模拟电路课程总结

第一章常用半导体器件小结§1.1半导体基础知识1.1.1本征半导体本征半导体中电流由两部分组成：1.自由电子移动产生的电流。2.空穴移动产生的电流。一、N型半导体自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。二、P型半导体P型半导体中空穴是多子，电子是少子。1.1.2杂质半导体1.1.3PN结在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。一、PN结的形成二PN结的单向导电性PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是：P区加正、N区加负电压。PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是：P区加负、N区加正电压。§1.2半导体二极管1.2.1半导体二极管的基本结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。PN二极管的电路符号：1.2.2伏安特性UI死区电压硅管0.6V,锗管0.2V。导通压降:硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压UBR1.2.3主要参数1.最大整流电流IOM2.反向击穿电压UBR3.反向电流IR1.2.5稳压二极管UIIZIZmaxUZIZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。+-UZ动态电阻：ZZIUZrrz越小，稳压性能越好。（4）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗maxZZZMIUP稳压二极管的参数:（1）稳定电压UZ（2）电压温度系数U稳压值受温度变化影响的系数。（3）动态电阻ZZIUZr1.3.1基本结构BECNNP基极发射极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BCEPNP型§1.3半导体三极管三极管的电流分配关系BCEIIIBCIIBE)1(II1.任何一列电流关系符合IE=IC+IB，IBICIE,ICIE。2.当IB有微小变化时，IC较大。说明三极管具有电流放大作用。3.共射电流放大系数BCΔΔIIBECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管外部条件:发射结正向偏置,集电结反向偏置一、输入特性UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管UBE0.6~0.7V,锗管UBE0.2~0.3V。死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。1.3.3特性曲线二、输出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A输出特性三个区域的特点:(1)放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：IC=IB,且IC=IB(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：UCEUBE，UCE0.3V(3)截止区：UBE死区电压，IB=0，IC=ICEO0场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种:§1.4场效应晶体管N基底：N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极一、结构1.4.1结型场效应管:导电沟道NPPG(栅极)S源极D漏极N沟道结型场效应管DGSDGSPNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管DGSDGS二、特性曲线UGS0IDIDSSVP饱和漏极电流夹断电压转移特性曲线一定UDS下的ID-UGS曲线IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电阻区夹断区恒流区输出特性曲线0N沟道结型场效应管的特性曲线转移特性曲线UGS0IDIDSSVP输出特性曲线IDUDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5VN沟道结型场效应管的特性曲线1.4.2绝缘栅场效应管:一、结构和电路符号GSDN沟道增强型GSDN沟道耗尽型GSDP沟道增强型GSDP沟道耗尽型三、增强型N沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT输出特性曲线IDUDS0UGS0四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。转移特性曲线0IDUGSVT输出特性曲线IDUDS0UGS=0UGS0UGS01.4.4场效应管与晶体管的比较第二章基本放大电路2.1放大电路的主要性能指标1.放大倍数——表示放大器的放大能力2.输入电阻Ri——从放大电路输入端看进去的等效电阻3.输出电阻Ro——从放大电路输出端看进去的等效电阻。4.通频带2.2基本共射放大电路的工作原理Rb+VCCRCC1C2TRL开路Rb+VCCRCC1C2RL画出放大电路的直流通路2.静态工作点的估算将交流电压源短路，将电容开路。直流通路的画法：开路Rb+VCCRC直流通道（1）估算IB（UBE0.7V)Rb+VCCRCIBUBEbBECCBRUVIbCC7.0RVbRVCCRb称为偏置电阻，IB称为偏置电流。用估算法分析放大器的静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）（2）估算UCE、ICRb+VCCRCICUCECCCCCERIVUIC=IB一.用图解法分析放大器的静态工作点UCE=VCC–ICRCVCCICUCECCCRV直流负载线由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点QQIB静态UCE静态IC2.3放大电路的分析方法Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuo各点波形uo比ui幅度放大且相位相反对交流信号(输入信号ui)短路短路置零2.放大器的交流通路Rb+VCCRCC1C2RLuiuo1/C0将直流电压源短路，将电容短路。交流通路——分析动态工作情况交流通路的画法：RbRCRLuiuo交流通道Rb+VCCRCC1C2RL3.交流负载线输出端接入负载RL：不影响Q影响动态！交流负载线RbRCRLuiuoicuce其中：CLLR//RRuce=-ic（RC//RL）=-icRL交流负载线的作法：①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②经过Q点。交流负载线的作法ICUCEVCCCCCRVQIB交流负载线直流负载线①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc）②经过Q点。注意：（1）交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。iCuCEuo可输出的最大不失真信号（1）合适的静态工作点ib4．非线性失真与Q的关系iCuCEuo（2）Q点过低→信号进入截止区称为截止失真信号波形iCuCEuo（3）Q点过高→信号进入饱和区称为饱和失真信号波形截止失真和饱和失真统称“非线性失真”三、放大电路的微变等效电路分析法思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路条件：交流小信号三极管的简化微变等效电路等效ebcebcrbeic=ib对于小功率三极管：)mA(I)mV(26)1()(300rEberbe的量级从几百欧到几千欧。3放大器的交流分析(一)画出放大器的微变等效电路（1）画出放大器的交流通路（2）将交流通路中的三极管用等效电路代替(二)电压放大倍数的计算：bebirIULboRIUbeLurRALCLR//RR负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRbRCRLiUiIbIcIoUBIiiIURibeb//rRber电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。rbeRbRCRLiUiIbIcIoUBI(三)输入电阻的计算：根据输入电阻的定义：oUoIrbeRbRCiIbIcIbIcoooRIUR所以：用加压求流法求输出电阻：00(四)输出电阻的计算：0U,R.o.ooSLIU=R根据定义Q变UBEICEO变T变IC变2.4放大电路静态工作点的稳定1.温度对静态工作点的影响I1I2IBCCb2b1b2BVRRRU2.静态工作点稳定的放大器I2=（5~10）IB∴I1I2Rb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoBECICIERb1+VCCRCC1C2Rb2CeReRLuiuoI1I2IB静态工作点稳定过程TUBEICICIEUECCb2b1b2BVRRRUUBE=UB-UE=UB-IEREUB被认为较稳定ICIEIB由输入特性曲线本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程ECB直流通道及静态工作点估算CCb2b1b2BVRRRUIB=IC/UCE=VCC-ICRC-IEReICIE=UE/Re=（UB-UBE）/ReUBE0.7V+VCCRb1RCRb2ReICIEIBUCE电容开路,画出直流通道交流通道Rb1RCRb2RLuiuoBECibiciii2i1微变等效电路rbeRCRLiUoUbIRb1Rb2iIbIcIBECI1I2微变等效电路及电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算beLurRARi=Rb1//Rb2//rbeRo=RCrbeRCRLiUoUbIRb1Rb2iIbIcIBECI1I2RL=RC//RL)mA(I)mV(26)1()(300rEbe2.5放大电路的三种基本接法三种基本接法共射组态共集组态共基组态2.5.1共集电极放大电路C1Rb+VCCC2RL+Re++RS+~sUoUiUoUsU~++__+rbeSReRiIbIeIoIbeccIbI(b)等效电路——为射极输出器一、静态工作点C1Rb+VCCC2RL+Re++RS+~SUOU由基极回路求得静态基极电流ebBEQCCBQ)1(RRUVIBQCQII则eCQCCeEQCCCEQRIVRIVU(a)电路图图2.6.1共集电极放大电路二、电压放大倍数ebeeio)1()1(RrRUUAuLee//RRRiUOUSU~++__+rbeSReRiIbIeIoIbeccIbI(b)等效电路ebeiii)1(RrIUR射极输出器的特点：电压放大倍数=1，输入阻抗高，输出阻抗小。功率放大输出3.1多级放大电路的耦合方式1.阻容耦合优点：•各级放大器静态工作点独立。•输出温度漂移比较小。缺点：•不适合放大缓慢变化的信号。•不便于作成集成电路。第三章多级放大电路2.直接耦合优点：•各级放大器静态工作点相互影响。•输出温度漂移严重。缺点：•可放大缓慢变化的信号。•电路中无电容，便于集成化。4.变压器耦合3.2多级放大器的分析Ri1Ro11io1VAV-+1iV-+Ri2Ro2RLi2o2VAV-+O1V-+OV-+ioVVAV1)-o(nono1o2io1VVVVVVn21VVVAAA•前级的输出阻抗是后级的信号源阻抗•后级的输入阻抗是前级的负载1.两级之间的相互影响2.电压放大倍数注意：在算前级放大倍数时，要把后级的输入阻抗作为前级的负载。Ri1Ro11io1VAV-+1iV-+Ri2Ro2RLi2o2VAV-+O1V-+OV-+3.输入电阻4.输出电阻Ri=Ri（最前级）(一般情况下）Ro=Ro（最后级）(一般情况下）3.3直接耦合放大电路3.3.1直耦放大电路的特殊问题——零点漂移零漂现象：产生零漂的原因:由温度变化引起的。输入Vi=0时，输出有缓慢变化的电压产生。3.3.2差分放大输入级电路形式基本形式长尾式恒流源式一、基本形式差分放大电路1.电路组成+VCCRc2+VT1VT2Rb2Rc1Rb1~~++uIdId21uId21u+uoR1R2假设电路完全对称当uId=0，时UCQ1=UCQ2UO=0图1差分放大电路的基本形式2.电压放大倍数1、差模输入：VT1和VT2基极输入电压大小相等，极性相反。差模电压放大倍数：1IdodΔΔuAuuA2、共模输入：VT1和VT2基极输入电压大小相等，极性相同。共模电压放大倍数：IcocΔΔuuA3.共模抑制比差分放大电路输入电压差模输入电压uId共模输入电压uIcAc愈小愈好，而Ad愈大愈好共模抑制比KCMRcdCMRlg20AAK二、长尾式差分放