导图社区 模电(模拟电子技术)
基于《电子技术基础(模拟部分)》康华光主编,包括运放、二极管、三极管、场效应管、放大电路、差分、反馈、功放、信号发生、的概念、公式与例题,欢迎继续关注!
编辑于2020-12-21 10:33:40
放 大 电 路
电压放大电路
电压增益
Ro越小越好,理想下Ro=0
Ri越大越好,理想下Ri→∞
电流放大电路
电流增益
相反
Ri→0
Ro→∞
互阻放大电路
互阻增益
Ri Ro→0
互导放大电路
互导增益
Ri Ro→∞
主要指标
输入电阻Ri
决定从信号源吸取信号幅值的大小
电压、互导Ri大
电流、互阻Ri小
输出电阻Ro
决定带负载能力
输出量随负载变化的程度
Ro小
电压
互阻
RL够大输出功率低
前置级、中间级放大
Ro大
电流
互导
输出大电流
输出级
频率响应
幅频响应
相频响应
带宽/通频带
直 流 耦 合
下线频率0
幅度失真
不同频增益差异
相位失真
不同频相移差异
频率失真
线性电抗元件引起的线性失真
非 线 性 失 真
电压增益不恒定,随输入电压变化
集成运放
运 放
vo饱和极限=电源电压
ri≈∞ ro≈0 Avo→∞
虚短
虚断
线 性 电 路
同 相 放 大 电 路
闭环电压增益
电 压 跟 随 器
阻抗变换器/缓冲器
反 相 放 大 电 路
减 法 电 路
加 法 电 路
积 分 电 路
微 分 电 路
半 导 体
PN结
漂 移
电场作用
E电场矢量
Vn电子漂移速度矢量
μn自由电子迁移率1500cm²/(V·s
μn自由电子迁移率475cm²/(V·s
扩散
空间电场
正 向 偏 置
耗尽区↓
内电场E0 → E0-EF
正向电流If
小阻值电阻
导通
反 向 偏 置
耗尽区↑
内电场E0 → E0+ER
反向电流IR
反向饱和电流IS
V-I 特性
通过PN结电流
外加电压
n
发射系数,与PN结尺寸、材料、通过电流相关 1~2
温度电压当量
常温0.026V
反向饱和电流
正向电压
忽略1,指数关系
反向电压
反 向 击 穿
雪崩击穿
碰撞电离
整流二极管
齐纳击穿
电场破坏共价键束缚
=2×10⁵V/cm
浓度高
稳压二极管
电 击 穿
iD×vD<耗散功率
热击穿
不可逆
电 容 效 应
直接影响半导体器件高频、开关性能
扩 散 电 容
空间电荷区(耗尽区、势垒区
τ
载流子渡越时间/寿命
ID
结型二极管工作点电流
VT
温度电压当量
正偏
扩散电容大
Cj≈Cd
势 垒 电 容
反偏
势垒区加宽
Cj≈Cb
0偏下的势垒电容
工作点电压
建立势垒电容1V
m
结的梯度系数
取决于掺杂情况
二 极 管
结 构
点接触型
结面积、结电容小
检波、变频
面 接 触 型
大电流
低频
平面型
集成电路制造,高频整流、开关电路
V-I特性
正向
门槛电压
硅0.5 锗0.1
导通压降
硅0.7 锗0.2
反向
T↑激发
少子++
反向击穿
VT
300k
26mV
主 要 参 数
最大整流电流
最大正向允许平均电流
反向击穿电压
最高反向电压≈1/2VBR
反向电流
大说明单向导电性差
未击穿的反向电流
升温明显增加
极间电容
微变电阻
工作点Q附近电压变化/电流变化
正偏小,反偏大
反向恢复时间
极性翻转
+ → -
大反向电流
正向电流
最大反向恢复电流
二 极 管
齐 纳 二 极 管
反向击穿电压(稳定电压>1.5V
动态电阻↘稳压性能↑
电压温度系数αu
反向(稳定电流
<Izmin
反向截止,无稳压特性
Izmax
(烧毁
-Vz0
过Q切线交横轴
稳定电压
Vz较大,rz忽略=0
并 联 式 稳 压 电 路
变 容 二 极 管
反向电压↑结电容↓
彩电电子调谐器
控制直流电压改变二极管结电容量
改变谐振频率选择频道
肖 特 基 二 极 管 SBD
金属(铝金钼镍钛)与N型半导体接触在交界面形成势垒
金属-半导体结二极管 表面势垒二极管
特 点
电容效应小、工作速度快
多数载流子器件,不存在少数载流子在PN结附近积累/消散
高频/开关状态
正向门坎电压、压降低(-0.2V
耗尽区只存在N侧,薄
反向击穿电压低,60~100V
反向漏电流>PN
光 电 子
光 电 二 极 管
PN结接受外部光照
反向偏置运行
光照强度↑反向电流↑
反向电流与照度成正比
0.1μA/lx
发光二极管
Ⅲ、Ⅴ族(砷化镓/磷化镓
光←电
光缆
电←光
激光二极管
发光二极管结间安置一层光活性半导体
光谐振腔
相干单色光信号
分 析
图 解 分 析 法
工作点Q
负 载 线
迭 代 法
vD, iD
简 化 模 型 分 析 法
理 想 模 型
电压远大于压降
恒 压 降 模 型
导通后压降恒定,不随电流变
iD≈/>1mA
折 线 模 型
规管门槛0.5V,1mA导通,压降0.7V
压降随电流+
小 信 号 模 型
+ 交 流 电 源
微变电阻
电阻选择
量
玻尔兹曼常数
电荷
PN
ρ
NA = 5×10^22/cm3
本征激发自由电子浓度
ni ≈ 1.45×10^10/cm3
温度唯一影响
T↑激发
少子++
掺杂
P
NA受主原子浓度
n少子电子浓度
p空穴浓度
N
ND施主原子浓度
p = 5×10^16
pi空穴浓度
ni电子浓度
浓度
ppm
10^9
bpm
10^16
放 大 电 路
BJT
结 构
发射区高掺杂
基区薄,掺杂少
集电结面积大
工作状态
放大、饱和、截止、倒置
NPN
外部 条件
发射结正偏
VB>VE(EB实现
集电结反偏
VC>VB(EC实现
PNP反
发射极电流IE
集电极电流IC
集电极电流中受发射结电压控制的电流
集电结反向饱和电流IBO
不受发射结电压控制,对放大无贡献 受温度影响大
IC=ICN+IBO
IB=IE-IC
基极电流IB
电 流 分 配
>0.98
V-I
共 射 极
输 入
输 出
放 大 区
线性区
恒流
Je正偏,Jc反偏
Vc>VB>VE
饱 和 区
双正偏
vCE≈0.3V<vBE
小功率管
vCE=vBE时BJT临界饱和
截止区
Je0偏
共 基 极
输 入
输 出
参 数
电流放大系数
极 限
集电极最大允许电流
ic过大 β↓
集电极最大允许耗散功率
集电结更大
最高工作温度 硅管150℃锗管70℃
反 向 击 穿
小功率管几v
取决于集电结雪崩击穿电压
10v~100v
VCE↑ ICBO明显增大
雪崩击穿
温 度
参 数
T↑10℃ ICBO×2
T↑1℃ β+0.5%~1%
T↑
曲 线
输入
T↑1℃
输 出
组 合 放 大 电 路
增益=各级增益积
输入电阻=第一级Ri
输出电阻=最后一级Ro
共射-共基
复合管
前管发射极 —— 后管基极
电流放大系数
输入电阻
共集-共集
放 大 电 路 频 响
RC 电 路 频 响
RC低通
幅频响应
f<<fH
f>>fH
f=fH
-3dB
相频响应
f<<fH
φH→0°
f>>fH
φH→-90°
f=fH
φH=-45°
RC高通
幅频响应
f<<fL
f>>fL
f=fL
-3dB
相频响应
f<<fL
φH→90°
f>>fL
φH→0°
f=fL
φH=+45°
高 频 小 信 号 模 型
基区体电阻30~300
发射结正偏电阻折算到基极回路等效电阻
发射结电容30~300pF
集电结电阻100kΩ~10MΩ
集电结电容2~10pF
受控电流源
增益带宽积
常数
共 基 极 放 大 电 路
动态
Av
共 集 电 极 放 大 电 路
静态
动态
Ro=vt/it
电压跟随器
动态
特 点
增益≈1
输入输出同相
输入电阻高
信号源吸取电流小
多级放大电路输入级
输出电阻低
带负载能力强
多级放大电路输出级
中间级
隔离前后影响
阻抗变换
缓冲级
共 射 放 大 电 路
组 成
静 态
硅管0.6~0.7V
锗管02~0.3V
基极-发射极回路
集电极-发射极回路
动 态
基极-发射极
交 流 信 号
小内阻直流源Vcc短路
大内阻电流源/恒流源开路
大电容短路
分 析
图 解 分 析 法
静 态
输 入
输入特性负载线
输入直流负载线
输 出
输出特性
输出直流负载线
动 态
输 入
输 出
失 真
Q
过 低
过小
截 止 失 真
过 高
过大
饱 和 失 真
输入幅度过大
非线性失真
截止失真 饱和失真
直流
交流
小 信 号 模 型 分 析 法
H 参 数
H 参 数
Ω
动态电阻rbe
β
受控电流源
ib=0时不存在
输入交流开路的反向电压传输比
受控电压源
S
输入交流开路的输出电导
西门子
简 化
忽略hre, hoe
动 态 电 阻
分 析
Ri↑
放大电路从信号源吸取电流小
vi↑
Ro↓
RL变化对vo影响↓
带负载能力↑
射 极 偏 置 电 路
直 流
自动稳定Q点
I1>>IBQ时
e
Q点估算
Av
Re并联旁路电容
Ri
Ro
比 较
共 射 极
B输入
C输出
电压&电流增益>1
适于低频作中间级
共 集 电 极
B输入
E输出
仅电流放大
电压跟随
输入电阻最高 输出电阻最小
输入/输出/缓冲
共 基 极
E输入
C输出
仅电流跟随
输入电阻小
输出电阻与集电极电阻相关
高频/宽频带低输入阻抗
书写符号
测极性
固定正表笔
同时导通NPN
固定负表笔
同时导通PNP
IEP=γIEN
IE=(1+γ)IEN
场 效 应 管 放 大 电 路
N 沟 道 增 强 型
无导电沟道
开启电压
出现N沟道
反型层/感生沟道
较小
迅速增大
较大
趋于饱和
截止区
可 变 电 阻 区
mA/V²
本征导电因子
反型层中电子迁移率
栅极氧化层单位面积电容
饱 和 区
转 移 特 性
N沟道耗尽型MOSFET
±栅源电压工作,基本无栅流
主 要 参 数
直 流
增 强 型
开启电压
vDS为某固定值(10V)使iD=微小电流(50μA)
耗尽型
夹断电压
vDS为某固定值使iD=微小电流
饱和漏极电流
vGS=0时,|vDS|(10V)>|Vp|
直流输入电阻
漏源短路,栅源+一定电压的栅源直流电阻
交 流
输 出 电 阻
vDS对iD的影响
30~300kΩ
低 频 互 导
vDS=常数时,漏极电流微变量/栅源电压微变量
栅源电压对漏极电流控制能力
极 限
最大漏极电流
正常工作漏极电流允许的上限值
最大耗散功率
受制于最高工作温度
最大漏源电压
雪崩击穿,iD开始急剧上升的vDS值
最大栅源电压
栅源反向电流剧增时的vGS
放 大 电 路
饱和区
可变电阻区
+ 源 极 电 阻
图 解 分 析
小 信 号 模 型
静态工作点电流
非线性失真
JFET
|vGS|↑ iD↓
夹断电压
vDS
预夹断
输 出 特 性
Ⅰ截止区(夹断区)
Ⅱ可变电阻区(线性区)
Ⅲ饱和区(放大区)
转 移 特 性
主要参数
夹断电压
漏极电流=0的
饱和漏极电流
VGS=0的漏极电流
低频跨导
低频跨导反映vGS对iD控制
模 拟 集 成 电 路
BJT 电 流 源
镜 像 电 流 源
微 电 流 源
高 输 出 阻 抗 电 流 源
组 合 电 流 源
电流源 电流阱
基 准 电 流
FET 电 流 源
镜 像 电 流 源
多 路 电 流 源
JFET电流源
集 成 运 放 主 要 参 数
输入失调电压
为使输入0时输出0,在输入端的补偿电压
越大电路对称程度越差
±1~10mV op07 4μV MOS 20mV
输入偏置电流
输入端静态电流均值
越小 内阻变化引起输出电压变化越小
BJT 10nA~1μA
输入失调电流
输入0时流入放大器两输入端的静态基极电流差
反应输入级差分对管不对称程度
1nA~0.1μA
温 漂
温度变化引起输出电压漂移
输入失调电压温漂
输入失调电流温漂
差 模
开环差模电压增益
线性区无反馈差模电压增益
开环带宽
-3dB带宽
开环差模电压增益下降3dB的fH
单位增益带宽
增益下降到Avo=1的频率
差模输入电阻
最大差模输入电压
反相同相输入端间能承受最大电压值
共 模
共模抑制比
80~120dB
共模输入电阻
≥100MΩ
最大共模输入电压
大 信 号 动 态 特 性
压 摆 率
放大电路输出电压对时间最大变化速率
使运放SR≥2pifVom
全功率带宽
运放输出最大峰值电压允许的最高频率
最大电压频率受SR、BWP限制
电 源 特 性
电源电压抑制比
电源电压变化时引起输出电压变化
静态功耗
输入信号0时运放消耗总功率
传 输 特 性
Q静态工作
线性关系,放大区
非线性区
限幅特性
差 分 式 放 大 电 路
差 模
i
o
共 模
i
o
i
i
o
o
差模电压增益
共模电压增益
共模抑制比
射 极 耦 合 差 分 式 放 大 电 路
放大差模信号,抑制共模信号
+电流源
特点
提供恒定电流,交流电阻大,直流电阻小
作 用
静态电流
交流大电阻能抑制共模干扰
直流小电阻静态功耗小,能降低直流电压源电压值
指 标
差 模
双 入 双 出
差 模 增 益
双入单出(单入
相对输入端
共 模
双端输出
0
单 端 输 出
相当于每管
共模抑制比
双端输出Avc=0
K→∞
单端输出
电流源小信号ro越大,抑制共模信号能力越强
反 馈 放 大 电 路
反 馈
串 联 反 馈
电压比较
Rs越小越好
以电流形式比较
并 联 反 馈
电流比较
Rs越大越好
以电压形式比较
电 压 反 馈
负载短路电压0
电 流 反 馈
负 反 馈 放 大 电 路
电 压 串 联
电压反馈系数
较好的恒压输出特性
电压控制的电压源
电 压 并 联
反馈系数
互导反馈系数
电 流 串 联
互阻反馈系数
电 流 并 联
电流反馈系数
一 般 表 达 式
增益
反馈深度
<1
正反馈
0
无输入有输出
自激振荡
稳 定 性
条 件
不同时满足,不产生自激振荡
正常工作
远离自激振荡
稳定裕度
增益裕度
≤10dB
相位裕度
0< ≤45°
频 率 响 应
高 频 响 应
开环中频增益
开环上限频率
负反馈
低 频 响 应
引入负反馈 通频带展宽
增益-带宽积
常量
降低带宽提高增益
降低增益增加带宽
设 计
选 定 反 馈 类 型
输 入 信 号
恒压源/ 小内阻电压源
串联负反馈
减小输入端负载效应 电路获得尽可能大输入电压
恒流源/ 大内阻电压源
并联负反馈
尽可能大输入电流 减小输入电阻
输出电压
电压负反馈
输出电流
电流负反馈
深 度 负 反 馈
反 馈 影 响 性 能
增 益 稳 定
深度反馈
稳定
增益相对变化量为开环增益相对变化量的
越大,负反馈越深
越小,闭环增益稳定性越好
只能使输出量趋于不变,减小由开环增益变化引起的闭环增益变化
减小 非线性 失真
减小反馈环内失真
反 馈 环 内 噪 声
信噪比
电 阻
输 入 电 阻
取决于反馈网络在输入回路连接方式 串并联负反馈
串 联
变大
并 联
变小
输 出 电 阻
取决于反馈网络在输出回路取样方式 电压流负反馈
电 压
变小
电 流
变大
增益稳定性↑
非线性失真↓
抑制噪声
牺牲增益
功 率 放 大 电 路
特点
输出功率大
效率高
非线性失真小
散热
提高效率
甲类放大
2Π
甲乙类
Π-2Π
乙类
Π
射 极 输 出 器
vi正半周T1饱和
T1饱和电压Vces=0.2V
vi负半周
T1先截止
T3先饱和
双 电 源 互 补 对 称 功 率 放 大 电 路
输入信号够大
两管 功耗
电源 功率
最大
效 率
每 管 最 大 管 耗 ~ 最 大 输 出 功 率
功率BJT选择
BJT最大允许管耗PCM大于0.2Pom
耐压
甲 乙 类 互 补 对 称 电 路
二 极 管 偏 置
D1D2产生适当偏压,使T1T2微导通
vBE 扩 大 电 路 偏 置
单 电 源 互 补 对 称
k=Vcc/2
替换
集 成 功 率 放 大 器
热路
热的传导路径
热阻
阻碍热传导的阻力
提高可靠性
降低额定值
工作电压、电流不超过极限80%
功耗不过最大允许功耗50%
结温不过最大结温75%
信 号
滤 波 电 路
传递函数
时延
低通
高通
带通
带阻
中心角频率
一 阶 有 源
通带电压增益
特征角频率
频响
ωc -3dB截止角频率ωH
高 阶 有 源
低 通
2
传 递
等效品质因数
3-AVF>0稳定工作
幅 频
巴特沃斯传递函数
高 通
2
带 通
高+低
带 阻
输入-带通
LC 选 频 放 大 电 路
谐振频率
谐振时
回路品质因数
ω=ω0并联谐振,等效阻抗最大Z0=L/RC
ω>ω0
电容性
ω<ω0
电感性
变压器反馈式
易 于 起 振
β大
增加变压器一次侧和二次侧耦合程度(互感
二次线圈匝数
三 点 式 LC 振 荡 电 路
RC 正 弦 波 振 荡
当
振荡频率
Av起振略大于3
稳幅Av=3
稳幅
热敏电阻
分析方法
组成是否有放大、反馈、选频、稳幅
能否正常工作
分立元件看静态工作点
集成运放看输入是否有直流通路
电路是否满足自激条件
瞬时变化极性检查相位平衡条件
幅值平衡条件
|AF|<1不振荡 =1不起振 >1波形失真
|AF|略大于1,起振后稳幅使电路达到|AF|=1
f0
振 荡 条 件
振幅平衡条件
相位平衡条件
一个正弦波振荡电路只在一个频率f0满足相位平衡条件
震荡电路自建振荡
振荡电路
放大电路
反馈网络
正反馈、相位平衡
选频网络
单一频率正弦波
稳幅电路
保证输出端得不失真正弦波
比 较 器
同 / 反 相 电 压 比 较 器
过0比较器
迟 滞 比 较 器
方 波 产 生 电 路
+RC积分电路
改占空比