電工電子技術(shù)第7章

《電工電子技術(shù)基礎(chǔ)教程》

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第7章放大器基礎(chǔ)讀者學(xué)完本章應(yīng)理解半導(dǎo)體、本征半導(dǎo)體、本征激發(fā)、摻雜等半導(dǎo)體器件的基本概念；理解PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，進(jìn)而掌握二極管的伏安特性及其電路模型；理解三極管的電流控制特點(diǎn)及其三個(gè)工作區(qū)；掌握三極管的直流模型及其交流小信號(hào)模型；能利用三極管的直流、交流小信號(hào)模型分析簡(jiǎn)單的三極管應(yīng)用電路；深入理解放大的概念及其實(shí)質(zhì)，利用三極管構(gòu)成小信號(hào)放大器的一般原則；掌握三極管放大電路的三種基本組態(tài)及其特性；理解工程實(shí)用放大器的電路構(gòu)成；理解場(chǎng)效應(yīng)管的電壓控制特點(diǎn)，對(duì)照三極管理解場(chǎng)效應(yīng)管的外特性及其模型。本章建議學(xué)時(shí)數(shù)：10學(xué)時(shí)（學(xué)時(shí)數(shù)較多的專業(yè)建議適當(dāng)增加2~4學(xué)時(shí)或增加

1堂習(xí)題課）。第7章第1課在本次課中，我們將介紹本征、雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性；PN結(jié)的形成及其特性；二極管及其模型。一．本征半導(dǎo)體純凈的具有單晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。晶體結(jié)構(gòu)如右圖半導(dǎo)體器件是組成各種電子電路的基礎(chǔ)。導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。原子核（正離子）價(jià)電子被所屬原子核束縛由于價(jià)電子被原子核束縛，若不能從外部獲取能量，擺脫原子核的束縛，則不具有導(dǎo)電特性二．本征半導(dǎo)體具有微弱的導(dǎo)電性原子核（正離子）價(jià)電子被所屬原子核束縛熱力學(xué)零度（-273.16℃）時(shí)，若價(jià)電子不能從外部獲取能量，擺脫原子核的束縛，不具有導(dǎo)電特性常溫下，少量的價(jià)電子可能獲得足夠的能量，擺脫共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子；同時(shí)在原來的共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為“空穴”，這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)（解釋）。如上圖本征激發(fā)使本征半導(dǎo)體具有微弱的導(dǎo)電性三．雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

電子為多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱多子），空穴為少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少子）（本征半導(dǎo)體的兩種載流子）常溫下，本征半導(dǎo)體導(dǎo)電性能很微弱的，難以達(dá)到實(shí)用目的在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（其它元素的原子），就成為雜質(zhì)半導(dǎo)體，其導(dǎo)電性能大大增強(qiáng)在硅或鍺的晶體中摻入少量五價(jià)元素原子，這種雜質(zhì)半導(dǎo)體中電子濃度大大高于空穴濃度，主要依靠電子導(dǎo)電，故稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體（解釋）空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子（本征半導(dǎo)體的兩種載流子）在硅或鍺晶體中摻入三價(jià)元素原子，這種雜質(zhì)半導(dǎo)體中空穴濃度大大高于電子濃度，主要依靠空穴導(dǎo)電，故稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體（解釋）。四．PN結(jié)雖然雜質(zhì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能大大增強(qiáng)，可是其導(dǎo)電性能不便于控制對(duì)一塊半導(dǎo)體采用不同的摻雜工藝，使其一側(cè)成為P型半導(dǎo)體，而另一側(cè)成為N型半導(dǎo)體，則可成為導(dǎo)電性能可控制的半導(dǎo)體。在Ｐ型和Ｎ型半導(dǎo)體的交界面兩側(cè)，多數(shù)載流子由于濃度差將產(chǎn)生擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)（由于濃度引起的運(yùn)動(dòng)），如上圖電子空穴相遇將復(fù)合而消失，在交界面兩側(cè)形成了一個(gè)由不能移動(dòng)的正、負(fù)離子組成空間電荷區(qū)，也就是PN結(jié)，又稱耗盡層平衡狀態(tài)下的PN結(jié)如上圖

在ＰＮ結(jié)上加正向電壓，即外電源的正端接Ｐ區(qū)，負(fù)端接Ｎ區(qū)，稱為ＰＮ結(jié)正偏（如左圖）由于正偏時(shí)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)的方向相反，空間電荷區(qū)變窄，內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子擴(kuò)散得到加強(qiáng)，少子漂移將被削弱，擴(kuò)散電流（擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流）大大超過漂移電流（漂移運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流），最后形成較大的正向電流（由Ｐ區(qū)流向Ｎ區(qū)的電流），稱為ＰＮ結(jié)導(dǎo)通。

在ＰＮ結(jié)上加反向電壓，即外電源的正端接N區(qū)，負(fù)端接P區(qū)，稱為ＰＮ結(jié)反偏（如左圖）由于外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向一致，空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，不利于多子的擴(kuò)散，有利于少子的漂移。在電路中形成了基于少子漂移的反向電流（由Ｎ區(qū)流向Ｐ區(qū)的電流）。由于少子數(shù)量很少，因此反向電流很小，ＰＮ結(jié)截止。

可知，ＰＮ結(jié)具有單向?qū)щ娦?。即ＰＮ結(jié)正偏導(dǎo)通，反偏截止?？蛇M(jìn)一步學(xué)習(xí)PN結(jié)的其它特性

五．二極管的特性及參數(shù)將ＰＮ結(jié)加上相應(yīng)的電極引線和管殼，就成為半導(dǎo)體二極管，文字符號(hào)D、圖形符號(hào)如右二極管的主體是PN結(jié)，但由于管殼、引線等因素的影響，兩者特性仍有區(qū)別

國(guó)標(biāo)符號(hào)Protel等EDA軟件使用符號(hào)典型二極管在常溫時(shí)的伏安特性如下特性曲線分三個(gè)區(qū)：正向工作區(qū)反向工作區(qū)擊穿區(qū)可進(jìn)一步學(xué)習(xí)二極管的主要參數(shù)

可進(jìn)一步學(xué)習(xí)二極管的應(yīng)用

六．二極管簡(jiǎn)化電路模型在工程近似分析中，常將其分段線性化處理一個(gè)實(shí)際器件的物理特性是非常復(fù)雜的。在分析電路時(shí)，實(shí)際器件常用相應(yīng)的模型來表示。二極管的伏安特性可用PN結(jié)的電流方程來描述，是非線性的。先引入理想二極管二極管具有單向?qū)щ娦?。即二極管正偏時(shí)導(dǎo)通，反偏時(shí)截止。若二極管導(dǎo)通時(shí)電阻為0，截止時(shí)電阻為無窮大，則這樣的二極管稱為理想二極管。模型如上。符號(hào)導(dǎo)通時(shí)特性截止時(shí)特性實(shí)際二極管導(dǎo)通時(shí)，電阻不為零，導(dǎo)通電壓隨電流的增加略有增加當(dāng)然，理想二極管實(shí)際并不存在的。符號(hào)導(dǎo)通時(shí)特性截止時(shí)特性模型如上電路模型導(dǎo)通時(shí)特性截止時(shí)特性用左圖分析誤差相對(duì)較大，用右圖分析過程復(fù)雜一般硅管UON取0.7，鍺管取0.3

雖然二極管導(dǎo)通時(shí)導(dǎo)通電壓隨電流的增加略有增加，但增幅不大，可認(rèn)為二極管正向?qū)妷夯静蛔儯洖閁ON。模型如右

可通過一個(gè)例題來理解

七．晶閘管

晶閘管是晶體閘流管(Thyristor)的簡(jiǎn)稱，俗稱可控硅。晶閘管不是二極管，但在應(yīng)用中具有與二極管相似的一些特性晶閘管的應(yīng)用特點(diǎn)

七．本課的重點(diǎn)

重點(diǎn)：PN結(jié)的形成及特性

第7章第2課在本次課中，我們將介紹三極管的伏安特性及其直流、交流模型一．三極管的引入可見，三極管有三個(gè)極：發(fā)射極、基極、集電極；兩個(gè)結(jié)：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)二極管具有單向?qū)щ娦?，?yīng)用十分廣泛。是常用的半導(dǎo)體器件之一。半導(dǎo)體三極管又稱為晶體三極管，簡(jiǎn)稱三極管、晶體管。它由兩塊相同類型半導(dǎo)體中間夾一塊異型半導(dǎo)體構(gòu)成，可更靈活地控制半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能根據(jù)半導(dǎo)體排列方式的不同，三極管又分NPN、PNP兩種類型，文字符號(hào)T，具體如上圖。二．三極管的電流控制特性（a）圖B極懸空，C、E兩極流過的電流不到1uA（b）圖B極接0.02mA的電流，電流大小為2mA當(dāng)基極電流流過基區(qū)時(shí)，改變了三極管內(nèi)部導(dǎo)電載流子的分布，在發(fā)射結(jié)、集電結(jié)間形成了1個(gè)導(dǎo)電通路，C、E兩極有電流流過，這便是三極管的電流控制特性三．三極管的伏安特性以NPN管為例介紹三極管的共射伏安特性曲線。所謂共射是指輸入回路與輸出回路的公共端是射極的連接方式，如右圖所示當(dāng)uCE不變時(shí)，輸入回路中的電流iB與電壓uBE之間的關(guān)系曲線稱為輸入特性曲線。當(dāng)uCE=0時(shí)，輸入回路相當(dāng)于兩個(gè)二極管并聯(lián)；當(dāng)uCE增大，集電結(jié)正偏電壓減小，曲線右移；uCE≥１Ｖ后，集電結(jié)反偏，輸入特性曲線基本上是重合的

輸出特性曲線是以iB為參變量，描述輸出回路電流iC與電壓uCE之間關(guān)系的曲線初步的問題：為什么輸出特性以iB為參變量？三極管為電流控制器件，沒有iB也就沒有輸出。通常把三極管輸出特性曲線分為三個(gè)工作區(qū)：

iB=0，三極管截止，無輸出電流：截止區(qū)

iB大小適中時(shí)，可有效控制輸出電流，輸出電流與控制電流保持線性比例關(guān)系:放大區(qū)放大區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏輸出電流不可能無限上升，當(dāng)控制電流過大時(shí)，輸出電流將不再與控制電流保持比例關(guān)系，三極管工作在飽和區(qū)在模擬電子電路中，主要討論三極管工作在放大區(qū)的應(yīng)用。三極管工作在截止區(qū)、飽和區(qū)的情況將在數(shù)字電路部分討論。必須指出的是，晶體管的放大能力是很有限的，要求輸入信號(hào)在一個(gè)很小的范圍內(nèi)變化?？蓪W(xué)習(xí)晶體管的主要參數(shù)

受控電源可分為控制端（輸入端）和受控端（輸出端）兩個(gè)部分。如果控制端不消耗功率，受控端滿足理想電壓源（或電流源）特性，這樣的受控電源稱為理想受控電源。電壓源（或電流源）的輸出電壓（或電流）不受外部電路的控制，我們稱它為獨(dú)立電源。三、補(bǔ)充講解受控電源知識(shí)點(diǎn)

1、受控電源的概念

電壓源的輸出電壓和電流源的輸出電流受電路中其它部分的控制，這種電源稱為受控電源?？赏ㄟ^一個(gè)例題來理解

四．三極管的直流模型左圖中，當(dāng)輸入

uBE為直流信號(hào)時(shí)，輸出uCE對(duì)應(yīng)輸出特性曲線上一個(gè)點(diǎn)。稱為直流工作點(diǎn)，記為Q點(diǎn)

假定三極管工作在放大區(qū)（發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏）。由輸入特性曲線，輸入特性回路相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)通的二極管，輸入回路模型如上。導(dǎo)通時(shí)如同短路左圖中，三極管工作在放大區(qū)。輸出電流IC受輸入電流IB控制。所以，輸出端可用電流控制電流源模型等效。具體如上右圖便是工作在放大區(qū)的三極管的直流模型五．三極管電路直流分析

直流分析就是求解Q點(diǎn)的分析?？衫萌龢O管簡(jiǎn)化直流電路對(duì)三極管電路進(jìn)行直流分析，其基本步驟如下：l

假設(shè)三極管工作在放大狀態(tài)，用其簡(jiǎn)化直流電路模型代替三極管；l

確定三極管各極電壓和電流值，主要指IB、IC、UCE；l

根據(jù)結(jié)果驗(yàn)證或確定三極管實(shí)際的工作模式，必要時(shí)再作分析?？赏ㄟ^幾個(gè)例題來理解六．三極管交流小信號(hào)模型輸入回路相當(dāng)于一個(gè)導(dǎo)通的二極管，模型如上（對(duì)交流小信號(hào)，這個(gè)導(dǎo)通的二極管的導(dǎo)通電阻不能忽略）三極管電路在只有直流電源供電時(shí)，三極管各極的電壓和電流值不變，決定Q點(diǎn)在直流量上疊加一個(gè)小信號(hào)變化量，則這個(gè)小信號(hào)變化量將引起輸出信號(hào)的變化（被放大）此時(shí)應(yīng)使用三極管的交流小信號(hào)模型分析電路交流分析時(shí)時(shí)如同短路定義為三極管輸入電阻當(dāng)UCE為常數(shù)時(shí)，ΔuBE和ΔiB之比為三極管輸入電阻，記為rbe（求解方法）三極管的輸出電路可用受控電流源來等效。β可從輸出特性曲線求得；也可查三極管手冊(cè)（hfe）

當(dāng)IB為常數(shù)時(shí)，ΔiC將隨ΔuCE增加而略有增加，ΔuCE和ΔiC之比稱為三極管的輸出電阻，記為rce。

可得出交流小信號(hào)模型如上由于rce很大，約為幾十千歐到幾百千歐，一般忽略不計(jì)，將模型簡(jiǎn)化為如上圖所示的簡(jiǎn)化小信號(hào)電路模型。圖中ΔiB

用ib表示，ΔuBE用ube表示，其它與此類似。在近似分析時(shí)，常用簡(jiǎn)化模型七．本課的重點(diǎn)

重點(diǎn)：三極管的模型

第7章第3課在本次課中，我們從三極管電路的交流分析實(shí)例出發(fā)，介紹放大器的概念、用三極管構(gòu)成放大電路的原則、三極管電路的三種基本組態(tài)等。一．三極管電路交流分析其基本步驟如下：1）在直流分析確定了直流工作點(diǎn)的基礎(chǔ)上，由Q點(diǎn)計(jì)算三極管的小信號(hào)電路模型參數(shù)；2）畫出原電路的交流通路（交流量流經(jīng)的通路），用三極管的小信號(hào)電路模型代替交流通路中的三極管，得到交流等效電路3）根據(jù)交流等效電路進(jìn)行交流分析，求出疊加在Q點(diǎn)上的各交流量，根據(jù)需要，還可進(jìn)一步求出電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)可通過一個(gè)例題來理解通過上面的例題，讀者不難發(fā)現(xiàn)，輸出uCE是輸入ui的-10倍，起到了電壓放大的作用二．什么是放大器放大器是將微弱電信號(hào)（電壓、電流、功率）放大到所需要量級(jí)、且功率增益大于1的電子線路，是模擬電子電路最重要的概念和應(yīng)用之一可用三極管構(gòu)成小信號(hào)放大器可以將小信號(hào)放大器看成一個(gè)線性有源兩端網(wǎng)絡(luò)可通過性能指標(biāo)來描述上面的小信號(hào)放大器放大單元輸入信號(hào)源負(fù)載主要有：輸入電阻、輸出電阻、增益A（解釋）

三．放大電路的組成原則一個(gè)實(shí)際的放大電路如右圖當(dāng)ui=0時(shí)，放大器處于直流工作狀態(tài)，稱為靜態(tài)。當(dāng)ui≠0時(shí)，放大器處于交流工作狀態(tài)，稱為動(dòng)態(tài)。輸入電壓源ui疊加在UBB上，將在輸出端產(chǎn)生隨ui變化而變化的輸出電壓uo當(dāng)電路參數(shù)選擇合適時(shí)，可能使輸出電壓uo比輸入電壓ui大得多，從而實(shí)現(xiàn)了對(duì)電壓的放大。

合適的直流工作點(diǎn)（靜態(tài)工作點(diǎn)）IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ保證三極管工作在放大狀態(tài)

通過上面的例子不難發(fā)現(xiàn)，電子線路要實(shí)現(xiàn)放大應(yīng)遵循一定的規(guī)則1．放大器外加直流電源的極性必須保證放大管工作在放大狀態(tài)。對(duì)于三極管，即須保證發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏2．輸入回路的接法應(yīng)該使放大器的輸入電壓ui能夠傳送到放大管的輸入回路，并使放大管產(chǎn)生輸入電流變化量（ib）或輸入電壓變化量（ube）；

3．輸出回路的接法應(yīng)使放大管輸出電流的變化量（ic）能夠轉(zhuǎn)化為輸出電壓的變化量（uce），并傳送到放大器的輸出端。

4．選擇合適的電路元器件參數(shù)，使輸出信號(hào)不產(chǎn)生明顯的失真一個(gè)例題四．三種基本組態(tài)的引入三極管有三個(gè)極，在構(gòu)成放大器輸入、輸出兩個(gè)端口時(shí)，必然有一個(gè)極是公共端。將發(fā)射極、集電極、基極分別作為輸入輸出端口的公共端，依照放大器的組成原則，可構(gòu)成放大器的三種基本組態(tài)。共射放大器、共基放大器、共集放大器放大器三種組態(tài)的基本電路如上圖所示。工程上不管多么復(fù)雜的放大器，都是在這三種基本組態(tài)電路基礎(chǔ)上演變而來的。左圖為基本共射放大器，公共端為發(fā)射極。UBB保證發(fā)射結(jié)正偏，UCC保證集電結(jié)反偏，三極管工作在放大狀態(tài)。

上左圖為基本共基放大器，公共端為基極，UBB保證發(fā)射結(jié)正偏，UCC保證集電結(jié)反偏，三極管工作在放大狀態(tài)。上右圖為基本共集放大器，公共端為集電極，UBB保證發(fā)射結(jié)正偏，UCC保證集電結(jié)反偏，三極管工作在放大狀態(tài)。

五．三種組態(tài)的典型電路

1.共射放大電路

RE的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)（解釋提高要求）；C1C2用來隔斷放大器與信號(hào)源和負(fù)載的直流通路

三種組態(tài)的基本電路特性較差，共射放大器典型電路如由所示。采用UCC單電源供電，UCC通過RB1、RB2的分壓使發(fā)射結(jié)正偏（分壓偏置），只要RC、RE參數(shù)合理，就能使集電結(jié)反偏，保證三極管工作在放大狀態(tài)。2．共集放大器簡(jiǎn)介

RE的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)（解釋提高要求）；C1C2用來隔斷放大器與信號(hào)源和負(fù)載的直流通路

共集放大器的典型電路如右圖所示采用UCC單電源供電，UCC通過RB1、RB2的分壓使發(fā)射結(jié)正偏（分壓偏置）；只要RC、RE參數(shù)合理，就能使集電結(jié)反偏，保證三極管工作在放大狀態(tài)。3．共基放大器

RE的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)（解釋提高要求）；C1C2用來隔斷放大器與信號(hào)源和負(fù)載的直流通路

共基放大器的典型電路如右圖所示采用UCC單電源供電，UCC通過RB1、RB2的分壓使發(fā)射結(jié)正偏（分壓偏置）；只要RC、RE參數(shù)合理，就能使集電結(jié)反偏，保證三極管工作在放大狀態(tài)。

三種組態(tài)的典型電路均采用UCC單電源供電，UCC通過RB1、RB2的分壓使發(fā)射結(jié)正偏，合理選擇RC、RE參數(shù)，使集電結(jié)反偏，三極管工作在放大狀態(tài)；

RE的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)；

C1C2用來隔斷放大器與信號(hào)源和負(fù)載的直流通路，使放大器的工作狀態(tài)與信號(hào)源和負(fù)載之間互不影響，同時(shí)交流信號(hào)又能順利通過放大器并傳遞到負(fù)載。這樣的結(jié)構(gòu)既符合放大器的組成原則，同時(shí)又提高了電路的穩(wěn)定性。因此，該電路在實(shí)際中經(jīng)常被采用

對(duì)直流信號(hào)開路4．直流分析對(duì)直流信號(hào)開路

求出電路的直流通路，具體如上

對(duì)放大器電路進(jìn)行直流分析，可求出靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)直流信號(hào)開路對(duì)于交流信號(hào)，三種組態(tài)的典型電路由于三極管的接法不同，交流通路也就不同。共集放大器的電壓增益恒小于1，且約等于1，共集放大器又稱為射極跟隨器;共集放大器的輸出電流（Ie）比輸入電流（Ib）大得多，所以仍然有功率放大作用。共基放大器輸入電阻較共射放大器小，輸出電阻和電壓增益則與共射放大器相當(dāng)，但共基放大器的電壓增益為正，是同相放大。共射放大器各項(xiàng)指標(biāo)較為適中，在低頻電壓放大時(shí)用得最多；共集放大器是三種基本組態(tài)中輸入電阻最大、輸出電阻最小的電路，多用作輸入、輸出級(jí)；共基放大器的頻率特性最好，常用于寬帶放大。

【例7.5.1】試分析如圖7.5.4所示電路的特點(diǎn)并估算其放大倍數(shù)八．本課的重點(diǎn)

重點(diǎn)：三極管放大電路的組成原則、3種組態(tài)電路特點(diǎn)。第7章第4課在本次課中，我們將介紹工程實(shí)用放大器的電路構(gòu)成原理及特點(diǎn)。學(xué)時(shí)數(shù)較多的專業(yè)建議增加本課內(nèi)容的學(xué)時(shí)數(shù)一工程實(shí)用放大器的參考組成框圖

顯然，基本組態(tài)放大器難以滿足工程應(yīng)用實(shí)踐的要求。主要有以下幾點(diǎn)：基本組態(tài)放大器采集信號(hào)的能力有限基本組態(tài)放大器的放大能力有限基本組態(tài)放大器的負(fù)載能力有限工程實(shí)用放大器的參考組成框圖如上包括四個(gè)基本部分： 輸入級(jí) 中間級(jí) 輸出級(jí) 偏置電路輸入級(jí)提供與輸出端成同相關(guān)系和反相關(guān)系的兩個(gè)輸入端，電路形式為差動(dòng)放大電路，要求輸入電阻高，可較好改善基本組態(tài)放大器采集信號(hào)能力弱的缺陷，是提高運(yùn)算放大器質(zhì)量的關(guān)鍵部分。中間級(jí)主要完成對(duì)輸入電壓信號(hào)的放大，一般采用多級(jí)共射放大電路實(shí)現(xiàn)，可較好改善基本組態(tài)放大器放大能力有限的不足。輸出級(jí)提供較高的功率輸出、較低的輸出電阻，一般由互補(bǔ)對(duì)稱電路或射極輸出器構(gòu)成，可較好改善基本組態(tài)放大器負(fù)載能力有限的弱點(diǎn)。偏置電路提供各級(jí)靜態(tài)工作電流，一般由各種恒流源電路組成。二．差動(dòng)放大器

1、電路特點(diǎn)在直接耦合放大電路中抑制零點(diǎn)漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)是差動(dòng)放大電路。將兩個(gè)電路結(jié)構(gòu)、參數(shù)均相同的單管放大電路組合在一起，就成為差動(dòng)放大電路的基本形式1）由兩個(gè)結(jié)構(gòu)、參數(shù)左右對(duì)稱的共射放大器組成

2）它有兩個(gè)輸入端，存在兩個(gè)輸入信號(hào)ui1、ui2；

3）它有兩個(gè)輸出端，有單端輸出、雙端輸出兩種方式4）UEE為負(fù)電源，確保VT1、VT2工作在放大狀態(tài)

2．輸入信號(hào)的分類兩個(gè)輸入信號(hào)電壓的大小相等，極性相同，即ui1=ui2，這樣的輸入稱為共模輸入信號(hào)，常用uic表示

作用在差動(dòng)放大器兩輸入端的一對(duì)數(shù)值相等、極性相反的輸入信號(hào)，即ui1=-ui2，稱為差模輸入信號(hào)，表示為ui1=-ui2=uid/2uid=ui1-ui2

實(shí)際信號(hào)，通常既不是單純的差模信號(hào)，又不是單純的共模信號(hào)，而是任意信號(hào)ui1、ui2

分解如上

差動(dòng)放大器的基本電路具有抑制零點(diǎn)漂移、抑制共模信號(hào)、放大差模信號(hào)的特點(diǎn)

3．差動(dòng)放大特性(解釋)電路輸入差模信號(hào)ui1=-ui2=uid/2（

對(duì)實(shí)際信號(hào)，uid=ui1-ui2）時(shí)如上圖所示，差模交流通道如右圖所示（解釋）式中Au1表示單管共射放大器的增益，又稱為半電路增益

差動(dòng)放大器是以犧牲一個(gè)管子的增益為代價(jià)，換取了低漂移的效果可見，差動(dòng)放大器具有差動(dòng)放大作用。差動(dòng)放大器在輸入差模信號(hào)時(shí)的電壓增益稱為差模電壓增益，記為Ad4．共模抑制比為了綜合衡量差動(dòng)放大器對(duì)差模信號(hào)的放大能力和對(duì)共模信號(hào)的抑制能力，特別引入一個(gè)性能指標(biāo)——共模抑制比，記作KCMRR

式中：Ad為差模電壓增益，Ac為共模電壓增益

工程中，上式常用對(duì)數(shù)形式表示，記作KCMR，單位為分貝

對(duì)于電路參數(shù)理想對(duì)稱的雙端輸出情況，共模抑制比無窮大。實(shí)際差放電路大約為60dB，性能較好的差放電路可達(dá)120dB三．多級(jí)放大電路

1多級(jí)放大電路的引入用一個(gè)放大器件組成的單管放大電路，其電壓放大倍數(shù)一般只能達(dá)到幾十倍，其他技術(shù)指標(biāo)也難以達(dá)到實(shí)用的要求。在實(shí)際工作中，常常把若干個(gè)單管放大電路連接起來，組成所謂的多級(jí)放大電路多級(jí)放大電路內(nèi)部各級(jí)之間的連接方式稱為耦合方式

2．阻容耦合

阻容耦合放大電路具有以下特點(diǎn)：1)各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響；2)不能反映直流成分的變化，不適合放大緩慢變化的信號(hào)；3)適用于分立元件交流放大電路

前級(jí)與后級(jí)之間通過電容相連的連接方式稱為阻容耦合

上圖為兩級(jí)阻容耦合放大電路，兩級(jí)之間通過耦合電容C2及下級(jí)輸入電阻聯(lián)接，故稱阻容耦合。3．直接耦合直接耦合即是把前級(jí)的輸出端直接接到下級(jí)的輸入端，具體如右圖直接耦合放大電路具有以下特點(diǎn)：1）能放大緩慢變化的信號(hào)或直流成分的變化，易于集成化；2）各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響，存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象；3）適用于集成放大電路，直流放大電路。直接耦合即是把前級(jí)的輸出端直接接到下級(jí)的輸入端，具體如右圖直接耦合方式由于沒有耦合電容的存在，其優(yōu)點(diǎn)顯而易見由于直接耦合方式前后級(jí)直接相連，工作點(diǎn)必然相互影響，這不僅使Q點(diǎn)的分析復(fù)雜化，同時(shí)還帶來兩個(gè)需要解決的問題：一是級(jí)間電平的配置（解釋）；二是克服零點(diǎn)漂移（又稱為溫度漂移，簡(jiǎn)稱溫漂，進(jìn)一步解釋）四．互補(bǔ)輸出級(jí)的引入放大器的輸出級(jí)將與負(fù)載相連，所以要求帶負(fù)載能力要強(qiáng)為實(shí)現(xiàn)更好的輸出特性，實(shí)際電路常采用雙向跟隨的互補(bǔ)輸出級(jí)?；パa(bǔ)輸出級(jí)的基本電路如上圖所示。電路中的兩個(gè)三極管VT1、VT2要求類型不同，但參數(shù)相同

靜態(tài)時(shí)，ui=0，uo=0，兩個(gè)三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，負(fù)載上也無電流流過。所以，靜態(tài)時(shí)電路無功率損耗。

當(dāng)ui>0時(shí)，VT1管導(dǎo)通，VT2管截止，正向信號(hào)（電流）從UCC經(jīng)過VT1流過負(fù)載，如圖中實(shí)線所標(biāo)注。

當(dāng)ui<0時(shí)，VT1管截止，VT2管導(dǎo)通，負(fù)向信號(hào)（電流）從-UCC經(jīng)過VT2流過負(fù)載，如圖中虛線所標(biāo)注。

VT1、VT2以互補(bǔ)的方式交替工作，實(shí)現(xiàn)了雙向跟隨電路的靜態(tài)輸出為零，零入零出、無靜態(tài)損耗，負(fù)載的接入不會(huì)對(duì)電路的Q點(diǎn)產(chǎn)生影響晶體管工作時(shí)，為射極跟隨器，輸出電阻小，輸出特性好晶體管交替互補(bǔ)工作，輸出幅度大當(dāng)ui小于uBE（ON）時(shí)，VT1、VT2均截止，電路將出現(xiàn)失真，稱為交越失真。為了克服交越失真，可以采取措施提高Q點(diǎn)，使VT1、VT2在靜態(tài)處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)有輸入信號(hào)作用時(shí)，就能保證一個(gè)管子導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)雙向跟隨，如上圖（解釋）。五．電流源電路電流源能提供恒定的電流，可作為放大器的靜態(tài)恒流偏置；利用電流源交流電阻很大的特點(diǎn)，可代替大電阻右圖所示為集成電路中常用的鏡像電流源電路。

IC2=IC1

≈IR（解釋），IC2是輸出電流，與IC1成鏡像關(guān)系，電路的名稱由此而得。

鏡像電流源電路簡(jiǎn)單，在精度要求不是很高、輸出電流大小適中的時(shí)候經(jīng)常采用如果輸出電流要求很小，那么IR也就要求很小，R的取值必然很大，這在集成電路中是難以做到的為了在R不是很大的時(shí)候，得到微小的輸出電流，可在VT2管的射極接一電阻，得到如左圖所示的微電流源

輸出電流滿足的表達(dá)式如下第7章第5課

在本次課中，我們將介紹場(chǎng)效應(yīng)管及其放大電路。一．場(chǎng)效應(yīng)管的引入雜質(zhì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性能不方便控制半導(dǎo)體二極管具有單向?qū)щ娦园雽?dǎo)體三極管可通過控制基極電流來控制輸出電流，導(dǎo)電性能可方便控制，應(yīng)用十分廣泛。其主要不足是控制端需要消耗功率，不利于提高集成度，降低了可靠性場(chǎng)效應(yīng)管（FET）是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，控制端幾乎不消耗功率。當(dāng)UGS為-UDD時(shí)，電流表指示為0，基本沒有電流流過，繼續(xù)調(diào)大UGS，電流表指示依舊為0，參考效果如圖7.7.2（a）所示

當(dāng)UGS大于某個(gè)值時(shí)，電流表有明顯指示，繼續(xù)調(diào)大UGS，電流表上流過的電流相應(yīng)增長(zhǎng)，這便是場(chǎng)效應(yīng)管電壓控制輸出回路電流的特性，參考效果如圖7.7.2（b）、（c）所示。根據(jù)制作工藝及應(yīng)用需求，存在UGS大于某個(gè)負(fù)電壓、大于零、大于某個(gè)正電壓才可導(dǎo)通等3種類型，分別對(duì)應(yīng)結(jié)型、耗盡型、增強(qiáng)型3種類型的場(chǎng)效應(yīng)管。每一類又可分為N溝道、P溝道兩種類型可觀看場(chǎng)效應(yīng)管的類型圖可進(jìn)一步查看各種場(chǎng)效應(yīng)管的電路符號(hào)二．場(chǎng)效應(yīng)管的特性場(chǎng)效應(yīng)管輸入電流iG≈0（記住結(jié)論即可），輸入特性顯而易見以N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管輸出、轉(zhuǎn)移特性為例，介紹管子的輸出特性N溝道增強(qiáng)型MOS場(chǎng)效應(yīng)管輸出特性曲線如上圖，讀者可對(duì)照三極管特性曲線理解。

對(duì)照三極管輸出特性曲線（G-B、D-C、S-E），它們具有相同的外特性，也可分為三個(gè)工作區(qū)（解釋）：

可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、截止區(qū)從場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性可看出場(chǎng)效應(yīng)管的外特性，但沒有直觀反映其控制特點(diǎn)?？赏ㄟ^轉(zhuǎn)移特性來進(jìn)一步觀察場(chǎng)效應(yīng)管的控制特點(diǎn)