模拟电子技术基础(同济版)教学课件312

1.1

半导体的基本知识导电能力介于导体与绝缘体之间的物质。（1）半导体导电能力对温度的反应非常灵敏。温度愈高导电能力愈强。（2）半导体导电能力对光照非常敏感。光照愈强导电能力愈强。（3）在纯净的半导体中掺入微量的杂质（指其他元素），它的导电能力会大大增强。1.1.1半导体的导电特性

纯净的不含杂质、具有完整晶体结构的半导体称为本征半导体。共用电子对每相邻两个原子都共有一对电子，形成电子对。共价健1.1.2本征半导体＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4在本征半导体中，自由电子的数量和空穴的数量是相等的。温度变化时，每形成一个自由电子，同时出现一个空穴，它们成对出现，这种现象称为本征激发。载流子空穴自由电子＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4自由电子在运动过程中，又会和空穴重新结合而成对消失，这种与激发相反的过程称为复合。电子—空穴对的产生与复合，在一定温度下呈现动态平衡，所以，电子—空穴对的数目保持不变。当温度升高后，电子—空穴对的数目相对增加，因此，本征半导体的导电能力随温度增加而显著增加。

1.1.3杂质半导体1.N型与半导体在硅半导体中,掺入微量的五价元素形成N型半导体。这种半导体主要靠电子导电，称为电子型半导体，N型半导体。自由电子是多数载流子，空穴为少数载流子。在N型半导体中，多数载流子取决于掺杂质的数量；少数载流子的数量取决于热运动，即温度变化在晶体中激发出电子—空穴对。

硅原子磷原子自由电子＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋5＋4＋4＋4＋42.P型与半导体在硅半导体中，掺入微量的三价元素形成P型半导体。这种半导体主要靠空穴导电，所以称为空穴型半导体，简称P型半导体。在P型半导体中，空穴是多数载流子，而自由电子则为少数载流子。多数载流子也取决于掺杂的数量，少数载流子则取决于热运动。硅原子硼原子空穴＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋3＋4＋4＋4＋4

当半导体两端加上外加电压时，半导体中将出现两种电流：一是自由电子做定向的运动形成的电子电流，二是自由电子填补空穴形成的空穴电流。在半导体中同时存在着电子和空穴导电，这是半导体和金属导电原理上的本质差别。1.1.4PN结及其单向导电特性内电场E空穴漂移运动自由电子扩散运动空间电荷区P型半导体N型半导体1.PN结的形成－－－＋＋＋耗尽层P区N区

内电场

外电场

IUR2.PN结单向导电性PN结具有单向导电性PN结加正向电压时导通；

PN结加反向电压时截止。－－－＋＋＋耗尽层P区N区

内电场

外电场U

R－－－－－－＋＋＋＋＋＋PN结形成后的空间电荷区可以等效为一个可变电容，当外加正向电压时，空间电荷区电量减少，PN结变窄，相当于结电容“放电”；外加反向电压时，PN结变宽，相当于结电容“充电”。PN结的结电容与其连接方式和外加电压的大小有关，不是一个常数。正向电压大时，结电容大；反之结电容小，利用这个特性，可制成变容二极管。3.PN结的结电容1.2半导体二极管按材料不同分分类整流二极管、稳压二极管、发光二极管、光电二极管等

按用途不同分硅二极管、锗二极管

1.2.1二极管的结构按功率大小分小功率管、中功率管和大功率管

按结构不同分点接触型、面接触型和平面型

半导体二极管的外形及符号a.外形b.符号阳极阴极正向特性

10硅管I/mAU/V02040302010

20死区电压μA

0.5

1.0

1.5反向特性导通压降:硅管0.6-0.7V,锗管0.2-0.3V。死区电压:硅管0.5V,锗管0.1V。反向饱和电流反向击穿电压1.2.2二极管的伏安特性1.2.3温度对二极管特性的影响在同一正向电流下，随着温度的升高，二极管的正向导通压降会减小，通常温度每升高1℃时，二极管的正向导通压降将减小2mV左右；二极管的反向饱和电流随着温度升高急剧增大，通常半导体的温度每升高10℃，其反向电流约增加一倍；二极管的反向击穿电压也会随温度升高有所降低。

最大整流电流IF二极管长时间使用时，所允许流过的最大正向平均电流。最大反向工作电压UR最大反向电流IR二极管加最大反向工作电压时的反向电流。由二极管结电容的大小决定。二极管使用时允许承受的最大反向电压。最高工作频率fM1.2.4二极管的主要参数1.2.5二极管选择及使用常识根据需要正确地选择型号。1.型号、种类选择为保证电路正常工作，管子的参数应满足电路的要求，切勿超过手册中规定的最大允许电流和电压值，并要有足够裕量。2.参数选择3.使用常识二极管使用时应避免靠近发热元件，并保证散热良好。工作在高引线或把引线变成圈来达到散热目的。焊接二极管时最好用45W以下的电烙铁，并用镊子夹住引线根部，防止烫坏管芯。1.3二极管应用电路分析

在正向偏置时，二极管导通，其导通压降为零；当反向偏置时，二极管截止，阻抗为无穷大。

1.理想模型2.恒压降模型1.3.1二极管模型

二极管在正向导通时，其导通压降为恒定值。硅二极管，导通压降0.7V，锗二极管,导通压降0.3V。3.交流小信号模型交流电阻

1.3.2电路分析1.二极管导通、截止判断U2kΩR5V10VVDI＋－判断图中二极管是导通还是截止？计算流过二极管的电流I及输出电压U为多少？采用理想模型分析采用恒压降模型分析2.检波电路tCuoRL＋－VDtt3.限幅电路uoRUREFVD＋－ui＋－ui/Vt025uo/Vt0254.逻辑运算电路uA、uB两个输入信号均为3V(高电平)，输出为3V(高电平)，uA、uB两个输入信号有一个为0V（低电平），输出为0V（低电平），实现了与逻辑功能。

VD1VD2uA1kΩ5VuBuo测试：普通二极管识别与检测1.观测符号标记通常在二极管的外壳上标有二极管的符号，根据符号可知二极管的阳极和阴极。对于标有色点或色环的二极管，靠近色环的一端为阴极，标有色点的一端为阳极。

2.二极管阳极、阴极及质量检测指针万用表检测：用万用表测量二极管的正、反两次电阻，两次测量中电阻小的那次，黑表笔接的是二极管阳极，红表笔接的是二极管阴极。两次电阻值相差越大，说明二极管单相导电性越好，两次电阻值均为无穷大，说明二极管内部断路，两次电阻值均为0，说明二极管内部短路。若两次阻值相差不大，说明管子性能差。若正向电阻为几千欧，则为硅管，若正向电阻为几百欧，则为锗管。测试小功率二极管时一般使用欧姆档R×100或R×1K档，以免损坏管子。数字万用表检测：数字万用表红表笔为表内电源的正极，黑表笔为表内电源的负极。将数字万用表置电阻档，两表笔接二极管两引脚，正、反两次读显示值，若两次数值都显示1，说明二极管内部断路，若两次都显示000，则二极管内部短路。若在工作电路中，将数字万用表置二极管档，测量二极管压降，显示0.2～0.7V是二极管正向压降，此时与红表笔相连的是二极管的阳极；若显示数值0.2V左右，为锗管，显示数值0.5～0.7V，为硅管。1.4特殊二极管

1.4.1稳压二极管阳极阴极VDZ－2I/mAU/V0515302010－10UZ0.40.8－4－6－8－122010IZ△IZIZmaxAB△UZ发光二极管由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。发光二极管按发光颜色分有红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、白色，另外有的发光二极管中包含两种或三种颜色的芯片。1.4.2发光二极管1.发光二极管的分类发光二极管的工作电压随制造材料不同也不同。普通红、绿、黄、橙发光二极工作电压约为2V，白色发光管的工作电压通常高于2.4V，蓝色发光管的工作电压通常高于3.3V，发光二极管的工作电流一般为2～25mA。超高亮度的发光二极管，如手电筒中用的LED，它的工作电压较高，通常为3.35V～3.65V，工作电流也相对较大，在30～50mA之间。发光二极管的反向击穿电压约5V。2.发光二极管的工作电压1.4.3光电二极管光电二极管是在反向电压作用在工作的。

没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。反向电流大小随光照强度的变化而变化，与光照强度成正比，实现光、电信号的转换。1.4.4变容二极管变容二极管利用PN结的电容效应进行工作，结电容的大小与外加电压大小有关，反向电压增大，结电容减小，反向电压减小，结电容变大。

测试：特殊二极管的检测从外形上看，金属封装稳压二极管的正极为平面形，负极一端为半圆面形；塑封稳压二极管上印有彩色标记的一端为负极，另一端为正极。用指针式万用表判别稳压二极管极性与普通二极管相同，即用万用表R×1k档，正反两次测量稳压二极管的电阻，阻值较小那一次，黑表笔接的是稳压二极管的正极，红表笔接的是稳压二极管的负极。1.稳压二极管的检测（1）阳极、阴极的判别一般引脚引线较长者为阳极，较短者为阴极。如管帽上有凸起标志，靠近凸起标志的引脚为阴极。（2）阳极、阴极及性能的检测万用表检测：利用具有×10k档的指针式万用表可以大致判断发光二极管的阳极、阴极及性能好坏。正常时，二极管正向电阻为几十至200kΩ，反向电阻值为∞。因此通过测量正反两次电阻就可以判断阳极和阴极。若测得正向电阻值为0或为∞，反向电阻值很小或为0，则发光二极管损坏。2.普通发光二极管的检测如果测得发光二极管电压在1.4～3V之间，且发光亮度正常，说明发光二极管发光正常。如果测得发光二极管电压为0或3V，且不发光，说明发光二极管已坏

。

＋－RUVD3V外接电源测量：用3V稳压源或两节串联的干电池及万用表（指针式或数字式皆可）可以较准确测量发光二极管的光、电特性。用万用表R×1k档，正常的光电二极管正向电阻约10kΩ左右，无光照情况下，反向电阻为∞；有光照时，反向电阻随光照强度增加而减小，阻值可达到几kΩ或1kΩ以下，若测得反向电阻为0或为∞，则光电二极管已坏。

3.光电二极管的检测2.1半导体三极管

发射结

集电结集电区PP发射区基区N发射极集电极基极BCECBE

发射结

集电结集电区NN发射区基区P发射极集电极基极BC

EBCEPNPNPN2.1.1三极管结构为保证三极管具有电流放大作用，三极管在制造时应满足：（1）发射区掺杂浓度最高。（2）基区很薄，基区掺杂浓度最低。（3）集电区面积大，掺杂浓度比基区高，比发射区低。常见三极管外形RBIBICIEEBCNNP

RC

EB发射结要正向偏置集电结要反向偏置

发射区向基区发射电子，形成发射极电流IE。电子在基区扩散和复合，形成电流IB。电子被集电结收集，形成IC。2.1.2三极管的电流放大作用IE=IB+IC

1.输入特性RCRB＋－IC

＋

－UCE＋－

μA

mAVVEEIBUBEECIB/mA1.000.020.040.060.080.100.20.60.40.820℃UCE=0VUCE≥1VUBE/V2.1.3三极管的特性曲线分析放大区：IC=IB。饱和区：饱和压降硅管UCES0.3V，锗管

0.1V。

UCE/V105截止区IC/mA0

IB=0放大区510

20（μA）

40

80

60

100

120饱和区截止区：IB=0。发射结和集电结均为反向偏置。发射结正向偏置，集电结反向偏置。发射结，集电结均正向偏置。2.输出特性在放大电路中，三极管各管脚对地电位为VA=7V，VB=3V，VC=3.7V，试分析A、B、C各是三极管什么电极，该管是什么类型，硅管还是锗管？因为三极管工作在放大状态，且VA＞VC＞VB，则C是三极管基极；根据三极管发射结正偏，导通的特点，导通压降为0.7V，则B是三极管发射极，A是三极管集电极；该管是NPN型硅管。2.极间反向电流1）集电极和基极之间的反向饱和电流2）集电极和发射极之间的穿透电流

3.极限参数1）集电极最大允许电流2）集电极最大允许耗散功率3）极间反向击穿电压ICUCEOICMU（BR）CEOPCM安全区2.1.4三极管的主要参数1.电流放大系数（1）根据电路要求选择三极管类型。（2）根据电路参数选择型号。

（1）加到三极管上电压的极性应正确。（2）三极管的替换。（3）三极管应避免靠近热元件，减小温度变化和保证管壳散热良好。2.1.5三极管的选择和使用方法

1.三极管的选择2.三极管的使用常识测试：三极管识别与测试1.三极管引脚识别ebcbec标记9011ebc标记3DG325eb外壳c

（1）判断三极管基极和管型。判定基极。用万用表R×100或R×1k挡测量三极管三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。当用第一根表笔接某一电极，而第二表笔先后接触另外两个电极均测得低阻值时，则第一根表笔所接的那个电极即为基极b。这时，要注意万用表表笔的极性，如果红表笔接的是基极b。黑表笔分别接在其他两极时，测得的阻值都较小，则可判定被测三极管为PNP型管；如果黑表笔接的是基极b，红表笔分别接触其他两极时，测得的阻值较小，则被测三极管为NPN型管。2.三极管测试ICIB黑表笔100k红表笔ECB

(2)判定集电极c和发射极e。(以PNP为例)将万用表置于R×100或R×1k挡，红表笔基极b，用黑表笔分别接触另外两个管脚时，所测得的两个电阻值会是一个大一些，一个小一些。在阻值小的一次测量中，黑表笔所接管脚为集电极；在阻值较大的一次测量中，黑表笔所接管脚为发射极。

2.2共射基本放大电路组成必须有直流电源。保证晶体管发射结正向偏置，集电结反向偏置。输入回路输出回路共发射极电路有信号输入和输出回路。元件的安排必须保证输入信号从放大器的输入端加到晶体管上，放大后从晶体管输出。元件的选择必须保证信号不失真放大。

C2＋C1＋RCRBVT＋－＋VCCuiuo＋－BEC2.2.1共射基本放大电路的组成原则

C2＋C1＋RCRBVT＋－＋VCCuiuo＋－BEC提供给放大器的电源保证集电结反向偏置；另一方面把集电极电流IC的变化转为集电极电压的变化调整RB的阻值，可改变偏流的大小，以控制三极管的工作状态输入耦合电容和输出耦合电容，隔断直流，输入交流信号可以通过C1加到三极管基极和发射极之间，输出交流信号可以通过C2从输出端输出电流放大作用2.2.2共射基本放大电路各元件作用2.2.3直流通路与交流通路1.直流通路2.交流通路+VCCRBRCVT++–UBEUCE–ICIBRCRBii＋－uiicibie＋－＋－uceuo＋－ube2.3放大电路的分析1.估算法确定静态值+VCCRBRCVT++–UBEUCE–ICIB2.3.1静态分析（1）直流负载线当IC=0时，UCE=VCC，在输出特性的UCE轴上得到M点。当UCE=0时，IC=VCC/RC在IC轴上得到N点。连接M、N点得到一条直线，直线完全由RC决定，故称直流负载线。

（２）静态工作点

直流负载线与IB输出特性曲线交点为静态工作点。

2.图解法确定静态值ICUCE直流负载线VCCIB=（VCC－UBE）/RBUCCRCQIC/mAIB=10μAUCE/V6050403020120123456936NMα

共射基本放大电路，已知VCC=12V，

RB=370kΩ，

RC=2kΩ，晶体管输出特性曲线如图所示，试用图解法确定其静态工作点。静态分析当IC=0

UCE=VCC=12VM点

UCE=0

UCE/VIC/mAIB=10μA6050403020120123456936QNM1.通过输入特性曲线确定ib

2.通过输出特性曲线确定iｃuce、

QiC/mAIB=10μAuCE/V6050403020120123456936Q1NM8Q24ibIcmictiB/μAuBE/V1.001020304050600.20.60.4uiuim=20mVIbmibtUcemucet2.3.2动态分析

1.截止失真由于工作点Q1偏低，输入信号在负半周就有一部分进入截止区，使管子发射结处于反向偏置而截止，于是在正半周的一部分被“削掉”形成截止失真。

2.饱和失真静态工作点选在Q2点时，由于工作点偏高，输入信号在正半周时，放大电路进入饱和区，负半周有一部分被“削去”，形成饱和失真。

2.3.3静态工作点对波形失真的影响ttQiC/mAuCE/V0Q3NMQ1ib2饱和失真ic2t截止失真ic1tuce1Q2N＇uce2ib1RB影响RC影响VCC影响2.3.4

RB、RC、VCC对工作点的影响QICIBUCE0Q＇N＂M＇Q1MN＇NQ＂测量静态信号直流稳压电源信号发生器示波器被测试验电路电子毫伏表供电输入实验信号观察输出波形测量动态信号万用表测试：常用电子测量仪器的使用1.仪器线路连接2.低频信号发生器、交流毫伏表、示波器的使用3.测试练习（1）熟悉示波器及信号发生器各旋钮的作用及名称。（2）将示波器通电预热1～2分钟，调节有关旋钮，使荧光屏上显示出一条清晰的扫描线，然后熟悉各旋钮的作用。（3）启动低频信号发生器，调节有关旋钮，使输出电压及频率发生变化，输出电压为0.5～1V，

输出频率f=1kHz，然后用示波器输入这一正弦信号，观察电压波形，调节示波器使波形稳定清晰。信号频率(Hz)1050102103104104×30104×50毫伏表测量值(V)（4）按照表要求，反复调节低频信号发生器的频率，用示波器观察波形，并将低频信号发生器的输出电压调至最大并保持不变，用毫伏表测量不同频率时的输出电压值。（5）测试低频信号发生器在不同输出衰减档时的输出电压。方法是将低频信号发生器的频率调至1kHz保持不变，先将输出衰减调节到0dB，调节输出细调，使输出电压达到最大值，并保持不变，用毫伏表测量其输出电压值，然后逐档改变输出衰减档次，测输出电压值。输出衰减档dB值0dB20dB40dB电压表满偏（5V）时实际输出电压值5V0.5V0.05V毫伏表测量值(V)2.4放大电路的微变等效电路分析2.4.1三极管微变等效电路分析EβibibicCubeBrceucerbe＋－＋－C2＋C1β=50＋RCRBRL＋VCC＋－＋－12V300kΩ3kΩ3kΩ1kΩRS20μFUsUo短路短路短路1.画微变等效电路Us＋－UiRCrbe＋－RSRBRL＋－

βIbIbIcUoUsRCRBRL＋－RS

E＋－

CBUiUo＋－2.4.2微变等效电路分析法当负载开路时2.电压放大倍数的计算Us＋－UiRCrbe＋－RSRBRL＋－

βIbIbIcUo输入电阻：从放大器输入端看进去的电阻Ri。输入电阻定义为放大器输入端的输入电压与输入电流之比。输出电阻：RC3.放大器的输入电阻和输出电阻计算RiRoUs＋－UiRCrbe＋－RSRBRL＋－

βIbIbIcUo2.5静态工作点的稳定温度对静态工作点的影响Q1Q2500CIBUBE0250CICUCE0Q1Q2500C250CICEOICUCE0Q1Q2500C250CUBE变化的影响ICEO变化的影响β

变化的影响2.5.1分压式偏置电路工作点稳定原理C2＋C1＋＋CERCRB1RERB2RL

＋VCCI1I2IBVBUEVT1.分压式偏置电路组成2.稳定工作点的两个条件I1>>IB

VB>>UBE

通常选择：I1≥（5～10）IB，

VB≥（5～10）UBE

3.稳定工作点的物理过程温度T↑→IC↑→UE↑

UBE↓→IB↓

IC↓

VB固定1.静态工作点的估算

+VCCRB1RCVT++–UBEUCE–ICIBRB2RE2.5.2分压式偏置电路静态与动态分析2.微变等效电路分析动态Us＋－UiRCrbe＋－RSRB2RL＋－

βIbIbIcUoRB1C2＋C1＋RCRB1RERB2RL＋VCCVT＋－＋－12V20kΩ10kΩβ=603kΩ1kΩ6kΩ分析RB220kΩC210μFRL5.1kΩ＋VCC12VRP100kΩCE47μFRE1.5kΩRB20kΩ＋＋＋VT＋－＋－uiuoC110μFRC5.1kΩ测试：放大电路测试1.连接放大电路（1）按图选择元件，检测元件。（2）连接电路，将RL开路，检查电路无误后接通电源。（3）调函数信号发生器，产生一个10mV、103Hz的正弦信号，作为ui送到放大电路的输入端。2.静态调试（1）接入电源后，用示波器观察输出波形，调整可变电阻Rp，使波形幅度最大、且不失真。（调好后Rp不可随意调节）（2）撤下ui，用万用表直流电压挡测量三极管VB、VC、UBE、UCE值，记入表中。（3）断开RP上端及RB下端接线，测量基极偏置电阻RB1=RP+RB值。记入表中。测量值计

算

值VC(V)VB(V)UBE(V)UCE(V)RB1(k

)IB(mA)IC(mA)UCE(V)3.测量电压放大倍数接入ui信号，用示波器观察uo波形，在uo不失真情况下，用毫伏表测量输出电压大小，计算放大倍数。然后按表改变RL、RC，用毫伏表再测量输出电压大小，计算放大倍数。并观察记录uo与ui波形。动态测量Ui(V)Uo(V)Au输出波形RL=∞

RC=5.1kΩRL=∞

RC=2kΩRL=5.1kΩ

RC=5.1kΩ4.观察静态工作点对输出波形失真的影响接通电路，使RC=5.1kΩ，RL=5.1kΩ，输入10mV、103Hz的正弦信号。调节RP（左旋）直至输出uo出现失真为止。用万用表直流电压挡测量UCE，判断失真类型。调节RP（右旋）直至输出uo出现失真为止。用万用表直流电压挡测量UCE，判断失真类型。并用示波器观察输出波形。2.6射极输出器＋－C2＋C1＋RBVT＋－＋VCCusuoRERL交流通路负载电阻RL（经过耦合电容C2）接在晶体管的发射极上，输出电压从晶体管的发射极取出，所以称为射极输出器。＋－UsUiUoRBVT＋－＋－RERL2.6.1共集电极放大电路1.静态分析+VCCRBVT++–UBEUCE–ICIBRE2.6.2静态及动态分析微变等效电路2.动态分析UiUo

rbe＋－RSRBRL＋－＋－RE

βIbIbIcIeIiUsRiRi＇UiUo

rbe＋－RSRBRL＋－＋－RE

βIbIbIcIeIiUsUo

rbeRSRBRL＋－RE

βIbIbIeIIcuo－＋C210μR4220ΩC110μR215k＋VCC12VuiR31.5kR120kR010kuSRP100k1.测量电压放大倍数、输出电阻测试：射极输出器测试调节低频信号发生器产生一个f=1kHz、500mV大小的正弦信号，接在电路输入端(ui)，用示波器观测输出端输出波形，在输出波形不失真情况下，测量Ui，、Uo（接RL时的电压Uo、不接RL时的电压Uo＇），计算Ri，接RL和不接RL时的电压放大倍数及Ro。Ui(V)Uo(V)Uo＇(V)AuAu＇Ro500mV调节低频信号发生器产生一个f=1kHz、500mV大小的正弦信号，接在电路输入端(ui)，用示波器观测输出端输出波形，在输出波形不失真情况下，测量Ui，计算Ri。US(V)Ui(V)Uo(V)Ri500mV2.测量输入电阻2.7共基极放大电路共基级2.7.1电路组成＋－＋－＋VCCC2＋C1RCRB1VTCb＋uo＋RSRERLRB2ui＋－usRSRERL＋－RC＋－＋－uiusiiieicibuo2.7.2共基极放大电路静态、动态分析1.静态工作点计算+VCCRB1RCVT++–UBEUCE–ICIBRB2RE2.动态分析计算βRirebRSRBRL＋－RC＋－＋－rbeUSUiUoIiIcIeIbIbβRirebRSRBRL＋－RC＋－＋－rbeUSUiUoIiIcIeIbIb2.7.3三种基本组态比较电路共射电路共集电路共基电路电压放大倍数

大(几十到几百)

小(小于1)

大(几十到几百)电流放大倍数大(约为β)大(约为1+β)小（约为α）输入电阻Ri=RB∥rbe中(几百Ω到几kΩ)Ri=RB∥［rbe+(1+β)RL’］大(数kΩ)Ri=RB∥小(几Ω到几十Ω)输出电阻Ro≈RC

中（几千欧～几十千欧）Ro=RE∥[(rbe+RS’)/(1+β)]小（几欧～几十欧）Ro=RC大（几百千欧）频率特性差好好主要特性电压放大倍数大，用途最广的常用电路。用于阻抗变换及隔离级，功率输出级。用于高频电路作宽频带放大电路。2.8多级放大电路信号源第一级第二级第n级负载输入级功放级前置级

耦合方式：直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。第一级第二级负载每级的静态工作点单独计算。2.8.1多级放大电路的耦合方式1.阻容耦合放大电路C2＋C1＋CE1RC1RB11RE1RB21UBVT1C3＋＋CE2RC2RB12RE2RB22RL＋VCCVT2＋＋－uiuo2.直接耦合放大电路RC1RB1VT1RC2＋VCCVT2＋－＋－uiuoRE23.变压器耦合放大电路RE1＋C1CE1RB12RB11VT1＋CE2RB22RE2RB21＋VCCVT2＋＋－＋－uiuo＋CBRLTr1Tr2－RC2rbe2RB22RLRC1rbe1RB21RB12RB11第二级第一级＋－ui＋uoβ1ib1β2ib22.8.2阻容耦合放大电路分析计算C2＋C1＋CE1RC1RB11RE1RB21UBVT1C3＋＋CE2RC2RB12RE2RB22RL＋VCCVT2＋＋－uiuo后级的输入电阻Ri2作为前级的负载后级的输入电阻为

Ri2=RB12//RB22//rbe2

第一级电路的交流总负载为

RC1//RB12//RB22//rbe2

RC1rbe1RB21Ri2RB11RC2rbe2RB22RLRB12RC2rbe2RB22RLRC1rbe1RB21RB12RB11第二级第一级＋－Ui＋Uoβ1Ib1β2Ib2＋β1Ib1Ib1Ib2－β2Ib2－Ui1＋＋Uo1－－Ui2Uo2＋－第一级电压放大倍数第二级电压放大倍数两级总电压放大倍数为

2.8.3频率特性a.幅频特性b.相频特性f0fLfHuo通频带f45oφ0o－90o－270o－180o45ou0.707uo测试：多级放大电路测试UO1=Ui2R33kR5100kC410μC210μFC110μFR8510R615kR73kR112k+VCC=12VuiS1uoC310μFR4510R22kRP147kRP2100k1.静态工作点测量按图接线，接通12V直流电源。调节低频信号发生器产生一个1kHz、10mV正弦信号，接在电路输入端，输出端用示波器观测输出波形，在输出波形不失真情况下，撤下输入信号，用万用表直流电压挡测量各级的静态工作点VC1、VB1、UBE1、VC2、VB2、UBE2数值。2.动态测量在输出波形不失真情况下，测量Uo1、Ui2、Uo。然后将级间断开，测量Uo1。3.频率特性测量将放大器负载断开，将输入信号频率调到1kHz，保持输入信号电压幅度不变，用示波器观察波形，晶体毫伏表监测输出电压。增大输入信号频率，使输出电压降为原来的0.707倍，若输出信号不失真，此时输入信号频率为上限频率。减小输入信号频率，使输出电压降为原来的0.707倍，若输出信号不失真，此时输入信号频率为下限频率。计算通频带。

3.1绝缘栅型场效应管（MOS管）场效应管是利用电场效应控制载流子运动的电压控制器件。场效应管分为结型和绝缘栅型两大类。场效应管是依靠半导体中多数载流子导电的，因此又称为单极型三极管或单极型晶体管。3.1.1绝缘栅型场效应管的结构与工作原理1.N沟道MOS管的结构增强型耗尽型N沟道绝缘栅场效应管结构及符号SGDP型硅衬底N＋N＋DGSDGSSGDP型硅衬底N＋N＋－2.N沟道增强型MOS管的工作原理N沟道增强型绝缘栅场效应管导电沟道的形成N沟道增强型绝缘栅场效应管导电沟道的导通SGDP型硅衬底N＋N＋N沟道耗尽层UGSSGDP型硅衬底N＋N＋N沟道UGSUDSID3.N沟道增强型MOS管的特性曲线转移特性曲线输出特性曲线可变电阻区夹断区恒流区ID/mAUGS/V0UDS=常数UGS(th)无沟道有沟道UDS/VID/mA5V4V0UGS=2V3V24664223454.N沟道耗尽型MOS管的工作原理及特性曲线SGDID＋＋＋＋＋BPN沟道N＋N＋UDN沟道增强型、耗尽型场效应管的主要区别就在于是否有原始导电沟道。未加栅压就有导电沟道，为耗尽型，加上栅压才有导电沟道，为增强型。N沟道耗尽型绝缘栅场效应管输出特性及转移特性输出特性转移特性UDS/V10ID/mA2V1V3V－2V12024681012826414UGS=0ID/mAUGS/V0246810UDS=10VIDSS－3－2－1UGS(off)不同类型的绝缘栅场效应管所加电压极性不一样。绝缘栅场效应管可以分成N沟道增强型、N沟道耗尽型、P沟道增强型、P沟道耗尽型4种类型。1.主要参数3.1.2场效应管主要参数及使用时的注意事项（1）开启电压UGS（th）。这是增强型MOS管参数。

（3）跨导gm。

（2）夹断电压UGS（off）。这是耗尽型管子的参数。（4）极限参数。场效应管的极限参数主要有最大漏极电流、栅源击穿电压、漏源击穿电压和最大耗散功率。

2.场效应管使用注意事项（1）保存时将三个电极短接。管子栅极开路时可能出现栅极感应电压过高而造成绝缘层击穿问题，为了避免这种损坏，在保存时必须将三个电极短接。（2）在使用时需在栅极加保护电路。（3）在焊接时，烙铁要有良好接地，最好用电烙铁余热焊接。（4）MOS管通常漏极与源极互换使用，但有些产品源极与衬底已连在一起，这时漏极与源极不能对调。3.2结型场效应管3.2.1结型场效应管的结构与工作原理1.结构及符号SGD耗尽层P＋P＋NDGS2.工作原理UDS=0UGS=0SGDP＋P＋NUDS=0

UGS（th）＜UGS

＜0UDS=0

UGS（th）≤UGS

SGDP＋P＋NSGDP＋NP＋UGS对沟道电阻及ID的影响UDS=0UDS对沟道电阻及ID的影响UDS=UGSUDS

＞UGS－UGS（th）SGDP＋P＋NSGDP＋NP＋SGDP＋P＋N－3.2.2结型场效应管的特性曲线输出特性转移特性N沟道结型场效应管UDS/VID/mA－1V－2V－4V1201234566UGS=0ID/mAUGS/V023456IDSS－4－2－1UGS(th)－3V1可变电阻区夹断区恒流区－3如图所示，分析曲线判断是什么类型的管子？若为增强型管，求开启电压，若为耗尽型管，求夹断电压。ID/mAUGS/Vc0234－3－2－1aUDS/VID/mA0V－2V0123UGS=＋1V－1V1b－UDS/VID/mA－4V－2V0123UGS=－5V－3VID/mAUGS/Vd023－2－11耗尽型NMOS管UGS（off）=－2V增强型PMOS管UGS（off）=－2VN沟道结型场效应管UGS（off）=－3VIDSS=4mA耗尽型NMOS管IDSS=2mA3.3场效管基本放大电路3.3.1场效应管放大电路静态偏置1.自给偏压电路增强型绝缘栅场效应管组成放大电路无法采用自给偏压电路。自偏压电路DGS＋－C1＋RDRGIDUGS＋VDDC2VTCSRS＋－ui＋－uo2.分压式自偏压电路分压式自偏压电路DGS＋VTRG1＋VDDC2RDIDRG3RG2C1CSRS＋－ui＋－uo3.静态工作点计算DGS＋－C1＋RDRGIDUGS＋VDDC2VTCSRS＋－ui＋－uoDGS＋VTRG1＋VDDC2RDIDRG3RG2C1CSRS＋－ui＋－uo耗尽型MOS管增强型MOS管3.2.2场效应管微变等效电路GDS＋－3.2.3场效应管放大电路1.共源极放大电路＋－＋－RLRG3RD＋－RG1RG2gmUgsIdUiUoUgsRoRi2.共漏极放大电路DGSVTRG1＋VDDC2IDRG3RG2C1RSuoRL＋－＋－ui＋－＋－RG3RS＋－RG1RG2RLUgsUiUogmUgsId＋－USR源极输出器的电压放大倍数小于1。输出电压的大小接近输入电压的大小，输出电压与输入电压同相位。源极输出器又称源极跟随器。＋－RG3RS＋－RG1RG2RLUgsUiUogmUgsId＋－USR集成电路可分为模拟集成电路和数字集成电路两大类。1.集成电路和集成电路的分类、特点集成电路具有体积小、质量轻、价格低、可靠性高、通用性好等特点。4.1概述2.运算放大器的组成与符号电压放大级差动输入级输出级偏置电路＋uid－uo输入级由差动放大电路组成。其特点是电路对称，输入电阻很高，能有效地放大有用信号，抑制干扰信号。中间级为运放提供足够的电压放大倍数，一般由共射放大电路组成。输出级为了能输出较大功率推动负载，一般由互补对称式电路构成，其输出阻抗很低。偏置电路是为了给各级放大电路提供合理的静态工作点电流，使各级具有合理的静态工作点。4.2差动放大电路1.级间影响直接耦合放大器，各级工作点不再独立，相互影响和牵制。RC1RB2VT1RC2VT2RB1＋VCC＋－uiuo＋－4.2.1直接耦合电路中的主要问题

为了保证各级都有合适的动态范围，就必须采取有效措施，既保证各级工作点合理，又保证直流信号能有效的传递。通常采用的措施是提高后级的发射级电位。稳压二极管提高后级射级电位。RC1RB2RC2＋VCCVDZRB1＋

ui－R＋

uo－电阻RE2提高后级射级电位。RC1RB2

RC2＋VCCRB1＋

ui－RE2＋

uo－

实验研究发现，直接耦合放大器即使将输入端短路，输出电压并不为零。而且这个不为零的电压会随时间作缓慢的、无规则的、持续的变动，这种现象称为零点漂移，简称零漂。产生这种现象的原因在于直接耦合，当外界因素（如温度、电源电压、晶体管内部的杂散参数等）变化时输出电压随之变化。其中温度的影响最大，所以有时把零漂也叫温漂。2.零点漂移

第一级的零漂经第二级放大，再传给第三级，依次传递的结果使外界参数的微小变化，在输出端产生了较大的零漂电压。这个变化的电压与有用的输出信号混在一起，严重时甚至会淹没有用信号，使放大器无法工作。

抑制零漂主要采用差动放大电路。RC1VT1RC2VT2＋－Ui1Uo＋－＋－Ui2＋VCCRB1RS1RB2RS21.基本差动式放大电路的工作原理静态分析静态时Ui1＝Ui2＝0。由于电路左右对称，输入信号为零时，IC1＝IC2，UC1＝UC2,则输出电压U0＝△UC1－△UC2＝0。当电源电压波动或温度变化时，两管集电极电流和集电极电位同时发生变化。输出电压仍然为零。4.2.2差动放大电路放大器的两个输入端分别输入大小相等极性相反的信号（即Ui1＝－Ui2），这种输入方式称为差模输入。

差模输出电压动态分析1）差模输入如果接上RL输入电阻输出电阻差模电压放大倍数差动式放大电路的差模电压放大倍数等于单管共射极电路的电压放大倍数。在差动式放大电路的两个输入端，分别加入大小相等极性相同的信号。（即Ui1＝Ui2）,这种输入方式称为共模输入。共模输入信号用Uic表示。共模输入时（Uic＝Ui1＝Ui2）的输出电压与输入电压之比称共模电压放大倍数，用AC表示。在电路完全对称的情况下，输出端电压Uo＝Uo1-Uo2＝0,故AC＝UC/Ui＝0，即输出电压为零，共模电压放大倍数为零。这种情况称为理想电路。2）共模输入

在差动放大电路中，无论是电源电压波动或温度变化都会使两管的集电极电流和集电极电位发生相同的变化，相当于在两输入端加入共模信号。由于电路完全对称，使得共模输出为零，共模电压放大倍数AC=0，从而抑制了零点漂移。电路放大的只是差模信号。抑制零点漂移的原理

理想状态下，即电路完全对称时，差动式放大电路对共模信号有完全的抑制作用。实际电路中，差动式放大电路不可能作到绝对对称，这时UO≠0,AC≠0,AC＝Uo/△Ui，为了衡量差动式电路对共模信号的抑制能力，引入共模抑制比。3)共模抑制比

共模抑制比的大小反映了差动式放大电路对共模信号的抑制能力。KCMRR越大，差动式放大电路放大差模信号（有用信号）的能力越强。理想的差动式放大电路其共模抑制比KKCMRR→∞。2.带RE的差动放大电路RC1VT1RC2REVT2＋－Ui1Uo＋－＋－Ui2＋VCC－VEE

RS1

RS2静态分析稳定静态工作点的过程加RE后，当温度上升时，由于IC1和IC2同时增大，稳定过程实质上是一个负反馈过程。RE越大工作点越稳定，但RE过大会导致UE过高使静态工作点电流太小。加入负电源－VEE可补偿RE上的压降。△IE2动态分析△IE1RC1VT1RC2REVT2＋－Ui1Uo＋－＋－Ui2＋VCC－VEE

RS1

RS2加入差模信号时由于Ui1＝－Ui2，则ΔIE1＝－ΔIE2，流过RE的电流ΔIE＝ΔIE1+ΔIE2＝0。对差模信号来讲，RE上没有信号压降，即RE对差模电压放大倍数没有影响。△IE2△IE1加入共模信号时，由于Ui1＝Ui2,则ΔIE1＝ΔIE2，流过RE1的电流ΔIE＝ΔIE1+ΔIE2＝2ΔIE1RE，对于共模信号可以等效成每管发射极接入2RE的电阻。RC1VT1RC2REVT2＋－Ui1Uo＋－＋－Ui2＋VCC－VEE

RS1

RS23.具有恒流源的差动式放大电路RC1VT1RC2ISVT2＋－Ui1Uo＋－＋－Ui2＋VCC－VEE双端输入双端输出单端输入双端输出单端输入单端输出双端输入单端输出4.2.3差动式放大电路的输入输出方式1.双端输入双端输出RC1VT1RC2ISVT2＋－Ui1＋－Ui2＋VCC－VEERL

此电路适用于输入、输出不需要接地，对称输入、对称输出的场合。

差模电压放大倍数输入电阻输出电阻RC1VT1RC2ISVT2＋－Ui1＋VCC－VEERL2.单端输入双端输出它的Ad、ri,、ro的计算和双端输入双端输出相同，此电路适用于单端输入转换成双端输出的场合。3.单端输入单端输出RC1VT1RC2ISVT2＋－Ui1＋VCC－VEERL

此电路适用于输入输出均有一端接地的场合。

差模电压放大倍数输入电阻输出电阻4.双端输入单端输出RC1VT1RC2ISVT2＋－Ui1＋－Ui2＋VCC－VEERL它的Ad、ri,、ro的计算和单端输入单端输出相同，此电路适用于双端输入转换成单端输出的场合。4.3集成运放的主要参数、类型及符号1．电源电压2．最大差模输入电压3．最大共模输入电压4．开环差模电压放大倍数Aud

5．输入失调电压Uos

6．输入失调电流Ios

7．输入偏置电流IB

8．共模抑制比KCMRR

9．差模输入电阻rid

10．输出电阻rO

4.3.1主要参数按供电电源分单电源和双电源两类按制作工艺分双极型；单极型和双极—单极兼容型按芯片中运放的数目分单运放、双运放三运放和四运放等按用途分通用型和专用型4.3.2集成运放的分类4.3.3集成运放的外形、符号a.圆形金属123456714管健凹格标记1214色标12b.双列直插式c.双列扁平式d.单列直插式10标记121271234567uou－u＋

－

＋习惯画法标准符号uou－u＋

∞－

＋Δ

＋LM741集成运放引脚图632LM741＋15V同相输入端输出端7415反相输入端－15V测试：集成运放简易测试用万用表R×100或R×1k挡测量集成运放同相输入端、反相输入端间的正反向电阻，各引脚对输出端间正反向电阻，各引脚对正电源端、负电源端的正反向电阻，将测得阻值与同型号集成运放正常值相比应比较接近，如果相差很大，甚至出现短路和断路现象，一般是集成运放已损坏。＋＋－A∞50kΩRpV＋VCC用万用表直流电压挡测量输出电压，调节可调电阻，输出电压应能在0～VCC之间变化，如果调节可调电阻，输出电压不变或变化很小，说明集成运放已损坏。

4.4.1集成运放的电压传输特性4.4理想集成运放的模型ui/mV0uo/mV＋uim－uim＋uom－uom（1）开环差模电压放大倍数Aud→∞。（2）差模输入电阻Rid→∞。（3）输出电阻RO→0。（4）共模抑制比KCMRR→∞。（5）输入偏置电流IBI＝IB2＝0。（6）失调电压，失调电流及温漂为零。4.4.2理想运算放大器的特点

负反馈可以改变输入、输出电阻、减小失真、提高稳定性等。所以集成运放工作在线性区，采用负反馈是必要条件。

由于集成运放的差模输入电阻Rid→∞,输入偏置电流IB≈0，不向外部索取电流，因此两输入端电流为零。即Ii-＝Ii＋＝0，这就是说，集成运放工作在线性区时，两输入端均无电流，称为“虚断”。由于理想运放开环电压放大倍数为无穷大，最大输出电压Uo＝Aud（U＋－U-）为一有限值，所以两输入端电位近似相同，即U-＝U＋。由此可见，集成运放工作在线性区时，两输入端电位相等，称为“虚短”。4.4.3理想集成运放工作在线性区特点理想集成运放工作在非线性区时，不再具有“虚短”特性。由于集成运放的差模输入电阻Rid→∞，因此两输入端电流近似为零。i＋≈i－≈0。理想集成运放工作在非线性区时，仍具有“虚断”特性。4.4.4理想集成运放工作在非线性区特点_++

RfR1R2uiuoiiif+_ii｀4.5基本运算电路4.5.1比例运算电路由于集成运放工作在线性区，u＋＝u-，i＋＝i-＝0，即流过R2的电流为零。则u＋＝0，u-＝u＋＝0，说明反相端虽然没有直接接地，但其电位为地电位，相当于接地，是“虚假接地”简称为“虚地”。平衡电阻1.反相输入放大电路电压放大倍数由于即输入电阻输出电阻_++

RfR1R2uiuoiiif+_ii｀2.同相输入放大电路__

+

RfR2R1uiuouf+++_u＋u－对同相输入放大电路，u-＝u＋，相当于短路，称为“虚短”。电压放大倍数由于即输入电阻输出电阻1.反相加法运算电路加、减法运算的代数方程式是y=k1X1+K2X2+K3X3+…，其电路模式为uo=K1ui1+K2ui2+K3ui3+…++

RfR3R4ui1uoii1if_R1R2ii2ii3ui2ui3平衡电阻R4=R1//R2//R3//Rfu－=u＋=0。4.5.2加法运算电路当有有

若

一个测量系统的输出电压与待测量之间关系为uo=2ui1+ui2+4ui3，试用集成运放构成电路，并求各电阻值。Rf1ui1＋＋－A1∞uo1R5i1R1R3R2i2i3ui2ui3Rf2＋＋－A2∞uoR4R62.同相加法运算电路Rfui1＋＋－A∞uoR1R2iiifi-R3ui2R1//Rf=R2//R34.5.3减法运算电路Rfui1＋＋－A∞uoR3ui2R1R2uoRf1ui1＋＋－A1∞uo1R1R2Rf2＋＋－A2∞ui2R3R4分析输出与输入电压关系。Rfui1＋＋－A∞uoR4ui3R1R2ui2R3如图所示电路，R1=25kΩ、R2=20kΩ、R3=12.5kΩ、R4=50kΩ、Rf=100kΩ，ui1=0.2V、ui2=0.4V、ui3=0.5V，求输出电压uo。_++

CR1R2uiuoiiiC+_+_uC1.积分电路4.5.4积分、微分运算电路_++

CRfR2uiuoiiif+_iC2.微分电路1．反向比例运算电路－＋＋∞Rf

100kΩ

uo

－12V＋12V

RW100kΩR110kΩR29.1kΩ

uiui(V)uo(V)Au实测值计算值测试：比例、加法、减法电路测试2．同相比例运算电路－＋＋∞

Rf

100kΩ

uo－12V＋12VRW100kΩR110kΩR29.1kΩ

uiUi(V)Uo(V)Au实测值计算值3．反相加法电路－＋＋∞Rf

100kΩ

uo－12V＋12V

RW100kΩR110kΩR26.2kΩui2ui1R210kΩui1(V)0.1V0.2V0.3Vui2(V)0.2V0.3V0.4Vu.o(V)－＋＋∞Rf

100kΩ

uo－12V＋12VRW100kΩR110kΩR3100kΩui1ui2R210kΩ4.减法运算电路ui1(V)0.1V0.2V0.3Vui2(V)0.2V0.3V0.4Vu.o(V)4.6集成运放的应用1.测量放大器4.6.1集成运放的线性应用R2ui1＋＋－A1∞uo1R6＋＋－A3∞uoR4R5＋＋－A2∞R3ui2uiR1R7uo2＋－－－＋＋＋滤波器的作用是允许信号中的某一部分频率的信号通过，而将其他频率的信号衰减。滤波器按工作频率的不同，分低通滤波器、高通滤波器，带通滤波器、带阻滤波器。按滤波器元件性质不同，分无源滤波器、有源滤波器。

2.滤波器（1）无源滤波器低通滤波电路高通滤波电路－Cui＋uoR＋－－Cui＋uoR＋－（2）有源低通滤波器RC接同相输入端CRfC接反相输入端CRfui＋＋－A∞uoR1RRfui＋＋－A∞uoR1R反相输入同相输入（3）有源高通滤波器CRfui＋＋－A∞uoR1RCRfui＋＋－A∞uoR1R带阻滤波电路带通滤波电路（4）有源带通滤波电路和有源带阻滤波电路CRfui＋＋－A∞uoR1R3RR2C2CRfui＋＋－A∞uoR1RRRCC24.6.2集成运放的非线性应用1.单限电压比较器电压比较器传输特性ui＋＋－A∞uouRuoui＋uom－uomuR输入正弦波uR＝0uo

tuoHuoLuit输入正弦波uR≠0uRuo

tuoHuoLuit2.迟滞电压比较器ui＋＋－A∞uoR1RfuR电路输入输出波形uo＋uom－uomuTLuTHui传输特性uTHuo

t＋uom－uomuituTL回差电压1.调零4.7集成运放应用时应注意的问题引到反相端ui＋＋－A∞＋VCCuoR3R2R1RfRRRP－VEE引到同相端ui＋＋－A∞＋VCCuoR2R4RfRRRP－VEER1R32.消除自激ui＋＋－A∞uoR1R2＋＋＋VCCRf－VEE0.1μF0.1μF10μF10μF在电源端子接上电容在反馈电阻两端并联电容Cui＋＋－A∞uoR1R2Rf3.保护措施ui1＋＋－A∞uoR1R1ui2VD2VD1uoui＋＋－A∞R1R2RfVD输入保护电路输出保护电路电源保护电路ui1＋＋－A∞uoui2VD2VD1＋VCC－VEE

反馈是把放大器输出信号的部分或者全部，通过一定的方式回送到输入端来影响输入量的过程。有反馈的放大电路称为反馈放大电路。

F基本放大电路反馈网络AXi＋－XfXiXo输入量反馈量净输入量输出量5.1.1反馈的概念5.1反馈的基本概念与分类

在反馈放大器中，反馈量使放大器净输入量得到增强的反馈称为正反馈。

1.正反馈与负反馈

反馈量使放大器净输入量减弱的反馈称为负反馈。

5.1.2反馈的分类依据反馈信号对输出信号取样方式的不同，分：电压反馈和电流反馈反馈信号取自输出电压反馈信号取自输出电压依据反馈信号与输入信号叠加方式的不同，分：并联反馈和串联反馈输入信号与反馈信号以电流方式叠加（并联）输入信号与反馈信号以电压方式叠加（串联）2.电压反馈与电流反馈3.并联反馈与串联反馈电压并联反馈类型电流串联反馈类型RL＋－RSAFIfIsIi