模电主要章节知识点归总1

1、湖南科技大学信息与电气工程学院湖南科技大学信息与电气工程学院 主讲主讲: : 胡仕刚胡仕刚 第一章第一章 绪绪 论论 一、放一、放大电路的表示方法大电路的表示方法 放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流 在幅度上得到了放大。放大电路为双口网络，即一个信号在幅度上得到了放大。放大电路为双口网络，即一个信号 输入口和一个信号输出口。输入口和一个信号输出口。 放大电路基本知识放大电路基本知识 1.1.放大倍数放大倍数( (增益增益) )表征放大器的放大能力表征放大器的放大能力 根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器根据放大电路输

2、入信号的条件和对输出信号的要求，放大器 可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。 放大电路的主要技术性能指放大电路的主要技术性能指 标标 （1）电压放大倍数电压放大倍数定义为定义为: AU=UO/UI （2）电流放大倍数电流放大倍数定义为定义为: : A AI I= =I IO O/ /I II I （3）互阻增益互阻增益定义为定义为: Ar=UO/II （4）互导增益互导增益定义为定义为: Ag=IO/UI 2. 输入电阻输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电从放大电路输入端看进去的等效电 阻，决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小。阻，决定

3、了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小。 输入电阻：输入电阻： Ri=ui / ii 一般来说，一般来说， Ri越大越好。越大越好。 （1）Ri越大，越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。就越小，从信号源索取的电流越小。 （2）当信号源有内阻时，）当信号源有内阻时， Ri越大，越大， ui就越接近就越接近uS。 输入端输入端 ii ui Ri uS RS 信号源信号源 Au 输出端输出端 3. 输出电阻输出电阻Ro从放大电路输出端看进从放大电路输出端看进 去的等效电阻。决定了放大电路带负载的能力。去的等效电阻。决定了放大电路带负载的能力。 输出端输出端 Ro uo 输出端输出端 Au uS

4、输出电阻是表明放大电路带负载的能力，输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro越小，放越小，放 大电路带负载的能力越强，反之则差。大电路带负载的能力越强，反之则差。 0 , . o . o o SL = =UR I U R 输出电阻输出电阻的定义：的定义： 4. 通频带通频带 通频带：通频带： fBW=fHfL 放大倍数随频率放大倍数随频率 变化曲线变化曲线幅幅 频特性曲线频特性曲线 f A Am 0.7Am fL下限截下限截 止频率止频率 fH上限截上限截 止频率止频率 3dB带宽带宽 湖南科技大学信息与电气工程学院湖南科技大学信息与电气工程学院 主讲主讲: : 胡仕刚胡仕刚 第二章第二章 运

5、算放大器运算放大器 o +Uo(sat) -Uo(sat) 实际特性 理想特性 u+ - u- 开环电压放大倍数高(104-107)； 输入电阻高（约几百K）； 输出电阻低（约几百）； 漂移小、可靠性高、体积小、重量轻、价格低 。 电压传输特性电压传输特性 Vo=Avo(vp-vN) 3）开环输出电阻 ro0 2）差模输入电阻 rid 4）共模抑制比 KCMRR 理想运放及其分析依据 理想化条件理想化条件： 1）开环电压放大倍数 Auo 理想运算放大器理想运算放大器 Avo(vp-vN) Vp vN vo 理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性， 这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用

6、。为 了保证线性运用，运放必须在闭环(负反馈）下工作。 理想运算放大器的特性 (1)(1)虚短虚短 由于运放的电压放大倍数很大，而运放的输出电 压是有限的，一般在10 V14 V。因此运放的差模输入 电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于 “短 路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接 近相等。 “虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时， 可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简 称虚短。显然不能将两输入端真正短路。 (2)(2)虚断虚断 由于运放的差模输入电阻很大，一般都在1 M 以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1 A， 远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的

7、两 输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接 近开路。 “虚断”是指在分析运放处于线性状态时， 可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假 开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。 下面举两个例子说明虚短和虚断的运用。 几种常见的基本运算电路 反相比例运算 同相比例运算 电压跟随器 加法电路 减法电路 积分电路 3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 3.3 半导体二极管半导体二极管 3.4 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法 3.5 特殊二极管特殊二极管 3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性 3.1.4 杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入某些微量元素作

8、为杂质，在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质， 可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质 主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体 称为称为杂质半导体杂质半导体。 N N型半导体型半导体掺入五价杂质元素（如磷）的掺入五价杂质元素（如磷）的 半导体。半导体。 P P型半导体型半导体掺入三价杂质元素（如硼）的掺入三价杂质元素（如硼）的 半导体。半导体。 下一节下一节上一页上一页下一页下一页返返 回回 (1) N 型半导体（电子型半导体）型半导体（电子型半导体） 形成：向本征半导体中掺入少量的形成：向本征半导体

9、中掺入少量的 5 价元素价元素 特点：特点：（a）含有）含有大量的电子大量的电子多多数载流数载流子子 （b）含有）含有少量的空穴少量的空穴少少数载流数载流子子 无论无论N型或型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。型半导体都是中性的，对外不显电性。 (2) P 型半导体（空穴型半导体）型半导体（空穴型半导体） 形成：向本征半导体中掺入少量的形成：向本征半导体中掺入少量的 3 价元素价元素 特点：特点：（a）含有）含有大量的空穴大量的空穴多多数载流数载流子子 （b）含有）含有少量的电子少量的电子少少数载流数载流子子 17 3.2.1 载流子的漂移与扩散载流子的漂移与扩散 漂移运动：漂移运动： 由

10、电场作用引起的载流子的运动称为由电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动漂移运动。 扩散运动：扩散运动： 由载流子浓度差引起的载流子的运动称为由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动扩散运动。 在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质, , 分别形成分别形成N N型半导体和型半导体和P P型半导体。此时将在型半导体。此时将在N N型半型半 导体和导体和P P型半导体的结合面上形成如下物理过程型半导体的结合面上形成如下物理过程: : 因浓度差因浓度差 空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止

11、多子扩散 最后最后, ,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。 多子的扩散运动多子的扩散运动 由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 3.2.2 PN结形成结形成 PNPN结加正向电压时，呈现低电阻，结加正向电压时，呈现低电阻， 具有较大的正向扩散电流；具有较大的正向扩散电流； PNPN结加反向电压时，呈现高电阻，结加反向电压时，呈现高电阻， 具有很小的反向漂移电流。具有很小的反向漂移电流。 由此可以得出结论：由此可以得出结论：PNPN结具有单结具有单 向导电性。向导电性。 3.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性 PNPN结结V V- -I I

12、特性表达式特性表达式 其中其中 PNPN结的伏安特性结的伏安特性 )1e ( / SD D = = T V Ii v I IS S 反向饱和电流 反向饱和电流 V VT T 温度的电压当量温度的电压当量 且在常温下（且在常温下（T T=300K=300K） V026. 0= = = q kT VTmV 26= = 当当PNPN结的反向电压结的反向电压 增加到一定数值时，反增加到一定数值时，反 向电流突然快速增加，向电流突然快速增加， 此现象称为此现象称为PNPN结的结的反向反向 击穿。击穿。 热击穿热击穿不可逆不可逆 雪崩击穿雪崩击穿 齐纳击穿齐纳击穿 电击穿电击穿可逆可逆 3.2.4 PN结

13、的反向击穿结的反向击穿 一、一、PN PN 结的伏安方程结的伏安方程 D / DS(e 1) T unV iI= 反向饱和电流反向饱和电流 10-8-10-14A 温度的温度的 电压当量电压当量 T kT V q = 电子电量电子电量 玻尔兹曼常数玻尔兹曼常数 1.38*10-23J/K 当当 T T = 300(27= 300(27 C)C)：VT = 26 mV 3.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性 O uD /V iD /mA 正向特性正向特性 Vth 死区死区 电压电压 iD = 0 Vth = 0.5 V 0.1 V ( (硅管硅管)

14、 ) ( (锗管锗管) ) V VthiD 急剧上升急剧上升 0 V Vth VD(on) = (0.6 0.8) V 硅管硅管 0.7 V (0.2 0.4) V 锗管锗管 0.3 V 反向特性反向特性 ISV (BR) 反向击穿反向击穿 V(BR) V 0 i D = IS U(BR) 反向电流急剧增大反向电流急剧增大 ( (反向击穿反向击穿) ) 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法 1.1.二极管二极管V V- -I I 特性的建模特性的建模 将指数模型将指数模型 分段线性化，得到二极分段线性化，得到二极 管特性的等效模型。管特性的等效模型。 )1e (

15、 D SD = = T V Ii v （1 1）理想模型）理想模型 （a a）V V- -I I特性特性 （b b）代表符号）代表符号 （c c）正向偏置时的电路模型）正向偏置时的电路模型 （d d）反向偏置时的电路模型）反向偏置时的电路模型 （2 2）恒压降模型）恒压降模型 （a）V-I特性特性 （b）电路模型）电路模型 （4 4）小信号模型）小信号模型 vs =0 时时, Q点称为静态工作点点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。，反映直流时的工作状态。 )( 11 sDDDD vv = =V RR i vs =Vmsin t 时（时（VmVT 。 （a）V-I特性特性 （b）电路模型）

16、电路模型 (2) 主要特点：主要特点： (a) 正向特性同普通二极管正向特性同普通二极管 (b) 反向特性反向特性 较大的较大的 I 较小的较小的 U 工作在反向击穿状态。工作在反向击穿状态。 在一定范围内，反向击穿在一定范围内，反向击穿 具有可逆性。具有可逆性。 （一）稳压二极管（一）稳压二极管 （3）主要参数）主要参数 稳定电压：稳定电压：Uz 最小稳定电流： 最小稳定电流：Izmin 最大稳定电流：最大稳定电流：Izmax (1) 结构：结构：面接触型硅二极管面接触型硅二极管 U/V Izmin Izmax I/mA Uz 0 上一页上一页下一页下一页返返 回回下一节下一节上一节上一节

17、(a) 图形符号图形符号 (b) 伏安特性伏安特性 30 3.5 特殊二极管特殊二极管 湖南科技大学信息与电气工程学院湖南科技大学信息与电气工程学院 主讲主讲: : 胡仕刚胡仕刚 第四章第四章 半导体三极管的结半导体三极管的结 构示意图如图所示。构示意图如图所示。 它有两种类型它有两种类型:NPN型型 和和PNP型。型。 (a) NPN型管结构示意图型管结构示意图 (b) PNP型管结构示意图型管结构示意图 (c) NPN管的电路符号管的电路符号 (d) PNP管的电路符号管的电路符号 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载 流子传输体

18、现出来的。流子传输体现出来的。 外部条件：外部条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏 4.1.2 放大状态下放大状态下BJT的工作原理的工作原理 1. 内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程 发射区：发射载流子发射区：发射载流子 集电区：收集载流子集电区：收集载流子 基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子 （以（以NPNNPN为例）为例） 由于三极管内有两种载流子由于三极管内有两种载流子( (自自 由电子和空穴由电子和空穴) )参与导电，故称为双参与导电，故称为双 极型三极管或极型三极管或BJTBJT ( (Bipolar Junction Transistor) )。 IC

19、= InC+ ICBO IE=IB+ IC 放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程 2. 电流分配关系电流分配关系 发射极注入电流发射极注入电流 传输到集电极的电流传输到集电极的电流 设设= = E nC I I = = 即即 根据传输过程可知根据传输过程可知 IC= InC+ ICBO 通常通常 IC ICBO E C I I 则有则有 为电流放大系数。它只为电流放大系数。它只 与管子的结构尺寸和掺杂浓度与管子的结构尺寸和掺杂浓度 有关，与外加电压无关。一般有关，与外加电压无关。一般 = 0.9 0.99 。 IE=IB+ IC 放大状态下放大状态下BJTBJT

20、中载流子的传输过程中载流子的传输过程 = = 1 又设又设 B CEOC I II = = 则则 是另一个电流放大系数。同样，它也只与管是另一个电流放大系数。同样，它也只与管 子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。 一般一般 1 。 根据根据IE=IB+ IC IC= InC+ ICBO E nC I I = = 且令且令 B C CEOC I I II 时，时，当当 ICEO= (1+ ) ICBO（穿透电流）（穿透电流） 2. 电流分配关系电流分配关系 3. 三极管的三种组态三极管的三种组态 共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用

21、，集电极作为公共电极，用CC表示。表示。 共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用基极作为公共电极，用CB表示；表示； 共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示； BJT的三种组态的三种组态 三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电 流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现 的。的。 实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是： （1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区发射区杂质浓度远大于基区 杂质浓度，且基区很薄。杂质浓度，且基区很薄。 （

22、2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反发射结正向偏置，集电结反 向偏置。向偏置。 4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const (2) 当当vCE1V时，时， vCB= vCE - - vBE0，集电结已进入反偏状态，开始收，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，同样的集电子，基区复合减少，同样的vBE下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。 (1) 当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 1. 输入特性曲线输入特性曲线 （以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）

23、 共射极连接共射极连接 饱和区：饱和区：iC明显受明显受vCE控制的区域，控制的区域， 该区域内，一般该区域内，一般vCE0.7V (硅管硅管)。 此时，此时，发射结正偏，集电结正偏或反发射结正偏，集电结正偏或反 偏电压很小偏电压很小。 iC=f(vCE) iB=const 2. 2. 输出特性曲线输出特性曲线 输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域: : 截止区：截止区：iC接近零的区域，相当接近零的区域，相当iB=0 的曲线的下方。此时，的曲线的下方。此时， vBE小于死区小于死区 电压电压。 放大区：放大区：iC平行于平行于vCE轴的区域，曲轴的区域，曲 线基本平行等距。此时，线基

24、本平行等距。此时，发射结正偏，发射结正偏， 集电结反偏集电结反偏。 4.1.3 BJT的的V-I 特性曲线特性曲线 (1) 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM (2) 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM PCM= ICVCE 极限参数极限参数 4.1.4 BJT的主要参数的主要参数 V(BR)CEO基极开路时集电极和发射基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。极间的击穿电压。 在输出特性曲线上，作出直流负载线在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCiCRc，与，与IBQ曲曲 线的交点即为线的交点即为Q点，从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ。 在输入特性曲线

25、上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 ，两线的交点，两线的交点 即是即是Q点，得到点，得到IBQ。 bBBBBE RiV = =v 4.3.1 图解分析法图解分析法 1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 根据根据vs的波形，在的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出的输入特性曲线图上画出vBE 、 iB 的的 波形波形 2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析 tsin sms V= =v bBsBBBE RiV = =vv 根据根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和和vCE 的波形的波形 2. 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图

26、解分析 cCCCCE RiV = =v 3. 静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响 截止失真的波形截止失真的波形 饱和失真的波形饱和失真的波形 3. 静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响 4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法 1. BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义 建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极 管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以 把三极管这

27、个非线性器件所组成的电路当作线性电路来把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来 处理。处理。 由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的 分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做 线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。 BJT的的H参数及小信号模型参数及小信号模型 H参数的确定参数的确定 rbe= rbb + (1+ ) re 其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管 rbb200 则则 )mA( )mV(26 )1(200 EQ be I

28、 r )mA( )mV(26 )mA( )mV( EQEQ e II V r T = = = 而而 (T=300K) 一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe （忽略（忽略 re ） 重点掌握固定偏流射极电路和分压式射极 电路 4.4.2 射极偏置电路射极偏置电路 小信号模型小信号模型等效电路法的步骤等效电路法的步骤： 1. 首先利用图解法或近似估算法确定放大电路首先利用图解法或近似估算法确定放大电路 的静态工作点的静态工作点 Q 。 2. 求出静态工作点处的微变等效电路参数求出静态工作点处的微变等效电路参数 和和 rbe 。 3. 画出放大电路的微变等效电路。可先画出三画出放大电路的微变等效

29、电路。可先画出三 极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交极管的等效电路，然后画出放大电路其余部分的交 流通路。流通路。 4. 列出电路方程并求解。列出电路方程并求解。 三种组态的特点及用途三种组态的特点及用途 共射极放大电路：共射极放大电路： 电压和电流增益都大于电压和电流增益都大于1 1，输入电阻在三种组态中居中，输，输入电阻在三种组态中居中，输 出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级 放大电路的中间级。放大电路的中间级。 共集电极放大电路：共集电极放大电路： 只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在只有电

30、流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在 三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可 用于输入级、输出级或缓冲级。用于输入级、输出级或缓冲级。 共基极放大电路：共基极放大电路： 只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输 入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用 于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电 位移动的功能。位移动的功能。

31、阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电 容及三极管的结电容等，它们的容抗随频率变化，故当信号容及三极管的结电容等，它们的容抗随频率变化，故当信号 频率不同时，放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和频率不同时，放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和 相位都将发生变化。相位都将发生变化。 )()( ffAA uu = = Au( f ) 幅频特性幅频特性 ( f ) 相频特性相频特性 f |Au | 0.707| Auo | fLfH | Auo | 幅频特性幅频特性 f 270 180 90 相频特性相频特性 4.7 4.7 多级

32、多级( (组合组合) )放大电路放大电路 基本放大电路基本放大电路多级放大电路多级放大电路 一级一级 耦合方式耦合方式 直接耦合直接耦合 阻容耦合阻容耦合 变压器耦合变压器耦合 光电耦合光电耦合 1. 直接耦合直接耦合 如图所示如图所示 耦合方式有耦合方式有 考点考点 二、直接耦合方式的优缺点二、直接耦合方式的优缺点 2. 阻容耦合阻容耦合 3 3、变压器耦合、变压器耦合 4.7.2 4.7.2 多级（组合）放大电路的动态分析多级（组合）放大电路的动态分析 一、电压放大倍数一、电压放大倍数 in-1)o(ni3o2i2o1 UUUUUU = = = =、 un AAA U U U U U U

33、U U A u2u1 in o i2 o2 i o1 i o u = = = = = = = = = n j AA 1 uju 注意注意 二、输入电阻二、输入电阻 三、输出电阻三、输出电阻 第六章第六章 模拟集成电路模拟集成电路 湖南科技大学信息与电气工程学院湖南科技大学信息与电气工程学院 主讲主讲: :胡仕刚胡仕刚 6.1.1 BJT电流源电路电流源电路 1. 镜像电流源镜像电流源 BE1BE2 =VV E1E2 = II C1C2 = II T T1 1、T T2 2的参数全同的参数全同 即即12，ICEO1ICEO2 当当BJT的的较大时，基极电流较大时，基极电流IB可以忽略可以忽略 I

34、oIC2IREF R VV R VVV EECCEEBECC )( 代表符号代表符号 6.1.1 BJT电流源电路电流源电路 1. 镜像电流源镜像电流源 动态电阻动态电阻 2B 1 2CE 2C o )( I v i r = = 一般一般ro在几百千欧以上在几百千欧以上 ce r= = 6.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构 2. 有关概念有关概念 i2i1id =vvv 差模信号差模信号 )( 2 1 = i2i1ic vvv 共模信号共模信号 id o d = v v v A差模电压增益差模电压增益 ic o c = v v v A共模电压增益共模电压增益 iccid

35、d ooo = vv vvv vv AA = = 总输出电压总输出电压 其中其中 o v 差模信号产生的输出差模信号产生的输出 o v 共模信号产生的输出共模信号产生的输出 共模抑制比共模抑制比 反映抑制零漂能力的指标反映抑制零漂能力的指标 c d CMR = v v A A K 6.2.1 差分式放大电路的一般结构差分式放大电路的一般结构 2. 有关概念有关概念 根据根据 2 = id ici1 v vv 2 = id ici2 v vv i2i1id =vvv )( 2 1 = i2i1ic vvv 有有 共模信号相当于两个输入共模信号相当于两个输入 端信号中相同的部分端信号中相同的部分

36、差模信号相当于两个输入差模信号相当于两个输入 端信号中不同的部分端信号中不同的部分 两输入端中的共模信号两输入端中的共模信号 大小相等，相位相同；差模信大小相等，相位相同；差模信 号大小相等，相位相反。号大小相等，相位相反。 3.差分放大电路四种接法 双入双出 单入单出 单入双出 单入单出 1.差分放大电路的任意输入信号都可以分解为一 对共模信号和一对差模信号组合，因此单端输入 的差分电路仍可看作双端输入时的工作状态。 2.差分放大电路的差模电压放大倍数只与输出方 式有关，而于输入方式无关，即输入方式无论是 单端输入还是双端输入，只要是双端输出，差动 放大电路的差模电压放大倍数就等于单管放大电

37、 路的电压放大倍数；凡是单端输出，差动放大电 路的差模电压放大倍数就只等于单管放大电路电 压放大倍数的一半。 湖南科技大学信息与电气工程学院湖南科技大学信息与电气工程学院 主讲主讲: :胡仕刚胡仕刚 第七章第七章 放大电路中的反馈放大电路中的反馈 7.1.1 什么是反馈什么是反馈 将电子系统输出回路的电量（电压或电流），将电子系统输出回路的电量（电压或电流）， 送回到输入回路的过程。送回到输入回路的过程。 hfeib ic vce Ib vbehrevce hie hoe 内部反馈内部反馈 外部反馈外部反馈 输出信号输出信号 反馈放大电路反馈放大电路 的输入信号的输入信号 反馈信号反馈信号 基

38、本放大电路的输入基本放大电路的输入 信号（净输入信号）信号（净输入信号） 7.1.1 什么是反馈什么是反馈 反馈放大电路组成框图反馈放大电路组成框图 反馈通路反馈通路信号反向传输的渠道信号反向传输的渠道 开环开环 无反馈通路无反馈通路 闭环闭环 有反馈通路有反馈通路 7.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈 正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。正反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变大了。 负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。负反馈：输入量不变时，引入反馈后输出量变小了。 从输出端看从输出端看 从输入端看从输入端看 正反馈：引入反馈后，使净输入量变大了。正反馈：引入反馈后，

39、使净输入量变大了。 负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。负反馈：引入反馈后，使净输入量变小了。 净输入量可以是电压，也可以是电流。净输入量可以是电压，也可以是电流。 7.1.3 正反馈与负反馈正反馈与负反馈 判别方法：判别方法：瞬时极性法瞬时极性法。即在电路中，从输入端开始，沿着。即在电路中，从输入端开始，沿着 信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率信号流向，标出某一时刻有关节点电压变化的斜率 （正斜率或负斜率，用（正斜率或负斜率，用“+”+”、“-”-”号表示）。号表示）。 净输入量减小净输入量减小 净输入量增大净输入量增大 负反馈负反馈 正反馈正反馈 反馈通路反馈通路 反馈通路反馈

40、通路 7.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出电压反馈与电流反馈由反馈网络在放大电路输出 端的取样对象决定端的取样对象决定 电压反馈：反馈信号电压反馈：反馈信号xf和输出电压成比例，即和输出电压成比例，即xf=Fvo 电流反馈：反馈信号电流反馈：反馈信号xf与输出电流成比例，即与输出电流成比例，即xf=Fio 并联结构并联结构 串联结构串联结构 7.1.5 电压反馈与电流反馈电压反馈与电流反馈 判断方法：负载短路法判断方法：负载短路法 将将负载负载短路，反馈量仍然存在短路，反馈量仍然存在电流反馈。电流反馈。 将将负载负载短路（未接负载时输出对

41、地短路），反馈量为零短路（未接负载时输出对地短路），反馈量为零 电压反馈。电压反馈。 电压反馈电压反馈电流反馈电流反馈 反馈通路反馈通路 反馈通路反馈通路 经验法：若反馈网络在输出回路直接连接输出结点是经验法：若反馈网络在输出回路直接连接输出结点是 电压反馈，在输出端连接的不是输出结点是电流反馈。电压反馈，在输出端连接的不是输出结点是电流反馈。 7.2 负反馈放大电路的四种组态负反馈放大电路的四种组态 7.2.2 电压并联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路 7.2.3 电流串联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路 7.2.4 电流并联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路 7.2.1 电压串联

42、负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路 反馈组态判断举例（交流）反馈组态判断举例（交流） 信号源对反馈效果的影响信号源对反馈效果的影响 7.2.1 电压串联负反馈放大电路电压串联负反馈放大电路 输入以电压形式求和输入以电压形式求和（KVLKVL）： vid id= =vi i- - vf f 稳定输出电压稳定输出电压 特点：特点： 电压控制的电压源电压控制的电压源 RLvovfvid(=vivf) vo 7.2.2 电压并联负反馈放大电路电压并联负反馈放大电路 输入以电流形式求和输入以电流形式求和（KCLKCL）： iid id= =ii i- -if f 稳定输出电压稳定输出电压 电流控制的电

43、压源电流控制的电压源 特点：特点： 7.2.3 电流串联负反馈放大电路电流串联负反馈放大电路 输入以电压形式求和输入以电压形式求和（KVLKVL）： vid id= =vi i- - vf f 稳定输出电流稳定输出电流 电压控制的电流源电压控制的电流源 特点：特点： RL io vf (=ioRf ) vi一定时 vi d io 7.2.4 电流并联负反馈放大电路电流并联负反馈放大电路 输入以电流形式求和输入以电流形式求和（KCLKCL）： iid id= =ii i- -if f 稳定输出电流稳定输出电流 电流控制的电流源电流控制的电流源 特点：特点： 电压负反馈：电压负反馈：稳定输出电压，

44、具有恒压特性稳定输出电压，具有恒压特性 串联反馈：串联反馈：输入端电压求和（输入端电压求和（KVLKVL） 电流负反馈：电流负反馈：稳定输出电流，具有恒流特性稳定输出电流，具有恒流特性 并联反馈：并联反馈：输入端电流求和（输入端电流求和（KCLKCL） 特点小结：特点小结： 7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式 1. 闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式 2. 反馈深度讨论反馈深度讨论 3. 环路增益环路增益 1. 闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式 开环增益开环增益 id o x x A = = o f x x F = =反馈系数反馈系数 i o f

45、 x x A = =闭环增益闭环增益 因为因为 fiid xxx = = 所以所以 i o f x x A = = fid o xx x = = FxAx x oo o / = = 已知已知 AF A = = 1 fidi xxx = = 闭环增益的一般表达式闭环增益的一般表达式 即即 AF A A = = 1 f 7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式 负反馈放大电路中各种信号量的含义负反馈放大电路中各种信号量的含义 7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式 2. 反馈深度讨论反馈深度讨论 一般负反馈一般负反馈 称为反馈深度称为反馈深

46、度)1(FA 时，时， 11 )1( FA ， F AA 时，时， 11 )2( FA 深度负反馈深度负反馈 正反馈正反馈时，时， 11 )3( FA ， F AA 自激振荡自激振荡时，时， 01 )4(= = FA ， F A 一般情况下，一般情况下，A和和F都是频率的函数，当考虑信号频率的影都是频率的函数，当考虑信号频率的影 响时，响时，Af、A和和F分别用分别用 、 和和 表示。表示。 f A A F 即即 FA A A = = 1 f end 7.3 负反馈放大电路增益的一般表达式负反馈放大电路增益的一般表达式 7.4 负反馈对放大电负反馈对放大电 路性能的影响路性能的影响 7.4.2

47、 减小非线性失真减小非线性失真 7.4.3 抑制反馈环内噪声抑制反馈环内噪声 7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 7.4.1 提高增益的稳定性提高增益的稳定性 负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增负反馈对放大电路性能的改善，是以牺牲增 益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。益为代价的，且仅对环内的性能产生影响。 串联负反馈串联负反馈 并联负反馈并联负反馈 电压负反馈电压负反馈 电流负反馈电流负反馈 特别注意表特别注意表7.4.1的内容的内容 增大输入电阻增大输入电阻 减小输入电阻减小输入电阻 减小输出电阻，稳定输出电压减小输出电阻，稳定输出电压 增大输出电阻，稳

48、定输出电流增大输出电阻，稳定输出电流 7.4.4 对输入电阻和输出电阻的影响对输入电阻和输出电阻的影响 end 7.5 深度负反馈条件下深度负反馈条件下 的近似计算的近似计算 1. 深度负反馈的特点深度负反馈的特点 2. 举例举例 1. 深度负反馈的特点深度负反馈的特点 即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关即，深度负反馈条件下，闭环增益只与反馈网络有关 11 FA 由于由于 FA A A = = 1 f 则则 FFA A 1 = = 又因为又因为 i o f X X A = = o f X X F = =代入上式代入上式 if XX 得得（也常写为（也常写为 xf f xi i） ）

49、 0 fiid = =XXX 净输入量近似等于零净输入量近似等于零 由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路由此可得深度负反馈条件下，基本放大电路“两虚两虚”的概念的概念 输入量近似等于反馈量输入量近似等于反馈量 （xid id 0 ） ） 1. 深度负反馈的特点深度负反馈的特点 串联负反馈，输入端电压求和串联负反馈，输入端电压求和 0 i id id = = r i v 深度负反馈条件下深度负反馈条件下 xid id= = xi i - - xf f 0 虚短虚短 虚断虚断 虚短虚短 虚断虚断 并联负反馈，输入端电流求和并联负反馈，输入端电流求和 vid id= = vi i - - vf f

50、 0 iid id= = ii i - - if f 0 vid id= = iid id ri i 0 8.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题 2. 功率放大电路提高效率的主要途径功率放大电路提高效率的主要途径 1. 功率放大电路的特点及主要研究对象功率放大电路的特点及主要研究对象 8.0 功率放大电路概述功率放大电路概述 能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为 功率放大电路功率放大电路，简称，简称功放功放。 功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯 追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的追求输

51、出大电流，而是追求在电源电压确定的 情况下，输出尽可能大的功率。情况下，输出尽可能大的功率。 功放电路的要求：功放电路的要求：Pomax 大大，三极管极限工作三极管极限工作 = Pomax / PV 要高要高 失真要小失真要小 一、主要技术指标一、主要技术指标 1.最大输出功率最大输出功率Pom 功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是 交流功率，表达式为交流功率，表达式为PoIoUo。 最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能 获得的最大交流功率获得的最大交流功率 2.转换效率转换

52、效率 功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之 比。比。直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积。 3.最大输出电压最大输出电压Vom 二、功率放大电路中的晶体管二、功率放大电路中的晶体管 在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求 晶体管工作在极限应用状态。晶体管工作在极限应用状态。 选择功放管时选择功放管时，要注意极限参数的选择，还要注意其，要注意极限参数的选择，还要注意其散散 热条件热条件，使用时必须安装合适的散热片和，使用时必须安装合适的散热片和

53、各种保护措施各种保护措施。 晶体管集电极电流最大时接近晶体管集电极电流最大时接近ICM （集电极最大允许电流）（集电极最大允许电流） 晶体管管压降最大时接近晶体管管压降最大时接近V（ （BR）CEO 晶体管耗散功率最大时接近晶体管耗散功率最大时接近PCM（集电极最大（集电极最大 允许耗散功率）允许耗散功率） 三、功率放大电路的分析方法三、功率放大电路的分析方法 采用图解法采用图解法 四种工作状态四种工作状态 根据正弦信号整个周期内三根据正弦信号整个周期内三 极管的导通情况划分极管的导通情况划分 乙类：乙类：导通角等于导通角等于180 甲类：甲类：一个周期内均导通一个周期内均导通 甲乙类：甲乙类

54、：导通角大于导通角大于180 8.2 射极输出器射极输出器甲类放大的实例甲类放大的实例 简化电路简化电路 带电流源详图的电路图带电流源详图的电路图 特点：特点：电压增益近似为 电压增益近似为1，电流增益很大，可获得较大的功，电流增益很大，可获得较大的功 率增益，输出电阻小，带负载能力强。率增益，输出电阻小，带负载能力强。 8.3 乙类双电源互补对称乙类双电源互补对称 功率放大电路功率放大电路 8.3.2 分析计算分析计算 8.3.1 电路组成电路组成 8.3.3 功率功率BJT的选择的选择 8.3.1 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路 1. 电路组成电路组成 由一对

55、由一对NPN、PNP特性相同特性相同 的互补三极管组成，采用正、负的互补三极管组成，采用正、负 双电源供电。这种电路也称为双电源供电。这种电路也称为 OCL(Output Capacitorless)互互 补功率放大电路。补功率放大电路。 2. 工作原理工作原理 两个三极管在信号正、负两个三极管在信号正、负 半周轮流导通，使半周轮流导通，使负载得到一负载得到一 个完整的波形。个完整的波形。 3. 分析计算分析计算 Q iC1 O VCC vCE1 iB =常数常数 Icm1 A VCES Vom B iC1 Q iB =常数常数 O vCE iC2 O VCES VCES B A Icm 2I

56、cm Vom 2Vom 图解分析图解分析 3. 分析计算分析计算 （1）最大不失真输出功率）最大不失真输出功率Pomax L 2 CC L 2 CESCC L 2 CESCC omax 2 2 )( ) 2 ( = R V R VV R VV P = = 实际输出功率实际输出功率Po L 2 om L omom ooo 2 22 = R V R VV IVP= = = = iC1 iC2 Icm 2Icm Q VCES iB =常数常数 Vom 2Vom VCES O O vCE B A 因电压增益近似为因电压增益近似为1，当输，当输 入信号足够大，入信号足够大，VCES很小很小 时时,使使

57、Vim=Vom VCC时，时，可可 获得最大功率输出。获得最大功率输出。 3. 分析计算分析计算 单个管子在半个周期内的管耗单个管子在半个周期内的管耗 )(d )( 2 1 = 0 L o oCCT1 t R v vVP （2）管耗）管耗PT 两管管耗两管管耗 )d( sin )sin( 2 1 0 L om omCC t R tV tVV = = )d( )sinsin( 2 1 0 2 L 2 om L omCC tt R V t R VV = = ) 4 ( 1 2 omomCC L VVV R = = = = T2T1T =PPP) 4 ( 2 2 omomCC L VVV R 最大管

58、耗与最大输出功率的关系：最大管耗与最大输出功率的关系： ) 4 ( 1 2 omomCC L 1 VVV R P T = = 因为：因为： 令令dPT1/dVom=0， 则：则： 4 omCC VV = = 即：当即：当 时，具有最大管子功耗。时，具有最大管子功耗。 CCCCom 6 . 0 2 VVV = = = = 4 ) 2 ( 2 1 2 CC 2 CC L 1 VV R P mT L R VVV R 2 CC 22 2 CC 2 2 CC L 1 21 = = = = L 2 CC omax 2 R V P 因因为为 om 2 2 T1m 2 . 0 1 P R V P L CC =

59、 = 选管依据之一选管依据之一 3. 分析计算分析计算 （3）电源供给的功率）电源供给的功率PV = = ToV =PPP L omCC 2 R VV 当当 时，时， CCom VV 2 L 2 CC Vm R V P = = （4）效率）效率 CC om V o 4 = V V P P = = 当当时，时， CCom VV % 78.5 4 = = L 2 om L omom ooo 2 22 = R V R VV IVP= = = = 因为因为: ) 4 ( 2 2 omomCC L VVV R =PT (3)通过通过BJT的最大集电极电流为的最大集电极电流为VCCRL，所选，所选BJT的

60、的ICM一一 般不宜低于此值。般不宜低于此值。 5、功率、功率BJT的选择：的选择： 由上面的分析知，若想得到最大输由上面的分析知，若想得到最大输 出功率，出功率，BJT的参数必须满的参数必须满 足下列条件：足下列条件： (1)每只每只BJT的最大允许管耗的最大允许管耗PCM必须大于必须大于PTlm 0.2Pom； (2)考虑到当考虑到当T2导通时，当导通时，当-vCE2 0时，时，vCE1具有最大值，且等具有最大值，且等 于于2VCC。因此，应选用。因此，应选用 V(BR)CEO 2VCC的管子；的管子； 8.4 甲乙类互补对称功率甲乙类互补对称功率 放大电路放大电路 8.4.2 甲乙类单电