電子發燒友App
?
? ? ? 目 錄
1.?半導體器件
2. 放大
3. 單管放大
4. 多管放大電路
5.?差分放大電路
6. 功率放大電路
7. 電流源
8. 集成運算放大電路（運放）
????反饋
????虛短
????虛斷
????同相比例運算
????反相比例運算
????進階知識
? 引言 ? ?
放心鐵子們，本文會從最基礎的講起，適合剛接觸電子的童鞋，就算躺在床上，花十幾分鐘看完本文你將無痛地對模擬電路有個全面的了解！
模電是一塊硬骨頭，對于很基礎的概念我會細說，對于一些進階的概念我會盡量用語言解釋，所以我會盡量把模擬電路涉及的知識點都囊括到，旨在讓各位先見識模擬電路的全貌，為以后的學習打基礎！
下圖是模擬電路的知識框架，棕色的知識我會詳細說說，大家可以馬上掌握，藍色的知識我會盡量用語言講明白。希望對大家有幫助。
? 正文 ? ?
為什么要學模電？我個人認為，模電，還有數電（數字電路），是電子學目前的兩大基石，且數電是又模電發展而來，我強烈建議大學專業涉及到電的童鞋，都好好學一下這兩門課，對數電感興趣可以去康康我的另一篇文章哦一文極速理解數電。了解了模電數電，你才能夠知道身邊所有電器的基本原理，你才能有能力去領悟到這個電子世界的美妙。
OK，下面的內容環環相扣，事不宜遲，我們開搞！
1 半導體器件
模電的第一課肯定就是了解半導體器件。半導體就是既不是導體，也不是絕緣體，處于一個很尷尬的位置，但正是這樣的交叉特性，賦予了它極大的靈活性，導致了時代的變革，如今所有電器都離不開半導體的功勞。硅和鍺是現在常用的半導體材料，硅可以從沙子中提取，所以現在人類智慧結晶“芯片”，就來源于沙子。
PN結：采用摻雜技術，給半導體摻多點電子，形成N型半導體；摻多點空穴，形成P型半導體。（這么說是為了便于理解，其實是摻入5價的磷元素形成N型半導體，摻入3價的硼元素形成P型半導體）（空穴是指電子走了之后留下的位置，其實是沒有東西的，只是為了和帶負電的電子相對于，我們人為地稱呼這個位置為空穴，定義為帶正電） 這倆雙向奔赴，合在一起后，中間形成了一個區域，其名為PN結。理論上一個N型半導體和P型半導體就形成了二極管，正向導通，反向截止。
雙極型晶體管BJT：也叫三極管，就是兩個PN結，像三明治一樣夾在一起，有NPN，也有PNP。
場效應晶體管MOSFET：也是兩個PN結，不過跟BJT不一樣，現在更多用的是MOSFET，因為它功耗低且易集成，芯片里面都是mosfet。
關于半導體器件這一個概念就可以出一本書了，三言兩語我也很難講明白，這里推薦兩個非常棒的b站視頻：BV12x41187RN，BV1Ly4y1178Q，看完這倆視頻你就對PN結、BJT和MOSFET有很好的理解了。
2 放 大
個人覺得放大是模電里面最重要的概念！模電之后基本全在講放大。各位對于放大的理解是什么？
是不是覺得有這樣一個器件，只有兩個口，一個輸入，一個輸出，輸入給個小信號，輸出就會有大信號？這是不可能的，不然永動機早就做出來了。現實是你必須給它插上電！它才有能量去放大。
所以放大的本質，就是對電源能量的控制！也可以理解為能量的轉換，它把電源的能量轉換為輸出。
上面這個圖形象地說明了這一點，電源的能量可以看成水桶里的水，在三極管的b極輸入的小信號，可以看成對閥門的控制，即對水流大小的控制，在e極收到的所謂放大的信號實質上是被b極控制的電源的能量！
如果b極沒有電流，即閥門關閉，則e極也不會有電流；b極的電流慢慢增大，閥門慢慢打開，e極收到的電流自然也慢慢增大，所以IB與IE之間成正比關系，我們俗稱IE是放大的IB，但現在大家應該理解其中控制的味道了吧。
3 放單管放大
下面進入單管放大的內容，單管就是電路中只有一個BJT或MOSFET。
對于任何的放大電路，我們最關注的三個方面就是：輸入電阻、輸出電阻、增益
想要理解輸入輸出電阻，先介紹一個概念，叫帶負載能力。現實生活中，兩節都標著3v的電池A和B，分別給理想的1Ω電阻供電，那么電阻上的電壓是多少？你們可能馬上說，3V！答案是錯的，現實中不可能得到3V，因為電池會有內阻，假設電池A的內阻是1Ω，電池B的內阻是2Ω，則電阻的電壓分別為1.5V和1V，你看，兩節都說3V的電池接上負載后效果不同，我們稱 內阻小的電池A帶負載能力強。
輸入電阻 就是從輸入端看進去的等效電阻，從我們上面舉的電池例子，從輸入端看進去，輸入電阻就是1Ω的負載電阻，它越大，搶的電壓就越多，所以輸入電阻越大越好！
輸出電阻 就是從輸出端看進去的等效電阻，從我們上面舉的電池例子，從輸出端看進去，輸出電阻就是電池的內阻，它越小，負載搶的電壓就越多，所以輸出電阻越小越好！
那么對于增益，就是放大倍數，大家是不是覺得越大越好？前面我們講過，放大的本質是對電源能量的控制，我的電源只有5V，無論放大倍數多少，就算給你10000倍，撐死也是放大到5V，現實中4.8v都不錯了，反而放大倍數太大，給一個很小的輸入，一下就放大到飽和，這個電路就失去了意義，所以放大倍數合適最好！
那么是不是給一個單管，給它加上電源，它就能如我們所愿乖乖地放大？還不行！就如考試前我們要吃好睡好，調整好自己，我們還需要先把放大器件調教好，專業點叫設置好靜態工作點！
因為一般的輸入都是交流的小信號，而供電的電源是直流，所以一般對于放大電路的分析我們會先畫出它的直流通路，做靜態分析，分析靜態工作點，保證交流的小信號無論正半周還是負半周都能完美地被放大（三極管中發射結正向偏置，集電結反向偏置）；再畫出它的交流通路，識別電路組態，做動態分析，這個電路基本就被你搞定啦。
看看下面這個最經典的單管放大電路，共射是指三極管的射極接了地，在交流通路中它也接地。
VCC和VBB用于供電，VS就是用于控制的小信號，它越大，輸出越大。電阻Rb和Rc就是用于調節靜態工作點的。
同理，三極管中還有 共集（共集電極）和 共基（共基極），各有特點；MOSFET有共源、共漏和共柵，跟三極管大同小異。
4 多管放大電路
單管會了當然就要學多管啦，就是多個BJT或MOSFET接在一起。如下圖：
多個管子接在一起會加大放大倍數，減小前級驅動電流，即當輸入的信號很小很小時，可能就需要多個放大管接在一起增大放大倍數。一般放在多級電路的中間級放大增益。
拓展一下，三極管之間的連接叫耦合，像上面這樣直接接在一起叫直接耦合，低頻特性好，利于集成；若它們通過電容連接，就叫阻容耦合，利于分析；耦合方式還有很多種，各有特點。
5 差分放大電路
最初使用放大電路時，人們發現有一個很討厭的參數會引起輸出波動，它就是溫度。即使沒有輸入，由于溫度的變化，有時輸出也會偏離固定值上下波動，這就是零點漂移，這是我們不希望看到的，正當人們頭疼之時，一位老哥提出了差分的思想，非常非常的美妙！就是引入兩個輸入，我們對于這兩個輸入作差！因為倆輸入離得很近，所以溫度對它們的影響是一樣的，一作差，就被消掉了！這種信號叫共模信號。你可能馬上會問，那我們原本有用的信號也被你作差消掉了耶，有什么意義？轉變下思路，我們將有用的信號取反，在另一個輸入口輸入，這樣作差不會消失，而且還翻倍了，妙哉！這種信號叫差模信號。
所以對于差分放大電路，它的核心思想就是 抑制共模，放大差模，一般放在多級電路的第一級當輸入電路，可以很有效地消除干擾。
6 功率放大電路
顧名思義就是放大功率，對于比較大的負載，它能直接驅動，能有效地放大電流，供大負載正常工作。一般放在多級電路的 最后一級 當輸出電路。
有甲類，乙類，甲乙類和丙類。先別頭暈，有個印象就行，甲乙類功放是最重要的，它克服了交越失真，兼顧了失真和效率問題，大多優質的音響里用的就是甲乙類功放。下圖為經典甲乙類功率放大電路（紅色部分克服了乙類功放出現的交越失真問題）。
7 電 流 源
如果大家學過電路分析，對電流源應該不陌生。在電路分析里電流源是很重要的電源，但在模電里，電流源主要充當負載！對你沒聽錯，用電流源當負載，這種負載叫有源負載，因為電流源能提供靜態穩定的電流，所以整個電路的增益會大大提升，有比例電流源，鏡像電流源等等。
下圖中T1和T2管組成電流源。
8 集成運算放大電路（運放）
前方高能！！！
我們將能消除干擾的差分放大電路放在第一級，多管放大電路放在中間級提升增益，功率放大器放在最后驅動負載，再加上電流源充當有源負載，一個集成運算放大電路誕生！！！
?
這么復雜的電路其實也不過如此，我們可以簡單地將它畫成：（V+是同相端，V-是反相端，這倆就是第一級差分放大器的輸入嘛，Vs為電源，Vout為輸出）
我個人認為運放就是模電的 主角 ！它的功能非常非常強大，可以對輸入實現加減乘除、微分、積分、指數、對數、濾波、整流、整形… 我覺得最牛的是它為純模擬器件。一般來說對信號的處理時模擬信號進來，經過模數轉換AD變為數字0和1，送給數字芯片處理，再經過數模轉換DA把0和1變為模擬信號，送給輸出。而運放是模擬進來，模擬處理，模擬出去，沒有數字信號什么事，很原始，強大的一個電路。
這是它的公式！
Vout = Aod ? ( V+ -?V? )?
再看看它的參數，輸入電阻為無窮大，輸出電阻為0，增益為無窮大，所以它是完美選手。
慢著，它的增益這么大，我們不是說過增益太大會容易飽和嗎？對的，所以我們還要加上一個重要概念：反饋！
反 饋
將信號的輸出引一部分回輸入，與原本的輸入一起影響下一次的輸出。
正反饋：這次考試很好，使我信心大增，下一次考得更好；
負反饋：這次考試很差，使我信心大減，下一次考得更差；
通過反饋（深度負反饋），我們就可以通過加電阻自由控制放大的增益！這時候運放才真正可以說完善了。
虛 短
看回它的公式，因為 Aod為無窮大，除過去左邊，一個數除以無窮大為0，所以：
V+?-?V-?= 0
虛 斷
因為運放輸入電阻為無窮大，所以輸入的電流近似為0！，即：
I+?= I-?= 0
同相比例運算
利用虛斷，把輸入端斷掉，再利用虛短，UN的電位就等于UI。那就好辦了，對于R，有iR = UN / R，對于Rf，有iF = U0 ? UN / Rf，?因為它倆電流一樣，所以
變一下就是圖中的公式！
反相比例運算
與同相比例同理，用虛短虛斷就可以求出圖中的公式。
進階知識
運放能組成很多的功能電路，加減乘除、微分、積分、指數、對數、濾波、整流、整形等等，這時就可以研究一下對于不同頻率的輸入，這些電路會有怎么樣的響應。利用有源器件組成濾波器，叫有源濾波，效果會比無源的濾波器要好很多。
然后運放還能組成電壓比較器。對于波形的發生和轉換，比如方波變三角波，也可以研究一番。
這些知識比較硬，需要大家靜下心好好看書領悟哦。
9 E N D
最后再看一下模電所有知識的知識框架，希望能幫助各位對模電形成大致的了解。
?
?
工商網監
評論