模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)總結(jié)

1、第一章晶體二極管及應(yīng)用電路一、半導(dǎo)體知識(shí)1本征半導(dǎo)體·單質(zhì)半導(dǎo)體材料是具有4 價(jià)共價(jià)鍵晶體結(jié)構(gòu)的硅（Si）和鍺（ Ge）（圖 1-2）。前者是制造半導(dǎo)體IC 的材料（三五價(jià)化合物砷化鎵GaAs 是微波毫米波半導(dǎo)體器件和IC的重要材料）。·純凈（純度>7N ）且具有完整晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。在一定的溫度下，本征半導(dǎo)體內(nèi)的最重要的物理現(xiàn)象是本征激發(fā)（又稱熱激發(fā)或產(chǎn)生）（圖1-3 ）。本征激發(fā)產(chǎn)生兩種帶電性質(zhì)相反的載流子自由電子和空穴對(duì)。溫度越高，本征激發(fā)越強(qiáng)。·空穴是半導(dǎo)體中的一種等效q 載流子。 空穴導(dǎo)電的本質(zhì)是價(jià)電子依次填補(bǔ)本征晶格中的空位，使局部

2、顯示q 電荷的空位宏觀定向運(yùn)動(dòng)（圖1-4 ）。·在一定的溫度下，自由電子與空穴在熱運(yùn)動(dòng)中相遇，使一對(duì)自由電子和空穴消失的現(xiàn)象稱為載流子復(fù)合。復(fù)合是產(chǎn)生的相反過程，當(dāng)產(chǎn)生等于復(fù)合時(shí)，稱載流子處于平衡狀態(tài)。2雜質(zhì)半導(dǎo)體·在本征硅（或鍺）中滲入微量5 價(jià)（或 3 價(jià)）元素后形成N 型（或?qū)w（ N 型：圖 1-5， P 型：圖 1-6 ）。P 型）雜質(zhì)半·在很低的溫度下，N 型（ P 型）半導(dǎo)體中的雜質(zhì)會(huì)全部電離，產(chǎn)生自由電子和雜質(zhì)正離子對(duì)（空穴和雜質(zhì)負(fù)離子對(duì)）。·由于雜質(zhì)電離，使N 型半導(dǎo)體中的多子是自由電子，少子是空穴，而中的多子是空穴，少子是自由電子。P

3、 型半導(dǎo)體·在常溫下，多子 >>少子（圖 1-7）。多子濃度幾乎等于雜質(zhì)濃度，與溫度無關(guān)；兩少子濃度是溫度的敏感函數(shù)。·在相同摻雜和常溫下，Si 的少子濃度遠(yuǎn)小于Ge 的少子濃度。3半導(dǎo)體中的兩種電流在半導(dǎo)體中存在因電場(chǎng)作用產(chǎn)生的載流子漂移電流 （這與金屬導(dǎo)電一致） ；還存在因載流子濃度差而產(chǎn)生的擴(kuò)散電流。4PN 結(jié)·在具有完整晶格的P 型和 N 型材料的物理界面附近，會(huì)形成一個(gè)特殊的薄層PN 結(jié)（圖 1-8）。·PN 結(jié)是非中性區(qū) （稱空間電荷區(qū)） ，存在由 N 區(qū)指向 P 區(qū)的內(nèi)建電場(chǎng)和內(nèi)建電壓；PN 結(jié)內(nèi)載流子數(shù)遠(yuǎn)少于結(jié)外的中性區(qū)（稱耗

4、盡層）； PN 結(jié)內(nèi)的電場(chǎng)是阻止結(jié)外兩區(qū)的多子越結(jié)擴(kuò)散的（稱勢(shì)壘層或阻擋層）。·正偏 PN 結(jié)（ P 區(qū)外接高于N 區(qū)的電壓）有隨正偏電壓指數(shù)增大的電流；反偏PN結(jié)（ P 區(qū)外接低于 N 區(qū)的電壓），在使 PN 結(jié)擊穿前，只有其值很小的反向飽和電流I S 。即 PN 結(jié)有單向?qū)щ娞匦裕ㄕ珜?dǎo)通，反偏截止）。·PN 結(jié)的伏安方程為： iv/ V1) ，其中，在 T=300K時(shí)，熱電壓 VT26 mV 。I S (eT·非對(duì)稱 PN 結(jié)有 P N 結(jié)（ P 區(qū)高摻雜）和PN 結(jié)（ N 區(qū)高摻雜）， PN 結(jié)主要向低摻雜區(qū)域延伸（圖 1-9）。二、二極管知識(shí)·

5、普通二極管內(nèi)芯片就是一個(gè)PN 結(jié)， P 區(qū)引出正電極， N 區(qū)引出負(fù)電極 （圖 1-13）。·在低頻運(yùn)用時(shí)，二極的具有單向?qū)щ娞匦裕珪r(shí)導(dǎo)通，Si 管和 Ge 管導(dǎo)通電壓典型值分別是 0.7V 和 0.3V ；反偏時(shí)截止，但Ge 管的反向飽和電流比Si 管大得多（圖1-15）。·低頻運(yùn)用時(shí)，二極管是一個(gè)非線性電阻，其交流電阻不等于其直流電阻。1diDrd二極管交流電阻rd 定義：dvDQ·穩(wěn)壓管電路設(shè)計(jì)時(shí)，要正確選取限流電阻，使穩(wěn)壓管在一定的負(fù)載條件下正常工作。二極管交流電阻rd 估算： rd VT I D·二極管的低頻小信號(hào)模型就是交流電阻rd ，它

6、反映了在工作點(diǎn)Q 處，二極管的微變電流與微變電壓之間的關(guān)系。·二極管的低頻大信號(hào)模型是一種開關(guān)模型，有理想開關(guān)、恒壓源模型和折線模型三種近似（圖 1-20）。三、二極管應(yīng)用1單向?qū)щ娞匦詰?yīng)用·整流器：半波整流（圖1-28），全波整流（圖·限幅器：頂部限幅，底部限幅，雙向限幅（圖·鉗位電路 *·通信電路中的應(yīng)用* ：檢波器、混頻器等P1-8a），橋式整流（圖P1-9）P1-8b）2正向?qū)ㄌ匦约皯?yīng)用二極管正向充分導(dǎo)通時(shí)只有很小的交流電阻，近似于一個(gè)0.7V（Si管）或0.3V（ Ge管）的恒壓源。3反向擊穿及應(yīng)用·二極管反偏電壓增大到一

7、定值時(shí)，反向電流突然增大的現(xiàn)象即反向擊穿。·反向擊穿的原因有價(jià)電子被碰撞電離而發(fā)生的“雪崩擊穿”和價(jià)電子被場(chǎng)效激發(fā)而發(fā)生的“齊納擊穿”。·反向擊穿電壓十分穩(wěn)定，可以用來作穩(wěn)壓管（圖1-33）。4高頻時(shí)的電容效應(yīng)及應(yīng)用·高頻工作時(shí)， 二極管失去單向?qū)щ娞匦裕?其原因是管內(nèi)的 PN 結(jié)存在電容效應(yīng) （結(jié)電容）。·結(jié)電容分為PN 結(jié)內(nèi)的勢(shì)壘電容CT 與 PN 結(jié)兩側(cè)形成的擴(kuò)散電容CD 。· CT隨偏壓的增大而增大，CD 與正偏電流近似成正比。·反偏二極管在高頻條件下，其等效電路主要是一個(gè)勢(shì)壘電容CT 。利用這一特性的二極管稱為變?nèi)荻O管。變

8、容二極管在通信電路中有較多的應(yīng)用。第二章雙極型晶體三極管（ BJT）一、 BJT 原理·雙極型晶體管（ BJT）分為 NPN 管和 PNP 管兩類（圖 2-1，圖 2-2）。·當(dāng) BJT 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏時(shí)，稱為放大偏置。在放大偏置時(shí)，NPN 管滿足VC VB VC ； PNP 管滿足 VC VB VE 。v/Vv/ V·放大偏置時(shí)， 作為 PN 結(jié)的發(fā)射結(jié)的 VA 關(guān)系是： i E I ES e BET（ NPN ），i EI ES eB ET（ PNP）。·在 BJT 為放大偏置的外部條件和基區(qū)很薄、發(fā)射區(qū)較基區(qū)高摻雜的內(nèi)部條件下，發(fā)射極電流i

9、E 將幾乎轉(zhuǎn)化為集電流 iC ，而基極電流較小。iCN·在放大偏置時(shí)，定義了iE（ iCN 是由 iE 轉(zhuǎn)化而來的iC 分量）極之后，可以導(dǎo)出兩個(gè)關(guān)于電極電流的關(guān)系方程：iCi E I CBOiCi B(1) I CBOiBI CEO其中1， I CEO 是集電結(jié)反向飽和電流， I CEO (1) I CBO 是穿透電流。·放大偏置時(shí)，在一定電流范圍內(nèi)，i E 、 iC 、 iB 基本是線性關(guān)系，而vBE 對(duì)三個(gè)電流都是指數(shù)非線性關(guān)系。·放大偏置時(shí)：三電極電流主要受控于vBE ，而反偏 vCB 通過基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)，對(duì)電流有較小的影響。影響的規(guī)律是；集電極反偏增大

10、時(shí)，IC ，IE增大而 IB減小。·發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均反偏時(shí)BJT 為截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)射結(jié)與集電結(jié)都正偏時(shí)，BJT 為飽和狀態(tài)。二、 BJT 靜態(tài)伏安特性曲線·三端電子器件的伏安特性曲線一般是畫出器件在某一種雙口組態(tài)時(shí)輸入口和輸出口的伏安特性曲線族。 BJT 常用 CE 伏安特性曲線，其畫法是：輸入特性曲線：i Bf (vBE ) VCE 常數(shù) （圖 2-13 ）輸出特性曲線：i Bf (vCE) IB常數(shù)（圖 2-14）·輸入特性曲線一般只畫放大區(qū)，典型形狀與二極管正向伏安特性相似。·輸出特性曲線族把伏安平面分為4 個(gè)區(qū)（放大區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)）放大

11、區(qū)近似的等間隔平行線，反映近似為常數(shù)，放大區(qū)曲線向上傾是基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)所致。·當(dāng)溫度增加時(shí)，會(huì)導(dǎo)致增加， I CBO 增加和輸入特性曲線左移。三、 BJT 主要參數(shù)iCiClimlim·電流放大系數(shù)：直流，直流；交流0 iEQ 和0 i BQ，、 也滿足1。·極間反向電流：集電結(jié)反向飽和和電流ICBO ；穿透電流 I CEO·極限參數(shù)：集電極最大允許功耗PCM ；基極開路時(shí)的集電結(jié)反向擊穿電壓BVCEO ；集電極最大允許電流I CM·特征頻率fTBJT 小信號(hào)工作，當(dāng)頻率增大時(shí)使信號(hào)電流i c 與 ib 不同相，也不成比例。若用相量表示為 I

12、 c ， I B ，則I c I B 稱為高頻。 f T 是當(dāng)高頻的模等于 1 時(shí)的頻率。四、 BJT 小信號(hào)模型·無論是共射組態(tài)或共基組態(tài)，其放大電壓信號(hào)的物理過程都是輸入信號(hào)使正偏發(fā)射結(jié)電壓變化，經(jīng)放大偏置BJT 內(nèi)部的 vBE 的正向控制過程產(chǎn)生集電極電流的相應(yīng)變化（ iC 出現(xiàn)信號(hào)電流 ic ）， ic 在集電極電阻上的交流電壓就是放大的電壓信號(hào)。·當(dāng)發(fā)射結(jié)上交流電壓| vbe |5 mV 時(shí)，BJT 的電壓放大才是工程意義上的線性放大。·BJT 混合小信號(hào)模型是在共射組態(tài)下推導(dǎo)出的一種物理模型（圖 2-28），模型中有七個(gè)參數(shù)：基本參數(shù)：基區(qū)體電阻rbb

13、 ，由廠家提供、高頻管的r bb 比低頻管小rb e ：估算式：rb e(1) VT(1)re基區(qū)復(fù)合電阻I E， re 發(fā)射結(jié)交流電阻300K跨導(dǎo) g m ：估算 gm I C / VT38.5I C （ ms）， rb e , g m關(guān)系 :rb e g m基調(diào)效應(yīng)參數(shù)r ce ：估算 r ce VA / I C ， V A 厄利電壓rb c ：估算 r b crcerb crcerb e1re以上參數(shù)滿足：g m高頻參數(shù)：集電結(jié)電容C b c ：由廠家給出；Cb eg mCb c發(fā)射結(jié)電容 Cb e ：估算2fT*·最常用的 BJT 模型是低頻簡(jiǎn)化模型（1）電壓控制電流源（ic

14、g mvb e ）模型（圖2-23）（2）電流控制電流源（icib ）模型（圖2-24，常用），其中 rberb brb e第三章晶體管放大器基礎(chǔ)一、基本概念·向放大器輸入信號(hào)的電路模型一般可以用由源電壓vS 串聯(lián)源內(nèi)阻RS 來表示，接受被放大的信號(hào)的電路模型一般可以用負(fù)載電阻RC 來表示（圖3-1）。·未輸入信號(hào)（靜態(tài)）時(shí)，放大管的直流電流電壓稱為放大器的工作點(diǎn)。工作點(diǎn)由直流通路求解。·放大器工作時(shí)，信號(hào)（電流、電壓）均迭加在靜態(tài)工作點(diǎn)上，只反映信號(hào)電流、電壓間關(guān)系的電路稱為交流通路。·放大器中的電壓參考點(diǎn)稱為“地” ，放大器工作時(shí)，某點(diǎn)對(duì)“地”的電壓

15、不變（無交流電壓），該點(diǎn)為“交流地” 。·交流放大器中的耦合電容可以隔斷電容兩端的直流電壓，并無衰減地將電容一端的交流電壓傳送到另一端，耦合電容上應(yīng)基本上無交流電壓，或即是交流短路的。傍路電容也是對(duì)交流電流短路的電容。·畫交流通路時(shí)應(yīng)將恒壓源短路（無交流電壓） ，恒流源開路（無交流電流） ；耦合、傍路電容短路（無交流電壓） 。·畫直流通路時(shí)應(yīng)將電容開路（電容不通直流） ，電感短路（電感上直流電壓為零）。二、 BJT 偏置電路1固定基流電流（圖3-7a）·特點(diǎn)：簡(jiǎn)單， I B 隨溫度變化小；但輸出特性曲線上的工作點(diǎn)（VCE 、 I C ）隨溫度變化大。I

16、BVCCVBERB， I CI B，VCE VCC ICRC·Q 點(diǎn)估計(jì)i CVCCvCE·直流負(fù)載線RCRC2基極分壓射極偏置電路（圖3-14 ）·特點(diǎn)：元件稍多。但在滿足條件RE10 （ R1 / R2 ）時(shí)，工作點(diǎn)Q（ VCE ， I C ）隨溫度變化很小，穩(wěn)定工作點(diǎn)的原理是電流取樣電壓求和直流負(fù)反饋（§）。I CI EVCC R2VBE)/ RE(· Q 點(diǎn)估算：R1 R2，VCEVCC (RCRE)IC直流負(fù)載線i CVCCvCERC RERCRE以上近似計(jì)算在滿足RE10( R1 / R2 ) 時(shí)有足夠的準(zhǔn)確性。三、基本 CE 放大

17、器的大信號(hào)分析·交流負(fù)載線是放大器（圖 3-6b）工作時(shí)，動(dòng)點(diǎn)（vCE ， i C ）的運(yùn)動(dòng)軌跡。交流負(fù)載線1經(jīng)過靜態(tài)工作點(diǎn)，且斜率為RC / RL。·因放大器中晶體管的伏安特性的非線性使輸出波形出現(xiàn)失真，這是非線性失真。 非線性失真使輸出信號(hào)含有輸入信號(hào)所沒有的新的頻率分量。·大信號(hào)時(shí)，使BJT 進(jìn)入飽和區(qū)產(chǎn)生飽和失真；使BJT 進(jìn)入截止區(qū)，產(chǎn)生截止失真。NPN 管 CE 放大器的削頂失真是截止失真；削底失真是飽和失真。對(duì)于PNP 管 CE 放大器則相反。·將工作點(diǎn)安排在交流負(fù)載線的中點(diǎn)，可以獲得最大的無削波失真的輸出。四、 BJT 基本組態(tài)小信號(hào)放大

18、器指標(biāo)1基本概念：輸入電阻Ri 是從放大器輸入口視入的等效交流電阻。Ri 是信號(hào)源的負(fù)載， Ri 表明放大器向信號(hào)源吸收信號(hào)功率。放大器在輸出口對(duì)負(fù)載RL 而言，等效為一個(gè)新的信號(hào)源（這說明放大器向負(fù)載RL 輸出功率P0 ），該信號(hào)源的內(nèi)阻即輸出電阻R0 。·任何單向化放大器都可以一個(gè)通用模型來等效（圖3-36）。由此模型，放大器各種增益定義如下：AVv0vi端電壓增益：AVSv0AVSRiAVvsRs Ri源電壓增益：，Aii 0ii電流增益：v0AVRLAV 0AV 0負(fù)載開路電壓增益（內(nèi)電壓增益）：viR，R0 RLLP0|AV |AI |AP功率增益：Pi· Av

19、、 Avs 、 Ai 、 Av0的分貝數(shù)為20 lg | A |； A p 的分貝數(shù)為 10 lg AP 。·不同組態(tài)放大器增益不同，但任何正常工作的放大器，必須AP 1。2 CE、 CB、 CC 放大器基本指標(biāo)Av ，管端輸入電阻Ri，管端輸出電阻 R0 。用電流控制電流源（icib ）BJT 低頻簡(jiǎn)化模型（圖2-24）導(dǎo)出的三個(gè)組態(tài)的上述基本指標(biāo)由表3-1 歸納。表 3-1BJT 三種基本放大器小信號(hào)指標(biāo)CE 放大器CB 放大器CC 放大器簡(jiǎn)化交流通路RLRL1RLrbe1RL (<1 ，同相 )rbe （大，反相）rbe （大，同相）AVRLgm RLgm RLreR L

20、b e>>r(rbe>> r(r bb )bb )(rbe>>rbb )r be(中 )rberbe+(1+ ) RL(大 )Ri1(小 )b eRLbe(1+ )re(r>>r bb)(1+ )( r e+) (r>>rbbb e>>r )re (r bb )rbeRSRo0.5r cerce (大，與信號(hào)源內(nèi)r ce0.5r bc1(小，與 RS 有關(guān) ),阻有關(guān) )(很大，與信號(hào)源內(nèi)阻有關(guān) )( RSRS /RB)應(yīng)功率增益最大 (3.3.4 節(jié))，高頻放大時(shí)性能好， 常與 CERi 大而 Ro 小，可作高阻抗Ri

21、Ro 適中，易于與前后和 CC 組態(tài)結(jié)合使用。如輸入級(jí)和低阻抗輸出級(jí)，用級(jí)接口，使用廣泛。CE-CB 組態(tài) CC-CB 組態(tài)。隔離級(jí)和功率輸出級(jí)。五、多級(jí)放大電路1基本概念·多級(jí)放大器的級(jí)間耦合方式主要有電容耦合（阻容耦合）（圖 3-39）、變壓器耦合（圖3-41）和直接耦合（圖3-42、 3-43）三種方式。·對(duì)于直接耦合放大器，其工作頻率的下限可以為零（稱為直流放大器），但輸出易發(fā)生所謂 “零點(diǎn)漂移”（輸出端靜態(tài)電壓緩慢變化） ，形成假信號(hào)。 零點(diǎn)漂移的主要原因是前級(jí)工作點(diǎn)隨溫度變化，這種變化因級(jí)間直接耦合被逐級(jí)放大。在輸出端出現(xiàn)可觀的漂移電壓。·直流放大器由

22、于輸入輸出不能使用隔直耦合電容，希望在無輸入信號(hào)時(shí)，輸入端口和輸出端口的靜態(tài)直流電壓為零。滿足這種條件的直流放大器稱為滿足零輸入、零輸出條件。只有用正負(fù)雙電源供電的直流放大器才能實(shí)現(xiàn)零輸入和零輸出。·由于供電電壓源存在內(nèi)阻，使各級(jí)放大器發(fā)生“共電耦合”，這種共電耦合可能導(dǎo)致放大器指標(biāo)變壞甚至自激。放大器中的電源去耦電路就是為了減小和消除共電耦合（圖 3-39、3-40）。2多級(jí)放大器指標(biāo)計(jì)算·后級(jí)放大器的輸入電阻是前級(jí)放大器的負(fù)載，在計(jì)算前級(jí)放大器的增益時(shí)，一定要把這個(gè)輸入電阻計(jì)為負(fù)載來計(jì)算增益。·第一級(jí)放大器的輸入電阻即多級(jí)放大器的輸入電阻；末級(jí)放大器的輸出電阻

23、即多級(jí)放大器的輸出電阻。·計(jì)算多級(jí)放大器電壓增益的一般方法是求出各級(jí)增益，再將其相乘。對(duì)BJT多級(jí)基本放大器的一種有效的計(jì)算增益的方法是“觀察法”，應(yīng)該掌握。BJT 兩種重要的組合放大電路是共射共基和共集共基組態(tài)， 其實(shí)用電路之一分別是圖 3-45（ CE-CB ）和圖 3-47（ CC-CB ），應(yīng)能畫出并計(jì)算這兩個(gè)電路的指標(biāo)。第四章場(chǎng)效應(yīng)管（ FET）及基本放大電路一、場(chǎng)效應(yīng)管（ FET）原理· FET 分別為 JFET 和 MOSFET 兩大類。每類都有兩種溝道類型，而MOSFET增強(qiáng)型和耗盡型（JFET 屬耗盡型），故共有6 種類型 FET （圖 4-1）。

24、3;JFET 和 MOSFET 內(nèi)部結(jié)構(gòu)有較大差別，但內(nèi)部的溝道電流都是多子漂移電流。一般又分為情況下，該電流與vGS 、 vDS 都有關(guān)。·溝道未夾斷時(shí)，F(xiàn)ET的D-S口等效為一個(gè)壓控電阻（vGS 控制電阻的大?。?，溝道全夾斷時(shí)，溝道電流i D 為零；溝道在靠近漏端局部斷時(shí)稱部分夾斷，此時(shí)i D 主要受控于vGS ，而 vDS 影響較小。這就是FET 放大偏置狀態(tài)；部分夾斷與未夾斷的臨界點(diǎn)為預(yù)夾斷。·在預(yù)夾斷點(diǎn)， vGS 與 vDS 滿足預(yù)夾斷方程：耗盡型 FET 的預(yù)夾斷方程：vDSvGSVP （ VP 夾斷電壓）增強(qiáng)型 FET 的預(yù)夾斷方程：vDSvGSVT （ V

25、T 開啟電壓）·各種類型的 FET ，偏置在放大區(qū)（溝道部分夾斷）的條件由表4-4 總結(jié)。表 4-4FET 放大偏置時(shí)vGS 與 vDS 應(yīng)滿足的關(guān)系極性放大區(qū)條件N 溝道管：正極性(VDS>0)VDS>VGSVP(或 VT)>0VDSP 溝道管：負(fù)極性(VDS<0)結(jié)型管：反極性VGS增強(qiáng)型 MOS 管：同極性耗盡型 MOS 管：雙極型VDS<VGSVP(或 VT)<0N 溝道管： VGS>VP(或 VT) P 溝道管： VGS<VP( 或 VT)·偏置在放大區(qū)的FET ， vGS i D 滿足平方律關(guān)系：i DI DSS

26、(1vGS )2（ I DSS 零偏飽和漏電流）耗盡型：VP增強(qiáng)型：iDk( vV )2GST*· FET 輸出特性曲線反映關(guān)系i Df ( vDS ) VGS 參變量 ，該曲線將伏安平面分為可變電阻區(qū)（溝道未夾斷） ，放大區(qū)（溝道部分夾斷）和截止區(qū)（溝道全夾斷）；FET 轉(zhuǎn)移特性曲線反映在放大區(qū)的關(guān)系 i Df (vGS )（此時(shí)參變量 VDS 影響很?。?，圖 4-17 畫出以漏極流向源極的溝道電流為參考方向的6 種 FET 的轉(zhuǎn)移特性曲線，這組曲線對(duì)表4-4 是一個(gè)很好映證。二、 FET 放大偏置電路·源極自給偏壓電路（圖4-18）。該電路僅適用于耗盡型FET 。有一定

27、穩(wěn) Q 的能力，求解該電路工作點(diǎn)的方法是解方程組：iDI DSS (vvGS ) 2 對(duì)于增強(qiáng)型 FET , 用關(guān)系式idk( vGS VT ) 2 VPvGSRSi D·混合偏壓電路（圖4-20）。該電路能用于任何FET ，在兼顧較大的工作電流時(shí)，穩(wěn)Q的效果更好。求解該電路工作點(diǎn)的方法是解方程組：平方律關(guān)系式vGSVCC R2Rsi DR1 R2以上兩個(gè)偏置電路都不可能使FET 全夾斷，故應(yīng)舍去方程解中使溝道全夾斷的根。三、 FET 小信號(hào)參數(shù)及模型·迭加在放大偏置工作點(diǎn)上的小信號(hào)間關(guān)系滿足一個(gè)近似的線性模型（圖4-22 低頻模型，圖 4-23 高頻模型） 。g mi D

28、vGS Q·小信號(hào)模型中的跨導(dǎo)g m 反映信號(hào) vgs 對(duì)信號(hào)電流 i d 的控制。 g m 等于 FET 轉(zhuǎn)移特性曲線上Q 點(diǎn)的斜率。gm2IDSSI Dg m 的估算：耗盡管|VP |增強(qiáng)管 g m2 kI DvDsrds·小信號(hào)模型中的漏極內(nèi)阻iDQrds 是 FET “溝道長度調(diào)效應(yīng)”的反映，rds 等于 FET 輸出特性曲線Q 點(diǎn)處的斜率的倒數(shù)。四、基本組態(tài) FET 小信號(hào)放大器指標(biāo)1基本知識(shí)· FET 有共源（ CS）共漏（ CD）和共柵（ CG）三組放大組態(tài)。·CS 和CD組態(tài)從柵極輸入信號(hào)，其輸入電阻Ri 由外電路偏置電阻決定，Ri可以很

29、大。·CS 放大器在其工作點(diǎn)電流和負(fù)載電阻與一個(gè)CE放大器相同時(shí)，因其g m 較小， | AV|可能較小，但其功率增益仍可能很大。· CD組態(tài)又稱源極輸出器，其AV1 。在三種FET組態(tài)中，CD組態(tài)輸入電阻很大，而輸出電阻較小，因此帶能力較強(qiáng)。·由于 FET 的電壓電流為平方關(guān)系，其非線性程度較BJT的指數(shù)關(guān)系弱。因此，F(xiàn)ET放大器的小信號(hào)線性條件對(duì)vGS 幅度限制會(huì)遠(yuǎn)大于BJT 線性放大時(shí)對(duì)vbe 的限制（ vbe5mV ）。2 CS、 CD 和 CG 組態(tài)小信號(hào)指標(biāo)由表 4-6 歸納總結(jié)。表 4-6 FET 基本組態(tài)放大器小結(jié)CS 組態(tài)CD 組態(tài)CG 組態(tài)簡(jiǎn)化

30、交流通路Agm rds / RLgm RL ( 條件：gm rds/ RL1gm rds / RLrdsR L )V大，反相放大器小于 1，同相放大器大，同相放大器R Lrds11g m R Lg m ，較Ri，很大，很大小( 條件：r dsR L1g m )Rords ，較大rds / 11>rds ，最大gmgm ，較小AI決定于 RG ，AI>> 1決定于 RG ，AI>> 1AI< 1類CE 放大器CC 放大器CB 放大器似第五章模擬集成單元電路一、半導(dǎo)體IC 電路特點(diǎn)在半導(dǎo)體集成電路中，晶體管工藝簡(jiǎn)單且占有芯片面積??；集電電阻、 集成電容工藝并不簡(jiǎn)

31、單且占有芯片的面積隨元件值增大的明顯增大（表5-1）；電感無法集成。根據(jù)IC 工藝的這些特點(diǎn)， IC 電路設(shè)計(jì)思想是盡量多用晶體管，少用電阻（特別是阻值大的電阻），盡量不用電容。二、恒流源1恒壓源與恒流源基本概念恒壓源與恒流源都是耗能的電路裝置。恒壓源的特點(diǎn)是：端口電壓隨電流變化很小，或即內(nèi)阻r0 很小，恒流源的特點(diǎn)是當(dāng)端口電壓變化時(shí)，流過恒流源的電流變化很小，或即內(nèi)阻 r0 很大。二者比較如下表：恒壓源恒流源模型理想伏安特性曲線實(shí)線性近似際模型伏安特性曲線實(shí)·充分導(dǎo)通的二極管（圖5.30a）·偏置在放大區(qū)的 BJT 當(dāng) I B =常數(shù)，或 VBE常數(shù)時(shí)， i C 可視為恒

32、流源際1-35 ）·擊穿后的穩(wěn)壓管（圖（圖 5-3， 5，6）。實(shí)例· VBE 倍增電路（圖5-30b ）· 模擬 IC 中常用對(duì)管組成恒流源 （圖5-7、 8、 11、 12）2模擬 IC 中的恒流源·基本鏡像恒流源（圖5-7，圖 5-13a）IVCCVBE1RR參考電流I C 2I R恒流源電流12 /內(nèi)阻 r0r ce2 *特點(diǎn)：1時(shí) IC2 IR，故 IC2是 I R 的鏡像。該恒流源內(nèi)阻不夠大，鏡像精度不高。·微電流恒流源（圖 5-11）IVCCVBE1RR參考電流I C2VT lnI R恒流源電流關(guān)系式：R2I C 2特點(diǎn)： 用不大

33、的電阻兩個(gè)可以實(shí)現(xiàn)A 級(jí)的恒流源，故易于集成。該恒流源內(nèi)阻大。I C2 對(duì)電源電壓波動(dòng)不敏感。·此例恒流源（圖5-12）VCCVBE1I RRR1參考電流I C 2R1I R恒流源電流R2（條件： I C2 與 I R 相差 10 倍以內(nèi)時(shí)此式準(zhǔn)確性較高）特點(diǎn)： 內(nèi)阻大，使用靈活。3恒流源在模擬IC 的應(yīng)用· IC 放大器中的偏置電路（如恒流源差放圖5-20）·用恒流源作（集電極）有源負(fù)載放大器（圖 5-13，圖 5-21）。采用集電極有源負(fù)載的 CE 放大器，在后級(jí)輸入電阻很大的條件下，可以大大提高電壓增益。三、差動(dòng)放大器1基本知識(shí)·差放是一種具有兩輸

34、入端的電路對(duì)稱、元件配對(duì)的平衡電路，它可以有效地放大差模輸入信號(hào)；依靠對(duì)稱性和共模負(fù)反饋，差放可以有效抑制共模輸入信號(hào)（一般為干擾信號(hào)）。·差放作直流放大器，可以有效地抑制零點(diǎn)漂移。這是因?yàn)榱闫梢缘刃楣材８蓴_信號(hào)，從而被差放抑制。·任模輸入信號(hào)vs1 ， vs2 的差模和共模分量。vid差模輸入電壓：vidvs1vs2 （輸入端的一對(duì)差模分量是2 ）共模輸入電壓分量：vic1 ( vs1vs1 )2·差放基本指標(biāo)的定義Avdvodvid（有雙端輸出和單端輸出兩種方式）差模增益Avcvocvic共模增益（有雙端輸出和單端輸出兩種方式）K CMRAvdAvc共模抑

35、制比·差模輸入將地的雙端輸入，但只要K CMR 很大，信號(hào)對(duì)地單端輸入時(shí)、輸出電壓，基本上與差模輸入時(shí)相同。2差放指標(biāo)的計(jì)算方法單邊等效電路法·當(dāng)信號(hào)差模輸入時(shí)，理想對(duì)稱差放在對(duì)稱位置上的點(diǎn)都是交流地。據(jù)此，可畫差放的差模單邊交流通路，由該電路計(jì)算Avd 。·當(dāng)信號(hào)共模輸入時(shí)，兩對(duì)稱支路交匯成的公共支路上的交流電流是每支路的兩倍。據(jù)此可畫出差放的共模單邊交流通路，由該電路求 Avc 。理想對(duì)稱差放的Avc ( 雙) 0 。·對(duì)任意輸入信號(hào)，可以將其分解成差模和共模分量后，按單邊等效電路法求出輸出，然后相加，其一般表式為：v0vodvocAvd vidAv

36、cvicAvd (vidvic)K CMR·差放增益的符號(hào)與vid 參考方向、 vod （或 voc ）以及單端輸出時(shí)輸出端都有關(guān)。確定差放增益符號(hào)時(shí)，首先要明確單邊等效電路是反相還是同相放大器。·采用恒流源偏置的差放（圖5-20）可以增大共模負(fù)反饋，使K CMR 增大。有源負(fù)載差放（圖5-21）除了使差模增益增加外，還具有雙端轉(zhuǎn)單端功能。3差放的小信號(hào)范圍及大信號(hào)限幅特性·由于差放的對(duì)稱性能有效抑制非線性輸出的偶次諧波分量，故差放的小信號(hào)范圍比單管放大器寬。恒流源CE 差放的小信號(hào)條件是| vid | 28 mV 。·恒流源 CE 差放當(dāng) | vid

37、| 100 mV 時(shí)，輸出有明顯的限幅特性。該特性在通信電子電路中得到應(yīng)用。四、功率輸出級(jí)1基本概念·功率放大器作為多級(jí)放大器輸出級(jí)，工作于大信號(hào)狀態(tài)，故小信號(hào)等效電路分析方法不適用。·功放關(guān)注的指標(biāo)主要有平均輸出信號(hào)功率PO效率電源消耗的平均總功率PCC最大輸出信號(hào)功率Po max非線性失真系數(shù)D·功放管工作于接近極限參數(shù)狀態(tài)，故功放管安全使用是設(shè)計(jì)功放要考慮的問題。對(duì) BJT 功放管，使用中不能超過PCM ， BVCEO 和 I CM （定義見§2.3.3）。·按功放管的導(dǎo)通的時(shí)間不同，功放可分為甲類（A 類）、乙類（ B 類）、丙類（ C

38、 類）和丁類（ D 類）。對(duì)阻性負(fù)載功放，只能工作在甲類或乙類（雙管電路）。丙類功放一般是以 LC 回路作負(fù)載的高頻諧振功放。·甲類和乙類電阻負(fù)載功放比較甲類乙類功放管單管（圖5-25a）對(duì)管（圖5-26c）非線性失真優(yōu)于乙類有交越失真問題電源功率 PCC與輸入信號(hào)無關(guān)，輸入越大， PCC 越大。靜態(tài)時(shí)仍消耗功率。靜態(tài)時(shí)電源幾乎不消耗功率靜態(tài)時(shí)為零，管耗 PC靜態(tài)時(shí)最大。激勵(lì)在某一狀態(tài)時(shí)RC 最大。效率<25%<78.5%對(duì)功放管的功率低， Po max0.5PCM高， Po max5PCM容量的利用·乙類功放在輸入信號(hào)過零時(shí)，因功放管未導(dǎo)通而使輸出為零的現(xiàn)象稱

39、為交越失真?？梢越o功放管加一定的放大偏置使其工作在甲乙類來消除交越失真。但效率也會(huì)有所降低。·復(fù)合 BJT 是模擬 IC 中的一種工藝（又稱達(dá)林頓組態(tài)）。教材表 5-4總結(jié)了四種 BJT復(fù)合管的特點(diǎn)。2 OCL 和 OTL 電路指標(biāo)OCL 電路：正負(fù)雙電源供電的NPN-PNP 互補(bǔ)推挽功放（表5-3原理電路）。OTL 電路：正負(fù)單電源供電的NPN-PNP 互補(bǔ)推挽功放（表5-3原理電路）。OTL 正常工作的條件是： （1）靜態(tài)時(shí)兩發(fā)射極連接的節(jié)點(diǎn)處電壓V A1VCC2；1VCC 幾乎不變。（ 2）耦合電容必須足夠大，使一個(gè)周期內(nèi)，VC保持2兩種互補(bǔ)推挽功放的指標(biāo)及極限參數(shù)的限制有些結(jié)

40、論見表5-3。表 5-3 OCL 和 OTL 功放的公式匯集OCL 功放OTL 功放原理電路221 VCC1 VCCPOmax2RL（滿激勵(lì)時(shí)）8R L（滿激勵(lì)時(shí)）21 VCC22 VCCPCCmaxRL（滿激勵(lì)時(shí)）2RL（滿激勵(lì)時(shí)）指標(biāo)max4（滿激勵(lì)時(shí)）4 （滿激勵(lì)時(shí)）1VCC2120.2PO maxVCC2420.2PO maxRLRLPT1max I cm0.64(VCC / RL ) 時(shí) I cm0.64(VCC / RL ) 時(shí) 極BVCEOBV CEO2VCCBV CEOVCC限參I CMI CMVCC / RLVCC數(shù)I CM2RL限制PCMPCM0.2 PO maxPCM0.2PO max第六章放大器的頻率響應(yīng)一、基本知識(shí)·對(duì)放大器輸入正弦小信號(hào)，則輸出信號(hào)的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)特性即放大器的頻率響應(yīng)。·在小信號(hào)條件下， 且不計(jì)非線性失真時(shí)，輸出信號(hào)仍為正弦信號(hào)。故可以用輸出相量Xo 與輸入相量X i 之比即放大器的增益的頻率特性函數(shù)A( j ) 來分析放大器的頻率響應(yīng)的特性。· A( j )X o / X iA()ej A ( )， A( ) 表示輸出正弦信號(hào)與輸入正弦信號(hào)的