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模拟电子技术
` 总结内容:`` 内容包括:二极管、PN结的形成及特性、三极管BJT、共射、共集电极、共基极放大电路、MOS场效应管、差分式放大电路、反馈、功率放大电路、滤波电路、RC正弦波振荡、 LC正弦波振荡器、电压比较器、非正弦波振荡电路、单相桥式整流、电容滤波电路 提示:本文章是本人结合所学的课程进行总结所写,如果大家感兴趣,直接从目录里找需要的看。本文很长,切忌一口气读完 文章目录 模拟电子技术前言第一章——半导体的基本知识一.基本概念二.PN结的形成三.PN结的特性1.PN结的单向导电性2.PN结的电容效应 四.二极管的结构和主要参数1.二极管的结构2.二极管的主要参数 五.二极管的基本电路分析方法及其应用 第二章——BJT三极管一.BJT的工作原理1.内部载流子的传输过程2.电流分配关系3.三极管的三种组态4.BJT的V-I 特性曲线5.BJT的主要参数 二.放大电路的分析方法1.图解分析法2.小信号模型分析法 三.基本共射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路1.基本共射极放大电路2.共集电极放大电路(射极输出器)3.共基极放大电路4.三种组态的判别 四.射极偏置电路五.组合放大电路 第三章——MOS场效应管一.场效应管的分类:1.N沟道增强型MOSFET2.N沟道耗尽型MOSFET3.P沟道MOSFET 二.MOSFET的主要参数三.MOSFET放大电路的分析与计算四.各种放大器件电路性能比较 第四章——模拟集成电路一.电流源二.差分式放大电路1.结构及相关概念2.射极耦合差分式放大电路3.差分式放大电路的传输特性曲线 三.集成电路运算放大器1.实际集成运放的主要参数 四.集成运放应用中的实际问题1.失调电压VIO、失调电流IIO和偏置电流IIB带来的误差2.放大电路中的噪声与干扰 第五章——反馈放大电路一.反馈的基本概念与分类1.直流反馈与交流反馈2.正反馈与负反馈3.串联反馈与并联反馈4.电压反馈与电流反馈 二.负反馈放大电路的四种组态1.四种组态2.四种组态特点小结3.信号源对反馈效果的影响 三.负反馈放大电路增益的一般表达式四.负反馈对放大电路性能的影响五.设计负反馈放大电路的一般步骤六.负反馈放大电路的稳定性(自激振荡及稳定工作的条件)1.产生原因及条件2.稳定工作条件3.负反馈放大电路稳定性分析 第六章——功率放大电路一.甲类功放二.乙类功放——双电源互补对称功率放大电路(效率高)1.电路组成2.工作原理 三.甲乙类功放——互补对称功率放大电路 第七章——信号处理与信号产生电路一.有源滤波电路二.正弦波振荡电路三.RC正弦波振荡电路四.LC正弦波振荡电路五.电压比较器1.单门限电压比较器2.迟滞比较器3.小结 六.非正弦波振荡电路1.方波产生电路(多谐振荡电路)2.锯齿波产生电路 第八章——直流稳压电源一.单相桥式整流电路二.滤波电路三.串联反馈式稳压电路 总结学习资料附件: 前言简介: 大家好,接着之前的电路原理,现在我开始总结模拟电子技术,模电自我上大学以来一直都是意难平的存在,刚开课那会上课听不懂,作业写起来费劲,现如今回顾这一路上学到的知识,我对其有了更深刻的认识。所以本着“查缺补漏,哪科忘了学哪科”的理念,我要首先面对感觉比较麻烦的模电ψ(*`ー´)ψ,以下便是我对模拟电子技术所学知识的理解与总结。 本人学艺不精,有一些知识点地方可能存在瑕疵,希望各位大佬可以多多指教。 以下是本篇文章正文内容 第一章——半导体的基本知识 一.基本概念(1)本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。 (2)空穴——共价键中的空位。 (3)电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。 (4)空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次填充空穴来实现的。 (5)N型半导体——掺入五价杂质元素(如磷)的半导体。 N型半导体中自由电子是多数载流子,它主要由杂质原子提供;空穴是少数载流子,由热激发形成。 (6)P型半导体——掺入三价杂质元素(如硼)的半导体。 在P型半导体中空穴是多数载流子,它主要由掺杂形成;自由电子是少数载流子, 由热激发形成。 (7)漂移运动——由电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。 (8)扩散运动——由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。 二.PN结的形成这一段解释起来比较麻烦,我尽量用最通俗易懂的话描述该过程。 首先,我们需要知道N型半导体中自由电子是多数载流子,而在P型半导体中空穴是多数载流子。当我们将N型半导体和P型半导体结合在一起时,电子和空穴均需从浓度高的区域向浓度低的区域扩散,即N型半导体中的自由电子往P型半导体中跑,P型半导体中的空穴往N型半导体中跑,从而使得原交界面处形成了一个空间电荷区(PN结),其中靠近N型半导体的N区带 + 电,靠近P型半导体的P区带 - 电,可见形成了内电场,用于阻止载流子扩散。而内电场促使少子漂移,阻止多子扩散,最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡,形成平衡PN结。在空间电荷区,由于缺少多子,所以也称耗尽层。 当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位,称为加正向电压,简称正偏;反之称为加反向电压,简称反偏。 (1)PN结加正向电压时:低电阻、大的正向扩散电流。 (2)PN结加反向电压时:高电阻、很小的反向漂移电流。 由此可以得出结论:PN结具有单向导电性。 扩散电容: 当PN结处于正向偏置时,扩散运动使多数载流子穿过PN结,在对方区域PN结附近有高于正常情况时的电荷累积。存储电荷量的大小,取决于PN结上所加正向电压值的大小。离结越远,由于空穴与电子的复合,浓度将随之减小。 若外加正向电压有一增量△V,则相应的空穴(电子)扩散运动在结的附近产生一电荷增量△Q,二者之比△Q/△V为扩散电容Cd。 四.二极管的结构和主要参数 1.二极管的结构点接触型二极管:PN结面积小,结电容小,用于检波和变频等高频电路。 面接触型二极管:PN结面积大,用于工频大电流整流电路。 最大整流电流IF、反向击穿电压Vbr、反向电流Ir、极间电容Cd、反向恢复时间。 五.二极管的基本电路分析方法及其应用二极管是一种非线性器件,因而其电路一般要采用非线性电路的分析方法。 (1)图解分析方法 图解分析法较简单,但前提条件是已知二极管的 V -I 特性曲线。找出其工作交点即可。 (a) 共基极接法,基极作为公共电极,用CB表示; (b) 共发射极接法,发射极作为公共电极,用CE表示; © 共集电极接法,集电极作为公共电极,用CC表示。 (1)输入特性曲线 当vCE=0V时,相当于发射结的正向伏安特性曲线。当vCE≥1V时, vCB= vCE - vBE>0,集电结已进入反偏状态,开始收集电子,基区复合减少,同样的vBE下 IB减小,特性曲线右移。 (1)电流放大系数:上边介绍过当Icbo和Iceo很小时,二者可忽略不计。 (2)极间反向电流:发射极开路时,集电结的反向饱和电流Icbo、集电极发射极间的反向饱和电流Iceo。 (3)极限参数:集电极最大允许电流Icm、集电极最大允许功率损耗Pcm、V(BR)CBO——发射极开路时的集电结反向击穿电压、V(BR) EBO——集电极开路时发射结的反向击穿电压、V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。 求解步骤: 静态工作点的图解分析(采用该方法分析静态工作点,必须已知三极管的输入输出特性曲线。): (1)首先,画出直流通路; (2)列输入回路方程;列输出回路方程(直流负载线); (3)在输入特性曲线上,作出直线vbe = Vbb - ibRb ,两线的交点即是Q点,得到IBQ; (4)在输入特性曲线上,作出直线 Vce = Vcc - icRc ,两线的交点即是Q点,得到IBQ。 建立小信号模型的思路:当放大电路的输入信号电压很小时,就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替,从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。详细见“【知识点总结】电路原理 第二讲” (1)静态(直流工作状态)
直流通路与射极偏置电路相同。 以输入、输出信号的位置为判断依据: 信号由基极输入,集电极输出——共射极放大电路 信号由基极输入,发射极输出——共集电极放大电路 信号由发射极输入,集电极输出——共基极电路 基极分压式射极偏置电路 组合放大电路总的电压增益等于组成它的各级单管放大电路电压增益的乘积。前一级的输出电压是后一级的输入电压,后一级的输入电阻是前一级的负载电阻RL。 第三章——MOS场效应管 一.场效应管的分类:
工作原理: (1)vGS对沟道的控制作用: 当vGS≤0时:无导电沟道,d、s间加电压时,也无电流产生。 当0VT ,且vDS≥(vGS-VT) 2.N沟道耗尽型MOSFET
直流参数: (1)开启电压VT (增强型参数) (2)夹断电压VP (耗尽型参数) (3)饱和漏电流IDSS (耗尽型参数) (4)直流输入电阻RGS (109Ω~1015Ω ) **交流参数:**输出电阻rds、低频互导gm **极限参数:**最大漏极电流IDM、最大耗散功率PDM、最大漏源电压V(BR)DS、最大栅源电压V(BR)GS 三.MOSFET放大电路的分析与计算
mos 管利用栅源之间的电压 vgs 控制漏极电流,BJT利用基射极间的电压 vbe 控制集电极的电流 ic。但在放大区,mos管的 id 与 vgs 之间是平方律关系,而 BJT 的 ic 与 vbe 之间是指数关系,显然,指数关系更为敏感。故称 mos 管为电压控制器件,BJT 为电流控制器件。 电流源可分为 BJT 电流源电路和 FET 电流源 (1)BJT 电流源电路 (1)差模信号:vid = vi1 - vi2,差模信号相当于两个输入端信号中不同的部分 (2)共模信号:vic = 0.5 * (vi1 + vi2),共模信号相当于两个输入端信号中相同的部分 (3)差模电压增益:Avd = vo’ / vid (4)共模电压增益:Avc = vo” / vic (5)共模抑制比:Kcmr = Avd / Avc ,其反映抑制零漂能力 vo’ ——差模信号产生的输出, vo” ——共模信号产生的输出,两输入端中的共模信号大小相等,相位相同;差模信号大小相等,相位相反。 (1)工作原理: 输入直流误差特性(输入失调特性): (1)输入失调电压VIO:在室温(25℃)及标准电源电压下,输入电压为零时,为了使集成运放的输出电压为零,在输入端加的补偿电压叫做失调电压VIO。 (2)输入偏置电流IIB:输入偏置电流是指集成运放两个输入端静态电流的平均值。 (3)输入失调电流IIO:输入失调电流IIO是指当输入电压为零时流入放大器两输入端的静态基极电流之差。 (4)温度漂移:分为输入失调电压温漂、输入失调电流温漂。 差模特性: (1)开环差模电压增益Avo (2)开环带宽BW (fH) (3)单位增益带宽 BWG (fT) (4)差模输入电阻rid和输出电阻ro (5)最大差模输入电压Vidmax 共模特性: (1)共模抑制比KCMR和共模输入电阻ric (2)最大共模输入电压Vicmax **大信号动态特性:**转换速率SR、全功率带宽BWP **电源特性:**电源电压抑制比KSVR、静态功耗PV 四.集成运放应用中的实际问题 1.失调电压VIO、失调电流IIO和偏置电流IIB带来的误差其**特点:**时间越长,误差越大,且易使输出进入饱和状态。解决方案——调零补偿 (1)噪声的种类及性质: 电阻的热噪声——由电子无规则热运动而产生随时间而变化的电压称为热噪声电压。其本身是一个非周期变化的时间函数,它的频率范围是很宽广的。因而噪声电压Vn将随放大电路带宽的增加而增加。所以在设计放大电路时要综合考虑增益、带宽等诸多因素。 三极管的噪声——分为热噪声、散粒噪声、闪砾噪声。 关于开环、闭环的概念在【知识点总结】电路原理 第一讲有所涉及,在此不重复说明。 1.直流反馈与交流反馈根据反馈到输入端的信号是交流,还是直流,或同时存在,来进行判别。 净输入量可以是电压,也可以是电流。 从输出端看 正反馈:输入量不变时,引入反馈后输出量变大了。 负反馈:输入量不变时,引入反馈后输出量变小了。 从输入端看 正反馈:引入反馈后,使净输入量变大了。 负反馈:引入反馈后,使净输入量变小了。 **判别方法:**瞬时极性法。即在电路中,从输入端开始,沿着 信号流向,标出某一时刻有关节点电压变化的斜率(正斜率或负斜率,用“+”、“-”号表示)。 3.串联反馈与并联反馈电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出端的取样对象决定。 **电压反馈:**反馈信号xf和输出电压成比例,即 xf = Fvo,电压负反馈稳定输出电压。 **电流反馈:**反馈信号xf与输出电流成比例,即 xf = Fio ,电流负反馈稳定输出电流。 判断方法:负载短路法——将负载短路(未接负载时输出对地短路),反馈量为零——电压反馈;若反馈量仍然存在——电流反馈。 二.负反馈放大电路的四种组态 1.四种组态(1)电压串联负反馈放大电路 (1)串联反馈:输入端电压求和(KVL) (2)并联反馈:输入端电流求和(KCL) (3)电压负反馈:稳定输出电压,具有恒压特性 (4)电流负反馈:稳定输出电流,具有恒流特性 3.信号源对反馈效果的影响
(1)提高增益的稳定性——闭环增益相对变化量是开环时的1 / (1 + AF)倍。闭环增益只取决于反馈网络。当反馈网络由稳定的线性元件组成时,闭环增益将有很高的稳定性。此次之外,负反馈的组态不同,稳定的增益不同。 (2)减小非线性失真——闭环时增益减小,线性度变好。不过其只能减少环内放大电路产生的失真,如果输入波形本身就是失真的,即使引入负反馈,也无济于事。 (1)选定需要的反馈类型——信号源性质、对输出信号的要求、对输入、输出电阻的要求、对信号变换的要求(V-V、V-I、I-V、I-I )。 (2)确定反馈系数的大小。 (3)适当选择反馈网络中的电阻阻值——尽量减小反馈网络对基本放大电路的负载效应。 (4)通过仿真分析,检验设计是否满足要求。 六.负反馈放大电路的稳定性(自激振荡及稳定工作的条件)自激振荡现象:在不加任何输入信号的情况下,放大电路仍会产生一定频率的信号输出。 1.产生原因及条件**产生原因:**A 和 F 在高频区或低频区产生的附加相移达到180,使中频区的负反馈在高频区或低频区变成了正反馈,当满足了一定的幅值条件时,便产生自激振荡。
功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。因此,要求同时输出较大的电压和电流。管子工作在接近极限状态,一般用于直接驱动负载,带载能力要强。 根据正弦信号整个周期内三极管的导通情况划分: (1)甲类:一个周期内均导通 (2)乙类:导通角等于180° (3)甲乙类:导通角大于180° (4)丙类:导通角小于180° 一.甲类功放
乙类互补对称电路存在的问题——可能会出现交越失真。 基本概念 (1)滤波器——是一种能使有用频率信号通过而同时抑制或衰减无用频率信号的电子装置。 (2)有源滤波器——由有源器件构成的滤波器。 一.有源滤波电路(1)二阶有源低通滤波电路 基本组成:放大电路(包括负反馈放大电路)、反馈网络(构成正反馈的)、选频网络(选择满足相位平衡条件的一个频率。经常与反馈网络合二为一)、稳幅环节。 振荡条件: 振荡电路工作原理: (1)变压器反馈式LC振荡电路: **特点:**开环,虚短不成立,增益A0大于105,- VCC ≤ vO ≤ + VCC。运算放大器工作在非线性状态下。 (1)过零比较器
通过上述几种电压比较器的分析,可得出如下结论: (1)用于电压比较器的运放,通常工作在开环或正反馈状态和非线性区,其输出电压只有高电平VOH和低电平VOL两种情况。 (2)一般用电压传输特性来描述输出电压与输入电压的函数关系。 (3)电压传输特性的关键要素:输出电压的高电平VOH和低电平VOL、门限电压、输出电压的跳变方向。 令vP=vN所求出的vI就是门限电压。vI等于门限电压时输出电压发生跳变。跳变方向取决于是同相输入方式还是反相输入方式。 六.非正弦波振荡电路 1.方波产生电路(多谐振荡电路)
其由同相输入迟滞比较器、积分电路等组成,由迟滞比较器,产生方波,利用积分电路,对其进行积分,产生的信号作为电压比较器同相端电压的输入。其中双向稳压管的作用是双向限幅,对电压进行限位。 工作原理:利用二极管的单向导电性
工作原理: 小小的总结: 又完成一门,历时近一周终于完成了,由于知识有些久远,无法找到我之前记录的笔记(ಥ_ಥ) ,所以总结起来费了不少力气,不过感觉累并快乐着,不断回顾总结,让我对知识的理解有所加深。下一次我将更新数字电路,接着就是自动控制原理、MATLAB、电力电子技术等,感谢大家的支持! 注:里边的内容、见解有些小问题,希望各位大佬可以多多指教。 学习资料附件:链接:https://pan.baidu.com/s/1Ha9CycY0eetdytLkgyPA5w 提取码:4doj |
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