模拟电子技术基础知识汇总.docx
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模拟电子技术基础知识汇总
模拟电子技术
第一章
半导体二极管
一.半导体的基础知识
1.半导体---导电能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅Si、锗Ge)。
2.特性---光敏、热敏和掺杂特性。
3.本征半导体----纯净的具有单晶体结构的半导体。
1.两种载流子----带有正、负电荷的可移动的空穴和电子统称为载流子。
1.杂质半导体----在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。
体现的是半导体的掺杂特性。
*P型半导体:
*N型半导体:
在本征半导体中掺入微量的三价元素(多子是空穴,少子是电子)。
在本征半导体中掺入微量的五价元素(多子是电子,少子是空穴)。
6.杂质半导体的特性
*载流子的浓度---多子浓度决定于杂质浓度,少子浓度与温度有关。
*体电阻---通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。
*转型---通过改变掺杂浓度,一种杂质半导体可以改型为另外一种杂质半导体。
7.PN结
*PN结的接触电位差---硅材料约为0.6~0.8V,锗材料约为0.2~0.3V。
*PN结的单向导电性---正偏导通,反偏截止。
8.PN结的伏安特性
二.半导体二极管
*单向导电性------正向导通,反向截止。
*二极管伏安特性----同PN结。
*正向导通压降------硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。
*死区电压------硅管0.5V,锗管0.1V。
3.分析方法------将二极管断开,分析二极管两端电位的高低:
若V
阳
>V
阴
(正偏),二极管导通(短路);
若V
阳
阴 (反偏),二极管截止(开路)。 1)图解分析法 该式与伏安特性曲线 的交点叫静态工作点Q。 2) 等效电路法 Ø 直流等效电路法 *总的解题手段----将二极管断开,分析二极管两端电位的高低: 若V阳>V阴(正偏),二极管导通(短路); 若V阳 *三种模型 Ø 微变等效电路法 3.稳压二极管及其稳压电路 *稳压二极管的特性---正常工作时处在PN结的反向击穿区,所以稳压二极管在电路中要反向连接。 第二章 三极管及其基本放大电路 一. 三极管的结构、类型及特点 1.类型---分为NPN和PNP两种。 2.特点---基区很薄,且掺杂浓度最低;发射区掺杂浓度很高,与基区接触 面积较小;集电区掺杂浓度较高,与基区接触面积较大。 二. 三极管的工作原理 1.三极管的三种基本组态 2.三极管内各极电流的分配 *共发射极电流放大系数(表明三极管是电流控制器件 式子 3.共射电路的特性曲线 *输入特性曲线---同二极管。 称为穿透电流。 *输出特性曲线 (饱和管压降,用U CES 表示 放大区---发射结正偏,集电结反偏。 截止区---发射结反偏,集电结反偏。 4.温度影响 温度升高,输入特性曲线向左移动。 温度升高ICBO、ICEO、IC以及β均增加。 三. 低频小信号等效模型(简化) hie---输出端交流短路时的输入电阻, 常用r be 表示; h fe ---输出端交流短路时的正向电流传输比, 常用β表示; 四.基本放大电路组成及其原则 1.VT、V CC 、R b 、R c 、C 1 、C 2 的作用。 2.组成原则----能放大、不失真、能传输。 五.放大电路的图解分析法 1.直流通路与静态分析 *概念---直流电流通的回路。 *画法---电容视为开路。 *作用---确定静态工作点 *直流负载线---由V CC =I C R C +U CE 确定的直线。 *电路参数对静态工作点的影响 1)改变R b : Q点将沿直流负载线上下移动。 2)改变Rc: Q点在IBQ所在的那条输出特性曲线上移动。 3)改变VCC: 直流负载线平移,Q点发生移动。 2.交流通路与动态分析 *概念---交流电流流通的回路 *画法---电容视为短路,理想直流电压源视为短路。 *作用---分析信号被放大的过程。 *交流负载线---连接Q点和V CC ’点 V CC ’= U CEQ +I CQ R L ’的 直线。 3.静态工作点与非线性失真 (1)截止失真 *产生原因---Q点设置过低 *失真现象---NPN管削顶,PNP管削底。 *消除方法---减小Rb,提高Q。 (2)饱和失真 *产生原因---Q点设置过高 *失真现象---NPN管削底,PNP管削顶。 *消除方法---增大R b 、减小Rc、增大V CC 。 4.放大器的动态范围 (1)Uopp---是指放大器最大不失真输出电压的峰峰值。 (2)范围 *当(UCEQ-UCES)>(VCC’-UCEQ)时,受截止失真限制,UOPP=2UOMAX=2ICQRL’。 *当(U CEQ -U CES )<(V CC ’-U CEQ )时,受饱和失真限制,U OPP =2U OMAX =2(U CEQ -U CES )。 *当(U CEQ -U CES )=(V CC ’-U CEQ ),放大器将有最大的不失真输出电压。 六.放大电路的等效电路法1.静态分析 (1)静态工作点的近似估算 (2)Q点在放大区的条件 欲使Q点不进入饱和区,应满足R B >βRc。 2. 放大电路的动态分析 *放大倍数 *输入电阻 *输出电阻 7.分压式稳定工作点共射 放大电路的等效电路法1.静态分析 2.动态分析 *电压放大倍数 在Re两端并一电解电容Ce后 输入电阻 在Re两端并一电解电容Ce后 *输出电阻 八.共集电极基本放大电路1.静态分析 2.动态分析 * 电压放大 倍数 *输入电阻 *输出电阻 3.电路特点 *电压放大倍数为正,且略小于1,称为射极跟随器,简称射随器。 *输入电阻高,输出电阻低。 第三章 场效应管及其基本放大电路 一. 结型场效应管(JFET) 1.结构示意图和电路符号 2. 输出特性曲线 (可变电阻区、放大区、截止区、击穿区) 转移特性曲线 U P -----截止电压 二.绝缘栅型场效应管(MOSFET) 分为增强型(EMOS)和耗尽型(DMOS)两种。 结构示意图和电路符号 2.特性曲线 *N-EMOS的输出特性曲线 *N-EMOS的转移特性曲线 式中,IDO是UGS=2UT时所对应的iD值。 *N-DMOS的输出特性曲线 注意: u GS 可正、可零、可负。 转移特性曲线上i D =0处的值是夹断电压U P ,此曲线表示式与结 型场效应管一致。 三.场效应管的主要参数 1.漏极饱和电流IDSS 2.夹断电压U p 3.开启电压U T 4.直流输入电阻R GS 5.低频跨导gm(表明场效应管是电压控制器件) 四.场效应管的小信号等效模型 E-MOS的跨导g m --- 五.共源极基本放大电路 1.自偏压式偏置放大电路*静态分析 动态分析 若带有Cs,则 2.分压式偏置放大电路*静态分析 *动态分析 若源极带有Cs,则 六.共漏极基本放大电路*静态分析 或 *动态分析 第四章 多级放大电路 1.级间耦合方式 1.阻容耦合----各级静态工作点彼此独立;能有效地传输交流信号;体积小,成本低。 但不便于集成,低频特性差。 2.变压器耦合---各级静态工作点彼此独立,可以实现阻抗变换。 体积大,成本高,无法采用集成工艺;不利于传输低频和高频信号。 3.直接耦合----低频特性好,便于集成。 各级静态工作点不独立,互相有影响。 存在“零点漂移”现象。 *零点漂移----当温度变化或电源电压改变时,静态工作点也随之变化,致使uo偏离初始值“零点”而作随机变动。 二.单级放大电路的频率响应 1.中频段(fL≤f≤fH) 波特图---幅频曲线是20lgAusm=常数,相频曲线是φ=-180o。 2.低频段(f≤fL) ‘ 3.高频段(f≥fH) 4.完整的基本共射放大电路的频率特性 三. 分压式稳定工作点电路的频率 响应 1.下限频率的估算 2.上限频率的估算 四. 多级放大电路的频率响应 1.频响表达式 2.波特图 o o oo 第五章 功率放大电路 一.功率放大电路的三种工作状态 1.甲类工作状态 导通角为360,ICQ大,管耗大,效率低。 2.乙类工作状态 I CQ ≈0,导通角为180,效率高,失真大。 3.甲乙类工作状态 导通角为180~360,效率较高,失真较大。 二.乙类功放电路的指标估算 1.工作状态 Ø 任意状态: Uom≈Uim Ø 尽限状态: Uom=V CC -U CES Ø 理想状态: Uom≈V CC 2.输出功率 3.直流电源提供的平均功率 4.管耗 4.效率 Pc1m=0.2Pom 理想时为78.5% 三.甲乙类互补对称功率放大电路 1.问题的提出 在两管交替时出现波形失真——交越失真(本质上是截止失真)。 2.解决办法 Ø 甲乙类双电源互补对称功率放大器OCL----利用二极管、三极管和电阻上的压降产生偏置电压。 动态指标按乙类状态估算。 Ø 甲乙类单电源互补对称功率放大器OTL----电容C 2 上静态电压为V CC /2,并且取代了 OCL功放中的负电源-V CC 。 动态指标按乙类状态估算,只是用V CC /2代替。 四.复合管的组成及特点 1.前一个管子c-e极跨接在后一个管子的b-c极间。 2.类型取决于第一只管子的类型。 3. β=β1·β 2 第六章 集成运算放大电路 一. 集成运放电路的基本组成 1.输入级----采用差放电路,以减小零漂。 2.中间级----多采用共射(或共源)放大电路,以提高放大倍数。 3.输出级----多采用互补对称电路以提高带负载能力。 4.偏置电路----多采用电流源电路,为各级提供合适的静态电流。 二.长尾差放电路的原理与特点 1.抑制零点漂移的过程---- 当T↑→iC1、iC2↑→iE1、iE2↑→uE↑→uBE1、uBE2↓→iB1、iB2↓→iC1、iC2↓。 Re对温度漂移及各种共模信号有强烈的抑制作用,被称为“共模反馈电阻”。 2静态分析 1)计算差放电路I C 设UB≈0,则UE=-0.7V,得 2)计算差放电路U CE • • • 双端输出时 单端输出时(设VT1集电极接RL)对于VT1: 对于VT2: 3.动态分析 1)差模电压放大倍数 • 双端输出 • • 单端输出时 从VT1单端输出: 从VT2单端输出: 2)差模输入电阻 3)差模输出电阻 • • 双端输出: 单端输出: 三. 集成运放的电压传输特性 当uI在+Uim与-Uim之间,运放工作在线性区域: 4.理想集成运放的参数及分析方法 1.理想集成运放的参数特征 *开环电压放大倍数Aod→∞; *差模输入电阻Rid→∞; *输出电阻Ro→0; *共模抑制比KCMR→∞; 2.理想集成运放的分析方法 1)运放工作在线性区: *电路特征——引入负反馈 *电路特点——“虚短”和“虚断”: “虚短”--- “虚断”--- 2)运放工作在非线性区 *电路特征——开环或引入正反馈*电路特点—— 输出电压的两种饱和状态: 当u+>u-时,uo=+Uom 当u+ 两输入端的输入电流为零: i + =i - =0 第七章 放大电路中的反馈 1.反馈概念的建立 *开环放大倍数---A *闭环放大倍数---A f *反馈深度---1+AF *环路增益---AF: 1.当AF>0时,Af下降,这种反馈称为负反馈。 2.当AF=0时,表明反馈效果为零。 3.当AF<0时,Af升高,这种反馈称为正反馈。 4.当AF=-1时,Af→∞。 放大器处于“自激振荡”状态。 二.反馈的形式和判断 1.反馈的范围----本级或级间。 2.反馈的性质----交流、直流或交直流。 直流通路中存在反馈则为直流反馈,交流通路中存 在反馈则为交流反馈,交、直流通路中都存在反馈 则为交、直流反馈。 3.反馈的取样----电压反馈: 反馈量取样于输出电压;具有稳定输出电压的作用。 (输出短路时反馈消失) 电流反馈: 反馈量取样于输出电流。 具有稳定输出电流的作用。 (输出短路时反馈不消失) 4.反馈的方式-----并联反馈: 反馈量与原输入量在输入电路中以电 流形式相叠加。 Rs越大反馈效果越好。 反馈信号反馈到输入端) 串联反馈: 反馈量与原输入量在输入电路中以电压 的形式相叠加。 Rs越小反馈效果越好。 反馈信号反馈到非输入端) 5.反馈极性-----瞬时极性法: (1)假定某输入信号在某瞬时的极性为正(用+表示),并设信号 的频率在中频段。 (2)根据该极性,逐级推断出放大电路中各相关点的瞬时极性(升 高用+表示,降低用-表示)。 (3)确定反馈信号的极性。 (4)根据Xi与X f 的极性,确定净输入信号的大小。 Xid减小为负反 馈;Xid增大为正反馈。 三.反馈形式的描述方法 某反馈元件引入级间(本级)直流负反馈和交流电压(电流)串联(并联)负反馈。 四.负反馈对放大电路性能的影响 1.提高放大倍数的稳定性 1. 3.扩展频带 4.减小非线性失真及抑制干扰和噪声 2.改变放大电路的输入、输出电阻 *串联负反馈使输入电阻增加1+AF倍 *并联负反馈使输入电阻减小1+AF倍 *电压负反馈使输出电阻减小1+AF倍 *电流负反馈使输出电阻增加1+AF倍 五.自激振荡产生的原因和条件 1.产生自激振荡的原因 附加相移将负反馈转化为正反馈。 2.产生自激振荡的条件 若表示为幅值和相位的条件则为: 第八章 分析依据------“虚断”和“虚短”1.基本运算电路 1.反相比例运算电路 R2=R1//Rf 2.同相比例运算电路 信号的运算与处理 R 2 =R 1 //R f 3.反相求和运算电路 R 4 =R 1 //R 2 //R 3 //R f 4. 同相求和运算电路 R1//R2//R3//R4=Rf//R5 5.加减运算电路 R1//R2//Rf=R3//R4//R5 2.积分和微分运算电路1.积分运算 2.微分运算 第九章 信号发生电路 1.正弦波振荡电路的基本概念 1.产生正弦波振荡的条件(人为的直接引入正反馈) 自激振荡的平衡条件: 即幅值平衡条件: 相位平衡条件: 2.起振条件: 幅值条件: 相位条件: 3.正弦波振荡器的组成、分类 正弦波振荡器的组成 (1)放大电路-------建立和维持振荡。 (2)正反馈网络----与放大电路共同满足振荡条件。 (3)选频网络-------以选择某一频率进行振荡。 (4)稳幅环节-------使波形幅值稳定,且波形的形状良好。 *正弦波振荡器的分类 (1)RC振荡器-----振荡频率较低,1M以下; (2)LC振荡器-----振荡频率较高,1M以上; (3)石英晶体振荡器----振荡频率高且稳定。 二.RC正弦波振荡电路 1.RC串并联正弦波振荡电路 2.RC移相式正弦波振荡电路 三.LC正弦波振荡电路 1.变压器耦合式LC振荡电路判断相位的方法: 断回路、引输入、看相位 2.三点式LC振荡器 *相位条件的判断------“射同基反”或“三步曲法” (1)电感反馈三点式振荡器(哈特莱电路) (2) 电容反馈三点式振荡器(考毕兹电路) (3) 串联改进型电容反馈三点式振荡器(克拉泼电路) (4)并联改进型电容反馈三点式振荡器(西勒电路) (5)四.石英晶体振荡电路 1.并联型石英晶体振荡器 2.串联型石英晶体振荡器 第十章 直流电源 1.直流电源的组成框图 • • • • • 电源变压器: 将电网交流电压变换为符合整流电路所需要的交流电压。 整流电路: 将正负交替的交流电压整流成为单方向的脉动电压。 滤波电路: 将交流成分滤掉,使输出电压成为比较平滑的直流电压。 稳压电路: 自动保持负载电压的稳定。 二.单相半波整流电路 1.输出电压的平均值U O(AV) 2.输出电压的脉动系数S 3.正向平均电流I D(AV) 4.最大反向电压U RM 三.单相全波整流电路 1.输出电压的平均值U O(AV) 2.输出电压的脉动系数S 3.正向平均电流I D(AV) 4.最大反向电压U RM 四.单相桥式整流电路 U O(AV) 、S、I D(AV) 与全波整流电路相同, U RM 与半波整流电路相同。 五.电容滤波电路 1.放电时间常数的取值 2.输出电压的平均值U O(AV) 3.输出电压的脉动系数S 4.整流二极管的平均电流I D(AV) 六. 三种单相整流电容滤波电路的比较 1. 7.并联型稳压电路 稳压电路及其工作原理 *当负载不变,电网电压 变化时的稳压过程: *当电网电压不变,负载变化时的稳压过程: 2. 电路参数的计算 *稳压管的选择 常取U Z =U O ;I ZM =(1.5~3)I Omax *输入电压的确定 一般取U I(AV) =(2~3)U O *限流电阻R的计算 R的选用原则是: I Zmin Z Zmax 。 R的范围是:
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