第一篇：第六章 集成運算放大器的應用 模電教師教案
模擬電子技術
教案
授課人：王旭東
第六章 集成運算放大器的應用
課時分配: 8學時
目的要求： 1.掌握深度負反饋條件下“虛短”和“虛斷”概念，推導基本運算電路；
2.了解有源濾波電路的分類及頻率特性。
重 點：1.靈活運用“虛短、虛斷”的概念，推導各電路輸出與輸入的關系；
2.差動比例運算電路，反相求和電路。
難 點：1.理解集成運算工作在線性區的條件和特點； 2.同相求和電路
教 學
方法手段: 結合多媒體電子課件, 啟發式、互動式講解；屏幕投影、黑板、模型實物及實物投影四體合一課堂教學手段；理論講解和電路仿真同步。
教 具： 電子課件、計算機、投影、電子展臺。
復習提問
1.根據集成運放的Ａo及電壓傳輸特性估算出集成運放的線性輸入范圍；
2.集成運放開環應用能否使運放工作在線性區？
復習提問: 1.基本放大電路中RE、CE或RS、CS的作用？ 2.共集電極、共漏極放大器的性能特點？
新 授：
6.1集成運放的應用基礎
復習：上一章介紹了集成運放的符號及集成運放的電壓傳輸特性如圖示由電壓傳輸特性曲線知，集成運放有線性工作區和非線性工作區集成運放的最大輸出
12電壓?UOM??12V,Aod?106則最大線性輸入電壓為Uimax?6?12?v，即只有
10Ui?12?v時運放才工作在線性區。
可見集成運放開環應用不能工作在線性區，要使集成運放工作在線性區，必需在集成運放外部電路引入負反饋。6.1.1 理想運放的條件
理想條件：Aod??,rid??,ric??,r0?0,CMMR??,UIO?0,Iio?0等 用理想運放代替實際運放所產生的誤差工程上是允許的 6.1.2 理想運放工作在線性區的特點
在線性區U0?Aod(U??U?)
U??U??U0?0U??U?
虛短路 AodIi?U??U??0
虛開路 rid虛短路、虛開路是分析集成運放線性應用電路的出發點。6.2 運算電路 6.2.1 比例運算 1.反相比例運算電路
（1）電路結構：從輸出端到反相輸入端引入負反饋，信號加到反相輸入端（2）U0與Ui關系
據圖示電路及其參考方向
U??U??0(虛短)有
i1?i2(虛斷)
UiU??0 R1RU0??R2Ui R1R2Ui R1Au??若R2?R
1則 U0??Ui ,Au?1 稱為反相器或反號器平衡電阻RP?R1R2（3）特點
①電路引入了電壓并聯負反饋，輸入電阻ri?R1低輸出電阻r0?0 ②存在虛地U??U??0
③共模輸入信號Uic?0，對于集成運放的共模抑制比要求不高 2.同相比例運算電路
（1）電路結構：從輸出端到反相輸入端引入負反饋，信號加到同相輸入端（2）U0與Ui關系
由圖示參考方向：
U??U??Ui(虛短)
i1?i2(虛斷)有 UiU?Ui ??0R1R2 U0?(1?整理
R2)Ui R1Au?(1?R2)R1（3）特點
① 電路引入了電壓串聯負反饋，輸入電阻很大，輸出電阻很小，可以認為ri?? ri?0
② 共模輸入信號Uic?Ui，對于集成運放的共模抑制比要求較高。若同相比例運算電路中R1??，R2?RP?0
U0?Ui
稱為電壓跟隨器
電壓跟隨器可以看成是同相比例運算電路的特例 此電路、電壓跟隨效果非常好 6.2.2 差動比例運算
（1）電路結構.從輸出端到反向輸入端引入負反饋。兩路輸入信號分別加到反相輸入端和同相輸入端。（2）Uo和Ui的關系
應用疊加定理：
Ui1單獨作用，輸出電壓Uo1ˊ=-(R2/R1)Ui1 Ui2單獨作用，輸出電壓U02ˊ=(1+R2/R1)R4/(R3+R4)Ui2 Ui1和 Ui2共同作用
UO= Uo1ˊ +U02ˊ=（1+R2/R1）R4/R3+R4 Ui2-R2/R1 Ui1 若R1=R3 R2=R4 則有UO=R2/R1(Ui2-Ui1)差動比例運算又是減法運算 6.2.3 求和運算 1.反相求和運算
（1）電路結構
在反相比例運算電路基礎上，反相輸入端多加幾路輸入信號即構成反相求和運算電路
（2）Uo和Ui關系 Ui1/R1+Ui2/R2=-UO/Rf UO=-Rf/R1 Ui1-Rf/R2 Ui2 若R2=R1=Rf 則UO=-(Ui1+Ui2)2.同相求和運算
（1）電路結構 在同相比例運算電路基礎上，在同相輸入端多加幾路輸入信號，即構成同相求和運算電路。（2）Uo與Ui的關系
利用疊加定理可得到圖示電路的Uo為
Uo=（1+Rf/R1）R3/(R2+R3)Ui1+（1+Rf/R1）R2/(R2+R3)Ui2 =（1+Rf/R1）[R3/(R2+R3)Ui1+R2/(R2+R3)Ui2]平衡電阻應滿足R1‖Rf=R2‖R3 3.代數求和電路
兩級電路構成的和差電路如圖所示 Uo1=-Rf/R1 Ui1-Rf/R2 Ui2
Uo=-R6/R4 Uo1-R6/R3 Ui3=(Rf/R1 Ui1+Rf/R2 Ui2)R6/R4-R6/R3 Ui3 =Rf/R1 R6/R4 Ui1+Rf/R2 R6/R4 Ui2-R6/R3 Ui3 6.2.4 積分和微分運算電路 復習：兩級運放電路分析 1.積分運算電路(1)電路結構
反相比例運算電路中，反饋支路中的電阻換成電容即構成積分運算電路(2)Uo與Ui關系
由圖示參考方向
Uo=-Uc=-1/c∫i1dt=-1/RC∫Uidt(3)實用的積分運算電路
在上述積分電路中，反饋電容兩端并上一個大電阻即構成實用的積分電路。1.微分運算電路(1)電路結構
積分和微分互為逆運算，積分電路中的C和R互換位置即構成微分運算電路。(2)Uo與Ui關系
Uo=-R iF=-R iC=-RC dUi/dt(3)實用微分電路
在輸入端與電容C串接一個小電阻，可使微分電路的工作穩定性提高。6.2.5 對數和指數運算電路 1.對數運算電路(1)電路結構
反相積分運算電路中的電容換成二極管則構成基本的對數運算電路(2)Uo與Ui關系
iD=Is(eUD/UT-1)i1=iD≈IS eUD/UT UO=-UD 考慮上述各式得
UO=-UT㏑
Ui RIS2．指數運算電路(1)電路結構
對數電路中的二極管D與電阻R互換位置則構成指數電路。（2）Uo與Ui關系
UD=Ui-U-=Ui iD=Is eUi/UT
Uo=-iFR=-iDR=-IsR eUi/UT
6.2.6 乘法運算電路
模擬乘法器的符號如圖，它有兩個輸入端，一個輸出端，兩個輸入端分別加上輸入信號Ux和Uy，則輸出 Uo=kUxUy 式中k為運算系數，由生產廠家定。
若兩個輸入端聯在一起，加上輸入信號UI,可實現平方運算
即 Uo=kUI2
乘法器和集成運放配合可構成除法，開方，開立方等運算。除法電路如圖： Ux1/R1=U2/R2 U2=kUoUx2
所以 Uo=-R2/(kR1)Ux1/Ux2 若選R2/R1=k 則有 Uo=-Ux1/Ux2 注意，此電路要求Ux2為正極 6.3 有源濾波電路 6.3.1低通濾波電路
圖（a）的通帶電壓放大倍數為
Aup=(1+Rf/R1)截止角頻率
ωO=1/RC 圖（b）通帶電壓放大倍數
Aup=-Rf/R1
截止角頻率
ωO=1/RfC 6.3.2 高通濾波電路
圖(a)為同相輸入的高通濾波電路 通帶電壓放大倍數 Aup=1+Rf/R 截止角頻率 ωO=1/RC 圖(b)為反相輸入高通濾波電路 通帶電壓放大倍數 Aup=-Rf/R1 截止角頻率 ωO=1/RfC
課堂討論：1.兩級運放構成的電路：
（1）各構成何種運算電路（2）分析uo與ui關系（3）指出虛短路、虛地
2.利用模擬乘法器能否實現倍頻？
小
結：
? 運算電路(比例電路、加減法電路、微分與積分電路、對數與指數電路、乘法與除法電路等)；
? 小信號放大電路(精密放大電路、電荷放大電路和隔離放大電路等)； ? 有源濾波電路(低通、高通、帶通、帶阻電路)； ? 電壓比較器(單限、滯回和窗口比較器)； ? 集成乘法器及應用電路；
? 正弦波產生器(RC正弦振蕩器、LC正弦振蕩器、石英振蕩器)； ? 非正弦波發生器(矩形波、三角波及鋸齒波發生器)； ? 波形變換電路(三角波變鋸齒波、三角波變正弦波)；
? 信號轉換電路(電流-電壓互換電路、電壓-頻道變換電路)。
布置作業:
P290-6.4 P291-6.8 P292-6.10 P294-6.15 ；6。16 P295-6.17；6.19 P296-6.22 P298-6.27
第二篇：第一章 半導體器件 模電教師教案
模擬電子技術
教案
授課人：王旭東
第一章 半導體器件
課時分配: 6學時
目的要求：了解半導體二極管；穩壓管；晶體管和MOS場效應管的工作原理和主要參數。
重 點：PN結的單向導電特性；二極管的伏安特性曲線；三極管的電流分配方式和電流放大作用。
難 點：二極管的基本電路及分析方法；二極管的伏安特性曲線；三極管的電流分配方式和電流放大作用。
教 學
方法手段: 結合多媒體電子課件, 啟發式、互動式講解；屏幕投影、黑板、模型實物及實物投影四體合一課堂教學手段；理論講解和電路仿真同步。
教 具： 電子課件、計算機、投影、電子展臺。
新 授： 0 引言
模擬電子電路的核心是半導體器件，而半導體器件是由半導體材料制成的。因此，我們必須首先了解半導體的有關知識，尤其應當了解半導體的導電特性。1.1 半導體的特性
物質按其導電能力的強弱，可分為導體、絕緣體和半導體。
一、導體
導電能力很強的物質，叫導體。如低價元素銅、鐵、鋁等。
二、絕緣體
導電能力很弱，基本上不導電的物質,叫絕緣體.如高價惰性氣體和橡膠、陶瓷、塑料等高分子材料等.三、半導體
導電能力介于導體和絕緣體之間的物質，叫半導體。如硅、鍺等四價元素，其簡化原子結構模型如圖1.1.1所示。
為什么物質的導電能力有如此大的差別呢？這與它們的原子結構有關，即與它們的原子最外層的電子受其原子核束縛力的強弱有關。1.1.1 本征半導體
純凈且呈現晶體結構的半導體，叫本征半導體。
一、本征半導體結構
通過特殊工藝加工，可以使硅或鍺元素的原子之間靠共有電子對—共價鍵，形成非常規則的晶體點陣結構。結果每個原子外層相對排滿８個電子，形成相對穩定的狀態。這種結構整齊且單一的純凈半導體，叫本征半導體。如圖1.1.3所示
二.本征激發
在常溫下，由于熱能的激發，使本征半導體共價鍵中的價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子。同時，在共價鍵中留下一個空位，叫空穴。這種產生自由電子和空穴對的現象，叫本征激發。溫度一定，自由電子和空穴對的濃度也一定。
由于本征激發而在本征半導體中存在一定濃度的自由電子（帶負電荷）和空穴（帶正電荷）對，故其具有導電能力，但其導電能力有限。1.1.3 雜質半導體
在本征半導體中摻入適量且適當的其他元素（叫雜質元素），就形成雜質半導體，其導電能力將大大增強。
一、Ｎ型半導體
在硅或鍺本征半導體中摻入適量的五價元素（如磷），則磷原子與其周圍相鄰的四個硅或鍺原子之間形成共價鍵后，還多出一個電子，這個多出的電子極易成為自由電子參與導電。同時,因本征激發還產生自由電子和空穴對。結果,自由電子成為多數載流子(稱多子),空穴成為少數載流子(稱少子)。這種主要依靠多數載流子自由電子導電的雜質半導體，叫N型半導體，如圖1.1.4所示。
二、P型半導體
在硅或鍺本征半導體中，摻入適量的三價元素（如硼），則硼原子與周圍的四個硅或鍺原子形成共價鍵后，還留有一個空穴。同時，因本征激發 還產生自由電子和空穴對。結果，空穴成為多子，自由電子成為少子。這種主要依靠多子空穴導電的雜質半導體，叫P型半導體。如圖1.1.5所示。
無外電場作用時，本征半導體和雜質半導體對外均呈現電中性，其內部無電流。
本征半導體、P型和N型半導體都不能單獨構成半導體器件，PN結才是構成半導體器件的基本單元。1.2 半導體二極管
半導體二極管是利用雜質半導體做成的。1.2.1 PN結的形成
一、多數載流子的擴散
在P型和N型半導體交界面兩側,電子和空穴的濃度差很大。在濃度差的作用下，P區中的多子空穴向N區擴散,在P區一側留下雜質負離子,在N區一側集中正電荷;同時，N區中的多子自由電子向P區擴散，在N區一側留下雜質正離子，在P區一側集中負電荷。結果，在P型和N型半導體交界面處形成空間電荷區，自建內電場ε內（從N區指向P區），如圖1-6所示。
二、少數載流子的漂移
在內電場的作用下，P區中的少子自由電子向N區漂移，而N區中的少子空穴向P區飄移，使內電場削弱。
三、擴散與漂移的動態平衡 當內電場達到一定值時，多子的擴散運動與少子的漂移運動達到動態平衡時，空間電荷區不再變化，這個空間電荷區，就稱為PN結。
空間電荷區無載流子停留，故曰耗盡層，又叫阻擋層或勢壘層。無外電場作用時，PN結內部雖有載流子運動，但無定向電流形成。1.2.2 PN結的單向導電特性
一、PN結加正向電壓
PN結加正向電壓（正偏）時，外電場與內電場反方向，使空間電荷區變窄，多子的擴散運動遠大于少子的漂移運動，由濃度大的多子擴散形成較大的正向電流，PN結處于導通狀態。此時，其正向通態電阻很小，正向通態管壓降也很小。
二、PN結加反向電壓
PN結加反向電壓（反偏）時，外電場與內電場同方向，使空間電荷區變寬，多子擴散運動大大減弱，而少子的漂移運動相對加強，由濃度很小的少子漂移形成很小的反向飽和電流IS,PN結處于截止狀態。此時，反向電阻很大。
PN結正偏時導通，反偏時截止，故具有單向導電特性。其特性曲線如 圖1-8所示，電壓U與電流I的關系式為
ID=IS（e?1）
三、反向擊穿
當PN結所加反向電壓達到UB時，其反向電流急劇增加，叫反向擊穿，UB叫擊穿電壓。
PN結有雪崩擊穿和齊納擊穿兩種擊穿狀態。無論處于何種擊穿時，反向電流只要不超過允許值，去掉反向電源后，仍能恢復單向導電性。
四、PN結的電容效應 1.勢壘電容CT 當PN結的反偏電壓變化時，空間電荷區隨之變寬（相當于充入電荷）或變窄（相當于放出電荷），故具有電容效應，叫勢壘電容，用CT表示。2.擴散電容CD 當PN結的正偏電壓變化時，P區和N 區中多子的濃度和濃度梯度均隨之變化，也具有一定的電容效應，叫擴散電容，用CD表示 3.PN結的結電容CJ CJ=CT+CD
正偏時，CD起主要作用；反偏時，CT起主要作用。1.2.3 半導體二極管 一、二極管的結構
給PN結加上兩個引線（管腳）和管殼即成二極管，接P區的管腳稱陽極，接N區的管腳稱陰極。二、二極管的類型 1.按結構區分
點接觸型：PN結面積小，工作電流小，PN結電容小，工作頻率高。面接觸型：PN結面積大，工作電流大，PN結電容大，工作頻率低。2.按工作頻率區分 有高頻管和低頻管。3.按功率區分
有大功率管和小功率管。4.按用途區分
有普通管、整流管、穩壓管、開關管等等。三、二極管的特性
1.正向特性，與PN結相同 UPUT2.反向特性，與PN結相同 3.擊穿特性，與PN結相同
4.溫度特性，溫度升高時，二極管的正反向特性曲線均向縱軸靠近。
四、主要參數
1.最大整流電流IF，又叫額定電流。2.最大反向工作電壓UR，又叫額定電壓。3.反向飽和電流IS。
4.反向電流IR，二極管未擊穿時的電流值。5.最高工作頻率fM。
6.直流電阻RD：RD=UD/IF，如圖1-14所示。
7.交流電阻rd：RD=ΔUD/ΔID=dud/did,如圖1-15所示。
rd系指某一工作點的動態電阻。常溫下，rd=UT/ID=26(mv)/IDQ IDQ為直流工作點的電流，單位為mA 1.2.4 穩壓二極管
一、結構
結構與普通二極管相似，只是摻雜濃度比普通二極管大得多，通常為硅材料穩壓二極管。
二、特性
正向特性曲線與普通二極管的正向特性曲線相似；反響未擊穿的特性曲線與普通二極管的反向擊穿時的特性曲線相似。但穩壓二極管的反向擊穿特性曲線很陡。如圖1-16所示。
三、參數
1.穩定電壓UZ 2.穩定電流IZ 3.額定功率PZ
4.動態電阻rZ，rZ=ΔUZ/ΔIZ，rZ很小。
5.電壓溫度系數α。α=ΔUZ/Ut × 100%。UZ>7V時，α為正溫度系數；UZ<5V時，α為負溫度系數；5V 一、發光二極管 將電能轉換為光能的半導體器件。正偏時，有正向電流通過而發光，其正向通態管壓降為1.8—2.2V.二、光電二極管 將光能轉換為電能的半導體器件。反向偏置下，當光線強弱改變時，光電二極管的反向電流隨之改變。 三、光電耦合器 光電耦合器由光電二極管和發光二極管組合封裝而成。發光二極管為輸入端，光電二極管輸出端。 四、變容二極管 變容二極管的勢壘電容隨外加反向電壓變化而變化。1.3 雙極型三極管 半導體三極管又稱為晶體管或雙極性三極管，是組成各種電子電路的核心器件。 1.3.1 三級管的結構和類型 一、結構 三極管有兩個結，三個電極，三個區組成。 兩個結：發射結和集電結 三個極：發射極E，基極B，和集電極C 三個區：發射區；參雜濃度大。 基區；很薄，參雜濃度很小。 集電區:參雜濃度小，但面積大。 這種特殊結構是三極管具有電流放大作用的內部依據。 二、類型 1.按結構區分：有NPN型和PNP型。2.按材料區分：有硅三極管和鍺三極管。 3.按工作頻率區分：有高頻三極管和低頻三極管。4.按功率大小區分：有大功率三極管和小功率三極管。 三、工作條件 三極管有電流放大作用大外部條件。 1.NPN型三極管：VC>VB>VE 2.PNP型三極管：VC 1.共發射極接法：發射極為交流輸入和輸出信號的公共端。2.共集電極接法：集電極為交流輸入和輸出信號的公共端。3.共基極接法： 基極為交流輸入和輸出信號的公共端。1.3.3 三極管的電流放大原理 一、載流子傳輸過程 以NPN型三極管為例進行分析。 1.發射。發射結正偏，發射區中的多子電子大量地向基區擴散，形成發射極電流。 2.復合。從發射區擴散到基區的電子，很少一部分與基區中的空穴相復合，形成基極電流的主要部分ICN。 3.收集。從發射區擴散到基區的電子，除很少部分被復合掉外，絕大部分電子向集電結擴散，且在集電結反偏電壓的作用下，迅速漂移過集電結被集電區所收集，形成集電極電流的主要部分。同時，集電區少子空穴在集電結反偏電壓的作用下向基區漂移，形成集電結反向飽和電流ICBO，它是集電極電流的極小部分，也是基極電流的一部分。如圖1-32所示。 二、各極電流的關系 IC=ICN+ICBO ICN=IC-ICBO IB=IBN-ICBO IBN=IB+ICBO IE≈ICN+IBN=IC-ICBO+IB+ICBO IE=IC+IB 三、電流放大系數 1.直流電流放大系數β β=ICN/IBN=(IC-ICBO)/(IB+ICBO)≈IC/IB(IC>>IB>>ICBO)2.交流電流放大系數β β≈ΔIC/ΔIB 3.穿透電流ICEO ICEO=(1+β)ICBO 1.3.4 三極管的特性曲線 一、輸入特性 iB=f(ube)∣UCE=常數 1.UCE =0V時 三極管的輸入特性曲線，相當于二級管的正向特性曲線，如圖1-34所示。2.UCE =1V時 三極管的輸入特性曲線將向右移。3.UCE >1V時 三極管的特性曲線幾乎與UCE =1V時的輸入特性曲線重合。 二、輸出特性 iC=f(uCE)∣IB=常數 輸出特性曲線有三個主要區域。如圖1-35所示。1.截止區 UBE≤0V,IB≤0,IC=ICEO,三極管幾乎不導通，叫截止狀態。2.放大區 UBE>0.5—0.7（硅管）,UBE>0.1—0.3V(鍺管)，UCE>>UBE,當UCE不變時，IC=βIB 3.飽和區 UBE>0.5—0.7（硅管）,UBE>0.1—0.3V(鍺管)，UCE 一、電流放大系數 β=ΔIC/ΔIB∣UCE=常數 二、極間反向電流 ICBO ICEO=(1+β)ICBO 三、極限參數 1.集電極最大允許電流ICM 2.集電極最大允許功率損耗PCM PCM=UCEIC 3.反向擊穿電壓 BUCBO>BUCEO>BUEBO 為了安全起見，應使三極管的UCE 四、溫度對三極管參數的影響 1.對VBE有影響 2.對ICBO和ICEO有影響 3.對β有影響 如溫度升高時，VBE↓,ICBO↑,ICEO↑,β↑；反之，亦反之。1.4 場效應三極管 場效應管(簡稱FET)是一種電壓控制(電場效應控制)器件(uGS~ iD)，工作時，只有一種(多數)載流子參與導電，因此它是單極型器件。 場效應管分為兩大類：絕緣柵場效應管和結型場效應管。1.4.1 結型場效應管 一、結構 在一塊N型半導體的兩邊利用雜質擴散出高濃度的P型區域,用P+表示,形成兩個P+N結。 N型半導體的兩端引出兩個電極，分別稱為漏極D和源極S。把兩邊的P區引出電極并連在一起稱為柵極G。 二、工作原理 首先，假如在G—S間加上反向電壓VGS，則PN結反向偏置。顯然,改變VGS將改變耗盡層的寬度。 其次，由于PN結兩邊，P區摻雜濃度很高，N區摻雜濃度相對較低；PN結中N區一側的正離子數與P區一側的負離子數相等，因而交界面兩側的寬度并不相等。摻雜程度低的N溝道層寬比P區層寬大很多。 故此,可以認為,當耗盡層展寬時主要向著導電溝道的一側。 UGS、UDS影響ID電流的大小。VGS越負，溝道越窄，VGD越負，溝道越窄。 三、特性曲線 JFET的特性曲線有兩條：轉移特性曲線和輸出特性曲線。 轉移特性描述柵源電壓UGS對漏極電流ID的控制作用。轉移特性有兩個重要參數：夾斷電壓UP和飽和漏極電流IDSS。 輸出特性描述當柵源電壓UGS不變時，漏極電流ID與漏源電壓UDS的關系。 1.4.2 絕緣柵型場效應管(IGFET)分為： 增強型 ? N溝道、P溝道 耗盡型 ? N溝道、P溝道 一、N溝道增強型MOS管 1.結構 四個電極：漏極D，源極S, 柵極G和 襯底B。 2.工作原理 ①柵源電壓UGS的控制作用 ②漏源電壓UDS對漏極電流ID的控制作用 3.特性曲線 ①輸出特性曲線： ID=f(UDS)?UGS=const ②轉移特性曲線： ID=f(UGS)?UDS=const 4．重要參數--跨導gm gm=?iD/?uGS?uDS=const(單位mS)gm的大小反映了柵源電壓對漏極電流的控制作用.在轉移特性曲線上，gm為的曲線的斜率。 二、N溝道耗盡型MOSFET 在柵極下方的SiO2層中摻入了大量的金屬正離子。所以當UGS=0時，這些正離子已經感應出反型層，形成了溝道。特點：當UGS=0時,就有溝道，加入UDS，就有ID。 三、P溝道MOSFET P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。 四、例題 例1.4.1 絕緣柵場效應管工作狀態分析 1.4.3 場效應管的主要參數 一、直流參數 二、交流參數 三、極限參數 課堂討論： 1.何謂本征半導體？其導電能力由什么因素決定。2.P型和N型半導體的特點？ 3.半導體的導電能力與哪些因素有關？ 4.三極管如何實現放大功能？ 5.場效應管與三極管如何區分？ 小 結： 1．半導體材料中有兩種載流子：電子和空穴。電子帶負電，空穴帶正電。在純凈半導體中摻入不同的雜質，可以得到N型半導體和P型半導體。 2．采用一定的工藝措施，使P型和N型半導體結合在一起，就形成了PN結。PN結的基本特點是單向導電性。 3．二極管是由一個PN結構成的。其特性可以用伏安特性和一系列參數來描述。在研究二極管電路時，可根據不同情況，使用不同的二極管模型。 4．BJT是由兩個PN結構成的。工作時,有兩種載流子參與導電，稱為雙極性晶體管。BJT是一種電流控制電流型的器件,改變基極電流就可以控制集電極電流。BJT的特性可用輸入特性曲線和輸出特性曲線來描述。其性能可以用一系列參數來表征。BJT有三個工作區：飽和區、放大器和截止區。 5．FET分為JFET和MOSFET兩種。工作時只有一種載流子參與導電，因此稱為單極性晶體管。FET是一種電壓控制電流型器件。改變其柵源電壓就可以改變其漏極電流。FET的特性可用轉移特性曲線和輸出特性曲線來描述。其性能可以用一系列參數來表征。 布置作業:P45-1.3 P46-1.4；1.5；1.8 P47-1.12；1.13 P48-1.15 P49-1.19 ：級班 ：號考 ：名姓《集成運算放大器》試題 時間：60分鐘 總分： 分 班級： 班 命題人： 一、判斷題 1.按反饋的信號極性分類，反饋可分為正反饋和負反饋。 （正確） 2.負反饋使輸出起到與輸入相反的作用，使系統輸出與系統目標的誤差增大，使系統振蕩。 （錯誤） 3.若反饋信號與輸入信號極性相同或變化方向同相，則兩種信號混合的結果將使放大器的凈輸入信號大于輸出信號，這種反饋叫正反饋。正反饋主要用于信號產生電路。（正確）4.正反饋使輸出起到與輸入相似的作用，使系統偏差不斷增大，使系統振蕩，可以放大控制作用。 （正確） 5.反饋信號與輸入信號極性相反或變化方向相反，則疊加的結果將使凈輸入信號減弱，這種反饋叫負反饋。（正確） 6.放大電路通常采用負反饋技術。 （正確） 7.負反饋的取樣一般采用電流取樣或電壓取樣。 （正確） 8.反饋按取樣方式的不同，分為電阻反饋和電流反饋。 （錯誤） 9.負反饋有其獨特的優點，在實際放大器中得到了廣泛的應用，它改變了放大器的性能。采用負反饋使得放大器的閉環增益趨于穩定。 （正確） 10.正反饋使得放大器的閉環增益趨于穩定。 （錯誤） 11.線性運算電路中一般均引入負反饋。 （正確） 12.在運算電路中，同相輸入端和反相輸入端均為“虛地”。 （錯誤） 13.使凈輸入量減小的反饋是負反饋，否則為正反饋。 （正確） 14.集成運放處于開環狀態，這時集成運放工作在非線性區。 （正確） 15.運算電路中一般引入正反饋。 （錯誤） 16.集成運放只能夠放大直流信號，不能放大交流信號。 （錯誤） 17.集成運放在實際運用中一般要引入深度負反饋。 （正確） 18.集成運算放大電路是一種阻容耦合的多級放大電路。 （錯誤） 19.集成運放的“虛斷”是指運放的同相輸入端和反相輸入端的電流趨于零，好像斷路一樣，但卻不是真正的斷路。（正確） 20.若放大電路的放大倍數為負值，則引入的反饋一定是負反饋。 （錯誤） 21.電壓負反饋穩定輸出電壓，電流負反饋穩定輸出電流。 （正確） 22.只要在放大電路中引入反饋，就一定能使其性能得到改善。 （錯誤） 23.反相比例運算電路中集成運放反相輸入端為“虛地”。 （正確） 24.集成運算放大電路產生零點漂移的主要原因是晶體管參數受溫度的影響。 （正確）25.實際集成運算放大電路的開環電壓增益非常大，可以近似認為A=∞。 （正確） 26.實際集成運算放大電路的開環電壓增益非常小，可以近似認為A=0。 （錯誤） 27.“虛短”和“虛斷”是分析集成運放工作在線性區的兩條重要依據。 （正確） 28.負反饋可以大大減少放大器在穩定狀態下所產生的失真。 （正確） 29.理想的差動放大電路，即能放大差模信號，也能放大共模信號。 （錯誤） 30.由集成運放和外接電阻、電容構成比例、加減、積分和微分的運算電路工作在線性工作范圍。 （正確） 二、單選題 1.理想集成運放具有以下特點：（B）。 A.開環差模增益Aud=∞，差模輸入電阻Rid=∞，輸出電阻Ro=∞ B.開環差模增益Aud=∞，差模輸入電阻Rid=∞，輸出電阻Ro=0 C.開環差模增益Aud=0，差模輸入電阻Rid=∞，輸出電阻Ro=∞ D.開環差模增益Aud=0，差模輸入電阻Rid=∞，輸出電阻Ro=0 2.在輸入量不變的情況下，若引入反饋后（D），則說明引入的反饋是負反饋。A.輸入電阻增大 B.輸出量增大 C.凈輸入量增大 D.凈輸入量減小 3.負反饋能抑制（B）。 A.輸入信號所包含的干擾和噪聲 B.反饋環內的干擾和噪聲 C.反饋環外的干擾和噪聲 D.輸出信號中的干擾和噪聲 4.對于集成運算放大電路，所謂開環是指（B）。A.無信號源 B.無反饋通路 C.無電源 D.無負載 5.對于集成運算放大電路，所謂閉環是指（D）。A.考慮信號源內阻 B.接入負載 C.接入電源 D.存在反饋通路 6.下面關于線性集成運放說法錯誤的是（D）。 A.用于同相比例運算時，閉環電壓放大倍數總是大于等于1。 B.一般運算電路可利用“虛短”和“虛斷”的概念求出輸入和輸出的關系 C.在一般的模擬運算電路中往往要引入負反饋 D.在一般的模擬運算電路中，集成運放的反相輸入端總為“虛地” 7.集成運放級間耦合方式是(B)。 A.變壓器耦合B.直接耦合 C.阻容耦合 D.光電耦合 8.同相比例運算電路的比例系數會（A）。 A.大于等于1 B.小于零 C.等于零 D.任意值 9.直接耦合放大器能夠放大（C）。 A.只能放大直流信號 B.只能放大交流信號 C.交、直流信號都能放大 D.任何頻率范圍的信號都能放大 10.下面關于集成運放理想特性敘述錯誤的是（C）。A.輸入阻抗無窮大 B.輸出阻抗等于零 C.頻帶寬度很小 D.開環電壓放大倍數無窮大 11.反相比例運算電路的電壓放大倍數為（A）。A.-Rf/R1 B.R1/Rf C.1-R1/Rf D.1+Rf/R1 12.同相比例運算電路的電壓放大倍數為（D）。A.-Rf/R1 B.R1/Rf C.1-R1/Rf D.1+Rf/R1 13.用運算放大器構成的“跟隨器”電路的輸出電壓與輸入電壓（B）。A.相位相同，大小成一定比例 B.相位和大小都相同 C.相位相反，大小成一定比例 D.相位和大小都不同 14.差模輸入信號是兩個輸入信號的（B）。A.和 B.差 C.比值 D.平均值 15.輸出量與若干個輸入量之和成比例關系的電路稱為（A）。 A.加法比例運算電路 B.減法電路 C.積分電路 D.微分電路 16.集成運算放大器，輸入端u-與輸出端uo的相位關系為(B)。A.同相 B.反相 C.相位差90o D.相位差270o 17.理想運算放大器的開環電壓放大倍數是（A）。 A.無窮大 B.零 C.約120 dB D.約10 dB 18.理想運算放大器的開環差模輸入電阻Rid是(A)。 A.無窮大 B.零 C.約幾百千歐 D.約幾百歐姆 19.理想運算放大器的共模抑制比為(A)。 A.無窮大 B.零 C.約120 dB D.約10 dB 20.理想運算放大器的開環輸出電阻Ro是（B）。 A.無窮大 B.零 C.約幾百千歐 D.約幾百歐姆 21.直接耦合電路中存在零點漂移主要是因為（C）。A.晶體管的非線性 B.電阻阻值有誤差 C.晶體管參數受溫度影響 D.靜態工作點設計不當 22.在集成運算放大電路中，為了穩定電壓放大倍數，通常應引入（B）負反饋。A.直流 B.交流 C.串聯 D.并聯 23.在集成運算放大電路中，為了穩定靜態工作點，通常應引入（A）負反饋。A.直流 B.交流 C.串聯 D.并聯 24.為了使放大器帶負載能力強，通常引入（A）負反饋。A.電壓 B.電流 C.串聯 D.并聯 25.引入并聯負反饋，可使放大器的（C）。A.輸出電壓穩定 B.反饋環內輸入電阻增加 C.反饋環內輸入電阻減小 D.輸出電流穩定 26.為了增大輸出電阻，應在放大電路中引入（A）。A.電流負反饋 B.電壓負反饋 C.直流負反饋 D.交流負反饋 27.欲減小放大電路從信號源索取的電流，增大帶負載能力，應在放大電路中引入（A）。A.電壓串聯負反饋 B.電壓并聯負反饋 C.電流串聯負反饋 D.電流并聯負反饋 28.欲從信號源獲得更大的電流，并穩定輸出電流，應在放大電路中引入（D）。 A.電壓串聯負反饋 B.電壓并聯負反饋 C.電流串聯負反饋 D.電流并聯負反饋 29.工作在線性區的運算放大器應置于（A）狀態。A.深度負反饋 B.開環 C.閉環 D.正反饋 30.在四種反饋組態中，能夠使輸出電壓穩定，并提高輸入電阻的負反饋是(B)。A.電壓并聯負反饋 B.電壓串聯負反饋 C.電流并聯負反饋 D.電流串聯負反饋 31.電壓并聯負反饋對放大器輸入電阻和輸出電阻的影響是（B）。A.輸入電阻變大，輸出電阻變小 B.輸入電阻變小，輸出電阻變小 C.輸入電阻變大，輸出電阻變大 D.輸入電阻變小，輸出電阻變大 32.集成運放具有很高的開環電壓放大倍數，這得益于（B）。 A.輸入級常采用差分放大器 B.中間級由多級直接耦合放大器構成C.輸出級常采用射極輸出器 D.中間級由多級阻容耦合放大器構成 33.集成運放的主要參數中，不包括以下哪項（D）。 A.輸入失調電壓 B.開環放大倍數 C.共模抑制比 D.最大工作電流 34.集成運放組成（B）放大器的輸入電流基本上等于流過反饋電阻的電流。A．同相比例運算 B．反相比例運算 C．差動 D．開環 35.欲實現Au＝－100的放大電路，應選用（A）。 A.反相比例運算電路 B.同相比例運算電路 C.積分運算電路 D.微分運算電路 36.集成運算放大電路調零和消振應在（A）進行。 A.加信號前 B.加信號后 C.自激振蕩情況下 D.以上情況都不行 37.欲將正弦波電壓疊加上一個直流量，應選用（A）。 A.加法運算電路 B.減法運算電路 C.積分運算電路 D.微分運算電路 38.集成運算放大器對輸入級的主要要求是（C）。A.盡可能高的電壓放大倍數 B.盡可能大的帶負載能力 C.盡可能高的輸入電阻，盡可能小的零點漂移 D.盡可能小的輸出電阻 39.集成運算放大器輸出級的主要特點是（A）。A.輸出電阻低，帶負載能力強 B.能完成抑制零點漂移 C.電壓放大倍數非常高 D.輸出電阻高，帶負載能力強 40.集成運算放大器中間級的主要特點是（C）。A.輸出電阻低，帶負載能力強 B.能完成抑制零點漂移 C.電壓放大倍數非常高 D.輸出電阻高，帶負載能力強 41.集成運算放大器的共模抑制比越大，表示該組件(C)。 A.差模信號放大倍數越大 B.帶負載能力越強 C.抑制零點漂移的能力越強 D.共模信號放大倍數越大 42.構成反饋通路的元器件(D)。A.只能是電阻元件 B.只能是電容元件 C.只能是三極管，集成運放等有源器件 D.可以是無源元件，也可以是有源器件 43.同相輸入比例運算放大器電路中的反饋極性和類型屬于（D）。A.正反饋 B.串聯電流負反饋 C.并聯電壓負反饋 D.串聯電壓負反饋 44.在運算放大器電路中，引入深度負反饋的目的之一是使運放(C)。A.工作在線性區，降低穩定性 B.工作在非線性區，提高穩定性 C.工作在線性區，提高穩定性 D.工作在非線性區，降低穩定性 門鈴對講系統 課題名稱：門鈴對講設計 姓名： 何偉偉 專業： 電子信息科學與技術 班級： 2008-1 學號： 0801050107 指導教師：王桂海 信息科學與工程學院電子信息系 2010 年 07 月 05 日 門鈴對講系統 摘要： 本課題設計了一個以設計對講電路為核心的樓宇式門鈴對講系統。該門鈴對講系統主要短時間按鍵有效、用戶響鈴設計、電壓放大器設計、無輸出變壓器的功率放大器設計（OCL電路）、雙向對話模塊等組成。采用了LM386集成運放（由于仿真時Multisim軟件無法找到，故用分離元件代替）和OP07集成功放、JK鎖存器、繼電器、電阻、電容元件、直流電源及各種測量仿真器件等，實現了訪客用戶選擇、呼叫、雙向對講功能，同時還添加了按鍵亮燈指示、鍵盤熒光顯示及免打擾功能等，其靜態功耗可達0.5W, 真正實現了超低功耗，使該門鈴對講系統更加人性化和實用化。 與傳統的門鈴對講系統相比，該設計具有保真度高、可靠性高、可擴展性強、易操作性好等特點，可用于普通小區或樓宇使用。 關鍵詞：門鈴 樓宇 雙向對講 門鈴對講系統 前言 如今社會發展迅速，人民生活水平日益提高，早已超越滿足溫飽的需要，現在講究如何更好的生活，我國很大一部人分人居住小區，居民都希望有著良好的環境和安全感，過上更加安逸的生活。社區的發展需有這些基本條件才能吸引購買力，房地產發展商將面臨一些實際問題：對于如何保障社區的安全及在管理上的方便，即能保障發展商的利益又能保障居住社區人員的需求及安全感、歸屬感，這是一個新的課題，讓發展商去面對和解決好。小區門鈴對講系統方案設計，在保障資金投入合理的情況下讓社區形成一個安全、舒適的文明社區。另一方面，最近五年的時間內，隨著中國內地經濟的穩步發展，人民生活水平有了很大程度的提高，大量商品房推向市場。隨著商品房的大量推出，地產商直接的競爭也越來越激烈，要實現商品房的良好銷售業績，推向市場的樓盤開始需要有良好的概念才能在市場競爭中取得成功。于是智能小區的概念幾年前開始導入中國內地并迅速蔓延，以至于出現不是智能小區樓盤很難銷售的情況。 隨著城市的不斷發展，現代生活小區作為一種新穎的居家理念及物業管理模式越來越成為社會的需求及認同。智能樓宇管理和樓宇可視對講系統及產品的生產商應及時跟蹤市場需求，不斷創新，在各方面力求做到最好。智能建筑是未來建筑的發展方向，特別是隨著21世紀的到來，現代高科技和信息技術正在由智能大廈走向智能住宅小區，進而走進家庭。 技術方案比較： (一)音頻運算放大器的選擇： 門鈴對講系統 方案一OP37為低噪聲高速精密運放，轉換速率很高，帶寬很大，適合做音頻放大，但它的價格高，成本大，故不采用。 方案二：OP07是一種高精度單片運算放大器，具有很低的輸入失調電壓和漂移。OP07的優良特性使它特別適合作前級放大器，放大微弱信號。使用OP07一般不用考慮調零和頻率問題就能滿足要求，價格低廉，故選此方案。 方案三：利用分立元件實現，即可以熟悉Multisim軟件，又可以對課本中有關三極管的知識加以鞏固，故優先選擇； 本課題設計重點、難點： 系統中如何正確分使用立元件完成特定功能關鍵； 分立元件中三極管、電阻、電容是構成所有電路的基礎，故能充分理解它的特性不是易事，這需要很扎實的基本功，否則實驗起來很浪費時間，就像筆者遇到的困難一樣，對于電壓放大倍數、飽和失真、截止失真、動態特性、靜態工作點的選取、互補功率放大器的設計、放大倍數計算、功率計算，由于失調電壓及失調電流的存在，運放輸入為零時輸出往往不為零。對于內部無自動穩零措施的運放需外加調零電路，使之在零輸入時輸出為零。對于單電源功電的運放，常需在輸入端加直流偏置電壓，設置合適的靜態輸出電壓，以便能放大正、負兩個方向的變化信號。電路自激震蕩的消除也是一個涉及的難點。 門鈴對講系統 目錄 第一章 總體設計思路 1.1總體描述與系統框架： 1.2設計框圖;第二章 有關樓宇和用戶的設計 2．1 確保短時間按鍵有效的設計 2．1用戶響鈴設計 第三章 對講電路的設計 3.1 電壓放大器設計 3.2 功率放大器設計 第四章 設計總結 4.1 實驗結論 4．2 參考文獻 4.2 實驗心得 第五章 附錄及說明 門鈴對講系統 第一章 總體設計 1.1總體描述與系統框架： 該門鈴對講系統的設計主要應用模擬電子技術和數字電子技術的知識，旨在實現樓宇門鈴對講功能。功能實現流程如下： 圖1-1 1.2設計框圖：用總實驗圖代替： 門鈴對講系統 第二章 有關樓宇和用戶的設計 2．1確保短時間按鍵有效的設計 課題選用JK鎖存器復位功能由異步JK觸發器的異步復位端控制。異步JK鎖存器的特性如下描述： J=0,K=0,保持；J=0,K=1,置0；J=1,K=0,置1；J=1,K=1,翻轉；沒有時鐘觸發也是保持； 實驗圖如下： 原理:開關打向上為1，打向下為0，只要是按了（打向上），鎖存器就是所存起來，后來雖為0，但是它一直保持，故Q輸出一直為1，知道后來復位。 2．2 用戶響鈴設計 實驗圖如下： 門鈴對講系統 原理：按鈴前開關A處于斷開狀態，按鈴后開關接通，利用555定時器構成多諧振蕩器，其中利用了電容C3的充放電，電流的方向使得D1、D2輪流導通（二極管的單向導電性），充放電時構成回路的電阻不同其充放電時間也不一，電流大小不同，由喇叭發出聲音不同，有兩種叮、咚聲音，這就是用戶聽到的聲音。 結論：發出了咚聲音。 第三章 對講電路的設計 3.1電壓放大器： 實驗圖如下： 說明：本課題用0.3v電壓代替從話筒傳出的信號大小（經驗值），頻率用一千赫茲，聲音信號含有較多頻率成分，但是本放大器對一切頻率都有相同作用，說明了此放大器的實用性，門鈴對講系統 結論：電壓經放大之達到4.3v（由上圖示波器所示），使得信號傳到用戶時可以直接經功率放大器輸出。 3.2功率放大器： 實驗圖如下： 門鈴對講系統 結論：圖最右邊為Speker,阻值為8歐姆，圖中所示電壓值大小為4.3v，本課題采用互補式功率放大器，能克服交越失真，功率計算為： p?u22R?4.322?8?1.1156w 由計算可得P=1.1156w,滿足了驅動聽筒的要求，故方案可行。 第四章 設計總結 4.1 實驗結論： 實驗每個部分均較理想，實現了相關功能，詳細請見每部分實驗圖 4．2 參考文獻： 童詩白 華成英 模擬電子技術基礎（第四版）高等教育出版社 1980年 4．3實驗心得 通過做本課題的內容，前前后后花費兩個星期，自知，內容較為簡單，但做起來并非如想象得那樣順利，每一個小小的錯誤（電容、電阻的大小）就會導致沒有結果，什么也沒有，故聯想到，要想學好本門課程知識，得從基礎抓起，先分立，后集成，只有這樣，才能為以后所學課程做好準備，同時，也堅定了自己要好 第五章 附錄及說明 （1）電壓放大器：純屬用三極管、電阻、旁路電容構成。 （2）低功率音頻放大：功率放大電路通常作為多級放大電路的輸出級。要求放大電路有足夠大的輸出功率，驅動揚聲器，使之發聲。 門鈴對講系統 （3）用戶選擇控制：方案可如下： A/D轉換器、譯碼器、D/A轉換器構成，純屬數字電路課程內容，很容易即可實現，這里就不作為設計的內容，故略。 （4）電磁繼電器： 電磁式繼電器一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產生電磁效應，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導通、切斷的目的。 說明：繼電器在本課題中有用到，但是在軟件中無法找到適合本課題的電磁繼電器，原理很簡單（利用電流磁效應來工作），與模擬電路課程無直接關系，故可略去。 要求: 按照課程設計報告書的格式，要求有原理設計，元件選擇，原理仿真，電路設計，調試及測試，結果分析等。 作品在本學期考試結束后進行課程設計答辯之后交給老師。 模擬電子技術課程設計——小型模擬電子系統設計與制作，參考題目如下： 1．多路輸出直流穩壓電源的設計與制作 要求設計制作一個多路輸出直流穩壓電源，可將220V/50HZ交流電轉換為多路直流穩壓輸出：+12V/1A，-12V/1A，+5V/1A，-5V/1A，+5V/3A及一組可調正電壓。 2．高保真音頻功率放大器的設計與制作 要求設計制作一個高保真音頻功率放大器，輸出功率10W/8Ω，頻率響應20~20KHZ，效率>60﹪，失真小。 3．函數發生器的設計與制作 要求設計制作一個方波－三角波－正選波發生器，頻率范圍 10～100 Hz，100 Hz～1 KHz，1KHz～10 KHz；正弦波Upp≈3v，三角波Upp≈5v，方波Upp≈14v，幅度連續可調，線性失真小。 4．水溫控制系統的設計與制作 要求設計制作一個可以測量和控制溫度的溫度控制器，測量和控制溫度范圍：室溫～80 °Ｃ，控制精度 ± 1 °Ｃ，控制通道輸出為雙向晶閘管或繼電器，一組轉換接點為市電220ｖ，10Ａ。 5．雙工對講機的設計與制作 采用集成運放和集成功放及阻容元件等構成對講機電路，實現甲、乙雙方異地有線通話對講；用揚聲器兼作話筒和喇叭，雙向對講，互不影響；電源電壓＋9v，功率≤0.5W，工作可靠，效果良好。第三篇：2018年技能高考電氣類《集成運算放大器》試題含答案
第四篇：模電課程設計
第五篇：模電課程設計
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