模擬電子技術(shù)康華光等主編

半導(dǎo)體二極管及整流電路特殊二極管及穩(wěn)壓電路雙極型三極管放大電路場效應(yīng)晶體管半導(dǎo)體器件當(dāng)前1頁，總共114頁。1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特征導(dǎo)體：很容易導(dǎo)電的物體，如金、銀、銅、鐵等。絕緣體：不容易導(dǎo)電或者完全不導(dǎo)電的物體，如塑料、橡膠、陶瓷、玻璃等。半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅(Si)、鍺(Ge)、金屬氧化物等。硅和鍺是4價元素，原子的最外層軌道上有4個價電子。物質(zhì)導(dǎo)電性能的差異決定于物質(zhì)內(nèi)部原子結(jié)構(gòu)及原子與原子之間的結(jié)合方式。當(dāng)前2頁，總共114頁。2本征半導(dǎo)體完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體，稱為本征半導(dǎo)體。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)當(dāng)前3頁，總共114頁。3

純凈的半導(dǎo)體叫本征半導(dǎo)體。每個原子周圍有四個相鄰的原子，每個原子的一個外層價電子與另一原子的外層價電子組成電子對，原子之間的這種電子對為兩原子共有，稱為共價鍵結(jié)構(gòu)。原子通過共價鍵緊密結(jié)合在一起。兩個相鄰原子共用一對電子。

由于溫升、光照等原因，共價鍵的電子容易掙脫鍵的束縛成為自由電子。這是半導(dǎo)體的一個重要特征。1．熱激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴當(dāng)前4頁，總共114頁。4室溫下，由于熱運(yùn)動少數(shù)價電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子，同時在共價鍵中留下一個空位，這個空位稱為空穴。失去價電子的原子成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。在電子技術(shù)中，將空穴看成帶正電荷的載流子。當(dāng)前5頁，總共114頁。5硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共用電子對

共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子。+4+4+4+4當(dāng)前6頁，總共114頁。6+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子

在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。

本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。當(dāng)前7頁，總共114頁。7（與自由電子的運(yùn)動不同）

有了空穴，鄰近共價鍵中的價電子很容易過來填補(bǔ)這個空穴，這樣空穴便轉(zhuǎn)移到鄰近共價鍵中（這是一種相對運(yùn)動），新的空穴又會被鄰近的價電子填補(bǔ)。帶負(fù)電荷的價電子依次填補(bǔ)空穴的運(yùn)動，從效果上看，相當(dāng)于帶正電荷的空穴作相反方向的運(yùn)動。2．空穴的運(yùn)動當(dāng)前8頁，總共114頁。8

本征半導(dǎo)體中有兩種載流子：帶負(fù)電荷的自由電子和帶正電荷的空穴，這是半導(dǎo)體與導(dǎo)體在導(dǎo)電原理上的本質(zhì)區(qū)別。熱激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和空穴是成對出現(xiàn)的，電子和空穴又可能重新結(jié)合而成對消失，稱為復(fù)合。在一定溫度下自由電子和空穴維持一定的濃度，達(dá)到動態(tài)平衡。3.在純凈半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力將大大增強(qiáng)當(dāng)前9頁，總共114頁。9在純凈半導(dǎo)體硅或鍺（4價）中摻入磷、砷等5價元素，由于這類元素的原子最外層有5個價電子，故在構(gòu)成的共價鍵結(jié)構(gòu)中，由于存在一個多余的價電子而產(chǎn)生大量自由電子，這種半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體，其中自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。（1）N型半導(dǎo)體自由電子

多數(shù)載流子（簡稱多子）空穴少數(shù)載流子（簡稱少子）當(dāng)前10頁，總共114頁。10N型半導(dǎo)體

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。

自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），

空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。+4+4+4+4+5多余電子磷原子摻入五價元素在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€電子變?yōu)檎x子當(dāng)前11頁，總共114頁。11（2）P型半導(dǎo)體

在純凈半導(dǎo)體硅或鍺（4價）中摻入硼、鋁等3價元素，由于這類元素的原子最外層只有3個價電子，故在構(gòu)成的共價鍵結(jié)構(gòu)中，由于缺少價電子而形成大量空穴，這類摻雜后的半導(dǎo)體其導(dǎo)電作用主要靠空穴運(yùn)動，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體，其中空穴為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的自由電子是少數(shù)載流子。自由電子

多數(shù)載流子（簡稱多子）空穴少數(shù)載流子（簡稱少子）當(dāng)前12頁，總共114頁。12P型半導(dǎo)體

摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，空穴濃度遠(yuǎn)大于自由電子濃度。

空穴稱為多數(shù)載流子（多子），

自由電子稱為少數(shù)載流子（少子）。+4+4+4+4+3硼原子空穴摻入三價元素接受一個電子變?yōu)樨?fù)離子當(dāng)前13頁，總共114頁。13半導(dǎo)體的特性：

(可制成溫度敏感元件，如熱敏電阻)摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，使其導(dǎo)電能力明顯改變。光敏性：當(dāng)受到光照時，其導(dǎo)電能力明顯變化。(可制成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時，導(dǎo)電能力明顯増強(qiáng)。當(dāng)前14頁，總共114頁。14無論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體都是中性的，通常對外不顯電性。摻入的雜質(zhì)元素的濃度越高，多數(shù)載流子的數(shù)量越多。只有將兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體做成PN結(jié)后才能成為半導(dǎo)體器件。當(dāng)前15頁，總共114頁。15半導(dǎo)體中載流子有擴(kuò)散運(yùn)動和漂移運(yùn)動兩種運(yùn)動方式。載流子在電場作用下的定向運(yùn)動稱為漂移運(yùn)動。在半導(dǎo)體中，如果載流子濃度分布不均勻，因為濃度差，載流子將會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動，這種運(yùn)動稱為擴(kuò)散運(yùn)動。將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交界面處將形成一個特殊的薄層→

PN結(jié)。PN結(jié)及其單向?qū)щ娦援?dāng)前16頁，總共114頁。16

多子擴(kuò)散

形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場

少子漂移促使阻止

擴(kuò)散與漂移達(dá)到動態(tài)平衡形成一定寬度的PN結(jié)當(dāng)前17頁，總共114頁。17①外加正向電壓（也叫正向偏置）外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場削弱，擴(kuò)散運(yùn)動大大超過漂移運(yùn)動，N區(qū)電子不斷擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)空穴不斷擴(kuò)散到N區(qū)，形成較大的正向電流，這時稱PN結(jié)處于低阻導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)的單向?qū)щ娦援?dāng)前18頁，總共114頁。18②外加反向電壓（也叫反向偏置）外加電場與內(nèi)電場方向相同，增強(qiáng)了內(nèi)電場，多子擴(kuò)散難以進(jìn)行，少子在電場作用下形成反向電流，因為是少子漂移運(yùn)動產(chǎn)生的，反向電流很小，這時稱PN結(jié)處于高阻截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)前19頁，總共114頁。19

一個PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。符號用VD表示。半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點接觸型和面接觸型兩類。

點接觸型二極管PN結(jié)面積很小，結(jié)電容很小，多用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)元件。

面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)電容也小，允許通過電流大，多用在低頻整流、檢波等電路中。半導(dǎo)體二極管當(dāng)前20頁，總共114頁。20二極管的結(jié)構(gòu)示意圖VD當(dāng)前21頁，總共114頁。21（1）正向特性（導(dǎo)通）外加正向電壓小于開啟電壓（閾值電壓）時，外電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴(kuò)散的阻力，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。正向電壓大于閾值電壓后，正向電流隨著正向電壓增大迅速上升。通常閾值電壓硅管約為0.5V，導(dǎo)通時電壓0.6V；鍺管閾值電壓約為0.2V，導(dǎo)通時電壓0.3V。正向特性曲線近似指數(shù)曲線。外加反向電壓時，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。1、溫升使反向電流增加很快；2、反向電流

很小且穩(wěn)定。

（2）反向特性（截止）半導(dǎo)體二極管的伏安特性（3）反向擊穿反向電壓大于擊穿電壓（UBR）時，反向電流急劇增加。原因為電擊穿。1、強(qiáng)外電場破壞鍵結(jié)構(gòu)；2、獲得大能量的載流子碰撞原子產(chǎn)生新的電子空穴對。如無限流措施，會造成熱擊穿而損壞。當(dāng)前22頁，總共114頁。22（1）最大整流電流IFM：指管子長期運(yùn)行時，允許通過的最大正向平均電流。（2）反向擊穿電壓UBR：指管子反向擊穿時的電壓值。（3）最大反向工作電壓URM：二極管運(yùn)行時允許承受的最大反向電壓（約為UBR的一半）。（4）最大反向電流IRM：指管子未擊穿時的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶?。?）最高工作頻率fm：主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小。理想二極管：正向?qū)〞r為短路特性，正向電阻為零，正向壓降忽略不計；反向截止時為開路特性，反向電阻為無窮大，反向漏電流忽略不計。半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)當(dāng)前23頁，總共114頁。23整流電路直流穩(wěn)壓電源的組成：當(dāng)前24頁，總共114頁。24二極管應(yīng)用范圍很廣，主要是利用二極管的單相導(dǎo)電性，可用于整流、檢波、開關(guān)元件等。一些特殊工藝制造的二極管還有更多更好的作用。利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟缍O管等，將交流電轉(zhuǎn)換成單向脈動直流電的電路稱為整流電路。整流電路按輸入電源相數(shù)可分為單相整流電路和三相整流電路，按輸出波形又可分為半波整流電路和全波整流電路。目前廣泛使用的是橋式（全波）整流電路。當(dāng)前25頁，總共114頁。25單相半波整流電路優(yōu)點：電路結(jié)構(gòu)簡單。缺點：輸出電壓脈動系數(shù)大用途：可以用脈動電流的地方，如電鍍、蓄電池充電等。當(dāng)前26頁，總共114頁。26當(dāng)u為正半周時，二極管VD承受正向電壓而導(dǎo)通，此時有電流流過負(fù)載，并且和二極管上的電流相等，即io=id。忽略二極管的電壓降，則負(fù)載兩端的輸出電壓等于變壓器副邊電壓，即uo=u，輸出電壓uo的波形幅度與u相同。當(dāng)前27頁，總共114頁。27當(dāng)u為負(fù)半周時，二極管VD承受反向電壓而截止。此時負(fù)載上無電流流過，輸出電壓uo=0，變壓器副邊電壓u全部加在二極管VD上，UVD=um。當(dāng)前28頁，總共114頁。28當(dāng)前29頁，總共114頁。29當(dāng)前30頁，總共114頁。30單相橋式整流電路（常用整流電路）可以得到比較平滑的整流電流。當(dāng)前31頁，總共114頁。31u為正半周時，a點電位高于b點電位，二極管D1、D3承受正向電壓而導(dǎo)通，D2、D4承受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：a→D1→RL→D3→b。當(dāng)前32頁，總共114頁。32u為負(fù)半周時，b點電位高于a點電位，二極管D2、D4承受正向電壓而導(dǎo)通，D1、D3承受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：b→D2→RL→D4→a。當(dāng)前33頁，總共114頁。33當(dāng)前34頁，總共114頁。34當(dāng)前35頁，總共114頁。35當(dāng)前36頁，總共114頁。36當(dāng)前37頁，總共114頁。37當(dāng)前38頁，總共114頁。38

穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流增量很大，只引起很小的電壓變化。穩(wěn)壓管的反向擊穿應(yīng)是可逆的，工作電流能控制在一定范圍內(nèi)。特殊二極管1穩(wěn)壓管（W）當(dāng)前39頁，總共114頁。39

最簡單的穩(wěn)壓電源采用穩(wěn)壓管來穩(wěn)定電壓。（負(fù)極接+）經(jīng)整流和濾波后的直流電壓Udi，再經(jīng)限流電阻R和穩(wěn)壓管VS組成的穩(wěn)壓電路接到負(fù)載RL上，穩(wěn)壓管VS與負(fù)載RL并聯(lián)。當(dāng)RL不變時，Udi隨電網(wǎng)電壓變化增大，應(yīng)是UDO增大，由于穩(wěn)壓管工作在反向擊穿狀態(tài)，其兩端的電壓略有增大，流過的電流增大很多，使限流電阻R上的電流增大，壓降增大，使Udi的電壓增量幾乎都降在限流電阻R上。從而使UDO保持不變。反之亦然。當(dāng)負(fù)載電阻RL變化（減小），則輸出UDO應(yīng)減小，由于穩(wěn)壓管兩端的電壓略有減小時，流過的電流減小很多，而R上的電流基本不變，負(fù)載電流要增大，從而使UDO保持不變。

當(dāng)前40頁，總共114頁。40IRIRLIVS當(dāng)前41頁，總共114頁。41穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的特點輸出電壓不能調(diào)節(jié)，負(fù)載電流變化范圍小，穩(wěn)定性，優(yōu)點是電路簡單，輸出電壓固定。穩(wěn)壓管的選擇一般情況下，選穩(wěn)壓管型號依據(jù)：

VZ=VO

IZM=（1.5~3）Iomax輸入電壓的確定為保證足夠的電壓調(diào)整范圍，Ui=(2~3)UZ電路連接穩(wěn)壓狀態(tài)，正極接低電平，負(fù)極接高電平；輸出VZ;導(dǎo)通狀態(tài)，正極接高電平，負(fù)極接低電平，輸出0.5V。當(dāng)前42頁，總共114頁。422發(fā)光二極管（LED）當(dāng)發(fā)光二極管的PN結(jié)加上正向電壓時，電子與空穴復(fù)合過程以光的形式放出能量。不同材料制成的發(fā)光二極管會發(fā)出不同顏色的光。發(fā)光二極管具有亮度高、清晰度高、電壓低（1.5～3V）、反應(yīng)快、體積小、可靠性高、壽命長等特點，是一種很有用的半導(dǎo)體器件，常用于信號指示、數(shù)字和字符顯示。當(dāng)前43頁，總共114頁。433光電二極管（U）光電二極管的又稱為光敏二極管，其工作原理恰好與發(fā)光二極管相反。當(dāng)光線照射到光電二極管的PN結(jié)時，能激發(fā)更多的電子，使之產(chǎn)生更多的電子空穴對，從而提高了少數(shù)載流子的濃度。在PN結(jié)兩端加反向電壓時反向電流會增加，所產(chǎn)生反向電流的大小與光的照度成正比，所以光電二極管正常工作時所加的電壓為反向電壓。為使光線能照射到PN結(jié)上，在光電二極管的管殼上設(shè)有一個小的通光窗口。當(dāng)前44頁，總共114頁。44雙極型三極管(TTL)半導(dǎo)體三極管是由兩個背靠背的PN結(jié)構(gòu)成的。重要特性是具有電流放大作用和開關(guān)作用，常見的有平面型和合金型兩類。在工作過程中，兩種載流子（電子和空穴）都參與導(dǎo)電，故又稱為雙極型晶體管，簡稱晶體管或三極管。

兩個PN結(jié)，把半導(dǎo)體分成三個區(qū)域（三區(qū)二結(jié)）。這三個區(qū)域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，雙極型三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。當(dāng)前45頁，總共114頁。45NPN型PNP型箭頭方向表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時的電流方向當(dāng)前46頁，總共114頁。46電流分配和電流放大作用（1）產(chǎn)生放大作用的條件（工藝結(jié)構(gòu)特點）

內(nèi)部：a）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度>>基區(qū)>>集電區(qū)，保證足夠多載流子用于發(fā)射。b）基區(qū)很薄且低濃度，減小復(fù)合運(yùn)動。c）集電區(qū)面積大，保證有足夠的收集能力。

外部：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏當(dāng)前47頁，總共114頁。47

（2）三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程（NPN為例）a）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流iEb）電子在基區(qū)中的繼續(xù)擴(kuò)散與復(fù)合，形成基極電流iBc）集電區(qū)收集擴(kuò)散過來的電子，形成集電極電流iC（3）電流分配關(guān)系：

iE=iC+iB

當(dāng)前48頁，總共114頁。48

實驗表明IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因而有IC近似等于IE。IB雖然很小，但對IC有控制作用，IC隨IB的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，表明基極電流對集電極具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。當(dāng)前49頁，總共114頁。49三極管的特性曲線（NPN）1．輸入特性曲線與二極管加正向電壓類似當(dāng)前50頁，總共114頁。502．輸出特性曲線當(dāng)前51頁，總共114頁。51（2）放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置（1）截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置

（3）飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置此時

UCE0.3V當(dāng)前52頁，總共114頁。52三極管的主要參數(shù)1、電流放大系數(shù)β：iC=βiB

有直流和交流之分，在小功率范圍內(nèi)認(rèn)為相等。（有的用hfe表示）2、極間反向電流iCBO、iCEO：iCEO也叫穿透電流，與ICBO、β及溫度有關(guān)。

iCEO=（1+β）iCBO3、極限參數(shù)

（1）集電極最大允許電流ICM：下降到額定值的2/3時所允許的最大集電極電流，電路不能正常工作。（2）反向擊穿電壓U（BR）CEO：基極開路時，集電極、發(fā)射極間的最大允許反向電壓，大了可能燒壞管子。（3）集電極最大允許功耗PCM=ICUCE，決定了管子的溫升極限。在輸出特性曲線上是一條雙曲線，劃定了安全區(qū)。當(dāng)前53頁，總共114頁。53ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)由三個極限參數(shù)可畫出三極管的安全工作區(qū)當(dāng)前54頁，總共114頁。54三極管開關(guān)特性

在數(shù)字電路中，三極管作為最基本的開關(guān)元件，工作在截止區(qū)和飽和區(qū)。輸入高電平時，管子導(dǎo)通飽和，輸出低電平；輸入低電平時，管子反相截止，輸出高電平。三極管起一個反相器的作用。（構(gòu)成非門）（一）、飽和導(dǎo)通條件：臨界飽和時UCE=UCESIC=ICSIB=IBS若IB＞IBS≈UCC/βRC

管子一定飽和導(dǎo)通飽和導(dǎo)通時UBE≈0.7vUCE=UCES≤0.3v（硅管）管子如一個合上的開關(guān)。（二）、截止條件：UBE≤0.5V（硅管）管子截止。

此時IB≈0IC≈0UCE≈UCC管子如一個打開的開關(guān)。當(dāng)前55頁，總共114頁。55三極管的開關(guān)特性uiRB+UCCRCTuouo+UCCRCCE。。+UCC。。RCCEuo飽和導(dǎo)通，截止3V0Vuo0相當(dāng)于開關(guān)斷開相當(dāng)于開關(guān)閉合uoUCC當(dāng)前56頁，總共114頁。56

三、開關(guān)時間

導(dǎo)通與截止的轉(zhuǎn)換時間稱開關(guān)時間。1、開啟時間ton：由截止轉(zhuǎn)換為飽和的時間。由截止IC=0跳變到IC=0.1Cmax導(dǎo)通的延遲時間td和導(dǎo)通到飽和IC=0.9ICmax的上升時間tr組成。

ton=td+tr2、關(guān)閉時間toff：由飽和轉(zhuǎn)換為截止的時間。由飽和Icmax轉(zhuǎn)為導(dǎo)通IC=0.9ICmax的存儲時間ts和導(dǎo)通跳變到截止IC=0.1Cmax的下降時間tf組成。

toff=ts+tf三極管的開關(guān)時間一般為納秒級，其中存儲時間ts是影響三極管開關(guān)速度的關(guān)鍵參數(shù)。當(dāng)前57頁，總共114頁。57三極管開關(guān)時間的波形：前一頁后一頁A0.9A0.5A0.1AtptrtfT脈沖幅度A延遲時間td,上升時間tr，開啟時間ton=td+tr脈沖周期T存儲時間ts,下降時間tf，關(guān)閉時間toff=ts+tf脈沖寬度tp

當(dāng)前58頁，總共114頁。58放大電路的靜態(tài)分析

放大電路的組成放大的實質(zhì)：用較小的信號去控制較大的信號。放大器的本質(zhì)是能量控制和轉(zhuǎn)換。三極管工作在放大區(qū)的條件是發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。當(dāng)前59頁，總共114頁。59（1）晶體管V放大元件，用基極電流iB控制集電極電流iC。（2）電源UCC和UBB使晶體管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管處在放大狀態(tài)，同時也是放大電路的能量來源，提供電流iB和iC。UCC一般在幾伏到十幾伏之間。（3）偏置電阻RB

用來調(diào)節(jié)基極偏置電流IB，使晶體管有一個合適的工作點，一般為幾十千歐到幾百千歐。（4）集電極負(fù)載電阻RC。將集電極電流iC的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，以獲得電壓放大，一般為幾千歐。當(dāng)前60頁，總共114頁。60（5）電容Cl、C2用來傳遞交流信號，起到耦合的作用。同時，又使放大電路和信號源及負(fù)載間直流相隔離，起隔直作用。為了減小傳遞信號的電壓損失，Cl、C2應(yīng)選得足夠大，一般為幾微法至幾十微法，通常采用電解電容器。當(dāng)前61頁，總共114頁。61共發(fā)射極放大電路的實用電路（固定式偏置電路）當(dāng)前62頁，總共114頁。62直流通路和交流通路

因電容對交、直流的作用不同。在放大電路中如果電容的容量足夠大，可以認(rèn)為它對交流分量不起作用，即對交流短路。而對直流可以看成開路。這樣，交直流所走的通路是不同的。直流通路：無信號時電流（直流電流）的通路,用來計算靜態(tài)工作點。電容開路，電感短路。交流通路：有信號時交流分量（變化量）的通路，用來計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)參數(shù)。電容，電源（對交流內(nèi)阻很?。┛闯啥搪罚姼虚_路。當(dāng)前63頁，總共114頁。63靜態(tài)：是指無交流信號輸入時，電路中的電流、電壓都處不變（直流）的狀態(tài)，靜態(tài)時三極管各極電流和電壓值稱為靜態(tài)工作點Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。靜態(tài)分析主要是確定放大電路中的靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ。用直流通路進(jìn)行分析直流通路：耦合電容可視為開路。當(dāng)前64頁，總共114頁。64IB=40μA的輸出特性曲線由UCE=UCC－ICRC所決定的直流負(fù)載線兩者的交點Q就是靜態(tài)工作點過Q點作水平線，在縱軸上的截距即為ICQ過Q點作垂線，在橫軸上的截距即為UCEQ當(dāng)前65頁，總共114頁。65圖解步驟：（1）用估算法求出基極電流IBQ（如40μA）。（2）根據(jù)IBQ在輸出特性曲線中找到對應(yīng)的曲線。（3）作直流負(fù)載線。根據(jù)集電極電流IC與集、射間電壓UCE的關(guān)系式UCE=UCC－ICRC可畫出一條直線，該直線在縱軸上的截距為UCC/RC，在橫軸上的截距為UCC，其斜率為－1/RC，只與集電極負(fù)載電阻RC有關(guān)，稱為直流負(fù)載線。（4）求靜態(tài)工作點Q，并確定UCEQ、ICQ的值。晶體管的ICQ和UCEQ既要滿足IB=40μA的輸出特性曲線，又要滿足直流負(fù)載線，因而晶體管必然工作在它們的交點Q，該點就是靜態(tài)工作點。由靜態(tài)工作點Q便可在坐標(biāo)上查得靜態(tài)值ICQ和UCEQ。圖解法當(dāng)前66頁，總共114頁。66動態(tài)：是指有交流信號輸入時，電路中的電流、電壓隨輸入信號作相應(yīng)變化的狀態(tài)。由于動態(tài)時放大電路是在直流電源UCC和交流輸入信號ui共同作用下工作，電路中的電壓uCE=UCEQ-icRc(負(fù)號表示uce反向)、電流iB=IBQ+ib和iC=ICQ+ic均包含交、直流兩個分量。放大電路的動態(tài)分析當(dāng)前67頁，總共114頁。67交流通路：（ui單獨作用下的電路）。由于電容C1、C2足夠大，容抗近似為零（相當(dāng)于短路），直流電源UCC去掉（相當(dāng)于短接）。當(dāng)前68頁，總共114頁。68圖解步驟：（1）根據(jù)靜態(tài)分析方法，求出靜態(tài)工作點Q。（2）根據(jù)ui在輸入特性上求uBE和iB。（3）作交流負(fù)載線。（4）由輸出特性曲線和交流負(fù)載線求iC和uCE。圖解法當(dāng)前69頁，總共114頁。69從圖解分析過程，可得出：靜態(tài)工作點Q設(shè)置得不合適，會對放大電路的性能造成影響。若Q點偏高，當(dāng)ib按正弦規(guī)律變化時，Q'進(jìn)入飽和區(qū)，造成ic和uce的波形與ib（或ui）的波形不一致，輸出電壓uo（即uce）的負(fù)半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為飽和失真；若Q點偏低，則Q"進(jìn)入截止區(qū)，輸出電壓uo的正半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為截止失真。飽和失真和截止失真統(tǒng)稱為非線性失真。當(dāng)前70頁，總共114頁。70當(dāng)前71頁，總共114頁。71當(dāng)前72頁，總共114頁。72

把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效成一個線性電路，就是放大電路的微變等效電路，然后用線性電路的分析方法來分析，這種方法稱為微變等效電路分析法。等效的條件是晶體管在小信號（微變量）情況下工作。這樣就能在靜態(tài)工作點附近的小范圍內(nèi)，用直線段近似地代替晶體管的特性曲線。（1）基本思路微變等效電路法當(dāng)前73頁，總共114頁。73（2）晶體管微變等效電路輸入特性曲線在Q點附近的微小范圍內(nèi)可以認(rèn)為是線性的。當(dāng)uBE有一微小變化ΔUBE時，基極電流變化ΔIB，兩者的比值稱為三極管的動態(tài)輸入電阻，用rbe表示，即：當(dāng)前74頁，總共114頁。74輸出特性曲線在放大區(qū)域內(nèi)可認(rèn)為呈水平線，集電極電流的微小變化ΔIC僅與基極電流的微小變化ΔIB有關(guān)，而與電壓uCE無關(guān)，故集電極和發(fā)射極之間可等效為一個受ib控制的電流源，即：當(dāng)前75頁，總共114頁。75（3）放大電路微變等效電路當(dāng)前76頁，總共114頁。76①電壓（電流、功率）放大倍數(shù)式中RL'=RC//RL。當(dāng)RL=∞（開路）時實際中，常用電壓增益（用對數(shù)表示放大倍數(shù)）來表示它。當(dāng)前77頁，總共114頁。77②輸入電阻RiRi輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號源吸取電流（輸入電流）的大小。為了減輕信號源的負(fù)擔(dān)，總希望Ri越大越好。另外，較大的輸入電阻Ri，也可以降低信號源內(nèi)阻Rs的影響，使放大電路獲得較高的輸入電壓。在上式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在幾百歐到幾千歐，一般認(rèn)為是較低的，并不理想。

放大器對于信號源來說，相當(dāng)于一個負(fù)載，可以用動態(tài)電阻等效，這個動態(tài)電阻就是放大器的輸入電阻Ri。當(dāng)前78頁，總共114頁。78③輸出電阻RO

對于負(fù)載而言，放大器的輸出電阻Ro越小，負(fù)載電阻RL的變化對輸出電壓的影響就越小，表明放大器帶負(fù)載能力越強(qiáng)，因此總希望Ro越小越好。上式中Ro在幾千歐到幾十千歐，一般認(rèn)為是較大的，也不理想。

放大器對于下一級電路而言，是個信號源，這個信號源的內(nèi)阻就是放大器的輸出電阻Ro。當(dāng)前79頁，總共114頁。79當(dāng)前80頁，總共114頁。80當(dāng)前81頁，總共114頁。81微變等效電路分析的對象是變化量，不能用來求靜態(tài)工作點或某一時間的電壓、電流總值。但微變參數(shù)又是在Q點的基礎(chǔ)上求得的，計算的結(jié)果反映了Q點附近的工作情況。當(dāng)前82頁，總共114頁。82(4)具有射極電阻的共射放大電路的計算rbeRCRLRE++--當(dāng)前83頁，總共114頁。83rbeRCRLRE++--當(dāng)前84頁，總共114頁。84rbeRCRLRE++--

如果忽略三極管的輸出電阻rce，令Ui=0(Ib=0,使βIb=0，受控電流源開路），RL=∝時，得出

放大電路的輸出電阻r0≈Rc共射極放大電路特點：1.放大倍數(shù)高;2.輸入電阻低;3.輸出電阻高.當(dāng)前85頁，總共114頁。85例：圖示電路（接CE），已知UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=50。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。解：（1）用估算法計算靜態(tài)工作點當(dāng)前86頁，總共114頁。86（2）求電壓放大倍數(shù)由于Re并接了交流旁路電容Ce，三極管發(fā)射極交流接地，其Au與基本放大電路一樣。（3）求輸入電阻和輸出電阻當(dāng)前87頁，總共114頁。87共集極放大電路（射極輸出器）

集電極直接接在電源上，對交流信號相當(dāng)于接地端，成為輸入、輸出回路的公共端。信號從射極輸出。當(dāng)前88頁，總共114頁。881

靜態(tài)分析當(dāng)前89頁，總共114頁。89①求電壓放大倍數(shù)2動態(tài)分析（RL’=RL//RE）≈1當(dāng)前90頁，總共114頁。90②求輸入電阻（通分后即可得到）當(dāng)前91頁，總共114頁。91③求輸出電阻(Rs、足夠小，RE足夠大，相對忽略）當(dāng)前92頁，總共114頁。92射極輸出器的特點：①電壓放大倍數(shù)小于1，但約等于1，即電壓跟隨。②輸入電阻較高，對前方電路影響小。③輸出電阻較低,輸出電流大，帶負(fù)載能力強(qiáng)。當(dāng)前93頁，總共114頁。93討論1、將射極輸出器放在電路的首級，可以提高輸入電阻。2、將射極輸出器放在電路的末級，可以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能。3、將射極輸出器放在電路的兩級之間，可以起到電路的匹配作用。當(dāng)前94頁，總共114頁。94例：圖示電路，已知UCC=12V，RB=200kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，RS=100Ω，β=50。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。解：（1）用估算法計算靜態(tài)工作點當(dāng)前95頁，總共114頁。95當(dāng)前96頁，總共114頁。96場效應(yīng)三極管場效應(yīng)管：一種載流子參與導(dǎo)電，利用輸入回路的電場效應(yīng)來控制輸出回路電流的三極管，又稱單極型三極管。場效應(yīng)管分類結(jié)型場效應(yīng)管絕緣柵場效應(yīng)管特點單極型器件(一種載流子導(dǎo)電)；輸入電阻高；工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。

當(dāng)前97頁，總共114頁。97N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場效應(yīng)管JFET結(jié)型MOSFET絕緣柵型(IGFET)場效應(yīng)管分類：當(dāng)前98頁，總共114頁。98DSGN符號結(jié)型場效應(yīng)管JunctionFieldEffectTransistor結(jié)構(gòu)N溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N型溝道N型硅棒柵極源極漏極P+P+P型區(qū)耗盡層(PN結(jié))在漏極和源極之間加上一個正向電壓，N型半導(dǎo)體中多數(shù)載流子電子可以導(dǎo)電。導(dǎo)電溝道是N型的，稱N溝道結(jié)型場效應(yīng)管。當(dāng)前99頁，總共114頁。99P溝道場效應(yīng)管P溝道結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)圖N+N+P型溝道GSDP溝道場效應(yīng)管是在P型硅棒的兩側(cè)做成高摻雜的N型區(qū)(N+)，導(dǎo)電溝道為P型，多數(shù)載流子為空穴。符號GDS當(dāng)前100頁，總共114頁。100一、結(jié)型場效應(yīng)管工作原理

N溝道結(jié)型場效應(yīng)管用改變UGS大小來控制漏極電流ID的。(VCCS)GDSNN型溝道柵極源極漏極P+P+耗盡層*在柵極和源極之間加反向電壓，耗盡層會變寬，導(dǎo)電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流ID減小，反之，漏極ID電流將增加。

*耗盡層的寬度改變主要在溝道區(qū)。當(dāng)前101頁，總共114頁。1011.當(dāng)UDS=0時，uGS

對導(dǎo)電溝道的控制作用ID=0GDSN型溝道P+P+

(a)

UGS=0UGS=0時，耗盡層比較窄，導(dǎo)電溝比較寬UGS由零逐漸減小，耗盡層逐漸加寬，導(dǎo)電溝相應(yīng)變窄。當(dāng)UGS=UGS（Off)，耗盡層合攏，導(dǎo)電溝被夾斷.ID=0GDSP+P+N型溝道(b)

UGS(off)<UGS<0VGGID=0GDSP+P+

(c)

UGS

＜UGS(off)VGGUGS(off)為夾斷電壓,為負(fù)值。UGS(off)也可用UP表示當(dāng)前102頁，總共114頁。1022.當(dāng)uGS

為UGS（Off)~0中一固定值時,uDS對漏極電流iD的影響。uGS=0，uGD>UGS（Off)

，iD

較大。GDSP+NiSiDP+P+VDDVGG

uGS<0，uGD>UGS（Off)

，iD更小。GDSNiSiDP+P+VDD注意：當(dāng)uDS>0時，耗盡層呈現(xiàn)楔形。(a)(b)uGD

＝uGS

－uDS

當(dāng)前103頁，總共114頁。103GDSP+NiSiDP+P+VDDVGGuGS<0,uGD=UGS(off),,溝道變窄預(yù)夾斷uGS<0,uGD<uGS(off),夾斷，iD幾乎不變GDSiSiDP+VDDVGGP+P+(1)

改變uGS，改變了PN結(jié)中電場，控制了iD

，故稱場效應(yīng)管；(2)結(jié)型場效應(yīng)管柵源之間加反向偏置電壓，使PN反偏，柵極基本不取電流，因此，場效應(yīng)管輸入電阻很高。(c)(d)當(dāng)前104頁，總共114頁。104絕緣柵型場效應(yīng)管MOSFETMetal-OxideSemiconductorFieldEffectTransistor由金屬、氧化物和半導(dǎo)體制成。稱為金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)管，或簡稱MOS場效應(yīng)管。特點：輸入電阻可達(dá)1010以上。類型N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型增強(qiáng)型耗盡型UGS=0時漏源間存在導(dǎo)電溝道稱耗盡型場效應(yīng)管；UGS=0時漏源間不存在導(dǎo)電溝道稱增強(qiáng)型場效應(yīng)管。當(dāng)前105頁，總共114頁。105一、N溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管結(jié)構(gòu)P型襯底N+N+BGSDSiO2源極S漏極D襯底引線B柵極GN溝道增強(qiáng)型MOS場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖SGDB當(dāng)前106頁，總共114頁。1061.工作原理絕緣柵場效應(yīng)管利用UGS

來控制“感應(yīng)電荷”的多少，改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，以控制漏極電流ID。2.工作原理分析(1)UGS=0漏源之間相當(dāng)于兩個背靠背的PN結(jié)，無論漏源之間加何種極性電壓，總是不導(dǎo)電。SBD當(dāng)前107頁，總共114頁。107(2)

UDS=0，0<UGS<UGS(th)P型襯底N+N+BGSD柵極金屬層將聚集正電荷，它們排斥P型襯底靠近SiO2

一側(cè)的空穴，形成由負(fù)離子組成的耗盡層。增大UGS

耗盡層變寬。VGG---------(3)

UDS=0，UGS≥UGS(th)由于吸引了足夠多P型襯底的電子，會在耗盡層和SiO2之間形成可移動的表面電荷層——---N型溝道反型層、N型導(dǎo)電溝道。UGS升高，N溝道變寬。因為UDS=0，所以ID=0。UGS(th)

或UT