第十一章模拟电子[1]

1、1第十一章 模拟电子技术基础11.1 半导体二极管半导体二极管11.2 半导体三极管半导体三极管11.3 基本放大电路基本放大电路11.4 集成放大电路集成放大电路11.5 直流电路直流电路2第十一章 模拟电子技术基础8008的芯片核心的芯片核心 3第十一章 模拟电子技术基础 一、半导体的单向导电性一、半导体的单向导电性 自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金，金属一般都是导体。属一般都是导体。 有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶瓷、塑料和石英。 另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体另有一类物质的

2、导电特性处于导体和绝缘体之间，称为之间，称为半导体半导体，如锗，如锗Ge、硅、硅Si、砷化镓、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。4第十一章 模拟电子技术基础 半导体的导电机理不同于其它物质，所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。比如：以它具有不同于其它物质的特点。比如：当受外界热和光的作用时，它的导当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。电能力明显变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，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。会使它的导电能力明显改变。如光敏电阻如光敏电阻,热敏电阻热敏电阻可增加几十万至几百万倍。例如在纯硅中参入

3、百可增加几十万至几百万倍。例如在纯硅中参入百万分之一的硼后，硅的电阻率就从大约万分之一的硼后，硅的电阻率就从大约 2x103 m 减小到减小到 4x10-3 m左右左右. 利用这种特性就做成了各种不同用途的半利用这种特性就做成了各种不同用途的半导体器件，如二极管三极管导体器件，如二极管三极管 、场效应管及晶闸管。、场效应管及晶闸管。5第十一章 模拟电子技术基础现代电子学中，用的最多的半导体是硅和现代电子学中，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。锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。GeSi6第十一章 模拟电子技术基础通过一定的提纯工艺过程，可以将半通过一定的提纯工艺

4、过程，可以将半导体制成导体制成晶体晶体。完全纯净的、具有晶体结构的半导体，完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为称为本征半导体本征半导体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，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，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与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价，共用一对价电子。电子。7第十一章 模拟电子技术基础硅和锗的晶体结构硅和锗的晶体结构8第十一章 模拟电子技术基础硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键

5、共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子9第十一章 模拟电子技术基础共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难，常温下束缚电子很难脱离共价键成为脱离共价键成为自由电子自由电子，因此本征半导体，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中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，共价键有很强的结合力，使原子规则排列

6、，形成晶体。使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+410第十一章 模拟电子技术基础 当导体处于热力学温度当导体处于热力学温度0K时，导体中没有自时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，而参与导电，成为缚，而参与导电，成为自由电子自由电子。 自由电子产生的同时，在其原来的共价自由电子产生的同时，在其原来的共价键中就出现了一个空位，原子的电中性被破键中就出现了一个空位，原子的电中性被破坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负电坏，呈现出正电性，其正电量与电子的负

7、电量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为量相等，人们常称呈现正电性的这个空位为空穴空穴。空穴运动相当于正电荷的运动。空穴运动相当于正电荷的运动。 这一现象称为这一现象称为本征激发，本征激发，也称也称热激发热激发。11第十一章 模拟电子技术基础+4+4+4+4本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子 可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为出现的，称为电子空穴对电子空穴对。游离的部分自由电子也可能。游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为回到空穴中去，称为复合，复合，如图所示。如图所示。激发复合

8、本征激发和复合的过程本征激发和复合的过程12第十一章 模拟电子技术基础 当半导体两端加上外电压时当半导体两端加上外电压时,半导体中将出半导体中将出现两部分电流现两部分电流:一是自由电子作定向运动所形一是自由电子作定向运动所形成的成的电子电流电子电流,一是应被原子核束缚的价电子一是应被原子核束缚的价电子(注意注意,不是自由电子）递补空穴所形成的不是自由电子）递补空穴所形成的空穴空穴电流电流。 在半导体中，同时存在着电子导电和空穴在半导体中，同时存在着电子导电和空穴导电，这是半导体导电方式的最大特点，也导电，这是半导体导电方式的最大特点，也是半导体和金属在导电原理上的本质差别。是半导体和金属在导电

9、原理上的本质差别。自由电子和空穴都称为载流子。自由电子和空穴都称为载流子。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理13第十一章 模拟电子技术基础 本征半导体中的自由电子和空穴总是本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现的，同时又不断地复合。在一成对出现的，同时又不断地复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，于是半导体中的载流子（自由态平衡，于是半导体中的载流子（自由电子和空穴）维持一定数目。温度越高，电子和空穴）维持一定数目。温度越高，载流子数目越多，导电性能也就越好。载流子数目越多，导电性能也就越好。所以，所以，温度对半导体器件性能的影响很温度对

10、半导体器件性能的影响很大。大。本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理14第十一章 模拟电子技术基础在本征半导体中掺入某些微量的杂质，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。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其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。大大增加。使自由电子浓度大大增加的杂质半导体使自由电子浓度大大增加的杂质半导体称为称为 型半导体型半导体（电子半导体），使空穴浓（电子半导体），使空穴浓度大大增加的杂质半导体称为度大大增加的杂质半导体称为 型半导体型半导体（空穴半导体）。（空穴半导体）。N(Negative) P(

11、Positive)15第十一章 模拟电子技术基础在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷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（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，杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相临的半导体原子形成共价键，其中四个与相临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，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，称为子给

12、出一个电子，称为施主原子施主原子。16第十一章 模拟电子技术基础+4+4+5+4N型半导体型半导体多余电子多余电子磷原子磷原子17第十一章 模拟电子技术基础N型半导体中的载流子是什么？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、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同相同。2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。、本征半导体中成对产生的电子和空穴。3、掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，、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穴浓度。自由电所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为子称为多数载流子多数载流子（多子多子），空穴称为），空穴称为

13、少数载少数载流子流子（少子少子）。）。18第十一章 模拟电子技术基础在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空相临的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为原子接受电子，所以称为受主原子受主原子

14、。19第十一章 模拟电子技术基础+4+4+3+4空穴空穴P型半导体型半导体硼原子硼原子20第十一章 模拟电子技术基础总总 结结1、N型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提型半导体中电子是多子，其中大部分是掺杂提供的电子，本征半导体中受激产生的电子只占少供的电子，本征半导体中受激产生的电子只占少数。数。 N型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能型半导体中空穴是少子，少子的迁移也能形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要形成电流，由于数量的关系，起导电作用的主要是多子是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。近似认为多子与杂质浓度相等。2、P型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是

15、少子。21第十一章 模拟电子技术基础杂质半导体的示意表示法杂质半导体的示意表示法P P型半导体型半导体+N N型半导体型半导体22第十一章 模拟电子技术基础（一）（一） PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P型型半导体和半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，型半导体，经过载流子的扩散，在它们的在它们的结合面上形成如下物理过程结合面上形成如下物理过程: 23第十一章 模拟电子技术基础P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场E漂移运动空间电荷区空间电荷区PN结处载流子的运动结处载流子的运动24第十一章 模拟电子技术基础扩散的结果是使

16、空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽荷区逐渐加宽.漂移运动P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动内电场EPN结处载流子的运动结处载流子的运动内电场越强，就使漂内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。使空间电荷区变薄。25第十一章 模拟电子技术基础 最后最后, ,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。对于。对于P P型半导体和型半导体和N N型半导体结合面，离子薄层形成的型半导体结合面，离子薄层形成的空间电空间电荷区荷区称为称为PNPN结结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称称

17、耗尽层耗尽层。 26第十一章 模拟电子技术基础 PN结的形成过程结的形成过程当漂移运动与扩散运动达到动态平衡时，当漂移运动与扩散运动达到动态平衡时，空间电荷区便稳定下来，空间电荷区便稳定下来，PN节形成节形成27第十一章 模拟电子技术基础1、空间电荷区中没有载流子，、空间电荷区中没有载流子， 所以电阻率很高。所以电阻率很高。“”2、空间电荷区中内电场、空间电荷区中内电场阻碍阻碍P中的空穴、中的空穴、N中的电子（中的电子（都是都是多子多子）向对方运动）向对方运动（扩散运动扩散运动）。）。“”3、空间电荷区中内电场、空间电荷区中内电场推动推动P中的电子和中的电子和N中的空穴（中的空穴（都是都是少子

18、少子）向对方运动）向对方运动（漂移运动漂移运动） 。请注意请注意28第十一章 模拟电子技术基础 如果外加电压使如果外加电压使PNPN结中：结中： P P区的电位高于区的电位高于N N区的电位，称为加区的电位，称为加正向电压正向电压，简称简称正偏正偏； PNPN结具有单向导电性结具有单向导电性，若外加电压使电流从，若外加电压使电流从P P区流到区流到N N区，区， PNPN结呈低阻性，所以电流大；反之是结呈低阻性，所以电流大；反之是高阻性，电流小。高阻性，电流小。 P P区的电位低于区的电位低于N N区的电位，称为加区的电位，称为加反向电压反向电压，简称简称反偏反偏。 29第十一章 模拟电子技术

19、基础+RE1.1.PN 结正向偏置结正向偏置内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成的扩散加强能够形成较大的扩散电流。较大的扩散电流。30第十一章 模拟电子技术基础2.2.PN 结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被被加强，多子内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反限，只能形成较小的反向电流。向电流。RE31第十一章 模拟电子技术基础 在在PNPN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。结上加上引线和封装，就成为一个二极管。其符号

20、如图其符号如图 1 1 所示。二极管按结构分有所示。二极管按结构分有点接触型、点接触型、面接触型和平面型面接触型和平面型三大类。三大类。（一）结构与参数（一）结构与参数图图 1 132第十一章 模拟电子技术基础(二二) 伏安特性伏安特性 UI死区电压死区电压 硅硅管管0.5V,锗管锗管0.1V。导通压降导通压降: : 硅管硅管0.60.7V,锗管锗管0.20.3V。反向击穿电反向击穿电压压U(BR) 死区死区电压电压外电场不足以克服外电场不足以克服内电场内电场,电流很小电流很小外电场不足以克服外电场不足以克服内电场内电场,电流很小电流很小33第十一章 模拟电子技术基础(三三) 主要参数主要参数

21、1）最大整流电流）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二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。向平均电流。2）反向击穿电压）反向击穿电压VBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流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。手册上给出的最高反向工作电压烧坏。手册上给出的最高反向工作电压VWRM一般一般是是VBR的一半。的一半。34第十一章 模拟电子技术基础3）反向电流）反向电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大

22、，说明管子的单向导电性差，因此反反向电流大，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，锗管的反向电流要大几十到几百倍。的反向电流要大几十到几百倍。以上均是二极管的直流参数，二极管的应用主以上均是二极管的直流参数，二极管的应用主要利用它的单向导电性，包括整流、限幅、保护等。要利用它的单向导电性，包括整流、限幅、保护等。35第十一章 模拟电子技术基础 稳压管是特殊的面接触型半导体硅二极管稳压管是特殊的面接触型半导体硅二极管,其反向击穿是可逆的其反向

23、击穿是可逆的,且反向电压较稳定且反向电压较稳定.1. 伏安特性曲线伏安特性曲线UIUZIZminIZmax UZ IZ稳压误差稳压误差曲线越曲线越陡，电陡，电压越稳压越稳定。定。-+36第十一章 模拟电子技术基础2. 稳压二极管的参数稳压二极管的参数（1）稳定电压）稳定电压 UZ: 反向击穿电压反向击穿电压（2）稳定电流）稳定电流IZ： Izmin IZmax（3）最大允许功耗）最大允许功耗maxZZZMIUP 37第十一章 模拟电子技术基础一、一、 结构和特点结构和特点BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型38第十一章 模

24、拟电子技术基础BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高39第十一章 模拟电子技术基础BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结40第十一章 模拟电子技术基础ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 1. 实验线路实验线路41第十一章 模拟电子技术基础ICIBIE2.实验数据实验数据42第十一章 模拟电子技术基础(1) IE = IB+IC(2) IC (或或IE )IB 3 .3806. 03 . 2BCII4004. 006. 05 . 13

25、. 2BCII5 .3704. 05 . 1BCII这就是晶体管的这就是晶体管的电流放大作用电流放大作用3. 四个结论四个结论：(3)当当IB=0时时, IC =ICEOIC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。52第十一章 模拟电子技术基础IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBE IB ，则基极电压近似为常数。发射极电流近似为常数。发射极电流2121BBCCRRUII稳定稳定Q Q点的原理如下：点的原理如下：若设计电路参数，使若设计电路参数，使（2） UB UBE , 则则EBEC

26、RUII此式说明，此式说明，IC与三与三极管的参数无关，极管的参数无关，也就说基本不受也就说基本不受温度影响。温度影响。101第十一章 模拟电子技术基础TUBEIBICUEIC本电路稳压的本电路稳压的过程实际是由过程实际是由于加了于加了RE形成形成了了负反馈负反馈过程过程分压式偏置电路分压式偏置电路uiI1I2IBRB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuo102第十一章 模拟电子技术基础问题：问题：如果去掉如果去掉CE，放大倍数怎样？放大倍数怎样？I1I2IBRB1+UCCRCC1C2RB2CERERLuiuoCE的作用：交流通路中，的作用：交流通路中， CE将将RE短路，短路，RE对交

27、流不起作用，放大倍数不受影响。对交流不起作用，放大倍数不受影响。103第十一章 模拟电子技术基础去掉去掉 CE 后的微变等效电路后的微变等效电路)1 (/EbeBiRrRRCoRR rbeRCRLoUREiUiIbIcIbIRB将将RE折算到基极折算到基极EbbebiRIrIU)1 (LboRIUEbeLuRrRA)1 (104第十一章 模拟电子技术基础uo+UCCI1I2IBRB1RCC1C2RB2CERERL 例：已知例：已知R RB1B1=15k=15k， R RB2B2=5k=5k，R RE E=1k , R=1k , RL L= R= RC C=2k ,=2k , V VCCCC=1

28、2V=12V，6060。 （1 1）求放大电路的静态工作点）求放大电路的静态工作点 （2 2）求电压放大倍数和输入输出电阻）求电压放大倍数和输入输出电阻 （3 3） C CE E开路时对方大电路会产生什么影响开路时对方大电路会产生什么影响105第十一章 模拟电子技术基础I1I2IBRB1+VCCRCRB2REBIEAIIVRRIVRIRIVUmARUUIVVRRRUCBECCCCEECCCCCEEBEBECCBBBB38603 . 21 . 533 . 212)(3 . 217 . 0335151251212）估算静态值解：（106第十一章 模拟电子技术基础kRRkrRRRrRAkRRRRRI

29、rCbeBBibeLuCLCLLEQbe278399.0/5/15/6 .6019903 .2266130026)1 (3002021图示）画出微变等效电路如（iIbIcIrbeRB2RCRLiUoUbIRB1107第十一章 模拟电子技术基础 (3)去掉去掉 CE 后的微变等效电路后的微变等效电路kRRkRrRRCEbeBi253. 3)1 (/0rbeRCRLoUREiUiIbIcIbIRB将将RE折算到基极折算到基极97. 0)1 (EbeLuRrRA108第十一章 模拟电子技术基础RB+UCCRE图图(b)RB+UCCC1C2RERLuiuo图图(a)图（图（a a）为共集电极单管放大电

30、路。图（）为共集电极单管放大电路。图（b b）为其直流通路。）为其直流通路。 109第十一章 模拟电子技术基础 其交流通路如下图所示。其交流通路如下图所示。RBRERLoUiUT由交流通路可知：集电极是输入信号和输出信号由交流通路可知：集电极是输入信号和输出信号的公共端，所以称为的公共端，所以称为共集电极电路。共集电极电路。又由于输出又由于输出信号从发射极引出，所以又称为信号从发射极引出，所以又称为射极输出器射极输出器。第十一章 模拟电子技术基础1101、静态工作点的计算、静态工作点的计算IBICEBBECCBRRUUI)1 (RB+UCCRE直流通道直流通道BCIIECCCCERIUUBEB

31、BCCURIUEBRI )1 (IE第十一章 模拟电子技术基础111LELRRR/LeoRIULbRI）（1LebebiRIrIULbbebRIrI)1 (2. 电压放大倍数电压放大倍数rbeiUbIRERLRBoUcIbIiI由交流通路画出微变等效电路，如下图所示。由交流通路画出微变等效电路，如下图所示。.0.)1 ()1 (LbbebLbiuRIrIRIUUA)1 ()1 (LbeLRrR第十一章 模拟电子技术基础1121.,)1 (LbeRr所以所以，1uA但是，输出电流但是，输出电流Ie增加了。增加了。2. 输入输出同相，输出电压跟随输入电压，输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称故

32、称电压跟随器电压跟随器。结论：结论：LbeLuRrRA)1 (1）（第十一章 模拟电子技术基础1133. 输入电阻输入电阻)1 (/LbeBiRrRR输入电阻较大，作为前一级的负载，对前输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小。一级的放大倍数影响较小。rbeiUbIRERLRBoUcIbIiI微变等效电路微变等效电路由由微变等效电路微变等效电路可知，射极输出器的输入电阻为可知，射极输出器的输入电阻为 iBiRRR/bLbebbiIRrIIUR)1 (iLbeRr)1 (第十一章 模拟电子技术基础1144. 输出电阻输出电阻用加压求流法求输出电阻。用加压求流法求输出电阻。Rob

33、IiIrbeRERBcIbISURSrbeRERBRSbIcIbIiIRIoUoIBssRRR/:设电源置电源置0RbRbbReOIIIIIIII)1 (EoSbeoRURrU)1 (第十一章 模拟电子技术基础115ESbeRRrIUR/1000一般：1sbeERrR所以：1sbeoRrR射极输出器的输出电阻很小，射极输出器的输出电阻很小，一般为几十欧几一般为几十欧几百欧百欧, ,比共射放大电路的输出电阻小得多比共射放大电路的输出电阻小得多, ,带负载带负载能力强。能力强。116第十一章 模拟电子技术基础共集电极电路的特点是：共集电极电路的特点是：射极输出器的使用射极输出器的使用1. 将射极输

34、出器放在电路的首级，可以提高将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻输入电阻2. 将射极输出器放在电路的末级，可以降将射极输出器放在电路的末级，可以降 低低输出电阻，提高带负载能力。输出电阻，提高带负载能力。3. 将射极输出器放在电路的两级之间，可以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。起到电路的匹配作用。 3. 3.输出电压与输入电压近似相等，相位相同输出电压与输入电压近似相等，相位相同 1.输入电阻大2.输出电阻小第十一章 模拟电子技术基础117五、多级放大电路及耦合方式多级放大电路及耦合方式 耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合。直接耦合；阻容耦合；变

35、压器耦合。第一级第一级放大电路放大电路输输 入入 输输 出出第二级第二级放大电路放大电路第第 n 级级放大电路放大电路 第第 n-1 级级放大电路放大电路耦合：耦合：多级放大电路级与级之间的连接方式多级放大电路级与级之间的连接方式 功放级功放级第十一章 模拟电子技术基础118（一）阻容耦合（一）阻容耦合在多级放大电路中，级与级之间通过电容和电阻在多级放大电路中，级与级之间通过电容和电阻相连接的方式，称为相连接的方式，称为阻容耦合阻容耦合。 右图是两级右图是两级放大电路，放大电路，由两个共射由两个共射基本放大电基本放大电路组成。路组成。 oU+UCCRSRB1C2C3RB22RB21RLRE2C

36、1RC2T1RE1CE2T2SUiURC11oU第十一章 模拟电子技术基础1191.1.静态分析静态分析 由于电容器的隔直作用，各级的静态工作点互由于电容器的隔直作用，各级的静态工作点互不影响，所以可以由各级的直流通路分别计算不影响，所以可以由各级的直流通路分别计算静态工作点。静态工作点。 2.2.动态分析动态分析 以前面的图为例，讨论多级放大电路的动态以前面的图为例，讨论多级放大电路的动态指标。该电路的微变等效电路如下图所示。指标。该电路的微变等效电路如下图所示。 1bi2biiR2iRRE1R2R3RC2RLRSR1SUiU1ber2ber1bi2biOUoR第十一章 模拟电子技术基础12

37、0关键关键: :考虑级间影响。考虑级间影响。方法方法:Ri2 = RL121ioUU（1 1）电压放大倍数）电压放大倍数 .2.1.01.0.01.0.uuiiuAAUUUUUUA图中第一级的电压放大倍数为图中第一级的电压放大倍数为 而而Ri2 是第二级的是第二级的输入电阻输入电阻222212/beBBirRRR111111) 1() 1(LbeLuRrRA式中RL1 = RE1/ Ri2第二级的电压放大倍第二级的电压放大倍数为数为 beLCurRRA)/(.121第十一章 模拟电子技术基础（2 2）输入电阻和输出电阻）输入电阻和输出电阻 多级放大电路的输入电阻多级放大电路的输入电阻Ri就是第

38、一级的输入电阻。就是第一级的输入电阻。输出电阻输出电阻RO就是最后一级的输出电阻。就是最后一级的输出电阻。 Ri = RB / rbe1 +（ 1 + )RL1 其中其中: :RL1 =RE1/RL1= RE1/ Ri2= RE1/ RB21 / RB11 /rbe2 Ro = RC2 说明：计算多级放大电路的说明：计算多级放大电路的 、Ri、 Ro可以画出可以画出整个电路的微变等效电路计算；也可以将多级放整个电路的微变等效电路计算；也可以将多级放大电路分解为单级放大电路，将后级的输入电阻大电路分解为单级放大电路，将后级的输入电阻作为前级的负载电阻，分别画出每一级的微变等作为前级的负载电阻，分

39、别画出每一级的微变等效电路计算。效电路计算。 uA122第十一章 模拟电子技术基础将前级的输出端直接通过电阻或导线连将前级的输出端直接通过电阻或导线连接到下一级的输入端的连接方式。接到下一级的输入端的连接方式。 直接耦合：直接耦合：右图是两级右图是两级直接耦合放直接耦合放大电路。图大电路。图中采用正负中采用正负电源，可以电源，可以实现零输入实现零输入时输出为零。时输出为零。 123第十一章 模拟电子技术基础由于没有隔直电容，所以直接耦合放大电路能由于没有隔直电容，所以直接耦合放大电路能放大缓慢变化的信号，也适于集成化。放大缓慢变化的信号，也适于集成化。 直接耦合放大电路的优点：直接耦合放大电路

40、的优点：直接耦合放大电路的两个特殊问题：直接耦合放大电路的两个特殊问题：问题问题 1 :各级的静态工作点互相影响各级的静态工作点互相影响 。 问题问题 2 :零点漂移零点漂移。是指输入信号为零时，输出电压偏离静态值随时间和温度出现忽大忽小的不规则变化。 124第十一章 模拟电子技术基础产生零漂的原因产生零漂的原因 : 元件参数的老化元件参数的老化 电源电压的波动电源电压的波动 三极管的参数随温度的变化三极管的参数随温度的变化减小零漂的减小零漂的措施措施 : 对元器件进行老化处理和筛选对元器件进行老化处理和筛选 高稳定度的稳压电源高稳定度的稳压电源 采用差动式放大电路采用差动式放大电路 125第

41、十一章 模拟电子技术基础uo+UCCRCT1RB2RCT2RB2ui1ui2RB1RB1下图所示为下图所示为基本差动放大电路原理图。基本差动放大电路原理图。 它是由两个左右它是由两个左右完全对称完全对称的单管共射放大电路组成的单管共射放大电路组成。 三极管三极管T1，T2的特性相同的特性相同 集电极和基极对应的电阻也相等集电极和基极对应的电阻也相等 126第十一章 模拟电子技术基础（1）静态时，静态时，ui1=ui2=0, 即输入端接地。即输入端接地。 uo= uC1 - uC2 = 0（2）加加共模输入信号共模输入信号，即，即ui1 = ui2 = uC。 共模电压共模电压放大倍数放大倍数:

42、 coccUUA结论：结论：在在完全对称完全对称的理想情的理想情况下，电况下，电路对共模路对共模信号没有信号没有放大能力。放大能力。iC1=iC2 uC1=uC2uo= uC1uC2 =0uo= ACuiAC=0127第十一章 模拟电子技术基础（3）加加差模输入信号差模输入信号，即，即ui1 = - ui2 ，如下图所示。如下图所示。 +UCCuoRCT1RB2RCT2RB2ui1RB1RB1ui2uiRRiiuu211iiuu212Au1=Au2=Au iiuu211iiuu212Au1=Au2=Au iiuAuAUu1u1c121iiuAuAUu2u2c221iuCCouAUUu21uod

43、AuuAi（3）共模抑制比共模抑制比 CdAACMRR 定义定义显然显然, , CMRR越大，放大电路受共模信号越大，放大电路受共模信号的影响就越小，电路的性能越好的影响就越小，电路的性能越好， 输入端输入端 接法接法双端双端单端单端输出端输出端 接法接法双端双端单端单端双入双出双入双出双入单出双入单出单入双出单入双出单入单出单入单出131第十一章 模拟电子技术基础 图示为图示为单端输入单端输出的差放电路单端输入单端输出的差放电路 132第十一章 模拟电子技术基础双端输出双端输出靠电路的左右靠电路的左右对称性对称性来抑制零漂移。来抑制零漂移。 单端输出单端输出时零漂未被抑制时零漂未被抑制 。主

44、要是集电极电流主要是集电极电流I IC C是温度的函数，是温度的函数，导致导致Q Q点变化点变化 原因：原因：1.1.电路接入了恒流源来稳定工作点电路接入了恒流源来稳定工作点 措施：措施：2.2.负电源负电源UEE来抵消恒流源上的直来抵消恒流源上的直流电压，使得三极管发射极电位流电压，使得三极管发射极电位近似为地电位。近似为地电位。133第十一章 模拟电子技术基础小结小结1.1.差动放大电路能放大差模信号，抑制共模信差动放大电路能放大差模信号，抑制共模信号和零点漂移。号和零点漂移。 2.2.差模放大倍数只与输出方式有关，而与输入差模放大倍数只与输出方式有关，而与输入方式无关。方式无关。 双端输

45、出双端输出时，电压放大倍数就和单管电时，电压放大倍数就和单管电压放大倍数压放大倍数相同相同 。 单端输出单端输出时，电压放大倍数就和单管电时，电压放大倍数就和单管电压放大倍数的压放大倍数的一半一半 。 3.3.选择不同的输入端输入信号，可实现反相放选择不同的输入端输入信号，可实现反相放大或同相放大大或同相放大 134第十一章 模拟电子技术基础135第十一章 模拟电子技术基础集成电路集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。体基片上。集成电路的优点：集成电路的优点：体积小、重量轻、功耗小、体积小、重量轻、功耗小、可靠性高、价格低可靠性高、价格低 。

46、集成电路的分类：集成电路的分类：模拟集成电路、数字集成电路；模拟集成电路、数字集成电路；小、中、大、超大规模集成电路；小、中、大、超大规模集成电路； 集成电路的分类：集成电路的分类：运算放大器、电压比较器、功率放大器、运算放大器、电压比较器、功率放大器、模拟乘法器、稳压器、数模、模数转器等模拟乘法器、稳压器、数模、模数转器等 136第十一章 模拟电子技术基础137第十一章 模拟电子技术基础对中间级的要求：对中间级的要求：足够大的电压放大倍数。通常由足够大的电压放大倍数。通常由共发射极电路共发射极电路组成组成 。对输入级的要求：对输入级的要求：尽量减小零点漂移尽量减小零点漂移, ,尽量提高尽量提

47、高KCMRR , , 输入阻抗输入阻抗Ri 尽可能大。该级通常尽可能大。该级通常由由差动放大电路差动放大电路组成组成 。对输出级的要求：对输出级的要求：主要输出电阻主要输出电阻Ro小、输出功率大小、输出功率大、 且有过载保护且有过载保护 。该级通常由。该级通常由共集电极共集电极电路电路构成的构成的互补对称式电路互补对称式电路组成。组成。 偏置电路偏置电路 ：主要是为各级提供静态工作电流。主要是为各级提供静态工作电流。 138第十一章 模拟电子技术基础反相输入端反相输入端同相输入端同相输入端集成运放的符号如下图所示集成运放的符号如下图所示 外接的补偿电容，外接的补偿电容，用于消除自激振荡用于消除

48、自激振荡 外接的调零电位器，外接的调零电位器，调整它可实现零输入调整它可实现零输入时零输出时零输出 表示信号由输入到表示信号由输入到输出的传送方向；输出的传送方向；A表示放大器表示放大器 139第十一章 模拟电子技术基础 u u+ uoA ri 大大: :几十几十k k 几百几百 k k 运放的特点：运放的特点：KCMRR 很大很大 ro 小：几十小：几十 几百几百 A o 很很大大:10:104 4 10 107 7uu+ uoA140第十一章 模拟电子技术基础反馈反馈: : 就是就是把放大电路输出信号（电压或电流）把放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部，通过一定的元件或网的一部分或

49、全部，通过一定的元件或网络送回到输入回路，从而对放大电路的络送回到输入回路，从而对放大电路的输入量进行自动调节的过程。输入量进行自动调节的过程。 反馈放大器或闭环放大器反馈放大器或闭环放大器 : :有反馈的放大器。有反馈的放大器。 开环放大器或基本放大器开环放大器或基本放大器 : :没有反馈的放大器。没有反馈的放大器。 141第十一章 模拟电子技术基础反馈放大器的方框图如图所示。反馈放大器的方框图如图所示。 基本放大基本放大 电路电路dXoX反馈回路反馈回路 fXiX+AF反馈电路的三个环节：反馈电路的三个环节：放大：放大：dooXXA反馈：反馈：ofXXF叠加：叠加：fidXXX142第十一

50、章 模拟电子技术基础（1）正反馈和负反馈）正反馈和负反馈若引回的信号削弱了输入信号，就称为若引回的信号削弱了输入信号，就称为负反馈负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈正反馈。区分正负反馈的方法：区分正负反馈的方法：瞬时极性法瞬时极性法 假设输入端信号为某一瞬时极性，然后逐级假设输入端信号为某一瞬时极性，然后逐级推出电路其他有关各点瞬时信号的变化情况，最推出电路其他有关各点瞬时信号的变化情况，最后判断反馈到输入端的信号的瞬时极性是增强还后判断反馈到输入端的信号的瞬时极性是增强还是削弱了原来的信号。是削弱了原来的信号。143第十一章 模拟电子技术基础例

51、：判断图示电路的正负反馈正负反馈类型例：判断图示电路的正负反馈正负反馈类型)(.iUOU)(.fU)(idUU负反馈负反馈144第十一章 模拟电子技术基础（2）交流反馈和直流反馈）交流反馈和直流反馈交流反馈：交流反馈：反馈只对交流信号起作用。反馈只对交流信号起作用。直流反馈：直流反馈：反馈只对直流起作用。反馈只对直流起作用。直流反馈的作用：直流反馈的作用：稳定静态工作点。稳定静态工作点。交流反馈的作用：交流反馈的作用：改善放大器的性能指标。改善放大器的性能指标。 有的反馈只对交流信号起作用；有的反有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、馈只对直流信号起作用；有的反

52、馈对交、直流信号均起作用。直流信号均起作用。145第十一章 模拟电子技术基础若在反馈网络中若在反馈网络中串接隔直电容串接隔直电容，则可以隔断，则可以隔断直流，此时反馈只对交流起作用。直流，此时反馈只对交流起作用。在起反馈作用的电阻两端在起反馈作用的电阻两端并联旁路电容并联旁路电容，可，可以使其只对直流起作用。以使其只对直流起作用。例例:判断图示电路的交直流反馈判断图示电路的交直流反馈该电路交该电路交直流反馈直流反馈都有。都有。146第十一章 模拟电子技术基础（3）串联反馈和并联反馈）串联反馈和并联反馈根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式根据反馈信号在输入端与输入信号比较形式的不同，可以分为串

53、联反馈和并联反馈。的不同，可以分为串联反馈和并联反馈。串联反馈：串联反馈：反馈信号反馈信号以以电压电压的形式出现，的形式出现，与输与输入信号串联。入信号串联。其电路结构的特点是其电路结构的特点是输入信号和反馈元件分别连接在运输入信号和反馈元件分别连接在运放的两个输入端子上放的两个输入端子上 。图示电路为串联图示电路为串联负反馈。负反馈。147第十一章 模拟电子技术基础并联反馈：并联反馈：反馈信号与输入信号并联，反馈信号与输入信号并联，电路结电路结构的特点是输入信号和反馈元件分构的特点是输入信号和反馈元件分别接在运放的同一端子上。别接在运放的同一端子上。 。图示电路为并图示电路为并联负反馈。联负

54、反馈。148第十一章 模拟电子技术基础（4）电压反馈和电流反馈）电压反馈和电流反馈电压反馈：电压反馈：反馈信号与输出电压成正比。反馈信号与输出电压成正比。电流反馈：电流反馈：反馈信号与输出电流成正比。反馈信号与输出电流成正比。根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。反馈和电流反馈。判断电压反馈和电流反馈的方法：判断电压反馈和电流反馈的方法：可先假设输出电压为零，若反馈信号可先假设输出电压为零，若反馈信号消失则为电压反馈；若仍有反馈信号，消失则为电压反馈；若仍有反馈信号，则为电流反馈。则为电流反馈。 149第十一章 模拟电子技术基础图示电路中图

55、示电路中是电压反馈是电压反馈0121URRRUf例例:判断图示电路是电压反馈还是电流反馈判断图示电路是电压反馈还是电流反馈150第十一章 模拟电子技术基础例例:判断图示电路是电压反馈还是电流反馈判断图示电路是电压反馈还是电流反馈图示电路中图示电路中是电流反馈是电流反馈0121IRRRIf151第十一章 模拟电子技术基础负负反反馈馈交流反馈交流反馈直流反馈直流反馈电压串联负反馈电压串联负反馈电压并联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈稳定静态工作点稳定静态工作点负反馈的分类小结负反馈的分类小结152第十一章 模拟电子技术基础（1）电压负反馈能稳定输出电压，

56、电流负反）电压负反馈能稳定输出电压，电流负反馈能稳定输出电流。馈能稳定输出电流。 （2）负反馈对输入电阻的影响）负反馈对输入电阻的影响 对于串联负反馈从输入信号往里看，基对于串联负反馈从输入信号往里看，基本放大电路和反馈网络在输入回路是串本放大电路和反馈网络在输入回路是串联的，所以使输入电阻增大；对于并联联的，所以使输入电阻增大；对于并联负反馈从输入信号往里看，基本放大电负反馈从输入信号往里看，基本放大电路与反馈网络在输入回路是并联的，所路与反馈网络在输入回路是并联的，所以使输入电阻减小。以使输入电阻减小。 153第十一章 模拟电子技术基础（3）负反馈对输出电阻的影响负反馈对输出电阻的影响前面

57、提到前面提到电压负反馈电压负反馈能稳定输出电压。能稳定输出电压。这就意味着当负载变化时，输出电压近这就意味着当负载变化时，输出电压近似不变，即放大电路的输出电压趋于理似不变，即放大电路的输出电压趋于理想电压源特性，因此使输出电阻想电压源特性，因此使输出电阻减小减小。 同理，因为同理，因为电流负反馈电流负反馈能稳定输出电流，能稳定输出电流，当负载变化时，输出电流近似不变，即当负载变化时，输出电流近似不变，即放大器输出趋向于恒流特性，所以使输放大器输出趋向于恒流特性，所以使输出电阻出电阻增大增大。154第十一章 模拟电子技术基础A越大，运放的线性范围越小，必须在越大，运放的线性范围越小，必须在输出

58、与输入之间输出与输入之间加负反馈才能使其工作加负反馈才能使其工作于线性区。于线性区。uiuo_+Auiuo+UOM-UOMui=u+-u-第十一章 模拟电子技术基础155由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻由于运放的开环放大倍数很大，输入电阻高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，高，输出电阻小，在分析时常将其理想化，称其所谓的称其所谓的理想运放理想运放。理想运放的条件理想运放的条件AiR0iR)(uuAuo虚短路虚短路uu输出端是理想的电压源输出端是理想的电压源0ii虚断虚断运放工作在线性区的特点运放工作在线性区的特点第十一章 模拟电子技术基础1561.1.反相比例运算放大器反相比例运算放大器

59、0uui1= i221RuRuoi121RRuuAouuo_+ + R2R1RPuii1i2四、集四、集成运放的线性应用成运放的线性应用 第十一章 模拟电子技术基础157电位为电位为0 0，虚地，虚地_+ + R2R1RPuii1iF当当R2=R1时时：121RRuuAouAu = 1称为反相器称为反相器：RP=R1 / R2第十一章 模拟电子技术基础1582.2.同相比例运算放大器同相比例运算放大器_+ + RFR1RPuiuou-= u+= ui1RuRuuiFioiFouRRu)1 (1111RRuuAFou第十一章 模拟电子技术基础159可见：可见：同相比例运算电路的电压放大倍数同相比

60、例运算电路的电压放大倍数始终始终大于或等于大于或等于1 1，公式中没有负号表明输，公式中没有负号表明输出电压与输入电压出电压与输入电压同相同相。 当当 R1 开路（开路（ R1 ） 时，时， Af =1，即，即uo = ui。电路称为电压跟随器。电路称为电压跟随器。_+ + uiuo第十一章 模拟电子技术基础160_+ + RfR1R1ui2uoRfui1 uufiRuuRuu011fiRuRuu12)(121iifouuRRu解出：解出：3.3.差动比例运算放大器（减法运算放大器）差动比例运算放大器（减法运算放大器） 第十一章 模拟电子技术基础1610uuFiii1211)(21221112