模电&数电知识总结

1．模电和数电的主要内容，学习目的。参考要点：①模电主要讲述对模拟信号进行产生、放大和处理的模拟集成电路；数电主要是通过数字逻辑和计算去分析、处理信号，数字逻辑电路的构成及运用。由于数字电路稳定性高，结果再现性好；易于设计等诸多优点，因此是今后的发展方向。但现实世界中信息都是模拟信息，模电是不可能淘汰的。单就一个系统而言模电部分可能会减少，理想构成为：模拟输入—AD采样（数字化）--数字处理—DA转换—模拟输出。②电力专业学生学习模电数电，了解常见的模拟数字集成电路，掌握简单的电路设计，对于以后工作中遇到的弱电控制强电等情况很有帮助。而且目前我国正在建设智能电网，模电数电的这些知识为电网高速通信网络，智能表计等智能电网核心设备打下了基础。模电一、模拟信号和数字信号。在时间上和幅值上均是连续的信号称为模拟信号，时间离散、数值也离散的信号称为数字信号。随着计算机的广泛应用，绝大多数电子系统都采用计算机来对信号进行处理，由于计算机无法直接处理模拟信号，所以需要将模拟信号转换成数字信号。二、放大电路的类型和主要性能指标。①电压放大、电流放大、互阻放大和互导放大。电压放大电路主要考虑电压增益，电流放大电路主要考虑电流增益，需要将电流信号转换为电压信号可利用互阻放大电路，把电压信号转换成与之相应的电流输出，这种电路为互导放大电路。这四种放大电路模型可实现相互转换。②输入电阻、输出电阻、增益、频率响应和非线性失真。输入电阻等于输入电压与输入电流的比值，它的大小决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小；输出电阻的大小决定了它带负载的能力，在信号源短路和负载开路情况下，在放大电路输出端加一个测试电压，相应产生一测试电流就能求得输出电阻；增益实际上反映了放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为信号能量的能力；放大电路频率响应指在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应；由于元器件特性的非线性和放大电路工作电源受有限电压的限制而造成的失真为非线性失真。三、集成运算放大器简介、组成和工作区域。①集成运算放大器是一种高增益直接耦合放大器，它作为基本的电子器件，可以实现多种功能电路，如电子电路中的比例、求和、求差、积分和微分等模拟运算电路。②它由输入级差分放大、中间级电压放大、输出级功率放大和偏置电路四个部分组成。输入级由差分式放大电路组成，利用它的电路对称性可提高整个电路的性能（抑制温漂和提高共模抑制比）；中间电压放大级的主要作用是提高电压增益；输出级的电压增益为1，但能为负载提供一定的功率；电流源电路构成偏置电路和有源负载电路。③运算放大器有两个工作区域。在线性区它放大小信号；输入为大信号时，它工作在非线性区，输出电压扩展至饱和值。当使运放电路稳定地工作在线性区，均需引入深度负反馈。四、理想运放的模型。①输出电压的饱和极限值等于运放的电源电压，即+=和-=。②运放的开环电压增益很高，以至差分输入电压（）的值尽管很小，仍可驱使运放进入饱和区。③与前述相反，若未达到饱和极限，则差分输入电压（）必趋近于0值。当处于和之间，则运放必将工作在线性区。④内部的输入电阻的阻值很高，因而可近似认为它为无限大。⑤内部的输出电阻的阻值很低乃至可近似认为它为零。五、虚短和虚断。输出通过负反馈的作用，使自动地跟踪，使，或≈0，这种现象称为虚假短路，简称虚短。由于同相和反相两输入端之间出现虚短现象，而运放的输入电阻的阻值又很高，因而流经两输入端之间的≈0，这种现象称为虚断。应当注意的是，虚短是本质的，虚断是派生的。虚短和虚断概念对分析由运放组成的各种线性应用电路非常重要，用它可求出运放电路输出和输入的函数关系。六、PN结的形成及特性。①PN结是半导体二极管和组成其他半导体器件的基础，它是由P型半导体和N型半导体相结合而形成的。对纯净的半导体（如硅材料）掺入受主杂质或施主杂质，便可制成P型和N型半导体。空穴参与导电是半导体不同于金属导电的重要特点。②当PN结外加正向电压（正向偏置）时，耗尽区变窄，有电流流过；而当反加方向电压（反向偏置）时，耗尽区变宽，没有电流流过或电流极小，这就是半导体二极管的单向导电性，也是二极管最重要的特性。关于半导体和PN结往年面试试题（1-9）：1、半导体材料制作电子器件与传统的真空电子器件相比有什么特点?答：频率特性好、体积小、功耗小，便于电路的集成化产品的袖珍化，此外在坚固抗震可靠等方面也特别突出；但是在失真度和稳定性等方面不及真空器件。2、什么是本征半导体和杂质半导体?答：纯净的半导体就是本征半导体，在元素周期表中它们一般都是中价元素。在本征半导体中按极小的比例掺入高一价或低一价的杂质元素之后便获得杂质半导体。3、空穴是一种载流子吗?空穴导电时电子运动吗?答：不是，但是在它的运动中可以将其等效为载流子。空穴导电时等电量的电子会沿其反方向运动。4、制备杂质半导体时一般按什么比例在本征半导体中掺杂?答：按百万分之一数量级的比例掺入。5、什么是N型半导体?什么是P型半导体?当两种半导体制作在一起时会产生什么现象?答：多数载子为自由电子的半导体叫N型半导体。反之，多数载子为空穴的半导体叫P型半导体。P型半导体与N型半导体接合后便会形成P-N结。6、PN结最主要的物理特性是什么?答：单向导电能力和较为敏感的温度特性。7、PN结还有那些名称?答：空间电荷区、阻挡层、耗尽层等。8、PN结上所加端电压与电流是线性的吗?它为什么具有单向导电性?答：不是线性的，加上正向电压时，P区的空穴与N区的电子在正向电压所建立的电场下相互吸引产生复合现象，导致阻挡层变薄，正向电流随电压的增长按指数规律增长，宏观上呈现导通状态，而加上反向电压时，情况与前述正好相反，阻挡层变厚，电流几乎完全为零，宏观上呈现截止状态。这就是PN结的单向导电特性。9、在PN结加反向电压时果真没有电流吗?答：并不是完全没有电流，少数载流子在反向电压的作用下产生极小的反向漏电流。七、二极管电路的简化模型。由于二极管是非线性器件，所以通常采用二极管的简化模型来分析设计二极管电路。这些模型主要有理想模型、恒压降模型、折线模型、小型号模型等。在分析电路的静态或大信号情况时，根据输入信号的大小，选用不同的模型；只有当信号很微小且有一静态偏置时，才采用小信号模型。指数模型主要在计算机仿真模型中使用。理想模型：正向偏置时，管压降为0，反向偏置时，电阻为无穷大，电流为0。恒压降模型：二极管导通后，其管压降认为是恒定的，且不随电流而变。折线模型：在恒压降模型的基础上，做一定的修正，即认为二极管的管压降不是恒定的，而是随着电流的增加而增加，在模型中用一个电池和一个电阻来作进一步的近似。小信号模型：一般首先分析电路的静态工作情况，求得静态工作点Q；其次，根据Q点算出微变电阻；再次，根据小信号模型交流电路模型，求出小信号作用下电路的交流电压、电流；最后与静态值叠加，得到完整的结果。八、BJT。①双极节型三极管简称BJT，是由两个PN结组成的三端有源器件，分NPN和PNP两种类型，它的三个端子分别称为发射极e、基极b和集电极c。由于硅材料的热稳定性好，因而硅BJT得到广泛应用。②表征BJT性能的有输入输出特性，均称之为V-I特性，其中输出特性用得较多。从输出特性上可以看出，用改变基极电流的方法可以控制集电极电流，因而BJT是一种电流控制器件。③BJT的电流放大系数是它的主要参数，按电路组态的不同有共射极电流放大系数β和共基极电流放大系数α之分。为了保证器件的安全运行，还有几项极限参数，如集电极最大允许功率损耗和若干反向击穿电压，如等，使用时应当予以注意。④BJT在放大电路中有共射、共极和共基三种组态，根据相应的电路输出量与输入量之间的大小和相位的关系，分别将它们称为反向电压放大器、电压跟随器和电流跟随器。三种组态中的BJT都必须工作在发射结正偏，集电结反偏的状态。九、放大电路的分析方法。放大电路的分析方法有图解法和小信号模型分析法，前者是承认电子器件的非线性，后者则是将非线性特性的局部线性化。通常使用图解法求Q点，而用小信号模型分析法求电压增益、输入电阻和输出电阻。十、放大电路静态工作点的稳定问题。放大电路静态工作点不稳定的原因主要是由于受温度的影响。常用的稳定静态工作点的电路有射极偏置电路等，它是利用反馈原理来实现的。十一、模拟集成电路种类。运算放大器、宽频带放大器、功率放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模-数和数-模转换器、稳压电源和音像设备中常用的其他模拟集成电路等。十二、电流源电路。电流源电路是模拟集成电路中的基本单元电路，其特点是直流电阻小，动态输出电阻（小信号电阻）很大，并具有温度补偿作用。常用来作为放大电路的有源负载和决定放大电路各级Q点的偏执电流。十三、差分式放大电路。差分式放大电路是模拟集成电路的重要组成单元，特别是作为集成运放的输入级，它既能放大直流信号，又能放大交流信号；它对差模信号具有很强的放大能力，而对共模信号却具有很强的抑制能力。由于电路输入（双端、单端）、输出（双端、单端）方式的不同组合，共有四种典型电路。分析这些电路时，要着重分析两边电路输入信号分量的不同，至于具体指标的计算与共射的单级电路基本一致。差分式放大电路要得到高的（共模抑制比），在电路结构上要求两边电路对称；偏置电流源电路要有髙值的动态输出电阻。十四、调制和解调。调制和解调在通信、广播、电视和遥控等领域中得到了广泛的应用。利用模拟乘法器的功能很容易实现调制和解调功能。调制现以无线电调幅广播为例来说明调幅原理。在这种调制过程中，一般情况下，音频信号需用高频信号通过无线方式来运载，这里高频信号称为载波信号，音频信号称为调制信号，将音频信号“装载”于高频信号的过程称为调制。解调调幅波的解调亦称检波，是调幅的逆过程，即从调幅波提取调制（音频）信号的过程称为解调。十五、放大电路中的噪声和干扰。放大电路中噪声和干扰的产生和抑制是电子工程技术中的重要基础知识。要制作高质量的放大器，不仅需要正确地设计电路，合理地选择元器件，而且对干扰和噪声的抑制应予以足够的重视。关于二极管、三极管、放大电路往年面试试题（10-47）：10、二极管最基本的技术参数是什么?答：最大整流电流。11、二极管主要用途有哪些?答：整流、检波、稳压等。12、晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的?答：通过电流分配关系。13、能否用两只二极管相互反接来组成三极管?为什么?答：否；两只二极管相互反接是通过金属电极相接，并没有形成三极管所需要的基区。14、什么是三极管的穿透电流?它对放大器有什么影响?答：当基极开路时，集电极和发射极之间的电流就是穿透电流，它和集电极-基极反向漏电流都是由少数载流子的运动产生的，所以对温度非常敏感，当温度升高时二者都将急剧增大。从而对放大器产生不利影响。因此在实际工作中要求它们越小越好。15、三极管的门电压一般是多少?答：硅管一般为0.5伏.锗管约为0.2伏.16、放大电路放大电信号与放大镜放大物体的意义相同吗?答：不相同。17、在三极管组成的放大器中，基本偏置条件是什么?答：发射结正偏；集电结反偏。18、三极管输入输出特性曲线一般分为几个什么区域?答：一般分为放大区、饱和区和截止区。19、放大电路的基本组态有几种?它们分别是什么?答：三种，分别是共发射极、共基极和共集电极。2、在共发射极放大电路中，一般有哪几种偏置电路?答：有上基偏、分压式和集-基反馈式。21、静态工作点的确定对放大器有什么意义?答：正确地确定静态工作点能够使放大器有最小的截止失真和饱和失真，同时还可以获得最大的动态范围，提高三极管的使用效率。22、放大器的静态工作点一般应该处于三极管输入输出特性曲线的什么区域?答：通常应该处于三极管输入输出特性曲线的放大区中央。23、在绘制放大器的直流通路时对电源和电容器应该任何对待?答：电容器应该视为开路，电源视为理想电源。24、放大器的图解法适合哪些放大器?答：一般适合共射式上基偏单管放大器和推挽式功率放大器。25、放大器的图解法中的直流负载线和交流负载线各有什么意义?答：直流负载线确定静态时的直流通路参数。交