電子電路分析制作與測試(高職)PPT完整全套教學(xué)課件

電子電路分析制作與測試

全套PPT課件二極管基本特性的分析與測試01項(xiàng)目1

二極管電路的分析與測試特殊二極管電路的分析與測試02半導(dǎo)體是一種導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的特殊物質(zhì)。組成半導(dǎo)體最重要的兩種元素是硅和鍺。各種電子設(shè)備中的半導(dǎo)體器件有晶體二極管、雙極型晶體三極管和場效應(yīng)晶體管等。由于半導(dǎo)體器件具有體積小、質(zhì)量輕、使用壽命長、輸人功率小和功率轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用。晶體二極管(Diode，簡稱二極管)是用半導(dǎo)體材料制成的最簡單的器件，是各種半導(dǎo)體器件及其應(yīng)用電路的基礎(chǔ)。本項(xiàng)目通過相關(guān)測試和仿真，學(xué)習(xí)二極管的基本特性及其基本應(yīng)用電路。

本項(xiàng)目共有2個(gè)任務(wù)：任務(wù)1：二極管基本特性的分析與測試。通過普通二極管單向?qū)щ娦?、伏安特性曲線的測試，理解二極管的結(jié)構(gòu)及其單向?qū)щ娦?，掌握二極管伏安特性曲線，了解其等效電路模型，掌握普通二極管電路的裝接與測試方法，掌握Multisim仿真軟件的使用。

任務(wù)⒉：特殊二極管電路的分析與測試。通過穩(wěn)壓二極管及其穩(wěn)壓電路的測試，了解二極管的反向擊穿特性，掌握穩(wěn)壓二極管的工作狀態(tài)﹑伏安特性及其應(yīng)用，掌握穩(wěn)壓二極管電路的裝接與測試方法。通過發(fā)光二極管基本特性的測試，了解發(fā)光二極管的發(fā)光機(jī)理，掌握發(fā)光二極管的工作狀態(tài)、基本特性及其應(yīng)用，掌握發(fā)光二極管電路的裝接與測試方法。1.了解半導(dǎo)體二極管及其基本特性。2.能描述半導(dǎo)體二極管的主要技術(shù)參數(shù)。3.能理解半導(dǎo)體二極管的外特性。4.能分析半導(dǎo)體二極管構(gòu)成電路的基本原理。1.能正確測量各種二極管的外特性，能正確記錄測量結(jié)果并對(duì)結(jié)果作準(zhǔn)確描述。2.能夠完成半導(dǎo)體二極管、三極管及場效應(yīng)管的辨識(shí)；能查閱半導(dǎo)體器件手冊(cè)。3.能夠掌握示波器、萬用表及穩(wěn)壓電源的使用方法。1.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)與類型

將PN結(jié)在兩端各引出一根電極引線，然后用外殼封裝起來就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管。其基本結(jié)構(gòu)如圖1-1(a)所示。其中，由P區(qū)引出的電極稱為正極（陽極a），由N區(qū)引出的電極稱為負(fù)極（陰極k）。二極管的電路符號(hào)如圖1-1(b)所示，其箭頭方向表示正向電流的方向，即由正極指向負(fù)極的方向。二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)常見的幾種二極管中有玻璃封裝的、塑料封裝的和金屬封裝的等幾種。幾種普通二極管器件的外形如圖1-2所示。普通二極管的外形圖及封裝形式二極管的種類很多，分類方法也不相同。按所用的半導(dǎo)體材料可分為硅管和鍺管；按功能可分為開關(guān)管、整流管、穩(wěn)壓管、變?nèi)莨?、發(fā)光管和光電管等，其中開關(guān)管和整流管統(tǒng)稱為普通二極管，其他則統(tǒng)稱為特殊二極管；按工作電流大小可分為小電流管和大電流管；按耐壓高低可分為低壓管和高壓管；按工作頻率高低可分為低頻管和高頻管等。1.2二極管的基本特性及主要技術(shù)參數(shù)二極管最基本的特性就是單向?qū)щ娦?。由于二極管的組成核心是PN結(jié)，因此必須首先了解PN結(jié)及其導(dǎo)電特性。

1.2.1二極管單向?qū)щ娦缘姆治雠c測試

1.PN結(jié)的形成如果將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在同一塊本征半導(dǎo)體基片上，在它們的交界面就會(huì)形成一層很薄的特殊導(dǎo)電層即PN結(jié)，若在PN結(jié)兩端外加電壓，即給PN結(jié)加偏置，就將破壞原來的平衡狀態(tài)，PN結(jié)中將有電流流過。

2.正向?qū)ㄈ鬚N結(jié)的P端接電源正極、N端接電源負(fù)極，這種接法稱為正向偏置，簡稱正偏，如圖所示。

3.反向截止若PN結(jié)的P端接電源負(fù)極、N端接電源正極，這種接法稱為反向偏置，簡稱反偏，如圖所示。外加正向電壓時(shí)的PN結(jié)外加反向電壓時(shí)的PN結(jié)綜上所述，PN結(jié)正向?qū)ā⒎聪蚪刂?，這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦?。由于PN結(jié)是構(gòu)成二極管的核心，因此它也決定了二極管的單向?qū)щ娦浴?/p>

1.2.2二極管伏安特性的分析二極管的伏安特性曲線如圖所示。為了使曲線清晰，橫軸所代表的電壓在U＞0和U＜0兩部分采用不同的比例，縱軸所代表的電流在I＞0和I＜0兩部分則采用不同的單位。二極管的伏安特性曲線

1.正向特性正向特性曲線開始部分變化很平緩，表明當(dāng)正向電壓較小時(shí)，正向電流很小，此時(shí)二極管實(shí)際上沒有導(dǎo)通，工作于“死區(qū)”。死區(qū)以后的正向特性曲線上升較快，表明只有在正向電壓超過某一數(shù)值后，電流才顯著增大，這個(gè)電壓稱為導(dǎo)通電壓或開啟電壓、死區(qū)電壓，用Uon表示。在室溫下，硅管的Uon≈0.5V，鍺管的Uon≈0.1V。當(dāng)U＞Uon時(shí)，正向電流從零開始隨端電壓按指數(shù)規(guī)律增大，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，呈現(xiàn)很小的電阻。當(dāng)正向電流較大時(shí)，正向特性曲線幾乎與橫軸垂直，表明當(dāng)二極管導(dǎo)通時(shí)，二極管兩端電壓（稱為管壓降，用UVD表示）變化很小。通常，硅管的管壓降約為0.6～0.8V，鍺管的管壓降約為0.1～0.3V。

2.反向特性當(dāng)二極管外加反向電壓時(shí)，反向電流很小，管子處于截止?fàn)顟B(tài)，呈現(xiàn)出很大的電阻，而且當(dāng)反向電壓稍大后，反向電流基本不變，即達(dá)到飽和。因此二極管的反向電流又稱為反向飽和電流。

1.2.3二極管的溫度特性和等效電路模型

1.二極管的溫度特性由于半導(dǎo)體材料具有熱敏特性，因此二極管對(duì)溫度也有一定的敏感性。

2.二極管的等效電路模型二極管是一種非線性器件，因而對(duì)二極管電路的嚴(yán)格分析一般要采用非線性電路的分析方法，具有一定的困難。下面簡要介紹普通二極管的等效電路分析法。（1）理想模型在正向偏置時(shí)，其管壓降為0V，而當(dāng)二極管處于反向偏置時(shí)，它的電阻為無窮大，電流為0。可用一理想開關(guān)S來等效，二極管正偏時(shí)S閉合，反偏時(shí)S斷開。這一特性稱為二極管的開關(guān)特性。在實(shí)際的電路中，當(dāng)電源電壓遠(yuǎn)大于二極管的管壓降時(shí)，可認(rèn)為二極管是理想的。理想模型（2）恒壓降模型二極管導(dǎo)通后，其管壓降Ud是恒定的，不隨電流而變化，典型值為0.7V。不過，這只有當(dāng)二極管的電流Id近似等于或大于1mA時(shí)才是可行的。該模型提供了合理的近似，因此應(yīng)用也較廣。恒壓降模型

1.2.4二極管的主要技術(shù)參數(shù)

（1）最大整流電流IF

IF是指二極管正常工作時(shí)允許通過的最大正向平均電流，在實(shí)際應(yīng)用中流過二極管的平均電流不能超過IF，否則管子將過熱而燒壞。

（2）最高反向工作電壓UR

UR是指二極管在使用時(shí)所允許加的最大反向電壓。為了確保二極管安全工作，通常取反向擊穿電壓UBR的一半為UR。

（3）反向電流IR

IR是指二極管未擊穿時(shí)的反向電流。IR越小，管子的單向?qū)щ娦栽胶谩?/p>

（4）最高工作頻率fM

fM是由PN結(jié)的結(jié)電容大小所決定的。當(dāng)工作頻率超過fM時(shí)，結(jié)電容的容抗減小到可以與反向交流電阻相比擬，二極管將逐漸失去它的單向?qū)щ娦浴?.1發(fā)光二極管電路測試與分析發(fā)光二極管（LightEmittingDiode）簡稱LED，是一種通以正向電流時(shí)就會(huì)發(fā)光的二極管。它具有體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快和壽命長等特點(diǎn)，常用作顯示器件，如指示燈、七段顯示器、矩陣顯示器等。各種發(fā)光二極管器件的外形圖及電路符號(hào)如圖1.10所示。發(fā)光二極管的外形圖及符號(hào)2.2光電二極管電路的分析光電二極管和普通二極管類似，但其PN結(jié)面積較大，且管殼上有一個(gè)透光的玻璃窗口，可接收外部的光照。光電二極管是光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的光電傳感器件，可以作為光強(qiáng)度的測量。光-電轉(zhuǎn)換電路光電二極管工作于反偏狀態(tài)，如圖1.12所示。在無光照時(shí)，與普通二極管一樣，反向電流很小，稱為暗電流一般在幾微安，甚至更小。當(dāng)有光照時(shí)，其反向電流隨光照強(qiáng)度的增大而增加，稱為光電流。2.3穩(wěn)壓二極管電路的分析與測試穩(wěn)壓二極管是一種特殊的硅材料二極管，由于在一定的條件下能起到穩(wěn)定電壓的作用，故稱穩(wěn)壓管，常用于基準(zhǔn)電壓、保護(hù)、限幅和電平轉(zhuǎn)換電路中。穩(wěn)壓二極管器件的外形圖及電路符號(hào)如圖所示。穩(wěn)壓管外形圖與符號(hào)穩(wěn)壓二極管的伏安特性與普通二極管相似，區(qū)別在于反向擊穿區(qū)的曲線很陡，幾乎平行于縱軸，電流雖然在很大范圍內(nèi)變化，但端電壓幾乎不變，具有穩(wěn)壓特性。穩(wěn)壓管外形圖與符號(hào)

PN結(jié)是由雜質(zhì)半導(dǎo)體，即P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體有機(jī)結(jié)合而形成的。是構(gòu)成半導(dǎo)體器件的核心。其主要特性為單向?qū)щ娦?，即PN結(jié)正向偏置時(shí)導(dǎo)通，PN結(jié)呈現(xiàn)很小的電阻，形成的正向電流較大。PN結(jié)反向偏置時(shí)截止，PN結(jié)呈現(xiàn)很大的電阻，反向電流近似為零。二極管的基本結(jié)構(gòu)就是PN結(jié)，因此，二極管也具有單向?qū)щ娦浴?/p>

穩(wěn)壓二極管特性即利用二極管反向擊穿后其反向電壓基本不變的特性而制成的一種特殊二極管，主要用于穩(wěn)壓電路。

光敏二極管和發(fā)光二極管是分別利用二極管的光敏特性和發(fā)光特性而制成的另兩種特殊二極管，主要用于光-電轉(zhuǎn)換與電-光轉(zhuǎn)換電路。

變?nèi)荻O管即利用二極管的結(jié)電容而制成的一種特殊二極管，主要用于電調(diào)諧等電路。變?nèi)荻O管的電容量一般較小，約幾PF至幾十PF。

二極管的溫度特性。即二極管溫度改變時(shí)其導(dǎo)電能力，特別是反向?qū)щ娔芰?huì)發(fā)生明顯變化的一種特性。三極管基本特性的分析與測試01項(xiàng)目2三極管電路的分析與測試共射極放大電路的分析與測試02放大電路性能指標(biāo)的分析與測試03請(qǐng)共集電極和共基極放大電路的分析與測試04本項(xiàng)目主要通過介紹常見的三極管的基本結(jié)構(gòu)與類型、基本特型和主要技術(shù)參數(shù)，通過相關(guān)的典型應(yīng)用電路的測試與分析，能夠初步掌握三極管放大電路的基本應(yīng)用。本項(xiàng)目共有4個(gè)任務(wù)：任務(wù)1：三極管基本特性的測試。通過三極管各級(jí)電流分配關(guān)系的測試，掌握三極管的結(jié)構(gòu)、放大偏置、管腳電流關(guān)系以及共射輸入輸出特性曲線，掌握三極管三種可能的工作狀態(tài)及其判斷。任務(wù)2：三極管基本放大器工作狀態(tài)的測試。通過三極管基本放大電路直流與交流工作狀態(tài)的測試，理解三極管放大電路的組成結(jié)構(gòu)及工作原理，了解三極管電路中各點(diǎn)電壓電流的波形，理解分壓式偏置電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原理及條件，掌握三極管電路的裝接與測試，掌握靜態(tài)工作點(diǎn)的測量方法，掌握簡單電路故障的排查與解決。任務(wù)3：放大器性能指標(biāo)的測試。通過三極管放大電路放大倍數(shù)、輸入電阻及輸出電阻的測量，理解放大電路各性能指標(biāo)的意義，掌握各指標(biāo)的測試方法，掌握放大電路的微變等效電路分析法。任務(wù)4：共集電極放大器基本特性的測試。通過共集與共基放大電路的分析，理解共集與共基電路的組成結(jié)構(gòu)、工作原理及性能特點(diǎn)。1.能描述三極管的基本結(jié)構(gòu)電路符號(hào)與類型。2.了解三極管的主要參數(shù)、分類及其選擇使用方法。3.能對(duì)三極管放大電路進(jìn)行分析和計(jì)算。4.理解三極管放大電路的電路構(gòu)成、工作原理和電路中各元器件作用。1.能正確測量三極管的外特性，能正確記錄測量結(jié)果并能對(duì)結(jié)果作準(zhǔn)確描述。2.能正確測量三極管放大電路的性能指標(biāo)，并能解釋各性能指標(biāo)的概念。3.能設(shè)計(jì)和裝接三極管基本放大電路，并能通過調(diào)試得到正確結(jié)果4.能夠完成助聽器電路的分析、制作與調(diào)測。撰寫設(shè)計(jì)文檔與測試報(bào)告。1.1三極管的類型與結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體三極管它是通過一定的工藝，將兩個(gè)PN結(jié)結(jié)合在一起的器件，由于PN結(jié)之間的相互影響，而具有電流放大作用。各種三極管外形圖三極管的分類有多種方式。三極管按結(jié)構(gòu)可分為NPN型和PNP型兩類。按工作頻率分為低頻管和高頻管，按耗散功率大小分為小功率管和大功率管，按用途分為放大管、開關(guān)管和功率管，按所用的半導(dǎo)體材料分為硅管和鍺管等。目前生產(chǎn)的硅管多為NPN型，鍺管多為PNP型，其中硅管的使用率遠(yuǎn)大于鍺管。下面以NPN型為例來了解三極管的結(jié)構(gòu)。普通二極管的外形圖及封裝形式

PNP型三極管的結(jié)構(gòu)與NPN型相似，如圖2.3（a）所示。圖2.3（b）為PNP型三極管的電路符號(hào)，其箭頭方向與NPN型相反，但意義相同。PNP型三極管1.2三極管的基本特性及主要技術(shù)參數(shù)（1）三極管的放大偏置為了使三極管具有電流放大作用，必須使其獲得合適的直流偏置。即三極管的偏置為發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。

1.2.1三極管電流放大作用分析與測試

如圖所示，外加直流電源VBB通過RB給發(fā)射結(jié)加正向電壓UBE；外加直流電源VCC通過RC給集電極加反向電壓，該電壓并不等于集電結(jié)電壓，但只要滿足UCB>0，就可使集電結(jié)反偏。從而實(shí)現(xiàn)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的條件。

三極管直流偏置電路圖中的發(fā)射極是輸入、輸出回路的公共端，該電路的這種接法稱為共射接法。該三極管放大電路稱為共發(fā)射極放大電路。

（2）三極管的各極電流關(guān)系由前面的測試知三極管各極之間的電流關(guān)系滿足：IE

=IB

+IC

有IE＞IC>>IB，IC≈IE。三極管具有較強(qiáng)的電流放大作用。

1.2.2三極管伏安特性分析三極管的伏安特性是指三極管的極間電流與極間電壓之間的函數(shù)關(guān)系，他們反應(yīng)了三極管的幾種工作狀態(tài)。下面討論共發(fā)射極放大電路的輸入和輸出特性。

1.三極管共射輸入特性曲線分析輸入特性是指當(dāng)三極管的輸出電壓uCE為常數(shù)時(shí)，基極電流iB與發(fā)射結(jié)壓降uBE之間的函數(shù)，即：如圖所示為某小功率NPN型硅三極管的共射輸入特性曲線（以u(píng)CE=0和uCE≥1V兩條曲線為例）。當(dāng)uCE=0時(shí)，輸入特性曲線與二極管的正向伏安特性相似。當(dāng)uCE增大時(shí)，曲線將向右移動(dòng)，如圖2.6中uCE≥1V的特性曲線。共射輸入特性曲線

2.三極管共射輸出特性曲線分析輸出特性是指當(dāng)三極管的基極電流iB為常數(shù)時(shí)，集電極電流iC與管壓降uCE之間的函數(shù)關(guān)系，即：如圖為某小功率NPN型硅三極管的共射輸出特性曲線?？梢?，各條曲線的形狀基本相同，曲線的起始部分很陡，uCE略有增加，iC就增加很快，當(dāng)uCE超過某一數(shù)值（約1V）后，曲線變得比較平坦，幾乎平行于橫軸。共射輸入特性曲線

3.三極管主要技術(shù)參數(shù)

（1）電流放大系數(shù)

和是表征三極管電流放大能力的參數(shù)，一般在幾十到幾百之間，在0.95~0.999。（2）極間反向電流這是表征三極管工作穩(wěn)定性的參數(shù)。由于極間反向電流受溫度影響較大，故其值太大將使管子不能穩(wěn)定工作。

①集電極-基極反向飽和電流ICBO

ICBO表示三極管發(fā)射極開路，C，B間加上一定反向電壓時(shí)的反向電流，實(shí)際上它和單個(gè)PN結(jié)的反向電流是一樣的。

②集電極-發(fā)射極間穿透電流ICEO

ICEO表示基極開路，C，E間加一定電壓使集電結(jié)反偏時(shí)的集電極電流。

（3）極限參數(shù)

極限參數(shù)是指為使三極管安全工作對(duì)它的電流、電壓和功率損耗的限制，即正常使用時(shí)不宜超過的限度。

①最大集電極電流ICM

②最大集電極功耗PCM

③反向擊穿電壓

UBR，EBO

UBR，CBO

UBR，CEO

（4）頻率參數(shù)

三極管的頻率參數(shù)用來描述管子對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力，它表征了管子在高頻時(shí)的特性。常用的頻率參數(shù)有共射截止頻率

f

和特征頻率

fT。共射輸入特性曲線共射輸入特性曲線

放大器（Amplifier）可以將微弱的電信號(hào)進(jìn)行處理而變成幅度較大的信號(hào)。

線性放大器（LinearAmplifier）是指放大器的輸出信號(hào)等于輸入信號(hào)乘以一個(gè)常數(shù)，即輸出信號(hào)是輸入信號(hào)不失真的放大。本書所討論的放大器都屬于線性放大器。2.1共射基本放大電路的組成

1.電路組成

共射放大電路是放大器的一種基本電路形式，應(yīng)用非常廣泛。圖2.10所示為共射雙電源放大電路，uS為信號(hào)源（小信號(hào)交流信號(hào)），RS為信號(hào)源內(nèi)阻；其中ui為電路的輸入信號(hào)；RL為負(fù)載；uo為放大電路的輸出信號(hào)。共射雙電源放大電路

2.1.1共射雙電源放大電路

電路中，三極管VT為核心放大器件。VBB、RB、VCC、RC組成直流偏置電路，確保三極管滿足發(fā)射極正偏，集電極反偏。輸入端和輸出端分別接一個(gè)容值較大的耦合電容C1和C2（幾微法至幾十微法），起到“隔直通交”的作用。

由于這種電路是利用電容實(shí)現(xiàn)信號(hào)源與輸入端（呈電阻性）、集電極輸出端與負(fù)載（呈電阻性）之間的耦合，因此又稱為阻容耦合共射基本放大電路。

2.符號(hào)使用規(guī)定

①用大寫變量和大寫下標(biāo)符號(hào)表示直流分量，如IB表示基極的直流電流。

②用小寫變量和小寫下標(biāo)符號(hào)表示交流分量，如ib表示基極的交流電流。

③用小寫變量和大寫下標(biāo)符號(hào)表示總瞬時(shí)值，如iB=IB+ib表示基極電流的總量，即直流分量與交流分量之和。

④用大寫變量和小寫下標(biāo)符號(hào)表示交流有效值，如Ib表示基極交流電流的有效值。

3.放大原理

VBB與ui（小信號(hào)交流信號(hào)）的共同作用，發(fā)射結(jié)兩端電壓在直流UBE的基礎(chǔ)上產(chǎn)生了一個(gè)交流變化量UBE。

由于發(fā)射結(jié)正偏，電阻較小，因此輸入電壓的微小變化UBE就能引起基極電流的較大變化IB；又IC=βIB，故相應(yīng)的集電極電流的變化IC很大。電路的輸出電壓UO=ICRC，當(dāng)RC阻值不很小時(shí)，輸出電壓UO的幅度要比輸入電壓UBE大得多。因此，該電路具有電壓放大作用。

圖2.11所示電路中，需要兩個(gè)電源VBB和VCC，對(duì)于一個(gè)簡單的放大電路來講，最好用一種電源VCC比較方便。又因?yàn)閂CC一端總是與地相連，在畫電路圖時(shí)，可利用電位的概念，省略電源符號(hào)，只需標(biāo)出另一端的電壓數(shù)值和極性，這樣就得到共射基本放大電路的習(xí)慣畫法，如圖所示，通常稱為恒流式偏置電路或固定偏流式電路。共射恒流偏置基本放大電路

2.1.2共射恒流式偏置電路2.2共射基本放大電路的分析與測試

在放大電路中，接通直流電源而未加交流信號(hào)（ui=0）時(shí)電路各處的電壓、電流都是直流量，這時(shí)稱電路的狀態(tài)為直流狀態(tài)或靜止工作狀態(tài)，簡稱靜態(tài)。

直流通路是直流電源作用所形成的電流通路。直流通路用于分析放大電路的靜態(tài)參數(shù)。

2.2.1直流工作狀態(tài)分析與測試共射恒流偏置基本放大電路交流通路是交流信號(hào)作用所形成的電流通路。交流通路用于分析放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)。共射放大電路的與交流通路

靜態(tài)時(shí)（ui=0），三極管的IB、IC、UBE、UCE稱為放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，又稱Q點(diǎn)。由于放大電路中B-E兩端的導(dǎo)通壓降UBE基本不變（硅管約為0.7V，鍺管約為0.2V），因此可得

調(diào)節(jié)RB可以明顯改變放大器的工作點(diǎn)。當(dāng)UCE較大時(shí)，可以保證三極管的發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，即工作在放大區(qū)。當(dāng)輸入交流信號(hào)后，電路中各處的電壓和電流是變動(dòng)的，這時(shí)電路處于交流狀態(tài)或動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)，簡稱動(dòng)態(tài)。一般情況下，三極管放大電路中各極的電壓和電流均為交、直流的疊加量。

2.2.2交流工作狀態(tài)分析與測試各極的波形圖

1.放大電路的組成原則通過上述測試和分析，可以得出如下結(jié)論：①放大電路的組成原則：正確的直流偏置，使三極管工作在放大區(qū)；正確的交流通路，交流信號(hào)要能順利進(jìn)入放大電路，順利從放大電路輸出；交直流相互兼容，互不影響；合適的元器件參數(shù)選擇，保證放大電路有正確的靜態(tài)工作點(diǎn)。②共射基本放大電路的放大過程可描述為:

2.2.3放大電路異常現(xiàn)象的分析與測試

2.靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形影響的分析與測試

【例2.1】試分析如圖所示阻容耦合共射基本放大電路參數(shù)RB、RC、VCC變化時(shí)對(duì)電路靜態(tài)工作點(diǎn)的影響。

①其他參數(shù)不變，改變RB

若RB增大，則IB減小，工作點(diǎn)將沿直流負(fù)載線向下移動(dòng)，工作點(diǎn)由Q點(diǎn)移動(dòng)至Q1點(diǎn)，IC減小，UCE增大，有可能產(chǎn)生截至失真。例2.1圖電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響

②其他參數(shù)不變，改變RC

若RC減小，則直流負(fù)載線斜率絕對(duì)值變大即變陡峭，由于IB不變，工作點(diǎn)將向右移動(dòng)，工作點(diǎn)由Q點(diǎn)移動(dòng)至Q2點(diǎn)，IC不變，UCE增大，產(chǎn)生飽和失真的可能性減小，但交流輸出幅度減小，即放大倍數(shù)減小。

③其他參數(shù)不變，改變VCC

若VCC減小，則直流負(fù)載線整體向左運(yùn)動(dòng)，同時(shí)IB也減小，工作點(diǎn)將沿直流負(fù)載線向左且同時(shí)向下移動(dòng)至Q3點(diǎn)，IC減小，UCE減小，產(chǎn)生飽和失真和工作點(diǎn)選擇不當(dāng)引起的失真和截止失真的可能性增大。由于三極管在部分動(dòng)態(tài)工作時(shí)間內(nèi)進(jìn)入截止區(qū)而引起的失真稱為截止失真。由NPN型管組成的共射放大電路產(chǎn)生截止失真時(shí)，輸出電壓波形出現(xiàn)頂部失真。

由于三極管在部分動(dòng)態(tài)工作時(shí)間內(nèi)進(jìn)入飽和區(qū)而引起的失真稱為飽和失真。由NPN型管組成的共射放大電路產(chǎn)生飽和失真時(shí)，輸出電壓波形出現(xiàn)底部失真。除了工作點(diǎn)選擇不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生失真外，輸入信號(hào)幅度過大也是產(chǎn)生失真的因素之一。

由于某些原因，特別是溫度變化引起的三極管參數(shù)（，UBE，ICBO等）的改變，使得放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定，從而影響放大電路的正常工作。

分壓式偏置電路則能自動(dòng)穩(wěn)定工作點(diǎn)。分壓式偏置電路又稱射極偏置電路，如圖所示，它是目前應(yīng)用最廣泛的一種偏置電路。

2.2.4分壓式偏置電路工作點(diǎn)穩(wěn)定性的測試分壓式偏置電路（1）工作點(diǎn)穩(wěn)定的原理

發(fā)射極電阻RE是問題的關(guān)鍵。由于RE折合到基極回路的電阻為(1+)×RE,一般很大（RE并不大），而在該電路中，一般總是滿足(1+)RE>>RB1、RB2的條件，因此有

即對(duì)基極偏置電路來說，可忽略IB而將RB1和RB2看成是串聯(lián)的。所以可得到穩(wěn)定的基極電壓

可見，IE和IC均為穩(wěn)定的，則該電路的工作點(diǎn)是穩(wěn)定的。（2）靜態(tài)工作點(diǎn)分析在滿足穩(wěn)定條件的情況下，容易求出放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，即3.1放大電路性能指標(biāo)分析與測試放大電路的組成如圖所示。放大的結(jié)果是交流能量的增加。放大電路組成示意圖放大電路的功能是將信號(hào)源微弱的信號(hào)進(jìn)行放大來驅(qū)動(dòng)負(fù)載，因此對(duì)放大器的基本要求一是希望放大倍數(shù)要高；二是希望輸出信號(hào)不失真；三是希望放大電路穩(wěn)定性要好，對(duì)各種頻率的適應(yīng)性要強(qiáng)，抗干擾能力要強(qiáng)等。為描述和鑒別放大器性能的優(yōu)劣，人們給放大器規(guī)定了若干性能指標(biāo)。（1）放大倍數(shù)放大倍數(shù)是衡量放大電路放大能力的指標(biāo),又稱增益。電壓放大倍數(shù)定義為輸出電壓與輸入電壓之比：電流放大倍數(shù)定義為輸出電流與輸入電流之比：

功率放大倍數(shù)Ap定義為輸出功率Po與輸入功率Pi之比：

源電壓放大倍數(shù)Aus定義為輸出電壓與信號(hào)源電壓之比：

工程上常用分貝（dB）來表示放大倍數(shù)的大小，常用的有：

Au(dB)=20lg│Au│

Ai

(dB)=20lg│Ai│

Ap(dB)=10lg│Ap│

（2）輸入電阻

放大器對(duì)信號(hào)源所呈現(xiàn)的等效負(fù)載電阻用輸入電阻Ri來表示。輸入電阻的電路

對(duì)于輸入電路，由于信號(hào)原內(nèi)阻RS和放大電路輸入電阻Ri的分壓作用，使放大電路輸入端的實(shí)際電壓為：

（3）輸出電阻

對(duì)于負(fù)載RL來說，放大器的輸出端口相當(dāng)于一個(gè)信號(hào)源，這個(gè)等效信號(hào)源的內(nèi)阻就是放大器的輸出電阻Ro。輸出電阻的電路圖

在信號(hào)源短路和負(fù)載RL開路的情況下，測出開路輸出電壓為uo，必然產(chǎn)生電流io，可得輸出電阻Ro。測量輸出電阻的電路

由于Ro的存在，放大電路實(shí)際的輸出電壓為：（4）最大不失真輸出電壓幅值

最大不失真輸出電壓幅度是指在輸出波形沒有明顯失真的情況下，放大電路能提供給負(fù)載的最大輸出正弦交流電壓峰值Uo,max和電流峰值Io,max。

（5）非線性失真系數(shù)

由于三極管是非線性器件，所以放大電路總是存在一定程度的失真，為了衡量波形的失真程度，引入非線性失真系數(shù)THD這個(gè)指標(biāo)。（6）通頻帶

fL＜f＜fH的區(qū)域稱為中頻區(qū)，f≤fL的區(qū)域稱為低頻區(qū)，f≥fH的區(qū)域稱為高頻區(qū)。通常將中頻區(qū)所覆蓋的頻率范圍稱為通頻帶或帶寬，用fbw表示，即fbw=fH－fL

通頻帶用于衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力。顯然，通頻帶越寬，表明放大電路對(duì)信號(hào)頻率的適應(yīng)能力越強(qiáng)。當(dāng)然，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，通頻帶也不是越寬越好，能滿足要求即可。放大電路的幅頻特性3.2小信號(hào)等效電路分析法

分析放大電路就是求解其靜態(tài)工作點(diǎn)及各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，通常遵循“先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)”的原則。

1.三極管的微變等效電路

在共射接法時(shí)，三極管的輸入電流為ib，輸入電壓為ube，輸出電流為ic，輸出電壓為uce。

對(duì)于低頻小功率晶體管，線性電阻rbe可寫成：

晶體管的共射接法

rbb

是一個(gè)與工作狀態(tài)無關(guān)的常數(shù)，通常為幾十至幾百歐姆，可由手冊(cè)查到。在對(duì)小信號(hào)放大電路進(jìn)行計(jì)算時(shí)，若rbb未知，則可取rbb=100。晶體管在Q點(diǎn)附近的小信號(hào)微變等效電路如圖所示，輸入回路用動(dòng)態(tài)電阻rbe等效，輸出回路用受控源等效。值得注意的是：晶體管的微變等效電路只能用于分析動(dòng)態(tài)，不能用于靜態(tài)參數(shù)的求解；等效電路中的電壓和電流方向均為參考方向，受控源的方向由iB的參考方向確定，不能隨意改變。晶體管的微變等效電路

2.放大電路的小信號(hào)等效電路及其分析

放大電路小信號(hào)等效電路分析法的主要步驟如下。

①求放大電路的Q點(diǎn)?？捎芍绷魍分苯舆M(jìn)行計(jì)算而得到放大電路的Q點(diǎn)。

②畫出放大電路的小信號(hào)等效電路。先畫出放大電路的交流通路，再用簡化的晶體管小信號(hào)等效電路來代替交流通路中的晶體管，從而得到含外圍電路的整個(gè)放大電路的小信號(hào)等效電路。

③根據(jù)所得到的放大電路的小信號(hào)等效電路，用解線性電路的方法求出放大電路的性能指標(biāo)，如Au、Ri、Ro

等。共射基本放大電路的微變等效電路分析法4.1共集電極放大電路的分析與測試共集電極放大電路分析

1.靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算共集電極電路直流流通路如圖（b）所示。在基極回路中根據(jù)KVL定律可列如下電壓方程：還可得

2.動(dòng)態(tài)分析

由如圖（c）所示共集電極電路交流通路可以得到圖（d）所示共集電極電路微變等效電路。設(shè)RL=RE∥RL。

(1)電壓放大倍數(shù)Au

(2)輸入電阻Ri

(3)輸出電阻Ro

通常RE>>(rbe+Rs)/(1+)，則共集電極放大電路輸出電阻

值得注意的是：①射極輸出器有電流放大和功率放大，射極輸出器成為功率放大的基礎(chǔ)，具有較高應(yīng)用價(jià)值而得到廣泛應(yīng)用②是射極輸出器的輸入電阻大，常用在多級(jí)放大器中做前置級(jí)；③是射極輸出器的輸出電阻小，常用在多級(jí)放大器中做末級(jí)。④射極輸出器有時(shí)還用在兩個(gè)電壓放大級(jí)之間做緩沖之用。4.2共基極放大電路共基極放大電路共基極放大電路的電壓增益為

共基電路輸入電阻Ri為：

共基電路的輸入電阻相對(duì)較低，一般只有幾歐姆到幾十歐姆。共基電路的輸出電阻Ro為顯然，它與共射電路的輸出電阻相同。共基電路輸入電阻小，輸出電阻較大，所以應(yīng)用場合較少，多用于高頻和寬頻帶放大電路中。

1.多級(jí)放大電路的耦合方式組成放大電路的每一個(gè)基本放大電路稱為一級(jí)，級(jí)與級(jí)之間的連接稱為耦合。多級(jí)放大電路中常用的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合、光電耦合。（1）阻容耦合多級(jí)放大電路級(jí)與級(jí)之間用電容連接起來，稱為阻容耦合。由于電容“隔直通交”的作用，阻容耦合多級(jí)放大電路的優(yōu)點(diǎn)是，放大電路各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，因而設(shè)置和調(diào)試電路靜態(tài)工作點(diǎn)的方法和單級(jí)放大電路完全相同。阻容耦合多級(jí)放大電路的缺點(diǎn)是，如果輸入信號(hào)頻率很低，那么低頻信號(hào)在耦合電容上的壓降會(huì)很大，致使電壓放大倍數(shù)大大下降，甚至根本不能放大，所以阻容耦合電路的低頻特性差，不能放大變化緩慢的信號(hào)。另外，由于在集成電路中不能制造大容量電容，所以阻容耦合放大電路在集成電路中無法應(yīng)用，只能用于分立元件電路中。集成電路中的放大電路一般采用直接耦合的方式。（2）直接耦合多級(jí)放大電路級(jí)與級(jí)之間直接連接起來稱為直接耦合。直接耦合放大電路的優(yōu)點(diǎn)是既能放大交流信號(hào)，也能放大變化緩慢的信號(hào)和直流信號(hào)，更重要的是便于集成化，目前的集成放大電路幾乎均采用直接耦合的方式。直接耦合放大電路的缺點(diǎn)是由于不用電容器，各級(jí)直流通路相互不是隔離的，故各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)不獨(dú)立，電路調(diào)試比較復(fù)雜。另外，由于不用電容器，前級(jí)的溫漂會(huì)被逐級(jí)放大下去，有用信號(hào)也可能被淹沒在噪聲中。所以必須解決溫漂問題。這些問題的解決將在以后的章節(jié)中介紹。

2.多級(jí)放大電路的性能分析多級(jí)放大電路框圖多級(jí)放大電路的放大倍數(shù)為

根據(jù)放大電路輸入電阻的定義，多級(jí)放大電路的輸入電阻就是其第一級(jí)的輸入電阻，即Ri=Ri1。

根據(jù)放大電路輸出電阻的定義，多級(jí)放大電路的輸出電阻就是其最后一級(jí)的輸出電阻，即Ro=Ron。場效應(yīng)管的基本特性分析與測試01項(xiàng)目3場效應(yīng)管電路的分析與測試場效應(yīng)管放大電路的分析和測試02由于場效應(yīng)管是場效應(yīng)管放大器的組成核心，因此本項(xiàng)目通過相關(guān)測試和仿真學(xué)習(xí)場效應(yīng)管的基本特性及其應(yīng)用電路。本項(xiàng)目共有2個(gè)任務(wù)：任務(wù)1場效應(yīng)管基本特性的分析和測試。通過場效應(yīng)管各電壓電流關(guān)系的測試，理解場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)及偏置，了解場效應(yīng)管的工作原理，掌握?qǐng)鲂?yīng)管的輸出特性與轉(zhuǎn)移特性曲線，任務(wù)2場效應(yīng)管放大電路基本特性的分析和測試。通過共源與共漏放大電路的特性測試，理解FET放大電路的結(jié)構(gòu)與偏置，理解共源與共漏放大電路的特點(diǎn)，掌握?qǐng)鲂?yīng)管放大電路的性能分析，掌握共源與共漏放大電路的裝接與測試。1.能描述場效應(yīng)管的基本結(jié)構(gòu)電路符號(hào)與類型。2.了解場效應(yīng)管的主要參數(shù)、分類及其選擇使用方法。3.能對(duì)場效應(yīng)管放大電路進(jìn)行分析和計(jì)算。4.理解場效應(yīng)管放大電路的電路構(gòu)成、工作原理和電路中各元器件作用。1.能正確測量場效應(yīng)管的外特性，能正確記錄測量結(jié)果并能對(duì)結(jié)果作準(zhǔn)確描述。2.能正確測量場效應(yīng)管放大電路的性能指標(biāo)，并能解釋各性能指標(biāo)的概念。3.能設(shè)計(jì)和裝接場效應(yīng)管基本放大電路，并能通過調(diào)試得到正確結(jié)果4.能夠完成小功率場效應(yīng)放大器的設(shè)計(jì)與調(diào)試。撰寫設(shè)計(jì)文檔與測試報(bào)告。1.1場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與類型根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，場效應(yīng)管可分為兩大類，即結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）和金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管（MOSFET）。

1.1.1結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管器件的外形與封裝基本類同于三極管。結(jié)型場效應(yīng)管按導(dǎo)電類型（電子型或空穴型）的不同可分為兩大類，即N溝道場效應(yīng)管和P溝道場效應(yīng)管。JFET的結(jié)構(gòu)和符號(hào)它是在一塊N型半導(dǎo)體材料兩側(cè)分別擴(kuò)散出高濃度的P型區(qū)（用P+表示）并形成兩個(gè)PN結(jié)而構(gòu)成的。兩個(gè)P+型區(qū)外側(cè)各引出一個(gè)電極并連接在一起，作為一個(gè)電極，稱為柵極G。在N型半導(dǎo)體材料的兩端各引出一個(gè)電極，分別稱為源極S和漏極D。

1.1.2金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管（MOSFET），簡稱MOS管。

MOS管可分成增強(qiáng)型和耗盡型兩種兩種類型，每種類型都有N溝道和P溝道兩類。下面以N溝道為例介紹其結(jié)構(gòu)和符號(hào)。

1.增強(qiáng)型MOSFET的結(jié)構(gòu)和符號(hào)它在一塊P型硅襯底（低摻雜，電阻率較高）的基礎(chǔ)上擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的N+區(qū)，在N+區(qū)表面上覆蓋一層鋁并引出電極，分別作為源極S和漏極D；在P型硅表面生成一層很薄的二氧化硅絕緣層，并在絕緣層上面覆蓋一層鋁并引出電極，作為柵極G；管子的襯底也引出一個(gè)電極B。由于柵極與源極和漏極均無電接觸，因此稱為絕緣柵極。JFET的結(jié)構(gòu)和符號(hào)

N溝道增強(qiáng)型MOS管的電路符號(hào)如圖（b）所示，其中的箭頭方向表示由P（襯底）指向N（溝道）。P溝道增強(qiáng)型MOS管的電路符號(hào)如圖（c）所示，其箭頭方向與N溝道MOS管相反。JFET的結(jié)構(gòu)和符號(hào)

2.耗盡型MOSFET結(jié)構(gòu)和符號(hào)

可以看出，它與N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)基本相同，不過制造時(shí)，在兩個(gè)N+區(qū)之間的P型襯底表面摻入少量5價(jià)元素，預(yù)先形成局部的低摻雜的N區(qū)。耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)1.2場效應(yīng)管的基本特性及主要技術(shù)參數(shù)

1.JFET的偏置

N溝道JFET正常工作時(shí)，柵極與源極之間應(yīng)加負(fù)電壓，即uGS＜0，確保柵極與溝道間的兩個(gè)PN結(jié)任何一處都處于反偏狀態(tài)。漏極與源極之間應(yīng)加正電壓，即uDS＞0，使N溝道中的多數(shù)載流子（電子）在電場的作用下由源極向漏極運(yùn)動(dòng)，形成漏極電流iD。三個(gè)極之間的電壓滿足：uDS=uDG+uGS。

1.2.1結(jié)型場效應(yīng)管的分析與測試N溝道JFET的直流偏置電路

2.JFET的工作原理

為了討論JFET的工作原理，以N溝道JFET為例。主要是討論uGS對(duì)iD的控制作用以及uDS對(duì)iD的影響。

(1)uGS對(duì)iD的控制作用

先假設(shè)uDS=0（即漏極和源極之間短路）。當(dāng)uGS由0向負(fù)值增大時(shí)，耗盡層因反向偏置加大而變寬，導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大，如圖（a）所示。uDS=0時(shí)uGS對(duì)溝道的影響

兩側(cè)耗盡層剛好相遇時(shí)的柵源電壓稱為夾斷電壓，用UGS(off)表示。

通過改變uGS可以有效地控制溝道電阻的大小，從而控制漏源極間的導(dǎo)電性能和漏極電流iD的大?。ㄔ谕饧右欢ǖ恼螂妷簎DS的情況下）。

(2)uDS對(duì)iD的影響

為討論方便，假設(shè)uGS=0，此時(shí)柵極和源極短路，漏極和源極之間的電壓為uDS加在溝道的兩端，漏極為正，源極為負(fù)，即uDS>0。

同時(shí)uGS=0時(shí)，導(dǎo)電溝道最寬，溝道電阻最小，在一定的uDS作用下，iD也最大。uDS從零開始逐漸增大時(shí)，溝道電流iD的變化曲線如圖（d）所示。分四個(gè)部分：AB段、BC段、CD段、DE段。uGS=0時(shí)，uDS對(duì)溝道的影響

(3)uGS和uDS共同作用

uGS和uDS共同作用時(shí)，比兩個(gè)電壓單獨(dú)作用時(shí)溝道更窄，夾斷更快。

綜上所述，可得JFET的基本特點(diǎn)如下。

①JFET的PN結(jié)應(yīng)為反向偏置，即uGS＜0，因此其iG≈0，輸入電阻很高。

②預(yù)夾斷前，iD與uDS呈線性關(guān)系；預(yù)夾斷后，iD趨于飽和（不受uDS控制）。

③JFET是電壓控制電流的器件，iD受uGS控制（當(dāng)uDS較大時(shí)）。

3.JFET的特性曲線

(1)輸出特性曲線

場效應(yīng)管的輸出特性是指當(dāng)柵源電壓uGS為某一定值時(shí)，漏極電流iD與漏源電壓uDS之間的關(guān)系，即

因此，iD與uDS之間的關(guān)系曲線（輸出特性曲線）為一個(gè)曲線簇。如圖（a）為某N溝道JFET的輸出特性曲線。可將場效應(yīng)管的工作狀態(tài)分為4個(gè)區(qū)域：變電阻區(qū)、恒流區(qū)、夾斷區(qū)和擊穿區(qū)。N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線

(2)轉(zhuǎn)移特性曲線

場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性是指當(dāng)漏源電壓uDS為某一定值時(shí)，漏極電流iD與柵源電壓uGS的關(guān)系，即

可見，轉(zhuǎn)移特性與輸出特性都是反映iD與uGS，uDS的關(guān)系，只不過自變量與參變量對(duì)換而已。因此，可以直接由輸出特性轉(zhuǎn)換而得到轉(zhuǎn)移特性。iD與uGS之間的關(guān)系曲線（轉(zhuǎn)移特性曲線）為一個(gè)曲線簇。

(3)FET的微變等效電路

為了能定量描述場效應(yīng)管的放大能力，即uGS對(duì)iD的控制能力，引入了參數(shù)gm，其定義為uDS一定時(shí)漏極電流的微變量ΔiD和引起這個(gè)變化的柵源電壓的微變量ΔuGS之比，即FET的微變等效電路

gm稱為低頻跨導(dǎo)，簡稱跨導(dǎo)（或互導(dǎo)），其值一般在0.1～20mS范圍內(nèi)。場效應(yīng)管的gm值除了取決于管子自身的參數(shù)外，還與其靜態(tài)工作點(diǎn)有關(guān)。顯然，gm越大，場效應(yīng)管的放大能力越強(qiáng)，但一般遠(yuǎn)小于三極管。

工作點(diǎn)電流（iD=ID）越大，gm越大。

1.2.2

MOS場效應(yīng)管的分析

1.增強(qiáng)型MOSFET

（1）增強(qiáng)型MOSFET的工作原理

N溝道增強(qiáng)型MOS管的偏置電壓的極性如圖（a）所示（MOS管的襯底和源極通常直接相連），柵源極之間加正電壓（為了形成導(dǎo)電溝道），即uGS＞0；為了使P型硅襯底和漏極N+區(qū)之間的PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏源極之間也應(yīng)加正電壓，即uDS＞0。uDS=0時(shí)，N溝道增強(qiáng)型MOS管導(dǎo)電溝道的形成

為了討論方便，首先假設(shè)uDS=0，即漏極與源極短接。

隨著uGS的增大，形成一個(gè)N型薄層，它和P型襯底的導(dǎo)電類型相反，故稱為反型層。

使導(dǎo)電溝道（反型層）開始形成的柵源電壓稱為開啟電壓UGS(th)。

假設(shè)uGS＞UGS(th)，uDS＞0。

當(dāng)uDS較小時(shí)，iD隨uDS的增大而迅速增加。若uDS增大到uGD=UGS(th)，即uDS=uGSUGS(th)時(shí)，溝道在漏端出現(xiàn)預(yù)夾斷。若uDS再繼續(xù)增大，則uGD＜UGS(th)，漏端出現(xiàn)向源端延伸的夾斷區(qū)，此時(shí)iD趨于飽和。uGS≥UGS(th)時(shí)，uDS對(duì)N溝道的影響

3.三極管主要技術(shù)參數(shù)

（1）電流放大系數(shù)

和是表征三極管電流放大能力的參數(shù)，一般在幾十到幾百之間，在0.95~0.999。（2）極間反向電流這是表征三極管工作穩(wěn)定性的參數(shù)。由于極間反向電流受溫度影響較大，故其值太大將使管子不能穩(wěn)定工作。

①集電極-基極反向飽和電流ICBO

ICBO表示三極管發(fā)射極開路，C，B間加上一定反向電壓時(shí)的反向電流，實(shí)際上它和單個(gè)PN結(jié)的反向電流是一樣的。

②集電極-發(fā)射極間穿透電流ICEO

ICEO表示基極開路，C，E間加一定電壓使集電結(jié)反偏時(shí)的集電極電流。

（2）增強(qiáng)型MOSFET的特性曲線與JFET類似，該輸出特性曲線也分為可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿區(qū)和夾斷區(qū)。共射輸入特性曲線

2.耗盡型MOSFET（1）耗盡型MOSFET的工作原理

對(duì)于耗盡型MOSFET，當(dāng)uGS＞0時(shí)，由于絕緣層的存在，它不是像N溝道JFET那樣，因PN結(jié)正偏而產(chǎn)生較大的柵極電流，失去了對(duì)iD的控制作用，而是在溝道中產(chǎn)生更多的電子，使iD增加，并且不會(huì)產(chǎn)生柵極電流。N溝道耗盡型MOS管的特性曲線因此，在一定范圍內(nèi)無論柵源電壓為正或?yàn)樨?fù)，都能控制iD的大小，而且基本上無柵極電流，這是耗盡型MOSFET的一個(gè)重要特點(diǎn)。

（2）耗盡型MOSFET的特性曲線

N溝道耗盡型MOS管的特性曲線如圖（a）和圖（b）所示，它與N溝道JFET的特性曲線相似。其輸出特性曲線也可分為可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿區(qū)和夾斷區(qū)。由恒流區(qū)的轉(zhuǎn)移特性曲線可知，在uGS=0時(shí)，iD=IDSS較大；隨著uGS的減小，iD也減小，當(dāng)uGS=UGS(off)時(shí)，iD≈0；當(dāng)uGS＞0時(shí)，iD＞IDSS

。

1.2.3場效應(yīng)管主要技術(shù)參數(shù)和注意事項(xiàng)1.場效應(yīng)管主要技術(shù)參數(shù)（1）夾斷電壓UGS(off)（2）飽和漏電流IDSS（3）漏源擊穿電壓UBR(DS)（4）柵源擊穿電壓UBR(GS)（5）直流輸入電阻RGS（6）低頻跨導(dǎo)（互導(dǎo)）gm

（7）最大耗散功率PDM2.各種場效應(yīng)管的比較

FET和BJT一樣，也具有放大作用，因此在有些場合可以取代BJT組成放大電路。與BJT放大電路類似，F(xiàn)ET放大電路也存在3種組態(tài)，即共源、共漏和共柵組態(tài)，分別對(duì)應(yīng)于BJT放大電路的共射、共集和共基組態(tài)。

1.FET放大器的偏置電路及靜態(tài)分析與BJT放大電路一樣，F(xiàn)ET放大電路也需要有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，以保證管子工作在恒流區(qū)。不過由于FET是電壓控制型器件，柵極電流為零，因此只需要合適的柵極電壓。下面以N溝道JFET（也為耗盡型）為例，介紹兩種常用的偏置電路。

柵源極之間的直流偏壓UGS是由場效應(yīng)管的自身電流ID流過RS產(chǎn)生的，故稱該電路為自偏壓電路。場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)時(shí)ID表達(dá)式為

雖然自偏壓電路比較簡單，但當(dāng)工作點(diǎn)UGS和ID值確定后，源極電阻RS就基本被確定了，選擇的范圍很小。為了克服這一缺點(diǎn)，可采用如圖所示的分壓式自偏壓電路，該電路是在自偏壓電路的基礎(chǔ)上加接?xùn)艠O分壓電阻RG1，RG2而組成的。FET的分壓式自偏壓電路

2.共源放大電路的性能分析

與BJT一樣，若FET工作在線性放大區(qū)（恒流區(qū)），且輸入信號(hào)為小信號(hào)，可用微變等效電路模型來進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析。漏極輸出電阻rds被忽略。

設(shè)RL=RD∥RL共源放大電路微變等效電路則電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸出電阻

場效應(yīng)管具有輸入阻抗高、噪聲低、制造工藝簡單等一系列優(yōu)點(diǎn)。

三極管是電流控制電流器件，有兩種載流子參與導(dǎo)電，屬于雙極型器件；而場效應(yīng)管是電壓控制電流器件，只依靠一種載流子導(dǎo)電，因而屬于單極型器件。雖然這兩種器件的控制原理有所不同，但通過類比可以發(fā)現(xiàn)，它們組成電路的形式極為相似，分析的方法相同。

在場效應(yīng)管放大電路中，UDS的極性取決于場效應(yīng)管的溝道性質(zhì)，N溝道時(shí)為正，P溝道時(shí)為負(fù)；為了建立合適的偏置電壓UGS，不同類型的場效應(yīng)管，對(duì)偏置電壓的極性有不同要求：JFET的UGS與UDS極性相反，增強(qiáng)型MOSFET的UGS與UDS極性相同，耗盡型MOSFET的UGS可正、可負(fù)或?yàn)榱恪?/p>

場效應(yīng)管的柵極沒有電流（JFET的PN結(jié)反向電流忽略不計(jì)），則在場效應(yīng)管的小信號(hào)等效電路中，柵極和源極可以視為開路，漏極到源極是一個(gè)受控源gmuGS。

場效應(yīng)管放大電路有共源、共柵、共漏三種接法，分別和三極管放大電路中的共射、共基、共集電路相似。場效應(yīng)管組成的放大電路的放大倍數(shù)相對(duì)于BJT組成的放大電路的放大倍數(shù)要低。集成運(yùn)算放大器基本特性的分析01項(xiàng)目4立體聲調(diào)音控制器的制作與調(diào)試反相與同相輸入集成運(yùn)算放大器的分析與測試02集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用03立體聲調(diào)音控制器的設(shè)計(jì)、制作與調(diào)試04調(diào)音（改變高低音之間的強(qiáng)度對(duì)比）和混音電路是各類立體聲音響放大器中不可缺少的部分，目的是為了增強(qiáng)立體聲音響效果。調(diào)音控制器主要控制和調(diào)節(jié)音響放大器的幅頻特性，以適合各類聽眾的需要。調(diào)音和混音電路可用集成運(yùn)放的模擬運(yùn)算電路來實(shí)現(xiàn)。這種電路調(diào)節(jié)方便，元器件較少，一般在收音機(jī)、音響放大器中應(yīng)用較多。本項(xiàng)目通過集成運(yùn)放的線性和非線性電路的功能測試，了解集成運(yùn)算放大器的各種應(yīng)用電路的基本特性，通過查閱相關(guān)芯片資料，了解集成運(yùn)放電路的設(shè)計(jì)方法。本項(xiàng)目共有3個(gè)任務(wù)：任務(wù)1集成運(yùn)放基本特性的分析。通過對(duì)集成運(yùn)放基本特性和參數(shù)的分析，了解集成運(yùn)放的基本特性和組成。任務(wù)2反相與同相輸入集成運(yùn)算放大器的分析與測試。通過對(duì)反相與同相輸入集成運(yùn)算放大器的分析，理解負(fù)反饋的應(yīng)用和負(fù)反饋的各種類型以及加入負(fù)反饋的方法。任務(wù)3集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用。通過對(duì)集成運(yùn)放線性應(yīng)用電路和非線性應(yīng)用電路特性的測試。任務(wù)4立體聲調(diào)音控制器的測試與設(shè)計(jì)。1.集成運(yùn)算放大器的基本特性；2.集成運(yùn)放應(yīng)用電路的分析；3.理解集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用；4.負(fù)反饋在運(yùn)算放大電路中的應(yīng)用5.能正確查閱各種集成運(yùn)放資料。1.集成運(yùn)算放大器基本應(yīng)用電路的特性測試與結(jié)果描述；2.能對(duì)電路中的故障現(xiàn)象進(jìn)行分析判斷并加以解決；3.能獨(dú)立完成立體聲調(diào)音控制器原理圖的繪制。4.能裝接和測試立體聲調(diào)音控制器，并能通過調(diào)試得到正確結(jié)果；5.能撰寫項(xiàng)目測試報(bào)告。1.1集成運(yùn)算放大器的外形與電路符號(hào)

集成運(yùn)算放大器的封裝有雙列直插式（DIP）、貼片式(SO)和薄小外形封裝(TSSOP)等多種封裝形式。集成運(yùn)算放大器MC4558的封裝

DIP8表示雙列直插式，SO8表示貼片式，TSSOP8表示薄小外形封裝8表示該集成塊有8個(gè)腳，分別代表不同的輸入和輸出。一塊集成運(yùn)算放大器中也可以包含2個(gè)（如：TL082）或4個(gè)（如：TL084）運(yùn)算放大電路。集成運(yùn)算放大器MC4558的引腳圖

集成運(yùn)算放大器有兩個(gè)輸入端分別稱為同相輸入端uP和反相輸入端uN；一個(gè)輸出端uo。圖中的“”表示反相輸入端uN，“+”表示同相輸入端uP。當(dāng)輸入信號(hào)從反相輸入端uN輸入時(shí)，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的相位相反；當(dāng)輸入信號(hào)從同相輸入端uP輸入時(shí)，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)的相位相同。集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)

從輸入端來看，集成運(yùn)算放大器的凈輸入信號(hào)為uI=（uP-uN）。從輸出端來看，集成運(yùn)算放大器線性工作時(shí)的輸出信號(hào)為

Aod為集成運(yùn)算放大器的差模電壓放大倍數(shù)，一般大于105。1.2集成運(yùn)算放大器的組成集成運(yùn)算放大器是模擬集成電路中應(yīng)用最為廣泛的一種，它實(shí)際上是一種高增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大器。主要由輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)和偏置電路四個(gè)主要環(huán)節(jié)組成。集成運(yùn)算放大器的組成框圖

輸入級(jí)主要由差動(dòng)放大電路構(gòu)成，以減小運(yùn)算放大器的零漂和其他方面的性能。

中間級(jí)的主要作用是獲得高的電壓增益，一般由一級(jí)或多級(jí)放大器構(gòu)成。

輸出級(jí)降低輸出電阻，提高運(yùn)算放大器的帶負(fù)載能力和輸出功率。

偏置電路則是為各級(jí)提供合適的直流工作點(diǎn)。1.3集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù)

⑴工作電壓VCC(SupplyVoltage)

是指運(yùn)算放大器正常供電電壓，有的運(yùn)放是單電源供電，有的運(yùn)放為雙電源供電。

⑵開環(huán)帶寬和單位增益帶寬GBW(Gain-BandwidthProduct)

開環(huán)帶寬BW和單位增益帶寬GBW反映運(yùn)算放大器的頻率特性。

開環(huán)帶寬即開環(huán)電壓增益從開環(huán)直流增益A0下降3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻寬。單位增益帶寬，電壓增益為0dB時(shí)的帶寬

⑶輸入信號(hào)電壓范圍Vi(SignalInputTerminalsVoltage）

進(jìn)入運(yùn)放輸入端信號(hào)的電壓和電流都是有一定范圍限制的，超出此范圍，有可能產(chǎn)生自激振蕩或造成運(yùn)放的損壞。

⑷開環(huán)增益Aod(Open-LoopGain)

是指運(yùn)算放大器在開環(huán)（不加反饋）、線性放大區(qū)并在規(guī)定的測試負(fù)載和輸出電壓幅度的條件下的直流差模電壓增益（絕對(duì)值）。

⑸轉(zhuǎn)換速率SR(SlewRate)

轉(zhuǎn)換速率SR反映運(yùn)算放大器對(duì)高速變化的輸入信號(hào)的響應(yīng)情況。如果運(yùn)放轉(zhuǎn)換速率不夠，輸出信號(hào)就會(huì)產(chǎn)生失真。

⑹最大輸出電壓Uo(max)

最大輸出電壓Uo(max)是指在一定的電源電壓下，集成運(yùn)算放大器的最大不失真輸出電壓的峰－峰值。

⑺共模抑制比CMRR(Common-ModeRejectionRatio)

為定量反映放大器放大有用的差模信號(hào)和抑制有害的共模信號(hào)的能力。2.1反饋的基本概念與集成運(yùn)算放大器中的負(fù)反饋

1.負(fù)反饋

把放大電路的輸出信號(hào)（電壓或電流）的一部分或全部，通過一定的電路（網(wǎng)絡(luò)）送回到它的輸入端，削弱原來的輸入信號(hào)（電壓或電流）并共同控制該放大電路，這種連接方式稱為負(fù)反饋。負(fù)反饋放大電路的組成如圖所示。

按照放大電路各部分電路的主要功能可將負(fù)反饋放大電路分為基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)兩部分?；痉糯箅娐返闹饕δ苁欠糯笮盘?hào)，其開環(huán)放大倍數(shù)為A；反饋網(wǎng)絡(luò)的主要功能是傳輸反饋信號(hào)，其反饋系數(shù)為F。由圖可見，負(fù)反饋放大電路和基本放大電路的主要區(qū)別是：①負(fù)反饋放大電路的輸出信號(hào)在送到負(fù)載的同時(shí)還要取出一部分送回到原放大電路的輸入端。②負(fù)反饋放大電路的凈輸入信號(hào)不只有信號(hào)源單方面提供的，還有反饋過來的信號(hào)。③凈輸入信號(hào)=輸入信號(hào)-反饋信號(hào)，它小于輸入信號(hào)，因此，負(fù)反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)小于基本放大電路的放大倍數(shù)。④負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)雖然下降了，但它們?cè)S多方面的性能也得到了改善。負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的主要影響有：負(fù)反饋可增加增益的穩(wěn)定性、減少非線性失真、擴(kuò)展頻帶以及控制輸入和輸出阻抗等。

2.反饋的基本類型

(1)正反饋和負(fù)反饋根據(jù)反饋影響（即反饋性質(zhì)）的不同，它可分為正反饋和負(fù)反饋兩類。如果反饋信號(hào)加強(qiáng)輸入信號(hào)，即在輸入信號(hào)不變時(shí)輸出信號(hào)比沒有反饋時(shí)大，導(dǎo)致放大倍數(shù)增大，這種反饋稱為正反饋；反之，如果反饋信號(hào)削弱輸入信號(hào)，即在輸入信號(hào)不變時(shí)輸出信號(hào)比沒有反饋時(shí)小，導(dǎo)致放大倍數(shù)減小，這種反饋稱為負(fù)反饋。

(2)直流反饋和交流反饋反饋電路中，如果反饋到輸入端的信號(hào)是直流量，則為直流反饋；如果反饋到輸入端的信號(hào)是交流量，則為交流反饋。直流負(fù)反饋可以改善放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定性，交流負(fù)反饋則可以改善放大器的交流特性。

(3)電壓反饋和電流反饋一般情況下，基本放大器與反饋網(wǎng)絡(luò)在輸出端連接方式有并聯(lián)和串聯(lián)兩種，對(duì)應(yīng)的輸出端的反饋方式分別稱為電壓反饋和電流反饋。

(4)串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋一般情況下，基本放大器與反饋網(wǎng)絡(luò)在輸入端的連接方式有串聯(lián)和并聯(lián)兩種，對(duì)應(yīng)的輸入端的反饋方式分別稱為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。

3.負(fù)反饋放大器的組態(tài)由于反饋放大器在輸出和輸入端均有兩種不同的反饋方式，因此負(fù)反饋放大器的組態(tài)可以有4種可能，即電壓并聯(lián)負(fù)反饋、電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電流串聯(lián)負(fù)反饋和電流并聯(lián)負(fù)反饋。2.2反相輸入集成運(yùn)算放大器的分析與測試

1.反相輸入放大器電路的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)

由于輸入信號(hào)加在反相輸入端，輸出電壓和輸入電壓的相位相反，因此將它稱為反相放大器。反相輸入放大器

電路由基本放大器A和反饋網(wǎng)絡(luò)Rf組成。RL為負(fù)載電阻。uo為輸出信號(hào)。電路輸入信號(hào)ui經(jīng)電阻R1加在反相輸入端上。電阻R1的作用是將輸入電壓轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)。同相輸入端經(jīng)電阻RP接地，RP的作用是減小溫漂提高運(yùn)算精度，其阻值應(yīng)為RP=R1Rf。

2.反相輸入放大器輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系的計(jì)算

需要說明的是，在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)或分析過程中常常把集成運(yùn)放理想化。理想運(yùn)放具有以下理想?yún)?shù)。

①開環(huán)差模電壓增益Aod→∞。

②差模輸入電阻rid→∞。

③輸出電阻rod=0。

④共模抑制比CMRR→∞，即沒有溫度漂移。

⑤開環(huán)帶寬fH→∞。

⑥轉(zhuǎn)換速率SR→∞。

⑦輸入端的偏置電流IBN=IBP=0。

⑧干擾和噪聲均不存在。在工程計(jì)算中我們可以認(rèn)為開環(huán)差模電壓增益Aod→∞。又由于，而輸出電壓是個(gè)不能大于運(yùn)算放大器電源電壓的有限值，因此，兩個(gè)輸入端之間的實(shí)際輸入（凈輸入）電壓可以近似看成為0（但不絕對(duì)等于0），相當(dāng)于短路，即：這種情況稱為“虛短”（并非真正短路）。在工程計(jì)算中我們可以認(rèn)為rid→∞。。因此可以認(rèn)為運(yùn)算放大器的同相輸入端和反相輸入端均無電流輸入，即：相當(dāng)于電路斷開一樣，這種情況稱為“虛斷”（并非真正斷路）。

如圖所示反相輸入放大器中，在同相輸入端P經(jīng)過電阻RP接地時(shí)，由于“虛斷”，iP=iN=0，因此uP=0。由“虛短”的概念可知，uN=uP=0，稱N端為“虛地”。

由“虛斷”的概念可知ii=if，有該電路的電壓增益即

可見，反相輸入放大器中輸出電壓uo與輸入電壓ui的大小成比例關(guān)系，負(fù)號(hào)表示相位相反。2.3同相輸入集成運(yùn)算放大器電路的分析與測試

1）同相輸入放大器電路的結(jié)構(gòu)與特點(diǎn)圖所示為同相輸入放大器電路原理圖。由于輸入信號(hào)加在同相輸入端，輸出電壓和輸入電壓的相位相同，因此將它稱為同相放大器。同相輸入放大器

同相放大器電路由基本放大器A和反饋網(wǎng)絡(luò)組成。RL為負(fù)載電阻。uo為輸出信號(hào)。電路輸入信號(hào)ui經(jīng)電阻RP加在同相輸入端上，RP為平衡電阻，其阻值應(yīng)為RP=R1Rf。反饋網(wǎng)絡(luò)由電阻R1和Rf組成，R1和Rf的作用是將輸出電壓反饋到反相端。

2.同相輸入放大器輸入電壓與輸出電壓的關(guān)系的計(jì)算

由“虛斷”的概念可知iP=iN=0，由“虛短”的概念可知ui=up=uN

其電壓增益即

若Rf短路、R1不接，此時(shí)的同相輸入放大器稱為電壓跟隨器。電路的輸出完全跟隨輸入變化。ui=uP=uN=uo，Au=1，具有輸入阻抗極高，輸出阻抗低。常用于多級(jí)放大器的輸入級(jí)和輸出級(jí)，用作阻抗變換或緩沖。電壓跟隨器電壓跟隨器的另外一個(gè)應(yīng)用是將精密小信號(hào)放大電路和重負(fù)載隔離開來，前端精密放大器進(jìn)行精密測量，電壓跟隨器用來驅(qū)動(dòng)重負(fù)載。如果不加電壓跟隨器，那么負(fù)載驅(qū)動(dòng)電流的增加必然會(huì)導(dǎo)致芯片發(fā)熱，進(jìn)而產(chǎn)生失調(diào)變化。電壓跟隨器應(yīng)用電路集成運(yùn)放應(yīng)用十分廣泛，電路的接法不同，集成運(yùn)放電路所處的工作狀態(tài)也不同，電路也就呈現(xiàn)出不同的特點(diǎn)?？梢园鸭蛇\(yùn)放的應(yīng)用分為兩類：線性應(yīng)用和非線性應(yīng)用。3.1集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用集成運(yùn)放的線性應(yīng)用主要有模擬信號(hào)的產(chǎn)生、運(yùn)算、放大、濾波等。下面首先從基本運(yùn)算電路開始討論。若多個(gè)輸入電壓同時(shí)作用于運(yùn)放的反相輸入端或同相輸入端，則實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算。

3.1.1加法電路的分析與測試加法電路

若R1=R2=Rf，則加法電路的輸出表達(dá)式為

1.雙運(yùn)放減法運(yùn)算電路

3.1.2減法電路的分析與測試

若R2=Rf2，則變?yōu)?/p>

即實(shí)現(xiàn)了兩信號(hào)ui1與ui2的相減。雙運(yùn)放減法電路

2.差分放大電路

若多個(gè)輸入電壓有的作用于反相輸入端，有的作用于同相輸入端，則實(shí)現(xiàn)減法運(yùn)算。單運(yùn)放減法運(yùn)算電路如圖所示。根據(jù)“虛短”和“虛斷”的概念可知uP=uN。差分放大電路

當(dāng)Rf=R時(shí)，有：

實(shí)現(xiàn)了兩信號(hào)ui2與ui1的相減。反相比例運(yùn)算電路中的反饋電阻由電容阻所取代，便構(gòu)成了積分電路。

3.1.3積分電路的分析與測試輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系滿足積分運(yùn)算要求，負(fù)號(hào)表示它們?cè)谙辔簧鲜窍喾吹?。RC稱為積分時(shí)間常數(shù)，記為。積分電路利用積分運(yùn)算電路能夠?qū)⑤斎氲恼译妷?，變換為輸出的余弦電壓，實(shí)現(xiàn)了波形的移相；將輸入的方波電壓變換為輸出的三角波電壓，實(shí)現(xiàn)了波形的變換；對(duì)低頻信號(hào)增益大，對(duì)高頻信號(hào)增益小，當(dāng)信號(hào)頻率趨于無窮大時(shí)增益為零，實(shí)現(xiàn)了濾波功能。積分電路的電阻和電容元件互換位置，即構(gòu)成微分電路。微分電路選取相對(duì)較小的時(shí)間常數(shù)RC。

3.1.4微分電路的分析與測試微分電路輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系滿足微分運(yùn)算的要求。因此微分電路對(duì)高頻噪聲和突然出現(xiàn)的干擾（如雷電）等非常敏感，故它的抗干擾能力較差，限制了其應(yīng)用。實(shí)際的微分電路需要改進(jìn)。允許某一部分頻率的信號(hào)順利通過，而使另一部分頻率的信號(hào)被急劇衰減（即被濾掉）的電子電路稱為濾波器。濾波器可分為按照其功能，又可以分為低通、帶通、高通、帶阻濾波器。

3.1.5有源低通濾波器的分析四種濾波器的幅頻特性

fH為上限截止頻；fL為下限截止頻率；f0為中心頻率，即通帶和阻帶的中點(diǎn)。

濾波器具有“選頻”的功能。來進(jìn)行模擬信號(hào)的處理（用于數(shù)據(jù)傳送、抑制干擾等）。此外，濾波器在無線電通信、信號(hào)檢測和自動(dòng)控制中對(duì)信號(hào)處理、數(shù)據(jù)傳輸和干擾抑制等方面也獲得了廣泛應(yīng)用。

濾波器可分為有源濾波器和無源濾波器兩種。一般主要采用無源元件R、L和C組成的模擬濾波器稱為無源濾波器；由集成運(yùn)算放大器和R、C組成的濾波器稱為有源濾波器。一階RC有源低通濾波電路二階RC有源低通濾波電路3.2集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用

在集成運(yùn)放的非線性應(yīng)用電路中，運(yùn)放一般工作在開環(huán)或正反饋狀態(tài)，而運(yùn)放的增益很高，在非負(fù)反饋狀態(tài)下，其線性區(qū)的工作狀態(tài)是極不穩(wěn)定的，因此主要工作在非線性區(qū)，實(shí)際上這正是非線性應(yīng)用電路所需要的工作區(qū)。

當(dāng)運(yùn)放工作在非線性區(qū)時(shí)，若uP＞uN，輸出為高電平UOH；若uP＜uN，輸出為低電平UOL。

3.2.1簡單電壓比較器的分析與測試

通常把比較器的輸出電壓從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平時(shí)對(duì)應(yīng)的臨界輸入電壓稱為閥值電壓或門限電壓，簡稱為閥值，用符號(hào)UTH表示。對(duì)這里所討論的簡單比較器，有UTH=UREF。簡單電壓比較器的基本電路

若參考電壓UREF為0，則輸入電壓每次過0時(shí)，輸出電壓就要產(chǎn)生一次跳變，從一個(gè)電平跳變到另一個(gè)電平，這種比較器稱為過零比較器。利用過零比較器可以把正弦波變?yōu)榉讲ǎㄕ⒇?fù)半周對(duì)稱的矩形波）。

利用比較器還可以將任意波形的信號(hào)轉(zhuǎn)換為矩形波，例如，可以將正弦波轉(zhuǎn)換為周期性矩形波。

3.2.2遲滯電壓比較器分析與測試簡單電壓比較器電路簡單，靈敏度高，但抗干擾能力很差，當(dāng)輸入電壓在門限電壓附近有微小干擾時(shí)，輸出電平必然會(huì)跟著干擾翻轉(zhuǎn)。在實(shí)際運(yùn)用中，如果用這個(gè)輸出電壓去控制電機(jī)，將出現(xiàn)頻繁啟停的現(xiàn)象，很容易損壞電機(jī)，是不容許的。為了克服這一點(diǎn)，將簡單電壓比較器電路加入一個(gè)正反饋回路，組成遲滯電壓比較器。遲滯比較器電路如圖（a）所示，圖中電阻R3接在輸入和輸出之間，為正反饋回路由于輸入信號(hào)由反相端加入，因此為反相遲滯比較器。遲滯比較器令兩個(gè)閥值之差為稱為回差電壓?；夭铍妷菏潜砻鳒乇容^器抗干擾能力的一個(gè)參數(shù)。由于遲滯比較器輸出高、低電平相互翻轉(zhuǎn)的過程是在瞬間完成的，即具有觸發(fā)器的特點(diǎn)，因此又稱為施密特觸發(fā)器。電壓比較器將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成輸出的高低點(diǎn)平，輸入模擬電壓可能是溫度、壓力、流量、液面等通過傳感器采集的信號(hào)，因而它首先廣泛用于各種報(bào)警電路；其次，在自動(dòng)控制、電子測試、模數(shù)轉(zhuǎn)換、各種非正弦波的產(chǎn)生和變換電路中也得到廣泛的應(yīng)用。3.3集成運(yùn)算放大器使用注意事項(xiàng)

1.集成運(yùn)算放大器的分類集成運(yùn)算放大器按電路特性分為：通用型、高精度型、高速型、高輸入阻抗型、低功耗型、寬頻帶型、高壓型、功率型集成運(yùn)算放大器等。

2.集成運(yùn)算放大器的選擇原則①供電電源電壓：選擇雙電源供電還是單電源供電的芯片，合適的電源電壓范圍。如：OPA365為單電源軌至軌運(yùn)算放大器。②帶寬：小信號(hào)放大時(shí)考慮運(yùn)放的增益帶寬積(GB)，必須留有足夠的開環(huán)增益100倍以上。③對(duì)于精度要求高的電路，要選用高精度、低漂移、低失調(diào)電壓和高共模抑制比運(yùn)算放大器，如：OPA227為高精度、低噪聲和單位增益穩(wěn)定的運(yùn)算放大器。④對(duì)于信號(hào)源內(nèi)阻較大的電路，應(yīng)選用MOS場效應(yīng)管為輸入級(jí)的運(yùn)算放大器，如：LF353、OPA727等運(yùn)算放大器。

3.集成運(yùn)算放大器的正確使用

(1)集成運(yùn)算放大器的保護(hù)集成運(yùn)算放大器差模輸入保護(hù)差模輸入保護(hù)集成運(yùn)算放大器共模輸入保護(hù)共模輸入保護(hù)集成運(yùn)算放大器電源端保護(hù)電源端的保護(hù)