我仍是那个观念,必定要站在创造者的视点来看问题,只要这样,一切问题才都能便利的处理。因为模电的内容便是创造—运用—发现问题—改进—再创造—再运用的进程,是咱们学习前人创造和运用的东西。
咱们就以二极管和三极管为例,二极管是操控导线中电子的活动方向,而三极管是操控导线中活动电子的多少。这也是“电子技术”的底子。理论搞了解了试验就简略了。
下面首要是以三极管为例来阐明导线中电流的操控,要想操控一根导线中的电流,首要要把这根导线断开,断开的两头咱们别离叫做C端和E端(C和E实际上是输出回路),假如咱们在C和E之间加个器材,这个器材能使电流从C端流进并能从E端流出来,一起这个电流又能被咱们操控住,那么这个器材就成功了。
为了完成上述要求,接下来咱们就在C-E之间放一个NPN(或PNP)结构的半导体,可是,现在的问题是,在这种状况下不管怎样在C和E之间加电源,C-E这根导线一直都不会有电流。咱们又知道,电子活动的方向与人们界说电流的方向相反(这是因为其时人们认为电线里流过的是电流),所以,咱们将中心半导体引出一个电极(B极),在B-E之间(实际上是加在发射结上,见PN结特性)加一个正向电压,这时发射区就会向基区发射电子然后构成E极流出的电流,可是,要想完成这个电流是从C端入、从E端出,则有必要要把发射区发射的这些电子都搜集到C极去,这样咱们需求在C和E之间加正向电压,使集电结处于反向击穿状况,使电子能顺畅搜集到C极,这个搜集电子的才干要比发射电子的才干强,它就像一个大口袋,你发射区发射多少我就收多少(这样就能了解三极管输出特性曲线了,当B极电流一守时,跟着CE电压的添加,C极电流就不再添加了,因为B极电流一守时,发射区发射的电子数量就必定了,你搜集的才干再强也要不到剩余的电子了),这样,这个器材就成了,能够完成电流从C端到E端(因为最初我假定它们之间是被我断开的导线两头),最抱负的是流进C端的电流就等于E端流出的电流,一起这个电流又被一个BE电压(或信号)操控,可是,三极管不是一个抱负的器材,因为C端电流不等于E端电流,有一部分电流流过B极,咱们尽量使C端电流等于E端电流,所以,这便是为什么在工艺上要使基区浓度要低并且还要薄,一起集电结的面积还要大的底子原因。
Uce电压的效果是搜集电子的,它的巨细不能决议Ic的巨细,从三极管输出特性曲线能够看到,当Ib一守时(也便是Ube一守时),即便Uce添加,Ic就不变了,可是曲线有些上翘,其实这是半导体资料的问题。实际上,Ie是受从输入端看进去的发射结电压操控的(能够拜见三极管高频小信号模型),加Uce电压的时分发射结现已处于导通了,它的影响不在发射结而在集电结,加Uce电压是为了让Ic底子等于Ie,所以说Ic受发射结电压操控,人们为了核算便利把这种操控折算成受Ib操控,便是因为说成这样,使得人们不太简略了解三极管作业的原理。
从输出回路受输入回路信号操控的视点来看,Ic不是由Ie操控的,可是,Ic其实是由Ie带来的,所以,也能够说Ic受Ie影响的,这也得受三极管制作工艺影响,假如拿两个背靠背二极管的话,怎样也不可。
虽然三极管不是一个抱负器材,可是,它的创造现已是具有划时代含义了。因为它的B极还有少数电流,因为这个电流的存在意味着输入回路有耗能,假如我不耗能就能操控住你输出回路的电流,那这个廉价就大了,所以,后来人们创造了场效应管。其实,创造场效应管的思想也是与三极管相同的,便是为了用一个电压来操控导线中的电流,仅仅这回输入回路几乎不耗能了,一起,器材两头的电流相等了。
从运用者的视点(非规划者)来看看三极管的使用:
三极管的两个底子使用别离是“可控开关”和“信号的线性扩大”。
可控开关:C和E之间相当于一个可控开关(当然。这个开关有必定的参数要求),当B-E之间没有加电压时,C-E之间截止(C-E之间断开);而当B-E之间电压加的很大,发射区发射的电子数量就多,C极和E极的电流就很大,假如输出回路中有负载时(留意,输出回路没有负载CE之间就不会饱满),因为输出回路的电源电压绝大部分都加到负载上了,CE之间的电压就会很小,CE之间就处于饱满状况,CE之间相当于短路。在饱满状况下,虽然C极电流比基极电流大,可是,C极电流与输入回路的电流(基极电流)不成β的份额联系。
从另一方面看饱满:从输出特性曲线能够看到,IB一守时VCE电压不必很大,那个输出特性曲线就曲折变平了,这阐明搜集电子的电压VCE不必很大就行,其实不到1V就行,可是,实际上咱们在输出回路都是加一个电压很大的电源,你再加大VCE也没有用,咱们看到,IB一守时VCE添加后对IC的巨细没有影响(抱负状况),所以要想把发射的电子搜集曩昔,VCE底子不必很大电压。
可是,通常状况下,咱们会在输出回路参加一个负载,当负载两头电压小于电源电压时,电源电压的其它部分就加在CE两头,此刻三极管处于线性扩大状况。可是,负载两头电压的理论值大于电源电压时,则三极管就处于饱满状况,这种状况IC不必很大也行。
所以不要认为VCE必定很大三极管集电极才干搜集到电子,能够看到搜集电子的电压很小就行。关于饱满的问题来说,除了上一段文字中说到的电流很大引起饱满外,咱们还能够从电压的视点来看,假定三极管b=50,电源电压为12V,基极电流为40微安,则集电极电流便是2毫安,假如集电极接一个3千欧姆电阻,则VCE=6V,而这个电阻换成30千欧姆时,VCE趋于零了,这种状况下三极管也是饱满了,所以从电压视点来看,集电极电流不必定很大,在挑选适宜负载电阻的状况下,三极管也能够处于饱满状况,所以,饱满与负载有关,假如电源电压很大,那饱满时VCE就这么一点点电压而言那当然是微乎其微的,所以,许多当地就将它约等于零了,可是并不能说它没有电子搜集才干。
信号的线性扩大:这种状况下,C极电流与B极电流成线性份额联系IC=βIB(BE之间电压要大于死区电压,一起,VCE不趋于零),并且,C极电流比B极电流大许多,前面现已知道,C极电流的巨细受BE电压操控(人们为了剖析问题便利,将这种操控联系说成是C极电流受B极电流操控)。实际上,马路上到处跑的轿车便是一个扩大器,它是把驾驶员操作信号给扩大了,它也是线性扩大,是能量的扩大,而剩余的能量来自于焚烧的汽油。
模电这门课从三极管小信号模型开端的绝大多数内容都是讲小信号扩大问题,共射极、共集电极、共基极的4个电路是底子,其它的是由他们组合而成的,它们的电路组成、电路交直流剖析、电路功能剖析是要害。
其它的便是功率扩大的问题、模仿集成运算扩大器内部结构规划问题、运放的使用、怎么削减非线性失真和扩大安稳问题(负反应)、正弦波发生(正反应)等等。
模电从细节和总体上掌握。
模电的学习:
从运用者的视点来看,其实,模电这门课并不难,学生往往被书中说到的所谓少子、多子、飘移、分散等次要问题所利诱,没有捉住首要问题,有些问题是半导体资料自身存在缺陷导致的,人们为了战胜这些缺陷而想出了各种处理办法,所以,模电中有许多是人们想出的技巧和主见。从三极管三个电极衔接的都是金属的视点来看,金属中只要自由电子的定向活动才有电流,金属中哪有什么空穴之类的东西,假如把人们的视野停留在三极管的内部,那必定使人们不简略了解,假如你跳出来看问题,你就会了解科学家其时为什么要创造它,也会使你恍然大悟。可是,从规划者视点来看,需求考虑的问题就许多了,不然,你规划出来的器材功能就没有人家规划的好,当然也就没有商场了。假如谁能找到一种资料,而这种资料的功能比半导体特性还好,那么他必定会被全世界所敬仰。所以,学习模电的时分,必定要用工程思想来考虑问题,比方,为什么要创造它?它有什么用处?它能够处理什么问题?它有哪些缺乏?人们是怎么改进的?等等。
再谈可控开关:
三极管要作业在饱满或截止状况,此刻C和E之间相当于可控开关,B极加输入信号,为了避免三极管损坏,B极要接限流电阻,余下的问题便是,所操控的负载应接在C极仍是E极?它的功率有多大?驱动电压多大?电流多大?你选的三极管能否担任?不担任怎样办?改用什么器材?低压和高压怎么阻隔?等等。
再谈信号的线性扩大:
这种状况下,C极电流是B极电流的β倍,以三极管扩大电路为例:
(1)直流作业点问题,为什么要有直流作业点?什么原因引起作业点不安稳?采纳什么办法安稳直流作业点?
以NPN管子为例,共射、共基、共集电极三个电路的直流都是一个方向。不管三极管电路的哪种接法,它们的直流电流方向都是相同的,输入(发射结)参加弱小沟通小信号后,只能使这些输出回路电流发生扰动,总体上不能改动这些电流的方向,可是,这个输出回路电流中有被输入沟通信号影响的扰动信号,咱们要的便是这个扰动的信号(输出沟通信号),这个扰动的信号比输入信号大,这便是扩大,也能够说,扩大其实是输出回路电流受输入信号的操控。
假如直流作业点设置合理时,那个扰动信号就与输入沟通小信号成份额联系,并且又比输入信号大,咱们要的便是这个效果。
(2)沟通信号扩大问题,共射极、共集电极、共基极电路的效果、长处和缺陷是什么?怎么战胜电路的非线性?为什么共射–共基电路能扩展频带?为什么共集电极扩大电路要放在多级扩大电路的最终一级?多级扩大电路的输入级有什么要求?人们在集成电路中规划电流源的意图是什么?它的效果是什么?怎么战胜直接耦合带来的零点漂移?为什么要规划成深负反应?其长处和问题是什么?深负反应自激的原因是什么?什么是电路的结构性相移?什么是电路的附加相移?什么状况下电路输出信号与输入信号之间呈现附加相移?等等。
(3)集成运算扩大器,为了战胜半导体器材的非线性问题(不同起伏信号的扩大倍数不相同),人们有意制成了高增益的集成运算扩大器,外接两个电阻就构成了同相或反向份额扩大电路,这时整个电路的电压扩大倍数就近似与半导体特性无关了(深负反应条件下),扩大倍数只与外接的两个电阻有关,而电阻资料的温度特性比半导体资料好,一起线性特性也改进了。在核算的时分留意运用“虚短”和“虚断”就行了,模电学到这儿那就太简略了,所以,假如不考虑本钱时谁还会用三极管分立元件组成的扩大电路,还得调直流作业点。集成运算扩大器的其它使用还许多,如有源滤波器、信号发生电路等。
负反应自激振荡与正弦波发生电路的差异
负反应自激振荡是因为某个不知道频率信号在反应环路中发生了额定的180度的附加相移,负反应电路对这个频率信号来讲就变成了正反应,一起,对这个频率信号的环路增益又大于1,这种状况下,负反应电路就自激了(对其它频率信号,此电路仍是负反应)。而正弦波振荡电路是人们有意引进的正反应,能够说对无数个频率信号都是正反应,已然这样,环路中就不必有附加相移了,可是,这样的信号太多了,所以,人们需求在反应环路中规划一个选频电路来挑选某一个频率信号,当然,对被选取的信号来讲,这个选频电路就不需求有额定相移了。
以上大致总结了一些问题,仅供参考