模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)-清華大學(xué)-全套完整版

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ),清華大學(xué) 華成英,緒 論,一、電子技術(shù)的發(fā)展,二、模擬信號(hào)與模擬電路,三、電子信息系統(tǒng)的組成,四、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課的特點(diǎn),五、如何學(xué)習(xí)這門課程,六、課程的目的,七、考查方法,一、電子技術(shù)的發(fā)展 電子技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，使之“無(wú)孔不入”，應(yīng)用廣泛！,廣播通信：發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、擴(kuò)音、錄音、程控交換機(jī)、電話、手機(jī) 網(wǎng)絡(luò)：路由器、ATM交換機(jī)、收發(fā)器、調(diào)制解調(diào)器 工業(yè)：鋼鐵、石油化工、機(jī)加工、數(shù)控機(jī)床 交通：飛機(jī)、火車、輪船、汽車 軍事：雷達(dá)、電子導(dǎo)航 航空航天：衛(wèi)星定位、監(jiān)測(cè) 醫(yī)學(xué)：刀、CT、B超、微創(chuàng)手術(shù) 消費(fèi)類電子：家電（空調(diào)、冰箱、電視、音響、攝像機(jī)、照相機(jī)、

2、電子表）、電子玩具、各類報(bào)警器、保安系統(tǒng),電子技術(shù)的發(fā)展很大程度上反映在元器件的發(fā)展上。從電子管半導(dǎo)體管集成電路,1904年 電子管問世,電子管、晶體管、集成電路比較,半導(dǎo)體元器件的發(fā)展,1947年 貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一只晶體管 1958年 集成電路 1969年 大規(guī)模集成電路 1975年 超大規(guī)模集成電路,第一片集成電路只有4個(gè)晶體管，而1997年一片集成電路中有40億個(gè)晶體管。有科學(xué)家預(yù)測(cè)，集成度還將按10倍/6年的速度增長(zhǎng)，到2015或2020年達(dá)到飽和。,學(xué)習(xí)電子技術(shù)方面的課程需時(shí)刻關(guān)注電子技術(shù)的發(fā)展！,第一只晶體管的發(fā)明者 （by John Bardeen , William Scho

3、ckley and Walter Brattain in Bell Lab）,第一個(gè)集成電路及其發(fā)明者 （ Jack Kilby from TI ）,1958年9月12日，在德州儀器公司的實(shí)驗(yàn)室里，實(shí)現(xiàn)了把電子器件集成在一塊半導(dǎo)體材料上的構(gòu)想。42年以后， 2000年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。 “為現(xiàn)代信息技術(shù)奠定了基礎(chǔ)”。,他們?cè)?947年11月底發(fā)明了晶體管，并在12月16日正式宣布“晶體管”誕生。1956年獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。巴因所做的超導(dǎo)研究于1972年第二次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。,值得紀(jì)念的幾位科學(xué)家！,二、模擬信號(hào)與模擬電路,1. 電子電路中信號(hào)的分類 數(shù)字信號(hào)：離散性,模擬信號(hào)：連續(xù)性。大多

4、數(shù)物理量為模擬信號(hào)。,2. 模擬電路 模擬電路是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行處理的電路。 最基本的處理是對(duì)信號(hào)的放大，有功能和性能各異的放大電路。 其它模擬電路多以放大電路為基礎(chǔ)。,“1”的電壓當(dāng)量,介于K與K+1之間時(shí)需根據(jù)閾值確定為K或K+1,任何瞬間的任何值均是有意義的,三、電子信息系統(tǒng)的組成,模擬電子電路,數(shù)字電子電路（系統(tǒng)）,傳感器接收器,隔離、濾波、放大,運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、比較,功放,四、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課的特點(diǎn),1、工程性 實(shí)際工程需要證明其可行性。強(qiáng)調(diào)定性分析。,實(shí)際工程在滿足基本性能指標(biāo)的前提下總是容許存 在一定的誤差范圍的。 定量分析為“估算”。,近似分析要“合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方

5、面。,電子電路歸根結(jié)底是電路。不同條件下構(gòu)造不同模型。,2. 實(shí)踐性 常用電子儀器的使用方法 電子電路的測(cè)試方法 故障的判斷與排除方法 EDA軟件的應(yīng)用方法,五、如何學(xué)習(xí)這門課程,1. 掌握基本概念、基本電路和基本分析方法 基本概念：概念是不變的，應(yīng)用是靈活的， “萬(wàn)變不離其宗”。 基本電路：構(gòu)成的原則是不變的，具體電路是多種多樣的。 基本分析方法：不同類型的電路有不同的性能指標(biāo)和描述方法，因而有不同的分析方法。,2. 注意定性分析和近似分析的重要性 3. 學(xué)會(huì)辯證、全面地分析電子電路中的問題 根據(jù)需求，最適用的電路才是最好的電路。 要研究利弊關(guān)系，通?！坝幸焕赜幸槐住薄?4. 注意電路中常

6、用定理在電子電路中的應(yīng)用,六、課程的目的,1. 掌握基本概念、基本電路、基本方法和基本實(shí)驗(yàn)技能。 2. 具有能夠繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和接受電子技術(shù)新發(fā)展的能力，以及將所學(xué)知識(shí)用于本專業(yè)的能力。,本課程通過對(duì)常用電子元器件、模擬電路及其系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得模擬電子技術(shù)方面的基礎(chǔ)知識(shí)、基礎(chǔ)理論和基本技能，為深入學(xué)習(xí)電子技術(shù)及其在專業(yè)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。,注重培養(yǎng)系統(tǒng)的觀念、工程的觀念、科技進(jìn)步的觀念和創(chuàng)新意識(shí)，學(xué)習(xí)科學(xué)的思維方法。提倡快樂學(xué)習(xí)！,清華大學(xué) 華成英 ,七、考查方法,1. 會(huì)看：讀圖，定性分析 2. 會(huì)算：定量計(jì)算,考查分析問題的能力,3. 會(huì)選：電路形式、器件、參數(shù),4. 會(huì)調(diào)：

7、儀器選用、測(cè)試方法、故障診斷、EDA,考查解決問題的能力設(shè)計(jì)能力,考查解決問題的能力實(shí)踐能力,第一章 半導(dǎo)體二極管和三極管,第一章 半導(dǎo)體二極管和三極管,1.1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí),1.2 半導(dǎo)體二極管,1.3 晶體三極管,1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí),一、本征半導(dǎo)體,二、雜質(zhì)半導(dǎo)體,三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?四、PN結(jié)的電容效應(yīng),一、本征半導(dǎo)體,導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。,本征半導(dǎo)體是純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。,1、什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？,導(dǎo)體鐵、鋁、銅等金屬元素等低價(jià)元素，其最外層電子在外電場(chǎng)作用下很容易產(chǎn)生定向移動(dòng)，形成電流。,絕緣體惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子

8、受原子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電場(chǎng)強(qiáng)到一定程度時(shí)才可能導(dǎo)電。,半導(dǎo)體硅（Si）、鍺（Ge），均為四價(jià)元素，它們?cè)拥淖钔鈱与娮邮茉雍说氖`力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。,2、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu),由于熱運(yùn)動(dòng)，具有足夠能量的價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛而成為自由電子,自由電子的產(chǎn)生使共價(jià)鍵中留有一個(gè)空位置，稱為空穴,自由電子與空穴相碰同時(shí)消失，稱為復(fù)合。,共價(jià)鍵,一定溫度下，自由電子與空穴對(duì)的濃度一定；溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，掙脫共價(jià)鍵的電子增多，自由電子與空穴對(duì)的濃度加大。,外加電場(chǎng)時(shí)，帶負(fù)電的自由電子和帶正電的空穴均參與導(dǎo)電，且運(yùn)動(dòng)方向相反。由于載流子數(shù)目很少，故導(dǎo)電性很差。,為什么要將半導(dǎo)體變成導(dǎo)電性很差

9、的本征半導(dǎo)體？,3、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子,運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。,溫度升高，熱運(yùn)動(dòng)加劇，載流子濃度增大，導(dǎo)電性增強(qiáng)。 熱力學(xué)溫度0K時(shí)不導(dǎo)電。,二、雜質(zhì)半導(dǎo)體 1. N型半導(dǎo)體,磷（P）,雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性可控。,多數(shù)載流子,空穴比未加雜質(zhì)時(shí)的數(shù)目多了？少了？為什么？,2. P型半導(dǎo)體,硼（B）,多數(shù)載流子,P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)，,在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時(shí)，載流子的數(shù)目變化嗎？少子與多子變化的數(shù)目相同嗎？少子與多子濃度的變化相同嗎？,三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?物質(zhì)因濃度差

10、而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氣體、液體、固體均有之。,P區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)高于N區(qū)。,N區(qū)自由電子濃度遠(yuǎn)高于P區(qū)。,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使靠近接觸面P區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面N區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場(chǎng)。,PN 結(jié)的形成,因電場(chǎng)作用所產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。,參與擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)的載流子數(shù)目相同，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。,由于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)使P區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成內(nèi)電場(chǎng)，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的進(jìn)行。內(nèi)電場(chǎng)使空穴從N區(qū)向P區(qū)、自由電子從P區(qū)向N 區(qū)運(yùn)動(dòng)。,PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通： 耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加劇，由于外電源的作用，形成擴(kuò)散電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。,PN結(jié)加反向電壓截止： 耗盡層變寬

11、，阻止擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，有利于漂移運(yùn)動(dòng)，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似認(rèn)為其截止。,PN 結(jié)的單向?qū)щ娦?必要嗎？,清華大學(xué) 華成英 ,四、PN 結(jié)的電容效應(yīng),1. 勢(shì)壘電容,PN結(jié)外加電壓變化時(shí)，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢(shì)壘電容Cb。,2. 擴(kuò)散電容,PN結(jié)外加的正向電壓變化時(shí)，在擴(kuò)散路程中載流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和釋放的過程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容Cd。,結(jié)電容：,結(jié)電容不是常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向?qū)щ娦裕?問題,為什么將自然界導(dǎo)電性能中等的半導(dǎo)體材料制成本征半導(dǎo)體，導(dǎo)電性能極差，又

12、將其摻雜，改善導(dǎo)電性能？ 為什么半導(dǎo)體器件的溫度穩(wěn)定性差？是多子還是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？ 為什么半導(dǎo)體器件有最高工作頻率？,2 半導(dǎo)體二極管,一、二極管的組成,二、二極管的伏安特性及電流方程,三、二極管的等效電路,四、二極管的主要參數(shù),五、穩(wěn)壓二極管,一、二極管的組成,將PN結(jié)封裝，引出兩個(gè)電極，就構(gòu)成了二極管。,小功率二極管,大功率二極管,穩(wěn)壓 二極管,發(fā)光 二極管,一、二極管的組成,點(diǎn)接觸型：結(jié)面積小，結(jié)電容小，故結(jié)允許的電流小，最高工作頻率高。,面接觸型：結(jié)面積大，結(jié)電容大，故結(jié)允許的電流大，最高工作頻率低。,平面型：結(jié)面積可小、可大，小的工作頻率高，大的結(jié)允許的電流大。,二

13、、二極管的伏安特性及電流方程,開啟電壓,反向飽和電流,擊穿電壓,溫度的 電壓當(dāng)量,二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性。,利用Multisim測(cè)試二極管伏安特性,從二極管的伏安特性可以反映出： 1. 單向?qū)щ娦?2. 伏安特性受溫度影響,T（）在電流不變情況下管壓降u 反向飽和電流IS，U(BR) T（）正向特性左移，反向特性下移,正向特性為指數(shù)曲線,反向特性為橫軸的平行線,增大1倍/10,三、二極管的等效電路,理想 二極管,近似分析中最常用,導(dǎo)通時(shí)i與u成線性關(guān)系,應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！,1. 將伏安特性折線化,？,100V？5V？1V？,2. 微變等效電路,Q越高，rd越小

14、。,當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)，則可將二極管等效為一個(gè)電阻，稱為動(dòng)態(tài)電阻，也就是微變等效電路。,ui=0時(shí)直流電源作用,小信號(hào)作用,靜態(tài)電流,四、二極管的主要參數(shù),最大整流電流IF：最大平均值 最大反向工作電壓UR：最大瞬時(shí)值 反向電流 IR：即IS 最高工作頻率fM：因PN結(jié)有電容效應(yīng),第四版P20,討論：解決兩個(gè)問題,如何判斷二極管的工作狀態(tài)？ 什么情況下應(yīng)選用二極管的什么等效電路？,uD=ViR,ID,UD,V與uD可比，則需圖解：,實(shí)測(cè)特性,對(duì)V和Ui二極管的模型有什么不同？,五、穩(wěn)壓二極管,1. 伏安特性,進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流,不至于損壞的最大電流,由一個(gè)PN結(jié)組成，反向

15、擊穿后在一定的電流范圍內(nèi)端電壓基本不變，為穩(wěn)定電壓。,2. 主要參數(shù),穩(wěn)定電壓UZ、穩(wěn)定電流IZ,最大功耗PZM IZM UZ,動(dòng)態(tài)電阻rzUZ /IZ,若穩(wěn)壓管的電流太小則不穩(wěn)壓，若穩(wěn)壓管的電流太大則會(huì)因功耗過大而損壞，因而穩(wěn)壓管電路中必需有限制穩(wěn)壓管電流的限流電阻！,限流電阻,斜率？,1.3 晶體三極管,一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào),二、晶體管的放大原理,三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性,四、溫度對(duì)晶體管特性的影響,五、主要參數(shù),一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號(hào),多子濃度高,多子濃度很低，且很薄,面積大,晶體管有三個(gè)極、三個(gè)區(qū)、兩個(gè)PN結(jié)。,中功率管,大功率管,二、晶體管的放大原理,擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電

16、流IE，復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流IB，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流IC。,少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng),因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū),因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合,因集電區(qū)面積大，在外電場(chǎng)作用下大部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū),基區(qū)空穴的擴(kuò)散,電流分配： IEIBIC IE擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成的電流 IB復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成的電流 IC漂移運(yùn)動(dòng)形成的電流,穿透電流,集電結(jié)反向電流,直流電流放大系數(shù),交流電流放大系數(shù),為什么基極開路集電極回路會(huì)有穿透電流？,三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性,為什么UCE增大曲線右移？,對(duì)于小功率晶體管，UCE大于1V的一條輸入特性曲線可以取代UCE大

17、于1V的所有輸入特性曲線。,為什么像PN結(jié)的伏安特性？,為什么UCE增大到一定值曲線右移就不明顯了？,1. 輸入特性,2. 輸出特性,是常數(shù)嗎？什么是理想晶體管？什么情況下 ?,對(duì)應(yīng)于一個(gè)IB就有一條iC隨uCE變化的曲線。,為什么uCE較小時(shí)iC隨uCE變化很大？為什么進(jìn)入放大狀態(tài)曲線幾乎是橫軸的平行線？,飽和區(qū),放大區(qū),截止區(qū),晶體管的三個(gè)工作區(qū)域,晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，輸出回路的電流 iC幾乎僅僅決定于輸入回路的電流 iB，即可將輸出回路等效為電流 iB 控制的電流源iC 。,四、溫度對(duì)晶體管特性的影響,五、主要參數(shù),直流參數(shù)： 、 、ICBO、 ICEO,c-e間擊穿電壓,最大集電極

18、電流,最大集電極耗散功率，PCMiCuCE,安全工作區(qū),交流參數(shù)：、fT（使1的信號(hào)頻率）,極限參數(shù)：ICM、PCM、U（BR）CEO,清華大學(xué) 華成英 ,討論一,由圖示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、。,uCE=1V時(shí)的iC就是ICM,U（BR）CEO,討論二：利用Multisim測(cè)試晶體管的輸出特性,利用Multisim分析圖示電路在V2小于何值時(shí)晶體管截止、大于何值時(shí)晶體管飽和。,討論三,以V2作為輸入、以節(jié)點(diǎn)1作為輸出，采用直流掃描的方法可得！,約小于0.5V時(shí)截止,約大于1V時(shí)飽和,描述輸出電壓與輸出電壓之間函數(shù)關(guān)系的曲線，稱為電壓傳輸特性。,第二章 基本放大電路,第二

19、章 基本放大電路,2.1 放大的概念與放大電路的性能指標(biāo),2.2 基本共射放大電路的工作原理,2.3 放大電路的分析方法,2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定,2.5 晶體管放大電路的三種接法,2.6 場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路,2.7 基本放大電路的派生電路,2.1 放大的概念與放大電路的性能指標(biāo),一、放大的概念,二、放大電路的性能指標(biāo),一、放大的概念,放大的對(duì)象：變化量 放大的本質(zhì)：能量的控制 放大的特征：功率放大 放大的基本要求：不失真放大的前提,判斷電路能否放大的基本出發(fā)點(diǎn),至少一路直流電源供電,二、性能指標(biāo),1. 放大倍數(shù)：輸出量與輸入量之比,電壓放大倍數(shù)是最常被研究和測(cè)試的參數(shù),對(duì)信號(hào)而言，任何

20、放大電路均可看成二端口網(wǎng)絡(luò)。,2. 輸入電阻和輸出電阻,將輸出等效成有內(nèi)阻的電壓源，內(nèi)阻就是輸出電阻。,輸入電壓與輸入電流有效值之比。,從輸入端看進(jìn)去的 等效電阻,3. 通頻帶,4. 最大不失真輸出電壓Uom：交流有效值。,由于電容、電感及放大管PN結(jié)的電容效應(yīng)，使放大電路在信號(hào)頻率較低和較高時(shí)電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產(chǎn)生相移。,衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的適應(yīng)能力。,5. 最大輸出功率Pom和效率：功率放大電路的參數(shù),2.2 基本共射放大電路的工作原理,一、電路的組成及各元件的作用,二、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性,三、波形分析,四、放大電路的組成原則,一、電路的組成及各元件的作用,VBB、Rb：

21、使UBE Uon，且有合適的IB。,VCC：使UCEUBE，同時(shí)作為負(fù)載的能源。,Rc：將iC轉(zhuǎn)換成uCE(uo) 。,動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)：,輸入電壓ui為零時(shí)，晶體管各極的電流、b-e間的電壓、管壓降稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q，記作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。,共射,二、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性,輸出電壓必然失真！ 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，首先要解決失真問題，但Q點(diǎn)幾乎影響著所有的動(dòng)態(tài)參數(shù)！,為什么放大的對(duì)象是動(dòng)態(tài)信號(hào)，卻要晶體管在信號(hào)為零時(shí)有合適的直流電流和極間電壓？,三、基本共射放大電路的波形分析,輸出和輸入反相！,動(dòng)態(tài)信號(hào)馱載在靜態(tài)之上,與iC變化方向相反,要想不失真，就要在信號(hào)

22、的整個(gè)周期內(nèi)保證晶體管始終工作在放大區(qū)！,四、放大電路的組成原則,靜態(tài)工作點(diǎn)合適：合適的直流電源、合適的電路參數(shù)。 動(dòng)態(tài)信號(hào)能夠作用于晶體管的輸入回路，在負(fù)載上能夠獲得放大了的動(dòng)態(tài)信號(hào)。 對(duì)實(shí)用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少、負(fù)載上無(wú)直流分量。,兩種實(shí)用放大電路：（1）直接耦合放大電路,問題： 1. 兩種電源 2. 信號(hào)源與放大電路不“共地”,共地，且要使信號(hào)馱載在靜態(tài)之上,靜態(tài)時(shí)，,動(dòng)態(tài)時(shí)，VCC和uI同時(shí)作用于晶體管的輸入回路。,將兩個(gè)電源合二為一,有直流分量,有交流損失, ,UBEQ,兩種實(shí)用放大電路：（2）阻容耦合放大電路,耦合電容的容量應(yīng)足夠大，即對(duì)于交流信號(hào)近似為短路。

23、其作用是“隔離直流、通過交流”。,靜態(tài)時(shí)，C1、C2上電壓？,動(dòng)態(tài)時(shí)，,C1、C2為耦合電容！,uBEuIUBEQ，信號(hào)馱載在靜態(tài)之上。 負(fù)載上只有交流信號(hào)。,2.3 放大電路的分析方法,一、放大電路的直流通路和交流通路,二、圖解法,三、等效電路法,一、放大電路的直流通路和交流通路,1. 直流通路： Us=0，保留Rs；電容開路； 電感相當(dāng)于短路（線圈電阻近似為0）。 2. 交流通路：大容量電容相當(dāng)于短路；直流電源相當(dāng)于短路（內(nèi)阻為0）。,通常，放大電路中直流電源的作用和交流信號(hào)的作用共存，這使得電路的分析復(fù)雜化。為簡(jiǎn)化分析，將它們分開作用，引入直流通路和交流通路的概念。,基本共射放大電路的直

24、流通路和交流通路,列晶體管輸入、輸出回路方程，將UBEQ作為已知條件，令I(lǐng)CQIBQ，可估算出靜態(tài)工作點(diǎn)。,VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的誤差越小。,當(dāng)VCCUBEQ時(shí)，,已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？,阻容耦合單管共射放大電路的直流通路和交流通路,二、圖解法 應(yīng)實(shí)測(cè)特性曲線,輸入回路負(fù)載線,IBQ,負(fù)載線,1. 靜態(tài)分析：圖解二元方程,2. 電壓放大倍數(shù)的分析,斜率不變,3. 失真分析,截止失真,消除方法：增大VBB，即向上平移輸入回路負(fù)載線。,截止失真是在輸入回路首先產(chǎn)生失真！,減小Rb能消除截止失真嗎？,飽和失真,消除方法：增大Rb，減

25、小Rc，減小，減小VBB，增大VCC。,Rb或或VBB ,Rc或VCC,：飽和失真是輸出回路產(chǎn)生失真。,最大不失真輸出電壓Uom ：比較UCEQ與（ VCC UCEQ ），取其小者，除以 。,清華大學(xué) 華成英 ,討論一,1. 用NPN型晶體管組成一個(gè)在本節(jié)課中未見過的共射放大電路。 2. 用PNP型晶體管組成一個(gè)共射放大電路。 畫出圖示電路的直流通路和交流通路。,三、等效電路法,半導(dǎo)體器件的非線性特性使放大電路的分析復(fù)雜化。利用線性元件建立模型，來(lái)描述非線性器件的特性。,1. 直流模型：適于Q點(diǎn)的分析,利用估算法求解靜態(tài)工作點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上利用了直流模型。,輸入回路等效為恒壓源,輸出回路等效為電流控

26、制的電流源,2. 晶體管的h參數(shù)等效模型（交流等效模型）,在交流通路中可將晶體管看成為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，輸入回路、輸出回路各為一個(gè)端口。,低頻小信號(hào)模型,在低頻、小信號(hào)作用下的關(guān)系式,交流等效模型（按式子畫模型）,電阻,無(wú)量綱,無(wú)量綱,電導(dǎo),h參數(shù)的物理意義,b-e間的 動(dòng)態(tài)電阻,內(nèi)反饋系數(shù),電流放大系數(shù),c-e間的電導(dǎo),分清主次，合理近似！什么情況下h12和h22的作用可忽略不計(jì)？,簡(jiǎn)化的h參數(shù)等效電路交流等效模型,查閱手冊(cè),利用PN結(jié)的電流方程可求得,在輸入特性曲線上，Q點(diǎn)越高，rbe越??！,3. 放大電路的動(dòng)態(tài)分析,放大電路的 交流等效電路,阻容耦合共射放大電路的動(dòng)態(tài)分析,輸入電阻中不應(yīng)含

27、有Rs!,輸出電阻中不應(yīng)含有RL!,討論一,1. 在什么參數(shù)、如何變化時(shí)Q1 Q2 Q3 Q4？ 2. 從輸出電壓上看，哪個(gè)Q點(diǎn)下最易產(chǎn)生截止失真？哪個(gè)Q點(diǎn)下最易產(chǎn)生飽和失真？哪個(gè)Q點(diǎn)下Uom最大？ 3. 設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)根據(jù)什么選擇VCC？,2. 空載和帶載兩種情況下Uom分別為多少？ 在圖示電路中，有無(wú)可能在空載時(shí)輸出電壓失真，而帶上負(fù)載后這種失真消除？ 增強(qiáng)電壓放大能力的方法？,討論二,已知ICQ2mA，UCES0.7V。 1. 在空載情況下，當(dāng)輸入信號(hào)增大時(shí)，電路首先出現(xiàn)飽和失真還是截止失真？若帶負(fù)載的情況下呢？,討論三：基本共射放大電路的靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析,為什么用圖解法求解IBQ

28、和UBEQ？,討論四：阻容耦合共射放大電路的靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析,討論五：波形分析,失真了嗎？如何判斷？原因？,飽和失真,2.4 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定,一、溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,二、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的典型電路,三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法,一、溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,所謂Q點(diǎn)穩(wěn)定，是指ICQ和UCEQ在溫度變化時(shí)基本不變，這是靠IBQ的變化得來(lái)的。,若溫度升高時(shí)要Q回到Q，則只有減小IBQ,二、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的典型電路,Ce為旁路電容，在交流通路中可視為短路,1. 電路組成,2. 穩(wěn)定原理,為了穩(wěn)定Q點(diǎn)，通常I1 IB，即I1 I2；因此,基本不隨溫度變化。,設(shè)UBEQ UBEUBE，若UBQ UBEU

29、BE，則IEQ穩(wěn)定。,Re 的作用,T()ICUE UBE（UB基本不變） IB IC,Re起直流負(fù)反饋?zhàn)饔?，其值越大，反饋越?qiáng)，Q點(diǎn)越穩(wěn)定。,關(guān)于反饋的一些概念： 將輸出量通過一定的方式引回輸入回路影響輸入量的措施稱為反饋。 直流通路中的反饋稱為直流反饋。 反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小的稱為負(fù)反饋，反之稱為正反饋。,Re有上限值嗎？,3. Q 點(diǎn)分析,分壓式電流負(fù)反饋工作點(diǎn)穩(wěn)定電路,Rb上靜態(tài)電壓是否可忽略不計(jì)？,判斷方法：,4. 動(dòng)態(tài)分析,利?弊?,無(wú)旁路電容Ce時(shí)：,如何提高電壓放大能力？,三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法,引入直流負(fù)反饋 溫度補(bǔ)償：利用對(duì)溫度敏感的元件，在溫度變化時(shí)直接影響輸入

30、回路。 例如，Rb1或Rb2采用熱敏電阻。 它們的溫度系數(shù)？,清華大學(xué) 華成英 ,討論一,圖示兩個(gè)電路中是否采用了措施來(lái)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)？,若采用了措施，則是什么措施？,2.5 晶體管放大電路的三種接法,一、基本共集放大電路,二、基本共基放大電路,三、三種接法放大電路的比較,一、基本共集放大電路,1. 靜態(tài)分析,2. 動(dòng)態(tài)分析：電壓放大倍數(shù),故稱之為射極跟隨器,2. 動(dòng)態(tài)分析：輸入電阻的分析,Ri與負(fù)載有關(guān)！,帶負(fù)載電阻后,2. 動(dòng)態(tài)分析：輸出電阻的分析,Ro與信號(hào)源內(nèi)阻有關(guān)！,3. 特點(diǎn)：輸入電阻大，輸出電阻??；只放大電流，不放大電壓；在一定條件下有電壓跟隨作用！,令Us為零，保留Rs，在輸出

31、端加Uo，產(chǎn)生Io, 。,二、基本共基放大電路,1. 靜態(tài)分析,2. 動(dòng)態(tài)分析,3. 特點(diǎn)：,輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓，不放大電流！,三、三種接法的比較：空載情況下,接法 共射 共集 共基 Au 大 小于1 大 Ai 1 Ri 中 大 小 Ro 大 小 大 頻帶 窄 中 寬,討論一： 圖示電路為哪種基本接法的放大電路？它們的靜態(tài)工作點(diǎn)有可能穩(wěn)定嗎？求解靜態(tài)工作點(diǎn)、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的表達(dá)式。,電路如圖，所有電容對(duì)交流信號(hào)均可視為短路。,1. Q為多少？ 2. Re有穩(wěn)定Q點(diǎn)的作用嗎？ 3. 電路的交流等效電路？ 4. V 變化時(shí)，電壓放大倍數(shù)如何變化？,討論二,清華大學(xué) 華

32、成英 ,討論二,改變電壓放大倍數(shù),2.6 場(chǎng)效應(yīng)管及其基本放大電路,一、場(chǎng)效應(yīng)管,二、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法,三、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析,一、場(chǎng)效應(yīng)管（以N溝道為例）,場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d），對(duì)應(yīng)于晶體管的e、b、c；有三個(gè)工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對(duì)應(yīng)于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。,1. 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,符號(hào),結(jié)構(gòu)示意圖,導(dǎo)電溝道,單極型管噪聲小、抗輻射能力強(qiáng)、低電壓工作,柵-源電壓對(duì)導(dǎo)電溝道寬度的控制作用,溝道最寬,uGS可以控制導(dǎo)電溝道的寬度。為什么g-s必須加負(fù)電壓？,UGS（off）,漏-源電壓對(duì)漏極電流的影響,uGSUG

33、S（off）且不變，VDD增大，iD增大。,預(yù)夾斷,uGDUGS（off）,VDD的增大，幾乎全部用來(lái)克服溝道的電阻，iD幾乎不變，進(jìn)入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。,場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件是什么？,uGDUGS（off）,uGDUGS（off）,夾斷電壓,漏極飽和電流,轉(zhuǎn)移特性,場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，因而uGSUGS（off）且uGDUGS（off）。,uDGUGS（off）,g-s電壓控制d-s的等效電阻,輸出特性,預(yù)夾斷軌跡，uGDUGS（off）,可變電阻區(qū),恒 流 區(qū),iD幾乎僅決定于uGS,擊 穿 區(qū),夾斷區(qū)（截止區(qū)）,不同型號(hào)的管子UGS（off）、IDSS將不同。,低頻

34、跨導(dǎo)：,2. 絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管,uGS增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長(zhǎng)。當(dāng)反型層將兩個(gè)N區(qū)相接時(shí)，形成導(dǎo)電溝道。,SiO2絕緣層,襯底,反型層,增強(qiáng)型管,大到一定值才開啟,增強(qiáng)型MOS管uDS對(duì)iD的影響,用場(chǎng)效應(yīng)管組成放大電路時(shí)應(yīng)使之工作在恒流區(qū)。N溝道增強(qiáng)型MOS管工作在恒流區(qū)的條件是什么？,iD隨uDS的增大而增大，可變電阻區(qū),uGDUGS（th）,預(yù)夾斷,iD幾乎僅僅受控于uGS，恒流區(qū),剛出現(xiàn)夾斷,uGS的增大幾乎全部用來(lái)克服夾斷區(qū)的電阻,耗盡型 MOS管,耗盡型MOS管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0時(shí)均可導(dǎo)通，且與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管不同，由于SiO2絕緣層的存在，在uGS0時(shí)

35、仍保持g-s間電阻非常大的特點(diǎn)。,加正離子,小到一定值才夾斷,uGS=0時(shí)就存在導(dǎo)電溝道,MOS管的特性,1)增強(qiáng)型MOS管,2)耗盡型MOS管,開啟電壓,夾斷電壓,利用Multisim測(cè)試場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性,從輸出特性曲線說明場(chǎng)效應(yīng)管的哪些特點(diǎn)？,3. 場(chǎng)效應(yīng)管的分類工作在恒流區(qū)時(shí)g-s、d-s間的電壓極性,uGS=0可工作在恒流區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管有哪幾種？ uGS0才可能工作在恒流區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管有哪幾種？ uGS0才可能工作在恒流區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管有哪幾種？,二、場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法,根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)的條件，在g-s、d-s間加極性合適的電源,1. 基本共源放大電路,2. 自給偏壓電路,

36、由正電源獲得負(fù)偏壓 稱為自給偏壓,哪種場(chǎng)效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置Q點(diǎn)？,3. 分壓式偏置電路,為什么加Rg3?其數(shù)值應(yīng)大些小些？,哪種場(chǎng)效應(yīng)管能夠采用這種電路形式設(shè)置Q點(diǎn)？,即典型的Q點(diǎn)穩(wěn)定電路,三、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析,近似分析時(shí)可認(rèn)為其為無(wú)窮大！,根據(jù)iD的表達(dá)式或轉(zhuǎn)移特性可求得gm。,與晶體管的h參數(shù)等效模型類比：,1. 場(chǎng)效應(yīng)管的交流等效模型,2. 基本共源放大電路的動(dòng)態(tài)分析,若Rd=3k， Rg=5k， gm=2mS，則 與共射電路比較。,3. 基本共漏放大電路的動(dòng)態(tài)分析,若Rs=3k，gm=2mS，則,基本共漏放大電路輸出電阻的分析,若Rs=3k，gm=2mS，則Ro=

37、?,2.7 派生電路,一、復(fù)合管,二、派生電路舉例,一、復(fù)合管,復(fù)合管的組成：多只管子合理連接等效成一只管子。,不同類型的管子復(fù)合后，其類型決定于T1管。,目的：增大，減小前級(jí)驅(qū)動(dòng)電流，改變管子的類型。,討論一：判斷下列各圖是否能組成復(fù)合管,在合適的外加電壓下，每只管子的電流都有合適的通路，才能組成復(fù)合管。,清華大學(xué) 華成英 ,Ri=? Ro=?,討論二,二、派生電路舉例：組合的結(jié)果帶來(lái)什么好處？,第三章 多級(jí)放大電路,第三章 多級(jí)放大電路,3.1 多級(jí)放大電路的耦合方式,3.2 多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析,3.3 差分放大電路,3.4 互補(bǔ)輸出級(jí),3.5 直接耦合多級(jí)放大電路讀圖,3.1 多級(jí)放

38、大電路的耦合方式,一、直接耦合,二、阻容耦合,三、變壓器耦合,一、直接耦合,既是第一級(jí)的集電極電阻，又是第二級(jí)的基極電阻,能夠放大變化緩慢的信號(hào)，便于集成化， Q點(diǎn)相互影響，存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。,當(dāng)輸入信號(hào)為零時(shí)，前級(jí)由溫度變化所引起的電流、電位的變化會(huì)逐級(jí)放大。,Q1合適嗎？,直接連接,求解Q點(diǎn)時(shí)應(yīng)按各回路列多元一次方程，然后解方程組。,如何設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)？,對(duì)哪些動(dòng)態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響？,用什么元件取代Re既可設(shè)置合適的Q點(diǎn)，又可使第二級(jí)放大倍數(shù)不至于下降太多？,若要UCEQ5V，則應(yīng)怎么辦？用多個(gè)二極管嗎？,二極管導(dǎo)通電壓UD？動(dòng)態(tài)電阻rd特點(diǎn)？,Re,必要性？,穩(wěn)壓管 伏安特性,UCEQ

39、1太小加Re（Au2數(shù)值）改用D若要UCEQ1大，則改用DZ。,NPN型管和PNP型管混合使用,在用NPN型管組成N級(jí)共射放大電路，由于UCQi UBQi，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后級(jí)集電極電位接近電源電壓，Q點(diǎn)不合適。,UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1 UCQ2 UCQ1,UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1 UCQ2 UCQ1,二、阻容耦合,Q點(diǎn)相互獨(dú)立。不能放大變化緩慢的信號(hào)，低頻特性差，不能集成化。,有零點(diǎn)漂移嗎？,利用電容連接信號(hào)源與放大電路、放大電路的前后級(jí)、放大電路與負(fù)載，為阻容耦合。,可能是實(shí)際的負(fù)載，也可能是下級(jí)放大電路,三、變壓器耦合,理想變

40、壓器情況下，負(fù)載上獲得的功率等于原邊消耗的功率。,從變壓器原邊看到的等效電阻,討論：兩級(jí)直接耦合放大電路,選擇合適參數(shù)使電路正常工作,電位高低關(guān)系,從Multisim “參數(shù)掃描” 結(jié)果分析兩級(jí)放大電路Q點(diǎn)的相互影響。 R1取何值時(shí)T2工作在飽和區(qū)？,3.2 多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析,二、分析舉例,一、動(dòng)態(tài)參數(shù)分析,一、動(dòng)態(tài)參數(shù)分析,1.電壓放大倍數(shù),2. 輸入電阻,3. 輸出電阻,對(duì)電壓放大電路的要求：Ri大， Ro小，Au的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。,二、分析舉例,討論一 失真分析：由NPN型管組成的兩級(jí)共射放大電路,共射放大電路,共射放大電路,飽和失真？截止失真？,首先確定在哪一級(jí)出現(xiàn)

41、了失真，再判斷是什么失真。,比較Uom1和Uim2，則可判斷在輸入信號(hào)逐漸增大時(shí)哪一級(jí)首先出現(xiàn)失真。,在前級(jí)均未出現(xiàn)失真的情況下，多級(jí)放大電路的最大不失真電壓等于輸出級(jí)的最大不失真電壓。,清華大學(xué) 華成英 ,討論二：放大電路的選用,1. 按下列要求組成兩級(jí)放大電路： Ri12k，Au 的數(shù)值3000； Ri 10M，Au的數(shù)值300； Ri100200k，Au的數(shù)值150； Ri 10M ，Au的數(shù)值10，Ro100。,共射、共射；共源、共射；共集、共射；共源、共集。,2. 若測(cè)得三個(gè)單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空載電壓放大倍數(shù)，則如何求解它們連接后的三級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)？,注意級(jí)

42、聯(lián)時(shí)兩級(jí)的相互影響！,3.3 差分放大電路,一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因,二、長(zhǎng)尾式差分放大電路的組成,三、長(zhǎng)尾式差分放大電路的分析,四、差分放大電路的四種接法,五、具有恒流源的差分放大電路,六、差分放大電路的改進(jìn),一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象及其產(chǎn)生的原因,1. 什么是零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：uI0，uO0的現(xiàn)象。,產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動(dòng)，元器件老化。其中晶體管的特性對(duì)溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。,克服溫漂的方法：引入直流負(fù)反饋，溫度補(bǔ)償。 典型電路：差分放大電路,零點(diǎn)漂移,零輸入零輸出,理想對(duì)稱,二、長(zhǎng)尾式差分放大電路的組成,共模信號(hào)：大小相等，極性相同。,差模信號(hào)：大小相等，極性相反.,

43、典型電路,在理想對(duì)稱的情況下： 1. 克服零點(diǎn)漂移； 2. 零輸入零輸出； 3. 抑制共模信號(hào)； 4. 放大差模信號(hào)。,三、長(zhǎng)尾式差分放大電路的分析,Rb是必要的嗎？,1. Q點(diǎn)：,晶體管輸入回路方程：,通常，Rb較小，且IBQ很小，故,選合適的VEE和Re就可得合適的Q,2. 抑制共模信號(hào),共模信號(hào)：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號(hào)，即,2. 抑制共模信號(hào) ：Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔?Re的共模負(fù)反饋?zhàn)饔茫簻囟茸兓鸬淖兓刃楣材Ｐ盘?hào),對(duì)于每一邊電路，Re=?,如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 ,抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。,3. 放大差模信號(hào),iE1

44、= iE2，Re中電流不變，即Re 對(duì)差模信號(hào)無(wú)反饋?zhàn)饔谩?差模信號(hào)：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號(hào)，即,為什么？,差模信號(hào)作用時(shí)的動(dòng)態(tài)分析,差模放大倍數(shù),4. 動(dòng)態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR,共模抑制比KCMR：綜合考察差分放大電路放大差模信號(hào)的能力和抑制共模信號(hào)的能力。,在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，信號(hào)源需要有“ 接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“ 接地”點(diǎn)，以安全工作。,根據(jù)信號(hào)源和負(fù)載的接地情況，差分放大電路有四種接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。,四、差分放大電路的四種接法,由于輸入回路沒有變化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時(shí)一樣

45、。但是UCEQ1 UCEQ2。,1. 雙端輸入單端輸出：Q點(diǎn)分析,1. 雙端輸入單端輸出：差模信號(hào)作用下的分析,1. 雙端輸入單端輸出：共模信號(hào)作用下的分析,1. 雙端輸入單端輸出：?jiǎn)栴}討論,（1）T2的Rc可以短路嗎？ （2）什么情況下Ad為“”？ （3）雙端輸出時(shí)的Ad是單端輸出時(shí)的2倍嗎？,2. 單端輸入雙端輸出,輸入差模信號(hào)的同時(shí)總是伴隨著共模信號(hào)輸入：,在輸入信號(hào)作用下發(fā)射極的電位變化嗎？說明什么？,2. 單端輸入雙端輸出,問題討論： （1）UOQ產(chǎn)生的原因？ （2）如何減小共模輸出電壓？,測(cè)試:,靜態(tài)時(shí)的值,3. 四種接法的比較：電路參數(shù)理想對(duì)稱條件下,輸入方式： Ri均為2(Rb

46、+rbe)；雙端輸入時(shí)無(wú)共模信號(hào)輸入，單端輸入時(shí)有共模信號(hào)輸入。,輸出方式：Q點(diǎn)、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均與之有關(guān)。,五、具有恒流源的差分放大電路,Re 越大，每一邊的漂移越小，共模負(fù)反饋越強(qiáng)，單端輸出時(shí)的Ac越小，KCMR越大，差分放大電路的性能越好。 但為使靜態(tài)電流不變，Re 越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。 需在低電源條件下，設(shè)置合適的IEQ，并得到得到趨于無(wú)窮大的Re。,解決方法：采用電流源取代Re！,具有恒流源差分放大電路的組成,等效電阻為無(wú)窮大,近似為 恒流,1) RW取值應(yīng)大些？還是小些？ 2) RW對(duì)動(dòng)態(tài)參數(shù)的影響？ 3) 若RW滑動(dòng)端在中點(diǎn)，寫出Ad、Ri

47、的表達(dá)式。,六、差分放大電路的改進(jìn),1. 加調(diào)零電位器 RW,2. 場(chǎng)效應(yīng)管差分放大電路,若uI1=10mV，uI2=5mV，則uId=？ uIc=？,uId=5mV ，uIc=7.5mV,討論一,若將電橋的輸出作為差放的輸入，則其共模信號(hào)約為多少？如何設(shè)置Q點(diǎn)時(shí)如何考慮？,1、uI=10mV，則uId=? uIc=? 2、若Ad=102、KCMR103用直流表測(cè)uO ，uO=?,uId=10mV ，uIc=5mV,uO= Ad uId+ Ac uIc+UCQ1,=?,=?,=?,討論二,3.4 互補(bǔ)輸出級(jí),二、基本電路,三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí),四、準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí),一、對(duì)輸出級(jí)的要求,互補(bǔ)

48、輸出級(jí)是直接耦合的功率放大電路。 對(duì)輸出級(jí)的要求：帶負(fù)載能力強(qiáng)；直流功耗??；負(fù)載電阻上無(wú)直流功耗； 最大不失真輸出電壓最大。,一、對(duì)輸出級(jí)的要求,不符合要求！,二、基本電路,靜態(tài)時(shí)T1、T2均截止，UB= UE=0,1. 特征：T1、T2特性理想對(duì)稱。,2. 靜態(tài)分析,T1的輸入特性,3. 動(dòng)態(tài)分析,ui正半周，電流通路為 +VCCT1RL地， uo = ui,兩只管子交替工作，兩路電源交替供電，雙向跟隨。,ui負(fù)半周，電流通路為 地 RL T2 -VCC， uo = ui,4. 交越失真,消除失真的方法： 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。,信號(hào)在零附近兩只管子均截止,開啟電壓, 靜態(tài)時(shí)T1、T2處于臨

49、界導(dǎo)通狀態(tài)，有信號(hào)時(shí)至少有一只導(dǎo)通； 偏置電路對(duì)動(dòng)態(tài)性能影響要小。,三、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí),四、準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí),為保持輸出管的良好對(duì)稱性，輸出管應(yīng)為同類型晶體管。,3.5 直接耦合多級(jí)放大電路讀圖,一、放大電路的讀圖方法,二、例題,一、放大電路的讀圖方法,1. 化整為零：按信號(hào)流通順序?qū)級(jí)放大電路分為N個(gè)基本放大電路。 2. 識(shí)別電路：分析每級(jí)電路屬于哪種基本電路，有何特點(diǎn)。 3. 統(tǒng)觀總體：分析整個(gè)電路的性能特點(diǎn)。 4. 定量估算：必要時(shí)需估算主要?jiǎng)討B(tài)參數(shù)。,二、例題,第一級(jí)：雙端輸入單端輸出的差放,第二級(jí)：以復(fù)合管為放大管的共射放大電路,第三級(jí)：準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí),動(dòng)態(tài)電阻無(wú)窮大,1. 化

50、整為零，識(shí)別電路,2. 基本性能分析,輸入電阻為2rbe、電壓放大倍數(shù)較大、輸出電阻很小、最大不失真輸出電壓的峰值接近電源電壓。,整個(gè)電路可等效為一個(gè)雙端輸入單端輸出的差分放大電路。,清華大學(xué) 華成英 ,3. 交流等效電路,可估算低頻小信號(hào)下的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等。,第四章 集成運(yùn)算放大電路,第四章 集成運(yùn)算放大電路,4.1 概述,4.2 集成運(yùn)放中的電流源,4.3 集成運(yùn)放的電路分析及其性能指標(biāo),4.1 概述,一、集成運(yùn)放的特點(diǎn),二、集成運(yùn)放電路的組成,三、集成運(yùn)放的電壓傳輸特性,一、集成運(yùn)放的特點(diǎn),（1）直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性采用差分放大電路和電流源電路。

51、 （2）用復(fù)雜電路實(shí)現(xiàn)高性能的放大電路，因?yàn)殡娐返膹?fù)雜化并不帶來(lái)工藝的復(fù)雜性。 （3）用有源元件替代無(wú)源元件，如用晶體管取代難于制作的大電阻。 （4）采用復(fù)合管。,集成運(yùn)算放大電路，簡(jiǎn)稱集成運(yùn)放，是一個(gè)高性能的直接耦合多級(jí)放大電路。因首先用于信號(hào)的運(yùn)算，故而得名。,二、集成運(yùn)放電路的組成,若將集成運(yùn)放看成為一個(gè)“黑盒子”，則可等效為一個(gè)雙端輸入、單端輸出的差分放大電路。,集成運(yùn)放電路四個(gè)組成部分的作用,輸入級(jí)：前置級(jí)，多采用差分放大電路。要求Ri大，Ad大， Ac小，輸入端耐壓高。 中間級(jí)：主放大級(jí)，多采用共射放大電路。要求有足夠的放大能力。 輸出級(jí)：功率級(jí)，多采用準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。要求Ro小，最

52、大不失真輸出電壓盡可能大。,偏置電路：為各級(jí)放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。采用電流源電路。,幾代產(chǎn)品中輸入級(jí)的變化最大！,三、集成運(yùn)放的電壓傳輸特性,由于Aod高達(dá)幾十萬(wàn)倍，所以集成運(yùn)放工作在線性區(qū)時(shí)的最大輸入電壓(uPuN)的數(shù)值僅為幾十一百多微伏。,在線性區(qū)： uOAod(uPuN) Aod是開環(huán)差模放大倍數(shù)。,(uPuN)的數(shù)值大于一定值時(shí)，集成運(yùn)放的輸出不是UOM , 就是UOM，即集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)。,uO=f(uP-uN),4.2 集成運(yùn)放中的電流源,一、鏡像電流源,二、微電流源,三、多路電流源,四、有源負(fù)載,一、鏡像電流源,T0 和 T1 特性完全相同。,在電流源電路中充分利

53、用集成運(yùn)放中晶體管性能的一致性。,電路中有負(fù)反饋嗎？,基準(zhǔn)電流,二、微電流源,設(shè)計(jì)過程很簡(jiǎn)單，首先確定IE0和IE1，然后選定R和Re。,超越方程,要求提供很小的靜態(tài)電流，又不能用大電阻。,三、多路電流源,根據(jù)所需靜態(tài)電流，來(lái)選取發(fā)射極電阻的數(shù)值。,根據(jù)所需靜態(tài)電流，來(lái)確定集電結(jié)面積。,根據(jù)所需靜態(tài)電流，來(lái)確定溝道尺寸。,四、有源負(fù)載,哪只管子為放大管？ 其集電結(jié)靜態(tài)電流約為多少？ 靜態(tài)時(shí)UIQ為多少？,為什么要考慮 h22?,1. 用于共射放大電路,2. 用于差分放大電路,電路的輸入、輸出方式？ 如何設(shè)置靜態(tài)電流？ 靜態(tài)時(shí)iO約為多少？ 動(dòng)態(tài)時(shí)iO約為多少？,使單端輸出電路的差模放大倍數(shù)近似

54、等于雙端輸出時(shí)的差模放大倍數(shù)。,靜態(tài)：,動(dòng)態(tài)：,4.3 集成運(yùn)放的電路分析及其性能指標(biāo),二、讀圖舉例,三、集成運(yùn)放的性能指標(biāo),一、讀圖方法,一、讀圖方法,（1）了解用途：了解要分析的電路的應(yīng)用場(chǎng)合、用途和技術(shù)指標(biāo)。 （2）化整為零：將整個(gè)電路圖分為各自具有一定功能的基本電路。 （3）分析功能：定性分析每一部分電路的基本功能和性能。 （4）統(tǒng)觀整體：電路相互連接關(guān)系以及連接后電路實(shí)現(xiàn)的功能和性能。 （5）定量計(jì)算：必要時(shí)可估算或利用計(jì)算機(jī)計(jì)算電路的主要參數(shù)。,已知電路圖，分析其原理和功能、性能。,二、舉例：F007通用型集成運(yùn)放,對(duì)于集成運(yùn)放電路，應(yīng)首先找出偏置電路，然后根據(jù)信號(hào)流通順序，將其分

55、為輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)電路。,若在集成運(yùn)放電路中能夠估算出某一支路的電流，則這個(gè)電流往往是偏置電路中的基準(zhǔn)電流。,找出偏置電路,雙端輸入、單端輸出差分放大電路,以復(fù)合管為放大管、恒流源作負(fù)載的共射放大電路,用UBE倍增電路消除交越失真的準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí),三級(jí)放大電路,簡(jiǎn)化電路分解電路,輸入級(jí)的分析,T3、T4為橫向PNP型管，輸入端耐壓高。共集形式，輸入電阻大，允許的共模輸入電壓幅值大。共基形式頻帶寬。,共集-共基形式,Q點(diǎn)的穩(wěn)定： T（）IC1 IC2 IC8,IC9與IC8為鏡像關(guān)系IC9，因IC10不變 IB3 IB4 IC3 IC4 IC1 IC2,T1和T2從基極輸入、射極輸出,T3和

56、T4從射極輸入、集電極輸出,輸入級(jí)的分析,T7的作用：抑制共模信號(hào),T5、T6分別是T3、T4的有源負(fù)載，而T4又是T6的有源負(fù)載，增大電壓放大倍數(shù)。,作用？,+,_,放大差模信號(hào),特點(diǎn)： 輸入電阻大、差模放大倍數(shù)大、共模放大倍數(shù)小、輸入端耐壓高，并完成電平轉(zhuǎn)換（即對(duì)“地”輸出）。,中間級(jí)的分析,中間級(jí)是主放大器，它所采取的一切措施都是為了增大放大倍數(shù)。,F007的中間級(jí)是以復(fù)合管為放大管、采用有源負(fù)載的共射放大電路。由于等效的集電極電阻趨于無(wú)窮大，故動(dòng)態(tài)電流幾乎全部流入輸出級(jí)。,中間級(jí),輸出級(jí),輸出級(jí)的分析,D1和D2起過流保護(hù)作用，未過流時(shí)，兩只二極管均截止。,iO增大到一定程度，D1導(dǎo)通

57、，為T14基極分流，從而保護(hù)了T14。,準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)，UBE倍增電路消除交越失真。,中間級(jí),輸出級(jí),特點(diǎn)： 輸出電阻小 最大不失真輸出電壓高,判斷同相輸入端和反相輸入端,輸入電阻大、差模增益大、輸出電阻小、共模抑制能力強(qiáng)、允許的共模輸入電壓高、輸入端耐壓高等。,三、集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo),指標(biāo)參數(shù) F007典型值 理想值 開環(huán)差模增益 Aod 106dB 差模輸入電阻 rid 2M 共模抑制比 KCMR 90dB 輸入失調(diào)電壓 UIO 1mV 0 UIO的溫漂d UIO/dT() 幾V/ 0 輸入失調(diào)電流 IIO ( IB1- IB2 ) 20nA 0 UIO的溫漂d UIO/dT() 幾nA

58、/ 0 最大共模輸入電壓 UIcmax 13V 最大差模輸入電壓 UIdmax 30V -3dB帶寬 fH 10Hz 轉(zhuǎn)換速率 SR(=duO/dtmax) 0.5V/S ,使uO為0在輸入端所加的補(bǔ)償電壓,超過此值不能正常放大差模信號(hào),超過此值輸入級(jí)放大管擊穿,清華大學(xué) 華成英 ,討論,1. 輸入級(jí)采用什么措施增大放大倍數(shù)？ 2. 中間級(jí)采用什么措施增大電壓放大倍數(shù)？ 3. 如何消除交越失真？ 4. uI1、 uI3哪個(gè)是同相輸入端？哪個(gè)是反相輸入端？,有源負(fù)載,有源負(fù)載,反相 輸入端,同相 輸入端,超管,第五章 放大電路的頻率響應(yīng),第五章 放大電路的頻率響應(yīng),5.1 頻率響應(yīng)的有關(guān)概念,5

59、.2 晶體管的高頻等效電路,5.3 放大電路的頻率響應(yīng),5.1 頻率響應(yīng)的有關(guān)概念,一、本章要研究的問題,二、高通電路和低通電路,三、放大電路中的頻率參數(shù),一、研究的問題,放大電路對(duì)信號(hào)頻率的適應(yīng)程度，即信號(hào)頻率對(duì)放大倍數(shù)的影響。 由于放大電路中耦合電容、旁路電容、半導(dǎo)體器件極間電容的存在，使放大倍數(shù)為頻率的函數(shù)。 在使用一個(gè)放大電路時(shí)應(yīng)了解其信號(hào)頻率的適用范圍，在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)滿足信號(hào)頻率的范圍要求。,二、高通電路和低通電路,2. 低通電路:信號(hào)頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓。,使輸出電壓幅值下降到70.7%，相位為45的信號(hào)頻率為截止頻率。,1. 高通電路:信號(hào)頻率越高，輸出電壓越接近輸入電壓。,三、放大電路中的