模拟电子技术基础完整版74176.ppt

1、a,1,模拟电子技术基础,负反馈放大器 5,集成运算放大电路 8,基本放大电路 (三极管、场效应管 ）22,半导体器件 5,集成运算放大器应用 2,复习 3,内容安排,a,2,特别提醒,本课程5学分 成绩 考试80分 平时20分 1、本周四确定座位表,以后每位同学按自己的座位入坐,若座位无人按缺席处理,缺席一次平时成绩扣一分，缺席过多按校规处理。如有重课请尽早到学院办理重课单。 2、每周一交作业本，缺交或所做的作业量小于应做作业量的50%的、有明显作业抄袭的则平时成绩每次扣一分。 3、每周四课后答疑。,a,3,绪论,一 主要内容 1 电子器件 二极管 器件的特性、 管子 晶体管 参数、等效电路

2、 场效应管 （熟悉） 差分对管 组件 集成电路,a,4,绪论,2 、 电子电路 晶体管放大器 电路组成， 放大电路 场效应管放大器 工作原理， 集成运算放大器 性能特性， 功率放大器 基本分析方法 负反馈在放大电路中的应用 工程计算方法 放大器的频率响应,a,5,绪论,二 电子电路的应用 自动控制 计算机 通信 文化娱乐 医疗仪器 家用电器 三 要求 了解器件的内部工作原理 掌握器件的应用特性（外特性） 掌握各单元电路的工作原理及分析方法 掌握实际技能及各种测试方法,a,6,四 学习方法 1 合理近似 例：I=20 /（1+0.9） =10.5 mA 若把 1K / 10K =1K 则 I=2

3、0/2K=10 mA 仅差5% 而采用一般电阻元件其误差有10% 即1K的元件可能是1.1K或900 2 重视实验环节 坚持理论联系实际,绪论,+ 20v -,1K,1k,10k,0.9k,a,7,绪论,五 参考书 模拟电子技术基础教程 浙大 邓汉馨 模拟电子技术基础 清华 童诗白 电子技术基础 西安电子科大 孙肖子 模拟电子技术 北京理工 王远 模拟电子线路(I) 谢源清,return,a,8,第一章,1.1 PN结及晶体二极管,总结,1.2 晶体三极管,半导体器件,半导体基础知识,结型场效应管(JFET),1.3 场效应管,金属-氧化物-半导体场效应管 （MOSFET）,return,a,

4、9,半导体器件,第一章,半导体基础知识,自然界中物质按其导电能力可分为,导体 : 很容易传导电流的物质 （铜 铅） 绝缘体: 几乎不能传导电流 (橡皮 陶瓷 石英 塑料) 半导体: 导电能力介于导体与绝缘体之间 (硅 锗),(本征 杂质),(都是4阶元素 ),a,10,第一章,半导体物理基础知识,一 本征半导体: - 纯净的半导体,共价键 在本征半导体晶体中，原子有序排列构成空间点阵（晶格），外层电子为相邻原子共有，形成 共价键,在绝对零度(-273.16)时晶体中没有自由电子, 所有价电子都被束缚在共价键中. 所以 半导体不能导电,价电子,共价键,半导体器件,a,11,第一章,半导体物理基础

5、知识,电子空穴对,当T 或光线照射下,少数价电子因热激发而获得 足够的能量挣脱共价键的束缚 ,成为自由电子. 同时在原来的共价键中留下一个空位称 空穴,本征半导体在热或光照射作用下, 产生电子空穴对-本征激发,T光照电子-空穴对导电能力 所以 半导体的导电能力 与 T，光照 有关,在本征半导体中电子和空穴是成对出现的,半导体器件,a,12,本征半导体 (纯净半导体),Si,Ge,a,13,第一章,半导体物理基础知识,电子电流 电子在电场作用下 移动产生的电流 x3 x2 x1,空穴电流 空穴移动产生的电流 x1 x2 x3,激发,束缚电子获能量成为自由电子 和空穴,自由电子浓度=空穴浓度,电子

6、和空穴称为载流子,半导体器件,a,14,第一章,半导体物理基础知识,复合,运动中的自由电子如果“跳进” 空穴.重新被共价键束缚起来, 电子空穴对消失 称复合,复合在一定温度下, 使半导体中载流子浓度一定,半导体器件,a,15,晶体结构,电子、空穴两种载流子成对出现； 常温下载流子数量少，导电性差； 受外界影响大。,电子,空穴,a,16,第一章,半导体物理基础知识,二 杂质半导体- 在本征半导体中掺入微量的杂 质使其导电能力产生明显变化,N型半导体- 掺入微量的五价元素(磷 砷 锑) 由于杂质原子提供自由电子-称 施主原子,N型杂质半导体中电子浓度比同一温度下 本征半导体的电子浓度大得多 所以

7、加深了导电能力,多子电子 少子空穴,半导体器件,a,17,第一章,半导体物理基础知识,P型半导体 掺入微量的三价元素（硼 铝）,由于杂质原子吸收电子受主原子,多子空穴 少子电子,杂质半导体中 多子浓度由掺杂浓度决定 少子浓度由温度决定,P型杂质半导体中空穴浓度比同一温度下本征半导体的空穴浓度大得多所以 加深了导电能力,半导体器件,return,a,18,杂质半导体,掺入五价元素,掺入三价元素,a,19,1.1 PN结及二极管,在一块硅片上，用不同的掺杂工艺。使其 一边形成N型半导体。另一边形成P型 半导体 则在其交界面附近形成了PN结。,一 PN结的形成,1.空间电荷区 P型 N型半导体 结合

8、在一起时， 由于交界面两测多子与少子 浓度不同 引起 扩散运动 （浓度差引起）,a,20,PN结,P型,N型,浓度差,电场作用,内电场,a,21,1.1 PN结及二极管,所以 在交 面附近形成了 不能移动的带 电离子组成的 空间电荷区,P区空穴 N区与电子复合 在N区留下带正电荷的离子,N区电子 P型与空穴结合 在P区留下带负电荷的离子,空间电荷区形 成一个由N指向 P的电场 内电场,平衡后的PN结,a,22,1.1 PN结及二极管,扩散使空间电荷区加宽。内电场加深， 而内电场阻止扩散进行,漂移运动 （内电场引起）,促使P区电子N N区空穴P,引起,内电场增加，扩散减弱，漂移增加。 最后 漂移

9、 = 扩散,动态平衡,通过PN结之间电流为零,a,23,1.1 PN结及二极管,2. 对称结与不对称结, 空间电荷区中没有载流子 又称耗尽层, 当N与P区杂 质浓度相同时， 耗尽层在两个区内的宽度也相等 对称结 否则杂质浓度较高的一侧耗尽层宽度 小于低的一侧不对称结,P+N结,PN结, 耗尽层中正 负电荷量相等,图 1-8 不对称PN结,a,24,1.1 PN结及二极管,二 PN结的特征单向导电性,1.正向特征又称PN结正向偏置,外电场作用下多子推向耗尽层，使耗尽层变窄，内电场削弱 扩散 漂移 从而在外电路中出现了一个较大的电流 称 正向电流,Vb,V,a,25,1.1 PN结及二极管,在正常

10、工作范围内，PN结上外加电压 只要有变化，就能引起电流的显著变化。 I 随 V 急剧上升，PN结为一个很 小的电阻（正向电阻小）,在外电场的作用下，PN结的平衡状态 被打破，使P区中的空穴和N区中的电子 都向PN结移动，使耗尽层变窄,a,26,1.1 PN结及二极管,1.PN结的反向特性 外电场使耗尽层变宽 使 漂移（少子） 扩散（多子）,回路中的反向 电流 I非常微弱 一般Si 为nA 级 Ge 为uA 级 又少子是本征激发产生,管子制成后其数值与温度有关 T I,a,27,1.1 PN结及二极管,反向电流不仅很小，而且当外加电压 超过零点几伏后， 少子供应有限， 它基本不随外加电压的增加而

11、增加。 称为反向饱和电流,反偏时电压变化很大，而电流增加极微, PN结等效为一大电阻（反向电阻大） PN结这种只允许一个方向电流顺利 通过的特性 单向导电性,a,28,PN结两端加电压,P接“+” N接“-”,P接“-” N接“+”,E,单向导电性,PN结,a,29,1.1 PN结及二极管,3.PN结伏安特性表示式,Is 反向饱和电流 决定于PN结的材料，制造工艺、温度,UT =kT/q - 温度的电压当量或热电压 当 T=300K时, UT = 26mV,K波耳兹曼常数 T绝对温度 q电子电荷 u外加电压 U 为反向时，且,a,30,1.1 PN结及二极管,U正偏时, VVT I=IseU/

12、UT,实际特性在I较大时与指数特性有一定差异 在上面讨论忽略了引出线 的接触电阻，P区N区的体电 阻及表面漏电流影响,导通电压- 正向电流有明显数 值时所对应的电压, 正向电压较小时,不足影响内电场,载流子扩散运动尚未明显增加 正向电流0,I,Ge,Si,导通电压 死区电压 阀植电压,U,Ge 0.2-0.3V 0.2V Si 0.6-0.8V 0.7V,a,31,1.1 PN结及二极管,三 温度对伏安特性影响,T正向特性左移反向 电流明显增大，T 每升 高10摄氏度 Is增加一倍,V(BR),I,U,T,T,当T到一定程度时， 由本征激发产生的少子浓度超过原来杂质 电离产生的多子浓度，杂质半

13、导体 与本征半导体一样，PN结不再存在,关系式:,IS1,IS2,a,32,当PN结处于反向偏置时,在一定范围内的反 向电压作用下,流过PN结的电流是很小的反向 饱和电流,但当反向电压超过某一数值后,反 向电流会急剧增加 称 PN结的击穿 把反向电流开始明显增大时所对应 的反向电压 称 击穿电压 V(BR),1.1 PN结及二极管, 为保证PN结正常工作。它的工作温度不能 太高，温度的限制与掺杂浓度有关，掺杂越 大，最高工作温度越高,三 PN结的击穿,a,33,1.1 PN结及二极管,雪崩击穿轻掺杂 掺杂越低 击穿电压越大,PN结一旦击穿后,可认为反向电压 几乎不变 近似为V(BR),击穿,齐

14、纳击穿重掺杂 掺杂越高 击穿电压越低,V(BR)7V以上 击穿 (Si),V(BR)IEP IE IEN=IBN+ICN,1.2晶体三极管,a,42,B区：传递和控制电子 复合产生的电流IBN IB=IBNICBO,（扩散）,（复合）, 被复合的电子数极少,大部分都扩散到c结边沿, 基区很薄 空穴浓度低,C区：收集电子ICN,（漂移）,IC=ICNICBO,（反向饱和电流）,集电区和基区的少子在结反向 电压作用下漂移到对方 形成ICBO,过程：注入 扩散 复合 收集,1.2晶体三极管,a,43,二. 电流分配关系,根据输入输出回路的公共端不同，可组成三种组态. 无论哪种接法为保证正向受控作用

15、须使发射结正偏、 集电极反偏 且满足 IE=IB+IC,外接电路使发射结正偏、 集电极反偏,外因：,内因：,提高传输效率的条件： 1）制成不对称结P+NP或N+PN 2）基区薄 3）增加集电结面积,1.2晶体三极管,a,44,三种组态,共基极,共集电极,共发射极,注 意,发射极 即能做输入端 又能做输出端,基极 只能做输入端 不能做输出端,集电极 只能做输出端 不能做输入端,1.2晶体三极管,a,45,电流分配关系,定义 共基极直流电流放大系数, IC= IE+ICBO IE,定义 共e极直流电流放大系数,ICEO = (1+ ) ICBO,ICEO穿透电流 ICBO反向饱和电流,IB = I

16、BNICBO= IEIC =（1 ）IEICBO（1 ）IE,IE= IC+IB,IC=ICN ICBO= IB+(1+ ) ICBO IB,IEIEN= IBN+ ICN =(1+ ) IB(1+ ) ICBO(1+ ) IB,1.2晶体三极管,a,46,由于 都反映了管中基区扩散与复合的关系,由定义可得：,总结：,IC IE,IE (1+ ) IB,IC IB,IB（1 ）IE,IE= IC+IB,1.2晶体三极管,a,47,一. 共射极特性,1. 共射极输入特性曲线 以 为参量， 与 的关系,特点：类似二极管特性， 但并非是e结特性， 因e结与c结是相关的 即受 控制的,Si UBE:

17、0.60.8V 0.7V Ge UBE: 0.10.3V 0.2V,1.2晶体三极管,a,48,2. 共射极输出特性曲线,以 为参量时 与 的关系,输出特性划分为三个区域,放大区发射结正偏 集电结反偏的工作区,对 有很强的控 制作用，反映在共射极 交流放大系数上,定义 =,iB=ICBO,VCE = VBE,饱和区,截止区,放 大 区,1.2晶体三极管,a,49,变化对 影响很小,饱和区发射结和集电结都正偏,VCE的变化对Ic影响很大 而Ic不随IB变化 仅受VCE控制 把VCE = VBE 称临界饱和,饱和时 C.E间电压 称 饱和压降 用VCES表示 (Si管约为0.5V)小功率,截止区发

18、射结和集电结均处于反偏,此时 iE=0 ,iC=ICBO 截止区 即为iB=ICBO 的那条曲线以下的区域,但小功率管ICBO很小 可忽略 近似以 iB=0 为其截止条件,1.2晶体三极管,a,50,3. 温度对晶体管特性的影响,温度对VBE的影响T VBE 即输入特性曲线左移,温度对ICBO的影响T ICBO 即输出特性曲线上移,温度对的影响T 即输出特性曲线上曲线间距离,T对 VBE ICBO 的影响反映在集电极电流IC上 都使IC ,1.2晶体三极管,a,51,二. 晶体管的主要参数,1. 电流放大系数,共射直、交 流电流放大系数,直流,交流,共基直、交流电流放大系数,直流,交流,ICB

19、O ICEO 都很小 在数值上 ,1.2晶体三极管,a,52,2. 极间反向电流,ICBO 射极开路 集一基反向电流 集电极反向饱和电流,ICEO 基极开路 集一射反向电流 集电极穿透电流,IEBO 集电极开路 射一基反向电流,3. 结电容,发射结电容Cbe，集电结电容Cbc， 它们影响晶体管的频率特性,4.极限参数,集电极最大允许功耗PCM 这参数决定于 管子的温升。使用时不能超过且注意散热,1.2晶体三极管,a,53,由 PCM=ICVCE 在输出 特性上画出这一曲线,PCM,ICM,U（BR）CEO,集电极最大允许电流ICM 引起明显下降时 的最大集电极电流,ICICM时 管子不一定 会

20、损坏 但明显下降 在晶体管线性运用 时 ic不应超过ICM,反向击穿电压,U(BR)CBO 射极开路 集一基反向击穿电压 U(BR)CEO 基极开路 集一射反向击穿电压 U(BR)EBO 集电极开路 射一基反向击穿电压,1.2晶体三极管,a,54,1.3 场效应管,场效应管不仅具有一般晶体管体积小， 重量轻，耗电省，寿命长等特点 而且还有 输入阻抗高（可达1015）、噪音低、热稳定 性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点。 因而应用范围很广，特别是大规模、超 大规模集成电路中应用很广,特点： 也是一种具有正向受控作用的有源器件,晶体管 电流控制作用 场效应管 电压控制作用,a,55,1.3 场

21、效应管,晶体管： 是由电子和空穴二种 载流子运动形成电流的,场效应管： 是利用改变电场来控 制固体材料的导电能力,场效应管（按结构不同）分：,结型场效应管(JFET),绝缘栅场效应管(IGFET),N沟道 P沟道, MOS管,P沟道,增强型 耗尽型,N沟道,增强型 耗尽型,a,56,1.3 场效应管,（利用半导体内电场效应进行工作的）,在一块N型半导体材料两边扩散高浓度 P型区（重掺杂）形成两个P+N结,为不对称结（PN掺杂浓度不同）,两个P中间所夹的N型半导体区 称为导电沟道,N沟道结型 场效应管,箭头方向为栅源 PN结的正偏方向,P沟道,一、结型场效应管(JFET),a,57,1.3 场效

22、应管,一.JFET的结构与工作原理(以N沟道为例),1.VGS对漏极电流ID的控制作用,对N沟道JFET，正常工作时 UGS0 ，此时 ID=0,夹断状态时 ID=0,|VGS|P+N结的耗尽层沟道变窄,（即沟道电阻）,（1）改变VGS的大小就可达到控制沟道宽度的 目的，从而实现了对沟道电阻的控制作用。 （2）当加VDS0的电压时ID就随VGS的变化而变 化，从而达到VGS对ID的控制作用,a,59,1.3 场效应管, 场效应管GS上加反向偏压 ，则反向电流很小， 若忽略反向电流 ，,则栅极电流基本为零，, 控制信号的能量消耗很小(输入电阻大)。,但当GS上加正向偏压时会产生栅极电流 若不采取

23、限流措施会烧坏管子 使用时应注意,+,_,0,VGS 0,a,60,1.3 场效应管,2. UDS对ID的影响 (VGS=0),一般对N沟道JFET， VDS0,(1)当VGS=VDS=0时靠漏端与靠源端的 沟道宽度一样，即具有均匀的沟道,(2)当VGS=0而 VDS0时， 靠漏端的P+N结的反偏程度靠源端的P+N结反偏程度,这使沟道两侧的耗尽区从源极到漏极逐 渐加宽，结果使沟道逐渐变窄。,随着VDS 沟道不等宽的情况越明显 沟道在漏极附近越来越窄,a,61,1.3 场效应管,当VDS增大到VDS= Vp 时 在漏极附近的耗尽区开始靠拢 称预夹断,在预夹断状态ID较大为 IDSS,(3)当VD

24、S再时 耗尽区沿沟道加长， 它们接触部分称夹断区,夹断区加长并不意味着ID为零，因为若ID为 零则夹断区也不复存在。 夹断区的加长意味着沟道电阻增大， VDS 继续时， ID趋于不变。 此时的电流称为 漏极饱和电流IDSS,a,62,1.3 场效应管,但VDS不能无限 VDS到一定值时会产生反向击穿现象。,3. VGS0 时的情况,VGS越负使耗尽区变宽、导电沟道变窄， VDS越正使耗尽区和导电沟道进一步变得不等宽，,(1)同一VDS下，改变VGS 使沟道宽度不同， ID也随之改变 即 ID的大小受VGS控制。 随着|VGS|，导电沟道变窄，电阻变大， 在同样VDS作用下，产生的ID |VGS

25、| 沟道电阻 ID ,a,63,1.3 场效应管, VDS VP 即 VDS - VP 预夹断状态 而又 VDS= VDG 器件达到预夹断状态的条件是 VGDVP, VGD=VGS-VDS,VDS VGS-VP,(2)VGS不同，产生预夹断的VDS值也不同。,(3)只有当 VGS=VP 时 沟道全部夹断，此时 ID=0,a,64,1.3 场效应管,二. N沟道JFET的特性曲线,1.转移特性曲线,UDS一定时，UGS对iD的控制作用,为保证JFET工作在恒流区 要求VDSVGS-VP,可用方程描述,定义: 漏极饱和电流IDSS VGS=0时iD的值,夹断电压 VP iD =0时VGS的值,a,

26、65,1.3 场效应管,2.输出特性曲线,(1)压控电阻区（线性电阻区，非饱和区）,条件是：,VP VGS0 VDS0,iD,+,+,0,a,72,1.3.4,金属-氧化物-半导体场效应管,(MOS管),对P 增 MOS管 VGSRs时 ViVs， Ri越大得到的输入信号电压较大 信号源采用电压源,即输入电阻越大 - 信号源电压Vs更有效地加到 放大器的输入端,反之（RiIB 时,有稳定工作点的作用,a,112,2.2 三极管放大电路,* 在此电路中RB1 ,RB2 ,RE如何选择？,为确保UB固定，则I1IBQ 所以RB1 ,RB2 选小些，,但太小时 将增大电源 Vcc 的损耗， 且会使放

27、大器的输入电阻减小, 设计电路时使,发射极电阻RE越大,稳定性越好，但直流 压降(IEQRE)越大，使VCEQ减小,一般选,a,113,2.2 三极管放大电路,3. 其他偏置电路分析法：,a.,a,114,2.2 三极管放大电路,*反之，若式改为,则RB对IE的影响,是RE的 倍,将RB折合到发射极时要乘,a,115,2.2 三极管放大电路,b.,a,116,2.2 三极管放大电路,管子截止时：VCEQ=VCC,饱和时：VCEQ=VCES 0,二. 交流通路（在交流通路中只有交流分量）,在画交流通路时，电源相当于短路即接地 电容-隔直通交,a,117,2.2 三极管放大电路,a,118,2.2

28、.2,放大器的图解分析法,放大器的分析方法有二种： 图解分析法： 形象、直观，但难以准确定量分析,等效电路法： 对器件建模进行电路分析，运算简便，结果误差小,一. 直流图解分析法（以共射极放大器为例）,由前述方法，估算出IBQ，UCEQ，ICQ。在晶体管 的输出特性上找出二个特殊的点M（0,UCC/RC） N（UCC,0），用直线连接MN，其斜率为-1/ RC 称 直流负载线,a,119,2.2.2,放大器的图解分析法,它和IBQ 线的交点Q 称为静态工作点， 该点对应的 纵座标值为ICQ 横座标值为UCEO,Ucc/Rc, M, N,iB=iBQ,ICQ,UCEO,Ucc,当RC不变，RB,

29、IBQ， Q 点沿负载线上移， 极限位置为Q2，对应的 横座标值为UCE(sat)，表明静态时晶体管已在饱和状态。,反之 RB,IBQ，Q点沿负载线下移至Q1， 极限位置N，对应的横座标值为UCC， 表示晶体管已工作在截止状态了。,Q,RB, Q2,RB, Q1, Q, Q3, Q4,RC,RC,a,120,2.2.2,放大器的图解分析法,上述两种状态下晶体管都不能正常放大信号 正确方法是Q点应偏置在负载线的中点,当IBQ不变时，RC，负载线斜率变小，Q点移至Q3 反之，RC，负载线斜率增大，Q点移至Q4 Q点都不在负载线中点，将影响正常放大 这时应重新设置IBQ值,一.交流图解分析法,交流负

30、载线 - 是一条通过Q点斜率为 -1/RL 的一条线, 其中 RL=Rc/RL,a,121,2.2.2,放大器的图解分析法,原因: 交直流负载线必然在Q点相交,因为在线性 工作范围内,Vi在变化过程中一定经过O点,即 Vi=0,而这一时刻既是动态过程中的一个点, 又与静态工作情况相符.,根据 Vce=ic*RL 设 ic 为 由Q点减小到0, 即 ic=ICQ,Vce=ICQ*RL,方法:,a,122,2.2.2,放大器的图解分析法,三.直流工作点与放大器非线性失真,良好设计的放大器工作点 应位于交流负载线的中点。 不然当工作点过低， 在信号负半周时会进入截止 区。 所以，因受截止失真限制，

31、最大不失真输出电压幅度为,截止失真,a,123,2.2.2,放大器的图解分析法,当工作点过高 在信号正半周时 会进入饱和区， 因饱和失真限制，最大 不失真输出电压幅度为,饱和失真,工作点在负载线中点时，上二式是近似相等的 工作点不在中点时，则取小的一个作为Vom， 最大不失真信号的 峰峰值 即 为该值的两倍,a,124,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,一. 晶体管交流小信号模型（共射为例）,应用条件： 静态工作点选择恰当，晶体管工作在放大区 输入信号较小，非线性失真可忽略,1. 混合型电路模型,共发射极晶体管,电路模型,a,125,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,ube对ib的

32、控制，等效为b-e间交流结电阻rbe，其值：,ube 通过 ib对 ic的控制可等效为一个流控电流源,a,126,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,或直接用一个压控电流源来表示,其中跨导, 输出特性上Q点处切线斜率之倒数， 表明了 对 的影响,几百K数量级,输入特性上Q点处 对 的影响,极大，可忽略,a,127,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,真正的晶体管还有寄生效应的影响，它们是三个 掺杂区的体电阻,其中基区体电阻因该区很窄， 数值较大，一般高频管数十，低频管数百。,另二个较小，可忽略。 还有二个结的结电容：发射结电容（正偏势垒） 集电结电容（反偏扩散）低频工作时可忽略。,完整

33、的混合型电路模型 （a）高频时的电路模型；（b）低频时的电路模型,a,128,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,2. 低频H参数电路模型,将晶体管视为一个双端口回路时，可将其看成一个 黑匣子，仅根据其输入，输出回路的电流、电压关 系及黑匣子的参数来求解电路。 若取iB和uCE为自变量， 则输入输出回路有函数,在工作点Q处对上 二式取全微分有,a,129,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,当输入为正弦量， 并用有效值表示上二式为,用矩阵式可表示为,共发射极晶体管H参数电路模型,a,130,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,实用的低频H参数电路模型,其中：（令Uce=0表示输出短

34、路；Ib=0表示输入开路）,交流输入电阻,反向电压传输系数,a,131,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,交流输出电导,H参数与混合型电路参数之关系为：,正向电流放大系数,a,132,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,2. 共射极放大器的交流等效电路分析法,分析步骤有三：,L 估算直流工作点 l 确定放大器交流通路(晶体管用小信号交流模型表示) 根据交流等效电路计算放大器的各项交流指标,a,133,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,a,134,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,a,135,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,输入交流电压 Ui=Ibrbe 输出交流电

35、压 U0=Ic(Rc/RL)=Ib(RC/RL),交流性能,1). 电压增益Au,电压放大倍数,式中,2). 输入电阻,放大器的输入电阻:,a,136,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,晶体管的输入电阻：,3). 输出电阻：,4). 源电压放大倍数：,原因： Ui是信号源内阻与放大器输入电阻分压的结果 当Ri Rs时Aus Au,a,137,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,3. 接有Re的共发电路,小信号交 流等效电 路,交流分析:,a,138,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,讨论:,1.直流工作点对放大器性能的影响， 是通过ICQ,rbe起作用的。,所以，当Q点过低使管

36、子到截止区时，,可调节RB2 ,脱离截止区,即当调节,a,139,2.2.3,放大器的交流等效电路分析法,反之 当Q点过高时,管子到了饱和区，这时可调节,脱离饱和区。也可调节RE来改变。,Rc增加对ICQ基本无影响,但,注意：,若Rc太大时使VCEQ太小易进入饱和区。,a,140,2.2.4,共集电极和共基极放大器,一. 共集电极放大器,采用分压式偏置的共集电极电路及其交流等效图如图 （注意：集电极交流接地）利用晶体管的交流模型可 分析其交流性能指标,共集电极放大器电路,交流等效电路,a,141,2.2.4,共集电极和共基极放大器,1. Au,共集电极输入和输出电压同相，增益近似为1 似输出跟

37、随输入变化而变化，故又称射极跟随器 简称射随器,a,142,2.2.4,共集电极和共基极放大器,2. Ai,(Ie-Io)RE=IoRL,当忽略RB1、RB2分流作用时，Ib =Ii,故,功率增益,a,143,2.2.4,共集电极和共基极放大器,3 Ri,从b极看进去,Ri=rbe+(1+)RL 第二项是射极支路电阻折合到基极的值,Ri=RB1/ RB2/ Ri,与共射电路相比，由于Ri显著提高 共集电路的输入电阻大大提高了,a,144,2.2.4,为看得清楚重画等效电路 并按Ro定义,短路US,则从e极看进去电阻为,故输出电阻,是基极支路总电阻折合到射极的值， Ro 是该值与RE之并联, 故

38、Ro很小,而,共集电极和共基极放大器,4. Ro,a,145,2.2.4,共集电极和共基极放大器,通过以上分析可知射随器的特点：,Au近似为1,Ai很大,Ri很大,Ro很小,可见 输出电阻Ro很小,这就意味着负载变化时 输出电压稳定 - 即带负载的能力强,是共集组态的又一大优点, 共集电路Ri大、Ro小， 利用这一特性可制作缓冲极、隔离极。,a,146,2.2.4,共集电极和共基极放大器,二进一步提高输入阻抗的措施,利用复合管来提高输入阻抗 -使上升,T2管对T1管的影响相当于 T2是T1的负载,a,147,2.2.4,共集电极和共基极放大器,可用输入电阻Ri来表示它对T1的负载作用,可见 复

39、合管的输入电阻增大了. 复合管可等效成一个值为 两管相乘的晶体管。,a,148,2.2.4,共集电极和共基极放大器,采用复合管可使Ri很大 但总的输入电阻Ri=RB1/RB2/Ri,2.自举电路,若RB1,RB2不能增大，Ri再大也无用， 而实际中为保证偏置稳定， RB1,RB2的取值是不能太大的 所以由自举电路来解决这个问题,增加了RB3 和C3,C3-对交流短路， 它将输出电压耦 合到RB3 的下端,a,149,2.2.4,共集电极和共基极放大器,从而提高了A点的电位，所以称自举电路 使RB3 两端电压0，即流过RB3 的电流0,该支路的等效阻抗,Ri=RB3/Ri RB3支路的等效电阻很

40、大,三. 三种基本组态放大器的比较： （P57 表2-1),a,150,2.2.4,多级放大器,在要求有较大的放大倍数时，若单级不能实现，可用 几个单级放大器级联起来。多级放大器有许多不同的 组合方式，按总的技术要求，来设计组合,一. 级间耦合方式,各级之间的连接方式称级间耦合方式,耦合时注意要点：,确保各级直流工作点不受影响 应使前级信号尽可能不衰减地输至下级,常用耦合方式及其优缺点,直接耦合,优点：可放大缓变的信号、便于电路集成化,a,151,2.2.4,多级放大器,缺点： 静态工作点要根据要求统一考虑，不能 独立计算，即所谓电平配置，温度变化 会引起各极工作点漂移,变压器耦合,优点：易实

41、现阻抗匹配。原、副边可以不共地。 输出电压的极性可随意改变,缺点：体积大，尤其是低频工作时,阻容耦合,优点： 容易实现，工作点可以独立计算。 缺点：低频工作时，信号较难通过耦合电容,a,152,2.2.4,多级放大器,二. 组合放大器,实际应用的放大器有电压增益，输入电阻，输出电 阻等具体的技术要求，根据三种基本组态放大器特点 将其合理级联起来，构成组合放大器，以满足实际要求,1、CE-CE级联,两级共射极放大器电路,交流通路,a,153,2.2.4,多级放大器,特点： Ri，Ro与单级C-E电路类似， Au是二级电压增益之乘积,（1）Au,a,154,2.2.4,多级放大器,（2） Ri=R

42、B1/R B2/rbe1 取决于第一级,（3）Ro=Ro2=RC2 取决于末级,2、CE-CB级联,CE-CB组合放大器电路,交流通路,a,155,2.2.4,多级放大器,特点： CB的输入电阻是CE的负载，CE增益 很小，主要取决于CB的增益,Ic2e2c1，CE的输出电流几乎不衰 减地传输到输出端，所谓 电流接续器,第一级的低增益，可带来电路工作稳定， 频率响应好的优点，适用于高频工作,（1）Au,a,156,2.2.4,多级放大器,而,则 :,增益相当于以负载为RL 的一级CE电路,(3) Ro=RC,(2),The end.,return,a,157,2.4,场效应管放大器,一.场效应

43、管直流偏置电路及静态分析Q,IDQ VGSQ VDSQ,1.自偏压电路,适用于VGS=0时iD=0的FET管，即耗尽型的管子,(增强型的管子栅源电压须大于开启 电压才有电流), VG=0 而 VS=IDRS, VGS= -IDRS,VDSQ=VDD -ID(RD+RS),ID,a,158,2.4,场效应管放大器,VS=ID(RS1+RS2)=IDRS,解 IDQ VDSQ,2. 分压式偏置,a,159,2.4,场效应管放大器,二. 等效电路,场效应管是非线性器，当它工作在放大区作小信号运用时，可用线性有源网络来等效。,输入端 因为电流很小阻抗很大，可看作开路 输出端 iD是受VGS控制的受控源

44、，用gmVgs表示,a,160,2.4,场效应管放大器,三.共源放大器电路 1 自偏压,a,161,2.4,场效应管放大器,四.共漏、共栅电路,Vi =VGS-VOS=VGO = VGS+gmRS1VGS =(1+gmRS1 )VGS,2 分压式,a,162,2.4,场效应管放大器,例1. 已知：IDSS=3mA VP=-4V,V GS（off）,求： IDQ VDSQ,解,IDQ = 3mA VDSQ=15V,a,163,2.4,场效应管放大器,例2.已知：IDSS=4mA VP= -2V,解,（不合理） 此时VGS= -4VVP 未预夹断 为非饱和区（放大区），即可变电阻区 VDS=1v

45、V P 为N沟道JFET 不在截至区 又VDS VGS- V P 即7-2+4=2v 为饱和区（放大区）,(三).,10V,3V,1V,已知：V P = -4v,a,167,2.4,场效应管放大器,VDS VGS- V P=0-4= -4v 工作在可变电阻区,(四).,0V,-0.5V,0V,已知：V P=4v,a,168,2.4,场效应管放大器,例4. 已知,求: 1. IDQ VDSQ ICQ VCEQ 2. AV RO,a,169,2.4,场效应管放大器,1.,VGS= -1.5ID,解得： IDQ=1mA IDQ4mA（舍去） 舍去的原因： VGS-1.5* ID= -6v V GS

46、(off) = -3v 截止, VDS= 4.5 v VGS= -1.5 v,a,170,2.4,场效应管放大器, ICQ=2mA VCEQ=12-2*3.3=5.4 v,VE= 7.2-0.6=6.6 v,2. Ri=2M rbe=300+（1+）*26/2=1.6K Ri2 =RBrbe+(1+)RERL =166.6K240K360K=77K RL1=RdRi2=6K,a,171,2.4,场效应管放大器,其中,或,a,172,2.4,场效应管放大器,(1) 已知：V T= -3v IDS=2mA,例5：1.判断,VGS = -4v V T 为N沟道 耗尽型MOSFET ID0 VDS-1

47、0V 截止区,a,173,2.4,场效应管放大器,VGS =0 V P为P沟道JFET 不在截至区,V P=4v IDSS=2mA,=IDSS ( VGS=0),VDS= -10+2*2 = -6v VGSV P= -4v 放大区（饱和区）,VGSV P= -4v 非饱和区 可变电阻区,(3).已知：,V P=4v IDSS=2mA,a,175,2.4,场效应管放大器,2判断ID的范围 ID0 （N沟道）,VGSV P= 3v 可变电阻区,（1）已知：V GS (off)= VP = -3v IDSS= 2mA,3v, 在放大区,IDIDSS,6V,2V,2V,a,177,2.4,场效应管放大

48、器,例6 已知：IDSS=4mA VP= +2V,解:P沟道JFET,a,178,2.4,场效应管放大器,(不合理 VGS=3.5VVP 截止),2.判工作区域,RC， |AVC单|1,即: 差动放大电路对 共模信号（因T变化, 电源 波动等引起的漂移电压相当于一对共模信号, 如果双端输出，则差动电路能有效克服零点 漂移现象）是抑制的。,共模负反馈电阻REE越大，抑制作用越强。,4. 共模抑制比 KCMR,差动放大器的共模增益远小于差模增益,输入级 差动放大电路,a,203,3.3,差动放大器对共模信号具有很强的抑制 作用,这种抑制作用可用共模抑制比来评价,它定义为: 差模放大倍数与共模放大倍数之 比的绝对值,KCMR越大时，共模信号的抑制越强,在双端输出时: Auc=0，KCMR,在单端输出时：,用dB表示 ：,实际上是