公共基礎精講班電學信息第六~七講《模擬電子技術》刀哥

八零教育80Jaoyu2023年勘察設計注冊工程師公共基礎精講班—電學It’s模擬電子技術Eighty80商城80網校80注考Education80-刀哥好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80商城U80APP應用商店搜索：八零網校電力系統分析目錄CONTENTS二極管及其整流電路三極管及其放大電路集成電路運算放大器好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80二極管及其整流電路1、PN結的單向導電性PN結加正向電壓(a點電位高于k點電位)，二極管正向導通；PN結加反向電壓(a點電位低于k點電位)，二極管反向截止；總之，PN結正向電阻小，反向電阻大———單向導電性。2、二極管的伏安特性第一象限的是正向伏安特性曲線，第三象限的是反向伏安特性曲線。式中為反向飽和電流，為二極管兩端的電壓降，稱為溫度的電壓當量，k為玻耳茲曼常數，q為電子電荷量，T為熱力學。對于室溫(相當則有33、二極管應用(1)限幅電路例題：理想二極管電路中伏，求輸出波形時，二極管導通，時，二極管截止，好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80(2)整流電路1)半波整流電路結論：輸出直流電壓：二極管平均電流：輸出直流電流：二極管最高反向電壓：好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education802)全波整流電路全波整流不僅利用了正半周，也利用了負半周，提高了整流效率。結論：輸出直流電壓：二極管平均電流：輸出直流電流：二極管最高反向電壓：好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education803)橋式整流電路(重點)橋式整流電路：原理和輸出波形與全波整流相同，雖然二極管的個數增多，但二極管承受的反向電壓減小。結論：輸出直流電壓：輸出直流電流：二極管平均電流：二極管最高反向電壓：好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education804)橋式電容濾波電路(重點)在不接電容器C時，其輸出電壓波形如圖(a)所示。在接上電容器C后，當輸入次級電壓為正半段期間，電容充電；當輸入次級電壓由正峰值開始下降后，電容開始放電，直到電容上的電壓電容又重新充電；當時，電容又開始放電，電容器C如此始進行充放電，負載上變得到近似圖(b)所示的輸出電壓。結論：無電容C，有負載I有電容C，無負載I有電容C，有負載R好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80(2005-107)半導體二極管的正向伏安特性是一條：(D)(A)過坐標軸零點的直線(B)過坐標軸零點，Ⅰ隨U按指數規律變化的曲線(C)正向電壓超過某一數值后才有電流的直線(D)正向電壓超過某一數值后Ⅰ隨U按指數規律變化的曲線(2006-107)圖示電路中，設D為理想二極管，輸入電壓按正弦規律變化，則在輸入電壓的負半周，輸出電壓：(A)好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80(2007-107)全波整流、濾波電路如圖所示，如果輸入信號，則開關S閉合前，輸出電壓為:(C)(A)0V(B)7.64V(C)10V(D)12V(2008-107)全波整流、濾波電路如圖所示，如果輸入信號則輸出電壓的平均值為：(C)(A)3.18V(B)5V(C)6.36V(D)10V好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80(2011-93)圖示電路中,二極管因損壞而斷開，這時輸出電壓的波形和輸出電壓的平均值為：(C)(2013-93)二極管應用電路如圖所示，設二極管D為理想器件，則輸出電壓uo的波好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80(2014-93)二極管應用電路如圖(a)所示，電路的激勵如圖(b)所示，設二極管為理想器件，則電路的輸出電壓的平均值為：(C)(2017-93)二極管應用電路如圖(a)所示，電路的激勵如圖(b)所示，設二極管為理想器件，則電路的輸出電壓波形為:(B)好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80三極管及其放大電路1、晶體管雙極型三極管是半導體三極管的一種類型，由于它有空穴和電子兩種載流子參與導電，故稱為雙極型，通常稱為三極管、晶體管等。它的種類很多，按制造材料分，有硅管和鍺管；按功率大小分，有大、中、小功率管；按工作頻率分，有高頻管和低頻管等。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80由上圖可見，無論是PNP管還是NPN管，它們有三個區，分別是發射區、基區和集電區，由這三個區分別引出一個電極，分別稱為發射極e、基極b和集電極c；發射區和基區之間的PN結稱為發射結，集電區和基區之間的PN結稱為集電結。三極管制作的工藝特點是：發射區的摻雜濃度高，基區很薄且摻雜濃度低，集電結的面積大，這些特點是保證三極管具有電流放大作用的條件。為了使三極管具有放大作用，除了具備上述的條件外，還必須具備適當的外部條件，這就是要求外加電壓保證發射結正向偏置，集電結反向偏置。因此，對于NPN管來說，要求對于PNP管來說，要求三極管在放大電路中有三種連接方式：共發射極、共集電極和共基極接法。以基極作為輸入端，集電極作為輸出端，發射極作為輸入和輸出回路的公共端的電路，稱為共發射極電路(簡稱共射極好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education802、三極管的放大作用如圖所示的共發射極電路中，若在基極輸入端接入一個小的輸入信號，在其作用下，使基極電流產生一個隨.規律變化的通過基極電流對集電極電流的控制作用，集電極電流也將產生相應的變化量，由三極管電流分配規律可知，必有這種以較小的輸入電流變化控制較大的輸出電流變化的作用，就是三極管的電流放大作用。通常把與的比值定義為三極管共射極交流電流放大倍數β，即它是表征三極管電流放大能力的參數，相應的有：在集電極回路中接入了集電極負載電阻那么，在上產生了一個電壓變化量.也就是在三極管的集電極和發射極兩端產生一個電壓變化量.(與方向相反，呈同樣規律變化)；在共射極電路中，就是輸出電壓由于已經放大，只要足夠大(一般為幾千歐~幾十千歐)，就可使比輸入電壓大，實現電壓放大作用。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80由以上分析可知，共發射極電路既有電流放大作用，又有電壓放大作用，也就是具有功率放大作用，其放大了的能量都是來自外加直流電源，三極管本身是不能產生能量的，它只是起了一個能量控制作用。3、三極管的三個工作區域①飽和區飽和現象產生于三極管的工作點上移，使減小到時，集電結正向偏置，其內電場減弱，使得集電區收集電子的能力減弱，以致增加時，ic基本上不隨之增加，即不再服從的規律了，三極管失去放大作用，進入飽和狀態。②放大區輸出特性曲線的水平部分稱為放大區，這部分符合的規律，表明了三極管的電流放大作用，是放大電路的工作區域；在該區域，各條曲線近似水平，ic與的變化基本無關，呈近似的恒流特性。③截止區一般將的區域稱為截止區，這時，這時三極管如同工作在斷開狀態。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80在實際工作中，常通過測量三極管各極之間的電壓來判斷它的工作狀態，當發射結和集電結均為正偏時，三極管處于飽和工作狀態；當均為反偏時，三極管處于截止狀態；當發射結正偏、集電結反偏時，三極管處于放大工作狀態。4、放大電路的非線性失真所謂失真，是指輸出信號的波形與輸入信號的波形不再相似，這是放大電路應盡量避免的。當靜態工作點選擇不當或輸入信號幅度較大時，三極管的工作點將超出其特性曲線的線性區，工作點進入特性曲線非線性區域部分，輸入信號將不再被線性放大，于是輸出信號波形產生了失真。電路的組成及各元件的作用：使且有合適的使同時作為負載的能源；將電流放大轉換成電壓放大。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education8080jlaoyu動態信號作用時：輸入信號(右圖a)馱載在之上(右圖b)，使1且與產生，進而產生i。(右圖c)，在上產生變化的從而得到與有著相反變化的輸出電壓1(右圖d)。Ot好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80①截止失真若靜態工作點設置偏低，而輸入電壓；的幅度又相對較大，則在u?的負半分時間內出現BE小于發射結導通電壓的情況，此時三極管工作于截止區，使in和i的負半了平頂，則的正半了平頂。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80②飽和失真若靜態工作點設置偏高，而輸入電壓的幅度又相對較大，則在的正半分時間內，三極管進入飽和區工作，這時，可以不失真，但的關系已不復存在，增加，卻不隨之增加，其正半了平頂，相應地的負半了平頂。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80截止失真是在輸入回路首先產生失真，飽和失真是輸出回路產生失真。消除失真的措施：1、消除截止失真的方法：增大Vвв；2、消除飽和失真的方法：增大](2007-108)晶體管單管放大電路如圖a)所示，其中電阻可調，當輸入、輸出的波形如圖b)所示，輸出波形：()(A)出現了飽和失真，應調大(B)出現了飽和失真，應調小，(C)出現了截止失真，應調大(D)出現了截止失真，應調小，解：根據放大電路的輸出特性曲線分析可知，該反相放大電路出現了飽和失真，靜態工作點對應的基極電流過大，可以加大電阻的數值，選A。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education805、(阻容耦合)共發射極基本放大電路(1)放大電路的組成原則①必須有直流電源，而且電源的設置應使三極管的發射結正向偏置、集電結反向偏置，保證三極管工作在放大狀態。②元件的安排要保證信號的傳輸，即信號能夠從放大電路的輸入端加到三極管上(有信號輸入回路)，經過放大后又能從輸出端輸出(有信號輸出回路)。③元件參數的選擇要保證信號能不失真地放大，并滿足放大電路的性能指標要求。(2)各元件的作用如圖所示，是根據上述原則構成的一個阻容耦合的單管共射放大電路，它由信號源、直流電源、三極管、電阻、電容等元件構成。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80NPN型三極管：起放大作用，是整個電路的核心；直流電源為發射結提供正向偏置電壓，為集電結提供反向偏置電壓，也是信號放大的能源，一般為幾伏至幾十伏；基極偏置電阻它和一起為基極提供一個合適的基極電流以保證三極管不失真地放大，其值一般為幾十千歐至幾百千歐；集電極負載電阻.將放大了的集電極電流轉化為信號電壓輸出，使放大電路具有電壓放大功能，其值一般為幾千歐至幾十千歐；耦合電容：它們的作用是“隔離直流，傳送交流”；使直流電源不加到信號源和負載上，使交流輸入輸入信號順暢地傳輸；外接負載電阻。(3)靜態分析對于一個放大電路的分析一般包括兩個方面的內容：靜態工作情況和動態工作情況的分析。前者主要確定靜態工作點，后者主要研究放大電路的性能指標。當輸入信號為零時，放大電路只有直流電源作用，各處的電壓和電流都是直流量，稱好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80直流工作狀態或靜止狀態，簡稱靜態。這時三極管各極電流和各極之間的電壓分別用和表示，它們代表著輸入、輸出特性曲線上的一個點，所以習慣上稱它們為靜態工作點，簡稱Q點。由于電容對直流相當于開路，故共射極放大電路的直流通路如下圖所示，則有：Ip=VCc-RoseUCE=Vcc-IcRc輸入、輸出特性曲線好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80(4)動態分析放大電路輸入端接入輸入信號后的工作狀態，稱為動態。在動態時，放大電路在輸入電壓和直流電源共同作用下工作，此時，電路中既有直流分量，又有交流分量，形成了交直流共存于同一電路之中的情況，各極的電流和各極間的電壓都在靜態值的基礎上疊加一個隨輸入信號u，作相應變化的交流分量。對于放大電路的動態分析，主要采用圖解法和小信號模型法。①圖解法80jiaoyu25圖解法分析結論：1、在適當的靜態工作點和輸入信號幅值足夠小的條件下(保證三極管工作在特性曲線的線性區)，三極管各電極間的電壓及各電極的電流)都是由兩個分量線性疊加而成的脈動量(瞬時值變化，但方向始終不變)，其中一個是由直流電源引起的直流分量另一個是隨輸入信號u，而變化的交流分量(2、輸入電壓與輸出電壓相位相反，這種現象稱為“倒相”，是共射放大電路的一個重要特性，因而共射放大電路又稱為反相電壓放大器。3、輸出電壓和輸入電壓不但是同頻率的正弦波，而且輸出電壓的幅度要比輸入電壓的幅度大得多，這說明，輸入電壓經過電路被線性放大了。②小信號模型法如果三極管在Q點附近的線性區工作，其輸出回路可用受控電流源，來代替。該受控電流源受ib的控制，如右圖所示，其中，稱為三極管的(動態)輸入電阻。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80八零教育80jlaoyu上圖為共射放大電路的小信號模型電路，則電壓放大倍數為輸出電壓與輸入電壓之比，即：式中，式中負號表示輸出電壓與輸入電壓相位相反。輸入電阻：輸出電阻：好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80(2006-108)圖示單管放大電路中，設晶體管工作于線性區，此時，該電路的電壓放大倍數為：解：C，小信號模型如右圖所示，則電壓放大倍數為好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education806、射極偏置電路放大電路的電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻和輸出動態范圍等性能指標，與靜態工作點的位置密切相關，因此，能否保持靜態工作點的穩定，是能否保證放大電路穩定工作的關鍵。實際中引入一種應用很廣泛的穩定靜態工作點的基本放大電路，它的偏置電路由電阻(稱為分壓電阻)和射極電阻Rg組成，稱為射極偏置電路或基極分壓式偏置電路。靜態工作點：穩定靜態工作點的原理：的分壓作用固定基極①利用和②利用發射極電阻產生反映變化的，再引回到輸入回路去控制實現基本不變。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80射極偏置電路的動態分析：當射極旁路電容C未接入電路中時，射極偏置電路的小信號模型電路和相關性能指標如下所示。此時，由于的存在，雖然穩定了靜態工作點，但電壓放大倍數與共射極放大電路的相比減小了，通常的補救措施是在的兩端并聯一個大電容(，由于電容對直流可視作開路，故其接入對Q點沒有影響；而電容對交流可視作短路，在小信號模型中R被短接了，此時的公式與共射極的相一致，放大倍數沒有減小。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education8080jlaoyu(2005-108)如圖(a)所示電路中,晶體管的靜態靜態基極電流等于：(A)0.0152mA(B)0.0213mA(C)0.0286mA(D)0.0328mA解：直流通道如圖(b)所示：好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80(2008-108)晶體管單管放大電路如圖(a)所示，當晶體管工作于線性區時，晶體管的輸入電阻為，那么該放大電路的輸入電阻為：解：單管放大電路直流電源兩端電壓恒定，內阻等于零，對交流信號相當于短路。放大電路的輸入電阻是從其輸入端口看進去的交流等效電阻。畫出放大電路的微變等效電路如圖(b)所示。可見，該電路的輸入電阻為選B。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education807、共集電極放大電路特點：輸入電阻大，輸出電阻小；電壓放大倍數小于1而接近于1；輸出電壓與輸入電壓相位相同；雖然沒有電壓放大作用，但仍有電流和功率放大作用。電壓放大倍數：輸入電阻：其中：輸出電阻：好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80集成運算放大器集成運放的兩種工作狀態：線性區和非線性區。1、運放的電壓傳輸特性運放處于線性區，越大，線性區越小，當時，線性區→0。2、理想運算放大器開環電壓放大倍數.差模輸入電阻輸出電阻好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education803、線性區當集成運放電路的反向輸入端和輸出端有通路時(稱為負反饋)，一般情況下，可認為集成運放工作在線性區。分析方法：虛短和虛斷4、非線性區集成運放處于開環狀態或運放的同相輸入端和輸出端有通路時(稱為正反饋)，這時集成運放工作在非線性區。它具有如下特點：對于理想運放而言，當反向輸入端u與同相輸入端1不等時，輸出電壓是一個恒定的值，極性可正可負，當時，當時，好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education805、線性區運算電路舉例說明1)反相比例運算電路因有負反饋，可由虛短和虛斷得，(虛地),(虛斷),電壓放大倍數2)同相比例運算電路(特例：電壓跟隨器)因有負反饋，可由虛短和虛斷得，(虛斷),電壓放大倍數(電壓跟隨器：好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education803)反相加法器由虛短和虛斷得，若4)積分電路由虛地得，則5)微分電路由虛短和虛斷得，則好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80(2014-94)運算放大器應用電路如圖所示，設運算放大器輸出電壓的極限值為：如果將2V

電壓接入電路的“A”端，電路的“B”端接地后，測得輸出電壓為，那么，如果將2V電壓接入電路的“B”端，而電路的“A”端接地，則該電路的輸出電壓u?等于：(A)8V(B)-8V(C)10V(D)-10V解：①A=2V,B=0V時，②A=0V,B=2V時,則因無壓降?得代入得選C。好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80(2011-94)圖(a)所示運算放大器的輸出與輸入之間的關系如圖(b)所示，若則解：由圖(b)可知，當輸入信號時，放大電路工作在線性工作區，放大倍數為10；當輸入信號時，放大電路工作在非線性工作區，選C。思考：若題干給的輸入信號的幅值由2改為1，則應該選?好教育八零造好教育八零造80教育商城:80jiaoyu80教育商城:80jiaoyu80網校:80education80網校:80education80(2010-94)將運算放大器直接用于兩信號的比較