模拟电子技术课件(完整版)

1、模拟电子技术第1章 半导体器件第2章 基本放大器 第3章 负反馈放大器 第4章 模拟集成电路 第5章 低频功率放大器 第6章 信号产生电路 第7章 直流稳压电源 模拟电子技术第1章 半导体器件教学目的 了解半导体的导电特性。 理解PN结的形成机理，掌握PN结的主要特性。 理解BJT和FET的工作原理，掌握其主要特性及参数。第1章 半导体器件1.1 半导体1.2 PN结与二极管1.3 晶体三极管1.4 场效应管第1章 半导体器件1.1 半导体1.1.1 本征半导体1.1.2 掺杂半导体1.1 半导体 在电子技术领域，常用的半导体材料有硅（Si）和锗（Ge）。它们都是四价元素，在元素表中分别是14

2、号和32号元素。某一元素的导电特性主要与其价电子有关，因此，四价原子的结构图如图所示。 四价原子结构简化图1.1.1 本征半导体 1本征半导体的晶体结构 纯净而且结构完整的半导体称为本征半导体。 如图（a）所示的现象称为价电子的共有化运动。 图（b）所示，是共价键示意图。1.1.1 本征半导体（a）价电子的共有化运动（b）共价键示意图 图 价电子的共有化及共价键 1.1.1 本征半导体 每个硅或锗原子都有四个价电子，它们可以与相邻的四个原子形成完整的共价键。从而使半导体的所有原子通过共价键的作用，紧密地结合在一起，形成一个坚固的晶体，如图所示。本征半导体的晶体结构示意图1.1.1 本征半导体

3、2本征半导体的导电特性 本征半导体中有自由电子和空穴两种载流子，如图所示。图中的空心圈代表空穴，键外的黑点代表自由电子。 本征半导体的自由电子和空穴1.1.2 掺杂半导体 1N型半导体 在本征半导体中掺入微量的五价元素，如磷、砷、锑等，就形成N型半导体。由于掺入的五价元素微量，所以，半导体的晶体结构基本不变，只是在个别的位置上，某个硅（或锗）原子被五价原子取代，如图所示。N型半导体晶体结构示意图 2P型半导体 在本征半导体中掺入微量的三价元素，如硼、铝、铟等，就形成P型半导体。由于掺入的三价元素微量，所以，半导体的晶体结构基本不变，只是在个别的位置上，某个硅（或锗）原子被三价原子取代，如图所示

4、。P型半导体晶体结构示意图 1.1.2 掺杂半导体1.1.2 掺杂半导体 3掺杂半导体的温度特性 掺杂半导体的多数载流子浓度受温度的影响很小，主要由掺杂浓度决定。 掺杂半导体中的少数载流子完全由热激发产生。温度发生变化，热激发与复合的程度都会随之变化，因此，掺杂半导体中的少子浓度受温度的影响很大。1.2 PN结与二极管 1.2.1 PN结的形成 1.2.2 PN结的偏置方式 1.2.3 PN结的单向导电特性 1.2.4 PN结的击穿特性 1.2.5 PN结的电容效应 1.2.6 常用二极管 1.2.7 其他二极管1.2.1 PN结的形成 当P型半导体与N型半导体紧密地结合在一起时，由于在交界面

5、两侧，空穴与自由电子都存在着很大的浓度差。因此，两者都必将产生扩散运动，P区的多子空穴向N区扩散，并且与N区的自由电子复合；N区的多子自由电子向P区扩散，并且与P区的空穴复合，如图1（a）所示。 1.2.1 PN结的形成 当自建电场力等于浓度差产生的扩散力时，多子的扩散被阻止。空间电荷的数量不再变化，空间电荷区的宽度也不再变化，这样PN结便形成了，如图1（b）所示。 图1 PN结的形成 1.2.2 PN结的偏置方式 由于PN结的耗尽层中几乎无载流子，所以呈现出很大的电阻。当PN结接有外加电压时，外加电压几乎全部降落在耗尽层两端。 若外加电压使PN结的P区电位高于N区电位，则称PN结被正向偏置，

6、简称PN结正偏。其端电压称为正向偏置电压，简称正偏压或正向电压。这种偏置方式也称做：给PN结加正向电压。1.2.2 PN结的偏置方式 若外加电压使PN结的P区电位低于N区电位，则称PN结被反向偏置，简称PN结反偏。其端电压称为反向偏置电压，简称反偏压或反向电压。这种偏置方式也称做：给PN结加反向电压。 若外加电压使PN结的P区电位和N区电位相等，则称PN结被零偏置，简称PN结零偏。这种情况，相当于没有给PN结加电压。1.2.3 PN结的单向导电特性 PN结的偏置方式不同，表现出的特性也不同。 1PN结的正偏特性，如图2（a）所示。 2PN结的反偏特性, 如图2（b）所示。图2 PN结的单向导电

7、特性 1.2.3 PN结的单向导电特性 当PN结正偏时，有较大的电流流过PN结；PN结反偏时，流过PN结的电流几乎为零。即PN结只允许电流沿着一个方向流通。这一特性称做PN结的单向导电特性。 由半导体物理学可知，室温下流过PN结的电流iD与其端电压uD之间的关系为 (安培) 1.2.4 PN结的击穿特性PN结反偏时，若其反偏压在一定范围内变化，则其反向电流基本保持一个较小的值不变。但是，当反偏压超过某一个值后，反向电流会急剧增大，这种现象称做PN结被击穿。PN结发生击穿时的反偏压称为PN结的击穿电压，记作UBR。造成PN结击穿的机理有以下两种。雪崩击穿齐纳击穿1.2.5 PN结的电容效应 从结

8、构上看，PN结相当于两个导电板之间夹着一层绝缘介质，与普通的平板电容器非常相似。当PN结两端接有交变电压时，必定呈现出一定程度的电容效应，称之为PN结的结电容，记作Cj。其容量在几皮法到几百皮法之间。 若外加电压变化，PN结的耗尽层宽度就会变化，相当于两个导电板的间距发生变化，因此，Cj也随之变化，所以，Cj是非线性电容。1.2.6 常用二极管 1二极管的结构及电路符号 PN结装上外壳和电极即构成二极管。图3（a）、（b）、（c）是几种常用二极管的外形图，图3（d）是其电路符号。电路符号图中，短竖线代表N区，箭头代表P区，箭头方向是正向电流的实际流通方向。连接P区的引线称为正极（或阳极），连接

9、N区的引线称为负极（或阴极）。1.2.6 常用二极管图3 二极管的外形图及电路符号1.2.6 常用二极管 2二极管的伏安特性曲线 二极管的伏安特性，是指流过二极管的电流与其端电压之间的对应关系。 如图是常用二极管的典型伏安特性曲线。图 二极管伏安特性曲线1.2.6 常用二极管正向特性反向特性温度对伏安特性的影响 3二极管的主要参数最大整流电流IFM最高反向工作电压URWM最大反向电流IRM1.2.6 常用二极管最高工作频率fM直流电阻RD 二极管两端的直流电压与流过二极管的直流电流之比，称为二极管的直流电阻。即交流电阻 二极管在工作点Q处的电压和电流的微变量之比，称为二极管在工作点Q处的交流电

10、阻。1.2.6 常用二极管 即 4二极管的基本应用限幅电路 图4（a）是用二极管构成的上限幅电路（假设二极管具有理想特性）。图4（b）是该电路在ui=5SintV时，对应的输出电压波形。 1.2.6 常用二极管 图4 二极管上限幅电路及波形 1.2.6 常用二极管电平选择电路 图5（a）、5（b）分别是用二极管构成的高电平选择电路和低电平选择电路。 图5 电平选择电路 1.2.7 其他二极管 1稳压二极管 稳压二极管的电路符号及伏安特性曲线如图所示。图 稳压二极管的符号及特性曲线 1.2.7 其他二极管 稳压二极管的主要参数如下：稳定电压UZ稳定电流IZ最大稳定电流IZmax最大允许功耗PZM

11、交流电阻（动态电阻）UZ的温度系数1.2.7 其他二极管 2变容二极管 变容二极管是利用PN结的电容效应制成的，其电路符号如图所示。图 变容二极管的电路符号 1.2.7 其他二极管 3发光二极管 发光二极管简称LED，它是一种把电能转换成光能的半导体器件，其电路符号如图所示。图 发光二极管的电路符号1.2.7 其他二极管 4光电二极管 光电二极管是一种把光信号转换为电信号的半导体器件。其结构与普通二极管相似，只是在管壳上留有一个光线入射窗口，其电路符号如图所示。 图 光电二极管的电路符号 1.2.7 其他二极管 5光电耦合器件 将发光二极管和光电二极管组合起来，可构成二极管型的光电耦合器件，如

12、图所示。 图 光电耦合器件的电路符号 1.3 晶体三极管 1.3.1 三极管的结构及工作状态 1.3.2 三极管的电流放大特性（以NPN管为例） 1.3.3 三极管的伏安特性曲线 1.3.4 三极管的主要参数 1.3.5 三极管的温度特性1.3 晶体三极管 常用三极管的外形如图所示，前三种是小功率管，最后一种是低频大功率管；图（c）是塑胶外壳管，其他三种为金属外壳管。 图 几种半导体三极管的外形1.3.1 三极管的结构及工作状态 三极管的结构示意图和电路符号如图所示。 图 三极管的结构示意图和电路符号1.3.1 三极管的结构及工作状态 三极管的工作状态由两个PN结的偏置方式决 定，如表所示。发

13、射结的偏置集电结的偏置三极管的工作状态正偏反偏放大状态正偏正偏饱和状态反偏反偏截止状态反偏正偏倒置状态表 三极管的偏置方式及工作状态1.3.2 三极管的电流放大特性（以NPN管为例） 三极管在放大状态下，有很强的电流放大能力，其放大原理可用图来说明。 图 放大状态下晶体管内载流子的运动和各极电流1.3.2 三极管的电流放大特性（以NPN管为例） 1放大状态下三极管内部载流子的运动过程 2放大状态下三极管各极电流之间的关系由上图可知公式(A)：公式(A)1.3.2 三极管的电流放大特性（以NPN管为例） 定义：发射极电流中，传输到集电极的分量和在基区被复合的分量之比，称为三极管的共射极直流电流放

14、大系数，记作，由上公式可知公式(B) ：公式(B)1.3.2 三极管的电流放大特性（以NPN管为例） 小功率三极管的值在20200之间。 由公式(A)和公式(B)式可得： = 1.3.2 三极管的电流放大特性（以NPN管为例） 三极管在放大状态下，若发射结正偏压变化，则各极电流也随之变化。可见，应当把三极管的各极电流视为变量。因此，各极电流用瞬时值符号表示较为恰当。集电极反向饱和电流ICBO，只要温度不变，其值基本不变，仍宜用直流符号表示。这样，三极管在放大状态下的各极电流的关系可表示如下：1.3.2 三极管的电流放大特性（以NPN管为例）1.3.2 三极管的电流放大特性（以NPN管为例） 因

15、为ICBO数值很小，一般情况下都将其忽略，忽略ICBO后，即可得出如下常用关系式： 公式表明，iC约为iB的倍，iE约为iB的（1+）倍，而又远大于1，由此可知，三极管具有很强的电流放大能力。1.3.3 三极管的伏安特性曲线 三极管有三个电极：一个用来输入信号，一个用来输出信号，还有一个用做输入、输出信号的公共电极。如图是三极管共射极特性曲线测试电路。图 三极管共射极特性曲线测试电路 1.3.3 三极管的伏安特性曲线 1输入特性曲线 输入特性描述的是基极电流iB和“基射”电压uBE及“集射”电压uCE之间的对应关系。其中，iB是因变量，uBE是自变量，uCE是参变量。即1.3.3 三极管的伏安

16、特性曲线 测试时，先固定uCE等于常数U1，再令uBE按一定的规律变化，并测出iB的对应值，即可画出一条uCE=U1的一条“iBuBE”关系曲线。依此方法，再固定uCE=U2，即可画出uCE=U2的一条“iBuBE”关系曲线，这样便得到如图所示的共射极输入特性曲线。 图 三极管的输入特性曲线 1.3.3 三极管的伏安特性曲线 由上图看出，uCE1V时，随着uCE的增大，曲线略向右移。表明在uBE不变的情况下，随着uCE的增大，iB略有减小。这是因为uCE增大，集电结耗尽层变宽，使基区宽度变窄，由发射区扩散到基区的载流子穿越基区所需要的时间减少，复合量下降，使iB减小。这种现象称为基区宽度变化效

17、应，简称基宽效应。一个合格的三极管，其基宽效应微弱，所以，uCE1V后，各条曲线几乎重合在一起。在实际工作中，只测出uCE1V的一条输入特性曲线即可。 1.3.3 三极管的伏安特性曲线 2输出特性曲线 输出特性是以iB为参变量时，iC与uCE的对应关系。即 测试时，先固定iB为某一常数I1，再令uCE按一定的规律变化，并测出iC的对应值，即可画出iB=I1的一条“iCuCE”关系曲线。依照此法又可以画出“iB=I2”的一条iCuCE关系曲线这样即可得到下图所示的输出特性曲线。1.3.3 三极管的伏安特性曲线图 晶体三极管的输出特性曲线在工程上，把输出曲线分成三个区域：截止区、饱和区、放大区。1

18、.3.4 三极管的主要参数 1电流放大系数共射极直流电流放大系数1.3.4 三极管的主要参数共射极交流电流放大系数1.3.4 三极管的主要参数共基极直流电流放大系数1.3.4 三极管的主要参数共基极交流电流放大系数1.3.4 三极管的主要参数 2极间反向电流集电极反向饱和电流ICBO集电极穿透电流ICEO 3极限参数集电极最大允许功率损耗PCM集电极最大允许电流ICM击穿电压1.3.5 三极管的温度特性 1温度对的影响 温度升高，则增大。 2温度对ICBO和ICEO的影响 温度升高，则ICBO增大。 3温度对门限电压UBE(on)的影响 温度升高，则门限电压UBE(on)减小，输入特性曲线向左

19、平移。1.4 场效应管1.4.2 绝缘栅场效应管（IGFET）1.4.3各种场效应管的符号及特性比较1.4.4场效应管的主要参数1.4.5场效应管的温度特性1.4.1 结型场效应管（JFET） 1结构及符号 结型场效应管简称JFET，有N沟道JFET和P沟道JFET两种，其结构示意图及电路符号如图所示。图 JFET的结构示意图及符号1.4.1 结型场效应管（JFET） 2工作原理（以NJFET为例）“栅源”电压uGS对沟道宽度的控制利用“栅源”电压uGS可以有效地控制沟道宽度，进而控制沟道纵向电阻RDS。夹断电压的定义：使沟道被夹断，所需要的绝对值最小的“栅源”电压称为夹断电压，记作UGS(o

20、ff)。1.4.1 结型场效应管（JFET）“漏源”电压uDS对沟道的影响 设uGS=0，uDS由0变正。在uDS的作用下，沟道内各点的电位都不相同。uDS0时，沟道内从源极到漏极各点的电位逐渐升高，因此，越靠近漏极处，PN结的反偏压越大，耗尽层越宽，从而使导电沟道上窄下宽，如图6（a）所示。1.4.1 结型场效应管（JFET）图 6 （a）（b）（c）1.4.1 结型场效应管（JFET） 逐渐增大uDS，则靠近漏极处的沟道逐渐变窄。当 时，靠近漏极处，两个PN结 的耗尽层相连，如图6（b）所示，这种情况称为临界夹断。此后，再继续增大uDS，则夹断区逐渐向源极方向延伸，如图6（c）所示，这种情

21、况叫局部夹断或预夹断。1.4.1 结型场效应管（JFET） 由上图看出，源极一端的沟道电位总是等于0，所以，只要 ，不管uDS多大，源 极一端的沟道都不会被夹断。uGS对漏极电流iD的控制 在漏极和源极之间，加上一个足够大的正电压uDS，这时就会有漏极电流iD流过导电沟道。利用uGS能够有效地控制漏极电流iD的大小。1.4.1 结型场效应管（JFET） 3伏安特性曲线输出特性曲线 以uGS作为参变量，iD与uDS之间的关系曲线，称为输出特性曲线，如图7（b）所示。其表达式为：1.4.1 结型场效应管（JFET）图7 JFET的伏安特性曲线1.4.1 结型场效应管（JFET） 由图7（b）看出，

22、位于曲线的起始部分，每条曲线都有一个拐点，称为临界夹断点，此时，两个PN结靠近漏极的耗尽层刚刚相连。PN结在夹断点的偏置电压为： 即:1.4.1 结型场效应管（JFET） 各条曲线临界夹断点的横坐标由上式决定。连接各个临界夹断点的曲线，称为临界夹断线。 根据输出曲线各部分的特点，可以将其分为四个区域：可变电阻区、恒流区、击穿区和截止区。转移特性曲线 以uDS为参变量时，iD与uGS之间的关系曲线称为转移特性曲线。其表达式为：1.4.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 如图是N沟道IGFET的结构示意图。 图 绝缘栅场效应管的结构示意图 1.4.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 1N沟道耗尽型IG

23、FET（有原始导电沟道）结构及符号 如图是N沟道耗尽型IGFET的结构示意图和符号。 图 N沟道耗尽型IGFET的结构示意图及符号 1.4.2 绝缘栅场效应管（IGFET）工作原理及伏安特性 2N沟道增强型IGFET（无原始导电沟道）如图是N沟道增强型MOS场效应管的结构示意图及符号。图 N沟道增强型MOS场效应管的结构示意图及符号场 1.4.2 绝缘栅场效应管（IGFET）导电沟道的形成 把源极与衬底短接，并在栅极与源极之间接一个uGS正电压，如图所示。图 N沟道增强型MOS场效应 管的导电沟道的形成1.4.2 绝缘栅场效应管（IGFET）工作原理和伏安特性 导电沟道形成后，在漏极和源极之间

24、加上uDS正电压，沟道中就有电流流通，在外电路中形成漏电电流iD，当uDS足够大时，在靠近漏极处，也会发生局部夹断，如下图所示。改变uGS，则沟道宽度及沟道电阻也随之改变，漏极电流iD也随之变化。1.4.2 绝缘栅场效应管（IGFET）图 uDS增大，沟道被局部夹断（预夹断）情况 1.4.2 绝缘栅场效应管（IGFET） 下图是N沟道增强型MOS场效应管的伏安特性曲线。 图 N沟道增强型MOS场效应管的特性曲线1.4.3各种场效应管的符号及特性比较 各种FET的符号、工作电流与电压的实际方向以及伏安特性如表所示。1.4.3各种场效应管的符号及特性比较1.4.4场效应管的主要参数 1直流参数饱和

25、漏极电流IDSS夹断电压UGS(off)开启电压UGS(th)直流输入电阻RGS1.4.4场效应管的主要参数 2交流参数交流输入电阻极间电容低频跨导gm1.4.4场效应管的主要参数 3极限参数漏极最大允许功率损耗PDM漏极最大允许电流IDM击穿电压1.4.5场效应管的温度特性 场效应管主要利用多数载流子导电（故称之为单极性晶体管）。常温下，多子浓度受温度的影响微小，所以场效应管具有很好的热稳定性。而且，场效应管还具有一个零温度系数点，如图所示。图 场效应管的零温度系数点 第2章 基本放大器第2章 基本放大器 教学目的 掌握放大器静态分析的图解法和公式法。 掌握放大器动态分析的图解法和等效电路法

26、。 理解静态工作点与输出信号波形的关系，以及稳定静态工作点的措施。 掌握三种基本放大器（指共射与共源、共集与共漏、共基与共栅放大器）的主要指标的计算方法及主要特点。 了解产生非线性失真的原因及克服的方法。 了解多级放大器的级间耦合方式及其特点，掌握多级放大器的指标与各个单级放大器的指标的关系。 了解直接耦合、阻容耦合放大器的频率特性。第2章 基本放大器2.1 放大器概述2.2 放大器的图解法分析2.3 偏置电路的解析法分析2.4 放大器的动态解析法分析2.5 场效应管放大器2.6 多级放大器2.7 放大器的频率特性概述2.1 放大器概述2.1.1 放大器的构成原则2.1.2 晶体管的工作点2.

27、1.3 放大器的主要指标2.1.4 直流通路和交流通路2.1.5 放大器的分析方法2.1.1 放大器的构成原则 构成一个放大器必须遵循的三条原则是：（放大元件（指BJT或FET）必须工作在放大状态。输入信号必须能够传输到放大元件的控制端，即BJT的发射结两端或FET的栅极与源极之间。放大后的信号必须能够传输给负载。 以上三条原则，只要有一条不满足，放大器就不能正常放大。下图是一个最简单的放大电路。2.1.1 放大器的构成原则+CC：是直流电源。RB：叫基极偏流电阻。RC：叫集电极直流负载电阻，简称集电极电阻。RS、US：是信号源的内阻与电动势。RL：叫负载电阻。C1、C2：叫耦合电容。图 简单

28、放大电路 2.1.2 晶体管的工作点 1静态与静态工作点 当交流输入信号为零时，放大器在直流电源单独作用下，各电流、电压的大小和方向恒定不变，这种状态称为静态。静态下，晶体管的各极电流、电压值，在伏安特性曲线上决定的点，称为静态工作点。该点记作Q。 2动态与瞬时工作点 放大器在交流输入信号和直流电源的共同作用下，各电流、电压都随输入信号的改变而变化，这种状态称为动态。2.1.3 放大器的主要指标2.1.3 放大器的主要指标 交流输入电阻ri：它是放大器对信号源呈现的等效电阻。在数值上ri由下式决定：2.1.4 直流通路和交流通路 如图所示分别为放大器的直流通路和交流通路。图 简单放大器的直流和

29、交流通路 2.1.5 放大器的分析方法 析放大器的方法有图解法和解析法两种。图解法是在晶体管的伏安特性曲线上，通过作图，求得静态工作点以及各极电流、电压波形，由此分析放大器的性能。解析法是利用电路理论以及晶体管各极电流、电压关系来求解放大器的各项指标。2.2 放大器的图解法分析2.2.1 静态分析2.2.2 动态分析2.2.1 静态分析 1求静态工作点 图解法求静态工作点的步骤为：画出直流通路。求出静态。列出集电极回路的直流电压方程直流负载方程。在输出特性曲线上画出直流负载线，它与 的那条输出曲线的交点即为静态工作点Q，其纵、横坐标值即为ICQ和UCEQ。2.2.1 静态分析 2电路参数对Q点

30、的影响 为使晶体管具有合适的Q点，必须恰当地选取电路参数。为此，必须熟悉各个电路参数对Q点的影响，如图所示。RB对Q点的影响RC对Q点的影响图 电路参数对Q点的影响 2.2.2 动态分析 1动态分析的基本步骤求静态值IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ。求uBE的瞬时值表达式，并画出uBE的瞬时值波形。然后利用输入特性曲线，画出iB的瞬时值波形。画交流负载线。画、及的波形。2.2.2 动态分析 2静态工作点与输出电压波形的关系 若Q点设置得太低，在输入伏安特性曲线上，信号的负半周有一部分瞬时工作点在门限电压以下，晶体管进入截止区，使iB波形的负半周被“削”去一部分，结果使iC的负半周和uCE的正

31、半周也相应地被“削”去一部分，造成输出电压uo（uCE的交流分量）的波形出现顶部失真，如图所示。这种失真是由于晶体管的部分瞬时工作点进入截止区引起的，所以称为截止失真。克服截止失真的措施是减小RB，以便增大IBQ，使Q点沿着直流负载线上升，远离截止区。2.2.2 动态分析 图 Q点太低引起的截止失真 2.2.2 动态分析 若Q点设置得太高，尽管iB波形完好，但是在输出伏安特性曲线上，对应于iB的正半周，部分瞬时工作点进入饱和区，使iC的正半周和uCE的负半周被“削”去一部分，造成输出电压uo（uCE的交流分量）的波形出现底部失真，如图所示。这种失真是由于部分瞬时工作点进入饱和区引起的，所以称为

32、饱和失真。克服饱和失真的方法是增大RB，以便减小IBQ，使Q点沿着直流负载线下降，远离饱和区。2.2.2 动态分析 图 Q点太高引起的饱和失真2.2.2 动态分析 Q点设置得太高，除了会引起饱和失真外，还会引起另一种失真。当部分瞬时工作点 进入的区域（但远离饱和区）时，也会产生明显的失真。因为 后，随着 iC的增大，曲线间隔急剧减小（即急剧减小），使iC正半周的幅度小于负半周的幅度，而输出电压uo（uCE的交流分量）的负半周的幅度小于正半周的幅度，如下图所示。克服这种失真的方法是增大RB，使Q点降低。2.2.2 动态分析 引起的失真 2.2.2 动态分析 晶体管的饱和特性与截止特性，使放大器所

33、能输出的最大不失真电压幅度受到限制，如图所示。 图 最大不失真输出电压 2.3 偏置电路的解析法分析2.3.1 固定偏置电路2.3.2 电流负反馈偏置电路2.3.3 分压式电流负反馈偏置电路2.3.1 固定偏置电路 固定偏置电路如图所示，正确地选定各个元件值，可以使该电路处于放大状态，并且具有合适的静态工作点。图 固定偏置电路 2.3.1 固定偏置电路 当温度升高时，和ICBO都增大，并且UBE(on)减小。而UBE(on)减小，会使IBQ增大。当温度升高时，该电路的ICQ会明显增大，UCEQ会明显减小，使Q点向饱和区靠近；反之，温度降低时，会使Q点向截止区靠近。 2.3.2 电流负反馈偏置电

34、路 在固定偏置电路的发射极支路中，串接一个电阻RE，即构成电流负反馈偏置电路，如图所示。图 电流负反馈偏置电路 2.3.2 电流负反馈偏置电路 当温度升高使ICQ增大时，该偏置电路会自动进行如下调节过程（为方便，用“”表示增大，用“”表示减小）：2.3.3 分压式电流负反馈偏置电路 分压式电流负反馈偏置电路，简称分压式偏置电路。它是在电流负反馈偏置电路的基极与参考地之间接一个电阻RB2构成的，如图所示。图 分压式偏置电路 2.3.3 分压式电流负反馈偏置电路 当该电路满足 的条件时，其静态工作点就具有较高的稳定性。Q点稳定原理的数学分析。Q点稳定原理的定性说明。静态工作点的计算。2.4 放大器

35、的动态解析法分析2.4.1 晶体管放大状态下的低频简化微变等效电路2.4.2 三种基本放大器的动态分析2.4.1 晶体管放大状态下的 低频简化微变等效电路 低频：是指晶体管PN结结电容的影响可以忽略的频率范围。在此频率范围内，PN结的结电容的容抗趋近无穷大，可将其视为开路。 简化：指忽略uCE对iB和iC的影响，即认为放大状态下，输入特性曲线只有一条，输出特性曲线水平，并且间隔相等。 微变：是指输入信号变化幅度微小，这种信号叫小信号。2.4.1 晶体管放大状态下的 低频简化微变等效电路 在满足上述近似条件下，放大状态的晶体管，可以用下图所示的结构模型来描述。 图 晶体管放大状态下的低频简化微变

36、等效电路 2.4.2 三种基本放大器的动态分析 如图是共射极放大电路的基本形式 图 共射极基本放大电路 2.4.2 三种基本放大器的动态分析 下图是它的交流通路。 图 交流通路 2.4.2 三种基本放大器的动态分析 把交流通路中的晶体三极管用其微变等效电路取代，即为该放大器的微变等效电路，如图所示。 图 共射极基本放大电路的微变等效电路 2.4.2 三种基本放大器的动态分析输入电阻实际电路中，通常满足Rb rbe，所以电压放大倍数Au源电压放大倍数Aus2.4.2 三种基本放大器的动态分析 由下图所示的输入回路等效电路可知： 另外，Uo/Ui=Au，所以图 输入回路的等效电路 2.4.2 三种

37、基本放大器的动态分析电流放大倍数Ai输出电阻 2共集电极放大电路 共集电极放大器的典型电路(如图24（a）所示)。因为其输出电压uo从发射极输出，故又称之为射极输出器。(图24（b）)是它的交流通路。 2.4.2 三种基本放大器的动态分析图24 共集电极放大电路 2.4.2 三种基本放大器的动态分析 把交流通路中的三极管用其微变等效电路取代，就得到如图所示的共集电极放大器的微变等效电路。 图 共集电极放大电路的微变等效电路 2.4.2 三种基本放大器的动态分析输入电阻电压放大倍数Au源电压放大倍数Aus2.4.2 三种基本放大器的动态分析电流放大倍数Ai功率放大倍数Ap ApAi 1 输出电阻

38、ro2.4.2 三种基本放大器的动态分析 3共基极放大电路 共基极放大电路如图（a）所示。 共基极放大电路的交流通路如图（b）所示。图 共基极放大电路 2.4.2 三种基本放大器的动态分析 把交流通路中的三极管用其微变等效电路取代，就可得到该放大器的微变等效电路，如图所示。图 共基极电路的微变等效电路 2.4.2 三种基本放大器的动态分析输入电阻ri电压放大倍数Au源电压放大倍数Aus电流放大倍数Ai2.4.2 三种基本放大器的动态分析输出电阻 用外加电源法求共基极放大器的等效电路如图所示。的等效电路 求求 的等效电路 2.4.2 三种基本放大器的动态分析 4三种基本放大器的性能比较偏置方式交

39、流性能比较2.5 场效应管放大器2.5.1 静态分析2.5.2 动态分析2.5.3 FET放大器与BJT放大器的性能比较2.5.1 静态分析 场效应管放大器常用的偏置电路有自给偏压偏置电路和分压式电流负反馈偏置电路两种基本形式。 1自给偏压偏置电路 自给偏压偏置电路简称自给偏置电路或自偏压偏置电路。采用自给偏置电路的共源极放大器如图所示，其直流通路即为自给偏置电路。2.5.1 静态分析图 采用自给偏置的共源极放大器 2.5.1 静态分析 2分压式电流负反馈偏置电路 分压式电流负反馈偏置电路，简称分压式偏置电路，它适用于任何场效应管。 图所示为共源极放大器的直流通路，即为分压式偏置电路。 3增强

40、型IGFET放大器的静态分析图 采用分压式偏置电路的共源极放大器 2.5.2 动态分析 1场效应管的微变等效电路 场效应管的微变等效电路如图所示图 FET的微变等效电路 2.5.2 动态分析 2分析举例共源极放大器 场效应管共源极放大器如图所示，它类似于双极性晶体管的共射极放大器。图 场效应管共源极放大器 2.5.2 动态分析共漏极放大器源极输出器 共漏极放大器如图所示。因为从源极输出，故又称做源极输出器。它与双极性晶体管的射极输出器（即共集电极放大器）类似。图 源极输出器 2.5.2 动态分析共栅极放大器 共栅极放大器如图所示，它与共基极放大器类似。 图 共栅极放大器 2.5.3 FET放大

41、器与BJT 放大器的性能比较 FET放大器和BJT放大器一一对应共源对应共射；共漏对应共集；共栅对应共基。对应放大器的特性基本相同，只是如下指标在数值上有些差别。 1输入电阻 2 及 3输入电压动态范围 4热稳定性及抗辐射能力2.6 多级放大器2.6.1 级间耦合方式2.6.2 多级放大器的主要指标2.6 多级放大器 在实际电子设备中，为了获得足够大的放大倍数或者满足对输入电阻和输出电阻的特殊要求，需要把若干个基本放大器连接起来，组成多级放大器。多级放大器由输入级、中间级和输出级（也叫末级）组成，如图所示。图 多级放大器的组成方框图 2.6.1 级间耦合方式 1直接耦合 利用可以传输直流电的元

42、件或导线实现级间信号传输的耦合方式叫直接耦合。下图所示为几种简单的直接耦合放大器。图 简单的直接耦合放大器 2.6.1 级间耦合方式 2阻容耦合 阻容耦合放大器的示意图如图所示。它是利用外接耦合电容和后级放大器的输入电阻来实现级间信号传输的。图 阻容耦合示意图 2.6.1 级间耦合方式 3变压器耦合 变压器耦合放大器示意图如图所示。 它是利用变压器初级线圈和次级线圈之间的互感来实现级间信号传输的。图 变压器耦合示意图 2.6.2 多级放大器的主要指标 多级放大器的交流框图如图所示。图 多级放大器的交流框图 2.6.2 多级放大器的主要指标 1输入电阻 2输出电阻 3电压放大倍数 4源电压放大倍

43、数2.6.2 多级放大器的主要指标 5电压增益 放大器的电压增益 定义为： （dB） “dB”读作分贝，在不产生误会的情况下，也可以把电压放大倍数称做电压增益。对于多级放大器而言：2.7 放大器的频率特性概述2.7.1 频率失真（线性失真）2.7.2单级阻容耦合共射极放大器的频率特性2.7.3变压器耦合放大器的频率特性2.7.4直接耦合放大器的频率特性2.7.5多级放大器的幅频特性2.7.6 晶体管的高频参数2.7 放大器的频率特性概述 放大器的电压放大倍数与输入信号频率之间的对应关系称为放大器的频率特性，也称为频率响应。其数学表达式为： 或 2.7.1 频率失真（线性失真） 1幅度频率失真

44、2相位频率失真 3线性失真与非线性失真的区别 线性失真是由线性电抗元件引起的，失真波形中不会出现输入信号中没有的频率分量，只是各频率分量的幅度比例关系以及起始时间关系发生了变化。单一频率的正弦信号经放大器放大后不会产生线性失真。 非线性失真是由晶体管或场效应管的非线性特性引起的，失真波形中会出现输入信号中所没有的频率分量。2.7.2单级阻容耦合共射极 放大器的频率特性 单级阻容耦合共射极放大器的频率特性曲线如图所示。图（a）是幅频特性曲线，图（b）是相频特性曲线。图 单级阻容耦合共射极基本放大器的频率特性 2.7.2单级阻容耦合共射极 放大器的频率特性 1幅频特性 为分析方便，通常把幅频特性分

45、成三个区：中频区、低频区和高频区。 2相频失真 3阻容耦合共射极放大器的频率特性的定性说明。2.7.3变压器耦合放大器 的频率特性 变压器耦合放大器的频率特性与阻容耦合放大器的频率特性相似。主要区别是变压器耦合放大器的低频特性是由变压器的互感系数决定。2.7.4直接耦合放大器的频率特性 由于直接耦合放大器采用的耦合器件可以传输直流电，所以其下限频率fL=0。高频特性与阻容耦合放大器相同，其幅频特性曲线如图所示。 图 直接耦合放大器的幅频特性 2.7.4直接耦合放大器的频率特性 因为直接耦合放大器的下限频率fL=0，所以其带宽fBW=fH。 直接耦合放大器的低频特性要比阻容耦合和变压器耦合放大器

46、的低频特性好得多。所以高质量的音响放大器，无一例外的都采用直接耦合。2.7.5多级放大器的幅频特性 多级放大器的下限频率高于该多级放大器中任何一个单级放大器的下限频率；多级放大器的上限频率低于该多级放大器中任何一个单级放大器的上限频率；多级放大器的通频带一定比其任何一个单级放大器的通频带都要窄，如图所示。图 多级放大器与单级放大器的通频带的比较 2.7.6 晶体管的高频参数 由于晶体管具有PN结结电容，所以其和都会随频率变化而变化。的幅频特性如图所示，图中o是共射极低频电流放大系数。图2-65 图2-65 的幅频特性2.7.6 晶体管的高频参数 1共射极截止频率（截止频率） 2特征频率 3共基

47、极截止频率 （截止频率） 同样一只晶体管，接成共基极电路的通频带，要比接成共射极电路的通频带宽得多。第3章 负反馈放大器第3章 负反馈放大器 教学目的 理解反馈原理、反馈类型及其判定方法。 掌握负反馈对放大器性能的影响。 掌握四种基本负反馈组态的特点。第3章 负反馈放大器3.1反馈的基本概念3.2负反馈对放大器性能的影响第3章 负反馈放大器3.1.1什么是反馈3.1.2反馈放大器的基本关系式3.1.3反馈机理3.1.4反馈类型及其判定方法3.1.5反馈放大器的四种基本组态3.1.1什么是反馈 所谓反馈，就是把放大器输出信号的一部分或者全部取出来，通过指定的电路送回到输入端的过程。完成上述功能的

48、电路称为反馈网络。带有反馈网络的放大器称为反馈放大器，其方框图如图所示。 图 反馈放大器的方框图 3.1.2反馈放大器的基本关系式 开环放大倍数： 反馈系数： 环路增益： 3.1.2反馈放大器的基本关系式 因为 ，所以， ，因此 上式称为闭环放大倍数的一般形式，也叫反馈放大器的基本方程。 反馈深度： 3.1.3反馈机理 因为 ，所以Xf一定带有输出信号Xo的变化信息。又因为 ，因此反馈信号Xf发生变化，必定会使净输入信号做相应的变化，从而使Xf带有的输出信号 Xo的变化信息转移给净输入信号。而 ，所以，基本放大器会按照净输入信号带有的Xo的变化信息，实现对输出信号Xo的自动调节。3.1.4反馈

49、类型及其判定方法 1有无反馈的判定 判定一个放大器中有无反馈，就是确定放大器中有无反馈网络。 在交流通路中，反馈网络一定跨接在输入回路和输出回路之间，或者处在输入回路和输出回路的公共支路上。(见图18中)，Rf跨接在输入回路与输出回路之间，所以，Rf是反馈网络。(图18（b）)中，Re处在输入回路和输出回路的公共支路上，所以Re也是反馈网络。3.1.4反馈类型及其判定方法图 反馈电路举例 3.1.4反馈类型及其判定方法 2并联反馈和串联反馈 并联反馈和串联反馈是由“比较”方式决定的。并联反馈：在交流通路中，若信号源、基本放大器和反馈网络三者在“比较”端是并联连接的，则称为并联反馈，其方框图如图

50、所示。 由图可以看出图 并联反馈方框图 3.1.4反馈类型及其判定方法串联反馈：在交流通路中，若信号源、基本放大器和反馈网络三者在比较端是串联连接的，则称为串联反馈。其方框图如图所示。 由图可以看出图 串联反馈方框图 3.1.4反馈类型及其判定方法并联反馈和串联反馈的判定方法。 在交流通路中，若反馈网络的比较端和放大器的输入端接在同一个放大元件的同一个电极上，就是并联反馈，否则是串联反馈。 注意：上述判定方法中所说的反馈网络的比较端和放大器的输入端都是指没有接参考地的那个端钮。3.1.4反馈类型及其判定方法 3电压反馈和电流反馈 电压反馈和电流反馈由“取样”方式决定。电压反馈：在交流通路中，若

51、基本放大器、反馈网络及负载三者是并联连接的，则称为并联取样。这种取样方式的反馈信号取自于输出电压，并且反馈信号的大小与输出电压成正比，故称之为电压反馈，其方框图下如图所示。3.1.4反馈类型及其判定方法图 电压反馈方框图 3.1.4反馈类型及其判定方法电流反馈：在交流通路中，若基本放大器、反馈网络与负载三者在取样端是串联连接的，则称为串联取样。在采用串联取样的反馈电路中，反馈信号取自于输出电流，并且与输出电流成正比，故称为电流反馈，其方框图如图所示。 图 电流反馈示意图 3.1.4反馈类型及其判定方法电压反馈和电流反馈的判定方法。 输出短路法。 按电路结构判定 4直流反馈和交流反馈 若反馈信号

52、是直流信号，则为直流反馈；若反馈信号是交流信号，则为交流反馈。 判定方法：若反馈环内允许直流流通，则为直流反馈；若反馈环内允许交流流通，则为交流反馈；若反馈环内，直流与交流都可以流通，则为直、交流反馈。3.1.4反馈类型及其判定方法 5正反馈和负反馈 若反馈信号使净输入信号加强，则为正反馈；若反馈信号使净输入信号减弱，则为负反馈。 正反馈主要用于信号产生电路（在没有输入信号的情况下，能输出某种波形的电路称为信号产生电路）。负反馈主要用于线性放大器中，用来改善放大器的性能。 正、负反馈的判定方法很多，其中最常用的有瞬时极性法和相位极性法。3.1.4反馈类型及其判定方法瞬时极性法：这种方法是利用各

53、电流、电压的瞬时值的变化极性，来判定反馈信号Xf对净输入信号的影响，从而确定反馈极性。相位极性法：这种方法是利用各电流、电压的相位关系来判定反馈信号对净输入信号的影响，从而确定反馈的极性。3.1.5反馈放大器的四种基本组态 1并联电压负反馈 (见图19（a）、（b）所示)分别是并联电压负反馈放大器的电路图和方框图。其被取样的输出信号是输出电压Uo；反馈信号是电流If，它与外部输入电流Ii进行比较，产生净输入电流=Ib。所以3.1.5反馈放大器的四种基本组态图19 并联电压负反馈放大器 3.1.5反馈放大器的四种基本组态 称做开环互阻放大倍数，其量纲是电阻。 称做互导反馈系数，其量纲是电导。 称

54、做闭环互阻放大倍数，其量纲是电阻。3.1.5反馈放大器的四种基本组态 2串联电压负反馈 某串联电压负反馈放大器的电路图和方框(图如图20（a）、（b）所示)。其被取样的输出信号是输出电压Uo；反馈信号是电压Uf，该Uf与外部输入电压Ui进行比较，产生净输入电压 =Ube1。3.1.5反馈放大器的四种基本组态图20 串联电压负反馈放大器3.1.5反馈放大器的四种基本组态 所以 称做开环电压放大倍数，无量纲。 称做电压反馈系数，无量纲。3.1.5反馈放大器的四种基本组态 3并联电流负反馈 某并联电流负反馈放大器的电路图和方框(图如图21（a）、（b）所示)。其被取样的输出信号是Io=-Ic2-Ie

55、2；反馈信号是电流If，它与外部输入电流Ii进行比较，产生净输入电流=Ib1。3.1.5反馈放大器的四种基本组态图 21 并联电流负反馈放大器 3.1.5反馈放大器的四种基本组态 所以 称作开环电流放大倍数，无量纲。 称作电流反馈系数，无量纲。称作闭环电流放大倍数，无量纲。3.1.5反馈放大器的四种基本组态 4串联电流负反馈 某串联电流负反馈放大器的电路图和方框图(如图22（a）、（b）所示)，其被取样的输出信号是 ；反馈信号是Uf，Uf与外部输入电压Ui进行比较，产生静输入电压=Ube。3.1.5反馈放大器的四种基本组态图 22 串联电压负反馈放大器 3.1.5反馈放大器的四种基本组态 所以

56、 称做开环互导放大倍数，其量纲是电导。 称做互阻反馈系数，其量纲是电阻。 称做闭环互导放大倍数，其量纲是电导。 3.1.5反馈放大器的四种基本组态 以上分析表明，不同组态的反馈放大器，能够写成 形式的闭环放大倍数的含义也不相同，有互阻放大倍数、电压放大倍数、电流放大倍数和互导放大倍数。每一种组态的反馈放大器，只有一种闭环放大倍数能够写成 的形式。并且在 表达式中，F与A的量纲总是相反或者都没有量纲，详情如下表所示。3.1.5反馈放大器的四种基本组态3.2负反馈对放大器性能的影响3.2.1负反馈使放大器的增益降低3.2.2负反馈可以提高被取样的输出信号的稳定性3.2.3负反馈可以提高放大倍数的稳

57、定性3.2.4负反馈可以展宽通频带3.2.5负反馈可以减小反馈环路内产生的非线性失真和噪声3.2.6负反馈可以改变输入电阻3.2.7负反馈可以改变输出电阻3.2.1负反馈使放大器的增益降低 由负反馈的定义可知，负反馈必然使净输入信号减弱，所以对负反馈而言，必有所以，反馈放大器闭环增益一定小于其开环增益。3.2.1负反馈使放大器的增益降低 所以 所以 1+FA1 所以 FA0 Af=A/(1+FA)表明闭环增益仅是开环增益的1/(1+FA)，反馈深度越大，闭环增益越小。 3.2.2负反馈可以提高被取样 的输出信号的稳定性 1电压负反馈 因为电压负反馈被取样的输出信号是输出压Uo，所以凡是电压负反

58、馈，必然能提高输出电压Uo的稳定性。 2电流负反馈 因为电流负反馈被取样的输出信号是输出电流，所以凡是电流负反馈，必然能提高输出电流Io的稳定性。3.2.3负反馈可以提高放大 倍数的稳定性 放大倍数的稳定性用其相对变化量来描述设。A1和A2是开环放大倍数变化前、后的值，Af1和Af2是闭环放大倍数变化前、后的值。则 称做开环放大倍数的稳定系数，其值越小，开环放大倍数越稳定。 称做闭环放大倍数的稳定系数，其值越小，闭环放大倍数越稳定。3.2.3负反馈可以提高放大 倍数的稳定性 把Af2=A2/(1+FA2)和Af1=A1/(1+FA1)代入上式得： 用Af1=A1/(1+FA1)除以上式两边得：

59、 若足够小，则 ，并且 。此种情况下，上式可写为： 3.2.3负反馈可以提高放大 倍数的稳定性 式中，A与Af分别是变化前的开环和闭环放大倍数。 以上分析表明，引入负反馈后，闭环放大倍数的相对变化量，仅仅是开环放大倍数的相对变化量的1/(1+FA)。显然闭环放大倍数的稳定性大大提高了。不同组态的负反馈所稳定的闭环放大倍数也不同，被稳定的闭环放大倍数应等于：“被取样的输出信号与参与比较的输入信号之比”。具体地说，串联电压负反馈稳定Auf；并联电压负反馈稳定Arf；并联电流负反馈稳定Aif；串联电流负反馈稳定Agf。 3.2.4负反馈可以展宽通频带 不同组态的负反馈稳定不同的增益，因此，不同组态的

60、负反馈展宽不同增益的通频带。负反馈稳定哪个增益，就展宽哪个增益的通频带。引入负反馈后使通频带展宽，但是，同时使中频增益下降，所以，增益带宽积基本不变。3.2.5负反馈可以减小反馈环路 内产生的非线性失真和噪声 1负反馈减小非线性失真 设输入信号是单一频率的正弦波，经基本放大器放大后，由于晶体管的非线性特性，输出波形产生了(如图23（a）所示)的非线性失真。其正半周的幅度大于负半周的幅度，简称“上大下小”。引入负反馈后，由于Xf = FXo，所以Xf的波形与Xo的波形类似，也是“上大下小”。外部输入信号Xi是良好的正弦波，而反馈信号Xf的波形“上大下小”，二者按照公式合成后，产生的净输入信号的波