模电复习教案

半导体二极管晶体三极管第

1

章常用半导体器件(2.1.6)(2.1.4)三极管的电流分配关系：一般约为40~150(2.1.7)1、输入特性曲线1.3.3

晶体管的共射特性曲线O0.5V4321O24682、输出特性曲线图2.1.5晶体管的输出特性曲线50µA40µA

30µA20µA10µAIB

=0ICEOuCE/ViC

/mA输出回路1).放大区：条件：发射结正偏集电结反偏特点：与横轴平行

等距离放大区△IB△IC2).饱和区：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0条件：两个结正偏特点：IC

<

IB临界饱和时：

uCE

=uBE深度饱和时：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(锗管)饱和区uBE

>

u

ON4321O246850µA40µA

30µA20µA10µAIB

=0ICEOuCE/ViC

/mA截止区4321O246850µA40µA

30µA20µA10µAIB

=0ICEOuCE/ViC

/mA3)截止区：条件：发射结

UON

集电结反偏u

BEuONu

CE>uBEIB=0IC=ICEO0截止区第

2

章基本放大电路2.1放大的概念及放大电路的性能指标2.3放大电路的分析方法2.4放大电路静态工作点的稳定2.5晶体管放大电路的三种组态2023/2/3HomeNext2.1放大的概念及放大电路的性能指标4Back（1）输入电阻：

对电压源形式的信号源，放大电路的输入电压：所以，输入电阻越大，信号电压损失越小。

对电流源形式的信号源，放大电路的输入电流：所以，输入电阻越小，信号电流损失越小。2023/2/3

（2）输出电阻：HomeNext5Back

由图2.1.2得，输出电阻为：由此，当放大电路输出端等效为电压源时，输出电阻越小，则负载获得的输出电压越大，当负载变化时输出电压的变化越小。输出电阻的大小，影响到输出到负载信号的大小。2023/2/3

输入电阻和输出电阻，都描述了电子电路相互连接时对信号所产生的影响。输入电阻描述了放大电路对输入信号源的影响，输出电阻描述了放大电路的带负载能力（当负载变化时，输出信号保持稳定的能力）。它们都是交流电阻，直接或间接地影响到放大电路的放大能力。当放大电路输出端等效为电流源时由此，输出电阻越大，则负载获得的输出电流越大。1.直流通路与交流通路

Next2.3放大电路的分析方法放大电路的分析：（1）静态分析；（2）动态分析。（1）直流通路：直流电流流经的通路，用于静态分析。对于直流通路：电容视为开路；电感视为短路；信号源视为短路，但保留其内阻。（2）交流通路：交流电流流经的通路，用于动态分析。对于交流通路：大容量电容（耦合电容、旁路电容等）视为短路；大容量电感视为开路；直流电源视为短路。Q点偏低，工作点易进入截止区，当信号稍大时，便会出现“截止失真”。uce顶部失真ib低部失真1）Q点偏低，出现“截止失真”Q点位于输出负载线的底部，称为Q点偏低。消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。截止失真是在输入回路首先产生失真！1.图解法分析非线性失真Rb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑：饱和失真是输出回路产生失真。最大不失真输出电压Uom

：比较UCEQ与（VCC－UCEQ

），取其小者，除以

。2）Q点偏高，出现“饱和失真”Q点位于输出负载线的上部，称为Q点偏高。2.等效电路分析法

（1）直流分析Home等效电路分析法，必须已知三极管的值。首先，画出直流通路，以直接耦合共射放大电路为例。IBQ=IB1-IB2=(VCC-VBEQ)/Rb2-VBEQ/(Rs+Rb1)(2.3.1)ICQ=IBQ(2.3.2)ICQ=IC1-IC2

=(VCC-VCE)/Rc-

VCE/RLVCEQ=(VCC/

Rc-ICQ)(Rc//RL)

(2.3.3)

思考题：图2.3.14所示阻容耦合放大电路的Q点表达式如何？VBEQ=VBE(on)，硅管：0.6-0.7V；锗管：0.2-0.3V（2）交流分析(a)晶体管的小信号模型

建立小信号模型的意义：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线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。

建立小信号模型的思路：当放大电路的输入信号电压足够小时，晶体管工作于线性区，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。h参数简化模型图2.3.17BJT的H参数简化模型rbe查阅手册基区体电阻发射结电阻发射区体电阻数值小可忽略利用PN结的电流方程可求得由IEQ算出在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！rbe的近似计算

rbe

与Q点有关，可用图示仪测出。其中对于低频小功率管rbb’≈200

(2.3.11)则

而

(T=300K)

一般也用公式估算:rbe=rbb’+(1+

)rb’e(e)微变等效电路法进行共射放大电路的动态分析首先，画出交流通路，如图2.3.18所示。画出放大电路的微变等效电路如图2.3.19所示。RbRcRLRs图2.3.19微变等效电路RiRo

解：（1）（2）例2.3.2放大电路如图所示。试求:(1)Q点；(2)、、。已知=50。练习题1：基本放大电路分析（1）电路组成（2）静态分析IBQ=(VBB-VBEQ)/[Rb+(1+)

Re]ICQ=IBQVCEQ=VCC-IEQRe

VCC-ICQReVBEQ=VBE(on)

硅管：0.6-0.7V

锗管：0.2-0.3V（3）动态分析2023/2/3HomeNextBack2.4放大电路静态工作点的稳定5或

由此：发射极支路电阻Re折合到基极支路要乘以(1+β)倍，基极支路电阻Rb折合到发射极支路要除以(1+β)倍＊一个重要结论2023/2/3Home1.共集电极放大电路

Next2.5晶体管放大电路的三种组态1（1）电路组成2.5晶体管放大电路的三种组态（2）静态分析IBQ=(VBB-VBEQ)/[Rb+(1+)

Re]ICQ=IBQVCEQ=VCC-IEQRe

VCC-ICQReVBEQ=VBE(on)

硅管：0.6-0.7V

锗管：0.2-0.3V2.5晶体管放大电路的三种组态（3）动态分析2.5晶体管放大电路的三种组态2023/2/3晶体管放大电路的三种组态：共发射极放大电路既能放大电压，也能放大电流，输入电阻居中，输出电阻较大，频带较窄。常作低频电压放大。共集电极放大电路只能放大电流，不能放大电压。输入电阻最大、输出电阻最小，具有电压跟随的特点常用于多级放大的输入级和输出级，有时还用作中间隔离级（缓冲级），起阻抗变换的作用。共基极放大电路只能放大电压，不能放大电流。输入电阻最小，频率特性最好。第三章多级放大电路Home差分放大电路5.1频率响应概述5.2晶体管的高频等效模型5.4单管放大电路的频率响应5.5多级放大电路的频率响应第五章放大电路的频率响应一、高通电路RC••5.1频率响应的基本概念无源单极RC电路的频率特性二、低通电路RC•••••fH=1/2RC三、

波特图波特图对数幅频特性对数相频特性纵轴：20lg分贝(dB)纵轴仍用

表示f与

lgf的对应关系f(Hz)1101001K10K100K1M100101102103104105106lgf01234560101102103104105106f(Hz)横轴用频率的对数值（lgf

）划分，用频率值标注。波特图的幅值用20lg

分划，用分贝（dB）标注，相位仍用φ

表示。20lg有时用LA表示。为了书写方便，20lg0102030dB分贝与倍数的对应关系dB0102030405060708090100倍数13.1610131.6102316103316210431620105折线化的波特图高通电路低通电路－450∕十倍频－450∕十倍频5.2晶体管的高频等效模型从晶体管的物理结构出发，考虑发射结和集电结电容的影响，得到在高频信号作用下的物理模型，称为混合π模型。晶体管的混合π模型与第二章所介绍的H参数等效模型在低频信号作用下具有一致性。5.2.1晶体管的混合π模型一、完整的混合π模型跨导图5.2.2混合π模型的简化二、简化的混合π模型5.4单管放大电路的频率响应图5.4.1单管共射放大电路及其等效电路中频段低频段高频段中频低频高频输入信号频率范围极间电容视为开路耦合电容不考虑电容的影响(或旁路电容)视为短路主要考虑耦合电容(或旁路电容)的影响极间电容视为开路耦合电容(或旁路电容)仍视为短路主要考虑极间电容的影响一、中频电压放大倍数对于中频信号电压，Ri图5.4.2单管共射放大电路的中频等效电路Cπ可视为开路；C视为短路。二、低频电压放大倍数当低频电压信号作用时，耦合电容和旁路电容起作用。图5.4.3单管共射放大电路的低频等效电路要考虑了输出电容C的作用。UO’为空载输出电压。三、高频电压放大倍数考虑高频信号作用时，Cπ’的影响，可得等效电路如下图5.4.4单管共射放大电路的高频等效电路四、波特图（5.4.10）1、完整的单管共射放大电路的频率特性综合前面的单管共射放大电路频率特性的中频段、低频段和高频段放大倍数表达式，得到完整的电压放大倍数。

2、单管共射放大电路的波特图

由于Aod高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区时的最大输入电压(uP－uN)的数值仅为几十～一百多微伏。在线性区：uO＝Aod(uP－uN)Aod是开环差模放大倍数。非线性区

(uP－uN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是＋UOM

,

就是－UOM，即集成运放工作在非线性区。uO=f(uP-uN)集成运放的电压传输特性第四章集成运算放大电路UiUfUbeUiUfUd当输入信号与反馈信号不是接在同一极上时，为串联电压叠加形式。净输入信号：（一）串联叠加净输入信号：三极管电路为UbeUbe=Ui-Uf运放电路的差模输入电压

Ud=Ui-Uf净输入信号：（二）并联叠加当输入信号与反馈信号接在同一极上时，为并联电流叠加形式。净输入信号：三极管电路为IbIb=Ii+If

运放电路是输入电流ib

Ib=Ii+IfIiIBIfIiIfIBB输入，C反相，E同相(跟随)E输入，C同相三极管的瞬时极性：uIuI集电极反相，发射极跟随共基电路输入输出同相也适用于场效应管，E-S，C-D，B-GVT1VT2Rc2Rc1Re2Re1uO+-+VCCRFCFuI+-Rb+-uF+-uBE交流负反馈：对放大电路的各项动态性能产生不同的影响，是用以改善电路技术指标的主要手段。也是本章的重点研究内容。+-减小++负反馈下页上页首页uBE

=uI–uF6.2负反馈放大电路的四种基本组态研究集成运放负反馈两个重要条件1.虚短：uD

≈0uN

≈uP

差模输入电压等于零当基本放大器的放大倍数足够大时，可以认为净输入信号近似为0。2.虚断：iP=iN=

iD≈0输入电流等于零

注意：运放工作在线性区。引入负反馈就是使运放工作在线性区。图6.2.2电压串联负反馈电路一、电压串联负反馈6.2.2四种反馈组态当A→∞时：（虚短）uD≈

0∴uI≈uF二、电流串联负反馈电流串联负反馈：若从输出电流取样，通过反馈网络得到反馈电压，然后与输入电压相比较，求得差值作为净输入电压进行放大。（虚短）三、电压并联负反馈∴iI≈iF∵uN≈uP

=0∴uO≈-iFR≈-iIR（虚断）∵iD≈

0（6.2.3）电压并联负反馈：若从输出电压取样，通过反馈网络得到反馈电流，然后与输入电流相比较，求得差值作为净输入电流进行放大。四、电流并联负反馈电流并联负反馈：若从输出电流取样，通过反馈网络得到反馈电流，然后与输入电流相比较，求得差值作为净输入电流进行放大。电压反馈和电流反馈的判断方法：看输出电压反馈：反馈信号取自输出电压，与输出电压成正比。电流反馈：反馈信号取自输出电流，与输出电流成正比。判断方法1：可假设将输出端交流短路（即令输出电压等于零），若反馈信号不复存在(为零)，则为电压反馈，否则就是电流反馈。判断方法2:电压反馈：反馈信号取自UO端(或输出分压端)。电流反馈：反馈信号不取自UO端（反馈信号通过负载电阻）。6.2.3反馈组态的判别串联反馈和并联反馈的判别方法：看输入串联负反馈:并联负反馈:uD=uI

uF以电压形式求和iD=ii

if以电流形式求和串联反馈：输入信号与反馈信号接在输入级不同端。并联反馈：输入信号与反馈信号接在同一端。之间的关系：基本放大电路放大倍数:反馈系数:闭环放大倍数:(6.3.4)(6.3.3)(6.3.5)环路放大倍数:(6.3.6)6.3负反馈放大电路的方块图及一般表达式6.3.3负反馈放大电路的一般表达式(6.3.7）(6.3.8）在中频段时：6.4深度负反馈放大电路的放大倍数分析6.4.1深度负反馈的实质深度负反馈闭环放大倍数:串联负反馈：并联负反馈：（6.4.1）（6.4.2）（6.4.3）6.4.2反馈网络的分析（6.4.4）（6.4.5）电压串联负反馈电流串联负反馈6.4.2反馈网络的分析（6.4.6）（6.4.7）＋－电压并联负反馈电流并联负反馈深度负反馈，（虚短）ui≈uf反馈系数：（6.4.4）（6.4.8）一、电压串联负反馈6.4.3放大倍数的分析深度负反馈时，反馈系数：（6.4.5）（6.4.10）二、电流串联负反馈三、电压并联负反馈戴维宁定理戴维宁定理并联负反馈三、电压并联负反馈：四、电流并联负反馈：（6.4.13）（6.4.15）戴维宁定理（6.4.14）2.找出反馈网络，求解F并决定F的量纲。，求出各种组态的Af。4.转换出通常所关心的Auf(或Ausf)

。深度负反馈放大电路增益计算步骤：1.正确判断反馈极性与反馈组态。3.利用深度负反馈时以下关系成立：串联负反馈时：并联负反馈时：1.从输入端看：电流负反馈时：电压负反馈时：2.从输出端看：4）电压并联负反馈:2）电流串联负反馈:3）电流并联负反馈:1）电压串联负反馈:（6.4.8）（6.4.10）（6.4.15）结果：图6.4.3例6.4.3电路图（1）判断交流负反馈组态（2）求出深度负反馈Af和Auf+-++uf[例6.4.2]电压串联负反馈下页上页在各种不同的应用电路中，集成运放的工作范围可能有两种情况：工作在线性区或工作在非线性区。当工作在线性区时，集成运放的输出电压与其两个输入端的电压之间存在着线性放大关系，即Aod+-u+u-i+i-uO集成运放的电压和电流当工作在非线性区时，集成运放的输出、输入信号之间关系：首页6.4.4基于理想运放的放大倍数分析二、理想运放在线性工作区1.理想运放在线性区的特点（1）uP

=uN

虚短（2）iP

=iN

=0

虚断2.理想运放工作在线性区的电路特征：电路中引入负反馈。uO

=Aod(up-uN)∵Aod=∞运放的同相输入端和反相输入端的电位“无穷”接近，好象短路一样，但却不是真正的短路。运放的同相输入端和反相输入端的电流趋于0，好象断路一样，但却不是真正的断路。图6.4.5集成运放引入负反馈三、理想运放工作在非线性区图集成运放工作在非线性区时的电压传输特性up-uNuouOM-uOM理想运放在非线性区的特点：（1）UO=+UOMuP

>uN

-UOMuP<uN

（2）iP

=iN

=0“虚断”，但不“虚短”6.5.2改变输入电阻和输出电阻串联负反馈使输入电阻增大。并联负反馈使输入电阻减小。电压负反馈使输出电阻减小。电流负反馈使输出电阻增大。对输入电阻影响对输出电阻影响影响程度均与反馈深度1+AF有关。6.5.5放大电路中引入反馈的一般原则结论：负反馈对放大电路性能方面的影响，均与反馈深度(1+AF)有关。设计放大电路时，应根据需要和目的，引入合适负反馈，其一般原则为：(1)为了稳定静态工作点，应引入直流负反馈；

为了改善电路的动态性能，应引入交流负反馈。当信号源为恒压源或内阻较小的电压源时，为增大放大电路的输入电阻，以减小信号源的输出电流和内阻上的压降，应引入串联负反馈。(2)根据信号源的性质决定引入串联负反馈或者并联负反馈：当信号源为恒流源或内阻较大的电压源时，为减小放大电路的输入电阻，使电路获得更大的输入电流，应引入并联负反馈。(3)根据负载对放大电路输出量的要求，决定引入电压负反馈或电流负反馈:当负载需要稳定的电压信号时，应引人电压负反馈；当负载需要稳定的电流信号时，应引入电流负反馈。(4)根据四种组态反馈电路的功能，在需要进行信号变换时，选择合适的组态:电流信号电压信号：电压并联负反馈电流信号：电压信号电流串联负反馈电压信号电压信号：电压串联负反馈电流信号：电流信号电流并联负反馈(1)减小电路从信号源索取的电流并增强带负载能力++-+-IiRi+应引入电压串联负反馈。图6.5.8例6.5.1电路图图6.5.8例6.5.1电路图(2)

输入电流转换成稳定线性关系的输出电流--+-+IiIf应引入电流并联负反馈。图6.5.8例6.5.1电路图(3)

输入电流转换为稳定的输出电压uo++-+-If应引入电压并联负反馈。7.1基本运算电路7.2模拟乘法器及其在运算电路中的应用第七章信号的运算和处理7.1.2比例运算电路一、反相比例运算电路电压并联负反馈补偿电阻R’=R//Rf（虚地）（虚断）运算关系：（7.1.7）运算关系：注意：有共模输入（7.1.8）同相比例运算电路的比例系数总是大于或等于1。二、同相比例运算电路电压串联负反馈图7.1.4电压跟随器三、电压跟随器(7.1.9)7.1.3加减运算电路一、求和运算电路1.反相求和运算电路（7.1.10）节点电流法2.同相求和运算电路（7.1.13）当：R1//R2//R3//R4=R//RfRP=R1//R2//R3//R4图7.1.9同相求和运算电路反相求和：同相求和：输入信号均为同一端（同相或反相）输入，如果采用双端输入方式，可以同时实现加法和减法运算。也考虑使用两级反相求和电路实现加减法。

总结：图7.1.10加减运算电路二、加减运算电路图7.1.12差分比例运算电路实现了对输入差模信号的比例运算分析运算电路的步骤1.对于单一信号作用的运算电路，列出关键节点的电流方程（与输入电压和输出电压产生关系的节点）：如N、P点；2.对于多输入的电路，还可以利用叠加定理；3.根据“虚短”、“虚断”的原则整理；4.得出输入电压和输出电压的运算关系。[例7.1.3]设计一个运算电路设计要求：100k10k20k25k当：R1//R4=R3//R2//Rf∴R4=∞7.2.1模拟乘法器简介7.2模拟乘法器及其在运算电路中的应用uO=kuxuyk—乘积系数或乘积增益理想乘法器满足以下条件：

（1）ri1=∞、ri2=∞

（4）

ux=0或uy=0时，uO=0

（2）ro=0

（3）k不随信号幅度和频率变化实际的模拟乘法器k常为+0.1V-1或-0.1V-1。图7.2.7平方运算电路7.2.3模拟乘法器在运算电路中的应用一、乘方运算电路图7.2.83次方和4次方运算电路第8章波形的发生和信号的转换8.2电压比较器8.3非正弦波发生电路8.2电压比较器

(Comparator)8.2.1概述一、电压比较器的电压传输特性传输特性：

输入电压uI是模拟信号，而输出电压不是高电平UOH

，就是低电平UOL。阈值电压：使uo从

UOH跃变为UOL

，或从

UOL跃变为UOH的输入电压UT

。功能：比较电压信号(被测试信号与标准信号)大小。(3)当uI变化且经过UT时，uO跃变的方向，即是从UOH跃变为UOL，还是从UOL跃变为UOH

。高UOH高UOH低UOL低UOL画出电压传输特性，必须求出以下三个要素：(1)输出电压高电平和低电平的数值UOH

和UOL；(2)阈值电压的数值UT

；二、集成运放的非线性工作区集成运放电路特点及其电压传输特性开环状态正反馈OuP

-

uNuOuP

>uNuP

<uNUOm-UOm1)不存在虚短

(除了uP=uN

时)

2)存在虚断(即IP=IN

=0)

电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈无源网络(3)当uI经过UT时，uO跃变的方向，决定于uI作用于哪个端；输出高高低输出低分析电压传输特性三个要素的