重庆大学光电工程学院考研仪器科学与技术专业复习指导
参考的书籍是高等教育出版社出版,清华大学电子学教研组编,杨素行主编的《数字电子技术基础》和阎石主编的《模拟电子技术基础简明教程》那么,大家就先跟我一起来看模电的目录。模电一共分为有10章。
第1章,半导体器件。必考的是半导体特性,半导体二极管,双极结型三级管,而场效应三极管属于了解的部分,知道是怎么回事就可以了。这一章偏重于概念题。
第2章,放大电器的基本原理和分析方法。必考的是放大的概念,放大电路的主要技术指标,单管共发射极放大电路,放大电路的基本分析方法,静态工作点的稳定问题,双极型三极管放大电路的三种基本组态,多级放大电路,而场效应管放大电路是属于了解层次的部分,随便看看即可。这一章的计算题是必考的,要重视三极管的相关计算。
第3章,放大电路的频率响应。必考的是频率响应的一般概念,三极管的频率参数,单管共射放大电路的频率响应,多级放大电路的频率响应。对于这一单只是考些基本概念,基本计算,至于深入的计算,就不必了。
第4章,功率放大电路。本章属于了解层次的内容,看一遍就可以了。不过,对于那些想学知识的同学来说,这一章还是要仔细看一看。
第5章,集成运算放大电路。本章要考的是集成放大电路的特点,集成运放的主要技术指标,集成运放的基本组成部分以及各个组成部分的作用是什么。其余的就属于了解层面了,大家了解一下,可以增长知识。 第6章,放大电路中的反馈。这一章是重点,经常在大题当中出现要判断反馈类型,因此大家务必要好好掌握。本章要考的是反馈的基本概念,负反馈的四种组态和反馈的一般表达式,负反馈对放大电路性能的影响,负反馈放大电路的分析计算,负反馈放大电路的自激振荡。
第7章,模拟信号运算电路。这一章比较简单,也是比较重要的,大题中也常出现相关的计算。本章要考的是理想运放的基本概念,比例运算电路,求和电路相关计算,组成。至于积分和微分电路,对数和指数电路,乘法和除法电路在考试中出现的少或者没出现,大家最好还是仔细看一下,也不难。
第8章,信号处理电路。这一章要考的是有源滤波器,它的基本概念以及各种有源滤波器的怎么回事,电压比较器的组成。往年有大题考过电压比较器,需重视。
第9章,波形发生电器。本章要考的是正弦波振荡电路的分析方法,RC正弦波振荡电路。这些在往年的考试中都有出现,至于LC正弦波振荡电路,石英晶体振荡器,非正弦波发生电路属于了解的内容。 第10章,直流电源。本章属于了解的内容,多看一些可以增长知识,但考试时很少会涉及。 数字电子技术基础分为11章。
第1章,数制和码制。这一章要考的是几种常用的数制,不同数制间的转换,二进制算术运算。这一章还是比较简单的,一般会在填空题中出现。
第2章,逻辑代数基础。这一章在填空部分也比较常见。要考的包括逻辑代数中的三种基本运算,逻辑代数的基本公式和常用公式,逻辑代数的基本定理,逻辑函数及其表示方法,逻辑函数的化简方法(其中考的是卡诺图化简法和公式化简法),具有无关项的逻辑函数及其化简。
第3章,门电路。这一章较难,但要考的也就几个概念填空题。在以后的复习中,我会详细跟大家讲解要考哪些。
第4章,组合逻辑电路。这一章是重点。要考的是组合逻辑电路的分析方法和设计方法,若干常用的组合逻辑电路(重点),组合逻辑电路中的竞争-冒险现象(概念)。这一章的例题要吃透。
第5章,触发器。这一章是重点,是后面时序逻辑电路的基础,要好好掌握。其中要考的各种触发器电路结构、逻辑功能、触发方法,以及它们的时序是怎么样的。这一章主要是记。
第6章,时序逻辑电路。这一章是重点,要考的是时序逻辑电路的分析方法,设计方法,以及常用的时序逻辑电路。在大题中可以会出现设计时序逻辑电路的题,因此必须要认真掌握,书上的例题必须要自己做一遍。重点掌握同步时序逻辑电路和时序逻辑电路的自启动设计。至于异步和复杂时序逻辑电路的设计了
解一下即可。
第7章,半导体存储器。了解。第8章,可编程逻辑器件。了解。 第9章,硬件描述语言简介。了解。
第10章,脉冲波形的产生和整形。也就考几个基本的概念,在后续的复习中我会向大家详细介绍。第11章,数-模和模-数转换。了解。 第1章;半导体器件
这一章考概念题考得较多,大家必须将一些很基础的概念的表述记清楚,这些概念将会在填空题或问答题中出现,很简单,但请重视。
1. 价电子 原子核最外层轨道上的电子称为价电子
2. 共价键 两个相邻的原子共有一对价电子,这一对价电子组成了所谓的共价键 3. 本征半导体 纯净的、不含杂质的半导体称为本征半导体
4. 自由电子 少数价电子获得足够能量,克服共价键的束缚而自由移动的电子
5. 空穴 当本征半导体中的某些价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子时,在原来的共价键中留下一个空位,这种空位称为空穴。
6. 电子-空穴对 在本征半导体中,自由电子和空穴总是成对出现,称为电子-空穴对。 7. 载流子 半导体中存在两种载流子,带负电的自由电子和带正电的空穴。
8. 杂质半导体 在本征半导体中掺入某种特定的杂质,就成为了杂质半导体。有两种类型的杂质半导体,一是N型半导体;另外一种是P型半导体。在4价硅(或锗)晶体中掺入少量的5价杂质元素,如磷、锑、砷等,则原来晶格中的一些硅原子将被杂质原子代替。而杂质原子的最外层有5个价电子,它与周围4个硅原子组成共价键时将多余一个电子。原子核对这个电子的束缚力比较微弱,在室温下即可成为自由电子。因此,在这种杂质半导体中,自由电子的浓度将会远远高于空穴的浓度。因主要依靠电子导电,故称为N型半导体。施主原子是提供电子的杂质原子,多数载流子为自由电子,少数载流子为空穴。在4价硅中掺入少量的3价元素,将会形成主要依靠空穴导电的P型半导体,受主原子为3价原子。多数载流子为空穴,少数载流子为电子。 注意:在杂质半导体中,多数载流子的浓度主要决定于掺入的杂质浓度;而少数载流子的尝试与温度密切相关。 9. PN结中载流子的运动
在P型和N型半导体的交界面两侧,由于电子和空穴的尝试相差悬殊,N区中的多数载流子电子要向P区扩散;同时,P区中的多数载流子空穴也要向N区扩散。在交界面两侧形成一个由不能移动的正负离子组成的空间电荷区,这也就是PN结,又称为耗尽层,该空间电荷区有一个电位差,称为电位壁垒,该电场的方向是由N区指向P区,这个电场称为内电场。因为空穴带正电,而电子带负电,所以内电场的作用将是阻止多数载流子继续进行扩散,所以它又称为阻挡层。
少数载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动,多数载流子的运动是扩散运动。 10. PN结的单向导电性
在PN结上外加一个电压V,其正极接P区,负极接N区,这种接法称为正向接法或正向偏置。相反的接法称为反向接法或反向偏置。在一定温度下,当外加的反向电压超过一定值后,反向电流将不再随着反向电压而增大,称为反向饱和电压。当PN结正向偏置时,回路中将产生一个较大的正向电流,PN结处于导通状态;当PN结反向集团时,回路中的反向电流非常小,处于截止状态。这就是PN结的单身导电性。 11. PN结的正向特性
从二极管的伏安特性可以看出,只有当正向电压超过一定数值时,正向电流才开始快速增长。这一数值称为死区电压。硅二极管的死区电压为0.5V左右,锗二极管为0.1V左右。 12. PN结的反向特性
从二极管的伏安特性可以看出,在一定范围内,反向电流不随着反向电压而增大,称为反向饱和电流。如果反向电压继续升高,当超过一定值后,反向电流将急剧增大,这种现象称为击穿,该电压称为反向击穿电压。
13. 稳压管
稳压管工作在反向击穿区,它的主要参数有:稳定电压,也就是稳压管工作在反向击穿区时的工作电压;稳定电流,是使稳压管正常工作时的参考电流;动态内阻,指稳压管两端电压和电流的变化量之比;额定功耗;电压的温度系数。特别需要注意的是稳压管的接法,即外加电源的的正极接管子的N区,电源的负极接P区,以保证稳压管工作在反向击穿区。 14. 双极结型三极管的结构
双极结型三极管又称为三极管,有NPN型和PNP型,内部均包含有三个区:发射区、基区和集电极区。并相应的引出三个电极:发射极(e),基极(b),集电极(c)。同时,在三个区的两两交界处,形成两个PN结,分别称为发射结和集电结。要注意两种三极管的画法。 15. 三极管中载流子的运动和电流分配关系
从工艺上看,三极管有两个特点:一是发射区高掺杂;二是基区很薄。至于三极管中载流子的运动和电流分配关系,了解一下就可以了,不再详述了。 16. 三极管的特性曲线
输入特性曲线:当CE两端电压为常数时,基极电流与BE两端电压之间的关系曲线。
输出特性曲线:当基极电流为常数时,CE两端电压与集电极电流之间的关系曲线,这个曲线比较重要。该特性曲线可以划分为三个区域:截止区、放大区、饱和区。
截止区:一般将基极电流小于等于0时的区域称为截止区,此时集电极电流近似为0,此时可以认为三极管处于截止状态。
放大区:在放大区内,各条输出特性曲线近似为水平的直线,表示当基极电流一定时,集电极电流的值基本上不随CE两端而变化。但是,当基极电流有一个微小的变化时,相应的集电极电流将产生一个较大的变化量。可见,三极管具有电流放大作用。共射电流放大系数定义为集电极电流的变化量与基极电流变化量的比值。
饱和区:集电极电流基本上不随基极电流的变化而变化,这种现象称为饱和。此时三极管不具体放大作用。 17. 场效应三极管等其它内容自己看下,了解下可以了。 第二章;放大电路的基本原理和分析方法
1.放大的概念 放大的本质是实现能量的控制,放大的对象是变化量 2.放大电路的主要技术指标(属了解内容)
1).放大倍数:放大倍数是描述一个放大电路放大能力的指标,其中电压放大倍数定义为输出电压与输入电压的变化量之比。电流放大倍数定义为输出电流与输入电流的变化量之比。
2).最大输出幅度 表示出输出波形没有明显失真的情况下,放大电路能够提供给负载的最大输出电压,一般指电压的有效值,以Uom表示。也可用峰-峰值表示。
3).非线性失真系数 由于放大器件输入、输出特性的非线性,因此放大电路的输出波形不可避免地将产生或多或少的非线性失真。当输入单一频率的正弦波信号时,输出波形中除基波之外,还将含有一定数量的谐波。所有的谐波总量与基波成分之比定义为非线性失真系数,符号为D,具体公式见书上。 4)输入电阻 从放大电路的输入端看进去的等效电阻称为放大电路的输入电阻。输入电阻这项技术指标描述放大电路对信号源索取电流的大小。通常希望放大电路的输入电阻越大越好,说明放大电路对信号源索取的电流愈小。
5)输出电阻 输出电阻是从放大电路的输出端看进去的等效电阻。输出电阻是描述放大电路带负载能力的一项技术指标。通常希望放大电路的输出电阻愈小愈好,放大电路的带负载能力愈强。
6)通频带 由于放大器件本身存在极间电容,还有一些放大电路中接有电抗性元件,因此,放大电路的放大倍数将随着信号频率的变化而变化。在一般情况下,当频率升高或降低时,放大倍数都将减小,而在中间一段频率范围内,因各种电抗性元件的作用可以忽略,故放大倍数基本不变。
7)最大输出功率与效率 放大电路的输出功率,是指在输出信号不产生明显失真的前提下,能够向负载提供的最大输出功率。
3.单管共射极放大电路的组成
集电极电源Vcc是一个直流电源,输出端负载上得到的较大能量由Vcc提供。集电极负载电阻的作用是将集电极电流的变化转换为集电极电压的变化,再传送到放大电路的输出端。基极电源它的极性应使三极管的发射结正向偏置,而且基极电源与基极电阻共同决定了当输入信号等于0时放大电路的基极电流,这个电流就是所谓的静态基极电流。
4.单管共发射极放大电路的工作原理 书上讲得很详细,由于篇幅有限,在此就不赘述了。 5.放大电路的基本分析方法
在处理放大电路的非线性问题上,常用的解决方法有两种:一是图解法;二是微变等效法,其实质是在一个比较小的变化范围内,近似认为双极型三极管和场效应管的特性曲线是线性的,由此导出放大器件的等效电路以及相应的微变等效参数。
对一个放大电路进行定量分析时,首先要进行静态分析,即分析未加输入信号时的工作状态,估算电路中各处的直流电压和直流电流。然后进行动态分析,即分析加上交流输入信号时的工作状态,估算放大电路的各项动态技术指标,如电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、通频带、最大输出功率。此处常出计算题,希望各位将书上的如何求静态工作点,如何动态分析要仔细的看、做一下。 6.微变等效电路 了解的内容,看一下即可 7.温度对静态工作点的影响
温度升高时,静态工作点移近饱和区,使输出波形产生严重的饱和失真。 8.三种基本组态的比较
1)共射电路同时具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数,输入电阻和输出电阻比较适中,所以一般只要对输入电阻、输出电阻和频率响应没有特殊要求的地方,均常采用。
2)共集电路的特点是电压跟随,这就是电压放大倍数接近于1而小于1,而且输入电阻很高、输出电阻很低,由于具有这些特点,常被用作多级放大电路的输入级、输出级或作为隔离用的中间级。 首先,可以利用它作为跟随放大器的输入级,以减少对被测电路的影响,提高测量的精度。
其次,如果放大电路输出端是一个变化的负载,那么为了在负载变化时保证放大电路的输出电压比较稳定,要求放大电路具有很低的输出电阻。此时,可以采用射极输出器作为放大电路的输出级,以提高带负载能力。
最后,共集电路也可以作为中间级,以减小前后两级间的相互影响,起隔离作用。
3)共基电路的突出特点就是它具有很低的输入电阻,使晶体管结电容的影响不显著,因而频率响应得到很大改善,所以这种接法常常用于宽频带放大器中。另外,由于输出电阻高,共基电路还可以作为恒流源。 9.场效应管作为了解内容 10.多级放大电路
多级放大电路内部各级之间的连接方式称为耦合方式。常见的耦合方式有三种,即阻容耦合、变压器耦合和直接耦合。
阻容耦合方式的主要优点是,由于前后级之间通过电容连接,故级与级之间的直流通路是断开的,因此,各级的静态工作点各自独立,互不影响。缺点是:首先,不适合传送缓慢变化的信号,当缓慢变化信号通过电容时,将被严重地衰减;其次,电容有隔直作用,因此直流成分的变化不能通过电容;最后,由于集成电路工艺很难制造大容量的电容,因此,阻容耦合方式在集成放大电路中无法采用。
变压器耦合一个重点优点是具有阻抗变换作用,另一个优点是前后级的直流通路互相隔离,因此各级静态工作点互相独立。变压器的主要缺点是变压器比较笨重,无法集成;另外,缓慢变化和直流信号也不能通过变压器。
直接耦合是将前级的输出端直接或通过电阻接到后一级的输入端。直接耦合放大电路既能放大交流信号,又能放大缓慢变化信号和直流信号。更重要的是,直流耦合方式便于实现集成化。缺点是当耦合的级数过多时,集电极的电位将会愈来愈高,解决办法是采用措施实现电平移动。直接耦合方式带来的主要问题是存在零点漂移。