模擬電路基礎

模擬電路基礎第1頁/共225頁第一章半導體器件基礎 1.1半導體及其特性 1.2PN結及其特性 1.3半導體二極管 1.4半導體三極管及其工作原理 1.5三極管的共射特性曲線及主要參數(shù)第2頁/共225頁1.1半導體及其特性1.1.1本征半導體及其特性定義：純凈的半導體經過一定的工藝過程制成單晶體，稱為本征半導體。晶體中的共價鍵具有很強的結合力，在常溫下僅有極少數(shù)的價電子受熱激發(fā)得到足夠的能量，掙脫共價鍵的束縛變成為自由電子。與此同時，在共價鍵中留下一個空穴。第3頁/共225頁1.1半導體及其特性運載電流的粒子稱為載流子。在本征半導體中，自由電子和空穴都是載流子，這是半導體導電的特殊性質。半導體在受熱激發(fā)下產生自由電子和空穴對的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。在一定溫度下，本征半導體中載流子的濃度是一定的，并且自由電子與空穴的濃度相等。第4頁/共225頁1.1半導體及其特性1.1.2雜質半導體及其特性定義：摻入雜質的本征半導體稱為雜質半導體。根據(jù)摻入雜質元素的不同，可形成N（Negative）型半導體和P（Positive）型半導體。第5頁/共225頁1.1半導體及其特性N型半導體：在本征半導體中摻入少量的五價元素，如磷、砷和鎢，使每一個五價元素取代一個四價元素在晶體中的位置，形成N型半導體。

由于五價元素很容易貢獻出一個電子，稱之為施主雜質。第6頁/共225頁1.1半導體及其特性在N型半導體中，由于摻入了五價元素，自由電子的濃度大于空穴的濃度。半導體中導電以電子為主，故自由電子為多數(shù)流子，簡稱為多子；空穴為少數(shù)載流子，簡稱為少子。由于雜質原子可以供電子，故稱之為施主原子。第7頁/共225頁1.1半導體及其特性P型半導體：在本征半導體中摻入少量的三價元素，如硼、鋁和銦，使之取代一個四價元素在晶體中的位置，形成P型半導體。

由于雜質原子中的空位吸收電子，故稱之為受主雜質。在P型半導體中，空穴為多子，自由電子為少子，主要靠空穴導電。第8頁/共225頁1.2PN結及其特性1.2.1PN結的原理采用不同的摻雜工藝，將P型半導體與N型半導體制作在一起，使這兩種雜質半導體在接觸處保持晶格連續(xù)，在它們的交界面就形成PN結。第9頁/共225頁1.2PN結及其特性在PN結中，由于P區(qū)的空穴濃度遠遠高于N區(qū)，P區(qū)的空穴越過交界面向N區(qū)移動；同時N區(qū)的自由電子濃度也遠遠高于P區(qū)，N區(qū)的電子越過交界面向P區(qū)移動；在半導體物理中，將這種移動稱作擴散運動空穴????????????⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕P區(qū)N區(qū)負離子正離子自由電子圖1-4aPN結載流子擴散運動第10頁/共225頁1.2PN結及其特性擴散到P區(qū)的自由電子與空穴復合，而擴散到N區(qū)的空穴與自由電子復合，在PN結的交界面附近多子的濃度下降，P區(qū)出現(xiàn)負離子區(qū)，N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，它們是不能移動的，人們稱此正負電荷區(qū)域為勢壘區(qū)總的電位差稱為勢壘高度

????????????⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕P區(qū)N區(qū)勢壘區(qū)圖1-4bPN結勢壘形成示意圖圖1-4cPN結勢壘分布示意圖勢壘高度Ψx0第11頁/共225頁1.2PN結及其特性在勢壘區(qū)兩側半導體中的少數(shù)載流子，由于雜亂無章的運動而進入勢壘區(qū)時，勢壘區(qū)的電場使這些少子作定向運動。少子在電場作用下的定向運動稱作漂移運動。在無外電場和無其它激發(fā)作用下，參與擴散運動的多子數(shù)目等于參與漂移運動的少子數(shù)目，從而達到動態(tài)平衡。第12頁/共225頁1.2PN結及其特性1.2.2

PN結的導電特性PN結外加正向電壓時處于導通狀態(tài)PN結外加反向電壓時處于截止狀態(tài)圖1-5PN結加正向電壓處于導通狀態(tài)????????????⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕P區(qū)N區(qū)勢壘區(qū)VRI????????????⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕⊕P區(qū)N區(qū)勢壘區(qū)圖1-6PN結加反向電壓處于截止狀態(tài)VRIS第13頁/共225頁1.3半導體二極管將PN結用外殼封裝起來，并加上電極引線就構成了半導體二極管，簡稱二極管。由P區(qū)引出的電極為正極，由N區(qū)引出的電極為負極一般來說，有三種方法來定量地分析一個電子器件的特性，即特性曲線圖示法、解析式表示法和參數(shù)表示法二極管符號＋－第14頁/共225頁1.3半導體二極管1.3.1二極管的特性曲線在二極管加有反向電壓，當電壓值較小時，電流極小，其電流值為反向飽和電流IS。當反向電壓超過超過某個值時，電流開始急劇增大，稱之為反向擊穿，稱此電壓為二極管的反向擊穿電壓，用符號UER表示。

第15頁/共225頁1.3半導體二極管反向擊穿按機理分為齊納擊穿和雪崩擊穿兩種情況。在高摻雜濃度的情況下，因勢壘區(qū)寬度很小，反向電壓較大時，破壞了勢壘區(qū)內共價鍵結構，使價電子脫離共價鍵束縛，產生電子空穴對，致使電流急劇增大，這種擊穿稱為齊納擊穿。另一種擊穿為雪崩擊穿。當反向電壓增加到較大數(shù)值時，外加電場使少子漂移速度加快，從而與共價鍵中的價電子相碰撞，把價電子撞出共價鍵，產生新的電子—空穴對。新產生的電子空穴被電場加速后又撞出其它價電子，載流子雪崩式地增加，致使電流急劇增加，這種擊穿稱為雪崩擊穿。第16頁/共225頁1.3.2二極管特性的解析式理論分析得到二極管的伏安特性表達式為:

式中IS為反向飽和電流，q為電子的電量，其值為1.602×10-19庫侖；k是為玻耳茲曼常數(shù)，其值為1.38×10-23J/K；T為絕對溫度，在常溫（20C）相當于K＝293K

令則二極管的伏安特性表達式為：第17頁/共225頁1.3.3二極管的等效電阻直流等效電阻也稱靜態(tài)等效電阻。如圖1-9所示，在二極管的兩端加直流電壓UQ、產生直流電流IQ，此時直流等效電阻RD定義為交流等效電阻表示，在二極管直流工作點確定后，交流小信號作用于二極管所產生的交流電流與交流電壓的關系。在直流工作點Q一定，在二極管加有交流電壓u，產生交流電流i，交流等效電阻rD定義為第18頁/共225頁1.3.3二極管的等效電阻當二極管上的直流電壓UD足夠大時

在常溫情況下，二極管在直流工作點Q的交流等效電阻rD為

第19頁/共225頁1.3.3二極管的等效電阻圖1-9(a)中的Q點，稱為二極管的直流工作點，對應的直流電壓UQ和直流電流IQ。當二極管的直流工作點Q確定后，直流等效電阻RD等于直線OQ斜率的倒數(shù)，RD值隨工作點改變而發(fā)生變化

第20頁/共225頁1.3.4二極管的主要參數(shù)器件的參數(shù)是用以說明器件特性的數(shù)據(jù)。為了描述二極管的性能，通常引用以下幾個主要參數(shù):(1)最大整流電流IM：IM是二極管長期運行時允許通過的最大正向平均電流，其值與PN結面積及外部散熱條件等有關。在規(guī)定散熱條件下，二極管正向平均電流若超過此值，則將因為PN結的溫度過高而燒壞。(2)反向擊穿電壓UBR：UBR是二極管反向電流明顯增大，超過某個規(guī)定值時的反向電壓。(3)反向電流IS：IS是二極管未擊穿時的反向飽和電流。IS愈小，二極管的單向導電性愈好，IS對溫度非常敏感。(4)最高工作頻率fM：fM是二極管工作的上限頻率。第21頁/共225頁例1-1

圖10(a)是由理想二極管D組成的電路，理想二極管是指二極管的導通電壓UD為0、反向擊穿電壓UBR為，設電路的輸入電壓ui如圖10(b)所示，試畫出輸出uo的波形解：由二極管的單向導電特性，輸入信號正半周時二極管導通，負半周截止，故輸出uo的波形如右圖所示。第22頁/共225頁1.3.5穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管是一種硅材料制成的面接觸型晶體二極管，簡稱穩(wěn)壓管。穩(wěn)壓管在反向擊穿時，在一定的電流范圍內(或者說在一定的功率損耗范圍內)，端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性，因而廣泛用于穩(wěn)壓電源與限幅電路之中。穩(wěn)壓管的伏安特性及符號第23頁/共225頁1.3.5穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管的主要參數(shù):(1)穩(wěn)定電壓UZ：UZ是在規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。(2)穩(wěn)定電流IZ：IZ是穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時的參考電流，電流低于此值時穩(wěn)壓效果變壞，甚至不穩(wěn)壓。(3)最大穩(wěn)定電流IZM|：穩(wěn)壓管的電流超過此值時，會因結溫升過高而損壞。(4)動態(tài)電阻rD：rD是穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓區(qū)時，端電壓變化量與其電流變化量之比。rD愈小，穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓特性愈好。對于不同型號的管子，rD將不同，從幾歐到幾十歐。對于同一只管子來說，工作電流愈大，rD愈小。第24頁/共225頁例

1-3

圖13是由穩(wěn)壓二極管DZ組成的電路，其穩(wěn)壓值為UZ。設電路的直流輸入電壓Ui，試討論輸出Uo的值。解：由戴維南電源等效定理，圖13等效的等效定理如右圖所示，其中

當時，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，輸出；

當時，穩(wěn)壓管截止，輸出。所以，時，輸出；否則，。第25頁/共225頁1.4半導體三極管及其工作原理

1.4.1三極管的結構及符號第26頁/共225頁1.4.1三極管的結構及符號發(fā)射區(qū)與基區(qū)間的PN結稱為發(fā)射結（簡稱E結），基區(qū)與集電區(qū)間的PN結稱為集電結（簡稱C結）。半導體三極管并不是簡單地將兩個PN結背靠背地連接起來。關鍵在于兩個PN結連接處的半導體晶體要保持連續(xù)性，并且中間的基區(qū)面積很小且雜質濃度非常低；此外，發(fā)射區(qū)的摻雜濃度很高且面積比基區(qū)大得多，但比集電區(qū)??；集電區(qū)面積很大，摻雜濃度比基區(qū)高得多，但比發(fā)射區(qū)低得多。第27頁/共225頁1.4.2三極管的電流放大原理放大電路的組成

圖所示的是由NPN型三極管組成的基本共射放大電路。ui為交流輸入電壓信號，它接入基極-發(fā)射極回路，稱為輸入回路；放大后的信號在集電極-發(fā)射極回路，稱為輸出回路。由于發(fā)射極是兩個回路的公共端，故稱該電路為共射放大電路。為了使三極管工作處在放大狀態(tài)，在輸入回路加基極直流電源VBB，在輸出回路加集電極直流電源VCC，且VCC大于VBB，使發(fā)射結正向偏置、集電結反向偏置。第28頁/共225頁PNP型三極管組成的基本共射放大電路如圖1-17所示。比較圖1-17和圖1-16可以看到，為了使三極管工作處在放大狀態(tài)，要求發(fā)射結正向偏置、集電結反向偏置，為此在圖1-17中，在輸入回路所加基極直流電源VBB及輸出回路所加集電極直流電源VCC反向了，相應的直流電流IB、IC和IE也都反向了，這也是NPN型和PNP型三極管符號中發(fā)射極指示方向不同的含義所在。對于交流信號，這兩種電路沒有任何區(qū)別第29頁/共225頁1.4.2三極管的電流放大原理電流放大原理

三極管的電流放大表現(xiàn)為小的基極電流變化，引起較大的集電極電流變化。第30頁/共225頁當交流輸入電壓信號ui0時，直流電源VBB和VCC分別作用于放大電路的輸入回路和輸出回路，使發(fā)射結正向偏置、集電結反向偏置。因為發(fā)射結加正向電壓，并且大于發(fā)射結的開啟電壓，使發(fā)射結的勢壘變窄，又因為發(fā)射區(qū)雜質濃度高，所以有大量自由電子因擴散運動源源不斷地越過發(fā)射結到達基區(qū)，從而形成了發(fā)射極電流IE。由于基區(qū)面積很小，且摻雜濃度很低，從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的電子中只有極少部分與空穴復合，形成基極電流IB，由此可見IB<<IE。絕大部分從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的電子在電源VCC的作用下，克服集電結的阻力，越過集電結到達集電區(qū)，形成集電極電流IC。因此IB<<IC<IE。通過上面的分析得到，在輸入回路中輸入較小的電流IB，可以在輸出回路得到較大的電流IC，也就是說電流放大了。當交流輸入ui0為小信號時，因為此時交流信號是疊加在直流上，如圖1-18(b)所示，在輸入回路產生直流電流IB與交流電流iB之和，由上面的分析，在輸出回路得到直流電流IC與交流電流iC之和，同時交流電流iB<<iC，即交流電流放大了。第31頁/共225頁1.4.3三極管的工作狀態(tài)1.放大狀態(tài)在上面一部分中分析了三極管的放大原理。為了使三極管有放大能力，在輸入回路加基極直流電源VBB，在輸出回路加集電極直流電源VCC，且VCC大于VBB，使發(fā)射結正向偏置、集電結反向偏置。此時稱三極管處于放大狀態(tài)，條件是發(fā)射結正向偏置、集電結反向偏置。2.飽和狀態(tài)如果輸出回路的集電極直流電源VCC小于輸入回路的基極直流電源VBB，則發(fā)射結和集電結都是正向偏置。由于發(fā)射結和集電結都是正向偏置，在開始發(fā)射結和集電結上的勢壘都變窄，使發(fā)射區(qū)和集電區(qū)的自由電子同時涌入基區(qū)，但是由于基區(qū)面積很小，且摻雜濃度很低，涌入到基區(qū)的電子中只有極少部分與空穴復合，形成基極電流IB，絕大部分擴散到基區(qū)的電子堆積在發(fā)射結和集電結附近，使發(fā)射結和集電結上的勢壘加寬，阻止了發(fā)射區(qū)和集電區(qū)的自由電子進一步擴散到基區(qū)，由此可見，此時三極管沒有放大能力。此種狀態(tài)稱三極管處于飽和狀態(tài)，條件是發(fā)射結和集電結都是正向偏置。3.截止狀態(tài)如果在輸入回路的基極直流電源VBB小于發(fā)射結的開啟電壓，則發(fā)射結處于零偏置或反偏置。由于外加電壓沒有達到發(fā)射結的開啟電壓，使發(fā)射區(qū)的自由電子不能越過發(fā)射結達到基區(qū)，不能形成電流，從而發(fā)射極、集電極和基極的電流都很小，也就談不上放大了。此時稱三極管處于截止狀態(tài)，條件是發(fā)射結零偏置或反偏置、集電結反向偏置。第32頁/共225頁1.4.4三極管的電流放大倍數(shù)集電極直流電流IC與基極直流電流IB之比稱為共射直流電流放大倍數(shù)，用表示由電路分析中相關定律得到、發(fā)射極直流電流集電極交流電流iC與基極交流電流iB之比稱為共射交流電流放大倍數(shù)，用表示一般情況下

第33頁/共225頁當以發(fā)射極直流電流IE作為輸入電流，以集電極直流電流IC作為輸出電流時，IC與IE之比稱為共基直流電流放大倍數(shù)，用表示共基交流電流放大倍數(shù)定義為同樣，一般情況下和的關系為或

第34頁/共225頁1.4三極管的共射特性曲線及主要參數(shù)1.4.1輸入特性曲線輸入特性曲線描述了在三極管C、E極之間的管壓降UCE一定的情況下，基極電流IB與發(fā)射結壓降UBE之間的關系。第35頁/共225頁1.4三極管的共射特性曲線及主要參數(shù)1.4.2輸出特性曲線三極管輸出特性曲線是描述以基極電流IB為參量，集電極電流IC與三極管C、E極之間的管壓降UCE之間的關系曲線。對于每一個確定的IB，都有一條曲線，所以輸出特性是一族曲線第36頁/共225頁從輸出特性曲線可以看出，三極管有三個工作區(qū)域：放大區(qū)、飽和區(qū)、截止區(qū)，分別對對應于三極管所設定的三個工作狀態(tài)：即放大狀態(tài)、飽和狀態(tài)和截止狀態(tài)。在放大區(qū)，由于發(fā)射結正向偏置，且集電結反向偏置，IC幾乎僅僅由IB決定的，而與UCE無關，表現(xiàn)出IB對IC的控制作用，IC=IB，ic=βiB。在飽和區(qū)，發(fā)射結與集電結均處于正向偏置，IC不僅與IB有關，而且明顯的隨UCE增大而增大，IC小于βIB。在實際電路中，若三極管的UCE增大時，IB隨之增大，但IC增大不多或基本不變，則說明三極管進入飽和區(qū)。對于小功率管，可以認為當UCE=UBE時，三極管處于臨界狀態(tài)，即處于臨界飽和或臨界放大狀態(tài)。在截止區(qū)，發(fā)射結電壓小于開啟電壓，且集電結反向偏置，所以IB=0，IC很小，在近似分析中可以認為三極管截止時的IC0。第37頁/共225頁1.4

.3

三極管的主要參數(shù)(一).直流參數(shù)1.共射直流電流放大倍數(shù)2.共基直流電流放大倍數(shù)(二).交流參數(shù)共射交流電流放大倍數(shù)共基交流電流放大倍數(shù)特征頻率fT

第38頁/共225頁1.4

.3

三極管的主要參數(shù)(三).極限參數(shù)為了使三極管能夠安全的工作，極限參數(shù)給出了對它的電壓、電流和功率損耗的限制值。1.最大集電極耗散功率PCMPCM是在一定條件下，三極管允許的最大功耗。2.最大集電極電流ICMIC在相當大的范圍內，電流放大倍數(shù)值基本不變，但當IC的數(shù)值大到一定程度時值將減小。使值明顯減小的IC即為ICM。通常，當三極管的IC大于ICM時，三極管不一定損壞，但值明顯下降。此外，由于半導體材料的熱敏性，三極管的參數(shù)幾乎都與溫度有關。對于電子電路，如果不能很好地解決溫度穩(wěn)定性問題，將不能使其實用，因此在設計和制作電子電路過程中，還應考慮溫度對三極管參數(shù)的影響。第39頁/共225頁第二章放大電路分析基礎2.1共射放大電路分析基礎 2.2放大電路的圖解分析 2.3放大電路的等效電路分析 2.4共集放大電路 2.5共基放大電路 第40頁/共225頁2.1共射放大電路分析基礎2.1.1放大的概念在電子學中，放大是利用半導體器件的特性來完成的，例如，在第一章中半導體三極管具有放大特性，即在三極管基極輸入較小的電流（或電壓），在集電極可以獲得較大電流（或電壓）。在電子學中，用半導體器件組成的、具有電流或電壓（或者兩者兼而有之）放大功能的電路稱之為放大電路，或稱放大器。第41頁/共225頁2.1.2基本共射放大電路的組成由于輸入回路與輸出回路以發(fā)射極為公共端，故稱之為共射放大電路。第42頁/共225頁2.1.3靜態(tài)特性分析1.靜態(tài)工作點的確定在放大電路中，當有交流信號輸入時，交流量與直流量共存，當交流信號為零時，三極管的基極電流IB、集電極電流IC、B-E極間的電壓UBE、C-E極間的管壓降UCE稱為放大電路的靜態(tài)工作點Q（Quiescent），將這幾個物理量分別記作IBQ、ICQ、UBEQ和UCEQ。在近似估算中通常認為UBEQ為已知量，取三極管發(fā)射結的導通電壓第43頁/共225頁2.1.3靜態(tài)特性分析令ui0，根據(jù)回路方程，得到靜態(tài)工作點表達式靜態(tài)工作點在三極管輸出特性曲線中所對應的點如圖所示第44頁/共225頁2.1.3靜態(tài)特性分析2.設置靜態(tài)工作點的必要性在圖所示電路中，如果基極電源VBB＝0，靜態(tài)時基極直流電流IBQ＝0、集電極直流電流ICQ＝0、C-E極間的管壓降UCEQ＝Vcc，三極管處于截止狀態(tài)。當加入輸入電壓ui時，UBE＝ui，若ui的峰值小于發(fā)射結的開啟電壓，則在交流信號的整個周期內三極管始終處于截止狀態(tài)，因而無交流輸出；若ui的峰值很大，三極管在交流信號正半周大于發(fā)射結的開啟電壓的時間間隔內導通，所以輸出必然嚴重失真。因此，只有在交流信號的整個周期內，三極管始終工作在放大狀態(tài)，輸出信號才可能不會產生失真，對于圖所示的放大電路來說，放大才有意義。所以，在線性放大電路中，設置合適的靜態(tài)工作點，以保證放大電路不產生失真是非常必要的。第45頁/共225頁2.1.4兩種基本共射放大電路1.直接耦合共射放大電路該電路的靜態(tài)工作點表達式信號源uS和負載電阻RL均與放大電路直接相連，故稱之為直接藕合放大電路。第46頁/共225頁2.阻容藕合共射放大電路該電路的靜態(tài)工作點表達式第47頁/共225頁2.1.5直流通路與交流通路1.直流通路直流通路是指在直流電源所能作用到的那部分電路，也就是與電路靜態(tài)特性有關的電路部分。用來研究電路的靜態(tài)特性、分析靜態(tài)工作點。對于直流通路，在電路中將電容視為開路、電感線圈視為短路(即忽略線圈電阻)、交流電壓信號源視為短路、交流電流信號源視為開路、保留交流信號源的內阻。第48頁/共225頁2.1.5直流通路與交流通路2.交流通路交流通路是指放大電路中對交流特性有直接影響的那部分電路，用于研究放大電路的動態(tài)交流特性。對于交流通路，在電路中將電容(如耦合電容等)視為短路、無內阻的直流電壓源(如VCC)視為短路、直流恒流源視為開路。第49頁/共225頁2.2放大電路的圖解分析2.2.1靜態(tài)工作特性的分析如圖所示共射放大電路，其中(a)為基本電路、(b)為直流通路、(c)為交流通路。第50頁/共225頁在上圖(b)直流通路中，放大電路的靜態(tài)工作特性滿足電路的回路方程(1)(2)式(1)說明三極管B-E極間的電壓UBE與電流IB及電源VBB和電阻Rb的關系，又因為UBE與IB應滿足三極管輸入特性曲線的要求，在輸入特性坐標系中，畫出式(1)所確定的直線，它與橫軸的交點為VBB，與縱軸的交點VBB/Rb，斜率為-1/Rb。直線與曲線的交點就是靜態(tài)工作點Q，其橫坐標值為UBEQ，縱坐標值為IBQ，如圖2-10(a)中所示。式(1)所確定的直線稱為輸入回路負載線。與輸入回路相似，在放大電路的輸出回路中，輸出特性受到式(2)和三極管的輸出特性曲線的共同約束。在輸出特性坐標系中，畫出式(2)所確定的直線，它與橫軸的交點為VCC，與縱軸的交點為VCC/RC，斜率為-1/RC；并且找到IB＝IBQ的那條輸出特性曲線，該曲線與上述直線的交點就是靜態(tài)工作點Q，其縱坐標值為ICQ，橫坐標值為UCEQ，如圖2-10(b)所示。由式(2)所確定的直線稱為輸出回路直流負載線，簡稱直流負載線。第51頁/共225頁圖2-10圖解法分析靜態(tài)特性第52頁/共225頁2.2.2動態(tài)特性分析1.交流負載線從圖2-9(c)所示的交流通路看到，由于該放大電路是阻容耦合的，當電路帶上負載電阻RL時，輸出交流電壓uO是集電極交流電流iC在集電極電阻RC和負載電阻RL并聯(lián)總電阻上所產生的電壓，即當iC確定后，輸出電壓的大小將取決于RC//RL，而不僅僅是RC。在靜態(tài)特性分析中得到了直流負載線。在動態(tài)特性分析中，交流信號遵循的負載線稱為交流負載線。與直流負載線類似，交流負載線的斜率為－1/RC//RL，同時，由于輸入電壓ui＝0時，三極管的集電極電流為IC=ICQ，C-E極間的管壓降為UCE=UCEQ，所以交流負載線必過Q點。因此，交流負載線的表達式為UCE=UCEQ+ICQRC//RL-IC

RC//RL第53頁/共225頁2.

電壓放大倍數(shù)當交流輸入信號ui0時，輸入回路方程為UBE=VBB+ui-IBRB

該直線相對于輸入回路負載線向右平移了ui，與橫坐標的交點為VBB+ui，與縱坐標的交點為(VBB+ui)/Rb，與三極管輸入特性曲線的交點表示了交流輸入電流iB，如圖(a)所示。在三極管的輸出特性曲線中找到IB+iB的那條曲線，如圖(b)所示，此曲線與交流負載線的交點為（UCEQ-uO，ICQ+iC），-uO為交流輸出電壓，從而得到放大電路的交流輸出電壓-uO與輸入電壓ui制比，即電壓放大倍數(shù)Au為:第54頁/共225頁3.輸入、輸出波形分析設輸入電壓ui為正弦波、且幅度較小，若靜態(tài)工作點Q選的合適，三極管的輸入特性曲線在Q附近可視為直線，則三極管B、E間的交流電壓uBE和基極電流iB也是正弦波，如圖(a)所示。在放大區(qū)內，集電極交流電流iC與基極電流iB是倍線性關系，通過交流負載線，將集電極交流電流iC轉變成交流輸出電壓uO，如圖(b)所示。第55頁/共225頁通過上面的分析得到放大電路在輸入特性近似為線性時的各處的電壓、電流波形，如圖所示。第56頁/共225頁若工作點選的過低，下圖和右圖顯示了圖解法分析波形失真及放大電路各點對應波形。從圖中看出，由于工作點選的過低，當交流輸入電壓較大時，三極管進入了截止狀態(tài)，從而產生了波形失真，稱這種失真為截止失真。第57頁/共225頁若工作點選的過高，下圖和右圖顯示了圖解法分析波形失真及放大電路各點對應波形。從圖中看出，由于工作點選的過高，當交流輸入電壓較大時，三極管進入了飽和狀態(tài)，從而產生了波形失真，稱這種失真為飽和失真。第58頁/共225頁2.3放大電路的等效電路分析2.3.1三極管的直流模型及靜態(tài)工作點的估算1.直流模型：第59頁/共225頁2.3.1三極管的直流模型及靜態(tài)工作點的估算2.靜態(tài)工作點的估算在下面(b)圖直流通路中，如果I1>>IB（大10倍以上），三極管基極電壓UB幾乎不受基極電流IB的影響，UB可以認為是由Rb1和Rb2決定的。如此忽略IB對基極電壓UB的影響，基極電壓UB為第60頁/共225頁2.3.1三極管的直流模型及靜態(tài)工作點的估算利用三極管的直流模型，三極管發(fā)射極電壓UE為發(fā)射極電流IEQ為基極電流IBQ為三極管C-E間電壓UCEQ為第61頁/共225頁例2-1

在圖2-20(a)所示的直接耦合放大電路中，三極管發(fā)射極的導通電壓UD=0.7V、β＝100、輸出特性曲線如圖2-20(b)，VCC=12V，Rb1=15.69k，Rb2=1k，RC=3k，試計算其工作點、畫出直流負載線、標出工作點。第62頁/共225頁解:畫出該放大電路的直流通路如右圖所示

UCEQ=VCC/2，說明靜態(tài)工作點比較合適。根據(jù)電路回路方程，直流負載線滿足直線方程UCE=VCC－IC×RC，當IC＝0時，UCE=VCC=12V，當UCE＝0時，IC＝VCC/RC=4mA，所以直流負載線及工作點Q如下圖所示。第63頁/共225頁2.3.2三極管共射h參數(shù)等效模型

第64頁/共225頁2.3.2簡化h參數(shù)等效模型及rbe的表達式1.簡化h參數(shù)等效模型第65頁/共225頁2.rbe的表達式當三極管處于放大狀態(tài)時，在Q點附近，三極管的發(fā)射結可用一個電阻來等效，其等效結構如圖(a)所示。三極管的輸入回路的等效電路如圖(b)所示。第66頁/共225頁2.3.2動態(tài)參數(shù)分析下面以圖(a)所示阻容耦合共射放大電路為例，介紹利用h參數(shù)等效電路來分析放大電路的動態(tài)特性。第67頁/共225頁1.電壓放大倍數(shù)Auui＝iBrbe，uo＝-iBRC//RL2.源電壓放大倍數(shù)AS第68頁/共225頁3.輸入電阻RiRi是從放大電路輸入端看進去的等效電阻4.輸出電阻Ro首先令信號源電壓uS0，在放大電路的輸出端加電壓uo，產生電流iC，由于輸出端電壓uo不能作用到輸入回路，所以在輸入回路中iB＝0，在輸出回路中iB＝0，由此iC＝uo/RC。輸出電阻Ro為第69頁/共225頁例2-5如圖(a)所示的基本阻容耦合放大電路，設三極管發(fā)射極的導通電壓UD=0.7V、rbb=133、β＝100，VCC=12V，RS=1.23k，Rb=377k，RC=2k，RL=2k，各電容值足夠大，試(1)計算工作點、(2)計算電壓放大倍數(shù)Au、源電壓放大倍數(shù)AS、輸入電阻Ri、輸出電阻Ro。第70頁/共225頁解:(1)畫出該放大電路的直流如右圖所示。

第71頁/共225頁(2)(k)第72頁/共225頁2.4共集放大電路

2.4.1電路組成第73頁/共225頁2.4.2靜態(tài)特性分析基極電流IBQ發(fā)射極電流IEQ為三極管C-E間電壓UCEQ為第74頁/共225頁2.4.3動態(tài)特性分析1.電壓放大倍數(shù)uo＝(1+)iBRE，ui＝iBrbe+uo＝iBrbe+(1+)iBRE

當(1+)RE>>rbe時，Au1，即uoui。電路無電壓放大能力，但是輸出電流iE遠大于輸入電流iB，所以電路仍有功率放大作用。

第75頁/共225頁2.輸入電阻Ri3.輸出電阻Ro共集放大電路輸入電阻大、輸出電阻小，因而從信號源索取的電流小而且?guī)ж撦d能力強，所以常用于多級放大電路的輸入級和輸出級第76頁/共225頁例2-7

在圖2-27(a)所示電路中，VCC=12V，RS=1k，Rb=265k，RE=3k；三極管的導通電壓UD=0.7V，rbb=200，=99。試計算靜態(tài)工作點、Au、Ri和Ro。解:

由式(2.32)～(2.34)

第77頁/共225頁2.4共基放大電路2.4.1電路組成：第78頁/共225頁2.4.1靜態(tài)特性分析發(fā)射極電流IEQ為集電極電流ICQ為基極電流IBQ為三極管發(fā)射極電壓UE為三極管集電極電壓UC為三極管C-E間電壓UCEQ為第79頁/共225頁

2.4.2動態(tài)特性分析1.電壓放大倍數(shù)Au2.輸入電阻Ri3.輸出電阻Ro第80頁/共225頁2.4.3三種基本電路比較共射電路既有放大電流能力，又有能放大電壓能力；輸入電阻在三種電路中居中，輸出電阻較大，頻帶較窄。常作為低頻電壓放大電路的單元電路。共集電路只能放大電流不能放大電壓；在三種基本電路中，輸入電阻最大、輸出電阻最小，并具有電壓跟隨的特點。常用于電壓放大電路的輸人級和輸出級，在功率放大電路中也常采用射極輸出的形式。共基電路只能做電壓放大，不能放大電流；輸入電阻小，電壓放大倍數(shù)和輸出電阻與共射電路相當；頻率特性是三種接法中最好的電路。常用于寬頻帶放大電路。第81頁/共225頁第三章放大電路的頻率特性分析第一節(jié)頻率特性分析基礎 第二節(jié)三極管的高頻等效模型 第三節(jié)三極管交流放大倍數(shù)的頻率特性 第四節(jié)單管放大電路的頻率特性 第82頁/共225頁3.1頻率特性分析基礎3.1.1低通電路傳遞函數(shù)為第83頁/共225頁定義電路的時間常數(shù)＝RC，令ωH＝1/，則的幅值和相角可表示為稱fH為低通電路的上截止頻率。

第84頁/共225頁3.1.2高通電路傳遞函數(shù)為

與低通電路相同，電路的時間常數(shù)＝RC，令ωL＝1/，則稱fL為高通電路的下截止頻率。第85頁/共225頁的幅值和相角可表示為對于放大電路，其上截止頻率fH與下截止頻率fL之差即是它的通頻帶Bw，即第86頁/共225頁3.1.2波特圖在研究電路的頻率特性時，采用對數(shù)坐標系畫出電路的幅頻特性曲線和相頻特性曲線，稱之為波特圖。1.低通電路頻率特性的波特圖對低通電路的幅頻特性表達式取以10為底的對數(shù)得到：第87頁/共225頁2.高通電路頻率特性的波特圖對于高通電路，對數(shù)幅頻特性和對數(shù)相頻特性的表達式為：第88頁/共225頁3.2三極管的高頻等效模型3.2.1三極管的PN結電容效應及其等效高頻結構PN結的勢壘區(qū)，對PN結以外的電路來說，等效為電容，稱之為勢壘電容。當PN結處于正向偏置時，PN結兩邊半導體內的多子擴散作用加強，即從P區(qū)擴散到N區(qū)的空穴和從N區(qū)擴散到P區(qū)的電子數(shù)量增多。此時，在P區(qū)和N區(qū)內將形成一定數(shù)量的瞬間空穴－電子對（如圖3-5所示），空穴－電子對的數(shù)量與外加正向電壓成正比。PN結的這種特性對于外電路來說，也等效為電容，稱之為擴散電容。PN結的等效電容特性在外加信號頻率較低時，作用甚微，因此忽略。但在分析電路的高頻特性時，不容忽視。第89頁/共225頁3.2.1三極管的PN結電容效應及其等效高頻結構PN結電容效應三極管高頻等效結構第90頁/共225頁3.2.2共射混合模型由半導體物理的理論，三極管的受控電流iC與發(fā)射結電壓ube成線性關系，且與信號頻率無關。因此，在高頻混合模型中引入了一個新參數(shù)gm，稱為跨導。gm是一個常量，表明ube對iC的控制關系，iC＝gmube。第91頁/共225頁3.2.3簡化單向化混合模型將電容Cbc等效到輸入和輸出回路因為電容Cbc的容值很小，忽略在輸出回路的作用，得到三極管簡化的單向化混合模型

CM被稱為密勒電容。第92頁/共225頁3.3

三極管交流放大倍數(shù)的頻率特性在高頻段，當信號頻率變化時iC與iB的關系也隨之變化，即交流電流放大倍數(shù)不再是常量，而是頻率的函數(shù)。（C＝Cbe＋Cbc

）定義（上）截止頻率：第93頁/共225頁(jf)對數(shù)幅頻特性和對數(shù)相頻特性分別為第94頁/共225頁定義fT是|

(jf)|＝1時所對應的頻率，fT即為三極管的特征頻率。令式(3.28)中|

(jf)|＝1（0dB），則考慮到0的平方遠遠大于1，得到三極管特征頻率fT的表達式為第95頁/共225頁3.4單管放大電路的頻率特性3.4.1

中頻源電壓放大倍數(shù)在3-14(b)所示的中頻混合等效電路中，輸入電阻Ri＝Rb//(rbb+rbe)＝Rb//rbe，從而該電路的中頻源電壓放大倍數(shù)ASM為第96頁/共225頁3.4.2低頻段頻率特性該電路的低頻源電壓放大倍數(shù)ASL為第97頁/共225頁對上式整理得到上式是一個高通特性表達式，所以下截止頻率fL為該放大電路的低頻源電壓放大倍數(shù)ASL為

第98頁/共225頁相應的對數(shù)幅頻特性及相頻特性的表達式為第99頁/共225頁

3.4.3高頻段頻率特性上截止頻率fH為所以第100頁/共225頁相應的對數(shù)幅頻特性及相頻特性的表達式為第101頁/共225頁3.4.4全頻段頻率特性第102頁/共225頁3.4.5放大電路的增益帶寬積具有一階低通和一階高通特性的放大電路的對數(shù)幅頻特性如圖所示。該放大電路在中頻增益為A0時，對應的上下截止頻率和通頻帶分別為fH0、fL0和BW0。如果把增益降低，通頻帶加寬。設在中頻增益為A1時，對應的上下截止頻率和通頻帶分別為fH1、fL1和BW1。放大電路的增益與帶寬滿足一定的關系。在圖中，由直角三角形abc的邊角關系得到整理后得到fT0為放大電路的0dB帶寬

（

|A|＝1

）第103頁/共225頁同樣在下截止頻率時

一般情況下，放大電路的下截止頻率很低（只有幾赫茲到幾十赫茲），尤其是直接耦合放大電路，下截止頻率為0，為此放大電路的通頻帶近似為所以：第104頁/共225頁第四章場效應管放大電路特性分析

第一節(jié)場效應管特性第二節(jié)場效應管的工作點設置及靜態(tài)特性分析第三節(jié)場效應管的動態(tài)特性分析第105頁/共225頁4.1場效應管特性4.1.1結型場效應管符號及特性1.符號

結型場效應管有N溝道型和P溝道型之分，與晶體三極管的NPN型和PNP型類似，其符號分別如圖4-1(a)和(b)所示。三個極分別稱為柵極，用符號G（Grid）表示；漏極，用符號D（Drain）表示；源極，用符號S（Source）表示。2.轉移特性為了使場效應管正常工作，需要在場效應管柵源極之間加電壓UGS(直流和交流)和在漏源極之間加電壓UDS(直流和交流)第106頁/共225頁由于場效應管的輸入電阻非常大，認為柵極電流IG＝0。漏極電流ID受柵源極間電壓UGS控制，在UGS＝0時，ID最大，隨著UGS的減?。ㄘ搲海?，ID減小。理論分析表明，當漏源極間電壓UGS足夠大時，漏極電流ID與柵源極間電壓UGS呈平方關系ID=IDSO(1-UGS/UGS(off))2

其中IDSO為UGS＝0時的漏極電流，UGS(off)稱為夾斷電壓。圖(b)給出了常見結型N溝道型場效應管的轉移特性曲線。第107頁/共225頁3.輸出特性圖4-2(c)給出了常見結型場效應管的輸出特性曲線。在輸出特性曲線中，分為不飽和區(qū)、飽和區(qū)和擊穿區(qū)。在不飽和區(qū)，漏源極間電壓UDS較小，此時漏極電流ID隨著UDS的增加近似線性增加。在飽和區(qū)，漏源極間電壓UDS足夠大，此時漏極電流ID隨著UDS的增加而增加甚微，ID主要受柵源極間電壓UGS控制，它們之間呈平方關系。當UDS很大時，出現(xiàn)擊穿區(qū)，ID隨著UDS的增加而迅猛增加。第108頁/共225頁4.1.2結型場效應管主要參數(shù)1.直流參數(shù)結型場效應管的直流參數(shù)主要有：(1)柵源（交流）短路電流IDSO：結型場效應管在飽和區(qū)、UGS＝0時的漏極電流，它實際上是漏極電流ID的最大值。(2)夾斷電壓UGS(off)：在飽和區(qū)結型場效應管的漏極電流ID0（通常規(guī)定ID＝50uA）所對應的柵源間的電壓值。(3)柵源間電阻RGS：漏源極短路時，柵源極在一定條件下的等效電阻，RGS可達十幾兆歐。2.小信號交流參數(shù)結型場效應管的小信號交流參數(shù)主要有：(1)正向跨導gm：在飽和區(qū)，固定漏極電壓，漏極電流iD的變化量與柵源極間電壓uGS的變化量之比，即。gm的大小表明了柵極電壓對漏極電流的控制能力。第109頁/共225頁正向跨導gm可表示為(2)漏源等效電阻rDS：固定柵源極間電壓，漏源極間的等效電阻。在不飽和區(qū)，rDS較小，在百歐的量級。在飽和區(qū)，rDS較大，在幾十千歐左右。第110頁/共225頁4.1.3絕緣柵場效應管符號及特性

1.符號圖4-3絕緣柵場效應管符號GSDGSDGSDGSDN溝道增強型N溝道耗盡型P溝道增強型P溝道耗盡型符號絕緣柵場效應管，簡稱MOS場效應管（MOS：MetalOxideSemiconductor，金屬氧化物半導體），由于工藝和材料上的區(qū)別，有四種不同的類型：N溝道增強型和耗盡型、P溝道增強型和耗盡型，其符號分別如圖4-3所示。2.轉移特性與結型場效應管類似，為了使場效應管正常工作，需要在絕緣柵場效應管柵源極之間加電壓UGS和在漏源極之間加電壓UDS，如圖(a)所示。3.輸出特性圖(c)給出了常見絕緣柵N溝道增強型場效應管的輸出特性曲線。與結型場效應管的輸出特性曲線沒有多大區(qū)別。第111頁/共225頁4.1.3絕緣柵場效應管符號及特性第112頁/共225頁4.1.4絕緣柵效應管主要參數(shù)1.直流參數(shù)絕緣柵場效應管的直流參數(shù)主要有：(1)柵源（交流）短路電流IDSX：結型場效應管在飽和區(qū)、UGS＝UGSX時的漏極電流。IDSX與結型場效應管的IDSO略有區(qū)別，IDSX不表示絕緣柵場效應管的漏極電流的最大值。(2)開啟電壓UGS(th)：與結型場效應管的夾斷電壓UGS(off)相同。(3)柵源間電阻RGS：與結型場效應管相同。絕緣柵場效應管的RGS比結型場效應管的要大，絕緣柵的RGS可達幾千兆歐。2.小信號交流參數(shù)絕緣柵場效應管的正向跨導gm與結型的相同。漏源等效電阻rDS與結型的相同。第113頁/共225頁4.2場效應管的工作點設置及靜態(tài)特性分析

4.2.1共源放大電路圖4-6共源放大電路圖4-7直流通路第114頁/共225頁第115頁/共225頁4.2.2自生偏置電路由于結型和絕緣柵增強型場效應管可以工作在柵源極間電壓UGS為負壓狀態(tài)，放大電路可以自生偏置電壓。

第116頁/共225頁第117頁/共225頁4.3場效應管的動態(tài)特性分析在小信號時，有了場效應管的等效模型，分析場效應管放大電路的動態(tài)特性和頻率特性與前幾章介紹的分析方法沒有什么不同。第118頁/共225頁第119頁/共225頁第五章負反饋放大電路第一節(jié)反饋基本概念及判斷方法第二節(jié)負反饋放大電路的特性分析第三節(jié)負反饋對放大電路性能的影響第120頁/共225頁5.1反饋基本概念及判斷方法5.1.1基本概念

1.反饋的概念反饋，也稱回授，是指在一個系統(tǒng)中，系統(tǒng)的輸出量的部分或全部回送到輸入端，用于調整輸入量，改變系統(tǒng)的運行狀態(tài)的過程。引入反饋的放大電路，稱為反饋放大電路。引入反饋的放大電路所對應的放大倍數(shù)稱為閉環(huán)放大倍數(shù)，或閉環(huán)增益。沒有引入反饋的放大電路所對應的放大倍數(shù)稱為開環(huán)放大倍數(shù)，或開環(huán)增益。圖5-1反饋放大電路組成第121頁/共225頁2.反饋放大電路中的正、負反饋在反饋放大電路中，如果反饋量Xf使基本放大電路的凈輸入量Xid在輸入量Xi的基礎上增大，即Xid＝Xi＋Xf，稱電路中的反饋為正反饋，同時稱反饋放大電路為正反饋放大電路；反之，反饋量Xf使凈輸入量Xid在輸入量Xi的基礎上減小，即Xid＝Xi－Xf，稱電路中的反饋為負反饋，同時稱反饋放大電路為負反饋放大電路。3.反饋放大電路中的直流反饋和交流反饋在直流通路中存在的反饋稱為直流反饋。在交流通路中存在的反饋稱為交流反饋。第122頁/共225頁5.1.2負反饋放大電路的四種組態(tài)輸入量ii、凈輸入量iB和反饋量if所對應的三個支路是并聯(lián)關系，稱為（輸入）并聯(lián)反饋。輸入量ui、凈輸入量uBE和反饋量uf所對應的三個支路是串聯(lián)關系，稱為（輸入）串聯(lián)反饋。反饋量是隨著輸出電壓變化而改變的，輸出量是電壓uo，稱為（輸出）電壓反饋。反饋量是隨著輸出電流變化而改變的，輸出量是電流iE（或iC），稱為（輸出）電流反饋。因此，在負反饋放大電路中，有四種組態(tài)（組合狀態(tài)）：電壓串聯(lián)負反饋、電壓并聯(lián)負反饋、電流串聯(lián)負反饋、電流并聯(lián)負反饋。第123頁/共225頁5.1.3四種組態(tài)的判斷1.輸入回路形式的判斷反饋放大電路在輸入回路的形式并聯(lián)或串聯(lián)的判斷較為簡單，主要看反饋量對應的支路與輸入量和凈輸入量所對應的支路的關系是并聯(lián)還是串聯(lián)。2.輸出回路形式的判斷反饋放大電路在輸出回路的形式電壓或電流的判斷，要看何種輸出量（電壓還是電流）直接影響反饋量。在電壓反饋電路中，因為反饋量是隨著輸出電壓uo變化而變化的，所以，若輸出電壓uo0，則反饋量與輸出無關，即反饋消失。因此，負反饋放大電路在輸出回路的形式電壓或電流的判斷方法為：令反饋放大電路的輸出電壓uo為零，若反饋消失（反饋量與輸出無關），則說明電路中引入了電壓反饋；若反饋依然存在，則說明電路中引入了電流反饋。例如在圖5-2(b)中，令輸出電壓uo0，反饋量if＝－uBE/Rf，與輸出無關，是電壓反饋；在圖5-4(c)）中，令輸出電壓uo0，輸出電流iE（或iC）亦然存在，反饋量uf＝iERf不變，是電流反饋。第124頁/共225頁5.1.4正、負反饋的判斷在分析反饋放大電路的動態(tài)特性過程中，比較直觀和不容易出錯的方法是首先畫出交流通路，在交流通路的基礎上判斷放大電路的反饋組態(tài)，根據(jù)組態(tài)選擇輸入量、凈輸入量以及反饋量的形式是電壓還是電流，然后進行正、負反饋的判斷。1.輸入量、凈輸入量和反饋量的選擇在決定了反饋放大電路的組態(tài)組態(tài)基礎上，選擇輸入量、凈輸入量和反饋量形式的原則是：并聯(lián)反饋選擇電流、串聯(lián)反饋選擇電壓。2.正、負反饋的判斷判斷正、負反饋的基本方法是：在放大電路的交流通路中，規(guī)定輸入量瞬間對地的極性，并以此為依據(jù)，逐級判斷各相關點電流的方向和電位的極性，得到輸出量的極性；然后根據(jù)輸出量的極性判斷出反饋量的極性；若反饋量使凈輸入量增大，則為正反饋；若反饋量使凈輸入量減小，則為負反饋。

第125頁/共225頁第126頁/共225頁第127頁/共225頁5.1.5集成放大電路的反饋圖5-11電流串聯(lián)負反饋電路圖5-10電壓串聯(lián)負反饋電路圖5-12電流并聯(lián)負反饋電路圖5-13電壓串聯(lián)正反饋電路第128頁/共225頁5.2負反饋放大電路的特性分析5.2.1負反饋放大電路的基本表達形式第129頁/共225頁第130頁/共225頁當AF+1>>1時，稱電路為深度負反饋放大電路。在深度負反饋放大電路中，由式(5.6)得到上式表明，在深度負反饋放大電路中，可以認為放大倍數(shù)Af僅取決于電路的反饋系數(shù)F。由于在深度負反饋放大電路中，與式(5.4)比較發(fā)現(xiàn)，此時Xi＝Xf，在負反饋放大電路中，凈輸入量等于輸入量與輸出量之差,得到Xid＝0。也就是說，在深度負反饋放大電路中，凈輸入量遠遠小于輸入量或反饋量，可以認為凈輸入量等于0，這就是在之后分析深度負反饋放大電路（包括引入負反饋的集成放大電路）過程中，引入虛短路和虛開路概念的基礎。第131頁/共225頁5.2.2電壓串聯(lián)負反饋放大電路的特性1.基本形式電壓串聯(lián)負反饋放大電路的基本形式如圖5-15所示，凈輸入量、輸入量與反饋量分別是uid、ui和uf，基本放大電路的放大倍數(shù)為Au＝uo/uid、反饋系數(shù)為Fu＝uf/uo。在深度負反饋時，電壓串聯(lián)負反饋放大電路的電壓放大倍數(shù)Auf為2.輸入電阻圖如圖5-16所示，基本放大電路的輸入電阻Ri＝uid/ii，整個電路的輸入電阻為圖5-16電壓串聯(lián)負反饋放大電路輸入電阻圖5-15電壓串聯(lián)負反饋放大電路基本形式(5.8)(5.9)

第132頁/共225頁3.輸出電阻一般情況，由于反饋網(wǎng)絡所引起的電流i‘遠遠小于電流io，可以忽略。電流io為整個電路的輸出電阻Rof為上式表明引人電壓負反饋后輸出電阻僅為其基本放大電路輸出電阻的(1+AuFu)分之一，1+AuFu，Rof0，因此深度電壓負反饋電路的輸出可近似認為恒壓源。(5.10)第133頁/共225頁第134頁/共225頁第135頁/共225頁5.2.3電流并聯(lián)負反饋放大電路的特性5.2.4電壓并聯(lián)負反饋放大電路的特性5.2.5電流串聯(lián)負反饋放大電路的特性第136頁/共225頁5.3負反饋對放大電路性能的影響

5.3.1對輸入回路的影響1.對信號源的要求并聯(lián)負反饋適合信號源為恒流源或近似恒流源。串聯(lián)負反饋適合信號源為恒壓源或近似恒壓源。2.對輸入電阻的影響串聯(lián)負反饋電路輸入電阻的表達式為并聯(lián)負反饋放大電路，輸入電阻Rif的表達式為第137頁/共225頁5.3.2對輸出回路的影響1.對輸出量的影響在電壓負反饋放大電路中，電壓負反饋使電路的輸出電壓更加穩(wěn)定。在電流負反饋放大電路中，電流負反饋使電路的輸出電流更加穩(wěn)定。2.對輸出電阻的影響電壓負反饋電路輸出電阻的近似表達式為在電流負反饋放大電路中，電路輸出電阻的近似表達式為第138頁/共225頁5.3.3不同組態(tài)的特性要點概括第139頁/共225頁5.3.3不同組態(tài)的特性要點概括第140頁/共225頁5.3.4穩(wěn)定放大倍數(shù)對于深度負反饋放大電路，反饋放大倍數(shù)Af1/F，幾乎僅取決于反饋網(wǎng)絡，而反饋網(wǎng)絡通常通常是無源網(wǎng)絡，因此可獲得很好的穩(wěn)定性。上式表明負反饋放大電路的放大倍數(shù)Af的相對變化量dAf/Af為基本放大電路放大倍數(shù)A的相對變化量dA/A的（1+AF）分之一；或者說，Af的穩(wěn)定性是A的（1+AF）倍。第141頁/共225頁5.3.5展寬通頻帶放大電路中引入負反饋后，增益降低到（1＋AF）分之一，通頻帶增加到約（1＋AF）倍。5.3.6改善非線性失真由于三極管的輸入輸出特性的非線性，使電路的輸出產生非線性失真。在負反饋放大電路中，當深度反饋時，放大倍數(shù)Af1/F，幾乎僅取決于反饋網(wǎng)絡，而反饋網(wǎng)絡通常通常是線性無源網(wǎng)絡，與三極管特性無關，因此電路輸出幾乎無非線性失真。在負反饋放大電路中，同樣以犧牲增益為代價，非線性改善程度是基本放大電路的（1+AF）倍。第142頁/共225頁第六章功率放大電路第一節(jié)功率放大電路的特點與要求第二節(jié)甲類功率放大電路第三節(jié)互補推挽功率放大電路第四節(jié)乙類功率放大電路第五節(jié)甲乙類功率放大電路第143頁/共225頁6.1功率放大電路的特點與要求功率放大電路是指能夠向負載提供較大功率的放大電路，簡稱功放。6.1.1功率放大電路的特點1.輸出大功率2.大信號3.高效率4.高熱量5.負載能力強第144頁/共225頁6.1功率放大電路的特點與要求6.1.2功率放大電路的要求1.輸出功率大2.效率高3.失真小4.器件安全5.電路保護6.1.3主要技術指標1.最大輸出功率POM2.轉換效率第145頁/共225頁6.2甲類功率放大電路6.2.1基本電路及靜態(tài)特性功放管通過Rb得到直流電流IBQ，以及集電結電流ICQ，因為變壓器初級線圈的直流電阻很小，可以忽略不計，所以UCEQ＝VCC，直流負載線是垂直于橫軸的直線，與ICQ相交于靜態(tài)工作點Q點，如下圖(b)中所示。因為三極管的基極電流相對較小，可以忽略。電源提供的直流功率為(6.1)第146頁/共225頁6.2.2動態(tài)圖解分析在功放管的飽和壓降UCEQ較小的情況下，電源電壓VCC遠大于功放管的飽和電壓，因此輸出電壓的最大值uomVCC，輸出電流的最大值iCmICQ。因此，在理想變壓器的情況下，最大輸出功率為最佳負載時甲類功放的效率為

(6.3)(6.4)第147頁/共225頁6.3互補推挽功率放大電路6.3.1基本電路及靜態(tài)特性互補推挽功率放大電路的典型電路如圖6-3所示。圖6-3互補推挽功放電路第148頁/共225頁6.3.2動態(tài)特性圖6-4大信號特性圖6-5互補推挽功放波形圖第149頁/共225頁當功放輸入交流電壓ui為正弦波時，兩個功放管產生的電流一個變化較快，另一個變化較慢，因為兩個功放管所特性是對稱的，變化快慢的程度是相同的，在負載電阻起到互補疊加的效果，因此稱之為互補推挽功率放大電路。由于兩個功放管輸出電流的互補疊加，從而互補推挽功放極大地改善了功放電路的非線性失真。從而電壓和電流波形如圖6-5所示。因為功放管的導通角＝360，所以互補推挽功放也屬于甲類功放。當最佳負載時其效率為50％。第150頁/共225頁6.4

乙類功率放大電路6.4.1基本電路及靜態(tài)特性第151頁/共225頁6.4.2工作原理為了說明其工作原理，先假設功放管B-E間的開啟電壓為0。當功放輸入交流電壓ui為正弦波時，在正半周ui>0時，功放管T1導通，T2截止，正電源供電，負載電阻RL上有交流電流iL=iE1流過（如圖6-6(a)中實線所示），并RL上產生輸出電壓uo的正半周，由于電路為射極輸出形式，uoui；在負半周ui<0時，功放管T2導通，T1截止，負電源供電，負載電阻RL上有交流電流iL=－iE2流過（如圖6-6(a)中虛線所示），并RL上產生輸出電壓uo的負半周，由于電路也為射極輸出形式，uoui。由此可見電路中功放管T1和T2交替工作，正、負電源輪流供電，兩只功放管均為射極輸出形式。從上面的原理分析中看到，該電路的功放管只在輸入正弦波的（正或負）半個周期內導通，即功放管的導通角＝180。由此，乙類功放的定義為：功放管的導通角＝180的功率放大電路，稱為乙類功率放大電路，簡稱乙類功放。第152頁/共225頁6.4.3動態(tài)特性分析圖6-7乙類功放圖解分析最大輸出功率為乙類功放的效率為第153頁/共225頁6.4.4交越失真在以上對乙類功放的分析過程中，假設了功放管B-E間的開啟電壓為0。由于三極管的開啟電壓不為0，在輸入電壓ui較小時，功放管不導通或導通不充分，從而在負載電阻RL上得到的輸出電流或電壓有失真，如圖6-8所示。圖6-8乙類功放波形圖第154頁/共225頁6.5甲乙類功率放大電路靜態(tài)時甲乙類每個電源提供的直流功率為6.5.1基本電路及靜態(tài)特性第155頁/共225頁6.5.2工作原理當功放輸入交流電壓ui為正弦波時，在正半周（ui>0），ui幅度較小時，使功放管T1的基極在直流電壓UBEQ1的基礎上，加上交流電壓ui，T1開始導通，集電極電流iC1(iE1)開始增大，負載電阻RL上有交流電流iE1流過（如圖6-9(a)中實線所示），與此同時，輸入電壓ui使功放管T2的基極在直流電壓UBEQ2的基礎上，減去交流電壓ui，T2的集電極電流iC2(iE2)幅度開始減小，使負載電阻RL上又有交流電流iE2流過，此時電流iE2的方向與電流iE1的方向相同，負載電阻RL上的電流iL是電流iE1和iE2的疊加，iL＝iE1＋|iE2|。在正半周，ui幅度較大時，功放管T1的集電極電流iE1繼續(xù)增大，與此同時，輸入電壓ui使功放管T2截止，功放管T2集電極電流iE2為0，負載電阻RL上只有交流電流iE1流過，此時iL＝iE1。電流iL在負載電阻RL時產生輸出電壓uo的正半周。第156頁/共225頁6.5.2工作原理當輸入電壓為負半周時，與正半周相反。從上面的原理分析中看到，該電路的功放管在輸入正弦波的（正或負）大半個周期內導通，即功放管的導通角>180。由此，甲乙類功放的定義為：功放管的導通角180<<360的功率放大電路，稱為甲乙類功率放大電路，簡稱甲乙類功放。由于甲乙類功放電流中，設置了功放管有一定的靜態(tài)電流，在交流輸入時，也有一定的消耗功率，其大小與ICQ的設置有關。為此，甲乙類功放的效率在甲類和乙類之間，即甲＝50％<甲乙<乙＝78％。在功放管微導通情況下，靜態(tài)消耗的功率較小，其效率接近乙類功放。圖6-10甲乙類功放波形圖第157頁/共225頁6.5.3OCL電路特性分析1.復合管在該電路中，三極管T1和T2是大功率功放管，稱為輸出管；它們分別與三極管T3和T4（稱為驅動管）復合，等效為NPN型和PNP型。圖6-12給出了采用NPN型作為輸出管的等效復合三極管。圖6-11OCL類功率放大電路圖6-12復合三極管第158頁/共225頁6.5.3OCL電路特性分析2.直流恒壓源電路在圖6-11所示電路中，三極管T5和電阻R2和R3組成直流恒壓源電路，給功放管T1～T4的基極回路提供直流電壓，使它們處于微導通狀態(tài)，同時對于交流信號近似為短路。輸出電壓Uo為:圖6-13直流恒壓源電路第159頁/共225頁3.OCL電路的靜態(tài)工作特性在圖6-11所示電路中，三極管T6在靜態(tài)時等效為直流恒流源，為后面的電路提供直流偏置。通過調整電阻R2和R3的值，得到適當?shù)闹绷麟妷海峁┙o功放管T1～T4的基極回路，使它們處于微導通狀態(tài)。調整電阻R1，使功放管T1、T4的發(fā)射極電壓為0。因此，OCL電路屬于甲乙類功率放大電路，但是由于功放管處于微導通狀態(tài)，其靜態(tài)工作點很低。靜態(tài)時所消耗的功率也很小。4.OCL電路的動態(tài)工作特性由于OCL電路屬于甲乙類功率放大電路，但靜態(tài)工作點很低，其工作原理與本節(jié)上述部分一致，其效率基本乙類功放一致，約為/4，但是無交越失真。除了OCL功放電路外，在應用中還有OTL（無輸出變壓器）功放電路、變壓器耦合功放電路、橋式功放電路等等，它們都屬于甲類、甲乙類或乙類功率放大電路。第160頁/共225頁6.5.4其它類型的功放通過對甲類、甲乙類、乙類功率放大電路的分析得到，它們效率甲＝50％<甲乙<乙＝78％，是依次增大的；而它們的功放管的導通角甲＝360>甲乙>乙＝180，是依次減小的。由此看到功放電路的效率與導通角成反比。這是因為，功放管導通角的減小，使功放管在一個信號周期內的截止時間增大，從而減小了功放管所消耗的平均功率，提高了效率。因此，為了減小功放管的功耗、提高效率，有效的方法是減小功放管的導通角。當導