自考02234《电子技术基础》一复习资料.docx

1、自考02234电子技术基础一复习资料第一章 半导体基础三.本征半导体：纯净的单晶形式存在的半导体称为本征半导体。同时存在空穴导电和电子导电两种导电方式。而且空穴所形成的电流方向和电子形成的电流方向相同，两种导电方式的同时存在，是半导体导电机制的最大特点，也是区分导体导电和半导体导电的最大区别。四杂质半导体：1.N型半导体：掺入少量五价元素（如磷或砷）即可得到N型半导体，自由电子导电是杂质半导体导电的主要形式，少子是空穴，多子是自由电子。2. P型半导体：掺入少量三价元素（如硼或铝）即可得到P型半导体，空穴导电是杂质半导体导电的主要形式，少子是自由电子，多子为空穴。第二节半导体二极管1. 伏安特

2、性：当二极管上电压加到一定时，电流显著增加，这一电压称为门槛电压或死区电压，记Uth,一般硅管为0.5V，锗管为0.1V。2. 二极管的击穿分为热击穿和电击穿。电击穿又分为雪崩击穿和齐纳击穿两种，这两种击穿的过程是可逆的，当反向电压降低后，能恢复，但如电压过大，电流过大，会过渡到热击穿。第四节，特殊二极管1. 稳压二极管：它的反向特性比普通二极管更加陡直，这正是它用来稳压的依据所在。一般在使用中，要串联一个限流电阻，以防止热击穿。通常稳压大于6V的是雪崩击穿，小于5V的是齐纳击穿。一般rz越小，稳压效果越好。第五节 半导体三极管：特点：1）基区非常薄，掺入杂质少，多数载流子浓度低。2）发射区多

3、子浓度大于基区；3）发射极面积远小于集电极面积。按用途分：放大管和开关管。1. 三极管的电流分配：放大电路条件：发射结正偏，集电结反偏。是三极管进行电流放大的重要外部条件。2. 三级管的三种不同工作状态：1） 放大区：UCE=1V，放大区的偏置特征：发射结正向偏置，集电结反向偏置；2） 截止区：UBE=0V，放大区的偏置特征：发射结反向偏置，集电结反向偏置；3） 饱和区：会出现UCE UGS（th）时才有导电沟道产生，合适的UGS35V的某一个值。而对N沟道耗尽型MOS管，UGS=0时已存在导电沟道，静态UGS值可正可负，因此常用以下二种偏置电路。1. 自给偏压电路：N沟道耗尽型MOS管共源放

4、大电路，栅极G经RG接地，没有电流，故UG=0，已有导电沟道存在，在静态偏置电压UDD作用下，管子静态偏置电压UGS=UG-US=-ID*RS，适用于结型或耗尽型MOS管。源极S愈大，则电路工作点愈稳定。2. 电阻分压式偏置稳定电路：N沟道增强型MOS管组成的共源放大电路，偏置电路由RG1, RG2, RG3 ,Rs ,Cs组成。由天MOS管输入电阴无穷大，无电流流过RG3，故UG= RG1/ （RG2 +RG1）*UDD，当UG较高时，存导电沟道，在UDD作用下有ID产生，US=ID*RS，静态偏置电压UGS=UG-US= RG1/（RG2 +RG1）*UDD -ID*RS，UGS值可正可负

5、，可用于增强型MOS管，也可用于耗尽型MOS管和结型管。加RG3的目的是提高电路的输入电阻。二 场效应管的微变等效电路：由于输入电阻极高，G，S可视为开路，又由于是UGS控制ID故是电压控制的电流源，故与VT类似，用电流源gmUgs(相量)来表示，并一个电阻rds。1.对自给偏压电路：N沟道耗尽型MOS管共源放大电路静态工作点：UGS=-ID*RS，ID= IDss1-UGS/UGS（off）的平方。UDS= UDD -ID*（RD+ RS）；2.对电阻分压式偏置稳定电路：N沟道增强型MOS管组成的共源放大电路a.静态工作点：UGS=UG-US= RG1/（RG2 +RG1）*UDD -ID*

6、RS，ID= IDoUGS/UGS（th）-1的平方,UGSUGS（th）,b.动态分析，接源极电容Cs时，Uo相量=- gmUgs(相量)*RL（撇），RL（撇）= RD/ RL，Ui相量= Ugs相量,故电压放大倍数Au=- gm*RL（撇）；不接源极电容Cs时，Uo相量=- gmUgs(相量)*RL（撇），Ui相量= Ugs+ gmUgs(相量)*Rs,故电压放大倍数Au=- gm*RL（撇）/（1+gm Rs），ri= RG3, ro= RD 第八节 多级放大电路一 多级放大电路的耦合方式：（阻容耦合RC、直接耦合、变压器耦合）（一） 阻容耦合：由于电容的隔直作用，使多级放大电路各级的

7、静态工作点彼此独立，互不影响，且只能放大交流信号不能放大缓变信号或直流信号。信号频率愈低，电容值应愈大。常用于分立元件放大电路中；（二） 直接耦合：为了放大缓变信号或直流信号，只能采用交前级的输出端与后级的输入端直接联接的方式，显然，各级的静态工作点相互影响，并出现零点漂移的问题，这些内容，将在第三章讨论；（三） 变压器耦合：前后级间采用变压器联接方式，各级静态工作点可彼此独立。改匝数比，可进行最佳阻抗匹配，得到最大功率输出。二 阻容耦合多级放大电路的静、动态分析这里以二级分压式共射电路来分析，通过C2及下级输入电阻相联接，通过电容在下级输入电阻上产生压降，作为下级电路的输入信号。（一） 静态

8、分析：由于静态工作点各级互不影响，可按分压共射电路对每一级单独计算。动态分析：对三极管V1，V2的输入电阻rbe1, rbe2按rbe=300+（+1）*26/Ic分别求得。第一级的负载电阻为第二级的输入电阻RL1=ri2= RB1 RB2 rbe2, 其中RB1,RB2为第二级分压电阻；第一级的交流等效负载电阻RL1= Rc1RL1= Rc1ri2,第二级的交流负载电阻RL2= Rc2RL1；1.计算电压放大倍数：由于第一级的输出电压U01的相量即为第二级的输入电压Ui2的相量故二级的电压放大倍数为Au相量=Uo/Ui= U01/ Ui* U0/ Ui2=Au1*Au2Au1相量=- 1*R

9、L1/ rbe1; Au2相量=- 2 *RL2/ rbe2Au相量是一个正数，表明经两级共射放大后，输出与输入同相 2.计算输入电阻：多级放大电路的输入电阻是第一级放大电路的输入电阻。ri= ri1= RB1 RB2 rbe1; 3.输出电阻：多级放大电路的输出电阻是末级放大电路的输出电阻。ro= Rc2 三阻容耦合放大电路的频率特性 （一）频率特性的基本概念：电压放大倍数的模Au相量与频率f的函数关系称为幅频特性；输出电压与输入电压之间的相位差与频率f的函数关系称为相频特性，二者统称为放大电路的频率特性。 （二）幅频失真和相频失真统称频率失真。也称线性失真 第三章 集成运算放大器及其应用

10、为了放大直流信号，经常采用直接耦合电路，集成运算放大器实际上就是一个完整的多级直接直接耦合放大电路，在引入深度负反馈的条件下，利用它可以实现电信号的数学运算，“集成运算放大器”因此得名。运算放大器级间采用直接耦合方式，一方面是为了能够放大缓慢变化的信号和直流信号，同时也是为了集成工艺的需要，但由此带来了漂移问题。在直接耦合放大电路中，克服零漂移最有效的放大电路是差动放大电路。第一节 集成运算放大器简介一 集成运算放大器简化原理图由三级放大电路和一个偏置电路组成。1）输入级的作用提供与输出同相和反相的两个输入端，应有较高的输入电阻和一定的放大倍数，多采用差动放大电路。2）中间级是提供足够高的电压

11、放大倍数，常用基本共射放大电路。3）输出级的作用是为负载提供一定幅度的信号电压和信号电流，并有一定的过载保护功能，一般采用输出电阻很低的射极输出器或射极输出器组成的互补对称输出电路。4）偏置电路是为各级提供所需的稳定的静态工作电流。二 集成运放的代表符号：用三角形表示放大器，并由尖端表示信号传输方向，Auo表示放大器的开环电压放大倍数，用“+”“-”表示输入输出间的相位关系。当同相端接地，反相端加入一个正信号，输出端相位为负；当反相端接地，同相端加入一个正信号输出端相位为正。三 集成运算放大器的主要技术指标（一） 开环差模电压增益Auo：是指在开环（无反馈）状态下的差模电压放大倍数，它是输出电

12、压uo与输入的差模电压（u+-u-）之比，即Auo=uo/（u+-u-），Auo一般在105107之间，即100140dB,愈高，构成的电路运算精度愈高，工作愈稳定。（二） 输入失调电压UIO：由于运放输入电路在制造时不可能完全对称等原因，使得输入电压为0时（u+=u-=0）输出电压不为0，需加一个很小的输入失调电压UIO补偿，一般为几毫伏。（三） 输入失调电流IIO，指输入信号为0时，同相与反相两个输入端静态基极电流之差。如果输入极理想对称，则IIO应为0，一般在0110.01微安，愈小愈好。（四） 输入偏置电流IIB，指输入信号为0时，两个输入端静态基极电流的平均值，即IIB=1/2*（I

13、B1+IB2）愈小则温漂随之减小。（五） 最大差模输入电压UIDM：指运放正常工作时，在输入端之间所允许加的差模输入电压的最大值。使用中差模输入电压不能超过此值。（六） 最大共模输入电压UICM：运放的两个输入端如果有相同的电压，称为共模输入电压，不能超过此值。（七） 差模输入电阻rid，是指在运放的两个输入端加入差模信号时运放的输入电阻，也就是从运放的两个输入端看进去的交流输入电阻。较好的运放在1M欧以上，rid越大，运放向信号源索取的电流愈小，精度愈高。（八） 最大输出电压Uop,指运放工作在放大状态（输出电压与输入电压成正比）时，运放能够输出的最大电压幅度。 第二节 集成运算放大器的输入

14、级差动放大电路一 二级直接耦合电路：共射电路，输入信号ui电阻Rs第一级基极电阻RB, 集电极电阻Rc1,发射极直接接地。第二极不接基极电阻，集电极电阻Rc2，射极需接电阻RE2（会降低第二级放大倍数）或接二个正向二极管或一个稳压二极管，原因：如第二个三极管射极不接，则UCE1 =UBE1=0.7V，即第一级已临近保和区，不能正常工作。后两种不会降低放大倍数。（1）静态工作点计算：ui短路，则I1=（UCC-UBE）/RB,算法同单级电路相同；（2）计算电压放大倍数：因RBrbe1,则输入回路电阴近似为Rs+ rbe1,第一级负载为Rcl=RC1/ ri2,第二级的输入电阻ri2= rbe2+

15、（+1）RE2则Au1= -* Rcl/ Rs+ rbe1，第二级输入回路的电阻为ri2，负载为Rc2，则Au2=- * Rc2/ ri2，ri2要把上面的值代入。（三）直接耦合放大电路存在的特殊问题零点漂移，零点漂移产生的原因是三级管参数（主要是ICBO，UBE）随温度的变化。（四）克服零点漂移的方法：1.补偿法，就是利用元件的温度特性补偿三极管参数随温度的变化，使三极管的静态工作电流IC稳定，常用的是用二只三极管组成的对称电路相互补偿，即差动放大电路。2.采用调制式直流放大器。成本高，在第四代运放中常用。二 差动放大电路：1.电路结构及对零漂的抑制作用，它是由带射极电阻的二个完全对称的电路

16、组成，由基极输入，集电极输出，使两管的温度特性互相补偿，以克服零漂。另外，在V1，V2的射极接入了较大的公共电阻RE，RE可抑制温度变化对工作点的影响，且RE越大越稳定。为了不使管子动态工作范围太小，引入了负电源UEE，以补偿RE上的压降，使电路有合适的静态工作点，我们来研究一下电路对零漂的抑制作用：在静态时，即输入信号ui1,ui2=0，相当于输入端接地。由于电路参数对称，有UBE1= UBE2，IBE1= IBE2，IC1= IC2，集电极电位，UC1= UC2，而UO= UC1- UC2=0，故静态电路输出为0。当温度变化时，两管的集电极电流变化相等，即IC1= IC2，故集电极电位变化

17、也相等，即UC1= UC2，由此可知UO= （UC1+UC1）- （UC2+UC2）=0，可较好的抑制零漂。电路中接入RE，可起抑制零漂的作用，静态时IE1= IE2，流过RE的电流为2 IE1，都有温度升高时，IE1 和IE2都增加一个IE使流过RE的电流增大到2IE，使RE的压降增大， URE上升将导致UBE和UBE2的下降，从而使IBE1， IBE2的减小，使IE1 和IE2减小。使IC1 和IC2只有少量的增量。控制了零漂。这就是RE的直流负反馈作用。由于RE上流过的是两管电流之和，所以对每一管来讲，其等效发射极电阻为2RE.且RE越大，工作点愈稳定。零漂愈小。2.信号的三种输入方式：

18、（1）共模输入方式：两上输入端加入大小相等、相位相同的电压信号，即uI1=uI2=uiC，这种输入方式称为共模输入方式，这种信号称为共模输入信号，用uiC表示，由于输入信号相同，显然两管的IC和 UC变化也相同，在理想对称的情况下，输出UOC=UC1-UC2=0，故共模电压放大倍数AC=UOC/uiC=0，也就是说这种差动电路对共模信号有很强的抑制作用。实际上对零漂的抑制作用就是抑制共模信号的一个特例。（2）差模输入方式：两上输入端加入大小相等、相位相反的电压信号（如无直流，则用ui，即ui1=-ui2，这种输入方式称为并差模输入方式，这种信号称为差模输入信号，用uid表示即ui1=uid，u

19、i2=-uid，设ui1为正，ui2为负。幅度均为ui/2，即在ui1做用下，V1管集电极电流IC1增大了IC，集电极电位下降了UC，在ui2做用下，V2管集电极电流IC2下降了IC，集电极电位UC2增大了UC，此时V1、V2管集电极电位一个增大，一个减小，呈现相反方向变化。则差模输出电压uod=UC1-UC2=2UC,可见，在差模信号作用下，电路输出电压是每管集电极电位变化量的二倍。也就是说，差动电路可以有效放大差模信号，差模电压放大倍数Ad=uod/ uid。 （3）比较输入方法：如果两个输入信号既非差模，又非共模，其大小和相位都是任意的，称为比较输入方式，输出电压的大小和相位与两个输入信

20、号比较的结果（ui1-ui2）有关。我们通常把这种既非差模又非共模的任意信号分解为差模分量uid与共模分量uiC的组合uiC=1/2（ui1+ui2）和uid=1/2（ui1-ui2）如：ui1=8mv, ui2=2mv,则uiC=1/2（8+2）=5 mv，uid=1/2（8-2）=3 mv，则ui1=uiC+ uid=5+3=8 mv，ui2=uiC- uid=5-3=2 mv。由前面分析可知，差动电路对共模信号没有放大作用，放大的只是差模分量。V1输入的差模分量为uid ，V2输入的差模分量为-uid，则差放电路总的输入电压为ui1- ui2=2uid，由此可知，加在差放电路输入端的信号

21、如果是两个任意信号，则被放大的只是两个信号之差：uo=Ad(ui1- ui2),即二信号有差别，电路才有输出，因此称为“差动”放大电路。3.差放电路的静动态分析（双端输入双端输出电路） （1）静态工作点的计算，设ui1= ui2=0时的情况，有IE=2IE1=2（+1）IB1，则有UEE=IB1RB+UBE1+2（+1）IB1RE，则IB1= IB2=（UEE-UBE1）/（RB+2（+1）RE），IC1 =IC1= IB1，UC1 =UC2= UCC- IC1 RC1，UC0= UC1 -UC2=0。基极电位UB1 =UB2=- IB1 RB，管压降UCE1 =UCE2= UCC- IC1

22、RC1+ UBE1 （2）差模电压放大倍数Ad,双端输入双端输出电路，两射极有调零电位器RRP，输出接有电阻RL，当每管输入信号ui1=-ui2=ui/2时，则IC1增大IC，IC2减小IC，流过RE的电流不变，这时调零电位器RRP和负载电阻RL的中点均为0电位，还有直流电源均为接地，由于电路两边完全对称，故只用半电路分析: ui1= ib1RB+rbe+（+1）RRP/2(没调零电位器RRP时，只要去掉后段为ui1= ib1（RB+rbe）；uc1=- ic1(RC/ RL/2)= - ib1 (RC/ RL/2),设左右电路的电压放大倍数均为A1，则A1= uc1/ ui1=- (RC/ RL/2) /RB+rbe+（+1）RRP/2，用上式代入，当负载开路，RRP=0时，有A1= uc1/ ui1=- RC/（RB+rbe），则整个差放电路的输出电压为uO= uc1- uc2= A1*ui1- A1*ui2= A1*ui，则整个放大电路的放大倍数Ad=uO/ ui= A1=- RC/RB+rbe+（+1）RRP/2, RC=(RC/ RL/2), 没调零电位器RRP时，只要去掉后段（+1）RRP