注冊電氣工程師基礎(chǔ)考試精講T15

1.半導(dǎo)體及二極管1.1掌握二極管和穩(wěn)壓管特性和參數(shù)1.2了解載流子的擴(kuò)散、漂移；PN結(jié)形成2放大電路基礎(chǔ)2.1掌握基本放大電路、靜態(tài)工作點(diǎn)、直流負(fù)載和交流負(fù)載(線)2.2掌握放大電路的基本分析方法2.3了解放大電路頻率特性和主要指標(biāo)2.4了解反饋概念、類型和極性；電壓串聯(lián)負(fù)反饋分析計算2.5了解正負(fù)反饋特點(diǎn)；其他類型分析；對性能影響；自激原因和條件2.6了解消除自激方法，去耦電路3集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用3.1掌握放大電路計算；了解典型差放工作原理；差模、共模、零漂概念，靜動態(tài)計算，輸入輸出相位關(guān)系，集成參數(shù)含義3.2掌握集成運(yùn)放特點(diǎn)和組成；了解多級放大的耦合方式；零漂抑制原理；了解復(fù)合管的正確接法及等效參數(shù)計算；恒流源作有源負(fù)載和偏置電路3集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用3.3了解多級放大器的頻率響應(yīng)3.4掌握理想運(yùn)放的虛短、虛地、虛斷概念及其分析方法；反相、同相、差動輸入比例器及電壓跟隨器工作原理，傳輸特性；積分、微分電路工作原理3.5掌握實(shí)際運(yùn)放電路的分析；了解對數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路工作原理，輸入輸出關(guān)系；應(yīng)用乘法器（平方、均方根、除法）3集成運(yùn)算放大器及其應(yīng)用3.6了解模擬乘法器的工作原理4信號處理電路4.1了解濾波器的概念、種類和幅頻特性；比較器的工作原理，傳輸特性和閥值，輸入輸出波形關(guān)系4.2了解一階和二階低通濾波器電路分析；主要性能，傳遞函數(shù)，帶通截止頻率，電壓比較器的分析法；檢波器、采樣保持電路工作原理4.3了解高通、低通、帶通電路和低通電路的對偶關(guān)系、特性5信號發(fā)生電路5.1掌握自激振蕩條件，RC文氏電橋振蕩器起振條件，頻率計算；LC振蕩器工作原理、相位關(guān)系；了解矩形、三角、鋸齒波發(fā)生電路工作原理，振蕩周期計算5.2了解文氏電橋振蕩器的穩(wěn)幅措施；石英晶體振蕩器工作原理；各種振蕩器適用場合；壓控振蕩器組成，原理，頻率估算，輸入輸出關(guān)系6功率放大電路6.1掌握功率放大電路的特點(diǎn)；了解互補(bǔ)推挽功放電路工作原理，輸出功率和轉(zhuǎn)換功率計算6.2掌握集成功率放大器內(nèi)部組成；了解功率管的選擇、晶體管的幾種工作狀態(tài)6.3了解自舉電路；功放管的發(fā)熱7直流穩(wěn)壓電源7.1掌握橋式整流及濾波電路工作原理、電路計算；串聯(lián)型穩(wěn)壓電路工作原理，參數(shù)選擇，電壓調(diào)節(jié)范圍，三端穩(wěn)壓塊的應(yīng)用7.2了解濾波電路外特性；硅穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路限流電阻選擇7.3了解倍壓整流電路原理；集成穩(wěn)壓電路工作原理及提高輸出電壓和擴(kuò)流電路工作原理二極管伏安特性O(shè)A段正向特性O(shè)B段反向特性BC段擊穿特性VD死區(qū)電壓(硅0.6-0.7V,鍺0.1-0.2V)VB擊穿電壓(額定電壓=VB/2)VBiD(mA)vD(V)(μA)oAVDBC返回硅穩(wěn)穩(wěn)壓壓管管伏伏安安特特性性穩(wěn)壓壓管管工工作作在在反反向向電電擊擊穿穿區(qū)區(qū)VZ穩(wěn)定定電電壓壓(IW=IWmin-IWmax)IW穩(wěn)定定電電流流電擊擊穿穿-可恢恢復(fù)復(fù)熱擊擊穿穿-不可可恢恢復(fù)復(fù)-VZiD(mA)vD(V)o-IWmax-IWmin電擊穿區(qū)熱擊穿區(qū)返回回載流流子子運(yùn)運(yùn)動動與與PN結(jié)形形成成P型材材料料-多子子空空穴穴,少子子電電子子N型材材料料-多子子電電子子,少子子空空穴穴擴(kuò)散散-多子子濃濃度度差差產(chǎn)產(chǎn)生生的的載載流流子子定定向向運(yùn)運(yùn)動動漂移移-少子子受受電電場場作作用用產(chǎn)產(chǎn)生生的的定定向向運(yùn)運(yùn)動動PN結(jié)-擴(kuò)散與漂漂移動態(tài)態(tài)平衡(勢壘,耗盡層)PN空間電荷區(qū)漂移擴(kuò)散返回基本放大大電路三種組態(tài)-共射，共共集，共共基三極管放放大條件件-內(nèi)部,外部VCCRBRCRECICO++TvbvcVCCRB1RECICO++TRB2CBVCCRB1RECICO++TRB2RC返回共發(fā)射極放放大器共集電極放放大器共基極放放大器靜態(tài)工作作點(diǎn)及其其估算1.直流通路路和直流流負(fù)載直流通路路-直流電流流流通路路徑(電容開路路)直流負(fù)載載-三極管集集電極直直流電阻阻2.固定偏置置和射極偏置置VCCRB1REIBICTRCI2VCCRB1REIBICTRB2RC返回固定偏置置電路VCCRBREIBICTRC返回射極偏置置電路I2VCCRB1REIBICTRB2RC返回交流通路路和交流流負(fù)載1.交流通路路-交流電流流的通路路(耦合傍路路電容短短路,直流恒壓壓源短路路電流源源開路)2.交流負(fù)載載-三極管集集電極交交流電阻阻R'LVCCRBRCRECICO++TRLRLRBRCRETR'L=RC//RL返回放大電路路基本分分析方法法1.圖解分析析法——非線性電電路的一一般分析析方法，，需要非非線性曲曲線求解解精度不不高2.微變等效效電路分分析法——在靜態(tài)工工作點(diǎn)處處線性展展開，適適合小信信號分析析返回圖解分析析法直流負(fù)載載線－ＭＭＮ直線線交流負(fù)載載線－過過Ｑ點(diǎn)斜斜率等于于-1/R'L直線vCEiCQOVCCVCEQICQMNPIB=0IB=20IB=40IB=60IB=802/mA/V直流負(fù)載線交流負(fù)載線α返回微變等效效電路分分析法1.畫放大器器交流通通路2.用三極管管微變等等效模型型替代三三極管3.由所得線線性電路路求解放放大器動動態(tài)指標(biāo)標(biāo)共發(fā)、共集、共基放大大電路RLRBRCRETRLRBRCRErbe?bβ?b返回共集電極放大電路路共集放大大電路又又稱射極極跟隨器器，隔離離級A=1，輸入電阻阻大，輸輸出電阻阻小VCCRB1RECICO++TRB2RLR'BRE?bβ?brbeRLR'BRET返回放大電路路頻率特特性1頻率響應(yīng)應(yīng)幅頻特性性-放大倍數(shù)數(shù)與頻率率關(guān)系相頻特性性-輸入輸出出相位移移與頻率率關(guān)系ffLfHAVM0.707AVMfH上限頻率率fL下限頻頻率通頻帶帶BW=fH–fLAVM中頻放放大倍倍數(shù)返回電壓放放大電電路主主要指指標(biāo)電壓放放大器器主要要技術(shù)術(shù)指標(biāo)標(biāo)有：：1。電壓壓放大大倍數(shù)數(shù)AV=ΔVO/ΔVI|RL=C2。輸入電電阻Ri=ΔVI/ΔII|RL=C3。輸出出電電阻阻RO=ΔVO/ΔIO|RL=∞放大大器器等效效電電路路+-r0RL-+～放大器riRS返回回放大大器器等等效效電電路路放大大器器對對信信號號源源而而言言是是一一負(fù)負(fù)載載，，用用ri等效對負(fù)載RL而言，放大器器等效為信號號源Eo和ro+-r0RL-+～放大器riRS返回反饋概念反饋-放大器輸出信信號反送到輸輸入端，從而而影響放大器器性能正反反饋饋（（使使凈凈輸輸入入增增加加））和和負(fù)負(fù)反反饋饋（（使使凈凈輸輸入入減減小?。┲绷髁鞣捶答侌仯ǎǚ€(wěn)穩(wěn)定定工工作作點(diǎn)點(diǎn)））和和交交流流反反饋饋（（改改善善交交流流特特性性））局部部反反饋饋（（影影響響局局部部性性能能））和和級級間間反反饋饋（（影影響響整整體體性性能能））返回回四種種反反饋饋類類型型電壓壓反反饋饋：：XO=VO，Xf∝VO；電流流反反饋饋：：XO=IO，Xf∝IO串聯(lián)聯(lián)反反饋饋：：Xf=Vf，并聯(lián)聯(lián)反反饋饋：：Xf=If反饋饋一一般般表表達(dá)達(dá)式式：：Af=A/(1+AF)基本放大器反饋網(wǎng)絡(luò)+–1。電壓壓串串聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋2。電流流串串聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋3。電壓壓并并聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋4。電流流并并聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋返回回反饋饋框框圖圖電壓壓串串聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋共集放放大大器器，，同同相相比比例例運(yùn)運(yùn)算算電電路路都都是是電電壓壓串串聯(lián)聯(lián)反反饋饋基本放大器反饋網(wǎng)絡(luò)返回回放大大電電路路基基礎(chǔ)礎(chǔ)例一一返回回四種種反反饋饋類類型型電壓壓串串聯(lián)聯(lián)負(fù)負(fù)反反饋饋分分析析計計算算電路路分分析析：：1。兩兩級級電電容容耦耦合合NPN放大大電電路路（（負(fù)負(fù)電電源源））2。級級間間反反饋饋元元件件引引入入電電壓壓串串聯(lián)聯(lián)反反饋饋3。瞬瞬時時極極性性判判定定為為負(fù)負(fù)反反饋饋4。反反饋饋信信號號是是RE1上電壓壓Vf正比于于輸出出電壓壓Vf100k30k10k3.3k1001.5k10k1.5k6.2k1k9.12.7k2.7kRLRf=4.7kvOvI10μF10μF10μF100μF33μF-VCCRE1T1T2S深度負(fù)負(fù)反饋饋分析析：Vf=VoRE1/(RE1+Rf)AVf=Vo/Vf=(RE1+Rf)/RE1返回1電壓串串聯(lián)負(fù)負(fù)反饋饋返回2放大電路基基礎(chǔ)電壓并聯(lián)負(fù)負(fù)反饋集基偏置電電路，反相相比例運(yùn)算算電路都是是電壓并聯(lián)聯(lián)反饋基本放大器反饋網(wǎng)絡(luò)返回電流串聯(lián)負(fù)負(fù)反饋射極偏置共發(fā)電路（（微變等效效電路中RE≠0）是電流串聯(lián)聯(lián)負(fù)反饋基本放大器反饋網(wǎng)絡(luò)返回電流并聯(lián)聯(lián)負(fù)反饋饋電流并聯(lián)聯(lián)負(fù)反饋饋電路基本放大器反饋網(wǎng)絡(luò)返回負(fù)反饋對放大電電路性能能影響1.閉環(huán)放大大倍數(shù)穩(wěn)穩(wěn)定性提提高2.減小環(huán)路路內(nèi)非線線性失真真3.閉環(huán)帶寬寬增大4.對輸入輸輸出電阻阻影響：：電壓反饋饋輸出電電阻減小小電流反饋饋輸出電電阻增大大串聯(lián)反饋饋輸入電電阻增大大并聯(lián)反饋饋輸入電電阻減小小返回差動放大大器基本本概念直流放大大器零漂問題差模(輸入)信號vi1=-vi2=vid/2共模(輸入)信號vi1=vi2=vic差模放大大倍數(shù)Avd=vod/vid共模放大大倍數(shù)Avc=voc/vic共模抑制制比KCMR(CMRR)=Avd/Avc放大器vi1vi2vivovo2vo1RRvid=vi1-vi2vic=(vi1+vi2)/2零漂問題題和抑制制零漂的的差動原原理采用直接接耦合以以放大極極低頻率率及直流流信號。。但因溫溫度變化化前級工工作點(diǎn)狀狀態(tài)變化化被后級級作為信信號而加加以放大大,造成零輸輸入而非非零輸出出現(xiàn)象—零點(diǎn)漂移移利用差動動原理可可抑制零零漂vi2vo2Av2vi1vo1Av1vivovi1vo1Av1vo=vo1-vo2=Av1vi1-Av2vi2=Av1vid=Av2vid=Avdvid返回差放基本本概念返回集成運(yùn)放放典型差放放動態(tài)和和靜態(tài)分分析長尾電路路和帶恒恒流源差差放靜態(tài)態(tài)計算典型差放放動態(tài)計算算vi1vO+VCCT1RERWT2-VCCvi2RRRbARbRcRcvi1vO+VCCT1RERWT2-VCCvi2RbARbRcRcRb2Rb1T3返回典型差放放動態(tài)分分析雙端輸出：：Avd=Av1(R'L=Rc//(RL/2)),Ro=2Rc,Rid=2Ri1單端輸出出：Avd=Av1(R'L=Rc//RL)/2,Ro=Rc,Rid=2Ri1Avc=A'v1(R'L=Rc//RL)vi1vO1T1RW/2RbRcvi1vO1T1RW/2RbRc2RE恒流源電電路用替替代代RE返回差放動靜態(tài)分分析返回集成運(yùn)放放集成運(yùn)放放主要參參數(shù)開環(huán)(差模)電壓放大大倍數(shù)Avd(Avo)(差模)輸入電阻Ri(d)和輸出電阻Ro共模抑制比KCMR輸入失失調(diào)電電壓VIO和輸入失失調(diào)電電流IIO基極電電流IB開環(huán)帶帶寬BW和單位位增益益帶寬寬BWG最大差差模輸輸入電電壓Vidmax最大共共模輸輸入電電壓VIcmax等返回集成運(yùn)運(yùn)放特特點(diǎn)和和組成成特點(diǎn)：：三極極管參參數(shù)一一致性性好；；電阻阻為溝溝道電電阻，，大電電阻需需外接接；PN結(jié)電容容，大大電容容需外外接；；恒流流源作作偏置置電路路和有有源負(fù)負(fù)載四部分分組成成：差差動輸輸入級級，中中間電電壓放放大級級，（（功率率）輸輸出級級和偏偏置電電路新舊符符號+-+∞vPvNvO+-vPvNvO返回恒流源源電路路恒流源源具有有靜態(tài)態(tài)電阻阻小動動態(tài)電電阻大大的特特點(diǎn)有三極極管恒恒流源源，鏡鏡像恒恒流源源和微微電流流源+VCCT1IoT2RIREF2IBREIO+VCCTRb1Rb2D返回復(fù)合管管NPN+NPN復(fù)合NPN+PNP復(fù)合PNP+NPN復(fù)合PNP+PNP復(fù)合T1T2IC1IC2ICIB1IBIE2IET1T2IBIEICIEIBT1T2ICIBT1T2ICIE返回理想運(yùn)運(yùn)算放放大器器及其其分析析法理想運(yùn)運(yùn)放條條件：：AVO→∞，Ri→∞∞，Ro→0，KCMR→∞，BW→→∞∞運(yùn)放線線性應(yīng)應(yīng)用特特點(diǎn)：：VP=VN，Ii=0，““虛短””+-+∞vPvNvO返回反相比比例運(yùn)運(yùn)算因?yàn)镮i=0，所以VP=0因?yàn)閂N=VP=0，所以N點(diǎn)地電電位““虛地地”R平衡電電阻+-+∞vivORR1RFI1IiIF返回同相比比例運(yùn)運(yùn)算因?yàn)镮i=0，所以VP=vi因?yàn)檫\(yùn)運(yùn)放輸輸入端端電流流為0，所以以反反相相端端““虛虛斷斷””R平衡衡電電阻阻返回回+-+∞vivORR1RFIi差動動運(yùn)運(yùn)算算利用用迭迭加加原原理理和和虛虛短短虛虛斷斷概概念念+-+∞vi1vOR1RFIiR2R3vi2返回回電壓壓跟跟隨隨器器+-+∞vOIivi返回回積分分、微分分電電路路積分分電電路路，，時時間間常常數(shù)數(shù)τ=RC要大大于于Tvi=E，Vo=0時+-+∞vivORCiitvivoRC越大大三三角角波波幅幅度度越越小小返回回微分分電電路路微分分電電路路時時間間常常數(shù)數(shù)τ=RC要小于于T/2+-+∞vivORCiitvivo返回回對數(shù)數(shù)、反對對數(shù)數(shù)運(yùn)運(yùn)算算對數(shù)運(yùn)算算+-+∞vivORiEiF反對數(shù)運(yùn)運(yùn)算+-+∞vivORiCi都與溫度有關(guān)關(guān)返回模擬乘法法器及應(yīng)應(yīng)用乘法器符符號乘法器應(yīng)應(yīng)用注意意負(fù)反饋饋,運(yùn)放線性性應(yīng)用vXvYvO=KvXvY+-+∞vi1vORv2Rvi2+-+∞vivORv2R返回二象限除除法vi2大于0負(fù)電壓開開方有源濾波波器概念念傳遞函函數(shù)頻率特特性(幅頻和相頻頻)理想特性ωωHωωLωωLωHω0ωωLωH返回一階低通濾濾波器其中是是通帶內(nèi)放放大倍數(shù)是上限截止止角頻率+-∞+236RvOR1vICRFωA00.707A0ωH20dB/10倍頻返回二階低通濾濾波器二階壓控電電壓源有源源低通濾波波器二階有源低低通濾波器器相似的頻率率特性(幅頻特性)+-∞+vOvIRRCCR1RF+-∞+RvORvIC2C1返回二階低通濾濾波器幅頻頻特性等效品質(zhì)因因素Q對幅頻特性性影響Q=0.707時有最大平平坦通頻帶帶衰減特性40dB/10倍頻程Q越大峰值越越大ωA00.707A0ωHQ=5Q=2Q=0.707Q=0.5返回信號處理電電路返回二階低通濾濾波器比較器及其其傳輸特性性運(yùn)放開環(huán)(非線性)應(yīng)用電壓傳傳輸特性遲滯比較器電壓傳輸特特性V0+

vIV0-

線性范圍+-+∞vIvO+-+∞vIvOVREFvIV0+V0-

VREF返回回遲滯滯比比較較器器及及其其傳傳輸輸特特性性正向向閾閾值值V+和反反向向閾閾值值V–電壓壓回差差電電壓壓VH=V+-V–應(yīng)用用：：波形形變變換換R2+-+∞vIvOR1RDZvRvIV0+=VZV0-=-VZV+V-返回回比較較器器返回回信號號處處理理電電路路遲滯滯比比較較器器波波形形變變換換電壓壓增增大大時時與V+比較較電壓壓減減小小時時與與V–比較較電壓壓介介于于V+和V–之間間輸輸出出保保持持原原先先值值tvivoV+V―VO+VO―返回回遲滯滯比比較較器器返回回比較較器器返回回信號號處處理理電電路路自激激振蕩蕩條條件件自激激振振蕩蕩-無輸輸入入信信號號電電路路自自動動輸輸出出一一定定頻頻率率和和幅幅度度的的信信號號正弦弦波波振振蕩蕩器器-輸出出為為正正弦弦信信號號的的振振蕩蕩器器振蕩蕩條條件件相位位平平衡衡條條件件幅度度平平衡衡條條件件起振振條條件件放大器選頻網(wǎng)絡(luò)相位位平平衡衡條條件件決決定定能能否否振振蕩蕩及及振振蕩蕩頻頻率率返回回RC選頻頻特特性性和和(電橋)振蕩器單級RC電路移相0~90度(超前或滯后)RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)選選頻特性RRCCωω0φF+90–90ωω0F1/3返回文氏電橋振蕩蕩器運(yùn)放和R1RF組成同相放大大器A=(R1+RF)/R1φA=0由相位平衡條條件必須φF=0,得振蕩頻率由幅度和起振振平衡條件,A必須略大于3D起穩(wěn)幅作用18kR28.2k12kRW2.7k+-∞+236vOR3D1D2RRCC6.8kABR1RF返回RC振蕩器返回信號產(chǎn)生電路路LC選頻特性和LC振蕩器LC選頻特性(諧振)相位條件轉(zhuǎn)化化為瞬時極性性(正反饋)變壓器反饋LC振蕩器三點(diǎn)式振蕩器(結(jié)構(gòu)判別)T1VCCRB1RE++C1C2L**+++++RB2φA=0(共基),φF=0返回三點(diǎn)式振蕩器器Z1和Z2同電抗性質(zhì)Z3和Z2(Z1)不同電抗Z1+-∞+Z2Z3T1VCCRB1RE+C1C2L+++RB2T1VCCRB1RE++CL+++RB2L1L2電容三點(diǎn)式電感三點(diǎn)式返回LC振蕩器返回信號發(fā)生電路路非正弦波振蕩蕩器滯廻比較器加延時時環(huán)節(jié)改變時間常數(shù)數(shù)RC改變頻率改變VR改變頻率(壓控振蕩)R并聯(lián)D充放電時間不不同占空比不不同R2+-+∞vO1R1RDZvRCvO2返回V+V–Vo+Vo–vO1vO2vO1積分石英晶體振蕩蕩器石英晶體振蕩蕩器特性石英晶體振蕩蕩電路工作于串聯(lián)諧諧振頻率fS和并聯(lián)諧振頻頻率fP之間調(diào)節(jié)C可微調(diào)輸出頻頻率fO電容性電感性Xff

S

fPO+-+∞vOR1XC返回功放電路的特特點(diǎn)大信號電壓電流流大可輸出交流功功率大小電源效率問題題(甲類功放乙類類功放等)失真問問題(甲乙類類功放)器件極極限參參數(shù)(安全)問題返回互補(bǔ)對對稱功功放電電路雙電源互互補(bǔ)對對稱功功放電電路,靜態(tài)VA=0單電源源互補(bǔ)補(bǔ)對稱稱功放放電路路,靜態(tài)VA=VCC/2T1,T2輪流工工作,各導(dǎo)電(T/2)180度(乙類)指標(biāo)計算vIvO+VCCRLT1T2A-VCCvIvO+VCCRLCLT1T2A+返回乙類功放放指標(biāo)計算算最大不失失真輸出出功率Pomax最大電源源效率ηmax最大管耗耗PTmax單電源用用VCC/2替代公式式中VCCvIvO+VCCRLT1T2A-VCC返回互補(bǔ)對稱稱功放返回功率放