模拟电路复习

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基本概念,一、半导体基础知识,二、,PN,结的形成及特征,三、二极管,(,稳压管,),的伏安特性,四、晶体管,(,场效应管,),的特性,五、波形失真的分析,六、差分放大电路、互补输出电路、电流源电路的相关知识,七、频率响应、负反馈放大电路的相关概念,在形成晶体结构的半导体中，人为地掺入特定的杂质元素时，导电性能,具有可控性；并且，在光照和热辐射条件下，其导电性还有明显的变化；,这些特殊的性质决定了半导体可以制成各种电子器件。,一、半导体基础知识,本征半导体的导电性能很差，且与环境温度密切相关。半导体材料对温,度的这种敏感性，即可以用来制作热敏和光敏器件，又是造成半导体器件,温度稳定性差的原因。,杂质半导体中的少子是本征激发形成的，尽管其浓度很低，却对温度非,常敏感。（即少子的浓度取决于温度），这将影响半导体器件的性能。,PN,结处于正向偏置时，从,P,区扩散到,N,区的空穴和从,N,区扩散到,P,区的自,由电子称为非平衡少子。,PN,结处于平衡状态时的少子常称为平衡少子（即本征载流子）。,由于扩散到,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，所以在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，称为空间电荷区，从而形成内电场。,在常温下，少子的浓度基本不变，因此反向电流不会随反向电压的升高而,增大（在一定的范围 内），而是趋于一个恒定值,称为饱和。因此反向,电流（漂移电流）也称为,反向饱和电流,二、,PN,结的形成及特征,三、二极管,(,稳压管,),的伏安特性,由于二极管正向特性为,指数曲线，所以,Q,点愈,高，,r,d,的数值愈小，,当外加反向电压的数值大到一定程度,时则击穿，击穿区的曲线很陡，几乎平,行于纵轴，表现出很好的稳压特性。只,要控制反向电流不超过一定值，管子就,不会因过热而损坏。,四、晶体管,(,场效应管,),的特性,对于某一条曲线，当,u,CE,从零逐渐增,大时，集电结电场随之增强，收集基区,非平衡少子的能力逐渐增强，因而,i,C,也,就逐渐增大。,而当,u,CE,增大到一定数值时，集电结,电场足以将基区非平衡少子的绝大部分,收集到集电区。,u,CE,再增大，收集能力已,不变明显提高，表现为曲线几乎平行于,横轴，即,i,C,几乎仅仅决定于,I,B,i,C,f(,I,B,)|,u,CE,足够大,可控性,对于一定的,I,B,，,i,C,平行于横轴即与,u,CE,无关,恒流特性,u,GD,(=,u,GS,u,DS,),U,GS(off,),u,DS,u,GS,U,GS(off,),u,GD,(=,u,GS,u,DS,),U,GS(off,),u,DS,u,GS,U,GS(off,),u,GD,(=,u,GS,u,DS,),U,GS(off,),u,DS,u,GS,U,GS(off,),u,GD,(=,u,GS,u,DS,),U,GS(off,),u,DS,u,GS,U,GS(off,),u,GD,(=,u,GS,u,DS,),U,GS(off,),u,DS,u,GS,U,GS(off,),u,GD,(=,u,GS,u,DS,),U,GS(off,),u,DS,u,GS,U,GS(off,),u,GD,(=,u,GS,u,DS,),U,GS(th,),u,DS,u,GS,U,GS(th,),u,GD,(=,u,GS,u,DS,),U,GS(th,),u,DS,u,GS,U,GS(th,),u,GD,(=,u,GS,u,DS,),U,GS(th,),u,DS,u,GS,U,GS(th,),u,GD,(=,u,GS,u,DS,),U,GS(th,),u,DS,u,GS,U,GS(th,),u,GD,(=,u,GS,u,DS,),U,GS(th,),u,DS,u,GS,U,GS(th,),u,GD,(=,u,GS,u,DS,),U,GS(th,),u,DS,u,GS,U,GS(th,),当输入电压为正弦波时，若静态工作点合适且输入信号幅值较小，则晶体管,b-e,的动,态电压为正弦波，基极电流也为正弦波。,在放大区内集电极电流随基极电流按,倍变化，并且,i,C,与,u,CE,将沿负载线变化。,当,i,C,增大时，,u,CE,下降；当,i,C,下降时，,u,CE,上升。由此得到动态管压降,u,ce,，即输出电压,u,o,，,u,o,与,u,i,反相。,五、波形失真的分析,当,Q,点过低时，在输入信号负半周靠近峰值的某段时间内，晶体管,b,e,间电压总,量,u,BE,小于开启电压,U,On,，晶体管截止。,因此基极电流,i,b,将产生底部失真。集电极电流,i,c,和集电极电阻,R,c,上电压的波形必然,随之产生同样的失真，所以输出电压一定失真。,由于输出电压,u,o,与,R,c,上电压变化相位相反，从而导致,u,o,波形产生顶部失真。因晶,体管截止产生的失真称为截止失真。,当,Q,点过高时，虽然基极动态电流,i,b,为不失真的正弦波，但由于输入信号正半周靠近峰值的某段时间内晶体管进入了饱和区，导致集电极动态电流,i,c,产生顶部失真，集电极导致,R,c,上的电压波形必然随之产生同样的失真。,由于输出电压,u,o,与,R,c,上电压的变化相位相反，从而导致,u,o,波形产生底部失真。因晶体管饱和而产生的失真称为饱和失真。,差分放大电路对共模信号的抑制，不但利用了电路参数对称性所起的补偿作用，使两只晶体管的集电极电位变化相等；,而且还利用了发射极电阻,Re,对共模信号的负反馈作用，抑制了每只晶体管集电极电流的变化，从而抑制了集电极电位的变化。,虽然差分放大电路用了两只晶体管，但它的电压放大能力只相当于单管共射放大电路。因而差分放大电路是以牺牲一只管子的放大倍数为代价，来换取低温漂的效果。,在差分放大电路中，增大发射极电阻,Re,的阻值，能够有效地抑制每一边电路的温漂，提高共模抑制比，,差分放大电路需要既能采用较低的电源电压、又能有很大的等效电阻,Re,的发射极电路，电流源具备上述特点。利用工作点稳定电路来取代,Re,，就可得到具有恒流源的差分放大电路。,六、差分放大电路、互补输出电路、电流源电路的相关知识,清华大学 华成英 ,在共射（共源）放大电路中。为了提高电压放大倍数的数值，行之有效的,方法是增大集电极电阻,R,C,（或漏极电阻,R,d,）。,然而，为了维持晶体管（场效应管）的静态电流不变，在增大,R,C,（,R,d,）的,同时必须提高电源电压。,当电源电压增大到一定程度时，电路设计就变得不合理了。,在集成运放中，常用电流源电路取代,R,C,（,R,d,），这样在电源电压不变的情,况下，既可以获得合适的静态电流，对于交流信号，又可得到很大的等效的,R,C,（,R,d,）。,由于晶体管和场效应管是有源元件，而上述电路又以它们作为负载，故称,之为有源负载。,清华大学 华成英 ,利用镜像电流源可以使单端输出差分放大电路的差模放大倍数提高到接近双,端输出时的情况。常见电路形式如图。,输出电流约为单端输出时的两倍，因而电压放大倍数接近双端输出时的情况。,利用镜像电流源作为有源负载，不但可以将,T,1,管的集电极电流变化转换为输出电流，而且还将所有变化电流流向负载,R,L,。,清华大学 华成英 ,与一般放大电路相同，消除失真的方法是设置合适的静态工作点。,若在静态时,T,1,管与,T,2,管均处于临界导通或微导通（即有一个微小的静态电,流）状态，,则当输入信号作用时，就能保证至少有一只管子导通，实现双向跟随。,开启电压,考虑晶体管的实际输入特性，则不难发现，当输入电压小于,b,e,间开启电,压,U,On,时，,T,1,管与,T,2,管均处于截止状态。,而只有,|,u,I,|,U,On,时，输出电压才跟随,u,I,变化。,因此，当输入电压为正弦波时，在,u,i,过零附近输出电压将产生失真，波形,如图所示，这种失真称为交越失真。,信号在零附近两只管子均截止,在放大电路中，由于电抗元件（如电容、电感线圈等）及半导体管,极间电容的存在，,当输入信号的频率过低或过高时，不但放大倍数的数值会变小，而,且还将产生超前或滞后的相移，,说明放大倍数是信号频率的函数，,这种函数关系称为频率响应或频率特性。,以前所学的,“,通频带,”,就是用来描述电路对不同频率信号适应能力,的动态参数，对于任何一个具体的放大电路都有一个确定的通频带。,七、频率响应、负反馈放大电路的相关概念,在研究放大电路的频率响应时，输入信号（即加在放大电路输入端,的测试信号）的频率范围常常设置在几赫到上百兆赫，甚至更宽；,而放大电路放大倍数可从几倍到上百万倍；,为了在同一坐标系中表示如此宽的变化范围，在画频率特性曲线时,常采用对数坐标，称为波特图。,波特图由对数幅频特性和对数相频特性两部分组成，,它们的横轴采用对数刻度,，幅频特性的纵轴采用,表示，单位是分贝（,dB,）；,相频特性的纵轴仍用,表示。,这样，不但开阔了视野，而且将放大倍数的乘除运算转换成加减运,算。,考虑到耦合电容和结电容的影响，,在分析放大电路的频率响应时，为了方便起见，一般将输入信号的频率范,围分为中频、低频和高频三个频段。,在中频段，极间电容因容抗很大而视为开路，耦合电容（或旁路电容）因,容抗很小而视为短路，故不考虑它们的影响；,在低频段，主要考虑耦合电容（或旁路电容）的影响，此时极间电容仍视,为开路；,在高频段，主要考虑极间电容的影响，此时耦合电容（或旁路电容）仍视,为短路；,稳定,Q,点应引入直流负反馈，改善动态性能应引入交流负,反馈；,根据信号源特点，增大输入电阻应引入串联负反馈，减小,输入电阻应引入并联负反馈；,根据负载需要，需输出稳定电压（即减小输出电阻）的应,引入电压负反馈，需输出稳定电流（即增大输出电阻）的,应引入电流负反馈；,放大电路引入负反馈的一般原则,基础知识,一、场效应管工作状态（工作区域）的判断,二、根据各电极的电位画出晶体管,三、单管共射放大电路的分析及频率特性的描述,一、单管共射放大电路的图解分析,二、多级放大电路的动态分析,（包括画出交流通路，求电压放大倍数、输入,/,输出电阻）,三、计算,（差分放大电路的计算、深度负反馈条件下闭环放大倍数的计算）,基本分析方法,综合应用,简单应用,