《模拟电子技术基础》笔记——上交大郑益慧主讲——辅助教材《电子电路原理第四版》—— 要反反复复看直到记住图的推导过程——出错了欢迎指正——由于是快速刷了一遍还是要反复复习——学习这里面的思路_郑益慧模电笔记

第0章 电⼦学三⼤基本⽆源器件：电容，和电感、电阻

电容——存储电能量

以平⾏板电容器为例，简单介绍下电容的基本原理：

下图是电容存储的电场能，以电场线表现电场强度变化

如上图所⽰，在两块距离较近、相互平⾏的⾦属平板上(平板之间为电介质)加载⼀个直流电压；稳定后，与电压正极相连的⾦属平板将呈现⼀定量的正电荷，⽽与电压负极相连的⾦属平板将呈现相等量的负电荷；这样，两个⾦属平板之间就会形成⼀个静电场，所以电容是以电场能的形式储存电能量，储存的电荷量为Q。

电容储存的电荷量Q与电压U和⾃⾝属性(也就是电容值C)有关，也就是Q=U*C。根据理论推导，平⾏板电容器的电容公式：

电压可以在电容内部形成⼀个电场，⽽交流电压就会产⽣交变电场。根据麦克斯韦⽅程组中的全电流定律：

电容——通交流，隔直流

理想电容内部是介质(Dielectric)，没有⾃由电荷，不可能产⽣电荷移动也就是电流，那么理想电容是如何通交流的呢？
电流会产生磁场

变化的电场也可以产⽣磁场

麦克斯韦猜测证明了电场的变化可以等效为电流。
电压可以在电容内部形成⼀个电场，⽽交流电压就会产⽣交变电场，交变电场可以等效为电流。
啥叫旁路电容？啥叫去耦？可以不再争论了吗

电感——自感

磁场：磁场（Magnetic field），物理概念，是指传递实物间磁力作用的场。磁场是由运动着的微小粒子构成的，在现有条件下看不见、摸不着。磁场具有粒子的辐射特性。磁体周围存在磁场，磁体间的相互作用就是以磁场作为媒介的，所以两磁体不用在物理层面接触就能发生作用。由于磁体的磁性来源于电流，电流是电荷的运动，因而概括地说，磁场是相对于观测点运动的电荷的运动的电场的强度与速度，带来的观测点处电荷所受力的变化的表现

电场：电场是电荷及变化磁场周围空间里存在的一种特殊物质。这种物质与通常的实物不同，它虽然不是由分子原子所组成的，但它却是客观存在的特殊物质，具有通常物质所具有的力和能量等客观属性。

电动势：即电子运动的趋势，能够克服导体电阻对电流的阻力，使电荷在闭合的导体回路中流动的一种作用。

感生电动势：变化的磁场在其周围空间激发感生电场（又称有旋电场），这种感生电场迫使导体内的电荷作定向移动而形成感生电动势。

当线圈中有电流通过时，线圈的周围就会产生磁场。当线圈中电流发生变化时，其周围的磁场也产生相应的变化，此变化的磁场可使线圈自身产生感应电动势（感生电动势）（电动势用以表示有源元件理想电源的端电压），这就是自感。

自感线圈是电路基本元件，利用线圈具有阻碍电流变化的特性可以稳定电路的电流

电感——互感

两个电感线圈相互靠近时，一个电感线圈的磁场变化将影响另一个电感线圈，这种影响就是互感。互感的大小取决于电感线圈的自感与两个电感线圈耦合的程度，利用此原理制成的元件叫做互感器。

下图是电磁式电压互感

电阻

在物理学中表示导体对电流的阻碍作用

相量法

复数的物理意义是什么
世界上存在个各种各样的波，波的存在形式⼤都是正弦的。
我们使⽤信号传递信息，任何不会发⽣变化的 信息载体 是不能传递信息的
即 信号能传递信息的容量 与 信号的变化速度（频率）有很⼤的关系
前⼈归纳出：任何⼀个信号 都能通过 不同频率和幅度的正弦波的叠加来复现出来

两个结论
我们可以通过把⼀个信号变成不同频率的正弦波信号的叠加，从⽽在频率中分析信号
通过分析⼀个系统对不同频率的信号的不同响应，就可以分析系统的信号响应⼜描述正弦波的，有两个指标 1.幅度 2.相位

如何⽤公式来同时描述 相位和 振幅–>使⽤复数
巧合在于：
复平⾯上⼀个点到原点的距离：为振幅
这个点到原点连线以后跟实轴所成的⾓度：为相位
从⽽ 同时描述 幅度和相位的变化

举例：
现在假设有幅度为1V，相位为0度的信号，要通过⼀个系统，得到⼀个电流。 简单起见，我们⾸先假设这个系统就是⼀个电阻。 那么这个系统对信号的处理是怎么样的呢？ 就是1/R对不对？（注意这⾥没有虚数，不需要虚数的原因很简单，因为电阻是没有记忆的器件，它对电压的反应是⽴刻的，实时的，没有相移的。0相移就意味着这个复数可以⽤⼀个实数来表达）

后来，有好事者，把电阻换成了⼀个电容。 这个系统对直流电压的响应是0，直流电压加在电容上，是不会有电流通过的。 但是对于⼀个有频率的电压信号来说，就是另外⼀回事情了。 我们知道电流的公式是 dQ/dt =d(CSin(wt))/dt = wCSin(wt-pai/2) 所以流过电容的电流也是⼀个正弦信号，它的幅度是wC （注意这⼀幅度不是⼀个恒定值，在不同输⼊电压频率下，有不同的值。这就是“频率响应”的概念） 但是要注意电容电流的相位跟输⼊的正弦电压信号不⼀样！ 恰好是九⼗度的相移时，我们恰好可以⽤虚数 i 来描述这⼀相移。
虚数单位i可以表示为：

所以只有⼀个电容的系统，对信号的响应是： -iwC 其中的负号表明系统的相移在-90度。 看见虚数了吧？？！！ 很优雅地，就⽤⼀个复数同时表明了⼀个正弦电压信号流过⼀个电容得到⼀个电流，它的振幅变化是多少，它的相位变化是多少。

傅⽴叶变换、拉普拉斯变换、Z变换的联系？为什么要进⾏这些变换？ 本质： 将信号从时域转到了 频域 傅⾥叶分析包含傅⾥叶级数与傅⾥叶变换。傅⾥叶级数⽤于对周期信号转换，傅⾥叶变换⽤于对⾮周期信号转换。 但是对于不收敛信号，傅⾥叶变换⽆能为⼒，只能借助拉普拉斯变换。（主要⽤于计算微分⽅程） ⽽z变换则可以算作离散的拉普拉斯变换。（主要⽤于计算差分⽅程） 从复平⾯来说，傅⾥叶分析直注意虚数部分，拉普拉斯变换则关注全部复平⾯，⽽z变换则是将拉普拉斯的复平⾯投影到z平⾯，将虚轴变为 ⼀个圆环。（不恰当的⽐⽅就是那种⼀幅画只能通过在固定位置放⼀个⾦属棒，从⾦属棒反光才能看清这幅画的⼈物那种感觉。）

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电路分析——向量法

第一章 常用的半导体器件

第一章用了大量的时间去学习半导体器件构成，以及它的基本特性。一般不会花大量时间，但是非常重要。因为如果真的理解了这部分，对于后面的应用就会容易很多。当然还有固定变量法也是经常出现的分析方法。

P1、本征半导体——非绝对零度的关键性

P2、PN结——电流由P(正)到N(负)

P3、pn结的电容效应

P4、PN结的P区与N区的参杂浓度比，对特性曲线的影响

1）书《半导体物理与器件（第三版）》的7.4 非均匀掺杂pn结
2）也可以看看刘恩科的《半导体物理学（第7版）》

P5、二极管、稳压二极管

P6、双极晶体管

核心：
1）参杂浓度，实验得，Ib之所以可以控制Ic，其主要原因还是取决于基区和发射极两者之间的掺杂比，若要解释需要量子力学，算了。当然IC也不能无限大，实践中ic供电给一个负载再接地，致使ic的产生的能量来自发射极和集电极连的电源。
电源加载到CE上的电压 = 电源电压 - 电源加载到负载的电压；
集电结两端电压 = 电源加载到CE上的电压 - 发射结果两端电压（正偏0.4v左右）
2）iC与iB的比值约等于β。
3）双极晶体管符号中的箭头方向是发射结正片电流方向，PN结正偏是由P到N。
4）双极晶体管即三极管的导通指三级管从截止状态进入放大状态或饱和状态。
5）判断三极管的状态只需要计算ube和uce
三极管工作原理和工艺详细图解
为什么MOS管要并联个体二极管，有什么作用？寄生二极管（体二极管）

PNP与npn的互补用途
1）差分放大电路书P156

2）稳定静态工作点P168

3）共发射极三级管特性曲线

P7、场效应管（注意举一反三）

个人理解的核心：
前言：PN结电流P到N，所以可以反推知P沟道指空穴沟道，当然个人感觉无论是P沟道还是N沟道都是有一定电阻的导体。
1）绝缘栅型的增强型的P沟道与N沟道的场效应管：
Ugs=0时，d与s间相当于有两个二极管，由于二极管的单向导通，d与s就无法导通。

Ugs的作用加宽沟道（当然Ugs也不能太小，得大于等于开启电压Ugs(th)才能形成沟道 ）沟道越宽Rds越小，Uds的作用是夹断沟道。

Ugs>Ugs(th)，且Uds<(Ugs-Ugs(th))时，看输出特性图可知斜率△I/△Uds=1/R，以此推出此时Ugs越大，电阻Rds越小。

Ugs>Ugs(th)，且Uds>(Ugs-Ugs(th))时，为预夹断(耗尽层为对角线)，看输出特性图可知斜率△I/△Uds=1/R≈0，一看就不是电阻型的特性，是恒流，且Ugs越大，恒流Ids越大，可能是因为Ugs产生的沟道，Uds夹断时总会留缝，估计是Ugs越大，留缝越宽，Uds越大留缝越长。

剪头指向G，Ug大，剪头指向S，Us大：
a）G极箭头向外表示是P型沟道，G极箭头朝里表示它是N沟道。P沟道是空穴沟道，N沟搭是电子沟道。空穴沟道Ids要大于零，ud要大于us，电子沟道Ids要大于零，ud要小于us。
b）电场负极吸引电子，正极吸引空穴。要想在G极形成电子沟道，Ug要小于Us。要想在G极形成空穴沟道，Ug要大于Us。

2）结型的P沟道与N沟道的场效应管：

3）绝缘栅型的耗尽型P沟道与N沟道的场效应管：

第二章 基本放大电路

P7、基本放大器的构成

P8、放大电路的性能指标

P9、放大电路的分析方法

P10、H参数等效模型

核心：针对中低频

P11、基本共射放大电路的动态分析

P12、放大电路工作点Q的稳定性

P13、共集放大电路和共基放大电路

P14、场效应管放大电路的构成原则

场效应管比三极管简单，因为三极管的iBE存在。而场效应管的IBE即IGS是断开的。

P15、基本放大电路的派生电路与场效应管放大电路的分析原则

第三章 多级放大电路

读图是对基本电路的熟悉
电路需看出一级一级的电路，一个一个的模块，不要看是一个一个电阻、电容、三级管，要对基本电路非常熟悉，这样电路阅读才快。实际看电路是电阻、电容、三级管，就是不会。

1、多级放大电路

2、差分放大电路

集成电路大势所趋，就需要直接耦合。
温漂：温度引起的零点漂移，具体就是温度改变导致静态工作点改变。
共模信号：大小相等，方向相同。
差模信号：大小相等，方向相反。
为什么信号要分共模与差模？
共模信号有时是一种干扰信号，温漂是温度对电路的干扰，一块集成电路上的各元件温度变化几乎一样，毕竟距离是纳米级，温度变化导致各元件产生信号变化，
可以将三极管T1，T2的输出信号变化视作信号T1’，T2’，三极管T1，T2温变后输出信号=T1’，T2’+三极管T1，T2温变前输出信号，T1’，T2’就是共模信号。
还可以将共模信号T1’，T2’等效为输入变化T1’’，T2’’
差分电路上的两个三级管将放大后的信号给到Re，两个三级管特性一样，温度，电磁等干扰信号以共模形式进来变双倍，使得接近Vcc即在u0的分量很小，大大抑制干扰；有用信号以差模形式进来被抵消，Re消失。


差分电路的改进

3、直接耦合互补输出级

多级放大电路的最终目标就是输出足够大的功率信号。
如果不考虑输入电阻输出电阻这些乱七八糟的，共射放大电路是非常好的。
对于多级放大电路：
1）输入级用差分放大电路，可以克服干扰
2）中间级用共射放大电路使劲放大
3）到底用什么输出？用直接耦合互补输出级

如果放大电路最终用于电压源来用，会有什么要求？
输出电阻小，不能失真，输出功率要大，效率η大
输出电阻小就要用射级输出器(共基放大电路)

放大电路的几种工作状态
甲类静态工作点高，没有输入时，也相当于正常工作(iQ等于输出正弦电压的有效值)，效率η低，发热不安全(负载如话筒工作时，电源能量不再只用于发热，而是一部分用于发热，一部分用于做有用功)。
乙类降低工作点，使得工作时只有接近一半的波形不失真。
甲乙类降低工作点，使得工作时保证有一半的波形不失真。
丙类降低工作点，使得工作时只有极少的波形不失真。

4、通频带和波特图

核心：用波特图分析放大电路
怎么做一个高通电路的波特图？
先找出等效的R，算出fL,再算出重要的拐点10fL，0.1fL，最后连接出三段直线，就做出了近似波特图。
低频,中频,高频是一个相对概念，在不同地方的范围是不同的。
对于人耳听音来说，低频是200-300HZ以下，中频200-300HZ至800-1000HZ，高频是800-1000HZ以上。
对整个全频域的分析，先分析中频端，再用高通电路分析低频段，最后用低通电路，分析高频段。
所以现在关键是怎么等效成为高通电路和低通电路，前辈们给我们提供了等效模型

对于晶体管，频率非常高时，β会衰减，存在一个频率FT，使得β衰减到为1。
这是因为PN结有结电容，皮法级。可以区回忆pn结的电容效应可知：结电容=势垒电容+扩散电容

5、π参数模型

H等效参数是外特性等效，是有使用条件的，适用于中低频率。
π参数模型是物理模型，在如何区域都可以使用，所以中低频率分析时即可以使用H等效参数，又可以使用π参数模型。

6、晶体管电流放大倍数(β)频率响应

7、单管放大电路的频率响应

书231，写的很清楚

8、多级管放大电路的频率响应

书240，写的很清楚
把多级放大电路看成一个整体，当多级放大电路的放大倍数降为根号二分之一的时候，所输入的频率就是多级放大电路的截止频率

第四章 集成电路

集成运放的电流源电路