2022年电工学教案 .pdf

《2022年电工学教案 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年电工学教案 .pdf（23页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、名师精编优秀教案授课题目：半导体的导电特性、二极管、稳压二极管授课方式（请打）理论课讨论课 实验课习题课其他课时安排2 教学大纲要求：半导体的导电特性：PN 结、半导体二极管、半导体稳压管。教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：理解 PN 结的单向导电性，了解二极管、稳压管的基本结构、工作原理及主要特性曲线，理解其主要参数的意义。教学重点及难点：重点： PN 结的单向导电性。作业、讨论题、思考题：课后总结分析：教 学内 容备注PN 结半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应晶体管等。半导体器件是构成各种电子电路最基本的元件。半导体的导电特征半导体

2、 ：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(Si)、锗 (Ge)。硅和锗是 4 价元素，原子的最外层轨道上有4 个价电子。1激发产生自由电子和空穴每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过 共价键 紧密结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位这个空位称为空穴 。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。在电子技术中，将空穴看成带正电荷的载流子。2空穴的运动（与自由电子的运动不同）有了空穴，邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中。新的空穴又会被邻近的价电子填补。带负电荷

3、的价电子依次填补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为复合 。在一定温度下自由电子和空穴维持一定的浓度。3.在纯净半导体中掺入某些微量杂质，其导电能力将大大增强（1）N 型半导体在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等5 价元素， 由于这类元素的原子最外层精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 23 页名师精编优秀教案有 5 个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在多余的价

4、电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子导电，称为电子半导体或N 型半导体，其中自由电子为多数载流子，热激发形成的空穴为少数载流子。自由电子多数载流子（简称多子）空穴少数载流子（简称少子）（2）P 型半导体在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝等3 价元素，由于这类元素的原子最外层只有 3 个价电子，故在构成的共价键结构中，由于缺少价电子而形成大量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动，称为空穴半导体或P 型半导体，其中空穴为多数载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子。空穴多数载流子（简称多子）自由电子少数载流子（简称少子）无论是 P 型半导体还是N 型半导体都是中性的，对外不显电

5、性。掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。少数载流子是热激发而产生的，其数量的多少决定于温度。PN 结及其单向导电性1PN 结的形成半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为漂移运动 。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为扩散运动 。将一块半导体的一侧掺杂成P 型半导体，另一侧掺杂成N 型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层PN 结。2PN 结的单向导电性外加正向电压（也叫正向偏置）外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大超过漂移运动，N 区电子不断扩散

6、到P 区， P 区空穴不断扩散到N 区，形成较大的正向电流，这时P 型半导体N 型半导体P 区N 区载流子的扩散运动P 区空间电荷区N 区PN 结及其内电场内电场方向精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 23 页名师精编优秀教案-60 -40 -200.4 0.8 U /V40302010I /mA0正向特性反向特性称 PN 结处于 导通 状态。外加反向电压（也叫反向偏置）外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流，因为是少子漂移运动产生的，反向电流很小，这时称PN结处于 截止 状态

7、。半导体二极管半导体二极管的结构一个 PN 结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接触型两类。点接触型二极管PN 结面积很小， 结电容很小， 多用于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。面接触型二极管PN 结面积大，结电容也小，多用在低频整流电路中。半导体二极管的伏安特性（1）正向特性外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN 结仍处于截止状态。正向电压大于死区电压后，正向电流随着正向电压增大迅速上升。通常死区电压硅管约为0.5V ，锗管约为0.2V。（2）反向特性外加反向电压时，PN 结处于截止状

8、态，反向电流很小。反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加。半导体二极管的主要参数（1）最大整流电流IOM：指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。（2）反向击穿电压UB：指管子反向击穿时的电压值。（3）最大反向工作电压UDRM：二极管运行时允许承受的最大反向电压（约为空间电荷区变窄ER内电场外电场PNIER内电场外电场空间电荷区变宽PNI阳极阴极精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 23 页名师精编优秀教案UB的一半）。（4）最大反向电流IRM：指管子未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。（5）最高工作

9、频率fm：主要取决于PN 结结电容的大小。理想二极管 ：正向电阻为零，正向导通时为短路特性，正向压降忽略不计；反向电阻为无穷大，反向截止时为开路特性，反向漏电流忽略不计。特殊二极管稳压管稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳压管的稳定电压就是反向击穿电压。稳压管的稳压作用在于：电流增量很大，只引起很小的电压变化。稳压管的主要参数：（1）稳定电压UZ。反向击穿后稳定工作的电压。（2）稳定电流IZ。工作电压等于稳定电压时的电流。（3）动态电阻rZ。稳定工作范围内，管子两端电压的变化量与相应电流的变化量之比。即：rZ=UZ/ IZ（4）额定功率PZ 和最大稳定电流IZM。额定功率PZ 是在稳压

10、管允许结温下的最大功率损耗。最大稳定电流IZM 是指稳压管允许通过的最大电流。它们之间的关系是：PZ=UZIZM发光二极管当发光二极管的PN 结加上正向电压时， 电子与空穴复合过程以光的形式放出能量。不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。发光二极管具有亮度高、清晰度高、电压低（1.53V） 、反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点，是一种很有用的半导体器件，常用于信号指示、数字和字符显示。光电二极管光电二极管的又称为光敏二极管，其工作原理恰好与发光二极管相反。当光线照射到光电二极管的PN 结时，能激发更多的电子， 使之产生更多的电子空穴对，从而提高了少数载流子的浓度。在 PN 结两端加反

11、向电压时反向电流会增加，所产生反向电流的大小与光的照度成正比，所以光电二极管正常工作时所加的电压为反向电压。 为使光线能照射到PN 结上，在光电二极管的管壳上设有一个小的通光窗口。阳极阴极阳极阴极(a) (b) LED LED R E 阳极阴极精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 23 页名师精编优秀教案授课题目：晶体管、光电器件授课方式（请打）理论课讨论课 实验课习题课其他课时安排2 教学大纲要求：半导体三极管教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：了解半导体三极管和场效应管的基本结构、工作原理及主要特性曲线，理解其主

12、要参数的意义，理解晶体管的电流分配和放大作用。教学重点及难点：重点：半导体三极管电流分配和放大作用。难点：半导体三极管电流分配和放大作用，工作原理和主要特性曲线。作业、讨论题、思考题：课后总结分析：教 学内 容备注半导体三极管三极管的结构及类型半导体三极管是由两个背靠背的PN 结构成的。在工作过程中，两种载流子（电子和空穴）都参与导电，故又称为双极型晶体管，简称晶体管或三极管。两个 PN 结， 把半导体分成三个区域。这三个区域的排列，可以是 N-P-N ，也可以是P-N-P。因此，三极管有两种类型：NPN 型和 PNP 型。NPN 型PNP 型集电结B发射结NPN集电区基区发射区CCEEB集电

13、结B发射结PNPCCEEB集电区基区发射区精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 23 页名师精编优秀教案电流分配和电流放大作用（1）产生放大作用的条件内部： a）发射区杂质浓度基区 集电区b）基区很薄外部：发射结正偏，集电结反偏（2）三极管内部载流子的传输过程a）发射区向基区注入电子，形成发射极电流iEb）电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流iBc）集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流iC（3）电流分配关系：iE = iC + iB实验表明 IC比 IB大数十至数百倍， 因而有。 IB虽然很小，但对IC有控制作用， IC

14、随IB的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。三极管的特性曲线1输入特性曲线与二极管类似2输出特性曲线（1）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置CBii（2）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置0,0BCii（3）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置0,0,BBECEBEiuuu此时：CBiiNPNICIEIBRBUBBUCCRCICIBRBUBBUCCRCVVAmA+UCE+UBE0.4 0.8 UBE /V40302010IB/mA0UCE1V测量三极管特性的实验电路三极管的输入特性曲线4

15、321IB=003 6 9 12 UCE /V20A40A60A80A100A饱和区截止区放大区IC /mA精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 23 页名师精编优秀教案授课题目：基本放大电路授课方式（请打）理论课讨论课 实验课习题课其他课时安排6 教学大纲要求：基本放大电路的组成和静态分析、动态分析，共发射极放大电路、射极输出器，放大电路中的负反馈，放大电路的频率特性，多级放大电路及其级间耦合方式，差动放大电路，互补对称功率放大电路，场效应管及其放大电路。教学目的、要求（分掌握、熟悉、了解三个层次）：理解共发射极单管放大电路

16、的基本结构和工作原理，掌握静态工作点的估算，掌握微变等效电路的分析方法，了解输入、输出电阻的概念，掌握射极输出器的基本特点。教学重点及难点：重点：共发射极单管放大电路的基本结构和工作原理，静态工作点的估算，微变等效电路的分析法，输入电阻、输出电阻的概念，射极输出器的特点，反馈的概念，负反馈对放大电路性能的影响，多级放大电路的概念，差模信号和共模信号的概念，互补对称功率放大电路的工作原理。难点：输入电阻、输出电阻，负反馈类型的判断，放大电路的频率特性，差动放大电路的工作原理，互补对称功率放大电路，共源极放大电路的工作原理。作业、讨论题、思考题：课后总结分析：教 学内 容备注三极管单管放大电路放大

17、的实质： 用较小的信号去控制较大的信号。共发射极基本放大电路的组成及工作原理。（1）晶体管 V。放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC。（2）电源 UCC和 UBB。使晶体管的发射结正偏，集电结反偏，晶体管处在放大状态，同时也是放大电路的能量来源，提供电流iB和 iC。UCC一般在几伏到十几伏之间。（3）偏置电阻RB。用来调节基极偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。RsRBus+ui+UBBRL+uo+UCCRCC1C2V+Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - -

18、- -第 7 页，共 23 页名师精编优秀教案（4）集电极负载电阻RC。将集电极电流iC的变化转换为电压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧。（5）电容 Cl、C2。用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失， Cl、C2 应选得足够大， 一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。共发射极放大电路的实用电路。共发射极放大电路的实用电路共发射极基本放大电路的静态分析静态 是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压都不变的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指 IBQ、ICQ 和 UCEQ） 。静态分析

19、主要是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ 和 UCEQ。1估算法直流通路 ：耦合电容可视为开路。BBEQCCBQRUUI，BQCQIICCQCCCEQRIUU2图解法图解步骤：（1）用估算法求出基极电流IBQ（如 40A） 。（2）根据 IBQ 在输出特性曲线中找到对应的曲线。（3） 作直流负载线。 根据集电极电流IC 与集、 射间电压 UCE 的关系式 UCE=UCCICRC 可画出一条直线，该直线在纵轴上的截距为UCC/RC，在横轴上的截距为 UCC，其斜率为 1/ RC ，只与集电极负载电阻RC 有关，称为直流负载线。（4）求静态工作点Q，并确定UCEQ、ICQ 的值。晶体管的ICQ

20、和 UCEQ 既要满足 IB=40A 的输出特性曲线，又要满足直流负载线，因而晶体管必然工作在它们的交点Q，该点就是静态工作点。由静态工作点Q 便可在坐标上查得静态值 ICQ 和 UCEQ。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+RC+UCCVRB+UCEQ+UBEQICQIBQ精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 23 页名师精编优秀教案共发射极基本放大电路的动态分析动态 是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC 和交流输入信号ui 共同作用下工作，

21、电路中的电压uCE、电流 iB 和 iC 均包含两个分量。交流通路 ： （ui 单独作用下的电路） 。由于电容C1、C2 足够大，容抗近似为零（相当于短路） ，直流电源UCC 去掉（短接） 。1图解法图解步骤：（1）根据静态分析方法，求出静态工作点Q。（2）根据 ui 在输入特性上求uBE 和 iB。（3）作交流负载线。（4）由输出特性曲线和交流负载线求iC 和 uCE。从图解分析过程，可得出如下几个重要结论：（1）放大器中的各个量uBE，iB，iC 和 uCE 都由直流分量和交流分量两部分组成。（2）由于 C2 的隔直作用， uCE 中的直流分量UCEQ 被隔开，放大器的输出电RsRBus+

22、uiRL+uoVRCibic0(a) 输入回路(b) 输出回路uCEiCQICQUCCuBEiB0uBEtiBt0iCt0tQQQQQIBQUBEQuCEUCEQ直流负载线交流负载线00精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 23 页名师精编优秀教案压 uo 等于 uCE 中的交流分量uce，且与输入电压ui 反相。（3）放大器的电压放大倍数可由uo 与 ui 的幅值之比或有效值之比求出。负载电阻 RL 越小， 交流负载电阻RL也越小， 交流负载线就越陡，使 Uom 减小， 电压放大倍数下降。（4）静态工作点Q 设置得不合适，会

23、对放大电路的性能造成影响。若Q 点偏高，当 ib 按正弦规律变化时，Q进入饱和区， 造成 ic 和 uce 的波形与ib（或 ui）的波形不一致，输出电压uo（即 uce）的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若 Q 点偏低，则Q进入截止区，输出电压uo 的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。2微变等效电路法（1）基本思路把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路，就是放大电路的微变等效电路，然后用线性电路的分析方法来分析，这种方法称为微变等效电路分析法。 等效的条件 是晶体管在小信号（微变量）情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内，用直线段近

24、似地代替晶体管的特性曲线。（2）晶体管微变等效电路输入特性曲线在Q 点附近的微小范围内可以认为是线性的。当 uBE 有一微小变化 UBE 时，基极电流变化 IB，两者的比值称为三极管的动态输入电阻，用rbe 表示，即：bbeBBEbeiuIUr)mA(mV)(26)1 (300EQbeIr输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线，集电极电流的微小变化IC 仅与基极电流的微小变化IB 有关，而与电压uCE 无关，故集电极和发射极之间可等效为一个受ib 控制的电流源，即：bcii(a) 饱和失真0uCEiCQICQiCt0tQQuCEUCEQ0(b) 截止失真0uCEiCQICQiCt0tQQUCE

25、Q0uCEUBEIB0IBUBEQ0UCEICIBICQ+ube+uceicibCBErbe+uceicibCBE+ubeib(a) 三极管(b) 三极管的微变等效电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 23 页名师精编优秀教案（3）放大电路微变等效电路电压放大倍数beLbbebLbbecLorRIrIRIrIRUUAiu式中 RL=RC/RL。当 RL=（开路）时beCrRAu输入电阻beB/ rRIURiii输入电阻 Ri 的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入电流） 的大小。为了减轻信号源的负担，总希望Ri 越大

26、越好。另外，较大的输入电阻Ri，也可以降低信号源内阻Rs的影响，使放大电路获得较高的输入电压。在上式中由于RB 比 rbe 大得多， Ri 近似等于rbe，在几百欧到几千欧，一般认为是较低的，并不理想。输出电阻Ro的计算方法是： 信号源sU短路， 断开负载RL，在输出端加电压U ，求出由 U产生的电流I ，则输出电阻Ro为：CoRIUR对于负载而言，放大器的输出电阻Ro 越小，负载电阻RL 的变化对输出电压的RsRBus+uiRL+uoVRCibicrbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs+sUrbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs+sUrbe+oUcIbICBE+i

27、UbIRCRLRBRs+sUiIRirbe+cIbICBEbIRCRBRsI精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 23 页名师精编优秀教案影响就越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望Ro 越小越好。上式中Ro 在几千欧到几十千欧，一般认为是较大的，也不理想。例：图示电路， 已知V12CCU，300BRk，3CRk，3LRk，3sRk，50 ，试求：（1）RL接入和断开两种情况下电路的电压放大倍数uA；（2）输入电阻Ri和输出电阻Ro；（ 3） 输 出 端 开 路 时 的 源 电 压 放 大 倍 数susUUAo。解：先求

28、静态工作点40A30012BCCBBEQCCBQRURUUIA mA204.050BQCQIIV63212CCQCCCEQRIUU再求三极管的动态输入电阻963)mA(2mV)(26)501 (300)mA(mV)(26)1(300EQbeIr963.0k（1）RL接入时的电压放大倍数uA 为：78963.0333350beLrRAuRL断开时的电压放大倍数uA 为：156963.0350beCrRAu（2）输入电阻Ri为：96.0963.0/300/beBrRRik输出电阻Ro为：3CoRRk（3）39)156(131oouisiisisusARRRUUUUUUA工作点稳定的放大电路1温度对

29、工作点的影响Rsus+ + uiRL+ uo+UCCRCC1C2VRB+RC+UCCVRB+UCEQ+UBEQICQIBQ精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 23 页名师精编优秀教案2工作点稳定的放大电路条件 ：I2IB，则：CCB2B1B2BURRRU，与温度基本无关。调节过程：温度 tICIE UE(=IE RE) UBE(=UBIE RE)IBIC（1）静态分析)(CQBQEBEQBEQCCB2B1B2BECCQCCCEQCQRRIUUIIRUUIIURRRU（2）动态分析CbeBBiuRRrRRRrRAo21beL

30、/例： 图示电路（接CE） ，已知 UCC=12V ，RB1=20k ，RB2=10k ，RC=3k ，RE=2k ，RL=3k ，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解： （1）用估算法计算静态工作点Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+UCCRCVRB1RB2REUBI1I2ICQIBQUE+UCEQ+UBEQ精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 23 页名师精编优秀教案V75.3)23(65. 112)(A33mA5065. 1mA65.127 .04V4121

31、02010ECCQCCCEQCQBQEBEQBEQCCB2B1B2BRRIUUIIRUUIIURRRUCQ（2）求电压放大倍数681 .1333350k1 .1110065.126)501(30026)1 (300beLEQberRAIru（3）求输入电阻和输出电阻k3k994.01 .1/10/20/obeB2B1CiRRrRRR射极输出器（1）静态分析ECQCCEEQCCCEQBQCQEBBEQCCBQEBQBEQBBQEEQBEQBBQCC)1()1(RIURIUUIIRRUUIRIURIRIURIU（2）动态分析Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+Rsu

32、s+uiRL+uo+UCCC1C2VRBRE+UCCVRB1REICQIBQ+UCEQ+UBEQrbe+oUcIbICBE+iUbIRERLRBRs+sU射极输出器的微变等效电路1IeIiI精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 23 页名师精编优秀教案求电压放大倍数LbeLoLbbebobebLbLo)1()1()1 ()1(RrRUUARIrIUrIURIRIUiuie求输入电阻)1 (/)1 (LbeBLbeBb1RrRIURRrURUIIIiiiiii求输出电阻1/beEoEbebebbssseRrRIURRURrUR

33、rUIIII射极输出器的特点：电压放大倍数小于1，但约等于1，即电压跟随。输入电阻较高。输出电阻较低。射极输出器的用途：射极跟随器具有较高的输入电阻和较低的输出电阻，这是射极跟随器最突出的优点。射极跟随器常用作多级放大器的第一级或最末级，也可用于中间隔离级。用作输入级时，其高的输入电阻可以减轻信号源的负担，提高放大器的输入电压。用作输出级时，其低的输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响，并易于与低阻负载相匹配，向负载传送尽可能大的功率。rbe+oUcIbICBE+iUbIRERLRBRs+sU射极输出器的微变等效电路1IeIiI计算输出电阻的等效电路Irbe+UcIbICBEbIRERBRs

34、eI精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 23 页名师精编优秀教案例： 图示电路，已知UCC=12V，RB=200k ，RE=2k，RL=3k ，RS=100 ，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解： （1）用估算法计算静态工作点V26.8287.112mA87.10374.050A37.4mA0374.02)501(2007 .012)1(ECQCCCEQBQCQEBBEQCCBQRIUUIIRRUUI（2）求电压放大倍数uA 、输入电阻Ri和输出电阻Ro。100987.126)501(300

35、26)1(300EQbeIr1k98.02.1)501(12.1)501()1()1(LbeLoRrRUUAiu式中2.13/2/LELRRRk4.472.1)501(1/200)1(/LbeBRrRRik22501001000beosRrR式中100100/10200/3sBsRRR场效应管及其放大电路绝缘栅型场效应管Rsus+uiRL+uo+UCCC1C2VRBRE+N 沟道P 型硅衬底N+N+源极 S 栅极 G 漏极 DSiO2绝缘层金属铝DSG衬底DSG衬底N 沟道绝缘栅型场效应管的结构N 沟道耗尽型场效应管的符号N 沟道增强型场效应管的符号P沟道N 型硅衬底P+P+源极 S 栅极 G

36、 漏极 DSiO2绝缘层金属铝DSG衬底DSG衬底P 沟道绝缘栅型场效应管的结构P 沟道耗尽型场效应管的符号P 沟道增强型场效应管的符号精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 23 页名师精编优秀教案耗尽型 ：UGS=0 时漏、源极之间已经存在原始导电沟道。增强型 ：UGS=0 时漏、源极之间才能形成导电沟道。无论是 N 沟道 MOS 管还是 P沟道 MOS 管，都只有一种载流子导电，均为单极型电压控制器件。MOS 管的栅极电流几乎为零，输入电阻RGS 很高N 沟道耗尽型场效应管的特性曲线耗尽型场效应管存在原始导电沟道，UGS

37、=0 时漏、源极之间就可以导电。这时在外加电压UDS作用下的漏极电流称为漏极饱和电流IDSS。 UGS0 时沟道内感应出的负电荷增多，沟道加宽，沟道电阻减小，ID增大。 UGS0 时会产生垂直于衬底表面的电场。P 型衬底与绝缘层的界面将感应出负电荷层， UGS增加，负电荷数量增多，积累的负电荷足够多时，两个N+区沟通，形成导电沟道，漏、源极之间有ID出现。在一定的漏、源电压UDS下，使管子由不导通转为导通的临界栅、源电压称为开启电压UGS(th)。 UGS UGS(th)时，随 UGS的增加 ID增大。按场效应管的工作情况可将漏极特性曲线分为两个区域。在虚线左边的区域内，漏、源电压UDS相对较

38、小，漏极电流ID随 UDS的增加而增加，输出电阻ro较小，且可以通过改变栅、源电压UGS的大小来改变输出电阻ro的阻值，这一区域称为可变电阻区。在虚线右边的区域内，当栅、源电压UGS为常数时，漏极电流ID几乎不随漏、 源电压 UDS的变化而变化， 特性曲线趋于与横轴平行，输出电阻ro很大，在栅、源电压UGS增大时，漏极电流ID随 UGS线性增大，这一区域称为放大区。按场效应管的工作情况可将漏极特性曲线分为两个区域。在虚线左边的区域内，漏、源电压UDS相对较小，漏极电流ID随 UDS的增加而增加，输出电阻16128403 6 9 12 UDS/V2VUGS=0V放大区ID/mA(b) 漏极特性曲

39、线4 2 0 2 4 UGS/VID/mAUGS(off)161284IDSS(a) 转移特性曲线可变电阻区2VUDS=常数16128403 6 9 12 UDS/VUGS=2V4V放大区ID/mA(b) 漏极特性曲线0 2 4 6 UGS/VID/mAUGS(th)161284IDSS(a) 转移特性曲线可变电阻区6VUDS=常数精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 23 页名师精编优秀教案ro较小，且可以通过改变栅、源电压UGS的大小来改变输出电阻ro的阻值，这一区域称为可变电阻区。在虚线右边的区域内，当栅、源电压UGS

40、为常数时，漏极电流ID几乎不随漏、 源电压 UDS的变化而变化， 特性曲线趋于与横轴平行，输出电阻ro很大，在栅、源电压UGS增大时，漏极电流ID随 UGS线性增大，这一区域称为放大区。综上所述，场效应管的漏极电流ID受栅、源电压UGS的控制，即ID随 UGS的变化而变化，所以场效应管是一种电压控制器件。场效应管栅、源电压UGS对漏极 ID控制作用的大小用跨导gm表示：综上所述，场效应管的漏极电流ID受栅、源电压UGS的控制，即ID随 UGS的变化而变化，所以场效应管是一种电压控制器件。场效应管栅、源电压UGS对漏极 ID控制作用的大小用跨导gm表示：场效应管放大电路1静态分析设 UGS=0，

41、则：DDG2G1G2GSURRRUU)(SDDDDDSSGSSDRRIUURURUI2动态分析（1）电压放大倍数。LmgsLgsmgsLdoRgURUgURIUUAiu（2）输入电阻。G2G1G/ RRRRiRG一般取几兆欧。可见RG的接入可使输入电阻大大提高。（3）输出电阻。DoRRRD一般在几千欧到几十千欧，输出电阻较高。例 ： 图 示 电 路 ， 已 知V20DDU，5DRk ，5SRk ，5LRk ，1GRM，300G1Rk ，100G2Rk ，mA/V5mg。求静态工作点及电压放大倍数uA、 输入电阻Ri和输出电阻Ro。场效应管共源极放大电路RGRG1RG2RSRDRL+UDDC1C

42、2CS+ui+uoGDSV+微变等效电路RGRG1RG2RDRLGDS+iU+gsU+oUgsmUgRGRG1RG2RSRDRL+UDDC1C2CS+ui+uoGDSV+精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 23 页名师精编优秀教案多级放大电路阻容耦合多级放大电路各级之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。优点：各级静态工作点互不影响，可以单独调整到合适位置；且不存在零点漂移问题。缺点：不能放大变化缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于需要大容量的耦合电容，因此不能在集成电路中采用。1阻容耦合多级放大电路分析（1）静态分析：各级

43、单独计算。（2）动态分析电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。21o1oo1ouuiiuAAUUUUUUA注意：计算前级的电压放大倍数时必须把后级的输入电阻考虑到前级的负载电阻之中。如计算第一级的电压放大倍数时，其负载电阻就是第二级的输入电阻。输入电阻就是第一级的输入电阻。输出电阻就是最后一级的输出电阻。2阻容耦合多级放大的频率特性和频率失真中频段 ：电压放大倍数近似为常数。低频段 ：耦合电容和发射极旁路电容的容抗增大，以致不可视为短路，因而造成电压放大倍数减小。高频段 ：晶体管的结电容以及电路中的分布电容等的容抗减小，以致不可视为开路，也会使电压放大倍数降低。除了电压放大倍数会随频率而改变

44、外，在低频和高频段，输出信号对输入信号的相位移也要随频率而改变。所以在整个频率范围内，电压放大倍数和相位移都将是频率的函数。电压放大倍数与频率的函数关系称为幅频特性 ，相位移与频率的函数关系称为相频特性 ，二者统称为频率特性或频率响应。放大电路呈现带通特性。图中fH 和 fL 为电压放大倍数下降到中频段电压放大倍数的0.707倍时所对应的两个频率，分别称为上限频率 和下限频率 ，其差值称为通频带 。Rsus+ + uiRC1C1C2V1 RB11RB12CE1RL+ uo+UCCRC2C3V2 RB21RB22CE2RE1RE2+ uo1+ + + + + AuAum0.707AumfHfLf

45、通频带共发射级放大电路的幅频特性精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 23 页名师精编优秀教案一般情况下，放大电路的输入信号都是非正弦信号，其中包含有许多不同频率的谐波成分。由于放大电路对不同频率的正弦信号放大倍数不同，相位移也不一样，所以当输入信号为包含多种谐波分量的非正弦信号时，若谐波频率超出通频带，输出信号uo 波形将产生失真。这种失真与放大电路的频率特性有关，故称为 频率失真 。直接耦合多级放大电路优点：能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于没有耦合电容，故非常适宜于大规模集成。缺点：各级静态工作点互相影

46、响；且存在零点漂移问题。零点漂移 ：放大电路在无输入信号的情况下，输出电压uo却出现缓慢、不规则波动的现象。产生零点漂移的原因很多，其中最主要的是温度影响。差动放大电路抑制零漂的方法有多种，如采用温度补偿电路、稳压电源以及精选电路元件等方法。最有效且广泛采用的方法是输入级采用差动放大电路。差动放大电路的工作原理o2o1o21uuuuuuiii1抑制零点漂移的原理温度变化时两个单管放大电路的工作点都要发生变动，分别产生输出漂移uol和 uo2。由于电路是对称的，所以uol=uo2 ，差动放大电路的输出漂移uo uoluo2 0，即消除了零点漂移。2差模输入差模信号：两输入端加的信号大小相等、极性

47、相反。iiiiuuuu212121因两侧电路对称，放大倍数相等，电压放大倍数用Ad 表示，则：idiidididuAuuAuuuuAuuAu)(21o2o1o2o21o1差模电压放大倍数：diAuuAod+uiRC1V1RB1+uo+UCCRC2V2RE2+uo1RCRCREUEE+UCCV1V2+ui1+ uo+ui2+uo1+uo2精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 23 页名师精编优秀教案可见差模电压放大倍数等于单管放大电路的电压放大倍数。差动放大电路用多一倍的元件为代价，换来了对零漂的抑制能力。3共模输入共模信号：

48、两输入端加的信号大小相等、极性相同。iiiuuu210o2o1oo2o1uuuuAuuiu共模电压放大倍数：0ociuuA说明电路对共模信号无放大作用，即完全抑制了共模信号。实际上，差动放大电路对零点漂移的抑制就是该电路抑制共模信号的一个特例。所以差动放大电路对共模信号抑制能力的大小，也就是反映了它对零点漂移的抑制能力。共模抑制比：cdCMRlg20AAK共模抑制比越大，表示电路放大差模信号和抑制共模信号的能力越强。在发射极电阻RE 的作用 ：是为了提高整个电路以及单管放大电路对共模信号的抑制能力。负电源 UEE 的作用 ：是为了补偿RE 上的直流压降， 使发射极基本保持零电位。恒流源比发射极

49、电阻RE 对共模信号具有更强的抑制作用。差动放大电路的输入输出方式双端输入单端输出式电路的输出uo与输入 ui1极性 （或相位）相反，而与ui2 极性（或相位）相同。所以 uil 输入端 称 为 反 相 输 入端，而ui2 输入端称为同相输入端。RCRC+UCCV1V2+ uo(a) 具有恒流源的差动放大电路ui2ui1V3R1R2REUEERCRC+UCCV1V2+ uoui2ui1UEE(b) 图(a)的简化电路I(c) 单端输入双端输出RCRC+UCCV1V2+uoUEE(d) 单端输入单端输出IRCRC+UCCV1V2+ uoUEEI+ui 1+ui1精选学习资料 - - - - -

50、- - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 23 页名师精编优秀教案双端输入单端输出方式是集成运算放大器的基本输入输出方式。单端输入式差动放大电路的输入信号只加到放大器的一个输入端，另一个输入端接地。由于两个晶体管发射极电流之和恒定，所以当输入信号使一个晶体管发射极电流改变时，另一个晶体管发射极电流必然随之作相反的变化，情况和双端输入时相同。此时由于恒流源等效电阻或发射极电阻RE 的耦合作用，两个单管放大电路都得到了输入信号的一半，但极性相反，即为差模信号。所以，单端输入属于差模输入。单端输出式差动电路，输出减小了一半，所以差模放大倍数亦减小为双端输出时的二分之一