計算機(jī)電路基礎(chǔ)（高職）PPT完整全套教學(xué)課件

第1章電路的基本概念和基本定律第2章電路的分析方法第3章半導(dǎo)體2極管和3極管第4章基本放大電路第5章集成運(yùn)算放大器第6章直流電源第7章門電路和邏輯代數(shù)第8章組合邏輯電路第9章觸發(fā)器和時序邏輯電路第10章存儲器和可編程邏輯器件第11章模擬量和數(shù)字量的轉(zhuǎn)換第13章仿真實驗全套PPT課件本章主要介紹：三個物理量（電流、電壓、功率）幾種基本元件（電阻、電容、電感、電源）三個定律（歐姆定律、電流定律和電壓定律）

第1章

電路的基本概念和基本元件

1.1.1電路的作用電路的作用是進(jìn)行電能的傳輸和轉(zhuǎn)換，或是實現(xiàn)信號的傳遞和處理。電路是由某些電氣設(shè)備和元器件按一定方式連接組成。

1.1.2電路的組成電路可分成電源（或信號源）、中間環(huán)節(jié)和負(fù)載三個部分電源是提供電能的裝置，電能可以由其他形式的能量轉(zhuǎn)換而來，也可以由一種形式的電能轉(zhuǎn)換為另一種形式的電能(如交流電能轉(zhuǎn)換成直流電能)。信號源可以是系統(tǒng)自身產(chǎn)生的，也可以是從外部接收的。負(fù)載是取用電能的裝置，是電路中的主要耗電器件。負(fù)載的作用是將電能轉(zhuǎn)換成非電能。中間環(huán)節(jié)是指將電源和負(fù)載連接成閉合電路的部分。1.1電路和電路模型1.1.3電路模型為了便于對實際電路進(jìn)行分析，通常是將實際電路器件理想化(模型化)，即在一定條件下突出其主要的電磁性質(zhì)，忽略次要因素，近似地看作理想的電路元件。理想電路元件(理想二字常略去不寫)主要有電阻元件、電感元件、電容元件和電源元件等。這些元件分別由相應(yīng)的參數(shù)來表征，并用規(guī)定的圖形符號表示。1.1電路和電路模型

1.定義：電荷的定向運(yùn)動形成電流。電流的方向不變?yōu)橹绷鱅。方向和大小都變化為交流i。2.單位：1A＝103mA＝106μA，1kA＝103A3.參考方向：正電荷運(yùn)動的方向為電流的實際方向。假設(shè)的電流流向稱為電流的參考方向。1.2.1電流及其參考方向1.2電路的基本物理量

1.定義：電場力將單位正電荷從電場中的a

點移到b點所做的功，稱其為a、b兩點間的電壓。直流電壓Uab，交流電壓uab。兩點間的電壓又稱為電路中兩點間的電位差Uab＝Ua－Ub

電位是電路中某點到參考點之間的電壓參考點是任意選擇的一點“⊥”（零電位點，“接地”點），若選b點為參考點Ub＝0，Uab＝Ua－Ub＝Ua。

電動勢E是電源力將單位正電荷從低電位點b移動到高電位點a所做的功1.2.2電壓及其參考方向

2.單位：1V＝103mV＝106μV，1kV＝103V3.參考方向：習(xí)慣上把電位降低的方向作為電壓的實際方向。電壓實際方向和電壓參考方向1.2.2電壓及其參考方向

關(guān)聯(lián)參考方向：當(dāng)某一元件或電路端口所設(shè)定的電壓和電流的參考方向是讓參考電流從參考電壓的正極到負(fù)極流過時，稱電壓和電流的參考方向為關(guān)聯(lián)參考方向。否則是非關(guān)聯(lián)參考方向。

1.2.3電流和電壓的關(guān)聯(lián)參考方向1.特性與功能：限流、分流、降壓、分壓、偏置等2.符號、單位：電阻的單位是Ω（歐[姆]）

3.電阻的分類電阻器有固定電阻和可變電阻之分，可變電阻常稱作電阻器。按材料分有碳膜電阻、金屬膜電阻和線繞電阻等不同類型。1.3電路的幾種基本元件1.3.1電阻4.電阻的伏安特性——?dú)W姆定律電阻上電壓、電流之間的關(guān)系就是電阻的伏安特性，電阻的伏安特性就是歐姆定律，公式表達(dá)為如果某類電阻的伏安關(guān)系曲線是一條直線，則稱該類電阻為線性電阻；反之，就是非線性電阻。1.3電路的幾種基本元件5.電阻的串并聯(lián)（1）電阻的串聯(lián)1.3電路的幾種基本元件（2）電阻的并聯(lián)1.3電路的幾種基本元件（3）電阻的混聯(lián)1.3電路的幾種基本元件1.特性與功能：

隔直流、耦合交流、旁路交流、濾波、定時和組成振蕩電路等2.符號、單位：電容器的基本單位是F（法[拉]），常用的單位有：微法（μF）、納法（nF）、和皮法（pF）等3.電容的分類從結(jié)構(gòu)上：固定電容和可變電容從介質(zhì)材料：瓷介、紙介、云母、滌綸、獨(dú)石、鋁電解、鉭電解等從用途：高頻旁路電容、高頻耦合電容、低頻旁路電容、低頻耦合電容、濾波電容、調(diào)諧電容等。1.3.2電容4．電容的伏安特性電容是一種能夠儲存電場能量的實際電路元件。假設(shè)電容兩極板上儲存的電荷量為q，在兩極板間建立的電壓為u，那么就存在如下關(guān)系：q=Cu1.3.2電容1.特性與功能：

隔交流、常和電容一起構(gòu)成LC振蕩器、LC濾波器、LC調(diào)諧電路等2.符號、單位：電感的基本單位是“亨[利]”，英文字母“H”表示。常用的單位是mH和μH。3.電感的分類按照骨架材料來分類，可以分為空氣芯電感、磁芯電感和鐵芯電感等。1.3.3電感4.電感的伏安特性1.3.3電感任何一個實際電源都可以用電壓源模型或電流源模型來表示。1.電壓源理想電壓源：是一個理想二端元件。它在工作時，無論接在輸出端的負(fù)載如何變化，其輸出端電壓保持不變，輸出電流與它所連接的外電路有關(guān)。實際的電壓源：都含有內(nèi)阻R0，當(dāng)輸出電流I變化時，內(nèi)阻R0上的電壓也發(fā)生變化，輸出的端電壓U也將變化。1.3.4電源2.電流源理想電流源：是一個理想二端元件。它在工作時，無論接在輸出端的負(fù)載如何變化，其輸出電流保持不變，兩端電壓與它所連接的外電路有關(guān)。實際的電流源：可以看作是理想電流源Is和內(nèi)阻R0的并聯(lián)，其輸出電壓和電流都會隨負(fù)載的變化而變化。1.3.4電源

3.電壓源和電流源的等效變換電壓源模型的外特性和電流源模型的外特性是相同的。囚此，電源的兩種電路模型相互之間是可以等效變換的，如圖1.3.12所示。注意:電壓源模型和電流源模型的等效關(guān)系只是對外電路而言的，至于對電源內(nèi)部，則是不等效的。1.3.4電源1.電能：單位為焦[耳]（J），工程上常采用千瓦時（kWh）作為電能的單位，俗稱1度電，文字標(biāo)注為“W”

。2.功率：是指單位時間內(nèi)元件所吸收或發(fā)出的電能，單位為瓦（W），文字標(biāo)注為“P”。功率可表達(dá)為某段電路上的電壓與電流的乘積：關(guān)聯(lián)參考方向：元件上電流和電壓的參考方向一致。

P＝UI

非關(guān)聯(lián)參考方向：電流和電壓的參考方向不一致。

P＝－UI

P＞0吸收功率（消耗功率）為負(fù)載

P＜0發(fā)出功率（產(chǎn)生功率）為電源1.4電能與功率

有一個收錄機(jī)供電電路，用萬用表測出收錄機(jī)的供電電流為80mA，供電電源為3V，忽略電源的內(nèi)阻，收錄機(jī)和電源的功率各是多少？根據(jù)計算結(jié)果說明是發(fā)出功率還是吸收功率？解：收錄機(jī)電流與壓是關(guān)聯(lián)參考方向

P＝UI＝3V×80mA＝240mW＝0.24W

結(jié)果為正，說明收錄機(jī)是吸收功率。電池電流與壓是非關(guān)聯(lián)參考方向

P＝－UI＝－3V×80mA＝－0.24W

結(jié)果為負(fù)，說明電池是發(fā)出功率?！纠?.4】1.4電能與功率

如果例1.4題中的電池已經(jīng)降為2V,現(xiàn)將收錄機(jī)換為充電器,充電電流為－150mA，問此時電池的功率為多少，是吸收功率還是發(fā)出功率？充電器的功率為多少，是吸收功率還是發(fā)出功率？解：電池為非關(guān)聯(lián)

P＝－UI＝－2V×（－150mA）＝0.3W

結(jié)果為正吸收功率，電池是充電器的負(fù)載。充電器為關(guān)聯(lián)

P＝UI＝2V×（－150mA）＝－0.3W

結(jié)果為負(fù)發(fā)出功率，充電器是電路中的電源。

【例1.5】1.4電能與功率

3.常用元件的功率線性電阻的瞬時功率始終大于零，也即電阻總是吸收能量的；電容的瞬時功率可正可負(fù)，電容吸收的能量以電能的形式儲存在電容兩極板間的電場中，不會以熱能或其它能量形式消耗掉。所以電容是儲能元件。電感的瞬時功率可正可負(fù)，電感吸收的能量以磁能的形式儲存在電感線圈周圍的磁場中，不會以熱能或其它能量形式消耗掉。所以電感也是儲能元件。1.4電能與功率

基爾霍夫定律分為電流定律和電壓定律。三個術(shù)語：支路：電路中流過同一電流的分支，稱為支路。圖1.5.1中共有三條支路。結(jié)點：三條或三條以上支路的連接點，稱為結(jié)點。圖1.5.1中共有兩個結(jié)點。回路：電路中任一閉合的路徑，稱為回路。圖1.5.1中共有三個回路。

2.1基爾霍夫定律

在任一瞬間流入任一結(jié)點的電流之和等于流出該結(jié)點的電流之和。對結(jié)點a可以寫出：

I1＋I(xiàn)2＝I3

改寫成：

I1＋I(xiàn)2－I3＝0

即：

ΣI＝0

這說明在任一瞬間，一個結(jié)點上電流的代數(shù)和等于零。KCL解題，首先應(yīng)標(biāo)出各支路電流的參考方向，列ΣI＝0表達(dá)式時，流入結(jié)點的電流取正號，流出結(jié)點的電流取負(fù)號。

2.1.1基爾霍夫電流定律(KCL)KCL也可以推廣應(yīng)用于電路中任何一個假定的閉合面。對虛線所包圍的閉合面可視為一個結(jié)點，而面外三條支路的電流關(guān)系可應(yīng)用KCL得：2.1.1基爾霍夫電流定律(KCL)2.1.2基爾霍夫電壓定律(KVL)

在任一瞬間沿任一回路繞行一周，回路中各個元件上電壓的代數(shù)和等于零。可用公式表示為

ΣU＝0

按照虛線所示方向繞行一周，根據(jù)電壓的參考方向可列出：

或KVL定律還可以表示為：在任一回路繞行方向上，回路中電動勢的代數(shù)和等于電阻上電壓降的代數(shù)和。電動勢的參考方向與所選回路繞行方向相反者，則取正號，一致者則取負(fù)號。元件電流的參考方向與回路繞行方向相同者，則該電流在元件上所產(chǎn)生的電壓降取正號，相反者則取負(fù)號。應(yīng)該指出，雖然本節(jié)電路是直流電阻電路，但是基爾霍夫兩個定律具有普遍性，它們適用于由各種不同元件所構(gòu)成的電路，也適用于任一瞬時對任何變化的電流和電壓。2.1.2基爾霍夫電壓定律(KVL)2.1.2基爾霍夫電壓定律(KVL)2.2.1電阻的等效

1.電阻的串聯(lián)及等效兩個或多個電阻的串接，稱為電阻的串聯(lián)。串聯(lián)電阻通過的是同一個電流。

R＝R1＋R2

U＝U1＋U2＝IR1＋I(xiàn)R2＝I(R1＋R2)＝IR

電阻串聯(lián)的特點：電流相同，總電阻等于各個電阻之和，總電壓等于各個電壓之和，串聯(lián)電阻有分壓作用。2.2等效的概念2.電阻的并聯(lián)及其等效兩個或多個電阻并接，稱為電阻的并聯(lián)。并聯(lián)電阻兩端是同一個電壓。

I＝I1＋I(xiàn)2

U＝RI＝

I

電阻并聯(lián)的特點：電壓相同，總電流等于各個電流之和，總電阻的倒數(shù)等于各個電阻倒數(shù)之和。電阻并聯(lián)具有分流作用。2.2等效的概念2.2.2電源的等效2.2.2電源的等效2.2.2電源的等效2.2.2電源的等效2.2.2電源的等效2.2.2電源的等效2.3支路電流法2.3支路電流法2.3支路電流法2.4節(jié)點電壓法在分析、計算復(fù)雜電路時，經(jīng)常會遇到一些節(jié)點較少而支路很多的情況。此時，使用支路電流法就會顯得很繁瑣，而利用節(jié)點電壓法就會使求解過程簡單化。電路中任一節(jié)點與參考點之間的電壓稱為節(jié)點電壓。節(jié)點電壓法是:先以節(jié)點電壓為求解對象，求得節(jié)點電壓后，再求支路電壓和支路電流。下面用例題的形式，對節(jié)點電壓法進(jìn)行介紹。2.4節(jié)點電壓法2.4節(jié)點電壓法

在一個線性電路中，如果有多個電源同時作用時，任一支路的電流或電壓，等于這個電路中各個電源分別單獨(dú)作用時，在該支路中產(chǎn)生的電流或電壓的代數(shù)和。2.5疊加原理

電路中只有一個電源單獨(dú)作用，就是假設(shè)將其余電源均除去(將各個理想電壓源短接，即其電動勢為零；將各個理想電流源開路，即其電流為零)，但是它們的內(nèi)阻(如果給出的話)仍應(yīng)計。2.5疊加原理

任何一個線性有源二端網(wǎng)絡(luò)，對外部電路而言，都可以用一個電動勢E0和內(nèi)阻R0串聯(lián)的電源來等效代替。電動勢等于有源二端網(wǎng)絡(luò)的開路電壓，內(nèi)阻等于有源二端網(wǎng)絡(luò)化成無源（理想的電壓源短接，理想的電流源斷開）后，二端之間的等效電阻。2.6戴維南定理和諾頓定理2.6.1戴維南定理2.6戴維南定理和諾頓定理2.6戴維南定理和諾頓定理2.6戴維南定理和諾頓定理2.6.2諾頓定理任何一個有源二端線性網(wǎng)絡(luò)都可以用一個電流為IS的理想電流源和內(nèi)阻R0并聯(lián)的電源來等效代替。等效電源的電流IS就是有源二端網(wǎng)絡(luò)的短路電流，單口網(wǎng)絡(luò)兩端短接后其中的電流。等效電源的內(nèi)阻R0等于有源二端網(wǎng)絡(luò)中所有電源均除去(理想電壓源短路，理想電流源開路)后所得到的無源網(wǎng)絡(luò)a，b兩端之間的等效電阻。即為諾頓定理。2.6戴維南定理和諾頓定理3.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識

1.導(dǎo)體：電阻率

<10-4

·

cm的物質(zhì)。如銅、銀、鋁等金屬材料。

2.絕緣體：電阻率

>109·

cm物質(zhì)。如橡膠、塑料等。

3.半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和半導(dǎo)體之間的物質(zhì)。大多數(shù)半導(dǎo)體器件所用的主要材料是硅(Si)和鍺(Ge)。半導(dǎo)體導(dǎo)電性能是由其原子結(jié)構(gòu)決定的。硅原子結(jié)構(gòu)硅原子結(jié)構(gòu)(a)硅的原子結(jié)構(gòu)圖最外層電子稱價電子

價電子鍺原子也是4價元素

4價元素的原子常常用+4電荷的正離子和周圍4個價電子表示。+4(b)簡化模型3.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識3.1.1半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4+4+4

完全純凈的、不含其他雜質(zhì)且具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。將硅或鍺材料提純便形成單晶體，它的原子結(jié)構(gòu)為共價鍵結(jié)構(gòu)。價電子共價鍵圖3.1.1單晶體中的共價鍵結(jié)構(gòu)當(dāng)溫度T=0

K時，半導(dǎo)體不導(dǎo)電，如同絕緣體。1．本征半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4+4+4圖3.1.2本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴自由電子空穴

若T

，將有少數(shù)價電子克服共價鍵的束縛成為自由電子，在原來的共價鍵中留下一個空位——空穴。T

自由電子和空穴使本征半導(dǎo)體具有導(dǎo)電能力，但很微弱?？昭煽闯蓭д姷妮d流子。3.1.1半導(dǎo)體1.半導(dǎo)體中兩種載流子帶負(fù)電的自由電子帶正電的空穴

2.本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴總是成對出現(xiàn)，稱為電子-空穴對。

3.本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴的濃度用ni和pi表示，顯然ni

=pi。

4.由于物質(zhì)的運(yùn)動，自由電子和空穴不斷的產(chǎn)生又不斷的復(fù)合。在一定的溫度下，產(chǎn)生與復(fù)合運(yùn)動會達(dá)到平衡，載流子的濃度就一定了。

5.載流子的濃度與溫度密切相關(guān)，它隨著溫度的升高，基本按指數(shù)規(guī)律增加。3.1.1半導(dǎo)體2.N型導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體有兩種N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體在硅或鍺的晶體中摻入少量的5價雜質(zhì)元素，如磷、銻、砷等，即構(gòu)成N型半導(dǎo)體(或稱電子型半導(dǎo)體)。常用的5價雜質(zhì)元素有磷、銻、砷等。3.1.1半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體摻入5價元素后，原來晶體中的某些硅原子將被雜質(zhì)原子代替。雜質(zhì)原子最外層有5個價電子，其中4個與硅構(gòu)成共價鍵，多余一個電子只受自身原子核吸引，在室溫下即可成為自由電子。

自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴的濃度，即n>>p。電子稱為多數(shù)載流子(簡稱多子)，空穴稱為少數(shù)載流子(簡稱少子)。3.1.1半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4+4+4+5自由電子施主原子圖3.1.3

N型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)3.1.1半導(dǎo)體+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅或鍺的晶體中摻入少量的3價雜質(zhì)元素，如硼、鎵、銦等，即構(gòu)成P型半導(dǎo)體。+3空穴濃度多于電子濃度，即p>>n?？昭槎鄶?shù)載流子，電子為少數(shù)載流子。

3價雜質(zhì)原子稱為受主原子。受主原子空穴圖3.1.4

P型半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)P型半導(dǎo)體3.1.1半導(dǎo)體說明：

1.摻入雜質(zhì)的濃度決定多數(shù)載流子濃度；溫度決定少數(shù)載流子的濃度。3.雜質(zhì)半導(dǎo)體總體上保持電中性。4.雜質(zhì)半導(dǎo)體的表示方法如下圖所示。

2.雜質(zhì)半導(dǎo)體載流子的數(shù)目要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于本征半導(dǎo)體，因而其導(dǎo)電能力大大改善。(a)N型半導(dǎo)體(b)P型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體的的簡化表示法3.1.1半導(dǎo)體3.1.2PN結(jié)1.PN結(jié)的形成

在一塊半導(dǎo)體單晶上一側(cè)摻雜成為P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成為N型半導(dǎo)體，兩個區(qū)域的交界處就形成了一個特殊的薄層，稱為PN結(jié)。PNPN結(jié)圖3.1.5

PN結(jié)的形成PN結(jié)中載流子的運(yùn)動耗盡層空間電荷區(qū)PN1.擴(kuò)散運(yùn)動

2.擴(kuò)散運(yùn)動形成空間電荷區(qū)電子和空穴濃度差形成多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動?！狿N結(jié)，耗盡層。PN3.1.2PN結(jié)3.空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場PN空間電荷區(qū)內(nèi)電場UD空間電荷區(qū)正負(fù)離子之間電位差UD——電位壁壘；——內(nèi)電場；內(nèi)電場阻止多子的擴(kuò)散——阻擋層。

4.漂移運(yùn)動內(nèi)電場有利于少子運(yùn)動—漂移。

少子的運(yùn)動與多子運(yùn)動方向相反

阻擋層3.1.2PN結(jié)5.擴(kuò)散與漂移的動態(tài)平衡擴(kuò)散運(yùn)動使空間電荷區(qū)增大，擴(kuò)散電流逐漸減小；隨著內(nèi)電場的增強(qiáng)，漂移運(yùn)動逐漸增加；當(dāng)擴(kuò)散電流與漂移電流相等時，PN結(jié)總的電流空間電荷區(qū)的寬度約為幾微米~幾十微米；等于零，空間電荷區(qū)的寬度達(dá)到穩(wěn)定。即擴(kuò)散運(yùn)動與漂移運(yùn)動達(dá)到動態(tài)平衡。電壓壁壘UD，硅材料約為(0.6~0.8)V,鍺材料約為(0.2~0.3)V。3.1.2PN結(jié)2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N外加正向電壓又稱正向偏置，簡稱正偏。外電場方向內(nèi)電場方向空間電荷區(qū)VRI空間電荷區(qū)變窄，有利于擴(kuò)散運(yùn)動，電路中有較大的正向電流。PN3.1.2PN結(jié)在PN結(jié)加上一個很小的正向電壓，即可得到較大的正向電流，為防止電流過大，可接入電阻R。PN結(jié)外加反向電壓(反偏)反向接法時，外電場與內(nèi)電場的方向一致，增強(qiáng)了內(nèi)電場的作用；外電場使空間電荷區(qū)變寬；不利于擴(kuò)散運(yùn)動，有利于漂移運(yùn)動，漂移電流大于擴(kuò)散電流，電路中產(chǎn)生反向電流I

；由于少數(shù)載流子濃度很低，反向電流數(shù)值非常小。3.1.2PN結(jié)空間電荷區(qū)反相偏置的PN結(jié)反向電流又稱反向飽和電流。對溫度十分敏感，隨著溫度升高，IS將急劇增大。PN外電場方向內(nèi)電場方向VRIS3.1.2PN結(jié)綜上所述：當(dāng)PN結(jié)正向偏置時，回路中將產(chǎn)生一個較大的正向電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)PN結(jié)反向偏置時，回路中反向電流非常小，幾乎等于零，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。可見，PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?.1.2PN結(jié)3.2半導(dǎo)體二極管將PN結(jié)封裝在塑料、玻璃或金屬外殼里，再從P區(qū)和N區(qū)分別焊出兩根引線作正、負(fù)極。二極管的結(jié)構(gòu)：(a)外形圖半導(dǎo)體二極管又稱晶體二極管。(b)符號二極管的外形和符號半導(dǎo)體二極管的類型：按PN結(jié)結(jié)構(gòu)分：有點接觸型和面接觸型二極管。點接觸型管子中不允許通過較大的電流，因結(jié)電容小，可在高頻下工作。面接觸型二極管

PN結(jié)的面積大，允許流過的電流大，但只能在較低頻率下工作。按用途劃分：有整流二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管、開關(guān)二極管、發(fā)光二極管、變?nèi)荻O管等。按半導(dǎo)體材料分：有硅二極管、鍺二極管等。3.2半導(dǎo)體二極管3.2.1二極管的伏安特性在二極管的兩端加上電壓，測量流過管子的電流，I=f

(U

)之間的關(guān)系曲線。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50I/mAU/V正向特性硅管的伏安特性死區(qū)電壓擊穿電壓U(BR)反向特性–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.02鍺管的伏安特性0二極管的伏安特性3.2半導(dǎo)體二極管1.正向特性當(dāng)正向電壓比較小時，正向電流很小，幾乎為零。相應(yīng)的電壓叫死區(qū)電壓。范圍稱死區(qū)。死區(qū)電壓與材料和溫度有關(guān)，硅管約0.5V左右，鍺管約0.1V左右。正向特性死區(qū)電壓60402000.40.8I/mAU/V當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電壓后，隨著電壓的升高，正向電流迅速增大。3.2半導(dǎo)體二極管2.反向特性–0.02–0.040–25–50I/mAU/V反向特性當(dāng)電壓超過零點幾伏后，反向電流不隨電壓增加而增大，即飽和；二極管加反向電壓，反向電流很??；如果反向電壓繼續(xù)升高，大到一定數(shù)值時，反向電流會突然增大；反向飽和電流

這種現(xiàn)象稱擊穿，對應(yīng)電壓叫反向擊穿電壓。擊穿并不意味管子損壞，若控制擊穿電流，電壓降低后，還可恢復(fù)正常。擊穿電壓U(BR)3.2半導(dǎo)體二極管結(jié)論：二極管具有單向?qū)щ娦?。加正向電壓時導(dǎo)通，呈現(xiàn)很小的正向電阻，如同開關(guān)閉合；加反向電壓時截止，呈現(xiàn)很大的反向電阻，如同開關(guān)斷開。從二極管伏安特性曲線可以看出，二極管的電壓與電流變化不呈線性關(guān)系，其內(nèi)阻不是常數(shù)，所以二極管屬于非線性器件。3.2半導(dǎo)體二極管3.2.2二極管的主要參數(shù)1.最大整流電流IF

二極管長期運(yùn)行時，允許通過的最大正向平均電流。2.最高反向工作電壓UR工作時允許加在二極管兩端的反向電壓值。通常將擊穿電壓UBR的一半定義為UR。3.反向電流IR通常希望IR

值愈小愈好。3.2.3穩(wěn)壓管一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管。穩(wěn)壓管工作于反向擊穿區(qū)。

I/mAU/VO+正向+反向U(b)穩(wěn)壓管符號(a)穩(wěn)壓管伏安特性+I穩(wěn)壓管的伏安特性和符號

穩(wěn)壓管的參數(shù)主要有以下幾項：1.穩(wěn)定電壓UZ3.動態(tài)電阻rZ2.穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)時的穩(wěn)定工作電壓。

正常工作的參考電流。I<IZ時，管子的穩(wěn)壓性能差；I>IZ

，只要不超過額定功耗即可。

rZ愈小愈好。對于同一個穩(wěn)壓管，工作電流愈大，rZ值愈小。IZ=5mArZ

16IZ=20mArZ3IZ/mA3.2.3穩(wěn)壓管4.電壓溫度系數(shù)U

穩(wěn)壓管的參數(shù)主要有以下幾項：穩(wěn)壓管電流不變時，環(huán)境溫度每變化1℃引起穩(wěn)定電壓變化的百分比。

(1)

UZ>7V,U>0；UZ<4V，U<0；

(2)

UZ

在4~7V之間，U

值比較小，性能比較穩(wěn)定。

2CW17：UZ=9~10.5V，U=0.09

%/℃

2CW11：UZ=3.2~4.5V，U=-(0.05~0.03)%/℃

(3)2DW7系列為溫度補(bǔ)償穩(wěn)壓管，用于電子設(shè)備的精密穩(wěn)壓源中。3.2.3穩(wěn)壓管5.額定功耗PZ額定功率決定于穩(wěn)壓管允許的溫升。PZ=UZIZPZ會轉(zhuǎn)化為熱能，使穩(wěn)壓管發(fā)熱。電工手冊中給出IZM，IZM=PZ/UZ3.2.3穩(wěn)壓管VDZR使用穩(wěn)壓管需要注意的幾個問題：圖3.2.4穩(wěn)壓管電路UOIO+IZIRUI+

1.外加電源的正極接管子的N區(qū)，電源的負(fù)極接P區(qū)，保證管子工作在反向擊穿區(qū)；RL

2.穩(wěn)壓管應(yīng)與負(fù)載電阻RL并聯(lián)；

3.必須限制流過穩(wěn)壓管的電流IZ，不能超過規(guī)定值，以免因過熱而燒毀管子。3.2.3穩(wěn)壓管

3.3半導(dǎo)體三極管又稱半導(dǎo)體三極管、晶體管，或簡稱為三極管。(BipolarJunctionTransistor)三極管的外形如下圖所示。

三極管有兩種類型：NPN和PNP型。主要以NPN型為例進(jìn)行討論。三極管的外形3.3.1基本結(jié)構(gòu)常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管和鍺合金管兩種類型。三極管的結(jié)構(gòu)(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe發(fā)射極，b基極，c集電極。平面型(NPN)三極管制作工藝NcSiO2b硼雜質(zhì)擴(kuò)散e磷雜質(zhì)擴(kuò)散磷雜質(zhì)擴(kuò)散磷雜質(zhì)擴(kuò)散硼雜質(zhì)擴(kuò)散硼雜質(zhì)擴(kuò)散PN在N型硅片(集電區(qū))氧化膜上刻一個窗口，將硼雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散形成P型(基區(qū))，再在P型區(qū)上刻窗口，將磷雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散形成N型的發(fā)射區(qū)。引出三個電極即可。合金型三極管制作工藝：在N型鍺片(基區(qū))兩邊各置一個銦球，加溫銦被熔化并與N型鍺接觸，冷卻后形成兩個P型區(qū)，集電區(qū)接觸面大，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高。3.3.1基本結(jié)構(gòu)三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(a)NPN型ecb符號集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極c基極b發(fā)射極eNNP3.3.1基本結(jié)構(gòu)三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：NNPebcNNNPPP

1.發(fā)射區(qū)高摻雜。

2.基區(qū)做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。三極管放大的外部條件：外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。3.集電結(jié)面積大。3.3.2三極管放大條件和放大原理becRcRb三極管中載流子運(yùn)動過程IEIB

1.發(fā)射發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)—形成發(fā)射極電流IE

(基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可忽略)。

2.復(fù)合和擴(kuò)散電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)合形成基極電流Ibn，復(fù)合掉的空穴由VBB

補(bǔ)充。多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散，到達(dá)集電結(jié)的一側(cè)。三極管中載流子的運(yùn)動3.3.2三極管放大條件和放大原理becIEIBRcRb三極管中載流子運(yùn)動過程

3.收集集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)擴(kuò)散過來的電子而形成集電極電流Icn。其能量來自外接電源VCC

。IC

另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場的作用下將進(jìn)行漂移運(yùn)動而形成反向飽和電流，用ICBO表示。ICBO三極管中載流子的運(yùn)動3.3.2三極管放大條件和放大原理三極管的電流分配關(guān)系1.任何一列電流關(guān)系符合IE=IC+IB，IB<IC<IE,ICIE。

2.當(dāng)IB有微小變化時，IC

較大。說明三極管具有電流放大作用。

3.

共射電流放大系數(shù)共基電流放大系數(shù)3.3.2三極管放大條件和放大原理輸出回路輸入回路+UCE-3.3.3特性曲線特性曲線是選用三極管的主要依據(jù)，可從半導(dǎo)體器件手冊查得。IBUCE三極管共射特性曲線測試電路ICVCCRbVBBcebRcV+V+A++mA

輸入特性：輸出特性：+UCE-+UCE-IBIBIBUBE1.輸入特性

(1)UCE=0時的輸入特性曲線RbVBBcebIB+UBE_VBBIB+UBE_bceOIB/A

當(dāng)UCE=0時，基極和發(fā)射極之間相當(dāng)于兩個PN結(jié)并聯(lián)。所以，當(dāng)b、e之間加正向電壓時，應(yīng)為兩個二極管并聯(lián)后的正向伏安特性。3.3.3特性曲線(2)

UCE>0時的輸入特性曲線

當(dāng)UCE>0時，這個電壓有利于將發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子收集到集電極。UCE>UBE，三極管處于放大狀態(tài)。*特性右移(因集電結(jié)開始吸引電子)OIB/AIBUCEICVCCRbVBBcebRCV+V+A++mAUBE*UCE

≥1V，特性曲線重合。三極管共射特性曲線測試電路三極管的輸入特性3.3.3特性曲線2.輸出特性NPN三極管的輸出特性曲線IC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321劃分三個區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)（1）截止區(qū)

IB≤0的區(qū)域。兩個結(jié)都處于反向偏置。

IB=0時，IC=ICEO。硅管約等于1A，鍺管約為幾十~幾百微安。截止區(qū)截止區(qū)3.3.3特性曲線（2）放大區(qū)：條件：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏特點：各條輸出特性曲線比較平坦，近似為水平線，且等間隔。IC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321放大區(qū)集電極電流和基極電流體現(xiàn)放大作用，即放大區(qū)放大區(qū)對NPN管UBE>0，UBC<0NPN三極管的輸出特性曲線3.3.3特性曲線（3）飽和區(qū)：條件：兩個結(jié)均正偏I(xiàn)C

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321對NPN型管，UBE>0UBC>0。

特點：IC基本上不隨IB而變化，在飽和區(qū)三極管失去放大作用。IC

IB。

當(dāng)UCE=UBE，即UCB=0時，稱臨界飽和，UCE

<

UBE時稱為過飽和。飽和管壓降UCES<0.4V(硅管)，UCES<0.2V(鍺管)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)3.3.3特性曲線1.共射電流放大系數(shù)2.共射直流電流放大系數(shù)忽略穿透電流ICEO時，3.共基電流放大系數(shù)4.共基直流電流放大系數(shù)忽略反向飽和電流ICBO時，和

這兩個參數(shù)不是獨(dú)立的，而是互相聯(lián)系，關(guān)系為：3.3.4晶體三極管的主要參數(shù)電流放大系數(shù)反向飽和電流1.集電極和基極之間的反向飽和電流ICBO2.集電極和發(fā)射極之間的反向飽和電流ICEO(a)ICBO測量電路(b)ICEO測量電路ICBOcebAICEOAceb

小功率鍺管ICBO約為幾微安；硅管的ICBO小，有的為納安數(shù)量級。當(dāng)b開路時，c和e之間的電流。值愈大，則該管的ICEO也愈大。圖1.3.11反向飽和電流的測量電路3.3.4晶體三極管的主要參數(shù)極限參數(shù)1.集電極最大允許電流ICM

當(dāng)IC過大時，三極管的值要減小。在IC=ICM

時，值下降到額定值的三分之二。2.集電極最大允許耗散功率

PCM過損耗區(qū)安全工作區(qū)

將IC與UCE乘積等于規(guī)定的PCM值各點連接起來，可得一條雙曲線。ICUCE<PCM

為安全工作區(qū)ICUCE>PCM為過損耗區(qū)ICUCEOPCM=ICUCE安全工作區(qū)安全工作區(qū)過損耗區(qū)過損耗區(qū)圖3.3.11三極管的安全工作區(qū)3.3.4晶體三極管的主要參數(shù)4.1基本放大電路的組成VT：NPN型三極管，為放大元件；VCC：為輸出信號提供能量；

RC：當(dāng)iC通過Rc，將電流的變化轉(zhuǎn)化為集電極電壓的變化，傳送到電路的輸出端；

VBB

、Rb：為發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓，提供靜態(tài)基極電流(靜態(tài)基流)。4.2.1靜態(tài)分析bceIBQICQUCEQ圖4.2.1硅管UBEQ=(0.6~0.8)V鍺管UBEQ=(0.1~0.2)VICQ

IBQUCEQ=VCC–ICQ

RC4.2放大電路的基本分析4.2.2動態(tài)分析（1）晶體管的微變等效電路模型晶體管在小信號(微變量)情況下工作時，可以在靜態(tài)工作點附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地代替三極管的特性曲線，三極管就可以等效為一個線性元件。這樣就可以將非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個線性電路。微變等效條件研究的對象僅僅是變化量信號的變化范圍很小4.2放大電路的基本分析三極管的簡化參數(shù)等效電路注意：這里忽略了uCE

對iC與輸出特性的影響，在大多數(shù)情況下，簡化的微變等效電路對于工程計算來說誤差很小。晶體管及其等效電路模型cbe+uBE+uCEiCiBebcrbe

iB+uBE+uCEiCiB4.2放大電路的基本分析（2）放大電路的微變等效電路畫法對交流分量而言，電容C1和C2可視作短路；同時一般直流電源的電阻很小，可以忽略不計，對交流講直流電源也可以認(rèn)為是短路的。據(jù)此即可畫出交流通路。再把交流通路中的晶體管用微變等效電路代替，即為放大電路的微變等效電路。4.2放大電路的基本分析4.2.3共發(fā)射極交流等效電路（3）電壓放大倍數(shù)β的計算以圖4.2.3所示的交流放大電路為例計算電壓放大倍數(shù)。設(shè)輸入的是正弦信號，電壓和電流都可用相量表示，根據(jù)電路圖可列出：故放大電路的電壓放大倍數(shù)：4.2放大電路的基本分析等效電路法的步驟(歸納)

1.首先利用近似估算法確定放大電路的靜態(tài)工作點Q

。

2.求出靜態(tài)工作點處的微變等效電路參數(shù)

和rbe

。

3.畫出放大電路的微變等效電路?？上犬嫵鋈龢O管的等效電路，然后畫出放大電路其余部分的交流通路。

4.列出電路方程并求解。4.2放大電路的基本分析（４）輸入電阻rｉ的計算4.2放大電路的基本分析4.2放大電路的基本分析（5）輸入電阻ro的計算——分壓式偏置電路C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB圖4.3.1

分壓偏置工作點穩(wěn)定電路由于UBQ

不隨溫度變化，——電流負(fù)反饋式工作點穩(wěn)定電路

T

ICQIEQUEQUBEQ

(=UBQ–UEQ)IBQICQ4.3靜態(tài)工作點的穩(wěn)定說明：

1.Re

愈大，同樣的IEQ產(chǎn)生的UEQ愈大，則溫度穩(wěn)定性愈好。但Re

增大，UEQ

增大，要保持輸出量不變，必須增大VCC。

2.接入Re

，電壓放大倍數(shù)將大大降低。在Re

兩端并聯(lián)大電容Ce，交流電壓降可以忽略，則Au基本無影響。Ce

稱旁路電容

3.要保證UBQ

基本穩(wěn)定，IR>>IBQ，則需要Rb1、Rb2

小一些，但這會使電阻消耗功率增大，且電路的輸入電阻降低。實際選用Rb1、Rb2

值，取IR

=(5~

10)IBQ，UBQ=(5~10)UBEQ。4.3靜態(tài)工作點的穩(wěn)定C1Rb+VCCC2RL+Re++RS+~~++__+rbebec——為射極輸出器共集電極放大電路4.4射極輸出器4.4.1靜態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB由于IR>>IBQ，可得(估算)靜態(tài)基極電流4.4射極輸出器4.4.2動態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuirbe

ebcRcRL++Rb2Rb1RcRb2+VCCRL++uiuoRb1Re4.4射極輸出器靜態(tài)工作點C1Rb+VCCC2RL+Re++RS+~由基極回路求得靜態(tài)基極電流則(a)電路圖共集電極放大電路4.4射極輸出器電流放大倍數(shù)所以電壓放大倍數(shù)結(jié)論：電壓放大倍數(shù)恒小于1，而接近1，且輸出電壓與輸入電壓同相，又稱射極跟隨器。~++__+rbebec(b)等效電路4.4射極輸出器輸入電阻~++__+rbebec輸入電阻較大。Ri4.4射極輸出器輸出電阻+_rbebec~

輸出電阻低，故帶載能力比較強(qiáng)。Ro求射極輸出器Ro

的等效電路4.4射極輸出器

4.5.1差分放大電路原理1.零點漂移的抑制+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uId+uoR1R2假設(shè)電路完全對稱當(dāng)uId=0，時UCQ1=UCQ2UO=0圖4.5.1差分放大電路的基本形式4.5差分放大電路4.5.2典型差分放大電路可減小每個管子輸出端的溫漂。1.實用電路+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uId+uoRR-VEERe

Re

稱為“長尾電阻”。且引入共模負(fù)反饋。Re愈大，共模負(fù)反饋愈強(qiáng)。Ac愈小。每個管子的零漂愈小。對差模信號無負(fù)反饋。圖4.5.2長尾式差分放大電路4.5差分放大電路2.靜態(tài)分析+VCCRc+VT1VT2Rc~~++uId+uoRR-VEERe當(dāng)uId=0時，由于電路結(jié)構(gòu)對稱，故：IBQ1=IBQ2=IBQ，ICQ1=ICQ2=ICQ

，UBEQ1=UBEQ2=UBEQ，UCQ1=UCQ2=UCQ，

1=

2=IBQR+UBEQ+2IEQRe=VEE則ICQ

IBQ(對地)圖4.5.2長尾式差分放大電路4.5差分放大電路3.動態(tài)分析RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2則同理圖4.5.3長尾型交流通路電路圖4.5差分放大電路接有調(diào)零電位器的長尾差分電路RcVT1VT2Rc+uoRRuI1uI2RWVEE+VCCRe輸出電壓為差模電壓放大倍數(shù)為差模輸入電阻為差模輸出電阻為4.5差分放大電路結(jié)論

(1)

雙端輸出時，Ad

與單管Au基本相同；單端輸出時，Ad

約為雙端輸出時的一半。雙端輸出時，Ro=2Rc；單端輸出時，Ro=Rc

。

(2)

雙端輸出時，理想情況下，KCMR

→

；單端輸出時，共模抑制比不如雙端輸出高。

(3)

單端輸出時，可以選擇從不同的三極管輸出，而使輸出電壓與輸入電壓反相或同相。

(4)

單端輸出時，由于引入很強(qiáng)的共模負(fù)反饋，兩個管子仍基本工作在差分狀態(tài)。

(5)

單端輸出時，Rid

2(R+rbe)。4.5差分放大電路差分放大電路四種接法的性能比較

接法性能差分輸入雙端輸出差分輸入單端輸出單端輸入雙端輸出單端輸入單端輸出AdKCMR很高很高較高較高RidRo4.5差分放大電路本章首先介紹了集成運(yùn)算放大器的基本概念，對運(yùn)放的基本特點、基本參數(shù)、理想運(yùn)放的分析依據(jù)；然后介紹反饋的基本概念，討論反饋的各種類型以及它們的判斷方法，電路的各種反饋組態(tài)以及它們對電路性能的影響；最后在前面的基礎(chǔ)上討論運(yùn)放的構(gòu)成的各種運(yùn)算電路。第5章集成運(yùn)算放大器5.1集成運(yùn)算放大器簡介5.1.1集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)、管腳和主要技術(shù)參數(shù)1.集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)實質(zhì)上是一個具有高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路。圖5.1.1運(yùn)算放大器的方框圖輸入級中間級輸出級偏置電路5.1集成運(yùn)算放大器簡介2.集成運(yùn)算放大器的管腳5.1集成運(yùn)算放大器簡介典型的集成運(yùn)放雙極型集成運(yùn)放F007CMOS集成運(yùn)放C14573雙極型集成運(yùn)放F007F007集成芯片管腳示意圖(a)(b)連接示意圖集成運(yùn)算放大器的符號+A反相輸入端同相輸入端輸出端圖5.1.2運(yùn)算放大器電器符號5.1集成運(yùn)算放大器簡介集成電運(yùn)放的封裝圖5.1.4常見集成運(yùn)放的封裝(a)雙列直插式(b)圓殼式(c)扁平式5.1集成運(yùn)算放大器簡介3.集成運(yùn)算放大器的主要技術(shù)參數(shù)（1）最大輸出電壓Uopp能使輸出電壓和輸入電壓保持不失真關(guān)系的最大輸出電壓，稱為運(yùn)算放大器的最大輸出電壓。F007集成運(yùn)算放大器的最大輸出電壓約為±13V。（2）開環(huán)差模電壓增益Aod一般用對數(shù)表示，定義為單位：分貝理想情況Aod為無窮大；實際情況Aod

為100~140dB。5.1集成運(yùn)算放大器簡介（3）輸入失調(diào)電壓UIO定義：為了使輸出電壓為零，在輸入端所需要加的補(bǔ)償電壓。一般運(yùn)放：UIO

為1~10mV；高質(zhì)量運(yùn)放：UIO

為1mV以下。（4）輸入失調(diào)電流IIO當(dāng)輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流之差，即定義：一般運(yùn)放為幾十~一百納安；高質(zhì)量的低于1nA。5.1集成運(yùn)算放大器簡介（5）輸入偏置電流IIB定義：輸出電壓等于零時，兩個輸入端偏置電流的平均值。（6）共模輸入電壓范圍UIcm輸入端所能承受的最大共模電壓。5.1集成運(yùn)算放大器簡介（7）差模輸入電阻rid定義：一般集成運(yùn)放為幾兆歐。5.1集成運(yùn)算放大器簡介（8）共模抑制比KCMR定義：多數(shù)集成運(yùn)放在80dB以上，高質(zhì)量的可達(dá)160dB。5.1.2理想運(yùn)算放大器及其分析依據(jù)理想運(yùn)放的技術(shù)指標(biāo)開環(huán)差模電壓增益Aod=∞；輸出電阻ro=0；共模抑制比KCMR=∞；差模輸入電阻

rid=∞；UIO=0、IIO=0、UIO=IIO=0；輸入偏置電流IIB=0；-3dB帶寬fH=∞，等等。5.1集成運(yùn)算放大器簡介理想運(yùn)放工作在線性區(qū)時的特點輸出電壓與其兩個輸入端的電壓之間存在線性放大關(guān)系，即+Aod理想運(yùn)放工作在線性區(qū)特點：1.理想運(yùn)放的差模輸入電壓等于零即——“虛短”集成運(yùn)放的電壓和電流5.1集成運(yùn)算放大器簡介2.理想運(yùn)放的輸入電流等于零由于rid=∞，兩個輸入端均沒有電流，即——“虛斷”理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)時的特點傳輸特性+UOPPuOu+-u-O-UOPP理想特性集成運(yùn)放的傳輸特性5.1集成運(yùn)算放大器簡介理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)特點：當(dāng)u+>u-

時，uO=+UOPP當(dāng)u+<u-時,uO=-

UOPP

1.uO

的值只有兩種可能在非線性區(qū)內(nèi)，(u+

-

u-)可能很大，即u+≠u-。“虛地”不存在2.理想運(yùn)放的輸入電流等于零5.1集成運(yùn)算放大器簡介實際運(yùn)放Aod≠∞，當(dāng)u+與u-

差值比較小時，仍有Aod(u+

-

u-

)UOPP，運(yùn)放工作在線性區(qū)。例如：F007的Uopp=±14V，Aod

2×105

，線性區(qū)內(nèi)輸入電壓范圍uOu+-u-O實際特性非線性區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)但線性區(qū)范圍很小。圖5.1.6運(yùn)算放大器的傳輸特性5.1集成運(yùn)算放大器簡介5.2.1反饋的概念與分類1.正反饋和負(fù)反饋反饋信號增強(qiáng)了外加輸入信號，使放大電路的放大倍數(shù)提高——正反饋反饋信號削弱了外加輸入信號，使放大電路的放大倍數(shù)降低——負(fù)反饋反饋極性的判斷方法：瞬時極性法。先假定某一瞬間輸入信號的極性，然后按信號的放大過程，逐級推出輸出信號的瞬時極性，最后根據(jù)反饋回輸入端的信號對原輸入信號的作用，判斷出反饋的極性。5.2反饋(a)正反饋(b)負(fù)反饋例：用瞬時極性法判斷電路中的反饋極性。--因為差模輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓之差，反饋增強(qiáng)了輸入電壓，所以為正反饋。-反饋信號削弱了輸入信號，因此為負(fù)反饋。圖5.2.25.2反饋2.直流反饋和交流反饋圖5.2.3直流反饋與交流反饋(a)直流反饋(b)交流反饋直流負(fù)反饋可穩(wěn)定靜態(tài)工作點，交流負(fù)反饋用以改善放大電路的性能。5.2反饋3.電壓反饋和電流反饋如果反饋信號取自輸出電壓，則為電壓反饋；電壓負(fù)反饋的反饋信號與輸出電壓成比例；反饋信號取自輸出電流，則為電流反饋，電流負(fù)反饋的反饋信號與輸出電流成比例。判斷方法：假設(shè)將輸出端交流短路，如果反饋信號消失，則為電壓反饋；否則為電流反饋。

Re1兩端的電壓與輸出信號無關(guān)，即反饋信號消失，所以為電壓反饋。例：圖5.2.3(b)5.2反饋反饋信號末消失，所以為電流反饋。4.串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋反饋信號與輸入信號在輸入回路中以電壓形式求和，為串聯(lián)反饋；如果二者以電流形式求和，為并聯(lián)反饋。例：所以為并聯(lián)反饋；所以為串聯(lián)聯(lián)反饋。5.2反饋5.2.2負(fù)反饋1.負(fù)反饋的組態(tài)（1）電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路圖5.2.4電壓串聯(lián)負(fù)反饋反饋信號與輸出電壓成正比，集成運(yùn)放的凈輸入電壓等于輸入電壓與反饋電壓之差，5.2反饋（2）電流串聯(lián)負(fù)反饋圖5.2.5電流串聯(lián)負(fù)反饋反饋信號與輸出電流成正比，凈輸入電壓等于外加輸入信號與反饋信號之差5.2反饋（3）電壓并聯(lián)負(fù)反饋圖5.2.6電壓并聯(lián)負(fù)反饋反饋信號與輸出電壓成正比，凈輸入電流等于外加輸入電流與反饋電流之差5.2反饋（4）電流并聯(lián)負(fù)反饋圖5.2.7電流并聯(lián)負(fù)反饋反饋信號與輸出電流成正比，凈輸入電流等于外加輸入信號與反饋信號之差：5.2反饋反饋的一般表達(dá)式反饋放大電路方框圖分別為輸入信號、輸出信號和反饋信號；開環(huán)放大倍數(shù)無反饋時放大網(wǎng)絡(luò)的放大倍數(shù)；因為：所以：得：閉環(huán)放大倍數(shù)5.2反饋閉環(huán)放大倍數(shù)引入反饋后，放大電路對外加輸入信號的放大倍數(shù)。回路增益在反饋放大電路中，信號沿放大網(wǎng)絡(luò)和反饋網(wǎng)絡(luò)組成的環(huán)路傳遞一周后所得到的放大倍數(shù)。反饋深度引入反饋后，放大電路的放大倍數(shù)與無反饋時相比所變化的倍數(shù)?！?fù)反饋；——正反饋。5.2反饋若——深度負(fù)反饋結(jié)論：深負(fù)反饋放大電路的放大倍數(shù)主要由反饋網(wǎng)絡(luò)的反饋系數(shù)決定，能保持穩(wěn)定。若則——自激振蕩5.2反饋

1.反饋信號與外加輸入信號的求和方式只對放大電路的輸入電阻有影響：串聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大；并聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻減小。

2.反饋信號在輸出端的采樣方式只對放大電路的輸出電阻有影響：電壓負(fù)反饋使輸出電阻減小；電流負(fù)反饋使輸出電阻增大。

3.串聯(lián)負(fù)反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸入電阻；電流負(fù)反饋只增大反饋環(huán)路內(nèi)的輸出電阻。

4.負(fù)反饋對輸入電阻和輸出電阻的影響程度，與反饋深度有關(guān)。5.2反饋R2=R1//RF由于“虛斷”，i+=0，u+=0；由于“虛短”，u-=u+=0——“虛地”由iI=iF

，得1.反相比例運(yùn)算電路由于反相輸入端“虛地”，電路的輸入電阻為Rif=R1當(dāng)R1＝RF時，Auf=-1——單位增益倒相器圖

5.3.15.3運(yùn)算放大器的應(yīng)用5.3.1比例運(yùn)算電路2.同相比例運(yùn)算電路R2=R1//RF根據(jù)“虛短”和“虛斷”的特點，可知i+=i-=0；又u-

=u+=uＩ得：由于該電路為電壓串聯(lián)負(fù)反饋，所以輸入電阻很高；輸出電阻很高。當(dāng)RF=0或R1=時，Auf=1——電壓跟隨器圖

5.3.25.3運(yùn)算放大器的應(yīng)用3.差動比例運(yùn)算電路差動比例運(yùn)算電路在理想條件下，由于“虛斷”，i+=i-=0由于“虛短”，u+=u-

，所以：電壓放大倍數(shù)差模輸入電阻Rif=2R15.3運(yùn)算放大器的應(yīng)用反相輸入同相輸入差分輸入電路組成要求R2=R1//RF要求R2=R1//RF要求R1=R1′RF=RF′電壓放大倍數(shù)uO與uI

反相，可大于、小于或等于1uO與uI

同相，放大倍數(shù)可大于或等于1RifRif=R1不高Rif=(1+Aod)Rid高Rif=2R1不高Ro低低低性能特點實現(xiàn)反相比例運(yùn)算；電壓并聯(lián)負(fù)反饋；“虛地”實現(xiàn)同相比例運(yùn)算；電壓串聯(lián)負(fù)反饋；“虛短”但不“虛地”實現(xiàn)差分比例運(yùn)算(減法)

“虛短”但不“虛地”三種比例運(yùn)算電路之比較5.3.2加法運(yùn)算電路加法運(yùn)算電路的輸出量反映多個模擬輸入量相加的結(jié)果。由于“虛斷”，i-=0所以：i1+i2+i3=iF又因“虛地”，u-

=0所以：當(dāng)R1=R2=R3=R時，圖

5.3.45.3運(yùn)算放大器的應(yīng)用由于“虛斷”，i+

=0，所以：解得：其中：由于“虛短”，u+=u-5.3運(yùn)算放大器的應(yīng)用5.3.3微積分電路1.積分運(yùn)算電路由于“虛地”，u-

=0，故uO=-uC又由于“虛斷”，iI=iC

，故uI

=iIR=iCR得：τ=RC——積分時間常數(shù)圖

5.3.5積分運(yùn)算電路5.3運(yùn)算放大器的應(yīng)用積分電路的輸入、輸出波形(1)輸入電壓為矩形波t0t1tuIOtuOOUI當(dāng)t≤

t0

時，uI=0，uO=0；

當(dāng)t0

<t≤t1

時，uI=UI=常數(shù)，

當(dāng)t>t1時，uI=0，uo保持t=t1時的輸出電壓值不變。即輸出電壓隨時間而向負(fù)方向直線增長。5.3運(yùn)算放大器的應(yīng)用(二)輸入電壓為正弦波tuOO可見，輸出電壓的相位比輸入電壓的相位領(lǐng)先90

。因此，此時積分電路的作用是移相。tuIOUm5.3運(yùn)算放大器的應(yīng)用2.微分運(yùn)算電路圖

5.3.6

微分運(yùn)算電路由于“虛斷”，i-

=0，故iC

=iR又由于“虛地”，u+

=u-=0

，故可見，輸出電壓正比于輸入電壓對時間的微分。微分電路的作用：實現(xiàn)波形變換。5.3運(yùn)算放大器的應(yīng)用5.3.4使用注意事項5.3運(yùn)算放大器的應(yīng)用5.3運(yùn)算放大器的應(yīng)用5.3運(yùn)算放大器的應(yīng)用5.3運(yùn)算放大器的應(yīng)用6.1直流電源6.1.1整流電路直流電源的組成電網(wǎng)電壓電源變壓器整流電路濾波器穩(wěn)壓電路負(fù)載1.單相半波整流電路圖

6.1.1優(yōu)點：使用元件少。缺點：輸出波形脈動大；直流成分?。蛔儔浩骼寐实?。圖

6.1.26.1直流電源2.單相橋式整流電路圖

6.1.3圖

6.1.46.1直流電源6.2.1濾波電路1.電容濾波器適用于負(fù)載電流較小的場合。濾波電容大，效果好。輸出直流電壓為：脈動系數(shù)S

約為10%~20%。圖

6.1.66.1直流電源2.復(fù)式濾波表6.1.1各種濾波電路的性能比較性能類型UO/U2適用場合整流管的沖擊電流電容濾波1.2小電流大π型濾波（RC）