模拟电子技术经典教程 半导体电路分析基础

3半导体电路分析基础§3.1放大电路及其性能表征放大的概念放大的实质输出信号大于输入信号即为放大放大电路输出信号的能量来源于有源器件上的直流偏置电源，所以放大器实质上是一种能量控制器或能量转换器。放大电路的性能表征放大倍数电压放大倍数ioVVVA电压增益20logVVGA电流放大倍数ioIIIA互导放大倍数ioGVIA互阻放大倍数ioRIVA123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Sep-2003SheetofFile:E:\LONG\T_MD\T_MD31201.schDrawnBy:++.sRCC.O.RR.BvC.－EVI＋iI－＋s(b)BLV放大电路(a)ViCiOBBVVR＋－＋－放大电路放大电路的性能表征输入电阻iiiIVRSiSiiVRRRV所以123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:3-Aug-2003SheetofFile:E:\long\T_MD\T_MD31202.schDrawnBy:.T－.Lo.s(b)o+LR＋R.IiRI放大电路放大电路.o＋－T－.(a)R＋I..+ViVVioViRIV.s...oVSsVAV....oiisVVVV.iVsiRARR对信号源的电压放大倍数放大电路的性能表征输出电阻LS0TToRVIVR＝123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Sep-2003SheetofFile:E:\LONG\T_MD\T_MD31203.schDrawnBy:++.RI＋LsRRR.(b)oIVT.放大电路－＝0V(a)sI.Vsois...R.oTV－oL放大电路＋iRV＋－＋－RoVo’+_'LooLoRvvRR空载时的输出电压输出电阻越小，负载上得到的输出电压越大，电路带负载能力越强。123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:18-Sep-2003SheetofFile:E:\LONG\T_MD\T_MD31203.schDrawnBy:++.RI＋LsRRR.(b)oIVT.放大电路－＝0V(a)sI.Vsois...R.oTV－oL放大电路＋iRV放大电路.0sV＋——放大电路的性能表征频率响应电路增益随输入信号的工作频率改变的特性称为放大电路的频率响应/频率特性放大电路的性能表征失真线性失真：由电路的频率响应引起的失真非线性失真：由器件的非线性引起的失真频率失真§3.2放大电路的直流分析放大电路的两种工作状态静态（直流）电路的输入为零，电路中各处的电压电流均为不变的直流量动态（交流）电路有交变的输入信号，电路中各处的电流电压均处于变动状态在线性放大区，交流信号与直流信号间是线性叠加的关系，故可将交流分析、直流分析分开分别加以讨论。直流工作点分析直流分析的目的求静态时电路的输入、输出电流和电压直流分析的分析方法图解法估算法对于三极管放大电路，图解法是利用三极管的特性曲线和外部电路所确定的负载线为基础，通过作图的方法求解电路的工作情况。根据电路的工作情况，进行近似计算图解法123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:8-May-2003SheetofFile:D:\long\T_MD\T_MD32101.schDrawnBy:β=1003010V/VV0100kΩ42kΩ10(a)v50CEB2i/μA20B1v30iBEC440V705CC(b)10B6iR6(c)CCR42ii/V3.7V254011E360/mA3B08350BB＝60μAC0B20写出输入回路方程在输入特性曲线上画出输入回路方程VBB＝RBiB＋vBE输入回路求两条曲线的交点Q，并读出交点处的坐标图解法123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:8-May-2003SheetofFile:D:\long\T_MD\T_MD32101.schDrawnBy:β=1003010V/VV0100kΩ42kΩ10(a)v50CEB2i/μA20B1v30iBEC440V705CC(b)10B6iR6(c)CCR42ii/V3.7V254011E360/mA3B08350BB＝60μAC0B20写出输出回路方程在输出特性曲线上画出输出回路方程（此曲线称为直流负载线）输出回路求两条曲线的交点Q，并读出交点处的坐标VCC＝RCiC＋vCE斜率-1RcRcVCCVCCvCEiC直流负载线斜率-1RcIBQRcVCCVCCvCEiC斜率-1RcQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率-1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC估算法123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:8-May-2003SheetofFile:D:\long\T_MD\T_MD32101.schDrawnBy:β=1003010V/VV0100kΩ42kΩ10(a)v50CEB2i/μA20B1v30iBEC440V705CC(b)10B6iR6(c)CCR42ii/V3.7V254011E360/mA3B08350BB＝60μAC0B20双极型三极管电路假设电路工作在放大状态BBBBBEVIRVBBBEBBVVIRBBBVR输入回路输出回路CBIICECCCCVVIR估算法场效应管电路假设电路工作在放大状态，利用回路方程和ID－VGS间的关系式，通过解联立方程的方法求得。输入回路方程：212GSDDDSRVVIRRRID和VGS间的关系式21GSDDSSPVIIV123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:5-Aug-2003SheetofFile:E:\long\T_MD\T_MD32108.schDrawnBy:V－R－DDVSS21kΩRD＝＋5VV＝1kΩVVR＝RSSJFETDSJFETG18kΩS82kΩ－＝－5V1kΩV＝DS1＝－3.2VG1kΩRS－V1＝V22RVDSS18kΩ82kΩII＝＋5VRSSV＝－5VR(a)D(b)21DDDDRSDDISVSRR+3.45mA＝5＋5－3.45－3.45=3.1VDD+GRVRDSSV()DSDDDDSVVIRR§3.3放大电路的交流分析基本共射放大电路的组成基本组成如下：三极管T负载电阻Rc、RL偏置电路VCC、Rb耦合电容C1、C2起放大作用。将变化的集电极电流转换为电压输出提供电源，并使三极管工作在线性区。输入耦合电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。VBB=VCC交流通路画交流通路的两条原则直流电源对地短路电容短路交流分析的方法模型分析法小信号模型器件模型图解分析法既适合于小信号分析，也适合于大信号分析交流负载线交流负载线过静态工作点，在三极管输出特性曲线上做电路的交流输出回路方程，此曲线称为交流负载线。'//cecCLcLviRRiR交流输出回路方程：交流负载线直流负载线图解分析法分析思路biivcicev输入特性曲线cbii输出特性曲线交流负载线根据vi和输入特性上求出iB的波形；根据iB的波形画出iC的波形；图解法分析步骤QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQ`Q``IBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQ`Q``IBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060图解法分析步骤利用静态工作点Q和交流负载线，根据ic的波形，在输出特性曲线上求出vCE的波形；vCE中的交流分量vce即为输出电压vo的波形。QICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线QQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uAQQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uAQQ`Q``ICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线20uA40uA60uAQ点选取对输出波形的影响（动画3-2)Q点太高,会出现饱和失真Q点太低,会出现截止失真Q点取在交流负载线的中点时，输出波形可取得最大动态范围。（动画3-1）（动画3-4)用H参数小信号模型分析共射极基本放大电路共射极放大电路1.利用直流通路求Q点bBECCBRVVI一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，已知。BCIβIcCCCCERIVVbIcIbIbIcIbI2.画出小信号等效电路RbbIcIbIviRbiVbIcIOVbIRbviRciVbIcIOVbI共射极放大电路icvce+-交流通路RbviRcRLiVbIcIOVbIH参数小信号等效电路固定偏流共射电路3.求电压放大倍数根据RbviRcRLiVbIcIOVbIbebirIVbcII)//(LccORRIV则电压放大倍数beLcbebLcbbebLcciO)//()//()//(rRRrIRRIrIRRIVVAV固定偏流共射电路4.求输入电阻RbRcRLiVbIcIOVbIRiiIbebiii//rRIVR5.求输出电阻令0iV0bI0bIRo=Rc所以固定偏流共射电路1.电路如图所示。试画出其小信号等效模型电路。-VCCRcRLReRb2Rb1Cb2Cb1+-vo+-vi++cebbIbIrbeebcbIbIRerbeebcbIiIiVbIRb2Rerbe+-ebcbIiIiVbIRb1Rb2Rerbe+-ebcbIiIiVbIRb1Rb2RcRerbe+-ebcbIiIiVbIoVRb1Rb2RcReRLrbe+-+-ebc解：例题例题解：（1）4Vk4mA212cCCCCERIVVmA2uA4050BCIβIuA40k300V12bCCbBECCBRVRVVI（2）863)mA()mV(26)1(200)mA()mV(26)1(200CEbeIIr87.115)//(beLcioVrRRVVA863//bebebirrRRk4coRR36.73)87.115(500863863VsiiiosisoVSARRRVVVVVVAioVVVAsoVSVVA2.放大电路如图所示。试求：（1）Q点；（2）、oiRR、、。已知=50。Rs+–Vs–Vi+放大电路RiQvCE/ViC/mAiB=0IBQ1温度对工作点的影响1.温度变化对ICBO的影响2.温度变化对输入特性曲线的影响温度T输出特性曲线上移)()C25CBO(CBO00TTkTeIIV102.2)(30)C25BE(BE0TTVVT温度T输入特性曲线左移3.温度变化对的影响温度每升高1°C，要增加0.5%1.0%温度T输出特性曲线族间距增大QvCE/ViC/mAiB=0IBQ1总之：ICBOICEOTVBEIBIC射极偏置电路1.稳定工作点原理目标：温度变化时，使IC维持恒定。如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。T稳定原理：ICIE