模數(shù)電子技術(清華大學)課件匯總

1、2022-7-51電電 子子 技技 術術前前 進進2022-7-52緒緒 論論模模 擬擬 部部 分分數(shù)數(shù) 字字 部部 分分（點擊進入有關部分）（點擊進入有關部分）電電 子子 技技 術術退退 出出2022-7-53緒緒 論論返返 回回電子技術發(fā)展簡史電子技術發(fā)展簡史電子技術的應用電子技術的應用電子技術課程安排電子技術課程安排前前 進進退退 出出2022-7-54I. 電子技術發(fā)展史電子技術發(fā)展史 電子技術的出現(xiàn)和應用，使人類進入了高新技電子技術的出現(xiàn)和應用，使人類進入了高新技術時代。電子技術誕生的歷史雖短，但深入的領域術時代。電子技術誕生的歷史雖短，但深入的領域卻是最深最廣，它不僅是現(xiàn)代化社會的

2、重要標志，卻是最深最廣，它不僅是現(xiàn)代化社會的重要標志，而且成為人類探索宇宙宏觀世界和微觀世界的物質(zhì)而且成為人類探索宇宙宏觀世界和微觀世界的物質(zhì)技術基礎。電子技術是在通信技術發(fā)展的基礎上誕技術基礎。電子技術是在通信技術發(fā)展的基礎上誕生的。隨著新型電子材料的發(fā)現(xiàn)，電子器件發(fā)生了生的。隨著新型電子材料的發(fā)現(xiàn)，電子器件發(fā)生了深刻變革。自深刻變革。自19061906年第一支電子器件發(fā)明以來，世年第一支電子器件發(fā)明以來，世界電子技術經(jīng)歷了電子管、晶體管和集成電路等重界電子技術經(jīng)歷了電子管、晶體管和集成電路等重要發(fā)展階段。要發(fā)展階段。返返 回回前前 進進2022-7-55I. 電子技術發(fā)展史電子技術發(fā)展史

3、電子技術的出現(xiàn)和應用，使人類進入了高新技電子技術的出現(xiàn)和應用，使人類進入了高新技術時代。電子技術誕生的歷史雖短，但深入的領域術時代。電子技術誕生的歷史雖短，但深入的領域卻是最深最廣，它不僅是現(xiàn)代化社會的重要標志，卻是最深最廣，它不僅是現(xiàn)代化社會的重要標志，而且成為人類探索宇宙宏觀世界和微觀世界的物質(zhì)而且成為人類探索宇宙宏觀世界和微觀世界的物質(zhì)技術基礎。技術基礎。電子技術是在通信技術發(fā)展的基礎上誕電子技術是在通信技術發(fā)展的基礎上誕生的。生的。隨著新型電子材料的發(fā)現(xiàn)，電子器件發(fā)生了隨著新型電子材料的發(fā)現(xiàn)，電子器件發(fā)生了深刻變革。深刻變革。19061906年第一支電子器件發(fā)明以來，世界年第一支電子器

4、件發(fā)明以來，世界電子技術經(jīng)歷了電子技術經(jīng)歷了電子管、晶體管和集成電路電子管、晶體管和集成電路等重要等重要發(fā)展階段。發(fā)展階段。2022-7-561.原始通信方式原始通信方式人力、烽火臺等人力、烽火臺等2.橫木通信機橫木通信機1791年（法）年（法）C.Chappe3.有線電報有線電報1837年（美）年（美）S . B . Morse4.有線電話有線電話1875年（蘇）年（蘇）A. G. Bell5.無線電收發(fā)報機無線電收發(fā)報機1895年年（意）意）G.Marconi通信業(yè)務蓬勃發(fā)展通信業(yè)務蓬勃發(fā)展電子器件產(chǎn)生之后。電子器件產(chǎn)生之后。一一. . 通信技術的發(fā)展通信技術的發(fā)展2022-7-57 電子

5、器件是按照電子器件是按照“電子管電子管晶體晶體管管集成電路集成電路”的順序，逐步發(fā)展起的順序，逐步發(fā)展起來的。來的。 二二. . 電子器件的產(chǎn)生電子器件的產(chǎn)生 電電 子子 管管 晶晶 體體 管管 集集 成成 電電 路路2022-7-581. 真空電子管的發(fā)明：真空電子管的發(fā)明：真空二極管真空二極管1904年（美）年（美）Fleming真空三極管真空三極管1906年（美）年（美）Leede Forest2.晶體管的產(chǎn)生晶體管的產(chǎn)生晶體管晶體管Transistor1947（美）（美） Shockley、 Bardeen、Brattain集成電路集成電路IC(integrate circuit)19

6、59 （美）（美） Kilby、Noyis二二. . 電子器件的產(chǎn)生電子器件的產(chǎn)生3.集成電路的出現(xiàn)集成電路的出現(xiàn)集成電路的出現(xiàn)，標志著人類進入了微電子時代。集成電路的出現(xiàn)，標志著人類進入了微電子時代。2022-7-59 自電子器件出現(xiàn)自電子器件出現(xiàn)至今，電子技術已經(jīng)至今，電子技術已經(jīng)應用到了社會的各個應用到了社會的各個領域。領域。 II .電子技術的應用電子技術的應用返返 回回前前 進進2022-7-510II .電子技術的應用電子技術的應用1875年年（蘇）（蘇）1906年年（美）（美）1925年年（美、英）（美、英）1946年年（美）（美）1923年年（瑞）（瑞）1902年年（美）（美）

7、1901年年（美）（美）1934年年（俄）（俄）Internet互聯(lián)網(wǎng)1990年年（美）（美）1992年年（中）（中）VCD1983年年（美）（美）1961年年（美）（美）2022-7-511III. 課程安排課程安排一一. 內(nèi)容劃分內(nèi)容劃分 模擬部分模擬部分 器件：器件：二極管二極管 、 三極管三極管 、 場效應管場效應管 放大器：放大器： 基本放大器基本放大器 、 反饋放大器反饋放大器 差動放大器差動放大器 、 功率放大器功率放大器集成電路：集成電路：集成運算放大器集成運算放大器電源：電源：交流電源（振蕩器）、交流電源（振蕩器）、 直流電源（穩(wěn)壓電源直流電源（穩(wěn)壓電源）無線電：無線電：無線

8、電知識無線電知識 、 收音機收音機 數(shù)字部分數(shù)字部分邏輯代數(shù)邏輯代數(shù)無線電：無線電：無線電知識無線電知識 、 收音機收音機 邏輯門電路：邏輯門電路： 基本門基本門 、 復合門復合門組合邏輯電路組合邏輯電路 ： 編碼器編碼器 、 譯碼器、選擇器譯碼器、選擇器 比較器比較器 、 加法器加法器 脈沖：脈沖： 脈沖變換脈沖變換 、 脈沖產(chǎn)生脈沖產(chǎn)生返返 回回前前 進進2022-7-512二二. 時間安排時間安排 學習時間學習時間1學年學年上半年：上半年：模擬部分模擬部分下半年：下半年： 數(shù)字部分數(shù)字部分三三.學習注意事項學習注意事項課程特點課程特點電路圖多、內(nèi)容分散、誤差較大電路圖多、內(nèi)容分散、誤差較

9、大計算簡單、實用性強計算簡單、實用性強學習方法學習方法掌握電路的構成原則、記住幾個典型電路掌握電路的構成原則、記住幾個典型電路及時總結及練習、掌握近似原則、與實驗有機結合及時總結及練習、掌握近似原則、與實驗有機結合2022-7-513第一編第一編 模擬部分模擬部分 返返 回回第一章第一章 半導體器件半導體器件 第二章第二章 基本放大電路基本放大電路 第三章第三章 放大電路的頻率特性放大電路的頻率特性 第四章第四章 集成運算放大器集成運算放大器 第五章第五章 負反饋放大器負反饋放大器 第六章第六章 信號運算電路信號運算電路 第七章第七章 波形發(fā)生電路波形發(fā)生電路 第八章第八章 功率放大電路功率放

10、大電路 第九章第九章 直流電源直流電源 前前 進進退退 出出2022-7-514第一章第一章 半導體器件半導體器件 半導體材料、由半導體構成的半導體材料、由半導體構成的PNPN結、二極管結構特性、三極管結構特性及結、二極管結構特性、三極管結構特性及場效應管結構特性。場效應管結構特性。 本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：返返 回回前前 進進2022-7-5151 .1 半導體（半導體（Semiconductor）導電特性）導電特性 根據(jù)導電性質(zhì)把物質(zhì)分為根據(jù)導電性質(zhì)把物質(zhì)分為導體、絕導體、絕緣體、半導體緣體、半導體三大類。三大類。 而半導體又分為而半導體又分為本征半導體、雜質(zhì)本征半導體、雜質(zhì)（摻雜）半

11、導體（摻雜）半導體兩種。兩種。2022-7-5161 .1 .1 本征半導體本征半導體 純凈的、不含雜質(zhì)的半導體。常用的半導體材純凈的、不含雜質(zhì)的半導體。常用的半導體材料有兩種：硅（料有兩種：硅（SiSi）、鍺（）、鍺（GeGe）。）。硅硅Si Si （鍺（鍺GeGe）的原子結構如下：）的原子結構如下：這種結構的原子利用共價鍵構成了這種結構的原子利用共價鍵構成了本征半導體本征半導體結構。結構。2022-7-517 但在外界激勵下，產(chǎn)生但在外界激勵下，產(chǎn)生電子電子空穴對（本空穴對（本征激發(fā)）征激發(fā)） ，呈現(xiàn)導體的性質(zhì)。呈現(xiàn)導體的性質(zhì)。 這種穩(wěn)定的結構使得本征半導體常溫下這種穩(wěn)定的結構使得本征半導

12、體常溫下不能導電，呈現(xiàn)絕緣體性質(zhì)。不能導電，呈現(xiàn)絕緣體性質(zhì)。2022-7-518 但在外界激勵下，產(chǎn)生但在外界激勵下，產(chǎn)生電子電子空穴對（本空穴對（本征激發(fā)）征激發(fā)） ，呈現(xiàn)導體的性質(zhì)。呈現(xiàn)導體的性質(zhì)。 這種穩(wěn)定的結構使得本征半導體常溫下這種穩(wěn)定的結構使得本征半導體常溫下不能導電，呈現(xiàn)絕緣體性質(zhì)。不能導電，呈現(xiàn)絕緣體性質(zhì)。2022-7-519在外界激勵下，產(chǎn)生在外界激勵下，產(chǎn)生電子電子空穴對（本征激發(fā)）空穴對（本征激發(fā)）?？昭ㄒ部梢苿樱ㄠ徑娮拥囊来翁畛洌??？昭ㄒ部梢苿樱ㄠ徑娮拥囊来翁畛洌?022-7-520在外界激勵下，產(chǎn)生在外界激勵下，產(chǎn)生電子電子空穴對（本征激發(fā)）空穴對（本征激發(fā)）。

13、空穴也可移動（鄰近電子的依次填充）?？昭ㄒ部梢苿樱ㄠ徑娮拥囊来翁畛洌?。2022-7-521在外界激勵下，產(chǎn)生在外界激勵下，產(chǎn)生電子電子空穴對（本征激發(fā)）空穴對（本征激發(fā)）?？昭ㄒ部梢苿樱ㄠ徑娮拥囊来翁畛洌??？昭ㄒ部梢苿樱ㄠ徑娮拥囊来翁畛洌?。2022-7-522 半導體內(nèi)部存在兩種半導體內(nèi)部存在兩種載流子載流子（可導（可導電的自由電荷）：電子（負電荷）、空電的自由電荷）：電子（負電荷）、空穴（正電荷）。穴（正電荷）。 在本征半導體中，在本征半導體中，本征激發(fā)本征激發(fā)產(chǎn)生了產(chǎn)生了電子電子空穴對空穴對，同時存在電子，同時存在電子空穴對空穴對的的復合復合 。 電子濃度電子濃度 = 空穴濃度空穴濃

14、度 ni = pi2022-7-5231 .1 .2 雜質(zhì)半導體雜質(zhì)半導體 在本征半導體中摻入少量的其他特定元在本征半導體中摻入少量的其他特定元素（稱為雜質(zhì)）而形成的半導體。素（稱為雜質(zhì)）而形成的半導體。 根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導體又分根據(jù)摻入雜質(zhì)的不同，雜質(zhì)半導體又分為為N N型半導體型半導體和和P P型半導體型半導體。 常用的雜質(zhì)材料有常用的雜質(zhì)材料有5 5價元素磷價元素磷P P和和3 3價元素硼價元素硼B(yǎng) B。2022-7-524 N N型半導體內(nèi)部存在大量的電子和少量的空穴，電型半導體內(nèi)部存在大量的電子和少量的空穴，電子屬于多數(shù)載流子（簡稱多子），空穴屬于少數(shù)載流子屬于多數(shù)載流子（

15、簡稱多子），空穴屬于少數(shù)載流子（簡稱少子）。子（簡稱少子）。 n n p p N N型半導體主要靠電子導電。型半導體主要靠電子導電。一一 . N N型半導體（型半導體（電子型半導體）電子型半導體） 摻如非金屬雜質(zhì)磷摻如非金屬雜質(zhì)磷 P的半導體。的半導體。每摻入一個磷每摻入一個磷原子就相當于向半導體內(nèi)原子就相當于向半導體內(nèi)部注入一個自由電子。部注入一個自由電子。 2022-7-525 P P型半導體內(nèi)部存在大量的空穴和少量的電子，空型半導體內(nèi)部存在大量的空穴和少量的電子，空穴屬于多數(shù)載流子（簡稱多子），電子屬于少數(shù)載流穴屬于多數(shù)載流子（簡稱多子），電子屬于少數(shù)載流子（簡稱少子）。子（簡稱少子）。

16、 p n p n P P型半導體主要靠空穴導電。型半導體主要靠空穴導電。二二 . P P型半導體（空穴型型半導體（空穴型半導體）半導體） 摻如非金屬雜質(zhì)硼摻如非金屬雜質(zhì)硼 B 的半導體。的半導體。每摻入一個硼每摻入一個硼原子就相當于向半導體內(nèi)原子就相當于向半導體內(nèi)部注入一個空穴。部注入一個空穴。 2022-7-526 雜質(zhì)半導體導電性能主要由多數(shù)載流子決定，雜質(zhì)半導體導電性能主要由多數(shù)載流子決定，總體是電中性的，通常只畫出其中的雜質(zhì)離子和等總體是電中性的，通常只畫出其中的雜質(zhì)離子和等量的多數(shù)載流子。量的多數(shù)載流子。雜質(zhì)半導體的簡化表示法雜質(zhì)半導體的簡化表示法 2022-7-5271 .2 半導

17、體二極管（半導體二極管（Diode） 二極管的主要結構是二極管的主要結構是PNPN結。結。 2022-7-528 1 .2 .1 PN結（結（ PN Junction ） 將一塊將一塊P型半導體和一塊型半導體和一塊N型半導體有機結合在型半導體有機結合在一起，其結合部就叫一起，其結合部就叫PN結（該區(qū)域具有特殊性質(zhì)）。結（該區(qū)域具有特殊性質(zhì)）。 2022-7-529一一. PN結的形成結的形成 多子擴散（在多子擴散（在PNPN結合結合部形成內(nèi)電場部形成內(nèi)電場E EI I）。）。內(nèi)電場阻礙多子擴內(nèi)電場阻礙多子擴散、利于少子漂移。散、利于少子漂移。 當擴散與漂移相對當擴散與漂移相對平衡，形成平衡，形

18、成PNPN結。結。 PN結別名：耗盡層、結別名：耗盡層、勢壘區(qū)、電位壁壘、勢壘區(qū)、電位壁壘、阻擋層、內(nèi)電場、空阻擋層、內(nèi)電場、空間電荷區(qū)等。間電荷區(qū)等。 2022-7-530二二. PN結性質(zhì)結性質(zhì)單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?2022-7-5311. 正向?qū)ㄕ驅(qū)?PNPN結外加正向電壓（正向偏置）結外加正向電壓（正向偏置）P P接接 + +、N N接接 - - ，形成較，形成較大正向電流（正向電阻較?。?。如大正向電流（正向電阻較小）。如3mA3mA。2. 反向截止反向截止 PNPN結外加反向電壓（反向偏置）結外加反向電壓（反向偏置）P P接接 - -、N N接接 + +，形成較，形成較小反向電

19、流（反向電阻較大）。如小反向電流（反向電阻較大）。如1010A A。 二二. PN結性質(zhì)結性質(zhì)單向?qū)щ娦詥蜗驅(qū)щ娦?正偏電壓正偏電壓U=0.7V（Si管）管）0.2V（Ge管管 當電壓超過某個值（約零點幾伏），全部少子參與導電，形成當電壓超過某個值（約零點幾伏），全部少子參與導電，形成“反向飽和電流反向飽和電流I IS S”。反偏電壓最高可達幾千伏。反偏電壓最高可達幾千伏。2022-7-532 1 .2 .2 二極管二極管用外殼將用外殼將PNPN結封閉，引出結封閉，引出2 2根極線，就構成了二極管根極線，就構成了二極管 。 一二極管伏安特性一二極管伏安特性 正向電流較大（正向電阻正向電流較大（

20、正向電阻較?。?，反向電流較?。ǚ聪蜉^小），反向電流較?。ǚ聪螂娮栎^大）。電阻較大）。 門 限 電 壓 （ 死 區(qū) 電 壓 ）門 限 電 壓 （ 死 區(qū) 電 壓 ）V(Si管約為管約為0.5V、Ge管約為管約為0.1V)，反向擊穿電壓，反向擊穿電壓VBR（可（可高達幾千伏）高達幾千伏） 二極管電壓電流方程：二極管電壓電流方程： 2022-7-533二二極管主要參數(shù)二二極管主要參數(shù)1. 最大整流電流最大整流電流IF2. 最高反向工作電壓最高反向工作電壓UR3. 反向電流反向電流IR4. 最高工作頻率最高工作頻率fM2022-7-534 由三塊半導由三塊半導體構成，分為體構成，分為NPNNPN型和型

21、和PNPPNP型兩種。型兩種。三極管含有三極管含有3 3極、極、2 2結、結、3 3區(qū)。其中區(qū)。其中發(fā)射區(qū)高摻雜，發(fā)射區(qū)高摻雜，基區(qū)較薄且低摻基區(qū)較薄且低摻雜，集電區(qū)一般雜，集電區(qū)一般摻雜。摻雜。 1 .3 三極管（三極管（Transistor） 1 .3 .1 三極管結構及符號三極管結構及符號 2022-7-5351 .3 三極管（三極管（Transistor） 1 .3 .2 三極管的三種接法（三種組態(tài)）三極管的三種接法（三種組態(tài)） 三極管在放大電路中有三種接法：共發(fā)射極、三極管在放大電路中有三種接法：共發(fā)射極、共基極、共集電極。共基極、共集電極。 2022-7-5361 .3 三極管（三

22、極管（Transistor） 1 .3 .3 三極管內(nèi)部載流子傳輸三極管內(nèi)部載流子傳輸 下面以共發(fā)射極下面以共發(fā)射極NPNNPN管為例分析三極管內(nèi)部載管為例分析三極管內(nèi)部載流子的運動規(guī)律，從而得到三極管的放大作用。流子的運動規(guī)律，從而得到三極管的放大作用。 為保證三極管具有放大作用（直流能量轉換為為保證三極管具有放大作用（直流能量轉換為交流能量），三極管電路中必須要有直流電源，并交流能量），三極管電路中必須要有直流電源，并且直流電源的接法必須保證且直流電源的接法必須保證三極管的發(fā)射結正偏、三極管的發(fā)射結正偏、集電結反偏集電結反偏 。2022-7-537 1 .3 .3 三極管內(nèi)部載流子傳輸三極

23、管內(nèi)部載流子傳輸 一一. .發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射區(qū)向基區(qū) 發(fā)射載流子發(fā)射載流子( (電子電子) ) 2022-7-538IENIBN 1 .3 .3 三極管內(nèi)部載流子傳輸三極管內(nèi)部載流子傳輸 一一. .發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射區(qū)向基區(qū) 發(fā)射載流子發(fā)射載流子( (電子電子) ) 二二. .電子在基區(qū)的電子在基區(qū)的 疏運輸運和復合疏運輸運和復合 2022-7-539IBIEICBOICICNIBN 1 .3 .3 三極管內(nèi)部載流子傳輸三極管內(nèi)部載流子傳輸 一一. .發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射區(qū)向基區(qū) 發(fā)射載流子發(fā)射載流子( (電子電子) ) 二二. .電子在基區(qū)的電子在基區(qū)的 疏運輸運和復合疏運輸運和復合 三三. .集

24、電區(qū)收集電子集電區(qū)收集電子 2022-7-540 1 .3 .4 三極管各極電流關系三極管各極電流關系 一一. 各極電流關系各極電流關系IE = IEN + IBN IEN IB = IBN ICBOIC = ICN + ICBOIE = IC + IB二二. 電流控制作用電流控制作用=ICN / IBNIC / IBIC=IB + (1+ )ICBO =IB + ICEO IC=ICN / IENIC / IEIC= IE + ICBO IE2022-7-541 1 .3 .5 共射共射NPN三極管伏安特性曲線三極管伏安特性曲線 一一. 輸入特性曲線輸入特性曲線 IB = f ( UBE ，

25、UCE )實際測試時如下進行：實際測試時如下進行：IB = f ( UBE )|UCEU UCE CE 5V5V的特性曲線基本重合為一條，手冊可給出該條曲線。的特性曲線基本重合為一條，手冊可給出該條曲線。2022-7-542 1 .3 .5 共射共射NPN三極管伏安特性曲線三極管伏安特性曲線 二二. 輸出特性曲線輸出特性曲線 IC = f ( IB ，UCE )實際測試時如此進行：實際測試時如此進行：IC = f ( UCE )|IB2022-7-543 1 .3 .5 共射共射NPN三極管伏安特性曲線三極管伏安特性曲線 二二. 輸出特性曲線輸出特性曲線 IC = f ( IB ，UCE )實

26、際測試時如下進行：實際測試時如下進行：IC = f ( UCE )|IB 發(fā)射結正偏、集電結反發(fā)射結正偏、集電結反偏時，三極管工作在放大偏時，三極管工作在放大區(qū)區(qū)( (處于放大狀態(tài)處于放大狀態(tài)) )，有放，有放大作用：大作用：I IC C =I =IB B + + I ICEOCEO 兩結均反偏時，三極管兩結均反偏時，三極管工作在截至區(qū)工作在截至區(qū)( (處于截止處于截止狀態(tài)狀態(tài)) ) ，無放大作用。，無放大作用。I IE E=I=IC C=I=ICEOCEO00 發(fā)射結正偏、集電結正發(fā)射結正偏、集電結正偏時，三極管工作在飽和偏時，三極管工作在飽和區(qū)區(qū)( (處于飽和狀態(tài)處于飽和狀態(tài)) ) ，無，

27、無放大作用。放大作用。I IE E=I=IC C（較大）（較大） 2022-7-544 1 .3 .6 1 .3 .6 三極管主要參數(shù)三極管主要參數(shù) 一一. . 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) 1. 1. 共發(fā)射極電流放大系數(shù)共發(fā)射極電流放大系數(shù)直流直流IIC C/I/IB B 交流交流IIC C/I/IB B 均用均用表示。表示。 2. 2. 共基極電流放大系數(shù)共基極電流放大系數(shù)直流直流IIC C/I/IE E 交流交流IIC C/I/IE E 均用均用表示。表示。二二. . 反向飽和電流反向飽和電流 1.1.集電極集電極基極間反向飽和電流基極間反向飽和電流I ICBOCBO 2.2.集電極集電極

28、發(fā)射極間穿透電流發(fā)射極間穿透電流I ICEOCEO I ICEO CEO = = (1+)(1+) I ICBOCBO =/(1 =/(1) =/(1+) =/(1+)2022-7-545 1 .3 .6 1 .3 .6 三極管主要參數(shù)三極管主要參數(shù) 一一. . 電流放大系數(shù)電流放大系數(shù) IIC C/I/IB B I IC C/I/IE E =/(1=/(1) =/(1+) =/(1+) 二二. . 反向飽和電流反向飽和電流 I ICBO CBO I ICEOCEO I ICEO CEO = = (1+)(1+) I ICBOCBO三三. . 極限參數(shù)極限參數(shù) 1. 1. 集電極最大允許電流集

29、電極最大允許電流I ICM CM 2. 2. 集電極最大允許功耗集電極最大允許功耗P PCMCM 3. 3. 反向擊穿電壓反向擊穿電壓U U(BR)CEO(BR)CEO 、U U(BR)CBO(BR)CBO 2022-7-546三極管的安全工作區(qū)三極管的安全工作區(qū) 2022-7-5471 .4 場效應管（場效應管（Field Effect Transistor ） 場效應管是單極性管子，其輸入場效應管是單極性管子，其輸入PNPN結處于反偏或結處于反偏或絕緣狀態(tài)，具有很高的輸入電阻（這一點與三極管相絕緣狀態(tài)，具有很高的輸入電阻（這一點與三極管相反），同時，還具有噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射性反），

30、同時，還具有噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射性強、便于集成等優(yōu)點。強、便于集成等優(yōu)點。 場效應管是電壓控制器件，既利用柵源電壓控制場效應管是電壓控制器件，既利用柵源電壓控制漏極電流漏極電流（i iD D = = g gm mu uGSGS）這一點與三級管（電流控這一點與三級管（電流控制器件制器件, , 基極電流控制集電極電流基極電流控制集電極電流, ,i iC C = = i iB B）不同，）不同，而柵極電流而柵極電流i iD D為為0 0（因為輸入電阻很大）。（因為輸入電阻很大）。 場效應管分為兩大類場效應管分為兩大類: :結型場效應管結型場效應管（JFETJFETJunction Field

31、Effect TransistorJunction Field Effect Transistor）、絕緣柵型場效應絕緣柵型場效應管管（IGFETIGFETInsulated Gate Field Effect TransistorInsulated Gate Field Effect Transistor）。 2022-7-548 1 .4 .1 結型場效應管結型場效應管 一一. . 結構及符號結構及符號 N N溝道管靠（單一載流子）電子導電，溝道管靠（單一載流子）電子導電，P P溝道管靠溝道管靠（單一載流子）空穴導電。場效應管的柵極（單一載流子）空穴導電。場效應管的柵極G G、源極、源極S

32、 S和漏極和漏極D D與三級管的基極與三級管的基極b b、發(fā)射極、發(fā)射極e e和集電極和集電極c c相對應。相對應。 2022-7-549 1 .4 .1 結型場效應管結型場效應管 二二. .工作原理工作原理（柵源電壓（柵源電壓U UGSGS對漏極電流對漏極電流I ID D的控制作用）的控制作用） 以以N N溝道管為例。漏源之間的溝道管為例。漏源之間的PNPN結必須反偏。結必須反偏。 N N溝道結型場效應管加上反溝道結型場效應管加上反偏的柵源電壓偏的柵源電壓U UGSGS (U (UGSGS0) 0) ，在漏源之間加上漏源電壓在漏源之間加上漏源電壓U UDSDS(U(UDSDS0)0)，便形成

33、漏極電，便形成漏極電流流I ID D。而且。而且U UGSGS可控制可控制I ID D。 2022-7-550 1 .4 .1 結型場效應管結型場效應管 二二. .工作原理工作原理（柵源電壓（柵源電壓U UGSGS對漏極電流對漏極電流I ID D的控制作用）的控制作用） 1.1.當當V VGSGS=0=0時，溝道最寬時，溝道最寬, ,溝道電阻最小，加上溝道電阻最小，加上V VDSDS可形成最大的可形成最大的I ID D； 2.2.當當V VGSGS0 0時，溝道逐漸變窄，溝道電阻逐漸變大，時，溝道逐漸變窄，溝道電阻逐漸變大，I ID D逐漸減??；逐漸減小； 3.3.當當V VGSGS=V=VP

34、 P ( (夾斷電壓夾斷電壓) )時，溝道夾斷，溝道電阻為無限大，時，溝道夾斷，溝道電阻為無限大，I ID D=0=0。所以，柵源電壓所以，柵源電壓V VGSGS對漏極電流對漏極電流I ID D有控制作用。有控制作用。 2022-7-551 1 .4 .1 結型場效應管結型場效應管 三三. JFET. JFET特性曲線特性曲線 V VGSGS=0=0時時, ,隨著隨著V VDSDS的增大的增大, ,溝道變化情況如下溝道變化情況如下: :加上加上V VGSGS，溝道會進一步變窄。，溝道會進一步變窄。2022-7-552 1 .4 .2 結型場效應管結型場效應管 三三. JFET. JFET特性曲

35、線特性曲線 1.1.轉移特性曲線轉移特性曲線 I ID D =f(=f( U UGSGS )|)|U UDSDS 2022-7-553 1 .4 .1 結型場效應管結型場效應管 三三. JFET. JFET特性曲線特性曲線 2.2.漏極特性曲線漏極特性曲線 變化變化V VGSGS, ,得到一族得到一族特性曲線。分為可變特性曲線。分為可變電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊電阻區(qū)、恒流區(qū)、擊穿區(qū)三部分。穿區(qū)三部分。 JFET JFET管管處于恒流狀態(tài)時，有處于恒流狀態(tài)時，有 I ID D= =g gm mV VGSGS I ID D =f(=f( U UDSDS )|)|U UGSGS 2022-7-554 1

36、.4 .1 結型場效應管結型場效應管 四四. JFET. JFET管工作過程小結管工作過程小結 N N溝道溝道JFET JFET 柵源電壓柵源電壓V VGSGS為為負值負值，漏源電壓，漏源電壓V VDSDS為為正值正值（P P溝道溝道JFETJFET與之相反）。在柵源電壓與之相反）。在柵源電壓V VGSGS控制下，控制下，漏極電流漏極電流I ID D隨柵源電壓而發(fā)生變化。并且，隨柵源電壓而發(fā)生變化。并且，V VGSGS=0=0時，時，I ID D最大；最大；V VGSGS= = V VP P 時，時，I ID D=0=0。二者之間關系為：。二者之間關系為： I ID D= =g gm mV V

37、GSGS （柵源間必須反偏）（柵源間必須反偏） 2022-7-555 1 .4 .2 結型場效應管結型場效應管 三三. JFET. JFET特性曲線特性曲線 3.3.轉移轉移輸出特性關系輸出特性關系 由輸出特性曲線可得到轉移特性曲線由輸出特性曲線可得到轉移特性曲線2022-7-556 1 .4 .1 結型場效應管結型場效應管 四四. JFET. JFET管工作過程小結管工作過程小結 N N溝道溝道JFET JFET 柵源電壓柵源電壓V VGSGS為為負值負值，漏源電壓，漏源電壓V VDSDS為為正值正值（P P溝道溝道JFETJFET與之相反）。在柵源電壓與之相反）。在柵源電壓V VGSGS控

38、制下，控制下，漏極電流漏極電流I ID D隨柵源電壓而發(fā)生變化。并且，隨柵源電壓而發(fā)生變化。并且，V VGSGS=0=0時，時，I ID D最大；最大；V VGSGS= = V VP P 時，時，I ID D=0=0。二者之間關系為：。二者之間關系為： I ID D= =g gm mV VGSGS （柵源間必須反偏）（柵源間必須反偏） 2022-7-557 1 .4 .1 絕緣柵型場效應管絕緣柵型場效應管 這種場效應管的柵極處于絕緣狀態(tài)，輸入電阻這種場效應管的柵極處于絕緣狀態(tài)，輸入電阻更高。廣泛運用的是金屬更高。廣泛運用的是金屬氧化物氧化物半導體場效應半導體場效應管管MOSFETMOSFET（

39、MetalMetalOxideOxideSemicondoctor type Semicondoctor type Field Effect TransistorField Effect Transistor），簡計為），簡計為MOSMOS管。管。分為分為增強型增強型MOSMOS管和耗盡型管和耗盡型MOSMOS管兩類管兩類 ，每類又有，每類又有N N溝道溝道和和P P溝道兩種管子。溝道兩種管子。2022-7-558 1 .4 .1 絕緣柵型場效應管絕緣柵型場效應管 一一. . 結構及符號結構及符號 2022-7-559二二. . 增強型增強型N N溝道溝道MOSMOS管工作過程管工作過程 1.

40、 UGS=0，無導電，無導電 溝道，不能導電溝道，不能導電2. UGS逐漸增大，逐漸增大，形成耗盡層形成耗盡層3. UGS UT ，形成，形成反型層（反型層（N溝道）溝道）4. 加上加上UDS，導，導電溝道不均勻電溝道不均勻5. UGS - UDS = UT ，溝道預夾斷溝道預夾斷6. UDS繼續(xù)增大繼續(xù)增大,溝道溝道夾斷夾斷, 使使ID基本不變基本不變2022-7-560三三. .增強型增強型N N溝道溝道MOSMOS管特性曲線管特性曲線 轉移特性近似表示為轉移特性近似表示為I ID D =I=IDODO(U(UGSGS/U/UT T 1)1)2 2（其中（其中I IDODO 為為U UGS

41、GS = = 2U2UT T 時的時的I ID D 值）值）2022-7-561四四. . 耗盡型耗盡型N N溝道溝道MOSMOS管工作過程管工作過程 不加柵源電壓時，在不加柵源電壓時，在MOSMOS管體內(nèi)已存在導電溝道。而所管體內(nèi)已存在導電溝道。而所加柵源電壓可以控制導電溝道加柵源電壓可以控制導電溝道的寬窄，從而控制漏極電流。的寬窄，從而控制漏極電流。且當且當U UGSGS0 0時，導電溝道更寬，時，導電溝道更寬，電流電流U UD D變大；變大；U UGSGS0 0時，導電時，導電溝道保持原有寬度，電流溝道保持原有寬度，電流I ID D適適中；當中；當V VGSGS0 0時，導電溝道變時，導

42、電溝道變窄。電流窄。電流I ID D變小。當變小。當U UGSGS小到夾小到夾斷電壓斷電壓U UP P 時，溝道全部夾斷，時，溝道全部夾斷，使得使得I ID D=0=0。 2022-7-562四四. .耗盡型耗盡型N N溝道溝道MOSMOS管特性曲線管特性曲線 2022-7-563各類場效應管偏置電壓極性各類場效應管偏置電壓極性 場效應管類型場效應管類型柵源電壓柵源電壓UGS漏源電壓漏源電壓UDSN溝道溝道JFET -+P溝道溝道JFET +-N溝道增強型溝道增強型MOS管管 +P溝道增強型溝道增強型MOS管管 -N溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管管 + 0 -+N溝道耗盡型溝道耗盡型MOS管管

43、+ 0 -2022-7-564 五五. .場效應管的主要參數(shù)場效應管的主要參數(shù)1.1.直流參數(shù)直流參數(shù) （1 1）飽和漏極電流）飽和漏極電流I IDSSDSS （2 2）夾斷電壓）夾斷電壓U UP P（3 3）開啟電壓）開啟電壓U UT T2.2.交流參數(shù)交流參數(shù) （1 1）低頻跨導）低頻跨導g gm m 其中其中 g gm m=(=(I ID D/ / I ID D )|U)|UDS DS （2 2）極間電容）極間電容 C CGSGS C CGD GD C CDS DS 3.3.極限參數(shù)極限參數(shù) （1 1） 漏源擊穿電壓漏源擊穿電壓V V（BRBR）DSDS（2 2） 柵源擊穿電壓柵源擊穿電

44、壓V V（BRBR）GSGS（3 3） 最大漏極電流最大漏極電流I IDMDM（4 4） 最大漏極耗散功率最大漏極耗散功率P PDMDM2022-7-565第二章第二章 基本放大電路基本放大電路 放大器構成及主要技術指標、放大器放大器構成及主要技術指標、放大器分析方法、三種組態(tài)放大器、場效應管放分析方法、三種組態(tài)放大器、場效應管放大器、多級放大器大器、多級放大器 。 本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：前前 進進返返 回回2022-7-5662 2.1 1 放大的概念放大的概念 1 1信號：信號：電流或電壓。電流或電壓。 信號放大時，放大的是信號的幅度，信號的頻率信號放大時，放大的是信號的幅度，信號的

45、頻率不變。信號放大主要是利用三極管基極電流對集電極不變。信號放大主要是利用三極管基極電流對集電極電流的控制作用（電流的控制作用（I IC C=I=Ib b）或場效應管柵極電壓對漏）或場效應管柵極電壓對漏極電流的控制作用（極電流的控制作用（I Id d=g=gm mU Ugsgs）。）。 放大器放大器小信號小信號大信號大信號2放大的概念放大的概念2022-7-5672 .2 .1 原理電路原理電路 主要元件主要元件處于放大狀態(tài)的三極管。處于放大狀態(tài)的三極管。2.2 2.2 單管共發(fā)射極放大電路單管共發(fā)射極放大電路 為保證三極管的偏置，要加上直流電源。為保證三極管的偏置，要加上直流電源。 為限流，

46、應加上降壓電阻。為限流，應加上降壓電阻。 為放大信號，加上信號源及輸出端。為放大信號，加上信號源及輸出端。2022-7-5682 .2 .1 原理電路原理電路 主要元件主要元件處于放大狀態(tài)的三極管。處于放大狀態(tài)的三極管。2.2 2.2 單管共發(fā)射極放大電路單管共發(fā)射極放大電路 為保證三極管的偏置，要加上直流電源。為保證三極管的偏置，要加上直流電源。 為限流，應加上降壓電阻。為限流，應加上降壓電阻。 為放大信號，加上信號源及輸出端。為放大信號，加上信號源及輸出端。2022-7-5692 .2 .2 電路放大工作原理電路放大工作原理 2.2 2.2 單管共發(fā)射極放大電路單管共發(fā)射極放大電路考慮到考

47、慮到u uCECE = V = VCC CC - - i iC CR RC C ，而而V VCCCC是固定不便的，則是固定不便的，則變化量變化量uuCE CE = = - -i iC CR RC C 。u ui iu uBEBEi iB Bu uO Oi iC C =i iB B u uCECE2022-7-5702 .2 .3 實際放大器實際放大器 2.2 2.2 單管共發(fā)射極放大電路單管共發(fā)射極放大電路首先改成單電源供電，首先改成單電源供電， 再加上隔直電容，再加上隔直電容， 共射放大器共射放大器 共射放大器共射放大器 習慣畫成：習慣畫成： 2022-7-5712 .2 .4 放大器構成原

48、則放大器構成原則 2.2 2.2 單管共發(fā)射極放大電路單管共發(fā)射極放大電路1. 1. 保證三極管發(fā)射結正偏、保證三極管發(fā)射結正偏、 集電結反偏（如右圖所示）；集電結反偏（如右圖所示）； 2. 2. 欲放大信號能進入三極管中；欲放大信號能進入三極管中； 3. 3. 所放大信號能傳輸?shù)截撦d上。所放大信號能傳輸?shù)截撦d上。 2022-7-572電路舉例電路舉例 2.2 2.2 單管共發(fā)射極放大電路單管共發(fā)射極放大電路2022-7-573 對于放大器，除分析靜態(tài)量（直流量），還要分析如下對于放大器，除分析靜態(tài)量（直流量），還要分析如下動態(tài)量（交流量）：動態(tài)量（交流量）：2.3 2.3 放大電路主要技術指

49、標放大電路主要技術指標 1.1.放大倍數(shù)（增益）放大倍數(shù)（增益）A Au u、A Ai i3.3.非線性失真系數(shù)非線性失真系數(shù)D D 2.2.最大輸出信號幅度最大輸出信號幅度U Uomom、I Iomom4.4.輸入電阻輸入電阻R Ri i 5.5.輸出電阻輸出電阻R Ro o 6.6.通頻帶通頻帶BW BW 7.7.最大輸出功率最大輸出功率P Pomom及轉換效率及轉換效率 2022-7-574 對于放大器，除分析靜態(tài)量（直流量），還要分析如下對于放大器，除分析靜態(tài)量（直流量），還要分析如下動態(tài)量（交流量）：動態(tài)量（交流量）：2.3 2.3 放大電路主要技術指標放大電路主要技術指標1.1.放

50、大倍數(shù)（增益）放大倍數(shù)（增益）A Au u、A Ai iA Au u=U=Uo o / / U Ui iA Ai i=I=Io o / / I Ii iA Ausus=U=Uo o / / U Us s2022-7-575 對于放大器，除分析靜態(tài)量（直流量），還要分析如下對于放大器，除分析靜態(tài)量（直流量），還要分析如下動態(tài)量（交流量）：動態(tài)量（交流量）：2.3 2.3 放大電路主要技術指標放大電路主要技術指標最大不失真輸最大不失真輸出信號幅值。出信號幅值。2.2.最大輸出信號幅度最大輸出信號幅度U Uomom、I Iomom2022-7-576 對于放大器，除分析靜態(tài)量（直流量），還要分析如下

51、對于放大器，除分析靜態(tài)量（直流量），還要分析如下動態(tài)量（交流量）：動態(tài)量（交流量）：2.3 2.3 放大電路主要技術指標放大電路主要技術指標3.3.非線性失真系數(shù)非線性失真系數(shù)D D 輸出信號輸出信號 u uo o = u = u1 1 + u + u2 2 + u + u3 3 + + 其中，其中， u u1 1是基波，是基波， u u2 2 、 u u3 3 、是諧波是諧波2022-7-577 對于放大器，除分析靜態(tài)量（直流量），還要分析如下對于放大器，除分析靜態(tài)量（直流量），還要分析如下動態(tài)量（交流量）：動態(tài)量（交流量）：2.3 2.3 放大電路主要技術指標放大電路主要技術指標4.4.輸

52、入電阻輸入電阻R Ri iR Ri i=U=Ui i / / I Ii i2022-7-578 對于放大器，除分析靜態(tài)量（直流量），還要分析如下對于放大器，除分析靜態(tài)量（直流量），還要分析如下動態(tài)量（交流量）：動態(tài)量（交流量）：2.3 2.3 放大電路主要技術指標放大電路主要技術指標5.5.輸入電阻輸入電阻R Ro o實際測量時實際測量時Ro =Ro =（UUo o/ U/ Uo o - - 1 1）R RL L R Ro o=U=Uo o / / I Io oUs=0Us=0R RL L= = 2022-7-579 對于放大器，除分析靜態(tài)量（直流量），還要分析如下對于放大器，除分析靜態(tài)量（直

53、流量），還要分析如下動態(tài)量（交流量）：動態(tài)量（交流量）：2.3 2.3 放大電路主要技術指標放大電路主要技術指標6.6.通頻帶通頻帶BW BW BW = fBW = fH H - f - fL L 2022-7-580 對于放大器，除分析靜態(tài)量（直流量），還要分析如下對于放大器，除分析靜態(tài)量（直流量），還要分析如下動態(tài)量（交流量）：動態(tài)量（交流量）：2.3 2.3 放大電路主要技術指標放大電路主要技術指標= = P Pomom/P/PV V 7.7.最大輸出功率最大輸出功率P Pomom及轉換效率及轉換效率 2022-7-581附：電路中有關符號規(guī)定附：電路中有關符號規(guī)定 直直 流流 量：量：

54、 大寫字母、大寫腳碼大寫字母、大寫腳碼 如如 IB、UCE交流瞬時量：交流瞬時量： 小寫字母、小寫腳碼小寫字母、小寫腳碼 如如 ib、uce交流有效量：交流有效量： 大寫字母、小寫腳碼大寫字母、小寫腳碼 如如 Ib、Ucce交直流總量：交直流總量： 小寫字母、大寫腳碼小寫字母、大寫腳碼 如如 iB、uCE2022-7-582 放大器分析有靜態(tài)分析和動態(tài)分析。其中動態(tài)分析最常放大器分析有靜態(tài)分析和動態(tài)分析。其中動態(tài)分析最常用的方法有圖解法（大信號）和等效電路法（小信號）。用的方法有圖解法（大信號）和等效電路法（小信號）。2.4 2.4 放大電路基本分析方法放大電路基本分析方法 一一. .直流等效

55、電路（直流通路）直流等效電路（直流通路） 2.4.1 放大器直流通路與交流通路放大器直流通路與交流通路 直流信號所通過的線路，用于分析直流信號所通過的線路，用于分析直直流量。流量。 直流通路作法：斷開隔直電容。直流通路作法：斷開隔直電容。 2022-7-583一一. .直流等效電路（直流通路）直流等效電路（直流通路） 2.4.1 放大器直流通路與交流通路放大器直流通路與交流通路 交流信號所通過的線路，用于分析交流量。交流信號所通過的線路，用于分析交流量。 交流通路作法：短路隔直電容和直流電源。交流通路作法：短路隔直電容和直流電源。 2.4 2.4 放大電路基本分析方法放大電路基本分析方法二二.

56、 .交交流等效電路（交流通路）流等效電路（交流通路） 2022-7-584 在放大電路或其直流通路中，計算在放大電路或其直流通路中，計算I IB B，U UBEBE，I IC C，U UCE CE 。其中，其中， U UBEBE = = 0.7V0.7V（SiSi管）或管）或0.2V0.2V（GeGe管）管）當作已知量。當作已知量。 2.4.2 靜態(tài)工作點的估算靜態(tài)工作點的估算 2.4 2.4 放大電路基本分析方法放大電路基本分析方法I IB B = =（Vcc - UVcc - UBEBE ）/ / R RB B Vcc / Vcc / R RB B I IC C =I =IB B U UC

57、E CE = Vcc -I= Vcc -IC CR RC C 2022-7-5852.4.3 圖解法圖解法 2.4 2.4 放大電路基本分析方法放大電路基本分析方法 先利用估算法計算出先利用估算法計算出I IB B，在輸入特性曲線上作靜態(tài)工作，在輸入特性曲線上作靜態(tài)工作點點Q Q，再在輸出特性曲線上作出直流負載線，再在輸出特性曲線上作出直流負載線u uCECE=V=VCCCC- -i iC CR RC C，其，其與與I IB B的交點及靜態(tài)工作點的交點及靜態(tài)工作點Q Q，直流負載線的斜率為，直流負載線的斜率為-1/R-1/RC C 。一一靜態(tài)分析靜態(tài)分析 2022-7-5862.4.3 圖解法

58、圖解法 2.4 2.4 放大電路基本分析方法放大電路基本分析方法 先利用估算法計算出先利用估算法計算出I IB B，在輸入特性曲線上作靜態(tài)工作，在輸入特性曲線上作靜態(tài)工作點點Q Q，再在輸出特性曲線上作出直流負載線，再在輸出特性曲線上作出直流負載線u uCECE=V=VCCCC- -i iC CR RC C，其，其與與I IB B的交點及靜態(tài)工作點的交點及靜態(tài)工作點Q Q，直流負載線的斜率為，直流負載線的斜率為-1/R-1/RC C 。一一靜態(tài)分析靜態(tài)分析 2022-7-587作出交流負載線（斜率為交流負載作出交流負載線（斜率為交流負載-1/R-1/RL L、過靜態(tài)工作點、過靜態(tài)工作點Q Q）

59、，），2.4.3 圖解法圖解法 2.4 2.4 放大電路基本分析方法放大電路基本分析方法二二動態(tài)分析動態(tài)分析 2022-7-588作出交流負載線（斜率為交流負載作出交流負載線（斜率為交流負載-1/R-1/RL L、過靜態(tài)工作點、過靜態(tài)工作點Q Q），），2.4.3 圖解法圖解法 2.4 2.4 放大電路基本分析方法放大電路基本分析方法二二動態(tài)分析動態(tài)分析 然后根據(jù)已知的輸入信號然后根據(jù)已知的輸入信號 如如u ui i=0.05sint(V)=0.05sint(V)，分別在輸，分別在輸入特性、輸出特性上的靜態(tài)工作點附近得出動態(tài)范圍，入特性、輸出特性上的靜態(tài)工作點附近得出動態(tài)范圍，2022-7-5

60、89作出交流負載線（斜率為交流負載作出交流負載線（斜率為交流負載-1/R-1/RL L、過靜態(tài)工作點、過靜態(tài)工作點Q Q），），然后根據(jù)已知的輸入信號然后根據(jù)已知的輸入信號 如如u ui i=0.05sint(V)=0.05sint(V)，分，分別在輸入特性、輸出特性上的靜態(tài)工作點附近得出動態(tài)范圍，別在輸入特性、輸出特性上的靜態(tài)工作點附近得出動態(tài)范圍，根據(jù)動態(tài)范圍作出輸入輸出波形，求出根據(jù)動態(tài)范圍作出輸入輸出波形，求出A Au u、A Ai i。 2.4.3 圖解法圖解法 2.4 2.4 放大電路基本分析方法放大電路基本分析方法二二動態(tài)分析動態(tài)分析 進而進而2022-7-590作出交流負載線（