注册电气工程师基础考试精讲六

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-可恢复热击穿-不可恢复复-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结形成P型材料-多子空穴穴,少子电子子N型材料-多子电子子,少子空穴穴扩散-多子浓度度差产生生的载流流子定向向运动漂移-少子受电电场作用用产生的的定向运运动PN结-扩散与漂漂移动态态平衡(势垒,耗尽层)PN空间电荷区漂移扩散返回基本放大大电路三种组态-共射，共共集，共共基三极管放放大条件件-内部,外部VCCRBRCRECICO++TvbvcVCCRB1RECICO++TRB2CBVCCRB1RECICO++TRB2RC返回共发射极放放大器共集电极放放大器共基极放放大器静态工作作点及其其估算1.直流通路路和直流流负载直流通路路-直流电流流流通路路径(电容开路路)直流负载载-三极管集集电极直直流电阻阻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.交流通路路-交流电流流的通路路(耦合傍路路电容短短路,直流恒压压源短路路电流源源开路)2.交流负载载-三极管集集电极交交流电阻阻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——非线性电电路的一一般分析析方法，，需要非非线性曲曲线求解解精度不不高2.微变等效效电路分分析法——在静态工工作点处处线性展展开，适适合小信信号分析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vCEiCQOVCCVCEQICQMNPIB=0IB=20IB=40IB=60IB=802/mA/V直流负载线交流负载线α返回微变等效效电路分分析法1.画放大器器交流通通路2.用三极管管微变等等效模型型替代三三极管3.由所得线线性电路路求解放放大器动动态指标标共发、共集、共基放大大电路RLRBRCRETRLRBRCRErbeİbβİb返回共集电极放大电路路共集放大大电路又又称射极极跟随器器，隔离离级A=1，输入电阻阻大，输输出电阻阻小VCCRB1RECICO++TRB2RLR'BREİbβİbrbeRLR'BRET返回放大电路路频率特特性1频率响应应幅频特性性-放大倍数数与频率率关系相频特性性-输入输出出相位移移与频率率关系ffLfHAVM0.707AVMfH上限频率率fL下限频率率通频带BW=fH–fLAVM中频放大大倍数返回电压放大大电路主主要指标标电压放大大器主要要技术指指标有：：1。电压放放大倍数数AV=ΔVO/ΔVI|RL=C2。输入电阻阻Ri=ΔVI/ΔII|RL=C3。输出电阻阻RO=ΔVO/ΔIO|RL=∞放大器等效电路路+-r0RL-+～放大器riRS返回放大器等等效电路路放大器对对信号源源而言是是一负载载，用ri等效对负载RL而言，放放大器等等效为信信号源Eo和ro+-r0RL-+～放大器riRS返回反馈概念念反馈-放大器输输出信号号反送到到输入端端，从而而影响放放大器性性能正反馈（（使净输输入增加加）和负负反馈（（使净输输入减小小）直流反馈馈（稳定定工作点点）和交交流反馈馈（改善善交流特特性）局部反馈馈（影响响局部性性能）和和级间反反馈（影影响整体体性能））返回四种反馈馈类型电压反馈馈：XO=VO，Xf∝VO；电流反馈馈：XO=IO，Xf∝IO串联反馈馈：Xf=Vf，并联反馈馈：Xf=If反馈一般般表达式式：Af=A/(1+AF)基本放大器反馈网络+–1。电压串联联负反馈馈2。电流串联联负反馈馈3。电压并联联负反馈馈4。电流并联联负反馈馈返回反馈框图图电压串联联负反馈馈共集放大器器，同相相比例运运算电路路都是电电压串联联反馈基本放大器反馈网络返回放大电路路基础例一返回四种反馈馈类型电压串联联负反馈馈分析计计算电路分析析：1。两级电电容耦合合NPN放大电路路（负电电源）2。级间反反馈元件件引入电电压串联联反馈3。瞬时极极性判定定为负反反馈4。反馈信信号是RE1上电压Vf正比于输输出电压压Vf100k30k10k3.3k1001.5k10k1.5k6.2k1k9.12.7k2.7kRLRf=4.7kvOvI10μF10μF10μF100μF33μF-VCCRE1T1T2S深度负反反馈分析析：Vf=VoRE1/(RE1+Rf)AVf=Vo/Vf=(RE1+Rf)/RE1返回1电压串联联负反馈馈返回2放大电路路基础电压并联负反反馈集基偏置电路路，反相比例例运算电路都都是电压并联联反馈基本放大器反馈网络返回电流串联负反反馈射极偏置共发电路（微微变等效电路路中RE≠0）是电流串联负负反馈基本放大器反馈网络返回电流并联负反反馈电流并联负反反馈电路基本放大器反馈网络返回负反馈对放大电路性性能影响1.闭环放大倍数数稳定性提高高2.减小环路内非非线性失真3.闭环带宽增大大4.对输入输出电电阻影响：电压反馈输出出电阻减小电流反馈输出出电阻增大串联反馈输入入电阻增大并联反馈输入入电阻减小返回差动放大器基基本概念直流放大器零漂问题差模(输入)信号vi1=-vi2=vid/2共模(输入)信号vi1=vi2=vic差模放大倍数数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,造成零输入而而非零输出现现象—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)电压放大倍数数Avd(Avo)(差模)输入电阻Ri(d)和输出电阻Ro共模抑制比KCMR输入失调电压压VIO和输入失调电流流IIO基极电流IB开环带宽BW和单位增益带带宽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返回同相比例运算因为Ii=0，所以VP=vi因为运放输入端电电流为0，所以反相端“虚断断”R平衡电阻返回+-+∞vivORR1RFIi差动运算利用迭加原理和虚虚短虚断概念+-+∞vi1vOR1RFIiR2R3vi2返回电压跟随器+-+∞vOIivi返回积分、微分电路积分电路，时间常常数τ=RC要大于Tvi=E，Vo=0时+-+∞vivORCiitvivoRC越大三角波幅度越越小返回微分电路微分电路时间常数数τ=RC要小于T/2+-+∞vivORCiitvivo返回对数、反对数运算对数运算+-+∞vivORiEiF反对数运算+-+∞vivORiCi都与温度有关返回模拟乘法器及应用用乘法器符号乘法器应用注意负负反馈,运放线性应用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念传递函数频率特性(幅频和相频)理想特性ωωHωωLωωLωHω0ωωLωH返回一阶低通滤波器其中是是通带内放大倍倍数是上限截止角频率率+-∞+236RvOR1vICRFωA00.707A0ωH20dB/10倍频返回二阶低通滤波器二阶压控电压源有有源低通滤波器二阶有源低通滤波波器相似的频率特性(幅频特性)+-∞+vOvIRRCCR1RF+-∞+RvORvIC2C1返回二阶低通滤波器幅幅频特性等效品质因素Q对幅频特性影响Q=0.707时有最大平坦通频频带衰减特性40dB/10倍频程Q越大峰值越大ωA00.707A0ωHQ=5Q=2Q=0.707Q=0.5返回信号处理电路返回二阶低通滤波器比较器及其传输特特性运放开环(非线性)应用电压传输特性性迟滞比较器电压传输特性V0+

vIV0-

线性范围+-+∞vIvO+-+∞vIvOVREFvIV0+V0-

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

S

fPO+-+∞vOR1XC返回功放电路的特点点大信号电压电流大大可输出交流功率率大小电源效率问题(甲类功放乙类功功放等)失真问题(甲乙类功放)器件极限参数(安全)问题返回互补对称功放电电路双电源互补对称功功放电路,静态VA=0单电源互补对称称功放电路,静态VA=VCC/2T1,T2轮流工作,各导电(T/2)180度(乙类)指标计算vIvO+VCCRLT1T2A-VCCvIvO+VCCRLCLT1T2A+返回乙类功放指标计算最大不失真输出出功率Pomax最大电源效率ηmax最大管耗PTmax单电源用VCC/2替代公式中VCCvIvO+VCCRLT1T2A-VCC返回互补对称功放返回功率放大电路甲乙类功放T1组成推动(激励)级，T2、T4和T3、T5分别构成复合功功放管，组成互互补对称输出级级。仅从输出级级考虑，OTL功率放大器的下下限频率fL主要由偶合电容容CL和负载电阻RL决定vIvO+VCC2200μFIC4T1DC2RW