《模擬電子技術(shù)》期末總復(fù)習(xí).ppt

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模擬電子技術(shù) 期末總復(fù)習(xí) 抓住基本概念基本知識(shí)和基本分析方法 注重知識(shí)的綜合應(yīng)用 總要求 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 1 1半導(dǎo)體特性摻雜可改變和控制半導(dǎo)體的電阻率溫度可改變和控制半導(dǎo)體的電阻率光照可改變和控制半導(dǎo)體的電阻1 2本征半導(dǎo)體排列整齊 純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體 兩種載流子 電子 空穴 成對(duì)出現(xiàn) 在電場(chǎng)作用下 載流子作定向運(yùn)動(dòng)形成漂移電流 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 1 3雜質(zhì)半導(dǎo)體 1 N型半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體 5價(jià)元素 電子為多數(shù)載流子 空穴為少數(shù)載流子 2 P型半導(dǎo)體 本征半導(dǎo)體 3價(jià)元素 電子為少數(shù)載流子 空穴為多數(shù)載流子1 4載流子的擴(kuò)散與漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)是由于載流子濃度差產(chǎn)生的 擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成擴(kuò)散電流漂移運(yùn)動(dòng)在電場(chǎng)作用下產(chǎn)生的 漂移運(yùn)動(dòng)形成漂移電流 2 1PN結(jié)形成過(guò)程 擴(kuò)散 擴(kuò)散 漂移 擴(kuò)散 漂移 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 導(dǎo)通電壓硅 Si 鍺 Ge 2 2PN結(jié)伏安特性 3 PN結(jié)電流方程 2 加反向電壓 擴(kuò)散 漂移 耗盡層變寬 反向電流 1 加正向電壓 擴(kuò)散 漂移 耗盡層變窄 正向電流 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 2 3PN結(jié)反向擊穿特性 1 電擊穿 可逆 雪崩擊穿 發(fā)生在摻雜濃度較低 反壓較高 6V 的PN結(jié)中 齊納擊穿 發(fā)生在摻雜濃度較高 反壓不太高 6V 的PN結(jié)中 2 熱擊穿 不可逆 會(huì)造成永久損壞 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) PN結(jié)總電容Cj CT CDPN結(jié)正偏時(shí) 以擴(kuò)散電容為主 PN結(jié)反偏時(shí) 以勢(shì)壘電容為主 2 4PN結(jié)電容 勢(shì)壘電容CT 擴(kuò)散電容CD 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 3半導(dǎo)體二極管3 1二極管伏安特性 單向?qū)щ娦?硅管 Ur 0 5 門限電壓Ur 鍺管 Ur 0 1 反向飽和電流Is 硅管 Is nA級(jí) 鍺管 Is A級(jí) 電壓當(dāng)量 室溫下 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 3 2二極管的等效電阻等效電阻為非線性電阻 與工作點(diǎn)有關(guān) 直流電阻 交流電阻 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 3 3二極管的主要參數(shù)最大正向平均電IF 最大反向工作電壓URM 反向電流IR 最高工作頻率fM 3 4穩(wěn)壓二極管 利用電擊穿特性 穩(wěn)壓條件 反向運(yùn)用 Iz min Iz Iz max 或偏壓大于穩(wěn)壓電壓 加限流電阻R 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 5雙極型晶體管5 1晶體管的四種運(yùn)用狀態(tài)放大狀態(tài) 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏飽和狀態(tài) 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏電壓不夠截止?fàn)顟B(tài) 發(fā)射結(jié) 集電結(jié)均為反偏 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 5 2晶體管的電流分配關(guān)系共基組態(tài) 共射組態(tài) IC IB IE的關(guān)系 IC IB IE 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 5 3晶體管的參數(shù) 1 直流參數(shù) 1 直流電流放大系數(shù) 共基 共射 隨ICQ變化 2 極間反向飽和電流 ICBO ICEO IEBO 越小越好 2 交流參數(shù) 1 交流電流放大系數(shù) 共基 共射 隨ICQ變化 2 特征頻率fT 隨f增加而下降到1時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率 3 極限參數(shù) 1 集電極最大允許電流ICM 2 反向擊穿電壓 UCBO B UCEO B UEBO B 3 集電極最大允許耗散功率PCM 實(shí)際使用時(shí)Pc PCM 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 5 4溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響T ICBO 1倍 10 C 0 5 1 C UBEO 2 5mV C ICQ 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 4場(chǎng)效應(yīng)管4 1分類 FET JFET MOSFET N溝道增強(qiáng)型MOSFET N溝道耗盡型MOSFET P溝道增強(qiáng)型MOSFET P溝道耗盡型MOSFET N溝道JFET P溝道JFET 學(xué)會(huì)判斷類型 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 4 2MOSFET1 增強(qiáng)型MOSFET 可變電阻區(qū) 恒流區(qū) 靜態(tài)偏置電壓 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 4 2MOSFET2 耗盡型MOSFET可變電阻區(qū) 或 恒流區(qū) 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 4 3JFET 屬耗盡型 恒流區(qū) 轉(zhuǎn)移特性數(shù)學(xué)表示式與耗盡型MOSFET相似 即 4 4各種FET的電壓極性N溝道 uDS加 P溝道 uDS加 增強(qiáng)型 uGS與uDS極性相同 耗盡型 uGS與uDS極性相反 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 4 5FET的主要參數(shù)1 直流參數(shù)閾值電壓 增強(qiáng)型 開(kāi)啟電壓UGS th 耗盡型 夾斷電壓UGS off 飽和漏電流IDSS 耗盡型FET參數(shù) uGS 0 uDS 10V時(shí)測(cè)得 直流輸入電阻 JFET RGS 108 1012 MOSFET RGS 1010 1015 2 交流參數(shù)跨導(dǎo)gm 轉(zhuǎn)移特性曲線在Q點(diǎn)處的切線斜率 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 4 5FET的主要參數(shù)3 極限參數(shù)柵源擊穿電壓UGS B漏源擊穿電壓UDS B最大漏極耗散功率PDM4 6FET的特點(diǎn) 1 單極型器件 多子導(dǎo)電 2 電壓控制器件 3 輸入電阻極高 108 4 噪聲低 以JFET噪聲最低 5 正常工作條件下 D S極可互換使用 雙極型電路的基本單元電路 5 2構(gòu)成放大器原則 1 晶體管正向運(yùn)用 基極 發(fā)射極做輸入 2 要有直流通路 要有合理的偏置 發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏 2 要有交流通路 待放大信號(hào)有效的加到放大器的輸入 放大后的信號(hào)要能順利取出 5 3放大電路的分析方法 1 圖解法 利用晶體管的伏安特性曲線和外部特性分析 2 等效電路分析法 5 3圖解法 利用晶體管的伏安特性曲線和外部特性分析 1 根據(jù)直流通路列方程 作直流負(fù)載線 求Q 2 根據(jù)交流通路列方程 作交流負(fù)載線 3 4 非線性失真 飽和失真 RB偏小造成的 截止失真 RB偏大造成的 雙向失真 Ui過(guò)大造成的 雙極型電路的基本單元電路 5 3放大電路的分析內(nèi)容 1 直流 靜態(tài) 分析畫(huà)直流通路 電路中的電容視為開(kāi)路據(jù)直流通路求解Q點(diǎn) IBQ ICQ UCEQ 2 交流 動(dòng)態(tài) 分析畫(huà)交流通路 電路中的電容視為短路 直流電源對(duì)地路視為短路畫(huà)交流等效電路 用模型代替交流通路中的晶體管 據(jù)交流等效電路求 AU AI Ri Ri RO Ro fL fH 雙極型電路的基本單元電路 3晶體管模型 1 h模型 屬低 中頻模型 h參數(shù)等效電路 CE組態(tài)簡(jiǎn)化h參數(shù)等效電路 雙極型電路的基本單元電路 h參數(shù)的求法hfe 低頻小功率管 rbb 100 300 高頻小功率管 rbb 幾 幾十 雙極型電路的基本單元電路 6放大電路頻響 1 頻響概念帶寬 AU jf 從AU隨f變化下降到0 707AU所對(duì)應(yīng)的截頻之差 BWf fH fL 低頻段AU下降的原因 耦合 旁路電容衰耗作用的影響 影響放大器截頻的主要原因 頻率失真 包括幅度頻率失真和相位頻率失真 屬線性失真 高頻段AU下降的原因 管子結(jié)電容及分布電容分流作用的影響 雙極型電路的基本單元電路 5 4 5 6CE CB CC三種組態(tài)放大電路的分析 1 CE放大電路電壓增益 電流增益 輸入電阻 輸出電阻 Ri RB rbe 1 RE 特點(diǎn) 較高的電壓增益和電流增益 居中的輸入電阻和輸出電阻 輸出與輸入電壓反向 雙極型電路的基本單元電路 5 4 5 6CE CB CC三種組態(tài)放大電路的分析 2 CC放大電路電壓增益 電流增益 輸入電阻 輸出電阻 Ri RB rbe 1 RL 特點(diǎn) 較高的電流增益 電壓增益 1 很高的輸入電阻 很低的輸出電阻 輸出與輸入電壓同向 雙極型電路的基本單元電路 5 4 5 6CE CB CC三種組態(tài)放大電路的性能比較 1MOS管簡(jiǎn)化的交流小信號(hào)模型 MOS電路的基本單元電路 2MOS管三種組態(tài)放大器的特性比較 3MOS管恒流源負(fù)載 1 增強(qiáng)型 單管 有源負(fù)載 D G短接 2 耗盡型 單管 有源負(fù)載 G S短接 MOS電路的基本單元電路 典型題解析 共漏 共基電路如題圖所示 試畫(huà)出其中頻區(qū)的微變等效電路 并推導(dǎo)出AU Ri 及Ro 的表達(dá)式 解 微變等效電路如圖 MOS電路的基本單元電路 4 7 5 7多級(jí)放大電路1 對(duì)耦合電路的要求各級(jí)有合適的直流工作點(diǎn) 前級(jí)輸出信號(hào)能順利的傳遞到后級(jí)的輸入端 2 常見(jiàn)的耦合方式 阻容耦合 變壓器耦合 直接耦合 光耦合 及其優(yōu)缺點(diǎn) 3 直接耦合放大器的特殊問(wèn)題及解決方法級(jí)間直流電位匹配問(wèn)題 解決方法 電位移動(dòng)電路零點(diǎn)漂移問(wèn)題 解決方法 差分電路 雙極型電路的基本單元電路 4 7 5 7多級(jí)放大電路4 多級(jí)放大電路的分析 注意 1 前級(jí)的輸出電壓是后一級(jí)的輸入電壓 2 將后一級(jí)的輸入電阻作為前一級(jí)的負(fù)載 1 多級(jí)放大電路的增益 2 多級(jí)放大電路的輸入電阻 3 多級(jí)放大電路的輸出電阻 Ri Ri1 Ro Ron 晶體管的基本單元電路 7 1電流源電路及基本應(yīng)用 1 電流源的主要要求能輸出符合要求的直流電流輸出電阻盡可能大溫度穩(wěn)定性好受電源電壓等因素的影響小 2 電流源電路的主要應(yīng)用做直流偏置電路做有源負(fù)載 模擬集成電路 模擬集成電路 1 差模信號(hào)和共模信號(hào)的概念 差分式放大電路輸入輸出結(jié)構(gòu)示意圖 差模信號(hào) 共模信號(hào) 差模電壓增益 共模電壓增益 總輸出電壓 共模信號(hào)產(chǎn)生的輸出 共模抑制比 反映抑制零漂能力的指標(biāo) 3 差分放大電路抑制零點(diǎn)漂移的原理雙端輸出抑制零點(diǎn)漂移是依靠電路 器件的嚴(yán)格對(duì)稱 單端輸出抑制零點(diǎn)漂移是依靠大電阻 REE 的深度負(fù)反饋 模擬集成電路 7 2差分放大電路的分析1 差分放大電路分四種組態(tài)單端輸入 單端輸出 雙端輸入 單端輸出單端輸入 雙端輸出 雙端輸入 雙端輸出2 差分放大電路分析 1 差放電路的主要性能指標(biāo)只與輸出方式有關(guān) 而與輸入方式無(wú)關(guān) 2 雙端輸出時(shí) 差模電壓增益就是半邊差模等效電路的電壓增益 單端輸出時(shí) 差模電壓增益是半邊差模等效電路的電壓增益的一半 RL 時(shí) 3 差模輸入電阻與輸入方式無(wú)關(guān) 都是半邊差模等效電路輸入電阻的2倍 單端輸出方式的輸出電阻是雙端輸出方式時(shí)輸出電阻的一半 模擬集成電路 9 0低頻功率放大電路1 低頻功率放大器主要關(guān)注的問(wèn)題 1 功率 Po VomIom 2 2 轉(zhuǎn)換效率 Po PDc 3 非線性失真 在大信號(hào)下 晶體管 變壓器等非線性元件的特性不能看成線性 而是非線性的 故非線性失真不可忽略 4 晶體管的安全運(yùn)用 在功放中 晶體管工作時(shí)電壓 電流幅度變化大 接近極限運(yùn)用 故應(yīng)保證晶體管各電流 電壓及集電極耗散功率不超過(guò)規(guī)定的極限值 2 低頻功放的工作狀態(tài) 甲類 2 乙類 甲乙類 2 功率放大器 3 乙類低頻功放最大交流輸出功率 直流電源供給的最大功率 最大轉(zhuǎn)換效率 單管集電極功耗 選管條件 存在的失真 交越失真 克服交越失真的方法 工作在甲乙類 產(chǎn)生原因 管子低電流區(qū)的非線性 功率放大器 1反饋的基本概念正 負(fù)反饋 交 直流反饋 電壓 電流反饋 串 并聯(lián)反饋 2反饋放大器的分類及判別方法 負(fù)反饋放大電路 1 負(fù)反饋類型有四種 電流串聯(lián)負(fù)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋 2反饋放大器的分類及判別方法 負(fù)反饋放大電路 判斷是電流反饋還是電壓反饋 用輸出電壓短路法 輸出電壓短路法 令輸出電壓u0 0 若Xf 0 則為電壓反饋 否則為電流反饋 判斷是串聯(lián)反饋還是并聯(lián)反饋 用饋入信號(hào)連接方式法 饋入信號(hào)連接方式法 若反饋信號(hào)Xf接至輸入端點(diǎn) 則為并聯(lián)反饋 否則為串聯(lián)反饋 判斷是正反饋還是負(fù)反饋 用瞬時(shí)極性法 瞬時(shí)極性法 設(shè)定信號(hào)輸入端的瞬時(shí)極性 沿反饋回路 A入 A出 B入 B出 標(biāo)定瞬時(shí)極性 若Xf的極性使得凈輸入信號(hào)增大則為正反饋 否則為負(fù)反饋 2 判別方法 3負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響 1 負(fù)反饋可提高增益的穩(wěn)定性 穩(wěn)定增益與反饋組態(tài)有關(guān) 2 負(fù)反饋可展寬頻帶寬度 3 負(fù)反饋可改善非線性失真 有條件 4 對(duì)輸入 輸出電阻的影響對(duì)輸入電阻的影響 串聯(lián)負(fù)反饋 Rif FRi 并聯(lián)負(fù)反饋 Rif Ri F 對(duì)輸入電阻的影響 電流負(fù)反饋 Rof F Ro 電壓負(fù)反饋 Rof Ro F 穩(wěn)定輸出電流 穩(wěn)定輸出電壓 5 負(fù)反饋對(duì)信號(hào)源的要求 串聯(lián)負(fù)反饋要求壓源 RS小 激勵(lì) 并聯(lián)負(fù)反饋要求流源 RS大 激勵(lì) 4反饋放大器的分析方法1 負(fù)反饋放大電路 深負(fù)反饋條件下的估算 常用 例 在圖5 10所示電路中 引入適當(dāng)?shù)呢?fù)反饋 以滿足提高輸入電阻和帶負(fù)載能力的要求 引入該負(fù)反饋后 當(dāng)RB 1k 時(shí) AUf Uo Ui 40 試計(jì)算Rf的值 解題思路 基于提高輸入電阻和帶負(fù)載能力的要求確定反饋組態(tài) 因?yàn)槎嗉?jí)放大電路 其增益很大 可近似考慮為深度負(fù)反饋 解 1 要提高輸入電阻 所以需采用串聯(lián)反饋 要提高帶負(fù)載能力 即減小輸出電阻 所以采用電壓反饋 綜合上述分析 確定引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋 如圖 Rf 負(fù)反饋放大電路 由AUf 40可得 Rf 40 1 RB 39 1k 39k 2 反饋系數(shù) 在深度負(fù)反饋條件下 1基本概念1 運(yùn)放的基本構(gòu)成 差動(dòng)輸入級(jí) 中間放大級(jí) 低阻輸出級(jí) 恒流源偏置四部分 2線性應(yīng)用及理想模型線性運(yùn)用 具有深度負(fù)反饋或以負(fù)反饋為主 閉環(huán) 非線性運(yùn)用 開(kāi)環(huán) 或正反饋理想模型 集成運(yùn)放的分析與應(yīng)用 AUd Rid Ro 0 BW 理想運(yùn)放線性應(yīng)用時(shí)的兩大特性 虛短 V V 虛斷 I I 0 3基本運(yùn)算電路反相比例器 同相比例器 減法器 積分器和微分器要求 1 熟練掌握基本運(yùn)算電路的電路結(jié)構(gòu)和輸出表達(dá)式 2 會(huì)由輸出函數(shù)表達(dá)式設(shè)計(jì)最簡(jiǎn)電路 3 能由給定電路求出輸出表達(dá)式 6 4比較器單限比較器 含過(guò)零比較器 遲滯比較器 集成運(yùn)放的分析與應(yīng)用 典型題解 例 設(shè)計(jì)一個(gè)運(yùn)放電路 滿足下面關(guān)系 集成運(yùn)放的分析與應(yīng)用 解 典型題解 例 某運(yùn)放電路其輸出表達(dá)式為 集成運(yùn)放的分析與應(yīng)用 解 試畫(huà)出滿足上述關(guān)系的原理電路 滿足上述關(guān)系的原理電路如圖 取 則 典型題解 例 集成運(yùn)放的分析與應(yīng)用 運(yùn)放電路如題圖所示 已知電容C初始電壓為零 求輸出Uo表達(dá)式 解 典型題解 例 求圖示電路的輸出表達(dá)式 集成運(yùn)放的分析與應(yīng)用 解 直接應(yīng)用虛短和虛斷的概念求解 由虛短的概念可知 U2 UN2 U1 UN1 所以有 集成運(yùn)放的分析與應(yīng)用 又由虛斷的概念可知 I1 I4 I2由此可導(dǎo)出 對(duì)于A3與R1 R2構(gòu)成差動(dòng)式減法電路 因此有 濾波及信號(hào)產(chǎn)生電路 1 濾波 低通 LPF 希望抑制50Hz的干擾信號(hào) 應(yīng)選用哪種類型的濾波電路 高通 HPF 帶通 BPF 帶阻 BEF 全通 APF 放大音頻信號(hào) 應(yīng)選用哪種類型的濾波電路 濾波及信號(hào)產(chǎn)生電路 2 正弦波振蕩電路的振蕩條件 正反饋放大電路框圖 注意與負(fù)反饋方框圖的差別 1 振蕩條件 若環(huán)路增益 則 又 所以振蕩條件為 振幅平衡條件 相位平衡條件 起振條件 3 起振和穩(wěn)幅 振蕩電路是單口網(wǎng)絡(luò) 無(wú)須輸入信號(hào)就能起振 起振的信號(hào)源來(lái)自何處 電路器件內(nèi)部噪聲以及電源接通擾動(dòng) 當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí) 就要限制它繼續(xù)增加 否則波形將出現(xiàn)失真 噪聲中 滿足相位平衡條件的某一頻率 0的噪聲信號(hào)被放大 成為振蕩電路的輸出信號(hào) 穩(wěn)幅的作用就是 當(dāng)輸出信號(hào)幅值增加到一定程度時(shí) 使振幅平衡條件從回到 信號(hào)濾波及產(chǎn)生 放大電路 包括負(fù)反饋放大電路 4 振蕩電路基本組成部分 反饋網(wǎng)絡(luò) 構(gòu)成正反饋的 選頻網(wǎng)絡(luò) 選擇滿足相位平衡條件的一個(gè)頻率 經(jīng)常與反饋網(wǎng)絡(luò)合二為一 穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 信號(hào)濾波及產(chǎn)生 5 RC橋式振蕩電路工作原理 此時(shí)若放大電路的電壓增益為 斷開(kāi)環(huán)路某一點(diǎn) 用瞬時(shí)極性法判斷可知 電路滿足相位平衡條件 則振蕩電路滿足振幅平衡條件 電路可以輸出頻率為的正弦波 穩(wěn)幅 溫敏電阻 FET 穩(wěn)壓管 信號(hào)濾波及產(chǎn)生 6 LC振蕩電路 為諧振頻率 穩(wěn)幅 三極管限幅 信號(hào)濾波及產(chǎn)生 信號(hào)濾波及產(chǎn)生 比較器 1 單限比較器 表達(dá)式 集成運(yùn)放的分析與應(yīng)用 2 遲滯比較器 變壓器 整流 濾波 穩(wěn)壓 降壓 濾除脈動(dòng) 交流變脈動(dòng)直流 進(jìn)一步消除紋波 提高電壓的穩(wěn)定性和帶載能力 交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的一般過(guò)程 2 紋波系數(shù) 3 平均整流電流 4 最大反向電壓 1 VL和IL 交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的一般過(guò)程 電容濾波電路 交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的一般過(guò)程 典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路如圖所示 它由調(diào)整管 放大環(huán)節(jié) 比較環(huán)節(jié) 基準(zhǔn)電壓源幾個(gè)部分組成 電壓串聯(lián)負(fù)反饋 將VREF看作電路的輸入 交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的一般過(guò)程 交流電網(wǎng)電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓的一般過(guò)程 答疑時(shí)間 1月5日和1月6日9 00 11 3014 00 16 30答疑地點(diǎn) 綜合樓 B座2樓休息室1月5日 周群 賈紹芝1月5日 劉婕 陳彬兵 考試時(shí)間 18周六 1月7日 14 00 16 00 補(bǔ)交作業(yè) 1月5日