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week2-3-基本放大电路1¶

§1.3 晶体三极管¶

关键概念¶

结构与符号
三层半导体结构（NPN/PNP）
放大原理：发射区注入载流子 → 基区控制 → 集电区收集
输入/输出特性
输入特性：\(u_{BE} = f(i_B) |_{u_{CE}}\)
输出特性：\(i_C = f(u_{CE}) |_{i_B}\)

直流等效模型

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简化为基极-发射结二极管 + 受控电流源（βi_B）

主要参数¶

电流放大系数 β
极间反向饱和电流 \(I_{CBO}\)、\(I_{CEO}\)
极限参数：\(P_{CM}\), \(U_{(BR)CEO}\), \(I_{CM}\)

§1.4 场效应管（FET）¶

结型场效应管（JFET）¶

参数	N沟道	P沟道
夹断电压	\(U_{GS(off)} < 0\)	\(U_{GS(off)} > 0\)
工作条件	\(u_{GS} > U_{GS(off)}\)	\(u_{GS} < U_{GS(off)}\)
输出特性区域	可变电阻区、恒流区	可变电阻区、恒流区

MOSFET¶

增强型¶

开启电压：\(U_{GS(th)}\)
漏极电流公式

\[i_D = k_n (u_{GS} - U_{GS(th)})^2\]

其中 \(k_n = \frac{1}{2} \mu_n C_{ox} \frac{W}{L}\)

耗尽型¶

夹断电压：\(U_{GS(off)}\)
漏极电流公式

\[i_D = I_{DSS} \left(1 - \frac{u_{GS}}{U_{GS(off)}}\right)^2\]

关键特性曲线¶

区域	条件	特性
夹断区	\(u_{GS} < U_{GS(th)}\)	\(i_D \approx 0\)
恒流区	\(u_{DS} > u_{GS} - U_{GS(th)}\)	\(i_D \propto (u_{GS})^2\)
可变电阻区	\(u_{DS} < u_{GS} - U_{GS(th)}\)	\(i_D \propto u_{DS}\)

§2.1 放大电路概述¶

核心指标¶

放大倍数
- 电压增益：\(A_u = \frac{\hat{U}_o}{\hat{U}_i}\)
- 互阻增益：\(A_{R} = \frac{\hat{U}_o}{\hat{I}_i}\)
输入/输出电阻
- 输入电阻：\(R_i = \frac{U_i}{I_i}\)
- 输出电阻：\(R_o = \frac{U_o}{I_o} \bigg|_{R_L=\infty}\)
最大不失真输出电压

\[U_{om} = \min(U_{CEQ} - U_{CES}, V_{CC} - U_{CEQ})\]

§2.2 基本共射放大电路¶

静态工作点分析¶

基极回路方程

\[I_{BQ} = \frac{V_{BB} - U_{BEQ}}{R_b}\]

集电极回路方程

\[U_{CEQ} = V_{CC} - I_{CQ} R_c\]

动态分析¶

电压增益

\[A_u = -\beta \frac{R_c}{r_{be}}\]

输入电阻

\[R_i = R_b // r_{be}\]

输出电阻

\[R_o \approx R_c\]

失真类型¶

失真类型	原因	波形特征
截止失真	\(Q\)点过低（\(I_{BQ}\)不足）	波形顶部削波
饱和失真	\(Q\)点过高（\(I_{CQ}\)过大）	波形底部削波

典型电路结构¶

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阻容耦合共射电路：
Vcc → Rc → C2 → 输出
          ↗
         T
          ↘
        Rb → C1 → 输入

§2.3 放大电路分析方法¶

图解法步骤¶

绘制直流负载线：\(U_{CE} = V_{CC} - I_C R_c\)
确定静态工作点 \(Q(I_{BQ}, I_{CQ}, U_{CEQ})\)
绘制交流负载线：斜率 \(-1/(R_c // R_L)\)

微变等效电路法¶

模型：

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BJT：基极-发射结二极管 + βi_b受控源
FET：v_gs控制的g_m v_gs电流源

重要公式推导¶

MOS管跨导

\[g_m = \frac{2 I_{DQ}}{U_{GS} - U_{GS(th)}}\]

BJT输入电阻

\[r_{be} = r_{bb'} + (1 + \beta) \frac{U_T}{I_{EQ}}\]

最大输出功率

\[P_{om} = \frac{V_{CC}^2}{2 (R_c + R_L)}\]