《模拟电子技术》精品课程

SIPIVT《模拟电子》1《模拟电子技术》精品课程SIPIVT《模拟电子》2目录单元1晶体二极管的特性与应用1.1理论：半导体物理的基本知识和晶体二极管的特性1.2实验：晶体二极管的伏安特性测试和简单应用单元2晶体三极管的特性2.1理论：晶体三极管的输入、输出特性2.2实验：晶体三极管的输入、输出特性测试单元3晶体三极管共发射极基本放大器3.1理论：晶体三极管共发射极放大器的性能指标和分析方法3.2实验：晶体三极管共发射极基本放大器性能指标测试单元4晶体三极管共集电极基本放大器4.1理论：射极跟随器的性能指标分析4.2实验：射极跟随器的性能指标测试单元5晶体三极管多级放大器5.1理论：多级放大器的耦合方式和分析方法5.2实验：阻容耦合两级放大器的性能指标测试单元6负反馈放大器6.1理论：反馈组态的判断和负反馈对放大器性能的影响6.2实验：电压串联负反馈对放大器性能的影响单元7正弦波振荡器SIPIVT《模拟电子》37.1理论：正弦波振荡器的起振条件和平衡条件7.2实验：RC分立元件文氏电桥正弦波振荡器单元8差分放大器8.1理论：差分放大器的工作原理和性能指标8.2实验：差分放大器的性能指标测试单元9集成运算放大器9.1理论：集成运算放大器的理想化条件和应用9.2实验：集成运算放大器的应用单元10功率放大器10.1理论：甲、乙类功率放大器的工作原理和性能指标10.2实验：OTL功率放大器的性能指标测试单元11直流稳压电源11.1理论：直流稳压电源的工作原理和性能指标11.2实验：串联直流稳压电源的性能指标测试单元12场效应管的特性及放大电路12.1理论：结型场效应管的特性曲线和性能指标12.2实验：结型场效应管特性曲线和放大电路性能指标的测试SIPIVT《模拟电子》4单元1晶体二极管的特性与应用1-1理论：半导体物理的基本知识和晶体二极管的特性1-1.1半导体物理的基本知识导电性能介于导体与绝缘体之间的材料，称为半导体。由硅或锗等元素组成的单晶称为本征半导体。价电子得到能量，摆脱共价键的束缚，成为自由电子，该过程称为本征激发。本征激发产生电子－空穴对；本征激发过程中，激发和复合两种作用是并存的。能够运载电荷的粒子称为载流子。半导体中有两种载流子－电子和空穴。两种载流子浓度相等。本征半导体经过掺杂后就成为杂质半导体，分为Ｎ型和Ｐ型半导体。在本征半导体中掺入微量五价元素，通过施主电离就形成Ｎ型半导体，电子为多子，空穴为少子；在本征半导体中掺入微量三价元素，通过受主电离就形成Ｐ型半导体，空穴为多子，电子为少子。利用掺入相反性质的杂质来改变杂质半导体类型的过程称为杂质补偿，它是制造ＰＮ结的基本方法。在电场作用下载流子的定向运动称为漂移运动，由此产生的电流称为漂移电流；在浓度差作用下载流子由浓度大的地方向浓度小的地方运动称为扩散运动，由此产生的电流称为扩散电流。当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合为一体时，在交界面形成的特殊薄层称为ＰＮ结。扩散运动使交界处的Ｎ区、Ｐ区分别带正负电荷，形成空间电荷区，建立内电场，扩散减弱，漂移加强，平衡后形成ＰＮ结。ＰＮ结结电容包括阻挡层电容ＣＴ和扩散电容ＣＤ。1-1.2晶体二极管的特性ＰＮ结具有单向导电性。通过二极管的电流Ｉ与其两端电压Ｕ的关系曲线为二极管的伏安特性曲线。正向特性和反向特性有很大区别。二极管的伏安特性方程：1)(eIIkTqUS，在常温下，26mVqkT，称为温度电压当量。SIPIVT《模拟电子》51-1.3晶体二极管的微变等效二极管的交流电阻DDDΔiΔur，DDI26mVr。1-2实验：晶体二极管的伏安特性测试和简单应用1-2.1实验目的1、认识二极管，并能用万用表测试其极性；2、学会正确使用常用仪器；3、测试二极管的单向导电性、伏安特性曲线以及在整流方面的应用。1-2.2实验内容和步骤1、用指针万用表测试二极管1N4148和1N4004的正反向电阻；用数字万用表测试它们的正向导通电压。数据记录在下表中。仪器档位正向电阻1N4148反向电阻1N4148正向电阻1N4004反向电阻1N4004指针万用表R×10R×100R×10K1N4148正向导通电压1N4004正向导通电压数字万用表2、测试二极管的伏安特性曲线2.1正向特性如图1连接电路，电源电压设为5V；调节电位器，使电压表读数如表格中所列，读出对应的毫安表数值并记录在表格中。U(V)0.020.080.20.40.50.60.70.8I(mA)+5V+-图1正向特性测试R1kRp1kVmAV1N4004+24V+-图2反向特性测试R200ΩRp10kVμAV1N4004SIPIVT《模拟电子》62.2反向特性如图2连接电路，电源电压设为24V；调节电位器，使电压表读数如表格中所列，读出对应的微安表数值并记录在表格中。V(V)391824I(μA)2.3根据以上表格的数据作出被测二极管的伏安特性曲线图；写出该二极管的开启电压、管压降、反向饱和电流；在图中任选一点，作出该点的交流电阻线。3、二极管的简单应用3.1整流电路如图3连接电路，信号发生器产生幅度合适、频率为1kHz的正弦波；用示波器观察ab之间和cd之间的波形并记录。3.2稳压管稳压电路如图4连接电路，调节电源电压0V—10V，用电压表测量cd两点之间的电压并记录。电源电压1V2V3V45V5.5V6V6.5V7V8V9V10Vｃd间电压3.3发光二极管显示电路如图5连接电路，改变电位器的阻值，观察发光两极管亮度的变化，记录mA表和V表的数值（数据自选）。1-2.3实验器材序号名称数量备注1模拟电子电路实验系统1SIPIVT-AⅡ2直流稳压电源1HY3003D-3A3双踪示波器1VP5220D4数字（或指针式）万用表1M98035信号发生器1EE1641B16晶体管毫伏表1TC2172mAV二极管亮度abcd图3整流电路1N4004R10k信号生发器a+b-cd图4稳压电路2DW7R1k直流压稳源LEDa+b-图5发光二极管显示电路R200ΩRp1kmAV直流压稳源SIPIVT《模拟电子》71-2.4预习要求1、复习二极管的特性、结构及伏安特性曲线。2、了解稳压二极管、发光二极管的特性及应用范围。3、自拟本实验有关数据记录表格。1-2.5实验报告要求1、整理实验数据，作出二极管的正向、反向特性曲线。2、画出半波、全波整流电路图。3、阐述用万用表测试二极管的简单步骤和方法。思考题1、为什么指针万用表不同档位测试二极管的正向电阻值不同？如何判断一个未知极性的二极管极性？2、从哪些方面可以分别硅Si二极管和锗Ge二极管？3、一个1.5V的干电池，以正向接法直接接到一个二极管的两端，会出现什么问题?4、设图中的二极管D均为理想二极管，试通过计算判断它们是否导通？5、如图硅二极管电路中，输入交流信号ui=5mV，问输出交流电压uo为多少？6Viuo25ΩC5.1kVuBT110VBT220VR16kR24kR34kR41kR51kR61kDBT110VBT220VR16kR24kR34kR41kR59kR61kDBT110VBT215VR118kR22kR320kR45kR5140kR610kDSIPIVT《模拟电子》8单元2晶体三极管的特性2-1理论：晶体三极管的输入、输出特性2-1.1内部载流子的流通三极管具有正向受控作用，发射结加正向偏置电压，集电极加反向偏置电压。发射区向基区注入电子，注入电子在基区中扩散与复合，集电极收集扩散到集电极的电子。图6为NPN型晶体三极管内部载流子传输示意图。2-1.2直流电流传输方程1、CBOEBI)Iα(1I2、CBOECIIαI3、CBOBC)Iβ(1IβI4、CBOBE)Iβ(1)Iβ(1IPN+NIEnIEpICpICn2ICn1IBBE1E2R1R2ECBIIIECB图6三极管中载流子传输示意图SIPIVT《模拟电子》9α称为共基极直流电流放大系数：ECIIαβ称为共发射极直流电流放大系数：BCIIβα与β的关系：β1βα2-1.3NPN型三极管共发射极的特性曲线。IC(mA)IB(mA)80μA4饱UCE=0V1V和放大区60μA3区0.4ΔICΔIB40μA20.220μA100.40.60.8UBE(V)IB=0μA截止区输入特性曲线02468UCE(V)输出特性曲线2-1.4三极管的主要参数共基极交流电流放大系数ECΔIΔIα共发射极交流电流放大系数BCΔIΔIβ集电极—基极反向电流CBOI，穿透电流β)(1IICBOCEOSIPIVT《模拟电子》102-1.5三极管的极限参数集电极最大允许电流ＩＣＭ即因ＩＣ变大导致β明显下降时对应的ＩＣ值；集电极最大允许耗散功率CCECMIUP；反向击穿电压一般指ＩＢ＝０时Ｃ、Ｅ极之间的反向击穿电压，用ＢＶＣＥＯ表示。2-2实验：晶体三极管的输入、输出特性测试2-2.1实验目的1、学会用万用表判别三极管的类别和管脚；2、掌握测试三极管输入输出特性曲线的方法；2-2.2实验内容和步骤1、用指针万用表判别三极管的类型和管脚用指针万用表R×1ｋ档测量已知三极管各管脚之间的电阻。万用表正极-万用表负极NPN(9011)PNP(9012)B-CC-BB-EE-BC-EE-C2、利用逐点描述法测试三极管的输入、输出特性曲线9013+-+12VR2100kRp110k+-+-+-Rp210kR11kVμAVmA图7特性曲线测试实验图SIPIVT《模拟电子》112.1按图7接线，测量有关数据并记录VCE（V）00.51.05.08.0IB(A)IC(mA)VBEIC(mA)VBEIC(mA)VBEIC(mA)VBEIC(mA)VBE10203040502.2画出输入特性曲线图和输出特性曲线图。2.3判读三极管的输出特性曲线在放大区自选一点，算出其直流放大倍数、交流放大倍数、CE之间的直流和交流电阻。总结三极管分别工作在饱和区、放大区和截止区时各电流与电压之间的规律。2.4先测量ICEO，再利用2.3中已算出的直流放大倍数计算ICBO。按图8接线，调节电位器使电压表的电压值为以下数值，并记录有关数据。电压值（V）1356791012测量的ICEO算出的ICBO2-2.3实验器材序号名称数量备注1模拟电子电路实验系统1SIPIVT-AⅡ2直流稳压电源1HY3003D-3A3数字（或指针式）万用表各2M9803（MF47、UT51）2-2.4预习要求1、复习三极管的电流放大概念、型号及其类型。2、复习三极管输入输出特性曲线。3、自拟实验记录表格。9013+-+-+12VmAVRp10k图8穿透电流测量实验图SIPIVT《模拟电子》122-2.4实验报告要求1、整理实验数据，计算出三极管的β值。2、画出NPN型三极管的输入输出特性曲线。思考题1、用指针万用表判断未知三极管的类型，表述判断根据。2、能否利用步骤2.2.2.1中测量得到的数据计算出ICBO？3、测量电路中的晶体管，当ＩＢ＝６μＡ时，ＩＣ＝０.４ｍＡ，当ＩＢ＝１８μＡ时，ＩＣ＝１.１２ｍＡ，问这个晶体管的β是多少？ＩＣＢＯ、ＩＣＥＯ各是多少？4、在晶体管放大电路中，测得三个晶体管的各个电极的电位如图所示，试判断各晶体管的类型（ＰＮＰ或ＮＰＮ，硅或锗），并区分三个极。①②③①②③①②③2V2.7V6V2.2V5.3V6V-1.4V-1.2V-4V(a)(b)(c)5、放大电路中晶体管三个电极的电流如图，Ｉ１＝－１.２ｍＡ，Ｉ２＝－０.０３ｍＡ，Ｉ３＝１.２３ｍＡ，试判断Ｅ，Ｂ，Ｃ三个极及类型，并求β。①Ｉ２②Ｉ１③Ｉ３SIPIVT《模拟电子》13单元3晶体三极管共发射极基本放大器3-1理论：共发射极放大器的性能指标和分析方法3-1.1放大器的性能指标放大器将微弱的电信号加以放大，使负载得到所需要的电信号。1、放大倍数（增益）①电压增益：Ｋｕ＝Ｕｏ／Ｕｉ或Ｋｕｓ＝Ｕｏ／Ｕｓ②电压增益：Ｋｉ＝Ｉｏ／Ｉｉ或Ｋｉｓ＝Ｉｏ／Ｉｓ③功率增益：Ｋｐ＝Ｐｏ／Ｐｉ＝∣ＵｏＩｏ／ＵｉＩｉ∣＝∣ＫｕＫｉ∣2、输入、输