电子技术基础模拟电子技术.docx

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电子技术基础模拟电子技术

《电子技术基础－模拟电子技术》

课程学习指导资料

编写周群

适用专业：

电气工程

适用层次：

专科

四川大学网络学院

二00三年11月

第一部分课程的学习目的及总体要求

一、课程的学习目的

今天，人类已进入信息时代，信息的处理已离不开电子技术。

人们每天都要同各种电子器件和电子设备打交道。

电子技术是一门应用性很强的课程，理论与工程实际紧密相连，在自动控制、检测技术、计算机等许多学科领域中都得到很广泛的应用。

电子技术的基本任务可称之为“信号的产生、信号的传输、信号的处理”。

任务的完成取决于对电子器件、电子电路、电子系统的性能的研究。

按照功能和构成原理的不同，电子电路可分为模拟电子技术和数字电子技术两大类。

模拟电子技术主要讨论模拟电路的分析与设计的方法，为进一步学习电子类、通讯类、电气类、计算机类的其它课程打下基础，培养学生能够掌握电子电路的基本概念、基本器件，学会各种分离集成单元电路、小型电子系统的功能及其应用。

着重培养学生的分析能力，启发学生的思维开拓能力和创新能力，培养出“厚基础、宽专业、重应用”复合型的人才。

先修课程:

高等数学、电路

二、课程的总体要求

掌握基本器件、基本电路的工作原理、主要特性、以及电路之间的互连匹配后，能够对一般性的、常用的电子电路进行分析，同时对较简单的单元电路进行设计。

第二部分课程学习的基本要求及重点难点内容分析

第一章半导体二极管及其基本电路

1、本章学习要求

（1）应熟悉的内容

半导体的物理知识，PN结的形成过程

（2）应掌握的内容

PN结的特性：

PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。

由此可以得出结论：

PN结具有单向导电性。

PN结V--I特性可表达为

PN结V--I特性图如右图所示：

二极管的参数：

1）大整流电流IF

2）向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM

桥式整流滤波电路的工作原理

（3）熟练掌握内容：

根据二极管的单向导电性判断二极管导通与截止

单向桥式滤波整流电路的计算

2、本章重点难点分析：

难点：

根据PN结在外加电压下内部载流子的运动规律来理解PN结的单向导电性。

重点：

在开关电路中，如何判断二极管是导通的还是截止的方法如下：

对于单只二极管而言，首先将二极管断开，进行计算VP、VN的电压值，若VP＞VN，则二极管是导通的；若VP＜VN，则二极管是截止的。

对于并联二极管而言，首先将二极管断开，分别进行计算VPN1、VPN2的电压值，max（VPN1、VPN2）并且大于0，则正向电压值大的二极管先导通，余下的被钳位。

稳压二极管的稳压过程及稳压的工作区域。

用二极管来构成单向桥式整流滤波电路的计算

3、本章典型例题分析

例1：

设硅稳压管DZ1和DZ2的稳定电压分别为5V和10V，试求下列各图中的输出电压VO。

已知硅稳压管的正向压降为0.7V。

解：

（a）在图中，DZ1和DZ2工作在反向击穿区，因此VO的电压值为：

VO=VZ1+VZ2=5+10=15V；

（b）在图中，DZ1和DZ2工作在正向导通区，因此VO的电压值为：

VO=0.7+0.7=1.4V；

（c）在图中，考虑到VZ1＜VZ2，DZ1反向击穿后VZ1=5V，此时DZ2处于截止状态，因此VO的电压值为：

VO=VZ1=5V；

（d）在图中，DZ2工作在正向导通区，DZ1处于截止状态，考虑因此VO的电压值为：

VO=0.7V。

例2电路如图所示，稳压管Dz的稳定电压Vz=8V，限流电阻R=3K，设I=I=15sintV，试画出O的波形。

解：

例3单相桥式整流电路如图所示，画出二极管及负载的整流波形，计算计算输出平均电压、平均电流、最大反向电压。

解：

参数计算输出平均电压为

流过负载的平均电流为

流过二极管的平均电流为

二极管所承受的最大反向电压

4、本章作业1.11.21.31.4

第三章半导体三极管极放大电路

1、本章学习要求

（1）应熟悉的内容

三极管的电流分配、放大原理及三极管的特性曲线和主要参数

正确理解放大电路工作点稳定问题，

（2）应掌握的内容。

放大电路三种基本组态（共射、共集）组成及工作原理。

通过图解法，掌握如何确定静态工作点（Q），以及工作点对各种失真的影响，并学会分析动态范围。

共集电极电路的特点：

共集电极电路也称电压跟随器，电压增益小于1而接近于1；输出电压与输入电压同相；输入电阻高；输出电阻低；通常应用于输入极或输出极。

（3）应熟练掌握的内容

微变等效电路分析方法是分析放大器的一个重要工具。

要牢固掌握用H参数等效电路计算放大器的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。

放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。

在工作点稳定电路中，掌握射极偏置电路。

输出特性曲线可以分为三个区域

饱和区——此时发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。

截止区——相当iB=0的曲线的下方。

此时，发射结反偏，集电结反偏。

放大区——iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。

此时，发射结正偏，集电结反偏，电压大于0.7V左右（硅管）

判断一个电路是否具有放大能力的原则：

1）必须满足BJT三极管放大的外部条件：

发射结正向偏置，集电结反向偏置；

2）外加输入信号不能被短接，必须加在发射结上；

3）输出信号能从输出端取出（一般指电压量）；

4）没有外加信号时，一定要有合适的静态工作点。

2、本章重点难点分析

重点：

判断三极管的工作状态：

导通、截止、饱和。

当VBE<0.5V时,IC=0,VCE接近VCC,截止。

VBE>0.75、VCE<1V或IB>VCC/RC，饱和。

否则，导通

确定三极管的动态范围：

当工作点在放大区的中点时，三极管具有最大的动态范围，若不在中点，以小的范围计算。

判断组态：

根据信号的流向，基极进，集电极出，共射组态。

射极进，集电极出，共基组态。

基极进，射电极出，共集组态。

注意：

集电极不可能作输入端，分清组态对于复杂电路的分析分常重要。

难点：

计算放大电路动态指标，特别注意射极是否接有偏置电阻、是否接有旁路电容的动态指标计算的区别。

3、本章典型例题分析

例：

教材P46图题2.12.2

例：

测量三极管三个电极对地电位如图3.21所示，试判断三极管的工作状态。

答案：

（a）放大状态（b）截止状态（c）饱和状态

例：

下图画出了某单管共射放大电路中BJT三极管的输出特性和直流、交流负载线，由此可得出：

1）电源电压VCC=（）；静态集电极电流ICQ=（），集电极电压VCEQ=（）;

2）

集电极电阻RC=（）,负载电阻RL=（）；

3）放大电路最大不失真输出正弦电压有效值约为（）；

4）要使放大电路不失真，基极正弦电流的振幅应小于（）。

答案：

1）VCC=6V；ICQ=1mA,VCEQ=3V；2）RC=3KΩ，RL=3KΩ；3）VO=

≈1V；4）因为IBQ=20μA，为防止放大器产生截止失真，基极电流振幅应小于20μA。

例：

共发射极交流基本放大电路如下图所示：

静态工作点的求法：

VCC′=VCCRb2/（Rb1+Rb2）IB=（VCC′－VBE）/[Rb′+（1+）Re]Rb′=Rb1∥Rb2IC=IBVC=VCC－ICRcVCE=VCC－ICRc－IERe=VCC－IC（Rc+Re）

（a）直流通路（b）用戴维定理进行变换

交流计算

根据图的微变等效电路，有

RL′=Rc∥RL

电压放大倍数AvAv=

=－βRL’/rbe

输入电阻Ri：

Ri=

=rbe//Rb1//Rb2≈rbe=rbb’+（1+β）26mV/IE=300Ω+（1+β）26mV/IE

输出电阻Ro：

Ro=rce∥Rc≈Rc

4、本章作业2.12.32.42.72.82.14

第三章场效应管

1、本章的学习要求

（1）应熟悉的内容

场效应管是一种单极型器件，熟悉场效应管内部的放大原理（栅源电压对漏极电流的控制作用）。

各种场效应管的结构区别。

（2）应掌握的内容

掌握其参数和特性曲线，对其构成的放大电路与双极型三极管相对应，掌握其微变等效电路分析法。

（3）熟练掌握的内容

2、本章重点难点分析

重点：

利用场效应管的特性进行识别

难点：

用小信号模型进行动态指标计算，特别注意rg的处理。

3、本章典型例题分析

例1P76例3。

1

例2

4、本章作业3.13.2

第四章集成电路运算放大器

1、本章学习目的

（1）本章应熟悉内容

差分式放大器是多级直接耦合放大器的重要组成单元，熟悉电路特点——抑制零点漂移，简单运放的组成结构框图和主要技术指标。

熟悉组成集成运放的各种电流源

集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路，它的方框图如图所示。

1）输入级要使用高性能的差分放大电路，它必须对共模信号有很强的抑制力，而且采用双端输入、双端输出的形式。

2）中间放大级要提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。

中间级的电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放大器。

3）互补输出级由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。

具体电路参阅功率放大器。

4）偏置电流源可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。

模拟集成放大器的符号

（2）掌握的内容

四种输入输出方式的特点及相位关系

简单差分放大电路的结构：

差分放大电路是由对称的两个基本放大电路，通过射极公共电阻耦合构成的，如图所示。

对称的含义是两个三极管的特性一致，

电路参数对应相等。

1=2=

VBE1=VBE2=VBErbe1=rbe2=rbe

ICBO1=ICBO2=ICBORc1=Rc2=Rc

Rb1=Rb2=Rb

（3）应熟练掌握的内容

差模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相反的信号；共模信号是指在两个输入端加上幅度相等，极性相同的信号。

差分放大电路仅对差模信号具有放大能力，对共模信号不予放大。

共模抑制比：

共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。

差模信号共模信号

或

2、本章重点难点分析

重点：

理解差模信号与共模信号的物理意义。

难点：

输入输出方式与相位的关系。

弄懂差分放大器抑制共模信号，放大差模信号的原理。

3、本章典型例题分析

1、

2、

差分式放大电路如图所示。

分析下列输入和输出的相位关系：

3、

4、

vC1与vi1反相

vC2与vi1同相

vC1与vi2同相

vC2与vi2反相

vO与vi1反相

vO与vi2同相

4、本章作业4.44.7

第五章负反馈放大器

1、本章的学习要求

（1）本章应熟悉的内容

反馈对放大器性能的影响

（2）本章应掌握内容

反馈就是将输出信号取出一部分或全部送回到放大电路的输入回路，与原输入号相加或相减后再作用到放大电路的输入端。

反馈信号的传输是反向传输。

所以，放大电路无反馈也称开环，放大电路有反馈也称闭环。

反馈的示意图见右图所示：

图中

是输入信号，

是反馈信号，

称为净输

入信号。

所以有

负反馈，加入反馈后，净输入信号

<

，输出幅度下降。

正反馈，加入反馈后，净输入信号

>

，输出幅度增加。

（3）本章应熟练掌握内容

正反馈和负反馈的判断法之一：

瞬时极性法

在放大电路的输入端，假设一个输入信号的电压极性，可用“+”、“-”或“↑”、“↓”表示。

按信号传输方向依次判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时电压极性。

如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为负反馈；反之为正反馈。

反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为并联反馈，此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈，此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。

电压反馈，反馈信号的大小与输出电压成比例的反馈称为电压反馈；

电流反馈，反馈信号的大小与输出电流成比例的反馈称为电流反馈。

电压反馈与电流反馈的判断：

将输出电压‘短路’，若反馈回来的反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。

反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为并联反馈，此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为串联反馈，此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。

学会用近似法计算深度负反馈的放大倍数（串联电压反馈、串联电流反馈）

2、本章重点难点分析

重点：

学会对具体的电路进行反馈类型的判断。

难点：

集成电路如何判断串并联反馈

对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端，另一个加在反相输入端则为串联反馈。

用近似法计算深度负反馈的放大倍数

3、本章典型例题分析

例题1:

试判断左下图所示电路的反馈组态。

解:

根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知经电阻R2加在反向端上的是串联负反馈。

因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。

结论是电压串联负反馈。

例题2:

试判断右上图所示电路的反馈组态。

解:

根据瞬时极性法，见图中的红色“+”、“-”号，可知是负反馈。

因反馈信号和输入信号加在运放两个输入端，故为串联反馈。

因反馈信号与输出电压成比例，故为电压反馈。

结论：

交、直流串联电压负反馈。

4、本章作业5.25.4

第六章信号的运算与处理电路

1、本章的学习要求

（1）本章应熟悉的内容

有源低通、高通、带通、带阻滤波器的概念。

（2）本章应掌握的内容

理想运算放大器的条件：

满足下列参数指标的运算放大器可以视为理想运算放大器。

1）.差模电压放大倍数Aid=，实际上Aid≥80dB即可。

2）.差模输入电阻Rid=，实际上Rid比输入端外电路的电阻大2～3个量级即可。

3）.输出电阻Rio=0，实际上Rio比输入端外电路的电阻小2～3个量级即可。

4）.带宽足够宽。

5）.共模抑制比足够大。

1）虚短

由于运放的电压放大倍数很大，一般通用型运算放大器的开环电压放大倍数都在80dB以上。

而运放的输出电压是有限的，一般在10V～14V。

因此，运放的差模输入电压不足1mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。

开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。

虚短是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。

显然不能将两输入端真正短路。

2）虚断

由于运放的差模输入电阻很大，一般通用型运算放大器的输入电阻都在1M以上。

因此，流入运放输入端的电流往往不足1A，远小于输入端外电路的电流。

故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。

“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。

显然不能将两输入端真正断路。

（3）应熟练掌握内容

利用虚短和虚断的概念掌握比例运算电路、加法电路、微分、积分电路的分析与运算。

2．本章的重点与难点分析

重点：

掌握比例运算电路、加法电路分析与运算。

难点：

上面各种基本运算电路组合成复杂的运算电路的分析与计算。

3．本章典型例题分析

例1：

有一理想运算放大器组成的电路如下图所示，试求输出电压的表达式和电压放大倍数。

根据虚断，Vi=V+

根据虚短，Vi=V+V-

V+=Vi=VoR1/（R1+Rf）

VoVi[1+（Rf/R1）]

∴电压增益

Avf=Vo/Vi=1+（Rf/R1）

根据上述关系式，该电路可用于同相比例运算。

例2反相积分运算电路如右图所示。

试求输出电压的表达式和电压放大倍数。

根据虚地有

于是

4．本章作业6.16.36.5

第七章信号产生电路

1、本章的学习要求

（1）本章应熟悉的内容

正弦波发生电路的组成：

放大电路；正反馈网络；选频网络；稳幅电路。

石英晶体振荡器的概念。

LC、RC选频网络的特点。

矩形波信号发生器、三角波发生器的原理。

（2）本章应掌握的内容

分析RC振荡器电路结构、起振条件、稳幅措施等。

掌握起振条件与平衡条件的关系。

振荡平衡条件：

=1振荡起振条件：

〉1

幅度平衡条件：

=1幅度起振条件：

〉1

相位平衡条件与相位起振条件相同：

AF=A+F=2n

（3）本章应熟练掌握的内容

利用相位平衡条件判断能否起振。

运算LC、RC振荡频率。

2、本章的重点难点分析

重点：

利用相位平衡条件判断能否起振。

并计算振荡频率。

难点：

判断组成振荡电路的放大器的输入与输出相位的关系。

判断振荡电路的选频网络的类型和输入与输出相位的关系。

3、本章典型例题分析

下图为三点式振荡电路试判断是否满足相位平衡条件。

并计算频率。

判定相位关系如图所示，因为AF=A+F2n所以左图不能振荡。

右图的相位关系满足AF=A+F=2n所以能振荡。

4、本章作业7.17.27.3

第八章功率放大器

1、本章的学习要求

（1）

应熟悉的内容

功率放大器的主线是功率、效率和非线性失真三方面的问题。

熟悉放大器的三种工作状态——甲类、乙类和甲乙类的工作特点

（2）应掌握的内容

乙类互补功率放大电路如图右图所示。

它由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成。

这种电路也称为OCL互补功率放大电路。

当输入信号处于正半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时NPN型三极管导电，有电流通过负载RL，按图中方向由上到下，与假设正方向相同。

当输入信号处于负半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时PNP型三极管导电，有电流通过负载RL，按图中方向由下到上，与假设正方向相反。

于是两个三极管一个正半周、一个负半周轮流导电，在负载上将正半周和负半周合成在一起，得到一个完整的不失真波形。

如图上图所示。

掌握甲乙类单电源互补功放的原理

（2）熟练掌握的内容

熟悉功率、效率、功耗等的计算。

最大输出功率

电源供给的功率PV

管耗

效率

2、本章重点难点分析

重点：

分清各类放大器工作状态的特点

难点：

功放指标的计算。

最大管耗与最大输出功率的关系。

最大管耗与最大功率并非同一时间出现。

3、本章典型例题分析

图示电路，已知VCC=9V,RL=4欧，三极管T1、T2对称，VCES=1V,试求

1）

最大不失真输出功率。

2）每个三极管承受的最大管耗。

3）若输入电压vi=5V,计算输出功率

解：

1）最大不失真输出功率

2）每个三极管承受的最大管耗

3）若输入电压vi=5V,输出功率

4、本章作业8.28.3

第九章直流稳压电源

1、本章的学习要求

（1）本章应熟悉的内容

集成稳压电源的引脚功能和用法，现在的集成稳压器只有三个外引线：

输入端、输出端和公共端。

要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器,它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。

（2）本章应掌握的内容

稳压电路组成和作用：

整流电路是将工频交流电转换为脉动直流电。

滤波电路将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流成分，增加直流成分。

稳压电路采用负反馈技术，对整流后的直流电压进一步进行稳定。

串联式稳压电路方框图如左下图所示：

（2）本章应熟练掌握的内容

硅稳压二极管稳压电路的电路图如下图所示。

它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。

输入电压VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，从而使IZ增加，IR增加，使VR增加，从而使输出电压VO减小。

这一稳压过程可概括如下：

VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓

负载电流IO的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，从而使VZ=VO减小，IZ减小。

IZ的减小必然使IR减小，VR减小，从而使输出电压=VO增加。

这一稳压过程可概括如下：

IO↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑

稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大，稳压性能越好。

2、本章的重点和难点

重点：

稳压二极管稳压电路。

难点：

串联负反馈稳压电路的分析计算。

3、本章典型例题

例1：

整流电路如图所示，

求V1、Vo，若D3开路,V1、Vo又为多少？

解：

V1=1.210=12

Vo=6V

若D3开路

V1=1.210/2=6

Vo=6V

例2：

P181例9.1

4、本章作业：

9.19.2

第十章集成模拟乘法器在频率变换的应用

1、本章的学习要求

（1）本章应熟悉的内容

幅度调制：

使一个信号的幅度受另一个信号幅度的控制,前者称为载波,一般是一个等幅正弦波后者称为调制信号。

幅度调制也称调幅，用AM表示.

频率调制:

使一个信号的频率受另一个信号幅度的控制；频率调制也称调频，用FM表示。

相位调制:

使一个信号的相位受另一个信号幅度的控制。

相位调制也称调相，用PM表示。

解调:

是调制的反过程，解调也称为检波

（2）本章应掌握内容

调制过程波形

调制信号频谱

（3）应熟练掌握内容

调幅信号表达试

显然调幅系数ma越大，调制越深。

ma=1，调幅波会出现0值；

当ma＞1时，调幅波产生过调制，会出现失真.正常情况：

ma<1

2、本章的重点难点

重点：

调幅信号的原理和表达式。

难点：

调幅系数的物理意义和频谱图。

3、典型例题分析

（1+ma）Vcm

例：

设载波电压的表达式

，低频调制信号波形如图所示，试画出调幅波形。

（ka=1）

（1-ma）Vcm

4、本章作业10.110.3

第十一章晶闸管及其应用电路

1、本章的学习要求

（1）本章应熟悉内容

晶闸管的工作原理

（2）本章应掌握内容

晶闸管伏安特性曲线及主要要参数

正向特性：

正向阻断状态、负阻状态、触发导通状态

反向特性：

反向阻断状态、反向击穿状态。

（3）本章应熟年掌握内容

单向半波可控整流电路的工作原理及基本计算

单向半控桥式整流电路的工作原理及基本计算

2、本章的重点难点

重点：

单向半控桥式整流电路及计算

难点：

经闸管的工作原理及特性

3、本章典型例题分析

例：

桥式可控整流电路中，U2=220V，RL=3,可控硅控制角=15~180，求输出电压平均值Uo的调节范围，以及可控硅（包括二极管）的电流平均值的最大值和承受的最大反向电压。

=311V