模拟电子技术基础 电子工程系 李冬梅 2005年春季学期 绪论 课程的内容和任务 、教材与参考书 、教学方法 四、教学安排与规定 五、模拟电路的基本特点 六、符号规定
1 1 模拟电子技术基础 电子工程系 李冬梅 2005年春季学期 2 清华大学电子工程系李冬梅 绪 论 一、课程的内容和任务 二、教材与参考书 三、教学方法 四、教学安排与规定 五、模拟电路的基本特点 六、符号规定
绪论 课程的内容和任务 重要性 电子线路类型: 模拟电路 A+放大AD数字 数字电路 处理 数模混合电路 数模混合电路系统 课程内容 放大电路一一模拟电路的核心 A/D、D/A-一数模接口 脉冲波形的产生和处理一一数字电路基础 绪论 、课程的内容和任务(续) 模拟电路发展方向 高增益、低噪声、宽频带、低功耗 课程特点 主线:集成 挑战: 核心:放大 辅助工具:CAD 信息技术的飞速发展 课程的任务 掌握基本概念、方法 分析 打好三个基础: 正确{使用模拟集成电路 设计
2 3 清华大学电子工程系李冬梅 一、课程的内容和任务 重要性 放大 数字 处理 D/A A/D 放大 A A 数模混合电路系统 绪论 课程内容 放大电路――模拟电路的核心 A/D、D/A――数模接口 脉冲波形的产生和处理 ――数字电路基础 电子线路类型: 模拟电路 数字电路 数模混合电路 4 清华大学电子工程系李冬梅 一、课程的内容和任务（续） 模拟电路发展方向 高增益、低噪声、宽频带、低功耗 正确 分析 使用 设计 模拟集成电路 绪论 课程特点 主线: 集成 核心: 放大 辅助工具: CAD 课程的任务 掌握基本概念、方法 打好三个基础： 信息技术的飞速发展
绪论 、教材与参考书 教材 《电子线路基础》高文焕、刘润生 《模拟电路的计算机分析与设计 PSpice程序应用》高文焕、汪慧 参考书 Analysis and Design ofanalog Integrated circuits fourth edition PAUL R GRAY etc University of California, Berkeley 《电子技术基础》模拟部分3版康华光 《电子线路基础》2版高文焕、李冬梅 5 绪论 、教学方法 理论教学与cAD技术相结合 n加深对课堂内容的理解 n为日后电子自动化设计打下基础 讲课与自学相结合 讲一、练二、考三
3 5 清华大学电子工程系李冬梅 二、 教材与参考书 教材 《电子线路基础》 高文焕、刘润生 《模拟电路的计算机分析与设计 ――PSpice程序应用》高文焕、汪慧 参考书 Analysis and Design of Analog Integrated Circuits fourth edition PAUL R.GRAY, etc. University of California, Berkeley 《电子技术基础》模拟部分 3版 康华光 《电子电路基础》2版 张凤言 《电子线路基础》 2版 高文焕、李冬梅 绪论 6 清华大学电子工程系李冬梅 三、教学方法 理论教学与CAD技术相结合 加深对课堂内容的理解 为日后电子自动化设计打下基础 讲课与自学相结合 讲一、练二、考三 绪论
绪论 四、教学安排与规定 ■作业:“教学计划”中习题每周一交 关于CcAD安推 考试:期中(第9周) 期末(17~18周 成绩:作业(20%),考试(80% 答疑:周一下午230~5:30中央主楼908 Te.81842(o) ■纪律:(上课、作业、考试) 绪论 五、模拟电路的基本特点 1.非线性器件特性的小信号线性化 小信号时, 用Q点处的切 线代替曲线, 在a、b之间可 看作线性器件
4 7 清华大学电子工程系李冬梅 四、教学安排与规定 作业：“教学计划” 中习题 每周一交 关于CAD安排 考试： 期中(第9周) 期末(17～18周) 成绩：作业(20%)，考试(80%) 答疑：周一下午2:30～5:30 中央主楼908 Tel. 81842（o） 纪律：（上课、作业、考试） 绪论 8 清华大学电子工程系李冬梅 五、模拟电路的基本特点 1. 非线性器件特性的小信号线性化 绪论 Q b a a’ b’ vD iD 0 小信号时， 用Q点处的切 线代替曲线， 在a、b之间可 看作线性器件 小信号时， 用Q点处的切 线代替曲线， 在a、b之间可 看作线性器件 清华大学电子工程系李冬梅
绪论 五、模拟电路的基本特点(续- 2.交、直流并存 ID DC:工作点 Q(D, Vp) R S YVP Q R Cvs 绪论 五、模拟电路的基本特点(续二) 3.近似分析计算方法 工程计算y= a-b 当a>b时, J 当a=5V b=06-08V时 b≈0.7 JD≈a-0.7
5 9 清华大学电子工程系李冬梅 五、模拟电路的基本特点（续一） 2. 交、直流并存 绪论 Q vD iD 0 VB 0 t vs 0 t VD VB ID vD 0 t b a D vs VB vD iD RS DC: 工作点 Q ( ID, VD ) DC: 工作点 Q ( ID, VD ) D D D I V R = D D D i v r ∆ ∆ = 清华大学电子工程系李冬梅 10 清华大学电子工程系李冬梅 五、模拟电路的基本特点（续二） 3. 近似分析计算方法 绪论 工程计算 c a b y − = 当 a >> b 时， c a y ≈ 当 a＝5V， b = 0.6~0.8V 时 c a y − 0.7 ≈ b ≈ 0.7V 清华大学电子工程系李冬梅
绪论 六、符号规定 常用的文字符号说明” i--含有直流分量的总瞬时值(总电流值 B--信号的直流分量(静态电流值) i---正弦信号的瞬时值(交流分量) Jbm-正弦分量的峰值(交流分量的最大值) 1=元21m-正弦分量的有效值(交流分量的有效值 i--正弦分量的复数表示(有大小,有方向) 第二章模拟集成电路中的 基本单元电路 21单管共射放大电路的组成及工作原理 22放大电路的分析方法 23频率响应的基本概念及单管共射放大电路的频 率响应特性 24共集放大电路 25共基放大电路 26电流源及其应用 27差分放大电路 28多级放大电路及组合放大单元电路 29互补输出级
6 11 清华大学电子工程系李冬梅 六、符号规定 “常用的文字符号说明” 绪论 0 t 0 t 0 t ib ------正弦信号的瞬时值（交流分量） IB ----- 信号的直流分量（静态电流值） iB ----- 含有直流分量的总瞬时值（总电流值） Ibm-----正弦分量的峰值（交流分量的最大值） Ib 2 Ibm ---正弦分量的有效值（交流分量的有效值） 1 = iB IB ib Ibm I & b -----正弦分量的复数表示（有大小，有方向） 清华大学电子工程系李冬梅 12 清华大学电子工程系李冬梅 第二章 模拟集成电路中的 基本单元电路 2.1 单管共射放大电路的组成及工作原理 2.2 放大电路的分析方法 2.3 频率响应的基本概念及单管共射放大电路的频 率响应特性 2.4 共集放大电路 2.5 共基放大电路 2.6 电流源及其应用 2.7 差分放大电路 2.8 多级放大电路及组合放大单元电路 2.9 互补输出级 清华大学电子工程系李冬梅
第二章模拟集成电路的基本单元电路 21单管共射放大电路的组成及工作原理 2.11直流传输特性 定义:vo=∫(v) Rc Ic 在输入端加入直流电压,改变直流 电压的数值,求得相应输出电压 R 折线化近似 截止区 饱和区基本单管共射放大电路 放大区 Vn,T饱和 c≈0,o≈Ⅴo Vo- Vcc-icr CEsar 第二章模拟集成电路的基本单元电路 Q B 大信号状态 小信号状态: 饱和→截止 v,=v sint V sint 数字电路中 实现不失真放大,要求峰 值点A、B均在放大区内 开关工作状态 所以,必须合理设置 直流工作点Q
7 13 清华大学电子工程系李冬梅 vO T RB RC + VCC _ vI 基本单管共射放大电路 iB iC + _ 截止区 放大区 VI VO 0 VCC Vth VIM VCE(sat) 2.1 单管共射放大电路的组成及工作原理 2.1.1 直流传输特性 定义：vO = f (vI ) 饱和区 折线化近似 折线化近似 在输入端加入直流电压，改变直流 电压的数值，求得相应输出电压 在输入端加入直流电压，改变直流 电压的数值，求得相应输出电压 VI VIM, T饱和 vO ＝ vCE = VCE(sat) VI >VIM, T饱和 vO ＝ vCE = VCE(sat) 清华大学电子工程系李冬梅 第二章 模拟集成电路的基本单元电路 14 清华大学电子工程系李冬梅 VCEQ VBB vO vI 大信号状态： 大信号状态： 饱和 截止 数字电路中 开关工作状态 小信号状态： vi = Vim sinwt 小信号状态： vi = Vim sinwt A B 实现不失真放大，要求峰 值点A、B均在放大区内。 所以，必须合理设置 直流工作点Q Q Vim Vom vo = Vom sinwt 清华大学电子工程系李冬梅 第二章 模拟集成电路的基本单元电路
第二章模拟集成电路的基本单元电路 212单管共射放大电路的组成 vs:输入信号源 T:有放大作用的器件,实现电流 放大 R R:输出负载,将电流转化为电 压输出 rgc:直流电源,使J正vd+Rn Je反偏,提供lBQ、lBo 的直液作电使罡件 在放大区 基本单管共射放大电路 第二章模拟集成电路的基本单元电路 213共射放大电路的工作原理 静态(p=0) Re (1)直流通路 R Vs OT R T CO CEQ 基本单管共射放大电路 基本单管共射放大电路直流通路 RB ICo=所 (2)计算Q点 cEQ= RC 16
8 15 清华大学电子工程系李冬梅 vO T v RB S RC VBB + VCC _ vI 基本单管共射放大电路 iB iC + _ + _ vS: 输入信号源 T: 有放大作用的器件，实现电流 放大 RC: 输出负载，将电流转化为电 压输出 VBB、VCC：直流电源，使Je正 偏，Jc反偏，提供IBQ、ICEQ VBB、RB、RC：偏置电路，提供 合适的直流工作点，使工作 在放大区 2.1.2 单管共射放大电路的组成 清华大学电子工程系李冬梅 第二章 模拟集成电路的基本单元电路 16 清华大学电子工程系李冬梅 2.1.3 共射放大电路的工作原理 vO T v RB S RC VBB + VCC _ vI 基本单管共射放大电路 iB iC + _ + _ 1. 静态（vi =0） (1)直流通路 VCEQ T RB RC VBB VCC 基本单管共射放大电路 直流通路 IBQ ICQ + _ (2)计算Q点 B BB BEQ BQ R V V I − = CQ BQ I = βI CEQ CC CQ RC V =V − I 清华大学电子工程系李冬梅 第二章 模拟集成电路的基本单元电路
第二章模拟集成电路的基本单元电路 213共射放大电路的工作原理(续一) (2)原理 2.动态(v≠0) (1)交流通路(DC短路 JePN结等效为结电阻rm i≈ R+r R Ic sin wt R,+ vo=-Rcic=-RaBvim sin wt 基本单曾共射放大电路交流通路 A=Vo =_- Ra+re 第二章模拟集成电路的基本单元电路 213共射放大电路的工作原理(续二) 几点说明 小信号,可认为是线性网络,叠加法 va、vcE、lB、l均含有直流和交流 各量>0,没有方向变化 iBIBQ+Ibm sint >0 在交流通路中, 输出、输入回路 以E为公共端一一共射
9 17 清华大学电子工程系李冬梅 2.1.3 共射放大电路的工作原理（续一） vO T v RB S RC VBB + VCC _ vI 基本单管共射放大电路 iB iC + _ + _ (2) 原理 Je PN结 等效为结电阻rbe B be i b R r v i + ≈ 2. 动态（vi ≠0） (1)交流通路（DC短路） T vO RB RC vi 基本单管共射放大电路 交流通路 ib ic + _ + _ wt R r V B be im sin + = wt R r V i B be im C sin + = β O C C v = −R i wt R r R V B be C im sin + = − β i o v v v A = B be C R r R + = − β 清华大学电子工程系李冬梅 第二章 模拟集成电路的基本单元电路 18 清华大学电子工程系李冬梅 2.1.3 共射放大电路的工作原理（续二） 小信号，可认为是线性网络，叠加法 vBE iB 0 VBQ vBE、vCE、i B、i C均含有直流和交流 各量>0，没有方向变化 iB=IBQ+Ibmsinwt > 0 在交流通路中， 输出、输入回路 以E为公共端――共射 几点说明 清华大学电子工程系李冬梅 第二章 模拟集成电路的基本单元电路
第二章模拟集成电路的基本单元电路 214放大电路的主要指标 可看作线性有源二端口网络 在中频区 输入输出阻抗,为纯电阻v Ja囗R 1.输入电阻R Rs 定义: R 放大电路的输入阻抗和输出阻抗 意义:信号源的负载,反 映实际加至放大器输入信B LiI R = 号的衰减程度。 R+R R+R 第二章模拟集成电路的基本单元电路 214放大电路的主要指标(续-) 2输出电阻R 定义: OURL Ro 负载开路,V短路,保 留内阻,外加电压V 放大电路的输入阻抗和输出阻抗 产生电流I 意义:反映放大器带负载能力 R 对负载而言,放大器相当于信 R+r 号源,内阻R越小,越接近恒压 源,带负载能力越强 开路电压
10 19 清华大学电子工程系李冬梅 2.1.4 放大电路的主要指标 可看作线性有源二端口网络 在中频区， 输入输出阻抗，为纯电阻 放大电路的输入阻抗和输出阻抗 RS + - VS - - + + Vi VO′VO ZO RL Zi IO Ii + - Zi ZO 1. 输入电阻Ri *定义： i i i I V R & & = s s i i i V R R R V& & + = 意义：信号源的负载，反 映实际加至放大器输入信 号的衰减程度。 s s i s i I R R R I & & + = IS RS 清华大学电子工程系李冬梅 第二章 模拟集成电路的基本单元电路 20 清华大学电子工程系李冬梅 2.1.4 放大电路的主要指标（续一） 放大电路的输入阻抗和输出阻抗 RS + - VS - - + + Vi VO′VO ZO RL Zi IO Ii + - Zi ZO 2. 输出电阻Ro *定义： =0 = =∞ s L V O R I V R & & & 负载开路，Vs短路，保 留内阻，外加电压V， 产生电流I。 意义：反映放大器带负载能力。 对负载而言，放大器相当于信 号源，内阻RO越小，越接近恒压 源，带负载能力越强。 ' O O L L O V R R R V& & + = 开路电压 清华大学电子工程系李冬梅 第二章 模拟集成电路的基本单元电路
