电子技术教学课件528

第1章半导体器件基础第1篇模拟电路前言

用半导体材料制成的器件统称为半导体器件。半导体器件具有体积小、重量轻、耗电少、寿命长、输入功率小、能量转换效率高的优点。利用半导体的特性制成的各种半导体器件在测量、检测、识别和控制等方面得到了广泛运用，尤其是半导体集成电路，使电子产品在微型化和可靠性方面有了巨大进步。半导体器件是组成各种电子电路的基础，电子电路的功能和性能与使用的半导体器件密切相关。半导体器件种类繁多，功能和特点各不相同，而半导体的导电机理和PN结的结构是各种半导体器件和集成电路的基础。本章将介绍半导体的导电特性、PN结以及最基本的双极型半导体器件——半导体二极管、稳压管和三极管，单极型半导体器件——场效应三极管。1.1.1半导体

1.1PN结

在常温下，导电能力介于导体与绝缘体之间的物体称为半导体。半导体的电阻率一般为10-3～108Ω·cm。常用的半导体材料有硅、锗以及砷化镓、碳化硅等。纯净的硅在常温时的电阻率约为2×105Ω·cm。

半导体具有如下特殊性质。掺杂性。光敏性。热敏性。

1.1PN结

本征半导体1

本征半导体又称纯净半导体，即无杂质、无位错、晶格完整、没有任何缺陷的单晶体结构的半导体。在本征半导体中的四价元素是靠共价键结合成分子的，其结构和导电性能如下。（1）共价键结构。

1.1PN结

本征半导体1（2）两种导电粒子（载流子）——自由电子与空穴。（3）自由电子与空穴成对产生、成对复合。

1.1PN结

杂质半导体2

如果在本征半导体中掺入微量的杂质元素，可以使杂质半导体的导电能力得到改善，导电性能将会大大提高，并受所掺杂质的类型和浓度控制，使半导体获得重要的用途。由于掺入半导体中的杂质不同，杂质半导体可分为N型半导体和P型半导体两大类。（1）N型半导体。在本征半导体硅（或锗）中掺入微量的五价元素磷（P），如图1.1.4所示。（2）P型半导体。若在本征半导体硅中掺入微量的三价元素硼（B），如图1.1.5所示。

1.1PN结

杂质半导体21.1.2PN结的形成

1.1PN结

单纯的P型半导体或N型半导体内部虽然有空穴或自由电子，但整体是电中性的，不带电。利用特殊的掺杂工艺，在一块晶片的两边分别生成N型和P型半导体。因为P区的多子是空穴，N区的多子是电子，在两块半导体交界处同类载流子的浓度差别极大，这种多子浓度差别将使P区浓度高的空穴向N区扩散，与此同时，N区浓度高的电子也会向P区扩散形成扩散电流IF，如图1.1.6所示。

1.1.3PN结的单向导电性

1.1PN结

PN结的正向偏置11.1.3PN结的单向导电性

1.1PN结

PN结的反向偏置21.1.3PN结的单向导电性

1.1PN结

PN结的伏安特性曲线31.2.1二极管的结构

1.2半导体二极管

半导体二极管按其结构可分为点接触型和面接触型两种。点接触型二极管（一般为锗管）由于其PN结的面积很小，因此结电容小，允许通过的电流也小，适用于高频电路检波或小电流整流，也可用作数字电路中的开关元件。面接触型二极管（一般为硅管）由于其PN结的面积大，结电容大，允许通过的电流较大，适用于低频整流；对于硅平面型二极管，结面积大的可用于大功率整流，结面积小的适用于脉冲数字电路的开关管。1.2.2二极管的伏安特性

1.2半导体二极管

如图1.2.3所示为二极管正向伏安特性测试电路，可测得电压和电流的一组数值，一般来说，硅二极管的死区电压约为0.5V，锗二极管为0.2V。通常硅管压降为0.6～0.7V，锗管为0.2～0.3V。二极管的伏安特性曲线11.2.2二极管的伏安特性

1.2半导体二极管

图1.2.4所示为二极管反向伏安特性测试电路，可测得电压和电流的一组数值因为所加电压为反向电压，故漂移运动起主要作用，反向电流几乎不变，称为反向饱和电流。其值对于硅管来说是纳安级的，锗管则在十几微安，并且随着温度升高，反向饱和电流明显增加。二极管的伏安特性曲线11.2.2二极管的伏安特性

1.2半导体二极管

二极管的伏安特性曲线1

3)二极管的伏安特性表达式根据理论分析，二极管的电流i与端电压u的关系可表示为

式中，为反向饱和电流；=1/(q/kT)，称为温度电压当量，表达式中的T为绝对温度，K（开尔文）；k为玻耳兹曼常数，其值为1.38×10-23J/K；在27℃时，UT=26mV。1.2.2二极管的伏安特性

1.2半导体二极管

二极管的主要参数21）最大整流电流2）反向电流3）最大反向工作电压4）直流电阻1.2.3常见二极管及其应用

1.2半导体二极管

普通二极管及其应用1

由于具有单向导电特性，二极管可用来进行整流、检波、限幅和钳位等。

例1.2.1图1.2.6（a）就是利用二极管作为正向限幅器的电路图。已知ui=Umsinωt，且Um>US，试分析工作原理，并画出输出电压uo的波形。

1.2半导体二极管

【解】（1）二极管导通的条件是ui>US，由于VD为理想二极管，一旦导通，管压降为零，此时uo=US。（2）当ui≤US时，二极管截止，该支路断开，R中无电流，其压降为0，所以uo=ui。（3）根据以上分析，可画出uo的波形，如图1.2.6（b）所示，由图可见，输出电压的正向幅度被限制为US值。

1.2半导体二极管

例1.2.2判断图1.2.7所示电路中哪个二极管导通，并求出UAO的值。【解】两个二极管阳极连接在一起，在电路中其阳极电位是相同的。因此，两二极管中阴极电位最低的那只导通。显然VD2导通，并使AO两端电压钳位于-6V，即UAO=-6V。VD1上加的是-6V，所以VD1截止，VD1起隔离作用。

1.2半导体二极管

【解】（1）二极管导通的条件是ui>US，由于VD为理想二极管，一旦导通，管压降为零，此时uo=US。（2）当ui≤US时，二极管截止，该支路断开，R中无电流，其压降为0，所以uo=ui。（3）根据以上分析，可画出uo的波形，如图1.2.6（b）所示，由图可见，输出电压的正向幅度被限制为US值。1.2.3常见二极管及其应用

1.2半导体二极管

特殊二极管及其应用2

除了上述普通二极管外，还有一些特殊二极管，如稳压二极管、光电二极管、发光二极管等，分别介绍如下。

1）稳压二极管稳压二极管简称稳压管，是一种特殊的面接触型半导体硅二极管，具有稳定电压的作用。

1.2半导体二极管

稳压管的主要参数如下。（1）稳定电压UZ。（2）动态电阻rZ。（3）稳定电流IZ。（4）最大稳定电流IZmax。（5）最大允许功耗PZM。（6）电压温度系数αu。稳压管正常工作的两个条件如下。（1）工作在反向击穿状态。（2）稳压管中的电流要在稳定电流和最大允许电流之间。例1.2.3在图1.2.9中，已知稳压管VDZ的UZ=6.3V，稳压管的正向压降U=0.7V，当Ui=±20V，R=1kΩ时，求Uo的值。【解】当Ui=+20V，稳压管反向击穿，稳压UZ=6.3V，VDZ1反向击穿，VDZ2正向导通，UZ=0.7V，则Uo=7V；同理Ui=-20V,Uo=-7V。

1.2半导体二极管

2）光电二极管光电二极管又称光敏二极管，它的管壳上备有一个玻璃窗口，以便于接收光照。光电二极管的主要参数如下。（1）暗电流。暗电流指无光照时的反向饱和电流，一般小于1μA。（2）光电流。光电流指在额定照度下的反向电流，一般为几十毫安。（3）灵敏度。灵敏度指在给定波长（如0.9μm）的单位光功率时，光电二极管产生的光电流，一般不小于0.5μA/μW。（4）峰值波长。峰值波长指使光电二极管具有最高响应灵敏度（光电流最大）的光波长。一般光电二极管的峰值波长在可见光和红外线范围内。（5）响应时间。响应时间指加定量光照后，光电流达到稳定值的63%所需要的时间，一般约为10-7s。

1.2半导体二极管

3）发光二极管发光二极管是一种将电能直接转换成光能的半导体固体显示器件，简称LED。与普通二极管相似，发光二极管也是由一个PN结构成的。发光二极管的PN结封装在透明塑料壳内，外形有方形、矩形和圆形等。发光二极管的驱动电压低、工作电流小，具有很强的抗振动和冲击能力，体积小、可靠性高、耗电少，寿命长，广泛用于信号指示等电路中。在电子技术中常用的数码管就是用发光二极管按一定的排列组成的。发光二极管的原理与光电二极管相反。当这种管子正向偏置通过电流时会发光，这是电子与空穴直接复合时放出能量的结果。它的光谱范围比较窄，其波长由所使用的基本材料而定。不同半导体材料制造的发光二极管可以发出不同颜色的光，如磷砷化镓（GaAsP）材料发红光或黄光，磷化镓（GaP）材料发红光或绿光，氮化镓（GaN）材料发蓝光，碳化硅（SiC）材料发黄光，砷化镓（GaAs）材料发不可见的红外线等。

1.3双极型三极管

双极型三极管由两个PN结组成，根据掺杂方式的不同，可分为NPN型和PNP型两种，其结构示意图和图形符号如图1.3.1所示。1.3.1双极型三极管的基本结构

1.3双极型三极管

三极管是一个三端电流器件，在组成四端网络时有一个电极是输入回路和输出回路的公共端，而另外两个电极分别是输入端和输出端。三个电极构成三种连接方式，即共基极电路、共发射极电路和共集电极电路，如图1.3.2所示。1.3.2双极型三极管的电流放大作用

1.3双极型三极管

外电路提供给三极管的条件是：电压源UBB通过电阻RB提供给发射结正向偏置；而电压源UCC通过电阻RC加到集电极，使集电结处于反向偏置。在这种外部条件下，三极管内的载流子在外电场作用下产生定向运动，形成图中箭头方向所示的基极电流IB、集电极电流IC和发射极电流IE。由于发射结正向偏置，基区低掺杂，发射区高掺杂，载流子浓度差别很大，于是发射区的多数载流子自由电子在正向偏压作用下，有利于扩散，即发射区向基区注入大量自由电子。扩散到基区的自由电子，在基区将发生复合和继续扩散。由于基区很薄，同时又是低掺杂，所以从发射区注入的自由电子仅有少量与基区的空穴复合，形成基极电流IB，其余大部分继续扩散，因集电结反向偏置，有利于收集由基区来的大量自由电子，被集电极收集的电子形成集电极电流IC的主要部分。1.3.2双极型三极管的电流放大作用

1.3双极型三极管

显然，基极电流IB远小于集电极电流IC，并且发射极电流IE一定等于IB与IC之和，即

IE=IB+IC（1.3.1）若考虑集电结反向饱和电流ICBO，则有

IC=αIE+ICBO（1.3.2）IB=（1-α）IE-ICBO（1.3.3）式中，α=IC/IE。由式（1.3.2）和式（1.3.3）可得

IC=βIB+（1+β）ICBO（1.3.4）式中，β=α/(1-α);ICEO=(1+β)ICBO。综上可知，发射结正向偏置，集电结反向偏置时，三极管有电流放大作用，电流放大系数为β=（IC-ICEO）/IB（1.3.5）因此，三极管为电流控制器件。因为参与导电的有多数载流子和少数载流子，故又称为双极型三极管。对于PNP型三极管，其外部电压源极性相反，注入载流子为空穴，实际电流方向相反，分析方法相同。

1.3双极型三极管

三极管的特性曲线是指三极管各电极之间电压和电流的关系曲线。它直观地表达了三极管内部的物理变化规律，描述了三极管的外特性。下面以共发射极电路为例，讨论双极型三极管的输入、输出特性曲线，测试电路如图1.3.3所示。。1.3.3双极型三极管的特性曲线和工作状态

1.3双极型三极管

2.输出特性曲线输出特性曲线用函数关系表示为

iC=f

uCE

|iB=常数（1.3.7）1.3.3双极型三极管的特性曲线和工作状态

1.3双极型三极管

1.电流放大系数当无输入信号时，三极管接成共发射极电路，其集电极直流电流IC与基极直流电流IB的比值称为共发射极直流电流放大系数，即β=IC/IB

(1.3.8)在共发射极电路中，当集-射极电压UCE为常数时，集电极电流的变化量ΔIC与基极电流的变化量ΔIB的比值称为三极管的共发射极交流放大系数β（手册上用hfe表示），即

β=ΔIC/ΔIB

UCE=常数(1.3.9)1.3.4双极型三极管的主要参数

1.3双极型三极管

2.集-基极反向饱和电流3.集-射极反向漏电流集-射极反向漏电流（又称穿透电流）ICEO指基极开路，从集电极穿透过来流入发射极的电流。在输出特性曲线上，它对应iB=0时，曲线对应的iC=ICEO。与集-基极反向饱和电流ICBO有如下关系。

ICEO=（1+β）/ICBO（1.3.10）

ICEO是衡量三极管质量好坏的重要参数之一，其值越小越好。当三极管的穿透电流逐渐增大时，意味着管子已临近使用期，必须更换。

4.集电极最大允许电流集电极电流IC超过一定值，电流放大系数β值下降，当β值下降到正常数值的2/3时，对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。为了使三极管在放大电路中能正常工作，IC不能超过ICM。1.3.4双极型三极管的主要参数

1.3双极型三极管

5.反向击穿电压反向击穿电压U（BR）CEO是指基极开路时，加在集射极间的反向击穿电压。使用时若超过这一电压，将导致IC和IE剧增，造成管子因击穿而损坏。为了使三极管安全工作，一般取电源电压UCC≤（12~23）U（BR）CEO。

6.集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PCM为

PCM=ICUCE（1.3.11）集电极耗散功率若超过PCM值，集电结过热，会使三极管性能变坏甚至烧毁。式（1.3.11）在图1.3.7的输出特性曲线是条双曲线，称为集电极允许功率损耗曲线。当ICUCE>PCM时，在PCM曲线的右上方，称为功率过损耗区；当ICUCE<PCM时，在PCM曲线的左下方，称为功率损耗安全工作区（大功率管要加散热片）。1.3.4双极型三极管的主要参数

1.3双极型三极管

1.3.4双极型三极管的主要参数

1.3双极型三极管

环境温度变化对双极型三极管的参数ICBO、UBE和β均有影响。

1.集基极反向饱和电流ICBO受温度变化的影响实验表明，ICBO与温度t呈指数关系。温度每增加10℃，ICBO增大1倍。显然，穿透电流ICEO受温度影响更加敏感。通常硅管优于锗管。

2.发射结电压UEB受温度变化的影响实验结果表明，UBE的温度系数为-2.5～-2mV/℃，即温度每升高1℃，UBE将减小2～2.5mV，有负的温度系数。

3.电流放大系数β受温度变化的影响实验表明，电流放大系数β随温度升高而增大。温度每升高1℃，β增加0.5%～1.0%。1.3.5双极型三极管的参数与温度的关系

1.4场效应三极管

场效应三极管简称场效应管（MOS管）。一般的三极管是由两种极性的载流子，即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电，因此称为双极型三极管；而场效应管仅由多数载流子参与导电，也称为单极型三极管。它与双极型三极管的主要区别如下。（1）场效应管只有一种极性的载流子（电子或空穴）参与导电，所以场效应管又称为单极型三极管。（2）场效应管是电压控制器件，它的输入阻抗高达107～1014Ω，基本不需信号源提供输入电流。场效应管的主要缺点是放大能力较低。1.4.1场效应三极管的特点与分类场效应三极管的特点1

1.4场效应三极管

1.4.1场效应三极管的特点与分类场效应三极管的分类2

1.4场效应三极管

1.4.2N沟道增强型绝缘栅型场效应管结构和电路符号1

1.4场效应三极管

1.4.2N沟道增强型绝缘栅型场效应管工作原理2

（1）uGS对iD及沟道的控制作用。

1.4场效应三极管

1.4.2N沟道增强型绝缘栅型场效应管工作原理2

1.4场效应三极管

1.4.2N沟道增强型绝缘栅型场效应管工作原理2

（2）uDS对iD的影响

1.4场效应三极管

1.4.2N沟道增强型绝缘栅型场效应管工作原理2

1.4场效应三极管

1.4.2N沟道增强型绝缘栅型场效应管特性曲线3

（1）转移特性。转移特性曲线反映的是增强型NMOS管在恒流区时uGS对iD的控制规律，其关系式可表示为

式中，ID0是uGS=2UGS（th）时的iD值。

1.4场效应三极管

1.4.2N沟道增强型绝缘栅型场效应管

（2）输出特性（漏极特性）。在uGS一定时，漏极电流iD与漏极和源极之间电压uDS之间的关系iD=f（uDS），称为场效应管的输出特性（或漏极特性），如图1.4.5所示。

1.4场效应三极管

1.4.2N沟道增强型绝缘栅型场效应管

输出特性分为以下3个区。①可变电阻区。当uDS较小时，漏极特性曲线靠近纵轴的部分为可变电阻区。该区的特点是：uGS控制着场效应管的沟道宽度，uGS一定时，沟道电阻基本不变。随着uDS的增加，iD近似线性增加。D、S间可等效成一个由uGS控制的可变电阻。②饱和区。当uDS较大时，漏极特性曲线的水平部分为恒流区。该区的特点是：场效应管已经进入预夹断状态，uDS增加，iD只略有增加，iD的大小主要受uGS控制，可以把iD近似等效成一个受uGS控制的电流源，uGS越大，曲线越向上移，iD越大，且iD随着uGS线性增长，故称为线性放大区。场效应管做线性放大时，工作在该区域。③击穿区。随着uDS进一步增加到一定数值，漏极与衬底的反向PN结被击穿，iD突然迅速上升，功耗急剧增大，击穿区内场效应管很容易被烧毁。

1.4场效应三极管

1.4.3场效应三极管的主要参数

1．直流参数（1）开启电压UGS（th）。开启电压UGS（th）是指在uDS为某一固定值时形成iD所需的最小uGS值。它是增强型MOS管的参数。（2）夹断电压UGS（off）。夹断电压UGS（off）是指在uDS为某一固定值时使iD为某一微小电流值所需的uGS值。它是耗尽型MOS管的参数，一般UGS（off）=0.5～5V。（3）饱和漏电流IDSS。饱和漏电流IDSS是指在uDS=0时，MOS管出现预夹断时的漏极电流。它是耗尽型管子的参数。一般IDSS=1～50mA。（4）直流输入电阻RGS（DC）。直流输入电阻RGS（DC）是栅源电压和栅极电流的比值。JFET一般大于107Ω，而MOS管一般大于109Ω。

1.4场效应三极管

1.4.3场效应三极管的主要参数2.交流参数（1）低频跨导gm。低频跨导gm是表示场效应管在恒流区工作时栅源电压对漏极电流控制能力的参数。其定义为：在uDS为某一固定值时，iD的微小变化量和引起它变化的uGS微小变化量之间的比值，见式（1.4.1）。

gm的单位是西门子（S），也可用mS来表示。在转移特性曲线上，gm则是曲线上某点的切线斜率。gm可由式（1.4.2）求出。（2）极间电容。场效应管的三个电极之间存在极间电容，即栅源电容CGS、栅漏电容CGD和漏源电容CDS。其值一般为0.1～1pF。极间电容越小，管子的工作频率越高。（3）输出电阻rDS。在恒流区内，当uGS为常量时，有

rDS值反映uDS对iD的影响程度，rDS越大，表明uDS对iD的影响越小、恒流特性越好。rDS通常为几十～几百千欧。

1.4场效应三极管

1.4.3场效应三极管的主要参数

（4）低频噪声系数NF。噪声是由管子内部载流子的不规则运动引起的，它会使一个放大电路在没有输入信号时输出端出现不规则的电压或电流变化。噪声所产生的影响用NF表示，单位为分贝（dB）。场效应管的NF一般为几个分贝。3．极限参数（1）最大漏极电流IDM。最大漏极电流IDM是指管子在工作时允许的最大漏极电流。（2）最大耗散功率PDM。最大耗散功率PDM是决定管子温升的参数，如果耗散功率超过PDM，管子会因过热而损坏或引起性能变差。（3)漏源击穿电压U(BR)DS。漏源击穿电压U(BR)DS是指在uDS增大的过程中，使iD出现急剧增加时的uDS值。在使用时，uDS不允许超过此值，否则管子会烧坏。（4）栅源击穿电压U(BR)GS。对JFET是指栅极与沟道之间PN结的反向击穿电压，对MOS管是指使绝缘层击穿的电压。击穿会造成短路，使管子损坏。

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（1）用半导体材料制成的器件统称为半导体器件。半导体器件具有体积小、重量轻、耗电少、寿命长、输入功率小、能量转换效率高的优点。电子电路的功能和性能与使用的半导体器件密切相关。半导体器件种类繁多，功能和特点各不相同，而半导体的导电机理和PN结的结构是各种半导体器件和集成电路的基础。半导体具有热敏性、光敏性和掺杂性。利用其掺杂性形成N型和P型杂质半导体。利用特殊的掺杂工艺，在一块晶片的两边分别生成N型和P型半导体，其交界面处就形成了PN结。PN结具有单向导电性。PN结正向偏置时呈现低阻性，正向电流较大，PN结处于正向导通状态；PN结反向偏置时，PN结呈现高阻性,PN结的正向电流为零，只有很小的反向饱和电流，PN结处于反向截止状态。

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（2）二极管和稳压管都是由一个PN结构成的，它们外形相似，二极管不允许反向击穿，因其PN结一旦被击穿，就破坏了它的单向导电性。而稳压管的反向击穿伏安特性比较陡，它是利用其反向击穿时电流IZ变化很大、电压UZ变化微小这一特性而工作的，当反向电压撤除后，PN结可以自行恢复，使用时必须加接限流电阻。二极管的应用很广，对含有二极管电路的分析要领是：首先判断二极管的状态，即将二极管从电路中拿下来，计算端口电位，若阳极高于阴极，二极管导通，在理想情况下，用短路线代替二极管；反之，二极管截止，视为断路。然后按没有二极管的电路求解各处的电压、电流和波形等。若电路中含有多个二极管，应同时求出它们的阳极与阴极的电位，电位差值较大的二极管先导通，电路状态发生改变后，再重新确定其他二极管的状态。对稳压管应重点理解特性曲线和主要参数，以达到灵活运用的目的。

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（3）双极型三极管由两个PN结组成，电流控制作用是其主要特征。双极型三极管具有放大作用的内部结构条件是：基区做得很薄且杂质浓度比发射区低很多，这有利于多数载流子在基区的扩散且大大超过复合。放大作用的外部条件是：发射结必须正向偏置，集电结必须反向偏置，以保证载流子在发射区的发射和集电区的收集。这时管子的C、B、E三个极的电位关系式为：NPN管UC>UB>UE，PNP管UE>UB>UC。双极型三极管的输入特性和输出特性曲线对理解三极管的原理、特性和应用很重要。尤其是输出特性曲线，涵盖了三极管从控制关系到特性参数等要素。应重点掌握三极管工作在放大区、截止区和饱和区的外部条件，并能运用该条件判断三极管的工作状态。

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（4）场效应管即场效应三极管、单极型三极管，它是电压控制器件。场效应管不仅具有三极管体积小、重量轻、耗电少、寿命长的优点，还具有噪声低、动态范围大、易于集成、没有二次击穿现象、安全工作区域宽、热稳定性好、抗辐射能力强等优点，因此广泛应用于各种电子线路中，已成为双极型三极管和功率三极管的强大竞争者。（5）双极型三极管和场效应管的对比。双极型三极管和场效应管具有各自的特点。双极型三极管和场效应管的对比见表1.1。

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（6）场效应管类型较多，其图形符号、电压极性要求、转移特性、输出特性等特性见表1.2。通过比较可以更清楚地了解这6种场效应管的特点。

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本章小结谢谢观赏谢谢观赏第2章放大电路基础第1篇模拟电路前言

实际中常常需要把一些微弱信号放大到便于测量和利用的程度。例如，从收音机天线接收到的无线电信号或从传感器得到的信号，有时只有微伏或毫伏的数量级，必须经过放大才能驱动扬声器或进行观察、记录和控制。所谓放大，表面上是将信号的幅度由小增大，但是，放大的实质是能量的转换，即由一个较小的输入信号控制直流电源，使之转换成交流能量输出，驱动负载。2.1.1放大电路的组成

2.1放大电路的组成和工作原理

图2.1.1所示为放大电路的组成框图，直流电源为放大电路提供电源，当微弱信号通过放大电路后得到的交流电驱动负载工作。

2.1放大电路的组成和工作原理

图2.1.2所示为共发射极基本放大电路（单管电压放大电路）。输入端接交流信号源ui；输出端接负载电阻RL，输出端电压为uo。电路中各元件的作用分析如下。(1)晶体管VT。晶体管是电流放大元件，其作用是按照输入信号的变化规律控制电源所提供的能量，使集电极上获得受输入信号控制并被放大了的集电极电流。集电极电流经集电极电阻RC和负载电阻转换成较大的输出电压信号uo。(2)电源UCC。电源UCC为晶体管VT的发射结提供正向偏置电压，为集电结提供反向偏置电压，保证晶体管工作在放大状态。它还为放大电路提供能源。UCC一般为几伏到几十伏。

2.1放大电路的组成和工作原理

(3)集电极电阻Rc。集电极电阻Rc的主要作用是将集电极电流的变化转化为电压变化，以实现电压放大。Rc值一般为几千欧到几十千欧。

(4)基极偏置电阻Rb。Rb有两个作用：一是在电源UCC一定时，基极电流IB的大小取决于基极电阻Rb，即调节Rb的大小可提供合适的直流工作状态；二是防止交流信号被电源UCC短路，而加不到晶体管的发射结上。Rb的值通常为几百欧到几千欧。

(5)耦合电容C1、C2。

C1、C2也称为隔直电容，具有隔离直流、传递交流的作用。2.1.2放大电路的工作原理

2.1放大电路的组成和工作原理

静态时的基极电流又称偏置电流，简称偏流。各部分的电压、电流波形如图2.1.3所示。其中，uo=0，uBE=UBE，uCE=UCE。

2.1放大电路的组成和工作原理

当ui≠0，即输入端加上输入信号时，放大电路的工作状态称为动态。交流输入信号ui经C1耦合，使得uBE在直流电压UBE的基础上发生变化，这种发射结正偏电压的变化，必然会改变从发射区注入基区载流子的数量，从而引起基极电流iB和集电极电流iC的变化，即iB、iC、iE中出现交流电流成分ib、ic、ie。由于ic的变化引起iCRc的变化，则uCE=UCC-iCRc。当iC增加时，uCE就下降，iC减小时，uCE就增加，uCE的直流分量UCE被C2隔离，使得输出电压uo=-iCRc，只要Rc足够大，就可获得比ui大的输出电压uo。各部分的电压、电流波形如图2.1.4所示。其中，uo≠0，uBE=UBE+ui，uCE=UCE+uo。

2.2放大电路的分析静态工作点的确定12.2.1静态分析

设置合适的静态工作点的主要目的如下。（1）使放大电路的放大信号不失真。(2)使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础，静态提供了正常放大的必备条件。静态分析的方法有

1.估算法。

2.图解法。

2.2放大电路的分析晶体管的微变等效电路12.2.2动态分析

由图2.2.3可知，放大电路在小信号工作时，晶体管的动态工作点只在静态工作点附近小范围内移动，晶体管的输入、输出特性曲线可近似为直线，各极的电流、电压增量有线性关系。尽管晶体管是非线性器件，但可以进行线性化处理，用线性化等效电路模型来代替。

1）输入回路的微变等效电路当输入信号电压很小时，在已确定的静态工作点Q附近的工作段可以认为是直线。当uCE为常数时，令ΔuBE和ΔiB的比值为rbe，即

2.2放大电路的分析

2.2放大电路的分析rbe是对交流而言的动态电阻，称为晶体管的输入电阻。小信号时，rbe是一个常数。由它可以确定电压、电流交流分量ube、ib之间的关系，即ube=rbeib。因此，晶体管的输入电路可以用rbe等效代替，如图2.2.4（b）所示。

2.2放大电路的分析

低频小功率晶体管的输入电阻常用下式估算。式中，IE是发射极电流的静态值。rbe通常为几百欧到几千欧，在手册中常用hie表示。

2）输出回路的微变等效电路晶体管的输出特性曲线族见图2.2.3（b）。在放大区，它是一组近似与横轴平行、等距的直线。当uCE为常数时，令ΔiC和ΔiB比值为β，即

β为晶体管的交流放大系数。在小信号输入情况下，β是一常数，由它确定控制的关系，即ic=βib。因此，晶体管的输出电路可以用一个电流控制电流源来代替，见图2.2.4。β值通常为20～200，在手册中常用hfe表示。

2.2放大电路的分析放大电路的微变等效电路2

2.2放大电路的分析

1）电压放大倍数电压放大倍数是衡量放大电路放大输入信号能力的基本性能指标，定义为输出电压与输入电压之比，即根据式（2.2.8）电压放大倍数的定义，现在是正弦稳压分析，把变化量用正弦量的相量代替，见图2.2.5（c）。由图可得

2.2放大电路的分析

显然Rc增加，可使值增大；晶体三极管的电流放大系数β增大，使值也增大，与此同时又使晶体管自身输入电阻rbe增大，到一定程度时有可以看到，当晶体管的电流放大系数β取较大值时，等效负载R′L一定，电压放大倍数Au近似与β无关。欲使电压放大倍数增加，只有增加静态集电极电流IC。应注意电压放大倍数只能在不失真的前提下求得。

2.2放大电路的分析

2）放大电路的输入电阻放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说是一个负载，可用一个电阻等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻，如图2.2.6所示。输入电阻ri的计算式为输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。

2.2放大电路的分析

当考虑输入信号电压源存在内阻RS时，放大电路的输入电压为因此，放大电路的输入电阻ri的大小是衡量放大电路性能的参数之一。输入电阻ri越大，放大电路接受的信号越强，同时向信号源索取的电流越小。由图2.2.5(c)可得所以放大电路的输入电阻为

2.2放大电路的分析

3）放大电路的输出电阻放大电路对负载(或对后级放大电路)来说是一个信号源，可以将它进行戴维南等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻，电路如图2.2.7所示。由图2.2.7可以看到，放大电路的输出回路可等效为电压源和输出电阻ro的串联，当外接负载电阻RL后，负载两端得到的输出电压为显然，输出电阻ro是衡量放大电路性能指标的又一个重要参数。ro越小，带负载能力越强。输出电阻ro的计算式为

2.2放大电路的分析

其具体含义是，放大电路的输出端外接负载开路（RL=∞），同时把输入端的信号电压源短路，有内阻RS时要留下；在输出端外加一个电压，求得流入的电流，两者之比定义为放大电路的输出电阻ro。输出电阻是动态电阻，与负载无关。令图2.2.5(c)的输入，求输出电阻ro。由图2.2.5(c)，已知，则，有式中，rce是晶体管的输出电阻，其值很大，略去其分流作用，放大电路的输出电阻ro近似等于直流负载电阻Rc。

2.2放大电路的分析放大电路的失真3

对电压放大电路有一个基本要求，就是输出信号尽可能不失真。所谓失真，是指输出信号的波形与输入信号的波形有了差别。引起失真的原因有多种，其中最基本的一个就是由于静态工作点不合适或信号太大，使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线的线性范围。这种失真通常称为非线性失真。非线性失真又可分为

1.截止失真

2.饱和失真。

2.2放大电路的分析分压式射极偏置电路12.2.3几种常用三极管电压放大电路

2.2放大电路的分析共集电极放大电路（射极输出器）2

2.2放大电路的分析共集电极放大电路（射极输出器）2

2.3多级放大电路

（1）阻容耦合。前面讨论的三种基本放大电路采用的都是阻容耦合方式。其特点是：各级的静态工作点彼此独立，互不影响；只能放大交流信号，不能放大缓慢变化的近似直流信号；在分立元件组成的放大电路中普遍使用。（2）直接耦合。这就是前后级间直接耦合，因此各级的静态工作点彼此独立计算；改变匝数比，可进行最佳阻抗匹配，得到最大输出功率；常用在功率放大场合或需要电压隔离的场合，如功率放大器、晶闸管触发电路等。（3）变压器耦合。用变压器构成级间耦合电路的称为变压器耦合。由于变压器体积与质量较大，成本较高，所以变压器耦合在放大电路中的应用较少。2.3.1级间耦合方式

2.3多级放大电路2.3.2阻容耦合多级放大电路

2.3多级放大电路

由于级间采用阻容耦合方式，使得多级阻容耦合电路的各级之间无直流联系，所以各级的静态工作点互不影响，彼此单独进行分析。在小信号范围内，三极管用线性化了的h参数微变等效电路替代，图2.3.1的电路可绘成如图2.3.2所示的微变等效电路。静态工作点分析1动态工作分析2

2.3多级放大电路

2.3多级放大电路

（1）电压放大倍数。由图2.3.2可以看出第二级的输入电阻ri2相当于前级的外接负载RL1，即RL1=ri2。因此式中同理，所以

2.3多级放大电路

显然总的电压放大倍数等于每级电压放大倍数的连乘积如果考虑信号源内阻RS，则有（2）多级放大电路的输入电阻ri从微变等效电路（见图2.3.2）得出，多级放大电路的输入电阻ri就是第一级放大电路的输入电阻ri1，即（3）多级放大电路的输出电阻ro。从图2.3.2得出，多级放大电路的输出电阻ro就是最末级电路的输出电阻ro2，即

2.3多级放大电路2.3.3直接耦合

图2.3.3所示为直接耦合电路，所谓直接耦合就是将前级的输出端直接接后级的输入端。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。直接耦合的含义1

2.3多级放大电路

直接耦合的结果又带来了零点漂移问题。所谓零点漂移，是指在直接耦合放大电路中，当输入端无输入信号时，输出端的电压偏离初始值而上下漂动的现象，简称零漂，如图2.3.4所示。零点漂移是由于温度的变化、电源电压的不稳定等原因引起的。由于放大器是直接耦合，放大电路将因无法区分漂移电压和信号电压而失去正常发大作用。因此，必须采取适当措施加以限制，使得漂移电压远小于信号电压。普遍采用的有效措施是差分放大电路。直接耦合的问题2

2.3多级放大电路1)电路的结构特点图2.3.5所示为一个基本差分放大电路。由于电路结构、元件的特性和参数完全相同，故左右两边对称。差分放大电路3

2.3多级放大电路2)差分电路抑制零点漂移原理当图2.3.5所示的差分电路输入信号为零时，由于电路对称，iC1=iC2，uC1=uC2，输出电压uO=uC1-uC2=0。当环境因素改变，如温度变化时，使每管的输出都产生了零点漂移。相应的两个放大电路晶体管的集电极电位随之变化，但由于电路对称，两者的漂移是相同的，即同时增大或同时减小，且增量相等，因此，在输出端将互相抵消而被完全抑制，使输出uO维持原值而为零。例如，温度升高，集电极电流增量为ΔiC1=ΔiC2，使每管电位降低，因此，uO=(uC1-ΔiC1Rc)-(uC2-ΔiC2Rc)=0，或uO=-ΔiC1Rc-(-ΔiC2Rc)=0。显然，利用差分电路的对称性，能够克服零漂。

2.3多级放大电路

3）三类输入信号——共模、差模和任意输入（1）当两个输入信号大小相等，极性相同时（uI1=uI2），则称为共模输入信号。差分放大电路在共模信号作用下，由于电路完全对称，两管集电极电位变化相同（同向变化），因而输出为零，即差分放大电路对共模输入信号的放大倍数为零，对共模输入信号无放大作用。差分放大电路抑制零漂的作用，是抑制共模输入信号的一种特殊情况。因为两管产生的同向漂移，可以看作在两管输入端加上一对共模输入信号的结果。差分放大电路抑制共模信号的能力，也就是抑制零点漂移的能力，它是差分放大电路的性能指标之一。

2.3多级放大电路

（2）当两个输入信号大小相等，极性相反时（uI1=-uI2），则称为差模输入信号。若uI1＜0，uI2>0，则uI1使VT1管的集电极电流减小ΔiC1，uI2使VT2的集电极电流增大ΔiC2，即两管产生了异向变化。ΔiC1使VT1的集电极电位增高了ΔuC1，而ΔiC2使VT2的集电极电位降低了ΔuC2，这样，差分放大电路的输出电压uO=(uC1+ΔuC1)-(uC2-ΔuC2)=ΔuC1+ΔuC2。由于ΔuC1

=

ΔuC2，因此，差动放大电路在差模输入信号作用下，双端输出为每管输出电压的2倍。在设定了uI1＜0，uI2>0条件下，输出电压的极性与图2.3.5中uO的参考方向相同。若设定uI1＞0、uI2＜0，则双端输出电压为uO=(uC1-ΔuC1)-(uC2+ΔuC2)=-（ΔuC1+ΔuC2），极性与图中参考方向相反。差分放大电路放大了差模输入信号。

2.3多级放大电路

（3）当两个输入信号的大小和极性都任意时，称为任意输入信号，或称为比较输入信号。任意输入信号可以分解为一对共模信号和一对差模信号的组合，即

式中，uD为差模信号；uC为共模信号。解得

因此，无论差模放大电路的输入信号是何种类型，都可以认为是一对共模信号和一对差模信号的组合（差模输入时，认为共模输入为零；共模输入时，认为差模输入为零）。差分放大电路仅对差模信号进行放大。

2.4功率放大电路

2.4.1功率放大问题要求输出功率尽可能大双击添加标题文字尽可能高的功率转换效率双击添加标题文字功率器件的散热问题双击添加标题文字采用图解法分析双击添加标题文字非线性失真双击添加标题文字

功率放大电路提高效率的主要途径

2.4功率放大电路

2.4.2互补对称功率放大电路

2.4功率放大电路

1)静态分析当输入信号ui=0时，因两管无偏置，所以VT1和VT2都截止，工作在乙类状态，负载RL上的电流io=0，输出电压uo=0。2）动态分析经过前级的电压放大，ui的幅值已经很大，一般为几伏到几十伏。当输入信号ui处于正半周时，使VT1发射结正偏，VT2发射结反偏，VT1导通，VT2截止，交流信号的正半周电流ic1自+UCC经VT1流过负载RL到地，并在RL上形成正半周输出电压uo>0。当输入信号ui处于负半周时，交流信号使VT1发射结反偏，VT2发射结正偏，VT1截止，VT2导通，电流ic2自地经RL、VT2流到-UCC。每当输入信号交变一次，VT1和VT2轮流导通半周，ic1和ic2流过RL方向正好相反，因而在负载上合成了一个完整的波形。这时的uo＜0。

2.4功率放大电路

3）输出功率及效率由图2.4.2的OCL乙类互补对称功率放大电路可知，输出电流io的最大变化范围为2Icm，幅值为Icm，输出电压uo的变化范围为2（UCC-UCES）=2IcmRL。如果忽略管子的饱和压降UCES，则输出电压的幅值Ucem=IcmRL≈UCC。信号输出的最大功率Pom为因为在一个周期内VT1和VT2轮流导通，每个直流电源只在半个周期内供给功率，每个直流电源提供的功率为两个直流电源提供的总功率为

2.4功率放大电路

故效率为两管的总管耗P2V为

2.4功率放大电路

OCL甲乙类互补对称功率放大电路2

2.4功率放大电路

OTL甲乙类互补对称功率放大电路3

图2.4.5是OTL甲乙类互补对称功率放大电路。与图2.4.4相比，省去了一个负电源（-UCC），在功率放大级的发射极和负载RL间增加了电容C。静态时，两管的射极静态电位UA=UCC/2，电容C两端的电压也稳定在UCC/2数值上。调整R1、R2和R的阻值，使UB1比UCC/2高约0.5V，UB2比UCC/2低约0.5V，这样，两管就处于微导通状态。电容C代替图2.4.5中的负电源作用，担负U2的供电工作。2.4.3复合管及其参数计算

2.4功率放大电路

2.4功率放大电路

由于β1·β2β1+β2，所以复合管的放大系数β近似为β1β2。复合管的连接方式大致可以总结如下。（1）复合管的等效管型由第一只管的管型确定。（2）在组合成复合管时，管子的各级电流必须畅通。根据等效管电流的流向确定复合管的三个电极。2.4.4集成功率放大器的应用

2.4功率放大电路

2.4功率放大电路

该电路为单电源OTL功率放大器。6脚接6V正电源，4脚接地，形成单电源回路；C3为电源滤波电容；信号通过输入耦合电容C1从同相输入端（3脚）输入，通过输出耦合电容C5由输出端（5脚）输出；当接入电感性负载时，要并联R1和C4频率补偿支路，以消除负载在高频产生的不良影响，改善高频特性，防止高频自激；接电阻性负载时不需要R1和C4支路；1脚、8脚电位器R1和电容C2组合，调整功率放大器的电压放大倍数，调整规律如下。（1）1脚、8脚开路，电压放大倍数约为20。（2）1脚、8脚外接旁路电容（10～22μF），电压放大倍数约为200。（3）1脚、8脚外接电阻、电容串联电路，通过调整电阻使电压放大倍数在20～200范围内变化。2.5.1共源极放大电路2.5场效应管放大电路

静态分析12.5场效应管放大电路

图中Rg1、Rg2为分压电阻，使栅极有一固定的正电位。为提高放大电路的输入电阻，增加了电阻Rg。根据图2.5.1所示电路，有绝缘栅型增强型N沟道场效应管的UGS和ID满足转移特性曲线函数方程，即式中，IDSS为UGS=2UT时的ID值。联立求解式（2.5.2）、式（2.5.3）可以求出场效应管放大电路的静态工作点UGS和ID。漏源间的偏压UDS为2.5场效应管放大电路

动态分析2低频跨导为2.5场效应管放大电路

式中，ΔiD和ΔuGS是无限小的信号增量，当场效应管工作在小信号下时，两个信号增量可用交流分量来代替，即ΔiD=id，ΔuGS=ugs。这时跨导可表示为这样漏极电流的交流分量可以看成受控制的恒流源，即在放大电路中，由于工作点位于管子输出特性曲线的线性放大区，这时输出特性曲线几乎是水平的，即rds很大，在许多情况下也可视为开路，于是场效应管微变等效电路可简化成图2.5.2（b）所示的电路。场效应管放大电路的微变等效电路的意义和求法与三极管放大电路的微变等效方法基本相同，分析的对象仅是交流小信号。2.5场效应管放大电路

以图2.5.1所示的分压式偏置场效应管放大电路为例，可得到图2.5.3所示的场效应管放大电路的微变等效电路。2.5场效应管放大电路

1)放大倍数由图2.5.3所示的场效应管放大电路的微变等效电路可知若令漏极电阻Rd与负载电阻RL的并联值为等效负载电阻R′L，并且注意到，则式（2.5.8）化为从而有式中的负号表示输出电压与输入电压反相。2.5场效应管放大电路

2）输入电阻ri

从微变等效电路的输入端分析，有通常，分压电阻Rg1、Rg2的并联值不是很大，如该电路没有接入栅极电阻Rg，就会降低放大电路的输入电阻，而Rg的接入可以适当提高ri，因为Rg一般选值较大。Rg的接入不影响电路的放大倍数u和静态工作点设置（Rg上静态压降为零）。一般情况下有Rg(Rg1//Rg2)的关系成立，故2.5场效应管放大电路

3）输出电阻ro

在场效应管放大电路的简化微变等效电路中，没有考虑场效应管的输出电阻Rds，这是因为当场效应管工作在恒流区时，Rds为常数，其值相当大，对放大电路输出电阻几乎不造成影响。按照戴维南定理，从输出端看进去的等效电阻就是输出电阻，即2.5.2共漏极放大电路2.5场效应管放大电路

2.5场效应管放大电路

输出电压为输入电压为电压放大倍数为可见其<1，但接近于1。输入电阻r≈R。在计算输出电阻时，首先将负载断开，令ui=0，在输出端加一测试电压，在输出端口处产生电流，如图2.5.5所示。2.5场效应管放大电路

由图可知

2.6放大电路仿真实例——单管放大

实验要求：设计电路，测量晶体管的静态工作点；测量静态工作点的选择对放大的影响。建立仿真电路，如图2.6.1所示，交流信号ui=50mV，f=1kHz。静态工作点：IBQ=91.7μA，ICQ=9.17mA，UCEQ=5.416V。2.6放大电路仿真实例——单管放大

1）正常放大对于图2.6.2所示电路，R2=100kΩ，R1=0.5kΩ，其输出波形如图2.6.3所示。2.6放大电路仿真实例——单管放大2.6放大电路仿真实例——单管放大

2）饱和失真饱和失真电路如图2.6.4所示。其中，R1=0.8kΩ，R2=96kΩ。其输出波形如图2.6.5所示。2.6放大电路仿真实例——单管放大2.6放大电路仿真实例——单管放大

3）截止失真截止失真电路如图2.6.6所示。其中，R1=0.4kΩ，R2=500kΩ。其输出波形如图2.6.7所示。

2.6放大电路仿真实例——单管放大

本章小结Page

124

（1）对放大电路进行静态和动态分析。当输入端ui=0时，放大电路处于直流工作状态，简称静态。静态工作点Q是由直流通路决定的。当输入端的ui≠0时，放大电路处于交流工作状态，简称动态。它是放大电路中交流信号流通的路径。（2）设置合理的静态工作点并使之稳定，是保证放大电路正常工作的先决条件。Q点设置的原则是在不失真的前提下尽量低。（3）射极输出器的特点是：Uo≈Ui，≈1，ri高、ro低。由于这种电路的ri高，所以常用在输入级。又因为其ro低，故带负载能力强，常用它作为放大器的输出级。（4）多级放大电路的级间耦合方式。在多级放大电路中，级与级之间有三种耦合方式。其中，由于变压器耦合有很多缺点，所以基本不再使用。一般采用阻容耦合放大电路和直接耦合放大电路。

本章小结Page

125

①阻容耦合放大电路用于放大交流信号。

②直接耦合放大电路存在的严重问题是零点漂移，而第一级的零漂对输出的影响最大。引起零漂的主要原因是温度的变化。在直接耦合放大电路中解决零漂问题的有效措施是采用差分放大电路。

③差分放大电路因输入、输出方式的不同组合，共有四种连接方式。（5）功率放大电路在大信号下工作，研究的重点是如何在允许失真的情况下，尽可能提高输出功率和效率。早期的变压器耦合推挽电路较好地解决了上述矛盾，同时可以实现阻抗变换，达到最佳负载的目的，但它存在体积大、频带宽等一系列缺点。与变压器耦合推挽电路相比，互补对称电路虽然对负载的要求较严格，但无上述缺点，因而应用日益广泛，特别是应用于集成功放器件中。对功放一般采用图解法进行分析。

本章小结Page

126

（6）由场效应管组成的放大电路一般都具有高输入阻抗的特点，适合作为放大电路的输入级。在中低频小信号下，场效应管模型可用一个电压控制电流源近似等效。共源极放大电路可接成自给偏压式和分压偏置式两种，其静态工作点的估算有图解法和分析法两种，在分析时可根据其转移特性曲线和输入输出回路的KVL关系共同确定。其交流放大倍数Au（-gmR′L）的估算仅与输出回路有关。输入电阻为RG，输出电阻为RD。共漏极放大电路（源极输出器）的静态工作点分析与共源极电路基本相同，其交流特性与三极管的共集电极放谢谢观赏谢谢观赏第3章运算放大器与负反馈第1篇模拟电路前言

集成运算放大器（integratedoperationalamplifier）是一种高增益的多级直接耦合放大器，是模拟集成电路中最主要的一类器件。由于早期它主要用于模拟量的某些数学运算，故称为运算放大器。随着近代集成电路技术的发展，目前集成运算放大器的性能已达到了相当理想的程度，如电压放大倍数可达108，输入电阻达几百兆欧，输出电阻小到几欧，共模抑制比高达160dB。几乎不存在失调和漂移，其性能十分稳定可靠，且使用方便、价格低廉，从而使它的应用超出了模拟运算的范围，在信号处理、信号测量、波形转换及自动控制等领域都得到了广泛应用。集成运算放大器是电子线路中重要的元器件，集成运算放大器的运用是电子技术最重要的基础部分。

3.1运算放大器

集成电路具有以下特点（1）所有元器件处于同一晶片上，由同一工艺制成，易做到电气特性对称，温度特性一致，故适于制造对称性高的电路。（2）集成电路的电阻，容易制成的阻值为100Ω～30kΩ。高阻值的电阻制作成本高，占用面积大，通常采用恒流源电路代替，必需的高阻值电阻还可以采用外接的方式。（3）集成电路不适于制作200pF以上的电容，更难于制作电感，因此放大电路的级间连接多采用直接耦合方式，必需的大电容可采用外接方式。（4）集成电路中制作晶体管容易，二极管通常是用晶体管的基极与集电极短接后的发射结来代替。3.1.1运算放大器的组成与图形符号

3.1运算放大器

运算放大器的组成1

3.1运算放大器

集成运放的图形符号2根据国家标准，运算放大器的图形符号如图3.1.3所示。3.1.2运算放大器的主要参数

3.1运算放大器

1．开环电压增益双击添加标题文字2．输入失调电压UIO双击添加标题文字4．输入偏置电流IIB双击添加标题文字5．最大差模输入电压Uidm双击添加标题文字3．输入失调电流IIO双击添加标题文字

6．静态功耗PCO和最大输出电压UP-P3.1.2运算放大器的主要参数

3.1运算放大器

3.2.1反馈的基本概念

3.2放大电路中的负反馈

反馈环方框图13.2.1反馈的基本概念

3.2放大电路中的负反馈

反馈的基本关系式2

反馈放大电路中的闭环放大倍数f与开环放大倍数、反馈系数之间的关系可用基本关系式来表示，即（1）若输入为电压信号，输出为电流信号，A、Af的单位为S。（2）若输入为电流信号，输出为电压信号，A、Af的单位为Ω。（3）若输出为电压信号，反馈为电流信号，F的单位为S。（4）若输出为电流信号，反馈为电压信号，F的单位为Ω。因此，无论负反馈放大电路属于哪种类型，环路放大倍数AF都是无量纲的实数。负反馈放大电路的性能与负反馈深度D有关。D=1+AF=A/Af当满足1+AF1时，称为深度负反馈，此时，闭环放大倍数几乎与开环放大倍数无关，即Af=A/（1+AF）≈1/F（3.2.6）3.2.2负反馈的类型和判别

3.2放大电路中的负反馈

负反馈的类型1

按反馈电路与放大电路输出端连接方式的不同，负反馈可分为以下两种。（1）电压负反馈。反馈采样电压与输出电压成正比，如图3.2.2（a）所示。（2）电流负反馈。反馈采样电压与输出电流成正比，如图3.2.2（b）所示。

3.2放大电路中的负反馈

按反馈电路与放大电路输入端连接方式的不同，负反馈可分为以下两种。（1）串联负反馈。反馈电路与放大电路输入端串联，如图3.2.3（a）所示。反馈以电压的形式出现，此时净输入电压为（2）并联负反馈。反馈电路与放大电路输入端并联，如图3.2.3（b）所示。反馈以电流的形式出现，此时净输入电流为

3.2放大电路中的负反馈

按反馈电路与放大电路输入端连接方式的不同，负反馈可分为以下两种。（1）串联负反馈。反馈电路与放大电路输入端串联，如图3.2.3（a）所示。反馈以电压的形式出现，此时净输入电压为（2）并联负反馈。反馈电路与放大电路输入端并联，如图3.2.3（b）所示。反馈以电流的形式出现，此时净输入电流为

3.2放大电路中的负反馈

反馈的判别2

3.2放大电路中的负反馈

反馈的判别23.2.3负反馈对放大电路性能的影响

3.2放大电路中的负反馈

1．降低放大倍数双击添加标题文字2．提高放大电路的稳定性双击添加标题文字4．扩展频带双击添加标题文字5．减小波形失真双击添加标题文字3．扩大运放的线性工作范围双击添加标题文字

6．负反馈对输入电阻、输出电阻的影响3.2.3负反馈对放大电路性能的影响

3.2放大电路中的负反馈

从以上分析可以看出，引入负反馈可以改善和影响放大电路的性能，不同类型的反馈具有不同的作用，为获得高性能指标的放大电路，引入负反馈有以下一些原则。（1）如果需要稳定静态工作点，应该在放大电路中引入直流负反馈。（2）如果需要稳定和改善放大电路的交流性能，应该引入交流负反馈。（3）如果需要稳定输出电压和减小输出电阻，应该在放大电路中引入电压负反馈；需要稳定输出电流和提高输入电阻，应该引入电流负反馈。（4）如果需要提高放大电路的输入电阻，应该引入串联负反馈；如果需要减小放大电路的输入电阻，应该引入并联负反馈。