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sumaries of analog circuit by myself 1

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1. 放大工作状态下,晶体管载流子的运动(NPN)

(1)发射结的载流子注入,发射极电流

由于发射结正偏,发射结势垒降低,耗尽层变窄,内电场被削弱,使发射结两侧的多数载流子穿过PN结不断向对方一侧扩散,形成发射结两侧的非平衡少数载流子。发射区的多子(电子)向基区扩散(注入)形成电流i(En),基区的多子(空穴)向发射区扩散(注入)形成电流i(Ep)。二者相加即为通过发射结的总电流i(E)。由于发射区中的多子(电子)浓度远远高于基区中多子(空穴)的浓度,所以电子从发射区向基区的注入远远大于空穴从基区向发射区的注入。要求发射区的参杂浓度远远大于基区的参杂浓度。

(2)载流子在基区内的扩散与复合,基区复合电流

由发射区注入到基区的电子,成为基区的非平衡少数载流子。电子在基区内将继续向集电极扩散形成电流i(Cn),其浓度将逐渐降低,形成一定的梯度。电子在基区复合形成的电流为i(Bp)。由于基区很薄而且基区的参杂浓度相当低,因而电子在扩散过程中复合数量很少,所以近似有i(Cn)=i(En)。

(3)集电极的收集作用以及集电极反向饱和电流

集电极反向偏置,势垒区中电场很强,故不存在多子的扩散(注入),而有利于集电极两侧少子的漂移运动。因而,一方面在基区内扩散到集电极边缘的少子(电子)将全部漂移到集电区,为集电极所收集,形成电流i(Cn);另一方面在集电区内的少子空穴也会通过集电结向基区漂移,形成了集电极的反向饱和电流i(CBO)。集电极电流i(C)为两者之和。

一般晶体管i(CBO)和i(Ep)都很小,在放大状态时常常可以忽略,故此时有 i(B)=i(Bp)。

发射极和集电极电流主要为电子电流,而基区电流主要为空穴电流,两种载流子(电子和空穴)都起作用,故称为“双极型”晶体管。

2. 幅度失真、相位失真和非线性失真

信号是由幅度及相位都有固定比例关系的各频率分量组合而成。当这种组合信号通过放大电路时,若其频带不够宽,致使电路对不同频率分量的放大倍数不同,其输出信号中各频率分量的幅度比例与输入信号中各频率分量的幅度比例不同,这种幅度比例关系的改变必然引起输出波形与收入波形的不同,即产生了幅度失真。同样,如果放大电路对不同频率分量产生不同的延时(决定于相频特性),输出波形也与输入波形不同,这种失真叫做相位失真。幅度失真和相位失真总称为频率失真,它是由线性电抗元件所引起的,所以又叫线性失真,其特点是没有产生新的频率分量。

由于晶体管、场效应管等器件具有非线性特性,所以在输入正弦信号的幅度较大时,放大电路的输出信号已不是正弦波,它除了基波外,还含有许多谐波分量,即在输出信号中产生了输入信号中没有的新的频率分量,这是非线性失真的基本特征。非线性失真的大小与晶体管静态工作点及输入信号幅度有关。如果静态工作点合适,输入信号幅度又足够小,非线性失真系数就很小。随着输入信号幅度加大,非线性失真系数加大。

3. 增益的分贝表示

电压增益: Av(dB) = 20lgAv

电流增益: Ai(dB) = 20lgAi

功率增益: Gp(dB) = 10lgGp

4. 共集电极放大电路的主要应用

共集电极放大电路是应用十分广泛的单元电路,因为它具有输入电阻高、输出电阻低、有电流驱动能力三个优点。

(1)作为多极放大电路的输入级

有些放大电路需要很高的输入阻抗,最典型的是如电压表、示波器等各种测量仪器。它们的输入级往往都由供集电极放大电路来担任。

(2)作为级联放大电路的缓冲(隔离)级

为了获得较高的电压增益,一般要将多个单级放大电路级联起来实现逐级放大。在放大电路级联时,往往因为下一级输入阻抗低导致前级增益下降。在两级间加入一级共集电极放大电路,则由于它的输入阻抗高,可减弱对前级增益的影响;其输出阻抗低,有利于对下一级的激励;共集电极放大电路本身的电压增益接近于1,不影响整个电路的增益,所以常用共集电极放大电路作为缓冲级。

(3)作为多级放大电路的输出级

多级放大电路的输出端往往都要带较重的负载,要求输出级具有较低的输出阻抗,较大的电流驱动能力,足够的动态范围等。因此多级放大电路多采用共集电极放大电路作为输出级。

5. 三种组态放大器比较

共射放大电路具有较强的电压放大能力和电流放大能力,输入电阻和输出电阻适中,所以常用来作为多级放大电路的中间级。

共集电极放大电路(射极跟随器)的电压放大倍数小于接近于1,但有较大的电流放大能力,且输入电阻高、输出电阻低,有很好的隔离缓冲作用,所以常用来作为多级放大器的输入级、输出级和中间缓冲级。

共基放大电路的输入电阻很小,电流放大能力差,其它性能与共射电路相同,但它有较好的频率特性,常用作宽带放大电路。