高教类课件：电工电子技术

1、电工电子技术教学目的及要求： 1.了解本征半导体和杂质半导体 2.掌握PN结的形成以及PN结的特点 3.二极管的结构、符号与特性 4.掌握半导体三极管的电流放大作用和伏安特性曲线。教学重点： N，P型半导体以及PN结的特点，二极管的特性；掌握半导体三极管的电流放大作用和伏安特性曲线教学难点： PN结的形成；半导体三极管的电流放大原理第1章 半导体器件基础知识第一节 半导体的基础知识第二节 半导体二极管第三节 半导体三极管第1章半导体器件基础知识一、半导体的概念金属导体内的载流子只有一种，就是自由电子，而且数目很多，所以具有良好的导电性能。 绝缘体中载流子的数目很少，因而导电性能很差，几乎不导电

2、。 半导体中的载流子数目也不多，远远低于金属导体，其导电性能比导体差而比绝缘体好。 半导体:导电性能介于导体与绝缘体之间的物质称半导体。常用的半导体材料有硅（Si）、锗（Ge）、硒（Se）和砷化镓（GaAs）及其他金属氧化物和硫化物等，半导体一般呈晶体结构。第一节 半导体的基础知识半导体的导电特性：1.掺杂性：在半导体中掺入微量杂质，可改变其电 阻率和导电类型(可做成各种不同用途的 半导体器件，如二极管和三极管等）。3.光敏感性：光照能改变半导体的电阻率。 (可做 成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极 管、光敏三极管等)。2.温度敏感性：半导体的电阻率随温度变化很敏感,并 随掺杂浓度不同，具有

3、正或负的电阻温度 系数(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。二、半导体的特性纯净的不含任何杂质、晶体结构排列整齐的半导体，称为本征半导体。 本征半导体的最外层电子（称为价电子）除受到原子核吸引外还受到共价键束缚，因而它的导电能力差。 价电子从外界获得能量，挣脱共价键的束缚而成为自由电子。这时，在共价键结构中留下相同数量的空位，每次原子失去价电子后，变成正电荷的离子，从等效观点看，每个空位相当于带一个基本电荷量的正电荷，成为空穴。三、本征半导体共价健共价键中的两个电子，称为价电子。价电子四、N型和P型半导体 掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子型半导体或N

4、型半导体。掺入五价元素多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子 用特殊工艺在本征半导体掺入微量五价元素，如磷或砷。 在N 型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。 掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或 P型半导体。掺入三价元素 在 P 型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。硼原子接受一个电子变为负离子空穴在半导体硅或锗中掺入少量三价元素，如硼元素在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流主要是 ，N 型半导体中的电流主要是 。 （a. 电子电流、b.空穴电流） ba五、PN结 1PN结的形成 在一块纯净的半导体晶

5、片上，采取一定的工艺措施，在两边掺入不同的杂质，分别形成P型半导体和N型半导体，它们的交界面就形成了PN结。 PN结的形成机理多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P 型半导体N 型半导体 内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。 扩散的结果使空间电荷区变宽。 扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。+形成空间电荷区 结具有单向导电的特性，这种特性可以通过实验加以证明。取一个结分别接成如图所示的电路。 实验证明如图（a）所示电路的灯泡发亮，说明此时结电阻很小， 处于“导通”状态。当把电路切换成如图（b）所示的电路时灯泡不亮了，说明此时PN结电阻很大，处

6、于“截止”状态。 2 PN结的单向导电性 PN结的单向导电性原理 1）PN 结加正向电压（正向偏置）PN 结变窄 P接正、N接负 外电场IF 内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。 PN 结加正向电压时，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。内电场PN+2）PN 结加反向电压（反向偏置）外电场 P接负、N接正 内电场PN+PN 结变宽2） PN 结加反向电压（反向偏置）外电场 内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IR P接负、N接正 温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。+ PN 结加反向电压时，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处

7、于截止状态。内电场PN+第一节 半导体的基础知识第二节 半导体二极管第三节 半导体三极管第1章半导体器件基础知识第二节 半导体二极管一、二极管的结构在PN结的两端各引出一根电极引线，然后用外壳封装起来就构成了半导体二极管，简称二极管，如图（a）所示，其图形符号如图（b）所示。图（a）图（b）二、二极管的类型二极管按制造材料分类，主要有硅二极管和锗二极管； 按用途分类，主要有整流二极管、检波二极管、稳压二极管、开关二极管等； 按接触的面积大小分类，可分为点接触型和面接触型两类。(1) 点接触型 点接触型二极管是一根很细的金属触丝（如三价元素铝）和一块N型半导体（如锗）的表面接触，然后在正方向通过

8、很大的瞬时电流，使触丝和半导体牢固接在一起，三价金属与锗结合构成PN结。由于点接触型二极管金属触丝很细，形成的PN结很小，所以它不能承受大的电流和高的反向电压。由于极间电容很小，所以这类管子适用于高频电路。(2)面接触型 面接触型或称面结型二极管的PN结是用合金法或扩散法做成的。由于这种二极管的PN结面积大，可承受较大的电流。但极间电容较大，这类器件适用于低频电路，主要用于整流电路。三、二极管的伏安特性二极管2CP31 加正向电压的实验数据二极管2CP31 加反向电压的实验数据三、二极管的伏安特性ABDE（1） 正向特性0A段:死区AB段:正向导通区（2） 反向特性0D段:反向截止区DE段:反

9、向击穿区（1） 正向特性。 0A段称为“死区”，在这一区间，正向电压增加时正向电流增加甚微，近似为零。在该区，二极管呈现很大的正向电阻，对外不导通。 AB段称为正向导通区，随着外加电压的增加，电流急剧增大。此时二极管电阻很小， 对外呈现导通状态，在电路中相当于一个闭合的开关。二极管在导通状态下，管子两端的正向压降很小（硅管为0.7 V，锗管为0.3 V），而且比较稳定，表现出很好的恒压特性。 但所加的正向电压不能太大，否则PN结会因过热而被烧坏。 （2） 反向特性。 0D段称为反向截止区。当反向电压增加时，反向电流增加很小，几乎保持不变。此电流称为反向饱和电流，记作IS 。IS愈大，表明二极管

10、单向导电性能愈差。小功率硅管的IS小于1 A，锗管的IS为几 A几千A。 这也是硅管和锗管的一个显著区别。这时二极管呈现很高的电阻，在电路中相当于一个断开的开关，电路呈现截止状态。 段称为反向击穿区。 当反向电压增加到一定值时， 反向电流急剧增大， 这种现象称为反向击穿。发生反向击穿时所加的电压称为反向击穿电压，记作UBR。反向击穿电压愈大，表明二极管的耐压性能愈好。反向击穿后的电流不加以限制，结同样也会因过热而被烧坏，这种情况称为热击穿。 1最大整流电流IFMIFM是指二极管长期运行时允许通过的最大正向直流电流。IFM与PN结的材料、面积及散热条件有关。大功率二极管使用时，一般要加散热片。在

11、实际使用时，流过二极管最大平均电流不能超过IFM，否则二极管会因过热而损坏。2.最高反向工作电压URM（反向峰值电压） URM是指二极管在使用时允许外加的最大反向电压，其值通常取二极管反向击穿电压的一半左右。在实际使用时，二极管所承受的最大反向电压值不应超过URM，以免二极管发生反向击穿。四、二极管的主要参数3反向电流IR与最大反向电流IRM IR是指在室温下，二极管未击穿时的反向电流值。IRM是指二极管在常温下承受最高反向工作电压URM时的反向漏电流，一般很小，但其受温度影响很大。当温度升高时，IRM显著增大。 4最高工作频率fM 二极管的工作频率若超过一定值，就可能失去单向导电性，这一频率

12、称为最高工作频率。 它主要由PN结的结电容的大小来决定。点接触型二极管结电容较小，fM可达几百兆赫兹。面接触型二极管结电容较大，fM只能达到几十兆赫兹。 1发光二极管2光电二极管五、特殊二极管3稳压二极管 (1)稳定电压Uz Uz是稳压管反向击穿稳定工作的电压。 (2)稳定电流Iz Iz是指稳压管工作的最小电流值。如果电流小于Iz，则稳压性能差，甚至失去稳压作用。 (3)动态电阻rz rz是稳压管在反向击穿工作区，电压的变化量与对应的电流变化量的比值，即 rz越小，稳压性能越好。稳压二极管基本参数定性分析：判断二极管的工作状态导通截止 分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压

13、UD的正负。若 V阳 V阴或 UD为正( 正向偏置 )，二极管导通若 V阳 V阴 二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 6V例1： 取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。D6V12V3kBAUAB+两个二极管的阴极接在一起取 B 点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。V1阳 =6 V，V2阳=0 V，V1阴 = V2阴= 12 VUD1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 D2 优先导通， D1截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB = 0 V求：UABBD16V12V3kAD2UAB+课堂作业1：ui 8V，二极管导通，可看作

14、短路 uo = 8V ui 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui已知： 二极管是理想的，试画出 uo 波形。8Vui18V参考点二极管阴极电位为 8 VD8VRuoui+课堂作业2：1、当温度升高时，二极管的反向饱和电流将 。 A. 减小 B. 不变 C. 增大2、 N型半导体是在本征半导体中加入 物质后形成的 A. 电子 B. 空穴 C. 三价硼元素 D. 五价锑元素C课堂作业3：D1.要得到P型半导体，可在本征半导体硅或锗中掺少量的( )A.三价元素 B.四价元素C.五价元素 D.六价元素2.理想二极管构成的电路如题2图，则( )3. PN结反向偏置时，应该是N区的电位比P区的电位

15、_。A.V截止U0=-4VB.V导通U0=+4VC.V截止U0=+8VD.V导通U0=+12VDA课堂作业4：高第三节 半导体三极管一、三极管的结构和分类 按三个区的组成形式，三极管可分为NPN型和PNP型。基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极结构特点：集电区：面积最大电流放大原理BECNNPEBRBECIEIC 发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。进入P 区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IB ，多数扩散到集电结。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IC。二、三极管的电流放大作用及其放大的

16、基本条件1三极管各电极上的电流分配实验电路 基极电源UBB与集电极电源UCC (10-20V) -使三极管发射结正偏，集电结反偏，三极管处在放大状态，同时也是放大电路的能量来源，提供IB和IC。 IE=IB+IC （1-2）式（1-2）表明，发射极电流等于基极电流与集电极电流之和。(1)三极管的电流放大作用基极电流IB的微小变化,将使集电极电流IC发生大的变化 (2)三极管放大的基本条件 要使三极管具有放大作用，必须要有合适的偏置条件，即：发射结正向偏置，集电结反向偏置。 对于NPN型三极管，必须保证集电极电压高于基极电压，基极电压又高于发射极电压，即UCUBUE；而对于PNP型三极管，则与之

17、相反，即UCUBUE。三、三极管的伏安特性1输入特性曲线特点:非线性正常工作时发射结电压： NPN型硅管 UBE 0.6 0.7VPNP型锗管 UBE 0.2 0.3V死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。2输出特性曲线 在不同的 IB下，可得出不同的曲线，所以晶体管的输出特性曲线是一组曲线。 晶体管有三种工作状态，因而输出特性曲线分为三个工作区IC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =01) 放大区 在放大区 IC = IB ，也称为线性区，具有恒流特性。 在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于

18、放大状态。Q2Q1大放区IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =02) 饱和区 饱和区是指iB0，uCE0.3V的区域。 在饱和区，IB IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。 当 UCE 0)，晶体管工作于饱和状态。饱和区IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =03)截止区截止时,发射结反偏,集电结也处于反向偏置(UBCUBUE，故发射结正偏，集电结反偏，所以图（a）中的三极管工作于放大区。 在图（b）中，三极管为NPN型, UB

19、=3.7 V,UC=3.3 V,UE=3 V，经比较：UBUCUE，发射结和集电结均正向偏置，所以图（b）中的三极管处于饱和区作业5：判断图中的三极管的工作状态。 在图（c）中，三极管为NPN型, UB=2 V,UC=8 V,U=2.7 V，经比较：UCUEUB，发射结和集电结均反向偏置，所以图（c）中的三极管工作于截止区。 在图（d）中，三极管为PNP型，对于PNP型三极管， 工作在放大区时，各极电压的关系大小应为UEUBUC；工作于截止区时，各极电压的大小关系应为UBUE UC； 工作于饱和区时，各极电压的大小关系应为UE UCUB。在图（d）中，UB=-3 V, UE=0 V, UC=-

20、5 V。经比较得：UEUB UC，发射结正向偏置， 集电结反向偏置，所以图（d）中的三极管工作于放大区。 四、三极管的主要参数1. 电流放大系数，直流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时，注意： 和 的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0 较小的情况下，两者数值接近。 常用晶体管的 值在20 200之间。 由于晶体管的输出特性曲线是非线性的，只有在特性曲线的近于水平部分，IC随IB成正比变化， 值才可认为是基本恒定的。作业6：在UCE= 6 V时， 在 Q1 点IB=40A,IC=1.5mA；在 Q2 点IB=60 A, IC=2.3mA。求在以后的计算中，一般作近似

21、处理： = 。IB=020A40A60A80A100A36IC / mA1234UCE /V9120Q1Q2在 Q1 点，有由 Q1 和Q2点，得AICEOIB=0+ ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。2.穿透电流ICEO3集电极最大允许电流 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反向击穿电压U(BR)CEO U(BR) CEO是三极管基极开路时，集射极之间的最大允许电压。当集射极之间的电压大于此值，三极管将被击穿损坏。 4集电极最大允许耗散功耗PCM PCM取决于三极管允许的温

22、升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。 PC PCM = UCEIC 硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。1. NPN型三极管处在放大状态时是( )A.UBE0, UBC0, UBC0C.UBE0, UBC0 D.UBE02.当晶体管工作在放大区时，发射结电压和集电结电压应为 。A. 前者反偏、后者也反偏 B. 前者正偏、后者反偏 C. 前者正偏、后者也正偏3.某放大状态的晶体三极管，当IB=20A时，IC=1mA，当IB=60A时，IC=3mA。则该管的电流放大系数值为_ BC课堂作业7：50第一章结束！电工电子技术第二章 基本放大电路第一节放大的概念和放大电路的主要性能指标第二

23、节 放大电路的分析方法第三节固定偏置共射极放大电路第四节 分压式偏置电路共射极放大电路第五节 共集电极放大电路与共基极放大电路第七节 多级放大电路教学目的及要求： 1.掌握放大电路的组成、工作原理和性能指标。 2.掌握放大电路的静态、动态分析方法。 3.掌握微变等效电路的分析方法 4.掌握动态指标的求解方法 5.掌握放大器偏置电路的特点。 6.了解共集电极电路和共基极电路组成 7.掌握多级放大电路的级间耦合方式。 8.理解多级放大电路的分析。教学重点： 放大电路的静态、动态分析方法；放大电路的微变等效电路及其动态指标教学难点： 三极管的微变等效电路;多级放大电路的分析方法第2章 放大电路基础

24、一、放大的概念 放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。 对放大电路的基本要求 ： 1. 要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。 2. 尽可能小的波形失真。 本章主要讨论电压放大电路。 第一节放大的概念和 放大电路的主要性能指标二、放大电路的主要性能指标1.放大倍数2.输入电阻Ri放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻。定义： 输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。+-信号源+-Au放大电路输入电阻是表明放大电路从信号源分压大小的参数。电路的输入电阻Ri从信号源取得的电压ui，因此一般总是希望

25、得到较大的输入电阻。放大电路信号源+-+-3. 输出电阻ro放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻。+_RLro+_定义： 输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。RSRL+_Au放大电路+_三、直流通路与交流通路 静态分析的对象是直流量，用来确定管子的静态工作点；动态分析的对象是交流量，用来分析放大电路的性能指标。1.直流通路的画法 画法:将电容视为开路，电感视为短路，其他元器件不变2.交流通路的画法画法:信号频率较高时，将容量较大

26、的电容视为短路，将电感视为开路，将直流电源（设内阻为零）视为短路，其他不变。第二节 放大电路的分析方法一、估算法:用在静态直流分析由KVL: UCC = IB RB+ UBE三极管工作在放大区，则由KVL: UCC = ICQ RC+ UCE所以 UCE= UCC ICQRC 1.静态分析用作图的方法确定静态值步骤： (1) 用估算法确定IB 优点： 能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。(3)由输出特性确定iC 和UCCUCC=icRC+UCE直流负载线方程+UCCRbRCT+UBEQUCEQICIBQ（2）根据IB值在输出特性曲线中找到对应的曲线，如图2.5（）所示。 二、图解法

27、 既可作静态分析，也可作动态分析。UCE /VIC/mAOICQUCEQUCC直流负载线Q由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点iC=0,UCE=UCCUCE=0, iC= UCC/RCUCC=icRC+UCE作业1：求如图 (a)所示电路的静态工作点,并求静态值。 电路中各参数如图所示，三极管为硅管，=50。 放大电路图解法（） 放大电路； （）直流通路； （）静态工作点 解（1） 估算法。 由(2-1)、 (2-2)和(2-3)可得CEQCCCQR C = 20(21036103)=8V (2) 图解法在图2.4 (c) 中, 根据IC cc/ Rc3.3mA,cc 20 作直

28、流负载线MN,与BBQ 40 A的曲线相交得静态工作点, 根据点所对应的坐标得CQ=2 mA, CEQ = 8V。作业2：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k，Rb=300k， =37.5。解：+UCCRbRCT+UBEUCEICIB2.动态分析 用图解法进行动态分析： 缺点：精度低、不能用于复杂电路、不能算出输入电阻ri，输出电阻ro。 交流负载线是一条通过Q点的直线，其斜率为3.静态工作点对输出波形的影响(a)截止失真 (b)饱和失真 4.图解法的适用范围 图解法的优点是能直观形象地反映三极管的工作情况，但必须实测所用管子的特性曲线，且用它进行定量分析时误差较大，此外仅

29、能反映信号频率较低时的电压、电流关系。 因此，图解法一般适用于输出幅值较大而频率不高时的电路分析。 在实际应用中，多用于分析Q点位置、最大不失真输出电压、失真情况及低频功放电路等。 微变等效电路： 把非线性元件三极管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的三极管线性化，等效为一个线性元件。线性化的条件： 三极管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。微变等效电路法： 利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数 、输入电阻ri、输出电阻ro等。三、微变等效电路分析法-用于动态分析 当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围

30、内可近似线性化。（1）三极管基极与发射极之间等效交流电阻rberbe一般为几百欧到几千欧。即输入端等效三极管的输入电阻 三极管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，即由rbe来确定ube和 ib之间的关系。UBEIBQ输入特性IBUBEO（2）三极管集电极与发射极之间等效为受控电流源，即输出端等效输出特性 输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。 三极管的输出回路(C、E之间)可用一受控电流源 ic= ib等效代替，即由来确定ic和 ib之间的关系。一般在20200之间。ICUCEQOibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-放大电路的

31、微变等效电路 rbeBEC 三极管的B、E之间可用rbe等效代替。 三极管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。第三节固定偏置共射极放大电路一、组成及各元器件的作用1.电路组成2各元件的作用 三极管VT-放大元件, IC= IB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使三极管工作在放大区 。 集电极电源Ucc：它除了为输出信号提供能量外，还为集电结和发射结提供偏置，以使晶体管起到放大作用。Ucc一般为几伏到几十伏。 集电极负载电阻Rc：它的主要作用是将已经放大的集电极电流的转化变换为电压的变化，以实现电压放大。Rc阻值一般为几千欧到几十千欧。 基极偏置电阻Rb：串联Rb是为了控制基极电流IB

32、的大小，使放大电路获得较合适的工作点。Rb阻值一般为几十千欧。 耦合电容C1 、C2 (几F)-隔离输入、输出与放大电路直流的联系。电容有通交流、隔直流的作用二、固定偏置共射极放大电路的分析1. 固定偏置共射极放大电路的静态工作点由+UccRbb极e极地 可得:当UBEIB，忽略IB ， 则 UB=Rb2UCC/（Rb1+Rb2）四、分压式偏置电路共射极放大电路的分析1.分压式偏置电路共射极放大电路的静态分析由b极e极Re地 可得:由+UccRcc极e极Re地可得 作业：在图（a）中，若已知=50，UBEQ=0.7 V， Rb2=20 k，Rb1=50 k，Rc=5 k，Re=2.7 k，UC

33、C=12 V， 求静态工作点参数。 解 2. 分压式偏置电路共射极放大电路的动态分析 作业：在图中，若已知=50，UBE=0.7 V，Rb2=20 k，Rb1=50 k，Rc=5 k，Re=2.7 k，UCC=12 V，若RL=5 k，求Au，ri，ro解： 第五节 共集电极放大电路与共基极放大电路一、共集电极放大电路(射极输出器) 因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路的公共端，所以是共集电极放大电路。 因从发射极输出，所以称射极输出器。1 静态分析直流通路+UCCRbRe+UCE+UBEIEIBICRb+UCCC1C2RERLui+uo+es+RS2 动态分析（1） 电压放大倍数 电压放

34、大倍数Au1且输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。微变等效电路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE（2） 输入电阻Ri（3） 输出电阻Ro将信号源短路，保留其内阻，在输出端去掉RL，加一交流电压，产生电流 ，则：例2-3若如图2-13(a)所示电路中各元件参数为：UCC=12V，RB=240k ,RE=3.9k ,RS=600 ,RL=12k 。=60 。C1和C2容量足够大，试求：Au,Ri,Ro。 在图示放大电路中，已知UCC=12V, RE= 2k, RB= 200k， RL= 2k ，三极管=60， UBE=0.6V, 信号源内阻RS= 100，试求:(1) 静态工

35、作点 IB、IE 及 UCE；(2) 画出微变等效电路；(3) Au、ri 和 ro 。作业4:RB+UCCC1C2RERLui+uo+es+RS解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路+UCCRBRE+UCE+UBEIEIBIC(2) 由微变等效电路求Au、 ri 、 ro。微变等效电路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE二、共基极放大电路1.静态分析 共基极放大电路的直流通路与图2-11共射极分压式偏置电路的直流通路一样，所以与共射极放大电路的静态工作点的计算相同。2. 动态分析（1）放大倍数。 利用图2-16微变等效电路， 可得 式中 （2）输入电阻。当不考虑Re的并联支路时，当考

36、虑Re时， （3）输出电阻。ro=Rc 由于在求输出电阻RO时令。则有，受控电流源作开路处理，故输出电阻第七节 多级放大电路 在实际的电子设备中，为了得到足够大的放大倍数或者使输入电阻和输出电阻达到指标要求，一个放大电路往往由多级组成。 多级放大电路由输入级、中间级及输出级组成一、级间耦合方式1.阻容耦合阻容耦合是利用电容器作为耦合元件将前级和后级连接起来。 这个电容器称为耦合电容，如图2.24所示。第一级的输出信号通过电容器C2和第二级的输入端相连接。 阻容耦合的优点是：前级和后级直流通路彼此隔开，每一级的静态工件点相互独立，互不影响。便于分析和设计电路。因此，阻容耦合在多级交流放大电路中得

37、到了广泛应用。 阻容耦合的缺点是：在集成电路里制造大电容很困难，不利于集成化。所以，阻容耦合只适用于分立元件组成的电路。 2. 变压器耦合 变压器耦合是利用变压器将前级的输出端与后级的输入端连接起来，这种耦合方式称为变压器耦合。 将V1的输出信号经过变压器T1送到V2的基极和发射极之间。V2的输出信号经T2耦合到负载RL上。 变压器耦合的优点是：由于变压器不能传输直流信号，且有隔直作用，因此各级静态工作点相互独立，互不影响。 变压器耦合的缺点是：体积大、笨重等，不能实现集成化应用。 3. 直接耦合 直接耦合是将前级放大电路和后级放大电路直接相连的耦合方式，这种耦合方式称为直接耦合。 直接耦合所

38、用元件少，体积小，低频特性好，便于集成化。直接耦合的缺点是：由于失去隔离作用，使前级和后级的直流通路相通，静态电位相互牵制，使得各级静态工作点相互影响。另外还存在着零点漂移现象。 4.光电耦合 放大器的级与级之间通过光电耦合器相连接的方式，称为光电耦合。 由于它是通过电光电的转换来实现级间耦合，各级的直流工作点相互独立。采用光电耦合，可以提高电路的抗干扰能力。1.电压放大倍数所以总的电压放大倍数为 即总的电压放大倍数为各级放大倍数的连乘积。 二、多级放大电路的主要性能指标2.输入电阻Ri= Ri1 3.输出电阻Ro=Ron第二章结束！电工电子技术第三章 集成运算放大器的基本概念第一节 集成运算

39、放大器的基本组成第二节 差分放大电路第三节 集成运算放大器的分类及主要参数教学目的及要求： 1.了解集成运算放大器的基本组成。 2.掌握差动放大电路。 3.掌握集成运算放大器的主要参数。教学重点： 掌握差动放大电路教学难点： 差动放大电路；集成运算放大器的主要参数 第三章 集成运算放大器的基本概念集成运算放大器简介 集成运算放大器是一种具有很高放大倍数的多级直接耦合放大电路。是发展最早、应用最广泛的一种模拟集成电路。(放大倍数104107) 集成电路 是把整个电路的各个元件以及相互之间的联接同时制造在一块半导体芯片上, 组成一个不可分的整体。 集成电路特点：体积小、重量轻、功耗低、可靠性高、价

40、格低。集成运算放大器件外形图实际集成运算放大器的管脚和符号反相输入端同相输入端+UCCUEEuo+uu +Auo信号传输方向输出端(a)(b)(a) 符号; (b)引脚实际运放开环电压放大倍数第一节 集成运算放大器的基本组成 集成运放由四部分组成：输入级、中间级（电压放大级）、输出级和偏置电路。 1.输入级 对于高增益的直接耦合放大电路，减小零点漂移的关键在第一级，因此集成运放的输入级一般是由差分放大电路组成的。 利用差分放大电路的对称性，可以减小零点漂移的影响。 它的两个输入端构成整个电路的反相输入端和同相输入端。 2.中间级 中间级（电压放大级）的主要作用是提高电压增益，大多采用由恒流源作

41、为有源负载的共发射极放大电路，其放大倍数一般在几千倍以上。 3.输出级 输出级应具有较大的电压输出幅度、较高的输出功率和较低的输出电阻，一般采用甲乙类互补对称放大电路。 4.偏置电路 偏置电路提供给各级直流偏置电流，使之获得合适的静态工作点。它由各种电流源电路组成。此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路以及高频补偿环节等。零点漂移：指输入信号电压为零时，输出电压发生 缓慢地、无规则地变化的现象。产生的原因：三极管参数随温度变化、电源电压 波动、电路元件参数的变化。第二节 差分放大电路零点漂移的危害： 直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。 严重时，由于后级放大电路的放大作用，

42、可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。差动放大电路 (差分式放大电路) -是抑制零点漂移最有效的电路结构。第二节 差分放大电路 电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。两管特性相同，静态工作点相同左右对称。一、基本差分放大电路1.电路组成及特点 静态时，即ui1=ui2=0时，放大电路处于静态。由于电路完全对称，两三极管集电极电位Uc1=Uc2，则输出电压Uo=Uc1-Uc2=0。 当温度变化时，两三极管集电极电流Ic1和Ic2同时增加，集电极电位Uc1和Uc2同时下降，且Uc1=Uc2,uo=(Uc1+Uc1)-(Uc2+Uc2)=0，故输出

43、端没有零点漂移，这就是差分放大电路抑制零点漂移的基本原理。 2.零点漂移的抑制3.差模信号与差模放大倍数（大小相等、极性相反）两个差模信号分别用uid1和uid2表示，uid1=-uid2。ui1=uid1,ui2=uid2=-uid1差模输入电压uid=uid1-uid2=2uid1=-2uid2差模输出电压uod=uc1-uc2=2uc1差模电压放大倍数 即对差模信号放大能力没有影响。4.共模信号与共模放大倍数：大小相等、极性相同ui1=ui2=uic 在共模信号作用下，由于电路完全对称，输出电压uoc=0 两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即对共模信号没有放大能力。(Com

44、mon Mode Rejection Ratio)差模放大倍数=差模输出电压/差模输入电压共模放大倍数=共模输出电压/共模输入电压 KCMR越大，说明差放分辨差模信号的能力越强，而抑制共模信号的能力越强。5. 共模抑制比kCMR共模抑制比二、典型差分放大电路1.电路组成 电路由两个对称的共射电路通过公共的发射极电阻Re相耦合，故又称为射极耦合差分放大电路。电路由正负电源供电。Re的作用：稳定静态工作点，限制每个管子的漂移UEE：用于补偿Re上的压降，以使VT1、VT2获得合适的工作点。第三节 集成运算放大器的分类及主要参数一、集成运算放大器的分类 集成运算放大器是电子技术领域中的一种最基本的放

45、大元件，在自动控制、测量技术、家用电器等多种领域中应用相当广泛。 国产集成运算放大器有通用型和特殊型两大类。（1）通用型 通用型有通用1型（低增益），通用2型（中增益），通用3型（高增益）三 类。（2）特殊型 特殊型有高精度型、高阻抗型、高速型、高压型、低功耗型及大功率型等。 通用型的指标比较均衡全面，适用于一般电路；特殊型的指标大多数有一项指标非常突出，它是为满足某些专用的电路需要而设计的。 1 开环差模电压放大倍数Aod 当集成运放工作在线性区时，输出开路时的输出电压uO与输入端的差模输入电压uid=(u+-u-)的比值称为开环差模电压放大倍数Aod。 2 输入失调电压uiO及输入失调电压

46、温度系数auiO 为使运放输出电压为零，在输入端之间所加的补偿电压，称为输入失调电压uiO。 auiO是指在规定温度范围内，输入失调电压胡随随温度的变化率，即 一般集成运放的auiO小于 。 3 输入失调电流Iio及输入失调电流温度系数aIIo 当输入信号为零时，集成运放两输入端静态电流之差，称为输入失调电流Iio，即Iio=IB+-IB-，Iio愈小愈好。二、集成运算放大器的主要参数 4 共模抑制比KCMR 其定义同差动放大电路。若用分贝数表示时，集成运算的共模抑制比KCMR通常在80180dB之间。 5 输入偏置电流IIB 当输入信号为零时，集成运放两输入端的静态电流IB+和IB-的平均值

47、，称为输入偏置电流IIB，即 ，这个电流也是愈小愈好，典型值为几百纳安。 6 差模输入电阻rid和输出电阻rod 7 最大差模输入电压Uidmax 指集成运放对共模信号具有很强的抑制性能，但这个性能必须在规定的共模输入电压范围之内，若共模输入电压超出Uidmax,则集成运放输入级就会击穿而损坏。8 最大共模输入电压Uidmax 集成运放对共模信号具有很强的抑制性能，但这个性能必须在规定的共模输入电压范围之内，若共模输入电压超出Uidmax，集成运放的输入级就会不正常，KCMR将显著下降。 9 最大输出电压幅度Uopp 指能使输出电压与输入电压保持不失真关系的最大输出电压。 10 静态功耗Pco

48、 指不接负载且输入信号为零时，集成运放本身所消耗的电源总功率。Pco 一般为几十毫瓦。三、理想运放的概念1.理想运放的主要条件为： 为了便于分析集成运放的线性应用，我们还需要建立“虚短”与“虚断”这两个概念。 (1) “虚短” 2、理想运放的特点 (2) “虚断” 2)由于开环输入电阻rid无穷大， 输入电流约等于 0 即 I+= I =(U+- U )/ rid 0 ,称“虚断” 1)因为 Uo = Aod(U+ U ) 而且 所以输入电压约等于 0 即 U+= U =0,称“虚地”如果U+= U 0，称“虚短”第4节集成运算放大器的应用第一节 理想运算放大器第二节 集成运算放大器的线性应用

49、第三节 集成运算放大器的非线性应用电压比较器第四节 集成运算放大器应用时的事项教学目的及要求： 1.掌握理想运放的特点。 2.掌握运放的比例、加、减、微分、积分运算。 教学重点： 运放的线性应用教学难点： 运放的线性应用和非线性应用第4节集成运算放大器应用电路一、理想运算放大器工作在线性区的特点 当集成运放电路引入负反馈时，集成运放工作在线性区。如图4-1所示，引入负反馈是集成运放工作在线性区的基本特征。工作在线性放大状态的理想运放具有“虚短”和“虚断”的两个重要特点。第一节 理想运算放大器 集成运放在应用过程中若处于开环状态，或只引入了正反馈，则表明成运放工作在非线性区。 对于理想运放，输出

50、电压uo与输入电压（u+-u-）不再是线性关系，称集成运放工作在非线性工作区，其电压传输特性如图4-2所示。二、理想运算放大器工作在非线性区的特点1.输出电压uo 只有两种可能的情况:当u+ u-时，uo=+ Uom;当u+ u-时，uo=- Uom。2.由于理想运放的 Rid ，则有i+=i-=0即输入端几乎不取用电流。 由此可见，理想运放工作在非线性区时的具有“虚断”的特点。第二节 集成运算放大器的线性应用 集成运算放大器与外部电阻、电容、半导体器件等构成闭环电路后，能对各种模拟信号进行比例、加法、减法、微分、积分、对数、反对数、乘法和除法等运算。1.反相比例运算电路因虚地, 所以u=u=

51、0 ，因虚断， i+=i=0 ， 平衡电阻 R=R/Rf一、 比例运算 -代数方程式是uo=kui ，比例常数k为电路的电压放大系数Auf节点N的电流方程为iR=if+i- 结论： (1) Auf为负值，即 uo与 ui 极性相反。因为 ui 加在反相输入端。 (2) Auf 只与外部电阻 R、RF 有关，与运放本身参数无关。 (3) | Auf | 可大于 1，也可等于 1 或小于 1 。 作业1：电路如下图所示，已知 R= 10 k ，Rf = 50 k 。求: Auf 、 R ； 解：Auf = Rf R = 50 10 = 5R=R/Rf =10 50 (10+50) = 8.3 k2

52、.同相比例运算电路因虚断，所以i+=i=0 ， 因虚短，所以 u=u=ui分压原理平衡电阻 R=R/Rf 当 R= ，为有限值（包括零） ，uo = ui ， Auf = 1， 称电压跟随器。 结论： (1) Auf 为正值，即 Uo与 Ui 极性相同。因为 Ui 加在同相输入端。 (2) Auf只与外部电阻 R、RF 有关，与运放本身参数无关。 (3) Auf 1 ，不能小于 1 。 (4) U = U+ 0, 反相输入端不存在“虚地”现象。二、加、减运算电路代数方程式是 y=K1X1+K2X2+K3X3+因虚地, u=u= 0 平衡电阻： R=R1/R2/R3/Rf因虚断，i = 0if=

53、i1+i2+i3 1）反相求和运算电路1.求和运算电路 上式可模拟的代数方程式为 式中 当R1=R2=R3=R时，上式变为当Rf=R时， 上式中比例系数为-1，实现了加法运算。 2）同相求和运算电路根据 “虚断”概念i1+i2+i3=0R1/R2/R3=R/Rf2.加减运算电路 利用叠加定理求uo与ui1、ui2、ui3各ui4之间的关系当ui3、ui4短路时当ui1、ui2短路时当Ui1、Ui2、Ui3、Ui4共同作用时若又满足Rf =R1=R2=R3=R4时则如果电路有两个输入，且参数对称因虚断，所以i+= i- = 0因虚地, 所以u=u+= 0，所以 iC=iR三、微分和积分运算电路1

54、.微分运算电路三、微分和积分运算电路2.积分运算因虚断，所以i+= i- = 0因虚地, 所以u=u+= 0，所以 iR=iC（1）过零比较器 所谓过零比较器就是参考电压为零。 待比较电压（输入信号）和零参考电压（基准电压）在输入端进等比较，输出端得到比较后的电压。第三节 集成运算放大器的非线性应用电压比较器 集成运放工作在开环状态，根据运放工作在非线性的特点,输出电压为U0M。当输入电压ui0时uo=UOM 。2.一般单限比较器 图4-22所示的电路是一般单限比较器. UREF为外加参考电压。集成运放的反相输入端接信号ui，同相输入端接参考电压UREF。 由于Aod,所以当UU+时，uiUR

55、EF时，受电源电压的限制，uo只能为正极限值UOM,即UOH=UOM；反之，当UU+时，uo为负极限值，即UOL=UOM。其传输入特性如图4-22(b)实线所示。 第四节 集成运算放大器应用时的事项一、使用时应注意的问题1、根据实用电路要求，选择合适型号 集成运算放大器的品种繁多，按其性能不同来分类，除高益的通用型集成运放外，还有高输入阻抗、低漂移、低功耗、高速、高压、高精度和大功率等各种专用型集成成运放。2、按各类运放的外形结构特点、型号和管脚标记，看清它的引线，明了各管脚作用，正确进行连线。 目前集成运放的常见封装方式有金属壳封装和双列直插式封装。双列直插式有8、10、12、14、16管脚

56、等种类。3、使用前应对所选的集成运放进行参数测量 使用运放之前往往要用简易测试法判断其好坏，例如用万用表欧姆（“100”或“10”）对照管脚测试有无短路和断路现象，必要时还可采用测试设备测量运放的主要参数。4、要注意调零及消除自激振荡 由于失调电压及失调电流的存在，输入为零时输出往往不为零，此时一般需外加调零电路。 为防止电路产生自激振荡，应在运放电源端加上去耗电容，有的运放还需外接频率补偿电路。第三章结束！电工电子技术第 4章 负反馈放大电路第一节 反馈的基本概念第二节 反馈电路的类型与判别第三节 负反馈对放大电路性能的影响教学目的及要求： 1.掌握负反馈的概念及含义 。 2.理解负反馈放大

57、电路。 3.理解负反馈对放大电路性能的影响。教学重点： 负反馈的概念及含义、负反馈对放大电路性能的影响教学难点： 负反馈对放大电路性能的影响第 4 章 负反馈放大电路一、反馈与反馈支路 反馈：就是将放大电路输出信号（电压或电流信号）的全部或一部分，通过反馈支路形成反馈信号引回到输入端，和输入信号作比较（相加或相减），再由比较所得的信号去控制输出。这样一来，输出不但取决于输入，也取决于输出本身。第一节 反馈的基本概念二、反馈放大电路的组成 Xo 输出信号Xi输入信号Xf 反馈信号 Xd 净输入信号净输入信号： Xd 若XdXi，即反馈信号起了增强净输入信号的作用则为正反馈。第二节 反馈电路的类型

58、与判别一、负反馈放大电路的基本类型 四种基本类型(1)电压串联负反馈：负反馈信号取自输出电压，反馈信号与输入信号相串联。(2)电压并联负反馈：负反馈信号取自输出电压，反馈信号与输入信号相并联。(3)电流串联负反馈：负反馈信号取自输出电流，反馈信号与输入信号相串联。(4)电流并联负反馈：负反馈信号取自输出电流，反馈信号与输入信号相并联。二、反馈极性的判别(瞬时极性法) 利用瞬时极性法判别负反馈与正反馈的步骤 2. 若电路中某点的瞬时电位高于参考点(对交流为电压的正半周)，则该点电位的瞬时极性为正(用表示)；反之为负(用 表示)。1.设接“地”参考点的电位为零。 4. 若反馈信号与输入信号加在同一

59、输入端(或同一电极)上， 两者极性相反时，净输入电压减小, 为负反馈；反之，极性相同为正反馈。 3. 若反馈信号与输入信号加在不同输入端(或两个电极)上， 两者极性相同时，净输入电压减小, 为负反馈；反之，极性相反为正反馈。 晶体管的瞬时极性法 （1）NPN：集电极信号电位的瞬时极性与基极的瞬时极性相反，而发射极信号电位的瞬时极性与基极的瞬时极性相同。 （2）PNP：与NPN相反。通过反馈是存在于直流通路中还是交流通路中，来判断电路引入的是直流反馈还是交流反馈。 图 (a) 直流反馈图(b) 交流反馈 三、直流负反馈与交流负反馈方法总结：电容观察法判断直流反馈还是交流反馈：电容观察法反馈通路如

60、果存在隔直电容，就是交流反馈；反馈通路如果存在旁路电容，就是直流反馈；如果不存在电容，就是交直流反馈；四、电压反馈和电流反馈的判别(判断输出端) 方法总结：判断输出端反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；从负载电阻RL的靠近“地”端引出的，是电流反馈；五、串联反馈和并联反馈的判别 输入信号和反馈信号分别加在两个输入端(同相和反相)上的，是串联反馈； 加在同一个输入端(同相或反相)上的，是并联反馈；运算放大器电路反馈类型的判别方法(总结)： 1.判断输出端反馈电路直接从输出端引出的，是电压反馈；从负载电阻RL的靠近“地”端引出的，是电流反馈； 2.判断输入端输入信号和反馈信号分别加在两个输入端