电子一二章讲稿

电子一二章讲稿第一章半导体器件一、教学内容半导体基本知识；半导体二极管；稳压管；半导体三极管；场效应晶体管。二、教学要求1、理解半导体基本知识；2、掌握半导体二极管基本结构、工作原理、主要特性和参数；3、稳压管的基本结构及工作原理；4、掌握半导体三极管基本结构、工作原理、主要特性和参数；5、理解场效应晶体管的基本结构及工作原理。三、重点半导体二极管单向导电性；三极管处于不同工作状态时，应满足的条件、特征。四、教学时间4学时五、教学方法讲授六、教学手段主要采用多媒体教学，辅以少量的传统板书。电子技术59111半导体基本知识一、本征半导体所谓半导体，顾名思义，就是它的导电能力介乎导体和绝缘体之间。用得最多的半导体是锗和硅，都是四价元素。将锗或硅材料提纯后形成的完全纯净、具有晶体结构的半导体就是本征半导体。半导体的导电能力在不同条件下有很大差别。一般来说，本征半导体相邻原子间存在稳固的共价键，导电能力并不强。但有些半导体在温度增高、受光照等条件下，导电能力会大大增强。半导体的这种与导体和绝缘体截然不同的导电特性是由它的内部结构和导电机理决定的。在半导体共价键结构中，价电子（原子的最外层电子）不像在绝缘体（8价元素）中那样被束缚得很紧，在获得一定能量（温度增高、受光照等）后，即可摆脱原子核的束缚（电子受到激发），成为自由电子，同时共价键中留下的空位称为空穴。本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现，成为电子空穴对。产生电子空穴对的过程称为激发。电子带负电，空穴带正电，统称载流子。在外电场的作用下，半导体中将出现两部分电流一是自由电子作定向运动形成的电子电流，一是仍被原子核束缚的价电子（不是自由电子）递补空穴形成的空穴电流。这是半导体和金属在导电机理上的本质区别。影响半导体导电能力的因素加热、光照、掺杂。二、P型半导体和N型半导体相对而言，本征半导体中载流子数目极少，导电能力仍然很低。但如果在其中掺入微量的杂质，所形成的杂质半导体的导电性能将大大增强。由于掺入的杂质不同，杂质半导体可以分为N型和P型两大类。电子技术2591、P型半导体P型半导体中掺入的杂质为硼或其他三价元素，硼原子在取代原晶体结构中的原子并构成共价键时，将因缺少一个价电子而形成一个空位电中性，当硅原子外层电子由于热运动填补此空位时,杂质原子成为不可移动的负离子,同时,在硅原子的共价键中产生一个空穴,于是半导体中的空穴数目大量增加，空穴成为多数载流子，而自由电子则成为少数载流子。如图所示。2、N型半导体N型半导体中掺入的杂质为磷或其他五价元素，磷原子在取代原晶体结构中的原子并构成共价键时，多余的第五个价电子很容易摆脱磷原子核的束缚而成为自由电子，于是半导体中的自由电子数目大量增加，自由电子成为多数载流子，空穴则成为少数载流子。如图所示。注意不论是N型半导体还是P型半导体，虽然都有一种载流子占多数，但整个晶体仍然是不带电的。电子技术359三、PN结及其单向导电性1、PN结的形成P型和N型半导体并不能直接用来制造半导体器件。通常是在N型（或P型）半导体的局部再掺入浓度较大的三价（或五价）杂质，使其变为P型（或N型）半导体，在P型和N型半导体的交界面就会形成PN结，而PN结就是构成各种半导体器件的基础。其中，图A所示的是一块晶片，两边分别形成P型和N型半导体。为便于理解，图中P区仅画出空穴（多数载流子）和得到一个电子的三价杂质负离子，N区仅画出自由电子（多数载流子）和失去一个电子的五价杂质正离子。根据扩散原理，空穴要从浓度高的P区向N区扩散，自由电子要从浓度高的N区向P区扩散，并在交界面发生复合耗尽），形成载流子极少的正负空间电荷区（如图B所示），也就是PN结，又叫耗尽层。正负空间电荷在交界面两侧形成一个由N区指向P区的电场，称为内电场，它对多数载流子的扩散运动起阻挡作用，所以空间电荷区又称为阻挡层。同时，内电场对少数载流子（P区的自由电子和N区的空穴）则可推动它们越过空间电荷区，这种少数载流子在内电场作用下有规则的运动称为漂移运动。电子技术459扩散和漂移是相互联系，又是相互矛盾的。在一定条件下（例如温度一定），多数载流子的扩散运动逐渐减弱，而少数载流子的漂移运动则逐渐增强，最后两者达到动态平衡，空间电荷区的宽度基本上稳定下来，PN结就处于相对稳定的状态。2、PN结的单向导电性PN结具有单向导电的特性，这也是由其构成的半导体器件的主要工作机理。（1）PN结加正向电压导通如果在PN结上加正向电压如上图，外电场与内电场的方向相反，扩散与漂移运动的平衡被破坏。外电场驱使P区的空穴进入空间电荷区抵消一部分负空间电荷，同时N区的自由电子进入空间电荷区抵消一部分正空间电荷，于是空间电荷区变窄，内电场被削弱，多数载流子的扩散运动增强，形成较大的扩散电流（由P区流向N区的正向电流）。在一定范围内，外电场愈强，正向电流愈大，这时PN结呈现的电阻很低，即PN结处于导通状态。（2）PN结加反向电压截止如果在PN结上加反向电压如上图，外电场与内电电子技术559场的方向一致，扩散与漂移运动的平衡同样被破坏。外电场驱使空间电荷区两侧的空穴和自由电子移走，于是空间电荷区变宽，内电场增强，使多数载流子的扩散运动难于进行，同时加强了少数载流子的漂移运动，形成由N区流向P区的反向电流。由于少数载流子数量很少，因此反向电流不大，PN结的反向电阻很高，即PN结处于截止状态。综上所述PN结加正向电压,处于导通状态；加反向电压,处于截止状态。【练习与思考】1、影响半导体导电能力的因素2、PN结的单向导电性电子技术65912半导体二极管一、基本结构将PN结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二极管。P区对应的称为阳极（或正极），N区对应的称为阴极（或负极）。按结构分，二极管有点接触型和面接触型两类。图（A）所示为点接触型（一般为锗管），它的PN结结面积很小，因此不能通过较大电流，但其高频性能好，一般适用于高频和小功率的工作，也用作数字电路中的开关元件。图（B）所示为面接触型（一般为硅管），它的PN结结面积大，因此能通过较大电流，但其工作频率较低，一般用作整流元件。图C、D所示为二极管的内部结构和符号。二、伏安特性二极管既然是一个PN结，当然具有单向导电性。1、正向特性图中UON称为死区电压，通常硅管的死区电压约为05V，锗管约为01V。当外加正向电压低于死区电压时，外电场还不足以克服内电场对扩散运动的阻挡，正向电电子技术759流几乎为零。当外加正向电压超过死区电压后，内电场被大大削弱，正向电流增长很快，二极管处于正向导通状态。导通时二极管的正向压降变化不大，硅管约为0608V，锗管约为0203V。温度上升，死区电压和正向压降均相应降低。2、反向特性图中UBR称为反向击穿电压，当外加反向电压低于UBR时，二极管处于反向截止区，反向电流几乎为零，但温度上升，反向电流会有增长。当外加反向电压超过UBR后，反向电流突然增大，二极管失去单向导电性，这种现象称为击穿。普通二极管被击穿后，由于反向电流很大，一般会造成“热击穿”，不能恢复原来性能，也就是失效了。3、温度特性二极管的特性对温度很敏感，温度升高，正向特性曲线向左移，反向特性曲线向下移。其规律是在室温附近,在同一电流下，温度每升高1，正向压降减小225MV；温度每升高10，反向电流约增大1倍。图中虚线所示。三、主要参数1、最大正向平均电流IFM。它是二极管允许通过的最大正向电流的平均值，又称最大整流电流。工作时应使平均工作电流小于IFM，如超过IFM，二极管将过热而烧毁。此值取决于PN结的面电子技术859积、材料和散热情况。2、最高反向工作电压UDRM。这是二极管允许的最大反向工作电压。当反向电压超过此值时，二极管可能被击穿。为了留有余地，通常取击穿电压的一半作为UDRM。3、最大反向电流IRM。指在室温下二极管未击穿时的反向电流值。此值越小，二极管的单向导电性越好。由于反向电流是由少数载流子形成，所以IRM值受温度的影响很大。二极管的应用范围很广，主要都是利用它的单向导电性，可用于整流、检波、限幅、元件保护以及在数字电路中用作开关元件等。电子技术95913稳压管稳压二极管是一种特殊的面接触型二极管，其伏安特性和符号如图所示。由图可见，其特性和普通二极管类似，但它的反向击穿是可逆的，不会发生“热击穿”，而且其反向击穿后的特性曲线比较陡直，即反向电压基本不随反向电流变化而变化，这就是稳压二极管的稳压特性。稳压二极管的主要参数为稳压值UZ和最大稳定电流IZ，稳压值UZ一般取反向击穿电压。稳压二极管使用时一般需串联限流电阻，以确保工作电流不超过最大稳定电流IZ。电子技术591014半导体三极管一、基本结构通俗来讲，三极管内部为由P型半导体和N型半导体组成的三层结构，根据分层次序分为NPN型和PNP型两大类。如下图所示，图A、B所示为NPN型三极管的内部结构，图C为NPN（一般为硅管）和PNP（一般为锗管）三极管的符号。上述三层结构即为三极管的三个区,中间比较薄的一层为基区，另外两层同为N型或P型，其中尺寸相对较小、多数载流子浓度相对较高的一层为发射区，另一层则为集电区。三极管的这种内部结构特点，是三极管能够起放大作用的内部条件。三个区各自引出三个电极，分别为基极（B）、发射极（E）和集电极（C）。如图B所示，三层结构可以形成两个PN结，分别称为发射结和集电结。三极管符号中的箭头方向就是表示发射结的方向。三极管内部结构中有两个具有单向导电性的PN结，电子技术5911因此当然可以用作开关元件，但同时三极管还是一个放大元件，正是它的出现促使了电子技术的飞跃发展。二、电流放大作用上图所示为验证三极管电流放大作用的实验电路，这种电路接法称为共射电路。其中，直流电压源VCC应大于VBB，从而使电路满足放大的外部条件发射结正向偏置，集电极反向偏置。改变可调电阻RB，基极电流IB，集电极电流IC和发射极电流IE都会发生变化，由测量结果可以得出以下结论（1）IEIBIC（符合基尔霍夫电流定理）（2）ICIB（称为电流放大系数，可表征三极管的电流放大能力）（3）ICIB由上可见，三极管是一种具有电流放大作用的模拟器件。内部载流子的运动发射区向基区扩散电子由于发射结处于正向偏置，发射区的多数载流子（自由电子）不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。电子在基区扩散和复合由于基区很薄，其多数载流子（空穴）浓度很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少部分可以和基区空穴复合，形成比较小的基极电流IB，而剩下的绝大部分电子都能扩散到集电结边缘。集电区收集从发射区扩散过来的电子由于集电电子技术5912结反向偏置，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。三、三极管的特性曲线1、输入特性曲线三极管的输入特性是指当集射极电压UCE为常数时，基极电流IB与基射极电压UBE之间的关系曲线。如下图所示。对硅管而言，当UCE超过1V时，集电结已经达到足够反偏，可以把从发射区扩散到基区的电子中的绝大部分拉入集电区。如果此时再增大UCE，只要UBE保持不变（从发射区发射到基区的电子数就一定），IB也就基本不变。就是说，当UCE超过1V后的输入特性曲线基本上是重合的。由图可见，和二极管的伏安特性一样，三极管的输入特性也有一段死区，只有当UBE大于死区电压时，三极管才会出现基极电流IB。通常硅管的死区电压约为05V，锗管约为01V。在正常工作情况下，NPN型硅管的发射结电压UBE为0607V，PNP型锗管的发射结电压UBE为0203V。2、输出特性曲线三极管的输出特性是指当基极电流IB一定时，集电极电流IC与集射极电压UCE之间的关系曲线。在不同的IB下，可得出不同的曲线，所以三极管的输出特性是一组曲线。如下图所示。电子技术5913通常把输出特性曲线分为三个工作区放大区输出特性曲线的近于水平部分是放大区。在放大区,ICIB,由于在不同IB下电流放大系数近似相等，所以放大区也称为线性区。三级管要工作在放大区，发射结必须处于正向偏置，集电结则应处于反向偏置，对硅管而言应使UBE0，UBC0。截止区IB0的曲线以下的区域称为截止区。实际上，对NPN硅管而言，当UBE05V时即已开始截止，但是为了使三极管可靠截止，常使UBE0V，此时发射结和集电结均处于反向偏置。饱和区输出特性曲线的陡直部分是饱和区，此时IB的变化对IC的影响较小，放大区的不再适用于饱和区。在饱和区，UCEUBE，发射结和集电结均处于正向偏置。四、主要参数1、电流放大系数共发射极直流电流放大系数ICI。B共发射极交流电流放大系数ICIUCE常数。体B现共射极接法之下的电流放大作用。2、穿透电流ICEO电子技术5914基极开路，集电结处于反向偏置的条件下，集、射极间的反向漏电流。ICEO受温度影响很大，它们均随温度的升高而增大，造成三极管工作不稳定。3、集电极最大允许电流ICM4、集电极最大允许耗散功率PCM当三极管工作时，管子两端电压为UCE，集电极电流为IC，因此集电极损耗的功率为PCMICUCE。5、反向击穿电压UBRCEO基极开路时，集电极发射极间的反向击穿电压。电子技术591515场效应晶体管场效应管按其结构的不同可分为结型场效应管和绝缘栅型场效应管两种类型。一、N沟道增强型绝缘栅场效应管1、基本结构2、工作原理当栅源之间不加电压时，漏源之间是两个背向的PN结，不存在导电沟道，因此即使加上漏源电压也不会产生漏极电流。当UDS0，UGS0时，栅极电流为零。但是栅极金属层聚集电荷，它们排斥P型衬底靠近SIO2一侧的空穴，剩下不能移动的负离子区，形成耗尽层。如图A所示。当UGS增大时，耗尽层增宽，衬底的自由电子吸引到耗尽层与绝缘层之间，形成一个N型薄层，即反型层。这个反型层就是漏源之间的导电沟道。沟道刚刚形成对应的栅源电压叫开启电压UGSTH,它越大，反型层越厚。如图B。电子技术5916当UGS是大于UGSTH的一个确定值时，若加上UDS正向电压就会产生漏极电流。此时UDS对导电沟道的影响与结型场效应管一样。UDS增大到UGDUGSTH时在漏极一侧出现预夹断。UDS在增大，夹断区随之延长，管子进入恒流区。如下图所示。3、特性曲线二、N沟道耗尽型绝缘栅场效应管1、基本结构增强型N沟道MOSFET在UGS0时，管内没有导电沟道。而耗尽型则不同，它在UGS0时就存在导电沟电子技术5917道。这种器件在制造过程中，在栅极下面的SIO2绝缘层中掺入了大量碱金属正离子如NA或K，形成许多正电中心。这些正电中心的作用如同加正栅压一样，在P型衬底表面产生垂直于衬底的自建电场，排斥空穴，吸引电子，从而形成表面导电沟道，称为原始导电沟道。2、工作原理由于UGS0时就存在原始沟道，所以只要此时UDS0，就有漏极电流。如果UGS0，指向衬底的电场加强，沟道变宽，漏极电流ID将会增大。反之，若UGS0，则栅压产生的电场与正离子产生的自建电场方向相反，总电场减弱，沟道变窄，沟道电阻变大，ID减小。当UGS继续变负，等于某一阈值电压时，沟道将全部消失，ID0，管子进入截止状态。3、特性曲线三、场效应晶体管的主要参数1、跨导GM跨导GM的定义为GDMIUUM/VDS常数，GSGM的大小可以反映栅源电压UGS对漏极电流ID的控制能力的强弱。2、直流输入电阻RGS对结型场效应管，RGS在1081012之间。对MOS管，RGS在10101015之间。通常认为RGS。3、漏极饱和电流IDSS电子技术5918D的最大允许值。电子技术59对应UGS0时的漏极电流。4、漏极最大耗散功率PDMPDM是漏极耗散功率PDUDSI19第二章基本放大电路一、教学内容三极管放大电路的组成及工作原理；放大电路的静态分析；放大电路的动态分析；静态工作点的稳定；射极输出器；场效应管放大电路；多级放大电路；功率放大电路；差分放大电路；集成运算放大器；负反馈放大器二、教学要求1、理解放大电路的主要性能指标；2、掌握共射极单管放大电路的静态工作点估算和小信号模型分析方法；3、掌握工作点稳定放大电路、射极跟随器的电路组成，工作原理、分析方法；4、了解场效应管放大电路的组成和工作原理；5、理解多极放大电路的基本组成和工作原理；6、理解差分放大器和功率放大器的基本组成和工作原理；7、掌握集成运算放大器的基本组成和特点及参数；8、掌握负反馈放大器的分析方法；9、了解反馈的概念，负反馈的方式的判别及负反馈对放大电路性能的影响。三、重点、难点1、重点共射极单管放大电路、射极跟随器的静态工作点估算和小信号模型分析方法。2、难点小信号模型分析方法、图解法。四、教学时间8学时五、教学方法讲授六、教学手段主要采用多媒体教学，辅以少量的传统板书。电子技术205921三极管放大电路的组成及工作原理一、单管放大电路的组成共发射极放大电路共发射极放大电路各元件作用晶体管T电流放大元件,ICIB电源UBB与UCC偏置电源,保证晶体管工作在放大区域（发射结正偏,集电结反偏）；同时，也是放大电路能量的来源。基极电阻RB偏置电阻，调节晶体管偏置电流IB、IC，使其有一个合适的工作点。集电极电阻RC将晶体管变化的电流IC转化为变化的电压，使UCE随着IC变化而变化，以获得输出电压UO，这是实现放大的关键。耦合电容C1、C2隔直流，通交流。二、放大电路的工作原理在上图中UI0时，晶体管的各级电流、发射结电压、管压降称为静态工作点。记作IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ。电子技术2159波形分析如下电子技术输入信号基极电流IBIBQIBUCEUCEQUCE与输入电压相反且放大了的输出交流电压225922放大电路的静态分析由放大电路的工作原理可知，放大电路工作在放大状态时，电路中交直流信号是并存的。为了便于分析，常将交流信号和直流信号分开研究。这样就需要根据电路的具体情况，正确地画出直流通路和交流通路。直流通路是指在直流电源作用下，直流电流所流经的路径，用于研究静态工作点。画直流通路的原则1电容视为开路2电感视为短路3信号源短路，但保留其内阻。一、估算法由KVL得VCCIBRBUBEIVCCUBEBRB当UVCCBEVCC时，IBRBICIB由KVL得UCEVCCICRC二、图解法图解分析法就是利用三极管的输入、输出特性曲线，通过作图的方法对放大电路的性能指标进行分析。图解法进行静态分析，即对放大电路未加输入信号时的工作状态进行分析，求解电路中各处的直流电压和直流电流。图解法静态分析的目的就是确定静态工作点，求出电子技术直流通路2359三极管各极的直流电压和直流电流，分析对象是直流通路，分析的关键是作直流负载线。由分析可知静态工作点既在输入、输出特性曲线上，又在电路直流通路的输入回路、输出回路上。步骤1）在输入特性曲线上画出直流通路输入回路方程确定的直线，即输入回路负载线，二者的交点即为Q，读出IBQ、UBEQ；2）在输出特性曲线上画出直流通路输出回路方程确定的直线，即输出回路负载线。3）输出回路负载线与IBQ那支曲线的交点即为静态工作点在输出特性曲线上的位置，读出ICQ，UCEQ。电子技术245923放大电路的动态分析动态放大电路有信号输入（UI0）时的工作状态。动态分析计算电压放大倍数AU、输入电阻RI、输出电阻RO等。交流通路是指在输入信号作用下，交流电流所流经的路径，用于研究动态参数。画交流通路的原则1是容量大的电容视为短路（如耦合电容）2直流电压源（忽略其内阻）视为短路。一、图解法1、电压放大倍数的分析图解法动态分析的目的是观察放大电路的工作情况，研究放大电路的非线性失真并求解最大不失真电压幅值。动态分析的对象是交流通路，分析的关键是作交流负载线。2、电压放大倍数的分析截止失真消除法增大VBB电子技术2559饱和失真消除法增大RB，减小RC，减小，增大VCC。二、小信号模型分析法1、三极管的小信号模型电路晶体管的动态输入电阻RUBEUBEBEIUCEBIUCEBRMVBE估算公式RBE300126IMAEICIB即ICIB电子技术2659晶体管输入特性曲线晶体管输出特性曲线三极管的小信号模型电路2、交流通路的小信号模型动态参数计算电子技术交流通路交流通路的小信号模型2759电压放大倍数AUOICRLIBRLRUUILIBRBEIBRBERBE当放大电路输出端开路未接RRCL时，AURBE输入电阻RURBRBEIIIRRBE（当RBRBE时）IBRBE输出电阻求RO的步骤（加压求流法）断开负载RL；令ES0或UI0；外加电压UO；求IO。由KCL得IOICIRCIBIRCIB0IC0IUOOIRCRRUOOIRCCO电子技术285924静态工作点的稳定静态工作点不仅决定了输出波形是否失真，而且还影响电压放大倍数及输入电阻等动态参数，所以在设计和调试放大电路时，必须设置一个合适的静态工作点Q。影响工作点不稳定的原因很多，例如电源电压变化、电路参数变化、管子老化等等，但是最主要的原因是由于三极管的参数（ICBO、UBE、等）随温度的变化而造成静态工作点的不稳定。24静态工作点的稳定一、一、温度对静态工作点的影响温度对Q点的影响二、工作点稳定的放大电路其中CE为旁路电容，在交流通路中可视为短路。稳定原理电子技术2959设UBEQUBEUBE若UBQUBEUBE，则IEQ稳定。RE的直流负反馈作用TICQIEQUEQUBEQIBQICQQ点的分析动态分析电子技术305925射极输出器该电路也称为共集电极电路一、静态分析ICCVBEBVRIB，VCEVCCIEREVCCICRE。B1R，ICE二、动态分析1、电压增益AOIB1RE/RLVUU1RE/RLIIBRBE1RE/RLRBE1R1E/RL电子技术直流通路小信号模型电路31592、输入电阻RIRB/RBE1RERB/RE可选RB,使RIRE3、输出电阻ROUIRE/RS/RBRBE1共集电极电路特点电压增益接近于1；输入电阻大，对电压信号源衰减小；输出电阻小，带负载能力强电压跟随器。电子技术325926场效应管放大电路场效应管的三个电极源极、栅极、漏极和三极管的三个电极发射极、基极、集电极相对应，因此场效应管组成放大电路时也有三种组态，即共源放大电路、共漏放大电路和共栅放大电路。一、静态分析3、分压式偏置电路1、分压式偏置放大电路3、分压式偏置电路UURG1UGQAQRGQUAQVG1RVRDDG2G2UUSQIRG1SQIDQRDQRSSIUUGSQGSQ2DIDIDOI12U1GSTHUGSTH2、自给偏压电路二、动态分析场效应管的低频小信号等效模型如果输入信号很小，场效应管工作在线性放大区（即输出特性中的恒流区）时，与三极管一样，可用小信号模型法进行动态分析。将场效应管看成一个两端口网络，栅极与源极之间视为输入端口，漏极与源极之间视为输出端口。以N沟道耗尽型MOS管为例，可认为栅极电流为零，栅源之间只有电压存在。漏极电流ID是栅源电压UGS和漏源电压UDS的函数IDFUGS,UDS电子技术3359DD电子技术345927多级放大电路在实际应用中，一级放大电路的放大倍数不够大，或性能指标达不到要求等原因。所以实际放大电路一般多是由几级基本电路及它们的改进型组合而成，组成多级放大电路。一、多级放大电路的耦合方式多级放大电路级与级之间的连接（或级间耦合）一般有四种方式，分为阻容耦合、直接耦合和变压器耦合和光电耦合等。变压器耦合由于变压器体积大、费用高、低频特性差，故现较少采用。光电耦合是用发光器件将电信号转变光信号，再通过光敏器件把光信号变为电信号来实现级间耦合。这里介绍阻容耦合和直接耦合放大电路。1、阻容耦合阻容耦合电路级与级之间由电容、电阻来连接的，就象前面介绍的基本放大电路在输入和输出端都接在一个隔直电容。种耦合方式的放大电路只能对交流信号进行放大，而不能直流信号进行放大。优点由于这种耦合方式每级之间有电容将直流隔开，因此每级的直流通路是独立的，即每级静态工作点不会相互影响和牵制，计算静态工作点也可以每级分别计算。缺点低频特性差，不能放大变化缓慢的信号，不便于集成化。2、直接耦合电子技术355911直接耦合放大电路优点既能放大交流信号，也能放大变化缓慢的信号。更为重要的是，直接耦合方式电路中没有大容量的电容，因此易于集成，在实际使用的集成放大电路中一般都采用直接耦合方式。缺点级与级之间直接相联，静态工作点之间相互影响；存在零点漂移现象。二、阻容耦合放大电路的分析在多级放大电路中，各级之间是相互串行连接的，前一级的输出信号就是后一级的输入信号，后一级的输入电阻就是前一级的负载，因此多级放大电路的电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积，即AUO1UO2UUUUOUAU1AU2AUNI1I2IN多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电阻，即RIRI1。多级放大电路的输出电阻就是最后一级的输出电阻，即RORON。在计算多级放大电路交流参数时常采用两种方法，一是画出多级放大电路的微变等效电路，然后用电路方面知识直接求出UO和UI之比，即整个多级放大电路的总电压放大倍，以及输入电阻和输出电阻。另一方法是先求出每级电压放大倍数（利用基本放大电路的一些公式），然后相乘得到总电压放大倍数。但在求单级放大电路的放大倍数时，要考虑到它后面一级的输入电阻应看作为它的负载电阻，而它前面一级的输出电阻对它而言应看作为是信号源的内阻。在求多级放大电路输入电阻电子技术3659和输出电阻时也应考虑前后级的影响。1、静态分析各级的静态工作点互不影响，可以单独计算。2、动态分析前级放大电路的输出电压是后一级放大电路的输入电压，即UO1UI1。前一级放大电路的负载是后一级放大电路的输入电阻，即RL1RI2。AUOUO1UOUUIUIUAU1AU2I2RIRI1RORO2AUO1RL1U1U1RL1RC1/RI2IRBE1AU2UOURL22RRL2RC2/RLI2BE2三、放大电路的频率特性在放大电路中，由于电抗元件（电容、电感线圈）及晶体管极间电容的存在，当输入信号的频率过高或者电子技术小信号模型电路3759过低时，放大倍数会下降，而且还将产生超前或滞后的相移。这种现象说明放大倍数是信号频率的函数，这种函数关系称为频率响应或频率特性。电压放大倍数的模|AU|与频率F的关系称为幅频特性。四、输出电压相对于输入电压的相位移电压放大倍数的波特图与频率F的关系称为相频特性。AUUSOUSAUSMJ1JFF1LAUSM1FLJF1通频带上限截止频率FH和下限截止频率FL，FH和FL之间形成的频带宽度称为通频带，记为FBW。（FBWFHFL）电子技术FFHH3859FFLJFFJ28功率放大电路实际的放大电路中，输出信号要驱动一定的负载装置，如收音机中扬声器的音圈、电动机控制绕组、计算机监视器或电视机的扫描偏转线圈等。所以，实际的多级放大电路除了应有电压放大级外，还要求有一个能输出一定信号功率的输出级，这类主要用于向负载提供功率的放大电路常称为功率放大电路。一、对功率放大电路的基本要求1、有较大的输出功率，三极管通常工作在接近于极限状态，要求放大电路非线性失真尽可能小；2、由于损耗较大，要求提高效率。转换效率等于功率放大电路的最大输出功率与电源所提供的功率之比。在功率放大电路中要求晶体管工作在尽限应用状态，即晶体管集电极电流最大时接近ICM，管压降最大时接近UBRCEO，耗散功率最大时接近PCM。功率放大电路的分析不能采用适用于小信号的交流等效电路，应采用图解法。由于功放的输入信号较大，输出波形易产生非线性失真，电路中应用适当方法改善输出波形，如引入交流负反馈。二、功率放大电路的三种工作状态根据静态工作点的设置位置，分三种工作状态三、互补对称放大电路互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器OUTPUTTRANSFORMERLESS电路，简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容OUTPUTCAPACITORLESS电路，简称OCL电路。1、无输出变压器的功率放大电路（OTL）电子技术3959特点1单电源供电2输出加有大电容静态分析UIVCC2T1、T2特性对称，UAUSC2USCCU2动态分析设输入端在05USC直流电平基础上加上正选信号UIUSC2时，T1导通、T2截止；UIUSC2时，T1截止、T2导通；若输出电容足够大，其上电压基本不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。OTL输出功率与效率若忽略交越失真的影响，且UI幅度足够大。则电子技术4059输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且UI幅度足够大。则ULMAXU2，IULMAX2RLPULMAXLMAXU2SCLMAX2I28RLI1USCAV22RSINTDTL2PSCEUSCIAVU2RLPLMAXP785E42、无输出电容的功率放大电路（OCL）电子技术415929差分放大电路一、直接耦合放大电路的缺点1、级与级之间直接相联，静态工作点之间相互影响；2、存在零点漂移现象。输入电压为0而输出电压不为0且缓慢变化的现象，称为零点漂移现象。如下图所示原因电路参数的变化如，电源电压的波动、元件的老化、半导体元件参数随温度变化。二、抑制温度零点漂移的方法1、在电路中引入直流负反馈；2、采用温度补偿的方法；3、差分放大电路。三、差分放大电路1、零点漂移的抑制静态时，UI1UI20电子技术4259UOUC1UC20当温度变化、电源电压波动等外界因素影响时UOUC1UC1UC2UC20可见，差动放大电路有效地抑制了零点漂移。2、对差模信号的放大作用在差分放大电路的两个输入端分别加入一对大小相等、极性相反的信号，即UI1UI2，这种输入方式称为差模输入。两输入端之间的信号之差称为差模信号（DIFFERENCEMODESIGNAL），用UID表示，差模信号作用下的差分放大电路如图A所示。由于V1管和V2管的基极所加电压信号大小相等、极性相反，V1管的集电极电流IC1增加，V2管的集电极电流IC2就减小。若两边电路完全对称，则IC1IC2，IE1IE2，流过发射极电阻RE上的电流总量IREIE1IE20，RE上的差模信号电压降为零。因而对差模信号而言，RE可视为短路。考虑到两管集电极输出电压也是大小相等，极性相反，故负载RL的中点，RL/2处可看成是零电位，即虚地。这样，在差模输入信号作用下，差分放大电路的交流通路如图B所示，图中UOD表示差模输出电压。在差模输入信号作用下，差模输出电压的变化量UOD与输入电压的变化量UID之比定义为差模电压放大倍数AUD，即AODUDUUID由图B可知,双端输入、双端输出的差模电压放大倍数为电子技术4359RC/RLAUODUOD1UOD22UDUIDUI1UI2RBRBE可见，差分放大电路虽然采用了两只三极管，但是差模电压放大倍数与单管共射放大电路相同，也就是说它是以牺牲一只管子的电压放大倍数为代价来换取抑制温漂的。若从单端输出，则差模电压放大倍数为AUOD1RC/RL2UD1U1ID2AUD12RBRBEURRLOD21C/AU12UD2ID2AUD2RBRBE差模输入方式下，从差分放大电路两输入端看进去的等效电阻，称为差模输入电阻RID，显然其值为两共射放大电路输入电阻之和，即RID2RBRBE3、对共模信号的抑制在差分放大电路的两个输入端分别加入一对大小相等、极性相同的信号，即UI1UI2，这种输入方式称为共模输入。两输入端分别对地的信号称为共模信号（COMMONMODESIGNAL），用UIC表示，UI1UI2UIC。输入共模信号的差分放大电路如图A所示。在共模信号作用下，IE1IE2，流过射极耦合电阻RE的电流总量IREIE1IE22IE1，RE上的共模信号电压为URE2IE1RE，即对共模信号而言，每管发射极等效接入一个2RE的电阻。由此可得交流等效电路如图B所示。电子技术4459在共模信号作用下，共模输出电压的变化量UOC与输入电压的变化量UIC之比定义为共模电压放大倍数AUC，即AUCUOCUIC由图B可见，只要电路对称，双端输出时的共模电压放大倍数为AUOCUOC1UOC2UCUICU0IC共模输入电阻是将两输入端并联后，由输入端到地之间的等效输入电阻，即R1IC2RBRBE12RE1RE4、共模抑制比为了衡量差分放大电路放大差模信号、抑制共模信号的能力，引入了一个指标参数共模抑制比（COMMONMODEREJECTIONRATIO），用KCMR表示。KAUDCMRAUC共模抑制比越大，表明差分放大电路对共模信号的抑制能力越强。这在直接耦合的放大电路中是很有意义的。因为温度、电源电压等所引起的零漂，以及外界干扰信号等对两管的影响是相同的，所以可等效地看成是作用在差放输入端上的共模信号，从而在输出端被抑制掉，使差模输入的有用信号得到放大。四、差分放大电路的输入输出方式1、单端输入单端输出电子技术45592、单端输入双端输出3、双端输入双端输出4、双端输入单端输出电子技术4659电子技术4759210集成运算放大器集成运放的特点直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用差分放大电路和电流源电路；用复杂电路实现高性能的放大电路，因为电路复杂并不增加制作工序；用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻；采用复合管。一、集成运算放大器的组成集成运放电路方框图偏置电路为各级放大电路设置合适的静态工作点。采用电流源电路。输入级前置级，多采用差分放大电路。要求输入电阻大，高的差模放大倍数，低的共模放大倍数。中间级主放大级，多采用共射放大电路，要求有足够的放大能力。输出级功率级，多采用准互补输出级。要求输出电阻小，最大不失真电压尽可能大。二、集成运放的主要参数1、开环差模电压放大倍数ADO指运放的输入端与输出端之间无外接回路时的差模电压放大倍数，也称开环电压增益。一般在104107之间。2、开环共模电压放大倍数ACO指运放本身的共模电压放大倍数，它反映运放抗温电子技术4859漂、抗共模干扰的能力，优质的运放应接近于零。3、输入失调电压UIO4、共模抑制比KCMR5、差模输入电阻RID三、集成运算放大器的电压传输特性在线性区UOAODUPUN，AOD是开环差模放大倍数。由于AOD高达几十万倍，所以集成运放工作在线性区的最大输入电压AODUPUN的数值仅为几十到一百多V。当大于此值时，集成运放的输出不是UOM就是UUOMUOM，即运放工作在非线性区。集成运放理想化的条件开环电压放大倍数AO；输入电阻RID；输出电阻RO0；共模抑制比KCMR。两个重要结论“虚短路”、“虚断路”。为了保证电路工作在线性区，应引入负反馈。电子技术4959211负反馈放大器将放大电路的输出量（电压或电流）的一部分或全部通过一定的方式回送到放大电路的输入端，并对输入量（电压或电流）产生影响，这个过程称为反馈（FEEDBACK）。根据反馈的效果可以区分反馈的极性，使放大电路净输入信号增大的反馈称为正反馈（POSITIVEFEEDBACK）；使放大电路净输入信号减小的反馈称为负反馈（NEGATIVEFEEDBACK）。一、负反馈的基本概念通常将连接输入回路与输出回路的反馈元件，称为反馈网络FEEDBACKNETWORK；把没有引入反馈的放大电路，称为基本放大电路；而把引入反馈的放大电路称为反馈放大电路或闭环放大电路。反馈放大电路的方框图由方框图可知，基本放大电路的放大倍数，也称为开环增益OPENLOOPGAIN为AXOX；反馈网络的反馈系I数（FEEDBACKFACTOR）为FXFX；反馈放大电路的闭环O电子技术5059放大倍数，即闭环增益（CLOSEDLOOPGAIN）为AFXOX；I净输入信XIXIXF；反馈信号为XFFXOFAXI；根据以上5式整理可得AFXOXAI1AF，其中AF称为环路增益（LOOPGAIN），或回归比RETURNRATIO，即AFXFXI它表示XI经基本放大电路和反馈网络这个环路后，获得反馈信号XF的大小，AF越大，反馈越强。1AF称为反馈深度（AMOUNTOFFEEDBACK），放大电路引入反馈后的放大倍数AF，与反馈深度有关。当1AF1时，AFA，即引入反馈后，放大倍数减小了，说明放大电路引入的是负反馈；当1AF1时，AFA，即引入反馈后，放大倍数比原来增大了，说明放大电路引入的是正反馈；当1AF0，即AF1时，AF，说明放大电路在没有输入信号时，也有输出信号，放大电路产生了自激振荡，这种情况应避免发生。二、负反馈的类型及判别1、2、利用瞬时极性法判断反馈的正负通常采用瞬时极性法判别放大电路中引入的是正反馈还是负反馈。先假定输入信号为某一瞬时极性，然后根据中频段各级电路输入、输出电压相位关系（其中对于分立元件，共射电路反相、共集和共基电路同相；对于集成运放，UO与UP同相，UO与UN反相），逐级推出其它相关各点的瞬时极性，最后判断反馈到输入端的信号是增强了还是减弱了净输入信号。为了便于说明问题，在电路中用符号和分别表示瞬时极性的正和负，以表示该点电位上升或下降。电子技术5159例如在图A中，假设输入信号UI在某一瞬时极性为，由于输入信号加在集成运放的反相输入端，故输出电压UO的瞬时极性为，而反馈电压UF是经电阻分压UO后得到的，因此反馈电压UF的瞬时极性也为，并且加在了集成运放的同相输入端。集成运放的净输入电压即差模输入电压为UIUIDUPUNUIUF，UF的瞬时极性为表示电位下降，则UI增大，所以引入的反馈是正反馈。在图B中，假设输入信号UI在某一瞬时极性为，由于输入信号加在集成运放的同相输入端，故输出电压UO的瞬时极性为，则UO经电阻分压后得到的反馈电压UF的瞬时极性也为，表示电位上升，此时集成运放的净输入电压UIUIUF减小，因此引入的反馈是负反馈。3、根据采样方式