模電教材一至九章 從半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用電路到模擬電子技術(shù)在實際中的應(yīng)用【行業(yè)優(yōu)課】

1、本章重點內(nèi)容 l PN結(jié)及其單向?qū)щ娞匦?l 半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線 l 二極管在實際中的應(yīng)用,1.1 PN結(jié),1.1.1 本征半導(dǎo)體,a）硅和鍺原子的簡化結(jié)構(gòu)模型 (b)晶體的共價鍵結(jié)構(gòu)及電子空穴對的產(chǎn)生 圖 1.1硅、鍺原子結(jié)構(gòu)模型及共價鍵結(jié)構(gòu)示意圖,第1章半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用電路,1,古柏文書,1.1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體,1N型半導(dǎo)體,2P型半導(dǎo)體,圖1.2 N型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu),2,古柏文書,圖1.3 P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu),3. PN結(jié)的形成,圖1.4 PN結(jié)的形成,3,古柏文書,4 PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?(1) PN結(jié)的正向?qū)ㄌ匦?a) 正向偏置 （b）反向偏置 圖1.5 PN結(jié)的導(dǎo)電特性

2、,2) PN結(jié)的反向截止特性,1.2 半導(dǎo)體二極管,1.2.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)及其在電路中的符號,4,古柏文書,a） 結(jié)構(gòu) （b）電路符號 （c）實物外形 圖1.6 二極管結(jié)構(gòu)、符號及外形,1.2.2 半導(dǎo)體二極管的伏安特性,5,古柏文書,1正向特性,2反向特性,3反向擊穿特性,4溫度對特性的影響,1.2.3 半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù),1最大整流電流IF,2最大反向工作電壓URM,3反向飽和電流IR,4二極管的直流電阻R,5最高工作頻率fM,1.2.4 半導(dǎo)體二極管的命名及分類,1半導(dǎo)體二極管的命名方法,6,古柏文書,圖1.8 半導(dǎo)體器件的型號組成,2半導(dǎo)體二極管的分類,1.2.5 二極管的

3、判別及使用注意事項,1二極管的判別（用萬用表進行檢測） （1）二極管正、負極性及好壞的判斷,2）二極管好壞的判別,3）硅二極管和鍺二極管的判斷,4）普通二極管和穩(wěn)壓管的判別,7,古柏文書,2二極管使用注意事項,1.3 幾種常用的特殊二極管,1.3.1 穩(wěn)壓二極管 1穩(wěn)壓二極管的工作特性,a) 伏安特性 （b）符號 圖1.9 穩(wěn)壓二極管的特性曲線和符號,8,古柏文書,2.穩(wěn)壓管的主要參數(shù),1.3.2 發(fā)光二極管,1普通發(fā)光二極管,2紅外線發(fā)光二極管,3激光二極管,1.1.3 光電二極管,1.3.4 變?nèi)荻O管,a) 壓控特性曲線 (b) 電路符號 圖1.12 變?nèi)荻O管的壓控特性曲線和電路符號,

4、9,古柏文書,1.4 半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用,1.4.1 整流,1.4.2 鉗位,1.4.3 限幅,a）限幅電路 （b）波形 圖1.14 二極管限幅電路及波形,10,古柏文書,4. 電路中的元件保護,11,古柏文書,本章重點內(nèi)容 l 晶體三極管的放大原理、輸入特性曲線、輸出特性曲線 l 基本放大電路的工作原理及放大電路的三種基本偏置方式 l 利用估算法求靜態(tài)工作點 l 微變等效電路及其分析方法 l 三種基本放大電路的性能、特點,2.1 半導(dǎo)體三極管,2.1.1 三極管的結(jié)構(gòu)及分類,1三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其在電路中的符號,第2章 半導(dǎo)體三極管及其放大電路,12,古柏文書,a) NPN (b) PNP

5、圖2.1 三極管的結(jié)構(gòu)示意圖及其在電路中的符號,2三極管的分類,2.1.2 三極管的放大作用,1三極管放大時必須的內(nèi)部條件,13,古柏文書,2三極管放大時必須的外部條件,3三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程,3）電子被集電區(qū)收集的過程,1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子的過程,2）電子在基區(qū)的擴散和復(fù)合過程,14,古柏文書,4三極管電流放大作用的進一步理解,表2.1 IB、IC、IE的實驗數(shù)據(jù),2.1.3 三極管的特性曲線,1輸入特性曲線,15,古柏文書,2輸出特性曲線,1)放大區(qū),2) 飽和區(qū),3) 截止區(qū),2.1.4 三極管正常工作時的主要特點,1三極管工作于放大狀態(tài)的條件及特點,2三極管工作于飽和狀態(tài)的條

6、件及特點,3三極管工作于截止狀態(tài)時的條件及特點,2.1.5 特殊晶體管簡介,1光電三極管,16,古柏文書,a）等效電路 （b）電路符號 （c）LED+光電三極管 （d）LED+光電池 圖2.4 光電三極管的等效電路與電路符號 圖2.5 光電耦合器電路符號,2光電耦合器,3晶閘管,1）單向晶閘管,A. 內(nèi)部結(jié)構(gòu),17,古柏文書,B. 工作原理,a） (b) (c,圖2.6 單向晶閘管外形及電路符號,a) 內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 (b) 分解圖 （c）等效電路 圖2. 7 晶閘管內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其等效電路,18,古柏文書,A. 判定晶閘管的電極,B. 檢測量晶閘管的導(dǎo)通情況,2）雙向晶閘管 雙向晶閘管的結(jié)構(gòu),a

7、) (b) 圖2.8 雙向晶閘管外形及電路符號,雙向晶閘管的測量,19,古柏文書,2.1.6 三極管的主要參數(shù),1電流放大系數(shù),2反向飽和電流ICBO,3穿透電流ICEO,4集電極最大允許電流ICM,5集電極、發(fā)射極間的擊穿電壓UCEO,6集電極最大耗散功率PCM,2.1.7 三極管的檢測與代換,1國產(chǎn)三極管的命名方法簡介,2三極管三個電極（管腳）的估測,20,古柏文書,a) (b) (c) 圖2.10 三極管引腳識別示意圖,3南韓、日本三極管介紹,4彩電和彩顯行輸出管簡介,5三極管好壞的判別,6三極管的代換原則,21,古柏文書,2.2 三極管基本放大電路及其分析方法,2.2.1 放大的基本概

8、念,2.2.2 三極管在實際應(yīng)用中的三種放大電路形式,2.2.3 放大電路的組成,1. 基本放大電路的組成原則,2. 放大電路的組成及各元件的作用,2.2.4 放大電路的兩種狀態(tài)靜態(tài)和動態(tài),a）直流通路 （b）交流通路 圖2.13 直流、交流通路,22,古柏文書,2.2.5 基本放大電路的工作過程,圖2.14 基本放大電路的工作波形,23,古柏文書,2.3. 放大電路常用的直流偏置電路,2.3.1 固定式直流偏置電路,2.3.2 分壓式電流負反饋偏置電路,圖2.15 分壓式電流反饋式偏置電路,1工作點穩(wěn)定過程,1）由基極電阻R1、R2分壓而得到固定的基極電位UB。設(shè)圖2.15中流過R1、R2的

9、電流分別為I1、I2，則 （2）利用發(fā)射極電阻Re的電流負反饋作用穩(wěn)定靜態(tài)工作點,24,古柏文書,2電容Ce的作用,2.3.3 恒流源偏置電路,25,古柏文書,a）威爾遜恒流源 （b）小電流恒流源 （c）改變射極電阻比獲得不同 輸出電流的恒流源 圖2.17 改進型恒流源電路,2.4 放大電路的三種基本分析方法,2.4.1靜態(tài)工作點估算法,26,古柏文書,1）畫出放大電路的直流通路 （2）由直流通路列出輸入回路和輸出回路方程，代入方程，分別求出IBQ、ICQ、UCEQ,例1 估算圖2.18所示放大電路的靜態(tài)工作點，設(shè)VCC=12V，Rc=3k，RB=280k，=50,a） （b） 圖2.18,2

10、7,古柏文書,2.4.2 放大電路的圖解分析法,1用圖解法確定靜態(tài)工作點的步驟： （1）在ic、uce平面坐標上作出晶體管的輸出特性曲線。 （2）根據(jù)直流通路列出放大電路直流輸出回路的電壓方程式：UCE = VCCICRC （3）根據(jù)電壓方程式，在輸出特性曲線所在坐標平面上作直流負載線。因為兩點可決定一條直線，所以分別?。↖C=0，UCE=VCC）和（UCE=0，IC=EC/Rc）兩點，這兩點也就是橫軸和縱軸的截距，連接兩點，便得到直流負載線。 （4）根據(jù)直流通路中的輸入回路方程求出IBQ。 （5）找出IB = IBQ這一條輸出特性曲線，該曲線與直流負載線的交點即為Q點（靜態(tài)工作點），該Q點直

11、觀地反映了靜態(tài)工作點（IBQ、ICQ、UCQ）的三個值。即為所求靜態(tài)工作點的值,28,古柏文書,a）電路圖 （b）特性曲線 圖2.19 例2電路圖,2電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響,1）Rb對Q點的影響 （2）Rc對Q點的影響,29,古柏文書,圖2.20 電路參數(shù)對Q點的影響,30,古柏文書,3）VCC對Q點的影響,2.4.3 放大電路的微變等效電路分析法,1三極管的微變等效電路 ( 三極管輸入端be間和輸出端ce間的微變等效電路 ) （1）三極管輸入端（be）間的微變等效電路,b,e,ic,uce,ib,ube,c,iC,ib,uce,rbe,ube,ib,a,b) 圖2.21 三極管的微變等效

12、電路,2）三極管輸出端（ce）間的微變等效電路,2放大電路的微變等效電路,第一， 根據(jù)放大電路畫出交流通路。 用三極管的微變等效電路代替交流通路中的三極管，畫出放大電路的微變等效電路,31,古柏文書,a）放大電路,圖2.22 放大電路的微變等效電路,b）交流通路 （c）微變等效電路,32,古柏文書,2.5 放大電路的動態(tài)性能指標及分析,2.5.1 放大電路的動態(tài)性能指標,1放大倍數(shù),2輸入電阻ri,圖2.23 放大電路的方框圖,33,古柏文書,3輸出電阻ro,2.5.2 放大電路性能指標估算的方法、步驟 1. 在放大電路靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)靜態(tài)工作點的數(shù)值及相關(guān)公式，求出rbe。 2. 畫

13、出放大電路的微變等效電路。 3. 根據(jù)微變等效電路及Au、ri、ro的定義式，分別求出Au、ri、ro。 2.5.3 共 射放大電路基本動態(tài)參數(shù)的估算,1. 電壓放大倍數(shù),2源電壓放大倍數(shù)Aus,3輸入電阻ri,4. 輸出電阻ro,2.5.4 共集電極、共基極放大電路,1共集電極放大電路,34,古柏文書,a) 典型電路 ( b) 交流通路 圖 2.25 共集電極電路,1）靜態(tài)工作點的估算,2）動態(tài)分析,2共基極電路,35,古柏文書,a) 電路圖 (b) 交流通路 圖2.27 共基放大電路,1）靜態(tài)分析,36,古柏文書,2）動態(tài)分析,電壓放大倍數(shù)Au,輸入電阻ri,輸出電阻ro,2.6 三種基本

14、放大電路的比較,2.7 多級放大電路,37,古柏文書,2.7.1多級放大電路的組成,圖2.29 多級放大電路的結(jié)構(gòu)框圖,2.7.2 多級放大電路的耦合方式,1）保證信號在級與級之間能夠順利地傳輸； （2）耦合后，多級放大電路的性能必須滿足實際的要求。 為了滿耦合后，各級電路仍具有合適的靜態(tài)工作點,2.7.3 阻容耦合,38,古柏文書,圖2.30 兩級阻容耦合放大電路,1）優(yōu)點：因電容具有“隔直”作用，所以各級電路的靜態(tài)工作點相互獨立，互不影響。這給放大電路的分析、設(shè)計和調(diào)試帶來了很大的方便。此外，還具有體積小、重量輕等優(yōu)點,2）缺點：因電容對交流信號具有一定的容抗，在信號傳輸過程中，會受到一定

15、的衰減。尤其對于變化緩慢的信號容抗很大，不便于傳輸。此外，在集成電路中，制造大容量的電容很困難，所以這種耦合方式下的多級放大電路不便于集成,2.7.4 直接耦合,39,古柏文書,1優(yōu)點：既可以放大交流信號，也可以放大變化非常緩慢（直流）的信號；電路簡單，便于集成，所以集成電路中多采用這種耦合方式。 2 缺點：存在著各級靜態(tài)工作點相互牽制和零點漂移這兩個問題。（第5章將討論零點漂移問題,2.7.5 變壓器耦合,1）優(yōu)點：因變壓器不能傳輸直流信號，只能傳輸交流信號和進行阻抗變換，所以，各級電路的靜態(tài)工作點相互獨立，互不影響。改變變壓器的匝數(shù)比，容易實現(xiàn)阻抗變換，因而容易獲得較大的輸出功率,2）缺點

16、：變壓器體積大而重，不便于集成。同時頻率特性差，也不能傳送直流和變化非常緩慢的信號,40,古柏文書,2.7.6 組合放大電路,1共發(fā)共基組合放大電路,41,古柏文書,2共集-共發(fā)組合放大電路,1）電壓放大倍數(shù),2）輸入電阻,3）輸出電阻,思 考 題 1、 基本放大電路由哪些必不可少的部分組成？各元件有什么作用？ 2、 試畫出PNP型三極管的基本放大電路，并注明電源的實際極性，以及各電極實際電流方向。 3、 三極管具有放大作用的內(nèi)部條件和外部條件各是什么？ 4、 為什么說三極管放大作用的本質(zhì)是電流控制作用？如何用三極管的電流分配關(guān)系來說明它的控制作用？ 5、 試在特性曲線上指出三極管的三個工作區(qū)

17、：放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)。 6、 三極管發(fā)射極與集電極對調(diào)使用時，放大作用將如何？ 7、 在哪些情況下，工作點沿直流負載線移動？在哪些情況下，工作點沿交流負載線移動？實際上工作點有沒有可能到達交流負載線的上頂端和下頂端？為什么？ 試分析電流負反饋偏置電路中，射極電阻Re和它的并聯(lián)電容Ce的作用原理,42,古柏文書,本章重點: l 結(jié)型、絕緣柵型場效應(yīng)管的工作原理、輸出特性、轉(zhuǎn)移特性及主要參數(shù) l 共源、共漏極放大電路的工作原理 場效應(yīng)管的偏置方式及靜態(tài)工作點的求法,3.1 概述,3.1.1 場效應(yīng)管的特點,3.1.2 場效應(yīng)管的分類,3.1.3 場效應(yīng)管與晶體三極管的比較,3.2場效應(yīng)管,3.

18、2.1 結(jié)型場效應(yīng)管,1 結(jié)構(gòu),第3章 場效應(yīng)管及其放大電路,43,古柏文書,c） N溝道,a） N型溝道 （b）P型溝道 （d）P溝道,圖3.1 結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號,2. 結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理,a）uGS=0,uDS=0時的情況 （b）uGS=0,uDS|VP|時的情況,44,古柏文書,c）uGS=0,uDS=|VP|時的情況 （d）uGS=0,uDS|VP|時的情況 圖3.2 改變uDS時結(jié)型場效應(yīng)導(dǎo)電溝道的變化,a）UGs=0時 （b）uGSVP時溝道被夾斷 圖3.3,45,古柏文書,3. 結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線,1）轉(zhuǎn)移特性,2）輸出特性,圖3.5 N溝道結(jié)型場效應(yīng)管輸出

19、特性曲線,46,古柏文書,可變電阻區(qū)：當漏源電壓uDS很小時，場效應(yīng)管工作于該區(qū)。此時，導(dǎo)電溝道暢通，場效應(yīng)管的漏源之間相當于一個電阻一。在柵、源電壓uGS一定時，溝道電阻也一定，iD隨uGS增大而線性增大。但當柵源電壓變化時，特性曲線的斜率也隨之發(fā)生變化?？梢钥闯?，柵源電壓uDS無關(guān)，我們稱這個區(qū)域為恒流區(qū)，也稱為放大區(qū)。在恒流區(qū)，iD主要由柵源電壓uGS決定。 恒流區(qū)：隨著uDS增大到一定程度，iD的增加變慢，以后iD基本恒定，而與漏源電壓uDS無關(guān)，我們稱這個區(qū)域為恒流區(qū)，也稱為放大區(qū)。在恒流區(qū)，iD主要由柵源電壓uGS決定。 擊穿區(qū)：如果繼續(xù)增大uDS到一定值后，漏、源極之間會發(fā)生擊穿

20、，漏極電流iD急劇上升，若不加以限制，管子就會損壞。 夾斷區(qū)：當uGS負值增加到夾斷電壓uGS（off）后，iD0，場效應(yīng)管截止,3.2.2 絕緣柵型場效應(yīng)管,1. 增強型絕緣柵場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理 (1) 結(jié)構(gòu)及符號,47,古柏文書,g,襯底引線,d,g,s,SiO2,P型硅襯底,N,N,d,s,d,s,g,a）N溝道結(jié)構(gòu)圖 （b）N溝道符號圖 （c）P溝道符號,圖3.6 增強型MOS管結(jié)構(gòu)及符號圖,2) 工作原理,3) 特性曲線,48,古柏文書,圖3.8 N溝道增強型場效應(yīng)管特性曲線,a) 轉(zhuǎn)移特性 （b）輸出特性,3.2.3 耗盡型絕緣柵場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理,a）N溝道結(jié)構(gòu)圖 (

21、b)N溝道符號 (c)P溝道符號,圖3.9 耗盡型MOS管結(jié)構(gòu)及符號圖,49,古柏文書,a）轉(zhuǎn)移特性 （b）輸出特性,圖3.10 N溝道耗盡型場效應(yīng)管特性曲線,3.3 場效應(yīng)管的主要參數(shù),1、 夾斷電壓UGS(off)：實質(zhì)上是使iD0時所需的uGS值。 2、 飽和漏電流IDSS 在uGS0的情況下，當uDS |VP|時的漏極電流稱為飽和漏電流，通常令uDS=10V，uGS0V時測出的iD就是IDSS,3 低頻互導(dǎo)（跨導(dǎo)）gm,4 最大耗散功率PDM,50,古柏文書,3.4 場效應(yīng)管的檢測及使用注意事項,3.4.1 場效應(yīng)管的檢測,1管腳的判別,2質(zhì)量判定,3.4.2 場效應(yīng)管使用注意事項,1

22、、 MOS管柵、源極之間的電阻很高，使得柵極的感應(yīng)電荷不易泄放，因極間電容很小，幫會造成電壓過高使絕緣層擊穿。因此，保存MOS管應(yīng)使三個電極短接，避免柵極懸空。焊接時，電烙鐵的外殼應(yīng)良好地接地，或燒熱電烙鐵后切斷電源再焊。 2、 有些場效應(yīng)晶體管將襯底引出，故有4個管腳，這種管子漏極與源極可互換使用。但有些場效應(yīng)晶體管在內(nèi)部已將襯底與源極接在一起，只引出3個電極，這種管子的漏極與源極不能互換。 3、 使用場效應(yīng)管時各極必須加正確的工作電壓。 4、 在使用場效應(yīng)管時，要注意漏、源電壓、漏源電流及耗散功率等，不要超過規(guī)定的最大允許值,51,古柏文書,3.5 場效應(yīng)管放大電路,3.5.1 場效應(yīng)管的

23、直流偏置電路及靜態(tài)分析,1直流偏置電路,1）自偏壓電路,a）自偏壓電路 (b)分壓式自偏壓電路,圖3.11 場效應(yīng)管的偏壓電路,2）分壓式自偏壓電路,52,古柏文書,2靜態(tài)工作點的確定,1）在輸出特性上作直流負載線,2）作負載轉(zhuǎn)移特性,3）作源極負載線,4）確定靜態(tài)工作點Q,5）轉(zhuǎn)移特性和輸出特性上求出Q點所對應(yīng)的電壓電流值：uGS0.7V，iD0.37mA，uDS9V,3.5.2 場效應(yīng)管放大器的微變等效電路分析法,1場效應(yīng)管的等效電路,a)場效應(yīng)管在共源接法時的雙口網(wǎng)絡(luò) （b）低頻等效電路,圖3.12 場效應(yīng)管微變等效電路,53,古柏文書,2、應(yīng)用微變等效電路法分析場效應(yīng)管放大電路,a)

24、電路圖 （b）微變等效電路,圖3.13 共源極電路及其微變等效電路,1） 大倍數(shù)電壓放,2 入電阻,3 輸出電阻,3三種基本放大電路的性能比較,54,古柏文書,思 考 題 1、考慮P溝道結(jié)型場效應(yīng)管對電源極性的要求，試畫出由這種類型管子組成的共源放大電路。 2、增強型MOS管能否使用自給柵偏壓偏置電路來設(shè)置靜態(tài)工作點？ 3、試畫出自給柵偏壓共源放大電路的微變等效電路，并寫出Au、ri、ro的表達式。 4、試在具有四象限的直角坐標上分別畫出各種類型場效應(yīng)管（包括N溝道、P溝道MOS增強型和耗盡型，JFET P溝道、N溝道耗盡型）的轉(zhuǎn)移特性示意圖，并標明各自的開啟電壓或夾斷電壓。 5、增強型場效應(yīng)

25、管能否用自偏壓的方法來設(shè)置靜態(tài)工作點，試說明理由,思考題與練習(xí)題,55,古柏文書,本章重點: l 反饋極性、類型的判斷 l 負反饋對電路性能的影響 l 深度負反饋電路的估算,4.1 反饋的定義及概念,a)射極輸出器 (b)靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路,圖4.1 兩種放大電路中的反饋,第4章 負反饋放大電路,56,古柏文書,4.2 負反饋放大電路的基本關(guān)系式,圖4.2 反饋放大電路方框圖,4.3 反饋的分類與判別,4.3.1 反饋的分類,4.3.2 正反饋與負反饋的判別,57,古柏文書,a) (b,c) (d,圖4.3 反饋極性的判別,58,古柏文書,4.3.3 交流反饋與直流反饋的判別,Cf,Ui,R2

26、,Rf,R1,a) (b,圖4.4 交流反饋與直流反饋,4.3.4 電壓反饋與電流反饋的判別,59,古柏文書,a) 電流反饋 (b)電壓反饋,圖4.5 電壓反饋與電流反饋,4.3.5 串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋的判別,4.4 負反饋的四種組態(tài),4.4.1 電壓串聯(lián)負反饋及其判別,60,古柏文書,a)電路圖,圖4.6 電壓串聯(lián)負反饋放大電路,61,古柏文書,4.4.2 電流串聯(lián)負反饋及其判別,a) 電路圖,b) 方框圖,圖4.7 電流串聯(lián)負反饋放大電路,62,古柏文書,4.4.3 電壓并聯(lián)負反饋及其判別,a)電路圖,b)由集成運放組成的電壓并聯(lián)負反饋電路,圖4.8 電壓并聯(lián)負反饋放大電路,4.4.4 電

27、流并聯(lián)負反饋及其判別,63,古柏文書,a 電路圖,b） 方框圖,c)由集成運放組成的電流并聯(lián)負 反饋電路,圖4.9 電流并聯(lián)負反饋放大電路,64,古柏文書,4.5 負反饋對放大電路性能的影響,4.5.1 提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性,4.5.2 減小非線性失真和抑制噪聲及干擾,a) 無反饋 (b) 有負反饋,圖4.10 負反饋減小非線性失真,4.5.3 擴展通頻帶,4.5.4 負反饋對輸入電阻的影響,1使用串聯(lián)負反饋可提高放大電路的輸入電阻,65,古柏文書,4.11 串聯(lián)負反饋方框圖 4.12 并聯(lián)負反饋方框圖,2使用并聯(lián)負反饋可減小放大電路的輸入電阻,4.5.5 負反饋對放大電路輸出電阻的影響,Io

28、,1使用電壓負反饋可減小放大電路的輸出電阻,66,古柏文書,圖4.13 電壓負反饋方框圖,2使用電流負反饋可提高放大電路的輸出電阻,圖4.14 電流負反饋方框圖,67,古柏文書,綜上所述： （1）放大電路若引入的是串聯(lián)負反饋，則可以提高放大電路的輸入電阻，若引入的是并聯(lián)負反饋則使輸入電阻降低。其提高或降低的程度取決于反饋深度（1AF）。 （2）放大電路若引入的是電壓負反饋，則可減小放大電路的輸出電阻，若引入的是電流負反饋則使輸出電阻增加，其減小或增加的程度取決于反饋深度（1AF）。 以上分析了放大電路引入負反饋后對性能的改善及影響。為了改善放大電路的某些性能應(yīng)如何引入負反饋呢？一般是： （1）

29、要穩(wěn)定直流量（靜態(tài)工作點），應(yīng)該引入直流負反饋。 （2）要改善交流性能，應(yīng)引入交流負反饋。 （3）要穩(wěn)定輸出電壓，應(yīng)引入電壓負反饋；要穩(wěn)定輸出電流，應(yīng)引入電流負反饋。 （4）要提高輸入電阻，應(yīng)引入串聯(lián)負反饋；要減小輸入電阻，應(yīng)引入并聯(lián)負反饋。 性能的改善或改變都與反饋深度（1AF）有關(guān)，且都是以犧牲放大倍數(shù)為代價,68,古柏文書,4.6 深度負反饋放大電路的分析,4.6.1 深度負反饋的特點,4.6.2 深度負反饋的估算,a) (b,圖4.15 （a）電壓串聯(lián)負反饋電路的計算 （b）電流串聯(lián)負反饋電路的計算,69,古柏文書,本章重點: l 直接耦合放大電路及存在的主要問題 l 典型差分放大電路

30、的工作原理 l 理想運放及“虛短”、“虛斷”、“虛地”的基本概念 l 運放的兩種工作狀態(tài)及特點 l 運放的分析計算及在實際中的應(yīng)用,5.1 直接耦合放大電路中存在的主要問題,5.1.1 前后級之間的直流工作狀態(tài)互相影響,5.1.2 零點漂移,5.1.3 減小零點漂的辦法,1） 1 選用高質(zhì)量的硅管,2 利用二極管或熱敏元件補償,第5章 集成運算放大器,70,古柏文書,圖5-2 二極管補償電路 圖5-3 利用熱敏電阻Rt補償溫漂的電路,1）3 采用差分式放大電路,5.2 差分放大電路,5.2.1 基本差分放大電路,71,古柏文書,圖5.4 基本 差分放大電路,5.2.2 靜態(tài)分析,5.2.3 信

31、號放大原理及電壓放大倍數(shù),1共模信號輸入,72,古柏文書,2差模信號輸入,73,古柏文書,3任意信號輸入,5.2.4 差分放大器的其它指標,1共模抑制比,2差模輸入電阻,3差模輸出電阻,4共模輸出電阻,5.3 常見的幾種改進型差分電路,5.3.1 長尾式差分放大電路,1電路中接入Re后對輸入差模信號的放大作用完全無影響,74,古柏文書,2Re對共模輸入信號的放大有抑制作用,75,古柏文書,5.3.2 帶恒流源的差分電路,1. 恒流源特性,圖5.10 恒流源的電流、電壓特性,2. 恒流源差分放大電路,76,古柏文書,3. 差分放大電路四種接法的比較,5.4 集成運算放大器,5.4.1 集成運算放

32、大器的分類,1通用型集成運算放大器,2專用型集成運算放大器,1） 低功耗或微功耗集成運算放大器：電源電壓15V時，功耗小于6mW或W級。 （2） 高速集成運算放大器。 （3） 寬帶集成運算放大器：一般帶寬應(yīng)大于10MHZ。 （4） 高精度集成運算放大器：特點是高增益、高共模抑制比、低偏流、低溫漂、低噪聲等。 （5） 高電壓集成運算放大器：正常輸出電壓Uo大于22V。 （6） 功率型集成運算放大器。 （7） 高輸入阻抗集成運算放大器。 （8） 電流型集成運算放大器。 （9） 跨導(dǎo)型集成運算放大器。 （10）程控型集成運算放大器。 （11）低噪聲型集成運算放大器。 （12）集成電壓跟隨器,5.4.

33、2 集成運算放大器的組成,77,古柏文書,1組成,圖5.12 集成運算放大器內(nèi)部電路組成框圖,1 輸入級,2 中間級,3 輸出級,4 偏置電路,2典型通用集成運算放大器F007內(nèi)電路簡介,1）F007的內(nèi)電路,3集成運算放大器的識讀,78,古柏文書,4集成運算放大器在電路中的符號,5.4.3 集成運算放大器的傳輸特性,1傳輸特性,a) 實際運放的傳輸特性 (b) 理想運放的傳輸特性 圖5.15 集成運放的傳輸特性,2線性區(qū)的特點,79,古柏文書,3非線性區(qū)（飽和區(qū)）的特點,a) 虛斷、虛短 (b)虛斷、虛地,圖5.17 集成運放工作在線性區(qū)時的等效電路,圖5.18 集成運放工作在非線性區(qū)時的兩

34、種情況,80,古柏文書,5.5 理想集成運算放大器與實際集成運算放大器,5.5.1 理想運算放大器及其性能指標,5.5.2 理想運放與實際運放,5.5.3 集成運放的三種基本輸入形式,1反相輸入,2同相輸入,81,古柏文書,3差模輸入,圖5.22 差動放大組態(tài),5.6 集成運算放大器在實際中的應(yīng)用,5.6.1 集成運放在信號運算方面的應(yīng)用,1加法運算電路,82,古柏文書,2減法運算電路,1 電路組成,2 電路分析及減法運算條件,3微分電路,a) (b,圖5.25 微分運算電路,83,古柏文書,4積分運算電路,a） （b,圖5.26 積分運算電路,5.6.2 集成運放在信號處理方面的應(yīng)用,1立體

35、聲消音電路,2高檔音響設(shè)備中的十五段優(yōu)質(zhì)均衡器,84,古柏文書,圖5.27 立體聲消音電路,85,古柏文書,以下電路同上，僅C1、C2 值不同，電路從略,圖5.28 十五段優(yōu)質(zhì)均衡器,86,古柏文書,2) 當R4的滑動觸頭移到最左邊時，其電路如圖5.30（a）所示,a）電路圖 （b）幅頻特性,圖5.30 R4的滑動觸頭移到最左邊,3）當R4的滑動頭移到最右邊時，其電路如圖5.31（a）所示,87,古柏文書,a）電路圖 （b）幅頻特性,圖5.31 R4的滑動觸頭移到最右邊,3實時監(jiān)控報警器,圖5.32 監(jiān)控報警器,88,古柏文書,5.6.3 可編程增益放大器,圖5.33 可編程增益放大器的基本電

36、路 圖34 碼控四段轉(zhuǎn)換可編程增益放大器,89,古柏文書,本章重點內(nèi)容 l 產(chǎn)生正弦振蕩的條件 l LC正弦波振蕩電路的工作原理 l LC正弦波振蕩電路的工作判別 l 石英晶體振蕩電路及其工作原理,6.1 正弦波振蕩電路,6.1.1 自激式正弦波振蕩電路與反饋放大器的異同,1.相同點：均引入反饋。 2.不同點： （1）自激式正弦波振蕩電路用來產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出信號；反饋放大電路用來放大信號，工作任務(wù)不同。 （2）自激式正弦波振蕩電路沒有外部信號輸入；反饋放大電路有待放大的信號輸入。 （3）正弦波振蕩電路中引入的是正反饋；反饋放大電路中一般引入負反饋，以改善性能。 （4）正弦波振蕩電路的振蕩也不同于

37、負反饋放大電路的自激振蕩。前者是依靠外部接入的正反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生振蕩；后者是放大電路的附加相移使負反饋變成正反饋而產(chǎn)生振蕩,第6章 信號產(chǎn)生電路,90,古柏文書,6.1.2 自激式振蕩電路的組成及產(chǎn)生和穩(wěn)定振幅的條件,1. 放大環(huán)節(jié) ：放大電路 2. 正反饋網(wǎng)絡(luò)：供給維持振蕩的能量 ， 必需滿足下列條件,1）振幅平衡條件：AF1 （2）相位平衡條件：AB2n（n=1、2、3.,3. 穩(wěn)幅環(huán)節(jié)： 產(chǎn)生穩(wěn)定的信號輸出 ， 條件； 4. 選頻網(wǎng)絡(luò)：選出振蕩器產(chǎn)生維持振蕩所需要的信號頻率,6.2 LC振蕩電路,1電路的組成,圖6.1 變壓器反饋式正弦波振蕩電路,91,古柏文書,2振蕩條件,1）相位平衡條件

38、：為滿足相位平衡條件，變壓器的初、次級之間同名端必須正確連接。如圖6.1所示，設(shè)某一瞬間基極對地信號電壓為正極性“”，由于共射電路的倒相作用，集電極的瞬時極性“”，即A180。 電當頻率 0時：LC回路的諧振阻抗是純電阻性，由圖中L1及L2的同名端可知，反饋信號與輸出電壓極性相反，即。于是AB360，保證了電路的正反饋，滿足振蕩的相位條件。 當頻率0時：LC回路的阻抗不是純電阻性，而是感性或容性阻抗，此時LC回路對信號會產(chǎn)生附加相移，造成，那么AB360，不能滿足相位平衡條件，電路也不可能產(chǎn)生振蕩。由此可見，LC振蕩電路只有在0這個頻率上，才有可能產(chǎn)生振蕩。 （2）振幅條件：為了滿足振幅平衡條

39、件AF1，對晶體管的值有一定要求，一般只要值較大，就能滿足振幅平衡條件，反饋線圈匝數(shù)越多，耦合越強，電路越容易起振,3電路振蕩頻率,4電路優(yōu)缺點,1）易起振，輸出電壓較大。由于采用變壓器耦合，易滿足阻抗匹配的要求。 （2）調(diào)頻方便，一般在LC回路中采用接入可變電容器的方法來實現(xiàn)，調(diào)頻范圍較寬，工作頻率通常在幾兆赫左右。 （3）輸出波形不理想。由于反饋電壓取自電感兩端，它對高次諧波的阻抗大，反饋也強，因此在輸出波形中含有較多高次諧波成份,6.2.2 電感三點式LC振蕩器,1電路的組成,2振蕩條件分析 （1）相位條件：設(shè)基極瞬間極性為正，由于放大器的倒相作用，集電極電位為負，則電感的端為負，端為公

40、共端，端為正，各瞬時極性如圖6.2所示。反饋電壓由端引至三極管的基極，故為正反饋，滿足相位條件。 （2）幅度條件：從圖6.2可以看出，反饋電壓取自電壓L2的兩端，并通過C1的耦合后加到晶體管的b、e間的，所以改變線圈抽頭的位置，即改變L2的大小，就可以調(diào)節(jié)反饋電壓的大小，當滿足AF1時，電路便可起振,92,古柏文書,圖6.2 電感三點式LC振蕩電路,3振蕩頻率,4電路的優(yōu)缺點 （1）由于L1和L2之間的耦合很緊，故電路易起振，輸出幅度大。 （2）調(diào)頻方便，電容C若采用可變電容器，就能獲得較大的頻率調(diào)節(jié)范圍。 （3）由于反饋電壓取自電壓L2的兩端，它對高次諧波的阻抗大，反饋也強，因此在輸出波形中

41、含有較多的高次諧波成份，輸出波形不理想,6.2.3 電容三點式振蕩電路,93,古柏文書,圖6.3 電容三點式振蕩器,1相位條件,2幅度條件 3振蕩頻率,4電路的優(yōu)、缺點,1）容易起振，振蕩頻率高，可達100MHZ以上。 （2）輸出波形較好。這是由于C2對高次諧波的阻抗小，反饋電路中的諧波成份少，故振蕩波形較好。 （3）調(diào)節(jié)頻率不方便。因為C1、C2的大小既與振蕩頻率有關(guān)，也與反饋量有關(guān)，改變C1（或C2）時會影響反饋系數(shù)，從而影響反饋電壓的大小，造成工作性能不穩(wěn)定,94,古柏文書,6.2.4 串聯(lián)改進型電容三點式LC振蕩電路,圖6.4 克拉潑振蕩電路,6.3 石英晶體振蕩電路,6.3.1 石英

42、晶體的諧振特性與等效 電路,95,古柏文書,96,古柏文書,6.3.2 石英晶體振蕩電路,1. 并聯(lián)型石英晶體振蕩電路,a） 實際電路 （b） 石英晶體等效后的電路 圖6.7 并聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路,97,古柏文書,2. 串聯(lián)型石英晶體振蕩電路,6.4 RC正弦波振蕩電路,6.4.1 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性,98,古柏文書,a) R C串并聯(lián)電路 （ b）低頻等效電路 （ c）高頻等效電路 圖6.9 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及其高低頻等效電路,6.4.2 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性,圖6.10 RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性,99,古柏文書,6.4.3 橋式振蕩電路,6.4.4 RC移相式振蕩電路,10

43、0,古柏文書,6.5 非正弦波產(chǎn)生電路,6.5.1 矩形波產(chǎn)生電路,1工作原理,a）電路 （b）波形 圖6.13 矩形波發(fā)生電路及其波形,2振蕩頻率及其調(diào)節(jié),6.5.2 三角波發(fā)生器,101,古柏文書,a) 電路圖 (b) 波形圖 圖6.14 三角波發(fā)生器,102,古柏文書,6.5.3 鋸齒波發(fā)生器,a）電路 （b）波形 圖6.16 鋸齒波發(fā)生器,103,古柏文書,本章重點內(nèi)容 l 功率放大電路的特點 l 互補對稱推挽功率放大電路及其工作原理 l 集成功率放大電路的原理及應(yīng)用,7.1 功率放大電路概述,7.1.1功率放大電路的特點,圖7.1 放大器方框圖,1. 要求輸出足夠大的功率,2. 效率

44、要高,3. 非線性失真要小,4.要考慮功率管的散熱和保護問題,5. 在分析方法上，通常采用圖解法,第7章 功率放大電路,104,古柏文書,7.1.2 功率放大電路的三種工作狀態(tài),1. 甲類放大狀態(tài),2. 甲乙類放大狀態(tài),3. 乙類放大狀態(tài),圖7. 2 功放電路的三種工作狀態(tài) （a）甲類放大 （b）甲乙類放大 （c）乙類放大,105,古柏文書,7.2互補對稱功率放大電路,7.2.1 OCL互補對稱功率放大電路,1.乙類OCL互補對稱電路,a) 基本互補對稱電路 (b)由NPN管組成的射極輸出器 (c) 由PNP管組成的射極輸出器 圖7.3 兩射極輸出器組成的基本互補對稱電路,2. 乙類OCL互補

45、對稱電路主要參數(shù)估算,1）輸出功率及效率,圖7.4 乙類OCL互補對稱電路圖解分析,106,古柏文書,2）管耗,3）功率管參數(shù)的選擇,3. 甲乙類OCL互補對稱電路,圖7.5 交越失真,107,古柏文書,a）用二極管提供偏置 （b）用UBE倍增電路提供偏置 圖7.6 甲乙類互補對稱電路,7.2.2 OTL互補對稱功率放大電路,1. 基本電路,圖7.7 采用一個電源的互補對稱電路,108,古柏文書,2.帶自舉的OTL電路,圖7.8 帶自舉的單電源互補對稱電路,7.2.3采用復(fù)合管的準互補對稱功率放大電路,1.復(fù)合管,109,古柏文書,圖7.10 準互補對稱功放電路,2.復(fù)合管組成的準互補對稱功放

46、電路,7.2.4實際功率放大電路分析,1. OTL音頻功率放大電路,1）電路組成,7.11 OTL音頻功率放大電路,110,古柏文書,2）主要技術(shù)指標的估算,1)電路組成,圖7.12 高保真OCL功率放大電路,2)主要技術(shù)指標的估算,7.3 集成功率放大電路,7.3.1集成功率放大電路分析,1. LM386內(nèi)部電路,111,古柏文書,圖7.13 LM386內(nèi)部電路原理圖,2. LM386的電壓放大倍數(shù),3. LM386的外形和引腳圖,112,古柏文書,7.3.2集成功率放大電路的主要性能指標,7.3.3集成功率放大電路的應(yīng)用 1. 集成OTL電路的應(yīng)用,圖7.15 LM386外接元件最少的用法

47、,圖7.16 LM386電壓增益最大的用法,113,古柏文書,圖7.17 LM386的一般用法,2.集成OCL電路的應(yīng)用,114,古柏文書,7.4 功率管的安全使用和保護,7.4.1功放管的二次擊穿問題,a）二次擊穿 （b）S/B曲線 圖7.19晶體管的擊穿現(xiàn)象,7.4.2功放管的散熱問題,115,古柏文書,7.4.3功放管的保護措施,1.過熱保護,2.過壓和過流保護,圖7.22 由ICM、PCM、U（BR）CEO和二次擊穿臨界曲線限制的安全工作區(qū),圖7.23 功放管的保護電路,116,古柏文書,第8章 直流穩(wěn)壓電源,本章重點內(nèi)容 l 整流電路的工作原理及元器件參數(shù)的選擇 l 電容濾波電路的工

48、作原理 l 分立及集成穩(wěn)壓電路的工作原理,8.1 直流穩(wěn)壓電源的組成 直流穩(wěn)壓電源的組成如圖8.1所示,直流穩(wěn)壓圖8.1電源的組成,1.電源變壓器,2.整流電路,3.濾波器 4.穩(wěn)壓電路,117,古柏文書,8.2 小功率整流與濾波電路,8.2.1 單相整流電路,1. 整 流電路的主要技術(shù)指標,2. 橋式整流電路的工作原理,118,古柏文書,圖8.3 橋式整流電路的波形圖,3. 橋式整流電路的參數(shù)計算,119,古柏文書,8.2.2濾波電路 1. 電容濾波電路,2. 電感濾波電路,3. 復(fù)合濾波電路,R,C2,C1,uD,uO,L,C,uD,uO,120,古柏文書,c ）LC-型濾波電路 圖8.7

49、 常用的復(fù)合濾波電路,8.3 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,8.3.1 穩(wěn)壓電路的技術(shù)指標,1. 穩(wěn)壓系數(shù)SV,2. 紋波抑制比Sr,3. 輸出電壓的溫度系數(shù)ST,121,古柏文書,4. 輸出電壓的溫度系數(shù)ST,5. 電流調(diào)整率SI,8.3.2 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,1. 電路組成和工作原理,圖8.8 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路,122,古柏文書,1）采樣電路,2）基準電壓和放大電路,3）調(diào)整管,2. 輸出電壓的調(diào)節(jié)范圍,3. 調(diào)整管的選擇,1）集電極最大允許電流ICM,2）集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓U（BR）CEO,3）集電極最大允許耗散功率PCM,4. 高精度基準電源,123,古柏文書,a）結(jié)構(gòu)框圖 （b）電路符號 （c）典型應(yīng)用電路 圖8.10 LM399的結(jié)構(gòu)與應(yīng)用電路,8.3.3 三端集成穩(wěn)壓器,1. 三端集成穩(wěn)壓器的產(chǎn)品分類及特點,1）固定式三端集成穩(wěn)壓器,2）可調(diào)式三端集成穩(wěn)壓器,124,古柏文書,2.三端集成穩(wěn)壓器的工作原理,1）固定式三端集成穩(wěn)壓器,基準電壓,啟動電路,采樣及誤差放大電路,a）原理電路,1