模拟电子线路期末复习

模拟电子线路期末复习

  1. 半导体二极管及其应用

  2. 场效应晶体管及其放大电路

    • 场效应管(MOS场效应管,是电压控制电流)(场效应管的工作原理、特性和参数)
      • 符号记忆:
        1. 箭头:N沟道向里(电流向负),P沟道向外(正出电流)
        2. 一条竖线(三个极):结型;四个极、竖线三段:增强型;两条竖线(四个极):耗尽型
        3. 在一侧的是G,另外一侧是D、S(、G)
      • 转移特性$i_D=f(u_{GS})$
        1. $i_D>0$:N型;$i_D<0$:P型 (和箭头合起来记)
        2. 曲线分布:二、四象限:结型;一、三象限:增强型;一二、三四象限:耗尽型
          (结型为基本,增强使$u_{GS}$由负变正,耗尽之后有所回落)
        3. 与横坐标交点:结型、耗尽型 $u_p$;增强型 $u_r$
      • 输出特性$i_D=f(u_{DS})$
        1.
    • 场效应管的小信号模型
  3. 双极型晶体管及其放大电路

    • 三极管(BJT,是电流控制电流)((1)工作原理、参数)

      • 三个电位,中间为b极,离b近的为e极,离b远的为c极;

      • $U_{be}=0.7V$为硅管,$0.3V$为锗管

      • (工作于放大区时)$u_c>u_b>u_e:NPN;u_c<u_b<u_e:PNP$;符号上b指向e为NPN,否则为PNP

      • $\beta=\frac{\Delta i_c}{\Delta i_b}$

      • 三种工作状态:

        1. 放大状态:发射结正偏,集电结反偏
        2. 饱和状态:发射结、集电结均正偏
        3. 截止状态:发射结、集电结均反偏
      • 三极管哪极接地就是共哪一极

      • 三极管工作在放大区,内部条件:发射区掺杂浓度高,基区薄且掺杂浓度低,集电区面积大。外部条件:发射结正偏,集电结反偏。

      • 温度影响:待续(不考,去他妈的)

    • 放大电路基础((1)三极管的特性、参数)

      • 组成:三极管T(起放大作用)、偏置电路$R_b,V_{CC}$(使三极管工作于放大区,并提供能量)、集电极负载电阻$R_c$(将电流的变化转换为电压变化$u_{CE}=V_{CC}-I_CR_c$)、耦合电容$C_1,C_2$(隔直流通交流) 符号说明:均大写(如$I_B,I_C,U_{CE}$):直流信号;均小写(如$i_b,i_c,u_{ce}$):交流信号;仅下标大写(如$i_B,i_C,u_{CE}$):交直流信号 关系:$u_{CE}=V_{CC}-I_CR_c$、$u_{BE}=V_{CC}-I_BR_b$、$i_C=\beta i_B$ ...
      • 特性曲线 ((4)图解分析法+(7)分析直流工作点与放大器非线性失真的关系 )

        直流负载的静态工作点过高,会接近饱和区引起饱和失真(底部失真);工作点过低,会接近截止区导致截止失真(顶部失真)。(如下图,蓝色线即为直流负载线,失真是指$U_{CEQ}$的底部/顶部失真)

        $R_c$决定交流负载线的斜率,$R_b$决定 $Q$ 点在交流负载线的上下位置($u_{BE}=V_{CC}-I_BR_b$可以影响$I_B$,而$i_C=\beta i_B$就影响了$Q$点的位置)。
    • (3)三种基本组态放大器的电路组成、工作原理以及主要的性能特点

      共射 共基 共集
      电流、电压均放大 电压放大、无电流放大 电流放大、无电压放大
      $u_i$与$u_o$反相 $u_i$与$u_o$同相 $u_i$与$u_o$同相
    • (4)等效电路分析法 + (5)计算放大器的增益、输入输出阻抗

      • 解题步骤:
        1. 静态分析:画直流通路,电容视为断路,电感视为短路 (2)直流模型
        2. 求静态工作点Q:$I_{BQ},I_{CQ},U_{CEQ}$
        3. 画微变等效电路,电容、直流电源(正负极相接)视为短路 (2)交流小信号电路模型
        4. 求动态参数 $A_u=\frac{u_o}{u_i},R_i,R_o$
    • 三极管的微变等效模型:

      其中,$r_{be}=r_{bb}’+(1+\beta)\frac{U_T}{I_{EQ}}$,其中,若题目未给出,则一般来说$r_{bb}’=200\Omega,U_T=26mV$,并且常用:$I_{EQ}\approx I_{CQ}$

    • (6)分析和计算多级放大器的性能指标

      • 三种耦合方式:阻容耦合、直接耦合、变压器耦合
      • 电压增益:$20\lg A_{u}(\mathrm{dB})$,总电压增益$=20\lg A_{u1}+20\lg A_{u2}+\cdots$
        多级放大电路比单机放大电路电压增益提高,通频带变窄($f_L>$任一单级放大电路的$f_L$(下限截止频率),$f_H<$任一单级放大电路的$f_H$(上限截止频率))
  1. 频率响应

    • (1)频率响应的概念
      放大倍数$A_u=\frac{A_u(f)}{\varphi(f)}$,其中$A_u(f)$为幅频响应,是电压放大倍数的模与信号频率的关系;$\varphi(f)$为相频响应,是放大电路的输出电压与输入电压的相位差与信号频率的关系。 上表为频率与放大倍数之间的关系, $BW$ 被称为通频带,$A_{um}$被称为中频电压放大倍数或中频增益。当频率上升到上限截止频率时,放大倍数下降到0.7倍,或下降了3dB,放大倍数的相位与中频时相比,附加相移约为45度。 影响放大电路频率特性的主要因素: (1) 低频区: 隔直耦合电容、 旁路电容, 阻抗增大, 使信号衰减, 增益下降。 (2) 中频区: 忽略所有电容的影响, 视隔直电容旁路电容为交流短路, 视极间电容和杂 散电容为交流开路。 (3) 高频区: 并接的极间电容和杂散电容容抗减小, 对信号分流, 增益下降。 (也就是耦合电容和旁路电容的存在) 有源滤波器的主要元件是:电容和电感(运放工作在非线性区)(似乎不考)
    • 失真类型的判断
      首先判断高频/低频失真:遇到一个信号,如果为单一频率的信号则不存在频率失真问题;如果有多个频率分量,首先通过$\omega = 2\pi f$ 计算出频率 $f$,然后通过与$f_L,f_H$比较得知是否失真,大于$f_H$的为高频失真,小于$f_L$的为低频失真。
      然后判断线性失真:题目会告诉你不失真的动态范围$U_{opp}$,用中频增益×信号峰峰值与此比较,然后二选一写:“信号幅度较小,为xxx,经放大后峰峰值为xxx,故不会出现非线性失真”或者“由于输入信号幅度较大,为xxx,经xx倍放大后峰峰值为xxx,故输出信号将产生严重的非线性失真(波形出现限幅状态)”
    • (2)放大器的低频、中频和高频等效电路
    • (3)晶体管频率参数、共射电路频率响应
  2. 集成运算放大电路

    • 集成运放的组成和基本特点 

      • 运放的参数:
        两个输入端:同相输入端$u_+$,反相输入端$u_-$,一个输出端$u_o$,开环放大倍数 $A_{od}$

      • 运放工作的两个区域

        1. 线性区:$u_o = A_{od}(u_+-u_-)$ ,输出电压随输入电压线性变化

        2. 非线性区:输出只有两种可能:$u_+>u_-\rightarrow u_o=+u_{OM}$、$u_+<u_-\rightarrow u_o=-u_{OM}$

      • 集成运放的内部电路

        1. 输入级: 常采用差动放大电路→抑制零点漂移
        2. 中间级: 共射放大电路→提高电压放大倍数
        3. 输出级: 互补对称输出级电路→提高带负载能力
        4. 偏置电路: 电流源电路→提供静态偏置电流
      • 工作区域:

        1. 线性工作区:引入负反馈(满足虚短$u_+=u_-$和虚短$i_+=i_-\approx 0$)
        2. 非线性工作区:引入正反馈或开环
      • 集成运放的应用:工作在线性区的有:集成运算电路、滤波电路;工作在非线性区的有:电压比较器

    • 集成运放中常用的镜像电流源、比例电流源等基本单元电路的结构、工作原理和分析方法

    • 差分(差动)放大电路的电路组成、分析方法及性能特点 

      接法 输入电阻 输出电阻 差模放大倍数 共模放大倍数
      单入单出&双入单出 $R_i=2(R_b+r_{be})$ $R_o=R_c$ $Au_d=-\frac{\beta(R_C//R_L)}{2(R_b+r_{be})}$ 只有在恒流源电路中共模放大倍数才为0
      单入双出&双入双出 $R_i=2(R_b+r_{be})$ $R_o=2R_c$ $Au_d=-\frac{\beta(R_C//{R_L\over 2})}{2(R_b+r_{be})}$ 0
  3. 反馈

    • (1)负反馈的概念
      反馈: 将输出量(输出电压或输出电流) 的一部分或全部通过一定的电路形式作用到输
      入回路, 用来影响其输入量(放大电路的输入电压或输入电流) 的措施。 放大电路无反馈时
      又称为开环, 有反馈时又称为闭环。
      按照反馈信号的极性来分,净输入量减小的是负反馈,净输入量增加的是正反馈。

    • (2)会判断级间反馈的反馈极性,反馈类型

      • 对于三极管,如果输出和反馈在一个点上,那么就是电压反馈,否则是电流反馈。
        反馈回来如果和输入是在一个点,那么就是并联反馈;如果不在一个点,就是串联反馈。

      • 对于一个功放,如果和输出$u_o$在一个点(也就是把$u_o$反馈回去了),那就是电压反馈;如果先通过一个电阻再反馈回去,那就是电流反馈。
        如果反馈回去没和输入直接相接(比如输入接$+$而反馈到了$-$),那就是串联反馈;否则就是并联反馈。

      • 四种基本组态:…

      • 瞬时极性法
        首先假设为正相$u_{id}=u_+-u_-$,然后根据两个值的正负判断其与输入的关系决定是否为负反馈

      • 反馈系数$F=\frac{u_f}{u_o}$等于反馈回去的值占输出的量

    • (3)会分析负反馈对放大电路性能的影响
      直流负反馈: 稳定静态工作点
      电压负反馈: 减小$R_o$ , 提高带负载能力, 稳定输出电压
      电流负反馈: 增大$R_o$ ,稳定输出电流
      串联负反馈: 增大$R_i$ , 减小电路向信号源索取的电流
      并联负反馈: 减小 $R_i$

    • (4)会计算深度负反馈放大器的性能指标
      在深度负反馈条件下, 闭环放大倍数近似等于反馈系数的倒数, 与有源器件的参数基本无关。 一般反馈网络是无源元件构成的, 其稳定性优于有源器件, 因此深度负反馈时的放大倍数比较稳定。
      $A_f=\frac{A}{1+AF}$,当 $1+AF>>1$ 时,则 $A_f\approx {1\over F}$
      并联负反馈条件下,$i_i\approx i_f$(反馈电流);
      串联负反馈条件下,$u_i\approx u_f$(反馈电压)

  4. 集成运算放大器的应用

    • (1)理想集成运放的概念及其“虚短”和“虚断”的两个重要特性
      见 5.

    • (2)信号模拟运算的结构、工作原理和分析方法

      反相比例运算放大器:$u_o=-\frac{R_f}{R_1}u_I$ 同相比例运算放大器:$u_o=\left(1+\frac{R_f}{R_1}\right)u_I$ (均通过$i_R=i_F$求出) 差分比例运算电路(减法运算电路):利用叠加定理,先令其中一个输入为0,计算$u_o'$,再令另一个输入为0,计算$u_o''$,最终 $u_o=u_o'+u_o''$ 当上面右图中 $R_f=0||R_1\rightarrow\infty$ 时,电路被称为“电压跟随器” 上图为积分电路,$u_o=-\frac{1}{RC}\int u_i\mathrm{dt}$(图像为积分后取负) (电容上的电压:$u_C=\frac{1}{C}\int i_C \mathrm{dt}$,电容上的电流:$i_C=C\frac{du_C}{dt}$) 上图为微分电路,$u_o=-RC\frac{du_i}{dt}$ 对于积分电路,输入方波,输出为三角波(负的);输入正弦波,输出为余弦波(负的)
    • (3)电压比较电路的结构、工作原理和分析方法

      • 常用的电压比较器:单门限比较器、迟滞比较器、窗口比较器

      • 单门限比较器:

        传输特性曲线中,$u_o$的值只会取稳压管$u_z$的最大值和最小值。如图,$u_R>u_i$时,$u_o=U_{OH}=+x\mathrm V$,$u_R<u_i$时,$u_o=U_{OL}=-x\mathrm V$ ,据此画出 $u_o-u_i$ 的电压传输特性曲线即可。

      • 迟滞比较器(是引入了正反馈的电压比较器,由于回差的存在,所以提高了抗干扰能力):

        门限电压:上限域值$u_{TH}=\frac{R_2}{R_1+R_2}U_{OH}$,下限域值:$u_{TL}=\frac{R_2}{R_1+R_2}U_{OL}$,回差电压$\Delta u_{TH}=u_{TH}-u_{TL}$,特性曲线画为旋转的形式。
  1. 功率放大电路
  1. 直流稳压电源

    • 直流稳压电路由 变压器、整流电路(交流变直流)、滤波电路(减小交流分量)、稳压电路 四部分组成
    • 串联反馈式稳压电路主要由 调整管(与负载串联,工作在线性区,利用其管压降来调整输出电压)、采样电路、基准电压电路、比较放大电路 组成。
    • 集成稳压电路