模拟电子线路期末复习

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第 1 章 半导体二极管及其应用

  1. 杂质半导体的载流子有几种?多子分别是什么?

    两种,分为P型:带正电,多子是空穴 和 N型:带负电,多子是自由电子。

  2. PN结(P正N负)的重要特性及应用

    • 单向导电:P接正,N接负,电流比较大,反之电流比较小,几乎截止
    • 反向击穿:截止状态下,反向电压打到某一个值时电流突然加大,就是反向击穿(反向击穿状态下电压变化很小,电流变化比较剧烈,稳压二极管利用反向击穿特性来实现稳压)
    • 电容:电容较小(pF($=10^{-12}$ F) 级别)
  3. 稳压管的应用

    • 导通:电压变化较小,近似为不变($i-u$ 图近似成垂直线)

    • 截止:电流比较小,近似为 $0$(正偏不到开启电压,反偏没到反向击穿电压的电压范围)

    • 反向击穿:电压变化较小,也近似为不变($i-u$ 图也近似成垂直线)

    下图中 $R$ 是限流电阻,如果去掉稳压管就会因为电流过大过热烧毁

    0j2di.jpg

  4. * 二极管

第 2 章 场效应晶体管及其放大电路

  1. 画直流通路的原则是什么?
  2. 画交流通路的原则是什么?

以上两个问题都需要解决三类元件:

电容 电感 直流信号源 交流信号源
直流通路 断路 短路 保留 置零($U_s=0$ 则短路,$I_s=0$ 则断路)
交流通路 短路 断路 置零($U_{cc}=0$ 则短路,$I_{cc}=0$ 则断路) 保留

就可以画出直流/交流通路,在交流通路的基础上再把场效应管用相应的等效模型(小信号模型)来代替,就可以得到交流等效电路(不同于交流通路,通路是非线性电路)。

  1. 场效应管的交流等效模型
  1. 画出该电路的交流等效电路,估算放大电路的交流电压放大倍数、输入电阻和输出电阻

    • 交流电压放大倍数:$\frac {u_o}{u_i}$

      一般突破口在于场效应管等效模型的受控源 $I_d$,一边能直接关联($u=I_d\cdot R$,视电流方向与电压是否关联判断是否加负号),另一边能通过 $I_d = g_m U_{gs}$ 间接关联。

    • 输入电阻:$R_i$

    • 输出电阻:$R_o$,注意接在 $u_o$ 两边的是负载,不算输出电阻

      • 以上两项在没有受控源的情况下是直接计算阻值即可

      • 当受到受控源控制的情况下,加压求流,先将负载开路(即 $R\rightarrow \infty$),然后将信号源置零(也就是 $u_s$ 置零),然后用公式求电阻 $R_o=\frac{u_o}{I_o}\rvert_{\begin{align*}&R_L\rightarrow \infty\& u_s=0\end{align*}}$ (以输出电阻为例)(也就是假设在 $u_o$ 这边加压)。

  2. * 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$i_D=f(u_{DS})$

第 3 章 双极型晶体管及其放大电路

  1. 晶体管(三极管)处于不同不同工作状态的特点

    • 放大状态:电流控制电源,发射结正偏,集电结反偏
    • 饱和状态 :三个电极之间近似短路($u_{BE}=u_{CE}\approx 0$),发射结、集电结均正偏
    • 截止状态:三个电极之间近似断路($i\approx 0$),发射结、集电结均反偏
  2. 晶体管交流等效模型

    H参数等效模型:

    0SXUZ.jpg

    不仅电流受控,方向也受控,一般规定流入三极管内部为参考方向(如图,但是左右两个 $I_b$ 电流方向相等,要么都流入,要么都流出)

  3. 画出电路的交流等效电路,求该电路的交流电压放大倍数、交流输入电阻和输出电阻

    • 先画交流通路,直流电源(比如图中 $U_{CC},U_{EE}$)直接相当于短路
    • 然后将三极管变成等效模型,画出交流等效电路(注意 $u_o$ 的电流从正极流出,从负极流入)
    • 之后像场效应管一样计算放大倍数、交流输入电阻、输出电阻就可以了
  4. 某晶体管的输出特性曲线和用该晶体管组成的放大电路及其直流、交流负载线如图所示。确定电源电压、静态工作点 $Q$、电阻 $R_C$。

    0SavT.jpg

    直流负载线相对交流来讲比较平坦,可以确定直流负载线

    由 $u_{CE}+i_CR_C=U_{cc}\Rightarrow i_c=\frac {U_{CC}}{R_C}-\frac{u_{CE}}{R_C}$ ,因此斜率为 $\frac 1 {R_C}$,电源电压 $U_{CC}$ 就是直流负载线与 $x$ 轴的交点。

    然后画交流等效电阻,然后也写出类似上面的方程,根据交流负载线求出斜率为 $\frac{1}{R_C//R_C}$。

    如图,直流负载线和交流负载线的交点 $Q$ 点则是静态工作点,其对应的电压为 $U_{CEQ}$,电流为 $I_{CQ}$。

  5. * 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:<del>待续</del>(不考,去他妈的)
  1. * 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)

      <img src="https://xjzsq.gitee.io/blog/modian1.png" style="zoom:50%;" />
      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,电压放大倍数绝对大 电压放大、无电流放大,高频响应性能好,输入电阻最小 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))

第 4 章 放大电路的频率响应和噪声

  1. 频率失真(线性失真)和非线性失真的区别

    • 原因不同:非线性失真是由于非线性器件引起的(如场效应管、三极管等),线性失真由于线性期间引起的(如电容)
    • 结果不同:非线性失真产生输入信号没有的谐波分量,产生了新的频率成分,线性失真无新成分。
    • 非线性失真有饱和失真(工作点靠近饱和区引起),截止失真(工作点靠近截止区引起的),交越失真(输入信号过零点的时候失真)
    • 频率失真一定是输入有两个频率的分量,两个的放大倍数不一样
  2. 共射放大电路的上限频率有什么引起?下限频率有什么引起?

    上限频率:容抗不能忽略($x_c=\frac 1 {\omega C}\neq 0$),会引起上线性失真:三极管的电容($C$)比较小引起的。

    下线频率:三极管的大电容(三极管接的电容:发射极接的:旁路电容、另外两个:耦合电容)引起,$\omega$ 比较小。

  3. 放大电路的折线近似波特图如图所示,求中频增益,上、下限截止频率和增益带宽积。

    中频增益是定值,是 $20\lg |A_u|$ dB,如果问你倍数要把 $A_u$ 算出来

    带宽 $BW=f_H-f_L\approx f_H$,增益带宽积:$|A_{UI}\cdot f_H|$

  4. * (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)
  5. * 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)”

  6. * (2)放大器的低频、中频和高频等效电路

  7. * (3)晶体管频率参数、共射电路频率响应

第 5 章 集成运算放大电路

  1. 集成运放的电路结构特点:直接耦合(的三级放大电路)、采用有源器件做负载(比如直流源做负载)、对称结构

  2. 差动放大电路的差模(大小相等、方向相反(相位差 $\pi$)的交流信号)、共模(大小相等,方向相同)信号通路及输出特点:放大差模,抑制共模;差模输入那么输出也是差模,共模输入输出也是共模。

    • 如图,下面的叫长尾电阻,对于它来说流过的电流变化量是 0。(电流角度讲,是断路;电压来讲,是短路。在这里分析差模,短路比较方便)
    • 共模时 $R_E$ 不能被忽略。
    • sglu4.jpg
  3. * 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

  1. * 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

  2. * 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

第 6 章 反馈

  1. 负载短路时若反馈信号消失,则该反馈为什么反馈?

    负载短路法判断反馈,也就是 $R_L=0$,会导致 $u_o=0,I_o\neq 0$。若反馈信号消失 $x_f=0$,则说明 $x_f\propto u_o$,也就是电压反馈;否则就是电流反馈

  2. 若反馈使净输入信号减小,则该反应为什么反馈?负反馈(变大则是正反馈)

  3. 负反馈对输入电阻、输出电阻的影响及应用

    • 输入电阻:串联反馈、并联反馈
  4. (1) 判别反馈类型和反馈极性;(2) 若电路满足深度负反馈条件,求电压放大倍数 $A_{uf}$。

    (1)反馈类型:见 6,反馈极性:瞬时极性法来判断(假设输入是正,先到输出,看正负;然后从反馈会到输入,看看是让他变小了还是变大了)

    (2)深度负反馈的依据:输入和反馈相等 $u_i = u_f,I_i=I_f$,然后把 $u_f$ 作为桥梁($u_o=?u_f,u_i=?u_f$),这里 $u_i=u_f$,所以集中于找 $u_o$。

    sgtDB.jpg

  5. * (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。

  6. * (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

  1. * (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,抑制温漂
    交流负反馈: 稳定放大倍数,改变输入电阻、输出电阻
    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 $R_i$

  2. * (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)

第 7章 集成运算放大器的应用

  1. 反向比例放大器中的运放工作在什么状态?工作在负反馈状态(负极和输出连起来)

  2. 单门限电压比较器中的运放工作在什么状态?开环

  3. 迟滞比较器中的运放工作在什么状态?正反馈(正极和输出连起来)

  4. 求迟滞比较器阈值电压的方法是什么?(输入就是阈值电压,即求 $u_i\rvert_{u_+=u_-}$,求出来两个值高的就是上限,低的就是下限)

  5. 电路如图所示。求输出电压和输入电压之间的关系式。

sg53T.jpg

  • * (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。

第 8 章. 功率放大电路

  1. 乙类功放集电极电流导通角、最大能量转换效率

    乙类功放静态工作点设置在死区内

  2. OCL 电路(双电源)中两个晶体管是同时工作还是交替工作?

  3. OCL 电路中负载电流是半个周期正弦波还是完整正弦波?

  1. 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