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電子電路基礎(chǔ)林家儒 編著目 錄第一章 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 第二章 放大電路分析基礎(chǔ) 第三章 放大電路的頻率特性分析 第四章 場效應(yīng)管放大電路特性分析 第五章 負(fù)反饋放大電路 第六章 功率放大電路 第七章 差動放大電路第八章 運算放大器和電壓比較器 第九章 正弦波振蕩器 第十章 直流電源 第一章 半導(dǎo)體器件基礎(chǔ) 1.1 半導(dǎo)體及其特性 1.2 PN結(jié)及其特性 1.3 半導(dǎo)體二極管 1.4 半導(dǎo)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) 1.1 半導(dǎo)體及其特性 1.1.1本征半導(dǎo)體及其特性 定義：純凈的半導(dǎo)體經(jīng)過一定的工藝過程制成單晶體，稱為本征半導(dǎo)體。 晶體中的共價鍵具有很強的結(jié)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。 1.1 半導(dǎo)體及其特性運載電流的粒子稱為載流子。在本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴都是載流子，這是半導(dǎo)體導(dǎo)電的特殊性質(zhì)。半導(dǎo)體在受熱激發(fā)下產(chǎn)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(dǎo)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。 1.1 半導(dǎo)體及其特性 1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體及其特性定義：摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。 根據(jù)摻入雜質(zhì)元素的不同，可形成N（Negative）型半導(dǎo)體和P（Positive）型半導(dǎo)體。 1.1 半導(dǎo)體及其特性 N型半導(dǎo)體 ：在本征半導(dǎo)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(dǎo)體。 由于五價元素很容易貢獻(xiàn)出一個電子，稱之為施主雜質(zhì)。 1.1 半導(dǎo)體及其特性在N型半導(dǎo)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(dǎo)體中導(dǎo)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(zhì)原子可以供電子，故稱之為施主原子。 1.1 半導(dǎo)體及其特性 P型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)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(dǎo)體。 由于雜質(zhì)原子中的空位吸收電子，故稱之為受主雜質(zhì)。 在P型半導(dǎo)體中，空穴為多子，自由電子為少子，主要靠空穴導(dǎo)電。 1.2 PN結(jié)及其特性 1.2.1 PN結(jié)的原理采用不同的摻雜工藝，將P型半導(dǎo)體與N型半導(dǎo)體制作在一起，使這兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體在接觸處保持晶格連續(xù)，在它們的交界面就形成PN結(jié)。 1.2 PN結(jié)及其特性在PN結(jié)中，由于P區(qū)的空穴濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(yuǎn)遠(yuǎn)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(dǎo)體物理中，將這種移動稱作擴(kuò)散運動 1.2 PN結(jié)及其特性擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子與空穴復(fù)合，而擴(kuò)散到N區(qū)的空穴與自由電子復(fù)合，在PN結(jié)的交界面附近多子的濃度下降，P區(qū)出現(xiàn)負(fù)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(fù)電荷區(qū)域為勢壘區(qū)總的電位差稱為勢壘高度 1.2 PN結(jié)及其特性在勢壘區(qū)兩側(cè)半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子，由于雜亂無章的運動而進(jìn)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(kuò)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(dá)到動態(tài)平衡。 1.2 PN結(jié)及其特性 1.2.2 PN結(jié)的導(dǎo)電特性 PN結(jié)外加正向電壓時處于導(dǎo)通狀態(tài) PN結(jié)外加反向電壓時處于截止?fàn)顟B(tài) 1.3 半導(dǎo)體二極管 將PN結(jié)用外殼封裝起來，并加上電極引線就構(gòu)成了半導(dǎo)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(fù)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 1.3 半導(dǎo)體二極管 1.3.1二極管的特性曲線 1.3 半導(dǎo)體二極管反向擊穿按機(jī)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(nèi)共價鍵結(jié)構(gòu)，使價電子脫離共價鍵束縛，產(chǎn)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(dāng)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(chǎn)生新的電子—空穴對。新產(chǎn)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。 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(dá)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（20C）相當(dāng)于K＝293K 令則二極管的伏安特性表達(dá)式為： 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(chǎn)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(chǎn)生的交流電流與交流電壓的關(guān)系。在直流工作點Q一定，在二極管加有交流電壓u，產(chǎn)生交流電流i，交流等效電阻rD定義為 1.3.3 二極管的等效電阻當(dāng)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 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(yīng)的直流電壓UQ和直流電流IQ。當(dāng)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 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(jié)面積及外部散熱條件等有關(guān)。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(jié)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?qū)щ娦杂�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。 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(dǎo)通電壓UD為0、反向擊穿電壓UBR為，設(shè)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?qū)щ娞匦裕�輸入信號正半周時二極管導(dǎo)通，負(fù)半周截止，故輸出uo的波形如右圖所示。 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(nèi)(或者說在一定的功率損耗范圍內(nèi))，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。 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(jié)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。 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(shè)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(dāng) 時，穩(wěn)壓管穩(wěn)壓，輸出 ； 當(dāng) 時，穩(wěn)壓管截止，輸出 。所以， 時，輸出 ；否則， 。 1.4 半導(dǎo)體三極管及其工作原理 1.4.1三極管的結(jié)構(gòu)及符號 1.4.1三極管的結(jié)構(gòu)及符號發(fā)射區(qū)與基區(qū)間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)（簡稱E結(jié)），基區(qū)與集電區(qū)間的PN結(jié)稱為集電結(jié)（簡稱C結(jié)）。半導(dǎo)體三極管并不是簡單地將兩個PN結(jié)背靠背地連接起來。關(guān)鍵在于兩個PN結(jié)連接處的半導(dǎo)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(zhì)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)小；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。 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(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置。 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(jié)正向偏置、集電結(jié)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(yīng)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 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。 當(dāng)交流輸入電壓信號ui  0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(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置。因為發(fā)射結(jié)加正向電壓，并且大于發(fā)射結(jié)的開啟電壓，使發(fā)射結(jié)的勢壘變窄，又因為發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度高，所以有大量自由電子因擴(kuò)散運動源源不斷地越過發(fā)射結(jié)到達(dá)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(kuò)散到基區(qū)的電子中只有極少部分與空穴復(fù)合，形成基極電流IB，由此可見IB<>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(rèn)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 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 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(dǎo)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(fù)載線、標(biāo)出工作點。 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(fù)載線滿足直線方程UCE=VCC－IC×RC，當(dāng)IC＝0時，UCE=VCC=12V，當(dāng)UCE＝0時，IC＝VCC/RC=4mA，所以直流負(fù)載線及工作點Q如下圖所示。 2.3.2 三極管共射h參數(shù)等效模型 2.3.2簡化h參數(shù)等效模型及rbe的表達(dá)式 1. 簡化h參數(shù)等效模型 2. rbe的表達(dá)式當(dāng)三極管處于放大狀態(tài)時，在Q點附近，三極管的發(fā)射結(jié)可用一個電阻來等效，其等效結(jié)構(gòu)如圖 (a)所示。三極管的輸入回路的等效電路如圖 (b)所示。 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。 1. 電壓放大倍數(shù)Au ui＝iBrbe，uo＝-iB RC//RL 2. 源電壓放大倍數(shù)AS 3. 輸入電阻Ri Ri是從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻 4. 輸出電阻Ro 首先令信號源電壓uS0，在放大電路的輸出端加電壓uo，產(chǎn)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 例2-5 如圖 (a)所示的基本阻容耦合放大電路，設(shè)三極管發(fā)射極的導(dǎo)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。 解: (1) 畫出該放大電路的直流如右圖所示。 (2) (k) 2.4 共集放大電路 2.4.1電路組成 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 2.4.3動態(tài)特性分析 1. 電壓放大倍數(shù) uo＝(1+)iB RE，ui＝iBrbe+uo＝iBrbe+(1+)iB RE 當(dāng)(1+)RE>> rbe時，Au1，即uoui 。電路無電壓放大能力，但是輸出電流iE遠(yuǎn)大于輸入電流iB，所以電路仍有功率放大作用。 2. 輸入電阻Ri 3. 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?fù)載能力強，所以常用于多級放大電路的輸入級和輸出級 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(dǎo)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) 2.4 共基放大電路 2.4.1電路組成 ： 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 2.4.2動態(tài)特性分析 1. 電壓放大倍數(shù)Au 2. 輸入電阻Ri 3. 輸出電阻Ro 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(dāng)；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(chǔ) 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 3.1 頻率特性分析基礎(chǔ) 3.1.1 低通電路傳遞函數(shù)為 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 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 3.1.2 波特圖在研究電路的頻率特性時，采用對數(shù)坐標(biāo)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(dá)式取以10為底的對數(shù)得到： 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(dá)式為： 3.2三極管的高頻等效模型 3.2.1三極管的PN結(jié)電容效應(yīng)及其等效高頻結(jié)構(gòu) PN結(jié)的勢壘區(qū)，對PN結(jié)以外的電路來說，等效為電容，稱之為勢壘電容。當(dāng)PN結(jié)處于正向偏置時，PN結(jié)兩邊半導(dǎo)體內(nèi)的多子擴(kuò)散作用加強，即從P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴和從N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子數(shù)量增多。此時，在P區(qū)和N區(qū)內(nèi)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(jié)的這種特性對于外電路來說，也等效為電容，稱之為擴(kuò)散電容。 PN結(jié)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。 3.2.1三極管的PN結(jié)電容效應(yīng)及其等效高頻結(jié)構(gòu) 3.2.2 共射混合模型由半導(dǎo)體物理的理論，三極管的受控電流iC與發(fā)射結(jié)電壓ube成線性關(guān)系，且與信號頻率無關(guān)。因此，在高頻混合模型中引入了一個新參數(shù)gm，稱為跨導(dǎo)。gm是一個常量，表明ube對iC的控制關(guān)系，iC＝gmube。 3.2.3 簡化單向化混合模型 3.3 三極管交流放大倍數(shù)的頻率特性在高頻段，當(dāng)信號頻率變化時iC與iB的關(guān)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)。 定義fT是| (jf)|＝1時所對應(yīng)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(yuǎn)遠(yuǎn)大于1，得到三極管特征頻率fT的表達(dá)式為 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+rbe)＝Rb//rbe，從而該電路的中頻源電壓放大倍數(shù)ASM為 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 對上式整理得到 上式是一個高通特性表達(dá)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 相應(yīng)的對數(shù)幅頻特性及相頻特性的表達(dá)式為 3.4.3 高頻段頻率特性 相應(yīng)的對數(shù)幅頻特性及相頻特性的表達(dá)式為 3.4.4 全頻段頻率特性 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(yīng)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(shè)在中頻增益為A1時，對應(yīng)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(guān)系。在圖中，由直角三角形abc的邊角關(guān)系得到 整理后得到 fT0為放大電路的0dB帶寬 （ |A|＝1 ） 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 第四章 場效應(yīng)管放大電路特性分析 第一節(jié) 場效應(yīng)管特性 第二節(jié) 場效應(yīng)管的工作點設(shè)置及靜態(tài)特性分析 第三節(jié) 場效應(yīng)管的動態(tài)特性分析 4.1 場效應(yīng)管特性 4.1.1 結(jié)型場效應(yīng)管符號及特性 1.符號 結(jié)型場效應(yīng)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。 由于場效應(yīng)管的輸入電阻非常大，認(rèn)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�(fù)壓），ID減小。理論分析表明，當(dāng)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(guān)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(jié)型N溝道型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線。 3. 輸出特性圖4-2(c)給出了常見結(jié)型場效應(yīng)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(guān)系。當(dāng)UDS很大時，出現(xiàn)擊穿區(qū)，ID隨著UDS的增加而迅猛增加。 4.1.2 結(jié)型場效應(yīng)管主要參數(shù) 1. 直流參數(shù)結(jié)型場效應(yīng)管的直流參數(shù)主要有： (1) 柵源（交流）短路電流IDSO：結(jié)型場效應(yīng)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(jié)型場效應(yīng)管的漏極電流ID0（通常規(guī)定ID＝50uA）所對應(yīng)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(dá)十幾兆歐。 2. 小信號交流參數(shù)結(jié)型場效應(yīng)管的小信號交流參數(shù)主要有： (1) 正向跨導(dǎo)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。 4.1.3 絕緣柵場效應(yīng)管符號及特性 4.1.3 絕緣柵場效應(yīng)管符號及特性 4.1.4 絕緣柵效應(yīng)管主要參數(shù) 1. 直流參數(shù)絕緣柵場效應(yīng)管的直流參數(shù)主要有： (1) 柵源（交流）短路電流IDSX：結(jié)型場效應(yīng)管在飽和區(qū)、UGS＝UGSX時的漏極電流。IDSX與結(jié)型場效應(yīng)管的IDSO略有區(qū)別，IDSX不表示絕緣柵場效應(yīng)管的漏極電流的最大值。 (2)開啟電壓UGS(th)：與結(jié)型場效應(yīng)管的夾斷電壓UGS(off)相同。 (3) 柵源間電阻RGS：與結(jié)型場效應(yīng)管相同。絕緣柵場效應(yīng)管的RGS比結(jié)型場效應(yīng)管的要大，絕緣柵的RGS可達(dá)幾千兆歐。 2. 小信號交流參數(shù)絕緣柵場效應(yīng)管的正向跨導(dǎo)gm與結(jié)型的相同。漏源等效電阻rDS與結(jié)型的相同。 4.2 場效應(yīng)管的工作點設(shè)置及靜態(tài)特性分析 4.2.1共源放大電路 4.2.2 自生偏置電路由于結(jié)型和絕緣柵增強型場效應(yīng)管可以工作在柵源極間電壓UGS為負(fù)壓狀態(tài)，放大電路可以自生偏置電壓。 4.3 場效應(yīng)管的動態(tài)特性分析 第五章 負(fù)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(fù)反饋放大電路的特性分析 第三節(jié) 負(fù)反饋對放大電路性能的影響 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(diào)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(yīng)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(yīng)的放大倍數(shù)稱為開環(huán)放大倍數(shù)，或開環(huán)增益。 2. 反饋放大電路中的正、負(fù)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(chǔ)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(chǔ)上減小，即Xid＝Xi－Xf，稱電路中的反饋為負(fù)反饋，同時稱反饋放大電路為負(fù)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。 5.1.2 負(fù)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(yīng)的三個支路是并聯(lián)關(guān)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(yīng)的三個支路是串聯(lián)關(guān)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(fù)反饋放大電路中，有四種組態(tài)（組合狀態(tài)）：電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電壓并聯(lián)負(fù)反饋、電流串聯(lián)負(fù)反饋、電流并聯(lián)負(fù)反饋。 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(yīng)的支路與輸入量和凈輸入量所對應(yīng)的支路的關(guān)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uo0，則反饋量與輸出無關(guān)，即反饋消失。因此，負(fù)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(guān)），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uo0，反饋量if＝－uBE/Rf，與輸出無關(guān)，是電壓反饋；在圖5-4(c)）中，令輸出電壓uo0，輸出電流iE（或iC）亦然存在，反饋量uf＝iERf不變，是電流反饋。 5.1.4 正、負(fù)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(chǔ)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(jìn)行正、負(fù)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(chǔ)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(fù)反饋的判斷判斷正、負(fù)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(guān)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(fù)反饋。 5.1.5 集成放大電路的反饋 5.2 負(fù)反饋放大電路的特性分析 5.2.1 負(fù)反饋放大電路的基本表達(dá)形式 當(dāng)AF+1>>1時，稱電路為深度負(fù)反饋放大電路。在深度負(fù)反饋放大電路中，由式(5.6)得到 上式表明，在深度負(fù)反饋放大電路中，可以認(rèn)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(fù)反饋放大電路中，與式(5.4)比較發(fā)現(xiàn)，此時Xi＝Xf，在負(fù)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(fù)反饋放大電路中，凈輸入量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于輸入量或反饋量，可以認(rèn)為凈輸入量等于0，這就是在之后分析深度負(fù)反饋放大電路（包括引入負(fù)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(chǔ)。 5.2.2 電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路的特性 1. 基本形式電壓串聯(lián)負(fù)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(fù)反饋時，電壓串聯(lián)負(fù)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 3. 輸出電阻一般情況，由于反饋網(wǎng)絡(luò)所引起的電流i‘遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(fù)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，Rof0，因此深度電壓負(fù)反饋電路的輸出可近似認(rèn)為恒壓源。 5.2.3 電流并聯(lián)負(fù)反饋放大電路的特性 5.2.4 電壓并聯(lián)負(fù)反饋放大電路的特性 5.2.5 電流串聯(lián)負(fù)反饋放大電路的特性 5.3 負(fù)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(fù)反饋適合信號源為恒流源或近似恒流源。串聯(lián)負(fù)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(fù)反饋電路輸入電阻的表達(dá)式為 并聯(lián)負(fù)反饋放大電路，輸入電阻Rif的表達(dá)式為 5.3.2 對輸出回路的影響 1. 對輸出量的影響在電壓負(fù)反饋放大電路中，電壓負(fù)反饋使電路的輸出電壓更加穩(wěn)定。 在電流負(fù)反饋放大電路中，電流負(fù)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(fù)反饋電路輸出電阻的近似表達(dá)式為 在電流負(fù)反饋放大電路中，電路輸出電阻的近似表達(dá)式為 5.3.3 不同組態(tài)的特性要點概括 5.3.3 不同組態(tài)的特性要點概括 5.3.4 穩(wěn)定放大倍數(shù)對于深度負(fù)反饋放大電路，反饋放大倍數(shù)Af1/F，幾乎僅取決于反饋網(wǎng)絡(luò)，而反饋網(wǎng)絡(luò)通常通常是無源網(wǎng)絡(luò)，因此可獲得很好的穩(wěn)定性。 5.3.5 展寬通頻帶放大電路中引入負(fù)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(chǎn)生非線性失真。在負(fù)反饋放大電路中，當(dāng)深度反饋時，放大倍數(shù)Af1/F，幾乎僅取決于反饋網(wǎng)絡(luò)，而反饋網(wǎng)絡(luò)通常通常是線性無源網(wǎng)絡(luò)，與三極管特性無關(guān)，因此電路輸出幾乎無非線性失真。在負(fù)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 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(fù)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(fù)載能力強 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(hù) 6.1.3主要技術(shù)指標(biāo) 1. 最大輸出功率POM 2. 轉(zhuǎn)換效率 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(jié)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(fù)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。 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(yuǎn)大于功放管的飽和電壓，因此輸出電壓的最大值uomVCC，輸出電流的最大值iCmICQ。因此，在理想變壓器的情況下，最大輸出功率為 最佳負(fù)載時甲類功放的效率為 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。 6.3.2 動態(tài)特性 當(dāng)功放輸入交流電壓ui為正弦波時，兩個功放管產(chǎn)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(fù)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(dǎo)通角＝360，所以互補推挽功放也屬于甲類功放。當(dāng)最佳負(fù)載時其效率為50％。 6.4 乙類功率放大電路 6.4.1 基本電路及靜態(tài)特性 6.4.2 工作原理 為了說明其工作原理，先假設(shè)功放管B-E間的開啟電壓為0。當(dāng)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(dǎo)通，T2截止，正電源供電，負(fù)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(chǎn)生輸出電壓uo的正半周，由于電路為射極輸出形式，uoui；在負(fù)半周ui <0時，功放管T2導(dǎo)通，T1截止，負(fù)電源供電，負(fù)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(chǎn)生輸出電壓uo的負(fù)半周，由于電路也為射極輸出形式，uoui。由此可見電路中功放管T1和T2交替工作，正、負(fù)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(fù)）半個周期內(nèi)導(dǎo)通，即功放管的導(dǎo)通角＝180。由此，乙類功放的定義為： 功放管的導(dǎo)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。 6.4.3 動態(tài)特性分析 6.4.4 交越失真 在以上對乙類功放的分析過程中，假設(shè)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(dǎo)通或?qū)�通不充分，從而在�?fù)載電阻RL上得到的輸出電流或電壓有失真，如圖6-8所示。 6.5 甲乙類功率放大電路 6.5.2工作原理當(dāng)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(chǔ)上，加上交流電壓ui，T1開始導(dǎo)通，集電極電流iC1(iE1)開始增大，負(fù)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(chǔ)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(fù)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(fù)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(fù)載電阻RL上只有交流電流iE1流過，此時iL＝iE1。電流iL在負(fù)載電阻RL時產(chǎn)生輸出電壓uo的正半周。 6.5.2工作原理當(dāng)輸入電壓為負(fù)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(fù)）大半個周期內(nèi)導(dǎo)通，即功放管的導(dǎo)通角>180。 由此，甲乙類功放的定義為：功放管的導(dǎo)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(shè)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(shè)置有關(guān)。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(dǎo)通情況下，靜態(tài)消耗的功率較小，其效率接近乙類功放。 6.5.3 OCL電路特性分析 1. 復(fù)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(qū)動管）復(fù)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(fù)合三極管。 6.5.3 OCL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(dǎo)通狀態(tài)，同時對于交流信號近似為短路。輸出電壓Uo為 : 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(diào)整電阻R2和R3的值，得到適當(dāng)?shù)闹绷麟妷�，提供給功放管T1～T4的基極回路，使它們處于微導(dǎo)通狀態(tài)。調(diào)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(dǎo)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(yīng)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。 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(dǎo)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(dǎo)通角成反比。這是因為，功放管導(dǎo)通角的減小，使功放管在一個信號周期內(nèi)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(dǎo)通角。當(dāng)導(dǎo)通角0<丙<180時，功率放大電路被稱為丙類功放。丙類功放的效率比甲類、甲乙類或乙類功放都要高，可以達(dá)到80％以上。丙類功放常用于高頻功率放大，在無線通信系統(tǒng)中經(jīng)常采用。當(dāng)導(dǎo)通角丁＝0時，即功放管工作在（飽和/截止）開關(guān)狀態(tài)，功率放大電路被稱為丁類功放。此時功放管僅在飽和導(dǎo)通時有功率消耗，但由于飽和壓降很小，故無論電流大小，功放管的瞬時消耗功率都不會太大，因此功放管的平均消耗功率很小，功放電路的效率得以提高，可以達(dá)到90％以上。在一些大功率電源電路（開關(guān)型電源）中，經(jīng)常采用丁類功放。由于丙類和丁類功放都是工作在非線性狀態(tài)，必然產(chǎn)生非線性失真，必須采取相應(yīng)的措施消除之，例如采用諧振功率放大電路，以使負(fù)載能夠獲得（基本）不失真信號功率。 第七章 差動放大電路 第一節(jié) 基本電路及特性分析 第二節(jié) 雙端輸入單端輸出差動放大電路的特性 第三節(jié) 單端輸入雙端輸出差動放大電路的特性 第四節(jié) 單端輸入單端輸出差動放大電路的特性 第五節(jié) 有源偏置差動放大電路 7.1 基本電路及特性分析 7.1.1 基本電路 7.1.2 靜態(tài)特性 7.1.3 差模小信號放大特性分析 定義差模信號為加到差動放大電路的兩個三極管基極大小相等、相位相反的交流輸入信號，即uS1=-uS2。 1. 源電壓放大倍數(shù) 2. 輸入電阻 3. 輸出電阻 7.1.4 共模小信號放大特性分析 定義共模信號為加到差動放大電路的兩個三極管基極大小相等、相位相同的交流輸入信號，即uS1＝uS2＝uiC。因為電路參數(shù)是對稱的，當(dāng)電路輸入共模信號時，兩個三極管的基極電流和集電極電流相等，即iB1=iB2，iC1=iC2；因此，集電極電位也相等，即uo1=uo2，從而使輸出電壓uOC為0。 7.1.4 共模小信號放大特性分析此外，電路中2RE對共模輸入信號起負(fù)反饋作用，使每個三極管的共模電壓放大倍數(shù)降低。 由此可以得到差動放大電路的優(yōu)良特性抑制零點漂移。零點漂移是指在直接耦合放大電路中，當(dāng)輸入電壓uic為零時，而輸出電壓uOC不為零，并且緩慢變化的現(xiàn)象。為了描述差分放大電路對共模信號的抑制能力，定義共模放大倍數(shù)AC為: 為了綜合考察差動放大電路對差模信號的放大能力以及對共模信號的抑制能力，引人了一個稱作共模抑制比的指標(biāo)，用符號CMR表示，其定義為: 7.1.5 差模大信號放大特性分析 7.2 雙端輸入單端輸出差動放大電路的特性 7.2.1 基本電路及靜態(tài)特性 7.2.2 差模小信號放大特性分析 1. 源電壓放大倍數(shù)由于基極回路是對稱性的，靜態(tài)特性與雙端輸入電路相同。所以，IBQ和ICQ如式(7.2)和(7.3)所示。由圖7-8得到三極管T1和T2的UCEQ分別為: 7.2.2 差模小信號放大特性分析 1. 源電壓放大倍數(shù) 2. 輸入電阻 3. 輸出電阻 7.2.3 共模小信號放大特性分析 共模放大倍數(shù)AC為 7.3 單端輸入雙端輸出差動放大電路的特性 7.3.1 基本電路及靜態(tài)特性 由于單端輸入、雙端輸出差動放大電路的直流通路與雙端輸入、雙端輸出差動放大電路的相同，所以靜態(tài)工作點的表達(dá)式如式(7.1)～(7.4)所示。 7.3.2 小信號差模、共模放大特性 在RE的影響可以忽略的條件下，單端輸入、雙端輸出差動放大電路的h參數(shù)等效電路與雙端輸入、雙端輸出差動放大電路的相同。故源電壓放大倍數(shù)以及輸入、輸出電阻分別如式(7.7)～(7.9)所示。因為共模放大特性不分單、雙端輸入，共模信號總是同時加到兩個輸入端，所以單端輸入、雙端輸出差動放大電路的共模特性與雙端輸入、雙端輸出差動放大電路的共模特性相同，當(dāng)電路完全對稱時，共模抑制比CMR為。 7.4 單端輸入單端輸出差動放大電路的特性單端輸入、單端輸出差動放大電路圖7-15所示。單端輸入、單端輸出差動放大電路的靜態(tài)工作特性與雙端輸入、單端輸出差動放大電路的靜態(tài)工作特性相同。在RE的影響可以忽略的條件下，因為單端輸入等效為雙端輸入，所以單端輸入、單端輸出差動放大電路的動態(tài)特性與雙端輸入、單端輸出差動放大電路的相同，其源電壓放大倍數(shù)以及輸入、輸出電阻分別如式(7.22)～(7.24)所示。因為共模放大特性不分單、雙端輸入，所以單端輸入、單端輸出差動放大電路的共模特性與雙端輸入、單端輸出差動放大電路的共模特性相同，共模抑制比CMR如式(7.25) 所示。 7.5 有源偏置差動放大電路 典型有源偏置差動放大電路如圖7-16所示。 7.5.1 電流鏡及其特性 圖7-17所示形式的電路，是電流鏡電路的基本形式，簡稱電流鏡。在圖7-17中，三極管T3的基極與集電極相連，T3工作在臨界放大狀態(tài)。由于兩只三極管B-E間電壓相等，且特性完全相同，所以它們的基極電流和集電極電流相同，iB3=iB4、iC3=iC4=iB3=iB4。因此，當(dāng)恒流源I的電流值改變時，T3的基極電流iB3和集電極電流iC3跟著改變，T4的集電極電流iC4＝iC3也要發(fā)生相同的變化。因此可見，電路中iC3和iC4始終相等，呈鏡像關(guān)系，故稱此電路為電流鏡。 7.5.2 有源偏置差動放大電路的靜態(tài)特性在圖7-16中，令交流輸入為0，差動放大三極管T1和T2的基極電阻接地。由于在發(fā)射極接有直流電流源，三極管T1和T2的各極受其所控。由于直流電流源的內(nèi)阻RE非常大，忽略其影響。從而IEQ1＝IEQ2＝IE/2、ICQ1IEQ1、ICQ2IEQ2＝IE/2、IBQ1＝IBQ2＝IEQ/(1+)。對于三極管T1來說，UCEQ1等于B點電位與E點電位之差，所以 T2的集電極電壓等于UB/2。因此UCEQ2為 7.5.3 差模小信號放大特性 1. 源電壓放大倍數(shù) 2. 輸入電阻 3. 輸出電阻 7.5.4 共模抑制特性當(dāng)有源偏置差動放大電路的輸入為共模信號時，與靜態(tài)特性類似，由于電路使用了電流鏡，使負(fù)載電阻RL上無電流流過，從而使共模輸出電壓uOC為0。此外，差動放大三極管T1和T2的發(fā)射極接有直流恒流源，其等效電阻RE非常大，對共模輸入信號起強烈的負(fù)反饋作用，使共模電壓放大倍數(shù)也近似為0。因此，有源偏置差動放大電路對共模信號的有非常強烈的抑制能力，共模抑制比CMR＝。 第八章 運算放大器和電壓比較器第一節(jié) 運算放大器概述 第二節(jié) 運算放大器的應(yīng)用 第三節(jié) 電壓比較器 8.1 運算放大器概述運算放大器，簡稱運放，是應(yīng)用最廣泛的一種集成放大器。因為它能完成各種運算而得名，如放大（比例運算）、加、減、積分、微分、對數(shù)、指數(shù)等。 8.1.1 運算放大器的組成和符號運算放大器采用高性能差動放大電路作為輸入級。其目的主要是為了輸入電阻高，差模放大倍數(shù)大，抑制共模信號的能力強。兩個輸入端分別稱為同相和反相輸入端。同相輸入端是指此端輸入的信號與輸出端信號同相變化，反相輸入端是指此端輸入的信號與輸出端信號反相變化。中間放大級是整個運放的主要放大部分，使運放具有很強的放大能力，多采用電流源負(fù)載的共射放大電路，其電壓放大倍數(shù)可達(dá)數(shù)千倍以上。輸出放大級多采用互補對稱輸出電路，使運放應(yīng)具有輸出電壓線性范圍寬、輸出電阻小(即帶負(fù)載能力強)、非線性失真小等特性。 8.1.2 直流參數(shù)衡量運放特性的參數(shù)很多，多達(dá)幾十種。其中主要的直流參數(shù)如下。 1. 開環(huán)差模增益：在運放無外加反饋時的差模放大倍數(shù)稱為開環(huán)差模增益，常用分貝(dB)表示。在0頻附近，通用型運放開環(huán)差模增益通常在105左右，即100dB左右。 2. 共模抑制比：共模抑制比等于差模放大倍數(shù)與共模放大倍數(shù)之比的絕對值，也常用分貝表示。通用型運放的共模抑制比大于80dB。 3. 最大輸出電壓：在一定的負(fù)載條件下，運放能輸出的最大電壓峰峰值。運放的最大輸出電壓主要取決于電源電壓，一般與正負(fù)電源電壓分別相差2～3V。此外，直流參數(shù)還有輸入失調(diào)電壓和電流、最大差模和共模輸入電壓、電源電壓抑制比等等。 8.1.3 交流參數(shù)運放的主要交流參數(shù)如下。 1. 差模輸入電阻：運放在輸入差模信號時的輸入電阻。通常在兆歐的量級。 2. 共模輸入電阻：運放在輸入共模信號時的輸入電阻。運放的共模輸入電阻比差模輸入電阻要大，通常在百兆歐的量級。 3. 輸出電阻：運放在開環(huán)時的輸出電阻。通常在 4. 開環(huán)帶寬：運放開環(huán)增益下降3dB(即下降到約0.707倍)時的工作頻率。由于運放中，三極管、二極管數(shù)目很多，因此極間等效電容、分布電容和寄生電容也較多，當(dāng)信號頻率升高時，這些電容的容抗變小，使開環(huán)增益隨著工作頻率的升高而下降。通常運放的開環(huán)帶寬在幾Hz～幾十Hz的范圍。 5. 0dB帶寬：即運放的開環(huán)增益下降至0dB(開環(huán)增益為1)時的工作頻率。通常運放的0dB帶寬在幾MHz～幾十MHz的范圍。一般運放特性可等效為一階低通特性，其頻率特性如圖8-3所示。 8.1.4 運放的特點及其電路分析方法 1. 特點通過上面的介紹，概括運放的特點主要有如下幾個方面。 (1). 開環(huán)增益在0頻附近很大，因此當(dāng)工作頻率較低時，運放的凈輸入電壓很小。 (2). 運放通頻帶很窄，可以采用負(fù)反饋形式降低放大倍數(shù)，展寬通頻帶，但總得來說，運放不適合用于頻率較高的場合。 (3). 運放輸入電阻較高，對上一級影響較小。 (4). 運放輸出電阻較小，一般情況可以認(rèn)為輸出為理想電壓源，尤其是在運放電路引入了電壓負(fù)反饋，其輸出電阻約為0，非常接近理想電壓源。 2. 運放組成的電路的分析方法由于運放的上述特點，當(dāng)滿足適當(dāng)?shù)臈l件時，運放組成電路的分析方法可以大為簡化。概括運放組成電路的分析要點如下。 (1). 電路引入負(fù)反饋時，在電路的通頻帶內(nèi)即滿足深負(fù)反饋條件，從而有運放的兩個輸入端虛短路和虛開路的特性，即運放的凈輸入電壓和電流近似為0。 (2). 在電壓負(fù)反饋電路中，運放的輸出為理想電壓源，即運放的輸出電壓與負(fù)載無關(guān)。 8.2 運算放大器的應(yīng)用 8.2.1 運算放大器的放大電路 1. 反相放大電路 2. 同相放大電路 8.2.2 加法運算電路 1. 反相加法器 2. 同相加法器 8.2.3 減法運算電路 輸出電壓為 8.2.4 積分運算電路 1. 反相積分器 2. 同相積分器 8.2.5 微分運算電路 1. 反相微分器 2. 同相微分器 8.3 電壓比較器 8.3.1 基本單限電壓比較器 8.3.2 遲回電壓比較器在單限比較器中，輸入電壓在門限電壓附近的任何微小變化，都將引起輸出電壓的變化，產(chǎn)生躍變，這種微小變化有可能來自外部干擾。因此，單限比較器抗干擾能力很差。遲回電壓比較器克服了這一缺點。 第九章 正弦波振蕩器 第一節(jié) RC正弦波振蕩器 第二節(jié) 反饋式正弦波振蕩器 第三節(jié) 三點式正弦波振蕩器 9.1 RC正弦波振蕩器 9.1.1 RC串并聯(lián)電路的頻率特性 9.1.2 文氏橋振蕩器電路振蕩的條件為 電路諧振中心頻率f0為 9.2 反饋式正弦波振蕩器 9.2.1 LC并聯(lián)電路的頻率特性 電路的阻抗為 諧振頻率為 Q為品質(zhì)因數(shù)，定義為 電路阻抗的幅頻特性和相頻特性表達(dá)式為 9.2.2 反饋式正弦波振蕩器 9.3 三點式正弦波振蕩器 9.3.1 電感三點式正弦波振蕩器 9.3.2 電容三點式正弦波振蕩器第十章 直流電源第一節(jié) 概述 第二節(jié) 整流、濾波電路 第三節(jié) 串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源 第四節(jié) 串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電源 第五節(jié) 并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電源 10.1 概述由于交流電便于升壓和降壓，可以極大地減小了在長距離傳輸過程中線路上的能量損耗，所以在我國日常電網(wǎng)中所提供的都是標(biāo)稱50Hz、220V三相或單相交流電。而在電子設(shè)備中，一般都需要直流低壓電源。為此，需要將交流電轉(zhuǎn)換成直流電，直流電源往往成為電子設(shè)備中不可缺少的一部分。在電子設(shè)備中，所需的直流電能比較小，一般在千瓦以下，但要求電壓的穩(wěn)定性較高。通常對直流電源的要求是：輸出電壓穩(wěn)定、紋波小、負(fù)載能力強等。 10.2 整流、濾波電路 10.2.1 整流電路 1. 橋式整流電路 10.2.2 濾波電路當(dāng)整流二極管的輸出電壓高于電容C兩端電壓時，在輸出的同時給電容充電，當(dāng)?shù)陀陔娙軨兩端電壓時，電容C放電。如此反復(fù)，使輸出電壓得到了平滑，同時提高了輸出電壓的平均值。C與R的乘積愈大，輸出愈平滑，輸出電壓的平均值也越大。 10.3 串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源 10.3.1 串聯(lián)型線性穩(wěn)壓原理 電路的穩(wěn)壓原理是建立在負(fù)反饋原理基礎(chǔ)之上的。當(dāng)輸出電壓發(fā)生變化時，通過電阻R1和R2反映到運放反相輸入端（通常稱電阻R1和R2為采樣電路），而同相輸入端的基準(zhǔn)電壓基本不變，從而輸出電壓的變化量經(jīng)過運放放大后，使輸出電壓向相反的方向變化。由于運放的電壓放大倍數(shù)很大，電路處于極度的電壓深負(fù)反饋狀態(tài)，由電壓負(fù)反饋電路的特性得到，該電路的輸出電阻約為0，可以認(rèn)為是理想電壓源。因此，在一定的（電壓和電流）范圍之內(nèi)，不管輸入電壓u1如何變動，還是負(fù)載電阻RL發(fā)生了什么變化，輸出電壓都很穩(wěn)定。 10.3.2 串聯(lián)型線性穩(wěn)壓電源 10.4 串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電源 10.4.1 能量轉(zhuǎn)換基本原理整流濾波后的電壓U1作為輸入電壓。在開始時，受控開關(guān)K1接通，開關(guān)K2斷開，輸入電壓U1通過電感L輸出，得到輸出電壓Uo，同時給電感L和電容C充電，在電感L上產(chǎn)生電壓UL，其極性為左正右負(fù)，如圖10-10(a)所示；過一段時間后，受控開關(guān)K1斷開，開關(guān)K2接通，由電感的特性，電感L上產(chǎn)生反向電動勢，電感L上電壓UL的極性為左負(fù)右正，與電容C一起放電，維持輸出電壓Uo，如圖10-10(b)所示。如此反復(fù)，得到基本穩(wěn)定的輸出電壓。 10.4.2 串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路 1. 電路組成 2. 穩(wěn)壓原理當(dāng)輸出電壓Uo升高時，取樣電壓u1增大，與基準(zhǔn)電壓之差u1－UZ增大，運放A1的輸出uA減小，即門限電壓降低，比較器A2的輸出電壓uB為低電平的時間T0ff加長，高電平時間Ton縮短，調(diào)整管基極控制脈沖的占空比k減小，由式(10.5)，使輸出電壓Uo降低，輸出電壓得到穩(wěn)定。 10.5 并聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電源 10.5.1 能量轉(zhuǎn)換基本原理 整流濾波后的電壓U1作為輸入電壓。在開始時，受控開關(guān)K1接通，開關(guān)K2斷開，輸入電壓U1給電感L充電，在電感L上產(chǎn)生電壓UL，其極性為左正右負(fù)，如圖10-13(a)所示，同時，電容C放電，維持輸出電壓Uo；過一段時間后，受控開關(guān)K1斷開，開關(guān)K2接通，由電感的特性，電感L上產(chǎn)生反向電動勢，電感L上電壓UL的極性為左負(fù)右正，輸入電壓U1加上電感L上電壓UL一起輸出，同時給電容C充電，并維持輸出電壓Uo。 10.5.2 能量轉(zhuǎn)換基本原理 串聯(lián)開關(guān)型穩(wěn)壓電路1d1紅軟基地

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