模擬電子技術(shù)簡明教程演講人：日期:目錄CATALOGUE02.基本放大電路04.反饋原理與應(yīng)用05.集成運(yùn)算放大器01.03.頻率響應(yīng)與濾波06.功率與電源電路半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)半導(dǎo)體器件基礎(chǔ)01PART二極管特性與應(yīng)用單向?qū)щ娞匦远O管具有正向?qū)?、反向截止的特性，其伏安特性曲線呈現(xiàn)顯著非線性，正向?qū)妷汗韫芗s為0.7V，鍺管約為0.3V。整流電路應(yīng)用利用二極管的單向?qū)щ娦?，可將交流電轉(zhuǎn)換為脈動直流電，常見于電源適配器、充電器等設(shè)備的整流環(huán)節(jié)。穩(wěn)壓與保護(hù)功能齊納二極管利用反向擊穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓，瞬態(tài)電壓抑制二極管（TVS）可快速響應(yīng)過壓脈沖，保護(hù)精密電路。高頻檢波與混頻點接觸二極管結(jié)電容小，適用于高頻信號檢波；肖特基二極管導(dǎo)通壓降低，常用于微波混頻電路。雙極型晶體管（BJT）原理截止區(qū)（發(fā)射結(jié)反偏）、放大區(qū)（發(fā)射結(jié)正偏/集電結(jié)反偏）、飽和區(qū)（雙結(jié)正偏），狀態(tài)切換構(gòu)成數(shù)字電路開關(guān)基礎(chǔ)。三種工作狀態(tài)溫度穩(wěn)定性問題復(fù)合管與達(dá)林頓結(jié)構(gòu)BJT通過基極電流控制集電極電流，共射極放大電路中電流放大系數(shù)β可達(dá)數(shù)十至數(shù)百倍，構(gòu)成模擬放大核心器件。BJT的β值、飽和壓降VCE(sat)等參數(shù)易受溫度影響，需采用分壓式偏置電路或溫度補(bǔ)償設(shè)計保障工作點穩(wěn)定。通過多管組合提高電流增益或功率處理能力，常見于音頻功放末級驅(qū)動或大電流開關(guān)電路。電流放大機(jī)制場效應(yīng)管（MOSFET）結(jié)構(gòu)絕緣柵極控制MOSFET通過柵極電壓形成導(dǎo)電溝道，輸入阻抗可達(dá)10^9Ω以上，幾乎不消耗驅(qū)動功率，適合高集成度電路設(shè)計。增強(qiáng)型MOSFET需柵源電壓超過閾值電壓才導(dǎo)通，耗盡型則默認(rèn)存在溝道，兩者互補(bǔ)構(gòu)成CMOS集成電路基礎(chǔ)。導(dǎo)通電阻RDS(on)決定開關(guān)損耗，跨導(dǎo)gm反映電壓-電流轉(zhuǎn)換效率，高頻應(yīng)用中需考慮極間電容對速度的影響?，F(xiàn)代MOSFET采用自對準(zhǔn)柵極工藝，通過離子注入調(diào)節(jié)閾值電壓，LDD結(jié)構(gòu)可緩解熱載流子效應(yīng)提升可靠性。N溝道與P溝道類型導(dǎo)通電阻與跨導(dǎo)參數(shù)多晶硅柵與溝道摻雜基本放大電路02PART共射極放大電路分析采用H參數(shù)等效電路模型推導(dǎo)電壓增益、輸入阻抗和輸出阻抗，分析旁路電容對低頻響應(yīng)的作用以及密勒效應(yīng)對高頻特性的限制。交流小信號模型分析

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引入負(fù)反饋或采用分壓式偏置電路降低諧波失真，同時需權(quán)衡增益與線性度的關(guān)系。非線性失真改善通過合理選擇基極偏置電阻和集電極負(fù)載電阻，確保晶體管工作在放大區(qū)，避免截止或飽和失真，同時需考慮溫度對工作點穩(wěn)定性的影響。靜態(tài)工作點設(shè)置結(jié)合輸入/輸出電容（如Cπ、Cμ）和分布參數(shù)，繪制幅頻/相頻曲線，明確下限頻率（由耦合電容決定）與上限頻率（由極間電容主導(dǎo)）的計算方法。頻率響應(yīng)特性共集電極與共基極電路共集電極（射極跟隨器）特性電壓增益接近1但小于1，輸入阻抗高（與β值相關(guān)），輸出阻抗低，適用于阻抗匹配或信號緩沖場景，需注意輸出擺幅受射極電阻限制。組合應(yīng)用場景共集-共射-共基級聯(lián)可兼顧輸入/輸出阻抗匹配與帶寬需求，例如在寬帶放大器中利用共基極抑制密勒效應(yīng)擴(kuò)展頻帶。共基極電路高頻優(yōu)勢輸入阻抗極低（約幾十歐姆），輸出阻抗高，電流增益為1但電壓增益大，適合高頻應(yīng)用（如射頻前端）因其截止頻率（fα）顯著高于共射結(jié)構(gòu)。差分放大電路設(shè)計通過對稱晶體管對和恒流源尾電阻抑制共模干擾，差模增益由集電極電阻比決定，共模抑制比（CMRR）是核心性能指標(biāo)。差模與共模信號分離通過激光修調(diào)或數(shù)字電位器補(bǔ)償工藝偏差引起的失調(diào)，在精密儀器放大器中需額外加入斬波穩(wěn)零電路消除低頻噪聲。失調(diào)電壓校準(zhǔn)技術(shù)采用電流鏡替代傳統(tǒng)電阻負(fù)載以提高增益，同時需匹配晶體管特性以減少失調(diào)電壓，動態(tài)范圍受電源電壓和尾電流限制。有源負(fù)載優(yōu)化010302優(yōu)化偏置電流密度降低1/f噪聲，布局時嚴(yán)格對稱走線以減少熱噪聲耦合，高頻應(yīng)用需考慮屏蔽與接地策略。噪聲抑制策略04頻率響應(yīng)與濾波03PART單級放大電路頻響特性低頻響應(yīng)分析單級放大電路在低頻段受耦合電容和旁路電容影響，導(dǎo)致增益下降，需通過計算轉(zhuǎn)折頻率和等效阻抗分析低頻截止特性。晶體管極間電容和分布電容形成高頻等效電路，造成增益衰減，需采用密勒效應(yīng)補(bǔ)償或優(yōu)化布線減少寄生參數(shù)干擾。中頻區(qū)增益應(yīng)保持穩(wěn)定，設(shè)計時需平衡輸入/輸出阻抗匹配，避免因負(fù)載效應(yīng)或信號源內(nèi)阻導(dǎo)致頻響曲線波動。通過掃頻儀或網(wǎng)絡(luò)分析儀測量幅頻/相頻曲線，結(jié)合波特圖分析電路的實際頻響特性與理論模型的吻合度。低頻響應(yīng)分析低頻響應(yīng)分析低頻響應(yīng)分析多級放大電路耦合方式直接耦合通過隔直電容連接各級，避免直流偏置相互影響，但低頻響應(yīng)受限，需合理選擇電容容量以降低低頻截止頻率。電容耦合變壓器耦合光電耦合級間無電容或變壓器，可放大直流信號，但需解決靜態(tài)工作點漂移問題，常用于集成運(yùn)算放大器設(shè)計。利用電磁感應(yīng)傳遞信號，實現(xiàn)阻抗匹配和電氣隔離，但體積大、高頻特性差，多用于功率放大或射頻電路。采用光電器件實現(xiàn)電氣隔離，抗干擾能力強(qiáng)，適用于高電壓或噪聲敏感環(huán)境下的信號傳輸。有源濾波器分類低通濾波器阻斷低頻分量，設(shè)計時需關(guān)注運(yùn)放增益帶寬積對截止頻率的影響，避免相位失真導(dǎo)致信號畸變。高通濾波器帶通濾波器帶阻濾波器通過運(yùn)放和RC網(wǎng)絡(luò)抑制高頻信號，常用巴特沃斯或切比雪夫逼近方式優(yōu)化通帶平坦度與阻帶衰減斜率。結(jié)合低通與高通特性，中心頻率由LC諧振或運(yùn)放反饋網(wǎng)絡(luò)決定，適用于窄帶信號提取與噪聲抑制。在特定頻段形成高衰減，常用雙T網(wǎng)絡(luò)或文氏電橋結(jié)構(gòu)，需平衡品質(zhì)因數(shù)與通帶紋波參數(shù)。反饋原理與應(yīng)用04PART負(fù)反饋類型與性能影響電壓串聯(lián)負(fù)反饋通過采樣輸出電壓并與輸入電壓比較，顯著提高電路輸入阻抗、降低輸出阻抗，改善電壓放大穩(wěn)定性，但會犧牲一定的增益帶寬積。電流并聯(lián)負(fù)反饋對輸出電流進(jìn)行采樣并反饋至輸入端，能有效穩(wěn)定工作點電流，降低非線性失真，但會導(dǎo)致輸入阻抗減小和輸出阻抗增大。跨阻型負(fù)反饋將輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓反饋，廣泛應(yīng)用于光電檢測和跨阻放大電路，可擴(kuò)展動態(tài)范圍并抑制噪聲干擾。跨導(dǎo)型負(fù)反饋通過電壓控制輸出電流反饋，在功率放大器和有源濾波器中能改善線性度，但需注意相位補(bǔ)償以避免自激振蕩。正反饋振蕩器原理巴克豪森準(zhǔn)則詳細(xì)闡述振幅條件（環(huán)路增益≥1）和相位條件（總相移為2π整數(shù)倍）的數(shù)學(xué)表達(dá)，解釋起振、穩(wěn)幅過程中非線性元件的作用機(jī)制。01LC振蕩器拓?fù)浞治龉厝R、考畢茲振蕩器的諧振網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，討論品質(zhì)因數(shù)對頻率穩(wěn)定度的影響及晶體管偏置電路的優(yōu)化方法。RC相移振蕩器推導(dǎo)三級RC網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的180°相移原理，說明文氏電橋振蕩器中非線性穩(wěn)幅電路（如燈泡/二極管）的溫度特性補(bǔ)償技術(shù)。晶體振蕩器深入講解壓電效應(yīng)產(chǎn)生的等效電路模型，對比基頻與泛音振蕩模式，給出溫度補(bǔ)償型（TCXO）和恒溫型（OCXO）的實現(xiàn)方案。020304反饋穩(wěn)定性判據(jù)1234奈奎斯特判據(jù)系統(tǒng)分析開環(huán)頻率特性曲線包圍(-1,j0)點的次數(shù)與右半平面極點的關(guān)系，給出相位裕度（建議45°以上）和增益裕度（10dB以上）的工程規(guī)范。詳細(xì)說明幅頻/相頻曲線的繪制技巧，重點標(biāo)注0dB穿越頻率和-180°相位點，演示通過補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)（如極點分離、超前滯后）調(diào)整穩(wěn)定性的方法。波特圖分析法根軌跡技術(shù)建立特征方程與參數(shù)變化的幾何映射關(guān)系，解釋主導(dǎo)極點概念，提供通過增加零點（如前饋補(bǔ)償）改善動態(tài)響應(yīng)的設(shè)計案例。狀態(tài)空間法引入李雅普諾夫直接法進(jìn)行非線性系統(tǒng)穩(wěn)定性判定，討論極限環(huán)現(xiàn)象的產(chǎn)生條件及描述函數(shù)法的近似分析流程。集成運(yùn)算放大器05PART理想運(yùn)放特性分析理想運(yùn)放的開環(huán)電壓增益趨近于無窮大，使得輸入端微小的差分電壓即可驅(qū)動輸出達(dá)到飽和狀態(tài)，這一特性是構(gòu)成負(fù)反饋電路的基礎(chǔ)。無限大開環(huán)增益理想運(yùn)放的輸入阻抗為無窮大，意味著輸入端不吸收任何電流，確保信號源負(fù)載效應(yīng)可忽略不計，適用于高精度信號檢測場合。理想運(yùn)放能完全抑制共模信號，僅放大差分信號，這一特性在傳感器信號調(diào)理和噪聲抑制中至關(guān)重要。無限大輸入阻抗理想運(yùn)放的輸出阻抗為零，使其具備強(qiáng)大的帶負(fù)載能力，輸出電壓不受負(fù)載變化影響，可直接驅(qū)動后級電路。零輸出阻抗01020403無限大共模抑制比基本運(yùn)算電路設(shè)計反相比例放大器通過電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成負(fù)反饋，輸出電壓與輸入電壓成反相比例關(guān)系，增益由反饋電阻與輸入電阻比值決定，需注意輸入阻抗較低的問題。同相比例放大器輸入信號直接接入同相端，輸出與輸入同相且增益恒大于1，具有高輸入阻抗特性，適合信號緩沖和阻抗匹配應(yīng)用。差分放大器利用對稱電阻網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)兩路輸入信號的差值放大，廣泛用于儀表放大器和生物電信號采集，需嚴(yán)格匹配電阻以保證共模抑制能力。積分/微分電路通過電容元件實現(xiàn)動態(tài)運(yùn)算，積分電路輸出與輸入信號的時域積分成正比，微分電路則反映信號變化率，常用于控制系統(tǒng)和波形變換。實際運(yùn)放參數(shù)指標(biāo)實際運(yùn)放輸入端存在的等效直流誤差電壓，會導(dǎo)致零輸入時輸出偏移，需通過調(diào)零電路或選擇低失調(diào)運(yùn)放（如<1mV）來補(bǔ)償。輸入失調(diào)電壓運(yùn)放開環(huán)增益與帶寬的乘積為常數(shù)，決定電路可用頻率范圍，高速應(yīng)用需選擇GBW超過信號頻率10倍以上的型號。增益帶寬積（GBW）反映運(yùn)放輸出變化的最大速率，單位為V/μs，大信號處理時若壓擺率不足會導(dǎo)致波形失真，如音頻放大需選擇>20V/μs的運(yùn)放。壓擺率（SlewRate）衡量運(yùn)放對電源噪聲的抑制能力，以dB表示，高精度系統(tǒng)需選擇PSRR>80dB的運(yùn)放以減少電源波動對輸出的影響。電源抑制比（PSRR）功率與電源電路06PART功率放大電路分類A類功率放大器采用單管導(dǎo)通方式，具有線性度好、失真小的特點，但效率較低（理論最高50%），適用于高保真音頻系統(tǒng)。其靜態(tài)工作點設(shè)置在負(fù)載線中點，晶體管始終處于導(dǎo)通狀態(tài)。B類功率放大器采用推挽結(jié)構(gòu)，兩只晶體管交替導(dǎo)通，效率較高（理論最高78.5%），但存在交越失真問題。需通過偏置電路消除死區(qū)，廣泛應(yīng)用于中功率放大場景。AB類功率放大器結(jié)合A類和B類優(yōu)點，設(shè)置微小靜態(tài)偏置電流，既改善了交越失真，又保持較高效率（60%-70%），是現(xiàn)代音頻設(shè)備的主流選擇。D類功率放大器采用PWM調(diào)制技術(shù)，晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，效率可達(dá)90%以上，但需配套LC濾波電路。主要應(yīng)用于數(shù)字音頻和便攜設(shè)備。整流濾波電路原理4有源濾波電路3π型濾波電路2全波整流電路1半波整流電路集成運(yùn)放與RC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，可實現(xiàn)高階濾波且不受負(fù)載影響。需注意運(yùn)放帶寬與電源抑制比參數(shù)，特別適合低壓差穩(wěn)壓前級。采用中心抽頭變壓器或橋式結(jié)構(gòu)，利用率高（紋波系數(shù)0.48），輸出電壓為輸入電壓的0.9倍。需注意二極管反向耐壓值選擇，是電源設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)配置。由電容-電感-電容組成，紋波抑制比可達(dá)60dB以上。電感參數(shù)選擇需考慮額定電流和直流電阻，常用于高精度儀器電源。僅利用交流電正半周，結(jié)構(gòu)簡單但紋波系數(shù)大（1.21），需較大濾波電容。輸出電壓平均值約為輸入電壓有效值的0.45倍，適用于小電流場合。線性穩(wěn)壓器設(shè)計通過功率晶體管CE極壓降調(diào)節(jié)輸出電壓，需配套誤差放大器和基準(zhǔn)電壓源。設(shè)計要點包括調(diào)整管功耗計算（P=(Vin-Vout)