模拟电子技术基础复习课件

1、 模拟电子技术基础模拟电子技术基础 -总复习总复习 2011级通信工程2021-7-4模拟电子电路处理模拟信号幅值任意，时间连续核心元件电子器件二极管三极管（BJT FET）材料：半导体半导体的特性熟悉常用术语外部特性放大电路基本单元电路共射共集共基构成、原理、性能指标（外部特性）课程内容以放大电路的分析、改进为主线2021-7-4模拟电子电路核心元件电子器件二极管三极管（BJT FET）材料：半导体半导体的特性熟悉常用术语外部特性2021-7-4模拟电子电路放大电路完成放大功能构成其它电路的基本单元基本单元电路共射共集共基构成、原理、性能指标（外部特性）2021-7-4 模拟电子技术应用电路

2、改善性能集成电路输出级产生信号电源电路负反馈放大电路差分放大电路、电流源功率放大器信号发生器直流稳压电路信号处理电路第一章第一章半导体器件半导体器件1.1半导体的特性半导体的特性1.2半导体二极管半导体二极管1.3双极型三极管双极型三极管( (BJT) )1. 半导体中两种载流子半导体中两种载流子带负电的带负电的自由电子自由电子带正电的带正电的空穴空穴 2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为称为 电子电子 - 空穴对。空穴对。3. 本征半导体中本征半导体中自由电子自由电子和和空穴空穴的浓度的浓度用用 ni 和和 pi 表示，显然表示，显然

3、 ni = pi 。本征半导体本征半导体杂质半导体杂质半导体杂质半导体有两种杂质半导体有两种N 型半导体型半导体P 型半导体型半导体一、一、 N 型半导体：型半导体：在硅或锗的晶体中掺入少量的在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体型半导体( (或称电子型半导体或称电子型半导体) )。二、二、 P 型半导体：型半导体：在硅或锗的晶体中掺入少在硅或锗的晶体中掺入少量的量的 3 价价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体型半导体。PN结的形成结的形成PN结的单向导电性结的单向导电性载流

4、子的漂移与扩散载流子的漂移与扩散场强 浓度 P结和N结交界区空间电荷区形成空间电荷区又称耗尽区、阻挡层电阻率高加正电压耗尽区变窄电阻变小导通 加反电压耗尽区变宽电阻变大截止)1e (/SDD TVIiv1. 外加正向电压外加正向电压又称正向偏置，简称正偏。又称正向偏置，简称正偏。外电场方向外电场方向内电场方向内电场方向空间电荷区空间电荷区VRI空间电荷区变窄，有利空间电荷区变窄，有利于扩散运动，电路中有于扩散运动，电路中有较大的正向电流。较大的正向电流。PN空间电荷区空间电荷区PN外电场方向外电场方向内电场方向内电场方向VRIS空间电荷区变宽，阻碍空间电荷区变宽，阻碍了扩散运动，电路中仅了扩散

5、运动，电路中仅有很小的反向漂移电流。有很小的反向漂移电流。2. 外加反向电压外加反向电压二极管二极管在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流，在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流，I = f ( (U ) )之间的关系曲线之间的关系曲线。604020 0.002 0.00400.5 1.02550I / mAU / V正向特性正向特性硅管的伏安特性硅管的伏安特性死区电压死区电压击穿电压击穿电压U(BR)反向特性反向特性 50I / mAU / V0.20.4 25510150.010.02锗管的伏安特性锗管的伏安特性0二极管的伏安特性二极管的伏安特性伏安特性表达式伏安特性表达式( (二

6、极管方程二极管方程) )1e (S TUUIIIS ：反向饱和电流：反向饱和电流UT ：温度的电压当量：温度的电压当量在常温在常温( (300 K) )下，下， UT 26 mV二极管加反向电压，即二极管加反向电压，即 U UT ，则，则 I IS。二极管加正向电压，即二极管加正向电压，即 U 0，且，且 U UT ，则，则，可得，可得 ，说明电流，说明电流 I 与电压与电压 U 基本上成指数关系。基本上成指数关系。1eTUUTUUIIeS 稳压管稳压管一种特殊的面接触型半一种特殊的面接触型半导体硅二极管。导体硅二极管。稳压管稳压管工作于反向击穿工作于反向击穿区区。 I/mAU/VO+ 正向正

7、向 +反向反向 U+ I 稳压管的伏安特性和符号稳压管的伏安特性和符号VDZR使用稳压管需要注意的几个问题：使用稳压管需要注意的几个问题： 稳压管电路稳压管电路UOIO+IZIRUI+ 1. 外加外加电源的正极接管子电源的正极接管子的的 N 区区，电源的，电源的负极接负极接 P 区区，保证管子工作在反向击穿区；保证管子工作在反向击穿区；RL2. 稳压管稳压管应应与与负载电阻负载电阻 RL 并联并联；3. 必须限制流过稳压管的电必须限制流过稳压管的电流流 IZ，不能超过规定值，不能超过规定值，以免因，以免因过热而烧毁管子。过热而烧毁管子。三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号( (a) )

8、NPN 型型ecb符号符号集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 eNNP三极管三极管三极管内部结构要求：三极管内部结构要求：NNPebcN N NP P P1. 发射区高掺杂。发射区高掺杂。2. 基区做得很薄基区做得很薄。通常只有。通常只有几微米到几十微米，而且几微米到几十微米，而且掺杂较掺杂较少少。三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使：外加电源的极性应使发射发射结处于正向偏置结处于正向偏置状态，而状态，而集电结处于反向偏置集电结处于反向偏置状态。状态。3. 集电结面积大。集电结面积大。( (2) ) UCE

9、0 时的输入特性曲线时的输入特性曲线当当 UCE 0 时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。电子收集到集电极。UCE UBE，三极管处于放大状态。，三极管处于放大状态。 * 特性右移特性右移( (因集电因集电结开始吸引电子结开始吸引电子) )V2CE UV/BEUO0CE UIB/ AUCE 1 时的输入特性具有实用意义。时的输入特性具有实用意义。IBUCEICVCCRbVBBcebRCV + +V + + A + + + mAUBE* UCE 1 V，特，特性曲线重合。性曲线重合。二、输出特性二、输出特性 NPN 三极管的输出特性曲线三

10、极管的输出特性曲线IC / mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB = 0O 5 10 154321划分三个区：截止区、划分三个区：截止区、放大区和饱和区。放大区和饱和区。截止区截止区放放大大区区饱饱和和区区放放大大区区1. 截止区截止区IB 0 的的区域。区域。两个结都处于反向偏两个结都处于反向偏置。置。IB= 0 时，时，IC = ICEO。 硅管约等于硅管约等于 1 A，锗管，锗管约为几十约为几十 几百微安。几百微安。常数常数 B)(CECIUfI截止区截止区截止区截止区2. 放大区：放大区：条件：条件：发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏特点特点：各条输出特性

11、曲各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平线，线比较平坦，近似为水平线，且等间隔。且等间隔。二、输出特性二、输出特性IC / mAUCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB =0O 5 10 154321放放大大区区集电极电流和基极电流集电极电流和基极电流体现放大作用，即体现放大作用，即BC II 放放大大区区放放大大区区对对 NPN 管管 UBE 0，UBC 0 UBC 0 。 特点特点：IC 基本上不随基本上不随 IB 而变化，在饱和区三极管失而变化，在饱和区三极管失去放大作用。去放大作用。 I C IB。 当当 UCE = UBE，即，即 UCB = 0 时，称时，称临界饱和临

12、界饱和，UCE UBE时称为时称为过饱和过饱和。饱和管压降饱和管压降 UCES 0.4 V( (硅管硅管) )，UCESVCC/RL P CM0.2Pom U BR(CEO)2Vcc4.3 复合管复合管1. 前后两个三极管连接关系上，应保证前级输出电前后两个三极管连接关系上，应保证前级输出电流与后级输入电流实际方向一致。流与后级输入电流实际方向一致。2. 外加电压的极性应保证前后两个管子均为发射结外加电压的极性应保证前后两个管子均为发射结正偏，集电结反偏，使管子工作在放大区。正偏，集电结反偏，使管子工作在放大区。复合管的接法复合管的接法VT1bVT2ec VT2VT1bec( (a) ) NP

13、N 型型( (b) ) PNP 型型图图 4. 2. 20复合管的接法复合管的接法( (c) ) NPN 型型 cVT1bVT2e( (d) ) PNP 型型 VT2VT1bec图图 4. 2. 20复合管的接法复合管的接法结结 论论1. 两个同类型的三极管组成复合管，其类型与原来相同。两个同类型的三极管组成复合管，其类型与原来相同。复合管的复合管的 1 2，复合管的，复合管的 rbe = rbe1。2. 两个不同类型的三极管组成复合管，其类型与前级三两个不同类型的三极管组成复合管，其类型与前级三极管相同。复合管的极管相同。复合管的 1 2，复合管的，复合管的 rbe = rbe1 。3. 在

14、集成运放中，复合管不仅用于中间级，也常用于输在集成运放中，复合管不仅用于中间级，也常用于输入级和输出级。入级和输出级。第五章第五章集成运算放大电路集成运算放大电路5.1集成放大电路的特点集成放大电路的特点5.3集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成部分5.4集成运放的典型电路集成运放的典型电路5.2集成运放的主要技术指标集成运放的主要技术指标5.5理想运算放大器理想运算放大器5.6各类集成运放的性能特点各类集成运放的性能特点5.7集成运放使用中的几个具体问题集成运放使用中的几个具体问题5.2集成运放的基本组成部分集成运放的基本组成部分实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大实质上是一个具

15、有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。电路。图图 4.2.1集成运算的基本组成集成运算的基本组成输入级输入级中间级中间级输出级输出级偏置电路偏置电路5.2.1偏置电路偏置电路向各放大级提供合适的偏置电路，确定各级静态工向各放大级提供合适的偏置电路，确定各级静态工作点。作点。一、镜像电流源一、镜像电流源 ( (电流镜电流镜 Current Mirror) )+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC2UBE1UBE2RUVI1BECCREF 基准电流基准电流由于由于 UBE1 = UBE2，VT1与与 VT2 参数基本相同，则参数基本相同，则IB1 = IB2 = IB；IC1

16、= IC2 = IC C2REFBREF1C2C22IIIIII 所以所以 211REF2C+ + II当满足当满足 2 时，则时，则RUVII1BECCREF2C 图图 4.2.2+VCCRIREF+VT1VT2IC2IB1IB22IBIC2UBE1UBE2二、比例电流源二、比例电流源R1R2由图可得由图可得UBE1 + IE1R1 = UBE2 + IE2R2由于由于 UBE1 UBE2 ，则，则22E11ERIRI 忽略基极电流，可得忽略基极电流，可得REF211C212CIRRIRRI 两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的两个三极管的集电极电流之比近似与发射极电阻的阻值成反比，

17、故称为比例电流源。阻值成反比，故称为比例电流源。图图 4.2.3比例电流源比例电流源三、微电流源三、微电流源 在镜像电流源的基础上在镜像电流源的基础上接入电阻接入电阻 Re。+VCCRIREFVT1VT2IC22IBIC1ReRe 引入引入Re使使 UBE2 UBE1，且且 IC2 u 时，时，uO = + UOPP当当 u+ u 时时, uO = UOPP1. uO 的值只有两种可能的值只有两种可能在非线性区内，在非线性区内，( (u+ u ) )可能很大，即可能很大，即 u+ u 。 “虚地虚地”不存在不存在2. 理想运放的输入电流等于零理想运放的输入电流等于零0 + +ii实际运放实际运

18、放 Aod ，当，当 u+ 与与 u 差值比较小时，仍有差值比较小时，仍有 Aod (u+ u )UOPP，运放工作在线性区。，运放工作在线性区。例如：例如：F007 的的 Uopp = 14 V，Aod 2 105 ，线性，线性区内输入电压范围区内输入电压范围V70102V 145odOPP + +AUuuuOu+ u O实际特性实际特性非线性区非线性区非线性区非线性区线性区线性区但线性区范围很小。但线性区范围很小。7.2比例运算电路比例运算电路7.2.1R2 = R1 / RF由于由于“虚断虚断”，i+= 0，u+ = 0；由于由于“虚短虚短”， u = u+ = 0“虚地虚地”由由 iI

19、 = iF ，得，得Fo1IRuuRuu IFIofRRuuAu 反相比例运算电路反相比例运算电路由于反相输入端由于反相输入端“虚地虚地”，电路的输入电阻为，电路的输入电阻为Rif = R1当当 R1 RF 时，时，Auf = - -1单位增益倒相器单位增益倒相器图图 6.1.17.2.2同相比例运算电路同相比例运算电路R2 = R1 / RF根据根据“虚短虚短”和和“虚断虚断”的特点，可知的特点，可知i+ = i- - = 0；又又 u = u+ = uOF11uRRRu+ + 所所以以IOF11uuRRR + +所所以以IFIOf1RRuuAu+ + 得：得：由于该电路为电压串联负由于该电

20、路为电压串联负反馈，所以输入电阻很高；输反馈，所以输入电阻很高；输出电阻很高。出电阻很高。当当 RF = 0 或或 R1 = 时，时，Auf = 1电压跟随器电压跟随器图图 6.1.27.2.3差动比例运算电路差动比例运算电路11RR FFRR 图图 6.1.4差动比例运算电路差动比例运算电路在理想条件下，由于在理想条件下，由于“虚断虚断”，i+ = i = 0IF1FuRRRu + + + +OF11IF1FuRRRuRRRu+ + + + 由于由于“虚短虚短”， u+ = u ，所以：，所以：IF1FOF11IF1FuRRRuRRRuRRR + + + + + +1FIIOfRRuuuAu

21、 电压放大倍数电压放大倍数差 模 输 入差 模 输 入电阻电阻Rif = 2R1三种比例运算电路之比较三种比例运算电路之比较IFIOfRRuuAu IFIOf1RRuuAu+ + 1FIIOfRRuuuAu ) )时时当当( ( , FF11RRRR fuA7.3求和电路求和电路求和电路的输出量反映多个模拟输入量相加的结果。求和电路的输出量反映多个模拟输入量相加的结果。7.3.1反相输入求和电路反相输入求和电路F321/RRRRR 由于由于“虚断虚断”，i = 0所以：所以：i1 + i2 + i3 = iF又因又因“虚地虚地”，u = 0所以：所以：FO3I32I21I1RuRuRuRu +

22、 + +)(I33FI22FI11FOuRRuRRuRRu+ + + 当当 R1 = R2 = R3 = R 时，时，)(I3I2I11FOuuuRRu+ + + 图图 6.2.17.3.2同相输入求和电路同相输入求和电路由于由于“虚断虚断”，i+ + = 0，所以：，所以：RuRuuRuuRuu + + + + + + + + +3I32I21I1解得：解得：I33I22I11uRRuRRuRRu + + + + + + + + +其中：其中：RRRRR + +/321由于由于“虚短虚短”，u+ = u )(1()1()1(I33I22I111F1F1FOuRRuRRuRRRRuRRuRRu

23、 + + + + + + + + + + + + + + + 图图 6.2.2图图 6.2.3例例 6.2.2 电路电路例：用集成运放实现以下运算关系例：用集成运放实现以下运算关系I3I2I1O3 . 1102 . 0uuuu+ + 解：解：)3 . 12 . 0()(I3I1I33F1I11F1O1uuuRRuRRu+ + + + )10()(I2O1I24F2O12F2OuuuRRuRRu+ + + + )3 . 12 . 0()(I3I1I33F1I11F1O1uuuRRuRRu+ + + + )10()(I2O1I24F2O12F2OuuuRRuRRu+ + + + 比较得：比较得：1

24、0, 1,3 . 1,2 . 02F24F23F11F1 RRRRRRRR选选 RF1 = 20 k ，得：，得： R1 = 100 k ， R3 = 15.4 k ；选选 RF2 = 100 k ，得：，得： R4 = 100 k ， R2 = 10 k 。 k8/F1311RRRR k3 . 8/F2422RRRR第十章第十章直流电源直流电源10.1直流电源的组成直流电源的组成10.2单相整流电路单相整流电路10.3滤波电路滤波电路10.5硅稳压管稳压电路硅稳压管稳压电路10.7集成稳压器集成稳压器10.1直流电源的组成直流电源的组成图图 10.1.1直流电源的组成直流电源的组成电网电网电

25、压电压电源电源变压器变压器整流整流电路电路滤波器滤波器稳压稳压电路电路负负载载10.2.3单相桥式整流电路单相桥式整流电路22UL22RU22U22UL22RU图图 10.2.4图图 10.2.5图图 10.2.610.2.4整流电路的主要参数整流电路的主要参数一、输出直流电压一、输出直流电压 UO( (A V) )(d2120oO(AV)tuU 二、脉动系数二、脉动系数 SO(AV)O1mUUS 三、二极管正向平均电流三、二极管正向平均电流 ID( (A V) )四、二极管最大反向峰值电压四、二极管最大反向峰值电压 URM在桥式整流电路中，在桥式整流电路中，输出直流电压：输出直流电压：220

26、2O(AV)9 . 022)(tdsin21UUtUU 脉动系数：脉动系数：)4cos1542cos342(22OttUu 67. 02232422O(AV)O1m UUUUS二极管正向平均电流：二极管正向平均电流：O(AV)D(AV)21II 二极管最大反向峰值电压：二极管最大反向峰值电压：2RM2UU 表表 10 - 1单相整流电路的主要参数单相整流电路的主要参数10.3滤波电路滤波电路10.3.1电容滤波电路电容滤波电路适用于负载电流较小的场合。适用于负载电流较小的场合。滤波电容大，效果好。滤波电容大，效果好。输出直流电压为：输出直流电压为：2O(AV)2 . 1 UU 脉动系数脉动系数 S 约为约为 10% 20%。2