1、模拟电子技术模拟电子技术全册配套课件全册配套课件绪论绪论电子技术的应用电子技术的应用 电子技术发展迅速，应用广泛！飞机等国防科技：雷达、登月探测器、火箭、电子技术的应用电子技术的应用交通：火车、汽车、飞机、轮船等广播通信：发射机、接收机、程控交换机、手机、电话等电子技术的应用电子技术的应用网络：路由器、ATM交换机、收发器、调制解调器等工业：钢铁、石油化工、机加工、数控机床等医学：刀、CT、B超、微创手术等消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统等电子技术的发展电子技术的发展n 1904年年 电子管问世电子管问世n 1947年年 贝尔实
2、验室制成第一只晶体管贝尔实验室制成第一只晶体管n 1958年年 集成电路集成电路n 1969年年 大规模集成电路大规模集成电路n 1975年年 超大规模集成电路超大规模集成电路 第一片集成电路只有第一片集成电路只有4个晶体管，而个晶体管，而1997年一片集成电路年一片集成电路中有中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍倍/6年年的速度增长，到的速度增长，到2015或或2020年达到饱和。年达到饱和。学习电子技术方面的课程需时刻关注电子技术的发展！ 电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展上。课程特点及研究内容课程特点及研究内容模拟电子技术是专
3、业核心课程，是入门性质技术基础课2. 研究内容 以器件为基础、处理信号为目的、研究各种模拟电子电路的工作原理、特点及性能指标。1. 特点（1）非纯理论性课程（2）实践性很强 常用电子仪器的使用方法、电子电路的测试方法、故障的判断与排除方法（3）以工程实践的观点来处理电路中的一些问题 例如：实际工程在满足基本性能指标的前提下容许存在一定的误差范围，定量分析为“估算”，近似分析要“合理”，不同条件下构造不同模型等。先修基础知识先修基础知识 大学数学 大学物理 电路理论基础先修基础知识（电路理论基础）先修基础知识（电路理论基础）1. 1. 电信号源的电路表达形式电信号源的电路表达形式sissRiv
4、电电子子系系统统Rsi+ +- -vS电压源等效电路电压源等效电路电流源等效电路电流源等效电路电电子子系系统统RsiiS戴戴维维宁宁诺诺顿顿转换转换2. 基尔霍夫电流定律：在任何时刻，电路中流入任一节点中的电流之和，恒等于从该节点流出的电流之和。3. 基尔霍夫电压定律：沿着闭合回路所有元件两端的电势差（电压）的代数和等于零。教学内容教学内容第1章 运算放大器及其线性应用 第2章 半导体二极管及直流稳压电源第3章 晶体三极管及其基本放大电路第4章 场效应管及其基本放大电路第5章 多级放大电路与集成运算放大器单元电路第7章 负反馈放大电路 第8章 波形产生电路课程的目的课程的目的 本课程通过对常用
5、电子元器件、模拟电路及其系统的分析和设计的学习，获得以下能力： 1.掌握基本概念、基本电路、基本方法和基本实验技能。 2.具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展的能力，以及将所学知识用于本专业的能力。如何学习这门课程如何学习这门课程1. 掌握掌握基本概念、基本电路和基本分析方法基本概念、基本电路和基本分析方法 基本概念：基本概念：概念是不变的，应用是灵活的，概念是不变的，应用是灵活的， “万变不离其宗万变不离其宗”。 基本电路：基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种多样的。构成的原则是不变的，具体电路是多种多样的。 基本分析方法：基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标和描述方法，
6、不同类型的电路有不同的性能指标和描述方法，因而有不同的分析方法。因而有不同的分析方法。2. 注意定性分析和近似分析的重要性注意定性分析和近似分析的重要性 3. 学会辩证、全面地分析电子电路中的问题学会辩证、全面地分析电子电路中的问题 根据需求，根据需求，最适用的电路最适用的电路才是最好的电路。才是最好的电路。 要研究利弊关系，通常要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊有一利必有一弊”。4.电子电路归根结底是电路，电子电路归根结底是电路，注意电路中常用定理在电子电路中的应用注意电路中常用定理在电子电路中的应用教材教材查丽斌、张凤霞主编，模拟电子技术，电子工业出版社-14- 3. 陈大钦主编，电子技
7、术基础（模拟部分）重点难点题解指导考研指南，高等教育出版社参考书参考书 1. 华成英、童诗白主编，模拟电子技术基础（第四版），高等教育出版社 2. 康华光主编，电子技术基础模拟部分（第五版），高等教育出版社考核方式考核方式 课堂表现占总成绩20（出勤、作业）作业： 每节课后做相应的题目、每章交一次 沿虚线撕下、订好、写上名字 教学实验占总成绩20（出勤、动手实验） 闭卷考试占总成绩60第1章 模拟集成运算放大电路第1章 模拟集成运算放大电路1.1 放大电路概述及其主要性能指标1.2 集成电路运算放大器1.3 理想集成运算放大器1.4 基本运算电路1.5 集成运放的单电源供电模拟信号和模拟电路1
8、. 电子电路中信号的分类电子电路中信号的分类任何瞬间的任何任何瞬间的任何值均是有意义值均是有意义 的的数字信号数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号（离散性）：在时间和幅值上都是离散的信号（离散性）2. 模拟电路模拟电路 处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。 最基本的处理是对信号的放大，有功能和性能各异的放大电路。最基本的处理是对信号的放大，有功能和性能各异的放大电路。 其它模拟电路多以放大电路为基础。其它模拟电路多以放大电路为基础。模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号（连续性）模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号（连续性）1.1 放大电路概述及其主要性
9、能指标放大电路概述及其主要性能指标 大多数物理量为模拟信号，如温度、压力、声音等。这些物理量经过传感器将非电量转换为电量，即电信号，然后对该电信号进行处理。话筒输出的某一段信号的波形，电压仅毫伏量级话筒输出的某一段信号的波形，电压仅毫伏量级 传感器输出的电信号通常是很微弱，对这些过于微弱的信号，既无法直接显示，也很难作进一步分析处理，因而需要放大器将其放大。一、放大电路概述一、放大电路概述VCC扩音机示意图扩音机示意图一、放大电路概述一、放大电路概述 放大的本质：能量的控制和转换，利用有源元件实现放大的本质：能量的控制和转换，利用有源元件实现至少一路直流电源供至少一路直流电源供电，是能源电，是
10、能源判断电路能否放大的基本出发点判断电路能否放大的基本出发点 放大的特征：功率放大放大的特征：功率放大 放大的基本要求：不失真放大的基本要求：不失真放大的前提放大的前提能够控制能量的元件，能够控制能量的元件，如晶体管、场效应管如晶体管、场效应管VCC 信号源（传感器输信号源（传感器输出的电信号）出的电信号）负载（终端执行器件，负载（终端执行器件，如继电器、仪表、扬如继电器、仪表、扬声器等）声器等）由集成电路或晶体管、场效应管等组成的双由集成电路或晶体管、场效应管等组成的双口网络，一个信号输入口，一个信号输出口口网络，一个信号输入口，一个信号输出口 放大的对象：变化量放大的对象：变化量 二、二、
11、 放大电路的方框图及其主要性能指标放大电路的方框图及其主要性能指标1. 1. 放大倍数：输出量与输入量之比放大倍数：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入电压输入电流输入电流输出输出电压电压输出输出电流电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。iouuuUUAA ioiiiIIAA ouiirUAAIoiuigIAAU工程上常用分贝表示电压增益和电流增益工程上常用分贝表示电压增益和电流增益)(lg20)(dBAdBAuu)(lg20)(dBAdBAi
12、i2. 输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻将输出等效成将输出等效成有内阻的电压有内阻的电压源，内阻就是源，内阻就是输出电阻输出电阻LooLoooo)1(RUURUUUR 带带RL时的输出时的输出电压有效值电压有效值SSRUUUIUR)(iiiii输入电压与输入电压与输入电流有输入电流有效值之比效值之比从输入端从输入端看进去的看进去的等效电阻等效电阻空载时输出空载时输出电压有效值电压有效值 二、二、 放大电路的方框图及其主要性能指标放大电路的方框图及其主要性能指标3、通频带、通频带 由于电容、电感及半导体元件的电容效应，使放大电路在由于电容、电感及半导体元件的电容效应，使放大电路在信号频率较低
13、和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率下限频率上限频率上限频率LHbwfff 二、二、 放大电路的方框图及其主要性能指标放大电路的方框图及其主要性能指标4、最大不失真输出电压最大不失真输出电压U Uomaxomax（交流有效值）。（交流有效值）。两个两个输入端输入端一个一个输出端输出端 集成运算放大电路因最初为实现信号的运算而得名。集成运算放大电路因最初为实现信号的运算而得名。若将集成运放看成若将集成运放看成为一个为一个“黑盒子黑盒子”，则可等效为一个双
14、端输入、单端输出的差分放大电路。，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。1.2 集成电路运算放大器集成电路运算放大器1. 集成电路运算放大器的内部组成单元集成电路运算放大器的内部组成单元同相输入端反相输入端极性相同极性相同极性相反极性相反1.2 集成电路运算放大器集成电路运算放大器集成运放电路四个组成部分的作用集成运放电路四个组成部分的作用多采用差分放大电路。要求输入电阻多采用差分放大电路。要求输入电阻Ri很大很大，差模放大倍数差模放大倍数Ad很大很大，共模放大倍数共模放大倍数Ac很小很小。多采用共射多采用共射（或共源）（或共源）放大电路。要求有足够的放大能力。放大电路。要求有足够的
15、放大能力。多采用互补输出多采用互补输出电路电路。要求。要求输出电阻输出电阻 Ro 很小很小，最大不失真输，最大不失真输出电压尽可能大。出电压尽可能大。采用电流源电路，为各级放大电路设置合适的静态工作点。采用电流源电路，为各级放大电路设置合适的静态工作点。集成运放性能高：集成运放性能高：输入电阻很大、输出电阻很小、差模放大倍数很大、共输入电阻很大、输出电阻很小、差模放大倍数很大、共模放大倍数很小、频带很宽、受温度的影响很小模放大倍数很小、频带很宽、受温度的影响很小集成运算放大器是电压放大器，可用双口网络来表示。集成运算放大器是电压放大器，可用双口网络来表示。 输入电阻输入电阻 输出电阻输出电阻
16、开环电压开环电压放大倍数放大倍数 2集成运算放大器的电路模型集成运算放大器的电路模型通常：通常： 开环电压增益开环电压增益 Aod 105 （很高）（很高） 输入电阻输入电阻 rid 106 （很大）（很大） 输出电阻输出电阻 ro 100 （很小）（很小） )(uuAuAuodidodo)(CCoCCVuV3电压传输特性：输出电压与输入电压的关系曲线电压传输特性：输出电压与输入电压的关系曲线线性区线性区斜率为斜率为Aod非线性区，输出不是高电非线性区，输出不是高电平平+UOM就是低电平就是低电平-UOM若若UOM= 14V，Aod=5 105，则为保证集成运放工作在线，则为保证集成运放工作在
17、线性区，输入信号的范围为多少？性区，输入信号的范围为多少？|u+-u-|28V)()(uufufuidoCCodVuuA)(当当时时)(uuAuAuodidodoCCoCCVuVOMoUuCCodVuuA)(当当时时OMoUu当当时时UOM的值取决于什么？的值取决于什么？UOM VCC1.3 理想集成运算放大器理想集成运算放大器n 一、理想运放的参数：一、理想运放的参数： 输入电阻输入电阻rid=、 输出电阻输出电阻ro=0、 开环增益开环增益Aod=、 转换速率转换速率SR= 、 频带无限宽、温度对参数无影响频带无限宽、温度对参数无影响问题：问题：1. 若将输入信号直接加在理想运放若将输入信
18、号直接加在理想运放的输入端，则理想运放有可能工的输入端，则理想运放有可能工作在线性区吗？作在线性区吗？2. 负载电阻的阻值变化时，理想运负载电阻的阻值变化时，理想运放的输出电压变化吗？为什么？放的输出电压变化吗？为什么？理想运放的理想运放的符号符号与与简简化电路模型化电路模型如图所示如图所示(不能，不能， 因因Aod=，需引入负反馈，需引入负反馈)(不变，输出等效为恒压源不变，输出等效为恒压源)线性区线性区有限值有限值无穷大无穷大无穷小无穷小为使理想运放工作在线性区，为使理想运放工作在线性区，则必须加外部电路，引入负反则必须加外部电路，引入负反馈，使得馈，使得 。反馈反馈：将放大电路的输出量通
19、过一定的方式引回到输入端来：将放大电路的输出量通过一定的方式引回到输入端来影响输入量，称为反馈。影响输入量，称为反馈。正、负反馈正、负反馈：若反馈的结果使输出量的变化增大，则称为正：若反馈的结果使输出量的变化增大，则称为正反馈；若反馈的结果使输出量的变化减小，则称为负反馈。反馈；若反馈的结果使输出量的变化减小，则称为负反馈。UO U_ UO 集成运放引入负反馈集成运放引入负反馈二、理想运放工作在线性区的特点二、理想运放工作在线性区的特点Ood+-()uAuu0uu反馈通路，采反馈通路，采用无源网络用无源网络由于由于UO为有限值，为有限值，Aod，因而净输入电压因而净输入电压Uid=U+U_0，
20、即，即IUid/rid ，Uid=0，输入电，输入电阻阻rid=，因此两个输入端的，因此两个输入端的输入电流均为零，即输入电流均为零，即U+U-虚短路虚短路I+I_Uid/rid0虚断路虚断路 “虚短虚短”和和“虚断虚断”是分析工作在线性区的集成运放是分析工作在线性区的集成运放的应用电路的两个基本出发点。的应用电路的两个基本出发点。二、理想运放工作在线性区的特点二、理想运放工作在线性区的特点线性区线性区有限值有限值无穷大无穷大Ood+-()uAuu三、理想运放工作在非线性区的特点三、理想运放工作在非线性区的特点 电路特征电路特征 理想运放工作在开环状态理想运放工作在开环状态引入正反馈，使其输出
21、量的变化增大引入正反馈，使其输出量的变化增大开环开环这两种情况，运放均这两种情况，运放均工作在非线性区工作在非线性区 正反馈正反馈无穷大无穷大Ood+-()uAuu三、理想运放工作在非线性区的特点三、理想运放工作在非线性区的特点OHoOLUUUUUUU 输出电压只有高、低两种电平输出电压只有高、低两种电平因为输入电阻为无穷大，所以两个输入端的输入电流均因为输入电阻为无穷大，所以两个输入端的输入电流均为零，即为零，即I+I_0 虚断路虚断路工作在非线性区的理想运放仍具有工作在非线性区的理想运放仍具有“虚断虚断”的特点，的特点，但一般不具有但一般不具有“虚短虚短”的特点。的特点。 电压传输特性电压
22、传输特性 无穷大无穷大Ood+-()uAuu一、比例运算电路一、比例运算电路1.4 基本运算电路基本运算电路foi1RUUR 1) 电路的输入电阻为多少？电路的输入电阻为多少？ 2) Rp？为什么？为什么？虚地虚地1. 1. 反相输入反相输入Rp=RRf3) 若要若要Ri100k，比例系数为，比例系数为10，Rf？保证输入级的对称性保证输入级的对称性4) 若要用反相输入比例运算电路做放大电路，则若要用反相输入比例运算电路做放大电路，则Au=？1fII0UUi11UIRoffUIR R1闭环电闭环电压放大压放大倍数倍数Auf5) R R1 1=R=Rf f时，时，A Aufuf=-1=-1，称为
23、反相器，称为反相器foi1(1)RUUR 运算关系的分析方运算关系的分析方法：节点电流法法：节点电流法输入电阻为多少？输入电阻为多少？AufiUUU0II一、比例运算电路一、比例运算电路1fioi1f0 ,UUUIIRR 2. 同相输入同相输入 OiUUUUio?RR同相输入比例运算电路的特例：同相输入比例运算电路的特例：电压跟随器（电压跟随器（R1=，Rf=0）一、比例运算电路一、比例运算电路主要用来实现阻抗变化，常用于高阻抗的信号源和低阻抗的负载主要用来实现阻抗变化，常用于高阻抗的信号源和低阻抗的负载之间作为缓冲放大器，因此也称之为缓冲器之间作为缓冲放大器，因此也称之为缓冲器电压跟随器的作
24、用电压跟随器的作用无电压跟随器时无电压跟随器时 负载上得到的电压负载上得到的电压电压跟随器时电压跟随器时根据虚短和虚根据虚短和虚断有断有LossLss10.011001RuRRuu uosuuuu一、比例运算电路一、比例运算电路电压跟随器对电压增益有贡献吗？电压跟随器对电压增益有贡献吗？比例运算电路讨论一比例运算电路讨论一foi1RUUR 1）电路的输入电阻分别为多少？）电路的输入电阻分别为多少？ 2) 输出电阻分别为多少？输出电阻分别为多少？3)电压增益电压增益分别多少？分别多少？4）若信号源是非理想的电压信号源，采用哪种放大电路更好？若信号源是非理想的电压信号源，采用哪种放大电路更好？5）
25、反反相相输入和同输入和同相相输入比例运算电路是两种基本电路输入比例运算电路是两种基本电路6）分析方法：理想运放特性（虚短、虚断）、电路理论分析方法分析方法：理想运放特性（虚短、虚断）、电路理论分析方法R1 foi1(1)RUUR 反相输入、同相输入比较反相输入、同相输入比较同相同相Rf太大，噪声大。如何利用相对小的太大，噪声大。如何利用相对小的电阻获得电阻获得100的比例系数？的比例系数？+_反相输入反相输入若要若要Ri100k，比例系数为，比例系数为100，R？ Rf？比例运算电路讨论二比例运算电路讨论二IffFOuRRRiuT 形反馈网络反相比例运算电路I12MuRRuI342142O)1
26、 (uRRRRRRu？，则，若比例系数为？，则若要求3421ik100100k100RRRRR利用利用R4中有较大电流来获得较大数值的比例系数。中有较大电流来获得较大数值的比例系数。432MO)(Riiuu1I12Ruii3M3 Rui比例运算电路讨论二比例运算电路讨论二当当R2 R3时，时，（1）试证明）试证明Vs( R3R1/R2 ) Im （1）根据虚短和虚断有）根据虚短和虚断有I1 =0 Vp = Vn =0直流毫伏表电路直流毫伏表电路（2）R1R2150k ，R31k ，输入信号，输入信号电压电压Vs100mV时，通过毫伏表的电流时，通过毫伏表的电流Im(max)？ 所以所以 I2
27、= Is = Vs / R1 R2和和R3相当于并联，所以相当于并联，所以 I2R2 = R3 (I2 - Im )得得1s332mRVRRRI)( 当当R2 R3时，时，Vs( R3R1/R2 ) Im （2）代入数据计算即可）代入数据计算即可（指针偏转角度与（指针偏转角度与Im是线性关系）是线性关系）比例运算电路讨论三比例运算电路讨论三二、加减运算电路二、加减运算电路0II方法一：节点电流法方法一：节点电流法1. 反相加法电路反相加法电路f123IIIIoi3i1i2f123UUUURRRR0UUi3i1i2of123()UUUURRRR 当当R1=R2=R3时，时，U0 = ？当当R1=
28、R2=R3=Rf时，时，U0 = ？方法二：利用叠加原理（多个信号作用时可用）方法二：利用叠加原理（多个信号作用时可用） 首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所有结果相加，首先求解每个输入信号单独作用时的输出电压，然后将所有结果相加，即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。即得到所有输入信号同时作用时的输出电压。fO2i22fO3i33RuuRRuuR fffOO1O2O3i1i2i3123RRRuuuuuuuRRR 二、加减运算电路二、加减运算电路同理可得同理可得fO1i11RuuR 2i231 i13o-vRRvRRv 321RRR 若若则有则有2i1 io-vvv 输出再接一
29、级反相电路输出再接一级反相电路2i1 iovvv 可得可得二、加减运算电路二、加减运算电路2. 同相加法电路of0UUURR f123,IIIIIi1i2123UUUUURRRUi1作用时的U+必不可少吗？必不可少吗？用节点电流法：UU 用叠加定理也可以写出：解得:Ui2作用时的U+二、加减运算电路2. 同相求和 设设 R1 R2 R3 R4 R Rf利用叠加原理求解：利用叠加原理求解： 令令uI2= uI3=0，求，求uI1单独单独作用时的输出电压作用时的输出电压 在求解运算电路时，应选择合适的方法，使运算结果在求解运算电路时，应选择合适的方法，使运算结果简单明了，易于计算。简单明了，易于计
30、算。1I4321432f1O)1 (uRRRRRRRRRu 同理可得，同理可得， uI2、 uI3单独作用时的单独作用时的uO2、 uO3，形式与，形式与uO1相同，相同， uO =uO1+uO2+uO3 。 物理意义清楚，计算麻烦！物理意义清楚，计算麻烦！ 二、加减运算电路2. 同相求和 设设 R1 R2 R3 R4 R Rfff3I32I211IPfPfO)()1 (RRRuRuRuRRRRuRRu)(3I32I211IfORuRuRuRu与反相求和运算电路与反相求和运算电路的结果差一负号的结果差一负号4321iiii4P3PI32PI21PI1RuRuuRuuRuuP43213I32I2
31、1I1)1111(uRRRRRuRuRu)( )(4321P3I32I21I1PPRRRRRRuRuRuRu二、加减运算电路电路如图所示，电路平衡条件为电路如图所示，电路平衡条件为 1f23/ / /RRRR 用叠加定理可以写出：用叠加定理可以写出：i1U作用时作用时 foi11RUUR i2U作用时作用时 fo1(1)RUUR 3i223RUURR 3ffoooi2i11231(1)RRRUUUUURRRR 当电路电阻满足条件当电路电阻满足条件f132/RRRR foi1i21()RUUUR 3.减法电路减法电路二、加减运算电路二、加减运算电路差模输入电阻差模输入电阻i1i2idvvv )(
32、 -)(41ido32ididRRiRRi vv4idonRi vvnpvv 21idididRRiR v此时有此时有4132idiiiii 差模输入电阻较小差模输入电阻较小二、加减运算电路二、加减运算电路一种高输入电阻的差分电路一种高输入电阻的差分电路如何提高输入电阻？如何提高输入电阻？ + - - i2 i3 P N R2 R3 R1 R4 vo i1 i4 vp vn vi2 vi1 vi1 A1 vi2 A2 A3加减运算电路讨论一加减运算电路讨论一)21(123421ORRRRA vvvv)(I1I2fOuuRRu加减运算电路讨论二加减运算电路讨论二仪用放大器（仪用放大器（P14 例
33、例1.4.4）双运放减法运算电路如图所示双运放减法运算电路如图所示i3i1i2of123()UUUURRRR 2i2o5i1143()RUURUR RR 二、加减运算电路二、加减运算电路foi1RUUR 当当R1=R2、R3=R4=R时，时，U0=？电路如图所示电路如图所示（1）分别组成哪种基本运算电路？与用一个运放组）分别组成哪种基本运算电路？与用一个运放组成的完成同样运算的电路的主要区别是什么？成的完成同样运算的电路的主要区别是什么？（2）为什么在求解第一级电路的运算关系时可以不）为什么在求解第一级电路的运算关系时可以不考虑第二级电路对它的影响？考虑第二级电路对它的影响？加减运算电路讨论三
34、加减运算电路讨论三同向比例运算同向比例运算加减运算加减运算加减运算 利用加法运算电路的分析结果利用加法运算电路的分析结果)(2I21I14I43I3fORuRuRuRuRu设设 R1 R2 Rf R3 R4 R5若若R1 R2 Rf R3 R4 R5，uO?加减运算电路讨论四加减运算电路讨论四掌握分析方法比死记电路更重要掌握分析方法比死记电路更重要求解图示电路求解图示电路?)(IOufi加减运算电路讨论四加减运算电路讨论四)(3I32I211 IfORuRuRuRu三、积分运算电路和微分运算电路三、积分运算电路和微分运算电路21 OiO1 1f1d( )ttuu tutR C iofff1i1
35、f11dd1duuIttCCRu tR C f1II 1 1. . 积分运算电路积分运算电路i11uIR offdduICt Oi21O11f1()( )uu ttutR C 反相反相若若ui在在t1t2为常量，则为常量，则移相移相1) 输入为阶跃信号时的输出电压波形？输入为阶跃信号时的输出电压波形？2) 输入为方波时的输出电压波形？输入为方波时的输出电压波形？3) 输入为正弦波时的输出电压波形？输入为正弦波时的输出电压波形？线性积分线性积分波形变换波形变换利用积分运算的基本关系实现不同的功能利用积分运算的基本关系实现不同的功能IIOI1dUUtttRCRC uu积分电路讨论一积分电路讨论一
36、vI O t VI (a) VI t O vO Vom (b) 当当vi为阶跃电压时，有为阶跃电压时，有vo与与 t 成线性关系成线性关系 tvRCvd1iotRCVi tV i 1 1、积分会停止么？、积分会停止么？2 2、若、若V Vomom=-2V=-2Vi i，t=t=？时运放进？时运放进入非线性工作状态。入非线性工作状态。3 3、如果把积分电路的输出电压、如果把积分电路的输出电压作为电子开关，则积分电路可作为电子开关，则积分电路可以起到延时作用。以起到延时作用。输入为如下几种波形时，输出电压波形？输入为如下几种波形时，输出电压波形？积分电路讨论二积分电路讨论二2V-Vt3t 4t6t
37、积分电路讨论三积分电路讨论三与一般与一般RC电路相比，积分电路有何特点？电路相比，积分电路有何特点？ C i vi R vo 时时虚地虚地i1dduICt ioff1ffdduuI RI RR Ct 2. 微分运算电路微分运算电路isinutOfcosuR Ct 若输入信号中含有高频噪声，则输出噪声将会很大，且若输入信号中含有高频噪声，则输出噪声将会很大，且电路可能不稳定，因此微分电路很少直接使用电路可能不稳定，因此微分电路很少直接使用阶跃信号微分阶跃信号微分tvRCvddio 微分运算电路讨论一微分运算电路讨论一i1 = i2利用积分运算电路实现了微分运算微分运算电路讨论二微分运算电路讨论二
38、1.5 集成运放的单电源供电集成运放的单电源供电图中电阻图中电阻R2、R3是用是用来设置直流工作点来设置直流工作点 ,使使得得 3CCCC2312RUVVRR23RR此时反相输入端口及输出端口的此时反相输入端口及输出端口的直流电位均为直流电位均为0.5VCC。电容为放。电容为放大器的交流耦合隔直电容。大器的交流耦合隔直电容。 取取则此时的反相交流放大器则此时的反相交流放大器的闭环增益为的闭环增益为 ofufi1uRAuR 1. 反向放大器的单电源供电反向放大器的单电源供电2.同相放大器的单电源供电同相放大器的单电源供电3CCCC2312RUVVRR反相输入端口及输出端口的直反相输入端口及输出端
39、口的直流电位均为流电位均为0.5VCC。电容为放。电容为放大器的交流耦合隔直电容。大器的交流耦合隔直电容。 取取23RR此时同相交流放大器的闭环增益此时同相交流放大器的闭环增益 ofufi11uRAuR R4电阻的接入是为了增加交流电阻的接入是为了增加交流放大器的输入阻抗，此时，对应放大器的输入阻抗，此时，对应的输入阻抗为的输入阻抗为i423/RRRR第第2章章 半导体二极管及直流稳压电源半导体二极管及直流稳压电源第2章 半导体二极管及直流稳压电源2.1 半导体的基础知识 2.2 半导体二极管2.3 晶体二极管电路的分析方法 2.4 晶体二极管的应用及直流稳压电源2.5 半导体器件型号命名及方
40、法 2.1 半导体的基础知识n 根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分，可分为：导体、绝缘体和半导体。 1. 导体：容易导电的物体。如：铁、铜等金属元素、低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 2. 绝缘体：几乎不导电的物体。 如：惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。 3. 半导体： 半导体是导电性能介于导体和绝缘体之间的物体。在一定条件下可导电。硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。2.1 半导
41、体的基础知识半导体特点： 1) 在外界能源的作用下，导电性能显著变化。光敏元件、热敏元件属于此类。 2) 在纯净半导体内掺入杂质，导电性能显著增加。二极管、三极管属于此类。n 1. 本征半导体纯净的晶体结构的半导体。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%，常称为“九个9”。电子技术中用的最多的是硅和锗。n 硅和锗都是4价元素，它们的外层电子都是4个称为价电子。 其简化原子结构模型如下图：无杂质无杂质稳定的结构稳定的结构2.1.1 本征半导体 本征晶体中各原子之本征晶体中各原子之间靠得很近，使原分属于各间靠得很近，使原分属于各原子的四个价电子同时受到原子的四个价电子同时受到
42、相邻原子的吸引，分别与周相邻原子的吸引，分别与周围的四个原子的价电子形成围的四个原子的价电子形成共价键共价键。共价键中的价电子。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它为这些原子所共有，并为它们所束缚，在空间形成排列们所束缚，在空间形成排列有序的晶体。如图所示：有序的晶体。如图所示： 2.本征半导体的共价键结构两个电子两个电子的共价键的共价键正离子芯正离子芯由于随机热振动致使共价键由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴电子对被打破而产生空穴电子对 这一现象称为这一现象称为本征激发，本征激发，也称也称热激发热激发。自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 一
43、定温度下，自由电子与空穴对的浓一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。度加大。动态平衡动态平衡由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子价键的束缚而成为自由电子自由电子的产生使共价键中留有一个自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴空位置，称为空穴3.本征半导体中的两种载流子两种载流子两种载流子 外加电场时，带负电的自由电子和外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方
44、向带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。很差。为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？运载电荷的粒子称为载流子。运载电荷的粒子称为载流子。 温度升高，热运动加剧，载流子温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。浓度增大，导电性增强。 热力学温度热力学温度0K时不导电。时不导电。3.本征半导体中的两种载流子本征半导体中的两种载流子空穴的移动n 由于共价键中出现了空穴，在外加能源的激发下，邻近的价电子有可能挣脱束缚补到这个空位上，而这个电子原来的位置又出现了空穴，其它电子又
45、有可能转移到该位置上。这样一来在共价键中就出现了电荷迁移电流。n 电流的方向与电子移动的方向相反，与空穴移动的方向相同。本征半导体中，产生电流的根本原因是由于共价键中出现了空穴。自由电子自由电子空穴空穴空穴的运动空穴的运动空穴的移动磷（磷（P） 杂质半导体主要靠多数载流子导电。杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。越强，实现导电性可控。多数载流子多数载流子 空穴比未加杂质时的数目多了？空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？少了？为什么？ 在在N型半导体中型半导体中自由电子是多数载流子，自由电子是多数载流子，
46、它主要由杂质原子提供；它主要由杂质原子提供；空穴空穴是少数载流子是少数载流子, 由热激发形成。由热激发形成。施主杂质施主杂质1. N型半导体型半导体2.1.2 杂质半导体5所以，所以，N型半导体中的导电粒子有两种：型半导体中的导电粒子有两种： 自由电子自由电子多数载流子（由两部分组成）多数载流子（由两部分组成） 空穴空穴少数载流子少数载流子N型半导体的结构示意图如图所示：型半导体的结构示意图如图所示：自由电子自由电子施主正离子施主正离子2.1.2 杂质半导体3硼（硼（B）多数载流子多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电，掺入型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越杂质越多，空
47、穴浓度越高，导电性越强。强。 在杂质半导体中，温度变化时，在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？度的变化相同吗？ 在在P型半导体中型半导体中空穴是多数载流子，空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；它主要由掺杂形成；自由自由电子是少数电子是少数载流子，载流子， 由热激发形成。由热激发形成。受主杂质受主杂质2. P型半导体P型半导体的结构示意图如图所示：P型半导体中：型半导体中： 空穴是多数载流子，空穴是多数载流子，主要由掺杂形成；主要由掺杂形成； 电子是少数载流子，电子是少
48、数载流子，由热激发形成。由热激发形成。空穴空穴受主负离子受主负离子2. P型半导体型半导体 本征半导体、杂质半导体本征半导体、杂质半导体 自由电子、空穴自由电子、空穴 N型半导体、型半导体、P型半导体型半导体 多数载流子、少数载流子多数载流子、少数载流子 施主杂质、受主杂质施主杂质、受主杂质本节中的有关概念 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。液体、固体均有之。扩散运动扩散运动P区空穴浓区空穴浓度远高于度远高于N区。区。N区自由电子区自由电子浓度远高于浓度远高于P区。区。 扩散运动使靠近接触面扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓
49、度降低、靠近接触面区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由区的自由电子浓度降低，产生内电场。电子浓度降低，产生内电场。1.PN 结的形成结的形成2.1.3 PN结的形成及特性 因电场作用所产因电场作用所产生的运动称为漂移生的运动称为漂移运动。运动。 参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了就形成了PN结。结。漂移运动漂移运动 由于扩散运动使由于扩散运动使P区与区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向
50、区向P区、自由电子从区、自由电子从P区区向向N 区运动。区运动。1.PN 结的形成因浓度差因浓度差多子扩散多子扩散形成空间电荷区形成空间电荷区促使少子漂移促使少子漂移阻止多子扩散阻止多子扩散PN结加正向电压导通：结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加剧，由耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。结处于导通状态。PN结加反向电压截止：结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。流很小，故可近似认为其
