城市軌道交通電工電子技術課件：模擬電路

模擬電路PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/

目錄任務一

認知半導體器件任務二

認知基本放大電路任務三

認知直流穩(wěn)壓電源01認知半導體器件PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/

半導體基礎知識自然界中的物質(zhì)，按其導電能力可分為三大類:導體、半導體和絕緣體。導體易于傳導電流的物質(zhì)稱為導體，如銅、鋁、金、銀等金屬材料；導電能力介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)成為半導體；半導體很難傳導電流的物質(zhì)稱為絕緣體，如橡膠、陶瓷、塑料等材料。絕緣體PPT模板下載：/moban/行業(yè)PPT模板：/hangye/節(jié)日PPT模板：/jieri/PPT素材下載：/sucai/PPT背景圖片：/beijing/PPT圖表下載：/tubiao/優(yōu)秀PPT下載：/xiazai/PPT教程：/powerpoint/Word教程：/word/Excel教程：/excel/資料下載：/ziliao/PPT課件下載：/kejian/范文下載：/fanwen/試卷下載：/shiti/教案下載：/jiaoan/

半導體基礎知識現(xiàn)代電子技術中常用的半導體材料有硅、鍺、硒及大多數(shù)金屬氧化物和硫化物等，硅是目前最常用的一種半導體材料，其次是鍺半導體材料。半導體材料除了在導電能力方面不同于導體和絕緣體外,還具有一些其他物質(zhì)不具備的特點。熱敏性當半導體材料受外界熱刺激時，其導電能力將發(fā)生顯著改變。當半導體材料受外界光照射時，其導電能力將發(fā)生顯著改變。光敏性在純凈半導體材料中摻入微量雜質(zhì)，半導體的導電能力會有顯著增加。摻雜性利用半導體導電的這些特點，可以制成半導體熱敏器件、光敏器件和半導體二極管、三極管、場效應管等器件。本征半導體本征半導體是指完全純凈的，具有晶體結構的半導體。它有自由電子和空穴兩種載流子，但由于數(shù)量極少，導電能力很低。掌握PN結的形成及單向?qū)щ娦钥昭ㄊ侵冈又袃r電子掙脫共價鍵成為自由電子后，在原來共價鍵的相應位置上留下的空位。顯然，在本征半導體中，自由電子和空穴是成對出現(xiàn)的。在本征半導體中，自由電子和空穴成對出現(xiàn)，數(shù)目相同。圖4-1所示為硅和鍺的原子結構和共價鍵結構空穴(如圖中位置1)出現(xiàn)以后，鄰近的束縛電子(如圖中位置2)可能獲取足夠的能量來填補這個空穴，而在這個束縛電子的位置又出現(xiàn)一個新的空位，另一個束縛電子(如圖中位置3)又會填補這個新的空位，這樣就形成束縛電子填補空穴的運動。為了區(qū)別自由電子的運動，將此束縛電子填補空穴的運動稱為空穴運動。圖4-2所示束縛電子填補空穴的運動圖4-1圖4-2本征半導體①半導體中存在兩種載流子，一種是帶負電的自由電子，另一種是帶正電的空穴,它都可以運載電荷形成電流。④溫度升高，激發(fā)的電子空穴對數(shù)目增加，半導體的導電能力增強?？昭ǖ某霈F(xiàn)是半導體導電區(qū)別導體導電的一個主要特征。③一定溫度下，本征半導體中電子空穴對的產(chǎn)生與復合相對平衡，電子空穴對的數(shù)目相對穩(wěn)定。②本征半導體中，自由電子和空穴相伴產(chǎn)生，數(shù)目相同。本征半導體特點在硅(或鍺)半導體晶體中摻入微量的五價元素，如磷(P)、砷(As)等，則構成N型半導體。五價的元素具有5個價電子，它們進入由硅或鍺組成的半導體晶體中，五價的原子取代四價的硅原子，在與相鄰的硅原子組成共價鍵時，因為多一個價電子不受共價鍵的束縛，很容易成為自由電子，于是半導體中自由電子的數(shù)目大量增加。自由電子參與導電移動后，在原來的位置留下一個不能移動的正離子，半導體仍然呈現(xiàn)電中性，但此時沒有相應的空穴產(chǎn)生，如圖4-3所示。雜質(zhì)半導體-N型半導體圖4-3N型半導體的共價鍵結構若在本征半導體中有選擇地摻入少量其他元素，將會使其導電性能發(fā)生顯著變化。這些摻入的元素統(tǒng)稱為雜質(zhì)。摻入雜質(zhì)的半導體稱為雜質(zhì)半導體。根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導體分為兩類：電子型(N型)半導體和空穴型(P型)半導體。在硅(或鍺)半導體晶體中，摻入微量的三價元素如硼(B)、銦(In)等，則構成P型半導體。三價的元素只有3個價電子，在與相鄰的硅原子組成共價鍵時，由于缺少一個價電子，在晶體中便產(chǎn)生一個空位，鄰近的束縛電子如果獲取足夠的能量，有可能填補這個空位，使原子成為一個不能移動的負離子，半導體仍然呈現(xiàn)電中性,但此時沒有相應的自由電子產(chǎn)生，如圖4-4所示。P型半導體中，空穴為多數(shù)載流子(多子)，自由電子為少數(shù)載流子(少子)。P型半導體主要靠空穴導電。在雜質(zhì)半導體中，盡管摻入的雜質(zhì)很少（即摻雜濃度低），但由雜質(zhì)原子提供的載流子數(shù)遠大于本征載流子數(shù)。所以，雜質(zhì)半導體的導電能力要比本征半導體大得多。雜質(zhì)半導體-P型半導體圖4-4P型半導體共價鍵結構在純凈的四價半導體晶體材料(主要是硅和鍺)中摻入微量三價(例如硼)或五價(例如磷)元素,半導體的導電能力就會大大增強。這是由于形成了有傳導電流能力的載流子。摻入五價元素的半導體中的多數(shù)載流子是自由電子,稱為電子半導體或N型半導體。而摻入三價元素的半導體中的多數(shù)載流子是空穴,稱為空穴半導體或P型半導體。將一塊半導體的兩邊分別做成P型半導體和N型半導體。由于P型半導體中空穴的濃度大，自由電子少，N型半導體中自由電子的濃度大，空穴少，即載流子存在濃度的差別，P區(qū)的空穴將越過交界面向N區(qū)擴散，在P區(qū)留下不能移動的負離子，而N區(qū)的自由電子會向P區(qū)擴散，在N區(qū)則留下不能移動的正離子。這種多數(shù)載流子因濃度上的差異而形成的運動稱為擴散運動，如圖4-5所示。PN結的形成圖4-5P型和N型半導體交界處載流子的擴散空穴和自由電子均是帶電的粒子，擴散的結果是使P區(qū)和N區(qū)原來的電中性被破壞，在交界面的兩側(cè)形成一個不能移動的帶異性電荷的離子層，此離子層被稱為空間電荷區(qū)，這就是所謂的PN結，如圖4-6所示。在空間電荷區(qū)，多數(shù)載流子已經(jīng)擴散到對方并復合掉了，或者說消耗盡了，因此又稱空間電荷區(qū)為耗盡層?？臻g電荷區(qū)出現(xiàn)后，因為正負電荷的作用，將產(chǎn)生一個從N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場。內(nèi)電場的方向會對多數(shù)載流子的擴散運動起阻礙作用。同時，內(nèi)電場可推動少數(shù)載流子(P區(qū)的自由電子和N區(qū)的空穴)越過空間電荷區(qū)，進入對方。少數(shù)載流子在內(nèi)電場作用下有規(guī)則的運動稱為漂移運動。漂移運動和擴散運動的方向相反。無外加電場時，通過PN結的擴散電流等于漂移電流，PN結中無電流流過，PN結的寬度保持一定而處于穩(wěn)定狀態(tài)。PN結的形成圖4-6PN結的形成PN結的單向?qū)щ娦匀绻赑N結兩端加上不同極性的電壓，PN結會呈現(xiàn)出不同的導電性能。PN結P端接高電位，N端接低電位，稱PN結外加P區(qū)正向電壓，又稱PN結正向偏置，簡稱為正偏，如圖4-7所示。PN結正向?qū)〞r，通過PN結的電流(正向電流)大，而PN結呈現(xiàn)的電阻(正向電阻)小。PN結外加正向電壓圖4-7PN結外加正向電壓PN結外加反向電壓PN結P端接低電位，N端接高電位，稱PN結外加反向電壓，又稱PN結反向偏置，簡稱為反偏，如圖4-8所示。這時，外電場的方向與內(nèi)電場的相同，PN結原來的平衡狀態(tài)同樣被打破，空間電荷區(qū)變得更寬，擴散運動難以進行，漂移運動卻被加強，從而形成反向的漂移電流。由于少數(shù)載流子的數(shù)目很少，故形成的反向電流也很小。PN結這時所處的狀態(tài)稱為反向截止。PN結反向截止時，通過PN結的電流(反向電流》小，而PN結呈現(xiàn)的電阻(反向電阻)大。因為環(huán)境溫度愈高，少數(shù)載流子的數(shù)目愈多，所以溫度對反向電流的影響很大。結論PN結的單向?qū)щ娦允侵窹N結外加正向電壓（即正向偏置）時，PN結的電阻很小，呈導通狀態(tài)；外加反向電壓（即反向偏置）時，PN結的電阻很大，呈截止狀態(tài)。圖4-8PN結外加反向電壓半導體二極管-二極管的基本結構半導體二極管是半導體器件中最基本的一種器件，簡稱二極管，它是由一個PN結加上相應的電極引線及管殼封裝而成的。由P區(qū)引出的電極稱為陽極,N區(qū)引出的電極稱為陰極。因為PN結的單向?qū)щ娦?，因此二極管也具有單向?qū)щ娦浴６O管導通時電流方向是由陽極通過管子內(nèi)部流向陰極。二極管用圖4-9所示的圖形符號來表示。二極管常見外形如圖4-10所示。圖4-9二極管的圖形符號圖4-10二極管外形二極管按結構分有點接觸型、面接觸型和平面型三大類。它們的結構示意圖如圖4-11所示。圖4-11二極管的結構示意圖點接觸型二極管——PN結面積小，結電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。面接觸型二極管——PN結面積大，用于工頻大電流整流電路。

平面型二極管——往往用于集成電路制造工藝中。PN結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。二極管的基本分類01整流二極管整流管因為其正向工作電流較大，工藝上多采用面結型結構，結電容大，因此整流二極管工作頻率一般小于3kHz。03檢波二極管一般檢波二極管采用鍺材料點接觸型結構，要求正向壓降小，檢波效率高，結電容小，頻率特性好，其外形一般采用玻璃封裝EA結構。05開關二極管二極管從截止到導通稱為開通時間，從開通到截止稱為反向恢復時間，兩者之和稱為開關時間。開通時間較短，一般可以忽略，反向恢復時間較長，它反應了二極管的特性好壞。02穩(wěn)壓二極管的正向曲線與普通二極管相仿，但反向曲線比普通二極管低得多。其擊穿點處曲線彎折特別尖銳，反向電流劇增，但電壓幾乎保持不變，只要在外電路中設置限流措施，使穩(wěn)壓二極管始終保持在允許功耗內(nèi)，就不會損壞穩(wěn)壓二極管，穩(wěn)壓二極管的反向擊穿是可逆的，而普通二極管的擊穿是不可逆的。穩(wěn)壓二極管多采用硅材料制成。穩(wěn)壓二極管04發(fā)光二極管(LED)是在半導體PN結或類似的結構中通以正向電流，以高效率發(fā)出可見光或紅外輻射的器件。由于它發(fā)射準單色光、尺寸小、壽命長和廉價，因此被廣泛用做儀表的指示器、光電耦合器和光學儀器的光源等領域。變?nèi)荻O管06二極管按用途分有整流二極管、檢波二極管、開關二極管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、變?nèi)荻O管等。（變?nèi)荻O管是利用PN結電容隨外加反向偏壓變化的特性制成。在零偏壓時，結電容最大，臨近擊穿時，結電容最小。兩者之比則為其結電容變化比。從導通曲線可以看出,結電容變化呈現(xiàn)非線性。變?nèi)荻O管一般總是接在諧振回路中使用,以取代傳統(tǒng)的可變電容,必須有足夠的Q值。顯然由于Q隨著頻率的升高而降低,因此定義為Q=1時為截止頻率。使用時必須低于截止頻率。二極管的特性二極管的電流與電壓的關系曲線I=f(U)稱為二極管的伏安特性。其伏安特性曲線如圖4-12所示。二極管的核心是一個PN結,具有單向?qū)щ娦?，其實際伏安特性與理論伏安特性略有區(qū)別。由圖4-12可見二極管的伏安特性曲線是非線性的。可分為三部分:正向特性、反向特性和反向擊穿特性。圖4-12二極管的伏安特性曲線二極管的特性反向特性當外加正向電壓很低時,由于PN結自建電場的作用,故正向電流幾乎為零。當正向電壓超過一定數(shù)值時,才有明顯的正向電流,這個電壓值稱為死區(qū)電壓(或稱閾值電壓U_th)。通常硅管的死區(qū)電壓約為0.5V,鍺管的死區(qū)電壓約為0.1V。當正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流迅速增長,曲線接近上升直線。在正向伏安特性的導通部分,當電流迅速增加時,二極管的正向壓降變化很小,硅管正向壓降約為0.6-0.7V，鍺管的正向壓降約為0.2-0.3V。二極管加上反向電壓時，形成很小的反向電流，且在一定溫度下它的數(shù)量基本維持不變。因此，當反向電壓在一定范圍內(nèi)增大時,反向電流的大小基本恒定，而與反向電壓大小無關，故稱為反向飽和電流。一般小功率鍺管的反向電流可達幾十微安，而小功率硅管的反向電流要小得多，一般在0.1微安以下。當溫度升高時,少數(shù)載流子數(shù)目增加，使反向電流增大，特性曲線下移。研究表明,溫度每升高10℃，反向電流近似增大一倍。反向擊穿特性正向特性當二極管的外加反向電壓大于一定數(shù)值(反向擊穿電壓)時,反向電流突然急劇增加稱為二極管反向擊穿。反向擊穿電壓一般在幾十伏以上。二極管的主要參數(shù)反向工作峰值電壓U_RMU_RM是指管子不被擊穿所允許的最大反向電壓。一般這個參數(shù)是二極管反向擊穿電壓的一半,若反向電壓超過這個數(shù)值，管子將會有擊穿的危險。最大整流電流I_DMI_DM指的是二極管長期工作時,允許通過的最大的正向平均電流.在使用時,若電流超過這個數(shù)值,將會使PN結過熱而把管子燒壞。反向峰值電流I_RMI_RM是指二極管加反向電壓U_RM時的反向電流值,I_RM越小二極管的單向?qū)щ娦杂谩_RM受溫度影響很大,使用時要加以注意。硅管的反向電流較小,一般在幾微安以下。鍺管的反向電流較大,為硅管的幾十到幾百倍。最高工作頻率f_M二極管在外加高頻交流電壓時,由于PN結的電容效應,單向?qū)щ娮饔猛嘶?。f_M指的是二極管單向?qū)щ娮饔瞄_始明顯退化的交流信號的頻率。二極管的型號命名方法國產(chǎn)二極管的命名規(guī)定由5部分組成,如圖4-13所示圖4-13國產(chǎn)二極管的命名規(guī)定特殊二極管-穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型半導體硅二極管，其正常工作在反向擊穿區(qū)，通過反向擊穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓作用，其符號和伏安特性曲線如圖4-15所示。只要反向電流不超過其最大穩(wěn)定電流，穩(wěn)壓二極管就不會形成破壞性的熱擊穿，因此，在電路中應與穩(wěn)壓二極管串聯(lián)適當?shù)南蘖麟娮琛７€(wěn)壓管二極的正向特性曲線與普通二極管類似，而當外加反向電壓的數(shù)值增大到一定程度時，發(fā)生擊穿，擊穿曲線很陡，幾乎平行于縱軸，所以，當電流在很大范圍內(nèi)變化時，穩(wěn)壓二極管兩端的電壓變化很小。利用這一特性，穩(wěn)壓二極管在電路中能起穩(wěn)壓作用。圖4-15穩(wěn)壓管符號和伏安特性曲線特殊二極管-發(fā)光、光電二極管發(fā)光二極管（LED）是一種能將電能轉(zhuǎn)換成光能的半導體器件，其材料主要為砷化鎵、氮化鎵等，主要用于音響設備的電平顯示及線路通、斷狀態(tài)的指示等。發(fā)光二極管與普通二極管一樣，也是由PN結構成的，同樣具有單向?qū)щ娦?，但它在正向?qū)〞r能發(fā)出可見光或不可見光。發(fā)光二極管的電路符號如圖4-16所示。圖4-16發(fā)光二極管的電路符號光電二極管是一種能將光能轉(zhuǎn)換成電能的半導體器件，它主要用于需光電轉(zhuǎn)換的自動探測、計數(shù)和控制裝置中。光電二極管的結構與普通二極管相似，只是在管殼上有一個能入射光線的窗口。光電二極管工作在反向偏置狀態(tài)，其反向電流隨光照強度的變化而變化。光電二極管的電路符號如圖4-17所示。圖4-17光電二極管的電路符號半導體三極管-PN結外加正向電壓半導體三極管又稱晶體三極管，通常稱晶體管或三極管，是電子電路的核心器件。三極管是在一塊半導體基片上制作兩個相距很近的PN結，兩個PN結把一塊半導體分成3部分，中間部分是基區(qū)，兩側(cè)部分是發(fā)射區(qū)和集電區(qū)，排列方式有PNP和NPN兩種，3個區(qū)引出相應的電極，分別為基極b、發(fā)射極e和集電極C。三極管的主要特性是對電信號進行放大或組成開關電路。半導體三極管-PN結外加正向電壓三極管有兩種類型:NPN型和PNP型。中間部分稱為基區(qū)，相連電極稱為基極，用B或b表示(Base);一側(cè)稱為發(fā)射區(qū)，相連電極稱為發(fā)射極，用E或e表示(Emitter);另一側(cè)稱為集電區(qū)和集電極，用C或c表示(Collector)。E-B間的PN結稱為發(fā)射結(Je)，C-B間的PN結稱為集電結(Jc)。圖4-18三極管的結構示意圖和符號圖4-19常見的三極管外形三極管的分類按使用的半導體材料不同，三極管可分為硅管和鍺管。按工作頻率不同，三極管可分為高頻管和低頻管。其中，高頻管的工作頻率不低于3MHz；低頻管的工作頻率低于3MHz。

三極管的分類方法很多，除可分為NPN型和PNP型之外，還可進行以下分類。三極管的型號命名方法根據(jù)國家標準GB/T249-1989規(guī)定，三極管的命名由5部分組成:圖4-20國產(chǎn)三極管的命名規(guī)定第2部分三極管的材料及極性的符號及意義見表4-1符

號材

料極

性備

注A鍺PNP鍺三極管B鍺NPN鍺三極管C硅PNP硅三極管D硅NPN硅三極管E化合物————表4-1第2部分三極管的材料及極性的符號及意義表4-2第3部分三極管類型的符號及意義符

號意

義備

注x低頻小功率晶體管fa<3MHz,PCM<1WG高頻小功率晶體管fa≥3MHz,PCM<1WD低頻大功率晶體管fa<3MHz,PCM<1WA高頻大功率晶體管fa≥3MHz,PCM<1WT晶閘管——Y場效應管——B雪崩管——J階躍恢復管——第3部分三極管類型的符號及意義見表4-2三極管的電流分配與放大原理1發(fā)射區(qū)很小，但摻雜濃度高。基區(qū)最薄且摻雜濃度最?。ū劝l(fā)射區(qū)小2～3個數(shù)量級）。2集電結面積最大，且集電區(qū)的摻雜濃度小于發(fā)射區(qū)的摻雜濃度。3三極管實現(xiàn)電流放大作用是由三極管的內(nèi)部結構條件與外部條件共同決定的，其中內(nèi)部結構條件包括以下幾點。三極管在工作時一定要加上適當?shù)闹绷髌秒妷骸Ｈ艄ぷ髟诜糯鬆顟B(tài)，發(fā)射結加正向電壓，集電結加反向電壓?，F(xiàn)以NPN型三極管為例，當它導通時，3個電極上的電流必然滿足節(jié)點電流定律，即流入三極管的基極電流IB和集電極電流IC等于流出三極管的發(fā)射極電流IE。即IE=IB+IC外部條件是要保證外加電源的極性使發(fā)射結處于正向偏置狀態(tài)，使集電結處于反向偏置狀態(tài)。三極管的電流分配與放大原理電流分配關系三極管各極電流之間的關系如右所示：在發(fā)射結正偏，集電結反偏的條件下，三極管基極與集電極上的電流不是孤立的，它們之間存在一定的比例關系。這一比例關系是由管子的結構特點所決定的，管子做好之后這一比例關系就基本確定了。為了反映ICN和IBN之間的比例關系，定義共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)，即上式可變換為：上式中，ICEO稱為穿透電流。由于ICBO很小，ICEO也很小，分析時可忽略不計，所以今后電路分析中常用的關系式為：三極管的特性曲線-輸入特性曲線輸入特性曲線是指當集—射極電壓UCE為常數(shù)時，輸入電路（基極電路）中基極電流IB與基—射極電壓UBE之間的關系曲線IB＝f（UCE），如圖4-21所示。圖4-21三極管輸入特性曲線UCE＝0時，集電極與發(fā)射極短接，三極管相當于兩個二極管并聯(lián)，UBE即為加在并聯(lián)二極管上的正向電壓，故三極管的輸入特性曲線與二極管伏安特性曲線的正向特性相似。由上圖可以看出，三極管的輸入特性中也存在死區(qū)電壓，只有在發(fā)射結外加電壓大于死區(qū)電壓時，三極管才會產(chǎn)生基極電流。

UCE≥1V時，曲線右移，因為此時集電結已反向偏置，內(nèi)電場足夠大，可以把從發(fā)射區(qū)進入基區(qū)的電子中的絕大部分拉入集電區(qū)。因此，在相同的UBE下，UCE≥1V時的基極電流I_B比UCE＝0時的小。但是當UCE超過1V以后，即使其再增加，只要UBE不變，IB也不再明顯減小，所以通常只畫出UCE≥1V的一條輸入特性曲線。三極管的特性曲線-輸出特性曲線輸出特性曲線是指當基極電流I_B為常數(shù)時，輸出電路（集電極電路）中集電極電流I_C與集—射極電壓UCE之間的關系曲線IC＝f（UCE）。在不同的IB下，可得出不同的曲線，所以，三極管的輸出特性曲線是一組曲線，如圖4-22所示。圖4-22三極管輸出特性曲線三極管的特性曲線-輸出特性曲線放大區(qū)輸出特性曲線的近于水平部分是放大區(qū)。在放大區(qū)，IC和IB成正比關系，即IC＝βIB，所以，放大區(qū)又稱為線性區(qū)。放大區(qū)具有可控性（IB可以控制IC）和恒流性（IC幾乎不隨UCE和負載的變化而變化）。三極管工作在放大區(qū)的電壓條件是：發(fā)射結正偏，集電結反偏。此時，UCE＞UBE。飽和區(qū)對應于UCE較小的區(qū)域是飽和區(qū)。此時，UCE≤UBE。在飽和區(qū)，UCE略有增加，IC迅速上升，但IC≠βIB，IB不能控制IC，因此，三極管不能起放大作用。UCE＝UBE的情況稱為臨界飽和狀態(tài)，對應點的軌跡稱為臨界飽和線。飽和時，集電極與發(fā)射極之間的電壓稱為飽和壓降。三極管工作在飽和區(qū)的電壓條件是：發(fā)射結正偏，集電結也正偏。截止區(qū)基極電流IB＝0對應曲線下方的區(qū)域是截止區(qū)。在截止區(qū)，IB＝0，IC≈0，三極管不導通，同樣也失去了電流的放大作用。三極管工作在截止區(qū)的電壓條件是：發(fā)射結反偏，集電結也反偏。三極管的特性曲線-輸出特性曲線由以上分析可知當三極管飽和時，UCE≈0，發(fā)射極與集電極之間如同一個開關的接通，其間電阻很??；當三極管截止時，IC≈0，發(fā)射極與集電極之間如同一個開關的斷開，其間電阻很大?？梢?，三極管除了具有放大作用外，還具有開關作用。三極管的主要參數(shù)電流放大系數(shù)當三極管接成共發(fā)射極電路時，在靜態(tài)（無輸入信號）下，集電極電流I_C和基極電流I_B的比值稱為共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)，即在動態(tài)（有輸入信號）下，集電極電流變化量ΔI_C和基極電流變化量ΔI_B的比值稱為共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)β，即極間反向電流集電極—基極反向飽和電流I_CBO是指發(fā)射極開路時，集電極和基極之間的反向電流。集電極—發(fā)射極穿透電流I_CEO是指基極開路時，由集電區(qū)穿過基區(qū)流入發(fā)射區(qū)的電流三極管的主要參數(shù)-極限參數(shù)020103集電極最大允許電流I_CM：三極管工作在放大區(qū)時，若集電極電流超過一定值，其電流放大系數(shù)β就會下降。三極管的β值下降到正常值的2/3時的集電極電流稱為三極管的集電極最大允許電流I_CM。因此，使用三極管時，若I_C超過I_CM，并不一定會損壞三極管，但是以降低β值為代價的集電極—發(fā)射極反向擊穿電壓U_((BR)CEO)：基極開路時，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓稱為集電極—發(fā)射極反向擊穿電壓U_((BR)CEO)。當電壓U_CE大于U_((BR)CEO)時，I_CEO會突然大幅度上升，說明三極管已被擊穿。集電極最大允許耗散功率P_CM：集電極電流在流經(jīng)集電結時將產(chǎn)生熱量，使結溫升高，從而會引起三極管的參數(shù)變化。當三極管因受熱而引起的參數(shù)變化不超過允許值時，集電極所消耗的最大功率稱為集電極最大允許耗散功率P_CM，其計算公式為：P_CM三者共同確定三極管的安全工作區(qū)，如圖4-23所示。圖4-23三極管的安全工作區(qū)溫度對三極管特性的影響隨溫度的升高，三極管的輸入特性具有負的溫度特性，即在相同的基極電流I_B下，U_BE的值會隨溫度的升高而減小，如圖4-24所示圖4-24溫度對三極管輸入特性的影響對于三極管的輸出特性，隨溫度的升高β值會增大，溫度每升高一度，β值大約增大1%。如圖4-25所示。反向電流會隨溫度的升高而增大，溫度每升高1℃，反向飽和電流將增加一倍。圖4-25溫度對三極管輸出特性的影響場效應管-場效應管的結構場效應管同三極管一樣，也是一種放大器件。三極管是一種電流控制器件，它利用基極電流對集電極電流的控制作用來實現(xiàn)放大；場效應管則是一種電壓控制器件，它利用電場效應來控制其電流的大小，從而實現(xiàn)放大。根據(jù)結構不同，場效應管可分為結型場效應管（JFET）和絕緣柵場效應管（MOS管）。由于MOS管的性能更優(yōu)越，發(fā)展更迅速，應用更廣泛，因此，本節(jié)將僅介紹MOS管。N溝道增強型MOS管的結構N溝道增強型MOS管基本上是一種左右對稱的結構，它是在P型硅半導體上生成一層SiO2薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴散兩個高摻雜的N型區(qū)，從N型區(qū)引出漏極D和源極S兩個電極。在漏極和源極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。P型半導體稱為襯底，用符號B表示。如圖4-26所示。圖4-26N溝道增強型MOS管的結構柵極與其他電極之間是絕緣的，工作時，漏極與源極之間形成導電溝道，稱為N溝道。如圖4-27所示，左圖為N溝道增強型MOS管的電路符號，其箭頭方向由P（襯底）指向N（導電溝道）；右圖為P溝道增強型MOS管的電路符號，箭頭方向由N（導電溝道）指向P（襯底）。圖4-27N溝道、P溝道增強型MOS管的電路符號場效應管-N溝道耗盡型MOS管的結構N溝道耗盡型MOS管的結構如圖4-28所示。它也是在P型硅襯底上形成一層〖SiO〗_2薄膜絕緣層，與增強型所不同的是，它在〖SiO〗_2絕緣層中摻有大量的正離子，不需要外電場作用，這些正離子所產(chǎn)生的電場也能在P型硅襯底與絕緣層的交界面上感應出大量或足夠多的電子，形成N型導電溝道。N溝道和P溝道耗盡型MOS管的電路符號如圖4-29所示。圖4-28N溝道耗盡型MOS管的結構圖4-29N溝道、P溝道耗盡型MOS管的電路符號MOS管的工作原理-N溝道增強型柵源電壓U_GS的控制作用當UGS＝0時，漏源之間相當于兩個背靠背的二極管，在D、S之間加上電壓，不管極性如何，總有一個PN結反向，所以不存在導電溝道，不會形成漏極電流I_D。當0＜UGS＜U(GS(th))（U(GS(th))稱為開啟電壓），即柵極有一定的較小電壓時，通過柵極和襯底間的電容作用，在靠近柵極下方，P型半導體中的空穴將會被向下排斥，從而出現(xiàn)一薄層電子的耗盡層。耗盡層中的電子將向表層運動，但數(shù)量有限，不足以形成溝道，將漏極和源極溝通，所以漏極電流ID仍為零。當UGS＞U(GS(th))時，柵極電壓較強，在靠近柵極下方的P型半導體表層中聚集了較多的電子，可以形成溝道，將漏極和源極溝通。如果此時加有漏源電壓UDS，就可以形成漏極電流ID。柵極下方的導電溝道，因其載流子（電子）與P型區(qū)載流子（空穴）的極性相反，所以又稱為反型層。隨UGS的繼續(xù)增加，導電溝道變寬，溝道電阻變小，ID將不斷增加。漏源電壓U_DS對漏極電流I_D的控制作用當UGS＞U(GS(th))，且為某一固定值時，在漏極和源極之間加上正電壓UDS，會有ID形成。如圖4-30所示為不同的漏源電壓U_DS對溝道的影響。根據(jù)此圖可得如下關系：UDS＝UDG＋UGS＝－UGD＋UGSUGD＝UGS－UDSMOS管的工作原理-N溝道增強型圖4-30不同的漏源電壓UDS對溝道的影響在UDS為0或較小時，溝道電阻一定，ID隨UDS的增大而線性增大。當UDS較大，且UGD＞U(GS(th))時，靠近漏端的耗盡層變寬，溝道變窄，出現(xiàn)楔形，溝道電阻增大，I_D增大緩慢。當UDS繼續(xù)增大到使UGD＝U(GS(th))時，溝道在漏端出現(xiàn)預夾斷。若UDS繼續(xù)增大，溝道的夾斷區(qū)將逐漸延長，增大部分的UDS都降在夾斷區(qū)上，ID趨于飽和，不再隨UDS增大。N溝道耗盡型MOS管的工作原理由于耗盡型MOS管自身能形成導電溝道，所以只要有UDS存在，就會有ID產(chǎn)生。如果加上正的UGS，則吸引到反型層中的電子增加，溝道加寬，ID增大。如果加上負的UGS，則此電場將會削弱原來絕緣層中正離子的電場，使吸引到反型層中的電子減少，溝道變窄，ID減小。若負UGS達到某一值，則溝道中的電荷將耗盡，反型層消失，管子截止，此時的值稱為夾斷電壓U(GS(off))或UP。

P溝道MOS管的工作原理與N溝道MOS管完全相同，只不過導電的載流子不同，供電電壓的極性不同而已。MOS管的特性曲線N溝道增強型MOS管的特性曲線MOS管的特性曲線包括轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線。如圖4-31所示為N溝道增強型MOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線。輸出特性曲線，輸出特性曲線是指柵源電壓UGS一定時，漏極電流ID與漏極電壓UDS之間的關系曲線ID＝f（UDS）。它可分為三個區(qū)：可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和截止區(qū)。可變電阻區(qū)是輸出特性曲線的最左側(cè)部分。在這個區(qū)域，UDS較小，溝道尚未夾斷，ID隨UDS的增大而線性增大，此時，場效應管近似一個線性電阻。當UGS不同時，直線的斜率不同，相當于電阻的阻值不同，所以這個區(qū)域稱為可變電阻區(qū)。恒流區(qū)又稱為線性放大區(qū)，是輸出特性曲線的中間部分。在這個區(qū)域，溝道預夾斷，ID基本上不隨UDS發(fā)生變化，只受UGS的控制。當組成場效應管放大電路時，應使其工作在該區(qū)域。截止區(qū)又稱為夾斷區(qū)，是輸出特性曲線下面靠近橫坐標的部分。在這個區(qū)域，溝道完全夾斷，ID＝0。轉(zhuǎn)移特性曲線，轉(zhuǎn)移特性曲線又稱為輸入特性曲線，是指漏源電壓U_DS一定時，漏極電流I_D與柵源電壓U_GS之間的關系曲線I_D＝f（U_GS）。轉(zhuǎn)移特性曲線的斜率g_m的大小反映了柵源電壓U_GS對漏極電流I_D的控制作用。g_m的量綱為mA/V，所以，g_m又稱為跨導，其定義為：圖4-31N溝道增強型MOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線N溝道耗盡型MOS管的特性曲線N溝道耗盡型MOS管的特性曲線如圖4-32所示。耗盡型MOS管工作時，其柵源電壓UGS可以為零，也可以取正值或負值，在應用中有較大的靈活性。UDS為一定值，UGS＝0時，對應的漏極電流稱為飽和漏極電流IDSS。圖4-32N溝道耗盡型MOS管的特性曲線場效應管的使用注意事項使用場效應管時要注意電壓極性，電壓和電流的數(shù)值不能超過最大允許值。由于MOS管的輸入電阻很大，使得柵極的感應電荷不易泄漏，而且SiO2氧化層又很薄，柵極只要有少量靜電，即可產(chǎn)生高壓強電場，極易造成MOS管的擊穿，所以要防靜電。同時，柵極不能懸空，在不用時，應將三個極短接。為了防止柵極擊穿，要求一切測試儀器、電烙鐵等都必須有外接地線。焊接時用小功率烙鐵，動作要迅速，或切斷電源后利用余熱焊接。焊接時，應先焊源極，后焊柵極。場效應管與三極管的比較場效應管是電壓控制器件，它依靠柵源電壓U_GS控制漏極電流I_D；三極管是電流控制器件，它依靠基極電流I_B控制集電極電流I_C。場效應管參與導電的載流子只有多子，為單極型器件；三極管有多子和少子共同參與導電，為雙極型器件。場效應管受溫度、輻射等因素的影響小，噪聲系數(shù)低；三極管受溫度、輻射等因素的影響大，噪聲系數(shù)高。所以，在環(huán)境條件變化很大的情況下，應選用場效應管。場效應管的直流輸入電阻和交流輸入電阻都非常高，可達數(shù)百兆歐以上；三極管的發(fā)射結始終處于正向偏置，總是存在輸入電流，因此，基極和發(fā)射極之間的輸入電阻較小，一般只有幾百歐至幾十千歐。場效應管的跨導較小，當組成放大電路時，在相同的負載電阻下，電壓放大倍數(shù)比三極管低。場效應管的源極未與襯底連在一起時，漏極和源極可以互換使用，且特性變化不大；而三極管的集電極和發(fā)射極不能互換使用。場效應管和三極管都可組成各種放大電路和開關電路，但由于前者制造工藝簡單，且具有耗電少、熱穩(wěn)定性好、工作電源電壓范圍寬等優(yōu)點，因而被廣泛應用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中。02認知基本放大電路放大電路的組成放大電路由三極管（或場效應管）、電阻、電容、電源等組成?；痉糯箅娐芬话闶侵赣梢粋€三極管組成的放大電路。放大電路的作用是將微弱變化的電信號（非電信號可通過傳感器轉(zhuǎn)變成電信號）放大成幅度足夠大且與原信號變化規(guī)律一致的信號，以便人們測量和使用。放大電路雖然應用的場合及作用各不相同，但信號的放大過程是相同的，都可用圖4-35來表示。圖4-35信號的放大過程放大電路的分類按元件集成程度的不同，放大電路可分為分立元件放大電路和集成放大電路。按三極管連接方式的不同，放大電路可分為共發(fā)射極放大電路、共基極放大電路和共集電極放大電路。按放大電路級數(shù)的不同，放大電路可分為單級放大電路和多級放大電路。放大電路的分類方法很多，一般可按照以下幾種方式分類按信號源的不同，放大電路可分為交流放大電路和直流放大電路。按工作頻率的不同，放大電路可分為低頻放大電路、中頻放大電路和高頻放大電路。共發(fā)射極放大電路當三極管應用于電子電路時，通常將一對端點作為輸入端，另一對端點作為輸出端，于是便有一個端點是輸入電路和輸出電路的公共端。因此，三極管在組成放大電路時有3種連接方式，即放大電路的3種組態(tài)：共射極、共集電極和共基極放大電路，如圖4-36所示。圖4-36三極管的3種連接方式共發(fā)射極放大電路如果輸入信號加到基極和發(fā)射極之間，而輸出信號從集電極和發(fā)射極間取出，這樣的電路便稱為共發(fā)射極放大電路。共發(fā)射極放大電路是最基本的放大電路，很多復雜的電路都由它組合或演變而成。共發(fā)射極放大電路如圖所示，該電路中各器件的作用如圖4-37所示。圖4-37

共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路極管VT：放大電路的核心，是能量轉(zhuǎn)換控制器件，起電流放大作用。集電極電源電壓UCC：除為輸出信號提供能量外，還保證集電結處于反偏，以使三極管起到放大作用。UCC一般為幾伏到幾十伏。基極偏置電阻RB：和電源UCC一起給基極提供一個合適的基極電流，并保證發(fā)射結處于正偏，使三極管工作在放大區(qū)。RB的阻值一般為幾十千歐到幾百千歐。集電極負載電阻RC：一方面提供直流通路，使集電結反偏；另一方面將集電極電流的變化變換為電壓的變化，以實現(xiàn)電壓放大。RC的阻值一般為幾千歐到幾十千歐。負載電阻RL：放大電路的負載，如揚聲器、繼電器、電動機、測量儀表、下一級放大電路等。耦合電容C1和C2：在電路中起“隔直流、通交流”的作用，即把信號源與放大電路之間、放大電路與負載之間的直流隔開，而保證交流信號暢通無阻。耦合電容一般采用電解電容。使用時，應注意它的極性與加在它兩端的工作電壓極性相一致。C1和C2的電容值一般為幾微法到幾十微法。放大電路分析方法靜態(tài)是指放大電路沒有交流輸入信號（Ui=0）時的直流工作狀態(tài)。此時，放大電路中的電流和電壓稱為靜態(tài)值。靜態(tài)分析的目的是通過放大電路的靜態(tài)值（IB，IC，UCE），確定三極管是否處在其伏安特性曲線的合適位置。動態(tài)分析的目的是確定放大電路對信號的電壓放大倍數(shù)Au，并分析放大電路的輸入電阻ri和輸出電阻ro等。動態(tài)是指放大電路在有輸入信號（Ui≠0）時的工作狀態(tài)。此時，放大電路中的電流和電壓都含有直流分量和交流分量。放大電路的分析包括靜態(tài)和動態(tài)兩個方面。直流通路是指靜態(tài)電流流經(jīng)的通路。畫直流通路時，電容視為開路；電感視為短路；信號源視為短路，但保留其內(nèi)阻。如圖4-38所示為圖4-37所示電路的直流通路。靜態(tài)分析是以直流通路進行分析。靜態(tài)時，三極管基極電流IB、集電極電流IC和集-射極間電壓UCE等直流成分可用IBO，ICO和ICEO表示，它們在三極管特性曲線上可確定為一個點，稱為靜態(tài)工作點，用Q表示。顯然，靜態(tài)工作點是由直流通路決定的。圖4-38圖4-37所示電路的直流通路直流通路是指靜態(tài)電流流經(jīng)的通路。靜態(tài)工作點的近似估算法由圖4-38所示直流通路可求得靜態(tài)值IBQ為三極管工作于放大狀態(tài)時，發(fā)射結正偏，此時UBE基本不變，硅管約為0.7V，鍺管約為0.3V，所以，UBE一般比UCC小得多。此時，上式可寫為根據(jù)三極管的電流放大能力可得直流通路是指靜態(tài)電流流經(jīng)的通路。靜態(tài)工作點的圖解分析法利用三極管的輸入、輸出特性曲線，通過作圖對放大電路的性能指標進行分析的方法稱為圖解分析法。在靜態(tài)分析中，圖解分析法主要用來確定靜態(tài)工作點Q。由圖4-39所示可知，IBQ的值不同，靜態(tài)工作點在直流負載線上的位置也就不同。三極管的工作狀態(tài)要求不同，需要的靜態(tài)工作點也不同，這可通過改變IBQ的大小來實現(xiàn)。因此，IBQ對靜態(tài)工作點的調(diào)整很重要，通常將其稱為偏置電流，簡稱偏流。產(chǎn)生偏流的電路稱為偏置電路。圖4-39圖解分析法確定Q點靜態(tài)工作點的穩(wěn)定放大電路應有合適的靜態(tài)工作點，以保證有較好的放大效果。但實際中，有很多因素，如電源電壓的波動、電路參數(shù)的變化及溫度的波動等都會影響靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性。實踐表明，溫度的波動是其中最主要的因素。如果溫度升高后偏流IBQ能自動減小以限制ICQ的增大，則靜態(tài)工作點便能基本穩(wěn)定。前面所講的放大電路中，RB一經(jīng)選定后，IBQ也就固定不變。這種電路稱為固定偏置放大電路，它不能穩(wěn)定靜態(tài)工作點。為克服此缺點，常采用分壓式偏置放大電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點。共集電極放大電路共集電極放大電路的原理圖如圖4-40所示。在此電路中，交流信號從基極輸入，從發(fā)射極輸出，因此該電路又稱為射極輸出器。圖4-40共集電極放大電路圖4-41共集電極放大電路直流通路和微變等效電路由圖4-41（a）所示直流通路可得：由圖4-41（b）所示微變等效電路可求：電壓放大倍數(shù)Au共集電極放大電路A_u表達式中無負號，表示U_o與U_i同相位，且A_u小于1，即共集極放大電路沒有電壓放大作用，Au≈1。因此共集電極放大電路又稱為射極跟隨器。輸入電阻Ri根據(jù)定義可求得：共集電極放大電路的輸入電阻比共射極放大電路的大很多。輸出電阻Ro根據(jù)定義可求得：共集電極放大電路的輸出電阻很小，其帶負載的能力比較強。共集電極放大電路的輸入電阻很大，輸出電阻很小。實際應用中，常常用作緩沖級，以減小放大電路前后級之間的相互影響。共基極放大電路圖4-42共基極放大電路原理圖圖4-43共基極放大電路微變等效電路電壓放大倍數(shù)Au由公式可知，共基極放大電路Uo與Ui同相位，電壓放大倍數(shù)與共射極放大電路的相同。輸入電阻Ri根據(jù)定義可求得：由上式可知，共基極放大電路的輸入電阻很小。輸出電阻Ro根據(jù)定義可求得：共基極放大電路的輸出電阻為共基極放大電路具有電壓放大作用，Uo與Ui同相位。放大管輸入電流為ie，輸出電流為ic，沒有電流放大作用，ic≈ie，因此電路又稱為電流跟隨器。其輸入電阻很小，輸出電阻很大。共基極放大電路的頻率特性比較好，一般多用于高頻放大電路。放大電路的負反饋反饋的概念什么是反饋：在電子系統(tǒng)中，把放大電路輸出量（電壓或電流）的部分或全部，經(jīng)過一定的電路或元件返送回到放大電路的輸入端，從而牽制輸出量，這種措施稱為反饋。有反饋的放大電路稱為反饋放大電路。反饋電路的一般框圖：任意一個反饋放大電路都可以表示為一個基本放大電路和反饋網(wǎng)絡組成的閉環(huán)系統(tǒng)，其構成如圖4-44所示。圖4-44中Xi、Xid、Xf、Xo分別表示放大電路的輸入信號、凈輸入信號、反饋信號和輸出信號，它們可以是電壓量，也可以是電流量。圖4-44反饋放大電路的一般方框圖反饋元件：在反饋電路中既與基本放大電路輸入回路相連又與輸出回路相連的元件，以及與反饋支路相連且對反饋信號的大小產(chǎn)生影響的元件，均稱為反饋元件。反饋放大電路的一般表達式閉環(huán)放大倍數(shù)Af，定義：為基本放大電路的放大倍數(shù)。反饋網(wǎng)絡的反饋系數(shù)反饋放大電路的放大倍數(shù)基本放大電路的凈輸入信號綜合上式，可得閉環(huán)放大電路增益的一般表達式：反饋深度（1+AF）①定義（1＋AF）為閉環(huán)放大電路的反饋深度。②若（1＋AF）＞1，則有Af＜A，這時稱放大電路引入的反饋為負反饋。③若（1＋AF）＜1，則有Af＞A，這時稱放大電路引入的反饋為正反饋。④若（1＋AF）=0，則有Af=∞，這時稱反饋放大電路出現(xiàn)自激振蕩。⑤若（1＋AF）>>1，則有Af=A/(1+AF)≈1/F，這時稱放大電路引入深度負反饋。反饋的分類交流反饋和直流反饋電壓反饋和電流反饋串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋正反饋和負反饋反饋的分類按照反饋信號極性的不同進行分類，反饋可以分為正反饋和負反饋。正反饋：引入的反饋信號X_f增強了外加輸入信號的作用，使放大電路的凈輸入信號增加，導致放大電路的放大倍數(shù)增大的反饋。負反饋：引入的反饋信號X_f削弱了外加輸入信號的作用，使放大電路的凈輸入信號減小，導致放大電路的放大倍數(shù)減小的反饋。正反饋和負反饋反饋的分類根據(jù)反饋信號的性質(zhì)進行分類，反饋可以分為交流反饋和直流反饋。直流反饋：反饋信號中只包含直流成份。交流反饋：反饋信號中只包含交流成份。交流反饋和直流反饋的判定，可以通過畫反饋放大電路的交、直流通路來完成。在直流通路中，如果反饋回路存在，即為直流反饋；在交流通路中，如果反饋回路存在，即為交流反饋；如果在直流通路、交流通路中，反饋回路都存在，即為交、直流反饋。交流反饋和直流反饋反饋的分類根據(jù)反饋信號在放大電路輸出端的采樣方式不同進行分類，交流反饋可以分為電壓反饋和電流反饋。電壓反饋：反饋信號從輸出電壓u_o采樣。電流反饋

：反饋信號從輸出電流i_o采樣。一般電壓反饋的采樣點與輸出電壓在相同端點；電流反饋的采樣點與輸出電壓在不同端點。電壓反饋和電流反饋反饋的分類根據(jù)反饋信號X_f和輸入信號X_i在輸入端的連接方式不同進行分類，交流反饋可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋。串聯(lián)反饋：反饋信號X_f與輸入信號X_i在輸入回路中以電壓的形式相加減，即在輸入回路中彼此串聯(lián)。并聯(lián)反饋：反饋信號X_f與輸入信號X_i在輸入回路中以電流的形式相加減，即在輸入回路中彼此并聯(lián)。如果輸入信號X_i與反饋信號X_f在輸入回路的不同端點，則為串聯(lián)反饋；若輸入信號X_i與反饋信號X_f在輸入回路的相同端點，則為并聯(lián)反饋。串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性通過計算可得

該公式表示閉環(huán)放大電路增益的相對變化量是開環(huán)放大電路增益相對變化量的（1+AF）分之一，即負反饋電路的反饋越深，放大電路的增益也就越穩(wěn)定。減小環(huán)路內(nèi)的非線性失真。三極管是一個非線性器件，放大器在對信號進行放大時不可避免地會產(chǎn)生非線性失真。假設放大器的輸入信號為正弦信號，沒有引入負反饋時，開環(huán)放大器產(chǎn)生如圖4-45(a)所示的非線性失真，即輸出信號的正半周幅度變大，而負半周幅度變小。現(xiàn)在引入負反饋，假設反饋網(wǎng)絡為不會引起失真的線性網(wǎng)絡，則反饋回的信號同輸出信號的波形一樣。反饋信號在輸入端與輸入信號相比較，使凈輸入信號Xid=(Xi-Xf)波形的正半周幅度變小，而負半周幅度變大，如圖4-45(b)所示。經(jīng)基本放大電路放大后，輸出信號趨于正、負半周對稱的正弦波，從而減小了非線性失真。圖4-45引入負反饋減小失真抑制環(huán)路內(nèi)的噪聲和干擾。在反饋環(huán)內(nèi)，放大電路本身產(chǎn)生的噪聲和于擾信號，可以通過負反饋進行抑制，其原理同減小非線性失真的原理相同。但對反饋環(huán)外的噪聲和干擾信號，引入負反饋也無能為力。擴展頻帶頻率響應是放大電路的重要特性之一。在多級放大電路中，級數(shù)越多，增益越大，頻帶越窄。引入負反饋后，可有效地擴展放大電路的通頻帶。圖4-46所示為放大器引入負反饋后通頻帶的變化。根據(jù)上下限頻率的定義，從圖4-46中可見放大器引入負反饋以后，其下限頻率降低，上限頻率升高，通頻帶變寬。圖4-46負反饋擴展頻帶放大電路引入負反饋的一般原則①要穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點Q，應該引入直流負反饋。②要改善放大電路的動態(tài)性能（如增益的穩(wěn)定性、穩(wěn)定輸出量、減小失真、擴展頻帶等），應該引入交流負反饋。③要穩(wěn)定輸出電壓，減小輸出電阻，提高電路的帶負載能力，應該引入電壓負反饋。④要穩(wěn)定輸出電流，增大輸出電阻，應該引入電流負反饋。⑤要提高電路的輸入電阻，減小電路向信號源索取的電流，應該引入串聯(lián)負反饋。⑥要減小電路的輸入電阻，要引入并聯(lián)負反饋。電路中引入負反饋可以使放大電路的性能得到多方面改善。實際應用中也可以根據(jù)放大電路性能參數(shù)的要求合理地引入負反饋。集成運放概述將彼此獨立的各種分立元件連接起來的電子電路稱為分立電路，如前面所介紹的共發(fā)射極放大電路。與分立電路相對的是集成電路，集成電路采用半導體工藝，將各元件及電路的連線都集中制作在一塊半導體芯片上，組成一個不可分割的整體。按其功能的不同，集成電路可分為模擬集成電路和數(shù)字集成電路兩大類。集成運算放大電路是模擬集成電路的一種，它是一種高放大倍數(shù)的多級直接耦合放大電路，最初用于數(shù)的運算，所以稱為集成運算放大電路（簡稱集成運放）。它具有體積小、重量輕、價格便宜、使用可靠、靈活方便、通用性強等優(yōu)點，在檢測、自動控制、信號產(chǎn)生與信號處理等許多方面都得到了廣泛應用。常見集成運放的外形有圓殼式、雙列直插式、扁平式三種，如圖4-47所示。圖4-47常見集成運放的外形集成運放的符號及電路結構集成運放的符號集成運放的電路符號如圖4-48所示，有三角形（國際標準）和方框形（國家標準）兩種。圖中“-”表示同相輸入端，“+”表示反相輸入端，輸出端電壓與反相輸入端電壓反相，與同相輸入端電壓同相。圖4-48集成運放的電路符號集成運放的符號及電路結構集成運放的電路結構集成運放的電路結構主要由四部分組成，即輸入級、中間級、輸出級和電源電路。圖4-49集成運放的電路結構框圖1）輸入級

輸入級是提高運算放大器質(zhì)量的關鍵部分，要求其輸入電阻高，能減小零點漂移和抑制共模干擾信號，因此，輸入級都采用具有恒流源的差動放大電路。它具有同相和反相兩個輸入端。2）中間級集成運放的總增益主要由中間級提供，要求中間級有較高的電壓放大倍數(shù)，因此，中間級一般采用帶有恒流源負載的共射放大電路，其放大倍數(shù)可達幾千倍以上。3）輸出級輸出級與負載相接，要求其輸出電阻低，帶負載能力強，能輸出足夠大的電壓和電流，因此，輸出級一般采用互補對稱電路或射極輸出器。4）電源電路電源電路也稱偏置電路，其作用是為上述各級電路提供穩(wěn)定和合適的偏置電流，決定各級的靜態(tài)工作點，一般由各種恒流源電路組成。集成運放的主要性能指標開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud開環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud是指集成運放在開環(huán)狀態(tài)（無外加反饋回路）下的差模電壓放大倍數(shù)。對于集成運放而言，希望Aud大且穩(wěn)定。目前，集成運放的Aud一般為60～140dB。最大輸出電壓UOPP最大輸出電壓UOPP是指在一定的電源電壓下，集成運放最大不失真輸出電壓的峰值。差模輸入電阻rid差模輸入電阻r_id是指集成運放在輸入差模信號時的輸入電阻。對信號源來說，差模輸入電阻r_id越大，對其影響越小。一般集成運放的r_id為幾百千歐至幾兆歐。開環(huán)輸出電阻ro開環(huán)輸出電阻r_o是指集成運放在開環(huán)狀態(tài)且負載開路時的輸出電阻。其數(shù)值越小，帶負載的能力越強。共模抑制比KCMR共模抑制比K_CMR與差動放大電路中的定義相同，也常用分貝值表示。K_CMR值越大，表示集成運放對共模信號的抑制能力越強。最大差模輸入電壓Uidmax最大差模輸入電壓Uidmax是指集成運放的反相和同相兩輸入端之間所能承受的最大電壓值，超過這個電壓值，會使集成運放的性能顯著惡化，甚至可能造成永久性損壞。最大共模輸入電壓Uicmax最大共模輸入電壓Uicmax是指集成運放所能承受的最大共模電壓值，超過這個電壓值，它的共模抑制比將顯著下降，導致其工作不正常，失去差模放大能力。輸入失調(diào)電壓UIO理想的集成運放，當輸入電壓為零時，輸出電壓也應為零。但在實際的集成運放中，由于元件參數(shù)的不對稱性等原因，當輸入電壓為零時，存在一定的輸出電壓。為了使集成運放的輸出電壓為零，在輸入端應加的補償電壓稱為輸入失調(diào)電壓UIO。集成運放的UIO越小，其質(zhì)量越好。UIO一般為幾毫伏。輸入失調(diào)電流IIO輸入失調(diào)電流IIO是指輸入信號為零時，兩個輸入端靜態(tài)基極電流之差，即IIO＝|IB1－IB2|。IIO一般在零點零幾微安級，其值越小越好。輸入偏置電流IIB輸入偏置電流I_IB是指輸入信號為零時，兩個輸入端靜態(tài)基極電流的平均值即它的大小主要和電路中第一級管子的性能有關，其值也是越小越好，一般在零點幾微安級。

幾種常用的集成運算放大電路由集成運放構成的電路如引入不同的反饋網(wǎng)絡，可實現(xiàn)比例、加法、減法、積分、微分、對數(shù)及指數(shù)等運算。比例運算電路比例運算電路是運算電路中最簡單的電路，它的輸出電壓和輸入電壓成比例關系。反相比例運算電路。輸入信號從反相輸入端輸入時，輸出信號與輸入信號反相，這樣的集成運放電路稱為反相比例運算電路。如圖4-50所示，同相輸入端通過電阻接地，輸入信號經(jīng)電阻送到反相輸入端，反饋電阻跨接在輸出端和反相輸入端之間。圖4-50反相比例運算電路根據(jù)集成運放的“虛斷”和“虛短”可知根據(jù)圖4-50所示可得所以閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為上式表示，反相比例運算電路的輸出電壓與輸入電壓是比例關系，電路的電壓放大倍數(shù)只與外圍電阻有關，而與集成運放本身的參數(shù)無關，這就保證了放大電路放大倍數(shù)的精確和穩(wěn)定。式中的“-”號表示輸出電壓與輸入電壓反相。圖4-50中，R2為平衡電阻，R2=R1//Rf，其作用是消除靜態(tài)電流對輸出電壓的影響。當R1=Rf時，Uo=-Ui，Auf=-1，此時的電路稱為反相器。同相比例運算電路如果輸入信號從同相輸入端引入，集成運放電路便稱為同相比例運算電路，如圖4-51所示。圖4-51同相比例運算電路根據(jù)集成運放的“虛斷”和“虛短”可知根據(jù)Uo→Rf→R1→地回路可得所以閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為上式表示，同相比例運算電路的輸出電壓與輸入電壓也是比例關系，且與集成運放本身的參數(shù)無關，其放大倍數(shù)的精度和穩(wěn)定性都很高。同相比例運算電路的電壓放大倍數(shù)Auf≥1，為正值，表示輸出電壓與輸入電壓同相。當R1=∞或Rf=0時，Auf=0，此時電路為同相器或電壓跟隨器。由于集成運放的性能優(yōu)良，所以，由它構成的電壓跟隨器不僅精度高，而且輸入電阻大，輸出電阻小，比射極輸出器的跟隨效果好得多，可作為各種電路的輸入級、中間級或緩沖級等。加法運算電路在反相比例運算電路的基礎上增加幾個輸入支路，便可構成反相加法運算電路，它又稱為反相加法器，如圖4-53所示。在同相比例運算電路的基礎上增加幾個輸入支路，便可構成同相加法運算電路，又稱為同相加法器。一般反相加法器的性能較好，應用較多。圖4-53反相加法運算電路如圖4-53所示，根據(jù)集成運放的“虛斷”和“虛短”，可列出由以上各式可得由以上三式可以看出，加法運算電路也與集成運放本身的參數(shù)無關，只要電阻值足夠精確，就可保證加法運算的精度和穩(wěn)定性。平衡電阻R2=R11//R12//R13//Rf。減法運算電路如圖4-54所示為用來實現(xiàn)兩個電壓Ui1和Ui2相減的減法運算電路，其兩個輸入端都有信號輸入，實際為差動放大電路。圖4-54減法運算電路由圖可知因u-≈u+，則有當R1=R2，Rf=R3時，上式為當Rf=R1時，上式為由式可得閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為由于電路存在共模電壓，為保證運算精度，應當選用共模抑制比較高的集成運放或選用阻值合適的電阻。積分運算電路在反相比例運算電路中，若用電容Cf代替電阻Rf，便構成了積分運算電路，如圖4-55所示。圖4-55積分運算電路由于是反相輸入，且u-≈u+=0，所以上式表明，輸出電壓與輸入電壓的積分成比例，負號表示兩者反相。R1Cf稱為積分時間常數(shù)。當ui為一常數(shù)時，有上式表明，當輸入電壓為常數(shù)時，積分運算電路的輸出電壓將隨時間作線性變化，直到達到飽和值為止，如圖4-56所示。圖4-56輸入與輸出波形微分運算電路微分運算是積分運算的逆運算，因此，將積分電路中輸入端的電阻和反饋電容互換位置就可構成微分運算電路，如4-57圖所示。圖4-57微分運算電路由圖4-57可知所以上式表明，輸出電壓與輸入電壓的一次微分成正比，負號表示兩者反相。R_fC稱為微分時間常數(shù)。當輸入信號為一個矩形階躍信號時，輸出電壓為兩個尖脈沖電壓信號，如圖4-58所示。圖4-58矩形階躍波形的微分變換功率放大電路放大電路一般由輸入級、中間級和輸出級等部分組成，輸出級要帶一定的負載，負載的形式又是多種多樣，如揚聲器、電動機、顯像管的偏轉(zhuǎn)線圈、記錄儀等，要使這些負載動作，就要求輸出級向負載提供足夠大的信號功率，即要求輸出級向負載提供足夠大的輸出電壓和輸出電流，這種放大器稱為功率放大電路。從能量控制和轉(zhuǎn)換的角度來看，功率放大電路和前面所述的電壓放大電路沒有本質(zhì)區(qū)別，都是能量轉(zhuǎn)換電路，只是不同的放大電路所考慮的輸出性能不同。電壓放大電路輸入的是小電壓信號，為了得到幅值盡量大且不失真的輸出電壓信號，主要考慮的是放大電路的放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。功率放大電路輸入的是大電壓信號，輸出的主要任務是讓負載具有不失真（或失真較小）且足夠大的功率。已知功率是電壓與電流的乘積，因此功率放大電路不但要有足夠大的輸出電壓，還要有足夠大的輸出電流。功率放大電路功率放大電路應滿足的要求應有足夠大的輸出功率。為了獲得較大的輸出功率，往往要求三極管工作在極限狀態(tài)，但使用時，要考慮到三極管的極限參數(shù)PCM、ICM和U((BR)CEO)。效率要盡可能地高。由于輸出功率大，造成直流電源消耗的功率也大，這中間便存在一個效率問題。效率就是負載所得到的有用功率和電源供給的直流功率的比值。非線性失真要小。功率放大電路工作在大電壓信號下，三極管的工作范圍變大,不可避免地產(chǎn)生非線性失真。并且三極管的失真程度與功率有關，功率越大，失真越嚴重。在測量系統(tǒng)和電聲設備上要求非線性失真盡量小，最好不發(fā)生失真。而對于工業(yè)控制系統(tǒng)等方面，則以輸出大功率為目的，對非線性失真要求不高。三極管要采取散熱等保護措施。為了獲得大功率，三極管承受的電壓較高、電流較大，導致其溫度較高，損壞的可能性比較大，因此需要采取相應的保護措施。功率放大電路的分類功率放大電路按電路中功率晶體管在一個周期內(nèi)導通時間的不同，可分為甲類功放、乙類功放和甲乙類功放三種類型，如圖4-59所示。圖4-59功率放大電路的工作狀態(tài)在信號整個周期中管子均導通的稱為甲類功放，僅在信號的半個周期導通的稱為乙類功放，導通時間大于半個周期的稱為甲乙類功放。甲類功率放大電路不論有無信號，始終有較大的靜態(tài)工作電流，要消耗一定的電源功率，能量轉(zhuǎn)換效率較低，但失真較小；乙類功率放大電路基本上無靜態(tài)電流，轉(zhuǎn)換效率高，但由于工作在截止區(qū)，會造成交越失真；甲乙類功率放大電路改善了乙類功率放大電路的交越失真問題，轉(zhuǎn)換效率高，目前使用較廣泛，特別是它便于集成化，在集成功率放大電路中也得到廣泛應用。功率放大電路的特點及主要技術指標功率放大電路的主要任務是向負載提供一定的信號功率,功率放大電路有以下特點。（1）輸出功率要滿足負載需要（2）效率要高（3）非線性失真盡量?。?）分析估算采用圖解法（5）功放中晶體管常工作在極限狀態(tài)

功率放大電路的主要技術指標為最大輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。多級放大電路實際應用中，放大電路的輸入信號通常很微弱(毫伏或微伏數(shù)量級)，為了使放大后的信號能夠驅(qū)動負載，僅僅通過單級放大電路進行信號放大很難達到實際要求，常常需要采用多級放大電路。采用多級放大電路可有效地提高放大電路的各種性能，如提高電路的電壓增益、電流增益、輸入電阻、帶負載能力等。多級放大電路多級放大電路的組成多級放大電路是由兩個或兩個以上的單級放大電路所組成的電路。圖4-60所示為多級放大電路的組成框圖。在多級放大電路中，與信號源相連接的第一級放大電路稱為輸入級，與負載相連接的末級放大電路稱為輸出級，輸出級與輸入級之間的放大電路稱為中間級。圖4-60多級放大電路的組成框圖輸入級主要完成與信號源的銜接并對信號進行放大。一般采用輸入阻抗較高的放大電路,以便從信號源獲得較大的電壓輸入信號并對信號進行放大。中間級用于將微弱的輸入電壓信號放大到足夠的幅度，即進行電壓放大。一般要用幾級放大電路才能完成信號的放大。輸出級用于對信號進行功率放大，以滿足輸出負載所需要的功率，并實現(xiàn)和負載的匹配。多級放大電路在多級放大電路中，各級放大電路輸入和輸出之間的連接方式稱為耦合方式。常見的連接方式有3種:阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合。多級放大電路級間耦合的條件是把前級的輸出信號盡可能多地傳給后級，同時保證前后級放大管均處于放大狀態(tài)，能夠?qū)崿F(xiàn)不失真的放大。多級放大電路的耦合方式-直接耦合直接耦合是指各級放大電路之間通過導線直接相連的連接方式。如圖4-61所示為直接耦合兩級放大電路，前級的輸出端直接與后級的輸入端相連。圖4-61直接耦合兩級放大電路直接耦合的多級放大電路具有良好的頻率特性，既能放大交流信號，也能放大直流信號及緩慢變化的信號。同時，電路中沒有大容量的電容，易于實現(xiàn)集成，因此，實際使用的集成放大電路一般都采用直接耦合方式。但直接耦合電路中存在兩個問題：①級與級之間的直接相連導致靜態(tài)工作點之間相互影響，不利于電路的設計、調(diào)試和維修。抑制措施主要有兩點：抬高后級發(fā)射極電位、用PNP和NPN管配合實現(xiàn)電平移動。②直接耦合電路中存在零點漂移現(xiàn)象。零點漂移現(xiàn)象是指輸入電壓為零時，輸出電壓偏離零值變化的現(xiàn)象。產(chǎn)生零點漂移現(xiàn)象的主要原因是三極管的參數(shù)隨溫度的變化而變化，從而引起各級靜態(tài)工作點發(fā)生變動，因此，零點漂移又稱為溫度漂移。直接耦合電路中，第一級的漂移對輸出的影響最大，所以，零點漂移的抑制著重在第一級。多級放大電路的耦合方式-阻容耦合阻容耦合是指各級放大電路之間通過電容和電阻相連的連接方式。圖4-62阻容耦合兩級放大電路由于阻容耦合方式每級之間有電容將直流隔開，因此，每級的直流通道是獨立的，即每級的靜態(tài)工作點不會相互影響，計算靜態(tài)工作點可以每級分別計算，有利于放大器的設計、調(diào)試和維修。阻容耦合的輸出溫度漂移較小，具有體積小、重量輕等優(yōu)點，在分立元件電路中應用較多。但阻容耦合的低頻特性較差，不適合放大直流及緩慢變化的信號，只能傳遞具有一定頻率的交流信號，且它包含有電容元件，不便于做成集成電路。多級放大電路的耦合方式-阻容耦合變壓器耦合是指各級放大電路之間通過變壓器耦合傳遞信號的方式。圖4-63變壓器耦合兩級放大電路由于變壓器具有隔直流、通交流的特性，所以，變壓器耦合放大電路各級的靜態(tài)工作點相互獨立，有利于放大器的設計、調(diào)試和維修。變壓器耦合可以實現(xiàn)電壓、電流和阻抗的變換，容易獲得較大的輸出功率，且輸出溫度漂移較小。但它的低頻特性也較差，不適合放大直流及緩慢變化的信號，只能傳遞具有一定頻率的交流信號，而且由于其電路體積和重量較大，不便于做成集成電路。多級放大電路的分析多級放大電路中，各級之間是相互串行連接的，前一級的輸出信號就是后一級的輸入信號，后一級的輸入電阻就是前一級的負載，因此，多級放大電路的電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積，即Au=Au1×Au2×……×Aun多級放大電路的輸入電阻ri