數(shù)電模電經(jīng)典教材 從零開始.ppt

1 本章重點(diǎn)內(nèi)容lPN結(jié)及其單向?qū)щ娞匦詌半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線l二極管在實(shí)際中的應(yīng)用 1 1PN結(jié) 1 1 1本征半導(dǎo)體 a 硅和鍺原子的簡(jiǎn)化結(jié)構(gòu)模型 b 晶體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)及電子空穴對(duì)的產(chǎn)生圖1 1硅 鍺原子結(jié)構(gòu)模型及共價(jià)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 2 1 1 2雜質(zhì)半導(dǎo)體 1 N型半導(dǎo)體 2 P型半導(dǎo)體 圖1 2N型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu) 3 圖1 3P型半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu) 3 PN結(jié)的形成 圖1 4PN結(jié)的形成 4 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 5PN結(jié)的導(dǎo)電特性 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(hào) 5 a 結(jié)構(gòu) b 電路符號(hào) c 實(shí)物外形圖1 6二極管結(jié)構(gòu) 符號(hào)及外形 1 2 2半導(dǎo)體二極管的伏安特性 6 1 正向特性 2 反向特性 3 反向擊穿特性 4 溫度對(duì)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 7 圖1 8半導(dǎo)體器件的型號(hào)組成 2 半導(dǎo)體二極管的分類 1 2 5二極管的判別及使用注意事項(xiàng) 1 二極管的判別 用萬(wàn)用表進(jìn)行檢測(cè) 1 二極管正 負(fù)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 8 2 二極管使用注意事項(xiàng) 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(hào)圖1 9穩(wěn)壓二極管的特性曲線和符號(hào) 9 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(hào)圖1 12變?nèi)荻O管的壓控特性曲線和電路符號(hào) 10 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 11 4 電路中的元件保護(hù) 12 本章重點(diǎn)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(diǎn)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(diǎn) 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(hào) 第2章半導(dǎo)體三極管及其放大電路 13 a NPN b PNP圖2 1三極管的結(jié)構(gòu)示意圖及其在電路中的符號(hào) 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(shí)必須的內(nèi)部條件 14 2 三極管放大時(shí)必須的外部條件 3 三極管內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程 3 電子被集電區(qū)收集的過(guò)程 1 發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子的過(guò)程 2 電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合過(guò)程 15 4 三極管電流放大作用的進(jìn)一步理解 表2 1IB IC IE的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 2 1 3三極管的特性曲線 1 輸入特性曲線 16 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(shí)的主要特點(diǎn) 1 三極管工作于放大狀態(tài)的條件及特點(diǎn) 2 三極管工作于飽和狀態(tài)的條件及特點(diǎn) 3 三極管工作于截止?fàn)顟B(tài)時(shí)的條件及特點(diǎn) 2 1 5特殊晶體管簡(jiǎn)介 1 光電三極管 17 a 等效電路 b 電路符號(hào) 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(hào)圖2 5光電耦合器電路符號(hào) 2 光電耦合器 3 晶閘管 1 單向晶閘管 A 內(nèi)部結(jié)構(gòu) 18 B 工作原理 a b c 圖2 6單向晶閘管外形及電路符號(hào) 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 19 A 判定晶閘管的電極 B 檢測(cè)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 b 圖2 8雙向晶閘管外形及電路符號(hào) 雙向晶閘管的測(cè)量 20 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(cè)與代換 1 國(guó)產(chǎn)三極管的命名方法簡(jiǎn)介 2 三極管三個(gè)電極 管腳 的估測(cè) 21 a b c 圖2 10三極管引腳識(shí)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(jiǎn)介 5 三極管好壞的判別 6 三極管的代換原則 22 2 2三極管基本放大電路及其分析方法 2 2 1放大的基本概念 2 2 2三極管在實(shí)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(dòng)態(tài) a 直流通路 b 交流通路圖2 13直流 交流通路 23 2 2 5基本放大電路的工作過(guò)程 圖2 14基本放大電路的工作波形 24 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(fù)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(diǎn)穩(wěn)定過(guò)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(guò)R1 R2的電流分別為I1 I2 則 2 利用發(fā)射極電阻Re的電流負(fù)反饋?zhàn)饔梅€(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn) 25 2 電容Ce的作用 2 3 3恒流源偏置電路 26 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(jìn)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(diǎn)估算法 27 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(diǎn) 設(shè)VCC 12V Rc 3k RB 280k 50 a b 圖2 18 28 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(diǎn)的步驟 1 在ic uce平面坐標(biāo)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 VCC IC RC 3 根據(jù)電壓方程式 在輸出特性曲線所在坐標(biāo)平面上作直流負(fù)載線 因?yàn)閮牲c(diǎn)可決定一條直線 所以分別取 IC 0 UCE VCC 和 UCE 0 IC EC Rc 兩點(diǎn) 這兩點(diǎn)也就是橫軸和縱軸的截距 連接兩點(diǎn) 便得到直流負(fù)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(fù)載線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn) 靜態(tài)工作點(diǎn) 該Q點(diǎn)直觀地反映了靜態(tài)工作點(diǎn) IBQ ICQ UCQ 的三個(gè)值 即為所求靜態(tài)工作點(diǎn)的值 29 a 電路圖 b 特性曲線圖2 19例2電路圖 2 電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響 1 Rb對(duì)Q點(diǎn)的影響 2 Rc對(duì)Q點(diǎn)的影響 30 圖2 20電路參數(shù)對(duì)Q點(diǎn)的影響 31 3 VCC對(duì)Q點(diǎn)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 32 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 33 2 5放大電路的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)及分析 2 5 1放大電路的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 1 放大倍數(shù) 2 輸入電阻ri 圖2 23放大電路的方框圖 34 3 輸出電阻ro 2 5 2放大電路性能指標(biāo)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(diǎn)的數(shù)值及相關(guān)公式 求出rbe 2 畫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(dòng)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 35 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(diǎn)的估算 2 動(dòng)態(tài)分析 2 共基極電路 36 a 電路圖 b 交流通路圖2 27共基放大電路 1 靜態(tài)分析 37 2 動(dòng)態(tài)分析 電壓放大倍數(shù)Au 輸入電阻ri 輸出電阻ro 2 6三種基本放大電路的比較 2 7多級(jí)放大電路 38 2 7 1多級(jí)放大電路的組成 圖2 29多級(jí)放大電路的結(jié)構(gòu)框圖 2 7 2多級(jí)放大電路的耦合方式 1 保證信號(hào)在級(jí)與級(jí)之間能夠順利地傳輸 2 耦合后 多級(jí)放大電路的性能必須滿足實(shí)際的要求 為了滿耦合后 各級(jí)電路仍具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn) 2 7 3阻容耦合 39 圖2 30兩級(jí)阻容耦合放大電路 1 優(yōu)點(diǎn) 因電容具有 隔直 作用 所以各級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立 互不影響 這給放大電路的分析 設(shè)計(jì)和調(diào)試帶來(lái)了很大的方便 此外 還具有體積小 重量輕等優(yōu)點(diǎn) 2 缺點(diǎn) 因電容對(duì)交流信號(hào)具有一定的容抗 在信號(hào)傳輸過(guò)程中 會(huì)受到一定的衰減 尤其對(duì)于變化緩慢的信號(hào)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(jí)放大電路不便于集成 2 7 4直接耦合 40 1 優(yōu)點(diǎn) 既可以放大交流信號(hào) 也可以放大變化非常緩慢 直流 的信號(hào) 電路簡(jiǎn)單 便于集成 所以集成電路中多采用這種耦合方式 2 缺點(diǎn) 存在著各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互牽制和零點(diǎn)漂移這兩個(gè)問(wèn)題 第5章將討論零點(diǎn)漂移問(wèn)題 2 7 5變壓器耦合 1 優(yōu)點(diǎn) 因變壓器不能傳輸直流信號(hào) 只能傳輸交流信號(hào)和進(jìn)行阻抗變換 所以 各級(jí)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立 互不影響 改變變壓器的匝數(shù)比 容易實(shí)現(xiàn)阻抗變換 因而容易獲得較大的輸出功率 2 缺點(diǎn) 變壓器體積大而重 不便于集成 同時(shí)頻率特性差 也不能傳送直流和變化非常緩慢的信號(hào) 41 2 7 6組合放大電路 1 共發(fā) 共基組合放大電路 42 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(shí)際極性 以及各電極實(shí)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(shuō)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(lái)說(shuō)明它的控制作用 5 試在特性曲線上指出三極管的三個(gè)工作區(qū) 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(duì)調(diào)使用時(shí) 放大作用將如何 7 在哪些情況下 工作點(diǎn)沿直流負(fù)載線移動(dòng) 在哪些情況下 工作點(diǎn)沿交流負(fù)載線移動(dòng) 實(shí)際上工作點(diǎn)有沒有可能到達(dá)交流負(fù)載線的上頂端和下頂端 為什么 試分析電流負(fù)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 43 本章重點(diǎn) l結(jié)型 絕緣柵型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管的偏置方式及靜態(tài)工作點(diǎn)的求法 3 1概述 3 1 1場(chǎng)效應(yīng)管的特點(diǎn) 3 1 2場(chǎng)效應(yīng)管的分類 3 1 3場(chǎng)效應(yīng)管與晶體三極管的比較 3 2場(chǎng)效應(yīng)管 3 2 1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 1結(jié)構(gòu) 第3章場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路 44 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(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào) 2 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理 a uGS 0 uDS 0時(shí)的情況 b uGS 0 uDS VP 時(shí)的情況 45 c uGS 0 uDS VP 時(shí)的情況 d uGS 0 uDS VP 時(shí)的情況圖3 2改變uDS時(shí)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)導(dǎo)電溝道的變化 a UGs 0時(shí) b uGS VP時(shí)溝道被夾斷圖3 3 46 3 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線 1 轉(zhuǎn)移特性 2 輸出特性 圖3 5N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管輸出特性曲線 47 可變電阻區(qū) 當(dāng)漏源電壓uDS很小時(shí) 場(chǎng)效應(yīng)管工作于該區(qū) 此時(shí) 導(dǎo)電溝道暢通 場(chǎng)效應(yīng)管的漏源之間相當(dāng)于一個(gè)電阻一 在柵 源電壓uGS一定時(shí) 溝道電阻也一定 iD隨uGS增大而線性增大 但當(dāng)柵源電壓變化時(shí) 特性曲線的斜率也隨之發(fā)生變化 可以看出 柵源電壓uDS無(wú)關(guān) 我們稱這個(gè)區(qū)域?yàn)楹懔鲄^(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(wú)關(guān) 我們稱這個(gè)區(qū)域?yàn)楹懔鲄^(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(huì)發(fā)生擊穿 漏極電流iD急劇上升 若不加以限制 管子就會(huì)損壞 夾斷區(qū) 當(dāng)uGS負(fù)值增加到夾斷電壓uGS off 后 iD 0 場(chǎng)效應(yīng)管截止 3 2 2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管 1 增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理 1 結(jié)構(gòu)及符號(hào) 48 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(hào)圖 c P溝道符號(hào) 圖3 6增強(qiáng)型MOS管結(jié)構(gòu)及符號(hào)圖 2 工作原理 3 特性曲線 49 圖3 8N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)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(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理 a N溝道結(jié)構(gòu)圖 b N溝道符號(hào) c P溝道符號(hào) 圖3 9耗盡型MOS管結(jié)構(gòu)及符號(hào)圖 50 a 轉(zhuǎn)移特性 b 輸出特性 圖3 10N溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管特性曲線 3 3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù) 1 夾斷電壓UGS off 實(shí)質(zhì)上是使iD 0時(shí)所需的uGS值 2 飽和漏電流IDSS在uGS 0的情況下 當(dāng)uDS VP 時(shí)的漏極電流稱為飽和漏電流 通常令uDS 10V uGS 0V時(shí)測(cè)出的iD就是IDSS 3低頻互導(dǎo) 跨導(dǎo) gm 4最大耗散功率PDM 51 3 4場(chǎng)效應(yīng)管的檢測(cè)及使用注意事項(xiàng) 3 4 1場(chǎng)效應(yīng)管的檢測(cè) 1 管腳的判別 2 質(zhì)量判定 3 4 2場(chǎng)效應(yīng)管使用注意事項(xiàng) 1 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(huì)造成電壓過(guò)高使絕緣層擊穿 因此 保存MOS管應(yīng)使三個(gè)電極短接 避免柵極懸空 焊接時(shí) 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(chǎng)效應(yīng)晶體管將襯底引出 故有4個(gè)管腳 這種管子漏極與源極可互換使用 但有些場(chǎng)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(gè)電極 這種管子的漏極與源極不能互換 3 使用場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)各極必須加正確的工作電壓 4 在使用場(chǎng)效應(yīng)管時(shí) 要注意漏 源電壓 漏源電流及耗散功率等 不要超過(guò)規(guī)定的最大允許值 52 3 5場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 3 5 1場(chǎng)效應(yīng)管的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(chǎng)效應(yīng)管的偏壓電路 2 分壓式自偏壓電路 53 2 靜態(tài)工作點(diǎn)的確定 1 在輸出特性上作直流負(fù)載線 2 作負(fù)載轉(zhuǎn)移特性 3 作源極負(fù)載線 4 確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q 5 轉(zhuǎn)移特性和輸出特性上求出Q點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電壓電流值 uGS 0 7V iD 0 37mA uDS 9V 3 5 2場(chǎng)效應(yīng)管放大器的微變等效電路分析法 1 場(chǎng)效應(yīng)管的等效電路 a 場(chǎng)效應(yīng)管在共源接法時(shí)的雙口網(wǎng)絡(luò) b 低頻等效電路 圖3 12場(chǎng)效應(yīng)管微變等效電路 54 2 應(yīng)用微變等效電路法分析場(chǎng)效應(yīng)管放大電路 a 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 55 思考題1 考慮P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)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(qiáng)型MOS管能否使用自給柵偏壓偏置電路來(lái)設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn) 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(dá)式 4 試在具有四象限的直角坐標(biāo)上分別畫出各種類型場(chǎng)效應(yīng)管 包括N溝道 P溝道MOS增強(qiáng)型和耗盡型 JFETP溝道 N溝道耗盡型 的轉(zhuǎn)移特性示意圖 并標(biāo)明各自的開啟電壓或夾斷電壓 5 增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管能否用自偏壓的方法來(lái)設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn) 試說(shuō)明理由 思考題與練習(xí)題 56 本章重點(diǎn) l反饋極性 類型的判斷l(xiāng)負(fù)反饋對(duì)電路性能的影響l深度負(fù)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(diǎn)穩(wěn)定電路 圖4 1兩種放大電路中的反饋 第4章負(fù)反饋放大電路 57 4 2負(fù)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(fù)反饋的判別 58 a b c d 圖4 3反饋極性的判別 59 4 3 3交流反饋與直流反饋的判別 Cf Ui R2 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 60 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(fù)反饋的四種組態(tài) 4 4 1電壓串聯(lián)負(fù)反饋及其判別 61 a 電路圖 圖4 6電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路 62 4 4 2電流串聯(lián)負(fù)反饋及其判別 a 電路圖 b 方框圖 圖4 7電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路 63 4 4 3電壓并聯(lián)負(fù)反饋及其判別 a 電路圖 b 由集成運(yùn)放組成的電壓并聯(lián)負(fù)反饋電路 圖4 8電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路 4 4 4電流并聯(lián)負(fù)反饋及其判別 64 a電路圖 b 方框圖 c 由集成運(yùn)放組成的電流并聯(lián)負(fù)反饋電路 圖4 9電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路 65 4 5負(fù)反饋對(duì)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(wú)反饋 b 有負(fù)反饋 圖4 10負(fù)反饋減小非線性失真 4 5 3擴(kuò)展通頻帶 4 5 4負(fù)反饋對(duì)輸入電阻的影響 1 使用串聯(lián)負(fù)反饋可提高放大電路的輸入電阻 66 4 11串聯(lián)負(fù)反饋方框圖4 12并聯(lián)負(fù)反饋方框圖 2 使用并聯(lián)負(fù)反饋可減小放大電路的輸入電阻 4 5 5負(fù)反饋對(duì)放大電路輸出電阻的影響 Io 1 使用電壓負(fù)反饋可減小放大電路的輸出電阻 67 圖4 13電壓負(fù)反饋方框圖 2 使用電流負(fù)反饋可提高放大電路的輸出電阻 圖4 14電流負(fù)反饋方框圖 68 綜上所述 1 放大電路若引入的是串聯(lián)負(fù)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(fù)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 1 AF 2 放大電路若引入的是電壓負(fù)反饋 則可減小放大電路的輸出電阻 若引入的是電流負(fù)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 1 AF 以上分析了放大電路引入負(fù)反饋后對(duì)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(fù)反饋呢 一般是 1 要穩(wěn)定直流量 靜態(tài)工作點(diǎn) 應(yīng)該引入直流負(fù)反饋 2 要改善交流性能 應(yīng)引入交流負(fù)反饋 3 要穩(wěn)定輸出電壓 應(yīng)引入電壓負(fù)反饋 要穩(wěn)定輸出電流 應(yīng)引入電流負(fù)反饋 4 要提高輸入電阻 應(yīng)引入串聯(lián)負(fù)反饋 要減小輸入電阻 應(yīng)引入并聯(lián)負(fù)反饋 性能的改善或改變都與反饋深度 1 AF 有關(guān) 且都是以犧牲放大倍數(shù)為代價(jià) 69 4 6深度負(fù)反饋放大電路的分析 4 6 1深度負(fù)反饋的特點(diǎn) 4 6 2深度負(fù)反饋的估算 a b 圖4 15 a 電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路的計(jì)算 b 電流串聯(lián)負(fù)反饋電路的計(jì)算 70 本章重點(diǎn) l直接耦合放大電路及存在的主要問(wèn)題l典型差分放大電路的工作原理l理想運(yùn)放及 虛短 虛斷 虛地 的基本概念l運(yùn)放的兩種工作狀態(tài)及特點(diǎn)l運(yùn)放的分析計(jì)算及在實(shí)際中的應(yīng)用 5 1直接耦合放大電路中存在的主要問(wèn)題 5 1 1前后級(jí)之間的直流工作狀態(tài)互相影響 5 1 2零點(diǎn)漂移 5 1 3減小零點(diǎn)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(bǔ)償 第5章集成運(yùn)算放大器 71 圖5 2二極管補(bǔ)償電路圖5 3利用熱敏電阻Rt補(bǔ)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 72 圖5 4基本差分放大電路 5 2 2靜態(tài)分析 5 2 3信號(hào)放大原理及電壓放大倍數(shù) 1 共模信號(hào)輸入 73 2 差模信號(hào)輸入 74 3 任意信號(hào)輸入 5 2 4差分放大器的其它指標(biāo) 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(jìn)型差分電路 5 3 1長(zhǎng)尾式差分放大電路 1 電路中接入Re后對(duì)輸入差模信號(hào)的放大作用完全無(wú)影響 75 2 Re對(duì)共模輸入信號(hào)的放大有抑制作用 76 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 77 3 差分放大電路四種接法的比較 5 4集成運(yùn)算放大器 5 4 1集成運(yùn)算放大器的分類 1 通用型集成運(yùn)算放大器 2 專用型集成運(yùn)算放大器 1 低功耗或微功耗集成運(yùn)算放大器 電源電壓 15V時(shí) 功耗小于6mW或 W級(jí) 2 高速集成運(yùn)算放大器 3 寬帶集成運(yùn)算放大器 一般帶寬應(yīng)大于10MHZ 4 高精度集成運(yùn)算放大器 特點(diǎn)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(yùn)算放大器 正常輸出電壓Uo大于 22V 6 功率型集成運(yùn)算放大器 7 高輸入阻抗集成運(yùn)算放大器 8 電流型集成運(yùn)算放大器 9 跨導(dǎo)型集成運(yùn)算放大器 10 程控型集成運(yùn)算放大器 11 低噪聲型集成運(yùn)算放大器 12 集成電壓跟隨器 5 4 2集成運(yùn)算放大器的組成 78 1 組成 圖5 12集成運(yùn)算放大器內(nèi)部電路組成框圖 1輸入級(jí) 2中間級(jí) 3輸出級(jí) 4偏置電路 2 典型通用集成運(yùn)算放大器F007內(nèi)電路簡(jiǎn)介 1 F007的內(nèi)電路 3 集成運(yùn)算放大器的識(shí)讀 79 4 集成運(yùn)算放大器在電路中的符號(hào) 5 4 3集成運(yùn)算放大器的傳輸特性 1 傳輸特性 a 實(shí)際運(yùn)放的傳輸特性 b 理想運(yùn)放的傳輸特性圖5 15集成運(yùn)放的傳輸特性 2 線性區(qū)的特點(diǎn) 80 3 非線性區(qū) 飽和區(qū) 的特點(diǎn) a 虛斷 虛短 b 虛斷 虛地 圖5 17集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的等效電路 圖5 18集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)的兩種情況 81 5 5理想集成運(yùn)算放大器與實(shí)際集成運(yùn)算放大器 5 5 1理想運(yùn)算放大器及其性能指標(biāo) 5 5 2理想運(yùn)放與實(shí)際運(yùn)放 5 5 3集成運(yùn)放的三種基本輸入形式 1 反相輸入 2 同相輸入 82 3 差模輸入 圖5 22差動(dòng)放大組態(tài) 5 6集成運(yùn)算放大器在實(shí)際中的應(yīng)用 5 6 1集成運(yùn)放在信號(hào)運(yùn)算方面的應(yīng)用 1 加法運(yùn)算電路 83 2 減法運(yùn)算電路 1電路組成 2電路分析及減法運(yùn)算條件 3 微分電路 a b 圖5 25微分運(yùn)算電路 84 4 積分運(yùn)算電路 a b 圖5 26積分運(yùn)算電路 5 6 2集成運(yùn)放在信號(hào)處理方面的應(yīng)用 1 立體聲消音電路 2 高檔音響設(shè)備中的十五段優(yōu)質(zhì)均衡器 85 圖5 27立體聲消音電路 86 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 87 2 當(dāng)R4的滑動(dòng)觸頭移到最左邊時(shí) 其電路如圖5 30 a 所示 a 電路圖 b 幅頻特性 圖5 30R4的滑動(dòng)觸頭移到最左邊 3 當(dāng)R4的滑動(dòng)頭移到最右邊時(shí) 其電路如圖5 31 a 所示 88 a 電路圖 b 幅頻特性 圖5 31R4的滑動(dòng)觸頭移到最右邊 3 實(shí)時(shí)監(jiān)控報(bào)警器 圖5 32監(jiān)控報(bào)警器 89 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路圖34碼控四段轉(zhuǎn)換可編程增益放大器 90 本章重點(diǎn)內(nèi)容l產(chǎn)生正弦振蕩的條件lLC正弦波振蕩電路的工作原理lLC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(diǎn) 均引入反饋 2 不同點(diǎn) 1 自激式正弦波振蕩電路用來(lái)產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出信號(hào) 反饋放大電路用來(lái)放大信號(hào) 工作任務(wù)不同 2 自激式正弦波振蕩電路沒有外部信號(hào)輸入 反饋放大電路有待放大的信號(hào)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(fù)反饋 以改善性能 4 正弦波振蕩電路的振蕩也不同于負(fù)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(fù)反饋?zhàn)兂烧答伓a(chǎn)生振蕩 第6章信號(hào)產(chǎn)生電路 91 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 AF 1 2 相位平衡條件 A B 2n n 1 2 3 3 穩(wěn)幅環(huán)節(jié) 產(chǎn)生穩(wěn)定的信號(hào)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(hào)頻率 6 2LC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 92 2 振蕩條件 1 相位平衡條件 為滿足相位平衡條件 變壓器的初 次級(jí)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(duì)地信號(hào)電壓為正極性 由于共射電路的倒相作用 集電極的瞬時(shí)極性 即A 180 電當(dāng)頻率0時(shí) 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(hào)與輸出電壓極性相反 即 于是A B 360 保證了電路的正反饋 滿足振蕩的相位條件 當(dāng)頻率0時(shí) LC回路的阻抗不是純電阻性 而是感性或容性阻抗 此時(shí)LC回路對(duì)信號(hào)會(huì)產(chǎn)生附加相移 造成 那么A B 360 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(gè)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件AF 1 對(duì)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(qiáng) 電路越容易起振 3 電路振蕩頻率 4 電路優(yōu)缺點(diǎn) 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(lái)實(shí)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(duì)高次諧波的阻抗大 反饋也強(qiáng) 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(diǎn)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(fù) 則電感的 端為負(fù) 端為公共端 端為正 各瞬時(shí)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(guò)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(dāng)滿足 AF 1時(shí) 電路便可起振 93 圖6 2電感三點(diǎn)式LC振蕩電路 3 振蕩頻率 4 電路的優(yōu)缺點(diǎn) 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(duì)高次諧波的阻抗大 反饋也強(qiáng) 因此在輸出波形中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(diǎn)式振蕩電路 94 圖6 3電容三點(diǎn)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(diǎn) 1 容易起振 振蕩頻率高 可達(dá)100MHZ以上 2 輸出波形較好 這是由于C2對(duì)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?yàn)镃1 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(shí)會(huì)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 95 6 2 4串聯(lián)改進(jìn)型電容三點(diǎn)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石英晶體的諧振特性與等效電路 96 97 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(shí)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 98 2 串聯(lián)型石英晶體振蕩電路 6 4RC正弦波振蕩電路 6 4 1RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性 99 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 9RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及其高低頻等效電路 6 4 2RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性 圖6 10RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性 100 6 4 3橋式振蕩電路 6 4 4RC移相式振蕩電路 101 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 102 a 電路圖 b 波形圖圖6 14三角波發(fā)生器 103 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 104 本章重點(diǎn)內(nèi)容l功率放大電路的特點(diǎn)l互補(bǔ)對(duì)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(diǎn) 圖7 1放大器方框圖 1 要求輸出足夠大的功率 2 效率要高 3 非線性失真要小 4 要考慮功率管的散熱和保護(hù)問(wèn)題 5 在分析方法上 通常采用圖解法 第7章功率放大電路 105 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 106 7 2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 7 2 1OCL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 1 乙類OCL互補(bǔ)對(duì)稱電路 a 基本互補(bǔ)對(duì)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(bǔ)對(duì)稱電路 2 乙類OCL互補(bǔ)對(duì)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(bǔ)對(duì)稱電路圖解分析 107 2 管耗 3 功率管參數(shù)的選擇 3 甲乙類OCL互補(bǔ)對(duì)稱電路 圖7 5交越失真 108 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(bǔ)對(duì)稱電路 7 2 2OTL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 1 基本電路 圖7 7采用一個(gè)電源的互補(bǔ)對(duì)稱電路 109 2 帶自舉的OTL電路 圖7 8帶自舉的單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路 7 2 3采用復(fù)合管的準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 1 復(fù)合管 110 圖7 10準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功放電路 2 復(fù)合管組成的準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功放電路 7 2 4實(shí)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 11OTL音頻功率放大電路 111 2 主要技術(shù)指標(biāo)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(biāo)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 112 圖7 13LM386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 113 7 3 2集成功率放大電路的主要性能指標(biāo) 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 15LM386外接元件最少的用法 圖7 16LM386電壓增益最大的用法 114 圖7 17LM386的一般用法 2 集成OCL電路的應(yīng)用 115 7 4功率管的安全使用和保護(hù) 7 4 1功放管的二次擊穿問(wèn)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(wèn)題 116 7 4 3功放管的保護(hù)措施 1 過(guò)熱保護(hù) 2 過(guò)壓和過(guò)流保護(hù) 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(hù)電路 117 第8章直流穩(wěn)壓電源 本章重點(diǎn)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 118 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(biāo) 2 橋式整流電路的工作原理 119 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(jì)算 120 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 121 c LC 型濾波電路圖8 7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(biāo) 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 122 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 123 1 采樣電路 2 基準(zhǔn)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(zhǔn)電源 124 a 結(jié)構(gòu)框圖 b 電路符號(hào) c 典型應(yīng)用電路圖8 10LM399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(diǎn) 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 125 2 三端集成穩(wěn)壓器的工作原理 1 固定式