模拟电子技术基础 -总复习,2011级通信工程,2020/7/8,模拟电子电路,处理模拟信号,幅值任意，时间连续,核心元件,电子器件,二极管,三极管（BJT FET）,材料：半导体,半导体的特性,熟悉常用术语,外部特性,放大电路,基本单元电路,共射,共集,共基,构成、原理、性能指标（外部特性）,课程内容,以放大电路的分析、改进为主线,2020/7/8,模拟电子电路,核心元件,电子器件,二极管,三极管（BJT FET）,材料：半导体,半导体的特性,熟悉常用术语,外部特性,2020/7/8,模拟电子电路,放大电路,完成放大功能,构成其它电路的基本单元,基本单元电路,共射,共集,共基,构成、原理、性能指标（外部特性）,2020/7/8,模拟电子技术应用电路,改善性能,集成电路,输出级,产生信号,电源电路,负反馈放大电路,差分放大电路、电流源,功率放大器,信号发生器,直流稳压电路,信号处理电路,第一章半导体器件,1.1半导体的特性,1.2半导体二极管,1.3双极型三极管(BJT),1. 半导体中两种载流子,2. 本征半导体中，自由电子和空穴总是成对出现，称为 电子 - 空穴对。,3. 本征半导体中自由电子和空穴的浓度用 ni 和 pi 表示，显然 ni = pi 。,本征半导体,杂质半导体,杂质半导体有两种,N 型半导体,P 型半导体,一、 N 型半导体：在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型半导体)。,二、 P 型半导体：在硅或锗的晶体中掺入少量的 3 价杂质元素，如硼、镓、铟等，即构成 P 型半导体。,PN 结,PN结的形成,PN结的单向导电性,载流子的漂移与扩散,场强 浓度,P结和N结交界区空间电荷区形成空间电荷区,又称耗尽区、阻挡层电阻率高,加正电压耗尽区变窄电阻变小导通,加反电压耗尽区变宽电阻变大截止,PN 结的单向导电性,1. PN 外加正向电压,又称正向偏置，简称正偏。,2. PN 外加反向电压,二极管,在二极管的两端加上电压，测量流过管子的电流，I = f (U )之间的关系曲线。,正向特性,硅管的伏安特性,反向特性,二极管的伏安特性,伏安特性表达式(二极管方程),IS ：反向饱和电流 UT ：温度的电压当量 在常温(300 K)下， UT 26 mV,二极管加反向电压，即 U UT ，则 I - IS。,二极管加正向电压，即 U 0，且 U UT ，则 ，可得 ，说明电流 I 与电压 U 基本上成指数关系。,稳压管,一种特殊的面接触型半导体硅二极管。,稳压管工作于反向击穿区。,稳压管的伏安特性和符号,使用稳压管需要注意的几个问题：,稳压管电路,1. 外加电源的正极接管子的 N 区，电源的负极接 P 区，保证管子工作在反向击穿区；,2. 稳压管应与负载电阻 RL 并联；,3. 必须限制流过稳压管的电流 IZ，不能超过规定值，以免因过热而烧毁管子。,三极管结构示意图和符号(a)NPN 型,集电区,集电结,基区,发射结,发射区,集电极 c,基极 b,发射极 e,三极管,三极管内部结构要求：,1. 发射区高掺杂。,2. 基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。,三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。,3. 集电结面积大。,(2) UCE 0 时的输入特性曲线,当 UCE 0 时，这个电压有利于将发射区扩散到基区的电子收集到集电极。,UCE UBE，三极管处于放大状态。,* 特性右移(因集电结开始吸引电子),UCE 1 时的输入特性具有实用意义。,* UCE 1 V，特性曲线重合。,二、输出特性,NPN 三极管的输出特性曲线,划分三个区：截止区、放大区和饱和区。,放 大 区,放 大 区,1. 截止区IB 0 的区域。,两个结都处于反向偏置。,IB= 0 时，IC = ICEO。 硅管约等于 1 A，锗管约为几十 几百微安。,截止区,截止区,2. 放大区：,条件：发射结正偏 集电结反偏,特点：各条输出特性曲线比较平坦，近似为水平线，且等间隔。,二、输出特性,放 大 区,集电极电流和基极电流体现放大作用，即,放 大 区,放 大 区,对 NPN 管 UBE 0，UBC 0,NPN 三极管的输出特性曲线,3. 饱和区：,条件：两个结均正偏,对 NPN 型管，UBE 0 UBC 0 。,特点：IC 基本上不随 IB 而变化，在饱和区三极管失去放大作用。 I C IB。,当 UCE = UBE，即 UCB = 0 时，称临界饱和，UCE UBE时称为过饱和。,饱和管压降 UCES 0.4 V(硅管)，UCES 0. 2 V(锗管),饱和区,饱和区,1. 共射电流放大系数 ,2. 共射直流电流放大系数,忽略穿透电流 ICEO 时，,3. 共基电流放大系数 ,4. 共基直流电流放大系数,忽略反向饱和电流 ICBO 时，, 和 这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：,第二章放大电路的基本原理,2.1放大的概念,2.2单管共发射极放大电路,2.3放大电路的主要技术指标,2.4放大电路的基本分析方法,2.5工作点的稳定问题,2.6放大电路的三种基本组态,2.7多级放大电路,放大的概念,放大的对象：变化量 放大的本质：能量的控制 放大的特征：功率放大 放大的基本要求：不失真放大的前提,判断电路能否放大的基本出发点,至少一路直流电源供电,性能指标,1. 放大倍数：输出量与输入量之比,电压放大倍数是最常被研究和测试的参数,对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。,2. 输入电阻和输出电阻,将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。,输入电压与输入电流有效值之比。,从输入端看进去的 等效电阻,3. 通频带,4. 最大不失真输出电压Uom：交流有效值。,由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。,衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。,5. 最大输出功率Pom和效率：功率放大电路的参数,电路的组成及各元件的作用,VBB、Rb：使UBE Uon，且有合适的IB。,VCC：使UCEUBE，同时作为负载的能源。,Rc：将iC转换成uCE(uo) 。,动态信号作用时：,输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。,共射,设置静态工作点的必要性,输出电压必然失真！ 设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动态参数！,为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？,2020/7/8,在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCiCRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。,在输入特性曲线上，作出直线 ，两线的交点即是Q点，得到IBQ。,2020/7/8,静态工作点对波形失真的影响,截止失真的波形,2020/7/8,饱和失真的波形,静态工作点对波形失真的影响,放大电路的基本分析方法,基本分析方法两种,图解法,微变等效电路法,直流通路与交流通路,静态工作点的近似计算,硅管 UBEQ = (0.6 0.8) V 锗管 UBEQ = (0.1 0.2) V,ICQ IBQ,UCEQ = VCC ICQ RC,图解法,在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。,一、图解法的过程,(一)图解分析静态,1. 先用估算的方法计算输入回路 IBQ、 UBEQ。,2. 用图解法确定输出回路静态值,方法：根据 uCE = VCC - iCRc 式确定两个特殊点,输出回路,输出特性,由静态工作点 Q 确定的 ICQ、UCEQ 为静态值。,(二) 图解分析动态,1. 交流通路的输出回路,输出通路的外电路是 Rc 和 RL 的并联。,2. 交流负载线,交流负载线斜率为：,3. 三极管的简化参数等效电路,三极管的简化 h 参数等效电路,微变等效法,4. 电压放大倍数 Au；输入电阻 Ri、输出电阻 RO,Ri = rbe / Rb ，,Ro = Rc,单管共射放大电路的等效电路,静态工作点稳定电路,一、电路组成,分压式偏置电路,由于 UBQ 不随温度变化，,电流负反馈式工作点稳定电路,T ICQ IEQ UEQ UBEQ (= UBQ UEQ) IBQ ICQ ,动态分析,放大电路的三种基本组态,三种基本接法,共射组态,共集组态,共基组态,共集电极放大电路,(b)等效电路,为射极输出器,共集电极放大电路(a)电路图,一、静态工作点,由基极回路求得静态基极电流,则,共集电极放大电路,二、电流放大倍数,所以,三、电压放大倍数,结论：电压放大倍数恒小于 1，而接近 1，且输出电压与输入电压同相，又称射极跟随器。,四、输入电阻,输入电阻较大。,Ri,五、输出电阻,输出电阻低，故带载能力比较强。,Ro,求射极输出器 Ro 的等效电路,共基极放大电路,共基极放大电路,(a)原理电路,VEE 保证发射结正偏；VCC 保证集电结反偏；三极管工作在放大区。,(b)实际电路,实际电路采用一个电源 VCC ，用 Rb1、Rb2 分压提供基极正偏电压。,一、静态工作点(IBQ , ICQ , UCEQ),(b)实际电路,二、电流放大倍数,微变等效电路,由图可得：,所以,由于 小于 1 而近似等于 1 ，所以共基极放电电路没有电流放大作用。,共基极放大电路的等效电路,三、电压放大倍数,由微变等效电路可得,共基极放大电路没有电流放大作用，但是具有电压放大作用。电压放大倍数与共射电路相等，但没有负号，说明该电路输入、输出信号同相位。,四、输入电阻,暂不考虑电阻 Re 的作用,五、输出电阻,暂不考虑电阻 Re 的作用 Ro = rcb .,已知共射输出电阻 rce ，而 rcb 比 rce大 得多，可认为,rcb (1 + )rce,如果考虑集电极负载电阻，则共基极放大电路的输出电阻为,Ro = Rc / rcb Rc,三种基本组态的比较,三种基本组态的比较,多级放大电路,多级放大电路的耦合方式,三种耦合方式,阻容耦合,直接耦合,变压器耦合,一、阻容耦合,阻容耦合放大电路,第 一 级,第 二 级,二、直接耦合,两个单管放大电路简单的直接耦合,三、变压器耦合,变压器耦合放大电路,三种耦合方式的比较,功率放大电路,功率放大电路的主要特点,互补对称式功率放大电路,实际的功率放大电路,集成功率放大器,4.1功率放大电路的主要特点,对功放的主要要求：,1. 根据负载要求，提供所需要的输出功率。,最大输出功率,2. 具有较高的效率,输出功率,直流电源提供功率,3. 尽量减小非线性失真。,分析方法：图解法,功放的电路形式：互补对称式电路,4.2互补对称式功率放大电路,4.2.1OTL 互补对称电路,一、OTL 乙类互补对称电路,在输入信号的正半周，VT1 导通，iC1 流过负载；,负半周，VT2导通，iC2 流过负载。,在信号的整个周期都有电流流过负载，负载上 iL 和 uO 基本上是正弦波。,存在的问题：交越失真,交越失真,图 9.2.1,OTL 乙类互补电路图解分析,Icm1 = Icm1 Icm， Ucem1 = Ucem2 = Ucem，,图 9.2.3,二、OTL 甲乙类互补对称电路,图 9.2.4OTL 互补对称输出级,R、VD1、VD2 为两管提供一小的静态偏置电压，使得在输入信号等于零时，管子微导通，以克服交越失真。,图 9.2.5OTL 互补电路波形图,4.2.2OCL 互补对称电路,图 9.2.6OCL