模拟电子技术电气工程师培训

1.半导体及二极管1.1掌握二极管和稳压管特性和参数1.2了解载流子的扩散、漂移；PN结形成2放大电路基础2.1掌握基本放大电路、静态工作点、直流负载和交流负载(线)2.2掌握放大电路的基本分析方法2.3了解放大电路频率特性和主要指标2.4了解反馈概念、类型和极性；电压串联负反馈分析计算2.5了解正负反馈特点；其他类型分析；对性能影响；自激原因和条件2.6了解消除自激方法，去耦电路3集成运算放大器及其应用3.1掌握放大电路计算；了解典型差放工作原理；差模、共模、零漂概念，静动态计算，输入输出相位关系，集成参数含义3.2掌握集成运放特点和组成；了解多级放大的耦合方式；零漂抑制原理；了解复合管的正确接法及等效参数计算；恒流源作有源负载和偏置电路3集成运算放大器及其应用3.3了解多级放大器的频率响应3.4掌握理想运放的虚短、虚地、虚断概念及其分析方法；反相、同相、差动输入比例器及电压跟随器工作原理，传输特性；积分、微分电路工作原理3.5掌握实际运放电路的分析；了解对数和指数运算电路工作原理，输入输出关系；应用乘法器（平方、均方根、除法）3集成运算放大器及其应用3.6了解模拟乘法器的工作原理4信号处理电路4.1了解滤波器的概念、种类和幅频特性；比较器的工作原理，传输特性和阀值，输入输出波形关系4.2了解一阶和二阶低通滤波器电路分析；主要性能，传递函数，带通截止频率，电压比较器的分析法；检波器、采样保持电路工作原理4.3了解高通、低通、带通电路和低通电路的对偶关系、特性5信号发生电路5.1掌握自激振荡条件，RC文氏电桥振荡器起振条件，频率计算；LC振荡器工作原理、相位关系；了解矩形、三角、锯齿波发生电路工作原理，振荡周期计算5.2了解文氏电桥振荡器的稳幅措施；石英晶体振荡器工作原理；各种振荡器适用场合；压控振荡器组成，原理，频率估算，输入输出关系6功率放大电路6.1掌握功率放大电路的特点；了解互补推挽功放电路工作原理，输出功率和转换功率计算6.2掌握集成功率放大器内部组成；了解功率管的选择、晶体管的几种工作状态6.3了解自举电路；功放管的发热7直流稳压电源7.1掌握桥式整流及滤波电路工作原理、电路计算；串联型稳压电路工作原理，参数选择，电压调节范围，三端稳压块的应用7.2了解滤波电路外特性；硅稳压管稳压电路限流电阻选择7.3了解倍压整流电路原理；集成稳压电路工作原理及提高输出电压和扩流电路工作原理二极管伏安特性OA段正向特性OB段反向特性BC段击穿特性VD死区电压(硅0.6-0.7V,锗0.1-0.2V)VB击穿电压(额定电压=VB/2)VBiD(mA)vD(V)(μA)oAVDBC返回硅稳压管管伏安特特性稳压管工工作在反反向电击击穿区VZ稳定电压压(IW=IWmin-IWmax)IW稳定电流流电击穿-可恢复复热击穿-不可恢恢复-VZiD(mA)vD(V)o-IWmax-IWmin电击穿区热击穿区返回载流子运运动与PN结形形成P型材料料-多子子空穴,少子电电子N型材料料-多子子电子,少子空空穴扩散-多多子浓度度差产生生的载流流子定向向运动漂移-少少子受电电场作用用产生的的定向运运动PN结-扩散与与漂移动动态平衡衡(势垒垒,耗尽尽层)PN空间电荷区漂移扩散返回基本放大大电路三种组态态-共射射，共集集，共基基三极管放放大条件件-内部部,外部部VCCRBRCRECICO++TvbvcVCCRB1RECICO++TRB2CBVCCRB1RECICO++TRB2RC返回共发射极极放大器器共集电极极放大器器共基极放放大器静态工作作点及其其估算1.直流流通路和和直流负负载直流通路路-直流流电流流流通路径径(电容容开路)直流负载载-三极极管集电电极直流流电阻2.固定偏置置和射极偏置置VCCRB1REIBICTRCI2VCCRB1REIBICTRB2RC返回固定偏置置电路VCCRBREIBICTRC返回射极偏置置电路I2VCCRB1REIBICTRB2RC返回交流通路路和交流流负载1.交流流通路-交流电电流的通通路(耦耦合傍路路电容短短路,直直流恒压压源短路路电流源源开路)2.交流流负载-三极管管集电极极交流电电阻R'LVCCRBRCRECICO++TRLRLRBRCRETR'L=RC//RL返回放大电路路基本分分析方法法1.图解分析析法——非线线性电路路的一般般分析方方法，需需要非线线性曲线线求解精精度不高高2.微变等效效电路分分析法——在静静态工作作点处线线性展开开，适合合小信号号分析返回图解分析析法直流负载载线－ＭＭＮ直线线交流负载载线－过过Ｑ点斜斜率等于于-1/R'L直线线vCEiCQOVCCVCEQICQMNPIB=0IB=20IB=40IB=60IB=802/mA/V直流负载线交流负载线α返回回微变变等等效效电电路路分分析析法法1.画画放放大大器器交交流流通通路路2.用用三三极极管管微微变变等等效效模模型型替替代代三三极极管管3.由由所所得得线线性性电电路路求求解解放放大大器器动动态态指指标标共发发、共集集、共基基放放大大电电路路RLRBRCRETRLRBRCRErbeİbβİb返回回共集集电极极放大大电电路路共集集放放大大电电路路又又称称射射极极跟跟随随器器，，隔隔离离级级A=1，，输输入入电电阻阻大大，，输输出出电电阻阻小小VCCRB1RECICO++TRB2RLR'BREİbβİbrbeRLR'BRET返回回放大大电电路路频频率率特特性性1频频率率响响应应幅频频特特性性-放放大大倍倍数数与与频频率率关关系系相频频特特性性-输输入入输输出出相相位位移移与与频频率率关关系系ffLfHAVM0.707AVMfH上限限频频率率fL下限限频频率率通频频带带BW=fH–fLAVM中频频放放大大倍倍数数返回回电压压放放大大电电路路主主要要指指标标电压压放放大大器器主主要要技技术术指指标标有有：：1。。电电压压放放大大倍倍数数AV=ΔVO/ΔVI|RL=C2。。输输入入电电阻阻Ri=ΔVI/ΔII|RL=C3。。输输出出电电阻阻RO=ΔVO/ΔIO|RL=∞放大大器器等效效电电路路+-r0RL-+～放大器riRS返回回放大大器器等等效效电电路路放大大器器对对信信号号源源而而言言是是一一负负载载，，用用ri等效效对负负载载RL而言言，，放放大大器器等等效效为为信信号号源源Eo和ro+-r0RL-+～放大器riRS返回回反馈馈概概念念反馈馈-放放大大器器输输出出信信号号反反送送到到输输入入端端，，从从而而影影响响放放大大器器性性能能正反反馈馈（（使使净净输输入入增增加加））和和负负反反馈馈（（使使净净输输入入减减小小））直流流反反馈馈（（稳稳定定工工作作点点））和和交交流流反反馈馈（（改改善善交交流流特特性性））局部部反反馈馈（（影影响响局局部部性性能能））和和级级间间反反馈馈（（影影响响整整体体性性能能））返回回四种种反反馈馈类类型型电压压反反馈馈：：XO=VO，，Xf∝VO；；电流流反反馈馈：：XO=IO，，Xf∝IO串联联反反馈馈：：Xf=Vf，并联联反反馈馈：：Xf=If反馈馈一一般般表表达达式式：：Af=A/(1+AF)基本放大器反馈网络+–1。。电压压串串联联负负反反馈馈2。。电流流串串联联负负反反馈馈3。。电压压并并联联负负反反馈馈4。。电流流并并联联负负反反馈馈返回回反馈馈框框图图电压压串串联联负负反反馈馈共集集放放大大器器，，同同相相比比例例运运算算电电路路都都是是电电压压串串联联反反馈馈基本放大器反馈网络返回回放大大电电路路基基础础例一一返回回四种种反反馈馈类类型型电压压串串联联负负反反馈馈分分析析计计算算电路路分分析析：：1。。两两级级电电容容耦耦合合NPN放放大大电电路路（（负负电电源源））2。。级级间间反反馈馈元元件件引引入入电电压压串串联联反反馈馈3。。瞬瞬时时极极性性判判定定为为负负反反馈馈4。。反反馈馈信信号号是是RE1上电电压压Vf正比比于于输输出出电电压压Vf100k30k10k3.3k1001.5k10k1.5k6.2k1k9.12.7k2.7kRLRf=4.7kvOvI10μF10μF10μF100μF33μF-VCCRE1T1T2S深度度负负反反馈馈分分析析：：Vf=VoRE1/(RE1+Rf)AVf=Vo/Vf=(RE1+Rf)/RE1返回回1电压压串串联联负负反反馈馈返回回2放大大电电路路基基础础电压压并并联联负负反反馈馈集基基偏偏置置电电路路，，反反相相比比例例运运算算电电路路都都是是电电压压并并联联反反馈馈基本放大器反馈网络返回回电流流串串联联负负反反馈馈射极极偏偏置置共共发发电电路路（（微微变变等等效效电电路路中中RE≠0））是是电电流流串串联联负负反反馈馈基本放大器反馈网络返回回电流流并并联联负负反反馈馈电流流并并联联负负反反馈馈电电路路基本放大器反馈网络返回回电压压并并联联负负反反馈馈电电路路电流流串串联联负负反反馈馈电电路路电流流并并联联负负反反馈馈电电路路负反反馈馈对放放大大电电路路性性能能影影响响1.闭闭环环放放大大倍倍数数稳稳定定性性提提高高2.减减小小环环路路内内非非线线性性失失真真3.闭闭环环带带宽宽增增大大4.对对输输入入输输出出电电阻阻影影响响：：电压压反反馈馈输输出出电电阻阻减减小小电流流反反馈馈输输出出电电阻阻增增大大串联联反反馈馈输输入入电电阻阻增增大大并联联反反馈馈输输入入电电阻阻减减小小返回回差动动放放大大器器基基本本概概念念直流流放放大大器器零漂漂问题题差模模(输输入入)信信号号vi1=-vi2=vid/2共模模(输输入入)信信号号vi1=vi2=vic差模模放放大大倍倍数数Avd=vod/vid共模放大倍数数Avc=voc/vic共模抑制比KCMR(CMRR)=Avd/Avc放大器vi1vi2vivovo2vo1RRvid=vi1-vi2vic=(vi1+vi2)/2零漂问题和抑抑制零漂的差差动原理采用直接耦合合以放大极低低频率及直流流信号。但因因温度变化前前级工作点状状态变化被后后级作为信号号而加以放大大,造成零输输入而非零输输出现象—零零点漂移利用差动原理理可抑制零漂漂vi2vo2Av2vi1vo1Av1vivovi1vo1Av1vo=vo1-vo2=Av1vi1-Av2vi2=Av1vid=Av2vid=Avdvid返回差放基本概念念返回集成运放典型差放动态态和静态分析析长尾电路和带带恒流源差放放静态计算典型差放动态计算vi1vO+VCCT1RERWT2-VCCvi2RRRbARbRcRcvi1vO+VCCT1RERWT2-VCCvi2RbARbRcRcRb2Rb1T3返回典型差放动态态分析双端输出：Avd=Av1(R'L=Rc//(RL/2)),Ro=2Rc,Rid=2Ri1单端输出：Avd=Av1(R'L=Rc//RL)/2,Ro=Rc,Rid=2Ri1Avc=A'v1(R'L=Rc//RL)vi1vO1T1RW/2RbRcvi1vO1T1RW/2RbRc2RE恒流源电路用用替代RE返回差放动静态分分析返回集成运放集成运放主要要参数开环(差模)电压放大倍倍数Avd(Avo)(差模)输入入电阻Ri(d)和输出电阻Ro共模抑制比KCMR输入失调电压压VIO和输入失调电电流IIO基极电流IB开环带宽BW和单位增益益带宽BWG最大差模输入入电压Vidmax最大共模输入入电压VIcmax等返回集成运放特点点和组成特点：三极管管参数一致性性好；电阻为为沟道电阻，，大电阻需外外接；PN结结电容，大电电容需外接；；恒流源作偏偏置电路和有有源负载四部分组成：：差动输入级级，中间电压压放大级，（（功率）输出出级和偏置电电路新旧符号+-+∞vPvNvO+-vPvNvO返回恒流源电路恒流源具有静静态电阻小动动态电阻大的的特点有三极管恒流流源，镜像恒恒流源和微电电流源+VCCT1IoT2RIREF2IBREIO+VCCTRb1Rb2D返回复合管NPN+NPN复合NPN+PNP复合PNP+NPN复合PNP+PNP复合T1T2IC1IC2ICIB1IBIE2IET1T2IBIEICIEIBT1T2ICIBT1T2ICIE返回理想运算放大大器及其分析析法理想运放条件件：AVO→∞，Ri→∞，Ro→0，KCMR→∞，BW→→∞运放线性应用用特点：VP=VN，Ii=0，““虚短”+-+∞vPvNvO返回反相比例运算算因为Ii=0，所以VP=0因为VN=VP=0，所以N点地电位““虚地”R平衡电阻+-+∞vivORR1RFI1IiIF返回同相比例运算算因为Ii=0，所以VP=vi因为运放输入入端电流为0，所以反相相端“虚断””R平衡电阻返回+-+∞vivORR1RFIi差动运算利用迭加原理理和虚短虚断断概念+-+∞vi1vOR1RFIiR2R3vi2返回电压跟随器+-+∞vOIivi返回积分、微分电路积分电路，时时间常数τ=RC要大于于Tvi=E，Vo=0时+-+∞vivORCiitvivoRC越大三角角波幅度越小小返回微分电路微分电路时间间常数τ=RC要小于于T/2+-+∞vivORCiitvivo返回对数、反对数运算对数运算+-+∞vivORiEiF反对数运算+-+∞vivORiCi都与温度有关关返回模拟乘法器及及应用乘法器符号乘法器应用注注意负反馈,运放线性应应用vXvYvO=KvXvY+-+∞vi1vORv2Rvi2+-+∞vivORv2R返回二象限除法vi2大于0负电压开方有源滤波器概概念传递函数频率特性(幅幅频和相频)理想特性ωωHωωLωωLωHω0ωωLωH返回一阶低通滤波波器其中是是通带带内放大倍数数是上限截止角角频率+-∞+236RvOR1vICRFωA00.707A0ωH20dB/10倍频返回二阶低通滤波波器二阶压控电压压源有源低通通滤波器二阶有源低通通滤波器相似的频率特特性(幅频特特性)+-∞+vOvIRRCCR1RF+-∞+RvORvIC2C1返回二阶低通滤波波器幅频特性性等效品质因素素Q对幅频特特性影响Q=0.707时有最大大平坦通频带带衰减特性40dB/10倍频程Q越大峰值越越大ωA00.707A0ωHQ=5Q=2Q=0.707Q=0.5返回信号处理电路路返回二阶低通滤波波器比较器及其传传输特性运放开环(非非线性)应用用电压传输特特性迟滞比较器电压传输特性性V0+

vIV0-

线性范围+-+∞vIvO+-+∞vIvOVREFvIV0+V0-

VREF返回迟滞比较器及及其传输特性性正向阈值V+和反向阈值V–电压回差电压VH=V+-V–应用：波形变换R2+-+∞vIvOR1RDZvRvIV0+=VZV0-=-VZV+V-返回比较器返回信号处理电路路迟滞比较器波波形变换电压增大时与与V+比较电压减小时与与V–比较电压介于V+和V–之间输出保持持原先值tvivoV+V―VO+VO―返回迟滞比较器返回比较器返回信号处理电路路自激振荡条件件自激振荡-无无输入信号电电路自动输出出一定频率和和幅度的信号号正弦波振荡器器-输出为正正弦信号的振振荡器振荡条件相位平衡条件件幅度平衡条件件起振条件放大器选频网络相位平衡条件件决定能否振振荡及振荡频频率返回RC选频特性性和(电桥)振荡器单级RC电路路移相0~90度(超前前或滞后)RC串并联网网络选频特性性RRCCωω0φF+90–90ωω0F1/3返回文氏电桥振荡荡器运放和R1RF组成同相放大大器A=(R1+RF)/R1φA=0由相位平衡条条件必须φF=0,得振荡荡频率由幅度和起振振平衡条件,A必须略大大于3D起稳幅作用用18kR28.2k12kRW2.7k+-∞+236vOR3D1D2RRCC6.8kABR1RF返回RC振荡器返回信号产生电路路LC选频特性性和LC振荡荡器LC选频特性性(谐振)相位条件转化化为瞬时极性性(正反馈)变压器反馈LC振荡器三点式振荡器(结构构判别)T1VCCRB1RE++C1C2L**+++++RB2φA=0(共基),φF=0返回三点式振荡器器Z1和Z2同电抗性质Z3和Z2(Z1)不同电抗Z1+-∞+Z2Z3T1VCCRB1RE+C1C2L+++RB2T1VCCRB1RE++CL+++RB2L1L2电容三点式电感三点式返回LC振荡器返回信号发生电路路非正弦波振荡荡器滞廻比较器加加延时环节改变时间常数数RC改变频频率改变VR改变频率(压压控振荡)R并联D充放放电时间不同同占空比不同同R2+-+∞vO1R1RDZvRCvO2返回V+V–Vo+Vo–vO1vO2vO1积分石英晶体振荡荡器石英晶体振荡荡器特性石英晶体振荡荡电路工作于串联谐谐振频率fS和并联谐振频频率fP之间调节C可微调调输出频率fO电容性电感性Xff

S

fPO+-+∞vOR1XC返回功放电路的特特点大信号电压电电流大可输出交流功功率大小电源效率问题题(甲类功放放乙类功放等等)失真问题(甲乙类功放)器件极限参数数(安全)问题返回互补对称功放放电路双电源互补对对称功放电路路,静态VA=0单电源互补对对称功放电路路,静态VA=VCC/2T1,T2轮流工作,各各导电(T/2)180度(乙类)指标计算vIvO+VCCRLT1T2A-VCCvIvO+VCCRLCLT1T2A+返回乙类功放指标标计算最大不失真输输出功率Pomax最大电源效率率ηmax最大管耗PTmax单电源用VCC/2替代公式式中VCCvIvO+VCCRLT1T2A-VCC返回互补对称功放放返回功率放大电路路甲乙类功放T1组成推动(激激励)级，T2、T4和T3、T5分别构成复合合功放管，组组成互补对称称输出级。仅仅从输出级考考虑，OTL功率放大器器的下限频率率fL主要由偶合电电容CL和负载电阻RL决定vIvO+VCC2200μFI