华成英老师的教材以其概念清晰、逻辑严谨、深入浅出、注重物理本质而著称，我们的模拟教程也将遵循这些特点，力求让你不仅“知其然”，更“知其所以然”。

模拟电子技术基本教程 (华成英风格版)

前言：我们为什么要学习模拟电子技术？

在数字化的今天，你可能会问：为什么还要学习模拟电子技术？

答案是：世界本质上是模拟的。 我们感知的温度、声音、光线、压力等都是连续变化的模拟信号，而所有神奇的数字系统（如你的手机、电脑），其外部世界与内部核心之间的桥梁,正是由模拟电路搭建的。

• 传感器将模拟的物理量（如光、声）转换为电信号（模拟电压/电流）。
• 放大电路将微弱的传感器信号增强到足以被数字芯片处理的程度。
• 滤波电路去除信号中的噪声和干扰。
• 电源电路为整个系统提供稳定、纯净的能量。

可以说，没有模拟电子技术，数字世界就是无源之水、无本之木,本课程将带你探索这个连接现实与数字世界的奇妙领域。

第一部分：半导体器件基础

这是模拟电路的“砖瓦”,一切电路都由这些基本元件构成。

第一章：半导体二极管及其基本应用

1 核心概念：PN结的形成与特性

• 从本征半导体到杂质半导体： 纯净的半导体（如硅）导电性很差，通过“掺杂”（掺入少量硼或磷），可以制成N型半导体（多电子）和P型半导体（多空穴）。
• PN结的诞生： 将P型和N型半导体结合在一起，由于载流子浓度差，电子和空穴会向对方区域扩散，形成一个由正离子和负离子构成的“空间电荷区”，即耗尽层，这个区域形成了一个内建电场，阻止了多数载流子的继续扩散,最终达到动态平衡。
• 单向导电性——二极管的灵魂：
  • 正向偏置 (P接正，N接负)： 外加电场削弱内建电场，耗尽层变窄，多数载流子容易通过，形成较大正向电流,二极管导通。
  • 反向偏置 (P接负，N接正)： 外加电场增强内建电场，耗尽层变宽，多数载流子无法通过，只形成极小的反向饱和电流,二极管截止。

2 二极管的伏安特性曲线 这是理解二极管行为的“地图”，是后续电路分析的基础,它直观地展示了电压和电流的非线性关系。

• 死区/开启电压： 正向电压必须达到一定值（硅管约0.5V-0.7V）,电流才开始显著增大。
• 正向导通区： 电压超过开启电压后,电流随电压指数级增长。
• 反向截止区： 电流非常小,且基本不随电压变化。
• 反向击穿区： 当反向电压超过某个极限值（击穿电压）时，电流会急剧增大。普通二极管应避免工作在此区域，但稳压二极管正是利用了这一特性。

3 二极管的基本应用

• 整流电路： 将交流电变为脉动直流电，这是最经典的应用。
  • 半波整流： 简单但效率低,只有半个周期有输出。
  • 全波整流： 利用中心抽头变压器或桥式结构，将整个周期的负半周“翻”成正半周输出,效率更高。
• 限幅电路/钳位电路： 利用二极管的导通和截止,将输出信号的幅度限制在某个特定范围内。
• 稳压电路： 利用稳压二极管的反向击穿特性，当电流在一定范围内变化时,稳压管两端的电压基本保持不变。

第二部分：基本放大电路

这是模拟电路的“心脏”，其核心任务是小信号放大。

第二章：双极结型晶体管

1 BJT的结构与工作原理

• 结构： 由两个PN结构成，分为NPN型和PNP型，三个区：发射区、基区、集电区，三个极：发射极、基极、集电极。
• 核心思想： 基极是“控制极”，微小的基极电流 Ib 可以控制大的集电极电流 Ic，这就是电流放大作用。
• 三种工作状态：
  • 放大区： 发射结正偏，集电结反偏。Ic = β * Ib (β为电流放大系数)，Ic 受 Ib 线性控制。这是我们放大电路的工作区。
  • 饱和区： 两个结都正偏。Ic 不再受 Ib 控制，达到最大值,相当于开关闭合。
  • 截止区： 两个结都反偏。Ib ≈ 0, Ic ≈ 0,相当于开关断开。

2 BJT的静态工作点

• 为什么需要静态工作点？ 为了让BJT在交流信号输入时，始终工作在放大区，避免信号被削波（失真）。
• 如何确定？ 通过直流通路分析，在无信号输入时，计算出 IbQ, IcQ, UceQ，这个点 (UceQ, IcQ) 必须在BJT的输出特性曲线的放大区中心位置。

3 基本放大电路的组成与分析

• 电路组成： 以最常见的共射放大电路为例。
  • Vcc: 直流电源,提供能量。
  • Rb: 基极偏置电阻，决定静态 IbQ。
  • Rc: 集电极电阻，将电流 Ic 的变化转换为电压 Uc 的变化。
  • C1, C2: 耦合电容，隔断直流,通过交流信号。
• 分析方法（两大法宝）：
  1. 静态分析： 画出直流通路（电容开路），计算 Q 点。
  2. 动态分析： 画出交流通路（电容短路，直流电源接地），引入微变等效模型。
     • 微变等效模型： 将非线性的BJT在小信号范围内“线性化”，等效为一个受控电流源 ic = β * ib 和一个电阻 rbe,这是分析小信号电路的关键！
     • 计算电压放大倍数 Au = Uo / Ui、输入电阻 Ri、输出电阻 Ro。

第三章：场效应管

• 与BJT的区别： BJT是电流控制型器件（Ic 受 Ib 控制），而FET是电压控制型器件（Id 受 Ugs 控制），FET具有输入电阻极高的优点。
• 核心结构： 栅极、源极、漏极，通过在栅极施加电压，控制导电沟道的宽窄,从而控制漏极电流。
• 分析方法： 与BJT类似，也分为静态分析和动态分析，动态分析时，也使用其微变等效模型（同样是一个受控电流源 gm * Ugs 和一个输出电阻 rds）。

第三部分：集成运算放大器

这是模拟电路的“瑞士军刀”，一个高度复杂的集成放大电路，我们通常将其视为一个理想的“黑匣子”。

第四章：集成运放的理想化与基本应用

1 理想运放模型

• 两大“黄金法则”：
  1. 虚短： 理想运放的开环增益无穷大，因此两个输入端之间的电压差几乎为零，即 U+ ≈ U-。
  2. 虚断： 理想运放的输入电阻无穷大，因此流入两个输入端的电流几乎为零，即 I+ = I- = 0。
• 注意： “虚短”和“虚断”只在运放引入负反馈且工作在线性区时才成立。

2 基本运算电路 利用“虚短”和“虚断”,可以轻松构建各种功能强大的电路。

• 比例运算电路：
  • 反相比例： 输出与输入反相，放大倍数 Auf = -Rf / R1。
  • 同相比例： 输出与输入同相，放大倍数 Auf = 1 + Rf / R1。
• 加法/减法运算电路： 在反相/同相比例电路的基础上,增加输入支路即可实现。
• 积分/微分运算电路： 用电容替换反馈电阻即可实现,常用于波形变换和控制系统。
• 电压跟随器： Rf = 0 的同相比例电路，Auf = 1，作用是阻抗匹配和缓冲。

第四部分：反馈与频率响应

第五章：负反馈放大电路

• 什么是反馈？ 将放大电路的输出信号（电压或电流）的一部分或全部,通过一定网络送回到输入端。
• 负反馈的四种组态：
  • 电压串联负反馈： 稳定输出电压，增大输入电阻,减小输出电阻。
  • 电压并联负反馈： 稳定输出电压，减小输入电阻,减小输出电阻。
  • 电流串联负反馈： 稳定输出电流，增大输入电阻,增大输出电阻。
  • 电流并联负反馈： 稳定输出电流，减小输入电阻,增大输出电阻。
• 为什么用负反馈？ 以牺牲放大倍数为代价，换取：
  • 提高放大倍数的稳定性。
  • 改善非线性失真。
  • 展宽通频带。
  • 改变输入/输出电阻。

第六章：频率响应

• 为什么频率会变化？ 电路中的电容（耦合电容、旁路电容、结电容）在不同频率下呈现不同阻抗。
  • 低频区： 耦合电容容抗增大，导致信号衰减,放大倍数下降。
  • 中频区： 耦合电容可视为短路，结电容可视为开路,放大倍数最大且基本不变。
  • 高频区： 结电容容抗减小，对信号产生分流,导致放大倍数下降。
• 核心指标：
  • 通频带 BW： fH - fL。fL 为下限频率，fH 为上限频率。
  • 波特图： 用对数坐标表示放大倍数的幅值和相位随频率变化的曲线。

第五部分：功率放大电路与直流电源

第七章：功率放大电路

• 任务： 不但要放大电压，还要提供足够大的电流，以驱动扬声器、电机等功率负载。
• 核心问题：
  • 效率： 如何将电源的能量更多地转化为输出给负载的信号能量,而不是消耗在管子上。
  • 失真： 在大信号下如何减小非线性失真。
• 常见类型：
  • 甲类： Q点在交流负载线中点，失真小但效率低（最高50%）。
  • 乙类： Q点在截止区，采用两管推挽工作，效率高（最高78.5%），但存在交越失真。
  • 甲乙类： 在乙类的基础上给基极一个微小的偏置，克服交越失真,是应用最广泛的类型。

第八章：直流电源

将交流市电转换为直流稳压电源的完整流程：

1. 变压器： 将220V交流电降压到所需电压。
2. 整流电路： 将交流电变为脉动直流电（如桥式整流）。
3. 滤波电路： 用大电容滤除脉动成分,得到较平滑的直流电。
4. 稳压电路： 用线性稳压器（如78系列）或开关稳压器,输出稳定的直流电压。

总结与学习建议

模拟电子技术是一门理论与实践紧密结合的课程，华成英老师的教材之所以经典，就是因为它始终强调物理概念的建立。

• 抓住核心： 理解PN结的单向导电性是理解所有器件的基础；理解“静态工作点”是保证放大电路正常工作的前提；理解“虚短虚断”是分析运放电路的捷径。
• 勤于分析： “静态分析”和“动态分析”是两大基本功，一定要亲手推导公式,计算电路参数。
• 动手实践： 搭建一个简单的共射放大电路，用示波器观察输入输出波形，亲身感受静态工作点对放大效果和失真的影响,这比看书本一百遍都管用。
• 化整为零： 遇到复杂电路时，学会分解，先看直流偏置，再看交流通路,最后整体分析。

希望这份模拟教程能为你构建一个清晰的模拟电子技术知识框架,祝你学习顺利！