1、第第1章章 双极型半导体器件双极型半导体器件(1-2)第第1 1章章 双极型半导体器件双极型半导体器件 1.2半导体二极管及其仿真分析半导体二极管及其仿真分析 1.3 半导体晶体管半导体晶体管 1.1 半导体的导电特性半导体的导电特性 1.2 PN结结按照原理，我们可以把电子技术的应用分为利用电能和利用电按照原理，我们可以把电子技术的应用分为利用电能和利用电信号俩大类。我们分别讨论一下俩类各有什么用电器。按照用信号俩大类。我们分别讨论一下俩类各有什么用电器。按照用途可以分为照明、加热、通信、测量、报警等等。途可以分为照明、加热、通信、测量、报警等等。1、以电流来说，方向和大小始终不变的叫做直流
2、电；方向和、以电流来说，方向和大小始终不变的叫做直流电；方向和大小周期性变化的叫交流电。生活中有哪些属于直流电和交流大小周期性变化的叫交流电。生活中有哪些属于直流电和交流电？（示波器演示）电？（示波器演示）2、一般的，利用电能工作的电路电流和、一般的，利用电能工作的电路电流和电压比较大，叫强电；利用电信号的电流和电压比较小，叫弱电压比较大，叫强电；利用电信号的电流和电压比较小，叫弱电；在工业和远距离输电时往往用到高压电。电；在工业和远距离输电时往往用到高压电。3、电信号连续、电信号连续变化的叫模拟电路；不连续变化的叫数字电路。（用示波器演变化的叫模拟电路；不连续变化的叫数字电路。（用示波器演示
3、，并出示相应的集成电路）示，并出示相应的集成电路）4、直流电、交流电、强电、弱、直流电、交流电、强电、弱电、高压电、数字电路和模拟电路往往有不同的用途，谁能举电、高压电、数字电路和模拟电路往往有不同的用途，谁能举几个例子？几个例子？电池电池直流电；市电直流电；市电交流电。交流电。直流直流充电、电镀；充电、电镀；交流交流日光灯照明、高炉炼铁；日光灯照明、高炉炼铁；强电强电利用电能；弱利用电能；弱电电利用电信号；高压电利用电信号；高压电远距离输电。远距离输电。模拟模拟传统传统电路；数字电路；数字现代通信、计算机。现代通信、计算机。不同的电信号之间可以相互转化：充电器、稳压电路不同的电信号之间可以相
4、互转化：充电器、稳压电路交变直；交变直；振荡电路振荡电路直变交；变压器直变交；变压器改变电压（交流）；分压电改变电压（交流）；分压电路路改变电压（直流）；模数转换（改变电压（直流）；模数转换（AD）模变数；数模模变数；数模转换（转换（DA）数变模；数变模；1904-电子管，在真空中对电子流控制电子管，在真空中对电子流控制1944-第一台电子计算机第一台电子计算机 英国英国-科洛萨斯科洛萨斯1947-第一个晶体管第一个晶体管-半导体时代半导体时代第一台电子计算机第一台电子计算机 1944年年“科洛萨斯科洛萨斯”计算机呈长方体状，长计算机呈长方体状，长49米，宽米，宽18米，高米，高 23米，重约
5、米，重约4吨。它的主体结构是两排机架，上面安装了吨。它的主体结构是两排机架，上面安装了2500个大小形状如同电灯泡的个大小形状如同电灯泡的电子管。它利用打孔纸带输入信息，由自动打字机输出运算结果，每秒可电子管。它利用打孔纸带输入信息，由自动打字机输出运算结果，每秒可处理处理5000个字符。它的耗电量为个字符。它的耗电量为4500瓦。瓦。IBM推出的推出的286电脑，中国计算机发展公司电脑，中国计算机发展公司(长城长城电脑前身电脑前身)于于1986年推出了国内第一台微型计算年推出了国内第一台微型计算机机.自从自从1904年年,世界上第一个电子管发明以来世界上第一个电子管发明以来,人类历史就进入了
6、一个以电子人类历史就进入了一个以电子技术发展为标志的历史时代技术发展为标志的历史时代.1947年晶体管诞年晶体管诞 标志着人类历史开始进入了标志着人类历史开始进入了半导体时代半导体时代;七十年代集成电路诞生七十年代集成电路诞生-微电子时代微电子时代;八十年代微处理器诞生八十年代微处理器诞生-进入了数字技术时代进入了数字技术时代;九十年代九十年代PC个人电脑诞生个人电脑诞生-数字化时代数字化时代;二十世纪第二十世纪第五代微处理器互联网诞生五代微处理器互联网诞生-进入了电子智能化与信息化时代进入了电子智能化与信息化时代.世界上每一次电子技术的进步都会牵动着我国人民的心世界上每一次电子技术的进步都会
7、牵动着我国人民的心,但由于国家技术但由于国家技术太落后太落后,新中国成立以闭关自守新中国成立以闭关自守,被西方进行技术封锁被西方进行技术封锁,很少与外界接触和交很少与外界接触和交流流,国外电子技术开始飞速发展的七十年代国外电子技术开始飞速发展的七十年代,我国正在进行文化大革命我国正在进行文化大革命,使得使得电子技术发展几乎停滞不前电子技术发展几乎停滞不前.(1-8)1.1.1 1.1.1 半导体半导体导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属一般都是，金属一般都是导体，如铁、铜、铝等。导体，如铁、铜、铝等。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质
8、几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡皮、陶瓷、，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。塑料和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等半导体半导体的导电机理不同于其它物质，其特点：的导电机理不同于其它物质，其特点：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。往纯净半导体中掺入某些杂质，会使其导电能力明显改变。往纯净半导体中掺入某些杂质，会使其导电能力明显改变。1.1 1.1 半导体的导电特性半导
9、体的导电特性(1-9)1.1.2 1.1.2 本征半导体本征半导体GeSi绝对零度以下，本征半导体中无活跃载流子，不导电绝对零度以下，本征半导体中无活跃载流子，不导电常用的半导体是硅和锗，外层电子（价电子）均常用的半导体是硅和锗，外层电子（价电子）均4个。个。本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体。形成共价键后，最外层电子是形成共价键后，最外层电子是8个，构成稳定结构个，构成稳定结构+4+4+4+4共价键结构共价键结构束缚电子束缚电子(1-10)1.1.3 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体在本征半导体中掺入某
10、些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。载流子浓度大大增加。P 型半导体：型半导体：在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼(或或 铟铟)而形成，而形成，也称为（空穴半导体）。也称为（空穴半导体）。N 型半导体：型半导体：在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑）在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑）而形成。而形成。也称为（电子半导体）。也称为（电子半导体）。+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子N 型半导体中的型半导体中的载流子是什么？载流子是什
11、么？自由电子自由电子为为多数载流子（多子）多数载流子（多子）空穴称为少数载流子（少子）空穴称为少数载流子（少子）自由电子自由电子为为多子多子空穴是多子空穴是多子 多子和少子的移动都能形成电流。起导电作用的主要多子和少子的移动都能形成电流。起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等是多子。近似认为多子与杂质浓度相等(1-11)P型半导体型半导体N型半导体型半导体扩散运动扩散运动内电场内电场E漂移运动漂移运动扩散使空间电扩散使空间电荷区逐渐加宽荷区逐渐加宽内电场越强，漂移运动内电场越强，漂移运动越强，漂移使空间电荷越强，漂移使空间电荷区变薄。区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称
12、耗尽层。PN 结的形成结的形成+扩散和漂移运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变1.2 1.2 PN 结结(1-12)PN结的单向导电性结的单向导电性 PN 结结外加正向电压外加正向电压：P 区接正、区接正、N 区接负电压区接负电压 PN 结结加上反向电压加上反向电压：P区加负、区加负、N 区加正电压区加正电压PNPN内电场内电场外电场外电场变薄变薄结论：结论：P N 结导通结导通外电场外电场变厚变厚结论：结论：P N 结截止结截止内电场内电场(1-13)1.3.1 基本结构基本结构PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极
13、管。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型PN二极管电路符号二极管电路符号1.3PN1.3.2 伏安特性伏安特性UI死区电压 硅管0.5V,锗管0.1V导通压降:硅管约0.7V锗管约0.3V反向击穿电压URVD1.3 1.3 半导体二极管及其仿真分析半导体二极管及其仿真分析(1-14)1.3.3 主要参数主要参数1.最大整流电流最大整流电流 IFM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流2.最大最大反向工作电压反向工作电压URM 指管子运行时允许承受的最大反向电压，指管子运行时允许承受的最大反
14、向电压，是反向击穿是反向击穿电压电压UBR的一半。的一半。3.反向电流反向电流 IR 指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。其值越小越指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。其值越小越好。温度越高反向电流越大。硅管的较小，锗管的要比硅管大好。温度越高反向电流越大。硅管的较小，锗管的要比硅管大几十到几百倍。几十到几百倍。以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。1.3(1-15)4.直流电阻直流电阻 RDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二极
15、管特性曲线上工作点是二极管特性曲线上工作点Q 附附近电压的变化与电流的变化之比：近电压的变化与电流的变化之比：DDDiur显然，显然，rD是对是对Q附近的微小变化区域内的电阻附近的微小变化区域内的电阻1.35.微变电阻微变电阻 rD二极管上电压与电流之比二极管上电压与电流之比正向几十欧正向几十欧-几千欧几千欧反向几十反向几十-几百千欧几百千欧(1-16)实际二极管：实际二极管：正向压降正向压降 0.7V(硅二极管硅二极管)理想二极管：理想二极管：正向压降正向压降=0 。分析时，常把二极管看成理想的。分析时，常把二极管看成理想的。RLuiuouiuott1.3.4 二极管的应用举例二极管的应用举
16、例二极管的应用举例二极管的应用举例1：二极管半波整流二极管半波整流应用举例应用举例(1-17)二极管的应用二极管的应用2tttuiuRuoRRLuiuRuo应用举例应用举例(1-18)习题习题1-2哪些二极管是导通的哪些二极管是导通的?VD截止截止VD导通导通VD导通导通 怎么来的？怎么来的？应用举例应用举例(1-19)习题习题1-3画出画出u0波形波形abcd应用举例应用举例(1-20)1.3.5 硅稳压二极管硅稳压二极管+符号符号稳压管是一种特殊的二极管，稳压管是一种特殊的二极管，它专门工作在反向工作区它专门工作在反向工作区 特性曲线特性曲线工作区工作区IUZUIZ曲线越陡，曲线越陡，电压
17、越稳定电压越稳定VS稳压二极管的参数稳压二极管的参数:（4）稳定电流稳定电流IZ、最大、最小稳定最大、最小稳定 电流电流Izmax、Izmin（5）最大允许功耗）最大允许功耗maxZZZMIUP（1）稳定电压稳定电压 UZ（2）电压温度系数电压温度系数 U（%/）稳压值受温度变化影响的的系数稳压值受温度变化影响的的系数（3）动态电阻）动态电阻ZZIUZrUZ1.3(1-21)稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例1.21、已知、已知ui=20V,UZ1=6V，求，求U0=？VZ1RiuiU0分析：分析：电流通路电流通路稳压管反向击穿稳压管反向击穿解：解：U0 =6V2、已知、已知 ui=20
18、V,UZ1=6V，UZ2=9V，求，求U0=？VZ1RuiVZ2u0答案：答案：u0=6+9=15 V(1-22)1.发光二极管（LED)1.3.6 1.3.6 其他类型二极管其他类型二极管LED 是是 Light Emitting Diode 的缩写的缩写与普通二极管一样与普通二极管一样 由由PN结构成结构成 也具有单向导电性。也具有单向导电性。由磷化镓（由磷化镓（GaP）等半导）等半导体材料制成，能直接将体材料制成，能直接将电能转变成光能的发光电能转变成光能的发光显示器件。显示器件。有正向电流流过时，发有正向电流流过时，发出一定波长范围的光。出一定波长范围的光。(1-23)2 光电二极管和
19、普通二极管一样，也由一个和普通二极管一样，也由一个PN结组成，结组成，具有单方向导电性。具有单方向导电性。IU照度增加照度增加1.2不同之处是光电二极管的外壳上有一个透不同之处是光电二极管的外壳上有一个透明的窗口以便接收光线照射，实现光电转明的窗口以便接收光线照射，实现光电转换。是在反向电压作用下工作的，没有光换。是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大，称为光电流。光照时，反向电流迅速增大，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可
20、以把化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。光信号转换成电信号，成为光电传感器件。在电路中通过它把光信号转换成电信号。在电路中通过它把光信号转换成电信号。反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。1.3.6 1.3.6 其他类型二极管其他类型二极管(1-24)1.4.1基本结构基本结构BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型1.4 1.4 半导体晶体管半导体晶体管1.4BECIBIEICBECIBIEIC符号符号(1-25)BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区
21、：较薄基区：较薄掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高集电结集电结发射结发射结1.4.1.基本结构基本结构1.4 1.4 半导体三极管半导体三极管1.4(1-26)NNPRBEB1.4.2 1.4.2 工作原理工作原理EC集电结反偏集电结反偏发射结正偏发射结正偏发射区电发射区电子不断向子不断向基区扩散，基区扩散，形成发射形成发射极电流极电流I IE EIE电子与基电子与基区空穴复区空穴复合形成合形成I IB BIB穿过集电穿过集电结形成结形成I IC CICECBIII三个极电流的关系为三个极电流的关系为IC与与IB之比称为电流放大倍数之比
22、称为电流放大倍数BCII要使三极管能放大电流，必须使要使三极管能放大电流，必须使 发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。(1-27)1）输入特性输入特性UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降：硅管硅管UBE 0.7V 锗管锗管UBE 0.3VUCE=0VUCE=0.5V 死区电压，死区电压，硅管硅管0.5V，锗管锗管0.1V。ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 实验线路实验线路1.4.3 1.4.3 特性曲线特性曲线1.4(1-28)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A（放大
23、区）（放大区）满足满足IC=IB当当UCE大于一定的大于一定的数值时，数值时，IC=IB2）输出输出特性特性1.41.4.3 1.4.3 特性曲线特性曲线(1-29)IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A饱和区饱和区截止区截止区放大放大区区有三个区有三个区输出特性三个区域的特点输出特性三个区域的特点:(1)放大区：放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：发射结正偏，集电结反偏。即：IC=IB (2)饱和区：饱和区：发射结正偏，集电结正偏。发射结正偏，集电结正偏。即：即：UCE UBE，IBIC，UCE 0.3V(3)截止区：截止区：UBE1M
24、,有的可达100M以上。3.输出电阻roro=几-几十。四、集成运放的主要参数3.13.最大共模输入电压UIcmax6.最大差模输入电压UIdmax7.-3dB带宽fH运放是直流放大器，也可放大低频信号，不适用于高频信号。Ri 大:几十k 几百 k1.理想运算放大器的概念KCMRR 很大 Ro 小：几十 几百 A o 很大:103 107 uoidRu+u-ii1.理想运算放大器的条件 Ri =KCMMRR=Ro=0Ao=uo2.电压传输特性uo实际传输特性理想传输特性线性区非线性区非线性区五、理想运算放大器及其重要结论3.12.理想运算放大器的两个重要结论五、理想运算放大器及其重要结论3.1
25、 虚短 虚断 uoidRu+u-iiuu0ii运算放大器不取用电流问题 13.2 3.2 典型差动放大电路典型差动放大电路增加R2、RE2 前后级Q点相互影响3.2.1 直接耦合电路的特殊问题解决办法？#设置合适Q点零点漂移问题 2解决办法？ui=0时，uo不等于零输入级采用差动放大电路uot0有时会将信号淹没)/(0CmVTAUUu零点漂移计算公式：一、结构特点：结构对称3.2.2 典型差动放大器典型差动放大器输入端 接法双端单端输出端 接法双端单端双端输入双端输出双端输入单端输出二、输入输出方式单端输入双端输出单端输入单端输出共有3种方式三、抑制零漂的原理uo=UC1-UC2 =0uo=(
26、UC1+uC1 )-(UC2+uC2)=0当 ui1=ui2=0 时：当温度变化时：共模输入信号：ui1=ui2=uC（大小相等，极性相同）理想情况：共模电压放大倍数：（很小，1)设uC1=UC1+uC1，uC2=UC2+uC2。因ui1=-ui2，uC1=-uC2 uo=uC1-uC2=uC1-uC2=2uC1 差模电压放大倍数：1212ioiioCuuuuuA+UCCidiciuuu2113.2.4 动态分析差模信号通路T1单边微变等效电路uod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib1RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E放大倍数111
27、iodduuA单边差模放大倍数:11111)(beBCbeBbCbdrRRrRiRiA21ddAAuod1RBB1EC1RCib1ui1rbe1ib121221121ddiididiododdAAuuAuAuuuA若差动电路带负载RL(接在 C1 与 C2 之间),对于差动信号而言，RL中点电位为 0,所以放大倍数：121)21(beBLCdddrRR/RAAA总差放倍数差模电压放大倍数:iodduuA RRuodui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2Ero=2RC ri ri ro)/(21BbeiRrRr输入电阻：输出电阻：2.输入输出电阻RRuoui
28、1+UCCRCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2uod1uod2E思考题：电路去掉RB能正常工作吗？RB的作用是什么？(二)共模输入RE对共模信号有抑制作用（原理静态分析，即由于RE的负反馈作用，使IE基本不变）。uC ic1、ic2 iRE、uRE+UCCuocRCT1RBRCT2RBREUEEuC uoc2 uoc1ic1 ic2iREuRE共模信号通路:uocRCT1RBRCT2RB2REuc1 uoc2 uoc1ic1 ic2uc22RE3.2.5 共模抑制比(CMRR)的定义例:Ad=-200 Ac=0.1 KCMRR=20 lg (-200)/0.1=66 dBCM
29、RR Common Mode Rejection Ratio KCMRR=KCMRR(dB)=(分贝)cdAAcdAAlog20电路结构:RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-UEE3.2.6 具有恒流源式差动放大电路静态分析：主要分析T3管VB3VE3 IE3 IC3恒流源T3:放大区 rce3 1M电路改进：加入温度补偿三极管T3（BC短接，相当于二极管）IE3温度 IE3 温度UBE3 UB3 IE3 结论：T3稳定IE3。RRuoui1RCT1RBRCT2RBib2ib1ic2ic1ui2E+UCCIC3R2T3R1R3-
30、UEET32144RRUUIBEEEEIE3 UBE3 Q变化1.恒流源相当于阻值很大的电阻。2.恒流源不影响差模放大倍数。3.恒流源影响共模放大倍数，减小共模放大倍数，从而增加共模抑制比，理想的恒流源相当于阻值为无穷的电阻，所以共模抑制比为无穷。恒流源的作用 3.3.1 概述什么是功率放大器 供给负载足够功率，控制它工作 一个能量转换器，直流电源能量 交流能量 通常处于设备末级打印机电动机小信号uo电子设备框图输入级中间级电压放大末前级小功率输出级功放级ui负载3.3 集成运放的输出级功率放大电路1.功放管放大电路的特点 1）大信号工作，极限运用 功放管的工作电流Ic接近于ICM 电压Uce
31、接近于U(BR)CEO，损耗功率Pc接近于PCM 损耗功率Pc接近于PCM 电流幅值最大时，处于临界饱合状态 2）功放管易损坏易失真 因工作电流和电压大 3）大信号工作，分析时采用图解法 3.3.1 概述2、对功放的基本要求1）在失真允许的范围内 输出功率 Po足够大2）尽可能高3）非线性失真要小4）充分考虑功放管的管耗和热保护，安全工作 3.3.1 概述1）按功放管的工作状态分 甲类功放 一个周期内功放管均导通（导电角为360度）乙类功放 一个周期内功放管导通半周（导电角为180度）甲乙类功放 一个周期内功放管导通半周多（稍大于180度）上述功放特点 甲乙类功放失真小，但效率较低乙类功放失真
32、较大，但效率高 3、功率放大器类型2）按工作频谱分低频功放 高频功放 宽带功放 脉冲功率放大器3）按 制做工艺分：分立件功放 集成功放4）按构成方式 ：分变压器耦合 OCL型 OTL型 3.3.1 概述3、功率放大器类型甲类甲乙类乙类电路组成 由性能相同，极性相反（称互补管）的两只功率管组成。双电源供电。数值相同、极性相异 对每只管而言构成射极输出器 无直流工作点呈乙类工作状态。3.3.2 互补对称功率放大电路+VCCuiuo+-+V1RLeV2B1B2-VCC一、无输出电容OCL型乙类功放二、工作原理 设输入信号ui=UimSimt(V)1ui=0时UBE=0V1、V2截止 uo=02ui到
33、来后 两只管轮流导通各半周 在负载RL上合成一个完整正弦波.每只电源仅工作半周3工作波形 uo=uce io=ic输出电压最大幅度 Uom=ucem=VccUCES3.3.2 互补对称功率放大电路三、参数计算 已知:Vcc RL 求:PO/PE/PC/理论根据：电工课中有关正弦功率计算知识 计算公式汇集 *最大不失真输出功率：Pom=(VccUCES)2/2RL *最大理想输出功率：POM=(Vcc)2/2RL “理想”是指UCES=0 *每只管集电极最大损耗功率：Pcm=0.2POM*每只管承受的最大反向电压：URM=2Vcc3.3.2 互补对称功率放大电路1、输出功率Po（负载上的）设uo
34、(uce)和io(ic)是正弦波 1）一般表达式：Po=(IomUom）/2=(Uom)2/2RL (因Iom=Uom/RL)注意 Iom=Icm Uom=Ucem 2）求Pom 因最大不失真输出幅度为：Uom=VccUCES 而 Po=(Uom)2/2RL 所以得 Pom=(VccUCES)2/2RL3）取 UCES0，代入上式得 POM=(Vcc)2/2RL4）测量输出功率方法 PO=(UOL)2/2RL3.3.2 互补对称功率放大电路2、直流电源供给功率PE 指两个电源供给的总功率 一般表达式：每个电源只工作半周，电流为iC，计算电源功率，应按iC平均值计算,PE=2VcciC(AV)=
35、Icm/所以，PE=2Vcc(Icm/)i i0 0s si im mt td dt t()2 21 1I Ic cm mA AV V)(C C3.3.2 互补对称功率放大电路直流电源供给的最大功率 PEM=(4/)POM证明：因 Icm=Uom/RLVcc/RL 代入PE一般式得 PE=2Vcc(Vcc/RL)=（4/）（Vcc）2/2RL POM=（Vcc）2/2RL 得证3效率（1）定义=Po/PDC（2）最大效率 MAX MAX=POM/PDCM=/4=78.5%4求每只晶体管上集电极损耗功率Pc 晶体管输出的交流功率Po是由直流电源供给的功率转换而来，这一过程中有一部分消耗在集电极上
36、，以热的形式损失掉，称为集电极损耗功率Pc(1)定义 Pc=(PDCPo)/2 (2)每只管集电极最大损耗功率PcmPcm=0.2POM3.3.2 互补对称功率放大电路3.4 集成运算放大器的线性应用1.反相输入比例运算电路2.同相输入比例运算电路2.同相输入比例运算电路（带R3）iFuRRu10iFuRRu)1(10iFuRRRRRu32310)1(3.4 集成运算放大器的线性应用其他电路可利用上面的结论，使用叠加原理自行分析3.4 集成运算放大器的线性应用3.5 集成运算放大器的非线性应用EDA仿真教学比较适用电子设计与仿真技术第2版中有本章全部的仿真实例袁宏 李忠波等著 机械工业出版社2
37、010.03第4章 反馈与振荡电路反馈与振荡电路第第4章章 反馈与振荡电路反馈与振荡电路 4.1 4.1 反馈的基本概念反馈的基本概念4.2 4.2 负反馈的电路的一般表达式负反馈的电路的一般表达式4.3 4.3 负反馈对放大电路的影响负反馈对放大电路的影响4.4 4.4 负反馈放大电路的近似估算负反馈放大电路的近似估算4.1 4.1 负反馈的基本概念负反馈的基本概念凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或凡是将放大电路输出端的信号（电压或电流）的一部分或全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为全部引回到输入端，与输入信号迭加，就称为反馈反馈。若引回的信号削弱了输入信号，就称为若引回
38、的信号削弱了输入信号，就称为负反馈负反馈。若引回的信号增强了输入信号，就称为若引回的信号增强了输入信号，就称为正反馈正反馈。这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正这里所说的信号一般是指交流信号，所以判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，负反馈，就要判断反馈信号与输入信号的相位关系，同相是同相是正反馈正反馈，反相是，反相是负反馈负反馈。放大器放大器输出输出输入输入取取+加强输入信号加强输入信号 正反馈正反馈 用于振荡器用于振荡器取取-削弱输入信号削弱输入信号 负反馈负反馈 用于放大器用于放大器开环开环闭环闭环负反馈的作用：负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；稳定静态工作
39、点；稳定放大倍数；提高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。提高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。反馈网络反馈网络叠加叠加反馈信反馈信号号实际被放大信号实际被放大信号反馈框图反馈框图4.1.2 4.1.2 反馈的类型反馈的类型一、电压反馈和电流反馈一、电压反馈和电流反馈电压反馈：电压反馈：反馈信号取自输出电压信号。反馈信号取自输出电压信号。电流反馈：电流反馈：反馈信号取自输出电流信号。反馈信号取自输出电流信号。根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。根据反馈所采样的信号不同，可以分为电压反馈和电流反馈。负负反反馈馈交流反馈交流反馈直流反馈直流反馈电压串联负反馈电压串联负反馈电压并
40、联负反馈电压并联负反馈电流串联负反馈电流串联负反馈电流并联负反馈电流并联负反馈稳定静态工作点稳定静态工作点据反馈量在输入端与输入比较形式，可分为串联反馈和并联反馈据反馈量在输入端与输入比较形式，可分为串联反馈和并联反馈串联反馈：串联反馈：反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较反馈信号与输入信号串联，即反馈电压信号与输入信号电压比较并联反馈：并联反馈：反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较反馈信号与输入信号并联，即反馈信号电流与输入信号电流比较串联反馈使电路的输入电阻增大串联反馈使电路的输入电阻增大并联反馈使电路的输入电阻减小并联反馈使电路的输入电阻减小二、串
41、联反馈和并联反馈二、串联反馈和并联反馈三、交流反馈与直流反馈三、交流反馈与直流反馈交流反馈：交流反馈：反馈只对交流信号起作用。反馈只对交流信号起作用。直流反馈：直流反馈：反馈只对直流起作用。反馈只对直流起作用。若反馈网络中若反馈网络中串接隔直电容串接隔直电容，则隔断直流，反馈只对交流起作用，则隔断直流，反馈只对交流起作用起反馈作用的电阻两端起反馈作用的电阻两端并联旁路电容并联旁路电容，可以使其只对直流起作用，可以使其只对直流起作用有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对有的反馈只对交流信号起作用；有的反馈只对直流信号起作用；有的反馈对交、直流信号均起作用。交、直流信号
42、均起作用。增加隔直电容增加隔直电容C后，后，Rf只对交流起反馈作用。只对交流起反馈作用。注：本电路中注：本电路中C1、C2也起到隔直作用。也起到隔直作用。+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2CEC3C2+ECuoui+T1T2RfRE1C 负反馈的分析方法负反馈的分析方法3.判别是串联反馈还是并联反馈判别是串联反馈还是并联反馈4.判别是电压反馈还是电流反馈判别是电压反馈还是电流反馈1.确定有无反馈确定有无反馈2.判别反馈极性判别反馈极性反馈类型的判断反馈类型的判断步骤：步骤：负反馈的判断方法负反馈的判断方法瞬时极性法瞬时极性法判断时在输入端也要反映出反馈信号与输入信号的比较关系。判断
43、时在输入端也要反映出反馈信号与输入信号的比较关系。如果是电压反馈，则要从输出电压的微小变化开始。如果是如果是电压反馈，则要从输出电压的微小变化开始。如果是 电电 流反馈，则要从输出电流的微小变化开始。流反馈，则要从输出电流的微小变化开始。假设输出端信号有一定极性的瞬时变化，依次经过反馈、比假设输出端信号有一定极性的瞬时变化，依次经过反馈、比较、放大后，再回到输出端，若输出信号与原输出信号的变化极较、放大后，再回到输出端，若输出信号与原输出信号的变化极性相反，则为负反馈。反之为正反馈。性相反，则为负反馈。反之为正反馈。电压反馈电压反馈一般从后级放大器的集电极采样一般从后级放大器的集电极采样电流反
44、馈电流反馈一般从后级放大器的发射极采样一般从后级放大器的发射极采样并联反馈并联反馈的反馈信号接于晶体管基极的反馈信号接于晶体管基极串联反馈串联反馈的反馈信号接于晶体管发射极的反馈信号接于晶体管发射极分分立立元元件件电流电压反电流电压反馈判别馈判别电压反馈电压反馈一般直接从运放的输出端采样一般直接从运放的输出端采样电流反馈电流反馈一般不直接从运放输出端采样一般不直接从运放输出端采样 串并联反馈串并联反馈判别判别并联反馈并联反馈反馈网络接在信号输入端反馈网络接在信号输入端串联反馈串联反馈反馈网络接在非信号输入端反馈网络接在非信号输入端集集成成电电路路电流电压反电流电压反馈判别馈判别 串并联反馈串并
45、联反馈判别判别反反 馈馈 类类 型型 的的 判判 别别例例1：判断：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态是否负反馈，若是，判断反馈的组态ufubeuc1ub2uc2+C1RB1RC1RB21RB22RC2RE2RE1CEC3C2+ECuoui+T1T2Rf此电路是电压串联负反馈此电路是电压串联负反馈例例2：判断：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态是否负反馈，若是，判断反馈的组态+UCCRCC2C1Rfuiuoiibif电压反馈电压反馈并联反馈并联反馈uoifib=i+ifuo电压并联负反馈，对直流亦有作用电压并联负反馈，对直流亦有作用例例3：判断：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的
46、组态是否负反馈，若是，判断反馈的组态电流反馈电流反馈并联反馈并联反馈iE2uFiFiBuC1uB2uC1uB2iB2iE2uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2例例4：判断：判断Rf是否负反馈，若是，判断反馈的组态是否负反馈，若是，判断反馈的组态电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。电流并联负反馈。对直流也起作用，可以稳定静态工作点。uouiiiBiFuFRE2RfRE1RC1RC2+UCCiE2uC1uB2例例5：判断如图电路中：判断如图电路中RE3的负反馈作用。的负反馈作用。+UCCT1T2T3RB1RC1RB2RC2RB3RC3RE3uiube1u
47、fie3ie3ufube1=uiufuc1uc2ib3ie3电流串联负反馈。电流串联负反馈。dooXXAofXXFfidXXX负反馈框图负反馈框图输出输出输入输入反馈反馈差值差值ioFXXA开环放大倍数开环放大倍数闭环放大倍数闭环放大倍数反馈系数反馈系数基本放大基本放大电路电路AodXoX反馈回路反馈回路 FfXiX+其中其中负反馈放大器的一般关系：负反馈放大器的一般关系：oodofdfoioFAFXXXXXXXXXA111FAAoo1反馈深度反馈深度当当 AoF 1时，时，FAF1结论：当结论：当 AoF 1 很大时，很大时，AF 只与反馈网络有关只与反馈网络有关 即负反即负反 馈可以稳定放
48、大倍数馈可以稳定放大倍数4.2 4.2 负反馈放大电路的一般表达式负反馈放大电路的一般表达式放大倍数的近似计算：放大倍数的近似计算：若若 （1+）R L rbe,则则AF 1因为因为uf=uo，所以，所以F=uf/uo=1（1）用公式：）用公式：LbeLuR)(rR)(A11（2）用反馈放大器）用反馈放大器进行计算：进行计算：FAF1AF=1/F 14.3 负反馈对放大电路的影响负反馈对放大电路的影响基本放大基本放大电路电路AodXoX反馈回电路反馈回电路FfX iX+dooXXAofXXFfidXXX反馈电路反馈电路基本方程基本方程负反馈使放大倍数下降。负反馈使放大倍数下降。引入负反馈使电路
49、的稳定性提高。引入负反馈使电路的稳定性提高。FAAAooF1FAAAdAAdoooFF11(2)FAAAooF1(1)(3)若若1FAo称为深度负反馈，此时称为深度负反馈，此时FAF1在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。在深度负反馈的情况下，放大倍数只与反馈网络有关。一、对放大倍数的影响一、对放大倍数的影响FAo1反馈深度反馈深度定义：定义：二、改善波形的失真二、改善波形的失真Aouiuo加反馈前加反馈前加反馈后加反馈后ufuiudAoF+改善改善uouo三、对输入、输出电阻的影响三、对输入、输出电阻的影响1.串联负反馈使电路的输入电阻增加：串联负反馈使电路的输入电阻增加：ioif
50、rFAr)1(2.并联负反馈使电路的输入电阻减小：并联负反馈使电路的输入电阻减小：)1(FArroiif例如例如:射极输出器射极输出器3.电压负反馈使电路的输出电阻减小：电压负反馈使电路的输出电阻减小：)1(FArrooof例如例如:射极输出器射极输出器4.电流负反馈使电路的输出电阻增加：电流负反馈使电路的输出电阻增加：ooofr)FA(r 1电压反馈能稳定输出电压电压反馈能稳定输出电压,电流反馈能稳定电流电流反馈能稳定电流四、对通频带的影响四、对通频带的影响引入负反馈使电路的通频带宽度增加：引入负反馈使电路的通频带宽度增加：oofBFAB)1(fABoAoAFBF1.串联负反馈使电路的输入电
