模拟电子技术 全套课件

主编冯守汉副主编唐敬权

理工分社

出版社ISBN978-7-5624-3115-2

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第1章半导体二极管及整流电路1.1PN结1.1.1半导体的导电特性硅和锗是制造半导体器件最常用的两种材料。1.1.2PN结及其特性如果在一块纯洁半导体(也称本征半导体)上用掺杂工艺使其一边形成P型半导体，另一边形成N型半导体，那么在这两局部的接触面上就会形成一个特殊的薄层，称为PN结。图1.1P型半导体和N型半导体载流子示意图〔a〕P型半导体〔b〕N型半导体〔1〕PN结的形成〔2〕PN结的单向导电特性图1.2PN结的形成过程1〕加正向电压促使PN结转化为导通状态。2〕加反向电压促使PN结转化为截止状态。1.2半导体二极管1.2.1二极管的结构、符号和型号晶体二极管实际上就是一个PN结，加上两根电极引线再封上管壳制成。1.2.2二极管的伏安特性二极管既然是由PN结制成的，它的特性就是PN结的特性，即具有单向导电性。〔1〕正向特性图1.3PN结单向导电原理〔a〕加正向电压导通〔b〕加反向电压不导通图1.4二极管的结构和符号图1.5二极管的伏安特性曲线〔2〕反向特性〔3〕反向击穿电压1.2.3二极管的主要参数二极管的参数是人们选择和使用二极管的依据。参数是生产厂家根据伏安特性曲线和有关性能测试决定的。〔1〕最大整流电流IF〔2〕最高反向工作电压URM〔3〕反向漏电流IS1.2.4二极管的检测在实际使用二极管前对二极管的极性和好坏必须有正确的认识与判断，否那么会造成电路不能正常工作，甚至会造成二极管及电路其他元件的损坏。〔1〕二极管正负极判断图1.6万用表检测二极管示意图〔2〕PN结好坏的判断1.2.5特殊半导体二极管〔1〕稳压二极管图1.7稳压二极管符号和特性〔a〕符号〔b〕典型稳压二极管的伏安特性图1.8稳压电路〔2〕光电二极管图1.9光电二极管的符号及特性〔3〕变容二极管〔4〕发光二极管图1.10变容二极管的符号图1.11发光二极管的符号1.3单相整流电路在现实生活和生产活动中，许多设备需要有直流电源供电，如收音机、音响、、电视机等家电产品，因为这类产品中大量使用各种半导体元件及由它们组成的各种电路。1.3.1单相半波整流电路〔1〕电路形成及工作原理图1.12单相半波整流电路图1.13半波整流波形图〔2〕输出电压Uo与输入电压U2的关系〔3〕选择整流二极管的原那么1.3.2单相桥式整流电路〔1〕电路形式及工作原理〔2〕输出直流电压与输入交流电压关系图1.14桥式整流电路图1.15桥式整流波形图〔3〕选择整流二极管的原那么图1.16〔a〕半桥堆电路及外形〔b〕全桥堆电路及外形1.4无源根本滤波电路整流电路输出的是脉动直流电，绝大多数场合仍不能直接使用，尤其是电子产品。1.4.1电容滤波电路〔1〕工作原理〔2〕电容滤波的特点〔3〕输出直流电压1〕桥式全波整流加电容滤波2〕半波整流加电容滤波图1.18电容滤波电路及其波形〔a〕电容滤波电路〔b〕接有负载的波形〔c〕负载开路时的波形〔4〕滤波电容选择1.4.2电感滤波〔1〕工作原理〔2〕电感滤波的特点1.4.3复式滤波电路图1.19电感滤波电路及其波形〔a〕电感滤波电路〔b〕电感滤波的波形图1.20复式滤波电路〔a〕Γ型〔b〕Γ型〔c〕π型〔d〕π型

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第2章半导体三极管及其放大电路2.1半导体三极管2.1.1三极管的结构、型号与符号图2.1晶体管结构示意图2.1.2三极管的电流放大作用〔1〕三极管制造工艺的根本要求〔2〕三极管在放大状态下必须外加的工作电压图2.2晶体管中载流子运动情况〔a〕载流子运动情况〔b〕电流运动情况1〕使发射结处在正向偏置〔简称正偏〕工作状态。2〕集电结处在反向偏置〔简称反偏〕工作状态。〔3〕三极管内部电流分配关系1〕发射区向基区注入电子形成射极电流IE。2〕电子在基区扩散与复合形成基极电流IB。3〕集电区收集电子形成集电极电流IC。4〕集电结反偏，少数载流子作漂移运动形成集电极反向电流ICBO。2.1.3三极管的特性、工作状态及接法〔1〕三极管的特性图2.3以e极为公共端的三极管图2.3以e极为公共端的三极管图2.4测量共发射伏安特性曲线的电路〔2〕三极管的三种工作状态1〕截止状态。当IB=0时三极管的状态称为截止状态。图2.5三极管输入特性曲线图2.6三极管输出特性曲线〔3〕三极管三个电极的作用1〕输入电极。2〕输出电极。〔4〕三极管的三种交流接法图2.7三极管的输入和输出回路图2.8三极管的三种交流接法2.1.4三极管的主要参数〔1〕三极管的命名〔2〕主要参数1〕共射交流电流放大系数β2〕集电极基极反向饱和电流ICBO。ICBO表示射极开路，集电结加上一定反向电压时的反向电流，如图2.9〔a〕所示。图2.9反向饱和电流3〕集电极-发射极间穿透电流ICEO。测量ICEO的电路如图2.9〔b〕所示。测量PNP管时电源E反接。4〕集电极-发射极间击穿电压U〔BR〕CEO。U〔BR〕CEO是指基极开路时，集电极和发射极间所能承受的最大反向电压。使用时，三极管的实际工作电压可按下式选取：5〕集电极最大允许电流ICM。ICM是指三极管在正常工作下,集电极允许流过的最大电流。当实际工作电流IC超过ICM时,β值将显著下降。假设IC超过ICM太多,那么会烧毁三极管。6〕集电极允许最大耗散功率PCM。PCM表示三极管允许消耗的最大功率。2.1.5温度对晶体管的影响2.1.6万用表检测三极管2.1.7特殊半导体三极管〔1〕光敏三极管〔2〕光电耦合器图2.10光敏三极管等效电路及符号〔a〕等效电路〔b〕符号图2.11光电耦合器〔1〕串联型偏置电路图2.12串联型偏置电路图2.13分压式偏置电路〔2〕分压式偏置电路〔3〕具有Re的直流偏置电路图2.14具有Re的分压式偏置电路2.2.2交流信号耦合电路图2.15阻容耦合交流放大电路图2.16电视机中放前置放大电路〔a〕一级预中放电路〔b〕直流电路〔c〕信号交流电路图2.17放大器各处电流电压波形图〔a〕共射电路〔b〕基极电流波形〔c〕集电极电流波形〔d〕管压降波形〔e〕输出电压波形放大电路的直流工作点是指放大器在无外加信号时，三极管各电极的电流及电压值，如发射极电流IE〔工程上常取IC≈IE〕、基极电流IB、各电极对地电位VB、VE、VC，发射结电压UCE和管压降UCE等。〔1〕有射极电阻的放大电路1〕先用万用表直流电压挡测量三极管射极对地电位VE。2〕用欧姆定律估算射极电流IE，因为图2.18分压式共射放大器3〕根据基尔霍夫回路电压法估算三极管的管压降UCE。〔2〕无射极电阻的放大电路图2.19无Re的放大电路2.3.2放大电路的交流参数及估算方法图2.21〔a〕共射放大器〔b〕射极输出器〔1〕放大器Uo和Ui的相位关系1〕共射放大电路的相位关系2〕射极输出器的相位关系图2.22三种接法电路的相位关系图〔a〕共射接法〔b〕共集接法〔c〕共基接法〔2〕放大器的输入电阻和输出电阻图2.23图2.21〔a〕求Ri、Ro的等效电路〔a〕交流等效电路〔b〕微变等效电路图2.24求解射极输出器Ri和Ro的等效电路〔a〕求Ri等效电路〔b〕求Ro等效电路〔3〕放大器的电压放大倍数2.4放大器的非线性失真放大器设计了合理的工作点后，当参加适当的输入信号时，例如输入正弦波信号，在输出端就可获得被放大Au倍的正弦波信号，如图2.17所示。2.4.1截止失真截止失真发生在b-e结组成的输入回路中。2.4.2饱和失真2.4.3双向失真图2.25典型共射放大电路图2.26交流等效电路图2.27IB=0时放大器截止失真情况图2.28饱和失真现象图2.29直流工作点与失真关系的波形图2.5多级放大电路2.5.1级间耦合方式为了把微弱的输入信号放大到足够大，必须把几个单级放大电路连接起来，使信号逐级放大，这就构成了多级放大电路。2.5.2多级放大电路指标估算〔1〕输入电阻Ri及输出电阻Ro图2.30多级放大器实例图2.31两级阻容耦合放大电路〔2〕电压放大倍数Au〔3〕放大倍数的分贝表示法2.6放大电路的频率特性2.6.1频率特性的概念由于放大器中有电容、电感等电抗元件和三极管自身的β值也随着频率而变化,而输入到放大器的信号往往都不是单一频率的信号〔如声音的频率范围为几十~几万Hz〕,所以,同一个放大器的输出信号不仅幅度不同,相位也会发生变化。下面以图2.32〔a〕RC电路说明频率特性的含义。2.6.2共射放大电路的频率特性图2.32RC电路的频率特性〔a〕RC相位超前电路〔b〕高频时矢量图〔c〕低频时矢量图图2.33单级共射放大器的频率特性〔a〕幅频特性〔b〕相频特性图2.34阻容耦合放大器图2.35图2.34的低频等效电路图2.36C1所在交流等效电路图2.37Ce所在交流等效电路〔1〕放大器的低频特性与耦合电容的选择〔2〕放大电路的高频特性与三极管频率参数的选择图2.38图2.34的高频等效电路2.6.3多级放大电路的频率特性图2.39两级放大器的幅频特性

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第3章反响与集成运算放大器3.1集成运算放大器3.1.1差动放大器〔1〕放大器的直接耦合与零点漂移〔2〕差动放大器1〕根本差动放大器的电路结构2〕抑制零点漂移ΔUo=ΔUc1-Δuc2=0图3.1两管直接耦合放大器图3.2零点漂移现象图3.3根本差动放大器图3.4具有Re的差动放大器及符号〔a〕双入-单出差动电路〔b〕双入-单出符号图3.5集成运算放大器电路组成图3.6集成运放器的符号及管脚〔a〕集成运放符号〔b〕集成运放管脚排列2〕开环输入电阻〔差模输入电阻〕rid3〕开环输出电阻rod4〕最大输出电压UOP-P5〕输入失调电压UIo6〕共模抑制比KCMRR7〕截止频率fn3.2反馈电路3.2.1反响的根本概念〔1〕正反响和负反响〔2〕交直流反响〔3〕电压电流反响〔4〕串并联反响图3.7图3.8双管直接耦合放大器3.2.2反响放大电路的一般表达方式〔1〕方框图图3.9负反响放大器方框图〔2〕反响的一般表达式3.2.3负反响对放大器性能的影响〔1〕稳定直流工作点〔2〕提高放大倍数的稳定度〔3〕展宽通频带〔4〕减小非线性失真和抑制干扰〔5〕负反响能改变放大器的输入电阻和输出电阻图3.10放大器的幅频特性1〕对输入电阻的影响图3.11负反响对输出电阻和输入电阻的影响(a)电压串联负反响(b)电流并联负反响2〕对输出电阻的影响3.2.4负反响应用举例1〕从电路结构分析，这是电流串联负反响电路。图3.12电压—电流转换电路2〕电压—电流转换原理3.3集成运算放大器的应用由本章第一节讨论知道，集成运算放大器是一个集成的多级直接耦合放大电路，它具有开环增益高、输入阻抗大、输出电阻小，且体积小、功耗低、价格低廉、工作可靠、使用方便灵活、通用性好等特点，因此，它的应用非常广泛，它不仅可以用作信号放大、模拟信号的运算、处理和变换，还可以用来产生各种波形信号。3.3.1理想运算放大器的虚短和虚断的概念3.3.2比例运算电路〔1〕反相输入比例运算电路图3.13运算放大器“虚短〞与“虚断〞示意图〔2〕同相输入比例运算电路图3.14〔a〕同相输入比例运算电路〔b〕电压跟随器3.3.5积分运算电路图3.18积分电路及波形分析〔a〕积分电路〔b〕波形图3.3.6微分运算电路图3.19微分运算电路及波形〔a〕微分电路〔b〕波形图3.3.7集成运放的其他应用〔1〕有源滤波电路图3.20RC滤波电路及幅频特性图3.21低通有源滤波电路〔2〕有源整流电路〔3〕电压、电流转换电路1〕电流—电压转换。图3.22有源高通滤波电路及幅频特性图3.23有源半波整流电路和波形图3.24电流—电压转换电路2〕电压—电流转换图3.25电压—电流转换电路图3.26CF741交流放大电路

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第4章波形发生电路4.1波形发生电路的组成4.1.1波形的分类〔1〕信号的概念〔2〕正弦波信号和非正弦波信号4.1.2波形发生电路的根本组成〔1〕正弦波信号发生电路1〕正弦波振荡电路的组成2〕正弦波振荡电路的种类、特点及用途①RC振荡电路。②LC振荡电路。③石英晶体振荡电路。〔2〕非正弦波信号发生电路4.2正弦波振荡电路4.2.1振荡的根本条件图4.1〔1〕幅值平衡条件〔2〕相位平衡条件〔3〕幅值起振条件4.2.2LC正弦波振荡电路〔1〕LC并联网络的选频特性1〕定性分析2〕求谐振频率图4.23〕频率特性〔2〕变压器反响式振荡电路1〕电路根本组成2〕反响网络与相位平衡条件图4.4图4.33〕选频网络与谐振频率4〕电路特点〔3〕电感三点式振荡电路1〕电路根本组成2〕反响网络与相位平衡条件3〕选频网络与谐振频率图4.64〕电路特点〔4〕电容三点式振荡电路1〕电路根本组成图4.72〕反响网络与相位平衡条件3〕选频网络与谐振频率4〕电路特点5〕电容三点式改进型电路〔5〕LC振荡电路的读图方法1〕分析电路的根本结构图4.8图4.92〕确认反响网络并分析相位平衡条件3〕确认选频网络并分析谐振频率4.2.3RC正弦波振荡电路1〕电路组成2〕RC串并联网络的频率特性图4.10图4.113〕电路的振荡频率和起振条件4〕负反响支路的作用4.3石英晶体振荡电路图4.124.3.1石英晶体〔1〕石英晶体的结构与符号〔2〕石英晶体的压电效应图4.13〔3〕石英晶体的等效电路图4.14图4.15图4.16〔2〕ICL8038内部结构及引脚功能〔3〕ICL8038组成的多功能信号发生器图4.17ICL8038的内部结构图图4.18ICL8038的引脚排列图图4.19由8038构成的多功能信号发生器电路

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第5章模拟集成电子电路及应用5.1模拟集成电路的根本知识5.1.1模拟集成电路的特点集成电路〔IntegratedCircuit,IC〕是指通过一系列特定的加工工艺，将多个三极管、二极管等有源器件和电阻、电容等无源器件，按照特定的电路集成在一块半导体单晶片或陶瓷等基片上，作为一个不可分割的整体执行某一特定功能的电路组件。5.1.2集成电路及模拟集成电路的分类〔1〕按器件结构类型分类〔2〕按集成电路规模分类〔3〕按结构形式分类〔4〕按电路的功能分类5.2功率放大器5.2.1功率放大器的作用及特点〔1〕输出功率〔2〕转换效率〔3〕非线性失真〔4〕工作状态1〕甲类功放2〕乙类功放3〕甲乙类功放5.2.2功率放大器的根本分类〔1〕OCL功率放大器1〕根本电路形式及特点2〕工作原理〔2〕OTL功率放大器1〕根本电路形式及特点图5.1功率放大电路中功放管电流波形〔a〕甲类功放〔b〕乙类功放〔c〕甲乙类功放图5.2OCL原理电路图5.3交越失真图5.4消除交越失真常用的直流偏置电路2〕工作原理〔3〕BTL功率放大器〔4〕准互补对称功率放大电路5.3集成功率放大器图5.5OTL原理电路图5.6BTL电路工作原理图5.7复合管结构及等效晶体管〔a〕等效NPN管；〔b〕等效NPN管；〔c〕等效PNP管〔d〕等效PNP管；〔e〕错误接法图5.8准互补对称功率放大电路图5.9××4100系列外形与引脚功能1—输出；2—电源地；3—基片地；4、5—消振；6—负反响〔对1脚〕；7、11—空脚；8—正反响〔对1脚〕；9—输入；10—纹波抑制；12—前级电源；13—接自举电容；14—电源图5.102030系列功放集成电路外引脚排列功率放大器是集成模拟放大器中应用较为成熟而普遍的器件，使用时外接元件少，安装和维修方便，已被广泛应用在音像产品和直流伺服系统中。〔1〕SD4100集成功率放大器的应用图5.11图5.12傻瓜158模块的外形及典型应用2〕傻瓜275功放模块图5.13傻瓜275模块外形及其典型应用3〕傻瓜1006功放模块图5.14傻瓜1006功放模块的外形及接线5.4稳压电源一个完整的直流电源由整流、滤波和稳压三局部电路组成，如图5.15所示。5.4.1稳压管稳压电路图5.15直流电源电路组成图5.16硅稳压管稳压电路5.4.2线性稳压电路〔1〕电路结构〔2〕稳压原理图5.17线性稳压电路及其框图〔a〕电路〔b〕框图〔3〕输出电压调节5.5线性集成稳压电源由图5.17〔a〕可知，如果把稳压电路的元件都集成到一个芯片上，那么，线性稳压电路对外有三个端线——输入端、输出端和公共端。5.5.1固定式三端稳压器的型号〔1〕三端式稳压器外形〔2〕三端集成稳压器型号5.5.2可调式三端集成稳压器5.5.3三端式集成稳压器的应用图5.18常见三端集成稳压器外形图5.19W317外形图管串联在Ui和Uo之间，负载电流全部流过调整管，功耗大，效率不高。图5.20固定式稳压电路图5.21可调式稳压电路图5.22BAF033内部电路及应用〔a〕BAF033内部电路〔b〕BAF033应用电路

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第6章场效应管及其应用场效应管是一种较新型的半导体器件，其外形与双极型三极管相似，但控制特性却不同，它是利用电场效应来控制输出电流的，所以是电压控制型器件，并以此命名。6.1场效应管根据结构的不同，场效应管可分为结型场效应管〔JFET〕和绝缘栅场效应管〔IGFET〕两种类型，每类又按导电沟道的不同，有N沟道和P沟道之分。6.1.1N沟道结型场效应管〔1〕结构及符号图6.1N沟道结型场效应管〔a〕结构示意图〔b〕电路符号〔2〕工作特性1〕工作原理2〕特性曲线①输出特性曲线。②转移特性曲线。3〕主要参数图6.3N沟道结型场效应管的特性曲线〔a〕输出特性曲线〔b〕转移特性曲线6.1.2N沟道耗尽型绝缘栅场效应管〔1〕结构及符号图6.4N沟道耗尽型MOS管〔a〕结构示意图〔b〕电路符号〔2〕工作特性1〕工作原理2〕特性曲线图6.5耗尽型NMOS管的特性曲线〔a〕输出特性曲线〔b〕转移特性曲线3〕主要参数6.1.3各种场效应管的符号及工作特性汇总6.2场效应管放大电路场效应管工作在恒流区时，能实现信号的控制作用，所以其主要应用就是组成放大电路。和三极管放大电路一样，场效应管放大电路也需要有一个适宜而稳定的静态工作点。6.2.1场效应管直流偏置电路的设置原那么场效应管是电压控制型器件，所以它只需要适宜的栅极电压，而不需要输入电流。6.2.2场效应管放大电路介绍〔1〕自生偏压电路放大器〔2〕分压电路放大器1〕静态分析图6.6自生偏压共源放大器图6.7分压电路共源放大器2〕动态分析图6.8分压电路共源放大器的微变等效电路6.2.3使用MOS场效应管本卷须知6.2.4场效应管应用电路