模擬電子技術(shù)課件(完整版)

1、模擬電子技術(shù)第1章 半導(dǎo)體器件第2章 基本放大器 第3章 負反饋放大器 第4章 模擬集成電路 第5章 低頻功率放大器 第6章 信號產(chǎn)生電路 第7章 直流穩(wěn)壓電源 模擬電子技術(shù)第1章 半導(dǎo)體器件教學(xué)目的 了解半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。 理解PN結(jié)的形成機理，掌握PN結(jié)的主要特性。 理解BJT和FET的工作原理，掌握其主要特性及參數(shù)。第1章 半導(dǎo)體器件1.1 半導(dǎo)體1.2 PN結(jié)與二極管1.3 晶體三極管1.4 場效應(yīng)管第1章 半導(dǎo)體器件1.1 半導(dǎo)體1.1.1 本征半導(dǎo)體1.1.2 摻雜半導(dǎo)體1.1 半導(dǎo)體 在電子技術(shù)領(lǐng)域，常用的半導(dǎo)體材料有硅（Si）和鍺（Ge）。它們都是四價元素，在元素表中分別是14

2、號和32號元素。某一元素的導(dǎo)電特性主要與其價電子有關(guān)，因此，四價原子的結(jié)構(gòu)圖如圖所示。 四價原子結(jié)構(gòu)簡化圖1.1.1 本征半導(dǎo)體 1本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu) 純凈而且結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。 如圖（a）所示的現(xiàn)象稱為價電子的共有化運動。 圖（b）所示，是共價鍵示意圖。1.1.1 本征半導(dǎo)體（a）價電子的共有化運動（b）共價鍵示意圖 圖 價電子的共有化及共價鍵 1.1.1 本征半導(dǎo)體 每個硅或鍺原子都有四個價電子，它們可以與相鄰的四個原子形成完整的共價鍵。從而使半導(dǎo)體的所有原子通過共價鍵的作用，緊密地結(jié)合在一起，形成一個堅固的晶體，如圖所示。本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)示意圖1.1.1 本征半導(dǎo)體

3、2本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 本征半導(dǎo)體中有自由電子和空穴兩種載流子，如圖所示。圖中的空心圈代表空穴，鍵外的黑點代表自由電子。 本征半導(dǎo)體的自由電子和空穴1.1.2 摻雜半導(dǎo)體 1N型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的五價元素，如磷、砷、銻等，就形成N型半導(dǎo)體。由于摻入的五價元素微量，所以，半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)基本不變，只是在個別的位置上，某個硅（或鍺）原子被五價原子取代，如圖所示。N型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖 2P型半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的三價元素，如硼、鋁、銦等，就形成P型半導(dǎo)體。由于摻入的三價元素微量，所以，半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)基本不變，只是在個別的位置上，某個硅（或鍺）原子被三價原子取代，如圖所示

4、。P型半導(dǎo)體晶體結(jié)構(gòu)示意圖 1.1.2 摻雜半導(dǎo)體1.1.2 摻雜半導(dǎo)體 3摻雜半導(dǎo)體的溫度特性 摻雜半導(dǎo)體的多數(shù)載流子濃度受溫度的影響很小，主要由摻雜濃度決定。 摻雜半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子完全由熱激發(fā)產(chǎn)生。溫度發(fā)生變化，熱激發(fā)與復(fù)合的程度都會隨之變化，因此，摻雜半導(dǎo)體中的少子濃度受溫度的影響很大。1.2 PN結(jié)與二極管 1.2.1 PN結(jié)的形成 1.2.2 PN結(jié)的偏置方式 1.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?1.2.4 PN結(jié)的擊穿特性 1.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng) 1.2.6 常用二極管 1.2.7 其他二極管1.2.1 PN結(jié)的形成 當P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體緊密地結(jié)合在一起時，由于在交界面

5、兩側(cè)，空穴與自由電子都存在著很大的濃度差。因此，兩者都必將產(chǎn)生擴散運動，P區(qū)的多子空穴向N區(qū)擴散，并且與N區(qū)的自由電子復(fù)合；N區(qū)的多子自由電子向P區(qū)擴散，并且與P區(qū)的空穴復(fù)合，如圖1（a）所示。 1.2.1 PN結(jié)的形成 當自建電場力等于濃度差產(chǎn)生的擴散力時，多子的擴散被阻止。空間電荷的數(shù)量不再變化，空間電荷區(qū)的寬度也不再變化，這樣PN結(jié)便形成了，如圖1（b）所示。 圖1 PN結(jié)的形成 1.2.2 PN結(jié)的偏置方式 由于PN結(jié)的耗盡層中幾乎無載流子，所以呈現(xiàn)出很大的電阻。當PN結(jié)接有外加電壓時，外加電壓幾乎全部降落在耗盡層兩端。 若外加電壓使PN結(jié)的P區(qū)電位高于N區(qū)電位，則稱PN結(jié)被正向偏置，

6、簡稱PN結(jié)正偏。其端電壓稱為正向偏置電壓，簡稱正偏壓或正向電壓。這種偏置方式也稱做：給PN結(jié)加正向電壓。1.2.2 PN結(jié)的偏置方式 若外加電壓使PN結(jié)的P區(qū)電位低于N區(qū)電位，則稱PN結(jié)被反向偏置，簡稱PN結(jié)反偏。其端電壓稱為反向偏置電壓，簡稱反偏壓或反向電壓。這種偏置方式也稱做：給PN結(jié)加反向電壓。 若外加電壓使PN結(jié)的P區(qū)電位和N區(qū)電位相等，則稱PN結(jié)被零偏置，簡稱PN結(jié)零偏。這種情況，相當于沒有給PN結(jié)加電壓。1.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?PN結(jié)的偏置方式不同，表現(xiàn)出的特性也不同。 1PN結(jié)的正偏特性，如圖2（a）所示。 2PN結(jié)的反偏特性, 如圖2（b）所示。圖2 PN結(jié)的單向?qū)щ?/p>

7、特性 1.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?當PN結(jié)正偏時，有較大的電流流過PN結(jié)；PN結(jié)反偏時，流過PN結(jié)的電流幾乎為零。即PN結(jié)只允許電流沿著一個方向流通。這一特性稱做PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦浴?由半導(dǎo)體物理學(xué)可知，室溫下流過PN結(jié)的電流iD與其端電壓uD之間的關(guān)系為 (安培) 1.2.4 PN結(jié)的擊穿特性PN結(jié)反偏時，若其反偏壓在一定范圍內(nèi)變化，則其反向電流基本保持一個較小的值不變。但是，當反偏壓超過某一個值后，反向電流會急劇增大，這種現(xiàn)象稱做PN結(jié)被擊穿。PN結(jié)發(fā)生擊穿時的反偏壓稱為PN結(jié)的擊穿電壓，記作UBR。造成PN結(jié)擊穿的機理有以下兩種。雪崩擊穿齊納擊穿1.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng) 從結(jié)

8、構(gòu)上看，PN結(jié)相當于兩個導(dǎo)電板之間夾著一層絕緣介質(zhì)，與普通的平板電容器非常相似。當PN結(jié)兩端接有交變電壓時，必定呈現(xiàn)出一定程度的電容效應(yīng)，稱之為PN結(jié)的結(jié)電容，記作Cj。其容量在幾皮法到幾百皮法之間。 若外加電壓變化，PN結(jié)的耗盡層寬度就會變化，相當于兩個導(dǎo)電板的間距發(fā)生變化，因此，Cj也隨之變化，所以，Cj是非線性電容。1.2.6 常用二極管 1二極管的結(jié)構(gòu)及電路符號 PN結(jié)裝上外殼和電極即構(gòu)成二極管。圖3（a）、（b）、（c）是幾種常用二極管的外形圖，圖3（d）是其電路符號。電路符號圖中，短豎線代表N區(qū)，箭頭代表P區(qū)，箭頭方向是正向電流的實際流通方向。連接P區(qū)的引線稱為正極（或陽極），連接

9、N區(qū)的引線稱為負極（或陰極）。1.2.6 常用二極管圖3 二極管的外形圖及電路符號1.2.6 常用二極管 2二極管的伏安特性曲線 二極管的伏安特性，是指流過二極管的電流與其端電壓之間的對應(yīng)關(guān)系。 如圖是常用二極管的典型伏安特性曲線。圖 二極管伏安特性曲線1.2.6 常用二極管正向特性反向特性溫度對伏安特性的影響 3二極管的主要參數(shù)最大整流電流IFM最高反向工作電壓URWM最大反向電流IRM1.2.6 常用二極管最高工作頻率fM直流電阻RD 二極管兩端的直流電壓與流過二極管的直流電流之比，稱為二極管的直流電阻。即交流電阻 二極管在工作點Q處的電壓和電流的微變量之比，稱為二極管在工作點Q處的交流電

10、阻。1.2.6 常用二極管 即 4二極管的基本應(yīng)用限幅電路 圖4（a）是用二極管構(gòu)成的上限幅電路（假設(shè)二極管具有理想特性）。圖4（b）是該電路在ui=5SintV時，對應(yīng)的輸出電壓波形。 1.2.6 常用二極管 圖4 二極管上限幅電路及波形 1.2.6 常用二極管電平選擇電路 圖5（a）、5（b）分別是用二極管構(gòu)成的高電平選擇電路和低電平選擇電路。 圖5 電平選擇電路 1.2.7 其他二極管 1穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管的電路符號及伏安特性曲線如圖所示。圖 穩(wěn)壓二極管的符號及特性曲線 1.2.7 其他二極管 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)如下：穩(wěn)定電壓UZ穩(wěn)定電流IZ最大穩(wěn)定電流IZmax最大允許功耗PZM

11、交流電阻（動態(tài)電阻）UZ的溫度系數(shù)1.2.7 其他二極管 2變?nèi)荻O管 變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)的電容效應(yīng)制成的，其電路符號如圖所示。圖 變?nèi)荻O管的電路符號 1.2.7 其他二極管 3發(fā)光二極管 發(fā)光二極管簡稱LED，它是一種把電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件，其電路符號如圖所示。圖 發(fā)光二極管的電路符號1.2.7 其他二極管 4光電二極管 光電二極管是一種把光信號轉(zhuǎn)換為電信號的半導(dǎo)體器件。其結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，只是在管殼上留有一個光線入射窗口，其電路符號如圖所示。 圖 光電二極管的電路符號 1.2.7 其他二極管 5光電耦合器件 將發(fā)光二極管和光電二極管組合起來，可構(gòu)成二極管型的光電耦合器件，如

12、圖所示。 圖 光電耦合器件的電路符號 1.3 晶體三極管 1.3.1 三極管的結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài) 1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例） 1.3.3 三極管的伏安特性曲線 1.3.4 三極管的主要參數(shù) 1.3.5 三極管的溫度特性1.3 晶體三極管 常用三極管的外形如圖所示，前三種是小功率管，最后一種是低頻大功率管；圖（c）是塑膠外殼管，其他三種為金屬外殼管。 圖 幾種半導(dǎo)體三極管的外形1.3.1 三極管的結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài) 三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號如圖所示。 圖 三極管的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號1.3.1 三極管的結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài) 三極管的工作狀態(tài)由兩個PN結(jié)的偏置方式?jīng)Q 定，如表所示。發(fā)

13、射結(jié)的偏置集電結(jié)的偏置三極管的工作狀態(tài)正偏反偏放大狀態(tài)正偏正偏飽和狀態(tài)反偏反偏截止狀態(tài)反偏正偏倒置狀態(tài)表 三極管的偏置方式及工作狀態(tài)1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例） 三極管在放大狀態(tài)下，有很強的電流放大能力，其放大原理可用圖來說明。 圖 放大狀態(tài)下晶體管內(nèi)載流子的運動和各極電流1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例） 1放大狀態(tài)下三極管內(nèi)部載流子的運動過程 2放大狀態(tài)下三極管各極電流之間的關(guān)系由上圖可知公式(A)：公式(A)1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例） 定義：發(fā)射極電流中，傳輸?shù)郊姌O的分量和在基區(qū)被復(fù)合的分量之比，稱為三極管的共射極直流電流放

14、大系數(shù)，記作，由上公式可知公式(B) ：公式(B)1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例） 小功率三極管的值在20200之間。 由公式(A)和公式(B)式可得： = 1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例） 三極管在放大狀態(tài)下，若發(fā)射結(jié)正偏壓變化，則各極電流也隨之變化?？梢?，應(yīng)當把三極管的各極電流視為變量。因此，各極電流用瞬時值符號表示較為恰當。集電極反向飽和電流ICBO，只要溫度不變，其值基本不變，仍宜用直流符號表示。這樣，三極管在放大狀態(tài)下的各極電流的關(guān)系可表示如下：1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例）1.3.2 三極管的電流放大特性（以NPN管為例） 因

15、為ICBO數(shù)值很小，一般情況下都將其忽略，忽略ICBO后，即可得出如下常用關(guān)系式： 公式表明，iC約為iB的倍，iE約為iB的（1+）倍，而又遠大于1，由此可知，三極管具有很強的電流放大能力。1.3.3 三極管的伏安特性曲線 三極管有三個電極：一個用來輸入信號，一個用來輸出信號，還有一個用做輸入、輸出信號的公共電極。如圖是三極管共射極特性曲線測試電路。圖 三極管共射極特性曲線測試電路 1.3.3 三極管的伏安特性曲線 1輸入特性曲線 輸入特性描述的是基極電流iB和“基射”電壓uBE及“集射”電壓uCE之間的對應(yīng)關(guān)系。其中，iB是因變量，uBE是自變量，uCE是參變量。即1.3.3 三極管的伏安

16、特性曲線 測試時，先固定uCE等于常數(shù)U1，再令uBE按一定的規(guī)律變化，并測出iB的對應(yīng)值，即可畫出一條uCE=U1的一條“iBuBE”關(guān)系曲線。依此方法，再固定uCE=U2，即可畫出uCE=U2的一條“iBuBE”關(guān)系曲線，這樣便得到如圖所示的共射極輸入特性曲線。 圖 三極管的輸入特性曲線 1.3.3 三極管的伏安特性曲線 由上圖看出，uCE1V時，隨著uCE的增大，曲線略向右移。表明在uBE不變的情況下，隨著uCE的增大，iB略有減小。這是因為uCE增大，集電結(jié)耗盡層變寬，使基區(qū)寬度變窄，由發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的載流子穿越基區(qū)所需要的時間減少，復(fù)合量下降，使iB減小。這種現(xiàn)象稱為基區(qū)寬度變化效

17、應(yīng)，簡稱基寬效應(yīng)。一個合格的三極管，其基寬效應(yīng)微弱，所以，uCE1V后，各條曲線幾乎重合在一起。在實際工作中，只測出uCE1V的一條輸入特性曲線即可。 1.3.3 三極管的伏安特性曲線 2輸出特性曲線 輸出特性是以iB為參變量時，iC與uCE的對應(yīng)關(guān)系。即 測試時，先固定iB為某一常數(shù)I1，再令uCE按一定的規(guī)律變化，并測出iC的對應(yīng)值，即可畫出iB=I1的一條“iCuCE”關(guān)系曲線。依照此法又可以畫出“iB=I2”的一條iCuCE關(guān)系曲線這樣即可得到下圖所示的輸出特性曲線。1.3.3 三極管的伏安特性曲線圖 晶體三極管的輸出特性曲線在工程上，把輸出曲線分成三個區(qū)域：截止區(qū)、飽和區(qū)、放大區(qū)。1

18、.3.4 三極管的主要參數(shù) 1電流放大系數(shù)共射極直流電流放大系數(shù)1.3.4 三極管的主要參數(shù)共射極交流電流放大系數(shù)1.3.4 三極管的主要參數(shù)共基極直流電流放大系數(shù)1.3.4 三極管的主要參數(shù)共基極交流電流放大系數(shù)1.3.4 三極管的主要參數(shù) 2極間反向電流集電極反向飽和電流ICBO集電極穿透電流ICEO 3極限參數(shù)集電極最大允許功率損耗PCM集電極最大允許電流ICM擊穿電壓1.3.5 三極管的溫度特性 1溫度對的影響 溫度升高，則增大。 2溫度對ICBO和ICEO的影響 溫度升高，則ICBO增大。 3溫度對門限電壓UBE(on)的影響 溫度升高，則門限電壓UBE(on)減小，輸入特性曲線向左

19、平移。1.4 場效應(yīng)管1.4.2 絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）1.4.3各種場效應(yīng)管的符號及特性比較1.4.4場效應(yīng)管的主要參數(shù)1.4.5場效應(yīng)管的溫度特性1.4.1 結(jié)型場效應(yīng)管（JFET） 1結(jié)構(gòu)及符號 結(jié)型場效應(yīng)管簡稱JFET，有N溝道JFET和P溝道JFET兩種，其結(jié)構(gòu)示意圖及電路符號如圖所示。圖 JFET的結(jié)構(gòu)示意圖及符號1.4.1 結(jié)型場效應(yīng)管（JFET） 2工作原理（以NJFET為例）“柵源”電壓uGS對溝道寬度的控制利用“柵源”電壓uGS可以有效地控制溝道寬度，進而控制溝道縱向電阻RDS。夾斷電壓的定義：使溝道被夾斷，所需要的絕對值最小的“柵源”電壓稱為夾斷電壓，記作UGS(o

20、ff)。1.4.1 結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）“漏源”電壓uDS對溝道的影響 設(shè)uGS=0，uDS由0變正。在uDS的作用下，溝道內(nèi)各點的電位都不相同。uDS0時，溝道內(nèi)從源極到漏極各點的電位逐漸升高，因此，越靠近漏極處，PN結(jié)的反偏壓越大，耗盡層越寬，從而使導(dǎo)電溝道上窄下寬，如圖6（a）所示。1.4.1 結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）圖 6 （a）（b）（c）1.4.1 結(jié)型場效應(yīng)管（JFET） 逐漸增大uDS，則靠近漏極處的溝道逐漸變窄。當 時，靠近漏極處，兩個PN結(jié) 的耗盡層相連，如圖6（b）所示，這種情況稱為臨界夾斷。此后，再繼續(xù)增大uDS，則夾斷區(qū)逐漸向源極方向延伸，如圖6（c）所示，這種情

21、況叫局部夾斷或預(yù)夾斷。1.4.1 結(jié)型場效應(yīng)管（JFET） 由上圖看出，源極一端的溝道電位總是等于0，所以，只要 ，不管uDS多大，源 極一端的溝道都不會被夾斷。uGS對漏極電流iD的控制 在漏極和源極之間，加上一個足夠大的正電壓uDS，這時就會有漏極電流iD流過導(dǎo)電溝道。利用uGS能夠有效地控制漏極電流iD的大小。1.4.1 結(jié)型場效應(yīng)管（JFET） 3伏安特性曲線輸出特性曲線 以uGS作為參變量，iD與uDS之間的關(guān)系曲線，稱為輸出特性曲線，如圖7（b）所示。其表達式為：1.4.1 結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）圖7 JFET的伏安特性曲線1.4.1 結(jié)型場效應(yīng)管（JFET） 由圖7（b）看出，

22、位于曲線的起始部分，每條曲線都有一個拐點，稱為臨界夾斷點，此時，兩個PN結(jié)靠近漏極的耗盡層剛剛相連。PN結(jié)在夾斷點的偏置電壓為： 即:1.4.1 結(jié)型場效應(yīng)管（JFET） 各條曲線臨界夾斷點的橫坐標由上式?jīng)Q定。連接各個臨界夾斷點的曲線，稱為臨界夾斷線。 根據(jù)輸出曲線各部分的特點，可以將其分為四個區(qū)域：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿區(qū)和截止區(qū)。轉(zhuǎn)移特性曲線 以uDS為參變量時，iD與uGS之間的關(guān)系曲線稱為轉(zhuǎn)移特性曲線。其表達式為：1.4.2 絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET） 如圖是N溝道IGFET的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖 絕緣柵場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖 1.4.2 絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET） 1N溝道耗盡型IG

23、FET（有原始導(dǎo)電溝道）結(jié)構(gòu)及符號 如圖是N溝道耗盡型IGFET的結(jié)構(gòu)示意圖和符號。 圖 N溝道耗盡型IGFET的結(jié)構(gòu)示意圖及符號 1.4.2 絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）工作原理及伏安特性 2N溝道增強型IGFET（無原始導(dǎo)電溝道）如圖是N溝道增強型MOS場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號。圖 N溝道增強型MOS場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號場 1.4.2 絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）導(dǎo)電溝道的形成 把源極與襯底短接，并在柵極與源極之間接一個uGS正電壓，如圖所示。圖 N溝道增強型MOS場效應(yīng) 管的導(dǎo)電溝道的形成1.4.2 絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）工作原理和伏安特性 導(dǎo)電溝道形成后，在漏極和源極之間

24、加上uDS正電壓，溝道中就有電流流通，在外電路中形成漏電電流iD，當uDS足夠大時，在靠近漏極處，也會發(fā)生局部夾斷，如下圖所示。改變uGS，則溝道寬度及溝道電阻也隨之改變，漏極電流iD也隨之變化。1.4.2 絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET）圖 uDS增大，溝道被局部夾斷（預(yù)夾斷）情況 1.4.2 絕緣柵場效應(yīng)管（IGFET） 下圖是N溝道增強型MOS場效應(yīng)管的伏安特性曲線。 圖 N溝道增強型MOS場效應(yīng)管的特性曲線1.4.3各種場效應(yīng)管的符號及特性比較 各種FET的符號、工作電流與電壓的實際方向以及伏安特性如表所示。1.4.3各種場效應(yīng)管的符號及特性比較1.4.4場效應(yīng)管的主要參數(shù) 1直流參數(shù)飽和

25、漏極電流IDSS夾斷電壓UGS(off)開啟電壓UGS(th)直流輸入電阻RGS1.4.4場效應(yīng)管的主要參數(shù) 2交流參數(shù)交流輸入電阻極間電容低頻跨導(dǎo)gm1.4.4場效應(yīng)管的主要參數(shù) 3極限參數(shù)漏極最大允許功率損耗PDM漏極最大允許電流IDM擊穿電壓1.4.5場效應(yīng)管的溫度特性 場效應(yīng)管主要利用多數(shù)載流子導(dǎo)電（故稱之為單極性晶體管）。常溫下，多子濃度受溫度的影響微小，所以場效應(yīng)管具有很好的熱穩(wěn)定性。而且，場效應(yīng)管還具有一個零溫度系數(shù)點，如圖所示。圖 場效應(yīng)管的零溫度系數(shù)點 第2章 基本放大器第2章 基本放大器 教學(xué)目的 掌握放大器靜態(tài)分析的圖解法和公式法。 掌握放大器動態(tài)分析的圖解法和等效電路法

26、。 理解靜態(tài)工作點與輸出信號波形的關(guān)系，以及穩(wěn)定靜態(tài)工作點的措施。 掌握三種基本放大器（指共射與共源、共集與共漏、共基與共柵放大器）的主要指標的計算方法及主要特點。 了解產(chǎn)生非線性失真的原因及克服的方法。 了解多級放大器的級間耦合方式及其特點，掌握多級放大器的指標與各個單級放大器的指標的關(guān)系。 了解直接耦合、阻容耦合放大器的頻率特性。第2章 基本放大器2.1 放大器概述2.2 放大器的圖解法分析2.3 偏置電路的解析法分析2.4 放大器的動態(tài)解析法分析2.5 場效應(yīng)管放大器2.6 多級放大器2.7 放大器的頻率特性概述2.1 放大器概述2.1.1 放大器的構(gòu)成原則2.1.2 晶體管的工作點2.

27、1.3 放大器的主要指標2.1.4 直流通路和交流通路2.1.5 放大器的分析方法2.1.1 放大器的構(gòu)成原則 構(gòu)成一個放大器必須遵循的三條原則是：（放大元件（指BJT或FET）必須工作在放大狀態(tài)。輸入信號必須能夠傳輸?shù)椒糯笤目刂贫?，即BJT的發(fā)射結(jié)兩端或FET的柵極與源極之間。放大后的信號必須能夠傳輸給負載。 以上三條原則，只要有一條不滿足，放大器就不能正常放大。下圖是一個最簡單的放大電路。2.1.1 放大器的構(gòu)成原則+CC：是直流電源。RB：叫基極偏流電阻。RC：叫集電極直流負載電阻，簡稱集電極電阻。RS、US：是信號源的內(nèi)阻與電動勢。RL：叫負載電阻。C1、C2：叫耦合電容。圖 簡單

28、放大電路 2.1.2 晶體管的工作點 1靜態(tài)與靜態(tài)工作點 當交流輸入信號為零時，放大器在直流電源單獨作用下，各電流、電壓的大小和方向恒定不變，這種狀態(tài)稱為靜態(tài)。靜態(tài)下，晶體管的各極電流、電壓值，在伏安特性曲線上決定的點，稱為靜態(tài)工作點。該點記作Q。 2動態(tài)與瞬時工作點 放大器在交流輸入信號和直流電源的共同作用下，各電流、電壓都隨輸入信號的改變而變化，這種狀態(tài)稱為動態(tài)。2.1.3 放大器的主要指標2.1.3 放大器的主要指標 交流輸入電阻ri：它是放大器對信號源呈現(xiàn)的等效電阻。在數(shù)值上ri由下式?jīng)Q定：2.1.4 直流通路和交流通路 如圖所示分別為放大器的直流通路和交流通路。圖 簡單放大器的直流和

29、交流通路 2.1.5 放大器的分析方法 析放大器的方法有圖解法和解析法兩種。圖解法是在晶體管的伏安特性曲線上，通過作圖，求得靜態(tài)工作點以及各極電流、電壓波形，由此分析放大器的性能。解析法是利用電路理論以及晶體管各極電流、電壓關(guān)系來求解放大器的各項指標。2.2 放大器的圖解法分析2.2.1 靜態(tài)分析2.2.2 動態(tài)分析2.2.1 靜態(tài)分析 1求靜態(tài)工作點 圖解法求靜態(tài)工作點的步驟為：畫出直流通路。求出靜態(tài)。列出集電極回路的直流電壓方程直流負載方程。在輸出特性曲線上畫出直流負載線，它與 的那條輸出曲線的交點即為靜態(tài)工作點Q，其縱、橫坐標值即為ICQ和UCEQ。2.2.1 靜態(tài)分析 2電路參數(shù)對Q點

30、的影響 為使晶體管具有合適的Q點，必須恰當?shù)剡x取電路參數(shù)。為此，必須熟悉各個電路參數(shù)對Q點的影響，如圖所示。RB對Q點的影響RC對Q點的影響圖 電路參數(shù)對Q點的影響 2.2.2 動態(tài)分析 1動態(tài)分析的基本步驟求靜態(tài)值IBQ、UBEQ、ICQ、UCEQ。求uBE的瞬時值表達式，并畫出uBE的瞬時值波形。然后利用輸入特性曲線，畫出iB的瞬時值波形。畫交流負載線。畫、及的波形。2.2.2 動態(tài)分析 2靜態(tài)工作點與輸出電壓波形的關(guān)系 若Q點設(shè)置得太低，在輸入伏安特性曲線上，信號的負半周有一部分瞬時工作點在門限電壓以下，晶體管進入截止區(qū)，使iB波形的負半周被“削”去一部分，結(jié)果使iC的負半周和uCE的正

31、半周也相應(yīng)地被“削”去一部分，造成輸出電壓uo（uCE的交流分量）的波形出現(xiàn)頂部失真，如圖所示。這種失真是由于晶體管的部分瞬時工作點進入截止區(qū)引起的，所以稱為截止失真。克服截止失真的措施是減小RB，以便增大IBQ，使Q點沿著直流負載線上升，遠離截止區(qū)。2.2.2 動態(tài)分析 圖 Q點太低引起的截止失真 2.2.2 動態(tài)分析 若Q點設(shè)置得太高，盡管iB波形完好，但是在輸出伏安特性曲線上，對應(yīng)于iB的正半周，部分瞬時工作點進入飽和區(qū)，使iC的正半周和uCE的負半周被“削”去一部分，造成輸出電壓uo（uCE的交流分量）的波形出現(xiàn)底部失真，如圖所示。這種失真是由于部分瞬時工作點進入飽和區(qū)引起的，所以稱為

32、飽和失真?？朔柡褪д娴姆椒ㄊ窃龃驲B，以便減小IBQ，使Q點沿著直流負載線下降，遠離飽和區(qū)。2.2.2 動態(tài)分析 圖 Q點太高引起的飽和失真2.2.2 動態(tài)分析 Q點設(shè)置得太高，除了會引起飽和失真外，還會引起另一種失真。當部分瞬時工作點 進入的區(qū)域（但遠離飽和區(qū)）時，也會產(chǎn)生明顯的失真。因為 后，隨著 iC的增大，曲線間隔急劇減?。醇眲p?。?，使iC正半周的幅度小于負半周的幅度，而輸出電壓uo（uCE的交流分量）的負半周的幅度小于正半周的幅度，如下圖所示?？朔@種失真的方法是增大RB，使Q點降低。2.2.2 動態(tài)分析 引起的失真 2.2.2 動態(tài)分析 晶體管的飽和特性與截止特性，使放大器所

33、能輸出的最大不失真電壓幅度受到限制，如圖所示。 圖 最大不失真輸出電壓 2.3 偏置電路的解析法分析2.3.1 固定偏置電路2.3.2 電流負反饋偏置電路2.3.3 分壓式電流負反饋偏置電路2.3.1 固定偏置電路 固定偏置電路如圖所示，正確地選定各個元件值，可以使該電路處于放大狀態(tài)，并且具有合適的靜態(tài)工作點。圖 固定偏置電路 2.3.1 固定偏置電路 當溫度升高時，和ICBO都增大，并且UBE(on)減小。而UBE(on)減小，會使IBQ增大。當溫度升高時，該電路的ICQ會明顯增大，UCEQ會明顯減小，使Q點向飽和區(qū)靠近；反之，溫度降低時，會使Q點向截止區(qū)靠近。 2.3.2 電流負反饋偏置電

34、路 在固定偏置電路的發(fā)射極支路中，串接一個電阻RE，即構(gòu)成電流負反饋偏置電路，如圖所示。圖 電流負反饋偏置電路 2.3.2 電流負反饋偏置電路 當溫度升高使ICQ增大時，該偏置電路會自動進行如下調(diào)節(jié)過程（為方便，用“”表示增大，用“”表示減?。?.3.3 分壓式電流負反饋偏置電路 分壓式電流負反饋偏置電路，簡稱分壓式偏置電路。它是在電流負反饋偏置電路的基極與參考地之間接一個電阻RB2構(gòu)成的，如圖所示。圖 分壓式偏置電路 2.3.3 分壓式電流負反饋偏置電路 當該電路滿足 的條件時，其靜態(tài)工作點就具有較高的穩(wěn)定性。Q點穩(wěn)定原理的數(shù)學(xué)分析。Q點穩(wěn)定原理的定性說明。靜態(tài)工作點的計算。2.4 放大器

35、的動態(tài)解析法分析2.4.1 晶體管放大狀態(tài)下的低頻簡化微變等效電路2.4.2 三種基本放大器的動態(tài)分析2.4.1 晶體管放大狀態(tài)下的 低頻簡化微變等效電路 低頻：是指晶體管PN結(jié)結(jié)電容的影響可以忽略的頻率范圍。在此頻率范圍內(nèi)，PN結(jié)的結(jié)電容的容抗趨近無窮大，可將其視為開路。 簡化：指忽略uCE對iB和iC的影響，即認為放大狀態(tài)下，輸入特性曲線只有一條，輸出特性曲線水平，并且間隔相等。 微變：是指輸入信號變化幅度微小，這種信號叫小信號。2.4.1 晶體管放大狀態(tài)下的 低頻簡化微變等效電路 在滿足上述近似條件下，放大狀態(tài)的晶體管，可以用下圖所示的結(jié)構(gòu)模型來描述。 圖 晶體管放大狀態(tài)下的低頻簡化微變

36、等效電路 2.4.2 三種基本放大器的動態(tài)分析 如圖是共射極放大電路的基本形式 圖 共射極基本放大電路 2.4.2 三種基本放大器的動態(tài)分析 下圖是它的交流通路。 圖 交流通路 2.4.2 三種基本放大器的動態(tài)分析 把交流通路中的晶體三極管用其微變等效電路取代，即為該放大器的微變等效電路，如圖所示。 圖 共射極基本放大電路的微變等效電路 2.4.2 三種基本放大器的動態(tài)分析輸入電阻實際電路中，通常滿足Rb rbe，所以電壓放大倍數(shù)Au源電壓放大倍數(shù)Aus2.4.2 三種基本放大器的動態(tài)分析 由下圖所示的輸入回路等效電路可知： 另外，Uo/Ui=Au，所以圖 輸入回路的等效電路 2.4.2 三種

37、基本放大器的動態(tài)分析電流放大倍數(shù)Ai輸出電阻 2共集電極放大電路 共集電極放大器的典型電路(如圖24（a）所示)。因為其輸出電壓uo從發(fā)射極輸出，故又稱之為射極輸出器。(圖24（b）)是它的交流通路。 2.4.2 三種基本放大器的動態(tài)分析圖24 共集電極放大電路 2.4.2 三種基本放大器的動態(tài)分析 把交流通路中的三極管用其微變等效電路取代，就得到如圖所示的共集電極放大器的微變等效電路。 圖 共集電極放大電路的微變等效電路 2.4.2 三種基本放大器的動態(tài)分析輸入電阻電壓放大倍數(shù)Au源電壓放大倍數(shù)Aus2.4.2 三種基本放大器的動態(tài)分析電流放大倍數(shù)Ai功率放大倍數(shù)Ap ApAi 1 輸出電阻

38、ro2.4.2 三種基本放大器的動態(tài)分析 3共基極放大電路 共基極放大電路如圖（a）所示。 共基極放大電路的交流通路如圖（b）所示。圖 共基極放大電路 2.4.2 三種基本放大器的動態(tài)分析 把交流通路中的三極管用其微變等效電路取代，就可得到該放大器的微變等效電路，如圖所示。圖 共基極電路的微變等效電路 2.4.2 三種基本放大器的動態(tài)分析輸入電阻ri電壓放大倍數(shù)Au源電壓放大倍數(shù)Aus電流放大倍數(shù)Ai2.4.2 三種基本放大器的動態(tài)分析輸出電阻 用外加電源法求共基極放大器的等效電路如圖所示。的等效電路 求求 的等效電路 2.4.2 三種基本放大器的動態(tài)分析 4三種基本放大器的性能比較偏置方式交

39、流性能比較2.5 場效應(yīng)管放大器2.5.1 靜態(tài)分析2.5.2 動態(tài)分析2.5.3 FET放大器與BJT放大器的性能比較2.5.1 靜態(tài)分析 場效應(yīng)管放大器常用的偏置電路有自給偏壓偏置電路和分壓式電流負反饋偏置電路兩種基本形式。 1自給偏壓偏置電路 自給偏壓偏置電路簡稱自給偏置電路或自偏壓偏置電路。采用自給偏置電路的共源極放大器如圖所示，其直流通路即為自給偏置電路。2.5.1 靜態(tài)分析圖 采用自給偏置的共源極放大器 2.5.1 靜態(tài)分析 2分壓式電流負反饋偏置電路 分壓式電流負反饋偏置電路，簡稱分壓式偏置電路，它適用于任何場效應(yīng)管。 圖所示為共源極放大器的直流通路，即為分壓式偏置電路。 3增強

40、型IGFET放大器的靜態(tài)分析圖 采用分壓式偏置電路的共源極放大器 2.5.2 動態(tài)分析 1場效應(yīng)管的微變等效電路 場效應(yīng)管的微變等效電路如圖所示圖 FET的微變等效電路 2.5.2 動態(tài)分析 2分析舉例共源極放大器 場效應(yīng)管共源極放大器如圖所示，它類似于雙極性晶體管的共射極放大器。圖 場效應(yīng)管共源極放大器 2.5.2 動態(tài)分析共漏極放大器源極輸出器 共漏極放大器如圖所示。因為從源極輸出，故又稱做源極輸出器。它與雙極性晶體管的射極輸出器（即共集電極放大器）類似。圖 源極輸出器 2.5.2 動態(tài)分析共柵極放大器 共柵極放大器如圖所示，它與共基極放大器類似。 圖 共柵極放大器 2.5.3 FET放大

41、器與BJT 放大器的性能比較 FET放大器和BJT放大器一一對應(yīng)共源對應(yīng)共射；共漏對應(yīng)共集；共柵對應(yīng)共基。對應(yīng)放大器的特性基本相同，只是如下指標在數(shù)值上有些差別。 1輸入電阻 2 及 3輸入電壓動態(tài)范圍 4熱穩(wěn)定性及抗輻射能力2.6 多級放大器2.6.1 級間耦合方式2.6.2 多級放大器的主要指標2.6 多級放大器 在實際電子設(shè)備中，為了獲得足夠大的放大倍數(shù)或者滿足對輸入電阻和輸出電阻的特殊要求，需要把若干個基本放大器連接起來，組成多級放大器。多級放大器由輸入級、中間級和輸出級（也叫末級）組成，如圖所示。圖 多級放大器的組成方框圖 2.6.1 級間耦合方式 1直接耦合 利用可以傳輸直流電的元

42、件或?qū)Ь€實現(xiàn)級間信號傳輸?shù)鸟詈戏绞浇兄苯玉詈?。下圖所示為幾種簡單的直接耦合放大器。圖 簡單的直接耦合放大器 2.6.1 級間耦合方式 2阻容耦合 阻容耦合放大器的示意圖如圖所示。它是利用外接耦合電容和后級放大器的輸入電阻來實現(xiàn)級間信號傳輸?shù)?。圖 阻容耦合示意圖 2.6.1 級間耦合方式 3變壓器耦合 變壓器耦合放大器示意圖如圖所示。 它是利用變壓器初級線圈和次級線圈之間的互感來實現(xiàn)級間信號傳輸?shù)?。圖 變壓器耦合示意圖 2.6.2 多級放大器的主要指標 多級放大器的交流框圖如圖所示。圖 多級放大器的交流框圖 2.6.2 多級放大器的主要指標 1輸入電阻 2輸出電阻 3電壓放大倍數(shù) 4源電壓放大倍

43、數(shù)2.6.2 多級放大器的主要指標 5電壓增益 放大器的電壓增益 定義為： （dB） “dB”讀作分貝，在不產(chǎn)生誤會的情況下，也可以把電壓放大倍數(shù)稱做電壓增益。對于多級放大器而言：2.7 放大器的頻率特性概述2.7.1 頻率失真（線性失真）2.7.2單級阻容耦合共射極放大器的頻率特性2.7.3變壓器耦合放大器的頻率特性2.7.4直接耦合放大器的頻率特性2.7.5多級放大器的幅頻特性2.7.6 晶體管的高頻參數(shù)2.7 放大器的頻率特性概述 放大器的電壓放大倍數(shù)與輸入信號頻率之間的對應(yīng)關(guān)系稱為放大器的頻率特性，也稱為頻率響應(yīng)。其數(shù)學(xué)表達式為： 或 2.7.1 頻率失真（線性失真） 1幅度頻率失真

44、2相位頻率失真 3線性失真與非線性失真的區(qū)別 線性失真是由線性電抗元件引起的，失真波形中不會出現(xiàn)輸入信號中沒有的頻率分量，只是各頻率分量的幅度比例關(guān)系以及起始時間關(guān)系發(fā)生了變化。單一頻率的正弦信號經(jīng)放大器放大后不會產(chǎn)生線性失真。 非線性失真是由晶體管或場效應(yīng)管的非線性特性引起的，失真波形中會出現(xiàn)輸入信號中所沒有的頻率分量。2.7.2單級阻容耦合共射極 放大器的頻率特性 單級阻容耦合共射極放大器的頻率特性曲線如圖所示。圖（a）是幅頻特性曲線，圖（b）是相頻特性曲線。圖 單級阻容耦合共射極基本放大器的頻率特性 2.7.2單級阻容耦合共射極 放大器的頻率特性 1幅頻特性 為分析方便，通常把幅頻特性分

45、成三個區(qū)：中頻區(qū)、低頻區(qū)和高頻區(qū)。 2相頻失真 3阻容耦合共射極放大器的頻率特性的定性說明。2.7.3變壓器耦合放大器 的頻率特性 變壓器耦合放大器的頻率特性與阻容耦合放大器的頻率特性相似。主要區(qū)別是變壓器耦合放大器的低頻特性是由變壓器的互感系數(shù)決定。2.7.4直接耦合放大器的頻率特性 由于直接耦合放大器采用的耦合器件可以傳輸直流電，所以其下限頻率fL=0。高頻特性與阻容耦合放大器相同，其幅頻特性曲線如圖所示。 圖 直接耦合放大器的幅頻特性 2.7.4直接耦合放大器的頻率特性 因為直接耦合放大器的下限頻率fL=0，所以其帶寬fBW=fH。 直接耦合放大器的低頻特性要比阻容耦合和變壓器耦合放大器

46、的低頻特性好得多。所以高質(zhì)量的音響放大器，無一例外的都采用直接耦合。2.7.5多級放大器的幅頻特性 多級放大器的下限頻率高于該多級放大器中任何一個單級放大器的下限頻率；多級放大器的上限頻率低于該多級放大器中任何一個單級放大器的上限頻率；多級放大器的通頻帶一定比其任何一個單級放大器的通頻帶都要窄，如圖所示。圖 多級放大器與單級放大器的通頻帶的比較 2.7.6 晶體管的高頻參數(shù) 由于晶體管具有PN結(jié)結(jié)電容，所以其和都會隨頻率變化而變化。的幅頻特性如圖所示，圖中o是共射極低頻電流放大系數(shù)。圖2-65 圖2-65 的幅頻特性2.7.6 晶體管的高頻參數(shù) 1共射極截止頻率（截止頻率） 2特征頻率 3共基

47、極截止頻率 （截止頻率） 同樣一只晶體管，接成共基極電路的通頻帶，要比接成共射極電路的通頻帶寬得多。第3章 負反饋放大器第3章 負反饋放大器 教學(xué)目的 理解反饋原理、反饋類型及其判定方法。 掌握負反饋對放大器性能的影響。 掌握四種基本負反饋組態(tài)的特點。第3章 負反饋放大器3.1反饋的基本概念3.2負反饋對放大器性能的影響第3章 負反饋放大器3.1.1什么是反饋3.1.2反饋放大器的基本關(guān)系式3.1.3反饋機理3.1.4反饋類型及其判定方法3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài)3.1.1什么是反饋 所謂反饋，就是把放大器輸出信號的一部分或者全部取出來，通過指定的電路送回到輸入端的過程。完成上述功能的

48、電路稱為反饋網(wǎng)絡(luò)。帶有反饋網(wǎng)絡(luò)的放大器稱為反饋放大器，其方框圖如圖所示。 圖 反饋放大器的方框圖 3.1.2反饋放大器的基本關(guān)系式 開環(huán)放大倍數(shù)： 反饋系數(shù)： 環(huán)路增益： 3.1.2反饋放大器的基本關(guān)系式 因為 ，所以， ，因此 上式稱為閉環(huán)放大倍數(shù)的一般形式，也叫反饋放大器的基本方程。 反饋深度： 3.1.3反饋機理 因為 ，所以Xf一定帶有輸出信號Xo的變化信息。又因為 ，因此反饋信號Xf發(fā)生變化，必定會使凈輸入信號做相應(yīng)的變化，從而使Xf帶有的輸出信號 Xo的變化信息轉(zhuǎn)移給凈輸入信號。而 ，所以，基本放大器會按照凈輸入信號帶有的Xo的變化信息，實現(xiàn)對輸出信號Xo的自動調(diào)節(jié)。3.1.4反饋

49、類型及其判定方法 1有無反饋的判定 判定一個放大器中有無反饋，就是確定放大器中有無反饋網(wǎng)絡(luò)。 在交流通路中，反饋網(wǎng)絡(luò)一定跨接在輸入回路和輸出回路之間，或者處在輸入回路和輸出回路的公共支路上。(見圖18中)，Rf跨接在輸入回路與輸出回路之間，所以，Rf是反饋網(wǎng)絡(luò)。(圖18（b）)中，Re處在輸入回路和輸出回路的公共支路上，所以Re也是反饋網(wǎng)絡(luò)。3.1.4反饋類型及其判定方法圖 反饋電路舉例 3.1.4反饋類型及其判定方法 2并聯(lián)反饋和串聯(lián)反饋 并聯(lián)反饋和串聯(lián)反饋是由“比較”方式?jīng)Q定的。并聯(lián)反饋：在交流通路中，若信號源、基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)三者在“比較”端是并聯(lián)連接的，則稱為并聯(lián)反饋，其方框圖如圖

50、所示。 由圖可以看出圖 并聯(lián)反饋方框圖 3.1.4反饋類型及其判定方法串聯(lián)反饋：在交流通路中，若信號源、基本放大器和反饋網(wǎng)絡(luò)三者在比較端是串聯(lián)連接的，則稱為串聯(lián)反饋。其方框圖如圖所示。 由圖可以看出圖 串聯(lián)反饋方框圖 3.1.4反饋類型及其判定方法并聯(lián)反饋和串聯(lián)反饋的判定方法。 在交流通路中，若反饋網(wǎng)絡(luò)的比較端和放大器的輸入端接在同一個放大元件的同一個電極上，就是并聯(lián)反饋，否則是串聯(lián)反饋。 注意：上述判定方法中所說的反饋網(wǎng)絡(luò)的比較端和放大器的輸入端都是指沒有接參考地的那個端鈕。3.1.4反饋類型及其判定方法 3電壓反饋和電流反饋 電壓反饋和電流反饋由“取樣”方式?jīng)Q定。電壓反饋：在交流通路中，若

51、基本放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)及負載三者是并聯(lián)連接的，則稱為并聯(lián)取樣。這種取樣方式的反饋信號取自于輸出電壓，并且反饋信號的大小與輸出電壓成正比，故稱之為電壓反饋，其方框圖下如圖所示。3.1.4反饋類型及其判定方法圖 電壓反饋方框圖 3.1.4反饋類型及其判定方法電流反饋：在交流通路中，若基本放大器、反饋網(wǎng)絡(luò)與負載三者在取樣端是串聯(lián)連接的，則稱為串聯(lián)取樣。在采用串聯(lián)取樣的反饋電路中，反饋信號取自于輸出電流，并且與輸出電流成正比，故稱為電流反饋，其方框圖如圖所示。 圖 電流反饋示意圖 3.1.4反饋類型及其判定方法電壓反饋和電流反饋的判定方法。 輸出短路法。 按電路結(jié)構(gòu)判定 4直流反饋和交流反饋 若反饋信號

52、是直流信號，則為直流反饋；若反饋信號是交流信號，則為交流反饋。 判定方法：若反饋環(huán)內(nèi)允許直流流通，則為直流反饋；若反饋環(huán)內(nèi)允許交流流通，則為交流反饋；若反饋環(huán)內(nèi)，直流與交流都可以流通，則為直、交流反饋。3.1.4反饋類型及其判定方法 5正反饋和負反饋 若反饋信號使凈輸入信號加強，則為正反饋；若反饋信號使凈輸入信號減弱，則為負反饋。 正反饋主要用于信號產(chǎn)生電路（在沒有輸入信號的情況下，能輸出某種波形的電路稱為信號產(chǎn)生電路）。負反饋主要用于線性放大器中，用來改善放大器的性能。 正、負反饋的判定方法很多，其中最常用的有瞬時極性法和相位極性法。3.1.4反饋類型及其判定方法瞬時極性法：這種方法是利用各

53、電流、電壓的瞬時值的變化極性，來判定反饋信號Xf對凈輸入信號的影響，從而確定反饋極性。相位極性法：這種方法是利用各電流、電壓的相位關(guān)系來判定反饋信號對凈輸入信號的影響，從而確定反饋的極性。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 1并聯(lián)電壓負反饋 (見圖19（a）、（b）所示)分別是并聯(lián)電壓負反饋放大器的電路圖和方框圖。其被取樣的輸出信號是輸出電壓Uo；反饋信號是電流If，它與外部輸入電流Ii進行比較，產(chǎn)生凈輸入電流=Ib。所以3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài)圖19 并聯(lián)電壓負反饋放大器 3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 稱做開環(huán)互阻放大倍數(shù)，其量綱是電阻。 稱做互導(dǎo)反饋系數(shù)，其量綱是電導(dǎo)。 稱

54、做閉環(huán)互阻放大倍數(shù)，其量綱是電阻。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 2串聯(lián)電壓負反饋 某串聯(lián)電壓負反饋放大器的電路圖和方框(圖如圖20（a）、（b）所示)。其被取樣的輸出信號是輸出電壓Uo；反饋信號是電壓Uf，該Uf與外部輸入電壓Ui進行比較，產(chǎn)生凈輸入電壓 =Ube1。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài)圖20 串聯(lián)電壓負反饋放大器3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 所以 稱做開環(huán)電壓放大倍數(shù)，無量綱。 稱做電壓反饋系數(shù)，無量綱。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 3并聯(lián)電流負反饋 某并聯(lián)電流負反饋放大器的電路圖和方框(圖如圖21（a）、（b）所示)。其被取樣的輸出信號是Io=-Ic2-Ie

55、2；反饋信號是電流If，它與外部輸入電流Ii進行比較，產(chǎn)生凈輸入電流=Ib1。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài)圖 21 并聯(lián)電流負反饋放大器 3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 所以 稱作開環(huán)電流放大倍數(shù)，無量綱。 稱作電流反饋系數(shù)，無量綱。稱作閉環(huán)電流放大倍數(shù)，無量綱。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 4串聯(lián)電流負反饋 某串聯(lián)電流負反饋放大器的電路圖和方框圖(如圖22（a）、（b）所示)，其被取樣的輸出信號是 ；反饋信號是Uf，Uf與外部輸入電壓Ui進行比較，產(chǎn)生靜輸入電壓=Ube。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài)圖 22 串聯(lián)電壓負反饋放大器 3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 所以

56、 稱做開環(huán)互導(dǎo)放大倍數(shù)，其量綱是電導(dǎo)。 稱做互阻反饋系數(shù)，其量綱是電阻。 稱做閉環(huán)互導(dǎo)放大倍數(shù)，其量綱是電導(dǎo)。 3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài) 以上分析表明，不同組態(tài)的反饋放大器，能夠?qū)懗?形式的閉環(huán)放大倍數(shù)的含義也不相同，有互阻放大倍數(shù)、電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)和互導(dǎo)放大倍數(shù)。每一種組態(tài)的反饋放大器，只有一種閉環(huán)放大倍數(shù)能夠?qū)懗?的形式。并且在 表達式中，F(xiàn)與A的量綱總是相反或者都沒有量綱，詳情如下表所示。3.1.5反饋放大器的四種基本組態(tài)3.2負反饋對放大器性能的影響3.2.1負反饋使放大器的增益降低3.2.2負反饋可以提高被取樣的輸出信號的穩(wěn)定性3.2.3負反饋可以提高放大倍數(shù)的穩(wěn)

57、定性3.2.4負反饋可以展寬通頻帶3.2.5負反饋可以減小反饋環(huán)路內(nèi)產(chǎn)生的非線性失真和噪聲3.2.6負反饋可以改變輸入電阻3.2.7負反饋可以改變輸出電阻3.2.1負反饋使放大器的增益降低 由負反饋的定義可知，負反饋必然使凈輸入信號減弱，所以對負反饋而言，必有所以，反饋放大器閉環(huán)增益一定小于其開環(huán)增益。3.2.1負反饋使放大器的增益降低 所以 所以 1+FA1 所以 FA0 Af=A/(1+FA)表明閉環(huán)增益僅是開環(huán)增益的1/(1+FA)，反饋深度越大，閉環(huán)增益越小。 3.2.2負反饋可以提高被取樣 的輸出信號的穩(wěn)定性 1電壓負反饋 因為電壓負反饋被取樣的輸出信號是輸出壓Uo，所以凡是電壓負反

58、饋，必然能提高輸出電壓Uo的穩(wěn)定性。 2電流負反饋 因為電流負反饋被取樣的輸出信號是輸出電流，所以凡是電流負反饋，必然能提高輸出電流Io的穩(wěn)定性。3.2.3負反饋可以提高放大 倍數(shù)的穩(wěn)定性 放大倍數(shù)的穩(wěn)定性用其相對變化量來描述設(shè)。A1和A2是開環(huán)放大倍數(shù)變化前、后的值，Af1和Af2是閉環(huán)放大倍數(shù)變化前、后的值。則 稱做開環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定系數(shù)，其值越小，開環(huán)放大倍數(shù)越穩(wěn)定。 稱做閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定系數(shù)，其值越小，閉環(huán)放大倍數(shù)越穩(wěn)定。3.2.3負反饋可以提高放大 倍數(shù)的穩(wěn)定性 把Af2=A2/(1+FA2)和Af1=A1/(1+FA1)代入上式得： 用Af1=A1/(1+FA1)除以上式兩邊得：

59、 若足夠小，則 ，并且 。此種情況下，上式可寫為： 3.2.3負反饋可以提高放大 倍數(shù)的穩(wěn)定性 式中，A與Af分別是變化前的開環(huán)和閉環(huán)放大倍數(shù)。 以上分析表明，引入負反饋后，閉環(huán)放大倍數(shù)的相對變化量，僅僅是開環(huán)放大倍數(shù)的相對變化量的1/(1+FA)。顯然閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定性大大提高了。不同組態(tài)的負反饋所穩(wěn)定的閉環(huán)放大倍數(shù)也不同，被穩(wěn)定的閉環(huán)放大倍數(shù)應(yīng)等于：“被取樣的輸出信號與參與比較的輸入信號之比”。具體地說，串聯(lián)電壓負反饋穩(wěn)定Auf；并聯(lián)電壓負反饋穩(wěn)定Arf；并聯(lián)電流負反饋穩(wěn)定Aif；串聯(lián)電流負反饋穩(wěn)定Agf。 3.2.4負反饋可以展寬通頻帶 不同組態(tài)的負反饋穩(wěn)定不同的增益，因此，不同組態(tài)的

60、負反饋展寬不同增益的通頻帶。負反饋穩(wěn)定哪個增益，就展寬哪個增益的通頻帶。引入負反饋后使通頻帶展寬，但是，同時使中頻增益下降，所以，增益帶寬積基本不變。3.2.5負反饋可以減小反饋環(huán)路 內(nèi)產(chǎn)生的非線性失真和噪聲 1負反饋減小非線性失真 設(shè)輸入信號是單一頻率的正弦波，經(jīng)基本放大器放大后，由于晶體管的非線性特性，輸出波形產(chǎn)生了(如圖23（a）所示)的非線性失真。其正半周的幅度大于負半周的幅度，簡稱“上大下小”。引入負反饋后，由于Xf = FXo，所以Xf的波形與Xo的波形類似，也是“上大下小”。外部輸入信號Xi是良好的正弦波，而反饋信號Xf的波形“上大下小”，二者按照公式合成后，產(chǎn)生的凈輸入信號的波