第一次模电讲座课件

模电课总复习张雅丽ylzhang@期末考试时间：2016年1月14日上午考试内容：第一章~第十章考试重点：第三~九章，课堂讲述内容考试形式：闭卷考试题型：填空、选择、简答、计算成绩组成：作业20分、课程设计10分、期中20分、期末50分答疑时间：考前两天(具体地点模电课程组统一安排)模电课总复习基础课——学科基础课——专业基础课——专业课——工程应用——一.目标明确方入(模拟电路基础)电子线路基本知识分析电路的方法设计电路的能力第1部分半导体器件基础(Chap.1,10)第2部分放大电路基本分析及仿真方法(Chap.2,5)第3部分模拟集成运放构成及特点(Chap.3,4,9)第4部分集成运放(IC)的基本应用(Chap.6,7,8)第5部分电子线路应用设计(综合训练)二.布局清晰而行模拟电路基础(2)戴维宁定理、诺顿定理、叠加原理——(3)最大功率传输定理——1.电路分析基本定理：2.半导体器件典型应用电路及其结构、参数与技术指标基本分析、仿真方法(1)KVL、KCL、L——三.储备厚实则克3.模拟集成运放单元电路、集成运放线性化应用基础(负反馈技术)集成运放构成的运算、处理、产生、比较电路(开路比较法、估算法、图解法、微变等效模型)常用的四种分析方法基于深度负反馈的“虚短、虚断”Chap.1~2,5,10知识点串烧、经典题解析张雅丽ylzhang@半导体二极管(Diode)、双极型晶体管(BJT)、场效应管(FET)等半导体器件及其应用、放大电路频率响应→1.器件原理和基本伏安关系；2.基本功能；3.基本应用；4.晶体管参数(交流模型参数与Q点之间的计算关系)；5.器件简化直流模型及其小信号等效模型；6.放大电路基本组态；7.放大电路的静态/动态分析、交流性能指标的计算；8.放大电路频率响应基本概念Chap.1,2,5Diodes,TransistorsandTheirApplications半导体基础(半导体材料、pn结)自学，了解

2.半导体二极管及其应用(Chap.10整流，稳压)

结构、基本特性、伏安特性、交流等效模型；稳压管稳压原理及使用；不同种类二极管的工作原理3.晶体三极管

结构、工作原理、三个工作区域状态及特点、基本参数、特性曲线、温度特性、低频小信号模型、高频小信号模型4.场效应晶体管

结构、工作原理、三个工作区域状态及特点、基本参数、特性曲线、温度特性；与BJT状态及特点的异同、低频小信号模型、高频小信号模型Chap.1常用半导体器件⑴先将二极管断开，确定二极管两端电位差。⑵根据二极管两端加的是正电压还是反电压判定二极管是否导通，若为正电压且大于阈值电压则导通，否则为截止。⑶若电路出现两个或两个以上二极管，应判定承受正向电压较大者优先导通，再按照上面所讲述的方法，判断余下的二极管是否导通。一.电路中二极管状态的判断方法：开路比较法例：二极管电路如右图所示，设二极管导通电压为0.7V，若U1=2V，U2=5V，求UO。

分析→

D2两端电压差大，先判断是否导通D2导通，U0

=4.3V则D1截止开路比较法（判断二极管的状态）：二极管正偏最高端口电压优先，再启用回路或结点方法对电路实施分析的一种方法。2.

估算法：将二极管用恒压源近似，并根据二极管的材料性质设定导通电压UON值，后求解路中变量。估算法多用于静态工作点电流ID求解。3.

模型法（交直流电路等效分析法）：将电路中的二极管用简化电路模型替代，利用简化电路直接分析求解。具体方法是：巧用开路、短路法，分别获得电路的直流通路求解直流变量，获得电路的交流通路求解动态变量。4.

图解法(负载线法)：利用二极管的伏安特性曲线与外电路所确定的负载线，用作图的方法进行求解。

二.常用的四种分析方法：二极管电路整流：利用PN结的单向导电性(外加正向电压时导通、外加反向电压时截止的特性)。类型：半波整流、全波(桥式)整流2.

稳压：利用PN结反向击穿特性(反向击穿后在一定的电流范围内PN结端电压基本不变)。3.

其他：利用PN结的电容效应制成变容二极管。……三.二极管的典型应用：整流、稳压例：如右图所示电路中，若理想稳压二极管的稳定电压UZ为8V，求电路输出电压UO。分析→关键分析Dz能否稳压，假设法经判断，图中Dz不能稳压，UO

=[12/(2+2)]*2=6V设计一个输出电压UO=6V的稳压管稳压电路。已知电源电压UI=8~11V，负载电流IL=5~10mA。要求稳压管的最小工作电流是其最大工作电流的20%。例题：设计稳压管电路的任务是选取稳压管和限流电阻。解方程，得：ILIDZUI最小、IL最大时，IDZ最小UI最大、IL最小时，IDZ最大三.二极管的典型应用：整流、稳压1.

判断管脚的极性，依据：2.

判断三极管的材料，依据：3.

判断三极管的类型，依据：②中间电位对应的管脚是基极B；③与中间电位相差约一个导通电压UBE(ON)的管脚是发射极E。①三个电极的电位从低到高依次排序；四.三极管电极、材料和管型的判断方法例：

在电子设备中测得某放大管三个管脚对机壳的电压。解：（1）判断管脚的极性。－11.5V（3脚）<0.1V（1脚）<0.78V（2脚）基极发射极集电极（2）判断三极管的材料。（3）判断三极管的类型。四.三极管电极、材料和管型的判断方法⑴判断发射结偏置状态→断开电路中的BJT：(2)判断集电结偏置状态→求基极与集电极接线处的电位差对于NPN型BJT，确定基极与发射极接线处的电位差，记为UBE；若UBE<UBE(ON)

，发射结未导通；IB=0；若UBE>0，发射结正偏；IB

0；若IB=0，则也可以采取断开电路中的BJT的判断方法，求出基极与集电极接线处的电位差，首先判断是否为零偏，然后结合管型判断集电结的偏置状态。若IB

0，采用假定法判断→假定放大法：求基极与集电极接线处的电位差；若集电结反偏，则假设成立，否则集电结正偏。“先发射结，再集电结”判断方法五.BJT发射结、集电结偏置状态的判断方法从电路中把晶体管拔掉，求出基极与发射极接线处的电位差，记为UBE。对于NPN管：若UBE<UBE(ON)

，则BJT一定处于截止状态，否则晶体管处于导通状态。六.BJT工作状态的判断方法“先判断导或止，再判断饱和否”BJT三个工作区：截止：e结未开启放大：e结正偏开启，c结反偏饱和：e结正偏开启，c结正偏BJT直流模型晶体管导通，可能是饱和导通，也可能是放大导通。此时再通过计算晶体管的集射电压UCE进而计算出c结上的电压UCB进行判断。若UCB<0，即c结反偏，则晶体管放大导通，反之，晶体管饱和导通。YesYesNoNoFET截止？假设FET处于恒流区按公式计算iD及uDS与假设矛盾？FET处于截止区FET处于可变电阻区FET处于恒流区求UGS，UGS<UGS(th)?ID=IDO(uGS/UGS(th)-1)2UDS<UDS(sat)=UGS-UGS(th)?增强型N-MOSFET七.FET工作状态的判断方法例：判断图中FET的工作状态：

分析→

UGS(off)<UGS<0UDS>UGS(off)(1)穿透电流的测量方法：

分析→基极开路，C、E间接+VCC时，C、E间流通的电流(2)二极管交流电阻rd，……小知识点：(3)八.其他知识点Chap.1基本方程&公式1.PN结的伏安特性方程2.二极管的直流电阻RD，动态电阻rd3.BJT电流iE、iB、iC关系4.FET夹断方程E-FET放大区电流-电压关系放大区电流-电压关系(增强型)放大区电流-电压关系(结型)放大电路及其性能表征

交流性能指标，

主要有三个：放大倍数、输入电阻、输出电阻2.放大电路的直流分析

目的(求Q点)、方法(图解/估算)；直流通路(偏置电路)、直流负载线3.放大电路的交流分析

基本放大电路的组成、分析方法(等效电路法)；五种基本组态放大电路分析及其性能；交流通路、交流负载线(图解法<动态范围>)、(截止/饱和)失真分析Chap.2放大电路分析基础1.必要性——合适的静态工作点，避免失真2.稳定性——典型静态工作点稳定电路3.计算Q点静态工作点Q，IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ静态工作点Q，UGSQ、IDQ、UDSQ一.静态工作点设置与计算221）直流偏置电路（即直流通路）要保证器件工作在放大状态。（判断发射结、集电结的偏置）2）交流通路中观察①信号能送入BJT②放大后信号能送到负载放大器能否正常工作取决于以下几点：pp.138习题：2.1，2.14二.晶体管电路能否正常放大的判断原则23RBRC+VCCuiuoT(a)VBBRBRC+VCCuiuoT(c)CRBRC+VCCuiuoT(b)解:(a)电路不能放大，基极没有偏置电路，克服方法可在电源和基极间加电阻解决。

(b)不能放大，除没有静态工作点外，交流信号输入时被电容短路了。克服放法是加偏置，并去掉电容。

(c)不能放大，交流时被VBB短路了，可以在VBB回路加电阻来解决。例:

放大电路如图，电路中的电容器对输入交流信号可视为短路，根据构成放大电路的原则，试说明下面的各种电路对交流信号有无放大作用，要说明其理由。

24RCRBTC1C2+VCCuiuo(d)RBRBVCCusuoT(e)TC2RCRBuiuoC1RLVCC(f)C3(d)没有基极电流,管子截止了。把基极电阻RB从电源改接到地。(e)不能放大，信号不能直接接管子的B-E之间，信号的负半周及小于导通电压的正半周均将截止。信号输入应加隔直电容。(f)偏置没有问题，但交流信号输入时管子的集电极对地短路，即输出对地短路。不能正常放大。讨论→放大器的正常工作判别1.直流通路→计算放大器的工作点→作用：建立放大器静态工作点的放大偏置电路。→当放大电路处于静态(us=0)时，直流电流流经的通路。→画法：①交流信号源置零（交流电压源短路，2.交流通路→分析和计算放大器的交流指标和动态特性→当放大电路处于动态(us≠0)时，交流电流流经的通路。→作用：求交流指标。→画法：①直流源置零（直流电压源短路，直流电流源开路）；②电容开路，电感短路（线圈电阻近似为0）交流电流源开路），但保留其内阻；③电抗极大的小电容、大电感开路。②电抗极小的大电容、小电感短路；三.直流通路和交流通路Early电压四.BJT和FET低频小信号等效模型①画出放大电路的直流通路→估算静态工作点；②画出放大电路的交流通路；③画出放大电路的交流等效电路→④根据放大电路的交流等效电路，计算放大电路的交流指标Au、Ri、Ro。在交流通路中，用三极管的

参数等效模型代替电路中的三极管。分析放大电路的原则：先静态，后动态1.BJT放大电路交流性能指标的计算步骤五.交流性能指标的计算①画出放大电路的直流通路→计算IDQ；②画出放大电路的交流通路；③画出放大电路的小信号等效电路→④根据放大电路的小信号等效电路及各参数定义→计算放大电路的交流指标Au/Aus

、Ri、Ro。在交流通路中，用MOSFET的小信号线性模型代替电路中的MOS管。计算小信号模型参数gm、rds；2.MOSFET电路分析的一般步骤五.交流性能指标的计算①由直流通路估算静态工作点；②由交流通路写出交流负载线方程；③计算最大不截止失真幅度UCE(cut)和最大不饱和失真幅度UCE(sat)④最大不失真输出电压的峰值、有效值和动态范围分别为→并在输出特性曲线平面上画出交流负载线；六.估算BJT放大电路动态范围的一般步骤分析→例1.

如图，已知=200，rbb’=100，图中电阻单位为，

试求：静态工作点ICQ，UCEQ；交流性能指标Au、Ri、Ro。例2.

如图，已知gm

=5mS，rds

→，试求：交流性能指标Au、Ri、Ro。分析→Ri

=RG+R1∥R2=5.04MRo=rdS∥RD≈20k例3.

图示为共基放大电路，UBE=0.7V，

＝100，rbb’=200所有电容均可视为交流短路。求Au、Ri、Ro。解题思路及分析→关键是求出IEQuo+-RLuiRCi例4.

晶体管的

＝60，rbb’=100

。(1)设Us＝10mV(有效值)，问Ui＝？Uo＝？(2)若C3开路，则Ui＝？Uo＝？分析关键是求出Ui→例5.

ICQ＝2mA，UCES＝0.6V。问：RL＝和RL＝3k时，电路的最大不失真输出电压各为多少伏？解题过程→绘制交流负载线，空载时，交直流负载线重合；带载时，交直流负载线不重合，(1)穿透电流的测量方法：

分析→基极开路，C、E间接+VCC时，C、E间流通的电流(2)某放大电路的直流通路如图所示，设UBE=0.7V，=50，求UO。小知识点(1)(1)BJT中多数载流子和少数载流子都参与导电，所以BJT称为双极型晶体三极管；FET中只有一种载流子参与导电，所以FET称为单极型晶体三极管；BJT为电流控制器件(CCCS)，FET为电压控制器件(VCCS)。小知识点(2)(2)在BJT放大电路中，直流电源作用主要有两个：1)为放大管提供合适的偏压及偏流；2)提供放大电路能量转换的来源。(3)CC放大电路的特点：1)AU≈1，输出与输入基本相等，且同相；2)输入电阻大；3)输出电阻小。(4)基极分压式偏置电路稳定Q点的稳定过程如下：T↑→IC↑→IE↑→UE↑而UB不变→UBE↓→IB↓→IC↓(1)常温下，杂质半导体中少子由本征激发而产生，多子主要由杂质原子而产生。(2)把PN结外加正向电压时导通、外加反向电压时截止的特性叫做单向导电性。(3)BJT工作在放大区的偏置条件是发射结正偏、集电结反偏。(4)为了反映放大电路各方面的性能，常分析的主要动态性能指标有：放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、最大不失真输出电压以及输出功率效率等。(5)对于由三极管组成的放大电路而言，就其输入回路和输出回路的公共端不同，可以组成共射(CE)、共集(CC)和共基(CB)三种组态基本放大电路。小知识点(3)(1)分析放大电路时，应遵循先静态后动态

的原则，求解静态工作点时应利用直流通路，求解动态参数时应利用交流通路。(2)放大电路中出现饱和失真和截止失真的原因是静态工作点不合理以及输入信号幅度大。(3)复合管的组成原则(4)……(5)……小知识点(4)Chap.2基本方程&公式1.交流性能指标2.小信号模型中的交流参数FET的跨导发射结动态电阻造成低频段增益下降的主要因素：电路中的外部电容(耦合电容、旁路电容等大电容)

造成高频段增益下降的主要因素：电路中的内部电容(PN结电容、分布电容等小电容)频率失真和非线性失真的异同：Chap.5放大电路的频率响应相同点→都表现为输出波形的畸变差异→非线性失真的输出信号中增加了新的频率成分频率失真的输出信号中没增加新的频率成分频率失真：不同频率的信号通过R、C、L等线性元件时，因增益随频率变化而导致的不同频率信号分量的放大倍数和相位延迟不同；输入信号的频率范围与放大电路通频带不符合。

非线性失真：信号通过电路中的非线性元件，如非线性区的BJT和MOS等而引起的。产生原因→等效电路增益表达式