半导体电路分析基础.ppt
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放大的概念放大的概念放大的实质放大的实质输出信号大于输入信号即为放大输出信号大于输入信号即为放大放放大大电电路路输输出出信信号号的的能能量量来来源源于于有有源源器器件件上上的的直直流流偏偏置置电电源源，，所所以以放放大大器器实实质质上上是是一种能量控制器或能量转换器一种能量控制器或能量转换器 放大电路的性能表征放大电路的性能表征放大倍数放大倍数电压放大倍数电压放大倍数电压增益电压增益电流放大倍数电流放大倍数互导放大倍数互导放大倍数互阻互阻放大倍数放大倍数＋－＋－放放大大电电路路 放大电路的性能表征放大电路的性能表征输入电阻输入电阻所以所以对对信号源的电信号源的电压放大倍数压放大倍数 放大电路的性能表征放大电路的性能表征输出电阻输出电阻＋－＋－RoVo’+_空载时的输出电压空载时的输出电压输出电阻越小，负载上得到的输出电阻越小，负载上得到的输出电压越大，电路带负载能输出电压越大，电路带负载能力越强放放大大电电路路＋—— 放大电路的性能表征放大电路的性能表征频率响应频率响应电电路路增增益益随随输输入入信信号号的的工工作作频频率率改改变变的的特性称为放大电路的频率响应特性称为放大电路的频率响应/频率特性频率特性 放大电路的性能表征放大电路的性能表征失真失真线性失真：线性失真：由电路的频率响应引起的失真由电路的频率响应引起的失真非线性失真：非线性失真：由器件的非线性引起的失真由器件的非线性引起的失真频率失真频率失真 放大电路的两种工作状态放大电路的两种工作状态静态（直流）静态（直流）电路的输入为零，电路中各处的电压电路的输入为零，电路中各处的电压电流均为不变的直流量电流均为不变的直流量动态（交流）动态（交流）电路有交变的输入信号，电路中各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处的电流电压均处于变动状态在线性性放放大大区区，，交交流流信信号号与与直直流流信信号号间间是是线线性性叠叠加加的的关关系系，，故故可可将将交交流流分分析、直流分析分开分别加以讨论。
析、直流分析分开分别加以讨论 直直流流工工作作点点分分析析直流分析的目的直流分析的目的求求静态时电路的输入、输出电静态时电路的输入、输出电流和电压流和电压直流分析的分析方法直流分析的分析方法图解法图解法估算法估算法对对于于三三极极管管放放大大电电路路，，图图解解法法是是利利用用三三极极管管的的特特性性曲曲线线和和外外部部电电路路所所确确定定的的负负载载线线为为基基础础，，通通过过作作图图的的方方法法求求解电路的工作情况解电路的工作情况根据电路的工作情况，进根据电路的工作情况，进行近似计算行近似计算 图解法图解法写出输入回路方程写出输入回路方程在在输输入入特特性性曲曲线线上上画画出出输入回路方程输入回路方程V VBBBB＝＝R RB Bi iB B＋＋v vBEBE输入回路输入回路求求两两条条曲曲线线的的交交点点Q，，并读出交点处的坐标并读出交点处的坐标 图解法图解法写出输出回路方程写出输出回路方程在在输输出出特特性性曲曲线线上上画画出出输输出出回回路路方方程程（（此此曲曲线线称为称为直流负载线直流负载线））输出回路输出回路求求两两条条曲曲线线的的交交点点Q，，并读出交点处的坐标并读出交点处的坐标V VCCCC＝＝R RC Ci iC C＋＋v vCECE 直流负载线直流负载线 估算法估算法双极型双极型三极管电路三极管电路假设电路工作在放大状态假设电路工作在放大状态输入回路输入回路输出回路输出回路 估算法估算法场效应管电路场效应管电路假假设设电电路路工工作作在在放放大大状状态态，，利利用用回回路路方方程程和和ID－－VGS间间的的关关系系式式，，通通过解联立方程的方法求得。
过解联立方程的方法求得输入回路方程：输入回路方程：ID和和VGS间的关系式间的关系式 基本共射放大电路的组成基本共射放大电路的组成基本组成如下：基本组成如下：三三 极极 管管T负载电阻负载电阻Rc 、RL偏置电路偏置电路VCC 、、Rb耦合电容耦合电容C1 、C2起放大作用起放大作用将变化的集电极电流将变化的集电极电流转换为电压输出转换为电压输出提供电源，并使三极管提供电源，并使三极管工作性区工作性区输入耦合电容输入耦合电容C C1 1保证信号加到保证信号加到发射结，不影响发射结偏置发射结，不影响发射结偏置输出耦合电容输出耦合电容C C2 2保证信号输送保证信号输送到负载，不影响集电结偏置到负载，不影响集电结偏置VBB=VCC 交流通路交流通路画画交流通路的两条原则交流通路的两条原则直流电源对地短路直流电源对地短路电容短路电容短路 交流分析的方法交流分析的方法模型分析法模型分析法小小信号模型信号模型器件模型器件模型图解分析法图解分析法既既适合于小信号分析，也适合于大信号分析适合于小信号分析，也适合于大信号分析 交流负载线交流负载线交交流流负负载载线线过过静静态态工工作作点点，，在在三三极极管管输输出出特特性性曲曲线线上上做做电电路路的的交交流流输输出出回回路路方方程程，，此此曲曲线线称为称为交流负载线交流负载线。
交流输出回路方程：交流输出回路方程：交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线 图解分析法图解分析法分分析析思思路路输入特性曲线输入特性曲线输出特性曲输出特性曲线线交流负载线交流负载线 根据根据vi和输入特性上求出和输入特性上求出iB的波形；的波形；根据根据iB的波形画出的波形画出iC的波形；的波形；图图解解法法分分析析步步骤骤 图图解解法法分分析析步步骤骤利用静态工作点利用静态工作点Q Q和交流负载线，根据和交流负载线，根据ic的波的波形，在输出特性曲线上求出形，在输出特性曲线上求出vCE的波形；的波形；vCE中的交流分量中的交流分量vce即为输出电压即为输出电压vo的波形 Q点选取对输出波形的影响点选取对输出波形的影响（（动画动画3-2)Q Q点太高点太高, ,会出现饱和失真会出现饱和失真Q Q点太低点太低, ,会出现截止失真会出现截止失真Q Q点取在交流负载线的中点取在交流负载线的中点时，输出波形可取得最点时，输出波形可取得最大动态范围大动态范围动画（动画3-1））（（动画动画3-4) 用用H参数小信号模型分析共参数小信号模型分析共 射极基本放大电路射极基本放大电路 共射极放大电路共射极放大电路1. 利用直流通路求利用直流通路求Q点点一般硅管一般硅管VBE=0.7V，，锗管锗管VBE=0.2V，， 已知已知。
2. 画出小信号等效电路画出小信号等效电路RbviRbRbviRc共射极放大电路共射极放大电路icvce+-交流通路交流通路RbviRcRLH参数小信号等效电路参数小信号等效电路 固定偏流固定偏流共射电路共射电路 3. 求电压放大倍数求电压放大倍数根据根据RbviRcRL则电压放大则电压放大倍数倍数 固定偏流固定偏流共射电路共射电路 4. 求输入电阻求输入电阻RbRcRLRi5. 求输出电阻求输出电阻令令Ro = Rc 所以所以 固定偏流固定偏流共射电路共射电路 1. 电路如图所示电路如图所示试画出试画出其小信号等效模型电路其小信号等效模型电路 解：解：例题例题 例题例题 解：解：（（1））（（2））2. 放大电路如图所示试求：（放大电路如图所示试求：（1））Q点；（点；（2））、、、、已知已知 =50 温度对工作点的影响温度对工作点的影响1. 温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响2. 温度变化对输入特性曲线的影响温度变化对输入特性曲线的影响温度温度T 输出特性曲线上移输出特性曲线上移温度温度T 输入特性曲线左移输入特性曲线左移3. 温度变化对温度变化对 的影响的影响温度每升高温度每升高1 °C ，， 要增加要增加0.5% 1.0%温度温度T 输出特性曲线族间距增大输出特性曲线族间距增大总之：总之： ICBO ICEO T VBE IB IC 射极偏置电路射极偏置电路1. 稳定工作点原理稳定工作点原理目标：温度变化时，使目标：温度变化时，使I IC C维持恒定。
维持恒定 如果温度变化时，如果温度变化时，b b点电位能基点电位能基本不变本不变，则可实现静态工作点的稳，则可实现静态工作点的稳定T 稳定原理：稳定原理： IC IE IC VE 、、VB不变不变 VBE IB （反馈控制）（反馈控制）b点电位基本不变的条件：点电位基本不变的条件：I1 >>IB此时，此时，不随温度变化而变化不随温度变化而变化 且且Re可取可取大些，反馈控制作用更强大些，反馈控制作用更强 一般取一般取 I1 =(5~10)IB 2. 放大电路指标分析放大电路指标分析①①静态工作点静态工作点 射极偏射极偏 置电路置电路 2. 放大电路指标分析放大电路指标分析②②电压增益电压增益输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe
试求电压增益、输入电阻和输示试求电压增益、输入电阻和输出电阻2）电压增益）电压增益（（3）输入电阻）输入电阻得得 解：解： （（1 1）小信号模型）小信号模型由由例题例题 （（4 4）输出电阻）输出电阻所以所以由图有由图有例题例题 频频响响的的基基本本概概念念电路增益随输入信号的工作频率改变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的特性称为放大电路的频率响应频率响应幅频响应幅频响应相频相频响应响应 基本反相放大器的频率响应基本反相放大器的频率响应下限频率下限频率上限频率上限频率通通频带频带 频频率率失失真真幅度失真幅度失真相位失真相位失真（（动画动画5－－1））放大电路对不同频率成分信号的放大倍数放大电路对不同频率成分信号的放大倍数大小不同，从而使输出波形产生失真大小不同，从而使输出波形产生失真 放大电路对不同频率成分信号的相移不放大电路对不同频率成分信号的相移不同，从而使输出波形产生的失真同，从而使输出波形产生的失真 对对数数频频率率特特性性频率采用频率采用对数刻度对数刻度，而幅度或，而幅度或相位采用相位采用线性刻度线性刻度所表示的频所表示的频率特性，称为对数频率特性率特性，称为对数频率特性。
对数刻对数刻度度线性刻度线性刻度 波波特特图图幅频响应和相频响应图不采用逐幅频响应和相频响应图不采用逐点描绘取得，而采用折线近似得点描绘取得，而采用折线近似得到，称为到，称为波特图波特图近似近似折线折线 简单简单RC电路的频率响应电路的频率响应RCRC低通电路的频率响应低通电路的频率响应 幅频响应和相频响应幅频响应和相频响应幅频响应幅频响应相频响应相频响应 幅频响应幅频响应幅频幅频特性图特性图上限频率上限频率 最大误差最大误差 -3dB②②频率响应曲线描述频率响应曲线描述幅频响应幅频响应0分贝水平线分贝水平线斜率为斜率为 -20dB/十倍频程十倍频程 的直线的直线相频响应相频响应RC低通电路的频率响应低通电路的频率响应表示输出与输入的相位差表示输出与输入的相位差高频时，输出滞后输入高频时，输出滞后输入因为因为所以所以动画动画3.7.2 RCRC高通电路的频率响应高通电路的频率响应 幅频响应和相频响应幅频响应和相频响应幅频响应幅频响应相频响应相频响应 幅频响应幅频响应幅频幅频特性图特性图下限频率下限频率动画动画3.7.4 相频响应相频响应相频特性图相频特性图动画动画3.7.4 三极管电流放大倍数的频率响应三极管电流放大倍数的频率响应－－共射极截止频率－－共射极截止频率－－特征频率－－特征频率－－共基极截止频率－－共基极截止频率 BJT的高频小信号模型的高频小信号模型由于电容的容抗是与频率有关的，所以在由于电容的容抗是与频率有关的，所以在高频时要考虑高频时要考虑BJT的极间电容。
的极间电容C Cb b e e －－发射结电容发射结电容C Cb b c c－－集电结电容集电结电容r rb b c c－－集电结电阻集电结电阻低频小信号模型低频小信号模型Cb’crb’cCb’e高频简化模型高频简化模型 密勒密勒定理等效后的模型定理等效后的模型令令密勒密勒等效后等效后的模型的模型密勒密勒电电容容 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应处理方法处理方法耦合电容耦合电容/隔直电容隔直电容短路短路三极管用高频小信号模三极管用高频小信号模型取代型取代共射共射放大电路放大电路 共射极放大电路的高频响应共射极放大电路的高频响应电路简化电路简化 电压放大倍数的频率响应电压放大倍数的频率响应上限频率主要取决于输入上限频率主要取决于输入回路的时间常数回路的时间常数上限频率：上限频率： 共射极放大电路的低频响应共射极放大电路的低频响应处理方法处理方法耦合电容耦合电容/隔直电容要考虑隔直电容要考虑三极管用低频小信号模三极管用低频小信号模型取代型取代三极管极间电容视为开路三极管极间电容视为开路共射共射放大电路放大电路 幅频响应和下限频率幅频响应和下限频率下限频率主要取决于输入、下限频率主要取决于输入、输出回路的时间常数输出回路的时间常数fp1、、fp2二者若相差二者若相差4倍以倍以上，则取较大者作为下限上，则取较大者作为下限频率频率。
基本共射放大器的频响基本共射放大器的频响通通频带频带低频电压放大倍数低频电压放大倍数与通频带的乘积是与通频带的乘积是一定值，设计时应一定值，设计时应折中考虑折中考虑 本结要点本结要点u三极管高频和低频时的等效模型三极管高频和低频时的等效模型u分析放大电路高频和低频时的频率分析放大电路高频和低频时的频率响应时，应分别考虑哪些电容的作用响应时，应分别考虑哪些电容的作用u上限频率、下限频率和通频带的定义上限频率、下限频率和通频带的定义u共射电路、共基电路高频响应的特点共射电路、共基电路高频响应的特点 。
