比较器组成的报警电路返回tui0URRRRui+uo-UR报警指示灯+UCCDtuo0灯亮当uiUR时，报警指示灯亮翻页2. 双限电压比较器RuoR1R2URHR3R4uiURLD1uo1D2uo2RLDZui

20、uo0UZURLURH电路传输特性当ui 0， D2导通， uo = UZ当 URL ui URH ， uo1 0， uo2 URH ， uo1 0， D1导通， uo = UZ返回翻页4.4 集成功率放大电路功率放大电路的基本要求输出功率尽可能大非线性失真尽可能小效率要高返回翻页中间级启动偏置电路短路过热保护短路过热保护输出级输入级+_24351TDA2030集成音频功率放大器同相输入反相输入负电压正电压输出实物引脚排列图电路结构图1 2 3 4 5翻页由TDA2030构成的OCL电路R41R3680R2+UCCUCCRLTDA203012345R1D1D2C1C2C4C3C5ui22k22k翻页由TDA2030构成的OTL电