晶體管及其應(yīng)用

晶體管及其應(yīng)用1第1頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五導(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第2頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五半導(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，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)，會使它的導(dǎo)電能力明顯改變。1.摻雜性2.熱敏性和光敏性3第3頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五7.0.1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（價電子）都是四個。4第4頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五在硅和鍺晶體中，原子按四角形系統(tǒng)組成晶體點(diǎn)陣，每個原子都處在正四面體的中心，而四個其它原子位于四面體的頂點(diǎn)，每個原子與其相臨的原子之間形成共價鍵，共用一對價電子。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第5頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五硅和鍺的共價鍵結(jié)構(gòu)共價鍵共用電子對+4+4+4+4+4表示除去價電子后的原子6第6頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五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，常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，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。形成共價鍵后，每個原子的最外層電子是八個，構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。共價鍵有很強(qiáng)的結(jié)合力，使原子規(guī)則排列，形成晶體。+4+4+4+47第7頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五二、本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理在絕對0度（T=0K）和沒有外界激發(fā)時,價電子完全被共價鍵束縛著，本征半導(dǎo)體中沒有可以運(yùn)動的帶電粒子（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)，使一些價電子獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子，同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴。1.載流子、自由電子和空穴8第8頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子9第9頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五2.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，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第10頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：

1.自由電子移動產(chǎn)生的電流。

2.空穴移動產(chǎn)生的電流。（在本征半導(dǎo)體中自由電子和空穴成對出現(xiàn)，同時又不斷的復(fù)合）11第11頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五7.0.2雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量的雜質(zhì)，就會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化。其原因是摻雜半導(dǎo)體的某種載流子濃度大大增加。P型半導(dǎo)體：空穴濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（空穴半導(dǎo)體）。N型半導(dǎo)體：自由電子濃度大大增加的雜質(zhì)半導(dǎo)體，也稱為（電子半導(dǎo)體）。12第12頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五一、N型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價元素磷，晶體中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個價電子，其中四個與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵，必定多出一個電子，這個電子幾乎不受束縛，很容易被激發(fā)而成為自由電子，這樣磷原子就成了不能移動的帶正電的離子。13第13頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五+4+4+5+4多余電子磷原子N型半導(dǎo)體中的載流子是什么？1.由磷原子提供的電子，濃度與磷原子相同。2.本征半導(dǎo)體中成對產(chǎn)生的電子和空穴。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。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。14第14頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五二、P型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的三價元素，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價電子，與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價鍵時，產(chǎn)生一個空穴。這個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的帶負(fù)電的離子。+4+4+3+4空穴硼原子P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。15第15頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的符號－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體16第16頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五PN結(jié)的形成在同一片半導(dǎo)體基片上，分別制造P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體，經(jīng)過載流子的擴(kuò)散，在它們的交界面處就形成了PN結(jié)。7.1PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?7第17頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場E漂移運(yùn)動擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬。內(nèi)電場越強(qiáng)，漂移運(yùn)動越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。18第18頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五漂移運(yùn)動P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動內(nèi)電場E所以擴(kuò)散和漂移這一對相反的運(yùn)動最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。19第19頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VV020第20頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五(1)加正向電壓（正偏）——電源正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)

外電場的方向與內(nèi)電場方向相反。

外電場削弱內(nèi)電場→耗盡層變窄→擴(kuò)散運(yùn)動＞漂移運(yùn)動→多子擴(kuò)散形成正向電流IF正向電流

PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1第21頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五(2)加反向電壓——電源正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)

外電場的方向與內(nèi)電場方向相同。

外電場加強(qiáng)內(nèi)電場→耗盡層變寬→漂移運(yùn)動＞擴(kuò)散運(yùn)動→少子漂移形成反向電流IRPN

在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR基本上與外加反壓的大小無關(guān)，所以稱為反向飽和電流。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。

22第22頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五

PN結(jié)加正向電壓時，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻，PN結(jié)導(dǎo)通；

PN結(jié)加反向電壓時，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，PN結(jié)截止。

由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?3第23頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五7.2

晶體二極管及其應(yīng)用7.2.1晶體二極管PN結(jié)加上管殼和引線，就成為半導(dǎo)體二極管。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：陽極+陰極-A基本結(jié)構(gòu)24第24頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五B伏安特性UI死區(qū)電壓硅管0.5V,鍺管0.1V。導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓UBR25第25頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五C主要參數(shù)（1）最大整流電流IF二極管長期使用時，允許流過二極管的最大正向平均電流。（3）反向擊穿電壓UBR二極管反向擊穿時的電壓值。擊穿時反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。手冊上給出的最高反向工作電壓UBM一般是UBR的一半。（2）最高反向工作電壓UBM保證二極管不被擊穿時的反向峰值電壓。26第26頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五（4）反向電流IR指二極管加反向峰值工作電壓時的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?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。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流要比硅管大幾十到幾百倍。27第27頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五當(dāng)外加正向電壓不同時，PN結(jié)兩側(cè)堆積的少子的數(shù)量及濃度梯度也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過程。電容效應(yīng)在交流信號作用下才會明顯表現(xiàn)出來擴(kuò)散電容：為了形成正向電流（擴(kuò)散電流），注入P區(qū)的少子（電子）在P區(qū)有濃度差，越靠近PN結(jié)濃度越大，即在P區(qū)有電子的積累。同理，在N區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積累的電荷多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容.28第28頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五CB在正向和反向偏置時均不能忽略。而反向偏置時，由于載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容可忽略。PN結(jié)高頻小信號時的等效電路：勢壘電容和擴(kuò)散電容的綜合效應(yīng)rd29第29頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五7.2.2

穩(wěn)壓二極管UIIZIZmaxUZIZ穩(wěn)壓誤差曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。+-UZ動態(tài)電阻：rz越小，穩(wěn)壓性能越好。30第30頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五（4）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。（5）最大允許功耗穩(wěn)壓二極管的參數(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）動態(tài)電阻31第31頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五在電路中穩(wěn)壓管只有與適當(dāng)?shù)碾娮柽B接才能起到穩(wěn)壓作用。UIIZIZmaxUZIZUZ32第32頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例uoiZDZRiLiuiRL穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):解：令輸入電壓達(dá)到上限時，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmax——方程1要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生20%波動時，負(fù)載電壓基本不變。求：電阻R和輸入電壓ui的正常值。33第33頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五令輸入電壓降到下限時，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmin?！匠?uoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程1、2，可解得：34第34頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五7.2.3發(fā)光二極管有正向電流流過時，發(fā)出一定波長范圍的光，目前的發(fā)光管可以發(fā)出從紅外到可見波段的光，它的電特性與一般二極管類似。35第35頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五7.2.4光電二極管反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。IU照度增加36第36頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五7.2.5變?nèi)荻O管符號與特性曲線37第37頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五二極管：死區(qū)電壓=0.5V，正向壓降0.7V(硅二極管)理想二極管：死區(qū)電壓=0，正向壓降=0RLuiuouiuott二極管的應(yīng)用舉例1：二極管半波整流二極管的應(yīng)用是主要利用它的單向?qū)щ娦裕饕獞?yīng)用于整流、限幅、保護(hù)等等。7.2.6晶體二極管的基本應(yīng)用38第38頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五二極管的應(yīng)用舉例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo39第39頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五7.3.1

晶體三極管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晶體三極管及其基本放大電路40第40頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高41第41頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五BECNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)42第42頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五BECIBIEICNPN型三極管BECIBIEICPNP型三極管符號43第43頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五ICmAAVVUCEUBERBIBECEB一.一個實(shí)驗(yàn)B三極管的電流放大作用44第44頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五結(jié)論:1.IE=IC+IB3.IB=0,IC=ICEO4.要使晶體管放大,發(fā)射結(jié)必須正偏,集電結(jié)必須反偏。45第45頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五二.電流放大原理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)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE

，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。46第46頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五BECNNPEBRBECIE集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBOICEIBEICE從基區(qū)擴(kuò)散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE。47第47頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五IB=IBE-ICBOIBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO

ICEIBE48第48頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五ICE與IBE之比稱為電流放大倍數(shù)49第49頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五一.輸入特性UCE1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管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第50頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五二、輸出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域滿足IC=IB稱為線性區(qū)（放大區(qū)）。當(dāng)UCE大于一定的數(shù)值時，IC只與IB有關(guān)，IC=IB。51第51頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中UCEUBE,集電結(jié)正偏，IB>IC，UCE0.3V稱為飽和區(qū)。52第52頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此區(qū)域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。53第53頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五輸出特性三個區(qū)域的特點(diǎn):放大區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。即：IC=IB,且IC

=

IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。即：UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止區(qū)：

UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0

54第54頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五D、主要參數(shù)前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點(diǎn)，稱為共射接法，相應(yīng)地還有共基、共集接法。共射直流電流放大倍數(shù)：工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號?；鶚O電流的變化量為IB，相應(yīng)的集電極電流變化為IC，則交流電流放大倍數(shù)為：a.電流放大倍數(shù)和

55第55頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五例：UCE=6V時：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：=56第56頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五b.集-基極反向截止電流ICBOAICBOICBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。57第57頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五BECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO

IBEIBEICBO進(jìn)入N區(qū)，形成IBE。根據(jù)放大關(guān)系，由于IBE的存在，必有電流IBE。集電結(jié)反偏有ICBOc.集-射極反向截止電流ICEOICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。58第58頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五d.三極管的極限參數(shù)（1）集電極最大電流ICM集電極電流IC上升會導(dǎo)致三極管的值的下降，當(dāng)值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。（2）集-射極反向擊穿電壓當(dāng)集---射極之間的電壓UCE超過一定的數(shù)值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數(shù)值是25C、基極開路時的擊穿電壓U(BR)CEO。59第59頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五（3）集電極最大允許功耗PCM集電極電流IC

流過三極管，所發(fā)出的功率為：PC=ICUCE必定導(dǎo)致結(jié)溫上升，所以PC

有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)60第60頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五7.3.2共發(fā)射極放大電路三種三極管放大電路共射極放大電路共基極放大電路共集電極放大電路以共射極放大電路為例講解工作原理61第61頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五放大電路的目的是將微弱的變化信號不失真的放大成較大的信號。這里所講的主要是電壓放大電路。電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的四端網(wǎng)絡(luò)表示，如圖：uiuoAu62第62頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸出參考點(diǎn)RB+ECEBRCC1C2TA基本放大電路的組成63第63頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五作用：使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)。基極電源與基極電阻RB+ECEBRCC1C2T64第64頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。RB+ECEBRCC1C2T65第65頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸B+ECEBRCC1C2T66第66頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五耦合電容：電解電容，有極性。大小為10F~50F作用：隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時能使信號順利輸入輸出。RB+ECEBRCC1C2T67第67頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五可以省去電路改進(jìn)：采用單電源供電RB+ECEBRCC1C2T68第68頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五單電源供電電路+ECRCC1C2TRB69第69頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五符號規(guī)定UA大寫字母、大寫下標(biāo)，表示直流量。uA小寫字母、大寫下標(biāo)，表示交直流量。ua小寫字母、小寫下標(biāo)，表示交流分量。uAua交直流量交流分量tUA直流分量70第70頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五

B放大電路的分析方法放大電路分析靜態(tài)分析動態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法71第71頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五直流通路和交流通路放大電路中各點(diǎn)的電壓或電流都是在靜態(tài)直流上附加了小的交流信號。但是，電容對交、直流的作用不同。如果電容容量足夠大，可以認(rèn)為它對交流不起作用，即對交流短路。而對直流可以看成開路，這樣，交直流所走的通道是不同的。交流通路：只考慮交流信號的分電路。直流通路：只考慮直流信號的分電路。信號的不同分量可以分別在不同的通路分析。a靜態(tài)分析72第72頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五例：對直流信號（只有+EC）開路開路RB+ECRCC1C2T直流通道RB+ECRC73第73頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五對交流信號(輸入信號ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路74第74頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五ui=0時由于電源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ靜態(tài)工作點(diǎn)RB+ECRCC1C2T75第75頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T76第76頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UCEQ

)分別對應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ77第77頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五（1）估算法（1）根據(jù)直流通道估算IBIBUBERB稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流。+EC直流通道RBRC78第78頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五（2）根據(jù)直流通道估算UCE、IBICUCE直流通道RBRC79第79頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五直流負(fù)載線ICUCE1.三極管的輸出特性。2.UCE=EC–ICRC。ICUCEECQ直流負(fù)載線與輸出特性的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)IB直流通道RB+ECRC（2）圖解法80第80頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五先估算IB，然后在輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線，與IB對應(yīng)的輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)。ICUCEQEC81第81頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五例：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：請注意電路中IB和IC的數(shù)量級。82第82頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五b動態(tài)分析iBuBE從輸入回路看當(dāng)信號很小時，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。uBEiB對輸入的小交流信號而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe。rbe從幾百歐到幾千歐。對于小功率三極管：（1）三極管的微變等效電路83第83頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五從輸出回路看iCuCE所以：(1)輸出端相當(dāng)于一個受ib控制的電流源。近似平行(2)考慮uCE對iC的影響，輸出端還要并聯(lián)一個大電阻rce。rce的含義iCuCE84第84頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五ubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。rbeibib

rcerbeibibbce等效cbe三極管的微變等效電路微變等效電路85第85頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五（2）放大電路的微變等效電路將交流通道中的三極管用微變等效電路代替:交流通路RBRCRLuiuouirbeibibiiicuoRBRCRL86第86頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五電壓放大倍數(shù)的計(jì)算特點(diǎn)：負(fù)載電阻越小，放大倍數(shù)越小。rbeRBRCRL87第87頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五輸入電阻的計(jì)算對于為放大電路提供信號的信號源來說，放大電路是負(fù)載，這個負(fù)載的大小可以用輸入電阻來表示。輸入電阻的定義：是動態(tài)電阻。rbeRBRCRL電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。88第88頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五輸出電阻的計(jì)算對于負(fù)載而言，放大電路相當(dāng)于信號源，可以將它進(jìn)行戴維寧等效，戴維寧等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。計(jì)算輸出電阻的方法：所有獨(dú)立電源置零，保留受控源，加壓求流法。89第89頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五所以：求輸出電阻：rbeRBRC0090第90頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五IBUBEQICUCEibtibtictuit（3）圖解法91第91頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五uCE的變化沿一條直線ICUCEictucet92第92頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五交流負(fù)載線ic其中：uceRBRCRLuiuo交流通路93第93頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五iC和uCE是交直流量，與交流量ic和uce有如下關(guān)系所以：即：交流信號的變化沿著斜率為：的直線。這條直線通過Q點(diǎn)，稱為交流負(fù)載線。94第94頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五交流負(fù)載線的作法ICUCEECQIB過Q點(diǎn)作一條直線，斜率為：交流負(fù)載線95第95頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五各點(diǎn)波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB96第96頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五失真分析在放大電路中，輸出信號應(yīng)該成比例地放大輸入信號（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號不能反映輸入信號的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真。為了得到盡量大的輸出信號，要把Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果Q設(shè)置不合適，信號進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，則造成非線性失真。下面將分析失真的原因。為簡化分析，假設(shè)負(fù)載為空載(RL=)。97第97頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五iCuCEuo可輸出的最大不失真信號選擇靜態(tài)工作點(diǎn)ib98第98頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五iCuCEuo1.Q點(diǎn)過低，信號進(jìn)入截止區(qū)放大電路產(chǎn)生截止失真輸出波形輸入波形ibib失真99第99頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五iCuCE2.Q點(diǎn)過高，信號進(jìn)入飽和區(qū)放大電路產(chǎn)生飽和失真ib輸入波形uo輸出波形100第100頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五實(shí)現(xiàn)放大的條件1.晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。2.正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個波形處于放大區(qū)。3.輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。4.輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容濾波只輸出交流信號。101第101頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五如何判斷一個電路是否能實(shí)現(xiàn)放大？3.晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。4.正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個波形處于放大區(qū)。

如果已給定電路的參數(shù)，則計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)來判斷；如果未給定電路的參數(shù)，則假定參數(shù)設(shè)置正確。1.信號能否輸入到放大電路中。2.信號能否輸出。與實(shí)現(xiàn)放大的條件相對應(yīng)，判斷的過程如下：102第102頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五集成電路:

將整個電路的各個元件做在同一個半導(dǎo)體基片上。集成電路的優(yōu)點(diǎn)：工作穩(wěn)定、使用方便、體積小、重量輕、功耗小。集成電路的分類：模擬集成電路、數(shù)字集成電路；小、中、大、超大規(guī)模集成電路；7.3.3集成運(yùn)算放大器103第103頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)1.電路元件制作在一個芯片上，元件參數(shù)偏差方向一致，溫度均一性好。2.電阻元件由硅半導(dǎo)體構(gòu)成，范圍在幾十到20千歐，精度低。高阻值電阻用三極管有源元件代替或外接。3.幾十pF以下的小電容用PN結(jié)的結(jié)電容構(gòu)成、大電容要外接。4.二極管一般用三極管的發(fā)射結(jié)構(gòu)成。104第104頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五UEE+UCC

u+uo

u–反相輸入端同相輸入端T3T4T5T1T2IS原理框圖輸入級中間級輸出級與uo反相與uo同相105第105頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五對輸入級的要求：盡量減小零點(diǎn)漂移,盡量提高KCMRR

,

輸入阻抗ri盡可能大。對中間級的要求：足夠大的電壓放大倍數(shù)。對輸出級的要求：主要提高帶負(fù)載能力，給出足夠的輸出電流io

。即輸出阻抗ro小。集成運(yùn)放的結(jié)構(gòu)（1）采用四級以上的多級放大器，輸入級和第二級一般采用差動放大器。（2）輸入級常采用復(fù)合三極管或場效應(yīng)管，以減小輸入電流，增加輸入電阻。（3）輸出級采用互補(bǔ)對稱式射極跟隨器，以進(jìn)行功率放大，提高帶負(fù)載的能力。106第106頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五

ri

大:幾十k

幾百k運(yùn)放的特點(diǎn)KCMRR很大ro

?。簬资畮装貯uo很大:104107理想運(yùn)放：

ri

KCMRR

ro

0Auo

運(yùn)放符號：＋－u－u+uo－＋＋

u－

u+

uoAuoA運(yùn)算放大器的圖形符號107第107頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五一、開環(huán)電壓放大倍數(shù)Auo無外加反饋回路的差模放大倍數(shù)。一般在105107之間。理想運(yùn)放的Auo為。二、共模抑制比KCMMR常用分貝作單位，一般100dB以上。B主要參數(shù)108第108頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五uiuo+UOM-UOMAuo越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須在輸出與輸入之間加負(fù)反饋才能使其擴(kuò)大輸入信號的線性范圍。uiuo_++Auo例：若UOM=12V，Auo=106，則|ui|<12V時，運(yùn)放處于線性區(qū)。線性放大區(qū)109第109頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五由于運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)很大，輸入電阻高，輸出電阻小，在分析時常將其理想化，稱其所謂的理想運(yùn)放。理想運(yùn)放的條件虛短路放大倍數(shù)與負(fù)載無關(guān)。分析多個運(yùn)放級聯(lián)組合的線性電路時可以分別對每個運(yùn)放進(jìn)行。虛開路運(yùn)放工作在線性區(qū)的特點(diǎn)110第110頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五理想運(yùn)放的符號_++u+u-u0111第111頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五i1idifC放大電路中的負(fù)反饋a并聯(lián)電壓負(fù)反饋uoRF_++R1R2ui+-RL+-削弱凈輸入為負(fù)反饋反饋取自輸出電壓,為電壓反饋反饋信號與輸入信號在輸入端以電流的形式做比較,為并聯(lián)反饋電壓并聯(lián)負(fù)反饋112第112頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五b串聯(lián)電壓負(fù)反饋削弱凈輸入為負(fù)反饋反饋取自輸出電壓,為電壓反饋反饋信號與輸入信號在輸入端以電壓的形式做比較,為串聯(lián)反饋電壓串聯(lián)負(fù)反饋uoRF_++R1R2ui+-RL+-i1ifud-+uf-+113第113頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五c串聯(lián)電流負(fù)反饋為負(fù)反饋反饋取自輸出電流為電流反饋反饋信號與輸入信號在輸入端以電壓的形式做比較為串聯(lián)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋uo_++R2ui+-RL+-ioud-+uf-+RF114第114頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五d并聯(lián)電流負(fù)反饋為負(fù)反饋反饋取自輸出電流,為電流反饋反饋信號與輸入信號在輸入端以電流的形式做比較,為并聯(lián)反饋RFuo+-RLR_++R1R2ui+-ioi1idifiR電流并聯(lián)負(fù)反饋115第115頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五D集成運(yùn)放的線性應(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信號的放大、運(yùn)算有源濾波電路運(yùn)放線性應(yīng)用116第116頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五a比例運(yùn)算電路作用：將信號按比例放大。類型：同相比例放大和反相比例放大。方法：引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。117第117頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五i1=i2uo_++R2R1RPuii1i2虛短路虛開路1、反相輸入結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：負(fù)反饋引到反相輸入端，信號從反相端輸入。118第118頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五平衡電阻，使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等，保證靜態(tài)時輸入級的對稱性。RP=R1

//R2uo_++R2R1RPuii1i2119第119頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五電位為0，虛地_++R2R1RPuii1i2反饋方式電壓并聯(lián)負(fù)反饋輸出電阻很?。?20第120頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五2、同相輸入_++R2R1RPuiuou-=u+=ui反饋方式：電壓串聯(lián)負(fù)反饋。輸入電阻高虛短路虛開路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：負(fù)反饋引到反相輸入端，信號從同相端輸入。121第121頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五_++uiuo此電路是電壓并聯(lián)負(fù)反饋，在電路中作用與分離元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。3、電壓跟隨器結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：輸出電壓全部引到反相輸入端，信號從同相端輸入。電壓跟隨器是同相比例運(yùn)算放大器的特例。122第122頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五b加法運(yùn)算作用：將若干個輸入信號之和按比例放大。類型：同相求和和反相求和。方法：引入深度電壓并聯(lián)負(fù)反饋或電壓串聯(lián)負(fù)反饋。這樣輸出電壓與運(yùn)放的開環(huán)放大倍數(shù)無關(guān)，與輸入電壓和反饋系數(shù)有關(guān)。123第123頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五1、反相求和運(yùn)算R12_++R2R11ui2uoRPui1124第124頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五i12iFi11R12_++R2R11ui2uoRPui1調(diào)節(jié)反相求和電路的某一路信號的輸入電阻，不影響輸入電壓和輸出電壓的比例關(guān)系，調(diào)節(jié)方便。125第125頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五2、同相求和運(yùn)算-R1RF++ui1uoR21R22ui2126第126頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五此電路如果以u+為輸入，則輸出為：-R1RF++ui1uoR21R22ui2u+與

ui1

和ui2的關(guān)系如何？注意：同相求和電路的各輸入信號的放大倍數(shù)互相影響，不能單獨(dú)調(diào)整。流入運(yùn)放輸入端的電流為0（虛開路）127第127頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五-R1RF++ui1uoR21R22ui2R′左圖也是同相求和運(yùn)算電路，如何求同相輸入端的電位？128第128頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五_++RFR1R2ui2uoR3ui1解出：c減法運(yùn)算129第129頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五用疊加原理求解：_++R2R1R1ui2uoR2ui1130第130頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五i1iFtui0tuo0輸入方波，輸出是三角波。ui-++RR2Cuod積分運(yùn)算應(yīng)用舉例1：131第131頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五tui0tuo0U-UomTM積分時限應(yīng)用舉例2：如果積分器從某一時刻輸入一直流電壓，輸出將反向積分，經(jīng)過一定的時間后輸出飽和。132第132頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五積分電路的主要用途：1.在電子開關(guān)中用于延遲。2.波形變換。例：將方波變?yōu)槿遣ā?.A/D轉(zhuǎn)換中，將電壓量變?yōu)闀r間量。4.移相。133第133頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五u–=u+=0uit0t0uoui–++uoRR2i1iFC若輸入：則：e微分運(yùn)算134第134頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五電路中的運(yùn)放處于非線性狀態(tài)。++Auouo運(yùn)放電路中沒有負(fù)反饋，運(yùn)放處于非線性狀態(tài)。E集成運(yùn)算放大電路的非線性應(yīng)用a電壓比較器135第135頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五uoui0+Uom-UomUR傳輸特性UR：參考電壓ui：被比較信號

++uouiUR–特點(diǎn)：運(yùn)放處于開環(huán)狀態(tài)。當(dāng)ui>UR時,uo=+Uom當(dāng)ui<UR時,uo=-Uom

1、ui從同相端輸入136第136頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五++uouiURuoui0+Uom-UomUR當(dāng)ui<UR時,uo=+Uom當(dāng)ui>UR時,uo=-Uom

2、ui從反相端輸入137第137頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五uoui0+UOM-UOM++uoui3、過零比較器:(UR=0時)++uouiuoui0+UOM-UOM138第138頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五++uouitui例：利用電壓比較器將正弦波變?yōu)榉讲?。uot+Uom-Uom139第139頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五++uiuoui0+UZ-UZ電路改進(jìn)：用穩(wěn)壓管穩(wěn)定輸出電壓。++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第140頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五分析1.因?yàn)橛姓答?，所以輸出飽和?.當(dāng)uo正飽和時(uo=+UOM)：U+3.當(dāng)uo負(fù)飽和時(uo=–UOM)：－++uoRR2R1ui參考電壓由輸出電壓決定特點(diǎn)：電路中使用正反饋，運(yùn)放處于非線性狀態(tài)。4.遲滯比較器141第141頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五分別稱UH和UL上下門限電壓。稱(UH-UL)為回差。當(dāng)ui增加到UH時，輸出由Uom跳變到-Uom；－++uoRR2R1ui當(dāng)ui

減小到UL時，輸出由-Uom跳變到Uom

。傳輸特性：uoui0Uom-UomUHUL小于回差的干擾不會引起跳轉(zhuǎn)。跳轉(zhuǎn)時，正反饋加速跳轉(zhuǎn)。142第142頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五tuiUom-UomtuiUHUL例：遲滯比較器的輸入為正弦波時，畫出輸出的波形。－++uoRR2R1ui143第143頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五1.電路結(jié)構(gòu)上下限:b矩形波發(fā)生器144第144頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五2.工作原理：(1)設(shè)uo

=

+UZ,

此時，uO給C充電,uc，則：u+=UT+0tuo+UZ-UZucUT+0t一旦uc>UT+

,就有u->u+,uo

立即由＋UZ變成－UZ。在uc<UT+

時，u-

<u+,

設(shè)uC初始值uC(0+)=0uo保持+UZ不變+UZ145第145頁，共160頁，2023年，2月20日，星期五此時，C向uO放電,再反向充電(2)當(dāng)uo

=

-UZ