模拟电子技术基础(第五版)课件.ppt

1.1 1.1 信号信号1.3 1.3 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号1.2 1.2 信号的频谱信号的频谱1.4 1.4 放大电路模型放大电路模型1.5 1.5 放大电路的主要性能指放大电路的主要性能指标标实用文档1.1.信号：信号：信息的载体信息的载体微音器输出的某一段信号的波形微音器输出的某一段信号的波形 1.1 1.1 信号信号实用文档2.2.电信号源的电路表达形式电信号源的电路表达形式电压源等效电路电压源等效电路电流源等效电路电流源等效电路 1.1 1.1 信号信号实用文档1.1.电信号的时域与频域表示电信号的时域与频域表示A.A.正弦信号正弦信号 1.2 1.2 信号的频谱信号的频谱时域时域实用文档1.1.电信号的时域与频域表示电信号的时域与频域表示B.B.方波信号方波信号 满满足足狄狄利利克克雷雷条条件件，展展开开成傅里叶级数成傅里叶级数直流分量直流分量其中其中基波分量基波分量三次谐波分量三次谐波分量 1.2 1.2 信号的频谱信号的频谱方波的时域表示方波的时域表示 实用文档2.2.信号的频谱信号的频谱B.B.方波信号方波信号频谱：将一个信号分解为正弦信号的集合，得到其正弦信号幅值和相位频谱：将一个信号分解为正弦信号的集合，得到其正弦信号幅值和相位随角频率变化的分布，称为该信号的频谱。随角频率变化的分布，称为该信号的频谱。1.2 1.2 信号的频谱信号的频谱幅度谱幅度谱相位谱相位谱实用文档 非非周周期期信信号号包包含含了了所所有有可可能能的频率成分（的频率成分（0 0 w w ）C.C.非周期信号非周期信号傅里叶变换：傅里叶变换：通通 过过 快快 速速 傅傅 里里 叶叶 变变 换换（FFTFFT）可可迅迅速速求求出出非非周周期期信信号号的的频谱函数。频谱函数。离散频率函数离散频率函数周期信号周期信号连续频率函数连续频率函数非周期信号非周期信号气温波形气温波形 气温波形的频谱函数（示意图）气温波形的频谱函数（示意图）1.2 1.2 信号的频谱信号的频谱实用文档 1.3 1.3 模拟信号和数字信号模拟信号和数字信号处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。实用文档 1.4 1.4 放大电路模型放大电路模型电压增益（电压放大倍数）电压增益（电压放大倍数）电流增益电流增益互阻增益互阻增益互导增益互导增益1.1.放大电路的符号及模拟信号放大放大电路的符号及模拟信号放大实用文档负载开路时的负载开路时的 电压增益电压增益A.A.电压放大模型电压放大模型输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻由输出回路得由输出回路得则电压增益为则电压增益为由此可见由此可见即负载的大小会影响增益的大小即负载的大小会影响增益的大小要想减小负载的影响，则希望要想减小负载的影响，则希望？（考虑改变放大电路的参数）（考虑改变放大电路的参数）理想情况理想情况2.2.放大电路模型放大电路模型 1.4 1.4 放大电路模型放大电路模型实用文档 另另一一方方面面，考考虑虑到到输输入入回回路路对对信信号号源源的的衰减衰减理想情况理想情况有有要想减小衰减，则希望要想减小衰减，则希望？1.4 1.4 放大电路模型放大电路模型A.A.电压放大模型电压放大模型实用文档负载短路时的负载短路时的 电流增益电流增益B.B.电流放大模型电流放大模型由输出回路得由输出回路得则电流增益为则电流增益为由此可见由此可见要想减小负载的影响，则希望要想减小负载的影响，则希望？理想情况理想情况由输入回路得由输入回路得要想减小对信号源的衰减，则希望要想减小对信号源的衰减，则希望？理想情况理想情况 1.4 1.4 放大电路模型放大电路模型实用文档C.C.互阻放大模型（自学）互阻放大模型（自学）输入输出回路没有公共端输入输出回路没有公共端D.D.互导放大模型（自学）互导放大模型（自学）E.E.隔离放大电路模型隔离放大电路模型 1.4 1.4 放大电路模型放大电路模型实用文档 1.5 1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标1.1.输入电阻输入电阻实用文档 1.5 1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标2.2.输出电阻输出电阻注意：输入、输出电阻为交流电阻注意：输入、输出电阻为交流电阻实用文档 1.5 1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标3.3.增益增益 反反映映放放大大电电路路在在输输入入信信号号控控制制下下，将将供供电电电电源源能能量量转换为输出信号能量的能力。转换为输出信号能量的能力。其中其中四种增益四种增益常用分贝（常用分贝（dBdB）表示。）表示。实用文档 1.5 1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4.4.频率响应频率响应A.A.频率响应及带宽频率响应及带宽 电压增益可表示为电压增益可表示为 在在输输入入正正弦弦信信号号情情况况下下，输输出出随随输输入入信信号号频频率率连连续续变变化化的的稳稳态态响应，称为放大电路的频率响应。响应，称为放大电路的频率响应。或写为或写为其中其中实用文档该图称为波特图该图称为波特图纵轴：纵轴：dBdB横轴：对数坐标横轴：对数坐标 1.5 1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4.4.频率响应频率响应A.A.频率响应及带宽频率响应及带宽 其中其中普通音响系统放大电路的幅频响应普通音响系统放大电路的幅频响应实用文档 1.5 1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标4.4.频率响应频率响应B.B.频率失真（线性失真）频率失真（线性失真）幅度失真：幅度失真：对对不不同同频频率率的的信信号号增增益不同产生的失真。益不同产生的失真。实用文档4.4.频率响应频率响应B.B.频率失真（线性失真）频率失真（线性失真）幅度失真：幅度失真：对对不不同同频频率率的的信信号号增增益不同产生的失真。益不同产生的失真。相位失真：相位失真：对对不不同同频频率率的的信信号号相相移不同产生的失真。移不同产生的失真。1.5 1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标实用文档5.5.非线性失真非线性失真 由由元元器器件件非非线线性性特特性性引起的失真。引起的失真。非线性失真系数非线性失真系数:endend V Vo1o1是是输输出出电电压压信信号号基基波波分分量量的的有有效效值值，V Vo ok k是是高高次次谐谐波波分分量量的的有效值，有效值，k k为正整数。为正整数。1.5 1.5 放大电路的主要性能指标放大电路的主要性能指标实用文档2.1 2.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器2.2 2.2 理想运算放大器理想运算放大器2.3 2.3 基本线性运放电路基本线性运放电路2.4 2.4 同相输入和反相输入放大电同相输入和反相输入放大电 路的其他应用路的其他应用实用文档在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中元器在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路。简单来说，称为集成电路。简单来说，集成电路是把元器件和集成电路是把元器件和连接导线全部制作在一小块硅片上而连接导线全部制作在一小块硅片上而成的电路。成的电路。集成电路按其功能来分，有数字集成电路和模拟集成电路按其功能来分，有数字集成电路和模拟集成电路。模拟集成电路种类繁多，有运算放大器、集成电路。模拟集成电路种类繁多，有运算放大器、宽频带放大器、功率放大器、模拟乘法器、模拟锁宽频带放大器、功率放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模数和数模转换器、稳压电源和音像设备中相环、模数和数模转换器、稳压电源和音像设备中常用的其他模拟集成电路等。常用的其他模拟集成电路等。引引 言言实用文档l模拟集成电路的特点：模拟集成电路的特点：电阻值电阻值不能很大，精度较差，阻值一般在几十欧至几不能很大，精度较差，阻值一般在几十欧至几十千欧。需要大电阻时，通常用恒流源替代；十千欧。需要大电阻时，通常用恒流源替代；电容电容利用利用PNPN结结电容，一般不超过几十结结电容，一般不超过几十pFpF。需要大。需要大电容时，通常在集成电路外部连接。电容时，通常在集成电路外部连接。不能制电感，级不能制电感，级与级之间用直接耦合；与级之间用直接耦合；二极管用三极管的发射结代。比如二极管用三极管的发射结代。比如由由NPNNPN型三极管短型三极管短路其中一个路其中一个PNPN结构成。结构成。实用文档运算放大器外形图运算放大器外形图实用文档2.1 2.1 集成电路运算放大器集成电路运算放大器1.1.集成电路运算放大器的内部组成单元集成电路运算放大器的内部组成单元图图2.1.1 2.1.1 集成运算放大器的内部结构框图集成运算放大器的内部结构框图 集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。低输出电阻的多级直接耦合放大电路。低输出电阻的多级直接耦合放大电路。低输出电阻的多级直接耦合放大电路。实用文档 运算放大器方框图1.1.输入级输入级：均采用差动放大电路组成，可减小温度漂移：均采用差动放大电路组成，可减小温度漂移的影响，提高整个电路共模抑制比。的影响，提高整个电路共模抑制比。2.2.中间级中间级：多采用有源负载的共射极放大电路，有源：多采用有源负载的共射极放大电路，有源负载及复合管可提高电压增益。负载及复合管可提高电压增益。3.3.输出级输出级：互补对称功放。：互补对称功放。4.4.偏置电路偏置电路：用以供给各级直流偏置电流，由各种电：用以供给各级直流偏置电流，由各种电流源电路组成。流源电路组成。实用文档 表示信号从左表示信号从左(输入端输入端)向右向右(输出端输出端)传输的方向。传输的方向。vNvPvOvNvPvOl集成运算放大器的符号集成运算放大器的符号v vN N或或v v：反相输入端反相输入端，信号从此端输入信号从此端输入(v vP P=0)=0)，输出信，输出信号和输入信号反相。号和输入信号反相。v vP P或或v v+：同相输入端同相输入端，信号从此端输入信号从此端输入(v vN N=0)=0)，输出信，输出信号和输入信号同相。号和输入信号同相。v vO O：输出端输出端。图图2.1.2 2.1.2 运算放大器的代表符号运算放大器的代表符号（a a）国家标准规定的符号）国家标准规定的符号 （b b）国内外常用符号）国内外常用符号实用文档2.2.运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型图图2.1.3 2.1.3 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型通常：通常：开环电压增益开环电压增益 A Av vo o的的 10105 5（很高）（很高）输入电阻输入电阻 r ri i 10 106 6 （很（很大）大）输出电阻输出电阻 r ro o 100 100（很（很小）小）v vO OA Av vo o(v vP Pv vN N)（V V v vO O V V ）注意输入输出的相位关系注意输入输出的相位关系实用文档2.2.运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型当当A Av vo o(v vP Pv vN N)V V 时时 v vO O V V 当当A Av vo o(v vP Pv vN N)V V-时时 v vO O V V-电压传输特性电压传输特性 v vO O f f(v vP Pv vN N)线性范围内线性范围内 v vO OA Av vo o(v vP Pv vN N)A Av vo o斜率斜率 电路模型中的输出电压不可能超越正负电源的电压值电路模型中的输出电压不可能超越正负电源的电压值电路模型中的输出电压不可能超越正负电源的电压值电路模型中的输出电压不可能超越正负电源的电压值实用文档输输出出电电压压与与其其两两个个输输入入端端的的电电压压之间存在线性放大关系，即之间存在线性放大关系，即集成运放的工作区域集成运放的工作区域线性区域：线性区域：A Aodod为差模开环放大倍数为差模开环放大倍数非线性区域：非线性区域：输出电压只有两种可能的情况：输出电压只有两种可能的情况：+U+UOMOM或或-U-UOMOMU UOMOM为输出电压的饱和电压。为输出电压的饱和电压。uOuP-uN+UOM-UOM实用文档例例2.2.1 2.2.1 电路如图电路如图2.1.32.1.3所示，运放的开环电压增益所示，运放的开环电压增益A Avovo=2=210105 5,输入电阻输入电阻r ri i=0.6M=0.6M，电源电压，电源电压V V+=+12V,=+12V,V V-=-=-12V12V。(1)(1)试求当试求当v vo o=V Vomom=12V=12V时输入电压的最小幅值时输入电压的最小幅值v vP P-v vN N=?=?输入电流输入电流i ii i=?=?(2)(2)画出传输特性曲线画出传输特性曲线v vo o=f f(v vP P-v vN N)。说明运放的两个区域。说明运放的两个区域。图图2.1.3 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型实用文档例例2.2.1 2.2.1 电路如图电路如图2.1.32.1.3所示，运放的开环电压增益所示，运放的开环电压增益A Avovo=2=210105 5,输输入电阻入电阻r ri i=0.6M=0.6M，电源电压，电源电压V V+=+12V,=+12V,V V-=-12V=-12V。(1)(1)试求当试求当v vo o=V Vomom=12V=12V时输入电压的最小幅值时输入电压的最小幅值v vP P-v vN N=?=?输入电流输入电流i ii i=?=?图图2.1.3 运算放大器的电路模型运算放大器的电路模型解：由解：由当当v vo o=VVomom=12V=12V时时实用文档例例2.2.1 2.2.1 电路如图电路如图2.1.32.1.3所示，运放的开环电压增益所示，运放的开环电压增益A Avovo=2=210105 5,输输入电阻入电阻r ri i=0.6M=0.6M，电源电压，电源电压V V+=+12V,=+12V,V V-=-12V=-12V。(2)(2)画出传输特性曲线画出传输特性曲线v vo o=f f(v vP P-v vN N)。说明运放的两个区域。说明运放的两个区域。解：取解：取a a点（点（+60+60V,+12VV,+12V），），b b点点（-60V,-12V-60V,-12V），连接），连接a a、b b两点得两点得abab线段，其斜率线段，其斜率A Avovo=210=2105 5,v vP P-v vN N60 60 60 VV，则运放进入非线，则运放进入非线性区。运放的电压传输特性如图所示。性区。运放的电压传输特性如图所示。Avo=2105(+60V,+12V)(-60V,-12V)实用文档2.2 2.2 理想运算放大器理想运算放大器1.1.v vo o的饱和极限值等于运放的饱和极限值等于运放的电源电压的电源电压V V和和V V 2.2.运放的开环电压增益很高运放的开环电压增益很高 若（若（v vP Pv vN N）0 0 则则 v vO O=+=+V Vomom=V V 若（若（v vP Pv vN N）0 0 则则 v vO O=V Vomom=V V 3.3.若若V V v vO O R R3 3时，时，（1 1）试证明）试证明V Vs s(R R3 3R R1 1/R R2 2)I Im m 解（解（1 1）根据虚断有）根据虚断有 I I1 1=0=0所以所以 I I2 2=I Is s=V Vs s/R R1 1 例例2.3.32.3.3直流毫伏表电路直流毫伏表电路（2 2）R R1 1R R2 2150k150k，R R3 31k1k，输，输入信号电压入信号电压V Vs s100mV100mV时，通过毫伏时，通过毫伏表的最大电流表的最大电流I Im(max)m(max)？又又根据虚短有根据虚短有 V Vp p=V Vn n=0=0R R2 2和和R R3 3相当于并联，所以相当于并联，所以 I I2 2R R2 2=R R3 3(I I2 2-I Im m)所以所以当当R R2 2 R R3 3时，时，V Vs s(R R3 3R R1 1/R R2 2)I Im m （2 2）代入数据计算即可）代入数据计算即可实用文档2.4 2.4 同相输入和反相输入同相输入和反相输入放大电路的其他应用放大电路的其他应用2.4.1 2.4.1 求差电路求差电路2.4.2 2.4.2 仪用放大器仪用放大器2.4.3 2.4.3 求和电路求和电路2.4.4 2.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路实用文档2.4.1 2.4.1 求差电路求差电路 从从结结构构上上看看，它它是是反反相相输输入入和和同同相相输输入入相相结结合合的的放放大电路。大电路。当当则则若继续有若继续有则则 根根据据虚虚短短、虚虚断断和和N N、P P点的点的KCLKCL得：得：实用文档2.4.1 2.4.1 求差电路求差电路从放大器角度看从放大器角度看时，时，增益为增益为（该电路也称为差分电路或减法电路）（该电路也称为差分电路或减法电路）实用文档2.4.1 2.4.1 求差电路求差电路一种高输入电阻的差分电路一种高输入电阻的差分电路实用文档2.4.2 2.4.2 仪用放大器仪用放大器实用文档2.4.3 2.4.3 求和电路求和电路 根根据据虚虚短短、虚虚断断和和N N点点的的KCLKCL得：得：若若则有则有（该电路也称为加法电路）（该电路也称为加法电路）实用文档2.4.3 2.4.3 求和电路的进一步讨论求和电路的进一步讨论Vi3-+ARfRVoIfR3I3IdVi2R2I2Vi1I1R18.1.1 求和电路虚短、虚断特点：调节某一路信号的输入电阻不影响其他路输入与输出 的比例关系；称为支路增益，一般11.反相反相反相反相求和电路实用文档2.4.4 2.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路1.1.积分电路积分电路式中，式中，负号表示负号表示v vO O与与v vI I在相位上是相反的在相位上是相反的。根根据据“虚虚短短”，得得根根据据“虚虚断断”，得得因此因此（积分运算）（积分运算）即即实用文档2.4.4 2.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路1.1.积分电路积分电路根根据据“虚虚短短”，得得根根据据“虚虚断断”，得得因此因此即即又又即即实用文档2.4.4 2.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路当当v vI I为阶跃电压时，有为阶跃电压时，有v vO O与与 t t 成线性关系成线性关系1.1.积分电路积分电路实用文档积分电路的用途将方波变为三角波实用文档积分电路的用途将三角波变为正弦波实用文档积分电路的用途 tuOO可可见见，输输出出电电压压的的相相位位比比输输入入电电压压的的相相位位领领先先 9090 。因此，此时积分电路的作用是。因此，此时积分电路的作用是移相移相。tuIOUm图图 7.2.17 7.2.17实用文档2.4.4 2.4.4 积分电路和微分电路积分电路和微分电路2.2.微分电路微分电路根根据据“虚虚短短”，得得根根据据“虚虚断断”，得得因此因此即即实用文档uit0t0uo若输入：若输入：则：则：高频信号将产生较大的噪声。高频信号将产生较大的噪声。实用文档A Auouo越大，运放的线性范围越小，必须越大，运放的线性范围越小，必须在在输出与输入之输出与输入之间间加负反馈加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。才能使其扩大输入信号的线性范围。放大倍数与负载无关。分析多放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。可以分别对每个运放进行。实用文档3.1 3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识3.3 3.3 二极管二极管3.4 3.4 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法3.5 3.5 特殊二极管特殊二极管3.2 PN3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性3 3 半导体二极管及基本电路半导体二极管及基本电路实用文档3.1 3.1 半导体的基本知识半导体的基本知识 3.1.1 3.1.1 半导体材料半导体材料 3.1.2 3.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构 3.1.3 3.1.3 本征半导体的导电作本征半导体的导电作用用 3.1.4 3.1.4 杂质半导体杂质半导体实用文档导体导体(conductorconductor)：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金，金属一般都是导体。属一般都是导体。绝缘体绝缘体(semiconductor)(semiconductor)：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体半导体(insulator)(insulator)：另有一类物质的导电特性处于导体和绝另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为缘体之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和一些，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。硫化物、氧化物等。3.1.1 3.1.1 半导体材料半导体材料实用文档3.1.1 3.1.1 半导体材料半导体材料半导体半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：其它物质的特点。例如：当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。变化。往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。电能力明显改变。实用文档 3.1.2 3.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构GeSi动画演示动画演示动画演示动画演示实用文档 3.1.2 3.1.2 半导体的共价键结构半导体的共价键结构硅和锗的共价键硅和锗的共价键(covalent bond)(covalent bond)结构结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子动画演示动画演示动画演示动画演示实用文档 3.1.3 3.1.3 本征半导体的导电作用本征半导体的导电作用1.1.本征半导体本征半导体(intrinsic or pure(intrinsic or pure insulatorinsulator)硅和锗的晶硅和锗的晶体结构：体结构：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体。实用文档 3.1.3 3.1.3 本征半导体的导电作用本征半导体的导电作用2.2.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴(carrier(carrier、free electrons and holes)free electrons and holes)+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子动画演示动画演示动画演示动画演示实用文档 3.1.3 3.1.3 本征半导体的导电作用本征半导体的导电作用3.3.载流子的产生与复合载流子的产生与复合+4+4+4+4本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。动画演示动画演示动画演示动画演示实用文档 3.1.4 3.1.4 杂质半导体杂质半导体1.1.P P 型半导体型半导体+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P P 型半导体中空穴是多子，电子是少子。型半导体中空穴是多子，电子是少子。动画演示动画演示动画演示动画演示实用文档 3.1.4 3.1.4 杂质半导体杂质半导体2.2.N N 型半导体型半导体+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子N N 型半导体中的载型半导体中的载流子是什么？流子是什么？掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为浓度。自由电子称为多数载流子多数载流子（多子多子），空穴称为），空穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。动画演示动画演示动画演示动画演示实用文档3.2 PN3.2 PN结的形成及特性结的形成及特性 3.2.1 3.2.1 载流子的漂移与扩散载流子的漂移与扩散 3.2.2 PN3.2.2 PN结的形成结的形成 3.2.3 PN3.2.3 PN结的单向导电性结的单向导电性 3.2.4 PN3.2.4 PN结的反向击穿结的反向击穿 3.2.5 PN3.2.5 PN结的电容效应结的电容效应实用文档 3.2.2 PN 3.2.2 PN 结的形成结的形成P P型半导体型半导体N N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E漂移运动漂移运动扩散扩散(diffusion)(diffusion)的的结果是使空间电荷区结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷逐渐加宽，空间电荷区越宽。区越宽。内电场越强，就使漂移内电场越强，就使漂移(drift)(drift)运动越强，而漂运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。移使空间电荷区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。实用文档 3.2.2 PN 3.2.2 PN 结的形成结的形成漂移运动漂移运动P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。动画演示动画演示动画演示动画演示实用文档 3.2.2 PN 3.2.2 PN 结的形成结的形成+空间电空间电荷区荷区N N型区型区P P型区型区电位电位V VV V0 0实用文档 3.2.3 PN 3.2.3 PN 结的单向导电性结的单向导电性PNPN结结(PN junction)(PN junction)正向偏置正向偏置+内电场减弱，使扩散加强，内电场减弱，使扩散加强，扩散扩散 飘移，正向电流大飘移，正向电流大空间电荷区变薄空间电荷区变薄P PN N+_正向电流正向电流动画演示动画演示动画演示动画演示实用文档 3.2.3 PN 3.2.3 PN 结的单向导电性结的单向导电性PNPN结结(PN junction)(PN junction)反向偏置反向偏置+空间电荷区变厚空间电荷区变厚N NP P+_+内电场加强，使扩散停止，内电场加强，使扩散停止，有少量飘移，反向电流很小有少量飘移，反向电流很小反向饱和电流反向饱和电流很小，很小，A A级级动画演示动画演示动画演示动画演示实用文档 3.2.4 PN 3.2.4 PN 结的反向击穿结的反向击穿 电击穿电击穿 (可逆可逆)热击穿热击穿 (不可逆不可逆)击穿击穿雪崩击穿雪崩击穿(avalanche breakdown):(avalanche breakdown):碰撞碰撞,载流载流子倍增效应。子倍增效应。齐纳击穿齐纳击穿(zener breakdown):(zener breakdown):局部电场增强局部电场增强,分离。分离。整流二极管整流二极管 雪崩击穿雪崩击穿(多数多数)稳压二极管稳压二极管 齐纳击穿齐纳击穿(多数多数)击穿击穿实用文档 3.2.5 PN 3.2.5 PN 结的电容效应结的电容效应PNPN结的两种电容效应：结的两种电容效应：扩散电容扩散电容C CD D和和势垒电容势垒电容C CB BPNPN结处于正向偏置时，多子的扩散导致在结处于正向偏置时，多子的扩散导致在P P区（区（N N区）靠近结区）靠近结的边缘有高于正常情况的电子（空穴）浓度，这种超量的浓的边缘有高于正常情况的电子（空穴）浓度，这种超量的浓度可视为电荷存储到度可视为电荷存储到PNPN结的邻域结的邻域PNPN结的电容效应直接影响半导体器件的高频和开关性能结的电容效应直接影响半导体器件的高频和开关性能1.1.扩散电容扩散电容实用文档 3.2.5 PN 3.2.5 PN 结的电容效应结的电容效应PNPN结反向偏置时，载流子数结反向偏置时，载流子数目很少，扩散电容可忽略目很少，扩散电容可忽略1.1.扩散电容扩散电容实用文档 3.2.5 PN 3.2.5 PN 结的电容效应结的电容效应势垒区是积累空间电荷的区势垒区是积累空间电荷的区域，当域，当反向偏置反向偏置电压电压变化变化时，时，就会引起积累在势垒区的空就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化间电荷的变化2.2.势垒电容势垒电容类似于平板电容器两极板上电荷的变化类似于平板电容器两极板上电荷的变化实用文档 3.2.5 PN 3.2.5 PN 结的电容效应结的电容效应PNPN结的电容效应是扩散电容和势垒电容的综合反映，在高频结的电容效应是扩散电容和势垒电容的综合反映，在高频运用时，须考虑运用时，须考虑PNPN结电容的影响结电容的影响PNPN结电容的大小与本身的结构和工艺及外加电压有关。正偏结电容的大小与本身的结构和工艺及外加电压有关。正偏时，结电容较大（主要决定于扩散电容）；反偏时，结电容时，结电容较大（主要决定于扩散电容）；反偏时，结电容较小（主要决定于势垒电容）较小（主要决定于势垒电容）实用文档3.3 3.3 二极管二极管 3.3.1 3.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 3.3.2 3.3.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性 3.3.3 3.3.3 二极管的参数二极管的参数实用文档 3.3.1 3.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构半导体二极半导体二极管管(diode insulator)(diode insulator)图片图片实用文档 3.3.1 3.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构半导体二极半导体二极管管(diode insulator)(diode insulator)图片图片实用文档 3.3.1 3.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构半导体二极半导体二极管管(diode insulator)(diode insulator)图片图片实用文档 3.3.1 3.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 在在PNPN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型点接触型、面接触型和平面型三大类。三大类。(1)(1)点接触型二极管点接触型二极管(a)(a)点接触型点接触型 二极管的结构示意图二极管的结构示意图 PN PN结面积小，结面积小，结电容小，用于检波和变结电容小，用于检波和变频等高频电路。频等高频电路。实用文档 3.3.1 3.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构(2)(2)面接触型二极管面接触型二极管 PN PN结面积大，结面积大，用于工频大电流整流电用于工频大电流整流电路。路。(b)(b)面接触型面接触型实用文档(3)(3)平面型二极管平面型二极管(c)(c)平面型平面型(4)(4)二极管的代表符号二极管的代表符号(symbol)(symbol)anode anode cathodecathode 3.3.1 3.3.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构 往往用于集往往用于集成电路制造艺中。成电路制造艺中。PN PN 结结面积可大可小，用于高面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。频整流和开关电路中。实用文档 3.3.2 PN 3.3.2 PN 结的伏安特性结的伏安特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向击穿特性反向击穿特性二极管的伏安特性二极管的伏安特性(volt-ampere characteristic)volt-ampere characteristic)曲线的表示曲线的表示式：式：硅二极管硅二极管2CP102CP10的的V V-I I 特性特性实用文档3.3.3 3.3.3 二极管的参数二极管的参数1.1.最大整流电流最大整流电流 I IF F 二极管长期运行时，允许流过二极管的最大二极管长期运行时，允许流过二极管的最大正向平均电流。正向平均电流。2.2.反向击穿电压反向击穿电压V VBRBR 二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半。给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半。3.3.反向电流反向电流 I IR R 指管子未击穿时的反向电流。反向电流大，说指管子未击穿时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。流受温度的影响，温度越高反向电流越大。实用文档2.3.3 2.3.3 二极管的参数二极管的参数4.4.二极管的极间电容（二极管的极间电容（parasitic parasitic capacitancecapacitance）二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容势垒电容(barrier(barrier（depletiondepletion）capacitance)capacitance)C CB B和和扩散扩散电容电容(diffusion capacitance)(diffusion capacitance)C CD D。势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是的电容是势垒电容势垒电容。实用文档2.3.3 2.3.3 二极管的参数二极管的参数4.4.二极管的极间电容二极管的极间电容扩散电容：扩散电容：为了形成正向电流为了形成正向电流（扩散电流），注入（扩散电流），注入P P 区的少子区的少子（电子）在（电子）在P P 区有浓度差，越靠区有浓度差，越靠近近PNPN结浓度越大，即在结浓度越大，即在P P 区有电区有电子的积累。同理，在子的积累。同理，在N N区有空穴的区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷积累。正向电流大，积累的电荷多。多。这样所产生的电容就是扩散这样所产生的电容就是扩散电容电容C CD D。P+-NC CB B在高频和反向偏置时明显。在高频和反向偏置时明显。C CD D在正向偏置时明显。在正向偏置时明显。实用文档3.3.3 3.3.3 二极管的参数二极管的参数5.5.微变电阻微变电阻 r rD DiDvDIDVDQ iD v vD D r rD D 是二极管特性曲是二极管特性曲线上工作点线上工作点Q Q 附近电压的变化附近电压的变化与电流的变化之比：与电流的变化之比：显然，显然，r rD D是对是对Q Q附近的微小变化附近的微小变化区域内的电阻。区域内的电阻。实用文档3.43.4 二极管基本电路及其分析方法二极管基本电路及其分析方法 3.4.1 3.4.1 简单二极管电路的图解分析方简单二极管电路的图解分析方法法 3.4.2 3.4.2 二极管电路的简化模型分析方二极管电路的简化模型分析方法法实用文档 3.4.2 3.4.2二极管电路的简化模型分析方法二极管电路的简化模型分析方法1.1.理想模型（理想模型（ideal ideal diode)diode)vDiD 当电源电压远比二极管的管压降大时，利用当电源电压远比二极管的管压降大时，利用此模型作近似分析。此模型作近似分析。iDvD实用文档2.2.恒压降模型（恒压降模型（offset offset model)model)二极管导通后，认为其压降是恒定的，典型二极管导通后，认为其压降是恒定的，典型值为值为0.7V0.7V，只有当二极管的电流大于等于，只有当二极管的电流大于等