硬件電路設(shè)計基礎(chǔ)知識

1、.硬件電子電路基礎(chǔ)關(guān)于本課程第一章 半導(dǎo)體器件§1-1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識§1-2 PN結(jié)§1-3 二極管§1-4 晶體三極管§1-5 場效應(yīng)管第二章 基本放大電路§2-1 晶體三極管基本放大電路§2-2 反饋放大器的基本概念§2-3 頻率特性的分析法§2-4 小信號選頻放大電路§2-5 場效應(yīng)管放大電路第三章 模擬集成電路§31 恒流源電路§32 差動放大電路§33 集成運算放大電路§34 集成運放的應(yīng)用§35   限

2、幅器（二極管接于運放輸入電路中的限幅器）§36   模擬乘法器第四章 功率放大電路§41 功率放大電路的主要特點§42 乙類功率放大電路§43 丙類功率放大電路§44 丙類諧振倍頻電路第五章  正弦波振蕩器§51 反饋型正弦波振蕩器的工作原理§52 LC正弦波振蕩電路§53 LC振蕩器的頻率穩(wěn)定度§54 石英晶體振蕩器§55 RC正弦波振蕩器第六章  線性頻率變換  振幅調(diào)制、檢波、變頻§

3、;61  調(diào)幅波的基本特性§62  調(diào)幅電路§63  檢波電路§64  變頻第七章   非線性頻率變換 角度調(diào)制與解調(diào)       §71 概述       §72 調(diào)角信號分析       §73 調(diào)頻及調(diào)相信號的產(chǎn)生    &

4、#160;  §74 頻率解調(diào)的基本原理和方法第八章  反饋控制電路§81自動增益控制（AGC）§82 自動頻率控制（AFC）§83 自動相位控制（APC）PLL第一章 半導(dǎo)體器件§1-1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識§1-2 PN結(jié)§1-3 二極管§1-4 晶體三極管§1-5 場效應(yīng)管§1-1 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識一、什么是半導(dǎo)體 半導(dǎo)體就是導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。（導(dǎo)電能力即電導(dǎo)率）（如：硅Si 鍺Ge等4價元素以及化合物）二、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性 本征半導(dǎo)體純凈、晶體結(jié)構(gòu)

5、完整的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。 硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)。（略）1、半導(dǎo)體的導(dǎo)電率會在外界因素作用下發(fā)生變化· 摻雜管子· 溫度熱敏元件· 光照光敏元件等2、  半導(dǎo)體中的兩種載流子自由電子和空穴· 自由電子受束縛的電子 （）· 空穴   電子跳走以后留下的坑 （）三、雜質(zhì)半導(dǎo)體N型、P型 （前講）摻雜可以顯著地改變半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性，從而制造出雜質(zhì)半導(dǎo)體。· N型半導(dǎo)體（自由電子多） 摻雜為5價元素。如：磷；砷 P5價使自由電子大大增加 原理： Si4價 P與Si形成共價鍵后多余了一個電子。載流子組成：

6、o 本征激發(fā)的空穴和自由電子數(shù)量少。o 摻雜后由P提供的自由電子數(shù)量多。o 空 穴少子o 自由電子多子· P型半導(dǎo)體     （空穴多） 摻雜為3價元素。如：硼；鋁使空穴大大增加 原理： Si4價 B與Si形成共價鍵后多余了一個空穴。 B3價 載流子組成：o 本征激發(fā)的空穴和自由電子數(shù)量少。o 摻雜后由B提供的空 穴數(shù)量多。o 空 穴多子o 自由電子少子結(jié)論：N型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子為自由電子； P型半導(dǎo)體中的多數(shù)載流子為空穴。§1-2 PN結(jié)一、PN結(jié)的基本原理1、什么是PN結(jié) 將一塊P型半導(dǎo)體和一塊N型半導(dǎo)體緊密第結(jié)合在一起時，交

7、界面兩側(cè)的那部分區(qū)域。2、PN結(jié)的結(jié)構(gòu)分界面上的情況：P區(qū)：空穴多N區(qū)：自由電子多擴散運動：多的往少的那去，并被復(fù)合掉。留下了正、負(fù)離子。（正、負(fù)離子不能移動）留下了一個正、負(fù)離子區(qū)耗盡區(qū)。由正、負(fù)離子區(qū)形成了一個內(nèi)建電場（即勢壘高度）。方向：N-> P 大?。号c材料和溫度有關(guān)。（很小，約零點幾伏）漂移運動： 由于內(nèi)建電場的吸引，個別少數(shù)載流子受電場力的作用與多子運動方向相反作運動。結(jié)論：在沒有外加電壓的情況下，擴散電流和漂移電流的大小相等，方向相反?？傠娏鳛榱?。二、PN結(jié)的單向?qū)щ娞匦?、外加正向電壓時：（正偏）結(jié)論：勢壘高度¯ PN結(jié)寬度（耗盡區(qū)寬度）¯擴散電流&

8、#173;2、  外加反向電壓時： （反偏）結(jié)論： 勢壘高度­ PN結(jié)寬度（耗盡區(qū)寬度）­擴散電流（趨近于0）¯此時總電流反向飽和電流（漂移電流）：I5注：反向飽和電流I5只與溫度有關(guān)，與外加電壓無關(guān)?！綪N結(jié)的反向擊穿】： · 齊納擊穿：勢壘區(qū)窄，較高的反向電壓形成的內(nèi)建電場將價電子拉出共價鍵，導(dǎo)致反向電流劇增。< 4V · 雪崩擊穿：勢壘區(qū)寬，載流子穿過PN結(jié)時間長，速度高，將價電子從共價鍵中撞出來，撞出來的電子再去撞別的價電子，導(dǎo)致反向電流劇增。 >7V 當(dāng)反向電壓在4V和7V之間的時候，兩種擊穿均有。【PN結(jié)的電容

9、效應(yīng)】：· 勢壘電容：外加電壓變化引起勢壘區(qū)寬窄的變化引起。它與平行板電熱器在外加電壓作用下，電容極板上積累電荷情況相似。對外等效為非線性微變電容。（反偏減小，正偏增大）· 擴散電容：當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓時，由于擴散作用，從另一方向本方注入少子，少子注入后，將破壞半導(dǎo)體的電中性。為了維持電中性，將會有相同數(shù)量的異性載流子從外電路進(jìn)入半導(dǎo)體，在半導(dǎo)體中形成空穴電子對儲存。外電壓增量引起空穴電子對存儲就象電容充電一樣。PN結(jié)等效為：兩個擴散電容一個勢壘電容。（對外等效為三個容性電流相加。等效對外不對內(nèi)）反偏：擴散電流0，以勢壘電容為主。正偏：擴散電流很大，以擴散電容為主。

10、67;1-3 二極管一、構(gòu)成與符號二、伏安特性曲線 1.正向特性：正向電壓較小時，正向電流幾乎為0死區(qū)。當(dāng)正向電壓超過某一門限電壓時，二極管導(dǎo)通，電流隨電壓的增加成指數(shù)率的關(guān)系迅速增大。 門限電壓（導(dǎo)通電壓）UD ：硅管 0.5-0.7V 鍺管 0.1-0.2V 2反向特性： 當(dāng)外加電壓小于反向擊穿電壓時，反向電流幾乎不隨電壓變化。 當(dāng)外加電壓大于反向擊穿電壓 UB時，反向電流隨電壓急劇增大（擊穿）。 3伏安特性解析式 在理想條件下，PN結(jié)的伏安（電流與結(jié)電壓）關(guān)系式：呈指數(shù)關(guān)系 式中： q電子電荷量 K波爾茲曼常數(shù) T絕對溫度 0K(-273°C) 令： （室溫下 UT = 26m

11、V ） 伏安關(guān)系式簡化為：         當(dāng)電壓超過100mV時，公式可以簡化為：         加正向電壓時： 加反向電壓時： I = -IS4二極管的等效電阻從二極管的伏安特性曲線上可以看出：二極管是非線性元件，等效電阻的大小與Q點有關(guān)。     Ø直流電阻（靜態(tài)電阻）     Ø交流電阻例：用萬用表測電阻和二極管換不同檔測量電阻，結(jié)果一樣

12、嗎.特殊二極管：穩(wěn)壓二極管；變?nèi)荻O管；發(fā)光二極管；二極管應(yīng)用：1整流：略2穩(wěn)壓：穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路。P22 Fig 1-3-163限幅器：二極管限幅器。P24-26 串聯(lián)、并聯(lián)、雙向。 例：P52 12 §1-4 晶體三極管一、結(jié)構(gòu)及符號· b區(qū)極薄·  C結(jié)面積 > e結(jié) ·  e區(qū)攙雜濃度最大，b區(qū)攙雜濃度最低。     （不能將兩個二極管兌成一個三極管來用） 二、晶體管的四種工作狀態(tài)狀態(tài)發(fā)射結(jié)電壓集電結(jié)電壓放大正反截止反反飽和正正倒置反正三、放大狀態(tài)下晶體管中的電流 注：交流有效值大寫

13、小寫；交流值小寫小寫；瞬時值小寫大寫；靜態(tài)值 大寫大寫；*注意：實際電流的流向是與電子流的方向相反的。用很少量的IB來控制IC 。即三極管實際上是一個電流控制電流源-CCCS。 三個電極電流滿足：IE=IB+IC 工作在放大狀態(tài)下的NPN管一定為：IB 、IC流入，IE流出。 工作在放大區(qū)的條件：NPNUC > UB > UE；  PNPUC < UB < UE； 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 例：集成電路中沒有三極管，是用三極管的一個結(jié)來代替，用哪個結(jié).e結(jié)。（C結(jié)漏電流大）四、晶體管工作的三種組態(tài) 【共射】對電壓、電流都有放大倍數(shù)。  &#

14、160;    【共基】無電流放大倍數(shù)，有電壓放大倍數(shù)。 (IC »IE)【共集】無電壓放大倍數(shù)，有電流放大倍數(shù)。 (UBE»7.0V ）五、晶體三極管特性曲線 共射組態(tài)放大電路的特性曲線：· 輸入特性曲線(IB-UBE)UCEUBE為一個正偏的PN結(jié)，所以特性曲線和二極管的正向特性曲線相同。有：· 輸出特性曲線(IC-UCE)IB 因為三極管有三個電極，要想在二維坐標(biāo)系上表示出三個變量之間的關(guān)系。特性曲線就得是一族。有： 特點： 截止區(qū)： iB= 0； iC = 0 ; UCE = UCC； 放大區(qū)：iC受iB控制。 各條

15、曲線近似水平，iC和UCE的變化基本無關(guān)，呈近似恒流特性。 飽和區(qū)：iC不受iB控制。UCE0.3V六、晶體三極管的主要參數(shù)  1.電流放大系數(shù)· 直流電流放大系數(shù)· 交流短路電流放大系數(shù)· 共基極接法電流放大系數(shù)；  2.極限參數(shù)· 集電極最大允許電流ICOM：b下降至正常值時候的0.707倍所對應(yīng)的IC值。· 反向擊穿電壓BUCEO：當(dāng)基極開路時集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。· 集電極最大允許功耗PCM。  3.三極管的輸入電阻 · 共射電路的輸入電阻：BE結(jié)電阻：· 共基極輸

16、入電阻： §1-5 場效應(yīng)管場效應(yīng)管的特點：· 場效應(yīng)管只靠多子來導(dǎo)電。它是單極型晶體管。它只依靠一種載流子導(dǎo)電。· 三極管是靠多子、少子一起來導(dǎo)電的,又叫雙極型晶體管。它靠兩種載流子導(dǎo)電。· 場效應(yīng)管的導(dǎo)電途徑：溝道利用外加電場改變半導(dǎo)體體電阻來進(jìn)行工作。（電場效應(yīng)來工作。）· 輸入阻抗十分高。 場效應(yīng)管分類：結(jié)型場效應(yīng)管、絕緣柵型場效應(yīng)管。一、結(jié)型場效應(yīng)管  1結(jié)構(gòu)： N區(qū)為載流子的主要通道N溝道。   2.符號： N溝道 P溝道   3.工作原理： 靠UDG和USG使兩個PN結(jié)全部反偏，使

17、耗盡層加寬。依靠反偏電壓的強弱來控制耗盡層的寬窄，（即改變半導(dǎo)體的體電阻）達(dá)到控制電流的作用。VCCS 并且應(yīng)有 UD > US，才能收集電子。漏極D和源極S，可以互換著使用。要求柵極G一定要反偏。工作在放大狀態(tài)時要求有：       4.輸入特性： 柵極電流就是PN結(jié)的反向飽和電流。它幾乎不隨電壓變化。       5. 輸出特性曲線：以UGS 為參變量，描述ID和UDS之間的關(guān)系。 二、絕緣柵型場效應(yīng)管 1.結(jié)構(gòu)：（以N溝道為例）2. 符號：  增強型耗盡型N溝道&

18、#160; P溝道  場效應(yīng)管特性比較 P47 Tab 1-2 3.原理： Ø增強型：原始沒有導(dǎo)電溝道，靠外加電壓后形成反型層導(dǎo)電溝道。要求必須給柵極G加正向偏壓。有： UD > UG > USØ耗盡型：原來已經(jīng)有導(dǎo)電溝道存在（摻雜造成的），靠外加電壓使溝道中的載流子耗盡。所加?xùn)艠O電壓可正、可負(fù)。正：同增強型；負(fù)：同結(jié)型；第二章 基本放大電路§2-1 晶體三極管基本放大電路§2-2 反饋放大器的基本概念§2-3 頻率特性的分析法§2-4 小信號選頻放大電路§2-5 場效應(yīng)管放大電路§

19、21 晶體三極管基本放大電路一、放大器的組成1、放大電路的功能和主要研究問題· 什么是放大器：輸出信號能量>輸入信號能量的器件。（增大的能量是由電源提供的。）· 放大器的要求：1、能放大； 2、不失真；· 主要問題：產(chǎn)生失真的條件和如何減小失真；· 主要指標(biāo)是放大倍數(shù)：2、三種基本放大電路（三種組態(tài)） 三種組態(tài)：共射；共基；共集； 要實現(xiàn)放大作用：必須滿足發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。（NPN，PNP都是這樣）,即：NPNUC > UB > UE；PNPUC < UB < UE；3、基本共射放大電路 一般 RB >>

20、RC；RB幾百K，RC幾K二、放大級的圖解分析放大級的圖解分析法是利用晶體管的特性曲線通過作圖的方法來分析放大電路的基本性能。圖解分析法的特點是直觀。圖解分析法的步驟是： 1、先分析無輸入信號時的靜態(tài)特性。                   2、再分析有信號輸入時的動態(tài)特性。（一）、靜態(tài)特性1、任務(wù)：求解靜態(tài)工作點Q。（管子各極電流和各電極之間的電壓）2、靜態(tài)工作點Q的定義：未加交流信號的情況下，在固定直流偏壓作用

21、下，IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ也為一個固定的值。它們在曲線上對應(yīng)著一個固定的點Q點。3、在給定電路中求解靜態(tài)工作點Q （以共射電路為例）。*解釋：由于晶體管為非線性元件，它的輸出伏安關(guān)系符合它的輸出特性曲線。而晶體管所帶的負(fù)載是電阻，它是線性元件。伏安關(guān)系符合基爾霍夫定律，為一條直線。（我們將在放大器直流輸出回路中滿足電壓和電流關(guān)系的這一條直線稱為直流負(fù)載線。）那么放大電路既要滿足晶體管的非線性特性曲線，又要滿足負(fù)載電阻的直線，結(jié)論是只能將這兩種線畫在同一個坐標(biāo)系中，從中取它們的交點。這個交點Q點。圖解法可以直觀地反映出Q點改變對放大作用的影響。求解靜態(tài)工作點的步驟：· 列輸

22、入方程，求出IBQ：其中UBE0.6V· 列輸出方程，在ICUCE圖中畫出直流負(fù)載線。· UCE = UCC - ICRC· 根據(jù)公式： 分別取 當(dāng)IC0時：UCEUCC；o UCE0時：ICUCC / RC；將這兩點連上即得到直流負(fù)載線。· 從圖上找出交點靜態(tài)工作點Q在圖上對應(yīng)標(biāo)出IBQ、UCEQ （二）、動態(tài)特性分析 動態(tài)特性（在靜態(tài)特性求解完成的基礎(chǔ)上分析）電路工作在放大狀態(tài)條件下，外加交流電壓作用時，各個電極電壓、電流的變化情況。· 當(dāng)外加了交流電壓或電流信號時，由于管子和負(fù)載也還是要同時滿足它們各自的伏安關(guān)系曲線，所以工作點將會沿著負(fù)

23、載線上下移動。· 在有外加輸入信號作用時，輸出的信號為直流和交流的疊加。  1.作交流負(fù)載線 畫出輸出回路的交流通路。由于交流負(fù)載的改變，使得交流負(fù)載線為一條通過靜態(tài)工作點Q但是斜率改變?yōu)榈闹本€。  2.失真分析靜態(tài)工作點、輸入信號幅度、負(fù)載電阻大小對輸出波形的影響。· 負(fù)載一定時：從圖中可以看出：共射電路有倒像。從上圖分析可知： Q1點合適無失真 Q2點太高飽和失真 Q3點太低截止失真· 輸入信號幅度過大也會造成失真。（見上圖紅筆所畫）· UCC一定時，RC越小，負(fù)載線越陡。當(dāng)RC過大時，會造成飽和失真。 結(jié)論：放大器工作無失真條件

24、為： 1、Q點選擇合適；                              2、輸入信號幅度不能過大；3、負(fù)載大小要合適；三、放大級的等效電路分析法 比較：圖解分析法：可以畫出來，直觀。用來研究大信號、非線性失真等效電路法：不好畫，用來分析小信號時，定量的計算 等效：對外不對內(nèi)。（對晶體管的外部交流電

25、壓、電流等效）· 當(dāng)加到發(fā)射結(jié)上的交流信號電壓足夠小時；· 當(dāng)管子工作在放大區(qū)內(nèi)時； 這時，我們可以把管子視為一個線性的電流控制電流源（CCCS）。并可以把它代換成為一個線性有源四端網(wǎng)絡(luò)。（一）、晶體管h參數(shù)等效電路注意：其中受控源的極性要根據(jù)Ube的方向來確定。輸出交流短路時的輸入電阻；輸出交流短路時的電流放大系數(shù)b；輸出交流開路時的輸出電導(dǎo)，很小，可忽略。（它說明輸出電壓對輸出電流的影響。）（二）、用h參數(shù)等效電路分析放大器 共射極放大電路需要計算：A放大器的放大倍數(shù) AS源電壓放大倍數(shù) 分析步驟：· 畫出放大電路的交流通路。（電容短路，直流電源接地）

26、3; 畫h參數(shù)等效短路圖。（將晶體管h參數(shù)等效電路去替代交流通路中的晶體管。將等效電路的e、b、c相應(yīng)地接在電路中的e、b、c上。· 計算A 其中：； (負(fù)號表示，輸入和輸出信號之間有倒相)· 計算AS應(yīng)用戴維南等效電源定理可以將等效電路的左半部分進(jìn)行化簡：化簡后的圖為：；如果滿足Rb>>Rs的條件，則有Rs=Rs / RbRs，上式可以化簡為：· 放大器的輸入電阻Ri· 放大器的輸出電阻Ro（三）、放大倍數(shù)的對數(shù)表示法 · 采用對數(shù)表示的原因 人的感官，對聲音和光線的強弱的感覺與它們功率的對數(shù)成正比。即：聲音功率增強一倍，人沒覺得

27、強烈了那么多。只有當(dāng)功率的對數(shù)值增強了一倍時，人們才覺得強了一倍。· 分貝（貝爾） 貝爾取功率放大倍數(shù)以10為底的對數(shù)值。 貝爾 1貝爾10分貝（dB） 又因為：功率和電壓 / 電流的平方成正比。有：dBdB例：功率放大10倍 lg10=10dB 電壓放大10倍 2lg10=20dB 功率增大1倍 10lg2=3dB 電壓增大1倍 2lg2=6dB(四)、共基極放大級的特點 電路圖略。· 結(jié)論： 電路有電壓放大倍數(shù)： 大小與共射電路相同； 方向與共射電路相反； 即：輸入信號和輸出信號同相。 無電流放大倍數(shù) IC IE 。五、 多級放大級 · 耦合方式：直接耦合、阻

28、容耦合、變壓器耦合· 多級放大器的放大倍數(shù)： 總放大倍數(shù)（增益）各級放大器放大倍數(shù)（增益）的乘積總放大倍數(shù)（分貝）各級放大器放大倍數(shù)（分貝）的和§22 反饋放大器的基本概念一、什么是反饋反饋把放大器輸出信號（電壓或電流）的一部分（或全部）送回輸入端。凈輸入信號Xi原外加信號Xi反饋信號XF 顯然：正反饋使放大倍數(shù)增加；負(fù)反饋使放大倍數(shù)下降；負(fù)反饋在放大器中的作用：交流：穩(wěn)定放大量；減小非線性失真；擴展同頻帶；直流：穩(wěn)定靜態(tài)工作點Q；二、單級反饋電路          

29、0;          (a) 無反饋 (b) RE：串聯(lián)電流負(fù)反饋                       (c)RF：并聯(lián)電壓負(fù)反饋 首先判斷電路有無反饋存在。(a) 無、（b） (c) 有。 圖（b）步驟：1、先判斷有無反饋：有；反饋支路RF；2、實際分析：3、再判斷反饋類別：用

30、瞬時極性法標(biāo)注b（+）；e（+）；輸入信號和反饋信號加在管子不同電極，并且符號相同。負(fù)反饋速判斷反饋正、負(fù)性質(zhì)的方法瞬時極性法 步驟：1、假定輸入信號的瞬時極性，逐步標(biāo)出放大器各級輸入和輸出電壓的極性2、將反饋電壓的瞬時極性和輸入電壓的瞬時極性相比較。判斷：· 兩個信號加到同一電極上，極性相反負(fù)反饋； 極性相同正反饋；· 兩個信號加到不同電極上，極性相同負(fù)反饋； 極性相反正反饋；判斷反饋性質(zhì)：輸入端串/并聯(lián)反饋、輸出端電流/電壓反饋1、從輸入電路的連接方式上來加以區(qū)分判斷串、并聯(lián)反饋·從改變信號源內(nèi)阻RS的大小，觀察反饋量的變化來區(qū)分串聯(lián)反饋：信號源短路反饋存在并

31、聯(lián)反饋：信號源短路反饋不存在·從反饋量的連接形式上區(qū)分串聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號加在晶體管的不同電極上；并聯(lián)反饋：反饋信號與輸入信號加在晶體管的同一電極上；2、從輸出電路的連接方式上來區(qū)分電壓反饋和電流反饋·電壓反饋反饋電壓和輸出電壓成正比；·電流反饋反饋電流和輸出電流成正比；·從改變負(fù)載電阻RC 的大小，觀察反饋量的變化來區(qū)分當(dāng)：RC ¯至0時， UF ¯至0 電壓反饋；當(dāng)：RC ¯至0 時， IF 依然存在電流反饋；·從連接形式上區(qū)分：當(dāng)：反饋信號和輸出信號接在同一點上時電壓反饋； 反饋信號和輸出信號接在不同

32、點上時電流反饋；注意：當(dāng)負(fù)載不變的條件下，輸入信號變化，輸出信號也隨之變化，并且電壓和電流成正比?？梢姡寒?dāng)負(fù)載不變時，電壓反饋和電流反饋無區(qū)別。三、兩級反饋電路·判斷有無反饋：（本級；越級；）本級：T1管：無反饋； T2管：有反饋，反饋支路RE2；越級：T1管T2管：有反饋，反饋支路RF；·用瞬時極性法進(jìn)行標(biāo)注：（見圖）·結(jié)論：本級：T1管：無反饋； T2管：有反饋，反饋支路RE2；負(fù)反饋；越級：T1管T2管：有反饋，反饋支路RF；負(fù)反饋；四、負(fù)反饋放大電路的一般表達(dá)式 開環(huán)電壓增益： 電壓反饋系數(shù)： 環(huán)反饋系數(shù)： 電壓反饋深度： 閉環(huán)電壓增益：（加反饋后的電壓放

33、大倍數(shù)）· 深度負(fù)反饋反饋信號遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于放大器的有效輸入信號的負(fù)反饋電路。深度負(fù)反饋情況下：由于1AF>10時，有：五、負(fù)反饋對放大電路性能的影響（一）、放大器靜態(tài)工作點的穩(wěn)定  1.放大器靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的因素：· 受溫度影響：ICBO；UBE；b；都會使Q點提高。· 晶體管b值的離散性。（20200均合格）  2.穩(wěn)定Q點的偏置電路：電路為：串聯(lián)電流負(fù)反饋,        UE = UB - UBE, 由于IB的忽略，UBQ可以視為不隨溫度變化的固定電位。 電路穩(wěn)定Q

34、點的過程：注：實際上穩(wěn)定的是電流ICQ而不是電流IBQ。3、放大倍數(shù)的穩(wěn)定性 電壓反饋穩(wěn)定輸出電壓；電流反饋穩(wěn)定輸出電流； 直流反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點；交流反饋改善交流性能； 加入負(fù)反饋后，放大倍數(shù)比從前提高了1AB倍。（二）、負(fù)反饋對輸入、輸出電阻的影響串聯(lián)反饋提高輸入電阻；并聯(lián)反饋降低輸入電阻；電壓反饋降低輸出電阻；電流反饋提高輸出電阻；（三）、負(fù)反饋對非線性失真的影響采用負(fù)反饋使有效輸入信號波形產(chǎn)生預(yù)失真，負(fù)反饋越深，非線性失真消除得越好，增益也越小。但注意：在開環(huán)時，動態(tài)范圍必須留有余量。（四）、負(fù)反饋對噪聲的影響反饋環(huán)前必須加一個放大器AO才可以提高信噪比，使得純信號增大，噪聲干擾信號降

35、低。否則，和沒加一樣。六、兩種常用的負(fù)反饋放大電路（一）、射極輸出器（共集電極放大器）1、電路介紹：電路為：串聯(lián)電壓負(fù)反饋，并且輸出電壓全部反饋回到輸入端。2、特性分析：Ø靜態(tài)工作點計算：Ø交流等效電路圖：應(yīng)用戴維南等效電源定理：l電壓放大倍數(shù)：l輸入電阻：l輸出電阻：（用外加電壓法計算，將信號源短路）3、射極輸出器的特點：·輸入電阻大，輸出電阻小；（可以作為多級放大器的輸入級，或作為隔離用。）·電壓放大倍數(shù)近似為1；·輸入、輸出信號同相；（二）、恒流管電路1、電路介紹：·電流串聯(lián)負(fù)反饋，作為二端網(wǎng)絡(luò)來使用；·與分壓式穩(wěn)定Q

36、點的共射電流類似，由于UB固定，輸出電流基本固定，而不隨UCD變化，從而實現(xiàn)恒流作用。 2、特性分析：·輸出電流：·輸出直流電阻：小·輸出交流電阻：大§23 頻率特性的分析法什么是放大器的頻率特性（響應(yīng)）：放大器的放大量隨著信號頻率變化的狀態(tài)。 對比：非線性失真由于晶體管工作在非線性區(qū)，對幅度大小不同的信號放大量不同。頻率失真放大器對不同頻率的信號放大量不同。（由于電路中有（線性失真） L、C電抗元件造成。）   即：將幅度相同而頻率不同的信號加入放大電路的輸入端，將會出現(xiàn)輸出信 號的波形與輸入信號的波形不同的現(xiàn)象，稱為頻率

37、失真。一、放大電路不產(chǎn)生頻率失真的條件· 理想：對所有頻率成分同等放大，相移和頻率成正比。· 增益用復(fù)數(shù)表示：· 頻率特性參數(shù)： 為了將失真控制在一定范圍內(nèi)，把半功率點作為放大器放大倍數(shù)下降的最大允許值。（半功率點，相當(dāng)于電壓或電流的或0.707。） 截止頻率：電壓或電流放大倍數(shù)減至0.707倍時的頻率。下截頻fL；上截頻fh。 通頻帶：兩個截止頻率之間的頻帶。BWfhFL二、分析頻率特性的工程簡化法 分頻段簡化處理。 步驟：畫出等效電路圖；分頻段對等效電路進(jìn)行簡化； 求時間常數(shù)tCR=； 求上、下截頻； 畫出波特圖；三、晶體管的高頻參數(shù)及等效電路所有的放大器的放

38、大倍數(shù)都會在高頻端下降。   1.PN結(jié)電容：（它是引起高頻特性變化的主要原因）· 勢壘電容是正、負(fù)離子層在外加電壓發(fā)生變化時發(fā)生變化，從而在外電路中產(chǎn)生容性電流的等效電容。· 擴散電容當(dāng)PN結(jié)外加正向電壓時，由于擴散作用會破壞半導(dǎo)體的電中性。將會由外電路補充進(jìn)來異性載流子來保持電中性。P區(qū)和N區(qū)即形成了空穴和電子對的貯存。這種因擴散作用而在外電路產(chǎn)生的容性電流的等效電容。   2.共射極混合p等效電路· 晶體管的高頻分析在高頻段，e結(jié)和c結(jié)都會產(chǎn)生容性電流。以共射電路為例：C結(jié)反偏：勢壘電容； E結(jié)正偏：擴散電容；因為當(dāng)頻

39、率很高時，電容的容抗為，所以兩個電容不能忽略。由于C結(jié)反偏，所以rbc很大，可以視為開路。· 共射極混合p等效電路其中：rbb基區(qū)體電阻。約為300W。 gm 跨導(dǎo)。· 高頻段等效電路（將Cbc分別折合到輸入 / 輸出端來算） CM=(1+gmRC)Cbc Cbe/CM>>CbcCM密勒電容· 頻率參數(shù)：fb：當(dāng)b下降為中頻時的0.707倍的時候，所對應(yīng)的頻率稱為截止頻率。       fT ：當(dāng) b 下降為1時的頻率，稱為特征頻率。四、純阻負(fù)載單極放大器的高頻特性· 電路及等效電路

40、：·增益：   ·幅頻：    ·相頻： 五、單極放大器的頻率特性曲線波特圖  1.用折線表示幅頻特性的波特圖兩邊取對數(shù)得：·w=wH·w = 10·w= 0 結(jié)論：頻率每上升10倍，幅模減小20dB。設(shè)：A0100； fH=1MHz作幅頻特性波特圖得：   2.用折線表示的相頻特性波特圖分析：·w=wH·w=10w很大時·w=0.1w很小時 結(jié)論：頻率每升高10倍，產(chǎn)生-45°相移。作相頻特性波特圖得：六

41、、晶體管的帶寬增益乘積· 放大器的帶寬于增益是一對矛盾： 負(fù)載增大增益增大上截頻下降； 負(fù)載減小增益減小上截頻升高；· 為了全面衡量一個器件的高頻放大能力，用放大倍數(shù)乘以上截頻的積來衡量。 晶體管的帶寬增益乘積是由晶體管本身的參數(shù)決定的。要想提高增益帶寬乘積，應(yīng)選用rbb、Cbc小的管子。§2-4 小信號選頻放大電路一、概述· 什么是小信號選頻放大器：信號幅度小，放大器工作在線性區(qū)。對所需要的信號放大；對不需要的信號抑制；即，只能放大某個頻率或某個頻率范圍的信號。· 小信號選頻放大器的結(jié)構(gòu)：選頻網(wǎng)絡(luò)：高頻：LC、石英晶體、陶瓷、聲表面波；低頻：

42、RC；選頻網(wǎng)絡(luò)決定小信號選頻放大器的選擇性的好壞。· 頻率特性：通頻帶：（允許頻率通過的范圍）BW0.7 = fHfL · 指標(biāo)：中心頻率（諧振頻率）：fo通頻帶： BW0.7 = fHfL矩形系數(shù)：理想情況下，矩形系數(shù)1；實際情況下，矩形系數(shù)<1；品質(zhì)因數(shù)Q：二、LC單振蕩回路· 回憶：串聯(lián)諧振回路：f > f0時：感性f < f0時：容性并聯(lián)諧振回路：f > f0時：容性f < f0時：感性· LC單振蕩回路 電路介紹： 化簡：若：L、r支路為高Q支路，即：Q>>10 時，有：  LL諧振角頻率：回

43、路總品質(zhì)因數(shù)： R總RS / R0 / RL諧振時傳輸阻抗： Ztm = U0 / IS Rt = R總· 結(jié)論：Q值越高，曲線越尖銳，通頻帶越窄，選擇性越好。· 提高Q值的部分接入法電路 步驟：· 根據(jù)功率等效，將部分接入電路轉(zhuǎn)化成全部接入電路：負(fù)載：內(nèi)阻：信號源：輸出電壓：接入系數(shù)：；均為：結(jié)論公式：· 按照全部接入電路的分析方法計算參數(shù)：諧振角頻率：回路總品質(zhì)因數(shù)： R總RS / R0 / RL傳輸阻抗： Ztm = U0 / IS R總PL PS 三、雙耦合振蕩回路電路介紹（略）；頻率特性（略）；雙耦合回路的矩形系數(shù)也與電路參數(shù)無關(guān)，為一個常數(shù)。

44、Kr雙 > Kr單；四、集中參數(shù)選頻放大器 集中參數(shù)選頻放大器包括：石英晶體、陶瓷濾波器、聲表面波濾波器。 它們的優(yōu)點是：頻率高；可工作頻率范圍寬；穩(wěn)定；Q高；體積小；§25 場效應(yīng)管放大電路一、場效應(yīng)管偏置電路的靜態(tài)分析  1、自給偏置電路 回憶：各種場效應(yīng)管偏置電路的要求： 結(jié)型場效應(yīng)管：要求柵極G一定要反偏。工作在放大狀態(tài)時要求有：UD > US > UG 絕緣柵型場效應(yīng)管：增強型：要求必須給柵極G加正向偏壓。有：UD > UG > US耗盡型：所加?xùn)艠O電壓可正、可負(fù)。正：同增強型；負(fù)：同結(jié)型；  2、分壓偏置電路此電路帶有直流

45、電流串聯(lián)負(fù)反饋，可以穩(wěn)定靜態(tài)工作點。靜態(tài)分析：由于柵極上電流為0，所以，RG3上無壓降。二、場效應(yīng)管放大電路的等效電路分析法1、場效應(yīng)管的簡化等效電路：2、共源放大電路分析：（以N溝道耗盡型絕緣柵型場效應(yīng)管放大電路為例）UGS=Ui3、共漏場效應(yīng)管放大電路分析 共漏場效應(yīng)管放大電路又稱為源極輸出器，它和前面講過的晶體管的射極輸出器很類似，具有相同的特點。 電路與分析（略）。第三章 模擬集成電路§31 恒流源電路§32 差動放大電路§33 集成運算放大電路§34 集成運放的應(yīng)用§35   限幅器（二極管接于運放輸入電路中的限幅

46、器）§36   模擬乘法器§31 恒流源電路用途：供給放大級作為偏流源或作為有源負(fù)載。在振蕩器中作為充、放電電流源。一、鏡像電流源電路1、電路介紹：T1管、T2管具有完全相同的參數(shù)，并且發(fā)射結(jié)電壓相同。2、工作原理：IC2的穩(wěn)定過程：3、輸出電流的計算（由于>>2 , IB忽略不計）（稱為鏡像電流）二、比例電流源 1、電路介紹：2、工作原理：和鏡像電流源相同。3、輸出電流的計算§32 差動放大電路一、零點漂移 零點漂移：多級直流耦合放大器中輸入端對地短路時，輸出電壓依然會出現(xiàn)緩慢變化的飄動電壓。簡稱：零漂或溫漂。為了克服零

47、漂采用差動放大器。二、基本差動放大器 1、電路介紹：·兩個管子具有相同的參數(shù)，并且對稱元件的數(shù)值相等。（電路具有對稱性，在集成電路中，由于兩個管子靠得非常近，所以可以作得非常相近。）·有兩個輸入端和兩個輸出端，輸入信號加這兩個管子的基極，輸出信號取自兩個管子的集電極之間。2、 靜態(tài)工作狀態(tài)分析： 將交流信號短路掉。用“半電路法”進(jìn)行簡化：將RE分別畫在電路兩邊，使分開后的電路還保持原電路的伏安關(guān)系。 3、 動態(tài)特性分析： 差模信號：大小相等，極性相反的一對信號。共模信號：大小相等，極性相同的一對信號。差動放大器只對差模信號有放大作用，對共模信號沒有放大作用。三、雙

48、入雙出差動放大電路電路完全對稱，差模信號放大倍數(shù)：共模信號放大倍數(shù)：共模抑制比：四、共模信號和差模信號的分離 差模信號：共模信號：五、具有鏡像電流源偏置和負(fù)載的差動放大電路 T3、T4：有源負(fù)載；T5、T6：有源偏置；T1、T2；差動放大器。 利用鏡像電流源作為有源負(fù)載，將雙入雙出變?yōu)殡p入單出，且增益和共模抑制比保持不變。§33 集成運算放大電路一、集成運算放大器的特點（集成電路的特點）Ø不適合制造大電容，所以采用直接耦合電路；Ø管子、電阻等元件在同一條件下制造，所以器件參數(shù)的對稱性好；Ø二極管全部用三極管的發(fā)射結(jié)來代替；Ø不容易制作較大電阻，

49、常用恒流源來代替，或外接電阻。二、集成運放的組成   1、框圖：   2、符號：習(xí)慣畫法國標(biāo)畫法：反相輸入端，表示輸入信號與輸出信號反相；：同相輸入端，表示輸入信號與輸出信號同相。三、運放的簡化分析方法 1、運放的理想化條件（參數(shù)）Ø開環(huán)電壓增益Ø開環(huán)輸入電阻Ø開環(huán)輸出電阻Ø開環(huán)帶寬Ø共模抑制比Ø失調(diào)、漂移、內(nèi)部噪聲02、運放輸入端的兩個重要概念運放工作在深度負(fù)反饋條件下，且工作在線性區(qū)時，有：Ø虛短路：Ø虛開路：§34 集成運放的應(yīng)用運放在應(yīng)用時，在對內(nèi)阻沒有特殊

50、要求時，為了方便負(fù)載和信號源有公共的接地端，一般總是采用電壓負(fù)反饋。一、基本放大電路   1、反相輸入式放大電路Ø電路接有電壓并聯(lián)負(fù)反饋。Ø為了克服溫漂，在兩個輸入端偏流電阻上產(chǎn)生的壓降相等，有：Ø工作原理：0  2、同相輸入式放大電路Ø電路接有電壓串聯(lián)負(fù)反饋。Ø為了克服溫漂，在兩個輸入端偏流電阻上產(chǎn)生的壓降相等，有：Ø工作原理：  3、壓跟隨器二、線性運算電路  1、反相輸入式加法電路：電路為并聯(lián)電壓負(fù)反饋0   2、同相輸入式加法電路：電路為串聯(lián)電壓負(fù)反饋

51、60; 3、減法運算電路：   4、積分運算電路：05、微分運算電路：0三、非線性運算電路  1、對數(shù)運算電路：02、指數(shù)運算電路：0§35 限幅器（二極管接于運放輸入電路中的限幅器）一、串聯(lián)限幅器1、限限幅器0工作原理：當(dāng)Ui很小時，二極管截止；當(dāng)Ui增大時，二極管臨界導(dǎo)通；當(dāng)Ui繼續(xù)增大時，二極管導(dǎo)通；輸出信號隨輸入信號進(jìn)行變化。結(jié)論：Ø當(dāng)時，二極管截止，限幅區(qū)。Ø當(dāng)時，二極管導(dǎo)通，傳輸區(qū)。  Ø傳輸特性曲線： Ø輸入輸出波形：  2、上限限幅器0工作原理：當(dāng)Ui很大時，二極管截止

52、；當(dāng)Ui減小時，二極管臨界導(dǎo)通；當(dāng)Ui繼續(xù)減小時，二極管導(dǎo)通；輸出信號隨輸入信號進(jìn)行變化。結(jié)論：Ø當(dāng)時，二極管截止，限幅區(qū)。Ø當(dāng)時，二極管導(dǎo)通，傳輸區(qū)。Ø傳輸特性曲線：Ø輸入輸出波形：§36 模擬乘法器模擬乘法器的基本工作原理Ø模擬乘法器：能夠?qū)崿F(xiàn)兩個互不相關(guān)的連續(xù)性信號（電壓或電流）相乘作用的電路。Ø變跨導(dǎo)式乘法器構(gòu)成原理：電路元件工作于線性區(qū)，但因為跨導(dǎo)為非線性，所以電路對外表現(xiàn)出非線性特性。電路利用了指數(shù)函數(shù)和雙曲正切函數(shù)的關(guān)系，利用恒流源差動放大電路實現(xiàn)相乘。 符號：習(xí)慣畫法國標(biāo)畫法1、相乘運算：2、乘方運算：3、除

53、法運算：04、開方運算：0第四章功率放大電路§41 功率放大電路的主要特點§42 乙類功率放大電路§43 丙類功率放大電路§44 丙類諧振倍頻電路§41 功率放大電路的主要特點一、定義：在模擬電子電路中需要有這樣一類電路，它們能夠?qū)ω?fù)載提供足夠大的功率來驅(qū)動它們。這類電路就是人們常說的功率放大電路，簡稱功放。二、要求：在器件安全運用的前提下，輸出功率盡可能地大，效率盡可能地高，不失真地給出所需功率。三、分類【甲類】：晶體管在信號的整個周期內(nèi)都有電流通過。即，器件整個周期導(dǎo)電。導(dǎo)通角為180o?！疽翌悺浚壕w管只在信號的半個周期內(nèi)有電流流過。即，

54、器件半個周期導(dǎo)電。導(dǎo)通角為90o。【甲乙類】：晶體管在信號的多半個周期內(nèi)有電流流過。即，器件多半個周期導(dǎo)電。導(dǎo)通角于90o180o之間?！颈悺浚壕w管只在信號的小半個周期內(nèi)有電流流過。即，器件小半個周期導(dǎo)電。導(dǎo)通角小于90o。結(jié)論：甲類工作狀態(tài)的特點是非線性失真小，但是效率最低；乙類狀態(tài)失真較大，但是效率較高；丙類狀態(tài)失真最大，效率也最高，它只用于高頻放大器中。甲乙類狀態(tài)兼有甲類失真小和乙類效率高的優(yōu)點，它是甲類和乙類狀態(tài)的折衷方案。四、主要指標(biāo)Ø輸出功率：正弦輸入信號情況下，不失真地輸出信號的最大輸出電壓 Uom和最大輸出電流Iom的有效值的乘積Pom。（是交變電壓和交變電流的乘

55、積，是交流功率，它的直流成分所產(chǎn)生出來的功率不是輸出功率。）Ø效率：最大輸出功率Po和電源輸入的直流功率PE的比值。Ø集電極的損耗功率Pc：Ø電路為了盡量給出大的功率，晶體管往往用在極限情況，應(yīng)該注意器件的安全運用。集電極的損耗功率和晶體管的散熱條件有關(guān)。在使用時應(yīng)注意在功率管上加散熱片。五、功率放大電路的非線性失真衡量功率放大器的非線性失真通常用非線性失真系數(shù)來表示。假設(shè)輸入信號為正弦波時，失真系數(shù)定義為：諧波功率和基波功率的比值的平方根。注意：在線性電路中常用的疊加定理，在這里將不再適用。（n=2、3、4）§42 乙類功率放大電路乙類功率放大器的種類

56、有很多，在這里我們以乙類雙電源互補對稱式推挽電路（OCL電路）為例來具體介紹乙類功率放大器。一、電路介紹二、工作原理 甲類功率放大器的動態(tài)范圍不是很大，所以人們提出了用兩個管子共同來完成一個正弦波周期的工作。每個管子只工作半個周期。即，正弦波的正半個周期由T1管單獨工作，負(fù)半個周期有T2管單獨工作。三、交越失真乙類推挽情況下由晶體管引起的一種非線性失真。這種由于靜態(tài)工作點選擇太低而造成的在低電流區(qū)引起的失真叫做交越失真?？朔辉绞д娴姆椒ㄊ沁m當(dāng)?shù)靥岣哽o態(tài)工作點，將電路的工作狀態(tài)改變?yōu)榧滓翌惞ぷ鳡顟B(tài)。甲乙類推挽電路波形：四、指標(biāo)計算根據(jù)輸出功率的定義可知：或?qū)憺椋弘娫此峁┑墓β?PE：由于每個

57、管子只提供半個周期的電流，所以總功率為：在理想情況下，乙類功率放大器的效率為：晶體管的損耗 PC為：一般晶體管的集電極最大損耗PCM并不是出現(xiàn)在輸出功率達(dá)到最大的時候，這是由于管耗最大時，管子的壓降和電流的幅度值也為最大。而輸出功率最大時，管子的壓降和電流的幅度值都比較小。我們可以用求解極值的方法來求解PCM。* 令得到當(dāng)時，管耗最大。五、選管原則PCM為晶體管的集電極最大損耗；ICM為晶體管最大集電極允許電流；BUCER為晶體管最大耐壓。六、復(fù)合管（略）§43 丙類功率放大電路高頻信號時的功率放大電路丙類諧振放大器。一、高頻功率放大器的特點Ø高頻功率放大器的工作頻率很高，

58、可以到達(dá)幾百兆赫茲甚至幾萬兆赫茲。但是它的相對頻帶一般很窄。因此，高頻功率放大器一般都采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載，而不選擇電阻、變壓器等非調(diào)諧負(fù)載。Ø高頻功率放大器的輸入信號比較大，又要求有高的效率，所以不能工作于甲類狀態(tài)，必須工作在丙類狀態(tài)。Ø它的選頻網(wǎng)絡(luò)的主要作用是選出基波，抑制掉諧波?！緫?yīng)用范圍】高頻功率放大器是無線電發(fā)送設(shè)備的重要部件。它負(fù)責(zé)放大微弱的信號，使它能夠大到足夠功率的電平，以滿足發(fā)射天線的要求。在實際生活中，高頻功率放大器不僅用在高頻功率發(fā)射機中，許多電子加熱設(shè)備都會用到它。二、基本電路三、工作原理由于丙類高頻功率放大器的導(dǎo)通角小于90o。所以丙類的高頻功率放

59、大器一定是工作在強非線性區(qū)的。所以丙類高頻功放又稱為非線性諧振放大器。它需要利用選頻網(wǎng)絡(luò)挑選出輸出信號基波來達(dá)到功率放大。Ø對于丙類高頻功放選頻網(wǎng)絡(luò)的要求是：1、可以濾除諧波分量；2、選頻網(wǎng)絡(luò)上面的功耗要盡可能地??；3、調(diào)諧于基波上；（丙類高頻功率放大器必須采用LC振蕩回路作為選頻網(wǎng)絡(luò)）一、丙類高頻功率放大器的折線分析法當(dāng)管子工作在大功率狀態(tài)下時，基區(qū)的體電阻 rb上面的電壓就變得顯著起來了，由于 rb上的電壓和電流是線性的關(guān)系，所以在大功率狀態(tài)下，將 iC-uBE轉(zhuǎn)移伏安特性用折線來近似表示。集電極電流 iC是一個周期性的非正弦脈沖信號?？梢杂酶读⑷~級數(shù)拆成級數(shù)的形式：+物理意義是：任意一個周期性的非正弦信號 iC都可以看成是由直流分量Ico、基波分量、二次諧波分量等等各次諧波來構(gòu)成，也就是說周期性脈沖信號包含了許多的頻率分量。各次諧波的幅度與脈沖信號iC的關(guān)系由下列各公式?jīng)Q定：將余弦脈沖的解析式代入上面各式中代替 iC。余弦脈沖所包含的各個頻率分量的振幅公式，經(jīng)過化簡后得到以下的表達(dá)式為：（略去推導(dǎo)過程）上式中的是與導(dǎo)通角有關(guān)系的量，稱為余弦脈沖分解系數(shù)。其中是余弦脈沖的最大幅度。在實際應(yīng)用中，往往不用公式來直接計算，而是將正比于各個頻率分量幅度的與的關(guān)系