模拟电子技术总复习.docx

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模拟电子技术总复习

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无论做什么工作，都应该有一个正确的指导思想，就是在战略上藐视敌人、从战术上重视敌人。

就是在全局上有必胜信心，在具体问题上有周到得心有效的手段。

就是要有应对各种可能出现的问题的战术。

要熟悉战术，首要的是对战况了如指掌。

一、模拟电子技术的知识点

1、模拟电子技术应有的知识点

模拟电子技术有放大、反馈、滤波、振荡、电源五大模块，其中重中之重是放大模块，再就是反馈模块。

负反馈是对放大的改善和优化，放大、正反馈与滤波一起组成振荡，放大、反馈、滤波，有时还加上振荡，再一起组成电源。

放大模块应当有下列知识点：

①工作点分析与设计；

②工作点稳定性；

③输入电阻；

④输出电阻；

⑤电压、电流、功率三大放大倍数；

⑥频率特性；

⑦非线性失真；

⑧输入范围；

⑨输出范围（最大不失真输出电压摆幅）；

⑩效率及负载最大功率。

工作点分析与设计是晶体管放大器及集成放大器才有的。

从反馈开始，到集成运放的应用，到深度负反馈，工作点分析与设计就不再需要一般读者操心了。

2、模拟电子技术传统知识点概况

1）放大模块

模拟电子技术传统知识点，主要由工作点、输入电阻、输出电阻、电压放大倍数、频率特性五种参数的简单计算组成。

只有互补功率放大器才会涉及到输出范围（最大不失真输出电压摆幅）、负载最大功率及效率的简单计算。

模拟电子技术传统知识点，如果按总共100分、每一项10分来打分，大致如下：

①工作点只有关于Ib、Ic、Uce三个偏置参数的简单计算，至于是否合理，鲜见讨论。

所以目前的工作点计算，就连分析的水平也没有达到。

打4分。

②工作点温度稳定性只有I1≈10Ib，或βRe≈10Rb这样两个经验数据。

打2分。

③输入电阻计算完善。

打10分。

④输出电阻计算较完善，但是负反馈究竟如何影响输出电阻，还没有最后解决。

例如，传统讲电流负反馈增大输出电阻。

分压偏置共射放大器采用了电流负反馈，但是该放大器输出电阻与没有反馈的同类放大器相比，都是Rc，并没有变化。

讲电流负反馈增大输出电阻的传统说法与事实不符合，搅乱人们的思维。

打8分。

⑤一般放大器都有电压、电流、功率三大放大倍数。

电压放大倍数又分为自身电压放大倍数和源电压放大倍数。

目前模拟电子技术涉及到的主要是自身电压放大倍数计算，源电压放大倍数计算较少，打3分。

⑥频率特性主要是上限频率计算与下限频率计算。

一般讲，下限频率应当细细计算，上限频率粗略估算即可。

目前传统模电教科书关于BJT放大器频率特性，细细计算的却是上限频率，下限频率计算只有时间常数τ2与τ1相差很大的简单情况。

τ2与τ1相近，包括τ2=τ1的最一般情况，却被刻意忽略了。

考虑增益带宽积等于常数、集成运放压摆率SR等知识点比较成熟，打6分。

⑦非线性失真主要指的是几何失真。

目前关于几何失真讨论很少，分类更是没有，很多人把非线性失真与削波失真相混淆，打1分。

⑧除了前置级由集成运放组成的功率放大器之外，输入范围讨论很少，所以打1分；

⑨输出范围（最大不失真输出电压摆幅），虽然是很多人都孜孜以求的重要指标，但是除了功率放大器，讨论很少，所以打1分。

⑩效率及负载最大功率，除了功率放大器，BJTCE、CC、CB放大器，FETCS、CD、CG放大器，讨论都很少，所以打2分。

对传统模拟电子技术放大模块的主要十项知识点打分汇总如下：

①工作点分析与设计………………………………………………………………4分；

②工作点稳定性……………………………………………………………………2分；

③输入电阻…………………………………………………………………………10分；

④输出电阻…………………………………………………………………………8分；

⑤电压、电流、功率三大放大倍数………………………………………………3分；

⑥频率特性…………………………………………………………………………6分；

⑦非线性失真………………………………………………………………………1分；

⑧输入范围…………………………………………………………………………1分；

⑨输出范围（最大不失真输出电压摆幅）…………………………………………1分；

⑩效率及负载最大功率……………………………………………………………2分。

满分100分，实际总共得40分。

不仅读者最惧怕的是在其不熟悉的领域内出题，而且出题者也不愿意在其不熟悉的领域内出题。

实际上，项目越不成熟，出题的机会也越少。

例如，关于输入范围和输出范围，除了功率放大器可能出一些题之外，普通放大器是不会出的。

上述十项，得分越少，出题的概率就越低，就越不需要关注。

打1~2分的知识点通常是不会出题的，或者出题的概率及分值都非常低。

正是，宁扛百斤麻袋，不提十斤烂泥。

输入电阻和输出电阻计算比较成熟，题目较多，读者也不惧怕这方面的题目。

就放大模块来说，目前模拟电子技术考试所涉及到的知识点只有大约40%。

如此之少的考试知识点，同学们完全不必担心。

目前无论研招考试还是课程考试，放大模块出题概率最高的是工作点Ib、Ic、Uce三个偏置参数的简单计算，以及输入电阻Ri、输出电阻Ro、电压放大倍数Au的计算。

简单说就是Ib、Ic、Uce、Ri、Ro、Au，主要就是这六项参数分析计算。

Q点三参数Ib、Ic、Uce计算完毕，应当进行以下工作点合理性校验

，以及

然后以|δIc|和|δUce|是否小于某一指定的百分比，如小于2%，判定Q点是否合理。

目前根本没有这样的判断，所以说目前的工作点分析计算只完成了应有的工作量的一半都不到，所以说工作并不难。

因此，对于考试来说，红皮书上凡是带下标”cr”的参数，暂时都不要细看了。

2）反馈模块

反馈模块中，最糊涂的是并联反馈与串联反馈概念，但是最流行的说法还真是电压并联负反馈、电压串联负反馈、电流并联负反馈和电流串联负反馈等所谓四种反馈组态。

如果让回答四种反馈组态有哪些，就应当毫不犹豫地答：

电压并联负反馈、电压串联负反馈、电流并联负反馈和电流串联负反馈，准能得分。

负反馈对输入电阻和输出电阻的影响中，最明了的是串联负反馈增大输入电阻，电压负反馈减小输出电阻。

最糊涂的是电流负反馈增大输出电阻。

如果问你：

增大输入电阻的反馈是哪种，你就应当毫不犹豫地答：

串联负反馈，如果问你：

减小输出电阻的反馈是哪种，你就应当毫不犹豫地答：

电压负反馈。

反馈模块中，最经典最成熟最流行的是深度负反馈理论。

反馈放大器部分，出题最多的就是深度负反馈放大电路。

因为深度负反馈电路的闭环电压放大倍数计算非常简单，就是Af=1/F，真是简单绝伦。

由于深度负反馈放大电路的闭环电压放大倍数计算简单透顶，于是出现一种趋势，就是人为地认为一些分立元件放大器也是深度负反馈放大电路。

既然老师都说是深度负反馈了，学生就不要有啥子疑问了。

就照深度负反馈去贯彻去理解去计算就是了。

老师在为学生减负，学生要领情才是。

做活不随主就是二百五，一万年也是真理。

见图5。

3）振荡模块

最流行的概念是起振幅度条件FA≥1，以及相位条件φa+φf=2nπ

最流行的电路是RC串并联滤波器以及文氏电桥振荡器。

科比兹振荡器及哈特莱振荡器虽然流行，但书上都没解释清楚，所以考得较少。

模拟电子技术几大模块从单元电路来说，出题概率最高的当数分压偏置放大器，或基本共射放大器，其次是长尾差分放大器，振荡器里出题最多的是文氏电桥振荡器。

二、关于模拟电子技术常用参数的符号

1.电压符号究竟该用U还是V？

如果用V表示电压，电压是6V，就会出现V=6V的尴尬。

国家标准GB3102.5《电学和磁学的量和单位》规定：

量的名称：

电位差（电势差）、电压。

符号：

U，（V）。

但一般用U。

《电子技术》1964年第09期文章也说“电压的符号“U”比“V”好”。

还有很多人都说，“U是电压符号，V是电压单位”。

所以说U做电压符号是最合适的。

V既是电压的单位伏特的标准代号，又是速度的标准代号。

从尽量避免符号重复使用的角度考虑，用U做电压符号也是最合适的。

2.偏置电流电压Ib、Ic、Uce的下标是否加Q？

偏置电流电压的符号，最关键是大写U、I，下标Q可有可无，不会引起异议。

目前就有很多教科书或者试卷上已经不用下标Q了。

3.信号源内阻Rs、放大器输入电阻Ri、输出电阻Ro用大写R还是小写r？

FET越来越流行。

FET放大器管子源极电阻符号理应用Rs。

FET源极电阻符号用了Rs，为避免符号重复使用引起误会，信号源内阻就不宜继续用Rs，而是改用rs最合适。

童诗白《模拟电子技术基础》信号源内阻用Rs表示，FET放大器源极电阻符号也用Rs表示，就产生了符号重复使用容易混淆的问题。

康华光《电子技术基础（模拟部分）》可能意识到了此问题，该书信号源内阻依然用Rs表示。

习题5.3.8源极输出器用图中的FET源极电阻符号R没用任何下标，就是为了避免与信号源内阻Rs相混淆。

不过，一个电阻R没用任何下标也是不合适的。

FET源极电阻改用符号R，并没有彻底解决问题。

总之，FET放大器源极电阻符号用大写Rs表示，信号源内阻改用小写rs最合适。

输出电阻其实就是放大器作为新的信号源的内阻，输出电阻就是内阻。

既然信号源内阻用rs表示了，输出电阻也该相应地用ro表示。

放大器输入电阻往往与晶体管输入电阻rbe有关。

既然晶体管输入电阻用小写字母rbe表达了，放大器输入电阻自然也该用小写字母ri表达。

另外看，既然放大器输出电阻用小写字母ro表示了，放大器输入电阻自然也该用小写字母ri表达。

信号源内阻、放大器输入电阻、输出电阻的符号都用小写r表示，还符合有形电阻用大写字母R、无形电阻用小写字母r表示的要求。

信号源内阻符号用rs、放大器输入电阻用ri、输出电阻用ro表示，是一个必然的发展趋势。

很多教科书、很多考研试卷及课程试卷都已经这样做了。

4.关于自身电压放大倍数及源电压放大倍数的符号

源电压放大倍数就是考虑信号源内阻rs影响的电压放大倍数。

自身电压放大倍数则是不考虑信号源内阻rs影响的，即认为rs=0条件下的电压放大倍数。

传统模电教科书自身电压放大倍数用符号Au表示，源电压放大倍数用符号Aus表示。

比较起来，源电压放大倍数比自身电压放大倍数应用场合多得多。

按照应用多者给予优先考虑的原则，源电压放大倍数用符号自然应该用比较简单的符号。

所以发展趋势是，自身电压放大倍数用符号Auz表示，源电压放大倍数用符号Au表示。

符号Auz的第二下标z，照汉语可理解为自身，照英语可理解为zero，即零（内阻）。

读者关键是细细看清和正确理解题意，至于符号的使用，可自便。

只要题目做对了，不会因为符号的使用引起误解。

对读者来说，符号包括下标Q如何使用，不会引起误解，明白就行，悉听自便。

三、长尾差分放大器Ib、Ic、Uce、Au的计算方法

蓝皮书上根本没有长尾差分放大器，但是有习题，所以特意补充。

T1管与T2管的电流放大倍数β1与β2很难完全相等。

如果按照β1与β2的实值计算偏置电流，那么负载电阻RL中也有电流，独立的电压电流未知数将达到4个以上，计算过程相当繁琐，也无此必要。

实际上差放的两个晶体管一般经过精心配对，β1与β2近似相等，Ube1与Ube2近似相等。

偏置电流计算应当按照β1=β2=β，Ube1=Ube2=Ube进行，此时负载电阻RL中将没有电流。

差分放大器调零有两种方式，一是并联调零，二是串联调零。

并联调零在741芯片及我们这次模电实验中都使用了，其特点是电位器阻值大，零点调节性能好范围大，不影响CMRR，且可不接即断路，见红皮书图6.7.5。

串联调零特点是电位器阻值小，零点调节性能差范围小，并且会影响CMRR。

图1经典长尾差分放大器图2长尾差分放大器偏置量计算图

调零电位器Rw阻值与发射极共模反馈电阻Re相比很小，应忽略不计。

即认为Rw短路，见长尾差分放大器偏置量计算图。

令信号源电压为零，可以列出从基极偏置电阻到BJT基极及负电源之间的发射极回路的直流电压平衡方程

由于对称性，Ie1=Ie2=Ic1=Ic2=Ic，上式可化简为

将Ic=βIb代到上式得到长尾差放晶体管集电极偏置电流及集-射极偏置电压计算公式

四、六项参数Ib、Ic、Uce、Au、Ri、Ro的计算方法

在规定时间内完成题目，不仅要求会做，而且要求能高效率完成，即不走弓背走弓弦。

Ib、Ic、Uce、Ri、Ro、Au六项参数中，Ri和Ro的计算比较成熟，不再赘述。

1.Ib、Ic、Uce的统一计算方法

BJT放大器的基极偏置电路，无非是单电阻固定偏置和双电阻分压偏置这样两种。

单电阻固定偏置晶体管基极偏置电流计算方法是

双电阻分压偏置晶体管基极偏置电流计算方法是

其中

为串联分压比，RTh=Rb=Rb1//Rb2为等效电源αUcc-Ube的戴维宁内阻。

单电阻固定偏置可以理解为Rb2→∞而断开的双电阻分压偏置，所以晶体管基极偏置电流计算方法可以统一为

Q点Ib、Ic、Uce三参数计算步骤可以统一如下

第一步：

RTh=Rb=Rb1//Rb2单电阻固定偏置免去。

第二步：

单电阻固定偏置免去。

第三步：

第四步：

第五步：

为了简化计算，取Ie=Ic已经是天经地义。

对单电阻固定偏置即固定偏置放大器（基本共射放大器）和射极输出器，α=1

如果是长尾差分放大器，则用以下与上边类似的计算方法

第一步：

第二步：

第三步：

Ic是由Ib产生的，这种先计算Ib、再计算Ic的方法，不仅计算精度高，而且符合逻辑，有助于读者始终保持清醒的头脑。

在戴维宁等效电阻Rb较小时，明确之后可以使用近似计算公式，按照Ic、Ib、Uce的顺序计算Q点三参数

普通放大器

第三步：

第四步：

第五步：

差分放大器

第一步：

第二步：

第三步：

2.Au的统一计算方法

电压放大倍数的计算最能说明如何不走弓背走弓弦。

很多考试都要求计算自身电压放大倍数和源电压放大倍数。

比较起来，自身电压放大倍数很简单一些，源电压放大倍数很复杂。

先看一下自身电压放大倍数计算方法

基本共射放大器

分压偏置共射放大器

，Re1是没有并联电容的电阻。

若Re1=0，则

，与基本共射放大器Auz一样

基本共集放大器

，懒得计算时可认为

，也不会丢分。

基本共基放大器

已经证明了，无论对于CE、CC还是CB放大器，源电压放大倍数Au与自身电压放大倍数之间都有统一关系

先用较简单的方法计算自身电压放大倍数Auz，再根据自身电压放大倍数计算源电压放大倍数Au，就是一个典型的弓弦；反之，就是一个典型的弓背！

还要记着，计算电压放大倍数离不开晶体管输入电阻rbe。

所以晶体管输入电阻rbe计算公式

rbe=rbb’+UT/Ib或rbe=rbb’+βUT/Ib

见红1版参考书第1章30页公式（1.2.5），红2版参考书第1章33页公式（1.3.7）

相当重要，该公式一定要作为模电第一号公式娴熟地记在心中。

有人写实验报告时该公式用错了，要吸取教训。

五、四种反馈组态的判别方法

传统模拟电子技术有四种反馈组态：

电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈、电流并联负反馈。

按照传统理论判别所给负反馈是哪种组态，非常令人烦恼。

图3中电阻R2是反馈电阻，R1可用来调整反馈系数。

图3（红皮模电书图8.1.2）反相比例运算电路

运放输入电阻非常大、输入电流非常小。

忽略运放输入电流，则图3中电阻R1、R2电流相等，表现为串联关系。

反馈系数调整电阻R1与反馈电阻R2呈串联关系，照此似乎可以顺利成章地说反馈属于串联反馈。

但是你错了！

因为按照传统说法，此为并联反馈也！

如何才能得到并联反馈结论呢？

还是要先判断反馈信号与输入信号是相加还是相减，然后将相加归为并联，相减归为串联，才能得到土匪黑话似的结论。

图3中输入信号电压ui经电阻R1加到运放反相输入端，输出电压uo经电阻R2也加到运放反相输入端，输出电压uo与输入信号电压ui逻辑上加到同一个点，故uo与ui逻辑上相加，然后将相加归为并联。

BJT发射极与基极，FET源极与栅极、差放同相端与反相端，都属于不同的点。

六、模拟电子技术的模块划分

模拟电子技术有放大、反馈、滤波、振荡、电源五大模块。

反馈放大器除了放大器主体，还包括反馈子模块。

振荡器除了放大器主体，更包括滤波子模块和反馈子模块。

反馈子模块也叫做反馈网络，滤波子模块也叫做滤波网络。

反馈网络，就是造就反馈通道和反馈系数的元器件总合。

反馈网络概念很重要。

红2版参考书第7章，第245页第19行，第253页第17行，第255页第19行，引入和提及反馈网络概念总共达4次。

大家还要感谢刘双双同学向老师提问反馈网络，引起重视来。

图4一个电路有两个反馈网络，滤波网络兼做反馈网络的例子

图5他反馈网络包括自反馈网络的例子

分析反馈放大器的关键是把反馈网络与放大器主体区分开来。

分析振荡器的关键是把滤波网络及反馈网络与放大器主体区分开来。

振荡器的滤波网络和反馈网络往往是混杂在一起的。

若认为图5属于深度负反馈，则反馈系数和反馈电压放大倍数各为

图6反馈网络包括带通滤波网络的例子

七、如何识别电压跟随器

这是12月25日模拟电子技术最后一课喻舒婷同学提的问题。

感谢喻舒婷同学，她在整个模拟电子技术课程中提出的问题最多。

今天提的这个问题很典型。

图7所示同相比例运算电路，无论短路Rf，还是断路R1，都能形成电压跟随器。

短路反馈电阻Rf后，反馈系数F=R1/（R1+Rf）=R1/R1≡1，反馈系数调整电阻R1就失去了存在的价值，沦落为一个无谓的负载电阻，再拆去R1，就形成正规电压跟随器，见图8。

图7红皮1版模电参考书图7.4.3同相比例集成运算电路

图8正规电压跟随器图9另类电压跟随器

断开R1，反馈系数F=R1/（R1+Rf）=∞/（∞+Rf）≡1，反馈电阻Rf亦失去了存在的价值，虽然挂着，但因运放芯片输入电阻很大很大，输入电流很小很小，实质上Rf其中无电流，故uo=ui，事实上形成另类电压跟随器，见图9。

图8、图9所示电压跟随器，即使带上负载，也还是电压跟随器。

图8不用说了，图9即使带上负载，电阻R1也无电流，故依然uo=ui，还是电压跟随器。

反相端与输出端之间接有电阻时，究竟是否电压跟随器，不能一概而论，应当要具体问题具体分析。

判断方法也很简单：

反相端与输出端之间所接电阻实质无电流，就是电压跟随器；有明显电流就不是电压跟随器。

八、模拟电子技术的常数

从中学起大家就知道，圆的周长与直径的比值是一个常数，这个常数用π表示，π≈3.14。

然后就开始一路学常数记常数用常数。

到高等数学，又陆续学了很多常数，如自然对数的底e≈2.71828。

到模拟电子技术，常数更多，用途更广。

杂质半导体电子浓度与空穴浓度的乘积等于仅与温度有关的常数2×1020/cm6

热的电压当量（热电压）也是一个仅与温度有关的常数UT≈26mV；√

硅pn结正向压降Ud≈0.7V，硅三极管发射结正向压降Ube≈0.7V；√

锗pn结正向压降Ud≈0.2V，锗三极管发射结正向压降Ube≈0.2V；√

红色LED正向压降Ud≈2V；

绿色LED正向压降Ud≈2V或3V；

蓝、白色LED正向压降Ud≈3V；

硅pn结正向压降温度系数≈-2mV/°C；

三极管集电极-发射极饱和压降Uce≈0.2V；

BJT电流放大倍数β值范围大约在几十到几百倍；

FET跨导gm大约在数毫西（mS）；

BJT电流放大倍数β的温度系数θ=（0.5~1）%/°C；

BJT输入电阻rbe的数量级为数百欧姆到数kΩ；√

FET输入电阻rgs的数量级为数MΩ甚至更高；√

BJT输出电阻rce及FET输出电阻rds的数量级为100kΩ；√

集成运算放大器自身电压放大倍数（开环电压放大倍数）A=10000倍以上；

集成运算放大器共模抑制比CMRR=10000倍以上；

集成运算放大器输入电阻ri的数量级为数MΩ甚至更高；

集成运算放大器线性应用时同相输入端与反相输入端电位差仅在1mV以下；

等电阻等电容串并联RC带通滤波器谐振分压比F0=1/3；√

整流滤波电路中输出直流电压平均值与被整流交流电压有效值的比值，以及二极管反向耐压与被整流交流电压有效值的比值，也都是常数，见表1。

解题最珍贵的是已知条件。

这些常数，就是一个个隐含的已知条件，在羞答地谦恭地等待着你去使用她。

实践中还应注意，一些常数的数值相对稳定，如热电压UT≈26mV。

如表1中整流滤波电路的关键比值参数。

如等电阻等电容串并联RC带通滤波器谐振分压比F0=1/3。

表1整流滤波电路的关键比值参数

整流滤波电路种类

Uo/U2

Udrm/U2

单相半波整流

0.45

1.414

单相全波整流

0.9

2.828

单相桥式整流

0.9

1.414

电容滤波空载

1.4

电容滤波负载

1.3

还有一些常数的数值有一定变化。

如硅pn结正向压降Ud=Ube，没有指定数值时一般以隐含值0.7V为准，实际上也可能指定Ud≈Ube=0.6V。

还有硅pn结体电阻rbb’，没有指定数值时一般以隐含值200Ω为准，实际上也可能指定rbb’=100Ω或者rbb’=300Ω。

还有，晶体管输入电阻rbe一般情况下需要自行计算，有时候又作为已知条件给定rbe数值。

要注意，给定了就不要再去计算了，再去计算就是自作多情不讨好。

三极管集电极-发射极饱和压降Uce≈0.2V，也可能根据实际情况指定Uce=0.5V等。

九、模拟电子技术的其它重要知识点

1.BJT放大器交流等效电路图

主要是基本共射放大器及分压偏置共射放大器。

分压偏置共射放大器分为有Re1的无Re1的两种，重点掌握无Re1的那种。

这方面重点看红1版、红2版第1章BJT的CCCS电流源模型，红2版第75页和第100页，尤其75页。

注意在看书时必要时自己补画上BJT电极名称B、C、E，以利理解。

2.长尾差分放大器

除了前述偏置参数计算方法之外，还要注意以下计算公式

双端输出差模电压放大倍数Ad计算公式（6.2.5），加负号

单端输出差模电压放大倍数Ad计算公式（6.2.8），加负号

单端输出共模电压放大倍数Ad计算公式（6.2.9），加负号

单端输出共模电压放大倍数CMRR计算公式（6.2.10）

3.根据三脚电压判别BJT极性及材料

两脚电压相差0.6~0.7V/0.2~0.3V，第三脚电压明显高，则判断为硅/锗NPN管；第三脚电压明显低，则判断为硅/锗PNP管。

最大电流流进管子，为PNP管；最大电流从管子流出，为NPN管。

6.2.5题补充两个要求

（3）已知us1=-us2=5mV，求uo

（4）求单端输出时的Ad，Ac及CMRR

考试不难。

复习，要注重掌握基本概念，熟悉基本规律，会用基本方法。

祝同学们借九九大顺的东风，元旦愉快，考好模电，春节快乐！

2013年12月25日星期三