七 模擬電子技術(shù)--第一章 半導(dǎo)體二極管、三極管及集成運(yùn)算放大器

1、陰極引線陰極引線陽極引線陽極引線二氧化硅保護(hù)層二氧化硅保護(hù)層P型硅型硅N型硅型硅( c ) 平面型平面型金屬觸絲金屬觸絲陽極引線陽極引線N型鍺片型鍺片陰極引線陰極引線外殼外殼( a ) 點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型鋁合金小球鋁合金小球N型硅型硅陽極引線陽極引線PN結(jié)結(jié)金銻合金金銻合金底座底座陰極引線陰極引線( b ) 面接觸型面接觸型圖圖 1 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) 陰極陰極陽極陽極( d ) 符號(hào)符號(hào)D反向擊穿反向擊穿電壓電壓U(BR)反向特性反向特性UIPN+PN+四、二極管的模型四、二極管的模型iuDU+-uiDUDU串聯(lián)電壓源模型串聯(lián)電壓源模型DUu DUu U D

2、二極管的導(dǎo)通壓降。硅管二極管的導(dǎo)通壓降。硅管 0.7V；鍺管；鍺管 0.3V。理想二極管模型理想二極管模型ui正偏正偏反偏反偏-+iu導(dǎo)通壓降導(dǎo)通壓降二極管的二極管的VA特性特性-+iuiu0例例1：D6V12V3k BAUAB+V sin18itu t UZIZIZM UZ IZ_+UIO 3、穩(wěn)壓管應(yīng)用穩(wěn)壓管正常工作的兩個(gè)條件穩(wěn)壓管正常工作的兩個(gè)條件：a. 必須工作在反必須工作在反向擊穿狀態(tài)（利用其正向特性除外）；向擊穿狀態(tài)（利用其正向特性除外）；b. 流過管子的流過管子的電流必須介于穩(wěn)定電流和最大電流之間。電流必須介于穩(wěn)定電流和最大電流之間。典型應(yīng)用如圖所示：典型應(yīng)用如圖所示：當(dāng)輸入電壓

3、當(dāng)輸入電壓vi和負(fù)載電阻和負(fù)載電阻RL在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流發(fā)生變流過穩(wěn)壓管的電流發(fā)生變化，而穩(wěn)壓管兩端的電壓化，而穩(wěn)壓管兩端的電壓Vz變化很小，即輸出電壓變化很小，即輸出電壓vo基本穩(wěn)定。基本穩(wěn)定。RIRvRzLII+_+_+_vLioVz 電阻電阻R的作用一是起限流作用，的作用一是起限流作用，以保護(hù)穩(wěn)壓管；其次是當(dāng)輸入電壓或以保護(hù)穩(wěn)壓管；其次是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，通過該電阻上電壓負(fù)載電流變化時(shí)，通過該電阻上電壓降的變化，以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流降的變化，以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。，從而起到穩(wěn)壓作用。 發(fā)光二極管是由發(fā)光二極管是由-族化

4、合物，如族化合物，如GaAs（砷化鎵）、（砷化鎵）、GaP（磷化鎵）、（磷化鎵）、GaAsP（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是（磷砷化鎵）等半導(dǎo)體制成的，其核心是PN結(jié)。因此它具有一般結(jié)。因此它具有一般P-N結(jié)的結(jié)的I-V特性，即正向?qū)?，反向特性，即正向?qū)?，反?截截止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正止、擊穿特性。此外，在一定條件下，它還具有發(fā)光特性。在正向電壓下，電子由向電壓下，電子由N區(qū)注入?yún)^(qū)注入P區(qū)，空穴由區(qū)，空穴由P區(qū)注入?yún)^(qū)注入N區(qū)區(qū) 發(fā)光二極管發(fā)光二極管(LED):(LED):是一是一種將電能轉(zhuǎn)化為光能的特種將電能轉(zhuǎn)化為光能的特殊二極管殊二極管, ,根據(jù)材

5、料的不根據(jù)材料的不同可發(fā)出紅、綠、蘭、黃同可發(fā)出紅、綠、蘭、黃光澤。其工作電壓一般為光澤。其工作電壓一般為(1.5(1.53V),3V),工作電流為工作電流為(10mA(10mA30mA)30mA)。(a)NNCEBPCETBIBIEIC(b)BECPPNETCBIBIEICCENNPBCEPPNBEEBRBRC+ UBE ICIEIB CT E B +UCE (a) NPN 型晶體管；型晶體管；+ UBE IBIEIC CT EB +UCE 電流方向和發(fā)射結(jié)與集電結(jié)的極性電流方向和發(fā)射結(jié)與集電結(jié)的極性(b) PNP 型晶體管型晶體管晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路晶體管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路 mA AV

6、VmAICECIBIERB+UBE +UCE EBCEB3DG100符合基爾霍夫定律符合基爾霍夫定律 即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。是分析放大電路的依據(jù)。 重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路輸入回路輸入回路輸出回路輸出回路mA AVVICECIBRB+UBE +UCE EBCEB3DG100常常數(shù)數(shù) CE)(BEBUUfI3DG100晶體管的晶體管的輸入特性曲

7、線輸入特性曲線O0.40.8IB/ AUBE/VUCE1V60402080常常數(shù)數(shù) B)(CECIUfI 共發(fā)射極電路共發(fā)射極電路ICEC=UCCIBRB+ UBE +UCE EBCEBIC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =03DG100晶體管的輸出特性曲線晶體管的輸出特性曲線 在不同的在不同的 IB下，可得出不同的曲線，所以晶體管下，可得出不同的曲線，所以晶體管的的輸出特性曲線輸出特性曲線是一組曲線。是一組曲線。常常數(shù)數(shù) B)(CECIUfI 晶體管有三種工作狀態(tài)，因而晶體管有三種工作狀態(tài)，因而輸出特性曲線輸出特性

8、曲線分為分為三個(gè)工作區(qū)三個(gè)工作區(qū)3DG100晶體管的輸出特性曲線晶體管的輸出特性曲線IC/mAUCE/V100 A80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0對(duì)對(duì) NPN 型管型管而言而言, 應(yīng)使應(yīng)使 UBE 0, UBC UBE。IC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0對(duì)對(duì)NPN型硅管，當(dāng)型硅管，當(dāng)UBE0.5V時(shí)時(shí), 即已即已開始截止開始截止, 為使晶體為使晶體管可靠截止管可靠截止 , 常使常使 UBE 0。截止時(shí)截止時(shí), 集集電結(jié)也處于反向偏電結(jié)也處于反向偏置置(

9、(UBC 0),),此時(shí)此時(shí), IC 0, UCE UCC 。IB = 0 的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。IB = 0 時(shí)時(shí), IC = ICEO( (很小很小) )。(ICEOIC/mAUCE/V100 A 80A 60 A 40 A 20 A O 3 6 9 1242.31.5321IB =0 IC UCC/RC 。 當(dāng)當(dāng) UCE 0) )，晶體管工作于飽和狀態(tài)。晶體管工作于飽和狀態(tài)。 BCII_ BCII 53704051BC.II 400400605132BC .II ICBO A+EC AICEOIB=0+ICMU(BR)CEOICUCEO安全工作區(qū)安全工作

10、區(qū) 集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多集成運(yùn)算放大器是一種具有很高放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的級(jí)直接耦合放大電路。是發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛的一種模擬集成電路。一種模擬集成電路。集成電路集成電路 是把整個(gè)電路的各個(gè)元件以及相互之是把整個(gè)電路的各個(gè)元件以及相互之間的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片上間的聯(lián)接同時(shí)制造在一塊半導(dǎo)體芯片上, 組成一個(gè)不組成一個(gè)不可分的整體?？煞值恼w。：體積小、重量輕、功耗低、可體積小、重量輕、功耗低、可靠性高、價(jià)格低?？啃愿?、價(jià)格低。按集成度按集成度按導(dǎo)電類型按導(dǎo)電類型按功能按功能小、中、大和超大規(guī)模小、中、大和超大規(guī)模雙、單極性和兩種兼容

11、雙、單極性和兩種兼容數(shù)字和模擬數(shù)字和模擬各類型號(hào)集成芯片各類型號(hào)集成芯片 1. 元器件參數(shù)的一致性和對(duì)稱性好；元器件參數(shù)的一致性和對(duì)稱性好； 2. 電阻的阻值受到限制，大電阻常用三極管恒流電阻的阻值受到限制，大電阻常用三極管恒流源代替，電位器需外接；源代替，電位器需外接； 3. 電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電電容的容量受到限制，電感不能集成，故大電容、電感和變壓器均需外接；容、電感和變壓器均需外接； 4. 二極管多用三極管的發(fā)射結(jié)代替。二極管多用三極管的發(fā)射結(jié)代替。二、二、 集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)集成運(yùn)算放大器的結(jié)構(gòu)輸入級(jí)輸入級(jí) 中間級(jí)中間級(jí) 輸出級(jí)輸出級(jí)偏置偏置電路電路運(yùn)算放大器方框

12、圖運(yùn)算放大器方框圖 輸入級(jí)：輸入級(jí)：輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干輸入電阻高，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾信號(hào)，都采用帶恒流源的差分放大器擾信號(hào)，都采用帶恒流源的差分放大器 。 中間級(jí)：中間級(jí)：要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源要求電壓放大倍數(shù)高。常采用帶恒流源的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。的共發(fā)射極放大電路構(gòu)成。 偏置電路偏置電路: 由鏡像恒流源等電路組成由鏡像恒流源等電路組成 輸出級(jí)：輸出級(jí)：與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載與負(fù)載相接，要求輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)對(duì)稱電路或射極輸出器構(gòu)成。能力強(qiáng)，一般由互補(bǔ)對(duì)稱電路或射極輸出器構(gòu)成。集成運(yùn)放集成運(yùn)放 741的的電路原理圖電路原理圖同

13、相輸入同相輸入輸入級(jí)輸入級(jí)偏置電路偏置電路中間級(jí)中間級(jí)輸出級(jí)輸出級(jí)+UCCuo+- -UEET12T1T2T3T4T5T6T7T8T9T10T11T13T14T16T18T17T20T15T19R1R2R3R4R5R7R8R9R10R11R12C同相輸入同相輸入輸出輸出運(yùn)算放大器的管腳和符號(hào)運(yùn)算放大器的管腳和符號(hào)反相反相輸入端輸入端同相同相輸入端輸入端+UCCUEEuo+uu +Auo信號(hào)傳信號(hào)傳輸方向輸方向輸出端輸出端實(shí)際運(yùn)放開環(huán)實(shí)際運(yùn)放開環(huán)電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)(a)(b)(a) 符號(hào)符號(hào); (b)引腳引腳 7 6 5 uA7411 2 3 4 U-U+-UCC+UCC輸出輸出（1）. 開環(huán)電壓放大倍數(shù)開環(huán)電壓放大倍數(shù) （2）. 開環(huán)輸入電阻開環(huán)輸入電阻（3）. 開環(huán)輸出電阻開環(huán)輸出電阻（4）. 共模抑制比共模抑制比 由于實(shí)際運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)接近理想化條件，由于實(shí)際運(yùn)算放大器的技術(shù)指標(biāo)接近理想化條件，用理想運(yùn)算放大器分析電路可使問題大大簡化用理想運(yùn)算放大器分析電路可使問題大大簡化, 為此為此,后后面對(duì)運(yùn)算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。面對(duì)運(yùn)算放大器的分析都是按其理想化條件進(jìn)行的。三、三、 理想運(yùn)算放大器及特性理想運(yùn)算放大器及特性 ouA idr0or CMRRK 在分析運(yùn)算放大器的電路時(shí)