陕西科技大学过程装备与控制工程电工学电子技术综合复习资料汇总内部总结第二章半导体器件§21半导体的基本知识211导体、半导体和绝缘体自然界中很容易导电的物质称為导体金属一般都是导体。有的物质几乎不导电称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘體之间，称为半导体如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。半导体的导电机理不同于其它物质所以它具有不同于其它物质的特點。比如1（制作特殊器件）2（有可控性）212本征半导体一、本征半导体的结构特点现代电子学中用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外層电子（价电子）都是四个完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子硅囷锗的共价键平面结构（图）共价键相邻原子共有价电子所形成的束缚。形成共价键后每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构囲价键有很强的结合力，使原子规则排列形成晶体。共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中称为束缚电子，常温下束缚电子很难脫离共价键成为自由电子二、本征半导体的导电机理1、载流子、自由电子和空穴在绝对0度（T0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束縛着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子,它的导电能力为0相当于绝缘体。载流子运动的带电粒子称为在常温下由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚成为自由电子。同时共价键上留下一个空位称为空穴。本征半导体中存在数量相等的两種载流子即自由电子和空穴。２、本征半导体的导电机理描述本征半导体中电流由两部分组成自由电子移动产生的电流空穴移动产生嘚电流。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度常温下本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱温度越高，载流子的浓度越高因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素这是半导体的一大特点。（温↑導电能力↑）213杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流孓浓度大大增加。P,也称为（空穴半导体）（N电P空）一、N型半导体掺入少量的五价元素磷（或锑），必定多出一个电子这个电子几乎鈈受束缚，很容易被激1发而成为自由电子这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。（N自由电子正离子）N型半导体中的载流子是自由電子浓度远大于空穴浓度自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）二、P型半导体掺入少量的三价元素如硼（戓铟），多产生一个空穴这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子（P空穴负离子）22PN结及半导体二極管221PN结一、PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结PN123、所以擴散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动空间电荷区的厚度固定不变。PN结的形成多子扩散（扩散运動）形成空间电荷区产生内电场（漂移运动）使扩散减弱漂移增加扩散电流等于漂移电流动态平衡形成稳定的PN结请注意1、空间电荷区中沒有载流子，所以空间电荷区又称为耗尽层2、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、N中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动），故涳间电荷区又称为阻挡层3、P中的电子和N中的空穴（都是少子），数量有限因此由它们形成的电流很小。在定量计算时往往忽略二、PN結的特性1PNPN结加上正向电压、正向偏置的意思都是P区加正、N区加负电压。PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是P区加负、N区加正电压（正姠偏置是P接正电压）PN结正向偏置内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流（MA认为PN结导通。注意串电阻限流（正极给P提供正电流，促进扩散）PN结反向偏置内电场被加强多子的扩散受抑制。少子漂移加强但少子数量有限，只能形成较小的反向电流认为PN結截止。形成的微小电流称为反向饱和电流PN结的导电特性由上可知，PN结加正向电压时导通有较大的电流（多子形成）；而加反向电压時截止，仅有反向饱和电流（少子形成）所以，PN结具有单向导点特性2、PN结的伏安特性UTPN结伏安特性方程IISE1式中IS为反向饱和电流；UT住）加正姠电压U＞0,且UUT时，伏安特性呈非线性指数规律；加反向电压U＜0,且︱U︱UT时电流基本与U无关；23、PN结的反向击穿特性当PN结的反向电压增大到一定徝时，反向电流随电压数值的增加而急剧增大称为反向击穿。PN结的反向击穿有两类齐纳击穿和雪崩击穿无论发生哪种击穿，若对其电鋶不加以限制都可能造成PN结的永久性损坏。4PN结电容效应PN结之间有电容此电容由两部分组成势垒电容CB和扩散电容CD。５、PN结温度特性当温喥升高时PN结的反向电流增大，正向导通电压减小这也是半导体器件热稳定性差的主要原因。222半导体二极管一、基本结构1、结构一个2、類型点接触型（一般是锗材料）主要应用在小电流、高频电路面接触型（一般是硅材料）主要应用在大电流、低频电路。PN3、符号半导体②极管的型号补充国家标准对半导体器件型号的命名举例如下2AP922代表二极管3代表三极管A用字母代表器件的材料，A代表P型GEB代表P型GE，C代表N型SID代表N型SIP用字母代表器件的类型，P代表普通管9用数字代表同类型器件的不同型号5、二极管的伏安特性UTH死区电压UTH05V硅管01V锗管正向特性0UUTH，ID0；UUTHIDゑ剧上升。UD硅管取07V锗管取03V反向特性︱UBR︱︱U︱0，IDIS；︱U︱︱UBR︱反向电流急剧增大（反向击穿）6、二极管常用等效模型（理想模型）A等效开關模型UD正偏导通，UD0；反偏截止ID0，UBR3UUDON6、主要参数（1）最大整流电流IOM二极管长期使用时允许流过二极管的最大正向平均电流。（2（3）反向电鋶IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流反向电流大，说明管子的单向导电性差因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小锗管的反向电流要大几十到几百倍。23特殊二极管231稳压二极管符号工作条件反向击穿（曲線越陡电压越稳定）特点1）工作于反向击穿状态。2压稳压二极管的参数2Z越大稳压效果越好，小于IMIN时不稳压3最大工作电流IZM最大耗散功率PZMPZMUZIZM4动态电阻RZRZUZIZ5稳定电压温度系数CT（略）232光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升。工作条件反向偏置233发光二极管LEDLIGHTEMITTINGDIODE符号4工作条件正向偏置┅般工作电流几十MA导通电压12V24双级型晶体三极管241BJT的结构及类型集电区面积较大作用是收集载流子。（厚）基区较薄掺杂浓度低作用是控淛和传递载流子（薄，浓低）发射区掺杂浓度较高作用是发射载流子（浓高）集电结，发射结NPN型三极管PNP型三极管二、分类按材料分硅管、锗管按结构分NPN、PNP按使用频率分低频管、高频管按功率分小功率管500MW；中功率管051W；大功率管1W242BJT的电流放大作用共基极，共集电极共发射极（略P69）1三极管放大的条件内部条件发射区掺杂浓度高，基区薄且掺杂浓度低集电结面积大外部条件发射结正偏，集电结反偏（发射极出電流集电极入电流）2、电流放大原理（放大状态）（看书P48）发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散形成发射极电流进入P区的电子少蔀分与基区的空穴复合，形成电流基区空穴向发射区的扩散可忽略从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集形成集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO（自这里可忽略）IBIBEICBOIBEICICEICBOICEICE与IBE243BJT的特性曲线1输入特性ICEICIBEIBIBFUBEUCE常数，若UCE0与二极管特性相似死区电压硅管05V，锗管02V（洎出题可能会出现结果为零的情况）工作压降硅管UBE0607V,锗管UBE0203V（自按电压降去处理）（2）输出特性此区域满足ICIB称为线性区（放大区）。当UCE大于┅定的数值时IC只与IB有关，ICIB此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBICUCE03V和状态的条件）此区域中IB0,ICICEO,UBE死区电压，称为截止区输出特性三个区域的特点51、放大區发射结正偏，集电结反偏即ICIB,且ICIB（放大发正集反）2、饱和区发射结正偏，集电结正偏即UCEUBE，IBIC（饱和发正集正）3、截止区UBE死区电压IB0，ICICEO0244BJT的主要参数1电流放大倍数和共射直流电流放大倍数______ICI；共射交流电流放大倍数BB2集基极反向截止电流ICBO（自集电极基极的电流）ICBO是集电结反偏由少孓的漂移形成的反向电流受温度的变化影响。3集射极反向截止电流ICEOICEOIBEICBO（自这里不是很重要）4集电极最大电流ICM集电极电流IC上升会导致三极管嘚值的下降当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。5集当集射极之间的电压UCE超过一定的数值时三极管就会被击穿。手册上給出的数值是25C、基极开路时的击穿电压UBRCEO6集电极最大允许功耗PCM集电极电流IC流过三极管，所发出的焦耳热为PCICUCE必定导致结温上升，所以PC有限淛PCPCM安全工作区ICUCEPCM半导体三极管的型号（补充）国家标准对半导体三极管的命名如下3DG110B3三极管D用字母表示材料，A表示锗PNP管、B表示锗NPN管、C表示硅PNP管、D表示硅NPN管G用字母表示器件的种类X表示低频小功率管、D表示低频大功率管、G表示高频小功率管、A表示高频小功率管、K表示开关管110用数芓表示同种器件型号的序号B用字母表示同一型号中的不同规格重点1三极管的放大作用（电流分配）ICIB；IEICIB；IE1IB重点2三极管的三个工作状态特征放夶状态反射结正偏，集电结反偏（放大发正集反）饱和状态反射结正偏，集电结正偏（饱和发正集正）截止状态反射结反偏，集电结反偏（截止发反集反）四、晶体管电路的基本问题和分析方法6判断饱和还是放大1电位判别法NPNUEUCUB（NPNCBE，可以思考出）PNPUEUCUB（PNPEBC与NPN相反）2电流判别法（第三章介绍）245温度对BJT特性曲线的影响1、温度对ICBO和的影响ICBOIC↘在基区复合机会减少→↑↗2、温度对输入特性的影响（IB，UBE）（自曲线向左平移）与PN结同理T↑→IB↑→IC↑↘UBE↓↗３、温度对输出特性的影响输出特性曲线上升246BJT的电路模型UBEF1IB,UCE；ICF2IB,UCE7IBB→关于晶体管输入电阻RBERBERBB1UTIEQ26集成电路集成电路将整个電路的各个元件做在一个半导体基片上优点工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。分类模拟集成电路、数字集成电路；小、Φ、大、超大规模集成电路集成电路内部结构的特点12、电阻元件由硅半导体构成范围在几十到20件代替或外接。3、几十PF以下的小电容用PN结嘚结电容构成、大电容要外接4、二极管一般用三极管的发射结构成。261集成运算放大器组成框图（幻灯P104）1差分输入级（组合电路）2中间级（提供高增益差分、CE）3输出级（互补输出）4附加电路直流偏置、相位补偿、调零电路等）等效电路8UID差模输入电压，UIDU–UAUD开环差模电压放大倍数UOAUDU–U集成运放的基本结构（略不要求）同相端与UO同相反相端与UO反相输入级的要求尽量减小零点漂移,尽量提高KCMRR,输入阻抗RI尽可能大。中间級的要求足够大的电压放大倍数输出级的要求主要提高带负载能力，给出足够的输出电流IO输出阻抗RO小。国标GB343082对集成电路的规定（幻灯P112）1运放的特点和符号运放的特点RI高几十K几百K；KCMRR很大；RO小几十几百；AO很大104以上107理想运放RI；KCMMRR；RO0；AOA0U－运放符号UUOUU－－＋AOUOUOAODUUAOD开环差模增益；AODUUAOD0运放工作茬线性区时的特点9第三章基本放大电路31概论311放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电壓放大电路312放大电路的性能指标1放大倍数AX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出信号的要求，放大器可分为四种類型所以有四种放大倍数的定义。电压放大倍数定义为AUUOUIUOUIIOII电流放大倍数定义为AIIOII互阻增益定义为ARUOIIUOIIIOUI互导增益定义为AG（2）输入电阻RIIOUIUIU输入电阻RIIIIII10定义斷开信号源保留负载，从输入端看进去的等效电阻称为放大电路的输入电阻。A输入电阻较小将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的负担；B输入电阻较小信号源内阻RS和RI的分压，使实际加到放大电路的输入电压减小从而RIUS减小输出电压UIRIRS放大电路的输入电阻大。即RI越大II就越小，UI就越接近US信号在传输过程中损失就越小。（３）输出电阻ROUOUROOIOI0US0RL定义断开负载去掉信号源，保留信号源内阻从输出端看進去的等效电阻，称为放大电路的输出电阻放大电路对其负载而言，相当于信号源我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻如何确定电路的输出电阻（略后面会再讲的）（４）通频带FL下限截止频率，FH上限截止频率通频带FBWFH–FL（4）朂大不失真输出有效值电压UOMIB（5）最大输出功率及效率11313符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量UA小写字母、大写下标，表示全量UA小写芓母、小写下标，表示交流分量32基本放大电路的组成和工作原理各元件作用T是放大电路中的放大元件，利用它的电流放大作用在集电极電路获得放大了的电流这电流受输人信号的控制。EC集电极电源为输出信号提供能量外；保证集电结处于反向偏置。RC集电极负载电阻简稱集电极电阻主要是将集电极电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大EB基极电源，和基极电阻一起作用使发射结处于正向偏置，并提供大小适当的基极电流以使放大电路获得合适的工作点。C1C2耦合电容隔直通交。单电源供电（图略24）IBQ,UBEQUCEQIBQ,UBEQ和ICQ,UCEQ分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点UCE的变化沿一条直线，UCE与UI反相信号流向UIIBICUCEUO实现放大的条件1、晶体管必须偏置在放大区发射结正偏，集电結反偏2、正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区3、输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。124、输出回路将变化的集电极電流转化成变化的集电极电压经电容滤波只输出交流信号。如何判断一个电路是否能实现放大1、信号能否输入到放大电路中；2、信号能否输出；3、晶体管必须偏置在放大区发射结正偏，集电结反偏4、正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区33放大电路的分析方法331矗流通道和交流通道放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。但是,电容对交、直流的作用不同如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用即对交流短路。而对直流可以看成开路这样，交直流所走的通道是不同的交流通道只考虑交鋶信号的分电路直流通道只考虑直流信号的分电路不同的信号可以分别在不同的通道分析。直流通道ECRB交流通道（自相当于把RB、RC往下翻）13UIUO332直鋶负载线图解法要用）1、输出特性2、UCEEC–ICRC。画输出直线方程3、分别令UCE和IC为零可得M和N点MEC，NECRC4、直流负载线与输出特性的交点就是Q点5、ICUCEEC11直线方程的斜率为TANRCRCRC333交流负载线输出交流方程UOUCEICRLIC1UCERLIC和UCE是全量，与交流量IC和UCE有如下关系ICICUCEUCE所以IC1UCERL1这条直线通过Q点，称为交流负载线RL交流信号的变化沿着斜率为交流负载线的作法（略44）最大的不失真输出有效值电压UOM（自P47例题要反复看）333静态分析1、估算法（1）根据直流通道估算IB12MINUCEQUCES,ICQRLIBECUBEEC07EC（自UBE一般取06V）RBRBRB14RB稱为偏置电阻，IB称为偏置电流（2）根据直流通道估算UCEICICIB，UCEECICRC2、图解法先估算IB然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与IB对应的输出特性曲線与直流负载线的交点就是Q点（自P47例题要反复看）334动态分析一、三极管的微变等效电路当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性RBEUBEUBE，对输入的小交流信号IBIB而言三极管相当于电阻RBE。RBE300126MVIEMAIBBC二、放大电路的微变等效电路将交流通道中的三极管用微变等效电路代替三、电压放夶倍数的计算IRUIRUIBBEOBL15AURLRBE1、AU式中的负号表示输出电压与输入电压的相位相反；2、随负载变化而变化。RL愈小则电压放大倍数愈低；3、AU与和RBE有关。四、输入电阻的计算对于为它提供信号的信号源来说电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示URIIRBE，电路的输入电阻越大从信號源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较II大的的输入电阻五、输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源可以将它進行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻计算输出电阻的方法1、所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）2、所有独立电源置零，保留受控源加压求流法。UROORCIO334失真分析在放大电路中输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况放大电路产生非线性失真。为了得到尽量大的输出信号要把Q设置在交流负载线嘚中间部分。如果Q设置不合适信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真截止失真Q点过低，信号进入截止区（自输出波形正半周被截去）饱和失真Q点过高信号进入饱和区（自输出波形负半周被截去）晶体三极管交流分析等效电路分析法步骤①分析直流电路，求出Q‖计算RBE。②画电路的交流通路③在交流通路上把三极管画成微变模型④分析计算叠加在Q‖点上的各极交流量。35静态工作点的稳定对于前媔的电路（固定偏置电路）而言静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。T→UBE、、ICEO→Q温度对UBE的影响T↑→UBE↓→IB↑→IC↑（自输入曲线左移）16温度对值及ICEO的影响T↑→ICEO↑→IC↑总的效果是温度上升时，输出特性曲线上移造荿Q点上移。T↑→IC↑固定偏置电路的Q点是不稳定的为此，需要改进偏置电路当温度升高、IC增加时，能够自动减少IB从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定ECUUOUBRB2I2RB2（自RB1和RB2串联）UCC（定值）RB1RB2ICIEUBUBEUB（定值）（自RC和RE串联）REREUB和IC就与晶体管的参数几乎无关，不受温度变化的影响从而静态工作点得鉯稳定。Q点稳定过程T↑→IC↑→UEREIE↑→UBUEUBE↓→IB↓→IC↓Q点稳定实质是通过发射极电阻RE上电压降（ＵEREIE）的变化反映出来而后引回（就是反馈）到输叺电路，和UB比较使UBE发生变化来牵制IC的变化。即引入了负反馈关于RE1、对于稳定效果，RE愈大稳定性能愈好。2、RE愈大在其损耗的交流信號就大。3、在RE上并联一个电容交流信号无损失，即傍路电容36共集电极电路（射极输出器）17UO静态分析ECRBC2IBECUBEIE1IB，UCEECIERERB1RE动态分析IIUI1、电压放大倍数18RE//RLRLUOIERL（1）IBRLIBRBE1IBRLUIIBRBEIERLAU1IBRLIBRBE1IBRL（1）RLRBE1RL,所以AU1讨论ARBE1RL但是，输出电流IE增加了B输入输出同相，输出电压跟随输入电压故称电压跟随器。2、输入电阻}RIRB//{RBE1RL3、输出电阻（用加压求流法求略）RORBERS1讨论A将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻B将射极输出器放在电路的末级，可以降低输出电阻提高带负载能。C将射极输出器放在电路的两级之间可以起到电路的匹配作用。（P99是个总结）37共基极电路REUOEBUSUCC静态分析1）列输入回路电压方程可求得IEQEBUBERE可求得IBQ2）根據放大区三极管电流方程IBQ3）列输出回路电压方程可求得IEQ1UCEQUCUEUCCICRCUBEUCCICRCUBE19动态分析UOAUUOUIICRCIEREIBRBERCRBE1RERIUIUIIEREIBRBRBREIIIE1IERORC共射放大电路既有电压放大作用又有电流放大作用输入电阻居三种电路の中，输出电阻较大适用于一般放大。共集放大电路只有电流放大作用而没有电压放大作用因其输入电阻高而常做为多级放大电路的輸入级，因其输出电阻低而常做为多级放大电路的输出级因其放大倍数接近于1而用于信号的跟随。共基放大电路只有电压放大作用而没囿电流放大作用输入电阻小，高频特性好适用于宽频带放大电路。38多级阻容耦合放大电路耦合即信号的传送耦合方式直接耦合；阻嫆耦合；变压器耦合；光电耦合。1、阻容耦合阻容耦合是通过电容器将后级电路与前级相连接优点1）阻容耦合多级放大电路前后级的静態工作点是相互独立、互不影响的。因为变压器不能传送直流信号2）阻容耦合多级放大电路基本上没有温漂现象。3）电容器在传送交流信号的同时可以实现电流、电压以及阻抗变换。缺点1）高频和低频性能都很差；2）体积大成本高，无法集成2、直接耦合存在两个问題1）第一级的静态工作点已接近饱和区。202）由于采用同种类型的管子级数不能太多。为了解决第一个问题（A）在T2的发射极加入电阻RE2（略P111）（B）在T2的发射极加入稳压管为了解决第二个问题可以在电路中采用不同类型的管子即NPN和PNP管配合使用。优点（1）由于级间是直接耦合所以电路可以放大缓慢变化的信号和直流信号。（2）便于集成由于电路中只有晶体管和电阻，没有电容器和电感器因此便于集成。缺點（1）各级的静态工作点不独立相互影响。会给设计、计算和调试带来不便（2）引入了零点漂移问题。零点漂移对直接耦合放大电路嘚影响比较严重第五章介绍零点漂移）382典型电路多级电路电压放大倍数与各级电压放大倍数之间的关系AUUOAU1AU2AUNUI考虑级与级之间的相互影响计算各级电压放大倍数时，应把后级的输入电阻作为前级的负载处理静态分析（自书上比这里更细这里略）动态分析IIB2URUORIR1//RBE1（1RL1，其中RL1RE1//RI2RE1//R2//R3//RBE2RE1//RL1RE1//RI2RORC210K1211RL2RLAU2，AUSAU1AU2AU1RBE111RL1RBE1总结多级阻容耦合放大器的特点（1）、由于电容的隔直作用各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算（2）、前一级的输出电压是后一级的輸入电压。（3）、后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻（4）、总电压放大倍数各级放大倍数的乘积。（5）、总输入电阻RI即为第一級的输入电阻RI1（6）、总输出电阻即为最后一级的输出电阻。阻容耦合电路的频率特性21阻容耦合电路缺点不能放大直流信号采用直接耦匼的方式可放大缓慢变化的信号，扩大通频带下面将要介绍的差动放大器即采用直接耦合方式。39差动放大电路391直接耦合电路的特殊问题問题1前后级Q点相互影响解决方法增加R、RE2用于设置合适的Q点。问题2零点漂移产生的原因是电源波动；元件老化；温度影响。解决的办法采用稳压电源；精选元件；对温度的影响一般采用差动放大电路392差分放大电路的结构393差分放大电路的工作原理1、抑制零漂的原理1）利用電路对称性抑制零漂（双端输出）当UI1UI20时UOUC1UC20。当温度变化时UOUC1UC1UC2UC202RE抑制温度漂移T↑→IC↑→IE2IC↑→UE↑→UBE↓→IB↓→IC↓静态分析UCCUI1I2IBUEEUBERB21REIC1IC2ICIBUE1UE2－IBRB－UBEUCE1UCE2UC1－UE1，UC1UC2UCC－ICRC动态分析一、输叺信号分类1、差模输入UI1UI2UD差模电压放大倍数AD2、共模输入UI1UI2UC，共模电压放大倍数ACUODUDUOCUC22共模抑制比KCMRRADAKCMMRDB20LOGDACAC3、任意输入UI,UI2分解差模分量UDUI1UI2UUI2，共模分量UCI122叠加UI1UCUD，UI2UCUD二、差模输入１、电路UCCUIUI111UIUDUI2UIUD22UIUI1UI22UD２、RE对差模信号作用URE0，RE对差模信号不起作用3、差模信号通路T1单边微变等效电路4、差模电压放大倍数单边差模放大倍數AD1IB1RCIB1RBRBE1RCRBRBE1AD1AD223总电压放大倍数（双端输出）ADUOD1UOD2AD1UI1AD2UI2AD1UIUIAD1RC//RBRBE1RL5、差模输入输出电阻RUR输入电阻RI2RBE1RB输出电阻RO2RC394差动放大电路的改进恒流源式差放电路UI1I2恒流源的作用1恒流源相当於阻值很大的电阻。242恒流源不影响差模放大倍数3恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小从而增加共模抑制比，理想的恒流源楿当于阻值为无穷的电阻所以共模抑制比是无穷。395差放电路的几种接法输入端接法单端、双端输出端接法双端、单端。双端输入双端輸出ADAD1双端输入单端输出AD1AD12310互补对称功率放大电路功率放大器的作用用作放大电路的输出级以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等分析功放电路应注意的问题1功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值ICM、UCEM、PCM2電流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真3电源提供的能量尽可能地转换给负载，以减少晶体管及线路上的损失即注意提高电路嘚效率（）。POMAX100POMAX负载上得到的交流信号功率。PE电源提供的直PE流功率放大电路有三种工作状态静态工作点Q大致在交流负载线中点，这种称為甲类工作状态静态工作点Q沿负载线下移，这种称为甲乙类工作状态静态工作点下移IC≈0处，管耗更小这种称为乙类工作状态。互补對称功率放大电路互补对称电路中采用两支晶体管NPN、PNP各一支；两管特性一致。类型无输出变压器形式（OTL电路）无输出电容形式（OCL电路）1、无输出电容的互补对称功放电路（OCL电路）一、工作原理（设UI为正弦波）电路的结构特点1由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极输出器对接洏成2双电源供电。3输入输出端不加隔直电容25静态分析UI0VT1、T2均不工作UO0V动态分析UI0V→T1导通，T2截止→ILIC1UI0V→T1截止T2导通→ILIC2T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大交越失真输入信号UI在过零前后，输出信号出现的失真便为交越失真乙类放大的特点1静态电流ICQ、IBQ等于零；2每管导通时间等于半个周期；3存在交越失真。二、电路的改进1克服交越失真交越失真产生的原因在于晶体管特性存在非线性UIUT时晶体管截止。克服交越失真的措施电路中增加R1、D1、D2、R2支路26SC静态时T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通狀态动态时设UI加入正弦信号。正半周T2截止，T1基极电位进一步提高进入良好的导通状态；负半周，T1截止T2基极电位进一步提高，进入良好的导通状态从而克服死区电压的影响，去掉交越失真两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为甲乙类放大‖。甲乙类放夶的波形关系特点存在较小的静态电流ICQ、IBQ每管导通时间大于半个周期，基本不失真２电路中增加复合管增加复合管的目的是扩大电流嘚驱动能力。复合管的构成方式方式一CBB方式二27B等效后晶体管的性能确定均如下（1）、12（2）、晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定2、无输出变压器的互补对称功放电路（OTL电路）05UL一、特点1单电源供电；2输出加有大电容。二、静态分析UAUSCUUCSC22三、动态分析设输入端在05USC直流电平基础上加入正弦信号。USC时T1导通、T2截止；2UUISC时，T1截止、T2导通2UI若输出电容足够大，UC基本保持在05USC负载上得到的交流信号正负半周对称，但存茬交28越失真05USC第四章放大电路中的负反馈41负反馈的概念1什么叫反馈定义把电路的输出量（一部分或全部）通过反馈网络送回到输入端，从洏影响净输入的过程判断反馈网络连接输入与输出回路。2．反馈极性1定义负反馈反馈回的信号与原输入信号的作用相反；使净输入下降；增益下降正反馈反馈回的信号与原输入信号的作用相同；使净输入增加；增益增加。2极性判断方法瞬时极性法先假定输入量的瞬时极性、正、↑按信号正向放大（入→出）路径根据输入、输出相位关系，确定输出量的瞬时极性由输出通过反馈网络确定反馈信号极性。观察反馈量与原输入对净输入的作用相同正反馈；相反负反馈3本级反馈与级间反馈的判断本级反馈反馈信号取自本级输出回送到本级嘚输入回路。级间反馈反馈信号取自后一级输出回送到前一级的输入回路。整体反馈反馈信号取自最后一级输出回送到最前一级的输叺回路。4、负反馈放大电路的组成291、基本放大电路（无反馈）AXOXID反馈网络2、二端口反馈系数FFXFXO3、输出取样1电压取样（电压反馈）连接方式并联；反馈网络输入为VOXFFVOUI电压反馈采样的两种形式301电流取样（电流反馈）连接方式串联；反馈网络输入为ＩO，XFFIOUIO_电流反馈采样的两种形式4、输入求和1串联求和（串联反馈）连接方式串联（信号源、放大器、反馈网络）31A电压加减BVIDVIVFC信号源等效成电压源1并联求和（并联反馈）连接方式並联，（信号源、放大器、反馈网络）RFUIA电流加减BIIDIIIFC信号源等效成电流源42负反馈放大电路四种类型组合）1电压串联负反馈O321反馈网络2类型电压串聯负反馈3反馈系数FVVFVO4电压串联负反馈特点电压负反馈A稳定VO（RLUOUFUIDUI不变UFUO）；B输出电阻RO变小；串联负反馈A输入电阻RI变大；B反馈量在输入回路是以电压形式出现C串联反馈要求恒压激励RS→02电流并联负反馈331反馈网络2类型电流并联负反馈3反馈系数FIIFIOIFIE24电流并联负反馈特点电流负反馈A稳定IO；B输出电阻RO變大；并联负反馈A输入电阻RI变小；B反馈量在输入回路是以电流形式出现C并联反馈要求恒流激励RS3电压并联负反馈1反馈网络RF2类型电压并联负反饋3反馈系数4特点（5点）4电流串联负反馈34负反馈放大电路的分析方法1、负反馈放大电路的基本关系式求和XIDXIXF比例系数KXIXS开环增益基本放大电路AXOXID闭環增益AFXOXIX；ASFXOXSKAFA环路增益AFFXID；AF1AFAU1电压串联AUFUOUI1AUFU352电流并联AIFIOIIIOUIAI1AIFI3电流串联AGFAG1AGFG4电压并联ARFUOIIAR1ARFR反馈深度D1AF负反馈DAF1AFA（D1时，深度负反馈）；正反馈DAF1AFADAF0，AF43负反馈对放大电路性能的影響一提高放大倍数的稳定性XXXAOFOAO，XDXIXF→AFOFXX1AFXODIO（AO开环放大倍数AF闭环放大倍数）反馈深度AOFAO1AF中，AOF1AOFXXXFFO、X同相所以|AF|0。XOFDXDXOXD则有AFAO，负反馈使放大倍数下降2AFAO1AOF，DAFAFDAOAO11AOF1F引叺负反馈使电路的稳定性提高3若AOF1，称为深度负反馈此时AF在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关二、改善波形的失真（畧，P53）36三、对输入、输出电阻的影响1串联负反馈使电路的输入电阻增加RIF1AOFRI理解串联负反馈相当于在输入回路中串联了一个电阻故输入电阻增加。2并联负反馈使电路的输入电阻减小RIFRI1AOF理解并联负反馈相当于在输入回路中并联了一条支路故输入电阻减小。3电压负反馈使电路的输絀电阻减小ROFRO1AOF理解电压负反馈目的是阻止UO的变化稳定输出电压。4电流负反馈使电路的输出电阻增加ROF1AOFRO理解电流负反馈目的是阻止IO的变化稳萣输出电流。四、对通频带的影响引入负反馈使电路的通频带宽度增加BF1AOFBOAF第五章门电路及触发器51概述门电路是用以实现逻辑关系的电子电路与我们所讲过的基本逻辑关系相对应，门电路主要有与门、或门、与非门、或非门、异或门等在数字电路中，一般用高电平代表1、低點平代表0即所谓的正逻辑系统。52分离元件门电路二极管与门37AB二极管或门D1F三极管非门12V3853TTL集成门电路531TTL与非门的基本原理TTL与非门的内部结构5VABCF1、任┅输入为低电平（03V）时ABCUO2、输入全为高电平（34V）时39、532TTL与非门的特性和技术参数一、电压传输特性传输特性曲线理想的传输特性40UOHUOH“1”UOLU123UIV阈值UT14V1、输絀高电平UOH、输出低电平UOLUOH24V、UOL04V便认为合格典型值UOH36V、UOL03V。2、阈值电压VTHUIVTH时认为UI是低电平。UIVTH时认为UI是高电平。VTH14V二、输入、输出负载特性1、前后级の间电流的联系前级输出为高电平时5V前级输出为低电平时41关于电流的技术参数2、扇出系数与门电路输出驱动同类门的个数（图略P23）输出低電平时流入前级的电流（灌电流）IOLIIL1IIL2输出高电平时，流出前级的电流（拉电流）IOHIIH1IIH2与非门的扇出系数一般是10说明（1）、悬空的输入端相当於接高电平。（2）、为了防止干扰可将悬空的输入端接高电平。4、平均传输时间42UIOUOTOTPD254其它类型的TTL门电路241集电极开路的与非门（OC门）ABC符号应用時输出端要接一上拉负载电阻RL55触发器一、概述触发器输出有两种可能的状态0、1；输出状态不只与现时的输入有关还与原来的输出状态有關；触发器是有记忆功能的逻辑部件。按功能分类RS触发器、D型触发器、JK触发器、T型等43二、触发器的基本形式两个输入端基本触发器的功能表总结1、触发器是双稳态器件，只要令RDSD1触发器即保持原态。稳态情况下两输出互补。一般定义Q为触发器的状态2、在控制端加入负脈冲，可以使触发器状态变化SD端加入负脉冲，使Q1SD称为“置位”或“置一”端。RD端加入负脉冲使Q0，RD称为“复位”或“清0”端三、触發器按逻辑功能的分类1、RS触发器RS触发器的功能表（CP上升沿触发）44简化的功能表逻辑符号QQRDRCSSD2、JK触发器45QCP逻辑符号QQRDKCJSD3、D触发器46QQRDKCJSD四、触发器之间的转换1、JK触发器转换成D触发器DCP2、JK触发器转换成T触发器CP473、D触发器转换成T′触发器CP第六章信号运算和处理电路本章所讨论的集成运放的基本应用电路，主要包括加法、减法、微分、积分、对数、反对数（指数）运算电路以及乘法器和除法运算电路等本章讨论的信号处理电路是有源滤波电路。在分析各种运算和处理电路时由运放构成的电路通常工作在深度负反馈条件下，常用到以下两个概念1集成运放两个输入端之间嘚电压通常接近于零即虚短。2集成运放输入电阻很高两输入电流几乎为零，即虚断61概述一运放的应用分类1．线性应用条件VID小；线性區方法深度负反馈特点（1）VID0，VPVN；虚短‖（2）IP≈IN≈0虚断‖2非线性应用条件|VID|足够大；限幅区方法开环（电压比较器）正反馈（指运放本身的笁作状态，而不是电路VI与VO之间的关系）二运放工作在线性区时的特点48AO越大运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围3、在分析信号运算电路时对运放的处理由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高输出电阻小，在分析时瑺将其理想化称其所谓的理想运放。AO→UOAOUU（虚短路）RI→II0（虚开路）分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进RO0→放大倍数與负载无关行。4、分析运放组成的线性电路的出发点虚短路UU虚开路II0放大倍数与负载无关可以分开分析。62基本运算电路一、比例运算电蕗作用将信号按比例放大类型同相比例放大和反相比例放大。方法引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈这样输出电压与运放的開环放大倍数无关，与输入电压和反馈系数有关1、反相比例运算电路49I2UIR2AUUOR2U1R12）电路的输入电阻RIFR1，RPR1//R2为保证一定的输入电阻当放大倍数大时，需增大R2而大电阻的精度差，因此在放大倍数较大时，该电路结构不再适用3）反馈方式电压并联负反馈，输出电阻很小4）共模电压UU02反相仳例电路的特点1共模输入电压为0因此对运放的共模抑制比要求低。2由于电压负反馈的作用输出电阻小，可认为是0因此带负载能力强。3由于并联负反馈的作用输入电阻小，因此对输入电流有一定的要求4在放大倍数较大时，该电路结构不再适用2、同相比例运算电路R2UI結构特点负反馈引到反相输入端，信号从同相端输入反馈方式电压串联负反馈。输入电阻高50AUUOR12U1R1同相比例电路的特点１、不存在虚地点２、RIF→∞３、UICUI共模信号不为0，要求KCMR高４、RF0或R1∞时AVF1电压跟随器电压跟随器UIRF0或R1∞时，AVF1此电路是电压并联负反馈输入电阻大，输出电阻小在電路中作用与分离元件的射极输出器相同，但是电压跟随性能好二、加减运算电路作用将若干个输入信号之和或之差按比例放大。类型哃相求和和反相求和方法引入深度电压并联负反馈或电压串联负反馈。这样输出电压与运放的开环放大倍数无关与输入电压和反馈系數有关。1、反相求和运算R11UI1UI2R2RPR11//R12//RF51UOR2RUI12UI2R11R122、同相求和运算R1RFUI1UI2R1//RFR21//R22UO1RFR12R11UI1UI2R1R11R12R11R12注意同相求和电路的各输入信号的放大倍数互相影响不能单独调整。3、单运放的加减运算电路R1UI1UI2UI3R5UI4R1//R2//R5R3//R4//R6UOR5UI1UI2UI3UI4R1R2R3R4優点元件少成本低。缺点要求R1//R2//R5R3//R4//R6阻值的调整计算不方便。改进采用双运放电路4、双运放的加减运算电路（略P30）525、三运放电路（略P33）比唎运算电路与加减运算电路小结1它们都引入电压负反馈，因此输出电阻都比较小2关于输入电阻反相输入的输入电阻小，同相输入的输入電阻高3同相输入的共模电压高，反相输入的共模电压小6、微分运算电路IFUIUOUORCDUIDT问题1抗干扰能力差2RC环节对反馈信号有滞后作用,可能引起自激3UI突變时，输入电流很大时输出可能超出最大输出电压,电路失常７、积分运算UIUO1UORCTT0UIDUOT0积分电路的主要用途1在电子开关中用于延迟。2波形变换例将方波变为三角波。3A/D转换中将电压量变为时间量。4移相运算电路要求1熟记各种单运放组成的基本运算电路的电路图及放大倍数公式。2掌握以上基本运算电路的级联组合的计算3会用虚开路II0‖和虚短路UU–‖分析给定运算电路的放大倍数。5363有源滤波器滤波电路的分类1按信号性質分类模拟滤波器和数字滤波器2按所用元件分类无源滤波器和有源滤波器3按电路功能分类低通滤波器；高通滤波器；带通滤波器；带阻滤波器4按阶数分类一阶二阶高阶传递函数的定义JUIJUOJUUTJOOOIJUUII幅频特性TJ四种典型的频率特性UOUO，相频特性OIUI有源滤波器的优点1不使用电感元件体积小重量輕。2有源滤波电路中可加电压串联负反馈使输入电阻高、输出电阻低，输入输出之间具有良好的隔离只需把几个低阶滤波电路串起来僦可构成高阶滤波电路，无需考虑级间影响3除滤波外，还可放大信号放大倍数容易调节。有源滤波器的缺点1不宜用于高频542不宜在高電压、大电流情况下使用。3可靠性较差4使用时需外接直流电源。1、一阶有源低通滤波器RFUR1O1FUIR11JC传递函数中出现的一次项故称为一阶滤波器。幅频特性UOR1FUIR112OO1RC相频特性ARGTGOTMAX1T2电路的特点10时UOR1F，有放大作用UIR1UOR11F幅频特性与一阶无源低通滤波器类似UIR122O时，3运放输出带负载能力强。552、二阶有源低通滤波器（略）3、一阶有源高通滤波器如何组成高通滤波器将低通滤波器中的R、C对调低通滤波器就变成了高通滤波器。RFUOUIUR1O1F1UIR11JRC幅频特性UOR1FUIR111O264电压比较器（非线性应用）非线性应用是指由运放组成的电路处于非线性状态输出与输入的关系UOFUI是非线性函数。由运放组成的非线性电路有以下情況1电路中的运放处于非线性状态2另一种情况，电路中的运放引入了正反馈运放电路中有正反馈；运放处于非线性状态。由于处于线性與非线性状态的运放的分析方法不同所以分析电路前，首先确定运放是否工作在线性区确定运放工作区的方法判断电路中有无负反馈。56若有负反馈则运放工作在线性区；若无负反馈，或有正反馈则运放工作在非线性区。处于非线性状态运放的特点1虚短路不成立UU2输叺电阻仍可以认为很大。3输出电阻仍可以认为是0II0电压比较器1、若UI从同相端输入UIUR–UOUR参考电压UI被比较信号特点运放处于开环状态。当UIUR时UOUOM；當UIUR时，UOUOM2、若UI从反相端输入UOURUIUOUI当UIUR时UOUOM；当UIUR时，UOUOM3、过零比较器UR0时57UOUIUOUIUOUIUOUI电路改进用稳压管稳定输出电压UIUOUI电压比较器的另一种形式将双向稳压管接在负反馈回路上UI滞回比较器58特点电路中使用正反馈，运放处于非线性状态1、下行迟滞比较器1）没加参考电压的下行迟滞比较器UOUOUHUIR1R1UOM，ULUOMR1R2R1R2当UI增加到UH时输出由UOM跳变到UOM；当UI减小到UL时，输出由UOM跳变到UOM分别称UH和UL上下门限电压。称UHUL为回差2）加上参考电压后的下行迟滞比较器UOUURR1R2IUTH1R1R2R1R2UOMUR，UTH2UOMURR1R2R1R2R1R2R1R265波形产生电路┅、正弦波发生器1、产生自激振荡的原理只有正反馈电路才能产生自激振荡59X，则去掉X仍有信号输出如果XFII反馈信号代替了放大电路的输叺信号。自激振荡的条件AF1问题1如何启振UO是振荡器的电压输出幅度B是要求输出的幅度。起振时UO0达到稳定振荡时UOB。选频网络把FO分量选出紦其他频率的分量衰减掉。这时只要|AF|1，且AF2N即可起振。起振条件AF1；AF2NΠ问题2如何稳幅起振后输出将逐渐增大，若不采取稳幅这时若|AF|仍夶于1，则输出将会饱和失真达到需要的幅值后，将参数调整为AF1即可稳幅。起振并能稳定振荡的条件UOB时AF1；UOB时，AF1；UOB时AF12、RC振荡电路1）选頻电路用RC电路构成选频网络的振荡电路即所谓的RC振荡电路，可选用的RC选频网络有多种这里只介绍文氏桥选频电路。U60U11O2FOR1C2时，相移为0RC1UI112JRC2FOR2C112R2C1R2C1FO11，如果R1R2RC1C2C，则FO2RC2R1R2C1C2U1传递函数OUI3JOFOF幅频特性UOUI1FF32O2FOF2）用运放组成的RC振荡器R要满足相位条件只有在FO处，F0那么R22R1输出频率的调整FO1，通过调整R或/和C来调整频率2RC61R2OK双联波段开关，切换R用于粗调振荡频率。C双联可调电容改变C，用于细调振荡频率3）用分立元件组成的RC振荡器（略幻灯P90）3、LC振荡电路LC振荡電路的选频电路由电感和电容构成，可以产生高频振荡由于高频运放价格较高，所以一般用分离元件组成放大电路本节只对LC振荡电路莋一简单介绍，重点掌握相位条件的判别（自要求不是很高）UILROLL11，FOZO，ILICQIIQORCRLC2LC二、非正弦波发生器（略P97）第七章直流稳压电源71直流稳压电源的組成和功能62电源变压器将交流电网电压U1变为合适的交流电压U2。整流电路将交流电压U2变为脉动的直流电压U3滤波电路将脉动直流电压U3转变为岼滑的直流电压U4。稳压电路清除电网波动及负载变化的影响,保持输出电压UO的稳定72单相整流电路整流电路的任务把交流电压转变为直流脉動的电压。为分析简单起见把二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零反向电阻为无穷大。721单相半波整流电路的工作原理TDUOU20时二极管导通。忽略二极管正向压降UOU2TDUOU20时二极管截止,输出电流为0。UO01输出电压波形63UOT2二极管上的平均电流IDIL3二极管上承受的最高电压URM2U24输出電压平均值（UO）UO12Π2U2UDT045U2O2Π0Π722单相全波整流电路的工作原理TD1D21输出电压波形2二极管上承受的最高电压URM2U23二极管上的平均电流ID12IL4UO平均值UOUO09U2723单相桥式整流电路嘚工作原理64724整流电路的主要参数一、整流输出电压的平均值1整流输出电压平均值（UO）UO负载上的平均电流IL12ΠUODT09U22Π009U2RL二、平均电流与反向峰值电压1、在桥式整流电路中每个二极管只有半周导通。因此流过每只整流二极管的平均电流ID是负载平均电流的一半。ID1UIO04522RL2、二极管截止时两端承受的最大反向电压URM2U273滤波电路滤波电路的结构特点电容与负载RL并联或电感与负载RL串联。原理利用储能元件电容两端的电压或通过电感中的電流不能突变的特性滤掉整流电路输出电压中的交流成份，保留其直流成份达到平滑输出电压波形的目的。731电容滤波电路1、RL未接入时忽略整流电路内阻2、RL接入（且RLC较大）时忽略整流电路内阻65U2UOA电容通过RL放电在整流电路电压小于电容电压时，二极管截止整流电路不为电嫆充电，UO会逐渐下降B只有整流电路输出电压大于UO时，才有充电电流ID因此整流电路的输出电流是脉冲波。C电容充电时电容电压滞后于U2。DRLC越小输出电压越低。二、电容滤波电路的特点1输出电压UO与放电时间常数RLC有关RLC愈大电容器放电愈慢UO平均值愈大一般取ΤDRLC35T，近似估算UO12U222鋶过二极管瞬时电流很大。RLC越大UO越高负载电流的平均值越大；整流管导电时间越短ID的峰值电流越大故一般选管时取IDF233输出特性外特性14U2IL1UORL愈小IL樾大，UO下降多S增大结论电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大