模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題課件

第一章常用半導(dǎo)體器件1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)1.2半導(dǎo)體二極管1.3雙極型晶體管1.4場(chǎng)效應(yīng)管2023/8/1611.熟悉P型、N型半導(dǎo)體的基本結(jié)構(gòu)及特性；2.掌握PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?.P型、N型半導(dǎo)體的形成和電結(jié)構(gòu)特點(diǎn)；

2.PN結(jié)的正向和反向?qū)щ娞匦浴?.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)重點(diǎn)：2023/8/1621.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

一、本征半導(dǎo)體1、半導(dǎo)體純凈的具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。

根據(jù)材料的導(dǎo)電能力，可以將他們劃分為導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體。典型的半導(dǎo)體是硅Si和鍺Ge，它們都是四價(jià)元素。硅原子鍺原子

硅和鍺最外層軌道上的四個(gè)電子稱為價(jià)電子。晶體結(jié)構(gòu)是指晶體的周期性結(jié)構(gòu)。即晶體以其內(nèi)部原子、離子、分子在空間作三維周期性的規(guī)則排列為其最基本的結(jié)構(gòu)特征2023/8/163空穴自由電子2、本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)+4+4+4+4+4+4+4+4+4（1）共價(jià)鍵：相鄰兩個(gè)原子共用一對(duì)最外層電子（價(jià)電子）的組合稱為共價(jià)鍵。（2）束縛電子：共價(jià)鍵中的價(jià)電子受共價(jià)鍵的束縛。（3）自由電子：共價(jià)鍵中的電子獲得一定能量（熱能）后，掙脫共價(jià)鍵的束縛（本征激發(fā)），形成自由電子。（4）空穴：電子掙脫共價(jià)鍵的束縛形成自由電子后，共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空穴?？昭◣д姟９矁r(jià)鍵束縛電子2023/8/164+4+4+4+4+4+4+4+4+4自由電子運(yùn)動(dòng)方向與空穴運(yùn)動(dòng)方向相反。3、本征半導(dǎo)體中的兩種載流子自由電子載流子空穴載流子：能夠自由移動(dòng)的帶電粒子。2023/8/1654、本征半導(dǎo)體中載流子的濃度

本征激發(fā)：半導(dǎo)體在受熱或光照下產(chǎn)生“電子空穴對(duì)”的現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。

復(fù)合：自由電子填補(bǔ)空穴，使兩者消失的現(xiàn)象稱為復(fù)合。

動(dòng)態(tài)平衡：在一定溫度下，本征激發(fā)產(chǎn)生的“電子空穴對(duì)”，與復(fù)合的“電子空穴對(duì)”數(shù)目相等，達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。在一定溫度下，載流子的濃度一定。下一頁上一頁章目錄+4+4+4+4+4+4+4+4+42023/8/166下一頁上一頁章目錄本征半導(dǎo)體載流子濃度為：

T=300K時(shí)，本征半導(dǎo)體中載流子的濃度比較低，導(dǎo)電能力差。Si：1.43×1010cm-3

Ge：2.38×1013cm-3

T：熱力學(xué)溫度；k：玻耳茲曼常數(shù)（8.63×10-5eV/K）；K1：與半導(dǎo)體材料載流子有效質(zhì)量、有效能級(jí)密度有關(guān)的常量。（Si：3.87×1016cm-3·K-3/2

，Ge：1.76×1016cm-3·K-3/2

）；EGO：熱力學(xué)零度時(shí)破壞共價(jià)鍵所需的能量，又稱禁帶寬度（Si：1.21eV，Ge：0.785eV）；2023/8/167自由電子施主離子電子空穴對(duì)自由電子二、雜質(zhì)半導(dǎo)體1、N型半導(dǎo)體下一頁上一頁章目錄

摻入微量雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體導(dǎo)電性能大大增強(qiáng)。按摻入雜質(zhì)元素不同，可形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。在本征半導(dǎo)體中摻入微量五價(jià)元素。++++++++++++N型半導(dǎo)體硅原子多余電子磷原子+4+4+4+4+4+4+4+4+5多數(shù)載流子---自由電子少數(shù)載流子--空穴

2023/8/168受主離子電子空穴對(duì)空穴2、P型半導(dǎo)體下一頁上一頁章目錄在本征半導(dǎo)體中摻入微量三價(jià)元素。－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體硅原子空位硼原子多數(shù)載流子--空穴少數(shù)載流子—自由電子+4+4+4+4+4+4+4+4+3空穴2023/8/1691.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。2.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。3.當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc4.在外加電壓的作用下，P型半導(dǎo)體中的電流主要是

，N型半導(dǎo)體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba2023/8/1610三、PN結(jié)1、PN結(jié)的形成下一頁上一頁章目錄形成過程：P型和N型半導(dǎo)體結(jié)合擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)建立阻礙擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)促使漂移運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)平衡形成空間電荷區(qū)PN結(jié)形成多子濃度差空間電荷區(qū)耗盡層N區(qū)P區(qū)內(nèi)電場(chǎng)－－－－－－－－－－－－++++++++++++自由電子空穴2023/8/16112、PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?）PN結(jié)上加正向電壓下一頁上一頁章目錄空間電荷區(qū)N區(qū)P區(qū)－－－－－－－－－－－－++++++++++++內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)①外電場(chǎng)將載流子推入空間電荷區(qū)，抵消一部分空間電荷，使空間電荷區(qū)變窄，削弱內(nèi)電場(chǎng)；②擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)減弱，平衡被打破，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于漂移運(yùn)動(dòng)；③在電源的作用下，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)不斷進(jìn)行，形成正向電流，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。I2023/8/1612（2）PN結(jié)上加反向電壓下一頁上一頁章目錄空間電荷區(qū)N區(qū)P區(qū)－－－－－－－－－－－－++++++++++++內(nèi)電場(chǎng)外電場(chǎng)①外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向一致，空間電荷區(qū)變寬，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)；②擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)減弱，漂移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，平衡被打破，漂移運(yùn)動(dòng)大于擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)；③漂移運(yùn)動(dòng)是少子的運(yùn)動(dòng)，少子濃度小，形成反向電流很小，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。IS2023/8/1613（3）PN結(jié)單向?qū)щ娦?、PN結(jié)的電流方程下一頁上一頁章目錄PN結(jié)加正向電壓，結(jié)電阻很小，正向電流較大，處于導(dǎo)通狀態(tài)；PN結(jié)加反向電壓，結(jié)電阻很大，反向電流很小，處于截止?fàn)顟B(tài)；其中：IS：反向飽和電流；q：電子電量；

k：玻耳茲曼常數(shù)；T：熱力學(xué)溫度.令：則：2023/8/16144、PN結(jié)的伏安特性下一頁上一頁章目錄uiOU(BR)（1）正向特性（2）反向特性當(dāng)u>>UT時(shí)，當(dāng)a、b、當(dāng)反向電壓超過一定數(shù)值U(BR)后，反向電流急劇增加，稱之為反向擊穿。齊納擊穿:雪崩擊穿:較高反向電壓在PN結(jié)空間電荷區(qū)形成一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)，直接破壞共價(jià)鍵形成“電子空穴對(duì)”，使得電流急劇增大；電子及空穴與晶體原子發(fā)生碰撞，使共價(jià)鍵中電子激發(fā)形成自由電子空穴對(duì)。2023/8/16155、PN結(jié)的電容效應(yīng)2023/8/16165、PN結(jié)的電容效應(yīng)2023/8/16172023/8/16182023/8/16191.2半導(dǎo)體二極管1.了解二極管的結(jié)構(gòu)和類型2.掌握二極管的伏安特性3.熟悉二極管的使用方法

4.了解發(fā)光二極管和光電二極管的性能、使用方法5.熟悉穩(wěn)壓管的工作原理及使用方法1.二極管的伏安特性2.二極管的主要參數(shù)

3.穩(wěn)壓管的性能、主要參數(shù)

學(xué)習(xí)目標(biāo)：學(xué)習(xí)重點(diǎn)：2023/8/1620點(diǎn)接觸型二極管是由一根很細(xì)的金屬觸絲（如三價(jià)元素鋁）和一塊半導(dǎo)體（如鍺）的表面接觸，然后在正方向通過很大的瞬時(shí)電流，使觸絲和半導(dǎo)體牢固地熔接在一起，三價(jià)金屬與鍺結(jié)合構(gòu)成PN結(jié)，并做出相應(yīng)的電極引線，外加管殼密封而成。由于點(diǎn)接觸型二極管金屬絲很細(xì)，形成的PN結(jié)面積很小，所以極間電容很小，同時(shí)，也不能承受高的反向電壓和大的電流。這種類型的管子適于做高頻檢波和脈沖數(shù)字電路里的開關(guān)元件，也可用來作小電流整流。如2AP1是點(diǎn)接觸型鍺二極管，最大整流電流為16mA，最高工作頻率為150MHz。金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼(

a)

點(diǎn)接觸型1.2半導(dǎo)體二極管一、常見結(jié)構(gòu)2023/8/16211.2半導(dǎo)體二極管陰極引線陽極引線二氧化硅保護(hù)層P型硅N型硅(

c

)平面型鋁合金小球N型硅陽極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線(

b)面接觸型

二極管的符號(hào)陰極陽極(

d

)

符號(hào)D(b)面接觸型(c)平面型平面型二極管是集成電路中常見的一種形式。面接觸型二極管的結(jié)構(gòu)如圖（b）所示。由于這種二極管的PN結(jié)面積大，可承受較大的電流，但極間電容也大。這類器件適用于整流，而不宜用于高頻電路中。如2CP1為面接觸型硅二極管，最大整流電流為400mA，最高工作頻率只有3kHz。2023/8/1622二、伏安特性1、正向?qū)ü瑁?.5V鍺：

0.1V導(dǎo)通壓降反向飽和電流死區(qū)電壓擊穿電壓UBR鍺伏安特性曲線開啟電壓：Uon導(dǎo)通電壓：硅：0.7V鍺：0.2V2、反向截止反向飽和電流IS反向擊穿電壓U（BR）3、溫度的影響正向特性：T

上升，正向壓降下降2～2.5mV，曲線左移；反向特性：T

上升，IS增加一倍，曲線下移。

二極管是非線性元件2023/8/1623三、主要參數(shù)1、最大整流電流IF2、最高反向工作電壓UR3、反向電流IR4、最高工作頻率fM

二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。電流過大，結(jié)溫太高而燒壞二極管。

二極管工作時(shí)，允許外加的最大反向電壓。超過此值，二極管可能擊穿。

二極管未擊穿時(shí)的反向電流。IR越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶?。二極管工作的上限頻率。2023/8/1624四、二極管的等效電路1、折線等效電路

二極管伏安特性具有非線性，分析電路時(shí)，常用線性元件所構(gòu)成的電路等效代替。（1）理想二極管模型：正向?qū)▔航禐榱?，反向截止電流為零。＋－ui2023/8/1625＋－uiUon（2）正向?qū)▔航禐槌?shù)（硅管0.7V；鍺管0.2V），反向截止電流為零；uiUon2023/8/1626＋＋－－ＩＵＤＵＲRV（1）兩種等效電路：（2）2、微變等效電路

在Q點(diǎn)附近加上一個(gè)微小變化的量，則可用Q點(diǎn)為切點(diǎn)的直線近似微小變化時(shí)的曲線。(動(dòng)態(tài)電阻)2023/8/1627+++---VDR幅值由rd與R分壓決定2023/8/1628例題1：試求輸出電壓uo。－5V0VuoR－12VD1D2解：

兩個(gè)二極管存在優(yōu)先導(dǎo)通現(xiàn)象。D2導(dǎo)通，D1截止。?2023/8/1629例題2：試畫出電壓uo的波形。uo+-RuiUREF+-D0-4V4VuitUREFuotUREF解：（1）ui>UREF時(shí)，（2）ui<UREF時(shí)，2023/8/1630五、穩(wěn)壓二極管1、伏安特性u(píng)iUZIZmin＋－DZ符號(hào)：反向特性：當(dāng)I<IZmin時(shí)，沒有穩(wěn)壓效果；電壓基本穩(wěn)定只要電流不超過一定值時(shí)，穩(wěn)壓管就不會(huì)因發(fā)熱而損壞。D1D2UZrz等效電路：正向?qū)ㄅc二極管相同當(dāng)I>IZmin時(shí)，電壓變化量很小，2023/8/16312、主要參數(shù)rZ越小，穩(wěn)壓效果越好；（2）穩(wěn)定電流IZ（IZmin）：電流小于此值時(shí)穩(wěn)壓效果不好；uiUZIZminIZM（3）額定功耗PZM：PZM=UZIZM；（4）動(dòng)態(tài)電阻rZ：（1）穩(wěn)壓值UZ；（5）溫度系數(shù)α：IZM---最大穩(wěn)定電流溫度每變化1度穩(wěn)壓值的變化量。2023/8/1632當(dāng)穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿狀態(tài)下,工作電流IZ在IZM和Izmin之間變化時(shí),其兩端電壓近似為常數(shù)，所以穩(wěn)壓電路中必須串聯(lián)一個(gè)電阻來限制電流，從而保證穩(wěn)壓管正常工作。UIDZIRIZILRLRUZ++--保證穩(wěn)壓管有穩(wěn)壓效果必須：2023/8/1633六、其它類型二極管1、發(fā)光二極管⑴具有單向?qū)щ娦?；加正向電壓時(shí)導(dǎo)通就發(fā)光。導(dǎo)通時(shí)電壓比普通二極管大。電流越大，發(fā)光越強(qiáng)。注意不要超過極限參數(shù)。⑵發(fā)光的顏色取決于所用材料。2、光電二極管（自學(xué)）發(fā)光二極管符號(hào)2023/8/1634用萬用表R*100或R*1K檔，任意測(cè)量二極管的兩根引線，如果量出的電阻只有幾百歐姆（正向電阻），則黑表筆（即萬用表內(nèi)電池正極）所接引線為正極，紅表筆（即萬用表內(nèi)電源負(fù)極）所接引線為負(fù)極。

用萬用表判斷二級(jí)管正負(fù)極：2023/8/16351.了解三極管的基本結(jié)構(gòu)，熟悉其放大原理；2.掌握三極管電流分配關(guān)系，熟悉其輸入、輸出特性。1.3晶體三極管學(xué)習(xí)目標(biāo)：1.三極管的電流分配關(guān)系和放大原理；2.三極管的輸出特性曲線和基本參數(shù)。學(xué)習(xí)重點(diǎn)：2023/8/1636一、晶體管的結(jié)構(gòu)及類型晶體三極管又稱雙極型晶體管、半導(dǎo)體三極管、三極管等。

發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)

三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):（1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度＞＞集電區(qū)摻雜濃度。（2）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。

半導(dǎo)體三極管由兩個(gè)PN

結(jié)構(gòu)成。類型:NPN型和PNP

型。c集電極e發(fā)射極b基極NNPNPN型晶體管結(jié)構(gòu)

集電結(jié)(Jc)發(fā)射結(jié)(Je)集電極2023/8/1637PPNPNP型晶體管結(jié)構(gòu)

e

c

bNNPNPN型晶體管結(jié)構(gòu)

e

c

bNPN型晶體管符號(hào)PNP型晶體管符號(hào)2023/8/1638二、電流分配與放大原理1、內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律

以NPN管共射放大電路為例Ec>EB放大狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。2023/8/1639（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散自由電子EBRBRCEC

發(fā)射結(jié)正偏，多數(shù)載流子（自由電子）的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)；

發(fā)射區(qū)自由電子不斷擴(kuò)散到基區(qū)形成電流IEN；IEPIEIEN

基區(qū)空穴擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)形成電流IEP；

發(fā)射極電流：

IE＝IEP+IEN

；發(fā)射結(jié)(Je)2023/8/1640EBRBRCECIEPIEIEN（2）自由電子在基區(qū)擴(kuò)散和復(fù)合

發(fā)射結(jié)自由電子濃度很高，繼續(xù)向集電結(jié)方向擴(kuò)散；IBN

擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子，一部分被電源EB拉走，形成電流IBN；2023/8/1641集電結(jié)EBRBRCECIEPIEIENIBN（3）集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的自由電子發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)并到集電結(jié)邊緣的自由電子繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到集電區(qū)，形成電流ICN；集電結(jié)反偏，內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)，少數(shù)載流子的運(yùn)動(dòng)形成電流ICBO，是構(gòu)成IB與IC的一小部分。ICNICICBOIB2023/8/1642EBRBRCECIEPIEIENIBNICNICICBOIB2、電流分配關(guān)系2023/8/1643～+－uiEB+－uIRBRCEC3、晶體管的共射電流放大系數(shù)靜態(tài)（直流）：當(dāng)ui為零時(shí)，

uI=EB；

動(dòng)態(tài)（交流）：（1）令ui＝0，即靜態(tài)定義共射直流電流放大系數(shù)：

ICEO：穿透電流?！?－uiEB+－uIRBRCECICIB2023/8/1644～+－uiEB+－uIRBRCEC（2）令ui≠0，即動(dòng)態(tài)

定義共射交流電流放大系數(shù)：

iC

iB～+－uiEB+－uIRBRCEC2023/8/1645～+－uiEe+－uIReRCECiBiCiE4、共基電流放大系數(shù)

定義共基直流電流放大系數(shù)：定義共基交流電流放大系數(shù)：2023/8/1646三、晶體管的共射特性曲線1、輸入特性曲線測(cè)量電路

ICIBRBEBECRCVVμAmA+UCE

－+UBE－2023/8/1647（2）UCE增大，曲線右移；UCE越大，從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子被VB拉走的數(shù)量越少，故要獲得同樣的iB，就需加大uBE；（3）當(dāng)UCE≥1V時(shí)，輸入特性曲線重合；（1）UCE

＝0

時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)。曲線與PN結(jié)伏安特性相似；2023/8/16482、輸出特性曲線uCE/ViC/mAIB=0IB=20μAIB=40μAIB=60μA截止區(qū)放飽和區(qū)工作狀態(tài)：放大、截止和飽和狀態(tài)三種工作狀態(tài)（1）放大區(qū)（線性區(qū)）：iC與uCE無關(guān)，幾乎僅僅受iB控制，IC=

IB，ic=

iB，

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。iC=f(uCE)

IB=常數(shù)大區(qū)2023/8/1649uCE/ViC/mAIB=0IB=20μAIB=40μAIB=60μA截止區(qū)放大區(qū)飽和區(qū)（2）截止區(qū)：IB＝0曲線以下，可靠截止uBE≤0V；發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。模擬電路：放大區(qū)數(shù)字電路：截止和飽和區(qū)（3）飽和區(qū)：uBE=0.7V(si)，且UCE

＜UBE

，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏。iB的變化對(duì)iC影響很小，不成正比，IC<

IB

。2023/8/1650四、晶體管的主要參數(shù)1、直流參數(shù)（1）共射直流電流放大系數(shù)（3）極間反向電流：ICBO是發(fā)射極開路時(shí)集電結(jié)的反向飽和電流；ICEO是基極開路時(shí)集電極與發(fā)射極間的穿透電流，。2、交流參數(shù)（1）共射交流電流放大系數(shù)2023/8/1651（3）特征頻率fT：使β的數(shù)值下降到1的信號(hào)頻率。3、極限參數(shù)（1）最大集電極耗散功率PCM

uCEiCU(BR)CEOICM區(qū)安全工作過損耗區(qū)（2）最大集電極電流ICM（3）極間反向擊穿電壓U(BR)CBO、U(BR)CEO、U(BR)EBOiC超過ICM，晶體管不一定損壞，但β明顯下降。2023/8/1652五、溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響（1）溫度對(duì)ICBO的影響

（2）溫度對(duì)輸入特性的影響

（3）溫度對(duì)輸出特性的影響

六、光電三極管（自學(xué)）溫度升高，ICBO增大Si管比Ge管受溫度影響小與PN結(jié)正向曲線相似，溫度升高，輸入曲線左移。溫度升高，ICBO增大，

增大，輸出曲線上移，且間距加大。2023/8/16531.4

場(chǎng)效應(yīng)管1.熟悉場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、分類2.了解場(chǎng)效應(yīng)管的的工作原理、主要參數(shù)和應(yīng)用絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線

學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)重點(diǎn)2023/8/16541.4場(chǎng)效應(yīng)管場(chǎng)效應(yīng)管（FET）是利用輸入回路的電場(chǎng)效應(yīng)來控制輸出回路電流的一種半導(dǎo)體器件，由于它僅靠一種載流子導(dǎo)電，又稱單極型晶體管。場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）N溝道P溝道增強(qiáng)型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道2023/8/16551、N溝道增強(qiáng)型MOS管一、絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)金屬層氧化物層半導(dǎo)體層S(Source)：源極G(Gate)：柵極D(Drain)：漏極B(Substrate):襯底(1)結(jié)構(gòu)符號(hào)2023/8/1656（2）工作原理①當(dāng)加uDS時(shí)，若uGS＝0兩個(gè)PN結(jié)背靠背，不存在導(dǎo)電溝道，即iD＝0；2023/8/1657++NNP型襯底u(yù)DSuGS②uDS＝0，uGS>0

uGS排斥SiO2附近的空穴，剩下不能移動(dòng)的離子，形成耗盡層；襯底的自由電子吸引到耗盡層與絕緣層之間，形成一個(gè)N型薄層，即反型層，也是d－s之間的導(dǎo)電溝道；

隨著uGS增大，開啟電壓UGS(th)：剛剛形成反型層的uGS電壓。SDG2023/8/1658++NNP型襯底u(yù)DSuGS③uGS>UGS(th)

，uDS>0由于有導(dǎo)電溝道，會(huì)產(chǎn)生漏極電流iD；iD導(dǎo)電溝道存在電位梯度，導(dǎo)電溝道不均勻，沿著s→d方向逐漸變窄；當(dāng)uDS=

UGS

UGS(th)時(shí)，導(dǎo)電溝道出現(xiàn)預(yù)夾斷；當(dāng)uDS較大，uDS>UGS

UGS(th)時(shí)，導(dǎo)電溝道出現(xiàn)夾斷；此時(shí)，iD的大小與uDS無關(guān)，由uGS決定，恒流區(qū)。當(dāng)uDS較小，uDS<

UGS

UGS(th)時(shí),uDS增大,iD也增大,可變電阻區(qū)；SDG2023/8/1659（3）特性曲線與電流方程①輸出特性曲線uGS1=UGS(th)iD(mA)uDS(V)uGS5uGS4uGS3uGS2可變電阻區(qū)恒流區(qū)夾斷區(qū)預(yù)夾斷軌跡iD=f(uDS)對(duì)應(yīng)不同的UGS下得一簇曲線夾斷區(qū)恒流區(qū)可變電阻區(qū)輸出特性曲線（分三個(gè)區(qū)域）2023/8/1660輸出特性曲線（分三個(gè)區(qū)域）夾斷區(qū)：uGS<UGS(th)時(shí)，iD≈0,ROFF>109歐。uGS1=UGS(th)iD(mA)uDS(V)uGS5uGS4uGS3uGS2夾斷區(qū)2023/8/1661輸出特性曲線（分三個(gè)區(qū)域）uGS1=UGS(th)iD(mA)uDS(V)uGS5uGS4uGS3uGS2恒流區(qū)：uDS>UGS

UGS(th)導(dǎo)電溝道出現(xiàn)夾斷，iD取決于uGS

，而與uDS無關(guān)；恒流區(qū)2023/8/1662輸出特性曲線（分三個(gè)區(qū)域）

可變電阻區(qū)：

導(dǎo)電溝道未夾斷前，，對(duì)應(yīng)不同的uGS，d－s間可等效不同的電阻；uDS<

UGS

UGS(th)uGS1=UGS(th)iD(mA)uDS(V)uGS5uGS4uGS3uGS2可變電阻區(qū)2023/8/1663②轉(zhuǎn)移特性曲線與電流方程UGS(th)2UGS(th)IDOuGSiD轉(zhuǎn)移特性曲線:電流方程:IDO：uGS＝2UGS(th)時(shí)的iD。恒流區(qū)：iD基本上由uGS決定，與UDS關(guān)系不大uGS1=UGS(th)iD(mA)uDS(V)uGS5uGS4uGS3uGS2恒流區(qū)轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線2023/8/1664總結(jié)：N溝道增強(qiáng)型導(dǎo)電溝道是N型，所以襯底是P型。2023/8/16652、N溝道耗盡型MOS管在G的下方，在SiO2中摻入大量的正離子，即使uGS＝0，也會(huì)吸引P中的電子形成溝道。--gs+NdbN++++++++++++P型襯底u(yù)GSuDSiD

想讓溝道消失，必須加足夠負(fù)電壓。

夾斷電壓UGS(off)：反型層消失時(shí)的uGS，為負(fù)值。sgdb符號(hào)：

N溝道耗盡型MOS管的uGS可以為正，也可以為負(fù)。iD2023/8/16663、P溝道增強(qiáng)型導(dǎo)電溝道是P型，所以襯底是N型。P溝道MOS的工作原理與N溝道MOS完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同，電流方向不同而已。iD2023/8/16674、P溝道耗盡型5、VMOS管（自學(xué)）2023/8/1668二、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1、結(jié)構(gòu)(以N溝道為例)NP+P+三個(gè)電極：g：柵極

d：漏極

s：源極兩個(gè)PN結(jié)夾著一個(gè)N型溝道。g柵極d漏極s

源極N溝道P溝道符號(hào)：2023/8/16691、工作原理

N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管正常工作，應(yīng)在uGS<0，耗盡層承受反向電壓（uGS對(duì)溝道的控制作用，又保證柵－源之間內(nèi)阻很高），uDS>0，形成漏極電流iD。（1）uGS對(duì)溝道的控制作用耗盡層NP+P+sdg③當(dāng)│uGS│↑到一定值時(shí)，溝道會(huì)完全合攏。uGS=UGS(off)夾斷電壓。在柵源間加負(fù)電壓uGS

，令uDS=0①當(dāng)uGS=0時(shí)，導(dǎo)電溝道最寬。②當(dāng)│uGS│↑時(shí)，溝道電阻增大。

VGG（uGS）2023/8/1670（2）當(dāng)uGS為0～UGS(off)中某一值，uDS對(duì)iD的影響NP+P+dgs

VGG（uGS）

VDD（uDS）iD①當(dāng)uDS=0時(shí)，iD=0。②當(dāng)uDS≠0且較小時(shí)，從d→s電位依次減小，即耗盡層承受的反向電壓由d→s逐漸減小，故寬度也沿著d→s方向逐漸變窄。uDS→

iD③當(dāng)uDS=uGSuGS(off)，即uGD=UGS(off)時(shí)，漏極的耗盡層出現(xiàn)預(yù)夾斷。＋－uDS＋－uGS＋uGD－2023/8/1671NP+P+dgs

VGG（uGS）

VDD（uDS）iD③當(dāng)uDS>uGSuGS(off)

，即uGD<UGS(off)時(shí)，漏極的耗盡層夾斷層加長(zhǎng)。uDS增大，電流iD基本不變。（3）當(dāng)uGD<UGS(off)時(shí)，uGS對(duì)iD的控制作用當(dāng)uGD<UGS(off)時(shí)，當(dāng)uDS為常量時(shí)，uGS的大小影響iD的大小，也就是說，可以通過改變uGS控制iD的大小。隨uDS

的加大，uGD

越來越負(fù)。2023/8/1672場(chǎng)效應(yīng)管是電壓控制元件，用gm（低頻跨導(dǎo)）來描述動(dòng)態(tài)的柵－源電壓對(duì)漏極電流的控制作用：N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管小結(jié)：（1）當(dāng)uDS<uGSuGS(off)時(shí)，導(dǎo)電溝道未出現(xiàn)夾斷，對(duì)應(yīng)不同的uGS，d－s間可等效不同的電阻；（2）當(dāng)uDS=uGSuGS(off)時(shí)，導(dǎo)電溝道出現(xiàn)預(yù)夾斷；（3）當(dāng)uDS>uGS

－uGS(off

)時(shí)，導(dǎo)電溝道出現(xiàn)夾斷，iD取決于uGS，而與uDS無關(guān)。（4）uGS<0,PN結(jié)反偏，iG≈0。2023/8/16733、結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線（1）輸出特性曲線可變電阻區(qū)恒流區(qū)擊穿區(qū)夾斷區(qū)iD(mA)uDS(V)uGS＝0VuGS＝－1VuGS＝－2VuGS＝－3VuGS＝－4V預(yù)夾斷軌跡①可變電阻區(qū)：導(dǎo)電溝道未夾斷前，uDS與iD線性關(guān)系，對(duì)應(yīng)不同的uGS，d－s間可等效不同的電阻；②恒流區(qū)：導(dǎo)電溝道出現(xiàn)夾斷，iD取決于uGS

，而與uDS無關(guān)；③預(yù)夾斷軌跡：uDS＝uGS

－uGS(off)④夾斷區(qū)：uGS<UGS(off)時(shí)，導(dǎo)電溝道完全被夾斷，iD≈0。2023/8/1674（2）轉(zhuǎn)移特性曲線iD(mA)uDS(V)uGS＝0VuGS＝－1VuGS＝－2VuGS＝－3VuGS＝－4V0-3-12iD(mA)uGS（V）1-4-243UGS（off）IDSS恒流區(qū)的轉(zhuǎn)移特性曲線近似一條

IDSS：飽和漏電流。uGS=0時(shí)，產(chǎn)生預(yù)夾斷后的漏極電流；1.151.162023/8/1675三、場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)1、直流參數(shù)（1）開啟電壓UGS(th)：增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)（2）夾斷電壓UGS(off)：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和耗盡型MOS管的參數(shù)（3）飽和漏極電流IDSS：耗盡型管，在UGS＝0時(shí)產(chǎn)生預(yù)夾斷后的漏極電流P49圖1.4.13場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)及特性2023/8/16762、交流參數(shù)（4）直流輸入電阻RGS(DC):

柵－源電壓與柵極電流之比。結(jié)型管大于107Ω，MOS管大于109Ω。（1）低頻跨導(dǎo)gm：表示uGS對(duì)iD控制作用的強(qiáng)弱uGS1=UGS(th)iD(mA)uDS(V)uGS5uGS4uGS3uGS2△iD△uGSuGSiD△iD△uGS某點(diǎn)切線斜率2023/8/16773、極限參數(shù)（2）極間電容：

場(chǎng)效應(yīng)管的三個(gè)極之間均存在極間電容。高頻電路中，考慮極間電容的影響。管子的最高工作頻率fM是綜合考慮了三個(gè)電容的影響而確定的工作頻率的上限值。（1）最大漏極電流IDM：管子正常工作時(shí)漏極電流的上限值。（2）擊穿電壓：U(BR)DS：管子進(jìn)入恒流區(qū)后，使iD驟然增大的uDS。U(BR)GS：結(jié)型管：使柵極與溝道間PN結(jié)反向擊穿的uGS。

MOS管：使絕緣層擊穿的uGS。2023/8/1678（3）最大耗散功率PDM：

PDM決定管子允許的溫升。PDM確定后，可在管子的輸出特性曲線上畫出臨界最大功耗線，再根據(jù)由IDM和U(BR)DS可得到管子的安全工作區(qū)。四、MOS管使用注意事項(xiàng)2、在使用場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)，要注意漏源電壓、漏源電流及耗散功率等，不要超過規(guī)定的最大允許值。1、保存MOS管應(yīng)使三個(gè)電極短接，避免柵極懸空；2023/8/1679

MOS場(chǎng)效應(yīng)管的輸入阻抗非常高，這本來是它的優(yōu)點(diǎn)，但在使用上卻帶來新的問題．由于輸入阻抗高，當(dāng)帶電荷物體一旦靠近柵極時(shí)，在柵極感應(yīng)出來的電荷就很難通過這個(gè)電阻泄放掉，電荷的累積造成了電壓的升高，尤其是在極間電容比較小的情況本下，少量的電荷就會(huì)產(chǎn)生較高的電壓，以至管子還沒使用或者在焊接時(shí)就已經(jīng)擊穿或者出現(xiàn)指標(biāo)下降的現(xiàn)象，特別是MOS管，其絕緣層很薄，更易擊穿損壞。保存MOS管應(yīng)使三個(gè)電極短接，避免柵極懸空2023/8/1680易受靜電影響不受靜電影響靜電影響較小較大噪聲電壓輸入電流輸入輸入量電壓控制電流源電流控制電流源控制

多子參與導(dǎo)電多子與少子同時(shí)參與導(dǎo)電導(dǎo)電載流子單極型場(chǎng)效應(yīng)管雙極型三極管幾十到幾千歐輸入電阻幾兆歐以上三個(gè)電極發(fā)射極與集電極不能互換使用漏極與源極可以互換使用五、場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較2023/8/1681晶體管噪聲

在晶體管內(nèi)，載流子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)引起不規(guī)則變化的電流起伏，因而產(chǎn)生不規(guī)則變化的電壓起伏，這種不規(guī)則變化的電流和電壓形成晶體管的噪聲。晶體管噪聲是晶體管的重要參數(shù)。

晶體管按工作原理可分為兩大類，一類是雙極型晶體管；另一類是單極型晶體管,即場(chǎng)效應(yīng)晶體管（FET）。雙極型晶體管的噪聲按物理來源通常分為四類：熱噪聲、散粒噪聲、配分噪聲和1/f噪聲。

熱噪聲

晶體管的基區(qū)或各項(xiàng)電阻上載流子的不規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的電流起伏，即為熱噪聲。由于熱噪聲頻譜是均勻分布的，又稱為白噪聲。

散粒噪聲

晶體管中少數(shù)載流子通過發(fā)射極－基極結(jié)注入到基區(qū)時(shí),少數(shù)載流子的數(shù)目和速度都有起伏,引起通過結(jié)的電流的微小變化。同時(shí)，少數(shù)載流子在基區(qū)內(nèi)的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，包括所產(chǎn)生的復(fù)合過程也將引起電流起伏，這些都屬于晶體管的散粒噪聲。散粒噪聲與頻率無關(guān)。

配分噪聲

在晶體管基區(qū)中，發(fā)射極電流的一部分變?yōu)榧姌O電流，另一部分變?yōu)榛鶚O電流，有一個(gè)由空穴－電子復(fù)合作用而定的電流分配系數(shù)。復(fù)合現(xiàn)象本身同樣受到熱起伏效應(yīng)的影響，因此分配系數(shù)不是恒定的。它的微小變化也會(huì)引起集電極電流的起伏，這就是晶體管的配分噪聲。

參考資料：2023/8/1682

1/f

噪聲

在晶體管噪聲頻譜(圖)中，低頻時(shí)噪聲急劇上升,呈1/fn關(guān)系。隨工藝條件、表面處理和環(huán)境氣氛等的不同，n取1～2之間,故常稱為1/f噪聲。低頻噪聲產(chǎn)生的原因和機(jī)理很復(fù)雜,尚待深入研究。

噪聲系數(shù)

晶體管的噪聲系數(shù)有多種定義方法。常用輸入信噪比與輸出信噪比的相對(duì)比值作為晶體管的噪聲系數(shù),即

。噪聲系數(shù)通常以分貝為單位來表示。降低晶體管噪聲的主要途徑是提高截止頻率和降低基區(qū)電阻。場(chǎng)效應(yīng)晶體管噪聲

FET的噪聲源一般有三項(xiàng):熱噪聲、感應(yīng)柵噪聲和1/f噪聲。FET的熱噪聲主要來源于溝道電阻、柵電阻和源串聯(lián)電阻。感應(yīng)柵噪聲是因?yàn)檠販系赖脑肼曤妷浩鸱ㄟ^電容耦合到柵極上感應(yīng)出的電荷變化而出現(xiàn)的噪聲電流。由于溝道的熱噪聲和感應(yīng)柵噪聲都是由相同的噪聲電壓在溝道中引起的，因而它們之間有部分相關(guān)性。FET噪聲頻譜與雙極型晶體管類似。減小FET噪聲的主要途徑是提高跨導(dǎo),減小柵電容和降低寄生電阻RS和Rg值。由于FET是多數(shù)載流子器件,從原理上講，比雙極型晶體管工作頻率高，噪聲系數(shù)低。2023/8/1683第二章基本放大電路

2.1放大的概念和放大電路的主要性能指標(biāo)一、放大的概念

放大的概念:將微弱的電信號(hào)（電壓或電流）放大成較大的電信號(hào)。放大的對(duì)象為變化量。放大的實(shí)質(zhì):能量的控制與轉(zhuǎn)換。用小能量的信號(hào)通過三極管的電流控制作用，將放大電路中直流電源的能量轉(zhuǎn)化成交流能量輸出。對(duì)放大電路的基本要求：

1.要有足夠的放大倍數(shù)(電壓、電流、功率)。

2.盡可能小的波形失真(不失真:輸出量和輸入量始終保持線性關(guān)系）。另外還有輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等其它技術(shù)指標(biāo)。

本章主要討論電壓放大電路。2023/8/1684二、放大電路的性能指標(biāo)②放大電路的輸入電阻Ri、輸出電阻Ro

。③④同一個(gè)的放大電路，在幅值相同但頻率不同的下，也會(huì)不同。①信號(hào)源由和內(nèi)阻RS串聯(lián)組成，

是放大電路的輸入電壓；是放大電路的輸出電壓。放大電路不包括負(fù)載電阻1.示意圖輸入電流輸出電流2023/8/1685⑴放大倍數(shù)⑵輸入電阻：從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻。2.放大電路的性能指標(biāo)：

放大倍數(shù)是直接衡量放大電路放大能力的重要指標(biāo)，其值為輸出量與輸入量之比。電壓放大倍數(shù)：電流放大倍數(shù)：互阻放大倍數(shù)：互導(dǎo)放大倍數(shù)：重點(diǎn)

放大電路是信號(hào)源的負(fù)載。Ri越大，加到放大電路的輸入電壓越大，信號(hào)電壓在內(nèi)阻上的損失越小。放大電路信號(hào)源2023/8/1686⑶輸出電阻

任何放大電路從輸出端向左看都可以等效成一個(gè)有內(nèi)阻的電壓源，其中的內(nèi)阻稱為輸出電阻Ro。Ro可以從放大電路本身來計(jì)算，也可以通過實(shí)驗(yàn)室測(cè)量出Uo，U

o和RL由下式計(jì)算：

輸出電阻Ro越小，負(fù)載電阻RL變化時(shí)，Uo的變化越小，放大電路的帶負(fù)載能力越強(qiáng)。在多級(jí)放大電路中：

后一級(jí)放大電路是前一級(jí)的負(fù)載，即放大電路Ⅱ的Ri2是放大電路Ⅰ的負(fù)載電阻。而前一級(jí)放大電路是后一級(jí)的信號(hào)源，即放大電路Ⅰ是放大電路Ⅱ的信號(hào)源，其內(nèi)阻為Ro1。放大電路2023/8/1687⑷通頻帶⑸非線性失真系數(shù)

通頻帶用于衡量放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的放大能力。

二極管、三極管和場(chǎng)效應(yīng)管是非線性元件，若輸入信號(hào)幅值太大，經(jīng)過放大電路后輸出電壓會(huì)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稱為非線性失真系數(shù)D。設(shè)基波幅值為A1、諧波幅值為A2、A3、…，則中頻放大倍數(shù)放大倍數(shù)的模隨頻率變化的曲線2023/8/1688⑹最大不失真輸出電壓⑺最大輸出功率與效率

當(dāng)輸入電壓再增大就會(huì)使輸出波形產(chǎn)生非線性失真時(shí)的輸出電壓。實(shí)測(cè)時(shí)，需定義非線性失真系數(shù)D的額定值，輸出波形的非線性失真系數(shù)剛剛達(dá)到額定值時(shí)的輸出電壓即為最大不失真輸出電壓。一般用有效值Uom表示。

在輸出信號(hào)不失真的情況下，負(fù)載上能夠獲得的最大功率稱為最大輸出功率Pom

。此時(shí),輸出電壓達(dá)到最大不失真輸出電壓。

直流電源能量的利用率稱為效率η，其值為最大輸出功率Pom與電源消耗功率PV之比。2023/8/16892.2基本共射放大電路的工作原理一、基本共射放大電路的組成及各元件的作用晶體管T--放大元件,iC=iB。要保證發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏,使晶體管工作在放大區(qū)?；鶚O電源VBB與基極電阻Rb--使發(fā)射結(jié)處于正偏，并提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流。共發(fā)射極基本電路2023/8/16902.2基本共射放大電路的工作原理一、基本共射放大電路的組成及各元件的作用集電極電源VCC--為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻RC--將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷骸?023/8/1691當(dāng)ui=0時(shí)，只有直流分量IB、IC、IE、UBE、UCE。(靜態(tài))IBICUCEIEUBEUBEIBICuBEtOiBtOiCtOuCEtOUCE2023/8/1692iBiCuCEiEuBE有輸入信號(hào)(ui≠0)時(shí)，不管電壓，還是電流，都會(huì)有交流分量和直流分量，且交流分量是疊加在直流分量上面的。

UBEIB？uCE=VCC－iC

RCICuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCE2023/8/1693二、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性1、靜態(tài)工作點(diǎn)（Q）：求IBQ、ICQ、IEQ、UBEQ、UCEQ。IBQICQUCEQUBEQ由KVL:VBB=IBQRb+

UBEQ由KVL:UCC=ICQRC+

UCEQ所以UCEQ=VCC–

ICQRC列方程求解靜態(tài)工作點(diǎn)的方法叫估算法。2023/8/1694iCuCEOiBuBEO結(jié)論：

無輸入信號(hào)電壓時(shí)，三極管各電極都是恒定的電壓和電流:IB、UBE和IC、UCE

。

(IB、UBE)

和(IC、UCE)分別對(duì)應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。QIBUBEQUCEIC2023/8/16952、設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性如果沒有靜態(tài)電流電壓：（1）靜態(tài)時(shí)，IB=0、IC=0、UCE=VCC，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。（2）動(dòng)態(tài)時(shí)，如果輸入信號(hào)足夠大,正半周時(shí),管子導(dǎo)通,負(fù)半周管子截止，輸出波形失真。

如果輸入信號(hào)不夠大，管子始終處于截止?fàn)顟B(tài)。所以，要使放大電路正常工作，要設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，這樣才可能使管子在整個(gè)周期內(nèi)都處于放大狀態(tài)。2023/8/1696三、放大電路的工作原理及波形分析UBEIBICuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotOiBiCuCEuBEuBE=UBE+ubeiB=IBQ+ibiC=ICQ+ic=iB

uCE=UCE+uceuCE=VCC－iC

RCuce=

uo2023/8/1697結(jié)論：(1)加上輸入信號(hào)電壓后，各電極電流和電壓的大小均發(fā)生了變化，都在直流量的基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)交流量，但方向始終不變。+集電極電流直流分量交流分量動(dòng)態(tài)分析iCtOiCtICOiCticO靜態(tài)分析2023/8/1698結(jié)論：(2)若參數(shù)選取得當(dāng)，輸出電壓可比輸入電壓大，即電路具有電壓放大作用。(3)輸出電壓與輸入電壓在相位上相差180°，即共發(fā)射極電路具有反相作用。uitOuotO2023/8/1699(1)晶體管必須工作在放大區(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)，使晶體管工作于放大區(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)電容耦合只輸出交流信號(hào)。四、放大電路的組成原則1、組成原則uCE=VCC－iC

RC2023/8/161002、常見的兩種共射放大電路

⑴直接耦合共射放大電路①無負(fù)載時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)：（令）（思考：為什么Rb1不可缺少？）②接負(fù)載時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)：?jiǎn)坞娫垂╇姇r(shí)常用的畫法2023/8/16101⑵阻容耦合共射放大電路C1、C2為耦合電容（電解電容，容量大）：對(duì)直流信號(hào)相當(dāng)于開路；對(duì)交流信號(hào)相當(dāng)于短路。

+VCCRbRCT++–UBEUCE–ICIBIE2023/8/16102阻容耦合放大電路帶負(fù)載與不帶負(fù)載時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)是相同的。當(dāng)UBE<<UCC時(shí)，+VCCRbRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:VCC=IBQRb+

UBEQ由KVL:VCC=ICQRC+

UCEQ所以UCEQ=UCC–

ICQRC求靜態(tài)工作點(diǎn)：2023/8/161032.3放大電路的分析方法一、直流通路和交流通路分析任務(wù)：靜態(tài)工作點(diǎn)分析（求Q：IBQ、ICQ、UCEQ）動(dòng)態(tài)參數(shù)分析（求、Ri、Ro）直流通路：無信號(hào)時(shí)直流電流流經(jīng)的通路。

用來計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。電容視為開路，電感視為短路。信號(hào)源用短路代替，但內(nèi)阻要保留。交流通路：有信號(hào)時(shí)交流電流流經(jīng)的通路。

用來計(jì)算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)參數(shù)。大容量的電容視為短路，直流電源（VCC）用短路代替?；?1，18，192023/8/16104⑴直接耦合共射放大電路的直流通路和交流通路直流通路交流通路us信號(hào)源us=0VCC=02023/8/16105（2）阻容耦合共射放大電路的直流通路和交流通路直流通路交流通路C斷路us=0C短路VCC=02023/8/16106二、圖解法作圖求解靜態(tài)工作點(diǎn)的方法叫圖解法。iBiCuCEuBE1、由圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)思考：直流負(fù)載線方程怎么得來？直流通路2023/8/16107iBiCuCEuBE直流負(fù)載線2023/8/161082、由圖解法求電壓放大倍數(shù)加入輸入信號(hào)△uI，

2023/8/161093、波形非線性失真的分析⑴截止失真

當(dāng)Q點(diǎn)過低時(shí)，ib在負(fù)半周會(huì)出現(xiàn)失真，ic也會(huì)出現(xiàn)負(fù)半周失真，uce（uO）正半周失真。2023/8/16110⑵飽和失真

當(dāng)Q點(diǎn)過高時(shí)，ib不會(huì)出現(xiàn)失真，但Q點(diǎn)過高進(jìn)入飽和區(qū)ic會(huì)出現(xiàn)正半周失真，uce

（uO）負(fù)半周失真。2023/8/161114、交流負(fù)載線⑴阻容耦合共射放大電路交流通路icuce交流負(fù)載線方程2023/8/16112帶負(fù)載后，最大不失真輸出電壓變小。不帶負(fù)載時(shí)最大不失真輸出電壓

Uom的求法:⑴阻容耦合共射放大電路直流負(fù)載線帶負(fù)載時(shí)最大不失真輸出電壓

Uom的求法:2023/8/16113三、等效電路法：1、估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)（前已述，此略）

對(duì)晶體管模型用線性電路來表示，然后應(yīng)用求解線性電路的方法來進(jìn)行分析計(jì)算。（2）直接耦合放大電路：交流負(fù)載線與直流負(fù)載線相同。5、圖解法的適用范圍分析Q點(diǎn)位置，分析最大不失真輸出電壓等。2、微變等效電路法求動(dòng)態(tài)參數(shù)

1）晶體管的h參數(shù)交流小信號(hào)模型（微變等效電路）2023/8/161141）晶體管的h參數(shù)交流小信號(hào)模型（微變等效電路）

采用h參數(shù)微變等效電路的條件：輸入信號(hào)幅度很小，把晶體管看成是一個(gè)線性雙端口網(wǎng)絡(luò)。輸入特性：輸出特性：求全微分：2023/8/161152023/8/16116h參數(shù)的物理意義及求解方法：等效動(dòng)態(tài)電阻輸入曲線基本重合小大2023/8/16117小大2023/8/16118簡(jiǎn)化的h參數(shù)等效模型（微變等效電路）：2023/8/16119rbe的求法：基區(qū)體電阻，幾十～幾百歐姆晶體管的微變等效電路：適用于信號(hào)較小的情況，以及信號(hào)低頻的情況。2023/8/161202）微變等效電路法分析共射放大電路的動(dòng)態(tài)參數(shù)（2）輸入電阻（1）電壓放大倍數(shù)微變等效電路2023/8/16121（3）輸出電阻那么因?yàn)榱钚盘?hào)源電壓，保留內(nèi)阻，斷開負(fù)載電阻，然后在輸出端加一正弦信號(hào)，產(chǎn)生，則輸出電阻為：2023/8/16122例題1已知求：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）2023/8/16123解：（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)：直流通路2023/8/16124（2）動(dòng)態(tài)分析微變等效電路2023/8/16125例題2已知：求：（1）（2）2023/8/16126解：（1）先求靜態(tài)工作點(diǎn)：直流通路2023/8/16127（2）微變等效電路2023/8/161282.4放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定一、工作點(diǎn)穩(wěn)定的必要性

1、引起工作點(diǎn)變化的原因。（主要是溫度）TIBβICEOIC工作點(diǎn)向飽和區(qū)移動(dòng)（T

，工作點(diǎn)向截止區(qū)移動(dòng)）2、解決思路：設(shè)法在時(shí)，使外加的2023/8/161293、解決辦法：二、典型的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路2023/8/161301、電路分析設(shè),則

基極電位幾乎僅取決于Rb1與Rb2對(duì)VCC的分壓,而與環(huán)境溫度無關(guān)。（2）Re的作用(1)基極電位UBQ引入直流負(fù)反饋來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，Re為負(fù)反饋電阻。T（oC）IC（IE）UE（因?yàn)閁BQ基本不變）IBUBEIC2023/8/161312、靜態(tài)工作點(diǎn)的估算

（a）（b）兩個(gè)電路的直流通路是一樣的。（推導(dǎo)過程見書第106頁）2023/8/161323、動(dòng)態(tài)參數(shù)的估算（1）無旁路電容的阻容耦合電路

發(fā)射極電阻Re會(huì)降低電壓放大倍數(shù)，所以在電阻Re兩端加一旁路電容Ce。2023/8/16133（2）具有旁路電容的阻容耦合電路動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算：旁路電容Ce容量很大，對(duì)交流來說可視為短路。2023/8/16134三、穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的措施1、利用二極管的反向特性進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)碾娐稵（0C）ICIRIBIC前面介紹的電路是引入直流負(fù)反饋來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。下面介紹的電路用溫度補(bǔ)償來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。IR

二極管反向電流2023/8/161352、利用二極管的正向特性進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)碾娐稵（0C）ICUDUBICUEUBE（T升高，二極管內(nèi)電流基本不變）2023/8/161362.5晶體管單管放大電路的三種接法一、基本共集放大電路（電壓跟隨器、射極跟隨器）共射、共集、共基：可以從交流通路的角度考慮是哪種接法。靜態(tài)：晶體管工作在放大狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

1、電路組成動(dòng)態(tài)：基極輸入，發(fā)射極輸出2023/8/16137IBQIEQ直流通路交流通路微變等效電路2023/8/161382、靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算輸入回路：IBQIEQ直流通路2023/8/161393、動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算無電壓放大作用，但有電流放大作用。當(dāng)時(shí)，Au≈1，電壓跟隨器。交流通路微變等效電路2023/8/16140輸入電阻大。從信號(hào)源索取的電流小。2023/8/16141輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)?？偨Y(jié)：Au≤1，Ri很大，R0很小，常用作多級(jí)放大電路的輸入級(jí)和輸出級(jí)；也可以用它連接兩電路，使它的高輸入阻抗與前級(jí)電路的高輸出阻抗匹配；低輸出阻抗與后級(jí)的低輸入阻抗相匹配，起到緩沖作用，減少了前后級(jí)之間的影響。

令斷開負(fù)載電阻，然后在輸出端加一正弦信號(hào)，產(chǎn)生2023/8/16142微變等效電路例題：交流通路2023/8/161431、靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算：2、動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算2023/8/161442023/8/16145二、基本共基放大電路1、靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算2023/8/161462、動(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算

電路特點(diǎn)：與共射相同，輸入電阻比共射小，輸出電阻與共射相同。無電流放大作用。2023/8/161472.6晶體管基本放大電路的派生電路一、復(fù)合管放大電路1、復(fù)合管的組成及其電流放大系數(shù)2023/8/16148復(fù)合管組成原則：1.每只管子的電流有合適的通路，且均工作在放大區(qū)；2.第一只管子的集電極或發(fā)射極接第二只管子的基極。3.復(fù)合管的類型同第一只管子。2023/8/16149例題（p144習(xí)題2.18）對(duì)這個(gè)節(jié)點(diǎn)，兩只管子的電流方向不一樣2023/8/161502、復(fù)合管共射放大電路微變等效電路2023/8/161513、復(fù)合管共集放大電路（自學(xué)）二、共射—共基放大電路（自學(xué)）三、共集—共基放大電路（自學(xué)）2023/8/161522.7場(chǎng)效應(yīng)管放大電路一、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的三種接法（共源、共漏、共柵）2023/8/16153二、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法及分析估算（以共源電路為例）1、基本共源放大電路（1）用圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)：輸入回路：輸出回路：2023/8/16154（2）利用管子的轉(zhuǎn)移特性求Q結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和耗盡型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管轉(zhuǎn)移特性：2023/8/161552、自給偏壓電路適用于耗盡型和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管電路（a）的分析：自給偏壓：靠源極電阻上的電壓為柵－源兩極提供一個(gè)負(fù)偏壓。2023/8/16156電路（b）的分析：2023/8/161573、分壓式偏置電路2023/8/16158三、場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的動(dòng)態(tài)分析1、MOS管的低頻小信號(hào)模型2023/8/16159g2023/8/16160gm的求法：（2）從（1）從轉(zhuǎn)移特性上求出Q點(diǎn)的切線的斜率(作圖)求gm2023/8/161612、基本共源放大電路的動(dòng)態(tài)分析2023/8/161623、基本共漏放大電路的分析（1）靜態(tài)分析2023/8/16163交流通路微變等效電路2023/8/16164（2）動(dòng)態(tài)分析2023/8/16165第三章多級(jí)放大電路

3.1多級(jí)放大電路的耦合方式一、直接耦合1、靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光電耦合

T2導(dǎo)通時(shí)VB2=0.7V，則UCEQ1=0.7V，T1管的靜態(tài)工作點(diǎn)接近飽和區(qū)。提高電位VB2，使T1遠(yuǎn)離飽和區(qū)，可在T2發(fā)射極接一電阻Re2。VB22023/8/16166但這樣會(huì)降低電壓放大倍數(shù)可用二極管代替Re2，VB2≈1.4V。（動(dòng)態(tài)時(shí)二極管等效成一個(gè)小電阻。）VB2VB22023/8/16167電阻R的作用是使穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓的范圍里。（動(dòng)態(tài)時(shí)穩(wěn)壓管等效成一個(gè)小電阻。）或者可用穩(wěn)壓管代替Re22023/8/16168NPN管的集電極電位總比基極高，經(jīng)過幾級(jí)放大后，輸出電位不斷升高，甚至越來越接近電源電壓。電源電壓Vcc是一定的，級(jí)數(shù)越多，后級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)越難以設(shè)置?？墒褂肗PN型和PNP型混合使用的方法解決這個(gè)問題。Uo'=Rc2/Re2[Vcc(Uo+UEB2)]只要適當(dāng)選取電阻Rc2和Re2，就能使Uo'<Uo2023/8/161692、直接耦合電路的優(yōu)、缺點(diǎn)缺點(diǎn)：靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響。優(yōu)點(diǎn)：（1）可放大變化緩慢的信號(hào),

可放大直流信號(hào)，低頻特性好。（2）易于集成（因?yàn)椴皇褂秒娙荩?023/8/16170缺點(diǎn)：（1）不能放大變化緩慢的信號(hào)和直流信號(hào)。（2）由于有電容，不易于集成，多用于分立元件電路。二、阻容耦合優(yōu)點(diǎn)：靜態(tài)工作點(diǎn)不互相影響。2023/8/16171三、變壓器耦合2023/8/16172變壓器耦合缺點(diǎn)：不能放大直流信號(hào)，低頻特性不好，體積大、重量大。優(yōu)點(diǎn)：工作點(diǎn)不影響，可以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。2023/8/16173電流傳輸比：光電耦合器將發(fā)光二極管與光電三極管相互絕緣地組合在一起。發(fā)光二極管為輸入回路，將電能轉(zhuǎn)換成光能；光電三極管為輸出回路，將光能再轉(zhuǎn)換成電能。在輸出回路常采用復(fù)合管以提高電流放大能力。傳輸特性：CTR比

小，只有0.1到0.5四、光電耦合

1、光電耦合器參數(shù)：2023/8/16174

圖1電路中，當(dāng)輸入信號(hào)ui為低電平時(shí)，晶體管V1處于截止?fàn)顟B(tài)，光電耦合器B1中發(fā)光二極管的電流近似為零，輸出端Q11、Q12間的電阻很大，相當(dāng)于開關(guān)“斷開”；當(dāng)ui為高電平時(shí)，v1導(dǎo)通，B1中發(fā)光二極管發(fā)光，Q11、Q12間的電阻變小，相當(dāng)于開關(guān)“接通”．對(duì)于開關(guān)電路，往往要求控制電路和開關(guān)電路之間要有很好的電隔離，這對(duì)于一般的電子開關(guān)來說是很難做到的，但采用光電耦合器就很容易實(shí)現(xiàn)了。

光電耦合器的應(yīng)用之一：組成開關(guān)電路2023/8/161752、光電耦合放大電路優(yōu)點(diǎn)：輸入與輸出在電氣上完全隔離,抗干擾能力強(qiáng)。可以是前級(jí)放大電路2023/8/161763.2多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析一、電壓放大倍數(shù)放大電路中前一級(jí)的輸出電壓是后一級(jí)的輸入電壓：注意：每級(jí)電壓放大倍數(shù)的計(jì)算，它的負(fù)載電阻就是后一級(jí)的輸入電阻。2023/8/16177二、輸入電阻三、輸出電阻多級(jí)放大電路的輸出電阻就是最后一級(jí)的輸入電阻。多級(jí)放大電路的輸入電阻就是第一級(jí)的輸入電阻。（注意：第一級(jí)是共集放大電路時(shí)，輸入電阻與第二級(jí)的輸入電阻有關(guān)。）（注意：最后一級(jí)是共集放大電路時(shí)，輸出電阻與倒數(shù)第二級(jí)的輸出電阻有關(guān)。）2023/8/16178例題1：1、靜態(tài)分析：第一級(jí)：第二級(jí)：2023/8/16179動(dòng)態(tài)分析：前級(jí)是后級(jí)的信號(hào)源，其內(nèi)阻就是前級(jí)的輸出電阻。2023/8/16180例題2:試求圖示電路的2023/8/16181例題3:試求圖示電路的2023/8/161823.3直接耦合放大電路一、直接耦合放大電路的零點(diǎn)漂移現(xiàn)象1、什么是零點(diǎn)漂移？2、產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因TIBβICEOIC輸入電壓為零而輸出電壓不為零且緩慢變化的現(xiàn)象。（主要由溫度變化引起，又稱為溫度漂移。）2023/8/161833、克服零點(diǎn)漂移的方法二、差動(dòng)放大電路（1）引入直流負(fù)反饋（Re）；（2）溫度補(bǔ)償（p110圖2.4.6利用二極管進(jìn)行溫度補(bǔ)償電路）；