第一次模電講座課件

模電課總復習張雅麗ylzhang@期末考試時間：2016年1月14日上午考試內容：第一章~第十章考試重點：第三~九章，課堂講述內容考試形式：閉卷考試題型：填空、選擇、簡答、計算成績組成：作業(yè)20分、課程設計10分、期中20分、期末50分答疑時間：考前兩天(具體地點模電課程組統(tǒng)一安排)模電課總復習基礎課——學科基礎課——專業(yè)基礎課——專業(yè)課——工程應用——一.目標明確方入(模擬電路基礎)電子線路基本知識分析電路的方法設計電路的能力第1部分半導體器件基礎(Chap.1,10)第2部分放大電路基本分析及仿真方法(Chap.2,5)第3部分模擬集成運放構成及特點(Chap.3,4,9)第4部分集成運放(IC)的基本應用(Chap.6,7,8)第5部分電子線路應用設計(綜合訓練)二.布局清晰而行模擬電路基礎(2)戴維寧定理、諾頓定理、疊加原理——(3)最大功率傳輸定理——1.電路分析基本定理：2.半導體器件典型應用電路及其結構、參數與技術指標基本分析、仿真方法(1)KVL、KCL、L——三.儲備厚實則克3.模擬集成運放單元電路、集成運放線性化應用基礎(負反饋技術)集成運放構成的運算、處理、產生、比較電路(開路比較法、估算法、圖解法、微變等效模型)常用的四種分析方法基于深度負反饋的“虛短、虛斷”Chap.1~2,5,10知識點串燒、經典題解析張雅麗ylzhang@半導體二極管(Diode)、雙極型晶體管(BJT)、場效應管(FET)等半導體器件及其應用、放大電路頻率響應→1.器件原理和基本伏安關系；2.基本功能；3.基本應用；4.晶體管參數(交流模型參數與Q點之間的計算關系)；5.器件簡化直流模型及其小信號等效模型；6.放大電路基本組態(tài)；7.放大電路的靜態(tài)/動態(tài)分析、交流性能指標的計算；8.放大電路頻率響應基本概念Chap.1,2,5Diodes,TransistorsandTheirApplications半導體基礎(半導體材料、pn結)自學，了解

2.半導體二極管及其應用(Chap.10整流，穩(wěn)壓)

結構、基本特性、伏安特性、交流等效模型；穩(wěn)壓管穩(wěn)壓原理及使用；不同種類二極管的工作原理3.晶體三極管

結構、工作原理、三個工作區(qū)域狀態(tài)及特點、基本參數、特性曲線、溫度特性、低頻小信號模型、高頻小信號模型4.場效應晶體管

結構、工作原理、三個工作區(qū)域狀態(tài)及特點、基本參數、特性曲線、溫度特性；與BJT狀態(tài)及特點的異同、低頻小信號模型、高頻小信號模型Chap.1常用半導體器件⑴先將二極管斷開，確定二極管兩端電位差。⑵根據二極管兩端加的是正電壓還是反電壓判定二極管是否導通，若為正電壓且大于閾值電壓則導通，否則為截止。⑶若電路出現(xiàn)兩個或兩個以上二極管，應判定承受正向電壓較大者優(yōu)先導通，再按照上面所講述的方法，判斷余下的二極管是否導通。一.電路中二極管狀態(tài)的判斷方法：開路比較法例：二極管電路如右圖所示，設二極管導通電壓為0.7V，若U1=2V，U2=5V，求UO。

分析→

D2兩端電壓差大，先判斷是否導通D2導通，U0

=4.3V則D1截止開路比較法（判斷二極管的狀態(tài)）：二極管正偏最高端口電壓優(yōu)先，再啟用回路或結點方法對電路實施分析的一種方法。2.

估算法：將二極管用恒壓源近似，并根據二極管的材料性質設定導通電壓UON值，后求解路中變量。估算法多用于靜態(tài)工作點電流ID求解。3.

模型法（交直流電路等效分析法）：將電路中的二極管用簡化電路模型替代，利用簡化電路直接分析求解。具體方法是：巧用開路、短路法，分別獲得電路的直流通路求解直流變量，獲得電路的交流通路求解動態(tài)變量。4.

圖解法(負載線法)：利用二極管的伏安特性曲線與外電路所確定的負載線，用作圖的方法進行求解。

二.常用的四種分析方法：二極管電路整流：利用PN結的單向導電性(外加正向電壓時導通、外加反向電壓時截止的特性)。類型：半波整流、全波(橋式)整流2.

穩(wěn)壓：利用PN結反向擊穿特性(反向擊穿后在一定的電流范圍內PN結端電壓基本不變)。3.

其他：利用PN結的電容效應制成變容二極管?！?二極管的典型應用：整流、穩(wěn)壓例：如右圖所示電路中，若理想穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓UZ為8V，求電路輸出電壓UO。分析→關鍵分析Dz能否穩(wěn)壓，假設法經判斷，圖中Dz不能穩(wěn)壓，UO

=[12/(2+2)]*2=6V設計一個輸出電壓UO=6V的穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。已知電源電壓UI=8~11V，負載電流IL=5~10mA。要求穩(wěn)壓管的最小工作電流是其最大工作電流的20%。例題：設計穩(wěn)壓管電路的任務是選取穩(wěn)壓管和限流電阻。解方程，得：ILIDZUI最小、IL最大時，IDZ最小UI最大、IL最小時，IDZ最大三.二極管的典型應用：整流、穩(wěn)壓1.

判斷管腳的極性，依據：2.

判斷三極管的材料，依據：3.

判斷三極管的類型，依據：②中間電位對應的管腳是基極B；③與中間電位相差約一個導通電壓UBE(ON)的管腳是發(fā)射極E。①三個電極的電位從低到高依次排序；四.三極管電極、材料和管型的判斷方法例：

在電子設備中測得某放大管三個管腳對機殼的電壓。解：（1）判斷管腳的極性。－11.5V（3腳）<0.1V（1腳）<0.78V（2腳）基極發(fā)射極集電極（2）判斷三極管的材料。（3）判斷三極管的類型。四.三極管電極、材料和管型的判斷方法⑴判斷發(fā)射結偏置狀態(tài)→斷開電路中的BJT：(2)判斷集電結偏置狀態(tài)→求基極與集電極接線處的電位差對于NPN型BJT，確定基極與發(fā)射極接線處的電位差，記為UBE；若UBE<UBE(ON)

，發(fā)射結未導通；IB=0；若UBE>0，發(fā)射結正偏；IB

0；若IB=0，則也可以采取斷開電路中的BJT的判斷方法，求出基極與集電極接線處的電位差，首先判斷是否為零偏，然后結合管型判斷集電結的偏置狀態(tài)。若IB

0，采用假定法判斷→假定放大法：求基極與集電極接線處的電位差；若集電結反偏，則假設成立，否則集電結正偏。“先發(fā)射結，再集電結”判斷方法五.BJT發(fā)射結、集電結偏置狀態(tài)的判斷方法從電路中把晶體管拔掉，求出基極與發(fā)射極接線處的電位差，記為UBE。對于NPN管：若UBE<UBE(ON)

，則BJT一定處于截止狀態(tài)，否則晶體管處于導通狀態(tài)。六.BJT工作狀態(tài)的判斷方法“先判斷導或止，再判斷飽和否”BJT三個工作區(qū)：截止：e結未開啟放大：e結正偏開啟，c結反偏飽和：e結正偏開啟，c結正偏BJT直流模型晶體管導通，可能是飽和導通，也可能是放大導通。此時再通過計算晶體管的集射電壓UCE進而計算出c結上的電壓UCB進行判斷。若UCB<0，即c結反偏，則晶體管放大導通，反之，晶體管飽和導通。YesYesNoNoFET截止？假設FET處于恒流區(qū)按公式計算iD及uDS與假設矛盾？FET處于截止區(qū)FET處于可變電阻區(qū)FET處于恒流區(qū)求UGS，UGS<UGS(th)?ID=IDO(uGS/UGS(th)-1)2UDS<UDS(sat)=UGS-UGS(th)?增強型N-MOSFET七.FET工作狀態(tài)的判斷方法例：判斷圖中FET的工作狀態(tài)：

分析→

UGS(off)<UGS<0UDS>UGS(off)(1)穿透電流的測量方法：

分析→基極開路，C、E間接+VCC時，C、E間流通的電流(2)二極管交流電阻rd，……小知識點：(3)八.其他知識點Chap.1基本方程&公式1.PN結的伏安特性方程2.二極管的直流電阻RD，動態(tài)電阻rd3.BJT電流iE、iB、iC關系4.FET夾斷方程E-FET放大區(qū)電流-電壓關系放大區(qū)電流-電壓關系(增強型)放大區(qū)電流-電壓關系(結型)放大電路及其性能表征

交流性能指標，

主要有三個：放大倍數、輸入電阻、輸出電阻2.放大電路的直流分析

目的(求Q點)、方法(圖解/估算)；直流通路(偏置電路)、直流負載線3.放大電路的交流分析

基本放大電路的組成、分析方法(等效電路法)；五種基本組態(tài)放大電路分析及其性能；交流通路、交流負載線(圖解法<動態(tài)范圍>)、(截止/飽和)失真分析Chap.2放大電路分析基礎1.必要性——合適的靜態(tài)工作點，避免失真2.穩(wěn)定性——典型靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路3.計算Q點靜態(tài)工作點Q，IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ靜態(tài)工作點Q，UGSQ、IDQ、UDSQ一.靜態(tài)工作點設置與計算221）直流偏置電路（即直流通路）要保證器件工作在放大狀態(tài)。（判斷發(fā)射結、集電結的偏置）2）交流通路中觀察①信號能送入BJT②放大后信號能送到負載放大器能否正常工作取決于以下幾點：pp.138習題：2.1，2.14二.晶體管電路能否正常放大的判斷原則23RBRC+VCCuiuoT(a)VBBRBRC+VCCuiuoT(c)CRBRC+VCCuiuoT(b)解:(a)電路不能放大，基極沒有偏置電路，克服方法可在電源和基極間加電阻解決。

(b)不能放大，除沒有靜態(tài)工作點外，交流信號輸入時被電容短路了。克服放法是加偏置，并去掉電容。

(c)不能放大，交流時被VBB短路了，可以在VBB回路加電阻來解決。例:

放大電路如圖，電路中的電容器對輸入交流信號可視為短路，根據構成放大電路的原則，試說明下面的各種電路對交流信號有無放大作用，要說明其理由。

24RCRBTC1C2+VCCuiuo(d)RBRBVCCusuoT(e)TC2RCRBuiuoC1RLVCC(f)C3(d)沒有基極電流,管子截止了。把基極電阻RB從電源改接到地。(e)不能放大，信號不能直接接管子的B-E之間，信號的負半周及小于導通電壓的正半周均將截止。信號輸入應加隔直電容。(f)偏置沒有問題，但交流信號輸入時管子的集電極對地短路，即輸出對地短路。不能正常放大。討論→放大器的正常工作判別1.直流通路→計算放大器的工作點→作用：建立放大器靜態(tài)工作點的放大偏置電路?！敺糯箅娐诽幱陟o態(tài)(us=0)時，直流電流流經的通路。→畫法：①交流信號源置零（交流電壓源短路，2.交流通路→分析和計算放大器的交流指標和動態(tài)特性→當放大電路處于動態(tài)(us≠0)時，交流電流流經的通路。→作用：求交流指標?！嫹ǎ孩僦绷髟粗昧悖ㄖ绷麟妷涸炊搪?，直流電流源開路）；②電容開路，電感短路（線圈電阻近似為0）交流電流源開路），但保留其內阻；③電抗極大的小電容、大電感開路。②電抗極小的大電容、小電感短路；三.直流通路和交流通路Early電壓四.BJT和FET低頻小信號等效模型①畫出放大電路的直流通路→估算靜態(tài)工作點；②畫出放大電路的交流通路；③畫出放大電路的交流等效電路→④根據放大電路的交流等效電路，計算放大電路的交流指標Au、Ri、Ro。在交流通路中，用三極管的

參數等效模型代替電路中的三極管。分析放大電路的原則：先靜態(tài)，后動態(tài)1.BJT放大電路交流性能指標的計算步驟五.交流性能指標的計算①畫出放大電路的直流通路→計算IDQ；②畫出放大電路的交流通路；③畫出放大電路的小信號等效電路→④根據放大電路的小信號等效電路及各參數定義→計算放大電路的交流指標Au/Aus

、Ri、Ro。在交流通路中，用MOSFET的小信號線性模型代替電路中的MOS管。計算小信號模型參數gm、rds；2.MOSFET電路分析的一般步驟五.交流性能指標的計算①由直流通路估算靜態(tài)工作點；②由交流通路寫出交流負載線方程；③計算最大不截止失真幅度UCE(cut)和最大不飽和失真幅度UCE(sat)④最大不失真輸出電壓的峰值、有效值和動態(tài)范圍分別為→并在輸出特性曲線平面上畫出交流負載線；六.估算BJT放大電路動態(tài)范圍的一般步驟分析→例1.

如圖，已知=200，rbb’=100，圖中電阻單位為，

試求：靜態(tài)工作點ICQ，UCEQ；交流性能指標Au、Ri、Ro。例2.

如圖，已知gm

=5mS，rds

→，試求：交流性能指標Au、Ri、Ro。分析→Ri

=RG+R1∥R2=5.04MRo=rdS∥RD≈20k例3.

圖示為共基放大電路，UBE=0.7V，

＝100，rbb’=200所有電容均可視為交流短路。求Au、Ri、Ro。解題思路及分析→關鍵是求出IEQuo+-RLuiRCi例4.

晶體管的

＝60，rbb’=100

。(1)設Us＝10mV(有效值)，問Ui＝？Uo＝？(2)若C3開路，則Ui＝？Uo＝？分析關鍵是求出Ui→例5.

ICQ＝2mA，UCES＝0.6V。問：RL＝和RL＝3k時，電路的最大不失真輸出電壓各為多少伏？解題過程→繪制交流負載線，空載時，交直流負載線重合；帶載時，交直流負載線不重合，(1)穿透電流的測量方法：

分析→基極開路，C、E間接+VCC時，C、E間流通的電流(2)某放大電路的直流通路如圖所示，設UBE=0.7V，=50，求UO。小知識點(1)(1)BJT中多數載流子和少數載流子都參與導電，所以BJT稱為雙極型晶體三極管；FET中只有一種載流子參與導電，所以FET稱為單極型晶體三極管；BJT為電流控制器件(CCCS)，F(xiàn)ET為電壓控制器件(VCCS)。小知識點(2)(2)在BJT放大電路中，直流電源作用主要有兩個：1)為放大管提供合適的偏壓及偏流；2)提供放大電路能量轉換的來源。(3)CC放大電路的特點：1)AU≈1，輸出與輸入基本相等，且同相；2)輸入電阻大；3)輸出電阻小。(4)基極分壓式偏置電路穩(wěn)定Q點的穩(wěn)定過程如下：T↑→IC↑→IE↑→UE↑而UB不變→UBE↓→IB↓→IC↓(1)常溫下，雜質半導體中少子由本征激發(fā)而產生，多子主要由雜質原子而產生。(2)把PN結外加正向電壓時導通、外加反向電壓時截止的特性叫做單向導電性。(3)BJT工作在放大區(qū)的偏置條件是發(fā)射結正偏、集電結反偏。(4)為了反映放大電路各方面的性能，常分析的主要動態(tài)性能指標有：放大倍數、輸入電阻、輸出電阻、通頻帶、最大不失真輸出電壓以及輸出功率效率等。(5)對于由三極管組成的放大電路而言，就其輸入回路和輸出回路的公共端不同，可以組成共射(CE)、共集(CC)和共基(CB)三種組態(tài)基本放大電路。小知識點(3)(1)分析放大電路時，應遵循先靜態(tài)后動態(tài)

的原則，求解靜態(tài)工作點時應利用直流通路，求解動態(tài)參數時應利用交流通路。(2)放大電路中出現(xiàn)飽和失真和截止失真的原因是靜態(tài)工作點不合理以及輸入信號幅度大。(3)復合管的組成原則(4)……(5)……小知識點(4)Chap.2基本方程&公式1.交流性能指標2.小信號模型中的交流參數FET的跨導發(fā)射結動態(tài)電阻造成低頻段增益下降的主要因素：電路中的外部電容(耦合電容、旁路電容等大電容)

造成高頻段增益下降的主要因素：電路中的內部電容(PN結電容、分布電容等小電容)頻率失真和非線性失真的異同：Chap.5放大電路的頻率響應相同點→都表現(xiàn)為輸出波形的畸變差異→非線性失真的輸出信號中增加了新的頻率成分頻率失真的輸出信號中沒增加新的頻率成分頻率失真：不同頻率的信號通過R、C、L等線性元件時，因增益隨頻率變化而導致的不同頻率信號分量的放大倍數和相位延遲不同；輸入信號的頻率范圍與放大電路通頻帶不符合。

非線性失真：信號通過電路中的非線性元件，如非線性區(qū)的BJT和MOS等而引起的。產生原因→等效電路增益表達式