模电知识点

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学习指导

2.1集成电路运算放大器

集成运算放大器的内部组成单元

运算放大器的电路模型

2.2理想运算放大器

2.3基本线性运放电路

     同相放大器

反相放大器

2.4  同相输入和反相输入放大电路的其他应用

求差电路

仪用放大器

求和放大器

积分电路和微分电路

归纳与推广

2.1 集成电路运算放大器

1、集成运算放大器的内部组成单元

集成电路运算放大器是一种电子器件,它是采用一定制造工艺将大量半导体三极管、电阻、电容等元件及它们之间的连线制作在同一小块单晶硅的芯片上,并具有一定功能的电子电路。它的种类很多,电路也不一致,但在电路结构上有共同之处。图1表示集成电路运算放大器的内部结构框图。输入级由差分放大电路组成,利用它的电路对称性可提高整个电路的性能;中间放大级的主要作用是提高电压增益,它可由一级或多级放大电路组成;输出级的电压增益为1,但能为负载提供一定的功率,电路由正负双电源供电。电路有两个输入端P和N,一个输出端O,三端的电压分别用vpvNvO表示。P、N两端分别称为同相输入端和反相输入端即当P端加入电压信号vp时,在O端得到的输出电压vOvp同相;而当在N端加入电压信号vN时,在O端得到的输出电压vOvN反相。运算放大器的代表符号如图2所示。

图1

图2

2、运算放大器的电路模型

将运算放大器看作一个简化的具有端口特性的标准器件,可以用一个包含输入端口、输出端口和供电电源的电路模型来代表,如图1所示。开环电压增益AVO的值很高,通常可达106甚至更高,输入电阻ri值较大,通常为106Ω或更高。输出电阻rO值较小,通常为100Ω或更低。运算放大器的电压传输特性如图2所示。特性的ab段几乎是一条垂直线,这是因为它的斜率AVO的值很大的缘故,所跨越的范围称为线性区。上下两条水平线分别表示正、负饱和极限值,为非线性区,又称限幅区。

                  

图1

              

图2

2.2  理想运算放大器

由于运放的开环增益很大,输入电阻很大,输出电阻很小,这就启发人们去建立一个近似理想运放的模型,这个模型可归纳如下:

1. vo的饱和极限值等于运放的电源电压VV

2. 运放的开环电压增益很高,若(vPvN)>0   则  vO= +Vom=V

若(vPvN)<0  则  vO= –Vom=V

3. 若V< vO <V   则  (vPvN)®0

4. 输入电阻ri的阻值很高,使  iP≈ 0、iN≈ 0

5. 输出电阻很小, ro ≈ 0

将上述近似理想的运放的性能参数理想化,便可得到如图所示的理想运放的电路模型,其中有:

ri≈∞,ro≈0, Avo→∞,voAvo(vpvN)

2.3基本线性运放电路

2.3.1同相放大器

1.基本电路

电路如图1所示,输入信号vi加在同相输入端上,所以称为同相放大器

                         图1

2. 负反馈的基本概念

反馈是将放大电路输出量,通过某种方式回送到输入回路的过程。理想运放输出与输入的关系为voAvo (vpvn),引入反馈后 vn¹ 0,vp(vi)不变→ (vpvn)↓→ vo↓,使输出减小了,增益Avvo/vi下降了,这时的反馈称为负反馈。

3. 虚假短路

图1电路中输出通过负反馈的作用,使vn自动地跟踪vp,即vpvn,或vpvn≈0。这种现象称为虚假短路,简称虚短;由于运放的输入电阻ri很大,所以运放两输入端之间的电流有:ip=-in = (vpvn) / ri ≈0,这种现象称为虚断。

    由运放引入负反馈而得到的虚短和虚断两个重要概念是分析由运放组成的各种线性应用电路的利器,必须熟练掌握

4. 几项技术指标的近似计算

(1)电压增益Av

在图1电路中,根据虚短和虚断的概念有 vpvn,  ip=-in=0,所以

上式可作为公式直接使用。

(2)输入电阻Ri

由输入电阻的定义,根据虚短和虚断的概念,有vpvn,  ip=-in=0,所以

(3)输出电阻Ro→0

5. 电压跟随器

在图1电路中,令R1→∞,R2=0,则得图2所示的电路。根据虚短的概念有vo= vnvp,所以,此式可作为公式直接使用。由于输出电压与输入电压大小相等、相位相同,因此该电路称为电压跟随器。虽然此电路电压增益为1,但其输入电阻Ri→∞, 输出电阻RO=0,故在电路中常作为阻抗变换器或缓冲器来使用。

图2

2.3.2反相放大电路

1. 基本电路

电路如图所示,输入信号vi加在反相输入端上,所以称为反相放大器

2. 几项技术指标的近似计算

(1)电压增益Av

根据虚短和虚断的概念有vnvp=0,ii=0,所以i1i2

(2)输入电阻Ri

(3)输出电阻 Ro→0

2.4  同相输入和反相输入放大电路的其他应用

2.4.1  求差电路

下图所示电路是用来实现两个电压vi1vi2相减的求差电路,又称差分放大电路。从结构上看,它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。在理想运放条件下,根据虚短、虚断和N、P点的KCL得:

 当,则         

若继续有,则,从放大器角度看,增益为。该电路也称为差分电路或减法电路。

2.4.2  仪用放大器

仪用放大器电路如图所示。由图可知,它是由运放A1、A2按同相输入接法组成第一级差分放大电路,运放A3组成第二级差分放大电路。在第一级电路中,v1v2分别加到A1和A2的同相端,R1和两个R2组成反馈网络,引入了负反馈,两运放A1、A2的两输入端形成虚短和虚断,因而有vR1= v1v2,且

故得

所以

于是电路的电压增益为

在仪用放大器中,通常R2、R3、R4为给定值,R1用可变电阻代替,调节R1的值,即可改变电压增益。目前,这种仪用放大器已有多种型号的单片集成电路产品,在测量系统中应用很广。

2.4.3求和放大器

如果要将两个电压vi1vi2相加,可以利用下图求和电路来实现。这个电路接成反相输入的放大电路,根据虚短、虚断的概念,利用vnvp=0,i1+ i2= i3

若R1=R2=R3,则,在输出端再接一级反相电路,则可消去负号,实现完全符合常规的算术加法。另外此电路可以扩展到多个输入电压相加,该电路也称为加法电路

2.4.4积分电路和微分电路

1.积分电路

积分是一种常见的数学运算,这里讨论的是模拟积分。电路如图所示,利用虚短和虚断的概念有vNvp=0,ii=0,,因此有i1i2=i电容器被充电,其充电电流为i2,设电容器C的初始电压为零,则

上式表明,输出电压为输入电压对时间的积分,负号表示vOvI在相位上是相反的。

2. 微分电路

将图2.4.4所示电路中的电阻和电容元件对换位置,并选取比较小的时间常数RC,便得到图2.4.5所示的微分电路。这个电路同样存在虚地,vNvp=0和ii=0,i1i

设电容器C的初始电压为零,当信号电压vI接入后,便有

上式表明,输出电压vO正比于输入电压vI对时间的微分,负号表示它们的相位相反。微分电路的应用是很广泛的,在线性系统中,除了可作微分运算外,在数字电路中,常用作波形变换。

归纳与推广

以上分析了求和、求差、积分、微分等运算电路。在这些电路中是图2.4.6中的Z1和Z2用简单的R、C元件代替组成的。一般说来,它们可以是R、L、C元件的串联或并联组合。应用拉氏变换,输出电压为

这是反相运算电路的一般数学表达式。改变Z1(S)和Z2(S)的形式,即可实现各种不同的数学运算。

                         

 

第二篇:模电课程知识点

《电子技术》课程综述

一、模拟电子技术课程的地位

《电子技术》课程包括《模拟电子技术》和《数字电子技术》。 《电子技术》是自动化、电气、电子、信息、检测、机电等专业的主干课程。它与高等数学、普通物理、电路和计算机基础紧密连接,广泛地融会于自动化专业几十门后续课程之中:电力电子技术、微机原理与应用、信号与系统、自动控制原理、电机与拖动、电子技术应用实训、电子工艺实习、课程设计、毕业设计等各实践环节、单片机原理与接口技术、检测与转换技术、电力拖动运动控制、电器设备控制技术、计算机控制技术、电力拖动运动控制、电气设备控制技术、计算机控制技术、供配电技术、PLC原理及应用、机床数控技术、虚拟电子线路与仿真、机电一体化技术、数字信号处理技术、传感器原理与应用、控制装置与仪表、机电传动控制、机械设备数控技术、检测技术与信号处理、自动化机械设计、光电一体化系统设计、光电技术与系统、数控原理与编程、机床电气控制与PLC、现代传感与检测技术等专业课程和专业实训、实习中。

它在工程技术中应用极为广泛:家用电器、办公电器、科学研究、文化教育、日常生活、工业、农业、国防、航空航天、遥感遥测等。因此,它既是这些专业的必修和必考课程,也是这些专业考研得常考课程,还是应聘上述各专业岗位的主要面试内容。

二、《模拟电子技术》

课程的主要内容和需要掌握的知识点

第一部分 基本概念和基本分析方法

第1章 绪论,分为5节,讲授1-3节;主要介绍信号、模拟信号、模拟电路等概念。

本章需要掌握的主要知识点:信号的分类、模拟信号、模拟电路,模拟电子技术为什么选择正弦信号作为研究对象? 学习方法:攻其一点——信号,不计其余。

难点提醒:本章其它内容暂不必考虑,我们将其分散到各章相关

内容中详细讲解和讨论。

第2章 运算放大器,分为5节,讲授1-4节,主要介绍集成运放的基本概念、集成运放线性应用电路的分析等。 本章需要掌握的主要知识点:

理想集成运放的含义;

虚短、虚断和虚地概念;

同相运放、反相运放、加法运算和减法运算等电路的输出电压与输入电压的关系。

学习方法:用“理想”代替“现实”,运用“两虚”和“KCL”分析运放输出电压和输入电压的运算关系(比例关系、通向与反相关系,加、减、微分和积分关系等)。

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难点提醒:

①何时存在“虚地”?

②集成运放芯片内部电路为何不要进行分析?

③由教材分析可见,各种运算结果似与集成运放芯片无关,那么,运放芯片是否可以去掉?

第3章 二极管及其基本电路,分为6节,讲授1-5节,主要介绍半导体的基本知识、PN结、二极管和二极管电路。 本章需要掌握的主要知识点:

N型和P型半导体的形成、多子与少子;

PN结与二极管的基本特性——单向导电性;

导通电压、死区电压和反向击穿电压;

二极管电路的4种模型;

二极管整流、限幅、稳压等应用电路及其分析方法。稳压管的稳压条件、稳压管的稳压原理。

学习方法:以二极管的单向导电性和四种等效模型为依据,分析各种二极管基本应用电路输出量与输入量的关系。

难点提醒:紧紧抓住二极管的单向导电性和四种等效模型,灵活

应用于各个具体电路的分析中。

第4章 双极结型三极管及放大电路基础,分为9节,详细讲授前5节,简介4.6和4.7节。主要介绍BJT的结构、内部导电机 3

制、内部电流分配关系,三极管的参数和特性;共发射极电路、共集电极电路和共基极电路的放大条件,工作原理和分析方法。比较上述三种组态放大电路的性能特点及其使用场合;定性解析放大电路的幅频响应、相频相应、低通电路、高通电路、波特图、带宽等概念,分别弄懂影响电路低频相应和高频相应的器件。 本章需要掌握的主要知识点:

BJT的结构、内部导电机制、内部电流分配关系;

三极管工作在不同区域的条件和特点;

共发、共集和共基极电路的分析方法;

静态工作点的作用和计算;

电压增益、输入电阻和输出电阻的计算;

共发、共集和共基三种组态放大电路的性能特点;

低通电路、高通电路、波特图、带宽、截止频率等概念。 学习方法:

1.弄懂两个关系:

a.三极管内部载流子的运行和分配,是理解放大电路工作原理的基础;

b.只有设置合适的直流(静态)工作点,三极管电路才能成为放大电路;若只接入直流电源而不接入信号源,三极管电路的放大作用则是一句空话。

2.理解三种三极管电路的结构、直流和交流工作原理;分析每种电路的三个基本参数;区分每种电路的特点和应用场合。 4

难点提醒:三个电极电流的大小和相位关系、三种电路输出电量

和输入电量的大小和相位关系、为什么要设置静态工

作点、每个放大电路为什么要使用交、直流两个电源

等问题,务必理解清楚。

第5章 场效应管放大电路,分为6节,其中5.4和5.6节自学。本章主要介绍MOSFET的种类,N沟道和P沟道MOS管的结构、导电机制及主要参数;讨论MOSFET放大电路的静态工作原理和动态参数计算,所用的分析方法与第4章所述内容相似,望进行对比学习,以收事半功倍之功效。

结型FET也是本章介绍的主要内容之一,其结构、工作原理、特性、参数和电路的构成、放大过程的分析与计算,与MOSFET电路有相似之处,但重点应注意其与前者的不同之处。

第4章所讨论的近似估算法、图解法和小信号模型法等3种分析方法,都可运用来分析本章的放大电路,望多加注意这一点。 除此之外,还应注意两个方面的问题:一是对各种放大电路进行性能比较,找出共性和特点,以便因地制宜,碰到不同的工程实际情况,运用不同组态的放大电路。二是对场效应管而言,在选择、使用和存放中,要比晶体三极管更加小心,以免损坏这种娇生惯养的FET器件!以上各点便是本章应掌握的知识点。 本章需要掌握的主要知识点:

MOSFET、JFET的种类及控制关系;

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NMOS管和PMOS管的工作条件;

NMOS管和PMOS管三个工作区域的划分;

场效应管放大电路的基本分析方法。

学习方法:利用第三章所学知识与分析方法,进行对比学习。 难点提醒:虽然分析方法也是第四章所用的方法,但场效应三极

管与双极结型三极管在结构、内部导电机制、特性曲

线、放大条件、Q点设置、电路模型、所求参数等方

面是有差别的,必须细心区分。

第6章 模拟集成电路

本章与第二章实属同一内容,之所以单独讲述,是因为两个特殊的技术需要强调和详细研究,即直流偏置技术和零点漂移抑制技术。因为模拟集成电路是高放大倍数的直接耦合的多级放大器,其内部所需直流偏置电流很小且要求十分稳定,故一方面需要用一种特殊的偏置电路来供电,这就是利用专门的直流偏置技术设计出来的各种电流源电路;另一方面需要将电源的波动、温度的变化、元器件的更换与老化等所带来的静态工作点的变化(简称零点漂移或零漂)尽量缩小,达到没有信号输入时便没有信号输出这种正常工作状态,这就需要对内部电路采取特殊措施,从源头上抑制零漂,差动放大器就是为了抑制零漂而引入的。 本章需要掌握的主要知识点:

电流源的种类、电流源在模拟集成电路中的用途;

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差模信号、共模信号、共模抑制比等概念的含义;

差分式放大器的种类、抑制零点漂移的原理;

4类差动放大器的主要参数计算;

实际集成运放的组成部分(5个)。

学习方法:

由“mini”和“perfect”出发去思考本章各节内容;将第二章作为本章的基本应用电路一起思考。

难点提醒:1.为何要花这么多的心思来研发微电流技术?

2.为何要花这么多的心思来研发差分式放大电路?

3.为何要花这么多的心思来研究防干扰技术?

这三个问题是理解本章全部内容的逻辑主线。

第7章 反馈放大电路

本章分为9节,详细讲授7.1~7.5节,简介7.6~7.8节,重点是7.1、7.2、7.4和7.5节。本章由反馈的基本概念开始,分别讨论了各类反馈的识别、4种反馈组态的判断、负反馈对电路性能的影响、深度负反馈电路电压放大倍数的计算,以及引入负反馈的一般原则。

本章需要掌握的主要知识点:

反馈的定义;;

反馈电路的种类(电压/电流反馈、交流/直流反馈、正/负反馈、

串联/并联反馈);

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分别用什么方法来判断这些反馈电路?

负反馈对电路增益、输出量、输入/输出电阻、抑制噪声和干扰、减少非线性失真等有何影响?

怎样根据式(7.3.5)来划分负反馈电路的种类?

什么情况下引入什么样的反馈才合适?

学习方法:

抓住反馈电路的定义,判断反馈电路组态的类型,弄懂反馈电路的意义,计算反馈电路的参数,分析反溃电路的特性,探索反馈电路的应用。

难点提醒:反馈电路组态的判断,反馈电路设计思想的应用。前

者是基础,后者是提高。

第8章 功率放大电路,分为6节,详细讲授8.1~8.4节,简介

8.5节,重点是双电源乙类功放电路的计算、甲乙类功放的原理分析。

本章需要掌握的主要知识点:

功放的特殊问题,功放的种类、功放的导通角、功放追求的 主要性能指标——尽可能大的输出功率、尽可能大的电能转 换效率和尽可能小的非线性失真。

甲类、乙类和甲乙类功放电路的划分及工作原理;

乙类功放的主要计算方法、优点和缺点;

实用甲乙类功放电路的中功放管的选择。

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学习方法:

“又要马儿长得好,又要马儿少吃草” ——怎样实现资源的 效率最大化?本章就是实现这一理想的典型实例

难点提醒:单电源甲乙类功放电路的设计思路;集成功放保护电

路的设计思路。

第9章 信号处理与信号产生电路分为9节,详细讲授9.1、9.2、

9.5、9.6和9.7节,简介9.4和9.8节。其中要求定性理解9.1和

9.2节的基本内容,了解9.4节的滤波思路;掌握9.5、9.6和9.7节各类正弦波振荡电路的工作原理和分析方法等。

本章要求掌握的主要知识点:

无源滤波与有源滤波、通带与阻带等概念;

有源滤波电路的种类;

正弦波振荡电路的定义;

正弦波振荡电路的组成部分、振荡条件、种类与特点; 能否起振、稳幅原理;

谐振频率的计算节;

石英晶体振荡器的主要特点。

学习方法:

如何使信号纯净(频率单一)?有源滤波便是常用方法之一。利用RC电路的各种特性(阻直通交、微分、积分等),将无效频段的信号尽量阻挡,让有效频段的信号尽量通过。沿着这条思 9

路方能理解9.1_——9.4节的设计思想。

如何产生正弦信号?利用第七章“自激振荡能无中生有——没有正弦波输入却有正弦波输出”的观点,用正反馈构成自激振荡电路、用RC、LC和石英晶体选出微弱的正弦信号,用放大器来放大和控制这种信号,便得到人们所需要的不同频率不同幅度的正弦波信号。

难点提醒:反馈条件的判断;起振和稳定过程的理解。

第10章 直流稳压电源,分为4节,详细讲授10.1和10.2节,简介10.3节。本章首先介绍常用桥式整流电路和无源滤波电路的工作原理、参数计算、整流和滤波元器件的选择,引起直流电源不稳定的主要因素;重点讨论串联反馈式直流稳压电源的结构、稳压过程、三端集成稳压器的用途等。

本章需要掌握的主要知识点:

直流稳压电源的组成部分及各部分的作用;

整流、滤波电路的原理和参数计算、整流管的选择; 影响直流稳压电源电压不稳定的主要因素;

串联型直流稳压电源的组成部分;

三端集成稳压器的组成部分、系列产品等。

学习方法:

直流稳压电源电路通常由四部分组成,逐一理解各部分的工作原理;然后将分立元件电路集成化,再针对重要元器件加入相 10

应的保护电路即可。

若要提高直流稳压电源电路的效率,可自学10.3节开关式稳压电路部分。

难点提醒:串联反馈式稳压电路的工作原理,集成稳压电路中的

保护措施。

全书重点为第2、4、5、7、9、10章,难点是集成运放、BJT放大、FET放大、负反馈的判断与深度负反馈的计算、振荡器的起振判断。

希望结合教材例题和作业,深刻理解各章的基本概念、基本分析方法,切实弄懂上述内容。

第二部分:考核参考题型

包括填空、判断、选择、简答、画图和分析计算题。 题型结构如下:

一、填空题(每小题 分,共计 分)

1. 整流二极管的整流作用是利用PN结的 特性。

2. N沟道耗尽型MOS场效应管既可以在 条件下又可以 在 条件下工作。

3. 在乙类双电源互补对称功率放大电路中,已知VCC = 12V,RL = 8Ω,

vi为正弦波,则负载上可得到的最大输出功率为 W。

二、单项选择题(每空 分,共 分)

1. P型半导体中的少子是 。

A. 空穴 B. 电子 C. 正离子 D. 负离子

2. 结型场效应管属于 场效应管 。

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A. 耗尽型 B. 增强型 C. PNP型 D.NPN型 3. 从结构上说,正弦波振荡器中振荡频率稳定度最高的是 振荡器A. RC B.电感三点式 C. 电容三点式 D.石英晶体

三、判断题

1. 若要设计一个输出功率为10W的甲乙类互补对称功率放大器,则应选择PCM至少为多少瓦的功率管多少只。 ( )

2. 试判断其反馈类型及极性。( )

3. 测得放大状态中三极管管脚的直流电位如图所示,试判别:( ) 三个管脚的电极名称,是硅管还是锗管,是NPN型还是PNP型管。

四、计算题(每小题 分,共 分) 1、? = 100,RS= 1 k?,RB1= 62 k?,

RB2= 20 k?, RC= 3 k?,RE = 1.5 k?

模电课程知识点

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RL= 5.6 k?,VCC = 15 V。

(1)试求“Q”点; (2)画小信号等效电路。 (3)试计算Au、Ri和R0.

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2、直流稳压电源中的桥式整流电容滤波电路如图所示,正弦交流电源为 220V、50Hz

模电课程知识点

电压Uo=45V,负载电流I

模电课程知识点

L=(1)试求U2; (2)试选择整流二极管; (3)若断开电容器的连线,试画出

整流后的电压波形; (4)若有一个整流二极管开路,且

同时断开电容器的连线,试画 出此时的输出电压波形。

3. (1(2)试求闭环电压放大倍数u0∕ui2;

(3)若ui1、和ui23分别为100mV和50Mv,

五、简答题

1放大电路一般都要设置静态工作点,这是为什么?

2.模拟集成电路中为什么要使用差分式放大电路?

第三部分:教材上的基本分析与计算参考题

1. 基本电路的分析与计算(如习2.3.2 例4.4.1 例4.5.1

例5.2.6 习5.3.6 习8.3.2 图10.1.1 等).

2. 反馈电路的判断 (如例7.1.2 例7.1.5 图7.2.4

实验电路5-1图 图9.6.1 图9.7.7 例9.7.1 习9.7.1等).

3.是非分析(如运放何时存在“两虚”, 各种放大器能放大何种信号,三极管和场效应管分别是何种极型的器件,负反馈的 13

稳定对象,振荡器的起振条件,负反馈与输入输出电阻的关系,何种元器件能整流或滤波等)

4.基本概念(如理想运放的指标,特殊二极管的作用,载流子与掺杂及温度的关系, 三极管的导通条件,三极管类型的判别,各类放大电路的特点,放大器通频带的划分依据,放大倍数与频率的关系,耦合电容 旁路电容和极间电容与放大器频率响应的关系,场效应管的导通条件, 场效应管相对于三极管的优点,电流源的基本作用,电流源的直流电阻于交流电阻,负反馈与放大器性能的关系,工程应用对功放的基本要求,各类功放导通角或导通时间,各类理想滤波电路的功能,有源滤波电路允许通过的频率范围,电压比较器的作用,整流电路的功能,电压比较器和迟滞比较器的抗干扰能力, 集成稳压器的种类及其输出电压的极性等)

2009.12.00

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