电子电路分析制作与测试(高职)PPT完整全套教学课件

电子电路分析制作与测试

全套PPT课件二极管基本特性的分析与测试01项目1

二极管电路的分析与测试特殊二极管电路的分析与测试02半导体是一种导电能力介于导体和绝缘体之间的特殊物质。组成半导体最重要的两种元素是硅和锗。各种电子设备中的半导体器件有晶体二极管、双极型晶体三极管和场效应晶体管等。由于半导体器件具有体积小、质量轻、使用寿命长、输人功率小和功率转换效率高等优点而得到广泛应用。晶体二极管(Diode，简称二极管)是用半导体材料制成的最简单的器件，是各种半导体器件及其应用电路的基础。本项目通过相关测试和仿真，学习二极管的基本特性及其基本应用电路。

本项目共有2个任务：任务1：二极管基本特性的分析与测试。通过普通二极管单向导电性、伏安特性曲线的测试，理解二极管的结构及其单向导电性，掌握二极管伏安特性曲线，了解其等效电路模型，掌握普通二极管电路的装接与测试方法，掌握Multisim仿真软件的使用。

任务⒉：特殊二极管电路的分析与测试。通过稳压二极管及其稳压电路的测试，了解二极管的反向击穿特性，掌握稳压二极管的工作状态﹑伏安特性及其应用，掌握稳压二极管电路的装接与测试方法。通过发光二极管基本特性的测试，了解发光二极管的发光机理，掌握发光二极管的工作状态、基本特性及其应用，掌握发光二极管电路的装接与测试方法。1.了解半导体二极管及其基本特性。2.能描述半导体二极管的主要技术参数。3.能理解半导体二极管的外特性。4.能分析半导体二极管构成电路的基本原理。1.能正确测量各种二极管的外特性，能正确记录测量结果并对结果作准确描述。2.能够完成半导体二极管、三极管及场效应管的辨识；能查阅半导体器件手册。3.能够掌握示波器、万用表及稳压电源的使用方法。1.1半导体二极管的结构与类型

将PN结在两端各引出一根电极引线，然后用外壳封装起来就构成了半导体二极管。其基本结构如图1-1(a)所示。其中，由P区引出的电极称为正极（阳极a），由N区引出的电极称为负极（阴极k）。二极管的电路符号如图1-1(b)所示，其箭头方向表示正向电流的方向，即由正极指向负极的方向。二极管的结构和符号常见的几种二极管中有玻璃封装的、塑料封装的和金属封装的等几种。几种普通二极管器件的外形如图1-2所示。普通二极管的外形图及封装形式二极管的种类很多，分类方法也不相同。按所用的半导体材料可分为硅管和锗管；按功能可分为开关管、整流管、稳压管、变容管、发光管和光电管等，其中开关管和整流管统称为普通二极管，其他则统称为特殊二极管；按工作电流大小可分为小电流管和大电流管；按耐压高低可分为低压管和高压管；按工作频率高低可分为低频管和高频管等。1.2二极管的基本特性及主要技术参数二极管最基本的特性就是单向导电性。由于二极管的组成核心是PN结，因此必须首先了解PN结及其导电特性。

1.2.1二极管单向导电性的分析与测试

1.PN结的形成如果将P型半导体和N型半导体制作在同一块本征半导体基片上，在它们的交界面就会形成一层很薄的特殊导电层即PN结，若在PN结两端外加电压，即给PN结加偏置，就将破坏原来的平衡状态，PN结中将有电流流过。

2.正向导通若PN结的P端接电源正极、N端接电源负极，这种接法称为正向偏置，简称正偏，如图所示。

3.反向截止若PN结的P端接电源负极、N端接电源正极，这种接法称为反向偏置，简称反偏，如图所示。外加正向电压时的PN结外加反向电压时的PN结综上所述，PN结正向导通、反向截止，这就是PN结的单向导电性。由于PN结是构成二极管的核心，因此它也决定了二极管的单向导电性。

1.2.2二极管伏安特性的分析二极管的伏安特性曲线如图所示。为了使曲线清晰，横轴所代表的电压在U＞0和U＜0两部分采用不同的比例，纵轴所代表的电流在I＞0和I＜0两部分则采用不同的单位。二极管的伏安特性曲线

1.正向特性正向特性曲线开始部分变化很平缓，表明当正向电压较小时，正向电流很小，此时二极管实际上没有导通，工作于“死区”。死区以后的正向特性曲线上升较快，表明只有在正向电压超过某一数值后，电流才显著增大，这个电压称为导通电压或开启电压、死区电压，用Uon表示。在室温下，硅管的Uon≈0.5V，锗管的Uon≈0.1V。当U＞Uon时，正向电流从零开始随端电压按指数规律增大，二极管处于导通状态，呈现很小的电阻。当正向电流较大时，正向特性曲线几乎与横轴垂直，表明当二极管导通时，二极管两端电压（称为管压降，用UVD表示）变化很小。通常，硅管的管压降约为0.6～0.8V，锗管的管压降约为0.1～0.3V。

2.反向特性当二极管外加反向电压时，反向电流很小，管子处于截止状态，呈现出很大的电阻，而且当反向电压稍大后，反向电流基本不变，即达到饱和。因此二极管的反向电流又称为反向饱和电流。

1.2.3二极管的温度特性和等效电路模型

1.二极管的温度特性由于半导体材料具有热敏特性，因此二极管对温度也有一定的敏感性。

2.二极管的等效电路模型二极管是一种非线性器件，因而对二极管电路的严格分析一般要采用非线性电路的分析方法，具有一定的困难。下面简要介绍普通二极管的等效电路分析法。（1）理想模型在正向偏置时，其管压降为0V，而当二极管处于反向偏置时，它的电阻为无穷大，电流为0。可用一理想开关S来等效，二极管正偏时S闭合，反偏时S断开。这一特性称为二极管的开关特性。在实际的电路中，当电源电压远大于二极管的管压降时，可认为二极管是理想的。理想模型（2）恒压降模型二极管导通后，其管压降Ud是恒定的，不随电流而变化，典型值为0.7V。不过，这只有当二极管的电流Id近似等于或大于1mA时才是可行的。该模型提供了合理的近似，因此应用也较广。恒压降模型

1.2.4二极管的主要技术参数

（1）最大整流电流IF

IF是指二极管正常工作时允许通过的最大正向平均电流，在实际应用中流过二极管的平均电流不能超过IF，否则管子将过热而烧坏。

（2）最高反向工作电压UR

UR是指二极管在使用时所允许加的最大反向电压。为了确保二极管安全工作，通常取反向击穿电压UBR的一半为UR。

（3）反向电流IR

IR是指二极管未击穿时的反向电流。IR越小，管子的单向导电性越好。

（4）最高工作频率fM

fM是由PN结的结电容大小所决定的。当工作频率超过fM时，结电容的容抗减小到可以与反向交流电阻相比拟，二极管将逐渐失去它的单向导电性。2.1发光二极管电路测试与分析发光二极管（LightEmittingDiode）简称LED，是一种通以正向电流时就会发光的二极管。它具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快和寿命长等特点，常用作显示器件，如指示灯、七段显示器、矩阵显示器等。各种发光二极管器件的外形图及电路符号如图1.10所示。发光二极管的外形图及符号2.2光电二极管电路的分析光电二极管和普通二极管类似，但其PN结面积较大，且管壳上有一个透光的玻璃窗口，可接收外部的光照。光电二极管是光信号转换成电信号的光电传感器件，可以作为光强度的测量。光-电转换电路光电二极管工作于反偏状态，如图1.12所示。在无光照时，与普通二极管一样，反向电流很小，称为暗电流一般在几微安，甚至更小。当有光照时，其反向电流随光照强度的增大而增加，称为光电流。2.3稳压二极管电路的分析与测试稳压二极管是一种特殊的硅材料二极管，由于在一定的条件下能起到稳定电压的作用，故称稳压管，常用于基准电压、保护、限幅和电平转换电路中。稳压二极管器件的外形图及电路符号如图所示。稳压管外形图与符号稳压二极管的伏安特性与普通二极管相似，区别在于反向击穿区的曲线很陡，几乎平行于纵轴，电流虽然在很大范围内变化，但端电压几乎不变，具有稳压特性。稳压管外形图与符号

PN结是由杂质半导体，即P型半导体和N型半导体有机结合而形成的。是构成半导体器件的核心。其主要特性为单向导电性，即PN结正向偏置时导通，PN结呈现很小的电阻，形成的正向电流较大。PN结反向偏置时截止，PN结呈现很大的电阻，反向电流近似为零。二极管的基本结构就是PN结，因此，二极管也具有单向导电性。

稳压二极管特性即利用二极管反向击穿后其反向电压基本不变的特性而制成的一种特殊二极管，主要用于稳压电路。

光敏二极管和发光二极管是分别利用二极管的光敏特性和发光特性而制成的另两种特殊二极管，主要用于光-电转换与电-光转换电路。

变容二极管即利用二极管的结电容而制成的一种特殊二极管，主要用于电调谐等电路。变容二极管的电容量一般较小，约几PF至几十PF。

二极管的温度特性。即二极管温度改变时其导电能力，特别是反向导电能力会发生明显变化的一种特性。三极管基本特性的分析与测试01项目2三极管电路的分析与测试共射极放大电路的分析与测试02放大电路性能指标的分析与测试03请共集电极和共基极放大电路的分析与测试04本项目主要通过介绍常见的三极管的基本结构与类型、基本特型和主要技术参数，通过相关的典型应用电路的测试与分析，能够初步掌握三极管放大电路的基本应用。本项目共有4个任务：任务1：三极管基本特性的测试。通过三极管各级电流分配关系的测试，掌握三极管的结构、放大偏置、管脚电流关系以及共射输入输出特性曲线，掌握三极管三种可能的工作状态及其判断。任务2：三极管基本放大器工作状态的测试。通过三极管基本放大电路直流与交流工作状态的测试，理解三极管放大电路的组成结构及工作原理，了解三极管电路中各点电压电流的波形，理解分压式偏置电路稳定静态工作点的原理及条件，掌握三极管电路的装接与测试，掌握静态工作点的测量方法，掌握简单电路故障的排查与解决。任务3：放大器性能指标的测试。通过三极管放大电路放大倍数、输入电阻及输出电阻的测量，理解放大电路各性能指标的意义，掌握各指标的测试方法，掌握放大电路的微变等效电路分析法。任务4：共集电极放大器基本特性的测试。通过共集与共基放大电路的分析，理解共集与共基电路的组成结构、工作原理及性能特点。1.能描述三极管的基本结构电路符号与类型。2.了解三极管的主要参数、分类及其选择使用方法。3.能对三极管放大电路进行分析和计算。4.理解三极管放大电路的电路构成、工作原理和电路中各元器件作用。1.能正确测量三极管的外特性，能正确记录测量结果并能对结果作准确描述。2.能正确测量三极管放大电路的性能指标，并能解释各性能指标的概念。3.能设计和装接三极管基本放大电路，并能通过调试得到正确结果4.能够完成助听器电路的分析、制作与调测。撰写设计文档与测试报告。1.1三极管的类型与结构半导体三极管它是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件，由于PN结之间的相互影响，而具有电流放大作用。各种三极管外形图三极管的分类有多种方式。三极管按结构可分为NPN型和PNP型两类。按工作频率分为低频管和高频管，按耗散功率大小分为小功率管和大功率管，按用途分为放大管、开关管和功率管，按所用的半导体材料分为硅管和锗管等。目前生产的硅管多为NPN型，锗管多为PNP型，其中硅管的使用率远大于锗管。下面以NPN型为例来了解三极管的结构。普通二极管的外形图及封装形式

PNP型三极管的结构与NPN型相似，如图2.3（a）所示。图2.3（b）为PNP型三极管的电路符号，其箭头方向与NPN型相反，但意义相同。PNP型三极管1.2三极管的基本特性及主要技术参数（1）三极管的放大偏置为了使三极管具有电流放大作用，必须使其获得合适的直流偏置。即三极管的偏置为发射结正偏、集电结反偏。

1.2.1三极管电流放大作用分析与测试

如图所示，外加直流电源VBB通过RB给发射结加正向电压UBE；外加直流电源VCC通过RC给集电极加反向电压，该电压并不等于集电结电压，但只要满足UCB>0，就可使集电结反偏。从而实现发射结正偏、集电结反偏的条件。

三极管直流偏置电路图中的发射极是输入、输出回路的公共端，该电路的这种接法称为共射接法。该三极管放大电路称为共发射极放大电路。

（2）三极管的各极电流关系由前面的测试知三极管各极之间的电流关系满足：IE

=IB

+IC

有IE＞IC>>IB，IC≈IE。三极管具有较强的电流放大作用。

1.2.2三极管伏安特性分析三极管的伏安特性是指三极管的极间电流与极间电压之间的函数关系，他们反应了三极管的几种工作状态。下面讨论共发射极放大电路的输入和输出特性。

1.三极管共射输入特性曲线分析输入特性是指当三极管的输出电压uCE为常数时，基极电流iB与发射结压降uBE之间的函数，即：如图所示为某小功率NPN型硅三极管的共射输入特性曲线（以uCE=0和uCE≥1V两条曲线为例）。当uCE=0时，输入特性曲线与二极管的正向伏安特性相似。当uCE增大时，曲线将向右移动，如图2.6中uCE≥1V的特性曲线。共射输入特性曲线

2.三极管共射输出特性曲线分析输出特性是指当三极管的基极电流iB为常数时，集电极电流iC与管压降uCE之间的函数关系，即：如图为某小功率NPN型硅三极管的共射输出特性曲线。可见，各条曲线的形状基本相同，曲线的起始部分很陡，uCE略有增加，iC就增加很快，当uCE超过某一数值（约1V）后，曲线变得比较平坦，几乎平行于横轴。共射输入特性曲线

3.三极管主要技术参数

（1）电流放大系数

和是表征三极管电流放大能力的参数，一般在几十到几百之间，在0.95~0.999。（2）极间反向电流这是表征三极管工作稳定性的参数。由于极间反向电流受温度影响较大，故其值太大将使管子不能稳定工作。

①集电极-基极反向饱和电流ICBO

ICBO表示三极管发射极开路，C，B间加上一定反向电压时的反向电流，实际上它和单个PN结的反向电流是一样的。

②集电极-发射极间穿透电流ICEO

ICEO表示基极开路，C，E间加一定电压使集电结反偏时的集电极电流。

（3）极限参数

极限参数是指为使三极管安全工作对它的电流、电压和功率损耗的限制，即正常使用时不宜超过的限度。

①最大集电极电流ICM

②最大集电极功耗PCM

③反向击穿电压

UBR，EBO

UBR，CBO

UBR，CEO

（4）频率参数

三极管的频率参数用来描述管子对不同频率信号的放大能力，它表征了管子在高频时的特性。常用的频率参数有共射截止频率

f

和特征频率

fT。共射输入特性曲线共射输入特性曲线

放大器（Amplifier）可以将微弱的电信号进行处理而变成幅度较大的信号。

线性放大器（LinearAmplifier）是指放大器的输出信号等于输入信号乘以一个常数，即输出信号是输入信号不失真的放大。本书所讨论的放大器都属于线性放大器。2.1共射基本放大电路的组成

1.电路组成

共射放大电路是放大器的一种基本电路形式，应用非常广泛。图2.10所示为共射双电源放大电路，uS为信号源（小信号交流信号），RS为信号源内阻；其中ui为电路的输入信号；RL为负载；uo为放大电路的输出信号。共射双电源放大电路

2.1.1共射双电源放大电路

电路中，三极管VT为核心放大器件。VBB、RB、VCC、RC组成直流偏置电路，确保三极管满足发射极正偏，集电极反偏。输入端和输出端分别接一个容值较大的耦合电容C1和C2（几微法至几十微法），起到“隔直通交”的作用。

由于这种电路是利用电容实现信号源与输入端（呈电阻性）、集电极输出端与负载（呈电阻性）之间的耦合，因此又称为阻容耦合共射基本放大电路。

2.符号使用规定

①用大写变量和大写下标符号表示直流分量，如IB表示基极的直流电流。

②用小写变量和小写下标符号表示交流分量，如ib表示基极的交流电流。

③用小写变量和大写下标符号表示总瞬时值，如iB=IB+ib表示基极电流的总量，即直流分量与交流分量之和。

④用大写变量和小写下标符号表示交流有效值，如Ib表示基极交流电流的有效值。

3.放大原理

VBB与ui（小信号交流信号）的共同作用，发射结两端电压在直流UBE的基础上产生了一个交流变化量UBE。

由于发射结正偏，电阻较小，因此输入电压的微小变化UBE就能引起基极电流的较大变化IB；又IC=βIB，故相应的集电极电流的变化IC很大。电路的输出电压UO=ICRC，当RC阻值不很小时，输出电压UO的幅度要比输入电压UBE大得多。因此，该电路具有电压放大作用。

图2.11所示电路中，需要两个电源VBB和VCC，对于一个简单的放大电路来讲，最好用一种电源VCC比较方便。又因为VCC一端总是与地相连，在画电路图时，可利用电位的概念，省略电源符号，只需标出另一端的电压数值和极性，这样就得到共射基本放大电路的习惯画法，如图所示，通常称为恒流式偏置电路或固定偏流式电路。共射恒流偏置基本放大电路

2.1.2共射恒流式偏置电路2.2共射基本放大电路的分析与测试

在放大电路中，接通直流电源而未加交流信号（ui=0）时电路各处的电压、电流都是直流量，这时称电路的状态为直流状态或静止工作状态，简称静态。

直流通路是直流电源作用所形成的电流通路。直流通路用于分析放大电路的静态参数。

2.2.1直流工作状态分析与测试共射恒流偏置基本放大电路交流通路是交流信号作用所形成的电流通路。交流通路用于分析放大电路的动态参数。共射放大电路的与交流通路

静态时（ui=0），三极管的IB、IC、UBE、UCE称为放大电路的静态工作点，又称Q点。由于放大电路中B-E两端的导通压降UBE基本不变（硅管约为0.7V，锗管约为0.2V），因此可得

调节RB可以明显改变放大器的工作点。当UCE较大时，可以保证三极管的发射结正偏、集电结反偏，即工作在放大区。当输入交流信号后，电路中各处的电压和电流是变动的，这时电路处于交流状态或动态工作状态，简称动态。一般情况下，三极管放大电路中各极的电压和电流均为交、直流的叠加量。

2.2.2交流工作状态分析与测试各极的波形图

1.放大电路的组成原则通过上述测试和分析，可以得出如下结论：①放大电路的组成原则：正确的直流偏置，使三极管工作在放大区；正确的交流通路，交流信号要能顺利进入放大电路，顺利从放大电路输出；交直流相互兼容，互不影响；合适的元器件参数选择，保证放大电路有正确的静态工作点。②共射基本放大电路的放大过程可描述为:

2.2.3放大电路异常现象的分析与测试

2.静态工作点对输出波形影响的分析与测试

【例2.1】试分析如图所示阻容耦合共射基本放大电路参数RB、RC、VCC变化时对电路静态工作点的影响。

①其他参数不变，改变RB

若RB增大，则IB减小，工作点将沿直流负载线向下移动，工作点由Q点移动至Q1点，IC减小，UCE增大，有可能产生截至失真。例2.1图电路参数对静态工作点的影响

②其他参数不变，改变RC

若RC减小，则直流负载线斜率绝对值变大即变陡峭，由于IB不变，工作点将向右移动，工作点由Q点移动至Q2点，IC不变，UCE增大，产生饱和失真的可能性减小，但交流输出幅度减小，即放大倍数减小。

③其他参数不变，改变VCC

若VCC减小，则直流负载线整体向左运动，同时IB也减小，工作点将沿直流负载线向左且同时向下移动至Q3点，IC减小，UCE减小，产生饱和失真和工作点选择不当引起的失真和截止失真的可能性增大。由于三极管在部分动态工作时间内进入截止区而引起的失真称为截止失真。由NPN型管组成的共射放大电路产生截止失真时，输出电压波形出现顶部失真。

由于三极管在部分动态工作时间内进入饱和区而引起的失真称为饱和失真。由NPN型管组成的共射放大电路产生饱和失真时，输出电压波形出现底部失真。除了工作点选择不当会产生失真外，输入信号幅度过大也是产生失真的因素之一。

由于某些原因，特别是温度变化引起的三极管参数（，UBE，ICBO等）的改变，使得放大电路的静态工作点不稳定，从而影响放大电路的正常工作。

分压式偏置电路则能自动稳定工作点。分压式偏置电路又称射极偏置电路，如图所示，它是目前应用最广泛的一种偏置电路。

2.2.4分压式偏置电路工作点稳定性的测试分压式偏置电路（1）工作点稳定的原理

发射极电阻RE是问题的关键。由于RE折合到基极回路的电阻为(1+)×RE,一般很大（RE并不大），而在该电路中，一般总是满足(1+)RE>>RB1、RB2的条件，因此有

即对基极偏置电路来说，可忽略IB而将RB1和RB2看成是串联的。所以可得到稳定的基极电压

可见，IE和IC均为稳定的，则该电路的工作点是稳定的。（2）静态工作点分析在满足稳定条件的情况下，容易求出放大电路的静态工作点，即3.1放大电路性能指标分析与测试放大电路的组成如图所示。放大的结果是交流能量的增加。放大电路组成示意图放大电路的功能是将信号源微弱的信号进行放大来驱动负载，因此对放大器的基本要求一是希望放大倍数要高；二是希望输出信号不失真；三是希望放大电路稳定性要好，对各种频率的适应性要强，抗干扰能力要强等。为描述和鉴别放大器性能的优劣，人们给放大器规定了若干性能指标。（1）放大倍数放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标,又称增益。电压放大倍数定义为输出电压与输入电压之比：电流放大倍数定义为输出电流与输入电流之比：

功率放大倍数Ap定义为输出功率Po与输入功率Pi之比：

源电压放大倍数Aus定义为输出电压与信号源电压之比：

工程上常用分贝（dB）来表示放大倍数的大小，常用的有：

Au(dB)=20lg│Au│

Ai

(dB)=20lg│Ai│

Ap(dB)=10lg│Ap│

（2）输入电阻

放大器对信号源所呈现的等效负载电阻用输入电阻Ri来表示。输入电阻的电路

对于输入电路，由于信号原内阻RS和放大电路输入电阻Ri的分压作用，使放大电路输入端的实际电压为：

（3）输出电阻

对于负载RL来说，放大器的输出端口相当于一个信号源，这个等效信号源的内阻就是放大器的输出电阻Ro。输出电阻的电路图

在信号源短路和负载RL开路的情况下，测出开路输出电压为uo，必然产生电流io，可得输出电阻Ro。测量输出电阻的电路

由于Ro的存在，放大电路实际的输出电压为：（4）最大不失真输出电压幅值

最大不失真输出电压幅度是指在输出波形没有明显失真的情况下，放大电路能提供给负载的最大输出正弦交流电压峰值Uo,max和电流峰值Io,max。

（5）非线性失真系数

由于三极管是非线性器件，所以放大电路总是存在一定程度的失真，为了衡量波形的失真程度，引入非线性失真系数THD这个指标。（6）通频带

fL＜f＜fH的区域称为中频区，f≤fL的区域称为低频区，f≥fH的区域称为高频区。通常将中频区所覆盖的频率范围称为通频带或带宽，用fbw表示，即fbw=fH－fL

通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。显然，通频带越宽，表明放大电路对信号频率的适应能力越强。当然，在实际应用时，通频带也不是越宽越好，能满足要求即可。放大电路的幅频特性3.2小信号等效电路分析法

分析放大电路就是求解其静态工作点及各项动态性能指标，通常遵循“先静态，后动态”的原则。

1.三极管的微变等效电路

在共射接法时，三极管的输入电流为ib，输入电压为ube，输出电流为ic，输出电压为uce。

对于低频小功率晶体管，线性电阻rbe可写成：

晶体管的共射接法

rbb

是一个与工作状态无关的常数，通常为几十至几百欧姆，可由手册查到。在对小信号放大电路进行计算时，若rbb未知，则可取rbb=100。晶体管在Q点附近的小信号微变等效电路如图所示，输入回路用动态电阻rbe等效，输出回路用受控源等效。值得注意的是：晶体管的微变等效电路只能用于分析动态，不能用于静态参数的求解；等效电路中的电压和电流方向均为参考方向，受控源的方向由iB的参考方向确定，不能随意改变。晶体管的微变等效电路

2.放大电路的小信号等效电路及其分析

放大电路小信号等效电路分析法的主要步骤如下。

①求放大电路的Q点。可由直流通路直接进行计算而得到放大电路的Q点。

②画出放大电路的小信号等效电路。先画出放大电路的交流通路，再用简化的晶体管小信号等效电路来代替交流通路中的晶体管，从而得到含外围电路的整个放大电路的小信号等效电路。

③根据所得到的放大电路的小信号等效电路，用解线性电路的方法求出放大电路的性能指标，如Au、Ri、Ro

等。共射基本放大电路的微变等效电路分析法4.1共集电极放大电路的分析与测试共集电极放大电路分析

1.静态工作点的计算共集电极电路直流流通路如图（b）所示。在基极回路中根据KVL定律可列如下电压方程：还可得

2.动态分析

由如图（c）所示共集电极电路交流通路可以得到图（d）所示共集电极电路微变等效电路。设RL=RE∥RL。

(1)电压放大倍数Au

(2)输入电阻Ri

(3)输出电阻Ro

通常RE>>(rbe+Rs)/(1+)，则共集电极放大电路输出电阻

值得注意的是：①射极输出器有电流放大和功率放大，射极输出器成为功率放大的基础，具有较高应用价值而得到广泛应用②是射极输出器的输入电阻大，常用在多级放大器中做前置级；③是射极输出器的输出电阻小，常用在多级放大器中做末级。④射极输出器有时还用在两个电压放大级之间做缓冲之用。4.2共基极放大电路共基极放大电路共基极放大电路的电压增益为

共基电路输入电阻Ri为：

共基电路的输入电阻相对较低，一般只有几欧姆到几十欧姆。共基电路的输出电阻Ro为显然，它与共射电路的输出电阻相同。共基电路输入电阻小，输出电阻较大，所以应用场合较少，多用于高频和宽频带放大电路中。

1.多级放大电路的耦合方式组成放大电路的每一个基本放大电路称为一级，级与级之间的连接称为耦合。多级放大电路中常用的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合、变压器耦合、光电耦合。（1）阻容耦合多级放大电路级与级之间用电容连接起来，称为阻容耦合。由于电容“隔直通交”的作用，阻容耦合多级放大电路的优点是，放大电路各级静态工作点相互独立，因而设置和调试电路静态工作点的方法和单级放大电路完全相同。阻容耦合多级放大电路的缺点是，如果输入信号频率很低，那么低频信号在耦合电容上的压降会很大，致使电压放大倍数大大下降，甚至根本不能放大，所以阻容耦合电路的低频特性差，不能放大变化缓慢的信号。另外，由于在集成电路中不能制造大容量电容，所以阻容耦合放大电路在集成电路中无法应用，只能用于分立元件电路中。集成电路中的放大电路一般采用直接耦合的方式。（2）直接耦合多级放大电路级与级之间直接连接起来称为直接耦合。直接耦合放大电路的优点是既能放大交流信号，也能放大变化缓慢的信号和直流信号，更重要的是便于集成化，目前的集成放大电路几乎均采用直接耦合的方式。直接耦合放大电路的缺点是由于不用电容器，各级直流通路相互不是隔离的，故各级静态工作点不独立，电路调试比较复杂。另外，由于不用电容器，前级的温漂会被逐级放大下去，有用信号也可能被淹没在噪声中。所以必须解决温漂问题。这些问题的解决将在以后的章节中介绍。

2.多级放大电路的性能分析多级放大电路框图多级放大电路的放大倍数为

根据放大电路输入电阻的定义，多级放大电路的输入电阻就是其第一级的输入电阻，即Ri=Ri1。

根据放大电路输出电阻的定义，多级放大电路的输出电阻就是其最后一级的输出电阻，即Ro=Ron。场效应管的基本特性分析与测试01项目3场效应管电路的分析与测试场效应管放大电路的分析和测试02由于场效应管是场效应管放大器的组成核心，因此本项目通过相关测试和仿真学习场效应管的基本特性及其应用电路。本项目共有2个任务：任务1场效应管基本特性的分析和测试。通过场效应管各电压电流关系的测试，理解场效应管的结构、符号及偏置，了解场效应管的工作原理，掌握场效应管的输出特性与转移特性曲线，任务2场效应管放大电路基本特性的分析和测试。通过共源与共漏放大电路的特性测试，理解FET放大电路的结构与偏置，理解共源与共漏放大电路的特点，掌握场效应管放大电路的性能分析，掌握共源与共漏放大电路的装接与测试。1.能描述场效应管的基本结构电路符号与类型。2.了解场效应管的主要参数、分类及其选择使用方法。3.能对场效应管放大电路进行分析和计算。4.理解场效应管放大电路的电路构成、工作原理和电路中各元器件作用。1.能正确测量场效应管的外特性，能正确记录测量结果并能对结果作准确描述。2.能正确测量场效应管放大电路的性能指标，并能解释各性能指标的概念。3.能设计和装接场效应管基本放大电路，并能通过调试得到正确结果4.能够完成小功率场效应放大器的设计与调试。撰写设计文档与测试报告。1.1场效应管的结构与类型根据结构的不同，场效应管可分为两大类，即结型场效应管（JFET）和金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）。

1.1.1结型场效应管结型场效应管器件的外形与封装基本类同于三极管。结型场效应管按导电类型（电子型或空穴型）的不同可分为两大类，即N沟道场效应管和P沟道场效应管。JFET的结构和符号它是在一块N型半导体材料两侧分别扩散出高浓度的P型区（用P+表示）并形成两个PN结而构成的。两个P+型区外侧各引出一个电极并连接在一起，作为一个电极，称为栅极G。在N型半导体材料的两端各引出一个电极，分别称为源极S和漏极D。

1.1.2金属-氧化物-半导体场效应管金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET），简称MOS管。

MOS管可分成增强型和耗尽型两种两种类型，每种类型都有N沟道和P沟道两类。下面以N沟道为例介绍其结构和符号。

1.增强型MOSFET的结构和符号它在一块P型硅衬底（低掺杂，电阻率较高）的基础上扩散两个高掺杂的N+区，在N+区表面上覆盖一层铝并引出电极，分别作为源极S和漏极D；在P型硅表面生成一层很薄的二氧化硅绝缘层，并在绝缘层上面覆盖一层铝并引出电极，作为栅极G；管子的衬底也引出一个电极B。由于栅极与源极和漏极均无电接触，因此称为绝缘栅极。JFET的结构和符号

N沟道增强型MOS管的电路符号如图（b）所示，其中的箭头方向表示由P（衬底）指向N（沟道）。P沟道增强型MOS管的电路符号如图（c）所示，其箭头方向与N沟道MOS管相反。JFET的结构和符号

2.耗尽型MOSFET结构和符号

可以看出，它与N沟道增强型MOS管的结构基本相同，不过制造时，在两个N+区之间的P型衬底表面掺入少量5价元素，预先形成局部的低掺杂的N区。耗尽型MOS管的结构与符号1.2场效应管的基本特性及主要技术参数

1.JFET的偏置

N沟道JFET正常工作时，栅极与源极之间应加负电压，即uGS＜0，确保栅极与沟道间的两个PN结任何一处都处于反偏状态。漏极与源极之间应加正电压，即uDS＞0，使N沟道中的多数载流子（电子）在电场的作用下由源极向漏极运动，形成漏极电流iD。三个极之间的电压满足：uDS=uDG+uGS。

1.2.1结型场效应管的分析与测试N沟道JFET的直流偏置电路

2.JFET的工作原理

为了讨论JFET的工作原理，以N沟道JFET为例。主要是讨论uGS对iD的控制作用以及uDS对iD的影响。

(1)uGS对iD的控制作用

先假设uDS=0（即漏极和源极之间短路）。当uGS由0向负值增大时，耗尽层因反向偏置加大而变宽，导电沟道变窄，沟道电阻增大，如图（a）所示。uDS=0时uGS对沟道的影响

两侧耗尽层刚好相遇时的栅源电压称为夹断电压，用UGS(off)表示。

通过改变uGS可以有效地控制沟道电阻的大小，从而控制漏源极间的导电性能和漏极电流iD的大小（在外加一定的正向电压uDS的情况下）。

(2)uDS对iD的影响

为讨论方便，假设uGS=0，此时栅极和源极短路，漏极和源极之间的电压为uDS加在沟道的两端，漏极为正，源极为负，即uDS>0。

同时uGS=0时，导电沟道最宽，沟道电阻最小，在一定的uDS作用下，iD也最大。uDS从零开始逐渐增大时，沟道电流iD的变化曲线如图（d）所示。分四个部分：AB段、BC段、CD段、DE段。uGS=0时，uDS对沟道的影响

(3)uGS和uDS共同作用

uGS和uDS共同作用时，比两个电压单独作用时沟道更窄，夹断更快。

综上所述，可得JFET的基本特点如下。

①JFET的PN结应为反向偏置，即uGS＜0，因此其iG≈0，输入电阻很高。

②预夹断前，iD与uDS呈线性关系；预夹断后，iD趋于饱和（不受uDS控制）。

③JFET是电压控制电流的器件，iD受uGS控制（当uDS较大时）。

3.JFET的特性曲线

(1)输出特性曲线

场效应管的输出特性是指当栅源电压uGS为某一定值时，漏极电流iD与漏源电压uDS之间的关系，即

因此，iD与uDS之间的关系曲线（输出特性曲线）为一个曲线簇。如图（a）为某N沟道JFET的输出特性曲线。可将场效应管的工作状态分为4个区域：变电阻区、恒流区、夹断区和击穿区。N沟道结型场效应管的特性曲线

(2)转移特性曲线

场效应管的转移特性是指当漏源电压uDS为某一定值时，漏极电流iD与栅源电压uGS的关系，即

可见，转移特性与输出特性都是反映iD与uGS，uDS的关系，只不过自变量与参变量对换而已。因此，可以直接由输出特性转换而得到转移特性。iD与uGS之间的关系曲线（转移特性曲线）为一个曲线簇。

(3)FET的微变等效电路

为了能定量描述场效应管的放大能力，即uGS对iD的控制能力，引入了参数gm，其定义为uDS一定时漏极电流的微变量ΔiD和引起这个变化的栅源电压的微变量ΔuGS之比，即FET的微变等效电路

gm称为低频跨导，简称跨导（或互导），其值一般在0.1～20mS范围内。场效应管的gm值除了取决于管子自身的参数外，还与其静态工作点有关。显然，gm越大，场效应管的放大能力越强，但一般远小于三极管。

工作点电流（iD=ID）越大，gm越大。

1.2.2

MOS场效应管的分析

1.增强型MOSFET

（1）增强型MOSFET的工作原理

N沟道增强型MOS管的偏置电压的极性如图（a）所示（MOS管的衬底和源极通常直接相连），栅源极之间加正电压（为了形成导电沟道），即uGS＞0；为了使P型硅衬底和漏极N+区之间的PN结处于反偏状态，漏源极之间也应加正电压，即uDS＞0。uDS=0时，N沟道增强型MOS管导电沟道的形成

为了讨论方便，首先假设uDS=0，即漏极与源极短接。

随着uGS的增大，形成一个N型薄层，它和P型衬底的导电类型相反，故称为反型层。

使导电沟道（反型层）开始形成的栅源电压称为开启电压UGS(th)。

假设uGS＞UGS(th)，uDS＞0。

当uDS较小时，iD随uDS的增大而迅速增加。若uDS增大到uGD=UGS(th)，即uDS=uGSUGS(th)时，沟道在漏端出现预夹断。若uDS再继续增大，则uGD＜UGS(th)，漏端出现向源端延伸的夹断区，此时iD趋于饱和。uGS≥UGS(th)时，uDS对N沟道的影响

3.三极管主要技术参数

（1）电流放大系数

和是表征三极管电流放大能力的参数，一般在几十到几百之间，在0.95~0.999。（2）极间反向电流这是表征三极管工作稳定性的参数。由于极间反向电流受温度影响较大，故其值太大将使管子不能稳定工作。

①集电极-基极反向饱和电流ICBO

ICBO表示三极管发射极开路，C，B间加上一定反向电压时的反向电流，实际上它和单个PN结的反向电流是一样的。

②集电极-发射极间穿透电流ICEO

ICEO表示基极开路，C，E间加一定电压使集电结反偏时的集电极电流。

（2）增强型MOSFET的特性曲线与JFET类似，该输出特性曲线也分为可变电阻区、恒流区、击穿区和夹断区。共射输入特性曲线

2.耗尽型MOSFET（1）耗尽型MOSFET的工作原理

对于耗尽型MOSFET，当uGS＞0时，由于绝缘层的存在，它不是像N沟道JFET那样，因PN结正偏而产生较大的栅极电流，失去了对iD的控制作用，而是在沟道中产生更多的电子，使iD增加，并且不会产生栅极电流。N沟道耗尽型MOS管的特性曲线因此，在一定范围内无论栅源电压为正或为负，都能控制iD的大小，而且基本上无栅极电流，这是耗尽型MOSFET的一个重要特点。

（2）耗尽型MOSFET的特性曲线

N沟道耗尽型MOS管的特性曲线如图（a）和图（b）所示，它与N沟道JFET的特性曲线相似。其输出特性曲线也可分为可变电阻区、恒流区、击穿区和夹断区。由恒流区的转移特性曲线可知，在uGS=0时，iD=IDSS较大；随着uGS的减小，iD也减小，当uGS=UGS(off)时，iD≈0；当uGS＞0时，iD＞IDSS

。

1.2.3场效应管主要技术参数和注意事项1.场效应管主要技术参数（1）夹断电压UGS(off)（2）饱和漏电流IDSS（3）漏源击穿电压UBR(DS)（4）栅源击穿电压UBR(GS)（5）直流输入电阻RGS（6）低频跨导（互导）gm

（7）最大耗散功率PDM2.各种场效应管的比较

FET和BJT一样，也具有放大作用，因此在有些场合可以取代BJT组成放大电路。与BJT放大电路类似，FET放大电路也存在3种组态，即共源、共漏和共栅组态，分别对应于BJT放大电路的共射、共集和共基组态。

1.FET放大器的偏置电路及静态分析与BJT放大电路一样，FET放大电路也需要有合适的静态工作点，以保证管子工作在恒流区。不过由于FET是电压控制型器件，栅极电流为零，因此只需要合适的栅极电压。下面以N沟道JFET（也为耗尽型）为例，介绍两种常用的偏置电路。

栅源极之间的直流偏压UGS是由场效应管的自身电流ID流过RS产生的，故称该电路为自偏压电路。场效应管放大电路静态时ID表达式为

虽然自偏压电路比较简单，但当工作点UGS和ID值确定后，源极电阻RS就基本被确定了，选择的范围很小。为了克服这一缺点，可采用如图所示的分压式自偏压电路，该电路是在自偏压电路的基础上加接栅极分压电阻RG1，RG2而组成的。FET的分压式自偏压电路

2.共源放大电路的性能分析

与BJT一样，若FET工作在线性放大区（恒流区），且输入信号为小信号，可用微变等效电路模型来进行动态分析。漏极输出电阻rds被忽略。

设RL=RD∥RL共源放大电路微变等效电路则电压放大倍数输入电阻输出电阻

场效应管具有输入阻抗高、噪声低、制造工艺简单等一系列优点。

三极管是电流控制电流器件，有两种载流子参与导电，属于双极型器件；而场效应管是电压控制电流器件，只依靠一种载流子导电，因而属于单极型器件。虽然这两种器件的控制原理有所不同，但通过类比可以发现，它们组成电路的形式极为相似，分析的方法相同。

在场效应管放大电路中，UDS的极性取决于场效应管的沟道性质，N沟道时为正，P沟道时为负；为了建立合适的偏置电压UGS，不同类型的场效应管，对偏置电压的极性有不同要求：JFET的UGS与UDS极性相反，增强型MOSFET的UGS与UDS极性相同，耗尽型MOSFET的UGS可正、可负或为零。

场效应管的栅极没有电流（JFET的PN结反向电流忽略不计），则在场效应管的小信号等效电路中，栅极和源极可以视为开路，漏极到源极是一个受控源gmuGS。

场效应管放大电路有共源、共栅、共漏三种接法，分别和三极管放大电路中的共射、共基、共集电路相似。场效应管组成的放大电路的放大倍数相对于BJT组成的放大电路的放大倍数要低。集成运算放大器基本特性的分析01项目4立体声调音控制器的制作与调试反相与同相输入集成运算放大器的分析与测试02集成运算放大器的应用03立体声调音控制器的设计、制作与调试04调音（改变高低音之间的强度对比）和混音电路是各类立体声音响放大器中不可缺少的部分，目的是为了增强立体声音响效果。调音控制器主要控制和调节音响放大器的幅频特性，以适合各类听众的需要。调音和混音电路可用集成运放的模拟运算电路来实现。这种电路调节方便，元器件较少，一般在收音机、音响放大器中应用较多。本项目通过集成运放的线性和非线性电路的功能测试，了解集成运算放大器的各种应用电路的基本特性，通过查阅相关芯片资料，了解集成运放电路的设计方法。本项目共有3个任务：任务1集成运放基本特性的分析。通过对集成运放基本特性和参数的分析，了解集成运放的基本特性和组成。任务2反相与同相输入集成运算放大器的分析与测试。通过对反相与同相输入集成运算放大器的分析，理解负反馈的应用和负反馈的各种类型以及加入负反馈的方法。任务3集成运算放大器的应用。通过对集成运放线性应用电路和非线性应用电路特性的测试。任务4立体声调音控制器的测试与设计。1.集成运算放大器的基本特性；2.集成运放应用电路的分析；3.理解集成运算放大器的线性应用和非线性应用；4.负反馈在运算放大电路中的应用5.能正确查阅各种集成运放资料。1.集成运算放大器基本应用电路的特性测试与结果描述；2.能对电路中的故障现象进行分析判断并加以解决；3.能独立完成立体声调音控制器原理图的绘制。4.能装接和测试立体声调音控制器，并能通过调试得到正确结果；5.能撰写项目测试报告。1.1集成运算放大器的外形与电路符号

集成运算放大器的封装有双列直插式（DIP）、贴片式(SO)和薄小外形封装(TSSOP)等多种封装形式。集成运算放大器MC4558的封装

DIP8表示双列直插式，SO8表示贴片式，TSSOP8表示薄小外形封装8表示该集成块有8个脚，分别代表不同的输入和输出。一块集成运算放大器中也可以包含2个（如：TL082）或4个（如：TL084）运算放大电路。集成运算放大器MC4558的引脚图

集成运算放大器有两个输入端分别称为同相输入端uP和反相输入端uN；一个输出端uo。图中的“”表示反相输入端uN，“+”表示同相输入端uP。当输入信号从反相输入端uN输入时，输出信号和输入信号的相位相反；当输入信号从同相输入端uP输入时，输出信号和输入信号的相位相同。集成运算放大器的电路符号

从输入端来看，集成运算放大器的净输入信号为uI=（uP-uN）。从输出端来看，集成运算放大器线性工作时的输出信号为

Aod为集成运算放大器的差模电压放大倍数，一般大于105。1.2集成运算放大器的组成集成运算放大器是模拟集成电路中应用最为广泛的一种，它实际上是一种高增益、高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大器。主要由输入级、中间级和输出级和偏置电路四个主要环节组成。集成运算放大器的组成框图

输入级主要由差动放大电路构成，以减小运算放大器的零漂和其他方面的性能。

中间级的主要作用是获得高的电压增益，一般由一级或多级放大器构成。

输出级降低输出电阻，提高运算放大器的带负载能力和输出功率。

偏置电路则是为各级提供合适的直流工作点。1.3集成运算放大器的主要参数

⑴工作电压VCC(SupplyVoltage)

是指运算放大器正常供电电压，有的运放是单电源供电，有的运放为双电源供电。

⑵开环带宽和单位增益带宽GBW(Gain-BandwidthProduct)

开环带宽BW和单位增益带宽GBW反映运算放大器的频率特性。

开环带宽即开环电压增益从开环直流增益A0下降3dB时所对应的频宽。单位增益带宽，电压增益为0dB时的带宽

⑶输入信号电压范围Vi(SignalInputTerminalsVoltage）

进入运放输入端信号的电压和电流都是有一定范围限制的，超出此范围，有可能产生自激振荡或造成运放的损坏。

⑷开环增益Aod(Open-LoopGain)

是指运算放大器在开环（不加反馈）、线性放大区并在规定的测试负载和输出电压幅度的条件下的直流差模电压增益（绝对值）。

⑸转换速率SR(SlewRate)

转换速率SR反映运算放大器对高速变化的输入信号的响应情况。如果运放转换速率不够，输出信号就会产生失真。

⑹最大输出电压Uo(max)

最大输出电压Uo(max)是指在一定的电源电压下，集成运算放大器的最大不失真输出电压的峰－峰值。

⑺共模抑制比CMRR(Common-ModeRejectionRatio)

为定量反映放大器放大有用的差模信号和抑制有害的共模信号的能力。2.1反馈的基本概念与集成运算放大器中的负反馈

1.负反馈

把放大电路的输出信号（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的电路（网络）送回到它的输入端，削弱原来的输入信号（电压或电流）并共同控制该放大电路，这种连接方式称为负反馈。负反馈放大电路的组成如图所示。

按照放大电路各部分电路的主要功能可将负反馈放大电路分为基本放大电路和反馈网络两部分。基本放大电路的主要功能是放大信号，其开环放大倍数为A；反馈网络的主要功能是传输反馈信号，其反馈系数为F。由图可见，负反馈放大电路和基本放大电路的主要区别是：①负反馈放大电路的输出信号在送到负载的同时还要取出一部分送回到原放大电路的输入端。②负反馈放大电路的净输入信号不只有信号源单方面提供的，还有反馈过来的信号。③净输入信号=输入信号-反馈信号，它小于输入信号，因此，负反馈放大电路的电压放大倍数小于基本放大电路的放大倍数。④负反馈放大电路放大倍数虽然下降了，但它们许多方面的性能也得到了改善。负反馈对放大电路性能的主要影响有：负反馈可增加增益的稳定性、减少非线性失真、扩展频带以及控制输入和输出阻抗等。

2.反馈的基本类型

(1)正反馈和负反馈根据反馈影响（即反馈性质）的不同，它可分为正反馈和负反馈两类。如果反馈信号加强输入信号，即在输入信号不变时输出信号比没有反馈时大，导致放大倍数增大，这种反馈称为正反馈；反之，如果反馈信号削弱输入信号，即在输入信号不变时输出信号比没有反馈时小，导致放大倍数减小，这种反馈称为负反馈。

(2)直流反馈和交流反馈反馈电路中，如果反馈到输入端的信号是直流量，则为直流反馈；如果反馈到输入端的信号是交流量，则为交流反馈。直流负反馈可以改善放大器的静态工作点的稳定性，交流负反馈则可以改善放大器的交流特性。

(3)电压反馈和电流反馈一般情况下，基本放大器与反馈网络在输出端连接方式有并联和串联两种，对应的输出端的反馈方式分别称为电压反馈和电流反馈。

(4)串联反馈和并联反馈一般情况下，基本放大器与反馈网络在输入端的连接方式有串联和并联两种，对应的输入端的反馈方式分别称为串联反馈和并联反馈。

3.负反馈放大器的组态由于反馈放大器在输出和输入端均有两种不同的反馈方式，因此负反馈放大器的组态可以有4种可能，即电压并联负反馈、电压串联负反馈、电流串联负反馈和电流并联负反馈。2.2反相输入集成运算放大器的分析与测试

1.反相输入放大器电路的结构与特点

由于输入信号加在反相输入端，输出电压和输入电压的相位相反，因此将它称为反相放大器。反相输入放大器

电路由基本放大器A和反馈网络Rf组成。RL为负载电阻。uo为输出信号。电路输入信号ui经电阻R1加在反相输入端上。电阻R1的作用是将输入电压转换成电流信号。同相输入端经电阻RP接地，RP的作用是减小温漂提高运算精度，其阻值应为RP=R1Rf。

2.反相输入放大器输入电压与输出电压的关系的计算

需要说明的是，在实际的电路设计或分析过程中常常把集成运放理想化。理想运放具有以下理想参数。

①开环差模电压增益Aod→∞。

②差模输入电阻rid→∞。

③输出电阻rod=0。

④共模抑制比CMRR→∞，即没有温度漂移。

⑤开环带宽fH→∞。

⑥转换速率SR→∞。

⑦输入端的偏置电流IBN=IBP=0。

⑧干扰和噪声均不存在。在工程计算中我们可以认为开环差模电压增益Aod→∞。又由于，而输出电压是个不能大于运算放大器电源电压的有限值，因此，两个输入端之间的实际输入（净输入）电压可以近似看成为0（但不绝对等于0），相当于短路，即：这种情况称为“虚短”（并非真正短路）。在工程计算中我们可以认为rid→∞。。因此可以认为运算放大器的同相输入端和反相输入端均无电流输入，即：相当于电路断开一样，这种情况称为“虚断”（并非真正断路）。

如图所示反相输入放大器中，在同相输入端P经过电阻RP接地时，由于“虚断”，iP=iN=0，因此uP=0。由“虚短”的概念可知，uN=uP=0，称N端为“虚地”。

由“虚断”的概念可知ii=if，有该电路的电压增益即

可见，反相输入放大器中输出电压uo与输入电压ui的大小成比例关系，负号表示相位相反。2.3同相输入集成运算放大器电路的分析与测试

1）同相输入放大器电路的结构与特点图所示为同相输入放大器电路原理图。由于输入信号加在同相输入端，输出电压和输入电压的相位相同，因此将它称为同相放大器。同相输入放大器

同相放大器电路由基本放大器A和反馈网络组成。RL为负载电阻。uo为输出信号。电路输入信号ui经电阻RP加在同相输入端上，RP为平衡电阻，其阻值应为RP=R1Rf。反馈网络由电阻R1和Rf组成，R1和Rf的作用是将输出电压反馈到反相端。

2.同相输入放大器输入电压与输出电压的关系的计算

由“虚断”的概念可知iP=iN=0，由“虚短”的概念可知ui=up=uN

其电压增益即

若Rf短路、R1不接，此时的同相输入放大器称为电压跟随器。电路的输出完全跟随输入变化。ui=uP=uN=uo，Au=1，具有输入阻抗极高，输出阻抗低。常用于多级放大器的输入级和输出级，用作阻抗变换或缓冲。电压跟随器电压跟随器的另外一个应用是将精密小信号放大电路和重负载隔离开来，前端精密放大器进行精密测量，电压跟随器用来驱动重负载。如果不加电压跟随器，那么负载驱动电流的增加必然会导致芯片发热，进而产生失调变化。电压跟随器应用电路集成运放应用十分广泛，电路的接法不同，集成运放电路所处的工作状态也不同，电路也就呈现出不同的特点。可以把集成运放的应用分为两类：线性应用和非线性应用。3.1集成运算放大器的线性应用集成运放的线性应用主要有模拟信号的产生、运算、放大、滤波等。下面首先从基本运算电路开始讨论。若多个输入电压同时作用于运放的反相输入端或同相输入端，则实现加法运算。

3.1.1加法电路的分析与测试加法电路

若R1=R2=Rf，则加法电路的输出表达式为

1.双运放减法运算电路

3.1.2减法电路的分析与测试

若R2=Rf2，则变为

即实现了两信号ui1与ui2的相减。双运放减法电路

2.差分放大电路

若多个输入电压有的作用于反相输入端，有的作用于同相输入端，则实现减法运算。单运放减法运算电路如图所示。根据“虚短”和“虚断”的概念可知uP=uN。差分放大电路

当Rf=R时，有：

实现了两信号ui2与ui1的相减。反相比例运算电路中的反馈电阻由电容阻所取代，便构成了积分电路。

3.1.3积分电路的分析与测试输出电压与输入电压的关系满足积分运算要求，负号表示它们在相位上是相反的。RC称为积分时间常数，记为。积分电路利用积分运算电路能够将输入的正弦电压，变换为输出的余弦电压，实现了波形的移相；将输入的方波电压变换为输出的三角波电压，实现了波形的变换；对低频信号增益大，对高频信号增益小，当信号频率趋于无穷大时增益为零，实现了滤波功能。积分电路的电阻和电容元件互换位置，即构成微分电路。微分电路选取相对较小的时间常数RC。

3.1.4微分电路的分析与测试微分电路输出电压与输入电压的关系满足微分运算的要求。因此微分电路对高频噪声和突然出现的干扰（如雷电）等非常敏感，故它的抗干扰能力较差，限制了其应用。实际的微分电路需要改进。允许某一部分频率的信号顺利通过，而使另一部分频率的信号被急剧衰减（即被滤掉）的电子电路称为滤波器。滤波器可分为按照其功能，又可以分为低通、带通、高通、带阻滤波器。

3.1.5有源低通滤波器的分析四种滤波器的幅频特性

fH为上限截止频；fL为下限截止频率；f0为中心频率，即通带和阻带的中点。

滤波器具有“选频”的功能。来进行模拟信号的处理（用于数据传送、抑制干扰等）。此外，滤波器在无线电通信、信号检测和自动控制中对信号处理、数据传输和干扰抑制等方面也获得了广泛应用。

滤波器可分为有源滤波器和无源滤波器两种。一般主要采用无源元件R、L和C组成的模拟滤波器称为无源滤波器；由集成运算放大器和R、C组成的滤波器称为有源滤波器。一阶RC有源低通滤波电路二阶RC有源低通滤波电路3.2集成运算放大器的非线性应用

在集成运放的非线性应用电路中，运放一般工作在开环或正反馈状态，而运放的增益很高，在非负反馈状态下，其线性区的工作状态是极不稳定的，因此主要工作在非线性区，实际上这正是非线性应用电路所需要的工作区。

当运放工作在非线性区时，若uP＞uN，输出为高电平UOH；若uP＜uN，输出为低电平UOL。

3.2.1简单电压比较器的分析与测试

通常把比较器的输出电压从一个电平跳变到另一个电平时对应的临界输入电压称为阀值电压或门限电压，简称为阀值，用符号UTH表示。对这里所讨论的简单比较器，有UTH=UREF。简单电压比较器的基本电路

若参考电压UREF为0，则输入电压每次过0时，输出电压就要产生一次跳变，从一个电平跳变到另一个电平，这种比较器称为过零比较器。利用过零比较器可以把正弦波变为方波（正、负半周对称的矩形波）。

利用比较器还可以将任意波形的信号转换为矩形波，例如，可以将正弦波转换为周期性矩形波。

3.2.2迟滞电压比较器分析与测试简单电压比较器电路简单，灵敏度高，但抗干扰能力很差，当输入电压在门限电压附近有微小干扰时，输出电平必然会跟着干扰翻转。在实际运用中，如果用这个输出电压去控制电机，将出现频繁启停的现象，很容易损坏电机，是不容许的。为了克服这一点，将简单电压比较器电路加入一个正反馈回路，组成迟滞电压比较器。迟滞比较器电路如图（a）所示，图中电阻R3接在输入和输出之间，为正反馈回路由于输入信号由反相端加入，因此为反相迟滞比较器。迟滞比较器令两个阀值之差为称为回差电压。回差电压是表明滞回比较器抗干扰能力的一个参数。由于迟滞比较器输出高、低电平相互翻转的过程是在瞬间完成的，即具有触发器的特点，因此又称为施密特触发器。电压比较器将输入的模拟信号转换成输出的高低点平，输入模拟电压可能是温度、压力、流量、液面等通过传感器采集的信号，因而它首先广泛用于各种报警电路；其次，在自动控制、电子测试、模数转换、各种非正弦波的产生和变换电路中也得到广泛的应用。3.3集成运算放大器使用注意事项

1.集成运算放大器的分类集成运算放大器按电路特性分为：通用型、高精度型、高速型、高输入阻抗型、低功耗型、宽频带型、高压型、功率型集成运算放大器等。

2.集成运算放大器的选择原则①供电电源电压：选择双电源供电还是单电源供电的芯片，合适的电源电压范围。如：OPA365为单电源轨至轨运算放大器。②带宽：小信号放大时考虑运放的增益带宽积(GB)，必须留有足够的开环增益100倍以上。③对于精度要求高的电路，要选用高精度、低漂移、低失调电压和高共模抑制比运算放大器，如：OPA227为高精度、低噪声和单位增益稳定的运算放大器。④对于信号源内阻较大的电路，应选用MOS场效应管为输入级的运算放大器，如：LF353、OPA727等运算放大器。

3.集成运算放大器的正确使用

(1)集成运算放大器的保护集成运算放大器差模输入保护差模输入保护集成运算放大器共模输入保护共模输入保护集成运算放大器电源端保护电源端的保护