模拟电子线路期末复习

1. 半导体二极管及其应用

   • PN结（P正N负）（不考）
   • 二极管
     • 工作原理、特性和参数
       开启电压：(硅)0.7V / (锗)0.3V；
     • 大信号和小信号模型
       大信号：理想模型（开启电压为0）、恒压降模型（有开启电压$U_{D(on)}$，等效于有个电源）、折线模型（有开启电压$U_{D(on)}$和电阻$r_{D(on)}$）
       小信号：有二极管交流电阻$r_D=\frac{U_T}{I_{DQ}}$($U_T$一般取 $26mV$)
     • 晶体二极管和稳压管构成的基本电路的组成、工作原理及分析方法
       稳压管：正向导通（也会给导通压降），反向稳压，会给稳压值

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））

4. 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

5. 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

6. 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）

7. 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。

8. 功率放大电路
   • （1）功率放大电路的特点、分类及工作状态（静态工作点，导通角）
     • 分类：甲类（导通角360度），乙类（180度），甲乙类（$180^\circ<\theta<360^\circ$）
     • 乙类互补对称功率放大电路中， 当电压较小时， 存在一段【死区】， 形成【交越失真】。而甲乙类就是为了消除交越失真，在乙类基础上增加两个二极管使微导通。

• 甲类管耗大，效率低。乙类管耗小，效率高（OTL：无输出变压器的功率放大电路；OCL：无输出电容的功率放大电路）。
• （2）OCL（较多）、OTL电路各项性能指标的计算以及极限参数的计算，包括输出功率，最大输出功率，电源提供的功率，转换效率和最大管耗的参数计算
  最大输出功率$P_{om}=\frac{U_{om}^2}{R_L}$，效率$\eta = \frac{P_{om}}{P_V}=\frac{\pi}{4}{V_{CC}-|U_{CES}|\over V_{CC}}$，$U_{om}$为电压的有效值，一般为$V_{CC}-|U_{CES}|\over \sqrt 2$，电源提供的功率：$P_V={2\over \pi}{V_{CC}(V_{CC}-U_{CES})\over R_L}$，总管耗：$P_{Tm}=P_V-P_{om}$，三极管的最大耗散功率：$P_{CM}>0.2P_{om}$，每个管子的耐压值$|u_{BR(CEO)}|>2V_{CC}$
  当题目中已知输入电压有效值的情况下，输出功率$P_o=\cdots=\frac{U_{o}^2}{R_L}=\frac{U_{i}^2}{R_L}$，电源提供的功率 $P_E(就是P_V)=2U_{CC}I_{c(av)}={2\over\pi}{U_{CC}}I_{cm}={2\sqrt2U_o\over \pi R_L}U_{CC}$
• （3）甲类功率放大电路各项性能指标的计算

9. 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