模电复习知识点总结课件

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1、总的来说就是以三极管为核心，以集成运放为主线。 集成运放内部主要组成单元是差分输入级、电压放大级、功率放大级、偏置电路。 集成运放的两个不同工作状态：线性和非线性应用。 模拟电路主要就是围绕集成运放的内部结构、外部特性及应用、性能改善、工作电源产生、信号源产生等展开。,模拟电路知识体系,湖南科技大学信息与电气工程学院,主讲: 胡仕刚,第一章 绪 论,一、放大电路的表示方法,放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大。放大电路为双口网络，即一个信号输入口和一个信号输出口。,1.2 放大电路基本知识,1.放大倍数(增益)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

2、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。,1.3 放大电路的主要技术性能指标,（1）电压放大倍数定义为: AU=UO/UI,（2）电流放大倍数定义为: AI=IO/II,（3）互阻增益定义为: Ar=UO/II,（4）互导增益定义为: Ag=IO/UI,2. 输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电阻，决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小。,一般来说， Ri越大越好。 （1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。 （2）当信号源有内阻时， Ri越大， ui就越接近uS。,输入端,Ri,uS,RS,信号源,Au,输出端,3. 输出电阻Ro从放大电路输出端看进

3、 去的等效电阻。决定了放大电路带负载的能力。,uo,输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。,0,.,o,.,o,o,S,L,=,=,=,U,R,I,U,R,输出电阻的定义：,4. 通频带,通频带：,fBW=fHfL,放大倍数随频率变化曲线幅频特性曲线,f,A,Am,0.7Am,fL,下限截止频率,fH,上限截止频率,湖南科技大学信息与电气工程学院,主讲: 胡仕刚,第二章 运算放大器,开环电压放大倍数高(104-107)； 输入电阻高（约几百K）； 输出电阻低（约几百）； 漂移小、可靠性高、体积小、重量轻、价格低 。,电压传输特性,Vo=Avo(vp-

4、vN),3）开环输出电阻 ro0,2）差模输入电阻 rid,4）共模抑制比 KCMRR,理想运放及其分析依据 理想化条件：,1）开环电压放大倍数 Auo,理想运算放大器,理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性，这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为了保证线性运用，运放必须在闭环(负反馈）下工作。,理想运算放大器的特性,(1)虚短 由于运放的电压放大倍数很大，而运放的输出电压是有限的，一般在10 V14 V。因此运放的差模输入电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于 “短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。,“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入

5、端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。,(2)虚断,由于运放的差模输入电阻很大，一般都在1 M以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1 A，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。 “虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 下面举两个例子说明虚短和虚断的运用。,几种常见的基本运算电路,反相比例运算 同相比例运算 电压跟随器 加法电路 减法电路 积分电路,3 二极管及其基本电路,3.1 半导体的基本知识,3.3 半导体二

6、极管,3.4 二极管基本电路及其分析方法,3.5 特殊二极管,3.2 PN结的形成及特性,3.1.4 杂质半导体,在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。,N型半导体掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。,P型半导体掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。,3.2.1 载流子的漂移与扩散,漂移运动： 由电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。,扩散运动： 由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。,在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的

7、结合面上形成如下物理过程:,因浓度差 ,空间电荷区形成内电场, 内电场促使少子漂移, 内电场阻止多子扩散,最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。,多子的扩散运动,由杂质离子形成空间电荷区 ,3.2.2 PN结形成,PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流； PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。 由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。,3.2.3 PN结的单向导电性,PN结V-I 特性表达式,其中,PN结的伏安特性,IS 反向饱和电流,VT 温度的电压当量,且在常温下（T=300K）,当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN

8、结的反向击穿。,热击穿不可逆,3.2.4 PN结的反向击穿,一、PN 结的伏安方程,反向饱和电流10-8-10-14A,温度的 电压当量,电子电量,玻尔兹曼常数1.38*10-23J/K,当 T = 300(27C)：,VT = 26 mV,3.3.2 二极管的伏安特性,二、二极管的伏安特性,正向特性,Vth,死区 电压,iD = 0,Vth = 0.5 V,0.1 V,(硅管),(锗管),V Vth,iD 急剧上升,0 V Vth,VD(on) = (0.6 0.8) V,硅管 0.7 V,(0.2 0.4) V,锗管 0.3 V,反向特性,IS,V (BR),反向击穿,V(BR) V 0,

9、iD = IS, 0.1 A(硅),几十 A (锗),V U(BR) ,反向电流急剧增大,(反向击穿),3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法,1.二极管V-I 特性的建模,将指数模型 分段线性化，得到二极管特性的等效模型。,（4）小信号模型,vs =0 时, Q点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。,vs =Vmsint 时（VmVDD）, 将Q点附近小范围内的V-I 特性线性化，得到小信号模型，即以Q点为切点的一条直线。,过Q点的切线可以等效成一个微变电阻,即,根据,得Q点处的微变电导,则,常温下（T=300K）,（a）V-I特性 （b）电路模型,（a）V-I特性 （b）电路模型,(

10、2) 主要特点： (a) 正向特性同普通二极管 (b) 反向特性 较大的 I 较小的 U 工作在反向击穿状态。 在一定范围内，反向击穿 具有可逆性。,（一）稳压二极管,（3）主要参数 稳定电压：Uz 最小稳定电流：Izmin 最大稳定电流：Izmax,(1) 结构：面接触型硅二极管,上一页,下一页,返 回,下一节,上一节,(a) 图形符号 (b) 伏安特性,30,3.5 特殊二极管,湖南科技大学信息与电气工程学院,主讲: 胡仕刚,第四章 三极管及放大电路基础,半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。,(a) NPN型管结构示意图 (b) PNP型管结构示意图 (c)

11、 NPN管的电路符号 (d) PNP管的电路符号,三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。 外部条件：发射结正偏 集电结反偏,4.1.2 放大状态下BJT的工作原理,1. 内部载流子的传输过程,发射区：发射载流子 集电区：收集载流子 基区：传送和控制载流子 （以NPN为例）,由于三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。,IC= InC+ ICBO,IE=IB+ IC,放大状态下BJT中载流子的传输过程,2. 电流分配关系,根据传输过程可知,IC= InC+ ICBO,通常

12、 IC ICBO,IE=IB+ IC,放大状态下BJT中载流子的传输过程,且令,2. 电流分配关系,3. 三极管的三种组态,共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。,共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示；,共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；,BJT的三种组态,三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。 实现这一传输过程的两个条件是： （1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。 （2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。,4.1.3 BJT的V-I 特性曲线,iB=f(vBE) vCE=const,(2)

13、当vCE1V时， vCB= vCE - vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。,(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,1. 输入特性曲线,（以共射极放大电路为例）,共射极连接,饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE0.7V (硅管)。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。,iC=f(vCE) iB=const,2. 输出特性曲线,输出特性曲线的三个区域:,截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时， vBE小于死区电压。,放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距

14、。此时，发射结正偏，集电结反偏。,4.1.3 BJT的V-I 特性曲线,(1) 集电极最大允许电流ICM,(2) 集电极最大允许功率损耗PCM,PCM= ICVCE,极限参数,4.1.4 BJT的主要参数, V(BR)CEO基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。, 在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCiCRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。, 在输入特性曲线上，作出直线 ，两线的交点即是Q点，得到IBQ。,4.3.1 图解分析法,1. 静态工作点的图解分析, 根据vs的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出vBE 、 iB 的波形,2. 动态工作情况的图解

15、分析, 根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和vCE 的波形,2. 动态工作情况的图解分析,3. 静态工作点对波形失真的影响,截止失真的波形,饱和失真的波形,3. 静态工作点对波形失真的影响,4.3.2 小信号模型分析法,1. BJT的H参数及小信号模型,建立小信号模型的意义,建立小信号模型的思路,当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。,BJT的H参数及小信号模型, H参数的确定,rbe= rbb + (1+ ) re,其中对于低频小功率管 rbb200,则,重点掌握固定偏流射极电路和分压式射极电路,4.4.2 射极偏置电路,小信号模型等效电路法的步骤：,1. 首先利用图解法或近似估算法确定放大电路的静态工作点 Q 。 2. 求出静态工作点处的微变等效电路参数 和 rbe 。 3. 画出放大电路的微变等效电路。可先画出三极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交流通路。 4. 列出电路方程并求解。,三种组态的特点及用途,共射极放大电路： 电压和电流增益都大于1，输入电阻在三种组态