模拟电子技术教材

111.模拟电子技术11.1半导体及二极管11.3线性集成运算放大器和运算电路11.4信号处理电路11.5信号发生电路11.6功率放大电路11.7直流稳压电源结束注册电气工程师考前辅导天津大学电气与自动化工程学院◆补充题11.2放大电路基础211.1二极管及稳压管0iDuDUth恒压特性曲线0iDuD理想特性曲线1.二极管基本特性——单向导电性:加正向电压，导通；加反向电压，截止。理想特性：正偏导通，管压降UD=0，门坎电压Uth=0反偏截止，电流ID=0恒压特性：导通后，管压降恒定且不随电流变化。硅管典型值为0.7V；锗管典型值为0.2V主要参数：昀大整流电流IF昀大反向工作电压UR3例11．1-3•限幅电路如图所示，D的导通压降UD=0.7V，UREF=4V，当输入电压ui=10sinωt(V)时，对应画出uo的波形。•解：在ui的正半周，当ui＜UREF+UD=4.7V时，D截止，uo=ui。当ui≥UREF+UD=4.7V时，D正偏，导通，uo=4.7V（即uo被限制在4.7V）。•在ui的负半周，D反偏，截止，uo=ui，输出波形如图(b)中的粗线所示。0ωt(b)4.7Vuououiui10V42.稳压管*稳压管工作在反向击穿状态动态电阻rz=ΔuZ/ΔiZ越小，稳压性能越好。主要参数：稳定电压UZ：正常工作电压。稳定电流IZ：工作电流小于该值时，稳压效果不好。耗散功率PM≈UZ·IZ动态电阻rZ*外加正向电压时,与二极管一样。0izizuzuz/V/mAΔΔUz5•电路如图所示，设稳压管DZ1和DZ2的稳定电压分别为6V和8V，求图中各电路的输出电压UO。已知稳压管的正向压降为0.7V。+-+-(a)(b)25V25V1kΩZ1Z2Z1Z21kΩUOUO+-(c)+-(d)25V25VZ1Z2Z1Z21kΩ1kΩOUOUO解：(a)UO=14V；(b)UO=1.4V；(c)UO=6V；(d)UO=0.7V。例11．1-4返回结束611.2放大电路基础NPN管结构示意图PNP管结构示意图电路符号电路符号(1).NPN和PNP管的结构示意图及电路符号1.晶体管(BJT)基本知识7(2).三极管各极电流之间的关系上述关系式，对直流、交流和瞬时值都适用。iCiBiEiBiBβ=(1+β)=iCiE~~当β1时BCiiβ=()BEiβ1i+=NPN管PNP管8⑴具有放大功能①三极管工作在放大状态，即电源极性设置须使发射结正向偏置，集电结反向偏置；②被放大的信号能输入，放大后的信号能取出。⑵不失真设置合适的静态工作点。2．放大电路的组成原则93．三种基本放大电路•它们是共射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路，分别如图(a)、(b)，(c)所示。+C+Cb1b2+-+-(a)+C+Cb1b2+-+-(b)+C+C+-(c)+Ce+-b1b2RbRc+UCCuouiuiRb+UCCuoReuiuoRb1Rb2ReRc+UCC共集电极电路射极输出器射极跟随器共基极电路共射极电路1011.2.2放大电路的基本分析方法1.Q的近似估算法近似计算静态工作点Q。当ui=0时，放大电路处于静态。2.图解法确定一定动态范围下的静态工作点Q和求出昀大不失真输出电压峰值。3.微变等效电路法计算小信号下的AU、Ri、Ro111.静态工作点Q的近似估算静态时，三极管极间电压UCE、UBE和电流IC、IB的数值称为静态工作点，通常用Q表示。求Q点应该使用直流通路。⑴．基本共射极放大电路求解思路：IBQ→ICQ→UCEQ+C+Cb1b2+-+-()RbRc+UCCuoui(b)直流通路,RUUIbBECCBQ−=,βIIBQCQ=cCQCCCEQRIUU−=+UCCRcRbUBEICIBUCE+-+-(a)基本共射极放大电路122.图解法⑴.直流负载线⑵.交流负载线围绕直、交流负载线的几种类型题：①.电路图及其参数→画直流负载线→近似计算IB→求出Q点（IBQ、ICQ、UCEQ）。②.直流负载线→求电路参数。③.Q点与电路参数的关系。④.失真的输出波形→判断什么失真→如何消除。⑤.电路图及其参数→Q点→画交流负载线→求昀大不失真输出电压峰值（幅值）。13⑴.直流负载线①.直流负载线的画法：应使用直流通路(图（b))。从图可得直流负载线方程：uCE=UCC-iCRc•令iC=0，则uCE=UCC=12V，得M点。•令uCE=0，则iC=UCC∕Rc=12∕3=4mA，得N点。•在BJT的输出特性曲线图上画出M、N点连线，直线MN即为直流负载线（如图⒞所示），其斜率=-1/Rc。R380KbΩR3ΚΩ+C+Cb1b2cui+-+-uo3ΚΩ=12V+UCCRLR380KbΩR3ΚΩc=12V+UCCUCCICQUCEQRLUCESQuCEiC0MN=30uAIB10507090(c)(a)(b)14②.用直流负载线确定Q点确定Q点：从图中读取IBQ=30μA的输出特性曲线与直流负载线的交点，即为静态工作点Q。从Q点可得到ICQ和UCEQ的值。A303800.712RUUIbBECCBQμ≈−=−=求IBQ：利用直流通路直流通路15⑵.静态工作点与波形失真ωt0ωt0ωωtt00uiuououi(a)(b)+++UCCuiuo+-+-RbRcCb1Cb2饱和失真截止失真NPN++uiuo+-+-RbRcCb1Cb2-UCCωt0ωt0ωωtt00uiuououi(a)(b)截止失真饱和失真PNP∵共射放大电路的输出电压与输入电压的相位反相,对NPN管,当输出电压的负半周被削平时,一定是正半周的输入电压太大了,∴是饱和失真；当输出电压的正半周被削平时,一定是负半周的输入电压太大了,∴是截止失真。先出现饱和失真说明Q点偏高；先出现截止失真说明Q点偏低。对PNP管，道理一样。16⑶.交流负载线•画交流负载线用交流通路，交流负载电阻R'L=Rc∥RL•取得交流负载线在横轴上一点，用该点通过Q点做直线即为交流负载线。+C+Cb1b2+-+-RLRbRcRLuiuo+UCCRbRcRLuoui+-+-交流负载线画法：交流通路LCQCEQRIUA′+=若RL开路(RL=∞)，则交流负载线与直流负载线重合。17用交流负载线—求昀大不失真输出电压峰值Uom=Min[UCEQ-UCES，ICQR'L]要得到昀大的Uom应把Q点选在交流负载线的中点，即满足UCEQ–UCES=ICQR'L。昀大不截止失真输出电压幅度为ICQR'L，昀大不饱和失真输出电压幅度为UCEQ–UCES昀大不失真输出电压峰值为18直流和交流负载线综合题—例11．2-4已知电路及其直流、交流负载线如图（a）和(b)所示，设UBE=0V。求：①．UCC、IBQ、ICQ、UCEQ的值；②．电阻Rb、Rc、RL的值；③．昀大不失真输出电压的峰值。④．当ui的幅度足够大时，将首先产生何种失真？如何消除？+C+Cb1b2+-+-RbRcRLuiuo+UCC(a)024681012543216iCuCE/mA/V=30μΑIB20406080100MBNA7.11.8ICQRL'UCEQ(b)(a)19①.从图读出:UCC=12V，IBQ=30μA，ICQ=1.8mA，UCEQ=7.1V解：024681012543216iCuCE/mA/V=30μΑIB20406080100MBNA7.11.8ICQRL'UCEQ例11．2-4续120②.计算Rb、Rc、RLRb=(UCC-UBE)/IBQ=400kΩ，Rc=(UCC-UCEQ)/ICQ≈2.7kΩ,R'L=(10-7.1)／ICQ=2.9／1.8≈1.61kΩRL=(RcR'L)/(Rc-R'L)≈3.5kΩ，+C+Cb1b2+-+-RbRcRLuiuo+UCC(a)例11．2-4续2024681012543216iCuCE/mA/V=30μΑIB20406080100MBNA7.11.8ICQRL'UCEQ21④．∵ICQR'LUCEQ-UCES，Q点偏低，∴首先出现截止失真(这可从图中直接看出），减小Rb抬高Q点，可消除失真③．昀大不失真输出电压峰值：ICQR'L=2.9V，而UCEQ-UCES=7.1-0.3=6.8V取二者较小者∴Uom=ICQR'L=10-7.1=2.9V024681012543216iCuCE/mA/V=30μΑIB20406080100MBNA7.11.8ICQRL'UCEQ例11．2-4续3223.H参数微变等效电路分析法放大电路微变等效电路的画法：①用H参数等效电路代替放大电路中的三极管。②凡恒定的电压源都视为短路；凡电容都视为短路。③其它元件都按原位置画。④电压和电流用相量表示。ΔΔIBICΔUBEΔUCEbce-++-rβibebie+-+-uubececbcib()(mA)I26(mV)β1200ΩrEbe++≈BJT的H参数微变等效电路：23共射极基本放大电路分析电压放大倍数：beLbebLbiourRβrIRIβUUA′−=′−==&&&&&bebi//rRR=coRR=输入电阻：输出电阻:源电压放大倍数：isiusiiosousRRRAUUUUUUA+×=×==&&&&&&&&是联系输入和输出的量,在图中一定要标出bI&‘-’号表示输入与输出相位相反2411.2.3放大电路的频率特性下限频率fL和上限频率fH：当放大倍数下降到中频放大倍数AUM的0.707时，所对应的低频频率和高频频率。通频带（带宽）：HLHBWffff≈−=增益带宽积：中频电压放大倍数与通频带的乘积叫做增益带宽积|fA|HuM&当电路参数和管子选定后，基本上是个常数。就是说，放大倍数提高多少倍，频带就缩窄多少倍。1.几个概念AUMffLfHAUM0.707AU.252.对数频率特性—波特图-90-135-180-225-270ooooofL0.1f10ffH0.1f10f+20dB/-20dB/20lg|Au|ϕLHLH/dB十倍频程十倍频程20lg|AuM|.中频段高频段低频段f/Hzf/Hz电压放大倍数的分贝表示：()幅频特性的昀大误差为3dB，在fL和fH处。相频特性的昀大误差为±5.71°，分别在0.1fL和10fL及0.1fH和10fH处。()dBUUlg20dBAioU=若AU=100，用分贝表示则为AU（dB)=40dB26例11.2-10•某放大电路的波特图如图所示，则•1．中频放大倍数____________。•A．20，B．40，C．100，D．120。•2．上限频率______________。•A．＜100KHz，B．=100KHz，C．＞100KHz，D．=10KHz。•3．下限频率______________。A．＜100Hz，B．=100Hz，C．＞100Hz，D．=1KHz。•4．当f=fL或f=fH时，电路的放大倍数为__________。•A．40dB，B．37dB，C．3dB，D．43dB。•答案：1．C，2．B，3．B，4．B。102020404105+20dB/-20dB/20lg|AuM|.f/Hz1010103十倍频程十倍频程27三种放大电路性能的比较共射放大电路共集放大电路共基放大电路电压增益Au较大小于1而接近1较大Uo与Ui相位关系反相（相差180o）同相同相昀大电流增益较大较大小（≤1）输入电阻Ri中高低输出电阻Ro中低高频响特性较差较好好用途多级放大电路的中间级输入级、中间缓冲级、输出级高频或宽带放大电路及恒流源电路组态性能反馈的概念及类型2.反馈极性：正反馈和负反馈3.直流反馈和交流反馈4.反馈的四种类型（或组态)⑴电压串联负反馈⑵电压并联负反馈⑶电流串联负反馈⑷电流并联负反馈1.反馈的定义：将放大电路电压或电流的一部分或全部经反馈网络回送到放大电路的输入端，与外加信号共同参与控制作用的过程称为反馈。29反馈类型的判断方法①正、负反馈的判别方法—瞬时极性法：净输入信号增强的是正反馈，削弱的是负反馈。②电压反馈和电流反馈判别方法—输出端交流短路法：假定将输出端对地交流