1、模擬電子技術基礎,清華大學 華成英,緒 論,一、電子技術的發(fā)展,二、模擬信號與模擬電路,三、電子信息系統(tǒng)的組成,四、模擬電子技術基礎課的特點,五、如何學習這門課程,六、課程的目的,七、考查方法,一、電子技術的發(fā)展 電子技術的發(fā)展，推動計算機技術的發(fā)展，使之“無孔不入”，應用廣泛！,廣播通信：發(fā)射機、接收機、擴音、錄音、程控交換機、電話、手機 網(wǎng)絡：路由器、ATM交換機、收發(fā)器、調制解調器 工業(yè)：鋼鐵、石油化工、機加工、數(shù)控機床 交通：飛機、火車、輪船、汽車 軍事：雷達、電子導航 航空航天：衛(wèi)星定位、監(jiān)測 醫(yī)學：刀、CT、B超、微創(chuàng)手術 消費類電子：家電（空調、冰箱、電視、音響、攝像機、照相機、

2、電子表）、電子玩具、各類報警器、保安系統(tǒng),電子技術的發(fā)展很大程度上反映在元器件的發(fā)展上。從電子管半導體管集成電路,1904年 電子管問世,電子管、晶體管、集成電路比較,半導體元器件的發(fā)展,1947年 貝爾實驗室制成第一只晶體管 1958年 集成電路 1969年 大規(guī)模集成電路 1975年 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。有科學家預測，集成度還將按10倍/6年的速度增長，到2015或2020年達到飽和。,學習電子技術方面的課程需時刻關注電子技術的發(fā)展！,第一只晶體管的發(fā)明者 （by John Bardeen , William Scho

3、ckley and Walter Brattain in Bell Lab）,第一個集成電路及其發(fā)明者 （ Jack Kilby from TI ）,1958年9月12日，在德州儀器公司的實驗室里，實現(xiàn)了把電子器件集成在一塊半導體材料上的構想。42年以后， 2000年獲諾貝爾物理學獎。 “為現(xiàn)代信息技術奠定了基礎”。,他們在1947年11月底發(fā)明了晶體管，并在12月16日正式宣布“晶體管”誕生。1956年獲諾貝爾物理學獎。巴因所做的超導研究于1972年第二次獲得諾貝爾物理學獎。,值得紀念的幾位科學家！,二、模擬信號與模擬電路,1. 電子電路中信號的分類 數(shù)字信號：離散性,模擬信號：連續(xù)性。大多

4、數(shù)物理量為模擬信號。,2. 模擬電路 模擬電路是對模擬信號進行處理的電路。 最基本的處理是對信號的放大，有功能和性能各異的放大電路。 其它模擬電路多以放大電路為基礎。,“1”的電壓當量,介于K與K+1之間時需根據(jù)閾值確定為K或K+1,任何瞬間的任何值均是有意義的,三、電子信息系統(tǒng)的組成,模擬電子電路,數(shù)字電子電路（系統(tǒng)）,傳感器接收器,隔離、濾波、放大,運算、轉換、比較,功放,四、模擬電子技術基礎課的特點,1、工程性 實際工程需要證明其可行性。強調定性分析。,實際工程在滿足基本性能指標的前提下總是容許存 在一定的誤差范圍的。 定量分析為“估算”。,近似分析要“合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方

5、面。,電子電路歸根結底是電路。不同條件下構造不同模型。,2. 實踐性 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軟件的應用方法,五、如何學習這門課程,1. 掌握基本概念、基本電路和基本分析方法 基本概念：概念是不變的，應用是靈活的， “萬變不離其宗”。 基本電路：構成的原則是不變的，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和描述方法，因而有不同的分析方法。,2. 注意定性分析和近似分析的重要性 3. 學會辯證、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。 要研究利弊關系，通?！坝幸焕赜幸槐住?。,4. 注意電路中常

6、用定理在電子電路中的應用,六、課程的目的,1. 掌握基本概念、基本電路、基本方法和基本實驗技能。 2. 具有能夠繼續(xù)深入學習和接受電子技術新發(fā)展的能力，以及將所學知識用于本專業(yè)的能力。,本課程通過對常用電子元器件、模擬電路及其系統(tǒng)的分析和設計的學習，使學生獲得模擬電子技術方面的基礎知識、基礎理論和基本技能，為深入學習電子技術及其在專業(yè)中的應用打下基礎。,注重培養(yǎng)系統(tǒng)的觀念、工程的觀念、科技進步的觀念和創(chuàng)新意識，學習科學的思維方法。提倡快樂學習！,清華大學 華成英 ,七、考查方法,1. 會看：讀圖，定性分析 2. 會算：定量計算,考查分析問題的能力,3. 會選：電路形式、器件、參數(shù),4. 會調：

7、儀器選用、測試方法、故障診斷、EDA,考查解決問題的能力設計能力,考查解決問題的能力實踐能力,第一章 半導體二極管和三極管,第一章 半導體二極管和三極管,1.1 半導體基礎知識,1.2 半導體二極管,1.3 晶體三極管,1 半導體基礎知識,一、本征半導體,二、雜質半導體,三、PN結的形成及其單向導電性,四、PN結的電容效應,一、本征半導體,導電性介于導體與絕緣體之間的物質稱為半導體。,本征半導體是純凈的晶體結構的半導體。,1、什么是半導體？什么是本征半導體？,導體鐵、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

8、受原子核的束縛力很強，只有在外電場強到一定程度時才可能導電。,半導體硅（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體與絕緣體之間。,2、本征半導體的結構,由于熱運動，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，稱為復合。,共價鍵,一定溫度下，自由電子與空穴對的濃度一定；溫度升高，熱運動加劇，掙脫共價鍵的電子增多，自由電子與空穴對的濃度加大。,外加電場時，帶負電的自由電子和帶正電的空穴均參與導電，且運動方向相反。由于載流子數(shù)目很少，故導電性很差。,為什么要將半導體變成導電性很差

9、的本征半導體？,3、本征半導體中的兩種載流子,運載電荷的粒子稱為載流子。,溫度升高，熱運動加劇，載流子濃度增大，導電性增強。 熱力學溫度0K時不導電。,二、雜質半導體 1. N型半導體,磷（P）,雜質半導體主要靠多數(shù)載流子導電。摻入雜質越多，多子濃度越高，導電性越強，實現(xiàn)導電性可控。,多數(shù)載流子,空穴比未加雜質時的數(shù)目多了？少了？為什么？,2. P型半導體,硼（B）,多數(shù)載流子,P型半導體主要靠空穴導電，摻入雜質越多，空穴濃度越高，導電性越強，,在雜質半導體中，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結的形成及其單向導電性,物質因濃度差

10、而產生的運動稱為擴散運動。氣體、液體、固體均有之。,P區(qū)空穴濃度遠高于N區(qū)。,N區(qū)自由電子濃度遠高于P區(qū)。,擴散運動使靠近接觸面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，產生內電場。,PN 結的形成,因電場作用所產生的運動稱為漂移運動。,參與擴散運動和漂移運動的載流子數(shù)目相同，達到動態(tài)平衡，就形成了PN結。,由于擴散運動使P區(qū)與N區(qū)的交界面缺少多數(shù)載流子，形成內電場，從而阻止擴散運動的進行。內電場使空穴從N區(qū)向P區(qū)、自由電子從P區(qū)向N 區(qū)運動。,PN結加正向電壓導通： 耗盡層變窄，擴散運動加劇，由于外電源的作用，形成擴散電流，PN結處于導通狀態(tài)。,PN結加反向電壓截止： 耗盡層變寬

11、，阻止擴散運動，有利于漂移運動，形成漂移電流。由于電流很小，故可近似認為其截止。,PN 結的單向導電性,必要嗎？,清華大學 華成英 ,四、PN 結的電容效應,1. 勢壘電容,PN結外加電壓變化時，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，與電容的充放電相同，其等效電容稱為勢壘電容Cb。,2. 擴散電容,PN結外加的正向電壓變化時，在擴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，其等效電容稱為擴散電容Cd。,結電容：,結電容不是常量！若PN結外加電壓頻率高到一定程度，則失去單向導電性！,問題,為什么將自然界導電性能中等的半導體材料制成本征半導體，導電性能極差，又

12、將其摻雜，改善導電性能？ 為什么半導體器件的溫度穩(wěn)定性差？是多子還是少子是影響溫度穩(wěn)定性的主要因素？ 為什么半導體器件有最高工作頻率？,2 半導體二極管,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結封裝，引出兩個電極，就構成了二極管。,小功率二極管,大功率二極管,穩(wěn)壓 二極管,發(fā)光 二極管,一、二極管的組成,點接觸型：結面積小，結電容小，故結允許的電流小，最高工作頻率高。,面接觸型：結面積大，結電容大，故結允許的電流大，最高工作頻率低。,平面型：結面積可小、可大，小的工作頻率高，大的結允許的電流大。,二

13、、二極管的伏安特性及電流方程,開啟電壓,反向飽和電流,擊穿電壓,溫度的 電壓當量,二極管的電流與其端電壓的關系稱為伏安特性。,利用Multisim測試二極管伏安特性,從二極管的伏安特性可以反映出： 1. 單向導電性,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,反向特性為橫軸的平行線,增大1倍/10,三、二極管的等效電路,理想 二極管,近似分析中最常用,導通時i與u成線性關系,應根據(jù)不同情況選擇不同的等效電路！,1. 將伏安特性折線化,？,100V？5V？1V？,2. 微變等效電路,Q越高，rd越小

14、。,當二極管在靜態(tài)基礎上有一動態(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 反向電流 IR：即IS 最高工作頻率fM：因PN結有電容效應,第四版P20,討論：解決兩個問題,如何判斷二極管的工作狀態(tài)？ 什么情況下應選用二極管的什么等效電路？,uD=ViR,ID,UD,V與uD可比，則需圖解：,實測特性,對V和Ui二極管的模型有什么不同？,五、穩(wěn)壓二極管,1. 伏安特性,進入穩(wěn)壓區(qū)的最小電流,不至于損壞的最大電流,由一個PN結組成，反向

15、擊穿后在一定的電流范圍內端電壓基本不變，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,動態(tài)電阻rzUZ /IZ,若穩(wěn)壓管的電流太小則不穩(wěn)壓，若穩(wěn)壓管的電流太大則會因功耗過大而損壞，因而穩(wěn)壓管電路中必需有限制穩(wěn)壓管電流的限流電阻！,限流電阻,斜率？,1.3 晶體三極管,一、晶體管的結構和符號,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、晶體管的結構和符號,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。,中功率管,大功率管,二、晶體管的放大原理,擴散運動形成發(fā)射極電

16、流IE，復合運動形成基極電流IB，漂移運動形成集電極電流IC。,少數(shù)載流子的運動,因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量電子從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū),因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少數(shù)擴散到基區(qū)的電子與空穴復合,因集電區(qū)面積大，在外電場作用下大部分擴散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū),基區(qū)空穴的擴散,電流分配： IEIBIC IE擴散運動形成的電流 IB復合運動形成的電流 IC漂移運動形成的電流,穿透電流,集電結反向電流,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特性,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

17、于1V的所有輸入特性曲線。,為什么像PN結的伏安特性？,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,是常數(shù)嗎？什么是理想晶體管？什么情況下 ?,對應于一個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),晶體管的三個工作區(qū)域,晶體管工作在放大狀態(tài)時，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,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

18、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,清華大學 華成英 ,討論一,由圖示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、。,uCE=1V時的iC就是ICM,U（BR）CEO,討論二：利用Multisim測試晶體管的輸出特性,利用Multisim分析圖示電路在V2小于何值時晶體管截止、大于何值時晶體管飽和。,討論三,以V2作為輸入、以節(jié)點1作為輸出，采用直流掃描的方法可得！,約小于0.5V時截止,約大于1V時飽和,描述輸出電壓與輸出電壓之間函數(shù)關系的曲線，稱為電壓傳輸特性。,第二章 基本放大電路,第二

19、章 基本放大電路,2.1 放大的概念與放大電路的性能指標,2.2 基本共射放大電路的工作原理,2.3 放大電路的分析方法,2.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,2.5 晶體管放大電路的三種接法,2.6 場效應管及其基本放大電路,2.7 基本放大電路的派生電路,2.1 放大的概念與放大電路的性能指標,一、放大的概念,二、放大電路的性能指標,一、放大的概念,放大的對象：變化量 放大的本質：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,至少一路直流電源供電,二、性能指標,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),對信號而言，任何

20、放大電路均可看成二端口網(wǎng)絡。,2. 輸入電阻和輸出電阻,將輸出等效成有內阻的電壓源，內阻就是輸出電阻。,輸入電壓與輸入電流有效值之比。,從輸入端看進去的 等效電阻,3. 通頻帶,4. 最大不失真輸出電壓Uom：交流有效值。,由于電容、電感及放大管PN結的電容效應，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，并產生相移。,衡量放大電路對不同頻率信號的適應能力。,5. 最大輸出功率Pom和效率：功率放大電路的參數(shù),2.2 基本共射放大電路的工作原理,一、電路的組成及各元件的作用,二、設置靜態(tài)工作點的必要性,三、波形分析,四、放大電路的組成原則,一、電路的組成及各元件的作用,VBB、Rb：

21、使UBE Uon，且有合適的IB。,VCC：使UCEUBE，同時作為負載的能源。,Rc：將iC轉換成uCE(uo) 。,動態(tài)信號作用時：,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Q，記作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。,共射,二、設置靜態(tài)工作點的必要性,輸出電壓必然失真！ 設置合適的靜態(tài)工作點，首先要解決失真問題，但Q點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？,三、基本共射放大電路的波形分析,輸出和輸入反相！,動態(tài)信號馱載在靜態(tài)之上,與iC變化方向相反,要想不失真，就要在信號

22、的整個周期內保證晶體管始終工作在放大區(qū)！,四、放大電路的組成原則,靜態(tài)工作點合適：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，在負載上能夠獲得放大了的動態(tài)信號。 對實用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少、負載上無直流分量。,兩種實用放大電路：（1）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”,共地，且要使信號馱載在靜態(tài)之上,靜態(tài)時，,動態(tài)時，VCC和uI同時作用于晶體管的輸入回路。,將兩個電源合二為一,有直流分量,有交流損失, ,UBEQ,兩種實用放大電路：（2）阻容耦合放大電路,耦合電容的容量應足夠大，即對于交流信號近似為短路。

23、其作用是“隔離直流、通過交流”。,靜態(tài)時，C1、C2上電壓？,動態(tài)時，,C1、C2為耦合電容！,uBEuIUBEQ，信號馱載在靜態(tài)之上。 負載上只有交流信號。,2.3 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,1. 直流通路： Us=0，保留Rs；電容開路； 電感相當于短路（線圈電阻近似為0）。 2. 交流通路：大容量電容相當于短路；直流電源相當于短路（內阻為0）。,通常，放大電路中直流電源的作用和交流信號的作用共存，這使得電路的分析復雜化。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。,基本共射放大電路的直

24、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ICQIBQ，可估算出靜態(tài)工作點。,VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的誤差越小。,當VCCUBEQ時，,已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？,阻容耦合單管共射放大電路的直流通路和交流通路,二、圖解法 應實測特性曲線,輸入回路負載線,IBQ,負載線,1. 靜態(tài)分析：圖解二元方程,2. 電壓放大倍數(shù)的分析,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載線。,截止失真是在輸入回路首先產生失真！,減小Rb能消除截止失真嗎？,飽和失真,消除方法：增大Rb，減

25、小Rc，減小，減小VBB，增大VCC。,Rb或或VBB ,Rc或VCC,：飽和失真是輸出回路產生失真。,最大不失真輸出電壓Uom ：比較UCEQ與（ VCC UCEQ ），取其小者，除以 。,清華大學 華成英 ,討論一,1. 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。 畫出圖示電路的直流通路和交流通路。,三、等效電路法,半導體器件的非線性特性使放大電路的分析復雜化。利用線性元件建立模型，來描述非線性器件的特性。,1. 直流模型：適于Q點的分析,利用估算法求解靜態(tài)工作點，實質上利用了直流模型。,輸入回路等效為恒壓源,輸出回路等效為電流控

26、制的電流源,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，輸入回路、輸出回路各為一個端口。,低頻小信號模型,在低頻、小信號作用下的關系式,交流等效模型（按式子畫模型）,電阻,無量綱,無量綱,電導,h參數(shù)的物理意義,b-e間的 動態(tài)電阻,內反饋系數(shù),電流放大系數(shù),c-e間的電導,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,查閱手冊,利用PN結的電流方程可求得,在輸入特性曲線上，Q點越高，rbe越小！,3. 放大電路的動態(tài)分析,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,輸入電阻中不應含

27、有Rs!,輸出電阻中不應含有RL!,討論一,1. 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點下最易產生截止失真？哪個Q點下最易產生飽和失真？哪個Q點下Uom最大？ 3. 設計放大電路時，應根據(jù)什么選擇VCC？,2. 空載和帶載兩種情況下Uom分別為多少？ 在圖示電路中，有無可能在空載時輸出電壓失真，而帶上負載后這種失真消除？ 增強電壓放大能力的方法？,討論二,已知ICQ2mA，UCES0.7V。 1. 在空載情況下，當輸入信號增大時，電路首先出現(xiàn)飽和失真還是截止失真？若帶負載的情況下呢？,討論三：基本共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析,為什么用圖解法求解IBQ

28、和UBEQ？,討論四：阻容耦合共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析,討論五：波形分析,失真了嗎？如何判斷？原因？,飽和失真,2.4 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,一、溫度對靜態(tài)工作點的影響,二、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路,三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法,一、溫度對靜態(tài)工作點的影響,所謂Q點穩(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。,若溫度升高時要Q回到Q，則只有減小IBQ,二、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路,Ce為旁路電容，在交流通路中可視為短路,1. 電路組成,2. 穩(wěn)定原理,為了穩(wěn)定Q點，通常I1 IB，即I1 I2；因此,基本不隨溫度變化。,設UBEQ UBEUBE，若UBQ UBEU

29、BE，則IEQ穩(wěn)定。,Re 的作用,T()ICUE UBE（UB基本不變） IB IC,Re起直流負反饋作用，其值越大，反饋越強，Q點越穩(wěn)定。,關于反饋的一些概念： 將輸出量通過一定的方式引回輸入回路影響輸入量的措施稱為反饋。 直流通路中的反饋稱為直流反饋。 反饋的結果使輸出量的變化減小的稱為負反饋，反之稱為正反饋。,Re有上限值嗎？,3. Q 點分析,分壓式電流負反饋工作點穩(wěn)定電路,Rb上靜態(tài)電壓是否可忽略不計？,判斷方法：,4. 動態(tài)分析,利?弊?,無旁路電容Ce時：,如何提高電壓放大能力？,三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法,引入直流負反饋 溫度補償：利用對溫度敏感的元件，在溫度變化時直接影響輸入

30、回路。 例如，Rb1或Rb2采用熱敏電阻。 它們的溫度系數(shù)？,清華大學 華成英 ,討論一,圖示兩個電路中是否采用了措施來穩(wěn)定靜態(tài)工作點？,若采用了措施，則是什么措施？,2.5 晶體管放大電路的三種接法,一、基本共集放大電路,二、基本共基放大電路,三、三種接法放大電路的比較,一、基本共集放大電路,1. 靜態(tài)分析,2. 動態(tài)分析：電壓放大倍數(shù),故稱之為射極跟隨器,2. 動態(tài)分析：輸入電阻的分析,Ri與負載有關！,帶負載電阻后,2. 動態(tài)分析：輸出電阻的分析,Ro與信號源內阻有關！,3. 特點：輸入電阻大，輸出電阻??；只放大電流，不放大電壓；在一定條件下有電壓跟隨作用！,令Us為零，保留Rs，在輸出

31、端加Uo，產生Io, 。,二、基本共基放大電路,1. 靜態(tài)分析,2. 動態(tài)分析,3. 特點：,輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓，不放大電流！,三、三種接法的比較：空載情況下,接法 共射 共集 共基 Au 大 小于1 大 Ai 1 Ri 中 大 小 Ro 大 小 大 頻帶 窄 中 寬,討論一： 圖示電路為哪種基本接法的放大電路？它們的靜態(tài)工作點有可能穩(wěn)定嗎？求解靜態(tài)工作點、電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的表達式。,電路如圖，所有電容對交流信號均可視為短路。,1. Q為多少？ 2. Re有穩(wěn)定Q點的作用嗎？ 3. 電路的交流等效電路？ 4. V 變化時，電壓放大倍數(shù)如何變化？,討論二,清華大學 華

32、成英 ,討論二,改變電壓放大倍數(shù),2.6 場效應管及其基本放大電路,一、場效應管,二、場效應管放大電路靜態(tài)工作點的設置方法,三、場效應管放大電路的動態(tài)分析,一、場效應管（以N溝道為例）,場效應管有三個極：源極（s）、柵極（g）、漏極（d），對應于晶體管的e、b、c；有三個工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對應于晶體管的截止區(qū)、放大區(qū)、飽和區(qū)。,1. 結型場效應管,符號,結構示意圖,導電溝道,單極型管噪聲小、抗輻射能力強、低電壓工作,柵-源電壓對導電溝道寬度的控制作用,溝道最寬,uGS可以控制導電溝道的寬度。為什么g-s必須加負電壓？,UGS（off）,漏-源電壓對漏極電流的影響,uGSUG

33、S（off）且不變，VDD增大，iD增大。,預夾斷,uGDUGS（off）,VDD的增大，幾乎全部用來克服溝道的電阻，iD幾乎不變，進入恒流區(qū)，iD幾乎僅僅決定于uGS。,場效應管工作在恒流區(qū)的條件是什么？,uGDUGS（off）,uGDUGS（off）,夾斷電壓,漏極飽和電流,轉移特性,場效應管工作在恒流區(qū)，因而uGSUGS（off）且uGDUGS（off）。,uDGUGS（off）,g-s電壓控制d-s的等效電阻,輸出特性,預夾斷軌跡，uGDUGS（off）,可變電阻區(qū),恒 流 區(qū),iD幾乎僅決定于uGS,擊 穿 區(qū),夾斷區(qū)（截止區(qū)）,不同型號的管子UGS（off）、IDSS將不同。,低頻

34、跨導：,2. 絕緣柵型場效應管,uGS增大，反型層（導電溝道）將變厚變長。當反型層將兩個N區(qū)相接時，形成導電溝道。,SiO2絕緣層,襯底,反型層,增強型管,大到一定值才開啟,增強型MOS管uDS對iD的影響,用場效應管組成放大電路時應使之工作在恒流區(qū)。N溝道增強型MOS管工作在恒流區(qū)的條件是什么？,iD隨uDS的增大而增大，可變電阻區(qū),uGDUGS（th）,預夾斷,iD幾乎僅僅受控于uGS，恒流區(qū),剛出現(xiàn)夾斷,uGS的增大幾乎全部用來克服夾斷區(qū)的電阻,耗盡型 MOS管,耗盡型MOS管在 uGS0、 uGS 0、 uGS 0時均可導通，且與結型場效應管不同，由于SiO2絕緣層的存在，在uGS0時

35、仍保持g-s間電阻非常大的特點。,加正離子,小到一定值才夾斷,uGS=0時就存在導電溝道,MOS管的特性,1)增強型MOS管,2)耗盡型MOS管,開啟電壓,夾斷電壓,利用Multisim測試場效應管的輸出特性,從輸出特性曲線說明場效應管的哪些特點？,3. 場效應管的分類工作在恒流區(qū)時g-s、d-s間的電壓極性,uGS=0可工作在恒流區(qū)的場效應管有哪幾種？ uGS0才可能工作在恒流區(qū)的場效應管有哪幾種？ uGS0才可能工作在恒流區(qū)的場效應管有哪幾種？,二、場效應管靜態(tài)工作點的設置方法,根據(jù)場效應管工作在恒流區(qū)的條件，在g-s、d-s間加極性合適的電源,1. 基本共源放大電路,2. 自給偏壓電路,

36、由正電源獲得負偏壓 稱為自給偏壓,哪種場效應管能夠采用這種電路形式設置Q點？,3. 分壓式偏置電路,為什么加Rg3?其數(shù)值應大些小些？,哪種場效應管能夠采用這種電路形式設置Q點？,即典型的Q點穩(wěn)定電路,三、場效應管放大電路的動態(tài)分析,近似分析時可認為其為無窮大！,根據(jù)iD的表達式或轉移特性可求得gm。,與晶體管的h參數(shù)等效模型類比：,1. 場效應管的交流等效模型,2. 基本共源放大電路的動態(tài)分析,若Rd=3k， Rg=5k， gm=2mS，則 與共射電路比較。,3. 基本共漏放大電路的動態(tài)分析,若Rs=3k，gm=2mS，則,基本共漏放大電路輸出電阻的分析,若Rs=3k，gm=2mS，則Ro=

37、?,2.7 派生電路,一、復合管,二、派生電路舉例,一、復合管,復合管的組成：多只管子合理連接等效成一只管子。,不同類型的管子復合后，其類型決定于T1管。,目的：增大，減小前級驅動電流，改變管子的類型。,討論一：判斷下列各圖是否能組成復合管,在合適的外加電壓下，每只管子的電流都有合適的通路，才能組成復合管。,清華大學 華成英 ,Ri=? Ro=?,討論二,二、派生電路舉例：組合的結果帶來什么好處？,第三章 多級放大電路,第三章 多級放大電路,3.1 多級放大電路的耦合方式,3.2 多級放大電路的動態(tài)分析,3.3 差分放大電路,3.4 互補輸出級,3.5 直接耦合多級放大電路讀圖,3.1 多級放

38、大電路的耦合方式,一、直接耦合,二、阻容耦合,三、變壓器耦合,一、直接耦合,既是第一級的集電極電阻，又是第二級的基極電阻,能夠放大變化緩慢的信號，便于集成化， Q點相互影響，存在零點漂移現(xiàn)象。,當輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。,Q1合適嗎？,直接連接,求解Q點時應按各回路列多元一次方程，然后解方程組。,如何設置合適的靜態(tài)工作點？,對哪些動態(tài)參數(shù)產生影響？,用什么元件取代Re既可設置合適的Q點，又可使第二級放大倍數(shù)不至于下降太多？,若要UCEQ5V，則應怎么辦？用多個二極管嗎？,二極管導通電壓UD？動態(tài)電阻rd特點？,Re,必要性？,穩(wěn)壓管 伏安特性,UCEQ

39、1太小加Re（Au2數(shù)值）改用D若要UCEQ1大，則改用DZ。,NPN型管和PNP型管混合使用,在用NPN型管組成N級共射放大電路，由于UCQi UBQi，所以 UCQi UCQ(i-1）（i=1N），以致于后級集電極電位接近電源電壓，Q點不合適。,UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1 UCQ2 UCQ1,UCQ1 （ UBQ2 ） UBQ1 UCQ2 UCQ1,二、阻容耦合,Q點相互獨立。不能放大變化緩慢的信號，低頻特性差，不能集成化。,有零點漂移嗎？,利用電容連接信號源與放大電路、放大電路的前后級、放大電路與負載，為阻容耦合。,可能是實際的負載，也可能是下級放大電路,三、變壓器耦合,理想變

40、壓器情況下，負載上獲得的功率等于原邊消耗的功率。,從變壓器原邊看到的等效電阻,討論：兩級直接耦合放大電路,選擇合適參數(shù)使電路正常工作,電位高低關系,從Multisim “參數(shù)掃描” 結果分析兩級放大電路Q點的相互影響。 R1取何值時T2工作在飽和區(qū)？,3.2 多級放大電路的動態(tài)分析,二、分析舉例,一、動態(tài)參數(shù)分析,一、動態(tài)參數(shù)分析,1.電壓放大倍數(shù),2. 輸入電阻,3. 輸出電阻,對電壓放大電路的要求：Ri大， Ro小，Au的數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。,二、分析舉例,討論一 失真分析：由NPN型管組成的兩級共射放大電路,共射放大電路,共射放大電路,飽和失真？截止失真？,首先確定在哪一級出現(xiàn)

41、了失真，再判斷是什么失真。,比較Uom1和Uim2，則可判斷在輸入信號逐漸增大時哪一級首先出現(xiàn)失真。,在前級均未出現(xiàn)失真的情況下，多級放大電路的最大不失真電壓等于輸出級的最大不失真電壓。,清華大學 華成英 ,討論二：放大電路的選用,1. 按下列要求組成兩級放大電路： Ri12k，Au 的數(shù)值3000； Ri 10M，Au的數(shù)值300； Ri100200k，Au的數(shù)值150； Ri 10M ，Au的數(shù)值10，Ro100。,共射、共射；共源、共射；共集、共射；共源、共集。,2. 若測得三個單管放大電路的輸入電阻、輸出電阻和空載電壓放大倍數(shù)，則如何求解它們連接后的三級放大電路的電壓放大倍數(shù)？,注意級

42、聯(lián)時兩級的相互影響！,3.3 差分放大電路,一、零點漂移現(xiàn)象及其產生的原因,二、長尾式差分放大電路的組成,三、長尾式差分放大電路的分析,四、差分放大電路的四種接法,五、具有恒流源的差分放大電路,六、差分放大電路的改進,一、零點漂移現(xiàn)象及其產生的原因,1. 什么是零點漂移現(xiàn)象：uI0，uO0的現(xiàn)象。,產生原因：溫度變化，直流電源波動，元器件老化。其中晶體管的特性對溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂。,克服溫漂的方法：引入直流負反饋，溫度補償。 典型電路：差分放大電路,零點漂移,零輸入零輸出,理想對稱,二、長尾式差分放大電路的組成,共模信號：大小相等，極性相同。,差模信號：大小相等，極性相反.,

43、典型電路,在理想對稱的情況下： 1. 克服零點漂移； 2. 零輸入零輸出； 3. 抑制共模信號； 4. 放大差模信號。,三、長尾式差分放大電路的分析,Rb是必要的嗎？,1. Q點：,晶體管輸入回路方程：,通常，Rb較小，且IBQ很小，故,選合適的VEE和Re就可得合適的Q,2. 抑制共模信號,共模信號：數(shù)值相等、極性相同的輸入信號，即,2. 抑制共模信號 ：Re的共模負反饋作用,Re的共模負反饋作用：溫度變化所引起的變化等效為共模信號,對于每一邊電路，Re=?,如 T()IC1 IC2 UE IB1 IB2 IC1 IC2 ,抑制了每只差分管集電極電流、電位的變化。,3. 放大差模信號,iE1

44、= iE2，Re中電流不變，即Re 對差模信號無反饋作用。,差模信號：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號，即,為什么？,差模信號作用時的動態(tài)分析,差模放大倍數(shù),4. 動態(tài)參數(shù)：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR,共模抑制比KCMR：綜合考察差分放大電路放大差模信號的能力和抑制共模信號的能力。,在實際應用時，信號源需要有“ 接地”點，以避免干擾；或負載需要有“ 接地”點，以安全工作。,根據(jù)信號源和負載的接地情況，差分放大電路有四種接法：雙端輸入雙端輸出、雙端輸入單端輸出、單端輸入雙端輸出、單端輸入單端輸出。,四、差分放大電路的四種接法,由于輸入回路沒有變化，所以IEQ、IBQ、ICQ與雙端輸出時一樣。但是UCEQ1 UCEQ2。,1. 雙端輸入單端輸出：Q點分析,1. 雙端輸入單端輸出：差模信號作用下的分析,1. 雙端輸入單端輸出：共模信號作用下的分析,1. 雙端輸入單端輸出：問題討論,（1）T2的Rc可以短路嗎？ （2）什么情況下Ad為“”？ （3）雙端輸出時的Ad是單端輸出時的2倍嗎？,2. 單端輸入雙