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电》______________________________________________________________________________________________________________________________

《模拟电子技术》精品课程

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

7.1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

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：

，在常温下，

，称为温度电压当量。

1-1.3晶体二极管的微变等效

二极管的交流电阻

，

。

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×10

R×100

R×10K

1N4148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）

0.02

0.08

0.2

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

I（mA）

2.2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）

3

9

18

24

I（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

1V

2V

3V

4

5V

5.5V

6V

6.5V

7V

8V

9V

10V

ｃd间电压

3.3发光二极管显示电路

mA

V

二极管亮度

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

1

SIPIVT-AⅡ

2

直流稳压电源

1

HY3003D-3A

3

双踪示波器

1

VP5220D

4

数字（或指针式）万用表

1

M9803

5

信号发生器

1

EE1641B1

6

晶体管毫伏表

1

TC2172

1-2.4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？

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、

2、

3、

4、

称为共基极直流电流放大系数：

称为共发射极直流电流放大系数：

与

的关系：

2-1.3NPN型三极管共发射极的特性曲线。

IC（mA）

IB（mA）80μA

4饱

UCE=0V1V和放大区60μA

3区

0.4ΔICΔIB40μA

2

0.220μA

1

00.40.60.8UBE（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

共发射极交流电流放大系数

集电极—基极反向电流

，穿透电流

2-1.5三极管的极限参数

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

；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-C

C-B

B-E

E-B

C-E

E-C

2、利用逐点描述法测试三极管的输入、输出特性曲线

2.1按图7接线，测量有关数据并记录

VCE（V）

0

0.5

1.0

5.0

8.0

IB（μA）

IC（mA）

VBE

IC（mA）

VBE

IC（mA）

VBE

IC（mA）

VBE

IC（mA）

VBE

10

20

30

40

50

2.2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）

1

3

5

6

7

9

10

12

测量的ICEO

算出的ICBO

2-2.3实验器材

序号

名称

数量

备注

1

模拟电子电路实验系统

1

SIPIVT-AⅡ

2

直流稳压电源

1

HY3003D-3A

3

数字（或指针式）万用表

各2

M9803（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。

2-2.4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。

　　　①②③　　　　　①　②　③　　　　　①　②　③

　　　　2V2.7V6V2.2V5.3V6V-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

。

　　　　　　　　　　　①　　　　　　　　　　　　　Ｉ２　②

　　　　　　　　　　　Ｉ１

　③　　Ｉ３

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／Ｕｓ

②电压增益：

Ｋｉ＝Ｉｏ／Ｉｉ或Ｋｉｓ＝Ｉｏ／Ｉｓ

③功率增益：

Ｋｐ＝Ｐｏ／Ｐｉ＝∣ＵｏＩｏ／ＵｉＩｉ∣＝∣ＫｕＫｉ∣

2、输入、输出电阻

输入电阻为放大器对信号源所呈现的负载效应；或由放大器输入端向放大器看进去的等效电阻，Ｒｉ＝Ｕｉ／Ｉｉ。

输出电阻为将放大器的输出端等效为具有内阻的电压源，则电压源的内阻即为放大器的输出电阻；或由放大器输出端向放大器看进去的等效电阻，Ｒｏ＝Ｕｏ／Ｉｏ。

3、其它

通频带，非线性失真系数，最大不失真输出电压，最大输出功率与效率。

3-1.2基本放大器的工作原理

交流信号电压叠加在直流电压上，使晶体管基极、发射极之间的正向电压发生变化，通过晶体管的控制作用，使集电极电流有更大的变化，它的变量在集电极电阻上产生大的电压变量，从而实现电压放大。

放大器有三种组态：

共基极、共发射极、共集电极。

晶体管的基极静态电流、电压或集电极静态电流、电压在特性曲线上所对应的点，称为放大器的静态工作点。

3-1.3放大器的分析方法（以共发射极基本放大器为例）

共发射极基本放大器原理图如图9。

放大器的图解分析法（静态工作点的确定）：

输入回路中

；输出回路中晶体管输出特性曲线（ＩＢ＝ＩＢＱ）与直流负载线的交点。

电路参数对工作点的影响：

ＲＢ变化；ＲＣ变化；ＶＣＣ变化。

IC（mA）

VCC/RC

ICQQ

UCEQVCCUCE（V）

静态工作点对波形失真有影响，静态工作点的选择原则：

若ｕｉ正负半周等幅，且幅度较大，则应选在负载线中点；若ｕｉ较小，则可选得略低一点。

放大器的等效电路（近似估算）分析法：

1、输入端等效电路：

等效为晶体管的输入电阻

，其中

为基区的体电阻，通常取值为

。

2、输出端等效电路：

等效为受控恒流源，Δｉｃ＝βΔｉｂ。

3、电压放大倍数：

、输入电阻：

、输出电阻：

。

3-2实验：

共发射极基本放大器性能指标测试

3-2.1实验目的

1、掌握共射基本放大电路的静态工作点及放大倍数的测量方法；

2、观察放大电路中，有关参数的变化对放大电路性能的影响；

3、学会测量放大电路的输入输出电阻。

3-2.2实验内容和步骤

1、按图10连接共发射极基本放大电路。

2、测量三极管T1的β值

当Vi=0时，调节RW1使基极电流IB1=40μA,然后调节RW2使集电极电压VCE1=6V，测得集电极电流IC1；再调节RW1使基极电流IB2=60μA,然后调节RW2使集电极电压VCE2=6V,测得集电极电流IC2。

由公式：

，计算出β。

3、测量静态工作点

3.1函数信号发生器产生1kHz、10mV（用低频毫伏表测量）的正弦信号，接入输入端，即Vs=10mV（正弦有效值）；RW2可在最大或最小，调节RW1使VCE1=6V，用示波器观察输出信号波形，若有失真，则调节RW2使输出信号无失真，然后用万用表分别测量：

VBEQ，VCEQ，IBQ，ICQ。

3.2关闭电源，断开A，B点，用万用表分别测量基极偏置电阻RB（即R2+RW1）和集电极电阻RC（即R3+RW2），然后计算出VBEQ，VCEQ，IBQ，ICQ。

3.3比较测试与计算的结果。

4、测量电压放大倍数

在3.1的条件下，当RL=∞或RL=5.1k时分别用低频毫伏表测量输出信号VO的有效值，然后计算出两种情况下的电压放大倍数AV。

通过理论分析计算出电压放大倍数AV，并与测试值比较。

5、观察静态工作点对输出信号的影响

5.1保持3.1条件下的静态工作点不变，增大输入信号Vs，直到输出信号VO刚出现削波失真为止，记录此时的VO波形。

5.2保持已增大的输入信号Vs不变，分别调节RW1和RW2，用示波器观察输出信号VO的波形，并用万用表测量VCEQ，记录于下表。

序号

条件

VO波形

VCEQ

1

RW1和RW2合适，RL=∞

不失真

2

RW1和RW2合适，RL=5.1k

3

RW1最大，RW2合适，RL=∞

4

RW1最小，RW2合适，RL=∞

5

RW1合适，RW2最大，RL=∞

6

RW1合适，RW2最小，RL=∞

6、测量输入电阻（原理图见图11）

6.1理论计算输入电阻Ri

先关掉电源，去掉R2下端的连线（A点），用万用表测量R2+RW1值（即为Rb），然后由式

计算得动态电阻rbe，再由式Ri=Rb//rbe计算得输入电阻Ri。

6.2间接测量输入电阻Ri

接入R1=1kΩ并输入信号Vs，用低频毫伏表测量上图中的Vs和Vi，然后由公式

计算出Ri。

6.3比较输入电阻Ri的理论计算值和间接测量值。

7、测量输出电阻

7.1理论计算输出电阻Ro

先关掉电源，去掉R3下端的连线（B点），用万用表测量R3+RW2值，即为输出电阻Ro。

7.2间接测量输出电阻Ro

输入信号Vs，R1=1kΩ不接入，当RL=∞时用低频毫伏表测量放大器的输出信号，记为

，当RL=5.1k时再用低频毫伏表测量放大器的输出信号，记为Vo。

由公式

计算出Ro。

7.3比较输出电阻Ro的理论计算值和间接测量值。

3-2.3实验器材

序号

名称

数量

备注

1

模拟电子电路实验系统

1

SIPIVT-AⅡ

2

直流稳压电源

1

HY3003D-3A

3

双踪示波器

1

VP5220D

4

数字（或指针式）万用表

1

M9803

5

信号发生器

1

EE1641B1

6

晶体管毫伏表

1

TC2172

3-2.4预习要求

1、掌握基本放大电路的基本组成形式，了解电路哪些参数的变化对电路的性能会有影响？

2、阅读实验原理和电路。

3、自拟本实验有关数据记录表格。

3-2.5实验报告要求

1、计算出放大电路的静态工作点，并同实测值进行比较。

2、画出在放大电路参数改变的情况下，输出波形失真图形，并分析其失真的原因。

思考题

1、如图所示电路中，已知VBB=1V，Rb=24kΩ，VCC=12V，RC=5.1kΩ；晶体管的

，β=100，导通时的UBEQ=0.7V。

求解:

（1）静态工作点Q；

（2）Au、Ri、Ro。

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

4-1.1原理图

晶体三极管共集电极基本放大器，即射极跟随器的电原理图如图12。

4-1.2性能指标

电压放大倍数：

；

输入电阻：

；

输出电阻：

∥

。

4-2实验：

射极跟随器的性能指标测试

4-2.1实验目的

1、掌握射极跟随器的电路特点；

2、进一步学习放大器各项参数测量方法；

3、了解射极跟随器的应用。

4-2.2实验内容和步骤

1、测量静态工作点

1.1按图13连线，函数信号发生器产生1kHz的信号并接入输入端，接通电源，用示波器观察输出信号，改变输入信号幅度，并调节RW1，使输出信号幅度最大且无失真。

去掉输入信号，用万用表测量直流电流IBQ、ICQ，然后关闭电源，断开A点，用万用表测量Rb（即RW1+R2），计算出直流电流IBQ、ICQ。

1.2比较测试与计算的结果。

2、测量电压放大倍数

函数信号发生器产生1kHz、1V（用低频毫伏表测量）的信号，接入输入端，测量输出信号并计算出电压放大倍数。

3、用示波器观察输入信号和输出信号相位关系，画出波形图。

4、测量输入电阻

按图连线，函数信号发生器产生1kHz的信号，串接R1=1k电阻后接入输入端，在输出信号无失真时,用低频毫伏表测量Vs和Vi，由公式

计算出Ri。

关闭电源，断开A点，用万用表测量Rb，计算出Ri。

5、测量输出电阻

加入输入信号，在输出信号无失真的情况下，空载时用低频毫伏表测量输出电压

，负载RL=2.7k时用低频毫伏表测量输出电压Vo，由公式

计算出输出电阻Ro。

6、测量跟随范围和输出电压的峰峰值

接入负载RL=2.7k，在Vi处输入1kHz的正弦波，逐步增大Vi直到输出波形刚好失真（用示波器观察输出波形），用低频毫伏表测量此时的Vi和Vo，计算k=Vo/Vi，然后用示波器测量此时的输出波形峰峰值Vop-p，输入信号只有小于

时，射极跟随器才有跟随作用。

4-2.3实验器材

序号

名称

数量

备注

1

模拟电子电路实验系统

1

SIPIVT-AⅡ

2

直流稳压电源

1

HY3003D-3A

3

双踪示波器

1

VP5220D

4

数字（或指针式）万用表

1

M9803

5

信号发生器

1

EE1641B1

6

晶体管毫伏表

1

TC2172

4-2.4预习要求

1、复习射极跟随器的工作原理以及电路的特点。

2、进一步复习测试放大电路的静态工作点、放大倍数及输入、输出电阻的方法。

3、掌握射极跟随器的几个特点，并了解其在电子电路中的一般应用。

4-2.5实验报告要求

1、画出实验电路图，计算静态工作点，并和实测值进行比较。

2、列出实验所测数据，完成电压放大倍数、输入电阻、输出电阻实测值计算，并与理论计算值比较。

3、通过实验总结射极跟随器的主要特点，并针对这些特点，简要说明射极跟随器的应用。

思考题

1、如图所示电路中，已知VBB=6V，VCC=12V，Rb=15kΩ，Re=5kΩ；晶体管的

，β=50，UBEQ=0.7V。

求解:

（1）静态工作点Q；

（2）Au、Ri、Ro。

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

5-1.1分压式偏置电路

1、分压式偏置电路原理图如图14所示，静态工作点计算方法如下：

，

，

。

2、静态工作点的稳定过程

要使放大器正常工作，必须设置合适的静态工作点，且不受外界因素（环境温度）的影响。

环境温度T升高时ICQ的稳定过程如下：

T↑→ICQ↑→UEQ↑→UBEQ↓→IBQ↓→ICQ↓

5-1.2耦合

将若干单级放大电路串联起来，把前级的输出端加到后级的输入端，组成多级放大器，使信号经过多次放大，达到所需的值。

多级放大器之间的连接称为耦合，通常多级放大器的耦合方式有四种，即阻容耦合、直接耦合、变压器耦合和光电耦合。

四种方式各有利弊。

5-1.3多级放大器的性能指标

1、电压放大倍数Ａu

在多级放大器中，由于各级之间是串联起来的，后一级的输入电阻就是前级的负载，所以，多级放大器的总电压放大倍数等于各级放大倍数的乘积，