模拟电路电子教案设计

教学目的：了解半导体基础知识 教学重点：PN结

教学难点：PN结单向导电性 教学容：1.1 半导体基础知识

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

教学容

1.1半导体及其特性 一、 半导体特点

半导体特点：1、受光、热激发，导电性能↑↑ 2、掺杂质 导电性能↑↑ 二、 本征半导体

1.概念：纯净的、结构完整的半导体，叫本征半导体。它在物理结构上为共价键、呈单晶体形态。在热力学温度零度和没有外界激发时,本征半导体不导电。

2.半导体的本征激发与复合现象:

当导体处于热力学温度0 K时，导体中没有自由电子。当温度升高或受到光的照射时，价电子能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚而参与导电，成为自由电子。这一现象称为本征激发（也称热激发）。因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为电子空穴对。

游离的部分自由电子也可能回到空穴中去，称为复合。

在一定温度下本征激发和复合会达到动态平衡，此时，载流子浓度一定，且自由电子数和空穴数相等。 三、 杂质半导体

掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。杂质半导体是半导体器件的基本材料。在本征半导体中掺入五价元素（如磷），就形成N型（电子型）半导体；掺入三价元素（如硼、镓、铟等）就形成P型（空穴型）半导体。杂质半导体的导电性能与其掺杂浓度和温度有关，掺杂浓度越大、温度越

高，其导电能力越强。

1. P型半导体（空穴半导体） 多数载流子是空穴

形成：在本征半导体中掺三价杂质 2. N型半导体（电子型半导体） 多数载流子是电子

形成：在本征半导体中掺五价杂质 1.2 PN结的形成及特性

一、 PN结的形成

1、半导体中的载流子有两种有序运动：载流子在浓度差作用下的扩散运动和电场作用下的漂移运动。同一块半导体单晶上形成P型和N型半导体区域，在这两个区域的交界处，当多子扩散与少子漂移达到动态平衡时，空间电荷区（亦称为耗尽层或势垒区）的宽度基本上稳定下来，PN结就形成了。

2、PN结形成的物理过程 3、 扩散与飘移的平衡

扩散——载流子由浓度大→小运动（浓度差作用）

漂移——少子在电场作用下的运动（电场作用） 电场的作用：1）阻碍多子的扩散 2）帮助少子的漂移 二、 PN结的单向导电性

单向导电性在外加电压时显示出来 1、外加正向电压，PN结导通 2、外加反向电压，PN结截止

单向导电性：PN结的正向电阻很小（PN结导通），反向电阻很大（PN结截止）。

3、PN结的反向击穿

小结：本次课要求熟练掌握半导体的基本知识，正确理解PN结的形成及特性。掌握PN结的单向导电性。 课后作业：1.2 1.3

教学目的：熟练掌握二极管、稳压管的外特性及主要参数，以及二极管基本电路及其分析方法与应用。

教学重点：二极管的基本电路及分析方法。稳压管工作原理及应用

教学难点：二极管的基本电路及分析方法。二极管、稳压管的外特性及主要参数 教学容：1.3半导体二极管

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

教学容

1.3半导体二极管 一、二极管的组成

将PN结封装，引出两个电极，就构成了二极管。

二、半导体二极管的结构

１.点接触型: 点接触型二极管PN结面积小，结电容小，常用于检波和变频等高频电路。 2 .面接触型:面接触型二极管PN结面积大，结电容大，用于工频大电流整流电路。

3. 平面型: 平面型二极管PN结面积可大可小，PN结面积大的，主要用于功率整流

三、二极管的V-I特性

二极管的V-I特性见图2.3.2、2.3.3

半导体二极管的伏安特性曲线如图2.3.2所示，处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。

1）正向特性：当V＞0，即处于正向特性区域。正向区又分为两段： （1）当0＜V＜Uon时，正向电流为零，Uon称为死区电压或开启电压。 （2）当V＞Uon时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。

2）反向特性：当V＜0时，即处于反向特性区域。反向区也分两个区域：

（1）当VBR＜V＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。

（2）当V≤VBR时，反向电流急剧增加，VBR称为反向击穿电压。 从击穿的机理上看，硅二极管若|VBR|≥7 V时，主要是雪崩击穿；若VBR≤4 V则主要是齐纳击穿，当在4 V～7 V之间两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。 四、二极管的参数

1）最大整流电流IＦ：二极管长期工作允许通过的最大正向电流。在规定的散热条件下，二极管正向平均电流若超过此值，则会因结温过高而烧坏。

2）最高反向工作电压UBR：二极管工作时允许外加的最大反向电压。若超过此值，则二极管可能因反向击穿而损坏。一般取UBR值的一半。

3）电流IR：二极管未击穿时的反向电流。对温度敏感。IR越小，则二极管的单向导电性越好。

4）最高工作频率fM：二极管正常工作的上限频率。若超过此值，会因结电容的作用而影响其单向导电性。 五、二极管基本电路及其分析方法 1. 理想模型

2. 恒压降模型 3. 折线模型 4. 小信号模型 六、稳压管

稳压管是一种特殊的面接触型半导体二极管，通过反向击穿特性实现稳压作用。稳压管的伏安特性与普通二极管类似，其正向特性为指数曲线；

当外加反压的数值增大到一定程度时则发生击穿，击穿曲线很陡，几乎平行于纵轴，当电流在一定围时，稳压管表现出很好的稳压特性。 1、硅稳压管的稳压电路

稳压管等效电路由两条并联支路构成：①加正向电压以及加反向电压而未击穿时，与普通硅管的特性相同；②加反向电压且击穿后，相当于理想二极管、电压源Uz和动态电阻rz的串联。

2、稳压管的主要参数

1）稳定电压UZ：规定电流下稳压管的反向击穿电压。

2）最大稳定工作电流IZMAX 和最小稳定工作电流IZMIN：稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax =UZIZmax 。而Izmin对应UZmin。若IZ＜IZmin，则不能稳压。

3）额定功耗PZM：PZM ＝UZ IZMAX ，超过此值，管子会因结温升太高而烧坏。

4）动态电阻rZ：rz =DVZ /DIZ，其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性上求取的。RZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡，稳压效果愈好。

5）温度系数α：温度的变化将使UZ改变，在稳压管中，当êUZê＞7

V时，UZ具有正温度系数，反向击穿是雪崩击穿；当êUZê＜4 V时，UZ具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿；当4 V＜êVZê＜7 V时，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用。

小结：本次课要求熟练掌握二极管的基本电路及分析方法。稳压管工作原理及应用。 课后作业：1.5 1.7

教学目的：熟练掌握BJT的结构、BJT的电流分配与放大作用、BJT的特性曲线及主要参数

教学重点：BJT的电流分配与放大作用、BJT的特性曲线及主要参数 教学难点：BJT的电流分配与放大作用及BJT的特性曲线。 教学容：1.4半导体三极管及其应用

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

教学容

1.4半导体BJT 一、 BJT的结构简介

几种BJT的外形如图3.1.1

二、概念：双极型晶体管BJT是 通过一定的工艺，将两个PN结接合 在一起而构成的器件。

BJT有三个区（发射区、集电区和基区）、两个PN结（发射结和集电结）、三个电极（发射极、集电极和基极）组成；并且发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，基区厚度很小。 三、 BJT的电流分配与放大作用 1.BJT部载流子的传输过 程见图3.1.4

1）发射区向基区注入电子 2）电子在基区中的扩散与 复合

3）集电区收集扩散过来的 电子

2.电流分配关系

IE＝IB＋IC

IC＝βIB＋ICEO≈βIB

IC＝αIE＋ICBO≈αIE

3. 放大作用：晶体管具有电流放大作用。当发射结正向偏置而集电结反向偏置时，从发射区注入到基区的非平衡少子中仅有很少部分与基区的多子复合，形成基极电流，而大部分在集电结外电场作用下形成漂移电流IC，体现出IB对的IC控制作用。此时，可将IC看成电流IB控制的电流源 4.共射极连接方式

以发射极作为输入回路与输出 回路的公共端——共射电路。

四、温度对晶体管特性及参数的影响

1）温度对反向饱和电流的影响：温度对ICBO和ICEO等由本征激发产生的平衡少子形成的电流影响非常严重。2）温度对输入特性的影响：当温度上升时，正向特性左移。当温度变化1℃时，UBE大约下降2～2.5mV，UBE具有负温度系数。

3）温度对输出特性的影响温度升高时，由于ICEO和β增大，且输入特性左移，导致集电极电流IC增大，输出特性上移。

总之，当温度升高时，ICEO和β增大，输入特性左移，最终导致集电极电流增大。 小结：本次课要求熟练掌握BJT的结构、BJT的电流分配与放大作用 课后作业：1.8 1.10

教学目的：熟练掌握三极管的伏安特性 教学重点：三极管工作状态

教学难点：三极管输入，输出特性曲线 教学容：1.5三极管的共射特性曲线

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

教学容

1.5晶体管的输入特性和输出特性(共e)

晶体管的输入特性和输出特性表明各电极之间电流与电压的关系。现以共射电路为例说明 1、输入特性

iB=f（vBE）∣vCE=常数

共射输入特性：iB＝f (uBE)︱VCE=常数 如如图3.17所示。输入特性曲线分为三个区：死区、非线性区和线性区。其中vCE=0V的那一条相当于发射结的正向特性曲线。当vCE≥1V时，特性曲线将会向右稍微移动一些。但vCE再增加时，曲线右移很不明显。曲线的右移是三极管部反馈所致，右移不明显说明部反馈很小。 2、输出特性

iC=f（vCE）∣iB=常数 共射输出特性：iC＝f (uCE)︱iB =常数 如P25图1.27所示，它是以iB为参变量的一族特性曲线。对于其中某一条曲线，当vCE=0 V时，iC=0；当vCE微微增大时，iC主要由vCE决定；当vCE增加到使集电结反偏电压较大时，特性曲线进入与vCE轴基本平行的区域(这与输入特性曲线随vCE增大而右移的原因是一致的)。因此，输出特性曲线可以分为三个区域：饱和区、截止区和放大区。

三、晶体管工作在三种不同工作区外部的条件和特点 工作状态 NPN型 PNP型 特点 截止状态 E结、C结均反偏 VB＜VE、VB＜VC E结、C结均反偏 VB＞VE、VB＞VC E结正偏、C结均反偏 VC ＜VB ＜ VE E结、C结均正偏 VB ＜VE、VB ＜VC IC ≈0 E结正偏、C结均反偏 放大状态 VC ＞VB ＞ VE 饱和状态

四、BJT的主要参数 1、直流参数

E结、C结均正偏 VB ＞VE、VB ＞VC IC ≈βIB V CE＝V CES (1)共射直流电流放大系数：=（IC－ICEO）/IB≈IC/IB |vCEconst，

在放大区基本不变。

(2)共基直流放大系数：=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE

显然与之间有如下关系： = IC/IE=IB/(1+)IB=/(1+)(3)穿透电流ICEO：ICEO=（1+）ICBO；式中ICBO相当于集电结的反向饱和电流。

2、交流参数

(1)共射交流电流放大系数β：b=DIC/DIB½vCEconst，在放大区b 值基本不变。

(2)共基交流放大系数α：α=DI/DI½ UCBconst

C

E

当ICBO和ICEO很小时，≈a、≈b，可以不加区分。

(3)特征频率fT ：三极管的b 值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的b 将会下降。当b下降到1时所对应的频率称为特征频率。

3、极限参数和三极管的安全工作区 （1）最大集电极电流ICM：当集电极电流增加时，b 就要下降，当b 值下降到线性放大区b值的70～30％时，所对应的集电极电流称为最大集电极电流ICM。至于b 值下降多少，不同型号的三极管，不同的厂家的规定有所差别。可见，当IC＞ICM时，并不表示三极管会损坏。

（2） 最大集电极耗散功率PCM：PCM = iCuCE 。对于确定型号的晶体管，PCM是一个定值。当硅管的结温大于150℃、锗管的结温大于70℃时，管子的特性明显变坏，甚至烧坏。

（3）极间反向击穿电压：晶体管某一级开路时，另外两个电极之间所允许加的最高反向电压，即为极间反向击穿电压，超过此值管子会发生击穿现象。极间反向电压有三种：UCBO、UCEO和UEBO。由于各击穿电压中UCEO值最小，选用时应使其大于放大电路的工作电源VCC。

（4）三极管的安全工作区：由PCM、ICM和击穿电压V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定四个区：过损耗区、过电流区、击穿区和安全工作区。使用时应保证三极管工作在安全区。

小结：本次课要求熟练掌握BJT输入、输出特性及三个工作区域 课后作业：1.11 1.12 1.13

第2章 放大电路分析基础

教学目的：熟练掌握共射极放大电路的组成 教学重点：共射极放大电路的组成图解分析法 教学难点：图解分析法

教学容：2.1共射放大电路分析基础

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

教学容

2.1共射放大电路分析基础 一、概念

在电子电路中，放大的对象是变化量，常用的测试信号是正弦波。放大电路放大的本质是在输入信号的作用下，通过有源元件（BJT或FET）对直流电源的能量进行控制和转换，使负载从电源中获得输出信号的能量，比信号源向放大电路提供的能量大的多。因此，电子电路放大的基本

特征是功率放大，表现为输出电压大于输入电压，输出电流大于输入电流，或者二者兼而有之。 二、电路的组成

共射极基本放大电路如图所示

（1）三极管T ——起放大作用。

（2）集电极负载电阻RC ——将变化的集电极电流转换为电压输出。 （3）偏置电路VCC，Rb——使三极管工作在放大区，VCC还为输出提供能量。 （4）耦合电容C1，C2——输入电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。 三、静态工作点设置的必要性

对放大电路的基本要求一是不失真，二是能放大。只有保证在交流信号的整个周期三极管均处于放大状态，输出信号才不会产生失真。故需要设置合适的静态工作点。Q点不仅电路是否会产生失真，而且影响放大电路几乎所有的动态参数。

对于基本放大电路，只有设置合适的静态工作点，使交流信号驮载在直流分量之上，以保证晶体管在输入信号的整个周期始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性失真。

基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠将电流的变化转化为电压的变化来实现的。 四、放大电路的组成原则

1）为了使BJT工作于放大区、FET工作于恒流区,必须给放大电路设置合适的静态工作点，以保证放大电路不失真。

2）在输入回路加入ui应能引起uBE的变化,从而引起iB和iC的变化。

3）输出回路的接法应当使iC尽可能多地流到负载RL中去,或者说应将集电极电流的变化转化为电压的变化送到输出端。 五、电路的主要性能指标

1）输入电阻Ri：从输入端看进去的等效电阻，反映放大电路从信号源索取电流的大小。

2）输出电阻Ro：从输出端看进去的等效输出信号源的阻，说明放大电路带负载的能力。 3）放大倍数（或增益）：输出变化量幅值与输入变化量幅值之比。或二者的正弦交流值之比，用以衡量电路的放大能力。根据放大电路输入量和输出量为电压或电流的不同，有四种不同的放大倍数：电压放大倍数、电流放大倍数、互阻放大倍数和互导放大倍数。

AuuAu电压放大倍数定义为：

UoUi

AiiAi 电流放大倍数定义为：

IoIi

Aui互阻放大倍数定义为：

AiuUoIi

IoUi 互导放大倍数定义为：

注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。

4）最大不失真输出电压：未产生截止失真和饱和失真时，最大输出信号的正弦有效值或峰值。一般用有效值UOM表示；也可以用峰—峰值UOPP表示。

5）上限频率、下限频率和通频带：由于放大电路中存在电感、电容及半导体器件结电容，在输入信号频率较低或较高时，放大倍数的幅值会下降并产生相移。一般，放大电路只适合于放大某一特定频率围的信号。如P75图2.1.4所示。

上限频率fH（或称为上限截止频率）：在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值等于中频段的0.707倍时的频率值即为上限频率。 下限频率fL（或称为下限截止频率）：在信号频率上升到一定程度时，放大倍数的数值等于中频段的0.707倍时的频率值即为上限频率。

通频带fBW：fBW = fH - fL 通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。

小结：本次课要求熟练掌握共射极放大电路的组成 课后作业：2.1 2.2 2.3

教学目的：熟练掌握共射极放大电路的分析方法 教学重点：共射极放大电路静态、动态分析 教学难点：图解分析法 教学容：2.2共射放大电路分析

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

教学容

2.2共射放大电路分析

一、直流通路、交流通路及其画法

（1）直流通路：在直流电源的作用下，直流电流流经的通路，用于求解静态工作点Q的值。

（2）直流通路的画法：电容视为开路、电感视为短路；信号源视为短路，但应保留阻。

（3）交流通路：在输入信号作用下，交流信号流经的通路，用于研究和求解动态参数。

（4）交流通路的画法：耦合电容视为短路；无阻直流电源视为短路； 二、放大电路的静态分析和动态分析

（1）静态分析：就是求解静态工作点Q，在输入信号为零时，BJT或FET各电极间的电流和电压就是Q点。可用估算法或图解法求解。 （2）动态分析就是求解各动态参数和分析输出波形。通常，利用三极管h参数等效模型画出放大电路在小信号作用下的微变等效电路，并进而计算输入电阻、输出电阻与电压放大倍数。或利用图解法确定最大不失真输出电压的幅值、分析非线性失真等情况。

放大电路的分析应遵循“先静态，后动态”。的原则，只有静态工作点合适，动态分析才有意义；Q点不但影响电路输出信号是否失真，而且与动态参数密切相关。

三、图解法确定Q点和最大不失真输出电压

（1）用图解法确定Q点的步骤：已知晶体管的输出特性曲线族→由直流通路求得IBQ →列直流通路的输出回路电压方程得直流负载线→在输出特性曲线平面上作出直流负载线→由IBQ所确定的输出特性曲线与直流负载线的交点即为Q点。

（2）输出波形的非线性失真

非线性失真包括饱和失真和截止失真。饱和失真是由于放大电路中三极管工作在饱和区而引起的非线性失真。截止失真是由于放大电路中三极管工作在截止区而引起的非线性失真。

放大电路要想获得大的不失真输出，需要满足两个条件：一是Q点要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；二是要有合适的交流负载线。

（3）直流负载线和交流负载线

由放大电路输出回路电压方程所确定的直线称为负载线。由直流通路确定的负载线为直流负载线；由交流通路确定的负载线为交流负载线，

UCEQICQ(Rc//RL),0两点作出。对于放大电路与负载直接

可通过Q、B

耦合的情况，直流负载线与交流负载线是同一条直线；而对于阻容耦合放

大电路，只有在空载情况下，两条直线才合二为一。

（4）最大不失真输出电压有效值UOM

UOM12MinUCEQUCES,ICQRL 式中：RR//R

LcL说明：当放大电路带上负载后，在输入信号不变的情况下，输出信号的幅度变小。

举例：如P83例2.2图2.17所示，放大电路静态工作点和动态围的确定。

四、等效电路法求解静态工作点

UIIU即利用直流通路估算静态工作点BEQ、BQ、CQ和CEQ。其中硅管U0.7v的BEQ；

U0.5v锗管的BEQ，无须求解；其余三个参数的求解方法为：

I

（1）列放大电路输入回路电压方程可求得BQ；

IIBQI（2）根据放大区三极管电流方程CQ可求得CQ；

U（3）列放大电路输出回路电压方程可求得CEQ；

小结：本次课要求熟练掌握共射极放大电路的分析方法 课后作业：2.4 2.5 2.7

教学目的：熟练掌握小信号模型分析法及用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路

教学重点：BJT的小信号建模及用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路

教学难点：用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路 教学容：小信号模型分析法

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

教学容

2.3共射放大电路等效电路分析 一、 BJT的小信号建模

1．BJT H参数的引出

输入回路：vBE=f1（iB，vCE） 输出回路：iC=f2（iB，vCE） 2. H参数小信号模型

（1）BJT等效模型的建立：三极管可以用一个二端口模型来代替；对于低频模型可以不考虑结电容的影响；小信号意味着三极管近似在线性条件下工作，微变也具有线性同样的含义。 （2）BJT的h参数方程及等效模型

Ubeh11eIbh12eUceIch21eIbh22eUceUberbeIb1IcIbUcerce



BJT的h参数等效模型如图所示。

（3）h参数的物理意义

1、h11e即r：三极管的交流输入电阻

be

2、h12e电压反馈系数：反映三极管部的电压反馈，因数值很小，一般可以忽略。

3、h21e：在小信号作用时，表示晶体管在Q点附近的的电流放大系数b 。

4、h22e：三极管输出电导，反映输出特性上翘的程度。常称1/h22e为c-e间动态电阻rce。通常h22e的值小于10-5S，当其与电流源并联时，因分流极小，可作开路处理。

注意：h参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。h参数与工作点有关，在放大区基本不变。h参数都是微变参数，所以只适合对交流小信号的分析

二、化简H参数等效模型及rbe表达式 1、化简H参数等效模型

2、rbe表达式

U26mvrberbb1T300(1)IEQIEQmA

三、 用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路

分析的步骤如下：

1. 画出小信号等效电路 1）画交流通路

2）用H参数小信号模型代替BJT，其他元件按位置接入

3）标出电压极性、电流方向 2. 求电压增益 按定义： Vo AV=—— Vi

计算输入电阻和输出电阻

小结：本次课要求熟练掌握小信号模型分析法及用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路 课后作业：2.8 2.9

教学目的：熟练掌握温度对工作点的影响、射极偏置电路的工作原理及分析计算 教学重点：射极偏置电路的工作原理及分析计算 教学难点：射极偏置电路的分析计算 教学容：放大电路的工作点稳定问题

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

教学容

2.3射极偏置电路的分析计算 一、静态工作点稳定的必要性

静态工作点不但决定了电路是否产生失真，而且还影响着电压放大倍数和输入电阻等动态参数。实际上，电源电压的波动、元件老化以及因温度变化所引起的晶体管参数变化，都会造成静态工作点的不稳定，从而使动态参数不稳定，有时甚至造成电路无常工作。在引起Q点不稳定的诸多因素中，温度对晶体管的影响是最主要的。 二、 温度对工作点的影响 ICBO、β、VBE——随T变化而变

温度对工作点的影响最终导致T↑→IC↑→Q变化（移向饱和区） 设想：1）针对ICBO的影响，设法使IB随T的升高而自动↓

2）针对VBE的影响，设法使发射结的外加电压随T的↑而自动↓。

三、稳定静态工作点的原则和措施

为了保证输出信号不失真，对放大电路必须设置合适的静态工作点，并保证工作点的稳定。

1、采用不同偏置电路稳定静态工作点的原则是：

当温度升高使IC增大时，IB要自动减小以牵制IC的增大。

2、稳定静态工作点可以归纳为三种方法：P89图2.21所示。 （1）温度补偿； （2）直流负反馈；

（3）集成电路中采用恒流源偏置技术； 二、 射极偏置电路 见图3.5.1

电路的基本特点

Rb1、Rb2——基极分压电阻 Re——射极电阻

电路分析：从VCC出发有两股直流电流 一般从VCC+ →Rc→管c→e→Re→⊥（VCC-）

+

-

另一股从VCC→Rb1分两股：╱b→e→Re→⊥（VCC） ╲Rb2→⊥（VCC-）

试近似估算上图的Q点，并计算它的电压增益、输入电阻和输出电阻。

1）Q点稳定原理

稳定静态工作点的条件为：I1＞＞IB和VB＞＞UBE；此时，

Rb1UBQVCCURb1Rb2 ，即当温度变化时，BQ基本不变。 静态工作点的稳定过程为： ICIE↑）→UEIERe↑（因为UBQ基本不变）→UBE↓→IB↓ T（℃）↑→↑（

ICIC）通过一↓ 当温度降低时，各物理量向相反方向变化。这种将输出量（定的方式（利用Re将IC的变化转化为电压UE的变化）引回到输入回路来影响输入量UBE的措施称为反馈。可见，在Q点稳定过程中，Re作为负反馈电阻起着重要的作用。典型静态工作点稳定电路利用直流负反馈来稳定

Q点。

2）分压式偏置电路的静态分析

分压式偏置电路的静态分析有两种方法：一是戴维南等效电路法；二

(1)ReRb 是估算法，这种方法的使用条件为I＞＞I

1

BE，或者

。

3）分压式偏置电路的动态分析

动态分析时，射极旁路电容应看成短路。画放大电路的微变等效电路时，要特别注意射极电阻有无被射极旁路电容旁路，正确画出“交流地”的位置，根据实际电路进行计算即可。

小结：本次课要求熟练掌握射极偏置电路的工作原理及分析计算 课后作业：2.10

教学目的：熟练掌握共集电极电路的特点及分析与计算，掌握复合管电路 教学重点：共集电极电路的特点及分析与计算 教学难点：共集与共基电极电路分析与计算 教学容：2.4共集放大电路 2.5共基放大电路

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

教学容

2.4共集放大电路 一、共集电极电路 见图3.6.1

共集放大电路以集电极为公共 端，通过iB对iE的控制作用 实现功率放大。共基放大电路 以基极为公共端，通过iE对iB 的控制作用实现功率放大。 二、电路特点：

a. 出、入——公共端C b. Vi与Vo只相差Vbe

——跟随（射极跟随器） c. 输出从射极引出，（又叫射极输出器），RL’=Re//RL 三、共集放大电路的组成及静态和动态分析

1）共集放大电路的组成

共集放大电路亦称为射极输出器如P92图2.23（a）所示，为了保证晶体管工作在放大区，在晶体管的输入回路，Rb、Re与V共同确定合适

CC

的静态基极电流；晶体管输出回路中，电源 VCC，提供集电极电流和输出电流，并与Re配合提供合适的管压降U。

CE

2）共集放大电路的静态分析

与共射电路静态分析方法基本相同。

I

（1）列放大电路输入方程可求得BQ；（2）根据放大区三极管电流方I(1)IBQIU程EQ可求得EQ；（3）列放大电路输出方程可求得CEQ； 3）共集放大电路的动态分析

共集放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同，只是由于共集放大电路的“交流地”是集电极，一般习惯将“地”画在下方，所以微变等效电路的画法略有不同

四、共集放大电路计算 （1） 求Q点 (2)电压增益

Vo -βIbRL’ -βRL’

AV=——=————————=———————— Vi Ib[rbe+(1+β)Re] rbe+(1+β)Re (3)输入电阻

VT

Ri=——=Rb//[rbe+（1+β）Re] IT

（4）输出电阻 VT VT

Ro=——=————=Ro’//Rc≈Rc (∵Ro’>>Rc)

IT Ic+IRc

电压跟随器的特点：a.AV小于1而近于1，Vo与Vi同相； b.Ri高； c.Ro低。

1. 采用复合管以进一步提高输 入电阻

见图3.6.4

复合管的两个主要参数为 β≈β1β2 rbe≈rbe1+β1rbe2 2.5共基放大电路

一、共基放大电路的静态和动态分析

1）共基放大电路的静态分析

与共射电路静态分析方法基本相同。

I

（1）列放大电路输入回路电压方程可求得EQ；

IEQIBQ1 可求得IBQ； （2）根据放大区三极管电流方程

U（3）列放大电路输出回路电压方程可求得CEQ；

UBEQIEQReVBBICQReUCEQUBEQVCC

2）共基放大电路的动态分析

共基放大电路的动态分析方法与共射电路基本相同，只是由于共基放大电路的“交流地”是基极，一般习惯将“地”画在下方，所以微变等效电路的画法略有不同。 二、三种接法的比较

共射放大电路既有电压放大作用又有电流放大作用，输入电阻居三种电路之中，输出电阻较大，适用于一般放大。共集放大电路只有电流放大作用而没有电压放大作用，因其输入电阻高而常做为多级放大电路的输入级，因其输出电阻低而常做为多级放大电路的输出级，因其放大倍数接近于1而用于信号的跟随。共基放大电路只有电压放大作用而没有电流放大作用，输入电阻小，高频特性好，适用于宽频带放大电路。

小结：本次课要求熟练掌握共集与共基电极电路的特点及分析与计算 课后作业：2.11 2.12 2.15

第3章 放大电路频率特性分析

教学目的：熟练掌握单时间常数RC电路的频率响应

教学重点：RC低通电路的频率响应及RC高通电路的频率响应 教学难点：RC低通电路的频率响应 教学容：放大电路的频率响应

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

教学容

3.1频率特性分析

一、频率响应的基本概念

放大电路的频率响应可由放大器的放大倍数对频率的关系来描述，即

AfAff

式中A(f)称为幅频特性，它是放大倍数的幅值与频率的函数式。 φ(f)称为相频特性，它是放大倍数的相位角与频率的函数式。 两种特性综合起来可全面表征放大倍数的频率响应。

由图可见，在一个较宽的频率围，曲线是平坦的，即放大倍数不随信号频率变化，其电压放大倍数用Aum表示，在此频率围，所有电容（耦合电容、旁路电容和器件的极间电容等）的影响可以忽略不计。当频率降低时，耦合电容和旁路电容的影响不可忽略，致使放大倍数下降。当频率升高时，器件的极间电容的影响不可忽略，放大倍数亦下降。

fL和fH分别称为下限截止频率（简称下限频率）和上限截止频率（简称上限频率）它们是放大倍数下降到中频放大倍数的12倍时所确定的两个频率。

低频区：低于fL的频率围称为低频区。 高频区：高于fH的频率围称为高频区。 中频区：介于fL和fH之间频率围称为中频区，通常又称为放大电路的通频带fbw=fH－fL。

1、频率响应的基本分析方法

1) 波特图：一种频率响应曲线图，此图为半对数坐标图，即频率采用对数分度，而幅值（以dB表示的电压放大倍数）或相位角则采用线性分度。 2) 在近似分析中，为了缩短坐标，扩大视野，常采用折线化的近似波特图法描绘幅频特性和相频特性曲线。 二、 单时间常数RC电路的频率响应 1. RC低通电路的频率响应 见图3.7.1 幅频响应：

（1） 当f<AVH=1/√1+(f/fH) 2 ≈1

用分贝表示:20lgAVH≈20lg1=0dB 是一条与横轴平行的零分贝线

(2)当f>>fH时

AVH=1/√1+(f/fH) 2 ≈fH/f

用分贝表示：20lgAVH≈20lgfH/f 相频响应

（1） 当f<>fH时，φH→-90°,得一条φH=-90° 的直线。 （3） 当f=fH时，φH=-45°。

见图3.7.2

2. RC高通电路的频率响应 小结：

1） RC耦合放大器，用RC高、低通电路模拟低、高频响应。 2） 频率响应的关键点fH、fL（转折、上下限频率） 3） fH、fL都与RC回路的时间常数τ=RC成反比 1 1 fH=———— fL=———— 2πR1C1 2πR2C2

三、RC低通电路和高通电路

（1）放大电路的频率响应的特征可用RC低通电路和高通电路来模拟。 （2）截止频率fL和fH是频率响应的关键点，无论是幅频特性还是相频特性，基本都是以它为中心而变化的，求出fL和fH后就可近似地描绘放大电路完整的频率响应曲线。

（3）fL和fH都是与对应的回路时间常数τ=RC成反比。 四、晶体管的高频等效模型

晶体管的混合π模型，是采用物理模拟的方法，从三极管的物理模型抽象成的等效电路。P132图3.7和P133图3.8分别为晶体管的完整的混合π模型和简化的混合π模型。 五、三极管的高频参数

（1）fβ：共射电流放大倍数β的截止频率，其值主要决定于管子的参数，即

f12rb'eCC

（2）fT：特征频率，使β下降到1时所对应的频率。fT =βfβ

小结：本次课要求熟练掌握RC低通电路的频率响应及RC高通电路的频率响应 课后作业：3.1 3.3

教学目的：掌握单管放大电路频率响应的分析 教学重点：下限截止频率和上限截止频率求解方法

教学难点：单管放大电路的上、下限截止频率与电路中哪些参数有关 教学容：共射放大电路的频率响应以及增益带宽积

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

教学容

3.2共射放大电路的频率响应以及增益带宽积 一、单管共射放大电路的频率响应

中频放大倍数

（1）中频交流等效电路如P136图3.12所示。大容量电容看成短路，三极管极间电容看成开路。 （2）中频放大倍数表达式

rb'eRiAusmgmR'LUsRsRirbe

1) 低频放大倍数的频率响应

（1）由耦合电容引起，三极管极间电容看成开路。 （2）低频交流等效电路如P139图3.14所示。 （3）低频放大倍数表达式

UojRcRLC1AuslAusmAusm1jRcRLC1fjfLUs

式中fL为下限频率，其表达式为

UofL12RcRLC

（4）幅频特性和相频特性的表达式

20lg|Ausl|20lg|Ausm|20lg90oarctanffL

2) 高频放大倍数的频率响应

ffL1ffL

2（1）由三极管极间电容引起，大容量电容看成短路。 （2）高频交流等效电路如P137图3.13所示。 （3）高频放大倍数表达式

11AushAusmAusm1jRC'1jffHUs

式中R=rb’e∥（rb’b+Rs∥Rb），fH为上限频率，其表达式为

1fH2RC'

Uo（4）幅频特性和相频特性的表达式

20lg|Aush|20lg|Ausm|20lg1ffH

180oarctanffH

2二、大电路频率响应的改善与增益带宽积

1）放大电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因，下限截止频率主要由低频时间常数中较小的一个决定；

2）三极管的结电容和分布电容是引起放大电路高频响应的主要原因，上限截止频率由高频时间常数中较大的一个决定；

3）由于 C b eCb e(1Kv)Cb e,Kvgm(Rc//RL)

若电压放大倍数K增加，C¢b¢e也增加，上限截止频率就下降，通频带变窄。增益和带宽是一对矛盾，所以常把增益带宽积作为衡量放大电路性能的一项重要指标；

4）CB组态放大电路由于输入电容小，所以CB组态放大电路的上限截止频率比CE组态要高许多。 小结：本次课要求熟练掌握频率响应描述放大电路对不同频率信号的适应能力。耦

合电容和旁路容所在回路为高通电路，在低频段使放大倍数的数值下降，且产生超前相移。极间电容所在回路为低通电路，在高频段使放大倍数的数值下降，且产生滞后相移

课后作业：3.4 3.5

第4章 场效应管放大电路特性分析

教学目的：熟练掌握场效管的主要参数 教学重点：场效应管工作原理 教学难点：场效应管的特性 教学容：场效应管

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

4.1场效应管特性 一、效应管及其类型

效应管FET是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。根据结构不同可分为两大类：结型场效应管（JFET）和金属－氧化物－半导体场效应管（MOSFET简称MOS管）。每一类又有N沟道和P沟道两种类型。其中MOS管又可分为增强型和耗尽型两种。 二、N沟道增强型MOS管结构

N沟道增强型MOSFET基本上是一种左右对称的拓扑结构，它是在P型半导体上生成一层SiO2 薄膜绝缘层，然后用光刻工艺扩散两个高掺杂的N型区，从N型区引出两个电极，漏极D，和源极S。在源极和漏极之间的绝缘层上镀一层金属铝作为栅极G。P型半导体称为衬底，用符号B表示。因为这种MOS管在VGS=0V时ID=0；只有当UGS＞UGS(th) 后才会出现漏极电流，所以称为增强型MOS管。如P42图1.44所示。 三、N沟道增强型MOS管的工作原理

1）夹断区工作条件

UGS=0时，D与S之间是两个PN结反向串联，没有导电沟道，无论D与S之间加什么极性的电压，漏极电流均接近于零；当0﹤UGS﹤UGS(th时，由柵极指向衬底方向的电场使空穴向下移动，电子向上移动，在P型硅衬底的上表面形成耗尽层，仍然没有漏极电流。 工作条件

UGS> UGS(th) 时，栅极下P型半导体表面形成N型导电沟道(反型层)，若D、S间加上正向电压后可产生漏极电流ID。若uDS＜uGS- UGS(th)，则沟道没夹断，对应不同的uGS，ds间等效成不同阻值的电阻，此时，FET相当于压控电阻。

3）恒流区（或饱和区）工作条件

当uDS=uGS- UGS(th) 时，沟道预夹断；若uDS＞uGS - UGS(th)，则沟道已夹断，iD仅仅决定于uGS，而与uDS无关。此时，iD近似看成uGS控制的电流源，FET相当于压控流源。

可见，对于N沟道增强型MOS管，栅源电压VGS对导电沟道有控制作用，即UGS> UGS(th)时，才能形成导电沟道将漏极和源极沟通。如果此时加有漏源电压，就可以形成漏极电流ID。

当场效应管工作在恒流区时，利用栅－源之间外加电压uGS所产生的电场来改变导电沟道的宽窄，从而控制多子漂移运动所产生的漏极电流ID。此时，可将ID看成电压uGS控制的电流源。 四、N沟道耗尽型MOSFET

N沟道耗尽型MOSFET是在栅极下方的SiO2绝缘层中掺入了大量的金属正离子，所以当UGS=0时，这些正离子已经感应出反型层，形成了沟道。如P45图1.48所示。于是，只要有漏源电压，就有漏极电流存在。当UGS＞0时，将使ID进一步增加。UGS＜0时，随着UGS的减小漏极电流逐渐减小，直至ID=0。对应ID=0的UGS称为夹断电压，用符号UGS(off)表示， 五、P沟道增强型和耗尽型MOSFET

P沟道MOSFET的工作原理与N沟道MOSFET完全相同，只不过导电的载流子不同，供电电压极性不同而已。这如同双极型三极管有NPN型和PNP型一样。

六、场效应管的伏安特性

场效应三极管的特性曲线类型比较多，根据导电沟道的不同以及是增强型还是耗尽型可有四种转移特性曲线和输出特性曲线，其电压和电流方

向也有所不同。

以增强型N沟MOSFET为例，

输出特性：iD＝f (uDS)︱UGS =常数 反映UGS＞UGS(th) 且固定为某一值时，UDS对ID的影响；

转移特性：iD＝f (uGS)︱UDS =常数 反映UGS对漏极电流的控制关系； 输出特性和转移特性反映了场效应管工作的同一物理过程，因此，转移特性可以从输出特性上用作图法一一对应地求出。

场效应管的输出特性可分为四个区：夹断区、可变阻区、饱和区（或恒流区）和击穿区。在放大电路中，场效应管工作在饱和区。 七、场效应管的主要参数：

1） 直流参数

（1）开启电压UGS(th)：开启电压是MOS增强型管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值，场效应管不能导通。

（2）夹断电压UGS(off)：夹断电压是耗尽型FET的参数，当UGS=UGS(off) 时，漏极电流为零。

（3）饱和漏极电流IDSS：IDSS是耗尽型FET的参数，当UGS=0时所对应的漏极电流。

（4）直流输入电阻RGS（DC）：FET的栅源输入电阻。对于JFET，反偏时RGS约大于107Ω；对于MOSFET，RGS约是109～1015Ω。 交流参数

（1）低频跨导gm：低频跨导反映了栅压对漏极电流的控制作用，这一点与电子管的控制作用十分相像。gm可以在转移特性曲线上求取，单位是mS(毫西门子)。

（2）级间电容：FET的三个电极间均存在极间电容。通常Cgs和Cgd

约为1～3pF,而Cds约为0.1～1pF。在高频电路中，应考虑极间电容的影响。极限参数

（1）最大漏极电流IDM：是FET正常工作时漏极电流的上限值。 （2）漏--源击穿电压U(BR)DS：FET进入恒流区后，使iD骤然增大的uDS值称为漏—源击穿电压，uDS超过此值会使管子烧坏。

（3）最大耗散功率PDM：可由PDM= VDS ID决定，与双极型三极管的PCM相当。

八、场效应管FET与晶体管BJT的比较

1）FET是另一种半导体器件，在FET中只是多子参与导电，故称为单极型三极管；而普通三极管参与导电的既有多数载流子，也有少数载流子，故称为双极型三极管（BJT）。由于少数载流子的浓度易受温度影响，因此，在温度稳定性、低噪声等方面FET优于BJT。

2）BJT是电流控制器件，通过控制基极电流达到控制输出电流的目的。因此，基极总有一定的电流，故BJT的输入电阻较低；FET是电压控制器件，其输出电流取决于栅源间的电压，栅极几乎不取用电流，因此，FET的输入电阻很高，可以达到109～１014Ω。高输入电阻是FET的突出优点。

3）FET的漏极和源极可以互换使用，耗尽型MOS管的栅极电压可正可负，因而FET放大电路的构成比BJT放大电路灵活。

4）FET 和BJT都可以用于放大或作可控开关。但FET还可以作为压控电阻使用，可以在微电流、低电压条件下工作，且便于集成。在大规模和超大规模集成电路中应用极为广泛。

小结：本次课要求熟练掌握场效应管的特性 课后作业：4.1 4.3

教学目的：熟练掌握场效管的主要参数，共源、共漏组态放大电路工作原理 教学重点：用小信号模型法分析场效管放大器的Av、Ri、Ro 教学难点：小信号模型法分析FET放大电路 教学容：场效应管

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

第四章 小信号模型法分析FET放大电路

基本要求：熟练掌握场效应管的主要参数，共源、共漏组态放大电路工作原理，用小信号模型法分析AV、Ri、Ro，正确理解图形 分析法，正确理解场效应管的工作原理。 教学容

4.2结型场效应管分析

一、 JFET的结构和工作原理 1. 结构

JFET的结构示意图如图所示 2. 工作原理

利用PN结的特性

采用外加反压控制PN结厚薄的方法控制电流的变化。 加反偏后↑→耗尽区宽→i↓

iD的控制：

vGS→PN反偏→沟道宽度→iD

放大：vi→vGS→沟道宽度→iD→vo=iDRd

在电场作用下，产生载流子的运动，所以叫场效应。 由一种载流子（电子）参加导电，所以叫单极型器件。 区别：

三极管：电流控制器件，输入电流控制输出电流。 场效应管：电压控制器件，输入电压控制输出电流。 二、 JFET的特性曲线

1. 输出特性 见图4.1.5 iD=f（vDS）|vGS=常数 2 .转移特性

iD=f（vGS）|vDS=常数

三、场效应管的分析

1、场效应管放大电路的三种接法

场效应管的三个电极源极、栅极和漏极与晶体管的三个电极发射极、基极和集电极相对应，因此在组成电路时也有三种接法：共源放大电路、共栅放大电路和共漏放大电路。 2、FET放大电路的直流偏置

FET是电压控制器件，因此放大电路要求建立合适的偏置电压，而不要求偏置电流。FET有JFET、MOSFET，N沟、P沟，增强型、耗尽型之分。它们各自的结构不同，伏安特性有差异，因此在放大电路中对偏置电路有不同要求。

JFET必须反极性偏置，即UGS与UDS极性相反； 增强型MOSFET的UGS与UDS必须同极性偏置； 耗尽型MOSFET的UGS可正偏、零偏或反偏。

因此，JFET和耗尽型MOSFET通常采用自给偏压和分压式偏置电路，而增强型MOSFET通常采用分压式偏置电路。 3、FET放大电路的静态分析

考虑FET管子的输入电阻很高，FET的栅极几乎不取用电流，可以认为IGQ =0。

对FET放大电路进行静态分析有两种方法：图解法和估算法。静态分析时只须计算三个参数：UGSQ、IDQ和UDSQ即可，下面分别举例说明。 1）自给偏压放大电路

共源自给偏置放大电路及其直流通路如图2.25所示

UGS=VG－VS≈－ISRs<0

可见依靠JFET自身的源极电流IS所产生的电压降ISRs，使得栅-源极间获得了负偏置电压。 （1）估算法静态分析

UUGQUSQISQRsIDQRs列输入回路电压方程：GSQ UGSQIDQIDSS1UGS(off) JFET（或耗尽型FET）的电流方程：

IU联解上述两式并舍去不合理的一组解，可求得GSQ和DQ。

UVDDIDQ(RdRs)列输出回路电压方程求得DSQ （2）图解法静态分析

①列输出直流负载线方程：UDS=VDD－ID(Rd+Rs)

在JFET的输出特性曲线上作出直流负载线，与晶体管类似，直流负

VDD1载线与横轴交点为VDD，纵轴交点为RdRs，斜率为RdRs。 ②根据负载线与UGS为不同值的各条输出特性曲线的交点为坐标，可在iD ~uGS坐标平面上作出iD=f (uGS)曲线，（动态转移特性曲线）

③列输入直流负载线方程：UGS=－IDRs

在转移特性曲线平面上，作出输入回路的直流负载线，它通过原点，

21斜率为Rs。

显然，静态的UGS与IS既要满足动态转移特性曲线所确定的约束关系，又要满足输入回路直流负载线所确定的约束关系，因此静态工作点位于两条线的交点Q。在图2.26（a）和（b）图上读出Q点的值（UGSQ、IDQ和UDSQ）。

2）增强型FET分压式偏置电路

增强型FET分压式偏置电路如图2.27所示。该电路利用电阻对电源

VDD进行分压，从而给栅极提供固定的偏置电压：

UGUARg1Rg1Rg2VDD

源极对地的电压和自偏置时一样： VS=ISRs 因此栅源极间偏置电压由上述两部分所构成

Rg1UGSVGVSVDDISRsRg1Rg2

（1）估算法

由直流通路输入回路电压方程：

Rg1UGQUAVDDUIDQRSRRg1g2 和 SQ Rg1UGSQVDDIDQRSRRg1g2得：

UGSQIDQIDO1UGS(th) 增强型FET的电流方程：

IU联解上述两式并舍去不合理的一组解，可求得GSQ和DQ。

UVDDIDQ(RdRs)列输出回路电压方程求得DSQ （2）图解法

① 作出动态转移特性曲线；

② 作出输入回路的直流负载线，它与横越轴交于Rg1Rg1VDD1VDDRg1Rg2，纵轴交于(Rg1Rg2)Rs，斜率为Rs。

2显然，动态转移特性曲线与负载线的交点Q即为该电路的静态工作点。

四、FET低频小信号等效模型

将FET看成一个二端口网络，栅极与源极之间为输入端口，漏极与源极之间为输出端口。与双极型三极管相比，输入电阻无穷大，相当于开路。

VCCS的电流源gmVgss还并联了一个输出电阻rds，在双极型三极管的简化模型中，因输出电阻rce很大可视为开路，在此可暂时保留。其它部分与双极型三极管放大电路情况一样。

1IdgmUgsUdsrdsMOS管小信号工作时的电压方程为：

式中，gm为

UDSUDSQ那条转移特性曲线上Q点处的导数，即以Q

点为切点的切线的斜率。gm是输出回路电流与输入回路电压之比，故称为跨导，其量纲为电导。可通过对MOS管电流方程求导，得出gm的表达式。

五、共源、共漏和共栅放大电路的动态分析

将FET的小信号等效模型代入放大电路的交流通路中画出微变等效

电路，与BJT相比，FET输入电阻无穷大，相当开路。VCCS的电流源gmVgss还并联了一个输出电阻rds，在BJT的简化模型中，因输出电阻很大视为开路，在此可暂时保留。其它部分与双极型三极管放大电路情况基本一致。 六、场效应管放大电路的特点

FET放大电路与BJT放大电路相比，最突出的优点是可以组成高输入电阻的放大电路，此外，由于它还有噪声低、温度稳定性好、抗辐射能力强、便于集成等特点，广泛用于各种电子电路中。场效应管放大电路的共源接法、共漏接法与晶体管放大电路的共射、共集接法相对应，但比晶体管电路输入电阻高、噪声系数低、电压放大倍数小，适用于做电压放大电路的输入级。

小结：本次课要求熟练掌握JFET的结构和工作原理及应用小信号模型法分析FET放大电路

课后作业：4.4 4.5

第5章 负反馈放大电路

教学目的：熟练掌握反馈的基本概念及四种类型的反馈组态的判断 教学重点：反馈的基本概念及四种类型的反馈组态的判断 教学难点：四种类型的反馈组态的判断 教学容：反馈放大电路

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

基本要求：熟练掌握用集成运放组成的反馈放大电路类型和极性判断，负反馈对放大电路性能的影响，深度负反馈下的闭环增益，正确理解虚短，AF=A/（1+AF）公式的含义，根据要求引入反馈。 教学容

5.1负反馈概念及分析方法 一、反馈的基本概念

反馈：将放大器输出信号的一部分或全部经反馈网络送回输入端。

反馈的示意图见下图所示。反馈信号的传输是反向传输。

开环：放大电路无反馈，信号的传输只能正向从输入端到输出端。 闭环：放大电路有反馈，将输出信号送回到放大电路的输入回路，与原输入信号相加或相减后再作用到放大电路的输入端。 XXXifi图示中是输入信号，是反馈信号，称为净输 入信号。所以有 XiXiXf

2) 负反馈和正反馈

负反馈：加入反馈后，净输入信号<，输出幅度下降。 应用：负反馈能稳定与反馈量成正比的输出量，因而在控制 系统中稳压、稳流。

XXi正反馈：加入反馈后，净输入信号>i，输出幅度增加。

应用：正反馈提高了增益，常用于波形发生器。

XiXi3) 交流反馈和直流反馈

直流反馈：反馈信号只有直流成分； 交流反馈：反馈信号只有交流成分；

交直流反馈：反馈信号既有交流成分又有直流成分。 直流负反馈作用：稳定静态工作点；

交流负反馈作用：从不同方面改善动态技术指标，对Au、Ri、Ro有影响。 二、反馈的判断 1）有无反馈的判断

（1） 是否存在除前向放大通路外，另有输出至输入的通路——即反馈通

路；

（2） 反馈至输入端不能接地，否则不是反馈。 2）正、负反馈极性的判断之一 —瞬时极性法

（1）在输入端，先假定输入信号的瞬时极性；可用“+”、“-”或“↑”、

“↓”表示；

（2）根据放大电路各级的组态，决定输出量与反馈量的瞬时极性;

（3）最后观察引回到输入端反馈信号的瞬时极性，若使净输入信号增强，

为正反馈，否则为负反馈。 注意：* 极性按中频段考虑；

* 必须熟悉放大电路输入和输出量的相位关系。

* 反馈类型主要取决于电路的连接方式，而与Ui的极性无关。 对单个运放一般有：反馈接至反相输入端为负反馈 反馈接至同相输入端为正反馈 3）电压反馈和电流反馈

（1）电压反馈：反馈信号的大小与输出电压成比例（采样输出电压）； （2）电流反馈，反馈信号的大小与输出电流成比例（采样输出电流）。 （3）判断方法：

将输出电压‘短路’，若反馈回来的反馈信号为零，则为电压反馈； 若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。

应用中，若要稳定输出端某一电量，则采样该电量，以负反馈形式送输入端。

电压负反馈作用：稳定放大电路的输出电压。

电流负反馈作用：稳定放大电路的输出电流。

4）串联反馈和并联反馈（根据反馈信号在输入端的求和方式）

（1）串联反馈：反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的两个电极上，此时反馈信号与输入信号是电压相加减的关系。

（2）并联反馈，反馈信号加在放大电路输入回路的同一个电极，此时反馈信号与输入信号是电流相加减的关系。

（3）判别方法：将反馈节点对地短接，若输入信号仍能送入放大电路，则反馈为串联反馈，否则为并联反馈。

对于三极管来说，反馈信号与输入信号同时加在输入三极管的基极或发射极，则为并联反馈；一个加在基极，另一个加在发射极则为串联反馈。

对于运算放大器来说，反馈信号与输入信号同时加在同相输入端或反相输入端，则为并联反馈；一个加在同相输入端，另一个加在反相输入端则为串联反馈。

5）正、负反馈极性的判断法之二：

在明确串联反馈和并联反馈后，正、负反馈极性可用下列方法来判断： （1）反馈信号和输入信号加于输入回路同一点时：

瞬时极性相同的为正反馈；瞬时极性相反的是负反馈； （2）反馈信号和输入信号加于输入回路两点时：

瞬时极性相同的为负反馈；瞬时极性相反的是正反馈。

对三极管放大电路来说这两点是基极和发射极，对运算放大器来说是同相输入端和反相输入端。

注意：输入信号和反馈信号的瞬时极性都是指对地而言，这样才有可比性。 6）直、交流反馈方法判断：根据反馈网络中是否有动态元件进行判断。 （1）若反馈网络无动态元件（通常为电容），则反馈信号交、直流并存； （2）若反馈网络有电容串联，则只有交流反馈； （3）若反馈网络有电容并联，则只有直流反馈。 三、负反馈放大电路的四种基本组态

1）负反馈的基本组态类型：

电压串联负反馈，电压并联负反馈，电流串联负反馈，电流并联负反馈。

2) 负反馈放大电路反馈组态的判断方法：

（1）从放大器输出端的采样物理量，看反馈量取自电压还是电流； （2）从输入端的连接方式，判断反馈是串联还是并联。 3）四种负反馈组态及组态的判断 （1）电压串联负反馈

* 表现形式：输出和反馈均以电压的形式出现

(a)分立元件放大电路 (b)集成运放放大电路

V在放大器输出端，采样输出电压, 反馈量 与 O 成正比，为电压反馈 ；

在放大器输入端,信号以电压形式出现, Vf与 V'i相串联,为串联反馈 ； * 参量表示：

因输出端采样电压，在输入端是输入电压和反馈电压相减，所以：

XVAoovvAvvfFXV1Aiivvvv 闭环放大倍数：

Fvv.XfXo..Vf..Vo。

.Re11RfFvv ,AvvfRRRe1， fe1对于图上 (a) .R11RfFvv ,AvvfRRR1 f1 对于图下 (b)

反馈系数

* 判断方法

对上图(a)所示电路，根据瞬时极性法判断，经Rf加在发射极E1上的反馈电压为‘+’，与输入电压极性相同，且加在输入回路的两点，故为串联负反馈。反馈信号与输出电压成比例，是电压反馈。后级对前级的这一反馈是交流反馈，同时Re1上还有第一级本身的负反馈。

对图(b)，因输入信号和反馈信号加在运放的两个输入端，故为串联反馈，根据瞬时极性判断是负反馈，且为电压负反馈。结论是交直流串联电压负反馈。

（2）电流串联负反馈

* 表现形式：输出采样输出电流，而反馈量则以电压的形式出现

电路如下图所示。图(a)是共射基本放大电路将Ce去掉而构成。图 (b)是由集成运放构成。

(a) (b) * 参量表示：

对图 (b)的电路，求其互导增益

1R.Io.FviR.FIo Aivfvi 于是Aivf1/R ，这里忽略了Rf的分流作用。电压增益为

Avvf..Vo..Io..RLAivfRL.ViVi * 判断方法：

对图(a)，反馈电压从Re上取出，根据瞬时极性和反馈电压接入方式，可判断为串联负反馈。因输出电压短路，反馈电压仍然存在，故为串联电

RLR流负反馈。

（3）电压并联负反馈

* 表现形式：输出采样输出电压，而反馈量则以电流的形式出现.电路如下图所示。

Avif.VoIi..Avi1AviFiv

...* 参量表示：

. Avif称为互阻增益，Fiv称为互导反馈系数，AviFiv相乘无量纲。

而电压增益为

VVA1RooAvvfviffIRVR1R1FR1 ii1iv

* 判断方法：

因反馈信号与输入信号在一点相加，为并联反馈。根据瞬时极性法判断，为负反馈，且为电压负反馈。因为并联反馈，在输入端采用电流相加减。即为电压并联负反馈。 （4）电流并联负反馈

电流并联负反馈的电路如下图 (a)、(b)所示。 * 表现形式：输出和反馈均以电流的形式出现

(a) (b) * 参量表示：

 电流反馈系数是Fii If /Io，以图 (b)为例,有:

IR2Fii=fR2Rf Io

电流放大倍数

1(1Rf)AiifR2 Fii

显然，电流放大倍数基本上只与外电路的参数有关，与运放部参数无

关。电压放大倍数为

RVIoRL(1Rf)RLAvvf=oLAiifRR1R2R1 VIii1

* 判断方法：

因反馈信号与输入信号在一点相加，为并联反馈。根据瞬时极性法判断，为负反馈，且因输出电压短路，反馈电压仍然存在，因为并联反馈，在输入端采用电流相加减。即为电流并联负反馈。

对于图(a)电路，反馈节点与输入点相同，所以是电流并联负反馈。对于图(b)电路，也为电流并联负反馈。

小结：本次课要求熟练掌握反馈的基本概念及四种类型的反馈组态的判断 作业：5.1 5.2

教学目的：熟练掌握深度负反馈条件下的近似计算 教学重点：深度负反馈条件下的近似计算 教学难点：深度负反馈条件下的近似计算 教学容：负反馈放大电路的分析方法

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

教学容

5.2负反馈放大电路的分析方法 一、深度负反馈条件下的近似计算 1. 增益的近似表达式 在深度负反馈的条件下

Xo A 1

AF=——=————≈—— （∣1+AF∣>>1） Xi 1+AF F 2. 虚短概念的应用

二、 小信号模型分析法

小信号模型分析法是分析、计算负反馈放大电路各项指标的另一种方法，因为是带星号的容，课堂上不作介绍了，我们只是给出它的结论，因为做实验时要用到这部分容。

我们仅介绍划分负反馈放大电路为基本放大电路A和反馈网络F的方法。

关键：找出基本放大电路A 除去反馈

考虑F对A的负载影响 1.划分A、F的原则

（1）使反馈减小为0，F的负载影响不变。 （2）忽略F的正向传输作用（即直通作用）。 2. 划分A、F的方法

（1）A的输入回路

1） 电压负反馈：Vo=0——输出短路画输入回路╲

|→ 负反馈↓0 2）电流负反馈：Io=0——输出开路画输入回路╱ （2）A的输出回路

1） 并联负反馈：Vi=0——输入短路画输出回路╲

|→无直接传输 2） 串联负反馈：Ii=0——输入开路画输出回路╱ 三、反馈深度

环路增益|AF|是指放大电路和反馈网络所形成环路的增益，，当|AF|>>1时称为深度负反馈，相当于|1AF|>>1。则：闭环放大倍数

A.......Af1AF...1F

.在深度负反馈条件下，闭环放大倍数与有源器件的参数基本无关。一般反馈网络是无源元件构成的，其稳定性优于有源器件，因此深度负反馈时的放大倍数比较稳定。

A.....将1AF称为反馈深度。 1AF=Af

它反映了反馈对放大电路影响的程度。可分为下列三种情况 ① 当 |1AF|＞1时，|Af|＜|A|，相当负反馈 ② 当 |1AF|＜1时，|Af|＞|A|，相当正反馈

③ 当 |1AF|=0 时，|Af|= ∞，相当于输入为零时仍有输出，故称为“自激状态”。

四、深度负反馈放大电路放大倍数的分析 在深度负反馈条件下往往采用的近似计算。

.............1）利用闭环放大倍数

.Af.1求解。 F.这里的Af是广义的，其含义因反馈组态而异：对于电压串联负反馈为Avf；对于电流并联负反馈为Aif；对于电压并联负反馈为Arf；对于电流串联负反馈为Agf。如要估算电压放倍数，了Avf外，其它几种增益都要转换。

反馈系数的确定：如果是并联反馈，将输人端对地短路，可求出反馈

....系数

..XfFX..O，如果是串联反馈，将输人回路开路，可求出反馈系数

’

XXfi求解。 2） 利用

对于串联反馈，VfVi，相当于基本放大器输人端电压为O（虚短特性体

OXfFX现）。

IIfi，相当于基本放大器输入端电流为0（虚断特性体对于并联反馈，

现）。

抓住这个特点写出有关方程式，往往可以直接而且简捷地得到电压放大倍数。这是分析反馈电路的一种实用方法。

3）对非深反馈电路，利用由方块图导出的公式求解Rif、Rofy及Af。 关键：找出A和F，即把闭环的反馈放大器分解成基本放大器和反馈网络两个独立部分。

确定A的原则：不计主反馈作用；计入反馈网络的负载效应。

小结：本次课要求熟练掌握负反馈放大电路在深度负反馈条件下的近似计算 作业：5.3 5.5

教学目的：熟练掌握负反馈对放大倍数的影响 教学重点：负反馈对放大器性能的影响和改善

教学难点：非深度负反馈电路的计算。可只讲参数的含义和计算方法 教学容：负反馈对放大倍数的影响

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

.教学容

5.3负反馈对放大电路性能影响 1） 负反馈对放大倍数的影响

根据负反馈基本方程，不论何种负反馈，都可使反馈放大倍数下降|1+AF|倍，只不过不同的反馈组态AF的量纲不同而已。 在负反馈条件下放大倍数的稳定性也得到了提高。

(1AF)dAAFdAdAdAf(1AF)2(1AF)2dAf1dA(1AF)A Af

有反馈时，增益的稳定性比无反馈时提高了(1+AF)倍。 2）负反馈对输入和输出电阻的影响

负反馈对输入电阻的影响与反馈加入的方式有关，即与串联反馈或并联反馈有关，而与电压反馈或电流反馈无关。 负反馈对输出电阻的影响与反馈采样的方式有关，即与电压反馈或电流反馈有关，而与串联反馈或并联反馈无关。

（1）对输入电阻的影响串联负反馈使输入电阻增加，并联负反馈使输入电阻减小

（2）电压负反馈使输出电阻减小，电流负反馈可以使输出电阻增加， 电压负反馈可以使输出电阻减小，这与电压负反馈可以使输出电压稳定是相一致的。输出电阻小，带负载能力强，输出电压的降落就小。 3） 负反馈对通频带的影响

放大电路加入负反馈后，增益下降，但通频带却加宽了。 有反馈时的通频带为无反馈时的通频带的(1+AmF)倍。 负反馈放大电路扩展通频带有一个重要的特性，即增益与通频带之积为常数

4） 负反馈对非线性失真的影响

负反馈可以改善放大电路的非线性失真，但是只能改善反馈环产生的非线性失真。

因加入负反馈，放大电路的输出幅度下降，不好对比，因此必须要加大输入信号，使加入负反馈以后的输出幅度基本达到原来有失真时的输出幅度才有意义。

5） 负反馈对噪声、干扰和温漂的影响

负反馈只对反馈环的噪声和干扰有抑制作用，且必须加大输入信号后才使抑制作用有效。

6） 放大电路中引人负反馈的一般原则

小结：本次课要求熟练掌握负反馈放大电路增益的一般表达式及负反馈对放大电路性能的改善 作业：5.8 5.9

第6章 功率放大电路

教学目的：熟练掌握甲乙类双电源互补对称电路的组成及甲乙类单电源互补对称电路的组成与工作原理，理解交越失真的概念。

教学重点：甲乙类单电源互补对称电路的组成及分析计算 教学难点：甲乙类单电源互补对称电路的分析计算 教学容：甲乙类互补对称功率放大电路

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

教学容

6.5甲乙类互补对称功率放大电路

一、 甲乙类单电源互补对称电路 （无输出变压器OTL） 1. 基本电路 见图5.3.4 （1）电路组成

1)输入级——前置级：T3——共射 R1、R2、Re、Ce——偏置元件 D1、D2、Rc3——T3集电极负载 2）输出级：互补对称输出级 a. T1——NPN T2——PNP

b. D1、D2——T1、T2基偏

D1、D2作用：消除交越失真

c. C的作用：T3管电源，隔直传交（采用单电源的目的）

（2） 导通情况

当T3加vi后，输出级的输入信号为T3的输出信号vo3。

vi-→vo3+→T1导→有ic1→vo+，同时给C充电最大至VC=VCE1=VCE2=1/2VCC

Vi+→vo3-→T2导→有ic3→vo-，同时C放电，时间常数RLC>>T周期信号，放电慢。选择C时，应满足C>（5——10）/2πfLRL，（fL为下限频率）。 在T2导电时间，C上电压起了-VCC的作用（即-1/2VCC），适当调节R1、R2可使VK=VC=1/2VCC。可以认为用电容C和一个电源VCC可代替原来的+VCC和-VCC两个电源的作用。

二、功率放大电路的基本概念和分类 1) 功率放大电路的特点

（1）大信号工作，采用图解分析法

（2）功率、效率、非线性失真为主要技术指标 （3）功率器件的安全工作非常重要 2) 功率放大电路的几种工作状态

（1）甲类工作状态，晶体管的导通角θ＝2π，最大效率为50%。 （2）乙类工作状态，晶体管的导通角θ＝π，最大效率为78.5%。 （3）甲乙类工作状态，晶体管的导通角π＜θ＜2π，最大效率介于甲类和乙类之间。

3) 功率放大电路的类型

（1）变压器耦合功率放大电路

变压器耦合功率放大电路如P474图9.1.3所示。这种电路的优点是可实现阻抗变换，缺点是体积庞大、笨重、消耗有色金属，且效率低，低频和高频特性较差。

（2）无输出变压器的功率放大电路

无输出变压器的功率放大电路（简称OTL电路）用一个大电容代替了变压器，如P475图9.1.4所示。该电路在静态时电容上的电压为VCC／2。由于一般情况下功率放大电路的负载电流很大，电容容量常选为几千微法，且为电解电容。电容容量愈大，电路低频特性愈好。但是，当电容容量增达到一定程度时，电解电容不再是纯电容，而存在漏阻和电感，使得低频特性不会明显改善。

（3）无输出电容的功率放大电路

无输出电容的功率放大电路（简称OCL电路）如P476图9.1.5所示。此电路采用正、负电源交替供电，两个晶体管轮流导通，输出与输入之间双向跟随。静态时两个管子均截止，输出电压为零。 （4）桥式推挽功率放大电路

桥式推挽功率放大电路（简称BTL电路）如P477图9.1.6所示。该电路为单电源供电，且不用变压器和大电容。由图可见电路由四只特性对称的晶体管组成，静态时管子均处于截止状态，负载上的电压为零。BTL电路所用管子数量最多，难于做到管子特性理想对称；且管子的总损耗大，使得电路的效率降低；另外电路的输入和输出均无接地点，因此有些场合不适用。

OTL、OCL和BTL电路各有优缺点，且均有集成电路，使用时应根据需要合理选择。

三、OCL互补对称功率放大电路 1) OCL乙类互补对称功率放大电路 （1）电路的组成

OCL乙类互补对称功率放大电路见P476图9.1.5。 （2）存在的问题——交越失真

分析电路可知，当输入电压的数值|ui|＜Uon（Uon为晶体管b－e间的开启电压）时，T1和T2均截止，输出电压uO为0；只有当|ui|＞Uon时，T1或T2才导通，它们的基极电流失真，如P478图9.2.1所示，因而输出电压波形产生交越失真。

2) OCL甲乙类互补对称功率放大电路 （1）电路组成及工作原理

OCL甲乙类互补对称功率放大电路如P478图9.2.2所示。

静态时，从+VCC经过R1、R2、D1、D2、R3到－VCC有一个直流电流，它在T1和T2管两个基极间所产生的电压为

UB1、B2＝UR2＋UD1＋UD2

使UB1、从而使两只B2略大于T1管发射结和T2管发射结开启电压之和，

管子均处于微导通状态。另外静态时应调节R2，使发射极电位UE为0，即输出电压uO为0。

当所加信号按正弦规律变化时，由于D1、D2的动态电阻很小，而且R2

的阻值也很小，所以认为T1和T2管的基极电位的变化近似相等。这样，当ui＞0且逐渐增大时，T1管基极电流随之增大，而T2管基极电流随之减小，最后截止，负载电阻上得到正方向的电流。同样道理，当ui＜0且逐渐减小时，T2管基极电流随之增大，而T1管基极电流随之减小，最后截止，负载电阻上得到负方向的电流。这样，即使ui很小，总能保证至少有一只晶体管导通，从而消除了交越失真。

（2）分析计算，求输出功率、管耗、电源提供的功率及效率

当输入电压足够大，且又不产生饱和失真时，电路的图解分析如P480图9.2.4所示。由图示可知电路最大输出电压等于电源电压减去晶体管的饱和电压，即（VCC－UCES）。另外由图9.2.2可知，负载电阻上通过的电流就是管子的发射极电流。

①最大输出功率Pom 电路的输出功率Po为

22UOM1uoPodt20RLRL

式中UOM为输出电压的幅值。当输出最大不失真电压时UOM＝VCC－UCES，此时输出功率为最大，即

PomVCCVCES22RL

②管耗PT

每只管子的管耗为

2uo11VCCUOMUOMPT1VudtCCo20RLRL4

显然当UOM＝0时，管子的损耗为零。当UOM＝VCC－UCES时，管子的损耗为

2VCCVCCUCESVCCUCES1PT1RL4

总管耗为：PT＝PT1＋PT2＝2PT1

③直流电源提供的功率PV

PV＝PT1＋PT2＋PO=2 PT1＋PO

当UOM＝VCC－UCES时

PV2VCCVCCUCESRL

④效率η

η＝Po／PV ，当UOM≈VCC（忽略UCES）时，η＝π／4＝78.5% （3）最大管耗PT1max与输出功率的关系

最大管耗不是发生在输出功率最大时。由管耗的计算公式知，管耗是输出电压幅值UOM的函数，用求极限的方法可求得，最大管耗时的UOM＝2VCC／π故最大管耗为

1V'PT1max2CC0.2PomRL

'

Pom式中的为不考虑晶体管饱和压降（即UCES为0）时的最大输出功率。

2（4）功放管的选择

由前面的分析知，在查阅手册选择功放管时，应使极限参数U(BR)CEO＞2VCC，ICM＞

'PomVCC／RL，PCM＞0.2，另外一定要严格按手册要求安装散热片。

小结：本次课要求熟练掌握甲乙类双电源互补对称电路的组成及甲乙类单电源互补对称电路的组成与工作原理 作业：6.1 6.2

第7章 差动放大电路

教学目的：熟练掌握差放电路的工作原理，静态分析与计算，差模增益 教学重点：基本差分式放大电路的工作原理及分析计算 教学难点：基本差分式放大电路的分析计算 教学容：差分式放大电路

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时

教学容

图6.2.1表示一线性放大电路，在电路完全对称的理想情况下 vo=AVD（vi1-vi2）

AVD——差模电压增益。

差模输入：两管输入信号大小相等，相位相反。 共模输入：两管输入信号大小相等，相位相同。 差模信号：vid=vi1-vi2 1

共模信号：vic=——（vi1+vi2） 2

一、 基本差分式放大电路（双端输入、双端输出） 1. 工作原理 见图6.2.2

(1) 静态分析 即vi1=vi2=0时 （2）动态分析

当输入端加入信号时，有两种情况╱差模输入 ╲共模输入 2. 抑制零点漂移的原理

（1） 衡量零漂的大小：输出的零漂折合到输入端。 （2） 零漂产生的原因

1） 三极管参数ICBO、VBE、β随温度的变化而变。

2） 电源波动引起静态工作点变化——可采用高稳定度电源。 3） 电路元件变化引起，可采取老化措施。 4） 、直接耦合放大电路的零点漂移

直接耦合放大电路的零点漂移主要是晶体管的温漂造成的。在基本差动放大电路中，利用参数的对称性进行补偿来抑制温漂。在长尾电路和具有恒流源的差动放大电路中，还利用共模负反馈或恒流源抑制每只放大管的温漂。

二、差动放大电路组成及特点

1）电路组成 差分放大器是由对称的两个基本放大电路通过射极公共电阻耦合构成的。“对称”的含义是两个三极管的特性一致，电路参数对应相等，即Rc1=Rc2，Rb1=Rb2，b1=b2，VBE1=VBE2，rbe1= rbe2， ICBO1=ICBO2。

2）电路特性

（1）差动放大电路对零漂在的共模信号有抑制作用； （2）差动放大电路对差模信号有放大作用；

（3）共模负反馈电阻Re的作用：①稳定静态工作点。②对差模信号无影响。③对共模信号有负反馈作用：Re越大对共模信号的抑制作用越强；也可能使电路的放大能力变差。 三、差动放大电路的输入和输出方式

1）差动放大电路可以有两个输入端：同相输入端和反相输入端。根据规定的正方向，在某输入端加上一定极性的信号，如果输出信号的极性与其相同，则该输入端称为同相输入端。反之，如果输出信号的极性与其相反，则该输入端称为反相输入端。

2）信号的输入方式：若信号同时加到同相输入端和反相输入端，称为双端输入；若信号仅从一个输入端加入，称为单端输入。

3）信号的输出方式：差动放大电路可以有两个输出端：集电极C1和C2。从C1和C2输出称为双端输出；仅从集电极C1或C2对地输出称为单端输出。

按照信号的输入、输出方式，或输入端与输出端接地情况的不同，差动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； 四、差模信号和共模信号

1）差模信号：幅度相等、极性相反的一对输入信号。通常为有用信号。

2）共模信号：幅度相等、极性相同的一对输入信号。通常为温漂和干扰信号。

3）比较输入：ui1和uu2可以分解为一对差模信号uid和一对共模信号uic的叠加作用。

差模信号为： uidui1ui2；共模信号为：

uicui1ui22

ui1和uu2均接地，故信号的输入方式无关，可分两种情况进行：双端

uCQ1uCQ2输出和单端输出。

，所以，与电路有无接负载无关。1I(1)IBQICQI

列输入回路电压方程，并根据放大区EQ即可求得BQ和1）双端输出双端输出

U；2列输出回路电压方程可求得CEQ； 2）单端输出

UUCQ2IBQ1IBQ2IICQ2；在放大区有CQ1；但是，CQ1，

UCEQ1UCEQ2UU。所以，应该采用戴维南等效定理将原电路的CQ1和CQ2或

UCEQ1UCEQ2和

五、差动放大电路的动态性能指标

（1）差模电压放大倍数Ad：描述电路放大差模信号的能力；

ICQ

（2）差模输入电阻Rid：差模信号作用下的输入电阻。 （3）差模输出电阻Rod：差模信号作用下的输出电阻。

（4）共模电压放大倍数Ac：描述电路抑制共模信号的能力；

KCMR（5）共模抑制比模抑制比为∞。

六、差动放大电路的动态分析

求解动态参数的关键是针对差模参数和共模参数，应分别画出微变等

AdAc；理想情况下，共模放大倍数为0，共

效电路进行计算。差模和共模微变等效电路的主要区别是对Re的处理不同：在差模等效电路中，双端输入时Re视为短路；单端输入时Re视为开路。在共模信号作用下对单边电路而言，发射极等效电阻为2Re。虽然差动放大电路有四种接法，且有三种不同的输入信号。由于单端输入可以转换为双端输入；比较输入可以看成是差模输入和共模输入的叠加。实际分析计算时，只须考虑两种情况：差模信号作用下的双入—双出、双入—单出；共模信号作用下的双入—双出、双入—单出。

七、改进型为了既能采用较低的电源电压又能有很大的Re等效电阻，可采用恒流源电路来替代Re，这样可以大大增加电路抑制共模信号的能力。

小结：本次课要求熟练掌握基本差分式放大电路的工作原理及分析计算 作业：7.4 7.6

第8章 运算放大器与电压比较器

教学目的：熟练掌握简单的集成电路运算放大器的组成及工作原理和集成电路运算放大器的主要参数

教学重点：简单的集成电路运算放大器的组成及工作原理 教学难点：简单的集成电路运算放大器的工作原理 教学容：集成电路运算放大器

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

教学容

8.1运算放大器概论

一、 简单的集成电路运算放大器

1、定义

集成电路运算放大器——是一种高 电压增益、高输入电阻和低输出电阻的 多级直接耦合放大电路。简称“运放”。 原理框图

2、集成运算放大电路的组成及各部分的作用

集成运算放大器是一个高增益直接耦合放大电路，它的方框图如下图所示。

运算放大器方框图

1）输入级要使用高性能的差分放大电路，它必须对共模信号有很强的抑制力，而且采用双端输入、双端输出的形式。

2）中间放大级要提供高的电压增益，以保证运放的运算精度。中间级的电路形式多为差分电路和带有源负载的高增益放大器。

3）互补输出级由PNP和NPN两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性的输出电压或电流。具体电路参阅功率放大器。

4）偏置电流源可提供稳定的几乎不随温度而变化的偏置电流，以稳定工作点。

3、集成运算放大器的引线和符号

1）集成运算放大器的符号中有三个引线端，两个输入端，一个输出端。一个称为同相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相同，用符号‘+’或‘IN+’表示；另一个称为反相输入端，即该端输入信号变化的极性与输出端相异，用符号“-”或“IN-”表示。输出端一般画在输入端的另一侧，在符号边框标有‘+’号。实际的运算放大器通常必须有正、负电源端有的品种还有补偿端和调零端。 2） 集成运算放大器的符号

按照国家标准符号如下图所示。

（a） 国家标准符号 (b)原符号

二、 集成运放的主要性能指标

运算放大器的技术指标很多，其中一部分与差分放大器和功率放大器相同，另一部分则是根据运算放大器本身的特点而设立的。各种主要参数均比较适中的是通用型运算放大器，对某些项技术指标有特殊要求的是各种特种运算放大器。

（1） 运算放大器的静态技术指标

1）输入失调电压VIO(input offset voltage) ：输入电压为零时，将输出电压除以电压增益，即为折算到输入端的失调电压。VIO是表征运放部电路对称性的指标。

2）输入失调电流IIO(input offset current)：在零输入时，差分输入级的差分对管基极电流之差，用于表征差分级输入电流不对称的程度。

3）输入偏置电流IB(input bias current)：运放两个输入端偏置电流的平均值，用于衡量差分放大对管输入电流的大小。

4）输入失调电压温漂dVIOdT：在规定工作温度围，输入失调电压随温度的变化量与温度变化量之比值。

5）输入失调电流温漂dIIOdT：在规定工作温度围，输入失调电流随温度的变化量与温度变化量之比值。

6）最大差模输入电压Vidmax(maximum differential mode input voltage)：运放两输入端能承受的最大差模输入电压，超过此电压时,差分管将出现反向击穿现象。

7）最大共模输入电压Vicmax(maximum common mode input voltage)：在保证运放正常工作条件下，共模输入电压的允许围。共模电压超过此值时，输入差分对管出现饱和，放大器失去共模抑制能力。 （2）运算放大器的动态技术指标

1)开环差模电压放大倍数Avd(open loop voltage gain) ：运放在无外加反馈条件下，输出电压与输入电压的变化量之比。

2)差模输入电阻rid(input resistance) ：输入差模信号时，运放的输入电阻。

3)共模抑制比KCMR(common mode rejection ratio) ：与差动放大电路中的定义相同，是差模电压增益Avd与共模电压增益Avc之比，常用分贝数来表示。

KCMR=20lg(Avd / Avc ) (dB)

4)－3dB带宽fH(—3dB band width) ：运算放大器的差模电压放大倍数Avd在高频段下降3dB所定义的带宽fH。

5)单位增益带宽fC(BW•G)(unit gain band width)：Avd下降到1时所对应的频率，定义为单位增益带宽fC。

6)转换速率SR(压摆率)(slew rate)：反映运放对于快速变化的输入

信号的响应能力。转换速率SR的表达式为

max

7)等效输入噪声电压Vn(equivalent input noise voltage)：输入端短路时，输出端的噪声电压折算到输入端的数值。这一数值往往与一定的频带相对应。

1、理想运放的性能指标

SRdVodt1) Aod＝∞

2) Rid＝∞ 3) Ro＝0 4) KCMR＝∞ 5) fH＝∞

6) UOI、IOI及其温漂均为零，且无任何部噪声。 2、理想运放的两个工作区 1) 线性工作区特点

特点为 （1）uo＝Aod（uP－uN） （2）具有虚短（即uP=uN）、虚断（即iP=iN=0）的特点。 2) 非线性工作区

特点为

（1）当uP＞uN时uo正向饱和，当uP＜uN时uo负向饱和。 （2）具有虚断的特点。 导”。

在分析多级放大器时，应注意以下各点：

1） 前级的开路电压是下级的信号源电压。

2） 前级的输出电压vo是下级的输入电压vi。 3） 前级的输出电阻是下级的信号源阻。 4） 而下一级的输入电阻就是前级的负载。

结论：多级放大电路的总电压增益等于各级电压增益的乘积，级间的相互关系表现为各级的输入和输出电阻之间的关系。 小结：本次课要求熟练掌握简单的集成电路运算放大器的组成及工作原理

和集成电路运算放大器的主要参数 作业：8.1 8.2 8.3

教学目的：熟练掌握基本运算电路中的比例、求和、积分运算电路，掌握虚短、虚断、虚地的概念。

教学重点：比例、求和、积分运算电路，掌握虚短、虚断、虚地的概念。 教学难点：基本运算电路中的比例、求和、积分运算电路 教学容：基本运算电路

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

教学容

8.2 运算放大器应用 1、比例运算电路

分析方法，利用虚短、虚断的概念和基尔霍夫电流定理列出放大倍数表达式。

1) 反相比例运算电路

（1）电路的组成如图7.1所示。 （2）电路的放大倍数及特点

由分析得电路的放大倍数为

AuRfR1

特点

①输入信号接入反相输入端，uN点虚地，其输出信号与输入信号反相。 ②电路不存在共模信号。

③放大倍数可以大于1，可以小于1，也可以等于0。

④因为电路引入电压并联负反馈，故电路的输入阻抗较低，即Ri=R1。 2) 同相比例运算电路

（1）电路的组成如图7.2所示。 （2）电路的放大倍数及特点

由分析得电路的放大倍数为

Au1RfR1

特点

①输入信号接入同相输入端，故其输出信号与输入信号同相。 ②电路存在共模信号，故应选用共模抑制比高的集成运放。 ③放大倍数只能大于或等于1。

④因为电路引入电压串联负反馈，故其输入阻抗很高。 2、加减运算电路

分析方法，利用虚短、虚断的概念、结电电压法或叠加定理列出输出方程。

1) 反相求和运算电路

（1）电路的组成如下图所示

u2u1R2..RfR1-+R’.uo

（2）电路的分析及特点

电路的输出表达式为

RfRfuouuR1R221

电路的特点与反相比例运算电路的特点类似。 2) 同相求和运算电路

（1）电路的组成如下图所示

RfR1u1u2R2R3..-+.uo

（2）电路的分析及特点

电路的输出表达式为

RfR3R2uo1uu12R1R2R3R2R3

电路的特点与同相比例运算电路的特点类似。 3) 加减运算电路

（1）电路的组成如下图所示

Rfu1u2R1R2..R3-+.uo

（2）电路的分析及特点

电路的输出表达式为

RfR3Rfuo1uu12R1R2R3R1

RR1R3R2如果选取电阻值满足f， 则有

Rfu2u1uoR1

即输出电压与两个输入电压之差成比例。

该电路也存在共模信号，故应选用共模抑制比高的集成运放，才能保证一定的运算精度。另外该电路还可用两级反相求和运算电路实现，此时电路不存在共模信号。 3、积分运算电路

分析方法，利用虚短、虚断的概念和基尔霍夫电流定理及电容端电压与通过它的电流的关系列出输出方程。 1) 电路的组成如图7.11所示。 2) 电路的分析

利用上述分析方法可得电路的输出表达式

1uIdtRC

上式表明输出电压为输入电压对时间的积分。 在求解t1到t2时间段的积分电压值时

uo12uouIdtuot1RCt1t

式中uo（t1）为t1时刻电容上存的初始电压。

3) 电路对不同输入信号的响应

（1）当输入信号为阶跃信号时，在它的作用下，电容将近似恒流方式进行充电，输出电压与时间成近似线性关系。因此

uuoItRC

但由于受集成运放最大值的限制，当输出电压达到最大饱和电压后，将不再变化。

（2）当输入信号为方波信号时，输出为三角波。

（3）当输入信号为正弦信号时，输出为滞后90o的正弦波。 4) 实用积分电路

为了限制输出值，实用积分电路中，常在电容上并联一个大电阻，如图7.11中虚线所示。

4、微分运算电路

1) 电路的组成如图7.14所示。 2) 电路的分析

利用上述分析方法可求得电路的输出表达式

duuoRCIdt

上式表明输出电压正比与输入电压对时间的微分。

当输入信号为脉冲信号时，输出电压的波形如图7.16所示。 3) 实用微分运算电路

由于微分电路对高频噪声特别敏感，以至于输出噪声可能完全淹没微分信号。一种改进的实用电路见图7.15。

另外，还可用积分的逆运算实现微分运算，电路见图7.17。

5、对数运算电路

分析方法，利用虚短、虚断的概念和基尔霍夫电流定理及PN结的正向电流与其端电压的近似关系列出输出方程。 1) 基本电路的组成如图7.19所示。 2) 电路的分析

利用上述分析方法可得电路的输出表达式为

uuouDUTlnIIsR 由上式可知，输出电压和输入电压成对数关系。 图7.21所示为集成对数运算电路，分析见P289。 6、指数运算电路

1) 基本电路的组成如图7.22所示。 2) 电路的分析

利用上述分析方法可得电路的输出表达式为

uoiRRIsReuIUT

由此可见，输出电压与输入电压成指数关系。

小结：本次课要求熟练掌握基本运算电路中的比例、求和、积分运算电路，掌握虚短、虚断、虚地的概念。 作业：8.5 8.6 8.9

教学目的：熟练掌握电压比较器工作原理 教学重点：过零比较器的工作原理及电压传输特性 教学难点：滞回比较器电压传输特性的推导 教学容：电压比较器

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

一、概述

1）电压传输特性

描述比较器输出电压UO和输入电压Ui函数关系的曲线，称为电压传输

特性。

比较器输出只有两个状态：高电平UOH或是低电平UOL，而输入信号一般是连续变化信号。使UO从UOH跃变为UOL，或者从UOL跃变为UOH的输入电压称为阈值电压UT。

比较器一般采用集成运放，设运放同相和反相输入端电压分别U-和U+，有：

U- ＞U+ 时 Uo＝UOL

U- ＜U+ 时 Uo＝UOH

2）集成运放的非线性工作区

比较器一般是开环工作或正反馈状态，其增益很大。教材P409图8.2.1，分别给出了运放的开环状态，引人正反馈的和电压传输特性。这时输入电压和输出电压之间的关系不再是线性关系。 3） 电压比较器的类型

简单比较器，滞回比较器和窗口比较器。

简单比较器只有一个阈值电压，而滞回比较器和窗口比较器具有两个阈值电压。

4）比较器基本特点

工作在开环或正反馈状态。

开关特性：因开环增益很大，比较器的输出只有高电平和低电平两个稳定状态。

非线性：因是大幅度工作，输出和输入不成线性关系。 二、单限比较器 1）过零比较器

过零电压比较器的电路图和电压传输特性曲线见教材P361图8.24所示。

将过零比较器的一个输入端从接地改接到一个固定电压值UREF上，调节UREF可方便地改变阈值。

为限制运放的差模输入电压，保护输入级和输出限幅，可在输入端加二极管限幅，以及在输出端加稳压管限幅。具体电路见教材P362图8.25。 2）任意电平比较器 （1）电路结构：

具体电路见教材P363图8.27，电路中将参考电压UREF和输入电压Ui各分别通过电阻加人运放的同一个输入端。 （2）工作原理及传输特性

其阈值电压由Ur和Ui共同决定。改变UREF的大小可以改变阈值电压。其具体电路和电压传输特性见教材P413图8.2.7。

由叠加原理得： R1R2UUiUREF

RRRR1212

它与U+ = 0 比较，可求出阈值电压

R2UTHUREF

R1（3）特点及应用

结构简单，灵敏度高，但抗干扰能力较差。可用于检测输入信号的电平是否高于或低于某个给定的门限电平。 三、滞回比较器 1）电路结构：

滞回比较器电路见教材P366图示。它是从输出引一个电阻分压支路到同相输入端。 由电路有输出电压Uo=±Uz。 2）工作原理及传输特性

当输入电压UI从零逐渐增大，且U≤+UT时，Uo =+ Uz，+UT称为上限阀值电平。

R1UTUZR1R2 当输入电压Ui=+UT，Uo = - Uz。--UT称为下限阀值电平。 当Ui逐渐减小，且Ui= --UT以前，Uo始终等于- Uz，因此出现了如教材P366图8.30所示的滞回特性曲线。

回差电压U：

2R2 UUT(UT)UZR1R2 3）特点及应用

抗干扰能力较强。一般用于波形的形成和变换。 四、窗口比较器 1）电路结构

窗口比较器的电路见教材P371图8.35所示。电路由两个幅度比较器和一些二极管与电阻构成。 2）工作原理及传输特性

当Ui＞URH 时，UO1为高电平，D1导通；Uo2为低电平，D2截止，UO= UO1。

当Ui< URL时，U2为高电平，D2导通；UO1为低电平，D1截止，UO= UO2。 当URH >Ui> URL时，UO1为低电平，UO2为低电平，D1、D2截止，UO =低电平。

窗口比较器的电压传输特性见教材P371图8.35（b）所示。

该比较器有两个阈值，传输特性曲线呈窗口状，故称为窗口比较器。 3）特点及应用

用于检测输入信号的电平是否处在两个给定的参考电压之间。

小结：本次课要求熟练掌握电压比较器的工作原理，重点掌握滞回比较器 作业：8.11 8.12 8.13

第9章 正弦波振荡器

教学目的：熟练掌握有源滤波器的基本概念及一阶有源滤波电路的基本原理和分析计算

教学重点：一阶有源滤波电路的基本原理和分析计算 教学难点：一阶有源滤波电路的分析计算 教学容：基本运算电路

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

有源滤波器

滤波器：是一种能使有用频率信号通过而同时抑制（或大为衰减）无用频

率信号的电子装置。

有源滤波器：滤波器中除了使用R、C等无源元件外，还应用了集成运放等有源元件，故叫有源滤波器。

一、 基本概念及初步定义 1．初步定义

滤波电路的一般结构如图8.5.1 1）滤波电路的种类

按工作频率的不同，滤波器可分为 LPF：通带为0＜f＜fp的频率围，阻带为f＞fp的频率围。 HPF：通带为f＞fp的频率围，阻带为0＜f＜fp的频率围。

BPF：通带为fp1＜f＜fp2的频率围，阻带为f＜fp1和f＞fp2的频率围。 BEF：通带为f＜fp1和f＞fp2的频率围，阻带为fp1＜f＜fp2的频率围。 APF：通带为0＜f＜∞的频率围，无阻带。 2）滤波电路幅频特性中的概念

通带：能够通过的信号频率围。 阻带：受阻或衰减的信号频率围。

通带放大倍数：通带输出电压与输入电压之比。

通带截止频率fp：此频率所对应的放大倍数为通带放大倍数的12倍。

 无源滤波电路和有源滤波电路

由无源源件（如R、C、L等）组成的滤波电路称为无源滤波电路。此电路的输出负载特性较差，即输出会随着负载的变化而变化。

有源滤波电路由无源滤波电路加有源源件（如晶体管、集成运放等）所组成。此种电路具有输入阻抗高、输出阻抗低的特点有较强的带负载能力。

 有源低通滤波器

分析方法，利用虚短、虚断的概念、结电电压法列出电路放大倍数的传递函数。

1) 同相输入低通滤波器 （1）一阶低通滤波器

电路见图7.44，按照上述的分析法可得电路的电压放大倍数的传递函数

AusUosR211UssR11sRC

用jω代替上式中的s可得电路的频率响应

R211Au1AupR1jff1jff0 10式中的f0=1／2πRC，称为特征频率，Aup为电路的通带放大倍数。

该电路的截止频率fp等于f0。

幅频特性见图7.45，当f＞＞fp时，曲线按－20dB／十倍频下降。 （2）简单二阶低通滤波器

电路图及分析见P308。只需简单介绍一下。 （3）压控电压源二阶低通滤波器

电路图见P309图7.48。由分析可写出电路放大倍数的传递函数

AupsUosAusUss13AupssRCsRC2

用jω代替上式中的s可得电路的频率响应

ffff1j3A1jupffQf0f000

式中的Q称为电路的等效品质因数，它的物理意义是当f= f0时电压放大倍数与通带放大倍数之比。

P310图7.49给出了不同Q值的幅频特性，由图可见当Q＝0.707时，幅频特性最平坦；而当Q＞0.707时，将出现峰值。另外当f＞＞fp时，曲线按－40dB／十倍频下降。注意Q值不能太大，否则会产生自激振荡。 2) 反相低通滤波器的组成、分析和特点，由学生自行分析。 3、其它有源滤波电路 1) 二阶高通滤波电路

P312图7.50所示电路为压控电压源二阶高通滤波器，图（b）所示

AuAup2Aup2为无限增益多路反馈高通滤波器。电路的具体分析见P312。 2) 带通滤波电路

将低通滤波器和高通滤波器串联，且低通滤波器的截止频率fp1大于高通滤波器的截止频率fp2，就可以得到带通滤波器，其通频带为（fp1－fp2）。P313至P315给出了实用带通滤波器的具体电路图及其分析。由P315图7.54所示的幅频特性可知，电路的Q值愈大，通带放大倍数数值愈大，频带愈窄，选频特性愈好，但是Q值不能太大，否则会产生振荡。另外电路的中心频率f0与通带增益无关。

3) 带阻滤波电路

将输入电压同时作用于低通滤波器和高通滤波器，再将两个电路的输出电压求和，并且低通滤波器的截止频率fp1小于高通滤波器的截止频率fp2，就可以得到带阻滤波器，其阻带为（fp2－fp1）。

实用电路常利用无源LPF和HPF并联构成无源带阻滤波电路，然后接同相比例运算电路，从而构成有源带阻滤波电路，具体电路和分析见P316至P318。

小结：本次课要求熟练掌握有源滤波器的基本概念及一阶有源滤波电路的基本原理和分析计算

作业：9.1 9.2 9.3

教学目的：熟练掌握正弦波振荡电路的振荡条件及判断相位平衡方法 教学重点：正弦波振荡电路的振荡条件及判断相位平衡方法 教学难点：正弦波振荡电路相位平衡方法的判断 教学容：信号产生电路9-1振荡条件

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

9.1正弦波振荡电路 一、振荡条件 见图9.1.1

AF=1 ——正反馈振荡的条件

AF=AF∠φa+φf=1，即

∣AF∣=AF=1 ——振幅平衡条件

（使反馈电压的大小与所需输入电压相等） φa+φf=2nπ，n=0，1，2，···——相位平衡条件 （使反馈电压的相位与所需输入电压的相位相同） 二、 选频和稳幅

∣AF∣=1——等幅振荡 ∣AF∣<1——减幅振荡 ∣AF∣>1——增幅振荡 三、振荡电路的构成

1） 放大电路╲

∣→ 正反馈闭环系统 2） 反馈网络╱

3） 选频网络——移相、选频

4） 稳幅——使∣AF∣>1到∣AF∣=1

四、正弦波振荡电路分析方法和步骤：

（1）观察电路是否是否包含振荡电路的四部分组成；

（2）判断放大电路正常工作，即是否有合适的静态工作点，且动态信号是否能够输入和输出和放大； （3）判断电路能否振荡

关键是相位。若相位条件不满足，则电路肯定不是正弦波振荡器。相位平衡条件是判断振荡电路能否振荡的基本条件。可用瞬时极性判断方法。

（4）估算振荡频率

振荡电路的振荡频率fO是由相位平衡条件决定的。对RC选频网络，由网络频率特性求出fO；对LC选频网络，由谐振回路总电抗为零估算出fO。

（5）分析起振条件（幅值条件）

欲使振荡电路能自行起振，须满足｜AF|＞1的幅值条件。 ，

（6）稳幅与稳频

稳幅是指“起振→增幅→等幅”的振荡建立过程，也就是从|AF|＞1到达| AF|=1（稳定）的过程。稳幅的办法可采用非线性元件来自动调节反馈的强弱以维持输出电压恒定。

稳频是指维持输出信号频率恒定。可以采取提高回路Q值，尽且减小回路损耗的办法稳频。

小结：本次课要求熟练掌握正弦波振荡电路的振荡条件及判断相位平衡的方法 作业：9.6 9.8 9.9

教学目的：熟练掌握RC正弦波振荡电路的组成及RC串并联选频网络的选频特性 教学重点：RC正弦波振荡电路的组成及RC串并联选频网络的选频特性 教学难点：RC串并联选频网络的选频特性 教学容：RC正弦波振荡电路

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础 §9-2 RC正弦波振荡电路

一、电路组成 见图9.2.1

1）放大电路AV：为由集成运放所组成的电压串联负反馈放大电路，取其输入阻抗高和输出阻抗低的特点。改善失真。 2） 网络FV：由Z1（RC串）、Z2（RC并）组成，同时兼作正反馈网络。（电压并联正反馈）

二、RC串并联选频网络的选频特性

串并联选频网络的幅频响应及相频响应如图9.2.2 ω=ω0时，FV=1/3，φf=0

ω很高时，ω>>ω0, ω/ω0>>1,FV→0, φf→-90° ω很低时，ω<<ω0,ω/ω0<<1,FV →0, φf→+90° ff0，相位都不为0

1

振荡频率 f0=———— 2πRC 起振条件 |AF|>1

|F|max=1/3,∴|A|>3

判断电路能否起振，先检查电路组成，直流工作点。

1） 断开反馈信号至放大电路的输入端点b点；

2） 把Ri接至入端与地之间；

3） 加Vi（f），f在中频段变化，Vi与Vo同相，由图知 φa=2π（瞬时极性法） ╲

∣→φa+φf=2π 由前分析φf=0°（在f0时） ╱ （反馈电压Vf经RC移相） ω↓→+90°╲

│→在f=f0时，φa与φf相差2nπ

ω↑→-90°╱ （即Vf与Vi是同相的） ∴此电路满足振荡的相位关系。 三、RC串并联选频网络的频率响应 电路见教材P342图8.5。推导有： 谐振角频率和谐振频率分别为：

1||Fff.32(0)2f0fF幅频特性：

f1fFarctg(0)3f0f 相频特性：

.011f0RC， 2RC

132(02)0

F当f=f0时的反馈系数此时的相角 jF=0°。 2）RC文氏桥振荡电路

（1）RC文氏桥振荡电路的构成

13，即

Uf.13且与频率f0的大小无关，

RC文氏桥振荡器的电路如图所示，RC串并联网络是正反馈网络，另外还增加了Rf和R1负反馈网络。

、RC串并联网络与Rf和R1负反馈支路正好构成一个桥路，称为文氏桥。 为满足振荡的幅度条件 |AF|=1，所以Af≥3。加入Rf和R1支路，构成串联电压负反馈。

RfAf13R1 （2）RC文氏桥振荡电路的稳幅过程

RC文氏桥振荡电路的稳幅作用是靠非线性元件，如热敏电阻实现的。上图R1是正温度系数热敏电阻，当输出电压升高，R1上所加的电压升高，即温度升高，R1阻值增加，负反馈增强，输出幅度下降。若热敏电阻是负温度系数，应放置在Rf的位置。

采用反并联二极管的稳幅电路见教材P394，图8.1.8所示。电路的电压增益为

RrdAvf=1+fR1

式中 R”p是电位器上半部的电阻值，R’p是电位器下半部的电阻值。R’3= R3 // RD，RD是并联二极管的等效平均电阻值。当Vo大时，二极管支路的交流电流较大，RD较小，Avf较小，于是Vo下降。由图(b)可看出，二极管工作在C、D点所对应的等效电阻，小于工作在A、B点所对应的等效电阻，所以输出幅度小。二极管工作在A、B点，电路的增益较大，引起增幅过程。当输出幅度大到一定程度，增益下降，最后达到稳定幅度的目的。

（3）频率可调的RC桥正弦波振荡电路

调整方法：在RC串、并联网络中，用双层波段开关接不同电容，实

..现振荡频率的fo粗调，用同轴电位器实现振荡频率的微调，见教材P395，图8.1.9所示。可调频率围从几HZ至几KHZ。

小结：本次课要求熟练掌握RC正弦波振荡电路的组成及RC串并联选频网络的选频特性

作业：9.9 9.10 9.11

教学目的：熟练掌握变压器反馈式LC振荡电路及三点式LC振荡电路

教学重点：变压器反馈式LC振荡电路及三点式LC振荡电路的工作原理和相位平衡判断方法

教学难点：变压器反馈式LC振荡电路及三点式LC振荡电路相位平衡判断方法 教学容：LC正弦波振荡电路

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

§9-3 LC正弦波振荡电路

一、 变压器反馈式LC振荡电路

1. 电路的组成

1）晶体管放大电路 2）LC振荡回路 3）反馈回路Lf

4）负载RL通过变压器耦合从振荡回路取用交流电能。 2. 工作过程

3. LC回路的选频作用 4. 判断起振

二、 三点式LC振荡电路

先来看电感三点式振荡电路。见图9.3.7 ∵谐振为纯阻，∴φa=180° vf与vi（即vb）相位一致， ∴正反馈，φf=180°

反馈电压的大小可用改变抽头位置来调整。

即Vf大，L2多能易于起振，但易造成波形失真。 Vf小，L2太少，不易起振

通常，L2匝数为总匝数的1/8—1/4。

考虑L1、L2间的互感，电路的振荡频率可近似表示为 1

f=f0≈—————————— 2π√（L1+L2+2M）C 小结：

三点式：必须是（1）b—e╲

∣→接相同电抗元件XC时 c—e╱

b—c→一定接电抗感性XL （2）b—e╲

∣→接相同电抗元件XL时 c—e╱

b—c→一定接电抗容性XC 三、LC正弦波振荡电路

1）LC并联谐振电路的频率特性

LC并联谐振电路如图（a）所示。并联谐振曲线如图（b）所示

(a)LC并联谐振电路 (b) 并联谐振曲线

10L00C谐振时： 谐振频率：

f012πLC

并联谐振电路的品质因数：QIL/IIC/I0L/R1/0CR

并联谐振电路的谐振阻抗

LQLQ0LQRC0CC

谐振时，LC并联谐振电路相当一个电阻。

Z02）变压器反馈式LC振荡电路

变压器反馈LC振荡电路如图所示。LC并联谐振电路作为三极管的负载，反馈线圈Ｌ2与电感线圈Ｌ相耦合，将反馈信号送入三极管的输入回路。交换反馈线圈的两个线头，可改变反馈的极性。调整反馈线圈的匝数可以改变反馈信号的强度，以使正反馈的幅度条件得以满足。

图 变压器反馈LC振荡电路

变压器反馈LC振荡电路的振荡频率与并联LC谐振电路相同，为：

1f02πLC

3）电感三点式LC振荡电路

图示为电感三点式LC振荡电路。电感线圈L1和L2是一个线圈，2点是中间抽头。如果设某个瞬间集电极电流减小，线圈上的瞬时极性如图所示。反馈到发射极的极性对地为正。图中三极管是共基极接法，所以使发射结的净输入减小，集电极电流减小，符合正反馈的相位条件。图（b）是共射极接法电感三点式LC振荡电路。

图（a）共基极电感三点式LC振荡电路 图（b）共射极电感三点式LC振荡电路

分析三点式LC振荡电路下方法：

将谐振回路的阻抗折算到三极管的各个电极之间，有Zbe、Zce、Zcb。对于图（a）Zbe是L2、Zce是L1、Zcb是C。可以证明，若满足相位平衡条件，Zbe和Zce必须同性质，即同为电容或同为电感，且与Zcb性质相反。

4）电容三点式LC振荡电路

电容三点式LC振荡电路，见图所示。

（a）CB组态 （b）CE组态

5）石英晶体LC振荡电路

利用石英晶体高品质因数的特点，构成LC振荡电路，如图所示。

(a)串联型 f0 =fs （b）并联型 fs 图 石英晶体振荡电路

石英晶体的阻抗频率特性曲线见教材P358图8.21，它有一个串联谐振频率fs,一个并联谐振频率 fp，二者十分接近。对于图8.22的电路与电容三点式振荡电路相似。

对于图 (b)的电路，满足正反馈的条件，为此，石英晶体必须呈电感

性才能形成LC并联谐振回路，产生振荡。

由于石英晶体的Q值很高，可达到几千以上，所示电路可以获得很高的振荡频率稳定性。

小结：本次课要求熟练掌握变压器反馈式LC振荡电路及三点式LC振荡电路的工作原理和相位平衡判断方法 作业：9.16 9.17

第十章 直流稳压电源

教学目的：熟练掌握单相半波、单相全波整流电路及单相桥式整流电路的工作原理及分析计算

教学重点：单相桥式整流电路的工作原理及分析计算 教学难点：单相桥式整流电路的工作原理及分析计算 教学容：第十章 直流稳压电源 10-1 小功率整流滤波电路

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

10．1 小功率整流滤波电路 一、概念

1、直流电源的作用

电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中，大部分电子仪器设备、家用电器、计算机都需要把交流电源变换为直流稳压电源。 2、直流电源的定义

将频率为50Hz、有效值为220V的交流电压转换为电压幅值为几伏到几十伏、输出电流为几安以下的单相小功率直流稳压电源 3、直流电源的组成及各部分作用

直流电源由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分组成，它的方框图如P407图9.1所示；其中变压器是把有效值为220V的交流电压变换为幅值为几伏到几十伏的交流电；整流电路是将交流电转为具有直流电成分的脉动直流电；滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少

交流成分，增加直流成分；稳压电路对整流后的直流电压采用稳压及负反馈技术进一步稳定直流电压。

二、 单相半波和单相全波整流 1. 半波

优点:结构简单

缺点：脉动大，直流成分低。 2. 全波

缺点：变压器有中间抽头，

只有1/2时间有电流，变压器利用率不高。 二、 单相桥式整流电路 1. 工作原理

电路如图10.1.1所示

三、参数计算

1、半波整流电路基本参数的含义及其计算 1）输出电压平均值UO（AV）：负载电阻上电压的平均值 1UO(AV)2ππ02U2sintd(t)2U20.45U2π

2）输出电流平均值IO（AV）：流过负载电阻上电压的平均值

UO(AV)0.45U2IO(AV)RLRL 3）脉动系数S：最低次谐波的幅值与输出电压平均值之比

SUO1MU2UO(AV)22U21.57π2

4）二极管的平均电流ID（AV）：等于负载电流的平均值IO（AV）

ID(AV)IO(AV)0.45V2RL

5）二极管所承受的最大反向电压URMAX：：

URmax2U2

2、全波桥式整流电路的组成及工作原理分析 1）全波桥式整流电路如P412图9.4所示。

2）工作原理分析：u2正半周，二极管D1、D3导通，D2、D4截止，产生电流从A点流出，经D1、RL、D3流入B点，uo=u2；u2负半周，二极管D2、D4导通，D1、D3截止，产生电流从B点流出，经D2、RL、D4流入A点，uo=-u2。 3、全波桥式整流电路参数计算 1）输出电压平均值UO（AV）：

1UO(AV)2U2sintd(t)π0π22U20.9U2π UO(AV)0.9U2RL

RL2）输出电流平均值IO（AV）：

U2SO1M0.67UO(AV)33）脉动系数S：

IO(AV)4）二极管的平均电流ID（AV）：等于负载电流的平均值IO（AV）一半

ID(AV)IO(AV)0.45V22RL

5）二极管所承受的最大反向电压URMAX：：

URmax2U2

小结：本次课要求熟练掌握单相半波、单相全波整流电路及单相桥式整流电路的工作原理及分析计算 作业：10.1 10.2

教学目的：熟练掌握电容滤波电路的原理及电容滤波电路的特点 教学重点：电容滤波电路的原理及电容滤波电路的特点 教学难点：电容滤波电路的特点 教学容：10.2 小功率整流滤波电路

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时

参考资料：模拟电子技术基础

10.2滤波电路 基本原理：

VC=Q/C，电容器是一个储藏电荷的元件，有了电荷，电容器两端就出现了一定的电压，只有改变电荷，才能改变VC，Q的改变，是由充放电实现的，充放电时间常数大，电容上电压变化就慢，所以VC交流分量小。 一、滤波的基本概念

滤波电路利用电抗性元件对交、直流阻抗的不同，实现滤波。电容器

C对直流开路，对交流阻抗小，所以C应该并联在负载两端。电感器L对直流阻抗小，对交流阻抗大，因此L应与负载串联。

二、电容滤波电路

现以单相桥式整流电容滤波电路为例来说明。电容滤波电路如图所示，在负载电阻上并联了一个滤波电容C。

图 电容滤波电路

1）滤波原理

若v2处于正半周，二极管D1、D3导通，变压器次端电压v2给电容器C充电。此时C相当于并联在v2上，所以输出波形同v2 ，是正弦波。 当v2到达wt=p/2时，开始下降。先假设二极管关断，电容C就要以指数规律向负载ＲL放电。指数放电起始点的放电速率很大。在刚过wt=p/2时，正弦曲线下降的速率很慢。所以刚过wt=p/2时二极管仍然导通。在超过wt=p/2后的某个点，正弦曲线下降的速率越来越快，当刚超过指数曲线起始放电速率时，二极管关断。所以在t2到t3时刻，二极管导电，Ｃ充电，Vi=Vo按正弦规律变化；t1到t2时刻二极管关断，Vi=Vo按指数曲

线下降，放电时间常数为RLC。电容滤波过程见图9.8(b)(c)。 2）电容滤波电路参数的计算

电容滤波电路的计算比较麻烦，因为决定输出电压的因素较多。工程上有详细的曲线可供查阅，一般常采用以下近似估算法：

TVO2V2(1)4RCL一种是用锯齿波近似表示，即

T另一种是在RLC=（3~5）2的条件下，近似认为VO=1.2V2。

3）外特性

整流滤波电路中，输出直流电压VO随负载电流IO的变化关系曲线如图 名 称 半波整流 全波整流、电容滤波 桥式整流、电容滤波 桥式整流、电感滤波 VO(空载) 2V2 2V2 VO(带载) 0.45V2 1.2V2* 二极管反向最大电压 2V2 22V2 每管平均电流 IO 0.5IO 2V2 1.2V2* 2V2 0.5IO 2V2 0.9V2 2V2 0.5IO

三、电感滤波电路

利用储能元件电感器Ｌ的电流不能突变的性质，把电感Ｌ与整流电路的负载ＲL相串联，也可以起到滤波的作用。

桥式整流电感滤波电路和电感滤波的波形图如图所示。当v2正半周

时，D1、D3导电，电感中的电流将滞后v2。当负半周时，电感中的电流将更换经由D2、D4提供。因桥式电路的对称性和电感中电流的连续性，四个二极管D1、D3；D2、D4的导电角都是180°。

图 电感滤波电路的波形图

4、引起输出电压不稳定的原因

引起输出电压变化的原因是负载电流的变化和输入电压的变化，见下图。

负载电流的变化会在整流电源的阻上产生电压降，从而使输入电压发生变化。 即

VO=f(VI,IO)

图 稳压电源方框图

5、硅稳压二极管稳压电路

1）稳压二极管稳压电路的原理

硅稳压二极管稳压电路的电路图如图9.17所示。它是利用稳压二极管的反向击穿特性稳压的，由于反向特性陡直，较大的电流变化，只会引起较小的电压变化。

a.输入电压变化时如何稳压 根据电路图可知

VO=VZ=VIVRVIIRR

IR=IL+IZ

输入电压VI的增加，必然引起VO的增加，即VZ增加，从而使IZ增加，IR增加，使VR增加，从而使输出电压VO减小。这一稳压过程可概括如下：

VI↑→VO↑→VZ↑→IZ↑→IR↑→VR↑→VO↓

这里VO减小应理解为，由于输入电压VI的增加，在稳压二极管的调节下，使VO的增加没有那么大而已。VO还是要增加一点的，这是一个有差调节系统。

b负载电流变化时如何稳压

负载电流IO的增加，必然引起IR的增加，即VR增加，从而使VZ=VO减小，IZ减小。IZ的减小必然使IR减小，VR减小，从而使输出电压=VO增加。这一稳压过程可概括如下：

IO↑→IR↑→VR↑→VZ↓（VO↓）→IZ↓→IR↓→VR↓→VO↑

2)、稳压电阻的计算

稳压二极管稳压电路的稳压性能与稳压二极管击穿特性的动态电阻有关，与稳压电阻R的阻值大小有关。稳压二极管的动态电阻越小，稳压电阻R越大，稳压性能越好。

a.当输入电压最小，负载电流最大时，流过稳压二极管的电流最小。此时IZ不应小于IZmin，由此计算出来稳压电阻的最大值，实际选用的稳压电阻应小于最大值。即

VVZRmax=IminIZminILmax b.当输入电压最大，负载电流最小时，流过稳压二极管的电流最大。此时IZ不应超过IZmax，由此可计算出来稳压电阻的最小值。即

VVZRmin=ImaxIZmaxILmin

Rmin稳压二极管在使用时，一定要串入限流电阻，不能使它的功耗超过规定值，否则会造成损坏

小结：本次课要求熟练掌握电容滤波电路的原理及电容滤波电路的特点 作业：10.4 10.6

教学目的：熟练掌握串联反馈式稳压电路的组成及稳压原理 教学重点：串联反馈式稳压电路的工作原理 教学难点：串联反馈式稳压电路的工作原理 教学容：10.3 串联型稳压电源

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

10.3 串联反馈式稳压电路 一、线性串联型稳压电路

稳压二极管的缺点是工作电流较小，稳定电压值不能连续调节。线性串联型稳压电源工作电流较大，输出电压一般可连续调节，稳压性能优越。目前这种稳压电源已经制成单片集成电路，广泛应用在各种电子仪器和电

子电路之中。线性串联型稳压电源的缺点是损耗较大、效率低。 二、稳压电源的种类： 1） 硅稳压管的稳压电路 2） 串联反馈式稳压电路 3） 集成稳压电路 4） 开关型稳压电路

三、稳压电源的质量指标 特性指标：

允许的输入电压 输出电压VO 输出电流IO

输出电压调节围等

质量指标：用来衡量输出直流电压的稳定程度 稳压系数γ 输出电阻Ro 温度系数

纹波电压等

四、 串联反馈式稳压电路的工作原理 1）线性串联型稳压电路的工作原理 a.线性串联型稳压电源的构成

典型的串联型稳压电路，它由调整管、放大环节、比较环节、基准电压源几个部分组成。

b.线性串联型稳压电源的工作原理

根据图9.21，分两种情况来加以讨论。 （1）输入电压变化，负载电流保持不变

输入电压VI的增加，必然会使输出电压VO有所增加，输出电压经过取样电路取出一部分信号VF与基准源电压VREF比较，获得误差信号ΔV。误差信号经放大后，用VO1去控制调整管的管压降VCE增加，从而抵消输入电压增加的影响。

VI↑→VO↑→VF↑→VO1↓→VCE↑→VO↓

（2）负载电流变化，输入电压保持不变

负载电流IL的增加，必然会使输入电压VI有所减小，输出电压VO必然有所下降，经过取样电路取出一部分信号VF与基准电压源VREF比较，获得的误差信号使VO1增加，从而使调整管的管压降VCE下降，从而抵消因IL增加使输入电压减小的影响。

IL↑→VI↓→VO↓→VF↓→VO1↑→VCE↓→VO↑

（3）输出电压调节围的计算

由图可知

VF≈VREF

VOVO1=(1+R1R2)VREFR3R\"2

调节R2显然可以改变输出电压。

2、三端集成稳压器

将线性串联稳压电源和各种保护电路集成在一起就得到了集成稳压器。早期的集成稳压器外引线较多，现在的集成稳压器只有三个外引线：输入端、输出端和公共端。它的电路符号如图所示，外形如图所示。 要特别注意，不同型号，不同封装的集成稳压器,它们三个电极的位置是不同的，要查手册确定。

小结：本次课要求熟练掌握串联反馈式稳压电路的组成及稳压原理 作业：10.3 10.6

教学目的：熟练掌握串联反馈式稳压电路的稳压原理及输出电压调整围的计算 教学重点：串联反馈式稳压电路的输出电压调整围的计算 教学难点：串联反馈式稳压电路的输出电压调整围的计算

教学容：10-3 串联反馈式稳压电路

教学方法：理论讲解与举例相结合，讲例题时边讲边练（学生先作，老师后讲）。 教学进度：本容为2学时 参考资料：模拟电子技术基础

二、 串联反馈式稳压电路的工作原理 接上节课容

从反馈放大电路的角度来看，这种电路属于电压串联负反馈电路。调整管T连接成电压跟随器。

因而可得

VB=AV（VREF-FVVO）≈VO AV 或 VO=VREF———— 1+AVFV

当电位器滑动端调到最上端可得 VREF R1 VO≈——=VREF（1+——） FV R2

输出电压调整围的计算：

VOR2 VF=VREF-VID=VZ-VID=———— R1+R2

R2 R2

忽略VID，则VREF=VZ≈VO————=VOη η= ——— ——叫取样分压比

R1+R2 R1+R2

VREF VZ ∴VO=———=—— η η

实用电路中：R1与R2之间接一电位器RP 当电位器滑动端调到最上端至a点：

VZ R2+RP VZ（R1+R2+RP）

VOmin=—— ηmax=————— ， VOmin=—————— ηmax R1+R2+RP R2+RP 当电位器滑动端调到最下端至b点：

VZ R2 VZ（R1+R2+RP） VOmax=—— ，ηmin=———— ， VOmax=—————— ηmin R1+R2+RP R2

小结：本次课要求熟练掌握串联反馈式稳压电路的稳压原理及输出电压调整围的作业：10.7 10.8