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1、1,模拟电子技术基础,2,第一章 常用半导体器件,模拟电路,第一章 常用半导体器件, 1.1 半导体基础知识 1.2 半导体二极管 1.3 双极型晶体管 1.4 场效应管,1.1 半导体的基本知识,1.1.1 本征半导体 1）导体、半导体和绝缘体,导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。,绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。,半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。,半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：,当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化

2、。,往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。,2） 本征半导体,一、本征半导体的结构特点,通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。,现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。,本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。,在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。,硅和锗的共价键结构,共价键共 用电子对,+4表示除去价电子后的原子,共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由

3、电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。,形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。,共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。,二、本征半导体的导电机理,在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为 0，相当于绝缘体。,在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。,1.载流子、自由电子和空穴,自由电子,空穴,束缚电子,2.本征半导体的导电机理,在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这

4、样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。,本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。,温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。,本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。,本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。,1.1.2 杂质半导体,在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。,P 型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半

5、导体）。,N 型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。,一、N 型半导体,在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。,多余 电子,磷原子,N 型半导体中的载流子是什么？,1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。,2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。,掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空

6、穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。,二、P 型半导体,空穴,硼原子,P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。,三、杂质半导体的示意表示法,杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。,1.1.3 PN 结 1）PN结的形成,在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN 结。,P型半导体,N型半导体,扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。,内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,所以扩散和漂移这一对相反的运动最

7、终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。,空间电荷区,N型区,P型区,电位V,V0,1、空间电荷区中没有载流子。,2、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、N区 中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。,3、P 区中的电子和 N区中的空穴（都是少），数量有限，因此由它们形成的电流很小。,注意:,2） PN结的单向导电性,PN 结加上正向电压、正向偏置的意思都是： P 区加正、N 区加负电压。,PN 结加上反向电压、反向偏置的意思都是： P区加负、N 区加正电压。,一、PN 结正向偏置,P,N,+,_,内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。,二、PN 结

8、反向偏置,N,P,+,_,内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。,R,E,1.2 半导体二极管,1.2.1 基本结构,PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。,点接触型,面接触型,1.2.2 伏安特性,死区电压 硅管0.V,锗管0.2V。,导通压降: 硅管0.60.7V,锗管0.20.3V。,反向击穿电压UBR,1.2.3 主要参数,1. 最大整流电流 IOM,二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。,2. 反向击穿电压UBR,二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最

9、高反向工作电压UWRM一般是UBR的一半。,3. 反向电流 IR,指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。(齐纳击穿和雪崩击穿）,以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。下面介绍两个交流参数。,1.2.4 二极管的等效电路 1）微变电阻 rD,uD,rD 是二极管特性曲线上工作点Q 附近电压的变化与电流的变化之比：,显然，rD是对Q附近的微小变化区域内的电阻。,2） 二极管的极间电

10、容,二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容CB和扩散电容CD。,势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。,扩散电容：为了形成正向电流（扩散电流），注入P 区的少子（电子）在P 区有浓度差，越靠近PN结浓度越大，即在P 区有电子的积累。同理，在N区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容CD。,CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。,PN结高频小信号时的等效电路：,势垒电容和扩散电容的综合效应,二极管：死区电压=0 .5V，正向压

11、降0.7V(硅二极管) 理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0,二极管的应用举例1：二极管半波整流,二极管的应用举例2：,1.2.5 稳压二极管,U,IZ,稳压误差,曲线越陡，电压越稳定。,-,UZ,（4）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。,（5）最大允许功耗,稳压二极管的参数:,（1）稳定电压 UZ,（3）动态电阻,稳压二极管的应用举例,稳压管的技术参数:,负载电阻 。,要求当输入电压由正常值发生20%波动时，负载电压基本不变。,解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为Izmax 。,求：电阻R和输入电压 ui 的正常值。,方程1,令输入电压降到下限时，流过稳压管

12、的电流为Izmin 。,方程2,联立方程1、2，可解得：,1.2.6 其他二极管 1）光电二极管,反向电流随光照强度的增加而上升。,2） 发光二极管,有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似。,1.3 双极型晶体管,1.3.1 晶体管的结构及类型,基极,发射极,集电极,NPN型,PNP型,基区：较薄，掺杂浓度低,集电区：面积较大,发射区：掺 杂浓度较高,发射结,集电结,1.3.2 晶体管的电流放大作用,EB,RB,EC,进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE ，多数扩散到集电结。,发射结正偏，发射区电子不断向基区

13、扩散，形成发射极电流IE。,EB,RB,EC,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。,从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。,IB=IBE-ICBOIBE,ICE与IBE之比称为电流放大倍数,要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。,NPN型三极管,PNP型三极管,1.3.3 晶体管的共射特性曲线,IC,V,UCE,UBE,RB,IB,EC,EB,实验线路,一、输入特性,工作压降： 硅管UBE0.60.7V,锗管UBE0.20.3V。,死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。,二、输出特性,IC(mA ),此区域满足IC=IB称为线性区（放大区）

14、。,当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB。,此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。,此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE 死区电压，称为截止区。,输出特性三个区域的特点:,放大区：发射结正偏，集电结反偏。 即： IC=IB , 且 IC = IB,(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。 即：UCEUBE ， IBIC，UCE0.3V,(3) 截止区： UBE 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位

15、于哪个区？,当USB =-2V时：,IB=0 ， IC=0,IC最大饱和电流：,Q位于截止区,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,IC ICmax (=2mA) ， Q位于放大区。,USB =2V时：,USB =5V时:,例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,IC Icmax(=2 mA)， Q位于饱和区。(实际上，此时IC和IB 已不是的关系）,1.3.4 晶体管的主要参数,前面的电路

16、中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。,共射直流电流放大倍数：,工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：,1. 电流放大倍数和 ,例：UCE=6V时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。,在以后的计算中，一般作近似处理： =,2.集-基极反向截止电流ICBO,ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。,B,E,C,N,N,P,ICBO进入N区，形成IBE。,根据放大关系，由于IBE的存在，

17、必有电流IBE。,集电结反偏有ICBO,3. 集-射极反向截止电流ICEO,ICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,4.集电极最大电流ICM,集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。,5.集-射极反向击穿电压,当集-射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。,6. 集电极最大允许功耗PCM,集电极电流IC 流过三极管， 所发出的焦耳 热为：,PC =ICUCE,必定导致结温 上升，所以PC 有限制。,PC

18、PCM,ICUCE=PCM,安全工作区,1.4 场效应晶体管,场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。,结型场效应管JFET,绝缘栅型场效应管MOS,场效应管有两种:,N,基底 ：N型半导体,两边是P区,G(栅极),S源极,D漏极,一、结构,1.4.1 结型场效应管:,导电沟道,N沟道结型场效应管,P沟道结型场效应管,二、工作原理（以P沟道为例）,UDS=0V时,PN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。,ID,UDS=0V时,UGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。,但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。,P,G,S,D,

19、UDS,UGS,UDS=0时,UGS达到一定值时（夹断电压VP）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS 0V，漏极电流ID=0A。,ID,UGS0、UGDVP时耗尽区的形状,越靠近漏端，PN结反压越大,ID,UGSVp且UDS较大时UGDVP时耗尽区的形状,沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。,ID,UGSVp UGD=VP时,漏端的沟道被夹断，称为予夹断。,UDS增大则被夹断区向下延伸。,ID,UGSVp UGD=VP时,此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。,ID,三、特性曲线,饱和漏极电流,夹断电压,转移特性曲线 一定UDS下的I

20、D-UGS曲线,ID,U DS,恒流区,输出特性曲线,0,N沟道结型场效应管的特性曲线,转移特性曲线,输出特性曲线,N沟道结型场效应管的特性曲线,结型场效应管的缺点：,1. 栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。,3. 栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。,绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。,2. 在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。,1.4.2 绝缘栅场效应管:,一、结构和电路符号,P型基底,两个N区,SiO2绝缘层,导电沟道,金属铝,N沟道增强型,N 沟道耗尽型,予埋了导电沟道,P 沟道增强型,P 沟道耗尽型,予埋了导电沟道,二

21、、MOS管的工作原理,以N 沟道增强型为例,UGS=0时,对应截止区,UGS0时,感应出电子,VT称为阈值电压,UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。,当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。,当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。,UDS增加，UGD=VT 时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。,三、增强型N沟道MOS管的特性曲线,转移特性曲线,输出特性曲线,UGS0,四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线,耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。,转移特性曲线,输出特性曲线,UGS=0,UGS0,UGS0,电子技术,第一章 结束

22、,模拟电路部分,95,第二章 基本放大电路,模拟电路,第二章 基本放大电路,2.1 放大的概念和电路主要指标 2.2 基本共射放大电路的工作原理 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 单管放大电路的三种基本接法 2.7 场效应管放大电路, 2.1 放大的概念和电路主要指标,2.1.1 放大的概念,电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。,电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：,Au,2.1.2 放大电路的性能指标,一、电压放大倍数Au,Ui 和Uo 分别是输入和输出电压的有效值。,二、输入电阻ri,放

23、大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。,三、输出电阻ro,放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,如何确定电路的输出电阻ro ？,步骤：,1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源)。,2. 加压求流法。,方法一：计算。,方法二：测量。,1. 测量开路电压。,2. 测量接入负载后的输出电压。,步骤：,3. 计算。,四、通频带,通频带：,fbw=fHfL,放大倍数随频率变化曲线,2.1.3

24、符号规定,UA,大写字母、大写下标，表示直流量。,uA,小写字母、大写下标，表示全量。,ua,小写字母、小写下标，表示交流分量。,uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量, 2.2 基本共射放大电路的工作原理,三极管放大电路有三种形式,共射放大器,共基放大器,共集放大器,以共射放大器为例讲解工作原理,2.2.1 共射放大电路的基本组成,放大元件iC= iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。,输入,输出,？,参考点,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。,基极电源与基极电阻,耦合电容,隔离

25、输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。,可以省去,电路改进：采用单电源供电,2.2.3 基本共射放大电路的工作原理及 波形分析,由于电源的存在IB0,IC0,IBQ,ICQ,IEQ=IBQ+ICQ,一、静态工作点,IBQ,ICQ,( ICQ,UCEQ ),(IBQ,UBEQ),(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。,IB,uCE怎么变化,？,假设uBE有一微小的变化,uCE的变化沿一条直线,uce相位如何,？,uce与ui反相！,各点波形,实现放大的条件,1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。,2. 正

26、确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。,3. 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。,4. 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。,2.3 放大电路的分析方法,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效电路法,图解法,计算机仿真,2.3.1 直流通道和交流通道,放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。,但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。,交流通道：只考虑交流信号的分电路。 直流通道：只考虑直流信号的分电

27、路。 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。,例：,对直流信号（只有+EC）,对交流信号(输入信号ui),一、直流负载线,IC,UCE,UCEIC满足什么关系？,1. 三极管的输出特性。,2. UCE=ECICRC 。,直流 负载线,与输出特性的交点就是Q点,IB,2.3.2 图解法 1、直流负载线和交流负载线,二、交流负载线,其中：,iC 和 uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系,所以：,这条直线通过Q点，称为交流负载线。,交流负载线的作法,IB,过Q点作一条直线，斜率为：,交流负载线,2.3.3 等效电路法 1）静态分析,一、估算法,（1）根据直流通道估算IB,RB称为偏置电阻，

28、IB称为偏置电流。,（2）根据直流通道估算UCE、IB,IC,UCE,二、图解法,先估算 IB ，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是Q点。,例：用估算法计算静态工作点。,已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。,解：,请注意电路中IB 和IC 的数量级。,2） 动态分析,一、三极管的微变等效电路,1. 输入回路,当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。,uBE,对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe。,rbe的量级从几百欧到几千欧。,2. 输出回路,所以：,(1) 输出端相当于一个受ib 控制的电流源。,(2)

29、 考虑 uCE对 iC的影响，输出端还要并联一个大电阻rce。,rce的含义,rce很大， 一般忽略。,3. 三极管的微变等效电路,c,b,e,二、放大电路的微变等效电路,将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:,三、电压放大倍数的计算,特点：负载电阻越小，放大倍数越小。,四、输入电阻的计算,对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。,五、输出电阻的计算,对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。,计算输出电阻的方

30、法：,(1) 所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。,(2) 所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。,所以：,用加压求流法求输出电阻：,2.3.4 失真分析,在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。,为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。,uo,可输出的最大不失真信号,选择静态工作点,uo,1. Q点过低，信号进入截止区,放大电路产生 截止失真,2. Q点过高，信号进入饱和区,放大电路产生 饱和失真

31、,2.4 静态工作点的稳定,为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。,对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、 和ICEO 决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。,T,UBE,ICEO,Q,一、温度对UBE的影响,二、温度对 值及ICEO的影响,总的效果是：,小结：,固定偏置电路的Q点是不稳定的。 Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、 IC增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本稳定。,常采用分压式偏置电路来

32、稳定静态工作点。电路见下页。,分压式偏置电路：,一、静态分析,可以认为与温度无关。,似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取几十k。,本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程,二、动态分析,+EC,uo,问题1：如果去掉CE，放大倍数怎样？,去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：,问题2：如果电路如下图所示，如何分析？,静态分析：,直流通路,动态分析：,交流通路,交流通路：,微变等效电路：,问题：Au 和 Aus 的关系如何？,定义：, 2.5 单管放大电路的三种基本接法 2.5.1 基本共集放大电路,一、静态分析,二、动态分析,1. 电压放大

33、倍数,1.,所以,但是，输出电流Ie增加了。,2.,输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,结论：,2. 输入电阻,输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小。,3. 输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,一般：,所以：,射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。,射极输出器的使用,1. 将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。,2. 将射极输出器放在电路的末级，可以降 低输出电阻，提高带负载能。,3. 将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。, 2.7 场效应管放大电路,(1) 静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路

34、相对简单。,(2) 动态：能为交流信号提供通路。,组成原则：,分析方法：,2.6.1 场效应管的微变等效电路,跨导,漏极输出电阻,场效应管的微变等效电路为：,2.6.2 场效应管的共源极放大电路,一、静态分析,求：UDS和 ID。,设：UGUGS,则：UGUS,而：IG=0,所以：,二、动态分析,ro=RD=10k,2.6.3 源极输出器,一、静态分析,USUG,UDS=UDD- US =20-5=15V,二、动态分析,输入电阻 ri,输出电阻 ro,加压求流法,场效应管放大电路小结,(1) 场效应管放大器输入电阻很大。 (2) 场效应管共源极放大器(漏极输出)输入输出反相，电压放大倍数大于1

35、；输出电阻=RD。 (3) 场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于1且约等于1；输出电阻小。,179,第三章 多级放大电路,模拟电路,第三章 多级放大电路, 3.1 多级放大电路的耦合方式 3.2 多级放大电路的动态分析 3.3 直接耦合放大电路,耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。,3.1 多级阻容耦合放大电路,耦合：即信号的传送。,多级放大电路对耦合电路要求：,1. 静态：保证各级Q点设置,2. 动态: 传送信号。,要求：波形不失真，减少压降损失。,设: 1=2=50, rbe1 = 2.9k , rbe2 = 1.7 k,3.2 多级放大电路的动态分析,关键:考

36、虑级间影响。,1. 静态: Q点同单级。,2. 动态性能:,方法:,ri2 = RL1,1 性能分析,考虑级间影响,1,微变等效电路:,1. ri = R1 / rbe1 +（ +1)RL1,其中: RL1= RE1/ ri2 = RE1/ R2 / R3 / rbe1=RE1/RL1 = RE1/ri2= 27 / 1.7 1.7k, ri =1000/(2.9+511.7) 82k,2. ro = RC2= 10k,3. 中频电压放大倍数:,其中：,多级阻容耦合放大器的特点：,(1) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。 (2) 前一级的输出电压是后一级的输入电压

37、。 (3) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。 (4) 总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。 (5) 总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻ri1 。 (6) 总输出电阻即为最后一级的输出电阻。,由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。,例1：放大电路由下面两个放大电路组成。已知EC=15V ，R1=100k， R2=33k ，RE1=2.5k，RC=5k，1=60，； RB=570k，RE2=5.6k， 2 =100，RS=20k ，RL=5k,求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。

38、若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数Au、ri和ro 。 若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数Au和Aus 。,ri = R1/ R2/ rbe =1.52 k,(1) 由于RS大，而ri小，致使放大倍数降低； (2) 放大倍数与负载的大小有关。例： RL=5k 时, Au= - 93；RL=1k 时, Au= - 31 。,求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。,2. 若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数Au 、ri和ro 。,讨论：带负载能力。,2. 输出不接射极输出器时的带负载能力：,RL=5k 时： Au=-93 RL

39、=1k 时： Au=-31,即：当负载电阻由5k变为1k时，放大倍数降低到原来的92.3%,放大倍数降低到原来的30%,RL=5 k时： Au1=-185，Au2=0.99，ri2=173 k,RL=1 k时： Au1=-174 ，Au2=0.97，ri2=76 k,1. 输出接射极输出器时的带负载能力：,3. 若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数Aus 。,Au2=-93 ri2=1.52 k,Au1=0.98 ri=101 k,输入不接射极输出器时：,可见，输入接射极输出器可提高整个放大电路的放大倍数Aus。,例题：设 gm=3mA/V，=50，rbe = 1.7k,

40、求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,（1）估算各级静态工作点: （略）,（2）动态分析:,微变等效电路,首先计算第二级的输入电阻： ri2= R3/ R4/ rbe=82/43/1.7=1.7 k,第二步：计算各级电压放大倍数,第三步：计算输入电阻、输出电阻,ri=R1/R2=3/1=0.75M ,ro=RC=10k ,第四步：计算总电压放大倍数,Au=Au1Au2 =(-4.4) (-147) =647,阻容耦合电路的频率特性：,耦合电容造成,三极管结电容造成,采用直接耦合的方式可降低放大电路的下限截止频率，扩大通频带。下面将要介绍的差动放大器即采用直接耦合方式。,3.3.1 直接耦合

41、电路的特殊问题,R2 、RE2 : 用于设置合适的Q点。,问题 1 :前后级Q点相互影响。,3.3 差动放大电路,问题 2 :零点漂移。,有时会将信号淹没,当 ui 等于零时， uo不等于零。,一、基本型结构,特点：结构对称。,3.3.2 差动放大器,ui1,ui2,二、 抑制零漂的原理,uo= uC1 - uC2 = 0,uo= (uC1 + uC1 ) - (uC2 + uC2 ) = 0,当 ui1 = ui2 =0 时：,当温度变化时：,+UCC,三、 共模电压放大倍数AC,+UCC,共模输入信号： ui1 = ui2 = uC （大小相等，极性相同）,理想情况：ui1 = ui2 u

42、C1 = uC2 uo= 0,共模电压放大倍数：,（很小，1),但因两侧不完全对称， uo 0,四、差模电压放大倍数Ad,差模输入信号： ui1 =- ui2 =ud （大小相等，极性相反）,(很大，1),设uC1 =UC1 +uC1 ， uC2 =UC2 +uC2 。 因ui1 = -ui2， uC1 =-uC2 uo= uC1 - uC2= uC1- uC2 = 2uC1,差模电压放大倍数：,+UCC,五、共模抑制比(CMRR)的定义,例: Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg (-200)/0.1 =66 dB,CMRR Common Mode Rejection Rat

43、io,KCMRR =,KCMRR (dB) =,(分贝),一、结构,为了使左右平衡，可设置调零电位器:,1） 双电源长尾式差放,二、 静态分析,温度T,IC,IE = 2IC,UE,UBE,IB,IC,1. RE的作用,设ui1 = ui2 = 0,RE 具有强负反馈作用, 抑制温度漂移，稳定静态工作点。,IC1= IC2= IC= IB,UC1= UC2= UCCICRC,UE1= UE2 =IBRBUBE,UCE1= UCE2 = UC1UE1,三、 动态分析,1. 输入信号分类,(1)差模(differential mode)输入,ui1 = -ui2= ud,(2)共模( common

44、 mode) 输入,ui1 = ui2 = uC,共模抑制比（Common - Mode Rejection Ratio)的定义:,KCMRR =,KCMRR (dB) =,(分贝),差模电压 放大倍数:,共模电压 放大倍数:,结论：任意输入的信号: ui1 , ui2 ，都可分解成差模分量和共模分量。,注意：ui1 = uC + ud ；ui2 = uC - ud,例: ui1 = 20 mV , ui2 = 10 mV,则：ud = 5mV , uc = 15mV,差模分量:,共模分量:,(一) 差模输入,均压器,RE 对差模信号作用,ui1,ui2,ib1 , ic1,ib2 , ic2

45、,ic1 = - ic2,iRE = ie1+ ie2 = 0,uRE = 0,RE对差模信号不起作用,差模信号通路,T1单边微变等效电路,1. 放大倍数,单边差模放大倍数:,若差动电路带负载RL (接在 C1 与 C2 之间), 对于差动信号而言，RL中点电位为 0, 所以放大倍数：,即：总的差动电压放大倍数为：,差模电压放大倍数:,ro = 2RC,ro,输入电阻：,输出电阻：,2. 输入输出电阻,(二) 共模输入,RE对共模信号起作用，并且iRE=2ie1。,uC ,ic1 、 ic2 ,iRE 、 uRE ,共模信号通路:,T1单边微变等效电路,AC 0,问题：负载影响共模放大倍数吗？

46、,不影响！,2） 恒流源式差放电路,电路结构:,rce3 1M,恒流源,T3 :放大区,静态分析：主要分析T3管。,VB3VE3 IE3 IC3,1. 恒流源相当于阻值很大的电阻。,2. 恒流源不影响差模放大倍数。,3. 恒流源影响共模放大倍数，使共模放大倍数减小，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比是无穷。,恒流源的作用,3） 差放电路的几种接法,双端输入双端输出：,Ad = Ad1,双端输入单端输出：,单端输出：,双端输入与单端输入效果是一样的。,ud = 0.5ui , uc = 0,ud = 0.5ui , uc = 0.5ui,第三章 结束,模拟电路

47、,231,第四章 集成运算放大器,模拟电路,第四章 差动放大器与 集成运算放大器,4.1 集成运算放大电路概述 4.2 集成运放的内部结构及特点 4.3 集成运放的主要性能指标,集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。,集成电路的优点：,工作稳定、使用方便、体积小、重量轻、功耗小。,集成电路的分类：,模拟集成电路、数字集成电路；,小、中、大、超大规模集成电路；, ,4.1 集成运算放大电路概述,集成电路内部结构的特点：,1. 电路元件制作在一个芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。,2. 电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧，精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替

48、或外接。,3. 几十 pF 以下的小电容用PN结的结电容构成、大电容要外接。,4. 二极管一般用三极管的发射结构成。,UEE,+UCC,u+,uo,u,反相 输入端,同相 输入端,原理框图：,输入级,中间级,输出级,与uo反相,与uo同相,对输入级的要求：尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri 尽可能大。,对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。,对输出级的要求：主要提高带负载能力，给出足够的输出电流io 。即输出阻抗 ro小。,（1）采用四级以上的多级放大器，输入级和第二级一般采用差动放大器。 （2）输入级常采用复合三极管或场效应管，以减小输入电流，增加输入电阻。 （3）输

49、出级采用互补对称式射极跟随器，以进行功率放大，提高带负载的能力。,IC =IC1+ IC2 = 1 IB + 2(1+ 1 ) IB = 1 + 2(1+ 1 ) IB,为减小IB， 提高输入电阻，T1、T2采用复合三极管, = IC / IB = 1 + 2(1+ 1 ) 1 2,第4级：互补对称射极跟随器,第3级：单管放大器,+,集成运放内部结构（举例）,极 性 判 断,ri 大: 几十k 几百 k,运放的特点：,KCMRR 很大,ro 小：几十 几百,A o 很大: 104 107,运放符号：,国际符号,国内符号,4.3 集成运放的主要性能指标,一、开环差模电压放大倍数Aod,无外加反馈

50、回路的差模放大倍数。一般在105 107之间。理想运放的Aod为。,二、共模抑制比KCMMR,常用分贝作单位，一般100dB以上。,三、差模输入电阻rid,ri1M, 有的可达100M以上。,四、输出电阻ro,ro =几-几十。,五、最大共模输入电压UIcmax,六、最大差模输入电压UIdmax,七、-3dB带宽fH,运放是直流放大器， 也可放大低频信号，不适用于高频信号。,还有其他一些反映运放对成性、零漂等的参数。不再一一介绍。,关于集成运放的应用下面分三个章节介绍。其中运放都是作为理想运放来处理。,第四章总结,本章介绍的放大器的特点：直流、低频信号放大。,运算放大器,要求：掌握理想运放的特

51、点。,电子技术,第四章 结束,模拟电路部分,244,第五章 放大电路的 频率响应,模拟电路,第五章 放大电路的频率响应, 5.1 频率响应概述 5.2 晶体管高频等效模型 5.4 单管放大电路的频率响应 5.4 场效应管,5.1 频率响应（简称为频响）的基本概念 一、频响问题的提出 当输入信号的频率f在中频段时，有以下结论： 增益A = 常数 当输入信号的频率f从低频变化到高频时 增益A = ？ 上述问题的回答是 在全频段范围内，增益A = A（jf),放大器的增益是输入信号频率的函数 放大器的频率响应实质是放大器对正弦输入 信号的稳态响应，用其频率特性函数A（j)来描 述。 频率特性函数A（

52、j) 定义为输出信号的相 量与输入信号的相量之比。 本章始终围绕着如何确定一个放大器中频段 范围的大小来展开讨论的，也即A=常数的范围，,放大器的中频带范围称为通频带。 为什么对上述范围感兴趣？ 输出波形发生畸变 输出波形缩小 增益含义的推广,其中 AV 电压增益 Ar 互阻增益 Ai 电流增益 Ag 互导增益 二、观察一组实验 实验条件：输入信号Vi= Vimsint Vim不变， 改变,实验结论： 是低频角频率Vo缩小 是中频角频率Vo放大 是高频角频率Vo缩小 实验表明：增益A = A（j ),5.2 晶体管的高频等效模型 5.2.1 晶体管的混合模型 以单级共E组态放大器为例说明,C1

53、 、C2 、CE F量级，称为大电容 Cbe 、Cbc pF量级，称为小电容 1、中频段 , 大电容视为短路 小电容视为开路 放大器的交流通路是阻性网络 增益A=常数,2、低频段 ， 大电容不能视为短路 小电容更能视为开路,低频段放大器的交流通路含有大电容，如下图所示：,大电容的存在使低频增益是频率的函数 3、高频段 大电容更能视为短路 小电容不能视为开路,高频段放大器的交流通路含有小电容，如下图 所示: 小电容的存在使高频增益是频率的函数,5.4 单管放大电路的频率响应 5.4.1 单管共射放大电路的频率响应 频率特性函数A(j)的描述 定义: A(j)的极坐标形式如下:,其中: |A(j)

54、| = A() 称为幅频特性 () 称为相频特性 1） 频率响应特性指标 电容耦合放大器的频响特性曲线可定性描绘如下：,fL 和 fH 的定义: 当信号频率降低或升高使得增益A() 下 降到中频增益A0 的1/ 倍或0.707倍时对应 的频率,分别称为增益的低端截止频率fL和 高端截止频率fH . 通频带 f0.7 = fH fL fH 通频带的其他叫法： 3dB带宽 半功率频带,2） 放大器的频率失真 一、频率失真的含义 也叫线性失真 幅频失真和相频失真 二、频率失真与非线性失真的异同 相同点：都表现为输出波形发生畸变 差 异：频率失真的输出信号中不增加新 的频率成分 非线性失真的输出信号中

55、增加了 新的频率成分,三、增益带宽积GB 定义： GB = |AO f0.7 | 在一定的条件下 GB = 常数 增益的提高是以牺牲带宽为代价 或者说 带宽的扩展是以牺牲增益为代价,3） 放大器的增益函数A(S),讨论放大器增益函数的目的是为了直接 根据放大器电路写出其增益函数表达式, 用 简便的方法确定放大器的通频带。 6.3.1 A(S)的一般表达式 放大器是一个线性时不变系统,Xo(t) 和Xi(t)之间的关系可用线性常微分方程描述： 变换到频域上，有 进行多项式因式分解得 Zi i=1,2,m 叫零点 Pj j=1,2,3, n 叫极点,对于放大器系统，可直接用S代替j得 到A(S)，

56、称为放大器的增益函数。 零、极点的表示方法：,一、 放大器A(S)的特点,具有线性时不变系统的特点： 1、m n （物理上可实现系统的属性）； 2、所有Pj (j=1,2,3, n)位于S平面的“左开半平面”上，即Pj (j=1,2,3, n) 是负实数或实部为负的共轭复数对（稳定系统具有的属性）； 3、n = 电路中独立元件的数目 （实质是独立电容C的数目） 如何计算电路中独立电容的数目？,考虑两种特殊情况,A（S）分别在高、中、低频段独自的特点,1 中频段 A(S) = Ao = 常数 低频段 m = n Zi ( i=1,2,m) 和 Pj ( j=1,2,3, n ) 的数值较小,高频

57、段 m n . (3) Zi ( i=1,2,m) 和 Pj ( j=1,2,3, n ) 的数 值较大 全频段 (1) m n (2) Zi ( i=1,2,m) 和 Pj ( j=1,2,3, n ) 的数值 有大有小,举例: 例1 例2 例3,二、 放大器频率特性曲线的绘制 波特图,本次教学内容总结,频率特性函数的概念 高、低截止频率fL 和 fH 、通频带的概念 频率失真，与非线性失真的差异 放大器高、中、低频段增益函数的特点 波特图的初步概念,5.5 基本放大器高/低截频率的估算,1低频截止频率的估算 画出放大器低频段交流通路和低频段小信号模型（模型中有耦合、傍路电容) 求每个电容对应的短路时间常数。其中, 等效电阻的求解方法与求放大器输入输出电阻相同。,2高频截止频率的估算,画出放大器高频段小信号模型（此时，晶体管因使用了高频模型，故模型中有电容） 求每个电容对应的开路时间常数。 1.15是修正系数。 3满足主极点条件时的低频截止频率与高频截止频率分别近似等于低频主极点频率和高频主极点频率。,280,第六章 放大电路中负反馈,模拟电路,第六章 放大电路中的反馈,6.1 反馈的概念 6.2 负反馈放大电路的四种基本组态 6.4