1、第一講 緒論,一、電子技術(shù)的發(fā)展 二、模擬信號與模擬電路 三、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的特 點(diǎn)四、如何學(xué)習(xí)這門課程 五、課程的目的 六、考查方法,一、電子技術(shù)的發(fā)展,很大程度上反映在元器件的發(fā)展上 :, 1947年 1958年 1969年 1975年,貝爾實(shí)驗(yàn)室制成第一只晶體管 集成電路 大規(guī)模集成電路 超大規(guī)模集成電路,第一片集成電路只有4個晶體管，而1997年一片集成 電路中有40億個晶體管。有科學(xué)家預(yù)測，集成度還將按 10倍/6年的速度增長，到2015或2020年達(dá)到飽和。 學(xué)習(xí)電子技術(shù)方面的課程需時刻關(guān)注電子技術(shù)的發(fā)展！,1. 信號：是反映消息的物理量 如溫度、壓力、流量，自然界的聲音

2、信號等等， 因而信號是消息的表現(xiàn)形式。 信息需要借助于某些物理量（如聲、光、電） 的變化來表示和傳遞。 2. 電信號 由于非電的物理量很容易轉(zhuǎn)換成電信號，而且 電信號又容易傳送和控制，因此電信號成為應(yīng)用 最為廣泛的信號。 電信號是指隨時間而變化的電壓u或電流i ，記 作u=f(t) 或i=f(t) 。,二、模擬信號與模擬電路,二、模擬信號與模擬電路,3. 電子電路中信號的分類 模擬信號 對應(yīng)任意時間值t 均有確定的函數(shù)值u或i，并且u 或 i 的幅值是連續(xù)取值的，即在時間和數(shù)值上均具 有連續(xù)性,。, 數(shù)字信號 在時間和數(shù)值上均具有離散性，u或 i 的變化在 時間上不連續(xù)，總是發(fā)生在離散的瞬間；

3、且它們的 數(shù)值是一個最小量值的整數(shù)倍，當(dāng)其值小于最小量 值時信號將毫無意義。 大多數(shù)物理量所轉(zhuǎn)換成的信號均為模擬信號。,4. 模擬電路 模擬電路：對模擬量進(jìn)行處理的電路。 最基本的處理是對信號的放大。 放大：輸入為小信號，有源元件控制電源使負(fù)載獲 得大信號，并保持線性關(guān)系。 有源元件：能夠控制能量的元件。,二、模擬信號與模擬電路,二、模擬信號與模擬電路,5. “模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)” 課程的內(nèi)容 半導(dǎo)體器件。 處理模擬信號的電子電路及其相關(guān)的基本功能：各 種放大電路、運(yùn)算電路、濾波電路、信號發(fā)生電路、 電源電路等等。 模擬電路的分析方法。 不同的電子電路在電子系統(tǒng)中的作用。,三、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)

4、”課程的特點(diǎn),1、工程性 實(shí)際工程需要證明其可行性。 強(qiáng)調(diào)定性分析。 實(shí)際工程在滿足基本性能指標(biāo)的前提下總是容許存 在一定的誤差范圍的。 電子電路的定量分析稱為“估算”。 近似分析要“合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方面。 電子電路歸根結(jié)底是電路。 估算不同的參數(shù)需采用不同的模型，可用電路的 基本理論分析電子電路。,三、“模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)”課程的特點(diǎn),2. 實(shí)踐性 實(shí)用的模擬電子電路幾乎都需要進(jìn)行調(diào)試 才能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，因而要掌握以下方法： 常用電子儀器的使用方法 電子電路的測試方法 故障的判斷與排除方法 EDA軟件的應(yīng)用方法,四、如何學(xué)習(xí)這門課程,1. 掌握基本概念、基本電路和基本分析方法

5、 基本概念：概念是不變的，應(yīng)用是靈活的， “萬 變不離其宗”。 基本電路：構(gòu)成的原則是不變的，具體電路是多種 多樣的。 基本分析方法：不同類型的電路有不同的性能指標(biāo) 和描述方法，因而有不同的分析方法。 2. 學(xué)會辯證、全面地分析電子電路中的問題 根據(jù)需求，最適用的電路才是最好的電路。 要研究利弊關(guān)系，通?！坝幸焕赜幸槐住薄?3. 注意電路中常用定理在電子電路中的應(yīng)用,五、課程的目的,本課程通過對常用電子元器件、模擬電路及其系統(tǒng)的 分析和設(shè)計的學(xué)習(xí)，使學(xué)生獲得模擬電子技術(shù)方面的基 礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論和基本技能，為深入學(xué)習(xí)電子技術(shù)及 其在專業(yè)中的應(yīng)用打下基礎(chǔ)。 1. 掌握基本概念、基本電路、基本分

6、析方法和基本實(shí)驗(yàn) 技能。 2. 具有能夠繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和接受電子技術(shù)新發(fā)展的能力， 以及將所學(xué)知識用于本專業(yè)的能力。 建立起系統(tǒng)的觀念、工程的觀念、科技進(jìn)步的觀念和 創(chuàng)新意識。,六、考查方法,1. 會看：定性分析 考查分析問題的能力,2. 會算：定量計算 3. 會選：電路形式、器件、參數(shù) 考查解決問題的能力設(shè)計能力 4. 會調(diào)：儀器選用、測試方法、故障診斷、EDA 考查解決問題的能力實(shí)踐能力,綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力,第二講 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識,一、本征半導(dǎo)體 二、雜質(zhì)半導(dǎo)體 三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?四、PN結(jié)的電容效應(yīng),一、本征半導(dǎo)體,1、什么是半導(dǎo)體？什么是本征半導(dǎo)體？ 導(dǎo)電性介于導(dǎo)體與絕

7、緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。 導(dǎo)體鐵、鋁、銅等金屬元素等低價元素，其最外層電 子在外電場作用下很容易產(chǎn)生定向移動，形成電流。 絕緣體惰性氣體、橡膠等，其原子的最外層電子受原 子核的束縛力很強(qiáng)，只有在外電場強(qiáng)到一定程度時才可能導(dǎo) 電。 半導(dǎo)體硅（Si）、鍺（Ge），均為四價元素，它們原 子的最外層電子受原子核的束縛力介于導(dǎo)體與絕緣體之間。 本征半導(dǎo)體是純凈的晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體。,無雜質(zhì),穩(wěn)定的結(jié)構(gòu),1、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu),由于熱運(yùn)動，具有足夠能量 的價電子掙脫共價鍵的束縛 而成為自由電子,自由電子的產(chǎn)生使共價鍵中 留有一個空位置，稱為空穴,自由電子與空穴相碰同時消失，稱為復(fù)合。 一定溫度下，自由電子與

8、空穴對的濃度一定；溫度升高， 熱運(yùn)動加劇，掙脫共價鍵的電子增多，自由電子與空穴對 的濃度加大。,共價鍵,載流子,運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。 外加電場時，帶負(fù)電的自由電 子和帶正電的空穴均參與導(dǎo)電， 且運(yùn)動方向相反。由于載流子數(shù) 目很少，故導(dǎo)電性很差。 溫度升高，熱運(yùn)動加劇，載流 子濃度增大，導(dǎo)電性增強(qiáng)。 熱力學(xué)溫度0K時不導(dǎo)電。,為什么要將半導(dǎo)體變成導(dǎo)電性很差的本征半導(dǎo)體？,2、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子,二、雜質(zhì)半導(dǎo)體,1. N型半導(dǎo)體, 5,磷（P）,空穴比未加雜質(zhì)時的數(shù)目 多了？少了？為什么？ 雜質(zhì)半導(dǎo)體主要靠多數(shù)載 流子導(dǎo)電。摻入雜質(zhì)越多， 多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)， 實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性可控。,

9、多數(shù)載流子,2. P型半導(dǎo)體, 3,硼（B）,多數(shù)載流子,P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電， 摻入雜質(zhì)越多，空穴濃度越高， 導(dǎo)電性越強(qiáng)，,在雜質(zhì)半導(dǎo)體中，溫度變化時， 載流子的數(shù)目變化嗎？少子與多 子變化的數(shù)目相同嗎？少子與多 子濃度的變化相同嗎？,三、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦?物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動稱為擴(kuò)散運(yùn)動。氣 體、液體、固體均有之。,擴(kuò)散運(yùn)動,P區(qū)空穴 濃度遠(yuǎn)高 于N區(qū)。,N區(qū)自由電 子濃度遠(yuǎn)高 于P區(qū)。,擴(kuò)散運(yùn)動使靠近接觸面P區(qū)的空穴濃度降低、靠近接觸面 N區(qū)的自由電子濃度降低，產(chǎn)生內(nèi)電場，不利于擴(kuò)散運(yùn)動的繼 續(xù)進(jìn)行。,PN結(jié)的形成 由于擴(kuò)散運(yùn)動使P區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成

10、內(nèi)電場，從而阻止擴(kuò)散運(yùn)動的進(jìn)行。內(nèi)電場使空穴從N區(qū)向P 區(qū)、自由電子從P區(qū)向N 區(qū)運(yùn)動。,因電場作用所產(chǎn)生 的運(yùn)動稱為漂移運(yùn)動。,參與擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動的載流子數(shù)目相同， 達(dá)到動態(tài)平衡，就形成了PN結(jié)。,漂移運(yùn)動,PN結(jié)加正向電壓導(dǎo)通： 耗盡層變窄，擴(kuò)散運(yùn)動加 劇，由于外電源的作用，形 成擴(kuò)散電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通 狀態(tài)。,PN結(jié)加反向電壓截止：,耗盡層變寬，阻止擴(kuò)散運(yùn)動，,有利于漂移運(yùn)動，形成漂移電 流。由于電流很小，故可近似 認(rèn)為其截止。,PN結(jié)的單向?qū)щ娦?四、PN結(jié)的電容效應(yīng),1. 勢壘電容 PN結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將發(fā)生 變化，有電荷的積累和釋放的過程，與電容的充放 電相

11、同，其等效電容稱為勢壘電容Cb。 2. 擴(kuò)散電容 PN結(jié)外加的正向電壓變化時，在擴(kuò)散路程中載 流子的濃度及其梯度均有變化，也有電荷的積累和 釋放的過程，其等效電容稱為擴(kuò)散電容Cd。,Cj Cb Cd,結(jié)電容：,結(jié)電容不是常量！若PN結(jié)外加電壓頻率高到一定 程度，則失去單向?qū)щ娦裕?第三講 半導(dǎo)體二極管,一、二極管的組成 二、二極管的伏安特性及電流方程 三、二極管的等效電路 四、二極管的主要參數(shù) 五、穩(wěn)壓二極管,一、二極管的組成,將PN結(jié)封裝，引出兩個電極，就構(gòu)成了二極管。,點(diǎn)接觸型： 結(jié)面積小，結(jié)電容小 故結(jié)允許的電流小 最高工作頻率高,面接觸型： 結(jié)面積大，結(jié)電容大 故結(jié)允許的電流大 最高工

12、作頻率低,平面型： 結(jié)面積可小、可大 小的工作頻率高 大的結(jié)允許的電流大,二、二極管的伏安特性及電流方程 二極管的電流與其端電壓的關(guān)系稱為伏安特性,i f (u),開啟 電壓,反向飽,和電流,擊穿 電壓,1) (常溫下UT 26mV),i IS (e,u U T,溫度的 電壓當(dāng)量,從二極管的伏安特性可以反映出：,1. 單向?qū)щ娦?若反向電壓 u UT，則i IS。,若正向電壓u UT，則i ISe,U T,u,i I (eU T 1),S,u,2. 伏安特性受溫度影響,T（）在電流不變情況下管壓降u 反向飽和電流IS，U(BR) T（）正向特性左移，反向特性下移,正向特性為 指數(shù)曲線,反向特性

13、為橫軸的平行線,三、二極管的等效電路,1. 將伏安特性折線化,理想 二極管,近似分析 中最常用,理想開關(guān) 導(dǎo)通時 UD0 截止時IS0,導(dǎo)通時U U,D,on,截止時IS0,導(dǎo)通時i與u成 線性關(guān)系,應(yīng)根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！,三、二極管的等效電路,D, UT,D,根據(jù)電流方程，r uD,d,I,i,Q越高，r 越小。,d,2. 微變等效電路 當(dāng)二極管在靜態(tài)基礎(chǔ)上有一動態(tài)信號作用時，則可將二極 管等效為一個電阻，稱為動態(tài)電阻，也就是微變等效電路。,ui=0時直流電源作用,小信號作用,靜態(tài)電流,四、二極管的主要參數(shù), 最大整流電流IF：最大平均值 最大反向工作電壓UR：最大瞬時值 反向電

14、流 IR：即IS 最高工作頻率fM：因PN結(jié)有電容效應(yīng) 結(jié)電容為擴(kuò)散電容（Cd）與勢壘電容（Cb）之和。,擴(kuò)散路程中 電荷的積累 與釋放,空間電荷區(qū) 寬窄的變化 有電荷的積 累與釋放,五、穩(wěn)壓二極管,1. 伏安特性 由一個PN結(jié)組 成，反向擊穿后 在一定的電流范 圍內(nèi)端電壓基本 不變，為穩(wěn)定電 壓。 2. 主要參數(shù) 穩(wěn)定電壓UZ、穩(wěn)定電流IZ 最大功耗PZM IZM UZ,進(jìn)入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流,不至于損壞的最大電流,動態(tài)電阻rzUZ /IZ,討論一,判斷電路中二極管的工作狀態(tài)，求解輸出電壓。,判斷二極管工作狀態(tài)的方法？,31,討論二,1. V2V、5V、10V時二極管中,的直流電流各為多少？

15、2. 若輸入電壓的有效值為5mV， 則上述各種情況下二極管中的交,流電流各為多少？,V 較小時應(yīng)實(shí)測伏安 特性，用圖解法求ID。,Q,ID,V5V時，, (5 0.7 )A 21.5mA 200, D R,D,V U,I,V=10V時，ID, V ( 10 )A 50mA R 200,DQ,T,D,D,rd i I,u U,uD=V-iR,討論二,V2V，ID2.6mA,d,r uD UT Ui,d,D DQ,d,r,，I,i I, ( 5 )mA 0.5mA 10,r ( 26 ) 10，I,2.6,d,d,V5V，ID 21.5mA, ( 5 )mA 4.1mA 1.21,r ( 26 )

16、 1.21，I,21.5,d,d,V10V，ID 50mA, ( 5 )mA 9.6mA 0.52,r ( 26) 0.52，I,50,d,d,在伏安特性上，Q點(diǎn)越高，二極管的動態(tài)電阻越??！,第四講 晶體三極管,一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號 二、晶體管的放大原理 三、晶體管的共射輸入特性和輸出特性 四、溫度對晶體管特性的影響 五、主要參數(shù),一、晶體管的結(jié)構(gòu)和符號,多子濃度高,多子濃度很,低，且很薄,面積大,晶體管有三個極、三個區(qū)、兩個PN結(jié)。,小功率管,中功率管,大功率管,為什么有孔？,二、晶體管的放大原理,uCB 0，即uCE,放大的條件,u U （發(fā)射結(jié)正偏）, uB（E,集電結(jié)反偏）,BE o

17、n,擴(kuò)散運(yùn)動形成發(fā)射極電流IE，復(fù)合運(yùn)動形成基極 電流IB，漂移運(yùn)動形成集電極電流IC。,少數(shù)載 流子的 運(yùn)動,因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量 電子從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū),因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少 數(shù)擴(kuò)散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合,因集電區(qū)面積大，在外電場作用下大 部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū),基區(qū)空穴 的擴(kuò)散, 電流分配：,IEIBIC,IE擴(kuò)散運(yùn)動形成的電流 IB復(fù)合運(yùn)動形成的電流 IC漂移運(yùn)動形成的電流, (1 )ICBO,ICEO, IC iC IB iB,穿透電流,集電結(jié)反向電流,直流電流 放大系數(shù),交流電流放大系數(shù),為什么基極開路集電極回 路會有穿透電流？,三、晶體管的共射輸入特性和輸出

18、特性,CE,iB f (uBE ) U,為什么UCE增大曲線右移？,對于小功率晶體管，UCE大于1V的一條輸入特性曲線 可以取代UCE大于1V的所有輸入特性曲線。,為什么像PN結(jié)的伏安特性？,為什么UCE增大到一定值曲 線右移就不明顯了？,1. 輸入特性,2. 輸出特性,B,iC f (uCE ) I,是常數(shù)嗎？什么是理想晶體管？什么情況下, ?,對應(yīng)于一個IB就有一條iC隨uCE變化的曲線。,為什么uCE較小時iC隨uCE變 化很大？為什么進(jìn)入放大狀態(tài) 曲線幾乎是橫軸的平行線？,飽和區(qū),放大區(qū),截止區(qū),iB,iC,U CE 常量,i, iC,B,晶體管的三個工作區(qū)域,晶體管工作在放大狀態(tài)時，

19、輸出回路的電流 iC幾乎僅僅 決定于輸入回路的電流 iB，即可將輸出回路等效為電流 iB 控制的電流源iC 。,四、溫度對晶體管特性的影響,T () ICEO uBE不變時iB ，即iB不變時uBE ,五、主要參數(shù), 直流參數(shù)： 、 、ICBO、 ICEO,c-e間擊穿電壓,最大集電 極電流,最大集電極耗散功 率，PCMiCuCE,安全工作區(qū), 交流參數(shù)：、fT（使1的信號頻率） 極限參數(shù)：ICM、PCM、U（BR）CEO, IC IE,i 1 , iC ,E,討論一 通過uBE是否大于Uon判斷管 子是否導(dǎo)通。,1. 分別分析uI=0V、5V時T是工作在截止?fàn)顟B(tài)還是導(dǎo)通狀態(tài)； 2. 已知T導(dǎo)

20、通時的UBE0.7V，若uI=5V，則在什么范圍內(nèi)T 處于放大狀態(tài)?在什么范圍內(nèi)T處于飽和狀態(tài)？, (5 0.7 )mA 43A,100,Rb VCC, uI U BE,B,i, (12)mA 2.4mA,5,Rc,Cmax,i, 56,iB,臨界飽和時的 iCmax,討論二,由圖示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、。, iCuCE,PCM,2.7,iC,U CE,B, C i,i,uCE=1V時的iC就是ICM,U（BR）CEO,第五講 基本共射放大電路的 工作原理,一、放大的概念與放大電路的性能指標(biāo) 二、基本共射放大電路的組成及各元件的作用 三、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性 四、基本

21、共射放大電路的工作原理 五、放大電路的組成原則,一、放大的概念及放大電路的性能指標(biāo),1. 放大的概念,放大的對象：變化量 放大的本質(zhì)：能量的控制 放大的特征：功率放大,放大的基本要求：不失真，放大的前提,判斷電路能否放 大的基本出發(fā)點(diǎn),2. 性能指標(biāo),Ui, Uo, A,A,u,uu,i i,o,I I, A I,A,i,ii, U o,A,ui,i,o,U, I,A,iu,1) 放大倍數(shù)：輸出量與輸入量之比,電壓放大倍數(shù)是最常被研究和測試的參數(shù),信號源,信號源 內(nèi)阻,輸入電壓,輸出電壓,輸入電流,輸出電流,任何放大電路均可看成為二端口網(wǎng)絡(luò)。,2)輸入電阻和輸出電阻,i,R Ui,i,I,L,

22、o, o,o RL,o,o,o, ( 1)R,U,U,U,U U,R ,將輸出等效 成有內(nèi)阻的電 壓源，內(nèi)阻就 是輸出電阻。,空載時輸出,電壓有效值,帶RL時的輸出電,壓有效值,輸入電壓與 輸入電流有 效值之比。,從輸入端看進(jìn)去的 等效電阻,3)通頻帶,4)最大不失真輸出電壓Uom：交流有效值。,衡量放大電路對不同頻率信號的適應(yīng)能力。 由于電容、電感及半導(dǎo)體器件PN結(jié)的電容效應(yīng)，使放大電 路在信號頻率較低和較高時電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產(chǎn)生相 移。,下限頻率,上限頻率, fH fL,fbw,二、基本共射放大電路的組成及各元件的作用,VBB、Rb：使UBE Uon，且有 合適的IB。 VCC：使

23、UCEUon，同時作為負(fù) 載的能源。 Rc：將iC轉(zhuǎn)換成uCE(uo) 。, uCE (uo ),動態(tài)信號作用時：ui ib ic iR,c,輸入電壓ui為零時，晶體管各極的電流、b-e間的電 壓、管壓降稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q，記作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。,三、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性,輸出電壓必然失真！ 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，首先要解決失真問題，但Q點(diǎn) 幾乎影響著所有的動態(tài)參數(shù)！,為什么放大的對象是動態(tài)信號，卻要晶體管在信號為零 時有合適的直流電流和極間電壓？,四、基本共射放大電路的工作原理,t,uCE VCC,UCEQ,O,t,uCE VCC UCEQ,O,飽和失真,截

24、止失真,底部失真,頂部失真,動態(tài)信號 馱載在靜 態(tài)之上,輸出和輸入反相！,要想不失真，就要 在信號的整個周期內(nèi) 保證晶體管始終工作 在放大區(qū)！,波形分析,五、放大電路的組成原則, 靜態(tài)工作點(diǎn)合適：合適的直流電源、合適的電 路參數(shù)。 動態(tài)信號能夠作用于晶體管的輸入回路，在負(fù) 載上能夠獲得放大了的動態(tài)信號。 對實(shí)用放大電路的要求：共地、直流電源種類 盡可能少、負(fù)載上無直流分量。,兩種實(shí)用放大電路 直接耦合放大電路,問題： 1. 兩種電源,2. 信號源與放大電路不“共地”,將兩個電源 合二為一,共地，且要使信號 馱載在靜態(tài)之上,靜態(tài)時，U U,Rb1,BEQ,動態(tài)時，b-e間電壓是uI與 Rb1上的

25、電壓之和。,兩種實(shí)用放大電路 阻容耦合放大電路,耦合電容的容量應(yīng)足夠 大，即對于交流信號近似 為短路。其作用是“隔離 直流、通過交流”。,靜態(tài)時，C1、C2上電壓？,UC1 U BEQ，UC2 UCEQ,動態(tài)時， uBEuIUBEQ，信號馱載在靜態(tài)之上。 負(fù)載上只有交流信號。,C1、C2為耦合電容！, UCEQ UBEQ,討論,1. 用NPN型晶體管組成一個在本節(jié)課中未見過,的共射放大電路。,2. 用PNP型晶體管組成一個共射放大電路。,照葫蘆畫瓢！,第六講 放大電路的分析方法,一、放大電路的直流通路和交流通路 二、圖解法 三、等效電路法,一、放大電路的直流通路和交流通路,通常，放大電路中直流

26、電源的作用和交流信號的 作用共存，這使得電路的分析復(fù)雜化。為簡化分析， 將它們分開作用，引入直流通路和交流通路的概念。 1. 直流通路： Us=0，保留Rs；電容開路； 電感相當(dāng)于短路（線圈電阻近似為0）。 2. 交流通路：大容量電容相當(dāng)于短路； 直流電源相當(dāng)于短路（內(nèi)阻為0）。,UCEQ VCC ICQ Rc,Rb IBQ,ICQ,V U BB BEQ,BQ,I,VBB越大， UBEQ取不同的 值所引起的IBQ 的誤差越小。,基本共射放大電路的直流通路和交流通路,列晶體管輸入、輸出回路方程，將UBEQ作為已知條件， 令I(lǐng)CQIBQ，可估算出靜態(tài)工作點(diǎn)。,V U CC BEQ Rb IBQ V

27、CC ICQ Rc,UCEQ,ICQ,BQ,I,當(dāng)VCCUBEQ時，IBQ,b,VCC, R,已知：VCC12V， Rb600k，,Rc3k ， 100。 ？, Q,直流通路,阻容耦合單管共射放大電路的直流通路和交流通路,討論一,畫出圖示電路的直流通路和交流通路。,將uS短路，即為直流通路。,二、圖解法,應(yīng)實(shí)測特性曲線,1. 靜態(tài)分析：圖解二元方程, VBB iB Rb,uBE, VCC iC Rc,uCE,輸入回路 負(fù)載線,Q IBQ,UBEQ,Q,IBQ,I,CQ,UCEQ,負(fù)載線,2. 電壓放大倍數(shù)的分析,uO與uI反相，Au符號為“”。,給定u i i u (u ) A,u,u, uO

28、,I,I B C CE O, VBB uI iB Rb,uBE,uI,IB IBQ iB iC,uCE,斜率不變,3. 失真分析, 截止失真,消除方法：增大VBB，即向上平移輸入回路負(fù)載線。,t,截止失真是在輸入回路首先產(chǎn)生失真！,Q,減小Rb能消除截止失真嗎？,飽和失真,飽和失真產(chǎn)生于晶體管的輸出回路！,消除飽和失真的方法, 消除方法：增大Rb，減小VBB，減小Rc，減小，增大VCC。 最大不失真輸出電壓Uom ：比較UCEQ與（ VCC UCEQ ）， 取其小者，除以 2 。,Q,Q,Rb或 或 VBB ,Rc或VCC,這可不是 好辦法！,4、圖解法的特點(diǎn), 形象直觀； 適應(yīng)于Q點(diǎn)分析、失

29、真分析、最大不失真輸出 電壓的分析； 能夠用于大信號分析； 不易準(zhǔn)確求解； 不能求解輸入電阻、輸出電阻、頻帶等參數(shù)。,直流負(fù)載線和交流負(fù)載線,Uom=?Q點(diǎn)在什么位置Uom最大？,交流負(fù)載線應(yīng)過Q點(diǎn)，且 斜率決定于（RcRL）,B,R,I,CQ L,討論二,1. 在什么參數(shù)、如何變化時Q1 Q2 Q3 Q4？,2. 從輸出電壓上看，哪個Q點(diǎn)下最易產(chǎn)生截止失真？哪 個Q點(diǎn)下最易產(chǎn)生飽和失真？哪個Q點(diǎn)下Uom最大？ 3. 設(shè)計放大電路時，應(yīng)根據(jù)什么選擇VCC？,討論三,0.7V。 1. 在空載情況下，當(dāng)輸 入信號增大時，電路首先出 現(xiàn)飽和失真還是截止失真？ 若帶負(fù)載的情況下呢？ 2. 空載和帶載兩

30、種情況下Uom分別為多少？ 3. 在圖示電路中，有無可能在空載時輸出電壓失真，而 帶上負(fù)載后這種失真消除？,已知ICQ2mA，UCES,三、等效電路法,的分析復(fù)雜化。 性器件的特性。, VCC ICQ Rc,UCEQ,Rb IBQ,ICQ, 半導(dǎo)體器件的非線性特性使放大電路 利用線性元件建立模型，來描述非線 1. 直流模型：適于Q點(diǎn)的分析,V U BB BEQ,BQ,I,輸入回路等效為 恒壓源,輸出回路等效為電流控制的電流源,理想二極管,利用估算法求解靜態(tài)工作點(diǎn)，實(shí)質(zhì)上利用了直流模型。,2. 晶體管的h參數(shù)等效模型（交流等效模型）, 在交流通路中可將晶體管看成 為一個二端口網(wǎng)絡(luò)，輸入回路、 輸

31、出回路各為一個端口。,iC,uBE, f (iB，uCE ), f (iB，uCE ),在低頻、小信號作用下的關(guān)系式,di, ,d, u,u,iC,i, iC,uCE, uBE uBE,iB,CE,CE,B,B,C,CE,B,BE,du,di,du,di,I B,U CE,I B,U CE, I h I h U, c, h I h,22 ce,21 b,12 ce,11 b,be,U,U,交流等效模型（按式子畫模型）,電阻,無量綱,無量綱,電導(dǎo),h參數(shù)的物理意義,rbe,B, uBE,11,U CE,i,h,I B,CE, uBE,12,u,h, ,i, iC,U CE,B,21,h,CE c

32、e, C,22,1,iB,r,u,i,h,b-e間的 動態(tài)電阻,內(nèi)反饋 系數(shù),電流放大系數(shù),c-e間的電導(dǎo),分清主次，合理近似！什么情況下h12和h22的作用可忽略不計？,簡化的h參數(shù)等效電路交流等效模型,IEQ,UT, rbb (1 ), rbb rbe,Ib,U be,rbe,查閱手冊,基區(qū)體電阻,發(fā)射結(jié)電阻,發(fā)射區(qū)體電阻 數(shù)值小可忽略,利用PN結(jié)的電流方程可求得,由IEQ算出,在輸入特性曲線上，Q點(diǎn)越高，rbe越??！,3. 放大電路的動態(tài)分析,Ui I (R r ) I (R r ) i b be b b be,Uo Ic Rc,Rb rbe, Rc,U i, Uo,A,u, , Rb

33、rbe,Ii,Ui,Ri ,Ro Rc,放大電路的 交流等效電路,阻容耦合共射放大電路的動態(tài)分析,be, R,L,b be,c c L,i,o, I (R R ),r,I r,U U,A ,u, ,Ri Rb rbe rbe,A u,Aus,Rs Ri,Ri,Us Us Ui, U o Ui U o , ,Ro Rc,討論四：基本共射放大電路的靜態(tài)分析,Q,IBQ35A,UBEQ0.65V,rbb 200, 80,UCEQ VCC ICQ Rc 3.8V, IBQ 2.8mA,ICQ,為什么用 圖解法求解 IBQ和UBEQ？,討論四：基本共射放大電路的動態(tài)分析,Ri Rb rbe 11k Ro

34、 Rc 3k, (Rc RL ) 11,Rb rbe,A,u, 952,r r (1 ) UT,EQ,be bb,I,討論五：阻容耦合共射放大電路的靜態(tài)分析,UCEQ VCC ICQ Rc 7.2V 80，rbe 1k, IBQ 1.6mA, 20A,ICQ,Rb,V U CC BEQ,BQ,I,為什么可 忽略？,討論五：阻容耦合共射放大電路的動態(tài)分析, 80，rbe 1k,Ri Rb rbe 1k Ro Rc 3k,Ri (Rc RL ) 60,Rs Ri, U o Ui U o , (Rc RL ) 120,rbe,U U U s s i,us,rbe,A,A,u,第七講 靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

35、,一、溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響 二、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的典型電路 三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法,一、溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響,所謂Q點(diǎn)穩(wěn)定，是指ICQ和UCEQ在溫度變化時基本不變， 這是靠IBQ的變化得來的。,T（ ）ICQ,Q,ICEO 若UCEQ不變IBQ 若溫度升高時要Q回到Q， 則只有減小IBQ,Q,二、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的典型電路,1. 電路組成,直流通路？,Ce為旁路電容，在交流 通路中可視為短路,VCC,Rb1 Rb2,Rb1,U BQ,e,U U BQ BEQ,EQ,R,I,2. 穩(wěn)定原理,為了穩(wěn)定Q點(diǎn)，通常I1 IB，即 I1 I2；因此,基本不隨溫度變化。,設(shè)UBEQ UBEUBE，若U

36、BEQ UBEfL時放大 倍數(shù)約為1,（2）低通電路:,信號頻率越低，輸出電壓越接近輸入電壓。 . I . Ui,. Uo 0，U 滯后U 90。 o i,U 滯后U ，當(dāng) f 時；U o i o,1 jRC,1 R jC, jC 1,U i, Uo,A,u,1,（2）低通電路：頻率響應(yīng),H,令fH , 1 j f f,1,1 2RC,，則A,u,fH, U 1 jRC,U o,A,u,1,i, arctan( f fH ), Au , ,1 ( f f,)2,1,H,低頻段放大倍數(shù)表達(dá)式的特點(diǎn)？上限截止頻率的特征？,ffH時放大 倍數(shù)約為1,（3）幾個結(jié)論,1 jf fL,jf fL, 電路

37、低頻段的放大倍數(shù)需乘因子, 當(dāng) f=fL時放大倍數(shù)幅值約降到0.707倍，相角超前45； 當(dāng) f=fH時放大倍數(shù)幅值也約降到0.707倍，相角滯后45。 截止頻率決定于電容所在回路的時間常數(shù),fL(H) 2,1,電路高頻段的放大倍數(shù)需乘因子,1 jf fL,1, 頻率響應(yīng)有幅頻特性和相頻特性兩條曲線。,二、放大電路的頻率參數(shù), 在低頻段，隨著信號頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電 容等的容抗增大，使動態(tài)信號損失，放大能力下降。 在高頻段，隨著信號頻率逐漸升高，晶體管極間電容和 分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動態(tài)信號 損失，放大能力下降。,高通 電路,低通 電路,下限頻率,上限頻率, f

38、H fL,fbw,三、晶體管的高頻等效電路,1. 混合模型：形狀像，參數(shù)量綱各不相同 結(jié)構(gòu)：由體電阻、結(jié)電阻、結(jié)電容組成。,rbb：基區(qū)體電阻 rbe：發(fā)射結(jié)電阻 C：發(fā)射結(jié)電容 re：發(fā)射區(qū)體電阻 rbc：集電結(jié)電阻 C：集電結(jié)電容 rc：集電區(qū)體電阻,因多子濃 度高而阻 值小,因面積大 而阻值小,混合模型：忽略小電阻，考慮集電極電流的受控關(guān)系,gm為跨導(dǎo)，它不隨信號頻率 的變化而變。 為什么引入?yún)?shù)gm？,因在放大區(qū)iC幾乎僅 決定于iB而阻值大,因在放大區(qū)承受反 向電壓而阻值大,混合模型：忽略大電阻的分流,C連接了輸入回路 和輸出回路，引入 了反饋，信號傳遞 有兩個方向，使電 路的分析復(fù)

39、雜化。,混合模型的單向化（即使信號單向傳遞）,R,m L,XC,U be,XC,U U be ce,IC, (1 k ),k g,R,m L,XC,C,U be,C , 1 g,X I, (1 g R )C,m L,C ,同理可得，C , k 1 C k,等效變換后電流不變,晶體管簡化的高頻等效電路, C C ,C ,IEQ,r (1 ) UT,be 0,rbb、C可從手冊查得,UT,I EQ,rbe, 0,m,0 b gmU be gm Ib rbe,g, I, , 如何得到模型中的參數(shù)？,為什么不考慮 C ？,？,2. 電流放大倍數(shù)的頻率響應(yīng),UCE,b,Ic,I, , 0，所以 C C

40、C,m L,因?yàn)閗 g R, 1 2 rbe (C C ),1 j f, C ), 1 j (C,0,rbe,be,gmU be,f,f,U, ,為什么短路？,電流放大倍數(shù)的頻率特性曲線, tg1 , , 0 , ,1 (,1 j f f,f f,f f,0,)2, 0， -90, 0；f 時，,f f 時， , 0.7070 ， -45；,f f 時，, 0；,f f 時，,2 f,0,f,o,電流放大倍數(shù)的波特圖:,采用對數(shù)坐標(biāo)系,5.71,采用對數(shù)坐標(biāo)系，橫軸為lg f，可開闊視野；縱軸為20 lg ， 單位為“分貝” （dB），使得 “ ” “ ” 。,lg f,折線化近似畫法 20

41、lg 2 3dB,注意折線化曲線的誤差,20dB/十倍頻,3. 晶體管的頻率參數(shù),使 1時的頻率為f T,fT f 0 f,2 rbe ( C C ),f ,1 j f f, 0,1,(C )。,f、f、fT、Cob,共射截 止頻率,共基截 止頻率,特征 頻率,集電結(jié)電容,通過以上分析得出的結(jié)論：, 低頻段和高頻段放大倍數(shù)的表達(dá)式； 截止頻率與時間常數(shù)的關(guān)系； 波特圖及其折線畫法； C的求法。,手冊 查得,四、場效應(yīng)管的高頻等效電路,可與晶體管高頻等效電流類比，簡化、單向化變換。,很大，可忽略其電流,單向化變換,dg, C (1 g R )C,m L,gs,C ,gs,忽略d-s間等效電容,討

42、論一,1. 若干個放大電路的放大倍數(shù)分別為1、10、102、,103、104、105，它們的增益分別為多少？ 2. 為什么波特圖開闊了視野？同樣長度的橫軸，在 單位長度不變的情況下，采用對數(shù)坐標(biāo)后，最高頻 率是原來的多少倍？ f lg f,討論二,電路如圖。已知各電阻阻,值；靜態(tài)工作點(diǎn)合適，集電 極電流ICQ2mA；晶體管的 rbb=200，Cob=5pF， f=1MHz。 試求解該電路中晶體管高 頻等效模型中的各個參數(shù)。,討論二,ICQ gm、rbe, , ob m c L,C ( C ),、g 、R 、R C,f、C ( Cob )、rbe C, , , C,C C,第十五講 放大電路的頻

43、率響應(yīng),一、單管共射放大電路的頻率響應(yīng) 二、多級放大電路的頻率響應(yīng),一、單管共射放大電路的頻率響應(yīng),適用于信號頻率從0的 交流等效電路,中頻段：C 短路， C 開路。, 低頻段：考慮C 的影響，, ,C,開路。,高頻段：考慮 C 的影響，C 開路。,1. 中頻電壓放大倍數(shù),U U U s i be, U be U o, Ui,U s, U o,usm,A,gm (Rc RL ),rbe,rbe,Rs Ri,Ri,帶負(fù)載時： Ausm , ( gm Rc ),rbe,rbe,Rs Ri,Ri,Ausmo,空載時：,2. 低頻電壓放大倍數(shù):定性分析,0,. Uo,. Uo,. Io, 0，U 超前

44、U 90。 o oo,U 超前U ，當(dāng) f 0 時，U o oo o, (gm Rc ),rbe,rbe,RsRi,Ri,Ausmo,. Au,. Ui,Uoo,.,. Uo,C,RL,Us,R s,2. 低頻電壓放大倍數(shù)：定量分析,1 jC,L,c,RL,usmo,oo, U oo U o,s,s, U o,usl,R,R , A ,U U U,A,1 1 j(Rc RL )C,A usm,Rc RL,Rc RL,R 1 R,jC,RL, A ,A,usmo,usl,L,c, (gm Rc ),rbe,rbe,RsRi,Ri,. A Uo usmo, 1 2(Rc RL ),(jf ),1

45、fL,L,A usm,usl,f,A,C所在回路的時間常數(shù)？,. Au,. Ui,Uoo,.,C,RL,Us,R s,2. 低頻電壓放大倍數(shù)：低頻段頻率響應(yīng)分析, -180 (90 arctan ,20 lg Ausl ,1 (,20 lg, 20 lg Ausm,),L )2,1,f fL,f,f,2 (Rc RL )C,f ,1 jf f,( jf f ),A,A,usm,usl,1,L,L,L,f fL時，20 lg Aus 下降3dB， -135,fL ),f f 時，20 lg A 20 lg( A,us usm,L f 0 時，A 0， 90。 us,f, 20 lg A usm,

46、f fL時，20 lg Aus,中頻段,20dB/十倍頻,3. 高頻電壓放大倍數(shù)：定性分析,0,. UC,Is . ,Us,滯后U (90)。,當(dāng) f 時，U 0,滯后U ，,s,U ,s,U ,C,C,C,(rbb Rb Rs ),be,s i be,s i be i be ，R r,s s i,U ,R R r,R r,U U U,U U,. A,u,U,o,.,RL,Us,R b,e,R rbe (rbb Rb Rs ),3. 高頻電壓放大倍數(shù)：定量分析,2 r (r R R ),1 1,2 RC ,1 j,C ,be bb b s ,fH ,f fH,A usm,s,U o,ush,

47、U,A, (g R ),j C ,1,j C,1,m L, ,be,rbe,Rs Ri r,Ri,C,U o,U ,s,U C,s, s,s,U o,ush,R ,U,U U,U,A , , ,3. 高頻電壓放大倍數(shù)：高頻段頻率響應(yīng)分析,fH 2 r (r R R )C bb b s ,1,1 j,be,f fH,A usm,s, Uo,ush,U,A,f fH時，20 lg Aush 下降3dB， -225, -180 - arctan f,20 lg A, 20 lg 1 (, 20 lg A,fH,)2,fH,um,ush,f,f fH時，f 每增大10倍，20 lg Aush 下降20

48、dB, 0， -270。,f 時，A ush,f fH時，20 lg Aush, 20 lg A usm,4. 電壓放大倍數(shù)的波特圖,)(1 j f ) fH,j f,(1,(1 j f )(1 j f ),),A ( j usm,fL,fL A usm,fH,fL,U s, U o,us,f,A,全頻段放大倍數(shù)表達(dá)式：,5. 帶寬增益積：定性分析,fbw fH fL fH,fH 2 r (r R R )C bb b s ,1,be, m L , (1 g R )C,C C,帶寬增益積 A f A f um bw um H, ,R A, C f ,um,m L ,m L,H, ,g R g,gm (Rc RL ),rbe,rbe,Rs Ri,Ri,Ausm ,矛盾,當(dāng)提高增益時， 帶寬將變窄；反 之，增益降低， 帶寬將變寬。,5. 帶寬增益積：定量分析,fH 2 r (r R R )C bb b s ,1,be,m L, , C (1 g R )C,C,gm (Rc RL ),rbe,rbe,Rs Ri,Ri,若r R 、,be b,R 1時，它們的轉(zhuǎn)換系數(shù)均約為1/F。,討論一, 為減小放大電路從信號源索取的電流，增強(qiáng) 帶負(fù)載能力，應(yīng)引入什么反饋？, 為了得到穩(wěn)定的電流放大倍數(shù)，應(yīng)引入什么 反饋？ 為了