模拟电子线路教（学）案

..第1章半导体器件基础教学目的：了解载流子的运动规律,PN结的形成及特性,掌握二极管、三极管的工作原理、特性曲线及主要参数。教学重点：二极管的应用,三极管的特性曲线及工作状态的分析。教学难点：稳压二极管的应用,三极管电路的分析教学内容：半导体及其特性,PN结及其特性,半导体二极管,半导体三极管及其工作原理,三极管的共特性曲线及主要参数。教学方法：理论讲解与举例相结合,讲例题时边讲边练〔学生先作,老师后讲。教学进度：本内容为12学时,其中1.1、1.2、1.3节各2学时,1.4,1.5节各3学时。参考资料：电子电路基础〔林家儒主编,第2版,20XX,1-14页。教学内容第一节半导体及其特性一、半导体的基本知识1、概念：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体。2、元素：半导体器件中用的最多的是硅和锗。现代电子学中,用的最多的半导体是硅和锗,它们的最外层电子〔价电子都是四个。3、半导体的特点：<1>、当受外界热和光的作用时,它的导电能力明显变化。<2>、当受外界热和光的作用时,它的导电能力明显变化。<3>、纯净的半导体中掺入某些杂质,会使它的导电能力明显改变。二、本征半导体的导电形式1、两种载流子：自由电子〔带负电和空穴〔带正电在常温下,使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚,成为自由电子,同时共价键上留下一个空位,称为空穴。这一现象称为本征激发,也称热激发。2、电子空穴对：因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的,3、本征半导体中电流由两部分组成：自由电子移动产生的电流和空穴移动产生的电流。三、杂质半导体1、概念：在本征半导体中掺入某些微量的杂质,就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。2、N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体,也称为〔电子半导体。加五价元素〔磷自由电子占大多数,称为多子；空穴占少数,叫少子。3、P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体,也称为〔空穴半导体。加三价元素〔硼空穴占大多数,称为多子；自由电子占少数,叫少子。第二节PN结及其特性一、PN结的形成在同一片半导体基片上,分别制造P型半导体和N型半导体,经过载流子的扩散,在它们的交界面处就形成了PN结。二、重要特性单向导电性：PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是：P区加正、N区加负电压。三、注意〔1、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、N区中的电子〔都是多子向对方运动〔扩散运动。〔2、P区中的电子和N区中的空穴〔都是少子,数量有限,因此由它们形成的电流很小。四、PN结的伏安特性测二极管的伏安特性曲线图如下：正向：①正向电压VF小于门坎电压VT时,二极管V截止,正向电流IF=0；其中,门槛电压②VFVT时,V导通,IF急剧增大。导通后V两端电压基本恒定：结论：正偏时电阻小,具有非线性。反向：反向电压VRVRM<反向击穿电压>时,反向电流IR很小,且近似为常数,称为反向饱和电流。VRVRM时,IR剧增,此现象称为反向电击穿。对应的电压VRM称为反向击穿电压。结论：反偏电阻大,存在电击穿现象。电击穿——可逆热击穿——不可逆雪崩击穿——高反压,碰撞电离齐纳击穿——较低反压,场致激发第三节半导体二极管一、半导体二极管1、外型：实物2、内部结构：PN节3、二极管的电路符号：二、主要参数1.最大整流电流IOM：二极管长期使用时,允许流过二极管的最大正向平均电流。2.反向击穿电压UBR：二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增,二极管的单向导电性被破坏,甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压UWRM一般是UBR的一半。3.反向电流IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大,说明管子的单向导电性差,因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响,温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小,锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。三、常用二极管类型1．分类<1>按材料分：硅管、锗管；<2>按PN结面积：点接触型<电流小,高频应用>、面接触型<电流大,用于整流>；<3>按用途：如图所示,图二极管图形符号图二极管图形符号2．型号举例如下整流二极管——2CZ82B稳压二极管——2CW50变容二极管——2AC1等等四、稳压二极管稳压电路：抑制电网电压和整流电路负载的变化引起的输出电压变化,将平滑的直流电变成稳定的直流电。1．硅稳压二极管的特性<1>稳压管工作在反向击穿状态。<2>当工作电流满足条件时,稳压管两端电压几乎不变。2．稳压二极管的主要参数<1>稳定电压——稳压管在规定电流下的反向击穿电压。<2>稳定电流IZ——稳压管在稳定电压下的工作电流。<3>最大稳定电流IZmax——稳压管允许长期通过的最大反向电流。<4>动态电阻rZ——稳压管两端电压变化量与电流变化量的比值,即rZVZ/IZ。此值越小,管子稳压性能越好。第四节半导体三极管及其工作原理一、三极管的结构及符号三极管是由两个PN结组成,按PN结的组成方式,三极管有PNP型和NPN型两种类型。从结构上看,三极管内部有三个区域,分别称为发射区、基区和集电区,并相应地引出三个电极,发射极<e>、基极<b>和集电极<c>。三个区形成的两个PN结分别称为发射结和集电结。二、三极管的三种连接方式因为放大器一般为4端网络,而三极管只有3个电极,所以组成放大电路时,势必要有一个电极作为输入与输出信号的公共端。根据所选公共端电极的不同,有以下三种连接方式。⑴共基极、⑵共发射极、⑶共集电极。三、三极管的放大作用1.三极管实现放大的结构要求和外部条件⑴结构要求①发射区重掺杂,多数载流子电子浓度远大于基区多数载流子空穴浓度。②基区做的很薄,通常只有几微米到几十微米,而且是低掺杂。③集电极面积大,以保证尽可能收集到发射区发射的电子。⑵外部条件外加电源的极性应使发射结处于正向偏置；集电结处于反向偏置状态。2.电流关系IC≈IE第五节三极管的共射特性曲线及主要参数一、输入特性当UCE不变时,输入回路中的电流与IB与电压UBE之间的关系曲线称为输入特性,即UCE＝0V时,从三极管的输入回路看,相当于两个PN结的并联,当b、e间；加上正电压时,三极管的输入特性就是两个正向二极管的伏安特性。UCE≥1V,b、e间加正电压,此时集电极电位比基极高,集电结为反向偏置,阻挡层变宽,基区变窄,基区电子复合减少,故基极电流IB下降。与UCE＝0V时相比,在相同条件下,IB要小得多。结果输入特性曲线将右移。二、输出特性当IB不变时,输出回路中的电流IC与电压UCE之间的关系曲线称为输出特性。固定一个IB值,得一条输出特性曲线,改变IB值,可提一簇输出特性曲线。在输出特性曲线上可以划分为三个区域。⑴截止区IB≤0的区域称为截止区。在截止区,集电结和发射结均处于反向偏置。即UBE<0、UBC<0⑵放大区发射结正向偏置,集电结反向偏置。对于硅NPN型三极管,UBE≥0.7UBC<0△IC=△IB⑶饱和区在靠近纵轴附近,各条输出曲线的上升部分属于饱和区,在这个区域,不同IB值的各条曲线几乎重叠在一起。IC不再随IB变化,此时三极管失去了放大作用。发射结和集电结都处于正向偏置状态。对NPN型三极管,UBE>0UBC>0临界饱和：UCE=UBE即UCB=0时过饱和：UCE<UBE在深度饱和时,小功率管的管压降为UCES通常小于0.三、三极管的主要参数〔1电流放大系数①共发射极交流电流放大系数β②共发射极直流电流放大系数③共基极交流电流放大系数α④共基极直流电流放大系数〔2极间反向电流①集电极-基极反向饱和电流ICBO②集电极-发射极穿透电流ICEO这两项越小,管子质量越高。〔3极限参数①集电极最大允许电流ICM由于三极管的电流放大系数β值与工作电流有关,工作电流太大,β就下降,使三极管的性能下降,也使放大的信号产生严重失真。一般定义当β值下降为正常值的1/3～2/3时的IC值为ICM。②集电极最大允许功率损耗PCMPC=ICUCEPC<PCM为安全区PC>PCM为过耗区课后作业：1.1、1.2、1.12、1.14、1.16、1.17、1.18第2章放大电路分析基础教学目的：掌握共射放大电路的基础,图解分析法和等效电路分析法,共基和共集放大电路。教学重点：静态工作点的分析,放大电路的动态特性,图解分析和等效电路分析。教学难点：放大电路的动态分析。教学内容：共射放大电路分析基础,放大电路的图解分析,放大电路的等效电路分析,共集放大电路,共基放大电路。教学方法：理论讲解与举例相结合,课后习题学生先做再讲解。教学进度：本内容为14学时,2.1节2学时、2.2节3学时、2.3节5学时、2,4、2.5节各2学时。参考资料：电子电路基础〔林家儒主编,第2版,20XX,19-45页。教学内容第一节共射放大电路分析基础一、放大电路的基本概念1、放大：所谓放大,表面上是将信号的幅度由小增大,但是放大的实质是能量的转换,即由一个较小的输入信号控制直流电源,使之转换成交流能量输出,驱动负载。注意：一定要有功率放大〔变压器不是放大器2、放大电路的组成的原则是：⑴为保证三极管工作在放大区,发射结必须正向偏置；集电结必须反向运用。⑵电路中应保证输入信号能加至三极管的发射结,以控制三极管的电流。同时,也要保证放大了的信号从电路中输出。二、放大电路的组成如图,元件介绍：〔1、c1、c2耦合电容<隔直电容>的作用：使交流信号顺利通过,而无直流联系。耦合电容容量较大,一般采用电解电容器,而电解电容分正负极,接反就会损坏。〔2RBRC偏置电阻。〔3核心元件为三极管。〔4直流电源为能量提供者。上图是NPN型三极管组成的放大电路,若用PNP型,则电源和电解电容极性反接就可以了。实际中,为了方便,采用单电源,如下左图。习惯画法如下图。三、静态特性分析1、静态：无输入信号ui时2、直流分析：又称为静态分析,用于求出电路的直流工作状态,即基极直流电流IB；集电极直流电流IC；集电极与发射极间的直流电压UCE。求静态工作点就是求IBICUCE1.求IB由于三极管导通时,UBE变化很小,可视为常数。一般地硅管UBE＝0.6～0.8V取0.7V锗管UBE＝0.1～0.3V取0.2V当UCC、Rb已知,可求出IBQ2.求IC3.求UCE四、直流通路和交流通路当输入信号为零时,电路只有直流电流；当考虑信号的放大时,我们应考虑电路的交流通路。所以在分析、计算具体放大电路前,应分清放大电路的交、直流通路。由于放大电路中存在着电抗元件,所以直流通路和交流通路不相同。直流通路：电容视为开路,电感视为短路；交流通路：电容和电感作为电抗元件处理,一般电容按短路处理,电感按开路处理。直流电源因为其两端的电压固定不变,内阻视为零,故在画交流通路时也按短路处理。要求同学能画出一个放大电路的直流通路和交流通路。第二节放大电路的图解分析一、静态工作特性的分析三极管电流、电压关系可用其输入特性曲线和输出特性曲线表示。我们可以在特性曲线上,直接用作图的方法来确定静态工作点。图解法求Q点的步骤：1、在输出特性曲线所在坐标中,按直流负载线方程,作出直流负载线。2、由基极回路求出IBQ3、找出这一条输出特性曲线与直流负载线的交点即为Q点。读出Q点的电流、电压即为所求。[例]如下图电路,已知Rb=280kΩ,Rc=3kΩ,Ucc=12V,三极管的输出特性曲线也如下图所示,试用图解法确定静态工作点。解：首先写出直流负载方程,并做出直流负载线uCE=UCC－iCRciC=0,uCE=UCC=12V,得M点；uCE=0,iC=UCC/Rc=12/3=4mA,得N点；连接MN,即得直流负载线。直流负载线与iB=IBQ=40μA这一条特性曲线的交点,即为Q点,从图上可得ICQ=2mA,UCEQ=6V。二、动态特性分析1、画交流负载线交流负载线具有如下两个特点：⑴交流负载线必通过Q点,因为当输入信号ui的瞬时值为零时,如忽略电容C1和C2的影响,则电路状态和静态相同。⑵交流负载线的斜率由决定。因此,按上述特点,可做出交流负载线,即通过Q点,作一条的直线,就是交流负载线。具体作法如下：首先作一条的辅助线<此线有无数条>,然后过Q点作一条平行于辅助线的直线即为交流负载线。由于,所以,故一般情况下交流负载线比直流负载线陡。交流负载线的另外一种作法：交流负载线也可以通过求出交流负载线在uCE坐标的截距,再与Q点相连即可得到。设截距点为,则有：2、画输入输出的交流波形图设电路使则：从图可读出相应的数据,画出波形,数据如下表所示ωt0ππ/2π3π/22πiB/uA4060402040IC/mA23212UCE/V64.567.56ic、ib、ube三者同相,uce与它们的相位相反。即输出电压与输入电压相位是相反的,这是共发射极放大电路的特征之一。三、放大电路的非线性失真工作点不合适引起的失真,分为截止失真和饱和失真。1、截止失真〔波形图如下当工作点设置过低<IB过小>,在输入信号的负半周,三极管的工作状态进入截止区。因而引起iB、iC、uCE的波形失真,称为截止失真。对于NPN型共e极放大电路,截止失真时,输出电压uCE的波形出现顶部失真。对于PNP型共e极放大电路,截止失真时,输出电压uCE的波形出现底部失真。2、饱和失真当工作点设置过高<IB过大>,在输入信号的正半周,三极管的工作状态进入饱和区。因而引起iC、uCE的波形失真,称为饱和失真。对于NPN型共e极放大电路,饱和失真时,输出电压uCE的波形出现底部失真。对于PNP型共e极放大电路,饱和失真时,输出电压uCE的波形出现顶部失真。第三节共射放大电路等效电路分析一、BJT的小信号建模1．BJTH参数的引出输入回路：vBE=f1〔iB,vCE输出回路：iC=f2〔iB,vCE2.H参数小信号模型〔1BJT等效模型的建立：三极管可以用一个二端口模型来代替；对于低频模型可以不考虑结电容的影响；小信号意味着三极管近似在线性条件下工作,微变也具有线性同样的含义。〔2BJT的h参数方程及等效模型BJT的h参数等效模型如图所示。〔3h参数的物理意义a、即rbe：三极管的交流输入电阻b、电压反馈系数：反映三极管内部的电压反馈,因数值很小,一般可以忽略。c、：在小信号作用时,表示晶体管在Q点附近的的电流放大系数b。d、：三极管输出电导,反映输出特性上翘的程度。常称1/为c-e间动态电阻。通常的值小于10-5S,当其与电流源并联时,因分流极小,可作开路处理。注意：h参数都是小信号参数,即微变参数或交流参数。h参数与工作点有关,在放大区基本不变。h参数都是微变参数,所以只适合对交流小信号的分析二、化简H参数等效模型及rbe表达式1、化简H参数等效模型2、rbe表达式三、用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路分析的步骤如下：画出小信号等效电路画交流通路用H参数小信号模型代替BJT,其他元件按位置接入3标出电压极性、电流方向求电压增益按定义：VoAV=——Vi计算输入电阻和输出电阻第四节共集放大电路一、共集电极电路共集放大电路以集电极为公共端,通过iB对iE的控制作用实现功率放大。共基放大电路以基极为公共端,通过iE对iB的控制作用实现功率放大。二、电路特点1、出、入——公共端C2、Vi与Vo只相差Vbe——跟随〔射极跟随器3、输出从射极引出,〔又叫射极输出器,RL’=Re//RL三、共集放大电路的组成及静态和动态分析共集放大电路的组成共集放大电路亦称为射极输出器如P92图2.23〔a所示,为了保证晶体管工作在放大区,在晶体管的输入回路,、与VCC共同确定合适的静态基极电流；晶体管输出回路中,电源VCC,提供集电极电流和输出电流,并与配合提供合适的管压降UCE。2、共集放大电路的静态分析与共射电路静态分析方法基本相同。〔1列放大电路输入方程可求得；〔2根据放大区三极管电流方程可求得；〔3列放大电路输出方程可求得；3、共集放大电路的动态分析共集放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同,只是由于共集放大电路的"交流地"是集电极,一般习惯将"地"画在下方,所以微变等效电路的画法略有不同四、共集放大电路计算1、求Q点2、电压增益Vo-βIbRL’-βRL’AV=——=————————=————————ViIb[rbe+<1+β>Re]rbe+<1+β>Re3、输入电阻VTRi=——=Rb//[rbe+〔1+βRe]IT4、输出电阻VTVTRo=——=————=Ro’//Rc≈Rc<∵Ro’>>Rc>ITIc+IRc电压跟随器的特点：a.AV小于1而近于1,Vo与Vi同相；b.Ri高；c.Ro低。采用复合管以进一步提高输入电阻见图复合管的两个主要参数为β≈β1β2rbe≈rbe1+β1rbe2第五节共基放大电路一、共基放大电路的静态和动态分析1共基放大电路的静态分析与共射电路静态分析方法基本相同。〔1列放大电路输入回路电压方程可求得；〔2根据放大区三极管电流方程可求得；〔3列放大电路输出回路电压方程可求得；2共基放大电路的动态分析共基放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同,只是由于共基放大电路的"交流地"是基极,一般习惯将"地"画在下方,所以微变等效电路的画法略有不同。二、三种接法的比较共射放大电路既有电压放大作用又有电流放大作用,输入电阻居三种电路之中,输出电阻较大,适用于一般放大。共集放大电路只有电流放大作用而没有电压放大作用,因其输入电阻高而常做为多级放大电路的输入级,因其输出电阻低而常做为多级放大电路的输出级,因其放大倍数接近于1而用于信号的跟随。共基放大电路只有电压放大作用而没有电流放大作用,输入电阻小,高频特性好,适用于宽频带放大电路。课后作业：2.11、2.12、2.13、2.14、2.16第3章放大电路频率特性分析教学目的：掌握单时间常数RC电路的频率响应,单管放大电路频率响应的分析。教学重点：RC低通电路的频率响应及RC高通电路的频率响应,下限截止频率和上限截止频率求解方法。教学难点：RC低通电路的频率响应,单管放大电路的上、下限截止频率在电路中的相关参数。教学内容：放大电路的频率响应,共射放大电路的频率响应以及增益带宽积教学方法：理论讲解与举例相结合,讲例题时边讲边练〔学生先作,老师后讲。教学进度：本内容为4学时,其中4.1、4.2节各2学时。参考资料：电子电路基础〔林家儒主编,第2版,20XX,51-67页。教学内容第一节频率特性分析一、频率响应的基本概念放大电路的频率响应可由放大器的放大倍数对频率的关系来描述,即式中A<f>称为幅频特性,它是放大倍数的幅值与频率的函数式。φ<f>称为相频特性,它是放大倍数的相位角与频率的函数式。两种特性综合起来可全面表征放大倍数的频率响应。由图可见,在一个较宽的频率范围内,曲线是平坦的,即放大倍数不随信号频率变化,其电压放大倍数用Aum表示,在此频率范围内,所有电容〔耦合电容、旁路电容和器件的极间电容等的影响可以忽略不计。当频率降低时,耦合电容和旁路电容的影响不可忽略,致使放大倍数下降。当频率升高时,器件的极间电容的影响不可忽略,放大倍数亦下降。fL和fH分别称为下限截止频率〔简称下限频率和上限截止频率〔简称上限频率它们是放大倍数下降到中频放大倍数的倍时所确定的两个频率。低频区：低于fL的频率范围称为低频区。高频区：高于fH的频率范围称为高频区。中频区：介于fL和fH之间频率范围称为中频区,通常又称为放大电路的通频带fbw=fH－fL。频率响应的基本分析方法波特图：一种频率响应曲线图,此图为半对数坐标图,即频率采用对数分度,而幅值〔以dB表示的电压放大倍数或相位角则采用线性分度。在近似分析中,为了缩短坐标,扩大视野,常采用折线化的近似波特图法描绘幅频特性和相频特性曲线。二、单时间常数RC电路的频率响应RC低通电路的频率响应如图所示,幅频响应：当f<<fH时AVH=1/√1+<f/fH>2≈1用分贝表示:20lgAVH≈20lg1=0dB是一条与横轴平行的零分贝线<2>当f>>fH时AVH=1/√1+<f/fH>2≈fH/f用分贝表示：20lgAVH≈20lgfH/f相频响应当f<<fH时,φH→0,得一条φH=0的直线。当f>>fH时,φH→-90°,得一条φH=-90°的直线。当f=fH时,φH=-45°。见图RC高通电路的频率响应小结：RC耦合放大器,用RC高、低通电路模拟低、高频响应。频率响应的关键点fH、fL〔转折、上下限频率fH、fL都与RC回路的时间常数τ=RC成反比fH=1/2πR1C1fL=1/2πR2三、RC低通电路和高通电路〔1放大电路的频率响应的特征可用RC低通电路和高通电路来模拟。〔2截止频率fL和fH是频率响应的关键点,无论是幅频特性还是相频特性,基本都是以它为中心而变化的,求出fL和fH后就可近似地描绘放大电路完整的频率响应曲线。〔3fL和fH都是与对应的回路时间常数τ=RC成反比。四、晶体管的高频等效模型晶体管的混合π模型,是采用物理模拟的方法,从三极管的物理模型抽象成的等效电路。P132图3.7和P133图3.8分别为晶体管的完整的混合π模型和简化的混合π模型。五、三极管的高频参数〔1fβ：共射电流放大倍数β的截止频率,其值主要决定于管子的参数,即〔2fT：特征频率,使β下降到1时所对应的频率。fT=βfβ第二节共射放大电路的频率响应以及增益带宽积一、单管共射放大电路的频率响应中频放大倍数〔1中频交流等效电路如P136图3.12所示。大容量电容看成短路,三极管极间电容看成开路。〔2中频放大倍数表达式低频放大倍数的频率响应〔1由耦合电容引起,三极管极间电容看成开路。〔2低频交流等效电路如P139图3.14所示。〔3低频放大倍数表达式式中fL为下限频率,其表达式为〔4幅频特性和相频特性的表达式高频放大倍数的频率响应〔1由三极管极间电容引起,大容量电容看成短路。〔2高频交流等效电路如图所示。〔3高频放大倍数表达式式中R=rb’e∥〔rb’b+Rs∥Rb,fH为上限频率,其表达式为〔4幅频特性和相频特性的表达式二、大电路频率响应的改善与增益带宽积1放大电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因,下限截止频率主要由低频时间常数中较小的一个决定；2三极管的结电容和分布电容是引起放大电路高频响应的主要原因,上限截止频率由高频时间常数中较大的一个决定；3由于若电压放大倍数K增加,C¢b¢e也增加,上限截止频率就下降,通频带变窄。增益和带宽是一对矛盾,所以常把增益带宽积作为衡量放大电路性能的一项重要指标；4CB组态放大电路由于输入电容小,所以CB组态放大电路的上限截止频率比CE组态要高许多。小结：本次课要求熟练掌握频率响应描述放大电路对不同频率信号的适应能力。耦合电容和旁路容所在回路为高通电路,在低频段使放大倍数的数值下降,且产生超前相移。极间电容所在回路为低通电路,在高频段使放大倍数的数值下降,且产生滞后相移课后作业：3.1,3.3,3.4,3.5第4章场效应管放大电路特性分析教学目的：掌握MOS场效应管的特性及工作原理,掌握共源、共漏放大电路工作原理及分析方法。教学重点：漏极特性,转移特性,动态分析方法。教学难点：场效应管内部结构及工作原理。教学内容：场效应管特性,场效应管的工作点设置及静态特性分析,场效应管的动态特性分析。教学方法：理论讲解为主,结合例题分析。教学进度：本内容为5学时,其中4.1节2学时,4.2、4.3节3学时。参考资料：电子电路基础〔林家儒主编,第2版,20XX,70-77页。教学内容第一节场效应管特性场效应管分为结型场效应管〔JFET和绝缘栅场效应管〔MOS管一、结型场效应管

1.结型场效应管的分类结型场效应管有两种结构形式。它们是N沟道结型场效应管和P沟道结型场效应管。从图中我们可以看到,结型场效应管也具有三个电极,它们是：G——栅极；D——漏极；S——源极。电路符号中栅极的箭头方向可理解为两个PN结的正向导电方向。2.结型场效应管的工作原理<以N沟道结型场效应管为例>在D、S间加上电压UDS,则源极和漏极之间形成电流ID,我们通过改变栅极和源极的反向电压UGS,就可以改变两个PN结阻挡层的〔耗尽层的宽度,这样就改变了沟道电阻,因此就改变了漏极电流ID。3.结型场效应管的特性曲线<以N沟道结型场效应管为例>〔1输出特性曲线：

如图〔3所示,根据工作特性我们把它分为四个区域,即：可变电阻区、放大区、击穿区、截止区。

对此不作很深的要求,只要求我们看到输出特性曲线能判断是什麽类型的管子即可。〔2转移特性曲线：

我们根据这个特性关系可得出它的特性曲线如图〔4所示。它描述了栅、源之间电压对漏极电流的控制作用。从图中我们可以看出当UGS=UP时ID=0。我们称UP为夹断电压。

注：转移特性和输出特性同是反映场效应管工作时,UGS、UDS、ID之间的关系,它们之间是可以互相转换的。二、绝缘栅场效应管<MOS管>1、绝缘栅场效应管的分类

绝缘栅场效应管也有两种结构形式,它们是N沟道型和P沟道型。无论是什麽沟道,它们又分为增强型和耗尽型两种。2、绝缘栅型场效应管的工作原理<以N沟道增强型MOS场效应管>

我们首先来看N沟道增强型MOS场效应管的符号图：如图<1>所示

它是利用UGS来控制"感应电荷"的多少,以改变由这些"感应电荷"形成的导电沟道的状况,然后达到控制漏极电流的目的。3、绝缘栅型场效应管的特性曲线<以N沟道增强型MOS场效应管>

它的转移特性曲线如图〔2所示；

它的输出特性曲线如图<3>所示,它也分为4个区：可变电阻区、放大区、截止区和击穿区。注：对此我们也是只要求看到输出特性曲线和转移曲线能判断出是什麽类型的管子,即可。三、场效应管的主要参数和特点1、直流参数

饱和漏极电流IDSS

它可定义为：当栅、源极之间的电压等于零,而漏、源极之间的电压大于夹断电压时,对应的漏极电流。

夹断电压UP,它可定义为：当UDS一定时,使ID减小到一个微小的电流时所需的UGS

开启电压UT

,它可定义为：当UDS一定时,使ID到达某一个数值时所需的UGS

<2>交流参数低频跨导gm它是描述栅、源电压对漏极电流的控制作用。

极间电容：场效应管三个电极之间的电容,它的值越小表示管子的性能越好。

<3>极限参数

漏、源击穿电压,当漏极电流急剧上升时,产生雪崩击穿时的UDS。

栅极击穿电压,结型场效应管正常工作时,栅、源极之间的PN结处于反向偏置状态,若电流过高,则产生击穿现象。第二节场效应管的工作点设置及静态特性分析第三节场效应管的动态特性分析场效应管和半导体三极管一样能实现信号的控制作用,所以也能组成放大电路,不同的是,半导体三极管是通过基极电流来控制集电极电流,而场效应管则是通过栅源电压来控制漏极电流。场效应管组成放大电路时,也必须设置合适的静态工作点,所不同的是,场效应管是电压控制器件,它只需合适的偏压,而不需要偏流,不同类型的场效应管,对偏置电压的极性有不同的要求。〔1偏置方式：固定偏压、\o"给栅源间提供反偏压,适用于JFET和耗尽型MOSFET"自偏压、\o"给栅源间提供正、负及零偏压,适用于JFET、耗尽型和增强型MOSFET"分压式自偏压。〔2静态分析：图解法、近似计算法。〔3动态分析：一般用小信号模型法。例题解析例1．分析共源放大电路解：〔1.静态分析对于耗尽型场效应管,当工作在饱和区时,其漏极电流和漏源间电压由下式近似决定

又ＶGS=ＩDＲs

将上两式联立,求得ＩD和ＶGS,则ＶGS=ＶDD-ＩD<Ｒd+Ｒs>〔2.动态分析

〔1画出微变等效电路

〔2电压放大倍数

Ａv=-ｇm<Ｒd//ＲL>,式中符号表示输出电压与输入电压反相。由于一般场效应管的跨导只有几个毫西,故场效应管放大电路的放大倍数通常比三极管放大电路的要小。

〔3输入电阻Ｒi=Ｒg

〔4输出电阻Ｒo=Ｒd由上述分析可知,共源级放大电路的输出电压与输入电压反相,输入电阻高,输出电阻主要由漏极负载电阻决定。例2．图<a>和图<b>分别是增强型NMOS和耗尽型NMOS管作为可控电阻使用时的电路和输出特性曲线,试画出二者的电阻特性曲线。

解：对<a>图,由于ｖGS=ｖDS,所以只要在输出特性图中找出VGS=VDS的相等点,把这些点中的U和I求出,描出的曲线就是电阻特性曲线。

对<b>图,由于VGS=0,所以VGS=0的这条输出特性曲线就是电阻特性曲线。例3．已知场效应管电路和场效应管的输出特性曲线如图所示,当Vi电压为1V、2V、3V、4V四种情况时MOS管的工作状态如何?

解：只要在输出特性上作出负载线：ｖDS=ＶDD-ｉD×Ｒd,负载线和每条输出特性的交点决定Q点,由Q点的位置来决定管子的工作状态。

当Vi电压为1V时,管子处于截止状态；2V、3V时,管子处于放大状态；4V时管子处于可变电阻区。例4．放大电路如图示,电路中的电容器对输入交流信号可视为短路,根据构成放大电路的原则,试说明下面的各种电路对交流信号有无放大作用,并说明其理由。

解：〔a管子是P沟道,所以电源电压应该是负电源。

〔b>不能放大,因为没有偏置电压。在电源和栅极间接电阻加以解决。例5.图示场效应管放大电路的组态是〔〔1共漏；〔2共源；〔3共栅；〔4差动放大解：共源组态。因为输入信号加在T1管的栅极,输出信号取自T1管的漏极,所以为共源组态。T2为有源负载,作为T1管的漏极电阻。课后作业：4.3、4.4、4.5第5章负反馈放大电路教学目的：掌握反馈的分类与判别,负反馈放大器的特性分析,负反馈对放大电路的影响。教学重点：负反馈类型的判别方法,负反馈对放大电路的影响。教学难点：马吕斯定律的有关计算。教学内容：反馈基本概念及判定方法,负反馈放大电路的特性分析,负反馈对放大电路性能的影响。教学方法：理论讲解与举例相结合,讲例题时边讲边练。教学进度：本内容为10学时,其中5.1节3学时,5.2节4学时,5.3节3学时。参考资料：电子电路基础〔林家儒主编,第2版,20XX,80-102页。教学内容第一节反馈基本概念及判定方法一、反馈的基本概念1、反馈的定义：所谓反馈就是把放大器的输出量<电压或电流>的一部分或全部,通过一定的方式送到放大器的输入端的过程。2、框图解说：3、开环放大器和闭环放大器：引入反馈后,按照信号的传输方向,基本放大器和反馈网络构成一个闭合环路,所以有时把引入了负反馈的放大器叫闭环放大器,而未引入反馈的放大器叫开环放大器。定义：开环放大倍数反馈系数闭环放大倍数因为：和所以：4、反馈深度：上式是反馈放大器的基本关系式,它是分析反馈问题的基础。其中1＋AF叫反馈深度,用其表征反馈的强弱。二、反馈类型及判定1.电压反馈与电流反馈按取样方式划分,反馈可分为电压反馈和电流反馈。⑴电压反馈反馈信号取自输出电压,即Xf正比于输出电压,Xf反映的是输出电压的变化,所以称之为电压反馈。这种情况下,基本放大器、反馈网络、负载三者在取样端是并联连接。⑵电流反馈反馈信号取自输出电流,正比于输出电流,反映的是输出电流的变化,所串联连接。⑶电压反馈和电流反馈的判定在确定有反馈的情况下,则不是电压反馈就是电流反馈。所以只要判定是否是电压反馈或者是否是电流反馈即可,通常判定是否是电压反馈较容易。判定方法之一：输出短路法将放大器的输出端对交流短路,若其反馈信号随之消失,则为电压反馈,否则为电流反馈。判定方法之二：按电路结构判定在交流通路中,若放大器的输出端和反馈网络的取样端处在同一个放大器件的同一个电极上,则为电压反馈；否则是电流反馈。2.串联反馈与并联反馈按比较方式划分,可分为串联反馈和并联反馈。⑴串联反馈对交流信号而言,输入信号、基本放大器、反馈网络三者在比较端是串联连接,则称为串联反馈。即输入信号与反馈信号在输入端串联连接。串联反馈要求信号源趋近于恒压源,若信号源是恒流源,则串联反馈无效。在串联反馈电路中,反馈信号和原始输入信号以电压的形式进行叠加,产生净输入电压信号,即。⑵并联反馈对交流信号而言,输入信号、基本放大器、反馈网络三者在比较端是并联连接,则称为并联反馈。即输入信号与反馈信号在输入端并联连接。并联反馈要求信号源趋近于恒流源,若信号源是恒压源,则并联反馈无效。在并联反馈电路中,反馈信号和原始输入信号以电流的形式进行叠加,产生净输入电流信号,即。⑶串联反馈和并联反馈的判定方法之一：对于交流分量而言,若信号源的输出端和反馈网络的比较端接于同一个放大器件的同一个电极上,则为并联反馈；否则为串联反馈。方法之二：交流短路法,将信号源的交流短,如果反馈信号依然能加到基本放大器中,则为串联反馈,否则为并联反馈。3负反馈和正反馈按反馈极性分,可分为负反馈和正反馈。若反馈信号使净输入信号减弱,则为负反馈,若反馈信号使净输入信号加强,则为正反馈。负反馈多用于改善放大器的性能；正反馈多用于振荡电路。反馈极性的判定：瞬时极性法：①假定放大电路输入的正弦信号处于某一瞬时极性<用－、＋号表示瞬时极性的正、负或代表该点瞬时信号变化的升高或降低>,然后按照先放大、后反馈的正向传输顺序,逐级推出电路中有关各点的瞬时极性。②反馈网络一般为线性电阻网络,其输入、输出端信号的瞬时极性相同。③最后判断反馈到输入回路信号的瞬时极性是增强还是减弱原输入信号<或净输入信号>,增强者为正反馈,减弱者则为负反馈。第二节负反馈放大电路的特性分析负反馈放大器的四种基本组态1、组合分类：〔1串联电压负反馈〔2并联电压负反馈〔3串联电流负反馈〔4并联电流负反馈2、举例一、串联电压负反馈Au无量纲,称为开环电压放大倍数。Fu无量纲,称作电压反馈系数。Auf无量纲,称为闭环电压放大倍数。二、串联电流负反馈Ag量纲是电导,称为开环互导放大倍数。Fr量纲为电阻,称为互阻反馈系数Agf量纲为电导,称为闭环互导电压放大倍数。三、并联电压负反馈Ar量纲是电阻,称为开环互阻放大倍数。Fg量纲为电导,称为互导反馈系数Arf量纲为电阻,称为闭环互阻放大倍数。四、并联电流负反馈Ai无量纲,称为开环电流放大倍数。Fi无量纲,称为电流反馈系数Aif无量纲,称为闭环电流放大倍数。第三节负反馈对放大电路性能的影响一、使放大器的放大倍数下降根据负反馈的定义,负反馈总是使净输入信号减弱,所以对负反馈放大器而言,必有,可见,闭环放大倍数Af是开环放大倍数A的<1+FA>分之一。二、稳定被取样的输出信号因为反馈信号只与被取样的输出信号成正比。所以反馈信号只能反映被取样的输出信号的变化,因而也只能对被取样的输出信号起到调节作用。1、电压负反馈电压反馈,被取样有输出信号是输出电压,所以凡是电压反馈,必然能稳定输出电压Uo。2、电流负反馈电流反馈,被取样有输出信号是输出电流,所以凡是电流反馈,必然能稳定输出电流Io。3、使放大倍数的稳定性提高放大倍数的稳定性用其相对变化量来表示,用A1和A2分别表示开环放大倍数变化前和变化后的值；Af1和Af2表示闭环放大倍数变化前和变化后的值。则△A/A1和△Af/Af1就分别表示开环和闭环放大倍数的稳定程度。当△A→0,可见,引入负反馈后,放大倍数的稳定性提高了<1+FA>倍。4、可以展宽通频带由于负反馈可以提高放大倍数的稳定性,所以在低频区和高频区放大倍数的下降程度将减小,从而使通频带展宽。由于在低频区和高频区,旁路电容、耦合电容、分布电容和晶体管的结电容的影响不能同时忽略,所以公式中的各个量均为复数。当反馈系数F不随频率变化时<如反馈网络为纯电阻时>,引入负反馈的高频特性为。同理可以求得：当时,该式表明,引入负反馈后,可使通频带展宽约<1+FAm>倍。当然这是以牺牲中频放大倍数为代价的。5、对输入电阻的影响负反馈对输入电阻的影响,只与比较方式有关,而与取样方式无关。作业：5.9、5.10、5.11、5.14、5.18、5.20第6章功率放大电路教学目的：掌握功率放大器的电路结构,甲乙类功放原理教学重点：甲类、乙类、甲乙类功率放大电路的分析。教学难点：功率放大电路的参数计算教学内容：功率放大电路的特点与要求、乙类互补对称功率放大电路、甲乙类互补对称功率放大电路。教学方法：理论讲解与举例相结合。教学进度：本内容为8学时,其中5.1节2学时,5.2、5.3节各3学时。参考资料：电子电路基础〔林家儒主编,第2版,20XX,107-126页。教学内容第一节功率放大电路的特点与要求一、功率放大电路的定义功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。它一般直接驱动负载,带负载能力要强。二、功率放大电路与电压放大电路的区别1、本质相同电压放大电路或电流放大电路：主要用于增强电压幅度或电流幅度。功率放大电路:主要输出较大的功率。但无论哪种放大电路,在负载上都同时存在输出电压、电流和功率,从能量控制的观点来看,放大电路实质上都是能量转换电路。因此,功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。称呼上的区别只不过是强调的输出量不同而已。2、任务不同电压放大电路：主要任务是使负载得到不失真的电压信号。输出的功率并不一定大。在小信号状态下工作.功率放大电路：主要任务是使负载得到不失真〔或失真较小的输出功率。在大信号状态下工作。3、指标不同电压放大电路：主要指标是电压增益、输入和输出阻抗.功率放大电路：主要指标是功率、效率、非线性失真。4、研究方法不同电压放大电路：图解法、等效电路法功率放大电路：图解法总结板书如下：电压放大电路功率放大电路<1>本质相同能量转换能量转换<2>任务不同不失真的输出电压不失真〔或失真较小的输出功率<3>指标不同电压增益、输入和输出阻抗功率、效率、非线性失真<4>研究方法不同图解法、等效电路法图解法三、功率放大电路的特殊问题1、功率要大：为了获得大的功率输出,要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度,因此管子往往在接近极限运用状态下工作。2、效率要高：所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。它代表了电路将电源直流能量转换为输出交流能量的能力.3、失真要小：功率放大电路是在大信号下工作,所以不可避免地会产生非线性失真,这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。在不同场合下,对非线性失真的要求不同,例如,在测量系统和电声设备中,这个问题显得重要,而在工业控制系统等场合中,则以输出功率为主要目的,对非线性失真的要求就降为次要问题了。4、散热要好：在功率放大电路中,有相当大的功率消耗在管子的集电结上,使结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率,放大器件的散热就成为一个重要问题。四、放大电路的工作状态分类根据放大电路中三极管在输入正弦信号的一个周期内的导通情况,可将放大电路分为下列三种工作状态：1、甲类放大在输入正弦信号的一个周期内三极管都导通,都有电流流过三极管。这种工作方式称为甲类放大。或称A类放大。此时整个周期都有,功率管的导电角θ=2π。图1甲类放大图2乙类放大乙类丙类甲乙类甲类〔2乙类放大图1甲类放大图2乙类放大乙类丙类甲乙类甲类图3甲乙类放大图4丙类放大图3甲乙类放大图4丙类放大2、乙类放大〔B类放大在输入正弦信号的一个周期内,只有半个周期三极管导通。称为乙类放大。如图2所示,此时功率管的导电角θ=π。3、甲乙类放大〔AB类放大在输入正弦信号的一个周期内,有半个周期以上三极管是导通的。称为甲乙类放大。如图3所示,此时功率管的导电角θ满足：π<θ<2π。4、丙类放大〔c类放大功率管的导电角小于半个周期,即0<θ<π第二节乙类互补对称功率放大电路一、乙类互补对称电路1、电路组成图1两个射级输出器组成的互补对称电路该电路是由两个射极输出器组成的。图中,T1和T2分别为NPN型管和PNP型管,两管的基极和发射极相互连接在一起,信号从基极输入,从射极输出,RL为负载。工作原理:<a>乙类放大电路:由于该电路无基极偏置,所以VBE1=VBE2=Vi。当Vi=0时,T1、T2均处于截止状态,所以该电路为乙类放大电路。<b>互补电路:考虑到BJT发射结处于正向偏置时才导电,因此当信号处于正半周时,VBE1=VBE2>0,则T2截止,T1承担放大任务,有电流通过负载RL；这样,一个在正半周工作,而另一个在负半周工作,两个管子互补对方的不足,从而在负载上得到一个完整的波形,称为互补电路。互补电路解决了乙类放大电路中效率与失真的矛盾。<c>互补对称<OCL>电路:为了使负载上得到的波形正、负半周大小相同,还要求两个管子的特性必须完全一致,即工作性能对称。所以图1所示电路通常称为乙类互补对称电路。双电源乙类互补对称电路又称为OCL电路。图2图2乙类互补对称功放的工作原理二、乙类互补对称功放的图解分析功率放大电路的分析任务是求解最大输出功率、效率及三极管的工作参数等。分析的关键是Vo的变化范围。在分析方法上,通常采用图解法,这是因为BJT处于大信号下工作.图3〔a表示在Vi为正半周时T1的工作情况。图中假定,只要VBE1=Vi>0,T1就开始导电,则在一周期内T1导电时间约为半周期。随着Vi的增大,工作点沿着负载线上移,则io=iC1增大,Vo也增大,当工作点上移到图中A点时,VCE1=VCES,已到输出特性的饱和区,此时输出电压达到最大不失真幅值Vomax。Vomax〔aT1Vomax〔aT1管的工作情况voAT1T1管的工作情况T2T2管的工作情况两管的输出两管的输出图3乙类互补对称功放的图解分析根据上述图解分析,可得输出电压的幅值为Vom=IomRL=VCC-VCE1其最大值为Vommax=VCC-VCES。T2管的工作情况和T1相似,只是在信号的负半周导电。两管的工作情况：为了便于分析两管的工作情况,将T2的特性曲线倒置在T1的右下方,并令二者在Q点,即VCE=VCC处重合,形成T1和T2的所谓合成曲线,如图3<b>所示。这时负载线通过VCC点形成一条斜线,其斜率为-1/RL。显然,允许的io的最大变化范围为2Iom,Vo的变化范围为2Vom=2IomRL=2〔VCC-VCES。若忽略管子的饱和压降VCES,则Vommax≈2VCC。根据以上分析,不难求出工作在乙类的互补对称电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率和效率。三、乙类互补对称功放的管耗考虑到T1和T2在一个信号周期内各导电约180°,且通过两管的电流和两管两端的电压vCE在数值上都分别相等〔只是在时间上错开了半个周期。因此,为求出总管耗,只需先求出单管的损耗就行了。设输出电压为vo=Vomsinwt,则T1的管耗为而两管的管耗为第三节甲乙类互补对称功率放大电路一、乙类互补对称功率放大电路的交越失真理想情况下,乙类互补对称电路的输出没有失真。实际的乙类互补对称电路〔图1,由于没有直流偏置,只有当输入信号Vi大于管子的门坎电压〔NPN硅管约为0.6V,PNP锗管约为0.2V时,管子才能导通。当输入信号Vi低于这个数值时,T1和T2都截止,ic1和ic2基本为零,负载RL上无电流通过,出现一段死区,如图1所示。这种现象称为交越失真。图1乙类互补对称功率放大电路的交越失真二、甲乙类双电源互补对称电路1、基本电路为了克服乙类互补对称电路的交越失真,需要给电路设置偏置,使之工作在甲乙类状态。如图2所示。图2甲乙类双电源互补对称电路图中：T3组成前置放大级〔注意,图中未画出T3的偏置电路,给功放级提供足够的偏置电流。T1和T2组成互补对称输出级。静态时,在D1、D2上产生的压降为T1、T2提供了一个适当的偏压,使之处于微导通状态,工作在甲乙类。这样,即使Vi很小〔D1和D2的交流电阻也小,基本上可线性地进行放大。上述偏置方法的缺点：偏置电压不易调整,改进方法可采用VBE扩展电路。2、VBE扩展电路VBE扩展电路如图3所示图3VBE扩展电路图中,流入T4的基极电流远小于流过R1、R2的电流,则由图可求出VCE4=VBE4〔R1+R2/R2由于VBE4基本为一固定值〔硅管约为0.6~0.7V,只要适当调节R1、R2的比值,就可改变T1、T2的偏压VCE4值。Vce4就是T1、T2的偏置电压这种电路称为VBE扩展电路三、甲乙类单电源互补对称电路1、电路组成甲乙类单电源互补对称电路如图4所示。图4甲乙类单电源互补对称电路图中：T3组成前置放大级,T2和T1组成互补对称电路输出级。2、工作原理在Vi=0时,调节R1、R2,就可使IC3、VB2和VB1达到所需大小,给T2和T1提供一个合适的偏置,从而使K点电位VK=VC=VCC/2。Vi≠0时,在信号的负半周,T1导电,有电流通过负载RL,同时向C充电；在信号的正半周,T2导电,则已充电的电容C起着双电源互补对称电路中电源-VCC的作用,通过负载RL放电。只要选择时间常数RLC足够大〔比信号的最长周期还大得多,就可以认为用电容C和一个电源VCC可代替原来的+VCC和-VCC两个电源的作用。3、分析计算：采用一个电源的互补对称电路,由于每个管子的工作电压不是原来的VCC,而是VCC/2,即输出电压幅值Vom最大也只能达到约VCC/2,所以前面导出的计算Po、PT、和PV的最大值公式,必须加以修正才能使用。修正的方法也很简单,只要以Vcc/2代替原来的公式中的VCC即可。课后作业：6.11、6.12第7章差分放大电路教学目的：熟练掌握差放电路的工作原理,静态分析与计算,差模增益。教学重点：基本差分式放大电路的工作原理及分析计算。教学难点：基本差分式放大电路的分析计算。教学内容：概述,差分放大电路的静态计算,差分放大电路的动态计算。教学方法：理论讲解与举例相结合。教学进度：本内容为8学时,其中7.1节2学时,7.2、7.3节各3学时。参考资料：电子电路基础〔林家儒主编,第2版,20XX,129-143页。教学内容第一节概述一、差分放大电路的组成差分放大电路是由对称的两个基本放大电路,通过射极公共电阻耦合构成的。如图所示。对称的含义是两个三极管的特性一致,电路参数对应相等。即：即：1=2=VBE1=VBE2=VBErbe1=rbe2=rbeICBO1=ICBO2=ICBORC1=RC2=RCRb1=Rb2=Rb二、差分放大电路的输入和输出方式差分放大电路一般有两个输入端：同相输入端,反相输入端。信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反相输入端,称为双端输入；若信号仅从一个输入端对地加入,称为单端输入。差分放大电路可以有两个输出端,一个是集电极C1,另一个是集电极C2。从C1和C2输出称为双端输出,仅从集电极C1或C2对地输出称为单端输出。三、差模信号和共模信号差模信号：是指在两个输入端加上幅度相等,极性相反的信号。共模信号：是指在两个输入端加上幅度相等,极性相同的信号。差分放大电路仅对差模信号具有放大能力,对共模信号不予放大。温度对三极管电流的影响相当于加入了共模信号。差分放大电路是模拟集成运算放大器输入级所采用的电路形式。第二节差分放大电路的静态计算差分放大电路的静态和动态计算方法与基本放大电路基本相同。为了使差分放大电路在静态时,其输入端基本上是零电位,将Re从接地改为接负电源－VEE,如图所示。由于接入负电源,所以偏置电阻Rb可以取消,改为－VEE和Re提供基极偏置电流。基极电流为:由IB的计算式可知,Re对一半差分电路而言,只有2Re才能获得相同的电压降。第三节差分放大电路的动态计算一、差模状态动态计算差分放大电路的差模工作状态分为四种:1.双端输入、双端输出〔双----双2.双端输入、单端输出〔双----单3.单端输入、双端输出〔单----双4.单端输入、单端输出〔单----单主要讨论的问题有：差模电压放大倍数差模输入电阻输出电阻1、差模电压放大倍数Avd双端输入差放电路如图所示。负载电阻接在两集电极之间。vi接在两输入端之间,也可看成±vi/2各接在两输入端与地之间。〔1双端输入双端输出差模电压放大倍数这种方式适用于双端输入和双端输出,输入、输出均不接地的情况。差动放大器双入——双出微变等效电路〔2双端输入单端输出差模电压放大倍数双端输入单端输出因只利用了一个集电极输出的变化量,所以它的差模电压放大倍数是双端输出的二分之一。这种方式适用于将差分信号转换为单端输出的信号。〔3单端输入双端输出差模电压放大倍数单端输入信号可以转换为双端输入,其转换过程见图。右侧的Rs+rbe归算到发射极回路的值[<Rs+rbe>/<1+b>]<<Re,故Re对Ie分流极小,可忽略。于是有:vi1=－vi2=vi/2这种方式用于将单端信号转换成双端差分信号,可用于输出负载不接地的情况。<4>单端输入单端输出通过从T1或T2的集电极输出,可以得到输出与输入之间或电位反相或电位同相的关系。从T1的基极输入信号,从C1输出,为反相；从C2输出为同相。2、差模输入电阻不论是单端输入还是双端输入,差模输入电阻Rid是基本放大电路的两倍。3、输出电阻输出电阻在单端输出时,R0=Rc,在双端输出时,R0=2Rc二、共模状态动态计算例如温漂信号属共模信号,它对差分放大电路中Ic1和Ic2的影响相同。如果输入信号极性相同,幅度也相同则是纯共模信号。如果极性相同,但幅度不等,则可以认为既包含共模信号,又包含差模信号,应分开加以计算,如图所示。1、共模放大倍数Avc计算共模放大倍数Avc的微变等效电路,如图所示。其中Re用2Re等效,这与差模时不同。Avc的大小,取决于差分电路的对称性,双端输出时可以认为等于零。单端输出时为:2、共模抑制比共模抑制比KCMR是差分放大器的一个重要指标。或双端输出时KCMR可认为等于无穷大,单端输出时共模抑制比三、恒流源差分放大电路为了提高共模抑制比应加大Re。但Re加大后,为保证工作点不变,必须提高负电源,这是不经济的。为此可用恒流源T3来代替Re。恒流源动态电阻大,可提高共模抑制比。同时恒流源的管压降只有几伏,可不必提高负电源之值。这种电路称为恒流源差分放大电路,电路如图所示。恒流源电流数值为IE=<VZ-VBE3>/Re课后作业：7.8、7.9、7.10、7.12、7.13、7.14第8章运算放大器和电压比较器教学目的：学习集成运放的典型电路,掌握理想运放的典型条件和电压比较器。教学重点：运算放大电路的分析方法,电压比较器的工作原理。教学难点：运算放大电路的交流参数。教学内容：运算放大器概述,运算放大器的应用,电压比较器。教学方法：理论讲解与举例相结合。教学进度：本内容为6学时,其中8.1、8.2、8.3节各2学时。参考资料：电子电路基础〔林家儒主编,第2版,20XX,148-160页。教学内容第一节运算放大器概述一、集成电路的简单介绍1、概念：把具有一定功能的电路元件做在一快小板上叫做集成电路2、特点：体积小重量轻功能强大等等3、分类：模拟集成电路：〔1运算放大电路〔2集成稳压电路〔3集成功率放大电路〔4其它种类的集成电路。二、集成运算放大器的介绍1、符号2、集成运放的原理框图如图所示,由4个主要部分组成⑴输入级：有两个输入端,一个输入端与输出端成同相关系,一个输入端同输出端成反相关系。温度漂移要小。⑵中间级：主要完成电压放大任务⑶输出级：功率放大⑷偏置电路：向各级提供稳定的静态的工作电流。另外还有一些辅助电路：电平偏移电路短路保护电路等。3、理想运算放大器开环电压增益Aod=∞共模抑制比KCMRR=∞输入电阻rid=∞输出电阻ro=0失调电压UOS=0,失调电压温漂dUO/dT=0失调电流IOS=0,失调电流温漂dIOS/dT=04、运算放大器的电压传输特性〔1、分析运算放大器电路的两条原则〔线性区〔"虚短"〔"虚断"〔2、分析运算放大器电路的原则〔非线性区〔"虚断"第二节运算放大器的应用一、信号运算电路电路特点：运算放大器工作在闭环状态,在运放外部,输出端与一个反相输入端有物理连接。1、反相比例运算2、同相比例运算3、反相加法运算4、减法运算分析过程略第三节其他方面的应用一、电压比较器——单限电压比较器在比较器中加入限幅或钳位电路二、矩形波和三角波产生电路三、测量放大器课后作业：8.3、8.4、8.5、8.11、18.13第9章正弦波振荡器教学目的：掌握有源滤波器的基本概念及一阶有源滤波电路的基本原理和分析计算。教学重点：LC振荡电路的基本原理和分析计算教学难点：三点式LC振荡电路的分析计算教学内容：正弦波振荡器的基本概念,LC振荡器,石英晶体振荡器教学方法：理论讲解与举例相结合,讲例题时边讲边练〔学生先作,老师后讲。教学进度：本内容为8学时,其中9.1、9..2节3学时,9.3节2学时。参考资料：电子电路基础〔林家儒主编,第2版,20XX,165-173页。教学内容第一节正弦波振荡器的基本概念一、自激振荡的工作原理LC回路中的自由振荡,如图<a>所示。自由振荡——电容通过电感充放电,电路进行电能和磁能的转换过程。阻尼振荡——因损耗等效电阻R将电能转换成热能而消耗的减幅振荡。图<b>所示。等幅振荡——利用电源对电容充电,补充电容对电感放电的振荡过程,图<c>所示。这种等幅正弦波振荡的频率称为LC回路的固有频率,即图1LC回路中的电振荡二、自激振荡的条件振荡电路如图2所示。振荡条件：相位平衡条件和振幅平衡条件。1．相位平衡条件反馈信号的相位与输入信号相位相同,即为正反馈,相位差是180的偶数倍,即2n其中,为Vf与Vi的相位差,n是整数。Vi、Vo、Vf的相互关系参见图3。2.振幅平衡条件反馈信号幅度与原输入信号幅度相等。即AVF1图2变调谐放大器为振荡器图3自激振荡器方框图三、自激振荡建立过程自激振荡器：在图2中,去掉信号源,把开关S和点"2"相连所组成的电路。图4振荡的建立过程自激振荡建立过程：电路接通电源瞬间,输入端产生瞬间扰动信号vi,振荡管V产生集电极电流iC,因iC具有跳变性,它包含着丰富的交流谐波。经LC并联电路选出频率为f0的信号,由输出端输出vo,同时通过反馈电路回送到输入端,经过放大、选频、正反馈、再放大不断地循环过程,将振荡由弱到强的建立起来。当信号幅度进入管子非线性区域后,放大器的放大倍数降低到AVF图4振荡的建立过程例:判断图5<a>所示电路能否产生自激振荡。解<1>振幅条件：因V基极偏置电阻Rb2被反馈线圈Lf短路接地,使V处于截止状态,故电路不能起振。<2>相位条件：采用瞬时极性法,设V基极电位为"正",根据共射电路的倒相作用,可知集电极电位为"负",于是L同名端为"正",根据同名端的定义得知,Lf同名端也为"正",则反馈电压极性为"负"。显然,电路不能自激振荡。如果把图5<a>改成图<b>。因隔直电容Cb避免了Rb2被反馈线圈Lf短路,同时反馈电压极性为"正",电路满足振幅平衡和相位平衡条件,所以电路能产生自激振荡。图5自激振荡的判别图6共发射极变压器耦合振荡器第二节LC振荡器一、变压器耦合式LC振荡器电路特点：用变压器耦合方式把反馈信号送到输入端。常用的有以下两种。1．共发射极变压器耦合LC振荡器<1>电路结构如图6<a>所示。图中V为振荡放大管,电阻R1、R2、R3为分压式稳定工作点偏置电路,C1、C2为旁路电容,LC并联回路为选频振荡回路,L3-4为反馈线圈,L7-8为振荡信号输出端,电位器RP和电容C1组成反馈量控制电路。<2>工作原理图7共基极变压器耦合振荡电路交流通路如图6<b>所示。对频率ff0的信号,LC选频振荡回路呈纯阻性,此时和vf,反相,即φ1=180º。输出电压vo再通过反馈线圈L3-4,使4端为正电位,即与的φ2=180º。于是,保证了正反馈,满足了相位条件。如果电路具有足够大的放大倍数,满足振幅条件,电路就能振荡。调节RP可改变输出幅度。图7共基极变压器耦合振荡电路2．共基极变压器耦合LC振荡器<1>电路结构如图7<a>所示。图中V为振荡放大管,电阻R1、R2、R3为分压式稳定工作点偏置电路,C1为基极旁路电容,C2为隔直耦合电容,L2为反馈线圈,L与C串联组成选频振荡电路。<2>工作原理交流通路如图L7<b>所示。接通电源瞬间,LC回路振荡电压加到管子基射之间,形成输入电压,经V放大后,输出信号经反馈线圈L2与L之间的互感耦合反馈到管子基射之间,若形成正反馈。在满足振幅平衡条件下,电路产生振荡。综上分析,变压器反馈电路的反馈强度,可通过L2与L1之间的距离来调节。变压器耦合振荡电路的振荡频率为若调节L、C,可改变振荡频率。二、三点式LC振荡电路电路特点：LC振荡回路三个端点与晶体管三个电极相连。图8电感三点式振荡器图9电容三点式振荡器1．电感三点式振荡器电路如图8<a>,交流通路如图8<b>所示。相位条件：当线圈1端电位为""时,3端电位为"",此时2端电位低于1端而高于3端,即vf与vo反相,经倒相放大后,形成正反馈,即满足相位条件。振幅条件：适当选择L2和L1的比值。使,满足振幅条件。电路就能振荡。由于反馈电压vf取自L2两端,故改变线圈抽头位置,可调节振荡器的输出幅度。L2越大,反馈越强,振荡输出越大,反之,L2越小,反馈越小,不易起振。电路振荡频率为其中M是L1与L2之间的互感系数。优点：振荡频率很高,一般可达到几十兆赫；缺点：波形失真较大。2．电容三点式振荡器电容三点式振荡器电路如图9<a>所示,交流通路如图9<b>所示。相位条件：当线圈1端电位为""时,3端电位为""。此电压经C1、C2分压后,2端电位低于1端而高于3端,即vf与vo反相,经V倒相放大后,使1端获""电位,形成正反馈,满足相位条件。振幅条件：适当的选择C1、C2的数值,使电路具有足够大的放大倍数,电路可产生振荡。电路振荡频率为而电路特点：频率较高,可达100MHz以上。优点：输出波形好。缺点：调节频率不方便。第三节石英晶体振荡器电路特点：频率稳定度高,可达101011量级。一、石英晶体的基本特性及其等效电路1．压电效应石英晶体谐振器如图11所示。它是在晶片的两个对面上喷涂一对金属极板,引出两个电极