模电第四章PPT课件
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模电第四章1
（Metal-Oxide-Semiconductor type Field Effect Transistor）
表面场效应器件
N沟道 金属-氧化物 -半导体场效 应管 （MOSFET） P沟道
增强型
耗尽型 增强型
vGS=0时，不存在导电沟 道 vGS=0时，存在导电沟道
耗尽型
6
第四章
一. 增强型MOS管的结构及工作原理
vi
R2
50K
D
C2 S
RS RL
10K 10K
R2=50k RG=1M RS=10k RL=10k
vo gm =3mA/V
VDD=20V
AV
gm RL 1 gm RL
ri=RG+R1//R2
=[3 (10//10) ]/[1+3 (10//10) ]=0.94
ro
Rs 1 gm Rs
2） 饱和漏极电流IDSS
3） 漏源击穿电压V（BR）DS
4) 栅源击穿电压V（BR）GS
5） 直流输入电阻RGS
6） 最大耗散功率PDM
7） 跨导gm
在vDS为定值的条件下, 漏极电流变化量与 引起这个变化的栅源电压变化量之比, 称为跨
导或互导, 即
g i v m
D
V 常数 DS
GS
12
第四章
§4.1 结型场效应管
体内场效应器件 一. 结型场效应管的结构及工作原理
d 漏极 耗尽层 d
g 栅极
P
P
N
g s
s 源极
N沟道结型场效应管结构和符号
1
第四章
d 漏极 耗尽层
g 栅极
N
N
P
表面场效应器件
N沟道 金属-氧化物 -半导体场效 应管 （MOSFET） P沟道
增强型
耗尽型 增强型
vGS=0时，不存在导电沟 道 vGS=0时，存在导电沟道
耗尽型
6
第四章
一. 增强型MOS管的结构及工作原理
vi
R2
50K
D
C2 S
RS RL
10K 10K
R2=50k RG=1M RS=10k RL=10k
vo gm =3mA/V
VDD=20V
AV
gm RL 1 gm RL
ri=RG+R1//R2
=[3 (10//10) ]/[1+3 (10//10) ]=0.94
ro
Rs 1 gm Rs
2） 饱和漏极电流IDSS
3） 漏源击穿电压V（BR）DS
4) 栅源击穿电压V（BR）GS
5） 直流输入电阻RGS
6） 最大耗散功率PDM
7） 跨导gm
在vDS为定值的条件下, 漏极电流变化量与 引起这个变化的栅源电压变化量之比, 称为跨
导或互导, 即
g i v m
D
V 常数 DS
GS
12
第四章
§4.1 结型场效应管
体内场效应器件 一. 结型场效应管的结构及工作原理
d 漏极 耗尽层 d
g 栅极
P
P
N
g s
s 源极
N沟道结型场效应管结构和符号
1
第四章
d 漏极 耗尽层
g 栅极
N
N
P
模电第四章课件(1)
1.过零比较器
只用一个开环状态的集成运放组成的过零比较器电路简单，若希望比较器的输出幅度限制在一定的范围内(如要求与TTL数字电路的逻辑电平兼容)，需加上限幅措施。 利用稳压管限幅的过零比较器:
此外，已知Q和 ，利用 可计算出带通滤波器的带宽。
可求出其幅频响应曲线如图。图中，Q值越高，通频带越窄。
(4)双T带阻滤波器 带阻滤波器是用来抑制或衰减某一频段的信号，而让该频段以外的所有信号通过。 (a)双T网络的频率响应 利用星形三角形变换原理， 可以将图4.2.6(a)所示双T网络 简化为图(b)所示的 型等效 电路。有
第四章 集成运算放大器
集成运放的基本应用电路，从功能上看，有信号的运算、处理与产生电路等。
4.1 基本运算电路 4.2 有源滤波器 4.3 电压比较器
4.1 基本运算电路
4.1.1 比例运算电路 4.1.2 求和运算电路 4.1.3 积分和微分运算电路 4.1.4 对数和反对数运算电路 4.1.5 非理想运放运算电路的分析
(动画4.1.1)
4.1.1 比例运算电路 根据输入信号接法的不同，有三种基本形式：反相输入、同相输入以及差分输入比例电路。 经电阻 加到集成运 放的反相输入端，其同 相输入端经电阻 接地。 通常选择的阻值为
1.反相比例运算电路
输入电压接至同相输入端，输出电压通过电阻 接到反相输入端，反相输入端通过电阻 接地。
幅频特性：
利用理想集成运放的特性得 传递函数 式中 就是 截止角频率 。 频率响应
4.2.2.一阶有源滤波器
低通滤波器的归一化幅频响应(其中实线表示实际的幅频响应，虚线表示理想情况)。 一阶滤波器的滤 波效果不够好。若要 求响应曲线以-40dB 或-60dB/十倍频的斜 率变化，则需采用二 阶、三阶或更高阶次 的滤波器。对于高于 二阶的滤波器，常可由一阶、二阶有源滤波器构成。
只用一个开环状态的集成运放组成的过零比较器电路简单，若希望比较器的输出幅度限制在一定的范围内(如要求与TTL数字电路的逻辑电平兼容)，需加上限幅措施。 利用稳压管限幅的过零比较器:
此外，已知Q和 ，利用 可计算出带通滤波器的带宽。
可求出其幅频响应曲线如图。图中，Q值越高，通频带越窄。
(4)双T带阻滤波器 带阻滤波器是用来抑制或衰减某一频段的信号，而让该频段以外的所有信号通过。 (a)双T网络的频率响应 利用星形三角形变换原理， 可以将图4.2.6(a)所示双T网络 简化为图(b)所示的 型等效 电路。有
第四章 集成运算放大器
集成运放的基本应用电路，从功能上看，有信号的运算、处理与产生电路等。
4.1 基本运算电路 4.2 有源滤波器 4.3 电压比较器
4.1 基本运算电路
4.1.1 比例运算电路 4.1.2 求和运算电路 4.1.3 积分和微分运算电路 4.1.4 对数和反对数运算电路 4.1.5 非理想运放运算电路的分析
(动画4.1.1)
4.1.1 比例运算电路 根据输入信号接法的不同，有三种基本形式：反相输入、同相输入以及差分输入比例电路。 经电阻 加到集成运 放的反相输入端，其同 相输入端经电阻 接地。 通常选择的阻值为
1.反相比例运算电路
输入电压接至同相输入端，输出电压通过电阻 接到反相输入端，反相输入端通过电阻 接地。
幅频特性：
利用理想集成运放的特性得 传递函数 式中 就是 截止角频率 。 频率响应
4.2.2.一阶有源滤波器
低通滤波器的归一化幅频响应(其中实线表示实际的幅频响应，虚线表示理想情况)。 一阶滤波器的滤 波效果不够好。若要 求响应曲线以-40dB 或-60dB/十倍频的斜 率变化，则需采用二 阶、三阶或更高阶次 的滤波器。对于高于 二阶的滤波器，常可由一阶、二阶有源滤波器构成。
电子技术基础模拟部分第四章PPT课件
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第四章 场效应管放大电路
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图5 VGS对沟道电阻的控制作用
第四章 场效应管放大电路
上述分析表明: (a)改变栅源电压vGS的大小，可以有效控制沟道电阻的大小. (b)若同时在漏源-极间加上固定的正向电压vDS，则漏极电流 iD将受vGS的控制，|vGS|增大时，沟道电阻增大，iD减小。 (c)上述效应也可以看作是栅-源极间的偏置电压在沟道两边 建立了电场，电场强度的大小控制了沟道的宽度，即控制了 沟道电阻的大小，从而控制了漏极电流iD的大小。
第四章 场效应管放大电路
4 场效应管放大电路
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第四章 场效应管放大电路
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前言
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第四章 场效应管放大电路
引言： 1.场效应管的特点 (1)它是利用改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的
Page 21
第四章 场效应管放大电路
Page 22
图6 vDS对iD的影响
在上述两个电源的作用下,iD的大小主要受栅-源电压vGS控 制，同时也受漏-源电压vDS的影响。
因此，讨论场效应管的工作原理就是： a.讨论栅-源电压vGS对漏极电流iD（或沟道电阻）的控制作用 b.讨论漏-源电压vDS对漏极电流iD的影响。
Page 15
第四章 场效应管放大电路
(2)vGS对iD的控制作用 图5所示电路说明了vGS对沟道电阻的控制作用。为便于讨 论，先假设漏-源极间所加的电压vDS=0。 a. 当vGS=0时，沟道较宽，其电阻较小，如图5(a)所示。 b. 当VPvGS<0，且其大小增加时，在这个反偏电压的作用 下，两个P+N结耗尽层将加宽。由于N区掺杂浓度小于P+ 区，因此，随着|vGS| 的增加，耗尽层将主要向N沟道中扩 展，使沟道变窄，沟道电阻增大，如图5(b)所示。
第四章 场效应管放大电路
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图5 VGS对沟道电阻的控制作用
第四章 场效应管放大电路
上述分析表明: (a)改变栅源电压vGS的大小，可以有效控制沟道电阻的大小. (b)若同时在漏源-极间加上固定的正向电压vDS，则漏极电流 iD将受vGS的控制，|vGS|增大时，沟道电阻增大，iD减小。 (c)上述效应也可以看作是栅-源极间的偏置电压在沟道两边 建立了电场，电场强度的大小控制了沟道的宽度，即控制了 沟道电阻的大小，从而控制了漏极电流iD的大小。
第四章 场效应管放大电路
4 场效应管放大电路
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第四章 场效应管放大电路
引言： 1.场效应管的特点 (1)它是利用改变外加电压产生的电场强度来控制其导电能力的
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第四章 场效应管放大电路
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图6 vDS对iD的影响
在上述两个电源的作用下,iD的大小主要受栅-源电压vGS控 制，同时也受漏-源电压vDS的影响。
因此，讨论场效应管的工作原理就是： a.讨论栅-源电压vGS对漏极电流iD（或沟道电阻）的控制作用 b.讨论漏-源电压vDS对漏极电流iD的影响。
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第四章 场效应管放大电路
(2)vGS对iD的控制作用 图5所示电路说明了vGS对沟道电阻的控制作用。为便于讨 论，先假设漏-源极间所加的电压vDS=0。 a. 当vGS=0时，沟道较宽，其电阻较小，如图5(a)所示。 b. 当VPvGS<0，且其大小增加时，在这个反偏电压的作用 下，两个P+N结耗尽层将加宽。由于N区掺杂浓度小于P+ 区，因此，随着|vGS| 的增加，耗尽层将主要向N沟道中扩 展，使沟道变窄，沟道电阻增大，如图5(b)所示。
第四章模电幻灯片
(2) 双端输出时，理想情况下，KCMR → ；单端输
出时，共模抑制比不如双端输出高。
(3) 单端输出时，可以选择从不同的三极管输出， 而使输出电压与输入电压反相或同相。
(4) 单端输出时，由于引入很强的共模负反馈，两 个管子仍基本工作在差分状态。
(5) 单端输出时， Rid 2(R + rbe)。
(1) 静态工作点； (2) 差模电压放大倍数； (3) 输入、输出电阻。
在上述这些措施中，采用差动放大电路是目前应 用最广泛的能有效抑制零漂的方法。下面将对这种方法 作重点介绍。
4.1.2 基本差动放大电路
用三端器件组成的差分式放大电路
2. 有关概念
根据 vid=vi1vi2
vi c=12(vi 1vi 2)
有
vi1
=vic
vid 2
vi2
=vic
vid 2
共模信号相当于两个输入
v o1 2 v i1
1 2
Avd
Rc 2 rbe
接入负载时
Avd
=
β(Rc //RL) 2rbe
3. 主要指标计算 （1）差模情况
<C> 单端输入 ro re
等效于双端输入
指标计算与双端 输入相同。
Hale Waihona Puke 3. 主要指标计算（2）共模情况
<A> 双端输出 共模信号的输入使两管集
电极电压有相同的变化。
所以 vocvoc 1voc 20
入信号及负
载的两端均
不接地的情
况。
差分输入 单端输出
1. Ad 约为 双端输出时 的一半。
2. 由于引 入共模负反 馈，仍有较 高的KCMR。
3.适用于将 双端输入转 换为单端输 出。
出时，共模抑制比不如双端输出高。
(3) 单端输出时，可以选择从不同的三极管输出， 而使输出电压与输入电压反相或同相。
(4) 单端输出时，由于引入很强的共模负反馈，两 个管子仍基本工作在差分状态。
(5) 单端输出时， Rid 2(R + rbe)。
(1) 静态工作点； (2) 差模电压放大倍数； (3) 输入、输出电阻。
在上述这些措施中，采用差动放大电路是目前应 用最广泛的能有效抑制零漂的方法。下面将对这种方法 作重点介绍。
4.1.2 基本差动放大电路
用三端器件组成的差分式放大电路
2. 有关概念
根据 vid=vi1vi2
vi c=12(vi 1vi 2)
有
vi1
=vic
vid 2
vi2
=vic
vid 2
共模信号相当于两个输入
v o1 2 v i1
1 2
Avd
Rc 2 rbe
接入负载时
Avd
=
β(Rc //RL) 2rbe
3. 主要指标计算 （1）差模情况
<C> 单端输入 ro re
等效于双端输入
指标计算与双端 输入相同。
Hale Waihona Puke 3. 主要指标计算（2）共模情况
<A> 双端输出 共模信号的输入使两管集
电极电压有相同的变化。
所以 vocvoc 1voc 20
入信号及负
载的两端均
不接地的情
况。
差分输入 单端输出
1. Ad 约为 双端输出时 的一半。
2. 由于引 入共模负反 馈，仍有较 高的KCMR。
3.适用于将 双端输入转 换为单端输 出。
模电课件第四章集成运算放大电路
第四章 集成运算放大电路
§4.1集成运算放大电路概述 一、集成运放的电路结构特点
集成运算放大电路：高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
2019/7/28
模电课件
二、集成运放的电路组成
1、输入级：运算放大器的输入级通常是差分放大电路，其主 要功能是抑制共模干扰和温漂，双极型运放中差分管通常采 用CC-CB复合管，以便拓展通频带。 2、中间级：电压放大，要求：放大倍数要尽可能大，通常采 用共201射9/7/2或8 共源电路，并采用恒模电流课源件 负载和复合管以增加电压 放大倍数。
工作在放大状态。
当T0与 T1特性参数完全一致时，由U BE0 = U BE1可推得
IB0 = IB1 = IB IC0 = IC1 = Io 由基极输入回路得，
Io
IR
VCC
U BE R
I0 2IB
I0
2
I0
所以，I0
1 1 2
IR
基准电流
输出电流
当
时，I0 IR 。
在集成运放电路中通常只能制作小容量（几十pF）电容，不能 制作大201容9/7/量28 电解电容，级间通常模采电课用件 直接耦合。
四、以电流源为有源负载的放大电路
在集成运放的共射（共源）放大电路中，为了提高电压放大 倍数，常用电流源电路取代Rc （或Rd ），这样在电源电压不 变的情况下，既获得合适的静态电流，又可以得到很大的等效 的Rc（或 Rd ）。
（1） 运放电路的结构分解 输入级是一个差动放大电路，主要由T1、T3（共集-共基组合）
和T2、T4组成。中间放大级由T16、T17、T13组成共集—共射电路； 输出级由T14、T18 、 T19组成互补输出电路。
§4.1集成运算放大电路概述 一、集成运放的电路结构特点
集成运算放大电路：高电压放大倍数的直接耦合多级放大电路。
2019/7/28
模电课件
二、集成运放的电路组成
1、输入级：运算放大器的输入级通常是差分放大电路，其主 要功能是抑制共模干扰和温漂，双极型运放中差分管通常采 用CC-CB复合管，以便拓展通频带。 2、中间级：电压放大，要求：放大倍数要尽可能大，通常采 用共201射9/7/2或8 共源电路，并采用恒模电流课源件 负载和复合管以增加电压 放大倍数。
工作在放大状态。
当T0与 T1特性参数完全一致时，由U BE0 = U BE1可推得
IB0 = IB1 = IB IC0 = IC1 = Io 由基极输入回路得，
Io
IR
VCC
U BE R
I0 2IB
I0
2
I0
所以，I0
1 1 2
IR
基准电流
输出电流
当
时，I0 IR 。
在集成运放电路中通常只能制作小容量（几十pF）电容，不能 制作大201容9/7/量28 电解电容，级间通常模采电课用件 直接耦合。
四、以电流源为有源负载的放大电路
在集成运放的共射（共源）放大电路中，为了提高电压放大 倍数，常用电流源电路取代Rc （或Rd ），这样在电源电压不 变的情况下，既获得合适的静态电流，又可以得到很大的等效 的Rc（或 Rd ）。
（1） 运放电路的结构分解 输入级是一个差动放大电路，主要由T1、T3（共集-共基组合）
和T2、T4组成。中间放大级由T16、T17、T13组成共集—共射电路； 输出级由T14、T18 、 T19组成互补输出电路。
模电课件第4章
V2
＋
Re
－
－Ee
＋
Rs －
3 sin t ＋
－ (b)
图 4-4 (a) 原电路； (b) 分解为差模和共模信号电路
第4章 模拟集成电路基础 由图4-4(b)不难求出输出电压uo。假设V1管单端输出(即V1 集电极至地)电压为uo1，它为
uo1 Ad1uid Ac1uic
uo2 Ad 2uid Ac2uic
上述利用了对称性，即有Rc1=Rc2=Rc。
综上可得，差模电压放大倍数为
Ad
uo uid
Rc
Rs hie
第4章 模拟集成电路基础
当集电极之间接入负载电阻RL时，在差模信号作用下，RL 两端的电位向相反的方向变化，一端增量为正，另一端增量为
负， 并且绝对值相等，因而RL的中点电位是交流地电位。这样， 差模电压放大倍数为
第4章 模拟集成电路基础
第4章 模拟集成电路基础
4.1 模拟集成电路概述 4.2 差动放大器 4.3 典型模拟集成电路
第4章 模拟集成电路基础
4.1 模拟集成电路概述
4.1.1 集成电路分类
(a)
(b)
(c)
(d)
图 4-1 单个晶体管与完整的集成电路的比较 (a) 单个晶体三极管； (b) 集成块； (c) 双列直插型； (d) 扁平型
I E1
IE2
Ee UBE
Rs
1
2Re
通常Rs/(1+β)<<2Re, UBE=0.7V (硅管)，所以
I E1
IE2
Ee 0.7 2Re
可见，静态工作电流取决于Ee和Re。同时，由于Uc1=Uc2，故 Uo=0，通常称作零输入零输出。信号电压由两管基极输入， 放 大后的输出电压可以从两个集电极之间取出(双端输出)，也可以
最新模拟电子技术基础简明教程(第三版)第四章精品ppt课件
iC1 iB b iB1 VT1
c iC
iC2
iE1= iB2 VT2
iE e
与PNP型三极管等效
β = β1+β2+β1β2 ≈ β1β2
rbe= rbe1 +（1+ β1）rbe2
c
iB b
iB1
iC1= iB2
iC VT2
VT1
iC2
iE1
iE
e
与PNP型三极管等效
β = β1 （1 +β2）≈ β1β2
集成功率放大器的电路组成 集成功率放大器的主要技术指标 集成功率放大器的引脚和典型接法
下页 总目录
目前，利用集成电路工艺已经能够生产出品种繁多的集 成功率放大器。 集成功放除了具有一般集成电路的共同特点外，还有一 些突出的优点，主要有温度稳定性好，电源利用率高， 功耗较低，非线性失真较小等，还可以将各种保护电路 也集成在芯片内部，使用更加安全。 集成功放从用途划分，有通用型功放和专用型功放。 从芯片内部的构成划分，有单通道功放和双通道功放， 从输出功率划分，有小功率功放和大功率功放。
U C E 1 U E C 2 2 V C C
或 U C E 1 |U C E 2| 2 V C C
当VT2导电时， VT1截止，此时VT1的集电极承 受反向电压。当VT2饱和时， VT1的集电极电压 达到最大，此时：
U C E 1 2 V C C |U C E S 2 | 2 V C C
因此，功率三极管的集电极最大允许反向电压应为
U(BR)CEO2VCC
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▼ 集电极最大允许耗散功率PCM 在OCL互补对称电路中，直流电源提供的功率PV， 一部分转换成输出功率Po传送给负载，另一部分则 消耗在三极管内部，成为三极管的耗散功率PT ，使 管子发热。
模电课件41
. 通用型集成运放CF741内部电路
. 集成运放基本组成
+
u
输输输
-i
输输输
输输输
uo
输输输输
输入级：是提高运算放大器质量的关键部分。 要求：输入电阻高，能减少零漂和抑制干扰信号。 电路形式：采用具有恒流的差动放大电路，降低零 漂，提高KCMR。并且通常在低电流状态，以获得较 高的输入阻抗。
集成运放基本组成
第四章 集成运算放大电路
第四章 集成运算放大电路
§4.1 概述 §4.2 集成运放中的电流源 §4.3 集成运放的电路分析及其性能指标 §4.4 集成运放的种类、选择与使用
4.1 集成电路(IC)概述
集成电路 （Integrated Circuit 简称IC)
实质：是一个高增益的多级直接耦 合（差动放大）放大电路。
8—闲置端（NC）
78
2 ∞6
741
3
4
15
8765
CF741
1234
. 通用型集成运放CF741内部电路
集成电路的制造工艺流程： 设计 工艺加工 测试 封装
定义电路的输入输出（电路指标、性能）
原理电路设计
电路模拟(SPICE) 布局(Layout)
不符合
不符合
考虑寄生因素后的再模拟 原型电路制备
工艺问题
测试、评测 产品
定义问题
一、IC分类：
集成电路的种类很多，分类方法有以下几种：
1．按集成度的高低，如上所述，集成电路可分为小规模、 中规模、大规模和超大规模四类。
2．按导电类型的不同，集成电路可分为双极型（即BJT 型）集成电路和单极型（即MOS型）集成电路。
3．按功能的不同，集成电路可分为模拟集成电路和数字 集成电路两大类。模拟集成电路又可分为线性集成电路和 非线性集成电路。
模拟电子技术第四章01PPT课件
= 0.90.99 。
放大状态下BJT中载流子的传输过程
第 11 页
武汉大学电气工程学院
又设 根据 且令
1
IE=IB+ IC
IC= ICN+ ICBO
I CN
IE
ICEO= (1+ ) ICBO （穿透电流）
模拟电子技术
则
IC
ICEO IB
当ICICEO 时
IC IB
是另一个电流放大系数。同样，它也只与管
第 10 页
武汉大学电气工程学院
模拟电子技术
3. 电流分配关系
根据传输过程可知 IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBO流
即 I CN
IE
通常 IC >> ICBO
因此 I C
IE
为电流放大系数。它只
与管子的结构尺寸和掺杂浓度 有关，与外加电压无关。一般
实现这一传输过程的两个条件是：
（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区 杂质浓度，且基区很薄。
（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反 向偏置。
第 14 页
武汉大学电气工程学院
模拟电子技术
重要提示：
1) 对于给定三极管而言（以NPN为例），其电压vBE,vCE 和vBC中自由的有2个。但无论是哪两个作为控制量，决定 三极管工作状态的最终还要看发射结电压vBE和集电结电压 vBC 。因此，无论哪种接法，牢牢把握住这两个量，就能 正确分析三极管的状态。
电子技术基础－模拟部分 第四章 双极结型三极管
及放大电路基础
2011.01
武汉大学电气工程学院
模拟电子技术
整体概况
+ 概况1
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放大状态下BJT中载流子的传输过程
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又设 根据 且令
1
IE=IB+ IC
IC= ICN+ ICBO
I CN
IE
ICEO= (1+ ) ICBO （穿透电流）
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则
IC
ICEO IB
当ICICEO 时
IC IB
是另一个电流放大系数。同样，它也只与管
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模拟电子技术
3. 电流分配关系
根据传输过程可知 IE=IB+ IC IC= ICN+ ICBO流
即 I CN
IE
通常 IC >> ICBO
因此 I C
IE
为电流放大系数。它只
与管子的结构尺寸和掺杂浓度 有关，与外加电压无关。一般
实现这一传输过程的两个条件是：
（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区 杂质浓度，且基区很薄。
（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反 向偏置。
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模拟电子技术
重要提示：
1) 对于给定三极管而言（以NPN为例），其电压vBE,vCE 和vBC中自由的有2个。但无论是哪两个作为控制量，决定 三极管工作状态的最终还要看发射结电压vBE和集电结电压 vBC 。因此，无论哪种接法，牢牢把握住这两个量，就能 正确分析三极管的状态。
电子技术基础－模拟部分 第四章 双极结型三极管
及放大电路基础
2011.01
武汉大学电气工程学院
模拟电子技术
整体概况
+ 概况1
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模拟电子电路及技术基础第四章(ppt)
则当ui在17 V和18 V之间时， 反相电压0.5ui在8.5 V和9 V之 间， 此阶段VDZ截止， 不起稳压作用， uo=［RL/(R+RL)］ ui=0.5ui可变。
3. 晶体管和场效应管 1) 工作状态 晶体管的直流偏置电路中， 首先根据晶体管的类型标出 极电流的实际流向。 发射极直接接地时， 根据基极所接直流 偏置电压源确定基极电压的极性， 继而确定发射结正偏或反 偏， 需要注意NPN型晶体管和PNP型晶体管的发射结方向相 反； 发射极经过电阻接地时， 需要在假设的放大状态下计算 基极电流， 按实际流向， 如果基极电流的计算结果为正值， 则发射结正偏， 否则发射结反偏。 发射结的偏置情况确定后， 接下来的分析参见教材中的图4.1.1进行。 直流偏置电路中， 场效应管工作状态的判断参见教材中的图4.1.2进行， 计算栅 源极电压时需要注意栅极电流为零。
【例4-1】 半导体中载流子通过什么物理过程产生？ 半导体电流与哪些因素有关？
答 本征半导体中的载流子通过本征激发产生。 杂质半 导体中， 多子的绝大部分由掺杂产生， 极少部分由本征激 发产生； 少子则单纯由本征激发产生。
半导体电流分为漂移电流和扩散电流。 漂移电流与电 场强度、 载流子的浓度和迁移率有关， 扩散电流与载流子 沿电流方向单位距离的浓度差即浓度梯度有关。
图4-7 例4-8电路图及传输特性
5) 稳压二极管电路 稳压二极管的工作电流与输入电压、 限流电阻和负载 电阻有关， 工作电流的取值范围确定了上述三个参数的相 互限制关系， 给定其中的一个参数， 则可以由第二个参数 的变化范围确定第三个参数的变化范围。 稳压二极管工作 时加反相电压， 当反相电压不到其稳定电压值时， 稳压二 极管处于截止状态； 只有稳压二极管开路时， 反相电压达 到或超过其稳定电压值， 稳压二极管才进入击穿状态， 提 供稳定电压。
模拟电路4精品PPT课件
IC2≈
RE1 RE2
IR
基准电流 IR ≈
VCC – UBE R+RE1
3.微电流源
运放的输入级，静态电流很 小，只有μA级，或更小。
将上述电路中的RE0减小→0
则 IC2≈ IE2 =
UBE1 – UBE2 RE
输出电流 IC2≈
URTEln
IR IC2
此为关于IC2的超越方程，可由图解法求解
T1 IB1 IB2
IC2 T2
代入(1)式, 有IE2RE2 = IE1RE1+UTln(IE1/IE2) IE1 RE1 RE2 IE2
当β>>2时， IC1≈IE1≈IR , IC2≈IE2
∴IC2≈ IR(RE1/RE2)+(UT/RE2) ln(IE1/IE2)
当IE1、IE2相差不大时，输出电流
整理后，得： IC2 =
IR 2
≈IR
1+ β(1+β)
当β=10时， IC2 = 0.982 IR≈1.0IR
RE3用以增大IE3(使IE3 不至于过小)以增大β
二、威尔逊电流源
+VCC
T1、T2、T3 特性完全相同
令β1=β2=β3=β， IC1= IC2=IC
T1
对节点A, 有：IE3 = IC+ 2IB = IC+ 2 IC/β
一、有源负载共射放大电路
ib
RB β1ib ui rBE1
rCE1 rCE2 RL
uO
+VCC
T2
IC2
RB ui
IC1
T1 RL
T3 IC3
uO R IR
T1放大管, T2, T3为镜像电流源负载, IC1≈IR= (VCC –UEB3)/R
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射极跟随甲类输出级的工作原理
输出功率Po: Po Uo2/RLEc2/2RL
直流电源提供的功率PDC:
P D C 2 E cIcQ 2 E c(E c /R L ) 22% 5（最高）
集电极最大功耗：PCm ax PDC 4Po
效率低原因：静态电流造成的管耗较大，如果将Q 下移，使信号等于零时，电源的输出等于零或很小，信 号增大时，电源供给的功率增大，这样便可解决效率低 的问题。
转换效率：
η Po 100%25% PDC
电源供给的能量大多数以管耗的形式消耗掉，通常功
放电路中的工作管必须加散热片。
功率放大电路中的一些特殊问题
概述
1. 要求尽可能大的输出功率。管子工作在极限的工作状态。
2. 效率
= 负载得到的有用信号功率Po
电源供给的直流功率PDC
3. 非线性失真要小。
在大信号状态工作必然引起失真的问题，这就存在增
乙类功率输出级
电路组成
由一对NPN、PNP特性相同
ie1
的互补三极管组成。这种电路也
镜像电流源电路 工作三极管的集电极电流 是电流源电路的镜象(电流相等）
基本恒流源
由于两管特性相同，基射相同
Ec Ec
Ib 1Ib2 Ic1 Ic212
Ir Ic1Ib1Ib2Ic22Ib2
IIcr 1
T1
R
Ib1
IIbb12
T2
Ic2
Ir Ic22Ic2/ Ic2(12/)
由电路可得：Ir
双极型模拟集成电路
电流模电路 功率输出级电路 集成运算放大电路
电流模电路
概述 镜像电流源
概
述
电流模电路 以电流作为参量来处理模拟信号的电路 电流模技术 以电流作为参量来分析、设计电路的一种方法。
1.电流源电路是一个电流负反馈电路，并利用PN结的温度 特性，对电流源电路进行温度补偿，以减小温度对电流的影 响。 2.电流源电路用于模拟集成放大器中以稳定静态工作点，这 对直接耦合放大器是十分重要的。 3.用电流源做有源负载，可获得增益高、动态范围大的特性 4.在模拟集成电路中，常用的电流源电路有：镜象电流源、 精密电流源、微电流源、多路电流源、跨导线性电路等。
电流源。
因是的两有发在三:射集极极成管面电基积路极之S中T对e比11，、 、地来ST常e电2实2管分用位现发别改相比射为变等例T，电1、于流T源2
的U 。b不e 需1 I另eR 外11 制 极作U 的电b面阻e 积。2 I。eR 22
Io
II因 ccI21e1U bIIIeeec2111USISbreeIe21e22IeI1RcI12oIIoeSS2R ee212I r
Ir=Ic1+Ib3=Ic1+Ic3/3
Ic1=Ic2
Ic3
3Ie3 1 3
Ie3
Ic2
Ic1 β1
Ic2 β2
三只管子的特性一致即值相同
Ir Ic3(12
基本电流源 Ir
2)
2
Ic1(1
2
)
镜像电流源
多路恒流源
镜像电流源
通过一个基准电流源稳定多个三极管的工作点
电流，即可构成多路电流源，一个基准电流Ir 可获得多个恒定电流Io1、Io2。
大输出功率和失真严重的矛盾，这就要求在电路结构上进
行改进，尽可能大的提高输出功率，减小非线性失真。
4. 半导体三极管散热的问题
常见功放的静态工作状态 甲类 乙类 甲乙类
甲类功率输出级
射极跟随甲类输出级的结构 • T1—射极跟随输出。 • T2—恒流源偏置电路，提供 一个固定的偏流，有源负载。 • 双电源供电使静态工作时 Uo=0。
Ec
Ube R
R Ir
Ic1
Ic2 Io
若>>1 IoIc2Ic1Ir 有两个集电极
即从工作管输出的电流近似恒定的，电路且是面一积恒相流等源电路。
在集成电路中基本恒流源由双集电极横向PNP管组成。
比例电流源
镜像电流源
在镜象电流源电路的基础上，增加两个发射极电阻，使
两个发射极电阻中的电流成一定的比例关系，即可构成比例
Ec
Ui
T1 Io
IcQ
Uo Uom/ 2 Ec/ 2
当Ui<0时，输出电压Uo的最 大峰值为：
Uom= -Ec +Uces2 +IcQR2≈ -Ec 输出电压的有效值为：
R3
D1
R1
T2 RL
R2
Uo
- Ec
Uo Uom/ 2 Ec/ 2
Uces1
(2Ec -Uces2 -IcQR2)
甲类功率输出级
静态： 1.由恒流源提供一个稳定的ICQ。
2. IBQ=ICQ/
3. UCEQ=Ec
Ec
Ui
T1 Io
IcQ
R3
D1
R1
T2 RL
R2
Uo
- Ec
甲类功率输出级
射极跟随甲类输出级的工作原理
设输入Ui为一正弦信号 当Ui>0时，T1导通，输出
电压Uo的最大峰值为：
Uom=Ec-Uces1 ≈ Ec 输出电压的有效值为：
Io Ie2 R1 Ir Ie1 R2
Io
R1 R2
Ir
微电流源
通过接入R2电阻得到一个比基 准电流小许多倍的微电流源（A级 ），适用微功耗的集成电路中。
镜像电流源
Io
Ube1=Ube2+Ie2Re
Ie2Re = Ube1 -U be2
Io≈Ie2= (Ube1 -U be2)/R2=Ube /R2
由PN结电流方程可知： 一般Ies1=Ies2
Ube1 =UTln (Ie1 /Ies1) Ube2 =UTln (Ie2 /Ies2)
ln (Ir /Io) =IoR2/UT
由Ir=(Ec-Ube1)/R,而Io=Ube/R2,所以Io<<Ir 且Io 比Ir的稳定性要好。
传输精度高
威尔逊电流源
功率放大—信号不失真或轻度失真的条件下提 高输出功率，通常工作在大信号状态。 2. 分析方法：电压放大—采用微变等效电路法和图解法
功率放大—图解法
实例—典型的收音机电路
概述
变频
低放 中放
功放
Po=30mW
Ic=0.5mA Ic=2mA Ic=20mA
Ec=6V 电源供给的功率： PDC=EcIc=120mW
功率输出级
概述 甲类功率输出级 乙类功率输出级 甲乙类功率输出级
概
述
功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路
。为了获得大的输出功率，必须使 输出信号电压大； 输出信号电流大；
放大电路的输出电阻与负载匹配。 电压放大器与功率放大器的区别： 1. 任务不同：电压放大—不失真地提高输入信号的幅度，以 驱动后面的功率放大级，通常工作在小信号状态。
输出功率Po: Po Uo2/RLEc2/2RL
直流电源提供的功率PDC:
P D C 2 E cIcQ 2 E c(E c /R L ) 22% 5（最高）
集电极最大功耗：PCm ax PDC 4Po
效率低原因：静态电流造成的管耗较大，如果将Q 下移，使信号等于零时，电源的输出等于零或很小，信 号增大时，电源供给的功率增大，这样便可解决效率低 的问题。
转换效率：
η Po 100%25% PDC
电源供给的能量大多数以管耗的形式消耗掉，通常功
放电路中的工作管必须加散热片。
功率放大电路中的一些特殊问题
概述
1. 要求尽可能大的输出功率。管子工作在极限的工作状态。
2. 效率
= 负载得到的有用信号功率Po
电源供给的直流功率PDC
3. 非线性失真要小。
在大信号状态工作必然引起失真的问题，这就存在增
乙类功率输出级
电路组成
由一对NPN、PNP特性相同
ie1
的互补三极管组成。这种电路也
镜像电流源电路 工作三极管的集电极电流 是电流源电路的镜象(电流相等）
基本恒流源
由于两管特性相同，基射相同
Ec Ec
Ib 1Ib2 Ic1 Ic212
Ir Ic1Ib1Ib2Ic22Ib2
IIcr 1
T1
R
Ib1
IIbb12
T2
Ic2
Ir Ic22Ic2/ Ic2(12/)
由电路可得：Ir
双极型模拟集成电路
电流模电路 功率输出级电路 集成运算放大电路
电流模电路
概述 镜像电流源
概
述
电流模电路 以电流作为参量来处理模拟信号的电路 电流模技术 以电流作为参量来分析、设计电路的一种方法。
1.电流源电路是一个电流负反馈电路，并利用PN结的温度 特性，对电流源电路进行温度补偿，以减小温度对电流的影 响。 2.电流源电路用于模拟集成放大器中以稳定静态工作点，这 对直接耦合放大器是十分重要的。 3.用电流源做有源负载，可获得增益高、动态范围大的特性 4.在模拟集成电路中，常用的电流源电路有：镜象电流源、 精密电流源、微电流源、多路电流源、跨导线性电路等。
电流源。
因是的两有发在三:射集极极成管面电基积路极之S中T对e比11，、 、地来ST常e电2实2管分用位现发别改相比射为变等例T，电1、于流T源2
的U 。b不e 需1 I另eR 外11 制 极作U 的电b面阻e 积。2 I。eR 22
Io
II因 ccI21e1U bIIIeeec2111USISbreeIe21e22IeI1RcI12oIIoeSS2R ee212I r
Ir=Ic1+Ib3=Ic1+Ic3/3
Ic1=Ic2
Ic3
3Ie3 1 3
Ie3
Ic2
Ic1 β1
Ic2 β2
三只管子的特性一致即值相同
Ir Ic3(12
基本电流源 Ir
2)
2
Ic1(1
2
)
镜像电流源
多路恒流源
镜像电流源
通过一个基准电流源稳定多个三极管的工作点
电流，即可构成多路电流源，一个基准电流Ir 可获得多个恒定电流Io1、Io2。
大输出功率和失真严重的矛盾，这就要求在电路结构上进
行改进，尽可能大的提高输出功率，减小非线性失真。
4. 半导体三极管散热的问题
常见功放的静态工作状态 甲类 乙类 甲乙类
甲类功率输出级
射极跟随甲类输出级的结构 • T1—射极跟随输出。 • T2—恒流源偏置电路，提供 一个固定的偏流，有源负载。 • 双电源供电使静态工作时 Uo=0。
Ec
Ube R
R Ir
Ic1
Ic2 Io
若>>1 IoIc2Ic1Ir 有两个集电极
即从工作管输出的电流近似恒定的，电路且是面一积恒相流等源电路。
在集成电路中基本恒流源由双集电极横向PNP管组成。
比例电流源
镜像电流源
在镜象电流源电路的基础上，增加两个发射极电阻，使
两个发射极电阻中的电流成一定的比例关系，即可构成比例
Ec
Ui
T1 Io
IcQ
Uo Uom/ 2 Ec/ 2
当Ui<0时，输出电压Uo的最 大峰值为：
Uom= -Ec +Uces2 +IcQR2≈ -Ec 输出电压的有效值为：
R3
D1
R1
T2 RL
R2
Uo
- Ec
Uo Uom/ 2 Ec/ 2
Uces1
(2Ec -Uces2 -IcQR2)
甲类功率输出级
静态： 1.由恒流源提供一个稳定的ICQ。
2. IBQ=ICQ/
3. UCEQ=Ec
Ec
Ui
T1 Io
IcQ
R3
D1
R1
T2 RL
R2
Uo
- Ec
甲类功率输出级
射极跟随甲类输出级的工作原理
设输入Ui为一正弦信号 当Ui>0时，T1导通，输出
电压Uo的最大峰值为：
Uom=Ec-Uces1 ≈ Ec 输出电压的有效值为：
Io Ie2 R1 Ir Ie1 R2
Io
R1 R2
Ir
微电流源
通过接入R2电阻得到一个比基 准电流小许多倍的微电流源（A级 ），适用微功耗的集成电路中。
镜像电流源
Io
Ube1=Ube2+Ie2Re
Ie2Re = Ube1 -U be2
Io≈Ie2= (Ube1 -U be2)/R2=Ube /R2
由PN结电流方程可知： 一般Ies1=Ies2
Ube1 =UTln (Ie1 /Ies1) Ube2 =UTln (Ie2 /Ies2)
ln (Ir /Io) =IoR2/UT
由Ir=(Ec-Ube1)/R,而Io=Ube/R2,所以Io<<Ir 且Io 比Ir的稳定性要好。
传输精度高
威尔逊电流源
功率放大—信号不失真或轻度失真的条件下提 高输出功率，通常工作在大信号状态。 2. 分析方法：电压放大—采用微变等效电路法和图解法
功率放大—图解法
实例—典型的收音机电路
概述
变频
低放 中放
功放
Po=30mW
Ic=0.5mA Ic=2mA Ic=20mA
Ec=6V 电源供给的功率： PDC=EcIc=120mW
功率输出级
概述 甲类功率输出级 乙类功率输出级 甲乙类功率输出级
概
述
功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路
。为了获得大的输出功率，必须使 输出信号电压大； 输出信号电流大；
放大电路的输出电阻与负载匹配。 电压放大器与功率放大器的区别： 1. 任务不同：电压放大—不失真地提高输入信号的幅度，以 驱动后面的功率放大级，通常工作在小信号状态。