模擬電子技術(shù)課件(完整版)

1、模擬電子技術(shù)第1章 半導(dǎo)體器件第2章 基本放大器 第3章 負(fù)反饋放大器 第4章 模擬集成電路 第5章 低頻功率放大器 第6章 信號(hào)產(chǎn)生電路 第7章 直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)第1章 半導(dǎo)體器件教學(xué)目的 了解半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。 理解PN結(jié)的形成機(jī)理，掌握PN結(jié)的主要特性。 理解BJT和FET的工作原理，掌握其主要特性及參數(shù)。第1章 半導(dǎo)體器件1.1 半導(dǎo)體1.2 PN結(jié)與二極管1.3 晶體三極管1.4 場(chǎng)效應(yīng)管第1章 半導(dǎo)體器件1.1 半導(dǎo)體1.1.1 本征半導(dǎo)體1.1.2 摻雜半導(dǎo)體1.1 半導(dǎo)體 在電子技術(shù)領(lǐng)域，常用的半導(dǎo)體材料有硅（Si）和鍺（Ge）。它們都是四價(jià)元素，在元素表中分別是14

2、號(hào)和32號(hào)元素。某一元素的導(dǎo)電特性主要與其價(jià)電子有關(guān)，因此，四價(jià)原子的結(jié)構(gòu)圖如圖所示。 四價(jià)原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化圖1.1.1 本征半導(dǎo)體 1本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) 純凈而且結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。 如圖（a）所示的現(xiàn)象稱為價(jià)電子的共有化運(yùn)動(dòng)。 圖（b）所示，是共價(jià)鍵示意圖。1.1.1 本征半導(dǎo)體（a）價(jià)電子的共有化運(yùn)動(dòng)（b）共價(jià)鍵示意圖 圖 價(jià)電子的共有化及共價(jià)鍵 1.1.1 本征半導(dǎo)體 每個(gè)硅或鍺原子都有四個(gè)價(jià)電子，它們可以與相鄰的四個(gè)原子形成完整的共價(jià)鍵。從而使半導(dǎo)體的所有原子通過(guò)共價(jià)鍵的作用，緊密地結(jié)合在一起，形成一個(gè)堅(jiān)固的晶體，如圖所示。本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)示意圖1.1.1 本征半導(dǎo)體

3、2本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 本征半導(dǎo)體中有自由電子和空穴兩種載流子，如圖所示。圖中的空心圈代表空穴，鍵外的黑點(diǎn)代表自由電子。 本征半導(dǎo)體的自由電子和空穴1.1.2 摻雜半導(dǎo)體 1N型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價(jià)元素，如磷、砷、銻等，就形成N型半導(dǎo)體。由于摻入的五價(jià)元素微量，所以，半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)基本不變，只是在個(gè)別的位置上，某個(gè)硅（或鍺）原子被五價(jià)原子取代，如圖所示。N型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖 2P型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的三價(jià)元素，如硼、鋁、銦等，就形成P型半導(dǎo)體。由于摻入的三價(jià)元素微量，所以，半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)基本不變，只是在個(gè)別的位置上，某個(gè)硅（或鍺）原子被三價(jià)原子取代，如圖所示

4、。P型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖 1.1.2 摻雜半導(dǎo)體1.1.2 摻雜半導(dǎo)體 3摻雜半導(dǎo)體的溫度特性 摻雜半導(dǎo)體的多數(shù)載流子濃度受溫度的影響很小，主要由摻雜濃度決定。 摻雜半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子完全由熱激發(fā)產(chǎn)生。溫度發(fā)生變化，熱激發(fā)與復(fù)合的程度都會(huì)隨之變化，因此，摻雜半導(dǎo)體中的少子濃度受溫度的影響很大。1.2 PN結(jié)與二極管 1.2.1 PN結(jié)的形成 1.2.2 PN結(jié)的偏置方式 1.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?1.2.4 PN結(jié)的擊穿特性 1.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng) 1.2.6 常用二極管 1.2.7 其他二極管1.2.1 PN結(jié)的形成 當(dāng)P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體緊密地結(jié)合在一起時(shí)，由于在交界面

5、兩側(cè)，空穴與自由電子都存在著很大的濃度差。因此，兩者都必將產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，P區(qū)的多子空穴向N區(qū)擴(kuò)散，并且與N區(qū)的自由電子復(fù)合；N區(qū)的多子自由電子向P區(qū)擴(kuò)散，并且與P區(qū)的空穴復(fù)合，如圖1（a）所示。 1.2.1 PN結(jié)的形成 當(dāng)自建電場(chǎng)力等于濃度差產(chǎn)生的擴(kuò)散力時(shí)，多子的擴(kuò)散被阻止?？臻g電荷的數(shù)量不再變化，空間電荷區(qū)的寬度也不再變化，這樣PN結(jié)便形成了，如圖1（b）所示。 圖1 PN結(jié)的形成 1.2.2 PN結(jié)的偏置方式 由于PN結(jié)的耗盡層中幾乎無(wú)載流子，所以呈現(xiàn)出很大的電阻。當(dāng)PN結(jié)接有外加電壓時(shí)，外加電壓幾乎全部降落在耗盡層兩端。 若外加電壓使PN結(jié)的P區(qū)電位高于N區(qū)電位，則稱PN結(jié)被正向偏置，

6、簡(jiǎn)稱PN結(jié)正偏。其端電壓稱為正向偏置電壓，簡(jiǎn)稱正偏壓或正向電壓。這種偏置方式也稱做：給PN結(jié)加正向電壓。1.2.2 PN結(jié)的偏置方式 若外加電壓使PN結(jié)的P區(qū)電位低于N區(qū)電位，則稱PN結(jié)被反向偏置，簡(jiǎn)稱PN結(jié)反偏。其端電壓稱為反向偏置電壓，簡(jiǎn)稱反偏壓或反向電壓。這種偏置方式也稱做：給PN結(jié)加反向電壓。 若外加電壓使PN結(jié)的P區(qū)電位和N區(qū)電位相等，則稱PN結(jié)被零偏置，簡(jiǎn)稱PN結(jié)零偏。這種情況，相當(dāng)于沒(méi)有給PN結(jié)加電壓。1.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?PN結(jié)的偏置方式不同，表現(xiàn)出的特性也不同。 1PN結(jié)的正偏特性，如圖2（a）所示。 2PN結(jié)的反偏特性, 如圖2（b）所示。圖2 PN結(jié)的單向?qū)щ?/p>

7、特性 1.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?當(dāng)PN結(jié)正偏時(shí)，有較大的電流流過(guò)PN結(jié)；PN結(jié)反偏時(shí)，流過(guò)PN結(jié)的電流幾乎為零。即PN結(jié)只允許電流沿著一個(gè)方向流通。這一特性稱做PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦浴?由半導(dǎo)體物理學(xué)可知，室溫下流過(guò)PN結(jié)的電流iD與其端電壓uD之間的關(guān)系為 (安培) 1.2.4 PN結(jié)的擊穿特性PN結(jié)反偏時(shí)，若其反偏壓在一定范圍內(nèi)變化，則其反向電流基本保持一個(gè)較小的值不變。但是，當(dāng)反偏壓超過(guò)某一個(gè)值后，反向電流會(huì)急劇增大，這種現(xiàn)象稱做PN結(jié)被擊穿。PN結(jié)發(fā)生擊穿時(shí)的反偏壓稱為PN結(jié)的擊穿電壓，記作UBR。造成PN結(jié)擊穿的機(jī)理有以下兩種。雪崩擊穿齊納擊穿1.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng) 從結(jié)

8、構(gòu)上看，PN結(jié)相當(dāng)于兩個(gè)導(dǎo)電板之間夾著一層絕緣介質(zhì)，與普通的平板電容器非常相似。當(dāng)PN結(jié)兩端接有交變電壓時(shí)，必定呈現(xiàn)出一定程度的電容效應(yīng)，稱之為PN結(jié)的結(jié)電容，記作Cj。其容量在幾皮法到幾百皮法之間。 若外加電壓變化，PN結(jié)的耗盡層寬度就會(huì)變化，相當(dāng)于兩個(gè)導(dǎo)電板的間距發(fā)生變化，因此，Cj也隨之變化，所以，Cj是非線性電容。1.2.6 常用二極管 1二極管的結(jié)構(gòu)及電路符號(hào) PN結(jié)裝上外殼和電極即構(gòu)成二極管。圖3（a）、（b）、（c）是幾種常用二極管的外形圖，圖3（d）是其電路符號(hào)。電路符號(hào)圖中，短豎線代表N區(qū)，箭頭代表P區(qū)，箭頭方向是正向電流的實(shí)際流通方向。連接P區(qū)的引線稱為正極（或陽(yáng)極），連接

9、N區(qū)的引線稱為負(fù)極（或陰極）。1.2.6 常用二極管圖3 二極管的外形圖及電路符號(hào)1.2.6 常用二極管 2二極管的伏安特性曲線 二極管的伏安特性，是指流過(guò)二極管的電流與其端電壓之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 如圖是常用二極管的典型伏安特性曲線。圖 二極管伏安特性曲線1.2.6 常用二極管正向特性反向特性溫度對(duì)伏安特性的影響 3二極管的主要參數(shù)最大整流電流IFM最高反向工作電壓URWM最大反向電流IRM1.2.6 常用二極管最高工作頻率fM直流電阻RD 二極管兩端的直流電壓與流過(guò)二極管的直流電流之比，稱為二極管的直流電阻。即交流電阻 二極管在工作點(diǎn)Q處的電壓和電流的微變量之比，稱為二極管在工作點(diǎn)Q處的交流電

10、阻。1.2.6 常用二極管 即 4二極管的基本應(yīng)用限幅電路 圖4（a）是用二極管構(gòu)成的上限幅電路（假設(shè)二極管具有理想特性）。圖4（b）是該電路在ui=5SintV時(shí)，對(duì)應(yīng)的輸出電壓波形。 1.2.6 常用二極管 圖4 二極管上限幅電路及波形 1.2.6 常用二極管電平選擇電路 圖5（a）、5（b）分別是用二極管構(gòu)成的高電平選擇電路和低電平選擇電路。 圖5 電平選擇電路 1.2.7 其他二極管 1穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管的電路符號(hào)及伏安特性曲線如圖所示。圖 穩(wěn)壓二極管的符號(hào)及特性曲線 1.2.7 其他二極管 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)如下：穩(wěn)定電壓UZ穩(wěn)定電流IZ最大穩(wěn)定電流IZmax最大允許功耗PZM

11、交流電阻（動(dòng)態(tài)電阻）UZ的溫度系數(shù)1.2.7 其他二極管 2變?nèi)荻O管 變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)的電容效應(yīng)制成的，其電路符號(hào)如圖所示。圖 變?nèi)荻O管的電路符號(hào) 1.2.7 其他二極管 3發(fā)光二極管 發(fā)光二極管簡(jiǎn)稱LED，它是一種把電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件，其電路符號(hào)如圖所示。圖 發(fā)光二極管的電路符號(hào)1.2.7 其他二極管 4光電二極管 光電二極管是一種把光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的半導(dǎo)體器件。其結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，只是在管殼上留有一個(gè)光線入射窗口，其電路符號(hào)如圖所示。 圖 光電二極管的電路符號(hào) 1.2.7 其他二極管 5光電耦合器件 將發(fā)光二極管和光電二極管組合起來(lái)，可構(gòu)成二極管型的光電耦合器件，如

12、圖所示。 圖 光電耦合器件的電路符號(hào) 1.3 晶體三極管 1.3.1 三極管的結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài) 1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例） 1.3.3 三極管的伏安特性曲線 1.3.4 三極管的主要參數(shù) 1.3.5 三極管的溫度特性1.3 晶體三極管 常用三極管的外形如圖所示，前三種是小功率管，最后一種是低頻大功率管；圖（c）是塑膠外殼管，其他三種為金屬外殼管。 圖 幾種半導(dǎo)體三極管的外形1.3.1 三極管的結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài) 三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號(hào)如圖所示。 圖 三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號(hào)1.3.1 三極管的結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài) 三極管的工作狀態(tài)由兩個(gè)PN結(jié)的偏置方式?jīng)Q 定，如表所示。發(fā)

13、射結(jié)的偏置集電結(jié)的偏置三極管的工作狀態(tài)正偏反偏放大狀態(tài)正偏正偏飽和狀態(tài)反偏反偏截止?fàn)顟B(tài)反偏正偏倒置狀態(tài)表 三極管的偏置方式及工作狀態(tài)1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例） 三極管在放大狀態(tài)下，有很強(qiáng)的電流放大能力，其放大原理可用圖來(lái)說(shuō)明。 圖 放大狀態(tài)下晶體管內(nèi)載流子的運(yùn)動(dòng)和各極電流1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例） 1放大狀態(tài)下三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)過(guò)程 2放大狀態(tài)下三極管各極電流之間的關(guān)系由上圖可知公式(A)：公式(A)1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例） 定義：發(fā)射極電流中，傳輸?shù)郊姌O的分量和在基區(qū)被復(fù)合的分量之比，稱為三極管的共射極直流電流放

14、大系數(shù)，記作，由上公式可知公式(B) ：公式(B)1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例） 小功率三極管的值在20200之間。 由公式(A)和公式(B)式可得： = 1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例） 三極管在放大狀態(tài)下，若發(fā)射結(jié)正偏壓變化，則各極電流也隨之變化?？梢?jiàn)，應(yīng)當(dāng)把三極管的各極電流視為變量。因此，各極電流用瞬時(shí)值符號(hào)表示較為恰當(dāng)。集電極反向飽和電流ICBO，只要溫度不變，其值基本不變，仍宜用直流符號(hào)表示。這樣，三極管在放大狀態(tài)下的各極電流的關(guān)系可表示如下：1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例）1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例） 因

15、為ICBO數(shù)值很小，一般情況下都將其忽略，忽略ICBO后，即可得出如下常用關(guān)系式： 公式表明，iC約為iB的倍，iE約為iB的（1+）倍，而又遠(yuǎn)大于1，由此可知，三極管具有很強(qiáng)的電流放大能力。1.3.3 三極管的伏安特性曲線 三極管有三個(gè)電極：一個(gè)用來(lái)輸入信號(hào)，一個(gè)用來(lái)輸出信號(hào)，還有一個(gè)用做輸入、輸出信號(hào)的公共電極。如圖是三極管共射極特性曲線測(cè)試電路。圖 三極管共射極特性曲線測(cè)試電路 1.3.3 三極管的伏安特性曲線 1輸入特性曲線 輸入特性描述的是基極電流iB和“基射”電壓uBE及“集射”電壓uCE之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。其中，iB是因變量，uBE是自變量，uCE是參變量。即1.3.3 三極管的伏安

16、特性曲線 測(cè)試時(shí)，先固定uCE等于常數(shù)U1，再令uBE按一定的規(guī)律變化，并測(cè)出iB的對(duì)應(yīng)值，即可畫(huà)出一條uCE=U1的一條“iBuBE”關(guān)系曲線。依此方法，再固定uCE=U2，即可畫(huà)出uCE=U2的一條“iBuBE”關(guān)系曲線，這樣便得到如圖所示的共射極輸入特性曲線。 圖 三極管的輸入特性曲線 1.3.3 三極管的伏安特性曲線 由上圖看出，uCE1V時(shí)，隨著uCE的增大，曲線略向右移。表明在uBE不變的情況下，隨著uCE的增大，iB略有減小。這是因?yàn)閡CE增大，集電結(jié)耗盡層變寬，使基區(qū)寬度變窄，由發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的載流子穿越基區(qū)所需要的時(shí)間減少，復(fù)合量下降，使iB減小。這種現(xiàn)象稱為基區(qū)寬度變化效

17、應(yīng)，簡(jiǎn)稱基寬效應(yīng)。一個(gè)合格的三極管，其基寬效應(yīng)微弱，所以，uCE1V后，各條曲線幾乎重合在一起。在實(shí)際工作中，只測(cè)出uCE1V的一條輸入特性曲線即可。 1.3.3 三極管的伏安特性曲線 2輸出特性曲線 輸出特性是以iB為參變量時(shí)，iC與uCE的對(duì)應(yīng)關(guān)系。即 測(cè)試時(shí)，先固定iB為某一常數(shù)I1，再令uCE按一定的規(guī)律變化，并測(cè)出iC的對(duì)應(yīng)值，即可畫(huà)出iB=I1的一條“iCuCE”關(guān)系曲線。依照此法又可以畫(huà)出“iB=I2”的一條iCuCE關(guān)系曲線這樣即可得到下圖所示的輸出特性曲線。1.3.3 三極管的伏安特性曲線圖 晶體三極管的輸出特性曲線在工程上，把輸出曲線分成三個(gè)區(qū)域：截止區(qū)、飽和區(qū)、放大區(qū)。1

18、.3.4 三極管的主要參數(shù) 1電流放大系數(shù)共射極直流電流放大系數(shù)1.3.4 三極管的主要參數(shù)共射極交流電流放大系數(shù)1.3.4 三極管的主要參數(shù)共基極直流電流放大系數(shù)1.3.4 三極管的主要參數(shù)共基極交流電流放大系數(shù)1.3.4 三極管的主要參數(shù) 2極間反向電流集電極反向飽和電流ICBO集電極穿透電流ICEO 3極限參數(shù)集電極最大允許功率損耗PCM集電極最大允許電流ICM擊穿電壓1.3.5 三極管的溫度特性 1溫度對(duì)的影響 溫度升高，則增大。 2溫度對(duì)ICBO和ICEO的影響 溫度升高，則ICBO增大。 3溫度對(duì)門(mén)限電壓UBE(on)的影響 溫度升高，則門(mén)限電壓UBE(on)減小，輸入特性曲線向左

19、平移。1.4 場(chǎng)效應(yīng)管1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（IGFET）1.4.3各種場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)及特性比較1.4.4場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)1.4.5場(chǎng)效應(yīng)管的溫度特性1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET） 1結(jié)構(gòu)及符號(hào) 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)稱JFET，有N溝道JFET和P溝道JFET兩種，其結(jié)構(gòu)示意圖及電路符號(hào)如圖所示。圖 JFET的結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET） 2工作原理（以NJFET為例）“柵源”電壓uGS對(duì)溝道寬度的控制利用“柵源”電壓uGS可以有效地控制溝道寬度，進(jìn)而控制溝道縱向電阻RDS。夾斷電壓的定義：使溝道被夾斷，所需要的絕對(duì)值最小的“柵源”電壓稱為夾斷電壓，記作UGS(o

20、ff)。1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）“漏源”電壓uDS對(duì)溝道的影響 設(shè)uGS=0，uDS由0變正。在uDS的作用下，溝道內(nèi)各點(diǎn)的電位都不相同。uDS0時(shí)，溝道內(nèi)從源極到漏極各點(diǎn)的電位逐漸升高，因此，越靠近漏極處，PN結(jié)的反偏壓越大，耗盡層越寬，從而使導(dǎo)電溝道上窄下寬，如圖6（a）所示。1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）圖 6 （a）（b）（c）1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET） 逐漸增大uDS，則靠近漏極處的溝道逐漸變窄。當(dāng) 時(shí)，靠近漏極處，兩個(gè)PN結(jié) 的耗盡層相連，如圖6（b）所示，這種情況稱為臨界夾斷。此后，再繼續(xù)增大uDS，則夾斷區(qū)逐漸向源極方向延伸，如圖6（c）所示，這種情

21、況叫局部夾斷或預(yù)夾斷。1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET） 由上圖看出，源極一端的溝道電位總是等于0，所以，只要 ，不管uDS多大，源 極一端的溝道都不會(huì)被夾斷。uGS對(duì)漏極電流iD的控制 在漏極和源極之間，加上一個(gè)足夠大的正電壓uDS，這時(shí)就會(huì)有漏極電流iD流過(guò)導(dǎo)電溝道。利用uGS能夠有效地控制漏極電流iD的大小。1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET） 3伏安特性曲線輸出特性曲線 以u(píng)GS作為參變量，iD與uDS之間的關(guān)系曲線，稱為輸出特性曲線，如圖7（b）所示。其表達(dá)式為：1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）圖7 JFET的伏安特性曲線1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET） 由圖7（b）看出，

22、位于曲線的起始部分，每條曲線都有一個(gè)拐點(diǎn)，稱為臨界夾斷點(diǎn)，此時(shí)，兩個(gè)PN結(jié)靠近漏極的耗盡層剛剛相連。PN結(jié)在夾斷點(diǎn)的偏置電壓為： 即:1.4.1 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET） 各條曲線臨界夾斷點(diǎn)的橫坐標(biāo)由上式?jīng)Q定。連接各個(gè)臨界夾斷點(diǎn)的曲線，稱為臨界夾斷線。 根據(jù)輸出曲線各部分的特點(diǎn)，可以將其分為四個(gè)區(qū)域：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿區(qū)和截止區(qū)。轉(zhuǎn)移特性曲線 以u(píng)DS為參變量時(shí)，iD與uGS之間的關(guān)系曲線稱為轉(zhuǎn)移特性曲線。其表達(dá)式為：1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（IGFET） 如圖是N溝道IGFET的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖 1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（IGFET） 1N溝道耗盡型IG

23、FET（有原始導(dǎo)電溝道）結(jié)構(gòu)及符號(hào) 如圖是N溝道耗盡型IGFET的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)。 圖 N溝道耗盡型IGFET的結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào) 1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（IGFET）工作原理及伏安特性 2N溝道增強(qiáng)型IGFET（無(wú)原始導(dǎo)電溝道）如圖是N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)。圖 N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)場(chǎng) 1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（IGFET）導(dǎo)電溝道的形成 把源極與襯底短接，并在柵極與源極之間接一個(gè)uGS正電壓，如圖所示。圖 N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng) 管的導(dǎo)電溝道的形成1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（IGFET）工作原理和伏安特性 導(dǎo)電溝道形成后，在漏極和源極之間

24、加上uDS正電壓，溝道中就有電流流通，在外電路中形成漏電電流iD，當(dāng)uDS足夠大時(shí)，在靠近漏極處，也會(huì)發(fā)生局部夾斷，如下圖所示。改變uGS，則溝道寬度及溝道電阻也隨之改變，漏極電流iD也隨之變化。1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（IGFET）圖 uDS增大，溝道被局部夾斷（預(yù)夾斷）情況 1.4.2 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（IGFET） 下圖是N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的伏安特性曲線。 圖 N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線1.4.3各種場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)及特性比較 各種FET的符號(hào)、工作電流與電壓的實(shí)際方向以及伏安特性如表所示。1.4.3各種場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)及特性比較1.4.4場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù) 1直流參數(shù)飽和

25、漏極電流IDSS夾斷電壓UGS(off)開(kāi)啟電壓UGS(th)直流輸入電阻RGS1.4.4場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù) 2交流參數(shù)交流輸入電阻極間電容低頻跨導(dǎo)gm1.4.4場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù) 3極限參數(shù)漏極最大允許功率損耗PDM漏極最大允許電流IDM擊穿電壓1.4.5場(chǎng)效應(yīng)管的溫度特性 場(chǎng)效應(yīng)管主要利用多數(shù)載流子導(dǎo)電（故稱之為單極性晶體管）。常溫下，多子濃度受溫度的影響微小，所以場(chǎng)效應(yīng)管具有很好的熱穩(wěn)定性。而且，場(chǎng)效應(yīng)管還具有一個(gè)零溫度系數(shù)點(diǎn)，如圖所示。圖 場(chǎng)效應(yīng)管的零溫度系數(shù)點(diǎn) 第2章 基本放大器第2章 基本放大器 教學(xué)目的 掌握放大器靜態(tài)分析的圖解法和公式法。 掌握放大器動(dòng)態(tài)分析的圖解法和等效電路法

26、。 理解靜態(tài)工作點(diǎn)與輸出信號(hào)波形的關(guān)系，以及穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的措施。 掌握三種基本放大器（指共射與共源、共集與共漏、共基與共柵放大器）的主要指標(biāo)的計(jì)算方法及主要特點(diǎn)。 了解產(chǎn)生非線性失真的原因及克服的方法。 了解多級(jí)放大器的級(jí)間耦合方式及其特點(diǎn)，掌握多級(jí)放大器的指標(biāo)與各個(gè)單級(jí)放大器的指標(biāo)的關(guān)系。 了解直接耦合、阻容耦合放大器的頻率特性。第2章 基本放大器2.1 放大器概述2.2 放大器的圖解法分析2.3 偏置電路的解析法分析2.4 放大器的動(dòng)態(tài)解析法分析2.5 場(chǎng)效應(yīng)管放大器2.6 多級(jí)放大器2.7 放大器的頻率特性概述2.1 放大器概述2.1.1 放大器的構(gòu)成原則2.1.2 晶體管的工作點(diǎn)2.

27、1.3 放大器的主要指標(biāo)2.1.4 直流通路和交流通路2.1.5 放大器的分析方法2.1.1 放大器的構(gòu)成原則 構(gòu)成一個(gè)放大器必須遵循的三條原則是：（放大元件（指BJT或FET）必須工作在放大狀態(tài)。輸入信號(hào)必須能夠傳輸?shù)椒糯笤目刂贫?，即BJT的發(fā)射結(jié)兩端或FET的柵極與源極之間。放大后的信號(hào)必須能夠傳輸給負(fù)載。 以上三條原則，只要有一條不滿足，放大器就不能正常放大。下圖是一個(gè)最簡(jiǎn)單的放大電路。2.1.1 放大器的構(gòu)成原則+CC：是直流電源。RB：叫基極偏流電阻。RC：叫集電極直流負(fù)載電阻，簡(jiǎn)稱集電極電阻。RS、US：是信號(hào)源的內(nèi)阻與電動(dòng)勢(shì)。RL：叫負(fù)載電阻。C1、C2：叫耦合電容。圖 簡(jiǎn)單

28、放大電路 2.1.2 晶體管的工作點(diǎn) 1靜態(tài)與靜態(tài)工作點(diǎn) 當(dāng)交流輸入信號(hào)為零時(shí)，放大器在直流電源單獨(dú)作用下，各電流、電壓的大小和方向恒定不變，這種狀態(tài)稱為靜態(tài)。靜態(tài)下，晶體管的各極電流、電壓值，在伏安特性曲線上決定的點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。該點(diǎn)記作Q。 2動(dòng)態(tài)與瞬時(shí)工作點(diǎn) 放大器在交流輸入信號(hào)和直流電源的共同作用下，各電流、電壓都隨輸入信號(hào)的改變而變化，這種狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。2.1.3 放大器的主要指標(biāo)2.1.3 放大器的主要指標(biāo) 交流輸入電阻ri：它是放大器對(duì)信號(hào)源呈現(xiàn)的等效電阻。在數(shù)值上ri由下式?jīng)Q定：2.1.4 直流通路和交流通路 如圖所示分別為放大器的直流通路和交流通路。圖 簡(jiǎn)單放大器的直流和

29、交流通路 2.1.5 放大器的分析方法 析放大器的方法有圖解法和解析法兩種。圖解法是在晶體管的伏安特性曲線上，通過(guò)作圖，求得靜態(tài)工作點(diǎn)以及各極電流、電壓波形，由此分析放大器的性能。解析法是利用電路理論以及晶體管各極電流、電壓關(guān)系來(lái)求解放大器的各項(xiàng)指標(biāo)。2.2 放大器的圖解法分析2.2.1 靜態(tài)分析2.2.2 動(dòng)態(tài)分析2.2.1 靜態(tài)分析 1求靜態(tài)工作點(diǎn) 圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)的步驟為：畫(huà)出直流通路。求出靜態(tài)。列出集電極回路的直流電壓方程直流負(fù)載方程。在輸出特性曲線上畫(huà)出直流負(fù)載線，它與 的那條輸出曲線的交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn)Q，其縱、橫坐標(biāo)值即為ICQ和UCEQ。2.2.1 靜態(tài)分析 2電路參數(shù)對(duì)Q點(diǎn)

30、的影響 為使晶體管具有合適的Q點(diǎn)，必須恰當(dāng)?shù)剡x取電路參數(shù)。為此，必須熟悉各個(gè)電路參數(shù)對(duì)Q點(diǎn)的影響，如圖所示。RB對(duì)Q點(diǎn)的影響RC對(duì)Q點(diǎn)的影響圖 電路參數(shù)對(duì)Q點(diǎn)的影響 2.2.2 動(dòng)態(tài)分析 1動(dòng)態(tài)分析的基本步驟求靜態(tài)值IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ。求uBE的瞬時(shí)值表達(dá)式，并畫(huà)出uBE的瞬時(shí)值波形。然后利用輸入特性曲線，畫(huà)出iB的瞬時(shí)值波形。畫(huà)交流負(fù)載線。畫(huà)、及的波形。2.2.2 動(dòng)態(tài)分析 2靜態(tài)工作點(diǎn)與輸出電壓波形的關(guān)系 若Q點(diǎn)設(shè)置得太低，在輸入伏安特性曲線上，信號(hào)的負(fù)半周有一部分瞬時(shí)工作點(diǎn)在門(mén)限電壓以下，晶體管進(jìn)入截止區(qū)，使iB波形的負(fù)半周被“削”去一部分，結(jié)果使iC的負(fù)半周和uCE的正

31、半周也相應(yīng)地被“削”去一部分，造成輸出電壓uo（uCE的交流分量）的波形出現(xiàn)頂部失真，如圖所示。這種失真是由于晶體管的部分瞬時(shí)工作點(diǎn)進(jìn)入截止區(qū)引起的，所以稱為截止失真?？朔刂故д娴拇胧┦菧p小RB，以便增大IBQ，使Q點(diǎn)沿著直流負(fù)載線上升，遠(yuǎn)離截止區(qū)。2.2.2 動(dòng)態(tài)分析 圖 Q點(diǎn)太低引起的截止失真 2.2.2 動(dòng)態(tài)分析 若Q點(diǎn)設(shè)置得太高，盡管iB波形完好，但是在輸出伏安特性曲線上，對(duì)應(yīng)于iB的正半周，部分瞬時(shí)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)，使iC的正半周和uCE的負(fù)半周被“削”去一部分，造成輸出電壓uo（uCE的交流分量）的波形出現(xiàn)底部失真，如圖所示。這種失真是由于部分瞬時(shí)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)引起的，所以稱為

32、飽和失真?？朔柡褪д娴姆椒ㄊ窃龃驲B，以便減小IBQ，使Q點(diǎn)沿著直流負(fù)載線下降，遠(yuǎn)離飽和區(qū)。2.2.2 動(dòng)態(tài)分析 圖 Q點(diǎn)太高引起的飽和失真2.2.2 動(dòng)態(tài)分析 Q點(diǎn)設(shè)置得太高，除了會(huì)引起飽和失真外，還會(huì)引起另一種失真。當(dāng)部分瞬時(shí)工作點(diǎn) 進(jìn)入的區(qū)域（但遠(yuǎn)離飽和區(qū)）時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生明顯的失真。因?yàn)?后，隨著 iC的增大，曲線間隔急劇減?。醇眲p?。?，使iC正半周的幅度小于負(fù)半周的幅度，而輸出電壓uo（uCE的交流分量）的負(fù)半周的幅度小于正半周的幅度，如下圖所示?？朔@種失真的方法是增大RB，使Q點(diǎn)降低。2.2.2 動(dòng)態(tài)分析 引起的失真 2.2.2 動(dòng)態(tài)分析 晶體管的飽和特性與截止特性，使放大器所

33、能輸出的最大不失真電壓幅度受到限制，如圖所示。 圖 最大不失真輸出電壓 2.3 偏置電路的解析法分析2.3.1 固定偏置電路2.3.2 電流負(fù)反饋偏置電路2.3.3 分壓式電流負(fù)反饋偏置電路2.3.1 固定偏置電路 固定偏置電路如圖所示，正確地選定各個(gè)元件值，可以使該電路處于放大狀態(tài)，并且具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。圖 固定偏置電路 2.3.1 固定偏置電路 當(dāng)溫度升高時(shí)，和ICBO都增大，并且UBE(on)減小。而UBE(on)減小，會(huì)使IBQ增大。當(dāng)溫度升高時(shí)，該電路的ICQ會(huì)明顯增大，UCEQ會(huì)明顯減小，使Q點(diǎn)向飽和區(qū)靠近；反之，溫度降低時(shí)，會(huì)使Q點(diǎn)向截止區(qū)靠近。 2.3.2 電流負(fù)反饋偏置電

34、路 在固定偏置電路的發(fā)射極支路中，串接一個(gè)電阻RE，即構(gòu)成電流負(fù)反饋偏置電路，如圖所示。圖 電流負(fù)反饋偏置電路 2.3.2 電流負(fù)反饋偏置電路 當(dāng)溫度升高使ICQ增大時(shí)，該偏置電路會(huì)自動(dòng)進(jìn)行如下調(diào)節(jié)過(guò)程（為方便，用“”表示增大，用“”表示減小）：2.3.3 分壓式電流負(fù)反饋偏置電路 分壓式電流負(fù)反饋偏置電路，簡(jiǎn)稱分壓式偏置電路。它是在電流負(fù)反饋偏置電路的基極與參考地之間接一個(gè)電阻RB2構(gòu)成的，如圖所示。圖 分壓式偏置電路 2.3.3 分壓式電流負(fù)反饋偏置電路 當(dāng)該電路滿足 的條件時(shí)，其靜態(tài)工作點(diǎn)就具有較高的穩(wěn)定性。Q點(diǎn)穩(wěn)定原理的數(shù)學(xué)分析。Q點(diǎn)穩(wěn)定原理的定性說(shuō)明。靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算。2.4 放大器

35、的動(dòng)態(tài)解析法分析2.4.1 晶體管放大狀態(tài)下的低頻簡(jiǎn)化微變等效電路2.4.2 三種基本放大器的動(dòng)態(tài)分析2.4.1 晶體管放大狀態(tài)下的 低頻簡(jiǎn)化微變等效電路 低頻：是指晶體管PN結(jié)結(jié)電容的影響可以忽略的頻率范圍。在此頻率范圍內(nèi)，PN結(jié)的結(jié)電容的容抗趨近無(wú)窮大，可將其視為開(kāi)路。 簡(jiǎn)化：指忽略u(píng)CE對(duì)iB和iC的影響，即認(rèn)為放大狀態(tài)下，輸入特性曲線只有一條，輸出特性曲線水平，并且間隔相等。 微變：是指輸入信號(hào)變化幅度微小，這種信號(hào)叫小信號(hào)。2.4.1 晶體管放大狀態(tài)下的 低頻簡(jiǎn)化微變等效電路 在滿足上述近似條件下，放大狀態(tài)的晶體管，可以用下圖所示的結(jié)構(gòu)模型來(lái)描述。 圖 晶體管放大狀態(tài)下的低頻簡(jiǎn)化微變

36、等效電路 2.4.2 三種基本放大器的動(dòng)態(tài)分析 如圖是共射極放大電路的基本形式 圖 共射極基本放大電路 2.4.2 三種基本放大器的動(dòng)態(tài)分析 下圖是它的交流通路。 圖 交流通路 2.4.2 三種基本放大器的動(dòng)態(tài)分析 把交流通路中的晶體三極管用其微變等效電路取代，即為該放大器的微變等效電路，如圖所示。 圖 共射極基本放大電路的微變等效電路 2.4.2 三種基本放大器的動(dòng)態(tài)分析輸入電阻實(shí)際電路中，通常滿足Rb rbe，所以電壓放大倍數(shù)Au源電壓放大倍數(shù)Aus2.4.2 三種基本放大器的動(dòng)態(tài)分析 由下圖所示的輸入回路等效電路可知： 另外，Uo/Ui=Au，所以圖 輸入回路的等效電路 2.4.2 三種

37、基本放大器的動(dòng)態(tài)分析電流放大倍數(shù)Ai輸出電阻 2共集電極放大電路 共集電極放大器的典型電路(如圖24（a）所示)。因?yàn)槠漭敵鲭妷簎o從發(fā)射極輸出，故又稱之為射極輸出器。(圖24（b）)是它的交流通路。 2.4.2 三種基本放大器的動(dòng)態(tài)分析圖24 共集電極放大電路 2.4.2 三種基本放大器的動(dòng)態(tài)分析 把交流通路中的三極管用其微變等效電路取代，就得到如圖所示的共集電極放大器的微變等效電路。 圖 共集電極放大電路的微變等效電路 2.4.2 三種基本放大器的動(dòng)態(tài)分析輸入電阻電壓放大倍數(shù)Au源電壓放大倍數(shù)Aus2.4.2 三種基本放大器的動(dòng)態(tài)分析電流放大倍數(shù)Ai功率放大倍數(shù)Ap ApAi 1 輸出電阻

38、ro2.4.2 三種基本放大器的動(dòng)態(tài)分析 3共基極放大電路 共基極放大電路如圖（a）所示。 共基極放大電路的交流通路如圖（b）所示。圖 共基極放大電路 2.4.2 三種基本放大器的動(dòng)態(tài)分析 把交流通路中的三極管用其微變等效電路取代，就可得到該放大器的微變等效電路，如圖所示。圖 共基極電路的微變等效電路 2.4.2 三種基本放大器的動(dòng)態(tài)分析輸入電阻ri電壓放大倍數(shù)Au源電壓放大倍數(shù)Aus電流放大倍數(shù)Ai2.4.2 三種基本放大器的動(dòng)態(tài)分析輸出電阻 用外加電源法求共基極放大器的等效電路如圖所示。的等效電路 求求 的等效電路 2.4.2 三種基本放大器的動(dòng)態(tài)分析 4三種基本放大器的性能比較偏置方式交

39、流性能比較2.5 場(chǎng)效應(yīng)管放大器2.5.1 靜態(tài)分析2.5.2 動(dòng)態(tài)分析2.5.3 FET放大器與BJT放大器的性能比較2.5.1 靜態(tài)分析 場(chǎng)效應(yīng)管放大器常用的偏置電路有自給偏壓偏置電路和分壓式電流負(fù)反饋偏置電路兩種基本形式。 1自給偏壓偏置電路 自給偏壓偏置電路簡(jiǎn)稱自給偏置電路或自偏壓偏置電路。采用自給偏置電路的共源極放大器如圖所示，其直流通路即為自給偏置電路。2.5.1 靜態(tài)分析圖 采用自給偏置的共源極放大器 2.5.1 靜態(tài)分析 2分壓式電流負(fù)反饋偏置電路 分壓式電流負(fù)反饋偏置電路，簡(jiǎn)稱分壓式偏置電路，它適用于任何場(chǎng)效應(yīng)管。 圖所示為共源極放大器的直流通路，即為分壓式偏置電路。 3增強(qiáng)

40、型IGFET放大器的靜態(tài)分析圖 采用分壓式偏置電路的共源極放大器 2.5.2 動(dòng)態(tài)分析 1場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路 場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路如圖所示圖 FET的微變等效電路 2.5.2 動(dòng)態(tài)分析 2分析舉例共源極放大器 場(chǎng)效應(yīng)管共源極放大器如圖所示，它類似于雙極性晶體管的共射極放大器。圖 場(chǎng)效應(yīng)管共源極放大器 2.5.2 動(dòng)態(tài)分析共漏極放大器源極輸出器 共漏極放大器如圖所示。因?yàn)閺脑礃O輸出，故又稱做源極輸出器。它與雙極性晶體管的射極輸出器（即共集電極放大器）類似。圖 源極輸出器 2.5.2 動(dòng)態(tài)分析共柵極放大器 共柵極放大器如圖所示，它與共基極放大器類似。 圖 共柵極放大器 2.5.3 FET放大

41、器與BJT 放大器的性能比較 FET放大器和BJT放大器一一對(duì)應(yīng)共源對(duì)應(yīng)共射；共漏對(duì)應(yīng)共集；共柵對(duì)應(yīng)共基。對(duì)應(yīng)放大器的特性基本相同，只是如下指標(biāo)在數(shù)值上有些差別。 1輸入電阻 2 及 3輸入電壓動(dòng)態(tài)范圍 4熱穩(wěn)定性及抗輻射能力2.6 多級(jí)放大器2.6.1 級(jí)間耦合方式2.6.2 多級(jí)放大器的主要指標(biāo)2.6 多級(jí)放大器 在實(shí)際電子設(shè)備中，為了獲得足夠大的放大倍數(shù)或者滿足對(duì)輸入電阻和輸出電阻的特殊要求，需要把若干個(gè)基本放大器連接起來(lái)，組成多級(jí)放大器。多級(jí)放大器由輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)（也叫末級(jí)）組成，如圖所示。圖 多級(jí)放大器的組成方框圖 2.6.1 級(jí)間耦合方式 1直接耦合 利用可以傳輸直流電的元

42、件或?qū)Ь€實(shí)現(xiàn)級(jí)間信號(hào)傳輸?shù)鸟詈戏绞浇兄苯玉詈稀Ｏ聢D所示為幾種簡(jiǎn)單的直接耦合放大器。圖 簡(jiǎn)單的直接耦合放大器 2.6.1 級(jí)間耦合方式 2阻容耦合 阻容耦合放大器的示意圖如圖所示。它是利用外接耦合電容和后級(jí)放大器的輸入電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)級(jí)間信號(hào)傳輸?shù)?。圖 阻容耦合示意圖 2.6.1 級(jí)間耦合方式 3變壓器耦合 變壓器耦合放大器示意圖如圖所示。 它是利用變壓器初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間的互感來(lái)實(shí)現(xiàn)級(jí)間信號(hào)傳輸?shù)?。圖 變壓器耦合示意圖 2.6.2 多級(jí)放大器的主要指標(biāo) 多級(jí)放大器的交流框圖如圖所示。圖 多級(jí)放大器的交流框圖 2.6.2 多級(jí)放大器的主要指標(biāo) 1輸入電阻 2輸出電阻 3電壓放大倍數(shù) 4源電壓放大倍

43、數(shù)2.6.2 多級(jí)放大器的主要指標(biāo) 5電壓增益 放大器的電壓增益 定義為： （dB） “dB”讀作分貝，在不產(chǎn)生誤會(huì)的情況下，也可以把電壓放大倍數(shù)稱做電壓增益。對(duì)于多級(jí)放大器而言：2.7 放大器的頻率特性概述2.7.1 頻率失真（線性失真）2.7.2單級(jí)阻容耦合共射極放大器的頻率特性2.7.3變壓器耦合放大器的頻率特性2.7.4直接耦合放大器的頻率特性2.7.5多級(jí)放大器的幅頻特性2.7.6 晶體管的高頻參數(shù)2.7 放大器的頻率特性概述 放大器的電壓放大倍數(shù)與輸入信號(hào)頻率之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系稱為放大器的頻率特性，也稱為頻率響應(yīng)。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為： 或 2.7.1 頻率失真（線性失真） 1幅度頻率失真

44、2相位頻率失真 3線性失真與非線性失真的區(qū)別 線性失真是由線性電抗元件引起的，失真波形中不會(huì)出現(xiàn)輸入信號(hào)中沒(méi)有的頻率分量，只是各頻率分量的幅度比例關(guān)系以及起始時(shí)間關(guān)系發(fā)生了變化。單一頻率的正弦信號(hào)經(jīng)放大器放大后不會(huì)產(chǎn)生線性失真。 非線性失真是由晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管的非線性特性引起的，失真波形中會(huì)出現(xiàn)輸入信號(hào)中所沒(méi)有的頻率分量。2.7.2單級(jí)阻容耦合共射極 放大器的頻率特性 單級(jí)阻容耦合共射極放大器的頻率特性曲線如圖所示。圖（a）是幅頻特性曲線，圖（b）是相頻特性曲線。圖 單級(jí)阻容耦合共射極基本放大器的頻率特性 2.7.2單級(jí)阻容耦合共射極 放大器的頻率特性 1幅頻特性 為分析方便，通常把幅頻特性分

45、成三個(gè)區(qū)：中頻區(qū)、低頻區(qū)和高頻區(qū)。 2相頻失真 3阻容耦合共射極放大器的頻率特性的定性說(shuō)明。2.7.3變壓器耦合放大器 的頻率特性 變壓器耦合放大器的頻率特性與阻容耦合放大器的頻率特性相似。主要區(qū)別是變壓器耦合放大器的低頻特性是由變壓器的互感系數(shù)決定。2.7.4直接耦合放大器的頻率特性 由于直接耦合放大器采用的耦合器件可以傳輸直流電，所以其下限頻率fL=0。高頻特性與阻容耦合放大器相同，其幅頻特性曲線如圖所示。 圖 直接耦合放大器的幅頻特性 2.7.4直接耦合放大器的頻率特性 因?yàn)橹苯玉詈戏糯笃鞯南孪揞l率fL=0，所以其帶寬fBW=fH。 直接耦合放大器的低頻特性要比阻容耦合和變壓器耦合放大器

46、的低頻特性好得多。所以高質(zhì)量的音響放大器，無(wú)一例外的都采用直接耦合。2.7.5多級(jí)放大器的幅頻特性 多級(jí)放大器的下限頻率高于該多級(jí)放大器中任何一個(gè)單級(jí)放大器的下限頻率；多級(jí)放大器的上限頻率低于該多級(jí)放大器中任何一個(gè)單級(jí)放大器的上限頻率；多級(jí)放大器的通頻帶一定比其任何一個(gè)單級(jí)放大器的通頻帶都要窄，如圖所示。圖 多級(jí)放大器與單級(jí)放大器的通頻帶的比較 2.7.6 晶體管的高頻參數(shù) 由于晶體管具有PN結(jié)結(jié)電容，所以其和都會(huì)隨頻率變化而變化。的幅頻特性如圖所示，圖中o是共射極低頻電流放大系數(shù)。圖2-65 圖2-65 的幅頻特性2.7.6 晶體管的高頻參數(shù) 1共射極截止頻率（截止頻率） 2特征頻率 3共基

47、極截止頻率 （截止頻率） 同樣一只晶體管，接成共基極電路的通頻帶，要比接成共射極電路的通頻帶寬得多。第3章 負(fù)反饋放大器第3章 負(fù)反饋放大器 教學(xué)目的 理解反饋原理、反饋類型及其判定方法。 掌握負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響。 掌握四種基本負(fù)反饋組態(tài)的特點(diǎn)。第3章 負(fù)反饋放大器3.1反饋的基本概念3.2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響第3章 負(fù)反饋放大器3.1.1什么是反饋3.1.2反饋放大器的基本關(guān)系式3.1.3反饋機(jī)理3.1.4反饋類型及其判定方法3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài)3.1.1什么是反饋 所謂反饋，就是把放大器輸出信號(hào)的一部分或者全部取出來(lái)，通過(guò)指定的電路送回到輸入端的過(guò)程。完成上述功能的

48、電路稱為反饋網(wǎng)絡(luò)。帶有反饋網(wǎng)絡(luò)的放大器稱為反饋放大器，其方框圖如圖所示。 圖 反饋放大器的方框圖 3.1.2反饋放大器的基本關(guān)系式 開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)： 反饋系數(shù)： 環(huán)路增益： 3.1.2反饋放大器的基本關(guān)系式 因?yàn)?，所以， ，因此 上式稱為閉環(huán)放大倍數(shù)的一般形式，也叫反饋放大器的基本方程。 反饋深度： 3.1.3反饋機(jī)理 因?yàn)?，所以Xf一定帶有輸出信號(hào)Xo的變化信息。又因?yàn)?，因此反饋信號(hào)Xf發(fā)生變化，必定會(huì)使凈輸入信號(hào)做相應(yīng)的變化，從而使Xf帶有的輸出信號(hào) Xo的變化信息轉(zhuǎn)移給凈輸入信號(hào)。而 ，所以，基本放大器會(huì)按照凈輸入信號(hào)帶有的Xo的變化信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)Xo的自動(dòng)調(diào)節(jié)。3.1.4反饋

49、類型及其判定方法 1有無(wú)反饋的判定 判定一個(gè)放大器中有無(wú)反饋，就是確定放大器中有無(wú)反饋網(wǎng)絡(luò)。 在交流通路中，反饋網(wǎng)絡(luò)一定跨接在輸入回路和輸出回路之間，或者處在輸入回路和輸出回路的公共支路上。(見(jiàn)圖18中)，Rf跨接在輸入回路與輸出回路之間，所以，Rf是反饋網(wǎng)絡(luò)。(圖18（b）)中，Re處在輸入回路和輸出回路的公共支路上，所以Re也是反饋網(wǎng)絡(luò)。3.1.4反饋類型及其判定方法圖 反饋電路舉例 3.1.4反饋類型及其判定方法 2并聯(lián)反饋和串聯(lián)反饋 并聯(lián)反饋和串聯(lián)反饋是由“比較”方式?jīng)Q定的。并聯(lián)反饋：在交流通路中，若信號(hào)源、基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)三者在“比較”端是并聯(lián)連接的，則稱為并聯(lián)反饋，其方框圖如圖

50、所示。 由圖可以看出圖 并聯(lián)反饋方框圖 3.1.4反饋類型及其判定方法串聯(lián)反饋：在交流通路中，若信號(hào)源、基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)三者在比較端是串聯(lián)連接的，則稱為串聯(lián)反饋。其方框圖如圖所示。 由圖可以看出圖 串聯(lián)反饋方框圖 3.1.4反饋類型及其判定方法并聯(lián)反饋和串聯(lián)反饋的判定方法。 在交流通路中，若反饋網(wǎng)絡(luò)的比較端和放大器的輸入端接在同一個(gè)放大元件的同一個(gè)電極上，就是并聯(lián)反饋，否則是串聯(lián)反饋。 注意：上述判定方法中所說(shuō)的反饋網(wǎng)絡(luò)的比較端和放大器的輸入端都是指沒(méi)有接參考地的那個(gè)端鈕。3.1.4反饋類型及其判定方法 3電壓反饋和電流反饋 電壓反饋和電流反饋由“取樣”方式?jīng)Q定。電壓反饋：在交流通路中，若

51、基本放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)及負(fù)載三者是并聯(lián)連接的，則稱為并聯(lián)取樣。這種取樣方式的反饋信號(hào)取自于輸出電壓，并且反饋信號(hào)的大小與輸出電壓成正比，故稱之為電壓反饋，其方框圖下如圖所示。3.1.4反饋類型及其判定方法圖 電壓反饋方框圖 3.1.4反饋類型及其判定方法電流反饋：在交流通路中，若基本放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)與負(fù)載三者在取樣端是串聯(lián)連接的，則稱為串聯(lián)取樣。在采用串聯(lián)取樣的反饋電路中，反饋信號(hào)取自于輸出電流，并且與輸出電流成正比，故稱為電流反饋，其方框圖如圖所示。 圖 電流反饋示意圖 3.1.4反饋類型及其判定方法電壓反饋和電流反饋的判定方法。 輸出短路法。 按電路結(jié)構(gòu)判定 4直流反饋和交流反饋 若反饋信號(hào)

52、是直流信號(hào)，則為直流反饋；若反饋信號(hào)是交流信號(hào)，則為交流反饋。 判定方法：若反饋環(huán)內(nèi)允許直流流通，則為直流反饋；若反饋環(huán)內(nèi)允許交流流通，則為交流反饋；若反饋環(huán)內(nèi)，直流與交流都可以流通，則為直、交流反饋。3.1.4反饋類型及其判定方法 5正反饋和負(fù)反饋 若反饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)加強(qiáng)，則為正反饋；若反饋信號(hào)使凈輸入信號(hào)減弱，則為負(fù)反饋。 正反饋主要用于信號(hào)產(chǎn)生電路（在沒(méi)有輸入信號(hào)的情況下，能輸出某種波形的電路稱為信號(hào)產(chǎn)生電路）。負(fù)反饋主要用于線性放大器中，用來(lái)改善放大器的性能。 正、負(fù)反饋的判定方法很多，其中最常用的有瞬時(shí)極性法和相位極性法。3.1.4反饋類型及其判定方法瞬時(shí)極性法：這種方法是利用各

53、電流、電壓的瞬時(shí)值的變化極性，來(lái)判定反饋信號(hào)Xf對(duì)凈輸入信號(hào)的影響，從而確定反饋極性。相位極性法：這種方法是利用各電流、電壓的相位關(guān)系來(lái)判定反饋信號(hào)對(duì)凈輸入信號(hào)的影響，從而確定反饋的極性。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 1并聯(lián)電壓負(fù)反饋 (見(jiàn)圖19（a）、（b）所示)分別是并聯(lián)電壓負(fù)反饋放大器的電路圖和方框圖。其被取樣的輸出信號(hào)是輸出電壓Uo；反饋信號(hào)是電流If，它與外部輸入電流Ii進(jìn)行比較，產(chǎn)生凈輸入電流=Ib。所以3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài)圖19 并聯(lián)電壓負(fù)反饋放大器 3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 稱做開(kāi)環(huán)互阻放大倍數(shù)，其量綱是電阻。 稱做互導(dǎo)反饋系數(shù)，其量綱是電導(dǎo)。 稱

54、做閉環(huán)互阻放大倍數(shù)，其量綱是電阻。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 2串聯(lián)電壓負(fù)反饋 某串聯(lián)電壓負(fù)反饋放大器的電路圖和方框(圖如圖20（a）、（b）所示)。其被取樣的輸出信號(hào)是輸出電壓Uo；反饋信號(hào)是電壓Uf，該Uf與外部輸入電壓Ui進(jìn)行比較，產(chǎn)生凈輸入電壓 =Ube1。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài)圖20 串聯(lián)電壓負(fù)反饋放大器3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 所以 稱做開(kāi)環(huán)電壓放大倍數(shù)，無(wú)量綱。 稱做電壓反饋系數(shù)，無(wú)量綱。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 3并聯(lián)電流負(fù)反饋 某并聯(lián)電流負(fù)反饋放大器的電路圖和方框(圖如圖21（a）、（b）所示)。其被取樣的輸出信號(hào)是Io=-Ic2-Ie

55、2；反饋信號(hào)是電流If，它與外部輸入電流Ii進(jìn)行比較，產(chǎn)生凈輸入電流=Ib1。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài)圖 21 并聯(lián)電流負(fù)反饋放大器 3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 所以 稱作開(kāi)環(huán)電流放大倍數(shù)，無(wú)量綱。 稱作電流反饋系數(shù)，無(wú)量綱。稱作閉環(huán)電流放大倍數(shù)，無(wú)量綱。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 4串聯(lián)電流負(fù)反饋 某串聯(lián)電流負(fù)反饋放大器的電路圖和方框圖(如圖22（a）、（b）所示)，其被取樣的輸出信號(hào)是 ；反饋信號(hào)是Uf，Uf與外部輸入電壓Ui進(jìn)行比較，產(chǎn)生靜輸入電壓=Ube。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài)圖 22 串聯(lián)電壓負(fù)反饋放大器 3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 所以

56、 稱做開(kāi)環(huán)互導(dǎo)放大倍數(shù)，其量綱是電導(dǎo)。 稱做互阻反饋系數(shù)，其量綱是電阻。 稱做閉環(huán)互導(dǎo)放大倍數(shù)，其量綱是電導(dǎo)。 3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 以上分析表明，不同組態(tài)的反饋放大器，能夠?qū)懗?形式的閉環(huán)放大倍數(shù)的含義也不相同，有互阻放大倍數(shù)、電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)和互導(dǎo)放大倍數(shù)。每一種組態(tài)的反饋放大器，只有一種閉環(huán)放大倍數(shù)能夠?qū)懗?的形式。并且在 表達(dá)式中，F(xiàn)與A的量綱總是相反或者都沒(méi)有量綱，詳情如下表所示。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài)3.2負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響3.2.1負(fù)反饋使放大器的增益降低3.2.2負(fù)反饋可以提高被取樣的輸出信號(hào)的穩(wěn)定性3.2.3負(fù)反饋可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)

57、定性3.2.4負(fù)反饋可以展寬通頻帶3.2.5負(fù)反饋可以減小反饋環(huán)路內(nèi)產(chǎn)生的非線性失真和噪聲3.2.6負(fù)反饋可以改變輸入電阻3.2.7負(fù)反饋可以改變輸出電阻3.2.1負(fù)反饋使放大器的增益降低 由負(fù)反饋的定義可知，負(fù)反饋必然使凈輸入信號(hào)減弱，所以對(duì)負(fù)反饋而言，必有所以，反饋放大器閉環(huán)增益一定小于其開(kāi)環(huán)增益。3.2.1負(fù)反饋使放大器的增益降低 所以 所以 1+FA1 所以 FA0 Af=A/(1+FA)表明閉環(huán)增益僅是開(kāi)環(huán)增益的1/(1+FA)，反饋深度越大，閉環(huán)增益越小。 3.2.2負(fù)反饋可以提高被取樣 的輸出信號(hào)的穩(wěn)定性 1電壓負(fù)反饋 因?yàn)殡妷贺?fù)反饋被取樣的輸出信號(hào)是輸出壓Uo，所以凡是電壓負(fù)反

58、饋，必然能提高輸出電壓Uo的穩(wěn)定性。 2電流負(fù)反饋 因?yàn)殡娏髫?fù)反饋被取樣的輸出信號(hào)是輸出電流，所以凡是電流負(fù)反饋，必然能提高輸出電流Io的穩(wěn)定性。3.2.3負(fù)反饋可以提高放大 倍數(shù)的穩(wěn)定性 放大倍數(shù)的穩(wěn)定性用其相對(duì)變化量來(lái)描述設(shè)。A1和A2是開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)變化前、后的值，Af1和Af2是閉環(huán)放大倍數(shù)變化前、后的值。則 稱做開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定系數(shù)，其值越小，開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)越穩(wěn)定。 稱做閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定系數(shù)，其值越小，閉環(huán)放大倍數(shù)越穩(wěn)定。3.2.3負(fù)反饋可以提高放大 倍數(shù)的穩(wěn)定性 把Af2=A2/(1+FA2)和Af1=A1/(1+FA1)代入上式得： 用Af1=A1/(1+FA1)除以上式兩邊得：

59、 若足夠小，則 ，并且 。此種情況下，上式可寫(xiě)為： 3.2.3負(fù)反饋可以提高放大 倍數(shù)的穩(wěn)定性 式中，A與Af分別是變化前的開(kāi)環(huán)和閉環(huán)放大倍數(shù)。 以上分析表明，引入負(fù)反饋后，閉環(huán)放大倍數(shù)的相對(duì)變化量，僅僅是開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的相對(duì)變化量的1/(1+FA)。顯然閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定性大大提高了。不同組態(tài)的負(fù)反饋所穩(wěn)定的閉環(huán)放大倍數(shù)也不同，被穩(wěn)定的閉環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)等于：“被取樣的輸出信號(hào)與參與比較的輸入信號(hào)之比”。具體地說(shuō)，串聯(lián)電壓負(fù)反饋穩(wěn)定Auf；并聯(lián)電壓負(fù)反饋穩(wěn)定Arf；并聯(lián)電流負(fù)反饋穩(wěn)定Aif；串聯(lián)電流負(fù)反饋穩(wěn)定Agf。 3.2.4負(fù)反饋可以展寬通頻帶 不同組態(tài)的負(fù)反饋穩(wěn)定不同的增益，因此，不同組態(tài)的

60、負(fù)反饋展寬不同增益的通頻帶。負(fù)反饋穩(wěn)定哪個(gè)增益，就展寬哪個(gè)增益的通頻帶。引入負(fù)反饋后使通頻帶展寬，但是，同時(shí)使中頻增益下降，所以，增益帶寬積基本不變。3.2.5負(fù)反饋可以減小反饋環(huán)路 內(nèi)產(chǎn)生的非線性失真和噪聲 1負(fù)反饋減小非線性失真 設(shè)輸入信號(hào)是單一頻率的正弦波，經(jīng)基本放大器放大后，由于晶體管的非線性特性，輸出波形產(chǎn)生了(如圖23（a）所示)的非線性失真。其正半周的幅度大于負(fù)半周的幅度，簡(jiǎn)稱“上大下小”。引入負(fù)反饋后，由于Xf = FXo，所以Xf的波形與Xo的波形類似，也是“上大下小”。外部輸入信號(hào)Xi是良好的正弦波，而反饋信號(hào)Xf的波形“上大下小”，二者按照公式合成后，產(chǎn)生的凈輸入信號(hào)的波