公共基础精讲班电学信息第六~七讲《模拟电子技术》刀哥

八零教育80Jaoyu2023年勘察设计注册工程师公共基础精讲班—电学It’s模拟电子技术Eighty80商城80网校80注考Education80-刀哥好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80商城U80APP应用商店搜索：八零网校电力系统分析目录CONTENTS二极管及其整流电路三极管及其放大电路集成电路运算放大器好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80二极管及其整流电路1、PN结的单向导电性PN结加正向电压(a点电位高于k点电位)，二极管正向导通；PN结加反向电压(a点电位低于k点电位)，二极管反向截止；总之，PN结正向电阻小，反向电阻大———单向导电性。2、二极管的伏安特性第一象限的是正向伏安特性曲线，第三象限的是反向伏安特性曲线。式中为反向饱和电流，为二极管两端的电压降，称为温度的电压当量，k为玻耳兹曼常数，q为电子电荷量，T为热力学。对于室温(相当则有33、二极管应用(1)限幅电路例题：理想二极管电路中伏，求输出波形时，二极管导通，时，二极管截止，好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80(2)整流电路1)半波整流电路结论：输出直流电压：二极管平均电流：输出直流电流：二极管最高反向电压：好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education802)全波整流电路全波整流不仅利用了正半周，也利用了负半周，提高了整流效率。结论：输出直流电压：二极管平均电流：输出直流电流：二极管最高反向电压：好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education803)桥式整流电路(重点)桥式整流电路：原理和输出波形与全波整流相同，虽然二极管的个数增多，但二极管承受的反向电压减小。结论：输出直流电压：输出直流电流：二极管平均电流：二极管最高反向电压：好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education804)桥式电容滤波电路(重点)在不接电容器C时，其输出电压波形如图(a)所示。在接上电容器C后，当输入次级电压为正半段期间，电容充电；当输入次级电压由正峰值开始下降后，电容开始放电，直到电容上的电压电容又重新充电；当时，电容又开始放电，电容器C如此始进行充放电，负载上变得到近似图(b)所示的输出电压。结论：无电容C，有负载I有电容C，无负载I有电容C，有负载R好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80(2005-107)半导体二极管的正向伏安特性是一条：(D)(A)过坐标轴零点的直线(B)过坐标轴零点，Ⅰ随U按指数规律变化的曲线(C)正向电压超过某一数值后才有电流的直线(D)正向电压超过某一数值后Ⅰ随U按指数规律变化的曲线(2006-107)图示电路中，设D为理想二极管，输入电压按正弦规律变化，则在输入电压的负半周，输出电压：(A)好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80(2007-107)全波整流、滤波电路如图所示，如果输入信号，则开关S闭合前，输出电压为:(C)(A)0V(B)7.64V(C)10V(D)12V(2008-107)全波整流、滤波电路如图所示，如果输入信号则输出电压的平均值为：(C)(A)3.18V(B)5V(C)6.36V(D)10V好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80(2011-93)图示电路中,二极管因损坏而断开，这时输出电压的波形和输出电压的平均值为：(C)(2013-93)二极管应用电路如图所示，设二极管D为理想器件，则输出电压uo的波好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80(2014-93)二极管应用电路如图(a)所示，电路的激励如图(b)所示，设二极管为理想器件，则电路的输出电压的平均值为：(C)(2017-93)二极管应用电路如图(a)所示，电路的激励如图(b)所示，设二极管为理想器件，则电路的输出电压波形为:(B)好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80三极管及其放大电路1、晶体管双极型三极管是半导体三极管的一种类型，由于它有空穴和电子两种载流子参与导电，故称为双极型，通常称为三极管、晶体管等。它的种类很多，按制造材料分，有硅管和锗管；按功率大小分，有大、中、小功率管；按工作频率分，有高频管和低频管等。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80由上图可见，无论是PNP管还是NPN管，它们有三个区，分别是发射区、基区和集电区，由这三个区分别引出一个电极，分别称为发射极e、基极b和集电极c；发射区和基区之间的PN结称为发射结，集电区和基区之间的PN结称为集电结。三极管制作的工艺特点是：发射区的掺杂浓度高，基区很薄且掺杂浓度低，集电结的面积大，这些特点是保证三极管具有电流放大作用的条件。为了使三极管具有放大作用，除了具备上述的条件外，还必须具备适当的外部条件，这就是要求外加电压保证发射结正向偏置，集电结反向偏置。因此，对于NPN管来说，要求对于PNP管来说，要求三极管在放大电路中有三种连接方式：共发射极、共集电极和共基极接法。以基极作为输入端，集电极作为输出端，发射极作为输入和输出回路的公共端的电路，称为共发射极电路(简称共射极好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education802、三极管的放大作用如图所示的共发射极电路中，若在基极输入端接入一个小的输入信号，在其作用下，使基极电流产生一个随.规律变化的通过基极电流对集电极电流的控制作用，集电极电流也将产生相应的变化量，由三极管电流分配规律可知，必有这种以较小的输入电流变化控制较大的输出电流变化的作用，就是三极管的电流放大作用。通常把与的比值定义为三极管共射极交流电流放大倍数β，即它是表征三极管电流放大能力的参数，相应的有：在集电极回路中接入了集电极负载电阻那么，在上产生了一个电压变化量.也就是在三极管的集电极和发射极两端产生一个电压变化量.(与方向相反，呈同样规律变化)；在共射极电路中，就是输出电压由于已经放大，只要足够大(一般为几千欧~几十千欧)，就可使比输入电压大，实现电压放大作用。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80由以上分析可知，共发射极电路既有电流放大作用，又有电压放大作用，也就是具有功率放大作用，其放大了的能量都是来自外加直流电源，三极管本身是不能产生能量的，它只是起了一个能量控制作用。3、三极管的三个工作区域①饱和区饱和现象产生于三极管的工作点上移，使减小到时，集电结正向偏置，其内电场减弱，使得集电区收集电子的能力减弱，以致增加时，ic基本上不随之增加，即不再服从的规律了，三极管失去放大作用，进入饱和状态。②放大区输出特性曲线的水平部分称为放大区，这部分符合的规律，表明了三极管的电流放大作用，是放大电路的工作区域；在该区域，各条曲线近似水平，ic与的变化基本无关，呈近似的恒流特性。③截止区一般将的区域称为截止区，这时，这时三极管如同工作在断开状态。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80在实际工作中，常通过测量三极管各极之间的电压来判断它的工作状态，当发射结和集电结均为正偏时，三极管处于饱和工作状态；当均为反偏时，三极管处于截止状态；当发射结正偏、集电结反偏时，三极管处于放大工作状态。4、放大电路的非线性失真所谓失真，是指输出信号的波形与输入信号的波形不再相似，这是放大电路应尽量避免的。当静态工作点选择不当或输入信号幅度较大时，三极管的工作点将超出其特性曲线的线性区，工作点进入特性曲线非线性区域部分，输入信号将不再被线性放大，于是输出信号波形产生了失真。电路的组成及各元件的作用：使且有合适的使同时作为负载的能源；将电流放大转换成电压放大。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education8080jlaoyu动态信号作用时：输入信号(右图a)驮载在之上(右图b)，使1且与产生，进而产生i。(右图c)，在上产生变化的从而得到与有着相反变化的输出电压1(右图d)。Ot好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80①截止失真若静态工作点设置偏低，而输入电压；的幅度又相对较大，则在u₁的负半分时间内出现BE小于发射结导通电压的情况，此时三极管工作于截止区，使in和i的负半了平顶，则的正半了平顶。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80②饱和失真若静态工作点设置偏高，而输入电压的幅度又相对较大，则在的正半分时间内，三极管进入饱和区工作，这时，可以不失真，但的关系已不复存在，增加，却不随之增加，其正半了平顶，相应地的负半了平顶。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80截止失真是在输入回路首先产生失真，饱和失真是输出回路产生失真。消除失真的措施：1、消除截止失真的方法：增大Vвв；2、消除饱和失真的方法：增大](2007-108)晶体管单管放大电路如图a)所示，其中电阻可调，当输入、输出的波形如图b)所示，输出波形：()(A)出现了饱和失真，应调大(B)出现了饱和失真，应调小，(C)出现了截止失真，应调大(D)出现了截止失真，应调小，解：根据放大电路的输出特性曲线分析可知，该反相放大电路出现了饱和失真，静态工作点对应的基极电流过大，可以加大电阻的数值，选A。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education805、(阻容耦合)共发射极基本放大电路(1)放大电路的组成原则①必须有直流电源，而且电源的设置应使三极管的发射结正向偏置、集电结反向偏置，保证三极管工作在放大状态。②元件的安排要保证信号的传输，即信号能够从放大电路的输入端加到三极管上(有信号输入回路)，经过放大后又能从输出端输出(有信号输出回路)。③元件参数的选择要保证信号能不失真地放大，并满足放大电路的性能指标要求。(2)各元件的作用如图所示，是根据上述原则构成的一个阻容耦合的单管共射放大电路，它由信号源、直流电源、三极管、电阻、电容等元件构成。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80NPN型三极管：起放大作用，是整个电路的核心；直流电源为发射结提供正向偏置电压，为集电结提供反向偏置电压，也是信号放大的能源，一般为几伏至几十伏；基极偏置电阻它和一起为基极提供一个合适的基极电流以保证三极管不失真地放大，其值一般为几十千欧至几百千欧；集电极负载电阻.将放大了的集电极电流转化为信号电压输出，使放大电路具有电压放大功能，其值一般为几千欧至几十千欧；耦合电容：它们的作用是“隔离直流，传送交流”；使直流电源不加到信号源和负载上，使交流输入输入信号顺畅地传输；外接负载电阻。(3)静态分析对于一个放大电路的分析一般包括两个方面的内容：静态工作情况和动态工作情况的分析。前者主要确定静态工作点，后者主要研究放大电路的性能指标。当输入信号为零时，放大电路只有直流电源作用，各处的电压和电流都是直流量，称好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80直流工作状态或静止状态，简称静态。这时三极管各极电流和各极之间的电压分别用和表示，它们代表着输入、输出特性曲线上的一个点，所以习惯上称它们为静态工作点，简称Q点。由于电容对直流相当于开路，故共射极放大电路的直流通路如下图所示，则有：Ip=VCc-RoseUCE=Vcc-IcRc输入、输出特性曲线好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80(4)动态分析放大电路输入端接入输入信号后的工作状态，称为动态。在动态时，放大电路在输入电压和直流电源共同作用下工作，此时，电路中既有直流分量，又有交流分量，形成了交直流共存于同一电路之中的情况，各极的电流和各极间的电压都在静态值的基础上叠加一个随输入信号u，作相应变化的交流分量。对于放大电路的动态分析，主要采用图解法和小信号模型法。①图解法80jiaoyu25图解法分析结论：1、在适当的静态工作点和输入信号幅值足够小的条件下(保证三极管工作在特性曲线的线性区)，三极管各电极间的电压及各电极的电流)都是由两个分量线性叠加而成的脉动量(瞬时值变化，但方向始终不变)，其中一个是由直流电源引起的直流分量另一个是随输入信号u，而变化的交流分量(2、输入电压与输出电压相位相反，这种现象称为“倒相”，是共射放大电路的一个重要特性，因而共射放大电路又称为反相电压放大器。3、输出电压和输入电压不但是同频率的正弦波，而且输出电压的幅度要比输入电压的幅度大得多，这说明，输入电压经过电路被线性放大了。②小信号模型法如果三极管在Q点附近的线性区工作，其输出回路可用受控电流源，来代替。该受控电流源受ib的控制，如右图所示，其中，称为三极管的(动态)输入电阻。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80八零教育80jlaoyu上图为共射放大电路的小信号模型电路，则电压放大倍数为输出电压与输入电压之比，即：式中，式中负号表示输出电压与输入电压相位相反。输入电阻：输出电阻：好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80(2006-108)图示单管放大电路中，设晶体管工作于线性区，此时，该电路的电压放大倍数为：解：C，小信号模型如右图所示，则电压放大倍数为好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education806、射极偏置电路放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻和输出动态范围等性能指标，与静态工作点的位置密切相关，因此，能否保持静态工作点的稳定，是能否保证放大电路稳定工作的关键。实际中引入一种应用很广泛的稳定静态工作点的基本放大电路，它的偏置电路由电阻(称为分压电阻)和射极电阻Rg组成，称为射极偏置电路或基极分压式偏置电路。静态工作点：稳定静态工作点的原理：的分压作用固定基极①利用和②利用发射极电阻产生反映变化的，再引回到输入回路去控制实现基本不变。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80射极偏置电路的动态分析：当射极旁路电容C未接入电路中时，射极偏置电路的小信号模型电路和相关性能指标如下所示。此时，由于的存在，虽然稳定了静态工作点，但电压放大倍数与共射极放大电路的相比减小了，通常的补救措施是在的两端并联一个大电容(，由于电容对直流可视作开路，故其接入对Q点没有影响；而电容对交流可视作短路，在小信号模型中R被短接了，此时的公式与共射极的相一致，放大倍数没有减小。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education8080jlaoyu(2005-108)如图(a)所示电路中,晶体管的静态静态基极电流等于：(A)0.0152mA(B)0.0213mA(C)0.0286mA(D)0.0328mA解：直流通道如图(b)所示：好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80(2008-108)晶体管单管放大电路如图(a)所示，当晶体管工作于线性区时，晶体管的输入电阻为，那么该放大电路的输入电阻为：解：单管放大电路直流电源两端电压恒定，内阻等于零，对交流信号相当于短路。放大电路的输入电阻是从其输入端口看进去的交流等效电阻。画出放大电路的微变等效电路如图(b)所示。可见，该电路的输入电阻为选B。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education807、共集电极放大电路特点：输入电阻大，输出电阻小；电压放大倍数小于1而接近于1；输出电压与输入电压相位相同；虽然没有电压放大作用，但仍有电流和功率放大作用。电压放大倍数：输入电阻：其中：输出电阻：好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80集成运算放大器集成运放的两种工作状态：线性区和非线性区。1、运放的电压传输特性运放处于线性区，越大，线性区越小，当时，线性区→0。2、理想运算放大器开环电压放大倍数.差模输入电阻输出电阻好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education803、线性区当集成运放电路的反向输入端和输出端有通路时(称为负反馈)，一般情况下，可认为集成运放工作在线性区。分析方法：虚短和虚断4、非线性区集成运放处于开环状态或运放的同相输入端和输出端有通路时(称为正反馈)，这时集成运放工作在非线性区。它具有如下特点：对于理想运放而言，当反向输入端u与同相输入端1不等时，输出电压是一个恒定的值，极性可正可负，当时，当时，好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education805、线性区运算电路举例说明1)反相比例运算电路因有负反馈，可由虚短和虚断得，(虚地),(虚断),电压放大倍数2)同相比例运算电路(特例：电压跟随器)因有负反馈，可由虚短和虚断得，(虚断),电压放大倍数(电压跟随器：好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education803)反相加法器由虚短和虚断得，若4)积分电路由虚地得，则5)微分电路由虚短和虚断得，则好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80(2014-94)运算放大器应用电路如图所示，设运算放大器输出电压的极限值为：如果将2V

电压接入电路的“A”端，电路的“B”端接地后，测得输出电压为，那么，如果将2V电压接入电路的“B”端，而电路的“A”端接地，则该电路的输出电压u₀等于：(A)8V(B)-8V(C)10V(D)-10V解：①A=2V,B=0V时，②A=0V,B=2V时,则因无压降⇒得代入得选C。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80(2011-94)图(a)所示运算放大器的输出与输入之间的关系如图(b)所示，若则解：由图(b)可知，当输入信号时，放大电路工作在线性工作区，放大倍数为10；当输入信号时，放大电路工作在非线性工作区，选C。思考：若题干给的输入信号的幅值由2改为1，则应该选?好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80网校:80education80网校:80education80(2010-94)将运算放大器直接用于两信号的比较