康华光电子技术基础-模拟部分第5版知识点

第1章 绪 论一、电子系统与信号电子系统指若干相互连接、相互作用的基本电路组成的具有特定功能的电路整体。信号是信息的载体，按照时间和幅值的连续性及离散性可把信号分成4二、信号的频谱任意满足狄利克雷条件的周期函数都可展开成傅里叶级数(含有直流分量、基波、高次谐波)，从这种周期函数中可以取出所需要的频率信号，过滤掉不需要的频率信号，也可以过滤掉某些频率信号，保留其它频率信号。幅度频谱：各频率分量的振幅随频率变化的分布。相位频谱：各频率分量的相位随频率变化的分布。三、放大电路模型信号放大电路是最基本的模拟信号处理电路，所谓放大作用，其放大的对象是变化量，本质是实现信号的能量控制。放大电路有以下4种类型：电压放大电路考虑信号源内阻的电压增益为电流放大电路考虑信号源内阻的电压增益为互阻放大电路互导放大电路四、放大电路的主要性能指标1输入电阻：输入电压与输入电流的比值，即1对输入为电压信号的放大电路，Ri越大越好；对输入为电流信号的放大电路，Ri越小越好。输出电阻：当输入端信号短路（Us=0），输出端负载开路（）时，输出电压与输出电流的比值，即对于输出为电压负载的电路，Ro越小越好；对于输出为电流负载的电路，Ro越大越好。增益：放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为信号能量的能力，电压增益为；电流增益为 ；功率增益为。频率响应：输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应，即其中，为幅频响应， 为相频特性。带宽在输入信号幅值保持不变的条件下，增益下降3dB的频率点，其输出频率约等于中频区输出功率的一般，称为半功率点。带宽是指幅频响应的高、低两个半功率点间的频率差，它反映的是放大电路的工作频率范围，即式中，是频率响应的高端半功率点，称为上限频率；是频率响应的低端半功率点，称为下频率；通常情况下，，故。放大电路失真幅度失真：输入信号由基波和二次谐波组成，受放大电路带宽的限制，基波增益较大，二次谐波增益较小，由此输出电压波形产生的失真。相位失真：放大电路对不同频率的信号产生的相移不同时产生的失真。线性失真和幅度失真总称为频率失真，它们都是由于线性电抗元件引起的，又称为线性失真。非线性失真：由放大电路放大倍数的非线性造成的输出波形与输入波形形状不同。其中，非线性失真系数：式中， 为输出电压信号基波分量的有效值， 为高次谐波分量的有效值，k为正整数。第2章 运算放大器1一、集成电路运算放大器集成运算放大器的组成1输入级(差分放大)：具有大的输入电阻；能减小零点漂移和抑制干扰信号，一般采用带恒流源的差放电路。中间级(电压放大)：具有很高的电压放大倍数和较高的输入电阻。输出级(功率放大)：具有小的输出电阻。一般情况下，输出级工作在大信号状态，因此，应设法减小输出波形的失真，常由互补对称电路或射极输出器构成。偏置电路：为上述各级电路提供稳定合适的静态工作点，由各种恒流源电路组成。运放的符号表示如图2-1所示，运算放大器有两个输入端和一个电压输出端；两个输入端即反相输入端N（N端位升高，则输出端电位降低）和同相输入端P（P端电位升高，则输出端电位升高)。运放的电压传输特性

图2-1运算放大器的代表符号图2-2所示运放的电压传输特性分为三部分：①线性区：时，；②正饱和区：时，；③负饱和区：时，。图2-2运算放大器的电压传输特性二、理想运算放大器理想运算放大器的电路模型如图2-3所示，电路包含输入端口、输出端口和供电电源端口。运算放大器一般使用两个正负对称的电源（也有使用单电源的）。图2-3运算放大器的电路模型理想集成运放的输入电阻为无穷大，输出电阻为无穷小（近似为零），电压放大倍数为无穷大，共模抑制比为无穷大，上限截止频率无穷大，失调电压、电流及其温漂均为0。理想集成运放工作在线性区时有两个重要的特点：①差模输入电压等于零，这种现象称为“虚短”；②输入电流等于零，这种现象称为“虚断”。在非线性区内，“虚短”现象不复存在，而“虚断”现象仍然存在。集成运放的反相输入端与同相输入端两点的电位不仅相等，而且都等于零，这种现象称为“虚地”。三、基本线性运放电路1同相放大器(电压跟随器)1如图2-4所示，同相放大器的电压信号从同相输入端输入，采用的是电压串联负反馈结构；同相放大器具有输入电阻高（近似认为是无穷大）和输出电阻低（近似认为是零）的特点。电压增益：放大电在同相 路中，令 ，则得到如图2-5所示的电压跟随器，电压跟随器的电压增益等于放大电1，输入电阻 ，输出电阻 ，常作为阻抗变换器或缓冲器。2．反相放大器

图2-4同相放大电路图2-5电压跟随器如图2-6所示，反相放大器的电压信号从反相输入端输入，采用的是电压并联负反馈结构，它具有较低的输入输出电阻。由于反相放大器存在“虚地”现象，因此，加在放大器输入端的共模输入电压很小。电压增益：

图2-6反相放大电路1四、同相输入和反相输入放大电路的其他应用求差电路1图2-7所示电路是求差电路，又称差分放大电路，差分放大电路是反相输入和同相输入相结合的放大电路。为了避免降低共模抑制比，通常要求运放的两个输入端对地的电阻要平衡。差分放大电路的输入输出电阻较低，可用于减法运算。输出电压：

图2-7求差电路仪用放大器电路如图2-8所示，仪用放大器电路是由运放A1、A2按同相输入法组成第一级差分放大电路，运放A3组成第二级差分放大电路。在第一级电路中，输入信号V1、V2分别从A1和A2的同相端输入，输入内阻为无穷大；R1和两个R2组成的反馈网络，引入了负反馈。电压增益：

图2-8仪用放大器电路求和电路如图2-9所示，求和电路输出电压决定于多个输入电压相加的结果。利用集成运放实现求和运算时，常常采用反相输入方式。图2-9求和电路输出电压：积分电路如图2-10所示，积分电路是利用集成运放工作在线形区时“虚短”和“虚断”的特点来实现积分的要求。输出电压：

图2-10积分电路输出电压为输入电压对时间的积分，其实质是电容两端电压为流过电容电流的积分。微分电路如图2-11所示，微分是积分的逆运算，将积分电路中R和C的位置互换即可组成微分电路。微分电路也存在着“虚地”和“虚断”的现象。输出电压：输出电压正比于输入电压对时间的微商，负号表示它们相位相反。图2-11第3章 二极管及其基本电路一、半导体的基本知识在电子器件中，常用的半导体材料有元素半导体，如硅（Si）、锗（Ge）等；化合物半导体，如砷化镓（GaAs）等。受到外界的热和光作用或者往纯净的半导体中掺入某些物质后，半导体的导电能力将明显变化。本征半导体本征半导体是一种完全纯净、结构完整的半导体晶体。在T=0K和无外界激发时，本征半导体中每一原子的外围电子被共价键所束缚，称为束缚电子，它对半导体内的传导电流没有贡献，本征半导体的导电能力很弱。本征激发与复合受光照或热激发，半导体中共价键的价电子就会获得足够的能量而挣脱共价键的束缚，成为自由电子，这种现象称为本征激发。当电子挣脱共价键的束缚成为自由电子后，共价键中就留下一个空位，称为空穴。空穴是半导体区别于导体的一个重要特征。与此相反的过程，即自由电子失去能量，回到共价键上成为束缚电子，使电子-空穴对消失，称为复合。在本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为电子-空穴对，因此，两种载流子的浓度是相等的。当温度一定时，载流子的复合率等于产生率，即达到一种动态平衡。杂质半导体在本征半导体中掺入微量的杂质会使其导电性能发生显著的改变。杂质半导体的导电能力高于本征半导体，且它的导电能力主要受掺杂浓度的影响。杂质半导体分N为型半导体和P型半导体。N型半导体在本征半导体中掺入5价元素（如磷）形成N型半导体。N型半导体中，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子为多数载流子，主要由掺入的杂质P原子提供；空穴为少数载流子，它由杂质半导体的热激发形成。磷原子在硅晶体中能产生电子，称为施主杂质。P型半导体在本征半导体中掺入3价元素（如硼）形成P型半导体。P型半导体中空穴浓度远大于自由电子浓度。空穴为多数载流子，主要由掺入的杂质B激发形成。硼原子在硅晶体中能接受电子，称为受主杂质。二、PN结的形成及基本特性1PN结的形成1扩散：载流子从浓度高向浓度低的区域的运动。漂移：在电场力作用下载流子的运动。扩散运动和漂移运动是互相联系又互相独立的，扩散使空间电荷区加宽，电场增强；而漂移使空间电荷区变窄，电场减弱。当漂移运动和扩散运动相等时，空间电荷区处于动态平衡状态。PN结是由P型半导体和N型半导体相结合形成的不能移动的正、负离子组成的空间电荷区，又称耗尽区。在空间电荷区的两侧，P区带负电，N区带正电，由于正负离子之间的相互作用，在空间电荷区形成了一个电场，方向由N区指向P区。这个电场是在PN结内部形成的，而不是由外加电压形成的，故称为内电场，内电场是阻止载流子扩散运动的。PN结的单向导电性PN结外加正向电压时，内外电场方向相反，外电场的存在削弱内电场，使耗尽区变窄，促进扩散运动，从而形成较大的正向电流。正向偏置的PN结表现为一个阻值很小的电阻。PN结外加反偏电压时，内电场和外电场的方向相同，增强内电场，使耗尽区变宽，更利于少子的漂移运动，从而形成了较小的反向电流。反向偏置的PN结表现为一个阻值很大的电阻。PN结的V-I特性理论表达式式中，Is为反向饱和电流，VT=26mV。当PN结两端加正向电压时，电压为正值，PN结的电流与电压呈指数关系；当PN结两端加反向压时，电压为负值，时，指数项趋近于零，因此。PN结反向击穿当PN结的反向电压逐渐增加到一定数值时，反向电流会突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。反向击穿有电击穿和热击穿。雪崩击穿发生在低掺杂的PN结中，击穿电压较低；齐纳击穿发生在高掺杂的PN结中，击穿电压较高。这两种击穿属于电击穿，过程是可逆的；在反向电压和反向电流的乘积不超过PN结的容许耗散功率的前提下，加在PN结两端上的反向电压降低后，管子仍可以恢复原来的状态。若反向电压和反向电流的乘积超过PN结的容许耗散功率，则因热量散不出去使结温上升，直至过热而烧毁，这种现象叫热击穿，此过程是不可逆的。PN结电容扩散电容CD：因扩散运动在PN结附近形成的电容。势垒电容CB：当PN结外加反向电压时，呈现出来的电容效应。PN结的电容效应在交流信号作用下才会表现出来。PN结正向偏置时，主要是扩散电容；PN结反向偏置时，主要是势垒电容。三、二极管1二极管的结构和分类1半导体二极管是由一个PN结加上相应的电极引线及管壳封装而成的。由P区引出的电极称为阳极，N区引出的电极称为阴极。由于PN结的单向导电性，因此，二极管导通时电流方向是由阳极通过管子内部流向阴极。按结构的不同，二极管可分为点接触型和面接触型；其中，点接触型二极管适用于高频电路的检波或小电流整流，也可用作数字电路的开关元件，面接触型二极管适用于低频整流。二极管的V-I特性二极管的V-I特性如图3-1所示。图3-1二极管的V-I特性正向特性：图3-1V，锗管的Vth约为0.1V。反向特性：图3-1PN结，形成反向饱和电流，但电流通常较小。反向击穿特性：图3-1二极管的主要参数最大整流电流IF：管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。反向击穿电压VBR：管子反向击穿时的电压值。反向电流IR：管子未击穿时的反向电流，其值愈小，管子的单向导电性愈好。极间电容Cd：反映PN结扩散电容CD和势垒电容CB效应的参数，Cd=CD+CB。反向恢复时间TRR：二极管由正向导通到反向截止时电流的变化，如图3-2所示。其中，TRR反向恢复时间。存在反向恢复时间的主要原因是扩散电容CD的影响。图3-2二极管由正向导通到反向截止时电流的变化二极管的基本电路及分析方法图解分析法二极管的电路图如图3-3（a）所示，二极管的V-I特性曲线如图3-3（b）所示。图（b）中斜率为-1/R的直线，称为负载线，其与二极管V-I特性曲线交点Q的坐标值（VD，ID）即为电路的工作点。（a）电路图 (b)图解分析图3-3二极管的图解分析法二极管电路的简化模型分析方法①理想模型（理想二极管）理想模型的特点：导通正向压降为0V，电阻为无穷大，反向饱和电流为0，反向击穿电压为无穷大。②恒压降模型（实际二极管）恒压降模型的特点：硅管的导通正向压降为0.7V，反向饱和电流为0，反向击穿电压为无穷大。折线模型的特点：在 时，；在时，为斜率为 的直线，其中，为二极管的门坎电压。④小信号模型若二极管工作在某一静态工作点Q附近，则V-I特性为经过Q号模型的微变电阻：二极管的基本应用电路整流电路整流电路是指把交流电能转换为直流电能的电路，电源电路中的整流电路一般分为半波整流电路、全波整流电路和桥式整流三种。图3-4（a）所示为半波整流电路，当VS为正半周时，二极管正向偏置，根据理想模型特性，此时二极管导通，且VO=VS；当VS为负半周时，二极管反向偏置，此时二极管截止，VO=0。故半波整流电路的波形如图3-4（b）所示。（a）电路图 （b）的波形图3-4半波整流限幅电路在电子电路中，常用限幅电路对各种信号进行处理。限幅电路是限制信号输出幅度的电路，它能按限定的范围削平信号电压的波形幅度，让信号在预置的电平范围内，有选择地传输一部分。开关电路因而，可以将二极管作为一种特殊的开关，组成各种逻辑电路，应用在各种需要自动开关控制的电路中。低压稳压电路稳压电源是电子电路中常见的组成部分，低压稳压电路利用二极管的正向压降特性，获得较好的稳压性能。如图3-5（a）所示，当波动电压增加之后，二极管的电流和电压均会产生相应的增量，由于在正向压降特性区间，电流的波动能够引起电压波动很小，因此，输出电压基本上保持稳定，VI产生波动后的电路如图3-5（b）所示。二极管的V-I特性曲线越陡，稳压特性也越好。（a）电路图（b）VI产生波动后的电路图3-5低电压稳压电路特殊二极管齐纳二极管：利用PN结的反向击穿特性实现稳压，工作在反向电击穿状态，也称稳压二极管。变容二极管：利用PN结电容随反向电压的增加而减小的关系制成的二极管。肖特基二极管：利用金属与N光电二极管：能将光信号转换为电信号的二极管。发光二极管：能将电信号转换为光信号的二极管。第4章 双极结型三极管及放大电路基础1一、双极结型三极管（BJT）三极管的结构1三极管是由两个PN结组成的元器件，分为PNP和NPN两种类型。图4-1所示三极管的三端分别称为发射极e、基极b和集电极c，其对应的杂质区分别称为发射区、基区和集电区。发射区的掺杂浓度最高；基区最薄，掺杂浓度最低；集电区面积最大。图4-1三极管的结构示意图及其电路符号放大状态下BJT的工作原理BJT内部载流子的传输过程三极管放大作用的外部条件为发射结正向偏置，集电结反向偏置。BJT在偏置电压作用下的载流子传输过程为：①发射区向基区扩散载流子，形成发射极电流；②载流子在基区扩散与复合，形成复合电流；③集点区收集载流子，形成集电极电流。BJT的电流分配关系①正向偏置的发射极②集电结收集的电子流是发射结总电子流的一部分③与之比为电流放大倍数共基极电流放大倍数 ，一般在0.98以上，共射极电流放大倍数一般为10～100。三极管的伏安特性曲线（1）输入特性输出电流与输入电压 之间的关系-如图4-2所示，当=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线；当 ≥0V时，= ＞-0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的下减小，特性曲线右移。硅管UBE为0.5V导通，工作时为0.6～0.7V；锗管0.1V导通，工作时为0.2～0.3V。输出特性：放大区，发射结正向偏置，集电结反向偏置，即；饱和区，发射结和集电都是正向偏置，即 ；截止区，发射结和集电结均处于反向偏置状态，即 。

图4-2NPN型硅BJT共射连接时的输入特性曲线，三极管的主要参数电流放大系数，集电极—基极反向饱和电流，集电极-发射极反向饱和电流，集电极最大允许电流，集电极最大允许耗散功率，发射极-基极反向击穿电压，集电极-基极反向击穿电压，集电极-发射极反向击穿电压。是由集电区和基区的少数载流子漂移运动形成的反向饱和电流，它随着温度的升高而增大；当温度上升而增大；由于雪崩击穿电压具有正温度系数，因此，当温度升高时，都会提高。1二、放大电路的分析方法静态工作点计算公式1为当输入信号为零时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。图4-3（a）基本共射极放大电路，其直流通路如图4-3（b）所示。（a）基本共射极放大电路（b）所示电路的直流通路图4-3图解分析法静态工作点的图解分析在输入回路中，静态工作点（、）既应在输入特性曲线上，又应满足外电路（由、成）的回路方程，可做一条直流负载线，斜率为，如图4-4（a）所示。同理，在输出回路中，可做一条斜率为的直流负载线，如图4-4（b）所示。（a）输入回路上的图解分析 （b）输出回路上的图解分析图4-4基本共射极放大电路的图解分析动态工作情况的图解分析如图4-5所示，由在输入特性曲线上画出及的波形，和由在输出特性曲线上画出及=Vsm时的输入负载线。（a） （b）图4-5动态工作情况的图解分析非线性失真截止失真：当静态工作点Q点设置过低时，在输入信号正弦波的负半周工作点进入截止区的失真。饱和失真：当静态工作点Q点设置过高时，在输入信号正弦波的正半周工作点进入饱和区的失真。电路参数对静态工作点的影响由可知，增大基极电阻时，将减小，使Q点沿直流负载线下移，因此Q点靠近截止区，容易产生截止失真。反之，减小基极电阻时，易产生饱和失真。若电路中其他参数不变：①当升高集电极直流电源 时，直流负载线将平行右移，Q点移向右上方，则放大电路的动态工作范围增大。②当增大集电极电阻 时，直流负载线与纵轴的交点下降，但与横

的交点不变，因此直流负载的线比原来更平坦，Q点向饱和区移动，容易产生饱和失真；减小集电极电阻 时，Q点远离饱和区，不靠近截止区，因此不容易产生失真。③当增大三极管的电流放大倍数系数β时，，减小，则Q点移近饱和区，容易产生饱和失真。小信号等效模型分析法控制的，如图4-4所示，当=0时，电流源就不存在了，因此，三极管是电流控电流源。注意：在分析小信号模型的时候，要将放大电路中的直流电压源对交流信号视为短路，同时电路中的电容耦合也要视为交流信号短路。图4-4共射极放大电路的H参数小信号模型对于低频、小功率三极管，一般情况下，约为 三、基本放大电路1三极管输出特性三个区的划分及特点1表4.1NPN型三极管输出特性划分的三个区表4.2PNP型三极管输出特性划分的三个区2．三种基本组态及其性能参数表4.3三极管放大电路的三种基本组态的比较四、放大电路的频率响应放大电路对不同的频率信号具有不同的放大能力，其增益的大小和相移均会随着频率而变化，即增益是信号频率的函数，这种函数关系称为放大电路的频率响应或频率特征。RC低通电路的频率响应如图4-5（a）所示，具有低通的特性，即允许频信号通过，对于的高频信号，不能够通过。称为低通电路的上限（-3dB）频率。由图4-5（b）可以看出，在高频段，此低通电路将产生0°～-90°的滞后相位移。RC低通电路的幅值（模）和相角分别为：（a）RC低通电路 （b）RC低通电路的波特图图4-5低通电路及其频率响应RC高通电路的频率响应RC高通电路的如图4-6所示，具有高通的特性，即允许 的高频信号通过，对于 的低频信号，不能够通过。称为高通电路的下限（-3dB）频率。由图4-6（b）可以看出，在低频段，此高通路将产生0～+90°的超前相位移。RC高通电路的幅值（模）和相角分别为：（a）RC高通电路 （b）RC高通电路的波特图图4-6高通电路及其频率响应1上限频率1在波特图上电压增益下降3dB，又称“半功率点”2．下限频率增益带宽积BJT发射结参数跨导特征频率以 倍频下降到0dB时的频率6．密勒电容RC电路电压增益RC在高频区式中，，当 时， 以 倍频斜率下降。RC在低频区式中，，当 时， 以 倍频斜率下降。共射极放大电路频率响应中频增益上限频率式中，R、C分别为输入回路的总电阻、总电容。下限频率其中，输入回路下限频率为输出回路下限频率为六、多级放大电路的频率响应多级放大电路的上限频率与组成它的各放大器的上限频率间存在如下的近似关系：多级放大电路的下限频率与其各放大器的下限频率之间存在如下的近似关系：多级放大电路的总电压增益为各单级放大电路增益的乘积，即第5章 场效应管放大电路1一、金属氧化物半导体场效应管（MOS管）三极管BJT与场效应管FET比较1BJT是电流控制双极型器件，有两种载流子参与导电；FET是电压控制单极型器件，只有一种载流子参与导电。FET三个极分别是栅极g、源极s和漏极d，分别对应于BJT的基极b、射极e和集电极c。2．场效应管分类FET包括结型场效应管JFET和金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET两种。下面以N沟道场效应管为例。增强型FET：VGS=0时没有导电沟道，电路必须依靠栅源电压的作用，才能形成感生沟道。耗尽型：VGS=0时有导电沟道，由于在二氧化硅绝缘层中掺有大量的正离子，正离子吸引衬底中的电子形成了导电沟道。N沟道：导电沟道由带负电的电子组成。P沟道：导电沟道由带正电的空穴组成。3．JFET、MOSFET转移特性如图5-1所示，P沟道JFET与N沟道JFET关于纵轴对称。（a）结型场效应管的转移特性曲线（b）N沟道MOSFET的转移特性曲线图5-1场效应管的转移特性场效应管的输出特性如图5-2所示，FET输出特性分为可变电阻区、饱和区(恒流区)和截止区三个区。道FET，可变电阻区：，饱和区：，截止区：。对于P沟道FET，可变电阻区： ，饱和区： ，截止区：。对于增强型管， ；对于耗尽型管， 。跨导

图5-2场效应管的输出特性电流公式如图5-3所示，漏极电流与漏极电压VGS之间满足。MOSFET：其中，是时的值。图5-3结型场效应管的转移特性曲线金属氧化物半导体场效应管的主要参数直流参数：开启电压VT，夹断电压VP，饱和漏极电路IDSS，直流输入电阻RGS。交流参数：输出电阻rds，低频互导grn。极限参数：最大漏极电流IDM，最大耗散功率PDM，最大漏源电压V(BR)DS，最大栅源电压V(BR)GS。二、场效应管放大电路1场效应管放大电路的组态判断1表5-1FET三种基本放大电路的比较2．场效应管放大电路一般形式表5-2场效应管放大电路的一般形式第6章 模拟集成电路一、集成电路中的直流偏置技术所谓电流源是指电流恒定的电源。电流源电路直流电阻小，交流电阻大，具有温度补偿作用。它除了可为电路提供稳定的直流偏置外，还可以作为放大电路的有源负载以获得高增益。BJT基本电流源镜像电流源如图6-1所示，设T0、T1的参数相同，当晶体管的很大时IC1可认为的镜像。由于镜像电流源电路适用于较大工作电流的场合，若减少的值，需要R的值很大，这在集成电路中难以现，因此，需要研究改进型的电流源。微电流源

图6-1镜像电流源为了得到微安级的输出电流，但又不希望电阻值太大，可以在镜像电流源的基础上，在T1的发射极接入一个电阻Re，这种电路称为微电流源，如图6-2所示。发在电路中，当电源电压 和 发生变化时， 以及 也将生变化，由于Re的值一般为数千发欧，使的变化远小于的变化，因此，电源电压波动对工作电流 的影响不大。同时，T0对T1有度补偿作用，所以 的温度稳定性也较好。FET电流源

图6-2微电流源MOSFET镜像电流源如图6-3（a）所示，T1、T2是N沟道增强型MOSFET对管。由于T1的漏、栅两极相连，因此只要VDD＞VT，那么它必然运行于饱和区。假设两管特性相同当器件具有不同的宽长比时，借助宽长比这一参数可近似地描述两个器件电流之间的关系，即若用T3来代替R便可得到如图6-3（b）所示的常用镜像电流源，T1、T2、T3的特性相同，且均工作在放大区。（a）基本镜像电流源（b）常用镜像电流源图6-3MOSFET多路电流源如图6-4所示，它是图6-3（b）的镜像电流源的扩展，基准电流IREF由T0和T1以及正、负电源确定。根据各管漏极电流近似与其宽长比成比例的关系，有电流源的基准电流为JFET电流源

图6-4MOSFET多路电流源如图6-5（a）所示，如将N沟道结型场效应管的栅极直接与源极相连，则可得到简单的电流源。如图6-5（b）所示，其输出特性即为JFET自身的输出特性，电流源的动态输出电阻等于输出特性的斜率的倒数。

（a）电路 （b）输出特性图6-5JFET电流源表6-1常用的电流源及其特性二、差分式放大电路将两个电路结构、参数均相同的单管放大电路组合在一起，就构成了差分放大电路的基本形式。差分式放大电路具有稳定的电流偏置和很强的抑制共模信号的能力。差模信号是指两个输入电压大小相等，而且极性相反。共模信号是指两个输入电压不仅大小相等，而且极性也相同。移信号。因此，差模输入信号越大越好，共模输入信号越小越好。射极耦合差分式放大电路射极耦合差分放大电路的集中接法和性能的比较，如表6-2所示。表6-2常用的差分放大电路的几种接法性能指标比较射极耦合差分式放大电路对共模信号有相当强的抑制能力，但它的差模输入阻抗很低。带有源负载的射极耦合差分式放大电路图6-6带有源负载的射极耦合差分式放大电路电路图如图6-6所示，其中T1、T2对管是差分放大管，T3、T4对管组成镜像电流源作为T1、T2的有源负载，T5、T6对管、R、Re6和Re5构成电流源为电路提供稳定的静态电流。当静态时，，输出电流为：没有信号电流输出。当加入信号电压，即 时，输出电流为：2源极耦合差分式放大电路2在高输入阻抗模拟集成电路中，常采用输入电阻高，输入偏置电流很小的源极耦合差分式放大电路。1三、集成运算放大器的主要参数输入失调电压1当输入电压为零时，为了使集成运放的输出电压为零，在输入端加的补偿电压称为失调电压VIO：输入偏置电流输入偏置电流指集成运算放大器输出电压为零时，两个输入端静态电流的平均值IIB。输入偏置电流的大小，在电路外接电阻确定之后，主要取决于运放差分输入级BJT的性能，当它的β值太小时，将引起偏置电流增加。输入失调电流当输入电压为零时，流入放大器两个输入端的静态基极电流之差称为输入失调电流IIO：温度漂移由于温度变化引起的输出电压产生的漂移，通常把温度升高一度输出漂移折合到输入端的等效漂移电压作为温漂的指标。常用下面两种方式表示：输入失调电压温漂 ，表示失调电压VIO的温度系数；输入失调电流温漂 ，表示失调电流IIO的温度系数。差模特性最大差模输入电压集成运算放大器的反相和同相输入端所能承受的最大电压值Vidmax。最大共模输入电压集成运算放大器所能承受的最大共模输入电压修正Vicmax。最大输出电源集成运算放大器所能输出的正向或负向的峰值电流Iomax。开环差模电压增益：集成运算放大器工作在线性区，接入规定的负载，无负反馈情况下的直流差模电压增益Avo。开环带宽BW(fH)开环带宽BW又称为-3dB带宽，是指开环差模电压增益下降3dB对应的频。单位增益带宽BWG(fT)对应于开环电压增益Avo频率响应曲线上其增益下降到0dB即Avo=1时的频率。6．共模特性KCMR共模抑制比是指差模电压放大倍数与共模电压放大倍数之比，一般用对数表示，即共模抑制比能够描述差分放大电路对零漂的抑制能力，KCMR愈大，说明抑制零漂的能力愈强。对于理想型集成运放来说，KCMR=∞。大信号动态特性转换速率转换速率是指放大电路在闭环状态下，输入为大信号时，放大电路输出电压对时间的最大变化速率，即全功率带宽BWP全功率带宽是指运放输出最大峰值电压时允许的最高频率，即表明运放输出不失真的最大电压幅度受SR和BWP的限制。静态功耗PV当输入信号为零时，运放消耗的总功率，即第7章 反馈放大电路一、反馈的基本概念和分类反馈是指将电路的输出量（电压或电流）回路，以影响输入量（电压或电流）的过程。F：反馈信号与输出信号之比。反馈的分类及判别方法判断是否存在反馈可以根据电路的输出回路与输入回路之间是否存在反馈网络（即反馈通路）来判断。根据交、直流性质分类（将输出直流信号引回到电路输入端）；（将输出交流信号引回到电路输入端）。判别方法：可以根据其电容的作用来判断是直流反馈还是交流反馈。通常情况下，直、交流两种反馈同时存在。根据反馈信号对净输入信号的影响分类判别方法：可以根据瞬时极性法来判断。若反馈信号增强了净输入信号，则为正反馈；反之，则为负反馈。根据反馈网络在输入端的连接方式不同分类判别方法：串联反馈的输入信号与反馈信号加在放大器的不同输入端上，此时的反馈信号总是以电压的形式出现在输入端。并联反馈的输入信号与反馈信号并接在同一个输入端上，此时的反馈信号总是以电流的形式出现在输入端。将输入端交流短路，若反馈信号与输入端直接相连，即两者是以电流的形式相连，则为并联反馈；反之，则为串联反馈。根据反馈信号在输出端的采样方式不同分类判别方法：可以采用“输出短路法”来判断是电压反馈还是电流反馈，即将输出端交流短路，若反馈信号不存在了，则表明反馈信号与输出电压成比例，为电压反馈；反之，为电流反馈。反馈放大电路的电路形态特征如图7-1所示，反馈放大器一般由无反馈的基本放大器、反馈网络以及比较环节组成。图7-1反馈放大器的基本框图二、负反馈放大电路1负反馈放大电路的方框图1图7-2负反馈放大电路的方框图7-2所示，Xi、Xf、、Xo分别表示输入信号、反馈信号、净输入信号和输出信号。A为基本放大器的放大倍数，F为反馈网络的反馈系数。箭头表示传输方向，符号表示信号Xi和Xf叠加，在它的旁边标注的极性表明输入信号和反馈信号的极性相反，即当Xi的极性为正时，Xf的极性为负，所以净输入量小于输入信号Xi。负反馈放大电路的四种组态由于反馈网络在放大电路输出端有电压和电流两种取样方式，在输入端有并联和串联两种连接方路。表7-1负反馈中四种基本组态的比较负反馈放大电路增益的一般表达式闭环增益：；环路增益： ；反馈深度： 。深度负反馈： ；深度负反馈时的闭环增益：。1三、负反馈对放大电路性能的影响提高增益的稳定性1放大电路增益可能由于元器件参数、环境温度以及负载大小的变化等因素的影响而不稳定，引入适当的负反馈后，可提高闭环增益的稳定性。当负反馈很深，即 时，。引入深度负反馈后，放大电路的增益决定于反馈网络的反馈系数，几乎与基本放大电路无关。环电压增益，而电流串联负反馈只能稳定闭环互导增益。减小非线性失真非线性范围内，因而使输出波形产生非线性失真。引入负反馈后，闭环增益近似为，与之间几乎成线性关系，从而减小非线性失真。注意：负反馈减小非线性失真指的是反馈环内的失真。抑制反馈环内的噪声采用负反馈可以抑制由载流子热运动所产生的噪声，如果将噪声看成是放大电路内部产生的谐波电压，则可大致被抑制为原来的1/(1+AF)。若噪声或干扰来自反馈环外，则引入负反馈也无济于事。改变输入电阻和输出电阻①串联负反馈对输入电阻的影响引入串联负反馈，输入电阻增加，闭环输入电阻是开环输入电阻的(1+AF)倍。在某些负反馈放大电路中，有些电阻并不在反馈环内，因此，负反馈对它不产生影响。②并联负反馈对输入电阻的影响引入并联负反馈，输入电阻减小，闭环输入电阻是开环输入电阻的1/(1+AF)倍。③电压负反馈对输出电阻的影响引入电压负反馈，输出电阻减小，闭环输出电阻是开环输出电阻的1/(1+AF)倍。④电流负反馈对输出电阻的影响引入电流负反馈，输入电阻增加，闭环输入电阻是开环输入电阻的（1+AF）倍。扩展频带放大电路的通频带受到一定的限制，是由于放大电路对不同频率的输入信号呈现出不同的放大倍数而造成的。引入负反馈，可以使放大倍数的相对变化减小，提高放大倍数的稳定性。引入负反馈后，通频带展宽了(1+AF)倍。负反馈对放大电路性能的影响，如表7-2所示。表7-2负反馈对放大电路性能的影响负反馈之所以能够改善放大电路的多方面的性能，归根结底是由于将电路的输出量引回到输入端与输入量进行比较，从而随时对输出量进行调整。四、深度负反馈放大电路的近似计算在深度负反馈条件下，放大电路的反馈信号与外加的输入信号近似相等，即。对于不同组态的负反馈，式中的和各自代表不同的电量。（1）电压串联负反馈：；（2）电压并联负反馈：；（3）电流串联负反馈：；（4）电流并联负反馈：。1五、负反馈放大电路的设计选定需要的反馈类型1反馈；反馈；需要稳定输出电压时，选择电压负反馈；需要稳定输出电流时，选择电流负反馈。确定反馈系数的大小通常情况下，假设引入的是深度负反馈，由设计指标及的关系确定反馈系数F的大小。适当选择反馈网络中的电阻阻值为满足设计要求，必须适当地选择反馈网络中的电阻值，以减小反馈网络对放大电路输入端和输出端的负载效应。在串联负反馈中，反馈网络输出端的等效阻抗值要小；在并联负反馈中，反馈网络输出端的等效阻抗值要大。为了减小反馈网络输入端对放大电路输出端的负载效应，在电压负反馈中，反馈网络输入端的等效阻抗要大；而电流负反馈中，反馈网络的输入阻抗要小。用SPICE分析设计的电路，检验是否符合设计目标。六、负反馈放大电路的频率响应基本放大电路的高频响应表达式引入负反馈后可知式中，为闭环上限频率。引入负反馈后，闭环增益的上限频率增大了利用上述推导方法，可以得到负反馈放大电路的低频响应表达式式中，。显然，引入负反馈后，下限频率减小了，减小程度与反馈深度有关综上分析可知，引入负反馈后，放大电路的通频带展宽了，即七、负反馈放大电路的自激振荡产生自激振荡条件：幅值条件：相位条件：（n=0,1,2）单级负反馈放大电路和二级负反馈放大电路都不能产生自激振荡，只有三级和三级以上才可能产生自激振荡。益AF益AF

的波特图分析、判断负反馈放大电路是否稳定。如图7-3所示，若，则可能产生自激振荡；若 ，则不能产生自激振荡。为了使电路具有足够的稳定性，必须让它远离自激振荡状态，其远离的程度可用相位裕度来表示。的情况 (b)的情况图7-3两个负反馈电路环路增益的频率特性第8章 功率放大电路一、功率放大电路概述功率放大电路是指主要向负载提供功率的放大电路。功率放大电路和电压放大电路的区别：它们所完成的任务不同，对电压放大电路的主要要求是使负载得到不失真的电压信号，主要讨论的是电压增益、输入和输出电阻等。功率放大电路则主要要求获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率，通常是在大信号状态下工作。对功率放大电路的基本要求输出功率尽可能大要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此，器件往往在接近极限运用状态下工作。效率尽可能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。这个比值越大，意味着效率越高。非线性失真尽可能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，而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾，在不同场合下要求不同。管耗尽可能小在功率放大电路中，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。在分析方法上，由于管子处于大信号状态下工作，故通常采用图解法。功率放大电路的功率状态甲类功率放大电路在输入正弦信号的一个周期内，都有电流流过三极管，这种工作方式通常称为甲类功率放大电路特点： ，整个周期有电流；失真小，但效率低。乙类功率放大电路在输入正弦信号的一个周期内，只有半个周期，三极管的，这种工作方式称为乙类放大电路特点： ，一半时间无电流；效率高，但有交越失真。甲乙类功率放大电路在输入正弦信号的一个周期内，有半个周期以上，三极管的，这种工作方式称为甲乙类放大路。特点： ，少半时间无电流；效率高，可以消除交越失真。功率器件的选择要求最大集电极耗散功率最大集射间耐压值最大集电极电流热阻：每瓦集电极耗功率使BJT温度升高的度数功率BJT总热阻其中，RTj为集电结到管壳的热阴；RTc为管壳与散热片之间的热阴；RTf为散热片与周围空气的热阻。最大耗散功率PCM与最高结湿Tj、环境温度Tn关系：4功率放大电路的性能指标4输出功率Po：输出功率用输出电压有效值Vo和输出电流Io有效值的乘积来表示。管耗功率PT：管耗是指管子的损耗功率，而总管耗等于单个管耗之和。直流电源提供的功率PV：它包括负载得到的信号功率和T1、T2消耗的功率两部分。效率：当输出最大功率时，放大电路的效率等于最大输出功率PO与直流电源提供的功率PV之比。而直流电源提供的功率PV等于电源电压VCC与半个正弦波周期内三极管集电极电流的平均值之乘积。1二、乙类双电源互补对称功率放大电路（OCL）电路结构及传输特性1如图8-1所示，它是由两只性能完全匹配的异型功率晶体管共有一个射极负载的共集电路组成的。两只晶体管处在零偏状态，各负责输入信号半个周期的放大，然后在它们的公共射极负载上获得一个完整的输出信号谊形。（a） （b）图8-1乙类双电源互补对称功率放大电路（a）OCL的基本原理图（b）OCL传输特性图输出功率效率管耗当时，管耗达到最大，此时。单电源供电的乙类输出级原理电路如图8-2所示，称为OTL电器，它的主要性能与图8-1的电路完全相同，只需将电源数值改为2VCC。交越失真

图8-2单电源供电的乙类输出电路由图8-1（b）的传输特性可知，输入信号在-0.5V～0.5V的范围内变化时，电路无信号输出，结果在输入正弦信号时，在正负半圆交接处会产生波形的失真，通常称为交越失真，这是由VBE的导通电压所致。解决这个问题的有效方法是为互补管的发射结预先提供适当的偏置，使互补管工作在微导通状态。三、甲乙类互补对称功率放大器1甲乙类输出级的原理电路及传输特性1甲乙类互补对称功率放大器与乙类输出级的差别在于给输出互补管的两个基极之间施加一个小的偏置电压VBB，使互补管在静态时有小的导能电流，其原理电路及相应的传输特性如图8-3所示。图8-3甲乙类互补对称功率放大器（a）甲乙类输出级的原理电路（b）甲乙类输出级的传输特性2．甲乙类输出级的偏置方法互补管基极之间的偏置电压VBB一般可以采用两种方法来产生：（1）利用二极管的正向导通电压降；（2）用VBE倍增电路来产生的VBB。其电路分别如图8-4（a）（b）所示。图的VBB是由VD1、

图8-4互补管基极的偏置方法VD2的正向压降提供的，而（b）图的VBB则是由VT3、R2、R1组成的VVD2的正增电路提供的，VBB的大小为 。四、集成功率放大器随着线性集成电路的发展，集成功率放大器使用、调试简单，保护措施完备，其应用日趋广泛。其中，功放管的散热是主要问题。第9章 信号处理与信号产生电路一、滤波电路的分类滤波：传送输入信号中有用的频率成份，衰减或抑制无用的频率成份。根据元件的组成不同分类R、L、C等无源元件组成的滤波电路；无源滤波的主要形式有电容滤波、电感滤波和复式滤波(包括倒L型、LC滤波、LCπ型滤波和RCπ型滤波等)。无源滤波电路的结构简单，易于设计，但它的通带放大倍数及其截止频率都随负载而变化，因而不适用于信号处理要求高的场合。②有源滤波电路：滤波电路中含有源元件（三极管，场效应管，运算放大器等）。有源滤波的主要形式是有源RC滤波，也被称作电子滤波器。有源滤波电路不适用于高电压大电流的场合，只适用于信号处理。根据通带和阻带的相互位置不同分类①低通滤波电路；②高通滤波电路；③带通滤波电路；④带阻滤波电路。表9-1有源滤波器的分类及其幅频特性1二、一阶有源滤波电路电压传输函数1低通：高通：特征角频率：-3dB频率。幅频响应曲线：从截止频率开始按“－20dB/十倍频程”斜率衰减。1三、高阶有源滤波电路电压传输函数1低通：其中，。高通：其中，。带通：其中，。带阻：其中，。2有源低通滤波电路2二阶有源低通滤波电路如图9-1所示，它由两阶RC滤波电路和同相比例放大电路组成，其特点是输入阻抗高，输出阻抗低。电路的传递函数为

图9-1压控电压源二阶低通滤波电路令式中则有式中，Q为等效品质因数。上式为二阶低通滤波电路传递函数的典型表达式。当时，电路才能稳定工作；时，电路会产生自激振荡。如图9-2所示，不同Q值下的幅频相应也不同。图9-2二阶低通滤波电路的幅频相应3．常用的有源滤波电路：巴特沃思(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)和贝塞尔(Bessel)。四、开关电容滤波器1构成：电路两节点间接有带高速开关的电容器，其效果相当于该两节点间连接一个电阻。等效1电阻为2．特点：具有制造简单，价格低廉，可单片集成，不需要模数转换，速度快，稳定性好等特点。五、正弦波振荡电路1振荡条件及判断方法1起振条件： 。振幅平衡条件： 。相位平衡条件： 。判断正弦波振荡电路是否满足自激振荡：一般情况下振幅平衡条件均可满足，关键在于位相平衡条件是否能够满足。，设判断相位平衡条件：可以采用瞬时极性法假在适当的位置断开反馈回路，加上输入信号，经过，设放大电路和反馈网络后得到反馈信号，分析 与的相位关系，如果二者同相，则满足相位平衡条件。正弦波振荡电路的组成放大电路：提供能量，维持振荡；反馈电路（正反馈）：自行提供输入信号维持振荡；选频电路：调节正弦波频率；稳幅环节（负反馈）：稳定正弦波的幅度。RC串并联振荡电路振荡条件：。起振条件：。振荡频率：。典型的RC正弦波振荡电路：桥式正弦波振荡电路、双T网络式和移相式振荡电路。其中，RC桥式振荡电路如图9-3所示。这个电路由放大电路A和选频网络两部分组成。移相式振荡电路要求反相输入至少三级移相电路才能够产生自激振荡，而同相输入则要求至少五级移相电路才能产生自激振荡。RC振荡电路的特点：产生频率较低，通常只有几赫兹到几百赫兹。LC并联谐振电路

图9-3RC桥式振荡电路谐振时回路等效阻抗为纯阻性，阻值最大为其中，为品质因数。回路的谐振频率为LC并联谐振回路如图9-4所示，图中R表示回路的等效损耗电阻。电路处于低频段时