华成英模电课件
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模拟电子技术基础清华大学 华成英全套完整版
• 为什么半导体器件的温度稳定性差？是多子还 是少子是影响温度稳定性的主要因素？
• 为什么半导体器件有最高工作频率？
华成英 hchya@
§2 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管
华成英 hchya@
有利于漂移运动，形成漂移电 流。由于电流很小，故可近似 认为其截止。
华成英 hchya@
四、PN 结的电容效应
1. 势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
2. 扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
第一个集成电路及其发明者 （ Jack Kilby from TI ）
1958年9月12日，在德州仪器公司 的实验室里，实现了把电子器件集成 在一块半导体材料上的构想。42年以 后， 2000年获诺贝尔物理学奖。 “为现代信息技术奠定了基础”。
华成英 hchya@
二、模拟信号与模拟电路
华成英 hchya@
§1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
华成英 hchya@
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
• 为什么半导体器件有最高工作频率？
华成英 hchya@
§2 半导体二极管
一、二极管的组成 二、二极管的伏安特性及电流方程 三、二极管的等效电路 四、二极管的主要参数 五、稳压二极管
华成英 hchya@
有利于漂移运动，形成漂移电 流。由于电流很小，故可近似 认为其截止。
华成英 hchya@
四、PN 结的电容效应
1. 势垒电容
PN结外加电压变化时，空间电荷区的宽度将发生变 化，有电荷的积累和释放的过程，与电容的充放电相 同，其等效电容称为势垒电容Cb。
2. 扩散电容
PN结外加的正向电压变化时，在扩散路程中载流子 的浓度及其梯度均有变化，也有电荷的积累和释放的 过程，其等效电容称为扩散电容Cd。
第一个集成电路及其发明者 （ Jack Kilby from TI ）
1958年9月12日，在德州仪器公司 的实验室里，实现了把电子器件集成 在一块半导体材料上的构想。42年以 后， 2000年获诺贝尔物理学奖。 “为现代信息技术奠定了基础”。
华成英 hchya@
二、模拟信号与模拟电路
华成英 hchya@
§1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
华成英 hchya@
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
模电discussion
通过u 是否大于U 判断管子是否导通。 通过 BE是否大于 on判断管子是否导通。
uI − U BE 5 − 0.7 iB = =( )mA = 43µA Rb 100 iCmax VCC 12 = = ( )mA = 2.4mA Rc 5
临界饱和时的
1. 分别分析 I=0V、5V时T是工作在截止状态还是导通状态； 分别分析u 是工作在截止状态还是导通状态； 、 时 是工作在截止状态还是导通状态 2. 已知 导通时的 BE＝0.7V，若uI=5V，则β在什么范围内 处于放大状态 在什么 已知T导通时的 导通时的U 在什么范围内T处于放大状态 ， ， 在什么范围内 处于放大状态?在什么 范围内T处于饱和状态 处于饱和状态？ 范围内 处于饱和状态？
讨论三
已知I 已知 CQ＝2mA，UCES＝0.7V。 ， 。 1. 在空载情况下，当输入信号增大 在空载情况下， 时，电路首先出现饱和失真还是截止 失真？若带负载的情况下呢？ 失真？若带负载的情况下呢？
2. 空载和带载两种情况下 om分别为多少？ 空载和带载两种情况下U 分别为多少？ 3. 在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失 在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真， 真消除？ 真消除？
讨论一
图示电路为哪种基本接法的放大电路？ 图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点有 可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、 可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输 出电阻的表达式。 出电阻的表达式。
讨论二
电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。 电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。
讨论二
I CQ → g m、rb'e
' Cµ ( ≈ Cob )、g m、Rc、RL → Cµ
uI − U BE 5 − 0.7 iB = =( )mA = 43µA Rb 100 iCmax VCC 12 = = ( )mA = 2.4mA Rc 5
临界饱和时的
1. 分别分析 I=0V、5V时T是工作在截止状态还是导通状态； 分别分析u 是工作在截止状态还是导通状态； 、 时 是工作在截止状态还是导通状态 2. 已知 导通时的 BE＝0.7V，若uI=5V，则β在什么范围内 处于放大状态 在什么 已知T导通时的 导通时的U 在什么范围内T处于放大状态 ， ， 在什么范围内 处于放大状态?在什么 范围内T处于饱和状态 处于饱和状态？ 范围内 处于饱和状态？
讨论三
已知I 已知 CQ＝2mA，UCES＝0.7V。 ， 。 1. 在空载情况下，当输入信号增大 在空载情况下， 时，电路首先出现饱和失真还是截止 失真？若带负载的情况下呢？ 失真？若带负载的情况下呢？
2. 空载和带载两种情况下 om分别为多少？ 空载和带载两种情况下U 分别为多少？ 3. 在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真，而带上负载后这种失 在图示电路中，有无可能在空载时输出电压失真， 真消除？ 真消除？
讨论一
图示电路为哪种基本接法的放大电路？ 图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点有 可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、 可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输 出电阻的表达式。 出电阻的表达式。
讨论二
电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。 电路如图，所有电容对交流信号均可视为短路。
讨论二
I CQ → g m、rb'e
' Cµ ( ≈ Cob )、g m、Rc、RL → Cµ
模电课件第一章
+ Vi –
放大电路
+ Vo –
RL
AV AV ( ) ( )
Vo ( j ) AV ( ) V ( j )
i
Av为什么是 f 的函数？
原因：放大电路存在电抗
称为幅频响应 元件，如电容、电感。
称为相频响应
( ) o ( ) i ( )
1.5 放大电路的主要性能指标
九、联系方式
•姓名：张华
•单位：电子信息教研室 408
•Email: 8755166@
课程介绍 部分结束
进入绪论部分学习
1.1 信号 1.2 信号的频谱
1.3 模拟信号与数字信号 1.4 放大电路模型
1.5 放大电路的主要性能指标
1.1 信号
1. 信号： 信息的载体
T/℃ 2 200.5 2 200.0 2 199.5
在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的 稳态响应，称为放大电路的频率响应。 电压增益可表示为
Vo ( j ) AV ( j ) V ( j )
i
Ii
Io
+ Vs –
Rs
Vo ( j ) [ o ( ) i ( )] Vi ( j )
或写为 其中
课程介绍
一、课程名称及教材 模拟电子技术基础
二、课程的性质
工程性、 实践性强 是一门技术基础课
三、课程的特点
1）规律性 基本电子电路的组成具有规律性
2）非线性 3）工程性
4）实践性
半导体器件具有非线性 即近似性。抓主要矛盾
实验和设计－实验课
四、课程研究内容
器件 二极管(chap3)
三极管(chap4)
模拟电子技术 华成英集成运算放大电路PPT学习教案
对电压放大电路的要求：Ri大， Ro小，Au的数值 大，最大不失真输出电压大。
第6页/共69页
7
2. 分析举例
Au1 gm (R4 ∥ Ri2)
Au 2
(1＋ ) (R7 ∥ RL ) rbe (1＋ ) (R7 ∥ RL )
Au Au1 Au2
Ri2 R6 ∥[rbe2 (1 )(R7 ∥ RL )]
两式无本质 区别
若电容值均相等，
则τe<< τ1、τ2
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14
信号频率为0～∞时电压放大倍数的表达式
fL1
1
2π1
fL2
1
2π 2
fLe
1
2π e
1
fL1 2πCπ'
jf jf jf
A u
Aum (1
jf
fL1 fL2 fLe )(1 jf )(1 jf
)(1
jf
)
f L1
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12
讨论三
已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问题： 1. 该放大电路为几级放大电路? 2. 耦合方式? 3. 在 f ＝104Hz 时，增益下降多少？附加相移φ’＝？ 4. 在 f ＝105Hz 时，附加相移φ’≈？ 5. 画出相频特性曲线； 6. fH＝？
Au ?
第12页/共69页
第24页/共69页
25
4. 放大差模信号
差模信号：数值相等，极性相反 的输入信号，即
uI1 uI2 uId / 2
iB1 iB2
＋ u Id
iC1 iC2
－2
＋
uC1 uC2
u Id 2
－
uO 2uC1
△iE1=－△ iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。
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2. 分析举例
Au1 gm (R4 ∥ Ri2)
Au 2
(1＋ ) (R7 ∥ RL ) rbe (1＋ ) (R7 ∥ RL )
Au Au1 Au2
Ri2 R6 ∥[rbe2 (1 )(R7 ∥ RL )]
两式无本质 区别
若电容值均相等，
则τe<< τ1、τ2
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信号频率为0～∞时电压放大倍数的表达式
fL1
1
2π1
fL2
1
2π 2
fLe
1
2π e
1
fL1 2πCπ'
jf jf jf
A u
Aum (1
jf
fL1 fL2 fLe )(1 jf )(1 jf
)(1
jf
)
f L1
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12
讨论三
已知某放大电路的幅频特性如图所示，讨论下列问题： 1. 该放大电路为几级放大电路? 2. 耦合方式? 3. 在 f ＝104Hz 时，增益下降多少？附加相移φ’＝？ 4. 在 f ＝105Hz 时，附加相移φ’≈？ 5. 画出相频特性曲线； 6. fH＝？
Au ?
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25
4. 放大差模信号
差模信号：数值相等，极性相反 的输入信号，即
uI1 uI2 uId / 2
iB1 iB2
＋ u Id
iC1 iC2
－2
＋
uC1 uC2
u Id 2
－
uO 2uC1
△iE1=－△ iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。
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，注以重及培将养所系学统知识的用观于念本、专工业程的能的力观。念、科技进步 的观念和创新意识，学习科学的思维方法。提倡 会看：读图，定性分析 考查分析问题的能力
2. 会算：定量计算 3. 会选：电路形式、器件、参数
考查解决问题的能力－－设计能力 4. 会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDA
玫瑰课堂
电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展 上。从电子管→半导体管→集成电路
1904年 电子管问世
1947年 晶体管诞生
1958年集成电 路研制成功
电子管、晶体管、集成电路比较
玫瑰课堂
半导体元器件的发展
❖1947年 贝尔实验室制成第一只晶体 管
❖1958年 集成电路 ❖1969年 大规模集成电路 ❖1975年 超大规模集成电路
玫瑰课堂
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。
导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。
绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。
自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 动态平衡
半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。
本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
无杂质
稳定的结构
玫瑰课堂
2、本征半导体的结构
共价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚
而成为自由电子
自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴
计算机或其 它数字系统
2. 会算：定量计算 3. 会选：电路形式、器件、参数
考查解决问题的能力－－设计能力 4. 会调：仪器选用、测试方法、故障诊断、EDA
玫瑰课堂
电子技术的发展很大程度上反映在元器件的发展 上。从电子管→半导体管→集成电路
1904年 电子管问世
1947年 晶体管诞生
1958年集成电 路研制成功
电子管、晶体管、集成电路比较
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半导体元器件的发展
❖1947年 贝尔实验室制成第一只晶体 管
❖1958年 集成电路 ❖1969年 大规模集成电路 ❖1975年 超大规模集成电路
玫瑰课堂
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。
导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。
绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。
自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 动态平衡
半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。
本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
无杂质
稳定的结构
玫瑰课堂
2、本征半导体的结构
共价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚
而成为自由电子
自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴
计算机或其 它数字系统
模拟电子技术基础-清华大学-华成英-全套完整版
无杂质 稳定的结构
华成英 hchya@
2、本征半导体的结构
共价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚
而成为自由电子
自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴
自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 动态平衡 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高， 热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对 的浓度加大。
1958年集成电 路研制成功
电子管、晶体管、集成电路比较
华成英 hchya@
半导体元器件的发展
• 1947年 • 1958年 • 1969年 • 1975年
贝尔实验室制成第一只晶体管 集成电路 大规模集成电路 超大规模集成电路
第一片集成电路只有4个晶体管，而1997年一片集成电路 中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍/6年 的速度增长，到2015或2020年达到饱和。
➢ 基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标 和描述方法，因而有不同的分析方法。 2. 注意定性分析和近似分析的重要性 3. 学会辩证、全面地分析电子电路中的问题 ➢ 根据需求，最适用的电路才是最好的电路。 ➢ 要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊”。 4. 注意电路中常用定理在电子电路中的应用
华成英 hchya@
§1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
华成英 hchya@
一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
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2、本征半导体的结构
共价键
由于热运动，具有足够能量 的价电子挣脱共价键的束缚
而成为自由电子
自由电子的产生使共价键中 留有一个空位置，称为空穴
自由电子与空穴相碰同时消失，称为复合。 动态平衡 一定温度下，自由电子与空穴对的浓度一定；温度升高， 热运动加剧，挣脱共价键的电子增多，自由电子与空穴对 的浓度加大。
1958年集成电 路研制成功
电子管、晶体管、集成电路比较
华成英 hchya@
半导体元器件的发展
• 1947年 • 1958年 • 1969年 • 1975年
贝尔实验室制成第一只晶体管 集成电路 大规模集成电路 超大规模集成电路
第一片集成电路只有4个晶体管，而1997年一片集成电路 中有40亿个晶体管。有科学家预测，集成度还将按10倍/6年 的速度增长，到2015或2020年达到饱和。
➢ 基本分析方法：不同类型的电路有不同的性能指标 和描述方法，因而有不同的分析方法。 2. 注意定性分析和近似分析的重要性 3. 学会辩证、全面地分析电子电路中的问题 ➢ 根据需求，最适用的电路才是最好的电路。 ➢ 要研究利弊关系，通常“有一利必有一弊”。 4. 注意电路中常用定理在电子电路中的应用
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§1 半导体基础知识
一、本征半导体 二、杂质半导体 三、PN结的形成及其单向导电性 四、PN结的电容效应
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一、本征半导体
1、什么是半导体？什么是本征半导体？
导电性介于导体与绝缘体之间的物质称为半导体。 导体－－铁、铝、铜等金属元素等低价元素，其最外层电 子在外电场作用下很容易产生定向移动，形成电流。 绝缘体－－惰性气体、橡胶等，其原子的最外层电子受原 子核的束缚力很强，只有在外电场强到一定程度时才可能导 电。 半导体－－硅（Si）、锗（Ge），均为四价元素，它们原 子的最外层电子受原子核的束缚力介于导体与绝缘体之间。 本征半导体是纯净的晶体结构的半导体。
模拟电子技术基础(完整课件)
>100000
封装好的集成电路
课程的教学方法
模电——“魔”电 特点：电路形式多、公式多、工程性强 教学方法： 课堂讲课 ——每章小结 ——自我检测题
——作业 ——作业反馈
——实验 ——答疑
总成绩＝期末（70％）＋平时（30％） 平时：作业、课堂、实验等
教材：《模拟电子技术基础》，李国丽王涌李如 春主编，高等教育出版社，国家级十二 五规划教材
就在这个过程中，爱迪生还发现了一 个奇特 的现象：一块烧红的铁会散发出电子云。后人 称之为爱迪生效应，但当时不知道利用这一效 应能做些什么。
1904年，英国发明家弗莱明在真空中加热的 电丝(灯丝)前加了一块板极，从而发明了第一 只电子管，称为二极管。
1906 年，美国发明家德福雷斯特，在二极管 的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板，从而 发明了第一只真空三极管，建树了早期电子技 术上最重要的里程碑——电子工业真正的诞生 起点 。
2000年10月10日，基尔比 与另外两位科学家共同分享 诺贝尔物理学奖。
获得2000年Nobel物理奖
1958年第一块集成电路：TI公司的Kilby，12个器件，Ge晶片
1959年7月30日，硅谷的仙童半导体公司的诺依斯 采用先进的平面处理技术研制出集成电路，也申请到 一项发明专利 ，题为“半导体器件——导线结构”； 时间比基尔比晚了半年，但确实是后来微电子革命的 基础。
1959年仙童制造的IC
诺依斯
1971年：全球第一个微处理器4004由Intel 公司推出，在它3毫米×4毫米的掩模上，有 2250个晶体管，每个晶体管的距离是10微米， 每秒运算6万次。也就是说，一粒米大小的芯片 内核，其功能居然与世界上第一台计算机—— 占地170平方米的、拥有1.8万个电子管的 “爱
模电第1章 常用半导体器件
1、工程性
实际工程需要证明其可行性。
强调定性分析。
实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存
在一定的误差范围的。 电子电路的定量分析称为“估算”。 近似分析要“合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方面。
电子电路归根结底是电路。
估算不同的参数需采用不同的模型，可用电路的
基本理论分析电子电路。
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
+4
+4
+4 自由电子
+4
+5 +4
+4 施主原子
+4
+4
+4
图 1.1.3
N 型半导体
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
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。
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
导
言
本课程成绩评定标准
作业
考勤
10 %
10 %
实验报告
考试
10 %
70 %
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
导
言
一、电子技术的发展 二、模拟信号与模拟电路 三、“模拟电子技术基础”课程的特 点 四、如何学习这门课程 五、课程的目的 六、考查方法
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受 自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。 自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n >> p 。 电子称为多数载流子(简称多子)， 空穴称为少数载流子(简称少子)。 5 价杂质原子称为施主原子。
实际工程需要证明其可行性。
强调定性分析。
实际工程在满足基本性能指标的前提下总是容许存
在一定的误差范围的。 电子电路的定量分析称为“估算”。 近似分析要“合理”。 抓主要矛盾和矛盾的主要方面。
电子电路归根结底是电路。
估算不同的参数需采用不同的模型，可用电路的
基本理论分析电子电路。
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
+4
+4
+4 自由电子
+4
+5 +4
+4 施主原子
+4
+4
+4
图 1.1.3
N 型半导体
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
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。
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
导
言
本课程成绩评定标准
作业
考勤
10 %
10 %
实验报告
考试
10 %
70 %
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
导
言
一、电子技术的发展 二、模拟信号与模拟电路 三、“模拟电子技术基础”课程的特 点 四、如何学习这门课程 五、课程的目的 六、考查方法
安徽工程科技学院电工电子技术教研室－－模拟电路多媒体课件
第一章 常用半导体器件
本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受 自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。 自由电子浓度远大于空穴的浓度，即 n >> p 。 电子称为多数载流子(简称多子)， 空穴称为少数载流子(简称少子)。 5 价杂质原子称为施主原子。
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共模放大倍数 Ac u Oc u Ic ，参数理想对称时 Ac 0
华成英 hchya@
2. 抑制共模信号 ：Re的共模负反馈作用
共模放大倍数 参数理想对称时 Ac u Oc u Ic
Ac 0
对于每一边电 路，Re=?
Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号 如 T(℃)↑→IC1↑ IC2 ↑→UE↑→ IB1 ↓IB2 ↓→ IC1 ↓ IC2 ↓ 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。
可能是实际的负载，也 可能是下级放大电路
从变压器原 边看到的等 效电阻 理想变压器情 况下，负载上获 得的功率等于原 边消耗的功率。
P1 P2， I c R L I l R L
2 ' 2
R
' L
Il
2 2
Ic
RL (
N1 N2
) R L，实现了阻抗变换。
2
华成英 hchya@
R i2 R 5 ∥ [ rbe 2 (1 2 )( R 6 ∥ R L )]
R i R1 ∥ R 2 ∥ rbe1
Ro R6 ∥ R 3 ∥ R 5 rbe2 1
Au Au 1 Au 2
华成英 hchya@
讨论一
Rb是必要的吗？
V 晶体管输入回路方程：EE I BQ R b U BEQ 2 I EQ R e
通常，Rb较小，且IBQ很小，故
U CEQ V CC I CQ R c U BEQ
I EQ
V EE U BEQ 2 Re
I BQ
I EQ 1
选合适的VEE和Re就 可得合适的Q
华成英 hchya@
二、阻容耦合
利用电容连接信号 源与放大电路、放大 电路的前后级、放大 电路与负载，为阻容 耦合。 有零点漂移吗？
共射电路
共集电路
Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频 特性差，不能集成化。
Hale Waihona Puke 华成英 hchya@三、变压器耦合
Ac
1 ( Rc ∥ RL ) Ad 2 R b rbe
( Rc ∥ RL )
R b rbe 2 (1 ) R e
R b rbe 2 (1 ) R e R b rbe
K CMR
华成英 hchya@
1. 双端输入单端输出：问题讨论
A uj
j 1
2. 输入电阻
R i R i1
R o R on
3. 输出电阻
对电压放大电路的要求：Ri大， Ro小，Au的数值 大，最大不失真输出电压大。
华成英 hchya@
二、分析举例
( R 3 ∥ R i2 ) Au 1 rbe 1 Au 2 (1＋ 2 ) ( R 6 ∥ R L ) rbe2 (1＋ 2 ) ( R 6 ∥ R L )
一、直接耦合 二、阻容耦合 三、变压器耦合
华成英 hchya@
一、直接耦合
直接 连接 既是第一级的集电极电阻， 又是第二级的基极电阻 能够放大变化缓慢的信 号，便于集成化， Q点相互 影响，存在零点漂移现象。 输入为零，输出 产生变化的现象 称为零点漂移
第一级 Q1合适吗？
清华大学 华成英 hchya@
注意级联时两级 的相互影响！
华成英 hchya@
§3.3 差分放大电路
一、零点漂移现象及其产生的原因
二、长尾式差分放大电路的组成 三、长尾式差分放大电路的分析
四、差分放大电路的四种接法
五、具有恒流源的差分放大电路 六、差分放大电路的改进
华成英 hchya@
1. 双端输入单端输出：差模信号作用下的分析
1 ( Rc ∥ RL ) Ad 2 R b rbe
R i 2 ( R b rbe )， R o R c
华成英 hchya@
1. 双端输入单端输出：共模信号作用下的分析
u Id i B 2 ( R b rbe )
u Od i C 2 ( R c ∥ RL 2 )
华成英 hchya@
4. 动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR
共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信 号的能力和抑制共模信号的能力。
华成英 hchya@
NPN型管和PNP型管混合使用
UCQ1 （ UBQ2 ） ＞ UBQ1
UCQ1 （ UBQ2 ） ＞ UBQ1 UCQ2 ＜ UCQ1
UCQ2 ＞ UCQ1
在用NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQi＞ UBQi， 所以 UCQi＞ UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后级集电极电位接 近电源电压，Q点不合适。
华成英 hchya@
3. 放大差模信号
差模信号：数值相等，极性相反 的输入信号，即
u I1 u I2 u Id / 2
i B 1 i B2 i C 1 i C2 u C 1 u C2 u O 2 u C1
四、差分放大电路的四种接法
1. 双端输入单端输出：Q点分析
由于输入回路没有变 RL V CC I CQ ( R c ∥ R L ) 化，所以IEQ、IBQ、ICQ U CQ1 Rc RL 与双端输出时一样。但 U CQ2 V CC I CQ R c 是UCEQ1≠ UCEQ2。
K CMR Ad Ac 下， K CMR 。
在参数理想对称的情况
在实际应用时，信号源需要有“ 接地”点，以避免 干扰；或负载需要有“ 接地”点，以安全工作。 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种 接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输 入双端输出、单端输入单端输出。
华成英 hchya@
第三章 多级放大电路
华成英 hchya@
第三章 多级放大电路
§3.1 多级放大电路的耦合方式
§3.2 多级放大电路的动态分析 §3.3 差分放大电路
§3.4 互补输出级
§3.5 直接耦合多级放大电路读图
华成英 hchya@
§3.1 多级放大电路的耦合方式
1 ( Rc ∥ RL ) Ad 2 R b rbe
K CMR R b rbe 2 (1 ) R e R b rbe
R i 2 ( R b rbe )， R o R c
（1）T2的Rc可以短路吗？ （2）什么情况下Ad为“＋”？ （3）双端输出时的Ad是单端输出时的2倍吗？
+V CC
在理想对称的情况下： 1. 克服零点漂移； 2. 零输入零输出； 3. 抑制共模信号； 4. 放大差模信号。
R
R
Rt
R uI
华成英 hchya@
三、长尾式差分放大电路的分析
1. Q点：
I BQ 1 I BQ 2 I BQ I CQ 1 I CQ 2 I CQ I EQ 1 I EQ 2 I EQ U CQ 1 U CQ 2 U CQ u O U CQ 1 U CQ 2 0
§3.2 多级放大电路的动态分析
一、动态参数分析
二、分析举例
华成英 hchya@
一、动态参数分析
1.电压放大倍数
U o U o1 U o2 U o Au Ui U i U i2 U in
n
华成英 hchya@
2. 单端输入双端输出
在输入信号作用下发射极 的电位变化吗？说明什么？
共模输入电压 差模输入电压
输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：
u Id u I， u Ic u I / 2
华成英 hchya@
＋
u Id 2
－
＋
u Id 2
－
△iE1=－△ iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。
华成英 hchya@
差模信号作用时的动态分析
为什么？ 差模放大倍数
Ad u Od u Id
Ad
( Rc ∥
RL 2
)
R b rbe
R i 2 ( R b rbe ) ， R o 2 R c
华成英 hchya@
2. 抑制共模信号
共模信号：数值相等、极性相同的 输入信号，即
u I1 u I2 u Ic
i B 1 i B2 i C 1 i C2 u C 1 u C2
u O u C1 u C2 ( u CQ1 u C1 ) ( u CQ2 u C2 ) 0
第二级
当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电 位的变化会逐级放大。 求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。
华成英 hchya@
如何设置合适的静态工作点？
稳压管 伏安特性
对哪些动态参 数产生影响？
Re
必要性？
用什么元件取代Re既可设置合适的Q点，又可使第 二级放大倍数不至于下降太多？ 二极管导通电压UD≈？动态电阻rd特点？ 若要UCEQ＝5V，则应怎么办？用多个二极管吗？ UCEQ1太小→加Re（Au2数值↓）→改用D→若要UCEQ1大 ，则改用DZ。
华成英 hchya@
讨论二：放大电路的选用
1. 按下列要求组成两级放大电路： • ① Ri＝1～2kΩ，Au 的数值≥3000； • ② Ri ≥ 10MΩ，Au的数值≥300； • ③ Ri＝100～200kΩ，Au的数值≥150； • ④ Ri ≥ 10MΩ ，Au的数值≥10，Ro≤100Ω。 ①共射、共射；②共源、共射； ③共集、共射；④共源、共集。 2. 若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载 电压放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的 电压放大倍数？
华成英 hchya@
2. 抑制共模信号 ：Re的共模负反馈作用
共模放大倍数 参数理想对称时 Ac u Oc u Ic
Ac 0
对于每一边电 路，Re=?
Re的共模负反馈作用：温度变化所引起的变化等效为共模信号 如 T(℃)↑→IC1↑ IC2 ↑→UE↑→ IB1 ↓IB2 ↓→ IC1 ↓ IC2 ↓ 抑制了每只差分管集电极电流、电位的变化。
可能是实际的负载，也 可能是下级放大电路
从变压器原 边看到的等 效电阻 理想变压器情 况下，负载上获 得的功率等于原 边消耗的功率。
P1 P2， I c R L I l R L
2 ' 2
R
' L
Il
2 2
Ic
RL (
N1 N2
) R L，实现了阻抗变换。
2
华成英 hchya@
R i2 R 5 ∥ [ rbe 2 (1 2 )( R 6 ∥ R L )]
R i R1 ∥ R 2 ∥ rbe1
Ro R6 ∥ R 3 ∥ R 5 rbe2 1
Au Au 1 Au 2
华成英 hchya@
讨论一
Rb是必要的吗？
V 晶体管输入回路方程：EE I BQ R b U BEQ 2 I EQ R e
通常，Rb较小，且IBQ很小，故
U CEQ V CC I CQ R c U BEQ
I EQ
V EE U BEQ 2 Re
I BQ
I EQ 1
选合适的VEE和Re就 可得合适的Q
华成英 hchya@
二、阻容耦合
利用电容连接信号 源与放大电路、放大 电路的前后级、放大 电路与负载，为阻容 耦合。 有零点漂移吗？
共射电路
共集电路
Q点相互独立。不能放大变化缓慢的信号，低频 特性差，不能集成化。
Hale Waihona Puke 华成英 hchya@三、变压器耦合
Ac
1 ( Rc ∥ RL ) Ad 2 R b rbe
( Rc ∥ RL )
R b rbe 2 (1 ) R e
R b rbe 2 (1 ) R e R b rbe
K CMR
华成英 hchya@
1. 双端输入单端输出：问题讨论
A uj
j 1
2. 输入电阻
R i R i1
R o R on
3. 输出电阻
对电压放大电路的要求：Ri大， Ro小，Au的数值 大，最大不失真输出电压大。
华成英 hchya@
二、分析举例
( R 3 ∥ R i2 ) Au 1 rbe 1 Au 2 (1＋ 2 ) ( R 6 ∥ R L ) rbe2 (1＋ 2 ) ( R 6 ∥ R L )
一、直接耦合 二、阻容耦合 三、变压器耦合
华成英 hchya@
一、直接耦合
直接 连接 既是第一级的集电极电阻， 又是第二级的基极电阻 能够放大变化缓慢的信 号，便于集成化， Q点相互 影响，存在零点漂移现象。 输入为零，输出 产生变化的现象 称为零点漂移
第一级 Q1合适吗？
清华大学 华成英 hchya@
注意级联时两级 的相互影响！
华成英 hchya@
§3.3 差分放大电路
一、零点漂移现象及其产生的原因
二、长尾式差分放大电路的组成 三、长尾式差分放大电路的分析
四、差分放大电路的四种接法
五、具有恒流源的差分放大电路 六、差分放大电路的改进
华成英 hchya@
1. 双端输入单端输出：差模信号作用下的分析
1 ( Rc ∥ RL ) Ad 2 R b rbe
R i 2 ( R b rbe )， R o R c
华成英 hchya@
1. 双端输入单端输出：共模信号作用下的分析
u Id i B 2 ( R b rbe )
u Od i C 2 ( R c ∥ RL 2 )
华成英 hchya@
4. 动态参数：Ad、Ri、 Ro、 Ac、KCMR
共模抑制比KCMR：综合考察差分放大电路放大差模信 号的能力和抑制共模信号的能力。
华成英 hchya@
NPN型管和PNP型管混合使用
UCQ1 （ UBQ2 ） ＞ UBQ1
UCQ1 （ UBQ2 ） ＞ UBQ1 UCQ2 ＜ UCQ1
UCQ2 ＞ UCQ1
在用NPN型管组成N级共射放大电路，由于UCQi＞ UBQi， 所以 UCQi＞ UCQ(i-1）（i=1～N），以致于后级集电极电位接 近电源电压，Q点不合适。
华成英 hchya@
3. 放大差模信号
差模信号：数值相等，极性相反 的输入信号，即
u I1 u I2 u Id / 2
i B 1 i B2 i C 1 i C2 u C 1 u C2 u O 2 u C1
四、差分放大电路的四种接法
1. 双端输入单端输出：Q点分析
由于输入回路没有变 RL V CC I CQ ( R c ∥ R L ) 化，所以IEQ、IBQ、ICQ U CQ1 Rc RL 与双端输出时一样。但 U CQ2 V CC I CQ R c 是UCEQ1≠ UCEQ2。
K CMR Ad Ac 下， K CMR 。
在参数理想对称的情况
在实际应用时，信号源需要有“ 接地”点，以避免 干扰；或负载需要有“ 接地”点，以安全工作。 根据信号源和负载的接地情况，差分放大电路有四种 接法：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输 入双端输出、单端输入单端输出。
华成英 hchya@
第三章 多级放大电路
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第三章 多级放大电路
§3.1 多级放大电路的耦合方式
§3.2 多级放大电路的动态分析 §3.3 差分放大电路
§3.4 互补输出级
§3.5 直接耦合多级放大电路读图
华成英 hchya@
§3.1 多级放大电路的耦合方式
1 ( Rc ∥ RL ) Ad 2 R b rbe
K CMR R b rbe 2 (1 ) R e R b rbe
R i 2 ( R b rbe )， R o R c
（1）T2的Rc可以短路吗？ （2）什么情况下Ad为“＋”？ （3）双端输出时的Ad是单端输出时的2倍吗？
+V CC
在理想对称的情况下： 1. 克服零点漂移； 2. 零输入零输出； 3. 抑制共模信号； 4. 放大差模信号。
R
R
Rt
R uI
华成英 hchya@
三、长尾式差分放大电路的分析
1. Q点：
I BQ 1 I BQ 2 I BQ I CQ 1 I CQ 2 I CQ I EQ 1 I EQ 2 I EQ U CQ 1 U CQ 2 U CQ u O U CQ 1 U CQ 2 0
§3.2 多级放大电路的动态分析
一、动态参数分析
二、分析举例
华成英 hchya@
一、动态参数分析
1.电压放大倍数
U o U o1 U o2 U o Au Ui U i U i2 U in
n
华成英 hchya@
2. 单端输入双端输出
在输入信号作用下发射极 的电位变化吗？说明什么？
共模输入电压 差模输入电压
输入差模信号的同时总是伴随着共模信号输入：
u Id u I， u Ic u I / 2
华成英 hchya@
＋
u Id 2
－
＋
u Id 2
－
△iE1=－△ iE2，Re中电流不变，即Re 对差模信号无反馈作用。
华成英 hchya@
差模信号作用时的动态分析
为什么？ 差模放大倍数
Ad u Od u Id
Ad
( Rc ∥
RL 2
)
R b rbe
R i 2 ( R b rbe ) ， R o 2 R c
华成英 hchya@
2. 抑制共模信号
共模信号：数值相等、极性相同的 输入信号，即
u I1 u I2 u Ic
i B 1 i B2 i C 1 i C2 u C 1 u C2
u O u C1 u C2 ( u CQ1 u C1 ) ( u CQ2 u C2 ) 0
第二级
当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流、电 位的变化会逐级放大。 求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。
华成英 hchya@
如何设置合适的静态工作点？
稳压管 伏安特性
对哪些动态参 数产生影响？
Re
必要性？
用什么元件取代Re既可设置合适的Q点，又可使第 二级放大倍数不至于下降太多？ 二极管导通电压UD≈？动态电阻rd特点？ 若要UCEQ＝5V，则应怎么办？用多个二极管吗？ UCEQ1太小→加Re（Au2数值↓）→改用D→若要UCEQ1大 ，则改用DZ。
华成英 hchya@
讨论二：放大电路的选用
1. 按下列要求组成两级放大电路： • ① Ri＝1～2kΩ，Au 的数值≥3000； • ② Ri ≥ 10MΩ，Au的数值≥300； • ③ Ri＝100～200kΩ，Au的数值≥150； • ④ Ri ≥ 10MΩ ，Au的数值≥10，Ro≤100Ω。 ①共射、共射；②共源、共射； ③共集、共射；④共源、共集。 2. 若测得三个单管放大电路的输入电阻、输出电阻和空载 电压放大倍数，则如何求解它们连接后的三级放大电路的 电压放大倍数？