1、目 录n第一章 半导体器件基础 n第二章 放大电路分析基础 n第三章 放大电路的频率特性分析 n第四章 场效应管放大电路特性分析 n第五章 负反馈放大电路 n第六章 功率放大电路 n第七章 差动放大电路n第八章 运算放大器和电压比较器 n第九章 正弦波振荡器 n第十章 直流电源第一章 半导体器件基础n1.1 半导体及其特性n1.2 PN结及其特性n1.3 半导体二极管n1.4 半导体三极管及其工作原理n1.5 三极管的共射特性曲线及主要参数1.1 半导体及其特性 本征半导体及其特性 n定义：纯净的半导体经过一定的工艺过程制成单晶体，称为本征半导体。n晶体中的共价键具有很强的结合力，在常温下仅有
2、极少数的价电子受热激发得到足够的能量，挣脱共价键的束缚变成为自由电子。与此同时，在共价键中留下一个空穴。1.1 半导体及其特性n运载电流的粒子称为载流子。在本征半导体中，自由电子和空穴都是载流子，这是半导体导电的特殊性质。n半导体在受热激发下产生自由电子和空穴对的现象称为本征激发。n在一定温度下，本征半导体中载流子的浓度是一定的，并且自由电子与空穴的浓度相等。1.1 半导体及其特性杂质半导体及其特性杂质半导体及其特性n定义：掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。n根据掺入杂质元素的不同，可形成N（Negative）型半导体和P（Positive）型半导体。1.1 半导体及其特性N型半导体型半导体
3、：n在本征半导体中掺入少量的五价元素，如磷、砷和钨，使每一个五价元素取代一个四价元素在晶体中的位置，形成N型半导体。n由于五价元素很容易贡献出一个电子，称之为施主杂质。1.1 半导体及其特性n在N型半导体中，由于掺入了五价元素，自由电子的浓度大于空穴的浓度。半导体中导电以电子为主，故自由电子为多数流子，简称为多子；空穴为少数载流子，简称为少子。n由于杂质原子可以供电子，故称之为施主原子。该电路的低频源电压放大倍数ASL为运算放大器的组成和符号并且找到IBIBQ的那条输出特性曲线，该曲线与上述直线的交点就是静态工作点Q，其纵坐标值为ICQ，横坐标值为UCEQ，如图2-10(b)所示。在直流通路中
4、存在的反馈称为直流反馈。因此，在高频混合模型中引入了一个新参数gm，称为跨导。概括运放组成电路的分析要点如下。共射交流电流放大倍数若ui的峰值很大，三极管在交流信号正半周大于发射结的开启电压的时间间隔内导通，所以输出必然严重失真。该电路的静态工作点表达式当最佳负载时其效率为50。与直流负载线类似，交流负载线的斜率为1/RC/RL，同时，由于输入电压ui0时，三极管的集电极电流为IC=ICQ，C-E极间的管压降为UCE=UCEQ，所以交流负载线必过Q点。图4-2(c)给出了常见结型场效应管的输出特性曲线。在输出特性坐标系中，画出式(2)所确定的直线，它与横轴的交点为VCC，与纵轴的交点为VCC/
5、RC，斜率为-1/RC；在饱和区，rDS较大，在几十千欧左右。C与R的乘积愈大，输出愈平滑，输出电压的平均值也越大。1.1 半导体及其特性P型半导体：型半导体：n在本征半导体中掺入少量的三价元素，如硼、铝和铟，使之取代一个四价元素在晶体中的位置，形成P型半导体。n由于杂质原子中的空位吸收电子，故称之为受主杂质。n在P型半导体中，空穴为多子，自由电子为少子，主要靠空穴导电。1.2 PN结及其特性 PN结的原理结的原理n采用不同的掺杂工艺，将P型半导体与N型半导体制作在一起，使这两种杂质半导体在接触处保持晶格连续，在它们的交界面就形成PN结。1.2 PN结及其特性n在PN结中，由于P区的空穴浓度远
6、远高于N区，P区的空穴越过交界面向N区移动；同时N区的自由电子浓度也远远高于P区，N区的电子越过交界面向P区移动；在半导体物理中，将这种移动称作扩散运动 空穴P区N区负离子正离子自由电子图1-4a PN结载流子扩散运动1.2 PN结及其特性n扩散到P区的自由电子与空穴复合，而扩散到N区的空穴与自由电子复合，在PN结的交界面附近多子的浓度下降，P区出现负离子区，N区出现正离子区，它们是不能移动的，人们称此正负电荷区域为势垒区总的电位差称为势垒高度 P区N区势垒区图1-4b PN结势垒形成示意图图1-4c PN结势垒分布示意图势垒高度x01.2 PN结及其特性n在势垒区两侧半导体中的少数载流子，由
7、于杂乱无章的运动而进入势垒区时，势垒区的电场使这些少子作定向运动。少子在电场作用下的定向运动称作漂移运动。n在无外电场和无其它激发作用下，参与扩散运动的多子数目等于参与漂移运动的少子数目，从而达到动态平衡。1.2 PN结及其特性 PN结的导电特性nPN结外加正向电压时处于导通状态 nPN结外加反向电压时处于截止状态 图1-5 PN结加正向电压处于导通状态P区N区势垒区VRIP区N区势垒区图1-6 PN结加反向电压处于截止状态VRIS1.3 半导体二极管 n将PN结用外壳封装起来，并加上电极引线就构成了半导体二极管，简称二极管。由P区引出的电极为正极，由N区引出的电极为负极 n一般来说，有三种方
8、法来定量地分析一个电子器件的特性，即特性曲线图示法、解析式表示法和参数表示法 二极管符号1.3 半导体二极管二极管的特性曲线 在二极管加有反向电压，当电压值较小时，电流极小，其电流值为反向饱和电流IS。当反向电压超过超过某个值时，电流开始急剧增大，称之为反向击穿，称此电压为二极管的反向击穿电压，用符号UER表示。1.3 半导体二极管反向击穿按机理分为齐纳击穿和雪崩击穿两种情况。n在高掺杂浓度的情况下，因势垒区宽度很小，反向电压较大时，破坏了势垒区内共价键结构，使价电子脱离共价键束缚，产生电子空穴对，致使电流急剧增大，这种击穿称为齐纳击穿。n另一种击穿为雪崩击穿。当反向电压增加到较大数值时，外加
9、电场使少子漂移速度加快，从而与共价键中的价电子相碰撞，把价电子撞出共价键，产生新的电子空穴对。新产生的电子空穴被电场加速后又撞出其它价电子，载流子雪崩式地增加，致使电流急剧增加，这种击穿称为雪崩击穿。二极管特性的解析式 n理论分析得到二极管的伏安特性表达式为:式中IS为反向饱和电流，q为电子的电量，其值为1.60210-19库仑；k是为玻耳兹曼常数，其值为1.3810-23J/K；T为绝对温度，在常温（20C）相当于K293K n 令n则二极管的伏安特性表达式为：)1(kTquSeIimV26qkTUT)1(TUuSeIi二极管的等效电阻二极管的等效电阻n直流等效电阻也称静态等效电阻。如图1-
10、9所示，在二极管的两端加直流电压UQ、产生直流电流IQ，此时直流等效电阻RD定义为n交流等效电阻表示，在二极管直流工作点确定后，交流小信号作用于二极管所产生的交流电流与交流电压的关系。在直流工作点Q一定，在二极管加有交流电压u，产生交流电流i，交流等效电阻rD定义为QQDIURQQDiudidur二极管的等效电阻二极管的等效电阻n当二极管上的直流电压UD足够大时 n在常温情况下，二极管在直流工作点Q的交流等效电阻rD为)()mA()mV(26QQTDIIUrTQQUuSTQDUIeIUdudirT11图7-4 共模小信号交流通路关键在于两个PN结连接处的半导体晶体要保持连续性，并且中间的基区面
11、积很小且杂质浓度非常低；第一节 运算放大器概述因此，单限比较器抗干扰能力很差。令概括运放组成电路的分析要点如下。运算放大器采用高性能差动放大电路作为输入级。性和频率特性与前几章介绍的分析方法没有什么不同。三极管的电流放大表现为小的基极电流变化，引起较大的集电极电流变化。1 功率放大电路的特点与要求如此忽略IB对基极电压UB的影响，基极电压UB为当导通角丁0时，即功放管工作在（饱和/截止）开关状态，功率放大电路被称为丁类功放。极少部分与空穴复合，形成基极电流IB，由此可见IBIE。因此IBICIE。差模大信号放大特性分析二极管的等效电阻二极管的等效电阻n图1-9(a)中的Q点，称为二极管的直流工
12、作点，对应的直流电压UQ和直流电流IQ。当二极管的直流工作点Q确定后，直流等效电阻RD等于直线OQ斜率的倒数，RD值随工作点改变而发生变化 二极管的主要参数二极管的主要参数n器件的参数是用以说明器件特性的数据。为了描述二极管的性能，通常引用以下几个主要参数:(1)最大整流电流IM：IM是二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流，其值与PN结面积及外部散热条件等有关。在规定散热条件下，二极管正向平均电流若超过此值，则将因为PN结的温度过高而烧坏。(2)反向击穿电压UBR：UBR是二极管反向电流明显增大，超过某个规定值时的反向电压。(3)反向电流IS：IS是二极管未击穿时的反向饱和电流。IS愈小
13、，二极管的单向导电性愈好，IS对温度非常敏感。(4)最高工作频率fM：fM是二极管工作的上限频率。例例1-1 图10(a)是由理想二极管D组成的电路，理想二极管是指二极管的导通电压UD为0、反向击穿电压UBR为，设电路的输入电压ui如图10(b)所示，试画出输出uo的波形n解：解：由二极管的单向导电特性，输入信号正半周时二极管导通，负半周截止，故输出uo的波形如右图所示。稳压二极管稳压二极管n稳压二极管是一种硅材料制成的面接触型晶体二极管，简称稳压管。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内(或者说在一定的功率损耗范围内)，端电压几乎不变，表现出稳压特性，因而广泛用于稳压电源与限幅电路之中。稳压
14、管的伏安特性及符号稳压管的伏安特性及符号稳压二极管稳压二极管稳压管的主要参数稳压管的主要参数:n(1)稳定电压UZ：UZ是在规定电流下稳压管的反向击穿电压。n(2)稳定电流IZ：IZ是稳压管工作在稳压状态时的参考电流，电流低于此值时稳压效果变坏，甚至不稳压。n(3)最大稳定电流IZM|：稳压管的电流超过此值时，会因结温升过高而损坏。n(4)动态电阻rD：rD是稳压管工作在稳压区时，端电压变化量与其电流变化量之比。rD愈小，稳压管的稳压特性愈好。对于不同型号的管子，rD将不同，从几欧到几十欧。对于同一只管子来说，工作电流愈大，rD愈小。n例例 1-3 图13是由稳压二极管DZ组成的电路，其稳压值
15、为UZ。设电路的直流输入电压Ui，试讨论输出Uo的值。n解：解：由戴维南电源等效定理，图13等效的等效定理如右图所示，其中nn当 时，稳压管稳压，输出 ；当 时，稳压管截止，输出 。所以，时，输出 ；否则，。21212/RRRURRRUi、ZUU ZUU ZoUUUUoZiURRRU221ZoUUioURRRU2121.4 半导体三极管及其工作原理 三极管的结构及符号 三极管的结构及符号n发射区与基区间的PN结称为发射结（简称E结），基区与集电区间的PN结称为集电结（简称C结）。n半导体三极管并不是简单地将两个PN结背靠背地连接起来。关键在于两个PN结连接处的半导体晶体要保持连续性，并且中间的
16、基区面积很小且杂质浓度非常低；此外，发射区的掺杂浓度很高且面积比基区大得多，但比集电区小；集电区面积很大，掺杂浓度比基区高得多，但比发射区低得多。三极管的电流放大原理 n放大电路的组成放大电路的组成 n图所示的是由NPN型三极管组成的基本共射放大电路。ui为交流输入电压信号，它接入基极-发射极回路，称为输入回路；放大后的信号在集电极-发射极回路，称为输出回路。由于发射极是两个回路的公共端，故称该电路为共射放大电路。为了使三极管工作处在放大状态，在输入回路加基极直流电源VBB，在输出回路加集电极直流电源VCC，且VCC大于VBB，使发射结正向偏置、集电结反向偏置。nPNP型三极管组成的基本共射放
17、大电路如图1-17所示。比较图1-17和图1-16可以看到，为了使三极管工作处在放大状态，要求发射结正向偏置、集电结反向偏置，为此在图1-17中，在输入回路所加基极直流电源VBB及输出回路所加集电极直流电源VCC反向了，相应的直流电流IB、IC和IE也都反向了，这也是NPN型和PNP型三极管符号中发射极指示方向不同的含义所在。对于交流信号，这两种电路没有任何区别 三极管的电流放大原理n电流放大原理电流放大原理 n三极管的电流放大表现为小的基极电流变化，引起较大的集电极电流变化。n当交流输入电压信号ui 0时，直流电源VBB和VCC分别作用于放大电路的输入回路和输出回路，使发射结正向偏置、集电结
18、反向偏置。因为发射结加正向电压，并且大于发射结的开启电压，使发射结的势垒变窄，又因为发射区杂质浓度高，所以有大量自由电子因扩散运动源源不断地越过发射结到达基区，从而形成了发射极电流IE。n由于基区面积很小，且掺杂浓度很低，从发射区扩散到基区的电子中只有n极少部分与空穴复合，形成基极电流IB，由此可见IBIE。n绝大部分从发射区扩散到基区的电子在电源VCC的作用下，克服集电结的阻力，越过集电结到达集电区，形成集电极电流IC。因此IBICIE。n通过上面的分析得到，在输入回路中输入较小的电流IB，可以在输出回路得到较大的电流IC，也就是说电流放大了。n当交流输入ui 0为小信号时，因为此时交流信号
19、是叠加在直流上，如图1-18(b)所示，在输入回路产生直流电流IB与交流电流i B之和，由上面的分析，在输出回路得到直流电流IC与交流电流iC之和，同时交流电流i BIB（大10倍以上），三极管基极电压UB几乎不受基极电流IB的影响，UB可以认为是由Rb1和Rb2决定的。如此忽略IB对基极电压UB的影响，基极电压UB为CCbbbBVRRRU212三极管的直流模型及静态工作点的估算n利用三极管的直流模型，三极管发射极电压UE为n发射极电流IEQ为n基极电流IBQ为n三极管C-E间电压UCEQ为DBBEQBEUUUUUEDBEBEQBEQCQRUURUUII1EQBQIICCQEEQCCCEQRI
20、RIVUn例例2-1 在图2-20(a)所示的直接耦合放大电路中，三极管发射极的导通电压UD=0.7V、100、输出特性曲线如图2-20(b)，VCC=12V，Rb1=15.69k，Rb2=1k，RC=3k，试计算其工作点、画出直流负载线、标出工作点。解:画出该放大电路的直流通路如右图所示UCEQ=VCC/2，说明静态工作点比较合适。根据电路回路方程，直流负载线满足直线方程UCE=VCCICRC，当IC0时，UCE=VCC=12V，当UCE0时，ICVCC/RC=4mA，所以直流负载线及工作点Q如下图所示。三极管共射h参数等效模型 简化简化h参数等效模型及参数等效模型及rbe的表达式的表达式n
21、1.简化h参数等效模型2.rbe的表达式n当三极管处于放大状态时，在Q点附近，三极管的发射结可用一个电阻来等效，其等效结构如图(a)所示。n三极管的输入回路的等效电路如图(b)所示。EQTbbbeIUrr)1（动态参数分析动态参数分析n下面以图(a)所示阻容耦合共射放大电路为例，介绍利用h参数等效电路来分析放大电路的动态特性。n1.电压放大倍数Au uiiBrbe，uo-iB RC/RL n2.源电压放大倍数ASbeLCiourRRuuA/beLCbebSbebSiioSoSrRRrRRrRuuuuuuA/SbebSbebiurRRrRu/n3.输入电阻RinRi是从放大电路输入端看进去的等效
22、电阻 n4.输出电阻Ron首先令信号源电压uS0，在放大电路的输出端加电压uo，产生电流iC，由于输出端电压uo不能作用到输入回路，所以在输入回路中iB0，在输出回路中iB0，由此iCuo/RC。输出电阻Ro为bebbebBiirRrRiiuR/1111CCooRiuRn例2-5 如图(a)所示的基本阻容耦合放大电路，设三极管发射极的导通电压UD=0.7V、rbb=133、100，VCC=12V，RS=1.23k，Rb=377k，RC=2k，RL=2k，各电容值足够大，试(1)计算工作点、(2)计算电压放大倍数Au、源电压放大倍数AS、输入电阻Ri、输出电阻Ro。n解解:(1)画出该放大电路的
23、直流如右图所示。)uA(303777.012bDCCbBEQCCBQRUVRUVI)mA(330100BQCQIIV)(62312CCQCCCEQRIVUn(2)(k)1326100133CQTbbbeIUrr10012/2100/beLCurRRA50111100100/beSbebeLCbebSbebSrRrrRRrRRrRAk1/bebirRRk2CoRR2.4 共集放大电路 n电路组成静态特性分析静态特性分析n基极电流IBQ n发射极电流IEQ为n三极管C-E间电压UCEQ为EbDCCBQRRUVI)1(BQEQII)1(EEQCCCEQRIVU动态特性分析动态特性分析n1.电压放大倍
24、数 uo(1+)iB RE，uiiBrbe+uoiBrbe+(1+)iB RE 当(1+)RE rbe时，Au1，即uoui。电路无电压放大能力，但是输出电流iE远大于输入电流iB，所以电路仍有功率放大作用。EbeEiouRrRuuA)1()1(n2.输入电阻Rin3.输出电阻Ron共集放大电路输入电阻大、输出电阻小，因而从信号源索取的电流小而且带负载能力强，所以常用于多级放大电路的输入级和输出级)1(/(EbebiRrRR)1/(SbbeEoooRRrRiuRn例例2-7 在图2-27(a)所示电路中，VCC=12V，RS=1k，Rb=265k，RE=3k；三极管的导通电压UD=0.7V，r
25、bb=200，=99。试计算静态工作点、Au、Ri和Ro。解解:由式(2.32)(2.34)(uA)2031002657.012)1(EbDCCBQRRUVI(mA)220100)1(BQEQII(V)63212EEQCCCEQRIVU)(k5.1226100200)1(EQTbbbeIUrr995.031005.13100)1()1(EbeEiouRrRuuA)(k141)31005.1/(265)1(/(EbebiRrRR)(k25025.0/3)1001/2655.1/(3)1/(SbbeEoooRRrRiuR2.4 共基放大电路共基放大电路n电路组成：静态特性分析 n发射极电流IEQ为
26、n集电极电流ICQ为n基极电流IBQ为n三极管发射极电压UE为n三极管集电极电压UC为n三极管C-E间电压UCEQ为EQEQCQIIIEDEEEQRUVI1EQBQIIV7.0DEQUUCCQCCCQRIVUCCQCCEQCQCEQRIVUUU7.0 动态特性分析动态特性分析n1.电压放大倍数Aun2.输入电阻Rin3.输出电阻RoEbeCiouRrRuuA)1(1beEirRRCoRR 三种基本电路比较三种基本电路比较n共射电路既有放大电流能力，又有能放大电压能力；输入电阻在三种电路中居中，输出电阻较大，频带较窄。常作为低频电压放大电路的单元电路。n共集电路只能放大电流不能放大电压；在三种基
27、本电路中，输入电阻最大、输出电阻最小，并具有电压跟随的特点。常用于电压放大电路的输人级和输出级，在功率放大电路中也常采用射极输出的形式。n共基电路只能做电压放大，不能放大电流；输入电阻小，电压放大倍数和输出电阻与共射电路相当；频率特性是三种接法中最好的电路。常用于宽频带放大电路。第三章第三章 放大电路的频率特性分析放大电路的频率特性分析n第一节 频率特性分析基础n第二节 三极管的高频等效模型n第三节 三极管交流放大倍数的频率特性n第四节 单管放大电路的频率特性3.1 频率特性分析基础 低通电路n传递函数为RCjRUUjHCjCjio11)(11n定义电路的时间常数RC，令H1/，则n 的幅值和
28、相角可表示为RCfHH21212称fH为低通电路的上截止频率。HffjjfH11)(2211HffHHffarctan)(jfH高通电路 n传递函数为 n与低通电路相同，电路的时间常数RC，令L1/，则 RCjRCjRRUUjHCjio1)(1RCfLL21212称fL为高通电路的下截止频率。LLffjffjjfH1)(221LLffffH)(jfH的幅值和相角可表示为Lffarctan90 对于放大电路，其上截止频率fH与下截止频率fL之差即是它的通频带Bw，即LHwffB波特图波特图n在研究电路的频率特性时，采用对数坐标系画出电路的幅频特性曲线和相频特性曲线，称之为波特图。1.低通电路频率
29、特性的波特图n对低通电路的幅频特性表达式取以10为底的对数得到：(dB)1lg20lg2022HffHn2.高通电路频率特性的波特图n对于高通电路，对数幅频特性和对数相频特性的表达式为：221lg20lg20lg20LLffffHLffarctan90 3.2三极管的高频等效模型三极管的高频等效模型三极管的PN结电容效应及其等效高频结构 nPN结的势垒区，对PN结以外的电路来说，等效为电容，称之为势垒电容。n当PN结处于正向偏置时，PN结两边半导体内的多子扩散作用加强，即从P区扩散到N区的空穴和从N区扩散到P区的电子数量增多。此时，在P区和N区内将形成一定数量的瞬间空穴电子对（如图3-5所示）
30、，空穴电子对的数量与外加正向电压成正比。PN结的这种特性对于外电路来说，也等效为电容，称之为扩散电容。nPN结的等效电容特性在外加信号频率较低时，作用甚微，因此忽略。但在分析电路的高频特性时，不容忽视。三极管的PN结电容效应及其等效高频结构PN结电容效应三极管高频等效结构 共射混合共射混合 模型模型EQTCQTebIUIUr)1(00n由半导体物理的理论，三极管的受控电流iC与发射结电压ube成线性关系，且与信号频率无关。因此，在高频混合模型中引入了一个新参数gm，称为跨导。gm是一个常量，表明ube对iC的控制关系，iCgmube。TEQTCQebmUIUIrg0简化单向化混合模型 cbLm
31、MCRgC)1(将电容Cbc等效到输入和输出回路 因为电容Cbc的容值很小，忽略在输出回路的作用，得到三极管简化的单向化混合模型 CM被称为密勒电容。3.3 三极管交流放大倍数三极管交流放大倍数 的频率特性的频率特性n在高频段，当信号频率变化时iC与iB的关系也随之变化，即交流电流放大倍数不再是常量，而是频率的函数。ebebcbebebmcbebebebebmuBCrCjrCCjrgCCjruugjijijo1)(1)(1)()()(00（CCbeCbc）ebcbebebrCCrCf)(2121定义（上）截止频率：ffjjf1)(0(jf)对数幅频特性和对数相频特性分别为2201lg20lg2
32、0)(lg20ffjfffarctann定义fT是|(jf)|1时所对应的频率，fT即为三极管的特征频率。n令式(3.28)中|(jf)|1（0dB），则n考虑到0的平方远远大于1，得到三极管特征频率fT的表达式为12022ffT)(2)(200cbebmebcbebTCCgrCCff3.4 单管放大电路的频率特性 n 中频源电压放大倍数n在3-14(b)所示的中频混合等效电路中，输入电阻RiRb/(rbb+rbe)Rb/rbe，从而该电路的中频源电压放大倍数ASM为CmbeebiSieboiebSiSoSMRgrrRRRuuuuuuuuA低频段频率特性 n该电路的低频源电压放大倍数ASL为C
33、mbeebiSieboiebSiSoSLRgrrRCjRRuuuuuuuuA1n对上式整理得到n上式是一个高通特性表达式，所以下截止频率fL为n该放大电路的低频源电压放大倍数ASL为 CRRjCRRjACRRjCRRjRgrrRRRjAiSiSSMiSiSCmbeebiSiSL)(1)()(1)()(CRRfiSL)(21LLSMSLffjffjAjfA1)(n相应的对数幅频特性及相频特性的表达式为221lg20lg20lg20)(lg20LLSMSLffffAjfALLffffarctan270arctan90180 高频段频率特性 CRjAjASMSH11)(上截止频率fH为 CRfH21
34、HSMSHffjAjfA11)(所以n相应的对数幅频特性及相频特性的表达式为221lg20lg20)(lg20HSMSHffAjfAHffarctan180 全频段频率特性)1)(1(1111)(HLSMHLLSMSffjffjAffjffjffjAjfA放大电路的增益带宽积放大电路的增益带宽积n具有一阶低通和一阶高通特性的放大电路的对数幅频特性如图所示。n该放大电路在中频增益为A0时，对应的上下截止频率和通频带分别为fH0、fL0和BW0。如果把增益降低，通频带加宽。设在中频增益为A1时，对应的上下截止频率和通频带分别为fH1、fL1和BW1。放大电路的增益与带宽满足一定的关系。n在图中，由
35、直角三角形abc的边角关系得到 n整理后得到nfT0为放大电路的0dB带宽（|A|1）20lglg|lg20|lg200110HHffAA01100|THHffAfAn同样在下截止频率时 n一般情况下，放大电路的下截止频率很低（只有几赫兹到几十赫兹），尤其是直接耦合放大电路，下截止频率为0，为此放大电路的通频带近似为0011|LLfAAfHLHWfffB01100|TWWfBABA所以：第四章 场效应管放大电路特性分析 n第一节 场效应管特性 n第二节 场效应管的工作点设置及静态特性分析 n第三节 场效应管的动态特性分析 4.1 场效应管特性 结型场效应管符号及特性 1.符号 结型场效应管有N
36、沟道型和P沟道型之分，与晶体三极管的NPN型和PNP型类似，其符号分别如图4-1(a)和(b)所示。三个极分别称为栅极，用符号G（Grid）表示；漏极，用符号D（Drain）表示；源极，用符号S（Source）表示。2.转移特性 为了使场效应管正常工 作，需要在场效应管栅源极之间加电压UGS(直流和交流)和在漏源极之间加电压UDS(直流和交流)n由于场效应管的输入电阻非常大，认为栅极电流IG0。漏极电流ID受栅源极间电压UGS控制，在UGS0时，ID最大，随着UGS的减小（负压），ID减小。理论分析表明，当漏源极间电压UGS足够大时，漏极电流ID与栅源极间电压UGS呈平方关系ID=IDSO(1
37、-UGS/UGS(off)2 其中IDSO为UGS0时的漏极电流，UGS(off)称为夹断电压。图(b)给出了常见结型N沟道型场效应管的转移特性曲线。n3.输出特性n图4-2(c)给出了常见结型场效应管的输出特性曲线。在输出特性曲线中，分为不饱和区、饱和区和击穿区。在不饱和区，漏源极间电压UDS较小，此时漏极电流ID随着UDS的增加近似线性增加。在饱和区，漏源极间电压UDS足够大，此时漏极电流ID随着UDS的增加而增加甚微，ID主要受栅源极间电压UGS控制，它们之间呈平方关系。当UDS很大时，出现击穿区，ID随着UDS的增加而迅猛增加。结型场效应管主要参数结型场效应管主要参数n1.直流参数直流
38、参数n结型场效应管的直流参数主要有：n(1)栅源（交流）短路电流IDSO：结型场效应管在饱和区、UGS0时的漏极电流，它实际上是漏极电流ID的最大值。n(2)夹断电压UGS(off)：在饱和区结型场效应管的漏极电流ID0（通常规定ID50uA）所对应的栅源间的电压值。n(3)栅源间电阻RGS：漏源极短路时，栅源极在一定条件下的等效电阻，RGS可达十几兆欧。n2.小信号交流参数小信号交流参数n结型场效应管的小信号交流参数主要有：n(1)正向跨导gm：在饱和区，固定漏极电压，漏极电流iD的变化量与栅源极间电压uGS的变化量之比，即 。gm的大小表明了栅极电压对漏极电流的控制能力。CDSuGSdmu
39、ig|正向跨导gm可表示为)()()(2)1(2offGSDDSOoffGSGSoffGSDSOmUiIUuUIg(2)漏源等效电阻rDS：固定栅源极间电压，漏源极间的等效电阻。在不饱和区，rDS较小，在百欧的量级。在饱和区，rDS较大，在几十千欧左右。绝缘栅场效应管符号及特性 图4-3 绝缘栅场效应管符号GSDGSDGSDGSDN沟道增强型N沟道耗尽型P沟道增强型P沟道耗尽型1.符号符号 绝缘栅场效应管，简称MOS场效应管（MOS：Metal Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体），由于工艺和材料上的区别，有四种不同的类型：N沟道增强型和耗尽型、P沟道增强型和耗尽型，其符
40、号分别如图4-3所示。2.转移特性转移特性与结型场效应管类似，为了使场效应管正常工作，需要在绝缘栅场效应管栅源极之间加电压UGS和在漏源极之间加电压UDS，如图(a)所示。3.输出特性输出特性图(c)给出了常见绝缘栅N沟道增强型场效应管的输出特性曲线。与结型场效应管的输出特性曲线没有多大区别。绝缘栅场效应管符号及特性绝缘栅效应管主要参数绝缘栅效应管主要参数1.直流参数直流参数n绝缘栅场效应管的直流参数主要有：n(1)栅源（交流）短路电流IDSX：结型场效应管在饱和区、UGSUGSX时的漏极电流。IDSX与结型场效应管的IDSO略有区别，IDSX不表示绝缘栅场效应管的漏极电流的最大值。n(2)开
41、启电压UGS(th)：与结型场效应管的夹断电压UGS(off)相同。n(3)栅源间电阻RGS：与结型场效应管相同。绝缘栅场效应管的RGS比结型场效应管的要大，绝缘栅的RGS可达几千兆欧。2.小信号交流参数小信号交流参数n绝缘栅场效应管的正向跨导gm与结型的相同。漏源等效电阻rDS与结型的相同。4.2 场效应管的工作点设置及静态特性分析 n共源放大电路 图4-6 共源放大电路图4-7 直流通路自生偏置电路自生偏置电路n由于结型和绝缘栅增强型场效应管可以工作在栅源极间电压UGS为负压状态，放大电路可以自生偏置电压。)SDDQDDDSQRRIVU（4.3 场效应管的动态特性分析 在小信号时，有了场效
42、应管的等效模型，分析场效应管放大电路的动态特性和频率特性与前几章介绍的分析方法没有什么不同。第五章 负反馈放大电路 n第一节 反馈基本概念及判断方法n第二节 负反馈放大电路的特性分析 n第三节 负反馈对放大电路性能的影响 5.1 反馈基本概念及判断方法n基本概念 n1.反馈的概念n反馈，也称回授，是指在一个系统中，系统的输出量的部分或全部回送到输入端，用于调整输入量，改变系统的运行状态的过程。n引入反馈的放大电路，称为反馈放大电路。n引入反馈的放大电路所对应的放大倍数称为闭环放大倍数，或闭环增益。没有引入反馈的放大电路所对应的放大倍数称为开环放大倍数，或开环增益。图5-1 反馈放大电路组成n2
43、.反馈放大电路中的正、负反馈n在反馈放大电路中，如果反馈量Xf使基本放大电路的净输入量Xid在输入量Xi的基础上增大，即XidXiXf，称电路中的反馈为正反馈，同时称反馈放大电路为正反馈放大电路；反之，反馈量Xf使净输入量Xid在输入量Xi的基础上减小，即XidXiXf，称电路中的反馈为负反馈，同时称反馈放大电路为负反馈放大电路。n3.反馈放大电路中的直流反馈和交流反馈n在直流通路中存在的反馈称为直流反馈。在交流通路中存在的反馈称为交流反馈。负反馈放大电路的四种组态 n输入量ii、净输入量iB和反馈量if所对应的三个支路是并联关系，称为（输入）并联反馈。n输入量ui、净输入量uBE和反馈量uf
44、所对应的三个支路是串联关系，称为（输入）串联反馈。n反馈量是随着输出电压变化而改变的，输出量是电压uo，称为（输出）电压反馈。n反馈量是随着输出电流变化而改变的，输出量是电流iE（或iC），称为（输出）电流反馈。n因此，在负反馈放大电路中，有四种组态（组合状态）：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈、电流并联负反馈。四种组态的判断四种组态的判断1.输入回路形式的判断输入回路形式的判断n反馈放大电路在输入回路的形式并联或串联的判断较为简单，主要看反馈量对应的支路与输入量和净输入量所对应的支路的关系是并联还是串联。2.输出回路形式的判断输出回路形式的判断n反馈放大电路在输出回路的形式电压
45、或电流的判断，要看何种输出量（电压还是电流）直接影响反馈量。在电压反馈电路中，因为反馈量是随着输出电压uo变化而变化的，所以，若输出电压uo0，则反馈量与输出无关，即反馈消失。n因此，负反馈放大电路在输出回路的形式电压或电流的判断方法为：令反馈放大电路的输出电压uo为零，若反馈消失（反馈量与输出无关），则说明电路中引入了电压反馈；若反馈依然存在，则说明电路中引入了电流反馈。n例如在图5-2(b)中，令输出电压uo0，反馈量ifuBE/Rf，与输出无关，是电压反馈；在图5-4(c)）中，令输出电压uo0，输出电流iE（或iC）亦然存在，反馈量ufiERf不变，是电流反馈。正、负反馈的判断 n在分
46、析反馈放大电路的动态特性过程中，比较直观和不容易出错的方法是首先画出交流通路，在交流通路的基础上判断放大电路的反馈组态，根据组态选择输入量、净输入量以及反馈量的形式是电压还是电流，然后进行正、负反馈的判断。1.输入量、净输入量和反馈量的选择n在决定了反馈放大电路的组态组态基础上，选择输入量、净输入量和反馈量形式的原则是：并联反馈选择电流、串联反馈选择电压。2.正、负反馈的判断n判断正、负反馈的基本方法是：在放大电路的交流通路中，规定输入量瞬间对地的极性，并以此为依据，逐级判断各相关点电流的方向和电位的极性，得到输出量的极性；然后根据输出量的极性判断出反馈量的极性；若反馈量使净输入量增大，则为正
47、反馈；若反馈量使净输入量减小，则为负反馈。集成放大电路的反馈集成放大电路的反馈图5-11 电流串联负反馈电路图5-10 电压串联负反馈电路图5-12 电流并联负反馈电路图5-13 电压串联正反馈电路5.2 负反馈放大电路的特性分析负反馈放大电路的特性分析n负反馈放大电路的基本表达形式 n当AF+11时，称电路为深度负反馈放大电路。n在深度负反馈放大电路中，由式(5.6)得到 n上式表明，在深度负反馈放大电路中，可以认为放大倍数Af仅取决于电路的反馈系数F。由于在深度负反馈放大电路中，与式(5.4)比较发现，此时XiXf，在负反馈放大电路中，净输入量等于输入量与输出量之差,得到Xid0。也就是说
48、，在深度负反馈放大电路中，净输入量远远小于输入量或反馈量，可以认为净输入量等于0，这就是在之后分析深度负反馈放大电路（包括引入负反馈的集成放大电路）过程中，引入虚短路和虚开路概念的基础。FAFAA1f电压串联负反馈放大电路的特性电压串联负反馈放大电路的特性n1.基本形式基本形式n电压串联负反馈放大电路的基本形式如图5-15所示，净输入量、输入量与反馈量分别是uid、ui和uf，基本放大电路的放大倍数为Auuo/uid、反馈系数为Fuuf/uo。在深度负反馈时，电压串联负反馈放大电路的电压放大倍数Auf为n2.输入电阻图输入电阻图如图5-16所示，基本放大电路的输入电阻Riuid/ii，整个电路
49、的输入电阻为 iuuiuuiuuidiRFAiuFAiuFAuR)1()1(ididf图5-16 电压串联负反馈放大电路输入电阻 uioFuuA1uf图5-15 电压串联负反馈放大电路基本形式(5.8)(5.9)n3.输出电阻n一般情况，由于反馈网络所引起的电流i远远小于电流io，可以忽略。电流io为n整个电路的输出电阻Rof为 n上式表明引人电压负反馈后输出电阻仅为其基本放大电路输出电阻的(1+AuFu)分之一，1+AuFu，Rof0，因此深度电压负反馈电路的输出可近似认为恒压源。oouuouuoouuoRuFARuFAuRuFAui)1()()(ooouuooFARiuR1oof(5.10
50、)电流并联负反馈放大电路的特性 电压并联负反馈放大电路的特性电流串联负反馈放大电路的特性5.3 负反馈对放大电路性能的影响 对输入回路的影响 1.对信号源的要求 并联负反馈适合信号源为恒流源或近似恒流源。串联负反馈适合信号源为恒压源或近似恒压源。2.对输入电阻的影响串联负反馈电路输入电阻的表达式为 并联负反馈放大电路，输入电阻Rif的表达式为 iiRAFR)1(fAFRRii1f对输出回路的影响 1.对输出量的影响n在电压负反馈放大电路中，电压负反馈使电路的输出电压更加稳定。n在电流负反馈放大电路中，电流负反馈使电路的输出电流更加稳定。2.对输出电阻的影响n电压负反馈电路输出电阻的近似表达式为
