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模拟电子技术教案模拟电子技术教案机电工程学院机电工程学院目目 录录第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 运算放大器运算放大器第三章第三章 半导体二极管及其基本电路半导体二极管及其基本电路第四章第四章 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础第五章第五章 模拟集成电路模拟集成电路第六章第六章 反馈放大电路反馈放大电路第七章第七章 功率放大电路功率放大电路第八章第八章 信号与处理与信号产生电路信号与处理与信号产生电路第九章第九章 直流稳压电源直流稳压电源第一章第一章 绪论绪论计划学时：2 基本要求：了解电子系统与信号，熟悉放大电路的基本知识。 教学重点难点： 放大电路的一些基本知识。 基本内容： 1）电子系统与信号 2）放大电路的基本知识 1.1 信号 1. 信号： 信息的载体 2. 电信号源的电路表达形式电压源等效电路 电流源等效电路ss sRiv 1.2 信号的频谱1. 电信号的时域与频域表示 A. 正弦信号)sin()(0mtVt v00 022fT 时域B. 方波信号满足狄利克雷条件，展开成傅里叶级数)5sin513sin31(sin2 2)(000SS tttVVtv2. 信号的频谱频谱：将一个信号分解为正弦信号的集合，得到其正弦信号幅值和相位随角频率变化的分 布，称为该信号的频谱。 B. 方波信号)5sin513sin31(sin2 2)(000SS tttVVtvC. 非周期信号 傅里叶变换： 周期信号 :离散频率函数 非周期信号:连续频率函数 非周期信号包含了所有可能的频率成分（0 w ） 通过快速傅里叶变换（FFT）可迅速求出非周期信号的频谱函数。 1.3 模拟信号和数字信号 模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。 数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。 处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。1.4 放大电路模型 1. 放大电路的符号及模拟信号放大A. 电压放大模型B. 电流放大模型1.5 放大电路的主要性能指标1. 输入电阻tt iiRv 2. 输出电阻 Ls,0 tt oRvv iR3. 增益 反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力。4. 频率响应A.频率响应及带宽 在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应，称为放大电路的频率 响应。 B.频率失真（线性失真） 幅度失真：对不同频率的信号增益不同产生的失真。 相位失真：对不同频率的信号相移不同产生的失真。 5. 非线性失真 由元器件非线性特性引起的失真。第二章第二章 运算放大器运算放大器 计划学时：6 基本要求：掌握运算放电路的分析计算 教学重点： 比例运算电路与求和运算电路的分析及特点 教学难点： 如何运用“虚短” 、 “虚断”的概念进行分析运算 基本内容： 2.1 集成电路运算放大器 2.2 理想运算放大器 2.3 基本线性运放电路 2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用2.1 集成电路运算放大器 1. 集成电路运算放大器的内部组成单元集成运算放大器的内部结构框图运放的简化电路模型 通常：开环电压增益Avo 的105 （很高） 输入电阻ri 106 （很大） 输出电阻ro 100 （很小） vOAvo(vPvN) 当 Avo(vPvN) V 时vO V 当 Avo(vPvN) V-时vO V- 电压传输特性vO f (vPvN) 线性范围内vOAvo(vPvN)Avo斜率2.2 理想运算放大器理想：riro0AvovoAvo(vpvn)1. vo 的饱和极限值等于运放的电源电压 V和 V 2. 运放的开环电压增益很高若（vPvN）0则 vO= +Vom=V若（vPvN）0则 vO= Vom=V 3. 若 V>TU时，TUuSeIi ，伏安特性呈非线性指数规律 ；当u0 且u>>TU时，0SIi，电流基本与u无关；由此亦可说明 PN 结具有单向导电性能。 PN 结的反向击穿特性：当 PN 结的反向电压增大到一定值时，反向电流随电压数值的 增加而急剧增大。PN 结的反向击穿有两类：齐纳击穿和雪崩击穿。无论发生哪种击穿，若 对其电流不加以限制，都可能造成 PN 结的永久性损坏。 8、PN 结温度特性 当温度升高时，PN 结的反向电流增大，正向导通电压减小。这也是半导体器件热稳定 性差的主要原因。 9、PN 结电容效应 PN 结具有一定的电容效应，它由两方面的因素决定:一是势垒电容 CB ，二是扩散电容 CD，它们均为非线性电容。 势垒电容是耗尽层变化所等效的电容。势垒电容与 PN 结的面积、空间电荷区的宽度和 外加电压等因素有关。 扩散电容是扩散区内电荷的积累和释放所等效的电容。扩散电容与 PN 结正向电流和温 度等因素有关。 PN 结电容由势垒电容和扩散电容组成。PN 结正向偏置时，以扩散电容为主；反向偏置 时以势垒电容为主。只有在信号频率较高时，才考虑结电容的作用。3.2 二极管及特殊二极管 1、半导体二极管的几种常见结构及其应用场合 在 PN 结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分为点接触型、面接 触型和平面型三大类。 点接触型二极管 PN 结面积小，结电容小，常用于检波和变频等高频电路。面接触型二 极管 PN 结面积大，结电容大，用于工频大电流整流电路。平面型二极管 PN 结面积可大可 小，PN 结面积大的，主要用于功率整流；结面积小的可作为数字脉冲电路中的开关管。 2、二极管的伏安特性以及与 PN 结伏安特性的区别 半导体二极管的伏安特性曲线如下图所示，处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处 于第三象限的是反向伏安特性曲线。1）正向特性：当 V0，即处于正向特性区域。正向区又分为两段： （1）当 0VUon时，正向电流为零，Uon称为死区电压或开启电压。 （2）当 VUon时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。 2）反向特性：当 V0 时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域： （1）当 VBRV0 时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的 反向电流也称反向饱和电流IS。 （2）当 VVBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压。 从击穿的机理上看，硅二极管若|VBR|7 V 时，主要是雪崩击穿；若 VBR4 V 则主要 是齐纳击穿，当在 4 V7 V 之间两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。 3）二极管的伏安特性与 PN 结伏安特性的区别：二极管的基本特性就是 PN 结的特性。 与理想 PN 结不同的是，正向特性上二极管存在一个开启电压Uon。一般，硅二极管的 Uon=0.5 V 左右，锗二极管的Uon=0.1 V 左右；二极管的反向饱和电流比 PN 结大。 3、温度对二极管伏安特性的影响 温度对二极管的性能有较大的影响，温度升高时，反向电流将呈指数规律增加，硅二 极管温度每增加 8，反向电流将约增加一倍；锗二极管温度每增加 12，反向电流大约 增加一倍。 另外，温度升高时，二极管的正向压降将减小，每增加 1，正向压降UD大约减小 2mV，即具有负的温度系数。 4、二极管的等效电路（或称为等效模型） 1）理想模型：即正向偏置时管压降为 0，导通电阻为 0；反向偏置时，电流为 0，电 阻为。适用于信号电压远大于二极管压降时的近似分析。（a）V-I特性 （b）代表符号 （c）正向偏置时的电路模型 （d）反向偏置时的电路模型 2）简化电路模型：是根据二极管伏安特性曲线近似建立的模型，它用两段直线逼近伏 安特性，即正向导通时压降为一个常量 Uon；截止时反向电流为 0。3）小信号电路模型： 即在微小变化范围内，将二极管近似看成线性器件而将它等效为一个动态电阻rD 。这种模 型仅限于用来计算叠加在直流工作点 Q 上的微小电压或电流变化时的响应。（a）V-I特性 （b）电路模型 5、二极管的主要参数 1）最大整流电流I：二极管长期工作允许通过的最大正向电流。在规定的散热条件 下，二极管正向平均电流若超过此值，则会因结温过高而烧坏。 2）最高反向工作电压 UBR：二极管工作时允许外加的最大反向电压。若超过此值，则 二极管可能因反向击穿而损坏。一般取 UBR值的一半。 3）电流 IR：二极管未击穿时的反向电流。对温度敏感。IR越小，则二极管的单向导电 性越好。 4）最高工作频率 fM：二极管正常工作的上限频率。若超过此值，会因结电容的作用 而影响其单向导电性。6、稳压二极管（稳压管）及其伏安特性 稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管，通过反向击穿特性实现稳压作用。稳压 管的伏安特性与普通二极管类似，其正向特性为指数曲线；当外加反压的数值增大到一定 程度时则发生击穿，击穿曲线很陡，几乎平行于纵轴，当电流在一定范围内时，稳压管表 现出很好的稳压特性。 7、稳压管等效电路稳压管等效电路由两条并联支路构成：加正向电压以及加反向电压而未击穿时，与普通硅管的特性相同；加反向电压且击穿后，相当于理想二极管、电压源Uz 和动态电阻rz 的串联。 8、稳压管的主要参数 1）稳定电压 UZ：规定电流下稳压管的反向击穿电压。2）最大稳定工作电流 IZMAX 和最小稳定工作电流 IZMIN：稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即 PZmax =UZIZmax 。而 Izmin对应 UZmin。若 IZIZmin，则不能稳压。3）额定功耗 PZM：PZM UZ IZMAX ，超过此值，管子会因结温升太高而烧坏。4）动态电阻 rZ：rz =VZ /IZ，其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。RZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡，稳压效果愈好。 5）温度系数：温度的变化将使 UZ改变，在稳压管中，当 UZ7 V 时，UZ具有正 温度系数，反向击穿是雪崩击穿；当 UZ4 V 时，UZ具有负温度系数，反向击穿是齐纳 击穿；当 4 VVZ7 V 时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以 作为标准稳压管使用。 9、稳压管稳压电路 稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。电阻有两个作用：一是起限流作用， 以保护稳压管；二是当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误 差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。如 P17 图 1.19 所示。 10、特殊二极管与普通二极管一样，特殊二极管也具有单向导电性。利用 PN 结击穿时的特性可制成稳 压二极管，利用发光材料可制成发光二极管，利用 PN 结的光敏特性可制成光电二极管。第四章第四章 双极结型三极管及放大电路基础双极结型三极管及放大电路基础计划学时：14 基本要求：熟悉半导体三极管的特性、共基极放大电路和放大电路的频率响应，掌握共射 极放大电路、工作点的稳定问题、小信号模型分析法等 教学重点难点：三极管的伏安特性曲线、基本放大电路的特点、静态工作点的图解法与解 析法的分析与计算、用 h 参数等效电路分析各种组态的基本放大电路的动态性能指标、多 级放大器的分析计算。 基本内容： 1）半导体 BJT 2）共射极放大电路 3）图解分析法 4）小信号模型分析法 5）放大电路的工作点稳定问题 6）共集电极电路和共基极电路 7）放大电路的频率响应4.1 BJT 1、晶体管的主要类型和应用场合 双极型晶体管 BJT 是通过一定的工艺，将两个 PN 结接合在一起而构成的器件，是放大 电路的核心元件，它能控制能量的转换，将输入的任何微小变化不失真地放大输出，放大 的对象是变化量。 BJT 常见外形有四种，分别应用于小功率、中功率或大功率，高频或低频等不同场合。2、BJT 具有放大作用的内部条件和外部条件 1）BJT 的内部条件为：BJT 有三个区（发射区、集电区和基区） 、两个 PN 结（发射结 和集电结） 、三个电极（发射极、集电极和基极）组成；并且发射区杂质浓度远大于基区杂 质浓度，基区厚度很小。 2）BJT 放大的外部条件为：发射结正偏，集电结反偏。 3、BJT 的电流放大作用及电流分配关系 晶体管具有电流放大作用。当发射结正向偏置而集电结反向偏置时，从发射区注入到 基区的非平衡少子中仅有很少部分与基区的多子复合，形成基极电流，而大部分在集电结 外电场作用下形成漂移电流IC，体现出IB对的IC控制作用。此时，可将IC看成电流IB控 制的电流源。放大状态下BJT中载流子的传输过程三个重要的电流分配关系式： IEIBIC ICIBICEOIB ICIEICBOIE 4、晶体管的输入特性和输出特性 晶体管的输入特性和输出特性表明各电极之间电流与电压的关系。现以共射电路为例 说明。 1）共射输入特性：iBf (uBE)VCE=常数 如 P24 图 1.26 所示。输入特性曲线分为三 个区：死区、非线性区和线性区。其中 vCE=0V 的那一条相当于发射结的正向特性曲线。 当 vCE1V 时，特性曲线将会向右稍微移动一些。但 vCE再增加时，曲线右移很不明显。 曲线的右移是三极管内部反馈所致，右移不明显说明内部反馈很小。共射极连接2）共射输出特性：iCf (uCE)iB =常数 ，它是以 iB为参变量的一族特性曲线。对于 其中某一条曲线，当 vCE=0 V 时，iC=0；当 vCE微微增大时，iC主要由 vCE决定；当 vCE增 加到使集电结反偏电压较大时，特性曲线进入与 vCE轴基本平行的区域(这与输入特性曲线 随 vCE增大而右移的原因是一致的)。因此，输出特性曲线可以分为三个区域：饱和区、截 止区和放大区。3）晶体管工作在三种不同工作区外部的条件和特点 工作状态NPN 型PNP 型特点截止状态E 结、C 结均反偏 VBVE、VBVCE 结、C 结均反偏 VBVE、VBVCIC 0放大状态E 结正偏、C 结均反偏 VC VB VEE 结正偏、C 结均反偏 VC VB VEIC IB饱和状态E 结、C 结均正偏 VB VE、VB VCE 结、C 结均正偏 VB VE、VB VCV CEV CES5、晶体管的主要参数1）直流参数(1)共射直流电流放大系数：=（ICICEO）/IBIC/IB constCEv，在放大区基本不变。(2)共基直流放大系数：=（ICICBO）/IEIC/IE显然与之间有如下关系： = IC/IE=IB/1+IB=/1+(3)穿透电流ICEO：ICEO=（1+）ICBO；式中 ICBO相当于集电结的反向饱和电流。2）交流参数(1)共射交流电流放大系数：=IC/IBconstCEv，在放大区 值基本不变。(2)共基交流放大系数：=IC/IEconst CBU当 ICBO和 ICEO很小时，、，可以不加区分。 (3)特征频率 fT ：三极管的 值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结 电容的影响，当信号频率增加时，三极管的 将会下降。当下降到 1 时所对应的频率称 为特征频率。 3）极限参数和三极管的安全工作区（1）最大集电极电流 ICM：当集电极电流增加时， 就要下降，当 值下降到线性放 大区值的 7030时，所对应的集电极电流称为最大集电极电流 ICM。至于 值下降多 少，不同型号的三极管，不同的厂家的规定有所差别。可见，当 ICICM时，并不表示三 极管会损坏。（2） 最大集电极耗散功率 PCM：PCM = iCuCE 。对于确定型号的晶体管，PCM是一个 定值。当硅管的结温大于 150、锗管的结温大于 70时，管子的特性明显变坏，甚至烧 坏。 （3）极间反向击穿电压：晶体管某一级开路时，另外两个电极之间所允许加的最高 反向电压，即为极间反向击穿电压，超过此值管子会发生击穿现象。极间反向电压有三种： UCBO、UCEO和UEBO。由于各击穿电压中UCEO值最小，选用时应使其大于放大电路的工作电源 VCC。 （4）三极管的安全工作区：由 PCM、ICM和击穿电压 V(BR)CEO在输出特性曲线上可以 确定四个区：过损耗区、过电流区、击穿区和安全工作区。使用时应保证三极管工作在安 全区。 6、温度对晶体管特性及参数的影响1）温度对反向饱和电流的影响：温度对ICBO和ICEO等由本征激发产生的平衡少子形成 的电流影响非常严重。2）温度对输入特性的影响：当温度上升时，正向特性左移。当温度 变化 1时，UBE大约下降 22.5mV，UBE具有负温度系数。 3）温度对输出特性的影响温度升高时，由于ICEO和 增大，且输入特性左移，导致 集电极电流IC增大，输出特性上移。 总之，当温度升高时，ICEO和增大，输入特性左移，最终导致集电极电流增大。4.2 基本共射放大电路组成原理 1、放大的概念 在电子电路中，放大的对象是变化量，常用的测试信号是正弦波。放大电路放大的本 质是在输入信号的作用下，通过有源元件（BJT 或 FET）对直流电源的能量进行控制和转换， 使负载从电源中获得输出信号的能量，比信号源向放大电路提供的能量大的多。因此，电 子电路放大的基本特征是功率放大，表现为输出电压大于输入电压，输出电流大于输入电 流，或者二者兼而有之。 在放大电路中必须存在能够控制能量的元件，即有源元件，如 BJT 和 FET 等。放大的 前提是不失真，只有在不失真的情况下放大才有意义。 2、两种常见的共射放大电路组成及各部分作用 1）直接耦合共射放大电路：信号源与放大 电路、放大电路与负载之间均直接相连。适合于放大直流信号和变化缓慢的交流信号。2） 阻容耦合共射放大电路：信号源与放大电路、放大电路与负载之间均通过耦合电容相连。 不能放大直流信号和变化缓慢的交流信号；只能放大某一频段范围的信号。 。 3）放大电路中元件及作用（1）三极管 T 起放大作用。 （2）集电极负载电阻RC 将变化的集电极电流转换为电压输出。（3）偏置电路VCC，Rb使三极管工作在放大区，VCC还为输出提供能量。 （4）耦合电容C1，C2输入电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输 出电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。 4、静态工作点设置的必要性 对放大电路的基本要求一是不失真，二是能放大。只有保证在交流信号的整个周期内 三极管均处于放大状态，输出信号才不会产生失真。故需要设置合适的静态工作点。Q 点 不仅电路是否会产生失真，而且影响放大电路几乎所有的动态参数。 5、基本共射放大电路的工作原对于基本放大电路，只有设置合适的静态工作点，使交流信号驮载在直流分量之上， 以保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非 线性失真。 基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠将电流的变 化转化为电压的变化来实现的。 6、放大电路的组成原则 1）为了使 BJT 工作于放大区、FET 工作于恒流区,必须给放大电路设置合适的静态工 作点，以保证放大电路不失真。2）在输入回路加入 ui应能引起 uBE的变化,从而引起 iB和 iC的变化。 3）输出回路的接法应当使 iC尽可能多地流到负载 RL中去,或者说应将集电极电流的 变化转化为电压的变化送到输出端。 4.3 放大电路的基本分析方法 1、直流通路、交流通路及其画法直流通路 交流通路 （1）直流通路：在直流电源的作用下，直流电流流经的通路，用于求解静态工作点 Q 的值。（2）直流通路的画法：电容视为开路、电感视为短路；信号源视为短路，但应保留内 阻。 （3）交流通路：在输入信号作用下，交流信号流经的通路，用于研究和求解动态参数。（4）交流通路的画法：耦合电容视为短路；无内阻直流电源视为短路； 2、放大电路的静态分析和动态分析 （1）静态分析：就是求解静态工作点 Q，在输入信号为零时，BJT 或 FET 各电极间的 电流和电压就是 Q 点。可用估算法或图解法求解。（2）动态分析就是求解各动态参数和分析输出波形。通常，利用三极管 h 参数等效模 型画出放大电路在小信号作用下的微变等效电路，并进而计算输入电阻、输出电阻与电压 放大倍数。或利用图解法确定最大不失真输出电压的幅值、分析非线性失真等情况。 放大电路的分析应遵循“先静态，后动态” 。的原则，只有静态工作点合适，动态分析 才有意义；Q 点不但影响电路输出信号是否失真，而且与动态参数密切相关。 3、图解法确定 Q 点和最大不失真输出电压（1）用图解法确定 Q 点的步骤：已知晶体管的输出特性曲线族由直流通路求得IBQ 列直流通路的输出回路电压方程得直流负载线在输出特性曲线平面上作出直流负载线 由IBQ所确定的输出特性曲线与直流负载线的交点即为 Q 点。（2）输出波形的非线性失真 非线性失真包括饱和失真和截止失真。饱和失真是由于放大电路中三极管工作在饱和 区而引起的非线性失真。截止失真是由于放大电路中三极管工作在截止区而引起的非线性 失真。截止失真的波形饱和失真的波形放大电路要想获得大的不失真输出，需要满足两个条件：一是 Q 点要设置在输出特性 曲线放大区的中间部位；二是要有合适的交流负载线。 （3）直流负载线和交流负载线由放大电路输出回路电压方程所确定的直线称为负载线。由直流通路确定的负载线 为直流负载线；由交流通路确定的负载线为交流负载线，可通过 Q、B 0),/(LcCQCEQRRIU两点作出。对于放大电路与负载直接耦合的情况，直流负载线 与交流负载线是同一条直线；而对于阻容耦合放大电路，只有在空载情况下，两条直线才 合二为一。（4）最大不失真输出电压有效值OMU LCQCESCEQOMRIUUMinU,21式中：LcLRRR/说明：当放大电路带上负载后，在输入信号不变的情况下，输出信号的幅度变小。 举例：放大电路静态工作点和动态范围的确定。 4、等效电路法求解静态工作点即利用直流通路估算静态工作点BEQU、BQI、CQI和CEQU。其中硅管的 vUBEQ7 . 0；锗管的vUBEQ5 . 0，无须求解；其余三个参数的求解方法为：（1）列放大电路输入回路电压方程可求得BQI；（2）根据放大区三极管电流方程BQCQII可求得CQI；（3）列放大电路输出回路电压方程可求得CEQU；5、BJT 的 h 参数等效模型 （1）BJT 等效模型的建立：三极管可以用一个二端口模型来代替；对于低频模型可以 不考虑结电容的影响；小信号意味着三极管近似在线性条件下工作，微变也具有线性 同样的含义。 （2）BJT 的 h 参数方程及等效模型vbe= hieib+ hrevce ic= hfeib+ hoevce BJT 的 h 参数等效模型如图所示。（3）h 参数的物理意义 1eh11即rbe：三极管的交流输入电阻，对于小功率三极管可用 近似公式计算如下：mAImv IUrrEQEQT bbbe26)1 (3001eh12电压反馈系数：反映三极管内部的电压反馈，因数值很小，一般可以忽略。eh21：在小信号作用时，表示晶体管在 Q 点附近的的电流放大系数 。eh22：三极管输出电导，反映输出特性上翘的程度。常称 1/eh22为 c-e 间动态电阻cer。通常eh22的值小于 10-5S，当其与电流源并联时，因分流极小，可作开路处理。 注意：h 参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。h 参数与工作点有关，在放大 区基本不变。h 参数都是微变参数，所以只适合对交流小信号的分析 6、等效电路法求解放大电路的动态参数 将 BJT 的 h 参数等效模型代入放大电路的交流通路，即为放大电路的微变等效电路。 放大电路的动态分析就是利用放大电路的微变等效电路计算输入电阻、输出电阻与电压放 大倍数。 举例：如 P86 例 2.3 图 2.20 所示放大电路静态工作点的求解和性能指标计算。4.4 放大电路静态工作点的稳定 1、静态工作点稳定的必要性静态工作点不但决定了电路是否产生失真，而且还影响着电压放大倍数和输入电阻等 动态参数。实际上，电源电压的波动、元件老化以及因温度变化所引起的晶体管参数变化， 都会造成静态工作点的不稳定，从而使动态参数不稳定，有时甚至造成电路无法正常工作。 在引起 Q 点不稳定的诸多因素中，温度对晶体管的影响是最主要的。 2、温度变化对静态工作点产生的影响 温度变化对静态工作点的影响主要表现为，温度变化影响晶体管的三个主要参数：CBOI、和BEU。这三者随温度升高产生变化，其结果都使CQI值增大。硅管的CBOI小，受温度影响小，故其和BEU受温度影响是主要的；锗管的CBOI大，受温度影响是主要的。 3、稳定静态工作点的原则和措施 为了保证输出信号不失真，对放大电路必须设置合适的静态工作点，并保证工作点的 稳定。 （1）采用不同偏置电路稳定静态工作点的原则是：当温度升高使CI增大时，BI要自动减小以牵制CI的增大。 （2）稳定静态工作点可以归纳为三种方法：P89 图 2.21 所示。 （1）温度补偿； （2）直流负反馈； （3）集成电路中采用恒流源偏置技术； 4、典型静态工作点稳定电路分压式偏置电路的分析1）Q 点稳定原理 分压偏置电路如 P90 图 2.22 所示。稳定静态工作点的条件为：I1IB和 VBUBE；此时，CC bbb BQVRRRU211，即当温度变化时，BQU基本不变。 静态工作点的稳定过程为：当温度降低时，各物理量向相反方向变化。这种将输出量（CI）通过一定的方式（利用eR将CI的变化转化为电压EU的变化）引回到输入回路来影响输入量BEU的措施称为反馈。可见，在 Q 点稳定过程中，eR作为负反馈电阻起着重要的作用。典型静态工作点稳定 电路利用直流负反馈来稳定 Q 点。 2）分压式偏置电路的静态分析 分压式偏置电路的静态分析有两种方法：一是戴维南等效电路法；二是估算法，这种方法的使用条件为 I1IBE，或者beRR )1 (。3）分压式偏置电路的动态分析 T（）CI（EI）ReEEIU（因为BQU基本不变）BEUBICI)mA()mV(26)1(200EQbeIr ebeLcebebLcbio )1()|( )1()|( RrRR RriRRiA vvv动态分析时，射极旁路电容应看成短路。画放大电路的微变等效电路时，要特别注意 射极电阻有无被射极旁路电容旁路，正确画出“交流地”的位置，根据实际电路进行计算 即可。4.5 共集放大电路和共基放大电路 1、三极管放大电路的基本接法 三极管放大电路的基本接法亦称为基本组态，有共射（包括工作点稳定电路） 、共基和 共集三种。共射放大电路以发射极为公共端，通过 iB 对 ic的控制作用实现功率放大。共集 放大电路以集电极为公共端，通过 iB对 iE的控制作用实现功率放大。共基放大电路以基极 为公共端，通过 iE对 iB的控制作用实现功率放大。 2、共集放大电路的组成及静态和动态分析 1） 共集放大电路的组成共集放大电路亦称为射极输出器，为了保证晶体管工作在放大区，在晶体管的输入回路，bR、eR与VCC共同确定合适的静态基极电流；晶体管输出回路中，电源 VCC，提供集电极电流和输出电流，并与eR配合提供合适的管压降UCE 。 2）共集放大电路的静态分析与共射电路静态分析方法基本相同。（1）列放大电路输入方程可求得BQI；（2）根据放大区三极管电流方程BQEQII)1 (可求得EQI；（3）列放大电路输出方程可求得CEQU；3）共集放大电路的动态分析 共集放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同，只是由于共集放大电路的“交流 地”是集电极，一般习惯将“地”画在下方，所以微变等效电路的画法略有不同，如 P92 图 2.23（d）所示。 3、共基放大电路的静态和动态分析 1）共基放大电路的静态分析 与共射电路静态分析方法基本相同。（1）列放大电路输入回路电压方程可求得EQI；（2）根据放大区三极管电流方程1EQ BQII可求得BQI；（3）列放大电路输出回路电压方程可求得CEQU；2）共基放大电路的动态分析 共基放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同，只是由于共基放大电路的“交流 地”是基极，一般习惯将“地”画在下方，所以微变等效电路的画法略有不同。 4、三种接法的比较 共射放大电路既有电压放大作用又有电流放大作用，输入电阻居三种电路之中，输出 电阻较大，适用于一般放大。共集放大电路只有电流放大作用而没有电压放大作用，因其 输入电阻高而常做为多级放大电路的输入级，因其输出电阻低而常做为多级放大电路的输 出级，因其放大倍数接近于 1 而用于信号的跟随。共基放大电路只有电压放大作用而没有 电流放大作用，输入电阻小，高频特性好，适用于宽频带放大电路。4.6 放大电路频率响 1、 频率响应的基本概念 放大电路的频率响应可由放大器的放大倍数对频率的关系来描述，即 ffAfA式中 A(f)称为幅频特性，它是放大倍数的幅值与频率的函数式。 (f)称为相频特性，它是放大倍数的相位角与频率的函数式。 两种特性综合起来可全面表征放大倍数的频率响应。由图可见，在一个较宽的频率范围内，曲线是平坦的，即放大倍数不随信号频率变化， 其电压放大倍数用 Aum表示，在此频率范围内，所有电容（耦合电容、旁路电容和器件的 极间电容等）的影响可以忽略不计。当频率降低时，耦合电容和旁路电容的影响不可忽略， 致使放大倍数下降。当频率升高时，器件的极间电容的影响不可忽略，放大倍数亦下降。 fL和 fH分别称为下限截止频率（简称下限频率）和上限截止频率（简称上限频率）它们是放大倍数下降到中频放大倍数的21倍时所确定的两个频率。 低频区：低于 fL的频率范围称为低频区。 高频区：高于 fH的频率范围称为高频区。 中频区：介于 fL和 fH之间频率范围称为中频区，通常又称为放大电路的通频带 fbw- =fHfL。 2、 频率响应的基本分析方法 1)波特图：一种频率响应曲线图，此图为半对数坐标图，即频率采用对数分度，而幅值 （以 dB 表示的电压放大倍数）或相位角则采用线性分度。 2)在近似分析中，为了缩短坐标，扩大视野，常采用折线化的近似波特图法描绘幅频特 性和相频特性曲线。 3、RC 低通电路和高通电路1. RC 低通电路的频率响应RC低通电路 增益频率函数 电压增益的幅值2 HH)/(11ffAV 电压增益的相角)/(arctanHHff 频率响应曲线描述幅频响应2 HH)/(11ffAV 相频响应)/(arctanHHff 2. RC 高通电路的频率响应RC高通电路 RC 电路的电压增益：RCsssCRR sVsVsAV/1/1)()()(io L 幅频响应2 LL)/(11ffAV 相频响应)/(arctanLLff （1）放大电路的频率响应的特征可用 RC 低通电路和高通电路来模拟。 （2）截止频率 fL和 fH是频率响应的关键点，无论是幅频特性还是相频特性，基本都是以 它为中心而变化的，求出 fL和 fH后就可近似地描绘放大电路完整的频率响应曲线。 （3）fL和 fH都是与对应的回路时间常数 =RC 成反比。 4、晶体管的高频等效模型 混合 II 形高频小信号模型低频时，混合模型与 H 参数模型等价ebbbbe rrrEQbbebbbe)1()1( IVrrrrT 又 又所以EQeb)1(IVrT ebbebb rrr1、单管共射放大电路的频率响应共射放大电路如图所示。其全频段交流等效电路如图所示。1)高频放大倍数的频率响应 （1）由三极管极间电容引起，大容量电容看成短路。 （2）高频交流等效电路。（3）高频放大倍数表达式Husmusmso ushff j11A'RCj11A UUA 式中 R=rbe（rbb+RsRb） ，fH为上限频率，其表达式为'fRC21H（4）幅频特性和相频特性的表达式 2 Husmush120A20A20fflg|lg|lgHo180ffarctan 2)低频放大倍数的频率响应 （1）由耦合电容引起，三极管极间电容看成开路。 （2）低频交流等效电路如下图所示。（3）低频放大倍数表达式 LusmLcLcusmso uslj11ACRRj1CRRjA UUAff 式中 fL为下限频率，其表达式为CRR21LcLf（4）幅频特性和相频特性的表达式2 LLusmusl 120A20A20 fffflg|lg|lg Lo90ffarctan第五章第五章 集成电路集成电路计划学时：6 基本要求：掌握差分式放大电路；了解集成运算放大器的特性、电流源和主要参数，乘法 器原理。 。 教学重点难点：差动放大电路的分析计算，通用型集成运算放大器的组成和工作原理。 基本内容：1）集成电路运算放大器中的电流源 2）差分式放大电路 3）集成电路运算放大器 4）集成电路运算放大器的主要参数 5）乘法器原理5.1 集成电路概述 1、概述 1） 集成电路中的元器件特点 1、集成电路中的元器件是在相同的工艺条件下做出的，邻近的器件具有良好的对称性， 而且受环境温度和干扰的影响后的变化也相同，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。2、集成工艺制造的电阻、电容数值范围有一定的限制。 3、集成工艺制造晶体管、场效应管最容易，众多数量的晶体管通过一次综合工艺完成。 集成晶体管有纵向 NPN 型管、横向 PNP 型管和场效应管，前者在集成元器件中占用硅片 面积最小、性能好、 值高，用的也最多；而横向 PNP 管是利用制造纵向 NPN 管的工艺 或稍加改造制成，其中 PNP 管 值低，但反耐压高，常和 NPN 型管配合使用。 1、 集成电路结构形式上的特点 利用元器件参数的对称性来提高电路稳定性 利用有源器件代替无源元件 采用直接耦合方式 采用较复杂的电路结构 适当利用外接分立元件 2、电流源电路及电路及有源负载放大电路电流源是一个使输出电流恒定的电源电路，与电压源相对应。在模拟集成电路中，常 用的电流源电路有：镜像电流源、精密电流源、微电流源、多路电流源等。1） 镜像电流源 图 镜像电流源电路如上图所示镜像电流源电路，它的特点是工作三极管的集电极电流是电流源电路电流 的镜像(相等） 。三极管 T1、T2匹配，BE2BE1BE21,VVV，则III IIIRCBCBC()EF 1222 212 且IVV RRCCBE EF，当 2时，IICR2EF，IC2和 IREF是镜像关系。 2）微电流源 微电流源电路如下图所示，通过接入 Re电阻得到一个比基准电流小许多倍 图 微电流源 的微电流源，适用于微功耗的集成电路中。由图可得：TeOOREFOREFe2Te2BE OlnlnVRI IIII RV RVI因 VBE小，IOiX ，输出幅度增加。 应用：正反馈提高了增益，常用于波形发生器。 3) 交流反馈和直流反馈直流反馈：反馈信号只有直流成分； 交流反馈：反馈信