模拟电子线路

1、模拟电子线路石松 主讲第一章 常用半导体器件1.1半导体基础知识1.1.1本征半导体一、半导体材料的一些物理特性1.对温度的反应半导体的电阻率随温度的上升迅速下降。金属导体的电阻率随温度的上升略有增加。2.杂质的影响半导体在常温下的电阻率较高，若掺上极微量的杂质，电阻率则显著下降。3.光的影响在光的照射下，半导体的电阻率会显著下降。二、本征半导体纯净的、没有结构缺陷的半导体晶体叫本征半导体。特点：1.原子间通过共价键构成晶格，电子束缚在晶格中2.导电能力很差硅和锗都是4价元素。图1.1.1 本征半导体结构示意图三、本征半导体中的两种载流子1.本征激发本征半导体的价电子获得足够能量挣脱共价键的束

2、缚，而成为自由电子的现象叫本征激发。2.自由电子不受晶格的束缚，可以在晶格间自由移动的电子。图1.1.2 本征半导体中的自3.空穴由电子和空穴价电子离开共价键后留下的空位叫做空穴。空穴带正电荷，在电场作用下，它可以在晶格间定向移动，方向正好与自由电子的移动方向相反。空穴的移动实际上是能量较低的自由电子移动的结果。只有能自由移动的带电粒子才能导电。四、本征半导体中载流子的浓度本征激发产生的自由电子和空穴是成双成对的，因此在本征半导体中，自由电子和空穴的浓度相等。相同温度下，本征锗中的载流子浓度远大于本征硅中的载流子浓度。自由电子浓度记作，空穴浓度记作，在本征半导体中，有。1.1.2杂质半导体一、

3、N型半导体在纯净半导体中掺入极微量的五价元素（如磷）后，半导体中的自由电子浓度远大于空穴浓度。施主杂质：除形成共价键所需的电子外，还能额外提供游离电子的杂质。施主正离子：施主杂质失去游离电子成为施主正离子。图1.1.3 N型半导体多数载流子（多子）：掺杂半导体中高浓度的导电载流子。少数载流子（少子）：掺杂半导体中低浓度的导电载流子。在相同温度下，掺杂后的两种载流子浓度的乘积等于本征半导体中载流子浓度的乘积。即。二、P型半导体在纯净半导体中掺入极微量的三价元素（如硼）后，半导体中的空穴浓度远大于自由电子浓度。受主杂质：极易获得电子形成共价键的杂质。受主负离子：受主杂质获得电子，因带负电而成为受主

4、负离子。图1.1.4 P型半导体1.1.3 PN结一、半导体内的导电过程1.漂移电流在电场作用下，自由电子和空穴发生定向漂移运动而形成漂移电流。漂移电流分为自由电子电流和空穴电流两种，其和为总漂移电流。2.扩散电流半导体载流子（自由电子或空穴）的浓度若分布不匀，则产生浓度差，这将导致载流子从浓度高的区域向浓度低的区域扩散而形成扩散电流。二、PN结的形成将半导体材料的一半制成型，一半制成型，则型半导体和型半导体的交界处就会形成PN结。(a)P区与N区中载流子的运动 (b)平衡状态下的PN结图1.1.5 PN结的形成PN结的形成过程：1.将型半导体与型半导体连接在一起时，由于交界处两侧的载流子浓度

5、相差悬殊，于是区中的多子自由电子向区扩散，区中的多子空穴向区扩散。载流子的扩散运动形成扩散电流。2.原来型和型半导体是电中性的，由于扩散作用，使得型半导体靠近交界处的地方因失去空穴而带负电，型半导体靠近交界处的地方因失去自由电子而带正电，因而交界处形成空间电荷区，产生内建电场。3.在内建电场的作用下，区中的少子自由电子向区漂移，区中的少子空穴向区漂移，形成与扩散电流方向相反的漂移电流。4. 随着内建电场的增强，扩散电流进一步减小，漂移电流进一步增大，最后，当扩散电流等于漂移电流时，结处的电流达到动态平衡，结处的总电流为。结由带电的不能自由移动的离子构成，由于这个地方没有载流子，或者说载流子已经

6、耗尽，所以结区又称为耗尽区（耗尽层）。由于结区的内建电场对载流子的扩散具有阻碍作用，所以结区又叫势垒区或阻挡层。耗尽层的电阻较大，外加电压主要落在这个区。三、PN结的单向导电性1.PN结外加正向电压（正向偏置）外加电压降低了结势垒高度，使得扩散作用增强，漂移作用减弱，从而造成正向扩散电流大于反向漂移电流，结正向导通。由于扩散作用的载流子是多子，因而扩散电流可以很大。图1.1.6 PN结加正向电压时导通2.PN结外加反向电压（反向偏置）增加结势垒高度，扩散作用被抑制，漂移作用占主导地位。由于漂移电流的载流子是少子，所以反向电流极小，结可视作截止。图1.1.7 PN结加反向电压时截止四、PN结的电

7、流方程（二极管方程） 反向饱和电流 电子的电荷量 玻尔兹曼常数 绝对温度令，则有常温（）下，五、PN结的反向击穿1.齐纳击穿结在强电场的作用下，晶格共价键中的电子被拉出而参与导电，致使参与导电的载流子数量迅速增加，反向电流急剧增大。击穿电压随温度上升而下降。2.雪崩击穿游离的电子在电场作用下获得较大动能，在漂移的途中将遇到的束缚在共价键中的电子撞出来，产生新的电子空穴对，这碰撞产生的电子又在电场的加速作用下碰撞出新的电子空穴对，致使参与导电的载流子数量急剧上升，反向电流骤增。击穿电压随温度上升而增大。六、PN结的伏安特性图1.1.8 PN结的伏安特性七、PN结的电容效应1.势垒电容(a)耗尽层

8、的电荷随外加电压变化 (b)势垒电容与外加电压的关系图1.1.9 PN结的势垒电容随着外加电压的变化，结势垒区的宽度跟着变化，这导致结内不同极性的电荷量也发生变化，于是结起到贮存、释放电荷的作用。这种由于结势垒区宽度的变化而形成的电容叫势垒电容。势垒电容相当于由两块平行极板相隔势垒区而形成的电容，势垒区越窄，势垒电容越大；势垒区越宽，势垒电容越小。结正向偏置时，势垒电容较大，反向偏置时，势垒电容较小。2.扩散电容图1.1.10 P区少子浓度分布曲线对结施加正向偏压时，从区扩散到区的空穴（在区中空穴是少子）在区中靠近结的地方浓度很高，形成电荷堆积；同样，从区扩散到区的电子在区中靠近结的地方也形成

9、电荷堆积。堆积在结区附近的电子、空穴的浓度随着加在结上的外加电压的变化而变化，于是形成扩散电容。结正向偏置时，结附近的少子浓度较高，随电压的变化改变明显，因而此时扩散电容较大。结反向偏置时，结附近的少子浓度几乎为，因而此时扩散电容较小，通常可以忽略。结电容1.2半导体二极管1.2.1半导体二极管的几种常见结构图1.2.1 二极管的几种外形图1.2.2 二极管的几种常见结构1、点接触型2、面接触型3、平面型1.2.2二极管的伏安特性图1.2.3 二极管的伏安特性一、实际二极管与PN结伏安特性的区别1.相同导通电流的情况下，正向导通时的导通电压大于PN结的导通电压。2.相同正偏电压的情况下，正向电

10、流小于PN结的正向电流。3.反向饱和电流大于PN结的反向饱和电流。二、温度对二极管伏安特性的影响1.温度上升，少子浓度增加，引起二极管反向电流变大。2.PN结电流保持不变时，PN结的正向压降随着温度的上升而减小（因为温度上升，扩散作用增强）。3.增大反向电压，PN结上的热损耗（）加大，结温升高，这将引起反向电流增大；在反向电压不变的情况下，PN结上的热损耗也进一步加大。不良的散热条件可能会因这种恶性循环而造成PN结的热击穿。1.2.3二极管的主要参数1.最大整流电流2.最高反向工作电压3.反向电流4.最高工作频率1.2.4二极管的等效电路一、理想二极管及二极管特性的折线近似(a)理想二极管 (

11、b)正向导通时端电压为常量 (c)正向导通时端电压与电流成线性关系图1.2.4 由伏安特性折线化得到的等效电路图1.2.5 二极管加正向电压的情况例1.2.1图1.2.6 例1.2.1电路图二、二极管的微变等效电路1.二极管的体电阻2.二极管的交流动态电阻(a)点及二极管动态电阻的物理意义 (b)二极管的动态电阻图1.2.7 二极管的微变等效电路图其中为二极管静态工作点点的静态电流3.二极管的微变等效电路简化的二极管微变等效电路：图1.2.8 直流电压源和交流电压源同时作用的二极管电路图1.2.9 图1.2.8所示电路的波形分析1.2.5稳压二极管一、稳压管的伏安特性(a)伏安特性 (b)符号

12、和等效电路图1.2.10 稳压管的伏安特性和等效电路二、稳压管的主要参数1.稳定电压2.稳定电流要稳定工作在上，击穿电流应设置在和之间。3.额定功耗4.动态电阻5.温度系数温度每变化时稳压值的变化量。稳定电压小于为齐纳击穿；大于为雪崩击穿；介于之间，两种击穿都有。稳定电压为左右的管子温度系数基本为0。例1.2.2图1.2.11 稳压管稳压电路1.2.6其它类型二极管一、发光二极管(a)外形 (b)符号图1.2.12 发光二极管工作于正向偏置状态二、光电二极管（光敏二极管）(a)外形 (b)符号图1.2.13 光电二极管的外形和符号(a)伏安特性 (b)工作在第一象限时的原理电路(c)工作在第三

13、象限时的原理电路 (d)工作在第四象限时的原理电路图1.2.14 光电二极管的伏安特性工作在反向偏置状态例1.2.3图1.2.15 例1.2.3电路图三、变容二极管工作在反向偏置状态1.3晶体三极管1.3.1晶体管的结构及类型 (a)小功率管 (b)小功率管 (c)中功率管 (d)大功率管图1.3.1 晶体管的几种常见外形(a)NPN型硅管的结构 (b)NPN型管的结构示意图 (c)晶体管的符号图1.3.2 晶体管的结构和符号晶体三极管的制作特点：1.发射区采用重掺杂，多子浓度很高；2.基区做得很薄；3.集电区的掺杂适中。1.3.2晶体管的电流放大作用图1.3.3 基本共射放大电路一、晶体管内

14、部载流子的运动以NPN型管为例。图1.3.4 晶体管内部载流子运动与外部电流1.发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压；2.由于发射结所加的正向偏置电压产生的电场削弱了发射结的内建电场，从而导致发射区的大量多子（电子）扩散进入基区，形成发射极电流；3.扩散进入基区的电子（非平衡少子）继续向集电结方向扩散，除少量电子与基区的多子空穴复合外，大多数从发射区扩散进入基区的电子都能逃过被复合的厄运而到达集电结边缘。在基区被复合掉的扩散电子可看成是从基极流出了，它们形成基极电流；4.很不幸，扩散到达集电结边缘的电子（非平衡少子）在集电结强大的电场作用下被拉入集电区形成集电结电流；很明显，有等式：由于

15、基区很薄，所以扩散进入基区的电子中被复合掉的部分不多，因此有：二、晶体管的电流分配关系发射极：基极：集电极：集电区和基区中的平衡少子在集电结强大的电场作用下发生漂移，形成集电结反向饱和电流（发射结开路时的集电结反向饱和电流）。：由基区扩散到发射区的空穴形成的空穴电流。综上分析，易知：三、晶体管的共射电流放大系数1.共射直流电流放大系数整理，得其中称为穿透电流（基极开路时）。通常很小，有希望穿透电流越小越好。2.共射交流电流放大系数3.共基直流电流放大系数容易推出：发射极电流分两部分：(1)，从集电极流入或流出的部分；(2)，从基极流入或流出的部分。事实上，定义为4.共基交流电流放大系数1.3.

16、3晶体管的共射特性曲线一、输入特性曲线图1.3.5 晶体管的输入特性曲线二、输出特性曲线图1.3.6 晶体管的输出特性曲线1.放大区特点：输出电流随输入电流按比例变化。2.饱和区特点：集电结正向偏置时，输出电流几乎不随输入电流的改变而作有比例的改变。原因：当集电结正向偏置时，结内的合电场减弱，这使得集电结内的漂移作用减弱，扩散作用得到加强，导致漂移电流减小，扩散电流增大，从而造成集电极电流下降；当集电结内的扩散作用超过漂移作用时，集电极电流还会反向。3.截止区特点：由于发射极电流小于等于0，不向基区输送少子，因此使得集电极电流变得很小。三极管处于截止状态。4.击穿区特点：当集电结反向偏压太大时

17、，集电结被击穿，出现集电极电流随结电压的增大而迅速增大的现象。1.3.4晶体管的主要参数一、直流参数1. 共基极直流电流放大系数定义式：2. 共发射极直流电流放大系数定义式：3. 发射极开路时的集电结反向饱和电流4. 集电极开路时的发射结反向饱和电流5. 基极开路时的集电极到发射极的穿透电流二、交流参数1. 共基极交流电流放大系数2. 共发射极交流电流放大系数3. 特征频率信号频率的增加会使得值减小，当值减小到时的信号频率称为特征频率。三、极限参数1. 集电极最大允许耗散功率图1.3.7 晶体管的极限参数2. 集电极最大允许电流3.极间反向击穿电压主要应关心和这两个击穿电压，工作电压不能超过它

18、们。1.3.5温度对晶体管特性及参数的影响一、温度对的影响的大小与温度的变化呈正相关性。二、温度对输入特性的影响图1.3.8 温度对晶体管输入特性的影响三、温度对输出特性的影响图1.3.9 温度对晶体管输出特性的影响1.3.6光电三极管(a)等效电路 (b)符号 (c)外形图1.3.10 光电三极管的等效电路、符号和外形图1.3.11 光电三极管的输出特性曲线1.4场效应管1.4.1结型场效应管（JFET） (a)N沟道管的结构 (b)符号图1.4.1 结型场效应管的结构和符号图1.4.2 N沟道结型场效应管的结构示意图一、结型场效应管的工作原理1.时，栅源电压对导电沟道的宽度控制 (a) (

19、b) (c)图1.4.3 时对导电沟道的控制作用(1)的改变，将会改变场效应管内耗尽区的宽度，从而改变导电沟道的宽窄。当耗尽区增大到一定程度时，就会把中间的导电沟道夹断。(2)导电沟道宽，沟道电阻就小；导电沟道窄，沟道电阻就大。(3)导电沟道刚好夹断时的栅源电压或栅漏电压称为场效应管的夹断电压，记作。2.通过设置来控制导电沟道为某一宽度时，的变化对漏极电流的影响分析从开始的增长过程中，导电沟道的变化及漏极电流的变化。 (a) (b) (c)图1.4.4 且的情况二、结型场效应管的特性曲线1、输出特性曲线 图1.4.5 场效应管的输出特性(1)可变电阻区(2)饱和区（恒流区）(3)截止区（夹断区

20、）(4)击穿区2、转移特性曲线 图14.6 场效应管的转移特性曲线(1)转移特性方程：当时(2)低频跨导：转移特性曲线的绘制方法1.4.2绝缘栅型场效应管一、N沟道增强型MOS管 (a)结构示意图 (b)符号图1.4.7 N沟道增强型MOS管结构示意图及增强型MOS管的符号1.时，栅源电压对导电沟道的形成及宽度的控制分析从开始的增长过程中，衬底表面从P型材料变成载流子浓度为0的耗尽层，再形成反型层N层的变化过程。 (a)耗尽层的形成 (b)沟道的形成图1.4.8 时对导电沟道的影响(1)随着的增加，P型衬底中的少子自由电子不断地向衬底表面积聚，导致衬底表面先由P型区变成耗尽区，再变成N型导电沟

21、道。这个建立在P型材料上面的N型导电沟道，称为反型层。(2)使衬底表面的N型导电沟道刚好形成的电压称为开启电压，记作。(3)导电沟道形成后，越大，导电沟道越宽。2.通过设置来控制导电沟道为某一宽度时，的变化对漏极电流的影响分析从开始的增长过程中，导电沟道的变化及漏极电流的变化。 (a) (b) (c) 图1.4.9 为大于的某一值时对的影响3.特性曲线与电流方程 (a)转移特性 (b)输出特性图1.4.10 N沟道增强型MOS管的特性曲线转移特性方程：当时(1)其中是在时的漏极电流(2)当时，记漏极电流为，这时转移特性方程可表达为 二、N沟道耗尽型MOS管 (a)结构示意图 (b)符号图1.4

22、.11 N沟道耗尽型MOS管结构示意图及符号三、P沟道MOS管四、VMOS管图1.4.12 N沟道增强型VMOS管的结构示意图图1.4.13 场效应管的符号及特性1.4.3场效应管的主要参数一、直流参数1.开启电压2.夹断电压3.饱和漏极电流又称为零偏压漏极饱和电流，即时的漏极饱和电流。4.直流输入电阻JFET管大于，MOS管大于。二、交流参数1.低频跨导2.极间电容三、极限参数1.最大漏极电流2.击穿电压和3.最大耗散功率例1.4.1例1.4.2图1.4.14 例1.4.1输出特性曲线 图1.4.15 例1.4.2电路图例1.4.3图1.4.16 例1.4.3电路图1.4.4场效应管与晶体管

23、的比较项 目场效应管晶体管输入电阻以上最高约几百温度系数低一般噪声系数很低较高极间互换性可互换不可互换最低功耗和集成度功耗低，集成度高功耗一般，集成度低1.5单结晶体管和晶闸管(不要求)1.5.1单结晶体管UJT（双基极二极管）(不要求)(a)结构示意图 (b)符号 (c)等效电路图1.5.1 单结晶体管的结构示意图和等效电路(a)测试电路 (b)特性曲线图1.5.2 单结晶体管特性曲线的测试(a)电路 (b)振荡波形图1.5.3 单结晶体管组成的振荡电路1.5.2晶闸管（可控硅SCR）(不要求)(a)螺栓形 (b)平板形图1.5.4 晶闸管的外形(a)结构示意图 (b)等效为两只相连的晶体管

24、 (c)等效电路 (d)符号图1.5.5 晶闸管的结构、等效电路和符号(a)实际电路 (b)等效电路图1.5.6 晶闸管的工作原理图1.5.7 晶闸管的伏安特性曲线图1.5.8 例1.5.1电路及波形图1.6集成电路中的元件(不要求)(a)隔离岛 (b)NPN型管图1.6.1 隔离岛及NPN型管图1.6.2 集成电路中的PNP型管(a)结构 (b)符号图1.6.3 多发射极管的结构与符号(a)结构 (b)符号图1.6.4 多集电极管的结构与符号(a)结构 (b)符号图1.6.5 CMOS电路第二章 基本放大电路2.1放大的概念和放大电路的主要性能指标2.1.1放大的概念图2.1.1 扩音机示意

25、图任何周期信号或有限时长的信号都可以通过傅里叶变换展开成由一直流分量和若干正弦波分量的线性叠加的形式：式中：为直流分量，为基波分量，为二次谐波分量，为次谐波分量，在线性电路中，根据线性系统的叠加原理，信号作用时所产生的响应等于其各分量单独作用时产生的响应的线性叠加。所以，对于一个放大电路，主要研究它的正弦稳态响应特性，即研究它放大正弦信号的相关特性。2.1.2放大电路的性能指标图2.1.2 放大电路示意图一、放大倍数1.电压放大倍数分贝表示：2.电流放大倍数分贝表示：3.互阻放大倍数分贝表示：4.互导放大倍数分贝表示：二、输入电阻图2.1.2 放大电路示意图定义：三、输出电阻图2.1.2 放大

26、电路示意图定义：输出电阻为从放大电路的输出端口向放大电路内部看进去的戴维南（或诺顿）等效电路内阻。输出电阻可由下式计算得到：式中：1.为负载开路时输出端的开路电压；2.为接上负载时负载上获得的输出电压。图2.1.3 两个放大电路相连接的示意图四、通频带图2.1.4 放大电路的频率指标基本概念：上限截止频率下限截止频率通频带：或记作 频率失真：输入多频率信号时，由于放大器对不同频率的信号产生的增益和相移不同而引起的失真，称为频率失真。例如：输入信号，放大倍后，输出信号应该为，即。若放大器对信号的放大倍数是倍，而对信号的放大倍数不是倍，则输出信号与输入信号不是线性关系，从而产生频率失真。五、非线性

27、失真系数输入单一频率的正弦波，由于放大器的非线性，输出的信号波形不再是正弦波，这种失真称为非线性失真。输出的失真波形可展开为基波分量和各次谐波分量的线性叠加，定义非线性失真系数为：频率失真与非线性失真的主要区别是：对于频率失真，输入单一频率的正弦波信号时，放大器输出的仍旧是同频率的正弦波信号；而对于非线性失真，输入单一频率的正弦波信号时，输出的信号中不只一个频率的正弦波，还有不为0的各次谐波分量。六、最大不失真输出电压一般用有效值或峰-峰值表示。，式中为最大不失真输出电压振幅。七、最大输出功率和效率1.最大输出功率（最大不失真输出功率）记作；2.电源利用效率定义为，式中为电源输出的功率。2.2

28、基本共射放大电路的工作原理2.2.1基本共射放大电路的组成及各元件的作用图2.2.1 基本共射放大电路2.2.2设置静态工作点的必要性一、静态工作点图2.2.1 基本共射放大电路二、设置合适静态工作点的目的保证三极管在信号的整个周期内都处于放大状态，即要保证三极管在整个信号周期内，发射结正向偏置，集电结反向偏置。(a)电路 (b)分析图2.2.2 没有设置合适的静态工作点2.2.3基本共射放大电路的工作原理及波形分析 (a)的波形 (b)的波形 (c)的波形 (d)的波形图2.2.3 基本共射放大电路的波形分析2.2.4放大电路的组成原则一、组成原则1.必须给管子提供一定的偏置电压和电流，以确

29、保在整个信号周期内，用于放大信号的管子都处于正常的放大状态，所以应合理设置管子的静态工作点；2.输入信号应能调节放大管的控制电流或电压；3.放大管的输出电流或电压应能加到负载上去。二、常见的两种共射放大电路1.直接耦合共射放大电路静态工作点：图2.2.4 直接耦合共射放大电路2.阻容耦合共射放大电路 (a)电路 (b)输入回路等效电路图2.2.5 阻容耦合共射放大电路静态工作点：(a)使发射结正偏 (b)使集电结反偏(c)输入端为直接耦合的共射放大电路 (d)输入端为阻容耦合的共射放大电路图2.2.6 用PNP型管组成共射放大电路2.3放大电路的分析方法2.3.1直流通路与交流通路一、直流通路

30、直流通路是指无交流输入信号时，在单纯的直流电源作用下，直流电流流过的那部分电路。分析方法：1.电容开路2.电感短路3.独立交流信号源为零二、交流通路交流通路是指在交流输入信号的作用下，交流电流流过的那部分电路。分析方法：1.大电容短路，小电容保留或开路（容抗太大时）2.大电感开路，小电感保留3.独立直流电源为零三、分析放大器的基本步骤先分析管子的静态工作点，以确定管子的静态电流、电压和工作区（放大区、饱和区及截止区）；然后再分析输入交流信号时的情况。 (a)直流通路 (b)交流通路图2.3.1 图2.2.1所示基本共射放大电路的直流通路和交流通路 (a)直接耦合共射放大电路 (b)直流通路(c

31、)交流通路图2.3.2 直接耦合共射放大电路及其直流通路和交流通路阻容耦合共射放大电路 (a)直流通路 (b)交流通路图2.3.3 阻容耦合共射放大电路的直流通路和交流通路2.3.2图解法（大信号分析）图2.3.4 共射放大电路*支路中的实际电压、电流都包含两部分：直流分量和交流分量。例如：，一、静态工作点的分析（先画出直流通路图） (a)输入回路的图解分析 (b)输出回路的图解分析图2.3.5 利用图解法求解静态工作点1.输入回路（仅直流回路）输入回路方程：求：、2.输出回路（仅直流回路）输出回路方程：求：、二、动态分析 (a)从得出 (b)从得出和图2.3.6 利用图解法求解电压放大倍数1

32、.输入回路（实际的完整回路，包括直流回路和交流回路）输入回路方程：求：、2.输出回路（实际的完整回路，包括直流回路和交流回路）输出回路方程：求：、 (a)输入回路的波形分析 (b)输出回路的波形分析图2.3.7 基本共射放大电路的波形分析三、共射放大电路的非线性失真由于三极管的输入特性曲线的非线性，使得信号在放大过程中产生非线性失真。当静态工作点选择不当时，还会产生截止失真或饱和失真。1.截止失真 (a)输入回路的波形分析 (b)输出回路的波形分析图2.3.8 基本共射放大电路的截止失真2.饱和失真 (a)输入回路的波形分析 (b)输出回路的波形分析图2.3.9 基本共射放大电路的饱和失真四、

33、直流负载线和交流负载线在采用电容耦合或变压器耦合的放大电路中，由于交流输出回路与直流输出回路不一样，导致对应的负载线也不一样。 阻容耦合的共射放大电路 图2.3.10 直流负载线和交流负载线输出回路直流负载方程：输出回路交流负载方程： 式中注：式中是直流分量，在直流通路中计算；是交流分量，在交流通路中计算。例2.3.1图2.3.11 例2.3.1的图2.3.3等效电路法（又称为微变等效电路法，小信号分析）一、晶体管的直流模型及静态工作点的估算法以NPN管为例 (a)输入特性折线化 (b)输出特性理想化 (c)直流模型图2.3.12 晶体管的直流模型直流模型适用条件：对于NPN管，当晶体管的偏置

34、电压满足条件，时，晶体管处于放大工作状态。二、晶体管共射参数等效模型1.参数等效模型的由来 (a)将晶体管看成线性双口网络 (b)输入特性曲线 (c)输出特性曲线(d)共射参数等效模型图2.3.13 晶体管的共射参数等效模型已知晶体管的输入、输出特性方程为对上式求全微分，得式中，由，可写成参数方程2.参数的物理意义基极-发射极间动态电阻(a)求解反向电压传输系数(b)求解正向电流传输系数(c)求解集电极-发射极间动态电导 (d)求解图2.3.14 参数的物理意义及求解方法3.简化的参数等效模型通常由于和太小，忽略它们后，得到简化的参数等效模型图2.3.15 简化的参数等效模型4.的近似表达式

35、(a)结构 (b)等效电路图2.3.16 晶体管输入回路的分析由电阻的定义，有在静态工作点的静态电流的作用下，发射结的动态电阻为常温（）下，有所以有三、共射放大电路动态参数的分析图2.2.1 基本共射放大电路 (a)交流等效电路 (b)输出电阻的分析图2.3.17 基本共射放大电路的动态分析1.电压放大倍数2.输入电阻3.输出电阻例2.3.2解：(1)求静态工作点 (2)求动态参数 图2.2.1 基本共射放大电路例2.3.3解：(1)静态分析（本电路为固定偏置电路）(a)电路(2)动态分析 图2.2.5 阻容耦合共射放大电路图2.3.18 图2.2.5(a)所示电路的交流等效电路 式中或 2.

36、4放大电路静态工作点的稳定2.4.1静态工作点稳定的必要性图2.4.1 晶体管在不同环境温度下的输出特性曲线温度的变化会导致静态工作点发生飘移，从而使放大器在放大大信号时，容易产生失真。2.4.2典型的静态工作点稳定电路一、电路组成和Q点稳定原理 (a)直接耦合电路 (b)阻容耦合电路 (c)图(a)、(b)的直流通路图2.4.2 静态工作点稳定电路要求：，工程上一般要求即可。二、静态工作点的估算1.估算法2.精确求解法 图2.4.3 图2.4.2(c)所示电路的等效电路三、动态参数的估算(a)有旁路电容时的交流等效电路图2.4.4 阻容耦合点稳定电路的交流等效电路(a)有旁路电容式中(b)无

37、旁路电容时的交流等效电路图2.4.4 阻容耦合点稳定电路的交流等效电路(b)无旁路电容式中例2.4.1图2.4.5 例2.4.1的电路图假设管子工作在放大状态，则有如果计算结果显示有（三极管饱和压降），则说明管子已经进入饱和区。2.4.3稳定静态工作点的措施 图2.4.6 稳定静态工作点的措施2.5晶体管单管放大电路的三种基本接法2.5.1基本共集放大电路（又称为射极跟随器）一、电路的组成 (a)电路 (b)直流通路 (c)交流通路图2.5.1 基本共集放大电路二、静态分析三、动态分析图2.5.2 基本共集放大电路的交流等效电路1.电压放大倍数当时，有2.输入电阻3.输出电阻图2.5.3 基本

38、共集放大电路输出电阻的求解或例2.5.12.5.2基本共基放大电路一、电路的组成 (a)电路 (b)交流通路 (c)交流等效电路图2.5.4 基本共基放大电路二、静态分析三、动态分析 (c)交流等效电路1.电压放大倍数2.输入电阻3.输出电阻例2.5.22.5.3三种接法比较性能指标共射共集共基电压放大倍数大于1小于1大于1电流放大倍数大于1大于1小于1功率放大倍数大于1大于1大于1输入电阻一般很大很小输出电阻较大很小很大2.6场效应管放大电路2.6.1场效应管放大电路的三种接法 (a)共源放大电路 (b)共漏放大电路 (c)共栅放大电路图2.6.1 场效应管放大电路的三种接法2.6.2场效应

39、管放大电路静态工作点的设置方法及其分析估算*使场效应管工作在放大状态（饱和区或恒流区）的条件是：漏区方向的沟道夹断，源区方向的沟道打开。一、基本共源放大电路图2.6.2 基本共源放大电路1.图解分析法求静态工作点图2.6.3 图解法求基本共源放大电路的静态工作点输入回路方程：输出回路方程：2.等效电路分析法求静态工作点二、自给偏压电路 (a)由N沟道结型场效应管组成的电路 (b)由N沟道耗尽型管组成的电路图2.6.4 自给偏压共源放大电路1.(a)图静态工作点 2.(b)图静态工作点 （零偏压） 三、分压式偏置电路图2.6.5 分压式偏置电路静态工作点：2.6.3场效应管放大电路的动态分析一、

40、场效应管的低频小信号等效模型 (a)N沟道增强型MOS管 (b)交流等效模型图2.6.6 MOS管的低频小信号等效模型低频跨导的计算：1.对于耗尽型MOS管和结型管即2.对于增强型MOS管即 (a)从转移特性曲线求解 (b)从输出特性曲线求解图2.6.7 从特性曲线求解和二、基本共源放大电路的动态分析 图2.6.2 基本共源放大电路 图2.6.8 基本共源放大电路的交流等效电路1.静态工作点2.动态参数分析三、基本共漏放大电路的动态分析 (a)电路 (b)交流等效电路图2.6.9 基本共漏放大电路1.静态工作点2.动态参数分析图2.6.10 求解基本共漏放大电路的输出电阻例2.6.22.7基本

41、放大电路的派生电路2.7.1复合管放大电路一、复合管1.晶体管组成的复合管及其电流放大系数 (a)由两只NPN型管组成 (b)由两只PNP型管组成 (c)由PNP型管和NPN型管组成 (d)由NPN型管和PNP型管组成图2.7.1 复合管以(a)图为例，分析复合管的电流放大系数：即2.场效应管与晶体管组成的复合管及其跨导 (a)接法 (b)交流等效电路图2.7.2 由场效应管与晶体管组成的复合管复合管的低频跨导： 即绝缘栅、双极晶体管，简称为IGBT管3.复合管的组成原则(1)每只管子都必须能获得正确的偏置电压、电流，且工作在放大区（晶体管）或恒流区（场效应管）；(2)前级管子的集电极（漏极）

42、或发射极（源极）应接到后级晶体管的基极上，以实现电流放大。二、复合管共射放大电路 (a)电路 (b)交流等效电路图2.7.3 阻容耦合复合管共射放大电路三、复合管共源放大电路 (a)电路 (b)交流等效电路图2.7.4 阻容耦合复合管共源放大电路四、复合管共集放大电路 (a)电路 (b)交流通路 (c)交流等效电路图2.7.5 阻容耦合复合管共集放大电路2.7.2共射-共基放大电路图2.7.6 共射-共基放大电路的交流通路2.7.3共集-共基放大电路图2.7.7 共集-共基放大电路的交流通路第三章 多级放大电路3.1多级放大电路的耦合方式3.1.1直接耦合一、直接耦合放大电路静态工作点的设置

43、(a)前级的输出直接接到后级的输入 (b)后级加射极电阻或二极管 (c)后级发射极加稳压管 (d)NPN和PNP管混合使用图3.1.1 直接耦合放大电路静态工作点的设置二、直接耦合方式的优缺点优点：有非常好的低频特性，能放大直流信号。缺点：各级放大器之间的静态工作点相互影响，并且前级放大器的零点漂移电流和电压会经多级放大电路逐级放大后输出。3.1.2 阻容耦合图3.1.2 两级阻容耦合放大电路3.1.3 变压器耦合 图3.1.3 变压器耦合共射放大电路图3.1.4 变压器耦合的阻抗变换由功率守恒，初级输入的功率应等于负载消耗的功率（忽略变压器损耗），有由于，所以有3.1.4 光电耦合一、光电耦

44、合器 图3.1.5 光电耦合器及其传输特性二、光电耦合放大电路图3.1.6 光电耦合放大电路3.2 多级放大电路的动态分析图3.2.1 多级放大电路方框图计算各参数时，要考虑到各级放大器之间的相互影响。例3.2.1图3.1.2 两级阻容耦合放大电路图3.2.2 图3.1.2所示电路的交流等效电路解：(1)静态分析，求静态工作点(2)动态分析 （与上式联立求解）3.3 直接耦合放大电路3.3.1 直接耦合放大电路的零点漂移现象一、零点漂移现象及其产生的原因 (a)测试电路 (b)测试结果图3.3.1 零点漂移现象二、抑制温度漂移的方法1.引入直流负反馈2.采用温度补偿3.使用对称结构的差分电路3

45、.3.2 差分放大电路一、电路的组成 (a)带有负反馈电阻 (b)带有温控的电压源 (c)对称式电路加共模信号 (d)加差模信号(e)实用差分放大电路图3.3.2 差分放大电路的组成二、长尾式差分放大电路图3.3.3 长尾式差分放大电路1.静态分析对称结构的差分放大电路，一般有，。当时，有2.动态分析基本差分放大电路基本差分放大电路的交流等效电路由差分放大电路的交流等效电路，可得方程组解之，得 （一）(1)差模输入信号的响应差模输入信号：将差模信号代入(一)式，解得a.电压放大倍数双端输出时：单端输出时：b.差模输入电阻c.输出电阻(2)共模输入信号的响应共模输入信号：将共模信号代入(一)式，

46、解得a.电压放大倍数双端输出时：单端输出时：通常，所以b.共模输入电阻c.输出电阻图3.3.4 差分放大电路输入共模信号 (a)电路 (b)交流等效电路图3.3.5 差分放大电路输入差模信号3.共模抑制比或 若将发射极电阻换成电流源，可提高差分电路的共模抑制比。4.电压传输特性图3.3.6 差分放大电路的电压传输特性5.复合信号的响应任意输入信号可分解为其中 图3.3.3 长尾式差分放大电路利用叠加定理，分别求出差模响应和共模响应，则其总响应即为任意信号的响应。三、差分放大电路的四种接法1.双端输入、双端输出电路 2.双端输入、单端输出电路 图3.3.7 双端输入、单端输出差分放大电路图 3.3.8 图3.3.7所示电路的直流通路图3.3.9 图3.3.7所示电路对差模信号的等效电路 (a)将