2022年电气类专业知识点--模拟电路知识点讲义整理.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 1 模拟信号和数字信号 模拟信号：时间连续、幅度连续的信号（图1.1.8）；数字信号：时间、幅度离散的信号（图1.1.10）2放大电路的基本学问 输入电阻iR ：是从放大器输入口视入的等效沟通电阻；iR 是信号源的负载,R 从信号源吸取信号功率；P ）,该信号源的内阻 输出电阻R ：放大器在输出口对负载R 而言,等效为一个新的信号源（这说明放大器向负载R 输出功率即为输出电阻； 放大器各种增益定义如下：端电压增益：A VV oL；V i源电压增益：A VSV oR sR iR iA VVs电流增益：AIoIi互导增益：A GIoV i互阻增益：

2、AV oIi负载开路电压增益（内电压增益）：A V0V oRL,A VR 0R LR LA V0V i功率增益：A PP 0|A V|A I|PA 、A 、A 、IA 的分贝数为 20lg A ；A 的分贝数为 20lgA ； 不同放大器增益不同,但任何正常工作的放大器,必需AP1； 任何单向化放大器都可以用模型来等效,可用模型有四种（图1.2.2）； 频率响应及带宽：A VjV oj或A VA VV ijA V幅频相应（图1.2.7）：电压增益的模与角频率的关系； 相频相应：输出与输入电压相位差与角频率的关系；BW 带宽：幅频相应的两个半功率点间的频率差BWfHf 线性失真：电容和电感引起,

3、包括频率失真和相位失真（图1.2.9） 非线性失真：器件的非线性造成；晶体二极管及应用电路一、半导体学问1本征半导体 单质半导体材料是具有 4 价共价键晶体结构的硅（Si）和锗（ Ge）（图 2.1.2）,一些金属化合物也具有半导体的性质如砷化镓 GaAs；前者是制造半导体 IC 的材料,后者是微波毫米波半导体器件和 IC 的重要材料； 本征半导体：纯洁且具有完整晶体结构的半导体称为本征半导体； 本征激发（又称热激发或产生）：在肯定的温度下,本征激发产生两种带电性质相反的载流子自由电子和空穴对；温度越高,本征激发越强； 空穴：半导体中的一种等效q 载流子；空穴导电的本质是价电子依次填补本征晶格

4、中的空位,使局部显示q 电荷的空位宏观定向运动（图2.1.4）； 复合：在肯定的温度下,自由电子与空穴在热运动中相遇,使一对自由电子和空穴消逝的现象；复合是产生的相反过程,当产生等名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 于复合时,称载流子处于平稳状态；2杂质半导体 在本征硅（或锗）中渗入微量 5 价（或 3 价）元素后形成 N 型（或 P 型）杂质半导体（P 型：图 2.1.5, N 型：图 2.1.6）； 电离：在很低的温度下,N 型（ P 型）半导体中的杂质会全部,产生自由电子和杂质正离子对（空穴和杂质负离子对）；

5、载流子：由于杂质电离,使 N 型半导体中的多子是自由电子,少子是空穴,而 P 型半导体中的多子是空穴,少子是自由电子； 在常温下,多子 少子（图 1-7）；多子浓度几乎等于杂质浓度,与温度无关；少子浓度是温度的敏锐函数； 在相同掺杂和常温下,Si 的少子浓度远小于 Ge的少子浓度；二、 PN 结在具有完整晶格的 P 型和 N 型材料的物理界面邻近,会形成一个特殊的薄层PN 结（图 2.2.2）； PN 结（又称空间电荷区） ：存在由 N 区指向 P 区的内电场和内电压；PN 结内载流子数远少于结外的中性区（称耗尽层）；PN 结内的电场是阻挡结外两区的多子越结扩散的（称势垒层或阻挡层）； 单向导

6、电特性：正偏 PN 结（ P 区电位高于 N）时,有随正偏电压指数增大的电流；反偏 PN 结（ P 区电位低于 N 区）,在使 PN 结击穿前,只有很小的反向；即 PN 结有单向导电特性（正偏导通,反偏截止）； 反向击穿特性：当反偏电压达到肯定值时,反向电流急剧增大,而 PN 结两端的电压变化不大（图 2.2.6）；PN 结的伏安方程为：i I S e v V T 1,其中,在 T = 300K 时,热温度当量 V T 26mV；三、半导体二极管 一般二极管内就是一个PN 结, P 区引出正电极,N 区引出负电极（图2.3.1）；0.7V 和 0.3V；反偏时截止,但Ge管 在低频运用时,二极

7、的具有单向导电特性,正偏时导通,Si 管和 Ge 管导通电压典型值分别是的反向饱和电流比Si 管大得多（图2.3.2、图 2.3.3）； 低频运用时,二极管是一个非线性电阻,其沟通电阻不等于其直流电阻；二极管沟通电阻：r ddiD1Q；二极管沟通电阻dr估算：r dV TIDdvD二极管直流电阻：R DVDQ 处,二极管的微变电流与微变电压之间的关系；ID 二极管的低频小信号模型：就是沟通电阻dr,它反映了在工作点 二极管的低频大信号模型：是一种开关模型,有抱负开关、恒压源模型和折线模型；三、二极管应用1单向导电特性应用二极管正向充分导通时只有很小的沟通电阻,近似于一个 整流器：半波整流,全波

8、整流,桥式整流 限幅器：顶部限幅,底部限幅,双向限幅 钳位电路 * 2反向击穿及应用0.7V （Si 管）或 0.3V（ Ge 管）的恒压源； 二极管反偏电压增大到肯定值时,反向电流突然增大的现象即反向击穿； 反向击穿的缘由有价电子被碰撞电离而发生的“ 雪崩击穿” 和耗尽层中价电子强场激发而发生的“ 齐纳击穿”； 反向击穿电压非常稳固,可以用来作稳压管（图 2.5.2）； 稳压管电路设计时,要正确选取限流电阻,使稳压管在肯定的负载条件下正常工作；3特殊二极管 光电二极管、变容二极管、稳压二极管、激光二极管；双极型晶体三极管及其放大电路一、半导体BJT 结构及偏置第 2 页,共 19 页名师归纳

9、总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 双极型晶体管（BJT）分为 NPN 管和 PNP 管两类（图 3.1.3 和 3.1.2）；电流掌握器件；V BCIV ；ICBO 当 BJT 发射结正偏,集电结反偏时,称为放大偏置；在放大偏置时,NPN 管满意V CV BV ；PNP 管满意V C放大偏置时,作为PN 结的发射结的V I 特性是：iEIES ev BE/V T（NPN）,iEIES e v B T/ V（PNP）；i CiE 电流安排（图3.1.4）：在 BJT 为放大偏置的外部条件下,发射极电流Ei将几乎转化为集电流Ci,而基极电流较小； 电

10、流放大系数： 在放大偏置时, 令iCN（iCN是由Ei转化而来的Ci重量）,导出两个关于电极电流的关系方程：iEiCiB1ICBOiBICEO,IE增大其中1,ICEO是集电结反向饱和电流,ICEO1ICBO是穿透电流； 放大偏置时,在肯定电流范畴内,Ei、Ci、Bi基本是线性关系,而三个电流与vBE都是非线性指数关系； 放大偏置时：三电极电流主要受控于v BE,而反偏vCB,对电流有较小的影响；影响的规律是；集电极反偏增大时,而BI减小； 发射结与集电结均反偏时BJT 为截止状态,发射结与集电结都正偏时,BJT 为饱和状态；二、 BJT 静态伏安特性曲线三端电子器件的伏安特性曲线一般是画出器

11、件在某一种双口组态时输入口和输出口的伏安特性曲线族；BJT 常用共射伏安特性曲线：输入特性曲线：i B f v BE V CE =常数（图 3.1.7）输出特性曲线：i B f v CE i B =常数（图 3.1.7） 输入特性曲线一般只画放大区,典型外形与二极管正向伏安特性相像； 输出特性曲线族把伏安平面分为4 个区（放大区、饱和区、截止区和击穿区）放大区近似的等间隔平行线,反映近似为常数（图3.3.5）； 当温度增加时,会导致增加,ICBO增加和输入特性曲线左移；三、 BJT 主要参数 电流放大系数：直流,直流；沟通lim 0iC和lim 0iC,、也满意1；ICM；Tf是iE QiB

12、Q 极间反向电流：集电结反向饱和和电流ICBO；穿透电流ICEO 极限参数：集电极最大答应功耗P CM；基极开路时的集电结反向击穿电压V BR CEO；集电极最大答应电流 特点频率TfIcIB称为高频BJT 小信号工作,当频率增大时使信号电流ci 与bi 不同相,也不成比例；如用相量表示为cI ,IB,就当高频的模等于 1 时的频率；四、 BJT 小信号模型 放大作用：无论是共射组态或共基组态,其放大电压信号的物理过程都是输入信号使正偏发射结电压变化,经放大偏置BJT 内部的 3.2.1）；第 3 页,共 19 页v BE的正向掌握过程产生较大的集电极电流变化（Ci显现信号电流ci ）,ci

13、在集电极电阻上的沟通电压就是放大的电压信号（图 小信号：当发射结上沟通电压|v be|5mV 时, BJT 的电压放大才是工程意义上的线性放大； BJT 混合小信号模型是在共射组态下推导出的一种物理模型（图3.7.5）,模型中有七个参数：基区体电阻brb由厂家供应、高频管的br b比低频管小基区复合电阻bre 估算式：r b e1V T1r e,er发射结沟通电阻IE300K跨导gm 估算g mIC/V T38.5IC（ms）,r be,gm关系:r begm基调效应参数r ce 估算r ceVA/IC,VA厄利电压名师归纳总结 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - -

14、- - - brc估算rbcr cer ber bbr be以上参数满意：r bcr cer be1r egm高频参数：集电结电容Cbc由厂家给出；发射结电容Cbe 估算CbegmCbc* 2fT 最常用的BJT 模型是低频简化模型（1）电压掌握电流源（icg vb e）模型（图3.7.5c）（2）电流掌握电流源（ici ）模型（图3.7.5d,常用）,其中五、放大电路基本概念 向放大器输入信号的信号源模型一般可以用由源电压vS串联源内阻R 来表示, 接受被放大的信号的电路模型一般可以用负载电阻R 来表示（图3.4.4a）； 未输入信号（静态）时,放大管的直流电流、电压在特性曲线上对应的点称为

15、放大器的工作点；工作点由直流通路求解； 放大器工作时,信号（电流、电压）均迭加在静态工作点上,只反映信号电流、电压间关系的电路称为沟通通路； 放大器中的电压参考点称为“ 地”,放大器工作时,某点对“ 地” 的电压不变（无沟通电压）,该点为“ 沟通地”； 沟通放大器中的耦合电容可以隔断电容两端的直流电压,并无衰减地将电容一端的沟通电压传送到另一端,耦合电容上应基本上无沟通电压（沟通短路） ；傍路电容也是对沟通电流短路的电容； 画沟通通路时应将恒压源短路（无沟通电压） ,恒流源开路（无沟通电流） ；耦合、傍路电容短路（无沟通电压）（图 3.4.4b）； 画直流通路时应将电容开路（电容不通直流）,电

16、感短路（电感上直流电压为零）；六、 BJT 偏置电路1固定偏置电路（图3.4.4a）V CE、IC）随温度变化大； 特点：简洁,虽然IB随温度变化小；但输出特性曲线上的工作点（ Q 点估算：IBV CCVBE,ICIB,VCEVCCICRCQ（VCE,IC）随温度变化很小,工作点稳固；缘由是存在R b 直流负载线iCV CCvCER C 作图求 Q 点：在输出特性曲线上,直流负载线与iBIB的交点；2基极分压射极偏置电路（图3.5.1） 特点：元件稍多；但在满意条件RE10（R 1/ R 2）时,工作点直流负反馈； Q 点估算：ICIEVCCR2VBE/RE,V CEV CCR CR EICR

17、 1R2直流负载线iCVCCvCERCR ER CRERE10R 1/R 2时有足够的精确性；以上近似运算在满意七、基本共射放大器的大信号分析1 沟通负载线（图3.3.4）是放大器工作时,动点（v CE,iC）的运动轨迹；沟通负载线经过静态工作点,且斜率为RC/RL； 非线性失真：因放大器中晶体管的伏安特性的非线性使输出波形显现失真；非线性失真使输出信号含有输入信号所没有的新的频率名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 重量；大信号时,使BJT 进入饱和区产生饱和失真；使BJT 进入截止区,产生截止失真；NPN 管 CE

18、 放大器的削顶失真是截止失真；削底失真是饱和失真；对于PNP 管 CE 放大器就相反； 将工作点支配在沟通负载线的中点,可以获得最大的无削波失真的输出；2CE、CB、 CC 放大器基本指标 A ,管端输入电阻 R ,管端输出电阻 R ；用电流掌握电流源（i c i b）BJT 低频简化模型（图 2-24）导出的三个组态的上述基本指标由表 3-1 归纳；3 高输入电阻和电流放大系数可采纳复合管（图 3.6.4、3.6.5）复合 BJT 是模拟 IC 中的一种工艺（又称达林顿组态）；表 3.6.1 BJT 三种基本放大器小信号指标CE 放大器 CB 放大器 CC 放大器简化交流通路AV RLRLr

19、1RLrbe（大,反相）r be（大,同相）be1RL（ rbb rberbb rberbb r berbe中 r be+1+ RL大 1小 1+ r e rberbb 1+ re+RL rberbb re rberbb Ro0.5rcerce 大,与信号源内阻有r ce0.5r bc r beRS1小,与 RS有关 , 关 很大,与信号源内阻有关 应功率增益最大,RiRo 适中,R SRS/RB 高频放大时性能好,常与CE 和Ri大而 Ro小,可作高阻抗输入CC 组态结合使用；如CE-CB 组级和低阻抗输出级,隔离级和用易于与前后级接口, 使用广泛；态 CC-CB 组态；功率输出级；八、放大

20、器的频率响应1. 基本学问 对放大器输入正弦小信号,就输出信号的稳态响应特性即放大器的频率响应；数 在小信号且不计非线性失真时,输出信号仍为正弦信号；故可以用输出相量X 与输入相量X 之比,即放大器的增益的频率特性函A j来分析放大器的频率响应的特性；A jXo/XA eA 表示输出正弦信号与输入正弦信号的振幅之比,反映放大倍数与输入信号频率的关系,故称A 为增益的幅频特性 （图3.7.15b）； 是输出信号与输入信号的相位差,它反映了放大器的附加相移与输入信号频率的关系,故称 为增益的相频特性；放大器在低频段表现出增益的频率特性的缘由是电路中的耦合电容和旁路电容在频率很低时不能视为沟通短路,

21、使沟通通路中有电抗元件,从而造成输出的幅度和附加相位与信号频率有关；放大器在高频段表现出增益的频率特性的缘由是晶体管内部电抗效应在高频时必需考虑（如PN 结电容的容抗不能再视为）,使等效电路中存在电抗,造成输出与频率有关；fL（或高频截 当信号频率降低（或上升）到使A 下降到中频段增益A 的 0.707 倍时所对应的频率称为放大器的低频截止频率名师归纳总结 第 5 页,共 19 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 止频率fH）；BW定义为BWfHfL, BW 又称 3dB 带宽； 放大器的通频带是 当对放大器输入频带信号,如输入信号频率的范畴超过BW

22、时,输出波形会因此发生畸变,此即放大器的频率失真；频率失真分为幅频失真和相频失真；前者是 A 变化所致,后者是 不与 成正比所致； 频率失真与非线性失真的重要区分：对于前者,输出信号没有新的频率重量,且只有输入信号频超过 BW时才有频率失真的问题； 在直角坐标系下画出的 A 曲线称为幅频特性曲线； 曲线称为相频特性曲线；2. 波特图放大器对数频率特性曲线率轴 波特图的频率轴按lg定刻度位置,但仍标示频率的值；对数频率轴的特点是每10 倍频程相差一个单位长度,且0 点在频处；A 的分贝刻度,即所谓分贝线性刻度；相频波特图的纵坐标仍按的角度刻度； 幅频波特图的纵坐标按 波特图的优点是易于用渐近线方

23、法近似作频率特性曲线；渐近线波特图绘法* ：A j另行争论）； 第一要判定A j是低频段仍是高频段的频率特性函数（全频段A j的通式为：A jKjz 1jz 2jz mjPjP 2jP n如nm,就为AL j；如nm,就为AH j；1低频波特图画法 将每个极零点因子化成以下形式ALjA 01z 1j 1z2 1zm（nm,iP0）jj 1P 1j 1P 2 1P njj（1）画幅频波特图；在幅频特性平面上画出每个因子（包括中频增益 的奉献如下：A 的奉献为20lg|A 0|,即一条与无关的水平线；A ）的幅频渐近线波特图,然后相加；每个因子对幅频波特图 极点因子 1Pi在极点频率iP左侧奉献负

24、分贝,斜率为20dB/dec；j 零点因子 1zi在零点频率iz右侧奉献正分贝,斜率为20 dB/dec；j（2）画相频波特图：在相频特性平面上画出每个因子（包括A 00,就对相频波特图奉献为0o；A 00,就对相频波特图奉献为180 ；oA ）的相频渐近线波特图,然后相加；每个因子的奉献如下：名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 19 页精选学习资料 - - - - - - - - - 极点因子 1Pi,在10|iP|频点的左而奉献正角度；0. 1|iP|处保持 90o；j在10|P i|0 .1|P|区间斜率为45o/dec；|iP|频点为 45o,小于|区间斜率为o 4

25、5 /dec； 零点因子 1zi在10|iz|左侧奉献角度,在0. 1|zi|10|zij在|iz|频点处为 45o（或o 45 ）,在 0.1|iz|处为 90o（或90o）,小于 0.1|iz|时保持 90o（或90o）,角度的符号与零点因子幅角的符号一样；2高频波特图的画法将AHj j中每个极零点因子化成以下形式（nm,iP0）A 0 1j 1j2 1jAHz 1zz m 1j 1j 1jP 1P 2P n（1）画幅频波特图画出每个因子（包括A ）对幅频波特图的奉献,然后相加,其规律如下：A 奉献的分贝为20lg|A 0|,即一条与无关的水平线 极点因子 1Pi在|iP|右侧奉献负分贝,

26、斜率是20 dB/dec；j零 点 因 子 在1zi|iP|右侧奉献正分贝,斜率是20dB/dec；j（2）画出相频波特图画出每个因子对相频波特图的奉献,然后相加；其规律如下：A 的奉献是 0o（A 0 0）或 180o（A 0 0）； 极点因子在 1j 0 . 1 | iP | 右侧奉献负角度,斜率 45 /dec；在 o 10 | iP | 时,奉献1 iP达到 90 ；o 零点因子在 1 jZ i 0.1| Z i | 右侧奉献角度,斜率为 45o/dec（或 45 /dec）；在 o10 | iZ | 时,奉献达到并保持 90o（或 90 o）；角度符号与零点因子幅角的符号相同；3全频

27、段 A j 波特图的绘制第一要画出放大电路的沟通通路,大电容视为短路,将 BJT 的高频小信号模型带入其中,得到高频等效电路,求出高频 A H j ；保留大电容,将 BJT 的低频小信号模型带入,求出低频 A L j ；识别 A j 中的高、低频极点和零点,然后将极、零点因子分别写成绘波图所需形式,再按前面两节的方法绘出波特图；从中频除法遇到的高、低频段第一个柺点所对应的频率即为上限频率 f H 和下限频率名师归纳总结 第 7 页,共 19 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - Lf；第四章 场效应管（ FET）及基本放大电路场效应管（ FET）是电压掌

28、握半导体器件,体积小、重量轻、耗电省、寿命长；输入阻抗高,在大规模和超大规模集成电路中得到了广泛的应用；一、场效应管（FET ）原理N 沟道和 P 沟道；而 MOSFET 又分为增强型和耗尽型（JFET 属耗 FET 分别为 JFET 和 MOSFET 两大类；每类都有两种沟道类型：尽型）,故共有 6 种类型 FET（表 4.3.1）； JFET 和 MOSFET 内部结构有较大差别,但内部的沟道电流都是多子漂移电流；一般情形下,该电流与 v GS、v DS 都有关； 沟道未夹断时, FET 的 D-S 口等效为一个压控电阻（v GS 掌握电阻的大小） ,沟道全夹断时,沟道电流 i D 为零；

29、沟道在靠近漏端局部断时称部分夹断,此时 i D 主要受控于 v GS,而 v DS 影响较小；这就是 FET 放大偏置状态；部分夹断与未夹断的临界点为预夹断； 在预夹断点,v GS 与 v DS 满意预夹断方程：耗尽型 FET 的预夹断方程：v DS v GS V P（V P夹断电压）增强型 FET 的预夹断方程：v DS v GS V T（V T开启电压） 各种类型的 FET,偏置在放大区（沟道部分夹断）的条件由下表总结；FET 放大偏置时 v GS 与 v DS 应满意的关系极 性 放大区条件N 沟道管：正极性 VDS0 VDSVGS VP或 VT0 VDS P 沟道管：负极性 VDS0

30、VDSVGS VP或 VTVP或 VT VGS 增强型 MOS 管：同极性耗尽型 MOS 管：双极型 P 沟道管： VGSrds ,最大g mg mAI打算于 RG , AI 1打算于 RG ,AI 1 AI1 类似CE 放大器CC 放大器CB 放大器功率放大器1基本概念 功率放大器作为多级放大器输出级,目的是提高输出信号的功率；器件工作于大信号状态,故小信号等效电路分析方法不适用； 功放关注的指标主要有：效率平均输出信号功率 电源消耗的平均总功率P OP CC最大输出信号功率P omax非线性失真系数D 功放管工作于接近极限参数状态,故功放管安全使用是设计功放要考虑的问题；对 BJT 功放管

31、,使用中不能超过 P CM,BV CEO 和 I CM； 按功放管的导通的时间不同,功放可分为甲类（A 类）、乙类（ B 类）、丙类（ C 类）和丁类（ D 类）；对阻性负载功放,只能工作在 甲类或乙类（双管电路） ；丙类功放一般是以 LC 回路作负载的高频谐振功放； 甲类和乙类电阻负载功放比较：名师归纳总结 功放管甲类乙类第 10 页,共 19 页单管（图 5.2.1b）对管（图 5.2.1a）非线性失真优于乙类有交越失真问题电源功率P CC与输入信号无关,输入越大,P CC越大；静态时仍消耗功率；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 静态时电源几乎不消

32、耗功率静态时为零,管耗P C低,静态时最大；鼓励在某一状态时R C最大；效率25% 78.5% 对功放管的功率容P omax0 .5 P CM高,P omax5 P CM量的利用2 OCL 和 OTL 电路 OCL 电路：正负双电源供电的 NPN-PNP 互补推挽功放（图 5.2.1）；OCL 电路的分析运算：功放管工作在大信号状态,用图解法分析（图 5.2.2） OTL 电路：正负单电源供电的 NPN-PNP 互补推挽功放（图 5.3.4）； OTL 正常工作的条件是： （1）静态时两发射极连接的节点处电压 V K 1V CC；2（ 2）耦合电容必需足够大,使一个周期内,V C 保持1 V CC 几乎不变；2 OTL 电路存在的问题及解决：自举电路（图 5.