电子技术教案.3994.pdf

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1、 1 半导体基础知识 1.本征半导体及其特点 纯净的半导体称为本征半导体。在热“激发”条件下，本征半导体中的电子和空穴是成对产生的；当电子和空穴相遇“复合”时，也成对消失；电子和空穴都是载流子；温度越高，“电子空穴”对越多；在室温下，“电子空穴”对少，故电阻率大。2.掺杂半导体及其特点（1）N 型半导体：在本征硅或锗中掺入适量五价元素形成 N 型半导体，N 型半导体中电子为多子，空穴为少子；电子的数目（掺杂+热激发）=空穴的数目（热激发）+正粒子数；半导体对外仍呈电中性。（2）P 型半导体：在本征硅或锗中掺入适量三价元素，形成 P 型半导体，其空穴为多子，电子为少子；空穴的数目（掺杂+热激发）

2、=电子的数目（热激发）+负粒子数；对外呈电中性。在本征半导体中，掺入适量杂质元素，就可以形成大量的多子，所以掺杂半导体的电阻率小，导电能力强。当 N 型半导体中再掺入更高密度的三价杂质元素，可转型为 P 型半导体；反之，P 型半导体也可通过掺入足够的五价元素而转型为 N 型半导体。3.半导体中的两种电流（1）漂移电流：在电场作用下，载流子定向运动所形成的电流则称为漂移电流。（2）扩散电流：同一种载流子从浓度高处向浓度低处扩散所形成的电流为扩散电流。4.PN 结的形成 通过一定的工艺，在同一块半导体基片的一边掺杂成 P 型，另一边掺杂成 N 型，P 型和 N 型的交界面处会形成 PN 结。1 P

3、 区和 N 区中的载流子存在一定的浓度差，浓度差使多子向另一边扩散，从而产生了空间电荷和内电场；内电场将阻多子止扩散而促进少子漂移；当扩散与漂移达到动态平衡时，交界面上就会形成稳定的空间电荷层（或势垒区、耗尽层），即 PN 结形成。5.PN 结的单向导电性 PN 结正向偏置时，空间电荷层变窄，内电场变弱，扩散大于漂移，正向电流很大（多子扩散形成），PN 结呈现为低电阻，称为正向导通。正向压降很小，且随温度上升而减小。PN 结反向偏置时，空间电荷层变宽，内电场增强，漂移大于扩散，反向电流很小（少子漂移形成），PN 结呈现为高电阻，称为反向截止。反偏电压在一定范围内，反向电流基本不变（也称为反向饱

4、和电流），且随温度上升而增大。6.PN 结的电容特性（1）势垒电容 CB：当外加在 PN 结两端的电压发生变化时，空间电荷层中的电荷量会发生变化，这一现象是一种电容效应，称为势垒电容。CB是非线性电容。（2）扩散电容 CD：当 PN 结正向偏置时，多子扩散到对方区域后，在 PN 结边界附近有积累，并会有一定的浓度梯度。积累的电荷量也会随外加电压变化，引起电容效应，称为扩散电容。CD也是非线性电容。半导体二极管 1.二极管的结构及类型 半导体二极管就是一个封装的PN 结。半导体二极管的类型 （1）按使用的半导体材料不同可分为硅管和锗管；（2）按结构形式不同可分为平面型和点接触型两种。通常，平面型

5、的结面积较大，结电容也较大，适用于低频、大电流的电路；点接触型结面积小，结电容也小，适用于高频、小电流的电路。1 2.二极管的伏安特性及主要参数（1）伏安特性表达式 二极管是一个非线性器件，其伏安特性的数学表达式为 当，且时，；当，且时，。在室温下，。由此可看出二极管具有单向导电的特性。（2）伏安特性曲线 二极管的伏安特性曲线如图 所示。图 二极管的伏安特性曲线 1 正向特性：小于死区电压（硅管是，锗管是）时，。正向部分的开始阶段电流增加的比较慢。在电流比较大时，二极管两端的电压随电流变化很小，称为导通电压（硅管：，锗管：）。反向特性：当反向电压，且小于时，反向饱和电流很小。当反向电压的绝对值

6、达到后，反向电流会突然增大，二极管反向击穿。击穿后，当反向电流在很大范围内变化时，二极管两端的电压几乎不变，击穿后的反向特性有稳压性。击穿电压低于 4 伏的击穿主要是齐纳击穿；击穿电压大于 6 伏的击穿为雪崩击穿；击穿电压介于4 伏与 6 伏之间时，两种击穿都可能发生，也可能同时发生。二极管发生反向击穿时，如果回路中的限流电阻能将反向电流限制在允许的范围内，二极管不会损坏。当反向电压降低后，管子仍可以恢复到原来的状态，这就是电击穿。如果限流电阻太小，使反向电流超过其允许值，则二极管会发生热击穿，造成永久性损坏。（3）温度对二极管特性的影响 温度升高时，二极管的正向伏安特性曲线左移，正向压降减小

7、；温度每升高 1，正向电压降将降低 2。二极管的反向饱和电流也随温度的改变而改变，当温度每升高10 左右时，反向饱和电流将将增大一倍。击穿电压也受温度的影响，击穿电压小于 4 伏时，有负的温度系数；击穿电压大于 6 伏时，有正的温度系数；击穿电压介于 4 伏与 6 伏之间时，温度系数较小。（4）主要参数 二极管的主要参数有：额定整流电流 IF；反向击穿电压 U(BR)；最高允许反向工作电压 UR；反向电流 IR；正向电压降 UF；最高工作频率 fM。3.二极管的应用（整流、检波和限幅）1（1）二极管电路的模型分析法 二极管是一个非线性器件，分析二极管电路时应采用非线性电路的分析方法。图解分析法

8、和模型分析法是分析二极管电路的两种基本方法，模型分析法比较简便。模型分析法是根据二极管在电路中的实际工作状态，以及分析精度的要求，用一个线性电路模型代替实际的二极管。理想模型：正向导通时，二极管正向压降为零；反向截止时，二极管电流为零。恒压源模型：正向导通时，二极管正向压降为常数（硅管：，锗管：）；反向截止时，二极管电流为零。微变等效模型：如果电路中除了直流电源外，还有微变信号（交流小信号）时，则对后者，二极管可用交流等效电阻表示，其值与静态工作点有关，即。（2）整流与检波电路 整流与检波电路的工作原理相同，它们都是利用二极管的单向导电特性，将交变的双向信号，转变成单向脉动信号。（3）限幅电路

9、 在电子电路中，为了降低信号的幅度以满足电路工作的需要；为了保护某些器件不受大的信号电压作用而损坏，往往利用二极管的导通和截止限制信号的幅度，这就是所谓的限幅。4.硅稳压管的伏安特性及主要参数 稳压管是一种特殊的二极管，伏安特性与二极管类似，但它的反向击穿特性很陡。所以稳压管通常工作于反向击穿状态来稳定直流电压。由于硅半导体的温度特性好，通常稳压管是用硅材料制成的，称为硅稳压管。主要参数：1 稳定电压：电流为规定值时，稳压管两端的电压。最小稳定电流。最大允许工作电流和最大允许功率耗散，二者的关系为。动态电阻：在稳压范围内，。越小稳压管的稳压特性越好。温度系数：UZ 6V 时，为正值；UZ UB

10、UE UCUBUE，UB UC UB UE，UB UC UCE=UCES 截止 发射结反偏，集电结反偏 UB UE，UB UE，UB UC IC=0 4.伏安特性及主要参数（1）共射极输入特性（以NPN 管为例）输入特性表达式为：。当 UCE=0 时，输入特性相当于两个并联二极管的正向特性。当 UCE0 时，输入特性右移，UCE1V 后输入特性基本重合。因为发射结正偏，晶体管的输入特性类似于二极管的正向伏安特性。（2）共射极输出特性（以 NPN 管为例）共射极输出特性表达式为：。晶体管输出特性曲线的三个区域对应于晶体管的三个工作状态（饱和、放大和截止）。a）饱和区：此时 UCE很小，集电区收集

11、载流子的能力很弱。IC主要取决于 UCE，而与 IB关系不大。b）放大区：位于特性曲线近似水平的部分。此时，IC主要取决于 IB，而与 UCE几乎无关。c）截止区：位于 IB=ICBO的输出特性曲线与横轴之间的区域。此时，IC几乎为零。（3）主要参数 a）直流参数：共基极直流电流放大系数，共射极直流电流放大系数；集电极基极间反向饱和电流 ICBO，集电极发射极间穿透电流 ICEO。b）交流参数：共基极交流电流放大系数，共射极交流电流放大系数，其中，；共基极截止频率，共射极截止频率，特征频率，其中。c）极限参数：集电极最大允许功率耗散 PCM，集电极最大允许电流 ICM；反向击穿电压：U（BR）

12、CEO，U（BR）EBO，U（BR）CBO。（4）温度对参数的影响 1 温度每增加 1，UBE将减小(2mV；温度每增加 10左右，ICBO增加一倍；温度每增加 1，增大（1）%。放大电路的组成及工作原理 1.放大电路的组成原则 放大电路的作用是把微弱的电信号不失真地放大到负载所需要的数值。即要求放大电路既要有一定的放大能力，又要不产生失真。因此，首先要给电路中的晶体管（非线性器件）施加合适的直流偏置，使其工作在放大状态（线性状态），其次要保证信号源、放大器和负载之间的信号传递通道畅通。(1)直流偏置原则：晶体管的发射结正偏，集电结反偏。(2)对耦合电路的要求：第一，信号源和负载接入放大电路时

13、，不能影响晶体管的直流偏置；第二，在交流信号的频率范围内，耦合电路应能使信号无阻地传输。固定偏置的共射极放大电路如图所示。图中电容器 C1、C2起耦合作用，只要电容器的容量足够大，在信号频率范围内的容抗足够小，就可以保证信号无阻地传输；同时电容器又有“隔直”作用，信号源和负载不会影响放大器的直流偏置。这种耦合方式称为阻容耦合。图 共射放大电路 2.放大电路的两种工作状态 （1）静态：放大电路输入信号为零时的工作状态称为静态。静态时，电路中只有直流电源，晶体管的 UBEQ、UCEQ、IBQ和 ICQ都是直流量，称为静态工作点。1 （2）动态：放大电路输入信号不为零时的工作状态称为动态。动态时，电

14、路中的直流电源和交流信号源同时存在，晶体管的 uBE、uCE、iB和 iC都是直流和交流分量叠加后的总量。放大电路的目的是放大交流信号，静态工作点是电路能正常工作的基础。3.放大原理 在图所示电路中，合理设置静态工作点使晶体管工作在放大状态；当加入输入信号ui以后，ui和UBEQ同时作用在基极和发射极之间，ui的变化控制发射结两端的电压uBE，使基电流 iB在 IBQ的基础上叠加了交流分量 ib，相应的集电极电流 iC也在 ICQ的基础上叠加了交流分量 ic（=ib）；集电极电流 ICQ和 ic都在RC上产生压降，使 uCE也在 UCEQ的基础上叠加了交流分量 uce，通过耦合电容 C2以后负

15、载两端只有交流分量uo=uce。由此可见，输出信号 uo受输入信号 ui的控制，只要电路参数合理，就有 Uo大于 Ui，实现了放大输入信号的目的。放大电路的主要技术指标 1.输入电阻 Ri 输入电阻 Ri定义为放大电路输入端的电压Ui与输入电流 Ii的比值，即 Ri=Ui/Ii。它就是从放大电路输入端口视入的等效电阻。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。输入电阻的大小决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小，它表征了放大电路对信号源的负载特性。2.输出电阻 Ro 输出电阻 Ro定义为当信号电压源短路或信号电流源开路并断开负载电阻RL时，从放大电路

16、输出端口视入的等效电阻，即 1 式中，U 为从断开负载处加入的电压；I 表示由外加电压 U 引起流入放大电路输出端口的电流。若要求放大电路的输出电压不随负载变化，则输出电阻越小越好；若要求放大电路的输出电流不随负载变化，则输出电阻越大越好。输出电阻表征了放大电路带负载能力的特性。3.放大倍数 放大倍数（也称为增益）定义为放大电路输出信号的变化量与输入信号的变化量的比值。它有四种不同的形式：电压放大倍数；电流放大倍数；互阻放大倍数；互导放大倍数。放大倍数也常用“分贝”（dB）表示，例如电压放大倍数用分贝表示时，。放大倍数表征了放大电路的放大能力。4.全谐波失真度 D 由于放大器件特性的非线性，当

17、输入信号为正弦波时，输出信号含有谐波分量，输出波形发生畸变，即失真。谐波分量越多且越大，失真就越严重。所以常用谐波电压总有效值与基波电压有效值之比来表征失真的程度，定义为：5.动态范围 Uopp 动态范围（也称为最大不失真输出幅度）是指随着输入信号电压的增大，使输出电压的非线性失真度达到某一规定数值时的输出电压uo峰峰值，即 Uopp。6.频带宽度 fbw 放大电路的频带宽度（又称为通频带或带宽）定义为 fbw=fHfL。频带越宽，表示放大电路能够放大的频率范围越大。放大电路的分析方法 1 放大电路有静态和动态两种工作状态。分析放大电路时，首先要分析静态（直流）,然后再分析动态。分析静态时，用

18、放大电路的直流通路（耦合电容和旁路电容开路）；分析动态时，用放大电路的交流通路（直流电源、耦合电容和旁路电容短路）。1.图解法 图解法是分析非线性电路的常用方法。它既可以分析放大电路的静态，也可以分析放大电路的动态。（1）静态分析步骤 a）列出输入回路直流负载线方程，在晶体管输入特性曲线上作输入回路直流负载线，两者的交点就是静态工作点，即UBEQ和 IBQ。b）列出输出回路直流负载线方程，在晶体管输出特性曲线上作输出回路直流负载线，直流负载线与基极电流等于 IBQ的那条输出特性曲线的交点就是静态工作点，即UCEQ和 ICQ。（2）动态分析步骤 a）将输入信号叠加于静态电压UBEQ之上，画出 U

19、BE（=UBEQ+Ui）的波形；b）根据输入特性和 UBE的波形，画出 IB的波形，获得基极电流的交流分量 Ib的波形；c）利用交流通路算出交流负载线的斜率，通过静态工作点，画出交流负载线；d）由 Ib的波形，利用交流负载线画出 IC和 UCE的波形，获得 UCE的交流分量 Uce就可得到输出电压uo(=uce)。通过图解分析可得到输出信号电压和输入信号电压的最大值，从而计算出电路的电压放大倍数。通过图解分析也可得到 Uo与 Ui的相位关系以及放大电路的失真情况和动态范围。虽然说图解法是分析放大电路时常用的方法，然而在电路分析过程中，很难得到准确的晶体管特性曲线，同时小信号分析作图准确度较差，

20、实际上在小信号分析中并不常用。1 由于图解分析可以清楚地看到电路中的电压电流波形图，比较形象，对初学者理解电路的工作原理很有利，并且在分析放大电路的失真情况和动态范围时使用的较多。（3）共射极放大电路 Uopp的估算 当放大电路的静态工作点设置不合理并且输入信号较大时，晶体管有可能工作在非线性区（饱和或截止区），使输出电压波形出现削波现象，即产生饱和或截止失真。当静态工作点较高，靠近饱和区时，输出电压容易产生饱和失真；当静态工作点较低，靠近截止区时，输出电压容易产生截止失真。为此，估算放大电路 Uopp时，要从产生截止失真和饱和失真两个方面来分析。a）当静态工作点较低时，Uopp由下式决定：b

21、）当静态工作点较高时，Uopp由下式决定：式中 UCES为晶体管的饱和压降，一般小功率晶体管的饱和压降近似等于。当输出信号电压峰峰值小于 Uopp时，输出信号不会产生截止失真和饱和失真。2.静态工作点估算法 利用估算法（也称为近似计算法）分析放大电路静态工作点时，首先根据放大电路的直流通路列出输入回路的电压方程，近似估计晶体管的UBEQ（硅管：，锗管：）代入方程求解基极静态电流IBQ，从而计算 ICQ=IBQ；再列出输出回路的电压方程计算 UCEQ。3.微变等效电路法（1）指导思想 当交流信号幅值较小时，放大电路在动态时的工作点只是在静态工作点附近作为小的变化。虽然放大电路是非线性电路，但在较

22、小的变化范围内，晶体管的非线性特性可近似为线性特性，即可以用一个线性等效电路（线性化模型）来代替小信号时的晶体管，利用处理线性电路的方法分析放大电路。1（2）晶体管的微变等效电路 晶体管的 H 参数等效电路如图所示，它是用来分析晶体管低频应用时的等效电路。其中 Hie称为晶体管共射极输入电阻，也常用 Rbe作符号表示；Hre称为反向电压比或内电压反馈系数；Hfe为晶体管的正向电流放大系数，Hfe就是；Hoe称为晶体管共射极输出电导。由于管子的 Hre 和 Hoe均很小，可以忽略，所以在放大电路分析中，常用图（b）所示的简化的 H 参数微变等效电路来等效晶体管。（3）Rbe的计算公式 式中：晶体

23、管的基区体电阻 Rbb的值可通过查阅器件手册得到，低频小功率管可取 Rbb值为 300 欧姆。（4）用微变等效电路法分析放大电路的步骤 a）在静态分析之后，根据静态电流 IEQICQ计算晶体管的输入电阻Rbe；b）将交流通路中的晶体管用微变等效电路替代，画出放大电路的微变等效电路；c）根据微变等效电路，利用线性电路的分析方法，按照放大电路动态指标的定义，可分别求得放大电路的、Ro、Ri等技术指标。1 三种基本放大电路 （1）三种基本组态的判别 晶体管放大电路，按照管子的哪个电极作为输入和输出回路的公共端，可分别命名为共发射极、共集电极和共基极三种基本组态。三种基本组态的判别方法如表所列。（2）

24、三种基本放大电路的比较 共发射极、共集电极和共基极三种基本放大电路的性能各有特点，并且应用场合也有所不同。它们的性能特点如表所列。表 三种基本组态的判别 组态 接输入端（信号源）接输出端（负载）接交流地（公共端）共发射极 基极（b）集电极（c）发射极（e）共集电极 基极（b）发射极（e）集电极（c）共基极 发射极（e）集电极（c）基极（b）表 三种基本放大电路的性能特点 共发射极 共集电极 共基极 输入电阻的大小 中等 大 小 输出电阻的大小 较大 小 较大 电压放大能力 有 无（Au1）有 电流放大能力 有 有 无 Uo与 Ui的相位关系 反相 同相 同相 应用范围 低频，中间级 输入级，输

25、出级，缓冲级 高频，宽频带放大，恒流源 静态工作点的选择与稳定 （1）静态工作点的选择 1 a）为了防止晶体管损坏，静态工作点应设置在特性曲线的安全区内；b）若要放大电路动态范围大，静态工作点应设置在交流负载线的中间；c）若要放大电路输入电阻大，应减小静态工作点 ICQ值，使 Rbe增大；d）若要提高电压放大倍数，应增大静态工作点 ICQ值，使 Rbe减小；e）为了减小功耗，当信号较小时，应降低直流电源电压并减小静态工作点 ICQ值。（2）静态工作点的稳定 电路元器件的“老化”和环境温度的变化会影响静态工作点的稳定性，但温度变化引起晶体管的参数变化是放大电路静态工作点不稳定的主要因素。稳定静态

26、工作点的途径，除了选用温度系数小的元器件、使用前进行“老化”处理以及采用温度补偿电路以外，最常用的方法是利用负反馈电路技术。利用电流负反馈稳定静态工作点的电路如图所示。为了提高该电路的稳定性，通常要求流过偏值电阻（RB1、RB2）的静态电流满足 IIBQ，基极静态电位满足 UBQUBEQ。静态工作点的稳定过程如下：1 多级放大电路 多级放大电路由输入级、中间级和输出级组成。通常要求输入级具有输入阻抗高和噪声低的特性；中间级应有较大的电压放大倍数；输出级应有输出阻抗低和输出功率大的特点。（1）多级放大电路的耦合方式 阻容耦合、变压器耦合和直接耦合是常用的几种耦合方式。前两种耦合电路的共同特点是各

27、级静态工作点相互独立，调整比较方便，但低频响应较差，不能放大频率较低的信号。变压器耦合电路的另一个特点是它具有阻抗变换的能力。直接耦合电路可以放大低频信号，但各级电路的静态工作点是相互有关联的。因此，这种耦合电路存在级间电位配合以及零点漂移两个特殊问题。（2）直接耦合电路的特殊问题 a）级间电位配合 直接耦合电路级联后，后级电路的静态工作点会影响前级电路的静态工作点，如果级间电位配合不好，整个电路将不能正常工作。通常利用提高后一级的发射极电位、设置电平移位电路、采用双电源以及 NPN型与PNP型晶体管互补电路等来解决电位配合问题。b）零点漂移 放大电路在静态时，输出端电位的不规则变化称为零点漂

28、移。实际上，零点漂移就是静态工作点不稳定的问题。解决这一特殊问题的方法与稳定静态工作点的方法类似。1 在直接耦合电路中，前级电路的零点漂移会被后级电路逐级放大，零点漂移严重时有可能使后级放大电路不能正常工作。由于阻容耦合和变压器耦合电路不能放大变化缓慢的信号，所以零点漂移对这两种电路的危害比直接耦合电路小。零点漂移的大小，通常用折合到输入端的零点漂移电压的大小来衡量。例如，某放大电路输出端的零点漂移电压为，电压放大倍数为，则折合到输入端的零点漂移电压为。（3）多级放大电路的分析计算方法 a）静态分析 阻容耦合和变压器耦合电路的静态工作点分析与基本放大电路相同。直接耦合电路静态工作点的分析十分麻

29、烦，学习时重点掌握解决问题的思路和方法，计算问题可利用计算辅助分析的工具解决。b）动态分析 多级放大电路总的电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，级间的相互关系表现为各级电路的输入和输出电阻之间的关系。解决这一问题的方法有两种：一种是把后级的输入电阻作为前级的负载电阻，通过后级的输入电阻反映后即对前级的影响；另一种是把前级的开路电压作为后级的信号源电压，前级的输出电阻作为后级的信号源内阻，通过前级的输出电阻反映前级对后级的影响。必须指出，这两种方法不能同时混用，如果计算前级放大倍数时把后级看作了前级的负载，计算后级放大倍数时就在不能考虑信号源内阻，反之相似。多级放大电路总的输入电阻等于第一级

30、放大电路的输入电阻。多级放大电路总的输出电阻等于最后一级放大电路的输出电阻。多级放大电路的动态范围 Uopp等于最后一级放大电路的动态范围。放大电路的频率响应 （1）频率响应的基本概念 a）影响放大电路频率响应的主要因素 1 放大电路中电抗性元件的阻抗是频率的函数，它们使电路的放大倍数随信号频率的变化而变化。其中耦合电容和旁路电容影响放大电路的低频特性；晶体管的结电容和分布电容影响放大电路的高频特性。b）频率响应及其主要指标 频率响应是放大电路输入正弦波小信号的条件下，测量或分析其 Au f、f 的关系，并用 fL、fH、fbw定量描述其频率特性的方法。其中 Au f 为幅频特性，f 为相频特

31、性。它是在频率的范畴内研究放大电路的频率特性，所以称为频域法，也称为稳态法。上限截止频率fH和下限截止频率fL定义为信号频率变化时，电路增益的幅值下降到所对应的频率，其中 Aum为中频时电路增益的幅值。当信号频率升高时，增益下降到所对应的频率称为上限频率 fH；当信号频率降低时，增益下降到所对应的频率称为下限频率 fL。频带宽度 fbw定义为上、下限截止频率之差值，即 fbw=fHfL。当 fHfL时，fbwfH。增益带宽积 GBP 定义为中频增益与带宽乘积，即 GBP=AumfbwAumfH。该指标综合表征了增益与频带宽度的指标。c）线性失真 当放大电路输入非正弦波信号，且电路无非线性失真（

32、饱和、截止失真）时，由于放大电路对输入信号中不同频率分量具有不同的放大能力和相移，产生输出波形的失真，称为线性失真，也称为频率失真。线性失真包括幅度失真和相位失真。d）瞬态响应及其主要指标 当放大电路输入阶跃信号时，放大电路输出信号随时间变化的特性就是瞬态响应，也称为阶跃响应。它是以时间作参量来描述放大电路的频率特性，所以又称为时域法。上升时间 tr和平顶降落率 是表征瞬态响应的指标。在单极点的情况下，理论和实践均证明上升时间 tr与上限频率 fH之间的关系可近似表述为 fH tr。1（2）频率响应的分析计算方法 a）晶体管高频等效电路 h 参数微变等效电路是晶体管的低频等效电路，仅适用低频小

33、信号分析；混合 型等效电路是考虑了晶体管结电容效应的物理模型，具有较大的通用性，可适用于高频信号的分析。为了分析方便，对混合 型等效电路进行简化，并用密勒定理等效后的晶体管高频等效电路如图所示。图中，密勒等效电容 CM（1+Aum）Cbc，CceCbc，gm0/rbeIEQ/UT。b）放大电路频率响应的分析方法 分析频率响应时，应使用密勒等定理效后的晶体管高频等效电路，并将放大电路分为中频、低频和高频三个工作区域，分别画出三个区域的微变等效电路，根据电路分别写出三个区域频率响应的表达式，求出相应的参数 Aum、fH和 fL，由此可画出幅频响应和相频响应曲线。画各个区域等效电路的原则如下：中频区

34、：直流电源、耦合电容和旁路电容视为短路；结电容、分布电容和负载电容视为开路。高频区：直流电源、耦合电容和旁路电容视为短路；结电容、分布电容和负载电容保留。低频区：结电容、分布电容和负载电容视为开路；直流电源视为短路；耦合电容和旁路电容保留。1 c）上下限截止频率的近似计算方法 为了快速获得上下限截止频率 fH和 fL，常用时间常数法近似计算。具体步骤如下：分别求出电路中每一个电容元件确定的时间常数。其中 Cn是电路中某一个电容元件，此时其它影响高频特性的电容元件均开路（影响低频特性的电容元件均短路），电压源短路（电流源开路），画出等效电路，求出与电容元件 Cn并接的等效电阻 Rn。按此方法求出

35、所有电容元件的时间常数后，再根据下列情况计算 fL和 fH（以图所示的单管放大电路为例）。低频区：输入回路的耦合电容 C1和旁路电容 Ce可以等效为一个电容，求出所对应的时间常数；输出回路的耦合电容 C2的时间常数为。若，下限截止频率 fLfL2=1/（）；若，下限截止频率 fLfL1=1/（）；如果两个时间常数大小比较接近，下限截止频率 高频区：输入回路的Cbe及密勒电容 CM可以等效为一个电容Ci，求出 Ci所对应的时间常数为；输出回路的Cce和 Cce可以等效为一个电容 Co，求出 Co所对应时间常数为。若，上限截止频率 fHfH1=1/（）；若，上限截止频率 fHfH2=1/（）；如果

36、两个时间常数大小比较接近，上限截止频率 必须强调指出：上述求时间常数时出现的两个R1、R2，仅是一个等效电阻的符号，它们在低频区和高频区分别代表不同的等效电阻。1 同理，对多级放大电路而言，可用同样的方法求出各个时间常数，分别按下式计算上下限截止频率：第四章 集成运算放大器 集成运放概述 1.集成电路中元器件的特点 由于集成电路是利用半导体生产工艺把整个电路的元器件制作在同一块硅基片上，与分立元件电路相比，集成电路中的元件有如下特点：（1）相邻元器件的特性一致性好；（2）用有源器件代替无源器件；（3）二极管大多由三极管构成；（4）只能制作小容量的电容器。2.集成运放的典型结构 集成运算放大器是

37、一种高增益的直接耦合多级放大电路，它由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成，其典型结构如图所示。1 一般要求输入级的输入电阻大、失调和零漂小；中间级的电压放大倍数大；输出级的输出电阻小、带负载能力强；偏置电路为各级提供稳定的偏置电流。通常输入级采用差分放大电路；中间级采用共射放大电路；输出级采用互补推挽乙类放大电路；偏置电路采用电流源电路。差分放大电路 典型的差分放大电路如图所示。1.电路的主要类型 按输入输出方式分：有双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出和单端输入单端输出四种类型。按共模负反馈的形式分：有典型电路和射极带恒流源的电路两种。1 2电路的主要特点 （1）电路

38、结构具有对称性 两个晶体管的参数相同，电路两边完全对称。（2）抑制零点漂移 由于电路两边完全对称，两个晶体管集电极的零点漂移也相等，双端输出时电路的零点漂移为零；单端输出时射极电阻 RE的共模负反馈具有抑制零点漂移的能力。即差分放大电路利用电路的对称性和共模负反馈抑制零点漂移。（3）抑制共模信号 当两个输入信号为大小相等、方向相同的“共模信号”时，由于电路的对称性和共模负反馈的作用，输出共模信号很小。双端输出时，输出共模信号近似为零。（4）放大差模信号 当两个输入信号为大小相等、方向相反的“差模信号”时，由于电路的对称性，两个输出端有大小相等、方向相反的“差模信号”输出。双端输出时，输出差模信

39、号等于两边输出电压之和，即该电路对差模信号有较大的放大能力。（5）共模抑制比 差分放大电路对差模信号有较强的放大能力，而对共模信号有较强的抑制能力。即差模放大倍数大，而共模放大倍数小。为了综合评价差分放大电路性能定义共模抑制比，越大越好。2.静态分析方法 利用电路的对称性，将电路分解成两半，原电路中的RE（电流为 2IE1）在等效电路中应该为2RE（电流为 IE1），根据电路列方程求解静态工作点。1 3.动态分析方法 （1）小信号差模特性 按差模信号的性质画出差模等效电路，分析计算差模电压放大倍数、差模输入电阻和输出电阻。对图所示的典型电路，当电路输入差模信号时，流过射极电阻 RE的信号电流等

40、于零。分析差模电压放大倍数时射极按“交流地”处理，分析差模输入电阻时射极电阻 RE按开路处理。根据电路的对称性，双端输出时负载电阻折半处理，单端输出时负载电阻不必折半。（2）小信号共模特性 按共模信号的性质画出共模等效电路，分析计算共模电压放大倍数、共模输入电阻和共模抑制比。对图所示的典型电路，当电路输入共模信号时，流过射极电阻 RE的信号电流等于单管射极电流的两倍，共模等效电路中的射极电阻按 2RE处理。（3）任意输入信号分解 如果电路的两个输入信号既不是差模信号又不是共模信号，这时可将两个任意输入信号uI1和 uI2分解成差模和共模两种性质的输入信号。uI1=uI+uId/2,uI1=uI

41、-uId/2 其中，电路的总输出信号为：差分放大电路的单端输入方式相当于双端输入方式时uI1或 uI2等于零的情况。图所示典型电路的技术指标如表所列。（4）大信号特性 1 当输入信号在26mV 范围内，电流与电压之间有良好的线性关系。当输入信号超过100 mV 后，两个放大管的电流几乎不再随输入电压变化，出现了一个管子进入截止区，而另一个管子的电流则接近 IE（=IE1+IE2）的情况，这是很有用的限幅特性。表典型差分电路的技术指标 集成运放的特性 1主要参数 为了能合理选择和正确使用集成运算放大器，就必须正确理解运放各种参数的含义，学会查阅集成电路手册，下面列出几种常用的参数。（1）交流参数

42、 1 交流参数主要有：开环差模电压增益 Aud，共模抑制比 KCMR，差模输入电阻 rid，输出电阻ro，开环带宽（-3dB 带宽）fH，单位增益带宽 fBWG，单位增益上升速率 SR，建立时间 Tset，最大差模输入电压 UIDM，最大共模输入电压 UICM，最大输出电流 IoM，输出电压峰-峰值 Uopp等。（2）直流参数 直流参数主要有：输入失调电压 UIO，输入偏置电流 IIB，输入失调电流 IIO，失调电压的温漂 DUIO/DT，失调电流的温漂 DIIO/DT 等。2低频等效电路 集成运放是电子电路中常用的器件，根据需要建立合理的等效电路有利于电路分析。在低频情况下，运放的等效电路如

43、图所示；如果仅研究差模信号的放大问题，不考虑偏置电流IIB、失调电压 UIO、失调电流 IIO的影响时，集成运放的简化低频等效电路如图所示。图 集成运放低频等效电路 图集成运放简化低频等效电路 3理想运算放大器 理想运算放大器主要参数、和，、和0。1 第五章 反馈和负反馈放大电路 反馈的基本概念 1.什么是反馈 在电子电路中，把放大电路的输出量（电压或电流）的一部分或者全部通过一定的网络返送回输入回路，以影响放大电路性能的措施，称为反馈。2.交流反馈与直流反馈 在放大电路的交流通路中存在的反馈称为交流反馈，直流通路中存在的反馈称为直流反馈，前者影响放大电路的动态性能，后者主要影响放大电路的静态

44、性能。3.正反馈与负反馈 当电路中引入反馈后，反馈信号能削弱输入信号的作用，称为负反馈。负反馈能使输出信号维持稳定。相反，反馈信号加强了输入信号的作用，称为正反馈。正反馈将破坏电路的稳定性。常用瞬时极性法判别正负反馈。4负反馈放大电路的方框图及一般表达式 负反馈放大电路是由基本放大电路和反馈网络组成，电路的方框图如图所示。1 基本放大电路的放大倍数称为开环放大倍数，反馈网络的传输系数称为反馈系数，负反馈放大电路的放大倍数称为闭环放大倍数，它们的定义如下：，基本放大电路的净输入信号为：闭环放大倍数的一般表达式为：如果只讨论中频段的情况，、和都是实数，上式可改写为：其中：的大小反映了反馈程度的强弱，称为反馈深度。对于闭环放大倍数的一般表达式，当 （1）时，电路引入了负反馈。（2）时，电路引入了正反馈。（3）时，电路无反馈。（4）时，电路产生了自激振荡。