1、模拟电子技术,主讲人 刘磊明,一、课程介绍 模拟电子技术基础 54学时 信息类专业基础课 （电路、模拟电子技术、数字电子技术）,二、与电路课程的区别 1) 电路：简单电路，理想元件模电：电路较复杂，实际元件，较接近实际电路(实现放 大、滤波、运算功能等),2) 电路：精确计算模电：估算工程思维,3) 电路：线性元件：线性电阻等模电：非线性元件: 二极管、三极管（电路分析的一些定律和方法不能直接用）,4) 电路：直流电源或交流电源模电：交、直流电源混合,三、作业及考核 内容多、课程难，有重点的学习； 以课件、讲课为主，以作业为主。 作业要画图！,导言,1. 电信号 信号：反映消息的物理量（声音、
2、温度、压力等） 电信号：u(t)、i(t),易于传送和控制（计算、处理、传送） （如声音放大）,电信号的分类随机性：确定信号随机信号周期性：周期信号非周期信号对时间的取值：连续时间信号离散时间信号电子电路中：模拟信号数字信号,模拟信号对应任意时间值t 均有确定的函数值u或i，并且u或 i 的幅值是连续取值的，即在时间和数值上均具有连续性。,数字信号在时间和数值上均具有离散性，u或 i 的变化在时间上不连续，总是发生在离散的瞬间；且它们的数值是一个最小量值的整数倍。,2. 电子信息系统,3. EDA技术 Electronic Design Automation (电子设计自动化),PSpice,
3、 Multisim, MaxplusII 硬件设计软件化,第1章 常用半导体器件,1.1 半导体基础知识,一、本征半导体,二、杂质半导体,三、PN结的形成及其单向导电性,四、PN结的性质,一、本征半导体,导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。,无杂质,稳定的结构,本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。,1、什么是半导体？什么是本征半导体？,导体铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。,绝缘体惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，导电性极差，成为绝缘体。,半导体硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子
4、核的束缚力介于导体与绝缘体之间。,单晶硅和锗的共价键结构示意图,1、本征半导体的结构,1、本征半导体的结构,由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子,自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴,共价键,一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。,外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数目很少，故导电性很差。温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。热力学温度0K时不导电。(动画),2、本征半导体中的两种载流子,运载电荷的粒子称为载流子。,二、杂质半
5、导体 1. N型半导体,磷（P）,杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。,多数载流子,2. P型半导体,硼（B）,多数载流子,P型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，,三、PN结的形成及其单向导电性,物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。,P区空穴浓度远高于N区。,N区自由电子浓度远高于P区。,扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低。,PN结的形成,因电场作用所产生的运动称为漂移运动。,参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了PN结。(动画
6、),由于扩散运动使P区与N区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向P区、自由电子从P区向N 区运动。,PN结加正向电压导通：耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，PN结处于导通状态。,PN结加反向电压截止：耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似认为其截止。(动画),PN结的单向导电性,PN结的电流方程,四、PN结的性质,式中 Is 为反向饱和电流，q 为电子电量，k 为玻耳兹曼常数，T为热力学温度。将式中的kT/q用 UT (温度的电压当量)取代，则得,常温下，即T为300K时，UT 26mV
7、,电流方程：,PN结的伏安特性,PN结的电容效应,1. 势垒电容,PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容Cb。,2. 扩散电容,PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容Cd。,结电容：,总结：需要大家掌握的重点内容： 1.本征半导体：两种载流子：空穴自由电子 本征激发，导电性差，对温度敏感 2.杂质半导体：N型半导体：多子自由电子P型半导体：多子空穴 3.PN结：概念（空间电荷区）单向导电性 4.PN结的性质：电流方程伏安特性图电容效应
8、,1.2 半导体二极管,1.2 半导体二极管,一、二极管的组成,二、二极管的伏安特性及电流方程,三、二极管的主要参数,四、二极管的等效电路,五、稳压二极管,一、二极管的组成,将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。,点接触型： 结面积小，结电容小 故结允许的电流小 最高工作频率高,面接触型： 结面积大，结电容大 故结允许的电流大 最高工作频率低,平面型： 结面积可小、可大 小的工作频率高 大的结允许的电流大,电阻器,晶体二极管,二、二极管的伏安特性及电流方程 二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性,开启电压,反向饱和电流,击穿电压,温度的 电压当量,从二极管的伏安特性可以反映出： 1.
9、单向导电性,2. 伏安特性受温度影响,T（）在电流不变情况下管压降u 反向饱和电流IS，U(BR) T（）正向特性左移，反向特性下移,正向特性为指数曲线,反向特性为横轴的平行线,三、二极管的主要参数,最大整流电流IF：最大平均值 最大反向工作电压UR：最大瞬时值 反向电流 IR：即IS 最高工作频率fM：因PN结有电容效应,结电容为扩散电容（Cd）与势垒电容（Cb）之和。,四、二极管的等效电路 1. 将伏安特性折线化,理想 二极管,近似分析中最常用,理想开关 导通时 UD0截止时IS0,导通时UDUon 截止时IS0,导通时i与u成线性关系,应根据不同情况选择不同的等效电路！,四、二极管的等效
10、电路,Q越高，rd越小。,当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。,ui=0时直流电源作用,小信号作用,静态电流,2. 微变等效电路,UA=2V，UB=2V，UAB= UAUB2(2)=4V， 二极管导通，UO3=0.721.3V,UA=2V，UB=2V，UAB= UAUB22=4V，二极管截止， UO6=2V,电路如图(a)所示,其输入电压uI1和uI2的波形如图(b)所示,二极管导通电压 UD0.7V.试画出输出电压uO的波形,并标出幅值,当uI10.3V，uI20.3V时，D1，D2导通，uO0.3+0.7=1V。 当uI13
11、V，uI20.3V时，D2导通，D1截止，uO0.3+0.7=1V。 当uI10.3V，uI23V时，D1导通，D2截止，uO0.3+0.7=1V。 当uI13V，uI23V时，D1，D2导通，uO3+0.7=3.7V。,五、稳压二极管,1. 伏安特性,进入稳压区的最小电流,不至于损坏的最大电流,由一个PN结组成，反向击穿后在一定的电流范围内端电压基本不变，为稳定电压。,2. 主要参数,稳定电压UZ、稳定电流IZ,最大功耗PZM IZM UZ,动态电阻rz(rd)UZ /IZ,例1.2.2:已知如图所示电路中稳压管的稳定电压UZ6V，最小稳定电流IZmin5mA，最大稳定电流IZmax25mA
12、；负载电阻RL600。求解限流电阻R的取值范围。,ILUZ / RL(6/600)A=0.01A=10mA IZ=IRIL=525mA IR1535mA R(10UZ)/IR= Rmin=4/15=0.267k， Rmax=4/35=0.114k,P67 四. 已知稳压管的稳压值UZ6V，稳定电流的最小值 IZmin5mA。求电路中UO1和UO2各为多少伏。,解：UR2V，URL8V6V。 所以稳压管起稳压作用，UO16V UR5V，URL5V6V。 所以稳压管工作在截止状态，UO25V。,作业：P67 三 P69 1.3 问题：为什么二极管的反向饱和电流与外加反向电压基本无关，而当环境温度升
13、高时，又明显增大？,1.3 晶体三极管,一、晶体管的结构和符号,二、晶体管的放大原理,三、晶体管的共射输入、输出特性,四、温度对晶体管特性的影响,五、主要参数,电阻器,电容器,线圈,电池,运算放大器,晶体管,一、三极管的结构和符号,多子浓度高,多子浓度很低，且很薄,面积大,晶体管有三个极、三个区、两个PN结。,中功率管,大功率管,二、晶体管的放大原理,扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。,少数载流子的运动,因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区,因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合,因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩
14、散到基区的电子漂移到集电区,基区空穴的扩散,电流分配： IEIBICIE扩散运动形成的电流IB复合运动形成的电流IC漂移运动形成的电流,穿透电流,集电结反向电流,直流电流放大系数,交流电流放大系数,三、晶体管的共射输入特性和输出特性,UCE增大曲线右移,对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。,像PN结的伏安特性,UCE增大到一定值曲线右移就不明显了,1、输入特性,2、输出特性,对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。,uCE较小时iC随uCE变化很大,进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线,饱和区,放大区,截止区,晶体管的三个工作区域,晶
15、体管工作在放大状态时，输出回路电流 iC几乎仅仅决定于输入回路电流 iB；即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源iC 。,四、温度对晶体管特性的影响,五、主要参数,直流参数： 、 、ICBO、 ICEO,c-e间击穿电压,最大集电极电流,最大集电极耗散功率，PCMiCuCE,安全工作区,交流参数：、,极限参数：ICM、PCM、U(BR)CEO,补充：晶体三极管的型号,国家标准对半导体三极管的命名如下: 3 D G 110 B,第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、C硅PNP管、D硅NPN管,第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、G高频小功率管、A高频大功率管,用字母表示材料,用字母表示器
16、件的种类,用数字表示同种器件型号的序号,用字母表示同一型号中的不同规格,三极管,课堂：P70: 1.9，1.11P67: 自测题五,1.9 测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图P1.9所示。在圆圈中画出管子，并分别说明它们是硅管还是锗管。,判断方法：1.中间电位点是b，与它相差0.7V或0.2V的电位点是e，另一个就是c。2.b、e点的电位差是0.7V，为硅管，0.2V，为锗管。3.b点高于e点电位，为NPN型，否则，为PNP型。,判断方法： 1.中间电位点是b，与它相差0.7V或0.2V的电位点是e，另一个就是c。 2.b、e点的电位差是0.7V，为硅管，0.2V，为锗管。 3.b点高于e
17、点电位，为NPN型，否则，为PNP型。,五、电路如图T1.5所示，VCC15V，100，UBE0.7V。试问：,(1)Rb50k时，uO？(2)若T临界饱和，则Rb？,(2)临界饱和（也是临界放大状态）时，UCESUBE0.7V，所以,与放大状态相符，所以输出电压 UOUCE2V。,解：(1) Rb50k时，假设三极管处于放大 状态，则基极电流、集电极电流和管压降分别为,1.11 电路如图P1.11所示，晶体管的50，|UBE|0.2V，饱和管压降|UCES|0.1V；稳压管的稳定电压UZ5V，正向导通电压UD0.5V。试问：当uI0V时uO？当uI5V时uO？,解：当uI0时，先假设稳压二极
18、管从电路中断开，uI0，UEB=0，所以晶体管截止，IB=0，IC=0，URc=0，UEC=12V，稳压管反向击穿，稳压，uOUZ5V。所以：当uI0时，晶体管截止，稳压管稳压；uO5V。,当uI5V时，先假设稳压二极管从电路中断开，由于uI5V，所以UEBUon，晶体管处于放大或饱和状态。,假设处于放大状态，则,稳压管截止，uOUEC0.1V 所以，当uI5V时，晶体管饱和，稳压管截止，uO0.1V。,UEC=12V UEB ，与放大状态不符，因此晶体管是饱和状态，UECUECS0.1V,URc=24V ，UC=12+24=12V，,作业：P69: 1.6 P70: 1.10(uI即VBB)
19、,第1章结束,第2章 基本放大电路,2.1放大的概念和 放大电路的主要性能指标 2.2 基本共射放大电路的工作原理,教学基本要求： 1、如何组成基本放大电路 2、如何分析放大电路,一、放大的概念与放大电路的性能指标,二、基本共射放大电路的组成及各元件的作用,三、设置静态工作点的必要性,四、基本共射放大电路的工作原理,五、放大电路的组成原则,一、放大的概念及放大电路的性能指标,1、放大的概念,放大的对象：变化量 放大的本质：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,2、性能指标,1) 放大倍数：输出量与输入量之比,电压放大倍数是最常研究和测试的参数,信号源,输入电压,
20、输出电压,输入电流,输出电流,任何放大电路均可看成为两端口网络。,信号源内阻,2)输入电阻和输出电阻,等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。,空载时输出电压有效值,带RL时的输出电压有效值,输入电压与输入电流有效值之比。,从输入端看进去的 等效电阻,3)通频带,4)最大不失真输出电压Uom：交流有效值。,由于电容、电感及半导体器件PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。,衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。,下限频率,上限频率,符号规定,UA,大写字母、大写下标，表示直流分量。,uA,小写字母、大写下标，表示全量。,ua,小写字母、小写下标，表示
21、交流分量。,uA,ua,全量,交流分量,t,UA直流分量,二、基本共射放大电路的组成及各元件的作用,如图所示为声音放大的简单演示实验电路，BJT选用NPN硅管3DD6，Rc为动圈式8扬声器，Rb选用电话机炭精式送话器，送话器是一个声控电阻，说话时，送话器电阻受声控而改变，引起iB的变化iB，而iC=iB，因此可得到放大的声音信号。,二、基本共射放大电路的组成及各元件的作用,VBB、Rb：使UBE Uon，且有合适的IB。,VCC：使集电结反偏，保证晶体管工作在放大状态,Rc：将iC转换成uCE(uO) 。,动态信号作用时：,输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间电压、管压降，称为静态工
22、作点Q。记作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。,三、设置静态工作点的必要性,VBB为零时，输出电压必然失真！设置合适的静态工作点，为保证放大不失真。,为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？,四、基本共射放大电路的工作原理,动态信号驮载在静态之上,输出和输入反相！,波形分析,求静态工作点？,五、放大电路的组成原则,静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。 动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。 对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。,两种实用放大电路 直接耦合放大电路,
23、问题： 1、两个直流电源 2、信号源与放大电路不“共地”,将两个直流电源合二为一,共地，且要使信号驮载在静态之上,静态时，,求静态工作点？,两种实用放大电路 阻容耦合放大电路,耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔直通交”。,静态时，C1、C2上电压？,C1、C2为耦合电容,求静态工作点？,2.3 放大电路的分析方法,一、放大电路的直流通路和交流通路,二、图解法,三、等效电路法,一、直流通路和交流通路,1. 直流通路： Us=0，保留Rs；电容开路； 电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。 2. 交流通路：大容量电容相当于短路； 内阻为0的直流电源相当于短路。,通常，放大
24、电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路。,基本共射放大电路的直流通路和交流通路,已知：VCC12V， Rb510k， Rc3k ， 100。 求Q点,直流通路,阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路,画图示电路的直流通路和交流通路。,二、图解法 (应实测特性曲线) 1. 静态分析：求静态工作点Q,Q,IBQ,UBEQ,Q,IBQ,ICQ,UCEQ,负载线,输入回路负载线,2、电压放大倍数的分析,斜率不变,3、失真分析,截止失真,消除方法：增大VBB，或减小Rb。,截止失真是在输入回路首先产生失真！,饱和失真,饱
25、和失真产生于晶体管的输出回路！,消除饱和失真的方法,消除方法：增大Rb，减小Rc，或减小。,合适的静态工作点,最大不失真输出电压Uom (空载时): 比较(UCEQUCES)与( VCC UCEQ ), 取较小值, 除以,(a)饱和失真,(b)截止失真,注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。,P93,例2.3.1: 1、在什么参数、如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4？ 2、从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪个Q点下最易产生饱和失真？哪个Q点下Uom最大？ 3、Q4：VCC？RC？,4、直流负载线和交流负载线,直流负载线：直流量所遵循的负载线(IC和
26、UCE之间关系的直线) 交流负载线：动态信号(交直流共存)遵循的负载线(全量iC和uCE之间关系的直线) 直流负载线：静态特性(图解法求Q点) 交流负载线：动态特性(放大倍数Au，失真情况，最大不失真输出电压Uom) 直接耦合放大电路：交流负载线和直流负载线合二为一 阻容耦合放大电路：空载时，交流负载线和直流负载线合二为一有负载时，交流负载线和直流负载线交点为Q，斜率不同,直流负载线和交流负载线,直流负载线和交流负载线,已知:ICQ2mA，RL3k,5、图解法的特点,形象直观； 适应于Q点分析、失真分析、最大不失真输出电压的分析； 不易准确求解； 不能求解输入电阻、输出电阻、频带等等参数。,1
27、. 晶体管的直流模型(静态，放大状态),直流模型(线性化处理)：,三、等效电路法,半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。,三、等效电路法,输入回路等效为恒压源,输出回路等效为电流控制的电流源,直流模型：适于Q点的分析,利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。,2、晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）,在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。,在低频小信号作用下的关系式,交流等效模型（按式子画模型）,电阻,无量纲,无量纲,电导,h参数的物理意义,b-e间动态电阻,内反馈系数,c-e间电导,分清主次
28、，合理近似！什么情况下h12和h22的作用可忽略不计？,电流放大系数,简化的h参数等效电路交流等效模型,查阅手册,基区体电阻,发射结电阻,发射区体电阻数值小可忽略,利用PN结的电流方程可求得,简化的h参数等效模型,3、放大电路 的动态分析,1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源)。,2. 加压求流法。,求输出电阻Ro方法：,阻容耦合共射放大电路的动态分析,课堂：2.1，2.4，2.5 作业：2.7，2.9，2.10,2.1 分别改正图P2.1所示各电路中的错误，使它们有可能放大正弦波信号。要求保留电路原来的共射接法和耦合方式。,解：(a) 将VCC改为VCC 。 (b) 在VCC 与
29、基极之间加Rb。 (c) 将VBB反接，且在输入端串联一个电阻。 (d) 在VBB支路加Rb，在VCC与集电极之间加Rc。,2.4 电路如图(a)所示，图(b)是晶体管的输出特性，静态时UBEQ0.7V。利用图解法分别求出RL和RL3k时的静态工作点和最大不失真输出电压Uom(有效值)。,空载时，最大不失真输出电压峰值约为5.3V，有效值约为3.75V。 带负载时，最大不失真输出电压峰值约为2.3V，有效值约为1.63V。,2.5在如图所示电路中,已知晶体管的=80, rbe=1k, =20mV;静态时UBEQ=0.7V,UCEQ=4V, IBQ=20A.判断下列结论是否正确.,2.4 放大电
30、路静态工作点 的稳定,一、温度对静态工作点的影响,二、静态工作点稳定的典型电路,三、稳定静态工作点的措施,1.温度对三极管特性的影响,一、温度对静态工作点的影响,2.温度对静态工作点的影响,所谓Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变，这是靠IBQ的变化得来的。,T（ ）ICQ,Q,若温度升高时要Q回到Q，则只有减小IBQ,ICEO,IBQ,二、静态工作点稳定的典型电路 1. 电路组成,2. 稳定原理,为了稳定Q点，通常I1 IBQ，即I1 I2；因此,基本不随温度变化。,I2 I1 IBQ,T()ICUEUBE(UB基本不变) IB IC,Re 的作用(负反馈电阻),T()ICUE
31、UBE(UB基本不变) IB IC,Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。,关于反馈的一些概念：将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。,3. Q点分析,动态分析,利?弊?,4. 动态分析,无旁路电容Ce时：,三、稳定静态工作点的方法,1. 引入直流负反馈(电阻Re),分压式电流负反馈工作点稳定电路,2. 利用对温度敏感的元件，如二极管，热敏电阻等，在温度变化时直接影响输入回路。(温度补偿),课堂：2.11,2.11 电路如图所示，晶体管的,(1)求电路的Q点、,(3)若
32、电容Ce开路，则将引起电路的哪些动态参数发生变化？如何变化？,、Ri和Ro；,(1) 静态分析：,(2)若改用200的晶体管，则Q点如何变化?,动态分析：,解：,(2)若改用200 的晶体管，则Q点如何变化?,解：Ri 增大,减小,(3)若电容Ce开路，则将引起电路的哪些动态参数发生变化？如何变化？,2.5 晶体管单管放大电路的 三种基本接法 2.7 基本放大电路的派生电路,一、基本共集放大电路,二、基本共基放大电路,三、三种接法放大电路的比较,四、派生电路,一、基本共集放大电路 1. 静态分析,2. 动态分析：电压放大倍数,故称之为电压跟随器,2. 动态分析：输入电阻的分析,Ri与负载有关！
33、,带负载电阻后,2. 动态分析：输出电阻的分析,3. 特点,输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用，常称之为电压跟随器.,令Ui为零，在输出端加Uo，得：,二、基本共基放大电路 1. 静态分析,2. 动态分析,3. 特点：,输入电阻比共射小，只放大电压，不放大电流 (电流跟随器)，频带宽.,三、三种接法的比较：,接法 共射 共集(电压跟随器) 共基(电流跟随器)Au 大(反相) 小于1 (同相) 大(同相) Ai 1 Ri 中 大 小Ro 大 小 大频带 窄 中 宽,讨论 图示电路为哪种基本接法的放大电路？,设如图所示电路，所加输入电压为正弦波。试问：,(2
34、) 画出输入电压和输出电压 ui、uo1、uo2 的波形；,uo1ui，uo2ui。,四、派生电路 1.复合管,复合管的组成：多只管子合理连接等效成一只管子。,不同类型的管子复合后，其类型决定于T1管。,增强了电流放大能力,复合管的特点：,复合管的组成原则： 1.在正确的外加电压下每只管子的各极电流均有合适的通路，且均工作在放大区 2.为了实现电流放大，应将第一只管的集电极或发射极做为第二只管的基极电流。,2.三种接法的组合形式,为使单级放大电路具有多方面的优良性能，有时采用组合接法。例如： 共集共基形式：输入电阻高、电压放大倍数较大、频带宽 共集共射形式：输入电阻高、电压放大倍数较大,共射共
35、基形式：电压放大能力较强，又有较好的高频特性,第2章结束,第3章 多级放大电路,3.1 多级放大电路的耦合方式3.2 多级放大电路的动态分析,一、耦合方式,二、多级放大电路的动态分析,一、耦合方式,当单级放大电路不能满足多方面的性能要求(如Au104、Ri=2M、Ro=100)时，应考虑采用多级放大电路。组成多级放大电路时首先应考虑如何“连接”几个单级放大电路，耦合方式即连接方式。,常见耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合等。,1. 直接耦合,既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻,能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，Q点相互影响，存在零点漂移现象。,当输入信号为零时，前
36、级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。,输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移,第二级,第一级,如何设置合适的静态工作点？,Q1合适吗？,对哪些动态参数产生影响？,用什么元件取代Re既可设置合适的Q点，又可使第二级放大倍数不至于下降太大？,若要UCEQ15V，则应怎么办？用多个二极管吗？,二极管导通电压UD？动态电阻rd？,Re,如何设置合适的静态工作点？,UCEQ1太小加Re（Au2数值）改用D若要UCEQ1大，则改用DZ。,稳压管 伏安特性,小功率管多为5mA,由最大功耗得出,必要性？,rzu /i，小功率管多为几欧至二十几欧。,NPN型管和PNP型管混合使用,问题的提出：在用
37、NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQiUBQi，所以 UCQiUCQ(i-1) (i=1N)，以致于后级集电极电位接近电源电压，Q点不合适。,UCQ1 ( UBQ2 ) UBQ1 UCQ2 UCQ1,Re,直接耦合方式的缺点： Q点相互影响，不利于电路的分析、设计和调试 有零点漂移现象,直接耦合方式的优点： 有良好的低频特性，可以放大直流及缓慢变化的信号, 易于集成,应用：集成电路,2.阻容耦合,Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。,共射电路,共集电路,有零点漂移吗？,利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。,阻容耦合方式的缺
38、点：低频特性差，不能放大缓慢变化信号大电容制造困难，不易于集成,阻容耦合方式的优点：Q点相互独立，利于电路的分析、设计和调试,应用：分立元件电路，交流放大,二、多级放大电路的动态分析,Ri2=RL1,Ri1=Ri,Ro2=Ro,将单级放大电路连接成多级放大电路后，要研究的主要问题:级间的相互影响。,1.电压放大倍数,2. 输入电阻,3. 输出电阻,对电压放大电路的要求：Ri大，Ro小，Au的数值大，最大不失真输出电压大。,作业：3.2a, b,3.3 差分放大电路,一、零点漂移现象及其产生的原因,二、长尾式差分放大电路的组成,三、长尾式差分放大电路的分析,四、差分放大电路的四种接法,五、具有恒
39、流源的差分放大电路,六、差分放大电路的改进,一、零点漂移现象及其产生的原因,1. 什么是零点漂移现象：uI0，uO0的现象。,产生原因：温度变化，直流电源波动，元器件老化。其中晶体管的特性对温度敏感是主要原因，故也称零漂为温漂。,抑制温度漂移的方法：,有时会将信号淹没,1.在电路中引入直流负反馈，例如静态工作点稳定电路 2.采用温度补偿的方法，利用热敏元件来抵消放大管的变化 3.采用特性相同的管子，使它们的温漂相互抵消，构成“差分放大电路”,二、长尾式差分放大电路的组成,零输入零输出,若V与UC的变化一样，则输出电压就没有漂移,零点漂移,参数理想对称：Rb1= Rb2 , Rc1= Rc2 ,
40、 Re1= Re2; T1、T2在任何温度下特性均相同。,典型电路,在理想对称的情况下： 1. 克服零点漂移； 2. 零输入零输出。,三、长尾式差分放大电路的分析 1. Q点：令uI1= uI2=0,1. Q点,晶体管输入回路方程：,通常，Rb较小，且IBQ很小，故,2. 抑制共模信号,共模信号：数值相等、极性相同的输入信号，即,Re的共模负反馈作用,Re的共模负反馈作用:(温度变化所引起的变化等效为共模信号),抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。,3. 放大差模信号,iE1=iE2，Re中电流变化为零，即Re 对差模信号无反馈作用，对差模信号相当于短路。不影响差模放大倍数。,差模信号：数
41、值相等，极性相反的输入信号，即,差模信号作用时的动态分析,差模放大倍数,4. 动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR,共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信号的能力和抑制共模信号的能力。,在实际应用时，信号源需要有“接地”点，以避免干扰；或负载需要有“接地”点，以安全工作。,根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。,四、差分放大电路的四种接法(其它三种),1. 双端输入单端输出：Q点分析,差模信号作用下的分析,共模信号作用下的分析,动态参数：,2. 单端输入双端输出,电路参数理想对称时，Ac
42、=0，Q点及动态性能同双入双出电路,输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入,3.单端输入单端输出,Q点及动态性能同双入单出电路,4. 四种接法的比较：电路参数理想对称条件下,Ri均为2(Rb+rbe),Q点、Ad、 Ac、 KCMR、Ro均与输出方式有关。,输入信号分类,(1)差模(differential mode)输入,ui1 = ui2= uid /2,(2)共模( common mode)输入,ui1 = ui2 = uic,差模电压 放大倍数:,共模电压 放大倍数:,(3) 任意输入的信号: ui1 , ui2,注意：ui1 = uc + ud /2 ；ui2 = uc - ud
43、/2,首先将信号分解：,例: ui1= 20mV , ui2= 10mV,则：ud /2= 5mV , uc= 15mV,差模分量:,共模分量:,ui1 = uc + ud /2=15+5=20mV ； ui2 = uc - ud /2=15-5 =10mV,五、具有恒流源的差分放大电路 为什么要采用电流源？,Re越大，共模负反馈越强，单端输出时的Ac越小，KCMR越大，差分放大电路的性能越好。但为使静态电流不变，Re越大，VEE越大，以至于Re太大就不合理了。需在低电源条件下，得到趋于无穷大的Re。,解决方法：采用电流源,五、具有恒流源的差分放大电路,近似为 恒流,五、具有恒流源的差分放大电
44、路,等效电阻为无穷大,近似为 恒流,六、差分放大电路的改进 加调零电位器RW,作业：3.6,3.4 互补输出级,二、互补输出极基本电路,三、消除交越失真的互补输出级,四、准互补输出级,一、对输出级的要求,一、对输出级的要求,互补输出级是直接耦合的功率放大电路。对输出级的要求：带负载能力强；最大不失真输出电压大。,例： 扩音系统,功率放大电路的作用： 用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。,二、互补输出级基本电路,静态时T1、T2均截止，UB= UE=0,1. 特征：T1、T2特性理想对称。,2. 静态分析,T1的输入特性,理想化特性,3. 动态分析
45、,ui正半周，电流通路为+VCCT1RL地，uo = ui,两只管子交替工作，两路电源交替供电，双向跟随。,ui负半周，电流通路为地 RL T2 -VCC，uo = ui,4. 交越失真,消除失真的方法： 设置合适的静态工作点。,信号在零附近两只管子均截止,开启电压,三、消除交越失真的互补输出级,如果信号为零时两只管子处于临界导通或微导通状态，那么当有信号输入时两只管子中至少有一只导通，因而消除了交越失真。 二极管导通时，对直流电源的作用可近似等效为一个0.60.8V的直流电池，对交流信号的作用可等效为一个数值很小的动态电阻。,三、消除交越失真的互补输出级,四、准互补输出级,1. 放大电路的读
46、图方法,(1) 化整为零：按信号流通顺序将 N 级放大电路分为 N 个基本放大电路。 (2) 识别电路：分析每级电路属于哪种基本电路，有何特点。 (3) 统观总体：分析整个电路的性能特点。 (4) 定量估算：必要时需估算主要动态参数。,直接耦合多级放大电路,2. 例题,第一级：双端输入单端输出的差放,第二级：以复合管为放大管的共射放大电路,第三级：准互补输出级,动态电阻无穷大,（1）化整为零，识别电路,（2）基本性能,输入电阻为2rbe、电压放大倍数较大、输出电阻很小、最大不失真输出电压的峰值接近电源电压。,（3）判断电路的同相输入端和反相输入端,整个电路可等效为一个双端输入单端输出的差分放大
47、电路。,同相 输入端,反相 输入端,（4）交流等效电路,第3章结束,第4章 集成运算放大电路,一、概述,二、集成运放中的电流源电路,三、集成运放电路简介,四、集成运放的主要性能指标,一、概述,集成电路: 将整个电路的各个元件做在同一个半导体基片上。,集成运放：集成运算放大电路, 简称集成运放，是制作在一块硅片上的一个完整的直接耦合多级放大电路，因为多用于各种模拟信号的运算（比例、求和等），所以称为集成运放，大多数情况下，它已经取代了分立元件放大电路。,集成电路的外形,(a)双列直插式,(b)圆壳式,(c)扁平式,集成电路的外形,（1）直接耦合方式，采用差分放大电路和电流源电路。 （2）用复杂电
48、路实现高性能的放大电路，因为电路复杂并不增加制作工序。 （3）用有源元件替代无源元件，如用晶体管取代难于制作的大电阻。 （4）采用复合管。,1. 集成运放的特点,2. 集成运放电路的组成,一个 输出端,若将集成运放看成为一个“黑盒子”，则可等效为一个双端输入、单端输出的差分放大电路。,集成运放电路四个组成部分的作用,输入级：前置级，多采用差分放大电路。要求Ri大，Ad大， Ac小，输入端耐压高。 中间级：主放大级，多采用共射放大电路。要求有足够的放大能力。 输出级：功率级，多采用准互补输出级。要求Ro小，最大不失真输出电压尽可能大。,偏置电路：为各级放大电路设置合适的静态工作点。采用电流源电路。,输入级,中间级,输出级,-VEE,+VCC,u+,uo,u,反相 输入端,同相 输入端,
