模擬電子技術(shù)經(jīng)典教程半導(dǎo)體電路分析基礎(chǔ)

模擬電子技術(shù)經(jīng)典教程半導(dǎo)體電路分析基礎(chǔ)第1頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五§3.1放大電路及其性能表征放大的概念放大的實(shí)質(zhì)輸出信號大于輸入信號即為放大放大電路輸出信號的能量來源于有源器件上的直流偏置電源，所以放大器實(shí)質(zhì)上是一種能量控制器或能量轉(zhuǎn)換器。第2頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五放大電路的性能表征放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)電壓增益電流放大倍數(shù)互導(dǎo)放大倍數(shù)互阻放大倍數(shù)＋－＋－放大電路第3頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五放大電路的性能表征輸入電阻所以對信號源的電壓放大倍數(shù)第4頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五放大電路的性能表征輸出電阻＋－＋－RoVo’+_空載時的輸出電壓輸出電阻越小，負(fù)載上得到的輸出電壓越大，電路帶負(fù)載能力越強(qiáng)。放大電路＋——第5頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五放大電路的性能表征頻率響應(yīng)電路增益隨輸入信號的工作頻率改變的特性稱為放大電路的頻率響應(yīng)/頻率特性第6頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五放大電路的性能表征失真線性失真：由電路的頻率響應(yīng)引起的失真非線性失真：由器件的非線性引起的失真頻率失真第7頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五§3.2放大電路的直流分析放大電路的兩種工作狀態(tài)靜態(tài)（直流）電路的輸入為零，電路中各處的電壓電流均為不變的直流量動態(tài)（交流）電路有交變的輸入信號，電路中各處的電流電壓均處于變動狀態(tài)在線性放大區(qū)，交流信號與直流信號間是線性疊加的關(guān)系，故可將交流分析、直流分析分開分別加以討論。第8頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五直流工作點(diǎn)分析直流分析的目的求靜態(tài)時電路的輸入、輸出電流和電壓直流分析的分析方法圖解法估算法對于三極管放大電路，圖解法是利用三極管的特性曲線和外部電路所確定的負(fù)載線為基礎(chǔ)，通過作圖的方法求解電路的工作情況。根據(jù)電路的工作情況，進(jìn)行近似計算第9頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五圖解法寫出輸入回路方程在輸入特性曲線上畫出輸入回路方程VBB＝RBiB＋vBE輸入回路求兩條曲線的交點(diǎn)Q，并讀出交點(diǎn)處的坐標(biāo)第10頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五圖解法寫出輸出回路方程在輸出特性曲線上畫出輸出回路方程（此曲線稱為直流負(fù)載線）輸出回路求兩條曲線的交點(diǎn)Q，并讀出交點(diǎn)處的坐標(biāo)VCC＝RCiC＋vCE

直流負(fù)載線第11頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五估算法雙極型三極管電路假設(shè)電路工作在放大狀態(tài)輸入回路輸出回路第12頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五估算法場效應(yīng)管電路假設(shè)電路工作在放大狀態(tài)，利用回路方程和ID－VGS間的關(guān)系式，通過解聯(lián)立方程的方法求得。輸入回路方程：ID和VGS間的關(guān)系式第13頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五§3.3放大電路的交流分析基本共射放大電路的組成基本組成如下：三極管T負(fù)載電阻Rc、RL偏置電路VCC、Rb耦合電容C1、C2起放大作用。將變化的集電極電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出提供電源，并使三極管工作在線性區(qū)。輸入耦合電容C1保證信號加到發(fā)射結(jié)，不影響發(fā)射結(jié)偏置。輸出耦合電容C2保證信號輸送到負(fù)載，不影響集電結(jié)偏置。VBB=VCC第14頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五交流通路畫交流通路的兩條原則直流電源對地短路電容短路第15頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五交流分析的方法模型分析法小信號模型器件模型圖解分析法既適合于小信號分析，也適合于大信號分析第16頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五交流負(fù)載線交流負(fù)載線過靜態(tài)工作點(diǎn)，在三極管輸出特性曲線上做電路的交流輸出回路方程，此曲線稱為交流負(fù)載線。交流輸出回路方程：交流負(fù)載線直流負(fù)載線第17頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五圖解分析法分析思路輸入特性曲線輸出特性曲線交流負(fù)載線第18頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五根據(jù)vi和輸入特性上求出iB的波形；根據(jù)iB的波形畫出iC的波形；圖解法分析步驟第19頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五圖解法分析步驟利用靜態(tài)工作點(diǎn)Q和交流負(fù)載線，根據(jù)ic的波形，在輸出特性曲線上求出vCE的波形；vCE中的交流分量vce即為輸出電壓vo的波形。第20頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五Q點(diǎn)選取對輸出波形的影響（動畫3-2)Q點(diǎn)太高,會出現(xiàn)飽和失真Q點(diǎn)太低,會出現(xiàn)截止失真Q點(diǎn)取在交流負(fù)載線的中點(diǎn)時，輸出波形可取得最大動態(tài)范圍。（動畫3-1）（動畫3-4)第21頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五用H參數(shù)小信號模型分析共射極基本放大電路

共射極放大電路1.利用直流通路求Q點(diǎn)一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V，已知。第22頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五2.畫出小信號等效電路RbviRbRbviRc共射極放大電路icvce+-交流通路RbviRcRLH參數(shù)小信號等效電路固定偏流共射電路第23頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五3.求電壓放大倍數(shù)根據(jù)RbviRcRL則電壓放大

倍數(shù)固定偏流共射電路第24頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五4.求輸入電阻RbRcRLRi5.求輸出電阻令Ro=Rc所以固定偏流共射電路第25頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五

1.電路如圖所示。試畫出其小信號等效模型電路。解：例題第26頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五例題解：（1）（2）2.放大電路如圖所示。試求：（1）Q點(diǎn)；（2）、、。已知=50。第27頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五溫度對工作點(diǎn)的影響1.溫度變化對ICBO的影響2.溫度變化對輸入特性曲線的影響溫度T輸出特性曲線上移溫度T輸入特性曲線左移3.溫度變化對的影響溫度每升高1°C，要增加0.5%1.0%溫度T輸出特性曲線族間距增大總之：

ICBO

ICEOT

VBE

IB

IC

第28頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五射極偏置電路1.穩(wěn)定工作點(diǎn)原理目標(biāo)：溫度變化時，使IC維持恒定。

如果溫度變化時，b點(diǎn)電位能基本不變，則可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。T穩(wěn)定原理：

ICIEIC

VE、VB不變

VBE

IB（反饋控制）b點(diǎn)電位基本不變的條件：I1>>IB此時，不隨溫度變化而變化。

且Re可取大些，反饋控制作用更強(qiáng)。一般取I1=(5~10)IB第29頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五2.放大電路指標(biāo)分析①靜態(tài)工作點(diǎn)射極偏置電路第30頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五2.放大電路指標(biāo)分析②電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：<A>畫小信號等效電路<B>確定模型參數(shù)已知，求rbe<C>增益射極偏置電路第31頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五2.放大電路指標(biāo)分析③輸入電阻根據(jù)定義由電路列出方程則輸入電阻放大電路的輸入電阻不包含信號源的內(nèi)阻射極偏置電路第32頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五2.放大電路指標(biāo)分析④輸出電阻輸出電阻求輸出電阻的等效電路網(wǎng)絡(luò)內(nèi)獨(dú)立源置零負(fù)載開路輸出端口加測試電壓對回路1和2列KVL方程考慮rce對輸出電阻的影響其中則當(dāng)時，一般（）射極偏置電路第33頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五3.固定偏流電路與射極偏置電路的比較

共射極放大電路靜態(tài)：第34頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五3.固定偏流電路與射極偏置電路的比較固定偏流共射極放大電路電壓增益：RbviRcRL固定偏流共射極放大電路輸入電阻：輸出電阻：Ro=Rc#射極偏置電路做如何改進(jìn)，既可以使其具有溫度穩(wěn)定性，又可以使其具有與固定偏流電路相同的動態(tài)指標(biāo)？第35頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五射極偏置電路第36頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五共集電極電路1.電路分析共集電極電路結(jié)構(gòu)如圖示該電路也稱為射極跟隨器①求靜態(tài)工作點(diǎn)由得第37頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五②電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：<A>畫小信號等效電路<B>確定模型參數(shù)已知，求rbe<C>增益共集電極電路1.電路分析其中一般，則電壓增益接近于1，即射極跟隨器第38頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五③輸入電阻根據(jù)定義由電路列出方程則輸入電阻當(dāng)，時，共集電極電路1.電路分析輸入電阻大④輸出電阻由電路列出方程其中則輸出電阻當(dāng)，時，輸出電阻小共集電極電路特點(diǎn)：◆電壓增益小于1但接近于1，◆輸入電阻大，對電壓信號源衰減小◆輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)第39頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五共基極電路1.靜態(tài)工作點(diǎn)

直流通路與射極偏置電路相同第40頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五共基極電路2.動態(tài)指標(biāo)①電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：第41頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五共基極電路#共基極電路的輸入電阻很小，最適合用來放大何種信號源的信號？2.動態(tài)指標(biāo)②輸入電阻③輸出電阻第42頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五3.三種組態(tài)的比較電壓增益：輸入電阻：輸出電阻：共基極電路第43頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五1.直流偏置電路FET的直流偏置電路及靜態(tài)分析（1）自偏壓電路（2）分壓式自偏壓電路vGSvGSvGSvGSvGSvGS=-iDR第44頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五場效應(yīng)管2.靜態(tài)工作點(diǎn)Q點(diǎn)：VGS、ID、VDSvGS=VDS=已知VP，由VDD-ID(Rd+R)-iDR可解出Q點(diǎn)的VGS、ID、VDS第45頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五場效應(yīng)管FET放大電路的小信號模型分析法1.FET小信號模型（1）低頻模型第46頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五場效應(yīng)管2.動態(tài)指標(biāo)分析（1）小信號模型第47頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五場效應(yīng)管2.動態(tài)指標(biāo)分析（2）電壓增益（3）輸入電阻（4）輸出電阻忽略rD由輸入輸出回路得則第48頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五

例4.4.2共漏極放大電路如圖示。試求電壓增益、輸入電阻和輸出電阻。（2）電壓增益（3）輸入電阻得

解：（1）小信號模型由例題第49頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五（4）輸出電阻所以由圖有例題第50頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五§3.4放大電路的頻率響應(yīng)分析頻響的基本概念電路增益隨輸入信號的工作頻率改變的特性稱為放大電路的頻率響應(yīng)幅頻響應(yīng)相頻響應(yīng)第51頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五基本反相放大器的頻率響應(yīng)下限頻率上限頻率通頻帶第52頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五頻率失真幅度失真相位失真（動畫5－1）放大電路對不同頻率成分信號的放大倍數(shù)大小不同，從而使輸出波形產(chǎn)生失真。放大電路對不同頻率成分信號的相移不同，從而使輸出波形產(chǎn)生的失真第53頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五對數(shù)頻率特性頻率采用對數(shù)刻度，而幅度或相位采用線性刻度所表示的頻率特性，稱為對數(shù)頻率特性。對數(shù)刻度線性刻度第54頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五波特圖幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)圖不采用逐點(diǎn)描繪取得，而采用折線近似得到，稱為波特圖。近似折線第55頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五簡單RC電路的頻率響應(yīng)RC低通電路的頻率響應(yīng)第56頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)相頻響應(yīng)第57頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五幅頻響應(yīng)幅頻特性圖上限頻率第58頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五最大誤差-3dB②頻率響應(yīng)曲線描述幅頻響應(yīng)0分貝水平線斜率為-20dB/十倍頻程的直線相頻響應(yīng)RC低通電路的頻率響應(yīng)表示輸出與輸入的相位差高頻時，輸出滯后輸入因?yàn)樗詣赢?.7.2第59頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五RC高通電路的頻率響應(yīng)第60頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)幅頻響應(yīng)相頻響應(yīng)第61頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五幅頻響應(yīng)幅頻特性圖下限頻率動畫3.7.4第62頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五相頻響應(yīng)相頻特性圖動畫3.7.4第63頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五三極管電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng)－－共射極截止頻率－－特征頻率－－共基極截止頻率第64頁，共73頁，2023年，2月20日，星期五BJT的高頻小信號模型由于電容的容抗是與頻率有關(guān)的，所以在高頻時要考慮BJT的極間電容。Cbe