常見(jiàn)模擬電路分析

1、 半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)知識(shí) 第一專題半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)知識(shí) 7.1 半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)導(dǎo)導(dǎo) 體：體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)，例如自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)，例如金屬金屬。絕緣體：絕緣體：電阻率很高的物質(zhì)，幾乎不導(dǎo)電，如電阻率很高的物質(zhì)，幾乎不導(dǎo)電，如橡皮橡皮、陶瓷陶瓷、塑料塑料和和石英石英等。等。半導(dǎo)體：半導(dǎo)體：導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)， 例如例如鍺鍺、硅硅、砷化鎵砷化鎵和和一些硫化物一些硫化物、氧化物氧化物等等半導(dǎo)體的特點(diǎn)半導(dǎo)體的特點(diǎn)當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯

2、變化。往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。明顯改變。 1. 本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體gesi本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理純凈的半導(dǎo)體純凈的半導(dǎo)體。如：硅和鍺如：硅和鍺最外層最外層四個(gè)四個(gè)價(jià)電子價(jià)電子共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)+4+4+4+4共價(jià)鍵共用電子對(duì)共價(jià)鍵共用電子對(duì)+4表示除去價(jià)電子后的原子表示除去價(jià)電子后的原子 共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為稱為束縛電子束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為為自由電子自由電子，因此本征半導(dǎo)體中的自

3、由電子很少，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。所以本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力很弱。 形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)形成共價(jià)鍵后，每個(gè)原子的最外層電子是八個(gè)，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。 共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使共價(jià)鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+4 在熱或光激發(fā)下，使一些價(jià)電子獲得足夠在熱或光激發(fā)下，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子自由電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴空穴。+4+4+4+4空穴空穴束縛束縛電子電子自由自

4、由電子電子 在其它力的作用下，空在其它力的作用下，空穴吸引臨近的電子來(lái)填補(bǔ)，穴吸引臨近的電子來(lái)填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為可以認(rèn)為空穴是帶正電的載流子空穴是帶正電的載流子。+4+4+4+4自由電子自由電子或或空穴空穴的運(yùn)動(dòng)形成電流的運(yùn)動(dòng)形成電流 因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成對(duì)因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成對(duì)出現(xiàn)的，稱為出現(xiàn)的，稱為電子電子空穴空穴對(duì)。對(duì)。 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流載流子

5、子，即，即自由電子自由電子和和空穴空穴。溫度溫度越高越高載流子的載流子的濃度濃度越高越高本征半本征半導(dǎo)體的導(dǎo)體的導(dǎo)電能力導(dǎo)電能力越強(qiáng)。越強(qiáng)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的載流子的濃度濃度。歸納歸納 2. 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)，在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)，使雜質(zhì)半導(dǎo)體某種載流子濃度大大增加。使雜質(zhì)半導(dǎo)體某種載流子濃度大大增加。 +4+4+5+41 1）n n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體多余電子多余電子磷原子磷原子在硅或鍺晶體（四價(jià)）中摻入少量的五價(jià)元素磷，在硅或鍺晶體（四價(jià)）中摻入少量的五價(jià)元素磷，使自由電子濃度大大增加。使自由電子濃度大大增

6、加。多數(shù)載流子（多子）：電子。取決于摻雜濃度；多數(shù)載流子（多子）：電子。取決于摻雜濃度；少數(shù)載流子（少子）：空穴。取決于溫度。少數(shù)載流子（少子）：空穴。取決于溫度。 2 2）p p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體（四價(jià)）中摻入少量的三價(jià)元素硼，在硅或鍺晶體（四價(jià)）中摻入少量的三價(jià)元素硼，使空穴濃度大大增加。使空穴濃度大大增加。多數(shù)載流子（多子）：空穴。取決于摻雜濃度；多數(shù)載流子（多子）：空穴。取決于摻雜濃度；少數(shù)載流子（少子）：電子。取決于溫度。少數(shù)載流子（少子）：電子。取決于溫度。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子 歸納歸納3、雜質(zhì)半導(dǎo)體中起導(dǎo)電作用的主要是多子。、雜質(zhì)半導(dǎo)體中起導(dǎo)電作用的主要

7、是多子。4、n型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中電子是多子電子是多子，空穴是少子空穴是少子； p型半導(dǎo)體中型半導(dǎo)體中空穴是多子空穴是多子，電子是少子電子是少子。1、雜質(zhì)半導(dǎo)體中兩種載流子濃度不同，分為多數(shù)、雜質(zhì)半導(dǎo)體中兩種載流子濃度不同，分為多數(shù)載流子和少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱多子、少子）。載流子和少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱多子、少子）。2、雜質(zhì)半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的數(shù)量取決于摻雜濃、雜質(zhì)半導(dǎo)體中多數(shù)載流子的數(shù)量取決于摻雜濃度，少數(shù)載流子的數(shù)量取決于溫度。度，少數(shù)載流子的數(shù)量取決于溫度。雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法p型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+n型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體 +空間電荷區(qū)空間

8、電荷區(qū)n區(qū)區(qū)p區(qū)區(qū)一、一、pnpn結(jié)的形成結(jié)的形成 在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造p型半導(dǎo)體和型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)型半導(dǎo)體，經(jīng)過(guò)載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了體，經(jīng)過(guò)載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了pn結(jié)。結(jié)。7.1.1 pn結(jié)及其單向?qū)щ娦越Y(jié)及其單向?qū)щ娦?濃度差濃度差多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)形成內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 pn結(jié)正向偏置結(jié)正向偏置+內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)變薄變

9、薄pn+_i正正二、二、pn結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦詫?dǎo)通導(dǎo)通 pn結(jié)反向偏置結(jié)反向偏置+內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)外電場(chǎng)變厚變厚np+_i反反截止截止 7.1.2 半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)一、基本結(jié)構(gòu)pn結(jié)結(jié)+管殼和引線管殼和引線pn陽(yáng)極陽(yáng)極陰極陰極符號(hào)：符號(hào)：d分類：分類：點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型面接觸型面接觸型平面型平面型 1.1.1什么是半導(dǎo)體什么是半導(dǎo)體2 載流子：半導(dǎo)體中，攜帶電荷參與導(dǎo)電的粒子。載流子：半導(dǎo)體中，攜帶電荷參與導(dǎo)電的粒子。自由電子：帶負(fù)電荷自由電子：帶負(fù)電荷空穴：帶與自由電子等量的正電荷空穴：帶與自由電子等量的正電荷均可運(yùn)載電荷均可運(yùn)載電荷載流子載

10、流子特性：在外電場(chǎng)作用下，載流子都可以做定向移動(dòng)，形特性：在外電場(chǎng)作用下，載流子都可以做定向移動(dòng)，形成電流。成電流。1半導(dǎo)體半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間,且隨著摻且隨著摻入雜質(zhì)、輸入電壓入雜質(zhì)、輸入電壓（電流）、（電流）、溫度和光照條件的不同而發(fā)生溫度和光照條件的不同而發(fā)生很大變化，人們把這一類物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。很大變化，人們把這一類物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。1.1半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 3n 型半導(dǎo)體：主要靠電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體：主要靠電子導(dǎo)電的半導(dǎo)體。即：電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。即：電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。4p 型半導(dǎo)體：主要靠空穴

11、導(dǎo)電的半導(dǎo)體。型半導(dǎo)體：主要靠空穴導(dǎo)電的半導(dǎo)體。 1.1.2pn 結(jié)結(jié)即：電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。即：電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。pn 結(jié)結(jié)：經(jīng)過(guò)特殊的工藝加工，：經(jīng)過(guò)特殊的工藝加工，將將 p 型型半導(dǎo)體和半導(dǎo)體和 n 型型半導(dǎo)體緊密地結(jié)合在一起，則在兩種半導(dǎo)體的交界面就會(huì)出半導(dǎo)體緊密地結(jié)合在一起，則在兩種半導(dǎo)體的交界面就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)特殊的接觸面，現(xiàn)一個(gè)特殊的接觸面，稱為稱為 pn 結(jié)。結(jié)。pn 結(jié)具有單向?qū)щ娞匦?。結(jié)具有單向?qū)щ娞匦浴?.1半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 （1）正向?qū)ǎ弘娫凑龢O接正向?qū)ǎ弘娫凑龢O接 p 型半導(dǎo)體，負(fù)極接型半導(dǎo)體，負(fù)極接 n 型半導(dǎo)型半導(dǎo)體，電流

12、大。體，電流大。（2）反向截止：電源正極接反向截止：電源正極接 n 型半導(dǎo)體，負(fù)極接型半導(dǎo)體，負(fù)極接 p 型半導(dǎo)型半導(dǎo)體，電流小。體，電流小。結(jié)論：結(jié)論：pn 結(jié)加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，加反向電壓時(shí)截止，這種結(jié)加正向電壓時(shí)導(dǎo)通，加反向電壓時(shí)截止，這種特性特性稱為稱為 pn 結(jié)的單向?qū)щ娦?。結(jié)的單向?qū)щ娦浴?1.1半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 如果反向電流未超過(guò)允許值，反向電壓撤除如果反向電流未超過(guò)允許值，反向電壓撤除后，后，pn 結(jié)結(jié)仍能恢復(fù)單向?qū)щ娦?。仍能恢?fù)單向?qū)щ娦浴?反向擊穿反向擊穿：pn 結(jié)兩端外加的反向電壓增加到一定值時(shí)，結(jié)兩端外加的反向電壓增加到一定值時(shí)，反向電流急劇增大，反向電流急劇增大

13、，稱為稱為 pn 結(jié)的結(jié)的反向擊穿。反向擊穿。 熱擊穿熱擊穿：若反向電流增大并超過(guò)允許值，會(huì)：若反向電流增大并超過(guò)允許值，會(huì)使使 pn 結(jié)燒結(jié)燒壞，稱為熱擊穿。壞，稱為熱擊穿。結(jié)電容結(jié)電容：pn 結(jié)存結(jié)存在著電容，該電容為在著電容，該電容為 pn 結(jié)的結(jié)電容。結(jié)的結(jié)電容。1.1半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 1.1.3半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)利用利用 pn 結(jié)的單向結(jié)的單向?qū)щ娦?，可以用?lái)制造一種半導(dǎo)體器導(dǎo)電性，可以用來(lái)制造一種半導(dǎo)體器件件 半導(dǎo)體二極管。半導(dǎo)體二極管。箭頭表示正向?qū)娏鞯姆较颉＜^表示正向?qū)娏鞯姆较颉?電路符號(hào)如圖所示。電路符

14、號(hào)如圖所示。1.1半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 由于管芯結(jié)構(gòu)不同，二極管又分為由于管芯結(jié)構(gòu)不同，二極管又分為點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型（如圖如圖 a）、面接觸面接觸型（如圖型（如圖 b）和平面型（如圖）和平面型（如圖 c）。）。 點(diǎn)接觸型：點(diǎn)接觸型：pn 結(jié)接觸面小，適宜在結(jié)接觸面小，適宜在小電流狀態(tài)下使用。小電流狀態(tài)下使用。面接觸型、平面型：面接觸型、平面型：pn 結(jié)接觸面大，截流量大，適合結(jié)接觸面大，截流量大，適合于大電流場(chǎng)合中使用。于大電流場(chǎng)合中使用。1.1半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 2二極管的特性二極管的特性伏安特性伏安特性：二極：二極管的導(dǎo)電性能由加在管的導(dǎo)電性能由加在二極管兩端的電壓和二極管兩端的

15、電壓和流過(guò)二極管的電流來(lái)流過(guò)二極管的電流來(lái)決定，這兩者之間的決定，這兩者之間的關(guān)系稱為二極管的伏關(guān)系稱為二極管的伏安特性。硅二極管的安特性。硅二極管的伏安特性曲線如圖所伏安特性曲線如圖所示。示。特性曲線特性曲線1.1半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 正向?qū)ǎ寒?dāng)外加電壓大于死區(qū)電壓后，電流隨電壓正向?qū)ǎ寒?dāng)外加電壓大于死區(qū)電壓后，電流隨電壓增大而急劇增大，二極管導(dǎo)通。增大而急劇增大，二極管導(dǎo)通。 死區(qū)：當(dāng)正向電壓較小時(shí)，正向電流極小，二極管呈死區(qū)：當(dāng)正向電壓較小時(shí)，正向電流極小，二極管呈現(xiàn)很大的電阻，如現(xiàn)很大的電阻，如 oa 段，通常把這個(gè)范圍稱為死區(qū)。段，通常把這個(gè)范圍稱為死區(qū)。 死區(qū)電壓：死區(qū)電壓

16、：導(dǎo)通電壓：導(dǎo)通電壓： = =onv0.2 v 0.3 v （ge）0.6 v 0.7 v （si）結(jié)論：正偏時(shí)電阻小，具有非線性。結(jié)論：正偏時(shí)電阻小，具有非線性。（1）正向特性（二極管正極電壓大于負(fù)極電壓）正向特性（二極管正極電壓大于負(fù)極電壓）1.1半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 = =( (si）v 0.2v 5 . 0tv( (ge） 反向擊穿反向擊穿：若反向電壓不斷增大到一定數(shù)值時(shí)，反向：若反向電壓不斷增大到一定數(shù)值時(shí)，反向電流就會(huì)突然增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。電流就會(huì)突然增大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。 反向飽和電流反向飽和電流：當(dāng)加反向電壓時(shí)，二極管反向電流很：當(dāng)加反向電壓時(shí)，二極管反向電

17、流很小，而且在很大范圍內(nèi)不隨反向電壓的變化而變化，故稱為小，而且在很大范圍內(nèi)不隨反向電壓的變化而變化，故稱為反向飽和電流。反向飽和電流。（2）反向特性（二極管負(fù)極電壓大于正極電壓）反向特性（二極管負(fù)極電壓大于正極電壓）普通二極管不允許出現(xiàn)此種狀態(tài)。普通二極管不允許出現(xiàn)此種狀態(tài)。結(jié)論：反偏電阻大，存在電擊穿現(xiàn)象。結(jié)論：反偏電阻大，存在電擊穿現(xiàn)象。二極管屬于非線性器件二極管屬于非線性器件 1.1半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 3半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流最大整流電流 if： 二極管長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)允許通過(guò)的最大直流電流。二極管長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)允許通過(guò)的最大直流電流。 二極管正

18、常使用時(shí)允許加的最高反向電壓。二極管正常使用時(shí)允許加的最高反向電壓。 使用時(shí)應(yīng)注意流過(guò)二極管的正向最大電流不能大于這個(gè)使用時(shí)應(yīng)注意流過(guò)二極管的正向最大電流不能大于這個(gè)數(shù)值，否則可能損壞二極管。數(shù)值，否則可能損壞二極管。（2）最高反向工作電壓最高反向工作電壓 vrm使用中如果超過(guò)此值，二極管將有被擊穿的危險(xiǎn)。使用中如果超過(guò)此值，二極管將有被擊穿的危險(xiǎn)。1.1半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體二極管 1.2.1半導(dǎo)體三極管的基本結(jié)構(gòu)與分類半導(dǎo)體三極管的基本結(jié)構(gòu)與分類 1結(jié)構(gòu)及符號(hào)結(jié)構(gòu)及符號(hào)三極：發(fā)射極三極：發(fā)射極 e、基極基極 b、集電極、集電極 c。三區(qū)：發(fā)射區(qū)、基三區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)。區(qū)、集電區(qū)。1.2

19、半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管pnp 型及型及 npn 型三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖所示。型三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及符號(hào)如圖所示。 實(shí)際上發(fā)射極箭頭實(shí)際上發(fā)射極箭頭方向就是發(fā)射結(jié)正向電方向就是發(fā)射結(jié)正向電流方向。流方向。兩結(jié)：發(fā)射結(jié)、集兩結(jié)：發(fā)射結(jié)、集電結(jié)。電結(jié)。半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)和類型半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)和類型 三極管的構(gòu)成是在一塊半導(dǎo)體上用摻入不同雜質(zhì)的方法制成兩個(gè)緊挨著的pn結(jié)，并引出三個(gè)電極，如下圖所示。三極管有三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)發(fā)射載流子的區(qū)域；基區(qū)載流子傳輸?shù)膮^(qū)域；集電區(qū)收集載流子的區(qū)域。各區(qū)引出的電極依次為發(fā)射極（極）、基極（極）和集電極（極）。發(fā)射區(qū)和基區(qū)在交界處形成發(fā)射結(jié)；基區(qū)和集電區(qū)在交界處

20、形成集電結(jié)。根據(jù)半導(dǎo)體各區(qū)的類型不同，三極管可分為npn型和pnp型兩大類，如下圖（a）、（b）所示。npn集電極 c b集電結(jié)發(fā)射結(jié)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)發(fā)射極 eebc(a)b三極管的組成與符號(hào)（a）npn型; （b）pnp型pnpcbeebc(b)ceb 為使三極管具有電流放大作用，在制造過(guò)程中必須滿足實(shí)現(xiàn)放大的內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件，即： （1）發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)的摻雜濃度，以便于有足夠的載流子供“發(fā)射”。 （2）基區(qū)很薄，摻雜濃度很低，以減少載流子在基區(qū)的復(fù)合機(jī)會(huì)，這是三極管具有放大作用的關(guān)鍵所在。 （3）集電區(qū)比發(fā)射區(qū)體積大且摻雜少，以利于收集載流子。 由此可見(jiàn)，三極管并非兩個(gè)pn結(jié)的簡(jiǎn)單組

21、合，不能用兩個(gè)二極管來(lái)代替；在放大電路中也不可將發(fā)射極和集電極對(duì)調(diào)使用。三極管的工作電壓和基本連接方式三極管的工作電壓和基本連接方式工作電壓 三極管要實(shí)現(xiàn)放大作用必須滿足的外部條件：發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。如下圖所示，其中v為三極管，ucc為集電極電源電壓，ubb為基極電源電壓，兩類管子外部電路所接電源極性正好相反，rb為基極電阻，rc為集電極電阻。若以發(fā)射極電壓為參考電壓，則三極管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏這個(gè)外部條件也可用電壓關(guān)系來(lái)表示：對(duì)于npn型：ucubue；對(duì)于pnp型：ueubuc。uccubbrcvbceuccubbrcvbcerb(a)(b)

22、rb三極管電源的接法 （a）npn型; （b）pnp型基本連接方式 三極管有三個(gè)電極，而在連成電路時(shí)必須由兩個(gè)電極接輸入回路，兩個(gè)電極接輸出回路，這樣勢(shì)必有一個(gè)電極作為輸入和輸出回路的公共端。根據(jù)公共端的不同，有三種基本連接方式。 （1）共發(fā)射極接法（簡(jiǎn)稱共射接法）。共射接法是以基極為輸入端的一端，集電極為輸出端的一端，發(fā)射極為公共端，如下圖（a）所示。 （2）共基極接法（簡(jiǎn)稱共基接法）。共基接法是以發(fā)射極為輸入端的一端，集電極為輸出端的一端，基極為公共端，如下圖（b）所示。（3）共集電極接法（簡(jiǎn)稱共集接法）。共集接法是以基極為輸入端的一端，發(fā)射極為輸出端的一端，集電極為公共端，如下圖（c）所

23、示。 圖中“”表示公共端，又稱接地端。無(wú)論采用哪種接法，都必須滿足發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。(b)(a)(c)輸入輸出輸入輸出輸入輸出三極管電路的三種組態(tài)（a）共發(fā)射極接法;（b）共基極接法（c）共集電極接法三極管的主要參數(shù)三極管的主要參數(shù)1）電流放大倍數(shù)2）極間反向電流3）極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流icm（2）集電極最大允許功率損耗pcm 。（3）反向擊穿電壓u(br)ceo,u(br)cbo,u(br)ebo 。場(chǎng)效應(yīng)管 場(chǎng)效應(yīng)管（簡(jiǎn)稱fet）是利用輸入電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出電流的，所以又稱之為電壓控制型器件。它工作時(shí)只有一種載流子（多數(shù)載流子）參與導(dǎo)電，故也叫單極型半導(dǎo)體三極管

24、。因它具有很高的輸入電阻，能滿足高內(nèi)阻信號(hào)源對(duì)放大電路的要求，所以是較理想的前置輸入級(jí)器件。它還具有熱穩(wěn)定性好、功耗低、噪聲低、制造工藝簡(jiǎn)單、便于集成等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，場(chǎng)效應(yīng)管可以分為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（jfet）和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（igfet）或稱mos型場(chǎng)效應(yīng)管兩大類。根據(jù)場(chǎng)效應(yīng)管制造工藝和材料的不同，又可分為n型溝道場(chǎng)效應(yīng)管和p型溝道場(chǎng)效應(yīng)管。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)和符號(hào)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)和符號(hào)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（jfet）結(jié)構(gòu)示意圖如圖（a）所示。n溝道g柵極s源極d漏極npp(a)gds(b)3dj7dgs(c)n溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（a）結(jié)構(gòu)示意圖;（b）圖形符號(hào);（c）外形圖

25、漏極gdsp溝 道g柵極s源極dpnn(a)(b)p 溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管 （a）結(jié)構(gòu)示意圖;（b）圖形符號(hào) 工作原理工作原理(以n溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例) 場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)它的兩個(gè)pn結(jié)始終要加反向電壓。對(duì)于n溝道，各極間的外加電壓變?yōu)閡gs0，漏源之間加正向電壓，即uds0。 當(dāng)g、s兩極間電壓ugs改變時(shí)，溝道兩側(cè)耗盡層的寬度也隨著改變，由于溝道寬度的變化，導(dǎo)致溝道電阻值的改變，從而實(shí)現(xiàn)了利用電壓ugs控制電流id的目的。ndgsppidudsudduggugs場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理n溝道dgsndgsuggppp(b)dgsugg耗盡層(a)(c)pppugs對(duì)導(dǎo)電溝道的影響（a）導(dǎo)電溝道最寬;（

26、b）導(dǎo)電溝道變窄;（c）導(dǎo)電溝道夾斷絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管 在結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管中，柵源間的輸入電阻一般為10+610+9。由于pn結(jié)反偏時(shí)，總有一定的反向電流存，而且受溫度的影響，因此，限制了結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管輸入電阻的進(jìn)一步提高。而絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的柵極與漏極、源極及溝道是絕緣的，輸入電阻可高達(dá)10+9以上。由于這種場(chǎng)效應(yīng)管是由金屬（metal）,氧化物（oxide）和半導(dǎo)體（semiconductor）組成的，故稱mos管。mos管可分為n溝道和p溝道兩種。按照工作方式不同可以分為增強(qiáng)型和耗盡型兩類。 溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)和符號(hào)溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)和符號(hào) 下圖是n溝道增強(qiáng)型

27、mos管的示意圖。mos管以一塊摻雜濃度較低的p型硅片做襯底，在襯底上通過(guò)擴(kuò)散工藝形成兩個(gè)高摻雜的n型區(qū)，并引出兩個(gè)極作為源極s和漏極d；在p型硅表面制作一層很薄的二氧化硅（sio2）絕緣層，在二氧化硅表面再噴上一層金屬鋁，引出柵極g。這種場(chǎng)效應(yīng)管柵極、源極、漏極之間都是絕緣的，所以稱之為絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的圖形符號(hào)如下圖（b）、(c)所示，箭頭方向表示溝道類型，箭頭指向管內(nèi)表示為n溝道m(xù)os管(圖(b)，否則為p溝道m(xù)os管(圖(c)。(a)(c)nnp襯底sgd鋁二氧化硅(sio2)(襯底引線)bdgbs(b)dgbsmos管的結(jié)構(gòu)及其圖形符號(hào) 下圖是n溝道增強(qiáng)型mos管的工作

28、原理示意圖，圖（b）是相應(yīng)的電路圖。工作時(shí)柵源之間加正向電源電壓ugs，漏源之間加正向電源電壓uds,并且源極與襯底連接,襯底是電路中最低的電位點(diǎn)。 當(dāng)ugs=0時(shí)，漏極與源極之間沒(méi)有原始的導(dǎo)電溝道，漏極電流id=0。這是因?yàn)楫?dāng)ugs=0時(shí)，漏極和襯底以及源極之間形成了兩個(gè)反向串聯(lián)的pn結(jié)，當(dāng)uds加正向電壓時(shí)，漏極與襯底之間pn結(jié)反向偏置的緣故。(a)(b)nnp型襯底sgdrduddrduddgdsuggn溝道增強(qiáng)型mos管工作原理 (a)示意圖； (b)電路圖 當(dāng)ugs0時(shí)，柵極與襯底之間產(chǎn)生了一個(gè)垂直于半導(dǎo)體表面、由柵極g指向襯底的電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)的作用是排斥p型襯底中的空穴而吸引電子到

29、表面層，當(dāng)ugs增大到一定程度時(shí)，絕緣體和p型襯底的交界面附近積累了較多的電子，形成了n型薄層，稱為n型反型層。反型層使漏極與源極之間成為一條由電子構(gòu)成的導(dǎo)電溝道，當(dāng)加上漏源電壓ugs之后，就會(huì)有電流id流過(guò)溝道。通常將剛剛出現(xiàn)漏極電流id時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵源電壓稱為開啟電壓，用ugs(th)表示。 當(dāng)ugsugs(th)時(shí)，ugs增大、電場(chǎng)增強(qiáng)、溝道變寬、溝道電阻減小、id增大；反之，ugs減小，溝道變窄，溝道電阻增大，id減小。所以改變ugs的大小，就可以控制溝道電阻的大小，從而達(dá)到控制電流id的大小，隨著ugs的增強(qiáng)，導(dǎo)電性能也跟著增強(qiáng)，故稱之為增強(qiáng)型。 必須強(qiáng)調(diào)，這種管子當(dāng)ugs vt ，在

30、絕緣層和襯底之間感應(yīng)出一個(gè)反型層，在絕緣層和襯底之間感應(yīng)出一個(gè)反型層，使漏極和源極之間產(chǎn)生導(dǎo)電溝道。在漏、源極間加一正向電使漏極和源極之間產(chǎn)生導(dǎo)電溝道。在漏、源極間加一正向電壓壓 vds 時(shí)，將產(chǎn)生電流時(shí)，將產(chǎn)生電流 id ?？偨Y(jié)：總結(jié)： vgs 越大，導(dǎo)電溝道越寬，越大，導(dǎo)電溝道越寬，溝道電阻越小，溝道電阻越小， id 越大。則通過(guò)越大。則通過(guò)調(diào)節(jié)調(diào)節(jié) vgs可控制漏極電流可控制漏極電流 id 。 （3）輸出特性和轉(zhuǎn)移特性）輸出特性和轉(zhuǎn)移特性（與晶體管類似）。（與晶體管類似）。1.3場(chǎng)效晶體管場(chǎng)效晶體管 3電壓放大作用電壓放大作用mos 場(chǎng)效晶體管放大電路與結(jié)型場(chǎng)效晶體管放大電路的場(chǎng)效晶體管

31、放大電路與結(jié)型場(chǎng)效晶體管放大電路的工作原理相似。工作原理相似。n 溝道耗盡型場(chǎng)效晶體管的溝道耗盡型場(chǎng)效晶體管的 vgs 可取負(fù)值，取正值和零可取負(fù)值，取正值和零均能正常工作。均能正常工作。通常將增強(qiáng)型通常將增強(qiáng)型 mos 管簡(jiǎn)寫為管簡(jiǎn)寫為 emos，耗盡型，耗盡型 mos 管管簡(jiǎn)寫為簡(jiǎn)寫為 dmos。1.3場(chǎng)效晶體管場(chǎng)效晶體管 1.3.3mosfet 和三極管的比較和三極管的比較1mosfet 溫度穩(wěn)定性好。溫度穩(wěn)定性好。2mosfet 輸入電阻極高，因此，輸入電阻極高，因此，mosfet 放大級(jí)對(duì)放大級(jí)對(duì)前級(jí)的放大能力影響極小。前級(jí)的放大能力影響極小。3mosfet 存放時(shí)，應(yīng)使柵極與源極短

32、接，避免柵極存放時(shí)，應(yīng)使柵極與源極短接，避免柵極懸空。懸空。4mosfet 的源極和漏極可以互換使用。的源極和漏極可以互換使用。 1.3場(chǎng)效晶體管場(chǎng)效晶體管 本章小結(jié)本章小結(jié)2晶體二極管的核心是晶體二極管的核心是 pn 結(jié)，故具有單向?qū)щ娦?。二極管結(jié)，故具有單向?qū)щ娦?。二極管屬于非線性器件，其伏安特性是非線性的。二極管的門坎電壓，屬于非線性器件，其伏安特性是非線性的。二極管的門坎電壓，硅管約硅管約 0.5 v ，鍺管約，鍺管約 0.2 v。導(dǎo)通電壓，硅管約。導(dǎo)通電壓，硅管約 0.7 v ，鍺管約，鍺管約 0.3 v。1本征半導(dǎo)體內(nèi)存在兩種載流子：自由電子和空穴。雜質(zhì)半本征半導(dǎo)體內(nèi)存在兩種載流子

33、：自由電子和空穴。雜質(zhì)半導(dǎo)體有導(dǎo)體有 p 型和型和 n 型兩種，型兩種，p 型半導(dǎo)體中空穴是多子，型半導(dǎo)體中空穴是多子，n 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體中自由電子是多子。中自由電子是多子。pn 結(jié)是在結(jié)是在 p 型半導(dǎo)體與型半導(dǎo)體與 n 型半導(dǎo)體交界面型半導(dǎo)體交界面附近形成的空間電荷區(qū)，也叫阻擋層或耗盡層附近形成的空間電荷區(qū)，也叫阻擋層或耗盡層 。pn 結(jié)具有單向結(jié)具有單向?qū)щ娦?，即正偏時(shí)導(dǎo)通，反偏時(shí)截止。導(dǎo)電性，即正偏時(shí)導(dǎo)通，反偏時(shí)截止。 4mos 管是一種電壓控制器件。管是一種電壓控制器件。mos 管的優(yōu)點(diǎn)是：輸入阻管的優(yōu)點(diǎn)是：輸入阻抗高、受幅射和溫度影響小、集成工藝簡(jiǎn)單。超大規(guī)模集成電路抗高、受幅射

34、和溫度影響小、集成工藝簡(jiǎn)單。超大規(guī)模集成電路主要應(yīng)用主要應(yīng)用 mos 管。管。3晶體三極管是一種電流控制器件，它以較小的基極電流控晶體三極管是一種電流控制器件，它以較小的基極電流控制較大的集電極電流，以較小的基極電流變化控制較大的集電極制較大的集電極電流，以較小的基極電流變化控制較大的集電極電流變化。所謂電流放大作用，實(shí)質(zhì)上就是這種電流變化。所謂電流放大作用，實(shí)質(zhì)上就是這種“小控制大小控制大”，“小變化控制大變化小變化控制大變化”的作用。三極管有的作用。三極管有 pnp 型和型和 npn 型兩大型兩大類。管外有三個(gè)電極：發(fā)射極、基極和集電極；管內(nèi)有兩個(gè)類。管外有三個(gè)電極：發(fā)射極、基極和集電極；

35、管內(nèi)有兩個(gè) pn 結(jié)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。使用時(shí)有三種電路組態(tài)：共發(fā)射極、共基結(jié)：發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。使用時(shí)有三種電路組態(tài)：共發(fā)射極、共基極和共集電極組態(tài)；三種工作狀態(tài)：截止?fàn)顟B(tài)、飽和狀態(tài)和放大極和共集電極組態(tài)；三種工作狀態(tài)：截止?fàn)顟B(tài)、飽和狀態(tài)和放大狀態(tài)。兩種基本功能：開關(guān)功能和放大功能。狀態(tài)。兩種基本功能：開關(guān)功能和放大功能。 第二專題常見(jiàn)模擬電路分析 基本放大電路 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)放大的概念及放大電路的性能指標(biāo)放大的概念及放大電路的性能指標(biāo)一、一、 什么是放大什么是放大1 1、概念：、概念： 將微弱的電信號(hào)通過(guò)放大電路將微弱的電信號(hào)通過(guò)放大電路( (也稱放大器也

36、稱放大器) )放大到具有足夠大的功率放大到具有足夠大的功率去推動(dòng)負(fù)載，這就是放大。去推動(dòng)負(fù)載，這就是放大。2 2、放大的本質(zhì)：、放大的本質(zhì)： 能量的控制和轉(zhuǎn)換；即在輸入信號(hào)作用下，通過(guò)放大電路將直流電源能量的控制和轉(zhuǎn)換；即在輸入信號(hào)作用下，通過(guò)放大電路將直流電源的能量轉(zhuǎn)換成負(fù)載所獲得的能量，使負(fù)載從電源獲得的能量大于信號(hào)源所的能量轉(zhuǎn)換成負(fù)載所獲得的能量，使負(fù)載從電源獲得的能量大于信號(hào)源所提供的能量。提供的能量。注意：只有在不失真的情況下放大才有意義。注意：只有在不失真的情況下放大才有意義。 2. 性能指標(biāo)性能指標(biāo)iouuaauuu=ioiiaaiii=ioiuaui=iouiaiu=1) 1)

37、 放大倍數(shù)：輸出量與輸入量之比放大倍數(shù)：輸出量與輸入量之比電壓放大倍數(shù)是最常被研究和測(cè)試的參數(shù)電壓放大倍數(shù)是最常被研究和測(cè)試的參數(shù)信號(hào)源信號(hào)源信號(hào)源信號(hào)源內(nèi)阻內(nèi)阻輸入電壓輸入電壓輸出電壓輸出電壓輸入電流輸入電流輸出電流輸出電流任何放大電路均可看成為二端口網(wǎng)絡(luò)。任何放大電路均可看成為二端口網(wǎng)絡(luò)。2)2)輸入電阻和輸出電阻輸入電阻和輸出電阻iiiiur =looloooo) 1(ruuruuur= 將輸出等效成有將輸出等效成有內(nèi)阻的電壓源，內(nèi)內(nèi)阻的電壓源，內(nèi)阻就是輸出電阻。阻就是輸出電阻。空載時(shí)輸出電壓空載時(shí)輸出電壓有效值有效值帶帶rl時(shí)的輸出電壓有時(shí)的輸出電壓有效值效值輸入電壓與輸入輸入電壓與輸

38、入電流有效值之比。電流有效值之比。從輸入端看進(jìn)去的從輸入端看進(jìn)去的等效電阻等效電阻3)3)通頻帶通頻帶4)最大不失真輸出電壓最大不失真輸出電壓uom：交流有效值。交流有效值。 由于電容、電感及半導(dǎo)體器件由于電容、電感及半導(dǎo)體器件pn結(jié)的電容效應(yīng)，使放大電路在信號(hào)頻率較低和結(jié)的電容效應(yīng)，使放大電路在信號(hào)頻率較低和較高時(shí)電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產(chǎn)生相移。較高時(shí)電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產(chǎn)生相移。衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的適應(yīng)能力。衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的適應(yīng)能力。下限頻率下限頻率上限頻率上限頻率lhbwfff= 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)(2)(2)輸入回路應(yīng)使交流信

39、號(hào)電壓能輸入回路應(yīng)使交流信號(hào)電壓能加到管子上，加到管子上，使產(chǎn)生交流電流使產(chǎn)生交流電流第二節(jié)第二節(jié) 放大電路的組成及工作原理放大電路的組成及工作原理一、組成原則一、組成原則bi(1)(1)電源極性必須使放大管處于放大狀態(tài)，電源極性必須使放大管處于放大狀態(tài)，即即e e結(jié)正偏，結(jié)正偏，c c結(jié)反偏結(jié)反偏。 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)(3)(3)輸出回路應(yīng)使輸出電流輸出回路應(yīng)使輸出電流 盡可能多地流盡可能多地流到負(fù)載上到負(fù)載上，減少其他分流；，減少其他分流；ci(4)(4)為了保證放大電路不失真地為了保證放大電路不失真地放大信號(hào)，必須在沒(méi)有外加信放大信號(hào)，必須在沒(méi)有外加信號(hào)

40、時(shí)使放大管有一個(gè)合適的靜號(hào)時(shí)使放大管有一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，稱之為態(tài)工作點(diǎn)，稱之為合理的設(shè)置合理的設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)靜態(tài)工作點(diǎn)。三、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性三、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性 輸出電壓必然失真！輸出電壓必然失真！ 設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，首先要解決失真問(wèn)題，但設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，首先要解決失真問(wèn)題，但q點(diǎn)幾乎影響著所有的點(diǎn)幾乎影響著所有的動(dòng)態(tài)參數(shù)！動(dòng)態(tài)參數(shù)！ 為什么放大的對(duì)象是動(dòng)態(tài)信號(hào)，卻要晶體管在信號(hào)為零時(shí)有合適的直流電流為什么放大的對(duì)象是動(dòng)態(tài)信號(hào)，卻要晶體管在信號(hào)為零時(shí)有合適的直流電流和極間電壓？和極間電壓？(a) 飽和失真0uceicqicqict0tqquceuceq0(b) 截止失

41、真0uceicqicqict0tqquceq0uce四、基本共射放大電路的工作原理四、基本共射放大電路的工作原理t tuceuceqvccot tuceuceqvcco飽和失真飽和失真截止失真截止失真底部失真底部失真頂部失真頂部失真動(dòng)態(tài)信號(hào)馱動(dòng)態(tài)信號(hào)馱載在靜態(tài)之載在靜態(tài)之上上輸出和輸入反相！輸出和輸入反相！ 要想不失真，就要在信號(hào)要想不失真，就要在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)保證晶體管始的整個(gè)周期內(nèi)保證晶體管始終工作在放大區(qū)！終工作在放大區(qū)！波形分析波形分析五、放大電路的組成原則五、放大電路的組成原則 靜態(tài)工作點(diǎn)合適：合適的直流電源、合適的電靜態(tài)工作點(diǎn)合適：合適的直流電源、合適的電路參數(shù)。路參數(shù)。 動(dòng)態(tài)信

42、號(hào)能夠作用于晶體管的輸入回路，在負(fù)動(dòng)態(tài)信號(hào)能夠作用于晶體管的輸入回路，在負(fù)載上能夠獲得放大了的動(dòng)態(tài)信號(hào)。載上能夠獲得放大了的動(dòng)態(tài)信號(hào)。 對(duì)實(shí)用放大電路的要求：共地、直流電源種類對(duì)實(shí)用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少、負(fù)載上無(wú)直流分量。盡可能少、負(fù)載上無(wú)直流分量。兩種實(shí)用放大電路兩種實(shí)用放大電路直接耦合放大電路直接耦合放大電路問(wèn)題：?jiǎn)栴}：1. 兩種電源兩種電源2. 信號(hào)源與放大電路不信號(hào)源與放大電路不“共地共地”將兩個(gè)電源將兩個(gè)電源合二為一合二為一共地，且要使信號(hào)共地，且要使信號(hào)馱載在靜態(tài)之上馱載在靜態(tài)之上靜態(tài)時(shí)，靜態(tài)時(shí)，b1beqruu=動(dòng)態(tài)時(shí)，動(dòng)態(tài)時(shí)，b-e間電壓是間電壓是ui與與

43、rb1上的上的電壓之和。電壓之和。兩種實(shí)用放大電路兩種實(shí)用放大電路阻容耦合放大電路阻容耦合放大電路 耦合電容的容量應(yīng)足夠大，即對(duì)耦合電容的容量應(yīng)足夠大，即對(duì)于交流信號(hào)近似為短路。其作用是于交流信號(hào)近似為短路。其作用是“隔離直流、通過(guò)交流隔離直流、通過(guò)交流”。靜態(tài)時(shí)，靜態(tài)時(shí)，c1、c2上電壓？上電壓？ceqc2beqc1uuuu=，動(dòng)態(tài)時(shí)，動(dòng)態(tài)時(shí)，c1、c2為耦合電容！為耦合電容！ubequcequbeuiubeq，信號(hào)馱載在靜態(tài)之上。，信號(hào)馱載在靜態(tài)之上。負(fù)載上只有交流信號(hào)。負(fù)載上只有交流信號(hào)。清華大學(xué) 華成英 討論1. 用用npn型晶體管組成一個(gè)在本節(jié)課中未見(jiàn)過(guò)型晶體管組成一個(gè)在本節(jié)課中未見(jiàn)

44、過(guò)的共射放大電路。的共射放大電路。2.用用pnp型晶體管組成一個(gè)共射放大電路。型晶體管組成一個(gè)共射放大電路。照葫蘆畫瓢！照葫蘆畫瓢！ 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)v vbbbb、r rb b：使：使u ubebe u uonon，且有合適的，且有合適的i ib b。v vcccc：使：使u uceceu uonon，同時(shí)作為負(fù)載的能源。，同時(shí)作為負(fù)載的能源。r rc c：將：將i ic c轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成u ucece( (u uo o) ) 。)( ocecbicuuiiiur動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)：動(dòng)態(tài)信號(hào)作用時(shí)：二、基本共射放大電路二、基本共射放大電路c c1 1 c c2

45、2 ：隔直耦合電容：隔直耦合電容 模擬電子技術(shù)模擬電子技術(shù)哈爾濱工程大學(xué)哈爾濱工程大學(xué)習(xí)慣畫法習(xí)慣畫法單電源供電單電源供電7.5.1 rsus+uirc1c1c2v1rb11rb12ce1rl+uo+uccrc2c3v2rb21rb22ce2re1re2+uo1+各極之間通過(guò)耦合電容及下級(jí)輸入電阻連接。優(yōu)點(diǎn)：各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，可以單獨(dú)調(diào)整到合適位置；且不存在零點(diǎn)漂移問(wèn)題。缺點(diǎn)：不能放大變化緩慢的信號(hào)和直流分量變化的信號(hào)；且由于需要大容量的耦合電容，因此不能在集成電路中采用。阻容耦合多級(jí)放大電路分析阻容耦合多級(jí)放大電路分析（1）靜態(tài)分析：各級(jí)單獨(dú)計(jì)算。（2）動(dòng)態(tài)分析電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)電壓

46、放大倍數(shù)的乘積。21o1oo1ouuiiuaauuuuuua=注意：計(jì)算前級(jí)的電壓放大倍數(shù)時(shí)必須把后級(jí)的輸入電阻考慮到前級(jí)的負(fù)載電阻之中。如計(jì)算第一級(jí)的電壓放大倍數(shù)時(shí)，其負(fù)載電阻就是第二級(jí)的輸入電阻。輸入電阻就是第一級(jí)的輸入電阻。輸出電阻就是最后一級(jí)的輸出電阻。阻容耦合多級(jí)放大的頻率特性和頻率失真阻容耦合多級(jí)放大的頻率特性和頻率失真auaum0.707aumfhflf通頻帶共發(fā)射級(jí)放大電路的幅頻特性：電壓放大倍數(shù)近似為常數(shù)。：耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗增大，以致不可視為短路，因而造成電壓放大倍數(shù)減小。：晶體管的結(jié)電容以及電路中的分布電容等的容抗減小，以致不可視為開路，也會(huì)使電壓放大倍數(shù)降低

47、。除了電壓放大倍數(shù)會(huì)隨頻率而改變外，在低頻和高頻段，輸出信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)的相位移也要隨頻率而改變。所以在整個(gè)頻率范圍內(nèi)，電壓放大倍數(shù)和相位移都將是頻率的函數(shù)。電壓放大倍數(shù)與頻率的函數(shù)關(guān)系稱為，相位移與頻率的函數(shù)關(guān)系稱為，二者統(tǒng)稱為。放大電路呈現(xiàn)帶通特性。圖中fh和fl為電壓放大倍數(shù)下降到中頻段電壓放大倍數(shù)的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率，分別稱為和，其差值稱為。一般情況下，放大電路的輸入信號(hào)都是非正弦信號(hào)，其中包含有許多不同頻率的諧波成分。由于放大電路對(duì)不同頻率的正弦信號(hào)放大倍數(shù)不同，相位移也不一樣，所以當(dāng)輸入信號(hào)為包含多種諧波分量的非正弦信號(hào)時(shí)，若諧波頻率超出通頻帶，輸出信號(hào)uo波形將產(chǎn)生失真

48、。這種失真與放大電路的頻率特性有關(guān)，故稱為。+uirc1v1rb1+uo+uccrc2v2re2+uo17.5.2 優(yōu)點(diǎn)：能放大變化很緩慢的信號(hào)和直流分量變化的信號(hào)；且由于沒(méi)有耦合電容，故非常適宜于大規(guī)模集成。缺點(diǎn)：各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響；且存在零點(diǎn)漂移問(wèn)題。：放大電路在無(wú)輸入信號(hào)的情況下，輸出電壓uo卻出現(xiàn)緩慢、不規(guī)則波動(dòng)的現(xiàn)象。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因很多，其中最主要的是溫度影響。7.6.1 抑制零漂的方法有多種，如采用溫度補(bǔ)償電路、穩(wěn)壓電源以及精選電路元件等方法。最有效且廣泛采用的方法是輸入級(jí)采用差動(dòng)放大電路。rcrcreuee+uccv1v2+ui1+ uo +ui2+uo1+uo2o2o1

49、o21uuuuuuiii=溫度變化時(shí)兩個(gè)單管放大電路的工作點(diǎn)都要發(fā)生變動(dòng)，分別產(chǎn)生輸出漂移uol和uo2。由于電路是對(duì)稱的，所以u(píng)ol=uo2 ，差動(dòng)放大電路的輸出漂移uouoluo2 0，即消除了零點(diǎn)漂移。抑制零點(diǎn)漂移的原理抑制零點(diǎn)漂移的原理差模輸入差模輸入iiiiuuuu21 2121=差模信號(hào)：兩輸入端加的信號(hào)大小相等、極性相反。idiidididuauuauuuuauuau=)( 21o2o1o2o21o1因兩側(cè)電路對(duì)稱，放大倍數(shù)相等，電壓放大倍數(shù)用ad表示，則：差模電壓放大倍數(shù)：diauua=od可見(jiàn)差模電壓放大倍數(shù)等于單管放大電路的電壓放大倍數(shù)。差動(dòng)放大電路用多一倍的元件為代價(jià)，換

50、來(lái)了對(duì)零漂的抑制能力。共模輸入共模輸入共模信號(hào)：兩輸入端加的信號(hào)大小相等、極性相同。iiiuuu=210o2o1oo2o1=uuuuauuiu共模電壓放大倍數(shù)：0oc=iuua說(shuō)明電路對(duì)共模信號(hào)無(wú)放大作用，即完全抑制了共模信號(hào)。實(shí)際上，差動(dòng)放大電路對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制就是該電路抑制共模信號(hào)的一個(gè)特例。所以差動(dòng)放大電路對(duì)共模信號(hào)抑制能力的大小，也就是反映了它對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制能力。共模抑制比：cdcmrlg20aak=共模抑制比越大，表示電路放大差模信號(hào)和抑制共模信號(hào)的能力越強(qiáng)。：是為了提高整個(gè)電路以及單管放大電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力。：是為了補(bǔ)償re上的直流壓降，使發(fā)射極基本保持零電位。rcrc+u

51、ccv1v2+ uo (a) 具有恒流源的差動(dòng)放大電路ui2ui1v3r1r2reueercrc+uccv1v2+ uo ui2ui1uee(b) 圖(a)的簡(jiǎn)化電路i恒流源比發(fā)射極電阻re對(duì)共模信號(hào)具有更強(qiáng)的抑制作用。7.6.2 (a) 雙端輸入雙端輸出rcrc+uccv1v2+uouee(b) 雙端輸入單端輸出ircrc+uccv1v2+ uo ueei+ui1+ui1+ui2+ui2雙端輸入單端輸出式電路的輸出uo與輸入ui1極性（或相位）相反，而與ui2極性（或相位）相同。所以u(píng)il輸入端稱為反相輸入端，而ui2輸入端稱為同相輸入端。雙端輸入單端輸出方式是集成運(yùn)算放大器的基本輸入輸出方

52、式。(c) 單端輸入雙端輸出rcrc+uccv1v2+uouee(d) 單端輸入單端輸出ircrc+uccv1v2+ uo ueei+ui1+ui1單端輸入式差動(dòng)放大電路的輸入信號(hào)只加到放大器的一個(gè)輸入端，另一個(gè)輸入端接地。由于兩個(gè)晶體管發(fā)射極電流之和恒定，所以當(dāng)輸入信號(hào)使一個(gè)晶體管發(fā)射極電流改變時(shí)，另一個(gè)晶體管發(fā)射極電流必然隨之作相反的變化，情況和雙端輸入時(shí)相同。此時(shí)由于恒流源等效電阻或發(fā)射極電阻re的耦合作用，兩個(gè)單管放大電路都得到了輸入信號(hào)的一半，但極性相反，即為差模信號(hào)。所以，單端輸入屬于差模輸入。單端輸出式差動(dòng)電路，輸出減小了一半，所以差模放大倍數(shù)亦減小為雙端輸出時(shí)的二分之一。此外，

53、由于兩個(gè)單管放大電路的輸出漂移不能互相抵消，所以零漂比雙端輸出時(shí)大一些。由于恒流源或射極電阻re對(duì)零點(diǎn)漂移有極強(qiáng)烈的抑制作用，零漂仍然比單管放大電路小得多。所以單端輸出時(shí)仍常采用差動(dòng)放大電路，而不采用單管放大電路。7.7.1 功率放大電路的特點(diǎn)功率放大電路的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)是向負(fù)載提供足夠大的功率，這就要求功率放大電路不僅要有較高的輸出電壓，還要有較大的輸出電流。因此功率放大電路中的晶體管通常工作在高電壓大電流狀態(tài)，晶體管的功耗也比較大。對(duì)晶體管的各項(xiàng)指標(biāo)必須認(rèn)真選擇，且盡可能使其得到充分利用。因?yàn)楣β史糯箅娐分械木w管處在大信號(hào)極限運(yùn)用狀態(tài)，非線性失真也要比小信號(hào)的電壓放大電路嚴(yán)重得多

54、。此外，功率放大電路從電源取用的功率較大，為提高電源的利用率，必須盡可能提高功率放大電路的效率。放大電路的效率是指負(fù)載得到的交流信號(hào)功率與直流電源供出功率的比值。功率放大電路的類型功率放大電路的類型 (a) 甲類 (b) 乙類 (c) 甲乙類0uceicuceic00uceic甲類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。在工作過(guò)程中，晶體管始終處在導(dǎo)通狀態(tài)。這種電路功率損耗較大，效率較低，最高只能達(dá)到50。乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的截止點(diǎn)，晶體管僅在輸入信號(hào)的半個(gè)周期導(dǎo)通。這種電路功率損耗減到最少，使效率大大提高。甲乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)介于甲類和乙類之間，晶

55、體管有不大的靜態(tài)偏流。其失真情況和效率介于甲類和乙類之間。7.7.2 rlv1v2+uccucc+ui+uoic1ic2靜態(tài)（ui=0）時(shí)，ub=0、ue=0，偏置電壓為零，v1、v2均處于截止?fàn)顟B(tài)，負(fù)載中沒(méi)有電流，電路工作在乙類狀態(tài)。動(dòng)態(tài)（ui0）時(shí)，在ui的正半周v1導(dǎo)通而v2截止，v1以射極輸出器的形式將正半周信號(hào)輸出給負(fù)載；在ui的負(fù)半周v2導(dǎo)通而v1截止，v2以射極輸出器的形式將負(fù)半周信號(hào)輸出給負(fù)載。可見(jiàn)在輸入信號(hào)ui的整個(gè)周期內(nèi)，v1、v2兩管輪流交替地工作，互相補(bǔ)充，使負(fù)載獲得完整的信號(hào)波形，故稱互補(bǔ)對(duì)稱電路。由于v1、v2都工作在共集電極接法，輸出電阻極小，可與低阻負(fù)載rl直接

56、匹配。ui0tuo10tuo20tuo0t交越失真從工作波形可以看到，在波形過(guò)零的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)輸出波形產(chǎn)生了失真，這種失真稱為交越失真。產(chǎn)生交越失真的原因是由于v1、v2發(fā)射結(jié)靜態(tài)偏壓為零，放大電路工作在乙類狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)ui小于晶體管的發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓時(shí)，兩個(gè)晶體管都截止，在這一區(qū)域內(nèi)輸出電壓為零，使波形失真。rlv1v2+uccucc+ui+uor1r2r3d1d2為減小交越失真，可給v1、v2發(fā)射結(jié)加適當(dāng)?shù)恼蚱珘?，以便產(chǎn)生一個(gè)不大的靜態(tài)偏流，使v1、v2導(dǎo)通時(shí)間稍微超過(guò)半個(gè)周期，即工作在甲乙類狀態(tài)，如圖所示。圖中二極管d1、d2用來(lái)提供偏置電壓。靜態(tài)時(shí)三極管v1、v2雖然都已基本導(dǎo)通，

57、但因它們對(duì)稱，ue仍為零，負(fù)載中仍無(wú)電流流過(guò)。rlv1v2+ucc+ui+uor1r2r3d1d2c+因電路對(duì)稱，靜態(tài)時(shí)兩個(gè)晶體管發(fā)射極連接點(diǎn)電位為電源電壓的一半，負(fù)載中沒(méi)有電流。動(dòng)態(tài)時(shí)，在ui的正半周v1導(dǎo)通而v2截止，v1以射極輸出器的形式將正半周信號(hào)輸出給負(fù)載，同時(shí)對(duì)電容c充電；在ui的負(fù)半周v2導(dǎo)通而v1截止，電容c通過(guò)v2、rl放電，v2以射極輸出器的形式將負(fù)半周信號(hào)輸出給負(fù)載，電容c在這時(shí)起到負(fù)電源的作用。為了使輸出波形對(duì)稱，必須保持電容c上的電壓基本維持在ucc/2不變，因此c的容量必須足夠大。7.2 7.2 整流電路整流電路7.2.1 7.2.1 單相半波整流電路單相半波整流電

58、路u1u2trdrluotr：整流變壓器整流變壓器1122unnu = =d：理想二極管理想二極管u20，d導(dǎo)通；導(dǎo)通；ud=0，i取決于取決于外電路；外電路；u2 0，d截止；截止；i =0，ud（負(fù)負(fù)值）取決于外電路。值）取決于外電路。rl：負(fù)載電阻負(fù)載電阻u1，u2：正弦波瞬時(shí)值正弦波瞬時(shí)值u1u2rluoioidudu20時(shí)，二極管導(dǎo)通：時(shí)，二極管導(dǎo)通：一、工作原理一、工作原理u20，d1，d3通通， d2，d4止；止；u20， d2，d4通通， d1，d3止；止；uo=u2uo=-u2u2負(fù)半周時(shí)：負(fù)半周時(shí)：-+uoio tw wu2 tw wu2twtwud4,ud2ud3,ud1

59、twuou2d4d2d1d3rluo三、各電量計(jì)算三、各電量計(jì)算輸出電壓平均值：輸出電壓平均值：輸出電流平均值：輸出電流平均值：2o(av)9 . 0 uu= =lorui2(av)9 . 0= =uoio tw w220(av)9 . 021utduuoo= = = w w 流過(guò)變壓器副邊的電流仍為正弦電流，其有效值：流過(guò)變壓器副邊的電流仍為正弦電流，其有效值：)()(2211. 19 . 0avoavoliirui= = = =二極管上承受的二極管上承受的最高反向電壓：最高反向電壓：二極管的平均電流：二極管的平均電流：)(av)21avodii= =22uudrm= =三、整流元件選擇三、

60、整流元件選擇最大整流電流：最大整流電流：iom id(av)最大反向工作電壓：最大反向工作電壓： urwm udrm 整流電路整流電路: 將交流電壓將交流電壓u2變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓變?yōu)槊}動(dòng)的直流電壓u3。 濾波電路濾波電路: 將脈動(dòng)直流電壓將脈動(dòng)直流電壓u3轉(zhuǎn)變?yōu)檩^平滑的直流轉(zhuǎn)變?yōu)檩^平滑的直流電壓電壓u4。整整 流流 電電 路路濾濾 波波 電電 路路穩(wěn)穩(wěn) 壓壓 電電 路路u1u2u3u4uo單相半波整流（半波整流）單相半波整流（半波整流）單相橋式整流（全波整流）單相橋式整流（全波整流）7.3 7.3 電源濾波電路電源濾波電路udrluo+c單相半波整流濾波電路單相半波整流濾波電路tuoutt/