硬件电路设计基础知识

硬件电子电路基础关于本课程第一章半导体器件§1-1半导体基础知识§1-2PN结§1-3二极管§1-4晶体三极管§1-5场效应管第二章基本放大电路§2-1晶体三极管基本放大电路§2-2反馈放大器的基本概念§2-3频率特性的分析法§2-4小信号选频放大电路§2-5

场效应管放大电路第三章模拟集成电路§3－1恒流源电路§3－2差动放大电路§3－3集成运算放大电路§3－4集成运放的应用§3－5

限幅器（二极管接于运放输入电路中的限幅器）§3－6

模拟乘法器第四章功率放大电路§4－1功率放大电路的重要特点§4－2

乙类功率放大电路§4－3

丙类功率放大电路§4－4

丙类谐振倍频电路第五章

正弦波振荡器§5－1

反馈型正弦波振荡器的工作原理§5－2LC正弦波振荡电路§5－3LC振荡器的频率稳定度§5－4石英晶体振荡器§5－5RC正弦波振荡器第六章

线性频率变换

──振幅调制、检波、变频§6－1

调幅波的基本特性§6－2

调幅电路§6－3

检波电路§6－4

变频第七章

非线性频率变换──角度调制与解调

§7－1概述

§7－2调角信号分析

§7－3调频及调相信号的产生

§7－4频率解调的基本原理和方法第八章

反馈控制电路§8－1自动增益控制（AGC）§8－2自动频率控制（AFC）§8－3自动相位控制（APC）PLL第一章半导体器件§1-1半导体基础知识§1-2PN结§1-3二极管§1-4晶体三极管§1-5场效应管§1-1半导体基础知识一、什么是半导体

半导体就是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。（导电能力即电导率）

（如：硅Si锗Ge等＋4价元素以及化合物）二、半导体的导电特性

本征半导体――纯净、晶体结构完整的半导体称为本征半导体。

硅和锗的共价键结构。（略）1、

半导体的导电率会在外界因素作用下发生变化掺杂──管子温度──热敏元件光照──光敏元件等2、

半导体中的两种载流子──自由电子和空穴自由电子──受束缚的电子

（－）空穴

──电子跳走以后留下的坑

（＋）三、杂质半导体──N型、P型

（前讲）掺杂可以显著地改变半导体的导电特性，从而制造出杂质半导体。N型半导体（自由电子多）

掺杂为＋5价元素。如：磷；砷P──＋5价使自由电子大大增长

原理：Si──＋4价P与Si形成共价键后多余了一个电子。载流子组成：本征激发的空穴和自由电子──数量少。掺杂后由P提供的自由电子──数量多。空

穴──少子自由电子──多子P型半导体

（空穴多）掺杂为＋3价元素。如：硼；铝使空穴大大增长

原理：Si──＋4价B与Si形成共价键后多余了一个空穴。B──＋3价

载流子组成：本征激发的空穴和自由电子──数量少。掺杂后由B提供的空

穴──数量多。空

穴──多子自由电子──少子结论：N型半导体中的多数载流子为自由电子；P型半导体中的多数载流子为空穴。§1-2PN结一、PN结的基本原理1、

什么是PN结

将一块P型半导体和一块N型半导体紧密第结合在一起时，交界面两侧的那部分区域。2、

PN结的结构分界面上的情况：P区：空穴多N区：自由电子多扩散运动：多的往少的那去，并被复合掉。留下了正、负离子。（正、负离子不能移动）留下了一个正、负离子区──耗尽区。由正、负离子区形成了一个内建电场（即势垒高度）。方向：N-->P大小：与材料和温度有关。（很小，约零点几伏）漂移运动：由于内建电场的吸引，个别少数载流子受电场力的作用与多子运动方向相反作运动。结论：在没有外加电压的情况下，扩散电流和漂移电流的大小相等，方向相反。总电流为零。二、PN结的单向导电特性

1、

外加正向电压时：（正偏）

结论：势垒高度¯PN结宽度（耗尽区宽度）¯扩散电流­

2、

外加反向电压时：（反偏）

结论：势垒高度­PN结宽度（耗尽区宽度）­扩散电流（趋近于0）¯此时总电流＝反向饱和电流（漂移电流）：I5注：反向饱和电流I5只与温度有关，与外加电压无关。【PN结的反向击穿】：齐纳击穿：势垒区窄，较高的反向电压形成的内建电场将价电子拉出共价键，导致反向电流剧增。<4V雪崩击穿：势垒区宽，载流子穿过PN结时间长，速度高，将价电子从共价键中撞出来，撞出来的电子再去撞别的价电子，导致反向电流剧增。>7V

当反向电压在4V和7V之间的时候，两种击穿均有。【PN结的电容效应】：势垒电容：外加电压变化引起势垒区宽窄的变化引起。它与平行板电热器在外加电压作用下，电容极板上积累电荷情况相似。对外等效为非线性微变电容。（反偏减小，正偏增大）扩散电容：当PN结外加正向电压时，由于扩散作用，从另一方向本方注入少子，少子注入后，将破坏半导体的电中性。为了维持电中性，将会有相同数量的异性载流子从外电路进入半导体，在半导体中形成空穴－电子对储存。外电压增量引起空穴－电子对存储就象电容充电同样。PN结等效为：两个扩散电容＋一个势垒电容。（对外等效为三个容性电流相加。等效对外不对内）反偏：扩散电流＝0，以势垒电容为主。正偏：扩散电流很大，以扩散电容为主。§1-3二极管一、构成与符号

二、伏安特性曲线

1.正向特性：正向电压较小时，正向电流几乎为0──死区。当正向电压超过某一门限电压时，二极管导通，电流随电压的增长成指数率的关系迅速增大。门限电压（导通电压）──UD：硅管──0.5-0.7V锗管──0.1-0.2V

2．反向特性：当外加电压小于反向击穿电压时，反向电流几乎不随电压变化。当外加电压大于反向击穿电压UB时，反向电流随电压急剧增大（击穿）。

3．伏安特性解析式在抱负条件下，PN结的伏安（电流与结电压）关系式：──呈指数关系式中：q──电子电荷量K──波尔兹曼常数T──绝对温度0K(-273°C)令：（室温下UT=26mV）伏安关系式简化为：

当电压超过100mV时，公式可以简化为：

加正向电压时：加反向电压时：I=-IS

4．二极管的等效电阻

从二极管的伏安特性曲线上可以看出：二极管是非线性元件，等效电阻的大小与Q点有关。

直流电阻（静态电阻）──

交流电阻──

例：用万用表测电阻和二极管换不同档测量电阻，结果同样吗？

特殊二极管：稳压二极管；变容二极管；发光二极管；

二极管应用：1．整流：略2．稳压：稳压管稳压电路。P22Fig1-3-163．限幅器：二极管限幅器。P24-26串联、并联、双向。

例：P521－2§1-4晶体三极管一、结构及符号

b区极薄

C结面积>e结

e区搀杂浓度最大，b区搀杂浓度最低。

（不能将两个二极管兑成一个三极管来用）二、晶体管的四种工作状态状态发射结电压集电结电压放大正反截止反反饱和正正倒置反正

三、放大状态下晶体管中的电流注：交流有效值──大写小写；交流值──小写小写；瞬时值──小写大写；静态值──大写大写；*注意：实际电流的流向是与电子流的方向相反的。

用很少量的IB来控制IC。即三极管事实上是一个电流控制电流源-CCCS。

三个电极电流满足：

IE=IB+IC

工作在放大状态下的NPN管一定为：IB、IC流入，IE流出。

工作在放大区的条件：NPN──UC>UB>UE；

PNP──UC<UB<UE；

发射结正偏，集电结反偏。

例：集成电路中没有三极管，是用三极管的一个结来代替，用哪个结？e结。（C结漏电流大）四、晶体管工作的三种组态

【共射】对电压、电流都有放大倍数。

【共基】无电流放大倍数，有电压放大倍数。(IC»IE)

【共集】无电压放大倍数，有电流放大倍数。(UBE»7.0V）

五、晶体三极管特性曲线

共射组态放大电路的特性曲线：输入特性曲线(IB--UBE)UCEUBE为一个正偏的PN结，所以特性曲线和二极管的正向特性曲线相同。有：

输出特性曲线(IC--UCE)IB

由于三极管有三个电极，要想在二维坐标系上表达出三个变量之间的关系。特性曲线就得是一族。有：

特点：

截止区：iB=0；iC=0;UCE=UCC；

放大区：iC受iB控制。

各条曲线近似水平，iC和UCE的变化基本无关，呈近似恒流特性。

饱和区：iC不受iB控制。UCE＝0.3V

六、晶体三极管的重要参数

1.电流放大系数直流电流放大系数交流短路电流放大系数共基极接法电流放大系数

；；

2.极限参数集电极最大允许电流ICOM：b下降至正常值时候的0.707倍所相应的IC值。反向击穿电压BUCEO：当基极开路时集电极和发射极之间的反向击穿电压。集电极最大允许功耗PCM。

3.三极管的输入电阻共射电路的输入电阻：BE结电阻：共基极输入电阻：§1-5场效应管场效应管的特点：场效应管只靠多子来导电。它是单极型晶体管。它只依靠一种载流子导电。三极管是靠多子、少子一起来导电的,又叫双极型晶体管。它靠两种载流子导电。场效应管的导电途径：沟道──运用外加电场改变半导体体电阻来进行工作。（电场效应来工作。）输入阻抗十分高。

场效应管分类：结型场效应管、绝缘栅型场效应管。一、结型场效应管

1．结构：N区为载流子的重要通道──N沟道。

2.符号：N沟道P沟道

3.工作原理：

靠UDG和USG使两个PN结所有反偏，使耗尽层加宽。依靠反偏电压的强弱来控制耗尽层的宽窄，（即改变半导体的体电阻）达成控制电流的作用。VCCS

并且应有UD>US，才干收集电子。漏极D和源极S，可以互换着使用。

规定栅极G一定要反偏。工作在放大状态时规定有：

4.输入特性：

栅极电流就是PN结的反向饱和电流。它几乎不随电压变化。

5.输出特性曲线：──以UGS为参变量，描述ID和UDS之间的关系。

二、绝缘栅型场效应管

1.结构：（以N沟道为例）

2.符号：

增强型耗尽型N沟道

P沟道

场效应管特性比较P47Tab1-2

3.原理：

增强型：原始没有导电沟道，靠外加电压后形成反型层导电沟道。规定必须给栅极G加正向偏压。有：UD>UG>US

耗尽型：本来已有导电沟道存在（掺杂导致的），靠外加电压使沟道中的载流子耗尽。所加栅极电压可正、可负。正：同增强型；负：同结型；第二章基本放大电路§2-1晶体三极管基本放大电路§2-2反馈放大器的基本概念§2-3频率特性的分析法§2-4小信号选频放大电路§2-5

场效应管放大电路§2－1晶体三极管基本放大电路一、放大器的组成1、放大电路的功能和重要研究问题什么是放大器：输出信号能量>输入信号能量的器件。（增大的能量是由电源提供的。）放大器的规定：1、能放大；2、不失真；重要问题：产生失真的条件和如何减小失真；重要指标是放大倍数：2、三种基本放大电路（三种组态）

三种组态：共射；共基；共集；

要实现放大作用：必须满足发射结正偏，集电结反偏。（NPN，PNP都是这样）,即：NPN──UC>UB>UE；

PNP──UC<UB<UE；3、基本共射放大电路

一般RB>>RC；RB几百K，RC几K二、放大级的图解分析放大级的图解分析法是运用晶体管的特性曲线通过作图的方法来分析放大电路的基本性能。图解分析法的特点是──直观。图解分析法的环节是：1、先分析无输入信号时的静态特性。

2、

再分析有信号输入时的动态特性。（一）、静态特性1、任务：求解静态工作点Q。（管子各极电流和各电极之间的电压）2、静态工作点Q的定义：未加交流信号的情况下，在固定直流偏压作用下，IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ也为一个固定的值。它们在曲线上相应着一个固定的点──Q点。3、在给定电路中求解静态工作点Q（以共射电路为例）。*解释：由于晶体管为非线性元件，它的输出伏安关系符合它的输出特性曲线。而晶体管所带的负载是电阻，它是线性元件。伏安关系符合基尔霍夫定律，为一条直线。（我们将在放大器直流输出回路中满足电压和电流关系的这一条直线称为直流负载线。）那么放大电路既要满足晶体管的非线性特性曲线，又要满足负载电阻的直线，结论是只能将这两种线画在同一个坐标系中，从中取它们的交点。这个交点──Q点。图解法可以直观地反映出Q点改变对放大作用的影响。求解静态工作点的环节：列输入方程，求出IBQ：其中UBE＝0.6V列输出方程，在IC──UCE图中画出直流负载线。UCE=UCC-ICRC根据公式：

分别取

当IC＝0时：UCE＝UCC；UCE＝0时：IC＝UCC/RC；将这两点连上即得到直流负载线。

从图上找出交点──静态工作点Q在图上相应标出IBQ、UCEQ（二）、动态特性分析

动态特性──（在静态特性求解完毕的基础上分析）电路工作在放大状态条件下，外加交流电压作用时，各个电极电压、电流的变化情况。当外加了交流电压或电流信号时，由于管子和负载也还是要同时满足它们各自的伏安关系曲线，所以工作点将会沿着负载线上下移动。在有外加输入信号作用时，输出的信号为直流和交流的叠加。

1.作交流负载线

画出输出回路的交流通路。由于交流负载的改变，使得交流负载线为一条通过静态工作点Q但是斜率改变为的直线。

2.

失真分析静态工作点、输入信号幅度、负载电阻大小对输出波形的影响。负载一定期：从图中可以看出：共射电路有倒像。从上图分析可知：Q1点合适无失真Q2点太高饱和失真Q3点太低截止失真输入信号幅度过大也会导致失真。（见上图红笔所画）UCC一定期，RC越小，负载线越陡。当RC过大时，会导致饱和失真。

结论：放大器工作无失真条件为：1、Q点选择合适；

2、输入信号幅度不能过大；

3、负载大小要合适；三、放大级的等效电路分析法

比较：图解分析法：可以画出来，直观。用来研究大信号、非线性失真等效电路法：不好画，用来分析小信号时，定量的计算

等效：对外不对内。（对晶体管的外部交流电压、电流等效）当加到发射结上的交流信号电压足够小时；当管子工作在放大区内时；

这时，我们可以把管子视为一个线性的电流控制电流源（CCCS）。并可以把它代换成为一个线性有源四端网络。（一）、晶体管h参数等效电路

注意：其中受控源的极性要根据Ube的方向来拟定。输出交流短路时的输入电阻；；输出交流短路时的电流放大系数b；输出交流开路时的输出电导，很小，可忽略。（它说明输出电压对输出电流的影响。）（二）、用h参数等效电路分析放大器

共射极放大电路需要计算：A──放大器的放大倍数AS──源电压放大倍数

分析环节：画出放大电路的交流通路。（电容短路，直流电源接地）画h参数等效短路图。（将晶体管h参数等效电路去替代交流通路中的晶体管。将等效电路的e、b、c相应地接在电路中的e、b、c上。计算A其中：；

；(负号表达，输入和输出信号之间有倒相)计算AS应用戴维南等效电源定理可以将等效电路的左半部分进行化简：化简后的图为：

；；；假如满足Rb>>Rs的条件，则有Rs’=Rs//RbRs，上式可以化简为：放大器的输入电阻Ri放大器的输出电阻Ro（三）、放大倍数的对数表达法采用对数表达的因素

人的感官，对声音和光线的强弱的感觉与它们功率的对数成正比。即：声音功率增强一倍，人没觉得强烈了那么多。只有当功率的对数值增强了一倍时，人们才觉得强了一倍。分贝（贝尔）

贝尔──取功率放大倍数以10为底的对数值。

贝尔

1贝尔＝10分贝（dB）

又由于：功率和电压/电流的平方成正比。有：

dB

dB例：功率放大10倍

lg10=10dB

电压放大10倍

2lg10=20dB

功率增大1倍

10lg2=3dB

电压增大1倍

2lg2=6dB

(四)、共基极放大级的特点

电路图略。结论：

电路有电压放大倍数：大小与共射电路相同；

方向与共射电路相反；

即：输入信号和输出信号同相。

无电流放大倍数

ICIE

。五、多级放大级耦合方式：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合多级放大器的放大倍数：

总放大倍数（增益）＝各级放大器放大倍数（增益）的乘积总放大倍数（分贝）＝各级放大器放大倍数（分贝）的和§2－2反馈放大器的基本概念一、什么是反馈反馈──把放大器输出信号（电压或电流）的一部分（或所有）送回输入端。净输入信号Xi’＝原外加信号Xi＋反馈信号XF显然：正反馈使放大倍数增长；负反馈使放大倍数下降；负反馈在放大器中的作用：交流：稳定放大量；减小非线性失真；扩展同频带；直流：稳定静态工作点Q；二、单级反馈电路

(a)无反馈(b)RE：串联－电流－负反馈

(c)

RF：并联－电压－负反馈

一方面判断电路有无反馈存在。(a)无、（b）(c)有。

图（b）环节：1、先判断有无反馈：有；反馈支路RF；2、

实际分析：3、

再判断反馈类别：用瞬时极性法标注b（+）；e（+）；输入信号和反馈信号加在管子不同电极，并且符号相同。负反馈速判断反馈正、负性质的方法──瞬时极性法

环节：1、

假定输入信号的瞬时极性，逐步标出放大器各级输入和输出电压的极性2、

将反馈电压的瞬时极性和输入电压的瞬时极性相比较。判断：两个信号加到同一电极上，极性相反──负反馈；

极性相同──正反馈；两个信号加到不同电极上，极性相同──负反馈；

极性相反──正反馈；判断反馈性质：输入端串/并联反馈、输出端电流/电压反馈1、从输入电路的连接方式上来加以区分判断串、并联反馈

从改变信号源内阻RS的大小，观测反馈量的变化来区分串联反馈：信号源短路──反馈存在并联反馈：信号源短路──反馈不存在

从反馈量的连接形式上区分串联反馈：反馈信号与输入信号加在晶体管的不同电极上；并联反馈：反馈信号与输入信号加在晶体管的同一电极上；2、从输出电路的连接方式上来区分电压反馈和电流反馈

电压反馈──反馈电压和输出电压成正比；

电流反馈──反馈电流和输出电流成正比；

从改变负载电阻RC的大小，观测反馈量的变化来区分当：RC¯至0时，UF¯至0………………电压反馈；当：RC¯至0时，IF仍然存在………………电流反馈；

从连接形式上区分：当：反馈信号和输出信号接在同一点上时──电压反馈；

反馈信号和输出信号接在不同点上时──电流反馈；注意：当负载不变的条件下，输入信号变化，输出信号也随之变化，并且电压和电流成正比。可见：当负载不变时，电压反馈和电流反馈无区别。三、两级反馈电路

判断有无反馈：（本级；越级；）本级：T1管：无反馈；T2管：有反馈，反馈支路──RE2；越级：T1管──T2管：有反馈，反馈支路──RF；

用瞬时极性法进行标注：（见图）

结论：本级：T1管：无反馈；T2管：有反馈，反馈支路──RE2；负反馈；越级：T1管──T2管：有反馈，反馈支路──RF；负反馈；四、负反馈放大电路的一般表达式

开环电压增益：

电压反馈系数：

环反馈系数：

电压反馈深度：

闭环电压增益：（加反馈后的电压放大倍数）深度负反馈──反馈信号远远大于放大器的有效输入信号的负反馈电路。深度负反馈情况下：由于1＋AF>10时，有：

五、负反馈对放大电路性能的影响（一）、放大器静态工作点的稳定

1.

放大器静态工作点不稳定的因素：受温度影响：ICBO；UBE；b；都会使Q点提高。晶体管b值的离散性。（20－200均合格）

2.

稳定Q点的偏置电路：电路为：串联－电流负反馈,

UE=UB-UBE,

由于IB的忽略，UBQ可以视为不随温度变化的固定电位。

电路稳定Q点的过程：注：事实上稳定的是电流ICQ而不是电流IBQ。3、

放大倍数的稳定性

电压反馈稳定输出电压；电流反馈稳定输出电流；

直流反馈稳定静态工作点；交流反馈改善交流性能；

加入负反馈后，放大倍数比从前提高了1＋AB倍。

（二）、负反馈对输入、输出电阻的影响串联反馈提高输入电阻；并联反馈减少输入电阻；电压反馈减少输出电阻；电流反馈提高输出电阻；（三）、负反馈对非线性失真的影响采用负反馈使有效输入信号波形产生预失真，负反馈越深，非线性失真消除得越好，增益也越小。但注意：在开环时，动态范围必须留有余量。（四）、负反馈对噪声的影响反馈环前必须加一个放大器AO才可以提高信噪比，使得纯信号增大，噪声干扰信号减少。否则，和没加同样。六、两种常用的负反馈放大电路（一）、射极输出器（共集电极放大器）1、

电路介绍：电路为：串联－电压负反馈，并且输出电压所有反馈回到输入端。2、

特性分析：

静态工作点计算：

交流等效电路图：应用戴维南等效电源定理：

电压放大倍数：

输入电阻：

输出电阻：（用外加电压法计算，将信号源短路）3、射极输出器的特点：

输入电阻大，输出电阻小；（可以作为多级放大器的输入级，或作为隔离用。）

电压放大倍数近似为1；

输入、输出信号同相；

（二）、恒流管电路1、

电路介绍：

电流－串联负反馈，作为二端网络来使用；

与分压式稳定Q点的共射电流类似，由于UB固定，输出电流基本固定，而不随UCD变化，从而实现恒流作用。

2、

特性分析：

输出电流：

输出直流电阻：小

输出交流电阻：大§2－3频率特性的分析法什么是放大器的频率特性（响应）：放大器的放大量随着信号频率变化的状态。

对比：非线性失真──由于晶体管工作在非线性区，对幅度大小不同的信号放大量不同。频率失真──放大器对不同频率的信号放大量不同。（由于电路中有（线性失真）L、C电抗元件导致。）

即：将幅度相同而频率不同的信号加入放大电路的输入端，将会出现输出信号的波形与输入信号的波形不同的现象，称为频率失真。一、放大电路不产生频率失真的条件抱负：对所有频率成分同等放大，相移和频率成正比。增益用复数表达：频率特性参数：

为了将失真控制在一定范围内，把半功率点作为放大器放大倍数下降的最大允许值。（半功率点，相称于电压或电流的或0.707。）

截止频率：电压或电流放大倍数减至0.707倍时的频率。下截频fL；上截频fh。

通频带：两个截止频率之间的频带。BW＝fh－FL二、分析频率特性的工程简化法

分频段简化解决。

环节：画出等效电路图；分频段对等效电路进行简化；

求时间常数tCR=；

求上、下截频；

画出波特图；三、晶体管的高频参数及等效电路※

所有的放大器的放大倍数都会在高频端下降。

1.PN结电容：（它是引起高频特性变化的重要因素）势垒电容──是正、负离子层在外加电压发生变化时发生变化，从而在外电路中产生容性电流的等效电容。扩散电容──当PN结外加正向电压时，由于扩散作用会破坏半导体的电中性。将会由外电路补充进来异性载流子来保持电中性。P区和N区即形成了空穴和电子对的贮存。这种因扩散作用而在外电路产生的容性电流的等效电容。

2.共射极混合p等效电路晶体管的高频分析在高频段，e结和c结都会产生容性电流。以共射电路为例：C结反偏：势垒电容；E结正偏：扩散电容；由于当频率很高时，电容的容抗为，所以两个电容不能忽略。由于C结反偏，所以rb’c很大，可以视为开路。

共射极混合p等效电路其中：rb’b──基区体电阻。约为300W。gm──跨导。高频段等效电路（将Cb’c分别折合到输入/输出端来算）CM=(1+gmRC)Cb’cCb’e//CM>>Cb’cCM——密勒电容频率参数：fb：当b下降为中频时的0.707倍的时候，所相应的频率称为截止频率。

fT：当b下降为1时的频率，称为特性频率。

四、纯阻负载单极放大器的高频特性电路及等效电路：

·

增益：

·幅频：

·相频：五、单极放大器的频率特性曲线──波特图

1.用折线表达幅频特性的波特图两边取对数得：

w=wH

w=10

w=0结论：频率每上升10倍，幅模减小20dB。设：A0＝100；fH=1MHz作幅频特性波特图得：

2.用折线表达的相频特性波特图分析：

w=wH

w=10w很大时

w=0.1w很小时

结论：频率每升高10倍，产生-45°相移。作相频特性波特图得：六、晶体管的带宽增益乘积放大器的带宽于增益是一对矛盾：

负载增大──增益增大──上截频下降；

负载减小──增益减小──上截频升高；为了全面衡量一个器件的高频放大能力，用放大倍数乘以上截频的积来衡量。

晶体管的带宽增益乘积是由晶体管自身的参数决定的。要想提高增益带宽乘积，应选用rb’b、Cb’c小的管子。§2-4小信号选频放大电路一、概述什么是小信号选频放大器：信号幅度小，放大器工作在线性区。对所需要的信号──放大；对不需要的信号──克制；即，只能放大某个频率或某个频率范围的信号。小信号选频放大器的结构：选频网络：高频：LC、石英晶体、陶瓷、声表面波；低频：RC；选频网络决定小信号选频放大器的选择性的好坏。频率特性：通频带：（允许频率通过的范围）BW0.7=fH－fL指标：中心频率（谐振频率）：fo通频带：BW0.7=fH－fL矩形系数：抱负情况下，矩形系数＝1；实际情况下，矩形系数<1；品质因数Q：二、LC单振荡回路回忆：

串联谐振回路：f>f0时：感性f<f0时：容性并联谐振回路：f>f0时：容性f<f0时：感性LC单振荡回路

电路介绍：

化简：

若：L、r支路为高Q支路，即：Q>>10时，有：

L＝L’

谐振角频率：回路总品质因数：R总＝RS//R0//RL谐振时传输阻抗：Ztm=U0/IS＝Rt=R总结论：Q值越高，曲线越锋利，通频带越窄，选择性越好。提高Q值的部分接入法电路

环节：根据功率等效，将部分接入电路转化成所有接入电路：负载：内阻：信号源：输出电压：接入系数：；均为：结论公式：按照所有接入电路的分析方法计算参数：谐振角频率：回路总品质因数：R总＝RS’//R0//RL’传输阻抗：Ztm=U0/IS＝R总PLPS三、双耦合振荡回路电路介绍（略）；频率特性（略）；双耦合回路的矩形系数也与电路参数无关，为一个常数。Kr双>Kr单；四、集中参数选频放大器

集中参数选频放大器涉及：石英晶体、陶瓷滤波器、声表面波滤波器。

它们的优点是：频率高；可工作频率范围宽；稳定；Q高；体积小；§2－5场效应管放大电路一、场效应管偏置电路的静态分析

1、

自给偏置电路

回忆：各种场效应管偏置电路的规定：

结型场效应管：规定栅极G一定要反偏。工作在放大状态时规定有：UD>US>UG

绝缘栅型场效应管：

增强型：规定必须给栅极G加正向偏压。有：UD>UG>US耗尽型：所加栅极电压可正、可负。

正：同增强型；

负：同结型；

2、分压偏置电路

此电路带有直流电流－串联负反馈，可以稳定静态工作点。静态分析：由于栅极上电流为0，所以，RG3上无压降。二、场效应管放大电路的等效电路分析法1、

场效应管的简化等效电路：2、

共源放大电路分析：（以N沟道耗尽型绝缘栅型场效应管放大电路为例）

UGS=Ui

3、共漏场效应管放大电路分析

共漏场效应管放大电路又称为源极输出器，它和前面讲过的晶体管的射极输出器很类似，具有相同的特点。

电路与分析（略）。第三章模拟集成电路§3－1恒流源电路§3－2差动放大电路§3－3集成运算放大电路§3－4集成运放的应用§3－5

限幅器（二极管接于运放输入电路中的限幅器）§3－6

模拟乘法器§3－1恒流源电路用途：供应放大级作为偏流源或作为有源负载。在振荡器中作为充、放电电流源。一、镜像电流源电路1、

电路介绍：T1管、T2管具有完全相同的参数，并且发射结电压相同。2、

工作原理：IC2的稳定过程：3、

输出电流的计算（由于>>2,IB忽略不计）（称为镜像电流）二、比例电流源1、

电路介绍：2、

工作原理：和镜像电流源相同。3、

输出电流的计算§3－2差动放大电路一、零点漂移

零点漂移：多级直流耦合放大器中输入端对地短路时，输出电压仍然会出现缓慢变化的飘动电压。简称：零漂或温漂。

为了克服零漂——采用差动放大器。二、基本差动放大器1、电路介绍：

两个管子具有相同的参数，并且对称元件的数值相等。（电路具有对称性，在集成电路中，由于两个管子靠得非常近，所以可以作得非常相近。）

有两个输入端和两个输出端，输入信号加这两个管子的基极，输出信号取自两个管子的集电极之间。2、静态工作状态分析：将交流信号短路掉。用“半电路法”进行简化：将RE分别画在电路两边，使分开后的电路还保持原电路的伏安关系。

3、动态特性分析：差模信号：大小相等，极性相反的一对信号。共模信号：大小相等，极性相同的一对信号。差动放大器只对差模信号有放大作用，对共模信号没有放大作用。三、双入双出差动放大电路电路完全对称，差模信号放大倍数：共模信号放大倍数：共模克制比：四、共模信号和差模信号的分离差模信号：共模信号：五、具有镜像电流源偏置和负载的差动放大电路T3、T4：有源负载；T5、T6：有源偏置；T1、T2；差动放大器。

运用镜像电流源作为有源负载，将双入双出变为双入单出，且增益和共模克制比保持不变。

§3－3集成运算放大电路一、集成运算放大器的特点（集成电路的特点）

不适合制造大电容，所以采用直接耦合电路；

管子、电阻等元件在同一条件下制造，所以器件参数的对称性好；

二极管所有用三极管的发射结来代替；

不容易制作较大电阻，常用恒流源来代替，或外接电阻。二、集成运放的组成

1、框图：

2、符号：习惯画法 国标画法

－：反相输入端，表达输入信号与输出信号反相；＋：同相输入端，表达输入信号与输出信号同相。三、运放的简化分析方法1、

运放的抱负化条件（参数）

开环电压增益

开环输入电阻

开环输出电阻

开环带宽

共模克制比

失调、漂移、内部噪声＝02、

运放输入端的两个重要概念运放工作在深度负反馈条件下，且工作在线性区时，有：

虚短路：

虚开路： §3－4集成运放的应用运放在应用时，在对内阻没有特殊规定期，为了方便负载和信号源有公共的接地端，一般总是采用电压负反馈。一、基本放大电路

1、反相输入式放大电路

电路接有电压并联负反馈。

为了克服温漂，在两个输入端偏流电阻上产生的压降相等，有：

工作原理：＝0

2、同相输入式放大电路

电路接有电压串联负反馈。

为了克服温漂，在两个输入端偏流电阻上产生的压降相等，有：

工作原理：

3、压跟随器

二、线性运算电路

1、反相输入式加法电路：

电路为并联电压负反馈＝0

2、同相输入式加法电路：电路为串联电压负反馈

3、减法运算电路：

4、积分运算电路：＝0

5、微分运算电路：＝0三、非线性运算电路

1、对数运算电路：＝0

2、指数运算电路：＝0§3－5限幅器（二极管接于运放输入电路中的限幅器）一、串联限幅器1、限限幅器＝0工作原理：当Ui很小时，二极管截止；当Ui增大时，二极管临界导通；当Ui继续增大时，二极管导通；输出信号随输入信号进行变化。结论：

当时，二极管截止，限幅区。

当时，二极管导通，传输区。

传输特性曲线：

输入输出波形：

2、上限限幅器＝0工作原理：当Ui很大时，二极管截止；当Ui减小时，二极管临界导通；当Ui继续减小时，二极管导通；输出信号随输入信号进行变化。结论：

当时，二极管截止，限幅区。

当时，二极管导通，传输区。

传输特性曲线：

输入输出波形：§3－6模拟乘法器模拟乘法器的基本工作原理

模拟乘法器：可以实现两个互不相关的连续性信号（电压或电流）相乘作用的电路。

变跨导式乘法器构成原理：电路元件工作于线性区，但由于跨导为非线性，所以电路对外表现出非线性特性。电路运用了指数函数和双曲正切函数的关系，运用恒流源差动放大电路实现相乘。

符号：习惯画法 国标画法1、相乘运算：2、乘方运算：3、除法运算：＝04、开方运算：＝0第四章功率放大电路§4－1功率放大电路的重要特点§4－2乙类功率放大电路§4－3丙类功率放大电路§4－4丙类谐振倍频电路§4－1功率放大电路的重要特点一、定义：在模拟电子电路中需要有这样一类电路，它们可以对负载提供足够大的功率来驱动它们。这类电路就是人们常说的功率放大电路，简称功放。二、规定：在器件安全运用的前提下，输出功率尽也许地大，效率尽也许地高，不失真地给出所需功率。三、分类【甲类】：晶体管在信号的整个周期内都有电流通过。即，器件整个周期导电。导通角θ为180o。【乙类】：晶体管只在信号的半个周期内有电流流过。即，器件半个周期导电。导通角θ为90o。【甲乙类】：晶体管在信号的多半个周期内有电流流过。即，器件多半个周期导电。导通角θ于90o－180o之间。【丙类】：晶体管只在信号的小半个周期内有电流流过。即，器件小半个周期导电。导通角θ小于90o。结论：甲类工作状态的特点是非线性失真小，但是效率最低；乙类状态失真较大，但是效率较高；丙类状态失真最大，效率也最高，它只用于高频放大器中。甲乙类状态兼有甲类失真小和乙类效率高的优点，它是甲类和乙类状态的折衷方案。四、重要指标

输出功率：正弦输入信号情况下，不失真地输出信号的最大输出电压Uom和最大输出电流Iom的有效值的乘积Pom。（是交变电压和交变电流的乘积，是交流功率，它的直流成分所产生出来的功率不是输出功率。）

效率：最大输出功率Po和电源输入的直流功率PE的比值。

集电极的损耗功率Pc：

电路为了尽量给出大的功率，晶体管往往用在极限情况，应当注意器件的安全运用。集电极的损耗功率和晶体管的散热条件有关。在使用时应注旨在功率管上加散热片。五、功率放大电路的非线性失真衡量功率放大器的非线性失真通常用非线性失真系数来表达。假设输入信号为正弦波时，失真系数定义为：谐波功率和基波功率的比值的平方根。注意：在线性电路中常用的叠加定理，在这里将不再合用。（n=2、3、4……）§4－2乙类功率放大电路乙类功率放大器的种类有很多，在这里我们以乙类双电源互补对称式推挽电路（OCL电路）为例来具体介绍乙类功率放大器。一、电路介绍二、工作原理

甲类功率放大器的动态范围不是很大，所以人们提出了用两个管子共同来完毕一个正弦波周期的工作。每个管子只工作半个周期。即，正弦波的正半个周期由T1管单独工作，负半个周期有T2管单独工作。三、交越失真

乙类推挽情况下由晶体管引起的一种非线性失真。这种由于静态工作点选择太低而导致的在低电流区引起的失真叫做交越失真。克服交越失真的方法是适本地提高静态工作点，将电路的工作状态改变为甲乙类工作状态。甲乙类推挽电路波形：四、指标计算根据输出功率的定义可知：或写为：电源所提供的功率PE：由于每个管子只提供半个周期的电流，所以总功率为：在抱负情况下，乙类功率放大器的效率为：晶体管的损耗PC为：一般晶体管的集电极最大损耗PCM并不是出现在输出功率达成最大的时候，这是由于管耗最大时，管子的压降和电流的幅度值也为最大。而输出功率最大时，管子的压降和电流的幅度值都比较小。我们可以用求解极值的方法来求解PCM。*令得到当时，管耗最大。五、选管原则PCM为晶体管的集电极最大损耗；ICM为晶体管最大集电极允许电流；BUCER为晶体管最大耐压。

六、复合管（略）§4－3丙类功率放大电路高频信号时的功率放大电路──丙类谐振放大器。一、高频功率放大器的特点

高频功率放大器的工作频率很高，可以到达几百兆赫兹甚至几万兆赫兹。但是它的相对频带一般很窄。因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载，而不选择电阻、变压器等非调谐负载。

高频功率放大器的输入信号比较大，又规定有高的效率，所以不能工作于甲类状态，必须工作在丙类状态。

它的选频网络的重要作用是选出基波，克制掉谐波。【应用范围】高频功率放大器是无线电发送设备的重要部件。它负责放大薄弱的信号，使它可以大到足够功率的电平，以满足发射天线的规定。在实际生活中，高频功率放大器不仅用在高频功率发射机中，许