大连东软信息学院模拟电路期末复习资料

期末复习2010-岁末第三章常用半导体器件（基本概念、计算）本征半导体本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。本征半导体的导电机理在常温或光照射下，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(electrons)，同时共价键上留下一个空位，称为空穴(holes)。电子和空穴统称为载流子(carrier)。1.载流子、自由电子和空穴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。N型半导体：在硅或锗的晶体中掺入少量的五价杂质元素，如磷、砷、锑等，即构成N型半导体（电子型半导体）。使自由电子浓度大大增加。P型半导体：在硅或锗的晶体中掺入少量的三价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成P型半导体(空穴型半导体)。使空穴浓度大大增加。杂质半导体原因是掺杂半导体的载流子浓度大大增加。二、PN结的单向导电性PN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。－－－－++++RE1、PN结外加正向电压时处于导通状态内电场外电场变薄PN+_内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。串联一个电阻以限制回路中的电流。2、PN结外加反向电压时处于截止状态－－－－++++内电场外电场变厚NP+_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。RE综上所述：当PN结正向偏置时，回路中将产生一个较大的正向电流，PN结处于导通状态；当PN结反向偏置时，回路中反向电流非常小，几乎等于零，PN结处于截止状态。可见，PN结具有单向导电性。二极管的伏安特性一、伏安特性UI导通电压:硅管0.6~0.8V,锗管0.1~0.3V反向击穿电压UBRUon(开启电压)使二极管开始导通的临界电压开启电压硅管0.5V,锗管0.1V稳压二极管-在一定的电流范围内，端电压几乎不变一、稳压管的伏安特性(a)符号(b)伏安特性利用二极管反向击穿特性实现稳压（端电压不变）。稳压二极管稳压时工作在反向击穿状态，反向电压应大于稳压电压。DZ阳极阴极第二章基本放大电路（分析方法—画图题、计算题）双极型晶体管(BJT)又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。(BipolarJunctionTransistor)三极管有两种类型：NPN型和PNP型。ecb符号cbe符号三极管内部结构要求：1.发射区高掺杂。2.基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。3.集电结面积大。NNPebcNP二、晶体管的电流分配关系IE=IC+IB三、晶体管的共射电流放大系数BCII1、共射直流电流放大系数BEI1I）（2、共射交流电流放大系数BCΔΔii晶体管的共射输出特性曲线(2)放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：UBEUon,UCE≥UBE,IC=IB(3)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：UBEUon,UCEUBE，IBIC(1)截止区：发射结反偏，集电结反偏。即：UBE≤Uon,UCEUBE,IB=0，IC0放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。设置静态工作点的必要性一、静态工作点(QuiescentPoint)静态工作点Q（直流值）：UBEQ、IBQ、ICQ和UCEQ图2.2.1基本共射放大电路TbBEQBBBQRUVICCCCCERIVUQQICQ=IBQ对于NPN硅管UBEQ＝0.7V，PNP锗管UBEQ＝-0.2V直流通路和交流通路（画图题）共射极放大电路直流通路：1、电容—开路2、电感—短路3、交流信号源—短路内阻保留开路开路直流通路(只有VCC)RB+VCCRC交流通路：1、电容—短路2、直流电源（无内阻）—短路短路短路置零RB+VCCRCC1C2T波形的失真饱和失真截止失真由于放大电路的工作点进入了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。由于放大电路的工作点进入了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。一、H参数等效模型将晶体管的输入回路（b-e）近似等效为一个动态电阻rbe将晶体管的输出回路(c-e)近似等效为一个受控电流源。bcII等效电路法（计算题）二、三极管简化的H参数等效模型BJT的H参数模型ib是受控源，且为电流控制电流源。电流方向与ib的方向是关联的。vBEvCEiBcebiCBJT双口网络H参数的确定一般用测试仪测出；rbe与Q点有关，可用仪器测出。一般也用公式估算rbe则)mA()mV(26CQ'beIrrbb(T=300K)CQ'beIUrrTbbrbb’是基区体电阻三、共射放大电路动态参数的分析电路动态参数的分析就是求解电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。解题的方法是：作出h参数的交流等效电路图2.2.5共射极放大电路RbviRcRLiVbIcIOVbI用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路共射极放大电路1.利用直流通路求Q点bBECCBRVVI一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，已知。BCIβIcCCCCERIVV2.画出小信号等效电路共射极放大电路icvce+-交流通路RbviRcRLiVbIcIOVbIH参数小信号等效电路根据RbviRcRLiUbIcIOUbIbebirIUbcII)//(LccORRIU则电压增益为beLcbebLcbbebLcciO)//()//()//(rRRrIRRIrIRRIUUAu(1).求电压放大倍数（电压增益）(2).求输入电阻(3).求输出电阻RbRcRLiVbIcIOVbIRiiIiUOURoRo=Rcbebiii//rRIUR典型的静态工作点稳定电路C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1Reui阻容耦合的静态工作点稳定电路一、静态工作点的估算由于I1IBQ，可得CCb2b1b1BQVRRRUeBEQBQeEQEQCQRUURUII)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU静态基极电流CQBQIIbIcIrbeebcRcRLoUbI++Rb2Rb1iUbeLrRUUAiouLcL//RRRcob2b1bei////RRRRrR如无旁路电容，动态参数如何计算？)1(EbeLRrRAuLcL//RRRcob2b1Ebei////])1([RRRRRrR图2.4.4(a)无旁路电容时的交流电路ie第六章集成运算放大电路（基本概念、简答题）一、零点漂移现象及其产生的原因直接耦合时，输入电压为零，但输出电压离开零点，并缓慢地发生不规则变化的现象。原因：放大器件的参数受温度影响而使Q点不稳定。也称温度漂移。图3.3.1零点漂移现象uOtOuItO直接耦合放大电路直接耦合放大电路的零点漂移现象二、抑制温度漂移的方法(1)引入发射极电阻Re以稳定Q点；(2)利用热敏元件补偿放大器的温漂；(3)采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消------差分放大电路差分放大电路电路以两只管子集电极电位差为输出，可克服温度漂移。共模信号（两个输入信号的平均值）输入信号uI1和uI2大小相等极性相同0)Δ()Δ(ΔΔΔΔΔΔ221121212121CCQCCQCCoCCCCBBuUuUuuuuu,ii,ii差分放大电路对共模信号具有很强的抑制作用，在参数理想对称情况下，共模输出为零。差分放大电路的组成ReRb1Rb2+uI1--VEE-uI2+差模信号（两个输入信号的差）输入信号uI1和uI2大小相等，极性相反。2C2C1C02C1C2C1C2B1B2I1I2,,,,uuuuuuiiiiuu实现了电压放大对差模信号的放大作用差分放大电路加差模信号分析时注意二个“虚地”ReRb1Rb2-VEEuI1uI2RC2RC1+uId--2Idu2Idu++-+uod-EE点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。负载电阻的中点电位在差模信号作用下不变，相当于接“地”。RL差模信号作用下的等效电路共模信号作用下的等效电路直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路的构成：输入级：差分放大电路，从而减小温漂，增大共模抑制比。中间级：共射放大电路，从而获得高电压放大倍数。输出级：采用复合管的准互补输出级电路，从而使输出电阻小，带负载能力增强，而且最大不失真输出电压幅值接近电源电压。集成运放的符号图4.1.2集成运放的符号+AoduPuPuO集成运放的两个输入端分别为同相输入端uP和反向输入端uN。up：输入电压与输出电压的相位相同。uN：输入电压与输出电压的相位相反。集成运放是一个双端输入、单端输出，具有高差模放大倍数、高输入电阻、低输出电阻、能较好地抑制温漂的差分放大电路。uO=f(uP-uN)电压传输特性集成运放的电压传输特性uOuP-uN+UOM-UOM)(odONPuuAu线性区域：Aod为差模开环放大倍数非线性区域：输出电压只有两种可能：+UOM或-UOMUOM为输出电压的饱和电压。能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。功放电路的要求：Pomax大，三极管极限工作效率要高失真要小功率放大电路功率放大电路的特点一、主要技术指标1.最大输出功率Pom功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是交流功率，表达式为Po＝IoUo。2.转换效率功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之比。直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积。%100maxVoPPPomax:负载上得到的交流信号功率。PV：电源提供的直流功率。功率放大电路的分类在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在信号整个周期内导通情况分类甲类(2)tiCOIcm2ICQtiCOIcm2ICQ乙类()tiCOIcmICQ2甲乙类(2)互补对称功放的类型无输出变压器形式（OTL电路）无输出电容形式（OCL电路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess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：互补对称功率放大电路无输出变压器的功率电路（OTL电路）用一个大容量电容取代了变压器(几百~几千微法的电解电容）静态分析：前级电路应使基极电位为VCC/2，发射结电位为VCC/2，故电容上的电压也为VCC/2。单电源供电。T1和T2特性对称动态分析：T1和T2轮流导通，电路为射极跟随状态。OTL工作在乙类工作状态，OTL电路iouu0iu0iu无输出电容的功率放大电路（OCL电路）双电源供电,T1和T2特性对称静态分析：ui=0VT1、T2均不工作uo=0V动态分析：OCL电路T1和T2交替工作，正、负电源交替供电，输出与输入之间双向跟随。ui0VT1截止，T2导通ui0VT1导通，T2截止iL=ic1;iL=ic2ic1ic2桥式推挽功率放大电路BalancedTransformerless（BTL电路）图9.1.6BTL电路单电源供电，不用变压器和大电容，四只管子特性对称静态分析：四只晶体管均截止，输出电压为零。当ui0时，T1和T4导通，T2和T3截止，负载上获得正半周电压；当ui0时，T2和T3导通，T1和T4截止，负载上获得负半周电压。因而负载上获得交流功率动态分析：消除交越失真的OCL电路的工作原理