模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

1、模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)1 半導體器件基礎(chǔ)1.1 半導體基礎(chǔ)知識1.1.1 半導體半導體是介于導體和絕緣體之間的材料，半導體材料有硅和鍺。1.1.2 本征半導體本征半導體就是純凈且晶格方向一致的半導體晶體。本征激發(fā)指在外界激發(fā)的情況下，少數(shù)價電子獲得一定的能量，掙脫共價鍵成為自由電子。本征半導體存在空穴和自由電子兩種載流子。硅和鍺在常溫時導電性能弱，自由電子和空穴濃度隨溫度的升高而增大，導電能力隨之上升。半導體材料對溫度的這種敏感性，既可用來制作熱敏和光敏器件，又可造成半導體器件溫度穩(wěn)定性差。而且半導體的自由電子和空穴數(shù)量及其有限，故不能直接用來作為半導體材料。1.1.3 雜質(zhì)半導體在本征半導體中摻入

2、微量的三價元素或者五價元素，其導電性發(fā)生明顯變化，成為雜志半導體。P型半導體通過在本征半導體中摻入三價元素得到，此類半導體空穴數(shù)為多數(shù)載流子（簡稱多子），自由電子為少子；N型半導體通過在本征半導體中摻入五價元素得到，此類半導體自由電子為多子，空穴為少子。1.2 PN結(jié)與半導體二極管1.2.1 PN結(jié)的形成應(yīng)該注意的是，不管是P型半導體還是N型半導體，半導體中正負電荷數(shù)是相等的，整塊半導體保持電中性。由于存在濃度差，所以P區(qū)的空穴向N區(qū)擴散，N區(qū)的電子向P區(qū)擴散。這種由于存在濃度差引起的載流子從高濃度區(qū)域向低濃度區(qū)域的運動稱為擴散運動，所形成的電流稱為擴散電流。擴散后就會在耗盡層出現(xiàn)一個由N區(qū)指

3、向P區(qū)的內(nèi)電場，在內(nèi)電場作用下空穴向P區(qū)漂移，電子向N區(qū)漂移。載流子的這種運動叫做漂移運動，所形成的電流稱為漂移電流。漂移運動取決于少數(shù)載流子的濃度，受溫度影響較大。1.12.2 PN結(jié)正向?qū)щ娦訮N結(jié)正向偏置，多子擴散加強，少子偏移進一步減弱，PN結(jié)導通；PN結(jié)反向偏置，多子擴散減弱，少子漂移增強，但由于P區(qū)電子和N區(qū)的少子數(shù)目有限，因此漂移電流很小，故PN結(jié)截止。1.2.3 PN結(jié)的伏安特性當PN結(jié)的反向電壓增大到一定值時，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿，這種情況可分為齊納擊穿和雪崩擊穿。1.2.4 半導體二極管死區(qū)電壓（門檻電壓）：當半導體二極管的正向電壓超過這一數(shù)值時，

4、正向電流明顯增加；硅管0.5V，鍺管0.1V。正向?qū)▔航担汗韫?.7V，鍺管0.2V。1.3 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管在反向擊穿（故反向連接）時，在一定的電流范圍內(nèi)（IZmin到IZmax），端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性。當Ui升高時，Uz增大Uz變大導致Iz急劇增大，那么UR也隨之變大；由于Uo=Ui-UR，從而抵消了Ui增大導致Uo增大的趨勢，使Uo電壓穩(wěn)定。1.4 半導體三極管1.4.1 三極管的構(gòu)成三極管由于是多子和少子共同參與導電，又稱為雙極型晶體管，按結(jié)構(gòu)可分為NPN型和PNP型。發(fā)射極的箭頭指向，表示發(fā)射結(jié)正向偏置時電流方向。不管是哪種型號，為了獲得良好的特性，都是發(fā)射區(qū)重摻雜，

5、基區(qū)薄而且摻雜低，集電區(qū)面積盡量大。1.4.2 三極管的工作原理根據(jù)公共端不同，三極管有共基極電路、共發(fā)射極電路和共集電極電路。以共射極（NPN）電路為例，分析其處于放大區(qū)（發(fā)射極正偏，集電極反偏）的工作情況。1) 發(fā)射結(jié)正偏，那么發(fā)射區(qū)電子（重摻雜）大量地擴散至基區(qū)，形成電流Ie；2) 基區(qū)的空穴復(fù)合了少數(shù)電子（低摻雜），形成了Ib；大部分通過基區(qū)（?。╇娮拥竭_集電區(qū)；3) 集電結(jié)反偏，故發(fā)射區(qū)到達集電結(jié)邊緣的電子順利通過集電結(jié)被集電區(qū)吸收，形成Icn。同時，由于反向電壓，基區(qū)的空穴漂移至集電區(qū)，而集電區(qū)電子漂移至基區(qū)，形成反向飽和電流Icbo。那么有Ie=Ib+Icn+Icbo，由于大部分

6、電子到達了集區(qū)，故設(shè)Ic=aIe+Icbo，于是求得：Ic=qIb+(1+q)Icbo其中q稱為共發(fā)射極電流放大系數(shù)，一般為幾十到幾百。而上式則體現(xiàn)了三極管電流控制的能力。1.4.3 三極管的工作原理1.4.3.1 輸入特性曲線以Uce為參變量，表示輸入電流Ib和輸入電壓Ube之間的關(guān)系Ib=f(Ube)，稱為共射組態(tài)的三極管輸入特性。Uce為0，Ib隨著Ube的變大而變大，與二極管的特性相類似；隨著Uce的增大，集電結(jié)反偏，集電區(qū)將發(fā)射區(qū)擴散的電子拉至集電區(qū)，故相同Ube作用下Ib減小，曲線右移；當Uce1時，集電區(qū)已將所有電子都吸收過去，故曲線重合。1.4.3.2 輸出特性曲線以Ib為參變

7、量，表示輸出電流Ic和輸出電壓Uce之間的關(guān)系Ib=f(Ube)，稱為共射組態(tài)的三極管輸出特性。輸出特性曲線可分為4個區(qū)域：截止區(qū)、飽和區(qū)、放大區(qū)和擊穿區(qū)。 當Ib0時，發(fā)射結(jié)反偏（Ube0），集電結(jié)反偏（Ubc0時，則包括了以下三種狀態(tài)：1) 飽和區(qū)，發(fā)射結(jié)正偏（Ube0），集電結(jié)正偏（Ubc=Ube-Uce0）。這時除發(fā)射區(qū)電子流入集電區(qū)外，還有集電區(qū)注入基區(qū)而形成的集電極電流。電流方向相反，此時集電極電流為兩者之差。當Uce變大后，集電區(qū)注入基區(qū)電子變少，集電極電流增大。但此時Ib與Ic不成比例關(guān)系，且Ic0），集電結(jié)反偏（Ubc=Ube-Uce0）。工程上認為此時是一組間隔均勻、近似平

8、行的直線。當Uce在一定范圍內(nèi)變大時，Ic幾乎不變，它僅取決于Ib并滿足Ic=qIb+Iceo，這體現(xiàn)了Ib對Ic的控制作用。3) 擊穿區(qū)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。但是Uce過大導致三極管反向擊穿，Ic急劇上升。三極管的作用有放大（放大區(qū)）和開關(guān)（截止區(qū)和飽和區(qū)）。一般在模擬電路中，三極管通常工作在放大區(qū)；在數(shù)字電路中，三極管通常工作在截止區(qū)和飽和區(qū)。在數(shù)電中，查看三極管是否導通，只要看發(fā)射結(jié)（公共端）是否導通既可。 1.5 場效應(yīng)晶體管 場效應(yīng)晶體管是利用電場效應(yīng)來控制電流的有源器件，它僅靠半導體中的多數(shù)載流子導電，又稱為單級型晶體管，也叫場效應(yīng)管。按照結(jié)構(gòu)來分，場效應(yīng)管可分為兩大類：結(jié)型場

9、效應(yīng)管（JFET）和絕緣柵型場效應(yīng)管（IG-FET）。1.5.1 結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管利用耗盡層的寬度改變導電溝道的寬窄來控制漏極電流的大小。兩個PN結(jié)耗盡層之間的N型區(qū)域成為導電溝道。結(jié)型場效應(yīng)管與二極管類似，柵極上的箭頭方向指向內(nèi)部，既由P區(qū)指向N區(qū)。1.5.2 絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管利用半導體表面的電場效應(yīng)，由感應(yīng)電荷的多少改變導電溝道的寬窄來控制電流的大小。絕緣柵型場效應(yīng)管中，常用二氧化硅作為金屬柵極和半導體的絕緣層，所以又稱為金屬-氧化物-半導體場效應(yīng)管，簡稱MOS管。MOS管分為增強型和耗盡型，每種又包括N溝道和P溝道兩類：在Ugs=0時，如果已經(jīng)存在導電溝道，那么就

10、是耗盡型（實線；如果不存在，則為增強型（虛線）。下面重點介紹下N溝道增強型絕緣柵型場效應(yīng)管。絕緣柵型場效應(yīng)管符號很形象，其中兩豎間的空白指絕緣層，而虛線則表示Ugs=0時未形成導電溝道（增強型），再由B的箭頭可知為N溝道。與二極管類似，想象一個從柵極到源極的指向，那么開啟電壓UGSth為大于0，那么只要Ugs比它大就可以導通了。P型的則用相同的分析方法。1.6 場效應(yīng)管和三極管比較1) 場效應(yīng)管的柵極G、漏極D、源極S分別對應(yīng)三極管的基極B、集電極C、發(fā)射極E。2) 場效應(yīng)管是電壓控制器件；而三極管是電流控制器件。在作放大器件時，結(jié)型場效應(yīng)管PN結(jié)反向偏置，MOS場效應(yīng)管有絕緣層，柵極電流極小

11、，相應(yīng)的輸入電阻大（107、109）；三極管輸入端PN結(jié)正向偏置，基極電流大，響應(yīng)的輸入電阻小。3) 場效應(yīng)管僅有多子導電，故又稱為單極型晶體管，而晶體管靠多子和少子導電，故又稱為雙極型晶體管。由于少子的濃度易受溫度與輻射等外界條件影響，故場效應(yīng)管的熱穩(wěn)定性和抗輻射能力都比三極管強。4) 場效應(yīng)管可以在低電壓和小電流下面工作，且制造工藝簡單，易用于制作大規(guī)模集成電路。2 放大電路基礎(chǔ)2.1 放大器的概念與技術(shù)指標2.1.1 放大器的基本概念放大器也就是放大電路。模擬信號放大器中放大的概念就是將信號的幅度由小放大，它是基本的電子電路，在廣播、通信和測量等方面有著廣泛應(yīng)用，根據(jù)電路結(jié)構(gòu)不同，放大器

12、可分為直流耦合放大器和交流耦合放大器；根據(jù)放大器級數(shù)的多少，放大器又可分為單級放大器和多級放大器。在單級放大器中，三極管放大器可分為共射、共基和共集放大器；場效應(yīng)管放大器則可分為共源、共柵和共漏放大器。一個放大器應(yīng)該包括以下幾個部分：輸入信號源（電壓源或者電流源）、有源器件（三極管或者場效應(yīng)管）、輸入/輸出耦合電路、負載以及直流電源和相應(yīng)的偏置電路。直流源和相應(yīng)的偏置電路為晶體三極管或場效應(yīng)管提供靜態(tài)工作點，以保證三極管工作在放大區(qū)或場效應(yīng)管工作在飽和區(qū)。輸入信號源是待放大的輸入信號。輸入耦合電路將輸入信號耦合到放大器上；輸出耦合電路將放大后的信號耦合到負載。在輸入信號作用下，通過晶體三極管或

13、場效應(yīng)管的控制作用，在負載上得到所需要的輸入信號。PS：元器件工作時內(nèi)部必須存在電源，這種器件叫有源器件，可分為分立器件和集成電路兩大類，其中分立器件包括二極管、三極管等。元器件工作時無需電源便可顯示其特性，這種器件叫無源器件，比如電阻、電容、電感等。2.1.2 放大器的主要技術(shù)指標對于放大器，通常用放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻和通頻帶等技術(shù)指標來衡量。 放大倍數(shù)放大倍數(shù)又稱為增益，是衡量放大器放大能力的指標。當輸入正弦信號時，放大倍數(shù)可用輸出量與輸入量的正弦相量之比來表示。電壓放大倍數(shù)Au=Uo/Ui； 電流放大倍數(shù)Ai=Io/Ii。 輸入電阻Ri輸入電阻是用來衡量放大器對信號源索取能力的一

14、個性能指標。輸入電阻越大，表明放大器從信號源取的電流越小，放大器輸入端得到的信號電壓也越大，即信號源電壓衰減的少。理論基礎(chǔ)：Us=（Rs+Ri）I。Rs為信號源內(nèi)阻，Ri為放大器輸入電阻。因此作為測量信號電壓的示波器、電壓表等儀器的放大電路應(yīng)當具有較大的輸入電阻。對于一般的放大電路來說，輸入電阻當然是越大越好。如果想從信號源取得較大的電流，則應(yīng)該使放大器具有較小的輸入電阻。 輸出電阻Ro輸出電阻用來衡量放大器在不同負載條件下維持輸出信號電壓（或電流）恒定能力的強弱，稱為其帶負載能力。當放大器將放大了的信號輸出給負載電阻RL時，對負載RL來說，放大器可以等效為具有內(nèi)阻Ro的信號源，由這個信號源向

15、RL提供輸出信號電壓和輸出信號電流。Ro稱為放大器的輸出電阻，它是從放大器輸出端向放大器本身看入的交流等效電阻。如果輸出電阻Ro很小，滿足RoRL條件，則當RL在較大范圍內(nèi)變化時，就可維持輸出信號電流的恒定。如手機電池，它的內(nèi)阻可以等效看作輸出電阻，用了幾年后，內(nèi)阻高了，也就要報廢了，因為帶不動外面的東西了。 通（頻）帶BW0.7由于電路中電抗元件和晶體管結(jié)電容的影響，當信號頻率過高或者過低時，放大倍數(shù)都會下降。因此，放大器一般只適合于放大某一頻段的信號。當信號頻率升高，放大器放大倍數(shù)下降為中頻放大倍數(shù)的0.707倍時，所對應(yīng)的信號頻率fH為上限截止頻率；同樣，信號頻率下降時，當放大倍數(shù)降為中

16、頻放大倍數(shù)的0.707倍時，所對應(yīng)的信號頻率fL為下限截止頻率。BW0.7=fH-fL。2.2基本放大電路基本放大電路根據(jù)選用的三極管不同，可分為共射、共集、共基放大電路，而根據(jù)選用的場效應(yīng)管不同則分為共源、共漏、共源放大電路。將上述六類可以歸納為常用的三種器件：反向電壓放大器（共射和共源）、電壓跟隨器（共集和共漏）、電流跟隨器（共基和共柵）。對三者特點分析如下： 共射極放大電路的輸出電壓與輸入反向，同時具有較大的電壓放大倍數(shù)和電流放大倍數(shù)，輸入電阻和輸出電阻值較適中，所以常用在多級放大電路的中間級； 共集放大電路的電壓放大倍數(shù)接近于1，而且輸入電阻大、輸出電阻小，所以常用于多級放大電路的輸入

17、級、輸出級或作為隔離的中間級。 共基極放大電路的輸入電阻和輸入電容小，因而頻率響應(yīng)得到很大改善，所以這種接法常常用于高頻帶和寬頻帶放大器中。PS：電容隔直通交,電感通直隔交。2.4 多級放大電路多級放大電路由多個基本放大電路級聯(lián)組成，包括輸入級、中間級和輸出級等。多級放大電路的輸入級直接與輸入信號源相連，一般要求輸入級有高的輸入電阻，輸入級的噪聲和漂移應(yīng)盡可能小；中間級放大級的主要任務(wù)是放大信號的幅度，應(yīng)該有足夠大的電壓放大倍數(shù)；輸出級用來驅(qū)動負載，要求輸出級能夠為負載提供足夠大的輸出功率，這包括足夠大的輸出電壓和足夠大的輸出電流，而且能夠適應(yīng)負載變化，也要求輸出電阻盡可能。多級放大電路的電壓

18、放大倍數(shù)是每一級放大倍數(shù)的乘積，但在計算每一級電壓放大倍數(shù)時應(yīng)將后級的輸入電阻作為前級的負載。2.4.1 極間耦合方式在多級放大電路中，基本放大電路的級與級之間、放大電路與信號源之間、負載與放大電路之間的連接統(tǒng)稱為耦合，常見的耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合和直接耦合。 阻容耦合和變壓器耦合前一級基本放大電路輸出信號經(jīng)過電容耦合后到后一級輸入端的耦合方式；前一級基本放大電路輸出信號經(jīng)過變壓器耦合后到后一級輸入端的耦合方式。 直接耦合前一級基本放大電路輸出信號直接到后一級輸入端的耦合方式。直接耦合放大電路既能放大交流電路，又能放大直流電路，所以又稱為直流放大電路。由于無耦合電容和變壓器，便于集成，

19、故廣泛應(yīng)用于集成電路中。但是它也存在以下兩個問題。 級間耦合問題由于直接耦合放大電路的各級之間無耦合電容或耦合變壓器來隔離直流，故各級電路靜態(tài)工作點互相牽連。為了使直接耦合多級放大電路各級的三極管能工作在放大區(qū)，并有適合的靜態(tài)工作點，下面是解決方案之一。通過后一級發(fā)射極接入發(fā)射極電阻RE，用RE上產(chǎn)生的電壓降提高T2管發(fā)射極的電位，使前一級電路中T1管的UCE足夠大，不會使T1工作在飽和區(qū)。 零點漂移問題由于放大電路的元器件長期使用后老化，使得元件參數(shù)發(fā)生變化，而且三極管的參數(shù)也會隨溫度的變化而變化。因此，直接耦合放大電路的輸入電壓為零時的輸出電壓并不為零，且會出現(xiàn)一定的變化，這種現(xiàn)象就稱為零

20、點漂移，簡稱零漂。由溫度變化引起的零點漂移稱為溫漂，由于元器件老化引起的叫時漂。溫漂是主要原因，故通常將溫漂說成零漂。零漂的大小用折合到輸入端的零點漂移電壓的大小來衡量。具體定義為，當Ui為0時，溫度沒變化1攝氏度引起的輸出電壓變化u，其放大倍數(shù)為A，那么該放大電路的零點漂移為u/A。抑制零點漂移常采用差動放大電路和直流負反饋電路。3 集成運算放大電路3.1 集成電路3.1.1 概念集成電路是把許多分立元件（三極管、各種元件和連接導線）制造在一塊半導體基片上，并能實現(xiàn)某種電路功能的器件。它與分立元件電路相比具有體積小、質(zhì)量輕、工作可靠以及安裝與調(diào)試方便等優(yōu)點。由于集成電路的工藝使得制造電感器很

21、困難，也不宜制造容量大的電容器，故集成電路中大多采用直接耦合電路。3.1.2 分類按芯片上集成的管子和元件數(shù)量的多少，可分為小規(guī)模集成電路、中規(guī)模集成電路、大規(guī)模集成電路、超大規(guī)模集成電路；根據(jù)所用器件型號，可分為雙極型器件組成的雙極型集成電路，以及由場效應(yīng)管組成的單級型集成電路等；根據(jù)電路中器件的工作狀態(tài)分為線性集成電路、非線性集成電路；根據(jù)電路功能，分為電壓比較器、乘法器等。3.1.3 集成運算放大器集成運算放大器（簡稱集成運放或者運放）是一種內(nèi)部為直接耦合的高放大倍數(shù)多級放大電路，主要包括輸入級、中間級、輸出級和恒流源偏置。輸入級對抑制零點漂移具有決定性的作用，一般采用差動放大電路；中間

22、級主要提供很大的電壓放大倍數(shù)，采用共射放大器；輸出級需要輸出較大的功率，并且?guī)ж撦d能力強（輸出電阻?。?，可采用共集放大電路；恒流源偏置電路為各級電路提供偏置電流，保證各運放有合適的靜態(tài)工作點。3.2 恒流源電路恒流源電路是提供恒定輸出電流的電路，具有輸出電流恒定、溫度穩(wěn)定性好、等效輸入電阻小和等效輸出電阻大的特點。恒流源電路在集成電路中多用于直流偏置和有源負載。3.3 差動放大電路差動放大電路簡稱差放，具有放大差模信號、抑制共模信號（如溫度引起的工作點漂移）的能力。在電子測量技術(shù)中，常在電子儀器、醫(yī)用儀器的電路中用做信號放大電路。差動放大電路也是集成運算放大器中重要的基本單元電路。3.3.1

23、雙極型三極管差動放大電路3.3.1.1 電路組成與工作原理由兩個對稱的放大電路組合而成，其中RE為兩管發(fā)射極的耦合電阻。采用+Vcc，-Vee雙電源供電，可擴大電路的線性放大范圍。RE的作用為T1，T2管確定合適的靜態(tài)工作點電流Ie，并有抑制溫漂的作用。帶RE的差放也稱為長尾電路，該差動放大電路有兩個輸入端、兩個輸出端。 3.3.1.2 工作原理3.3.1.2.1 放大差模信號施加在差放兩個輸入端的信號為大?。ǚ担┫嗤O性相反的一對輸入信號，這種輸入形式的信號稱為差模信號。在輸入差模信號時，兩個三極管的集電極電壓一個增加一個降低，則輸出電壓變化U不為0，故差動放大電路能夠放大差模信號。3.

24、3.1.2.2 抑制共模信號施加在差放兩個輸入端的信號為大?。ǚ担┫嗤O性相同的一對輸入信號，這種輸入形式的信號稱為共模信號。在輸入共模信號時，兩個三極管的集電極電壓同時增加或者同時減小，相應(yīng)的集電極電壓也同時增大同時減小，故差動放大電路不能放大共模信號，即差動放大電路抑制共模干擾。3.3.1.2.3 共模抑制比在實際工程應(yīng)用中，用共模抑制比來衡量差動放大電路放大差模信號、抑制共模信號的能力，定義為差模電壓放大倍數(shù)與共模電壓放大倍數(shù)之比。共模抑制比越大，說明差放放大差模信號、抑制共模信號能力越強。3.3.1.2 抑制零點漂移的原理在實際差動放大電路中，零點漂移導致的兩個三極管集電極電流與電

25、壓有相同的變化，其效果相當于在兩個輸入端加入了共模信號。由于差放電路不能放大共模信號，即可抑制零點漂移，故常用于作直接耦合多級放大電路的輸入級。其抑制原理從以下兩個方面實現(xiàn)。3.3.1.2.1 發(fā)射極電阻RE的作用T增或uic增iE1增iE增VEE不變UBE1升iB1減iE1減。RE引入了很強的負反饋作用，能基本控制iE基本不變。由于RE對共模信號具有很強的抑制作用，故又稱為共模抑制電阻。3.3.1.2.2 輸出端取電壓差抑制法在差動放大電路對稱的理想情況下，輸出端取電壓差能能夠完全抑制共模干擾。但在實際電路中保持兩者對稱很難，則仍存在較小的輸出漂移電壓。但此時又有RE的作用，輸出漂移電壓雖然

26、不能完全抵消，但已經(jīng)大大減小了。3.3.1.3 對一般信號的放大特性對一般輸入信號，將差動放大電路兩個輸入端信號之差定義為輸入信號的差模分量；將信號的平均值定義為輸入信號的共模分量。將信號分解為差模信號和共模信號之后，根據(jù)線性電路的疊加定理，可得輸出電壓。3.4集成運算放大器3.4.1 集成運算放大器的技術(shù)參數(shù)集成運放的外特性由技術(shù)參數(shù)來表征： 輸入失調(diào)電壓UIO和失調(diào)電流IIO輸入端為零時，為了使集成運放的輸出電壓為零，在輸入端加的補償電壓（在兩個輸入端加上的電流）叫做失調(diào)電壓UIO（失調(diào)電流IIO）。 偏置電流IB由于集成運放的兩輸入端為基極，怎么都需要點電流（否則就處于截止狀態(tài)了），包括

27、反相端的偏置電流IBN和同相端的偏置電流IBP。若差動輸入完全對稱，那么IBN=IBP。在實際情況下Uo=0時，兩者不相等，那么輸入偏執(zhí)電流就是兩個輸入偏置電流的平均值。 溫度漂移指輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流隨溫度漂移的大小。 最大差模輸入電壓Uidmax 最大共模輸入電壓Uicmax 轉(zhuǎn)換速率SR 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)（增益）Aud在標稱電源電壓及規(guī)定負載下，運放工作在線性區(qū)（在無反饋情況下）時，其輸出電壓變化量與輸入差模電壓變化量之比定義為Aud。通常用分貝來表示，即20 lg Aud dB 開環(huán)帶寬BW0.7和單位增益帶寬BWG 電源電壓抑制比KSVR 輸入輸出電阻，共模抑制比等。3.4

28、.1 理想集成運放的技術(shù)參數(shù)所謂理想集成運放就是指具有理想技術(shù)參數(shù)指標的集成運算放大器，這些理想的技術(shù)指標包括： 開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud趨于無窮大。 共模抑制比KCMR趨于無窮大。 差模輸入電阻Rid趨于無窮大。 差模輸出電阻R趨于0。 輸入偏置電流IIB趨于0。 輸入失調(diào)電壓、輸入失調(diào)電流和溫漂趨于0。3.4.2 理想集成運放工作在線性區(qū)的特點當集成運放工作在線性區(qū)時，其輸出電壓與運放兩個輸入端的電壓之間存在著線性關(guān)系，即Uo=Aud（u+u-） 差模電壓輸入等于0（同相輸入端電壓等于反相輸入端電壓）由于Aud趨于無窮大，因此u+u-等于0。這說明集成運放的同相輸入端與反相輸入端兩點間的

29、電壓差等于0，好像這兩點短路了一樣。但實際上并未短路，只是表面上其電性能等效為短路，故將這種現(xiàn)象稱為虛短。 輸入電流等于零理想運放輸入電阻Rid為無窮大，而輸入端電壓很有限，故在兩個輸入端均沒有電流。集成運放的同相輸入端和反向輸入端的電流都為零，好像這兩點被斷開，稱這種現(xiàn)象為虛斷。虛短和虛斷是集成運放工作在線性區(qū)的兩個重要特點。3.4.3 理想集成運放工作在非線性區(qū)的特點如果輸入信號太大，使得集成運放超出了線性放大區(qū)的范圍，則運放的輸出電壓就不再隨著輸入電壓線性增大，此時達到飽和。 當u+u-時，輸出最大正向飽和電平UOH; 當u+u-時，輸出最大負向飽和電平UOL。并且UOH不等于UOL。

30、輸入電流等于零。4 信號運算與處理電路集成運算放大器的基本應(yīng)用電路，從功能上看有信號的運算、處理與產(chǎn)生電力等。本章主要討論模擬信號運算電路與信號處理電路。信號運算電路包括比例運算、求和運算、積分與微分運算等。信號處理電路包括有源濾波器和電壓比較器。4.1 基本運算電路4.1.1 比例運算電路4.1.1.1 反相與同相比例運算電路 4.1.1.2 差動比例運算電路4.1.2 積分和微分運算電路4.1.2.1 積分運算電路（反相）4.1.2.1 微分運算電路4.2 有源濾波器4.2.1濾波電路的作用 濾波器是一種具有頻率選擇功能的電路，它能使有用頻率信號通過而同時抑制（或衰減）不需要傳送的頻率范圍

31、內(nèi)的信號。根據(jù)組成可分為無源濾波器和有源濾波器，無源濾波器由電阻和電容組成，有源濾波器由集成運放、R和C構(gòu)成。集成運放工作在線性區(qū)，主要用于提高通帶增益和帶負載能力。4.2.2 有源濾波器的分類對于濾波器的幅頻響應(yīng)，常把能夠通過的頻率范圍定義為通帶，而把受阻或衰減信號的頻率范圍稱為阻帶，通帶和阻帶的界限頻率叫做截止頻率。濾波器在通帶內(nèi)應(yīng)具有零衰減的幅頻響應(yīng)和線性的相頻特性，而在阻帶內(nèi)應(yīng)具有無限大的幅度衰減。按通帶和阻帶的分布位置，濾波器通?？煞譃榈屯V波器、高通濾波器、帶通濾波器和帶阻濾波器。4.3 電壓比較器電壓比較器的功能是用來判斷輸入電壓信號與參考電平之間的相對大小，比較器的輸出信號只有

32、兩種狀態(tài)：高電平輸出和低電平輸出。電壓比較器中的集成運放工作在非線性區(qū)，即當u+大于u-時輸出最大正向飽和電平UOH，當u+小于u-時輸出最大負向飽和電平UOL。在運放的輸入端，一個是模擬信號，另一個是基準參考電壓，或者兩個都是模擬信號。這樣，由輸出電壓的高低就可以判定輸入電壓的大小。對電壓比較器的要求主要有靈敏度高、響應(yīng)時間短、鑒別電平準確、抗干擾能力強。根據(jù)電壓比較器的傳輸特性，常用的電壓比較器有單門限電壓比較器、遲滯電壓比較器、窗口電壓比較器等。4.3.1 單門限電壓比較器只有一個門限電平的比較器，當輸入電壓等于此門限電平時，輸出的狀態(tài)立即發(fā)生跳變。4.3.1.1 過零比較器 當比較器的

33、輸出電壓由一種狀態(tài)跳變?yōu)榱硪环N狀態(tài)時，相應(yīng)的輸入電壓通常稱為閾值電壓或門限電平。這種比較器的門限電平一般為零，因此叫做過零比較器。只有一個集成運放的過零比較器電路簡單，但是輸出電壓幅值較高，可以通過穩(wěn)壓管增加限幅電路。4.3.1.2 任意門限電平比較器由放大器的虛短虛短可知，門限電平UT為UT=-UREFR1/R24.3. 2 遲滯比較器單門限比較器具有電路簡單、靈敏度高等優(yōu)點，但缺點是抗干擾能力差。利用具有遲滯傳輸特性的比較器可避免上述問題，這種遲滯比較器常稱為施密特觸發(fā)器。使uo由+UZ跳變?yōu)?UZ，以及由-UZ跳變?yōu)?UZ所對應(yīng)的輸入電壓值是不同的。也就是說，這種比較器有兩個不同的門限電

34、壓（UT+和UT-），故傳輸特性呈滯回形狀。通常將上述兩個門限電平值UT+和UT-之差稱為門限寬度或回差。5. 放大器的頻率響應(yīng) 頻率響應(yīng)是描述放大器對不同頻率信號的適應(yīng)能力。耦合電容和旁路電容所在回路為高通回路，在低頻段使放大倍數(shù)下降并使相位超前；級間電容所在回路為低通回路，在高頻段使放大倍數(shù)下降并使相位滯后。5.1 頻率響應(yīng)概述Au=Au(jf)=Au(f) ej(f)，式中Au(f)表示放大倍數(shù)的模和頻率f的關(guān)系，即幅頻特性；(f)表示放大器輸出電壓和輸入電壓的相位差與頻率f的關(guān)系，稱為相頻特性。放大電路中由于電抗（由于電容和電感在電路中對電流引起的阻礙作用，定義類似于電阻）元件存在，對

35、多頻信號可能會引起頻率失真，叫線性失真，包括幅值失真和相位失真。將頻率失真控制在允許范圍內(nèi)，要求放大電路的通頻帶略寬于待放大信號所占據(jù)的頻帶。放大器的頻率特性采用波特圖來表示。波特圖指繪制在兩張半對數(shù)坐標紙上的幅頻特性和相頻特性曲線，它們的橫坐標采用對數(shù)刻度lg，縱坐標采用線刻度。其中幅頻特性的縱軸用20lg（f）表示，單位是dB（分貝）；相頻特性用(f)表示，單位是度（）或者弧度（rad）。5.2 各種基本放大電路的頻率響應(yīng)密勒倍增效應(yīng)：在反相放大電路中，輸入與輸出之間的分布電容或者寄生電容由于放大器的作用，其等效到輸入端的電容值會擴大1+K倍，其中K是該級放大電路的電壓放大倍數(shù)。共射放大電

36、路輸入電阻大，受米勒倍增效應(yīng)影響重，輸出電阻大，所以頻率上限低；共集電路不存在米勒倍增效應(yīng)，輸入電容小，且輸出電阻也小，頻率上限遠高于共射；共基電路。，且輸入。5.3 共射-共基和共集-共射組合電路提高增益和加大上限頻率是矛盾的，利用增益帶寬積衡量電路這兩方面的能力。對于三種基本電路來說，晶體管選定之后，增益帶寬積是常數(shù)?？梢圆捎霉采?共基和共集-共射的組合電路予以解決。5.3 多級放大電路的頻率響應(yīng)繪制多級放大電路頻率響應(yīng)波特圖時，只需將各放大器的幅頻特性曲線和相頻特性曲線在同一橫坐標上的縱坐標值疊加起來就可以了；上限截止頻率取各級電路中最低值，下限截止頻率取各級電路中的最高值。6. 反饋放

37、大電路及其穩(wěn)定性6.1 反饋的基本概念與分類6.1.1 反饋的基本概念反饋是指將放大電路輸出信號（電壓或者電流）的一部分或全部，通過反饋網(wǎng)絡(luò)（反饋通路）回送到放大電路輸入端（或輸入回路）的一種工作方式。開環(huán)放大倍數(shù)及閉環(huán)放大倍數(shù)。6.1.2 反饋的框圖及表達式（1+AF）稱為反饋深度，指的是開環(huán)放大倍數(shù)比上閉環(huán)放大倍數(shù)。 如果（1+AF）大于1，那么放大倍數(shù)變小，故引入了負反饋。其中當其遠大于1時，相應(yīng)的負反饋稱為深度負反饋，那么閉環(huán)放大倍數(shù)A1約為1/F，與開環(huán)放大倍數(shù)A2無關(guān)。 如果（1+AF）小于1，那么放大倍數(shù)變大，故引入了正反饋。正反饋雖然增大放大倍數(shù)，但是電路的性能不穩(wěn)定。 如果（1+AF）等于1，說明放大電路在沒有輸入信號的情況下，能有信號輸出，此時電路處于自激振蕩狀態(tài)。6.1.2 反饋的分類6.1.2.1 正反饋和負反饋根據(jù)反饋的極性不同，可以分為正反饋和負反饋。引入反饋后，通過增強輸入信號使放大倍數(shù)得到提高，這樣的反饋稱為正反饋；引入反饋后，削弱了原輸入信號使放大