模拟电子技术期末总复习课件.ppt

11 1 绪论绪论一、电子电路中的信号：一、电子电路中的信号：模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号二、放大电路性能指标：二、放大电路性能指标：1 1、电压放大倍数、电压放大倍数Au电压增益电压增益=20lg|Au| (dB)2、输入电阻、输入电阻ri3、输出电阻、输出电阻ro4、通频带、通频带5、失真：、失真：失真失真线性失真线性失真非线性失真：非线性失真：幅度失真幅度失真:相位失真相位失真:2半导体半导体的性质：负温度系数、光敏特性、掺杂特性的性质：负温度系数、光敏特性、掺杂特性一、半导体与本征半导体：一、半导体与本征半导体：半导体的共价键结构：半导体的共价键结构：惯性核价电子3 3 二极管及其电路二极管及其电路+4+4+4+4+4+4+4+4+43本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体。载流子载流子自由电子自由电子空穴空穴本征激发本征激发复合复合本征半导体中本征半导体中电流电流由两部分组成：由两部分组成：1. 1. 自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。2. 2. 空穴移动产生的电流。空穴移动产生的电流。动态平衡动态平衡4二、二、 杂质半导体杂质半导体P 型半导体型半导体（空穴空穴导电型半导体）导电型半导体） ：掺：掺3 3价元素使用价元素使用空穴空穴浓度大大增加的杂质。浓度大大增加的杂质。N 型半导体型半导体（电子导电型半导体）（电子导电型半导体） ：掺：掺5 5价元素使用自由价元素使用自由电子浓度大大增加的杂质。电子浓度大大增加的杂质。施主原子（离子）施主原子（离子）多数载流子（多子）：多数载流子（多子）：自由电子，自由电子，少数载流子（少子）：少数载流子（少子）：空穴空穴。受主原子（离子）受主原子（离子）多子：多子：空穴空穴，少子：，少子：自由电子自由电子。51、 PN结的形成过程：结的形成过程：三、三、 PN结与半导体二极管结与半导体二极管扩散扩散接触接触形成空间电荷区形成空间电荷区内电场内电场漂移漂移动态平衡动态平衡PN结结空间电荷区、耗尽层、阻挡层、势垒区、空间电荷区、耗尽层、阻挡层、势垒区、 PN结结2、PN 结的最主要的特性结的最主要的特性单向导电性：单向导电性： PN 结加结加正向正向电压电压导通导通，PN 结加结加反向反向电压电压截止截止63、PN结的伏安特性：结的伏安特性：导通压降导通压降: : 硅硅管管0.60.7V, ,锗锗管管0.20.3VVBRVDIDIR= -IS死 区 电 压死 区 电 压 硅管硅管0.6V, ,锗管锗管0.2V反向反向特性特性正向正向特性特性击穿击穿特性特性反向击穿反向击穿( (电击穿电击穿) )雪崩击穿雪崩击穿和和齐纳击穿齐纳击穿正向特性正向特性反向特性反向特性击穿特性击穿特性稳压二极管利用击穿特性稳压二极管利用击穿特性) 1(TDVVSDeII4、 PN结的电容效应：结的电容效应：势垒电容势垒电容CB （PN结反偏）结反偏） 和和扩散电容扩散电容CD （PN结正偏）结正偏）7PN二极管的电路符号：二极管的电路符号：5、半导体二极管：半导体二极管：主要参数主要参数: :最大整流电流最大整流电流 IFM 、反向峰值电压、反向峰值电压URM 、反、反向直流电流向直流电流 IR 等等分为：分为：点接触型、面接触型、平面型点接触型、面接触型、平面型。特殊二极管：特殊二极管：稳压二极管、变容二极管、肖特基二极管、稳压二极管、变容二极管、肖特基二极管、光电二极管、发光二极管、激光二极管等光电二极管、发光二极管、激光二极管等特别是特别是稳压二极管稳压二极管，利用其，利用其反向击穿反向击穿效应效应8四、四、 二极管的基本电路及其分析方法二极管的基本电路及其分析方法1、图解分析法：、图解分析法：RDVDDiD+vD-iDvDIDVDQVDDVDD /R2、简化模型分析法：、简化模型分析法：简化模型：简化模型：理想二极管模型、恒压降模型、理想二极管模型、恒压降模型、 折线模型、小信号模型折线模型、小信号模型应用简化模型分析：应用简化模型分析：9（一）（一） BJT的结构与工作原理的结构与工作原理:becNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基基极极发射极发射极BcePNP型型bcebce发射结发射结集电结集电结一、一、 BJT的结构、原理与特性的结构、原理与特性4 4 双极型三极管及放大电路基础双极型三极管及放大电路基础两种类型：两种类型：NPN型和型和PNP型。型。内部结构：内部结构： 发射区：发射区：掺杂浓度较高掺杂浓度较高 基区：基区：较薄，掺杂浓度低较薄，掺杂浓度低 集电区：集电区：面积较大面积较大 为使发射区发射电子，集电区收集电子，必须具备为使发射区发射电子，集电区收集电子，必须具备的的外部条件外部条件是：是： a.发射结发射结加加正向正向电压电压(正向偏置正向偏置): NPN管：管：Vbe0； PNP管：管：Vbe0 b.集电结集电结加加反向反向电压电压(反向偏置反向偏置): NPN管：管：Vbc0；PNP管：管：VbcIEP IEN=ICN+ IBN 且有且有IEN IBN ，ICNIBN IC=ICN+ ICBO IB=IEP+ IBNICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO) IE =IC+IB电流关系式电流关系式: :BCCBOBCBOCBNCNIIIIIIIIECENCNIIIIEECCEOBBCECEOBCIIIIIIIIIII=+)+1(=+=+=12（二）（二） BJT的的V-I特性曲线特性曲线1 1、输入特性：、输入特性：UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死区电压，死区电压，硅管硅管0.5V，锗管锗管0.2V。132 2、输出特性、输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满足此区域满足IC= IB称为称为线性区（放线性区（放大区）。大区）。此区域中此区域中UCE UBE,集电结正集电结正偏，偏， IBIC，UCE 0.3V称为饱称为饱和区。和区。此区域中此区域中 : IB=0，IC=ICEO，UBEIC， 硅管：硅管：VCE 0.3V 锗管：锗管： VCE 0.1V (3) 截止区：截止区： VBE 死区电压，死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 15（三）（三） BJT的主要参数的主要参数1. 电流放大系数：电流放大系数：、2、极间反向电流：、极间反向电流：（1）集）集-基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBO（2） 集集-射极反向饱和电流射极反向饱和电流ICEO3、极限参数：、极限参数：（1）集电极最大电流）集电极最大电流ICM（2）反向击穿电压：）反向击穿电压：射射-基反向极击穿电压基反向极击穿电压U(BR)EBO集集-基反向极击穿电压基反向极击穿电压U(BR)CBO集集-射反向击穿电压射反向击穿电压U(BR)CEO（3） 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM4、频率参数：、频率参数：16（四）（四） 温度对温度对BJT参数及性能的影响参数及性能的影响TUBE ICEO U（BR）CBO U（BR）CEO 17二、放大电路的组成及分析计算二、放大电路的组成及分析计算共射放大器、共集放大器、共基放大器共射放大器、共集放大器、共基放大器直流通道：直流通道：提供放大的条件（静态）。提供放大的条件（静态）。交流通道：交流通道：进行交流信号的放大（动态）。进行交流信号的放大（动态）。放大器的性能指标：放大器的性能指标： 电压放大倍数、输入电阻电压放大倍数、输入电阻ri 、输出电阻、输出电阻ro 、通频带、通频带（一）（一） 常用放大电路：常用放大电路：18（二）放大器的分析方法（二）放大器的分析方法A、图解法分析法：、图解法分析法：（1）近似估算近似估算Q点点: : BBEBBBQRVVI=BQCQIICCQCCCEQRIVVRBVCCVBBRCCTVI+-VO+-1、静态工作点的图解分析：、静态工作点的图解分析：19ICUCEQUCEQICQIBQUBEQQIBUBEBBBBBERiVuCCCCCERiVu直流直流负载线负载线一般可认为一般可认为:硅管硅管UBEQ为为0.7V，锗管为，锗管为0.3VIBQ0.7V（2）图解法确定图解法确定Q点点: : 202、动态工作情况的图解法分析：、动态工作情况的图解法分析：图解法的步骤：图解法的步骤：1、确定静态工作点确定静态工作点2、画直流负载线画直流负载线3 3、画交流负载线、画交流负载线4、 作图：作图：viiBiC、vCEvo5、求放大倍数：、求放大倍数：imomjioVVVevvA21ICUCE25354515552134563.32.72.11.50.9mAV假设假设uBE有一微小的变化有一微小的变化uitiBtiCuCEttibtu ucece与与u ui i反相反相直流负载线直流负载线交流负载线交流负载线2502. 05 . 0imomjioVVVevvAUBEQIB2535450.680.70.72uAV15223、静态工作点对波形失真的影响、静态工作点对波形失真的影响:（1） Q点过低，信号进入截止区：点过低，信号进入截止区：产生产生截止失真截止失真（2） Q点过高，信号进入饱和区：点过高，信号进入饱和区：产生产生饱和失真饱和失真放大器的动态范围放大器的动态范围23 iC vCE 0 Q3 Q1 Q2 Q RC：电路参数对电路参数对Q点的影响：点的影响： Rb：VCC：一般情况下，常采用一般情况下，常采用改变改变Rb的办法，来调节静态工作点。的办法，来调节静态工作点。Rb IBQ Q点下移点下移（QQ1）。）。RC 直流负载线的斜率直流负载线的斜率 变大变大（QQ2）。交流负载线要看交流负载线要看RL而定。而定。VCC变化，直流负载线发生平动，变化，直流负载线发生平动，Q点变化情况比点变化情况比较复杂，在较复杂，在IB不变的情况下，不变的情况下，VCC ，QQ324B、 小信号模型分析法小信号模型分析法1、BJT的的h参数及其等效电路：参数及其等效电路：vbehiehfe ibib vce+-+-+-hre vcehoe1icibvcecbe+-vbe+-ichiehfe ibibbcevbe+-vce+-252、用、用h参数小信号模型分析基本放大器参数小信号模型分析基本放大器步骤：步骤：1、画电路的交流通路。、画电路的交流通路。2、画电路的、画电路的h参数等效电路（包括晶体管和外电路）。参数等效电路（包括晶体管和外电路）。3、标出电压、电流的参考方向。、标出电压、电流的参考方向。4、计算：电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、计算：电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、 源电压放大倍数源电压放大倍数RBVCCVBBRCCTRLVI+-BBEBBBQRVVIBQCQIICCQCCCEQRIVVibicvs+-vo+-RBRLRSrbeibbcevi+-vce+-BbeLVRrRABbeiRrRCoRR 静态：静态：动态：动态：h参数等效电路：参数等效电路：+VCCui+-uo+-RBRCTC2C1RLBBECCBQRVVIBQCQIICCQCCCEQRIVV)mA()mV(26)1 ()(300EbeIrrbeRBRCRLiUiIbIcIoUbIbeLVrRAbeBirRR/CoRR 静态：静态：动态：动态：h参数等效电路：参数等效电路：RB1+VCCRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2CCBBBBVRRRV212BEBEVVV21EEBEBECRRVVII)(21EEECCCCCERRIRIVVrbeRCRLoURE1iUiIbIcIbIRB1)1 (EbeLVRrRA)1 (/121EbeBBiRrRRRCoRR 静态：静态：动态：动态：h参数等效电路：参数等效电路：RB+VCCC1C2RERLuiuoEBBECCBRRVVI)1 (BEII)1 (EECCCERIVVrbeiUbIRERLRBoUcIbIiILbeLVRrRA)1 ()1 ()1 (/LbeBiRrRr1/sbeEoRrRr静态：静态：动态：动态：h参数等效电路：参数等效电路：RBVCCC1C2REuiuoRB1RCRLCBCCBBBBVRRRV212EEBEBBERIVVVVEBEBECRVVIIEECCCCCERIRIVVVoREViRCRLrbeibbceiBiEbeLbebLbioVrRrIRIVVA1/beEiEirRRRRCoRR 静态：静态：动态：动态：h参数等效电路：参数等效电路：31耦合方式：耦合方式：阻容耦合；直接耦合；变压器耦合；光电耦合。阻容耦合；直接耦合；变压器耦合；光电耦合。耦合：耦合：即信号的传送方式。即信号的传送方式。（三）多级放大器及其耦合方式（三）多级放大器及其耦合方式1、阻容耦合：阻容耦合：(1) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。相互独立，分别估算。(2) 不能传输直流及低频信号。不能传输直流及低频信号。(3) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4) 总电压放大倍数总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。各级放大倍数的乘积。(5) 总输入电阻总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻即为第一级的输入电阻ri1 。(6) 总输出电阻即为最后一级的输出电阻。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。unuuuAAAA21322、直接耦合直接耦合: 直接耦合直接耦合可放大微弱的直流信号或变化缓慢的信号可放大微弱的直流信号或变化缓慢的信号 零点漂移零点漂移 多级放大器的静态工作点、电压放大倍数、多级放大器的静态工作点、电压放大倍数、 输入电阻、输入电阻、输出电阻等的计算比较复杂输出电阻等的计算比较复杂直流电平互相影响直流电平互相影响问题：问题：差分放大器差分放大器温度漂移温度漂移（温漂温漂）33（四）（四） 放大电路的频率响应放大电路的频率响应1、共射电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因、共射电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因, CE影响较大影响较大;三极管的结电容和分布电容是引起放大电路高频响应的主要原因三极管的结电容和分布电容是引起放大电路高频响应的主要原因MH21RCf)+1)(1(=HLVSMVSffjffjAA)+(2+1=besLrRCfE)+(21=bes1LrRCf)+(21=LC2LRRCf仅考虑仅考虑C1的影响：的影响：仅考虑仅考虑C2的影响：的影响：仅考虑仅考虑CE的影响：的影响：ff-135-180fL0.1fL10fL3dB0)(|)/ |lg(|20dBAAVSMVS-90 -225-270fL0.1fL10fH2.共基放大电路没有密勒电容，上限截止频率很高。共基放大电路没有密勒电容，上限截止频率很高。3.共集放大电路密勒电容小，上限截止频率也较高。共集放大电路密勒电容小，上限截止频率也较高。)+1)(1(=HLVSMVSffjffjAA