模擬電路

本書為全國職業學校電子類教材編審委員會評審並推薦並出版。全書共分八章：半導體二極管和三極管；晶體管交流放大器；放大電路中的反饋；直流放大電路與集成運放；低頻功率放大電路；正弦波振盪電路；直流穩壓電源；調製、解調與變頻。每章後均有小結和習題。

本書注重職業教育的特點，重點突出，簡練通俗，着重基本概念、基本分析方法等基礎知識的講解，重點在於培養學生分析問題、解決問題的能力、理論結合實際的能力和實際操作能力。

第一章 半導體和半導體管

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。

第一節 半導體基礎知識

一、導體、絕緣體和半導體

二、半導體材料分類

三、PN結及其單向導電性

第二節 半導體二極管

二極管又稱晶體二極管,簡稱二極管(diode)，另外，還有早期的真空電子二極管；它是一種具有單向傳導電流的電子器件。在半導體二極管內部有一個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，晶體二極管是一個由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管特性。

一、半導體二極管的結構

二、二極管的伏安特性

三、温度對二極管特性的影響

四、二極管的主要參數

五、二極管的開關特性

第三節 硅穩壓二極管

穩壓二極管（又叫齊納二極管）,此二極管是一種直到臨界反向擊穿電壓前都具有很高電阻的半導體器件。

一、穩壓管的電路符號、伏安特性及穩壓作用

二、穩壓二極管的主要參數

第四節 發光二極管、光敏二極管

一、發光二極管

發光二極管簡稱為LED。由鎵（Ga）與砷（AS）、磷（P）的化合物製成的二極管，當電子與空穴複合時能輻射出可見光，因而可以用來製成發光二極管。在電路及儀器中作為指示燈，或者組成文字或數字顯示。磷砷化鎵二極管發紅光，磷化鎵二極管發綠光，碳化硅二極管發黃光。

發光二極管 （英語：Light-Emitting Diode，簡稱LED） 是一種能發光的半導體電子元件。這種電子元件早

在1962年出現，早期只能發出低光度的紅光，之後發展出其他單色光的版本，時至今日能發出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當的光度。而用途也由初時作為指示燈、顯示板等；隨着白光發光二極管的出現而續漸發展至被用作照明。

LED只能往一個方向導通（通電），叫作正向偏置（正向偏壓），當電流流過時，電子與空穴在其內複合而發出單色光，這叫電致發光效應，而光線的波長、顏色跟其所採用的半導體材料種類與摻入的元素雜質有關。具有效率高、壽命長、不易破損、開關速度高、高可靠性等傳統光源不及的優點。白光LED的發光效率，在近幾年來已經有明顯的提升，同時，在每千流明的購入價格上，也因為投入市場的廠商相互競爭的影響，而明顯下降。雖然越來越多人使用LED照明作辦公室、傢俱、裝飾、招牌甚至路燈用途，但在技術上，LED在光電轉換效率(有效照度對用電量的比值)上仍然低於新型的熒光燈。

二、光敏二極管

光敏二極管是將光信號變成電信號的半導體器件。它的核心部分也是一個PN結，和普通二極管相比，在結構上不同的是，為了便於接受入射光照，PN結面積儘量做的大一些，電極面積儘量小些，而且PN結的結深很淺，一般小於1微米。

光敏二極管是在反向電壓作用之下工作的。沒有光照時，反向電流很小（一般小於0.1微安），稱為暗電流。當有光照時，攜帶能量的光子進入PN結後，把能量傳給共價鍵上的束縛電子，使部分電子掙脱共價鍵，從而產生電子---空穴對，稱為光生載流子。

它們在反向電壓作用下參加漂移運動，使反向電流明顯變大，光的強度越大，反向電流也越大。這種特性稱為“光電導”。光敏二極管在一般照度的光線照射下，所產生的電流叫光電流。如果在外電路上接上負載，負載上就獲得了電信號，而且這個電信號隨着光的變化而相應變化。

光敏二極管、光敏三極管是電子電路中廣泛採用的光敏器件。光敏二極管和普通二極管一樣具有一個PN結，不同之處是在光敏二極管的外殼上有一個透明的窗口以接收光線照射，實現光電轉換，在電路圖中文字符號一般為VD。光敏三極管除具有光電轉換的功能外，還具有放大功能，在電路圖中文字符號一般為VT。光敏三極管因輸入信號為光信號，所以通常只有集電極和發射極兩個引腳線。同光敏二極管一樣，光敏三極管外殼也有一個透明窗口，以接收光線照射。

第五節 半導體三極管

一、三極管的結構、電路符號及類型

二、三極管的電流放大作用

三、三極管放大的概念和三種聯接方式

四、三極管的伏安特性曲線

五、三極管的主要參數

六、三極管參數與温度的關係

第六節 場效應晶體管

一、結型場效應管

在一塊N型(或P型)半導體材料的兩邊各擴散一個高雜質濃度的P型區(或N型區)，就形成兩個不對稱的PN結。把兩個P區(或N區)並聯在一起，引出一個電極，稱為柵極(g)，在N型(或P型)半導體的兩端各引出一個電極，分別稱為源極(s)和漏極(d)。夾在兩個PN結中間的N區(或P區)是電流的通道，稱為導電溝道(簡稱溝道)。這種結構的管子稱為N溝道(或P溝道)結型場效應管。

分為N溝道結型場效應管和P溝道結型場效應管兩種。

由於結型場效應管的柵極輸入電流iG＞＞0，因此很少應用輸入特性，常用的特性曲線有輸出特性曲線和轉移特性曲線。

二、絕緣柵型場效應管

本章 小結

習題一

第二章 晶體管交流放大器

第一節 放大器概述

一、概述

放大器是能把輸入訊號的電壓或功率放大的裝置，由電子管或晶體管、電源變壓器和其他電器元件組成。用在通訊、廣播、雷達、電視、自動控制等各種裝置中。

增加信號幅度或功率的裝置，它是自動化技術工具中處理信號的重要元件。放大器的放大作用是用輸入信號控制能源來實現的，放大所需功耗由能源提供。對於線性放大器，輸出就是輸入信號的復現和增強。對於非線性放大器，輸出則與輸入信號成一定函數關係。放大器按所處理信號物理量分為機械放大器、機電

放大器、電子放大器、液動放大器和氣動放大器等，其中用得最廣泛的是電子放大器。隨着射流技術（見射流元件）的推廣，液動或氣動放大器的應用也逐漸增多。電子放大器又按所用有源器件分為真空管放大器、晶體管放大器、固體放大器和磁放大器，其中又以晶體管放大器應用最廣。在自動化儀表中晶體管放大器常用於信號的電壓放大和電流放大，主要形式有單端放大和推輓放大。此外，還常用於阻抗匹配、隔離、電流-電壓轉換、電荷-電壓轉換（如電荷放大器）以及利用放大器實現輸出與輸入之間的一定函數關係（如運算放大器）。

二、放大器的分類

通用型集成運算放大器是指它的技術參數比較適中，可滿足大多數情況下的使用要求。通用型集成運算放大器又分為Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型，其中Ⅰ型屬低增益運算放大器，Ⅱ型屬中增益運算放大器，Ⅲ型為高增益運算放大器。Ⅰ型和Ⅱ型基本上是早期的產品，其輸入失調電壓在2mV左右，開環增益一般大於80dB。

高精度集成運算放大器是指那些失調電壓小，温度漂移非常小，以及增益、共模抑制比非常高的運算放大器。這類運算放大器的噪聲也比較小。其中單片高精度集成運算放大器的失調電壓可小到幾微伏，温度漂移小到幾十微伏每攝氏度。

高速型集成運算放大器的輸出電壓轉換速率很大，有的可達2~3kV/μS。

高輸入阻抗集成運算放大器的輸入阻抗十分大，輸入電流非常小。這類運算放大器的輸入級往往採用MOS管。

低功耗集成運算放大器工作時的電流非常小，電源電壓也很低，整個運算放大器的功耗僅為幾十微瓦。這類集成運算放大器多用於便攜式電子產品中。

寬頻帶集成運算放大器的頻帶很寬，其單位增益帶寬可達千兆赫以上，往往用於寬頻帶放大電路中。

一般集成運算放大器的供電電壓在15V以下，而高壓型集成運算放大器的供電電壓可達數十伏。

功率型集成運算放大器的輸出級，可向負載提供比較大的功率輸出。

光纖放大器不但可對光信號進行直接放大，同時還具有實時、高增益、寬帶、在線、低噪聲、低損耗的全光放大功能，是新一代光纖通信系統中必不可少的關鍵器件；由於這項技術不僅解決了衰減對光網絡傳輸速率與距離的限制，更重要的是它開創了1550nm頻段的波分複用，從而將使超高速、超大容量、超長距離的波分複用（WDM）、密集波分複用（DWDM）、全光傳輸、光孤子傳輸等成為現實，是光纖通信發展史上的一個劃時代的里程碑。在目前實用化的光纖放大器中主要有摻鉺光纖放大器（EDFA）、半導體光放大器（SOA）和光纖拉曼放大器（FRA）等，其中摻鉺光纖放大器以其優越的性能現已廣泛應用於長距離、大容量、高速率的光纖通信系統、接入網、光纖CATV網、軍用系統（雷達多路數據復接、數據傳輸、制導等）等領域，作為功率放大器、中繼放大器和前置放大器。

光纖放大器一般都由增益介質、泵浦光和輸入輸出耦合結構組成。目前光纖放大器主要有摻鉺光纖放大器、半導體光放大器和光纖拉曼放大器三種，根據其在光纖網絡中的應用，光纖放大器主要有三種不同的用途：在發射機側用作功率放大器以提高發射機的功率；在接收機之前作光預放大器以極大地提高光接收機的靈敏度；在光纖傳輸線路中作中繼放大器以補償光纖傳輸損耗，延長傳輸距離。

三、放大器的主要參數

四、放大器的工作原理

第二節 固定偏置共發放大電路

一、電路構成

二、固定偏置共發放大電路靜態工作點的計算

三、固定偏置共發放大電路交流參數的計算

四、放大電路的圖解法

第三節 分壓式直流負反饋放大電路

一、工作點的穩定

二、分壓式直流負反饋放大電路的計算

第四節 射極輸出器

一、電路結構

二、射極輸出器的靜態工作點

三、射極輸出器交流參數的計算

第五節 阻容耦合放大電路的頻率特性

一、放大器的頻率特性

二、單極阻容耦合放大電路的頻率特性

第六節 多級放大電路

一、級間耦合方式

二、阻容耦合多級放大器的計算

第七節 調諧放大電路

一、LC並聯諧振迴路的頻率特性

二、簡單調諧放大器

三、典型調諧放大電路和調諧放大電路的應用

第八節 場效應晶體管放大電路

一、電路構成

二、電路靜態工作點的計算

三、電路交流參數的計算

本章 小結

習題二

第三章 放大電路中的反饋

第一節 反饋的基本概念

第二節 反饋放大器的分類

一、正反饋和負反饋

二、電壓反饋和電流反饋

三、串聯反饋和並聯反饋

四、直流反饋和交流反饋

五、本級反饋和級間反饋

第三節 反饋放大器的判斷

一、確定反饋元件

二、判斷反饋類型

三、判斷反饋極性

……

第四章 直流放大電路與集成運放

第五章 低頻功率放大電路

第六章 正弦波振盪電路

第七章 直流穩壓電源

第八章 調製、解調與變頻

實驗

附錄