模擬電子技術(shù)基礎總結(jié)

1、第一章 晶體二極管及應用電路一、半導體知識1本征半導體·單質(zhì)半導體材料是具有4價共價鍵晶體結(jié)構(gòu)的硅（Si）和鍺（Ge）（圖1-2）。前者是制造半導體IC的材料（三五價化合物砷化鎵GaAs是微波毫米波半導體器件和IC的重要材料）。·純凈（純度>7N）且具有完整晶體結(jié)構(gòu)的半導體稱為本征半導體。在一定的溫度下，本征半導體內(nèi)的最重要的物理現(xiàn)象是本征激發(fā)（又稱熱激發(fā)或產(chǎn)生）（圖1-3）。本征激發(fā)產(chǎn)生兩種帶電性質(zhì)相反的載流子自由電子和空穴對。溫度越高，本征激發(fā)越強。·空穴是半導體中的一種等效載流子?？昭▽щ姷谋举|(zhì)是價電子依次填補本征晶格中的空位，使局部顯示電荷的空位宏觀

2、定向運動（圖1-4）。·在一定的溫度下，自由電子與空穴在熱運動中相遇，使一對自由電子和空穴消失的現(xiàn)象稱為載流子復合。復合是產(chǎn)生的相反過程，當產(chǎn)生等于復合時，稱載流子處于平衡狀態(tài)。2雜質(zhì)半導體·在本征硅（或鍺）中滲入微量5價（或3價）元素后形成N型（或P型）雜質(zhì)半導體（N型：圖1-5，P型：圖1-6）。·在很低的溫度下，N型（P型）半導體中的雜質(zhì)會全部電離，產(chǎn)生自由電子和雜質(zhì)正離子對（空穴和雜質(zhì)負離子對）。·由于雜質(zhì)電離，使N型半導體中的多子是自由電子，少子是空穴，而P型半導體中的多子是空穴，少子是自由電子。·在常溫下，多子>>少子（

3、圖1-7）。多子濃度幾乎等于雜質(zhì)濃度，與溫度無關(guān)；兩少子濃度是溫度的敏感函數(shù)。·在相同摻雜和常溫下，Si的少子濃度遠小于Ge的少子濃度。3半導體中的兩種電流在半導體中存在因電場作用產(chǎn)生的載流子漂移電流（這與金屬導電一致）；還存在因載流子濃度差而產(chǎn)生的擴散電流。4PN結(jié)·在具有完整晶格的P型和N型材料的物理界面附近，會形成一個特殊的薄層PN結(jié)（圖1-8）。·PN結(jié)是非中性區(qū)（稱空間電荷區(qū)），存在由N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)建電場和內(nèi)建電壓；PN結(jié)內(nèi)載流子數(shù)遠少于結(jié)外的中性區(qū)（稱耗盡層）；PN結(jié)內(nèi)的電場是阻止結(jié)外兩區(qū)的多子越結(jié)擴散的（稱勢壘層或阻擋層）。·正偏PN結(jié)（

4、P區(qū)外接高于N區(qū)的電壓）有隨正偏電壓指數(shù)增大的電流；反偏PN結(jié)（P區(qū)外接低于N區(qū)的電壓），在使PN結(jié)擊穿前，只有其值很小的反向飽和電流。即PN結(jié)有單向?qū)щ娞匦裕ㄕ珜?，反偏截止）?#183;PN結(jié)的伏安方程為：，其中，在T=300K時，熱電壓mV。·非對稱PN結(jié)有結(jié)（P區(qū)高摻雜）和結(jié)（N區(qū)高摻雜），PN結(jié)主要向低摻雜區(qū)域延伸（圖1-9）。二、二極管知識·普通二極管內(nèi)芯片就是一個PN結(jié)，P區(qū)引出正電極，N區(qū)引出負電極（圖1-13）。·在低頻運用時，二極的具有單向?qū)щ娞匦?，正偏時導通，Si管和Ge管導通電壓典型值分別是0.7V和0.3V；反偏時截止，但Ge管的反向

5、飽和電流比Si管大得多（圖1-15）。·低頻運用時，二極管是一個非線性電阻，其交流電阻不等于其直流電阻。二極管交流電阻定義：·穩(wěn)壓管電路設計時，要正確選取限流電阻，使穩(wěn)壓管在一定的負載條件下正常工作。二極管交流電阻估算：·二極管的低頻小信號模型就是交流電阻，它反映了在工作點Q處，二極管的微變電流與微變電壓之間的關(guān)系。·二極管的低頻大信號模型是一種開關(guān)模型，有理想開關(guān)、恒壓源模型和折線模型三種近似（圖1-20）。三、二極管應用1單向?qū)щ娞匦詰?#183;整流器：半波整流（圖1-28），全波整流（圖P1-8a），橋式整流（圖P1-8b）·限幅器：

6、頂部限幅，底部限幅，雙向限幅（圖P1-9）·鉗位電路*·通信電路中的應用*：檢波器、混頻器等2正向?qū)ㄌ匦约皯枚O管正向充分導通時只有很小的交流電阻，近似于一個0.7V（Si管）或0.3V（Ge管）的恒壓源。3反向擊穿及應用·二極管反偏電壓增大到一定值時，反向電流突然增大的現(xiàn)象即反向擊穿。·反向擊穿的原因有價電子被碰撞電離而發(fā)生的“雪崩擊穿”和價電子被場效激發(fā)而發(fā)生的“齊納擊穿”。·反向擊穿電壓十分穩(wěn)定，可以用來作穩(wěn)壓管（圖1-33）。4高頻時的電容效應及應用·高頻工作時，二極管失去單向?qū)щ娞匦裕湓蚴枪軆?nèi)的PN結(jié)存在電容效應（結(jié)

7、電容）。·結(jié)電容分為PN結(jié)內(nèi)的勢壘電容與PN結(jié)兩側(cè)形成的擴散電容。·隨偏壓的增大而增大，與正偏電流近似成正比。·反偏二極管在高頻條件下，其等效電路主要是一個勢壘電容。利用這一特性的二極管稱為變?nèi)荻O管。變?nèi)荻O管在通信電路中有較多的應用。第二章 雙極型晶體三極管（BJT）一、BJT原理·雙極型晶體管（BJT）分為NPN管和PNP管兩類（圖2-1，圖2-2）。·當BJT發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏時，稱為放大偏置。在放大偏置時，NPN管滿足；PNP管滿足。·放大偏置時，作為PN結(jié)的發(fā)射結(jié)的VA關(guān)系是：（NPN），（PNP）。·在BJ

8、T為放大偏置的外部條件和基區(qū)很薄、發(fā)射區(qū)較基區(qū)高摻雜的內(nèi)部條件下，發(fā)射極電流將幾乎轉(zhuǎn)化為集電流，而基極電流較小。·在放大偏置時，定義了（是由轉(zhuǎn)化而來的分量）極之后，可以導出兩個關(guān)于電極電流的關(guān)系方程：其中，是集電結(jié)反向飽和電流，是穿透電流。·放大偏置時，在一定電流范圍內(nèi)，、基本是線性關(guān)系，而對三個電流都是指數(shù)非線性關(guān)系。·放大偏置時：三電極電流主要受控于，而反偏通過基區(qū)寬度調(diào)制效應，對電流有較小的影響。影響的規(guī)律是；集電極反偏增大時，增大而減小。·發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均反偏時BJT為截止狀態(tài)，發(fā)射結(jié)與集電結(jié)都正偏時，BJT為飽和狀態(tài)。二、BJT靜態(tài)伏安特性曲線

9、·三端電子器件的伏安特性曲線一般是畫出器件在某一種雙口組態(tài)時輸入口和輸出口的伏安特性曲線族。BJT常用CE伏安特性曲線，其畫法是：輸入特性曲線：（圖2-13）輸出特性曲線：（圖2-14）·輸入特性曲線一般只畫放大區(qū)，典型形狀與二極管正向伏安特性相似。·輸出特性曲線族把伏安平面分為4個區(qū)（放大區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)和擊穿區(qū)）放大區(qū)近似的等間隔平行線，反映近似為常數(shù)，放大區(qū)曲線向上傾是基區(qū)寬度調(diào)制效應所致。·當溫度增加時，會導致增加，增加和輸入特性曲線左移。三、BJT主要參數(shù)·電流放大系數(shù)：直流，直流；交流和，、也滿足。·極間反向電流：集電結(jié)

10、反向飽和和電流；穿透電流·極限參數(shù)：集電極最大允許功耗；基極開路時的集電結(jié)反向擊穿電壓；集電極最大允許電流·特征頻率BJT小信號工作，當頻率增大時使信號電流與不同相，也不成比例。若用相量表示為，則稱為高頻。是當高頻的模等于1時的頻率。四、BJT小信號模型·無論是共射組態(tài)或共基組態(tài)，其放大電壓信號的物理過程都是輸入信號使正偏發(fā)射結(jié)電壓變化，經(jīng)放大偏置BJT內(nèi)部的的正向控制過程產(chǎn)生集電極電流的相應變化（出現(xiàn)信號電流），在集電極電阻上的交流電壓就是放大的電壓信號。·當發(fā)射結(jié)上交流電壓mV時，BJT的電壓放大才是工程意義上的線性放大。·BJT混合小信號

11、模型是在共射組態(tài)下推導出的一種物理模型（圖2-28），模型中有七個參數(shù)：基本參數(shù)：基區(qū)體電阻，由廠家提供、高頻管的比低頻管小基區(qū)復合電阻：估算式：，發(fā)射結(jié)交流電阻跨導：估算（ms），基調(diào)效應參數(shù) ：估算，厄利電壓：估算以上參數(shù)滿足：高頻參數(shù)：集電結(jié)電容 ：由廠家給出；發(fā)射結(jié)電容：估算*·最常用的BJT模型是低頻簡化模型（1）電壓控制電流源（）模型（圖2-23）（2）電流控制電流源（）模型（圖2-24，常用），其中第三章 晶體管放大器基礎一、基本概念·向放大器輸入信號的電路模型一般可以用由源電壓串聯(lián)源內(nèi)阻來表示，接受被放大的信號的電路模型一般可以用負載電阻來表示（圖3-1）。

12、·未輸入信號（靜態(tài)）時，放大管的直流電流電壓稱為放大器的工作點。工作點由直流通路求解。·放大器工作時，信號（電流、電壓）均迭加在靜態(tài)工作點上，只反映信號電流、電壓間關(guān)系的電路稱為交流通路。·放大器中的電壓參考點稱為“地”，放大器工作時，某點對“地”的電壓不變（無交流電壓），該點為“交流地”。·交流放大器中的耦合電容可以隔斷電容兩端的直流電壓，并無衰減地將電容一端的交流電壓傳送到另一端，耦合電容上應基本上無交流電壓，或即是交流短路的。傍路電容也是對交流電流短路的電容。·畫交流通路時應將恒壓源短路（無交流電壓），恒流源開路（無交流電流）；耦合、傍路

13、電容短路（無交流電壓）。·畫直流通路時應將電容開路（電容不通直流），電感短路（電感上直流電壓為零）。二、BJT偏置電路1固定基流電流（圖3-7a）·特點：簡單，隨溫度變化??；但輸出特性曲線上的工作點（、）隨溫度變化大。·Q點估計，·直流負載線2基極分壓射極偏置電路（圖3-14）·特點：元件稍多。但在滿足條件（）時，工作點Q（，）隨溫度變化很小，穩(wěn)定工作點的原理是電流取樣電壓求和直流負反饋（§）。·Q點估算：，直流負載線以上近似計算在滿足時有足夠的準確性。三、基本CE放大器的大信號分析·交流負載線是放大器（圖3-6b

14、）工作時，動點（，）的運動軌跡。交流負載線經(jīng)過靜態(tài)工作點，且斜率為。·因放大器中晶體管的伏安特性的非線性使輸出波形出現(xiàn)失真，這是非線性失真。非線性失真使輸出信號含有輸入信號所沒有的新的頻率分量。·大信號時，使BJT進入飽和區(qū)產(chǎn)生飽和失真；使BJT進入截止區(qū)，產(chǎn)生截止失真。NPN管CE放大器的削頂失真是截止失真；削底失真是飽和失真。對于PNP管CE放大器則相反。·將工作點安排在交流負載線的中點，可以獲得最大的無削波失真的輸出。四、BJT基本組態(tài)小信號放大器指標1基本概念：輸入電阻是從放大器輸入口視入的等效交流電阻。是信號源的負載，表明放大器向信號源吸收信號功率。放大

15、器在輸出口對負載而言，等效為一個新的信號源（這說明放大器向負載輸出功率），該信號源的內(nèi)阻即輸出電阻。·任何單向化放大器都可以一個通用模型來等效（圖3-36）。由此模型，放大器各種增益定義如下：端電壓增益：源電壓增益：，電流增益：負載開路電壓增益（內(nèi)電壓增益）：，功率增益：·、的分貝數(shù)為；的分貝數(shù)為。·不同組態(tài)放大器增益不同，但任何正常工作的放大器，必須。2CE、CB、CC放大器基本指標，管端輸入電阻，管端輸出電阻。用電流控制電流源（）BJT低頻簡化模型（圖2-24）導出的三個組態(tài)的上述基本指標由表3-1歸納。表3-1 BJT三種基本放大器小信號指標 CE

16、放大器CB放大器CC放大器簡化交流通路AV（大，反相）(rbe>>rbb)（大，同相）(rbe>>rbb)(<1，同相)(rbe>>rbb)rbe (中)(1+)re (rbe>>rbb) (小)re (rbe>>rbb)rbe+(1+) (大)(1+)(re+) (rbe>>rbb)0.5rcerce (大，與信號源內(nèi)阻有關(guān))rce0.5rbc(很大，與信號源內(nèi)阻有關(guān))(小，與RS有關(guān)), ()應用功率增益最大節(jié))，RiRo適中，易于與前后級接口，使用廣泛。高頻放大時性能好，常與CE和CC組態(tài)結(jié)合使用。如CE-CB

17、組態(tài)CC-CB組態(tài)。Ri大而Ro小，可作高阻抗輸入級和低阻抗輸出級，隔離級和功率輸出級。五、多級放大電路1基本概念·多級放大器的級間耦合方式主要有電容耦合（阻容耦合）（圖3-39）、變壓器耦合（圖3-41）和直接耦合（圖3-42、3-43）三種方式。·對于直接耦合放大器，其工作頻率的下限可以為零（稱為直流放大器），但輸出易發(fā)生所謂“零點漂移”（輸出端靜態(tài)電壓緩慢變化），形成假信號。零點漂移的主要原因是前級工作點隨溫度變化，這種變化因級間直接耦合被逐級放大。在輸出端出現(xiàn)可觀的漂移電壓。·直流放大器由于輸入輸出不能使用隔直耦合電容，希望在無輸入信號時，輸入端口和輸出端

18、口的靜態(tài)直流電壓為零。滿足這種條件的直流放大器稱為滿足零輸入、零輸出條件。只有用正負雙電源供電的直流放大器才能實現(xiàn)零輸入和零輸出。·由于供電電壓源存在內(nèi)阻，使各級放大器發(fā)生“共電耦合”，這種共電耦合可能導致放大器指標變壞甚至自激。放大器中的電源去耦電路就是為了減小和消除共電耦合（圖3-39、3-40）。2多級放大器指標計算·后級放大器的輸入電阻是前級放大器的負載，在計算前級放大器的增益時，一定要把這個輸入電阻計為負載來計算增益。·第一級放大器的輸入電阻即多級放大器的輸入電阻；末級放大器的輸出電阻即多級放大器的輸出電阻。·計算多級放大器電壓增益的一般方法是

19、求出各級增益，再將其相乘。對BJT多級基本放大器的一種有效的計算增益的方法是“觀察法”，應該掌握。BJT兩種重要的組合放大電路是共射共基和共集共基組態(tài)，其實用電路之一分別是圖3-45（CE-CB）和圖3-47（CC-CB），應能畫出并計算這兩個電路的指標。第四章 場效應管（FET）及基本放大電路一、場效應管（FET）原理·FET分別為JFET和MOSFET兩大類。每類都有兩種溝道類型，而MOSFET又分為增強型和耗盡型（JFET屬耗盡型），故共有6種類型FET（圖4-1）。·JFET和MOSFET內(nèi)部結(jié)構(gòu)有較大差別，但內(nèi)部的溝道電流都是多子漂移電流。一般情況下，該電流與、都

20、有關(guān)。·溝道未夾斷時，F(xiàn)ET的D-S口等效為一個壓控電阻（控制電阻的大?。?，溝道全夾斷時，溝道電流為零；溝道在靠近漏端局部斷時稱部分夾斷，此時主要受控于，而影響較小。這就是FET放大偏置狀態(tài)；部分夾斷與未夾斷的臨界點為預夾斷。·在預夾斷點，與滿足預夾斷方程：耗盡型FET的預夾斷方程：（夾斷電壓）增強型FET的預夾斷方程：（開啟電壓）·各種類型的FET，偏置在放大區(qū)（溝道部分夾斷）的條件由表4-4總結(jié)。表4-4 FET放大偏置時與應滿足的關(guān)系 極 性放大區(qū)條件VDSN溝道管：正極性(VDS>0)VDS>VGSVP(或VT)>0P溝道管：負

21、極性(VDS<0)VDS<VGSVP(或VT)<0VGS結(jié)型管： 反極性增強型MOS管：同極性耗盡型MOS管：雙極型N溝道管：VGS>VP(或VT)P溝道管：VGS<VP(或VT)·偏置在放大區(qū)的FET，滿足平方律關(guān)系：耗盡型：（零偏飽和漏電流）增強型：*· FET輸出特性曲線反映關(guān)系，該曲線將伏安平面分為可變電阻區(qū)（溝道未夾斷），放大區(qū)（溝道部分夾斷）和截止區(qū)（溝道全夾斷）；FET轉(zhuǎn)移特性曲線反映在放大區(qū)的關(guān)系（此時參變量影響很?。?，圖4-17畫出以漏極流向源極的溝道電流為參考方向的6種FET的轉(zhuǎn)移特性曲線，這組曲線對表4-4是一個很好映證。

22、二、FET放大偏置電路·源極自給偏壓電路（圖4-18）。該電路僅適用于耗盡型FET。有一定穩(wěn)Q的能力，求解該電路工作點的方法是解方程組：·混合偏壓電路（圖4-20）。該電路能用于任何FET，在兼顧較大的工作電流時，穩(wěn)Q的效果更好。求解該電路工作點的方法是解方程組：以上兩個偏置電路都不可能使FET全夾斷，故應舍去方程解中使溝道全夾斷的根。三、FET小信號參數(shù)及模型·迭加在放大偏置工作點上的小信號間關(guān)系滿足一個近似的線性模型（圖4-22低頻模型，圖4-23高頻模型）。·小信號模型中的跨導反映信號對信號電流的控制。等于FET轉(zhuǎn)移特性曲線上Q點的斜率。的估算：耗

23、盡管增強管·小信號模型中的漏極內(nèi)阻是FET“溝道長度調(diào)效應”的反映，等于FET輸出特性曲線Q點處的斜率的倒數(shù)。四、基本組態(tài)FET小信號放大器指標1基本知識·FET有共源（CS）共漏（CD）和共柵（CG）三組放大組態(tài)。·CS和CD組態(tài)從柵極輸入信號，其輸入電阻由外電路偏置電阻決定，可以很大。·CS放大器在其工作點電流和負載電阻與一個CE放大器相同時，因其較小，可能較小，但其功率增益仍可能很大。·CD組態(tài)又稱源極輸出器，其。在三種FET組態(tài)中，CD組態(tài)輸入電阻很大，而輸出電阻較小，因此帶能力較強。·由于FET的電壓電流為平方關(guān)系，其非線性

24、程度較BJT的指數(shù)關(guān)系弱。因此，F(xiàn)ET放大器的小信號線性條件對幅度限制會遠大于BJT線性放大時對的限制（5mV）。2CS、CD和CG組態(tài)小信號指標由表4-6歸納總結(jié)。表4-6 FET基本組態(tài)放大器小結(jié) CS組態(tài)CD組態(tài)CG組態(tài)簡化交流通路AV大，反相放大器小于1，同相放大器( 條件：)大，同相放大器，很大，很大，較小 (條件：)rds ，較大，較小>rds ，最大AI決定于RG ，AI>>1決定于RG ，AI>>1AI<1類似CE放大器CC放大器CB放大器 第五章 模擬集成單元電路一、半導體IC電路特點在半導體集成電路中，晶體管工藝簡單且

25、占有芯片面積??；集電電阻、集成電容工藝并不簡單且占有芯片的面積隨元件值增大的明顯增大（表5-1）；電感無法集成。根據(jù)IC工藝的這些特點，IC電路設計思想是盡量多用晶體管，少用電阻（特別是阻值大的電阻），盡量不用電容。二、恒流源1恒壓源與恒流源基本概念恒壓源與恒流源都是耗能的電路裝置。恒壓源的特點是：端口電壓隨電流變化很小，或即內(nèi)阻很小，恒流源的特點是當端口電壓變化時，流過恒流源的電流變化很小，或即內(nèi)阻很大。二者比較如下表： 恒 壓 源恒 流 源理想模型伏安特性曲線實 際線性近似模型 實 際伏安特性曲線實例·充分導通的二極管（圖5.30a）

26、83;擊穿后的穩(wěn)壓管（圖1-35）·倍增電路（圖5-30b）·偏置在放大區(qū)的BJT當=常數(shù)，或常數(shù)時，可視為恒流源（圖5-3，5，6）。· 模擬IC中常用對管組成恒流源（圖5-7、8、11、12） 2模擬IC中的恒流源·基本鏡像恒流源（圖5-7，圖5-13a）參考電流恒流源電流內(nèi)阻*特點：時，故是的鏡像。該恒流源內(nèi)阻不夠大，鏡像精度不高。·微電流恒流源（圖5-11）參考電流恒流源電流關(guān)系式：特點：用不大的電阻兩個可以實現(xiàn)A級的恒流源，故易于集成。該恒流源內(nèi)阻大。對電源電壓波動不敏感。·此例恒流源（圖5-12）參考電流恒流源電

27、流（條件：與相差10倍以內(nèi)時此式準確性較高）特點：內(nèi)阻大，使用靈活。3恒流源在模擬IC的應用·IC放大器中的偏置電路（如恒流源差放圖5-20）·用恒流源作（集電極）有源負載放大器（圖5-13，圖5-21）。采用集電極有源負載的CE放大器，在后級輸入電阻很大的條件下，可以大大提高電壓增益。三、差動放大器1基本知識·差放是一種具有兩輸入端的電路對稱、元件配對的平衡電路，它可以有效地放大差模輸入信號；依靠對稱性和共模負反饋，差放可以有效抑制共模輸入信號（一般為干擾信號）。·差放作直流放大器，可以有效地抑制零點漂移。這是因為零漂可以等效為共模干擾信號，從而被差放

28、抑制。·任模輸入信號，的差模和共模分量。差模輸入電壓：（輸入端的一對差模分量是）共模輸入電壓分量：·差放基本指標的定義差模增益（有雙端輸出和單端輸出兩種方式）共模增益（有雙端輸出和單端輸出兩種方式）共模抑制比·差模輸入將地的雙端輸入，但只要很大，信號對地單端輸入時、輸出電壓，基本上與差模輸入時相同。2差放指標的計算方法單邊等效電路法·當信號差模輸入時，理想對稱差放在對稱位置上的點都是交流地。據(jù)此，可畫差放的差模單邊交流通路，由該電路計算。·當信號共模輸入時，兩對稱支路交匯成的公共支路上的交流電流是每支路的兩倍。據(jù)此可畫出差放的共模單邊交流通路，

29、由該電路求。理想對稱差放的。·對任意輸入信號，可以將其分解成差模和共模分量后，按單邊等效電路法求出輸出，然后相加，其一般表式為：·差放增益的符號與參考方向、（或）以及單端輸出時輸出端都有關(guān)。確定差放增益符號時，首先要明確單邊等效電路是反相還是同相放大器。·采用恒流源偏置的差放（圖5-20）可以增大共模負反饋，使增大。有源負載差放（圖5-21）除了使差模增益增加外，還具有雙端轉(zhuǎn)單端功能。3差放的小信號范圍及大信號限幅特性·由于差放的對稱性能有效抑制非線性輸出的偶次諧波分量，故差放的小信號范圍比單管放大器寬。恒流源CE差放的小信號條件是mV。·恒流

30、源CE差放當mV時，輸出有明顯的限幅特性。該特性在通信電子電路中得到應用。四、功率輸出級1基本概念·功率放大器作為多級放大器輸出級，工作于大信號狀態(tài)，故小信號等效電路分析方法不適用。·功放關(guān)注的指標主要有效率最大輸出信號功率非線性失真系數(shù)D·功放管工作于接近極限參數(shù)狀態(tài)，故功放管安全使用是設計功放要考慮的問題。對BJT功放管，使用中不能超過，和（定義見§）。·按功放管的導通的時間不同，功放可分為甲類（A類）、乙類（B類）、丙類（C類）和丁類（D類）。對阻性負載功放，只能工作在甲類或乙類（雙管電路）。丙類功放一般是以LC回路作負載的高頻諧振功放。

31、·甲類和乙類電阻負載功放比較 甲 類乙 類功放管單管（圖5-25a）對管（圖5-26c）非線性失真優(yōu)于乙類有交越失真問題電源功率與輸入信號無關(guān)，靜態(tài)時仍消耗功率。輸入越大，越大。靜態(tài)時電源幾乎不消耗功率管耗靜態(tài)時最大。靜態(tài)時為零，激勵在某一狀態(tài)時最大。效率<25%<78.5%對功放管的功率容量的利用低，高， ·乙類功放在輸入信號過零時，因功放管未導通而使輸出為零的現(xiàn)象稱為交越失真?？梢越o功放管加一定的放大偏置使其工作在甲乙類來消除交越失真。但效率也會有所降低。·復合BJT是模擬IC中的一種工藝（又稱達林頓組態(tài)）。教材表5-4總結(jié)了四

32、種BJT復合管的特點。2OCL和OTL電路指標OCL電路：正負雙電源供電的NPN-PNP互補推挽功放（表5-3原理電路）。OTL電路：正負單電源供電的NPN-PNP互補推挽功放（表5-3原理電路）。OTL正常工作的條件是：（1）靜態(tài)時兩發(fā)射極連接的節(jié)點處電壓；（2）耦合電容必須足夠大，使一個周期內(nèi)，保持幾乎不變。兩種互補推挽功放的指標及極限參數(shù)的限制有些結(jié)論見表5-3。表5-3 OCL和OTL功放的公式匯集 OCL功放OTL功放原理電路指 標POmax（滿激勵時）（滿激勵時）PCCmax（滿激勵時）（滿激勵時）（滿激勵時）（滿激勵時）PT1max時時極限參數(shù)限制BVCEOI

33、CMPCM 第六章 放大器的頻率響應一、基本知識·對放大器輸入正弦小信號，則輸出信號的穩(wěn)態(tài)響應特性即放大器的頻率響應。·在小信號條件下，且不計非線性失真時，輸出信號仍為正弦信號。故可以用輸出相量與輸入相量之比 即放大器的增益的頻率特性函數(shù)來分析放大器的頻率響應的特性。·，表示輸出正弦信號與輸入正弦信號的振幅之比。反映放大倍數(shù)與輸入信號頻率的關(guān)系，故稱為增益的幅頻特性，是輸出信號與輸入信號的相位差，它反映了放大器的附加相移與輸入信號頻率的關(guān)系，故稱為增益的相頻特性。·由相量法分析正弦穩(wěn)定響應的知識可知，是關(guān)于的有理分式。·放大器在低頻段

34、表現(xiàn)出增益的頻率特性的原因是電路中的耦合傍路電容在頻率很低時不能視為交流短路，使交流通路中有電抗元件，從而造成輸出的幅度和附加相位與信號頻率有關(guān)；放大器在高頻段表現(xiàn)出增益的頻率特性的原因是晶體管內(nèi)部電抗效應在高頻時必須考慮（如PN結(jié)電容的容抗不能再視為），使等效電路中存在電抗，造成輸出與頻率有關(guān)。·當信號頻率降低（或升高）到使下降到中頻段增益的倍時所對應的頻率稱為放大器的低頻截止頻率（或高頻截止頻率）。·放大器的通頻帶是定義為，又稱3dB帶寬。·當對放大器輸入頻帶信號，若輸入信號頻率的范圍超過時，輸出波形會因此發(fā)生畸變，此即放大器的頻率失真。頻率失真分為幅頻失真和

35、相頻失真。前者是變化所致，后者是不是常數(shù)（或即不與成正比）所致。·頻率失真與非線性失真的重要區(qū)別是：對于前者，輸出信號沒有新的頻率分量，且只有輸入頻帶信號時才有頻率失真的問題。·在直角坐標系下畫出的曲線稱為幅頻特性曲線；曲線稱為相頻特性曲線。二、放大器增益函數(shù)及特點*·將易以復頻率S，則為放大器的增益函數(shù)（即傳遞函數(shù)）。·根據(jù)信號與系統(tǒng)課的理論，是零狀態(tài)下輸出的拉氏變換與輸入拉氏變換之比。·物理可實現(xiàn)系統(tǒng)的是關(guān)于S的有理分式。使分母為零的根稱為的極點，使分子為零的根稱為的零點，一個穩(wěn)定系統(tǒng)的極點數(shù)n和零點數(shù)m，滿足，且極點的實部為負數(shù)（或極點位

36、于S的左半開平面上）。·放大器低頻增益函數(shù)的，且中頻增益，放大器高頻增益函數(shù)的，且。·如果中某極點頻率比其它極點和零點頻率大10倍以上，則P為低頻主極點。·如果中某個極點頻率比其它極點、零點頻率小10倍以上，則P為高頻主極點。三、波特圖放大器對數(shù)頻率特性曲線1概念·波特圖的頻率軸按定刻度位置，但仍標示頻率的值。對數(shù)頻率軸的特點是每10倍頻程相差一個單位長度，且點在頻率軸處。·幅頻波特圖的縱坐標按的分貝刻度，即所謂分貝線性刻度（圖6-9a）。相頻波特圖的縱坐標仍按的角度刻度（圖6-8b）。·波特圖的優(yōu)點是易于用漸近線方法近似作頻率特性曲

37、線。2漸近線波特圖繪法*·首先要判斷是低頻段還是高頻段的頻率特性函數(shù)（全頻段另行討論）。的通式為：若，則為；若，則為。1低頻波特圖畫法·將每個極零點因子化成以下形式（，）（1）畫幅頻波特圖；在幅頻特性平面上畫出每個因子（包括中頻增益）的幅頻漸近線波特圖，然后相加。每個因子對幅頻波特圖的貢獻如下：·的貢獻為，即一條與無關(guān)的水平線；·極點因子在極點頻率左側(cè)貢獻負分貝，斜率為20dB/dec。·零點因子在零點頻率右側(cè)貢獻正分貝，斜率為dB/dec。（2）畫相頻波特圖：在相頻特性平面上畫出每個因子（包括）的相頻漸近線波特圖，然后相加。每個因子的貢獻如下

38、：·，則對相頻波特圖貢獻為0o。·，則對相頻波特圖貢獻為。·極點因子，在頻點的左而貢獻正角度。在區(qū)間斜率為45o/dec。頻點為45o，小于處保持90o。·零點因子在左側(cè)貢獻角度，在區(qū)間斜率為/dec；在頻點處為45o（或），在0.1處為90o（或），小于0.1時保持90o（或），角度的符號與零點因子幅角的符號一致。2高頻波特圖的畫法將中每個極零點因子化成以下形式（，）（1）畫幅頻波特圖畫出每個因子（包括）對幅頻波特圖的貢獻，然后相加，其規(guī)律如下：·貢獻的分貝為，即一條與無關(guān)的水平線·極點因子在右側(cè)貢獻負分貝，斜率是dB/dec。&#

39、183;零點因子在右側(cè)貢獻正分貝，斜率是20dB/dec。（2）畫出相頻波特圖畫出每個因子對相頻波特圖的貢獻，然后相加。其規(guī)律如下：·的貢獻是0o（）或180o（）。·極點因子在右側(cè)貢獻負角度，斜率/dec；在時，貢獻達到。·零點因子在0.1右側(cè)貢獻角度，斜率為45o/dec（或/dec）。在時，貢獻達到并保持90o（或）。角度符號與零點因子幅角的符號相同。本章復習題填空題第7題用圖示方法全面總結(jié)了各個因子的波特圖的畫法。3全頻段波特圖的繪制首先要識別中的高、低頻極點和零點，然后將極、零點因子分別寫成繪波圖所需形式，再按前面兩節(jié)的方法繪出波特圖。四、基本放大器的和

40、的估算1的估算·畫出放大器低頻段交流通路和低頻段小信號模型（模型中有耦合、傍路電容，）·求每個電容對應的短路時間常數(shù)。，其中是令模型中除以外其它電容均短路，再從端口視入的戴維南等效支路的電阻。的求解方法與求放大器輸出電阻相同。·估算。1.15是修正系數(shù)，當模型中只有一個電容時，。是端口視入的等效電阻。2的估算· 畫出放大器高頻段小信號模型（此時，晶體管因使用了高頻模型，故模型中有電容，）·求每個電容對應的開路時間常數(shù)，其中是令模型中除以外其它電容均開路時，再從端口視入的戴維南等效電路的電阻。的求解方法與求放大器輸出電阻相同。·估算。1

41、.15是修正系數(shù)。當模型中只有一個電容時，。是端口視入的等效電阻。3滿足主極點條件時的與分別近似等于低頻主極點頻率和高頻主極點頻率。第七章 負反饋技術(shù)放大器的輸出電壓（或電流）經(jīng)反饋網(wǎng)絡在放大器輸入端產(chǎn)生反饋信號，該反饋信號與放大器原來輸入信號共同控制放大器的輸入，即構(gòu)成反饋放大器。一、單環(huán)負反饋理想模型（圖7-2）分析1基本定義：A放大器及增益（開環(huán)增益）B網(wǎng)絡及反饋系數(shù)反饋放大器增益（閉環(huán)增益）反饋深度環(huán)路傳輸當，即凈輸入小于原輸入時為負反饋；反之則為正反饋。2基本反饋方程基本反饋方程由信號流圖給出的理想反饋模型導出，其成立條件應滿足：A放大器正向傳輸信號；B網(wǎng)絡反向傳輸信號；B網(wǎng)絡對A放

42、大器輸入輸出口無負載作用，只在輸入口有受控源功能受控于取樣信號的反饋信號受控源。3深負反饋及公式·當時稱深負反饋，此時·深負反饋的特征是：反饋信號接近原輸入信號，使凈輸入很?。淮藭r，閉環(huán)增益只由反饋網(wǎng)絡決定。4反饋類型及用雙口網(wǎng)路表示的理想模型·由于基本放大器與反饋網(wǎng)絡在輸出口的接法不同，取樣信號可能是輸出電壓或輸出電流；由于基本放大器與反饋網(wǎng)絡在輸入口的接法不同，求和信號（，）也可能為電壓或電流。因此有四種不同的反饋類型，表7-1給出了這四種類型的總結(jié)。表7-1 四種反饋類型各物理量的含義 物理量 類型xs、xf、xIxoAAfB電壓取樣電壓求和反饋（電壓串聯(lián)反

43、饋）電壓電壓電壓比電壓比電壓比電壓取樣電流求和反饋（電壓并聯(lián)反饋）電流電壓互阻互阻互導電流取樣電壓求和反饋（電流串聯(lián)反饋）電壓電流互導互導互阻電流取樣電流求和反饋（電流并聯(lián)反饋）電流電流電流比電流比電流比*表中的互阻又稱為傳輸阻抗，互導又稱為傳輸導納。圖7-7示出了四種類型的雙口網(wǎng)絡連接形式，該圖更直觀示出了反饋網(wǎng)絡僅是一個受控源。實現(xiàn)各類反饋的規(guī)律是：A、B兩網(wǎng)絡與負載在輸出口并聯(lián)實現(xiàn)電壓取樣；串聯(lián)則實現(xiàn)電流取樣。A、B兩網(wǎng)絡與源電流在輸入口并聯(lián)形成電流求和；A、B兩網(wǎng)絡與源電壓在輸入口串聯(lián)形成電壓求和。二、實際放大器反饋類型和極性判斷1反饋類型·輸出節(jié)點有反饋電阻（或網(wǎng)絡）接至輸

44、入口是電壓取樣·輸入節(jié)點有反饋電阻（或網(wǎng)絡）接至輸出口是電流求和·集電極輸出時，用發(fā)射極電流代替，實現(xiàn)電流取樣，故應流入反饋網(wǎng)絡。從電路上看，發(fā)射極一定有反饋電阻（或網(wǎng)絡）接到輸入口。按這一思路，則發(fā)射極輸出時，集電極有反饋電阻（或網(wǎng)絡）；漏極輸出時，源極有反饋電阻（或網(wǎng)絡）；源極輸出時，漏極有反饋電阻（或網(wǎng)絡）。以上就是BJT和FET放大器實現(xiàn)電流取樣時的電路結(jié)構(gòu)。·對于BJT、FET單管放大器構(gòu)成反饋放大器時，和是凈輸入，故有以下形成電壓求和的形式。（1）對于BJT，b極輸入時，e極有反饋電阻（最常用的方式）。（2）對于FET，g極輸入時，s極有反饋電阻（最常

45、用的方式）。·當差動放大器作輸入級時，單端輸入，另一輸入端接反饋電阻（或網(wǎng)絡）時，根據(jù)差動放大的原理，這是電壓求和。2反饋極性判斷瞬時極性法假設輸入信號（電壓或電流）任一瞬時的極性（即對地為或；流入或流出），分析由此極性產(chǎn)生的反饋信號的極性。若反饋信號削弱了輸入信號，使凈輸入減小，即為負反饋；反之則為正反饋。三、負反饋對放大器性能的影響1負反饋環(huán)具有自動調(diào)節(jié)功能任何因素使輸出端取樣信號發(fā)生變化，負反饋可以減小這種變化，使穩(wěn)定。利用負反饋的穩(wěn)定的功能可以解釋為什么負反饋能使穩(wěn)定，展寬通頻帶和減小非線性失真。2負反饋可以提高閉環(huán)增益的穩(wěn)定性。閉環(huán)增益相對變化率是開環(huán)增益相對變化率的。3負

46、反饋可以擴展閉環(huán)增益的通頻帶對于具有單極點高低頻模型的反饋放大器，開閉環(huán)截正頻率有如下關(guān)系：，是中頻段的反饋深度。4負反饋可以減小非線性失真。5直流負反饋可以穩(wěn)定放大器工作點?；鶚O分壓射極偏置電路采用電流（）取樣電壓求和直流負反饋穩(wěn)定工作點電流。6負反饋改變輸出電阻與取樣方式有關(guān)。電壓取樣負反饋使輸出電阻減??；電流取樣負反饋使輸出電阻增大。7負反饋改變輸入電阻與求和方式有關(guān)。電流求和負反饋使輸入電阻減??；電壓求和負反饋使輸入電阻增大。四、AB網(wǎng)絡法AB網(wǎng)絡分析法是反饋放大器計算的一種經(jīng)典方法，其本質(zhì)是將電阻反饋網(wǎng)絡改造成理想的B網(wǎng)絡，基本放大器成為A放大器，從而可以用基本反饋方程來計算閉環(huán)增益

47、。分析步驟：1判斷反饋類型，識別反饋網(wǎng)絡，明確A、B、量綱。2電壓求和時，信號源畫成與串聯(lián)的形式，使為原輸入信號。電流求和時，信號源畫成與串聯(lián)的形式，使為原輸入信號。3構(gòu)成A放大器A放大器是考慮了實際反饋網(wǎng)絡負載效應和信號源內(nèi)阻后的基本放大器。對反饋網(wǎng)絡采用“串聯(lián)開路，并聯(lián)短路”法則，將反饋網(wǎng)絡的負載反應加到基本放大器的輸入和輸出電路。3由A放大器求A、B、和。由反饋組態(tài)定義出的A在A放大器上求出A?？梢栽贏放大器的輸出電路上求B，依據(jù)是：·電流求和時：。由于電流求和時，反饋網(wǎng)絡對A放大器輸出的負載效應也是將反饋網(wǎng)絡輸入口短路求得。故將形式上標在A放大器輸出口的反饋網(wǎng)絡短路的位置，求

48、出。·電壓求和時，。由于電壓求和時，反饋網(wǎng)絡對A放大器輸出口的負載效應也是將反饋網(wǎng)絡輸入口開路求得。故將形式上標在A放大器輸出口的反饋網(wǎng)絡開路位置，求出。4由基本反饋方程求出、和。電流求和時：，電壓求時時：。電壓取樣時：，電流取樣時：是反饋放大器的管端輸出電阻。5由求源電壓增益。五、深負反饋條件下和的估算1判別反饋類型，正確識別并畫出反饋網(wǎng)絡。注意電壓取樣時不要把直接并在輸出口的電阻計入反饋網(wǎng)絡；電流求和時不要把并在輸入口的電阻計入反饋網(wǎng)絡。2在反饋網(wǎng)絡輸入口標出反饋信號：電壓求和為開路電壓，電流求和時為短路電流，再由反饋網(wǎng)絡求出反饋系數(shù)B。要注意標時在反饋網(wǎng)絡入口標上正下負；標時必須在反饋網(wǎng)絡入口以上端流入為參考方向。3求閉環(huán)增益，注意不同的反饋類型的量綱不同。4由求閉環(huán)源電壓增益。電壓取樣電壓求和時：電壓取樣電流求和時：電流取樣電壓求和時：電流取樣電流求和時：其中：是輸出管的管端輸出電流，即取樣電流。是取樣電流過的輸出負載電阻。六、負反饋放大器的穩(wěn)定性1由于電抗元件（管外與管內(nèi)，主要是電容），產(chǎn)生的附加相移，