全套課件·《模擬電子技術(shù)》1

1、模擬電子技術(shù)第1章 半導(dǎo)體二極管及其電路分析第1章 半導(dǎo)體二極管及其電路分析1.1 本征半導(dǎo)體1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體1.3 PN結(jié)1.4 半導(dǎo)體二極管1.5 穩(wěn)壓管 導(dǎo)體的導(dǎo)電能力最強(qiáng)，金、銀、銅等金屬均為導(dǎo)體；絕緣體的導(dǎo)電能力最弱，塑料、橡膠等均為絕緣體；半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，常用的半導(dǎo)體材料為硅(Si)、鍺(Ge)，化合物半導(dǎo)體為砷化鎵（GaAs）。半導(dǎo)體具有光敏、熱敏和摻雜特性：即半導(dǎo)體在受到光照、加熱或摻入微量雜質(zhì)時(shí)，其導(dǎo)電性能會(huì)大大提高。1.1 本征半導(dǎo)體 純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱(chēng)為本征半導(dǎo)體?，F(xiàn)以硅原子為例：每個(gè)硅原子最外層的4個(gè)價(jià)電子分別和周?chē)?個(gè)硅原子的價(jià)電子形

2、成共用電子對(duì)，構(gòu)成共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)，如圖1-1所示。圖1-1 本征半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)本征半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子載流子和空穴載流子。本征半導(dǎo)體中的共價(jià)鍵具有很強(qiáng)的結(jié)合力，常溫時(shí)僅有極少數(shù)價(jià)電子由于熱運(yùn)動(dòng)獲得足夠的能量，掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子；同時(shí)在共價(jià)鍵相應(yīng)位置處留下一個(gè)空位，稱(chēng)為空穴。如圖1-2所示。圖1-2 本征半導(dǎo)體的兩種載流子本征激發(fā)：半導(dǎo)體由于熱激發(fā)產(chǎn)生自由電子空穴對(duì)的現(xiàn)象。本征激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的，二者數(shù)量相等。本征半導(dǎo)體中的電流等于自由電子電流和空穴電流之和。復(fù)合：自由電子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，如果與空穴相遇，就會(huì)填補(bǔ)空穴，使自由電子和空穴成對(duì)消失。在一定溫度下，

3、自由電子、空穴的產(chǎn)生與復(fù)合會(huì)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。 1.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)元素，其導(dǎo)電性能會(huì)得到改善。按照摻入元素的不同可分為：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入+5價(jià)元素，如磷（P）等P型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入+3價(jià)元素，如硼（B）等1.2.1 N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入+5價(jià)元素，如磷（P）等所得到的雜質(zhì)半導(dǎo)體為N型半導(dǎo)體，如圖1-3所示。圖1-3 N型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體仍然有兩種載流子：自由電子和空穴?？昭ㄝd流子是本征激發(fā)產(chǎn)生的。自由電子載流子除了本征激發(fā)產(chǎn)生以外，還有一部分是由雜質(zhì)提供的，N型半導(dǎo)體的多子：自由電子N型半導(dǎo)體的少子：空

4、穴1.2.2 P型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入+3價(jià)元素，如磷（B）等所得到的雜質(zhì)半導(dǎo)體為P型半導(dǎo)體，如圖1-4所示。圖1-4 P型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體仍然有兩種載流子：自由電子和空穴。自由電子載流子是本征激發(fā)產(chǎn)生的?？昭ㄝd流子除了本征激發(fā)產(chǎn)生以外，還有一部分是由雜質(zhì)提供的，P型半導(dǎo)體的多子：空穴P型半導(dǎo)體的少子：自由電子1.3 PN結(jié)1.3.1 PN結(jié)的形成利用不同的摻雜工藝，將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在同一個(gè)半導(dǎo)體硅片上，在P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體的交界面就形成了PN結(jié)。PN結(jié)的形成過(guò)程如圖1-5：(a)多子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) (b)動(dòng)態(tài)平衡時(shí)的PN結(jié)圖1-5 PN結(jié)的形成1.3.2 PN結(jié)的單向?qū)щ娦?P

5、N結(jié)的單向?qū)щ娦允侵府?dāng)PN結(jié)外加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，有較大的正向電流流過(guò)；當(dāng)PN結(jié)外加反向電壓時(shí)截止，僅有較小的反向電流流過(guò)。所謂PN結(jié)外加正向電壓是指PN結(jié)的P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負(fù)極，通常稱(chēng)作PN結(jié)正向偏置，如圖1-6所示。 圖1-6 PN結(jié)外加正向電壓的情況1.3.3 PN結(jié)的伏安特性所謂PN結(jié)外加反向電壓是指PN結(jié)的N區(qū)接電源的正極，P區(qū)接電源的負(fù)極，通常稱(chēng)作PN結(jié)反向偏置，如圖1-7所示。 圖1-7 PN結(jié)外加反向電壓的情況PN結(jié)兩端所加電壓與流過(guò)該P(yáng)N結(jié)的電流之間的關(guān)系為： PN結(jié)的伏安特性曲線如圖1-8所示。 圖1-8 PN結(jié)的伏安特性曲線PN結(jié)的伏安特性曲線分為3部分：（1

6、）正向特性。（2）反向截止特性。（3）反向擊穿特性。當(dāng)PN結(jié)兩端外加的反向電壓增加至一定值后，流過(guò)PN結(jié)的反向電流急劇增加，此現(xiàn)象稱(chēng)為PN結(jié)的反向擊穿。PN結(jié)的反向擊穿按照其擊穿機(jī)理的不同，可分為雪崩擊穿和齊納擊穿兩種。1.3.4 PN結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)的電容效應(yīng)根據(jù)產(chǎn)生機(jī)理不同可分為：勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容。PN結(jié)的結(jié)電容為勢(shì)壘電容和擴(kuò)散電容之和。1.4 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管是由PN結(jié)的P區(qū)和N區(qū)分別引出兩根電極引線，并加上管殼封裝而成，簡(jiǎn)稱(chēng)為二極管。二極管的外形、結(jié)構(gòu)、符號(hào)如圖1-9所示。圖1-9 二極管的外形、結(jié)構(gòu)及符號(hào)按構(gòu)成二極管的材料劃分：硅二極管、鍺二極管和砷化鎵二極管等。按照結(jié)構(gòu)

7、劃分：點(diǎn)接觸型二極管、面接觸型二極管和平面型二極管。按照用途劃分：整流二極管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管等。按照功率劃分：大功率二極管、中功率二極管和小功率二極管。 1.4.1 二極管的伏安特性及主要參數(shù)1二極管的伏安特性圖1-10 二極管的伏安特性曲線 二極管的伏安特性曲線分為3部分：（1）正向特性。（2）反向截止特性。（3）反向擊穿特性。隨著環(huán)境溫度的增加，二極管的正向特性曲線將左移，反向特性曲線將下移。溫度升高時(shí)，二極管的反向電流將增大，溫度每增加10，反向電流增加一倍；溫度升高時(shí)，二極管的正向壓降將減小，溫度每增加1，正向壓降將減小22.5mV。 2二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流：指二

8、極管長(zhǎng)期工作時(shí)允許通過(guò)的最大正向平均電流，該值與PN結(jié)面積和散熱條件有關(guān)。使用時(shí)正向平均電流不能超過(guò)此值，否則會(huì)燒壞二極管。（2）最大反向工作電壓：指二極管正常工作時(shí)所能承受的最大反向電壓，超過(guò)此值時(shí)，二極管有可能因反向擊穿而被損壞。通常規(guī)定最大反向工作電壓為擊穿電壓的一半。（3）反向電流：指二極管未發(fā)生擊穿時(shí)的反向電流。其值越小，說(shuō)明二極管的單向?qū)щ娦栽胶?。?）最高工作頻率：指二極管正常工作時(shí)的上限頻率值，它的大小與二極管的結(jié)電容有關(guān)，若超過(guò)此值，二極管的單向?qū)щ娦詴?huì)受到影響。1.4.2 二極管電路的分析1二極管的等效電路（1）理想模型：其伏安特性曲線和等效電路分別如圖1-11(a)、(b

9、)所示。(a)伏安特性曲線 (b)等效電路圖1-11 理想模型（2）恒壓降模型：伏安特性曲線和等效電路分別如圖1-12(a)、(b)所示。(a)伏安特性曲線 (b)等效電路圖1-12恒壓降模型（3）折線模型：伏安特性曲線和等效電路分別如圖1-13(a)、(b)所示。(a)伏安特性曲線 (b)等效電路圖1-13折線模型（4）小信號(hào)模型二極管小信號(hào)模型的伏安特性曲線和等效電路分別如圖1-14(a)、(b)所示。(a)伏安特性曲線 (b)等效電路圖1-14小信號(hào)模型2二極管電路分析舉例【例1-1】電路如圖1-15所示，假設(shè)圖中的二極管是理想的，試判斷二極管是否導(dǎo)通，并求出相應(yīng)的輸出電壓。（a） (b

10、)圖1-15 例1-1的電路圖解：二極管D導(dǎo)通，輸出電壓 。 二極管D截止，輸出電壓 ?！纠?-2】電路如圖1-16所示，二極管的正向?qū)▔航禐?.7V，試分析電路的工作原理，并畫(huà)出 和 的波形。圖1-16 例1-2的電路圖解：【例1-3】電路如圖1-18所示， ， 。試分別用理想模型和恒壓降模型，求解電路的 和 的值。圖1-18 例1-3的電路圖解： 理想模型： ，加在二極管陽(yáng)極的電位高于加在二極管陰極的電位，二極管導(dǎo)通。解：恒壓降模型： ，加在二極管陽(yáng)極的電位高于加在二極管陰極的電位，二極管導(dǎo)通。1.5 穩(wěn)壓管1.5.1 穩(wěn)壓管的伏安特性穩(wěn)壓管又稱(chēng)齊納二極管，是一種工作在反向擊穿狀態(tài)下的面

11、接觸型硅半導(dǎo)體二極管。穩(wěn)壓管的伏安特性、符號(hào)及等效電路如圖1-19(a)，(b)，(c)所示。(a)伏安特性 (b)符號(hào) (c)等效電路圖1-19 穩(wěn)壓管的伏安特性、符號(hào)及等效電路1.5.2 穩(wěn)壓管的主要參數(shù)（1）穩(wěn)定電壓：指在規(guī)定電流下，穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。（2）穩(wěn)定電流：指穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)的參考電流，通常也記作。穩(wěn)壓管工作時(shí)，電流低于此值時(shí)，穩(wěn)壓效果將變壞，甚至不能穩(wěn)壓。在保證不超過(guò)穩(wěn)壓管的額定功率前提下，電流越大，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓效果越好。（3）額定功耗：為穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流之積。（4）動(dòng)態(tài)電阻：指當(dāng)穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，穩(wěn)壓管兩端電壓的變化量與流過(guò)穩(wěn)壓管電流的變化量之比

12、。越小，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓效果越好。（5）溫度系數(shù)：用于反映溫度變化對(duì)穩(wěn)定電壓的影響，是指溫度每變化1所引起的穩(wěn)定電壓的變化量。1.5.3 穩(wěn)壓電路圖1-20所示為穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路，其中為穩(wěn)壓管，電阻為負(fù)載電阻，電阻為限流電阻。當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)或者負(fù)載電阻變化時(shí)，都能夠引起輸出電壓變化。 圖1-20 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路模擬電子技術(shù)第2章 晶體管及其放大電路分析第2章 晶體管及其放大電路分析2.1 晶體管的基本概念2.2 晶體管放大電路的分析2.3 多級(jí)放大電路的分析2.4 放大電路的頻率特性 利用不同的摻雜方式在同一塊硅片上，制造出能夠形成兩個(gè)PN結(jié)的三個(gè)摻雜區(qū)，就構(gòu)成了半導(dǎo)體三極管，又稱(chēng)為雙極型晶體管（BJ

13、T，Bipolar Junction Transistor的縮寫(xiě)）、晶體三極管，通常簡(jiǎn)稱(chēng)為晶體管。晶體管按照頻率可分為：高頻管和低頻管；按照功率可分為大功率管、中功率管和小功率管；按照材料可分為硅管和鍺管；按照構(gòu)成晶體管的三個(gè)摻雜區(qū)的不同，可分為NPN型和PNP型。2.1 晶體管的基本概念2.1.1 晶體管的結(jié)構(gòu)及分類(lèi)結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)分別如圖2-1和2-2所示。(a)結(jié)構(gòu)示意圖 (b)符號(hào)圖2-1 NPN型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào) (a)結(jié)構(gòu)示意圖 (b)符號(hào)圖2-2 PNP型晶體管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào) 晶體管的幾種常見(jiàn)外形如圖2-3所示。 (a)、(b)小功率管 (c)中功率管 (d)大功率管

14、圖2-3 晶體管的常見(jiàn)外形2.1.2晶體管的電流放大作用1放大的基本概念放大作用是一種能量控制作用，放大的對(duì)象是變化量，能夠?qū)⑽⑿〉淖兓坎皇д娴姆糯筝敵?。放大作用是通過(guò)放大電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，放大電路的核心元件是晶體管。晶體管具有放大作用所需具備的內(nèi)部條件：在制造晶體管時(shí)需保證其發(fā)射區(qū)摻雜濃度高；基區(qū)很薄且摻雜濃度低；集電結(jié)面積大。晶體管具有放大作用所需具備的外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏?；竟采浞糯箅娐啡鐖D2-4所示。 圖2-4 基本共射放大電路 2晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)大量注入電子（2）電子在基區(qū)復(fù)合和進(jìn)一步擴(kuò)散（3）集電區(qū)大量收集電子圖2-5 晶體管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)示意圖

15、 2.1.3 晶體管的輸入輸出特性曲線圖2-6 基本共射放大電路晶體管的輸入特性曲線是指當(dāng)晶體管集-射之間電壓一定的情況下，輸入回路的基極電流與基-射電壓之間的關(guān)系曲線，可以表示為：晶體管的輸出特性曲線是指當(dāng)晶體管基極電流一定的情況下，輸出回路的集電極電流與集-射電壓之間的關(guān)系曲線，可以表示為： (a)輸入特性曲線 (b)輸出特性曲線圖2-7 晶體管的輸入輸出特性曲線晶體管的輸出特性曲線，分為三個(gè)工作區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。（1）截止區(qū)：晶體管的發(fā)射結(jié)處于反偏或者零偏，集電結(jié)處于反偏時(shí)，該晶體管工作在截止區(qū)。（2）放大區(qū)：晶體管的發(fā)射結(jié)處于正偏，集電結(jié)處于反偏時(shí)，該晶體管工作在放大區(qū)。（3

16、）飽和區(qū)：晶體管的發(fā)射結(jié)處于正偏，集電結(jié)也處于正偏時(shí)，該晶體管工作在飽和區(qū)；當(dāng)晶體管的發(fā)射結(jié)處于正偏，集電結(jié)處于零偏時(shí)，該晶體管工作在臨界飽和狀態(tài)?！纠?-1】測(cè)得三只晶體管的直流電位如圖2-8(a)、(b)、(c)所示，試判斷它們的工作狀態(tài)。圖2-8 例2-1圖 解：圖2-8(a)中發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)也正偏，所以該管工作在飽和狀態(tài)。圖2-8(b)中發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏，所以該管工作在放大狀態(tài)。圖2-8(c)中晶體管發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)也反偏，所以該管工作在截止?fàn)顟B(tài)。2.1.4 晶體管的主要參數(shù)1晶體管的主要參數(shù)（1）電流放大系數(shù) 共射直流電流放大系數(shù)共射交流電流放大系數(shù)： 共基直流電流放大系數(shù)

17、：共基交流電流放大系數(shù)： （2）反向電流集-基反向飽和電流 是指發(fā)射極e開(kāi)路時(shí)，集電結(jié)在反向電壓作用下，集-基之間由少子漂移運(yùn)動(dòng)形成的反向飽和電流。集-射反向飽和電流 是指基極b開(kāi)路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的穿透電流。（3）極限參數(shù)集電極最大允許電流集電極最大耗散功率極間反向擊穿電壓 ：為基極開(kāi)路時(shí)，加在集-射之間的反向擊穿電壓。 ：為射極開(kāi)路時(shí)，加在集-基之間的反向擊穿電壓。 ：為集電極開(kāi)路時(shí)，加在射-基之間的反向擊穿電壓。2溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響（1）溫度對(duì)反向飽和電流的影響：反向飽和電流隨著溫度的升高而增大。（2）溫度對(duì)的影響：隨著溫度的升高，晶體管的輸入特性曲線將左移。（3）溫度對(duì)共射電

18、流放大系數(shù)的影響：共射電流放大系數(shù)隨溫度的升高而增大，在輸出特性曲線上表現(xiàn)為各曲線間的間隔增大。溫度對(duì)晶體管上述三個(gè)參數(shù)的影響，集中體現(xiàn)在使晶體管的集電極電流的增加上?！纠?-2】已知某單管放大電路中，電源電壓為25V，現(xiàn)有三只管子 、 、 ，它們的分別為0.01、0.1、0.05； 分別為50V、50V、20V； 分別為15、100、100，試問(wèn)選擇哪只管子比較合適。解：選擇 管比較合適。 2.2 晶體管放大電路的分析 2.2.1 晶體管放大電路的性能指標(biāo)基本共射放大電路如圖2-12所示。圖2-12 基本共射放大電路共集放大電路如圖2-13所示 圖2-13 基本共集放大電路 共基放大電路如圖

19、2-14所示。圖2-14 基本共基放大電路晶體管放大電路的主要性能指標(biāo)有：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、非線性失真系數(shù)和通頻帶。（1）放大倍數(shù)是用于衡量放大電路放大能力的主要指標(biāo)。通常將輸出量與輸入量的比值定義為放大倍數(shù)，用 表示，又稱(chēng)為增益。按照輸入量和輸出量的不同，放大倍數(shù)可分為：電壓放大倍數(shù) 電流放大倍數(shù)互阻放大倍數(shù)互導(dǎo)放大倍數(shù)（2）輸入電阻輸入電阻是用于衡量一個(gè)放大電路從信號(hào)源獲取信號(hào)能力大小的指標(biāo)。通常將輸入電阻定義為輸入電壓與輸入電流之比，即從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻，記作，即：可以根據(jù)輸入電阻的大小來(lái)判斷一個(gè)放大電路從信號(hào)源獲取信號(hào)的能力。輸入電阻越大越好。 （3）輸出電阻

20、輸出電阻是用于衡量一個(gè)放大電路帶負(fù)載能力大小的指標(biāo)。輸出電阻是從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻。可以根據(jù)輸出電阻的大小來(lái)判斷一個(gè)放大電路帶負(fù)載電阻的能力。輸出電阻越小，帶負(fù)載能力越強(qiáng)。所以通常希望一個(gè)放大電路的輸出電阻越小越好。（4）通頻帶通頻帶是用于衡量一個(gè)放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力的指標(biāo)。中頻時(shí)放大倍數(shù)最大，低頻或高頻時(shí)放大倍數(shù)都會(huì)下降并產(chǎn)生相移。放大電路的放大倍數(shù)隨頻率變化的關(guān)系曲線如圖2-16所示。圖2-16 放大倍數(shù)隨頻率變化的曲線（5）非線性失真系數(shù)非線性失真系數(shù)可定義為：（6）最大不失真輸出電壓最大不失真輸出電壓是指輸出波形不失真情況下，輸出電壓的最大值，記作 。（7）最大

21、輸出功率和效率最大輸出功率是指輸出波形不失真情況下，負(fù)載上所獲得的最大功率，記作 。效率 是指最大輸出功率與直流電源提供功率之比。效率越高，說(shuō)明在交流輸入信號(hào)的控制下，能量轉(zhuǎn)換能力就越強(qiáng)。2.2.2 晶體管放大電路的圖解分析法如圖2-17所示的放大電路中， 圖2-17 基本共射放大電路 圖2-17所示電路的直流通路如圖2-18所示。圖2-18 圖2-17所示電路的直流通路圖2-17所示電路的交流通路如圖2-19所示。圖2-19圖2-17所示電路的交流通路晶體管放大電路的分析方法有圖解法和微變等效電路法兩種。所謂圖解法是利用晶體管的輸入特性曲線、輸出特性曲線及放大電路中其它元件的參數(shù)，通過(guò)作圖對(duì)

22、放大電路進(jìn)行分析的方法。 (a)輸入回路 (b)輸出回路圖2-20圖2-17所示電路的圖解法分析圖解法的特點(diǎn)是比較直觀，通常適用于輸入信號(hào)幅度較大、工作頻率較低情況電路的分析或進(jìn)行放大電路的失真情況分析。靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)高出現(xiàn)飽和失真。消除飽和失真的辦法是降低靜態(tài)工作點(diǎn)，可以采取增大或者減小等辦法來(lái)降低靜態(tài)工作點(diǎn)。靜態(tài)工作點(diǎn)過(guò)低出現(xiàn)截止失真。消除截止失真的辦法是提高靜態(tài)工作點(diǎn)，可以采取減小或者增大等辦法來(lái)提高靜態(tài)工作點(diǎn)。2.2.3 晶體管放大電路的等效電路分析法1晶體管的低頻小信號(hào)h參數(shù)等效電路現(xiàn)將晶體管看成一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，如圖所示：端電壓和電流之間關(guān)系可分別表示為： 簡(jiǎn)化后的晶體管h參數(shù)等效電路

23、如圖所示 ：2晶體管的低頻小信號(hào)h參數(shù)等效電路分析法利用晶體管的低頻小信號(hào)h參數(shù)等效電路對(duì)放大電路進(jìn)行分析，通常也稱(chēng)為晶體管的微變等效電路法，分析步驟如下：（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)畫(huà)直流通路；求靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）求交流性能畫(huà)交流通路；畫(huà)交流等效電路；求交流性能。下面用微變等效電路法分析下圖所示電路： （1）求靜態(tài)工作點(diǎn)畫(huà)直流通路。求靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）求交流性能畫(huà)交流通路。 畫(huà)交流等效電路。 求交流性能。電壓放大倍數(shù)為：輸入電阻為：輸出電阻為：例：阻容耦合放大電路如圖示，已知 ， ， ， ，試求：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）交流性能 、 和 。解：（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)畫(huà)直流通路 求靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）求交流性

24、能畫(huà)交流通路 畫(huà)交流等效電路 求交流性能 2.2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定放大電路 （1）求靜態(tài)工作點(diǎn)畫(huà)直流通路 求靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）求交流性能畫(huà)交流通路 畫(huà)交流等效電路 求交流性能。電壓放大倍數(shù)為：輸入電阻為：輸出電阻為： 2.2.5 基本共集放大電路的分析（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)畫(huà)直流通路 求靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）求交流性能畫(huà)交流通路 畫(huà)交流等效電路 求交流性能。電壓放大倍數(shù)為：輸入電阻為：輸出電阻為： 2.2.6 基本共基放大電路的分析（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)畫(huà)直流通路 求靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）求交流性能畫(huà)交流通路 畫(huà)交流等效電路 求交流性能。電壓放大倍數(shù)為：輸入電阻為：輸出電阻為： 2.3 多級(jí)放大電路的分析多

25、級(jí)放大電路中，每個(gè)單級(jí)放大電路稱(chēng)為一級(jí)，各個(gè)單級(jí)放大電路之間的連接方式，稱(chēng)為耦合方式。常見(jiàn)的耦合方式有：直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合等。直接耦合方式是將前一級(jí)放大電路的輸出端直接送到后一級(jí)放大電路的輸入端的連接方式，如圖示 ：直接耦合放大電路的特點(diǎn)是：（1）各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)不獨(dú)立，使得各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，不便于進(jìn)行電路的分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試；（2）直接耦合多級(jí)放大電路中，由于信號(hào)的傳送不經(jīng)過(guò)電抗元件，所以頻率特性好，可以放大低頻信號(hào)或直流信號(hào)，且容易集成。集成運(yùn)放中各級(jí)放大電路之間都是直接耦合方式；（3）直接耦合放大電路存在著零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。 阻容耦合方式是將前一級(jí)放大電路的輸出端通過(guò)電容接

26、到后一級(jí)放大電路的輸入端的連接方式。這個(gè)電容稱(chēng)為耦合電容，如圖示。 阻容耦合放大電路的特點(diǎn)是：（1）阻容耦合多級(jí)放大電路中，各級(jí)直流通路之間是不連通的，因此各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)獨(dú)立。（2）阻容耦合多級(jí)放大電路的低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號(hào)。（3）由于大電容不容易制作，所以阻容耦合方式不便于集成。變壓器耦合方式是將前一級(jí)放大電路的輸出端通過(guò)變壓器接到后一級(jí)放大電路的輸入端或直接接負(fù)載電阻的連接方式，如圖所示。 變壓器耦合放大電路的特點(diǎn)是：（1）變壓器耦合多級(jí)放大電路中，各級(jí)直流通路之間是不連通的，因此各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)獨(dú)立，便于分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試；（2）變壓器耦合多級(jí)放大電路的低頻特性差，不能放大

27、變化緩慢的信號(hào)；（3）由于變壓器具有阻抗變換作用，能夠?qū)崿F(xiàn)阻抗匹配、獲得最大輸出功率。（4）由于變壓器的體積和重量都很大，所以變壓器耦合多級(jí)放大電路不便于集成。多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)性能 ：2.4 放大電路的頻率特性放大電路的電壓放大倍數(shù)與輸入信號(hào)頻率之間的函數(shù)關(guān)系稱(chēng)為頻率特性，或稱(chēng)為頻率響應(yīng)。 電壓放大倍數(shù)的幅值隨頻率變化的關(guān)系，稱(chēng)為幅頻特性；電壓放大倍數(shù)的相位隨頻率變化的關(guān)系，稱(chēng)為相頻特性。幅頻特性和相頻特性統(tǒng)稱(chēng)為頻率特性。 晶體管的簡(jiǎn)化混合 模型單管放大電路的頻率特性曲線：晶體管放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力不同，只有在中頻某段頻率范圍內(nèi)，電壓放大倍數(shù)最大且恒定不變，此時(shí)的電壓放大倍數(shù)稱(chēng)為

28、中頻電壓放大倍數(shù)。隨著輸入信號(hào)頻率的減小，電壓放大倍數(shù)下降到中頻電壓放大倍數(shù)的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率稱(chēng)為下限截止頻率，隨著輸入信號(hào)頻率的增加，電壓放大倍數(shù)下降到中頻電壓放大倍數(shù)的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率稱(chēng)為上限截止頻率。 低頻段：頻率低于下限截止頻率的部分；高頻段：頻率高于上限截止頻率的部分；通頻帶：位于下限截止頻率與上限截止頻率之間的部分。通頻帶是用于衡量一個(gè)放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)放大能力的指標(biāo)。通頻帶越寬，表示放大電路所能放大的信號(hào)頻率的范圍越寬。 對(duì)于多級(jí)放大電路的頻率特性來(lái)說(shuō)，有如下結(jié)論：（1）多級(jí)放大電路的下限截止頻率高于構(gòu)成它的各級(jí)放大電路的下限截止頻率；（2）多級(jí)放大電路的

29、上限截止頻率低于構(gòu)成它的各級(jí)放大電路的上限截止頻率；（3）多級(jí)放大電路的通頻帶比構(gòu)成它的各級(jí)放大電路的通頻帶都窄。模擬電子技術(shù)第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路分析第3章 場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路分析3.1 場(chǎng)效應(yīng)管的基本概念3.2 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的分析場(chǎng)效應(yīng)管按照結(jié)構(gòu)不同，可分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管兩大類(lèi)；結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（Junction Field Effect Transistor，簡(jiǎn)稱(chēng)JFET）按照制造工藝和材料不同，可分為N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管兩種?，F(xiàn)以N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例，介紹結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線及主要參數(shù)。 3.1 場(chǎng)效應(yīng)管的基本概念 3.1.

30、1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1結(jié)構(gòu)N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)如圖所示： N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管是在一塊摻雜濃度較低的N型半導(dǎo)體上，制作兩個(gè)高濃度的P型區(qū)（稱(chēng)為 型區(qū)），從而形成兩個(gè)PN結(jié)。將兩個(gè) 型區(qū)連接在一起，引出一個(gè)電極，稱(chēng)為柵極（用g表示）；在N型半導(dǎo)體的兩端各引出一個(gè)電極，分別稱(chēng)為漏極（用d表示）和源極（用s表示）。兩個(gè)PN結(jié)中間的N型區(qū)是漏極和源極之間的電流溝道，稱(chēng)為導(dǎo)電溝道。由于導(dǎo)電溝道是N型區(qū)，其多子是自由電子，故稱(chēng)為N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管；其符號(hào)箭頭方向是從柵極指向溝道，即從P區(qū)指向N區(qū)。 P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)如圖所示： 2工作原理（1） ， 情況當(dāng)N溝道JFET的柵-源和

31、漏-源之間均未加電壓時(shí)，耗盡層很窄，導(dǎo)電溝道很寬，溝道電阻很小。當(dāng)柵-源之間加反向電壓，漏-源之間不加電壓時(shí)，由于柵-源之間加反向電壓，耗盡層加寬，導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大，且隨著外加反向電壓的增大，耗盡層進(jìn)一步加寬，導(dǎo)電溝道隨之變窄，溝道電阻隨之增大。當(dāng)外加反向電壓增大至某一數(shù)值時(shí)，兩側(cè)的耗盡層相遇，整個(gè)溝道被夾斷，溝道電阻趨于無(wú)窮大。此時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵-源電壓稱(chēng)為夾斷電壓。（2） ， 情況當(dāng)柵-源之間加反向電壓，漏-源之間加正向電壓時(shí)，由于柵-源之間加反向電壓，耗盡層加寬，導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大；設(shè)柵-源之間所加反向電壓為范圍內(nèi)的某一固定值。此時(shí)由于漏-源之間加正向電壓，就有從漏極到源極

32、的漏極電流產(chǎn)生。由于漏極電流在流經(jīng)導(dǎo)電溝道時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓降，使得溝道上各點(diǎn)與柵極之間的電壓不再相等，從而導(dǎo)致溝道中耗盡層的寬度進(jìn)一步變得不等寬。由于漏極電流在流經(jīng)導(dǎo)電溝道時(shí)產(chǎn)生的電壓降從漏極到源極逐漸增大，溝道上各點(diǎn)的電位從漏極到源極逐漸減小，即漏極處的電位最大；源極處的電位最小為零，所以溝道上各點(diǎn)與柵極之間的電壓從漏極到源極逐漸減小，使得漏極處的耗盡層最寬，從漏極到源極耗盡層寬度逐漸減小，從而溝道寬度從漏極到源極逐漸增大，溝道電阻從漏極到源極逐漸減小。隨著的進(jìn)一步增大，溝道在漏極處發(fā)生預(yù)夾斷，即漏極處兩側(cè)的耗盡層相遇，如圖示。此后繼續(xù)增大，只是夾斷區(qū)沿溝道進(jìn)一步加長(zhǎng)，漏極電流不再增加，達(dá)到飽和

33、。 3特性曲線 轉(zhuǎn)移特性曲線是用于描述漏-源電壓一定情況下，漏極電流與柵-源電壓之間關(guān)系的曲線，即 。 N溝道JFET的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖所示。輸出特性曲線是用于描述柵-源電壓一定情況下，漏極電流與漏-源電壓之間關(guān)系的曲線，即 。N溝道JFET的輸出特性曲線如圖所示。4主要參數(shù)（1）直流參數(shù)夾斷電壓：是指漏-源電壓為某定值時(shí)，使漏極電流為0或某一微小數(shù)值（如10）時(shí)的柵-源電壓值。飽和漏電流：是指柵-源電壓 時(shí)，管子發(fā)生預(yù)夾斷時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流值。直流輸入電阻：是指在漏-源之間短路時(shí)，柵-源電壓與柵極電流的比值。一般 。（2）交流參數(shù)低頻跨導(dǎo)：是指漏-源電壓為某定值時(shí)，漏極電流的變化量與對(duì)應(yīng)柵-

34、源電壓的變化量的比值，單位為S。極間電容：場(chǎng)效應(yīng)管的三個(gè)電極間存在著極間電容，即柵源電容、柵漏電容和漏源電容。輸出電阻：是指在恒流區(qū)內(nèi)，當(dāng)柵-源電壓為某定值時(shí)，漏-源電壓的變化量與漏極電流的變化量的比值。是用于反映漏-源電壓對(duì)漏極電流的影響的參數(shù)，體現(xiàn)在輸出特性曲線上，即是曲線上某點(diǎn)切線斜率的倒數(shù)。（3）極限參數(shù)最大漏電流：是指管子正常工作時(shí)所允許通過(guò)的漏極電流的最大值。最大耗散功率：是決定管子溫升的參數(shù)，超過(guò)此值時(shí)，管子會(huì)因過(guò)熱而被燒壞。漏源擊穿電壓：是指隨著漏-源電壓的增加，使得漏極電流急劇增加是的漏-源電壓值。正常工作時(shí)，若超過(guò)此值，管子將會(huì)被擊穿。柵源擊穿電壓：是指柵源間所能承受的最大

35、電壓。正常工作時(shí)，若超過(guò)此值，柵極和溝道間的PN結(jié)將會(huì)被擊穿。3.1.2 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOS管按照制造工藝和材料不同，可分為N溝道和P溝道；MOS管按照工作方式不同，又可分為增強(qiáng)型和耗盡型；因此MOS管可分為N溝道增強(qiáng)型、P溝道增強(qiáng)型、 N溝道耗盡型和P溝道耗盡型四種。增強(qiáng)型MOS管與耗盡型MOS管的區(qū)別是：增強(qiáng)型MOS管在柵-源之間未加電壓時(shí)，無(wú)導(dǎo)電溝道；只有當(dāng)柵-源之間加上電壓后，才能產(chǎn)生導(dǎo)電溝道。而耗盡型MOS管在柵-源之間未加電壓時(shí)，已經(jīng)存在導(dǎo)電溝道。以N溝道增強(qiáng)型MOS管為例，介紹MOS管的結(jié)構(gòu)、工作原理及特性曲線。1結(jié)構(gòu)增強(qiáng)型NMOS管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。增強(qiáng)型NMOS、 P

36、MOS管的符號(hào)如圖所示。 耗盡型NMOS、 PMOS管的符號(hào)如圖所示。 2工作原理（1） 情況當(dāng)柵-源之間未加電壓時(shí)，漏-源之間是一對(duì)背靠背的PN結(jié)，所以無(wú)論漏-源之間加正向電壓還是反向電壓，總有一個(gè)PN結(jié)是截止的，漏-源之間沒(méi)有導(dǎo)電溝道，也沒(méi)有漏極電流產(chǎn)生，如圖示。（2） ， 情況當(dāng)漏-源之間不加電壓，柵-源之間加正向電壓時(shí)，由于柵極和襯底之間相當(dāng)于以絕緣層為介質(zhì)的平板電容器，在柵-源正向電壓的作用下，柵極表面會(huì)積累正電荷，該正電荷能夠吸引襯底中的少子自由電子，排斥襯底中的多子空穴，使得柵極附近的P型襯底中留下不能移動(dòng)的負(fù)離子，形成耗盡層。隨著外加?xùn)?源電壓的增加，耗盡層將繼續(xù)加寬，當(dāng)增加至

37、一定值時(shí)，自由電子將被吸引到絕緣層與耗盡層之間，形成一個(gè)N型薄層，稱(chēng)為反型層，這個(gè)反型層即是漏-源之間的導(dǎo)電溝道。開(kāi)始形成反型層時(shí)的柵-源電壓，稱(chēng)為開(kāi)啟電壓。形成反型層后，繼續(xù)增加，反型層將加寬，溝道電阻將減小。如圖示。（3） ，且為定值， 情況設(shè)柵-源之間所加電壓為的某一固定值，漏-源之間加正向電壓。由于 ，所以漏-源之間的導(dǎo)電溝道已經(jīng)形成，又由于漏-源電壓 ，所以有從漏極到源極的漏極電流產(chǎn)生。由于漏極電流在流經(jīng)導(dǎo)電溝道時(shí)會(huì)產(chǎn)生電壓降，使得溝道上各點(diǎn)與柵極之間的電壓不再相等，從而導(dǎo)致溝道寬度進(jìn)一步變得不等寬。如圖示。由于漏極電流在流經(jīng)導(dǎo)電溝道時(shí)產(chǎn)生的電壓降從漏極到源極逐漸增大，溝道上各點(diǎn)的電

38、位從漏極到源極逐漸減小，所以溝道上各點(diǎn)與柵極之間的電壓從漏極到源極逐漸增大，從而溝道寬度從漏極到源極逐漸增大，溝道電阻從漏極到源極逐漸減小。隨著的進(jìn)一步增大，增至使 時(shí)，溝道在漏極處發(fā)生預(yù)夾斷。此后 繼續(xù)增大，只是夾斷區(qū)沿溝道進(jìn)一步加長(zhǎng)，漏極電流不再增加，達(dá)到飽和。3特性曲線增強(qiáng)型NMOS的轉(zhuǎn)移和輸出特性曲線如圖所示。 耗盡型NMOS管的結(jié)構(gòu)示意圖如圖所示。其轉(zhuǎn)移特性曲線及輸出特性曲線如圖所示。4主要參數(shù)MOS管的主要參數(shù)與JFET的參數(shù)基本相同，所不同的是：夾斷電壓是JFET和耗盡型MOS管的參數(shù)；對(duì)于增強(qiáng)型MOS管來(lái)說(shuō)，由于在未加?xùn)旁措妷簳r(shí)，無(wú)導(dǎo)電溝道，只有當(dāng)柵源之間加上正向電壓時(shí)，才會(huì)產(chǎn)

39、生導(dǎo)電溝道，所以其參數(shù)應(yīng)該是開(kāi)啟電壓。開(kāi)啟電壓：是指漏-源電壓為某定值時(shí)，使漏極電流產(chǎn)生的所需的的最小值。例：轉(zhuǎn)移特性曲線如圖所示。試判斷：（1）該管為何種類(lèi)型？（2）從該曲線可以求出該管的夾斷電壓還是開(kāi)啟電壓？值是多少？解：該管為N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，從該曲線上可以求出該管的夾斷電壓，其值是-4V?！纠?-2】輸出特性曲線如圖所示。試判斷該管為何種類(lèi)型？解：該管為N溝道增強(qiáng)型MOS管。3.2 場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的分析按照輸入輸出回路公共端的不同，場(chǎng)效應(yīng)管放大電路也分為共源、共漏和共柵三種組態(tài)。分析步驟為：（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)畫(huà)直流通路；求靜態(tài)工作點(diǎn)。（2）求交流性能畫(huà)交流通路；畫(huà)交流等效電路；求交

40、流性能。3.2.1 共源放大電路的分析1自偏壓電路直流通路：NMOS管的低頻小信號(hào)簡(jiǎn)化等效電路如圖所示。 畫(huà)交流通路 畫(huà)交流等效電路 求交流性能。2分壓式自偏壓電路分壓式自偏壓共源放大電路如圖示。（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)畫(huà)直流通路 （2）求交流性能畫(huà)交流通路 畫(huà)交流等效電路 求交流性能。3.2.2 共漏放大電路的分析基本共漏放大電路 如圖示：（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)畫(huà)直流通路 （2）求交流性能畫(huà)交流通路 畫(huà)交流等效電路 求交流性能 例：電路如圖所示，已知 ， ，管子的 ， 。試求：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）交流性能。解：（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)畫(huà)直流通路（2）求交流性能畫(huà)交流通路 畫(huà)交流等效電路 求交流性能。 模

41、擬電子技術(shù)第4章集成運(yùn)算放大電路4.1集成電路的特點(diǎn)4.2 集成運(yùn)放的基本單元電路4.3 互補(bǔ)功率放大電路4.4 其他功率放大電路4.5 實(shí)際的功率放大電路4.6 集成運(yùn)放的性能指標(biāo)及低頻等效電路4.7 集成運(yùn)放的使用注意事項(xiàng) 集成電路是在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上，把整個(gè)電路中的元器件制作在一塊硅基片上，構(gòu)成具有特定功能的電子電路。特點(diǎn):體積小、高可靠性和靈活性等。 分類(lèi)：模擬集成電路又可分為集成運(yùn)算放大器，集成寬頻帶放大器、集成功率放大器、集成乘法器、集成比較器、集成鎖相環(huán)、集成穩(wěn)壓電源、集成模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器等。在模擬集成電路中，集成運(yùn)算放大器（簡(jiǎn)稱(chēng)集成運(yùn)放）是應(yīng)用極為廣泛的一種。4.1集成電

42、路的特點(diǎn)模擬集成電路有以下幾方面的特點(diǎn)： （1）電路結(jié)構(gòu)與元件參數(shù)對(duì)稱(chēng)性好（2）用有源器件代替無(wú)源器件（3）盡量采用單一類(lèi)型的管子（4）級(jí)間采用直接耦合方式（5）電路中使用的二極管，多用作溫度補(bǔ)償元件或電位移動(dòng)電路，大都采用晶體管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。4.2 集成運(yùn)放的基本單元電路 集成運(yùn)放是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大電路。它由四部分組成，即輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路。集成運(yùn)放組成框圖如圖4.1所示。 圖4.1集成運(yùn)放組成框圖4.2 集成運(yùn)放的基本單元電路1、輸入級(jí)輸入級(jí)又稱(chēng)前置級(jí)，它的好壞直接影響集成運(yùn)放的大多數(shù)性能參數(shù)，如增大輸入電阻，減小零漂，提高共模抑制比等

43、。所以，輸入級(jí)一般是一個(gè)雙端輸入的高性能差分放大電路，它的兩個(gè)輸入端構(gòu)成整個(gè)電路的反相輸入端和同相輸入端。2、中間級(jí)中間級(jí)的主要作用是提高電壓增益，它可由一級(jí)或多級(jí)放大電路組成。而且為了提高電壓放大倍數(shù)，增大輸出電壓，經(jīng)常采用復(fù)合管做放大管，以恒流源做有源負(fù)載的共射放大電路。4.2 集成運(yùn)放的基本單元電路3、輸出級(jí)集成運(yùn)放的輸出級(jí)一般要求輸出電壓幅度要大，輸出功率大，效率高，輸出電阻較小，提高帶負(fù)載能力。因此，一般采用互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)的電壓跟隨器。4、偏置電路偏置電路的作用是為輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)提供靜態(tài)偏置電流，建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。一般采用電流源電路形式。4.2.1差動(dòng)放大電路 由于在集成電路中

44、制造大電容及電感較困難，所以采用直接耦合放大電路。但是直接耦合放大電路存在一個(gè)缺點(diǎn)，就是存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。 所謂零點(diǎn)漂移（簡(jiǎn)稱(chēng)零漂），就是當(dāng)放大電路的輸入端短路時(shí)，輸出端還有緩慢變化的電壓產(chǎn)生，即輸出電壓偏離原來(lái)的起始點(diǎn)而上下漂動(dòng)。 克服零漂可以采用在電路中引入直流負(fù)反饋的方法；也可以采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒?，即：利用熱敏元件?lái)抵消放大管的變化；而最常用的方法是采用特性相同的管子，使它們的溫漂相互抵消，這就是差動(dòng)放大電路。1、基本差動(dòng)放大電路（1）電路結(jié)構(gòu) 基本差動(dòng)放大電路如圖4.2（a）所示。它是將兩個(gè)特性相同的基本放大電路組合在一起而形成的差動(dòng)放大電路。 （2）工作原理 對(duì)于圖4.2（a）所示電

45、路，當(dāng)uI1和uI2所加信號(hào)為大小相等極性相同的輸入信號(hào)（稱(chēng)為共模信號(hào)）時(shí)，iB1iB2，iC1=iC2；因此uC1=uC2。所以輸出電壓uo=uC1uC2=0。 說(shuō)明差分放大電路對(duì)共模信號(hào)具有很強(qiáng)的抑制作用，在參數(shù)完全對(duì)稱(chēng)的情況下，共模輸出為零。1、基本差動(dòng)放大電路 當(dāng)uI1和uI2所加信號(hào)為大小相等極性相反的差模信號(hào)時(shí)，由于uI1=uI2，iB1iB2，iC1=iC2；因此uC1=uC2 ，這樣輸出電壓uo=uC1uC2= 2uC1，從而可以實(shí)現(xiàn)電壓放大。 以上分析說(shuō)明了差動(dòng)放大電路的一個(gè)特點(diǎn)，即：輸入有差別，輸出就變動(dòng)；輸入無(wú)差別，輸出就不動(dòng)。1、基本差動(dòng)放大電路（3）抑制零點(diǎn)漂移的原理

46、 在差動(dòng)放大電路中，無(wú)論是溫度變化，還是電源電壓的波動(dòng)都會(huì)引起兩管集電極電流以及相應(yīng)的集電極電壓相同的變化，其效果相當(dāng)于在兩個(gè)輸入端加入了共模信號(hào)，由于電路的對(duì)稱(chēng)性，在理想情況下，可使輸出電壓不變，從而抑制了零點(diǎn)漂移。 當(dāng)然，在實(shí)際情況下，要做到兩管電路完全對(duì)稱(chēng)是比較困難的，但是輸出漂移電壓將大為減小。由于這個(gè)緣故，所以差分式放大電路特別適用于作多級(jí)直接耦合放大電路的輸入級(jí)。2、長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路（1）電路結(jié)構(gòu) 圖4.2（a）所示電路雖然可以使輸出端的漂移比較小，但是每個(gè)管子的集電極對(duì)地的漂移卻絲毫沒(méi)有改變。因此如果以這種方式引出輸出信號(hào)的話，差動(dòng)式放大電路的優(yōu)點(diǎn)就不復(fù)存在了。解決的方案就是在

47、每個(gè)管子的射極加上一個(gè)射極電阻，并且這兩個(gè)電阻的阻值也要完全相等，電路如圖4.2（b）所示。2、長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路 在研究差模輸入信號(hào)作用時(shí)，不難發(fā)現(xiàn)，iE1-iE2。若將T1管和T2管發(fā)射極連在一起，將Re1和Re2合二為一，成為一個(gè)電阻Re如圖4.2（c）所示，則在差模信號(hào)作用下Re中的電流變化為零，即Re對(duì)差模信號(hào)無(wú)反饋?zhàn)饔?，因此大大提高了?duì)差模信號(hào)的放大能力。 為了簡(jiǎn)化電路，便于調(diào)節(jié)Q點(diǎn)，也為了使電源與信號(hào)源能夠“共地”，就產(chǎn)生了圖4.2（d）所示的差動(dòng)放大電路。由于射極電阻Re接負(fù)電源VEE，象拖一個(gè)長(zhǎng)尾巴，故稱(chēng)為長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路。由于是雙電源供電，圖4.2（c）所示電路中的基極偏

48、流電阻Rb3、Rb4可以去掉，IBQ由VEE提供。2、長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路（2）對(duì)共模信號(hào)的抑制作用當(dāng)電路輸入共模信號(hào)時(shí)，如圖4.3所示。圖4.3長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路輸入共模信號(hào)2、長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路 從圖4.3中可以看出，當(dāng)正的共模信號(hào)作用于電路時(shí)，兩只管子集電極電位增加，同時(shí)發(fā)射極電流也增加，其變化量相等，即iE1iE2=iE ，使得Re上電流的變化量為2iE，因而發(fā)射極電位升高，變化量為uE=2iERe，使UBE1和UBE2降低，從而抑制了集電極電流的增加?？梢?jiàn)，Re對(duì)共模輸入信號(hào)起負(fù)反饋?zhàn)饔茫?而且，對(duì)于每邊晶體管而言，發(fā)射極等效電阻為2Re。Re阻值愈大，負(fù)反饋?zhàn)饔糜鷱?qiáng)，集電極電流變化愈

49、小，因而集電極電位的變化也就愈小。2、長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路 為了描述差動(dòng)放大電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力，引入一個(gè)新的參數(shù)共模放大倍數(shù)AC，定義為 （4-1） 式中uIc為共模輸入電壓，uOc是uIc作用下的輸出電壓。在圖4.3所示長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路中，在電路參數(shù)理想對(duì)稱(chēng)的情況下，AC=0。2、長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路（3）對(duì)差模信號(hào)的放大作用 圖4.2（d）所示電路中，Rb1=Rb2=Rb，Rc1=Rc2=Rc，T1管與T2管的特性相同，1=2=，rbe1=rbe2=rbe，Re為公共的發(fā)射極電阻。 靜態(tài)分析： 當(dāng)uI1=uI2=0時(shí)，IRe=IEQ1IEQ22IEQ根據(jù)基極回路方程 IBQRb十UBE

50、Q2IEQRe=VEE （4-2）可以求出基極電流IBQ或發(fā)射極電流IEQ，從而解出靜態(tài)工作點(diǎn)。2、長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路 在通常情況下，Rb阻值很小,而且IBQ也很小，所以Rb上的電壓可忽略不計(jì)，發(fā)射極電位UEQ-UBEQ，因而發(fā)射極的靜態(tài)電流 IEQ （4-3） IBQ= （4-4） UCEQUCQUEQVcc一ICQRCUBEQ （4-5）由于UCQ1UCQ2，所以u(píng)oUCQ1一UCQ2=0。2、長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路動(dòng)態(tài)分析： 當(dāng)輸入一個(gè)差模信號(hào)uId時(shí)，由于電路參數(shù)的對(duì)稱(chēng)性，uId經(jīng)分壓后，加在T1管一邊的為+，加在T2一邊的為-，如圖4.4（a）所示。則輸入差模信號(hào)時(shí)流過(guò)Re的電流不變，則

51、E點(diǎn)電位不變，相當(dāng)于接“地”，又由于負(fù)載電阻的中點(diǎn)電位在差模信號(hào)作用下也不變，也相當(dāng)于接“地”，因而RL被分成相等的兩部分，分別接在T1管和T2管的c一e之間；所以，圖4.4（a）所示電路在差模信號(hào)作用下的等效電路如圖4.4（b）所示。2、長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路 輸入差模信號(hào)時(shí)的放大倍數(shù)稱(chēng)為差模放大倍數(shù)，記作Ad，定義為 （4-6）從圖4.4（b）中可知， ， ，所以 （4-7） 由此可見(jiàn)，差動(dòng)放大電路的放大倍數(shù)和單管放大電路的放大倍數(shù)相同，因而可以認(rèn)為，差動(dòng)式放大電路的特點(diǎn)是多用一個(gè)放大管來(lái)?yè)Q取對(duì)零漂的抑制。2、長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路輸入電阻為 Ri=2（Rb+rbe） （4-8） 它是單管放大電路

52、輸入電阻的2倍。輸出電阻為 RO=2RC （4-9） 它也是單管放大電路輸出電阻的2倍。放大電路的另一個(gè)性能指標(biāo)共模抑制比，記作KCMR，定義為 KCMR= （4-10）其值越大，說(shuō)明電路性能越好。若電路參數(shù)完全對(duì)稱(chēng)，則KCMR=。2、長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路（4）電壓傳輸特性 差動(dòng)放大電路的電壓傳輸特性就是輸出差模電壓信號(hào)與輸入差模電壓信號(hào)之間的關(guān)系曲線，即 uOd=f（uId） （4-11） 將差模輸入電壓uId按圖4.4（a）接到輸入端，并令其幅值由零逐漸增加時(shí)，輸出端的uOd也將出現(xiàn)相應(yīng)的變化，畫(huà)出二者的關(guān)系，如圖4.5中的實(shí)線所示。 若改變uId的極性，則可得到另一條如圖中虛線所示的曲線，

53、它與實(shí)線完全對(duì)稱(chēng)。3、差動(dòng)放大電路的幾種接法（1）雙端輸入、單端輸出如圖4.6所示。 圖4.6雙端輸入、單端輸出差動(dòng)放大電路3、差動(dòng)放大電路的幾種接法 差模放大倍數(shù)： （4-12）輸入電阻為 Ri=2（Rb+rbe） （4-13）輸出電阻為 RO=RC （4-14）3、差動(dòng)放大電路的幾種接法 當(dāng)輸入共模信號(hào)時(shí)，由于兩邊電路的輸入信號(hào)大小相等極性相同。所以發(fā)射極電阻Re上的電流變化量為2iE，發(fā)射極電位的變化量uE=2iERe；對(duì)于每只管子而言，可以認(rèn)為是iE流過(guò)阻值為2Re的射極電阻，如圖4.7（a）所示。因此，與輸出電壓相關(guān)的T1管一邊電路對(duì)共模信號(hào)的等效電路如圖4.7（b）所示。從圖上可以

54、求出（4-15）3、差動(dòng)放大電路的幾種接法共模抑制比 （4-16） 由式（4-15）和（4-16）可以看出，Re越大，Ac的值越小，KCMR越大，電路的性能也就越好。因此Re是改善共模抑制比的基本措施。 這種接法常用來(lái)將差動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換為單端輸出的信號(hào)，以便與后面的放大級(jí)均處于共地狀態(tài)。 3、差動(dòng)放大電路的幾種接法（2）單端輸入、雙端輸出 電路如圖4.8（a）所示。似乎兩管不是工作在差動(dòng)狀態(tài)，但將電路作等效變換，如圖4.8（b）所示。不難看出，同雙端輸入時(shí)一樣，左、右兩邊分別獲得的差模信號(hào)為、 、 ；但是與此同時(shí)，兩邊輸入了 的共模信號(hào)?？梢?jiàn)，單端輸入電路與雙端輸入電路的區(qū)別在于：在差模信號(hào)輸入的

55、同時(shí)，伴隨著共模信號(hào)輸入。3、差動(dòng)放大電路的幾種接法因此，輸出電壓為 uO=AduI+AC （4-17）其中， （4-18）若電路參數(shù)完全對(duì)稱(chēng)，則AC=0，此時(shí)KCMR為無(wú)窮大。輸入電阻為 Ri=2（Rb+rbe） （4-19）輸出電阻為 RO=2RC （4-20） 這種接法的特點(diǎn)是把單端輸入的信號(hào)轉(zhuǎn)換成雙端輸出，作為下一級(jí)的差動(dòng)輸入，以便更好地利用差動(dòng)放大的特點(diǎn)。還常用于負(fù)載是兩端懸浮，任何一端不能接地，而且輸出正負(fù)對(duì)稱(chēng)性好的情況。 3、差動(dòng)放大電路的幾種接法（3）單端輸入、單端輸出單端輸入、單端輸出差動(dòng)放大電路如圖4.9所示。 圖4.9單端輸入、單端輸出差動(dòng)放大電路 3、差動(dòng)放大電路的幾種

56、接法差動(dòng)放大倍數(shù)為 （4-21）輸入電阻為 Ri=2（Rb+rbe） （4-22）輸出電阻為 RO=RC （4-23） 這種接法的特點(diǎn)是在單端輸入和單端輸出的情況下，比單管基本放大電路具有較強(qiáng)的抑制零漂能力，而且通過(guò)輸出端的不同接法，可以得到同相關(guān)系或反相關(guān)系。3、差動(dòng)放大電路的幾種接法 總起來(lái)說(shuō)，不管信號(hào)是單端輸入還是雙端輸入，只要是單端輸出，它的差模放大倍數(shù)就是基本放大電路的放大倍數(shù)的一半，輸出電阻Ro=Rc；如為雙端輸出，則與基本放大電路相同，輸出電阻Ro=2Rc。輸入電阻均為2（Rb+rbe）。例4.2.1 電路如圖4.4（a）所示，已知Rb=1k，RC10k，RL=5.1 k，VCC

57、12V，VEE6V；晶體管的=100，rbe=2k。（1）為使T1管和T2管的發(fā)射極靜態(tài)電流均為0.5mA，Re的取值應(yīng)為多少？T1管和T2管的管壓降UCEQ等于多少？（2）計(jì)算Au、Ri和RO的數(shù)值； 例4.2.1解：（1）由IEQ 得則（2）這里的Au指的是Ad，電路放大的對(duì)象是差模信號(hào)uId=uI。Ri=2（Rb+rbe）=2(1+2)K=6KRO=2RC=210 K=20 K4、具有恒流源的差動(dòng)放大電路 在長(zhǎng)尾式差動(dòng)放大電路中，發(fā)射極電阻Re對(duì)共模信號(hào)起到負(fù)反饋?zhàn)饔?，能夠有效地抑制每一邊電路的溫漂，提高共模抑制比，而且Re越大，抑制零漂的效果越好。但是Re越大，維持同樣的工作電流所需要

58、的負(fù)電壓VEE也越高。為了既能采用較低的電源電壓，又能有很大的等效電阻Re，可采用恒流源電路來(lái)取代Re。 工作點(diǎn)穩(wěn)定電路中集電極電流就是一個(gè)恒定電流。利用它來(lái)取代Re就得到了如圖4.10所示的具有恒流源的差動(dòng)放大電路。4、具有恒流源的差動(dòng)放大電路圖4.10具有恒流源的差動(dòng)放大電路4、具有恒流源的差動(dòng)放大電路 圖4.10中R1、R2、R3和T3組成工作點(diǎn)穩(wěn)定電路，電路參數(shù)應(yīng)滿(mǎn)足I1IB3。這樣，I1I2，所以R1上的電壓為（4-24） T3管的集電極電流（4-25）T1管和T2管的發(fā)射極靜態(tài)電流為（4-26） 4、具有恒流源的差動(dòng)放大電路 若UBE3的變化可忽略不計(jì)，則T3管集電極電流IC3就基

59、本不受溫度影響，因此可以認(rèn)為IC3為一恒定電流，IC1和IC2就不能同時(shí)增加或同時(shí)減小，從而較好地抑制了共模信號(hào)的變化。 另外，恒流源電路的內(nèi)阻為無(wú)窮大，即相當(dāng)于T1管和T2管的發(fā)射極接了一個(gè)阻值為無(wú)窮大的電阻，對(duì)共模信號(hào)的負(fù)反饋?zhàn)饔脽o(wú)窮大，因此使電路的AC=0，KCMR=。4、具有恒流源的差動(dòng)放大電路 恒流源電路可用一個(gè)恒流源取代，如圖4.11所示。RW為調(diào)零電位器。圖4.11帶有恒流源的差動(dòng)放大電路的表示法例4.2.2 在圖4.9中，設(shè)VCC=VEE=12V，1=2=50，RC1=RC2=100K，RW=200，R3=33 K，R2=6.8K，R1=2.2K，Rb=10 K，求靜態(tài)工作點(diǎn)和

60、差模放大倍數(shù)。圖4.9單端輸入、單端輸出差動(dòng)放大電路 例4.2.2解： 靜態(tài)工作點(diǎn)： 設(shè)UBE3=0.6V，則UR3=5.870.6=5.27VUC1=UC2=121000.08=4V UB1=UB2=IB1Rb=1.610=16mV例4.2.2有差模輸入信號(hào)時(shí)，放大倍數(shù)為其中 所以 4.2.2 電流源電路 電流源電路為放大電路提供穩(wěn)定的靜態(tài)電流，或作為放大電路的有源負(fù)載取代高阻值的電阻。下面討論幾種常見(jiàn)的電流源。1鏡像電流源電路如圖4.12所示。 圖4.12鏡像電流源1鏡像電流源 設(shè)T1和T2的參數(shù)完全相同，即1=2，ICEO1=ICEO2，UBE1UBE2，IE1=IE2，IC1=IC2，