電工電子技術(shù)基礎(chǔ)課件

第七章晶體管及其應(yīng)用1導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。7.0半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性2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)電能力明顯改變。1.摻雜性2.熱敏性和光敏性37.0.1本征半導(dǎo)體（純凈和具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體）一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GeSi現(xiàn)代電子學(xué)中，用的最多的半導(dǎo)體是硅和鍺，它們的最外層電子（價(jià)電子）都是四個(gè)。4在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個(gè)原子都處在正四面體的中心，而四個(gè)其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個(gè)原子與其相臨的原子之間形成共價(jià)鍵，共用一對(duì)價(jià)電子。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體。5硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共用電子對(duì)+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子6共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子被緊緊束縛在共價(jià)鍵中，稱為束縛電子，常溫下束縛電子很難脫離共價(jià)鍵成為自由電子，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。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)。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。+4+4+4+47二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對(duì)0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時(shí),價(jià)電子完全被共價(jià)鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動(dòng)的帶電粒子（即載流子），它的導(dǎo)電能力為0，相當(dāng)于絕緣體。在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價(jià)電子獲得足夠的能量而脫離共價(jià)鍵的束縛，成為自由電子，同時(shí)共價(jià)鍵上留下一個(gè)空位，稱為空穴。1.載流子、自由電子和空穴8+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子92.本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。10溫度越高，載載流子的濃度度越高。因此此本征半導(dǎo)體體的導(dǎo)電能力力越強(qiáng)，溫度度是影響半導(dǎo)導(dǎo)體性能的一一個(gè)重要的外外部因素，這這是半導(dǎo)體的的一大特點(diǎn)。。本征半導(dǎo)體的的導(dǎo)電能力取取決于載流子子的濃度。本征半導(dǎo)體體中電流由由兩部分組組成：1.自由電子移移動(dòng)產(chǎn)生的的電流。2.空穴移動(dòng)產(chǎn)產(chǎn)生的電流流。（在本征半半導(dǎo)體中自自由電子子和空穴成成對(duì)出現(xiàn)，，同時(shí)又不不斷的復(fù)合合）117.0.2雜質(zhì)半導(dǎo)體體在本征半導(dǎo)導(dǎo)體中摻入入某些微量量的雜質(zhì)，，就會(huì)使半半導(dǎo)體的導(dǎo)導(dǎo)電性能發(fā)發(fā)生顯著變變化。其原原因是摻雜雜半導(dǎo)體的的某種載流流子濃度大大大增加。。P型半導(dǎo)體：：空穴濃度大大大增加的的雜質(zhì)半導(dǎo)導(dǎo)體，也稱稱為（空穴穴半導(dǎo)體））。N型半導(dǎo)體：：自由電子濃濃度大大增增加的雜質(zhì)質(zhì)半導(dǎo)體，，也稱為（（電子半導(dǎo)導(dǎo)體）。12一、N型半導(dǎo)體在硅或鍺晶晶體中摻入入少量的五五價(jià)元素磷磷，晶體中中的某些半半導(dǎo)體原子子被雜質(zhì)取取代，磷原原子的最外外層有五個(gè)個(gè)價(jià)電子，，其中四個(gè)個(gè)與相鄰的的半導(dǎo)體原原子形成共共價(jià)鍵，必必定多出一一個(gè)電子，，這個(gè)電子子幾乎不受受束縛，很很容易被激激發(fā)而成為為自由電子子，這樣磷磷原子就成成了不能移移動(dòng)的帶正正電的離子子。13+4+4+5+4多余電子磷原子N型半導(dǎo)體中中的載流子子是什么？？1.由磷原子提提供的電子子，濃度與與磷原子相相同。2.本征半導(dǎo)體體中成對(duì)產(chǎn)產(chǎn)生的電子子和空穴。。摻雜濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于本征征半導(dǎo)體中中載流子濃濃度，所以以，自由電電子濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于空穴穴濃度。自自由電子稱稱為多數(shù)載流子子（多子），空穴稱稱為少數(shù)載流子子（少子）。14二、P型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼（或銦），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，硼原子的最外層有三個(gè)價(jià)電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)空穴。這個(gè)空穴可能吸引束縛電子來填補(bǔ)，使得硼原子成為不能移動(dòng)的帶負(fù)電的離子。+4+4+3+4空穴硼原子P型半導(dǎo)體中中空穴是多多子，電子子是少子。15三、雜質(zhì)半半導(dǎo)體的符符號(hào)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體16PN結(jié)的形成在同一片半半導(dǎo)體基片片上，分別別制造P型半導(dǎo)體和和N型半導(dǎo)體，，經(jīng)過載流流子的擴(kuò)散散，在它們們的交界面面處就形成成了PN結(jié)。7.1PN結(jié)及其單向向?qū)щ娦?7P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的結(jié)果果是使空間間電荷區(qū)逐逐漸加寬。。內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)強(qiáng)，漂移運(yùn)運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，，而漂移使使空間電荷荷區(qū)變薄。?？臻g電荷區(qū)，也稱耗盡層。18漂移運(yùn)動(dòng)P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)E所以擴(kuò)散和和漂移這一一對(duì)相反的的運(yùn)動(dòng)最終終達(dá)到平衡衡，相當(dāng)于于兩個(gè)區(qū)之之間沒有電電荷運(yùn)動(dòng)，，空間電荷荷區(qū)的厚度度固定不變變。19－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空間電荷區(qū)區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VV020(1)加正向電壓壓（正偏））——電源正極接接P區(qū)，負(fù)極接接N區(qū)外電場(chǎng)的方方向與內(nèi)電電場(chǎng)方向相相反。外電場(chǎng)削弱弱內(nèi)電場(chǎng)→耗盡層變窄窄→擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)＞＞漂移運(yùn)動(dòng)→多子擴(kuò)散形成正正向電流IF正向電流PN結(jié)的單向?qū)?dǎo)電性21(2)加反向電壓壓——電源正極接接N區(qū)，負(fù)極接接P區(qū)外電場(chǎng)的方方向與內(nèi)電電場(chǎng)方向相相同。外電場(chǎng)加強(qiáng)強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)→耗盡層變寬寬→漂移運(yùn)動(dòng)＞擴(kuò)散散運(yùn)動(dòng)→少子漂移形形成反向電電流IRPN在一定的溫溫度下，由由本征激發(fā)發(fā)產(chǎn)生的少少子濃度是是一定的，，故IR基本上與外外加反壓的的大小無關(guān)關(guān)，所以稱為反向飽和電電流。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)關(guān)。22PN結(jié)加正向電電壓時(shí)，具具有較大的的正向擴(kuò)散散電流，呈呈現(xiàn)低電阻阻，PN結(jié)導(dǎo)通；PN結(jié)加反向電電壓時(shí)，具具有很小的的反向漂移移電流，呈呈現(xiàn)高電阻阻，PN結(jié)截止。由此可以得得出結(jié)論：：PN結(jié)具有單向向?qū)щ娦?。?37.2晶體二極管管及其應(yīng)用用7.2.1晶體二極管管PN結(jié)加上管殼殼和引線，，就成為半半導(dǎo)體二極極管。引線外殼線觸絲線基片點(diǎn)接觸型PN結(jié)面接觸型PN二極管的電路符號(hào)：陽極+陰極-A基本結(jié)構(gòu)24B伏安特性UI死區(qū)電壓硅硅管0.5V,鍺管0.1V。導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電電壓UBR25C主要參數(shù)（1）最大整流電電流IF二極管長(zhǎng)期期使用時(shí)，，允許流過過二極管的的最大正向向平均電流流。（3）反向擊穿電電壓UBR二極管反向向擊穿時(shí)的的電壓值。。擊穿時(shí)反反向電流劇劇增，二極極管的單向向?qū)щ娦员槐黄茐模跎踔吝^熱而而燒壞。手手冊(cè)上給出出的最高反反向工作電電壓UBM一般是UBR的一半。（2）最高反向工作電電壓UBM保證二極管管不被擊穿穿時(shí)的反向向峰值電壓壓。26（4）反向電流IR指二極管加加反向峰值值工作電壓壓時(shí)的反向向電流。反反向電流大大，說明管管子的單向向?qū)щ娦圆畈睿虼朔捶聪螂娏髟皆叫≡胶?。。反向電流流受溫度的的影響，溫溫度越高反反向電流越越大。硅管管的反向電電流較小，，鍺管的反反向電流要要比硅管大大幾十到幾幾百倍。27當(dāng)外加正向向電壓不同同時(shí)，PN結(jié)兩側(cè)堆積積的少子的的數(shù)量及濃濃度梯度也也不同，這這就相當(dāng)電電容的充放放電過程。電容效應(yīng)在在交流信號(hào)號(hào)作用下才才會(huì)明顯表表現(xiàn)出來擴(kuò)散電容：：為了形成正正向電流（（擴(kuò)散電流流），注入入P區(qū)的少子（（電子）在在P區(qū)有濃度差差，越靠近近PN結(jié)濃度越大大，即在P區(qū)有電子的的積累。同同理，在N區(qū)有空穴的的積累。正正向電流大大，積累的的電荷多。。這樣所產(chǎn)生生的電容就就是擴(kuò)散電電容.28CB在正向和反反向偏置時(shí)時(shí)均不能忽忽略。而反反向偏置時(shí)時(shí)，由于載載流子數(shù)目目很少，擴(kuò)擴(kuò)散電容可可忽略。PN結(jié)高頻小信信號(hào)時(shí)的等等效電路：：勢(shì)壘電容和和擴(kuò)散電容容的綜合效效應(yīng)rd297.2.2穩(wěn)壓二極管管UIIZIZmaxUZIZ穩(wěn)壓誤差曲線越陡，，電壓越穩(wěn)穩(wěn)定。+-UZ動(dòng)態(tài)電阻：rz越小，穩(wěn)壓性能越好。30（4）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小小穩(wěn)定電流流Izmax、Izmin。（5）最大允許許功耗穩(wěn)壓二極管管的參數(shù):（1）穩(wěn)定電壓UZ（2）電壓溫度系數(shù)U（%/℃）穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。（3）動(dòng)態(tài)電阻阻31在電路中穩(wěn)穩(wěn)壓管只有有與適當(dāng)?shù)牡碾娮柽B接接才能起到到穩(wěn)壓作用用。UIIZIZmaxUZIZUZ32穩(wěn)壓二極管管的應(yīng)用舉舉例uoiZDZRiLiuiRL穩(wěn)壓管的技技術(shù)參數(shù):解：令輸入入電壓達(dá)到到上限時(shí)，，流過穩(wěn)壓壓管的電流流為Izmax——方程1要求當(dāng)輸入入電壓由正正常值發(fā)生生20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)負(fù)載電壓基基本不變。。求：電阻R和輸入電壓壓ui的正常值。。33令輸入電壓降降到下限時(shí)時(shí)，流過穩(wěn)穩(wěn)壓管的電電流為Izmin。——方程2uoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程1、2，可解得：：347.2.3發(fā)光二極管管有正向電流流流過時(shí)，，發(fā)出一定定波長(zhǎng)范圍圍的光，目目前的發(fā)光光管可以發(fā)發(fā)出從紅外外到可見波波段的光，，它的電特特性與一般般二極管類類似。357.2.4光電二極管管反向電流隨隨光照強(qiáng)度度的增加而而上升。IU照度增加367.2.5變?nèi)荻O管管符號(hào)與特性性曲線37二極管：死區(qū)電壓=0.5V，正向壓降0.7V(硅二極管)理想二極管管：死區(qū)電壓=0，正向壓降降=0RLuiuouiuott二極管的應(yīng)應(yīng)用舉例1：二極管半波波整流二極管的應(yīng)應(yīng)用是主要要利用它的的單向?qū)щ婋娦裕饕獞?yīng)用于整整流、限幅幅、保護(hù)等等等。7.2.6晶體二極管管的基本應(yīng)應(yīng)用38二極管的應(yīng)應(yīng)用舉例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo397.3.1晶體三極管管A基本結(jié)構(gòu)BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNP集電極基極發(fā)射極BCEPNP型7.3晶體三極管管及其基本本放大電路路40BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄薄，摻雜濃濃度低集電區(qū)：面面積較大發(fā)射區(qū)：摻摻雜濃度較高高41BECNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)42BECIBIEICNPN型三極管BECIBIEICPNP型三極管符號(hào)43ICmAAVVUCEUBERBIBECEB一.一個(gè)實(shí)驗(yàn)B三極管的電電流放大作作用44結(jié)論:1.IE=IC+IB3.IB=0,IC=ICEO4.要使晶體管管放大,發(fā)射結(jié)必須須正偏,集電結(jié)必須須反偏。45二.電流放大原原理BECNNPEBRBECIE基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略。IBE進(jìn)入P區(qū)的電子少少部分與基基區(qū)的空穴穴復(fù)合，形形成電流IBE，多數(shù)擴(kuò)散到到集電結(jié)。。發(fā)射結(jié)正偏偏，發(fā)射區(qū)區(qū)電子不斷斷向基區(qū)擴(kuò)擴(kuò)散，形成成發(fā)射極電電流IE。46BECNNPEBRBECIE集電結(jié)反偏偏，有少子子形成的反反向電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBOICEIBEICE從基區(qū)擴(kuò)散散來的電子子作為集電電結(jié)的少子子，漂移進(jìn)進(jìn)入集電結(jié)結(jié)而被收集集，形成ICE。47IB=IBE-ICBOIBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO

ICEIBE48ICE與IBE之比稱為電電流放大倍倍數(shù)49一.輸入特性UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：：硅管管UBE0.6~0.7V,鍺管UBE0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V死區(qū)電壓，，硅管0.5V，鍺管0.1V。C特性曲線50二、輸出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足足IC=IB稱為線性區(qū)區(qū)（放大區(qū)區(qū)）。當(dāng)UCE大于一定的的數(shù)值時(shí)，，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。51IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏偏，IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)區(qū)。52IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死區(qū)電壓，，稱為截止止區(qū)。53輸出特性三三個(gè)區(qū)域的的特點(diǎn):放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏偏，集電結(jié)結(jié)反偏。即：IC=IB,且IC=IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏偏，集電結(jié)結(jié)正偏。即：UCEUBE，IB>IC，UCE0.3V(3)截止區(qū)：UBE<死區(qū)電壓，，IB=0，IC=ICEO054D、主要參數(shù)數(shù)前面的電路路中，三極極管的發(fā)射射極是輸入入輸出的公公共點(diǎn)，稱稱為共射接接法，相應(yīng)應(yīng)地還有共共基、共集集接法。共射直流電流放放大倍數(shù)：工作于動(dòng)態(tài)態(tài)的三極管管，真正的的信號(hào)是疊疊加在直流流上的交流流信號(hào)。基基極電流的的變化量為為IB，相應(yīng)的集電電極電流變變化為IC，則交流電流放放大倍數(shù)為：a.電流放大倍數(shù)和

55例：UCE=6V時(shí)：IB=40A,IC=1.5mA；IB=60A,IC=2.3mA。在以后的計(jì)算中，一般作近似處理：=56b.集-基極反向截截止電流ICBOAICBOICBO是集電結(jié)反反偏由少子子的漂移形形成的反向向電流，受受溫度的變變化影響。。57BECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO

IBEIBEICBO進(jìn)入N區(qū)，形成IBE。根據(jù)放大關(guān)關(guān)系，由于于IBE的存在，必必有電流IBE。集電結(jié)反偏偏有ICBOc.集-射極反向截截止電流ICEOICEO受溫度影響響很大，當(dāng)當(dāng)溫度上升升時(shí)，ICEO增加很快，，所以IC也相應(yīng)增加加。三極管的溫溫度特性較較差。58d.三極管的極極限參數(shù)（1）集電極最最大電流ICM集電極電流流IC上升會(huì)導(dǎo)致致三極管的的值的下降，，當(dāng)值下降到正正常值的三三分之二時(shí)時(shí)的集電極極電流即為為ICM。（2）集-射極反向擊擊穿電壓當(dāng)集---射極之間的的電壓UCE超過一定的的數(shù)值時(shí)，，三極管就就會(huì)被擊穿穿。手冊(cè)上上給出的數(shù)數(shù)值是25C、基極開路時(shí)時(shí)的擊穿電電壓U(BR)CEO。59（3）集電極極最大允許許功耗PCM集電極電流流IC流過三極管管，所發(fā)出的功功率為為：：PC=ICUCE必定導(dǎo)致結(jié)結(jié)溫上升，所以以PC有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)區(qū)607.3.2共發(fā)射極放放大電路三種三極管管放大電路路共射極放大大電路共基極放大大電路共集電極放放大電路以共射極放放大電路為為例講解工工作原理61放大電路的的目的是將將微弱的變化信號(hào)不不失真的放大成較大大的信號(hào)。。這里所講講的主要是是電壓放大大電路。電壓放大電電路可以用用有輸入口口和輸出口口的四端網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)表示，，如圖：uiuoAu62放大元件iC=iB，工作在放大大區(qū)，要保保證集電結(jié)結(jié)反偏，發(fā)發(fā)射結(jié)正偏偏。uiuo輸入輸出參考點(diǎn)RB+ECEBRCC1C2TA基本放大電電路的組成成63作用：使發(fā)射結(jié)正正偏，并提提供適當(dāng)?shù)牡撵o態(tài)工作作點(diǎn)?；鶚O電源與與基極電阻阻RB+ECEBRCC1C2T64集電極電源源，為電路路提供能量量。并保證證集電結(jié)反反偏。RB+ECEBRCC1C2T65集電極電阻阻，將變化化的電流轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸?。RB+ECEBRCC1C2T66耦合電容：：電解電容，，有極性。。大小為10F~50F作用：隔離輸入輸輸出與電路路直流的聯(lián)聯(lián)系，同時(shí)時(shí)能使信號(hào)號(hào)順利輸入入輸出。RB+ECEBRCC1C2T67可以省去電路改進(jìn)：：采用單電電源供電RB+ECEBRCC1C2T68單電源供電電路+ECRCC1C2TRB69符號(hào)規(guī)定UA大寫字母、、大寫下標(biāo)標(biāo)，表示直直流量。uA小寫字母、、大寫下標(biāo)標(biāo)，表示交交直流量。。ua小寫字母、、小寫下標(biāo)標(biāo)，表示交交流分量。。uAua交直流量交流分量tUA直流分量70B放大電路的的分析方法法放大電路分分析靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析估算法圖解法微變等效電電路法圖解法71直流通路和和交流通路路放大電路中中各點(diǎn)的電電壓或電流流都是在靜靜態(tài)直流上上附加了小小的交流信信號(hào)。但是，電容容對(duì)交、直直流的作用用不同。如如果電容容容量足夠大大，可以認(rèn)認(rèn)為它對(duì)交交流不起作作用，即對(duì)對(duì)交流短路路。而對(duì)直直流可以看看成開路，，這樣，交交直流所走走的通道是是不同的。。交流通路：：只考慮交流流信號(hào)的分分電路。直流通路：：只考慮直流流信號(hào)的分分電路。信號(hào)的不同同分量可以以分別在不不同的通路路分析。a靜態(tài)分析72例：對(duì)直流信號(hào)號(hào)（只有+EC）開路開路RB+ECRCC1C2T直流通道RB+ECRC73對(duì)交流信號(hào)號(hào)(輸入信號(hào)ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路74ui=0時(shí)由于電源的的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ靜態(tài)態(tài)工工作作點(diǎn)點(diǎn)RB+ECRCC1C2T75IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T76(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ)分別別對(duì)對(duì)應(yīng)應(yīng)于于輸輸入入輸輸出出特特性性曲曲線線上上的的一一個(gè)個(gè)點(diǎn)點(diǎn)稱稱為為靜靜態(tài)態(tài)工工作作點(diǎn)點(diǎn)。。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ77（1）估估算算法法（1）根根據(jù)據(jù)直直流流通通道道估估算算IBIBUBERB稱為為偏置置電電阻阻，IB稱為為偏置置電電流流。+EC直流通道RBRC78（2）根根據(jù)據(jù)直直流流通通道道估估算算UCE、IBICUCE直流通道RBRC79直流流負(fù)負(fù)載載線線ICUCE1.三極極管管的的輸出出特特性性。。2.UCE=EC–ICRC。ICUCEECQ直流流負(fù)載載線線與輸輸出出特性性的的交交點(diǎn)點(diǎn)就就是是Q點(diǎn)IB直流通道RB+ECRC（2）圖圖解解法法80先估估算算IB，然后后在在輸輸出出特特性性曲曲線線上上作作出出直直流流負(fù)負(fù)載載線線，，與與IB對(duì)應(yīng)應(yīng)的的輸輸出出特特性性曲曲線線與與直直流流負(fù)負(fù)載載線線的的交交點(diǎn)點(diǎn)就就是是Q點(diǎn)。。ICUCEQEC81例：：用估估算算法法計(jì)計(jì)算算靜靜態(tài)態(tài)工工作作點(diǎn)點(diǎn)。。已知知：：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：：請(qǐng)注注意意電電路路中中IB和IC的數(shù)數(shù)量量級(jí)級(jí)。。82b動(dòng)態(tài)態(tài)分分析析iBuBE從輸輸入入回回路路看看當(dāng)信信號(hào)號(hào)很很小小時(shí)時(shí)，，將將輸輸入入特特性性在在小小范范圍圍內(nèi)內(nèi)近近似似線線性性。。uBEiB對(duì)輸輸入入的的小小交交流流信信號(hào)號(hào)而而言言，，三三極極管管相相當(dāng)當(dāng)于于電電阻阻rbe。rbe從幾幾百百歐歐到到幾幾千千歐歐。。對(duì)于小功率三極管：（1）三三極極管管的的微微變變等等效效電電路路83從輸輸出出回回路路看看iCuCE所以以：：(1)輸出出端端相相當(dāng)當(dāng)于于一一個(gè)個(gè)受受ib控制制的的電電流流源源。。近似平行(2)考慮慮uCE對(duì)iC的影影響響，，輸輸出出端端還還要要并并聯(lián)聯(lián)一一個(gè)個(gè)大大電電阻阻rce。rce的含含義義iCuCE84ubeibuceicubeuceicrce很大大，，一般般忽忽略略。。rbeibibrcerbeibibbce等效cbe三極極管管的的微微變變等等效效電電路路微變變等等效效電電路路85（2）放放大大電電路路的的微微變變等等效效電電路路將交交流流通通道道中中的的三三極極管管用用微微變變等等效效電電路路代代替替:交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL86電壓壓放放大大倍倍數(shù)數(shù)的的計(jì)計(jì)算算特點(diǎn)點(diǎn)：：負(fù)載載電電阻阻越越小小，，放放大大倍倍數(shù)數(shù)越越小小。。rbeRBRCRL87輸入入電電阻阻的的計(jì)計(jì)算算對(duì)于于為為放放大大電電路路提提供供信信號(hào)號(hào)的的信信號(hào)號(hào)源源來來說說，，放放大大電電路路是是負(fù)負(fù)載載，，這這個(gè)個(gè)負(fù)負(fù)載載的的大大小小可可以以用用輸輸入入電電阻阻來來表表示示。。輸入電阻的定義：是動(dòng)態(tài)電阻。rbeRBRCRL電路路的的輸輸入入電電阻阻越越大大，，從從信信號(hào)號(hào)源源取取得得的的電電流流越越小小，，因因此此一一般般總總是是希希望望得得到到較較大大的的的的輸輸入入電電阻阻。。88輸出出電電阻阻的的計(jì)計(jì)算算對(duì)于于負(fù)負(fù)載載而而言言，，放放大大電電路路相相當(dāng)當(dāng)于于信信號(hào)號(hào)源源，，可可以以將將它它進(jìn)進(jìn)行行戴戴維維寧寧等等效效，，戴戴維維寧寧等等效效電電路路的的內(nèi)內(nèi)阻阻就就是是輸輸出出電電阻阻。。計(jì)算算輸輸出出電電阻阻的的方方法法：：所有有獨(dú)獨(dú)立立電電源源置置零零，，保保留留受受控控源源，，加加壓壓求求流流法法。。89所以以：：求輸輸出出電電阻阻：：rbeRBRC0090IBUBEQICUCEibtibtictuit（3）圖圖解解法法91uCE的變變化化沿沿一一條條直直線線ICUCEictucet92交流流負(fù)負(fù)載載線線ic其中中：：uceRBRCRLuiuo交流通路93iC和uCE是交直直流流量，，與與交交流流量量ic和uce有如如下下關(guān)關(guān)系系所以以：：即：交流信號(hào)的變化沿著斜率為：的直線。這條條直直線線通通過過Q點(diǎn)，，稱稱為為交流流負(fù)負(fù)載載線線。94交流流負(fù)負(fù)載載線線的的作作法法ICUCEECQIB過Q點(diǎn)作一條直線，斜率為：交流負(fù)負(fù)載線線95各點(diǎn)波波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB96失真分分析在放大大電路路中，，輸出出信號(hào)號(hào)應(yīng)該該成比比例地地放大大輸入入信號(hào)號(hào)（即即線性性放大大）；；如果果兩者者不成成比例例，則則輸出出信號(hào)號(hào)不能能反映映輸入入信號(hào)號(hào)的情情況，，放大大電路路產(chǎn)生生非線性性失真真。為了得得到盡盡量大大的輸輸出信信號(hào)，，要把把Q設(shè)置在在交流流負(fù)載載線的的中間間部分分。如如果Q設(shè)置不不合適適，信信號(hào)進(jìn)進(jìn)入截截止區(qū)區(qū)或飽飽和區(qū)區(qū)，則則造成成非線線性失失真。。下面將將分析析失真真的原原因。。為簡(jiǎn)簡(jiǎn)化分分析，，假設(shè)設(shè)負(fù)載載為空空載(RL=)。97iCuCEuo可輸出出的最最大不不失真真信號(hào)號(hào)選擇靜靜態(tài)工工作點(diǎn)點(diǎn)ib98iCuCEuo1.Q點(diǎn)過低低，信信號(hào)進(jìn)進(jìn)入截截止區(qū)區(qū)放大電電路產(chǎn)產(chǎn)生截止失失真輸出波形輸入波形ibib失真99iCuCE2.Q點(diǎn)過高高，信信號(hào)進(jìn)進(jìn)入飽飽和區(qū)區(qū)放大電電路產(chǎn)產(chǎn)生飽和失失真ib輸入波形uo輸出波形100實(shí)現(xiàn)放放大的的條件件1.晶體管管必須須偏置置在放放大區(qū)區(qū)。發(fā)發(fā)射結(jié)結(jié)正偏偏，集集電結(jié)結(jié)反偏偏。2.正確設(shè)設(shè)置靜靜態(tài)工工作點(diǎn)點(diǎn)，使使整個(gè)個(gè)波形形處于于放大大區(qū)。。3.輸入回回路將將變化化的電電壓轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)化成成變化化的基基極電電流。。4.輸出回回路將將變化化的集集電極極電流流轉(zhuǎn)化化成變變化的的集電電極電電壓，，經(jīng)電電容濾濾波只只輸出出交流流信號(hào)號(hào)。101如何判判斷一一個(gè)電電路是是否能能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)放大大？3.晶體管管必須須偏置置在放放大區(qū)區(qū)。發(fā)發(fā)射結(jié)結(jié)正偏偏，集集電結(jié)結(jié)反偏偏。4.正確設(shè)設(shè)置靜靜態(tài)工工作點(diǎn)點(diǎn)，使使整個(gè)個(gè)波形形處于于放大大區(qū)。。如果已已給定定電路路的參參數(shù)，，則計(jì)計(jì)算靜靜態(tài)工工作點(diǎn)點(diǎn)來判判斷；；如果果未給給定電電路的的參數(shù)數(shù)，則則假定定參數(shù)數(shù)設(shè)置置正確確。1.信號(hào)能能否輸輸入到到放大大電路路中。。2.信號(hào)能能否輸輸出。。與實(shí)現(xiàn)現(xiàn)放大大的條條件相相對(duì)應(yīng)應(yīng)，判判斷的的過程程如下下：102集成電電路:將整個(gè)個(gè)電路路的各各個(gè)元元件做做在同同一個(gè)個(gè)半導(dǎo)導(dǎo)體基基片上上。集成電電路的的優(yōu)點(diǎn)點(diǎn)：工作穩(wěn)穩(wěn)定、、使用用方便便、體體積小小、重重量輕輕、功功耗小小。集成電電路的的分類類：模擬集集成電電路、、數(shù)字字集成成電路路；小、中中、大大、超超大規(guī)規(guī)模集集成電電路；；7.3.3集成運(yùn)運(yùn)算放放大器器103集成電電路內(nèi)內(nèi)部結(jié)結(jié)構(gòu)的的特點(diǎn)點(diǎn)1.電路元元件制制作在在一個(gè)個(gè)芯片片上，，元件件參數(shù)數(shù)偏差差方向向一致致，溫溫度均均一性性好。。2.電阻元元件由由硅半半導(dǎo)體體構(gòu)成成，范范圍在在幾十十到20千歐，，精度度低。。高阻阻值電電阻用用三極極管有有源元元件代代替或或外接接。3.幾十pF以下的的小電電容用用PN結(jié)的結(jié)結(jié)電容容構(gòu)成成、大大電容容要外外接。。4.二極管管一般般用三三極管管的發(fā)發(fā)射結(jié)結(jié)構(gòu)成成。104UEE+UCCu+uou–反相輸入端端同相輸入端端T3T4T5T1T2IS原理框框圖輸入級(jí)級(jí)中間級(jí)級(jí)輸出級(jí)級(jí)與uo反相與uo同相105對(duì)輸入入級(jí)的的要求求：盡量減減小零零點(diǎn)漂漂移,盡量提提高KCMRR,輸入阻阻抗ri盡可能能大。對(duì)中間間級(jí)的的要求求：足夠大大的電電壓放放大倍倍數(shù)。。對(duì)輸出出級(jí)的的要求求：主要提提高帶帶負(fù)載載能力力，給給出足足夠的的輸出出電流流io。即輸出出阻抗抗ro小。集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)（1）采用用四級(jí)級(jí)以上上的多多級(jí)放放大器器，輸輸入級(jí)級(jí)和第第二級(jí)級(jí)一般般采用用差動(dòng)動(dòng)放大大器。。（2）輸入入級(jí)常常采用用復(fù)合合三極極管或或場(chǎng)效效應(yīng)管管，以以減小小輸入入電流流，增增加輸輸入電電阻。。（3）輸出出級(jí)采采用互互補(bǔ)對(duì)對(duì)稱式式射極極跟隨隨器，，以進(jìn)進(jìn)行功功率放放大，，提高高帶負(fù)負(fù)載的的能力力。106ri大:幾十k幾百k運(yùn)放的的特點(diǎn)點(diǎn)KCMRR很大ro小：幾幾十幾百Auo很大:104107理想運(yùn)放：ri

KCMRR

ro

0Auo

運(yùn)放符號(hào)號(hào)：＋－u－u+uo－＋＋u－u+uoAuoA運(yùn)算放大大器的圖圖形符號(hào)號(hào)107一、開環(huán)環(huán)電壓放放大倍數(shù)數(shù)Auo無外加反反饋回路路的差模模放大倍倍數(shù)。一一般在105107之間。理理想運(yùn)放放的Auo為。二、共模模抑制比比KCMMR常用分貝貝作單位位，一般般100dB以上。B主要參數(shù)數(shù)108uiuo+UOM-UOMAuo越大，運(yùn)運(yùn)放的線線性范圍圍越小，，必須在輸出與輸輸入之間間加負(fù)反饋饋才能使其其擴(kuò)大輸輸入信號(hào)號(hào)的線性性范圍。。uiuo_++Auo例：若UOM=12V，Auo=106，則|ui|<12V時(shí)，運(yùn)放放處于線線性區(qū)。。線性放大大區(qū)109由于運(yùn)放放的開環(huán)環(huán)放大倍倍數(shù)很大大，輸入入電阻高高，輸出出電阻小小，在分分析時(shí)常常將其理理想化，，稱其所所謂的理想運(yùn)放放。理想運(yùn)放的條件虛短路放大倍數(shù)數(shù)與負(fù)載載無關(guān)。。分析多多個(gè)運(yùn)放放級(jí)聯(lián)組組合的線線性電路路時(shí)可以以分別對(duì)對(duì)每個(gè)運(yùn)運(yùn)放進(jìn)行行。虛開路運(yùn)放工作作在線性性區(qū)的特特點(diǎn)110理想運(yùn)放放的符號(hào)號(hào)_++u+u-u0111i1idifC放大電路路中的負(fù)負(fù)反饋a并聯(lián)電壓壓負(fù)反饋饋uoRF_++R1R2ui+-RL+-削弱凈輸輸入為負(fù)反饋反饋取自自輸出電電壓,為電壓反反饋反饋信號(hào)號(hào)與輸入入信號(hào)在在輸入端端以電流流的形式式做比較較,為并聯(lián)反反饋電壓并聯(lián)聯(lián)負(fù)反饋饋112b串聯(lián)電壓壓負(fù)反饋饋削弱凈輸輸入為負(fù)負(fù)反饋反饋取自自輸出電電壓,為電壓反反饋反饋信號(hào)號(hào)與輸入入信號(hào)在在輸入端端以電壓壓的形式式做比較較,為串聯(lián)反反饋電壓串聯(lián)聯(lián)負(fù)反饋饋uoRF_++R1R2ui+-RL+-i1ifud-+uf-+113c串聯(lián)電流流負(fù)反饋饋為負(fù)反饋饋反饋取自自輸出電電流為電電流反饋饋反饋信號(hào)號(hào)與輸入入信號(hào)在在輸入端端以電壓壓的形式式做比較較為串聯(lián)聯(lián)反饋電流串聯(lián)聯(lián)負(fù)反饋饋uo_++R2ui+-RL+-ioud-+uf-+RF114d并聯(lián)電流流負(fù)反饋饋為負(fù)反饋饋反饋取自自輸出電電流,為電流反反饋反饋信號(hào)號(hào)與輸入入信號(hào)在在輸入端端以電流流的形式式做比較較,為并聯(lián)反反饋RFuo+-RLR_++R1R2ui+-ioi1idifiR電流并聯(lián)聯(lián)負(fù)反饋饋115D集成運(yùn)放放的線性性應(yīng)用虛擬短路虛擬斷路放大倍數(shù)與負(fù)載無關(guān)，可以分開分析。u+uo_++u–Ii信號(hào)的放大、運(yùn)算有源濾波電路運(yùn)放線性應(yīng)用116a比例運(yùn)算算電路作用：將信號(hào)按按比例放放大。類型：同相比例例放大和和反相比比例放大大。方法：引入深度度電壓并并聯(lián)負(fù)反反饋或電電壓串聯(lián)聯(lián)負(fù)反饋饋。這樣樣輸出電電壓與運(yùn)運(yùn)放的開開環(huán)放大大倍數(shù)無無關(guān)，與與輸入電電壓和反反饋系數(shù)數(shù)有關(guān)。。117i1=i2uo_++R2R1RPuii1i2虛短路虛開路1、反相輸輸入結(jié)構(gòu)特點(diǎn)點(diǎn)：負(fù)反饋引引到反相相輸入端端，信號(hào)號(hào)從反相相端輸入入。118平衡電阻，使輸入端對(duì)地的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時(shí)輸入級(jí)的對(duì)稱性。RP=R1//R2uo_++R2R1RPuii1i2119電位為0，虛地_++R2R1RPuii1i2反饋方式式電壓并聯(lián)聯(lián)負(fù)反饋饋輸出電阻阻很?。?！1202、同相輸輸入_++R2R1RPuiuou-=u+=ui反饋方式式：電壓串聯(lián)聯(lián)負(fù)反饋饋。輸入入電阻高高虛短路虛開路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)點(diǎn)：負(fù)反饋引引到反相相輸入端端，信號(hào)號(hào)從同相相端輸入入。121_++uiuo此電路是是電壓并并聯(lián)負(fù)反反饋，在在電路中中作用與與分離元元件的射射極輸出出器相同同，但是是電壓跟跟隨性能能好。3、電壓跟跟隨器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)點(diǎn)：輸出電壓壓全部引引到反相相輸入端端，信號(hào)號(hào)從同相相端輸入入。電壓跟隨隨器是同相比例例運(yùn)算放放大器的的特例。。122b加法運(yùn)算算作用：將若干個(gè)個(gè)輸入信信號(hào)之和和按比例例放大。。類型：同相求和和和反相相求和。。方法：引入深度度電壓并并聯(lián)負(fù)反反饋或電電壓串聯(lián)聯(lián)負(fù)反饋饋。這樣樣輸出電電壓與運(yùn)運(yùn)放的開開環(huán)放大大倍數(shù)無無關(guān)，與與輸入電電壓和反反饋系數(shù)數(shù)有關(guān)。。1231、反相求求和運(yùn)算算R12_++R2R11ui2uoRPui1124i12iFi11R12_++R2R11ui2uoRPui1調(diào)節(jié)反相相求和電電路的某某一路信信號(hào)的輸輸入電阻阻，不影影響輸入入電壓和和輸出電電壓的比比例關(guān)系系，調(diào)節(jié)節(jié)方便。。1252、同相求求和運(yùn)算算-R1RF++ui1uoR21R22ui2126此電路如如果以u(píng)+為輸入，，則輸輸出為：：-R1RF++ui1uoR21R22ui2u+與ui1和ui2的關(guān)系如如何？注意：同相求和和電路的的各輸入入信號(hào)的的放大倍倍數(shù)互相相影響，，不能單單獨(dú)調(diào)整整。流入運(yùn)放放輸入端端的電流流為0（虛開路））127-R1RF++ui1uoR21R22ui2R′左圖也是是同相求求和運(yùn)算算電路，，如何求同同相輸入入端的電電位？128_++RFR1R2ui2uoR3ui1解出：c減法運(yùn)算算129用疊加原原理求解解：_++R2R1R1ui2uoR2ui1130i1iFtui0tuo0輸入方波波，輸出出是三角角波。ui-++RR2Cuod積分運(yùn)算算應(yīng)用舉例1：131tui0tuo0U-UomTM積分時(shí)限限應(yīng)用舉例例2：如果積分分器從某某一時(shí)刻刻輸入一一直流電電壓，輸輸出將反反向積分分，經(jīng)過過一定的的時(shí)間后后輸出飽飽和。132積分電路路的主要要用途：：1.在電子開開關(guān)中用用于延遲遲。2.波形變換換。例：：將方波波變?yōu)槿遣ā！?.A/D轉(zhuǎn)換中，，將電壓壓量變?yōu)闉闀r(shí)間量量。4.移相。133u–=u+=0uit0t0uoui–++uoRR2i1iFC若輸入：則：e微分運(yùn)算算134電路中的的運(yùn)放處處于非線線性狀態(tài)態(tài)。++Auouo運(yùn)放電路路中沒有有負(fù)反饋饋，運(yùn)放放處于非非線性狀狀態(tài)。E集成運(yùn)算算放大電電路的非非線性應(yīng)應(yīng)用a電壓比較較器135uoui0+Uom-UomUR傳輸特性UR：參考電壓ui：被比較信號(hào)

++uouiUR–特點(diǎn)：運(yùn)運(yùn)放處于于開環(huán)狀狀態(tài)。當(dāng)ui>UR時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui<UR時(shí),uo=-Uom1、ui從同相端端輸入136++uouiURuoui0+Uom-UomUR當(dāng)ui<UR時(shí),uo=+Uom當(dāng)ui>UR時(shí),uo=-Uom2、ui從反相端端輸入137uoui0+UOM-UOM++uoui3、過零比比較器:(UR=0時(shí))++uouiuoui0+UOM-UOM138++uouitui例：利用電壓壓比較器器將正弦弦波變?yōu)闉榉讲?。。uot+Uom-Uom139++uiuoui0+UZ-UZ電路改進(jìn)進(jìn)：用穩(wěn)壓管管穩(wěn)定輸輸出電壓壓。++uiuoUZRR′uoUZ電壓比較器的另一種形式

——將雙向穩(wěn)壓管接在負(fù)反饋回路上140分析1.因?yàn)橛姓答?，，所以輸輸出飽和和?.當(dāng)uo正飽和時(shí)時(shí)(uo=+UOM)：U+3.當(dāng)uo負(fù)飽和時(shí)時(shí)(uo=–UOM)：－++uoRR2R1ui參考電壓由輸出電壓決定特點(diǎn)：電路中使使用正反反饋，運(yùn)運(yùn)放處處于非線線性狀態(tài)態(tài)。4.遲滯比較較器141分別稱UH和UL上下門限限電壓。稱(UH-UL)為回差。當(dāng)ui增加到UH時(shí)，輸出出由Uom跳變到-Uom；－++uoRR2R1ui當(dāng)ui減小到UL時(shí)，輸出出由-Uom跳變到Uom。傳輸特性性：uoui0Uom-UomUHUL小于回差差的干擾擾不會(huì)引引起跳轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。跳轉(zhuǎn)時(shí)，，正反饋饋加速跳跳轉(zhuǎn)。142tuiUom-UomtuiUHUL例：遲滯比較較器的輸