[电工学(下)]部分基础概念整理
Posted qwerty3223
tags:
篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了[电工学(下)]部分基础概念整理相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
-
本征半导体、杂质半导体、载流子、电中性。热敏、光敏性。
-
本征半导体：完全纯净的、晶格完整的半导体。
-
杂志半导体：掺入微量杂质的半导体，导电性能大大增强。
虽然都有一种载流子占多数，但是整个晶体仍然不带电。
载流子包括自由电子、空穴。
- N型（电子半导体）：掺磷
- 多子：自由电子
- 少子：空穴
- P型（空穴半导体）：掺硼
- 多子：空穴
- 少子：自由电子
- N型（电子半导体）：掺磷
-
-
（理想）二极管的伏安特性（单向导电性），特性参数受温度的影响。（死区电压、导通时的压降）
-
正向偏置/正向电压（从P到N）：电源正极接P，负极接N。此时PN结处于导通状态。
反向偏置：和正向偏置相反。此时PN结处于截止状态。
-
（理想）二极管的伏安特性：单向导电性
-
外加正向电压很低时，外加电流很小，几乎为零。电压超过一定数值后，电流快速增长。该一定数值称为死区电压/开启电压（硅管0.5V，锗管0.1V）。导通时的正常压降：硅管0.6-0.8V，锗0.2-0.3V。
影响死区电压的大小的因素：材料、环境温度
-
外加反向电压时，形成很小的反向电流。
反向电流特点：
① 随温度上升增长很快（原因：本征激发程度上升，少子数量增多，反向电流增大）；
② 在反向电压不超过一定范围时，反向电流大小基本恒定，与反向电压的大小无关，故又称反向饱和电流。（原因：引起反向饱和电流的是少子，数量很少，稍加反向电压就全部漂移过去）
反向电压过大时，被击穿且一般不可复原。击穿时的电压称为反向击穿电压 \\(U_(BR)\\)。
-
-
二极管的作用
（书上的）：整流、检波、限幅、元件保护、开关元件（数字电路中）等
（老师给的）：单向导通、稳压、整流、发光指示(LED)、续流保护。
-
有多个二极管并联，先判断哪个二极管先导通，就看哪一条回路。有一个先导通后，要注意观察另外的二极管是否也能导通。
化简并联电路。
-
-
稳压二极管的工作特点。
-
和适当数值的电阻配合后可以起稳定电压的作用。
-
反向特性曲线比较陡。
-
工作在反向击穿区。反向击穿（可逆）后，电流可以在很大范围内变化，但两端电压变化很小。
当反向电流超过允许范围，会发生热击穿而损坏。
-
主要参数
-
\\(\\alpha_U\\)（电压温度系数）
温度稳定性（6V左右）。
（一般）小于6V：负温度系数。大于6V：正温度系数。
-
\\(r_Z\\)（动态电阻）
\\(r_Z = \\dfrac\\Delta U_Z\\Delta I_Z\\)
稳压二极管的反向伏安特性曲线越陡，动态电阻越小。
-
\\(P_ZM = U_ZI_ZM\\)（最大允许耗散功率，\\(U_Z\\)是稳定后的电压）
稳压二极管不致发生热击穿的最大功率损耗。
-
-
-
晶体管工作状态的判断（饱和、截止、放大）。
-
\\(I_E=I_C+I_B, \\space I_C,I_E >> I_B\\)
-
基极要薄的原因：减少电子与基区空穴复合的机会，使大部分自由电子都能扩散到集电结边缘。
以NPN型为例：
-
饱和
Uce<Ube。
集电结、发射结都正向偏置。
Uce约等于0，Ic约等于Ucc/Rc。利用这个和电流放大倍数可以计算晶体管刚饱和时的Ib。
-
截止：对应曲线\\(I_B=0\\)以下的区域。
集电结、发射结都反向偏置。
通常使\\(U_BE <= 0\\)。
此时，\\(I_C\\) 约等于0，Uce约等于Ucc。
-
放大：\\(V_B>V_E, \\\\ V_C>V_B\\)，即\\(U_BE>0, U_BC<0\\)，\\(U_CE>U_BE\\)。
集电结反向偏置，发射结正向偏置。
此时，\\(I_c=\\overline\\beta I_B\\)。
-
-
给定放大电路中三极管各极电位，如何判定三个电极分别是什么？三极管是什么类型（PNP/NPN，硅/锗）。
-
根据\\(V_B, V_E, V_C\\)之间的关系来判断三个电极。
-
判断NPN/PNP：看电位，如果都是正的，就是NPN；都是负的，就是PNP。
-
判断硅管和锗管：看基极和发射极的电位，差0.6-0.7V→硅管；差0.2-0.3V→锗管。
-
-
晶体管特性参数。当温度升高时，集电极电流变大，产生零点漂移。
- 零点漂移见差分放大电路。
-
放大电路静态工作点的计算。
- 静态分析：确定 Ib, Ic, Ube和Uce。
- P62-63
- 图解法：Ic-Uce的关系曲线
- 动态分析：有信号输入。确定Au，ri和ro。
- 微变等效电路。把三极管转换为一个等效电阻rbe和一个电源\\(\\beta I_B\\)。
- 静态分析：确定 Ib, Ic, Ube和Uce。
-
共发射极放大电路的交流输出波形的失真类型，该如何解决？
- 截止失真
- 原因：静态工作点Q的位置选得太低，（以正弦输入电压为例，在输入电压的负半周时，晶体管进入截止状态。输出电压的正半周被削平）
- 饱和失真
- 原因：静态工作点Q的位置太高，（在输入电压的正半周，晶体管进入饱和状态，输出电压的负半周被削平）
- 解决方法
- 选择合适的静态工作点，大致在交流负载线的中点处
- 输入电压ui不能过大，以免放大电路的工作范围超过特性曲线的线性范围。【小信号放大电路】
- 截止失真
-
共发射极放大电路、共集电极放大电路（射极输出器）的特点。
-
共发射极放大电路
-
静态工作点稳定
-
在温度增高引起Ic增大时，发射极电阻Re上的电压降会使Ube减小，从而使\\(I_B\\)自动减小，以抑制Ic的增大。
在一定范围内，Re越大，稳定性能越好。【过大会使发射极电位Ve增高，从而减小输出电压】
-
-
当发射极的交流分量\\(i_e\\)流过Re时，也会产生电压降，使ube减小从而降低电压放大倍数。
可用交流旁路电容来解决这个问题。
-
-
共集电极放大电路（射极输出器）
- 电压放大倍数接近1
- 输入电阻高，输出电阻低。
-
-
输入电阻、输出电阻的意义。
-
输入电阻（动态）
放大电路对于信号源来说是一个负载，可用一个电阻来等效代替。即信号源的负载电阻、放大电路的输入电阻\\(r_i\\)。
通常希望放大电路的输入电阻高一些。
\\(r_i = \\dfrac\\dot U_i\\dot I_i\\)
-
输出电阻（动态）
放大电路对于负载来说是一个信号源，其内阻即为放大电路的输出电阻\\(r_o\\)。
通常希望放大电路输出极的输出电阻低一些。
\\(r_o = \\dfrac\\dot U_o\\dot I_o\\)
计算在P47
-
-
共模、差模信号的定义、计算。
-
零点漂移，也称温度漂移
-
引起的原因：晶体管参数随温度的变化，电源电压的波动，电路元器件参数的变化等。
温度的影响。
-
抑制方法：差分放大电路。
-
-
共模信号
- 定义：两个输入信号电压的大小相等、极性相同。
-
差模信号
- 定义：两个输入信号电压的大小相等、极性相反。
-
计算：
-
单管差模电压放大倍数：\\(A_d1=\\dfracu_O1u_I1=-\\dfrac\\beta i_B R_CR_B+r_be = A_d2\\)
-
双端输出电压：\\(u_O=u_O1-u_O2=A_d1(u_I1-u_I2)\\)
-
双端输入-双端输出差分放大电路的差模电压放大倍数：\\(A_d=A_d1\\)
-
接有负载时，\\(A_d=-\\dfrac\\beta i_B R_L\'R_B+r_be, R\'_L = R_C//\\dfrac12R_L\\)
P69-70 表15.7.1 四种差分放大电路
-
-
-
差分放大电路的作用，共模抑制比的定义。
-
作用：抑制零点漂移。
-
共模抑制比\\(K_CMRR=\\dfracA_dA_c\\)
对数形式\\(K_CMR = 20\\lg\\dfracA_dA_c(\\textdB)\\)
-
共模抑制比越大，差分放大电路分辨所需要的差模信号的能力越强，而受共模信号的影响越小。
-
提高共模抑制比的方法：
① 使电路参数尽量对称。
② 尽可能加大共模抑制电阻Re。
对于单端输出的差分放大电路来说，主要的手段只能是加大Re。
-
-
-
复合管的放大倍数。
复合管的放大倍数近似为两管的放大系数的乘积。
\\(\\beta=\\dfraci_ci_b=(\\beta_1 + \\beta_2 + \\beta_1\\beta_2)≈\\beta_1 \\beta_2\\)
-
互补对称功率放大电路的基本要求，甲类、乙类、甲乙类的特点，交越失真，OTL，OCL。
-
基本要求
① 在不失真的情况下能输出尽可能大的功率。
② 由于功率较大，就要求提高效率。效率，即负载得到的交流信号功率 和 电源供给的直流功率的比值。
-
甲类、甲乙类、乙类放大电路
-
甲类：静态工作点Q大致在交流负载线的中点。
-
特点
不论是否有输入信号，电源供给的功率都是\\(P_E=U_CCI_C\\)。
最高效率为50%。
甲乙类和乙类的\\(P_E=U_CCI_C(AV)\\)
-
-
甲乙类：在Ucc不变的情况下，减小电源供给的功率，结果是Ic减小，工作点Q下移。
- OTL和OCL电路都工作在甲乙类状态。
-
乙类：将工作点下移到\\(I_C≈0\\)处。
-
-
交越失真
在分析电路时把三极管的导通电压看作零，当输入电压较低时，因三极管截止而产生的失真称为交越失真。这种失真通常出现在通过零值处。与一般放大电路相同，消除交越失真的方法是设置合适的静态工作点，使得三极管在静态时微导通。
-
无输出变压器(OTL)的互补对称放大电路
-
用两种类型不同、特性基本相同的晶体管（或复合管，要求输出功率较大时）。
-
\\(C_L\\)必须足够大。（为了输出波形的对称）。
但会影响低频性能和无法实现集成化。
-
由于二极管的动态电阻很小，R1的阻值也不大，所以两个晶体管的交流电位基本上相等。
否则， 可能会造成输出波形上、下波形不对称的情况。
-
-
无输出电容(OCL)的互补对称放大电路
- 将OTL的电容\\(C_L\\)移去，加一个反向电压 \\(-U_CC\\)。
-
-
集成运放的电路组成（输入级、中间级、输出级、偏置电路）。
-
输入级
输入电阻高、静态电流小、差模放大倍数高、抑制零点漂移和共模干扰信号的能力强。
采用差分放大电路。
-
中间级：主要进行电压放大
电压放大倍数高。
采用共发射极放大电路：放大管使用复合管，提高电流放大系数；集电极电阻采用晶体管恒流源代替，提高电压放大倍数。
-
输出极
输出电阻低，带负载能力强，可以输出足够大的电压和电流。
采用互补功率放大电路/射极输出器。
-
偏置电路：为上述各级电路提供稳定和合适的偏置电流，决定各级的静态工作点
采用恒流源电路。
-
-
（理想）运算放大器的主要参数、传输特性。
-
主要参数
P97
-
理想运算放大器
开环电压放大倍数\\(A_uo\\rightarrow \\infin\\)
差模输入电阻\\(r_id→\\infin\\)
开环输出电阻\\(r_o→0\\)
共模抑制比\\(K_CMRR→\\infin\\)
-
运放的主要特点
开环电压放大倍数高、输入电阻高、输出电阻低、漂移小、可靠性高、体积小。
-
运放的传输特性：P98 图16.1.4 表示输出电压和输入电压之间关系的特性曲线。
可分为线性区和饱和区。
-
-
集成运放工作在线性区、饱和区的特点。虚短、虚断、虚地的含义。
-
线性区（通常引入深度电压负反馈）
-
分析依据：
① 虚断。可认为两个输入端的输入电流为0，即 \\(i_+=i_-≈0\\)
② 虚短。\\(u_+≈u_-\\)
- 虚地。如果反相端有输入时，同相端接地，则 \\(u_-≈u_+=0\\)。
-
-
饱和区
-
\\(u_O=+U_O(sat)或-U_O(sat)\\)
当\\(u_+ \\gt u_-\\)时，\\(u_O=+U_O(sat)\\)；
反之则\\(u_O=-U_O(sat)\\)。
-
两端的输入电流也可视为0。
-
-
-
运算放大器在信号运算方面的应用（比例、加法、减法）。
-
运算放大器在信号处理方面的应用（采样保持、电压比较）。
-
正负反馈的判断、负反馈类型的判断（并联/串联、电压/电流）、负反馈对放大电路的影响（减低放大倍数、提高放大倍数的稳定性、改善波形失真、对输入、输出电阻的影响）。
-
正负反馈的判断
瞬时极性法
-
负反馈类型的判断：
- 电压/电流反馈
- 从负载电阻近地端引出：电流反馈，ro↑
- 直接从输出端引出：电压反馈，ro↓
- 串联/并联反馈
- 加在不同的输入端：串联反馈，ri↑
- 加在相同的输入端：并联反馈，ri↓
- 电压/电流反馈
-
负反馈对放大电路的影响
- 降低放大倍数
- 提高放大倍数稳定性
- 改善波形失真
- 展宽通频带
- 对输入电阻的影响ri
- 串联反馈：ri增大
- 并联反馈：ri减小
- 对输出电阻的影响ro
- 电流反馈：ro较高
- 电压反馈：ro较低
-
分立元器件放大电路中的负反馈
-
集电极引出：电压
-
发射极引出：电流
-
基极引入：并联
-
发射极引入：串联
-
-
-
整流电路的类型（半波/桥式）。
P164 常见的几种整流电路
- 单相半波
- 单相全波
- 单相桥式
- 三相半波
- 三相桥式
-
滤波电路的类型（电容、LC、π形）。
- 电容滤波器
- LC滤波器
- π形滤波器
-
直流稳压电源（稳压二极管、集成三端稳压电源）。
以上是关于[电工学(下)]部分基础概念整理的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章