電子技術(shù)基礎(chǔ)課件

模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)一、電子技術(shù)的發(fā)展47年貝爾實(shí)驗(yàn)室製成第一只電晶體58年積體電路69年大規(guī)模積體電路75年超大規(guī)模積體電路第一片積體電路只有4個(gè)電晶體，而97年一片積體電路上有40億個(gè)電晶體?？茖W(xué)家預(yù)測(cè)集成度按10倍/6年的速度還將繼續(xù)到2015或2020年，將達(dá)到飽和。二、模擬電路數(shù)字量：離散性模擬量：連續(xù)性，大多數(shù)物理量，如溫度、壓力、流量、液面……均為模擬量。模擬電路：對(duì)模擬量進(jìn)行處理的電路，最基本的處理是放大。放大：輸入為小信號(hào)，有源元件控制電源使負(fù)載獲得大信號(hào)，並保持線性關(guān)係。有源元件：能夠控制能量的元件。三、課程目的

掌握基本概念、基本電路、基本分析方法、基本實(shí)驗(yàn)技能具有能夠繼續(xù)深入學(xué)習(xí)和接收電子技術(shù)新發(fā)展的能力，將所學(xué)知識(shí)用於本專業(yè)的能力。四、考察方法：

會(huì)看：定性分析會(huì)算：定量計(jì)算、CAD

會(huì)選：電路形式、器件、參數(shù)會(huì)調(diào)：測(cè)試方法、儀器選用、EDA五、學(xué)習(xí)方法在入門階段要以聽課為線索；建立工程的觀念、系統(tǒng)的觀念、科學(xué)進(jìn)步的觀念、實(shí)踐的觀念；特別注意電路原理在電子電路分析中的應(yīng)用。六、考試方法筆試開卷。第一章半導(dǎo)體器件一、二極體開啟電壓端電壓溫度的電壓當(dāng)量反向飽和電流電流正向特性為指數(shù)曲線反向電流為常量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，反向特性下移二極體的幾個(gè)參數(shù)材料開啟電壓導(dǎo)通電壓反向飽和電流矽Si0.5V0.5~0.8V1μA以下鍺Ge0.1V0.1~0.3V幾十μA最大整流電流IF：平均電流最高反向工作電壓UR：暫態(tài)值反向電流IR：IS，是對(duì)溫度很敏感的參數(shù)最高工作頻率fM：結(jié)電容作用的結(jié)果二、電晶體（三極管、雙極型管）三個(gè)工作區(qū)域：放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)開關(guān)特性數(shù)字電路模擬電路極限參數(shù)：最大集電極功耗PCM＝ICUCE最大集電極電流ICM，c-e間擊穿電壓UCEO電晶體的

三個(gè)工作區(qū)域

狀態(tài)uBE

iC

uCE

截止＜Uon

ICEO

VCC

放大≥Uon

β

IB≥uBE

飽和≥Uon＜β

IB

＜uBE溫度對(duì)電晶體特性的影響第二章放大電路基礎(chǔ)§2.1放大的概念及

放大電路的性能指標(biāo)一、放大的概念放大的對(duì)象：變化量放大的本質(zhì)：能量的控制放大的特徵：功率放大放大的基本要求：不失真，放大的前提二、性能指標(biāo)

1.放大倍數(shù)二、性能指標(biāo)

2.輸入電阻和輸出電阻二、性能指標(biāo)

3.通頻帶衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的適應(yīng)能力4.最大不失真輸出電壓Uom5.最大輸出功率Pom和效率η§2.2單管共射放大電路的工作原理一、電路的組成及各元件的作用§2.2單管共射放大電路的工作原理二、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(dòng)態(tài)參數(shù)！§2.2單管共射放大電路的工作原理三、波形分析四、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(dòng)態(tài)信號(hào)能夠作用於電晶體的輸入回路，在負(fù)載上能夠獲得放大了的動(dòng)態(tài)信號(hào)。對(duì)實(shí)用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少。兩種實(shí)用放大電路耦合電容耦合電容的容量應(yīng)足夠大，即對(duì)於交流信號(hào)近似為短路。交流信號(hào)馱載在Q點(diǎn)之上?！?.3放大電路的分析方法一、直流通路和交流通路通常，放大電路中交流信號(hào)的作用和直流電源的作用共存，這使得電路的分析複雜化。為簡化分析，引入直流通路和交流通路。直流通路：①

Us=0，保留Rs；②電容開路；③電感相當(dāng)於短路（線圈電阻近似為0）。交流通路：①大容量電容相當(dāng)於短路；②直流電源相當(dāng)於短路（內(nèi)阻為0）。二、圖解法1.靜態(tài)分析2、電壓放大倍數(shù)的分析3、失真分析截止失真消除方法：增大VBB飽和失真消除方法：增大Rb，減小Rc，減小β，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。4、圖解法的特點(diǎn)形象直觀；適應(yīng)於Q點(diǎn)分析、失真分析、最大不失真輸出電壓的分析；能夠用於大信號(hào)分析；不易準(zhǔn)確求解；不能求解輸入電阻、輸出電阻、頻帶等等參數(shù)。直流負(fù)載線和交流負(fù)載線§2.3放大電路的分析方法

三、等效電路法半導(dǎo)體器件的非線性特性使放大電路的分析複雜化。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：適於Q點(diǎn)的分析。2、電晶體的h參數(shù)等效模型可將電晶體看成為一個(gè)兩端口網(wǎng)路，輸入回路、輸出回路各為一個(gè)端口。在低頻、小信號(hào)作用下的關(guān)係式交流等效模型h參數(shù)的物理意義分清主次，合理近似！b-e間動(dòng)態(tài)電阻內(nèi)回饋係數(shù)電流放大係數(shù)c-e間電導(dǎo)簡化的h參數(shù)等效電路－交流等效模型

（微變等效電路）基區(qū)體電阻－查閱手冊(cè)發(fā)射結(jié)電阻－由發(fā)射極靜態(tài)電流來計(jì)算3、放大電路的動(dòng)態(tài)分析阻容耦合共射放大電路的動(dòng)態(tài)分析採用等效電路法分析放大電路的步驟1、求解靜態(tài)工作點(diǎn)Q；2、求解rbe；3、畫出交流等效電路；4、根據(jù)定義求解動(dòng)態(tài)參數(shù)。注意：只有在Q點(diǎn)正常的情況下，動(dòng)態(tài)分析才有意義。Ri中不應(yīng)含有Rs，Ro中不應(yīng)含有RL。問題的討論為什麼rbe隨Q點(diǎn)變化？在阻容耦合共射放大電路中，Q點(diǎn)變化時(shí)，在不失真的情況下，電壓放大倍數(shù)的數(shù)值如何變化？Uom如何變化？在阻容耦合共射放大電路中，在Ui不變的情況下，Rb減小，Uo如何變化？當(dāng)Uo最大時(shí)，再減小Rb，會(huì)出現(xiàn)失真嗎？試由PNP管組成基本共射放大電路，分別說明其出現(xiàn)飽和失真和截止失真時(shí)的輸出電壓波形?！?.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

一、溫度對(duì)Q點(diǎn)的影響二、典型電路

1、電路組成2、穩(wěn)定原理

Re的直流負(fù)回饋?zhàn)饔肨(℃)↑→IC↑→UE↑→UBE↓（UB基本不變）→IB↓→IC↓

3、Q點(diǎn)分析4、動(dòng)態(tài)分析利?弊?三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法引入直流負(fù)回饋溫度補(bǔ)償：Rb1或Rb2採用熱敏電阻。Rb1應(yīng)具有負(fù)溫度係數(shù)，Rb2應(yīng)具有正溫度係數(shù)。§2.5單管放大電路的三種接法

一、基本共集放大電路1、靜態(tài)分析2、動(dòng)態(tài)分析2、動(dòng)態(tài)分析：輸入、輸出電阻的分析Ri與負(fù)載有關(guān)。Ro與信號(hào)源內(nèi)阻有關(guān)。3、特點(diǎn)大！小！只放大電流，不放大電壓！二、基本共基放大電路

1、靜態(tài)分析2、動(dòng)態(tài)分析3、特點(diǎn)??！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大小於1大

Aiβ1＋βαRi

中大小

Ro

大小大其他頻帶寬§2.6場(chǎng)效應(yīng)管放大電路

一、場(chǎng)效應(yīng)管簡介（以N溝道為例）場(chǎng)效應(yīng)管有三個(gè)工作區(qū)域：截止區(qū)、恒流區(qū)、可變電阻區(qū)，對(duì)應(yīng)於三極管的截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。1、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管利用g-s之間電壓來控制d-s之間的電流。iD=f(uGS)轉(zhuǎn)移特性│uGS│增大到一定值，溝道消失，漏極電流為0。導(dǎo)電溝道uGD=UGS(off)時(shí)稱為預(yù)夾斷夾斷電壓漏極飽和電流2、絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管反型層uDS

不變，uGS增大，反型層（導(dǎo)電溝道）將變厚變長。當(dāng)反型層將兩個(gè)N區(qū)相接時(shí)，管子導(dǎo)通。增強(qiáng)型管SiO2絕緣層耗盡型管加正離子

uGS=0時(shí)就存在導(dǎo)電溝道。2、絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管1)增強(qiáng)型MOS管2)耗盡型MOS管開啟電壓3、場(chǎng)效應(yīng)管分類二、場(chǎng)效應(yīng)管靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法1、基本共源放大電路2、自給偏壓電路3、分壓式偏置電路三、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析1、場(chǎng)效應(yīng)管的交流等效模型2、基本共源放大電路的動(dòng)態(tài)分析3、基本共漏放大電路的動(dòng)態(tài)分析§2.7複合管複合管的組成

不同類型的管子複合後，其類型決定於T1管。判斷下列各圖是否能組成複合管Ri=?Ro=?第三章多級(jí)放大電路

§3.1耦合方式一、直接耦合

UCEQ1＝UBEQ2→加Re（Au2數(shù)值變?。挠枚O體→若要求UCEQ1

較大，則改用穩(wěn)壓管。

能夠放大變化緩慢的信號(hào)，便於集成化，Q點(diǎn)相互影響，存在零點(diǎn)漂移現(xiàn)象。NPN型管和PNP型管混合使用問題的提出：在用NPN型管組成N級(jí)共射放大電路，由於UCQi＞UBQi，所以UCQi＞UCQ(i-1）（i=1～N），以致於後級(jí)集電極電位接近電源電壓，Q點(diǎn)不合適。UBQ1＜UCQ1（＝UBQ2）UCQ1＞

UCQ2二、阻容耦合

不能放大變化緩慢的信號(hào)，低頻特性差，不能集成化。Q點(diǎn)相互獨(dú)立。三、變壓器耦合§3.2多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析一、電壓放大倍數(shù)二、輸入電阻三、輸出電阻

對(duì)電壓放大電路的要求：Ri大，Ro小，Au數(shù)值大，最大不失真輸出電壓大。分析舉例失真分析：由NPN型管組成的兩級(jí)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(jí)出現(xiàn)了失真，再判斷是什麼失真。比較Uom1和Uim2，則可判斷在輸入信號(hào)逐漸增大時(shí)哪一級(jí)首先出現(xiàn)失真?！?.3直接耦合放大電路一、零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：ΔuI＝0，ΔuO≠0的現(xiàn)象。產(chǎn)生原因：溫度變化，直流電源波動(dòng)，器件老化。其中電晶體的特性對(duì)溫度敏感是主要原因，故也稱零漂為溫漂?？朔仄姆椒ǎ阂胫绷髫?fù)回饋，溫度補(bǔ)償。典型電路：差分放大電路二、差分放大電路

1、基本電路1)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：對(duì)稱性，Rb1=Rb1=Rb，Rc1=Rc1=Rc，T1和T2特性完全相同。Rb是必要的嗎？2)Q點(diǎn)：令uI1=uI2=0放大電路的選用按下列要求組成兩級(jí)放大電路①Ri＝1～2kΩ，Au

≥3000；②Ri≥10MΩ，Au≥300；③Ri＝100～200kΩ，Au

≥150；④Ri≥10MΩ，Au

≥10，Ro≤100Ω.①共射、共射；②共源、共射；③共集、共射；④共源、共集?！?.3直接耦合放大電路

一、差分放大電路1、基本電路

2)Q點(diǎn)：令uI1=uI2=03)抑制共模信號(hào)

共模信號(hào)：數(shù)值相等，極性相同的輸入信號(hào)。即uI1=uI1=uIcRe的共模負(fù)回饋?zhàn)饔茫?/p>

T(℃)↑→IC1↑IC2↑→UE↑→IB1↓IB2↓→IC1↓IC2↓抑制每只差分管集電極電位的變化。對(duì)於每一邊電路，Re=?4)放大差模信號(hào)差模信號(hào)：數(shù)值相等，極性相反的輸入信號(hào)。即uI1=-uI2=uId/2。△iE1=－△iE2，Re中電流不變，即Re

對(duì)差模信號(hào)無回饋?zhàn)饔谩?)動(dòng)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(hào)的能力和抑制共模信號(hào)的能力。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，信號(hào)源需要有“接地”點(diǎn)，以避免干擾；或負(fù)載需要有“接地”點(diǎn)，以安全工作。

根據(jù)信號(hào)源和負(fù)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。2、差分放大電路的四種接法1)雙端輸入單端輸出可為零！2)單端輸入雙端輸入3)四種接法的比較在參數(shù)理想對(duì)稱條件下：輸入方式：雙端輸入時(shí)無共模信號(hào)輸入，單端輸入時(shí)有共模輸入。Ri與輸入方式無關(guān)。輸出方式：Q點(diǎn)、Ad、Ac、KCMR、Ro均與之有關(guān)。3、電路的改進(jìn)Re越大，共模負(fù)回饋越強(qiáng)，單端輸出時(shí)的Ac越小，KCMR越大，差分放大電路的性能越好。但Re太大，則不合理。1)具有恒流源的差放RW為調(diào)零電位器，取值應(yīng)很小。3)場(chǎng)效應(yīng)管差分放大電路2)加調(diào)零電位器三、互補(bǔ)輸出級(jí)

對(duì)輸出級(jí)的要求：帶負(fù)載能力強(qiáng)；最大不失真輸出電壓最大，即其峰值接近電源電壓。1、互補(bǔ)電路1)基本電路T1、T2特性理想對(duì)稱。靜態(tài)時(shí)T1、T2均截止，UB=UE=01、互補(bǔ)電路1)基本電路動(dòng)態(tài)ui正半周，電流通路為+VCC→T1→RL→地，uo=uiui負(fù)半周，電流通路為地→RL→T2→-VCC，uo=ui兩只管子交替工作，兩路電源交替供電，雙向跟隨。2)交越失真消除失真的方法：設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。2、消除交越失真的互補(bǔ)輸出級(jí)如果信號(hào)為零時(shí)兩只管子處於臨界導(dǎo)通或微導(dǎo)通，那麼當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)兩只管子中至少有一個(gè)導(dǎo)通，因而消除了交越失真。要求：有合適的Q點(diǎn)，且動(dòng)態(tài)損失盡可能小。3、準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)輸出管為同類型電晶體。四、多級(jí)直接耦合放大電路讀圖方法：按信號(hào)流通順序?qū)㈦娐贰盎麨榱恪?，將N級(jí)放大電路分為N個(gè)基本放大電路。第一級(jí)：雙端輸入單端輸出的差放第二級(jí)：以複合管為放大管的共射放大電路第三級(jí)：準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)第四章集成運(yùn)算放大電路

§4.1概述一、集成運(yùn)放的特點(diǎn)1、直接耦合方式，充分利用管子性能良好的一致性採用差分放大電路和電流源電路。2、用複雜電路實(shí)現(xiàn)高性能的放大電路，因?yàn)殡娐费}雜並不增加製作工序。3、用有源元件替代無源元件，如用電晶體取代難於製作的大電阻。4、採用複合管。二、集成運(yùn)放電路的組成偏置電路：為各級(jí)放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。採用電流源電路。輸入級(jí)：前置級(jí)，多採用差分放大電路。要求Ri大，Ad大，

Ac小，輸入端耐壓高。中間級(jí)：主放大級(jí)，多採用共射放大電路。要求有足夠的

放大能力。輸出級(jí)：功率級(jí)，多採用準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)。要求Ro小，最大

不失真輸出電壓盡可能大。三、集成運(yùn)放的符號(hào)和電壓傳輸特性

線上性區(qū)：uO＝Aod(uP－uN)，Aod是開環(huán)差模放大倍數(shù)。由於Aod高達(dá)幾十萬倍，所以集成運(yùn)放工作線上性區(qū)時(shí)的最大輸入電壓(uP－uN)的數(shù)值僅為幾十～一百多μV。當(dāng)其大於此值時(shí)，集成運(yùn)放的輸出不是＋UOM

,

就是－UOM

，即集成運(yùn)放工作在非線性區(qū)?！?.2電流源電路

在電流源電路中充分利用集成運(yùn)放中晶體管性能的一致性。一、鏡象電流源T0和T1特性完全相同。二、微電流源

要求提供很小的靜態(tài)電流，又不能用大電阻。設(shè)計(jì)過程很簡單，首先確定IE0和IE1，然後選定R和Re。二、微電流源

要求提供很小的靜態(tài)電流，又不能用大電阻。設(shè)計(jì)過程很簡單，首先確定IE0和IE1，然後選定R和Re。三、多路電流源根據(jù)所需靜態(tài)電流，來選取發(fā)射極電阻的數(shù)值。根據(jù)所需靜態(tài)電流，來確定集電結(jié)面積。根據(jù)所需靜態(tài)電流，來確定溝道尺寸。四、有源負(fù)載

1、用於共射放大電路哪只管子為放大管？其集電結(jié)靜態(tài)電流約為多少？靜態(tài)時(shí)UIQ為多少？為什麼要考慮

h22?2、用於差分放大電路電路的輸入、輸出方式？如何設(shè)置靜態(tài)電流的？靜態(tài)時(shí)iO約為多少？

使單端輸出電路的差模放大倍數(shù)近似等於雙端輸出時(shí)的差模放大倍數(shù)?！?.3集成運(yùn)放讀圖

一、讀圖方法瞭解用途：瞭解要分析的電路的應(yīng)用場(chǎng)合、用途和技術(shù)指標(biāo)。化整為零：將整個(gè)電路圖分為各自具有一定功能的基本電路。分析功能：定性分析每一部分電路的基本功能和性能。統(tǒng)觀整體：電路相互連接關(guān)係以及連接後電路實(shí)現(xiàn)的功能和性能。定量計(jì)算：必要時(shí)可估算或應(yīng)用電腦計(jì)算電路的主要參數(shù)。已知電路圖，分析其原理和功能、性能。二、舉例

對(duì)于集成運(yùn)放電路，應(yīng)首先找出偏置電路，然后根據(jù)信號(hào)流通順序，將其分為輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)電路。

若在集成運(yùn)放電路中能夠估算出某一支路的電流，則這個(gè)電流往往是偏置電路中的基準(zhǔn)電流。雙端輸入、單端輸出共集-共基放大電路以複合管為放大管、恒流源作負(fù)載的共射放大電路用UBE倍增電路消除交越失真的準(zhǔn)互補(bǔ)輸出級(jí)三級(jí)放大電路輸入級(jí)分析：共集-共基形式T7的作用：抑制共模信號(hào)放大差模信號(hào)

T5、T6分別是T3、T4的有源負(fù)載，而T4又是T6的有源負(fù)載。

T3、T4為橫向PNP型管，輸入端耐壓高。共集形式，輸入電阻大，允許的共模輸入電壓幅值大。共基形式頻帶寬。輸出級(jí)分析D1和D2起過流保護(hù)作用，未過流時(shí)，兩只二極體均截止。iO增大到一定程度，D1導(dǎo)通，為T14基極分流，從而保護(hù)T14。§4.4集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)

指標(biāo)參數(shù)F007典型值理想值開環(huán)差模增益Aod106dB∞差模輸入電阻rid2MΩ∞共模抑制比KCMR90dB∞輸入失調(diào)電壓UIO1mV0UIO的溫漂dUIO/dT(℃)幾μV/℃0輸入失調(diào)電流IIO(│IB1-IB2│)20nA0UIO的溫漂dUIO/dT(℃)幾nA/℃0最大共模輸入電壓UIcmax±13V最大差模輸入電壓UIdmax±30V-3dB帶寬fH10Hz∞轉(zhuǎn)換速率SR(=duO/dt│max)0.5V/μS∞§4.4集成運(yùn)放的主要性能指標(biāo)

指標(biāo)參數(shù)F007典型值理想值開環(huán)差模增益Aod106dB∞差模輸入電阻rid2MΩ∞共模抑制比

KCMR90dB∞輸入失調(diào)電壓UIO1mV0UIO的溫漂dUIO/dT(℃)