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1、n n主编主编 李中发李中发n n制作制作 李中发李中发n n2005年年1月月电子技术电子技术第第1章章 半导体器件半导体器件学习要点学习要点n n了了解解半半导导体体的的特特性性和和导导电电方方式式，理理解解PNPN结的单向导电特性结的单向导电特性n n了解半导体二极管、三极管的结构了解半导体二极管、三极管的结构n n理理解解二二极极管管的的工工作作原原理理、伏伏安安特特性性和和主要参数主要参数n n理理解解双双极极型型三三极极管管的的放放大大作作用用、输输入入和输出特性曲线及主要参数和输出特性曲线及主要参数n n了了解解MOSMOS场场效效应应管管的的伏伏安安特特性性、主主要要参参数及其
2、与双极型三极管的性能比较数及其与双极型三极管的性能比较半导体半导体半导体半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅质，如硅(Si)、锗锗(Ge)。硅和锗是硅和锗是4价元素，价元素，原子的最外层轨道上有原子的最外层轨道上有4个价电子。个价电子。本征半导体本征半导体、杂质半导体杂质半导体。N N型半导体的多数载流子、少数载流子；型半导体的多数载流子、少数载流子；P P型半导体的多数载流子、少数载流子。型半导体的多数载流子、少数载流子。无论是无论是P型半导体还是型半导体还是N型半导体都是中性的，型半导体都是中性的，对外不显电性。对外不显电性。掺入的杂质元素的浓
3、度越高，多数载流子的数掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。量越多。少数载流子是热激发而产生的，其数量的多少少数载流子是热激发而产生的，其数量的多少决定于温度。决定于温度。理想二极管理想二极管：正向电阻为零，正向导通时为短路正向电阻为零，正向导通时为短路特性，正向压降忽略不计；特性，正向压降忽略不计；反向电阻为无穷大，反向截止时为反向电阻为无穷大，反向截止时为开路特性，反向漏电流忽略不计。开路特性，反向漏电流忽略不计。第第1章章 小小 结结 本章在介绍半导体基本知识的基础上，重点阐述了半导本章在介绍半导体基本知识的基础上，重点阐述了半导体二极管、双极型晶体管体二极管、双极型晶体管(B
4、JT)和场效应晶体管和场效应晶体管(FET)的结的结构、工作原理、主要特性曲线和参数等。构、工作原理、主要特性曲线和参数等。1.绝对零度时，本征半导体中没有载流子。温度高于绝对零度绝对零度时，本征半导体中没有载流子。温度高于绝对零度时，将发生本征激发，产生两种载流子，即自由电子和空穴，时，将发生本征激发，产生两种载流子，即自由电子和空穴，它们总是成对出现，称为电子空穴对。电子空穴对的浓度随它们总是成对出现，称为电子空穴对。电子空穴对的浓度随温度的升高而增加，在固定温度下不变。温度的升高而增加，在固定温度下不变。2.杂质半导体有杂质半导体有N型和型和P型两种，型两种，N型半导体中的多子为自由型半
5、导体中的多子为自由电子，电子，P型半导体中的多子为空穴。多子由掺杂产生，其浓型半导体中的多子为空穴。多子由掺杂产生，其浓度由掺杂浓度决定；少数载流子由本征激发产生，其浓度与度由掺杂浓度决定；少数载流子由本征激发产生，其浓度与温度有关，这一点导致晶体管的很多参数与温度有关，产生温度有关，这一点导致晶体管的很多参数与温度有关，产生热不稳定性。热不稳定性。3.将将P型和型和N型半导体紧密结合在一起，在它们的交界面处，型半导体紧密结合在一起，在它们的交界面处，发生两种形式载流子的运动，即多子的扩散运动和少子的漂发生两种形式载流子的运动，即多子的扩散运动和少子的漂移运动，它们达到动态平衡时，形成稳定的空
6、间电荷区，即移运动，它们达到动态平衡时，形成稳定的空间电荷区，即PN结。结。PN结的最主要特性就是单向导电性。结的最主要特性就是单向导电性。4.二极管的伏安特性曲线分为正向和反向两个区域，当正向电二极管的伏安特性曲线分为正向和反向两个区域，当正向电压小于开启电压时，流过二极管的电流近似为压小于开启电压时，流过二极管的电流近似为0；随着，；随着，UD稍有增加，电流稍有增加，电流ID迅速增加。在特性的反向区，反向电流等迅速增加。在特性的反向区，反向电流等于反向饱和电流，但当反向电压达到击穿电压值时，二极管于反向饱和电流，但当反向电压达到击穿电压值时，二极管发生反向击穿。击穿后，电流在很大范围内变化
7、时，反向击发生反向击穿。击穿后，电流在很大范围内变化时，反向击穿电压几乎不变，利用这一特性可以制成硅稳压管。穿电压几乎不变，利用这一特性可以制成硅稳压管。5.二极管是非线性元件，在分析含二极管的电路时，常用某种二极管是非线性元件，在分析含二极管的电路时，常用某种模型代替二极管，主要有开关模型、固定正向电压降模型、模型代替二极管，主要有开关模型、固定正向电压降模型、折线化模型和低频小信号模型。不同的应用场合应使用不同折线化模型和低频小信号模型。不同的应用场合应使用不同的模型。的模型。6.二极管的主要参数有最大整流电流二极管的主要参数有最大整流电流IF、反向击穿电压、反向击穿电压UBR、最大反向工
8、作电压最大反向工作电压URM、反向电流、反向电流IR 和正向压降和正向压降UF 等。等。7.双极型半导体晶体管（双极型半导体晶体管（BJT）有两种载流子参与导电，属电）有两种载流子参与导电，属电流控制电流源器件（流控制电流源器件（CCCS），），BJT有有NPN和和PNP两种结构两种结构类型。其工艺特点为：基区极薄且掺杂浓度低，发射区掺杂类型。其工艺特点为：基区极薄且掺杂浓度低，发射区掺杂浓度高，集电区掺杂浓度低。晶体管的输出特性曲线可以分浓度高，集电区掺杂浓度低。晶体管的输出特性曲线可以分为饱和、截止、放大三个区域。为饱和、截止、放大三个区域。8.双极型晶体管在放大、饱和截止区，有不同的发射
9、结和集双极型晶体管在放大、饱和截止区，有不同的发射结和集电极偏置，为保证晶体管工作在放大状态，应使其发射结电极偏置，为保证晶体管工作在放大状态，应使其发射结正偏，集电结反偏。晶体管的参数主要分为直流参数、交正偏，集电结反偏。晶体管的参数主要分为直流参数、交流参数和极限参数三类。流参数和极限参数三类。9.场效应管为电压控制电流源器件场效应管为电压控制电流源器件(VCCS)。即用栅源电压。即用栅源电压 来控制沟道宽度，改变漏极电流。场效应管为单极型器来控制沟道宽度，改变漏极电流。场效应管为单极型器 件，仅一种载流子件，仅一种载流子(多子多子)导电，热稳定性优于导电，热稳定性优于BJT。场效。场效
10、应管有结型和绝缘栅型两种结构，每种又分为应管有结型和绝缘栅型两种结构，每种又分为N沟道和沟道和P 沟道两种。绝缘栅型场效应管（沟道两种。绝缘栅型场效应管（MOSFET）又分为增强）又分为增强 型和耗尽型两种类型。型和耗尽型两种类型。10.场效应管的漏极特性曲线可分为可变电阻区、截止区和恒场效应管的漏极特性曲线可分为可变电阻区、截止区和恒流区，在放大电路中，应使其工作在恒流区。场效应管的流区，在放大电路中，应使其工作在恒流区。场效应管的参数也分为直流参数参数也分为直流参数(UGS(th)或或 UGS(off)、IDSS)交流参数交流参数(gm)和极限参数和极限参数(IDM、PDM)三类。跨导三类
11、。跨导gm反映了场效应管的电反映了场效应管的电压控制作用压控制作用第第2章章 单级交流放大电路单级交流放大电路n n理理解解共共发发射射极极单单管管放放大大电电路路的的基基本结构和工作原理本结构和工作原理n n掌掌握握放放大大电电路路静静态态工工作作点点的的估估算算和微变等效电路的分析方法和微变等效电路的分析方法n n了了解解放放大大电电路路输输入入电电阻阻和和输输出出电电阻的概念阻的概念n n理理解解射射极极输输出出器器的的电电路路结结构构、性性能特点及应用能特点及应用n n了了解解场场效效应应管管共共源源极极放放大大电电路路的的结构和性能特点结构和性能特点学习要点学习要点放大电路的结构示意
12、框图见下图。放大电路的结构示意框图见下图。放大电路概念示意图放大电路概念示意图例例1 1：测量三极管三个电极对地电位如图所示，：测量三极管三个电极对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态。试判断三极管的工作状态。三极管工作状态判断三极管工作状态判断 放大截止饱和例例2 2：用数字电压表测得：用数字电压表测得VB=4.5 V、VE=3.8 V、VC=8 V，试判断三极管的工，试判断三极管的工作状态作状态。例例2 2电路图电路图放大放大（3）放大电路微变等效电路）放大电路微变等效电路电压放大倍数电压放大倍数式中式中RL=RC/RL。当当RL=（开路）时开路）时输入电阻输入电阻Ri 输入电阻输入电阻
13、Ri的大小决定了放大电路从信号源的大小决定了放大电路从信号源吸取电流吸取电流(输入电流输入电流)的大小。为了减轻信号源的的大小。为了减轻信号源的负担，总希望负担，总希望Ri越大越好。另外，较大的输入电越大越好。另外，较大的输入电阻阻Ri，也可以降低信号源内阻也可以降低信号源内阻Rs的影响，使放大的影响，使放大电路获得较高的输入电压。在上式中由于电路获得较高的输入电压。在上式中由于RB比比rbe大得多，大得多，Ri近似等于近似等于rbe，在几百欧到几千欧，一在几百欧到几千欧，一般认为是较低的，并不理想。般认为是较低的，并不理想。输出电阻输出电阻 对负载而言，放大器的输出电阻对负载而言，放大器的输
14、出电阻Ro越小，负载电阻越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望越强，因此总希望Ro越小越好。上式中越小越好。上式中Ro在几千欧到几十在几千欧到几十千欧，一般认为是较大的，也不理想。千欧，一般认为是较大的，也不理想。例例：图图示示电电路路（接接CE），已已知知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试试估估算算静静态态工工作作点点，并并求求电电压压放放大大倍倍数数、输输入入电电阻阻和和输输出出电电阻阻。解：（解：（1）用估算法计算静态工作点）用估算法
15、计算静态工作点（2）求电压放大倍数（3）求输入电阻和输出电阻RB1+UCCRCC1C2RB2CERE2RLuiuoRE1+例题例题:在图示放大电路中，已知在图示放大电路中，已知UCC=12V,RC=2k,RE1=200，RE2=1.8K，RB1=20k，RB2=10k，RL=3k，晶体管，晶体管=50，UBE=0.6V,试求试求:(1)(1)静态工作点静态工作点IB、IC及及UCE；(2)(2)画出微变等效电路；画出微变等效电路；(3)(3)输入电阻输入电阻r ri i,r,r0 0及及RB1+UCCRCRB2RE2RE1【解解】(1)直流通路如图所示直流通路如图所示RB1+UCCRCC1C2
16、RB2CERE2RLuiuoRE1+(2)微变等效电路如图微变等效电路如图rbeRCRLRE1+(3)(3)交流参数交流参数例例：图图示示电电路路，已已知知UCC=12V，RB=200k，RE=2k，RL=3k，RS=100，=50。试试估估算算静静态态工工作作点点，并并求求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解：（解：（1）用估算法计算静态工作点）用估算法计算静态工作点 动态分析的基本步骤：动态分析的基本步骤：放大电路中频微变等效电路是在晶体管低频小信号模型放大电路中频微变等效电路是在晶体管低频小信号模型的基础上，增加放大电路交流通路的相关元件而构成的。具的基础
17、上，增加放大电路交流通路的相关元件而构成的。具体画法如下：体画法如下：(1)先将晶体管的低频小信号模型画出；先将晶体管的低频小信号模型画出；(2)再将放大电路晶体管以外的交流通路的元件画出；再将放大电路晶体管以外的交流通路的元件画出；(3)在中频段，画的过程中将大容量的耦合电容、旁路电在中频段，画的过程中将大容量的耦合电容、旁路电容器短路，将直流电源交流短路；容器短路，将直流电源交流短路；现以能够稳定工作点的分压偏置共射放大电路为例进行讨现以能够稳定工作点的分压偏置共射放大电路为例进行讨论，电路见图。论，电路见图。共射组态基本放大电路的动态分析共射组态基本放大电路的动态分析 1.先进行静态分析
18、，保证晶体管处于放大区；先进行静态分析，保证晶体管处于放大区；一、一、静态分析静态分析共射组态交流基本放大电路共射组态交流基本放大电路 进行直流计算的目的是进行直流计算的目的是检验放大电路是否是处于放检验放大电路是否是处于放大状态，如果放大状态不正大状态，如果放大状态不正确，进行交流计算就没有意确，进行交流计算就没有意义。其次，在微变等效电路义。其次，在微变等效电路中有中有rbe，要计算，要计算rbe就必须知就必须知道道IEQ（ICQ），这也需要通），这也需要通过直流计算来获得。过直流计算来获得。ICQ=IBQ UCEQ=VCC ICQRcIEQRe VCCICQ(Rc+Re)分压偏置共射放大
19、电路分压偏置共射放大电路 共射放大电路交流微变等效电路共射放大电路交流微变等效电路 因放大电路的输因放大电路的输入信号处于中频段入信号处于中频段,所以可以将大容量的所以可以将大容量的耦合电容和旁路电容耦合电容和旁路电容器短路；将直流电源器短路；将直流电源交流短路。交流短路。将晶体管的低频将晶体管的低频模型画出。模型画出。再将共射放大电再将共射放大电路交流通路的其他元路交流通路的其他元件一一画出。件一一画出。二、动态分析动态分析1.求放大电路中频电压放大倍数求放大电路中频电压放大倍数 在画出了放大电路的微变等效电路后，求解电压在画出了放大电路的微变等效电路后，求解电压放大倍数就是一个解电路的问题
20、。放大倍数就是一个解电路的问题。输出电压为输出电压为输入电压为输入电压为电压放大倍数为电压放大倍数为共射放大电路求电压放大倍数共射放大电路求电压放大倍数2.求放大电路的输入电阻求放大电路的输入电阻根据输入电阻的定义和微变等效电路有根据输入电阻的定义和微变等效电路有若满足若满足Rb1 Rb2 rbe，则，则Ri rbe。共射放大电路求输入电阻共射放大电路求输入电阻 根据输出电阻的定义，需要将信号源进行置零处根据输出电阻的定义，需要将信号源进行置零处理，也就是理，也就是 ，将，将 短路，但保留内阻短路，但保留内阻 ；将负载电；将负载电阻阻 开路，同时在输出端加一个测试用信号源开路，同时在输出端加一
21、个测试用信号源 。3.求放大电路的输出电阻求放大电路的输出电阻共射放大电路求输出电阻共射放大电路求输出电阻 例例2.5：有一基本放大电路如图所示，已知：有一基本放大电路如图所示，已知VCC=15V、Rc=3k、Rb1=390k、Re1=100、Re2=1 k、RL=10k，UBE=0.7V，=99，耦合电容的容量足够大。试计算电路的，耦合电容的容量足够大。试计算电路的中频电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。中频电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解：解：例例2.5电路图电路图 解：解：静态计算如下静态计算如下 画微变等效电路，如图所示，可得电压增益画微变等效电路，如图所示，可得电压增益例例2.5的
22、微变等效电路的微变等效电路 画微变等效电路，如图所示，可得电压增益画微变等效电路，如图所示，可得电压增益 旁路电容的断开，使电压旁路电容的断开，使电压放大倍数下降，其物理意义将放大倍数下降，其物理意义将在后面解释。在后面解释。电压放大倍数可近似等于电压放大倍数可近似等于是两电阻之比，因而电压放大是两电阻之比，因而电压放大倍数的稳定性提高。倍数的稳定性提高。输出电阻输出电阻 输入电阻输入电阻=1.2+10/390=10.89k 共集组态放大电路如图所示。它的集电极负载电阻等共集组态放大电路如图所示。它的集电极负载电阻等于于0，相当集电极交流接地，输入信号接基极，输出信号从，相当集电极交流接地，输
23、入信号接基极，输出信号从发射极引出，所以，共集组态放大电路也称为发射极引出，所以，共集组态放大电路也称为射极输出器射极输出器。共集组态放大电路共集组态放大电路 共集组态放大电路的共集组态放大电路的偏置电阻往往只采用一个偏置电阻往往只采用一个上偏置电阻，其原因是增上偏置电阻，其原因是增大输入电阻。大输入电阻。共集组态基本放大电路的动态分析共集组态基本放大电路的动态分析 一、一、静态分析静态分析 静态工作点的计算原则与共射组态放大电路一样，先静态工作点的计算原则与共射组态放大电路一样，先画出直流通路。画出直流通路。基极电流：基极电流：集电极极电流：集电极极电流：管压降：管压降：共集组态放大电路的直
24、流通路共集组态放大电路的直流通路 下左图所示的共集组态放大电路的微变等效电路如下下左图所示的共集组态放大电路的微变等效电路如下右图所示。右图所示。1.中频电压放大倍数的求解中频电压放大倍数的求解微变等效电路微变等效电路ecbiUoUberbIcIRb1RLReiRiRbI 二、二、动态分析动态分析共集组态放大电路共集组态放大电路ecbiUoUberbIcIRb 1RLReiRiRbI 式中式中R L=Re/RL，式中，由于，式中，由于 rbe,所所以，电压增益近似等于以，电压增益近似等于1。由此可解出电压放大倍数表达式由此可解出电压放大倍数表达式根据微变等效电路可列如下方程根据微变等效电路可列
25、如下方程2.输入电阻输入电阻ecbiUoUberbIcIRb 1RLReiRiRbI基极电流：基极电流：输入电阻：输入电阻：根据电阻归算的原理根据电阻归算的原理 Ri是从放大电路输入端看进去是从放大电路输入端看进去的输入电阻，的输入电阻，是从基极看进去的输入电阻，所以是从基极看进去的输入电阻，所以 所以，输入电阻所以，输入电阻 共集组态放大电路的输入电阻比共射组态基本放大电路共集组态放大电路的输入电阻比共射组态基本放大电路要大，为了减少偏置电阻并联对总输入电阻下降的影响，要大，为了减少偏置电阻并联对总输入电阻下降的影响，所以共集组态放大电路经常只使用一个上偏置电阻，这个所以共集组态放大电路经常
26、只使用一个上偏置电阻，这个上偏置电阻一般可以用到几百千欧以上。上偏置电阻一般可以用到几百千欧以上。3.输出电阻输出电阻求求求基极电流：基极电流：求输出电阻求输出电阻 根据输出电阻的定义，需要将信号源进行置零处根据输出电阻的定义，需要将信号源进行置零处理，也就是理，也就是 ，将，将 短路，但保留内阻短路，但保留内阻 ；将负载电；将负载电阻阻 开路，同时在输出端加一个测试用信号源开路，同时在输出端加一个测试用信号源 。于是于是 所以，输出电阻相当两个电阻的并联，一个是所以，输出电阻相当两个电阻的并联，一个是Re，另一个是基极回路的等效电阻归算到发射极回路的电阻另一个是基极回路的等效电阻归算到发射极
27、回路的电阻求输出电阻求输出电阻 4.共集组态放大电路的特点共集组态放大电路的特点由以上分析可知，共集组态放大电路的基本特点：由以上分析可知，共集组态放大电路的基本特点：.共集放大电路只能放大电流，电压放大倍数小于共集放大电路只能放大电流，电压放大倍数小于且接近等于且接近等于1。.输出电压的相位与输入电压的相位相同，输出电输出电压的相位与输入电压的相位相同，输出电压的波形和输入电压的波形一样，故又名压的波形和输入电压的波形一样，故又名射极跟随器射极跟随器。3.共集电极基本放大电路的输入电阻高，输出电阻共集电极基本放大电路的输入电阻高，输出电阻低，具有阻抗变换的特点，有较强的带负载能力，常用低，具
28、有阻抗变换的特点，有较强的带负载能力，常用于多级放大电路的输入级和输出极，以及功率放大电路。于多级放大电路的输入级和输出极，以及功率放大电路。第第3 3章章 集成运算放大器和集成运算放大器和 模拟乘法器单元电路模拟乘法器单元电路内容提要：内容提要：本章的重点是分析组成运算放大器和本章的重点是分析组成运算放大器和模拟乘法器的基本单元电路，包括差分放大电路模拟乘法器的基本单元电路，包括差分放大电路和互补功率输出电路。对多级放大电路的有关问和互补功率输出电路。对多级放大电路的有关问题以及运算放大器的参数等内容也做了介绍。题以及运算放大器的参数等内容也做了介绍。3.1 集成运算放大器的基本结构集成运算
29、放大器的基本结构1.什么是集成电路什么是集成电路 利用集成电路的制造工艺，将电子元器件（场效应利用集成电路的制造工艺，将电子元器件（场效应管、双极型晶体管、二极管、电阻和小容量电容等）管、双极型晶体管、二极管、电阻和小容量电容等）和连线制作在同一片半导体芯片上，构成具有特定功和连线制作在同一片半导体芯片上，构成具有特定功能的电路，称为集成电路。能的电路，称为集成电路。2.集成电路的分类集成电路的分类 模拟集成电路模拟集成电路运算放大器、功率放大器、模运算放大器、功率放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模拟稳压电源等。拟乘法器、模拟锁相环、模拟稳压电源等。数字集成电路数字集成电路 模拟数字混合集成电
30、路模拟数字混合集成电路3.模拟集成电路的特点模拟集成电路的特点（1 1）集成电路体积小）集成电路体积小,功耗小；功耗小；（2 2）易于制造相对精度高的器件，容易保证电路中元件）易于制造相对精度高的器件，容易保证电路中元件 的对称性；的对称性；（5 5）在一些场合用有源器件代替无源器件；）在一些场合用有源器件代替无源器件；（6 6）级间采用直接耦合方式；）级间采用直接耦合方式；（7 7）集成电路的可靠性高于分立元件构成的电子电路。）集成电路的可靠性高于分立元件构成的电子电路。（3 3）电路中的电阻元件由半导体的体电阻构成；）电路中的电阻元件由半导体的体电阻构成；（4 4）可以利用）可以利用PN结
31、的电容效应制造小容量的电容元件；结的电容效应制造小容量的电容元件；集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路，方框图如图所示。路，方框图如图所示。运算放大器方框图运算放大器方框图 集成运算放大器一般由三级组成。输入级是差分集成运算放大器一般由三级组成。输入级是差分放大电路，中间级是高增益放大电路，输出级是互补放大电路，中间级是高增益放大电路，输出级是互补推挽电路。除此以外还有一些辅助环节，例如偏置电推挽电路。除此以外还有一些辅助环节，例如偏置电流源、电位偏移电路等。流源、电位偏移电路等。4.集成运算放大器的基本结构集成运算放大器的基本结构多级放大电路的耦
32、合方式多级放大电路的耦合方式 多级放大电路的级与级之间、信号源与放大电路多级放大电路的级与级之间、信号源与放大电路之间、放大电路与负载之间的连接均称为耦合。常见之间、放大电路与负载之间的连接均称为耦合。常见的耦合方式可以分为直接耦合、电抗性元件耦合和光的耦合方式可以分为直接耦合、电抗性元件耦合和光电耦合。电耦合。对耦合电路有两点要求，一是要保证放大电路对对耦合电路有两点要求，一是要保证放大电路对通频带内信号的有效传输；二是要保证各放大级的正通频带内信号的有效传输；二是要保证各放大级的正常工作，不能破坏各放大级的工作点。常工作，不能破坏各放大级的工作点。耦合方式：耦合方式：直接耦合直接耦合电抗性
33、元件耦合电抗性元件耦合电容耦合电容耦合电抗性元件耦合电抗性元件耦合变压器耦合变压器耦合光电耦合光电耦合 将前一级的输出端直接接到后一级的输入端，或者级间将前一级的输出端直接接到后一级的输入端，或者级间通过电阻连接的耦合方式，称为通过电阻连接的耦合方式，称为直接耦合方式直接耦合方式。直接耦合放直接耦合放大电路各级的静态工作点互相影响。大电路各级的静态工作点互相影响。将基本放大电路去掉将基本放大电路去掉耦合电容，前后级直接连耦合电容，前后级直接连接。接。直接耦合放大电路直接耦合放大电路 集电极电位随着放大集电极电位随着放大级数的增加而逐级提高。级数的增加而逐级提高。1.直接耦合直接耦合两级阻容耦合
34、放大电路两级阻容耦合放大电路 将将放放大大器器前前级级的的输输出出端端通通过过电电容容接接到到后后级级的的输输入入端端，称称为为阻阻容容耦耦合合。图图为为两两级级阻阻容容耦耦合合放放大大电电路路。第第一一级级为为共共射放大电路，第二级为共集放大电路。射放大电路，第二级为共集放大电路。2.阻容耦合阻容耦合变压器耦合的共射放大电路变压器耦合的共射放大电路 将放大电路前级的输出端经变压器接到后级的输入将放大电路前级的输出端经变压器接到后级的输入端或负载上，称为端或负载上，称为变压器耦合变压器耦合。变压器耦合可以实现变压器耦合可以实现阻抗变换阻抗变换，达到，达到阻抗匹配阻抗匹配，使负载，使负载上获得足
35、够大的功率输出。上获得足够大的功率输出。3.变压器耦合变压器耦合 变压器耦合，变压器耦合，级与级之间的工作级与级之间的工作点互相独立，可以点互相独立，可以通过变压器传输交通过变压器传输交流信号。流信号。光电耦合放大电路光电耦合放大电路 光光电电耦耦合合是是以以光光为为媒媒介介来来实实现现电电信信号号的的传传输输，因因其其抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。抗干扰能力强而得到越来越广泛的应用。图为光电耦合电路，将发光元件（发光二极管）与图为光电耦合电路，将发光元件（发光二极管）与光敏元件（光电三极管）相互绝缘地组合在一起。发光光敏元件（光电三极管）相互绝缘地组合在一起。发光元件为输入回路，将电能
36、转换为光能；光敏元件为输出元件为输入回路，将电能转换为光能；光敏元件为输出回路，将光能再转换为电能。回路，将光能再转换为电能。4.光电耦合光电耦合耦合方式耦合方式静态工作点静态工作点低频特性低频特性便于集成否便于集成否零点漂移零点漂移适用场合适用场合直接耦合直接耦合好好是是存在存在集成电路集成电路互相影响互相影响阻容耦合阻容耦合各级独立各级独立差差否否不存在不存在分立元件分立元件放大电路放大电路变压器耦合变压器耦合各级独立各级独立差差否否不存在不存在调谐放大调谐放大功放电路功放电路光电耦合光电耦合各级独立各级独立好好是是存在存在信号隔离信号隔离远程传送远程传送 5.耦合方式的比较耦合方式的比较
37、零点漂移零点漂移 输入电压为零，而直接耦合放大电路静态工作点的输出输入电压为零，而直接耦合放大电路静态工作点的输出电压随时间缓慢变化的现象，称为电压随时间缓慢变化的现象，称为零点漂移零点漂移。下左图为零点。下左图为零点漂移的测试电路，下右图为零点漂移的时间曲线。零点漂移漂移的测试电路，下右图为零点漂移的时间曲线。零点漂移的特点是缓慢变化，无规则，且趋向一个方向变化。的特点是缓慢变化，无规则，且趋向一个方向变化。零点漂移的测试电路零点漂移的测试电路输出电压的漂移输出电压的漂移一、一、零点漂移现象零点漂移现象 温度变化、电源电压波动、元器件老化都将引起零点温度变化、电源电压波动、元器件老化都将引起
38、零点漂移。其中漂移。其中由温度变化所引起的晶体管特性参数的变化是由温度变化所引起的晶体管特性参数的变化是产生零点漂移的主要原因产生零点漂移的主要原因，如反向饱和电流，如反向饱和电流 ICBO 和电流放和电流放大系数大系数 等。因而也称零点漂移为温度漂移，简称等。因而也称零点漂移为温度漂移，简称温漂温漂。直接耦合放大电路静态工作点的电压随时间缓慢变化直接耦合放大电路静态工作点的电压随时间缓慢变化的现象，也称为的现象，也称为时漂时漂。二、二、零点漂移现象产生的原因零点漂移现象产生的原因 温度漂移（温度漂移（V/C）是在输入端短路时，把输出端的）是在输入端短路时，把输出端的温漂电压折合到输入端，得到
39、等效输入漂移电压与温度变化温漂电压折合到输入端，得到等效输入漂移电压与温度变化量之比来表示，即量之比来表示，即 因晶体管存在死区，若输因晶体管存在死区，若输入信号小于开启电压，则晶入信号小于开启电压，则晶体管不导通。体管不导通。所以乙类互补输出电路在所以乙类互补输出电路在输入信号正、负半周交替过输入信号正、负半周交替过零处，因晶体管存在死区，零处，因晶体管存在死区，导致集电极电流为导致集电极电流为0，从而形，从而形成的非线性失真，称为交越成的非线性失真，称为交越失真，见图。失真，见图。uo交越失真交越失真死区交越失真及其消除交越失真及其消除交越失真示波器波形图交越失真示波器波形图 为为消消除除
40、交交越越失失真真，可可给给晶晶体体管管稍稍稍稍加加一一点点偏偏置置，使使之之处处于于微微导导通通状状态态，消消除除死死区区，即即工工作作在在甲甲乙乙类类工工作状态。只要一加入信号，晶体管立刻导通。作状态。只要一加入信号，晶体管立刻导通。输入信号输入信号输出信号输出信号 为为消消除除交交越越失失真真，使使晶晶体体管管处处于于微微导导通通状状态态，消消除除死死区区，即即工工作作在在甲甲乙乙类类。只只要要一一加加入入信信号号，晶晶体管立刻导通。体管立刻导通。甲乙类互补输出极放大电路甲乙类互补输出极放大电路 因因为为二二极极管管的的正正向向压压降降与与发发射射结结的的死死区区电电压压差差不不多多，用用
41、二二极极管管提提供供偏偏置置可可消消除除交交越越失失真真。晶晶体体管管的的导导通通角角稍稍大大于于，这这种种甲甲乙乙类类互互补补功功率率放放大大电电路路，见图。见图。小小 结结 本章重点讨论构成集成运算放大器和模拟乘法器的单元本章重点讨论构成集成运算放大器和模拟乘法器的单元电路电路差分放大电路和互补输出级的工作原理及分析差分放大电路和互补输出级的工作原理及分析方法，以及构成多级放大电路的耦合方式。并介绍了集方法，以及构成多级放大电路的耦合方式。并介绍了集成运放和模拟乘法器的参数、类型及其选用原则。成运放和模拟乘法器的参数、类型及其选用原则。1多级放大电路有阻容耦合、变压器耦合、直接耦合和光多级
42、放大电路有阻容耦合、变压器耦合、直接耦合和光电耦合四种耦合方式，耦合电路必须保证信号的传输和电耦合四种耦合方式，耦合电路必须保证信号的传输和放大级的正常工作。由于制造上的原因，在集成运算放放大级的正常工作。由于制造上的原因，在集成运算放大器和模拟乘法器中采用的是直接耦合方式。直接耦合大器和模拟乘法器中采用的是直接耦合方式。直接耦合多级放大电路存在零点漂移现象，其成因主要是半导体多级放大电路存在零点漂移现象，其成因主要是半导体器件的参数随温度的变化而变化。抑制零点漂移的有效器件的参数随温度的变化而变化。抑制零点漂移的有效措施是采用差分放大电路作为多级放大电路的输入级。措施是采用差分放大电路作为多
43、级放大电路的输入级。2.差分放大电路利用晶体管和电路参数的对称性和发射极电差分放大电路利用晶体管和电路参数的对称性和发射极电 阻来抑制温度漂移。分析时将输入信号等效为差模信号和阻来抑制温度漂移。分析时将输入信号等效为差模信号和 共模信号的叠加，分别计算其差模放大倍数和共模放大倍共模信号的叠加，分别计算其差模放大倍数和共模放大倍 数，二者之比为共模抑制比（数，二者之比为共模抑制比（KCMR）。）。KCMR越高越高,抑制零漂和温漂的能力越强。抑制零漂和温漂的能力越强。3.差分放大电路的分析分静态、差模动态和共模动态三种差分放大电路的分析分静态、差模动态和共模动态三种 情况进行。静态计算的原则同基本
44、放大电路。差模动态根情况进行。静态计算的原则同基本放大电路。差模动态根 据电路的输入、输出方式不同而有所差别。因为单端输入据电路的输入、输出方式不同而有所差别。因为单端输入 可以等效成双端输入，所以双入双出与单入双出的电压增可以等效成双端输入，所以双入双出与单入双出的电压增 益表达式相同；而双入单出与单入单出的电压增益的表达益表达式相同；而双入单出与单入单出的电压增益的表达 式相同。共模动态分析主要解决共模抑制比的计算，双端式相同。共模动态分析主要解决共模抑制比的计算，双端 输出共模输出电压按输出共模输出电压按0计算；单端输出则需要根据共模等计算；单端输出则需要根据共模等 效电路计算。差模动态
45、和共模动态的计算依据是微变等效效电路计算。差模动态和共模动态的计算依据是微变等效 电路。电路。4为使集成运算放大器有较大的动态输出范围和较强的为使集成运算放大器有较大的动态输出范围和较强的带负载能力，其输出级通常采用互补输出电路，其实带负载能力，其输出级通常采用互补输出电路，其实质为两个射级跟随器的组合。质为两个射级跟随器的组合。5.晶体管工作在乙类状态可提高效率，而为减小交越失晶体管工作在乙类状态可提高效率，而为减小交越失真，常为其提供很小的静态电流，构成甲乙类功放。真，常为其提供很小的静态电流，构成甲乙类功放。因为功放电路的输出信号较大，分析时一般采用图解因为功放电路的输出信号较大，分析时
46、一般采用图解法，理想情况下，法，理想情况下，OCL功放的最高效率为功放的最高效率为78.5%。第第4章章 负反馈放大电路负反馈放大电路内容提要：内容提要：本章介绍反馈的概念，反馈放大电本章介绍反馈的概念，反馈放大电路中信号的传输，反馈的基本方程式。反馈的路中信号的传输，反馈的基本方程式。反馈的各种组态，不同组态的反馈对放大电路性能的各种组态，不同组态的反馈对放大电路性能的影响，深度负反馈条件下的增益计算以及负反影响，深度负反馈条件下的增益计算以及负反馈放大电路的自激等问题。馈放大电路的自激等问题。在放大电路中信号的传输是从输入端到输出端，这个在放大电路中信号的传输是从输入端到输出端，这个方向称
47、为方向称为正向传输正向传输。反馈就是将输出信号取出一部分或全。反馈就是将输出信号取出一部分或全部，通过反馈网络的部，通过反馈网络的反向传输反向传输，再送回到放大电路的输入，再送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输入端。反馈的示意图见图入端。反馈的示意图见图。反馈概念方框图反馈概念方框图反向传输反向传输反馈的概念反馈的概念 图中图中 是输入信号，是输入信号，是反馈是反馈信号，信号，是净输入信号，是净输入信号，是输出信号。无反馈时输入信号是输出信号。无反馈时输入信号 直接加到放大电路的直接加到放大电路的输入端，加入反
48、馈以后，输入信号与反馈信号相加或相减输入端，加入反馈以后，输入信号与反馈信号相加或相减以后，得到净输入信号，再加到放大电路的输入端以后，得到净输入信号，再加到放大电路的输入端反向传输反向传输 上式取加号是正反馈，取负号是负反馈。上式取加号是正反馈，取负号是负反馈。反馈概念方框图反馈概念方框图 为了简化分析，工程上往往仅考虑放大电路的正向传为了简化分析，工程上往往仅考虑放大电路的正向传输信号，忽略放大电路内部的反向传输，放大电路的反向输信号，忽略放大电路内部的反向传输，放大电路的反向传输信号很小，传输信号很小，一般在一般在10-4量级。量级。同时也忽略了反馈网络的正向传输，因为放大电路的同时也忽
49、略了反馈网络的正向传输，因为放大电路的输出信号往往大于输入信号，所以反馈网络的正向传输一输出信号往往大于输入信号，所以反馈网络的正向传输一般远小于反向传输。般远小于反向传输。放大电路无反馈称为放大电路无反馈称为开环开环，放大电路有反馈称为，放大电路有反馈称为闭环闭环，即放大电路和反馈网络构成一个环路。见图即放大电路和反馈网络构成一个环路。见图。反向传输反向传输正向传输正向传输反向传输反向传输开环开环闭环闭环反馈概念方框图反馈概念方框图 根据反馈放大电路方框图，可以推导出反馈放大电路开根据反馈放大电路方框图，可以推导出反馈放大电路开环与闭环放大倍数之间的数学关系式，即反馈放大电路的环与闭环放大倍
50、数之间的数学关系式，即反馈放大电路的一般表达式一般表达式(基本基本方程式方程式)，见图。放大电路的开环放见图。放大电路的开环放大倍数大倍数反馈网络的反馈系数反馈网络的反馈系数放大电路的闭环放大倍数放大电路的闭环放大倍数反馈概念方框图反馈概念方框图 以上几个量都采用以上几个量都采用了复数表示，因为要考了复数表示，因为要考虑实际电路的相移。由虑实际电路的相移。由于于 式中：式中：称为称为环路增益环路增益；称为称为反馈深度反馈深度。根据反馈基本方程式根据反馈基本方程式用上式分母大小，即反馈深度用上式分母大小，即反馈深度 的大小来确定放大电路的大小来确定放大电路的工作状态。的工作状态。当当 1时时,称