模擬電子講稿

第一章

常用半導體器件

本章主要內(nèi)容:★半導體基礎(chǔ)知★半導體二極管★雙極型晶體管★場效應管1.1

半導體基本知識1.1.1本征半導體（a）硅和鍺原子的簡化結(jié)構(gòu)模型(b)晶體的共價鍵結(jié)構(gòu)及電子空穴對的產(chǎn)生圖1.1硅、鍺原子結(jié)構(gòu)模型及共價鍵結(jié)構(gòu)示意圖

價電子＋4空穴自由電子＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4共價鍵的兩個價電子1.1.2雜質(zhì)半導體1．N型半導體圖1.2N型半導體的結(jié)構(gòu)+4+4+4+4+5+4+4+4+4自由電子磷原子核電子一空穴對圖1.3P型半導體的結(jié)構(gòu)2．P型半導體

空穴+4+4+4+4+3+4+4+4+4硼原子電子一空穴對3.PN結(jié)的形成

圖1.4PN結(jié)的形成

P區(qū)

N區(qū)空間電荷區(qū)內(nèi)電場

P區(qū)N區(qū)4．PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?1)PN結(jié)的正向?qū)ㄌ匦訰外電場內(nèi)電場IR空穴(多數(shù))電子(多數(shù))NP變薄NP變厚IR≈0R外電場內(nèi)電場電子(少數(shù))空穴(少數(shù))

(a)

正向偏置

（b）反向偏置 圖1.5PN結(jié)的導電特性

(2)PN結(jié)的反向截止特性

1.2半導體二極管

1.2.1半導體二極管的結(jié)構(gòu)及其在電路中的符號－外殼(陰極)(陽極)P

N陽極引線陰極引線VD－＋(陰極)（a）結(jié)構(gòu)（b）電路符號（c）實物外形圖1.6二極管結(jié)構(gòu)、符號及外形圖1.7二極管伏安特性曲線1.2.2半導體二極管的伏安特性u/V

015105

（μA）i/mA

ABB′A′-5

0.20.40.60.8

C′D′DC-30-U（BR）硅鍺IR1．正向特性2．反向特性

3．反向擊穿特性4．溫度對特性的影響1.2.3半導體二極管的主要參數(shù)

1．最大整流電流IF

2．最大反向工作電壓URM

3．反向飽和電流IR

4．二極管的直流電阻R

5．最高工作頻率fM1.2.4半導體二極管的命名及分類1．半導體二極管的命名方法用數(shù)字表示電極數(shù)目用字母表示材料和極性用字母表示類型用數(shù)字表示序號用數(shù)字表示規(guī)格圖1.8半導體器件的型號組成2．半導體二極管的分類1.2.5二極管的判別及使用注意事項1．二極管的判別（用萬用表進行檢測）（1）二極管正、負極性的判斷（2）二極管好壞的判別（3）硅二極管和鍺二極管的判斷（4）普通二極管和穩(wěn)壓管的判別

2．二極管使用注意事項

*1.2.6幾種常用的特殊二極管一、穩(wěn)壓二極管1．穩(wěn)壓二極管的工作特性

(a)伏安特性（b）符號圖1.9穩(wěn)壓二極管的特性曲線和符號ΔUZ0IA（Izmin）IZIA（Izmax）I／mAU／VBAUZΔIZUBUAVD+—2.穩(wěn)壓管的主要參數(shù)

二、

發(fā)光二極管1．普通發(fā)光二極管

2．紅外線發(fā)光二極管

3．激光二極管

三、

光電二極管四、變?nèi)荻O管

壓控特性曲線(b)電路符號

圖1.12變?nèi)荻O管的壓控特性曲線和電路符號CJ/pF806040200261014U/VVD1.2.7半導體二極管的應用一、

整流二、鉗位三、

限幅VDU(+)FA圖1.13二極管鉗位電路（a）限幅電路（b）波形圖1.14二極管限幅電路及波形RVD1+uo－+ui－－Us2++Us1－VD2-10uo/V+50t-50uo/V10t四、電路中的元件保護

SVDeLLREi圖1.15二極管保護電路1.3.1三極管的結(jié)構(gòu)及分類1．三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其在電路中的符號

1.3半導體三極管cebbcecbe集電區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)發(fā)射區(qū)基極b基區(qū)發(fā)射極e集電極cNPNecb基極b發(fā)射極e集電極cPNP(a)NPN(b)PNP圖1.16三極管的結(jié)構(gòu)示意圖及其在電路中的符號2．三極管的分類

2．三極管放大時必須的外部條件

3．三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程

圖1.17

三極管內(nèi)部載流子的運動情況

（3）電子被集電區(qū)收集的過程（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子的過程

（2）電子在基區(qū)的擴散和復合過程1.3.2三極管的放大作用1．三極管放大時必須的內(nèi)部條件VBBNPN－+－+RCcbeICIEIBVCcRBICBOIBNICN4．三極管電流放大作用的進一步理解

IB/mA-0.00400.010.020.030.040.05IC/mA0.0040.011.091.983.074.065.05IE/mA00.011.102.003.104.105.101.3.3三極管的特性曲線1．輸入特性曲線圖1.18三極管的輸入特性曲線uCE

/v飽和區(qū)放大區(qū)100μA80μA60μA40μA20μAiB=0μA108642ic

/mA4321截止區(qū)圖1.19三極管的輸出特性曲線uCE≥1VuBE

/v0.20.80.60.4iB

/μA1008060402025℃uCE=02．輸出特性曲線1.3.4三極管正常工作時的主要特點1．三極管工作于放大狀態(tài)的條件及特點2．三極管工作于飽和狀態(tài)的條件及特點

3．三極管工作于截止狀態(tài)時的條件及特點

1.3.5三級管主要參數(shù)

3、極限參數(shù)

1、直流參數(shù)2、交流參數(shù)（a）等效電路（b）電路符號圖1.20光電三極管的等效電路與電路符號ccILebeIC1.3.6光電三極管1.4

場效應管1.場效應管的特點

2.場效應管的分類1.4.2結(jié)型場效應管1.結(jié)構(gòu)和符號

1.4.1概述柵極GN＋N－P－P+柵極GS源極S源極D漏極D漏極N型溝道P型溝道DSGSDG（c）N溝道（a）N型溝道（b）P型溝道（d）P溝道圖1.21結(jié)型場效應管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號2.結(jié)型場效應管的工作原理

P＋P+SD耗盡層N（a）uGS=0,uDS=0時的情況（c）uGS=0,uDS=|VP|時的情況iD趨于飽和VDD

DP＋耗盡層GP＋P+SNGP＋P+SD耗盡層NVDD

（b）uGS=0,uDS<|VP|時的情況DiD飽和VDD

耗盡層GP＋P+SNP＋A（d）uGS=0,uDS>|VP|時的情況圖1.22改變uDS時結(jié)型場效應導電溝道的變化（a）Ucc=0時（b）uGS≤VP時溝道被夾斷圖1.23改變uGS時結(jié)型場效應導電溝道的變化iD/mAuDS/VU(BR)DS|VP|0IDSSVDD

GP＋P+SD耗盡層耗盡層3.結(jié)型場效應管的特性曲線（1）轉(zhuǎn)移特性圖1.24N溝道結(jié)型場效應管的轉(zhuǎn)移特性曲線uGS/ViD/mAIDSSUGS（off）－4－3－2－10－54321UDS=12V（2）輸出特性圖1.25N溝道結(jié)型場效應管輸出特性曲線

481216uDS/V夾斷區(qū)恒流區(qū)(放大區(qū))uGS=0V可變電阻區(qū)-4V-3V-2ViD/mA543210-1V擊穿區(qū)①可變電阻區(qū)：當漏源電壓uDS很小時，場效應管工作于該區(qū)。此時，導電溝道暢通，場效應管的漏源之間相當于一個電阻一。在柵、源電壓uGS一定時，溝道電阻也一定，iD隨uGS增大而線性增大。但當柵源電壓變化時，特性曲線的斜率也隨之發(fā)生變化?？梢钥闯?，柵源電壓uDS無關(guān)，我們稱這個區(qū)域為恒流區(qū)，也稱為放大區(qū)。在恒流區(qū)，iD主要由柵源電壓uGS決定。②恒流區(qū)：隨著uDS增大到一定程度，iD的增加變慢，以后iD基本恒定，而與漏源電壓uDS無關(guān)，我們稱這個區(qū)域為恒流區(qū)，也稱為放大區(qū)。在恒流區(qū)，iD主要由柵源電壓uGS決定。③擊穿區(qū)：如果繼續(xù)增大uDS到一定值后，漏、源極之間會發(fā)生擊穿，漏極電流iD急劇上升，若不加以限制，管子就會損壞。④夾斷區(qū)：當uGS負值增加到夾斷電壓uGS（off）后，iD≈0，場效應管截止。襯底引線dgsSiO2

P型硅襯底NNgdsdsg圖1.26增強型MOS管結(jié)構(gòu)及符號圖

增強型絕緣柵場效應管的結(jié)構(gòu)及工作原理(1)結(jié)構(gòu)及符號1.4.3絕緣柵型場效應管（a）N溝道結(jié)構(gòu)圖（c）P溝道符號（b）N溝道符號圖

(2)工作原理siDUDDUGGdg

P型硅襯底NN圖1.27N溝道增強型MOS管工作原理(3)特性曲線uGS/V246843210iD/mAUGS(th)=3VuDS=10V(a)轉(zhuǎn)移特性261014186V3V5VuDS/ViD/mA543210（b）輸出特性圖1.28N溝道增強型場效應管特性曲線2.耗盡型絕緣柵場效應管的結(jié)構(gòu)及工作原理襯底引線dgs

P型硅襯底NN（a）N溝道結(jié)構(gòu)圖圖1.29耗盡型MOS管結(jié)構(gòu)及符號圖gdS(b)N溝道符號dSg(c)P溝道符號-5-4-3-2-10UGS(off)IDSS12108642uGS/ViD/mAuDS=常數(shù)（a）轉(zhuǎn)移特性圖1.30N溝道耗盡型場效應管特性曲線3.N溝道耗盡型場效應管特性曲線（b）輸出特性

uDS/V246810121416-3V1V－1V－2ViD/mA1210864200VuGS＝2V1.4.4場效應管的主要參數(shù)1、夾斷電壓UGS(off)：實質(zhì)上是使iD＝0時所需的uGS值。2、飽和漏電流IDSS

在uGS＝0的情況下，當uDS>|VP|時的漏極電流稱為飽和漏電流，通常令uDS=10V，uGS＝0V時測出的iD就是IDSS。3、低頻互導（跨導）gm

4、最大耗散功率PDM

1.4.5場效應管的檢測及使用注意事項一、場效應管的檢測1．管腳的判別2．質(zhì)量判定二、場效應管使用注意事項1、MOS管柵、源極之間的電阻很高，使得柵極的感應電荷不易泄放，因極間電容很小，幫會造成電壓過高使絕緣層擊穿。因此，保存MOS管應使三個電極短接，避免柵極懸空。焊接時，電烙鐵的外殼應良好地接地，或燒熱電烙鐵后切斷電源再焊。2、有些場效應晶體管將襯底引出，故有4個管腳，這種管子漏極與源極可互換使用。但有些場效應晶體管在內(nèi)部已將襯底與源極接在一起，只引出3個電極，這種管子的漏極與源極不能互換。3、使用場效應管時各極必須加正確的工作電壓。4、在使用場效應管時，要注意漏、源電壓、漏源電流及耗散功率等，不要超過規(guī)定的最大允許值。第二章基本放大電路本章主要內(nèi)容：★放大的概念和放大電路的主要性能指標

★基本共射放大電路的工作原理

★放大電路的靜態(tài)、動態(tài)分析方法

★放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定★共集電極、共基極放大電路

★場效應管放大電路

★多級放大電路

★功率放大電路

2.1放大的基本概念

2.1.1放大的概念

2.1.2放大電路的性能指標

一、放大倍數(shù)

二、輸入電阻

七、最大輸出功率與效率

四、通頻帶

五、非線性失真系數(shù)

六、最大不失真輸出電壓

三、輸出電阻

2.2.1放大電路的組成1.基本放大電路的組成原則2.放大電路的組成及各元件的作用2.2.2放大電路的兩種狀態(tài)——靜態(tài)和動態(tài)２·２基本共射放大電路的工作原理

R′L＋ui＿iiVR1＋uo＿（b）交流通路圖2.1直流、交流通路ICQ＋VCCV＋UBEQ＿＋UCEQ＿R1R2（a）直流通路2.2.3基本放大電路的工作過程

圖2.2基本放大電路的工作波形

uiωtUCEωtωtωtωtωtURCiB(e)管壓降的波形(d)RC上壓降的波形(c)集電極電流波形uCEuceuRCurcICiciCibIB000000000000ωtωtωtωtωtωtωt(b)基極電流波形0(a)輸入信號電壓波形0uoωt(f)輸出信號電壓波形2.3基本放大電路靜態(tài)、動態(tài)分析方法2.3.1靜態(tài)工作點估算法（1）畫出放大電路的直流通路（2）由直流通路列出輸入回路和輸出回路方程，代入方程，分別求出IBQ、ICQ、UCEQ。例1估算圖2.18所示放大電路的靜態(tài)工作點。設(shè)VCC=12V，Rc=3kΩ，RB=280kΩ，β=50。++usRs＋VCCVC2C1RLRcRb＋VCC（a）（b）圖2.3例1電路圖2.3.2放大電路的圖解分析法1．用圖解法確定靜態(tài)工作點的步驟：（1）在ic、uce平面坐標上作出晶體管的輸出特性曲線。（2）根據(jù)直流通路列出放大電路直流輸出回路的電壓方程式：UCE=VCC－IC·RC（3）根據(jù)電壓方程式，在輸出特性曲線所在坐標平面上作直流負載線。因為兩點可決定一條直線，所以分別?。↖C=0，UCE=VCC）和（UCE=0，IC=EC/Rc）兩點，這兩點也就是橫軸和縱軸的截距，連接兩點，便得到直流負載線。（4）根據(jù)直流通路中的輸入回路方程求出IBQ。（5）找出IB=IBQ這一條輸出特性曲線，該曲線與直流負載線的交點即為Q點（靜態(tài)工作點），該Q點直觀地反映了靜態(tài)工作點（IBQ、ICQ、UCQ）的三個值。即為所求靜態(tài)工作點的值。

（a）電路圖（b）特性曲線

圖2.4例2電路圖+MQiu=80μA60μA40μA20μA0μAuCE/v6Vic

/mA4321+＋VCCVRLRcRbuiuo2．電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響（a）Rb變化對Q點的影響ic

/mAMuCE

/vIBQ1IBQIBQ20aRb1>RbQ2Rb2<RbN●●Q1Rc<Rc1Q1Q

Q2IBQRc>Rc20MNuCE

/vic

/mA（b）Rc變化對Q點的影響（c）VCC變化對Q點的影響圖2.5電路參數(shù)對Q點的影響

M0VCC2>VCCQ2QQ1NuCE

/vic

/mAVCC1<VCC2.3.3放大電路的微變等效電路分析法1．三極管的微變等效電路（1）三極管輸入端（be）間的微變等效電路（2）三極管輸出端（ce）間的微變等效電路

第一，

根據(jù)放大電路畫出交流通路。第二，用三極管的微變等效電路代替交流通路中的三極管，畫出放大電路的微變等效電路。圖2.6三極管的微變等效電路+ube－+uce－+ube－icibβibciC+uce－rbeeib2．放大電路的微變等效電路++－+uoCeReRb1VC2C1RLRcRb2+ui－Rs（a）放大電路

ΒibRb1uo+－ieicibRcRb2RL+us－riui－+RcRbrs－+bcicrbeibuoRLro圖2.7放大電路的微變等效電路（b）交流通路（c）微變等效電路3.放大電路的動態(tài)性能指標

（1）放大倍數(shù)Au（2）輸入電阻ri

圖2.8放大電路的方框圖（3）輸出電阻ro

ii+io－riro放大電路uoRL+us－rs－++u`o－rouiri（1）在放大電路靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)靜態(tài)工作點的數(shù)值及相關(guān)公式，求出rbe。（2）畫出放大電路的微變等效電路。（3）根據(jù)微變等效電路及Au、ri、ro的定義式，分別求出Au、ri、ro。4.放大電路性能指標估算的方法、步驟2.4放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定

2.4.1靜態(tài)工作點穩(wěn)定的必要性

2.4.2典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路C1Ce+++IEI2I1ReR2＋VCCVC2RLR3R1+ui－Rsuo圖2.9典型的穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路+++ui+uo－ReC2C1rs－+us－＋VCCVRLRbRL+uo－ReRb+uirs－+us－V

(a)典型電路

（1）靜態(tài)工作點的估算（2）動態(tài)分析2.5共集電極、共基極放大電路1.共集電極電路ri+us－rsiiuoRe－+ieui－+RbbcicβibrbeibRLr`i(b)交流通路圖2.10共集電極電路(c)微變等效電路(a)電路圖（1）靜態(tài)分析

2．共基極電路(b)交流通路圖2.11共基放大電路（2）動態(tài)分析Bβibroicri+us－Rsiiuo－+ibui－+ReECrbeieRLr`i(c)微變等效電路CB+++++us－－CEBC2Rb2+uo－ReC11＋VCCVRLRcRb1uirsCBE+uo－RLRE+uirs－+us－VRc2.6場效應管放大電路2.6.1場效應管的直流偏置電路及靜態(tài)分析1．直流偏置電路（1）自偏壓電路+V3DJ2Cb10.01μCb20.01μC10μR2kSRg10MRd30k+VDD+15V+－uoG+－Dui（a）自偏壓電路圖2.12場效應管的偏壓電路（2）分壓式自偏壓電路+－ui+V3DJ2Cb10.01μFCb20.01μC10μR2kSRg310MRg247kRg12MRd30k+VDD+15VuoG+－D(b)分壓式自偏壓電路2．靜態(tài)工作點的確定2.6.2場效應管放大器的微變等效電路分析法1．場效應管的等效電路+－iD+－uDSGDSuGS(a)場效應管在共源接法時的雙口網(wǎng)絡(luò)圖2.13場效應管微變等效電路－－iD+gmugsrD+rgsugsuds（b）低頻等效電路2.應用微變等效電路法分析場效應管放大電路++Rg2Rg3Rg1CRSRD+VDD+－uoG+－DSui(a)電路圖圖2.14共源極電路及其微變等效電路（1）

電壓放大倍數(shù)（2）輸入電阻（3）輸出電阻－Rg2Rg1Rg3RDiD－+gmugsrD+rgsuiu0（b）微變等效電路2.7.1多級放大電路的組成

2.7.2多級放大電路的耦合方式（1）保證信號在級與級之間能夠順利地傳輸；（2）耦合后，多級放大電路的性能必須滿足實際的要求。（3）為了滿耦合后，各級電路仍具有合適的靜態(tài)工作點。2.7.3阻容耦合2.7多級放大電路+Ce2++++－+uoRe1Re2－+＋VCCC1RLCe1Rb12V1C2Rc1Rb11Rb22V2C3Rc2Rb21ui圖2.15兩級阻容耦合放大電路（1）優(yōu)點：因電容具有“隔直”作用，所以各級電路的靜態(tài)工作點相互獨立，互不影響。這給放大電路的分析、設(shè)計和調(diào)試帶來了很大的方便。此外，還具有體積小、重量輕等優(yōu)點。（2）缺點：因電容對交流信號具有一定的容抗，在信號傳輸過程中，會受到一定的衰減。尤其對于變化緩慢的信號容抗很大，不便于傳輸。此外，在集成電路中，制造大容量的電容很困難，所以這種耦合方式下的多級放大電路不便于集成2.7.4直接耦合－+V2V1＋VCCRbReRc2Rc1+ui－uo圖2.16直接耦合放大電路1．優(yōu)點：既可以放大交流信號，也可以放大變化非常緩慢（直流）的信號；電路簡單，便于集成，所以集成電路中多采用這種耦合方式。2．缺點：存在著各級靜態(tài)工作點相互牽制和零點漂移這兩個問題。（第5章將討論零點漂移問題。2.7.5變壓器耦合（1）優(yōu)點：因變壓器不能傳輸直流信號，只能傳輸交流信號和進行阻抗變換，所以，各級電路的靜態(tài)工作點相互獨立，互不影響。改變變壓器的匝數(shù)比，容易實現(xiàn)阻抗變換，因而容易獲得較大的輸出功率。（2）缺點：變壓器體積大而重，不便于集成。同時頻率特性差，也不能傳送直流和變化非常緩慢的信號。+C2++RLT2T1CeC1Rb12Rb22Rb21Rb11＋VCC+uo－+ui－Re2Re1V2V1圖2.17變壓器耦合放大電路2.8.1功率放大電路概述一、功率放大電路的特點圖2.18放大器方框圖1.要求輸出足夠大的功率2.效率要高3.非線性失真要小4.要考慮功率管的散熱和保護問題5.在分析方法上，通常采用圖解法2.8功率放大電路二、功率放大電路的三種工作狀態(tài)1.甲類放大狀態(tài)2.甲乙類放大狀態(tài)3.乙類放大狀態(tài)（a）甲類放大（b）甲乙類放大（c）乙類放大圖2.19功放電路的三種工作狀態(tài)iCiCiCiCiCICQICQQ

iB=常數(shù)Q

iB=常數(shù)Q

iB=常數(shù)uCEuCEuCE000000ωtωtωt(a)(b)(c)iC2.8.2互補對稱功率放大電路一、OCL互補對稱功率放大電路1.乙類OCL互補對稱電路圖2.20兩射極輸出器組成的基本互補對稱電路V2V1ic2ic1uououiuiRL+-Vcc2＋VCC1＋VCC1V2V1－+－+uouiRL-VCC1－+(a)基本互補對稱電路

(b)由NPN管組成的射極輸出器(c)由PNP管組成的射極輸出器2.乙類OCL互補對稱電路主要參數(shù)估算（1）輸出功率及效率圖2.21乙類OCL互補對稱電路圖解分析（2）管耗

（3）功率管參數(shù)的選擇QiC2maxV2導通V1導通ⅡⅠVCCiC2iC2maxiC1maxiC1maxiL-uCE2uCE1iC10VCC-UCES1uotVCCiC1iC23.乙類OCL互補對稱電路交越失真圖2.22交越失真iB1iBIB1-UBE2UBE1Uon2Uon1V2管輸入特性V1管輸入特性uiuitIB2t圖2.23甲乙類互補對稱電路二、甲乙類OCL互補對稱電路ωtiL0uoRLuiIB4UBE4V2UCE4Rc1R2R1V3V1V4-Vcc＋VCC+－uo＋VCC.－+KuiReRcb1b2VD2VD1V3V2V1RL-Vccωtui0（b）用UBE倍增電路提供偏置（a）用二極管提供偏置三、OTL互補對稱功率放大電路1.基本電路++VCCCR1R2－+KuiReRcb1b2VD2VD1V3V2V1RLuo圖2.24采用一個電源的互補對稱電路2.帶自舉的OTL電路圖2.25帶自舉的單電源互補對稱電路b2C3C1b3+VCCCR1R2KuiReRc3b1VD2VD1V3V2V1RL－+uoA四、采用復合管的準互補對稱功率放大電路1.復合管（a）NPN型（b）PNP型iEiCiBBECV2V1BECV2V1（c）NPN型（d）PNP型V1V2BECCV2V1BE圖2.26復合管的幾種接法

圖2.27準互補對稱功放電路+uoRb1VD2VD1Re1V4V2V1+VCCCRb2uiRe2RV3RL2.復合管組成的準互補對稱功放電路2.8.3實際功率放大電路分析1.OTL音頻功率放大電路++++V13DG8V23CG15C43300pC310μC268pC110μR4100R230kR1220kR32.2kR556kR1010kR1410kR91kR633R7150R121R111V33DG12V43AX83C6200μC5100μC70.01μ－+－+R8t°330uouiRL16圖2.28OTL音頻功率放大電路+-VCC(-24V)RL8+VCC(+24V)2AR210C50.033μRe7220V63DG6V73DG12V83CG7V103DD15V93DD15Re90.5Re100.5C4120pRc8220RF22kR*c4Rc5330Re5150V53DG45V43CG5C3120pC2120pRe41502CP10×2VD1VD2R110kRb262047μC1Re3680V33DG45uiR*b1Rc11.2kV2V13DG45×2uo2.OCL音頻功率放大電路圖2.29OCL音頻功率放大電路2.8.4集成功率放大電路1.集成功率放大電路LM386內(nèi)部電路分析VD2VD14地+接旁路電容7同相輸入3輸出級中間級輸入級反相輸入2R51508增益設(shè)置1IV10V9V8V7V6V5V4V3V2V1R715kR61.35kR415kR315kR250kR150k圖2.30LM386內(nèi)部電路原理圖＋VCC旁路電容增益設(shè)定地輸出同相輸入反相輸入增益設(shè)定

LM38687651234圖2.31LM386的外形和引腳的排列2.LM386的外形和引腳的排列3.集成功率放大電路的應用

圖2.32LM386外接元件最少的用法+++C310μui+VCCC410μC50.1μC1250μC20.05μR110RP10k8765

1234LM386（1）集成OTL電路的應用++ui+VCCC410μC50.1μC1250μC20.05μR110RP10k8765

1234LM386圖2.33LM386電壓增益最大的用法

+++RC10μui+VCCC410μC50.1μC1250μC20.05μR110RP10k8765

1234LM386圖2.34LM386的一般用法（2）集成OCL電路的應用圖2.35TDA1521的基本用法++靜噪輸入2+VCC75-VCC680μ680μ0.1μuiuiuo2uo16489318.28.2880.22μ0.22μ20k20k20k20k6806800.22μ0.22μFⅠ－+Ⅱ－+TDA1521

本章重點:★反饋極性、類型的判斷

★負反饋對電路性能的影響

★深度負反饋電路的估算

第3章

負反饋放大電路3.1.1反饋的基本概念3.1反饋的基本概念及判斷方法一、什么是反饋

三、反饋的性質(zhì)——正反饋與負反饋

二、直流反饋與交流反饋四、反饋的對象——電壓反饋與電流反饋五、反饋的方式——串聯(lián)反饋與并聯(lián)反饋六、四種負反饋類型3.1.2反饋的判斷一、判斷反饋的有無——找反饋元件二、判斷反饋的性質(zhì)——瞬時極性法+VCC++Rc2+－－IfV2Re2U1Re1Rb2R1V1Rc1IiIdRbC1C2UO++VCC+-C2+++U1ReRb2VRcRbC1UO

(a)

(b)圖3.1反饋極性的判別三、判斷反饋的對象C2C1++CfRbU1V+VCCRcUO(a)電壓反饋圖3.2電壓反饋與電流反饋R1－∞＋A+UiUfUOIfI0R(b)電流反饋四、判斷反饋的方式從輸入端看，反饋量與輸入量是以電壓方式相疊加，還是以電流方式相疊加。當反饋量與輸入量以電壓方式相疊加時稱為串聯(lián)反饋，以電流方式相疊加時稱為并聯(lián)反饋。(a)電路圖(b)方框圖3.1.3四種負反饋放大電路組態(tài)舉例

1.電壓串聯(lián)負反饋及其判別

圖3.3

電壓串聯(lián)負反饋電路圖及框圖

(a)電路圖2.電流串聯(lián)負反饋及其判別(b)方框圖圖3.4

電流串聯(lián)負反饋電路圖及框圖

3.電壓并聯(lián)負反饋及其判別圖3.5

電壓并聯(lián)負反饋電路圖及框圖

+Us+CeC2Rc

12－++VCCIb-IfU1C1Ii43RsRLReVRf+(a)電路圖IbIfIiRfRL放大器(b)方框圖4.電流并聯(lián)負反饋及其判別圖3.6

電流并聯(lián)負反饋電路圖及框圖

C2+Ib1C1If++IiUe2Ie2Ic2RfRe1－Rs+V2V1＋VCCUe2Re2RC2RC1+uiuo(a)電路圖Re2+

Uo

－FrI0Ie2Ii

Ib1IfRf反饋網(wǎng)絡(luò)Rs－ui+－+基本放大電路Rc2I`o=-IC2Ie2≈Ic2（b）方框圖3.2負反饋放大電路的基本關(guān)系式Xi+凈輸入X′i輸出量Xf反饋網(wǎng)絡(luò)F基本放大電路A輸入量X0圖3.7反饋放大電路方框圖3.2.1反饋放大電路方框圖3.2.2負反饋放大電路的基本關(guān)系式凈輸入量：Xid

=Xi-Xf反饋系數(shù)為：F=Xf

/Xo

開環(huán)增益：A=Xo/Xid

閉環(huán)增益：3.3負反饋對放大電路性能的影響3.3.1降低放大倍數(shù)3.3.3擴展通頻帶3.3.2提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性A0.707AAf0.707AfBWBWfffLfHfLffHf圖3.8負反饋擴展通頻帶示意圖3.3.4

減小非線性失真和抑制噪聲及干擾圖3.9負反饋減小非線性失真XoXi大小ωtωtA(a)無反饋ωtX′i小大ωt小大ωtXOXiAF(b)有負反饋圖3.10串聯(lián)負反饋方框圖RLrirfi+U`i－Ii+Ui－+Uf－+Uo－

Auri或

AfFu或Fr3.3.5

負反饋對輸入電阻的影響1．使用串聯(lián)負反饋可提高放大電路的輸入電阻2．使用并聯(lián)負反饋可減小放大電路的輸入電阻RLRsI`irfi+Ui－+Ui－IfIoriIi+Uo－

Auri或

AfFu或Fr圖3.11并聯(lián)負反饋方框圖rof+Ui－X`iXf－+XiroA

X`iF圖3.12電壓負反饋方框圖3.3.6

負反饋對放大電路輸出電阻的影響1．使用電壓負反饋可減小放大電路的輸出電阻2．使用電流負反饋可提高放大電路的輸出電阻Io+Ui－X`iAX`irofXf－+XiroF圖3.13電流負反饋方框圖綜上所述：（1）放大電路若引入的是串聯(lián)負反饋，則可以提高放大電路的輸入電阻，若引入的是并聯(lián)負反饋則使輸入電阻降低。其提高或降低的程度取決于反饋深度（1＋AF）。（2）放大電路若引入的是電壓負反饋，則可減小放大電路的輸出電阻，若引入的是電流負反饋則使輸出電阻增加，其減小或增加的程度取決于反饋深度（1＋AF）。以上分析了放大電路引入負反饋后對性能的改善及影響。為了改善放大電路的某些性能應如何引入負反饋呢？一般是：（1）要穩(wěn)定直流量（靜態(tài)工作點），應該引入直流負反饋。（2）要改善交流性能，應引入交流負反饋。（3）要穩(wěn)定輸出電壓，應引入電壓負反饋；要穩(wěn)定輸出電流，應引入電流負反饋。（4）要提高輸入電阻，應引入串聯(lián)負反饋；要減小輸入電阻，應引入并聯(lián)負反饋。性能的改善或改變都與反饋深度（1＋AF）有關(guān)，且都是以犧牲放大倍數(shù)為代價。3.4深度負反饋放大電路的分析3.4.1

深度負反饋的特點3.4.2

深度負反饋的估算+++50μ6.2k+30μ+－++Uf－50μRf10k30μ2.7kRc24.7k24k30μ75k50μ4.3k75k+VCC15VV2Re110036kV1Rc1IdUo+Ui－++RL2k－+VCC15V+Ic+Uf－IbCe2kRe500Rc4kRb233kRb112kVβ＝50C1C2UO圖3.14電壓串聯(lián)負反饋電路的計算圖3.15電流串聯(lián)負反饋電路的計算本章重點：★直接耦合放大電路及存在的主要問題★典型差分放大電路的工作原理

第4章直接耦合放大電路4.1直接耦合放大電路中存在的主要問題4.1.1前后級之間的直流工作狀態(tài)互相影響4.1.2零點漂移現(xiàn)象4.1.3減小零點漂的辦法1.選用高質(zhì)量的硅管2.利用二極管或熱敏元件補償

3.采用差分式放大電路Rb2Rb1ReRcVVD+VCCRbt°+ui－ReRcV+VCC圖4.1二極管補償電路圖4.2利用熱敏電阻Rt補償溫漂的電路圖4.3基本差分放大電路4.2差分放大電路4.2.1基本差分放大電路uo1+VCCuouo2ui2ui1V1V2Rc2Rb2Rc1Rb14.2.2靜態(tài)分析4.2.3信號放大原理及電壓放大倍數(shù)1．共模信號輸入圖4.4共模信號作用于差分電路+VCCUi2ui2+uic_+uic_ui1Rs2Rs1uo－V1V2Rc2Rb2Rc1Rb1＋2．差模信號輸入圖4.5

差模信號輸入方式下的差分電路+VCC-ui2++ui1_Rs2Rs1uo＋－V1V2RcRbRcRb4.2.4差分放大器的其它指標

1．共模抑制比CMRR2．差模輸入電阻Rid3．差模輸出電阻Rod4．共模輸出電阻

ROC4.3改進型差分電路——長尾式差分放大電路組成

圖4.6長尾式差分電路圖4.7對差模輸入信號的等效電路RcΔui2=-Δui1Δui1－+－+RsRs－+uodV1V2Rc1．電路中接入Re后對輸入差模信號的放大作用完全無影響2．Re對共模輸入信號的放大有抑制作用圖4.8對共模輸入信號的等效電路ΔuocΔuoc2Δuoc12Re2ReΔui2＝Δui1Rc＋VCCΔui1－+－+RsRs－+V1V2Rc4.4恒流源的差分電路1.恒流源特性0UIΔI＝0ΔUU圖4.9恒流源的電流、電壓特性2.恒流源差分放大電路

圖4.10帶恒流源的差分電路uo＋VCC+_－VEEV1V2Rc2Rc14.5差分放大電路四種接法及比較

一、雙端輸入、雙端輸出

圖4.11帶恒流源的雙入、雙出差分電路二、雙端輸入、單端輸出

圖4.12帶恒流源的雙入、單出差分電路三、單端輸入、雙端輸出

圖4.12帶恒流源的單入、雙出差分電路四、單端輸入、雙端輸出

圖4.12帶恒流源的單入、單出差分電路第5章集成運算放大器★集成運算放大器的組成本章重點：

★理想運放工作在線性區(qū)“虛短”和“虛斷”及“虛短”的概念★理想運放的線性運用和非線性應用的條件及其分析方法

1.輸入級2.中間級

3.輸出級4.偏置電路5.1集成運算放大電路概述

5.1.1集成運算放大電路的電路結(jié)構(gòu)特點

5.1.2集成運算放大電路的組成及各部分的作用5.1.3集成運算放大器的傳輸特性2．傳輸特性－U(sat)+U(sat)A0uidu0B線性區(qū)A′－U(sat)+U(sat)B′0uidu0線性區(qū)(a)實際運放的傳輸特性(b)理想運放的傳輸特性圖5.2集成運放的傳輸特性1.集成運算放大器在電路中的符號圖5.1集成運放的符號4．非線性區(qū)（飽和區(qū)）的特點圖5.3集成運放工作在線性區(qū)時的等效電路∞A－＋＋uORfR2R1∞A－＋＋圖5.4集成運放工作在非線性區(qū)時的兩種情況3．線性區(qū)的特點(a)虛斷、虛短(b)虛斷、虛地uORfR2R1ui1－＋＋uORfR2R1ui2ui1∞A－＋＋∞A5.2理想集成運算放大器的線性運用5.2.1理想運算放大器及其性能指標5.5.2理想運放實際運放1．反相比例運算ifii+ui－uORfR1∞A－＋＋圖5.5反相比例運算電路Au=uo/ui=-Rf/R1

2．同相比例運算ifuiiiuORfR1∞

A－＋＋圖5.6同相比例運算圖5.7同相跟隨器uOui∞

A－＋＋Au=uo/ui=1+Rf/R1

3．加法運算電路圖5.8反相加法運算電路ui3ui2ui1R3I3R2I2R1I1R4I＋IFuORF∞A－＋＋I－4．減法運算電路圖5.9差動輸入式減法運算電路RFui2ui1R3uOR2R1∞A－＋＋5．微分電路

iC0uiiRtt0uORuORCui∞A－＋＋(a)(b)圖5.10微分運算電路6．積分運算電路圖5.11積分運算電路（a）（b）icAR0uitt0uOCuOiRui∞A－＋＋R圖5.12對數(shù)運算電路7.對數(shù)運算電路和指數(shù)運算電路圖5.13指數(shù)運算電路5.3有源濾波電路

一、低通濾波電路

圖5.14低通濾波電路

二、高通濾波電路

圖5.14高通濾波電路

三、帶通濾波電路和帶阻濾波電路

圖5.15帶通濾波電路圖5.16帶阻濾波電路本章重點內(nèi)容l

產(chǎn)生正弦振蕩的條件l

LC正弦波振蕩電路的工作原理l

LC正弦波振蕩電路的工作判別l

石英晶體振蕩電路及其工作原理

6.1正弦波振蕩電路6.1.1自激式正弦波振蕩電路與反饋放大器的異同

1.相同點：均引入反饋。2.不同點：（1）自激式正弦波振蕩電路用來產(chǎn)生穩(wěn)定的輸出信號；反饋放大電路用來放大信號，工作任務不同。（2）自激式正弦波振蕩電路沒有外部信號輸入；反饋放大電路有待放大的信號輸入。（3）正弦波振蕩電路中引入的是正反饋；反饋放大電路中一般引入負反饋，以改善性能。（4）正弦波振蕩電路的振蕩也不同于負反饋放大電路的自激振蕩。前者是依靠外部接入的正反饋網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生振蕩；后者是放大電路的附加相移使負反饋變成正反饋而產(chǎn)生振蕩第6章

信號產(chǎn)生電路6.1.2自激式振蕩電路的組成及產(chǎn)生和穩(wěn)定振幅的條件1.放大環(huán)節(jié)：放大電路2.正反饋網(wǎng)絡(luò)：供給維持振蕩的能量，必需滿足下列條件：

（1）振幅平衡條件：AF≥1（2）相位平衡條件：A＋B＝2nπ（n=1、2、3……..）

3.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)：產(chǎn)生穩(wěn)定的信號輸出，條件；4.選頻網(wǎng)絡(luò)：選出振蕩器產(chǎn)生維持振蕩所需要的信號頻率。6.2LC振蕩電路1．電路的組成V(－)CeReRb2(＋)(＋)C1Rb1(＋)CRL(＋)L2L1圖6.1變壓器反饋式正弦波振蕩電路

2．振蕩條件（1）相位平衡條件：為滿足相位平衡條件，變壓器的初、次級之間同名端必須正確連接。如圖6.1所示，設(shè)某一瞬間基極對地信號電壓為正極性“＋”，由于共射電路的倒相作用，集電極的瞬時極性“－”，即A＝180°。電當頻率0時：LC回路的諧振阻抗是純電阻性，由圖中L1及L2的同名端可知，反饋信號與輸出電壓極性相反，即。于是A＋B＝360°，保證了電路的正反饋，滿足振蕩的相位條件。當頻率0時：LC回路的阻抗不是純電阻性，而是感性或容性阻抗，此時LC回路對信號會產(chǎn)生附加相移，造成，那么A＋B≠360°，不能滿足相位平衡條件，電路也不可能產(chǎn)生振蕩。由此可見，LC振蕩電路只有在0這個頻率上，才有可能產(chǎn)生振蕩。（2）振幅條件：為了滿足振幅平衡條件AF≥1，對晶體管的β值有一定要求，一般只要β值較大，就能滿足振幅平衡條件，反饋線圈匝數(shù)越多，耦合越強，電路越容易起振。3．電路振蕩頻率4．電路優(yōu)缺點（1）易起振，輸出電壓較大。由于采用變壓器耦合，易滿足阻抗匹配的要求。（2）調(diào)頻方便，一般在LC回路中采用接入可變電容器的方法來實現(xiàn)，調(diào)頻范圍較寬，工作頻率通常在幾兆赫左右。（3）輸出波形不理想。由于反饋電壓取自電感兩端，它對高次諧波的阻抗大，反饋也強，因此在輸出波形中含有較多高次諧波成份。6.2.2電感三點式LC振蕩器1．電路的組成2．振蕩條件分析（1）相位條件：設(shè)基極瞬間極性為正，由于放大器的倒相作用，集電極電位為負，則電感的③端為負，②端為公共端，①端為正，各瞬時極性如圖6.2所示。反饋電壓由①端引至三極管的基極，故為正反饋，滿足相位條件。（2）幅度條件：從圖6.2可以看出，反饋電壓取自電壓L2的兩端，并通過C1的耦合后加到晶體管的b、e間的，所以改變線圈抽頭的位置，即改變L2的大小，就可以調(diào)節(jié)反饋電壓的大小，當滿足｜AF｜>1時，電路便可起振。Rc②①L2(＋)(－)V(－)＋VCCCeReRb2(＋)(＋)Rb1③L2L1CC1C2(－)(＋)圖6.2電感三點式LC振蕩電路3．振蕩頻率4．電路的優(yōu)缺點（1）由于L1和L2之間的耦合很緊，故電路易起振，輸出幅度大。（2）調(diào)頻方便，電容C若采用可變電容器，就能獲得較大的頻率調(diào)節(jié)范圍。（3）由于反饋電壓取自電壓L2的兩端，它對高次諧波的阻抗大，反饋也強，因此在輸出波形中含有較多的高次諧波成份，輸出波形不理想。6.2.3電容三點式振蕩電路

+RcL2②①C2(＋)(－)V(－)＋VCCCeReRb2(＋)(＋)Rb1③C1CbC2(－)(＋)圖6.3電容三點式振蕩器

1．相位條件2．幅度條件3．振蕩頻率

4．電路的優(yōu)、缺點（1）容易起振，振蕩頻率高，可達100MHZ以上。（2）輸出波形較好。這是由于C2對高次諧波的阻抗小，反饋電路中的諧波成份少，故振蕩波形較好。（3）調(diào)節(jié)頻率不方便。因為C1、C2的大小既與振蕩頻率有關(guān)，也與反饋量有關(guān)，改變C1（或C2）時會影響反饋系數(shù)，從而影響反饋電壓的大小，造成工作性能不穩(wěn)定。6.2.4串聯(lián)改進型電容三點式LC振蕩電路+TC3321LC2V＋VCCCeReRb2Rb1C1CbRc圖6.4克拉潑振蕩電路6.3石英晶體振蕩電路6.3.1石英晶體的諧振特性與等效電路RCLCo(a)

符號(b)等效電路圖6.5石英晶體的符號和等效電路FPfSf0X感性容性容性圖6.6石英晶體的電抗—頻率特性6.3.2石英晶體振蕩電路1.并聯(lián)型石英晶體振蕩電路

（a）實際電路（b）石英晶體等效后的電路圖6.7并聯(lián)型石英晶體正弦波振蕩電路CbVVC2＋VCCReRb2Rb1C1RcRcC2ReC1RCLCo

RPVCCV2V1(-)(-)(-)(+)Re2uiRcRb1Rb2＋VCCReRb1C1RcRe1ufuo(-)圖6.8串聯(lián)石英晶體振蕩電路2.串聯(lián)型石英晶體振蕩電路*6.4RC正弦波振蕩電路6.4.1RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的選頻特性

(a)R–C串并聯(lián)電路（b）低頻等效電路（c）高頻等效電路圖6.9RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)及其高低頻等效電路R2C2C1R1____++U1U2__R2C1__++__C2R1__++U1U2U1U26.4.2RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性f/f01U2/U11/310°-90°90°f/f0φ21圖6.10RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)的頻率特性6.4.3橋式振蕩電路uoVD2VD1R2RfR1CRCR∞＋－＋A集成運放A；放大網(wǎng)絡(luò)VD1、VD2：穩(wěn)定幅度。RC串并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)正反饋、選頻網(wǎng)絡(luò)圖6.11RC棖式正弦波振蕩電路6.4.4RC移相式振蕩電路RR＋uo－CCCRRf∞＋－＋圖6.12RC超前型移相式振蕩電路*6.5非正弦波產(chǎn)生電路6.5.1矩形波產(chǎn)生電路1．工作原理uC－R2UZR1＋R2R2UZR1＋R2uoVDiCiCRfCR5R4R3R2R1∞A－＋＋oo-UZUZffuo（a）電路（b）波形圖6.13矩形波發(fā)生電路及其波形2．振蕩頻率及其調(diào)節(jié)6.5.2三角波發(fā)生器tCuouoR2－UZR1R2UZR1-UZoUZtuo1uCoR5

uo1R3R2R1R4VZ∞－＋＋A1∞－＋＋A2(a)電路圖(b)波形圖圖6.14三角波發(fā)生器uoRPR5

R3R2R1R4VZ∞－＋＋A1∞－＋＋A2圖6.15頻率可調(diào)的三角波發(fā)生器6.5.3鋸齒波發(fā)生器-UZUZu01u000ttCR5VD∞－＋＋A2uoRPR6

R3R2R1R4VZ∞－＋＋A1（a）電路（b）波形圖6.16鋸齒波發(fā)生器第8章

直流穩(wěn)壓電源本章重點內(nèi)容l

整流電路的工作原理及元器件參數(shù)的選擇l

電容濾波電路的工作原理l

分立及集成穩(wěn)壓電路的工作原理8.1直流穩(wěn)壓電源的組成直流穩(wěn)壓電源的組成如圖8.1所示負載電網(wǎng)電壓電源變壓器整流電路濾波器穩(wěn)壓電路直流穩(wěn)壓圖8.1電源的組成1.電源變壓器2.整流電路3.濾波器4.穩(wěn)壓電路8.2小功率整流與濾波電路8.2.1單相整流電路1.整流電路的主要技術(shù)指標

2.橋式整流電路的工作原理－+＋UO~220V50Hzuo－+RLVD2VD1Bu2D3D2D1CVD4

VD3~220V50Hzuo－+RLVD1~VD4Bu2D3D2D1C

U2iD2,iD4iD1,iD3uD1,uD3uD2,uD4ππππ2π2π2π2π3π

ωt3πωt3πωt3πωtiDuDuou20000圖8.3橋式整流電路的波形圖3.橋式整流電路的參數(shù)計算8.2.2濾波電路1.電容濾波電路2.電感濾波電路L－+u1－－+VD2VD1u2D3D2D1uo+RLVD4VD3AuA圖8.6電感濾波電路3.復合濾波電路RC2C1－－++uDuOLC－－++uDuOLC2C1－－++uD