模拟电子技术基础完整版.ppt

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1、模拟电子技术基础模拟电子技术基础 负反馈放大器负反馈放大器 5集成运算放大电路集成运算放大电路 8 基本放大电路基本放大电路 (三极管、场效应管三极管、场效应管）22半导体器件半导体器件 5集成运算放大器应用集成运算放大器应用 2复习复习 3内容安排特别提醒特别提醒本课程5学分成绩考试80分平时20分1、本周四确定座位表本周四确定座位表,以后每位同学按自以后每位同学按自己的座位入坐己的座位入坐,若座位无人按缺席处理若座位无人按缺席处理,缺缺席一次平时成绩扣一分，缺席过多按校规席一次平时成绩扣一分，缺席过多按校规处理。如有重课请尽早到学院办理重课单。处理。如有重课请尽早到学院办理重课单。2 2、

2、每周一交作业本，缺交或所做的作业量、每周一交作业本，缺交或所做的作业量小于应做作业量的小于应做作业量的50%50%的、有明显作业抄袭的、有明显作业抄袭的则平时成绩每次扣一分。的则平时成绩每次扣一分。3、每周四课后答疑。绪论一一主要内容主要内容1电子器件子器件二极管二极管器件的特性、器件的特性、管子管子晶体管晶体管参数、等效参数、等效电路路场效效应管管（熟悉）（熟悉）差分差分对管管组件件集成集成电路路绪论 2、电子子电路路晶体管放大器晶体管放大器电路路组成，成，放大放大电路路场效效应管放大器管放大器工作原理，工作原理，集成运算放大器集成运算放大器性能特性，性能特性，功率放大器功率放大器基本分析方

3、法基本分析方法负反反馈在放大在放大电路中的路中的应用用工程工程计算方法算方法放大器的放大器的频率响率响应绪论二二 电子子电路的路的应用用自自动控制控制 计算机算机通信通信 文化文化娱乐医医疗仪器器 家用家用电器器三三 要求要求 了解器件的内部工作原理了解器件的内部工作原理 掌握器件的掌握器件的应用特性（外特性）用特性（外特性）掌握各掌握各单元元电路的工作原理及分析方法路的工作原理及分析方法掌握掌握实际技能及各种技能及各种测试方法方法四四 学学习方法方法11合理近似合理近似例：例：I=20/I=20/（1+0.91+0.9）=10.5mA=10.5mA若把若把1K/10K=1K1K/10K=1K

4、则I=20/2K=10mAI=20/2K=10mA仅差差5%5%而采用一般而采用一般电阻元件其阻元件其误差有差有10%10%即即1K1K的元件可能是的元件可能是1.1K1.1K或或90090022重重视实验环节坚持理持理论联系系实际 绪论+20v-1K1k10k0.9k绪论五五 参考参考书模模拟电子技子技术基基础教程教程浙大浙大邓汉馨馨模模拟电子技子技术基基础清清华童童诗白白电子技子技术基基础西安西安电子科大子科大孙肖子肖子模模拟电子技子技术北京理工北京理工王王远模模拟电子子线路路(I)(I)谢源清源清return第一章第一章1.1 PN1.1 PN结及晶体二极管结及晶体二极管总结总结1.2

5、1.2 晶体三极管晶体三极管半导体器件半导体器件半导体基础知识半导体基础知识结型型场效效应管管(JFET)(JFET)1.3 1.3 场效应管场效应管金属金属-氧化物氧化物-半半导体体场效效应管管（MOSFETMOSFET）return半导体器件半导体器件第一章第一章半导体基础知识半导体基础知识自然界中物质按其导电能力可分为自然界中物质按其导电能力可分为导体:很容易传导电流的物质 （铜 铅）绝缘体:几乎不能传导电流 (橡皮 陶瓷 石英 塑料)半导体:导电能力介于导体与绝缘体之间 (硅 锗)(本征 杂质)(都是4阶元素)第一章第一章半导体物理基础知识半导体物理基础知识一一 本征半导体本征半导体:

6、-:-纯净的半导体纯净的半导体 共价键共价键 在本征半导体晶体中，原子有序排列构成空间点阵（晶格），外层电子为相邻原子共有，形成共价键共价键 在绝对零度(-273.16)时晶体中没有自由电子,所有价电子都被束缚在共价键中.所以 半导体不能导电价电子共价键半导体器件半导体器件第一章第一章半导体物理基础知识半导体物理基础知识电子电子空穴对空穴对 当T 或光线照射下,少数价电子因热激发而获得足够的能量挣脱共价键的束缚,成为自由电子.同时在原来的共价键中留下一个空位空位称 空穴空穴本征半导体在热或光照射作用下,产生电子空穴对-本征激发 T光照电子-空穴对导电能力 所以 半导体的导电能力 与 T，光照

7、有关 在本征半导体中电子和空穴是成对出现的半导体器件半导体器件本征半导体 (纯净半导体)SiGe+32+32+14+14惯性核价电子+4+4第一章第一章半导体物理基础知识半导体物理基础知识 电子电流电子电流 电子在电场作用下移动产生的电流 x3 x2 x1 空穴电流空穴电流 空穴移动产生的电流 x1 x2 x3 激发激发 束缚电子获能量成为自由电子和空穴 自由电子浓度=空穴浓度电子和空穴称为载流子电子和空穴称为载流子半导体器件半导体器件第一章第一章半导体物理基础知识半导体物理基础知识 复合复合 运动中的自由电子如果“跳进”空穴.重新被共价键束缚起来,电子空穴对消失 称复合 复合在一定温度下,使

8、半导体中载流子浓度一定 半导体器件半导体器件晶体结构晶体结构+4+4+4+4+4共价健共价健特点特点电子、空穴两种电子、空穴两种载流子成对出现；载流子成对出现；常温下载流子数常温下载流子数量少，导电性差；量少，导电性差；受外界影响大。受外界影响大。电电电电子子子子空穴空穴空穴空穴第一章第一章半导体物理基础知识半导体物理基础知识 二二 杂质半导体杂质半导体-在本征半导体中掺入微量的杂 质使其导电能力产生明显变化 N N型半导体型半导体-掺入微量的五价元素(磷 砷 锑)由于杂质原子提供自由电子-称施主原子 N N型型杂质半导体中电子浓度比同一温度下本征半导体的电子浓度大得多 所以 加深了导电能力多

9、子电子 少子空穴半导体器件半导体器件第一章第一章半导体物理基础知识半导体物理基础知识P P型半导体型半导体 掺入微量的三价元素（硼 铝）由于杂质原子吸收电子受主原子 多子空穴少子电子杂质半导体中 多子浓度由掺杂浓度决定 少子浓度由温度决定 P P型型杂质半导体中空穴浓度比同一温度下本征半导体的空穴浓度大得多所以 加深了导电能力半导体器件半导体器件return杂质半导体掺入五价元素掺入五价元素掺入三价元素掺入三价元素+5+4+4+4+4+3+4+4+4+4+-N型型半导体半导体多子多子多子多子电电电电子子子子少子少子少子少子空穴空穴空穴空穴P型型半导体半导体多子多子多子多子空穴空穴空穴空穴少子少

10、子少子少子电电电电子子子子1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管 在一块硅片上，用不同的掺杂工艺。使其 一边形成N型半导体。另一边形成P型 半导体 则在其交界面附近形成了PN结。一一 PN PN结的形成结的形成1.1.空间电荷区空间电荷区 P型 N型半导体 结合在一起时，由于交界面两测多子与少子 浓度不同 引起 扩散运动扩散运动（浓度差引起）PN结+P型型N型型扩散电流扩散电流扩散电流扩散电流-漂移电流漂移电流漂移电流漂移电流浓度差浓度差浓度差浓度差电场作用电场作用电场作用电场作用内电场内电场内电场内电场1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管 所以所以 在交面附近形成了不能移动的带

11、电离子组成的空间电荷区 P区空穴 N区与电子复合在N区留下带正电荷的离子 N区电子 P型与空穴结合在P区留下带负电荷的离子 空间电荷区形成一个由N指向P的电场 内电场 平衡后的PN结1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管扩散使空间电荷区加宽。内电场加深，而内电场阻止扩散进行 漂移运动（内电场引起）促使P区电子N N区空穴P 引起 内电场增加，扩散减弱，漂移增加。最后 漂移=扩散 动态平衡 通过PN结之间电流为零 1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管2.对称结与不对称结对称结与不对称结 空间电荷区中没有载流子 又称耗尽层 当N与P区杂质浓度相同时，耗尽层在两个区内的宽度也相等 对称

12、结对称结否则杂质浓度较高的一侧耗尽层宽度小于低的一侧不对称结不对称结 P+N结PN结 耗尽层中正负电荷量相等图1-8不对称PN结1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管二二 PNPN结的特征结的特征单向导电性单向导电性 1 1.正向特征正向特征又称又称PNPN结正向偏置结正向偏置 外电场作用下多子推向耗尽层，使耗尽层变窄，内电场削弱 扩散 漂移 从而在外电路中出现了一个较大的电流 称 正向电流 VbV1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管 在正常工作范围内，PN结上外加电压只要有变化，就能引起电流的显著变化。I I 随 V V 急剧上升，PN结为一个很小的电阻（正向电阻小）在外电场的

13、作用下，PN结的平衡状态 被打破，使P区中的空穴和N区中的电子 都向PN结移动，使耗尽层变窄 1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管1.1.PNPN结的反向特性结的反向特性 外电场使耗尽层变宽 使 漂移（少子）扩散（多子）回路中的反向电流 I非常微弱一般Si 为nA 级 Ge 为uA 级又少子是本征激发产生管子制成后其数值与温度有关 T I T I 1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管 反向电流不仅很小，而且当外加电压超过零点几伏后，少子供应有限，它基本不随外加电压的增加而增加。称为反向饱和电流 反偏时电压变化很大，而电流增加极微 PN结等效为一大电阻（反向电阻大）PN结这种只允

14、许一个方向电流顺利 通过的特性 单向导电性单向导电性PNPN结两端加电压结两端加电压P P接接“+”“+”N N接接“-”“-”正向偏置正向偏置I(mA)I(mA)U(V)U(V)P P接接“-”“-”N N接接“+”“+”反向偏置反向偏置-+P PN NE击穿击穿击穿击穿单向导电性单向导电性单向导电性单向导电性PNPN结结结结12/12/20221.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管3.3.PNPN结伏安特性表示式结伏安特性表示式 IsIs 反向饱和电流 决定于PN结的材料，制造工艺、温度 U UT T=kT/q-=kT/q-温度的电压当量或热电压 当 T=300K时,UT=26mV

15、K K波耳兹曼常数 T T绝对温度q q电子电荷 u u外加电压U U 为反向时，且 1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管U正正偏时,VVT I=II=Is se eU/UTU/UT实际特性在I I较大时与指数特性有一定差异在上面讨论忽略了引出线的接触电阻，P区N区的体电阻及表面漏电流影响 导通电压-正向电流有明显数 值时所对应的电压 正向电压较小时,不足影响内电场 载流子扩散运动尚未明显增加 正向电流0 I GeSi导通电压死区电压阀植电压UGe 0.2-0.3V 0.2V0.2VSi 0.6-0.8V 0.7V0.7V1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管三三 温度对伏安特性

16、影响温度对伏安特性影响 T T正向特性左移反向电流明显增大，T T 每升高10摄氏度 IsIs增加一倍 V(BR)IUTT当T到一定程度时，由本征激发产生的少子浓度超过原来杂质电离产生的多子浓度，杂质半导体与本征半导体一样，PN结不再存在 关系式:IS1IS2 当PN结处于反向偏置时,在一定范围内的反向电压作用下,流过PN结的电流是很小的反向饱和电流,但当反向电压超过某一数值后,反向电流会急剧增加 称 PNPN结的击穿结的击穿 把反向电流开始明显增大时所对应的反向电压 称 击穿电压击穿电压 V V(BR)(BR)1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管 为保证PN结正常工作。它的工作温度不

17、能 太高，温度的限制与掺杂浓度有关，掺杂越 大，最高工作温度越高三三 PN PN结的击穿结的击穿1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管雪崩击穿雪崩击穿轻掺杂 掺杂越低 击穿电压越大 PN结一旦击穿后,可认为反向电压几乎不变 近似为V V(BR(BR)击穿齐纳击穿齐纳击穿重掺杂 掺杂越高 击穿电压越低V V(BR)(BR)7V以上 击穿(SiSi)V V(BR)(BR)IEP IE IEN=IBN+ICN 1.21.2晶体三极管晶体三极管B B区区：传递和控制电子 复合产生的电流IBN IB=IBNICBO（扩散）（复合）被复合的电子数极少,大部分都扩散到c结边沿 基区很薄 空穴浓度低C

18、C区区：收集电子ICN（漂移）IC=ICNICBO（反向饱和电流）集电区和基区的少子在结反向电压作用下漂移到对方 形成ICBO过程：注入 扩散 复合 收集1.21.2晶体三极管晶体三极管二二.电流分配关系电流分配关系 根据输入输出回路的公共端不同，可组成三种组态.无论哪种接法为保证正向受控作用 须使发射结正偏、集电极反偏 且满足 IE=IB+IC外接电路使发射结正偏、集电极反偏外因：内因：提高传输效率的条件：1）制成不对称结P+NP或N+PN 2）基区薄3）增加集电结面积1.21.2晶体三极管晶体三极管三种组态共基极共集电极共发射极注注意意发射极 即能做输入端 又能做输出端基极 只能做输入端

19、不能做输出端 集电极 只能做输出端 不能做输入端1.21.2晶体三极管晶体三极管电流分配关系电流分配关系 定义 共基极直流电流放大系数 IC=IE+ICBOIE 定义 共e极直流电流放大系数 ICEO=(1+)ICBOICEO穿透电流 ICBO反向饱和电流IB=IBNICBO=IEIC=（1）IEICBO（1）IEIE=IC+IBIC=ICNICBO=IB+(1+)ICBOIBIEIEN=IBN+ICN=(1+)IB(1+)ICBO(1+)IB1.21.2晶体三极管晶体三极管由于 都反映了管中基区扩散与复合的关系 由定义可得：总结：总结：ICIE IE(1+)IBICIB IB（1）IEIE=

20、IC+IB1.21.2晶体三极管晶体三极管一一.共射极特性共射极特性 1.共射极输入特性曲线共射极输入特性曲线以为参量，与的关系特点：类似二极管特性，但并非是e结特性，因e结与c结是相关的 即受 控制的 Si UBE:0.60.8V 0.7V Ge UBE:0.10.3V 0.2V1.21.2晶体三极管晶体三极管2.2.共射极输出特性曲线共射极输出特性曲线 以为参量时 与 的关系 输出特性划分为三个区域 放大区放大区发射结正偏 集电结反偏的工作区对有很强的控制作用，反映在共射极交流放大系数上定义=i iB B=I ICBOCBOV VCE CE=V=VBEBE饱饱和和区区截止区截止区放放大大区

21、区1.21.2晶体三极管晶体三极管变化对 影响很小 饱和区饱和区发射结和集电结都正偏 VCE的变化对Ic影响很大 而Ic不随IB变化 仅受VCE控制 把VCE=VBE 称临界饱和饱和时 C.E间电压 称 饱和压降饱和压降 用V VCESCES表示(Si管约为0.5V)小功率截止区截止区发射结和集电结均处于反偏 此时 iE=0 ,iC=ICBO 截止区 即为iB=ICBO 的那条曲线以下的区域 但小功率管ICBO很小 可忽略 近似以 iB=0 为其截止条件1.21.2晶体三极管晶体三极管3.3.温度对晶体管特性的影响温度对晶体管特性的影响温度对V VBEBE的影响T VBE 即输入特性曲线左移温

22、度对I ICBOCBO的影响T ICBO 即输出特性曲线上移温度对 的影响T 即输出特性曲线上曲线间距离T T对 V VBE BE I ICBOCBO 的影响反映在集电极电流I IC C上 都使I IC C 1.21.2晶体三极管晶体三极管 二二.晶体管的主要参数晶体管的主要参数 1.1.电流放大系数电流放大系数 共射直、交 流电流放大系数 直流交流共基直、交流电流放大系数 直流交流I ICBOCBO I ICEO CEO 都很小 在数值上 1.21.2晶体三极管晶体三极管2.2.极间反向电流极间反向电流 I ICBO CBO 射极开路 集一基反向电流 集电极反向饱和电流 I ICEO CEO

23、 基极开路 集一射反向电流 集电极穿透电流 I IEBO EBO 集电极开路 射一基反向电流 3.3.结电容结电容 发射结电容Cbe，集电结电容Cbc，它们影响晶体管的频率特性 4.4.极限参数极限参数 集电极最大允许功耗PCM这参数决定于管子的温升。使用时不能超过且注意散热1.21.2晶体三极管晶体三极管由PCM=ICVCE在输出特性上画出这一曲线PCMICMU（BR）CEO集电极最大允许电流ICM引起明显下降时的最大集电极电流ICICM时 管子不一定会损坏 但明显下降在晶体管线性运用时 icic不应超过ICM反向击穿电压U(BR)CBO射极开路 集一基反向击穿电压 U(BR)CEO基极开路

24、集一射反向击穿电压U(BR)EBO集电极开路 射一基反向击穿电压 1.21.2晶体三极管晶体三极管1.3 1.3 场效应管场效应管场效应管不仅具有一般晶体管体积小，重量轻，耗电省，寿命长等特点而且还有输入阻抗高（可达1015）、噪音低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点。因而应用范围很广，特别是大规模、超大规模集成电路中应用很广特点：特点：也是一种具有正向受控作用的有源器件晶体管电流流控制作用场效应管电压控制作用1.3 1.3 场效应管场效应管晶体管：是由电子和空穴二种载流子运动形成电流的场效应管：是利用改变电场来控制固体材料的导电能力场效效应管管（按（按结构不同）分：构不同）分：结

25、型场效应管(JFET)绝缘栅场效应管(IGFET)N沟道P沟道MOS管P沟道增强型耗尽型N沟道增强型耗尽型1.3 1.3 场效应管场效应管（利用半（利用半导体内体内电场效效应进行工作的）行工作的）在一块N型半导体材料两边扩散高浓度P型区（重掺杂）形成两个P+N结为不不对称称结（PNPN掺杂浓度不同）度不同）两个P中间所夹的N型半导体区称为导电沟道N N沟道沟道结型型 场效效应管管箭箭头方向方向为栅源源PNPN结的正偏方向的正偏方向P P沟道沟道一、一、结型型场效效应管管(JFET)(JFET)1.3 1.3 场效应管场效应管一一.JFET.JFET的的结构与工作原理构与工作原理(以以N N沟道

26、沟道为例例)1.V1.VGSGS对漏极漏极电流流I ID D的控制作用的控制作用对N沟道JFET，正常工作时UGS0，此时ID=0夹断状断状态时IID D=0=0|V|VGSGS|P P+N N结的耗尽的耗尽层沟道沟道变窄窄（即沟道（即沟道电阻阻）（1）改变VGS的大小就可达到控制沟道宽度的目的，从而实现了对沟道电阻的控制作用。（2）当加VDS0的电压时ID就随VGS的变化而变化，从而达到VGS对ID的控制作用1.3 1.3 场效应管场效应管场效应管GS上加反向偏压，则反向电流很小，若忽略反向电流，则栅极电流基本为零，控制信号的能量消耗很小(输入电阻大)。但当GS上加正向偏压时会产生栅极电流若

27、不采取限流措施会烧坏管子使用时应注意+_0VGS01.3 1.3 场效应管场效应管2.U2.UDSDS对I ID D的影响的影响(V(VGSGS=0)=0)一般对N沟道JFET，VDS0(1)当VGS=VDS=0时靠漏端与靠源端的沟道宽度一样，即具有均匀的沟道(2)当VGS=0而VDS0时，靠漏端的P+N结的反偏程度靠源端的P+N结反偏程度这使沟道两侧的耗尽区从源极到漏极逐渐加宽，结果使沟道逐渐变窄。随着VDS沟道不等宽的情况越明显沟道在漏极附近越来越窄1.3 1.3 场效应管场效应管当VDS增大到VDS=Vp时在漏极附近的耗尽区开始靠拢称预夹断断在预夹断状态I ID D较大为I IDSSDS

28、S(3)当VDS再时耗尽区沿沟道加长，它们接触部分称夹断区断区夹断区加长并不意味着ID 为零，因为若ID为零则夹断区也不复存在。夹断区的加长意味着沟道电阻增大，VDS 继续时，ID趋于不变。此时的电流称为漏极漏极饱和和电流流I IDSSDSS1.3 1.3 场效应管场效应管但VDS不能无限VDS到一定值时会产生反向击穿现象。3.V3.VGSGS000时的情况的情况VGS越负使耗尽区变宽、导电沟道变窄，VDS越正使耗尽区和导电沟道进一步变得不等宽，(1)同一VDS下，改变VGS使沟道宽度不同，ID也随之改变即ID的大小受VGS控制。随着|VGS|，导电沟道变窄，电阻变大，在同样VDS作用下，产生

29、的ID|V|VGSGS|沟道沟道电阻阻 I IDD 1.3 1.3 场效应管场效应管VDSVP即VDS-VP预夹断状态而又VDS=VDG器件达到预夹断状态的条件是V VGDGD V VP P VGD=VGS-VDSVDSVGS-VP(2)VGS不同，产生预夹断的VDS值也不同。(3)只有当VGS=VP时沟道全部夹断，此时ID=01.3 1.3 场效应管场效应管二二.N.N沟道沟道JFETJFET的特性曲的特性曲线1.1.转移特性曲移特性曲线UUDSDS一定一定时，U UGSGS对i iD D的控制作用的控制作用为保证JFET工作在恒流区恒流区 要求V VDSDS V VGSGS-V-VP P可

30、用方程描述定定义:漏极饱和电流I IDSSDSSVVGSGS=0=0时i iD D的的值夹断电压V VP Pi iDD=0=0时V VGSGS的的值1.3 1.3 场效应管场效应管2.2.输出特性曲出特性曲线(1)(1)压控控电阻区（阻区（线性性电阻区，非阻区，非饱和区）和区）条件是：VPVGS00VDS VGS-VPUDS=UGS-UGD1.3 1.3 场效应管场效应管在该状态时导电沟道畅通，漏源之间呈线性电阻特性又称线性性电阻区阻区且该阻值大小与VGS有关：VGS越大(越向越向0 0电压逼近逼近)，导电沟道越宽，沟道电阻越小，在相同的VDS值时，iD越大通过改变VGS的大小可控制漏源之间沟

31、道电阻的大小，因而又称 压控控电阻区。阻区。1.3 1.3 场效应管场效应管(2)(2)饱和区（恒流区，放大区）和区（恒流区，放大区）条件是：VPVGSVGS-VP这时器件工作于所谓预夹断区，i iD D主要受V VGSGS控制，与V VDSDS基本无关，呈恒流特性，作放大器时工作于该区域。1.3 1.3 场效应管场效应管(3)(3)截止区截止区条件是：VDS0VGS VP这时漏源之间处于开路状态iD=0应用于开关电路(4)(4)击穿区穿区为防器件损坏，工作时应避免进入该区须保证V VDSDSVVT才会形成导电沟道开启开启电压i iD D=0=0时V VGSGS的的值金属金属-氧化物氧化物-半

32、半导体体场效效应管管(MOS(MOS管管)器件达到预夹断的条件为VDS VGS-VT对N增MOS管V VGSGS0V0VDSDS00iD+0金属金属-氧化物氧化物-半半导体体场效效应管管(MOS(MOS管管)对P增MOS管V VGSGS0V0VDSDS000对P耗MOS管V VGSGS可可+-0V+-0VDSDS00，P沟道VDS0(2)(2)耗尽型耗尽型当VGS=0时，iD=0夹断断电压VGS(off)显然JFET也是耗尽型MOSMOSVGS可+-0JFETJFET要求VGS0P(3)增增强型型当VGS=0时iD=0对转移特性：移特性：结型不型不过零，零，过零是零是MOSMOS金属金属-氧化

33、物氧化物-半半导体体场效效应管管(MOS(MOS管管)三三.场效效应管的参数管的参数1.1.直流参数直流参数VVT T、VP、I IDSSDSS2.2.交流参数交流参数低频跨导gm定义对耗尽型耗尽型对增增强型型总结：总结：本征半导体 四价元素硅、锗 化合物砷化镓 共价键 载流子（光、电、热）P型半导体空穴电子 多子 少子 N型半导体 电子空穴 多子 少子 掺入三价元素硼铝铟等 掺入五价元素 砷磷锑等浓度差 先多子扩散 电场力 后少子漂移 电子空穴动态平衡后形成 PN结 本征激发总结：总结：平衡后不存在载流子称耗尽区 正负离子形成内建电场UB阻挡了扩散 称阻挡区或势垒区 PN结反偏内电场增加为

34、PN结正偏内电场下降为 多子推离耗尽区使之变宽 利多子扩散 耗尽区变窄 利少子漂移形成小的I IR R 小电压引起大的I IF F 外加电压对结的调宽效应 势垒电容C CT T 扩散电容 C CD DPN结结电容 总结：总结：PN结的V-A特性 正向特性 反向特性 u:外加正向电压=Is:反向饱和电流 常温下：，UBR反向击穿电压 反向击穿 总结：总结：轻掺杂耗尽区宽 雪崩击穿 反向电压使少子加速撞出区内中性原子的电子 形成新的电子空穴对 再加速撞出更多 连锁反应 雪崩现象 反向电流IR激增 重掺杂耗尽区窄 齐纳击穿 不大的反向电压 区内中性原子的 引起电子空穴对激增 反向击穿 电子空穴对形成

35、大的耗尽区电场价电子拉出键反向电流IR激增总结：总结：硅材料硅材料PNPN结结 雪崩击穿 雪崩加齐纳击穿 齐纳击穿 The end.return第二章第二章 基本电路基本电路 2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路2.2 2.2 晶体三极管放大电路晶体三极管放大电路二极管电路例题二极管电路例题2.4 2.4 场效应管放大器场效应管放大器范例分析范例分析第二章第二章 基本电路基本电路2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路一、一、二极管的基本应用电路二极管的基本应用电路 1.1.二极管整流电路二极管整流电路 a.a.半波整流半波整流若二极管视为理想，正半周D导通 uo=ui 负半周时D

36、截止uo=0 电路输入输出第二章第二章 基本电路基本电路b.b.全波整流全波整流 利用四个二极管构成的桥堆可实现全波整流电路 电路堆栈简化电路输入输出波形2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路当 时V导通第二章第二章 基本电路基本电路2.2.二极管限幅电路二极管限幅电路 二极管上限幅电路及波形 当 时,V截止 E、V倒置可得下限幅 输入输出2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路第二章第二章 基本电路基本电路双向限幅器输入、输出波形 上图是一简单双向限幅电路选择不同的D，可得不同的限幅电平 输入输出波形双向限幅器2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路第二章第二章 基本电路基本电

37、路二二 稳压二极管及稳压电路稳压二极管及稳压电路 利用PN结反向击穿时，具有稳压特性而制作成 稳压二极管稳压二极管 稳压二极管及其特性曲线 稳压二极管稳压电路 2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路第二章第二章 基本电路基本电路特点:反向工作(具有稳压作用)电路中需加限流电阻(防止热击穿)1.1.稳压二极管的参数稳压二极管的参数 稳定电压稳定电压UzUz-流过二极管电流为规定值时 稳压管二端的电压额定功耗额定功耗PzPz-由管子温升所限 稳定电流稳定电流IzIz-正常工作时的参考电流,电流小于其,稳定效果差，反之好,但受限制最大电流最大电流 2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路第

38、二章第二章 基本电路基本电路动态电阻动态电阻 r rz z-击穿特性,工作点上切线斜率之倒数，工作电流越大其愈小。温度系数温度系数-温度变化1时 稳定电压的变化量 硅稳压管时 为负温系数（齐纳）时 为正温系数（雪崩）时温度系数很小 而在左右的稳压管有广泛应用2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路第二章第二章 基本电路基本电路2.2.稳压二极管稳压电路 电路如图 R为限流电阻RL为负载 稳压稳压 是指Ui,RL变化时，Uo保持不变 基本不变，需使 Iz在IZMIN和IZMAX之间为使2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路第二章第二章 基本电路基本电路考虑 Ui在（U Uiminimi

39、n，U Uimaximax）内 IL在（I Ilminlmin，I ILmaxLmax）内确定 限流电阻 R R 的取值范围 所谓电路设计时，Iz最小当 要使必须即2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路第二章第二章 基本电路基本电路，Iz最大 当必须即可见 R R的取值范围是在 RminRmin与RmaxRmax之间若计算结果出现说明给定条件下UzUz已超出了的稳压工作范围 2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路限幅电路例题（输入波形：幅值为5V的正弦波）2V2VD导通：Vo=D截止：通：止：限幅电路例题导通：截止：通：止：限幅电路例题时通，止时止，通时止，通2.22.2 三极管放

40、大电路三极管放大电路主要功能：不失真地放大电信号主要功能：不失真地放大电信号 一一.基本放大器电路组成及其工作原理基本放大器电路组成及其工作原理 (以NPN型共发射极放大电路为例)输入回路与输出回路电流、电压的关系 大小 静态动态结合 大写小写（瞬时值）输入回路（瞬时值）输出回路书写格式1.1.电路的组成及各节点信号电路的组成及各节点信号 2.22.2 三极管放大电路三极管放大电路习惯画法iBiC2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路晶体管：晶体管：电路的核心无件，工作在放大状态。控制能量的转换，将直流供电电源 UCC转换成输出信号的能量 V VBBBB:基极直流电源，保证e结在整个信号

41、周期 内均处于正偏状态 (不加VBB时，NPN管只有在正半周导通而负半周 截止，输出信号失真了)RB:(几十 几百K K)基极偏置电阻，防止交流 短路。由VBB和RB供给基极一个合适的基 极电流IBQ2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路V VCCCC:集电极直流电源（1.保证C结处于反向偏置状态 2.提供了整个放大器的能源）放大电路实质上是一种能量转换器 作用是将直流能量转化为所需的交流能量 RC:(几 几十K K)集电极电阻 将电流的变化转化 为电压变化，从而获得电压放大作用C1,C2:C1,C2:(几ufuf 几十ufuf)隔断直流，耦合交流信号 (1.对直流相当于开路 2.对交流

42、相当于短路)2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路2.2.放大原理及电流电压波形放大原理及电流电压波形 待放大的信号须加在be回路由公式可知：当V VBE BE V VBE(ON)BE(ON)后V VBE BE 对i iC C 有敏感的控制作用而V VCE CE 对i iC C 的影响十分微弱 所以待放大的信号加在b b或e e极能有效的得到放大，而不能加在c c极。2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路 须设置合适的静态工作点须设置合适的静态工作点直流工作状态：（静态）当vivi0 0时 电路中各处的电压电流都是不变的直流 对应的电流，电压为I IBQBQ、I ICQCQ、V V

43、CEQCEQ、V VBEQBEQ他们代表了输入输出特性上的一个点 习惯上称静态工作点即Q点交流工作状态：（动态）当vi0时静态工作点设置是否合适对放大器的性能有很大影响 即要保证 输出电压要不失真地放大输出电压要不失真地放大 2.22.2三极管放大电路三极管放大电路如图 若Q Q点选得很小则产生了截止失真 这种由于器件非线性而引起的畸变称为非线性失真为了防止非线性失真，在没有输入信号时Q Q点也不能为0 0而必须有合适的数值 以保证在vi的整个变化过程中晶体管始终工作在 放大区放大区 若Q Q点过大措施是Q点下移使I IB B变小若Q Q点过小措施是Q点上移使I IB B变大2.2 2.2 三

44、极管放大电路三极管放大电路 放大状态下管子的电压，电流波形放大状态下管子的电压，电流波形 晶体管上各端电压，端电流为 直流直流+交流交流且 交流分量的幅值 直流分量的幅值，所以 在任一时刻e结正偏c结反偏 可见 放大作用放大作用是指输出交流分量与输入信号的关系，因为只有交流分量才能反映输入信号的变化 v vO O与v vi i反相 2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路二二.放大器的主要性能指标放大器的主要性能指标 对信号源而言，放大器相当于它的负载。放大器的输入特性用输入电阻Ri表示 1.1.放大器的二端口模型放大器的二端口模型 对负载而言，放大器相当于负载的信号源。放大器的特性用输出

45、电阻R RO O和一个受控电压源（电流源）来表示 2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路放大倍数或增益放大倍数或增益 2.2.主要指标主要指标定义为放大器输出量和输入量之比值 根据二端口模型中输入量（Ui，Ii）和输出量（Uo，Io）的不同，有四种不同定义的放大倍数 电压增益：电流增益：互导增益:互阻增益：2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路为方便，Au,Ai有时用分贝dB来表示 Au,Ai之积称放大器的 功率增益 输入电阻输入电阻RiRi 用来衡量放大电路对信号源的影响 2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路当RiRs时ViVs，Ri越大得到的输入信号电压较大越大得到的输

46、入信号电压较大 信号源采用信号源采用电压源电压源即输入电阻越大-信号源电压Vs更有效地加到放大器的输入端 反之（RiRs）Ri越小得到的输入信号电流较大越小得到的输入信号电流较大 信号源采用信号源采用电流源电流源 输出电阻输出电阻RoRo（计算方法与电路分析一致）（计算方法与电路分析一致）反映放大电路带负载能力2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路当Ro越小则RL变化对输出电压的影响越小VoVo 即输出电压Vo越稳定 带负载能力强反之，若想在负载上得到电流较稳定则应使Ro大 非线性失真系数非线性失真系数THDTHD 由于放大管输入输出特性的非线性，不可避免地要产生非线性失真，即放大器非线

47、性失真的大小与工作点位置，信号大小有关 但如果放大器的静态工作点设置在 放大区 且输入信号足够小，则 非线性失真系数将很小 2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路一般只有在大信号工作时才考虑非线性失真问题 非线性失真产生了新的频率分量 频率失真频率失真(线性失真线性失真)输入信号由许多频率分量组成，由于放大器对不同频率信号的增益产生不同的放大而造成的失真。(此时输出信号中并未增加新的频率分量)2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路三三.直流工作状态的分析直流工作状态的分析-估算法估算法 1.固定偏置电路固定偏置电路直流通路注意:在直流通路中只有直流分量注意：只有在放大区才是正确的。

48、2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路讨论：讨论：1)若基极接地或负电压，则偏置电流为0。管子截止，此时VCEQ=Vcc(2)若RB 变小，则 IBQICQVCEQ，当VCEQIIB B 时有稳定工作点的作用有稳定工作点的作用 2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路*在此电路中RB1,RB2,RE如何选择？为确保UB固定，则I1IBQ 所以RB1,RB2 选小些，但太小时 将增大电源 Vcc 的损耗，且会使放大器的输入电阻减小 设计电路时使 发射极电阻RE越大,稳定性越好，但直流压降(IEQRE)越大，使VCEQ减小一般选2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路3.3.其他偏置

49、电路分析法：其他偏置电路分析法：a.2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路*反之，若式改为则RB对IE的影响是RE的 倍将将R RB B折合到发射极时要乘折合到发射极时要乘2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路b.2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路管子截止时：管子截止时：VCEQ=VCC饱和时：饱和时：VCEQ=VCES0二二.交流通路（交流通路（在交流通路中只有交流分量在交流通路中只有交流分量）在画交流通路时，电源相当于短路即接地电容-隔直通交2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路放大器的图解分析法放大器的图解分析法 放大器的分析方法有二种：图解分析法：图解分析法

50、：形象、直观，但难以准确定量分析等效电路法：等效电路法：对器件建模进行电路分析，运算简便，结果误差小一一.直流图解分析法（以共射极放大器为例）直流图解分析法（以共射极放大器为例）由前述方法，估算出IBQ，UCEQ，ICQ。在晶体管的输出特性上找出二个特殊的点M（0,UCC/RC）N（UCC,0），用直线连接MN，其斜率为-1/RC称 直流负载线直流负载线 放大器的图解分析法放大器的图解分析法 它和I IBQ BQ 线的交点Q Q 称为静态工作点，该点对应的 纵座标值为I ICQCQ 横座标值为U UCEOCEO Ucc/RcMNiB=iBQICQU UCEOCEOUcc 当R RC C不变，R