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第一章半导体元器件
组成模拟电路的元器件除了电阻、电容、电感等基本元件以外,还有由半导体材料制作的半导体元器件,如二极管、稳压二极管、LED、BJT晶体管、热敏电阻、集成电路等。本章重点介绍模拟电路中常用的半导体二极管和BJT晶体管的组成结构、功能特点和使用方法。
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●1.1半导体基础知识
半导体硅、锗等是制作半导体元件的主要材料。本节首先介绍本征半导体的导电原理,继而介绍通过掺杂形成P型和N型两种类型的杂质半导体及其导电机理。最后介绍由P型和N型两种杂质半导体构成的PN结及其单向导电性。
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●1.2半导体二极管
二极管具有单向导电性,在电路中一般做电子开关使用。本节介绍普通二极管的符号、正向及反向导电特性、以及利用万用表等仪器检测二极管性能的方法。
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●1.3半导体二极管电路分析
在分析含二极管电路时,二极管一般使用理想模型和恒压降模型。本节介绍二极管的两种模型的特性和使用场合,以及两种模型在分析含二极管电路的使用方法。
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●1.4特殊二极管
特殊二极管是指有别于普通二极管的发光二极管(LED)、稳压二极管等。本节介绍发光二极管和稳压二极管的工作原理及典型应用电路的分析设计方法。
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●1.5BJT晶体管
BJT晶体管是人类历史上伟大的发明之一,由此开启了电子技术的半导体时代。本节首先介绍BJT晶体管的结构、符号和放大原理,再介绍BJT的输入、输出特性及截止、放大、饱和三种工作状态,说明BJT作为信号放大使用和作为电子开关使用时的外部供电条件。
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第二章BJT晶体管小信号放大电路
本项目首先介绍了共发射极放大电路的组成以及直流通路,分析了静态工作点。画出了共发射极放大电路的交流通路,并利用晶体管的微变等效模型来计算放大器的放大倍数、输入电阻和输出电阻。在此基础上对稳定Q点共射放大经典电路进行静态分析和动态分析。接着对共集电极放大电路进行静态分析和动态分析。最后对多级BJT放大电路进行分析。
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●2.1共发射极基本放大电路
本节主要介绍了共发射极放大电路的组成,以及各元器件的作用。在对共发射极放大电路的静态分析的基础上,掌握静态工作点的调整方法。 通过学习交流通路的画法、共射放大电路的动态波形分析、晶体管的微变等效模型,来计算放大器的放大倍数、输入电阻和输出电阻。
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●2.2稳定Q点共射放大电路
通过学习分压式电路的静态分析,学习如何计算分压式放大电路的静态工作点,掌握稳定Q点的方法。本节还介绍分压式放大电路的微变等效电路,在此基础上进行了分压式放大电路分析。
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●2.3共集电极放大电路
本节介绍了共集电极放大电路的交流通路、静态分析和动态分析,同时还介绍了共集电极放大电路放大倍数、输入电阻和输出电阻的估算方法。
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●2.4多级BJT放大电路
本节介绍了多级放大电路的结构与耦合方式,分别介绍了直接耦合和阻容耦合。以实例仿真的形式介绍了阻容耦合的多级放大电路和直接耦合的多级放大电路的特点。
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第三章负反馈放大电路
BJT晶体管构成的单级或者多级放大电路在性能指标上都存在一定的缺陷,如存在输入电阻不大、输出电阻过大、输出够稳定、通频带不宽等问题,在开环放大器中引入负反馈构成闭环电路,可以显著地改善放大电路的性能。本章重点介绍反馈放大器的基本概念、反馈类型分析、负反馈对放大电路性能的影响和深度负反馈放大电路的估算方法。
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●3.1反馈的基本概念
反馈放大器一般由开环放大器A、输出采样、反馈网络F和比较环节构成,放大电路一般引入负反馈来改善性能。本节介绍负反馈放大电路的组成结构和基本关系式,并通过实例认识反馈放大电路。
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●3.2放大电路反馈类型分析
瞬时极性法是判断正、负反馈的有效方法,结合输出采样形式和反馈对输入回路的馈入方式可以判断反馈放大电路的四种基本组态。本节介绍使用瞬时极性法判断正负反馈的方法,及判断电压串联、电压并联、电流串联、电流并联四种反馈组态的方法。
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●3.3负反馈改善放大电路性能仿真
负反馈对放大电路性能的改善主要体现在改变输入输出电阻、减小非线性失真、拓展通频带、稳定输出量这四个方面上。本节介绍负反馈改善非线性失真的原理、稳定输出量的原理,并通过电路仿真和实际电路测试来验证负反馈对电路性能影响的实际效果。
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●3.4深度负反馈放大电路的估算
如果负反馈放大电路中的反馈深度远大于1(大于10)的情况下,可认为是深度负反馈,在估算深度负反馈放大电路电压放大倍数时,只需求出反馈网络的反馈系数,并求其倒数便可估算其电压倍数,本节介绍电压串联负反馈和电压并联负反馈电路的电压放大倍数估算方法。
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第四章集成运算放大器
集成运算放大器,简称集成运放,是一种具有高电压放大倍数的直接耦合放大器,它是利用半导体的集成工艺,实现电路、电路系统和元件三结合的产物。由于采用集成工艺,可以使相邻元器件参数的一致性好,且采用多晶体管的复杂电路,使之性能做得十分优越,因而在电子电路中得以广泛应用。
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●4.1运算放大器的组成及工作原理
运算放大器是由差分放大电路作为输入级、有源负载放大器做中间级、互补型输出增强电路做输出级的直接耦合放大器,具有高输入电阻、高增益、高共模抑制比和较强带负载能力的特点。本节介绍运算放大器的作用、外部功能引脚和内部简化电路,认识运放的组成结构。
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●4.2集成运算放大器
目前集成运放种类繁多,使用时需要根据集成运放的参数来选型。本节首先简介通用型集成运放LM324的内部电路,认识集成运放的电路组成结构,继而介绍集成运放的主要参数和集成运放的分类,明确选型方法。
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第五章信号运算与处理电路
集成运放实质是一个高增益的多级直接耦合放大电路,用集成运放外加反馈网络可构成各种运算电路,常见的模拟信号运算电路包括有比例运算、加法、减法、微分、积分等电路。信号处理电路的内容较广泛,包括有源滤波电路、精密二极管等,本章介绍了几种基本的信号运算电路和信号处理电路,介绍电路组成结构、工作原理和分析应用方法。
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●5.1基本运算电路
集成运算放大器是一种具有高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路,当外部接入不同的线性或非线性元器件组成输入和负反馈电路时,可以灵活地实现各种特定的函数关系。在线性应用方面,可组成比例、加法、减法、积分等模拟运算电路。本节将介绍比例运算电路、加法电路、减法电路、积分电路的电路组成、工作原理和使用场合,以及电路参数的设计方法。
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●5.2有源滤波电路
滤波器是一种只传输指定频段信号,抑制其它频段信号的电路。滤波器分为无源滤波器与有源滤波器两种。有源滤波器一般由集成运放与RC网络构成,它具有体积小、性能稳定等优点,同时,由于集成运放的增益和输入阻抗都很高,输出阻抗很低,故有源滤波器还兼有放大与缓冲作用。利用有源滤波器可以突出有用频率的信号,衰减无用频率的信号,抑制干扰和噪声,以达到提高信噪比或选频的目的,因而有源滤波器被广泛应用于通信、声纳、测量及控制技术中的小信号处理。本节将介绍有源滤波电路的分类、电路组成、工作原理,以及基本参数的设计方法。
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第六章信号产生电路
在模拟电子线路中,常常需要各种波形的信号。如正弦波、矩形波、矩形波、三角波和锯齿波等,作为测试信号或控制信号等。本章将讲述有关波形发生电路的组成原则、工作原理以及主要参数。
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●6.1正弦波振荡电路的振荡条件
正弦波振荡电路是在没有外加输入信号的情况下,依靠电路自激振荡而产生正弦波输出电压的电路。它广泛地应用与测量、遥控、通信、自动控制、热处理和超声波电焊等加工设备中,也作为模拟电子电路的测试信号。本节将介绍正弦波振荡电路的起振条件和平衡条件。
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●6.2RC正弦振荡电路
实用的RC正弦波振荡电路多种多样,但最具典型性的是RC桥式正弦波振荡电路,又称文氏桥振荡电路。本节将介绍它的电路组成、工作原理和振荡频率。
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●6.3LC振荡电路
LC正弦波振荡电路与RC桥式正弦波振荡电路的组成原则在本质上是相同的,只是选频网络采用LC电路。在LC振荡电路中,当f=f0时,放大电路的放大倍数数值最大,而其余频率的信号均被衰减到零;引入正反馈后,使反馈电压作为放大电路的输入电压,以维持输出电压,从而形成正弦波振荡。由于LC正弦波振荡电路的振荡频率较高,所以放大电路多采用分立元件电路,必要时还应采用共基电路。本节将介绍它的电路组成、工作原理和振荡频率。
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●6.4晶体振荡电路
石英晶体谐振器,简称石英晶体,具有非常稳定的固有频率。对于振荡频率的稳定性要求高的电路,应选用石英晶体作为选频网络。本节将介绍石英晶体振荡电路的电路组成、工作原理和振荡频率。
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●6.5非正弦信号产生电路
电压比较器是对输入信号进行鉴幅与比较的电路,是组成非正弦波发生电路的基本单元电路,在测量和控制中有着相当广泛的应用。本节前半部分主要讲述各种电压比较器的特点及电压传输特性,同时阐明电压比较器的组成特点和分析方法。在实用电路中除了常见的正弦波外,还有矩形波、三角波、锯齿波等。本节的后半部分主要讲述模拟电子电路中常用的矩形波、三角波和锯齿波三种非正弦波的波形发生电路的组成、工作原理、波形分析和主要参数。
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第七章功率放大电路
模拟电路在实际应用中除了电压的放大需求以外,经常还需要对输出功率进行放大,特别是在驱动较大负载时。本项目介绍常见功率放大电路的种类和特点,以及在基本功率放大电路基础上如何优化设计以提高其主要技术指标,为后续内容的学习作铺垫。
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●7.1功率放大电路的基本概念
本节以扩音机系统为例,简要介绍了功率放大电路的概念和作用,以及一个符合需求的功率放大电路应满足的要求。同时,详细说明了评价一个功率放大电路性能的三个主要技术指标。最后介绍了按晶体管的工作状态对功率放大电路进行分类,并分析其工作状态的特点。
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●7.2乙类双电源互补对称功率放大电路
本节首先介绍了乙类双电源互补对称功率放大电路(简称OCL电路)的电路组成,再通过输入一个正弦信号的功率放大过程讲解这个电路是如何工作的以及该功放电路的缺点。在了解该功放电路工作原理的基础上,通过电路的分析与计算,我们进一步讨论学习如何计算该功放电路的输出功率、最大输出功率、管耗、电源供给功率和效率等参数。
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●7.3甲乙类互补对称功率放大电路
本节内容中我们首先针对OCL电路出现的交越失真现象进行了分析与处理,并以此提出如何利用二极管偏置以及UBE扩大电路克服OCL电路的交越失真问题。之后学习甲乙类单电源供电互补对称电路的电路组成与工作原理,通过与双电源供电的电路进行比较分析出该电路的缺点,最后,学习如何用自举电路来克服其缺点。
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第八章直流稳压电源电路
在电子设备的电源电路中,需要将工频交流电变换成直流电进行供电,一般需要经过降压 、整流、滤波和稳压等环节。本章介绍直流稳压电源的组成结构,以及将交流电变换为稳压直流电各环节典型电路的工作原理。
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●8.1单相整流电路
利用二极管的单向导电性构成整流电路,可以将交流电压转换成直流电压,即将正弦波电压转换为脉动电压。本节重点分析了半波整流电路和全波整流电路的工作过程。
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●8.2滤波电路
经过整流输出的电压波形含有较大的交流成分,不能直接作为直流电源对电路供电,电感及电容构成的滤波电路可以减小电压波动,使输出直流电压尽可能平滑。本节重点分析了各种类型滤波电路的特点。
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●8.3串联反馈式稳压电路
交流电压经过整流、滤波后虽然变成了波动量较小的直流电压,但是当电压波动或者负载发生变化时也会跟随变化。本节主要介绍串联型晶体管稳压电路的工作原理,分析负反馈稳定输出电压在电源电路中的应用。
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●8.4集成稳压器应用电路
稳压电路集成化就形成了一系列稳压器芯片,本节主要是介绍各种类型集成稳压器的性能和典型应用电路。