模拟电子电路_模电_课件_清华大学_华成英_8_波形的发.ppt
合集下载
模拟电子技术清华大学PPT课件
2结、3区。其中
发射区高掺杂，
基区较薄且低掺
杂，集电区一般
掺杂。
第33页/共432页
1 .3 三极管（Transistor）
1 .3 .2 三极管的三种接法（三种组态）
三极管在放大电路中有三种接法：共发射极、 共基极、共集电极。
第34页/共432页
1 .3 三极管（Transistor）
1 .3 .3 三极管内部载流子传输
第21页/共432页
1 .1 .2 杂质半导体
在本征半导体中掺入少量的其他特定元素 （称为杂质）而形成的半导体。
常用的杂质材料有5价元素磷P和3价元素硼B。
根据掺入杂质的不同，杂质半导体又分为N 型半导体和P型半导体。
第22页/共432页
一 . N型半导体（电子型半导体）
掺如非金属杂质磷 P 的半导体。每掺入一个磷 原子就相当于向半导体内 部注入一个自由电子。
第42页/共432页
1 .3 .6 三极管主要参数
一. 电流放大系数
1. 共发射极电流放大系数 直流β≈IC/IB 交流β≈ΔIC/ΔIB
均用β表示。
2. 共基极电流放大系数 直流α≈IC/IE 交流α≈ΔIC/ΔIE
均用α表示。
β=α/(1－α) α=β/(1+β)
二. 反向饱和电流
1.集电极—基极间反向饱和电流ICBO 2.集电极—发射极间穿透电流ICEO
•
自电子器件出
现至今，电子技术已
经应用到了社会的各
个领域。
前进
第8页/共432页
返回
II .电子技术的应用
1875年 （苏）
1901年 （美）
1902年 （美）
1906年 （美）
模拟电子技术基础-清华大学 华成英-全套完整版ppt课件
值得纪念的几位科学家！
第一只晶体管的发明者
（by John Bardeen , William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab） 他们在1947年11月底发明了晶 体管，并在12月16日正式宣布“晶 体管”诞生。1956年获诺贝尔物理 学奖。巴因所做的超导研究于1972 年第二次获得诺贝尔物理学奖。
2. 实践性
➢ 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 ➢ EDA软件的应用方法
华成英 hchya@
五、如何学习这门课程
1. 掌握基本概念、基本电路和基本分析方法
➢ 基本概念：概念是不变的，应用是灵活的， “万 变不离其宗”。 ➢ 基本电路：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：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。 2. 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 ➢ 根据需求，最适用的电路才是最好的电路。 ➢ 要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊”。 4. 注意电路中常用定理在电子电路中的应用
贝尔实验室制成第一只晶体管 集成电路 大规模集成电路 超大规模集成电路
第一片集成电路只有4个晶体管，而1997年一片集成电路 中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍/6年 的速度增长，到2015或2020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！
华成英 hchya@
1. 电子电路中信号的分类
“1”的倍数
➢数字信号：离散性
介于K与K+1之 间时需根据阈值 确定为K或K+1
“1”的电 压当量
任何瞬间的任何 值均是有意义的
模电课件模拟电子技术基础第四童诗白华成英ppt
集成运算放大器的分析和设计
• 分析 • 输入电阻和输出电阻的分析，以及频率特性的分析。 • 线性范围和非线性失真的分析。 • 直流和交流性能的分析。 • 设计 • 选择合适的晶体管和电阻器。 • 设计合适的偏置电路和反馈电路。 • 进行频率补偿和稳定性分析。
集成运算放大器的应用
作为通用放大器使用，用于各种不同的信号放大场合 。
THANK YOU.
反馈的极性
正反馈用“+”表示，负反馈用“-”表示 。
正反馈
使放大器的净输入信号增加。
负反馈对放大电路性能的影响
提高放大倍数的稳定性
展宽频带
由于环境温度的变化，晶体管的放大倍数会 发生变化，加入负反馈后，可以减小这种变 化。
由于负反馈的作用，使得放大器的上限频率 有所降低，下限频率有所升高，这样频带就 展宽了。
减小非线性失真
负反馈对噪声的抑制作 用
当输入信号为正弦波时，晶体管的输出信号 由于管子的非线性而产生失真，加入负反馈 后，可以使这种失真减小。
在放大器中，噪声是不可避免的，负反馈可 以抑制噪声。
正反馈和自激振荡
自激振荡
在正反馈的作用下，放大器会自己产生信号而输出音调不变的音调。
消除自激振荡的方法
在放大器中引入负反馈来破坏自激振荡的条件。
直流电源及其应用
直流电源
01
它通常由交流电源经整流、滤波和稳压等环 节转换而来。
03
直流电源广泛应用于各种电子设备和系统中 ，如计算机、手机和电动车等。
05
02
直流电源是一种能够提供稳定直流电压的电 子器件。
04
直流电源电压， 保证其正常工作和延长使用寿命。
电子技术的起源与发展
模拟电子技术 清华华成英第四版 第八章
Xf Xi
+
Xf Xi
XO Xi
•
Xf XO
AF 1
AF AF 1 幅值平衡条件
Arg AF Arg A Arg F A F 相位平衡条件 2n (n 0、1、 2）
二、起振和稳幅
起振的条件： Xf 稍大于 Xi 即
Xf Xi
．．
ＡF
1
稳幅的条件： Xf Xi 即
Xf Xi
．．
ＡF 1
2M 2 Ri2 2 L22
•
L2
优点： 容易振荡
缺点： 能量损耗大，变压器 器件笨重
例：分别标出图所 示各电路中变压器 的同名端，使之满 足正弦波振荡的相 位条件。
三、电感反馈式振荡电路(电感三点式)
判定原则：
中间交流接地，首尾反向， 首或尾端交流接地，另两端 同向
振荡频率： f0
2
1 LC
（本题10分）一电压比较器电路及参数如图所示。请求出 该电路的阈值电压，画出电压传输特性曲线，并说明是何 种类型的电压比较器
2解：所示电路为反相输入的滞回比较器 （3分）
uO＝±UZ＝±6V。令
uP
R1 R1 R2
uO
R2 R1 R2
U REF
uN
uI
（2分）
求出阈值电压：UT1＝0 V UT2＝4 V （2分）
U ＝ T
R
R 1
＋R
•U Z
1
2
uo从+UZ跃变到-UZ的 阈值电压为+UT
uo从-UZ跃变到+UZ的 阈值电压为-UT
uI在-UT与+UT之间增加或减 小, uO不发生变uO化
+UZ
《清华大学模电》课件
3 为电子领域职业发展打下坚实基础
学习模拟电路设计将为你未来在电子领域的职业发展提供有力支持。
课程内容概述
基本原理
学习电路基本理论，探索电 子元件的工作原理。
了解电流、电压、电阻和功 率等基本概念。
模拟电路设计
学习设计和分析电路的方法 和技巧。
掌握模拟电路的基本组成元 件和电路拓扑结构。
实践应用
通过实验和项目，将理论应 用到实际工程问题中。
1
作业
每周布置作业，涉及电路设计和分析
实验报告
2
的实践任务。
通过完成实验和撰写报告，评估学生
对实际电路设计过程的掌握情况。
3
期末考试
进行综合考核，测试学生对课程内容 的理解和应用能力。
作业和考核将帮助学生巩固和应用所学知识，培养实践能力和专业素养。
ห้องสมุดไป่ตู้
师资力量
教师团队
本课程由清华大学电子工程系 资深教师和电子工程领域的专 家组成的团队授课。
教学设施
校内资源
学校配备了先进的电子实验室 和设备，提供优质的学习环境。
清华大学电子工程系拥有丰富 的学术资源，为学生提供坚实 的学习支持。
结语及资源链接
继续学习
《清华大学模电》课程是你电子工程领域探 索的起点，继续学习将让你在这个领域中获 得进一步的成长。
资源链接
在下方提供了一些有用的资源链接，帮助你 进一步学习和探索模拟电路设计。
《清华大学模电》PPT课件
欢迎来到《清华大学模电》课程的PPT课件！通过这个课件，你将探索电子 技术的奥秘，了解模拟电路设计的基础知识和实践应用。
课程目标和意义
1 培养电子技术的基本理解和应用能力
通过学习模拟电路设计，将帮助你在电子工程领域取得实质性的进展。
学习模拟电路设计将为你未来在电子领域的职业发展提供有力支持。
课程内容概述
基本原理
学习电路基本理论，探索电 子元件的工作原理。
了解电流、电压、电阻和功 率等基本概念。
模拟电路设计
学习设计和分析电路的方法 和技巧。
掌握模拟电路的基本组成元 件和电路拓扑结构。
实践应用
通过实验和项目，将理论应 用到实际工程问题中。
1
作业
每周布置作业，涉及电路设计和分析
实验报告
2
的实践任务。
通过完成实验和撰写报告，评估学生
对实际电路设计过程的掌握情况。
3
期末考试
进行综合考核，测试学生对课程内容 的理解和应用能力。
作业和考核将帮助学生巩固和应用所学知识，培养实践能力和专业素养。
ห้องสมุดไป่ตู้
师资力量
教师团队
本课程由清华大学电子工程系 资深教师和电子工程领域的专 家组成的团队授课。
教学设施
校内资源
学校配备了先进的电子实验室 和设备，提供优质的学习环境。
清华大学电子工程系拥有丰富 的学术资源，为学生提供坚实 的学习支持。
结语及资源链接
继续学习
《清华大学模电》课程是你电子工程领域探 索的起点，继续学习将让你在这个领域中获 得进一步的成长。
资源链接
在下方提供了一些有用的资源链接，帮助你 进一步学习和探索模拟电路设计。
《清华大学模电》PPT课件
欢迎来到《清华大学模电》课程的PPT课件！通过这个课件，你将探索电子 技术的奥秘，了解模拟电路设计的基础知识和实践应用。
课程目标和意义
1 培养电子技术的基本理解和应用能力
通过学习模拟电路设计，将帮助你在电子工程领域取得实质性的进展。
《模拟电子电路_模电_课件_清华大学_华成英_8_波形的发生和信号的转换》
1. LC并联网络的选频特性
理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且 阻抗无穷大。 1 谐振频率为 f 0 2 π LC 在损耗较小时，品质因数及谐振频率
1 L 1 Q ，f 0 R C 2 π LC
损耗
在f＝f0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电 阻为多少？
华成英 hchya@
二、RC正弦波振荡电路 三、LC正弦波振荡电路
四、石英晶体正弦波振荡电路
华成英 hchya@
一、正弦波振荡的条件和电路的组成
1. 正弦波振荡的条件
无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。 与负反馈放大电路振荡的不同之处：在正弦波振荡电路 中引入的是正反馈，且振荡频率可控。
常合二为一
4、分析方法
1) 是否存在主要组成部分； 2) 放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否 可能正常传递，没有被短路或断路； 3) 是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡 ； 4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。
华成英 hchya@
相位条件的判断方法：瞬时极性法
Ui ( f f 0 )
为什么用分立元 件放大电路
C1是必要的吗？ 特点： 易振，波形较好；耦合不紧密， 损耗大，频率稳定性不高。
为使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式 电路。 如何组成？
华成英 hchya@
3. 电感反馈式电路
Uf
华成英 hchya@
4、集成运放的非线性工作区
电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈
无源网络
理想运放工作在非线性区的特点： 1) 净输入电流为0 2) uP> uN时， uO＝＋UOM uP< uN时， uO＝－UOM
理想LC并联网络在谐振时呈纯阻性，且 阻抗无穷大。 1 谐振频率为 f 0 2 π LC 在损耗较小时，品质因数及谐振频率
1 L 1 Q ，f 0 R C 2 π LC
损耗
在f＝f0时，电容和电感中电流各约为多少？网络的电 阻为多少？
华成英 hchya@
二、RC正弦波振荡电路 三、LC正弦波振荡电路
四、石英晶体正弦波振荡电路
华成英 hchya@
一、正弦波振荡的条件和电路的组成
1. 正弦波振荡的条件
无外加信号，输出一定频率一定幅值的信号。 与负反馈放大电路振荡的不同之处：在正弦波振荡电路 中引入的是正反馈，且振荡频率可控。
常合二为一
4、分析方法
1) 是否存在主要组成部分； 2) 放大电路能否正常工作，即是否有合适的Q点，信号是否 可能正常传递，没有被短路或断路； 3) 是否满足相位条件，即是否存在 f0，是否可能振荡 ； 4) 是否满足幅值条件，即是否一定振荡。
华成英 hchya@
相位条件的判断方法：瞬时极性法
Ui ( f f 0 )
为什么用分立元 件放大电路
C1是必要的吗？ 特点： 易振，波形较好；耦合不紧密， 损耗大，频率稳定性不高。
为使N1、N2耦合紧密，将它们合二为一，组成电感反馈式 电路。 如何组成？
华成英 hchya@
3. 电感反馈式电路
Uf
华成英 hchya@
4、集成运放的非线性工作区
电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈
无源网络
理想运放工作在非线性区的特点： 1) 净输入电流为0 2) uP> uN时， uO＝＋UOM uP< uN时， uO＝－UOM
模电课件
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，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。 绝缘体－－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。 半导体－－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。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
面接触型：结面积 大，结电容大，故结 允许的电流大，最高 工作频率低。
平面型：结面积可小、 可大，小的工作频率 高，大的结允许的电 流大。
华成英 hchya@
二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u)
u
i IS (eUT 1) (常温下UT 26mV)
漂移运动
因电场作用所产 生的运动称为漂移 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，就形成了PN结。
华成英 hchya@
PN 结的单向导电性
PN结加正向电压导通： 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，PN结处于导通 状态。
P必N要结吗加？反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运
§１．１ 半导体基础知识 §１．２ 半导体二极管 §１．３ 晶体三极管
华成英 hchya@
§1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、ＰＮ结的形成及其单向导电性 四、ＰＮ结的电容效应
华成英 hchya@
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
华成英 hchya@
五、如何学习这门课程
1. 掌握基本概念、基本电路和基本分析方法
面接触型：结面积 大，结电容大，故结 允许的电流大，最高 工作频率低。
平面型：结面积可小、 可大，小的工作频率 高，大的结允许的电 流大。
华成英 hchya@
二、二极管的伏安特性及电流方程
二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。
i f (u)
u
i IS (eUT 1) (常温下UT 26mV)
漂移运动
因电场作用所产 生的运动称为漂移 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，就形成了PN结。
华成英 hchya@
PN 结的单向导电性
PN结加正向电压导通： 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，PN结处于导通 状态。
P必N要结吗加？反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运
§１．１ 半导体基础知识 §１．２ 半导体二极管 §１．３ 晶体三极管
华成英 hchya@
§1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、ＰＮ结的形成及其单向导电性 四、ＰＮ结的电容效应
华成英 hchya@
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
华成英 hchya@
五、如何学习这门课程
1. 掌握基本概念、基本电路和基本分析方法
模拟电子技术基础(第4版华成英)ppt课件
1
乙类功率放大器是一种非线性放大器，其工作原 理是将输入信号的负半周切除，仅让正半周通过 晶体管放大。
2
在乙类功率放大器中，晶体管只在正半周导通， 因此效率较高。但因为晶体管工作在截止区和饱 和区，所以失真较大。
3
乙类功率放大器通常采用推挽电路形式，以减小 失真。
THANKS
感谢观看
利用晶体管、可控硅等开关元件的开关特性，通过适当组合实现非 正弦波信号的输出。
非正弦波发生电路的组成
包括开关元件、储能元件和输出电路。
非正弦波发生电路的特点
输出信号波形多样，幅度大，但频率稳定性较差，且波形质量受开 关元件特性的影响较大。
波形变换电路
波形变换电路的原理
利用运算放大器和适当组合的RC电路，将一种波形变换为另一种波 形。
基本放大电路 放大电路的基本概念和性能指标
总结词
共基极放大电路的特点是输入阻抗低、 输出阻抗高。
VS
详细描述
共基极放大电路是一种特殊的放大电路， 其工作原理基于晶体管的电压放大作用。 由于其输入阻抗低、输出阻抗高的特点， 因此常用于实现信号的电压放大。在电路 结构上，共基极放大电路与共发射极放大 电路类似，只是晶体管的基极接输入信号 而不是发射极。
01
特征频率
晶体管在特定工作点上的最高使 用频率，超过该频率时放大电路 将失去放大能力。
截止频率
02
03
放大倍数
晶体管在正常放大区与截止区的 交界点上所对应的频率，是晶体 管的重要参数之一。
晶体管在不同频率下的电压放大 倍数，反映了晶体管在不同频率 下的放大性能。
单级放大电路的频率响应
低通部分
放大电路对低频信号的放大能力较强，随着频 率升高，增益逐渐下降。
模拟电路PPT (华成英)
简化的h参数等效电路－交流等效模型
基区体电阻
发射结电阻
发射区体电阻 数值小可忽略
利用PN结的电流方程可求得
rbe
U be Ib
rbb'
rb'e
rbb'
(1 ) UT
I EQ
查阅手册 在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！
由IEQ算出
安博mranbo@
Weinan Normal University
消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。
减小Rb能消除截止失真吗？
安博mranbo@
Weinan Normal University
• 饱和失真 ：饱和失真是输出回路产生失真。
Q ''' Q ''
Rc↓或VCC↑
Rb↑或 β↓或 VBB ↓
这可不是 好办法！
• 消除方法：增大Rb，减小Rc，减小β，减小VBB，增大VCC。 • 最大不失真输出电压Uom ：比较UCEQ与（ VCC－ UCEQ ），取
diB
iC uCE
IB duCE
电阻
无量纲
Ube h11Ib h12Uce
Ic h21Ib h22Uce
无量纲
电导
交流等效模型（按式子画模型）
安博mranbo@
Weinan Normal University
h参数的物理意义
h11
uBE iB
• 对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类 尽可能少、负载上无直流分量。
安博mranbo@
Weinan Normal University
两种实用放大电路：（1）直接耦合放大电路
基区体电阻
发射结电阻
发射区体电阻 数值小可忽略
利用PN结的电流方程可求得
rbe
U be Ib
rbb'
rb'e
rbb'
(1 ) UT
I EQ
查阅手册 在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！
由IEQ算出
安博mranbo@
Weinan Normal University
消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。
减小Rb能消除截止失真吗？
安博mranbo@
Weinan Normal University
• 饱和失真 ：饱和失真是输出回路产生失真。
Q ''' Q ''
Rc↓或VCC↑
Rb↑或 β↓或 VBB ↓
这可不是 好办法！
• 消除方法：增大Rb，减小Rc，减小β，减小VBB，增大VCC。 • 最大不失真输出电压Uom ：比较UCEQ与（ VCC－ UCEQ ），取
diB
iC uCE
IB duCE
电阻
无量纲
Ube h11Ib h12Uce
Ic h21Ib h22Uce
无量纲
电导
交流等效模型（按式子画模型）
安博mranbo@
Weinan Normal University
h参数的物理意义
h11
uBE iB
• 对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类 尽可能少、负载上无直流分量。
安博mranbo@
Weinan Normal University
两种实用放大电路：（1）直接耦合放大电路