模擬電子電路

針對當前院校模擬電子電路學科學時少的特點，在《模擬電子電路》編寫時對內容進行了認真的精選，非常適合作為各院校電子信息、通信、計算機等專業的專業基礎課——“模擬電路”課程的教材和參考書。

第1章 緒論 1

1.1 電子技術的發展與應用概況 1

在電力電子技術的應用及各種電源系統中，開關電源技術均處於核心地位。對於大型電解電鍍電源，傳統的電路非常龐大而笨重，如果採用高頓開關電源技術，其體積和重量都會大幅度下降，而且可極大提高電源利用效率、節省材料、降低成本。在電動汽車和變頻傳動中，更是離不開開關電源技術，通過開關電源改變用電頻率，從而達到近於理想的負載匹配和驅動控制。高頻開關電源技術，更是各種大功率開關電源(逆變焊機、通訊電源、高頻加熱電源、激光器電源、電力操作電源等)的核心技術。

1.2 電信號 2

1.2.1 什麼是電信號 2

1.2.2 模擬信號 2

1.3 電子信息系統 3

1.4 線性放大電路 3

線性電路是指完全由線性元件、獨立源或線性受控源構成的電路。

線性就是指輸入和輸出之間關係可以用線性函數表示。

齊次，非齊次是指方程中有沒有常數項，即所有激勵同時乘以常數k時，所有響應也將乘以k。

判斷線性和非線性：非線性電路是含有除獨立電源之外的非線性元件的電路。電工中常利用某些元器件的非線性。例如，避雷器的非線性特性表現為高電壓下電阻值變小，這可用於保護雷電下的電工設備。非線性電路有6個特點：①穩態不唯一。用刀開關斷開直流電路時，由於電弧的非線性使這時的電路出現由不同起始條件決定的兩個穩態——一個有電弧，因而電路中有電流；另一個電弧熄滅，因而電路中無電流。②自激振蕩。在有些非線性電路里，獨立電源雖然是直流電源，電路的穩態電壓（或電流）卻可以有周期變化的分量，電路里出現了自激振蕩。音頻信號發生器的自激振蕩電路中因有放大器這一非線性元件，可產生其波形接近正弦的周期振蕩。③諧波。正弦激勵作用於非線性電路且電路有周期響應時，響應的波形一般為非正弦的，含有高次諧波分量或次諧波分量。例如，整流電路中的電流常會有高次諧波分量。④跳躍現象。非線性電路中，參數（電阻、電感、振幅、頻率等）改變到分岔值時響應會突變，出現跳躍現象。鐵磁諧振電路中就會發生電流跳躍現象。⑤頻率捕捉。正弦激勵作用於自激振蕩電路時，若激勵頻率與自激振蕩頻率二者相差很小，響應會與激勵同步。⑥混沌。20世紀20年代，荷蘭人B.范德坡爾描述電子管振蕩電路的方程，成為研究混沌現象的先聲。

1.4.1 放大電路的方框圖 3

1.4.2 放大電路的性能指標 4

1.5 小結 5

習題 5

第2章 半導體材料、二極體及二極體電路 6

導電性能介於導體與絕緣體之間材料，我們稱之為半導體。在電子器件中，常用的半導體材料有：元素半導體，如硅（Si）、鍺（Ge）等；化合物半導體，如砷化鎵（GaAs）等；以及摻雜或製成其它化合物半導體材料，如硼（B）、磷（P）、錮（In）和銻（Sb）等。

2.1 半導體基礎知識 6

2.1.1 本徵半導體 6

2.1.2 雜質半導體 8

2.1.3 兩種導電機理——漂移和擴散 10

2.1.4 小結 11

2.2 PN結 12

2.2.1 PN結形成的物理過程 12

2.2.2 PN結的伏安特性 12

2.2.3 PN結的擊穿特性 14

2.2.4 PN結的電容特性 15

2.2.5 小結 17

2.3 晶體二極體及電路分析方法 17

二極體又稱晶體二極體,簡稱二極體(diode)，另外，還有早期的真空電子二極體；它是一種具有單向傳導電流的電子器件。在半導體二極體內部有一個PN結兩個引線端子，這種電子器件按照外加電壓的方向，具備單向電流的轉導性。一般來講，晶體二極體是一個由p型半導體和n型半導體燒結形成的p-n結界面。在其界面的兩側形成空間電荷層，構成自建電場。當外加電壓等於零時，由於p-n 結兩邊載流子的濃度差引起擴散電流和由自建電場引起的漂移電流相等而處於電平衡狀態，這也是常態下的二極體特性。

2.3.1 晶體二極體的幾種常見結構 17

2.3.2 伏安特性 18

2.3.3 晶體二極體等效模型 18

2.3.4 晶體二極體電路分析方法 20

2.4 晶體二極體的應用 22

2.4.1 整流電路 22

2.4.2 鉗位電路 23

2.4.3 限幅電路 23

2.5 其他二極體 24

2.5.1 穩壓二極體 24

2.5.2 變容二極體 25

2.5.3 發光二極體 25

2.5.4 光敏二極體 26

2.5.5 光電耦合器 26

習題 26

第3章 雙極型晶體管 29

3.1 雙極型晶體管基礎 29

3.1.1 雙極型晶體管的結構 29

3.1.2 雙極型晶體管在線性狀態下的運用 29

3.1.3 晶體三級管的電流-電壓特性 32

3.2 雙極型晶體管的直流分析 35

3.2.1 雙極型晶體管的一般模型 35

3.2.2 直流負載線法 39

3.3 晶體三極體偏置電路 41

3.3.1 固定偏置電路 41

3.3.2 分壓式偏置電路 42

3.4 小結 43

習題 44

第4章 晶體三極體放大器的基礎知識 46

半導體三極體又稱“晶體三極體”或“晶體管”。在半導體鍺或硅的單晶上製備兩個能相互影響的PN結，組成一個PNP（或NPN）結構。中間的N區（或P區）叫基區，兩邊的區域叫發射區和集電區，這三部分各有一條電極引線，分別叫基極B、發射極E和集電極C，是能起放大、振蕩或開關等作用的半導體電子器件。

4.1 放大器的工作原理 46

4.1.1 放大器的組成原則 46

4.1.2 圖解法分析放大電路的動態特性 47

4.2 小信號模型法分析 48

4.2.1 晶體管小信號模型 49

4.2.2 共發射極放大器 53

4.2.3 共集電極放大器 57

4.2.4 共基極放大器 59

4.2.5 3種基本放大器的性能比較 61

4.3 多級放大電路 62

4.3.1 多級放大電路的耦合方式 62

4.3.2 多級放大電路的動態特性 64

4.4 小結 64

習題 65

第5章 場效應管及其放大器 68

5.1 MOS場效應管 68

5.1.1 N溝道增強型MOS場效應管 68

5.1.2 N溝道耗盡型MOS場效應管 74

5.2 結型場效應管 75

5.2.1 結型場效應管結構和工作原理 75

5.2.2 伏安特性曲線 76

5.3 場效應管放大器 78

5.3.1 場效應管放大電路靜態工作點的設置 78

5.3.2 場效應管放大器的小信號模型分析 81

5.4 小結 86

習題 87

第6章 放大器的頻率響應 89

6.1 頻率響應與頻率失真的概念 89

6.1.1 放大器的頻率響應 89

6.1.2 放大器的頻率失真 90

6.1.3 頻率響應分析——波特圖(Bode) 91

6.2 單級放大器的高頻響應 95

6.2.1 晶體三極體高頻等效模型 95

6.2.2 單級共發射極放大器的高頻響應 98

6.3 多級放大器的頻率響應 104

6.3.1 多級放大器的通頻帶 104

6.3.2 上、下限頻率的計算 105

6.4 展寬頻帶的方法 105

6.5 小結 107

習題 107

第7章 功率放大器 109

7.1 功率放大器的類型 109

7.1.1 功率放大器的特點 109

7.1.2 功率放大器的分類 110

7.2 乙類推挽互補對稱功率放大器 111

7.2.1 電路組成和工作原理 111

7.2.2 性能分析計算 112

7.2.3 單電源互補對稱電路 115

7.3 甲乙類互補對稱功率放大器 115

7.3.1 交越失真 115

7.3.2 實用甲乙類互補對稱功率放大器 116

7.3.3 准互補推挽電路 118

7.3.4 功率管保護電路 119

7.3.5 具有輸出自舉作用的功率放大器 120

7.4 小結 121

習題 121

第8章 集成放大器簡介 126

8.1 集成電路的偏置和有源負載 126

8.1.1 晶體三級管電流源電路 126

8.1.2 有源負載放大電路 132

8.2 差分式放大器 133

8.2.1 基本的晶體三極體差分放大器 133

8.2.2 基本的場效應管差分放大器 140

8.2.3 帶有有源負載的差分放大器 140

8.3 集成運算放大器 141

8.3.1 集成運算放大器概述 141

8.3.2 F007集成運放內部電路分析 142

8.4 小結 143

習題 143

第9章 反饋放大器 148

9.1 反饋放大器的基本概念 148

9.1.1 反饋概述 148

9.1.2 反饋放大器的分類 150

9.1.3 反饋類型的判別 152

9.2 負反饋對放大器性能的改善 155

9.2.1 提高放大倍數的穩定性 155

9.2.2 調節輸入電阻和輸出電阻 157

9.2.3 擴展頻帶 158

9.2.4 減小非線性失真 160

9.3 深度負反饋條件下的近似計算 161

9.3.1 深度負反饋條件和近似計算方法 161

9.3.2 近似計算舉例 161

9.3.3 “虛短”和“虛斷”的概念 164

9.4 小結 165

習題 165

第10章 集成運算放大器的應用 170

10.1 集成運算放大器的基本應用 170

10.1.1 集成運算放大器的理想化條件 170

10.1.2 集成運算放大器的工作區 170

10.2 集成運算放大器的基本運算電路 172

10.2.1 比例運算電路 172

10.2.2 加減運算電路 173

10.2.3 積分運算電路和微分運算電路 175

10.2.4 對數運算電路和指數運算電路 176

10.2.5 乘法運算電路和除法運算電路 177

10.3 電壓比較器 178

10.3.1 電壓比較器的傳輸特性 178

10.3.2 單限電壓比較器 179

10.3.3 遲滯比較器 181

10.3.4 窗口比較器 183

10.4 小結 183

習題 184

第11章 直流穩壓電源 188

11.1 整流電路 188

11.1.1 半波整流電路 188

11.1.2 全波整流電路 189

11.1.3 橋式整流電路 190

11.2 濾波電路 191

11.2.1 電容濾波器 191

11.2.2 其他形式的濾波電路 194

11.3 倍壓整流電路 194

11.3.1 三倍壓整流電路 195

11.3.2 多倍壓整流電路 195

11.4 穩壓電路 196

11.4.1 硅穩壓管穩壓電路 196

11.4.2 串聯型穩壓電路 198

11.5 小結 199

習題 200

附錄 SPICE與PSpice簡介 203

參考文獻 215