2019年电子技术基础(电子书).ppt

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1、,模拟电子技术基础,绪论,放大器的频响 2,负反馈放大器 6,集成运算放大电路 10,基本电路 18,半导体器件 7,集成运算放大器应用 5,特别提醒,本课程5学分 成绩 考试80分 平时20分 1、本周五确定座位表,以后每位同学按自己的座位入坐,若座位无人按缺席处理,缺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。 2、每周三交作业本，缺交或所做的作业量小于应做作业量的50%的、有明显作业抄袭的则平时成绩扣一分。 3、每周三课后答疑。,绪论,一 主要内容 1 电子器件 二极管 器件的特性、 管子 晶体管 参数、等效电路 场效应管 （熟悉） 差分对管 组件 集成电路

2、,绪论,2 、 电子电路 晶体管放大器 电路组成， 放大电路 场效应管放大器 工作原理， 集成运算放大器 性能特性， 功率放大器 基本分析方法 负反馈在放大电路中的应用 工程计算方法 放大器的频率响应,绪论,二 电子电路的应用 自动控制 计算机 通信 文化娱乐 医疗仪器 家用电器 三 要求 了解器件的内部工作原理 掌握器件的应用特性（外特性） 掌握各单元电路的工作原理及分析方法 掌握实际技能及各种测试方法,四 学习方法 1 合理近似 例：I=20 /（1+0.9） =10.5 mA 若把 1K / 10K =1K 则 I=20/2K=10 mA 仅差5% 而采用一般电阻元件其误差有10% 即1

3、K的元件可能是1.1K或900 2 重视实验环节 坚持理论联系实际,绪论,+ 20v -,1K,1k,10k,0.9k,绪论,五 参考书 模拟电子技术基础教程 浙大 邓汉馨 模拟电子技术基础 清华 童诗白 电子技术基础 西安电子科大 孙肖子 模拟电子技术 北京理工 王远 模拟电子线路(I) 谢源清,return,第一章,1.1 PN结及晶体二极管,总结,1.2 晶体三极管,半导体器件,半导体基础知识,结型场效应管(JFET),1.3 场效应管,金属-氧化物-半导体场效应管 （MOSFET）,return,半导体器件,第一章,半导体基础知识,自然界中物质按其导电能力可分为,导体 : 很容易传导电

4、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,半导体物理基础知识,一 本征半导体: - 纯净的半导体,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,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,第一章,半导体物理基础知识,电子空穴对,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

5、在原来的共价键中留下一个空位称 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 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,本征半导体 (纯净半导体),Si,Ge,第一章,半导体物理基础知识,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 空穴移动产生的电流 x1 x2 x3,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,半导体器件,第一章,半导体物理基础知识,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

6、消失 称复合,复合在一定温度下, 使半导体中载流子浓度一定,半导体器件,晶体结构,电子、空穴两种载流子成对出现； 常温下载流子数量少，导电性差； 受外界影响大。,电子,空穴,第一章,半导体物理基础知识,二 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,多子电子 少子空穴,半导体器件,第一章,半导体物理基础知识,P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

7、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,return,杂质半导体,掺入五价元素,掺入三价元素,1.1 PN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 PN结的形成,1.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 （浓度差引起）,PN结,P型,N型,浓度差,电场作用,内电场,1.1 PN结及二极管,所以 在交 面附近形成了 不能移动的带 电离

8、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 PN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 PN结及二极管,2. 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 对称结 否则杂质浓度较高的一侧

9、耗尽层宽度 小于低的一侧不对称结,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 PN结及二极管,二 PN结的特征单向导电性,1.正向特征又称PN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,Vb,V,1.1 PN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 随 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 PN结及二极

10、管,1.PN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,1.1 PN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结这种只允许一个方向电流顺利 通过的特性 单向导电性,2019/5/24,PN结两端加电压,P接“+” N接“-”,P接“-” N接“+”,E,单向导电性,PN结,1.1

11、 PN结及二极管,3.PN结伏安特性表示式,Is 反向饱和电流 决定于PN结的材料，制造工艺、温度,UT =kT/q - 温度的电压当量或热电压 当 T=300K时, UT = 26mV,K波耳兹曼常数 T绝对温度 q电子电荷 u外加电压 U 为反向时，且,1.1 PN结及二极管,U正偏时, VVT I=IseU/UT,实际特性在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,Ge,Si,导通电压 死区电压 阀植电压

12、,U,Ge 0.2-0.3V 0.2V Si 0.6-0.8V 0.7V,1.1 PN结及二极管,三 温度对伏安特性影响,T正向特性左移反向 电流明显增大，T 每升 高10摄氏度 Is增加一倍,V(BR),I,U,T,T,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:,IS1,IS2,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 PN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 V(B

13、R),1.1 PN结及二极管, 为保证PN结正常工作。它的工作温度不能 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 PN结的击穿,1.1 PN结及二极管,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(BR),击穿,齐纳击穿重掺杂 掺杂越高 击穿电压越低,V(BR)7V以上 击穿 (Si),V(BR)5V以下 击穿 (Si),只要限制击穿时的电流，击穿并不损坏PN结,击穿会损坏PN结,1.1 PN结及二极管,四 PN结电容,势垒电容 - 由PN结反向偏置时引起 外加反向电压,结电容可通过外加反向 偏压来控制，利用这一 特 性可

14、制成 变容二极管,扩散电容 -由PN结正向偏置时引起 外加正向电压,正向PN结的结电容以扩散电容为主,PN结 的结 电容 是两 者之 和,1.1 PN结及二极管,晶体二极管是由PN结加上电极引线和管 壳构成的，其结构示意图和电路符号分别如下,P N,+ , ,结构示意图,电路符号,特性：单向导电性,五 二极管特性曲线,正向：当电压加到UD(ON)以上，才有明显 正向电流。 UD(ON)称死区（导通）电压,反向：电流很小 击穿与温度特性同PN结,1.1 PN结及二极管,六 二极管的主要参数,1.（静态）直流电阻,Q 二极管的工作点,UD二极管二端电压 反偏时符号为UDR,ID流过二极管电流,2.

15、（动态）交流电阻, U/ I,rD,室温下,T=300K, UD,ID ,Q,i,u,i,u,1.1 PN结及二极管,二极管交直流电阻都与工作点有关 且同一点的交、直流电阻也不相同,rD 正向约为几-几十 反向几十K-几M 正反向电阻相差越大 单向导电性越好,可见 二极管的交、直流电阻是两个不同 的概念,且等效电阻与电压、电流 之间的关系是非线性的,3.最大整流电流IF 允许流过的最大正向平均电流 应用时不能超过此值,1.1 PN结及二极管,4.最大反向工作电压URM,允许加的最大反向电压，超过此值容易 反向击穿 应用时取URM的一半,5.反向电流 IR,二极管反向击穿前的电流 越小越好 IR

16、 与温度有关,6.最高工作频率fH,决定于Cj 工作频率高时因Cj的作用 二极管单向导电性变坏,1.1 PN结及二极管,七 二极管模型 (等效电路),理想时,正向偏置时 管压降为零 V=0 (短路) 反向偏置时 管电流为零 I=0 (开路),非理想时,有UD(ON) ,I (很小),1.2晶体三极管,把两个PN结做在一起,这两个互有影响的PN结构成的半导体器件 称 晶体管 它有三个引出电极习惯又称 晶体三极管,特点： 具有正向受控性 （即Ic受VBE的正向控制）,一. 晶体管中载流子的传输过程(以NPN为例),要使晶体管有放大作用,e,e结加正向偏置 c结加反向偏置,则,晶体管的放大作用是通过

17、 载流子的传输体现出来的,E B C各区作用 E区: 向基极(扩散)注入电子 形成电流IEN B区向E区注入空穴形成电流IEP 发射区掺杂浓 IEN IEP IE IEN=IBN+ICN,1.2晶体三极管,B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,1.2晶体三极管,二. 电流分配关系,根据输入输出回路的公共端不同，可组

18、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,1.2晶体三极管,三种组态,共基极,共集电极,共发射极,注 意,发射极 即能做输入端 又能做输出端,基极 只能做输入端 不能做输出端,集电极 只能做输出端 不能做输入端,1.2晶体三极管,电流分配关系,定义 共基极直流电流放大系数, IC= IE+ICBO IE,定义 共e极直流电流放大系数,ICEO = (1+ ) ICBO,ICEO穿透电流 ICBO

19、反向饱和电流,IB = IBNICBO= IEIC =（1 ）IEICBO（1 ）IE,IE= IC+IB,IC=ICN ICBO= IB+(1+ ) ICBO IB,IEIEN= IBN+ ICN =(1+ ) IB(1+ ) ICBO(1+ ) IB,1.2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：,IC IE,IE (1+ ) IB,IC IB,IB（1 ）IE,IE= IC+IB,1.2晶体三极管,一. 共射极特性,1. 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 UB

20、E: 0.60.8V 0.7V Ge UBE: 0.10.3V 0.2V,1.2晶体三极管,2. 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 =,iB=ICBO,VCE = VBE,饱和区,截止区,放 大 区,1.2晶体三极管,变化对 影响很小,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 用VCES表示 (Si管约为0.5V)小功率,截止区发射结和集电结均

21、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,1.2晶体三极管,3. 温度对晶体管特性的影响,温度对VBE的影响T VBE 即输入特性曲线左移,温度对ICBO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对 VBE ICBO 的影响反映在集电极电流IC上 都使IC ,1.2晶体三极管,二. 晶体管的主要参数,1. 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,ICBO ICEO 都很小 在数值上 ,

22、1.2晶体三极管,2. 极间反向电流,ICBO 射极开路 集一基反向电流 集电极反向饱和电流,ICEO 基极开路 集一射反向电流 集电极穿透电流,IEBO 集电极开路 射一基反向电流,3. 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.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,1.2晶体三极管,由 PCM=ICVCE 在输出 特性上画出这一曲线,PCM,ICM,U（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 ic不应超过I

23、CM,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 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,1.2晶体三极管,1.3 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： 也是一种具有正向受控作用的有源器件,晶体管 电流控制作用 场效应管 电压控制作用,1.3 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

24、利用改变电场来控 制固体材料的导电能力,场效应管（按结构不同）分：,结型场效应管(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 场效应管,（利用半导体内电场效应进行工作的）,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,为不对称结（PN掺杂浓度不同）,两个P中间所夹的N型半导体区 称为导电沟道,N沟道结型 场效应管,箭头方向为栅源 PN结的正偏方向,P沟道,一、结型场效应管(JFET),1.3 场效应管,一.JFET的结构与工作原理(以N沟道为例),1.VGS对漏极电流ID的控制作用,对N沟

25、道JFET，正常工作时 UGS0 ，即栅源之间的PN结处 于反偏状态. 当反偏电压增大时, 则耗尽区加宽,并向沟道中扩展使沟道区变窄， 沟道电阻加大. 当|VGS|加大到一定值时两侧的耗尽区几乎 碰上，导电沟道仿佛被夹断， D.S间的电阻将趋于无穷大,1.3 场效应管,当|VGS|再增大时 耗尽区已不再明显变化 但|VGS|过大会出现反向击穿现象。,这时的VGS称为夹断电压VGS(OFF)(负电压）,既使加有电压VDS0 ，此时 ID=0,夹断状态时 ID=0,|VGS|P+N结的耗尽层沟道变窄,（即沟道电阻）,（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

26、。 （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 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 若不采取限流措施会烧坏管子 使用时应注意,+,_,0,VGS 0,1.3 场效应管,2. UDS对ID的影响 (VGS=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

27、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 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,在预夹断状态ID较大为 IDSS,(3)当VDS再时 耗尽区沿沟道加长， 它们接触部分称夹断区,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 漏极饱和电流IDSS,1.3 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. VGS0 时的情况,VGS越

28、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，产生的ID |VGS| 沟道电阻 ID ,1.3 场效应管, VDS VP 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 VGDVP, VGD=VGS-VDS,VDS VGS-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=0,1.3 场效应管,二. N沟道

29、JFET的特性曲线,1.转移特性曲线,UDS一定时，UGS对iD的控制作用,为保证JFET工作在恒流区 要求VDSVGS-VP,可用方程描述,定义: 漏极饱和电流IDSS VGS=0时iD的值,夹断电压 VP iD =0时VGS的值,1.3 场效应管,2.输出特性曲线,(1)压控电阻区（线性电阻区，非饱和区）,条件是：,VP VGS0 0 VDS VGS-VP,UDS=UGS-UGD,1.3 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 线性电阻区,且该阻值大小与VGS有关： VGS越大(越向0电压逼近)，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

30、变VGS的大小可控制漏源之间 沟道电阻的大小，因而又称 压控电阻区。,1.3 场效应管,(2)饱和区（恒流区，放大区） 条件是：VP VGS-VP 这时器件工作于所谓预夹断区， iD主要受VGS控制，与VDS基本无关， 呈恒流特性 ，作放大器时工作于该区域。,1.3 场效应管,(3)截止区 条件是：VDS 0 VGS VP 这时漏源之间处于开路状态 iD=0 应用于开关电路 (4)击穿区,为防器件损坏，工作时应避免进入该区 须保证 VDSV(BR)DS,漏源之间的击穿电压,1.3.4,金属-氧化物-半导体场效应管,(MOS管),（利用半导体表面的电场效应）,根据在VGS=0时漏源间是否存在导电

31、沟道的情况,MOSFET分,增强型： 当VGS=0时 D.S间无导电沟道，iD=0,耗尽型: 当VGS=0时 D.S间有导电沟道，iD=0,符号,N 增,N 耗,NMOS 简化,1.3.4,金属-氧化物-半导体场效应管,(MOS管),P 耗,P 增,PMOS 简化,一. N沟道增强型MOSFET的特性曲线,对于N沟道增强型MOS管,只有 VGSVT 才会形成导电沟道,开启电压 iD=0 时VGS的值,1.3.4,金属-氧化物-半导体场效应管,(MOS管),器件达到预夹断的条件为 VDS VGS-VT,对 N 增 MOS管 VGS0 VDS0,iD,+,+,0,1.3.4,金属-氧化物-半导体场

32、效应管,(MOS管),对P 增 MOS管 VGS0 VDS0,iD,0,_,_,对N 耗 MOS管 VGS可+ - 0 VDS0,对P 耗 MOS管 VGS可+ - 0 VDS0,二 .转移特性曲线的比较,详见P77 表4-1 各类场效应管的符号及特性曲线,1.3.4,金属-氧化物-半导体场效应管,(MOS管),判别： 判沟道 N沟道 VDS0 ，P沟道 VDS0 耗尽型 当VGS=0时， iD =0,夹断电压VGS(off),显然JFET也是耗尽型,MOS VGS可 + - 0,JFET,要求VGS0 P,(3) 增强型,当VGS=0时 iD =0,对转移特性：结型不过零，过零是MOS,1.

33、3.4,金属-氧化物-半导体场效应管,(MOS管),三. 场效应管的参数,1. 直流参数 VT、VP、IDSS,2. 交流参数,低频跨导gm定义,对耗尽型,对增强型,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：,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,PN结正偏 内电场下降为,多子推离

34、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IR,小电压 引起大的IF,外加电压对结的调宽效应,势垒电容CT,扩散电容 CD,PN结结电容,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：,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,形成大的耗尽区电场,价电子拉出键,反向电流IR激增,总结：,

35、硅材料PN结,雪崩击穿,雪崩加齐纳击穿,齐纳击穿,The end. return,第二章 基本电路,2.1 晶体二极管电路,2.2 晶体三极管放大电路,二极管电路例题,2.4 场效应管放大器,范例分析,第二章 基本电路,2.1 晶体二极管电路,一、 二极管的基本应用电路,1.二极管整流电路,a. 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截止uo=0,电路,输入,输出,第二章 基本电路,b.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 晶体二极管电路,当 时V导通,第二章 基本电路,2.二极管限幅电路,二极管上限幅 电路

36、及波形,当 时, V截止 E、V倒置可得下限幅,输入,输出,2.1 晶体二极管电路,第二章 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 晶体二极管电路,第二章 基本电路,二 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,稳压二极管及其特性曲线,稳压二极管稳压电路,2.1 晶体二极管电路,第二章 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.稳压二极管的参数,稳定电压Uz- 流过二极管电流为规定值时 稳压管二端的电压,额定功耗Pz- 由管子

37、温升所限,稳定电流Iz-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,2.1 晶体二极管电路,第二章 基本电路,动态电阻 rz -,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 晶体二极管电路,第二章 基本电路,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 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 晶体二极管电路,第

38、二章 基本电路,考虑 Ui在（Uimin，Uimax）内 IL在（Ilmin，ILmax）内 确定 限流电阻 R 的取值范围,所谓电路设计,时，Iz最小,当,要使,必须,即,2.1 晶体二极管电路,第二章 基本电路,，Iz最大,当,必须,即,可见 R的取值范围是在 Rmin与Rmax之间,若计算结果出现 说明给定条件下Uz已超出了 的稳压工作范围,2.1 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）,2V,2V, D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 ,2.2 三极管放

39、大电路,主要功能：不失真地放大电信号,一. 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.电路的组成及各节点信号,2.2 三极管放大电路,习惯画法,iB,iC,2.2 三极管放大电路,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,VBB: 基极直流电源，保证e结在整个信号周期 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

40、)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IBQ,2.2 三极管放大电路,VCC: 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)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: (几uf几十uf)隔断直流，耦合交流信号 (1.对直流相当于开路 2.对交流相当于短路),2.2 三极管放大电路,2. 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VBE VBE(ON)后 VBE 对iC 有敏感的控

41、制作用,而VCE 对iC 的影响十分微弱 所以待放大的信号加在b或e极能有效的得到放大， 而不能加在c极。,2.2 三极管放大电路, 须设置合适的静态工作点,直流工作状态： （静态）,当vi0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IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ 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,2.2三极管放大电路,如图 若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

42、失真，在没 有输入信号时Q点也不能为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,若Q点过大措施是Q点下移使IB变小,若Q点过小措施是Q点上移使IB变大,2.2 三极管放大电路, 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+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 vO与vi反相,2.2 三极管放大电路,二. 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.放大

43、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 用输出电阻RO和一个受控电压源（电流源）来表示,2.2 三极管放大电路,放大倍数或增益,2.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 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Ri 用来衡量放大电路对信号源的影响,2.2 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 信号源采用

44、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 信号源采用电流源,输出电阻Ro（计算方法与电路分析一致）,反映放大电路带负载能力,2.2 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THD,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 三极

45、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(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 三极管放大电路,三. 直流工作状态的分析-估算法,1. 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。,2.2 三极管放大电路,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 IBQ ICQ VCEQ ， 当VCEQ VCES 则放大器工作在饱

46、和状态,设当 时，则,ICQ = IBQ不再成立,而Ic 最大时为,2.2 三极管放大电路,当 时是饱和, 若 则仍在放大区。,ICQM 为最大饱和电流,此电路简单，但它的工作点稳定性不够理想。,如 为此提出各种稳定偏置电路,2. 分压式偏置电路(提高Q点稳定性),直流通路,2.2 三极管放大电路,当 I1IB 时,有稳定工作点的作用,2.2 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(I