模电基础知识点小结
文章目錄
- 第一章 常用半導(dǎo)體器件
- 第二章 基本放大電路
- 第三章 模擬集成電路基礎(chǔ)
- 第四章 負(fù)反饋放大電路
- 第五章 信號(hào)的運(yùn)算與處理
- 六、波形的產(chǎn)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電路
- 七、直流穩(wěn)壓電源
第一章 常用半導(dǎo)體器件
當(dāng)PN結(jié)加正向電壓時(shí),空間電荷區(qū)將(變窄)。
第二章 基本放大電路
滿足發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏
輸入信號(hào)源的電壓盡可能引起基極電流變化
集電極電流變化要轉(zhuǎn)換為uce的變換,并盡可能地輸出到負(fù)載
- 在單級(jí)放大電路的中頻段,若輸入為正弦波形,用示波器觀察共射放大電路電路的輸入與輸出波形時(shí),則uo和ui相位(反相)。
- 在共射、共集和共基3種基本放大電路組態(tài)中,電壓放大倍數(shù)小于1的是(共集)組態(tài)。
- 在共射、共集和共基3種基本放大電路組態(tài)中,(共基)組態(tài)放大電路,只能放大電壓,但不能放大電流。
- 共集放大電路特點(diǎn):又稱射極輸出器,電壓跟隨器。電壓放大倍數(shù)略小于1,輸入輸出同相,輸入電阻高,輸出電阻低
- 共基放大電路特點(diǎn):輸出電壓與輸入電壓同相,電壓放大倍數(shù)與共射電路差不多,輸入電阻小,輸出電阻居中,可運(yùn)用在更高電源電壓下,高頻特性優(yōu)越。
- 共射放大電路特點(diǎn):又稱反相放大電路。電壓增益大,輸入輸出反相,適用于低頻和多級(jí)放大電路的中間級(jí)。
- 場(chǎng)效應(yīng)管起放大作用時(shí)應(yīng)工作在漏極特性的(恒流區(qū) )。
- 場(chǎng)效應(yīng)管工作在放大狀態(tài)的靜態(tài)條件:N結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工作在放大區(qū)的必要條件:GS兩端的電壓小于0,DS端電壓大于0;P型則GS端電壓大于0,DS端電壓小于0。(個(gè)人理解:和三極管類似,發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏。)
- 柵極電阻RG作用:為柵偏壓提供通路;瀉放柵極積累電荷、
- 源極電阻RS作用:提供負(fù)柵偏壓
- 漏極電阻RD作用:把Id的變化變?yōu)閁ds的變化。
- 共漏放大電路也稱為源極跟隨器,主要是因?yàn)槠潆妷悍糯蟊稊?shù)近似等于1,且輸出電壓與輸入電壓同相位。(和共集放大電路類似)
- 直接耦合多級(jí)放大電路只能放大直流信號(hào)。(×)
- 多級(jí)放大電路的耦合方式有哪些?各有什么特點(diǎn)?
1、 阻容耦合(用于交流信號(hào)的放大):直流工作點(diǎn)相互獨(dú)立;交流信號(hào)損失少;電路溫漂小;體積小,成本低。
但低頻特性差,不能用于放大直流信號(hào)或緩慢變化的信號(hào),不便于集成
2、變壓器耦合(用于功率放大及調(diào)諧放大):只能變交流,前后級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響;零點(diǎn)漂移小;阻抗變換,功率及調(diào)諧放大;
但高低頻性能都變差,不能傳送直流信號(hào)或緩慢變化的信號(hào),體積大,成本高,不易集成
3、直接耦合(用于直流信號(hào)或者變化緩慢的信號(hào)的放大):第一級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)已接近飽和區(qū)(解決辦法:加射級(jí)電阻,在第二級(jí)三極管的發(fā)射極加穩(wěn)壓管);級(jí)數(shù)受限(解決辦法:利用NPN和PNP管進(jìn)行電平移動(dòng)) - 對(duì)放大電路而言,在中頻區(qū),電壓放大倍數(shù)幾乎不受頻率變化的影響,在低頻區(qū)和高頻區(qū),電壓放大倍數(shù)隨頻率變化而(下降 )。
- 晶體管的混合π型不是晶體管的低頻模型,而是用于全頻段分析
混合π模型與h參數(shù)模型在低頻時(shí)是等效的
第三章 模擬集成電路基礎(chǔ)
- 集成放大電路采用直接耦合方式的原因是(不易制作大容量電容)。
- 通用型集成運(yùn)放的輸入級(jí)通常采用(差動(dòng)放大)電路。
- 微電流源、比例電流源都是在( 鏡像 )電流源的基礎(chǔ)上改進(jìn)得到的。
- 恒流源在集成電路中除作為偏置電路外,還可以作為放大電路的(有源)負(fù)載,以提高電壓放大倍數(shù)。
- 鏡像電流源:兩管參數(shù)對(duì)稱,工作在臨界飽和狀態(tài)
- 晶體管電流源:輸出電流比較穩(wěn)定,電路性能不隨溫度、電源電壓變化而變化;工作在恒流段時(shí),直流電阻不大,但有較大的交流等效電阻。可做偏置和有源負(fù)載。
- 差模輸入信號(hào)是兩個(gè)輸入端信號(hào)的(差);共模輸入信號(hào)是兩個(gè)輸入信號(hào)的(平均值)。
- 差模信號(hào)指兩個(gè)輸入端加上大小相等,極性相反的信號(hào);共模信號(hào)是指兩個(gè)輸入端加上大小相等,極性相同的信號(hào)。(注意和上一條區(qū)分)
- 任意信號(hào)=一對(duì)差模信號(hào)+一對(duì)共模信號(hào)
- 差動(dòng)放大電路的“尾巴”越長(zhǎng),對(duì)溫漂的抑制效果越好:長(zhǎng)尾電阻越大,差放電路抑制共模信號(hào)的能力越強(qiáng),從而對(duì)溫漂的抑制效果越好。(凡是能抑制共模信號(hào)的電路,都能抑制溫漂)
- 差動(dòng)放大電路特征:參數(shù)對(duì)稱、長(zhǎng)尾
- 差動(dòng)放大電路主要利用電路的(對(duì)稱 )性來抑制零漂。
- 在電阻長(zhǎng)尾差動(dòng)放大電路中,適當(dāng)?shù)卦龃笊錁O公共電阻RE將會(huì)提高電路的(共摸抑制比)。
- 單端輸入差動(dòng)放大電路,輸入信號(hào)的極性與異側(cè)三極管集電極信號(hào)的極性(相同)。
差動(dòng)放大電路用恒流源代替射極公共電阻RE的目的是提高(共模性能抑制比)。(PS:從而抑制溫漂) - 如果功率放大電路中晶體管導(dǎo)通角大于180°,而小于360°,則管子工作在( 甲乙 )類放大狀態(tài)。
- 在OCL乙類功放電路中,若最大輸出功率為1W,則電路中功放管單管的集電極最大功耗約為(0.2w)。(OCL電路每只管子最大功耗0.2Pom,最大管耗并不在最大不失真電壓輸出時(shí)刻和最大不失真功率輸出時(shí)刻)
- 功放電路按照(功放管的導(dǎo)通角)分為:甲類功放(導(dǎo)通角為360°,三極管較大靜態(tài)功率損耗,效率低,)、乙類功放(導(dǎo)通角180°,靜態(tài)功耗為0,能量轉(zhuǎn)換效率高,輸出失真大)、甲乙類功放(180°~360°之間,靜態(tài)功耗較小,效率較高,失真較大)
- 功率BJT 常處于甲乙類工作狀態(tài)而不處于乙類狀態(tài),這是因甲乙類放大電路(既能夠克服交越失真,還有較高的效率)。三極管存在死區(qū)電壓,輸入信號(hào)幅度越小,失真越明顯
消除交越失真的辦法:二極管提供偏壓、UBE倍增電路提供偏壓 - 兩只場(chǎng)效應(yīng)管不能直接組成復(fù)合管。
- 復(fù)合管的放大倍數(shù)更大,功率大且易于集成。復(fù)合原則:(1)電流流向要一致。 (2)各極電壓必須保證所有管子工作在放大區(qū),保證發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏。
- 一般而言,集成運(yùn)放的共模性能抑制比越大越好。
- 場(chǎng)效應(yīng)管不能構(gòu)成復(fù)合管,由于場(chǎng)效應(yīng)管是電壓放大型器件,能放大電壓不能放大電流,且場(chǎng)效應(yīng)的柵極幾乎不能取電流,不可以作為復(fù)合管第一級(jí)。
- 運(yùn)放的內(nèi)部電路組成:
(1)輸入級(jí):共集-共基組合式差動(dòng)放大電路,以減小溫漂,提高共模抑制比;
(2)中間級(jí):采用有源負(fù)載的復(fù)合管共射放大電路,提供足夠大的電壓放大倍數(shù);
(3)輸出級(jí):采用準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱OCL功率放大電路,向負(fù)載提供足夠的輸出功率;
(4)偏置電路:采用電流源,向各放大級(jí)提供合適的偏置電流。
- 運(yùn)放特點(diǎn):輸入電阻高、輸出電阻低
第四章 負(fù)反饋放大電路
- 對(duì)于放大電路,所謂閉環(huán)是指(輸出與輸入之間有反饋通路)。
- 在輸入量不變的情況下,若引入反饋后(凈輸入量增大),則說明引入的反饋是正反饋。
- 反饋深度是指負(fù)反饋的增益Af=A/(1+AF),其中(1+AF)為開環(huán)放大倍數(shù)與閉環(huán)放大倍數(shù)之比,反映了反饋對(duì)放大電路的影響程度,被稱為反饋深度,A是開環(huán)放大倍數(shù),F是反饋系數(shù)
- 深度負(fù)反饋采用閉環(huán)增益近似為反饋系數(shù)的倒數(shù),也就是輸入量接近反饋量,即1+AF遠(yuǎn)大于1,Af≈1/F。
- 一般反饋網(wǎng)絡(luò)是由無源器件構(gòu)成,其穩(wěn)定性優(yōu)于有源器件,因此,深度負(fù)反饋時(shí)的放大倍數(shù)比較穩(wěn)定。
- Af<A,引入的是負(fù)反饋,Af > A,引入的是正反饋
- 直流負(fù)反饋在電路中的主要作用是(穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn))。
- 引入交流負(fù)反饋的目的是(改善放大電路的動(dòng)態(tài)性能)
- 負(fù)反饋有哪些組態(tài)?應(yīng)該如何判斷?輸出短路法
電壓串聯(lián)負(fù)反饋,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,電流串聯(lián)負(fù)反饋和電流并聯(lián)負(fù)反饋。
判斷電流電壓:使輸出電阻RL兩端電壓為0,若反饋仍存在為電壓負(fù)反饋,反之為電流負(fù)反饋
判斷串聯(lián)并聯(lián):反饋信號(hào)與輸入信號(hào)以電壓相加減的形式出現(xiàn)在輸入端為串聯(lián)反饋(一般接到放大器的兩個(gè)不同輸入端);反饋信號(hào)與輸入信號(hào)以電流相加減的形式出現(xiàn)在輸入端為*并聯(lián)反饋(一般接到放大器的同一輸入端)
正負(fù)判別(瞬時(shí)極性法):斷開反饋支路,輸入信號(hào)與反饋信號(hào)從同一輸入端進(jìn)入放大器
若瞬時(shí)極性相同為正反饋,相反為負(fù)反饋;輸入信號(hào)與反饋信號(hào)從不同輸入端進(jìn)入放大器,若瞬時(shí)極性相同為負(fù)反饋,相反為正反饋。
三極管放大電路的瞬時(shí)極性
?
運(yùn)放分析
?
- 實(shí)現(xiàn)電壓-電流轉(zhuǎn)換,應(yīng)該引入(電流串聯(lián))負(fù)反饋。
- 要穩(wěn)定輸出電壓,必須引電壓負(fù)反饋。
- 電壓串聯(lián)負(fù)反饋:電壓放大
- 電壓并聯(lián)負(fù)反饋:電流轉(zhuǎn)換成電壓
- 電流串聯(lián)負(fù)反饋:電壓轉(zhuǎn)換成電流
- 電流并聯(lián)負(fù)反饋:電流放大。
- 深度負(fù)反饋的放大倍數(shù)分析:虛短虛斷
- 要實(shí)現(xiàn)輸入電阻高、輸出電壓穩(wěn)定,應(yīng)該引入(電壓串聯(lián))負(fù)反饋。
- 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響:
1、提高閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定性:犧牲放大倍數(shù)
2、改善輸入電阻和輸出電阻:串聯(lián)負(fù)反饋增大輸入電阻,減輕輸入電壓源負(fù)擔(dān);并聯(lián)負(fù)反饋減小了輸入電阻,減輕輸入電流源負(fù)擔(dān);電壓負(fù)反饋減小輸出電阻,穩(wěn)定輸出電壓;電流負(fù)反饋增大輸出電阻,穩(wěn)定輸出電流。
3、展寬通頻帶
4、減少非線性失真和抑制環(huán)內(nèi)干擾,對(duì)外來噪聲無能為力
- 多級(jí)放大電路中,反饋過深,可能帶來自激振蕩(三級(jí)或三級(jí)以上)
- 消除自激振蕩的出發(fā)點(diǎn):破壞幅值平衡條件或破壞相位平衡條件。最常的方法是頻率補(bǔ)償法。
第五章 信號(hào)的運(yùn)算與處理
- 為了使運(yùn)放工作于線性狀態(tài),應(yīng)(引入深度負(fù)反饋)。
- 要實(shí)現(xiàn)Au= -50,應(yīng)選用(反相)比例運(yùn)算電路。
- 對(duì)于基本積分電路,當(dāng)其輸入為方波時(shí),其輸出電壓波形為(三角波)。
- 由運(yùn)放組成的對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路,下列說法正確的是( A)。
A.都屬于線性運(yùn)算電路
B.都屬于非線性運(yùn)算電路
C.都處于正反饋工作狀態(tài)
D.都處于是開環(huán)工作狀態(tài)
- 有源低通濾波電路的通帶放大倍數(shù)可以大于1。
- 帶通濾波電路可以由(低通濾波電路和高通濾波電路串聯(lián))組成。
- 理想運(yùn)放工作在線性區(qū)的條件:電路中有負(fù)反饋;理想運(yùn)放工作在非線性區(qū)的條件:運(yùn)放處于開環(huán)或正反饋。
- 為什么反相比例的輸入電阻不高?
利用放大器的虛短路原理,可以列出電路方程。
我們?cè)O(shè)輸入端電壓u1接的輸入電阻是r1,輸出端電壓u0反饋回來,接到r1的電阻是r2,那么u0=-u1r2/r1從這個(gè)式子可以看到要想|u0|很大,那么r1必須很小。所以反向比例運(yùn)算電路輸入電阻很小,是為了能有很大的輸出電壓*。
- 反相求和與同相求和電路各有什么優(yōu)缺點(diǎn)?
反相求和電路
同相求和電路
除輸出極性不同之外,反向求和電路基本沒有共模輸入,輸出精度高;
但是同向求和電路有共模輸入,輸出精度必然受共模輸入影響;
所以,同樣運(yùn)放,同向求和電路輸出精度低于反向求和電路。
同時(shí)在運(yùn)放電路中,同相求和電路的輸入阻抗高,對(duì)前面電路的影響小。
- 積分電路
- 微分電路
- 基本對(duì)數(shù)運(yùn)算電路
缺點(diǎn):
(1)只有當(dāng)ui>0時(shí),電路才能正常工作;
(2)運(yùn)算精度受溫度影響;
(3)小信號(hào)時(shí)運(yùn)算誤差大。
改進(jìn):
減小Is對(duì)運(yùn)算關(guān)系的影響,比如采用集成對(duì)數(shù)運(yùn)算電路。
- 指數(shù)運(yùn)算電路
注意:由運(yùn)放組成的對(duì)數(shù)和反對(duì)數(shù)運(yùn)算電路*都屬于線性運(yùn)算電路 *。 - 有源RC濾波器:如果只用無源器件,如R、L、C組成濾波器,稱為無源濾波器;在無源濾波的基礎(chǔ)上,如果加入有源器件,如集成運(yùn)放,并引入深度負(fù)反饋就可以構(gòu)成有源濾波器。
有 源 RC 濾 波 的 優(yōu) 點(diǎn) :
( 1 )它 不 使 用 電 感 元 件 , 故 體 積 小 , 重 量 輕 , 也 不 必 屏 蔽 。
( 2 ) 有 源 濾 波 電 路 可 以 引 入 電 壓 串 聯(lián) 深 度 負(fù) 反 饋 , 輸 入 阻 抗 高 , 輸 出 阻 抗 低 , 輸 入 與 輸 出 之 間 具 有 良 好 的 隔 離 。 只 要 將 幾 個(gè) 低 階 RC 濾 波 網(wǎng) 絡(luò) 串 聯(lián) 起 來 , 就 可 得 到 高 階 濾 波 電 路 。
( 3 ) 除 了 濾 波 作 用 外 , 還 可 以 放 大 信 號(hào) , 而 且 , 在 調(diào) 節(jié) 電 壓 放 大 倍 數(shù) 時(shí) , 不 會(huì) 影 響 濾 波 特 性 。
有 源 RC 濾 波 的** 缺 點(diǎn) **:
( 1 )不 宜 用 于 高 頻 范 圍 ,
( 2 )也 不 適 合 在 高 壓 或 大 電 流 條 件 下 應(yīng) 用 。
- 有源BPF與有源BEF各是怎樣構(gòu)成的?
BPF高通低通濾波串聯(lián),BEF高通低通濾波器并聯(lián)
六、波形的產(chǎn)生與信號(hào)轉(zhuǎn)換電路
2. 正弦波振蕩電路的組成:
(1)放大電路Au;
(2)正反饋網(wǎng)絡(luò)Fu;
(3)選頻率網(wǎng)絡(luò)——實(shí)現(xiàn)單一頻率的振蕩;
(4)穩(wěn)幅環(huán)節(jié)——使振蕩穩(wěn)定、波形好。
(1)、(2)需要滿足振蕩條件。
(1)RC振蕩器(1kHz~數(shù)百kHz、輸出功率小)
(2)LC振蕩器(幾百kHz以上、輸出功率大)
(3)石英晶體振蕩器(頻率穩(wěn)定度高)
T(jω)>1,為正弦波振蕩器自激振蕩的起振條件。
振蕩的起振條件與平衡條件相應(yīng)的,振蕩器的起振條件又可細(xì)分為起振的振幅條件(|T(jω)|>1)和相位條件(ψ(T)=ψ(K)+ψ(F)+ψ(F’)=±2nπ, n=0,1,2…),其中起振的相位條件即為正反饋條件。
穩(wěn)幅的基本原理就是把信號(hào)放大,要足夠大,再通過限幅方式保證輸出幅度一致,如果限幅后的信號(hào)不滿足要求,則再通過信號(hào)調(diào)理電路來輸出滿足要求的等幅信號(hào)即可。
用雙向穩(wěn)壓二極管穩(wěn)幅是最簡(jiǎn)單的方式。
(1)基本比較器(開環(huán)):
a. 單限比較器(單門限):當(dāng)ui單方向變化時(shí),uo只跳變一次
b. 窗口比較器(雙門限):存在兩個(gè)閾值電壓,一般用于鑒別輸入電壓值是否在某一確定的范圍。
(2)滯回比較器(施密特觸發(fā)器)閉環(huán)。正反饋電路
a. 反相型滯回比較器
b. 同相型滯回比較器
輸 入 增 加 時(shí) , 遇 到 高 閾 值 電 壓 翻 轉(zhuǎn) !
輸 入 減 小 時(shí) , 遇 到 低 閾 值 電 壓 翻 轉(zhuǎn) !
單 限 比 較 器:抗 干擾 能 力 差 !
滯 回 比 較 器:抗 干擾 能 力 強(qiáng)。
時(shí) , 產(chǎn) 生 鋸 齒 波 。
(1)電 信 號(hào) 有 電 壓 信 號(hào) 、 電 流 信 號(hào) 、 交 流 信 號(hào) 、 直 流 信 號(hào) 、 頻 率 信 號(hào) 、 相 位 信 號(hào) 等 多 種 形 態(tài) 。
(2)信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 : 是 指 信 號(hào) 的 形 態(tài) 轉(zhuǎn) 換 , 轉(zhuǎn) 換 后 的 信 號(hào) 與 轉(zhuǎn) 換 前 的 信 號(hào) 有 確 定 的 關(guān) 系 , ==與 所 接 輸 出 負(fù) 載 無 關(guān) ! ==對(duì) 應(yīng) 的 電 路 稱 為 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 電 路 。
(3)為 了 增 加 傳 送 距 離 , 減 少 傳 送 干擾 , 先 將 電 壓 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 成 電流 信 號(hào) 再 傳 送 !
(4)==為 了 增 加 有 線 信 號(hào) 或 無 線 信 號(hào) 的 傳 輸 距 離 ==, 常 將 電 壓 信 號(hào) 轉(zhuǎn) 換 成 電 流 信 號(hào) 或 頻 率 信 號(hào) 。
串 聯(lián) 負(fù) 反 饋 可 以 增 大 放 大 電 路 的 輸 入 電 阻 , 從 而 減 小 輸 入 電 壓 源
的 負(fù) 擔(dān) ;
電 流 負(fù) 反 饋 增 大 放 大 電 路 的 輸 出 電 阻 , 從 而 增 加 放 大 電 路 作 為 電
流 源 的 負(fù) 載 驅(qū) 動(dòng) 能 力 。
并 聯(lián) 負(fù) 反 饋 減 小 放 大 電 路 輸 入 電 阻 , 從 而 減 小 輸 入 電 流 源 的 負(fù) 擔(dān) ;
電 壓 負(fù) 反 饋 減 小 放 大 電 路 的 輸 出 電 阻 , 從 而 增 加 放 大 電 路 作 為 電 壓 源 的
負(fù) 載 驅(qū) 動(dòng) 能 力 。
七、直流穩(wěn)壓電源
整流電路的分類:
(1)單相半波整流電路
整流輸出電壓平均值:Uo(AV)=0.9U2
二極管平均電流:ID=0.45U2/RL
二極管最大反向壓:Udrm=sqrt(2)U2
(2)單相全波整流電路
整流輸出電壓平均值:Uo(AV)=0.9U2
二極管平均電流:ID=0.45U2/RL
二極管最大反向壓:Udrm=2sqrt(2)U2
(3)單相橋式全波整流電路
整流輸出電壓平均值:Uo(AV)=0.9U2
二極管平均電流:ID=0.45*U2/RL
二極管最大反向壓:Udrm=sqrt(2)*U2
濾 波 原 理 : 濾 波 電 路 利 用 儲(chǔ) 能 元 件 電 容 兩 端 的 電 壓 ( 或 通 過 電 感 中 的 電 流 ) 不 能 突 變 的 特 性 , 濾 掉 整 流 電 路 輸 出 電 壓 中 的 交 流 成 份 , 保 留 其 直 流 成 份 , 達(dá) 到 平 滑 輸 出 電 壓 波 形 的 目 的 。
方法:電容濾波(Uo(av)=1.2U2)、電感濾波、復(fù)式濾波。
單相直流穩(wěn)壓電路中,變壓器二次側(cè)電壓的有效值為20V,橋式全波整流電容濾波輸出電壓的平均值為( 24 )V。
穩(wěn)壓:采用穩(wěn)壓管二極管或三極管組成穩(wěn)壓電路,將不穩(wěn)定的直流電壓變換為不隨交流電源電壓波動(dòng)和負(fù)載電流變化而變動(dòng)的穩(wěn)定直流電壓。
直流電源是一種將正弦信號(hào)轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)的波形變換電路。(×),因?yàn)橹绷麟娫?#xff0c;是維持電路中形成穩(wěn)恒電流的裝置。
總結(jié)
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