电子技术基础课件

模擬電子技術基礎一、電子技術的發展47年貝爾實驗室製成第一只電晶體58年積體電路69年大規模積體電路75年超大規模積體電路第一片積體電路只有4個電晶體，而97年一片積體電路上有40億個電晶體。科學家預測集成度按10倍/6年的速度還將繼續到2015或2020年，將達到飽和。二、模擬電路數字量：離散性模擬量：連續性，大多數物理量，如溫度、壓力、流量、液面……均為模擬量。模擬電路：對模擬量進行處理的電路，最基本的處理是放大。放大：輸入為小信號，有源元件控制電源使負載獲得大信號，並保持線性關係。有源元件：能夠控制能量的元件。三、課程目的

掌握基本概念、基本電路、基本分析方法、基本實驗技能具有能夠繼續深入學習和接收電子技術新發展的能力，將所學知識用於本專業的能力。四、考察方法：

會看：定性分析會算：定量計算、CAD

會選：電路形式、器件、參數會調：測試方法、儀器選用、EDA五、學習方法在入門階段要以聽課為線索；建立工程的觀念、系統的觀念、科學進步的觀念、實踐的觀念；特別注意電路原理在電子電路分析中的應用。六、考試方法筆試開卷。第一章半導體器件一、二極體開啟電壓端電壓溫度的電壓當量反向飽和電流電流正向特性為指數曲線反向電流為常量T（℃）↑→在電流不變情況下管壓降u↓→反向飽和電流IS↑，U(BR)↓T（℃）↑→正向特性左移，反向特性下移二極體的幾個參數材料開啟電壓導通電壓反向飽和電流矽Si0.5V0.5~0.8V1µA以下鍺Ge0.1V0.1~0.3V幾十µA最大整流電流IF：平均電流最高反向工作電壓UR：暫態值反向電流IR：IS，是對溫度很敏感的參數最高工作頻率fM：結電容作用的結果二、電晶體（三極管、雙極型管）三個工作區域：放大區、截止區、飽和區開關特性數字電路模擬電路極限參數：最大集電極功耗PCM＝ICUCE最大集電極電流ICM，c-e間擊穿電壓UCEO電晶體的

三個工作區域

狀態uBE

iC

uCE

截止＜Uon

ICEO

VCC

放大≥Uon

β

IB≥uBE

飽和≥Uon＜β

IB

＜uBE溫度對電晶體特性的影響第二章放大電路基礎§2.1放大的概念及

放大電路的性能指標一、放大的概念放大的對象：變化量放大的本質：能量的控制放大的特徵：功率放大放大的基本要求：不失真，放大的前提二、性能指標

1.放大倍數二、性能指標

2.輸入電阻和輸出電阻二、性能指標

3.通頻帶衡量放大電路對不同頻率信號的適應能力4.最大不失真輸出電壓Uom5.最大輸出功率Pom和效率η§2.2單管共射放大電路的工作原理一、電路的組成及各元件的作用§2.2單管共射放大電路的工作原理二、設置靜態工作點的必要性

輸出電壓必然失真！設置合適的靜態工作點，首先要解決失真問題；但Q點幾乎影響著所有的動態參數！§2.2單管共射放大電路的工作原理三、波形分析四、放大電路的組成原則靜態工作點合適：合適的直流電源、合適的電路參數。動態信號能夠作用於電晶體的輸入回路，在負載上能夠獲得放大了的動態信號。對實用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少。兩種實用放大電路耦合電容耦合電容的容量應足夠大，即對於交流信號近似為短路。交流信號馱載在Q點之上。§2.3放大電路的分析方法一、直流通路和交流通路通常，放大電路中交流信號的作用和直流電源的作用共存，這使得電路的分析複雜化。為簡化分析，引入直流通路和交流通路。直流通路：①

Us=0，保留Rs；②電容開路；③電感相當於短路（線圈電阻近似為0）。交流通路：①大容量電容相當於短路；②直流電源相當於短路（內阻為0）。二、圖解法1.靜態分析2、電壓放大倍數的分析3、失真分析截止失真消除方法：增大VBB飽和失真消除方法：增大Rb，減小Rc，減小β，增大VCC。最大不失真輸出電壓Uom

：比較UCEQ與（VCC－UCEQ

），取其小者，除以。4、圖解法的特點形象直觀；適應於Q點分析、失真分析、最大不失真輸出電壓的分析；能夠用於大信號分析；不易準確求解；不能求解輸入電阻、輸出電阻、頻帶等等參數。直流負載線和交流負載線§2.3放大電路的分析方法

三、等效电路法半導體器件的非線性特性使放大電路的分析複雜化。利用線性元件建立模型，來描述非線性器件的特性。1、直流模型：適於Q點的分析。2、電晶體的h參數等效模型可將電晶體看成為一個兩端口網路，輸入回路、輸出回路各為一個端口。在低頻、小信號作用下的關係式交流等效模型h參數的物理意義分清主次，合理近似！b-e間動態電阻內回饋係數電流放大係數c-e間電導簡化的h參數等效電路－交流等效模型

（微變等效電路）基區體電阻－查閱手冊發射結電阻－由發射極靜態電流來計算3、放大電路的動態分析阻容耦合共射放大電路的動態分析採用等效電路法分析放大電路的步驟1、求解靜態工作點Q；2、求解rbe；3、畫出交流等效電路；4、根據定義求解動態參數。注意：只有在Q點正常的情況下，動態分析才有意義。Ri中不應含有Rs，Ro中不應含有RL。問題的討論為什麼rbe隨Q點變化？在阻容耦合共射放大電路中，Q點變化時，在不失真的情況下，電壓放大倍數的數值如何變化？Uom如何變化？在阻容耦合共射放大電路中，在Ui不變的情況下，Rb減小，Uo如何變化？當Uo最大時，再減小Rb，會出現失真嗎？試由PNP管組成基本共射放大電路，分別說明其出現飽和失真和截止失真時的輸出電壓波形。§2.4靜態工作點的穩定

一、溫度對Q點的影響二、典型電路

1、電路組成2、穩定原理

Re的直流負回饋作用T(℃)↑→IC↑→UE↑→UBE↓（UB基本不變）→IB↓→IC↓

3、Q點分析4、動態分析利?弊?三、穩定靜態工作點的方法引入直流負回饋溫度補償：Rb1或Rb2採用熱敏電阻。Rb1應具有負溫度係數，Rb2應具有正溫度係數。§2.5單管放大電路的三種接法

一、基本共集放大电路1、靜態分析2、動態分析2、動態分析：輸入、輸出電阻的分析Ri與負載有關。Ro與信號源內阻有關。3、特點大！小！只放大電流，不放大電壓！二、基本共基放大電路

1、靜態分析2、動態分析3、特點小！只放大電壓，不放大電流！三、三種接法的比較：空載情況下接法共射共集共基

Au大小於1大

Aiβ1＋βαRi

中大小

Ro

大小大其他頻帶寬§2.6場效應管放大電路

一、场效应管简介（以N溝道為例）場效應管有三個工作區域：截止區、恒流區、可變電阻區，對應於三極管的截止區、放大區和飽和區。1、結型場效應管利用g-s之間電壓來控制d-s之間的電流。iD=f(uGS)轉移特性│uGS│增大到一定值，溝道消失，漏極電流為0。導電溝道uGD=UGS(off)時稱為預夾斷夾斷電壓漏極飽和電流2、絕緣柵型場效應管反型層uDS

不變，uGS增大，反型層（導電溝道）將變厚變長。當反型層將兩個N區相接時，管子導通。增強型管SiO2絕緣層耗盡型管加正離子

uGS=0時就存在導電溝道。2、絕緣柵型場效應管1)增強型MOS管2)耗盡型MOS管開啟電壓3、場效應管分類二、場效應管靜態工作點的設置方法1、基本共源放大電路2、自給偏壓電路3、分壓式偏置電路三、場效應管放大電路的動態分析1、場效應管的交流等效模型2、基本共源放大電路的動態分析3、基本共漏放大電路的動態分析§2.7複合管複合管的組成

不同類型的管子複合後，其類型決定於T1管。判斷下列各圖是否能組成複合管Ri=?Ro=?第三章多級放大電路

§3.1耦合方式一、直接耦合

UCEQ1＝UBEQ2→加Re（Au2數值變小）→改用二極體→若要求UCEQ1

較大，則改用穩壓管。

能夠放大變化緩慢的信號，便於集成化，Q點相互影響，存在零點漂移現象。NPN型管和PNP型管混合使用問題的提出：在用NPN型管組成N級共射放大電路，由於UCQi＞UBQi，所以UCQi＞UCQ(i-1）（i=1～N），以致於後級集電極電位接近電源電壓，Q點不合適。UBQ1＜UCQ1（＝UBQ2）UCQ1＞

UCQ2二、阻容耦合

不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不能集成化。Q點相互獨立。三、變壓器耦合§3.2多級放大電路的動態分析一、電壓放大倍數二、輸入電阻三、輸出電阻

對電壓放大電路的要求：Ri大，Ro小，Au數值大，最大不失真輸出電壓大。分析舉例失真分析：由NPN型管組成的兩級共射放大電路共射放大電路共射放大電路飽和失真？截止失真？首先確定在哪一級出現了失真，再判斷是什麼失真。比較Uom1和Uim2，則可判斷在輸入信號逐漸增大時哪一級首先出現失真。§3.3直接耦合放大電路一、零點漂移現象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的現象。產生原因：溫度變化，直流電源波動，器件老化。其中電晶體的特性對溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。克服溫漂的方法：引入直流負回饋，溫度補償。典型電路：差分放大電路二、差分放大電路

1、基本電路1)結構特點：對稱性，Rb1=Rb1=Rb，Rc1=Rc1=Rc，T1和T2特性完全相同。Rb是必要的嗎？2)Q點：令uI1=uI2=0放大電路的選用按下列要求組成兩級放大電路①Ri＝1～2kΩ，Au

≥3000；②Ri≥10MΩ，Au≥300；③Ri＝100～200kΩ，Au

≥150；④Ri≥10MΩ，Au

≥10，Ro≤100Ω.①共射、共射；②共源、共射；③共集、共射；④共源、共集。§3.3直接耦合放大電路

一、差分放大電路1、基本電路

2)Q點：令uI1=uI2=03)抑制共模信號

共模信號：數值相等，極性相同的輸入信號。即uI1=uI1=uIcRe的共模負回饋作用：

T(℃)↑→IC1↑IC2↑→UE↑→IB1↓IB2↓→IC1↓IC2↓抑制每只差分管集電極電位的變化。對於每一邊電路，Re=?4)放大差模信號差模信號：數值相等，極性相反的輸入信號。即uI1=-uI2=uId/2。△iE1=－△iE2，Re中電流不變，即Re

對差模信號無回饋作用。5)動態參數：Ad、Ri、Ro、Ac、KCMR共模抑制比KCMR：綜合考察差分放大電路放大差模信號的能力和抑制共模信號的能力。

在實際應用時，信號源需要有“接地”點，以避免干擾；或負載需要有“接地”點，以安全工作。

根據信號源和負載的接地情況，差分放大電路有四種接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。2、差分放大電路的四種接法1)雙端輸入單端輸出可為零！2)單端輸入雙端輸入3)四種接法的比較在參數理想對稱條件下：輸入方式：雙端輸入時無共模信號輸入，單端輸入時有共模輸入。Ri與輸入方式無關。輸出方式：Q點、Ad、Ac、KCMR、Ro均與之有關。3、電路的改進Re越大，共模負回饋越強，單端輸出時的Ac越小，KCMR越大，差分放大電路的性能越好。但Re太大，則不合理。1)具有恒流源的差放RW為調零電位器，取值應很小。3)場效應管差分放大電路2)加調零電位器三、互補輸出級

對輸出級的要求：帶負載能力強；最大不失真輸出電壓最大，即其峰值接近電源電壓。1、互補電路1)基本電路T1、T2特性理想對稱。靜態時T1、T2均截止，UB=UE=01、互補電路1)基本電路動態ui正半周，電流通路為+VCC→T1→RL→地，uo=uiui負半周，電流通路為地→RL→T2→-VCC，uo=ui兩只管子交替工作，兩路電源交替供電，雙向跟隨。2)交越失真消除失真的方法：設置合適的靜態工作點。2、消除交越失真的互補輸出級如果信號為零時兩只管子處於臨界導通或微導通，那麼當有信號輸入時兩只管子中至少有一個導通，因而消除了交越失真。要求：有合適的Q點，且動態損失盡可能小。3、准互補輸出級輸出管為同類型電晶體。四、多級直接耦合放大電路讀圖方法：按信號流通順序將電路“化整為零”，將N級放大電路分為N個基本放大電路。第一級：雙端輸入單端輸出的差放第二級：以複合管為放大管的共射放大電路第三級：准互補輸出級第四章集成運算放大電路

§4.1概述一、集成運放的特點1、直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性採用差分放大電路和電流源電路。2、用複雜電路實現高性能的放大電路，因為電路複雜並不增加製作工序。3、用有源元件替代無源元件，如用電晶體取代難於製作的大電阻。4、採用複合管。二、集成運放電路的組成偏置電路：為各級放大電路設置合適的靜態工作點。採用電流源電路。輸入級：前置級，多採用差分放大電路。要求Ri大，Ad大，

Ac小，輸入端耐壓高。中間級：主放大級，多採用共射放大電路。要求有足夠的

放大能力。輸出級：功率級，多採用准互補輸出級。要求Ro小，最大

不失真輸出電壓盡可能大。三、集成運放的符號和電壓傳輸特性

線上性區：uO＝Aod(uP－uN)，Aod是開環差模放大倍數。由於Aod高達幾十萬倍，所以集成運放工作線上性區時的最大輸入電壓(uP－uN)的數值僅為幾十～一百多μV。當其大於此值時，集成運放的輸出不是＋UOM

,

就是－UOM

，即集成運放工作在非線性區。§4.2電流源電路

在电流源电路中充分利用集成运放中晶体管性能的一致性。一、鏡象電流源T0和T1特性完全相同。二、微電流源

要求提供很小的静态电流，又不能用大电阻。設計過程很簡單，首先確定IE0和IE1，然後選定R和Re。二、微電流源

要求提供很小的靜態電流，又不能用大電阻。設計過程很簡單，首先確定IE0和IE1，然後選定R和Re。三、多路電流源根據所需靜態電流，來選取發射極電阻的數值。根據所需靜態電流，來確定集電結面積。根據所需靜態電流，來確定溝道尺寸。四、有源負載

1、用於共射放大電路哪只管子為放大管？其集電結靜態電流約為多少？靜態時UIQ為多少？為什麼要考慮

h22?2、用於差分放大電路電路的輸入、輸出方式？如何設置靜態電流的？靜態時iO約為多少？

使單端輸出電路的差模放大倍數近似等於雙端輸出時的差模放大倍數。§4.3集成運放讀圖

一、讀圖方法瞭解用途：瞭解要分析的電路的應用場合、用途和技術指標。化整為零：將整個電路圖分為各自具有一定功能的基本電路。分析功能：定性分析每一部分電路的基本功能和性能。統觀整體：電路相互連接關係以及連接後電路實現的功能和性能。定量計算：必要時可估算或應用電腦計算電路的主要參數。已知電路圖，分析其原理和功能、性能。二、舉例

对于集成运放电路，应首先找出偏置电路，然后根据信号流通顺序，将其分为输入级、中间级和输出级电路。

若在集成運放電路中能夠估算出某一支路的電流，則這個電流往往是偏置電路中的基準電流。雙端輸入、單端輸出共集-共基放大電路以複合管為放大管、恒流源作負載的共射放大電路用UBE倍增電路消除交越失真的准互補輸出級三級放大電路輸入級分析：共集-共基形式T7的作用：抑制共模信號放大差模信號

T5、T6分別是T3、T4的有源負載，而T4又是T6的有源負載。

T3、T4為橫向PNP型管，輸入端耐壓高。共集形式，輸入電阻大，允許的共模輸入電壓幅值大。共基形式頻帶寬。輸出級分析D1和D2起過流保護作用，未過流時，兩只二極體均截止。iO增大到一定程度，D1導通，為T14基極分流，從而保護T14。§4.4集成運放的主要性能指標

指標參數F007典型值理想值開環差模增益Aod106dB∞差模輸入電阻rid2MΩ∞共模抑制比KCMR90dB∞輸入失調電壓UIO1mV0UIO的溫漂dUIO/dT(℃)幾μV/℃0輸入失調電流IIO(│IB1-IB2│)20nA0UIO的溫漂dUIO/dT(℃)幾nA/℃0最大共模輸入電壓UIcmax±13V最大差模輸入電壓UIdmax±30V-3dB帶寬fH10Hz∞轉換速率SR(=duO/dt│max)0.5V/μS∞§4.4集成運放的主要性能指標

指標參數F007典型值理想值開環差模增益Aod106dB∞差模輸入電阻rid2MΩ∞共模抑制比

KCMR90dB∞輸入失調電壓UIO1mV0UIO的溫漂dUIO/dT(℃)