模拟电子技术基础-清华大学-全套完整版课件.ppt

1、清华大学 华成英绪 论一、电子技术的发展一、电子技术的发展二、模拟信号与模拟电路二、模拟信号与模拟电路三、电子信息系统的组成三、电子信息系统的组成四、模拟电子技术基础课的特点四、模拟电子技术基础课的特点五、如何学习这门课程五、如何学习这门课程六、课程的目的六、课程的目的七、考查方法七、考查方法一、电子技术的发展 电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之电子技术的发展，推动计算机技术的发展，使之“无无孔不入孔不入”，应用广泛！，应用广泛！广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电广播通信：发射机、接收机、扩音、录音、程控交换机、电话、手机话、手机网络：路由器、网络：路由器、ATMAT

2、M交换机、收发器、调制解调器交换机、收发器、调制解调器工业：钢铁、石油化工、机加工、数控机床工业：钢铁、石油化工、机加工、数控机床交通：飞机、火车、轮船、汽车交通：飞机、火车、轮船、汽车军事：雷达、电子导航军事：雷达、电子导航航空航天：卫星定位、监测航空航天：卫星定位、监测医学：医学：刀、刀、CTCT、B B超、微创手术超、微创手术消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照消费类电子：家电（空调、冰箱、电视、音响、摄像机、照相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统相机、电子表）、电子玩具、各类报警器、保安系统 电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展上。从电子管半导体管集成电

3、路1904年年电子管问世电子管问世1947年年晶体管诞生晶体管诞生1958年集成年集成电路研制成功电路研制成功电子管、晶体管、集成电路比较电子管、晶体管、集成电路比较半导体元器件的发展1947年年 贝尔实验室制成第一只晶体贝尔实验室制成第一只晶体管管1958年年 集成电路集成电路1969年年 大规模集成电路大规模集成电路1975年年 超大规模集成电路超大规模集成电路 第一片集成电路只有第一片集成电路只有4个晶体管，而个晶体管，而1997年一片集成电路年一片集成电路中有中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍倍/6年年的速度增长，到的速度增长，到

4、2015或或2020年达到饱和。年达到饱和。学习电子技术方面的课程需时刻关注电子技术的发展！第一只晶体管的发明者第一只晶体管的发明者（by John Bardeen , William Schockley and Walter Brattain in Bell Lab）第一个集成电路及其发明者第一个集成电路及其发明者（ Jack Kilby from TI ） 1958年年9月月12日，在德州仪器公司日，在德州仪器公司的实验室里，实现了把电子器件集成的实验室里，实现了把电子器件集成在一块半导体材料上的构想。在一块半导体材料上的构想。42年以年以后，后， 2000年获诺贝尔物理学奖。年获诺贝尔物

5、理学奖。 “为为现代信息技术奠定了基础现代信息技术奠定了基础”。 他们在他们在1947年年11月底发明了晶月底发明了晶体管，并在体管，并在12月月16日正式宣布日正式宣布“晶晶体管体管”诞生。诞生。1956年获诺贝尔物理年获诺贝尔物理学奖。巴因所做的超导研究于学奖。巴因所做的超导研究于1972年第二次获得诺贝尔物理学奖。年第二次获得诺贝尔物理学奖。值得纪念的几位科学家！二、模拟信号与模拟电路1. 电子电路中信号的分类电子电路中信号的分类数字信号数字信号：离散性：离散性模拟信号：连续性。模拟信号：连续性。大多数物理量为模拟信号。大多数物理量为模拟信号。 2. 模拟电路模拟电路 模拟电路模拟电路是

6、对模拟信号进行处理的电路。是对模拟信号进行处理的电路。 最基本的处理是对信号的放大，有功能和性能各异的放最基本的处理是对信号的放大，有功能和性能各异的放大电路。大电路。 其它模拟电路多以放大电路为基础。其它模拟电路多以放大电路为基础。“1”的电的电压当量压当量“1”的倍数的倍数介于介于K与与K+1之之间时需根据阈值间时需根据阈值确定为确定为K或或K+1任何瞬间的任何任何瞬间的任何值均是有意义的值均是有意义的三、电子信息系统的组成模拟电子电路模拟电子电路数字电子电路（系统）数字电子电路（系统）传感器传感器接收器接收器隔离、滤隔离、滤波、放大波、放大运算、转运算、转换、比较换、比较功放功放模拟模拟

7、- -数字混合电子电路数字混合电子电路模拟电子系统模拟电子系统执行机构执行机构四、模拟电子技术基础课的特点 1、工程性工程性 实际工程需要证明其可行性。实际工程需要证明其可行性。强调定性分析。强调定性分析。 实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存 在一定的误差范围的。在一定的误差范围的。 定量分析为定量分析为“估算估算”。 近似分析要近似分析要“合理合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方面。抓主要矛盾和矛盾的主要方面。 电子电路归根结底是电路。电子电路归根结底是电路。不同条件下构造不同模型。不同条件下构造不同模型。2. 实践性实践性 常用电子仪器的

8、使用方法常用电子仪器的使用方法 电子电路的测试方法电子电路的测试方法 故障的判断与排除方法故障的判断与排除方法 EDA软件的应用方法软件的应用方法五、如何学习这门课程1. 掌握掌握基本概念、基本电路和基本分析方法基本概念、基本电路和基本分析方法 基本概念：基本概念：概念是不变的，应用是灵活的，概念是不变的，应用是灵活的， “万万变不离其宗变不离其宗”。 基本电路：基本电路：构成的原则是不变的，具体电路是多种构成的原则是不变的，具体电路是多种多样的。多样的。 基本分析方法：基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标不同类型的电路有不同的性能指标和描述方法，因而有不同的分析方法。和描述方法，因而

9、有不同的分析方法。2. 注意定性分析和近似分析的重要性注意定性分析和近似分析的重要性 3. 学会辩证、全面地分析电子电路中的问题学会辩证、全面地分析电子电路中的问题 根据需求，最适用的电路才是最好的电路。根据需求，最适用的电路才是最好的电路。 要研究利弊关系，通常要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊有一利必有一弊”。4. 注意电路中常用定理在电子电路中的应用注意电路中常用定理在电子电路中的应用六、课程的目的1. 掌握基本概念、基本电路、基本方法和基本实验技能掌握基本概念、基本电路、基本方法和基本实验技能。2. 具有能够继续深入学习和接受电子技术新发展的能力具有能够继续深入学习和接受电子技术新发

10、展的能力，以及将所学知识用于本专业的能力。，以及将所学知识用于本专业的能力。 本课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的分本课程通过对常用电子元器件、模拟电路及其系统的分析和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的基础知析和设计的学习，使学生获得模拟电子技术方面的基础知识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及其在专识、基础理论和基本技能，为深入学习电子技术及其在专业中的应用打下基础。业中的应用打下基础。 注重培养系统的观念、工程的观念、科技进步注重培养系统的观念、工程的观念、科技进步的观念和创新意识，学习科学的思维方法。提倡的观念和创新意识，学习科学的思维方法。提倡快乐学习！快乐学习！

11、清华大学 华成英 七、考查方法1. 会看：读图，定性分析会看：读图，定性分析2. 会算：定量计算会算：定量计算考查分析问题的能力考查分析问题的能力3. 会选：电路形式、器件、参数会选：电路形式、器件、参数4. 会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDA考查解决问题的能力设计能力考查解决问题的能力设计能力考查解决问题的能力实践能力考查解决问题的能力实践能力综合应用所学知识的能力综合应用所学知识的能力第一章 半导体二极管和三极管第一章 半导体二极管和三极管1.1 1.1 半导体基础知识半导体基础知识1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管1.3 1.3 晶体三极

12、管晶体三极管1 半导体基础知识一、本征半导体一、本征半导体二、杂质半导体二、杂质半导体三、三、PNPN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性四、四、PNPN结的电容效应结的电容效应一、本征半导体 导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。1 1、什么是半导体？什么是本征半导体？、什么是半导体？什么是本征半导体？ 导体铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电导体铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。子在外电场作用下很容易产

13、生定向移动，形成电流。 绝缘体惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原绝缘体惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导电。电。 半导体硅（半导体硅（Si）、锗（）、锗（Ge），均为四价元素，它们原），均为四价元素，它们原子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。无杂质无杂质稳定的结构稳定的结构2、本征半导体的结构由于热运动，具有足够能量由于热运动，具有足够能量的价电子挣脱共价键的束缚的价电子挣脱共价键的束缚而成为自由电子而成为自由电

14、子自由电子的产生使共价键中自由电子的产生使共价键中留有一个空位置，称为空穴留有一个空位置，称为空穴 自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。共价键共价键 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高，热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对的浓度加大。的浓度加大。动态平衡动态平衡两种载流子两种载流子 外加电场时，带负电的自由电外加电场时，带负电的自由电子和带正电的空穴均参与导电，子和带正电的空穴均参与导电，且运动方向相反。由于载流子数且运动方向相

15、反。由于载流子数目很少，故导电性很差。目很少，故导电性很差。为什么要将半导体变成导电性很差的本征半导体？3、本征半导体中的两种载流子运载电荷的粒子称为载流子。运载电荷的粒子称为载流子。 温度升高，热运动加剧，载温度升高，热运动加剧，载流子浓度增大，导电性增强。流子浓度增大，导电性增强。 热力学温度热力学温度0K时不导电。时不导电。二、杂质半导体 1. N N型半导体5磷（磷（P） 杂质半导体主要靠多数载流杂质半导体主要靠多数载流子导电。掺入杂质越多，多子子导电。掺入杂质越多，多子浓度越高，导电性越强，实现浓度越高，导电性越强，实现导电性可控。导电性可控。多数载流子多数载流子 空穴比未加杂质时的

16、数目多空穴比未加杂质时的数目多了？少了？为什么？了？少了？为什么？2. 2. P型半导体3硼（硼（B）多数载流子多数载流子 P型半导体主要靠空穴导电，型半导体主要靠空穴导电，掺入杂质越多，空穴浓度越高，掺入杂质越多，空穴浓度越高，导电性越强，导电性越强， 在杂质半导体中，温度变化时，在杂质半导体中，温度变化时，载流子的数目变化吗？少子与多载流子的数目变化吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子变化的数目相同吗？少子与多子浓度的变化相同吗？子浓度的变化相同吗？三、PN结的形成及其单向导电性 物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气物质因浓度差而产生的运动称为扩散运动。气体、液体、固体均有之。体

17、、液体、固体均有之。扩散运动扩散运动P区空穴区空穴浓度远高浓度远高于于N区。区。N区自由电区自由电子浓度远高子浓度远高于于P区。区。 扩散运动使靠近接触面扩散运动使靠近接触面P区的空穴浓度降低、靠近接触面区的空穴浓度降低、靠近接触面N区的自由电子浓度降低，产生内电场。区的自由电子浓度降低，产生内电场。PN 结的形成 因电场作用所产因电场作用所产生的运动称为漂移生的运动称为漂移运动。运动。 参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态参与扩散运动和漂移运动的载流子数目相同，达到动态平衡，就形成了平衡，就形成了PN结。结。漂移运动漂移运动 由于扩散运动使由于扩散运动使P区与区与N区的交界面缺少

18、多数载流子，形成区的交界面缺少多数载流子，形成内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从内电场，从而阻止扩散运动的进行。内电场使空穴从N区向区向P区、自由电子从区、自由电子从P区向区向N 区运动。区运动。PN结加正向电压导通：结加正向电压导通： 耗尽层变窄，扩散运动加耗尽层变窄，扩散运动加剧，由于外电源的作用，形剧，由于外电源的作用，形成扩散电流，成扩散电流，PNPN结处于导通结处于导通状态。状态。PN结加反向电压截止：结加反向电压截止： 耗尽层变宽，阻止扩散运动，耗尽层变宽，阻止扩散运动，有利于漂移运动，形成漂移电有利于漂移运动，形成漂移电流。由于电流很小，故可近似流。由于电流很小，故可

19、近似认为其截止。认为其截止。PN 结的单向导电性必要吗？必要吗？清华大学 华成英 四、PN 结的电容效应1. 势垒电容 PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相同，其等效电容称为势垒电容同，其等效电容称为势垒电容Cb。2. 扩散电容 PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的过程，其等效电容称为扩散电容过程，其等效电容称

20、为扩散电容Cd。dbjCCC结电容：结电容： 结电容不是常量！若结电容不是常量！若PN结外加电压频率高到一定程度，结外加电压频率高到一定程度，则失去单向导电性！则失去单向导电性！问题为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制为什么将自然界导电性能中等的半导体材料制成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，成本征半导体，导电性能极差，又将其掺杂，改善导电性能？改善导电性能？为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还是少子是影响温度稳定性的主要因素？是少子是影响温度稳定性的主要因素？为什么半导体器件有最高工作频率？为什么半导体器件有最高工作频率？2 半导体二极管一

21、、二极管的组成一、二极管的组成二、二极管的伏安特性及电流方程二、二极管的伏安特性及电流方程三、二极管的等效电路三、二极管的等效电路四、二极管的主要参数四、二极管的主要参数五、稳压二极管五、稳压二极管 一、二极管的组成将将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。结封装，引出两个电极，就构成了二极管。小功率小功率二极管二极管大功率大功率二极管二极管稳压稳压二极管二极管发光发光二极管二极管 一、二极管的组成点接触型：结面积小，点接触型：结面积小，结电容小，故结允许结电容小，故结允许的电流小，最高工作的电流小，最高工作频率高。频率高。面接触型：结面积大，面接触型：结面积大，结电容大，故结允许结电容大

22、，故结允许的电流大，最高工作的电流大，最高工作频率低。频率低。平面型：结面积可小、平面型：结面积可小、可大，小的工作频率可大，小的工作频率高，大的结允许的电高，大的结允许的电流大。流大。 二、二极管的伏安特性及电流方程材料材料开启电压开启电压导通电压导通电压反向饱和电流反向饱和电流硅硅Si0.5V0.50.8V1A以下锗锗Ge0.1V0.10.3V几十A)(ufi 开启开启电压电压反向饱反向饱和电流和电流击穿击穿电压电压mV)26( ) 1e (TSTUIiUu常温下温度的温度的电压当量电压当量二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性。利用Multis

23、im测试二极管伏安特性从二极管的伏安特性可以反映出：从二极管的伏安特性可以反映出： 1. 单向导电性单向导电性TeSTUuIiUu，则若正向电压) 1e (TSUuIi2. 伏安特性受温度影响伏安特性受温度影响T（）在电流不变情况下管压降在电流不变情况下管压降u 反向饱和电流反向饱和电流IS，U(BR) T（）正向特性左移正向特性左移，反向特性下移，反向特性下移正向特性为正向特性为指数曲线指数曲线反向特性为横轴的平行线反向特性为横轴的平行线增大增大1倍倍/10STIiUu，则若反向电压三、二极管的等效电路理想理想二极管二极管近似分析近似分析中最常用中最常用理想开关理想开关导通时导通时 UD0截

24、止时截止时IS0导通时导通时UDUon截止时截止时IS0导通时导通时i与与u成线性关系成线性关系应根据不同情况选择不同的等效电路！应根据不同情况选择不同的等效电路！1. 将伏安特性折线化？100V？5V？1V？2. 微变等效电路DTDDdIUiur根据电流方程，Q越高，越高，rd越小。越小。 当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极当二极管在静态基础上有一动态信号作用时，则可将二极管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。管等效为一个电阻，称为动态电阻，也就是微变等效电路。ui=0时直流电源作用时直流电源作用小信号作用小信号作用静态电流静态电流四、二极管的主要参数最大整流电

25、流最大整流电流IF：最大平均值：最大平均值最大反向工作电压最大反向工作电压UR：最大瞬时值：最大瞬时值反向电流反向电流 IR：即：即IS最高工作频率最高工作频率fM：因：因PN结有电容效应结有电容效应第四版第四版P20讨论：解决两个问题解决两个问题如何判断二极管的工作状态？如何判断二极管的工作状态？什么情况下应选用二极管的什么等效电路？什么情况下应选用二极管的什么等效电路？uD=ViRQIDUDRuViDDV与与uD可比，则需图解：可比，则需图解：实测特性实测特性 对对V和和Ui二极管二极管的模的模型有什么不同？型有什么不同？五、稳压二极管1. 伏安特性进入稳压区的最小电流进入稳压区的最小电流

26、不至于损坏的最大电流不至于损坏的最大电流 由一个由一个PN结组结组成，反向击穿后成，反向击穿后在一定的电流范在一定的电流范围内端电压基本围内端电压基本不变，为稳定电不变，为稳定电压。压。2. 主要参数稳定电压稳定电压UZ、稳定电流、稳定电流IZ最大功耗最大功耗PZM IZM UZ动态电阻动态电阻rzUZ /IZ 若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会若稳压管的电流太小则不稳压，若稳压管的电流太大则会因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电因功耗过大而损坏，因而稳压管电路中必需有限制稳压管电流的限流电阻！流的限流电阻！限流电阻限流电阻斜率？斜率？1.3 1.3 晶体三极管

27、一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号二、晶体管的放大原理二、晶体管的放大原理三、晶体管的共射输入特性和输出特性三、晶体管的共射输入特性和输出特性四、温度对晶体管特性的影响四、温度对晶体管特性的影响五、主要参数五、主要参数一、晶体管的结构和符号多子浓度高多子浓度高多子浓度很多子浓度很低，且很薄低，且很薄面积大面积大晶体管有三个极、三个区、两个晶体管有三个极、三个区、两个PN结。结。小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管为什么有孔？为什么有孔？二、晶体管的放大原理（集电结反偏），即（发射结正偏）放大的条件BECECBonBE0uuuUu 扩散运动形成发射极电流扩散运动形成发射极电

28、流IE，复合运动形成基极电，复合运动形成基极电流流IB，漂移运动形成集电极电流，漂移运动形成集电极电流IC。少数载流少数载流子的运动子的运动因发射区多子浓度高使大量因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使极少因基区薄且多子浓度低，使极少数扩散到基区的电子与空穴复合数扩散到基区的电子与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴基区空穴的扩散的扩散电流分配：电流分配： I IE EI IB BI IC C I IE E扩散运动形成的电流扩散运动形

29、成的电流 I IB B复合运动形成的电流复合运动形成的电流 I IC C漂移运动形成的电流漂移运动形成的电流CBOCEOBCBC)(1 IIiiII穿透电流穿透电流集电结反向电流集电结反向电流直流电流直流电流放大系数放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数为什么基极开路集电极回为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？路会有穿透电流？三、晶体管的共射输入特性和输出特性CE)(BEBUufi 为什么为什么UCE增大曲线右移？增大曲线右移？ 对于小功率晶体管，对于小功率晶体管，UCE大于大于1V的一条输入特性曲的一条输入特性曲线可以取代线可以取代UCE大于大于1V的所有输入特性曲线。的所有输入特性曲线

30、。为什么像为什么像PN结的伏安特性？结的伏安特性？为什么为什么UCE增大到一定值曲线增大到一定值曲线右移就不明显了？右移就不明显了？1. 输入特性2. 输出特性B)(CECIufi 是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下 ?对应于一个对应于一个IB就有一条就有一条iC随随uCE变化的曲线。变化的曲线。 为什么为什么uCE较小时较小时iC随随uCE变变化很大？为什么进入放大状态化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？曲线几乎是横轴的平行线？饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区BiCi常量CEBCUii晶体管的三个工作区域 晶体管工作在放大状态时，输

31、出回路的电流晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅几乎仅仅决定于输入回路的电流决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源控制的电流源iC 。状态状态uBEiCuCE截止截止UonICEOVCC放大放大 UoniB uBE饱和饱和 UoniB uBE四、温度对晶体管特性的影响BEBBBECEO )(uiiuIT不变时，即不变时五、主要参数 直流参数直流参数： 、 、ICBO、 ICEOc-e间击穿电压间击穿电压最大集电最大集电极电流极电流最大集电极耗散功最大集电极耗散功率，率，PCMiCuCE安全工作区安全工作区 交流参数：交

32、流参数：、fT（使1的信号频率） 极限参数极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEOECII1ECii清华大学 华成英 讨论一由图示特性求出由图示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、。CECCMuiP2.7CEBCUiiuCE=1V时的时的iC就是就是ICMU（BR）CEO讨论二：利用利用Multisim测试晶体管的输出特性测试晶体管的输出特性利用利用Multisim分析图分析图示电路在示电路在V2小于何值小于何值时晶体管截止、大于何时晶体管截止、大于何值时晶体管饱和。值时晶体管饱和。讨论三 以以V2作为输入、以作为输入、以节点节点1作为输出，采用直作为输出，采用直流扫描的方法可得！

33、流扫描的方法可得！约小于约小于0.5V时截止时截止约大于约大于1V时时饱和饱和 描述输出电压与输出描述输出电压与输出电压之间函数关系的曲线，电压之间函数关系的曲线，称为电压传输特性。称为电压传输特性。第二章 基本放大电路第二章第二章 基本放大电路基本放大电路2.1 2.1 放大的概念与放大电路的性能指标放大的概念与放大电路的性能指标2.2 2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理2.3 2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.4 2.4 静态工作点的稳定静态工作点的稳定2.5 2.5 晶体管放大电路的三种接法晶体管放大电路的三种接法2.6 2.6 场效应管及其基本放

34、大电路场效应管及其基本放大电路2.7 2.7 基本放大电路的派生电路基本放大电路的派生电路2.1 放大的概念与放大电路的性能指标一、放大的概念一、放大的概念二、放大电路的性能指标二、放大电路的性能指标一、放大的概念u放大的对象：变化量放大的对象：变化量u放大的本质：能量的控制放大的本质：能量的控制u放大的特征：功率放大放大的特征：功率放大u放大的基本要求：不失真放大的基本要求：不失真放大的前提放大的前提判断电路能否放判断电路能否放大的基本出发点大的基本出发点VCC至少一路直流至少一路直流电源供电电源供电二、性能指标ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu1. 放大倍数：

35、输出量与输入量之比：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被研究和测试的参数电压放大倍数是最常被研究和测试的参数信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入电压输入电流输入电流输出电压输出电压输出电流输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。2. 输入电阻和输出电阻 将输出等效将输出等效成有内阻的电成有内阻的电压源，内阻就压源，内阻就是输出电阻。是输出电阻。LooLoooo) 1(RUURUUUR空载时输出空载时输出电压有效值电压有效值带带RL时的输出电时的输出电压有效值压有效值iiiIUR 输入电压与输入电压与输入电流有输入电流有效值之比。

36、效值之比。从输入端看进去的从输入端看进去的等效电阻等效电阻3. 通频带4. 最大不失真输出电压Uom：交流有效值。交流有效值。 由于电容、电感及放大管由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率下限频率上限频率上限频率LHbwfff5. 最大输出功率Pom和效率：功率放大电路的参数：功率放大电路的参数2.2 基本共射放大电路的工作原理一、电路的组成及各元件的作用一、电路的

37、组成及各元件的作用二、设置静态工作点的必要性二、设置静态工作点的必要性三、波形分析三、波形分析四、放大电路的组成原则四、放大电路的组成原则一、电路的组成及各元件的作用VBB、Rb：使：使UBE Uon，且有，且有合适的合适的IB。VCC：使：使UCEUBE，同时作为负，同时作为负载的能源。载的能源。Rc：将：将iC转换成转换成uCE(uo) 。)( oCEcbIcuuuiiuR动态信号作用时：动态信号作用时： 输入电压输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电间的电压、管压降称为静态工作点压、管压降称为静态工作点Q，记作，记作IBQ、 ICQ（IEQ）、）、

38、UBEQ、 UCEQ。共射共射二、设置静态工作点的必要性 输出电压必然失真！输出电压必然失真！ 设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点点几乎影响着所有的动态参数！几乎影响着所有的动态参数！ 为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？时有合适的直流电流和极间电压？三、基本共射放大电路的波形分析t tuCEUCEQVCCOt tuCEUCEQVCCO饱和失真饱和失真底部失真底部失真截止失真截止失真顶部失真顶部失真输出和输入反相！输出和输入反相！动态信号动态信号驮

39、载在静驮载在静态之上态之上与与iC变化变化方向相反方向相反 要想不失真，就要要想不失真，就要在信号的整个周期内在信号的整个周期内保证晶体管始终工作保证晶体管始终工作在放大区！在放大区！四、放大电路的组成原则静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。路参数。动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。载上能够获得放大了的动态信号。对实用放大电路的要求：对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。尽可能少、负载上无直流分量。两种实用放大电路：（1

40、 1）直接耦合放大电路直接耦合放大电路问题：问题：1. 两种电源两种电源2. 信号源与放大电路不信号源与放大电路不“共地共地”共地，且要使信号共地，且要使信号驮载在静态之上驮载在静态之上静态时，静态时，b1BEQRUU动态时，动态时，VCC和和uI同时作用同时作用于晶体管的输入回路。于晶体管的输入回路。将两个电源将两个电源合二为一合二为一有直流分量有直流分量有交流损失有交流损失 UBEQ两种实用放大电路：（2 2）阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 耦合电容的容量应足够耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似大，即对于交流信号近似为短路。其作用是为短路。其作用是“隔离隔离直流、通过交流直流、通

41、过交流”。静态时，静态时，C1、C2上电压？上电压？CEQC2BEQC1UUUU，动态时，动态时，C1、C2为耦合电容！为耦合电容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。负载上只有交流信号。2.3 2.3 放大电路的分析方法一、放大电路的直流通路和交流通路一、放大电路的直流通路和交流通路二、图解法二、图解法三、等效电路法三、等效电路法一、放大电路的直流通路和交流通路1. 直流通路： Us=0，保留，保留Rs；电容开路；电容开路； 电感相当于短路（线圈电阻近似为电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。）。2. 交流通路：大容量电容相当于短路

42、；：大容量电容相当于短路；直流直流电源相当于短路（内阻为电源相当于短路（内阻为0）。）。 通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。路的概念。cCQCCCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVI基本共射放大电路的直流通路和交流通路 列晶体管输入、输出回路方程，将列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，作为已知条件，令令ICQIBQ，可估算出静态工作点。，可估算

43、出静态工作点。 VBB越大，越大，UBEQ取不同的取不同的值所引起的值所引起的IBQ的误差越小。的误差越小。cCQCCCEQBQCQbBEQCCBQ RIVUIIRUVI当当VCCUBEQ时，时，bCCBQRVI已知：已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？直流通路直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路二、图解法bBBBBERiVucCCCCERiVu输入回路输入回路负载线负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线负载线1. 静态分析：图解二元方程：图解二元方程2. 电压放大倍数的分析符号为“”。反相，与给定uuAuuuuAuuiiuIOIOOC

44、ECBI)(bBIBBBERiuVuIuBBQBiIICiCEu斜率不变斜率不变3. 失真分析截止失真截止失真消除方法：增大消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。，即向上平移输入回路负载线。t截止失真是在输入回路首先产生失真！截止失真是在输入回路首先产生失真！减小减小Rb能消除截止失真吗？能消除截止失真吗？饱和失真饱和失真消除方法：消除方法：增大增大Rb，减小减小Rc，减小减小，减小减小VBB，增大增大VCC。 Q QRb或或或或VBB Rc或或VCC：饱和失真是输出回路产生失真。：饱和失真是输出回路产生失真。2 最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom ：比较：比较UCEQ与（与

45、（ VCC UCEQ ），取），取其小者，除以其小者，除以 。这可不是这可不是好办法！好办法！清华大学 华成英 讨论一1. 用用NPN型晶体管组成一个在本节课中未型晶体管组成一个在本节课中未见过的共射放大电路。见过的共射放大电路。2. 用用PNP型晶体管组成一个共射放大电路型晶体管组成一个共射放大电路。3.画出图示电路的直流通路和交流通路。画出图示电路的直流通路和交流通路。三、等效电路法半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。1. 直流模型：适于：适于

46、Q点的分析点的分析理想二极管理想二极管利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。cCQCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVICC输入回路等效为输入回路等效为恒压源恒压源输出回路等效为电流控制的电流源输出回路等效为电流控制的电流源2. 晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）在交流通路中可将晶体管看成在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。、输出回路各为一个端口。)()(CEBCCEBBEuifiuifu，低频小信号模型低频小信号模型ce22b21cce12b11be

47、UhIhIUhIhU在低频、小信号作用下的关系式在低频、小信号作用下的关系式CECECBBCCCECEBEBBBEBEddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIU交流等效模型（按式子画模型）交流等效模型（按式子画模型）电阻电阻无量纲无量纲无量纲无量纲电导电导h参数的物理意义参数的物理意义beBBE11CEriuhUBCEBE12IuuhCEBC21UiihceCEC221Bruihib-e间的间的动态电阻动态电阻内反馈内反馈系数系数电流放大系数电流放大系数c-e间的电导间的电导分清主次，合理近似！什么情况下分清主次，合理近似！什么情况下h12和和h22的作用可忽略不计？的作用可

48、忽略不计？简化的简化的h h参数等效电路交流等效模型参数等效电路交流等效模型EQTbbebbbbbebe)1 ( IUrrrIUr查阅手册查阅手册基区体电阻基区体电阻发射结电阻发射结电阻发射区体电阻发射区体电阻数值小可忽略数值小可忽略利用利用PN结的电流方程可求得结的电流方程可求得由由IEQ算出算出在输入特性曲线上，在输入特性曲线上，Q点越高，点越高，rbe越小！越小！3. 放大电路的动态分析)()(bebbbebiirRIrRIUccoRIUbebcio rRRUUAubebiiirRIURcoRR 放大电路的放大电路的交流等效电路交流等效电路阻容耦合共射放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电

49、路的动态分析beLbebLcio )(rRrIRRIUUAcubebebirrRRuuARRRUUUUUUAisiiosisoscoRR 输入电输入电阻中不阻中不应含有应含有Rs!输出电输出电阻中不阻中不应含有应含有RL!讨论一1. 在什么参数、如何变化时在什么参数、如何变化时Q1 Q2 Q3 Q4？2. 从输出电压上看，哪个从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪点下最易产生截止失真？哪个个Q点下最易产生饱和失真？哪个点下最易产生饱和失真？哪个Q点下点下Uom最大？最大？3. 设计放大电路时，应根据什么选择设计放大电路时，应根据什么选择VCC？2. 空载和带载两种情况下空载和带载两种情

50、况下Uom分别为多少？分别为多少？3. 在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失真消除？带上负载后这种失真消除？4. 增强电压放大能力的方法？增强电压放大能力的方法？讨论二beLc )( rRRAu 已知已知ICQ2mA，UCES0.7V。 1. 在空载情况下，当输在空载情况下，当输入信号增大时，电路首先出入信号增大时，电路首先出现饱和失真还是截止失真？现饱和失真还是截止失真？若带负载的情况下呢？若带负载的情况下呢？EQTbbbe)1 (IUrr讨论三：基本共射放大电路的静态分析和动态分析：基本共射放大电路的静态分析和动态分析