模拟电子技术基础-清华大学-全套完整版.ppt

*,*,EXIT,黄 河 古 道 鉴 史,长 江 浪 巅 揽 胜,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,EXIT,EXIT,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,模拟电子技术基础,清华大学 华成英,绪 论,一、电子技术的发展,二、模拟信号与模拟电路,三、电子信息系统的组成,四、模拟电子技术基础课的特点,五、如何学习这门课程,六、课程的目的,七、考查方法,一、电子技术的发展,电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之,“,无孔不入,”,，应用广泛！,广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电话、手机,网络：路由器、,ATM,交换机、收发器、调制解调器,工业：钢铁、石油化工、机加工、数控机床,交通：飞机、火车、轮船、汽车,军事：雷达、电子导航,航空航天：卫星定位、监测,医学：,刀、,CT,、,B,超、微创手术,消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统,电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展上。从电子管半导体管集成电路,1904,年,电子管问世,1947,年,晶体管诞生,1958,年集成电路研制成功,电子管、晶体管、集成电路比较,半导体元器件的发展,1947,年 贝尔实验室制成第一只晶体管,1958,年 集成电路,1969,年 大规模集成电路,1975,年 超大规模集成电路,第一片集成电路只有,4,个晶体管，而,1997,年一片集成电路中有,40,亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按,10,倍,/6,年的速度增长，到,2015,或,2020,年达到饱和。,学习电子技术方面的课程需时刻关注电子技术的发展！,第一只晶体管的发明者,（,by John Bardeen,William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab,）,第一个集成电路及其发明者,（,Jack Kilby from TI,）,1958,年,9,月,12,日，在德州仪器公司的实验室里，实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想。,42,年以后，,2000,年获诺贝尔物理学奖。“为现代信息技术奠定了基础”。,他们在,1947,年,11,月底发明了晶体管，并在,12,月,16,日正式宣布“晶体管”诞生。,1956,年获诺贝尔物理学奖。巴因所做的超导研究于,1972,年第二次获得诺贝尔物理学奖。,值得纪念的几位科学家！,二、模拟信号与模拟电路,1.,电子电路中信号的分类,数字信号,：离散性,模拟信号：连续性。,大多数物理量为模拟信号。,2.,模拟电路,模拟电路,是对模拟信号进行处理的电路。,最基本的处理是对信号的放大，有功能和性能各异的放大电路。,其它模拟电路多以放大电路为基础。,“1”,的电压当量,“1”,的倍数,介于,K,与,K,+1,之间时需根据阈值确定为,K,或,K,+1,任何瞬间的任何值均是有意义的,三、电子信息系统的组成,模拟电子电路,数字电子电路（系统）,传感器接收器,隔离、滤波、放大,运算、转换、比较,功放,模拟,-,数字混合电子电路,模拟电子系统,执行机构,四、模拟电子技术基础课的特点,1,、,工程性,实际工程需要证明其可行性。,强调定性分析。,实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存,在一定的误差范围的。,定量分析为,“,估算,”,。,近似分析要,“,合理,”,。,抓主要矛盾和矛盾的主要方面。,电子电路归根结底是电路。,不同条件下构造不同模型。,2.,实践性,常用电子仪器的使用方法,电子电路的测试方法,故障的判断与排除方法,EDA,软件的应用方法,五、如何学习这门课程,1.,掌握,基本概念、基本电路和基本分析方法,基本概念：,概念是不变的，应用是灵活的，,“,万变不离其宗,”,。,基本电路：,构成的原则是不变的，具体电路是多种多样的。,基本分析方法：,不同类型的电路有不同的性能指标和描述方法，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.,学会辩证、全面地分析电子电路中的问题,根据需求，最适用的电路才是最好的电路。,要研究利弊关系，通常,“,有一利必有一弊,”,。,4.,注意电路中常用定理在电子电路中的应用,六、课程的目的,1.,掌握基本概念、基本电路、基本方法和基本实验技能。,2.,具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展的能力，以及将所学知识用于本专业的能力。,本课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的分析和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的基础知识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及其在专业中的应用打下基础。,注重培养系统的观念、工程的观念、科技进步的观念和创新意识，学习科学的思维方法。提倡快乐学习！,清华大学 华成英 hchya,七、考查方法,1.,会看：读图，定性分析,2.,会算：定量计算,考查分析问题的能力,3.,会选：电路形式、器件、参数,4.,会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、,EDA,考查解决问题的能力设计能力,考查解决问题的能力实践能力,综合应用所学知识的能力,第一章 半导体二极管和三极管,第一章 半导体二极管和三极管,1.1,半导体基础知识,1.2,半导体二极管,1.3,晶体三极管,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,结的电容效应,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。,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，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。,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核的束缚力介于导体与绝缘体之间。,无杂质,稳定的结构,2,、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,自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。,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。,动态平衡,两种载流子,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。,为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？,3,、本征半导体中的两种载流子,运载电荷的粒子称为载流子。,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。,二、杂质半导体,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,空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？,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，,在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？,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。,扩散运动,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，产生内电场。,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。,漂移运动,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。,PN,结的单向导电性,必要吗？,清华大学 华成英 hchya,四、,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,C,b,。,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,C,d,。,结电容：,结电容不是常量！若,PN,结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！,问题,为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？,为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？,为什么半导体器件有最高工作频率？,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、二极管的等效电路,四、二极管的主要参数,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。,小功率二极管,大功率二极管,稳压,二极管,发光,二极管,一、二极管的组成,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。,二、二极管的伏安特性及电流方程,材料,开启电压,导通电压,反向饱和电流,硅,Si,0.5V,0.50.8V,1,A,以下,锗,Ge,0.1V,0.10.3V,几十,A,开启电压,反向饱和电流,击穿电压,温度的,电压当量,二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。,利用,Multisim,测试二极管伏安特性,从二极管的伏安特性可以反映出：,1.,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,I,S,，,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,增大,1,倍,/10,三、二极管的等效电路,理想,二极管,近似分析中最常用,理想开关,导通时,U,D,0,截止时,I,S,0,导通时,U,D,U,on,截止时,I,S,0,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！,1.,将伏安特性折线化,？,100V,？,5V,？,1V,？,2.,微变等效电路,Q,越高，,r,d,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。,u,i,=0,时直流电源作用,小信号作用,静态电流,四、二极管的主要参数,最大整流电流,I,F,：最大平均值,最大反向工作电压,U,R,：最大瞬时值,反向电流,I,R,：即,I,S,最高工作频率,f,M,：因,PN,结有电容效应,第四版,P20,讨论：,解决两个问题,如何判断二极管的工作状态？,什么情况下应选用二极管的什么等效电路？,u,D,=,V,iR,Q,I,D,U,D,V,与,u,D,可比，则需图解：,实测特性,对,V,和,U,i,二极管,的模型有什么不同？,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,U,Z,、稳定电流,I,Z,最大功耗,P,ZM,I,ZM,U,Z,动态电阻,r,z,U,Z,/,I,Z,若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电流的限流电阻！,限流电阻,斜率？,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、晶体管的共射输入特性和输出特性,四、温度对晶体管特性的影响,五、主要参数,一、晶体管的结构和符号,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。,小功率管,中功率管,大功率管,为什么有孔？,二、晶体管的放大原理,扩散运动形成发射极电流,I,E,，复合运动形成基极电流,I,B,，漂移运动形成集电极电流,I,C,。,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散到基区的电子漂移到集电区,基区空穴的扩散,电流分配：,I,E,I,B,I,C,I,E,扩散运动形成的电流,I,B,复合运动形成的电流,I,C,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,为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？,三、晶体管的共射输入特性和输出特性,为什么,U,CE,增大曲线右移？,对于小功率晶体管，,U,CE,大于,1V,的一条输入特性曲线可以取代,U,CE,大于,1V,的所有输入特性曲线。,为什么像,PN,结的伏安特性？,为什么,U,CE,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,是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下,?,对应于一个,I,B,就有一条,i,C,随,u,CE,变化的曲线。,为什么,u,CE,较小时,i,C,随,u,CE,变化很大？为什么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,晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流,i,C,几乎仅仅决定于输入回路的电流,i,B,，即可将输出回路等效为电流,i,B,控制的电流源,i,C,。,状态,u,BE,i,C,u,CE,截止,U,on,I,CEO,V,CC,放大,U,on,i,B,u,BE,饱和,U,on,i,B,u,BE,四、温度对晶体管特性的影响,五、主要参数,直流参数,：、,I,CBO,、,I,CEO,c-e,间击穿电压,最大集电极电流,最大集电极耗散功率，,P,CM,i,C,u,CE,安全工作区,交流参数：,、,、,f,T,（使,1,的信号频率）,极限参数,：,I,CM,、,P,CM,、,U,（,BR,）,CEO,清华大学 华成英 hchya,讨论一,由图示特性求出,P,CM,、,I,CM,、,U,（,BR,）,CEO,、,。,2.7,u,CE,=1V,时的,i,C,就是,I,CM,U,（,BR,）,CEO,讨论二：,利用,Multisim,测试晶体管的输出特性,利用,Multisim,分析图示电路在,V2,小于何值时晶体管截止、大于何值时晶体管饱和。,讨论三,以,V2,作为输入、以节点,1,作为输出，采用直流扫描的方法可得！,约小于,0.5V,时截止,约大于,1V,时饱和,描述输出电压与输出电压之间函数关系的曲线，称为电压传输特性。,第二章 基本放大电路,第二章 基本放大电路,2.1,放大的概念与放大电路的性能指标,2.2,基本共射放大电路的工作原理,2.3,放大电路的分析方法,2.4,静态工作点的稳定,2.5,晶体管放大电路的三种接法,2.6,场效应管及其基本放大电路,2.7,基本放大电路的派生电路,2.1,放大的概念与放大电路的性能指标,一、放大的概念,二、放大电路的性能指标,一、,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,判断电路能否放大的基本出发点,V,CC,至少一路直流电源供电,二、,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被研究和测试的参数,信号源,信号源内阻,输入电压,输入电流,输出电压,输出电流,对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。,2.,输入电阻和输出电阻,将输出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,R,L,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,U,om,：,交流有效值。,由于电容、电感及放大管,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,5.,最大输出功率,P,om,和效率,：功率放大电路的参数,2.2,基本共射放大电路的工作原理,一、电路的组成及各元件的作用,二、设置静态工作点的必要性,三、波形分析,四、放大电路的组成原则,一、电路的组成及各元件的作用,V,BB,、,R,b,：使,U,BE,U,on,，且有合适的,I,B,。,V,CC,：使,U,CE,U,BE,，同时作为负载的能源。,R,c,：将,i,C,转换成,u,CE,(,u,o,),。,动态信号作用时：,输入电压,u,i,为零时，晶体管各极的电流、,b-e,间的电压、管压降称为静态工作点,Q,，记作,I,BQ,、,I,CQ,（,I,EQ,）、,U,BEQ,、,U,CEQ,。,共射,二、设置静态工作点的必要性,输出电压必然失真！,设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但,Q,点几乎影响着所有的动态参数！,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？,三、基本共射放大电路的,波形分析,饱和失真,底部失真,截止失真,顶部失真,输出和输入反相！,动态信号驮载在静态之上,与,i,C,变化方向相反,要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！,四、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：,（1）,直接耦合放大电路,问题：,1.,两种电源,2.,信号源与放大电路不“共地”,共地，且要使信号驮载在静态之上,静态时，,动态时，,V,CC,和,u,I,同时作用于晶体管的输入回路。,将两个电源合二为一,有直流分量,有交流损失,U,BEQ,两种实用放大电路：,（2）,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“隔离直流、通过交流”。,静态时，,C,1,、,C,2,上电压？,动态时，,C,1,、,C,2,为耦合电容！,U,BEQ,U,CEQ,u,BE,u,I,U,BEQ,，信号驮载在静态之上。,负载上只有交流信号。,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、放大电路的直流通路和交流通路,1.,直流通路,：,U,s,=0,，保留,R,s,；,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；,直流电源相当于短路（内阻为0）。,通常，放大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的概念。,基本共射放大电路的直流通路和交流通路,列晶体管输入、输出回路方程，将,U,BEQ,作为已知条件，令,I,CQ,I,BQ,，可估算出静态工作点。,V,BB,越大，,U,BEQ,取不同的值所引起的,I,BQ,的误差越小。,当,V,CC,U,BEQ,时，,已知：,V,CC,12V,，,R,b,600k,，,R,c,3k,，,100,。,Q,？,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,二、图解法,应实测特性曲线,输入回路负载线,Q,I,BQ,U,BEQ,I,BQ,Q,I,CQ,U,CEQ,负载线,1.,静态分析,：图解二元方程,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,V,BB,，即向上平移输入回路负载线。,截止失真是在输入回路首先产生失真！,减小,R,b,能消除截止失真吗？,饱和失真,消除方法：,增大,R,b,，,减小,R,c,，,减小,，,减小,V,BB,，,增大,V,CC,。,R,b,或,或,V,BB,R,c,或,V,CC,：饱和失真是输出回路产生失真。,最大不失真输出电压,U,om,：比较,U,CEQ,与（,V,CC,U,CEQ,），取其小者，除以,。,这可不是,好办法！,清华大学 华成英 hchya,讨论一,1.,用,NPN,型晶体管组成一个在本节课中未见过的共射放大电路。,2.,用,PNP,型晶体管组成一个共射放大电路。,画出图示电路的直流通路和交流通路。,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。,1.,直流模型,：适于,Q,点的分析,理想二极管,利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。,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,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。,低频小信号模型,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,间的,动态电阻,内反馈系数,电流放大系数,c-e,间的电导,分清主次，合理近似！什么情况下,h,12,和,h,22,的作用可忽略不计？,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,由,I,EQ,算出,在输入特性曲线上，,Q,点越高，,r,be,越小！,3,.,放大电路的动态分析,放大电路的,交流等效电路,阻容耦合共射放大电路的动态分析,输入电阻中不应含有,R,s,!,输出电阻中不应含有,R,L,!,讨论一,1.,在什么参数、如何变化时,Q,1,Q,2,Q,3,Q,4,？,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,U,om,最大？,3.,设计放大电路时，应根据什么选择,V,CC,？,2.,空载和带载两种情况下,U,om,分别为多少？,在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？,增强电压放大能力的方法？,讨论二,已知,I,CQ,2mA,，,U,CES,0.7V,。,1.,在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？若带负载的情况下呢？,讨论三,：基本共射放大电路的静态分析和动态分析,Q,I,BQ,35A,U,BEQ,0.65V,为什么用图解法求解,I,BQ,和,U,BEQ,？,讨论四,：阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析,讨论五：,波形分析,失真了吗？如何判断？原因？,饱和失真,2.4,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、稳定静态工作点的方法,一、温度对,静态工作,点的影响,所谓,Q,点稳定，是指,I,CQ,和,U,CEQ,在温度变化时基本不变，这是靠,I,BQ,的变化得来的。,若温度升高时要,Q,回到,Q,，则只有减小,I,BQ,T,（）,I,CQ,Q,I,CEO,若,U,BEQ,不变,I,BQ,Q,二、,静态工作点稳定的,典型电路,直流通路？,C,e,为旁路电容，在交流通路中可视为短路,1,.,电路组成,2.,稳定原理,为了稳定,Q,点，通常,I,1,I,B,，即,I,1,I,2,；因此,基本不随温度变化。,设,U,BEQ,U,BE,U,BE,，若,U,BQ,U,BE,U,BE,，则,I,EQ,稳定。,R,e,的,作用,T,(),I,C,U,E,U,BE,（,U,B,基本不变）,I,B,I,C,R,e,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。,R,e,有上限值吗？,I,C,通过,R,e,转换为,U,E,影响,U,BE,温度升高,I,C,增大，反馈的结果使之减小,3.,Q,点分析,分压式电流负反馈工作点稳定电路,R,b,上静态电压是否可忽略不计？,判断方法：,4.,动态分析,利,?,弊,?,无旁路电容,C,e,时：,如何提高电压放大能力？,三、稳定静态工作点的方法,引入直流负反馈,温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。,例如，,R,b1,或,R,b2,采用热敏电阻。,它们的,温度系数？,清华大学 华成英 hchya,讨论一,图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？,若采用了措施，则是什么措施？,2.5,晶体管放大电路的三种接法,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,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,故称之为射极跟随器,U,o,U,i,2.,动态分析,：输入电阻的分析,R,i,与负载有关！,R,L,带负载电阻后,从基极看,R,e,，被增大到（,1+,）倍,2.,动态分析,：输出电阻的分析,R,o,与信号源内阻有关！,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！,令,U,s,为零，保留,R,s,，在输出端加,U,o,，产生,I,o,。,从射极看基极回路电阻，被减小到（,1+,）倍,二、基本共基放大电路,1.,静态分析,2.,动态分析,3.,特点,：,输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！,三、三种接法的比较：,空载情况下,接法 共射 共集 共基,A,u,大,小于1,大,A,i,1,R,i,中,大,小,R,o,大,小,大,频带 窄 中 宽,讨论一：,图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。,接法,共射,共集,共基,输入,b,b,e,输出,c,e,c,电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。,1.,Q,为多少？,2.,R,e,有稳定,Q,点的作用吗？,3.,电路的交流等效电路？,4.,V,变化时，电压放大倍数如何变化？,讨论二,清华大学 华成英 hchya,讨论二,改变电压放大倍数,2.6,场效应管及其基本放大电路,一、场效应管,二、场效应管放大电路静态工作点的设置方法,三、场效应管放大电路的动态分析,一、场效应管（以,N,沟道为例）,场效应管有三个极：源极（,s,）,、栅极（,g,）、漏极（,d,），对应于晶体管的,e,、,b,、,c,；有,三个工作区域：截止区、恒流区、可变电阻区，对应于,晶体,管的截止区、放大区、饱和区。,1.,结型场效应管,符号,结构示意图,栅极,漏极,源极,导电沟道,单极型管,噪声小、抗辐射能力强、低电压工作,栅,-,源电压对导电沟道宽度的控制作用,沟道最宽,沟道变窄,沟道消失称为夹断,u,GS,可以控制导电沟道的宽度。为什么,g-s,必须加负电压？,U,GS,（,off,）,漏,-,源电压对漏极电流的影响,u,GS,U,GS,（,off,）,且不变，,V,DD,增大，,i,D,增大,。,预夹断,u,GD,U,GS,（,off,）,V,DD,的增大，几乎全部用来克服沟道的电阻，,i,D,几乎不变，进入恒流区，,i,D,几乎仅仅决定于,u,GS,。,场效应管工作在恒流区的条件是什么？,u,GD,U,GS,（,off,）,u,GD,U,GS,（,off,）,夹断电压,漏极饱和电流,转移特性,场效应管工作在恒流区，因而,u,GS,U,GS,（,off,）,且,u,GD,U,GS,（,off,）,。,u,DG,U,GS,（,off,）,g-s,电压控制,d-s,的等效电阻,输出特性,预夹断轨迹，,u,GD,U,GS,（,off,）,可变电阻区,恒,流,区,i,D,几乎仅决定于,u,GS,击,穿,区,夹断区（截止区）,夹断电压,I,DSS,i,D,不同型号的管子,U,GS,（,off,）,、,I,DSS,将不同。,低频跨导：,2.,绝缘栅型场效应管,u,GS,增大，反型层（导电沟道）将变厚变长。当反型层将两个,N,区相接时，形成导电沟道。,SiO,2,绝缘层,衬底,耗尽层,空穴,高掺杂,反型层,增强型管,大到一定值才开启,增强型,MOS,管,u,DS,对,i,D,的影响,用场效应管组成放大电路时应使之工作在恒流区。,N,沟道增强型,MOS,管工作在恒流区的条件是什么？,i,D,随,u,DS,的增大而增大，可变电阻区,u,GD,U,GS,（,th,）,预夹断,i,D,几乎仅仅受控于,u,GS,，恒流区,刚出现夹断,u,GS,的增大几乎全部用来克服夹断区的电阻,耗尽型,MOS,管,耗尽型,MOS,管在,u,GS,0,、,u,GS,0,、,u,GS,0,时均可导通，且与结型场效应管不同，由于,SiO,2,绝缘层的存在，在,u,GS,0,时仍保持,g-s,间电阻非常大的特点。,加正离子,小到一定值才夹断,u,GS,=0,时就存在导电沟道,MOS,管的特性,1),增强型,MOS,管,2),耗尽型,MOS,管,开启电压,夹断电压,利用,Multisim,测试场效应管的输出特性,从输出特性曲线说明场效应管的哪些特点？,3.,场效应管的分类,工作在恒流区时,g-s,、,d-s,间的电压极性,u,GS,=0,可工作在恒流区的场效应管有哪几种？,u,GS,0,才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？,u,GS,0,才可能工作在恒流区的场效应管有哪几种？,二、场效应管静态工作点的设置方法,根据场效应管工作在恒流区的条件，在,g-s,、,d-s,间加极性合适的电源,1.,基本共源放大电路,2.,自给偏压电路,由正电源获得负偏压,称为自给偏压,哪种场效应管能够采用这种电路形式设置,Q,点？,3.,分压式偏置电路,为什么加,R,g3,?,其数值应大些小些？,哪种场效应管能够采用这种电路形式设置,Q,点？,即典型的,Q,点稳定电路,三、场效应管放大电路的动态分析,近似分析时可认为其为无穷大！,根据,i,D,的表达式或转移特性可求得,g,m,。,与晶体管的,h,参数等效模型类比：,1.,场效应管的交流等效模型,2.,基本共源放大电路的动态分析,若,R,d,=3k,，,R,g,=5k,，,g,m,=2mS,，则,与共射电路比较。,3.,基本共漏放大电路的动态分析,若,R,s,=3k,，,g,m,=2mS,，则,基本共漏放大电路输出电阻的分析,若,R,s,=3k,，,g,m,=2mS,，则,R,o,=?,2.7,派生电路,一、复合管,二、派生电路举例,一、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,T,1,管。,目的：增大,，减小前级驱动电流，改变管子的类型。,i,B,方向决定复合管的类型,讨论一：,判断下列各图是否能组成复合管,在合适的外加电压下，每只管子的电流都有合适的通路，才能组成复合管。,清华大学 华成英 hchya,R,i,=?,R,o,=?,讨论二,二、派生电路举例：,组合的结果带来什么好处？,第三章 多级放大电路,第三章 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,3.3,差分放大电路,3.4,互补输出级,3.5,直接耦合多级放大电路读图,3.1,多级放大电路的耦合方式,一、直接耦合,二、阻容耦合,三、变压器耦合,一、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，前级由温度变化所引起的电流、电位的变化会逐级放大。,第二级,第一级,Q,1,合适吗？,直接连接,输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移,求解,Q,点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。,如何设置合适的静态工作点？,对哪些动态参数产生影响？,用什么元件取代,R,e,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多？,若要,U,CEQ,5V,，则应怎么办？用多个二极管吗？,二极管导通电压,U,D,？动态电阻,r,d,特点？,R,e,必要性？,稳压管,伏安特性,U,CEQ1,太小加,R,e,（,A,u,2,数值）改用,D,若要,U,CEQ1,大，则改用,D,Z,。,NPN,型管和,PNP,型管混合使用,在用,NPN,型管组成,N,级共射放大电路，由于,U,CQ,i,U,BQ,i,，所以,U,CQ,i,U,CQ(,i,-1,）,（,i,=1,N,），以致于后级集电极电位接近电源电压，,Q,点不合适。,U,CQ1,（,U,BQ2,）,U,BQ1,U,CQ2,U,CQ1,U,CQ1,（,U,BQ2,）,U,BQ1,U,CQ2,U,CQ1,二、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。,可能是实际的负载，也可能是下级放大电路,三、变压器耦合,理想变压器情况下，负载上获得的功率等于原边消耗的功率。,从变压器原边看到的等效电阻,讨论：两级直接耦合放大电路,选择合适参数使电路正常工作,电位高低关系,从,Multisim“,参数扫描”结果分析两级放大电路,Q,点的相互影响。,R1,取何值时,T2,工作在饱和区？,u,C1,u,C2,T,2,工作在放大区,3.2,多级放大电路的动态分析,二、分析举例,一、动态参数分析,一、动态参数分析,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：,R,i,大，,R,o,小，,A,u,的数值大，最大不失真输出电压大。,二、分析举例,讨论,一,失真分析：由,NPN,型管组成的两级共射放大电路,共射放大电路,共射放大电路,饱和失真？截止失真？,首先确定在哪一级出现了失真，再判断是什么失真。,比较,U,om1,和,U,im2,，则可判断在输入信号逐渐增大时哪一级首先出现失真。,在前级均未出现失真的情况下，多级放大电路的最大不失真电压等于输出级的最大不失真电压。,清华大学 华成英 hchya,讨论二：放大电路的选用,1.,按下列要求组成两级放大电路：,R,i,1,2k,，,A,u,的数值,3000,；,R,i,10M,，,A,u,的数值,300,；,R,i,100,200k,，,A,u,的数值,150,；,R,i,10M,，,A,u,的数值,10,，,R,o,100,。,共射、共射；共源、共射；共集、共射；共源、共集。,2.,若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载电压放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的电压放大倍数？,注意级联时两级的相互影响！,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,：,u,I,0，,u,O,0,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。,克服温漂的方法：引入直流负反馈，温度补偿。典型电路：差分放大电路,零点漂移,零输入零输出,理想对称,二、长尾式差分放大电路的组成,信号特点？能否放大？,共模信号：大小相等，极性相同。,差模信号：大小相等，极性相反,.,信号特点？能否放大？,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；,3.,抑制共模信号；,4.,放大差模信号。,三、长尾式差分放大电路的分析,R,b,是必要的吗？,1.,Q,点,：,晶体管输入回路方程：,通常，,R,b,较小，且,I,BQ,很小，故,选合适的,V,EE,和,R,e,就可得合适的,Q,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,2.,抑制共模信号,：,R,e,的共模负反馈作用,R,e,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,对于每一边电路，,R