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模拟电子技术教案

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信息工程系

目录

第一章常用半导体器件

第一讲半导体基础知识

第二讲半导体二极管

第三讲双极型晶体管三极管

第四讲场效应管

第二章基本放大电路

第五讲放大电路的主要性能指标及基本共射放大电路组成原理

第六讲放大电路的基本分析方法

第七讲放大电路静态工作点的稳定

第八讲共集放大电路和共基放大电路

第九讲场效应管放大电路

第十讲多级放大电路

第十一讲习题课

第三章放大电路的频率响应

第十二讲频率响应概念、RC电路频率响应及晶体管的高频等效模型第十三讲共射放大电路的频率响应以及增益带宽积

第四章功率放大电路

第十四讲功率放大电路概述和互补功率放大电路

第十五讲改进型OCL电路

第五章模拟集成电路基础

第十六讲集成电路概述、电流源电路和有源负载放大电路

第十七讲差动放大电路

第十八讲集成运算放大电路

第六章放大电路的反馈

第十九讲反馈的基本概念和判断方法及负反馈放大电路的方框图

第二十讲深度负反馈放大电路放大倍数的估算

第二十一讲负反馈对放大电路的影响

第七章信号的运算和处理电路

第二十二讲运算电路概述和基本运算电路

第二十三讲模拟乘法器及其应用

第二十四讲有源滤波电路

第八章波形发生与信号转换电路

第二十五讲振荡电路概述和正弦波振荡电路

第二十六讲电压比较器

第二十七讲非正弦波发生电路

第二十八讲利用集成运放实现信号的转换

第九章直流电源

第二十九讲直流电源的概述及单相整流电路第三十讲滤波电路和稳压管稳压电路

第三十一讲串联型稳压电路

第三十二讲总复习

第一章半导体基础知识

本章主要内容

本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义,工作状态或工作区的分析。

首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点。其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。然后介绍两种三极管(BJT和FET)的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。本章学时分配

本章分为4讲,每讲2学时。

第一讲常用半导体器件

本讲重点

1、PN结的单向导电性;

2、PN结的伏安特性;

本讲难点

1、半导体的导电机理:两种载流子参与导电;

2、掺杂半导体中的多子和少子

3、PN结的形成;

教学组织过程

本讲宜教师讲授。用多媒体演示半导体的结构、导电机理、PN结的形成过程及其伏安特性等,便于学生理解和掌握。

主要内容

1、半导体及其导电性能

根据物体的导电能力的不同,电工材料可分为三类:导体、半导体和绝缘体。半导体可以定义为导电性能介于导体和绝缘体之间的电工材料,半导体的电阻率为10-3~10-9Ω?cm。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别:当受外界热和光的作用时,它的导电能力明显变化;往纯净的半导体中掺入某些特定的杂质元素时,会使它的导电能力具有可控性;这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种器件。

2、本征半导体的结构及其导电性能

本征半导体是纯净的、没有结构缺陷的半导体单晶。制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到99.9999999%,常称为“九个9”,它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。

3、半导体的本征激发与复合现象

当导体处于热力学温度0K时,导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时,价电子能量增高,有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电,成为自由电子。这一现象称为本征激发(也称热激发)。因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的,称为电子空穴对。

游离的部分自由电子也可能回到空穴中去,称为复合。

在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡,此时,载流子浓度一定,且自由电子数和空穴数相等。

4、半导体的导电机理

自由电子的定向运动形成了电子电流,空穴的定向运动也可形成空穴电流,因此,在半导体中有自由电子和空穴两种承载电流的粒子(即载流子),这是半导体的特殊性质。空穴导电的实质是:相邻原子中的价电子(共价键中的束缚电子)依次填补空穴而形成电流。由于电子带负电,而电子的运动与空穴的运动方向相反,因此认为空穴带正电。 5、杂质半导体

掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。杂质半导体是半导体器件的基本材料。在本征半导体中掺入五价元素(如磷),就形成N 型(电子型)半导体;掺入三价元素(如硼、镓、铟等)就形成P 型(空穴型)半导体。杂质半导体的导电性能与其掺杂浓度和温度有关,掺杂浓度越大、温度越高,其导电能力越强。

在N 型半导体中,电子是多数载流子,空穴是少数载流子。

多子(自由电子)的数量=正离子数+少子(空穴)的数量 在P 型半导体中,空穴是多数载流子,电子是少数载流子。

多子(空穴)的数量=负离子数+少子(自由电子)的数量

6、PN 结的形成及其单向导电性

半导体中的载流子有两种有序运动:载流子在浓度差作用下的扩散运动和电场作用下的漂移运动。同一块半导体单晶上形成P 型和N 型半导体区域,在这两个区域的交界处,当多子扩散与少子漂移达到动态平衡时,空间电荷区(亦称为耗尽层或势垒区)的宽度基本上稳定下来,PN 结就形成了。

当P 区的电位高于N 区的电位时,称为加正向电压(或称为正向偏置),此时,PN 结导通,呈现低电阻,流过mA 级电流,相当于开关闭合;

当N 区的电位高于P 区的电位时,称为加反向电压(或称为反向偏置),此时,PN 结截止,呈现高电阻,流过μA 级电流,相当于开关断开。

PN 结是半导体的基本结构单元,其基本特性是单向导电性:即当外加电压极性不同时,PN 结表现出截然不同的导电性能。

PN 结加正向电压时,呈现低电阻,具有较大的正向扩散电流;PN 结加反向电压时,呈现高电阻,具有很小的反向漂移电流。这正是PN 结具有单向导电性的具体表现。 7、PN 结伏安特性

PN 结伏安特性方程:

?

??

??-=1T U u S e I i

式中:I s 为反向饱和电流;U T 为温度电压当量,当T =300K 时,T U ≈26mV 当u >0且u >>T U 时,

T

U u

S e I i ≈,伏安特性呈非线性指数规律

当u <0且︱u ︱>>T U 时,

0≈-≈S I i ,电流基本与u 无关;由此亦可说明PN 结具有

单向导电性能。

PN 结的反向击穿特性:当PN 结的反向电压增大到一定值时,反向电流随电压数值的增加而急剧增大。PN 结的反向击穿有两类:齐纳击穿和雪崩击穿。无论发生哪种击穿,若对其电流不加以限制,都可能造成PN 结的永久性损坏。 8、PN 结温度特性

当温度升高时,PN 结的反向电流增大,正向导通电压减小。这也是半导体器件热稳定性差的主要原因。 9、PN 结电容效应

PN结具有一定的电容效应,它由两方面的因素决定:一是势垒电容C B ,二是扩散电容C D,它们均为非线性电容。

势垒电容是耗尽层变化所等效的电容。势垒电容与PN结的面积、空间电荷区的宽度和外加电压等因素有关。

扩散电容是扩散区内电荷的积累和释放所等效的电容。扩散电容与PN结正向电流和温度等因素有关。

PN结电容由势垒电容和扩散电容组成。PN结正向偏置时,以扩散电容为主;反向偏置时以势垒电容为主。只有在信号频率较高时,才考虑结电容的作用。

第二讲半导体二极管

本讲重点

1、二极管的伏安特性、单向导电性及等效电路(三个常用模型);

2、稳压管稳压原理及简单稳压电路;

3、二极管的箝位、限幅和小信号应用举例;

本讲难点

1、二极管在电路中导通与否的判断方法,共阴极或共阳极二极管的优先导通问题;

2、稳压管稳压原理;

教学组织过程

本讲以教师讲授为主。用多媒体演示二极管的结构、伏安特性以及温度对二极管特性的影响等,便于学生理解和掌握。二极管的箝位、限幅和小信号应用举例可以启发讨论。

主要内容

1、半导体二极管的几种常见结构及其应用场合

在PN结上加上引线和封装,就成为一个二极管。二极管按结构分为点接触型、面接触型和平面型三大类。

点接触型二极管PN结面积小,结电容小,常用于检波和变频等高频电路。面接触型二极管PN结面积大,结电容大,用于工频大电流整流电路。平面型二极管PN结面积可大可小,PN结面积大的,主要用于功率整流;结面积小的可作为数字脉冲电路中的开关管。

2、二极管的伏安特性以及与PN结伏安特性的区别

半导体二极管的伏安特性曲线如P7图1.9所示,处于第一象限的是正向伏安特性曲线,处于第三象限的是反向伏安特性曲线。

1)正向特性:当V>0,即处于正向特性区域。正向区又分为两段:

(1)当0<V<U on时,正向电流为零,U on称为死区电压或开启电压。

(2)当V>U on时,开始出现正向电流,并按指数规律增长。

2)反向特性:当V<0时,即处于反向特性区域。反向区也分两个区域:

(1)当V BR<V<0时,反向电流很小,且基本不随反向电压的变化而变化,此时的反向电流也称反向饱和电流I S。

(2)当V≤V BR时,反向电流急剧增加,V BR称为反向击穿电压。

从击穿的机理上看,硅二极管若|V BR|≥7V时,主要是雪崩击穿;若V BR≤4V则主要是齐纳击穿,当在4V~7V之间两种击穿都有,有可能获得零温度系数点。

3)二极管的伏安特性与PN结伏安特性的区别:二极管的基本特性就是PN结的特性。与理想PN结不同的是,正向特性上二极管存在一个开启电压U on。一般,硅二极管的U on=0.5 V左右,锗二极管的U on=0.1V左右;二极管的反向饱和电流比PN结大。

3、温度对二极管伏安特性的影响

温度对二极管的性能有较大的影响,温度升高时,反向电流将呈指数规律增加,硅二极管温度每增加8℃,反向电流将约增加一倍;锗二极管温度每增加12℃,反向电流大约增加一倍。

另外,温度升高时,二极管的正向压降将减小,每增加1℃,正向压降U D大约减小2mV,即具有负的温度系数。

4、二极管的等效电路(或称为等效模型)

1)理想模型:即正向偏置时管压降为0,导通电阻为0;反向偏置时,电流为0,电阻为∞。适用于信号电压远大于二极管压降时的近似分析。

2)简化电路模型:是根据二极管伏安特性曲线近似建立的模型,它用两段直线逼近伏安特性,即正向导通时压降为一个常量Uon;截止时反向电流为0。3)小信号电路模型:即在微小变化范围内,将二极管近似看成线性器件而将它等效为一个动态电阻r D 。这种模型仅限于用来计算叠加在直流工作点Q上的微小电压或电流变化时的响应。

5、二极管的主要参数

1)最大整流电流IF:二极管长期工作允许通过的最大正向电流。在规定的散热条件下,二极管正向平均电流若超过此值,则会因结温过高而烧坏。

2)最高反向工作电压U BR:二极管工作时允许外加的最大反向电压。若超过此值,则二极管可能因反向击穿而损坏。一般取U BR值的一半。

3)电流I R:二极管未击穿时的反向电流。对温度敏感。I R越小,则二极管的单向导电性越好。

4)最高工作频率f M:二极管正常工作的上限频率。若超过此值,会因结电容的作用而影响其单向导电性。6、稳压二极管(稳压管)及其伏安特性

稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管,通过反向击穿特性实现稳压作用。稳压管的伏安特性与普通二极管类似,其正向特性为指数曲线;当外加反压的数值增大到一定程度时则发生击穿,击穿曲线很陡,几乎平行于纵轴,当电流在一定范围内时,稳压管表现出很好的稳压特性。

7、稳压管等效电路

稳压管等效电路由两条并联支路构成:①加正向电压以及加反向电压而未击穿时,与普通硅管的特性相同;②加反向电压且击穿后,相当于理想二极管、电压源U z和动态电阻r z的串联。如P16图1.18所示。

8、稳压管的主要参数

1)稳定电压U Z:规定电流下稳压管的反向击穿电压。

2)最大稳定工作电流I ZMAX 和最小稳定工作电流I ZMIN:稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率,即P Zmax =U Z I Zmax 。而I zmin对应U Zmin。若I Z<I Zmin,则不能稳压。

3)额定功耗P ZM:P ZM=U Z I ZMAX,超过此值,管子会因结温升太高而烧坏。

4)动态电阻r Z:r z =?V Z /?I Z,其概念与一般二极管的动态电阻相同,只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。R Z愈小,反映稳压管的击穿特性愈陡,稳压效果愈好。

5)温度系数α:温度的变化将使U Z改变,在稳压管中,当?U Z?>7V时,U Z具有正温度系数,反向击穿是雪崩击穿;当?U Z?<4V时,U Z具有负温度系数,反向击穿是齐纳击穿;当4V<?V Z?<7V时,稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。9、稳压管稳压电路

稳压二极管在工作时应反接,并串入一只电阻。电阻有两个作用:一是起限流作用,以保护稳压管;二是当输入电压或负载电流变化时,通过该电阻上电压降的变化,取出误差信号以调节稳压管的工作电流,从而起到稳压作用。如P17图1.19所示。

10、特殊二极管

与普通二极管一样,特殊二极管也具有单向导电性。利用PN结击穿时的特性可制成稳压二极管,利用发光材料可制成发光二极管,利用PN结的光敏特性可制成光电二极管。

第三讲双极型晶体管

本讲重点

1、BJT电流放大原理及其电流分配关系式;

2、BJT的输入、输出特性;

3、BJT三种工作状态的判断方法;

本讲难点

1、BJT放大原理及电流分配关系式;

2、BJT三种工作状态的判断方法;

教学组织过程

本讲以教师讲授为主。用多媒体演示三极管的结构、输入与输出特性以及温度对三极管特性的影响等,便于学生理解和掌握。三极管工作状态、电位和管型的判断方法可以启发讨论。

主要内容

1、晶体管的主要类型和应用场合

双极型晶体管BJT是通过一定的工艺,将两个PN结接合在一起而构成的器件,是放大电路的核心元件,它能控制能量的转换,将输入的任何微小变化不失真地放大输出,放大的对象是变化量。

BJT常见外形有四种,分别应用于小功率、中功率或大功率,高频或低频等不同场合。

2、BJT具有放大作用的内部条件和外部条件

1)BJT的内部条件为:BJT有三个区(发射区、集电区和基区)、两个PN结(发射结和集电结)、三个电极(发射极、集电极和基极)组成;并且发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度,基区厚度很小。

2)BJT放大的外部条件为:发射结正偏,集电结反偏。

3、BJT的电流放大作用及电流分配关系

晶体管具有电流放大作用。当发射结正向偏置而集电结反向偏置时,从发射区注入到基区的非平衡少子中仅有很少部分与基区的多子复合,形成基极电流,而大部分在集电结外电场作用下形成漂移电流I C,体现出I B对的I C控制作用。此时,可将I C看成电流I B控制的电流源。

三个重要的电流分配关系式:

I E=I B+I C

I C=βI B+I CEO≈βI B

I C=αI E+I CBO≈αI E

4、晶体管的输入特性和输出特性

晶体管的输入特性和输出特性表明各电极之间电流与电压的关系。现以共射电路为例说明。

1)共射输入特性:i B=f (u BE)︱V CE=常数如P24图1.26所示。输入特性曲线分为三个区:死区、非线性区和线性区。其中v CE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当v CE ≥1V时,特性曲线将会向右稍微移动一些。但v CE再增加时,曲线右移很不明显。曲线的右移是三极管内部反馈所致,右移不明显说明内部反馈很小。

2)共射输出特性:i C=f (u CE)︱i B =常数如P25图1.27所示,它是以i B为参变量的一族特性曲线。对于其中某一条曲线,当v CE=0V时,i C=0;当v CE微微增大时,i C主要由v CE 决定;当v CE增加到使集电结反偏电压较大时,特性曲线进入与v CE轴基本平行的区域(这与输入特性曲线随v CE增大而右移的原因是一致的)。因此,输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区、截止区和放大区。

5、晶体管的主要参数

1)直流参数

(1)共射直流电流放大系数:β=(I C -I CEO )/I B ≈I C /I B |const CE =v ,β在放大区基本不变。

(2)共基直流放大系数:α=(I C -I CBO )/I E ≈I C /I E

显然α与β之间有如下关系: α= I C /I E =βI B /(1+β)I B =β/(1+β)(3)穿透电流

I CEO :I CEO =(1+β)I CBO ;式中I CBO 相当于集电结的反向饱和电流。2)交流参数

(1)共射交流电流放大系数β:β=?I C /?I B ∣const CE =v ,在放大区β 值基本不变。 (2)共基交流放大系数α:α=?I C /?I E ∣const CB =U

当I CBO 和I CEO 很小时,α≈α、β≈β,可以不加区分。

(3)特征频率f T :三极管的β 值不仅与工作电流有关,而且与工作频率有关。由于结电容的影响,当信号频率增加时,三极管的β 将会下降。当β下降到1时所对应的频率称为特征频率。

3)极限参数和三极管的安全工作区

(1)最大集电极电流I CM :当集电极电流增加时,β 就要下降,当β 值下降到线性放大区β值的70~30%时,所对应的集电极电流称为最大集电极电流I CM 。至于β 值下降多少,不同型号的三极管,不同的厂家的规定有所差别。可见,当I C >I CM 时,并不表示三极管会损坏。

(2) 最大集电极耗散功率P CM :P CM = i C u CE 。对于确定型号的晶体管,P CM 是一个定值。当硅管的结温大于150℃、锗管的结温大于70℃时,管子的特性明显变坏,甚至烧坏。

(3)极间反向击穿电压:晶体管某一级开路时,另外两个电极之间所允许加的最高反向电压,即为极间反向击穿电压,超过此值管子会发生击穿现象。极间反向电压有三种:U CBO 、U CEO 和U EBO 。由于各击穿电压中U CEO 值最小,选用时应使其大于放大电路的工作电源V CC 。

(4)三极管的安全工作区:由P CM 、I CM 和击穿电压V (BR)CEO 在输出特性曲线上可以确定四个区:过损耗区、过电流区、击穿区和安全工作区。使用时应保证三极管工作在安全区。如P28图1.29所示。

6、温度对晶体管特性及参数的影响

1)温度对反向饱和电流的影响:温度对I CBO 和I CEO 等由本征激发产生的平衡少子形成的电流影响非常严重。2)温度对输入特性的影响:当温度上升时,正向特性左移。当温度变化1℃时,U BE 大约下降2~2.5mV ,U BE 具有负温度系数。

3)温度对输出特性的影响温度升高时,由于I CEO 和β增大,且输入特性左移,导致集电极电流I C 增大,输出特性上移。

总之,当温度升高时,I CEO 和β增大,输入特性左移,最终导致集电极电流增大。

第四讲 场效应管

本讲重点

1、MOS 管结构原理;

2、MOS 管的伏安特性及其在三个工作区的工作条件;

本讲难点:

1、MOS 管各工作区的工作条件;

教学组织过程

本讲以教师讲授为主。用多媒体演示FET 的结构原理、输出与转移特性等,便于学生理解和掌握。FET 的工作区、管型的判断方法可以启发讨论。

主要内容

1、效应管及其类型

效应管FET 是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。根据结构不同可分为两大类:结型场效应管(JFET )和金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET 简称MOS 管)。

每一类又有N沟道和P沟道两种类型。其中MOS管又可分为增强型和耗尽型两种。

2、N沟道增强型MOS管结构

N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构,它是在P型半导体上生成一层SiO2薄膜绝缘层,然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区,从N型区引出两个电极,漏极D,和源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底,用符号B表示。因为这种MOS管在V GS=0V时I D=0;只有当U GS>U GS(th) 后才会出现漏极电流,所以称为增强型MOS管。如P42图1.44所示。

3、N沟道增强型MOS管的工作原理

1)夹断区工作条件

U GS=0时,D与S之间是两个PN结反向串联,没有导电沟道,无论D与S之间加什么极性的电压,漏极电流均接近于零;当0﹤U GS﹤U GS(th时,由柵极指向衬底方向的电场使空穴向下移动,电子向上移动,在P型硅衬底的上表面形成耗尽层,仍然没有漏极电流。工作条件

U GS> U GS(th) 时,栅极下P型半导体表面形成N型导电沟道(反型层),若D、S间加上正向电压后可产生漏极电流I D。若u DS<u GS- U GS(th),则沟道没夹断,对应不同的u GS,ds间等效成不同阻值的电阻,此时,FET相当于压控电阻。

3)恒流区(或饱和区)工作条件

当u DS=u GS- U GS(th) 时,沟道预夹断;若u DS>u GS- U GS(th),则沟道已夹断,i D仅仅决定于u GS,而与u DS无关。此时,i D近似看成u GS控制的电流源,FET相当于压控流源。

可见,对于N沟道增强型MOS管,栅源电压V GS对导电沟道有控制作用,即U GS> U GS(th)时,才能形成导电沟道将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压,就可以形成漏极电流

I D。

当场效应管工作在恒流区时,利用栅-源之间外加电压u GS所产生的电场来改变导电沟道的宽窄,从而控制多子漂移运动所产生的漏极电流I D。此时,可将I D看成电压u GS控制的电流源。

4、N沟道耗尽型MOSFET

N沟道耗尽型MOSFET是在栅极下方的S i O2绝缘层中掺入了大量的金属正离子,所以当U GS=0时,这些正离子已经感应出反型层,形成了沟道。如P45图1.48所示。于是,只要有漏源电压,就有漏极电流存在。当U GS>0时,将使I D进一步增加。U GS<0时,随着U GS 的减小漏极电流逐渐减小,直至I D=0。对应I D=0的U GS称为夹断电压,用符号U GS(off)表示,5、P沟道增强型和耗尽型MOSFET

P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同,只不过导电的载流子不同,供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。

6、场效应管的伏安特性

场效应三极管的特性曲线类型比较多,根据导电沟道的不同以及是增强型还是耗尽型可有四种转移特性曲线和输出特性曲线,其电压和电流方向也有所不同。

以增强型N沟MOSFET为例,

输出特性:i D=f (u DS)︱U GS =常数反映U GS>U GS(th) 且固定为某一值时,U DS对I D的影响;

转移特性:i D=f (u GS)︱U DS =常数反映U GS对漏极电流的控制关系;

输出特性和转移特性反映了场效应管工作的同一物理过程,因此,转移特性可以从输出特性上用作图法一一对应地求出。

场效应管的输出特性可分为四个区:夹断区、可变阻区、饱和区(或恒流区)和击穿区。在放大电路中,场效应管工作在饱和区。

7、场效应管的主要参数:

1)直流参数

(1)开启电压U GS(th):开启电压是MOS增强型管的参数,栅源电压小于开启电压的绝对值,场效应管不能导通。

(2)夹断电压U GS(off):夹断电压是耗尽型FET的参数,当U GS=U GS(off) 时,漏极电流为零。

(3)饱和漏极电流I DSS :I DSS 是耗尽型FET 的参数,当U GS =0时所对应的漏极电流。 (4)直流输入电阻R GS (DC ):FET 的栅源输入电阻。对于JFET ,反偏时R GS 约大于107

Ω;对于MOSFET ,R GS 约是109~1015Ω。 交流参数

(1)低频跨导g m :低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用,这一点与电子管的控制作用十分相像。g m 可以在转移特性曲线上求取,单位是mS(毫西门子)。

(2)级间电容:FET 的三个电极间均存在极间电容。通常C gs 和C gd 约为1~3pF,而C ds

约为0.1~1pF 。在高频电路中,应考虑极间电容的影响。极限参数

(1)最大漏极电流I DM :是FET 正常工作时漏极电流的上限值。

(2)漏--源击穿电压U (BR)DS :FET 进入恒流区后,使i D 骤然增大的u DS 值称为漏—源击穿电压,u DS 超过此值会使管子烧坏。

(3)最大耗散功率P DM :可由P DM = V DS I D 决定,与双极型三极管的P CM 相当。 8、场效应管FET 与晶体管BJT 的比较

1) FET 是另一种半导体器件,在FET 中只是多子参与导电,故称为单极型三极管;而普通三极管参与导电的既有多数载流子,也有少数载流子,故称为双极型三极管(BJT )。由于少数载流子的浓度易受温度影响,因此,在温度稳定性、低噪声等方面FET 优于BJT 。

2) BJT 是电流控制器件,通过控制基极电流达到控制输出电流的目的。因此,基极总有一定的电流,故BJT 的输入电阻较低;FET 是电压控制器件,其输出电流取决于栅源间的

电压,栅极几乎不取用电流,因此,FET 的输入电阻很高,可以达到109~1014

Ω。高输入电阻是FET 的突出优点。

3) FET 的漏极和源极可以互换使用,耗尽型MOS 管的栅极电压可正可负,因而FET 放大电路的构成比BJT 放大电路灵活。

4) FET 和BJT 都可以用于放大或作可控开关。但FET 还可以作为压控电阻使用,可以在微电流、低电压条件下工作,且便于集成。在大规模和超大规模集成电路中应用极为广泛。

本章小节

本章首先介绍了半导体的基础知识,然后阐述了半导体二极管、晶体管(BJT )和场效应管(FET )的工作原理、特性曲线和主要参数。现将各部分归纳如下: 1、杂质半导体与PN 结

本征半导体中掺入不同的杂质就形成N 型半导体和P 型半导体,控制掺入杂质的多少就可以有效地改变其导电性能,从而实现导电性能的可控性。半导体中有两种载流子:自由电子与空穴。载流子有两种有序运动:因浓度差异而产生的运动称为扩散运动,因电位差而产生的运动称为漂移运动。将两种杂质半导体制作在同一块硅片(或锗片)上,在它们的交界面处,上述两种运动达到动态平衡,从而形成PN 结。正确理解PN 结单向导电性、反向击穿特性、温度特性和电容效应,有利于了解半导体二极管、晶体管和场效应管等电子器件的特性和参数。 2、半导体二极管

一个PN 结经封装并引出电极后就构成二极管。二极管加正向电压时,产生扩散电流,电流与电压成指数关系;加反向电压时,产生漂移电流,其数值很小,体现出单向导电性。

F I 、R I 、R U 和M f 是二极管的主要参数。

特殊二极管与普通二极管一样,具有单向导电性。利用PN 结击穿时的特性可制成稳压二极管,利用发光材料可制成发光二极管,利用PN 结的光敏性可制成光电二极管。 3、晶体管

晶体管具有电流放大作用。当发射结正向偏置而集电结反向偏置时,从发射区注入到基区的非平衡少子中仅有很少部分与基区的多子复合,形成基极电流,而大部分在集电结外电

场作用下形成漂移电流C I ,体现出B I (或E I 、BE U )对C I 的控制作用。此时,可将C I 看成为电流B I 控制的电流源。晶体管的输入特性和输出特性表明各极之间电流与电压的关系,β、α、 CBO I (CEO I )、CM I 、CEO BR U )(、CM P 和T f 是它的主要参数。晶体管有截止、放大、饱和三个工作区域,学习时应特别注意使管子工作在不同工作区的外部条件。 4、场效应管

场效应管分为结型和绝缘栅型两种类型,每种类型均分为两种不同的沟道:N 沟道和P 沟道,而MOS 管又分为增强型和耗尽型两种形式。

场效应管工作在恒流区时,利用栅一源之间外加电压所产生的电场来改变导电沟道的宽窄,从而控制多子漂移运动所产生的漏极电流D I 。此时,可将D I 看成电压GS U 控制的电流源,转移特性曲线描述了这种控制关系。输出特性曲线描述GS U 、DS U 和D I 三者之间的关系。m g 、)(th GS U 或)(off GS U 、DSS I 、DM I 、DM P 和极间电容是它的主要参数。和晶体管相类似,场效应管有夹断区(即截止区)、恒流区(即线性区)和可变电阻区三个工作区域。 尽管各种半导体器件的工作原理不尽相同,但在外特性上却有不少相同之处。例如,晶体管的输入特性与二极管的伏安特性相似;二极管的反向特性(特别是光电二极管在第三象限的反向特性)与晶体管的输出特性相似,而场效应管与晶体管的输出特性也相似。

第二章 基本放大电路

本章主要内容

本章重点讲述基本放大电路的组成原理和分析方法,分别由BJT 和FET 组成的三种组态基本放大电路的特点和应用场合。多级放大电路的耦合方式和分析方法。

首先介绍基本放大电路的组成原则。三极管的低频小信号模型。固定偏置共射放大电路的图解法和等效电路法静态和动态分析,最大不失真输出电压和波形失真分析。分压式偏置共射放大电路的分析以及稳定静态工作点的方法。共集和共基放大电路的分析,由BJT 构成的三种组态放大电路的特点和应用场合。然后介绍由FET 构成的共源、共漏和共栅放大电路的静态和动态分析、特点和应用场合。最后介绍多级放大电路的两种耦合方式、直接耦合多级放大电路的静态偏置以及多级放大电路的静态和动态分析。通过习题课掌握放大电路的静态偏置方法和性能指标的分析计算方法。

学时分配

本章有七讲,每讲两个学时。

第五讲 放大电路的主要性能指标及基本共射放大电路组成原理

本讲重点

1、放大的本质;

2、放大电路工作原理及静态工作点的作用;

3、利用放大电路的组成原则判断放大电路能否正常工作;

本讲难点

1、放大电路静态工作点的设置方法;

2、利用放大电路的组成原则判断放大电路能否正常工作;

教学组织过程

本讲以教师讲授为主。用多媒体演示放大电路的组成原理、信号传输过程和设置合适Q 点的必要性等,便于学生理解和掌握。判断放大电路能否正常工作举例可以启发讨论。

主要内容

1、放大的概念

在电子电路中,放大的对象是变化量,常用的测试信号是正弦波。放大电路放大的本质是在输入信号的作用下,通过有源元件(BJT 或FET )对直流电源的能量进行控制和转换,使负载从电源中获得输出信号的能量,比信号源向放大电路提供的能量大的多。因此,电子电路放大的基本特征是功率放大,表现为输出电压大于输入电压,输出电流大于输入电流,或者二者兼而有之。

在放大电路中必须存在能够控制能量的元件,即有源元件,如BJT 和FET 等。放大的前提是不失真,只有在不失真的情况下放大才有意义。 2、电路的主要性能指标

1) 输入电阻

i R :从输入端看进去的等效电阻,反映放大电路从信号源索取电流的大

小。

2) 输出电阻o R

:从输出端看进去的等效输出信号源的内阻,说明放大电路带负载的

能力。

3) 放大倍数(或增益):输出变化量幅值与输入变化量幅值之比。或二者的正弦交流

值之比,用以衡量电路的放大能力。根据放大电路输入量和输出量为电压或电流的不同,有四种不同的放大倍数:电压放大倍数、电流放大倍数、互阻放大倍数和互导放大倍数。

电压放大倍数定义为:

i o

u uu U U A A ?

?

?

?=

= 电流放大倍数定义为:

i o i ii I I A A ?

?

?

?

=

=

互阻放大倍数定义为:

i o

ui I U A ?

?

?

=

互导放大倍数定义为:?

??

=

i o

iu U I A 注意:放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数,只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。

4)最大不失真输出电压:未产生截止失真和饱和失真时,最大输出信号的正弦有效值或峰值。一般用有效值U OM 表示;也可以用峰—峰值U OPP 表示。

5)上限频率、下限频率和通频带:由于放大电路中存在电感、电容及半导体器件结电容,在输入信号频率较低或较高时,放大倍数的幅值会下降并产生相移。一般,放大电路只适合于放大某一特定频率范围内的信号。如P75图2.1.4所示。

上限频率f H (或称为上限截止频率):在信号频率下降到一定程度时,放大倍数的数值等于中频段的0.707倍时的频率值即为上限频率。

下限频率f L (或称为下限截止频率):在信号频率上升到一定程度时,放大倍数的数值等于中频段的0.707倍时的频率值即为上限频率。

通频带f BW :f BW = f H - f L 通频带越宽,表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。

6)最大输出功率P OM 与效率η:

P OM 是在输出信号基本不失真的情况下,负载能够从放大电路获得的最大功率,是负载从直流电源获得的信号功率。此时,输出电压达到最大不失真输出电压。

η为直流电源能量的利用率。

V OM

P P =

η 式中v p 为电源消耗的功率

7)非线性失真系数D :在某一正弦信号输入下,输出波形因放大器件的非线性特性而产生失真,其谐波分量的总有效值与基波分量之比。即

%

1001

2322?++=

A A A D

,式中:1A 为基波幅值,2A 、3A …为各次谐波幅值; 3、两种常见的共射放大电路组成及各部分作用1)直接耦合共射放大电路:信号源与放大电路、放大电路与负载之间均直接相连。适合于放大直流信号和变化缓慢的交流信号。2)阻容耦合共射放大电路:信号源与放大电路、放大电路与负载之间均通过耦合电容相连。不能放大直流信号和变化缓慢的交流信号;只能放大某一频段范围的信号。如P72图2.7所示。

3)放大电路中元件及作用

(1)三极管T ——起放大作用。

(2)集电极负载电阻R C ——将变化的集电极电流转换为电压输出。

(3)偏置电路V CC ,R b ——使三极管工作在放大区,V CC 还为输出提供能量。

(4)耦合电容C 1,C 2——输入电容C 1保证信号加到发射结,不影响发射结偏置。输出电容C 2保证信号输送到负载,不影响集电结偏置。 4、静态工作点设置的必要性

对放大电路的基本要求一是不失真,二是能放大。只有保证在交流信号的整个周期内三极管均处于放大状态,输出信号才不会产生失真。故需要设置合适的静态工作点。Q 点不仅电路是否会产生失真,而且影响放大电路几乎所有的动态参数。 5、基本共射放大电路的工作原理及波形分析

对于基本放大电路,只有设置合适的静态工作点,使交流信号驮载在直流分量之上,以保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态,输出电压波形才不会产生非线性失真。波形分析见P74图2.8所示。

基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用,并依靠将电流的变化转化为电压的变化来实现的。 6、放大电路的组成原则

1)为了使BJT 工作于放大区、FET 工作于恒流区,必须给放大电路设置合适的静态工作点,以保证放大电路不失真。

2)在输入回路加入u i 应能引起u BE 的变化,从而引起i B 和i C 的变化。

3)输出回路的接法应当使i C 尽可能多地流到负载R L 中去,或者说应将集电极电流的变化转化为电压的变化送到输出端。

第六讲 放大电路的基本分析方法

本讲重点

1、基本放大电路静态工作点的估算;

2、BJT 的h 参数等效模型及放大电路输入电阻、输出电阻与电压放大倍数的计算;

本讲难点

1、 放大电路的微变等效电路的画法;

2、放大电路输入电阻、输出电阻与电压放大倍数的计算;

教学组织过程

本讲以教师讲授为主。用多媒体演示图解法求Q 点、OM U

及分析非线形失真;用直流通路估算Q 点;BJT 的h 参数模型建立、微变等效电路的画法及动态参数计算等,便于学生理解和掌握。 主要内容

1、直流通路、交流通路及其画法

(1)直流通路:在直流电源的作用下,直流电流流经的通路,用于求解静态工作点Q 的值。

(2)直流通路的画法:电容视为开路、电感视为短路;信号源视为短路,但应保留内阻。

(3)交流通路:在输入信号作用下,交流信号流经的通路,用于研究和求解动态参数。 (4)交流通路的画法:耦合电容视为短路;无内阻直流电源视为短路; 2、放大电路的静态分析和动态分析

(1)静态分析:就是求解静态工作点Q ,在输入信号为零时,BJT 或FET 各电极间的电流和电压就是Q 点。可用估算法或图解法求解。

(2)动态分析就是求解各动态参数和分析输出波形。通常,利用三极管h 参数等效模型画出放大电路在小信号作用下的微变等效电路,并进而计算输入电阻、输出电阻与电压放大倍数。或利用图解法确定最大不失真输出电压的幅值、分析非线性失真等情况。

放大电路的分析应遵循“先静态,后动态”。的原则,只有静态工作点合适,动态分析才有意义;Q 点不但影响电路输出信号是否失真,而且与动态参数密切相关。 3、图解法确定Q 点和最大不失真输出电压 (1)用图解法确定Q 点的步骤:已知晶体管的输出特性曲线族→由直流通路求得I BQ →列直流通路的输出回路电压方程得直流负载线→在输出特性曲线平面上作出直流负载线→由I BQ 所确定的输出特性曲线与直流负载线的交点即为Q 点。

(2)输出波形的非线性失真

非线性失真包括饱和失真和截止失真。饱和失真是由于放大电路中三极管工作在饱和区而引起的非线性失真。截止失真是由于放大电路中三极管工作在截止区而引起的非线性失

真。

放大电路要想获得大的不失真输出,需要满足两个条件:一是Q 点要设置在输出特性曲线放大区的中间部位;二是要有合适的交流负载线。

(3)直流负载线和交流负载线

由放大电路输出回路电压方程所确定的直线称为负载线。由直流通路确定的负载线为直流负载线;由交流通路确定的负载线为交流负载线,可通过Q 、

B []

),//(L c CQ CEQ R R I U

+两点作出。对于放大电路与负载直接耦合的情况,直流负载线与交流负载线是同一条直线;而对于阻容耦合放大电路,只有在空载情况下,两条直线才合二为一。

(4)最大不失真输出电压有效值OM U

{

}

'

?-=

L

CQ CES CEQ OM R I U U Min U ,2

1 式中:

L c L R R R //=' 说明:当放大电路带上负载后,在输入信号不变的情况下,输出信号的幅度变小。

举例:如P83例2.2图2.17所示,放大电路静态工作点和动态范围的确定。 4、等效电路法求解静态工作点

即利用直流通路估算静态工作点BEQ

U 、

BQ

I 、

CQ

I 和

CEQ

U 。其中硅管的

v

U BEQ 7.0=;

锗管的

v

U BEQ 5.0=,无须求解;其余三个参数的求解方法为:

(1)列放大电路输入回路电压方程可求得BQ

I ;

(2)根据放大区三极管电流方程

BQ

CQ I I β=可求得CQ

I ;

(3)列放大电路输出回路电压方程可求得

CEQ

U ;

5、BJT 的h 参数等效模型

(1)BJT 等效模型的建立:三极管可以用一个二端口模型来代替;对于低频模型可以不考虑结电容的影响;小信号意味着三极管近似在线性条件下工作,微变也具有线性同样的含义。

(2)BJT 的h 参数方程及等效模型

ce

e b e c ce e b e be U h I h I U h I h U ?

?

?

?

??+=+=22211211

ce

ce

b c b

be be U r I I I r U ?

?

?

?

?+==1β

BJT 的h 参数等效模型如P31图1.31所示。

(3)h 参数的物理意义1e h 11即r be :三极管的交流输入电阻,对于小功率三极管可用

近似公式计算如下:

()mA I mv I U r r EQ EQ T bb be 26)

1(3001ββ++Ω≈++'

=

2

e h 12电压反馈系数:反映三极管内部的电压反馈,因数值很小,一般可以忽略。

3e h 21:在小信号作用时,表示晶体管在Q 点附近的的电流放大系数β 。 4e h 22:三极管输出电导,反映输出特性上翘的程度。常称1/

e h 22为c-e 间动态电阻ce r 。

通常e h 22的值小于10-5

S ,当其与电流源并联时,因分流极小,可作开路处理。

注意:h 参数都是小信号参数,即微变参数或交流参数。h 参数与工作点有关,在放大区基本不变。h 参数都是微变参数,所以只适合对交流小信号的分析 6、等效电路法求解放大电路的动态参数

将BJT 的h 参数等效模型代入放大电路的交流通路,即为放大电路的微变等效电路。放大电路的动态分析就是利用放大电路的微变等效电路计算输入电阻、输出电阻与电压放大倍数。

举例:如P86例2.3图2.20所示放大电路静态工作点的求解和性能指标计算。

第七讲 放大电路静态工作点的稳定

本讲重点

1、放大电路稳定静态工作点的原理和常用方法;

2、 分压式偏置电路Q 的估算;

3、 分压式偏置电路动态性能指标的计算;

本讲难点

1、稳定静态工作点的原理和措施;

2、分压式偏置电路微变等效电路画法及动态性能指标的计算;

教学组织过程

本讲以教师讲授为主。用多媒体演示稳定静态工作点的原理和常用方法、分压式偏置电路Q 的估算、动态性能指标的计算等,便于学生理解和掌握。

主要内容

1、静态工作点稳定的必要性

静态工作点不但决定了电路是否产生失真,而且还影响着电压放大倍数和输入电阻等动态参数。实际上,电源电压的波动、元件老化以及因温度变化所引起的晶体管参数变化,都会造成静态工作点的不稳定,从而使动态参数不稳定,有时甚至造成电路无法正常工作。在引起Q 点不稳定的诸多因素中,温度对晶体管的影响是最主要的。 2、温度变化对静态工作点产生的影响

温度变化对静态工作点的影响主要表现为,温度变化影响晶体管的三个主要参数:

CBO I 、β和BE U 。这三者随温度升高产生变化,其结果都使CQ I 值增大。

硅管的CBO I 小,受温度影响小,故其β和BE U 受温度影响是主要的;

锗管的CBO I

大,受温度影响是主要的。

3、稳定静态工作点的原则和措施

为了保证输出信号不失真,对放大电路必须设置合适的静态工作点,并保证工作点的稳定。(1)采用不同偏置电路稳定静态工作点的原则是: 当温度升高使C I 增大时,B I 要自动减小以牵制C I

的增大。 (2)稳定静态工作点可以归纳为三种方法:P89图2.21所示。 (1)温度补偿; (2)直流负反馈;

(3)集成电路中采用恒流源偏置技术;

4、典型静态工作点稳定电路——分压式偏置电路的分析 1)Q 点稳定原理

分压偏置电路如P90图2.22所示。

稳定静态工作点的条件为:I 1>>I B 和V B >>U BE ;此时,

CC

b b b BQ V R R R U ?+≈

2

11

,即当温度变化时,BQ U 基本不变。

静态工作点的稳定过程为:

当温度降低时,各物理量向相反方向变化。这种将输出量(

C )通过一定的方式(利用e

C I 的变化转化为电压E U 的变化)引回到输入回路来影响输入量BE U 的措施称为反馈。

可见,在Q 点稳定过程中,e R

作为负反馈电阻起着重要的作用。典型静态工作点稳定电路利用直流负反馈来稳定Q 点。

2)分压式偏置电路的静态分析

分压式偏置电路的静态分析有两种方法:一是戴维南等效电路法;二是估算法,这种方

法的使用条件为I 1>>I BE ,或者

b e R

R >>+)1(β。 3)分压式偏置电路的动态分析

动态分析时,射极旁路电容应看成短路。画放大电路的微变等效电路时,要特别注意射极电阻有无被射极旁路电容旁路,正确画出“交流地”的位置,根据实际电路进行计算即可。

第八讲 共集放大电路和共基放大电路

本讲重点

1、共集和共基放大电路的性能指标计算;

2、三种接法放大电路的特点及应用场合;

本讲难点

1、共集和共基放大电路微变等效电路的画法;

2、共集和共基放大电路微变等效电路的输入、输出电阻计算;;

教学组织过程

本讲以教师讲授为主。用多媒体演示三种接法电路的构成方法,便于学生理解和掌握。启发讨论三种不同接法电路各自特点及应用场合。

主要内容

1、三极管放大电路的基本接法

三极管放大电路的基本接法亦称为基本组态,有共射(包括工作点稳定电路)、共基和共集三种。共射放大电路以发射极为公共端,通过i B 对i c 的控制作用实现功率放大。共集放大电路以集电极为公共端,通过i B 对i E 的控制作用实现功率放大。共基放大电路以基极为公共端,通过i E 对i B 的控制作用实现功率放大。 2、共集放大电路的组成及静态和动态分析

1) 共集放大电路的组成

共集放大电路亦称为射极输出器如P92图2.23(a )所示,为了保证晶体管工作在放大区,在晶体管的输入回路,

b R 、e R 与V CC 共同确定合适的静态基极电流;晶体管输出回路

中,电源 V CC ,提供集电极电流和输出电流,并与e R 配合提供合适的管压降U CE 。

2)共集放大电路的静态分析 与共射电路静态分析方法基本相同。 (1)列放大电路输入方程可求得BQ

I ;(2)根据放大区三极管电流方程

BQ

EQ I I )1(β+=可求得

EQ

I ;(3)列放大电路输出方程可求得

CEQ

U ;

3)共集放大电路的动态分析

共集放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同,只是由于共集放大电路的“交流地”是集电极,一般习惯将“地”画在下方,所以微变等效电路的画法略有不同,如P92图2.23(d )所示。

3、共基放大电路的静态和动态分析

1)共基放大电路的静态分析

与共射电路静态分析方法基本相同。

(1)列放大电路输入回路电压方程可求得

EQ

I ;

(2)根据放大区三极管电流方程

β+=

1EQ

BQ I I 可求得BQ I ; (3)列放大电路输出回路电压方程可求得CEQ

U ; 2)共基放大电路的动态分析

共基放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同,只是由于共基放大电路的“交流地”是基极,一般习惯将“地”画在下方,所以微变等效电路的画法略有不同。如P94图2.24所示。

4、三种接法的比较

共射放大电路既有电压放大作用又有电流放大作用,输入电阻居三种电路之中,输出电阻较大,适用于一般放大。共集放大电路只有电流放大作用而没有电压放大作用,因其输入电阻高而常做为多级放大电路的输入级,因其输出电阻低而常做为多级放大电路的输出级,因其放大倍数接近于1而用于信号的跟随。共基放大电路只有电压放大作用而没有电流放大作用,输入电阻小,高频特性好,适用于宽频带放大电路。

第九讲 场效应管放大电路

本讲重点

1、场效应管放大电路静态工作点的设置方法;

2、场效应管放大电路小信号模型分析法;

3、场效应管放大电路的特点

本讲难点

1、场效应管放大电路静态工作点的设置方法;

2、场效应管放大电路小信号模型分析法;

教学组织过程

本讲以教师讲授为主。用多媒体演示FET 放大电路Q 点设置方法、小信号模型及其分析方法等,便于学生理解和掌握。启发讨论FET 与BJT 三种不同接法电路特性及应用对比。

主要内容

1、场效应管放大电路的三种接法

场效应管的三个电极源极、栅极和漏极与晶体管的三个电极发射极、基极和集电极相对应,因此在组成电路时也有三种接法:共源放大电路、共栅放大电路和共漏放大电路。 2、FET 放大电路的直流偏置

FET 是电压控制器件,因此放大电路要求建立合适的偏置电压,而不要求偏置电流。FET 有JFET 、MOSFET ,N 沟、P 沟,增强型、耗尽型之分。它们各自的结构不同,伏安特性有差异,因此在放大电路中对偏置电路有不同要求。

JFET 必须反极性偏置,即U GS 与U DS 极性相反; 增强型MOSFET 的U GS 与U DS 必须同极性偏置; 耗尽型MOSFET 的U GS 可正偏、零偏或反偏。

因此,JFET 和耗尽型MOSFET 通常采用自给偏压和分压式偏置电路,而增强型MOSFET 通常采用分压式偏置电路。 3、FET 放大电路的静态分析

考虑FET 管子的输入电阻很高,FET 的栅极几乎不取用电流,可以认为I GQ =0。

对FET 放大电路进行静态分析有两种方法:图解法和估算法。静态分析时只须计算三个参数:U GSQ 、I DQ 和U DSQ 即可,下面分别举例说明。 1)自给偏压放大电路

共源自给偏置放大电路及其直流通路如图2.25所示

U GS =V G -V S ≈-I S R s <0

可见依靠JFET 自身的源极电流I S 所产生的电压降I S R s ,使得栅-源极间获得了负偏置电压。

(1)估算法静态分析

列输入回路电压方程:s D Q s SQ SQ G Q G SQ R I R I U U U -=-=-=

JFET (或耗尽型FET )的电流方程:

2

)GS(off 1?

???

?

?-=U

U I I GSQ DSS DQ

联解上述两式并舍去不合理的一组解,可求得GSQ U 和DQ I 。

列输出回路电压方程求得)(s d D Q D D D SQ R R I V U +-= (2)图解法静态分析

①列输出直流负载线方程:U DS =V DD -I D (R d +R s )

在JFET 的输出特性曲线上作出直流负载线,与晶体管类似,直流负载线与横轴交点为

V DD ,纵轴交点为DD d s V R R +,斜率为s d R R +-

1

②根据负载线与U GS 为不同值的各条输出特性曲线的交点为坐标,可在i D ~u GS 坐标平面上作出i D =f (u GS )曲线,(动态转移特性曲线)

③列输入直流负载线方程:U GS =-I D R s

在转移特性曲线平面上,作出输入回路的直流负载线,它通过原点,斜率为1

s R -。

显然,静态的U GS 与I S 既要满足动态转移特性曲线所确定的约束关系,又要满足输入回路直流负载线所确定的约束关系,因此静态工作点位于两条线的交点Q 。在图2.26(a )和(b )图上读出Q 点的值(U GSQ 、I DQ 和U DSQ )。

2)增强型FET 分压式偏置电路

增强型FET 分压式偏置电路如图2.27所示。该电路利用电阻对电源V DD 进行分压,从而给栅极提供固定的偏置电压:

DD

g g g A G V R R R U U ?+=

=2

11

源极对地的电压和自偏置时一样: V S =I S R s 因此栅源极间偏置电压由上述两部分所构成

s

S DD g g g S G GS R I V R R R V V U -?+=

-=2

11

(1)估算法

由直流通路输入回路电压方程:

DD

g g g A GQ V R R R U U ?+=

=2

11 和 S D Q SQ R I U =

得:

S

DQ DD g g g GSQ R I V R R R U -?+=

2

11

增强型FET 的电流方程:

2

)(1???? ??-=th GS GSQ DO DQ U U I I 联解上述两式并舍去不合理的一组解,可求得GSQ U 和DQ I 。

列输出回路电压方程求得)(s d D Q D D D SQ R R I V U +-= (2)图解法

① 作出动态转移特性曲线;

《模拟电子技术基础》教案三篇

《模拟电子技术基础》教案三篇 篇一:《模拟电子技术基础》教案 1、本课程教学目的: 本课程是电气信息类专业的主要技术基础课。其目的与任务是使学生掌握常用半导体器件和典型集成运放的特性与参数,掌握基本放大、负反馈放大、集成运放应用等低频电子线路的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法和工程计算方法;使学生具有一定的实践技能和应用能力;培养学生分析问题和解决问题的能力,为后续课程和深入学习这方面的内容打好基础。 2、本课程教学要求: 1.掌握半导体器件的工作原理、外部特性、主要参数、等效电路、分析方法及应用原理。 2.掌握共射、共集、共基、差分、电流源、互补输出级六种基本电路的组成、工作原理、特点及分析,熟悉改进放大电路,理解多级放大电路的耦合方式及分析方法,理解场效应管放大电路的工作原理及分析方法,理解放大电路的频率特性概念及分析。 3.掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法,理解负反馈对放大电路性能的影响,熟练掌握深度负反馈条件下闭环增益的近似估算,了解负反馈放大电路产生自激振荡的条件及其消除原则。 4.了解集成运算放大器的组成和典型电路,理解理想运放的概念,熟练掌握集成运放的线性和非线性应用原理及典型电路;掌握一般直流电源的组成,理解整

流、滤波、稳压的工作原理,了解电路主要指标的估算。 3、使用的教材: 绪论 本章的教学目标和要求: 要求学生了解放大电路的基本知识;要求了解放大电路的分类及主要性能指标。本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体教学) §1-1电子系统与信号0.5 §1-2放大电路的基本知识0.5 本章重点: 放大电路的基本认识;放大电路的分类及主要性能指标。 本章教学方式:课堂讲授 本章课时安排:1 本章的具体内容: 1节 介绍本课程目的,教学参考书,本课程的特点以及在学习中应该注意的事项和学习方法; 介绍放大电路的基本认识;放大电路的分类及主要性能指标。 重点:放大电路的分类及主要性能指标。 第1章半导体二极管及其基本电路 本章的教学目标和要求: 要求学生了解半导体基础知识;理解PN结的结构与形成;熟练掌握普通二极管和稳压管的V-I特性曲线及其主要参数,熟练掌握普通二极管正向V-I特性的四

《模拟电子技术实验》实验指导书

北方民族大学 Beifang University of Nationalities 《模拟电子技术实验》课程指导书 北方民族大学教务处

北方民族大学 《模拟电子技术实验》课程指导书 编著杨艺丁黎明 校审杨艺 北方民族大学教务处 二〇一二年三月

《模拟电子技术实验》课程是工科类大学二年级学生必修的一门实践类课程。实验主要设备包括模拟电子技术实验箱、信号发生器、示波器、数字万用表、交流毫伏表和直流电源等。 课程教学要求是:通过该课程,学生学会正确使用常用的电子仪器,掌握三极管放大电路分析和设计方法,掌握集成运放的使用及运算放大电路各项性能的测量,学会查找并排除实验故障,初步培养学生实际工程设计能力,学会仿真软件的使用,掌握工程设计的概念和步骤,为以后学习和工作打下坚实的实践基础。 《模拟电子技术实验》课程内容包括基础验证性实验,设计性实验和综合设计实践三大部分。 基础验证性实验主要包括仪器设备的使用、双极性三极管电路的分析、负反馈放大电路的测量等内容。主要培养学生分析电路的能力,掌握电路基本参数的测量方法。 设计性实验主要包括运算电路的实现等内容。主要要求学生掌握基本电路的设计能力。 综合设计实践主要包括项目的选题、开题、实施和验收等过程,要求学生能够掌握电子产品开发的整个过程,提高学生的设计、制作、调试电路的能力。 实验要求大家认真做好课前预习,积极查找相关技术资料,如实记录实验数据,独立写出严谨、有理论分析、实事求是、文理通顺、字迹端正的实验报告。 本书前八个实验项目由杨艺老师编写,实验九由丁黎明老师编写。全书由丁黎明老师提出课程计划,由杨艺老师进行校对和排版。参与本书课程计划制订的还有电工电子课程组的全体老师。 2012年3月1日

模拟电子技术教案

授课计划 授课时数: 2 授课教师:赵启学授课时间: 课题:半导体二极管 教学目的: 1、理解PN结及其单向导电性 2、了解半导体二极管的构成与类型 教学重点:1、PN结及其单向导电性2、二极管结的构成 教学难点:PN结及其单向导电性 教学类型:理论课 教学方法:讲授法、启发式教学 教学过程: 引入新课: 模拟电子技术基础是一门入门性质的技术基础课,没有哪一门课程像电子技术的发展可以用飞速发展,日新月异。从1947年,贝尔实验室制成第一只晶体管;1958年,集成电路;1969年,大规模集成电路;1975年,超大规模集成电路,一开始集成电路有4只晶体管,1997年,一片集成电路有40亿个晶体管。不管怎么变化,但是万变不离其宗,这门课我们所讲的就是这个“宗”。(10分钟) 讲授新课: 一:PN结(30分钟) 1、什么是半导体,什么是本证半导体?(10分钟) 半导体:导电性介于导体和绝缘体之间的物质 本征半导体:纯净(无杂质)的晶体结构(稳定结构)的半导体,所有半导体器件的基本材料。常见的四价元素硅和锗。

2、杂质半导体(20分钟) N型半导体:在本征半导体中参入微量5价元素,使自由电子浓度增大,成为多数载流子(多子),空穴成为少数载流子(少子)。如图(a) P型半导体:在本证半导体中参入微量3价元素,使空穴浓度增大,成为多子,电子成为少子,以空穴导电为主的杂志半导体称为P型半导体。如图(b) 3、PN结 P型与N型半导体之间交界面形成的薄层为PN结。 二:PN结的单项导电性(20分钟) PN结加正向电压时,可以有较大的正向扩散电流,即呈现低电阻,我们称PN 结导通;PN结加反向电压时,只有很小的反向漂移电流,呈现高电阻,我们称PN 结截止。这就是PN结的单向导电性。 1、正偏 加正向电压(正偏)——电源正极接P区,负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场→耗尽层变窄→扩散运动>>漂移运动→多子扩散形成正向电流(与外电场方向一致)I F

模拟电子技术基础-教案

*******学院课程教案*** ~ ***学年第一学期 教学系(部) 教研室计科教研室 课程名称模拟电子技术基础 年级、专业、班级 主讲教师 职称 / 职务 使用教材

模拟电子技术基础课程说明 一、课程基本情况 课程类别:学科基础课 总学时:32学时 实验、上机学时:8学时 二、课程性质 本课程是计算机科学与技术专业的学科基础课,主要介绍常用半导体器件、基本放大电路、集成运算放大器及其应用、直流稳压电源等内容的工作原理。 三、课程的教学目的和基本要求 通过本课程的学习,使学生掌握模拟电路的基本原理及分析方法,学会常用电子仪器的使用,能应用这些基本概念和基本分析方法来分析工程实际中的模拟电路,为后续数字逻辑、计算机组成原理做铺垫,并具有一定的解决工程实际问题的能力。 四、本课程与其它课程的联系 先修课程:高等数学、电路基础(1)

模拟电子技术基础课程教案(1) 授课题目(教学章、节或主题):第一章半导体器件课时安排2学时授课时间第1周 教学目的和要求(分掌握、熟悉、了解三个层次): 1.掌握:模拟信号与数字信号的概念和二者的区别; 2.熟悉:本征半导体;杂质半导体;PN结;常用半导体器件; 3.了解:半导体基础知识以及初步认识常用半导体器件。 教学内容(包括基本内容、重点、难点): 1.基本内容:模拟信号与数字信号的概念;本征半导体;杂质半导体;PN结;初步认识常用半导体器件; 2.重点:模拟电子电路与数字电路的概念; 3.难点:对本征半导体、杂质半导体、PN结的理解。 讲课进程和时间分配: (1)课程介绍、导入模拟量与数字量的概念、半导体的概念;(20分钟) (2)本征半导体及其导电性能、杂质半导体及其导电性能;(30分钟) (3)PN结的形成及特性;(35分钟) (4)本章小结。(5分钟) 讨论、思考题、作业: 见课后习题 参考资料(含参考书、文献等): 李承,徐安静.模拟电子技术[M].北京:清华大学出版社.2014年12月 授课类型(请打√):理论课 讨论课□ 实验课□ 练习课□ 其他□ 教学方式(请打√):传统讲授 双语□ 讨论□ 示教□ 指导□ 其他□ 教学资源(请打√):多媒体 模型□ 实物□ 挂图□ 音像□ 其他□ 填表说明:每项页面大小可自行添减。

模拟电子技术总结

模拟电子技术》院精品课程建设与实践 成果总结 模拟电子技术是一门在电子技术方面入门性质的技术基础课程,它既有自身的理论体系,又有很强的实践性;是高等院校工科电子信息、电气信息类各专业和部分非电类本科生必修的技术基础课,而且随着电子工业的飞速发展和计算机技术的迅速普及,它也不断成为几乎所有理工科本科生的必修课程。 我院模拟电子技术课程由原电子技术系首先开设,目前已建成由模拟电子技术、模拟电子技术基础实验、模拟电子技术课程设计三门课组成的系列课程。2002 年被列为学院精品课重点建设项目,2005 年获得学院教学成果一等奖。同年申报并获得四川省教学成果三等奖。 一、基本内容 1.确定课程在本科生基本素质培养中的地位和作用由于模拟电子技术课程的基础性和广泛性,使之在本科教育中起着重要的作用。通过学习,不但使学生掌握电子技术的基本概念、基本电路、基本分析方法和基本实验技能,而且由于本课程特别有利于学生系统集成的能力、综合应用能力、仿真能力的培养,可使学生建立以下几个观点,形成正确的认识论。 (1)系统的观念:一个电子系统从信号的获取和输入、中间的处理到最后的输出和对负载的驱动,各部分电路之间的功能作用、增益分配、参数设置、逻辑关系……都需相互协调、相互制约,只有不顾此失彼、通盘考虑、全面调试才能获得理想效果。 (2)工程的观念:数学、物理的严格论证及精确计算到工程实际之间往往有很大差距,电子技术中“忽略次要,抓住主要”的方法能引导学生的思维更切合工程实际。因而特别有利于学生工程观念的培养。 (3)科技进步的观念:电子技术的发展,电子器件的换代,比其它任何技术都快,学习电子技术可以让人深刻地体会到,在科学技术飞速发展的时代,只有不断更新知识,才能不断前进。学习时应着眼于基础,放眼于未来。 (4)创新意识:在阐述电子器件的产生背景、电路构思、应用场合等问题时特别具有启发性,电子电路可在咫尺之间产生千变万化,能够充分发挥学生的想象力和创造力,因而特别有利于创新意识和创新能力的培养。我们加强了场效应电路、集成电路和可编程模拟器件等新知识的介绍,拓宽了知识面,延续了所学知识的生命周期。 上述观念的培养,不仅为学生学习后续课铺平道路,而且培养了他们科学的思维方式和不断进取的精神,即使在工作后还会起作用,将受益一生。 2.创建先进科学的模拟电子技术课程教学结构电子技术学科是突飞猛进发展的学科,如何更好地解决基础与发展、基础知识与实际应用、理论与实践等矛盾,处理好知识的“博”新“”“深”的关系,建立先进和科学的教学结构,以适应不断更新的课程内容体系始终是我们改革的重点。 本课程建立起课堂教学、实验教学、网络教学和EDA 教学交叉融合的教学结构,如图所示。各教学环节各司其职,相辅相成,互相交融,实现“加强基础,注重实践,因材施教,促进创新”的同一个目标。

模拟电子技术实验

实验2 单管放大电路 1.1 实验目的 (1) 熟悉电子元件和模拟电路实验箱。 (2) 掌握放大器静态工作点的调试方法及其对放大器性能的影响。 (3) 学习测量放大器Q点,A v,r i,r o的方法,了解共射极电路的特性。 (4) 学习放大器的动态性能。 1.2 实验仪器与设备 示波器,信号发生器,交流毫伏表,数字万用表,模拟/数字电路实验箱。 1.3 预习要求 (1) 熟悉分压式偏置放大器的工作原理,了解元器件参数对放大器性能的影响。 (2) 熟悉放大器的动态及静态测量方法。 1.4 实验内容与步骤 (一)、连接直流电路,测量静态工作点 1.连接直流电路 (1)用万用表判断实验元件(三极管、电解电容、电阻、电位器)及实验所用导线的好坏。 (2) 连接分压式偏置放大器的直流通路,电路如图1-1所示,将R W的阻值调到最大100K。 图1-1 分压式偏置单管放大器的直流通路

(3)调节直流稳压电源电压输出调节旋钮,使其输出+12V(方法:用万用表直流电压档监测直流稳压电源输出端口,调节旋钮使万用表显示+12 V) 2.调节静态工作点 接通稳压电源(方法:用红色导线连接直流稳压电源的正极与R W R C的公共点,用黑色导线连接直流稳压电源的负极与R B2 R E的公共点),调节R W使U CE=1/2 U CC,V BE=0.7V 测量晶体管各极对地电压U B、U C和U E,将测量结果和计算所得结果填入表1-1中。 U CE =U C-U E U BE =U B-U E I C = I E= U E /R E 表1-1 静态工作点实验数据 (二)、连接完整电路,测量动态参数 1.连接完整电路 图1-2 分压式偏置单管放大器原理图 注意:电解电容的极性。 3.电压放大倍数的测量 (1)接通函数信号发生器电源,调节函数信号发生器的频率调节旋钮和幅度调节旋钮,使函数信号发生器输出频率 f =1 kHz ,输出电压U S=10 mV (有效值)的交流信号(若输出不能达到10 mV,可调节输出衰减旋钮20~60 dB和幅度调节旋钮即可)。 注意:信号发生器输出交流信号的频率通过数码管显示即可读出来,输出交流信号的幅度必须使用晶体管毫伏表检测方可读出电压有效值。 (2)将信号发生器、示波器、晶体管毫伏表按图1-3接入。信号发生器的正极、示波

《模拟电子技术实验》教学大纲

《模拟电子技术实验》教学大纲 课程中文名称(课程英文名称):模拟电子技术实验/Experiments of analog electron technology 一、课程编码:1021004006 二、课程目标和基本要求: 1、模拟电子技术实验是《模拟电子技术基础》课程的主要实践环节,是深化理论知识,培养实验技能,提高学生运用理论分析、解决实际问题的能力的重要教学和学习过程。 2、通过实验使学生充分认识到电子技术研究和发展的重要位置,以及它在物理学科应用中的重要意义。通过实验引导、启发学生解放思想、更新观念、摆正理论与实践的关系。 三、课程总学时: 30 学时(严格按教学计划时数)[理论: 0 学时;实验: 30 学时] 四、课程总学分: 1 学分(严格按教学计划学分) 五、适用专业和年级:物理教育学;2006级。 六、实验项目汇总表: 八、大纲内容:

实验一常用电子仪器的使用 [实验目的和要求] 1、学习电子电路实验中常用的电子仪器的主要技术指标、性能及正确使用方法。 2、初步掌握用双踪示波器观察正弦信号波形和读取波形参数的方法。 [实验内容] 1、示波器的检查与校准; 2、用示波器观察和测量交流电压及周期; 3、用示波器测量直流电压; 4、用示波器测量相位; 5、毫伏表与数字万用表交流电压测量的比较。 [主要实验仪器与器材] 1、SS-7802示波器一台; 2、EM1642信号发生器一台; 3、DF1701直流电源一台; 4、DF2170毫伏表一台; 5、UT56数字万用表一只。 实验二、晶体管元件的认识和测量 [实验目的和要求] 1、掌握用万用表鉴别晶体管的性能; 2、了解晶体管特性图示仪的简单原理及使用方法,用晶体管特性图示仪测量特性曲线和参数; 3、绘制小功率晶体管的特性曲线,并运用特性曲线求参数。 [实验内容] 1、用数字万用表鉴别晶体三极管的性能; 2、XJ4810晶体管特性图示仪测量晶体管的特性曲线和参数。 [主要实验仪器与器材] 1、XJ4810晶体管特性图示仪; 2、UT56数字万用表; 3、晶体三极管(3A X31、901 4、9015)、稳压管。

模拟电子技术实验报告

姓名:赵晓磊学号:1120130376 班级:02311301 科目:模拟电子技术实验B 实验二:EDA实验 一、实验目的 1.了解EDA技术的发展、应用概述。 2. 掌握Multisim 1 3.0 软件的使用,完成对电路图的仿真测试。 二、实验电路

三、试验软件与环境 Multisim 13.0 Windows 7 (x64) 四、实验内容与步骤 1.实验内容 了解元件工具箱中常用的器件的调用、参数选择。 调用各类仿真仪表,掌握各类仿真仪表控制面板的功能。 完成实验指导书中实验四两级放大电路实验(不带负反馈)。 2.实验步骤 测量两级放大电路静态工作点,要求调整后Uc1 = 10V。 测定空载和带载两种情况下的电压放大倍数,用示波器观察输入电压和输出电压的相位关系。 测输入电阻Ri,其中Rs = 2kΩ。 测输出电阻Ro。 测量两级放大电路的通频带。 五、实验结果 1. 两级放大电路静态工作点 断开us,Ui+端对地短路

2. 空载和带载两种情况下的电压放大倍数接入us,Rs = 0 带载: 负载: 经过比较,输入电压和输出电压同相。 3. 测输入电阻Ri Rs = 2kΩ,RL = ∞ Ui = 1.701mV

Ri = Ui/(Us-Ui)*Rs = 11.38kΩ 4. 测输出电阻Ro Rs = 0 RL = ∞,Uo’=979.3mV RL = 4.7kΩ,Uo = 716.7mV Ro = (Uo’/Uo - 1)*R = 1.72kΩ 5. 测量两级放大电路的通频带电路最大增益49.77dB 下限截止频率fL = 75.704Hz 上限截止频率fH = 54.483kHz 六、实验收获、体会与建议

模拟电子技术课程教案

模拟电子技术课程教案 1. 本章基本要求:了解半导体基础知识;掌握二极管基础知识,掌握二极管应用;掌握双极型晶体管(BJT)工作原理,伏安特性曲线,BJT的各个参数;对比学习场效应管(FET)的原理和特性曲线. 2. 本章教学内容和学时: 1.1 半导体基础知识 2 1.2 半导体二极管 2 1.3 双极型三极管 2 1.4 场效应三极管 2 3.本章教学方式:课堂讲授,多媒体与板书相结合的方式 4.本章重点: PN结内部载流子的运动,PN结的特性,二极管的单向导电性,三极管的电流放大作用,场效应管的压控特性,以及三种器件的等效电路. 5. 本章难点:PN结的形成原理,器件的非线性伏安特性方程和曲线,场效应管的工作原理. 6.本章习题: 7,课时与内容安排:(8学时) 1-2节:介绍本课程目的,教学参考书,本课程的特点以及在学习中应该注意的事项和学习方法; 半导体基础知识,半导体,杂质半导体;PN结的形成过程.PN结的特点,几个特性.特别强调PN结的单向导电性,伏安特性方程的应用. 3-4节: 半导体二极管结构,基本特点,等效电路;稳压二极管工作原理,特点,电路分析. 5-6节:BJT结构,类型,电路符号,电流放大作用,放大模式下载流子运动过程,电流分配关系;BJT共射特性曲线(输入,输出);介绍BJT的极限参数. 7-8节:例题:器件选择,管脚判断;特别强调电流分配关系,特性曲线的应用.FET 分类介绍,以N沟道JFET为例介绍FET工作过程,JFET输出特性曲线,转移特性曲线,小结FET,BJT的特性差异,小结FET输出特性曲线,转移特性曲线.学习过程中强调FET,BJT的对比性学习. 第2章基本放大电路 1. 本章基本要求:正确理解放大器的一些基本概念,掌握BJT的简化模型及其模型参数的求解方法,掌握BJT的偏置电路,及工作点的估算方法;掌握BJT的三种基本组态放大器电路组成,指标,特点及分析方法;理解放大器的频率响应的概念和描述;熟悉放大器的低频,高频截止频率的估算;了解单管放大器的频率响应的分析,波特图的折线画法.掌握FET的偏置电路,工作点估算方法;了解FET的小信号跨导模型和FET的共源特点. 2. 本章教学内容和学时: 2.1 放大的概念和放大电路的主要性能指标 2 2.2 基本共射放大电路的工作原理 2 2.3 放大电路的基本分析方法 4 2.4 晶体管单管放大电路的三种基本接法 2 2.5 放大电路的频率特性 2 2.6 场效应管放大电路 2 3. 本章教学方式:课堂讲授,多媒体与板书相结合的方式 4. 本章重点:静态工作点及其稳定,微变等效电路分析法,共射,共集,共基三种

模拟电子技术实验

实验一共射极单管放大电路的研究 1. 实验目的 (1)学会放大器静态工作点的调试方法,分析静态工作点对放大器性能的影响; (2)掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法; (3)熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 2. 实验设备与器材 实验所用设备与器材见表1.1。 表1.1 实验4.1的设备与器材 序号名称型号与规格数量备注 1 实验台1台 2 双踪示波器0~20M 1台 3 电子毫伏表1只 4 万用表1只 5 三极管1只 6 电阻1kΩ/0.25W 1只R e 7 电阻 2.4kΩ/0.25W 2只R S、R c、R L 8 电阻20kΩ/0.25W 1只R b1、R b2 9 电阻500kΩ/0.25W 1只R b2 10 铝电解电容10μF/25V 2只C1、C2 11 铝电解电容50μF/25V 1只C e 3. 实验电路与说明 实验电路如图1.1所示,为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用R B1和R B2组成的分压电路,并在发射极中接有电阻R E,以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号u i后,在放大器的输出端便可得到一个与u i相位相反,幅值被放大了的输出信号u0,从而实现了电压放大。安装电路时,要注意电解电容极性、直流电源正负极和信号源的极性。 图1.1 共射极单管放大器实验电路

I c/mA U ce/V u0波形失真情况管子工作状态 2.0 (5) 测量最大不失真输出电压的幅度 置R C=2.4kΩ,R L=2.4kΩ,调节信号发生器输出,使U s逐渐增大,用示波器观察输出信号的波形。直到输出波形刚要出现失真而没有出现失真时,停止增大U s,这时示波器所显示的正弦波电压幅度,就是放大电路的最大不失真输出电压幅度,将该值记录下来。然后继续增大U s,观察输出信号波形的失真情况。 5. 实验总结与分析 (1)用理论分析方法计算出电路的静态工作点,填入表1.2中,再与测量值进行比较,并分析误差的原因。 (2)通过电路的动态分析,计算出电路的电压放大倍数,包括不接负载时的A u、A us以及接上负载时的A u、A us。将计算结果填入表1.3中,再与测量值进行比较,并分析产生误差的原因。 (3)回答以下问题: ①放大电路所接负载电阻发生变化时,对电路的电压放大倍数有何影响? ②怎样用测量信号电压的方法来测量放大电路的输入电阻和输出电阻? (4)心得体会与其他。

模拟电子技术基础教案

《模拟电子技术基础》教案 1、本课程教学目的: 本课程是电气信息类专业的主要技术基础课。其目的与任务是使学生掌握常用半导体器件和典型集成运放的特性与参数,掌握基本放大、负反馈放大、集成运放应用等低频电子线路的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法和工程计算方法;使学生具有一定的实践技能和应用能力;培养学生分析问题和解决问题的能力,为后续课程和深入学习这方面的内容打好基础。 2、本课程教学要求: 1.掌握半导体器件的工作原理、外部特性、主要参数、等效电路、分析方法及应用原理。 2.掌握共射、共集、共基、差分、电流源、互补输出级六种基本电路的组成、工作原理、特点及分析,熟悉改进放大电路,理解多级放大电路的耦合方式及分析方法,理解场效应管放大电路的工作原理及分析方法,理解放大电路的频率特性概念及分析。 3.掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法,理解负反馈对放大电路性能的影响,熟练掌握深度负反馈条件下闭环增益的近似估算,了解负反馈放大电路产生自激振荡的条件及其消除原则。 4.了解集成运算放大器的组成和典型电路,理解理想运放的概念,熟练掌握集成运放的线性和非线性应用原理及典型电路;掌握一般直流电源的组成,理解整流、滤波、稳压的工作原理,了解电路主要指标的估算。

3、使用的教材: 杨栓科编,《模拟电子技术基础》,高教出版社 主要参考书目: 康华光编,《电子技术基础》(模拟部分)第四版,高教出版社 童诗白编,《模拟电子技术基础》,高等教育出版社, 张凤言编,《电子电路基础》第二版,高教出版社, 谢嘉奎编,《电子线路》(线性部分)第四版,高教出版社, 陈大钦编,《模拟电子技术基础问答、例题、试题》,华中理工大学出版社,唐竞新编,《模拟电子技术基础解题指南》,清华大学出版社, 孙肖子编,《电子线路辅导》,西安电子科技大学出版社, 谢自美编,《电子线路设计、实验、测试》(二),华中理工大学出版社, 绪论 本章的教学目标和要求: 要求学生了解放大电路的基本知识;要求了解放大电路的分类及主要性能指标。 本章总体教学内容和学时安排:(采用多媒体教学) §1-1 电子系统与信号0.5 §1-2 放大电路的基本知识0.5

模拟电子技术教案课程

模拟电子技术教案课程公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

模拟电子技术教案 电子与信息工程学院 目录 第一章常用半导体器件 第一讲半导体基础知识 第二讲半导体二极管 第三讲双极型晶体管三极管 第四讲场效应管 第二章基本放大电路 第五讲放大电路的主要性能指标及基本共射放大电路组成原理 第六讲放大电路的基本分析方法 第七讲放大电路静态工作点的稳定 第八讲共集放大电路和共基放大电路 第九讲场效应管放大电路 第十讲多级放大电路 第十一讲习题课 第三章放大电路的频率响应 第十二讲频率响应概念、RC电路频率响应及晶体管的高频等效模型

第十三讲共射放大电路的频率响应以及增益带宽积 第四章功率放大电路 第十四讲功率放大电路概述和互补功率放大电路 第十五讲改进型OCL电路 第五章模拟集成电路基础 第十六讲集成电路概述、电流源电路和有源负载放大电路第十七讲差动放大电路 第十八讲集成运算放大电路 第六章放大电路的反馈 第十九讲反馈的基本概念和判断方法及负反馈放大电路的方框图第二十讲深度负反馈放大电路放大倍数的估算 第二十一讲负反馈对放大电路的影响 第七章信号的运算和处理电路 第二十二讲运算电路概述和基本运算电路 第二十三讲模拟乘法器及其应用 第二十四讲有源滤波电路 第八章波形发生与信号转换电路 第二十五讲振荡电路概述和正弦波振荡电路 第二十六讲电压比较器

第二十七讲非正弦波发生电路 第二十八讲利用集成运放实现信号的转换 第九章直流电源 第二十九讲直流电源的概述及单相整流电路 第三十讲滤波电路和稳压管稳压电路 第三十一讲串联型稳压电路 第三十二讲总复习 第一章半导体基础知识 本章主要内容 本章重点讲述半导体器件的结构原理、外特性、主要参数及其物理意义,工作状态或工作区的分析。 首先介绍构成PN结的半导体材料、PN结的形成及其特点。其后介绍二极管、稳压管的伏安特性、电路模型和主要参数以及应用举例。然后介绍两种三极管(BJT和FET)的结构原理、伏安特性、主要参数以及工作区的判断分析方法。 本章学时分配 本章分为4讲,每讲2学时。 第一讲常用半导体器件 本讲重点

参考答案--模拟电子技术实验指导书(2012)

参考答案--模拟电子技术实验指导书(2012)

实验一常用电子仪器的使用 一、实验目的 1.熟悉示波器,低频信号发生器和晶体管毫伏表等常用电子仪器面板,控制旋钮的名称,功能及使用方法。 2.学习使用低频信号发生器和频率计。 3.初步掌握用示波器观察波形和测量波形参数的方法。 二、实验原理 在电子电路实验中,经常使用的电子仪器有示波器、低频信号发生器、直流稳压电源、交流毫伏表及频率计等。它们和万用电表一起,可以完成对电子电路的静态和动态工作情况的测试。 实验中要对各种电子仪器进行综合使用,可按照信号流向,以连线简捷,调节顺手,观察与读数方便等原则进行合理布局,各仪器与被测实验装置之间的布局与连接如图1—1所示。接线时应注意,为防止外界干扰,各仪器的共公接地端应连接在一起,称共地。信号源和交流毫伏表的引线通常用屏蔽线或专用电缆线,示波器接线使用专用电缆线,直流电源的接线用普通导线。

图1—1 模拟电子电路中常用电子仪器布局图 1.低频信号发生器 低频信号发生器按需要输出正弦波、方波、三角波三种信号波形。输出电压最大可达20V(峰-峰值)。通过输出衰减开关和输出幅度调节旋钮,可使输出电压在毫伏级到伏级范围内连续调节。低频信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。 低频信号发生器作为信号源,它的输出端不允许短路。 2.交流毫伏表 交流毫伏表只能在其工作频率范围之内,用来测量正弦交流电压的有效值。为了防止过载而损坏,测量前一般先把量程开关置于量程较大位置上,然后在测量中逐档减小量程。 3.示波器 示波器是一种用途极为广泛的电子测量仪器,它能把电信号转换成可在荧光屏幕上直接观察的图象。示波器

模拟电子技术实验指导书

《模拟电子技术》实验教学指导书课程编号:1038181007 湘潭大学 信息工程学院电工与电子技术实验中心 2007年11月30日

前言 一、实验总体目标 通过实验教学,使学生巩固和加深所学的理论知识,培养学生运用理论解决实际问题的能力。学生应掌握常用电子仪器的原理和使用方法,熟悉各种测量技术和测量方法,掌握典型的电子线路的装配、调试和基本参数的测试,逐渐学习排除实验故障,学会正确处理测量数据,分析测量结果,并在实验中培养严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作之风。 二、适用专业年级 电子信息工程、通信工程、自动化、建筑设施智能技术等专业二年级本科学生。 三、先修课程 《高等数学》、《大学物理》、《电路分析基础》或《电路》。 网络化模拟电路实验台:36套(72组) 主要配置:数字存储示波器、DDS信号发生器、数字交流毫伏、模块化单元电路板等。 六、实验总体要求 本课程要求学生自己设计、组装各种典型的应用电路,并用常用电子仪器测试其性能指标,掌握电路调试方法,研究电路参数的作用与影响,解决实验中可能出现各种问题。 1、掌握基本实验仪器的使用,对一些主要的基本仪器如示波器、、信号发生器等应能较熟练地使用。 2、基本实验方法、实验技能的训练和培养,牢固掌握基本电路的调整和主要技术指标的测试方法,其中还要掌握电路的设计、组装等技术。 3、综合实验能力的训练和培养。 4、实验结果的处理方法和实验工作作风的培养。

七、本课程实验的重点、难点及教学方法建议 本课程实验的重点是电路的正确连接、仪表的正确使用、数据测试和分析; 本课程实验的难点是电路的设计方法和综合测试与分析。 在教学方法上,本课程实验应提前预习,使学生能够利用原理指导实验,利用实验加深对电路原理的理解,掌握分析电路、测试电路的基本方法。

模拟电子技术实验 教案

模拟电子技术实验教案 ·平顶山学院教案 20XX ~~ 20XX 学年第 1 学期 承担系部电气信息工程学院课程名称模拟电子技术实验授课对象 11电气、电子、测控,10物理授课教师张晓朋职称讲师教材版本电工电子实验与计算机仿真教程参考书 20XX年 9 月 3 日 平顶山学院模拟电子技术实验教案 模拟电子技术基础实验 实验一常用电子仪器的使用练习 [实验目的] 1、了解示波器、低频信号发生器、视频毫伏表及直流稳压电源的工作原理。 2、掌握常用电子仪器的使用方法。[实验仪器] 1、函数信号发生器; 2、双踪示波器; 3、交流毫伏表; [实验原理] 多种实验仪器之间按如图1-1所示。交流毫伏表直流稳压电源+ -屏蔽线U cc函数信号发生器屏蔽线被测电路 uiu0示波器屏蔽线图1-1 1、函数信号发生器

函数信号发生器按需要输出正弦波、方波、脉冲波三种信号波形。输出电压最大可达10VP-P。函数信号发生器的输出信号频率可以通过频率分档开关进行调节。 函数信号发生器作为信号源,它的输出端不允许短路。 2、示波器的使用 (1)用示波器测量正弦波的有效值 正弦波形在示波器屏幕上的显示方式如图1-2所示。如果荧光屏上信号波形的峰-峰值为Ddiv,Y轴灵敏度为/div,则所测电压的峰-峰值为: VP-P=/div×Ddiv 式中/div是示波器无衰减时Y轴的灵敏度,即每格20mV;D为被测信号在Y轴方向上峰-峰之间的距离,单位为格(div)。 (2)用示波器测量时间 时间测量时在X轴上读数,量程X轴的扫描速度开关“t/div”决定。 1 平顶山学院模拟电子技术实验教案 测量前对示波器进行扫描速度校准,测量时间过程中使该“微调”始终处于“校准”位置上。测量信号波形任意两点间的时间间隔。 B

《模拟电子技术》课程整体教学设计

《模拟电子技术》课程整体教学设计 一、管理信息 课程名称:模拟电子技术批准人: 课程代码:所属系部: 制定人:《模拟电子技术》课程团队制定时间: 二、基本信息 学分:8 课程类型:电气自动化技术专业核心课学时:240 先修课:电工电子等 授课对象:电气自动化技术专业二年级学生后续课:《计算机辅助设计》等 三、课程设计 1.课程目标设计 ⑴能力目标 通过本课程学习,学生能课程综合设计与制作项目中,学生从应用电路的设计→PCB 版图设计→PCB 制作→器件检测→装配→焊接→静态、动态调试→性能测试,最终以完成一个真实电子产品的设计、生产流程的模式。 ①学生能熟悉常用电子元器件的结构、原理性能特点及其应用常识。具有查阅手册、合理选用、识 别与检测常用电子元器件的能力。 ②具有常见低频单元电路的读图能力。 ③会根据图纸进行电路板装配,会熟练使用面包板搭建调试电路,并具备分析排除电路中简单故障 的能力。 ④能根据要求设计简单的应用电路,并具备电路装配、调试、故障排除的能力。 ⑤⑵知识目标 ⑥掌握其电路组成、会分析工作原理、性能特点及其参数计算方法。 ⑦掌握电子器件的外特性和用于电路中的工作条件。 ⑧掌握PCB版图设计和PCB板的制作及常用测量工具类型及使用特点。 ⑨掌握各个电路的功能及使用特点。 ⑩掌握单元电路的电路构成,工作原理,分析方法。性能指标及特点。 ⑶情感目标与价值观 ①具有严格遵守企业管理制度、爱岗敬业、吃苦耐劳的意志品质; ②养成求真务实、认真细致的工作态度;

③形成自主学习,会思考,可通过认真细致地观察,发现、分析和解决问题的综合能力; ④具有与他人进行交流和沟通的能力,同时还具有较强的团队协作精神; ⑤通过完成任务、做出成果的过程获得成功、失败、坚持等情绪体验,健全心智。 2.课程内容设计 ⑴课程内容设计思想 工学结合,职业能力导向原则、突出能力目标、以项目为载体、学生为主体,知识理论实践一体化课程教学。 图 1学生职业技术能力的培养与提高示意图 ⑵课程教学内容设计(见表1) 3.能力训练任务设计(见表2)

《本科模拟电子技术实验》教案

《本科模拟电子技术实验》教案

4.1 共射极单管放大电路的研究 1. 实验目的 (1)学会放大器静态工作点的调试方法,分析静态工作点对放大器性能的影响; (2)掌握放大器电压放大倍数、输入电阻、输出电阻及最大不失真输出电压的测试方法; (3)熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 2. 实验设备与器材 实验所用设备与器材见表4.1。 表4.1 实验4.1的设备与器材 序号名称型号与 规格 数量备注 1 直流稳压电源双路 0~30V 1台 2 双踪示波器0~10M 1台 3 函数信号发生 器 低频1台 4 模拟电路实验 箱 1台 5 电子毫伏表1只 6 万用表1只 7 数字电压表0~1只

200V 8 数字毫安表0~ 200mA 1只 9 晶体管特性图 示仪1台全班共 用 10 三极管9013 1只 11 电阻1kΩ/0.2 5W 1只R e 12 电阻 2.4kΩ/0 .25W 2只R S、R c、R L 13 电阻20kΩ/0. 25W 1只R b1、R b2 14 电阻500kΩ/ 0.25W 1只R b2 15 铝电解电容10μF/25 V 2只C1、C2 16 铝电解电容50μF/25 V 1只C e 3. 实验电路与说明 实验电路如图4.1所示,为电阻分压式工作点稳定单管放大器实验电路图。它的偏置电路采用R B1和R B2组成的分压电路,并在发射极中接有电

阻R E,以稳定放大器的静态工作点。当在放大器的输入端加入输入信号u i后,在放大器的输出端便可得到一个与u i相位相反,幅值被放大了的输出信号u0,从而实现了电压放大。安装电路时,要注意电解电容极性、直流电源正负极和信号源的极性。 图4.1 共射极单管放大器实验电路 4. 实验内容与步骤 (1)电路安装 ①安装之前先检查各元器件的参数是否正确,区分三极管的三个电极,并测量其β值。 ②按图4.1所示电路,在面包板或实验台上搭接电路。安装完毕后,应认真检查连线是否正确、牢固。 (2)测试静态工作点 ①电路安装完毕经检查无误后,首先将直流稳压电源调到12V,接通直流电源前,先将R W

模拟电子技术实验综合

实验1 单级晶体管放大电路 一、实验目的 1.掌握放大电路静态工作点的调整和测试方法。 2.了解静态工作点对电压放大倍数的影响。 3.了解静态工作点对输出波形的影响。 4.学习测量放大电路的交流电压放大倍数、输入电阻、输出电阻以及最大不失真输出电压的测试方法。 5.熟悉常用电子仪器、仪表及模拟电子技术实验设备的使用。 二、实验原理 电压放大电路的基本任务是在输入端接入交流信号u i 后,在其输出端便可以得到一个与之相位相反、不失真的交流放大输出信号u 0 ,且有足够的电压放大倍数。图1-1为电阻分压式稳定静态工作点的共射极单管放大电路,其基极偏置电路由R B1和R B2分压电路构成。如果静态工作点选择得过高或过低,或者输入信号过大,都会使输出波形失真。为获得合适的静态工作点,一般采用调节上偏置电阻R P 的方法,在发射极接有电阻R e ,以稳定静态工作点Q 。 图1-1 分压式偏置共发射极放大电路 图1-1的电路是交流放大电路中最常用的一种基本单元电路。根据此电路学习放大电路的主要性能指标的测量方法。 1. 输入电阻r i 放大器的输入电阻是从放大器的输入端看进去的等效电阻,加上信号源之后,它就是信号源的负载电阻,用r i 表示。由此可知 r i =U i / i i =R S U i / (U S -U i ) U CC 12V

其中:U S—信号源电压的有效值,R S—信号源内阻; U i—放大电路输入电压的有效值。 r i的大小直接关系到信号源的工作情况。 2.输出电阻r o 、放大器的输出电阻是从放大器的输出端回向放大器看进去的等效电阻,用r o表示,测出U o C U o L后r o由下式计算: r o=R L(U o1-U o2) /U o2 ——放大电路开路时输出电压的有效值; 其中:U o C U o L——放大电路接负载R L时输出电压的有效值。 3.电压放大倍数A u 放大器的电压放大倍数是在输出波形不失真的情况下输出电压与输入电压有效值(或最大值)的比值A u,即 A u=U o /U i 三、实验仪器设备及元器件 1.直流稳压电源 2.函数信号发生器 3.数字式双踪示波器 4.数字万用表 5.交流毫伏表 6.模拟电子实验箱、单级晶体管放大电路专用实验板 7.晶体三极管、电位器、电阻器、电容器等电子元件 四、预习要求 1.理解分压式偏置放大电路的工作原理及电路中各元件的作用。 2.估算实验电路的性能指标:假设晶体管S9018的β=100,R B1=15kΩ,R B2=20kΩ,R C=3.3kΩ,R L=5.1kΩ,U CC=+12V,估算放大电路的静态工作点Q ,电压放大倍数A u,输入电阻r i 和输出电阻r o。 3.了解饱和失真、截止失真或因信号过大引起的失真波形。 4.掌握有关输入电阻及输出电阻的测试方法。 5.极性电容接反极性会有什么后果?怎样避免极性接反?

模拟电子技术实验大纲

《模拟电子技术实验》教学大纲 课程代码:030031112 课程英文名称:Analog Electronic Technology Experiment 课程总学时:8 适用专业:所有电类及相关专业 大纲编写(修订)时间:2017.11 一、大纲使用说明 (一)课程的地位及教学目标 《模拟电子技术实验》是高等工科院校中电气和电子类相关专业重要的实践教学环节。是一门培养学生电子技术基本技能的实验教学课程。本课程是在学习《模拟电子技术》理论课的基础上,着重于实验方法和实验技术的训练。使学生进一步掌握模拟电子技术相关理论知识和概念,使学生掌握常用电子仪器的使用方法,了解基本原理,掌握从理论到电路实验的方法,从而提高学生的综合学习能力。 (二)知识、能力及技能方面的基本要求 《模拟电子技术实验》课程的教学是通过实验教学环节,训练学生的基本实验技能和动手能力,提高学生的观察能力、独立思考能力以及分析问题和解决问题的能力,培养学生理论联系实际和实事求是的科学作风。使学生能熟练地掌握电子线路设计、调试的基本原理和基本方法,获得模拟电子电路实验方面的基本理论、基本知识和基本技能,具备一定的实际操作、设计和调试电路的能力,为将来从事电气与信息技术领域工作打下坚实的基础。 (三)实施说明 1.教学方法:已学生为主,教师指导为辅,巩固和加深学生对《模拟电子技术》基础知识的理解,提高学生综合运用所学知识的能力。通过实验,培养学生具有查阅电子器件和集成电路手册的能力,要求学生做到能够预习实验、自行设计实验方案、正确处理实验数据和分析实验结果并撰写实验报告; 2.教学手段:在实验内容的组织安排上做到系统性、科学性和实用性,增加综合性和设计性实验,提高实验层次。鼓励引导学生多一些创造性的实用开发实验。在实验内容上和形式上多改变,体现由简到繁的设计过程,可以让学生充分了解设计工作的思路。 (四)对先修课的要求 1、先修课程:《大学物理》、《电路原理》、《电路原理实验》 2、后续课程:电子技术课程设计、电子综合实训 (五)对习题课、实践环节的要求 本实验主要为《模拟电子技术》理论教学计划中实践教学要求1而制定的,是理论教学的重要补充。 (六)课程考核方式 1.考核依据 根据学生的出勤情况、实践过程中的实际操作水平、实验技能,分析问题和解决问题的能力,以及完成实验报告的质量情况进行综合评定。 2.实验考核办法 实验操作能力水平70%;实验报告20%;课堂考核及出勤等10% 。 3.评分标准 优:出勤良好,能够自行完成预习,能够正确使用仪器,测量数据准确,能够书写标准的实验报告。 良:出勤良好,能够自行完成预习,能够正确使用仪器,测量数据基本准确,能够书写标准的实验报告。 中:出勤较好,基本能够完成预习,能够正确使用仪器,测量数据大部分准确,能够书写实验报告。 及格:出勤一般,基本能够完成预习,基本能够使用仪器,测量数据部分准确,能够书写实验报告。 不及格:出勤较差,不能完成预习,不能正确使用仪器,测量数据不准确,不能书写标准

电子教案-《模拟电子技术》(冯泽虎)教学课件知识点5:分压偏置共射极放大电路-电子教案 电子课件

《电工电子技术》课程电子教案 教师:宋静序号:05

知识引导 图7-22 温度对静态点的影响 2.基极分压式偏置电路 具有稳定工作点功能的典型分压式偏置电路如图 7-23所示。 a)电路原理图 b)直流通路图 图7-23压式偏置放大电路 1)稳定静态工作点的原理 温度的变化会导致三极管的性能发生变化,致使放 大器的工作点发生变化,影响放大器的正常工作。如图 7-23 所示电路中是通过增加下偏置电阻和射极电阻来 改善直流工作点的稳定性的,其工作原理如下: (1)利用R B1和R B2的分压作用固定基极电压U B。 由图 7-23可知,当R B1、R B2选择适当,满足I2远 大于I B时,则有 PPT、动画演 示、图片

知识引导 中R B1、R B2和U CC都是固定的,不随温度变化,所以基极电位基本上为一定值。 (2)通过I E的负反馈作用,限制I C的改变,使工作点保持稳定。具体稳定过程如下: 从上述稳定过程可以看出,R E愈大,则在R E上产生的压降愈大,对I C变化的抑制能力愈强,电路稳定性愈好。 2)动态分析 首先画出7-23所示的射极偏置电路的微变等效电路如图7-24 a)交流通路图 b) )微变等效电路 图7-24分压式偏置电路交流通路图及微变等效电路 CC B B B B U R R R U 2 1 2 + = E BEQ B E CQ R U U I I - = ≈ ) ( E C C CC CEQ R R I U U+ - =β/ CQ BQ I I=

1. 求电压放大倍数Au 与单偏置共射极放大电路的公式一样. 2.求输入电阻 3.求输出 教学步骤教学内容学生活动时间分配操作训练 仿真练习分压式偏置共射放大电路的静态值及电压 放大倍数 仿真验证:运行Multisim9.0软件制作仿真电路,如图 7-25所示,启动仿真,所得静态值为:I BQ= 10.223uA,I CQ=1.398mA,U EQ=2.535V。由测量值可算出 三极管的放大倍数约为140。从示波器上可得输入与 输出电压波形,如图所示。输入电压的幅值约为l0mv, 输出电压的幅值约为 2.15V,并且两者相位相反,电 压放大倍数约为215 Multisim9.0 仿真软件的 使用 5 be ' L i o r R U U A u β - = =& & & be b2 b1 i r R R R∥ ∥ = c o R R=

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