電子技術(shù)

編者:電工課程組

中北大學(xué)電工電子教學(xué)中心電子技術(shù)課程多媒體課件1

半導(dǎo)體器件1.1半導(dǎo)體的基本知識

1.2

半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用1.3

特殊二極管1.4

晶體管1.5場效應(yīng)晶體管一、基本內(nèi)容：1.半導(dǎo)體的基本常識；2.半導(dǎo)體二極管及應(yīng)用；3.幾種特殊二極管；4.場效應(yīng)晶體管及應(yīng)用原理；1半導(dǎo)體器件1.了解半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識；2.理解二極管的單向?qū)щ娦?、伏安特性和主要參?shù)并掌握二極管的應(yīng)用；3.了解幾種特殊二極管；

4.掌握晶體三極管的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線、主要參數(shù)；5.了解場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)和工作原理。二、教學(xué)要求：1半導(dǎo)體器件1.1

半導(dǎo)體的基本知識返回主目錄1.1.1

半導(dǎo)體及其特性

導(dǎo)體：在日常生活中和生產(chǎn)實踐中很容易導(dǎo)電的一些金屬材料。如：銅、鐵、銀等

絕緣體：很不容易導(dǎo)電的，盡管加上很高的電壓，仍然很難產(chǎn)生電流的材料，如：橡皮、塑料、玻璃、陶瓷等。

半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的這一類材料。如：硅（Si）、鍺（Ge）、砷化鎵（GaAs）等。其中硅材料用得最廣，它是當(dāng)前制作集成器件的主要材料，而砷化鎵則主要用制作高頻高速器件的。返回主目錄1.1半導(dǎo)體的基本知識半導(dǎo)體的特性：1.光敏性與光照強弱有關(guān)。光照強，導(dǎo)電能力增強2.熱敏性與溫度有關(guān)。溫度升高，導(dǎo)電能力增強。3.摻雜性加入適當(dāng)雜質(zhì)，導(dǎo)電能力顯著增強。1.1.2

本征半導(dǎo)體1.本征半導(dǎo)體完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為本征半導(dǎo)體。2.本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)+4+4+4+4共價鍵共用電子對+4表示除去價電子后的原子返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。+4+4+4+4共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識3.

本征半導(dǎo)體中的導(dǎo)電機理①電子—空穴對的產(chǎn)生在絕對0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運動的帶電粒子，它的導(dǎo)電能力為0，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識電子—空穴對的產(chǎn)生返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識②兩種導(dǎo)電方式+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引臨近的價電子來填補。這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動，即：空穴電流在外電場作用下，有兩部分電流：1、自由電子定向移動。2、空穴電流返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識③說明本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。溫度越高，載流子的濃度越高。溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點。漂移運動：載流子在電場力的作用下的定向運動自由電子向電源正極移動，空穴向負(fù)極移動。雖然電子、空穴的運動方向相反，但在外電路中形成電流卻一致。返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識1.1.3

雜質(zhì)半導(dǎo)體1.

N型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷（或銻），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價鍵，必定多出一個電子，這個電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。每個磷原子給出一個電子，稱為施主原子。返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識2.

P型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，如硼（或銦），晶體點陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個價電子，與相臨的半導(dǎo)體原子形成共價鍵時，產(chǎn)生一個空穴。這個空穴可能吸引束縛電子來填補，使得硼原子成為不能移動的帶負(fù)電的離子。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子。返回主目錄1.1

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半導(dǎo)體的基本知識

由上圖的雜質(zhì)半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)可知：多數(shù)載流子——簡稱多子少數(shù)載流子——簡稱少子在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，由于摻雜的原因，使得本征半導(dǎo)體中載流子的熱平衡被打破，其中濃度大的稱為多數(shù)載流子，濃度小的稱為少數(shù)載流子。比如：在N型半導(dǎo)體中，自由電子的濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度，故自由電子是多子，空穴是少數(shù)載流子而在P型半導(dǎo)體中，空穴的濃度遠(yuǎn)大于自由電子的濃度，為多數(shù)載流子，自由電子則為少子。返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識結(jié)論：1.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，多子濃度主要取決于摻入雜質(zhì)的濃度，摻入雜質(zhì)越多，多子濃度就越大。而少子由本征激發(fā)產(chǎn)生，其濃度主要取決于溫度，溫度越高，少子濃度越大。2.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，載流子數(shù)目比本征半導(dǎo)體多很多，所以相同溫度下，它的導(dǎo)電能力也比本征半導(dǎo)體強很多。由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。3.對于雜質(zhì)半導(dǎo)體，它既沒有失去電子，也沒有獲得電子，所以呈電中性，對外不帶電。返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識1.1.4

PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?.

PN結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。（1）多數(shù)載流子的擴散運動及空間電荷區(qū)的產(chǎn)生(即:PN結(jié)的產(chǎn)生)返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴散運動(濃度差產(chǎn)生)漂移運動內(nèi)電場E空間電荷區(qū)返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識（2）內(nèi)電場的形成及其作用{阻擋多子擴散促進(jìn)少子漂移P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴散運動內(nèi)電場E1、內(nèi)電場越強，就使漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。2、擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識（3）PN結(jié)形成當(dāng)漂移運動與擴散運動達(dá)到動態(tài)平衡時，通過空間電荷區(qū)的凈電流為零。這時空間電荷區(qū)的寬度和內(nèi)電場的強度不再變化，至此，PN結(jié)形成。

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半導(dǎo)體的基本知識2.

PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?）PN結(jié)外加正向電壓內(nèi)電場被削弱，多子的擴散加強能夠形成較大的擴散電流。返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識（2）PN結(jié)外加反向電壓內(nèi)電場被被加強，多子的擴散受抑制。少子漂移加強，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。返回主目錄1.1

半導(dǎo)體的基本知識PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫珜?dǎo)通，呈小電阻，電流較大;反偏截止，電阻很大，電流近似為零。PN結(jié)伏安特性

在PN結(jié)的兩端加上電壓后，通過管子的電流I隨管子兩端電壓V變化的曲線-伏安特性。返回主目錄1.2

半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用1.2.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)在PN結(jié)加上電極引線和管殼組成半導(dǎo)體二極管，其符號如圖所示，由P區(qū)引出的電極為陽極（或稱正極），由N區(qū)引出的電極為陰極（或稱負(fù)極），箭頭表示正向電流的方向。AK陽極、P型材料陰極、N型材料返回主目錄1.2

半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用二極管的分類：按材料：最常用的有硅管和鍺管兩種。按結(jié)構(gòu)形式：有點接觸型、面接觸型和硅平面型幾種。

點接觸型面接觸型硅平面型返回主目錄1.2

半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用返回主目錄1.2

半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用1.2.2半導(dǎo)體二極管的伏安特性二極管的伏安特性曲線可用下式表示式中IS為反向飽和電流，u為二極管兩端的電壓降，UT=kT/q

稱為溫度的電壓當(dāng)量，k為玻耳茲曼常數(shù)，q

為電子電荷量，T為熱力學(xué)溫度。對于室溫（相當(dāng)T=300K），則有UT=26mV。返回主目錄1.2

半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用返回主目錄1.2

半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用1、正向特性當(dāng)U＞0即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段：當(dāng)0＜U＜Uth時，正向電流為零，Uth稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。當(dāng)U＞Uth時，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長。硅二極管的死區(qū)電壓Uth=0.6V-0.8V左右，

鍺二極管的死區(qū)電壓Uth=0.1V-0.3V左右。

返回主目錄1.2

半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用2、反向特性當(dāng)

U＜0時，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個區(qū)域：當(dāng)UBR＜U＜0時，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時的反向電流也稱反向飽和電流IS

。

當(dāng)U≥UBR時，反向電流急劇增加，UBR稱為反向擊穿電壓。返回主目錄1.2

半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用1.2.3溫度對二極管伏安特性的影響

溫度對二極管的性能有較大的影響，溫度升高時，反向電流將呈指數(shù)規(guī)律增加，如硅二極管溫度每增加8℃，反向電流將約增加一倍；鍺二極管溫度每增加12℃，反向電流大約增加一倍。另外，溫度升高時，二極管的正向壓降將減小，每增加1℃，正向壓降UF(UD)大約減小2mV，即具有負(fù)的溫度系數(shù)。返回主目錄1.2

半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用1.2.4半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)

1.

最大整流電流IF——二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大整流電流的平均值。2.最高反向工作電壓UR------二極管運行時允許施加的最大反向電壓稱為最高反向工作電壓。為安全計，在實際工作時，最大反向工作電壓UR一般只按反向擊穿電壓UBR的一半計算。返回主目錄1.2

半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用3.

反向電流IR硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安(

A)級。

4.

最高工作頻率fM指二極管工作的上限頻率。它主要取決于PN結(jié)的結(jié)電容的大小，使用時，如果信號頻率超過此值，二極管的單向?qū)щ娦詫⒆儾?，甚至不?fù)存在。返回主目錄1.2

半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用1.2.5半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用舉例例1.2.1在圖a、b所示電路中，已知ui=10sin

t(V)，E=6V，R=1k，二極管為理想二極管，試分別畫出傳輸特性曲線uo=f(ui)和輸出電壓uo的波形。

返回主目錄1.2

半導(dǎo)體二極管及其應(yīng)用例1.2.3電路如圖所示，二極管VD1和VD2為理想二極管，當(dāng)輸入端A、B的電位分別為+1V和+3V時，判斷圖中各二極管是導(dǎo)通還是截止，并求輸出端Y點的電位。

二極管導(dǎo)通或截止的判定方法是：先將二極管斷開，然后計算二極管兩端的電壓，如果外加的是正向電壓則二極管導(dǎo)通，外加的是反向電壓則二極管截止。返回主目錄1.3

特殊二極管1.3.1穩(wěn)壓二極管1.穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用穩(wěn)壓二極管是應(yīng)用在反向擊穿區(qū)的特殊硅二極管。穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線與硅二極管的伏安特性曲線完全一樣(b)符號(a)返回主目錄1.3

特殊二極管1.3.2穩(wěn)壓管的主要參數(shù)

(1)穩(wěn)定電壓UZ—在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。

(2)

最大穩(wěn)定工作電流IZmax

和最小穩(wěn)定工作IZmin

—穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即PZmax

=UZIZmax

。而Izmin對應(yīng)VZmin。若IZ＜IZmin則不能穩(wěn)壓。返回主目錄1.3

特殊二極管(3)最大耗散功率

PZM

—穩(wěn)壓管的最大功率損耗取決于PN結(jié)的面積和散熱等條件。反向工作時PN結(jié)的功率損耗為

PZ=UZIZ，由

PZM和UZ可以決定IZmax。(2)動態(tài)電阻rZ

——其概念與一般二極管的動態(tài)電阻相同，只不過穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。rZ=

UZ/

IZ返回主目錄1.3

特殊二極管

(5)

穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)α—穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)越小，穩(wěn)壓管的溫度穩(wěn)定性越好

3.穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路(c)穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)反接，并串入一只電阻。電阻的作用一是起限流作用，以保護穩(wěn)壓管；其次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。返回主目錄1.3

特殊二極管1.3.2發(fā)光二極管有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似。常用作顯示器件。返回主目錄1.3

特殊二極管1.3.3光敏二極管光敏二極管也稱光電二極管，與發(fā)光二極管不同，它是將光信號變成電信號的半導(dǎo)體器件。反向電流隨光照強度的增加而上升。IV照度增加返回主目錄1.4

晶體管1.4.1晶體管的基本結(jié)構(gòu)和分類晶體管，即晶體型三極管，又稱半導(dǎo)體三極管，它的放大作用和開關(guān)作用使其成為組成各種放大電路和電子電路的核心器件。因晶體管中有兩種帶有不同極性的載流子參與導(dǎo)電，所以也稱為雙極型晶體管（BipolarJunctionTransistor，縮寫是BJT）。

晶體管是采用一定工藝在同一塊半導(dǎo)體材料上，摻雜形成三個區(qū)以及兩個PN結(jié)而制成的，因雜質(zhì)半導(dǎo)體有P型、N型兩種，所以由兩個N區(qū)夾一個P區(qū)結(jié)構(gòu)的晶體管稱為NPN型，由兩個P區(qū)夾一個N區(qū)結(jié)構(gòu)的晶體管稱為PNP型。返回主目錄1.4

晶體管NNP發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié)—基區(qū)—發(fā)射區(qū)—集電區(qū)emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECBE的箭頭方向為發(fā)射結(jié)加正向電壓時電流的方向返回主目錄1.4

晶體管BECNNP基極發(fā)射極集電極1）基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低3）集電區(qū)：面積較大2）發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高晶體管的結(jié)構(gòu)特點返回主目錄1.4

晶體管晶體管的分類：（1）按材料分：硅管、鍺管（4）按功率分：小功率管<500mW（2）按結(jié)構(gòu)分：NPN、PNP大功率管>1W中功率管0.5

1W（3）按頻率分：低頻管、高頻管（5）按特殊要求分：開關(guān)管、低噪聲管、高反壓管返回主目錄1.4

晶體管晶體管的圖片：返回主目錄1.4

晶體管1.4.2晶體管的放大作用和電流分配原理1.

晶體管的三種組態(tài)uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共發(fā)射極共集電極共基極2.

晶體管放大作用的內(nèi)部條件和外部條件內(nèi)部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大外部條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏返回主目錄1.4

晶體管3.

晶體管內(nèi)部載流子的傳輸過程(1)

發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入多子電子，形成發(fā)射極電流IE?；鶇^(qū)空穴來源基極電源提供(IB)集電區(qū)少子漂移(ICBO)IBN

IB+ICBOIB=IBN

–

ICBO（2）電子在基區(qū)擴散與復(fù)合多數(shù)向BC結(jié)方向擴散形成ICN。少數(shù)與空穴復(fù)合，形成IBN。返回主目錄1.4

晶體管（3）集電區(qū)收集擴散過來的載流子形成集電極電流ICIC=ICN+ICBO4.

晶體管的電流分配關(guān)系IB=I

BN

ICBOIC=ICN+ICBOIE=ICN+IBN=IC+IB返回主目錄1.4

晶體管電流的放大作用當(dāng)管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定，即：穿透電流直流放大系數(shù)≈返回主目錄1.4

晶體管IE=IC+IB定義：為交流放大系數(shù)一般的，β＝返回主目錄1.4

晶體管1.輸入特性與二極管特性相似返回主目錄1.4

晶體管特性基本重合(電流分配關(guān)系確定)特性右移(因集電結(jié)開始吸引電子)導(dǎo)通電壓UBE(on)硅管：(0.6

0.8)V鍺管：

(0.2

0.3)V取0.7V取0.2V返回主目錄1.4

晶體管2.輸出特性iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321（1）截止區(qū)：

IB

0

IC=ICEO

0條件：兩個結(jié)反偏截止區(qū)ICEO特點：分三個區(qū)返回主目錄1.4

晶體管iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321（2）放大區(qū)：放大區(qū)截止區(qū)條件：

發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏特點：

水平、等間隔ICEO返回主目錄1.4

晶體管iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321（3）飽和區(qū)：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0條件：兩個結(jié)正偏特點：IC

IB臨界飽和時：uCE

=uBE深度飽和時：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(鍺管)放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)ICEOIc的大小取決于Ec和Rc，返回主目錄1.4

晶體管1.4.4晶體管的主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321—直流電流放大系數(shù)

—交流電流放大系數(shù)一般為幾十

幾百Q(mào)返回主目錄1.4

晶體管2.極間反向電流（1）CB極間反向飽和電流ICBO，決定了晶體管工作的溫度穩(wěn)定性（2）CE

極間反向飽和電流ICEO，受溫度影響大3.極限參數(shù)iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作區(qū)返回主目錄1.4

晶體管（1）ICM

—集電極最大允許電流，超過時

值明顯降低。（2）PCM

—集電極最大允許功率損耗PC=iC

uCE。（3）U(BR)CEO

—基極開路時C、E極間反向擊穿電壓。返回主目錄1.4

晶體管1.溫度升高，輸入特性曲線向左移。溫度每升高1

C，UBE

(22.5)mV。溫度每升高10

C，ICBO

約增大1倍。OT2>T11.4.5溫度對晶體管參數(shù)返回主目錄1.4

晶體管2.溫度升高，輸出特性曲線向上移。iCuCE

T1iB

=0T2>iB

=0iB

=0溫度每升高1

C，

(0.51)%。輸出特性曲線間距增大。O返回主目錄1.4

晶體管1.4.6復(fù)合晶體管復(fù)合晶體管是把晶體管的管腳適當(dāng)?shù)倪B起來使之等效為一個晶體管

返回主目錄1.5

場效應(yīng)晶體管1.5.1增強型絕緣柵場效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)絕緣柵型場效應(yīng)管多采用金屬鋁作柵極，用SiO2作為柵極與半導(dǎo)體之間的絕緣層，這種管子稱為金屬（Metal）-氧化物（Oxide）-半導(dǎo)體（Semiconductor）場效應(yīng)管返回主目錄1.5

場效應(yīng)晶體管1.5.2增強型絕緣柵場效應(yīng)晶體管的工作原理1.導(dǎo)電溝道的形成。2.

柵緣電壓對漏極電流的控制作用。3.

漏源電壓對漏極電流的影響。返回主目錄1.5

場效應(yīng)晶體管1.5.3增強型絕緣柵場效應(yīng)晶體管的伏安特性2.轉(zhuǎn)移特性1.輸出特性返回主目錄1.5

場效應(yīng)晶體管1.5.4增強型絕緣柵場效應(yīng)晶體管的主要參數(shù)2.直流輸入電阻1.開啟電壓3.低頻跨導(dǎo)4.最大漏源電壓5.最大柵源電壓6.最大耗散功率電子技術(shù)

編者:電工課程組

中北大學(xué)電工電子教學(xué)中心2基本放大電路目錄2.1基本放大電路的組成2.2放大電路的圖解分析法2.3放大電路的微變等效電路分析法2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路2.5射極輸出器2基本放大電路2.6場效應(yīng)管放大電路2.7多級放大電路2.8差動放大電路2.9集成運算放大器2.10互補對稱功率放大電路目錄2基本放大電路一、基本內(nèi)容：放大電路的基本組成；放大電路的放大原理；放大電路靜態(tài)和動態(tài)的分析方法；集成運放的基本組成；理想集成運放的特征和分析依據(jù)。2基本放大電路以共發(fā)射極放大電路為例掌握放大電路的組成和放大原理，理解正確設(shè)置靜態(tài)工作點的意義。對共發(fā)射極放大電路、射極輸出器和阻容耦合多級放大電路掌握估算法進(jìn)行靜態(tài)分析和微變等效電路法進(jìn)行動態(tài)分析。掌握理想集成運放的分析依據(jù)。了解場效應(yīng)管放大電路、差動放大電路和互補對稱功率放大電路的組成和工作原理二、教學(xué)要求：2.1基本放大電路的組成返回主目錄一、放大的基本概念

放大的實質(zhì)是能量的控制和轉(zhuǎn)換。在一個能量較小的輸入信號作用下，放大電路將直流電源所提供的能量轉(zhuǎn)換成交流能量輸出，驅(qū)動負(fù)載工作。負(fù)載（例如揚聲器）所獲得的這個能量大于信號源所提供的能量，也就是用小的能量來控制大的能量。而由誰來控制能量轉(zhuǎn)換呢？答案是具有能量控制作用的有源器件，如晶體管、場效應(yīng)管等。

2.1基本放大電路的組成返回主目錄一、放大的基本概念

放大電路可以看成一個二端口網(wǎng)絡(luò)，如圖所示，對于小信號放大電路，最關(guān)心的是電壓放大倍數(shù)，指放大電路的輸出電壓與放大電路的輸入電壓之比。

2.1基本放大電路的組成返回主目錄二、基本放大電路的組成1、組成原則①確保晶體管工作于放大區(qū)，即滿足發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置的外部條件。②確保被放大的交流輸入信號能夠作用于晶體管的輸入回路。③確保放大電路不失真的放大交流信號，并使交流輸出信號能夠傳送到負(fù)載上去。2.1基本放大電路的組成返回主目錄二、基本放大電路的組成2、放大電路組成共發(fā)射極電路如圖所示。它由三極管VT、基極電阻RB、基極直流電源VBB、集電極電阻RC、集電極直流電源VCC、和耦合電容C1、C2組成2.1基本放大電路的組成返回主目錄二、基本放大電路的組成3、各組成元件的作用三極管VT：它是整個放大電路的核心器件，起放大作用。它利用輸入信號產(chǎn)生的微弱基極電流，控制集電極電流的變化

2.1基本放大電路的組成返回主目錄二、基本放大電路的組成3、各組成元件的作用

基極直流電源VBB

：通過基極電阻為三極管的發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓和適當(dāng)?shù)幕鶚O電流。基極電阻RB

：它的存在確保輸入信號有效地加至放大電路的基極與發(fā)射極之間

。2.1基本放大電路的組成返回主目錄二、基本放大電路的組成3、各組成元件的作用集電極直流電源VCC

：為三極管集電結(jié)提供反向偏置電壓，并為整個電路提供能量

。集電極電阻RC

：將集電極電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?，以實現(xiàn)電壓放大。2.1基本放大電路的組成返回主目錄二、基本放大電路的組成3、各組成元件的作用耦合電容

C1

：交流輸入信號通過C1加至放大電路的輸入端基極，同時C1又隔離了信號源與放大電路之間的直流聯(lián)系

2.1基本放大電路的組成返回主目錄二、基本放大電路的組成3、各組成元件的作用耦合電容

C2

：C2使集電極輸出的交流信號順利傳送至負(fù)載RL，同時，C2又隔離了放大電路與負(fù)載之間的直流聯(lián)系。2.1基本放大電路的組成返回主目錄二、基本放大電路的組成4、基本放大電路的改畫2.1基本放大電路的組成返回主目錄二、基本放大電路的組成5、放大電路的主要性能指標(biāo)①電壓放大倍數(shù)

：空載電壓放大倍數(shù)：源電壓放大倍數(shù)：2.1基本放大電路的組成返回主目錄二、基本放大電路的組成5、放大電路的主要性能指標(biāo)②輸入電阻

：

輸入電阻是放大電路從輸入端向右看進(jìn)去的等效電阻2.1基本放大電路的組成返回主目錄二、基本放大電路的組成5、放大電路的主要性能指標(biāo)③輸出電阻

：

輸出電阻是是從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻

2.1基本放大電路的組成返回主目錄二、基本放大電路的組成5、放大電路的主要性能指標(biāo)③輸出電阻

：將放大電路中信號源短路（保留RS）、負(fù)載開路（RL=∞），在放大電路的輸出端外加電壓與產(chǎn)生相應(yīng)的電流的比值即為輸出電阻2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄

放大電路工作在放大狀態(tài)時，電路中交直流信號并存。所以放大電路的分析包括直流分析和交流分析。直流信號的工作情況稱為靜態(tài)，則直流分析也稱為靜態(tài)分析。交流信號的工作情況稱為動態(tài)，則交流分析也稱為動態(tài)分析靜態(tài)分析常用方法有估算法和圖解法，動態(tài)分析常用方法是微變等效電路法和圖解法。

2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄

圖解分析法就是利用晶體管的輸入、輸出特性曲線，通過作圖的方法對放大電路的性能指標(biāo)進(jìn)行分析。它是基于晶體管放大電路是一種非線性電路采用的方法。

靜態(tài)分析討論的對象是直流成分，動態(tài)分析討論的對象是交流成分，而直流成分和交流成分在電路中的通路也不同。

2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄一、直流通路和交流通路1、直流通路畫直流通路的方法是：將電容看成開路，電感看成短路，電路其它部分保留。

2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄一、直流通路和交流通路2、交流通路畫交流通路的方法是：耦合電容視為短路，直流電壓源視為短路，電路其他部分保留。

2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄二、靜態(tài)分析1、估算靜態(tài)工作點

靜態(tài)時，晶體管的各極直流電流和極間直流電壓IB、UBE、IC、UCE的值，稱為放大電路的靜態(tài)工作點，常用Q表示。方法：先畫直流通路，再在直流通路中求解各量2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄二、靜態(tài)分析1、估算靜態(tài)工作點

2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄二、靜態(tài)分析2、圖解法進(jìn)行靜態(tài)分析

①在直流通路中估算基極電流

②在輸出特性上確定Q（UCEQ、ICQ）

2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄二、靜態(tài)分析2、圖解法進(jìn)行靜態(tài)分析

②在輸出特性上確定Q（UCEQ、ICQ）

從輸出回路可列出關(guān)于IC、UCE的方程：

此式在輸出特性曲線中是一條直線，該直線可由兩個特殊點：M（0，VCC/RC），N（VCC，0）決定，連接M、N兩點便得到輸出回路的直流負(fù)載線，其斜率為-1/RC。2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄二、靜態(tài)分析2、圖解法進(jìn)行靜態(tài)分析

②在輸出特性上確定Q（UCEQ、ICQ）

同時IC、UCE還應(yīng)滿足該電路中晶體管的輸出特性曲線關(guān)系：IC=f(UCE）

直流負(fù)載線與IB=IBQ的那條輸出特性曲線的交點，即為靜態(tài)工作點Q（UCEQ、ICQ）。

2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄二、靜態(tài)分析2、圖解法進(jìn)行靜態(tài)分析

②在輸出特性上確定Q（UCEQ、ICQ）

2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄三、動態(tài)分析

動態(tài)分析，是指對放大電路加上交流輸入信號后的工作狀態(tài)進(jìn)行分析，方法：是在圖解法確定了靜態(tài)工作點的基礎(chǔ)上，在輸入輸出特性曲線上畫出各極電流和極間電壓隨輸入信號ui變化的波形，了解它們的變化規(guī)律。

2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄三、動態(tài)分析1、

交流負(fù)載線交流負(fù)載線是有交流輸入信號時工作點的運動軌跡。先畫放大電路的交流通路.

2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄三、動態(tài)分析1、

交流負(fù)載線

輸出回路中電阻RC與RL并聯(lián)，其并聯(lián)等效電阻稱為放大電路的交流負(fù)載電阻，大小為：

=RC∥RL

uce=-ic(RC∥RL)=

uo

交流負(fù)載線的斜率為-1/

/

2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄三、動態(tài)分析1、

交流負(fù)載線

/

動態(tài)情況下，輸入信號為零時，放大電路的情況和靜態(tài)時相同，則交流負(fù)載線與直流負(fù)載線的的直線

交流負(fù)載線是有交流輸入信號時工作點的運動軌跡。

公共點為靜態(tài)工作點Q，所以交流負(fù)載線是過靜態(tài)工作點Q且斜率為-1/2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄三、動態(tài)分析2、放大電路的工作原理

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2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄三、動態(tài)分析2、放大電路的工作原理

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（1）放大電路中的信號是交直流共存，可表示成：2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄三、動態(tài)分析2、放大電路的工作原理

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（2）輸出uo與輸入ui相比，幅度被放大，頻率不變，但相位相反。（3）符號規(guī)定UA表示直流量

ua表示交流分量

Ua表示交流分量有效值

uA表示全量2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄三、動態(tài)分析3、圖解法進(jìn)行動態(tài)分析

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2.2放大電路的圖解分析法返回主目錄三、動態(tài)分析4、非線性失真

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飽和失真

截止失真2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄一、晶體管的小信號微變等效模型

1、輸入回路

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對輸入的小交流信號而言，三極管輸入端相當(dāng)于電阻rbe。2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄一、晶體管的小信號微變等效模型

2、輸出回路

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近似平行，當(dāng)UCE為常數(shù)時輸出端相當(dāng)于一個受ib

控制的電流源。2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄一、晶體管的小信號微變等效模型

3、晶體管的微變等效電路

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2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄一、晶體管的小信號微變等效模型

3、晶體管的微變等效電路

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2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄二、共發(fā)射極放大電路分析

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微變等效電路分析法，就是利用晶體管微變等效模型分析放大電路，可分三步進(jìn)行分析。第一步，根據(jù)直流通路估算直流工作點Q；第二步，畫出放大電路的交流通路，并用晶體管微變等效模型替換晶體管，得出放大電路的微變等效電路；第三步，根據(jù)微變等效電路計算放大電路的各項動態(tài)性能指標(biāo)。2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄二、共發(fā)射極放大電路分析1、共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)分析

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估算法2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄二、共發(fā)射極放大電路分析2、共發(fā)射極放大電路的動態(tài)分析

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先根據(jù)交流通道畫放大電路的微變等效電路，再進(jìn)行各項動態(tài)性能指標(biāo)的計算微變等效電路交流通道

2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄二、共發(fā)射極放大電路分析2、共發(fā)射極放大電路的動態(tài)分析

/

⑴求電壓放大倍數(shù)

微變等效電路2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄二、共發(fā)射極放大電路分析2、共發(fā)射極放大電路的動態(tài)分析

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空載電壓放大倍數(shù)微變等效電路空載時（RL→∞）2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄二、共發(fā)射極放大電路分析2、共發(fā)射極放大電路的動態(tài)分析

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源電壓放大倍數(shù)微變等效電路我們講完輸入電阻再繼續(xù)講解2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄二、共發(fā)射極放大電路分析2、共發(fā)射極放大電路的動態(tài)分析

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⑵輸入電阻

微變等效電路輸入電阻是從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻

因rbe一般較小，RB//rbe≈rbe

所以Ri較小。2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄二、共發(fā)射極放大電路分析2、共發(fā)射極放大電路的動態(tài)分析

/

⑵輸入電阻

微變等效電路

一般來說，ri越大越好。

ri越大，ii就越小，從信號源索取的電流越小。當(dāng)信號源有內(nèi)阻時，

ri越大，ui就越接近uS。2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄二、共發(fā)射極放大電路分析2、共發(fā)射極放大電路的動態(tài)分析

/

⑵輸入電阻

微變等效電路

前面的源電壓放大倍數(shù)：2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄二、共發(fā)射極放大電路分析2、共發(fā)射極放大電路的動態(tài)分析

/

⑶

輸出電阻

微變等效電路

輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的，Ro越小，放大電路帶負(fù)載的能力越強，反之則差。

2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄二、共發(fā)射極放大電路分析2、共發(fā)射極放大電路的動態(tài)分析

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⑶

輸出電阻

可以把信號源和放大電路一起，通過微變等效電路化為線形二端網(wǎng)。輸出電阻就是從輸出端看進(jìn)去的入端電阻，可以通過短路電流法求出該電阻

2.3放大電路的微變等效電路分析法返回主目錄二、共發(fā)射極放大電路分析2、共發(fā)射極放大電路的動態(tài)分析

/

⑶

輸出電阻

2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄一、溫度對靜態(tài)工作點的影響

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晶體管受溫度影響比較大的參數(shù)主要有、和，且溫度對這些參數(shù)的影響都集中體現(xiàn)為使IC隨溫度上升而增加，進(jìn)而引起工作點Q點變化。

2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄二、分壓偏置放大電路

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基極采用兩個基極電阻,同時發(fā)射極增加了發(fā)射極電阻。1、結(jié)構(gòu)和工作原理

可以畫出其直流通道如右圖所示2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄二、分壓偏置放大電路

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1、結(jié)構(gòu)和工作原理合理選取基極電阻，使得則：2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄二、分壓偏置放大電路

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1、結(jié)構(gòu)和工作原理是電阻對直流電源的分壓，是固定不變的

也是穩(wěn)定的，不受所以溫度影響2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄二、分壓偏置放大電路

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1、結(jié)構(gòu)和工作原理它是如何保持集電極電流穩(wěn)定的？溫度升高→（）增大→增大→（因為不變）（根據(jù)晶體管輸入特性曲線）減小→這個過程利用了的反饋作用阻止維持了靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。減小減小→的變化，2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄

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2、靜態(tài)和動態(tài)分析(1)靜態(tài)分析方法一戴維寧等效電路法直流通路:得戴維寧等效電路:2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄

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2、靜態(tài)和動態(tài)分析(1)靜態(tài)分析方法一戴維寧等效電路法由戴維寧等效電路得:2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄

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2、靜態(tài)和動態(tài)分析(1)靜態(tài)分析方法二估算法由直流通路得:2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄

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2、靜態(tài)和動態(tài)分析(2)動態(tài)分析可畫出其微變等效電路:其中:2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄

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2、靜態(tài)和動態(tài)分析(2)動態(tài)分析由微變等效電路得:其中:2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄

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可以看出其放大倍數(shù)減小了。為了解決這一問題，引入旁路電容。2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄

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三、帶旁路電容的分壓偏置放大電路1、靜態(tài)分析

由于靜態(tài)時電容相當(dāng)于斷路，所以該電路靜態(tài)分析與沒有旁路電容是一樣的。2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄

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三、帶旁路電容的分壓偏置放大電路2、動態(tài)分析

交流時可認(rèn)為對交流短路

2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄

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四、存在問題和折中方案

我們看出，前面兩種放大電路的靜態(tài)分析是相同的，無旁路電容的電路電壓放大倍數(shù)小，但輸入電阻大；而有旁路電容的電路電壓放大倍數(shù)提高了，但輸入電阻又比較小。為了適當(dāng)提高輸入電阻，又不太影響交流放大倍數(shù)，這樣我們得到一個折中方案

2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄

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四、存在問題和折中方案1、靜態(tài)分析2.4分壓式穩(wěn)定靜態(tài)工作點電路返回主目錄

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四、存在問題和折中方案2、動態(tài)分析由微變等效電路得:其中:2.5射極輸出器返回主目錄

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一、射極輸出器的結(jié)構(gòu)射極輸出器從結(jié)構(gòu)上說沒有集電極電阻，所以只能實現(xiàn)電流放大不能實現(xiàn)電壓放大。其輸入接在基極和集電極之間，輸出接在發(fā)射極和集電極之間，其實就是共集電極放大電路。

2.5射極輸出器返回主目錄

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二、射極輸出器的靜態(tài)分析和動態(tài)分析根據(jù)直流通路：1、靜態(tài)態(tài)分析2.5射極輸出器返回主目錄

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畫出其微變等效電路：

二、射極輸出器的靜態(tài)分析和動態(tài)分析2、動態(tài)分析-①求電壓放大倍數(shù)

射極輸出器因此也被稱為射極跟隨器。2.5射極輸出器返回主目錄

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二、射極輸出器的靜態(tài)分析和動態(tài)分析2、動態(tài)分析-②求輸入電阻其中：2.5射極輸出器返回主目錄

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二、射極輸出器的靜態(tài)分析和動態(tài)分析2、動態(tài)分析-③求輸出電阻用外加電壓法求含受控源的二端網(wǎng)的等效電阻信號源置零，信號源內(nèi)阻保留，斷開負(fù)載電阻，輸出端外加電壓源，設(shè)流入的電流為

則：2.5射極輸出器返回主目錄

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二、射極輸出器的靜態(tài)分析和動態(tài)分析2、動態(tài)分析-求輸出電阻其中：2.6場效應(yīng)管放大電路返回主目錄

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一、場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析1、場效應(yīng)管的直流偏置電路場效應(yīng)管放大電路必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，保證在有信號作用時，場效應(yīng)管始終工作在恒流區(qū)。常用的偏置方式有兩種：自給偏置和分壓式偏置。(1)自給偏置電路2.6場效應(yīng)管放大電路返回主目錄

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一、場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析1、場效應(yīng)管的直流偏置電路這種偏置方式只適用于耗盡型MOS管和結(jié)型場效應(yīng)管。

其偏置電壓由場效應(yīng)管的漏極電流ID產(chǎn)生，故稱為自給偏置方式。(1)自給偏置電路2.6場效應(yīng)管放大電路返回主目錄

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一、場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析1、場效應(yīng)管的直流偏置電路

在自給偏置電路的柵極和直流電源之間增加分壓電阻就構(gòu)成了分壓式偏置電路，分壓式偏置電路在靜態(tài)工作點設(shè)置上具有較大的靈活性，適應(yīng)于各種類型的場效應(yīng)管。

(2)分壓式偏置電路2.6場效應(yīng)管放大電路返回主目錄

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一、場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析2、靜態(tài)工作點的確定場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析可采用公式計算法，利用轉(zhuǎn)移特性方程和偏置電路的線性方程聯(lián)立求解確定靜態(tài)工作點。我們以一道分壓偏置電路的例題來說明。2.6場效應(yīng)管放大電路返回主目錄

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一、場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析2、靜態(tài)工作點的確定已知RG1=100k

，RG2=10k

，RG=10M

，RD=10k

，RS=2.4k

，RL=10k

，VDD=20V，場效應(yīng)管的UGS(off)=﹣2V，IDSS=2mA，試計算放大電路的靜態(tài)工作點。2.6場效應(yīng)管放大電路返回主目錄

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一、場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析靜態(tài)時，由于柵極電流IG=0，所以電阻RG上的電流為0，柵極電位：源極電位：柵源電壓：2.6場效應(yīng)管放大電路返回主目錄

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一、場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析根據(jù)轉(zhuǎn)移特性方程：靜態(tài)時：輸出回路方程:

UDSQ=VDD－IDQ（RD+RS）2.6場效應(yīng)管放大電路返回主目錄

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一、場效應(yīng)管放大電路的靜態(tài)分析聯(lián)立得方程組：由已知條件，得和第二組解UGSQ2=﹣4.243V<UGS（off），舍去

靜態(tài)工作點為：IDQ=1mA，UGSQ=﹣0.587V，UDSQ=7.6V。2.6場效應(yīng)管放大電路返回主目錄

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二、場效應(yīng)管放大電路的的動態(tài)分析1、場效應(yīng)管的低頻小信號模型柵極和源極之間可看成輸入回路，由于柵極電流近似為零，則輸入回路柵-源間相當(dāng)于開路漏極和源極之間可看成輸出回路，其等效模型可根據(jù)特性曲線，輸出電流在一定時基本保持恒定，基本可以看成電壓控制電流源。

2.6場效應(yīng)管放大電路返回主目錄

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二、場效應(yīng)管放大電路的的動態(tài)分析1、場效應(yīng)管的低頻小信號模型

這樣我們可以得到場效應(yīng)管的低頻小信號模型：2.6場效應(yīng)管放大電路返回主目錄

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二、場效應(yīng)管放大電路的的動態(tài)分析2、動態(tài)分析

步驟：先畫出放大電路的微變等效電路，然后計算動態(tài)性能指標(biāo)。微變等效電路2.6場效應(yīng)管放大電路返回主目錄

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二、場效應(yīng)管放大電路的的動態(tài)分析2、動態(tài)分析

（1）電壓放大倍數(shù)負(fù)號說明共源放大電路的輸出電壓與輸入電壓反相。2.6場效應(yīng)管放大電路返回主目錄

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二、場效應(yīng)管放大電路的的動態(tài)分析2、動態(tài)分析

（2）輸入電阻2.6場效應(yīng)管放大電路返回主目錄

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二、場效應(yīng)管放大電路的的動態(tài)分析2、動態(tài)分析

（3）輸出電阻從微變等效電路由外加電壓法得到求等效電阻的電路。2.7多級放大電路返回主目錄

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實際應(yīng)用的電子設(shè)備中，需要放大非常微弱的信號，要求電壓放大倍數(shù)很大。而單個晶體管或場效應(yīng)管構(gòu)成的單級基本放大電路，其電壓放大倍數(shù)一般為幾十，不能滿足要求，因此需要把若干個基本的單級放大電路串接在一起，構(gòu)成多級放大電路。2.7多級放大電路返回主目錄

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一、級間耦合1、直接耦合

多級放大電路中，各級電路之間的連接方式稱為“耦合方式”。常見的耦合方式有直接耦合、阻容耦合等。

把前一級電路的輸出端和后一級電路的輸入端直接相連在一起，就是直接耦合方式。如右圖所示2.7多級放大電路返回主目錄

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（1）直接耦合的優(yōu)點

1既能放大交流信號，也可以放大變化緩慢的交流信號甚至直流信號。

2由于電路簡單，沒有大電容、變壓器等附加元件，便于集成化，因此在集成電路中被廣泛采用。一、級間耦合1、直接耦合2.7多級放大電路返回主目錄

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（2）直接耦合的缺點

1各級放大電路的靜態(tài)工作點相互影響。

2零點漂移較嚴(yán)重。什么是零點漂移？一個直接耦合多級放大電路的輸入端短路時輸出電壓并不是始終不變，而是會出現(xiàn)電壓的隨機漂動，叫做零點漂移，簡稱零漂。

一、級間耦合1、直接耦合2.7多級放大電路返回主目錄

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2、阻容耦合

前級電路通過耦合電容和后級的輸入電阻（或負(fù)載）實現(xiàn)前后級耦合,故稱為阻容耦合。如圖所示一、級間耦合2.7多級放大電路返回主目錄

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（1）阻容耦合的優(yōu)點

1各級電路的直流靜態(tài)工作點相互獨立。求靜態(tài)工作點時可以各級分別考慮。

2由于耦合電容的隔直流作用，電路的溫度漂移小。

一、級間耦合2、阻容耦合2.7多級放大電路返回主目錄

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（2）阻容耦合的缺點

1阻容耦合放大電路不適合放大緩慢變化的信號或直流信號。由于有耦合電容，當(dāng)信號頻率太低時，電容器的容抗非常大，因而信號很難通過。

2由于大電容的存在，阻容耦合放大電路不便于制作成集成電路一、級間耦合2、阻容耦合2.7多級放大電路返回主目錄

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在阻容耦合的多級放大電路中，由于各級的直流通路是彼此隔離互不聯(lián)系的，因此各級靜態(tài)工作點的計算可以獨立進(jìn)行，與單級放大電路的情況相同。

二、阻容耦合多極放大電路的分析方法1、靜態(tài)分析2、動態(tài)分析多級放大電路動態(tài)性能分析主要是計算多級放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。2.7多級放大電路返回主目錄

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（1）前后級的聯(lián)系2、動態(tài)分析對于多極放大電路，前一級放大電路相當(dāng)于后一級放大電路的信號源，后一級放大電路相當(dāng)于前一級放大電路的負(fù)載，所以有如下關(guān)系：2.7多級放大電路返回主目錄

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（1）前后級的聯(lián)系2、動態(tài)分析

前一級的輸出電壓等于后一級的輸入電壓；后一級的輸入電阻作為前一級的負(fù)載電阻；前一級的輸出電阻作為后一級的信號源內(nèi)阻。2.7多級放大電路返回主目錄

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（2）電壓放大倍數(shù)的計算2、動態(tài)分析所以總的電壓放大倍數(shù)應(yīng)該是各級放大電路電壓放大倍數(shù)的乘積。

2.7多級放大電路返回主目錄

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（3）輸入電阻和輸出電阻的計算2、動態(tài)分析一般情況下，輸入級的輸入電阻就是多級放大電路的輸入電阻；輸出級的輸出電阻就是多級放大電路的輸出電阻

2.8差動放大電路返回主目錄

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許多傳感器輸出都是微弱的變化緩慢的信號。要放大這些緩慢變化的信號，不能用阻容耦合，只能用直接耦合。而直接耦合電路最大缺點就是會產(chǎn)生零點漂移。為了抑制直接耦合放大電路中的零點漂移。通常采用差動放大電路。

一、電路組成2.8差動放大電路返回主目錄

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它是由兩只特性完全相同的管子，組成兩半完全對稱的電路。直流電源為兩個管子共用。

一、電路組成信號從兩管的基極輸入，集電極輸出。即：電路有兩個輸入端和兩個輸出端。這樣就組成了一種最基本的差動放大電路，簡稱差放。2.8差動放大電路返回主目錄

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但從兩管的集電極之間輸出來看，電路很好地抑制了零點漂移。一、電路組成兩個晶體管各自組成一個共射放大電路，它們都沒有穩(wěn)定靜態(tài)工作點的措施，因此都有比較大的零點漂移。2.8差動放大電路返回主目錄

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當(dāng)一個輸入端接地，另一個輸入端有信號輸入時，稱為“單端輸入”。

二、抑制零點漂移的原理1、四種輸入輸出模式差放有兩個輸入端和兩個輸出端。當(dāng)①和②兩個輸入端都有信號輸入時，稱為“雙端輸入”；2.8差動放大電路返回主目錄

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二、抑制零點漂移的原理1、四種輸入輸出模式當(dāng)輸出取之于兩個三極管的集電極之間，稱為“雙端輸出”；當(dāng)輸出取之于單個管子的集電極與地之間，稱為“單端輸出”。

2.8差動放大電路返回主目錄

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二、抑制零點漂移的原理2、差模信號和共模信號定義差放的兩個輸入信號之差的一半為差模輸入信號，簡稱差模信號，用表示

2.8差動放大電路返回主目錄

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二、抑制零點漂移的原理2、差模信號和共模信號定義差放的兩個輸入信號的平均值為共模輸入信號，簡稱共模信號用表示

2.8差動放大電路返回主目錄

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二、抑制零點漂移的原理2、差模信號和共模信號特殊地，如果有:那么：所以只有差模信號輸入時，兩輸入電壓大小相等而相位相反，如圖所示。2.8差動放大電路返回主目錄

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二、抑制零點漂移的原理2、差模信號和共模信號特殊地，如果有:那么：所以只有共模信號輸入時，兩輸入電壓的小和相位均相同

，如圖所示。2.8差動放大電路返回主目錄

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3、差動放大電路的差模放大作用和共模抑制作用由于電路參數(shù)的對稱性起了相互補償?shù)淖饔茫种屏藴囟绕啤ｌo態(tài)時，即：

兩管的靜態(tài)工作點相同

故其雙端輸出電壓

而單端輸出電壓2.8差動放大電路返回主目錄

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3、差動放大電路的差模放大作用和共模抑制作用兩管電流增量大小相等、方向相反。兩個輸出端上的電壓增量也大小相等、方向相反。因此，雙端輸出的電壓增量是單端輸出電壓增量的兩倍。所以差動放大電路對差模信號具有放大作用。

（1）差模輸入2.8差動放大電路返回主目錄

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3、差動放大電路的差模放大作用和共模抑制作用

（1）差模輸入雙端輸入差模信號輸入為：

雙端出的差模輸出信號為：則差模電壓放大倍數(shù)為：

2.8差動放大電路返回主目錄

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3、差動放大電路的差模放大作用和共模抑制作用兩管基極電流和集電極電流增量大小相等、方向相同；兩個輸出端上的電壓增量也大小相等、方向相同因此，雙端輸出的電壓增量為零，即：（2）共模輸入2.8差動放大電路返回主目錄

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3、差動放大電路的差模放大作用和共模抑制作用

（2）共模輸入雙端輸入差模信號輸入為：

雙端出的差模輸出信號為：則共模電壓放大倍數(shù)為：

2.8差動放大電路返回主目錄

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3、差動放大電路的差模放大作用和共模抑制作用

（2）共模輸入在共模輸入信號作用下，如果在靜態(tài)時：電路的共模輸出電壓

也為0，所以：2.8差動放大電路返回主目錄

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3、差動放大電路的差模放大作用和共模抑制作用

（2）共模輸入對于差放而言，外界干擾或零漂，將同時作用于它的兩個輸入端，相當(dāng)于輸入了共模信號，那么上述干擾就將被抑制得很小。2.8差動放大電路返回主目錄

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3、差動放大電路的差模放大作用和共模抑制作用

（3）差動輸入

如果和是兩個既非共模又非差模的任意電壓信號，分別加在兩個輸入端和地之間，這樣的輸入方式叫差動輸入。2.8差動放大電路返回主目錄

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3、差動放大電路的差模放大作用和共模抑制作用

（3）差動輸入

共模抑制比是用來衡量一個差動放大電路有效地放大差模信號和抑制共模信號能力的參數(shù)或：其值越大，說明電路性能越好。理想情況下：2.8差動放大電路返回主目錄

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三、存在問題和解決方案

實際應(yīng)用中，許多電器都有接地要求，因此，信號需要從或的集電極與地之間輸出。在這種“單端輸出”情況下，電路不能利用兩半電路互相補償?shù)脑恚c單管共射放大電路一樣，電路對零點漂移毫無抑制能力。為了解決這個問題，可以借鑒工作點穩(wěn)定電路中采用過的方法，即在管子的發(fā)射極上接偏置電阻

2.8差動放大電路返回主目錄

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三、存在問題和解決方案

射極電阻越大,零點漂移也越小。但如果太大，射極電阻上的壓降也將增大，管子的動態(tài)工作范圍將隨之減小。為了解決這一問題，常采用雙電源供電。2.9集成運算放大器返回主目錄

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集成電路是相對于分立元件而言。采用半導(dǎo)體制造工藝將晶體管、二極管、電阻等元器件以及電路的連接導(dǎo)線都集中制作在一個芯片上，并封裝在一個管殼內(nèi)，構(gòu)成一個完整的不可分割的整體，實現(xiàn)材料、元件和電路的統(tǒng)一。集成電路具有元器件密度高、連線短、體積小、重量輕、功耗低、外部連線及焊點少、可靠性高等優(yōu)點，綜合性能大大高于分立元件電路。2.9集成運算放大器返回主目錄

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一、集成運算放大器的基本組成電路的結(jié)構(gòu)一般包括輸入級、中間放大級、輸出級和偏置電路四個部分2.9集成運算放大器返回主目錄

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二、集成運算放大器的特點1、各級之間都采用直接耦合。2、適于差動放大電路。3、較高阻值一般用恒流源代替。4、集成電路中的二極管多用晶體管的發(fā)射結(jié)來代替，也就是把三極管的基極和集電極短接而由發(fā)射結(jié)構(gòu)成二極管。2.9集成運算放大器返回主目錄

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三、集成運算放大器的主要參數(shù)1、開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)體現(xiàn)運放的放大能力。開環(huán)差模電壓增益越大越好。2、共模抑制比共模抑制比越大越好。

2.9集成運算放大器返回主目錄

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三、集成運算放大器的主要參數(shù)3、差模輸入電阻是在輸入差模信號時，運放的輸入電阻，差模輸入電阻越大，集成運放從信號源索取的電流越小。4、輸入失調(diào)電壓是指在無凋零電位器時，為使靜態(tài)輸出電壓為零而在輸入端應(yīng)加的補償電壓。2.9集成運算放大器返回主目錄

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三、集成運算放大器的主要參數(shù)即：5、輸入失調(diào)電壓的溫漂是指溫度變化時所產(chǎn)生的的失調(diào)電壓的變化的大小，它直接影響運放的精確度，一般為每攝氏度幾十微伏。2.9集成運算放大器返回主目錄

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四、理想集成運算放大器及其分析依據(jù)1、理想運放的電路符號國際流行符號

國際符號

2.9集成運算放大器返回主目錄

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四、理想集成運算放大器及其分析依據(jù)2、理想運放的參數(shù)(1)開環(huán)差模電壓增益：(2)差模輸入電阻：(3)共模抑制比：(4)輸出電阻：2.9集成運算放大器返回主目錄

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四、理想集成運算放大器及其分析依據(jù)3、虛短和虛斷的概念(1)虛短：兩輸入端的電位相等，即：即：(2)虛斷：兩輸入端的輸入電流為零

，即：因為：所以流入兩個輸入端的電流近似為0即：2.9集成運算放大器返回主目錄

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四、理想集成運算放大器及其分析依據(jù)4、分析運放電路的基本依據(jù)(1)工作在線性區(qū)虛短和虛斷是其分析依據(jù)(2)工作在非線性區(qū)即：虛短不成立，虛斷成立2.10互補對稱功率放大電路返回主目錄

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一、功率放大電路的概念和特點在實際的生產(chǎn)實踐中，常要求放大電路最后一級的輸出的信號能驅(qū)動或控制某些裝置，要求最后的輸出級能輸出一定的交流功率，這就不僅要求輸出較大的電壓，而且要輸出一定的電流。這種主要用于向負(fù)載提供一定交流功率的電路稱為功率放大電路。2.10互補對稱功率放大電路返回主目錄

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一、功率放大電路的概念和特點功率放大電路具有以下特點：1．安全地提供盡可能大的輸出功率；2．提供盡可能高的功率轉(zhuǎn)換效率；3．輸入正弦波時，希望輸出基本不失真，但允許范圍內(nèi)可以有一定的非線性失真。所以，功率、效率、失真是功率放大電路需要關(guān)心的主要問題。2.10互補對稱功率放大電路返回主目錄

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二、功率放大電路的分類1、甲類當(dāng)靜態(tài)工作點設(shè)置在交流負(fù)載線的中點時，在輸入正弦信號的一個周期中，晶體管都處于導(dǎo)通狀態(tài)，把晶體管的這種工作狀態(tài)叫做甲類工作狀態(tài)。2.10互補對稱功率放大電路返回主目錄

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二、功率放大電路的分類2、乙類靜態(tài)工作點設(shè)置在截止區(qū)內(nèi)負(fù)載線與橫軸交點上，晶體管只在輸入正弦信號的半個周期導(dǎo)通，而在另外半個周期截止，這種工作狀態(tài)叫做乙類工作狀態(tài)。

2.10互補對稱功率放大電路返回主目錄

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二、功率放大電路的分類3、甲乙類靜態(tài)工作點設(shè)置在放大區(qū)且接近截止區(qū)的位置，晶體管在輸入正弦信號的大半個周期導(dǎo)通，工作情況介于甲類和乙類之間，這種工作狀態(tài)叫做甲乙類工作狀態(tài)。

2.10互補對稱功率放大電路返回主目錄

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三、OCL乙類互補功率放大電路

如圖所示的乙類互補對稱功率放大電路中，在理想情況下，該電路的正負(fù)電源和電路結(jié)構(gòu)完全對稱，所以靜態(tài)時輸出端的電壓為零，不必采用耦合電容來隔直，因此叫做OCL（OutputCapacitorless

無輸出電容）電子技術(shù)

編者:電工課程組

中北大學(xué)電工電子教學(xué)中心電子技術(shù)課程多媒體課件3反饋及負(fù)反饋放大電路3.1

反饋的基本概念3.2

負(fù)反饋對放大電路性能的影響及負(fù)反饋的正確引入3.3

負(fù)反饋放大電路的分析計算3.4

負(fù)反饋放大電路的自激振蕩3反饋及負(fù)反饋放大電路一、基本內(nèi)容：1.反饋的概念與反饋的判斷；2.負(fù)反饋放大電路的組態(tài)；3.負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的計算；4.負(fù)反饋對放大電路性能的影響；5.負(fù)反饋放大電路引起正反饋問題的分析。3反饋及負(fù)反饋放大電路1.

通過學(xué)習(xí)，