康華光電子技術基礎-模擬部分第5版知識點

第1章 緒 論一、電子系統(tǒng)與信號電子系統(tǒng)指若干相互連接、相互作用的基本電路組成的具有特定功能的電路整體。信號是信息的載體，按照時間和幅值的連續(xù)性及離散性可把信號分成4二、信號的頻譜任意滿足狄利克雷條件的周期函數都可展開成傅里葉級數(含有直流分量、基波、高次諧波)，從這種周期函數中可以取出所需要的頻率信號，過濾掉不需要的頻率信號，也可以過濾掉某些頻率信號，保留其它頻率信號。幅度頻譜：各頻率分量的振幅隨頻率變化的分布。相位頻譜：各頻率分量的相位隨頻率變化的分布。三、放大電路模型信號放大電路是最基本的模擬信號處理電路，所謂放大作用，其放大的對象是變化量，本質是實現信號的能量控制。放大電路有以下4種類型：電壓放大電路考慮信號源內阻的電壓增益為電流放大電路考慮信號源內阻的電壓增益為互阻放大電路互導放大電路四、放大電路的主要性能指標1輸入電阻：輸入電壓與輸入電流的比值，即1對輸入為電壓信號的放大電路，Ri越大越好；對輸入為電流信號的放大電路，Ri越小越好。輸出電阻：當輸入端信號短路（Us=0），輸出端負載開路（）時，輸出電壓與輸出電流的比值，即對于輸出為電壓負載的電路，Ro越小越好；對于輸出為電流負載的電路，Ro越大越好。增益：放大電路在輸入信號控制下，將供電電源能量轉換為信號能量的能力，電壓增益為；電流增益為 ；功率增益為。頻率響應：輸入正弦信號情況下，輸出隨輸入信號頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應，即其中，為幅頻響應， 為相頻特性。帶寬在輸入信號幅值保持不變的條件下，增益下降3dB的頻率點，其輸出頻率約等于中頻區(qū)輸出功率的一般，稱為半功率點。帶寬是指幅頻響應的高、低兩個半功率點間的頻率差，它反映的是放大電路的工作頻率范圍，即式中，是頻率響應的高端半功率點，稱為上限頻率；是頻率響應的低端半功率點，稱為下頻率；通常情況下，，故。放大電路失真幅度失真：輸入信號由基波和二次諧波組成，受放大電路帶寬的限制，基波增益較大，二次諧波增益較小，由此輸出電壓波形產生的失真。相位失真：放大電路對不同頻率的信號產生的相移不同時產生的失真。線性失真和幅度失真總稱為頻率失真，它們都是由于線性電抗元件引起的，又稱為線性失真。非線性失真：由放大電路放大倍數的非線性造成的輸出波形與輸入波形形狀不同。其中，非線性失真系數：式中， 為輸出電壓信號基波分量的有效值， 為高次諧波分量的有效值，k為正整數。第2章 運算放大器1一、集成電路運算放大器集成運算放大器的組成1輸入級(差分放大)：具有大的輸入電阻；能減小零點漂移和抑制干擾信號，一般采用帶恒流源的差放電路。中間級(電壓放大)：具有很高的電壓放大倍數和較高的輸入電阻。輸出級(功率放大)：具有小的輸出電阻。一般情況下，輸出級工作在大信號狀態(tài)，因此，應設法減小輸出波形的失真，常由互補對稱電路或射極輸出器構成。偏置電路：為上述各級電路提供穩(wěn)定合適的靜態(tài)工作點，由各種恒流源電路組成。運放的符號表示如圖2-1所示，運算放大器有兩個輸入端和一個電壓輸出端；兩個輸入端即反相輸入端N（N端位升高，則輸出端電位降低）和同相輸入端P（P端電位升高，則輸出端電位升高)。運放的電壓傳輸特性

圖2-1運算放大器的代表符號圖2-2所示運放的電壓傳輸特性分為三部分：①線性區(qū)：時，；②正飽和區(qū)：時，；③負飽和區(qū)：時，。圖2-2運算放大器的電壓傳輸特性二、理想運算放大器理想運算放大器的電路模型如圖2-3所示，電路包含輸入端口、輸出端口和供電電源端口。運算放大器一般使用兩個正負對稱的電源（也有使用單電源的）。圖2-3運算放大器的電路模型理想集成運放的輸入電阻為無窮大，輸出電阻為無窮?。ń茷榱悖?，電壓放大倍數為無窮大，共模抑制比為無窮大，上限截止頻率無窮大，失調電壓、電流及其溫漂均為0。理想集成運放工作在線性區(qū)時有兩個重要的特點：①差模輸入電壓等于零，這種現象稱為“虛短”；②輸入電流等于零，這種現象稱為“虛斷”。在非線性區(qū)內，“虛短”現象不復存在，而“虛斷”現象仍然存在。集成運放的反相輸入端與同相輸入端兩點的電位不僅相等，而且都等于零，這種現象稱為“虛地”。三、基本線性運放電路1同相放大器(電壓跟隨器)1如圖2-4所示，同相放大器的電壓信號從同相輸入端輸入，采用的是電壓串聯(lián)負反饋結構；同相放大器具有輸入電阻高（近似認為是無窮大）和輸出電阻低（近似認為是零）的特點。電壓增益：放大電在同相 路中，令 ，則得到如圖2-5所示的電壓跟隨器，電壓跟隨器的電壓增益等于放大電1，輸入電阻 ，輸出電阻 ，常作為阻抗變換器或緩沖器。2．反相放大器

圖2-4同相放大電路圖2-5電壓跟隨器如圖2-6所示，反相放大器的電壓信號從反相輸入端輸入，采用的是電壓并聯(lián)負反饋結構，它具有較低的輸入輸出電阻。由于反相放大器存在“虛地”現象，因此，加在放大器輸入端的共模輸入電壓很小。電壓增益：

圖2-6反相放大電路1四、同相輸入和反相輸入放大電路的其他應用求差電路1圖2-7所示電路是求差電路，又稱差分放大電路，差分放大電路是反相輸入和同相輸入相結合的放大電路。為了避免降低共模抑制比，通常要求運放的兩個輸入端對地的電阻要平衡。差分放大電路的輸入輸出電阻較低，可用于減法運算。輸出電壓：

圖2-7求差電路儀用放大器電路如圖2-8所示，儀用放大器電路是由運放A1、A2按同相輸入法組成第一級差分放大電路，運放A3組成第二級差分放大電路。在第一級電路中，輸入信號V1、V2分別從A1和A2的同相端輸入，輸入內阻為無窮大；R1和兩個R2組成的反饋網絡，引入了負反饋。電壓增益：

圖2-8儀用放大器電路求和電路如圖2-9所示，求和電路輸出電壓決定于多個輸入電壓相加的結果。利用集成運放實現求和運算時，常常采用反相輸入方式。圖2-9求和電路輸出電壓：積分電路如圖2-10所示，積分電路是利用集成運放工作在線形區(qū)時“虛短”和“虛斷”的特點來實現積分的要求。輸出電壓：

圖2-10積分電路輸出電壓為輸入電壓對時間的積分，其實質是電容兩端電壓為流過電容電流的積分。微分電路如圖2-11所示，微分是積分的逆運算，將積分電路中R和C的位置互換即可組成微分電路。微分電路也存在著“虛地”和“虛斷”的現象。輸出電壓：輸出電壓正比于輸入電壓對時間的微商，負號表示它們相位相反。圖2-11第3章 二極管及其基本電路一、半導體的基本知識在電子器件中，常用的半導體材料有元素半導體，如硅（Si）、鍺（Ge）等；化合物半導體，如砷化鎵（GaAs）等。受到外界的熱和光作用或者往純凈的半導體中摻入某些物質后，半導體的導電能力將明顯變化。本征半導體本征半導體是一種完全純凈、結構完整的半導體晶體。在T=0K和無外界激發(fā)時，本征半導體中每一原子的外圍電子被共價鍵所束縛，稱為束縛電子，它對半導體內的傳導電流沒有貢獻，本征半導體的導電能力很弱。本征激發(fā)與復合受光照或熱激發(fā)，半導體中共價鍵的價電子就會獲得足夠的能量而掙脫共價鍵的束縛，成為自由電子，這種現象稱為本征激發(fā)。當電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子后，共價鍵中就留下一個空位，稱為空穴?？昭ㄊ前雽w區(qū)別于導體的一個重要特征。與此相反的過程，即自由電子失去能量，回到共價鍵上成為束縛電子，使電子-空穴對消失，稱為復合。在本征半導體中，自由電子和空穴總是成對出現，稱為電子-空穴對，因此，兩種載流子的濃度是相等的。當溫度一定時，載流子的復合率等于產生率，即達到一種動態(tài)平衡。雜質半導體在本征半導體中摻入微量的雜質會使其導電性能發(fā)生顯著的改變。雜質半導體的導電能力高于本征半導體，且它的導電能力主要受摻雜濃度的影響。雜質半導體分N為型半導體和P型半導體。N型半導體在本征半導體中摻入5價元素（如磷）形成N型半導體。N型半導體中，自由電子濃度遠大于空穴濃度。自由電子為多數載流子，主要由摻入的雜質P原子提供；空穴為少數載流子，它由雜質半導體的熱激發(fā)形成。磷原子在硅晶體中能產生電子，稱為施主雜質。P型半導體在本征半導體中摻入3價元素（如硼）形成P型半導體。P型半導體中空穴濃度遠大于自由電子濃度?？昭槎鄶递d流子，主要由摻入的雜質B激發(fā)形成。硼原子在硅晶體中能接受電子，稱為受主雜質。二、PN結的形成及基本特性1PN結的形成1擴散：載流子從濃度高向濃度低的區(qū)域的運動。漂移：在電場力作用下載流子的運動。擴散運動和漂移運動是互相聯(lián)系又互相獨立的，擴散使空間電荷區(qū)加寬，電場增強；而漂移使空間電荷區(qū)變窄，電場減弱。當漂移運動和擴散運動相等時，空間電荷區(qū)處于動態(tài)平衡狀態(tài)。PN結是由P型半導體和N型半導體相結合形成的不能移動的正、負離子組成的空間電荷區(qū)，又稱耗盡區(qū)。在空間電荷區(qū)的兩側，P區(qū)帶負電，N區(qū)帶正電，由于正負離子之間的相互作用，在空間電荷區(qū)形成了一個電場，方向由N區(qū)指向P區(qū)。這個電場是在PN結內部形成的，而不是由外加電壓形成的，故稱為內電場，內電場是阻止載流子擴散運動的。PN結的單向導電性PN結外加正向電壓時，內外電場方向相反，外電場的存在削弱內電場，使耗盡區(qū)變窄，促進擴散運動，從而形成較大的正向電流。正向偏置的PN結表現為一個阻值很小的電阻。PN結外加反偏電壓時，內電場和外電場的方向相同，增強內電場，使耗盡區(qū)變寬，更利于少子的漂移運動，從而形成了較小的反向電流。反向偏置的PN結表現為一個阻值很大的電阻。PN結的V-I特性理論表達式式中，Is為反向飽和電流，VT=26mV。當PN結兩端加正向電壓時，電壓為正值，PN結的電流與電壓呈指數關系；當PN結兩端加反向壓時，電壓為負值，時，指數項趨近于零，因此。PN結反向擊穿當PN結的反向電壓逐漸增加到一定數值時，反向電流會突然快速增加，此現象稱為PN結的反向擊穿。反向擊穿有電擊穿和熱擊穿。雪崩擊穿發(fā)生在低摻雜的PN結中，擊穿電壓較低；齊納擊穿發(fā)生在高摻雜的PN結中，擊穿電壓較高。這兩種擊穿屬于電擊穿，過程是可逆的；在反向電壓和反向電流的乘積不超過PN結的容許耗散功率的前提下，加在PN結兩端上的反向電壓降低后，管子仍可以恢復原來的狀態(tài)。若反向電壓和反向電流的乘積超過PN結的容許耗散功率，則因熱量散不出去使結溫上升，直至過熱而燒毀，這種現象叫熱擊穿，此過程是不可逆的。PN結電容擴散電容CD：因擴散運動在PN結附近形成的電容。勢壘電容CB：當PN結外加反向電壓時，呈現出來的電容效應。PN結的電容效應在交流信號作用下才會表現出來。PN結正向偏置時，主要是擴散電容；PN結反向偏置時，主要是勢壘電容。三、二極管1二極管的結構和分類1半導體二極管是由一個PN結加上相應的電極引線及管殼封裝而成的。由P區(qū)引出的電極稱為陽極，N區(qū)引出的電極稱為陰極。由于PN結的單向導電性，因此，二極管導通時電流方向是由陽極通過管子內部流向陰極。按結構的不同，二極管可分為點接觸型和面接觸型；其中，點接觸型二極管適用于高頻電路的檢波或小電流整流，也可用作數字電路的開關元件，面接觸型二極管適用于低頻整流。二極管的V-I特性二極管的V-I特性如圖3-1所示。圖3-1二極管的V-I特性正向特性：圖3-1V，鍺管的Vth約為0.1V。反向特性：圖3-1PN結，形成反向飽和電流，但電流通常較小。反向擊穿特性：圖3-1二極管的主要參數最大整流電流IF：管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。反向擊穿電壓VBR：管子反向擊穿時的電壓值。反向電流IR：管子未擊穿時的反向電流，其值愈小，管子的單向導電性愈好。極間電容Cd：反映PN結擴散電容CD和勢壘電容CB效應的參數，Cd=CD+CB。反向恢復時間TRR：二極管由正向導通到反向截止時電流的變化，如圖3-2所示。其中，TRR反向恢復時間。存在反向恢復時間的主要原因是擴散電容CD的影響。圖3-2二極管由正向導通到反向截止時電流的變化二極管的基本電路及分析方法圖解分析法二極管的電路圖如圖3-3（a）所示，二極管的V-I特性曲線如圖3-3（b）所示。圖（b）中斜率為-1/R的直線，稱為負載線，其與二極管V-I特性曲線交點Q的坐標值（VD，ID）即為電路的工作點。（a）電路圖 (b)圖解分析圖3-3二極管的圖解分析法二極管電路的簡化模型分析方法①理想模型（理想二極管）理想模型的特點：導通正向壓降為0V，電阻為無窮大，反向飽和電流為0，反向擊穿電壓為無窮大。②恒壓降模型（實際二極管）恒壓降模型的特點：硅管的導通正向壓降為0.7V，反向飽和電流為0，反向擊穿電壓為無窮大。折線模型的特點：在 時，；在時，為斜率為 的直線，其中，為二極管的門坎電壓。④小信號模型若二極管工作在某一靜態(tài)工作點Q附近，則V-I特性為經過Q號模型的微變電阻：二極管的基本應用電路整流電路整流電路是指把交流電能轉換為直流電能的電路，電源電路中的整流電路一般分為半波整流電路、全波整流電路和橋式整流三種。圖3-4（a）所示為半波整流電路，當VS為正半周時，二極管正向偏置，根據理想模型特性，此時二極管導通，且VO=VS；當VS為負半周時，二極管反向偏置，此時二極管截止，VO=0。故半波整流電路的波形如圖3-4（b）所示。（a）電路圖 （b）的波形圖3-4半波整流限幅電路在電子電路中，常用限幅電路對各種信號進行處理。限幅電路是限制信號輸出幅度的電路，它能按限定的范圍削平信號電壓的波形幅度，讓信號在預置的電平范圍內，有選擇地傳輸一部分。開關電路因而，可以將二極管作為一種特殊的開關，組成各種邏輯電路，應用在各種需要自動開關控制的電路中。低壓穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電源是電子電路中常見的組成部分，低壓穩(wěn)壓電路利用二極管的正向壓降特性，獲得較好的穩(wěn)壓性能。如圖3-5（a）所示，當波動電壓增加之后，二極管的電流和電壓均會產生相應的增量，由于在正向壓降特性區(qū)間，電流的波動能夠引起電壓波動很小，因此，輸出電壓基本上保持穩(wěn)定，VI產生波動后的電路如圖3-5（b）所示。二極管的V-I特性曲線越陡，穩(wěn)壓特性也越好。（a）電路圖（b）VI產生波動后的電路圖3-5低電壓穩(wěn)壓電路特殊二極管齊納二極管：利用PN結的反向擊穿特性實現穩(wěn)壓，工作在反向電擊穿狀態(tài)，也稱穩(wěn)壓二極管。變容二極管：利用PN結電容隨反向電壓的增加而減小的關系制成的二極管。肖特基二極管：利用金屬與N光電二極管：能將光信號轉換為電信號的二極管。發(fā)光二極管：能將電信號轉換為光信號的二極管。第4章 雙極結型三極管及放大電路基礎1一、雙極結型三極管（BJT）三極管的結構1三極管是由兩個PN結組成的元器件，分為PNP和NPN兩種類型。圖4-1所示三極管的三端分別稱為發(fā)射極e、基極b和集電極c，其對應的雜質區(qū)分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)。發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；基區(qū)最薄，摻雜濃度最低；集電區(qū)面積最大。圖4-1三極管的結構示意圖及其電路符號放大狀態(tài)下BJT的工作原理BJT內部載流子的傳輸過程三極管放大作用的外部條件為發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置。BJT在偏置電壓作用下的載流子傳輸過程為：①發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴散載流子，形成發(fā)射極電流；②載流子在基區(qū)擴散與復合，形成復合電流；③集點區(qū)收集載流子，形成集電極電流。BJT的電流分配關系①正向偏置的發(fā)射極②集電結收集的電子流是發(fā)射結總電子流的一部分③與之比為電流放大倍數共基極電流放大倍數 ，一般在0.98以上，共射極電流放大倍數一般為10～100。三極管的伏安特性曲線（1）輸入特性輸出電流與輸入電壓 之間的關系-如圖4-2所示，當=0V時，相當于發(fā)射結的正向伏安特性曲線；當 ≥0V時，= ＞-0，集電結已進入反偏狀態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復合減少，同樣的下減小，特性曲線右移。硅管UBE為0.5V導通，工作時為0.6～0.7V；鍺管0.1V導通，工作時為0.2～0.3V。輸出特性：放大區(qū)，發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置，即；飽和區(qū)，發(fā)射結和集電都是正向偏置，即 ；截止區(qū)，發(fā)射結和集電結均處于反向偏置狀態(tài)，即 。

圖4-2NPN型硅BJT共射連接時的輸入特性曲線，三極管的主要參數電流放大系數，集電極—基極反向飽和電流，集電極-發(fā)射極反向飽和電流，集電極最大允許電流，集電極最大允許耗散功率，發(fā)射極-基極反向擊穿電壓，集電極-基極反向擊穿電壓，集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓。是由集電區(qū)和基區(qū)的少數載流子漂移運動形成的反向飽和電流，它隨著溫度的升高而增大；當溫度上升而增大；由于雪崩擊穿電壓具有正溫度系數，因此，當溫度升高時，都會提高。1二、放大電路的分析方法靜態(tài)工作點計算公式1為當輸入信號為零時，放大電路的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)或直流工作狀態(tài)。圖4-3（a）基本共射極放大電路，其直流通路如圖4-3（b）所示。（a）基本共射極放大電路（b）所示電路的直流通路圖4-3圖解分析法靜態(tài)工作點的圖解分析在輸入回路中，靜態(tài)工作點（、）既應在輸入特性曲線上，又應滿足外電路（由、成）的回路方程，可做一條直流負載線，斜率為，如圖4-4（a）所示。同理，在輸出回路中，可做一條斜率為的直流負載線，如圖4-4（b）所示。（a）輸入回路上的圖解分析 （b）輸出回路上的圖解分析圖4-4基本共射極放大電路的圖解分析動態(tài)工作情況的圖解分析如圖4-5所示，由在輸入特性曲線上畫出及的波形，和由在輸出特性曲線上畫出及=Vsm時的輸入負載線。（a） （b）圖4-5動態(tài)工作情況的圖解分析非線性失真截止失真：當靜態(tài)工作點Q點設置過低時，在輸入信號正弦波的負半周工作點進入截止區(qū)的失真。飽和失真：當靜態(tài)工作點Q點設置過高時，在輸入信號正弦波的正半周工作點進入飽和區(qū)的失真。電路參數對靜態(tài)工作點的影響由可知，增大基極電阻時，將減小，使Q點沿直流負載線下移，因此Q點靠近截止區(qū)，容易產生截止失真。反之，減小基極電阻時，易產生飽和失真。若電路中其他參數不變：①當升高集電極直流電源 時，直流負載線將平行右移，Q點移向右上方，則放大電路的動態(tài)工作范圍增大。②當增大集電極電阻 時，直流負載線與縱軸的交點下降，但與橫

的交點不變，因此直流負載的線比原來更平坦，Q點向飽和區(qū)移動，容易產生飽和失真；減小集電極電阻 時，Q點遠離飽和區(qū)，不靠近截止區(qū)，因此不容易產生失真。③當增大三極管的電流放大倍數系數β時，，減小，則Q點移近飽和區(qū)，容易產生飽和失真。小信號等效模型分析法控制的，如圖4-4所示，當=0時，電流源就不存在了，因此，三極管是電流控電流源。注意：在分析小信號模型的時候，要將放大電路中的直流電壓源對交流信號視為短路，同時電路中的電容耦合也要視為交流信號短路。圖4-4共射極放大電路的H參數小信號模型對于低頻、小功率三極管，一般情況下，約為 三、基本放大電路1三極管輸出特性三個區(qū)的劃分及特點1表4.1NPN型三極管輸出特性劃分的三個區(qū)表4.2PNP型三極管輸出特性劃分的三個區(qū)2．三種基本組態(tài)及其性能參數表4.3三極管放大電路的三種基本組態(tài)的比較四、放大電路的頻率響應放大電路對不同的頻率信號具有不同的放大能力，其增益的大小和相移均會隨著頻率而變化，即增益是信號頻率的函數，這種函數關系稱為放大電路的頻率響應或頻率特征。RC低通電路的頻率響應如圖4-5（a）所示，具有低通的特性，即允許頻信號通過，對于的高頻信號，不能夠通過。稱為低通電路的上限（-3dB）頻率。由圖4-5（b）可以看出，在高頻段，此低通電路將產生0°～-90°的滯后相位移。RC低通電路的幅值（模）和相角分別為：（a）RC低通電路 （b）RC低通電路的波特圖圖4-5低通電路及其頻率響應RC高通電路的頻率響應RC高通電路的如圖4-6所示，具有高通的特性，即允許 的高頻信號通過，對于 的低頻信號，不能夠通過。稱為高通電路的下限（-3dB）頻率。由圖4-6（b）可以看出，在低頻段，此高通路將產生0～+90°的超前相位移。RC高通電路的幅值（模）和相角分別為：（a）RC高通電路 （b）RC高通電路的波特圖圖4-6高通電路及其頻率響應1上限頻率1在波特圖上電壓增益下降3dB，又稱“半功率點”2．下限頻率增益帶寬積BJT發(fā)射結參數跨導特征頻率以 倍頻下降到0dB時的頻率6．密勒電容RC電路電壓增益RC在高頻區(qū)式中，，當 時， 以 倍頻斜率下降。RC在低頻區(qū)式中，，當 時， 以 倍頻斜率下降。共射極放大電路頻率響應中頻增益上限頻率式中，R、C分別為輸入回路的總電阻、總電容。下限頻率其中，輸入回路下限頻率為輸出回路下限頻率為六、多級放大電路的頻率響應多級放大電路的上限頻率與組成它的各放大器的上限頻率間存在如下的近似關系：多級放大電路的下限頻率與其各放大器的下限頻率之間存在如下的近似關系：多級放大電路的總電壓增益為各單級放大電路增益的乘積，即第5章 場效應管放大電路1一、金屬氧化物半導體場效應管（MOS管）三極管BJT與場效應管FET比較1BJT是電流控制雙極型器件，有兩種載流子參與導電；FET是電壓控制單極型器件，只有一種載流子參與導電。FET三個極分別是柵極g、源極s和漏極d，分別對應于BJT的基極b、射極e和集電極c。2．場效應管分類FET包括結型場效應管JFET和金屬-氧化物-半導體場效應管MOSFET兩種。下面以N溝道場效應管為例。增強型FET：VGS=0時沒有導電溝道，電路必須依靠柵源電壓的作用，才能形成感生溝道。耗盡型：VGS=0時有導電溝道，由于在二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子，正離子吸引襯底中的電子形成了導電溝道。N溝道：導電溝道由帶負電的電子組成。P溝道：導電溝道由帶正電的空穴組成。3．JFET、MOSFET轉移特性如圖5-1所示，P溝道JFET與N溝道JFET關于縱軸對稱。（a）結型場效應管的轉移特性曲線（b）N溝道MOSFET的轉移特性曲線圖5-1場效應管的轉移特性場效應管的輸出特性如圖5-2所示，FET輸出特性分為可變電阻區(qū)、飽和區(qū)(恒流區(qū))和截止區(qū)三個區(qū)。道FET，可變電阻區(qū)：，飽和區(qū)：，截止區(qū)：。對于P溝道FET，可變電阻區(qū)： ，飽和區(qū)： ，截止區(qū)：。對于增強型管， ；對于耗盡型管， ?？鐚?/p>

圖5-2場效應管的輸出特性電流公式如圖5-3所示，漏極電流與漏極電壓VGS之間滿足。MOSFET：其中，是時的值。圖5-3結型場效應管的轉移特性曲線金屬氧化物半導體場效應管的主要參數直流參數：開啟電壓VT，夾斷電壓VP，飽和漏極電路IDSS，直流輸入電阻RGS。交流參數：輸出電阻rds，低頻互導grn。極限參數：最大漏極電流IDM，最大耗散功率PDM，最大漏源電壓V(BR)DS，最大柵源電壓V(BR)GS。二、場效應管放大電路1場效應管放大電路的組態(tài)判斷1表5-1FET三種基本放大電路的比較2．場效應管放大電路一般形式表5-2場效應管放大電路的一般形式第6章 模擬集成電路一、集成電路中的直流偏置技術所謂電流源是指電流恒定的電源。電流源電路直流電阻小，交流電阻大，具有溫度補償作用。它除了可為電路提供穩(wěn)定的直流偏置外，還可以作為放大電路的有源負載以獲得高增益。BJT基本電流源鏡像電流源如圖6-1所示，設T0、T1的參數相同，當晶體管的很大時IC1可認為的鏡像。由于鏡像電流源電路適用于較大工作電流的場合，若減少的值，需要R的值很大，這在集成電路中難以現，因此，需要研究改進型的電流源。微電流源

圖6-1鏡像電流源為了得到微安級的輸出電流，但又不希望電阻值太大，可以在鏡像電流源的基礎上，在T1的發(fā)射極接入一個電阻Re，這種電路稱為微電流源，如圖6-2所示。發(fā)在電路中，當電源電壓 和 發(fā)生變化時， 以及 也將生變化，由于Re的值一般為數千發(fā)歐，使的變化遠小于的變化，因此，電源電壓波動對工作電流 的影響不大。同時，T0對T1有度補償作用，所以 的溫度穩(wěn)定性也較好。FET電流源

圖6-2微電流源MOSFET鏡像電流源如圖6-3（a）所示，T1、T2是N溝道增強型MOSFET對管。由于T1的漏、柵兩極相連，因此只要VDD＞VT，那么它必然運行于飽和區(qū)。假設兩管特性相同當器件具有不同的寬長比時，借助寬長比這一參數可近似地描述兩個器件電流之間的關系，即若用T3來代替R便可得到如圖6-3（b）所示的常用鏡像電流源，T1、T2、T3的特性相同，且均工作在放大區(qū)。（a）基本鏡像電流源（b）常用鏡像電流源圖6-3MOSFET多路電流源如圖6-4所示，它是圖6-3（b）的鏡像電流源的擴展，基準電流IREF由T0和T1以及正、負電源確定。根據各管漏極電流近似與其寬長比成比例的關系，有電流源的基準電流為JFET電流源

圖6-4MOSFET多路電流源如圖6-5（a）所示，如將N溝道結型場效應管的柵極直接與源極相連，則可得到簡單的電流源。如圖6-5（b）所示，其輸出特性即為JFET自身的輸出特性，電流源的動態(tài)輸出電阻等于輸出特性的斜率的倒數。

（a）電路 （b）輸出特性圖6-5JFET電流源表6-1常用的電流源及其特性二、差分式放大電路將兩個電路結構、參數均相同的單管放大電路組合在一起，就構成了差分放大電路的基本形式。差分式放大電路具有穩(wěn)定的電流偏置和很強的抑制共模信號的能力。差模信號是指兩個輸入電壓大小相等，而且極性相反。共模信號是指兩個輸入電壓不僅大小相等，而且極性也相同。移信號。因此，差模輸入信號越大越好，共模輸入信號越小越好。射極耦合差分式放大電路射極耦合差分放大電路的集中接法和性能的比較，如表6-2所示。表6-2常用的差分放大電路的幾種接法性能指標比較射極耦合差分式放大電路對共模信號有相當強的抑制能力，但它的差模輸入阻抗很低。帶有源負載的射極耦合差分式放大電路圖6-6帶有源負載的射極耦合差分式放大電路電路圖如圖6-6所示，其中T1、T2對管是差分放大管，T3、T4對管組成鏡像電流源作為T1、T2的有源負載，T5、T6對管、R、Re6和Re5構成電流源為電路提供穩(wěn)定的靜態(tài)電流。當靜態(tài)時，，輸出電流為：沒有信號電流輸出。當加入信號電壓，即 時，輸出電流為：2源極耦合差分式放大電路2在高輸入阻抗模擬集成電路中，常采用輸入電阻高，輸入偏置電流很小的源極耦合差分式放大電路。1三、集成運算放大器的主要參數輸入失調電壓1當輸入電壓為零時，為了使集成運放的輸出電壓為零，在輸入端加的補償電壓稱為失調電壓VIO：輸入偏置電流輸入偏置電流指集成運算放大器輸出電壓為零時，兩個輸入端靜態(tài)電流的平均值IIB。輸入偏置電流的大小，在電路外接電阻確定之后，主要取決于運放差分輸入級BJT的性能，當它的β值太小時，將引起偏置電流增加。輸入失調電流當輸入電壓為零時，流入放大器兩個輸入端的靜態(tài)基極電流之差稱為輸入失調電流IIO：溫度漂移由于溫度變化引起的輸出電壓產生的漂移，通常把溫度升高一度輸出漂移折合到輸入端的等效漂移電壓作為溫漂的指標。常用下面兩種方式表示：輸入失調電壓溫漂 ，表示失調電壓VIO的溫度系數；輸入失調電流溫漂 ，表示失調電流IIO的溫度系數。差模特性最大差模輸入電壓集成運算放大器的反相和同相輸入端所能承受的最大電壓值Vidmax。最大共模輸入電壓集成運算放大器所能承受的最大共模輸入電壓修正Vicmax。最大輸出電源集成運算放大器所能輸出的正向或負向的峰值電流Iomax。開環(huán)差模電壓增益：集成運算放大器工作在線性區(qū)，接入規(guī)定的負載，無負反饋情況下的直流差模電壓增益Avo。開環(huán)帶寬BW(fH)開環(huán)帶寬BW又稱為-3dB帶寬，是指開環(huán)差模電壓增益下降3dB對應的頻。單位增益帶寬BWG(fT)對應于開環(huán)電壓增益Avo頻率響應曲線上其增益下降到0dB即Avo=1時的頻率。6．共模特性KCMR共模抑制比是指差模電壓放大倍數與共模電壓放大倍數之比，一般用對數表示，即共模抑制比能夠描述差分放大電路對零漂的抑制能力，KCMR愈大，說明抑制零漂的能力愈強。對于理想型集成運放來說，KCMR=∞。大信號動態(tài)特性轉換速率轉換速率是指放大電路在閉環(huán)狀態(tài)下，輸入為大信號時，放大電路輸出電壓對時間的最大變化速率，即全功率帶寬BWP全功率帶寬是指運放輸出最大峰值電壓時允許的最高頻率，即表明運放輸出不失真的最大電壓幅度受SR和BWP的限制。靜態(tài)功耗PV當輸入信號為零時，運放消耗的總功率，即第7章 反饋放大電路一、反饋的基本概念和分類反饋是指將電路的輸出量（電壓或電流）回路，以影響輸入量（電壓或電流）的過程。F：反饋信號與輸出信號之比。反饋的分類及判別方法判斷是否存在反饋可以根據電路的輸出回路與輸入回路之間是否存在反饋網絡（即反饋通路）來判斷。根據交、直流性質分類（將輸出直流信號引回到電路輸入端）；（將輸出交流信號引回到電路輸入端）。判別方法：可以根據其電容的作用來判斷是直流反饋還是交流反饋。通常情況下，直、交流兩種反饋同時存在。根據反饋信號對凈輸入信號的影響分類判別方法：可以根據瞬時極性法來判斷。若反饋信號增強了凈輸入信號，則為正反饋；反之，則為負反饋。根據反饋網絡在輸入端的連接方式不同分類判別方法：串聯(lián)反饋的輸入信號與反饋信號加在放大器的不同輸入端上，此時的反饋信號總是以電壓的形式出現在輸入端。并聯(lián)反饋的輸入信號與反饋信號并接在同一個輸入端上，此時的反饋信號總是以電流的形式出現在輸入端。將輸入端交流短路，若反饋信號與輸入端直接相連，即兩者是以電流的形式相連，則為并聯(lián)反饋；反之，則為串聯(lián)反饋。根據反饋信號在輸出端的采樣方式不同分類判別方法：可以采用“輸出短路法”來判斷是電壓反饋還是電流反饋，即將輸出端交流短路，若反饋信號不存在了，則表明反饋信號與輸出電壓成比例，為電壓反饋；反之，為電流反饋。反饋放大電路的電路形態(tài)特征如圖7-1所示，反饋放大器一般由無反饋的基本放大器、反饋網絡以及比較環(huán)節(jié)組成。圖7-1反饋放大器的基本框圖二、負反饋放大電路1負反饋放大電路的方框圖1圖7-2負反饋放大電路的方框圖7-2所示，Xi、Xf、、Xo分別表示輸入信號、反饋信號、凈輸入信號和輸出信號。A為基本放大器的放大倍數，F為反饋網絡的反饋系數。箭頭表示傳輸方向，符號表示信號Xi和Xf疊加，在它的旁邊標注的極性表明輸入信號和反饋信號的極性相反，即當Xi的極性為正時，Xf的極性為負，所以凈輸入量小于輸入信號Xi。負反饋放大電路的四種組態(tài)由于反饋網絡在放大電路輸出端有電壓和電流兩種取樣方式，在輸入端有并聯(lián)和串聯(lián)兩種連接方路。表7-1負反饋中四種基本組態(tài)的比較負反饋放大電路增益的一般表達式閉環(huán)增益：；環(huán)路增益： ；反饋深度： 。深度負反饋： ；深度負反饋時的閉環(huán)增益：。1三、負反饋對放大電路性能的影響提高增益的穩(wěn)定性1放大電路增益可能由于元器件參數、環(huán)境溫度以及負載大小的變化等因素的影響而不穩(wěn)定，引入適當的負反饋后，可提高閉環(huán)增益的穩(wěn)定性。當負反饋很深，即 時，。引入深度負反饋后，放大電路的增益決定于反饋網絡的反饋系數，幾乎與基本放大電路無關。環(huán)電壓增益，而電流串聯(lián)負反饋只能穩(wěn)定閉環(huán)互導增益。減小非線性失真非線性范圍內，因而使輸出波形產生非線性失真。引入負反饋后，閉環(huán)增益近似為，與之間幾乎成線性關系，從而減小非線性失真。注意：負反饋減小非線性失真指的是反饋環(huán)內的失真。抑制反饋環(huán)內的噪聲采用負反饋可以抑制由載流子熱運動所產生的噪聲，如果將噪聲看成是放大電路內部產生的諧波電壓，則可大致被抑制為原來的1/(1+AF)。若噪聲或干擾來自反饋環(huán)外，則引入負反饋也無濟于事。改變輸入電阻和輸出電阻①串聯(lián)負反饋對輸入電阻的影響引入串聯(lián)負反饋，輸入電阻增加，閉環(huán)輸入電阻是開環(huán)輸入電阻的(1+AF)倍。在某些負反饋放大電路中，有些電阻并不在反饋環(huán)內，因此，負反饋對它不產生影響。②并聯(lián)負反饋對輸入電阻的影響引入并聯(lián)負反饋，輸入電阻減小，閉環(huán)輸入電阻是開環(huán)輸入電阻的1/(1+AF)倍。③電壓負反饋對輸出電阻的影響引入電壓負反饋，輸出電阻減小，閉環(huán)輸出電阻是開環(huán)輸出電阻的1/(1+AF)倍。④電流負反饋對輸出電阻的影響引入電流負反饋，輸入電阻增加，閉環(huán)輸入電阻是開環(huán)輸入電阻的（1+AF）倍。擴展頻帶放大電路的通頻帶受到一定的限制，是由于放大電路對不同頻率的輸入信號呈現出不同的放大倍數而造成的。引入負反饋，可以使放大倍數的相對變化減小，提高放大倍數的穩(wěn)定性。引入負反饋后，通頻帶展寬了(1+AF)倍。負反饋對放大電路性能的影響，如表7-2所示。表7-2負反饋對放大電路性能的影響負反饋之所以能夠改善放大電路的多方面的性能，歸根結底是由于將電路的輸出量引回到輸入端與輸入量進行比較，從而隨時對輸出量進行調整。四、深度負反饋放大電路的近似計算在深度負反饋條件下，放大電路的反饋信號與外加的輸入信號近似相等，即。對于不同組態(tài)的負反饋，式中的和各自代表不同的電量。（1）電壓串聯(lián)負反饋：；（2）電壓并聯(lián)負反饋：；（3）電流串聯(lián)負反饋：；（4）電流并聯(lián)負反饋：。1五、負反饋放大電路的設計選定需要的反饋類型1反饋；反饋；需要穩(wěn)定輸出電壓時，選擇電壓負反饋；需要穩(wěn)定輸出電流時，選擇電流負反饋。確定反饋系數的大小通常情況下，假設引入的是深度負反饋，由設計指標及的關系確定反饋系數F的大小。適當選擇反饋網絡中的電阻阻值為滿足設計要求，必須適當地選擇反饋網絡中的電阻值，以減小反饋網絡對放大電路輸入端和輸出端的負載效應。在串聯(lián)負反饋中，反饋網絡輸出端的等效阻抗值要?。辉诓⒙?lián)負反饋中，反饋網絡輸出端的等效阻抗值要大。為了減小反饋網絡輸入端對放大電路輸出端的負載效應，在電壓負反饋中，反饋網絡輸入端的等效阻抗要大；而電流負反饋中，反饋網絡的輸入阻抗要小。用SPICE分析設計的電路，檢驗是否符合設計目標。六、負反饋放大電路的頻率響應基本放大電路的高頻響應表達式引入負反饋后可知式中，為閉環(huán)上限頻率。引入負反饋后，閉環(huán)增益的上限頻率增大了利用上述推導方法，可以得到負反饋放大電路的低頻響應表達式式中，。顯然，引入負反饋后，下限頻率減小了，減小程度與反饋深度有關綜上分析可知，引入負反饋后，放大電路的通頻帶展寬了，即七、負反饋放大電路的自激振蕩產生自激振蕩條件：幅值條件：相位條件：（n=0,1,2）單級負反饋放大電路和二級負反饋放大電路都不能產生自激振蕩，只有三級和三級以上才可能產生自激振蕩。益AF益AF

的波特圖分析、判斷負反饋放大電路是否穩(wěn)定。如圖7-3所示，若，則可能產生自激振蕩；若 ，則不能產生自激振蕩。為了使電路具有足夠的穩(wěn)定性，必須讓它遠離自激振蕩狀態(tài)，其遠離的程度可用相位裕度來表示。的情況 (b)的情況圖7-3兩個負反饋電路環(huán)路增益的頻率特性第8章 功率放大電路一、功率放大電路概述功率放大電路是指主要向負載提供功率的放大電路。功率放大電路和電壓放大電路的區(qū)別：它們所完成的任務不同，對電壓放大電路的主要要求是使負載得到不失真的電壓信號，主要討論的是電壓增益、輸入和輸出電阻等。功率放大電路則主要要求獲得一定的不失真（或失真較?。┑妮敵龉β?，通常是在大信號狀態(tài)下工作。對功率放大電路的基本要求輸出功率盡可能大要求功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此，器件往往在接近極限運用狀態(tài)下工作。效率盡可能高所謂效率就是負載得到的有用信號功率和電源供給的直流功率的比值。這個比值越大，意味著效率越高。非線性失真盡可能小功率放大電路是在大信號下工作，所以不可避免地會產生非線性失真，而且同一功放管輸出功率越大，非線性失真往往越嚴重，使輸出功率和非線性失真成為一對主要矛盾，在不同場合下要求不同。管耗盡可能小在功率放大電路中，有相當大的功率消耗在管子的集電結上，使結溫和管殼溫度升高。為了充分利用允許的管耗而使管子輸出足夠大的功率，放大器件的散熱就成為一個重要問題。在分析方法上，由于管子處于大信號狀態(tài)下工作，故通常采用圖解法。功率放大電路的功率狀態(tài)甲類功率放大電路在輸入正弦信號的一個周期內，都有電流流過三極管，這種工作方式通常稱為甲類功率放大電路特點： ，整個周期有電流；失真小，但效率低。乙類功率放大電路在輸入正弦信號的一個周期內，只有半個周期，三極管的，這種工作方式稱為乙類放大電路特點： ，一半時間無電流；效率高，但有交越失真。甲乙類功率放大電路在輸入正弦信號的一個周期內，有半個周期以上，三極管的，這種工作方式稱為甲乙類放大路。特點： ，少半時間無電流；效率高，可以消除交越失真。功率器件的選擇要求最大集電極耗散功率最大集射間耐壓值最大集電極電流熱阻：每瓦集電極耗功率使BJT溫度升高的度數功率BJT總熱阻其中，RTj為集電結到管殼的熱陰；RTc為管殼與散熱片之間的熱陰；RTf為散熱片與周圍空氣的熱阻。最大耗散功率PCM與最高結濕Tj、環(huán)境溫度Tn關系：4功率放大電路的性能指標4輸出功率Po：輸出功率用輸出電壓有效值Vo和輸出電流Io有效值的乘積來表示。管耗功率PT：管耗是指管子的損耗功率，而總管耗等于單個管耗之和。直流電源提供的功率PV：它包括負載得到的信號功率和T1、T2消耗的功率兩部分。效率：當輸出最大功率時，放大電路的效率等于最大輸出功率PO與直流電源提供的功率PV之比。而直流電源提供的功率PV等于電源電壓VCC與半個正弦波周期內三極管集電極電流的平均值之乘積。1二、乙類雙電源互補對稱功率放大電路（OCL）電路結構及傳輸特性1如圖8-1所示，它是由兩只性能完全匹配的異型功率晶體管共有一個射極負載的共集電路組成的。兩只晶體管處在零偏狀態(tài)，各負責輸入信號半個周期的放大，然后在它們的公共射極負載上獲得一個完整的輸出信號誼形。（a） （b）圖8-1乙類雙電源互補對稱功率放大電路（a）OCL的基本原理圖（b）OCL傳輸特性圖輸出功率效率管耗當時，管耗達到最大，此時。單電源供電的乙類輸出級原理電路如圖8-2所示，稱為OTL電器，它的主要性能與圖8-1的電路完全相同，只需將電源數值改為2VCC。交越失真

圖8-2單電源供電的乙類輸出電路由圖8-1（b）的傳輸特性可知，輸入信號在-0.5V～0.5V的范圍內變化時，電路無信號輸出，結果在輸入正弦信號時，在正負半圓交接處會產生波形的失真，通常稱為交越失真，這是由VBE的導通電壓所致。解決這個問題的有效方法是為互補管的發(fā)射結預先提供適當的偏置，使互補管工作在微導通狀態(tài)。三、甲乙類互補對稱功率放大器1甲乙類輸出級的原理電路及傳輸特性1甲乙類互補對稱功率放大器與乙類輸出級的差別在于給輸出互補管的兩個基極之間施加一個小的偏置電壓VBB，使互補管在靜態(tài)時有小的導能電流，其原理電路及相應的傳輸特性如圖8-3所示。圖8-3甲乙類互補對稱功率放大器（a）甲乙類輸出級的原理電路（b）甲乙類輸出級的傳輸特性2．甲乙類輸出級的偏置方法互補管基極之間的偏置電壓VBB一般可以采用兩種方法來產生：（1）利用二極管的正向導通電壓降；（2）用VBE倍增電路來產生的VBB。其電路分別如圖8-4（a）（b）所示。圖的VBB是由VD1、

圖8-4互補管基極的偏置方法VD2的正向壓降提供的，而（b）圖的VBB則是由VT3、R2、R1組成的VVD2的正增電路提供的，VBB的大小為 。四、集成功率放大器隨著線性集成電路的發(fā)展，集成功率放大器使用、調試簡單，保護措施完備，其應用日趨廣泛。其中，功放管的散熱是主要問題。第9章 信號處理與信號產生電路一、濾波電路的分類濾波：傳送輸入信號中有用的頻率成份，衰減或抑制無用的頻率成份。根據元件的組成不同分類R、L、C等無源元件組成的濾波電路；無源濾波的主要形式有電容濾波、電感濾波和復式濾波(包括倒L型、LC濾波、LCπ型濾波和RCπ型濾波等)。無源濾波電路的結構簡單，易于設計，但它的通帶放大倍數及其截止頻率都隨負載而變化，因而不適用于信號處理要求高的場合。②有源濾波電路：濾波電路中含有源元件（三極管，場效應管，運算放大器等）。有源濾波的主要形式是有源RC濾波，也被稱作電子濾波器。有源濾波電路不適用于高電壓大電流的場合，只適用于信號處理。根據通帶和阻帶的相互位置不同分類①低通濾波電路；②高通濾波電路；③帶通濾波電路；④帶阻濾波電路。表9-1有源濾波器的分類及其幅頻特性1二、一階有源濾波電路電壓傳輸函數1低通：高通：特征角頻率：-3dB頻率。幅頻響應曲線：從截止頻率開始按“－20dB/十倍頻程”斜率衰減。1三、高階有源濾波電路電壓傳輸函數1低通：其中，。高通：其中，。帶通：其中，。帶阻：其中，。2有源低通濾波電路2二階有源低通濾波電路如圖9-1所示，它由兩階RC濾波電路和同相比例放大電路組成，其特點是輸入阻抗高，輸出阻抗低。電路的傳遞函數為

圖9-1壓控電壓源二階低通濾波電路令式中則有式中，Q為等效品質因數。上式為二階低通濾波電路傳遞函數的典型表達式。當時，電路才能穩(wěn)定工作；時，電路會產生自激振蕩。如圖9-2所示，不同Q值下的幅頻相應也不同。圖9-2二階低通濾波電路的幅頻相應3．常用的有源濾波電路：巴特沃思(Butterworth)、切比雪夫(Chebyshev)和貝塞爾(Bessel)。四、開關電容濾波器1構成：電路兩節(jié)點間接有帶高速開關的電容器，其效果相當于該兩節(jié)點間連接一個電阻。等效1電阻為2．特點：具有制造簡單，價格低廉，可單片集成，不需要模數轉換，速度快，穩(wěn)定性好等特點。五、正弦波振蕩電路1振蕩條件及判斷方法1起振條件： 。振幅平衡條件： 。相位平衡條件： 。判斷正弦波振蕩電路是否滿足自激振蕩：一般情況下振幅平衡條件均可滿足，關鍵在于位相平衡條件是否能夠滿足。，設判斷相位平衡條件：可以采用瞬時極性法假在適當的位置斷開反饋回路，加上輸入信號，經過，設放大電路和反饋網絡后得到反饋信號，分析 與的相位關系，如果二者同相，則滿足相位平衡條件。正弦波振蕩電路的組成放大電路：提供能量，維持振蕩；反饋電路（正反饋）：自行提供輸入信號維持振蕩；選頻電路：調節(jié)正弦波頻率；穩(wěn)幅環(huán)節(jié)（負反饋）：穩(wěn)定正弦波的幅度。RC串并聯(lián)振蕩電路振蕩條件：。起振條件：。振蕩頻率：。典型的RC正弦波振蕩電路：橋式正弦波振蕩電路、雙T網絡式和移相式振蕩電路。其中，RC橋式振蕩電路如圖9-3所示。這個電路由放大電路A和選頻網絡兩部分組成。移相式振蕩電路要求反相輸入至少三級移相電路才能夠產生自激振蕩，而同相輸入則要求至少五級移相電路才能產生自激振蕩。RC振蕩電路的特點：產生頻率較低，通常只有幾赫茲到幾百赫茲。LC并聯(lián)諧振電路

圖9-3RC橋式振蕩電路諧振時回路等效阻抗為純阻性，阻值最大為其中，為品質因數?；芈返闹C振頻率為LC并聯(lián)諧振回路如圖9-4所示，圖中R表示回路的等效損耗電阻。電路處于低頻段時