完全版電子技術(shù)基礎(chǔ)(模擬部分)第五版課件

1、1.1 信號(hào)信號(hào)1.3 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)1.2 信號(hào)的頻譜信號(hào)的頻譜1.4 放大電路模型放大電路模型1.5 放大電路的主要性能指標(biāo)放大電路的主要性能指標(biāo)1. 信號(hào)：信號(hào)： 信息的載體信息的載體微音器輸出的某一段信號(hào)的波形微音器輸出的某一段信號(hào)的波形 1.1 信號(hào)信號(hào)2. 電信號(hào)源的電路表達(dá)形式電信號(hào)源的電路表達(dá)形式電壓源等效電路電壓源等效電路電流源等效電路電流源等效電路sssRiv 1.1 信號(hào)信號(hào)1. 電信號(hào)的時(shí)域與頻域表示電信號(hào)的時(shí)域與頻域表示A A. 正弦信號(hào)正弦信號(hào))sin()(0mtVt v00022fT 1.2 信號(hào)的頻譜信號(hào)的頻譜時(shí)域時(shí)域1. 電信號(hào)的時(shí)域與頻

2、域表示電信號(hào)的時(shí)域與頻域表示B B. 方波信號(hào)方波信號(hào))5sin513sin31(sin22)(000SS tttVVtvT20 滿足狄利克雷條件，展開成傅滿足狄利克雷條件，展開成傅里葉級(jí)數(shù)里葉級(jí)數(shù)2SV直流分量直流分量其中其中2SV基波分量基波分量312S V三次諧波分量三次諧波分量 1.2 信號(hào)的頻譜信號(hào)的頻譜方波的時(shí)域表示方波的時(shí)域表示 2. 信號(hào)的頻譜信號(hào)的頻譜B B. 方波信號(hào)方波信號(hào))5sin513sin31(sin22)(000SS tttVVtv頻譜：將一個(gè)信號(hào)分解為正弦信號(hào)的集合，得到其正弦信號(hào)幅值和相位頻譜：將一個(gè)信號(hào)分解為正弦信號(hào)的集合，得到其正弦信號(hào)幅值和相位隨角頻率變

3、化的分布，稱為該信號(hào)的頻譜。隨角頻率變化的分布，稱為該信號(hào)的頻譜。 1.2 信號(hào)的頻譜信號(hào)的頻譜幅度譜幅度譜相位譜相位譜 非周期信號(hào)包含了所有可能的頻非周期信號(hào)包含了所有可能的頻率成分（率成分（0 ）C C. 非周期信號(hào)非周期信號(hào)傅里葉變換：傅里葉變換： 通過(guò)快速傅里葉變換（通過(guò)快速傅里葉變換（FFT）可迅速求出非周期信號(hào)的頻譜函可迅速求出非周期信號(hào)的頻譜函數(shù)。數(shù)。離散頻率函數(shù)離散頻率函數(shù)周期信號(hào)周期信號(hào)連續(xù)頻率函數(shù)連續(xù)頻率函數(shù)非周期信號(hào)非周期信號(hào)氣溫波形氣溫波形 氣溫波形的頻譜函數(shù)（示意圖）氣溫波形的頻譜函數(shù)（示意圖） 1.2 信號(hào)的頻譜信號(hào)的頻譜 1.3 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)和數(shù)字信

4、號(hào)處理模擬信號(hào)的電子電路稱為模擬電路。處理模擬信號(hào)的電子電路稱為模擬電路。模擬信號(hào)：在時(shí)間和幅值上都是連續(xù)的信號(hào)。模擬信號(hào)：在時(shí)間和幅值上都是連續(xù)的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間和幅值上都是離散的信號(hào)。數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間和幅值上都是離散的信號(hào)。 1.4 放大電路模型放大電路模型電壓增益（電壓放大倍數(shù)）電壓增益（電壓放大倍數(shù)）iovvv A電流增益電流增益ioiiAi 互阻增益互阻增益)(io iArv互導(dǎo)增益互導(dǎo)增益)S(ioviAg 1. 放大電路的符號(hào)及模擬信號(hào)放大放大電路的符號(hào)及模擬信號(hào)放大負(fù)載開路時(shí)的負(fù)載開路時(shí)的 電壓增益電壓增益A. 電壓放大模型電壓放大模型ovAiR輸入電阻輸入電阻oR輸出電

5、阻輸出電阻由輸出回路得由輸出回路得LoLiooRRRA vvv則電壓增益為則電壓增益為iovvv ALoLoRRRA v由此可見由此可見 LR vA即負(fù)載的大小會(huì)影響增益的大小即負(fù)載的大小會(huì)影響增益的大小要想減小負(fù)載的影響，則希望要想減小負(fù)載的影響，則希望？ （考慮改變放大電路的參數(shù)）（考慮改變放大電路的參數(shù)）LoRR 理想情況理想情況0o R2. 放大電路模型放大電路模型 1.4 放大電路模型放大電路模型 另一方面，考慮到另一方面，考慮到輸入回路對(duì)信號(hào)源的輸入回路對(duì)信號(hào)源的衰減衰減siRR 理想情況理想情況有有sisiivvRRR 要想減小衰減，則希望要想減小衰減，則希望？ iR 1.4 放

6、大電路模型放大電路模型A. 電壓放大模型電壓放大模型負(fù)載短路時(shí)的負(fù)載短路時(shí)的 電流增益電流增益B. 電流放大模型電流放大模型s iA由輸出回路得由輸出回路得LooisoRRRiAii 則電流增益為則電流增益為ioiiAi LoosRRRAi 由此可見由此可見 LR iA要想減小負(fù)載的影響，則希望要想減小負(fù)載的影響，則希望？LoRR 理想情況理想情況 oR由輸入回路得由輸入回路得isssiRRRii 要想減小對(duì)信號(hào)源的衰減，則希望要想減小對(duì)信號(hào)源的衰減，則希望？siRR 理想情況理想情況0i R 1.4 放大電路模型放大電路模型C. 互阻放大模型（自學(xué)）互阻放大模型（自學(xué)）輸入輸出回路沒有公共端

7、輸入輸出回路沒有公共端D. 互導(dǎo)放大模型（自學(xué)）互導(dǎo)放大模型（自學(xué)）E. 隔離放大電路模型隔離放大電路模型 1.4 放大電路模型放大電路模型 1.5 放大電路的主要性能指標(biāo)放大電路的主要性能指標(biāo)1. 輸入電阻輸入電阻ttiiRv 1.5 放大電路的主要性能指標(biāo)放大電路的主要性能指標(biāo)2. 輸出電阻輸出電阻 Ls,0ttoRvviR注意：輸入、輸出電阻為交流電阻注意：輸入、輸出電阻為交流電阻 1.5 放大電路的主要性能指標(biāo)放大電路的主要性能指標(biāo)3. 增益增益 反映放大電路在輸入信號(hào)控制下，將供電電源能量反映放大電路在輸入信號(hào)控制下，將供電電源能量轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)能量的能力。轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)能量的能力。

8、其中其中(dB)lg20vA 電電壓壓增增益益四種增益四種增益iovvv AioiiAi ioiArv ioviAg iAA 、v常用分貝（常用分貝（dBdB）表示。）表示。(dB)lg20iA 電電流流增增益益(dB)lg10PA 功功率率增增益益 1.5 放大電路的主要性能指標(biāo)放大電路的主要性能指標(biāo)4. 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)A.A.頻率響應(yīng)及帶寬頻率響應(yīng)及帶寬 電壓增益可表示為電壓增益可表示為)j ()j ()j (io VVAv 在輸入正弦信號(hào)情況下，輸出隨輸入信號(hào)頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)在輸入正弦信號(hào)情況下，輸出隨輸入信號(hào)頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，稱為放大電路的頻率響應(yīng)。響應(yīng)，稱為放大電路的頻率響

9、應(yīng)。)()()j ()j (ioio VV或?qū)憺榛驅(qū)憺?()( vvAA其中其中稱稱為為幅幅頻頻響響應(yīng)應(yīng) )j ()j ()(io VVAv稱稱為為相相頻頻響響應(yīng)應(yīng) io)()()( 該圖稱為波特圖該圖稱為波特圖縱軸：縱軸：dBdB橫軸：對(duì)數(shù)坐標(biāo)橫軸：對(duì)數(shù)坐標(biāo) 1.5 放大電路的主要性能指標(biāo)放大電路的主要性能指標(biāo)4. 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)A.A.頻率響應(yīng)及帶寬頻率響應(yīng)及帶寬 其中其中上上限限頻頻率率Hf普通音響系統(tǒng)放大電路的幅頻響應(yīng)普通音響系統(tǒng)放大電路的幅頻響應(yīng)下下限限頻頻率率Lf稱稱為為帶帶寬寬LHffBW HLH fBWff 時(shí)，時(shí)，當(dāng)當(dāng) 1.5 放大電路的主要性能指標(biāo)放大電路的主要性能指標(biāo)4

10、. 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)B.B.頻率失真（線性失真）頻率失真（線性失真）幅度失真：幅度失真： 對(duì)不同頻率的信號(hào)增對(duì)不同頻率的信號(hào)增益不同產(chǎn)生的失真。益不同產(chǎn)生的失真。4. 頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)B.B.頻率失真（線性失真）頻率失真（線性失真）幅度失真：幅度失真： 對(duì)不同頻率的信號(hào)增對(duì)不同頻率的信號(hào)增益不同產(chǎn)生的失真。益不同產(chǎn)生的失真。相位失真：相位失真： 對(duì)不同頻率的信號(hào)相對(duì)不同頻率的信號(hào)相移不同產(chǎn)生的失真。移不同產(chǎn)生的失真。 1.5 放大電路的主要性能指標(biāo)放大電路的主要性能指標(biāo)5. 非線性失真非線性失真 由元器件非線性特性由元器件非線性特性引起的失真。引起的失真。非線性失真系數(shù)非線性失真系數(shù): :en

11、d%100o122o VVkk Vo1是輸出電壓信號(hào)基波分量的是輸出電壓信號(hào)基波分量的有效值，有效值，Vok是高次諧波分量的有效是高次諧波分量的有效值，值，k k為正整數(shù)。為正整數(shù)。 1.5 放大電路的主要性能指標(biāo)放大電路的主要性能指標(biāo)2.1 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器2.2 理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器2.3 基本線性運(yùn)放電路基本線性運(yùn)放電路2.4 同相輸入和反相輸入放大電同相輸入和反相輸入放大電 路的其他應(yīng)用路的其他應(yīng)用在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上，把整個(gè)電路中元器在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上，把整個(gè)電路中元器件制作在一塊硅基片上，構(gòu)成特定功能的電子電路，件制作在一塊硅基片上，構(gòu)成特定功

12、能的電子電路，稱為集成電路。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，稱為集成電路。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，集成電路是把元器件和集成電路是把元器件和連接導(dǎo)線全部制作在一小塊硅片上而連接導(dǎo)線全部制作在一小塊硅片上而成的電路。成的電路。集成電路按其功能來(lái)分，有數(shù)字集成電路和模擬集成電路按其功能來(lái)分，有數(shù)字集成電路和模擬集成電路。模擬集成電路種類繁多，有運(yùn)算放大器、集成電路。模擬集成電路種類繁多，有運(yùn)算放大器、寬頻帶放大器、功率放大器、模擬乘法器、模擬鎖寬頻帶放大器、功率放大器、模擬乘法器、模擬鎖相環(huán)、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器、穩(wěn)壓電源和音像設(shè)備中相環(huán)、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器、穩(wěn)壓電源和音像設(shè)備中常用的其他模擬集成電路等。常用的其他模擬集成電路等。引引 言言

13、l模擬集成電路的特點(diǎn)：模擬集成電路的特點(diǎn)：電阻值電阻值不能很大，精度較差，阻值一般在幾十歐至幾不能很大，精度較差，阻值一般在幾十歐至幾十千歐。需要大電阻時(shí)，通常用恒流源替代；十千歐。需要大電阻時(shí)，通常用恒流源替代； 電容電容利用利用PN結(jié)結(jié)電容，一般不超過(guò)幾十結(jié)結(jié)電容，一般不超過(guò)幾十pF。需要大。需要大電容時(shí)，通常在集成電路外部連接。電容時(shí)，通常在集成電路外部連接。不能制電感，級(jí)不能制電感，級(jí)與級(jí)之間用直接耦合；與級(jí)之間用直接耦合； 二極管用三極管的發(fā)射結(jié)代。比如二極管用三極管的發(fā)射結(jié)代。比如由由NPN型三極管型三極管短路其中一個(gè)短路其中一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成。結(jié)構(gòu)成。運(yùn)算放大器外形圖運(yùn)算放大器外形圖

14、2.1 集成電路運(yùn)算放大器集成電路運(yùn)算放大器1. 集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元圖圖2.1.1 集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,PNOV V v v v 運(yùn)算放大器方框圖 輸入級(jí)輸入級(jí)：均采用差動(dòng)放大電路組成，可減小溫度漂：均采用差動(dòng)放大電路組成，可減小溫度漂移的影響，提高整個(gè)電路共模抑制比。移的影響，提高整個(gè)電路共模抑制比。2. 中間級(jí)中間級(jí)：多采用有源負(fù)載的共射極放大電路，有源：多采用有源負(fù)載的共射極放大電路，有源負(fù)載及復(fù)合管可提高電壓增益。負(fù)載及復(fù)合管可提高電壓增益。3. 輸出級(jí)輸出級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱功放。：互補(bǔ)對(duì)稱功放。4. 偏置電

15、路偏置電路：用以供給各級(jí)直流偏置電流，由各種電：用以供給各級(jí)直流偏置電流，由各種電流源電路組成。流源電路組成。表示信號(hào)從左表示信號(hào)從左( (輸入端輸入端) )向右向右( (輸出端輸出端) )傳輸?shù)姆较?。傳輸?shù)姆较颉NvPvOvNvPvOvN或或v：反相輸入端反相輸入端，信號(hào)從此端輸入，信號(hào)從此端輸入(vP=0)，輸出信，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)反相。號(hào)和輸入信號(hào)反相。vP或或v+：同相輸入端同相輸入端，信號(hào)從此端輸入，信號(hào)從此端輸入(vN=0) ，輸出信，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)同相。號(hào)和輸入信號(hào)同相。vO：輸出端輸出端。圖圖2.1.2 運(yùn)算放大器的代表符號(hào)運(yùn)算放大器的代表符號(hào)（a）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號(hào)）

16、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號(hào) （b）國(guó)內(nèi)外常用符號(hào)）國(guó)內(nèi)外常用符號(hào)2. 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型圖圖2.1.3 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型通常：通常： 開環(huán)電壓增益開環(huán)電壓增益 Avo的的 105 （很高）（很高） 輸入電阻輸入電阻 ri 106 （很大）（很大） 輸出電阻輸出電阻 ro 100 （很小）（很?。?vOAvo(vPvN) （ V vO V ） 注意輸入輸出的相位關(guān)注意輸入輸出的相位關(guān)系系2. 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型當(dāng)當(dāng)Avo(vPvN) V 時(shí)時(shí) vO V 當(dāng)當(dāng)Avo(vPvN) V- -時(shí)時(shí) vO V- -電壓傳輸特性電壓傳輸特性 vO

17、f (vPvN)線性范圍內(nèi)線性范圍內(nèi) vOAvo(vPvN)Avo斜率斜率輸出電壓與其兩個(gè)輸入端的電壓輸出電壓與其兩個(gè)輸入端的電壓之間存在線性放大關(guān)系，即之間存在線性放大關(guān)系，即)(odONPuuAu集成運(yùn)放的工作區(qū)域集成運(yùn)放的工作區(qū)域線性區(qū)域：線性區(qū)域：Aod為差模開環(huán)放大倍數(shù)為差模開環(huán)放大倍數(shù)非線性區(qū)域：非線性區(qū)域：輸出電壓只有兩種可能的情況：輸出電壓只有兩種可能的情況：+UOM或或-UOMUOM為輸出電壓的飽和電壓。為輸出電壓的飽和電壓。uOuP-uN+UOM-UOM例例2.2.1 電路如圖電路如圖2.1.3所示，運(yùn)放的開環(huán)電壓增益所示，運(yùn)放的開環(huán)電壓增益Avo=2105,輸入電阻輸入電

18、阻ri=0.6M，電源電壓，電源電壓V+=+12V,V-=-12V。(1)試求當(dāng)試求當(dāng)vo=Vom=12V時(shí)輸入電壓的最小幅值時(shí)輸入電壓的最小幅值vP-vN=?輸入電流輸入電流ii=?(2)畫出傳輸特性曲線畫出傳輸特性曲線vo=f(vP-vN)。說(shuō)明運(yùn)放的兩個(gè)區(qū)域。說(shuō)明運(yùn)放的兩個(gè)區(qū)域。 圖圖2.1.3 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型例例2.2.1 電路如圖電路如圖2.1.3所示，運(yùn)放的開環(huán)電壓增益所示，運(yùn)放的開環(huán)電壓增益Avo=2105,輸入輸入電阻電阻ri=0.6M，電源電壓，電源電壓V+=+12V,V-=-12V。(1)試求當(dāng)試求當(dāng)vo=Vom=12V時(shí)輸入電壓的最小幅值時(shí)輸入電

19、壓的最小幅值vP-vN=? 輸入電流輸入電流ii=?圖圖2.1.3 運(yùn)算放大器的電路模型運(yùn)算放大器的電路模型解：由解：由/PNOvovvvA當(dāng)當(dāng)vo=Vom=12V時(shí)時(shí)512/(2 10 )60VA PNvv()/iPNiivvr660/(0.6 10 )A 100pA 例例2.2.1 電路如圖電路如圖2.1.3所示，運(yùn)放的開環(huán)電壓增益所示，運(yùn)放的開環(huán)電壓增益Avo=2105,輸入輸入電阻電阻ri=0.6M，電源電壓，電源電壓V+=+12V,V-=-12V。 (2)畫出傳輸特性曲線畫出傳輸特性曲線vo=f(vP-vN)。說(shuō)明運(yùn)放的兩個(gè)區(qū)域。說(shuō)明運(yùn)放的兩個(gè)區(qū)域。 解：取解：取a點(diǎn)（點(diǎn)（+60V,

20、+12V），）， b點(diǎn)（點(diǎn)（-60V,-12V），連接），連接a、b兩點(diǎn)得兩點(diǎn)得ab線線段，其斜率段，其斜率Avo=2105, vP-vN 60 V，則運(yùn)放進(jìn)入非線性區(qū)。，則運(yùn)放進(jìn)入非線性區(qū)。運(yùn)放的電壓傳輸特性如圖所示。運(yùn)放的電壓傳輸特性如圖所示。Avo=2105(+60V,+12V)(-60V,-12V)2.2 理想運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器1. vo o的飽和極限值等于運(yùn)放的飽和極限值等于運(yùn)放的電源電壓的電源電壓V和和V 2. 運(yùn)放的開環(huán)電壓增益很高運(yùn)放的開環(huán)電壓增益很高 若（若（vPvN）0 則則 vO= +Vom=V 若（若（vPvN）0 則則 vO= Vom=V 3. 若若V vO R

21、3時(shí)，時(shí)，（1）試證明）試證明Vs( R3R1/R2 ) Im 解（解（1）根據(jù)虛斷有）根據(jù)虛斷有 I1 =0所以所以 I2 = Is = Vs / R1 例例2.3.3直流毫伏表電路直流毫伏表電路（2）R1R2150k ，R31k ，輸入信號(hào)電壓輸入信號(hào)電壓Vs100mV時(shí)，通過(guò)時(shí)，通過(guò)毫伏表的最大電流毫伏表的最大電流Im(max)？ 又又根據(jù)虛短有根據(jù)虛短有 Vp = Vn =0R2和和R3相當(dāng)于并聯(lián)，所以相當(dāng)于并聯(lián)，所以 I2R2 = R3 (I2 - - Im )所以所以1s332mRVRRRI)( 當(dāng)當(dāng)R2 R3時(shí)，時(shí)，Vs( R3R1/R2 ) Im （2）代入數(shù)據(jù)計(jì)算即可）代入數(shù)

22、據(jù)計(jì)算即可2.4 同相輸入和反相輸入同相輸入和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用放大電路的其他應(yīng)用2.4.1 求差電路求差電路2.4.2 儀用放大器儀用放大器2.4.3 求和電路求和電路2.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路2.4.1 求差電路求差電路 從結(jié)構(gòu)上看，它是反相從結(jié)構(gòu)上看，它是反相輸入和同相輸入相結(jié)合的放輸入和同相輸入相結(jié)合的放大電路。大電路。4on1ni1RvvRvv 3p2pi20RvRvv i114i2323141ovRRvRRRRRRv )(當(dāng)當(dāng),2314RRRR 則則)(i1i214ovvRRv 若繼續(xù)有若繼續(xù)有,14RR 則則i1i2ovvv 根據(jù)根據(jù)虛短虛短、虛斷虛

23、斷和和N N、P P點(diǎn)的點(diǎn)的KCLKCL得：得：pnvv 2.4.1 求差電路求差電路從放大器角度看從放大器角度看14i1i2odRRvvvAv 時(shí)，時(shí)，2314RRRR )(i1i214ovvRRv 增益為增益為（該電路也稱為差分電路或減法電路）（該電路也稱為差分電路或減法電路）2.4.1 求差電路求差電路一種高輸入電阻的差分電路一種高輸入電阻的差分電路2.4.2 儀用放大器儀用放大器)21(123421ORRRRA vvvv2.4.3 求和電路求和電路1ni1-Rvv3on-Rvv 根據(jù)根據(jù)虛短虛短、虛斷虛斷和和N N點(diǎn)點(diǎn)的的KCLKCL得：得：2i231 i13o-vRRvRRv 321

24、RRR 若若0pn vv2ni2-Rvv 則有則有2i1 io-vvv （該電路也稱為加法電路）（該電路也稱為加法電路）2.4.3 求和電路的進(jìn)一步討論求和電路的進(jìn)一步討論Vi3-+ARfRVoIfR3I3IdVi2R2I2Vi1I1R18.1.1 求和電路00_VVId虛短、虛斷)(332211RVRVRVRViiifofIIII321特點(diǎn)：調(diào)節(jié)某一路信號(hào)的輸入電阻不影響其他路輸入與輸出 的比例關(guān)系； 稱為支路增益，一般11. 求和電路/fnRR2.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路1. 積分電路積分電路式中，式中，負(fù)號(hào)表示負(fù)號(hào)表示vO與與vI在相位上是相反的在相位上是相反的。根據(jù)

25、根據(jù)“虛短虛短”，得得根據(jù)根據(jù)“虛斷虛斷”，得得0NPvv0i i因此因此12ii IvRsC1Ov tRCd1IOvv（積分運(yùn)算）（積分運(yùn)算）即即RvvsCvvNIoN1相當(dāng)于微分相當(dāng)于積分，其中Ss12.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路1. 積分電路積分電路根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”，得得根據(jù)根據(jù)“虛斷虛斷”，得得0NPvv0i i因此因此21ii 即即cNIiRvvdtdVCiCc又又即即dtdVCdtdVCRvOCI tRCd1IOvv2.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路當(dāng)當(dāng)vI I為階躍電壓時(shí)，有為階躍電壓時(shí)，有vO與與 t 成線性關(guān)系成線性關(guān)系 tRCd1IOvv

26、tRCVi tV i 1. 積分電路積分電路積分電路的用途將方波變?yōu)槿遣ǚe分電路的用途將三角波變?yōu)檎也ǚe分電路的用途tUu sinmI tRCUttURCu cosdsin1mmO tuOORCU m可見，輸出電壓的相位比輸入電壓的相位領(lǐng)可見，輸出電壓的相位比輸入電壓的相位領(lǐng)先先 90 。因此，此時(shí)積分電路的作用是。因此，此時(shí)積分電路的作用是移相移相。 tuIOUm 2 3圖圖 7.2.172.4.4 積分電路和微分電路積分電路和微分電路2. 微分電路微分電路tRCddIOvv 根據(jù)根據(jù)“虛短虛短”，得得根據(jù)根據(jù)“虛斷虛斷”，得得0NPvv0i i因此因此ii 1IRsCvOv即即Rvvs

27、CvvoNNI1相當(dāng)于微分相當(dāng)于積分，其中Ss1uit0t0uotuisin若輸入：若輸入：則：則：)90sin(costRCtRCuo高頻信號(hào)將產(chǎn)生較大的噪聲。高頻信號(hào)將產(chǎn)生較大的噪聲。Auo越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須在在輸出與輸入輸出與輸入之間之間加負(fù)反饋加負(fù)反饋才能使其擴(kuò)大輸入信號(hào)的線性范圍。才能使其擴(kuò)大輸入信號(hào)的線性范圍。放大倍數(shù)與負(fù)載無(wú)關(guān)。分析多放大倍數(shù)與負(fù)載無(wú)關(guān)。分析多個(gè)運(yùn)放級(jí)聯(lián)組合的線性電路時(shí)個(gè)運(yùn)放級(jí)聯(lián)組合的線性電路時(shí)可以分別對(duì)每個(gè)運(yùn)放進(jìn)行?？梢苑謩e對(duì)每個(gè)運(yùn)放進(jìn)行。0or3.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí)3.3 二極管二極管3.4 二極管基

28、本電路及其分析方法二極管基本電路及其分析方法3.5 特殊二極管特殊二極管3.2 PN結(jié)的形成及特性結(jié)的形成及特性3 半導(dǎo)體二極管及基本電路半導(dǎo)體二極管及基本電路3.1 半導(dǎo)體的基本知識(shí)半導(dǎo)體的基本知識(shí) 3.1.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料 3.1.2 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 3.1.3 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用 3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體導(dǎo)體導(dǎo)體( (conductor) )：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體導(dǎo)體，金，金屬一般都是導(dǎo)體。屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體絕緣體( (semiconductor) )：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為有的物質(zhì)

29、幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體半導(dǎo)體(insulator)：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為體之間，稱為半導(dǎo)體半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。化物、氧化物等。3.1.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料3.1.1 半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體材料半導(dǎo)體半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于的導(dǎo)電機(jī)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(diǎn)。例如：其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如： 當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化

30、。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)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。電能力明顯改變。 3.1.2 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)GeSi 3.1.2 半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的共價(jià)鍵硅和鍺的共價(jià)鍵(covalent bond)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共共價(jià)鍵共用電子對(duì)用電子對(duì)+4+4+4+4+4+4表示除表示除去價(jià)電子去價(jià)電子后的原子后的原子 3.1.3 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用1.1.本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體(intrinsic or pure insulator)硅和鍺的晶硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：體結(jié)構(gòu)：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體

31、晶體。完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。 3.1.3 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用2. .載流子、自由電子和空穴載流子、自由電子和空穴(carrier、free electrons and holes)+4+4+4+4自由電子自由電子空穴空穴束縛電子束縛電子 3.1.3 本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用3.載流子的產(chǎn)生與復(fù)合載流子的產(chǎn)生與復(fù)合+4+4+4+4本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子自由電子和和空穴空穴。 3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體1. 1. P 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半

32、導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。 3.1.4 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體2. N 型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+4+4+5+4多余多余電子電子磷原子磷原子N 型半導(dǎo)體中的載型半導(dǎo)體中的載流子是什么？流子是什么？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。自由電子稱為濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子多數(shù)載流子（多子多子），空穴稱為），空穴稱為少數(shù)載流子少數(shù)載流子（少子少子）。）。3.2 PN結(jié)的形成及特性結(jié)的形成及特性 3.2.1 載流子的漂移與擴(kuò)散載流子的漂移與擴(kuò)散 3.2.2 PN結(jié)的形成

33、結(jié)的形成 3.2.3 PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦?3.2.4 PN結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 3.2.5 PN結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng) 3.2.2 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散擴(kuò)散(diffusion)的結(jié)的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。越寬。內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移(drift)運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。使空間電荷區(qū)變薄。空間電荷區(qū)，空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。也稱耗盡層。 3.2.2 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成漂移運(yùn)動(dòng)漂移運(yùn)

34、動(dòng)P型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體型半導(dǎo)體+擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)內(nèi)電場(chǎng)E所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。 3.2.2 PN 結(jié)的形成結(jié)的形成+空間電空間電荷區(qū)荷區(qū)N型區(qū)型區(qū)P型區(qū)型區(qū)電位電位VV0 3.2.3 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)結(jié)(PN junction)正向偏置正向偏置+內(nèi)電場(chǎng)減弱，使擴(kuò)散加強(qiáng)，內(nèi)電場(chǎng)減弱，使擴(kuò)散加強(qiáng)，擴(kuò)散擴(kuò)散 飄移，正向電流大飄移，正向電流大空間電荷區(qū)變薄空間電荷區(qū)變薄PN+_正向電流正向

35、電流 3.2.3 PN 結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)結(jié)(PN junction)反向偏置反向偏置+空間電荷區(qū)變厚空間電荷區(qū)變厚NP+_+內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)，使擴(kuò)散停止，內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)，使擴(kuò)散停止，有少量飄移，反向電流很小有少量飄移，反向電流很小反向飽和電流反向飽和電流很小，很小， A A級(jí)級(jí) 3.2.4 PN 結(jié)的反向擊穿結(jié)的反向擊穿 電擊穿電擊穿 ( (可逆可逆) ) 熱擊穿熱擊穿 ( (不可逆不可逆) 擊穿擊穿雪崩擊穿雪崩擊穿(avalanche breakdown):碰撞碰撞, ,載流子載流子倍增效應(yīng)。倍增效應(yīng)。齊納擊穿齊納擊穿(zener breakdown): :局部電場(chǎng)增強(qiáng)局部電場(chǎng)增強(qiáng),

36、 ,分離。分離。整流二極管整流二極管 雪崩擊穿雪崩擊穿( (多數(shù)多數(shù)) )穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓二極管 齊納擊穿齊納擊穿( (多數(shù)多數(shù)) )擊穿擊穿 3.2.5 PN 結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)的兩種電容效應(yīng)：結(jié)的兩種電容效應(yīng)：擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容CD和和勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容CBPN結(jié)處于正向偏置時(shí)，多子的擴(kuò)散導(dǎo)致在結(jié)處于正向偏置時(shí)，多子的擴(kuò)散導(dǎo)致在P區(qū)（區(qū)（N區(qū)）靠近區(qū)）靠近結(jié)的邊緣有高于正常情況的電子（空穴）濃度，這種超量的結(jié)的邊緣有高于正常情況的電子（空穴）濃度，這種超量的濃度可視為電荷存儲(chǔ)到濃度可視為電荷存儲(chǔ)到PN結(jié)的鄰域結(jié)的鄰域PN結(jié)的電容效應(yīng)直接影響半導(dǎo)體器件的高頻和開關(guān)性能結(jié)的電容效應(yīng)直接影

37、響半導(dǎo)體器件的高頻和開關(guān)性能1. 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容 3.2.5 PN 結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)+NPpLx濃濃度度分分布布耗耗盡盡層層NP區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)中中空空穴穴區(qū)區(qū)中中電電子子區(qū)區(qū)濃濃度度分分布布nL法）法）(FddDDQvQC PN結(jié)反向偏置時(shí)，載流子數(shù)結(jié)反向偏置時(shí)，載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容可忽略目很少，擴(kuò)散電容可忽略+NPpLx濃濃度度分分布布耗耗盡盡層層NP區(qū)區(qū)區(qū)區(qū)中中空空穴穴區(qū)區(qū)中中電電子子區(qū)區(qū)濃濃度度分分布布nL1. 擴(kuò)散電容擴(kuò)散電容 3.2.5 PN 結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)域，當(dāng)反向偏置反向偏置電壓電壓變化變化時(shí)，時(shí)，就會(huì)引起積

38、累在勢(shì)壘區(qū)的空就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷的變化間電荷的變化2. 勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容類似于平板電容器兩極板上電荷的變化類似于平板電容器兩極板上電荷的變化 3.2.5 PN 結(jié)的電容效應(yīng)結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)的電容效應(yīng)是擴(kuò)散電容和勢(shì)壘電容的綜合反映，在高頻結(jié)的電容效應(yīng)是擴(kuò)散電容和勢(shì)壘電容的綜合反映，在高頻運(yùn)用時(shí)，須考慮運(yùn)用時(shí)，須考慮PN結(jié)電容的影響結(jié)電容的影響PN結(jié)電容的大小與本身的結(jié)構(gòu)和工藝及外加電壓有關(guān)。正偏結(jié)電容的大小與本身的結(jié)構(gòu)和工藝及外加電壓有關(guān)。正偏時(shí)，結(jié)電容較大（主要決定于擴(kuò)散電容）；反偏時(shí)，結(jié)電容時(shí)，結(jié)電容較大（主要決定于擴(kuò)散電容）；反偏時(shí)，結(jié)電容較小（主要決定于勢(shì)壘電容）較?。ㄖ饕?/p>

39、決定于勢(shì)壘電容）3.3 二極管二極管 3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 3.3.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性 3.3.3 二極管的參數(shù)二極管的參數(shù) 3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極半導(dǎo)體二極管管(diode insulator)圖片圖片 3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極半導(dǎo)體二極管管(diode insulator)圖片圖片 3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極半導(dǎo)體二極管管(diode insulator)圖片圖片 3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 在在PN結(jié)上加上引線和封裝，就

40、成為一個(gè)二極管。二極結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類。三大類。(1) 點(diǎn)接觸型二極管點(diǎn)接觸型二極管(a)(a)點(diǎn)接觸型點(diǎn)接觸型 二極管的結(jié)構(gòu)示意圖二極管的結(jié)構(gòu)示意圖 PN結(jié)面積小，結(jié)電結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等容小，用于檢波和變頻等高頻電路。高頻電路。 3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)(2) 面接觸型二極管面接觸型二極管 PN結(jié)面積大，用結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。于工頻大電流整流電路。(b)(b)面接觸型面接觸型(3) 平面型二極管平面型二極管(c)(c)平面型平面型陰

41、極陰極引線引線陽(yáng)極陽(yáng)極引線引線PNP 型支持襯底型支持襯底(4) 二極管的代表符號(hào)二極管的代表符號(hào)(symbol)(d) 代表符號(hào)代表符號(hào)k 陰極陰極陽(yáng)極陽(yáng)極 aanode cathode 3.3.1 半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 往往用于集成電路往往用于集成電路制造藝中。制造藝中。PN 結(jié)面積結(jié)面積可大可小，用于高頻整可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。流和開關(guān)電路中。 3.3.2 PN 結(jié)的伏安特性結(jié)的伏安特性0 D/V0.2 0.4 0.6 20 40 605101520 10 20 30 40iD/ AiD/mAVthVBR正向特性正向特性反向特性反向特性反向擊穿特性反向擊穿特

42、性二極管的伏安特性二極管的伏安特性( (volt-ampere characteristic)曲線的表示式：曲線的表示式：)(/SDD1 TVveIi硅二極管硅二極管2CP102CP10的的V V- -I I 特性特性3.3.3 二極管的參數(shù)二極管的參數(shù)1. 最大整流電流最大整流電流 IF 二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。平均電流。2. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓VBR 二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^(guò)熱而燒壞。手冊(cè)上二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模?/p>

43、甚至過(guò)熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓給出的最高反向工作電壓約為約為擊穿電壓的一半。擊穿電壓的一半。3. 反向電流反向電流 IR 指管子未擊穿時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管指管子未擊穿時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆睿虼朔聪螂娏髟叫≡胶?。反向電流受子的單向?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。溫度的影響，溫度越高反向電流越大?.3.3 二極管的參數(shù)二極管的參數(shù)4. 二極管的極間電容二極管的極間電容（parasitic capacitance） 二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成

44、：勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容(barrier（depletion）capacitance)CB和和擴(kuò)散電擴(kuò)散電容容(diffusion capacitance)CD。勢(shì)壘電容：勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時(shí)，勢(shì)壘電容：勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時(shí)，就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是的電容是勢(shì)壘電容勢(shì)壘電容。2.3.3 二極管的參數(shù)二極管的參數(shù)4. 二極管的極間電容二極管的極間電容擴(kuò)散電容：擴(kuò)散電容：為了形成正向電流為了形成正向電流（擴(kuò)散電流），注入（擴(kuò)散電流），注入P 區(qū)的少子區(qū)的少子（電子）在（電子）在P

45、區(qū)有濃度差，越靠區(qū)有濃度差，越靠近近PN結(jié)濃度越大，即在結(jié)濃度越大，即在P 區(qū)有電區(qū)有電子的積累。同理，在子的積累。同理，在N區(qū)有空穴的區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積累的電荷積累。正向電流大，積累的電荷多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容電容CD。P+-NCB在高頻和反向偏置時(shí)明顯。在高頻和反向偏置時(shí)明顯。 CD在正向在正向偏置時(shí)明顯。偏置時(shí)明顯。3.3.3 二極管的參數(shù)二極管的參數(shù)5. 微變電阻微變電阻 rDiDvDIDVDQ iD vD rD 是二極管特性曲線上工是二極管特性曲線上工作點(diǎn)作點(diǎn)Q 附近電壓的變化與電流附近電壓的變化與電流的變化之比：的變化之比：DDDi

46、vr 顯然，顯然，rD是對(duì)是對(duì)Q附近的微小變化附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。區(qū)域內(nèi)的電阻。3.4 二極管基本電路及其分析方法二極管基本電路及其分析方法 3.4.1 簡(jiǎn)單二極管電路的圖解分析方法簡(jiǎn)單二極管電路的圖解分析方法 3.4.2 二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法 3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法1.理想模型（理想模型（ideal diode)vDiD 當(dāng)電源電壓遠(yuǎn)比二極管的管壓降大時(shí)，利用此模當(dāng)電源電壓遠(yuǎn)比二極管的管壓降大時(shí)，利用此模型作近似分析。型作近似分析。iDvD2.恒壓降模型（恒壓降模型（offset model) 二極管導(dǎo)通

47、后，認(rèn)為其壓降是恒定的，典型值為二極管導(dǎo)通后，認(rèn)為其壓降是恒定的，典型值為0.7V，只有當(dāng)二極管的電流大于等于，只有當(dāng)二極管的電流大于等于1mA時(shí)，才是正確時(shí)，才是正確的。的。vDiDvDiDVth 3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法3.折線模型折線模型(piecewise linear diode model) 認(rèn)為其壓降不是恒定的，而是隨著二極管電流的認(rèn)為其壓降不是恒定的，而是隨著二極管電流的增加而增加，用一個(gè)電池與一個(gè)電阻的串聯(lián)來(lái)進(jìn)一步增加而增加，用一個(gè)電池與一個(gè)電阻的串聯(lián)來(lái)進(jìn)一步的近似。的近似。 rD近似為近似為 200。vDiDVth0.5VvDVth

48、rDiD 3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法4.小信號(hào)模型小信號(hào)模型(small signal model) 當(dāng)二極管在其伏安特性的某一小范圍內(nèi)工作，可當(dāng)二極管在其伏安特性的某一小范圍內(nèi)工作，可以把伏安特性看出一條直線。以把伏安特性看出一條直線。 小信號(hào)模型的微變等效小信號(hào)模型的微變等效電阻電阻rd26（mv）/ID。vDiDvD D iD iDvDrD 3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例1. 整流電路整流電路二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱愣O管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱悖ê?/p>

49、略二極管正向壓降），反向電阻為無(wú)窮大（忽略二極管正向壓降），反向電阻為無(wú)窮大DRvOvs+-vsvO 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 2. 二極管的靜態(tài)工作情況分析二極管的靜態(tài)工作情況分析V 0D VmA 1/DDD RVI理想模型理想模型（R=10k ）（1）VDD=10V 時(shí)時(shí)mA 93. 0/ )(DDDD RVVI恒壓模型恒壓模型V 7 . 0D V（硅二極管典型值）（硅二極管典型值）折線模型折線模型V 5 . 0th V（硅二極管典型值）（硅二極管典型值）mA 931. 0DthDDD rRVVI k 2 . 0Dr設(shè)設(shè)V 69. 0DDthD rIVV（2）VDD=1V 時(shí)時(shí)（自看）（自看）+

50、DiDVDD+ DiDVDDVD+ DiDVDDrDVth+ iDVDDvDR 3. 限幅電路限幅電路 O + D VREF I + R 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例 vO + VREF vI + R D VD vO + VREF vI + R D 有一限幅電路如圖所示，有一限幅電路如圖所示， R=1k ， VREF=3V,二極管為二極管為硅二極管。分別用理想模型和硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型求解一下兩問(wèn)：恒壓降模型求解一下兩問(wèn)：（）（）vI=0V、4V、6V時(shí)，求時(shí)，求相應(yīng)的輸出電壓相應(yīng)的輸出電壓vO的值；的值；（）當(dāng)（）當(dāng)vI=sinwt(V)時(shí)，繪時(shí)，繪出相應(yīng)的輸出電壓波形出相應(yīng)的輸出電壓波

51、形 4. 開關(guān)電路開關(guān)電路 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例+5VvI1vI2VCC&4.7k vO 5. 低電壓穩(wěn)壓電路低電壓穩(wěn)壓電路 + D iD VI VO iD vD + D + VI R VI 6. 小信號(hào)工作情況分析小信號(hào)工作情況分析 應(yīng)用舉例應(yīng)用舉例求求 vD、 iD R=5k VDDD + 5V ID + VD iD vD + D + VDD DSD R=5k vi vi = 0.1sin t VVDD = 5V，VD0.7VID =(5-0.7)/5k=0.86mA靜態(tài)分析靜態(tài)分析vi = 0動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析VDD = 0疊加原理疊加原理 iD + rd + vI R vD 30)m

52、A(86. 0)mV(26)mA()mV(26DDdIIVrTtmVsin6 . 0t1sin. 0k03. 0k5k03. 0vrRrrividddDD 3.5 特殊體二極管特殊體二極管 3.5.1 齊納二極管齊納二極管 3.5.2 變?nèi)荻O管變?nèi)荻O管 3.5.4 光電子器件光電子器件1. 光電二極管光電二極管2. 發(fā)光二極管發(fā)光二極管3. 激光二極管激光二極管3.5.1 齊納二極管齊納二極管vZ /ViZ /mAIZIZmax VZ IZ穩(wěn)壓穩(wěn)壓誤差誤差曲線越陡，電曲線越陡，電壓越定。壓越定。+VZ動(dòng)態(tài)電阻：動(dòng)態(tài)電阻：ZZIVZr rz越小，穩(wěn)壓越小，穩(wěn)壓性能越好。性能越好。（4）穩(wěn)定電

53、流穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。（5）最大允許功耗）最大允許功耗maxZZZMIVP 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管（zener diode)的參數(shù)的參數(shù):（1）穩(wěn)定電壓穩(wěn)定電壓 VZ（2）電壓溫度系數(shù)電壓溫度系數(shù) U（%/） 穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。（3）動(dòng)態(tài)電阻）動(dòng)態(tài)電阻ZZIVZr 3.5.1 齊納二極管齊納二極管穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路3.5.1 齊納二極管齊納二極管+R-IR+-RLIOVOVIIZDZ負(fù)載增加負(fù)載增加 Io VO(VZ) IR VO(VZ) IZ IR 電源電壓波電源電壓波動(dòng)動(dòng)VI增加使增加使VO V

54、Z IZ IR VO 小結(jié)小結(jié):PN結(jié)的形成及特性。結(jié)的形成及特性。二極管應(yīng)用電路的分析與計(jì)算。二極管應(yīng)用電路的分析與計(jì)算。穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)原則。穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)原則。高頻管、低頻管高頻管、低頻管小、中、大功率管小、中、大功率管硅管、鍺管硅管、鍺管NPN型、型、PNP型型半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管: : 是具有電流放大功能的元件是具有電流放大功能的元件三極管分類：三極管分類：4.1 NNPNPN型型becPNP型型beciBiEiCbeciBiEiCNPN型三極管符號(hào)PNP型三極管符號(hào)發(fā)射極箭頭表示：當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏時(shí)，電流的流向。發(fā)射極箭頭表示：當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏時(shí)，電流的流向。發(fā)射極集電極基極集電極電流發(fā)

55、射極電流基區(qū)：最薄，基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高雜濃度最高集電結(jié)集電結(jié)JcJc基極基極發(fā)射極發(fā)射極集電極集電極集電區(qū)：集電區(qū)：面積最大面積最大問(wèn)題問(wèn)題：c c、e e兩極可否互換？?jī)蓸O可否互換？BJT結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高； 集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大； 基區(qū)很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且基區(qū)很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且摻雜濃度最低。摻雜濃度最低。管芯結(jié)構(gòu)剖面圖管芯結(jié)構(gòu)剖面圖BJTBJT結(jié)構(gòu)剖面圖：結(jié)構(gòu)剖面圖：共集電極接法共集電極接法：c作為公共端；作為公共端；

56、b為輸入端，為輸入端，e為輸出端；為輸出端； 共基極接法共基極接法：b作為公共端，作為公共端，e為輸入端，為輸入端， c為輸出端。為輸出端。共發(fā)射極接法共發(fā)射極接法：e作為公共端；作為公共端；b為輸入端，為輸入端，c為輸出端；為輸出端；4.1.2 BJTBJT的電流分配和放大原理的電流分配和放大原理eEBRBRC發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 VBVE集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏 VCVB即即VCVBVEEB來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)：VCVBEC來(lái)實(shí)現(xiàn)來(lái)實(shí)現(xiàn)即即 VCVBVE共射放大電路組成共射放大電路組成4.1.2 BJTBJT的電流分配與放大原理的電流分配與放大原理2. 內(nèi)部

57、載流子的傳輸過(guò)程內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程 三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過(guò)載流子傳輸體現(xiàn)出來(lái)的。過(guò)載流子傳輸體現(xiàn)出來(lái)的。 外部條件：外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子 以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極管。或BJT (Bipolar Junction Transistor)。 （以（以NPN為例）為例）放大狀態(tài)下放大狀態(tài)下BJTBJT中載流子的傳輸過(guò)程中載流子的傳輸過(guò)程集電區(qū)：收集載流子集電區(qū)：收集載流子基區(qū)：傳送和控制基區(qū)：傳送和控制 載流

58、子載流子IE=IB+ ICECBOECBONCCIIIIII BCEOBCIIII 發(fā)發(fā)射射極極注注入入電電流流傳傳輸輸?shù)降郊婋姌O極的的電電流流設(shè)設(shè) ECNII 即 ECII 則則有有 、 為電流放大系數(shù)為電流放大系數(shù)，它只它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無(wú)關(guān)。一般關(guān)，與外加電壓無(wú)關(guān)。一般 1， 幾十。幾十。3.三極管三極管電流分配關(guān)系電流分配關(guān)系BCII .,;,ECBCiiii 而而取取而而通通常常取取)(1v TBEeIiESEvIEIC IBECBOECIIII BEBCEOBCIIIIII)1( （3） BCBCiiII（4）（2）（1）

59、4.三極管的電流分配關(guān)系總結(jié)三極管的電流分配關(guān)系總結(jié)（5）電流放大系數(shù)）電流放大系數(shù)1. 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ICVBBmA AVCEVBERBIBVC C +注意：注意：T的類型與的類型與VBE、IB、VCE、IC極性極性ebc4.1.3 BJTBJT的特性曲線的特性曲線vCE = 0V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f (vBE) vCE=常數(shù)常數(shù)vCE = 0V vCE 1V(1) 當(dāng)當(dāng)vCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。（以共射極放大電路為例）（以共射極放大電路為例）

60、1. 輸入特性曲線輸入特性曲線(2) 當(dāng)當(dāng)vCE1V時(shí)，時(shí)， vCB= vCE - vBE0，集電結(jié)已進(jìn)入反，集電結(jié)已進(jìn)入反 偏狀態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的偏狀態(tài)，開始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE 下下 IB減小，特性曲線右移。減小，特性曲線右移。(3) 輸入特性曲線的三個(gè)部分輸入特性曲線的三個(gè)部分死區(qū)死區(qū)非線性區(qū)非線性區(qū)線性區(qū)線性區(qū)結(jié)論：整體是非線性的，局部可看作是線性的結(jié)論：整體是非線性的，局部可看作是線性的輸出特性輸出特性IB=020 A40 A60 A80 A100 A常常數(shù)數(shù) BiCfiCEv36iC(mA)1234vCE(V)912O放大區(qū)放大區(qū)(1) 放大區(qū)放大區(qū) 在