模擬電路培訓教材

1.1.1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦砸?、基本概念本征半導體

—純凈的半導體。如硅、鍺單晶體。本征激發(fā)

—在室溫或光照下價電子獲得足夠能量擺脫共價鍵的束縛成為自由電子，并在共價鍵中留下一個空位(空穴)的過程。載流子—自由運動的帶電粒子。自由電子(帶負電)空穴(帶正電)電子空穴成對出現(xiàn)，數(shù)量少、與溫度有關(guān)。

兩種載流子N型半導體—在本征半導體硅或鍺中摻入微量五價元素，如磷、砷（雜質(zhì)）所構(gòu)成。正離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子電子為多數(shù)載流子空穴為少數(shù)載流子載流子數(shù)

電子數(shù)P型半導體—在本征半導體硅或鍺中摻入微量三價元素，如棚、銦（雜質(zhì)）所構(gòu)成。負離子多數(shù)載流子少數(shù)載流子空穴—

多子電子—

少子載流子數(shù)

空穴數(shù)電中性二、PN結(jié)的形成1.載流子的濃度差引起多子的擴散2.交界面形成空間電荷區(qū)(PN結(jié))，建立內(nèi)電場空間電荷區(qū)特點:無載流子，阻止擴散進行，利于少子的漂移。3.擴散和漂移達到動態(tài)平衡，形成PN結(jié)。擴散電流等于漂移電流，

總電流

I=0。內(nèi)建電場PN結(jié)的形成三、PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.外加正向電壓(正向偏置)（P+、N–

）P區(qū)N區(qū)內(nèi)電場+

UR外電場IF限流電阻擴散運動加強形成正向電流IF。IF=I多子

I少子

I多子2.外加反向電壓(反向偏置)（P–、N+）P

區(qū)N

區(qū)

+UR內(nèi)電場外電場外電場使少子背離PN結(jié)移動，空間電荷區(qū)變寬。IR漂移運動加強形成反向電流IRIR=I少子

0PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫实妥鑼ㄕ螂娏鱅F較大;

反偏呈高阻截止，反向電流為IR很小。外電場使多子向PN結(jié)移動,中和部分離子使空間電荷區(qū)變窄。PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

+UR四、PN結(jié)的結(jié)電容勢壘電容

CB：PN中的電荷量隨外加電壓變化而改變所顯示的效應（反偏時顯著）。擴散電容

CD：多子在擴散過程中積累程度隨外加電壓變化而改變所顯示的效應（正偏時顯著）。+

UR影響工作頻率的原因—PN結(jié)的電容效應

結(jié)論：1.低頻時，因結(jié)電容很小，對PN結(jié)影響很小。高頻時，因容抗增大，使結(jié)電容分流，導致單向?qū)щ娦宰儾睢?.結(jié)面積小時結(jié)電容小，工作頻率高。1.1.2半導體二極管的構(gòu)成和類型構(gòu)成：PN結(jié)+引線+管殼=二極管(Diode)PN陽極陰極符號：陽(正)極

ak陰(負)極

分類：按材料分硅二極管鍺二極管按用途分普通二極管整流二極管穩(wěn)壓二極管開關(guān)二極管按結(jié)構(gòu)工藝分點接觸型面接觸型平面型點接觸型陽極引線觸絲N型鍺片管殼陰極引線特點：PN結(jié)面積小結(jié)電容小適于高頻、小電流應用：小功率整流高頻檢波開關(guān)電路陰極引線

面接觸型N型硅PN結(jié)陽極引線鋁合金小球支架金銻合金特點：PN結(jié)面積大結(jié)電容大適于低頻、大電流(幾百毫安以上)應用：整流陽極

引線陰極

引線集成電路中的平面型PNP型支持襯底1.1.3半導體二極管的伏安特性一、PN結(jié)的伏安特性方程反向飽和電流溫度的電壓當量電子電量1.60210–23C玻爾茲曼常數(shù)1.3810–23J/K當T=300(27

C)：UT

=26mVU=0時，I=0；U>0時，U<0時，I

–IS；二、二極管的伏安特性O(shè)uD

/ViD

/mA正向特性Uon導通電壓(門坎、閾值)ID

=0Uon

=0.5V

0.1V(硅管)(鍺管)u

UonID急劇上升0

u

Uon

Uon

=(0.6

0.8)V硅管0.7V(0.1

0.3)V鍺管0.2V反向特性ISU(BR)反向擊穿U(BR)

u

0ID=IS<0.1

A(硅)

幾十

A

(鍺)u<

U(BR)反向電流急劇增大(反向擊穿)反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿反向擊穿原因：齊納擊穿：(Zener)反向電場太強，將電子強行拉出共價鍵。

(擊穿電壓<6V，負溫度系數(shù))雪崩擊穿：反向電場使電子加速，動能增大，撞擊使自由電子數(shù)突增?！狿N結(jié)未損壞，斷電即恢復。—PN結(jié)燒毀。(擊穿電壓>6V，正溫度系數(shù))擊穿電壓在6V

左右時，溫度系數(shù)趨近零。三、溫度對二極管特性的影響604020–0.0200.4–25–50ID

/mAUD/V20C90CT

升高時，Uon以

(2

2.5)mV/

C下降溫度每升高10

C，IS約增大1倍一般，硅管允許結(jié)溫150~200

C

鍺管允許結(jié)溫75~100

C二、二極管的主要參數(shù)1.

IFM—

最大整流電流(最大正向平均電流)2.

URM—

最高反向工作電壓，為U(BR)/23.

IR

—

反向電流(隨溫度變化,越小單向?qū)щ娦栽胶?IDUDU(BR)IFURMO4.

fM

—

最高工作頻率(主要取決于PN結(jié)結(jié)電容大小)三、二極管管腳極性及質(zhì)量的判斷在

R

100或

R

1

k

檔測量紅表筆是(表內(nèi)電源)負極，黑表筆是(表內(nèi)電源)正極。正反向電阻各測量一次，測量時手不要接觸引腳。(1)

用指針式萬用表檢測*一般硅管正向電阻為幾千歐，鍺管正向電阻為幾百歐；反向電阻電阻為幾百千歐。*正反向電阻相差小為劣質(zhì)管。正反向電阻都是無窮大或零則二極管內(nèi)部斷路或短路。

1k

0

0

0(2)

用數(shù)字式萬用表檢測紅表筆是(表內(nèi)電源)正極，黑表筆是(表內(nèi)電源)負極。2k20k200k2M20M200

在

擋進行測量，當

PN結(jié)完好且正偏時，顯示值為

PN

結(jié)兩端的正向壓降(V)。反偏時，顯示。單相半波單相全波單相橋式電路原理圖輸出直流電壓UO0.45U20.9U20.9U2二極管平均電流IDIO0.5IO0.5IO最高反壓UDRM優(yōu)點結(jié)構(gòu)簡單輸出波形脈動小輸出波形脈動小二極管承受反壓小缺點輸出波形脈動大輸出電壓低，二極管承受反壓高變壓器要求有抽頭需要四只二極管表1.3.1各種單相整流電路的比較iO+

u2u1+

+

uOiO+

u2u1+

+

uOiO+

u2u1+

+

uOiD1表1.4.3各種濾波器的比較類型電容濾波電感濾波RC-

型LC-型LC-

型UO1.2UO1.2UO1.2UO1.2UO0.9UO二極管沖擊電流大小大大小帶載能力差強差差強適用場合小電流大電流小電流小電流大/小電流其它特點電路簡單電感笨重成本高脈動成分減小，但R上有直流壓降脈動成分減小，但電感笨重成本高脈動成分減小，適應性較強，但有電感1.4.1穩(wěn)壓管一、硅穩(wěn)壓管及其伏安特性符號工作條件：反向擊穿ak特性IUOUZIZminIZM

UZ

IZIZ+––+特點：*正向特性與普通二極相同*反向擊穿特性較陡*反向擊穿電壓幾~幾十V，

在允許范圍內(nèi)為電擊穿三、使用注意事項1.穩(wěn)壓時必須反向偏置；2.必須串接限流電阻，以保證IZ<I<IZM。3.反向擊穿電壓較普通二極管小，幾~幾十V。串聯(lián)使用時穩(wěn)壓值為各管穩(wěn)壓值之和；不能并聯(lián)使用，以免因電流分配不均引起過載使管子損壞。1.4.2變?nèi)荻O管符號工作條件：反向偏置特性特點：*反偏時，勢壘電容隨外加電壓升高而降低，可作為壓控可變電容。*電容量較小，幾十~幾百pF

。*

最大與最小電容比為5:1。用途：*高頻電路中自動調(diào)諧、調(diào)頻、調(diào)相等。1.4.3光電器件一、光電(光敏)二極管1．符號和特性UIO暗電流E=200lxE=400lx工作條件：反向偏置2.結(jié)構(gòu)和工作原理入射光玻璃透鏡管芯管殼電極引線無光照時，暗電流小，反向電阻高達幾十兆歐。光照時，產(chǎn)生光生載流子從而形成光電流，光電流隨光照強弱變化，反向電阻降為幾千歐~幾十千歐。二、發(fā)光二極管LED(LightEmittingDiode)1.符號和特性工作條件：正向偏置一般工作電流幾十mA，導通電壓(1

2.5)V2.主要參數(shù)電學參數(shù)：IFM

，U(BR)

，IR光學參數(shù)：峰值波長

P，亮度

L，光通量

發(fā)光類型：可見光：紅、黃、綠不可見光：紅外光符號u/Vi

/mAO2特性材料：砷化鎵，磷化鎵等2.1.1BJT的結(jié)構(gòu)一、結(jié)構(gòu)、符號和分類NNP發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型分類：按材料分：硅管、鍺管按結(jié)構(gòu)分：

NPN、PNP按使用頻率分：

低頻管、高頻管按功率分：小功率管<500mW中功率管0.5

1W大功率管>1WECBECB內(nèi)部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大外部條件發(fā)射結(jié)正偏:UC>UB>UE集電結(jié)反偏:UC<UB<UEBJT與電源連接方式NPNRcVCCIBIERb+UBE

+UCE

VBBcebIC輸入回路輸入回路PNPRcVCCIBIERb+UBE

+UCE

VBBcebIC2.1.2BJT的電流分配和放大原理一、BJT處于放大狀態(tài)的條件當管子制成后，發(fā)射區(qū)載流子濃度、基區(qū)寬度、集電結(jié)面積等確定，故電流的比例關(guān)系確定，即：IB=

I

BN

ICBOIC

=

ICN

+

ICBO三、BJT的電流分配關(guān)系IE=IC+IB穿透電流三、BJT的選管原則1.使用時不能超過極限參數(shù)（ICM,PCM,U(BR)CEO）。2.工作在高頻條件下應選用高頻或超高頻管;

工作在開關(guān)條件下應選用速度足夠高的開關(guān)管。3.要求反向電流小、允許結(jié)溫高且溫變大時，選硅管;

要求導通電壓低時選鍺管。4.同型號管，優(yōu)先選用反向電流小的。

值不宜過大，一般以幾十~一百左右為宜。（進口小功率管

較大，如9013、9014等

在200以上）+VCCRcC1C2RL+Rb+ui

+

uo

AA’BB’VCC(直流電源)：?

使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏?向負載和各元件提供功率C1、C2(耦合電容)：?隔直流、通交流RB(基極偏置電阻)：?提供合適的基極電流RC(集電極負載電阻)：?將

IC

UC

，使電流放大

電壓放大信號ui

從AA’輸入信號uo從BB’輸出2.2.1共發(fā)射極放大電路各元件作用2.2.2共發(fā)射極放大電路的靜態(tài)分析靜態(tài)—ui=0，電路中只有直流電源作用。靜態(tài)工作點

—靜態(tài)時，各極電流、電壓反映在輸入、輸出特性上的點，常用

“Q”

表示。直流通路+VCCRcRb輸入特性O(shè)iBuBE輸出特性iC

uCE

OIB+UBE

IBUBEQIC+UCE

IBICUCEQ一、用估算法確定靜態(tài)工作點+VCCRcRbIB+UBE

IC+UCE

取UBE=0.7V(硅管)

0.2V(鍺管)IC=

IBUCE=

VCC–

ICRC300k

4k

12V

=37.5=37.5

0.04mA=1.5mA=12–1.5

mA

4k=6V三、電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響+VCCRcC1C2RL+Rb+ui

+

uo

uCE

=

VCC–

iC

RCOuCEiCVCCVCC/RC當Rc不變時,Rb

IB

，“Q”下移；當Rb不變時,Rc

UCE

，“Q”左移。畫交流通路的原則：

1.直流電源短路（因VCC內(nèi)阻很?。?。

2.耦合電容短路（1/j

C0）。2.2.4BJT的三個工作區(qū)域及放大電路的非線性失真一、BJT的三個工作區(qū)域iC

/mAuCE

/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321截止區(qū)：IB

0

IC=ICEO

0

條件：兩個結(jié)反偏2.放大區(qū)：3.飽和區(qū)：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0條件：兩個結(jié)正偏特點：IC

IB臨界飽和時：uCE

=uBE深度飽和時：0.3V(硅管)0.1V(鍺管)UCE(SAT)=放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏特點：水平、等間隔ICEO二、放大電路的非線性失真因工作點不合適或者信號太大使放大電路的工作范圍超出了晶體管特性曲線上的線性范圍，從而引起非線性失真。1.“Q”過低引起截止失真NPN管：頂部失真為截止失真。PNP管：底部失真為截止失真。不發(fā)生截止失真的條件：IB>Ibm

。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBui

uCEiCictOOiCOtuCEQuce交流負載線2.“Q”過高引起飽和失真ICS集電極臨界飽和電流NPN管：

底部失真為飽和失真。PNP管：頂部失真為飽和失真。IBS—基極臨界飽和電流。不接負載時，交、直流負載線重合，V

CC=VCC不發(fā)生飽和失真的條件：IB+I

bm

IBSuCEiCtOOiCO

tuCEQV

CC2.2.5用小信號模型法(微變等效)分析動態(tài)微變等效的依據(jù)：1.非線性電路經(jīng)適當近似后可按線性電路對待。2.利用疊加定理，分別分析電路中交、直流成分。3.動態(tài)是輸入信號電壓在直流靜態(tài)工作點的基礎(chǔ)上，各極電流、電壓的變化。BJT小信號模型+uce–+ube–

ibicCBErbe

Eibic

ic+ube

+uce

BC2.輸出回路的模型BJT小信號模型+uce–+ube–

ibicCBErbe

Eibic

ic+ube

+uce

BC注意！小信號模型：（1）未考慮BJT結(jié)電容的影響，故只適用于低頻信號。（2）當信號較大，但非線性失真不嚴重時或計算精度要求不高時，仍可使用。（3）只能用于放大電路的動態(tài)分析，不能用于計算靜態(tài)工作點。（4）適于NPN和PNP管，不必改電壓、電流參考方向。溫度

，輸入特性曲線

溫度

，輸出特性曲線

OT1T2>iCuCET1iB

=0T2>iB

=0iB

=0O2.3.1溫度對靜態(tài)工作點的影響溫度對ICEO的影響

溫度每升高10

C，

ICBO

約增大1倍。2.溫度對

的影響溫度每升高1

C，

UBE

(22.5)mV。3.溫度對UBE的影響溫度每升高1

C，

(0.51)%。輸出特性曲線間距增大。+VCCRcC1C2RLRe++Rb1Rb2RSI1I2IBUBICIE+ui

+

uo

2.3.2射極偏置電路一、穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理1.Rb1

、Rb2的分壓作用固定UB：選用Rb1

、Rb2

時使：I1(或I2)

>>IB不受BJT和溫度變化的影響2.Re產(chǎn)生反映IC變化的UE，引起UBE變化，使

IC基本不變。穩(wěn)定“Q”的原理：T

IC

UE

UB固定

UBE

IB

IC

2.4.1共集電極放大電路(射極輸出器、射極跟隨器)IBIE+C1RS+ui

–ReRb+VCCC2RL+–+uo–+us特點：Au

1

輸入輸出同相，Ri

高，Ro

低用途：輸入級，輸出級，中間緩沖級2.4.2共基極放大電路電路圖+VCCRcCbC2RLRe+++Rb1Rb2RS

+us

+uo

C1+ui

交流通路RcReRS+us

RL+ui

+uo

特點：1.Au大小與共射電路相同。

2.輸入電阻小，Aus

小。用途：高頻特性好，常用于高頻電路中。引言場效應管FET

(FieldEffectTransistor)類型：結(jié)型JFET

(JunctionFieldEffectTransistor)絕緣柵型IGFET(InsulatedGateFET)特點：1.單極性器件(一種載流子導電)3.工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低2.輸入電阻高(107

1015

，IGFET可高達1015

)2.5.1絕緣柵場效應管一、N溝道增強型MOSFET(MentalOxideSemi—FET)1.結(jié)構(gòu)與符號P型襯底(摻雜濃度低)N+N+用擴散的方法制作兩個N區(qū)在硅片表面生一層薄SiO2絕緣層sd用金屬鋁引出源極s和漏極dg在絕緣層上噴金屬鋁引出柵極gB耗盡層s—源極sourceg—柵極gate

d—漏極drainsgdB二、N溝道耗盡型MOSFETsgdB

Sio2

絕緣層中摻入正離子在uGS

=0時已形成溝道；在ds

間加正電壓時形成iD，uGS

UGS(off)

時，全夾斷。輸出特性uGS/ViD/mA轉(zhuǎn)移特性IDSSUGS(off)夾斷電壓飽和漏極電流當uGS

UGS(off)

時，uDS/ViD/mAuGS

=4V2V0V2VOO三、P溝道MOSFET簡介增強型耗盡型sgdBsgdB2.5.2結(jié)型場效應管1.結(jié)構(gòu)與符號N溝道JFETP溝道JFETN溝道增強型sgdBiDP溝道增強型sgdBiD2–2OuGS/ViD/mAUGS(th)OuDS/ViD/mA–2V–4V–6V–8VuGS

=8V6V4V2VsgdBiDN溝道耗盡型iDsgdBP溝道耗盡型UGS(off)IDSSuGS/ViD/mA–5O5OuDS/ViD/mA5V2V0V–2VuGS

=2V0V–2V–5VN溝道結(jié)型sgdiDsgdiDP溝道結(jié)型uGS/ViD/mA5–5OIDSSUGS(off)OuDS/ViD/mA5V2V0VuGS

=0V–2V–5V各種FET符號、特性的比較二、場效應管的主要特點及使用注意事項特點：FET為電壓控制型器件，柵極基本無電流，輸入電阻高，常用做高輸入阻抗輸入級。多

子導電，受溫度、輻射等外界因素影響小。噪聲比BJT?。ㄓ绕涫荍FET）。MOS管制造工藝簡單，體積小，功耗小，易集成。使用注意事項：MOS管襯底與源極通常接在一起。若需分開，襯源間電壓須反偏（NMOSuGS

<0，PMOSuGS

>

0）。MOS管輸入電阻極高，使柵極感應電荷產(chǎn)生高壓造成管子擊穿。為避免柵極懸空及減少感應，儲存時應將三個極短路；焊接時，用鑷子短路三個極，并將電烙鐵斷電后焊接；不能用萬用表檢測，只能接入測試儀后再去掉短路線測試，取下前也應先短路。JFET可在柵源極開路情況下儲存和用萬用表檢測。MOS管柵極過壓保護電路

2.5.6FET放大電路的小信號模型分析法一、FET的簡化小信號模型從輸入回路看，iG

0，故認為g、s極間開路；從輸出回路看，漏極電流受柵、源電壓控制，有：對于正弦量：小信號模型sIdgmUgs+Ugs

+Uds

gd2.8.1頻率特性的基本概念

fOAum一.幅頻特性和相頻特性Au(f)—

幅頻特性

(f)—相頻特性0.707AumfOAuf

L

—下限截止頻率

f

H

—上限截止頻率

二、

頻帶寬度(帶寬)BW(BandWidth)BW=f

H

-

f

L

f

HfLfH2.8.2頻率特性的定性分析及其性能指標+VCCRcC1C2RL+Rb

+us

+

uo

+RSCbcCbefOAuAusm

fO1.中頻區(qū)可視Cbe、Cbc

開路，C1、C2短路。中頻區(qū)Ausm和

不受影響。中頻區(qū)–180°2.低頻區(qū)可視Cbe、Cbc

開路；C1、C2與輸入電阻、負載串聯(lián)并對信號分壓，形成高通電路，使Au減小、

超前。低頻區(qū)3.高頻區(qū)C1、C2短路，Cbe、Cbc

分流作用隨頻率升高顯著，形成低通電路，使Au減小、

滯后。高頻區(qū)0.707Ausm–135°–225°頻率失真—放大器通頻帶不夠?qū)?，對信號中不同頻率的正弦波成分的放大倍數(shù)和附加相移不同，引起的失真。輸入波形幅頻失真相頻失真輸出的二次諧波放大倍數(shù)小于基波放大倍數(shù)輸出的二次諧波產(chǎn)生了附加相移頻率失真沒有產(chǎn)生新的頻率成分，屬于線性失真。2.8.3對數(shù)頻率特性曲線—波特圖波特圖—將頻率坐標用對數(shù)分度，電壓放大倍數(shù)用電壓增益（dB）表示的頻率特性。一、放大倍數(shù)的分貝表示法功率放大倍數(shù)

Ap

=po/pi功率增益

Ap

(dB)=10

lg

|Ap|

dB電壓放大倍數(shù)

Au=Uo/Ui電壓增益

Au(dB)=20

lg

|Au|

dB當輸入量小于輸出量時，分貝數(shù)為負值時，稱為衰減。表2.8.1電壓放大倍數(shù)Au與分貝數(shù)的關(guān)系A(chǔ)u10–3

10–2

10–10.20.70712310102103104lg

Au–3–2–1–0.699–0.14700.3010.477123420lgAu/dB–60–40–20–1406.09.5204060802.8.4BJT的頻率參數(shù)f

fT

lg

f

oO一、共發(fā)射極截止頻率

—f

為

下降為

0.707

0時對應的頻率。

二、特征頻率

—fT為

=1

時對應的頻率

，此時三極管失去放大能力。當f

>>

f

時，

f

0

f

；當

=1時，f

=fT=

0

?f

三、共基級截止頻率

—f

為

下降為

0.707

0時對應的頻率。

1.極間耦合形式直接耦合A1A2電路簡單，能放大交、直流信號，“Q”互相影響，零點漂移嚴重。阻容耦合A1A2各級“Q”獨立，只放大交流信號，信號頻率低時耦合電容容抗大。光電耦合A1A2主要用于耦合開關(guān)信號，抗干擾能力強。變壓器耦合A1A2用于選頻放大器、功率放大器等。2.8.5多級放大電路的頻率特性一、多級放大電路的組成和分析方法

2.多級放大電路的組成及參數(shù)計算Au1第一級Au2第二級Au1末級UiUo1RLRSUoUsUo2Ui2Uin.........考慮級與級之間的相互影響，計算各級電壓放大倍數(shù)時，應把后級的輸入電阻作為前級的負載處理!!!Ri

=Ri1Ro=Ron2.抑制零點漂移的的原理零點漂移

—當放大電路輸入端短路時，輸出端仍有緩慢變化電壓產(chǎn)生的現(xiàn)象。零漂的主要原因：溫度變化引起三極管參數(shù)變化。零漂的嚴重性：淹沒信號。A1

=

20A2

=

20A3

=

20

U=0.02V

U=0.42V

U=8.42V零漂的衡量：將輸出的漂移折合到輸入端。

如：

UO1=1

V，U02=2

V，A1

=

103，A2

=

104

則：

UI1=

1mV,UI2=

0.2mVA1

零漂嚴重差分電路抑制零漂的的原理：

IC1=

IC2，

UC1=

UC2，

UO=

UC1–

UC2

=0。3.1.1

雙端輸入的基本差分放大電路T1+

VCCT2–

VEERc1Rc2Reui1ui2uouidRL特點：

a.兩個輸入端，兩個輸出端；

b.元件參數(shù)對稱；

c.雙電源供電；

d.ui1=ui2

時，uo

=0一、靜態(tài)分析及抑制零點漂移原理1.靜態(tài)分析VEE=UBEQ+IEReIE=(VEE

–UBE)/REEIC1=IC2

(VEE

–

UBE)/2ReUC1=UC2=VCC–

IC1Rcuo

=UC1–

UC2=0二、雙端輸入時動態(tài)分析T1+

VCCT2–

VEERc1Rc2Reui1ui2uouidRL1.差模信號和共模信號差模信號ui1=–

ui2大小相同，極性相反共模信號ui1=ui2大小相同，極性相同差模輸入信號uid

=ui1

–

ui2=2ui1

共模輸入信號uic

=ui1

=

ui22.差模輸入（1）雙端輸出時差模交流通路T1T2Rc1Rc2ui1ui2uouidRLui1=–

ui2

iC1=–

iC2

iE1=–

iE2故Re上不存在差模信號3.共模抑制比（1）雙端輸出時共模電壓放大倍數(shù)T1T2Rc1Rc22Reuocuic2Re雙端輸出共模交流通路uic

=ui1

=

ui2

iC1=

iC2

iE1=

iE2

iE

=2

iE1

uRe

=2

iERe（2）雙端輸出時共模抑制比在理想情況下，KCMR=

，集成電路一般為120

~

140

dB。（3）單端輸出時共模電壓放大倍數(shù)和共模抑制比單端輸出共模交流通路T1T2Rc1Rc22Reuocuic2ReRL（4）共模輸入電阻3.1.2

單端輸入的差分放大電路T1+

VCCT2–

VEERc1Rc2Reui

=

ui1ui2=

0uoRL一、任意輸入信號的分解當

ui

ui1

，可分解任意輸入信號為共模信號和差模信號之和：uid

=

ui1

–

ui2兩輸入端差模信號各為：兩端共模信號同為：uic

=

(ui1+

ui2)

/

2T1+

VCCT2–

VEERc1Rc2ReuoRLuicuicuid1uid2當ui

=

ui1ui2=

03.2.1差分放大電路中恒流源的作用減少共模放大倍數(shù)的思路：

增大Re用恒流源代替Re1.三極管恒流源+VCCRLReRb1Rb2IC特點：直流電阻為有限值動態(tài)電阻很大I0恒流源代替差分電路中的Reui1T1+VCCT2RcRb31ui2Rc–VEERb32Re3IC3T3RLD簡化畫法ui1T1+VCCT2Reui2ReVEEIC3RL3.2.2集成運放中的恒流源一、鏡像電流源IC2T1RT2IRIC1+VCC2IBRUBE1=

UBE2

=

UBE2

1=

2=

IB1=

IB2=

IBIC1=

IC2=

IR–2IB二、微電流源IC2T1RT2IRIC1+VCC2IBReUBE1UBE2+–

+–UBE2<

UBE13.3.1集成運算放大器的基本結(jié)構(gòu)及其特點一、集成運放的基本結(jié)構(gòu)偏置電路中間電壓放大級輸出級+

uo

uid差分輸入級輸入級：差分電路，大大減少溫漂。低電流狀態(tài)獲高輸入阻抗。中間電壓放大級：采用有源負載的共發(fā)射極電路，增益大。輸出級：準互補對稱電路，輸出功率大、輸出電阻小。偏置電路：各種電流源給各級電路提供合適的靜態(tài)電流。3.4.1理想集成運放及其傳輸特性1.

Aud

一、理想運放2.

Rid

3.Ro

04.

KCMR

5.BW

6.UIO0，IIO0二、集成運放的傳輸特性1.傳輸特性O(shè)uiduoUOM–UOM理想線性區(qū)實際2.工作在線性區(qū)的集成運放閉環(huán)有負反饋(1)

u+

u–(虛短)(2)

i+

i–

0

(虛斷)證：uo

=Aud

(u+–u–)=Aud

uidu+–

u–=uo/Aud

0證：i+=uid

/Rid

0同理i–

0虛短和虛斷3.工作在非線性區(qū)的集成運放開環(huán)有正反饋(1)

u+>u–時，uo

=

UOM，u+<u–時,

uo=–UOM(2)

i+

i–

0(虛斷)3.4.2基本運算電路一、比例運算電路1.反相比例運算電路運算放大器在線性應用時同時存在虛短和虛斷虛斷虛地為使兩輸入端對地直流電阻相等：平衡電阻特點：1.Auf=

Rf

/R12.輸入電阻較小，R

if=R1RifR

if3.uIC

=0

，對KCMR的要求低u+=u-

=0虛地2.同相比例運算電路Auf=1跟隨器當R1=

時特點：

1.Auf=1

+

Rf

/R1。

2.輸入電阻大，R

if

=

。

3.

uIC

=

u

i，對KCMR的要求高。u+=u-=uI

。二、加減運算電路1.加法電路R3=R1//R2//RfiF

i1

+i2若Rf

=R1=R2

則uO

=

(uI1+uI2)2.減法電路法1：利用疊加定理uI2=0uI1使：uI1=0uI2使：一般R1=R

1；Rf

=R

fuO

=uO1+uO2

=Rf/R1(uI2

uI1)法2：利用虛短、虛斷uo=Rf

/R1(uI2

uI1)減法運算實際是差分電路三、積分與微分電路1.積分電路(1)基本積分電路=當uI

為階躍信號時：uItO

UIt0tuOO設(shè)t0

=

0時，uC=0

時間常數(shù)

=

RCt1

–

UI

–

UOM(2)克服積分漂移的積分電路積分漂移

—輸入信號為0時，輸出緩慢變化。原因

—AuD、Rid不為，UIO、IIO不為0，電容緩慢充電?？朔e分漂移的電路：當：R2C>>R1CR2的負反饋作用可有效抑制積分漂移。(3)積分電路的應用應用：積分、波形變換、示波器顯示和掃描電路、模/數(shù)轉(zhuǎn)換和波形發(fā)生器等。方波

三角波10k

10nF

時間常數(shù)

=

RC=0.1msuI/Vt/ms0.10.30.55

5=

5

V=

5

VuO/Vt/ms5

5

開關(guān)延遲電路電子開關(guān)當uO

6V時S閉合，tuOO6V1msuItO

3VtusO

3V2.微分電路(1)基本微分電路虛地虛斷RC

=

—時間常數(shù)微分電路輸出電壓：uItOuOtO4.1.1反饋的概念反饋

—

將電路的輸出量(電壓或電流)的部分或全部，通過一定的元件，以一定的方式回送到輸入回路并影響輸入量(電壓或電流)和輸出量的過程。2.

信號的兩種流向正向傳輸：輸入輸出反向傳輸：輸出輸入

—

開環(huán)—

閉環(huán)輸入輸出

放大電路

反饋網(wǎng)絡(luò)輸入回路輸出回路+C1RS+ui

–ReRb+VCCC2RL+us–+uo–++

uid

–

Re介于輸入輸出回路，有反饋。反饋使

uid

減小，為負反饋。既有直流反饋，又有交流反饋。例如：4.1.2反饋的極性與類型1.正反饋和負反饋正反饋—

反饋使凈輸入電量增加，使輸出量增大。負反饋—反饋使凈輸入電量減小，使輸出量減小。判斷法：瞬時極性法輸入信號和反饋信號在不同端子引入，兩者極性相同為負反饋，極性相反為正反饋。當輸入信號和反饋信號在同一節(jié)點引入時，兩者極性相同為正反饋，極性相反為負反饋。

正反饋

負反饋二、

直流反饋和交流反饋直流反饋

—

直流信號的反饋。交流反饋

—

交流信號的反饋。直流反饋無反饋交直流反饋交流反饋直流負反饋的作用是穩(wěn)定靜態(tài)工作點；交流負反饋能改善放大電路動態(tài)性能。三、電壓反饋和電流反饋電壓反饋

—

反饋信號取自輸出電壓。

負反饋穩(wěn)定輸出電壓。判別法：使uo

=0(RL短路)，若反饋消失為電壓反饋。電流反饋

—

反饋信號取自輸出電流。

負反饋穩(wěn)定輸出電流判別法：使io

=0(RL開路)，若反饋消失為電流反饋。AFRLuo電壓反饋電流反饋iouoFARLio四、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋串聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號以電壓相比較的形式在輸入端出現(xiàn)。uid

=

ui

uf特點：反饋信號和輸入信號在不同節(jié)點引入。并聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號以電流相比較的形式在輸入端出現(xiàn)。iid

=

ii

if特點：反饋信號和輸入信號在同一節(jié)點引入。AFiiifisiidRSRSAFuiuidufus4.2.1負反饋放大電路的方框圖A基本放大電路F+–比較環(huán)節(jié)反饋網(wǎng)絡(luò)

Xi—輸入信號(Ii或Ui

)...

Xid

—

凈輸入信號(Iid

或Uid)...

Xo—輸出信號(Io或Uo

)...

Xf

—

反饋信號(If或Uf

)...開環(huán)放大倍數(shù)反饋系數(shù)閉環(huán)放大倍數(shù)4.2.2負反饋放大電路增益的一般表達式AF+–AF

—

環(huán)路放大倍數(shù)1

+

AF—反饋深度4.2.3負反饋對放大電路的影響一、提高增益的穩(wěn)定性Af

的相對變化量A的相對變化量例如，1+

AF

=

101，dA/A

=

10%則，dAf/Af

=

（

10

%）

1010.1

%放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高了100倍。二、減少非線性失真uf加入負反饋無負反饋FufAuiuo+–uiduo大小略大略小略小略大uiA接近正弦波改善了波形失真減少非線性失真三、擴展通頻帶BW無反饋時：BW=fH

fL

fH引入反饋后，fA(f)OAm0707AmfLfHBWAf(f)Amf0707AmffLffHfBWf可證明：fHf

=(1+AF)fHfLf

=fL

/

(1+AF)=(1+AF)fH

fHf

=(1+AF)BW

BWf

=fHf

fLf四、對輸入、輸出電阻的影響1.對輸入電阻的影響Rif深度負反饋：并聯(lián)負反饋使輸入電阻減小Rif深度負反饋：ii

A

FuiuidufRiAFuidifiidii

A

FuiRiAFiid串聯(lián)負反饋使輸入電阻增大2.對輸出電阻的影響電壓負反饋F

與A

并聯(lián)，使輸出電阻減小。AFRoRofA

為負載開路時的源電壓放大倍數(shù)。深度負反饋：電流負反饋F

與A

串聯(lián)，使輸出電阻增大AFRoRofA

為負載短路時的源電壓放大倍數(shù)。深度負反饋：類型定義判別方法對性能影響電壓負反饋反饋信號從輸出電壓取樣，即與uo成正比。反饋信號通過元件連線從輸出端取出。或負載短路，反饋消失。穩(wěn)定輸出電壓，減小輸出電阻。電流負反饋反饋信號從輸出電流取樣，即與io成正比。反饋信號與輸出端無聯(lián)系。或負載短路，反饋依然存在。穩(wěn)定輸出電流u，增大輸出電阻。串聯(lián)負反饋反饋信號與輸入信號在輸入回路中以電壓相加減的形式出現(xiàn)。輸入信號和反饋信號在不同節(jié)點引入（例如三極管b、e極，運放的同相輸入端。增大輸入電阻并聯(lián)負反饋反饋信號與輸入信號在輸入回路中以電流相加減的形式出現(xiàn)。輸入信號和反饋信號在同一節(jié)點引入（例如三極管基極b、運放的反相輸入端。減小輸入電阻表4.2.1類型定義判別方法對性能影響直流負反饋反饋信號為直流信號直流通路存在反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點交流負反饋反饋信號為交流信號交流通路存在反饋改善放大電路性能正反饋反饋信號使凈輸入信號加強串聯(lián)反饋：作用在不同節(jié)點的ui

和

uf

瞬時極性相反并聯(lián)反饋：作用在同一節(jié)點的ii和if瞬時極性相同放大倍數(shù)增加，電路工作可能不穩(wěn)定負反饋反饋信號使凈輸入信號減弱串聯(lián)反饋：作用與不同節(jié)點的ui和uf瞬時極性相同并聯(lián)反饋：作用與同一節(jié)點的ii和if瞬時極性相反放大倍數(shù)減小，改善電路性能本級反饋反饋返送本級反饋信號僅限本級改善本級性能級間反饋反饋信號返送到輸入級輸入回路反饋信號與后級輸出回路有聯(lián)系改善總電路各項性能4.3.1產(chǎn)生自激振蕩的條件和原因一、自激振蕩的現(xiàn)象ui=0AuouiAuo二、產(chǎn)生自激振蕩的條件和原因1.自激條件········2.自激的原因附加相移

AF使負反饋正反饋一級放大電路附加相移

90,兩級

180,三級

2704.3.2消除自激振蕩的常用方法基本方法：在電路中加入C，或R、C元件進行相位補償，改變電路高頻特性，從而破壞自激條件。相位補償形式滯后補償電容滯后

RC滯后超前補償：密勒效應補償電容滯后補償RC滯后補償密勒效應補償R5.1.1基本概念濾波器—

有用頻率信號通過，無用頻率信號被抑制的電路。1.分類按處理方法分硬件濾波軟件濾波按所處理信號分模擬濾波器數(shù)字濾波器按構(gòu)成器件分無源濾波器有源濾波器按頻率特性分低通濾波器高通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器按傳遞函數(shù)分一階濾波器二階濾波器

:n

階濾波器2.理想濾波器的頻率特性：f·f·f·f·通帶阻帶通帶通帶

阻帶

通帶阻帶

通帶

阻帶阻帶AupAupAupAupfHfL

f0fHfLfH

f0fL低通高通帶通帶阻3.有源濾波器無源濾波器

—

由無源元件

R、L、C

構(gòu)成的濾波電路。有源濾波器

—

由有源器件、集成運放

+R、L、C

構(gòu)成。優(yōu)點：體積小、重量輕、能放大、帶載能力強。缺點：受集成運放上限頻率限制，一般使用頻率在幾kHz以下。高于幾kHz采用LC濾波器，帶通采用陶瓷、聲表面波濾波器。信號產(chǎn)生電路(振蕩器—Oscillators)分類：正弦波振蕩非正弦波振蕩：RC振蕩器(1kHz~數(shù)百kHz)LC振蕩器(幾百kHz以上)石英晶體振蕩器(頻率穩(wěn)定度高)方波、三角波、鋸齒波等主要性要求能：輸出信號的幅度準確穩(wěn)定輸出信號的頻率準確穩(wěn)定引言6.1.1正弦波振蕩電路的基本概念一、振蕩條件放大器反饋網(wǎng)絡(luò)Ui?Au?Fu?Uo?Uf?RL微弱的電擾動中，某一頻率成分通過正反饋逐漸放大，則產(chǎn)生正弦振蕩。????????—

振幅平衡條件—

相位平衡條件n=0,1,2,

??振蕩條件二、起振條件起振條件放大器Au反饋網(wǎng)絡(luò)FuUoUfUi

1/FuAu=1/FuOuiuoAuuoAuFu

>1Au

Fu

<1Ui1Uo1Uf1Ui2Uo2Uf2Ui3Uo3Uf2Ui4Uo4ufuf

起振穩(wěn)幅??三、振蕩電路的組成1.放大電路Au2.正反饋網(wǎng)絡(luò)Fu3.選頻率網(wǎng)絡(luò)—實現(xiàn)單一頻率的振蕩4.穩(wěn)幅環(huán)節(jié)—使振蕩穩(wěn)定、波形好滿足振蕩條件放大器選頻正反饋網(wǎng)絡(luò)UoUfUi選頻放大器正反饋網(wǎng)絡(luò)UoUfUi四、振蕩電路的分析方法1.檢查電路組成2.“Q”是否合適3.用瞬時極性法判斷是否滿足起振條件6.1.3LC正弦波振蕩電路類型：變壓器反饋式、電感三點式、電容三點式一、LC

并聯(lián)回路的特性Is.LRCL的等效損耗電阻,小Z1.諧振頻率f02.諧振阻抗Z06.1.4石英晶體振蕩電路一、石英晶體的基本特性1.結(jié)構(gòu)和符號化學成分

SiO2結(jié)構(gòu)晶片涂銀層焊點符號2.壓電效應形變形變機械振動外力壓電諧振—外加交變電壓的頻率等于晶體固有頻率時，機械振動幅度急劇加大的現(xiàn)象。3.等效電路RC0CLCo

—晶片靜態(tài)電容(幾~幾十pF)L

—

晶體的動態(tài)電感(10-3~102H)(大)C

—晶體的動態(tài)電容(<0.1pF)(小)R

—

等效摩擦損耗電阻(小)大小小大4.頻率特性和諧振頻率fXfPfS容性容性感性fP

和fs

很接近6.2.1電壓比較器(Comparer)一、單值電壓比較器功能：將被測試信號與標準信號進行比較，產(chǎn)生開關(guān)量電壓信號去實現(xiàn)控制動作。1.電路和工作原理8uSuOUREFu–u+OuIuOUREF+UOM-UOM對于理想運放：當uId

=u–

–u+=uS

–UREF<0時，uO=+

UOM當uId

=u–

–u+=uS

–UREF>0時，uO=–

UOM當UREF=0時，為過零比較器。當UREF<0時，電壓傳輸特性如虛線所示。2.閾值電壓(門檻電壓)

UT—比較器從一個電平跳變到另一個電平時所對應的輸入電壓。OuIuOUREF+UOM-UOMUT=UREF3.具有限幅措施的比較器

8uSuOUREFR1R2R3輸入限幅輸出限幅R1、R2為輸入平衡電阻和二極管限流電阻R3為穩(wěn)壓管限流電阻比較器中運放工作的特點：(1)工作在非線性區(qū)；(2)不存在虛短

(除uI=

UREF

時)；(3)存在虛斷。4.單值比較器的應用

應用：波形變換、整形、電平檢測等。例如：過零比較器用作波形變換。1.工作原理和閾值電壓二、遲滯比較器uIR1R28UREFR3

UOMu–u+uO正反饋當uI

>u+

時，uO

=-UZ當uI

<u+

時，uO

=+UZ當uI=u+時，狀態(tài)翻轉(zhuǎn)2.傳輸特性特點：OuIuOUT+UT-UZ-UZ當uI

逐漸增大時

只要uI<UT+，則uO=UOM一旦uI>UT+，則uO=-UOM當uI

逐漸減小時只要uI>UT-，則uO=-UZ一旦uI<UT-，則uO=UZ上限閾值電壓下限閾值電壓

U=UT+

-UT-

U回差電壓uI

上升時與上門限比,uI

下降時與下門限比。uIR1R28UREFR3

UOMu–u+uO3.遲滯比較器的應用抗干擾OuItUT–UT+UOM–UOMOt整形OuItUT+UT–OuOtUOM–UOMuOuIR1R28UREFR3

UOMu–u+uO7.1功率放大電路的特殊問題一、功率放大的任務輸出足夠大的功率去驅(qū)動負載（揚聲器、伺服電機等）。二、功率放大的特殊問題1.輸出電壓、電流幅度大，三極管盡限工作。2.管子接近飽和或截止，輸出有一定非線性失真。3.需加散熱器，以提高管子承受較大管耗。4.效率

=Pomax

/PDC

要高。性能分析以功率、管耗、效率為主。四、放大電路的工作狀態(tài)甲類(

=2

)

tiCO

Icm

2IC

tiCO

Icm

2IC乙類(

=

)

tiCO

Icm

IC2甲乙類(

<

<2

)QuCE

iCO

tiCO

QQ乙類工作狀態(tài)失真大，靜態(tài)電流為零，管耗小，效率高。甲乙類工作狀態(tài)失真大，靜態(tài)電流小，管耗小，效率較高。甲類工作狀態(tài)失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。類型與效率7.2.1雙電源基本互補對稱功放電路OCL及工作原理

(OCL—OutputCapacitorless)一、電路組成及工作原理RLT1T2+VCC+ui

+uo

VEEie1ie1ui

=0T1、T2截止IB、IC、UCE均為0ui

>0T1導通T2截止io

=ie1=（1+

）ib1uo

=ie1RLui

<0T2導通T1截止io

=ie2=（1+

）ib2uo

=ie2RL兩只管子交替導通，稱互補對稱7.3.1實用的甲乙類雙電源互補對稱功放電路一、交越失真的問題RLT1T2+VCC+ui

+uo

VEE1.問題：當輸入電壓小于閾值電壓Uon時，三極管截止，引起

交越失真。交越失真輸入信號幅度越小越明顯

tiCO

IC1IC22.克服交越失真的思路：交越失真T1、T2有一段共同導通的時間，流過負載的電流不失真。二、減少交越失真的措施1.利用二極管和電位器產(chǎn)生偏置電壓：RLR1D1D2T1T2+VCC+ui

+uo

VEET3R2+UB1B2–UB1B2給T1、T2提供靜態(tài)電壓。當ui

=0時，T1、T2微導通；

IB1=–IB2，

IE1=–IE2，IL=0IB1IB2IE1IE2當ui

<0(

至)，T1

微導通

充分導通

微導通；T2

微導通

截止

微導通。當ui

>0(

至)，T2

微導通

充分導通

微導通；T1微導通

截止

微導通。

7.3.2甲乙類單電源對稱功率放大電路