哈工程核學(xué)院核電子學(xué)模電基礎(chǔ)

模電根底1.二極管2.三極管3.場(chǎng)效應(yīng)管4.單管放大電路5.多級(jí)放大電路和運(yùn)算放大器6.反響模電根底——〔二極管〕1.1PN結(jié)構(gòu)成模電根底——〔二極管〕1.2PN結(jié)單導(dǎo)游電性模電根底——〔二極管〕1.3二極管的構(gòu)造和類型半導(dǎo)體二極管〔簡(jiǎn)稱二極管〕是由PN結(jié)加上電極引線和管殼組成的。模電根底——〔二極管〕1.4伏安特性模電根底——〔二極管〕1.5溫度對(duì)伏安特性的影響模電根底——〔二極管〕1.6二極管的電容效應(yīng)勢(shì)壘電容CB空間電荷區(qū)的寬度及其里面存儲(chǔ)的空間電荷量分散電容CD圖1-8結(jié)電容CJPN結(jié)上外加電壓的極性和大小變化模電根底——〔二極管〕1.7二極管運(yùn)用二極管在電路中有廣泛的運(yùn)用：利用它的單導(dǎo)游電性，可組成整流、限幅、檢波電路，還可以用于元件維護(hù)以及數(shù)字電路中作為開關(guān)元件等。特殊二級(jí)管：穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管光電二極管變?nèi)荻O管模電根底——〔三極管〕2.1三極管〔晶體管BJT〕的構(gòu)造及其類型為實(shí)現(xiàn)電流控制和放大作用，晶體管的三個(gè)區(qū)在制造時(shí)構(gòu)造、尺寸和摻雜濃度要保證三點(diǎn)：基區(qū)很薄，厚度只需幾微米，摻雜濃度很低發(fā)射區(qū)和集電區(qū)摻雜類型一樣，但發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于集電區(qū)集電結(jié)面積大于發(fā)射結(jié)面積模電根底——〔三極管〕2.2晶體管的三種銜接方式〔a〕以基極作為輸入端，集電極作為輸出端；〔b〕以基極作為輸入端，發(fā)射極作為輸出端；〔c〕以發(fā)射極作為輸入端，集電極作為輸出端。模電根底——〔三極管〕2.3晶體管的任務(wù)形狀——放大〔以NPN共發(fā)射極為例〕(1)(2)(4)(3)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏UC﹥UB﹥UE模電根底——〔三極管〕2.3晶體管的任務(wù)形狀——放大形狀共基直流電流放大系數(shù)：共射直流電流放大系數(shù)忽略ICBO由上頁(yè)(2)(3)式可得電流關(guān)系：忽略ICBO兩放大系數(shù)關(guān)系：模電根底——〔三極管〕2.3晶體管的任務(wù)形狀——放大形狀總結(jié)：電流關(guān)系電流控制器件交流電流放大系數(shù)模電根底——〔三極管〕2.3晶體管的任務(wù)形狀——飽和、截止發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏I(xiàn)C不再隨IB的增大而增大，基極電流失去對(duì)集電極電流的控制造用，IC主要受UCE控制發(fā)射結(jié)反偏或零偏，集電結(jié)反偏I(xiàn)E幾乎為零，IC=ICBO，IB=-ICBO很小可忽略不計(jì)，晶體管截止模電根底——〔三極管〕2.4晶體管的伏安特性〔NPN共射極為例〕2.4.1輸入特性非線性，UBE小于UBE〔th〕時(shí)晶體管截止。硅管UBE〔th〕約0.5V，鍺管UBE〔th〕約0.1V。當(dāng)UBE大于UBE〔th〕時(shí)，隨著增大，開場(chǎng)指數(shù)添加，后近似直線上升。模電根底——〔三極管〕2.4.2輸出特性截止區(qū)：IB≤0的區(qū)，IC=ICEO近似為零。鍺：幾十至幾百微安；硅：小于1微安。相當(dāng)于一個(gè)斷開的開關(guān)。放大區(qū)：IC根本不隨UCE的變化而變化，主要取決于IB，微小的△IB可以產(chǎn)生較大的△IC，二者關(guān)系為△IC=β△IB飽和區(qū)：當(dāng)IB固定時(shí)，UCE對(duì)IC有劇烈的控制造用；當(dāng)UCE固定時(shí)，IB增大IC增大不多，出現(xiàn)“飽和〞景象，IB繼續(xù)增大，IC幾乎不變，不同的輸出特性起始部分幾乎重疊在一同，IB對(duì)IC失去控制造用，IC≤βIB。擊穿區(qū)：UCE增大到某一值時(shí)，IC會(huì)急劇上升，集電結(jié)發(fā)生雪崩擊穿。模電根底——〔三極管〕2.5溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響對(duì)ICBO的影響對(duì)UBE的影響對(duì)β的影響溫度升高，特性曲線左移(IB一定時(shí)，隨溫度升高，UBE將減小)。2～2.5mV/℃。與PN結(jié)正向伏安特性類似。室溫下集電極反向飽和電流ICBO很??；當(dāng)溫度升高時(shí)，少子濃度添加，ICBO急劇增大，約1倍/10℃。β隨溫度升高而增大，0.5％～1％，在輸出特性曲線圖上，曲線間距隨溫度升高而增大。溫度對(duì)ICBOUBEβ的影響都將使IC隨溫度上升而添加，嚴(yán)重影響晶體管的任務(wù)形狀模電根底——〔場(chǎng)效應(yīng)管〕3.1場(chǎng)效應(yīng)管概述〔FieldEffectTransistor,FET〕場(chǎng)效應(yīng)管(FET)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JFET)絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管(IGFET，MOSFET)耗盡型N溝道P溝道加強(qiáng)型N溝道N溝道P溝道P溝道利用輸入電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出電流，屬電壓控制型器件。起主要導(dǎo)電作用的只需一種載流子〔多子〕故又稱單極型晶體管。具有很高的輸入電阻，還具有熱穩(wěn)定性好、功耗小、噪聲低、制造工藝簡(jiǎn)單便于集成等優(yōu)點(diǎn)。模電根底——〔場(chǎng)效應(yīng)管〕3.2.1JFET的構(gòu)造及類型3.2結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET模電根底——〔場(chǎng)效應(yīng)管〕3.2.2JFET的任務(wù)原理模電根底——〔場(chǎng)效應(yīng)管〕3.2.2JFET的任務(wù)原理柵源電壓UGS的變化將有效地控制漏極電流iD的變化，表達(dá)了柵源電壓UGS對(duì)漏電流iD的控制造用模電根底——〔場(chǎng)效應(yīng)管〕3.2.3JFET的伏安特性輸出特性可變電阻區(qū)：場(chǎng)效應(yīng)管可以看成一個(gè)受uGS控制的可變電阻，即壓控電阻。恒流區(qū)〔飽和區(qū)〕：場(chǎng)效應(yīng)管相當(dāng)于一個(gè)電壓控制的電流源。作為放大器運(yùn)用時(shí)任務(wù)在該區(qū)，又稱放大區(qū)。夾斷區(qū)〔截止區(qū)〕：導(dǎo)電溝道被全部夾斷，iD≈0。擊穿區(qū)：隨uDS增大，接近漏區(qū)的P+N結(jié)反偏電壓也隨之增大產(chǎn)生雪崩擊穿，iD會(huì)急劇添加，甚至燒壞管子。模電根底——〔場(chǎng)效應(yīng)管〕轉(zhuǎn)移特性對(duì)N溝道JFET，在管子任務(wù)在恒流區(qū)時(shí)轉(zhuǎn)移特性可近似表示為：留意：PN結(jié)要反偏N溝JFET:uGS﹤0P溝JFET:uGS﹥0模電根底——〔場(chǎng)效應(yīng)管〕3.2.4JFET的主要參數(shù)直流參數(shù)交流參數(shù)夾斷電壓UGS(off)飽和漏極電流IDSS直流輸入電阻RGS(DC)低頻跨導(dǎo)極間電容CGSCGD極限參數(shù)最大漏極電流IDM最大漏源電壓U(BR)DS最大柵源電壓U(BR)GS最大耗散功率PDM模電根底——〔場(chǎng)效應(yīng)管〕3.3絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管〔MOSFET〕3.3.1構(gòu)造及類型模電根底——〔場(chǎng)效應(yīng)管〕3.3.2加強(qiáng)型MOS管導(dǎo)電溝道的構(gòu)成柵源電壓對(duì)漏極電流的控制漏源電壓對(duì)漏極電流的影響任務(wù)原理模電根底——〔場(chǎng)效應(yīng)管〕可變電阻區(qū)恒流區(qū)截止區(qū)擊穿區(qū)3.3.2加強(qiáng)型MOS管伏安特性模電根底——〔場(chǎng)效應(yīng)管〕3.3.3耗盡型MOS管3.3.4主要參數(shù)耗盡型：同JFET加強(qiáng)型：沒有夾斷電壓和漏極飽和電流，添加開啟電壓模電根底——〔場(chǎng)效應(yīng)管〕3.4場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較模電根底——〔單管放大電路〕4.1晶體管放大電路(a)放大電路的主要性能目的(b)共射極放大電路(c)共集電極放大電路(d)共基極放大電路4.2場(chǎng)效應(yīng)管放大電路(a)共源放大電路(b)共漏放大電路4.單管放大電路模電根底——〔放大電路〕〔a〕放大電路的主要性能目的4.1晶體管放大電路電壓放大倍數(shù)〔電壓增益〕電流放大倍數(shù)〔電流增益〕模電根底——〔放大電路〕〔a〕放大電路的主要性能目的4.1晶體管放大電路輸入電阻輸出電阻低內(nèi)阻電壓源輸入電阻越大越好高內(nèi)阻電流源輸入電阻越小越好輸出電阻越小電壓增益越接近空載時(shí)電壓增益，帶負(fù)載才干越強(qiáng)模電根底——〔放大電路〕〔a〕放大電路的主要性能目的輸入信號(hào)的頻率往往是在一定范圍內(nèi)變化的，要使放大后的輸出信號(hào)不失真，就要使放大電路對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)具有一樣的放大才干。通頻帶中頻段電壓放大倍數(shù)幾乎不變的頻率范圍電壓放大倍數(shù)下降到時(shí)，上下限截止頻率之間構(gòu)成的頻帶寬度通頻帶越寬闡明放大電路對(duì)不同頻率信號(hào)的順應(yīng)才干越強(qiáng)。模電根底——〔放大電路〕〔b〕共射極放大電路模電根底——〔放大電路〕〔b〕共射極放大電路輸入電阻輸出電阻電壓增益有比較高的電壓和電流放大倍數(shù)，輸出電壓與輸入電壓反相，輸入電阻較小。多用于多級(jí)放大電路的中間級(jí)Ro模電根底——〔放大電路〕〔c〕共集電極放大電路〔射極跟隨器〕電壓增益輸入電阻輸出電阻電壓增益小于1，接近1，輸出電壓與輸入電壓同相；有電流和功率放大才干；有高輸入電阻和低輸出電阻。多級(jí)放大電路中作為輸入級(jí)和輸出級(jí)。模電根底——〔放大電路〕〔d〕共基極放大電路電壓增益輸入電阻輸出電阻沒有電流放大才干，有電壓放大才干；輸出電壓與輸入電壓同相；輸入電阻小，輸出電阻大。通常用在高頻放大電路。模電根底——〔放大電路〕模電根底——〔放大電路〕〔a〕共源放大電路4.2場(chǎng)效應(yīng)管放大電路類似晶體管與共射放大電路，有電壓放大才干；輸出與輸入電壓反相；但輸入電阻較高而電壓放大倍數(shù)較小。模電根底——〔放大電路〕〔b〕共漏放大電路電壓放大倍數(shù)小于1，約等1；輸出與輸入電壓同相，又稱漏極跟隨器；輸出電阻很小。模電根底——〔多級(jí)放大電路〕5.1多級(jí)放大電路不是獨(dú)立的各級(jí)的電壓益，而是必需思索前后級(jí)對(duì)它的影響普通情況下有〔輸入輸出為射極跟隨器除外〕模電根底——〔多級(jí)放大電路〕5.2集成運(yùn)算放大器輸入級(jí)：輸入級(jí)對(duì)整個(gè)運(yùn)算放大器的性能目的影響較大，是提高集成運(yùn)放質(zhì)量的關(guān)鍵部分，要求有高輸入電阻，能減小零點(diǎn)漂移和抑制干擾。普通采用差動(dòng)放大電路。中間級(jí)：主要完成電壓放大義務(wù)，要求有高的電壓增益。普通采用帶有源負(fù)載〔恒流源〕的共發(fā)射極電壓放大電路。輸出級(jí)：主要義務(wù)是功率放大，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載任務(wù)，要求其輸出電阻低、帶負(fù)載才干強(qiáng)、能輸出足夠大的電壓和電流、波形失真小、電源轉(zhuǎn)換效率高。普通采用互補(bǔ)對(duì)稱的功率放大電路。偏置電路：主要為各級(jí)放大電路提供適宜的靜態(tài)任務(wù)電流，以確定各級(jí)的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)。輔助電路：內(nèi)電源穩(wěn)壓電路、溫控電路、溫度補(bǔ)償電路、輸入過壓和輸出過流過熱維護(hù)電路。提高運(yùn)放的穩(wěn)定性和接受過載才干。模電根底——〔多級(jí)放大電路〕5.3集成運(yùn)放的主要參數(shù)1.開環(huán)差模電壓增益2.共模抑制比3.差模輸入電阻rid4.輸入失調(diào)電壓UIO5.輸入失調(diào)電壓的溫漂6.輸入失調(diào)電流IIO7.輸入失調(diào)電流的溫漂8.輸入偏置電流IIB9.最大共模輸入電壓UICM10.最大差模輸入電壓UIDM11.-3dB帶寬fH12.單位增益帶寬fo13.轉(zhuǎn)換速率SR模電根底——〔多級(jí)放大電路〕5.4理想運(yùn)放參數(shù)開環(huán)差模電壓增益共模抑制比差模輸入電阻輸入失調(diào)電壓的溫漂輸入失調(diào)電流的溫漂開環(huán)帶寬轉(zhuǎn)換速率輸出電阻模電根底——〔多級(jí)放大電路〕5.5運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路反相輸入運(yùn)算電路同相輸入運(yùn)算電路差分比例運(yùn)算電路加法和減法運(yùn)算電路積分和微分運(yùn)算電路乘法和除法運(yùn)算電路對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算電路模電根底——〔反響〕6.1反響概念將放大電路的輸出量〔電壓或電流〕的全部或一部分，經(jīng)過一定的電路〔網(wǎng)路〕送回輸入電路，與輸入量〔電壓或電流〕進(jìn)展比較。經(jīng)過影響放大電路輸入量從而影響放大電路輸出量的措施。模電根底——〔反響〕6.2反響舉例模電根底——〔反響〕6.3反響分類直流反響與交流反響電壓反響和電流反響：引入的反響信號(hào)與電壓或電流有直接關(guān)系。正反響和負(fù)反響：對(duì)凈輸入量的影響。串聯(lián)反響和并聯(lián)反響：反響信號(hào)與輸入信號(hào)銜接方式。