XX大学模拟电子技术课件-第三章

根据同样的道理,从c、e向左看,流入Cμ的电流为
U ce U b'e I 1 j C
''
1 U c e (1 ) U ce K 1 1 1 K jC j ( )C K

(3-17)
此即表明,从c、e两端看进去,Cμ的作用和一个并联在c、e
1 K 两端,而电容值为 C 的电容等效。 K 这样，图3－7(b)即可用图3－7(c)等效。
Aus1

Ausm f1 1 f
2
（3-22）
f1 180 arctan f
（3-23）
根据公式(3 - 22)画对数幅频特性, 将其取对数, 得
Gu 20Ig Aus1 201g Ausm

f1 201g 1 f
第三章 放大电路的频率特性
图3 – 7 Cμ的等效过程
第三章 放大电路的频率特性
图3－7(b)中,从b′、e两端向右看,流入Cμ的电流为
U b'e U ce I 1 jC K,则
'
'


U b'e (1

U ce U b' e


)
令
U ce Ube
'

1 jC
(3－9)
(1 0 ) f
比较式(3－8)和(3－9),可得
f a (1 0 ) f
一般β0>>1,所以
(3－10)
f a 0 f fT
(3－11)
第三章 放大电路的频率特性
3.2.4 三极管混合参数π型等效电路

1．阻容耦合
Rb1
RS
Cb+1
+
+
us
ui
-
-
Rc1
+
Cb 2
Rb2
T1
+ UCC
R
c2
+
Cb3
T2
+
RL uo
-
信号源US经耦合电容Cb1与第一级的输入电阻 Ri1联系起来，经第一级放大后的信号又经耦合电 容Cb2与第二级的输入电阻Ri2联系起来，信号是通 过电阻和电容的连接进行传递的，这种方式为阻 容耦合方式。
3.1.1 模拟集成电路特点
模拟集成电路一般是由一块厚约0.2－ 0.25mm的P型硅片制成，这种硅片是集成电 路的基片。它上面可以做出包含有几十个或 者更多的BJT或FET、电阻和连接电路。和分 立元件相比，模拟集成电路有如下几个方面 的特点：
（1）电路结构与元件参数具有对称性。
（2）电阻和电容值不易做太大，电路结构上采 用直接耦合方式。
Rc1
T1
+UCC
R c2
T2
Re2
R c1
T1
R c2
+UCC
T2
D1
D2
D3 D4
（a）利用电阻Re提高射极电位 （b）利用二极管提高射极电位
（2）零点漂移问题 如果将直接耦合放大电路的输入端短路，其输出
端应有一固定的直流电压，即静态输出电压。但是， 实际输出电压将随时间变化而偏离初始值作缓慢的随 机波动，这种现象称为零点漂移，简称零漂。
U CC R
I REF R
2IB
IC1
T1
U CC
RC
IC 2

IR 2 0
30
40
iD / A
图2.2.3 锗二极管2AP15的伏安特性
2 半导体二极管及其应用电路
2.1 PN结的基本知识
2.1.3 PN结及其单向导电性
2.2 半导体二极管
2.2.2 二极管的伏安特性 2.2.3 二极管的主要参数 2.2.4 二极管模型
2.3 二极管应用电路
2.3.1 整流电路 2.3.2 限幅电路
▪ 目的2: 判断二极管D是否安全。
(2) 二极管电路的直流分析
(a) 图解分析法
(b) 等效电路(模型)分析法
(3) 二极管电路的交流分析 — 大信号
(4) 二极管电路的交流分析 — 小信号
整流 D
限幅 R
R
+
vI
iD
R vO
vI
iD
例2-2-1和图2-3-1
+
+
+
D
vO
vi
vO
VREF
图2-3-3(习题2-15,16,17）
原子结构
简化模型
+4
温度 光照
掺杂
本征 激发
少子
电子 空穴
复合
N型－ 5价 P型－ 3价
多子－电子 多子－空穴
空间电荷
半导体: 导电特性介于导体和绝缘体之间 典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。
导电的 1、本征 — 容易受环境因素影响 (温度、光照等) 2个特点 2、掺杂 — 可以显著提高导电能力
2.4 特殊二极管
2.4.1 稳压二极管 击穿特性
• 原理：多子扩散和少子漂移的动态平衡
问题1：二极管(PN结)主要特性是？ 其工程描述方法？

60A
此区域中 : 2
40A
IB=0 , IC=ICEO ,
1
20A
VBE<死区电
IB=0
压，称为截止 3 6 9 12 VCE(V)
区。
输出特性三个区域的特点: (1) 放大区： BE结正偏，BC结反偏， IC=IB , 且 IC = IB
(2) 饱和区： BE结正偏，BC结正偏 ， 即VCEVBE ， IB>IC，VCE0.3V
1、晶体管必须偏置在放大区。发射结正 偏，集电结反偏。
2、正确设置静态工作点，使整个波形处 于放大区。
3、输入回路将变化的电压转化成变化的 基极电流。
4、输出回路将变化的集电极电流转化成 变化的集电极电压，经电容滤波只输 出交流信号。
放大 电路 分析
放大电路的分析方法
静态分析
估算法 图解法
小信号模型分析法
vi=0时
入时
RL IE=IB+IC
基本放大电路的工作原理
静态工作点
RB
RC
C1
IB
(IB,VBE)
VBE
+VCC
IC C2
T VCERL
( IC,VCE )
(IB,VBE) 和( IC,VCE )分别对应于输入输 出特性曲线上的一个点称为静态工作点。
IB
IC
IB
Q
IC
VBE VBE
Q IB
VCE VCE
共射直流电流放大倍数：
___
IC
IB
工作于动态的三极管，真正的信号
是叠加在直流上的交流信号。基极
电流的变化量为IB，相应的集电 极电流变化为IC，则交流电流放 大倍数为：

2019/3/7 5
3.9.2 多级放大电路的增益（续）
2. 电压增益的计算方法
RS
+ VS + Vi Ri1 Vo1 Ro1 +
+
+
Ri2 Vo2
Ro2 +
+
+
Ri3 Vo3
+
Ro3 -
+
-
-
Vo1 Vi2
-
-
-
Vo2 Vi3 - -
RL Vo -
Av =Vo/Vi =Vo1/ViVo2/Vi2Vo/Vi3 = Av1 Av2 Av3
3.9 多级放大电路及组合放大单元
引 言 (1) 什么是多级放大电路？ (2) 什么叫耦合？ (3) 对耦合的要求 各级有合适的工作点 前级输出信号顺利加到后级的输入端 (4) 三种耦合方式 C Ⅰ 阻容耦合 变压器耦合 T Ⅰ 直接耦合 便于集成 fL=0 Ⅰ 前后级工作点不独立
2019/3/7 4
3.9.2 多级放大电路的增益
Ri1 RS Ro1 Ri2 Ro2 Ⅱ
+
Ri3
Ro3
+ VS
-
+ Vi
Ⅰ
+
+
-
+
-
+
-
+
-
Ⅲ
+
+ RL Vo -
Vo1 Vi2
Vo2 Vi3
-
Vo1
Vo2
Vo3
图 3.9.4
1. 级间的相互影响 后级是前级的负载：RL1=Ri2; RL2=Ri3 前级是后级的信号源： Vs2=Vo1，RS2=Ro1；Vo1=Vi2 ; Vs3=Vo2 , RS3=Ro2 ；Vo2=Vi3 。

带缓冲级的CMOS与非门
37
2.CMOS 或非门 (1)电路结构 两个反相器的负载管串联，驱动管并联。 (2)工作原理
带缓冲级的CMOS或非门
CMOS电路举例-4
38
3.CMOS双向传输门 (1)电路结构 NMOS、PMOS管并联互补。 (2)工作原理 CMOS电路举例-5
39
作业题 3.1 (a) 3.4 3.9 3.2 3.5 3.11 3.3 3.6 3.16
30
(4)OC门的应用 ①线与 ②用于接口电路，实现TTL ③作驱动器
CMOS 电平转换
31
4.三态输出TTL门（TS门） (1)三态输出与非门组成及工作原理 (2)典型用途 ①构成总线结构 ②双向数据传输 三态门应用举例-1 三态门应用举例-2
32
第四节 CMOS门电路
CMOS门电路的特点: ①制作工艺简单，集成度高； ②工作电源允许的变化范围大，功耗低； ③输入阻抗高，扇出系数大； ④抗干扰能力强。 CMOS反相器（串联互补）、CMOS传输门（并 联互补）是CMOS集成电路的基本组件。
(2)降低电阻的阻值 提高了三极管的开 关速度使tpd ↓。 tpd ≈6ns,但加大了 电路的静态功耗。
(1)输出级采用 达林顿结构三极管； 减小了门电路输出高电平时的输出电阻。 图3.2.13 54H/74H系列与非门（54H/74H00)的电路结构
22
2. 54S/74S系列
(2)引入有源泄放电路。
数据信号 I 控制信号 C
&
O
5
二、数字集成电路的分类
SSI
1.按集成度
MSI LVSLISI
6
54/74 54/74H
54/74S

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四、 波特图
根据电压放大倍数与频率之间关系的表达式， 可以画出放大电路的频率特性曲线。 在实际工作中，应用比较广泛的是对数频率特性。 这种对数频率特性又称为波特图。 所谓对数频率特性是指： 绘制频率特性时基本上采用对数坐标。 幅频特性的横坐标和纵坐标均采用对数坐标。 相频特性的横坐标采用对数坐标，纵坐标不取对数。
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五、 高通电路和低通电路
1. RC高通电路的波特图
Au = R+
R 1
jωC
1
=
1
+
1 jωRC
C
+
+
Ui
R Uo
令 fL =
1 2πτL
=1 2πRC
1
Au = 1+
1
jωτL
1
= 1 -j
fL
f
-
-
RC 高通电路
时间常数τL = RC
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2l0 g A u 2l0 g1fLf2
φ
f
0
0.1fH fH 10fH f
-450
-450/十倍频 -900
最大误差 5.710
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第二节 三极管的频率参数
共射截止频率 特征频率 共基截止频率
下页 总目录
三极管的频率参数描述三极管的电流放大系数对高频信 号的适应能力。
在中频时， 一般认为三极管的β基本上是一个常数。
当频率升高时，由于存在极间电容，三极管的电流放大 作用将被削弱，
-20dB/十倍频
特征频率是三极管的一个重要参数， O
当f > fT 时，三极管已失去放大作用， φβ
所以，不允许三极管工作在如此高的 O 频率范围。

36
为什么
负载电阻的中点电位在差 模信号作用下不变，相当 于接“地”。
37
38
4. 电压传输特性
放大电路的输出电压和输入电压之间的关系曲线。
uo uo ＝ f( uI )
如改变uI的极性，可
uI
得另一条图中虚线所
示的曲线，它与实线
完全对称。
39
三、 差分放大电路的四种接法
“单端”的情况，还具有共模抑制能力吗？
具体计算时，有时它们不仅仅决定于本级参数，也与
后级或前级的参数有关。
14
15
例:1 如图所示的两级电压放大电路，
已知β1= β2 =50, T1和T2均为3DG8D。
计算前、后级放大电路的静态值(UBE=0.6V)
及电路的动态参数。
+24V
+
U i
–
RB1 1M
C1
+
T1
RE1 27k
RB 1
82k
be
bb'
I
EQ
R
A
c
97
d
r
(1
)
R W
be
2
R 2r (1 )R 20.4k
i
be
W
67
P182 3.7
解： 双入单出差分放大电路
u IC
u I1 u I2 2
15 mV
u Id u I1 u I2 10 mV
Ad
Rc
2 rbe
67
u O A d u Id 0 . 67 V
图 3.1.2 阻容耦合放大电路
有零点漂移吗？
特点：静态工作点相互独立，在分立元件电路中广 泛使用,但不能放大缓慢变化的信号。

模拟电子技术基础 半导体三极管及放大电路
电子信息工程系
厚德博学 求实创新
BJT的小信号建模 3.4.1 BJT的小信号建模
1. H参数的引出 参数的引出
对于BJT双口网络，我们已经知道 输入输出特性曲线如下：
c + vBE
–
ib→ b →
iB=f(vBE) vCE=const iC=f(vCE) iB=const
∂vBE ∂v 用小信号交流分量表示 ⋅ diB + BE I B ⋅ dvCE VCE ∂iB ∂vCE vbe= hieib+ hrevce ∂i ∂i diC = C VCE ⋅ diB + C I B ⋅ dv CE ic= hfeib+ hoevce ∂i B ∂v CE ∂v h ie = BE VCE 输出端交流短路时的输入电阻； 其中： ∂iB ∂i h fe = C VCE 输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数； ∂iB ∂vBE 输入端交流开路时的反向电压传输比 h re = IB ∂vCE dvBE =
@2006 fÅtÜàVÉÅ
模拟电子技术基础 半导体三极管及放大电路
电子信息工程系
厚德博学 求实创新
4.求输入电阻 4.求输入电阻
Ii
Vi
Ri ·
5. 求输出电阻
V R i = · i = R b // r be Ii
· 令 Vi = 0 所以
@2006 fÅtÜàVÉÅ
· Ib = 0 Ro = Rc
β · Ib= 0
电子信息工程系
·
模拟电子技术基础 半导体三极管及放大电路
厚德博学 求实创新
-VCC
电路如图所示。 电路如图所示。试画出其 小信号等效模型电路。 小信号等效模型电路。

输入电阻
.
Au
A n .
j1 uj
R1=Ri1
输出电阻 R0=Ron
uo RL
解: (1)求解Q点，第一级为共射放大电路
U BQ1

Rb 2 Rb1 Rb2
VCC
I BQ1

U BQ1 U BEQ1
(1 )Re1
I CQ1 I BQ1
U CQ1 VCC (I CQ1 I BQ2 )Rc1 VCC I R CQ1 c1
共模信号：大小相等，极性相同。
差模信号：大小相等，极性相反.
典型电路：长尾式差分放大电路
一.结构: 对称性结构
+VCC
即：1=2=
Rc
Rc
UBE1=UBE2= UBE rbe1= rbe2= rbe RC1=RC2= RC Rb1=Rb2= Rb
I BQ1 I BQ2 I BQ ICQ1 ICQ2 ICQ I EQ1 I EQ2 I EQ U CQ1 U CQ2 U CQ uO U CQ1 U CQ2 0
• 1979年：Intel推出5MHz 8088微处理器，之 后，IBM基于8088推出全球第一台PC。折 合25560.8元人民币
• 1988年：16M DRAM问世，1平方厘米大小 的硅片上集成有3500万个晶体管，标志着 进入超大规模集成电路（VLSI）阶段
• 。我国集成电路发展历史
• 我国集成电路产业诞生于六十年代，共经历了三个发展 阶段：
• 1965年-1978年：以计算机和军工配套为目标，以开发 逻辑电路为主要产 品，初步建立集成电路工业基础及 相关设备、仪器、材料的配套条件
• 1978年-1990年：主要引进美国二手设备，改善集成电 路装备水平，在“治散治乱”的同时，以消费类整机作 为配套重点，较好地解决了彩电集成电路的国产化

空穴
+4
+4
自在电子
温度升 高
+4
+4
本征激发
束缚电子
由于温度上升，电子获得能量后，少数共价键中 的束缚电子挣脱束缚成为自在电子，留下空穴， 称为本征激发，又称为热激发。
半导体中的两种载流子：
共价键的 空位，称 为空穴
+4
+4
+4
+4
不受束缚的电 子，称为自在 电子
摆脱束缚
束缚电子
半导体中的两种载流子： 由于自在电子与空穴的有序挪动将产生电流，因此 称自在电子与空穴为半导体中的两种载流子；
结论
• 本征半导体外层电子构成稳定的共价键构 造，使原子规那么陈列，构成晶体。
• 在本征激发下，能产生少量的载流子，具 有微弱的导电作用。
• 其导电性能具有热敏性，温度越高，载流 子的浓度越高，导电才干越强。
二、杂质半导体 半导体具有掺杂性，假设在本征半导体中掺
入微量杂质，那么导电性能大为改观，掺入百万分 之一的杂质，载流子浓度添加1百万倍。
N型半导体可简化成
+
图2－3
2. P型半导体
构成
本征掺杂： 本征半导体 硼(3价)
得到大量空穴 〔无自在电子〕
本征激发：得到少量电子空穴对
特点
a. 空穴为多数载流子 〔多子〕 自在电子为少数载流子〔少子〕；
b. 硼原子被称为受主杂质，本身因 获得电子而成为负离子。
P型半导体可简化成 －
图2－5
结论
7.反相恢复时间 8.最高任务频率等
例、设整流电路的电路如下图，从表中选择适宜的二极 管，其中，
vi 4s0i nt)(V ()

U
在图3-2(b)中，
i
，U输i 入U电f ,压Ii 发 I生i ，了输变Ui入化电，Ui流故, I发为i 生串Ii了联 变反If 化馈，；
故为并联反馈。
7
图3-2
8
串联反馈与并联反馈的判别方法是：根据反馈网络与放
大电路的连接关系来判别。即除了公共接地端外，若反馈网
络的另一个端子与放大电路输入信号 则为并联反馈，否则，为串联反馈。
13
判别正反馈与负反馈的方法是瞬时极性法。其具体方法
是：先断开反馈网络与放大电路输入端的连接，然后设定输
入信号有一个正极性的变化(增大)，再根据放大电路和反馈
网络信号的传输路径，逐级推出反馈信号的极性(增大或减
小)，最后根据反馈信号与输入信号的极性，观察反馈信号与
输入信号叠加后使净输入信号增大了还是减小了，若净输入
称为“取样”；把原输入信号 与反馈信号 X i 的叠加过
程称X为f “比较”。
数，其这为里定无义反几馈个时新放的大参电数路：的放A大倍X数o /；X
i
称为开环放大倍 称为反馈
系数；
称为闭环放大倍数。
F Xf / Xo
Af X o / X i
3
图3-1
4
3.1.2 反馈的类型及判别 1.直流反馈与交流反馈 如果反馈量f中仅含有直流成分，则称为直流反馈。在图
的输U i入端子相连接，
9
3.电压反馈与电流反馈
电压反馈和电流反馈是按取样方式的不同来定义的，即
根据反馈信号 X与f 输出信号 X的o关系来确定。若反馈信
号 与X输f 出电压 成U比o 例，则为电压反馈；若反馈信号
与输出电X流f 成比例，I则o 为电流反馈。如图3-3(a)所示，

场效应管及其应用
（4） 在使用场效应管时, 要注意漏源电压、 漏源 电流及耗散功率等, 不要超过规定的最大允许值。
场效应管及其应用
3.2 场效应管及其放大电路
与三极管一样, 根据输入、 输出回路公共端选 择不同, 将场效应管放大电路分成共源、 共漏和共 栅三种组态。 本节主要介绍常用的共源和共漏两种 放大电路。
2. 图3.8为N沟道耗尽型场效应管的结构图。 其结构与增 强型场效应管的结构相似, 不同的是这种管子在制造时, 就在二氧化硅绝缘层中掺入了大量的正离子。
场效应管及其应用
s
g
d
＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋＋
N＋
N＋
P型硅衬底
d
g s
d
g s
衬底引线
(a)
(b)
(c)
图3.8耗尽型MOS (a) N沟道结构图; （b） N沟道符号; （c） P沟道符号
g 栅极
场效应管及其应用
d 漏极 耗尽层
d
P
P
N
g
g
s
s 源极
(a)
(b)
图 3.1
(a) 结构; (b) N沟道结型场效应管符号; (b) (c) P沟道结型场效应
d s (c)
场效应管及其应用
2) 图3.2表示的是结型场效应管施加偏置电压后的接 线图。
2． 特性曲线 场效应管的特性曲线分为转移特性曲线和输出特 性曲线。
3
uDS =1 2 V 2
1 U GS(off)
－4 －3 －2 －1 0
uGS /V
图3.3 N沟道结型场效应管转移特性曲线
场效应管及其应用
在UGS(off)≤uGS≤0的范围内, 漏极电流iD与栅极电