模電知識整理

1、模電知識整理第零章導(dǎo)言第一章常用半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識本征半導(dǎo)體純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體半導(dǎo)體物質(zhì)的導(dǎo)電性能決定于原子結(jié)構(gòu)。導(dǎo)體一般為低價元素。絕緣體一般為高價元素（如惰性氣體）。常用半導(dǎo)體材料硅錯均為四價元素。本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)晶體中的原子在空間形成排列整齊的點陣，稱為晶格。本征半導(dǎo)體中的電子通過共價鍵互聯(lián)。本征半導(dǎo)體中的兩種載流子常溫下，極少數(shù)價電子由于熱運(yùn)動（熱激發(fā)）獲得足夠的能量，掙脫共價鍵的束縛成為自由電子， 帶負(fù)電。自由電子脫離軌道束縛，原處留下空位置，稱為空穴，帶正電。自由電子與空穴成對出現(xiàn)，數(shù)目相等。在本征半導(dǎo)體外加電場，則自由電子將產(chǎn)生定向移動，形成電子電流；空穴將被價

2、電子按一定方向依次填補(bǔ)，即空穴也產(chǎn)生定向移動，形成空穴電流。二者運(yùn)動方向相反。半導(dǎo)體中電流為自由電子與空穴電流之和。運(yùn)載電荷的粒子稱為載流子。導(dǎo)體的載流子僅有自由電子一種；本征半導(dǎo)體的載流子有自由電子和空穴兩種。本征半導(dǎo)體中載流子的濃度本征激發(fā)：半導(dǎo)體在熱激發(fā)下產(chǎn)生自由電子和空穴對的現(xiàn)象。復(fù)合：自由電子填補(bǔ)空穴的現(xiàn)象。動態(tài)平衡：本征激發(fā)產(chǎn)生的自由電子與空穴數(shù)目相等。在一定溫度下，本征半導(dǎo)體中載流子的濃度是一定的，且自由電子與空穴濃度相等。 環(huán)境溫度升高時，載流子濃度升高，導(dǎo)電性增強(qiáng)。3 egoni Pi KT2e 2kT m, Pi分別表示自由電子與空穴的濃度（cm-3）本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能很

3、差，且與環(huán)境溫度密切相關(guān)?？捎糜谥谱鳠崦簟⒐饷羝骷矔斐砂雽?dǎo)體器件溫度穩(wěn)定性差。雜質(zhì)半導(dǎo)體通過擴(kuò)散工藝，在本征半導(dǎo)體中摻入少量合適的雜質(zhì)元素得到的半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體在純凈的硅晶體中摻入五價元素。雜質(zhì)原子外層有五個價電子，因此除了參與構(gòu)成共價鍵的價電子，還多出一個電子，這個電子只需要很少的能量就可以掙脫束縛，成為自由電子。雜質(zhì)原子因為在晶格上，且缺少電子，因此變?yōu)椴荒芤苿拥恼x子。在N型半導(dǎo)體中，自由電子的濃度大于空穴濃度。稱自由電子為多數(shù)載流子，簡稱多子；稱空 穴為少數(shù)載流子，簡稱少子。N型半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，摻入雜質(zhì)越多，多子濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng) 雜質(zhì)原子可以提供電子，稱雜質(zhì)原子

4、為施主原子。P 型半導(dǎo)體在純凈的硅晶體中摻入三價元素。雜質(zhì)原子外層有三個價電子， 因此在與周圍的硅原子形成共價鍵時， 產(chǎn)生了一個空位， 當(dāng)硅原子的外層電子填補(bǔ)此空位時，其共價鍵中就產(chǎn)生了一個空穴。雜質(zhì)原子因為在晶格上，且多出電子，因此變?yōu)椴豢梢苿拥呢?fù)離子。在 P 型半導(dǎo)體中，空穴濃度大于自由電子濃度。稱空穴為多子，自由電子為少子。P 型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，摻入雜志越多，空穴濃度越高，導(dǎo)電性越強(qiáng)。雜質(zhì)原子可以吸引電子，稱雜質(zhì)原子為受主原子。PN 結(jié)采用不同的摻雜工藝，將P 型半導(dǎo)體與N 型半導(dǎo)體制作在同一塊硅片上，在其交界面形成PN結(jié)。PN 結(jié)具有單向?qū)щ娦?。PN 結(jié)的形成擴(kuò)散運(yùn)動：物質(zhì)從濃度

5、高的地方想濃度低的地方運(yùn)動。PN 型半導(dǎo)體制作在一起時，在交界面，兩種載流子的濃度差很大，因而P 區(qū)的空穴必然向 N區(qū)擴(kuò)散， N 區(qū)的自由電子也必然向 P 區(qū)擴(kuò)散。擴(kuò)散到 PN 區(qū)的載流子相互復(fù)合，因此在交界面附近多子的濃度下降， P 區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)， N 區(qū) 出現(xiàn)正離子區(qū)，該區(qū)域稱為空間電荷區(qū)，形成內(nèi)電場。隨著擴(kuò)散運(yùn)動的驚醒， 空間電荷區(qū)價款， 內(nèi)電場增強(qiáng)， 方向由 N 指向 P， 阻止擴(kuò)散運(yùn)動的進(jìn)行符合勒沙特列原理。漂移運(yùn)動：載流子在電場力作用下的運(yùn)動?？臻g電荷區(qū)內(nèi)，正負(fù)電荷電量相等；當(dāng) PN 區(qū)內(nèi)雜質(zhì)濃度相等時，正負(fù)離子區(qū)寬度相等，稱為對稱結(jié)，否則成為不對稱結(jié)。兩種結(jié)的外部特性相同。由于

6、在空間電荷區(qū)內(nèi)載流子非常少，因此分析時常常忽略載流子的作用，只考慮離子區(qū)的電荷，這種方法稱為 “耗盡層近似” ，因此空間電荷區(qū)也稱為耗盡層。PN 結(jié)的單向?qū)щ娦匀绻?PN 結(jié)的兩端外加電壓則會破壞其原來的平衡狀態(tài)， 此時擴(kuò)散電流不再等于飄逸電流，因此 PN 結(jié)中將有電流通過。PN 結(jié)外加正向電壓時處于導(dǎo)通狀態(tài)電源正極接到 PN 結(jié) P 端( Positive End ) ，且電源負(fù)極接到 PN 結(jié) N 端( Negative End ) ，稱 PN 結(jié)外加正向電壓，也稱正向接法或正向偏置。此時外電場將多數(shù)載流子推向空間電荷區(qū)，使其變窄，削弱內(nèi)電場，使擴(kuò)散運(yùn)動家具， 漂移運(yùn)動 減弱。由于電源作

7、用，擴(kuò)散運(yùn)動將持續(xù)進(jìn)行形成正向電流， PN 結(jié)導(dǎo)通。在 PN 結(jié)導(dǎo)通的電路中，應(yīng)在回路中串聯(lián)限流電阻。PN 結(jié)外加反向電壓時處于截止?fàn)顟B(tài)電源正極接到 PN 結(jié) N 端，電源負(fù)極接到 PN 結(jié) P 端，稱 PN 結(jié)外加反向電壓，也稱反向接法或反向偏置。此時外電場使空間電荷區(qū)變寬，加強(qiáng)內(nèi)電場，阻止擴(kuò)散運(yùn)動，加劇漂移運(yùn)動，反向電流非常小，因此在近似分析中常忽略不計，認(rèn)為 PN 結(jié)在外加反向電壓時處于截止?fàn)顟B(tài)。PN 結(jié)的電流方程quiIs(ekT 1),式中Is為反向飽和電流，q為電子電量，k為波爾茲曼常數(shù)，T為熱力學(xué)溫度將式中的kT/q用UT取代，則有ui1s(eUT 1),常溫T 300K時，UT

8、 26mV。PN結(jié)的伏安特性u當(dāng)pn結(jié)外加正向電壓，且 u ? UT時，i1seUT ；當(dāng)pn結(jié)外加反向電壓，且 u ? UT時，i Is。PN結(jié)的電容效應(yīng)在一定條件下，PN結(jié)具有電容效應(yīng)，根據(jù)產(chǎn)生原因不同分為勢壘電容和擴(kuò)散電容。勢壘電容當(dāng)PN結(jié)外加電壓變化時，空間電荷區(qū)的寬度將隨之變化，即耗盡層的電荷量隨外加電壓的增大而減小，這種現(xiàn)象與電容器的充放電過程相同。好景曾寬窄變化等效的電容成為勢壘電容Cb。擴(kuò)散電容PN處于平衡狀態(tài)時的少子常稱為平衡少子。PN結(jié)處于正向偏置時，P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴和從N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的自由電子均稱為非平衡少子。外加正向電壓一定時，靠近耗盡層交界面的地方非平衡少子濃度高

9、，遠(yuǎn)離交界面的地方濃度低，且濃度自高到低逐漸衰減直至0。形成一定的濃度梯度，從而形成擴(kuò)散電流。當(dāng)外加正向電壓加大時，非平衡少子的濃度增大且濃度梯度增大，從外部看正向電流增大。當(dāng)外家政系那個電壓減小時則相反。外加電壓變化等效的電容成為擴(kuò)散電容C d OCj=Cb+Cd,其中Cj為PN結(jié)的結(jié)電容。半導(dǎo)體二極管常見結(jié)構(gòu)二極管伏安特性二極管和PN結(jié)伏安特性的區(qū)別二極管存在半導(dǎo)體體電阻和引線電阻，所以， 當(dāng)外加正向電壓， 電流相同的情況下，二極管的管壓降比PN結(jié)的結(jié)壓降更大。溫度對二極管伏安特性的影響環(huán)境溫度升高時，二極管的正向特性曲線左移，反向特性曲線下移。在室溫附近，溫度每升高一攝氏度，正向壓降減小

10、22.5mV o溫度每升高十?dāng)z氏度，反向電流越增大一倍。二極管的主要參數(shù)最大整流電流Iv二極管長期運(yùn)行時允許通過的最大正向平均電流，與PN結(jié)面積以及外部散熱條件等有關(guān)。最高反向工作電壓 U R二極管工作時允許外加的最大反向電壓，超過此值時，二極管可能因反向擊穿而損壞。通常UR為擊穿電壓U (BR)的一半。反向電流Ir二極管為擊穿時的反向電流。IR越小，單向?qū)щ娦栽胶?。IR對溫度非常敏感。最高工作頻率 fM二極管工作的上限截止頻率。超過此值時，由于結(jié)電容的作用，二極管將不能很好地體現(xiàn)單向?qū)щ娦?。二極管的等效電路穩(wěn)壓二極管在反向擊穿時，在一定的電流范圍內(nèi)，端電壓幾乎不變，表現(xiàn)出穩(wěn)壓特性。穩(wěn)壓管的伏

11、安特性正向特性為指數(shù)曲線，反向電壓數(shù)值達(dá)到一定程度時擊穿，擊穿區(qū)的曲線幾乎與縱軸平行（即電壓為定值）。穩(wěn)壓管的主要參數(shù)穩(wěn)定電壓UZ在規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。穩(wěn)定電流IZ穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時的參考電流。電流低于此值時文雅效果變差。IZ常寫作IZmin o額定功耗PZMPZM等于穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓與最大穩(wěn)定電流的乘積。功耗超過此值時，會因結(jié)溫升過高而損壞。可通過PZM求出IZM。動態(tài)電阻rZ穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓區(qū)時，端電壓變化量與其電流變化量之比。rZ越小，電流變化時 UZ的變化越小，穩(wěn)壓特性越好。溫度系數(shù)溫度沒變化一攝氏度穩(wěn)壓值的變化量，即一U馬。T穩(wěn)定電壓小于4V的管子具有負(fù)溫度系數(shù)（齊納擊

12、穿） ，即溫度升高時穩(wěn)定電壓值下降；穩(wěn)定電壓大于7V的管子具有正溫度系數(shù)（雪崩擊穿） ，即溫度升高時穩(wěn)定電壓值上升；穩(wěn)定電壓介于47V之間的管子溫度系數(shù)非常小，近似為 0 （齊納擊穿和雪崩擊穿共存）。其它類型二極管發(fā)光二級管包括可見光、不可見光、激光等。發(fā)光二級管也具有單向?qū)щ娦?，只有外加的正向電壓使得正想電流足夠大時才發(fā)光，開啟電壓比普通二極管打，紅色在1.61.8V之間，綠色約為 2V。正向電流越大，發(fā)光越強(qiáng)。發(fā)光二級管驅(qū)動電壓低、功耗小、壽命長、可靠性高。廣泛用于顯示電路。光電二極管光電二極管是遠(yuǎn)紅外線接收管，是一種光能與電能轉(zhuǎn)換器件。PN結(jié)型光電管充分利用PN結(jié)光敏特性，將接收到的廣大

13、變化轉(zhuǎn)換成電流變化。外加正向電壓時，單溜與端電壓呈指數(shù)關(guān)系；外加反向電壓時， 反向電流稱為暗電流，通常小于0.2 Ao有光照時，特性曲線下移動。晶體三極管晶體三極管中有兩種不同機(jī)型電荷的載流子參與導(dǎo)電，稱為雙極型晶體管（BJT）,又稱半導(dǎo)體三極管，簡稱晶體管。晶體管的結(jié)構(gòu)及類型發(fā)射極e：發(fā)射電子基極b:控制電流集電極c：收集電子電流從集電極出發(fā)，回歸發(fā)射極。發(fā)射區(qū)的電子摻雜濃度很高。NPN型與PNP型NPN : +5磷+3 硼+5 磷晶體管的電流放大作用放大是對模擬信號最基本的處理。靜態(tài)工作點要滿足偏置條件，即：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。晶體管內(nèi)部的載流子運(yùn)動 TOC o 1-5 h z 發(fā)射結(jié)

14、加正向電壓，擴(kuò)散運(yùn)動形成發(fā)射極電流IE擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴的符合運(yùn)動形成積極電流I B集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動形成集電極電流Ic晶體管的電流分配關(guān)系I E I B I C晶體管的共射電流放大系數(shù)共基交流電流放大系數(shù)a ,共射交流電流放大系數(shù)1晶體管的共射特性曲線輸入特性曲線描述管壓降UCE 一定的情況下，基極電流iB與發(fā)射結(jié)壓降uCE之間的函數(shù)關(guān)系，即i B f UBE UCE const當(dāng)Uce 0時，相當(dāng)于集電極與發(fā)射極短路，也即集電結(jié)與發(fā)射結(jié)并聯(lián)。當(dāng)Uce增大時，曲線右移。當(dāng)Uce增大到某一值以后，近似不再右移對于小功率管，Uce大于1V的任何一條曲線來近似Uce大于1V的所有曲

15、線。輸出特性曲線描述基極電流Ib為一常量時，集電極電流ic與管壓降Uce之間的函數(shù)關(guān)系，即ic f U be |ib const截止區(qū)特征：發(fā)射結(jié)電壓小于開啟電壓，集電結(jié)反偏對于共射電路，Ube Un，UcEUbe。此時I bcI ceo。小功率管的穿透電流很小，近似認(rèn)為晶體管截止時iC 0。放大區(qū)特征：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏對于共射電路，uBE Uon,uCEuBE。此時，iC幾乎只受iB影響，與uCE無關(guān)。表現(xiàn)出iB對iC的控制作用。在理想情況下，當(dāng)IB按等差變化時，輸出為一族橫軸的等距離平行線。飽和區(qū)特征：發(fā)射結(jié)與集電結(jié)均正偏，對于共射電路，uBE Uon且Uce Ube,此時iC不僅與

16、iB有關(guān)，且明顯隨uCE的增大而增大。iciB。晶體管的主要參數(shù)直流參數(shù)共射直流電流放大系數(shù)ICI B共基直流電流放大系數(shù)一J_c_I E極間反向電流I cbo、I ceoICBO是發(fā)射極開路時集電結(jié)的反向飽和電流；ICEO是基極開路時，集電極與發(fā)射極間的穿透電流I CEO (1 )ICBO1.3.4.2交流參數(shù)共射交流電流放大系數(shù)共基交流電流放大系數(shù)近似認(rèn)為，一，一 1特征頻率1使共射電流放大系數(shù)的數(shù)值下降到1的頻率1.3.4.3極限參數(shù)最大集電極耗散功率PCm對于確定型號的晶體管，最大集電極耗散功率Pcm是一個定值，且Pcmic Uce const ,在輸出特性坐標(biāo)平面內(nèi)為雙曲線的一支在曲

17、線上方為過損耗區(qū)。最大集電極電流I cm最大集電極電流 m ：使得發(fā)生改變（明顯減小）的臨界集電極電流ic。7E義：當(dāng)uce 1V時，由PCMi C UCEc0nst導(dǎo)出的i c記為I CM當(dāng)iC ICM時，晶體管不一定損壞，但是明顯減小。極間反向擊穿電壓溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響晶體管解題技巧靜態(tài)工作點Q發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏一一要放大，所以發(fā)射要正。放大電路中晶體管管型、管腳判斷基極和發(fā)射極電位相近，另一管腳為集電極電位居中的是基極，剩下的一個管腳是發(fā)射極因為在放大電路中，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，如果發(fā)射極電位最高，則為PNP型，如果集電極電位最高，則為 NPN型如果發(fā)射極和基極電位差在

18、0.7左右為硅管，在 0.2左右為錯管工作狀態(tài)判斷NPN :ubeUon截止?fàn)顟B(tài)onPNP:ubeUon導(dǎo)通狀態(tài)一一NPN :UbeUonPNP:UbeUon放大狀態(tài)NPN:Uc Ub cPNP:Ue UbUee （發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏）飽和狀態(tài)一一NPN : IBPNP:IBI CSBSI11csiI BSUcI B為實際基極電流1cs為集電極飽和電流I Bs為使管子臨界飽和時的基極電流1.4場效應(yīng)管利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的半導(dǎo)體器件。結(jié)型場效應(yīng)管分為N溝道型與P溝道型兩種以N溝道型為例，在同一塊 N型半導(dǎo)體上制作兩個高摻雜的P區(qū)，并將其連在一起，所引出的點擊稱為柵極g,

19、 N型半導(dǎo)體的兩端引出兩個點擊，分別稱為漏極d和源極So P去與N去的交界面形成耗盡層，漏極與源極之間的非耗盡層區(qū)域稱為導(dǎo)電溝道。結(jié)型場效應(yīng)管的工作原理為使N溝道姓結(jié)型場效應(yīng)管能正常工作，應(yīng)在柵極-源極之間加負(fù)向電壓（UGS 0）,以保證耗盡層承受反向電壓。在漏極 -源極之間加正向電壓uDS ,已形成漏極電流iDuGS 0既保證了柵極=源極之間內(nèi)阻很高的特點，又實現(xiàn)了對溝道電流的控制當(dāng)Uds 0V （即d,s短路）時，Ugs對導(dǎo)電溝道的控制作用 當(dāng)Uds 0V且Ugs 0V時，耗盡層很窄，導(dǎo)電溝道很寬當(dāng)Ugs增大時，耗盡層價款，溝道變窄，溝道電阻增大。當(dāng)Ugs增大到某一數(shù)值時，耗盡層閉合，溝道

20、小時，稱此時Ugs的值為夾斷電壓 U GS（off）當(dāng)Ugs為UGS（off） 0V中某一固定值時，Uds對漏極電流i d的影響若Uds0V ,則雖然存在由Ugs所確定的一定寬度的導(dǎo)電溝道，但是由于d-s間電壓為0,所以漏極電流iD 0。若Uds0 ,則有電流從漏極流向源極，使溝道中各點與柵極間電壓不在相等，二是沿著溝道從源極到漏極逐漸增大。UgDUGS(off)為預(yù)夾斷當(dāng) Ugd UGS(off)時，Uds 對 iD 的控制作用在UgdUgsUdsUgs （off）,即Uds Ugs U Gs（off）的情況下，當(dāng)Uds為常量時，對應(yīng)于確定的Ugs ,有確定的iD o場效應(yīng)管用 低頻跨導(dǎo)gm

21、來描述動態(tài)的柵極-源極電壓對漏極電流的控制作用，gm-uGS綜合以上，可知：在uGDuGSuDS UGs（off）,即當(dāng)uDS uGS U Gs（ff）（ g-S間未出現(xiàn)夾斷）時，對應(yīng)不同的Ugs , d-s間對應(yīng)不同阻值的電阻。當(dāng) uDS 使 uGDU GS（off ） 時，d-s之間預(yù)夾斷。當(dāng)Uds使UgdUGs（off）時，ip幾乎僅僅決定于 Ugs ,而與Uds無關(guān)。此時可以把ip近似看成Uds的控制電流。結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線輸出特性曲線當(dāng)柵極-源極電壓Ugs為常量時，漏極電流iD與漏極-源極電壓Uds之間的關(guān)系為DD uDS UGS const場效應(yīng)管有三個工作區(qū)域：可變電阻區(qū)（非

22、飽和區(qū)）邊界為預(yù)夾斷軌跡，由各條曲線上使UgdUGS（off）的點連接而成。該區(qū)域內(nèi)曲線近似為不同斜率的直線。當(dāng)Ugs確定時，直線的斜率也唯一地被確定，其倒數(shù)為d-s間的等效電阻。因此在該區(qū)域中，可通過改變uGS的大小（壓控方式）來改變漏極-源極等效電阻組織，故稱為可變電阻區(qū)。恒流區(qū)（飽和區(qū)）預(yù)夾斷軌跡右邊的區(qū)域。當(dāng)Ugd U GS（off）時，各曲線近似為一族橫軸的平行線。當(dāng) Uds增大時，ip僅有微小增量。故稱為恒流區(qū)、夾斷區(qū)當(dāng)Ugs UGS（off）時，導(dǎo)電溝道被夾斷，i d 0。一般將使ip等于某一微小電流（如 ip 5 A）時的Ugs定義為夾斷電壓 UGS（off）擊穿區(qū)當(dāng)Uds增大

23、到一定程度的時候，漏極電流會突然激增，管子將被擊穿。由于該擊穿是因柵極-漏極耗盡層 破壞而 造成的，因而若 柵極-漏極 擊穿電壓為U(BR)GD ,則漏極-源極擊 穿電壓U (BR)GS UGS U (BR)GD ,所以當(dāng)Ugs增大時，漏極-源極擊穿電壓將增大轉(zhuǎn)移特性描述當(dāng)漏極-源極電壓Uus為常量時，漏極電流iD與柵極-源極電壓Ugs之間的函數(shù)關(guān)系，即i r f Ucu ,.DGS U ds const當(dāng)場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)時，由于輸出特性曲線可近似為橫軸的一組平行線，所以可用一條轉(zhuǎn)移特性曲線代替恒流區(qū)的所有曲線。2UGSiD IDSS 1 -U GS(off)UGS0U GS(off)式中

24、I DSS是uGS 0情況下產(chǎn)生預(yù)夾斷時的I D，稱為飽和漏極電流。為保證結(jié)型場效應(yīng)管柵極-源極間的耗盡層加反向電壓，對于N溝道管，uGS 0V ；對于P溝道管，uGS 0V。絕緣柵型場效應(yīng)管絕緣柵型場效應(yīng)管(IGFET )的柵極與源極、柵極與漏極之間均采用SiO2絕緣層隔離。又因柵極為金屬鋁，故又稱為MOS 管(Metal-Oxide-Semiconductor )。N溝道增強(qiáng)型 MOS管工作原理當(dāng)柵極-源極之間不加電壓時，漏源之間是兩只背向的PN姐，不存在導(dǎo)電溝道，因此即使漏源之間加電壓，也不會有漏極電流。當(dāng)Uds0且Ugs 0時，由于SiO?的存在，山脊電流為零。但是柵極金屬層會聚集正電

25、荷，形成耗盡層。當(dāng)Ugs增大時，一方面耗盡層增寬，另一方面將襯底的自由電子吸引到耗盡層與絕緣層之間，形成一個 N姓薄層，稱為 反型層。該反型層構(gòu)成了漏源之間的導(dǎo)電溝道。使溝道恰好形成的柵-源電壓稱為開啟電壓UGS(th)。Ugs越大，反型層越厚，導(dǎo)電溝道電阻越小。當(dāng)Ugs是大于UGS(th)的一個確定值時，在漏源之間加正向電壓，則將產(chǎn)生一定的漏極電流，此 時，Uds的變化對導(dǎo)電溝道的影響與結(jié)型場效應(yīng)管相似特性曲線與電流方程2iD IDO 4 1U GS(th)式中 IDO 是 UGS2UGS(th)時的 i DN溝道耗盡型MOS1.4.2.3 P 溝道 MOS 管增強(qiáng)型：開啟電壓小于 耗盡型：

26、夾斷電壓大于0。0。柵源電壓小于開啟電壓才導(dǎo)通，漏源間加負(fù)電壓。柵源可在正負(fù)值的一定范圍內(nèi)實現(xiàn)對漏極電流的控制。1.4.2.4 VMOS 管1.4.3場效應(yīng)管的主要參數(shù)1.4.3.1直流參數(shù)1.4.3.1.1 開啟電壓 UGs（th）U Gs（th）是在U DS為一常量時，使i D0所需的最小uGS值。是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)1.4.3.1.2 夾斷電壓 U Gs(off)UGs（off）是在U DS為一常量時，使iD為規(guī)定的微小電流（5 A）的uGS值。是結(jié)型場效應(yīng)管與耗盡型MOS管的參數(shù)1.4.3.1.3飽和漏極電流I DSS對于結(jié)型場效應(yīng)管，在UGS 0V情況下產(chǎn)生預(yù)夾斷時的漏極電流1.4

27、.3.1.4直流輸入電阻RGS(DC)等于柵-源電壓與漏極電流之比對于結(jié)型場效應(yīng)管，RGSDC） 107GS（ DC ）9對于 MOS 管，Rgs（dc）101.4.3.2交流參數(shù)1.4.3.2.1低頻跨導(dǎo)gm表示uGS對iD控制作用的強(qiáng)弱。管子工作在恒流區(qū)且U ds為常量時,gmiDuGSuDS constgm單位是S （西門子），常用mSgm是轉(zhuǎn)移特性曲線上某一點的切線斜率，可對iD IDO -uGJ 1 求導(dǎo)得。miUGS(th)iD越大，gm越大1.4.3.2.2極間電容場效應(yīng)管的三個極之間均存在極間電容。柵源極間電容Cgs與柵漏極間電容Cgd約為1 3pF ；漏源極間電容Cds約為0

28、.11 pF。在高頻電路中，應(yīng)考慮極間電容的影響。管子最高工作頻率fM是綜合考慮了三個極間電容的影響而確定的工作頻率的上限值。1.4.3.3極限參數(shù)最大漏極電流I dmIDM是管子正常工作時漏極電流的上限值擊穿電壓管子進(jìn)入恒流區(qū)后，使i D激增的Uds稱為漏-源擊穿電壓U(BR)DS對于結(jié)型場效應(yīng)管，使柵極與溝道間PN結(jié)反向擊穿的Uds稱為柵-源擊穿電壓U (BR)GS對于絕緣柵型場效應(yīng)管，使絕緣層擊穿的UGS稱為柵-源擊穿電壓U(BR)GS最大耗散功率PDMPDM決定管子允許的溫升。PDM確定后，可在管子的輸出特性上畫出臨界最大功耗線，根據(jù)Idm和U (BR)DS便可得到管子的安全工作區(qū)。對

29、于MOS管，柵-襯之間電容很小，極少量的感應(yīng)電荷就可產(chǎn)生高壓，而RGS(DC)很大，電荷難以釋放，高壓容易擊穿絕緣層。所以無論是存放還是在工作電路中，都應(yīng)為柵-源之間踢狗直流通路，避免柵極懸空；同時在焊接時，要將電烙鐵良好接地1.4.4場效應(yīng)管與晶體管的比較1.5單結(jié)晶體管和晶閘管場效應(yīng)管用柵-源電壓Ugs控制漏極電流iD ,柵極基本不取電流。而晶體管工作時，基極必然索取一定電流。因此，要求輸入電阻高的電路應(yīng)選擇場效應(yīng)管；而若信號源可以提供一定電流，則可選用晶體管；場效應(yīng)管只有多子參與導(dǎo)電。晶體管內(nèi)既有多子又有少子參與導(dǎo)電，而少子數(shù)量受溫度、輻射等因素影響較大，因而場效應(yīng)管比晶體管的溫度穩(wěn)定性

30、好、抗輻射能力強(qiáng)。所以在環(huán)境條件變化大的情況下應(yīng)選用場效應(yīng)管。場效應(yīng)管的噪聲系數(shù)很小場效應(yīng)管的源極、漏極可以互換使用，互換后特性變化不大。晶體管的發(fā)射極與集電極互 換后特性差異很大，僅在特殊需要是才互換場效應(yīng)管的種類更多，使用更靈活場效應(yīng)管的集成工藝更簡單，且耗電小、工作電源電壓范圍寬。更多用于大規(guī)模和超大規(guī) 模集成電路中。第二章基本放大電路放大的概念和放大電路的主要性能指標(biāo)放大的概念電學(xué)放大：利用變壓器將低電壓變換為高電壓。放大電路放大的本質(zhì)是能量的控制和轉(zhuǎn)換。電子電路放大的基本特征是功率放大，即附在上總是獲得比輸入信號大得多的電壓或電流。有源元件：能夠控制能量的元件；在放大電路中，必須存在

31、有源元件，如晶體管和場效應(yīng)管等。放大的前提：不失真。只有在不失真的情況下放大才有意義。由于任何穩(wěn)態(tài)信號都可分解為若干頻率的正弦信號（諧波）疊加，因此放大電路常以正弦波作為測試信號。直流通路和交流通路放大電路的性能指標(biāo) TOC o 1-5 h z 對于信號而言，任何放大電路均可看作一個兩端口網(wǎng)絡(luò)（如圖）。放大倍數(shù)?衡量放大電路放大能力的重要指標(biāo)，值為輸出量X0（Uo或Io）與輸入量 Xi（Ui或Ii）之比對于小功率放大電路，常常只關(guān)注電路單一指標(biāo)的放大倍數(shù)，如電壓放大倍數(shù)， 而不研究其功率放大能力。?電壓放大倍數(shù)是輸出電壓 U o與輸入電壓 U i之比（記作Auu），即：人盛Uo電流放大倍數(shù)是輸

32、出輸入電流之比，即:電壓對電流的放大倍數(shù)是輸出電壓與輸入電流之比，即:&-o,量綱為電導(dǎo)，故也稱之為互導(dǎo)放大倍數(shù)。U&當(dāng)輸入信號為緩慢變化量或直流變化量時，輸入電壓、輸入電流、輸出電壓和輸出電流分別用u i, h , uo和 Io表AuuO / UI , A iO / i I , AuiuO / i I , AiuiO / u I .輸入電阻放大電路與信號源相連接成為信號源的負(fù)載，必然從信號源索取電流，其大小表明放大電路對信號源的影響程度。輸入電阻Ri是從放大電路輸入端看進(jìn)去的等小電阻，定義為輸入電壓有效值和輸入電流有效值之比，即：R U1Ii輸出電阻從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效內(nèi)阻成任何放大

33、電路的輸出都可以等效成一個有內(nèi)阻的電壓源,U。為空載時輸出電壓的有效值，U o為帶負(fù)載后輸出電壓的有效值。為輸出電阻 Ro。貝lj Uo 一RLgjoRo Rl一輸出電阻Ro （匕1）RlUo通頻帶通頻帶：用于衡量放大電路對不同頻率信號的放大能力由于電抗元件存在，在輸入信號頻率較低或較高時，放大倍數(shù)的數(shù)值會下降并且產(chǎn)生相移。下（上）限截止頻率 fL（fH）：在信號頻率下降（上升）到一定程度時，使放大倍數(shù)的數(shù)值等于|Am的頻率。f fL的部分稱為放大電路的低頻段，f fH的部分稱為放大電路的高頻段，fL與fH之間形成的頻帶稱為中頻段，也成為放大電路的通頻帶fbw。fbwfHfL通頻帶越寬，表明放

34、大電路對不同頻率信號的適應(yīng)能力越強(qiáng)。當(dāng)f 0（）時，放大倍數(shù)的數(shù)值趨近于0。2.1.2.5非線性失真系數(shù)由于放大器件的非線性特性，其線性放大范圍有一定限度，當(dāng)輸入信號幅度超過一定值后，輸出電壓將產(chǎn)生非線性失真。輸出波形中的諧波成分總量與基波成分之比成為非線性失真系數(shù)D。設(shè)基波幅值為Ai,諧波幅 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 22-2-3LAiA2最大不失真輸出電壓定義：輸入電壓處于輸出波形發(fā)生非線性失真的臨界值（在增大就會產(chǎn)生非線性失真）時的輸出電壓。一般以有效值Uom表示，也可以用峰-峰值Uopp表示，Uopp

35、 2J2Uom最大輸出功率與效率最大輸出功率 Pom：在輸出信號不失真的情況下，負(fù)載上能夠獲得的最大功率。此時，輸出電壓達(dá)到最大不失真輸出電壓 U om效率：直流電源能量的利用率設(shè)電源消耗的功率為FV,則效率等于最大輸出功率Pom與PV之比，即PmPV 在測試上述指標(biāo)參數(shù)時，對于 A Ri、Ro ,應(yīng)給放大電路輸入中頻段小幅值信號；對于fL、儲、fbw,應(yīng)給放大電路輸入小幅值、寬頻率范圍的信號；對于 Uom、Pom、和D,應(yīng)給放大電路輸入中頻段大幅值信號?；竟采浞糯箅娐返墓ぷ髟硪訬PN型晶體管組成的基本共射放大電路為例?；竟采浞糯箅娐返慕M成級各元件的作用當(dāng)40時，稱放大電路處于靜態(tài)。輸入

36、回路中，基極電源Vbb使晶體管b-e間的電壓Ube大于開啟電壓Uon ,并與積極電阻 Rb共同決定積極電流I B ;輸出回路中，集電極電源Vcc應(yīng)足夠高，使晶體管的集電結(jié)反向偏置，以保證晶體管工作在放大狀態(tài)，因此集電極電流I L -c b TOC o 1-5 h z 集電極電阻Rc上電流等于Ic,因而其電壓為IcRc,從而確定了c-e間的電壓UceVcI cRc當(dāng) 30 時輸入回路中，將在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上產(chǎn)生一個動態(tài)的基極電流ib、在輸出回路上得到動態(tài)電流ic、集電極電阻電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，使得管壓降uCE產(chǎn)生變化，其變化量即是輸出動態(tài)電壓uo,從而實現(xiàn)了電壓放大。直流電源VCC為輸出提

37、供能量。設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點 Q (Quiescent)：將輸入信號為零(即直流電源單獨作用時)晶體管的基極電流IB、集電極電流 %、b-e間電壓U be以及管壓降Uce稱為放大電路的靜態(tài)工作點Q。以上四個物理量常記為I BQ、I CQ、U BEQ、U CEQ。在近似估算中，常認(rèn)為UBEQ為已知量，對于硅管，取U BEQ為0.6V0.8V中的某個值，如 0.7V,對于錯管，取 U BEQ為0.1V0.3V中的某 個值，如0.2V。求解方法：令U& 0 ,根據(jù)回路方程，得到靜態(tài)工作點表達(dá)式I BQVBB U BEQRBI BQ I BQU CEQ VCCI CQ RC為什么

38、要設(shè)置靜態(tài)工作點將基極電源移去， 靜態(tài)時，若將輸入端短路，必然得到IBQ 0、ICQ 0、UCEQ VCC的結(jié)論，因此晶體管處于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)加入輸入電壓時，若其峰值小于開啟電壓，則在信號周期內(nèi)晶體管式中工作在截止?fàn)顟B(tài)，管壓降無變化，輸出電壓為零。即使輸入電壓幅值足夠大，晶體管也只可能在信號正半軸大于開啟電壓的時間間隔內(nèi)導(dǎo)通，所以輸出電壓必然嚴(yán)重失真?；竟采浞糯箅娐返墓ぷ髟砑安ㄐ畏治霎?dāng)有輸入電壓時， 基極電流的在原直流分量I bq的基礎(chǔ)上疊加一個正弦交流電流ib ,所以基極總電流 I B I BQ ib 根據(jù)晶體管基極電流對集電極電流的控制作用，集電極電流也會在直流分量的基礎(chǔ)上疊加一個正弦交

39、流電流ic,且ic ib,集電結(jié)總電流IC ICQ ic (IBQ ib)I Bo管壓降Uce Uceq Uce。將管壓降中的直流分量Uceq去掉，就得到了一個與輸入電壓香味相反且放大了的交流電壓 uo對于基本共射放大電路，自會有設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點，之交流信號馱載在直流分量智商，以保證晶體管在輸入信號的整個周期內(nèi)式中工作在放大狀態(tài)，輸出電壓波形才不會產(chǎn)生非線性失真?；竟采浞糯箅娐返碾妷悍糯笞饔檬抢镁w管的電流放大作用，并依靠集電極電阻將電流的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化來實現(xiàn)的。放大電路的組成原則組成原則必須根據(jù)所用放大管的類型提供直流電源，以便設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，并作為輸出的能源。對于晶體

40、管，電源的極性和大小應(yīng)使晶體管：發(fā)射結(jié)處于正向偏置，且靜態(tài)電壓UBEQ大于開啟電壓 Uon,以保證晶體管工作在導(dǎo)通狀態(tài)；集電結(jié)處于反向偏置，以保證晶體管處于放大區(qū)。對于場效應(yīng)管，電源的極性、大小應(yīng)為場效應(yīng)管的柵-源之間、漏-源之間提供合適的電壓，從而使之工作在橫流區(qū)。電阻取值得當(dāng)，與電源配合，使放大管有合適的靜態(tài)工作電流。輸入信號必須能夠作用于放大管的輸入回路。對于晶體管，輸入信號必須能夠改變基極與發(fā)射極之間的電壓，產(chǎn)生uBE,從而改變基極或發(fā)射極電流，產(chǎn)生 iB或iE對于場效應(yīng)管，輸入信號必須能夠改變柵-源之間的電壓，產(chǎn)生uGS。當(dāng)負(fù)載接入時，必須保證放大管輸出回路的動態(tài)電流能夠作用與負(fù)載，

41、從而使負(fù)載獲得比輸入信號大得多的信號電流或信號電壓。常見的兩種共射放大電路根據(jù)上述原則，可構(gòu)成兩種放大電路為防止干擾，常要求輸入信號、直流電源、輸出信號均有一段接在公共端，即“地”端，稱為“共地”。VCC U BEQ U BEQ IBQ p二-Rb2Rb1靜態(tài)工作點ICQ I BQ I BQU CEQ Vcc I cqRc基極電容用于連接信號源與放大電路，負(fù)載電容用語鏈接放大電路與負(fù)載。在電子電路中其連接作用的電容成為耦合電容，利用電容連接電路成為 阻容耦合。由于電容對直流量的阻抗為無窮大，所以信號源與放大電路、放大電路與負(fù)載之間沒有直流量通過。耦合電容的容量應(yīng)足夠大，使其在輸入信號頻率范圍內(nèi)

42、的容抗很小，可視為短路，所以輸入信號幾乎無損地加載放大管的基極與發(fā)射極之間。耦合電容的作用是“隔離直流，通過交流”令輸入端短路，求出靜態(tài)工作點,VCC U BEQI CQ I BQ I BQU CEQ VCCI CQ Rc放大電路的分析方法直流通路與交流通路由于電容、電感等電抗元件的存在，直流量與交流信號所經(jīng)過的通路不完全相同。為方便起見，常把直流電源和輸入信號對電路的作用區(qū)分成直流通路和交流通路。直流通路：在直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路，也即靜態(tài)電流流經(jīng)的通路，用于研究靜態(tài)工作點。直流通路特性：電容視為開路電感線圈視為短路信號源視為短路，但保留內(nèi)阻交流通路：在輸入信號作用下交流信號流經(jīng)的

43、通路，用于研究動態(tài)參數(shù)。交流通路特性：大容量電容視為短路屋內(nèi)組直流源視為開路在分析放大電路時，應(yīng)遵循“先靜態(tài)，后動態(tài)”的原則。求解靜態(tài)工作點的時候應(yīng)利用直流通路，求解動態(tài)參數(shù)的時候應(yīng)利用交流通路。圖解法靜態(tài)工作點的分析用虛線將晶體管與外接電路分開，虛線之間為晶體管。當(dāng)輸入信號為u10時，在晶體管的輸入回路中，靜態(tài)工作點既應(yīng)在晶體管的輸入特性曲線上，又應(yīng)該滿足外電路的回路方程uBE Vbb iBRb在輸入特性坐標(biāo)系中，畫出由上式確定的直線（輸入回路負(fù)載線） ，其與橫軸的交點為VBB,0 ,與縱軸的交點為0,Vbb ，斜率為& 1。直線與曲線的交點即為靜態(tài)工作點QUbeq,Ibq oRb與輸入回路

44、相似，在晶體管的輸出回路中，靜態(tài)工作點應(yīng)該既在IB ibq的輸出特性曲線上，又應(yīng)滿足外電路的回路方程uCE VCC iCRC在輸出特性坐標(biāo)系中，畫出上式確定的直線（輸出回路負(fù)載線），其與橫軸的交點為VCC,0 ,與縱軸的交點為0,VCC ，斜率為Rc 1。直線與曲線的交點為靜態(tài)工作點Q Uceq, Icq oRc電壓放大倍數(shù)的分析當(dāng)外加輸入信號 U1時，輸 入回路方程為Ube VbbU1 IbR。該直線 與橫軸交點為VbbUi,0 ，與縱軸交點為0,VB% 。斜率仍為Rb1。Rb在求解放大倍數(shù) 人時，首先給定u1,然后根據(jù)輸入回路方程做輸入回路負(fù)載線，由負(fù)載線與輸入特性曲線的交點可得到在u1作

45、用下的基極電流變化量iB ;在輸出特性中，找到iB Ibq iB的輸出特性曲線，輸出回路負(fù)載線與曲線交點為Uceq uce, Icq iC ，其中uCE就是輸出電壓，從而得到電壓放大倍數(shù)UoUceAuUiU1簡述求解過程:給定 U1由輸入回路圖解得到i B由輸出回路圖解得到iC由輸出方程uCE解得Au波形非線性失真的分析當(dāng)輸入電壓為正弦波時，若靜態(tài)工作點合適且輸入信號幅值較小，則晶體管b-e 間的動態(tài)電壓為正弦波，基極動態(tài)電流也為正弦波。在放大區(qū)內(nèi)集電極電流隨基極電流按倍變化，并且i C 與UCE將沿著負(fù)載線變化。當(dāng)ic增大時，UCE減??；當(dāng)ic減小時，Uce增大。由此得到動態(tài)管壓降 uce

46、，即輸出電壓uo （與 ui 反相） 。當(dāng) Q 點過低時， 在輸入信號負(fù)半周靠近峰值的某段時間內(nèi)， 晶體管 b-e 間的電壓總量u BE 小于其開啟電壓 U on ，晶體管截止，此時及基地阿尼路 i B 將產(chǎn)生底部失真。當(dāng) Q 點過高時，雖然基極動態(tài)電流ib 為不失真的正弦波，但是由于輸入信號正半周靠近峰值的某段時間內(nèi)晶體管進(jìn)入了飽和區(qū)，導(dǎo)致集電極動態(tài)電流產(chǎn)生定不失真，集電極電阻Rc上的電壓波形隨之產(chǎn)生同樣的失真。 由于輸出電壓u 與 R 上電壓變化的相位相反， 從而導(dǎo)致 u 波形產(chǎn)oco生底部失真。因晶體管飽和產(chǎn)生的失真稱為飽和失真，為了消除飽和失真，就要適當(dāng)降低Q 點。為此，可以增大基極電

47、阻Rb 以減小基極靜態(tài)電流I BQ ，從而減小集電極靜態(tài)電流 I CQ ；也可以減小集電極電阻 Rc 以改變負(fù)載線斜率，從而增大管壓降U CEQ ；或更換一只 較小的晶體管以便在I BQ 同樣的情況下減小 I CQ 。直流負(fù)載線與交流負(fù)載線圖解法的適用范圍分析輸出幅值比較大而工作頻率不太高的情況。多用于分析Q 點位置、最大不失真輸出電壓和失真情況。等效電路法晶體管的直流模型以及靜態(tài)工作點的估算法將 b-e 間電壓 U BEQ 取一個固定數(shù)值時，也就是認(rèn)為 b-e 間等效為直流恒壓源，說明已將晶體管輸入特性折線化； 而集電極電流I CQ I BQ ， 說明 I CQ 僅決定于 I BQ 而與靜態(tài)

48、管壓降U BEQ 無關(guān)，即輸出特性曲線是橫軸的平行線，所以可等效出晶體管的直流模型。晶體管的直流模型是晶體管在靜態(tài)時工作在放大狀態(tài)的模型，其使用條件是：Ube Uon,UcE Ube，且認(rèn)為一 。晶體管共射h參數(shù)等效模型h參數(shù)等效模型的由來將晶體管看錯一個雙口網(wǎng)絡(luò)，并以b-e作為輸入端口，以 c-e作為輸出端口，則網(wǎng)絡(luò)外部的端電壓和電流關(guān)系就是晶體管的輸入特性與輸出特性，可以寫成關(guān)系式UBE f i B, uCE iC f iB,UCE為研究低頻小信號作用下各變化量之間的關(guān)式中uBE、iB、uCE、iC均為各電量的瞬時總量。系，對上式求全微分:dUBEUBEiBdiBiCiCiBU ceqUc

49、eqdiBicUCEUBEUcedUcEI BQdUcEIBQ由于duBE代表uBE的變化部分，可以用U&be取代；同理diB、diC、duCE可用洛、隹、UCe取代，根據(jù)電路原理網(wǎng)絡(luò)分析知識，可從上式得到Ube幾伯&八電&%1e& h22eUCeh參數(shù)方程下表e表示共射接法，式中hlleh12eUBEiBUbeUCEiCiBU ceqIBQU ceqh22eUCEhiie ：表示小信號作用下b-eh參數(shù)的物理意義間的動態(tài)電阻，常記作 e, Q點越高，輸入特性曲線越陡，hlle的hl2e：從輸入特性上看，是在值越小。iB IBQ情況下Ube對Uce的影響，可以用 求出2e的近似UCE值。hi2

50、e描述的是晶體管輸出回路電壓對輸入回路電壓的影響，稱為內(nèi)反饋系數(shù)2.4.2.3動態(tài)參數(shù)的估算2.4放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定h21e:從輸出特性上看，當(dāng)小信號作用時，hi2e C C，表示晶體管在 Q點附近的電流放iB iB大系數(shù) 。5h22e：由于大多數(shù)晶體管工作在放大區(qū)時曲線幾乎平行于橫軸，所以其值場小于10 S。常稱1/ h22e為c-e間動態(tài)電阻rce,其值在幾百千歐以上。綜上：hllebe,hl2e電壓放大倍數(shù)(內(nèi)反饋系數(shù))，卜2伯電流放大倍數(shù)(),h22e1/%e簡化的h參數(shù)等效模型在輸入回路，內(nèi)反饋系數(shù) hi2e很小，近似分析中課忽略不計，故晶體管的輸入回路可近似等效為只有一個動態(tài)

51、電阻入e hue ；在輸出回路，h22e很小，也即rce很大，說明在近似分析中該支路電流可忽略，故晶體管的輸出回路可以近似等效為只有一個受控電流源&c2.3.324 %e的近似表達(dá)式在簡化的h參數(shù)等效模型中，可以通過實UTUTbebb,1- 或bebb-一 計算I EQI CQ2.3.3.3共射放大電路動態(tài)參數(shù)的分析電壓放大倍數(shù) A由定義，A Uoq一&R一&R-U& Rb rbe& Rb rbe輸入電阻RiR bRb公I(xiàn)i輸出電阻RoRo匕RcIo u o U0/Rcsh21e。測得到工作在Q點下的，并可以通過be的數(shù)值。RcRbrbe靜態(tài)工作點穩(wěn)定的必要性靜態(tài)工作點決定了電路是否會產(chǎn)生失真

52、，而且還影響電壓放大倍數(shù)、輸入電阻等動態(tài)參數(shù)。實際上，電源電壓的波動、元件的老化以及因溫度所引起晶體管參數(shù)的變化，都會造成靜態(tài)工作點的不穩(wěn)定，從而使動態(tài)參數(shù)不穩(wěn)定，有時甚至導(dǎo)致電路無法正常工作。在引起Q不穩(wěn)定的諸多因素中，溫度對晶體管參數(shù)的影響是最為主要的。溫度升高時，晶體管的電流放大系數(shù)增大，穿透電流Iceo增大，集中表現(xiàn)為集電極電流Icq明顯增大，共射電路中晶體管的管壓降 Uceq將減小，Q點沿直流負(fù)載線上移到 Q,向飽和區(qū)變化；要想回到原位置,必須減小基極電流Ibq。反之，溫度降低時， Q點將沿直流負(fù)載先下移，向截止區(qū)變化，要想回到原位置，必須增大基極電流IBQ綜上，所謂穩(wěn)定 Q點，通常

53、是指在環(huán)境溫度變化是，靜態(tài)集電極電流Icq和管壓降Uceq基本保持不變，即 Q點在晶體管輸出特性坐標(biāo)平面中的位置基本不變，而且，必須依靠1峰的變化來抵消Icq和U ceq的變化。常用引入直流負(fù)反饋或溫度補(bǔ)償?shù)姆椒ㄊ笽bq在溫度變化時產(chǎn)生與I CQ相反的變化。典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路電路組成和Q點穩(wěn)定原理反饋：將輸出量通過一定的方式引回到輸入回路來影響輸入量的措施。負(fù)反饋：由于反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小。直流負(fù)反饋：出現(xiàn)在直流通路之中的負(fù)反饋。電路Q點穩(wěn)定的原因：1)直流負(fù)反饋作用2) Ubq近似恒定2.4.2.2靜態(tài)工作點的估算已知 Il? Ibq,則Ubq士 VccRb1Rb2發(fā)射極電流I

54、EQEQU BQ U BEQRe由于 Icq Ieq ,管壓降 UceqVccIcq RcR,.I EQ基極電流IBQ-Q-1RcPRlRbPbeRb1 PRb2 PrbeRoRc2.4.3穩(wěn)定靜態(tài)工作點的措施負(fù)反饋、溫度補(bǔ)償晶體管單管放大電路的三種基本接法基本共集放大電路電路的組成晶體管工作應(yīng)在放大區(qū)，即 UceUbeUon ,所以基本共集放大電路中，晶體管的輸入回路加基極電源Vbb，其余&, R共同確定合適的基極靜態(tài)電流；晶體管的輸出回路加集電極電源Vcc,它提供集電極電流和輸出電流。直流通路中VBB,VCC負(fù)端接地，交流通路中集電極是輸入輸出回路的公共端。交流信號Ui輸入時，產(chǎn)生動態(tài)的基

55、極電流ie,馱載在靜態(tài)電流IBQ智商，通過晶體管得到放大了的發(fā)射極電流iE，其交流分量ie在發(fā)射極電阻 R上產(chǎn)生的交流電壓即為輸出電壓u。由于輸出電壓由發(fā)射極獲得，故也稱共集放大電路為射極輸出器。靜態(tài)分析列出輸入回路方程VBB1 BQRb U BEQlEQRe得到基極靜態(tài)電流I BQ1 BQ RbU BEQ 1I BQ、發(fā)射極靜態(tài)電流VBB U BEQRb1 RiBQReI EQ 和管壓降U CEQ2.5.1.3動態(tài)分析晶體管用h參數(shù)等效模型取代便得到共集放大電路的交流等效電路ReRbrbe1Re基本共基放大電路三種接法的比較共射電路既能放大電流又能放大電壓，輸入電阻居三種電路之中，輸出電阻交

56、大，頻帶 較窄。常作為低頻電壓放大電路的單元電路。攻擊電路只能放大電流，是三種接法中輸入電阻最大，輸出電阻最小的電路，并具有電 壓跟隨的特點。常用于電壓放大電路的輸入級和輸出級，在功率放大電路中也常采用射極輸出的形式共基電路只能放大電壓不能放大電流，輸入電阻小，電壓放大倍數(shù)、輸出電阻與共射電 路相當(dāng)，是三種接法中高頻特性最好的電路。常作為寬頻帶放大電路。場效應(yīng)管放大電路場效應(yīng)管放大電路的三種接法場效應(yīng)管的g-d-s與晶體管的b-c-e相對應(yīng)，因此組成放大電路時也有三種接法，即共源放大電路、共漏放大電路和共柵放大電路。其中共柵電路很少使用。場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置方法及其分析估算與晶體管

57、放大電路一樣，為了使電路正常放大，必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，以保證信號的整個周期內(nèi)場效應(yīng)管均工作在恒流區(qū)。下面以共源電路為例加以說明?；竟苍捶糯箅娐穼τ贜溝道增強(qiáng)型 MOS管，為使工作在恒流區(qū)。在輸入回路加?xùn)艠O電源 VGG。VGG應(yīng)該大于開啟電壓入由；在輸出回路加漏極電壓 VDD , 一方面使漏-源電壓大于預(yù)夾斷電壓以保證管子工作在恒流區(qū)，另一方面作為負(fù)載的能源；Rd與共射電路中的 Rc具有完全相同的作用，可以使漏極電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓Uds的變化，從而實現(xiàn)電壓放大。靜態(tài)工作點的求取方法：法一（作圖法）：故柵極電流為0,所以U gsq Vgg oQ那么首先在輸出特性中找到UGS VGG的那條

58、曲線（若沒有,VDD iD Rd ,讀出交點 Q IDq,UDSq。2.VGG,I DQ I DO1I DQ和U dsq分力1J為U GS thU DSQ VDD I DQRd令U&i 0,由于柵源之間絕緣，若已知場效應(yīng)管的輸出特性曲線，須測出），然后做負(fù)載線 uDS法二（電流方程法）：2iD Ido產(chǎn)1，所以U GS th,也為了采用單電源供電，在實用電路中常采用下面介紹的自為了使信號源與放大電路“共地” 給偏壓電路和分壓式偏置電路。自給偏壓電路N溝道結(jié)型場效應(yīng)管只有在柵源電壓U gs小于零時電路才能正常工作。在靜態(tài)時，由于場效應(yīng)管山脊電流為零，因而電阻Rg的電流為零，山脊典韋 Ugq也為零

59、；漏極電流Idq流過源機(jī)電組 Rs必然產(chǎn)生電壓，使源極電位Usq IdqRs,因此，柵源之間靜態(tài)電壓Ugsq Ugq Usq IdqRs電路是靠源極電壓為柵源兩級提供一個負(fù)偏壓，稱為自給偏壓。2 Icc Iy 1 U將上式與場效應(yīng)管的電流方程聯(lián)立，即可解出I DQ和U GSQ ： DQU N仟Q gsqGS OffU DSQ Vdd I DQ Rd Rs分壓式偏置電路N溝道增強(qiáng)型 MOS管構(gòu)成的共源放大電路中，通過對漏極電源分壓設(shè)置偏壓。場效應(yīng)管放大電路的動態(tài)分析場效應(yīng)管的低頻小信號等效模型將場效應(yīng)管看成一個兩端口網(wǎng)絡(luò)，柵源之間看成輸入端口，漏源之間看成輸出端口。以N溝道增強(qiáng)型MOS管為例，可

60、以認(rèn)為柵極電流為零，柵源之間只有電壓存在。漏極電流iD是柵源電壓uGS和漏源電壓UDS的函數(shù)，即iD f uGS,uDS研究動態(tài)信號作用時用全微分表示dip-duGs -D-d/suGS UdsuDS Ugs令式中uGS UdsiDUDSgm,當(dāng)信號幅值較小時，管子電流、1電壓旨在 Q點附近變化，因此認(rèn)為在 Q點附近的特性為現(xiàn)行的。gm與rds近似為常數(shù)。用交流信號取代變化量，則全微分式可寫成& gmU&gs 工 Uds。 rds則，根據(jù)上式課構(gòu)造出場效應(yīng)管低頻小信號作用下的等效模型。輸入回路柵源之間相當(dāng)于開路，輸出回路與晶體管的 h參數(shù)等效模型相似，是一個電壓Ugs控制的電流源和一個電阻rd