晶體管及其應(yīng)用ppt課件

1、晶體管及其應(yīng)用,(1-1),導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。,絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。,半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。,7.0 半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性,(1-2),半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點。例如：,當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯變化。,往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會使 它的導(dǎo)電能力明顯改變。,1.摻雜性,2.熱敏性和光敏性,(1-3),7.0.1 本征半導(dǎo)體（純凈和具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體）,一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特

2、點,現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價電子）都是四個。,(1-4),在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點，每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。,通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體。,(1-5),硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu),共價鍵共 用電子對,+4表示除去價電子后的原子,(1-6),共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自由電子很少，所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。,形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成

3、穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。,共價鍵有很強的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。,(1-7),二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理,在絕對0度（t=0k）和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運動的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為 0，相當(dāng)于絕緣體。,在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。,1.載流子、自由電子和空穴,(1-8),自由電子,空穴,束縛電子,(1-9),2.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理,在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動，因此可以認(rèn)為空穴是載流

4、子。,本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。,(1-10),溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點。,本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。,本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成： 1. 自由電子移動產(chǎn)生的電流。 2. 空穴移動產(chǎn)生的電流。,（在本征半導(dǎo)體中 自由電子和空穴成對出現(xiàn)，同時又不斷的復(fù)合）,(1-11),7.0.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體,在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。,p 型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱

5、為（空穴半導(dǎo)體）。,n 型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。,(1-12),一、n 型半導(dǎo)體,在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷，晶體中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵，必定多出一個電子，這個電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。,(1-13),多余 電子,磷原子,n 型半導(dǎo)體中的載流子是什么？,1.由磷原子提供的電子，濃度與磷原子相同。,2.本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。,摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子

6、稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。,(1-14),二、p 型半導(dǎo)體,空穴,硼原子,p 型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。,(1-15),三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的符號,(1-16),pn 結(jié)的形成,在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造p 型半導(dǎo)體和n 型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴散，在它們的交界面處就形成了pn 結(jié)。,7.1 pn結(jié)及其單向?qū)щ娦?(1-17),p 型半導(dǎo)體,n 型半導(dǎo)體,擴散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。,內(nèi)電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。,(1-18),p型半導(dǎo)體,n 型半導(dǎo)體,所以擴散和漂移這一對相反的運動最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有電荷運動，空間電荷

7、區(qū)的厚度固定不變。,(1-19),空間電荷區(qū),n型區(qū),p型區(qū),電位v,v0,(1-20),(1) 加正向電壓（正偏）電源正極接p區(qū)，負(fù)極接n區(qū),外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。 外電場削弱內(nèi)電場,耗盡層變窄,擴散運動漂移運動,多子擴散形成正向電流i f,pn結(jié)的單向?qū)щ娦?(1-21),(2) 加反向電壓電源正極接n區(qū)，負(fù)極接p區(qū),外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。 外電場加強內(nèi)電場,耗盡層變寬,漂移運動擴散運動,少子漂移形成反向電流i r,在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故ir基本上與外加反壓的大小無關(guān)，所以稱為反向飽和電流。但ir與溫度有關(guān)。,(1-22),pn結(jié)加正向電壓時，

8、具有較大的正向擴散電流，呈現(xiàn)低電阻， pn結(jié)導(dǎo)通； pn結(jié)加反向電壓時，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻， pn結(jié)截止。 由此可以得出結(jié)論：pn結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?(1-23),7.2 晶體二極管及其應(yīng)用,7.2.1晶體二極管,pn 結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。,點接觸型,面接觸型,a 基本結(jié)構(gòu),(1-24),b 伏安特性,死區(qū)電壓 硅管0.5v,鍺管0.1v。,導(dǎo)通壓降: 硅管0.60.7v,鍺管0.20.3v。,反向擊穿電壓ubr,(1-25),c 主要參數(shù),（1） 最大整流電流 if,二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。,（3） 反向擊穿電壓ubr,二極管反向

9、擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓ubm一般是ubr的一半。,（2） 最高反向工作電壓ubm,保證二極管不被擊穿時的反向峰值電壓。,(1-26),（4） 反向電流 ir,指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆睿虼朔聪螂娏髟叫≡胶?。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。,(1-27),當(dāng)外加正向電壓不同時，pn結(jié)兩側(cè)堆積的少子的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過程。,電容效應(yīng)在交流信號作用下才會明顯表現(xiàn)出來,擴散電

10、容：為了形成正向電流（擴散電流），注入p 區(qū)的少子（電子）在p 區(qū)有濃度差，越靠近pn結(jié)濃度越大，即在p 區(qū)有電子的積累。同理，在n區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積累的電荷多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴散電容.,(1-28),cb在正向和反向偏置時均不能忽略。而反向偏置時，由于載流子數(shù)目很少，擴散電容可忽略。,pn結(jié)高頻小信號時的等效電路：,勢壘電容和擴散電容的綜合效應(yīng),(1-29),7.2.2 穩(wěn)壓二極管,u,iz,穩(wěn)壓誤差,曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。,uz,(1-30),（4）穩(wěn)定電流iz、最大、最小穩(wěn)定電流izmax、izmin。,（5）最大允許功耗,穩(wěn)壓二極管的參數(shù):,（1）穩(wěn)定電壓 uz,（3

11、）動態(tài)電阻,(1-31),在電路中穩(wěn)壓管只有與適當(dāng)?shù)碾娮柽B接才能起到穩(wěn)壓作用。,(1-32),穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例,穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):,解：令輸入電壓達(dá)到上限時，流過穩(wěn)壓管的電流為izmax,方程1,要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生20%波動時，負(fù)載電壓基本不變。求：電阻r和輸入電壓 ui 的正常值。,(1-33),令輸入電壓降到下限時，流過穩(wěn)壓管的電流為izmin 。,方程2,聯(lián)立方程1、2，可解得：,(1-34),7.2.3 發(fā)光二極管,有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似。,(1-35),7.2.4 光電二極管,反向電流隨

12、光照強度的增加而上升。,(1-36),7.2.5 變?nèi)荻O管,符號與特性曲線,(1-37),二極管：死區(qū)電壓=0 .5v，正向壓降0.7v(硅二極管) 理想二極管：死區(qū)電壓=0 ，正向壓降=0,二極管的應(yīng)用舉例1：二極管半波整流,二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦?，主要?yīng)用于整流、限幅、保護等等。,7.2.6 晶體二極管的基本應(yīng)用,(1-38),二極管的應(yīng)用舉例2：,(1-39),7.3.1 晶體三極管 a 基本結(jié)構(gòu),基極,發(fā)射極,集電極,npn型,pnp型,7.3 晶體三極管及其基本放大電路,(1-40),基區(qū)：較薄，摻雜濃度低,集電區(qū)：面積較大,發(fā)射區(qū)：摻 雜濃度較高,(1-41),發(fā)射

13、結(jié),集電結(jié),(1-42),npn型三極管,pnp型三極管,符號,(1-43),ic,v,uce,ube,rb,ib,ec,eb,一. 一個實驗,b 三極管的電流放大作用,(1-44),結(jié)論:,1. ie=ic+ib,3. ib=0, ic=iceo,4.要使晶體管放大,發(fā)射結(jié)必須正偏,集電結(jié)必須反偏。,(1-45),二. 電流放大原理,eb,rb,ec,進入p區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流ibe ，多數(shù)擴散到集電結(jié)。,發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流ie。,(1-46),eb,rb,ec,集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流icbo。,從基區(qū)擴散來的電子作為集電結(jié)的少

14、子，漂移進入集電結(jié)而被收集，形成ice。,(1-47),ib=ibe-icboibe,(1-48),ice與ibe之比稱為電流放大倍數(shù),(1-49),一.輸入特性,工作壓降： 硅管ube0.60.7v,鍺管ube0.20.3v。,死區(qū)電壓，硅管0.5v，鍺管0.1v。,c 特性曲線,(1-50),二、輸出特性,ic(ma ),此區(qū)域滿足ic=ib稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。,當(dāng)uce大于一定的數(shù)值時，ic只與ib有關(guān)，ic=ib。,(1-51),此區(qū)域中uceube,集電結(jié)正偏，ibic，uce0.3v稱為飽和區(qū)。,(1-52),此區(qū)域中 : ib=0,ic=iceo,ube 死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。

15、,(1-53),輸出特性三個區(qū)域的特點:,放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 即： ic=ib , 且 ic = ib,(2) 飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。 即：uceube ， ibic，uce0.3v,(3) 截止區(qū)： ube 死區(qū)電壓， ib=0 ， ic=iceo 0,(1-54),d、主要參數(shù),前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。,共射直流電流放大倍數(shù)：,工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號?；鶚O電流的變化量為ib，相應(yīng)的集電極電流變化為ic，則交流電流放大倍數(shù)為：,a. 電流放大倍數(shù)和 ,(1-55),例：uc

16、e=6v時：ib = 40 a, ic =1.5 ma； ib = 60 a, ic =2.3 ma。,在以后的計算中，一般作近似處理： =,(1-56),b.集-基極反向截止電流icbo,icbo是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。,(1-57),b,e,c,n,n,p,icbo進入n區(qū)，形成ibe。,根據(jù)放大關(guān)系，由于ibe的存在，必有電流ibe。,集電結(jié)反偏有icbo,c. 集-射極反向截止電流iceo,iceo受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時，iceo增加很快，所以ic也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。,(1-58),d.三極管的極限參數(shù) （1）集電極最大電流icm,

17、集電極電流ic上升會導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為icm。,（2）集-射極反向擊穿電壓,當(dāng)集-射極之間的電壓uce超過一定的數(shù)值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數(shù)值是25c、基極開路時的擊穿電壓u(br)ceo。,(1-59),（3） 集電極最大允許功耗pcm,集電極電流ic 流過三極管， 所發(fā)出的功率 為：,pc =icuce,必定導(dǎo)致結(jié)溫 上升，所以pc 有限制。,pcpcm,icuce=pcm,安全工作區(qū),(1-60),7.3.2 共發(fā)射極放大電路,三種三極管放大電路,共射極放大電路,共基極放大電路,共集電極放大電路,以共射極放大電路為例講解工作原理

18、,(1-61),放大電路的目的是將微弱的變化信號不失真的放大成較大的信號。這里所講的主要是電壓放大電路。,電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的四端網(wǎng)絡(luò)表示，如圖：,au,(1-62),放大元件ic= ib，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。,輸入,輸出,參考點,a 基本放大電路的組成,(1-63),作用：使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點。,基極電源與基極電阻,(1-64),集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。,(1-65),集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸?(1-66),耦合電容： 電解電容，有極性。 大小為10f50f,作用：隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同

19、時能使信號順利輸入輸出。,(1-67),可以省去,電路改進：采用單電源供電,(1-68),(1-69),符號規(guī)定,ua,大寫字母、大寫下標(biāo)，表示直流量。,ua,小寫字母、大寫下標(biāo)，表示交直流量。,ua,小寫字母、小寫下標(biāo)，表示交流分量。,ua,ua,交直流量,交流分量,t,ua直流分量,(1-70),回顧上次課的內(nèi)容： 1、共射極放大電路的構(gòu)成 （理解各元件的作用）。 2、三極管的放大原理： 各量之間的關(guān)系。 3、三極管的三種工作狀態(tài) （輸出特性三個區(qū)域的特點）,71,輸出特性三個區(qū)域的特點:,放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 即： ic=ib , 且 ic = ib,(2) 飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正

20、偏，集電結(jié)正偏。 即：uceube ， ibic，uce0.3v,(3) 截止區(qū)： ube 死區(qū)電壓， ib=0 ， ic=iceo 0,72,b 放大電路的分析方法,放大電路分析,靜態(tài)分析,動態(tài)分析,估算法,圖解法,微變等效電路法,圖解法,(1-73),b 放大電路的分析方法,計算,靜態(tài)分析：計算直流狀態(tài)下基極電流、集電極電流、集電極與發(fā)射極之間的電壓,動態(tài)分析：計算電壓放大倍數(shù)（區(qū)別于電流放大倍數(shù)）、輸入、輸出電阻,74,直流通路和交流通路,放大電路中各點的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號。,但是，電容對交、直流的作用不同。如果電容容量足夠大，可以認(rèn)為它對交流不起作用，即對交流

21、短路。而對直流可以看成開路，這樣，交直流所走的通道是不同的。,交流通路：只考慮交流信號的分電路。 直流通路：只考慮直流信號的分電路。 信號的不同分量可以分別在不同的通路分析。,a、 靜態(tài)分析：,75,例：,對直流信號（只有+ec）,(1-76),對交流信號(輸入信號ui),(1-77),由于電源的存在ib0,ic0,ibq,icq,ieq=ibq+icq,靜態(tài)工作點：,78,ibq,icq,( icq,uceq ),(ibq,ubeq),(1-79),(ibq,ubeq) 和( icq,uceq )分別對應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個點稱為靜態(tài)工作點。,(1-80),（1） 估算法,（1）根據(jù)直

22、流通道估算ib 思考：如何計算？,rb稱為偏置電阻，ib稱為偏置電流。,81,（1） 估算法,（1）根據(jù)直流通道估算ib,rb稱為偏置電阻，ib稱為偏置電流。,82,（2）根據(jù)直流通道估算uce、ic,ic,uce,思考： 如何計算？,83,（2）根據(jù)直流通道估算uce、ic,ic,uce,84,直流負(fù)載線,ic,uce,1. 三極管的輸出特性。,2. uce=ecicrc 。,直流 負(fù)載線,與輸出特性的交點就是q點,ib,（2） 圖解法,(1-85),先估算 ib ，然后在輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線，與 ib 對應(yīng)的輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點就是q點。,(1-86),例：用估算法計算靜

23、態(tài)工作點。,已知：ec=12v，rc=4k，rb=300k，=37.5。,解：,請注意電路中ib 和ic 的數(shù)量級。,(1-87),b 動態(tài)分析,計算： 電壓放大倍數(shù)（區(qū)別于電流放大倍數(shù)） 輸入、輸出電阻,88,（1）三極管的交流通路：,89,（1）三極管的交流通路輸入電阻的計算：,90,（1）三極管的交流通路輸入電阻的計算：,91,（1）三極管的交流通路輸入電阻的計算：,rbe從幾百歐到幾千歐。,92,（1）三極管的交流通路輸出電阻的計算：,93,電壓放大倍數(shù)的計算,特點：負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。,94,例題7.5 7.7,95,ib,（3） 圖解法,(1-96),uce的變化沿一條直線

24、,(1-97),交流負(fù)載線,其中：,(1-98),ic 和 uce是交直流量，與交流量ic和uce有如下關(guān)系,所以：,這條直線通過q點，稱為交流負(fù)載線。,(1-99),交流負(fù)載線的作法,ib,過q點作一條直線，斜率為：,交流負(fù)載線,(1-100),各點波形,(1-101),失真分析,在放大電路中，輸出信號應(yīng)該成比例地放大輸入信號（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號不能反映輸入信號的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真。,為了得到盡量大的輸出信號，要把q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果q設(shè)置不合適，信號進入截止區(qū)或飽和區(qū)，則造成非線性失真。,下面將分析失真的原因。為簡化分析，假設(shè)負(fù)載為空載(rl

25、=)。,(1-102),uo,可輸出的最大不失真信號,選擇靜態(tài)工作點,(1-103),uo,1. q點過低，信號進入截止區(qū),放大電路產(chǎn)生 截止失真,ib失真,(1-104),2. q點過高，信號進入飽和區(qū),放大電路產(chǎn)生 飽和失真,(1-105),實現(xiàn)放大的條件：,1. 晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。,2. 正確設(shè)置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(qū)。,3. 輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。,4. 輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容濾波只輸出交流信號。,106,如何判斷一個電路是否能實現(xiàn)放大？,3. 晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

26、,4. 正確設(shè)置靜態(tài)工作點，使整個波形處于放大區(qū)。 如果已給定電路的參數(shù)，則計算靜態(tài)工作點來判斷；如果未給定電路的參數(shù)，則假定參數(shù)設(shè)置正確。,1. 信號能否輸入到放大電路中。,2. 信號能否輸出。,與實現(xiàn)放大的條件相對應(yīng)，判斷的過程如下：,107,集成電路: 將整個電路的各個元件做在同一個半導(dǎo)體基片上。,集成電路的優(yōu)點：,工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。,集成電路的分類：,模擬集成電路、數(shù)字集成電路；,小、中、大、超大規(guī)模集成電路；, ,7.3.3 集成運算放大器,(1-108),集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點,1. 電路元件制作在一個芯片上，元件參數(shù)偏差方向一致，溫度均一性好。,2. 電

27、阻元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成，范圍在幾十到20千歐，精度低。高阻值電阻用三極管有源元件代替或外接。,3. 幾十 pf 以下的小電容用pn結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成、大電容要外接。,4. 二極管一般用三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。,(1-109),uee,+ucc,u+,uo,u,反相 輸入端,同相 輸入端,原理框圖,輸入級,中間級,輸出級,與uo反相,與uo同相,(1-110),對輸入級的要求：盡量減小零點漂移,盡量提高 kcmrr , 輸入阻抗 ri 盡可能大。,對中間級的要求：足夠大的電壓放大倍數(shù)。,對輸出級的要求：主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流io 。即輸出阻抗 ro小。,（1）采用四級以上的多級放大器，輸入

28、級和第二級一般采用差動放大器。 （2）輸入級常采用復(fù)合三極管或場效應(yīng)管，以減小輸入電流，增加輸入電阻。 （3）輸出級采用互補對稱式射極跟隨器，以進行功率放大，提高帶負(fù)載的能力。,(1-111),ri 大: 幾十k 幾百 k,運放的特點,kcmrr 很大,ro 小：幾十 幾百,a uo很大: 104 107,運放符號：,a 運算放大器的圖形符號,(1-112),一、開環(huán)電壓放大倍數(shù)auo,無外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在105 107之間。理想運放的auo為。,二、共模抑制比kcmmr,常用分貝作單位，一般100db以上。,b 主要參數(shù),(1-113),auo越大，運放的線性范圍越小，必須在

29、輸出與輸入之間加負(fù)反饋才能使其擴大輸入信號的線性范圍。,例：若uom=12v，auo=106，則|ui|12v時，運放處于線性區(qū)。,線性放大區(qū),(1-114),由于運放的開環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻高，輸出電阻小，在分析時常將其理想化，稱其所謂的理想運放。,理想運放的條件,放大倍數(shù)與負(fù)載無關(guān)。分析多個運放級聯(lián)組合的線性電路時可以分別對每個運放進行。,運放工作在線性區(qū)的特點,(1-115),理想運放的符號,(1-116),c 放大電路中的負(fù)反饋,a 并聯(lián)電壓負(fù)反饋,削弱凈輸入為負(fù)反饋,反饋取自輸出電壓,為電壓反饋,反饋信號與輸入信號在輸入端以電流的形式做比較,為并聯(lián)反饋,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,(1-11

30、7),b 串聯(lián)電壓負(fù)反饋,削弱凈輸入為負(fù)反饋,反饋取自輸出電壓,為電壓反饋,反饋信號與輸入信號在輸入端以電壓的形式做比較,為串聯(lián)反饋,電壓串聯(lián)負(fù)反饋,(1-118),c 串聯(lián)電流負(fù)反饋,為負(fù)反饋,反饋取自輸出電流為電流反饋,反饋信號與輸入信號在輸入端以電壓的形式做比較為串聯(lián)反饋,電流串聯(lián)負(fù)反饋,(1-119),d 并聯(lián)電流負(fù)反饋,為負(fù)反饋,反饋取自輸出電流,為電流反饋,反饋信號與輸入信號在輸入端以電流的形式做比較,為并聯(lián)反饋,電流并聯(lián)負(fù)反饋,(1-120),d 集成運放的線性應(yīng)用,虛擬短路 虛擬斷路 放大倍數(shù)與負(fù)載無關(guān)， 可以分開分析。,(1-121),a 比例運算電路,作用：將信號按比例放大

31、。,類型：同相比例放大和反相比例放大。,方法：引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運放的開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。,(1-122),i1= i2,虛短路,虛開路,1、反相輸入,結(jié)構(gòu)特點：負(fù)反饋引到反相輸入端，信號從反相端輸入。,(1-123),rp =r1 / r2,uo,(1-124),反饋方式,電壓并聯(lián)負(fù)反饋,輸出電阻很?。?(1-125),2、同相輸入,u-= u+= ui,反饋方式：電壓串聯(lián)負(fù)反饋。輸入電阻高,虛短路,虛開路,結(jié)構(gòu)特點：負(fù)反饋引到反相輸入端，信號從同相端輸入。,(1-126),此電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，在電路中作用與分離元件的射極輸出器

32、相同，但是電壓跟隨性能好。,3、電壓跟隨器,結(jié)構(gòu)特點：輸出電壓全部引到反相輸入端，信號從同相端輸入。電壓跟隨器是同相比例運算放大器的特例。,(1-127),b 加法運算,作用：將若干個輸入信號之和按比例放大。,類型：同相求和和反相求和。,方法：引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運放的開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。,(1-128),1、反相求和運算,(1-129),調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號的輸入電阻，不影響輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)方便。,(1-130),2、同相求和運算,(1-131),此電路如果以 u+ 為輸入 ，則輸出為：,u+ 與 ui1 和

33、 ui2 的關(guān)系如何？,注意：同相求和電路的各輸入信號的放大倍數(shù)互相影響，不能單獨調(diào)整。,流入運放輸入端的電流為0（虛開路）,(1-132),左圖也是同相求和運算電路，如何求同相輸入端的電位？,(1-133),解出：,c 減法運算,(1-134),用疊加原理求解：,(1-135),輸入方波，輸出是三角波。,d 積分運算,(1-136),u,積分時限,應(yīng)用舉例2：如果積分器從某一時刻輸入一直流電壓，輸出將反向積分，經(jīng)過一定的時間后輸出飽和。,(1-137),積分電路的主要用途：,1. 在電子開關(guān)中用于延遲。 2. 波形變換。例：將方波變?yōu)槿遣ā?3. a/d轉(zhuǎn)換中，將電壓量變?yōu)闀r間量。 4.

34、移相。,(1-138),u= u+= 0,e 微分運算,(1-139),電路中的運放處于非線性狀態(tài)。,運放電路中沒有負(fù)反饋，運放處于非線性狀態(tài)。,e 集成運算放大電路的非線性應(yīng)用 a 電壓比較器,(1-140),特點：運放處于開環(huán)狀態(tài)。,當(dāng)ui ur時 , uo = +uom 當(dāng)ui ur時 , uo = -uom,1、ui從同相端輸入,(1-141),ur,當(dāng)ui ur時 , uo = -uom,2、 ui從反相端輸入,(1-142),3、過零比較器: (ur =0時),(1-143),例：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲ā?(1-144),電路改進：用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓。,(1-145),分析,1. 因為有正反饋，所以輸出飽和。,2. 當(dāng)uo正飽和時(uo =+uom) ：,u+,3. 當(dāng)uo負(fù)飽和時(uo =uom) ：,特點：電路中使用正反饋， 運放處于非線性狀態(tài)。,4.遲滯比較器,(1-146),分別稱uh和ul上下門限電壓。稱(uh - ul)為回差。,當(dāng)ui 增加到uh時，輸出由uom跳變到-uom；,當(dāng)ui 減小到ul時，輸出由-uom跳變到uom 。,傳輸特性：,小于回差的干擾不會引起跳轉(zhuǎn)。跳轉(zhuǎn)時，正反饋加速跳轉(zhuǎn)。,(1-147),例：遲滯比較器的輸入為正弦波時，畫出輸出的波形。,(1-148),1.電路結(jié)構(gòu),上下限:,b 矩形波發(fā)生器,(1-149),