模拟电子技术基础教学案

..《模拟电子技术基础》教案1、本课程教学目的：本课程是电气信息类专业的主要技术基础课。其目的与任务是使学生掌握常用半导体器件和典型集成运放的特性与参数,掌握基本放大、负反馈放大、集成运放应用等低频电子线路的组成、工作原理、性能特点、基本分析方法和工程计算方法；使学生具有一定的实践技能和应用能力；培养学生分析问题和解决问题的能力,为后续课程和深入学习这方面的内容打好基础。2、本课程教学要求：1．掌握半导体器件的工作原理、外部特性、主要参数、等效电路、分析方法及应用原理。2．掌握共射、共集、共基、差分、电流源、互补输出级六种基本电路的组成、工作原理、特点及分析,熟悉改进放大电路,理解多级放大电路的耦合方式及分析方法,理解场效应管放大电路的工作原理及分析方法,理解放大电路的频率特性概念及分析。3．掌握反馈的基本概念和反馈类型的判断方法,理解负反馈对放大电路性能的影响,熟练掌握深度负反馈条件下闭环增益的近似估算,了解负反馈放大电路产生自激振荡的条件及其消除原则。4．了解集成运算放大器的组成和典型电路,理解理想运放的概念,熟练掌握集成运放的线性和非线性应用原理及典型电路；掌握一般直流电源的组成,理解整流、滤波、稳压的工作原理,了解电路主要指标的估算。3、使用的教材：杨栓科编,《模拟电子技术基础》,高教出版社主要参考书目：康华光编,《电子技术基础》〔模拟部分第四版,高教出版社童诗白编,《模拟电子技术基础》,高等教育出版社,张凤言编,《电子电路基础》第二版,高教出版社,谢嘉奎编,《电子线路》〔线性部分第四版,高教出版社,陈大钦编,《模拟电子技术基础问答、例题、试题》,华中理工大学出版社,唐竞新编,《模拟电子技术基础解题指南》,清华大学出版社,孙肖子编,《电子线路辅导》,XX电子科技大学出版社,谢自美编,《电子线路设计、实验、测试》〔二,华中理工大学出版社,绪论本章的教学目标和要求：要求学生了解放大电路的基本知识；要求了解放大电路的分类及主要性能指标。本章总体教学内容和学时安排：〔采用多媒体教学§1－1电子系统与信号 0.5§1－2放大电路的基本知识 0.5本章重点： 放大电路的基本认识；放大电路的分类及主要性能指标。本章教学方式：课堂讲授本章课时安排：1本章的具体内容：1节介绍本课程目的,教学参考书,本课程的特点以及在学习中应该注意的事项和学习方法；介绍放大电路的基本认识；放大电路的分类及主要性能指标。重点:放大电路的分类及主要性能指标。第1章半导体二极管及其基本电路本章的教学目标和要求：要求学生了解半导体基础知识；理解PN结的结构与形成；熟练掌握普通二极管和稳压管的V-I特性曲线及其主要参数,熟练掌握普通二极管正向V-I特性的四种建模。本章总体教学内容和学时安排：〔采用多媒体教学§1－1PN结 §1－2半导体二极管 §1－3半导体二极管的应用 §1－4特殊二极管 本章重点：PN结内部载流子的运动,PN结的特性,二极管的单向导电性、二极管的特性、参数、应用电路分析及稳压管的特性、参数及其特点。本章难点：PN结的形成原理,二极管的非线性伏安特性方程和曲线及其电路分析。本章主要的切入点："管为路用"从PN结是半导体器件的基础结构,PN结的形成原理入手,通过对器件的非线性伏安特性的描述,在分析电路时说明存在的问题,引出非线性问题线性化的必要性和可行性。本章教学方式：课堂讲授本章课时安排：3本章习题：P261.1、1.2、1.7、1.9、1.12、1.13。本章的具体内容：2、3节1、介绍本课程目的,教学参考书,本课程的特点以及在学习中应该注意的事项和学习方法；2、讲解半导体基础知识,半导体,杂质半导体；3、讲解PN结的特点,PN结的几个特性:单向导电性、伏安特性、温度特性、电容特性。重点:PN结的形成过程、PN结的单向导电性、伏安特性曲线的意义,伏安方程的应用。4节1、讲解半导体二极管结构和电路符号,基本特点,等效电路；2、讲解稳压二极管工作原理,电路符号和特点,等效电路；3、讲解典型限幅电路和稳压电路的分析。重点：两种管子的电路符号和特点。 讲解课后习题,让学生更好地了解二极管基本电路及其分析方法。[例1]电路如图<a>所示,已知,二极管导通电压。试画出uI与uO的波形,并标出幅值。图<a>[相关知识]二极管的伏安特性及其工作状态的判定。[解题思路]首先根据电路中直流电源与交流信号的幅值关系判断二极管工作状态；当二极管的截止时,uO=uI；当二极管的导通时,。[解题过程]由已知条件可知二极管的伏安特性如图所示,即开启电压Uon和导通电压均为0.7V。由于二极管D1的阴极电位为＋3V,而输入动态电压uI作用于D1的阳极,故只有当uI高于＋3.7V时D1才导通,且一旦D1导通,其阳极电位为3.7V,输出电压uO=＋3.7V。由于D2的阳极电位为－3V,而uI作用于二极管D2的阴极,故只有当uI低于－3.7V时D2才导通,且一旦D2导通,其阴极电位即为－3.7V,输出电压uO=－3.7V。当uI在－3.7V到＋3.7V之间时,两只管子均截止,故uO=uI。uI和uO的波形如图<b>所示。图<b>[例1-8]设本题图所示各电路中的二极管性能均为理想。试判断各电路中的二极管是导通还是截止,并求出A、B两点之间的电压ＵAB值。[相关知识]

二极管的工作状态的判断方法。[解题思路]

〔1首先分析二极管开路时,管子两端的电位差,从而判断二极管两端加的是正向电压还是反向电压。若是反向电压,则说明二极管处于截止状态；若是正向电压,但正向电压小于二极管的死区电压,则说明二极管仍然处于截止状态；只有当正向电压大于死区电压时,二极管才能导通。

〔2在用上述方法判断的过程中,若出现两个以上二极管承受大小不等的正向电压,则应判定承受正向电压较大者优先导通,其两端电压为正向导通电压,然后再用上述方法判断其它二极管的工作状态。[解题过程]

在图电路中,当二极管开路时,由图可知二极管D1、D2两端的正向电压分别为10V和25V。二极管D2两端的正向电压高于D1两端的正向电压,二极管D2优先导通。当二极管D2导通后,UAB=－15V,二极管D1两端又为反向电压。故D1截止、D2导通。UAB=－15V。[例1-9]硅稳压管稳压电路如图所示。其中硅稳压管DZ的稳定电压UZ=8V、动态电阻rZ可以忽略,UI=20V。试求：

<1>UO、IO、I及IZ的值；

<2>当UI降低为15V时的UO、IO、I及IZ值。[相关知识]

稳压管稳压电路。[解题思路]

根据题目给定条件判断稳压管的工作状态,计算输出电压及各支路电流值。[解题过程]

<1>由于＞UZ稳压管工作于反向电击穿状态,电路具有稳压功能。故UO=UZ=8VIZ=I－IO=6－4=2mA由于这时的＜UZ稳压管没有被击穿,稳压管处于截止状态。故IZ=0[例1-10]电路如图<a>所示。其中未经稳定的直流输入电压UI值可变,稳压管DZ采用2CW58型硅稳压二极管,在管子的稳压范围内,当IZ为5mA时,其端电压UZ为10V、为20Ω,且该管的IZM为26mA。

<1>试求当该稳压管用图<b>所示模型等效时的UZ0值；

<2>当UO=10V时,UI应为多大？

<3>若UI在上面求得的数值基础上变化±10%,即从0.9UI变到1.1UI,问UO将从多少变化到多少？相对于原来的10V,输出电压变化了百分之几？在这种条件下,IZ变化范围为多大？

<4>若UI值上升到使IZ=IZM,而rZ值始终为20Ω,这时的UI和UO分别为多少？

<5>若UI值在6~9V间可调,UO将怎样变化？图<a>

图<b>[相关知识]

稳压管的工作原理、参数及等效模型。[解题思路]

根据稳压管的等效模型,画出等效电路,即可对电路进行分析。[解题过程]

<1>由稳压管等效电路知,<2>

<3>设不变。当时当时<4>

<5>由于UI＜UZ0,稳压管DZ没有被击穿,处于截止状态故UO将随UI在6~9V之间变化第2章半导体三极管及放大电路基础本章的教学目标和要求：要求学生正确理解放大器的一些基本概念,掌握BJT的简化模型及其模型参数的求解方法,掌握BJT的偏置电路,及静态工作点的估算方法；掌握BJT的三种基本组态放大电路的组成,指标,特点及分析方法；理解放大器的频率响应的概念和描述,掌握放大器的低频、高频截止频率的估算,单管放大器的频率响应的分析,波特图的折线画法。本章总体教学内容和学时安排：〔采用多媒体与板书相结合的教学方式§2－1半导体BJT §2－2共射极放大电路 §2－3图解分析法 §2－4小信号模型分析法 §2－5放大电路的工作点稳定问题 §2－6共集电极电路和共基极电路 §2－7多级放大电路 §2－8放大电路的频率响应习题课 本章重点：以共射极放大电路为例介绍基本放大电路的组成、工作原理、静态工作点的计算、性能指标计算。频率响应的概述,波特图的定义；BJT的简化混合高频等效模型,单管共射放大器中频段、低频段、高频段的频率响应的分析和波特图的画法。本章难点：对放大概念的理解；等效模型的应用；对电路近似分析的把握。本章主要的切入点：通过易于理解的物理概念、作图的方法理解放大的概念；通过数学推导与物理意义的结合,加强对器件等效模型的理解；通过CB、CC、CS等基本电路的分析,强化工程分析的意识和分析问题的能力。本章教学方式：课堂讲授+仿真分析演示本章课时安排：14本章习题：P842.3、2.4、2.7、2.8、2.11、2.12、2.13、2.14、2.15、2.16、2.18、2.19、2.20。本章的具体内容：5、6、7节： 介绍半导体BJT的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。 重点：BJT内部载流子的移动、电流的分配关系和特性曲线。8、9、10节： 介绍共射放大器组成原则,电路各元件的作用,介绍Q点定义及其合理设置的重要性,放大电路的工作原理,信号在放大电路各点的传输波形变化；放大电路组成原则。重点:强调对于各个基本概念的理解和掌握。11、12、13、14节：对放大电路进行分析,介绍直流、交流通路的画法原则,并例举几个电路示范；采用图解法对放大电路的Q点、电压放大倍数和失真情况进行分析,强调交、直流负载线的区别。再对一个典型共射放大电路进行完整的动态参数分析,并对其分析结果进行详细分析和讨论,从而作为此部分的一个小结。重点:直流、交流通路的画法原则,典型共射放大电路进行完整的动态参数分析。15、16节： 介绍三极管的小信号等效模型、并用小信号模型法分析基本放大电路的主要性能指标Av,Ri,Ro。 重点：建立小信号电路模型,将非线性问题线性化。讲解课后习题,使学生熟悉用图解法和小信号模型法分析放大电路的方式方法。讨论放大电路Q点的稳定性。从影响Q点稳定的因素入手,在固定偏流电路的基础上介绍分压偏置电路,并对其稳定静态工作点的原理进行详细分析。对典型分压偏置共射放大器进行直流分析,强调直流分析中VCC的分割,工程近似法计算Q点；重点:对典型分压偏置共射放大器进行交直流分析。17、18节：简要介绍有稳Q能力的其它电路结构形式,介绍共集放大器〔CC的原理图、直流通路、交流通路、交直流分析,介绍其特点和典型应用；给出一个典型CC放大器和其分析结论由学生课外完成分析；介绍共基放大器〔CB,原理图,直流通路,交流通路,交直流分析,介绍其特点和典型应用；给出一个典型CB放大器和其分析结论由学生课外完成分析。结合一个简单综合性例题小结三组态的特点。给出一个CE,CC,CB放大器比较对照表由学生课外完成分析。重点:共集放大器〔CC的交直流分析,共基放大器〔CB的交直流分析。频率响应的概述,基本概念,三个频段的划分,引入RC高通电路模拟低频响应,RC低通电路模拟高频响应,它们的幅频响应,相频响应；的频率响应；波特图的定义；BJT的完整混合模型,简化高频等效模型,主要参数的推导；单管共射放大器中频段、低频段、高频段的频率响应的分析和波特图的画法。放大器增益带宽积的概念,影响因素,多级放大器的频率响应。以一个单管共射放大电路的分析为例题对以上内容做一个小结。重点:频率响应的基本概念,简化高频等效模型,主要参数的推导；单管共射放大器频率响应的分析。讲解课后习题,并对本章内容作个简单的小结。[例2-1]电路如图所示,晶体管的β＝100,UBE＝0.7V,饱和管压降UCES＝0.4V；稳压管的稳定电压UZ＝4V,正向导通电压UD＝0.7V,稳定电流IZ＝5mA,最大稳定电流IZM＝25mA。试问：〔1当uI为0V、1.5V、25V时uO各为多少？〔2若Rc短路,将产生什么现象？[相关知识]

晶体管工作状态的判断,稳压管是否工作在稳压状态的判断以及限流电阻的作用。[解题思路]

〔1根据uI的值判断晶体管的工作状态。

〔2根据稳压管的工作状态判断uO的值。[解题过程]

〔1当uI＝0时,晶体管截止；稳压管的电流在IZ和IZM之间,故uO＝UZ＝4V。当uI＝15V时,晶体管导通,基极电流假设晶体管工作在放大状态,则集电极电流由于uO＞UCES＝0.4V,说明假设成立,即晶体管工作在放大状态。值得指出的是,虽然当uI为0V和1.5V时uO均为4V,但是原因不同；前者因晶体管截止、稳压管工作在稳压区,且稳定电压为4V,使uO＝4V；后者因晶体管工作在放大区使uO＝4V,此时稳压管因电流为零而截止。当uI＝2.5V时,晶体管导通,基极电流假设晶体管工作在放大状态,则集电极电流在正电源供电的情况下,uO不可能小于零,故假设不成立,说明晶体管工作在饱和状态。实际上,也可以假设晶体管工作在饱和状态,求出临界饱和时的基极电流为IB=0.18mA＞IBS,说明假设成立,即晶体管工作在饱和状态。〔2若Rc短路,电源电压将加在稳压管两端,使稳压管损坏。若稳压管烧断,则uO＝VCC＝12V。若稳压管烧成短路,则将电源短路；如果电源没有短路保护措施,则也将因输出电流过大而损坏。[方法总结]〔1晶体管工作状态的判断：对于NPN型管,若uBE＞Uon〔开启电压,则处于导通状态；若同时满足UC≥UB>UE,则处于放大状态,IC＝βIB；若此时基极电流则处于饱和状态,式中ICS为集电极饱和电流,IBS是使管子临界饱和时的基极电流。〔2稳压管是否工作在稳压状态的判断：稳压管所流过的反向电流大于稳定电流IZ才工作在稳压区,反向电流小于最大稳定电流IZM才不会因功耗过大而损坏,因而在稳压管电路中限流电阻必不可少。图示电路中Rc既是晶体管的集电极电阻,又是稳压管的限流电阻。[例2-2]电路如图所示,晶体管导通时UBE＝0.7V,β=50。试分析uI为0V、1V、1.5V三种情况下T的工作状态及输出电压uO的值。[相关知识]晶体管的伏安特性。[解题思路]根据晶体管的管压降与,以及基极电流和集电极电流的特点,直接可以判别出管子的工作状态,算出输出电压。[解题过程]〔1当VBB＝0时,T截止,uO＝12V。〔2当VBB＝1V时,因为μA所以T处于放大状态。〔3当VBB＝3V时,因为μA所以T处于饱和状态。[例2-3]试问图示各电路能否实现电压放大？若不能,请指出电路中的错误。图中各电容对交流可视为短路。图<a>

图<b>图<c>

图<d>[相关知识]

放大电路的组成原理。[解题思路]

放大电路的作用是把微弱的电信号不失真地放大到负载所需要的数值。即要求放大电路既要有一定的放大能力,又要不产生失真。因此,首先要检查电路中的晶体管〔非线性器件是否有合适的直流偏置,是否工作在放大状态〔线性状态,其次检查信号源、放大器和负载之间的信号传递通道是否畅通,并具有电压放大的能力。[解题过程]图<a>电路不能实现电压放大。电路缺少集电极电阻,动态时电源相当于短路,输出端没有交流电压信号。

图<b>电路不能实现电压放大。电路中缺少基极偏置电阻,动态时电源相当于短路,输入交流电压信号也被短路。

图<c>电路也不能实现电压放大。电路中晶体管发射结没有直流偏置电压,静态电流,放大电路工作在截止状态。

图<d>电路能实现小信号电压放大。为了保证输出信号不失真〔截止、饱和,当输入信号为正时,应不足以使三极管饱和；当输入信号为负时,应不会使三极管截止。[例2-4]单级放大电路如图所示,已知Vcc=15V,,,,此时调到,,,,,,晶体管饱和压降UCES为1V,晶体管的结电容可以忽略。试求：〔1静态工作点,：

〔2中频电压放大倍数、输出电阻、输入电阻；

〔3估计上限截止频率和下限截止频率；

〔4动态范围=？输入电压最大值Uip=？〔5当输入电压的最大值大于Uip时将首先出现什么失真？[相关知识]

〔1共射极放大电路。

〔2放大电路的频率特性。[解题思路]

〔1根据直流通路可求得放大电路的静态工作点。

〔2根据交流通路可求得放大电路的、、。

〔3根据高频区、低频区的等效电路可分别求出和。

〔4根据静态工作点及交流负载线的斜率可求得动态范围,同时可判断电路出现失真的状况。〔5根据电压放大倍数和动态范围可求出Uip。[解题过程]

〔1采用估算法求解静态工作点。由图可知故〔2利用微变等效电路法,求解放大电路的动态指标。〔3当电路中只有一个惯性环节时,电路的截止频率可以表示为,其中为电容所在回路的等效电阻。在高频区,根据题意,晶体管的结电容可以忽略,影响电路上限截止频率的电容只有负载等效电容。故电路的上限截止频率为在低频区,影响下限截止频率的电容有、和。可以分别考虑输入回路电容〔、和输出回路电容〔的影响,再综合考虑它们共同作用时对电路下限截止频率的影响。只考虑输出回路电容时只考虑输入回路电容和时,为了简化计算,忽略偏置电阻及射极电阻的影响,把射极旁路电容折算到基极回路,则有由于,所以电路的下限截止频率为〔4由于,即电路的最大不失真输出电压受截止失真的限制,故电路的动态范围输入电压最大值〔5由上述分析可知,当输入电压的最大值大于Uip时,电路将首先出现截止失真。[例2-5]图示放大电路为自举式射极输出器。在电路中,设,,,,晶体管的,,各电容的容量足够大。试求：

〔1断开电容,求放大电路的输入电阻和输出电阻。

〔2接上电容,写出的表达式,并求出具体数值,再与〔1中的数值比较。

〔3接上电容,若通过增大来提高,那么的极限值等于多少？图<a>[解相关知识]

射极输出器、自举原理、密勒定理。[解题思路]

根据放大电路的微变等效电路求放大电路的输入电阻。[解题过程]在分析电路的指标之前,先对自举式射极输出器的工作原理作一简要说明。在静态时,电容相当于开路；在动态时,大电容相当于短路,点E和点A的交流电位相等。由于点E的交流电位跟随输入信号〔点B的交流电位变化,所以两端的交流电位接近相等,流过的交流电流接近于零。对交流信号来说,相当于一个很大的电阻,从而减小了、对电路输入电阻的影响。由于大电容C的存在,点A的交流电位会随着输入信号而自行举起,所以叫自举式射极输出器。

这种自举作用能够减小直流偏置电阻对电路输入电阻的影响,可以进一步提高射极输出器的输入电阻。〔1在断开电容C后,电路的微变等效电路如图<b>所示。图中图〔b。由图可以求出可见,射极输出器的原来是很大的,但由于直流偏置电阻的并联,使减小了很多。〔2接上自举电容后,用密勒定理把等效为两个电阻,一个是接在B点和地之间的,另一个是接在A<E>点和地之间的,其中是考虑了与、以及并联后的,如图<c>所示。图<c>由于,但小于1,所以是一个比大得多的负电阻,它与、、并联后,总的电阻仍为正。由于很大,它的并联效应可以忽略,从而使此时所以,自举式射极输出器的输入电阻由于对的并联影响小得多,所以比没有自举电容时增大了。〔3通过增大以增大的极限情况为,即用自举电阻提高的结果,使只取绝于从管子基极看进去的电阻,与偏置电阻几乎无关。[例2-6]试判断图示各电路属于何种组态的放大电路,并说明输出电压相对输入电压的相位关系。〔a〔b〔c〔d[相关知识]

共集－共射,共射－共集,共集－共基组合放大电路。[解题思路]

根据信号流向分析各个晶体管放大电路的组态及输出电压与输入电压的相位关系。[解题过程]

图〔a所示电路第一级是共集电极放大电路,输出电压与输入电压同相；第二级是共射极放大电路,输出电压与输入电压反相。因此,整个电路是共集－共射组合电路,输出电压与输入电压反相。

图〔b所示电路第一级是共射极放大电路,输出电压与输入电压反相；第二级是共基极放大电路,输出电压与输入电压同相。因此,整个电路是共射－共基组合电路,输出电压与输入电压反相。

图〔c所示电路第一级是共集电极放大电路,输出电压与输入电压同相；第二级是共基极放大电路,输出电压与输入电压同相。因此整个电路是共集－共基组合电路,输出电压与输入电压同相。图〔d所示电路由于T1管集电极具有恒流特性,因而T1管是T2管的有源负载,所以T2管组成了有源负载的共射放大器,输出电压与输入电压反相。[例2-7]晶体管组成的共集－共射、共射－共集、共射－共基等几种组合放大电路各有其独特的优点,请你选择合适的组合放大电路,以满足如下所述不同应用场合的需求。

〔1电压测量放大器的输入级电路。

〔2输出电压受负载变化影响小的放大电路。

〔3负载为0.2kΩ,要求电压增益大于60dB的放大电路。

〔4输入信号频率较高的放大电路。[相关知识]

共集－共射,共射－共集,共射－共基组合放大电路。[解题思路]

根据三种组合放大电路的特点,选择满足应用需求的组合放大电路。三种组合放大电路的特点如下：

〔1共集－共射组合放大电路,不仅具有共集电极电路输入电阻大的特点,而且具有共射电路电压放大倍数大的特点；

〔2共射－共集组合放大电路,不仅具有共射电路电压放大倍数大的特点,而且具有共集电极电路输出电阻小的特点；

〔3共射－共基组合放大电路,共基极电路本身就有较好的高频特性,同时将输入电阻很小的共基极电路接在共射极电路之后,减小了共射极电路的电压放大倍数,使共射极接法的管子集电结电容效应减小,改善了放大电路的频率特性。因此,共射－共基组合放大电路在高频电路中获得了广泛的应用。该组合电路的电压放大倍数近似等于一般共射电路的电压放大倍数。[解题过程]

〔1电压测量放大器的输入级既要有较大的输入电阻,又要有一定的电压放大能力,应采用共集－共射组合放大电路。

〔2输出电压受负载变化影响小的放大电路应具有较小的输出电阻,也要有一定的电压放大能力,应采用共射－共集组合放大电路。

〔3负载为0.2kΩ,电压增益大于60dB的放大电路应采用电压放大倍数大、输出电阻小的共射－共集组合电路,最好在输入级再增加一级具有高输入电阻的共集电极电路。

〔4输入信号频率较高时,应采用频率特性好的共射－共基组合放大电路。第3章场效应管放大电路本章的教学目标和要求：要求学生了解JFET、MOSFET的结构特点,理解其工作原理；掌握JFET、MOSFET的特性曲线及其主要参数,掌握BJT、JFET、MOSFET三者之间的差别；掌握FET的偏置电路,工作点估算方法,掌握FET的小信号跨导模型,掌握FET的共源和共漏电路的分析和特点。本章总体教学内容和学时安排：〔采用多媒体教学方式§3－1结型场效应管 §3－2金属－氧化物－半导体场效应管 §3－3场效应管放大电路 习题课 本章重点：各种场效应管的外特性及参数,场效应管放大电路的偏置电路及特点。本章难点：场效应管的工作原理以及静态工作点的计算。本章教学方式：课堂讲授本章课时安排：8本章的具体内容：19、20节： 介绍结型场效应管的工作原理、结型场效应管的特性曲线以及主要参数。 重点：对结型场效应管的特性曲线的理解。21、22、23节： 介绍MOS效应管的工作原理、MOS效应管的特性曲线以及主要参数。 重点：对MOS效应管的特性曲线的理解。24、25、26节：FET放大电路的分类,Q点设置方法,两种偏置方法的特点,以及用图解法、计算法对电路进行分析。FET的小信号模型,并用它对共源、共漏放大器分析；加一习题课讲解习题并对本章作一小结。重点:强调分析方法的掌握,以及电路结构、分析过程与BJT放大器的对比。[例3-1]在图示电路中,已知场效应管的；问在下列三种情况,管子分别工作在那个区？〔1,〔2,〔3,[相关知识]场效应管的伏安特性。[解题思路]根据管子工作在不同区域的特点,判断管子的工作状态。[解题过程]<1>因为管子工作在截止区。<2>因为管子工作在放大区。<3>因为管子工作在可变电阻区。[例3-2]电路如图<a>示。其中,,,,场效应管的输出特性如图〔b所示。试求电路的静态工作点、和之值。图<a>图<b>[相关知识]

结型场效应管及其外特性,自给偏压电路,放大电路的直流通路、解析法、图解法。[解题思路]

根据放大电路的直流通路,利用解析法或图解法可求得电路的静态工作点。[解题过程]

由场效应管的输出特性可知管子的,由式及得与双极型晶体管放大电路类似,分析场效应管放大电路的静态工作点,也有两种方法,解析法和图解法[另一种解法]

〔1在输出特性曲线上,根据输出回路直流负载线方程

作直流负载线MN,如图<d>所示。MN与不同的输出特性曲线有不同的交点。Q点应该在MN上。图<c>图<d>〔2由交点对应的、值在~坐标上作曲线,称为~控制特性,如图<c>所示。〔3在控制特性上,根据输入回路直流负载线方程代入,可作出输入回路直流负载线。该负载线过原点,其斜率为,与控制特性曲线的交点即为静态工作点。由此可得,〔4根据,在输出回路直流负载线上可求得工作点,再由点可得。[例3-3]两个场效应管的转移特性曲线分别如图<a>、<b>所示,分别确定这两个场效应管的类型,并求其主要参数〔开启电压或夹断电压,低频跨导。测试时电流iD的参考方向为从漏极D到源极S。<a><b>[相关知识]

〔1场效应管的转移特性。

〔2场效应管的电参数。[解题思路]

根据场效应管的转移特性确定其开启电压或夹断电压,及在某一工作点处的跨导。[解题过程]

〔a图曲线所示的是P沟道增强型MOS管的转移特性曲线。其开启电压UGS〔th＝－2V,IDQ=-1mA在工作点〔UGS＝－5V,ID＝－2.25mA处,跨导〔b图曲线所示的是N沟道耗尽型MOSFET的转移特性曲线,其夹断电压,在工作点〔UGS＝－2V,ID＝1mA处,跨导第4章集成运算放大器本章的教学目标和要求：要求学生了解差分式放大低电路的基本概念,简单差分式放大电路的组成、工作原理,差分放大电路静态工作点与主要性能指标的计算；了解集成运放电路的组成及特点；了解集成运放的主要参数和性能指标；理解理想运放的概念,掌握理想运放的线性工作区的特点,运放在线性工作区的典型应用；掌握理想运放的非线性工作区的特点,运放在非线性工作区的典型应用。本章总体教学内容和学时安排：〔采用多媒体教学§4－1集成运放概述 §4－2集成运放中的基本单元电路 §4－3通用集成运放 §4－4运放的主要参数几简化低频等效电路 本章重点：差分式放大电路的组成、工作原理,差分放大电路静态工作点与主要性能指标的计算；零点漂移现象；差动放大器对差模信号的放大作用和对共模信号的抑制作用；半电路分析方法。电流源电路的结构和工作原理、特点；直接耦合互补输出级电路的结构原理、特点,交越失真的概念；本章难点：对差模信号共模信号的理解,对任意信号单端输入、单端输出差动放大器的分析；多级放大器前后级之间的相互影响。本章教学方式：课堂讲授本章课时安排：6本章习题：P1444.1、4.2、4.3、4.5、4.6、4.10、4.11、4.12、4.13、4.19、4.20。本章的具体内容：27、28、29节： 介绍集成电路运算放大器中的几种电流源形式；介绍引入直接耦合放大电路的产生零点漂移的原因,零点漂移的抑制方法；直接耦合放大电路的直流分析。任意信号的差模共模分解,典型差分放大器的结构,对共模差模信号的不同响应。重点:产生零点漂移的原因,零点漂移的抑制方法；典型差分放大器的原理。30、31、32节：差分放大器对差模信号的放大作用的详细分析,共模抑制比的概念。差放的四种典型接法,并对几种结构的交流特性做分析。简要介绍改进型差放的改进原理。介绍集成电路运算放大器的内部结构、工作原理、主要参数和性能指标。重点：共模抑制比,差放的四种典型接法和集成运放的工作原理。[例4-1]三个两级放大电路如下图所示,已知图中所有晶体管的β均为100,rbe均为1kΩ,所有电容均为10μF,VCC均相同。填空：

〔1填入共射放大电路、共基放大电路等电路名称。图〔a的第一级为_________,第二级为_________；图〔b的第一级为_________,第二级为_________；图〔c的第一级为_________,第二级为_________。〔2三个电路中输入电阻最大的电路是_________,最小的电路是_________；输出电阻最大的电路是_________,最小的电路是_________；电压放大倍数数值最大的电路是_________；低频特性最好的电路是_________；若能调节Q点,则最大不失真输出电压最大的电路是_________；输出电压与输入电压同相的电路是_________。[相关知识]

晶体管放大电路三种接法的性能特点,多级放大电路不同耦合方式及其特点,多级放大电路动态参数与组成它的各级电路的关系。[解题思路]

〔1通过信号的流通方向,观察输入信号作用于晶体管和场效应管的哪一极以及从哪一极输出的信号作用于负载,判断多级放大电路中各级电路属于哪种基本放大电路。

〔2根据各种晶体管基本放大电路的参数特点,以及单级放大电路连接成多级后相互间参数的影响,分析各多级放大电路参数的特点。[解题过程]

〔1在电路〔a中,T1为第一级的放大管,信号作用于其发射极,又从集电极输出,作用于负载〔即第二级电路,故第一级是共基放大电路；T2和T3组成的复合管为第二级的放大管,第一级的输出信号作用于T2的基极,又从复合管的发射极输出,故第二级是共集放大电路。在电路〔b中,T1和T2为第一级的放大管,构成差分放大电路,信号作用于T1和T2的基极,又从T2的集电极输出,作用于负载〔即第二级电路,是双端输入单端输出形式,故第一级是〔共射差分放大电路；T3为第二级的放大管,第一级的输出信号作用于T3的基极,又从其发射极输出,故第二级是共集放大电路。

在电路〔c中,第一级是典型的Q点稳定电路,信号作用于T1的基极,又从集电极输出,作用于负载〔即第二级电路,故为共射放大电路；T2为第二级的放大管,第一级的输出信号作用于T2的基极,又从其集电极输出,故第二级是共射放大电路。应当特别指出,电路〔c中T3和三个电阻〔8.2kΩ、1.8kΩ、1kΩ组成的电路构成电流源,等效成T2的集电极负载,理想情况下等效电阻趋于无穷大。电流源的特征是其输入回路没有动态信号的作用。要特别注意电路〔c的第二级电路与互补输出级的区别。〔2比较三个电路的输入回路,电路〔a的输入级为共基电路,它的e−b间等效电阻为rbe/<1+β>,Ri小于rbe/<1+β>；电路〔b的输入级为差分电路,Ri大于2rbe；电路〔c输入级为共射电路,Ri是rbe与10kΩ、3.3kΩ电阻并联,Ri不可能小于rbe/<1+β>；因此,输入电阻最小的电路为〔a,最大的电路为〔b。电路〔c的输出端接T2和T3的集电极,对于具有理想输出特性的晶体管,它们对"地"看进去的等效电阻均为无穷大,故电路〔c的输出电阻最大。比较电路〔a和电路〔b,虽然它们的输出级均为射极输出器,但前者的信号源内阻为3.3kΩ,后者的信号源内阻为10kΩ；且由于前者采用复合管作放大管,从射极回路看进去的等效电阻表达式中有1/<1+β>2,而后者从射极回路看进去的等效电阻表达式中仅为有1/<1+β>,故电路〔a的输出电阻最小。由于电路〔c采用两级共射放大电路,且第二级的电压放大倍数数值趋于无穷大,而电路〔a和〔b均只有第一级有电压放大作用,故电压放大倍数数值最大的电路是〔c。由于只有电路〔b采用直接耦合方式,故其低频特性最好。由于只有电路〔b采用±VCC两路电源供电,若Q点可调节,则其最大不失真输出电压的峰值可接近VCC,故最大不失真输出电压最大的电路是〔b。

由于共射电路的输出电压与输入电压反相,共集和共基电路的输出电压与输入电压同相,可以逐级判断相位关系,从而得出各电路输出电压与输入电压的相位关系。电路〔a和〔b中两级电路的输出电压与输入电压均同相,故两个电路的输出电压与输入电压均同相。电路〔c中两级电路的输出电压与输入电压均反相,故整个电路的输出电压与输入电压也同相。

综上所述,答案为〔1共基放大电路,共集放大电路；差分放大电路,共集放大电路；共射放大电路,共射放大电路；〔2〔b,〔a；〔c,〔a；〔c；〔b；〔b；〔a,〔b,〔c。[例4-2]电路如图所示。已知,,,,,。时,。〔1试说明和、和、以及分别组成什么电路？〔2若要求上电压的极性为上正下负,则输入电压的极性如何？〔3写出差模电压放大倍数的表达式,并求其值。[相关知识]〔1差分放大电路。〔2多级放大电路。〔3电流源电路。[解题过程]根据差分放大电路、多级放大电路的分析方法分析电路。[解题过程]〔1、管组成恒流源电路,作和管的漏极有源电阻,、管组成差分放大电路,并且恒流源作源极有源电阻。管组成共射极放大电路,并起到电平转化作用,使整个放大电路能达到零输入时零输出。管组成射极输出器,降低电路的输出电阻,提高带载能力,这里恒流源作为管的射极有源电阻。〔2为了获得题目所要求的输出电压的极性,则必须使基极电压极性为正,基极电压极性为负,也就是管的栅极电压极性应为正,而管的栅极电压极性应为负。〔3整个放大电路可分输入级〔差分放大电路、中间级〔共射放大电路和输出级〔射极输出器。对于输入级〔差分放大电路,由于恒流源作漏极负载电阻,使单端输出具有与双端输出相同的放大倍数。所以式中,漏极负载电阻,而为管的等效电阻。为管组成的共射放大电路的输入电阻。由于恒流源的。所以：管组成的共射放大电路的电压放大倍数由于管组成的射极输出器的输入电阻,所以：管组成的射极输出器的电压放大倍数则总的差模电压放大倍数的表达式为其值为[例4-3]下图所示为简化的集成运放电路,输入级具有理想对称性。选择正确答案填入空内。〔1该电路输入级采用了__________。A．共集−共射接法B.共集−共基接法C.共射−共基接法〔2输入级采用上述接法是为了__________。A.展宽频带B.增大输入电阻C.增大电流放大系数〔3T5和T6作为T3和T4的有源负载是为了__________。A.增大输入电阻B.抑制温漂C.增大差模放大倍数〔4该电路的中间级采用__________。A.共射电路B.共基电路C.共集电路〔5中间级的放大管为__________。A.T7B.T8C.T7和T8组成的复合管〔6该电路的输出级采用__________。A.共射电路B.共基电路C.互补输出级〔7D1和D2的作用是为了消除输出级的__________。A.交越失真B.饱和失真C.截止失真〔8输出电压uO与uI1的相位关系为__________。A.反相B.同相C.不可知[相关知识]

集成运放电路〔输入级,中间级,互补输出级,基本放大电路的接法及性能指标,有源负载,差模放大倍数,复合管。[解题思路]

〔1用基本的读图方法对放大电路进行分块,分析出输入级、中间级和输出级电路。

〔2分析各级电路的基本接法及性能特点。[解题过程]

〔1输入信号作用于T1和T2管的基极,并从它们的发射极输出分别作用于T3和T4管的发射极,又从T3和T4管的集电极输出作用于第二级,故为共集−共基接法。〔2上述接法可以展宽频带。为什么不是增大输入电阻呢？因为共基接法的输入电阻很小,即T1和T2管等效的发射极电阻很小,所以输入电阻的增大很受限。因为共基接法不放大电流,所以不能增大电流放大系数。

〔3T5和T6作为T3和T4的有源负载是为了增大差模放大倍数。利用镜像电流源作有源负载,可使单端输出差分放大电路的差模放大倍数增大到近似等于双端输出时的差模放大倍数。〔4为了完成"主放大器"的功能,中间级采用共射放大电路。〔5由于第一级的输出信号作用于T7的基极以及T7和T8的连接方式,说明T7和T8组成的复合管为中间级的放大管。〔6T9和T10的基极相连作为输入端,发射极相连作为输出端,故输出级为互补输出级。〔7D1和D2的作用是为了消除输出级的交越失真。

〔8若在输入端uI1加"＋"、uI2加"－"的差模信号,则T2的共集接法使其发射极〔即T4的发射极电位为"－",T4的共基接法使其集电极〔即T7的基极电位也为"－"；以T7、T8构成的复合管为放大管的共射放大电路输出与输入反相,它们的集电极电位为"＋"；互补输出级的输出与输入同相,输出电压为"＋"；故uI1一端为同相输入端,uI2一端为反相输入端。综上所述,答案为〔1B,〔2A,〔3C,〔4A,〔5C,〔6C,〔7A,〔8B。第5章反馈和负反馈放大电路本章的教学目标和要求：要求学生理解反馈的基本概念,掌握四种反馈类型；掌握实际反馈放大器的类型和极性的判断；掌握负反馈对放大电路的影响；掌握在深度负反馈条件下的计算；了解负反馈放大器的稳定性。本章总体教学内容和学时安排：〔采用多媒体教学§5－1反馈的基本概念及类型 §5－2负反馈对放大电路性能的影响 §5－3负反馈放大电路的分析及近似计算 §5－4负反馈放大电路的自激振荡几消除 本章重点：反馈的基本概念；反馈类型的判断；负反馈对放大器性能的影响；在深度负反馈条件下放大器增益的估算。本章难点：反馈的基本概念；反馈类型的判断；自给振荡条件及消除振荡的措施本章主要的切入点：为改善放大器的性能,引入负反馈的概念,通过方块图理解负反馈放大器的组成；通过方框图理解负反馈放大器的四种组态；定性理解负反馈对放大器的性能的理解；根据深度负反馈条件,估算放大器的增益。本章教学方式：课堂讲授本章课时安排：12本章习题：P1835.3、5.4、5.5、5.8、5.9、5.10、5.11、5.13。本章的具体内容：33、34、35、36节：反馈的基本概念,反馈放大器的组成,工作原理,反馈的判断〔有无、正负、交流直流,结合对运放和分离元件放大器反馈电路的分析介绍。四种基本反馈方式的划分,典型结构的分析,结合例题判断反馈组态。重点:反馈的基本概念,反馈组态判断。37、38、39、40、41节：反馈的引入对放大电路性能的影响,增益带宽积,负反馈引入的原则；负反馈放大器的结构,特点,一般表达式的分析和推导。在深度负反馈条件,在深度负反馈条件下负反馈放大器的性能分析,例题2个；四种基本反馈在深度负反馈条件下放大器不同增益的表达式；重点:反馈的引入对放大电路性能的影响,负反馈引入的原则；一般表达式的分析和理解。42、43、44节：负反馈放大器的稳定性分析：负反馈放大器自激振荡产生的原因和条件,负反馈放大器的稳定性的定性分析和判断,负反馈放大器自激振荡的消除方法。重点:负反馈放大器自激振荡产生的原因和条件,负反馈放大器的稳定性的判断,负反馈放大器自激振荡的消除方法。[例5-1]在括号内填入"√"或"×",表明下列说法是否正确。

〔1若从放大电路的输出回路有通路引回其输入回路,则说明电路引入了反馈。

〔2若放大电路的放大倍数为"＋",则引入的反馈一定是正反馈,若放大电路的放大倍数为"−",则引入的反馈一定是负反馈。

〔3直接耦合放大电路引入的反馈为直流反馈,阻容耦合放大电路引入的反馈为交流反馈。

〔4既然电压负反馈可以稳定输出电压,即负载上的电压,那么它也就稳定了负载电流。

〔5放大电路的净输入电压等于输入电压与反馈电压之差,说明电路引入了串联负反馈；净输入电流等于输入电流与反馈电流之差,说明电路引入了并联负反馈。

〔6将负反馈放大电路的反馈断开,就得到电路方框图中的基本放大电路。

〔7反馈网络是由影响反馈系数的所有的元件组成的网络。〔8阻容耦合放大电路的耦合电容、旁路电容越多,引入负反馈后,越容易产生低频振荡。[相关知识]

反馈的有关概念,包括什么是反馈、直流反馈和交流反馈、电压负反馈和电流负反馈、串联负反馈和并联负反馈、负反馈放大电路的方框图、放大电路的稳定性[解题思路]

正确理解反馈的相关概念,根据这些概念判断各题的正误。[解题过程]

〔1通常,称将输出量引回并影响净输入量的电流通路为反馈通路。反馈是指输出量通过一定的方式"回授",影响净输入量。因而只要输出回路与输入回路之间有反馈通路,就说明电路引入了反馈,而反馈通路不一定将放大电路的输出端和输入端相连接。例如,在下图所示反馈放大电路中,R2构成反馈通路,但它并没有把输出端和输入端连接起来。故本题说法正确。〔2正、负反馈决定于反馈的结果是使放大电路的净输入量或输出量的变化增大了还是减小了,若增大则为正反馈,否则为负反馈；与放大电路放大倍数的极性无关。换言之,无论放大倍数的符号是"＋"还是"−",放大电路均可引入正反馈,也可引入负反馈。故本题说法错误。

〔3直流反馈是放大电路直流通路中的反馈,交流反馈是放大电路交流通路中的反馈,与放大电路的耦合方式无直接关系。本题说法错误。〔4电压负反馈稳定输出电压,是指在输出端负载变化时输出电压变化很小,因而若负载变化则其电流会随之变化。故本题说法错误。〔5根据串联负反馈和并联负反馈的定义,本题说法正确。

〔6本题说法错误。负反馈放大电路方框图中的基本放大电路需满足两个条件,一是断开反馈,二是考虑反馈网络对放大电路的负载效应。虽然本课程并不要求利用方框图求解负反馈放大电路,但是应正确理解方框图的组成。〔7反馈网络包含所有影响反馈系数的元件组成反馈网络。例如,在上图所示电路中,反馈网络由R1、R2和R4组成,而不仅仅是R2。故本题说法正确。

〔8在低频段,阻容耦合负反馈放大电路由于耦合电容、旁路电容的存在而产生附加相移,若满足了自激振荡的条件,则产生低频振荡。根据自激振荡的相位条件,在放大电路中有三个或三个以上耦合电容、旁路电容,引入负反馈后就有可能产生低频振荡,而且电容数量越多越容易产生自激振荡。故本题说法正确。综上所述,答案为：〔1√,〔2×,〔3×,〔4×,〔5√,〔6×,〔7√,〔8√[例5-2]电路如图所示,图中耦合电容器和射极旁路电容器的容量足够大,在中频范围内,它们的容抗近似为零。试判断电路中反馈的极性和类型〔说明各电路中的反馈是正、负、直流、交流、电压、电流、串联、并联反馈。[相关知识]

反馈放大电路。[解题思路]

根据反馈的判断方法判断电路中反馈的极性和类型。[解题过程]

图示放大电路输出与输入之间没有反馈,第一级也没有反馈,第二级放大电路有两条反馈支路。一条反馈支路是,另一条反馈支路是和串联支路。支路有旁路电容,所以它是本级直流反馈,可以稳定第二级电路的静态工作点。和串联支路接在第二级放大电路的输出〔集电极和输入之间〔基极,由于的"隔直"作用,该反馈是交流反馈。

和串联支路交流反馈极性的判断：

当给第二级放大电路加上对地极性为♁的信号时,输出电压极性为㊀,由于电容对交流信号可认为短路,所以反馈信号极性也为㊀,因而反馈信号削弱输入信号的作用,该反馈为负反馈。判断过程如图所示。

负反馈组态的判断：

若令输出电压信号等于零,从输出端返送到输入电路的信号等于零,即反馈信号与输出电压信号成正比,那么该反馈是电压反馈；反馈信号与输入信号以电流的形式在基极叠加,所以它是并联反馈。

总结上述判别可知,图示电路中和串联支路构成交流电压并联负反馈。[例5-3]试判断图示各电路中是否引入了反馈；若引入了反馈,则判断是正反馈还是负反馈,是直流反馈还是交流反馈；若引入了交流负反馈,则判断是哪种组态的负反馈。设图中所有电容对交流信号均可视为短路。[相关知识]

分立元件放大电路〔双极型管放大电路和单极型管放大电路各种接法的极性判断,反馈的判断方法,包括判断是否引入了反馈、判断反馈的正负、判断直流反馈和交流反馈、判断交流负反馈的四种组态。[解题思路]

〔1根据反馈的定义,判断电路中是否存在反馈通路,从而判断是否引入了反馈。

〔2若引入了反馈,利用瞬时极性法判断反馈的正负。

〔3根据直流反馈和交流反馈的定义,判断引入的反馈属于哪种反馈。

〔4根据交流反馈四种组态的判断方法,判断引入的反馈属于哪种组态。[解题过程]

在图〔a电路中,Rf将输出回路与输入回路连接起来,故电路引入了反馈；且反馈既存在于直流通路又存在于交流通路,故电路引入了直流反馈和交流反馈。利用瞬时极性法,在规定输入电压瞬时极性时,可得到放大管基极、集电极电位的瞬时极性以及输入电流、反馈电流的方向,如图〔e所示。晶体管的基极电流等于输入电流与反馈电流之差,故电路引入了负反馈,且为并联负反馈。当输出电压为零〔即输出端短路时,Rf将并联在T的b−e之间,如图〔e中虚线所示；此时尽管Rf中有电流,但这个电流是uI作用的结果,输出电压作用所得的反馈电流为零,故电路引入了电压负反馈。综上所述,电路引入了直流负反馈和交流电压并联负反馈。在图〔b电路中,R1将输出回路与输入回路连接起来,故电路引入了反馈；且反馈既存在于直流通路又存在于交流通路,故电路引入了直流反馈和交流反馈。利用瞬时极性法,在规定输入电压瞬时极性时,可得到放大管各极电位的瞬时极性以及输入电流、反馈电流方向,如图〔f所示。由于反馈减小了T1管的射极电流,故电路引入了并联负反馈。令输出电压为零,由于T2管的集电极电流〔为输出电流仅受控于它的基极电流,且R1、R2对其分流关系没变,反馈电流依然存在,故电路引入了电流负反馈。综上所述,该电路引入了直流负反馈和交流电流并联负反馈。在图〔c电路中,R4在直流通路和交流通路中均将输出回路与输入回路连接起来,故电路引入了直流反馈和交流反馈。按uI的假设方向,可得电路中各点的瞬时极性,如图〔g所示。输出电压uO作用于R4、R1,在R1上产生的电压就是反馈电压uF,它使得差分管的净输入电压减小,故电路引入了串联负反馈。由于uF取自于uO,电路引入了电压负反馈。综上所述,电路引入了直流负反馈和交流电压串联负反馈。

根据上述分析方法,图〔d电路的瞬时极性如图〔h所示。电路引入了直流负反馈和交流电流串联负反馈。从图〔c和〔d电路可知,它们的输出电流均为输出级放大管的集电极电流,而不是负载电流。[方法总结]

分立元件放大电路反馈的判断与集成运放负反馈放大电路相比有其特殊性。电路的净输入电压往往指输入级放大管输入回路所加的电压〔如晶体管的b−e或e−b间的电压、场效应管的g−s或s−g间的电压,净输入电流往往指输入级放大管的基极电流或射极电流。在电流负反馈放大电路中,输出电流往往指输出级晶体管的集电极电流、发射极电流或场效应管的漏极电流、源极电流。[常见错误]

在分立元件电流负反馈放大电路中,认为输出电流是负载RL上的电流。[例5-4]某一负反馈放大电路的开环电压放大倍数,反馈系数。试问：

〔1闭环电压放大倍数为多少？

〔2如果发生20%的变化,则的相对变化为多少？[相关知识]

〔1相对变化率〔2闭环增益