模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)完整版ppt課件

.,1,模擬電子技術(shù)基礎(chǔ),負反饋放大器5,集成運算放大電路8,基本放大電路(三極管、場效應管）22,半導體器件5,集成運算放大器應用2,復習3,內(nèi)容安排,.,2,特別提醒,本課程5學分成績考試80分平時20分1、本周四確定座位表,以后每位同學按自己的座位入坐,若座位無人按缺席處理,缺席一次平時成績扣一分，缺席過多按校規(guī)處理。如有重課請盡早到學院辦理重課單。2、每周一交作業(yè)本，缺交或所做的作業(yè)量小于應做作業(yè)量的50%的、有明顯作業(yè)抄襲的則平時成績每次扣一分。3、每周四課后答疑。,.,3,緒論,一主要內(nèi)容1電子器件二極管器件的特性、管子晶體管參數(shù)、等效電路場效應管（熟悉）差分對管組件集成電路,.,4,緒論,2、電子電路晶體管放大器電路組成，放大電路場效應管放大器工作原理，集成運算放大器性能特性，功率放大器基本分析方法負反饋在放大電路中的應用工程計算方法放大器的頻率響應,.,5,緒論,二電子電路的應用自動控制計算機通信文化娛樂醫(yī)療儀器家用電器三要求了解器件的內(nèi)部工作原理掌握器件的應用特性（外特性）掌握各單元電路的工作原理及分析方法掌握實際技能及各種測試方法,.,6,四學習方法1合理近似例：I=20/（1+0.9）=10.5mA若把1K/10K=1K則I=20/2K=10mA僅差5%而采用一般電阻元件其誤差有10%即1K的元件可能是1.1K或9002重視實驗環(huán)節(jié)堅持理論聯(lián)系實際,緒論,+20v-,1K,1k,10k,0.9k,.,7,緒論,五參考書模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教程浙大鄧漢馨模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)清華童詩白電子技術(shù)基礎(chǔ)西安電子科大孫肖子模擬電子技術(shù)北京理工王遠模擬電子線路(I)謝源清,return,.,8,第一章,1.1PN結(jié)及晶體二極管,總結(jié),1.2晶體三極管,半導體器件,半導體基礎(chǔ)知識,結(jié)型場效應管(JFET),1.3場效應管,金屬-氧化物-半導體場效應管（MOSFET）,return,.,9,半導體器件,第一章,半導體基礎(chǔ)知識,自然界中物質(zhì)按其導電能力可分為,導體:很容易傳導電流的物質(zhì)（銅鉛）絕緣體:幾乎不能傳導電流(橡皮陶瓷石英塑料)半導體:導電能力介于導體與絕緣體之間(硅鍺),(本征雜質(zhì)),(都是4階元素),.,10,第一章,半導體物理基礎(chǔ)知識,一本征半導體:-純凈的半導體,共價鍵在本征半導體晶體中，原子有序排列構(gòu)成空間點陣（晶格），外層電子為相鄰原子共有，形成共價鍵,在絕對零度(-273.16)時晶體中沒有自由電子,所有價電子都被束縛在共價鍵中.所以半導體不能導電,價電子,共價鍵,半導體器件,.,11,第一章,半導體物理基礎(chǔ)知識,電子空穴對,當T或光線照射下,少數(shù)價電子因熱激發(fā)而獲得足夠的能量掙脫共價鍵的束縛,成為自由電子.同時在原來的共價鍵中留下一個空位稱空穴,本征半導體在熱或光照射作用下,產(chǎn)生電子空穴對-本征激發(fā),T光照電子-空穴對導電能力所以半導體的導電能力與T，光照有關(guān),在本征半導體中電子和空穴是成對出現(xiàn)的,半導體器件,.,12,本征半導體(純凈半導體),Si,Ge,.,13,第一章,半導體物理基礎(chǔ)知識,電子電流電子在電場作用下移動產(chǎn)生的電流x3x2x1,空穴電流空穴移動產(chǎn)生的電流x1x2x3,激發(fā),束縛電子獲能量成為自由電子和空穴,自由電子濃度=空穴濃度,電子和空穴稱為載流子,半導體器件,.,14,第一章,半導體物理基礎(chǔ)知識,復合,運動中的自由電子如果“跳進”空穴.重新被共價鍵束縛起來,電子空穴對消失稱復合,復合在一定溫度下,使半導體中載流子濃度一定,半導體器件,.,15,晶體結(jié)構(gòu),電子、空穴兩種載流子成對出現(xiàn)；常溫下載流子數(shù)量少，導電性差；受外界影響大。,電子,空穴,.,16,第一章,半導體物理基礎(chǔ)知識,二雜質(zhì)半導體-在本征半導體中摻入微量的雜質(zhì)使其導電能力產(chǎn)生明顯變化,N型半導體-摻入微量的五價元素(磷砷銻)由于雜質(zhì)原子提供自由電子-稱施主原子,N型雜質(zhì)半導體中電子濃度比同一溫度下本征半導體的電子濃度大得多所以加深了導電能力,多子電子少子空穴,半導體器件,.,17,第一章,半導體物理基礎(chǔ)知識,P型半導體摻入微量的三價元素（硼鋁）,由于雜質(zhì)原子吸收電子受主原子,多子空穴少子電子,雜質(zhì)半導體中多子濃度由摻雜濃度決定少子濃度由溫度決定,P型雜質(zhì)半導體中空穴濃度比同一溫度下本征半導體的空穴濃度大得多所以加深了導電能力,半導體器件,return,.,18,雜質(zhì)半導體,摻入五價元素,摻入三價元素,.,19,1.1PN結(jié)及二極管,在一塊硅片上，用不同的摻雜工藝。使其一邊形成N型半導體。另一邊形成P型半導體則在其交界面附近形成了PN結(jié)。,一PN結(jié)的形成,1.空間電荷區(qū)P型N型半導體結(jié)合在一起時，由于交界面兩測多子與少子濃度不同引起擴散運動（濃度差引起）,.,20,PN結(jié),P型,N型,濃度差,電場作用,內(nèi)電場,.,21,1.1PN結(jié)及二極管,所以在交面附近形成了不能移動的帶電離子組成的空間電荷區(qū),P區(qū)空穴N區(qū)與電子復合在N區(qū)留下帶正電荷的離子,N區(qū)電子P型與空穴結(jié)合在P區(qū)留下帶負電荷的離子,空間電荷區(qū)形成一個由N指向P的電場內(nèi)電場,平衡后的PN結(jié),.,22,1.1PN結(jié)及二極管,擴散使空間電荷區(qū)加寬。內(nèi)電場加深，而內(nèi)電場阻止擴散進行,漂移運動（內(nèi)電場引起）,促使P區(qū)電子NN區(qū)空穴P,引起,內(nèi)電場增加，擴散減弱，漂移增加。最后漂移=擴散,動態(tài)平衡,通過PN結(jié)之間電流為零,.,23,1.1PN結(jié)及二極管,2.對稱結(jié)與不對稱結(jié),空間電荷區(qū)中沒有載流子又稱耗盡層,當N與P區(qū)雜質(zhì)濃度相同時，耗盡層在兩個區(qū)內(nèi)的寬度也相等對稱結(jié)否則雜質(zhì)濃度較高的一側(cè)耗盡層寬度小于低的一側(cè)不對稱結(jié),P+N結(jié),PN結(jié),耗盡層中正負電荷量相等,圖1-8不對稱PN結(jié),.,24,1.1PN結(jié)及二極管,二PN結(jié)的特征單向?qū)щ娦?1.正向特征又稱PN結(jié)正向偏置,外電場作用下多子推向耗盡層，使耗盡層變窄，內(nèi)電場削弱擴散漂移從而在外電路中出現(xiàn)了一個較大的電流稱正向電流,Vb,V,.,25,1.1PN結(jié)及二極管,在正常工作范圍內(nèi)，PN結(jié)上外加電壓只要有變化，就能引起電流的顯著變化。I隨V急劇上升，PN結(jié)為一個很小的電阻（正向電阻?。?在外電場的作用下，PN結(jié)的平衡狀態(tài)被打破，使P區(qū)中的空穴和N區(qū)中的電子都向PN結(jié)移動，使耗盡層變窄,.,26,1.1PN結(jié)及二極管,1.PN結(jié)的反向特性外電場使耗盡層變寬使漂移（少子）擴散（多子）,回路中的反向電流I非常微弱一般Si為nA級Ge為uA級又少子是本征激發(fā)產(chǎn)生,管子制成后其數(shù)值與溫度有關(guān)TI,.,27,1.1PN結(jié)及二極管,反向電流不僅很小，而且當外加電壓超過零點幾伏后，少子供應有限，它基本不隨外加電壓的增加而增加。稱為反向飽和電流,反偏時電壓變化很大，而電流增加極微,PN結(jié)等效為一大電阻（反向電阻大）PN結(jié)這種只允許一個方向電流順利通過的特性單向?qū)щ娦?.,28,PN結(jié)兩端加電壓,P接“+”N接“-”,P接“-”N接“+”,E,單向?qū)щ娦?PN結(jié),.,29,1.1PN結(jié)及二極管,3.PN結(jié)伏安特性表示式,Is反向飽和電流決定于PN結(jié)的材料，制造工藝、溫度,UT=kT/q-溫度的電壓當量或熱電壓當T=300K時,UT=26mV,K波耳茲曼常數(shù)T絕對溫度q電子電荷u外加電壓U為反向時，且,.,30,1.1PN結(jié)及二極管,U正偏時,VVTI=IseU/UT,實際特性在I較大時與指數(shù)特性有一定差異在上面討論忽略了引出線的接觸電阻，P區(qū)N區(qū)的體電阻及表面漏電流影響,導通電壓-正向電流有明顯數(shù)值時所對應的電壓,正向電壓較小時,不足影響內(nèi)電場,載流子擴散運動尚未明顯增加正向電流0,I,Ge,Si,導通電壓死區(qū)電壓閥植電壓,U,Ge0.2-0.3V0.2VSi0.6-0.8V0.7V,.,31,1.1PN結(jié)及二極管,三溫度對伏安特性影響,T正向特性左移反向電流明顯增大，T每升高10攝氏度Is增加一倍,V(BR),I,U,T,T,當T到一定程度時，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度超過原來雜質(zhì)電離產(chǎn)生的多子濃度，雜質(zhì)半導體與本征半導體一樣，PN結(jié)不再存在,關(guān)系式:,IS1,IS2,.,32,當PN結(jié)處于反向偏置時,在一定范圍內(nèi)的反向電壓作用下,流過PN結(jié)的電流是很小的反向飽和電流,但當反向電壓超過某一數(shù)值后,反向電流會急劇增加稱PN結(jié)的擊穿把反向電流開始明顯增大時所對應的反向電壓稱擊穿電壓V(BR),1.1PN結(jié)及二極管,為保證PN結(jié)正常工作。它的工作溫度不能太高，溫度的限制與摻雜濃度有關(guān)，摻雜越大，最高工作溫度越高,三PN結(jié)的擊穿,.,33,1.1PN結(jié)及二極管,雪崩擊穿輕摻雜摻雜越低擊穿電壓越大,PN結(jié)一旦擊穿后,可認為反向電壓幾乎不變近似為V(BR),擊穿,齊納擊穿重摻雜摻雜越高擊穿電壓越低,V(BR)7V以上擊穿(Si),V(BR)IEPIEIEN=IBN+ICN,1.2晶體三極管,.,42,B區(qū)：傳遞和控制電子復合產(chǎn)生的電流IBNIB=IBNICBO,（擴散）,（復合）,被復合的電子數(shù)極少,大部分都擴散到c結(jié)邊沿,基區(qū)很薄空穴濃度低,C區(qū)：收集電子ICN,（漂移）,IC=ICNICBO,（反向飽和電流）,集電區(qū)和基區(qū)的少子在結(jié)反向電壓作用下漂移到對方形成ICBO,過程：注入擴散復合收集,1.2晶體三極管,.,43,二.電流分配關(guān)系,根據(jù)輸入輸出回路的公共端不同，可組成三種組態(tài).無論哪種接法為保證正向受控作用須使發(fā)射結(jié)正偏、集電極反偏且滿足IE=IB+IC,外接電路使發(fā)射結(jié)正偏、集電極反偏,外因：,內(nèi)因：,提高傳輸效率的條件：1）制成不對稱結(jié)P+NP或N+PN2）基區(qū)薄3）增加集電結(jié)面積,1.2晶體三極管,.,44,三種組態(tài),共基極,共集電極,共發(fā)射極,注意,發(fā)射極即能做輸入端又能做輸出端,基極只能做輸入端不能做輸出端,集電極只能做輸出端不能做輸入端,1.2晶體三極管,.,45,電流分配關(guān)系,定義共基極直流電流放大系數(shù),IC=IE+ICBOIE,定義共e極直流電流放大系數(shù),ICEO=(1+)ICBO,ICEO穿透電流ICBO反向飽和電流,IB=IBNICBO=IEIC=（1）IEICBO（1）IE,IE=IC+IB,IC=ICNICBO=IB+(1+)ICBOIB,IEIEN=IBN+ICN=(1+)IB(1+)ICBO(1+)IB,1.2晶體三極管,.,46,由于都反映了管中基區(qū)擴散與復合的關(guān)系,由定義可得：,總結(jié)：,ICIE,IE(1+)IB,ICIB,IB（1）IE,IE=IC+IB,1.2晶體三極管,.,47,一.共射極特性,1.共射極輸入特性曲線以為參量，與的關(guān)系,特點：類似二極管特性，但并非是e結(jié)特性，因e結(jié)與c結(jié)是相關(guān)的即受控制的,SiUBE:0.60.8V0.7VGeUBE:0.10.3V0.2V,1.2晶體三極管,.,48,2.共射極輸出特性曲線,以為參量時與的關(guān)系,輸出特性劃分為三個區(qū)域,放大區(qū)發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏的工作區(qū),對有很強的控制作用，反映在共射極交流放大系數(shù)上,定義=,iB=ICBO,VCE=VBE,飽和區(qū),截止區(qū),放大區(qū),1.2晶體三極管,.,49,變化對影響很小,飽和區(qū)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都正偏,VCE的變化對Ic影響很大而Ic不隨IB變化僅受VCE控制把VCE=VBE稱臨界飽和,飽和時C.E間電壓稱飽和壓降用VCES表示(Si管約為0.5V)小功率,截止區(qū)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于反偏,此時iE=0,iC=ICBO截止區(qū)即為iB=ICBO的那條曲線以下的區(qū)域,但小功率管ICBO很小可忽略近似以iB=0為其截止條件,1.2晶體三極管,.,50,3.溫度對晶體管特性的影響,溫度對VBE的影響TVBE即輸入特性曲線左移,溫度對ICBO的影響TICBO即輸出特性曲線上移,溫度對的影響T即輸出特性曲線上曲線間距離,T對VBEICBO的影響反映在集電極電流IC上都使IC,1.2晶體三極管,.,51,二.晶體管的主要參數(shù),1.電流放大系數(shù),共射直、交流電流放大系數(shù),直流,交流,共基直、交流電流放大系數(shù),直流,交流,ICBOICEO都很小在數(shù)值上,1.2晶體三極管,.,52,2.極間反向電流,ICBO射極開路集一基反向電流集電極反向飽和電流,ICEO基極開路集一射反向電流集電極穿透電流,IEBO集電極開路射一基反向電流,3.結(jié)電容,發(fā)射結(jié)電容Cbe，集電結(jié)電容Cbc，它們影響晶體管的頻率特性,4.極限參數(shù),集電極最大允許功耗PCM這參數(shù)決定于管子的溫升。使用時不能超過且注意散熱,1.2晶體三極管,.,53,由PCM=ICVCE在輸出特性上畫出這一曲線,PCM,ICM,U（BR）CEO,集電極最大允許電流ICM引起明顯下降時的最大集電極電流,ICICM時管子不一定會損壞但明顯下降在晶體管線性運用時ic不應超過ICM,反向擊穿電壓,U(BR)CBO射極開路集一基反向擊穿電壓U(BR)CEO基極開路集一射反向擊穿電壓U(BR)EBO集電極開路射一基反向擊穿電壓,1.2晶體三極管,.,54,1.3場效應管,場效應管不僅具有一般晶體管體積小，重量輕，耗電省，壽命長等特點而且還有輸入阻抗高（可達1015）、噪音低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強和制造工藝簡單等優(yōu)點。因而應用范圍很廣，特別是大規(guī)模、超大規(guī)模集成電路中應用很廣,特點：也是一種具有正向受控作用的有源器件,晶體管電流控制作用場效應管電壓控制作用,.,55,1.3場效應管,晶體管：是由電子和空穴二種載流子運動形成電流的,場效應管：是利用改變電場來控制固體材料的導電能力,場效應管（按結(jié)構(gòu)不同）分：,結(jié)型場效應管(JFET),絕緣柵場效應管(IGFET),N溝道P溝道,MOS管,P溝道,增強型耗盡型,N溝道,增強型耗盡型,.,56,1.3場效應管,（利用半導體內(nèi)電場效應進行工作的）,在一塊N型半導體材料兩邊擴散高濃度P型區(qū)（重摻雜）形成兩個P+N結(jié),為不對稱結(jié)（PN摻雜濃度不同）,兩個P中間所夾的N型半導體區(qū)稱為導電溝道,N溝道結(jié)型場效應管,箭頭方向為柵源PN結(jié)的正偏方向,P溝道,一、結(jié)型場效應管(JFET),.,57,1.3場效應管,一.JFET的結(jié)構(gòu)與工作原理(以N溝道為例),1.VGS對漏極電流ID的控制作用,對N溝道JFET，正常工作時UGS0，此時ID=0,夾斷狀態(tài)時ID=0,|VGS|P+N結(jié)的耗盡層溝道變窄,（即溝道電阻）,（1）改變VGS的大小就可達到控制溝道寬度的目的，從而實現(xiàn)了對溝道電阻的控制作用。（2）當加VDS0的電壓時ID就隨VGS的變化而變化，從而達到VGS對ID的控制作用,.,59,1.3場效應管,場效應管GS上加反向偏壓，則反向電流很小，若忽略反向電流，,則柵極電流基本為零，,控制信號的能量消耗很小(輸入電阻大)。,但當GS上加正向偏壓時會產(chǎn)生柵極電流若不采取限流措施會燒壞管子使用時應注意,+,_,0,VGS0,.,60,1.3場效應管,2.UDS對ID的影響(VGS=0),一般對N溝道JFET，VDS0,(1)當VGS=VDS=0時靠漏端與靠源端的溝道寬度一樣，即具有均勻的溝道,(2)當VGS=0而VDS0時，靠漏端的P+N結(jié)的反偏程度靠源端的P+N結(jié)反偏程度,這使溝道兩側(cè)的耗盡區(qū)從源極到漏極逐漸加寬，結(jié)果使溝道逐漸變窄。,隨著VDS溝道不等寬的情況越明顯溝道在漏極附近越來越窄,.,61,1.3場效應管,當VDS增大到VDS=Vp時在漏極附近的耗盡區(qū)開始靠攏稱預夾斷,在預夾斷狀態(tài)ID較大為IDSS,(3)當VDS再時耗盡區(qū)沿溝道加長，它們接觸部分稱夾斷區(qū),夾斷區(qū)加長并不意味著ID為零，因為若ID為零則夾斷區(qū)也不復存在。夾斷區(qū)的加長意味著溝道電阻增大，VDS繼續(xù)時，ID趨于不變。此時的電流稱為漏極飽和電流IDSS,.,62,1.3場效應管,但VDS不能無限VDS到一定值時會產(chǎn)生反向擊穿現(xiàn)象。,3.VGS0時的情況,VGS越負使耗盡區(qū)變寬、導電溝道變窄，VDS越正使耗盡區(qū)和導電溝道進一步變得不等寬，,(1)同一VDS下，改變VGS使溝道寬度不同，ID也隨之改變即ID的大小受VGS控制。隨著|VGS|，導電溝道變窄，電阻變大，在同樣VDS作用下，產(chǎn)生的ID|VGS|溝道電阻ID,.,63,1.3場效應管,VDSVP即VDS-VP預夾斷狀態(tài)而又VDS=VDG器件達到預夾斷狀態(tài)的條件是VGDVP,VGD=VGS-VDS,VDSVGS-VP,(2)VGS不同，產(chǎn)生預夾斷的VDS值也不同。,(3)只有當VGS=VP時溝道全部夾斷，此時ID=0,.,64,1.3場效應管,二.N溝道JFET的特性曲線,1.轉(zhuǎn)移特性曲線,UDS一定時，UGS對iD的控制作用,為保證JFET工作在恒流區(qū)要求VDSVGS-VP,可用方程描述,定義:漏極飽和電流IDSSVGS=0時iD的值,夾斷電壓VPiD=0時VGS的值,.,65,1.3場效應管,2.輸出特性曲線,(1)壓控電阻區(qū)（線性電阻區(qū)，非飽和區(qū)）,條件是：,VPVGS0VDS0,iD,+,+,0,.,72,1.3.4,金屬-氧化物-半導體場效應管,(MOS管),對P增MOS管VGSRs時ViVs，Ri越大得到的輸入信號電壓較大信號源采用電壓源,即輸入電阻越大-信號源電壓Vs更有效地加到放大器的輸入端,反之（RiIB時,有穩(wěn)定工作點的作用,.,112,2.2三極管放大電路,*在此電路中RB1,RB2,RE如何選擇？,為確保UB固定，則I1IBQ所以RB1,RB2選小些，,但太小時將增大電源Vcc的損耗，且會使放大器的輸入電阻減小,設計電路時使,發(fā)射極電阻RE越大,穩(wěn)定性越好，但直流壓降(IEQRE)越大，使VCEQ減小,一般選,.,113,2.2三極管放大電路,3.其他偏置電路分析法：,a.,.,114,2.2三極管放大電路,*反之，若式改為,則RB對IE的影響,是RE的倍,將RB折合到發(fā)射極時要乘,.,115,2.2三極管放大電路,b.,.,116,2.2三極管放大電路,管子截止時：VCEQ=VCC,飽和時：VCEQ=VCES0,二.交流通路（在交流通路中只有交流分量）,在畫交流通路時，電源相當于短路即接地電容-隔直通交,.,117,2.2三極管放大電路,.,118,2.2.2,放大器的圖解分析法,放大器的分析方法有二種：圖解分析法：形象、直觀，但難以準確定量分析,等效電路法：對器件建模進行電路分析，運算簡便，結(jié)果誤差小,一.直流圖解分析法（以共射極放大器為例）,由前述方法，估算出IBQ，UCEQ，ICQ。在晶體管的輸出特性上找出二個特殊的點M（0,UCC/RC）N（UCC,0），用直線連接MN，其斜率為-1/RC稱直流負載線,.,119,2.2.2,放大器的圖解分析法,它和IBQ線的交點Q稱為靜態(tài)工作點，該點對應的縱座標值為ICQ橫座標值為UCEO,Ucc/Rc,M,N,iB=iBQ,ICQ,UCEO,Ucc,當RC不變，RB,IBQ，Q點沿負載線上移，極限位置為Q2，對應的橫座標值為UCE(sat)，表明靜態(tài)時晶體管已在飽和狀態(tài)。,反之RB,IBQ，Q點沿負載線下移至Q1，極限位置N，對應的橫座標值為UCC，表示晶體管已工作在截止狀態(tài)了。,Q,RB,Q2,RB,Q1,Q,Q3,Q4,RC,RC,.,120,2.2.2,放大器的圖解分析法,上述兩種狀態(tài)下晶體管都不能正常放大信號正確方法是Q點應偏置在負載線的中點,當IBQ不變時，RC，負載線斜率變小，Q點移至Q3反之，RC，負載線斜率增大，Q點移至Q4Q點都不在負載線中點，將影響正常放大這時應重新設置IBQ值,一.交流圖解分析法,交流負載線-是一條通過Q點斜率為-1/RL的一條線,其中RL=Rc/RL,.,121,2.2.2,放大器的圖解分析法,原因:交直流負載線必然在Q點相交,因為在線性工作范圍內(nèi),Vi在變化過程中一定經(jīng)過O點,即Vi=0,而這一時刻既是動態(tài)過程中的一個點,又與靜態(tài)工作情況相符.,根據(jù)Vce=ic*RL設ic為由Q點減小到0,即ic=ICQ,Vce=ICQ*RL,方法:,.,122,2.2.2,放大器的圖解分析法,三.直流工作點與放大器非線性失真,良好設計的放大器工作點應位于交流負載線的中點。不然當工作點過低，在信號負半周時會進入截止區(qū)。所以，因受截止失真限制，最大不失真輸出電壓幅度為,截止失真,.,123,2.2.2,放大器的圖解分析法,當工作點過高在信號正半周時會進入飽和區(qū)，因飽和失真限制，最大不失真輸出電壓幅度為,飽和失真,工作點在負載線中點時，上二式是近似相等的工作點不在中點時，則取小的一個作為Vom，最大不失真信號的峰峰值即為該值的兩倍,.,124,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,一.晶體管交流小信號模型（共射為例）,應用條件：靜態(tài)工作點選擇恰當，晶體管工作在放大區(qū)輸入信號較小，非線性失真可忽略,1.混合型電路模型,共發(fā)射極晶體管,電路模型,.,125,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,ube對ib的控制，等效為b-e間交流結(jié)電阻rbe，其值：,ube通過ib對ic的控制可等效為一個流控電流源,.,126,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,或直接用一個壓控電流源來表示,其中跨導,輸出特性上Q點處切線斜率之倒數(shù)，表明了對的影響,幾百K數(shù)量級,輸入特性上Q點處對的影響,極大，可忽略,.,127,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,真正的晶體管還有寄生效應的影響，它們是三個摻雜區(qū)的體電阻,其中基區(qū)體電阻因該區(qū)很窄，數(shù)值較大，一般高頻管數(shù)十，低頻管數(shù)百。,另二個較小，可忽略。還有二個結(jié)的結(jié)電容：發(fā)射結(jié)電容（正偏勢壘）集電結(jié)電容（反偏擴散）低頻工作時可忽略。,完整的混合型電路模型（a）高頻時的電路模型；（b）低頻時的電路模型,.,128,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,2.低頻H參數(shù)電路模型,將晶體管視為一個雙端口回路時，可將其看成一個黑匣子，僅根據(jù)其輸入，輸出回路的電流、電壓關(guān)系及黑匣子的參數(shù)來求解電路。若取iB和uCE為自變量，則輸入輸出回路有函數(shù),在工作點Q處對上二式取全微分有,.,129,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,當輸入為正弦量，并用有效值表示上二式為,用矩陣式可表示為,共發(fā)射極晶體管H參數(shù)電路模型,.,130,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,實用的低頻H參數(shù)電路模型,其中：（令Uce=0表示輸出短路；Ib=0表示輸入開路）,交流輸入電阻,反向電壓傳輸系數(shù),.,131,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,交流輸出電導,H參數(shù)與混合型電路參數(shù)之關(guān)系為：,正向電流放大系數(shù),.,132,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,2.共射極放大器的交流等效電路分析法,分析步驟有三：,L估算直流工作點l確定放大器交流通路(晶體管用小信號交流模型表示)根據(jù)交流等效電路計算放大器的各項交流指標,.,133,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,.,134,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,.,135,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,輸入交流電壓Ui=Ibrbe輸出交流電壓U0=Ic(Rc/RL)=Ib(RC/RL),交流性能,1).電壓增益Au,電壓放大倍數(shù),式中,2).輸入電阻,放大器的輸入電阻:,.,136,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,晶體管的輸入電阻：,3).輸出電阻：,4).源電壓放大倍數(shù)：,原因：Ui是信號源內(nèi)阻與放大器輸入電阻分壓的結(jié)果當RiRs時AusAu,.,137,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,3.接有Re的共發(fā)電路,小信號交流等效電路,交流分析:,.,138,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,討論:,1.直流工作點對放大器性能的影響，是通過ICQ,rbe起作用的。,所以，當Q點過低使管子到截止區(qū)時，,可調(diào)節(jié)RB2,脫離截止區(qū),即當調(diào)節(jié),.,139,2.2.3,放大器的交流等效電路分析法,反之當Q點過高時,管子到了飽和區(qū)，這時可調(diào)節(jié),脫離飽和區(qū)。也可調(diào)節(jié)RE來改變。,Rc增加對ICQ基本無影響,但,注意：,若Rc太大時使VCEQ太小易進入飽和區(qū)。,.,140,2.2.4,共集電極和共基極放大器,一.共集電極放大器,采用分壓式偏置的共集電極電路及其交流等效圖如圖（注意：集電極交流接地）利用晶體管的交流模型可分析其交流性能指標,共集電極放大器電路,交流等效電路,.,141,2.2.4,共集電極和共基極放大器,1.Au,共集電極輸入和輸出電壓同相，增益近似為1似輸出跟隨輸入變化而變化，故又稱射極跟隨器簡稱射隨器,.,142,2.2.4,共集電極和共基極放大器,2.Ai,(Ie-Io)RE=IoRL,當忽略RB1、RB2分流作用時，Ib=Ii,故,功率增益,.,143,2.2.4,共集電極和共基極放大器,3Ri,從b極看進去,Ri=rbe+(1+)RL第二項是射極支路電阻折合到基極的值,Ri=RB1/RB2/Ri,與共射電路相比，由于Ri顯著提高共集電路的輸入電阻大大提高了,.,144,2.2.4,為看得清楚重畫等效電路并按Ro定義,短路US,則從e極看進去電阻為,故輸出電阻,是基極支路總電阻折合到射極的值，Ro是該值與RE之并聯(lián),故Ro很小,而,共集電極和共基極放大器,4.Ro,.,145,2.2.4,共集電極和共基極放大器,通過以上分析可知射隨器的特點：,Au近似為1,Ai很大,Ri很大,Ro很小,可見輸出電阻Ro很小,這就意味著負載變化時輸出電壓穩(wěn)定-即帶負載的能力強,是共集組態(tài)的又一大優(yōu)點,共集電路Ri大、Ro小，利用這一特性可制作緩沖極、隔離極。,.,146,2.2.4,共集電極和共基極放大器,二進一步提高輸入阻抗的措施,利用復合管來提高輸入阻抗-使上升,T2管對T1管的影響相當于T2是T1的負載,.,147,2.2.4,共集電極和共基極放大器,可用輸入電阻Ri來表示它對T1的負載作用,可見復合管的輸入電阻增大了.復合管可等效成一個值為兩管相乘的晶體管。,.,148,2.2.4,共集電極和共基極放大器,采用復合管可使Ri很大但總的輸入電阻Ri=RB1/RB2/Ri,2.自舉電路,若RB1,RB2不能增大，Ri再大也無用，而實際中為保證偏置穩(wěn)定，RB1,RB2的取值是不能太大的所以由自舉電路來解決這個問題,增加了RB3和C3,C3-對交流短路，它將輸出電壓耦合到RB3的下端,.,149,2.2.4,共集電極和共基極放大器,從而提高了A點的電位，所以稱自舉電路使RB3兩端電壓0，即流過RB3的電流0,該支路的等效阻抗,Ri=RB3/RiRB3支路的等效電阻很大,三.三種基本組態(tài)放大器的比較：（P57表2-1),.,150,2.2.4,多級放大器,在要求有較大的放大倍數(shù)時，若單級不能實現(xiàn)，可用幾個單級放大器級聯(lián)起來。多級放大器有許多不同的組合方式，按總的技術(shù)要求，來設計組合,一.級間耦合方式,各級之間的連接方式稱級間耦合方式,耦合時注意要點：,確保各級直流工作點不受影響應使前級信號盡可能不衰減地輸至下級,常用耦合方式及其優(yōu)缺點,直接耦合,優(yōu)點：可放大緩變的信號、便于電路集成化,.,151,2.2.4,多級放大器,缺點：靜態(tài)工作點要根據(jù)要求統(tǒng)一考慮，不能獨立計算，即所謂電平配置，溫度變化會引起各極工作點漂移,變壓器耦合,優(yōu)點：易實現(xiàn)阻抗匹配。原、副邊可以不共地。輸出電壓的極性可隨意改變,缺點：體積大，尤其是低頻工作時,阻容耦合,優(yōu)點：容易實現(xiàn)，工作點可以獨立計算。缺點：低頻工作時，信號較難通過耦合電容,.,152,2.2.4,多級放大器,二.組合放大器,實際應用的放大器有電壓增益，輸入電阻，輸出電阻等具體的技術(shù)要求，根據(jù)三種基本組態(tài)放大器特點將其合理級聯(lián)起來，構(gòu)成組合放大器，以滿足實際要求,1、CE-CE級聯(lián),兩級共射極放大器電路,交流通路,.,153,2.2.4,多級放大器,特點：Ri，Ro與單級C-E電路類似，Au是二級電壓增益之乘積,（1）Au,.,154,2.2.4,多級放大器,（2）Ri=RB1/RB2/rbe1取決于第一級,（3）Ro=Ro2=RC2取決于末級,2、CE-CB級聯(lián),CE-CB組合放大器電路,交流通路,.,155,2.2.4,多級放大器,特點：CB的輸入電阻是CE的負載，CE增益很小，主要取決于CB的增益,Ic2e2c1，CE的輸出電流幾乎不衰減地傳輸?shù)捷敵龆?，所謂電流接續(xù)器,第一級的低增益，可帶來電路工作穩(wěn)定，頻率響應好的優(yōu)點，適用于高頻工作,（1）Au,.,156,2.2.4,多級放大器,而,則:,增益相當于以負載為RL的一級CE電路,(3)Ro=RC,(2),Theend.,return,.,157,2.4,場效應管放大器,一.場效應管直流偏置電路及靜態(tài)分析Q,IDQVGSQVDSQ,1.自偏壓電路,適用于VGS=0時iD=0的FET管，即耗盡型的管子,(增強型的管子柵源電壓須大于開啟電壓才有電流),VG=0而VS=IDRS,VGS=-IDRS,VDSQ=VDD-ID(RD+RS),ID,.,158,2.4,場效應管放大器,VS=ID(RS1+RS2)=IDRS,解IDQVDSQ,2.分壓式偏置,.,159,2.4,場效應管放大器,二.等效電路,場效應管是非線性器，當它工作在放大區(qū)作小信號運用時，可用線性有源網(wǎng)絡來等效。,輸入端因為電流很小阻抗很大，可看作開路輸出端iD是受VGS控制的受控源，用gmVgs表示,.,160,2.4,場效應管放大器,三.共源放大器電路1自偏壓,.,161,2.4,場效應管放大器,四.共漏、共柵電路,Vi=VGS-VOS=VGO=VGS+gmRS1VGS=(1+gmRS1)VGS,2分壓式,.,162,2.4,場效應管放大器,例1.已知：IDSS=3mAVP=-4V,VGS（off）,求：IDQVDSQ,解,IDQ=3mAVDSQ=15V,.,163,2.4,場效應管放大器,例2.已知：IDSS=4mAVP=-2V,解,（不合理）此時VGS=-4VVP未預夾斷為非飽和區(qū)（放大區(qū)），即可變電阻區(qū)VDS=1vVP為N溝道JFET不在截至區(qū)又VDSVGS-VP即7-2+4=2v為飽和區(qū)（放大區(qū)）,(三).,10V,3V,1V,已知：VP=-4v,.,167,2.4,場效應管放大器,VDSVGS-VP=0-4=-4v工作在可變電阻區(qū),(四).,0V,-0.5V,0V,已知：VP=4v,.,168,2.4,場效應管放大器,例4.已知,求:1.IDQVDSQICQVCEQ2.AVRO,.,169,2.4,場效應管放大器,1.,VGS=-1.5ID,解得：IDQ=1mAIDQ4mA（舍去）舍去的原因：VGS-1.5*ID=-6vVGS(off)=-3v截止,VDS=4.5vVGS=-1.5v,.,170,2.4,場效應管放大器,ICQ=2mAVCEQ=12-2*3.3=5.4v,VE=7.2-0.6=6.6v,2.Ri=2Mrbe=300+（1+）*26/2=1.6KRi2=RBrbe+(1+)RERL=166.6K240K360K=77KRL1=RdRi2=6K,.,171,2.4,場效應管放大器,其中,或,.,172,2.4,場效應管放大器,(1)已知：VT=-3vIDS=2mA,例5：1.判斷,VGS=-4vVT為N溝道耗盡型MOSFETID0VDS-10V截止區(qū),.,173,2.4,場效應管放大器,VGS=0VP為P溝道JFET不在截至區(qū),VP=4vIDSS=2mA,=IDSS(VGS=0),VDS=-10+2*2=-6vVGSVP=-4v放大區(qū)（飽和區(qū)）,VGSVP=-4v非飽和區(qū)可變電阻區(qū),(3).已知：,VP=4vIDSS=2mA,.,175,2.4,場效應管放大器,2判斷ID的范圍ID0（N溝道）,VGSVP=3v可變電阻區(qū),（1）已知：VGS(off)=VP=-3vIDSS=2mA,3v,在放大區(qū),IDIDSS,6V,2V,2V,.,177,2.4,場效應管放大器,例6已知：IDSS=4mAVP=+2V,解:P溝道JFET,.,178,2.4,場效應管放大器,(不合理VGS=3.5VVP截止),2.判工作區(qū)域,RC，|AVC單|1,即:差動放大電路對共模信號（因T變化,電源波動等引起的漂移電壓相當于一對共模信號,如果雙端輸出，則差動電路能有效克服零點漂移現(xiàn)象）是抑制的。,共模負反饋電阻REE越大，抑制作用越強。,4.共模抑制比KCMR,差動放大器的共模增益遠小于差模增益,輸入級差動放大電路,.,203,3.3,差動放大器對共模信號具有很強的抑制作用,這種抑制作用可用共模抑制比來評價,它定義為:差模放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比的絕對值,KCMR越大時，共模信號的抑制越強,在雙端輸出時:Auc=0，KCMR,在單端輸出時：,用dB表示：,實際上是不可能的，一般在80120dB左右,輸入級差動放大電路,.,204,3.3,為了提高KCMR值，可使REE,但REE太大IC，rbe所以，不能真正使KCMR,又REE上直流壓降太大，放大器要正常工作必然要使VEE，而且在集成電路中制造大電阻較困難。,一般采用恒流電路，其特點:,直流電阻?。翰挥绊憆be,交流電阻大：使AVC（單）,輸入級差動放大電路,.,205,3.3,5.對任意輸入信號的放大特性,對任意數(shù)值的輸入信號可看成是由一對差模信號和一對共模信號組成,設任意信號為Vi1，Vi2,輸入級差動放大電路,.,206,3.3,則，雙端輸出時：,單端輸出時：,*帶有恒流源的差動放大器,輸入級差動放大電路,.,207,3.3,恒流源具有直流電阻小、交流電阻大的特點,例,求VCQ1VBQ1ICQ1ICQ3VCEQ1最大共模輸入范圍,已知：VBE=0.7V,輸入級差動放大電路,.,208,3.3,解,范圍為VB3VC1或T3飽和若VB3,-4+0.73.86V-3.3V1時AfA即XiXi,.,250,4.1,反饋的基本概念及基本方程,Xi=Xi+XfXi0,所以在深負反饋時Xf近似等于Xi,在深負反饋時,閉環(huán)增益取決于反饋系數(shù)而與開環(huán)增益關(guān)系不大,（3）|D|1,則Af=1/F,所以即使開環(huán)放大倍數(shù)不穩(wěn)定,只要F是穩(wěn)定的，則Af也將穩(wěn)定,.,262,4.2,負反饋對放大器性能影響,2.不同類型的負反饋放大器，能夠穩(wěn)定的增益量是不同的:,電流、串聯(lián)負反饋只能穩(wěn)定互導增益Io/Vi,電壓、串聯(lián)負反饋只能穩(wěn)定電壓增益Vo/Vi,所以當輸入信號一定時、不同類型的負反饋能穩(wěn)定的輸出信號也不同,如電壓反饋只能穩(wěn)定輸出電壓,.,263,4.2,負反饋對放大器性能影響,二.減小頻率失真、擴展通頻帶,無負反饋,.,264,4.2,負反饋對放大器性能影響,增益下降（1+AF）,頻帶擴展（1+AF）所以增益帶寬積不變fHf=(1+AF)fH,.,265,4.2,負反饋對放大器性能影響,三.減小非線性失真,在小信號放大器中,放大器輸入輸出成線性關(guān)系。但當輸入幅度較大時,由于晶體管的非線性,使輸出失真。加負反饋后可使非線性失真減小,四.輸入阻抗與輸出阻抗,串聯(lián)負反饋輸入阻抗增大(1+AF)倍,并聯(lián)負反饋輸入阻抗減小(1+