模拟电子技术基础课件

1、一、电子技术的发展一、电子技术的发展 二、模拟信号与模拟电路二、模拟信号与模拟电路 三、三、“模拟电子技术基模拟电子技术基础础”课程的特课程的特 点点四、如何学习这门课程四、如何学习这门课程 五、课程的目的五、课程的目的六、考查方法六、考查方法12很大程度上很大程度上反映在元器件的反映在元器件的发发展上展上 : 1947年年 1958年年 1969年年 1975年年贝尔实验室贝尔实验室制成第一只晶体管制成第一只晶体管 集成集成电路电路大规模集成电路大规模集成电路 超大规模集成电路超大规模集成电路第一片集第一片集成电路只成电路只有有4个晶体管，而个晶体管，而1997年一片集成年一片集成 电路中电

2、路中有有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按 10倍倍/6年的速度增长年的速度增长，到到2015或或2020年达到饱和。年达到饱和。学习电子技术方面的课程需时刻关注电子技术的发展！学习电子技术方面的课程需时刻关注电子技术的发展！1 1. . 信号：是信号：是反映消息的物理量反映消息的物理量如温度、压力、流量，自然界的声音信号等等，如温度、压力、流量，自然界的声音信号等等， 因而信因而信号是消息的表现形式。号是消息的表现形式。信息需要信息需要借助于某些物理量（如声、光、电）借助于某些物理量（如声、光、电） 的变化的变化来表示和传递。来表示和传递。2 2

3、. . 电信号电信号 由于非电由于非电的物理量很容易转换成电信号，而且的物理量很容易转换成电信号，而且 电信号电信号又容易传送和控制，因此电信号成为应用又容易传送和控制，因此电信号成为应用 最为广最为广泛的信号。泛的信号。电信号是电信号是指随时间而变化的电指随时间而变化的电压压u或电流或电流i ，记，记 作作u=f(t) 或或i=f(t) 。3二二、模、模拟拟信号信号与与模拟电路模拟电路二二、模、模拟拟信号信号与与模拟电路模拟电路3. 电子电路中信号的电子电路中信号的分分类类模拟信号模拟信号 对应任意时间对应任意时间值值t 均有确定的函数均有确定的函数值值u或或i，并且，并且u 或或 i 的幅

4、值是的幅值是连续取值的，即在时间和数值上均具连续取值的，即在时间和数值上均具 有连续性有连续性。数字信号数字信号在时间和在时间和数值上均具有离散性数值上均具有离散性，u或或 i 的变化在的变化在 时间上时间上不连续，总是发生在离散的瞬间；且它们的不连续，总是发生在离散的瞬间；且它们的 数值是数值是一个最小量值的整数倍，当其值小于最小量一个最小量值的整数倍，当其值小于最小量 值时信值时信号将毫无意义。号将毫无意义。大多数大多数物理量所转换成的信号均为模拟信号。物理量所转换成的信号均为模拟信号。454. 模拟电路模拟电路模拟电路模拟电路：对模拟量进行处理的电路。对模拟量进行处理的电路。最最基基本的

5、处理是对信号的放本的处理是对信号的放大大。放放大大：输入为小信号，有源：输入为小信号，有源元元件控制电源使负载获件控制电源使负载获 得得大信大信号，并保持线性关系。号，并保持线性关系。有有源源元件：能够控制能量的元件：能够控制能量的元元件。件。二二、模、模拟拟信号信号与与模拟电路模拟电路6二二、模、模拟拟信号信号与与模拟电路模拟电路5. “模拟电子技术基础模拟电子技术基础” 课程的内容课程的内容半导体器件。半导体器件。处处理理模拟信号的电子电路及模拟信号的电子电路及其其相关的基本功能：各相关的基本功能：各 种放大种放大电路、运算电路、滤电路、运算电路、滤波波电路、信号发生电路、电路、信号发生电

6、路、 电电源电源电路等等。路等等。模模拟拟电路的分析方法。电路的分析方法。不不同同的电子电路在电子系统的电子电路在电子系统中中的作用。的作用。7三、三、“模拟模拟电子电子技技术基术基础础”课课程的程的特特点点1、工程性、工程性实际工程实际工程需要证明其可行性。需要证明其可行性。 强调定性分析。强调定性分析。实际工程实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存在满足基本性能指标的前提下总是容许存 在一在一定的误差范围的。定的误差范围的。电子电路电子电路的定量分析称的定量分析称为为“估算估算”。近似分析近似分析要要“合理合理”。抓主要矛抓主要矛盾和矛盾的主要方面。盾和矛盾的主要方面。电子电路电子电

7、路归根结底是电路。归根结底是电路。估算不同估算不同的参数需采用不同的模型，可用电路的的参数需采用不同的模型，可用电路的 基本理基本理论分析电子电路。论分析电子电路。8三三、“模模拟电拟电子子技术基技术基础础”课课程程的特点的特点2. 实践性实践性实用的模实用的模拟电子拟电子电电路几乎都需要进路几乎都需要进行行调试调试 才才能达能达到到预预期的目标，因而期的目标，因而要要掌握以下方法：掌握以下方法： 常用电子仪器的使常用电子仪器的使用用方法方法 电子电路的测试方法电子电路的测试方法 故障的判断与排除故障的判断与排除方方法法 EDA软件的应用方法软件的应用方法9四四、如、如何何学习学习这这门课程门

8、课程1. 掌握掌握基基本概念、基本电路和本概念、基本电路和基基本分析方法本分析方法基本概念：基本概念：概念是不变的，应用是灵活的，概念是不变的，应用是灵活的， “万万 变不离其宗变不离其宗”。基本电路：基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种构成的原则是不变的，具体电路是多种 多样的。多样的。基本分析方法：基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标不同类型的电路有不同的性能指标 和描述方法，因而有不同的分析方法。和描述方法，因而有不同的分析方法。2. 学会辩学会辩证、全面地分析电子证、全面地分析电子电电路中的问题路中的问题根据需求，最适用的电路才是最好的电路。根据需求，最适用的电路才是最

9、好的电路。要研究利弊关系，通常要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊有一利必有一弊”。3. 注注意意电路中常用定理在电子电路中常用定理在电子电电路中的应用路中的应用10五五、课、课程程的目的的目的本本课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的 分分析析和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的基和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的基 础知础知识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及 其在专其在专业中的应用打下基础。业中的应用打下基础。1. 掌掌握握基本概念、基本电路、基本概念、基本电路、基基本分析

10、方法和基本实验本分析方法和基本实验 技能。技能。2. 具有能够继续深入学习和具有能够继续深入学习和接接受电子技术新发展的能力，受电子技术新发展的能力， 以及将所学知识用于本专业的能力。以及将所学知识用于本专业的能力。建立起系建立起系统的观念、工程的观念、科技进步的观念和统的观念、工程的观念、科技进步的观念和 创新意识。创新意识。六六、考、考查查方法方法1. 会看：定性分会看：定性分析析 考查分考查分析析问问题的能力题的能力2. 会算：定量计算会算：定量计算3. 会选会选：电：电路形式、器件路形式、器件、参数参数 考查解考查解决决问问题题的能力设的能力设计计能力能力4. 会调会调：仪：仪器选用、

11、测试器选用、测试方方法、故障诊断法、故障诊断、EDA 考查解考查解决决问问题的能力实题的能力实践践能力能力综合应综合应用所学知识的能力用所学知识的能力11第二第二讲讲 半半导导体基体基础知础知识识一一、本征半本征半导导体体 二二、杂质半杂质半导导体体 三三、PNPN结结的的形成及形成及其其单向导单向导电电性性 四四、PNPN结结的的电容效应电容效应12一一、本、本征征半导体半导体1、什么、什么是是半半导体？什么是本导体？什么是本征征半导体？半导体？导电性介导电性介于导体与绝缘体之于导体与绝缘体之间间的物质称为半导体。的物质称为半导体。 导体导体铁、铝、铜等金属铁、铝、铜等金属元元素等低价元素，

12、其最外层电素等低价元素，其最外层电子在外子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。绝缘体绝缘体惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。电。半导体硅半导体硅（Si）、锗（）、锗（Ge），均为四价元素，它们原），均为四价元素，它们原 子的最子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。本征半本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。导体是纯净的晶体结构的半导体

13、。无杂质无杂质稳定的结构稳定的结构131、本征、本征半半导导体的结构体的结构由于热由于热运动，具有足够能量运动，具有足够能量 的价电的价电子挣脱共价键的束缚子挣脱共价键的束缚 而成为而成为自由电子自由电子自由电自由电子的产生使共价键中子的产生使共价键中 留有一留有一个空位置，称为空穴个空位置，称为空穴自由电子自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。与空穴相碰同时消失，称为复合。 一定温度下，一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对 的浓度加大。的浓度

14、加大。14共价键共价键载流子载流子运载电运载电荷的粒子称为载流子。荷的粒子称为载流子。 外加电场外加电场时，带负电的自由电时，带负电的自由电 子和带子和带正电的空穴均参与导电，正电的空穴均参与导电， 且运动且运动方向相反。由于载流子数方向相反。由于载流子数目很少目很少，故导电性很差。，故导电性很差。 温度温度升高升高，热运动加剧，载流，热运动加剧，载流子浓度子浓度增大，导电性增强。增大，导电性增强。 热热力学温力学温度度0K时不导电。时不导电。15为什么为什么要要将将半导体变成导电半导体变成导电性性很差的本征半很差的本征半导导体？体？2、本征、本征半半导导体中的两种载流子体中的两种载流子二、杂

15、质半导体1. N型半导体型半导体 5磷（磷（P）空穴比未空穴比未加杂质时的数目加杂质时的数目 多了？多了？少了？为什么？少了？为什么？杂质半导杂质半导体主要靠多数载体主要靠多数载 流子导流子导电。掺入杂质越多，电。掺入杂质越多， 多子浓度越高，导电性越强，多子浓度越高，导电性越强， 实现导实现导电性可控。电性可控。16多数载流子多数载流子2. P型半导体型半导体 3硼（硼（B）多数载流子多数载流子17P型半导体型半导体主要靠空穴导电，主要靠空穴导电， 掺入杂掺入杂质越多，空穴浓度越高，质越多，空穴浓度越高， 导电性越强，导电性越强，在杂质半导体中，温度变化时，在杂质半导体中，温度变化时， 载流

16、子载流子的数目变化吗？少子与多的数目变化吗？少子与多 子变化子变化的数目相同吗？少子与多的数目相同吗？少子与多 子浓度子浓度的变化相同吗？的变化相同吗？三、三、PN结的形成结的形成及及其其单单向导向导电电性性物质因浓度物质因浓度差而产生的差而产生的运运动称为扩散运动动称为扩散运动。气气 体、液体、液体体、固体均有之。固体均有之。扩散运动扩散运动P 区 空 穴区 空 穴 浓度远高浓度远高 于于N区。区。N区自由电区自由电 子浓度远高子浓度远高 于于P区。区。18扩散运动扩散运动使靠近接触使靠近接触面面P区的空穴浓度降低、靠近接触面区的空穴浓度降低、靠近接触面 N区的自区的自由电子浓度降低，产生内

17、电场由电子浓度降低，产生内电场，不利于扩散运动的继不利于扩散运动的继 续进行。续进行。PN结的形成结的形成由于扩散运动由于扩散运动使使P区与区与N区区的交界面缺少多数载流子，形成的交界面缺少多数载流子，形成 内电场内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从从N区区向向P 区、自区、自由电子由电子从从P区向区向N 区运动。区运动。因电场作用所产生因电场作用所产生 的运动称为漂移运动。的运动称为漂移运动。参与扩散运参与扩散运动和漂移动和漂移运运动的载流子数目动的载流子数目相相同，同， 达到动达到动态态平平衡，就形成衡，就形成了了PN结。结。漂移运动漂移运动

18、19PN结加正结加正向电压导通：向电压导通： 耗耗尽尽层变窄，扩散运动加层变窄，扩散运动加剧，由剧，由于外电源的作用，形于外电源的作用，形 成扩散电流成扩散电流，P PN N结处于导通结处于导通 状态。状态。PN结加反结加反向电压截止：向电压截止：20耗尽层变宽，阻止扩散运动，耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于有利于漂移运动，形成漂移电漂移运动，形成漂移电 流。由流。由于电流很小，故可近似于电流很小，故可近似 认为其截止。认为其截止。PN结的单向导电性结的单向导电性21四、四、PN结的电容结的电容效应效应1. 势垒电容势垒电容PN结外加电结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生压变化时，空间电荷

19、区的宽度将发生 变化，变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放 电相同电相同，其等效电容称为势垒电，其等效电容称为势垒电容容Cb。2. 扩散电容扩散电容PN结外加的结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载正向电压变化时，在扩散路程中载 流子的流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和 释放的释放的过程，其等效电容称为扩散电过程，其等效电容称为扩散电容容Cd。Cj Cb Cd结电容：结电容：结电容不结电容不是常量！是常量！若若PN结结外加电压频率高到一定外加电压频率高到一定 程度，程度，则失去单向导电性！则失去单向导

20、电性！第三讲 半导体二极管一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管22一、一、二二极极管管的组成的组成将将PN结封结封装，引出两个电极，就构成了二极管。装，引出两个电极，就构成了二极管。点接触型：点接触型： 结面积结面积小，小，结结电容小电容小 故结故结允允许的许的电电流小流小 最高最高工作频工作频率率高高23面接触型：面接触型： 结面积结面积大，大，结结电容大电容大 故结故结允允许的许的电电流大流大 最高最高工作频工作频率率低低平面型：平面型： 结面积结面积可可小小、可大可大 小的工作小的工作频频率率高高 大的结大的结允许允

21、许的的电流大电流大二、二极管的伏安二、二极管的伏安特特性及性及电电流方程流方程二极管的电二极管的电流与其端电压流与其端电压的的关系称为伏安特性关系称为伏安特性i f (u)开启开启 电压电压反向饱反向饱和电流和电流击穿击穿 电压电压1)(常温下UT 26mV)i IS (e u U T温度的温度的 电压当量电压当量24材料材料开启电压开启电压导通电压导通电压反向饱和电流反向饱和电流硅硅Si0.5V0.50.8V1A以下锗锗Ge0.1V0.10.3V几十A从二极从二极管管的的伏安特性可以反伏安特性可以反映映出：出：1. 单向导电性单向导电性若反向电压 u UT，则i IS。若正向电压u UT，则

22、i ISeU Tui I (eU T1)Su2. 伏安特性受温度伏安特性受温度影影响响T（）在电流不变情况下管压降在电流不变情况下管压降u反向饱和电反向饱和电流流IS，U(BR) T（）正向特性左移，反向特性下移正向特性左移，反向特性下移正向特性为正向特性为 指数曲线指数曲线反向特反向特性为横轴的平行线性为横轴的平行线25三三、二二极极管管的的等等效电路效电路1. 将伏安特性折线化将伏安特性折线化理想理想 二极管二极管近似分析近似分析 中最常用中最常用理想开关理想开关 导导通通时时 UD0 截止时截止时IS0导通时导通时U UDon截止时截止时IS0导通时导通时i与与u成成 线性关系线性关系2

23、6应根据应根据不同情况选择不同的等效电路！不同情况选择不同的等效电路！三三、二、二极极管的管的等等效电路效电路D UTD根据电流方程，r uDdIiQ越高，越高，r 越越小。小。d2. 微变等效电路微变等效电路当二极管当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极 管等效管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。ui=0时直流时直流电源作用电源作用小信号作用小信号作用静态电流静态电流27四四、二、二极极管的管的主主要参数要参数 最大整流最大整流电电流流IF：最大平均值：最大平均值 最大反向最大

24、反向工工作电作电压压UR：最大瞬时值：最大瞬时值 反向电反向电流流 IR：即：即IS 最高工作最高工作频频率率fM：因：因PN结结有电容效应有电容效应结电容结电容为为扩扩散电容散电容（Cd）与势垒电容）与势垒电容（Cb）之和。）之和。扩 散 路 程 中扩 散 路 程 中 电 荷 的 积 累电 荷 的 积 累 与释放与释放空间电荷区空间电荷区 宽窄的变化宽窄的变化 有电荷的积有电荷的积 累与释放累与释放28五五、稳稳压压二二极管极管1. 伏安特性伏安特性由一个由一个PN结组结组 成，反成，反向击穿后向击穿后 在一定在一定的电流范的电流范 围内端围内端电压基本电压基本 不变，不变，为稳定电为稳定电

25、 压。压。2.主要参数主要参数稳定电稳定电压压UZ、稳定电稳定电流流IZ 最大功最大功耗耗PZM IZM UZ进入稳进入稳压区压区的的最小电流最小电流不至于不至于损坏损坏的的最大电流最大电流29动态电动态电阻阻rzUZ /IZ讨论一判断电路中二判断电路中二极极管的工作状态，求管的工作状态，求解解输出电压。输出电压。判断二判断二极极管管工作状态的方法？工作状态的方法？30讨讨论二论二1. V2V、5V、10V时二极管中时二极管中的直流的直流电流各为多少？电流各为多少？2. 若输入若输入电压的有效值电压的有效值为为5mV， 则上述则上述各种情况下二极管中的交各种情况下二极管中的交流电流流电流各为多

26、少？各为多少？V 较小时应实测伏安较小时应实测伏安 特性，特性，用图解法用图解法求求ID。QIDV5V时，时， (5 0.7 )A 21.5mA 200 D RDV UIV=10V时时，ID V ( 10 )A 50mAR200DQ T D D rd i IuUuD=V-iR31讨讨论二论二V2V，ID2.6mAdr uD UT UidDDQdr，IiI ( 5 )mA 0.5mA 10r ( 26 ) 10，I2.6ddV5V，ID 21.5mA ( 5 )mA 4.1mA 1.21r ( 26 ) 1.21，I21.5ddV10V，ID 50mA ( 5 )mA 9.6mA 0.52r (

27、 26) 0.52，I50dd在伏安在伏安特性上特性上，Q点越高，二极管的动点越高，二极管的动态态电阻越小！电阻越小！32第四讲晶体三极管一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响 五、主要参数33一、晶体管的结构和一、晶体管的结构和符符号号多子浓度高多子浓度高多子浓度很多子浓度很低，且很薄低，且很薄面积大面积大晶体管有三个极、三个区、两晶体管有三个极、三个区、两个个PN结。结。小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管为什么有孔？34二二、晶、晶体体管的管的放放大原理大原理uCB 0，即uCE放大的条件u U （发射结正

28、偏） uB（E集电结反偏）BEon扩散运动扩散运动形成发射极电形成发射极电流流IE，复合运动形成基极，复合运动形成基极 电流电流IB，漂移运动形成集电极电漂移运动形成集电极电流流IC。少数载少数载 流子的流子的 运动运动因发射因发射区多区多子子浓度高使大量浓度高使大量 电子从电子从发射发射区区扩散到基区扩散到基区因基区因基区薄且薄且多多子浓度低，使极少子浓度低，使极少 数扩散数扩散到基到基区区的电子与空穴复合的电子与空穴复合因集电因集电区面区面积积大，在外电场作用下大大，在外电场作用下大 部分扩部分扩散到散到基基区的电子漂移到集电区区的电子漂移到集电区基区空穴基区空穴 的扩散的扩散35 电电流

29、流分配：分配：I IE EI IB BI IC CI IE E扩散运动形成扩散运动形成的的电流电流 I IB B复合运动形成复合运动形成的的电流电流 I IC C漂移运动形成漂移运动形成的的电流电流 (1 )ICBOICEO IC iCIBiB穿透电流穿透电流集电结集电结反向电流反向电流直流电流直流电流 放大系数放大系数交流电交流电流放大系数流放大系数为什么为什么基极开路集电极回基极开路集电极回 路会有路会有穿透电流？穿透电流？36三三、晶体管晶体管的的共射输共射输入入特性特性和和输出特性输出特性CEiB f (uBE ) U为什么为什么UCE增增大曲线右移？大曲线右移？对于小功对于小功率晶体

30、管率晶体管，UCE大于大于1V的一条输入特性曲线的一条输入特性曲线 可以取可以取代代UCE大大于于1V的所有输入特的所有输入特性性曲线。曲线。为什么为什么像像PN结的伏安特性？结的伏安特性？为什么为什么UCE增增大到一定值曲大到一定值曲 线右移线右移就不明显了？就不明显了？371. 输入特性输入特性2. 输出特性输出特性BiC f (uCE ) I是常数是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下吗？什么是理想晶体管？什么情况下 ?对应于一对应于一个个IB就有一条就有一条iC随随uCE变变化的曲线。化的曲线。为什么为什么uCE较小时较小时iC随随uCE变变 化很大化很大？为？为什什么进入放大状态么进

31、入放大状态 曲线几曲线几乎是乎是横横轴的平行线？轴的平行线？饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区iBiCU CE 常量i iCB38晶晶体体管的三管的三个个工作区域工作区域晶体管工晶体管工作在放大状态时，作在放大状态时，输输出回路的电流出回路的电流 iC几乎仅仅几乎仅仅 决定于决定于输入回路的电流输入回路的电流 iB，即可，即可将输出回路等效为电流将输出回路等效为电流 iB 控制的电流控制的电流源源iC 。39状态状态uBEiCuCE截止截止UonICEOVCC放大放大 UoniB uBE饱和饱和 UoniB uBE四四、温、温度度对晶对晶体体管特性管特性的的影响影响T () ICEO uBE

32、不变时iB ，即iB不变时uBE 40五、主要参数直流参数直流参数：、 、ICBO、 ICEOc-e间击间击穿电压穿电压最大集电最大集电 极电流极电流最大集最大集电极耗散功电极耗散功 率，率，PCMiCuCE安全工作区安全工作区 交流参数：交流参数：、fT（使1的信号频率） 极限参数极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO ICIEi1 iC E41讨论一通过通过uBE是否大是否大于于Uon判断管判断管 子是否导通。子是否导通。1. 分别分分别分析析uI=0V、5V时时T是工作在截止状态还是导通状态；是工作在截止状态还是导通状态；2. 已知已知T导导通时通时的的UBE0.7V，若若uI=5V

33、，则则在什么范围内在什么范围内T 处于放大状处于放大状态态?在什么范围内在什么范围内T处于饱和状态？处于饱和状态？ (5 0.7 )mA 43A100Rb VCC uI U BEBi (12)mA 2.4mA5RcCmaxi 5642iB临界饱和时临界饱和时的的 iCmax讨论二由图示由图示特性求特性求出出PCM、ICM、U （BR）CEO 、。 iCuCEPCM2.7iCU CEB C iiuCE=1V时的时的iC就是就是ICMU（BR）CEO43第五第五讲讲 基基本本共射共射放大放大电电路路的的 工作原理工作原理一、放一、放大大的概念与放大电的概念与放大电路路的性能指标的性能指标 二、二、

34、基基本本共射放大电路的共射放大电路的组组成及各元成及各元件件的作用的作用 三、三、设设置置静态工作点的必静态工作点的必要要性性 四、基四、基本本共射放大共射放大电路的电路的工工作原理作原理 五、放五、放大大电路的组成原则电路的组成原则44一一、放、放大大的概的概念念及放大及放大电电路的路的性性能指标能指标1. 放大的概念放大的概念放大的放大的对对象象：变化量：变化量放大的放大的本本质质：能量的控制：能量的控制放大的放大的特特征征：功率放大：功率放大放大的放大的基基本本要求：不失真，要求：不失真，放放大的前提大的前提判断电判断电路能否放路能否放 大的基大的基本出发点本出发点452. 性能指标性能

35、指标Ui Uo AAuuui ioII A IAiii U oAuiioUIAiu1 1) ) 放大倍数放大倍数：输出量与输入量之比：输出量与输入量之比电压放电压放大倍大倍数数是最常被研究和测试是最常被研究和测试的的参数参数信号源信号源信号源信号源 内阻内阻输入电压输入电压输出电压输出电压输入电流输入电流输出电流输出电流46任何放任何放大电路均可看成为二端口网络。大电路均可看成为二端口网络。2)2)输入输入电阻和输出电阻电阻和输出电阻iR UiiILoooRLooo (1)RUUU U UR 将输出等效将输出等效 成有内阻的电成有内阻的电 压源，内阻就压源，内阻就 是输出电阻。是输出电阻。空载

36、时输出空载时输出电压有效值电压有效值带带RL时的输出电时的输出电压有效值压有效值输入电压与输入电压与 输入电流有输入电流有 效值之比。效值之比。从输入从输入端看进去的端看进去的 等效电阻等效电阻473)3)通通频带频带4)最大不最大不失失真真输出电输出电压压Uom：交流交流有效值。有效值。衡量放衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。大电路对不同频率信号的适应能力。 由于电容由于电容、电、电感及半导体器感及半导体器件件PN结结的电容效应，使放大电的电容效应，使放大电路在信路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相 移。移。下限频率下限频

37、率上限频率上限频率 fH fL48fbw二二、基本共基本共射射放大电放大电路路的组的组成成及各元及各元件件的作用的作用VBB、Rb：使：使UBE Uon，且有，且有 合适的合适的IB。 VCC：使：使UCEUon，同时作为负同时作为负 载的能源。载的能源。 Rc：将将iC转换成转换成uCE(uo) 。 uCE (uo )49动态信动态信号作用时号作用时：ui ib ic iRc输入电压输入电压ui为为零时，晶体管各极的电流零时，晶体管各极的电流、b-e间的电间的电 压、管压、管压降称为静态工作压降称为静态工作点点Q，记作，记作IBQ、 ICQ（IEQ）、）、UBEQ、 UCEQ。三三、设置静设

38、置静态态工作点工作点的的必要性必要性输出电压输出电压必然失真！必然失真！ 设置合适设置合适的静态工作点，首的静态工作点，首先先要要解决失真问题，解决失真问题，但但Q点点几乎影几乎影响着所有的动态参数！响着所有的动态参数！为什么放为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零 时有合时有合适的直流电流和极间电压？适的直流电流和极间电压？50四四、基、基本本共射共射放放大电路大电路的的工作工作原原理理t tuCEVCCUCEQ Ot tuCE VCCUCEQ O饱和失真饱和失真截止失真截止失真底部失真底部失真顶部失真顶部失真动 态 信 号动 态 信 号 驮

39、 载 在 静驮 载 在 静 态之上态之上51输出和输入反相！输出和输入反相！要想不失真，就要要想不失真，就要 在信号在信号的整个周期内的整个周期内 保证晶保证晶体管始终工作体管始终工作 在放大区！在放大区！波波形形分析分析五五、放放大大电电路路的的组成组成原原则则 静态工静态工作作点点合适：合适的直合适：合适的直流流电源、合适的电电源、合适的电 路参数。路参数。 动态信动态信号号能能够作用于晶体管够作用于晶体管的的输入回路，在负输入回路，在负 载上能载上能够够获获得放大了的动态得放大了的动态信信号。号。 对实用对实用放放大大电路的要求电路的要求：共共地地、直流电源种类、直流电源种类 尽可能尽可

40、能少少、负载上无直流分负载上无直流分量量。52两两种实种实用用放大放大电电路路直接耦直接耦合合放大电路放大电路问题：问题：1. 两种电源两种电源2. 信号源与信号源与放大电路不放大电路不“共地共地”将两个电源将两个电源 合二为一合二为一共地，共地，且要且要使使信号信号 驮载在静态驮载在静态之之上上静态时静态时，U URb1BEQ动态时动态时，b-e间电压是间电压是uI与与Rb1上的电上的电压之和。压之和。53两两种实种实用用放大放大电电路路阻容耦阻容耦合合放大电路放大电路耦合电容耦合电容的容量应足够的容量应足够 大，即大，即对于交流信号近似对于交流信号近似 为短路为短路。其作用是。其作用是“隔

41、离隔离 直流、直流、通过交流通过交流”。静态时静态时，C1、C2上电压？上电压？UC1 U BEQ，UC2 UCEQ动态时动态时， uBEuIUBEQ，信，信号驮载在静态之上。号驮载在静态之上。 负载上负载上只有交流信号。只有交流信号。C1、C2为为耦合电容！耦合电容！UCEQUBEQ54讨论1. 用用NPN型晶体管型晶体管组成一个组成一个在在本节课中未见过本节课中未见过的共射放的共射放大大电路。电路。2.用用PNP型晶体管型晶体管组成一组成一个个共射放大电路。共射放大电路。照葫芦画瓢！照葫芦画瓢！55第六讲 放大电路的分析方法一、放大电路的直流通路和交流通路 二、图解法三、等效电路法5657

42、一一、放、放大大电路电路的的直流通直流通路路和交和交流流通路通路通常，放大通常，放大电路中直流电路中直流电电源的作用和交流源的作用和交流信信号的号的 作用共作用共存存，这使得电路的，这使得电路的分分析复杂化析复杂化。为简化分析，为简化分析， 将它们将它们分分开作用，引入直开作用，引入直流流通路和交通路和交流流通路的概念。通路的概念。1. 直流通路：直流通路： Us=0，保留，保留Rs；电容电容开开路；路；电感电感相相当当于短路（线圈电于短路（线圈电阻阻近似近似为为0）。）。2. 交流通路交流通路：大容量电容相当大容量电容相当于于短路；短路；直流直流电电源源相当于短路（内相当于短路（内阻阻为为0

43、）。）。UCEQ VCC ICQ RcRb IBQICQV U BBBEQBQIVBB越大，越大， UBEQ取不同的取不同的 值所引起值所引起的的IBQ 的误差越小。的误差越小。基本共基本共射射放放大电路的直流通大电路的直流通路路和交流通路和交流通路58列晶体管输入、输出回路方程，列晶体管输入、输出回路方程，将将UBEQ作为已知条件，作为已知条件， 令令ICQIBQ，可估算出静态工作点。，可估算出静态工作点。V U CCBEQRb IBQ VCC ICQ RcUCEQICQBQI当当VCCUBEQ时时，IBQbVCCR已知：已知：VCC12V，Rb600k，Rc3k ，100。？ Q直流通路直

44、流通路59阻容耦阻容耦合合单单管共射放大电路管共射放大电路的的直流通路和交直流通路和交流流通路通路讨讨论一论一画出图画出图示示电电路的直流通路和路的直流通路和交交流通路。流通路。60将将uS短路，短路，即为直流通路。即为直流通路。二、图解法二、图解法应实测特性曲线应实测特性曲线1 1. . 静态分析静态分析：图解：图解二二元方程元方程 VBB iB RbuBE VCC iC RcuCE输入回路输入回路 负载线负载线Q IBQ UBEQQIBQICQUCEQ负载线负载线612. 电压放大电压放大倍数的分析倍数的分析uO与uI反相，Au符号为“”。给定u i i u(u ) Auu uOIIBCC

45、EO VBB uI iB RbuBEuIIB IBQ iBiCuCE斜率不变斜率不变623. 失真分析失真分析 截止失真截止失真消除方消除方法：增法：增大大VBB，即向上平移输入回路负载线。即向上平移输入回路负载线。t截止失截止失真是在输入回路首先产生失真！真是在输入回路首先产生失真！Q63 减小减小Rb能能消除截止失真吗？消除截止失真吗？饱和失真饱和失真饱和失饱和失真产生于晶体管的输出回路！真产生于晶体管的输出回路！64消除饱消除饱和和失失真的方法真的方法 消除方消除方法：增法：增大大Rb，减小，减小VBB，减小减小Rc，减小，减小，增大，增大VCC。 最大不失最大不失真输出电真输出电压压U

46、om ：比较：比较UCEQ与与（ VCC UCEQ ），）， 取其小取其小者，除以者，除以2 。Q QRb 或或 或或 VBB Rc或或VCC这可不是这可不是 好办法！好办法！65664、图解法、图解法的的特点特点 形象直观；形象直观； 适应于适应于Q点点分析、失真分分析、失真分析析、最大不失真、最大不失真输输出出 电压的分电压的分析；析； 能够用能够用于于大大信号分析；信号分析； 不易准确不易准确求求解；解； 不能求不能求解解输输入电阻、输出电入电阻、输出电阻阻、频带等参数。、频带等参数。直流负直流负载载线线和交流负载线和交流负载线Uom=?Q点在什么位点在什么位置置Uom最大？最大？交流负

47、载线交流负载线应应过过Q点，且点，且 斜率决定于斜率决定于（RcRL）BR ICQL67讨讨论论二二1. 在什么在什么参数、如何变化参数、如何变化时时Q1 Q2 Q3 Q4？682. 从输出从输出电压上看，哪电压上看，哪个个Q点点下最易产生截止失真？哪下最易产生截止失真？哪 个个Q点下点下最易产生饱和失真？哪最易产生饱和失真？哪个个Q点点下下Uom最最大？大？3. 设计放设计放大电路时，应根据什大电路时，应根据什么么选选择择VCC？讨讨论论三三0.7V。1. 在空载情在空载情况下，当输况下，当输 入信号入信号增大时，电路首先出增大时，电路首先出 现饱和现饱和失真还是截止失真？失真还是截止失真？

48、 若带负若带负载的情况下呢？载的情况下呢？2. 空载和空载和带载两种情况带载两种情况下下Uom分别分别为多少？为多少？3. 在图示在图示电路中，有无可能在电路中，有无可能在空空载时输出电压失真，而载时输出电压失真，而 带上负带上负载后这种失真消除？载后这种失真消除？69已知已知ICQ2mA，UCES三、等效电路法的分析复杂化。的分析复杂化。 性器件的特性。性器件的特性。 VCC ICQ RcUCEQRb IBQICQ 半导体半导体器件的非线性特性使放大电路器件的非线性特性使放大电路 利用线利用线性元件建立模型，来描述非线性元件建立模型，来描述非线 1 1. . 直流模型：适直流模型：适于于Q

49、Q点的分析点的分析V U BBBEQBQI输入输入回路等回路等效效为为 恒压源恒压源输出回输出回路等路等效效为电流控制的电流源为电流控制的电流源理想二极管理想二极管利用利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。702 2. . 晶体管的晶体管的h参参数等效模型（数等效模型（交交流等效模型）流等效模型） 在交流在交流通路中可将晶体管看成通路中可将晶体管看成 为一个二端口网络，输入回路、为一个二端口网络，输入回路、 输出回输出回路各为一个端口。路各为一个端口。iC71uBE f (iB，uCE ) f (iB，uCE )在低频在低频、小小信号作用下

50、的关信号作用下的关系系式式diduu iCi iCuCE uBE uBEiBCECEBBCCEBBEdudidudiI BU CEI BU CEI h I h Uc h I h22ce21 b12ce11bbeUU交流等交流等效效模模型（按式子画模型（按式子画模型型）电阻电阻无量纲无量纲无量纲无量纲电导电导72h参数的物理意义参数的物理意义rbeB uBE11U CEihI BCE uBE12uh i iCU CEB21hCEce C 221iBruihb-e间的间的 动态电阻动态电阻内反馈内反馈 系数系数电流放大系数电流放大系数c-e间间的电导的电导73分清主分清主次，合理近似！什么情况次，

51、合理近似！什么情况下下h12和和h22的作用可忽的作用可忽略略不计？不计？简化的简化的h h参数等效电路参数等效电路交交流等效模型流等效模型IEQUT rbb (1 ) rbb rbeIbU berbe查阅手册查阅手册基区体电阻基区体电阻发射结电阻发射结电阻发射区体电阻发射区体电阻 数值小可忽略数值小可忽略利用利用PN结结的电流方程可求得的电流方程可求得由由IEQ算出算出在输入在输入特性曲线上特性曲线上，Q点越高，点越高，rbe越越小！小！743. 放大电路的动态放大电路的动态分分析析Ui I (R r ) I (R r )ibbebbbeUo Ic RcRb rbe RcUi UoAu Rb

52、 rbeIiUiRi Ro Rc放大电路的放大电路的 交流等效电路交流等效电路75阻容耦阻容耦合合共共射放大电路的动射放大电路的动态态分析分析be R Lb beccLio I (R R )rI rU UA u Ri Rb rbe rbeAuAusRs RiRiUsUsUi U o Ui U o Ro Rc76讨讨论四论四：基本共射放大电路的静态分析：基本共射放大电路的静态分析QIBQ35AUBEQ0.65Vrbb 200 80UCEQ VCC ICQ Rc 3.8V77 IBQ 2.8mAICQ为什么用为什么用 图解法求解图解法求解 IBQ和和UBEQ？讨讨论四论四：基本共射放大电路的动态分

53、析：基本共射放大电路的动态分析Ri Rb rbe 11kRo Rc 3k (Rc RL ) 11Rb rbeAu 95278r r (1 ) UTEQbebbI讨讨论五论五：阻容耦合共射放大电路的静态分析：阻容耦合共射放大电路的静态分析UCEQ VCC ICQ Rc 7.2V 80，rbe 1k IBQ 1.6mA 20AICQRbVUCCBEQBQI为什么可为什么可 忽略？忽略？79讨讨论五论五：阻容耦合共射放大电路的动态分析：阻容耦合共射放大电路的动态分析 80，rbe 1kRi Rb rbe 1kRo Rc 3k80Ri (Rc RL ) 60Rs Ri U o Ui U o (Rc R

54、L ) 120rbeUUUss iusrbeAAu第第七七讲讲 静静态态工作点工作点的的稳稳定定一、温度对静态工作点的影响 二、静态工作点稳定的典型电路 三、稳定静态工作点的方法81一一、温、温度度对静对静态态工作点工作点的的影响影响所所谓谓Q点稳定，是点稳定，是指指ICQ和和UCEQ在温度变化时基本不变，在温度变化时基本不变， 这是靠这是靠IBQ的变化得来的。的变化得来的。T（ ）ICQQICEO若若UCEQ不变不变IBQ若温度升高时若温度升高时要要Q回到回到Q， 则只有减则只有减小小IBQQ82二、静态工作点二、静态工作点稳稳定定的的典型典型电路电路1. 电路组成电路组成直流通路？直流通路

55、？Ce为旁为旁路电容，在交流路电容，在交流 通路中通路中可视为短路可视为短路83VCCRb1 Rb2Rb1U BQe84UUBQBEQEQRI2. 稳定原理稳定原理为了稳定为了稳定Q点，通常点，通常I1 IB，即，即 I1 I2；因此；因此基本不基本不随温度变化。随温度变化。设设UBEQ UBEUBE，若，若UBEQ UBEUGS（off）uGDfL时放大时放大 倍数约倍数约为为1206（2）低通）低通电电路路:信号频率信号频率越低，输出电压越接近输入电压。越低，输出电压越接近输入电压。.I.Ui.Uo 0，U滞后U 90。o iU滞后U ，当 f 时； Uoio1 jRC207 1 RjC

56、jC 1 Ui UoAu1（2）低）低通通电电路：频率响应路：频率响应H令fH 1 j ff 1 1 2RC，则AufHU1 jRCUoAu 1 i arctan( ffH ) Au 1 ( ff)2 1 H低频段放大倍数表达式的特点？上限截止频率的特征？低频段放大倍数表达式的特点？上限截止频率的特征？ffH时时放大放大 倍数约倍数约为为1208（3）几个）几个结论结论1 jffLjffL 电路低电路低频段的放大倍数需频段的放大倍数需乘乘因因子子 当当 f=fL时放大倍数幅值约降时放大倍数幅值约降到到0.707倍倍，相角，相角超前超前45；当当 f=fH时放大倍数时放大倍数幅值也约降幅值也约降

57、到到0.707倍倍，相角，相角滞后滞后45。 截止频截止频率决定于电容所在率决定于电容所在回回路的时间常数路的时间常数fL(H) 21电路高电路高频段的放大倍数需乘因子频段的放大倍数需乘因子1 jffL1 频率响频率响应有幅频特性和相应有幅频特性和相频频特性两条曲线。特性两条曲线。209二、放大电路的频率参数 在低频段在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电 容等的容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。 在高频在高频段，随着信号频率逐段，随着信号频率逐渐渐升高，晶体管极间电容和升高，晶体管极间电容和

58、 分布电分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号 损失，损失，放大能力下降。放大能力下降。高通高通 电路电路低通低通 电路电路下限频率下限频率上限频率上限频率 fH fLfbw210三三、晶、晶体体管的管的高高频等效频等效电电路路1. 混合混合模模型：形型：形状状像像，参数量纲，参数量纲各各不相同不相同结构：结构：由体电阻、结电阻、结电容组成。由体电阻、结电阻、结电容组成。rbb：基区体电阻：基区体电阻 rbe：发射结电阻：发射结电阻 C：发射结电容：发射结电容 re：发射：发射区体电阻区体电阻 rbc：集电结电阻：集电结电阻 C：集电结电

59、容：集电结电容 rc：集电：集电区体电阻区体电阻因多子浓因多子浓 度高而阻度高而阻 值小值小因面积大因面积大 而阻值小而阻值小211混合混合模模型型：忽略小电阻，考虑集电极电流的受控关系忽略小电阻，考虑集电极电流的受控关系gm为跨导，为跨导，它不随信号频率它不随信号频率 的变化而变。的变化而变。为什么为什么引入参引入参数数gm？因在放大因在放大区区iC几乎仅几乎仅 决定于决定于iB而而阻阻值大值大因在放因在放大区大区承承受反受反 向电压而阻向电压而阻值值大大212混合混合模模型型：忽略大电阻的：忽略大电阻的分分流流C连接了输入回路连接了输入回路 和输出和输出回路，引入回路，引入 了反馈了反馈，

60、信号传递，信号传递 有两个有两个方向，使电方向，使电 路的分路的分析复杂化。析复杂化。213混合混合模模型的单型的单向向化化（即使信号单即使信号单向向传递）传递）RmLXCUbeXCUUbeceIC (1 k )k gRmLXCCUbeC 1 gXI (1 g R )CmLC 同理可得，C k 1 Ck等效变等效变换后换后电电流不变流不变214晶体管晶体管简简化化的高频等效电路的高频等效电路 C C C IEQr (1 ) UTbe 0rbb、C可从手册查得UTIEQrbe 0m0b gmU be gm Ib rbegI如何得到模型中的参数？为什么不考虑 C ？2152. 电流放大电流放大倍数