模擬電路總複習知識點

2021-04-17 11:22:00 字數 5135 閱讀 6419

1. 模擬訊號和數碼訊號

·模擬訊號:時間連續、幅度連續的訊號(圖1.1.8)。

·數碼訊號:時間、幅度離散的訊號(圖1.1.10)

2.放大電路的基本知識

·輸入電阻:是從放大器輸入口視入的等效交流電阻。是訊號源的負載,從訊號源吸收訊號功率。

·輸出電阻:放大器在輸出口對負載而言,等效為乙個新的訊號源(這說明放大器向負載輸出功率),該訊號源的內阻即為輸出電阻。

·放大器各種增益定義如下:

端電壓增益:

源電壓增益:

電流增益:

互導增益:

互阻增益:

負載開路電壓增益(內電壓增益):,

功率增益:

·、、、的分貝數為;的分貝數為。

·不同放大器增益不同,但任何正常工作的放大器,必須。

·任何單向化放大器都可以用模型來等效,可用模型有四種(圖1.2.2)。

·頻率響應及頻寬:或

—— 幅頻相應(圖1.2.7):電壓增益的模與角頻率的關係。

—— 相頻相應:輸出與輸入電壓相位差與角頻率的關係。

bw —— 頻寬:幅頻相應的兩個半功率點間的頻率差。

·線性失真:電容和電感引起,包括頻率失真和相位失真(圖1.2.9)

·非線性失真:器件的非線性造成。

一、半導體知識

1.本徵半導體

·單質半導體材料是具有4價共價鍵晶體結構的矽(si)和鍺(ge)(圖2.1.2),一些金屬化合物也具有半導體的性質如砷化鎵gaas。

前者是製造半導體ic的材料,後者是微波公釐波半導體器件和ic的重要材料。

·本徵半導體:純淨且具有完整晶體結構的半導體稱為本徵半導體。

·本徵激發(又稱熱激發或產生):在一定的溫度下,本徵激發產生兩種帶電性質相反的載流子——自由電子和空穴對。溫度越高,本徵激發越強。

·空穴:半導體中的一種等效載流子。空穴導電的本質是價電子依次填補本徵晶格中的空位,使區域性顯示電荷的空位巨集觀定向運動(圖2.1.4)。

·復合:在一定的溫度下,自由電子與空穴在熱運動中相遇,使一對自由電子和空穴消失的現象。復合是產生的相反過程,當產生等於復合時,稱載流子處於平衡狀態。

2.雜質半導體

·在本徵矽(或鍺)中滲入微量5價(或3價)元素後形成n型(或p型)雜質半導體(p型:圖2.1.5,n型:圖2.1.6)。

·電離:在很低的溫度下,n型(p型)半導體中的雜質會全部,產生自由電子和雜質正離子對(空穴和雜質負離子對)。

·載流子:由於雜質電離,使n型半導體中的多子是自由電子,少子是空穴,而p型半導體中的多子是空穴,少子是自由電子。

·在常溫下,多子》少子(圖1-7)。多子濃度幾乎等於雜質濃度,與溫度無關;少子濃度是溫度的敏感函式。

·在相同摻雜和常溫下,si的少子濃度遠小於ge的少子濃度。

二、pn結

在具有完整晶格的p型和n型材料的物理介面附近,會形成乙個特殊的薄層——pn結(圖2.2.2)。

·pn結(又稱空間電荷區):存在由n區指向p區的內電場和內電壓;pn結內載流子數遠少於結外的中性區(稱耗盡層);pn結內的電場是阻止結外兩區的多子越結擴散的(稱勢壘層或阻擋層)。

·單向導電特性:正偏pn結(p區電位高於n)時,有隨正偏電壓指數增大的電流;反偏pn結(p區電位低於n區),在使pn結擊穿前,只有很小的反向。即pn結有單向導電特性(正偏導通,反偏截止)。

·反向擊穿特性:當反偏電壓達到一定值時,反向電流急劇增大,而pn結兩端的電壓變化不大(圖2.2.6)。

· pn結的伏安方程為:,其中,在t = 300k時,熱溫度當量。

三、半導體二極體

·普通二極體內就是乙個pn結,p區引出正電極,n區引出負電極(圖2.3.1)。

·在低頻運用時,二極的具有單向導電特性,正偏時導通,si管和ge管導通電壓典型值分別是0.7v和0.3v;反偏時截止,但ge管的反向飽和電流比si管大得多(圖2.

3.2、圖2.3.

3)。·低頻運用時,二極體是乙個非線性電阻,其交流電阻不等於其直流電阻。

二極體交流電阻:。二極體交流電阻估算:

二極體直流電阻:

·二極體的低頻小訊號模型:就是交流電阻,它反映了在工作點q處,二極體的微變電流與微變電壓之間的關係。

·二極體的低頻大訊號模型:是一種開關模型,有理想開關、恆壓源模型和折線模型。

三、二極體應用

1.單向導電特性應用

二極體正向充分導通時只有很小的交流電阻,近似於乙個0.7v(si管)或0.3v(ge管)的恆壓源。

·整流器:半波整流,全波整流,橋式整流

·限幅器:頂部限幅,底部限幅,雙向限幅

·鉗位電路*

2.反向擊穿及應用

·二極體反偏電壓增大到一定值時,反向電流突然增大的現象即反向擊穿。

·反向擊穿的原因有價電子被碰撞電離而發生的「雪崩擊穿」和耗盡層中價電子強場激發而發生的「齊納擊穿」。

·反向擊穿電壓十分穩定,可以用來作穩壓管(圖2.5.2)。

·穩壓管電路設計時,要正確選取限流電阻,使穩壓管在一定的負載條件下正常工作。

3.特殊二極體

·光電二極體、變容二極體、穩壓二極體、雷射二極體。

一、半導體bjt結構及偏置

·雙極型電晶體(bjt)分為npn管和pnp管兩類(圖3.1.3和3.1.2)。電流控制器件。

·當bjt發射結正偏,集電結反偏時,稱為放大偏置。在放大偏置時,npn管滿足;pnp管滿足。

· 放大偏置時,作為pn結的發射結的v-i特性是:(npn),(pnp)。

·電流分配(圖3.1.4):在bjt為放大偏置的外部條件下,發射極電流將幾乎轉化為集電流,而基極電流較小。

·電流放大係數:在放大偏置時,令(是由轉化而來的分量),匯出兩個關於電極電流的關係方程:

其中,是集電結反向飽和電流,是穿透電流。

·放大偏置時,在一定電流範圍內,、、基本是線性關係,而三個電流與都是非線性指數關係。

·放大偏置時:三電極電流主要受控於,而反偏,對電流有較小的影響。影響的規律是;集電極反偏增大時,,增大而減小。

·發射結與集電結均反偏時bjt為截止狀態,發射結與集電結都正偏時,bjt為飽和狀態。

二、bjt靜態伏安特性曲線

三端電子器件的伏安特性曲線一般是畫出器件在某一種雙口組態時輸入口和輸出口的伏安特性曲線族。bjt常用共射伏安特性曲線:

輸入特性曲線:(圖3.1.7)

輸出特性曲線:(圖3.1.7)

·輸入特性曲線一般只畫放大區,典型形狀與二極體正向伏安特性相似。

·輸出特性曲線族把伏安平面分為4個區(放大區、飽和區、截止區和擊穿區)放大區近似的等間隔平行線,反映近似為常數(圖3.3.5)。

·當溫度增加時,會導致增加,增加和輸入特性曲線左移。

三、bjt主要引數

·電流放大係數:直流,直流;交流和,、也滿足。

·極間反向電流:集電結反向飽和和電流;穿透電流

·極限引數:集電極最大允許功耗;基極開路時的集電結反向擊穿電壓;集電極最大允許電流。

·特徵頻率

bjt小訊號工作,當頻率增大時使訊號電流與不同相,也不成比例。若用相量表示為,,則稱為高頻。是當高頻的模等於1時的頻率。

四、bjt小訊號模型

·放大作用:無論是共射組態或共基組態,其放大電壓訊號的物理過程都是輸入訊號使正偏發射結電壓變化,經放大偏置bjt內部的的正向控制過程產生較大的集電極電流變化(出現訊號電流),在集電極電阻上的交流電壓就是放大的電壓訊號(圖3.2.

1)。·小訊號:當發射結上交流電壓mv時,bjt的電壓放大才是工程意義上的線性放大。

·bjt混合小訊號模型是在共射組態下推導出的一種物理模型(圖3.7.5),模型中有七個引數:

基區體電阻—— 由廠家提供、高頻管的比低頻管小

基區復合電阻—— 估算式:,——發射結交流電阻

跨導—— 估算(ms),

基調效應引數—— 估算,——厄利電壓

——估算

以上引數滿足:

高頻引數:集電結電容 —— 由廠家給出;

發射結電容—— 估算*

·最常用的bjt模型是低頻簡化模型

(1)電壓控制電流源()模型(圖3.7.5c)

(2)電流控制電流源()模型(圖3.7.5d,常用),其中

五、放大電路基本概念

·向放大器輸入訊號的訊號源模型一般可以用由源電壓串聯源內阻來表示,接受被放大的訊號的電路模型一般可以用負載電阻來表示(圖3.4.4a)。

·未輸入訊號(靜態)時,放大管的直流電流、電壓在特性曲線上對應的點稱為放大器的工作點。工作點由直流通路求解。

·放大器工作時,訊號(電流、電壓)均迭加在靜態工作點上,只反映訊號電流、電壓間關係的電路稱為交流通路。

·放大器中的電壓參考點稱為「地」,放大器工作時,某點對「地」的電壓不變(無交流電壓),該點為「交流地」。

·交流放大器中的耦合電容可以隔斷電容兩端的直流電壓,並無衰減地將電容一端的交流電壓傳送到另一端,耦合電容上應基本上無交流電壓(交流短路)。傍路電容也是對交流電流短路的電容。

·畫交流通路時應將恆壓源短路(無交流電壓),恆流源開路(無交流電流);耦合、傍路電容短路(無交流電壓)(圖3.4.4b)。

·畫直流通路時應將電容開路(電容不通直流),電感短路(電感上直流電壓為零)。

六、bjt偏置電路

1.固定偏置電路(圖3.4.4a)

·特點:簡單,雖然隨溫度變化小;但輸出特性曲線上的工作點(、)隨溫度變化大。

·q點估算:,,

·直流負載線

·作圖求q點:在輸出特性曲線上,直流負載線與的交點。

2.基極分壓射極偏置電路(圖3.5.1)

·特點:元件稍多。但在滿足條件()時,工作點q(,)隨溫度變化很小,工作點穩定。原因是存在直流負反饋。

·q點估算:,

直流負載線

以上近似計算在滿足時有足夠的準確性。

七、基本共射放大器的大訊號分析

·交流負載線(圖3.3.4)是放大器工作時,動點(,)的運動軌跡。交流負載線經過靜態工作點,且斜率為。

·非線性失真:因放大器中電晶體的伏安特性的非線性使輸出波形出現失真。非線性失真使輸出訊號含有輸入訊號所沒有的新的頻率分量。

大訊號時,使bjt進入飽和區產生飽和失真;使bjt進入截止區,產生截止失真。npn管ce放大器的削頂失真是截止失真;削底失真是飽和失真。對於pnp管ce放大器則相反。

·將工作點安排在交流負載線的中點,可以獲得最大的無削波失真的輸出。

2.ce、cb、cc放大器基本指標,管端輸入電阻,管端輸出電阻。

用電流控制電流源()bjt低頻簡化模型(圖2-24)匯出的三個組態的上述基本指標由表3-1歸納。

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