绪论

模拟信号与数字信号区别

半导体器件

半导体的特性

半导体定义：通常将导电能力介于导体和绝缘体之间的一大类物质成为半导体

本征半导体

定义：纯净的、不含杂质的半导体

杂质半导体

本征半导体里掺入杂质
- N型半导体
- P型半导体

半导体二极管

PN结两种接法

正向接法（正向偏置）：正极P区，负极N区
反向接法（反向偏置）：正极N区，负极P区
外加的反向电压超过一定值后电流不再增大，称作反向饱和电流
反向饱和电流由少子产生，所以对温度敏感

二极管的伏安特性

正向特性
反向特性

二极管的等效模型

理想模型
恒压降模型
折线模型

一些特殊的三极管

双极结型三极管

结构

发射极（e）、集电极（b）、基极（c）
NPN、PNP

放大电路的基本原理和分析方法

放大的概念和指标

放大的本质是实现能量的控制
放大的对象是变化量

放大倍数

电压放大倍数：$\dot{A}_u = \frac{\dot{U}_o}{\dot{U}_i}$
输入电阻：放大电路的输入端看进去的等效电阻，描述放大电路对信号源索取电流的大小
输出电阻：... 描述放大电路带载能力的指标

单管共射放大电路

做题步骤：
1. 寻找静态工作点
$I_{BQ},I_{CQ},U_{CEQ}$
2. 微变等效电路法求解$\beta,r_{be}$
3. 画出微变等效电路
4. 求解

典型题目1

电路如图所示，晶体管的$\beta = 80, r_{be} = 1000\Omega,U_{BEQ} = 0.7V$
求：静态工作点、

寻找静态工作点：
1. 计算$I_{BQ}$，套公式
$$I_{BQ} = \frac{V_{cc} - U_{BEQ}}{R_b + (1+\beta)R_e}$$
2. $I_{EQ} = (1+\beta)I_{BQ}$
3. 求解$U_{CEQ}$

求解动态参数
公式：
$$\dot{A}u = \frac{\dot{U}_o}{\dot{U}_i} = -\frac{\beta R^\prime _L}{r{be}+(1+\beta)R_e}$$
$$R_i = \frac{\dot{U}i}{\dot{I}_i} = [r{be} + (1+\beta)R_e//R_b]$$
$$R_o = R_c$$
现在未知量只有两个，$R_{be}$和$R^\prime_L$
对于前者，有
$$r_{be} = \frac{du_{BE}}{di_{B}} \approx r_{bb^\prime}+(1+\beta)\frac{26(mV)}{I_{EQ}}$$
其中，$r_{bb^\prime}$ 可以认为是 $300\Omega$
对于后者：
$$R^\prime _L = R_c//R_L$$

共集电极放大电路

信号由发射极引出，因此叫射极输出器
求解动态参数：
电流放大倍数：
$$\dot{A}i = -(1+\beta)$$
电压放大倍数：
$$\dot{A}_u=\frac{(1+\beta)R^\prime_e}{r{be}+(1+\beta)R^\prime_e}$$
输入电阻：
$$R_i = [r_{be}+(1+\beta)R^\prime_e]//R_b$$
输出电阻：
$$R_o = \frac{r_{be}+R^\prime_s}{1+\beta}//R_e$$
其中，有
$$R^\prime_e=R_e//R_L$$
$$R^\prime_s=R_s//R_b$$

放大电路的频率响应

概念

幅频相频特性

$\dot{A}_u = |\dot{A}_u|(f)\angle \varphi(f)$
其中，$|\dot{A}_u|(f)$ 为幅频， $\varphi(f)$为相频

上下限频率、通频带

电压放大倍数降至0.707倍中频电压放大倍数时的低频频率和高频频率称为通频带$BW$,有$BW = f_H - f_L$

失真

幅频失真：放大电路对谐波放大倍数的幅值不同
相频失真：两个谐波通过放大电路的相位移不同

波特图

公式：
$$\dot{A}{us} \approx \frac{\dot{A}{usm}}{(1-j\frac{f_L}{f})(1+j\frac{f}{f_H})}$$
其中，中频电压增益：$20lg|\dot{A}_{usm}|$

功率放大电路（输出级）

OCL甲乙类互补对称电路分析

功率

$$P_{OM} \approx \frac{(V_{cc}-U_{ces})^2}{2R_L}$$

效率

$$\eta = \frac{\pi}{4} * \frac{V_{cc} - U_{CES}}{V_{cc}}$$

集成运算放大电路

偏置电路

作用：向各放大级提供合适的偏置电流，确定各级静态工作点

输入级

三种形式

基本形式
- 差模输入电压：输入电压大小相等、极性相反
- 共模输入电压：输入电压大小相等、极性相同
- 共模抑制比： $K_{CMR} = 20lg|\frac{A_d}{A_c}|$
描述差分放大电路对零点漂移的抑制能力越大越强

差分放大电路的特点：多用一个放大管，不增大放大倍数，增大对零漂的抑制
长尾式
恒流源式

四种接法

性能	双端输入双端输出	双端输入单端输出	单端输入双端输出	单端输入单端输出
$A_d$	$-\frac{\beta(R_c//\frac{R_L}{2})}{R+r_{be}}$	$-\frac{1}{2}\frac{\beta(R_c//R_L)}{R+r_{be}}$	$-\frac{\beta(R_c//\frac{R_L}{2})}{R+r_{be}}$	$-\frac{1}{2}\frac{\beta(R_c//R_L)}{R+r_{be}}$
$R_{id}$	$2(R+r_{be})$	$2(R+r_{be})$	$\approx 2(R+r_{be})$	$\approx 2(R+r_{be})$
$R_o$	$2R_c$	$R_c$	$2R_c$	$R_c$
$K_{CMR}$	很高	较高	很高	较高
特点	$A_d$与单管放大电路的$A_u$基本相同理想状态下，$K_{CMR} \to +\infty$ 适用于输入信号和负载的两端均不接地的情况	$A_d$约为双端输入时的一半由于引入共模负反馈，仍有较高的$K_{CMR}$ 适用于将双端输入转换成单端输出	$A_d$与单管放大电路的$A_u$基本相同理想状态下，$K_{CMR} \to +\infty$ 适用于将单端输入转换成双端输出	$A_d$约为双端输入时的一半由于引入共模负反馈，仍有较高的$K_{CMR}$ 适用于输入、输出均要求接地的情况选择不同的管子输出，可以使输出电压与输入电压反相

中间级

作用：提供足够大的电压放大倍数

输出级

作用：提供足够的输出功率以满足负载的需要

反馈

定义

反馈：通常是指将放大电路的输出量或输出量的一部分，通过一定的方式，反送到放大电路的输入回路中

分类和判断

正负反馈

根据反馈极性的不同，可以采用瞬时极性法判断

直流/交流反馈

只包含直流成分叫直流反馈，有交流成分叫交流反馈

电压/电流反馈

反馈信号取自电压就是电压反馈，同理。
放大电路引入：
电压负反馈，使得输出电压保持稳定，效果是降低电路的输出电阻
电流负反馈，使得输出电流保持稳定，效果是提高电路的输出电阻

判定电压/电流反馈：
假设输出端交流短路，查看是否存在反馈信号。若有，则是电流反馈，反之是电压反馈

串联/并联反馈

反馈信号与输入信号电压求和是串联反馈，
电流求和是并联反馈

串联反馈：增大电路的输入电阻
并联反馈：减小电路的输入电阻

反馈框图与一般表达式

对$\dot{F}$的理解
$\dot{F}=\frac{\dot{X}_f}{\dot{X}_o}$
对于输出的量纲，取决于电路反馈方式是电压(U)还是电流(I)
对于反馈的量纲，取决于反馈求和方式是串联(U)还是并联(I)

一般表达式

$$\dot{A}_f=\frac{\dot{X}_o}{\dot{X}_i}=\frac{\dot{A}}{1+\dot{A}\dot{F}}$$
其中，$\dot{A}_f$为闭环放大倍数
当$|1+\dot{A}\dot{F}|>>1$,有
$$\dot{A}_f=\frac{1}{\dot{F}}$$

模拟信号运算电路

理想运放的特点

负反馈工作在线性区

线性区

工作在线性区有线性放大关系
$$U_o=A_{od}(U_+ - U_-)$$
其中，$A_{od}$为开环差模电压增益
并且有以下特点：
- 理想运放的差模输入电压等于零($U_+ = U_-$) 称为虚短
- 理想运放的输入电流等于零($i_+=i_-=0$) 称为虚断

非线性区

有以下特点：
- 理想运放的输出电压只有$\pm U_{opp}$
- 理想运放的输入电流等于零

比例运算电路

反相比例运算电路

存在虚地

同相比例运算电路

理想运放条件下，同相比例运算电路输入电阻为$R_i\to \infty$
特殊的电路：电压跟随器

波形发生电路

正弦波振荡电路分析方法

产生正弦波条件

$$\dot{A}\dot{F} = 1$$

正弦波电路组成

四个部分：
- 放大电路
- 反馈网络
- 选频网络
- 稳幅环节

分析步骤

电路是否有正弦波振荡电路的基本组成部分，检查静态工作点
判断是否满足自激振荡条件
估算振荡频率和起振条件

RC正弦波振荡电路

RC串并联网络振荡电路（文氏电桥振荡电路）

振荡频率：
$$f_0 = \frac{1}{2\pi RC}$$

起振条件

$$R_F > 2R^\prime$$

LC正弦波振荡电路

选频特性

LC并联谐振频率：并联阻抗为纯阻性并且等效阻抗为最大值
$$f_0 = \frac{1}{\sqrt{(\frac{R}{\omega_0L})^2+1}}*\frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$$
有品质因素$Q$
$$Q = \frac{\omega_0L}{R}$$
当$Q>>1$时，存在
$$f_o \approx \frac{1}{2\pi\sqrt{LC}}$$
$$Q = \frac{\omega_0L}{R} \approx \frac{1}{R}\sqrt{\frac{L}{C}}$$