模拟电子技术经典教程半导体电路分析基础优秀PPT.ppt

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1、模拟电子技术经典教程半导体电路分析基础你现在浏览的是第一页，共73页放大的概念放大的概念放大的实质放大的实质输出信号大于输入信号即为放大输出信号大于输入信号即为放大放放大大电电路路输输出出信信号号的的能能量量来来源源于于有有源源器器件件上上的的直直流流偏偏置置电电源源，所所以以放放大大器器实实质质上上是是一种能量控制器或能量转换器。一种能量控制器或能量转换器。你现在浏览的是第二页，共73页放大电路的性能表征放大电路的性能表征放大倍数放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压增益电压增益电流放大倍数电流放大倍数互导放大倍数互导放大倍数互阻放大倍数互阻放大倍数放放大大电电路路你现在浏览的是第三页，共73

2、页放大电路的性能表征放大电路的性能表征输入电阻输入电阻所以所以对信号源的电对信号源的电压放大倍数压放大倍数你现在浏览的是第四页，共73页放大电路的性能表征放大电路的性能表征输出电阻输出电阻RoVo+_空载时的输出电压空载时的输出电压输出电阻越小，负载上得到的输输出电阻越小，负载上得到的输出电压越大，电路带负载能力越出电压越大，电路带负载能力越强。强。放放大大电电路路你现在浏览的是第五页，共73页放大电路的性能表征放大电路的性能表征频率响应频率响应电电路路增增益益随随输输入入信信号号的的工工作作频频率率改改变变的的特特性性称称为放大电路的频率响应为放大电路的频率响应/频率特性频率特性你现在浏览的

3、是第六页，共73页放大电路的性能表征放大电路的性能表征失真失真线性失真：线性失真：由电路的频率响应引起的失真由电路的频率响应引起的失真非线性失真：非线性失真：由器件的非线性引起的失真由器件的非线性引起的失真频率失真频率失真你现在浏览的是第七页，共73页放大电路的两种工作状态放大电路的两种工作状态静态（直流）静态（直流）电路的输入为零，电路中各处的电压电路的输入为零，电路中各处的电压电流均为不变的直流量电流均为不变的直流量动态（交流）动态（交流）电路有交变的输入信号，电路中各电路有交变的输入信号，电路中各处的电流电压均处于变动状态处的电流电压均处于变动状态在在线线性性放放大大区区，交交流流信信号

4、号与与直直流流信信号号间间是是线线性性叠叠加加的的关关系系，故故可可将将交交流流分分析析、直直流流分析分开分别加以讨论。分析分开分别加以讨论。你现在浏览的是第八页，共73页直直流流工工作作点点分分析析直流分析的目的直流分析的目的求静态时电路的输入、输出电求静态时电路的输入、输出电流和电压流和电压直流分析的分析方法直流分析的分析方法图解法图解法估算法估算法对对于于三三极极管管放放大大电电路路，图图解解法法是是利利用用三三极极管管的的特特性性曲曲线线和和外外部部电电路路所所确确定定的的负负载载线线为为基基础础，通通过过作作图图的的方方法法求求解解电电路路的工作情况。的工作情况。根据电路的工作情况，

5、进行根据电路的工作情况，进行近似计算近似计算你现在浏览的是第九页，共73页图解法图解法写出输入回路方程写出输入回路方程在在输输入入特特性性曲曲线线上上画画出出输输入回路方程入回路方程V VBBBBR RB Bi iB Bv vBEBE输入回路输入回路求求两两条条曲曲线线的的交交点点Q，并并读出交点处的坐标读出交点处的坐标你现在浏览的是第十页，共73页图解法图解法写出输出回路方程写出输出回路方程在在输输出出特特性性曲曲线线上上画画出出输输出出回回路路方方程程（此此曲曲线线称称为为直流负载线直流负载线）输出回路输出回路求求两两条条曲曲线线的的交交点点Q，并并读出交点处的坐标读出交点处的坐标V VC

6、CCCR RC Ci iC Cv vCECE 直流负载线直流负载线你现在浏览的是第十一页，共73页估算法估算法双极型三极管电路双极型三极管电路假设电路工作在放大状态假设电路工作在放大状态输入回路输入回路输出回路输出回路你现在浏览的是第十二页，共73页估算法估算法场效应管电路场效应管电路假假设设电电路路工工作作在在放放大大状状态态，利利用用回回路路方方程程和和IDVGS间间的的关关系系式式，通通过过解解联联立方程的方法求得。立方程的方法求得。输入回路方程：输入回路方程：ID和和VGS间的关系式间的关系式你现在浏览的是第十三页，共73页基本共射放大电路的组成基本共射放大电路的组成基本组成如下：基本

7、组成如下：三三 极极 管管T负载电阻负载电阻Rc、RL偏置电路偏置电路VCC、Rb耦合电容耦合电容C1、C2起放大作用。起放大作用。将变化的集电极电流将变化的集电极电流转换为电压输出转换为电压输出提供电源，并使三极管提供电源，并使三极管工作在线性区。工作在线性区。输入耦合电容输入耦合电容C C1 1保证信号加到保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容输出耦合电容C C2 2保证信号输送保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。到负载，不影响集电结偏置。VBB=VCC你现在浏览的是第十四页，共73页交流通路交流通路画交流通路的两条原则画交流通路的两条原则直流电源对

8、地短路直流电源对地短路电容短路电容短路你现在浏览的是第十五页，共73页交流分析的方法交流分析的方法模型分析法模型分析法小信号模型小信号模型器件模型器件模型图解分析法图解分析法既适合于小信号分析，也适合于大信号分析既适合于小信号分析，也适合于大信号分析你现在浏览的是第十六页，共73页交流负载线交流负载线交交流流负负载载线线过过静静态态工工作作点点，在在三三极极管管输输出出特特性性曲曲线线上上做做电电路路的的交交流流输输出出回回路路方方程程，此此曲曲线线称称为为交流负载线交流负载线。交流输出回路方程：交流输出回路方程：交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线你现在浏览的是第十七页，共73页图解分析

9、法图解分析法分分析析思思路路输入特性曲线输入特性曲线输出特性曲线输出特性曲线交流负载线交流负载线你现在浏览的是第十八页，共73页根据根据vi和输入特性上求出和输入特性上求出iB的波形；的波形；根据根据iB的波形画出的波形画出iC的波形；的波形；图图解解法法分分析析步步骤骤你现在浏览的是第十九页，共73页图图解解法法分分析析步步骤骤利用静态工作点利用静态工作点Q Q和交流负载线，根据和交流负载线，根据ic的波形，的波形，在输出特性曲线上求出在输出特性曲线上求出vCE的波形；的波形；vCE中的交流分量中的交流分量vce即为输出电压即为输出电压vo的波形。的波形。你现在浏览的是第二十页，共73页Q点

10、选取对输出波形的影响点选取对输出波形的影响（动画（动画3-2)Q Q点太高点太高,会出现饱和失真会出现饱和失真Q Q点太低点太低,会出现截止失真会出现截止失真Q Q点取在交流负载线的中点时，点取在交流负载线的中点时，输出波形可取得最大动态范输出波形可取得最大动态范围。围。（动画（动画3-1）（动画（动画3-4)你现在浏览的是第二十一页，共73页用用H参数小信号模型分析共参数小信号模型分析共 射极基本放大电路射极基本放大电路 共射极放大电路共射极放大电路1.利用直流通路求利用直流通路求Q点点一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V，已知已知。你现在浏览的是第二十二页，共73页

11、2.画出小信号等效电路画出小信号等效电路RbviRbRbviRc共射极放大电路共射极放大电路icvce+-交流通路交流通路RbviRcRLH参数小信号等效电路参数小信号等效电路 固定偏流固定偏流共射电路共射电路你现在浏览的是第二十三页，共73页3.求电压放大倍数求电压放大倍数根据根据RbviRcRL则电压放大则电压放大倍数倍数 固定偏流固定偏流共射电路共射电路你现在浏览的是第二十四页，共73页4.求输入电阻求输入电阻RbRcRLRi5.求输出电阻求输出电阻令令Ro=Rc 所以所以 固定偏流固定偏流共射电路共射电路你现在浏览的是第二十五页，共73页 1.电路如图所示。电路如图所示。试画出其试画出

12、其小信号等效模型电路。小信号等效模型电路。解：解：例题例题你现在浏览的是第二十六页，共73页例题例题 解：解：（1）（2）2.放大电路如图所示。试求：（放大电路如图所示。试求：（1）Q点；（点；（2）、。已知已知=50。你现在浏览的是第二十七页，共73页 温度对工作点的影响温度对工作点的影响1.温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响2.温度变化对输入特性曲线的影响温度变化对输入特性曲线的影响温度温度T 输出特性曲线上移输出特性曲线上移温度温度T 输入特性曲线左移输入特性曲线左移3.温度变化对温度变化对 的影响的影响温度每升高温度每升高1 C，要增加要增加0.5%1.0%温度温度T 输出特性曲

13、线族间距增大输出特性曲线族间距增大总之：总之：ICBO ICEO T VBE IB IC 你现在浏览的是第二十八页，共73页 射极偏置电路射极偏置电路1.稳定工作点原理稳定工作点原理目标：温度变化时，使目标：温度变化时，使I IC C维持恒定。维持恒定。如果温度变化时，如果温度变化时，b b点电位能基点电位能基本不变本不变，则可实现静态工作点的稳定。，则可实现静态工作点的稳定。T 稳定原理：稳定原理：IC IE IC VE、VB不变不变 VBE IB（反馈控制）（反馈控制）b点电位基本不变的条件：点电位基本不变的条件：I1 IB此时，此时，不随温度变化而变化。不随温度变化而变化。且且Re可取可

14、取大些，反馈控制作用更强。大些，反馈控制作用更强。一般取一般取 I1=(510)IB你现在浏览的是第二十九页，共73页2.放大电路指标分析放大电路指标分析静态工作点静态工作点 射极偏射极偏 置置电路电路你现在浏览的是第三十页，共73页2.放大电路指标分析放大电路指标分析电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe增益增益 射极偏射极偏 置置电路电路你现在浏览的是第三十一页，共73页2.放大电路指标分析放大电路指标分析输入电阻输入电阻根据定义根据定义由电路列出方程由电路列出方程

15、则输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻 射极偏射极偏 置置电路电路你现在浏览的是第三十二页，共73页2.放大电路指标分析放大电路指标分析输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路网络内独立源置零网络内独立源置零负载开路负载开路输出端口加测试电压输出端口加测试电压对回路对回路1和和2列列KVL方程方程考虑考虑r rcece对输出电阻的影响对输出电阻的影响其中其中则则当当时，时，一般一般（）射极偏射极偏 置置电路电路你现在浏览的是第三十三页，共73页3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比

16、较 共射极放大电路共射极放大电路静态：静态：你现在浏览的是第三十四页，共73页3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较 固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路电压增益：电压增益：RbviRcRL固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：Ro=Rc#射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，又射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，又射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，又射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？可以使其具有与固定偏流电路

17、相同的动态指标？可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？你现在浏览的是第三十五页，共73页 射极偏射极偏 置置电路电路你现在浏览的是第三十六页，共73页 共集电极电路共集电极电路1.电路分析电路分析共集电极电路共集电极电路结构如图示结构如图示该电路也称为该电路也称为射极跟随器射极跟随器求静态工作点求静态工作点由由得得你现在浏览的是第三十七页，共73页电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe增益增益共集电共集电 极电路极电路1.电

18、路分析电路分析其中其中一般一般，则电压增益接近于，则电压增益接近于1 1，即即射极跟随器射极跟随器你现在浏览的是第三十八页，共73页输入电阻输入电阻根据定义根据定义由电路列出方程由电路列出方程则输入电阻则输入电阻当当，时，时，共集电极共集电极电路电路1.电路分析电路分析输入电阻大输入电阻大输出电阻输出电阻由电路列出方程由电路列出方程其中其中则则输出电阻输出电阻当当，时，时，输出电阻小输出电阻小共集电极电路特点：共集电极电路特点：电压增益小于电压增益小于1 1但接近于但接近于1 1，输入电阻大，对电压信号源衰减小输入电阻大，对电压信号源衰减小 输出电阻小，带负载能力强输出电阻小，带负载能力强你现

19、在浏览的是第三十九页，共73页 共基极电路共基极电路1.静态工作点静态工作点 直流通路与射极直流通路与射极偏置电路相同偏置电路相同你现在浏览的是第四十页，共73页 共基极共基极电路电路2.动态指标动态指标电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：你现在浏览的是第四十一页，共73页 共基极共基极电路电路#共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？2.动态指标动态指标 输入电阻

20、输入电阻 输出电阻输出电阻你现在浏览的是第四十二页，共73页3.三种组态的比较三种组态的比较电压增益：电压增益：输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：共基极共基极电路电路你现在浏览的是第四十三页，共73页1.直流偏置电路直流偏置电路FET的直流偏置电路及静态分析的直流偏置电路及静态分析（1）自）自偏压电路偏压电路（2）分压式自）分压式自偏压电路偏压电路vGSvGSvGSvGSvGSvGS=-iDR你现在浏览的是第四十四页，共73页场效应管场效应管2.静态工作点静态工作点Q点：点：VGS、ID、VDSvGS=VDS=已知已知VP，由，由VDD-ID(Rd+R)-iDR可解出可解出Q点的点的VG

21、S、ID、VDS 你现在浏览的是第四十五页，共73页场效应管场效应管 FET放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法1.FET小信号模型小信号模型（1）低频模型）低频模型你现在浏览的是第四十六页，共73页场效应管场效应管2.动态指标分析动态指标分析（1 1）小信号模型）小信号模型你现在浏览的是第四十七页，共73页场效应管场效应管2.动态指标分析动态指标分析（2）电压增益）电压增益（3）输入电阻）输入电阻（4）输出电阻）输出电阻忽略忽略 rD由输入输出回路得由输入输出回路得则则你现在浏览的是第四十八页，共73页 例例4.4.2 共漏极放大电路如图示。共漏极放大电路如图示。试求电压增益

22、、输入电阻和输出电试求电压增益、输入电阻和输出电阻。阻。（2）电压增益）电压增益（3）输入电阻）输入电阻得得 解：解：（1 1）小信号模型）小信号模型由由例题例题你现在浏览的是第四十九页，共73页（4 4）输出电阻）输出电阻所以所以由图有由图有例题例题你现在浏览的是第五十页，共73页频频响响的的基基本本概概念念电路增益随输入信号的工作频率改变电路增益随输入信号的工作频率改变的特性称为放大电路的的特性称为放大电路的频率响应频率响应幅频响应幅频响应相频响应相频响应你现在浏览的是第五十一页，共73页基本反相放大器的频率响应基本反相放大器的频率响应下限频率下限频率上限频率上限频率通频带通频带你现在浏览

23、的是第五十二页，共73页频频率率失失真真幅度失真幅度失真相位失真相位失真（动画（动画51）放大电路对不同频率成分信号的放大倍数放大电路对不同频率成分信号的放大倍数大小不同，从而使输出波形产生失真大小不同，从而使输出波形产生失真 。放大电路对不同频率成分信号的相移不放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生的失真同，从而使输出波形产生的失真你现在浏览的是第五十三页，共73页对对数数频频率率特特性性频率采用频率采用对数刻度对数刻度，而幅度或相，而幅度或相位采用位采用线性刻度线性刻度所表示的频率特所表示的频率特性，称为对数频率特性。性，称为对数频率特性。对数刻对数刻度度线性刻度线性刻度

24、你现在浏览的是第五十四页，共73页波波特特图图幅频响应和相频响应图不采用逐点幅频响应和相频响应图不采用逐点描绘取得，而采用折线近似得到，描绘取得，而采用折线近似得到，称为称为波特图波特图。近似折近似折线线你现在浏览的是第五十五页，共73页简单简单RC电路的频率响应电路的频率响应RCRC低通电路的频率响应低通电路的频率响应你现在浏览的是第五十六页，共73页幅频响应和相频响应幅频响应和相频响应幅频响应幅频响应相频响应相频响应你现在浏览的是第五十七页，共73页幅频响应幅频响应幅频特性图幅频特性图上限频率上限频率你现在浏览的是第五十八页，共73页最大误差最大误差-3dB频率响应曲线描述频率响应曲线描述

25、幅频响应幅频响应0分贝水平线分贝水平线斜率为斜率为-20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线相频响应相频响应RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应表示输出与输入的相位差表示输出与输入的相位差高频时，输出滞后输入高频时，输出滞后输入因为因为所以所以动画动画3.7.2你现在浏览的是第五十九页，共73页RCRC高通电路的频率响应高通电路的频率响应你现在浏览的是第六十页，共73页幅频响应和相频响应幅频响应和相频响应幅频响应幅频响应相频响应相频响应你现在浏览的是第六十一页，共73页幅频响应幅频响应幅频特性图幅频特性图下限频率下限频率动画动画3.7.4你现在浏览的是第六十二页，共73页相频响应相频响应相

26、频特性图相频特性图动画动画3.7.4你现在浏览的是第六十三页，共73页三极管电流放大倍数的频率响应三极管电流放大倍数的频率响应共射极截止频率共射极截止频率特征频率特征频率共基极截止频率共基极截止频率你现在浏览的是第六十四页，共73页BJT的高频小信号模型的高频小信号模型由于电容的容抗是与频率有关的，所以在高由于电容的容抗是与频率有关的，所以在高频时要考虑频时要考虑BJT的极间电容。的极间电容。C Cb b e e 发射结电容发射结电容C Cb b c c集电结电容集电结电容r rb b c c集电结电阻集电结电阻低频小信号模型低频小信号模型CbcrbcCbe高频简化模型高频简化模型你现在浏览的

27、是第六十五页，共73页密勒定理等效后的模型密勒定理等效后的模型令令密勒等效后密勒等效后的模型的模型密勒电容密勒电容你现在浏览的是第六十六页，共73页共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应处理方法处理方法耦合电容耦合电容/隔直电容隔直电容短路短路三极管用高频小信号模三极管用高频小信号模型取代型取代共射放大电路共射放大电路你现在浏览的是第六十七页，共73页共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应电路简化电路简化你现在浏览的是第六十八页，共73页电压放大倍数的频率响应电压放大倍数的频率响应上限频率主要取决于输入回上限频率主要取决于输入回路的时间常数路的时间常数上限频率：上限频率：你

28、现在浏览的是第六十九页，共73页共射极放大电路的低频响应共射极放大电路的低频响应处理方法处理方法耦合电容耦合电容/隔直电容要考虑隔直电容要考虑三极管用低频小信号模三极管用低频小信号模型取代型取代三极管极间电容视为开路三极管极间电容视为开路共射放大电路共射放大电路你现在浏览的是第七十页，共73页幅频响应和下限频率幅频响应和下限频率下限频率主要取决于输入、下限频率主要取决于输入、输出回路的时间常数输出回路的时间常数fp1、fp2二者若相差二者若相差4倍以上，倍以上，则取较大者作为下限频率。则取较大者作为下限频率。你现在浏览的是第七十一页，共73页基本共射放大器的频响基本共射放大器的频响通频带通频带低频电压放大倍数与低频电压放大倍数与通频带的乘积是一定通频带的乘积是一定值，设计时应折中考值，设计时应折中考虑。虑。你现在浏览的是第七十二页，共73页本结要点本结要点u三极管高频和低频时的等效模型三极管高频和低频时的等效模型u分析放大电路高频和低频时的频率分析放大电路高频和低频时的频率响应时，应分别考虑哪些电容的作用响应时，应分别考虑哪些电容的作用u上限频率、下限频率和通频带的定义上限频率、下限频率和通频带的定义u共射电路、共基电路高频响应的特点共射电路、共基电路高频响应的特点你现在浏览的是第七十三页，共73页