半导体电路分析基础

1、半导体电路分析基础第1页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二3.1 放大电路及其性能表征放大的概念放大的实质输出信号大于输入信号即为放大放大电路输出信号的能量来源于有源器件上的直流偏置电源，所以放大器实质上是一种能量控制器或能量转换器。第2页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二放大电路的性能表征放大倍数电压放大倍数电压增益电流放大倍数互导放大倍数互阻放大倍数放大电路第3页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二放大电路的性能表征输入电阻所以对信号源的电压放大倍数第4页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二放大电路的性能表

2、征输出电阻RoVo+_空载时的输出电压输出电阻越小，负载上得到的输出电压越大，电路带负载能力越强。放大电路第5页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二放大电路的性能表征频率响应电路增益随输入信号的工作频率改变的特性称为放大电路的频率响应/频率特性第6页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二放大电路的性能表征失真线性失真：由电路的频率响应引起的失真非线性失真：由器件的非线性引起的失真频率失真第7页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二3.2 放大电路的直流分析放大电路的两种工作状态静态（直流）电路的输入为零，电路中各处的电压电流均为不变的直流

3、量动态（交流）电路有交变的输入信号，电路中各处的电流电压均处于变动状态在线性放大区，交流信号与直流信号间是线性叠加的关系，故可将交流分析、直流分析分开分别加以讨论。第8页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二直流工作点分析直流分析的目的求静态时电路的输入、输出电流和电压直流分析的分析方法图解法估算法对于三极管放大电路，图解法是利用三极管的特性曲线和外部电路所确定的负载线为基础，通过作图的方法求解电路的工作情况。根据电路的工作情况，进行近似计算第9页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二图解法写出输入回路方程在输入特性曲线上画出输入回路方程VBBRBiBvBE

4、输入回路求两条曲线的交点Q，并读出交点处的坐标第10页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二图解法写出输出回路方程在输出特性曲线上画出输出回路方程（此曲线称为直流负载线）输出回路求两条曲线的交点Q，并读出交点处的坐标VCCRCiCvCE 直流负载线第11页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二估算法双极型三极管电路假设电路工作在放大状态输入回路输出回路第12页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二估算法场效应管电路假设电路工作在放大状态，利用回路方程和IDVGS间的关系式，通过解联立方程的方法求得。输入回路方程：ID和VGS间的关系式第13

5、页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二3.3 放大电路的交流分析基本共射放大电路的组成基本组成如下：三 极 管T负载电阻Rc 、RL偏置电路VCC 、Rb耦合电容C1 、C2起放大作用。将变化的集电极电流转换为电压输出提供电源，并使三极管工作在线性区。输入耦合电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。VBB=VCC第14页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二交流通路画交流通路的两条原则直流电源对地短路电容短路第15页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二交流分析的方法模型分析法小

6、信号模型器件模型图解分析法既适合于小信号分析，也适合于大信号分析第16页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二交流负载线交流负载线过静态工作点，在三极管输出特性曲线上做电路的交流输出回路方程，此曲线称为交流负载线。交流输出回路方程：交流负载线直流负载线第17页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二图解分析法分析思路输入特性曲线输出特性曲线交流负载线第18页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二根据vi和输入特性上求出iB的波形；根据iB的波形画出iC的波形；图解法分析步骤第19页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二图解法

7、分析步骤利用静态工作点Q和交流负载线，根据ic的波形，在输出特性曲线上求出vCE的波形；vCE中的交流分量vce即为输出电压vo的波形。第20页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二Q点选取对输出波形的影响（动画3-2)Q点太高,会出现饱和失真Q点太低,会出现截止失真Q点取在交流负载线的中点时，输出波形可取得最大动态范围。（动画3-1）（动画3-4)第21页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二用H参数小信号模型分析共 射极基本放大电路 共射极放大电路1. 利用直流通路求Q点一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V， 已知。第22页，共73页，2022

8、年，5月20日，17点42分，星期二2. 画出小信号等效电路RbviRbRbviRc共射极放大电路icvce+-交流通路RbviRcRLH参数小信号等效电路 固定偏流共射电路第23页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二3. 求电压放大倍数根据RbviRcRL则电压放大倍数 固定偏流共射电路第24页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二4. 求输入电阻RbRcRLRi5. 求输出电阻令Ro = Rc 所以 固定偏流共射电路第25页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二 1. 电路如图所示。试画出其小信号等效模型电路。 解：例题第26页，共7

9、3页，2022年，5月20日，17点42分，星期二例题 解：（1）（2）2. 放大电路如图所示。试求：（1）Q点；（2）、。已知=50。第27页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二 温度对工作点的影响1. 温度变化对ICBO的影响2. 温度变化对输入特性曲线的影响温度T 输出特性曲线上移温度T 输入特性曲线左移3. 温度变化对 的影响温度每升高1 C ， 要增加0.5%1.0%温度T 输出特性曲线族间距增大总之： ICBO ICEO T VBE IB IC 第28页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二 射极偏置电路1. 稳定工作点原理目标：温度变化时，使

10、IC维持恒定。 如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。T 稳定原理： IC IEIC VE、VB不变 VBE IB（反馈控制）b点电位基本不变的条件：I1 IB此时，不随温度变化而变化。 且Re可取大些，反馈控制作用更强。 一般取 I1 =(510)IB第29页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二2. 放大电路指标分析静态工作点 射极偏 置电路第30页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二2. 放大电路指标分析电压增益输出回路：输入回路：电压增益：画小信号等效电路确定模型参数已知，求rbe增益 射极偏 置电路第31页，共73页，20

11、22年，5月20日，17点42分，星期二2. 放大电路指标分析输入电阻根据定义由电路列出方程则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻 射极偏 置电路第32页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二2. 放大电路指标分析输出电阻输出电阻求输出电阻的等效电路网络内独立源置零负载开路输出端口加测试电压对回路1和2列KVL方程考虑rce对输出电阻的影响其中则当时，一般（） 射极偏 置电路第33页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二3. 固定偏流电路与射极偏置电路的比较 共射极放大电路静态：第34页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二3. 固

12、定偏流电路与射极偏置电路的比较 固定偏流共射极放大电路电压增益：RbviRcRL固定偏流共射极放大电路输入电阻：输出电阻：Ro = Rc # 射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？第35页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二 射极偏 置电路第36页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二 共集电极电路1. 电路分析共集电极电路结构如图示该电路也称为射极跟随器求静态工作点由得第37页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二电压增益输出回路：输入回路：电压增益：画小信号等效电路确定模型参数

13、已知，求rbe增益共集电 极电路1. 电路分析其中一般，则电压增益接近于1，即射极跟随器第38页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二输入电阻根据定义由电路列出方程则输入电阻当，时， 共集电极电路1. 电路分析输入电阻大输出电阻由电路列出方程其中则输出电阻当，时，输出电阻小共集电极电路特点： 电压增益小于1但接近于1， 输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强第39页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二 共基极电路1. 静态工作点 直流通路与射极偏置电路相同第40页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二 共基极电路2. 动

14、态指标电压增益输出回路：输入回路：电压增益：第41页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二 共基极电路# 共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？2. 动态指标 输入电阻 输出电阻第42页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二3. 三种组态的比较电压增益：输入电阻：输出电阻： 共基极电路第43页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二1. 直流偏置电路FET的直流偏置电路及静态分析（1）自偏压电路（2）分压式自偏压电路vGSvGSvGSvGSvGSvGS =- iDR第44页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，

15、星期二场效应管2. 静态工作点Q点：VGS 、ID 、VDSvGS =VDS =已知VP ，由VDD- ID (Rd + R )- iDR可解出Q点的VGS 、 ID 、 VDS 第45页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二场效应管 FET放大电路的小信号模型分析法1. FET小信号模型（1）低频模型第46页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二场效应管2. 动态指标分析（1）小信号模型第47页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二场效应管2. 动态指标分析（2）电压增益（3）输入电阻（4）输出电阻忽略 rD由输入输出回路得则第48页，共

16、73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二 例4.4.2 共漏极放大电路如图示。试求电压增益、输入电阻和输出电阻。（2）电压增益（3）输入电阻得 解：（1）小信号模型由例题第49页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二（4）输出电阻所以由图有例题第50页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二3.4 放大电路的频率响应分析频响的基本概念电路增益随输入信号的工作频率改变的特性称为放大电路的频率响应幅频响应相频响应第51页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二基本反相放大器的频率响应下限频率上限频率通频带第52页，共73页，2022年，

17、5月20日，17点42分，星期二频率失真幅度失真相位失真（动画51）放大电路对不同频率成分信号的放大倍数大小不同，从而使输出波形产生失真 。放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生的失真第53页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二对数频率特性频率采用对数刻度，而幅度或相位采用线性刻度所表示的频率特性，称为对数频率特性。对数刻度线性刻度第54页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二波特图幅频响应和相频响应图不采用逐点描绘取得，而采用折线近似得到，称为波特图。近似折线第55页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二简单RC电路的

18、频率响应RC低通电路的频率响应第56页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二幅频响应和相频响应幅频响应相频响应第57页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二幅频响应幅频特性图上限频率第58页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二最大误差 -3dB频率响应曲线描述幅频响应0分贝水平线斜率为 -20dB/十倍频程 的直线相频响应RC低通电路的频率响应表示输出与输入的相位差高频时，输出滞后输入因为所以第59页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二RC高通电路的频率响应第60页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期

19、二幅频响应和相频响应幅频响应相频响应第61页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二幅频响应幅频特性图下限频率第62页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二相频响应相频特性图第63页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二三极管电流放大倍数的频率响应共射极截止频率特征频率共基极截止频率第64页，共73页，2022年，5月20日，17点42分，星期二BJT的高频小信号模型由于电容的容抗是与频率有关的，所以在高频时要考虑BJT的极间电容。Cbe 发射结电容Cbc集电结电容rbc集电结电阻低频小信号模型CbcrbcCbe高频简化模型第65页，共73页，2022