陕西科技大学过程装备与控制工程 电工学电子技术综合复习资料汇总(内部总结)

陕西科技大学过程装备与控制工程电工学电子技术综合复习资料汇总内部总结第二章半导体器件21半导体的基本知识211导体、半导体和绝缘体自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。比如1（制作特殊器件）2（有可控性）212本征半导体一、本征半导体的结构特点现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的共价键平面结构（图）共价键相邻原子共有价电子所形成的束缚。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子。二、本征半导体的导电机理1、载流子、自由电子和空穴在绝对0度（T0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子,它的导电能力为0，相当于绝缘体。载流子运动的带电粒子称为在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子。同时共价键上留下一个空位，称为空穴。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。、本征半导体的导电机理描述本征半导体中电流由两部分组成自由电子移动产生的电流。空穴移动产生的电流。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。常温下本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。（温导电能力）213杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P,也称为（空穴半导体）。（N电P空）一、N型半导体掺入少量的五价元素磷（或锑），必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激1发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。（N自由电子正离子）N型半导体中的载流子是自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）二、P型半导体掺入少量的三价元素，如硼（或铟），多产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。（P空穴负离子）22PN结及半导体二极管221PN结一、PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。PN123、所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。PN结的形成多子扩散（扩散运动）形成空间电荷区产生内电场（漂移运动）使扩散减弱，漂移增加扩散电流等于漂移电流动态平衡形成稳定的PN结请注意1、空间电荷区中没有载流子，所以空间电荷区又称为耗尽层。2、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、N中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动），故空间电荷区又称为阻挡层。3、P中的电子和N中的空穴（都是少子），数量有限，因此由它们形成的电流很小。在定量计算时往往忽略。二、PN结的特性1PNPN结加上正向电压、正向偏置的意思都是P区加正、N区加负电压。PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是P区加负、N区加正电压。（正向偏置是P接正电压）PN结正向偏置内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流（MA，认为PN结导通。注意串电阻限流。（正极给P提供正电流，促进扩散）PN结反向偏置内电场被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。认为PN结截止。形成的微小电流称为反向饱和电流。PN结的导电特性由上可知，PN结加正向电压时导通，有较大的电流（多子形成）；而加反向电压时截止，仅有反向饱和电流（少子形成）。所以，PN结具有单向导点特性。2、PN结的伏安特性UTPN结伏安特性方程IISE1式中IS为反向饱和电流；UT住）加正向电压U0,且UUT时，伏安特性呈非线性指数规律；加反向电压U0,且UUT时，电流基本与U无关；23、PN结的反向击穿特性当PN结的反向电压增大到一定值时，反向电流随电压数值的增加而急剧增大，称为反向击穿。PN结的反向击穿有两类齐纳击穿和雪崩击穿。无论发生哪种击穿，若对其电流不加以限制，都可能造成PN结的永久性损坏。4PN结电容效应PN结之间有电容，此电容由两部分组成势垒电容CB和扩散电容CD。、PN结温度特性当温度升高时，PN结的反向电流增大，正向导通电压减小。这也是半导体器件热稳定性差的主要原因。222半导体二极管一、基本结构1、结构一个2、类型点接触型（一般是锗材料）主要应用在小电流、高频电路。面接触型（一般是硅材料）主要应用在大电流、低频电路。PN3、符号半导体二极管的型号补充国家标准对半导体器件型号的命名举例如下2AP922代表二极管，3代表三极管A用字母代表器件的材料，A代表P型GE，B代表P型GE，C代表N型SI，D代表N型SIP用字母代表器件的类型，P代表普通管9用数字代表同类型器件的不同型号5、二极管的伏安特性UTH死区电压。UTH05V硅管01V锗管正向特性0UUTH，ID0；UUTH，ID急剧上升。UD硅管取07V，锗管取03V反向特性UBRU0，IDIS；UUBR，反向电流急剧增大（反向击穿）6、二极管常用等效模型（理想模型）A等效开关模型UD正偏导通，UD0；反偏截止，ID0，UBR3UUDON6、主要参数（1）最大整流电流IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。（2（3）反向电流IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要大几十到几百倍。23特殊二极管231稳压二极管符号工作条件反向击穿（曲线越陡，电压越稳定）特点1）工作于反向击穿状态。2压。稳压二极管的参数2Z越大稳压效果越好，小于IMIN时不稳压。3最大工作电流IZM最大耗散功率PZMPZMUZIZM4动态电阻RZRZUZIZ5稳定电压温度系数CT（略）232光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。工作条件反向偏置233发光二极管LEDLIGHTEMITTINGDIODE符号4工作条件正向偏置一般工作电流几十MA，导通电压12V24双级型晶体三极管241BJT的结构及类型集电区面积较大作用是收集载流子。（厚）基区较薄，掺杂浓度低作用是控制和传递载流子（薄，浓低）发射区掺杂浓度较高，作用是发射载流子（浓高）集电结，发射结NPN型三极管，PNP型三极管二、分类按材料分硅管、锗管按结构分NPN、PNP按使用频率分低频管、高频管按功率分小功率管500MW；中功率管051W；大功率管1W242BJT的电流放大作用共基极，共集电极，共发射极（略P69）1三极管放大的条件内部条件发射区掺杂浓度高，基区薄且掺杂浓度低，集电结面积大外部条件发射结正偏，集电结反偏（发射极出电流，集电极入电流）2、电流放大原理（放大状态）（看书P48）发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流基区空穴向发射区的扩散可忽略。从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。（自这里可忽略）IBIBEICBOIBEICICEICBOICEICE与IBE243BJT的特性曲线1输入特性ICEICIBEIBIBFUBEUCE常数，若UCE0，与二极管特性相似死区电压硅管05V，锗管02V（自出题可能会出现结果为零的情况）工作压降硅管UBE0607V,锗管UBE0203V。（自按电压降去处理）（2）输出特性此区域满足ICIB称为线性区（放大区）。当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，ICIB。此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE03V和状态的条件）此区域中IB0,ICICEO,UBE死区电压，称为截止区。输出特性三个区域的特点51、放大区发射结正偏，集电结反偏。即ICIB,且ICIB（放大发正集反）2、饱和区发射结正偏，集电结正偏。即UCEUBE，IBIC（饱和发正集正）3、截止区UBE死区电压，IB0，ICICEO0244BJT的主要参数1电流放大倍数和共射直流电流放大倍数_ICI；共射交流电流放大倍数BB2集基极反向截止电流ICBO（自集电极基极的电流）ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。3集射极反向截止电流ICEOICEOIBEICBO（自这里不是很重要）4集电极最大电流ICM集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。5集当集射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压UBRCEO。6集电极最大允许功耗PCM集电极电流IC流过三极管，所发出的焦耳热为PCICUCE，必定导致结温上升，所以PC有限制。PCPCM安全工作区ICUCEPCM半导体三极管的型号（补充）国家标准对半导体三极管的命名如下3DG110B3三极管D用字母表示材料，A表示锗PNP管、B表示锗NPN管、C表示硅PNP管、D表示硅NPN管G用字母表示器件的种类，X表示低频小功率管、D表示低频大功率管、G表示高频小功率管、A表示高频小功率管、K表示开关管110用数字表示同种器件型号的序号B用字母表示同一型号中的不同规格重点1三极管的放大作用（电流分配）ICIB；IEICIB；IE1IB重点2三极管的三个工作状态特征放大状态反射结正偏，集电结反偏。（放大发正集反）饱和状态反射结正偏，集电结正偏。（饱和发正集正）截止状态反射结反偏，集电结反偏。（截止发反集反）四、晶体管电路的基本问题和分析方法6判断饱和还是放大1电位判别法NPNUEUCUB（NPNCBE，可以思考出）PNPUEUCUB（PNPEBC，与NPN相反）2电流判别法（第三章介绍）245温度对BJT特性曲线的影响1、温度对ICBO和的影响ICBOIC在基区复合机会减少2、温度对输入特性的影响（IB，UBE）（自曲线向左平移）与PN结同理TIBICUBE、温度对输出特性的影响输出特性曲线上升246BJT的电路模型UBEF1IB,UCE；ICF2IB,UCE7IBB关于晶体管输入电阻RBERBERBB1UTIEQ26集成电路集成电路将整个电路的各个元件做在一个半导体基片上。优点工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。分类模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路集成电路内部结构的特点12、电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20件代替或外接。3、几十PF以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要外接。4、二极管一般用三极管的发射结构成。261集成运算放大器组成框图（幻灯P104）1差分输入级（组合电路）2中间级（提供高增益，差分、CE）3输出级（互补输出）4附加电路直流偏置、相位补偿、调零电路等）等效电路8UID差模输入电压，UIDUUAUD开环差模电压放大倍数，UOAUDUU集成运放的基本结构（略不要求）同相端与UO同相反相端与UO反相输入级的要求尽量减小零点漂移,尽量提高KCMRR,输入阻抗RI尽可能大。中间级的要求足够大的电压放大倍数。输出级的要求主要提高带负载能力，给出足够的输出电流IO，输出阻抗RO小。国标GB343082对集成电路的规定（幻灯P112）1运放的特点和符号运放的特点RI高几十K几百K；KCMRR很大；RO小几十几百；AO很大104以上107理想运放RI；KCMMRR；RO0；AOA0U运放符号UUOUUAOUOUOAODUU，AOD开环差模增益；AODUUAOD0运放工作在线性区时的特点9第三章基本放大电路31概论311放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。312放大电路的性能指标1放大倍数AX表征放大器的放大能力根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。电压放大倍数定义为AUUOUIUOUIIOII电流放大倍数定义为AIIOII互阻增益定义为ARUOIIUOIIIOUI互导增益定义为AG（2）输入电阻RIIOUIUIU输入电阻RIIIIII10定义断开信号源，保留负载，从输入端看进去的等效电阻，称为放大电路的输入电阻。A输入电阻较小，将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的负担；B输入电阻较小，信号源内阻RS和RI的分压，使实际加到放大电路的输入电压减小，从而RIUS减小输出电压UIRIRS放大电路的输入电阻大。即RI越大，II就越小，UI就越接近US，信号在传输过程中损失就越小。（）输出电阻ROUOUROOIOI0US0RL定义断开负载，去掉信号源，保留信号源内阻，从输出端看进去的等效电阻，称为放大电路的输出电阻。放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。如何确定电路的输出电阻（略后面会再讲的）（）通频带FL下限截止频率，FH上限截止频率，通频带FBWFHFL（4）最大不失真输出有效值电压UOMIB（5）最大输出功率及效率11313符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量。UA小写字母、大写下标，表示全量。UA小写字母、小写下标，表示交流分量。32基本放大电路的组成和工作原理各元件作用T是放大电路中的放大元件，利用它的电流放大作用在集电极电路获得放大了的电流，这电流受输人信号的控制。EC集电极电源，为输出信号提供能量外；保证集电结处于反向偏置。RC集电极负载电阻简称集电极电阻，主要是将集电极电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。EB基极电源，和基极电阻一起作用，使发射结处于正向偏置，并提供大小适当的基极电流，以使放大电路获得合适的工作点。C1C2耦合电容，隔直通交。单电源供电（图略24）IBQ,UBEQUCEQIBQ,UBEQ和ICQ,UCEQ分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。UCE的变化沿一条直线，UCE与UI反相信号流向UIIBICUCEUO实现放大的条件1、晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。2、正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3、输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。124、输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。如何判断一个电路是否能实现放大1、信号能否输入到放大电路中；2、信号能否输出；3、晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。4、正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。33放大电路的分析方法331直流通道和交流通道放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。但是,电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。交流通道只考虑交流信号的分电路直流通道只考虑直流信号的分电路不同的信号可以分别在不同的通道分析。直流通道ECRB交流通道（自相当于把RB、RC往下翻）13UIUO332直流负载线图解法要用）1、输出特性。2、UCEECICRC。画输出直线方程3、分别令UCE和IC为零可得M和N点。MEC，NECRC4、直流负载线与输出特性的交点就是Q点5、ICUCEEC11，直线方程的斜率为TANRCRCRC333交流负载线输出交流方程UOUCEICRLIC1UCERLIC和UCE是全量，与交流量IC和UCE有如下关系ICICUCEUCE所以IC1UCERL1，这条直线通过Q点，称为交流负载线。RL交流信号的变化沿着斜率为交流负载线的作法（略44）最大的不失真输出有效值电压UOM（自P47例题要反复看）333静态分析1、估算法（1）根据直流通道估算IB12MINUCEQUCES,ICQRLIBECUBEEC07EC（自UBE一般取06V）RBRBRB14RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。（2）根据直流通道估算UCEICICIB，UCEECICRC2、图解法先估算IB，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与IB对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。（自P47例题要反复看）334动态分析一、三极管的微变等效电路当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。RBEUBEUBE，对输入的小交流信号IBIB而言，三极管相当于电阻RBE。RBE300126MVIEMAIBBC二、放大电路的微变等效电路将交流通道中的三极管用微变等效电路代替三、电压放大倍数的计算IR，UIRUIBBEOBL15AURLRBE1、AU式中的负号表示输出电压与输入电压的相位相反；2、随负载变化而变化。RL愈小，则电压放大倍数愈低；3、AU与和RBE有关。四、输入电阻的计算对于为它提供信号的信号源来说，电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。URIIRBE，电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较II大的的输入电阻。五、输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。计算输出电阻的方法1、所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。2、所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。UROORCIO334失真分析在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真。截止失真Q点过低，信号进入截止区（自输出波形正半周被截去）饱和失真Q点过高，信号进入饱和区（自输出波形负半周被截去）晶体三极管交流分析等效电路分析法步骤分析直流电路，求出Q，计算RBE。画电路的交流通路。在交流通路上把三极管画成微变模型分析计算叠加在Q点上的各极交流量。35静态工作点的稳定对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。TUBE、ICEOQ温度对UBE的影响TUBEIBIC（自输入曲线左移）16温度对值及ICEO的影响T，ICEOIC总的效果是温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。TIC固定偏置电路的Q点是不稳定的。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。ECUUOUBRB2I2RB2（自RB1和RB2串联）UCC（定值）RB1RB2ICIEUBUBEUB（定值）（自RC和RE串联）REREUB和IC就与晶体管的参数几乎无关，不受温度变化的影响，从而静态工作点得以稳定。Q点稳定过程TICUEREIEUBUEUBEIBICQ点稳定实质是通过发射极电阻RE上电压降（EREIE）的变化反映出来，而后引回（就是反馈）到输入电路，和UB比较，使UBE发生变化来牵制IC的变化。即引入了负反馈。关于RE1、对于稳定效果，RE愈大，稳定性能愈好。2、RE愈大，在其损耗的交流信号就大。3、在RE上并联一个电容，交流信号无损失，即傍路电容36共集电极电路（射极输出器）17UO静态分析ECRBC2IBECUBE，IE1IB，UCEECIERERB1RE动态分析IIUI1、电压放大倍数18RE/RLRLUOIERL（1）IBRLIBRBE1IBRLUIIBRBEIERLAU1IBRLIBRBE1IBRL（1）RLRBE1RL,所以AU1，讨论ARBE1RL但是，输出电流IE增加了。B输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。2、输入电阻RIRB/RBE1RL3、输出电阻（用加压求流法求，略）RORBERS1讨论A将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。B将射极输出器放在电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能。C将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。（P99是个总结）37共基极电路REUOEBUSUCC静态分析1）列输入回路电压方程可求得IEQEBUBERE可求得IBQ2）根据放大区三极管电流方程IBQ3）列输出回路电压方程可求得IEQ1UCEQUCUEUCCICRCUBEUCCICRCUBE19动态分析UOAUUOUIICRCIEREIBRBERCRBE1RERIUIUIIEREIBRBRBREIIIE1IERORC共射放大电路既有电压放大作用又有电流放大作用，输入电阻居三种电路之中，输出电阻较大，适用于一般放大。共集放大电路只有电流放大作用而没有电压放大作用，因其输入电阻高而常做为多级放大电路的输入级，因其输出电阻低而常做为多级放大电路的输出级，因其放大倍数接近于1而用于信号的跟随。共基放大电路只有电压放大作用而没有电流放大作用，输入电阻小，高频特性好，适用于宽频带放大电路。38多级阻容耦合放大电路耦合即信号的传送。耦合方式直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。1、阻容耦合阻容耦合是通过电容器将后级电路与前级相连接。优点1）阻容耦合多级放大电路前后级的静态工作点是相互独立、互不影响的。因为变压器不能传送直流信号。2）阻容耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。3）电容器在传送交流信号的同时，可以实现电流、电压以及阻抗变换。缺点1）高频和低频性能都很差；2）体积大，成本高，无法集成。2、直接耦合存在两个问题1）第一级的静态工作点已接近饱和区。202）由于采用同种类型的管子，级数不能太多。为了解决第一个问题（A）在T2的发射极加入电阻RE2（略P111）（B）在T2的发射极加入稳压管为了解决第二个问题可以在电路中采用不同类型的管子，即NPN和PNP管配合使用。优点（1）由于级间是直接耦合，所以电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。（2）便于集成。由于电路中只有晶体管和电阻，没有电容器和电感器，因此便于集成。缺点（1）各级的静态工作点不独立，相互影响。会给设计、计算和调试带来不便。（2）引入了零点漂移问题。零点漂移对直接耦合放大电路的影响比较严重第五章介绍零点漂移）382典型电路多级电路电压放大倍数与各级电压放大倍数之间的关系AUUOAU1AU2AUNUI考虑级与级之间的相互影响，计算各级电压放大倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理静态分析（自书上比这里更细，这里略）动态分析IIB2URUORIR1/RBE1（1RL1，其中RL1RE1/RI2RE1/R2/R3/RBE2RE1/RL1RE1/RI2RORC210K1211RL2RL，AU2，AUSAU1AU2AU1RBE111RL1RBE1总结多级阻容耦合放大器的特点（1）、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。（2）、前一级的输出电压是后一级的输入电压。（3）、后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。（4）、总电压放大倍数各级放大倍数的乘积。（5）、总输入电阻RI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。阻容耦合电路的频率特性21阻容耦合电路缺点不能放大直流信号。采用直接耦合的方式可放大缓慢变化的信号，扩大通频带。下面将要介绍的差动放大器即采用直接耦合方式。39差动放大电路391直接耦合电路的特殊问题问题1前后级Q点相互影响。解决方法增加R、RE2用于设置合适的Q点。问题2零点漂移。产生的原因是电源波动；元件老化；温度影响。解决的办法采用稳压电源；精选元件；对温度的影响一般采用差动放大电路。392差分放大电路的结构393差分放大电路的工作原理1、抑制零漂的原理1）利用电路对称性抑制零漂（双端输出）当UI1UI20时UOUC1UC20。当温度变化时UOUC1UC1UC2UC202RE抑制温度漂移TICIE2ICUEUBEIBIC静态分析UCCUI1I2IBUEEUBERB21REIC1IC2ICIB，UE1UE2IBRBUBEUCE1UCE2UC1UE1，UC1UC2UCCICRC动态分析一、输入信号分类1、差模输入UI1UI2UD，差模电压放大倍数AD2、共模输入UI1UI2UC，共模电压放大倍数ACUODUDUOCUC22共模抑制比KCMRRADA，KCMMRDB20LOGDACAC3、任意输入UI,UI2分解差模分量UDUI1UI2UUI2，共模分量UCI1。22叠加UI1UCUD，UI2UCUD二、差模输入、电路UCCUIUI111UIUD，UI2UIUD22UIUI1UI22UD、RE对差模信号作用URE0，RE对差模信号不起作用3、差模信号通路T1单边微变等效电路4、差模电压放大倍数单边差模放大倍数AD1IB1RCIB1RBRBE1RCRBRBE1，AD1AD223总电压放大倍数（双端输出）ADUOD1UOD2AD1UI1AD2UI2AD1UIUIAD1RC/RBRBE1RL5、差模输入输出电阻RUR输入电阻RI2RBE1RB输出电阻RO2RC394差动放大电路的改进恒流源式差放电路UI1I2恒流源的作用1恒流源相当于阻值很大的电阻。242恒流源不影响差模放大倍数。3恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。395差放电路的几种接法输入端接法单端、双端。输出端接法双端、单端。双端输入双端输出ADAD1双端输入单端输出AD1AD12310互补对称功率放大电路功率放大器的作用用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。分析功放电路应注意的问题1功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值ICM、UCEM、PCM。2电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。3电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。POMAX100。POMAX负载上得到的交流信号功率。PE电源提供的直PE流功率。放大电路有三种工作状态静态工作点Q大致在交流负载线中点，这种称为甲类工作状态。静态工作点Q沿负载线下移，这种称为甲乙类工作状态。静态工作点下移IC0处，管耗更小，这种称为乙类工作状态。互补对称功率放大电路互补对称电路中采用两支晶体管，NPN、PNP各一支；两管特性一致。类型无输出变压器形式（OTL电路）无输出电容形式（OCL电路）1、无输出电容的互补对称功放电路（OCL电路）一、工作原理（设UI为正弦波）电路的结构特点1由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接而成。2双电源供电。3输入输出端不加隔直电容。25静态分析UI0VT1、T2均不工作UO0V动态分析UI0VT1导通，T2截止ILIC1UI0VT1截止，T2导通ILIC2T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大。交越失真输入信号UI在过零前后，输出信号出现的失真便为交越失真。乙类放大的特点1静态电流ICQ、IBQ等于零；2每管导通时间等于半个周期；3存在交越失真。二、电路的改进1克服交越失真交越失真产生的原因在于晶体管特性存在非线性，UIUT时晶体管截止。克服交越失真的措施电路中增加R1、D1、D2、R2支路。26SC静态时T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态。动态时设UI加入正弦信号。正半周，T2截止，T1基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周，T1截止，T2基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。从而克服死区电压的影响，去掉交越失真。两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为甲乙类放大。甲乙类放大的波形关系特点存在较小的静态电流ICQ、IBQ。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。电路中增加复合管增加复合管的目的是扩大电流的驱动能力。复合管的构成方式方式一CBB方式二27B等效后晶体管的性能确定均如下（1）、12（2）、晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。2、无输出变压器的互补对称功放电路（OTL电路）05UL一、特点1单电源供电；2输出加有大电容。二、静态分析UAUSCU，UCSC22三、动态分析设输入端在05USC直流电平基础上加入正弦信号。USC时，T1导通、T2截止；2UUISC时，T1截止、T2导通。2UI若输出电容足够大，UC基本保持在05USC，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交28越失真。05USC第四章放大电路中的负反馈41负反馈的概念1什么叫反馈定义把电路的输出量（一部分或全部）通过反馈网络送回到输入端，从而影响净输入的过程。判断反馈网络连接输入与输出回路。2反馈极性1定义负反馈反馈回的信号与原输入信号的作用相反；使净输入下降；增益下降。正反馈反馈回的信号与原输入信号的作用相同；使净输入增加；增益增加。2极性判断方法瞬时极性法先假定输入量的瞬时极性、正、按信号正向放大（入出）路径，根据输入、输出相位关系，确定输出量的瞬时极性。由输出通过反馈网络确定反馈信号极性。观察反馈量与原输入对净输入的作用相同正反馈；相反负反馈3本级反馈与级间反馈的判断本级反馈反馈信号取自本级输出，回送到本级的输入回路。级间反馈反馈信号取自后一级输出，回送到前一级的输入回路。整体反馈反馈信号取自最后一级输出，回送到最前一级的输入回路。4、负反馈放大电路的组成291、基本放大电路（无反馈）AXOXID反馈网络2、二端口反馈系数FFXFXO3、输出取样1电压取样（电压反馈）连接方式并联；反馈网络输入为VO，XFFVOUI电压反馈采样的两种形式301电流取样（电流反馈）连接方式串联；反馈网络输入为O，XFFIOUIO_电流反馈采样的两种形式4、输入求和1串联求和（串联反馈）连接方式串联，（信号源、放大器、反馈网络）31A电压加减BVIDVIVFC信号源等效成电压源1并联求和（并联反馈）连接方式并联，（信号源、放大器、反馈网络）RFUIA电流加减BIIDIIIFC信号源等效成电流源42负反馈放大电路四种类型组合）1电压串联负反馈O321反馈网络2类型电压串联负反馈3反馈系数FVVFVO4电压串联负反馈特点电压负反馈A稳定VO（RLUOUFUIDUI不变UFUO）；B输出电阻RO变小；串联负反馈A输入电阻RI变大；B反馈量在输入回路是以电压形式出现C串联反馈要求恒压激励RS02电流并联负反馈331反馈网络2类型电流并联负反馈3反馈系数FIIFIOIFIE24电流并联负反馈特点电流负反馈A稳定IO；B输出电阻RO变大；并联负反馈A输入电阻RI变小；B反馈量在输入回路是以电流形式出现C并联反馈要求恒流激励RS3电压并联负反馈1反馈网络RF2类型电压并联负反馈3反馈系数4特点（5点）4电流串联负反馈34负反馈放大电路的分析方法1、负反馈放大电路的基本关系式求和XIDXIXF比例系数KXIXS开环增益基本放大电路AXOXID闭环增益AFXOXIX；ASFXOXSKAFA环路增益AFFXID；AF1AFAU1电压串联AUFUOUI1AUFU352电流并联AIFIOIIIOUIAI1AIFI3电流串联AGFAG1AGFG4电压并联ARFUOIIAR1ARFR反馈深度D1AF负反馈DAF1，AFA（D1时，深度负反馈）；正反馈DAF1，AFADAF0，AF43负反馈对放大电路性能的影响一提高放大倍数的稳定性XXXAOFO，AO，XDXIXFAFOFXX1AFXODIO（AO开环放大倍数，AF闭环放大倍数）反馈深度AOFAO1AF中，AOF1AOFXXXFFO、X同相，所以|AF|0。，XOFDXDXOXD则有AFAO，负反馈使放大倍数下降。2AFAO1AOF，DAFAFDAOAO11AOF1F引入负反馈使电路的稳定性提高。3若AOF1，称为深度负反馈，此时AF在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。二、改善波形的失真（略，P53）36三、对输入、输出电阻的影响1串联负反馈使电路的输入电阻增加RIF1AOFRI理解串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻，故输入电阻增加。2并联负反馈使电路的输入电阻减小RIFRI1AOF理解并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路，故输入电阻减小。3电压负反馈使电路的输出电阻减小ROFRO1AOF理解电压负反馈目的是阻止UO的变化，稳定输出电压。4电流负反馈使电路的输出电阻增加ROF1AOFRO理解电流负反馈目的是阻止IO的变化，稳定输出电流。四、对通频带的影响引入负反馈使电路的通频带宽度增加BF1AOFBOAF第五章门电路及触发器51概述门电路是用以实现逻辑关系的电子电路，与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电路主要有与门、或门、与非门、或非门、异或门等。在数字电路中，一般用高电平代表1、低点平代表0，即所谓的正逻辑系统。52分离元件门电路二极管与门37AB二极管或门D1F三极管非门12V3853TTL集成门电路531TTL与非门的基本原理TTL与非门的内部结构5VABCF1、任一输入为低电平（03V）时ABCUO2、输入全为高电平（34V）时39、532TTL与非门的特性和技术参数一、电压传输特性传输特性曲线理想的传输特性40UOHUOH“1”UOLU123UIV阈值UT14V1、输出高电平UOH、输出低电平UOLUOH24V、UOL04V便认为合格。典型值UOH36V、UOL03V。2、阈值电压VTHUIVTH时，认为UI是低电平。UIVTH时，认为UI是高电平。VTH14V二、输入、输出负载特性1、前后级之间电流的联系前级输出为高电平时5V前级输出为低电平时41关于电流的技术参数2、扇出系数与门电路输出驱动同类门的个数（图略P23）输出低电平时，流入前级的电流（灌电流）IOLIIL1IIL2输出高电平时，流出前级的电流（拉电流）IOHIIH1IIH2与非门的扇出系数一般是10。说明（1）、悬空的输入端相当于接高电平。（2）、为了防止干扰，可将悬空的输入端接高电平。4、平均传输时间42UIOUOTOTPD254其它类型的TTL门电路241集电极开路的与非门（OC门）ABC符号应用时输出端要接一上拉负载电阻RL55触发器一、概述触发器输出有两种可能的状态0、1；输出状态不只与现时的输入有关，还与原来的输出状态有关；触发器是有记忆功能的逻辑部件。按功能分类RS触发器、D型触发器、JK触发器、T型等。43二、触发器的基本形式两个输入端基本触发器的功能表总结1、触发器是双稳态器件，只要令RDSD1，触发器即保持原态。稳态情况下，两输出互补。一般定义Q为触发器的状态。2、在控制端加入负脉冲，可以使触发器状态变化。SD端加入负脉冲，使Q1，SD称为“置位”或“置一”端。RD端加入负脉冲，使Q0，RD称为“复位”或“清0”端。三、触发器按逻辑功能的分类1、RS触发器RS触发器的功能表（CP上升沿触发）44简化的功能表逻辑符号QQRDRCSSD2、JK触发器45QCP逻辑符号QQRDKCJSD3、D触发器46QQRDKCJSD四、触发器之间的转换1、JK触发器转换成D触发器DCP2、JK触发器转换成T触发器CP473、D触发器转换成T触发器CP第六章信号运算和处理电路本章所讨论的集成运放的基本应用电路，主要包括加法、减法、微分、积分、对数、反对数（指数）运算电路以及乘法器和除法运算电路等。本章讨论的信号处理电路是有源滤波电路。在分析各种运算和处理电路时，由运放构成的电路通常工作在深度负反馈条件下，常用到以下两个概念1集成运放两个输入端之间的电压通常接近于零，即虚短。2集成运放输入电阻很高，两输入电流几乎为零，即虚断。61概述一运放的应用分类1线性应用条件VID小；线性区方法深度负反馈特点（1）VID0，VPVN；虚短（2）IPIN0，虚断2非线性应用条件|VID|足够大；限幅区方法开环（电压比较器）正反馈（指运放本身的工作状态，而不是电路VI与VO之间的关系）二运放工作在线性区时的特点48AO越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。3、在分析信号运算电路时对运放的处理由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的理想运放。AOUOAOUU（虚短路）RIII0（虚开路）分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进RO0放大倍数与负载无关。行。4、分析运放组成的线性电路的出发点虚短路UU虚开路II0放大倍数与负载无关，可以分开分析。62基本运算电路一、比例运算电路作用将信号按比例放大。类型同相比例放大和反相比例放大。方法引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。1、反相比例运算电路49I2UIR2AUUOR2U1R12）电路的输入电阻RIFR1，RPR1/R2为保证一定的输入电阻，当放大倍数大时，需增大R2，而大电阻的精度差，因此，在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。3）反馈方式电压并联负反馈，输出电阻很小4）共模电压UU02反相比例电路的特点1共模输入电压为0，因此对运放的共模抑制比要求低。2由于电压负反馈的作用，输出电阻小，可认为是0，因此带负载能力强。3由于并联负反馈的作用，输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求。4在放大倍数较大时，该电路结构不再适用。2、同相比例运算电路R2UI结构特点负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入。反馈方式电压串联负反馈。输入电阻高。50AUUOR12U1R1同相比例电路的特点、不存在虚地点、RIF、UICUI共模信号不为0，要求KCMR高、RF0或R1时，AVF1电压跟随器电压跟随器UIRF0或R1时，AVF1此电路是电压并联负反馈，输入电阻大，输出电阻小，在电路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好。二、加减运算电路作用将若干个输入信号之和或之差按比例放大。类型同相求和和反相求和。方法引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关。1、反相求和运算R11UI1UI2R2RPR11/R12/RF51UOR2RUI12UI2R11R122、同相求和运算R1RFUI1UI2R1/RFR21/R22UO1RFR12R11UI1UI2R1R11R12R11R12注意同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响，不能单独调整。3、单运放的加减运算电路R1UI1UI2UI3R5UI4R1/R2/R5R3/R4/R6UOR5UI1UI2UI3UI4R1R2R3R4优点元件少，成本低。缺点要求R1/R2/R5R3/R4/R6。阻值的调整计算不方便。改进采用双运放电路。4、双运放的加减运算电路（略P30）525、三运放电路（略P33）比例运算电路与加减运算电路小结1它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小。2关于输入电阻反相输入的输入电阻小，同相输入的输入电阻高。3同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小。6、微分运算电路IFUIUOUORCDUIDT问题1抗干扰能力差2RC环节对反馈信号有滞后作用,可能引起自激3UI突变时，输入电流很大时，输出可能超出最大输出电压,电路失常、积分运算UIUO1UORCTT0UIDUOT0积分电路的主要用途1在电子开关中用于延迟。2波形变换。例将方波变为三角波。3A/D转换中，将电压量变为时间量。4移相。运算电路要求1熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。2掌握以上基本运算电路的级联组合的计算。3会用虚开路II0和虚短路UU分析给定运算电路的放大倍数。5363有源滤波器滤波电路的分类1按信号性质分类模拟滤波器和数字滤波器2按所用元件分类无源滤波器和有源滤波器3按电路功能分类低通滤波器；高通滤波器；带通滤波器；带阻滤波器4按阶数分类一阶，二阶高阶传递函数的定义JUIJUOJUUTJOOOIJUUII幅频特性TJ四种典型的频率特性UOUO，相频特性OIUI有源滤波器的优点1不使用电感元件，体积小重量轻。2有源滤波电路中可加电压串联负反馈，使输入电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好的隔离。只需把几个低阶滤波电路串起来就可构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响。3除滤波外，还可放大信号，放大倍数容易调节。有源滤波器的缺点1不宜用于高频。542不宜在高电压、大电流情况下使用。3可靠性较差。4使用时需外接直流电源。1、一阶有源低通滤波器RFUR1O1FUIR11JC传递函数中出现的一次项，故称为一阶滤波器。幅频特性UOR1FUIR112OO1RC相频特性ARGTGOTMAX1T2电路的特点10时，UOR1F，有放大作用UIR1UOR11F，幅频特性与一阶无源低通滤波器类似UIR122O时，3运放输出，带负载能力强。552、二阶有源低通滤波器（略）3、一阶有源高通滤波器如何组成高通滤波器将低通滤波器中的R、C对调，低通滤波器就变成了高通滤波器。RFUOUIUR1O1F1UIR11JRC幅频特性UOR1FUIR111O264电压比较器（非线性应用）非线性应用是指由运放组成的电路处于非线性状态，输出与输入的关系UOFUI是非线性函数。由运放组成的非线性电路有以下情况1电路中的运放处于非线性状态。2另一种情况，电路中的运放引入了正反馈。运放电路中有正反馈；运放处于非线性状态。由于处于线性与非线性状态的运放的分析方法不同，所以分析电路前，首先确定运放是否工作在线性区。确定运放工作区的方法判断电路中有无负反馈。56若有负反馈，则运放工作在线性区；若无负反馈，或有正反馈，则运放工作在非线性区。处于非线性状态运放的特点1虚短路不成立，UU2输入电阻仍可以认为很大。3输出电阻仍可以认为是0，II0电压比较器1、若UI从同相端输入UIURUOUR参考电压UI被比较信号特点运放处于开环状态。当UIUR时，UOUOM；当UIUR时，UOUOM2、若UI从反相端输入UOURUIUOUI当UIUR时，UOUOM；当UIUR时，UOUOM3、过零比较器UR0时57UOUIUOUIUOUIUOUI电路改进用稳压管稳定输出电压。UIUOUI电压比较器的另一种形式将双向稳压管接在负反馈回路上UI滞回比较器58特点电路中使用正反馈，运放处于非线性状态。1、下行迟滞比较器1）没加参考电压的下行迟滞比较器UOUOUHUIR1R1UOM，ULUOMR1R2R1R2当UI增加到UH时，输出由UOM跳变到UOM；当UI减小到UL时，输出由UOM跳变到UOM。分别称U