模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)講解日期:目錄CATALOGUE02.半導(dǎo)體器件原理04.運(yùn)算放大器應(yīng)用05.頻率響應(yīng)分析01.基礎(chǔ)概念解析03.放大電路基礎(chǔ)06.典型應(yīng)用電路基礎(chǔ)概念解析01模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)區(qū)別模擬信號(hào)是連續(xù)變化的物理量，可以通過直接模擬的方式進(jìn)行處理；數(shù)字信號(hào)則是離散的數(shù)值，需要通過數(shù)字電路進(jìn)行處理。信號(hào)處理方式不同抗干擾能力不同精度和分辨率不同模擬信號(hào)容易受到噪聲的干擾，信號(hào)的質(zhì)量容易受到影響；數(shù)字信號(hào)具有更強(qiáng)的抗干擾能力，能夠更可靠地傳輸和存儲(chǔ)信息。模擬信號(hào)的精度和分辨率受限于噪聲和信號(hào)本身的連續(xù)性；數(shù)字信號(hào)則可以通過增加比特?cái)?shù)來提高精度和分辨率。電子系統(tǒng)基本組成模塊信號(hào)輸入模塊信號(hào)處理模塊信號(hào)放大模塊信號(hào)輸出模塊用于將各種物理量（如聲音、光、溫度等）轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，以便后續(xù)處理。對輸入的信號(hào)進(jìn)行放大，以增強(qiáng)信號(hào)的強(qiáng)度，使其具有足夠的能量去驅(qū)動(dòng)負(fù)載或進(jìn)行后續(xù)處理。對放大后的信號(hào)進(jìn)行各種處理，如濾波、調(diào)制、解調(diào)等，以滿足不同的需求。將處理后的信號(hào)轉(zhuǎn)換為適合負(fù)載或傳輸要求的信號(hào)形式，如將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)等。電壓電路中兩點(diǎn)之間的電勢差，是電路中驅(qū)動(dòng)電荷流動(dòng)的力量。電流電荷在導(dǎo)體中的定向移動(dòng)形成的電流，表示電路中電荷的流動(dòng)情況。電阻電路中阻礙電流流動(dòng)的元件，其大小決定了電流通過該元件時(shí)的難易程度。電容能夠存儲(chǔ)電荷的元件，其存儲(chǔ)的電荷量與電壓成正比，常用于濾波、儲(chǔ)能等電路中。典型電路參數(shù)定義半導(dǎo)體器件原理02PN結(jié)與二極管特性PN結(jié)的形成P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體相互接觸，形成耗盡層（空間電荷區(qū)）和內(nèi)建電場。二極管的正向偏置正向電壓下，耗盡層變窄，內(nèi)建電場減弱，二極管呈現(xiàn)低阻態(tài)，允許電流通過。二極管的反向偏置反向電壓下，耗盡層變寬，內(nèi)建電場增強(qiáng)，二極管呈現(xiàn)高阻態(tài)，幾乎阻斷電流。二極管的擊穿特性當(dāng)反向電壓超過一定限度時(shí)，二極管會(huì)發(fā)生擊穿，電流急劇增加。雙極型晶體管工作模式晶體管的基本結(jié)構(gòu)由兩個(gè)PN結(jié)（發(fā)射結(jié)和集電結(jié)）組成，分為NPN型和PNP型。01晶體管的放大原理在正向偏置的發(fā)射結(jié)處注入電子，通過基區(qū)擴(kuò)散到反向偏置的集電結(jié)，形成集電極電流，實(shí)現(xiàn)電流放大。02晶體管的飽和與截止當(dāng)輸入電流過大或過小，晶體管會(huì)進(jìn)入飽和或截止?fàn)顟B(tài)，失去放大作用。03晶體管的主要參數(shù)電流放大系數(shù)、擊穿電壓、飽和電壓等。04場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)分類結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）通過在PN結(jié)上施加電壓控制導(dǎo)電溝道的寬度，從而控制漏極電流。絕緣柵場效應(yīng)管（MOSFET）通過柵極上的電壓控制柵極下的耗盡層寬度，從而控制漏極電流。其中，增強(qiáng)型MOSFET和耗盡型MOSFET是其主要類型。砷化鎵場效應(yīng)管（GaAsFET）采用砷化鎵材料制作，具有高電子遷移率、低功耗和高速特性，適用于微波和毫米波頻段。場效應(yīng)管的優(yōu)點(diǎn)輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、易于集成等。放大電路基礎(chǔ)03共射極放大電路分析電路組成共射極放大電路由輸入端、晶體管、輸出端和電源組成。02040301電壓增益輸出電壓與輸入電壓之比稱為電壓增益，其大小與電路參數(shù)和晶體管特性有關(guān)。電流增益集電極電流與基極電流之比稱為電流增益，其大小與晶體管的β值有關(guān)。頻率特性共射極放大電路的頻率特性與晶體管的高頻特性有關(guān)，通常包括低頻截止頻率和高頻截止頻率。偏置電路設(shè)計(jì)方法偏置電路的作用為晶體管提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使其在沒有輸入信號(hào)時(shí)處于放大狀態(tài)。偏置電路的類型常見的偏置電路有固定偏置電路、分壓式偏置電路和電流源偏置電路等。偏置電路的設(shè)計(jì)選擇合適的偏置電路類型，計(jì)算偏置電阻的阻值，確保晶體管在輸入信號(hào)變化時(shí)能夠穩(wěn)定工作。偏置電路的調(diào)整在實(shí)際應(yīng)用中，偏置電路的參數(shù)需要根據(jù)晶體管的特性和環(huán)境溫度等因素進(jìn)行調(diào)整。電壓增益與頻率特性電壓增益的定義輸出電壓與輸入電壓之比稱為電壓增益。電壓增益的計(jì)算電壓增益的大小與電路參數(shù)和晶體管特性有關(guān)，可以通過計(jì)算得到。頻率特性的分析放大電路的頻率特性包括低頻特性和高頻特性，低頻特性主要由耦合電容和晶體管內(nèi)部電容決定，高頻特性主要由晶體管的截止頻率和電路結(jié)構(gòu)決定。頻率特性的改善可以通過選擇合適的晶體管、優(yōu)化電路結(jié)構(gòu)和調(diào)整元件參數(shù)等方法來改善放大電路的頻率特性。運(yùn)算放大器應(yīng)用04理想運(yùn)放模型特性輸入阻抗無窮大開環(huán)增益無窮大輸出阻抗為零失調(diào)電壓和失調(diào)電流為零理想運(yùn)放的輸入阻抗為無窮大，因此輸入電流為零，不會(huì)影響信號(hào)源。理想運(yùn)放的輸出阻抗為零，因此輸出電壓與負(fù)載無關(guān)，具有恒壓源特性。理想運(yùn)放的開環(huán)增益為無窮大，可以實(shí)現(xiàn)高精度的電壓放大。理想運(yùn)放的失調(diào)電壓和失調(diào)電流為零，不存在零點(diǎn)漂移的問題?；具\(yùn)算電路配置反相放大器同相放大器差分放大器加法器電路通過改變反饋電阻和輸入電阻的比值，可以實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的反相放大。通過引入電壓跟隨器，可以實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)的同相放大，同時(shí)提高輸入阻抗。差分放大器可以抑制共模信號(hào)，增強(qiáng)差模信號(hào)，廣泛應(yīng)用于抑制噪聲和漂移的測量放大器中。加法器電路可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)輸入信號(hào)的加權(quán)求和，廣泛應(yīng)用于模擬信號(hào)處理和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路中。通過引入負(fù)反饋，可以有效地降低放大器的增益，從而使放大器更加穩(wěn)定，減小非線性失真。負(fù)反饋可以抑制放大器的內(nèi)部噪聲和干擾，提高放大器的穩(wěn)定性，使放大器在寬范圍內(nèi)穩(wěn)定工作。負(fù)反饋可以減小放大器的非線性失真，使輸出信號(hào)更加接近輸入信號(hào)，從而提高放大器的精度和動(dòng)態(tài)范圍。負(fù)反饋可以減小放大器的帶寬，從而使其能夠處理更高頻率的信號(hào)，拓展放大器的頻帶范圍。負(fù)反饋?zhàn)饔迷斫档驮鲆嫣岣叻€(wěn)定性減小非線性失真拓展頻帶頻率響應(yīng)分析05指電路輸出信號(hào)幅度降至輸入信號(hào)幅度的70.7%（即-3dB）時(shí)所對應(yīng)的頻率。截止頻率概念截止頻率定義在截止頻率處，電路的頻率響應(yīng)發(fā)生顯著變化，用于評(píng)估電路對不同頻率信號(hào)的放大能力。截止頻率的意義可通過電路中的電阻、電容等元件參數(shù)以及電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算。截止頻率的計(jì)算波特圖繪制方法波特圖簡介相頻特性繪制幅頻特性繪制波特圖的解讀波特圖是一種表示電路頻率響應(yīng)的圖表，由幅頻特性和相頻特性兩部分組成。將電路的增益（通常以分貝表示）作為頻率的函數(shù)繪制在圖表上，反映電路對不同頻率信號(hào)的放大能力。將電路的相位差（通常以度為單位）作為頻率的函數(shù)繪制在圖表上，反映電路對信號(hào)相位的改變。通過波特圖可以直觀地了解電路的頻率響應(yīng)特性，如增益、相位差、共振峰等。相位失真控制相位失真原因由于電路中存在電感和電容等元件，當(dāng)信號(hào)通過這些元件時(shí)，會(huì)產(chǎn)生相位延遲，導(dǎo)致輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位不一致。01相位失真分類相位失真可分為線性相位失真和非線性相位失真兩種。02相位失真影響相位失真會(huì)導(dǎo)致信號(hào)波形失真，影響信號(hào)的傳輸質(zhì)量和穩(wěn)定性。03相位失真控制方法通過優(yōu)化電路設(shè)計(jì)、選用合適的元件、增加相位補(bǔ)償電路等措施，可以減小或消除相位失真。04典型應(yīng)用電路06甲類功率放大器乙類功率放大器效率低，但失真度小，適用于音頻功率放大。效率較高，失真度較大，常用于音頻功率放大和射頻功率放大。功率放大電路設(shè)計(jì)甲乙類功率放大器結(jié)合了甲類和乙類功率放大器的優(yōu)點(diǎn)，效率和失真度均適中，是音頻功率放大的常用方案。功率放大器的性能指標(biāo)輸出功率、效率、增益、失真等。濾波電路實(shí)現(xiàn)方案低通濾波器允許低頻信號(hào)通過，阻止高頻信號(hào)通過，用于去除高頻噪聲。高通濾波器允許高頻信號(hào)通過，阻止低頻信號(hào)通過，用于去除低頻噪聲或直流分量。帶通濾波器允許某一頻率范圍內(nèi)的信號(hào)通過，阻止其他頻率的信號(hào)通過，常用于通信系統(tǒng)中的頻帶選擇。濾波電路的設(shè)計(jì)指標(biāo)截止頻率、通帶帶寬、阻帶衰減、群延遲等。振蕩電路工作條件