模擬電路課件

常用半導(dǎo)體器件§1.1半導(dǎo)體的基本知識1.1.1本征半導(dǎo)體

1）導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體導(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。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。2）本征半導(dǎo)體一、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)GeSi通過一定的工藝過程，可以將半導(dǎo)體制成晶體?，F(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)。本征半導(dǎo)體：完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。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，共用一對價(jià)電子。硅和鍺的晶體結(jié)構(gòu)：硅和鍺的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)共價(jià)鍵共用電子對+4+4+4+4+4表示除去價(jià)電子后的原子共價(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+4二、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(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+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子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(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。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(gè)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(dòng)產(chǎn)生的電流。

2.空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流。1.1.2

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(huì)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）。一、N型半導(dǎo)體在硅或鍺晶體中摻入少量的五價(jià)元素磷（或銻），晶體點(diǎn)陣中的某些半導(dǎo)體原子被雜質(zhì)取代，磷原子的最外層有五個(gè)價(jià)電子，其中四個(gè)與相鄰的半導(dǎo)體原子形成共價(jià)鍵，必定多出一個(gè)電子，這個(gè)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(dòng)的帶正電的離子。每個(gè)磷原子給出一個(gè)電子，稱為施主原子。+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、由施主原子提供的電子，濃度與施主原子相同。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）。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。由于硼原子接受電子，所以稱為受主原子。+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。三、雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++N型半導(dǎo)體雜質(zhì)型半導(dǎo)體多子和少子的移動(dòng)都能形成電流。但由于數(shù)量的關(guān)系，起導(dǎo)電作用的主要是多子。近似認(rèn)為多子與雜質(zhì)濃度相等。1.1.3PN

結(jié)

1）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)。P型半導(dǎo)體－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半導(dǎo)體++++++++++++++++++++++++擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場E漂移運(yùn)動(dòng)擴(kuò)散的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。內(nèi)電場越強(qiáng)，就使漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄?？臻g電荷區(qū)，也稱耗盡層。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E所以擴(kuò)散和漂移這一對相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空間電荷區(qū)N型區(qū)P型區(qū)電位VV01、空間電荷區(qū)中沒有載流子。2、空間電荷區(qū)中內(nèi)電場阻礙P中的空穴、N區(qū)

中的電子（都是多子）向?qū)Ψ竭\(yùn)動(dòng)（擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)）。3、P

區(qū)中的電子和N區(qū)中的空穴（都是少），數(shù)量有限，因此由它們形成的電流很小。注意:2）PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)加上正向電壓、正向偏置的意思都是：P區(qū)加正、N區(qū)加負(fù)電壓。PN結(jié)加上反向電壓、反向偏置的意思都是：

P區(qū)加負(fù)、N區(qū)加正電壓。－－－－++++RE一、PN結(jié)正向偏置內(nèi)電場外電場變薄PN+_內(nèi)電場被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)能夠形成較大的擴(kuò)散電流。二、PN結(jié)反向偏置－－－－++++內(nèi)電場外電場變厚NP+_內(nèi)電場被被加強(qiáng)，多子的擴(kuò)散受抑制。少子漂移加強(qiáng)，但少子數(shù)量有限，只能形成較小的反向電流。RE§1.2

半導(dǎo)體二極管1.2.1基本結(jié)構(gòu)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：1.2.2伏安特性UI死區(qū)電壓硅管0.6V,鍺管0.2V。導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓UBR1.2.3主要參數(shù)1.最大整流電流

IOM二極管長期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流。2.反向擊穿電壓UBR二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)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UWRM一般是UBR的一半。3.反向電流

IR指二極管加反向峰值工作電壓時(shí)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。以上均是二極管的直流參數(shù)，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。下面介紹兩個(gè)交流參數(shù)。1.2.4二極管的等效電路

1）微變電阻rDiDuDIDUDQ

iD

uDrD是二極管特性曲線上工作點(diǎn)Q附近電壓的變化與電流的變化之比：顯然，rD是對Q附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。2）二極管的極間電容二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：勢壘電容CB和擴(kuò)散電容CD。勢壘電容：勢壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時(shí)，就會(huì)引起積累在勢壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢壘電容。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CD。P+-NCB在正向和反向偏置時(shí)均不能忽略。而反向偏置時(shí)，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(shí)的等效電路：勢壘電容和擴(kuò)散電容的綜合效應(yīng)rd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)用舉例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo1.2.5穩(wěn)壓二極管

UIIZIZmax

UZ

IZ穩(wěn)壓誤差曲線越陡，電壓越穩(wěn)定。+-UZ動(dòng)態(tài)電阻：rz越小，穩(wěn)壓性能越好。（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(dòng)態(tài)電阻穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用舉例uoiZDZRiLiuiRL穩(wěn)壓管的技術(shù)參數(shù):負(fù)載電阻。要求當(dāng)輸入電壓由正常值發(fā)生

20%波動(dòng)時(shí)，負(fù)載電壓基本不變。解：令輸入電壓達(dá)到上限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmax。求：電阻R和輸入電壓ui的正常值。——方程1令輸入電壓降到下限時(shí)，流過穩(wěn)壓管的電流為Izmin?！匠?uoiZDZRiLiuiRL聯(lián)立方程1、2，可解得：1.2.6其他二極管

1）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2）發(fā)光二極管有正向電流流過時(shí)，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?！?.3雙極型晶體管1.3.1

晶體管的結(jié)構(gòu)及類型BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNP集電極基極發(fā)射極BCEPNP型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BECNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結(jié)集電結(jié)1.3.2晶體管的電流放大作用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。BECNNPEBRBECIE集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO

ICEIBEICE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。IB=IBE-ICBO

IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO

ICEIBEICE與IBE之比稱為電流放大倍數(shù)要使三極管能放大電流，必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。BECIBIEICNPN型三極管BECIBIEICPNP型三極管1.3.3

晶體管的共射特性曲線ICmA

AVVUCEUBERBIBECEB

實(shí)驗(yàn)線路一、輸入特性UCE

1VIB(

A)UBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管UBE

0.6~0.7V,鍺管UBE

0.2~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V

死區(qū)電壓，硅管0.5V，鍺管0.2V。二、輸出特性IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020

A40

A60

A80

A100

A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(shí)，IC只與IB有關(guān)，IC=

IB。IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020

A40

A60

A80

A100

A此區(qū)域中UCE

UBE,集電結(jié)正偏，

IB>IC，UCE

0.3V稱為飽和區(qū)。IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020

A40

A60

A80

A100

A此區(qū)域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。輸出特性三個(gè)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：UCE

UBE

，

IB>IC，UCE

0.3V(3)截止區(qū)：

UBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO

0例：

=50，USC

=12V，

RB

=70k

，RC

=6k

當(dāng)USB

=-2V，2V，5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？當(dāng)USB

=-2V時(shí)：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIB=0，IC=0IC最大飽和電流：Q位于截止區(qū)例：

=50，USC

=12V，

RB

=70k

，RC

=6k

當(dāng)USB

=-2V，2V，5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？IC<

ICmax(=2mA)，

Q位于放大區(qū)。ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEUSB

=2V時(shí)：USB

=5V時(shí):例：

=50，USC

=12V，

RB

=70k

，RC

=6k

當(dāng)USB

=-2V，2V，5V時(shí)，晶體管的靜態(tài)工作點(diǎn)Q位于哪個(gè)區(qū)？ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEIC>

Icmax(=2mA)，Q位于飽和區(qū)。(實(shí)際上，此時(shí)IC和IB

已不是

的關(guān)系）1.3.4晶體管的主要參數(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(dòng)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：1.電流放大倍數(shù)和

例：UCE=6V時(shí)：IB=40

A,IC=1.5mA；IB=60

A,IC=2.3mA。在以后的計(jì)算中，一般作近似處理：

=2.集-基極反向截止電流ICBO

AICBOICBO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。BECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO

IBE

IBEICBO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ICBO3.集-射極反向截止電流ICEOICEO受溫度影響很大，當(dāng)溫度上升時(shí)，ICEO增加很快，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。4.集電極最大電流ICM集電極電流IC上升會(huì)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(shí)的集電極電流即為ICM。5.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(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。手冊上給出的數(shù)值是25

C、基極開路時(shí)的擊穿電壓U(BR)CEO。6.集電極最大允許功耗PCM

集電極電流IC

流過三極管，所發(fā)出的焦耳熱為：PC=ICUCE

必定導(dǎo)致結(jié)溫上升，所以PC

有限制。PC

PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)§1.4場效應(yīng)晶體管場效應(yīng)管與雙極型晶體管不同，它是多子導(dǎo)電，輸入阻抗高，溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場效應(yīng)管JFET絕緣柵型場效應(yīng)管MOS場效應(yīng)管有兩種:N基底：N型半導(dǎo)體PP兩邊是P區(qū)G(柵極)S源極D漏極一、結(jié)構(gòu)1.4.1結(jié)型場效應(yīng)管:導(dǎo)電溝道NPPG(柵極)S源極D漏極N溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGSPNNG(柵極)S源極D漏極P溝道結(jié)型場效應(yīng)管DGSDGS二、工作原理（以P溝道為例）UDS=0V時(shí)PGSDUDSUGSNNNNIDPN結(jié)反偏，UGS越大則耗盡區(qū)越寬，導(dǎo)電溝道越窄。PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V時(shí)NNUGS越大耗盡區(qū)越寬，溝道越窄，電阻越大。但當(dāng)UGS較小時(shí)，耗盡區(qū)寬度有限，存在導(dǎo)電溝道。DS間相當(dāng)于線性電阻。PGSDUDSUGSNNUDS=0時(shí)UGS達(dá)到一定值時(shí)（夾斷電壓VP）,耗盡區(qū)碰到一起，DS間被夾斷，這時(shí)，即使UDS

0V，漏極電流ID=0A。IDPGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS>0、UGD<VP時(shí)耗盡區(qū)的形狀NN越靠近漏端，PN結(jié)反壓越大IDPGSDUDSUGSUGS<Vp且UDS較大時(shí)UGD<VP時(shí)耗盡區(qū)的形狀NN溝道中仍是電阻特性，但是是非線性電阻。IDGSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP時(shí)NN漏端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。UDS增大則被夾斷區(qū)向下延伸。IDGSDUDSUGSUGS<VpUGD=VP時(shí)NN此時(shí)，電流ID由未被夾斷區(qū)域中的載流子形成，基本不隨UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID三、特性曲線UGS0IDIDSSVP飽和漏極電流夾斷電壓轉(zhuǎn)移特性曲線一定UDS下的ID-UGS曲線予夾斷曲線IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可變電阻區(qū)夾斷區(qū)恒流區(qū)輸出特性曲線0N溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線UGS0IDIDSSVP輸出特性曲線IDUDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5VN溝道結(jié)型場效應(yīng)管的特性曲線

結(jié)型場效應(yīng)管的缺點(diǎn)：1.柵源極間的電阻雖然可達(dá)107以上，但在某些場合仍嫌不夠高。3.柵源極間的PN結(jié)加正向電壓時(shí)，將出現(xiàn)較大的柵極電流。絕緣柵場效應(yīng)管可以很好地解決這些問題。2.在高溫下，PN結(jié)的反向電流增大，柵源極間的電阻會(huì)顯著下降。1.4.2絕緣柵場效應(yīng)管:一、結(jié)構(gòu)和電路符號PNNGSDP型基底兩個(gè)N區(qū)SiO2絕緣層導(dǎo)電溝道金屬鋁GSDN溝道增強(qiáng)型N溝道耗盡型PNNGSD予埋了導(dǎo)電溝道GSDNPPGSDGSDP溝道增強(qiáng)型P溝道耗盡型NPPGSDGSD予埋了導(dǎo)電溝道二、MOS管的工作原理以N溝道增強(qiáng)型為例PNNGSDUDSUGSUGS=0時(shí)D-S間相當(dāng)于兩個(gè)反接的PN結(jié)ID=0對應(yīng)截止區(qū)PNNGSDUDSUGSUGS>0時(shí)UGS足夠大時(shí)（UGS>VT）感應(yīng)出足夠多電子，這里出現(xiàn)以電子導(dǎo)電為主的N型導(dǎo)電溝道。感應(yīng)出電子VT稱為閾值電壓UGS較小時(shí)，導(dǎo)電溝道相當(dāng)于電阻將D-S連接起來，UGS越大此電阻越小。PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGS當(dāng)UDS不太大時(shí)，導(dǎo)電溝道在兩個(gè)N區(qū)間是均勻的。當(dāng)UDS較大時(shí)，靠近D區(qū)的導(dǎo)電溝道變窄。PNNGSDUDSUGS夾斷后，即使UDS繼續(xù)增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=VT時(shí)，靠近D端的溝道被夾斷，稱為予夾斷。三、增強(qiáng)型N溝道MOS管的特性曲線轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT輸出特性曲線IDUDS0UGS>0四、耗盡型N溝道MOS管的特性曲線耗盡型的MOS管UGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓才能夾斷。轉(zhuǎn)移特性曲線0IDUGSVT輸出特性曲線IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>0

半導(dǎo)體二極管及其基本電路2.1半導(dǎo)體的基本知識*2.1.1半導(dǎo)體材料2.1.2半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)2.1.3本征半導(dǎo)體2.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體半導(dǎo)體:導(dǎo)電特性介于導(dǎo)體和絕緣體之間典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。導(dǎo)電的重要特點(diǎn)1、其能力容易受環(huán)境因素影響（溫度、光照等）2、摻雜可以顯著提高導(dǎo)電能力*2.1.2半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)原子結(jié)構(gòu)簡化模型—完全純凈、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。2.1.3本征半導(dǎo)體在T=0K和無外界激發(fā)時(shí)，沒有載流子，不導(dǎo)電兩個(gè)價(jià)電子的共價(jià)鍵正離子核*

2.1.3本征半導(dǎo)體、空穴及其導(dǎo)電作用溫度

光照自由電子空穴本征激發(fā)空穴

——共價(jià)鍵中的空位空穴的移動(dòng)——空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次充填空穴來實(shí)現(xiàn)的。由熱激發(fā)或光照而產(chǎn)生自由電子和空穴對。溫度

載流子濃度

＋**半導(dǎo)體導(dǎo)電特點(diǎn)1：其能力容易受溫度、光照等環(huán)境因素影響

溫度↑→載流子濃度↑→導(dǎo)電能力↑2.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）P型半導(dǎo)體摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）自由電子＝多子空穴＝少子空穴＝多子自由電子＝少子由熱激發(fā)形成它主要由雜質(zhì)原子提供空間電荷*

摻入雜質(zhì)對本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:

T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31本征硅的原子濃度:4.96×1022/cm3

3以上三個(gè)濃度基本上依次相差106/cm3。

2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm3雜質(zhì)對半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響*本征半導(dǎo)體、本征激發(fā)本節(jié)中的有關(guān)概念自由電子空穴N型半導(dǎo)體、施主雜質(zhì)(5價(jià))P型半導(dǎo)體、受主雜質(zhì)(3價(jià))多數(shù)載流子、少數(shù)載流子雜質(zhì)半導(dǎo)體復(fù)合*半導(dǎo)體導(dǎo)電特點(diǎn)1： 其能力容易受溫度、光照等環(huán)境因素影響 溫度↑→載流子濃度↑→導(dǎo)電能力↑*半導(dǎo)體導(dǎo)電特點(diǎn)2：摻雜可以顯著提高導(dǎo)電能力2.2PN結(jié)的形成及特性*

2.2.1PN結(jié)的形成

2.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

*

2.2.3PN結(jié)的反向擊穿

2.2.4PN結(jié)的電容效應(yīng)*2.2.1PN結(jié)的形成1.濃度差

多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)2.擴(kuò)散

空間電荷區(qū)

內(nèi)電場3.內(nèi)電場

少子的漂移運(yùn)動(dòng)

阻止多子的擴(kuò)散4、擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡載流子的運(yùn)動(dòng)：擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)——濃度差產(chǎn)生的載流子移動(dòng)漂移運(yùn)動(dòng)——在電場作用下，載流子的移動(dòng)P區(qū)N區(qū)擴(kuò)散：空穴電子漂移：電子空穴形成過程可分成4步(動(dòng)畫)內(nèi)電場*PN結(jié)形成的物理過程：因濃度差

空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場

內(nèi)電場促使少子漂移

內(nèi)電場阻止多子擴(kuò)散

最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)

雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)

對于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱為PN結(jié)。在空間電荷區(qū)，由于缺少多子，所以也稱耗盡層。擴(kuò)散>漂移否是寬2.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?只有在外加電壓時(shí)才…擴(kuò)散與漂移的動(dòng)態(tài)平衡將…定義：加正向電壓，簡稱正偏加反向電壓，簡稱反偏擴(kuò)散>漂移大的正向擴(kuò)散電流（多子）低電阻

正向?qū)ㄆ?gt;擴(kuò)散很小的反向漂移電流（少子）高電阻

反向截止*2.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

PN結(jié)特性描述2、PN結(jié)方程PN結(jié)的伏安特性陡峭電阻小正向?qū)?、PN結(jié)的伏安特性特性平坦反向截止一定的溫度條件下，由本征激發(fā)決定的少子濃度是一定的非線性其中IS——反向飽和電流VT——溫度的電壓當(dāng)量且在常溫下（T=300K）近似估算正向：反向：*2.2.3PN結(jié)的反向擊穿當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然快速增加，此現(xiàn)象稱為PN結(jié)的反向擊穿。熱擊穿——不可逆雪崩擊穿齊納擊穿電擊穿——可逆*2.2.4PN結(jié)的電容效應(yīng)

(1)勢壘電容CB勢壘電容示意圖擴(kuò)散電容示意圖(2)擴(kuò)散電容CD2.3半導(dǎo)體二極管*2.3.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)2.3.2二極管的伏安特性2.3.3二極管的參數(shù)PN結(jié)加上引線和封裝

二極管按結(jié)構(gòu)分類點(diǎn)接觸型面接觸型平面型*半導(dǎo)體二極管圖片點(diǎn)接觸型面接觸型平面型*半導(dǎo)體二極管圖片***2.3.2二極管的伏安特性3.PN結(jié)方程（近似）硅二極管2CP10的V-I特性鍺二極管2AP15的V-I特性正向特性反向特性反向擊穿特性Vth=0.5V（硅）Vth=0.1V（鍺）注意1.死區(qū)電壓（門坎電壓）2.反向飽和電流 硅：0.1

A；鍺：10A*2.3.3二極管的參數(shù)(1)最大整流電流IF(2)反向擊穿電壓VBR和最大反向工作電壓VRM(3)反向電流IR(4)正向壓降VF(5)極間電容CB硅二極管2CP10的V-I特性2.4二極管基本電路及其分析方法*2.4.1二極管V-I特性的建模2.4.2模型分析法應(yīng)用舉例

4、應(yīng)用電路分析舉例2、二極管狀態(tài)判斷1、二極管電路的分析概述

3、等效電路（模型）分析法講課思路：1、二極管電路的分析概述*應(yīng)用電路舉例例2.4.2（習(xí)題2.4.12）習(xí)題2.4.5整流 限幅習(xí)題2.4.6初步分析——依據(jù)二極管的單向?qū)щ娦訢導(dǎo)通：vO=vI-vDD截止：vO=0D導(dǎo)通：vO=vDD截止：vO=vI左圖中圖顯然，vO與

vI的關(guān)系由D的狀態(tài)決定而且，D處于反向截止時(shí)最簡單！分析思路分析任務(wù)：求vD、iD目的1:確定電路功能，即信號vI傳遞到vO，有何變化？目的2:判斷二極管D是否安全。首先，判斷D的狀態(tài)？若D反向截止，則相當(dāng)于開路（iD

0，ROFF

∞）；若D正向?qū)?，則？正向?qū)ǚ治龇椒ǎ簣D解法等效電路（模型）法——將非線性線性先靜態(tài)（直流），后動(dòng)態(tài)（交流）靜態(tài)：vI=0（正弦波過0點(diǎn)）動(dòng)態(tài)：vI

0*1、二極管電路的分析概述2、二極管狀態(tài)判斷*例1:2CP1（硅），IF=16mA，VBR=40V。求VD、ID。(a)(b)(c)(d)正偏正偏反偏反偏iD>IF？D反向截止ID=0VD=-10VD反向擊穿iD=

？vD=

？二極管狀態(tài)判斷方法假設(shè)D截止(開路)，求D兩端開路電壓普通：熱擊穿－損壞齊納：電擊穿VD=-VBR=-40VVD>0VD正向?qū)ǎ?VBR<VD

0VD反向截止,ID=0VD

-VBRD反向擊穿,VD=-VBRD正向?qū)?？D正向?qū)ǎ?習(xí)題2.4.4試判斷圖題2.4.4中二極管導(dǎo)通還是截止，為什么?圖題2.4.4(a)例2:習(xí)題2.4.3電路如下圖所示，判斷D的狀態(tài)2、二極管狀態(tài)判斷*

3、等效電路（模型）分析法（2.4.1二極管V-I特性的建模）

(1)理想模型(3)折線模型(2)恒壓降模型VD=0.7V（硅）VD=0.2V（鍺）Vth=0.5V（硅）Vth=0.1V（鍺）*

3、等效電路（模型）分析法(4)小信號模型二極管工作在正向特性的某一小范圍內(nèi)時(shí)，其正向特性可以等效為:微變電阻根據(jù)得Q點(diǎn)處的微變電導(dǎo)常溫下（T=300K）*

4、應(yīng)用電路分析舉例例2.4.1求VD、ID。（R=10k）（a）VDD=10V時(shí)（b）VDD=1V時(shí)VDD理想模型恒壓模型折線模型理想模型恒壓模型折線模型*二極管應(yīng)用舉例

uiuoOO

t

t(b)

2

2DuiuoRL(a)++--（1）二極管整流電路*（2）二極管限幅電路

t+-RDE2Vuiuo+-+-(a)05ui

/V-5

23)(b

t02.7uo

/V-5

232.7*D1

鉗位作用D2隔離作用(3)開關(guān)電路D3.4V0.3V1D23.9k-12VABY*

例2.4.3一二極管開關(guān)電路如圖所示。當(dāng)V1和V2為0V或5V時(shí)，求V1和V2的值不同組合情況下，輸出電壓0的值。設(shè)二極管是理想的。D1D2VI1VI24.7KVCC5VD1D24.7K5VVCCVI1+-VI2+-

0

0*

解：(1)當(dāng)V1=0V,V2=5V時(shí),D1為正向偏置，

V0=0V,此時(shí)D2的陰極電位為5V，陽極為0V，處于反向偏置，故D2截止。

(2)以此類推，將V1和V2的其余三種組合及輸出電壓列于下表：

V1

V2

D1

D2

V0

0V

0V導(dǎo)通導(dǎo)通

0V

0V

5V導(dǎo)通截止

0V

5V

0V截止導(dǎo)通

0V

5V

5V截止截止

5V*

由上表可見，在輸入電壓V1和V2中，只要有一個(gè)為0V，則輸出為0V;只有當(dāng)兩輸入電壓均為5V時(shí)，輸出才為5V，這種關(guān)系在數(shù)字電路中稱為“與”邏輯。

注意：即判斷電路中的二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)還是截止?fàn)顟B(tài)，可以先將二極管斷開，然后觀察陰、陽兩極間是正向電壓還是反向電壓，若是前者則二極管導(dǎo)通，否則二極管截止。*（4）低電壓穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓電源是電子電路中常見的組成部分。利用二極管正向壓降基本恒定的特點(diǎn)，可以構(gòu)成低電壓穩(wěn)壓電路。*

例：在如圖所示的低電壓穩(wěn)壓電路中，直流電源電壓V

的正常值為10V，R=10k,當(dāng)V

變化±1V時(shí)，問相應(yīng)的硅二極管電壓(輸出電壓)的變化如何？

*

解：(1)當(dāng)V

的正常值為10V時(shí)，利用二極管恒壓降模型有VD≈0.7V，由此可得二極管的電流為

此電流值可證實(shí)二極管的管壓降為0.7V的假設(shè)。

(2)在此Q點(diǎn)上，*

(3)按題意，V

有±1V的波動(dòng)，它可視為峰-峰值為2V的交流信號，該信號作用于由R和rd組成得分壓器上。顯然，相應(yīng)的二極管的信號電壓可按分壓比來計(jì)算，即Vd(峰-峰值)由此可知，二極管電壓Vd的變化為±2.79mV。*

4、應(yīng)用電路分析舉例例2.4.4求

vD、

iD。VI=

10V，vi=

1Vsin

t解題步驟:(1)靜態(tài)分析(令vi=0）由恒壓降模型得VD0.7V;ID0.93mA(2)動(dòng)態(tài)分析(令VI=0）由小信號模型得分析方法小結(jié)*2.4二極管基本電路及其分析方法假設(shè)D截止（開路）求D兩端開路電壓VD

0.7VD正向?qū)?VBR<VD

0.7VD反向截止ID=0(開路)VD

-VBRD反向擊穿VD=-VBR(恒壓)VD=0.7V(恒壓降)狀態(tài)等效電路條件將不同狀態(tài)的等效電路（模型）代入原電路中，分析vI和vO

的關(guān)系畫出電壓波形和電壓傳輸特性特殊情況：求

vD（波動(dòng)）小信號模型和疊加原理恒壓降模型2.5特殊二極管*2.5.1穩(wěn)壓二極管（齊納）2.5.2變?nèi)荻O管2.5.3光電子器件1.光電二極管2.發(fā)光二極管3.激光二極管反向擊穿狀態(tài)反向截止，利用勢壘電容反向截止，少子漂移電流特殊材料，正向?qū)òl(fā)光必須掌握“齊納二極管”，其它了解。請自學(xué)！*2.5.1穩(wěn)壓二極管1.符號及穩(wěn)壓特性(a)符號(b)伏安特性利用二極管反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓。穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓時(shí)工作在反向電擊穿狀態(tài)（齊納擊穿）。*(1)穩(wěn)定電壓VZ(2)動(dòng)態(tài)電阻rZ

在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。rZ=

VZ/

IZ(3)最大耗散功率

PZM(4)最大穩(wěn)定工作電流

IZmax和最小穩(wěn)定工作電流IZmin(5)穩(wěn)定電壓溫度系數(shù)——

VZ2.穩(wěn)壓二極管主要參數(shù)2.5.1穩(wěn)壓二極管*2.5.1穩(wěn)壓二極管3.穩(wěn)壓電路正常穩(wěn)壓時(shí)VO=VZ#

穩(wěn)壓條件是什么？IZmin

≤IZ≤IZmax#不加R可以嗎？自動(dòng)調(diào)整過程：*

例：如圖所示是一個(gè)簡單的并聯(lián)穩(wěn)壓電路。

R為限流電阻，求R上的電壓值VR和電流值。R*解：假定輸入電壓在（7--10V）內(nèi)變化。R習(xí)題與預(yù)習(xí)習(xí)題2.4.12.4.32.5.4預(yù)習(xí)3.1半導(dǎo)體BJT**一、判斷下列說法是否正確，用“√”和“×”表示判斷結(jié)果填入空內(nèi)。（1）在N型半導(dǎo)體中如果摻入足夠量的三價(jià)元素，可將其改型為P型半導(dǎo)體。（）（2）因?yàn)镹型半導(dǎo)體的多子是自由電子，所以它帶負(fù)電。（）（3）PN結(jié)在無光照、無外加電壓時(shí)，結(jié)電流為零。（）自測題解：（1）√（2）×（3）√

*

1）PN結(jié)加正向電壓時(shí)，空間電荷區(qū)將

。

A.變窄B.基本不變C.變寬

2）設(shè)二極管的端電壓為U，則二極管的電流方程是

。

A.ISeUB.

C.3）穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓區(qū)是其工作在

狀態(tài)。

A.正向?qū)˙.反向截止C.反向擊穿解：（1）A（2）C（3）C

二、選擇正確答案填入空內(nèi)。*三、寫出圖T1.3所示各電路的輸出電壓值，設(shè)二極管導(dǎo)通電壓UD＝0.7V。解：UO1≈1.3V，UO2＝0，UO3≈－1.3V，

UO4≈2V，UO5≈1.3V，UO6≈－2V。圖T1.3*四、已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值UZ＝6V，穩(wěn)定電流的最小值IZmin＝5mA。求圖T1.4所示電路中UO1和UO2各為多少伏。解：UO1＝6V，UO2＝5V。

圖T1.4*1.1

選擇合適答案填入空內(nèi)。（1）在本征半導(dǎo)體中加入

元素可形成N型半導(dǎo)體，加入

元素可形成P型半導(dǎo)體。

A.五價(jià)B.四價(jià)C.三價(jià)（2）當(dāng)溫度升高時(shí)，二極管的反向飽和電流將

。

A.增大B.不變C.減小習(xí)題解：（1）A，C（2）A

*1.2能否將1.5V的干電池以正向接法接到二極管兩端？為什么？

解：不能。因?yàn)槎O管的正向電流與其端電壓成指數(shù)關(guān)系，當(dāng)端電壓為1.5V時(shí)，管子會(huì)因電流過大而燒壞。*

1.7

現(xiàn)有兩只穩(wěn)壓管，它們的穩(wěn)定電壓分別為6V和8V，正向?qū)妷簽?.7V。試問：（1）若將它們串聯(lián)相接，則可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？（2）若將它們并聯(lián)相接，則又可得到幾種穩(wěn)壓值？各為多少？

解：（1）兩只穩(wěn)壓管串聯(lián)時(shí)可得1.4V、6.7V、8.7V和14V等四種穩(wěn)壓值。（2）兩只穩(wěn)壓管并聯(lián)時(shí)可得0.7V和6V等兩種穩(wěn)壓值。*1.8

已知穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ＝6V，穩(wěn)定電流的最小值IZmin＝5mA，最大功耗PZM＝150mW。試求圖P1.8所示電路中電阻R的取值范圍。

圖P1.8

解：穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定電流

IZM＝PZM/UZ＝25mA電阻R的電流為IZM～I(xiàn)Zmin，所以其取值范圍為

*

1.9

已知圖P1.9所示電路中穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓UZ＝6V，最小穩(wěn)定電流IZmin＝5mA，最大穩(wěn)定電流IZmax＝25mA。（1）分別計(jì)算UI為10V、15V、35V三種情況下輸出電壓UO的值；

（2）若UI＝35V時(shí)負(fù)載開路，則會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象?為什么？圖P1.9

*解：（1）當(dāng)UI＝10V時(shí)，若UO＝UZ＝6V，則穩(wěn)壓管的電流為4mA，小于其最小穩(wěn)定電流，所以穩(wěn)壓管未擊穿。故穩(wěn)壓管將因功耗過大而損壞。

當(dāng)UI＝15V時(shí)，穩(wěn)壓管中的電流大于最小穩(wěn)定電流IZmin，所以

UO＝UZ＝6V

同理，當(dāng)UI＝35V時(shí)，UO＝UZ＝6V。（2）29mA＞IZM＝25mA，

基本放大電路§2.1放大的概念和電路主要指標(biāo)2.1.1放大的概念電子學(xué)中放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。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：uiuoAu2.1.2放大電路的性能指標(biāo)一、電壓放大倍數(shù)AuUi和Uo分別是輸入和輸出電壓的有效值。二、輸入電阻ri放大電路一定要有前級（信號源）為其提供信號，那么就要從信號源取電流。輸入電阻是衡量放大電路從其前級取電流大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級取得的電流越小，對前級的影響越小。AuIi~USUi三、輸出電阻roAu~US放大電路對其負(fù)載而言，相當(dāng)于信號源，我們可以將它等效為戴維南等效電路，這個(gè)戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。~roUS'如何確定電路的輸出電阻ro

？步驟：1.所有的電源置零(將獨(dú)立源置零，保留受控源)。2.加壓求流法。UI方法一：計(jì)算。方法二：測量。Uo1.測量開路電壓。~roUs'2.測量接入負(fù)載后的輸出電壓。~roUs'RLUo'步驟：3.計(jì)算。四、通頻帶fAuAum0.7AumfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：fbw=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線2.1.3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)，表示全量。ua小寫字母、小寫下標(biāo)，表示交流分量。uAua全量交流分量tUA直流分量§2.2基本共射放大電路的工作原理三極管放大電路有三種形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器為例講解工作原理2.2.1共射放大電路的基本組成放大元件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+ECEBRCC1C2T集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。RB+ECEBRCC1C2T集電極電阻，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。RB+ECEBRCC1C2T使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)?；鶚O電源與基極電阻RB+ECEBRCC1C2T耦合電容隔離輸入輸出與電路直流的聯(lián)系，同時(shí)能使信號順利輸入輸出。RB+ECEBRCC1C2T可以省去電路改進(jìn)：采用單電源供電RB+ECEBRCC1C2T單電源供電電路+ECRCC1C2TRB2.2.3基本共射放大電路的工作原理及波形分析ui=0時(shí)由于電源的存在IB

0IC

0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ一、靜態(tài)工作點(diǎn)RB+ECRCC1C2TIBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T(IBQ,UBEQ)

和(ICQ,UCEQ

)分別對應(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)。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQIBUBEQICUCEuCE怎么變化？假設(shè)uBE有一微小的變化ibtibtictuituCE的變化沿一條直線uce相位如何？uce與ui反相！ICUCEictucet各點(diǎn)波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB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(gè)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?！?.3放大電路的分析方法放大電路分析靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法計(jì)算機(jī)仿真2.3.1直流通道和交流通道放大電路中各點(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。交流通道：只考慮交流信號的分電路。直流通道：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道分析。例：對直流信號（只有+EC）開路開路RB+ECRCC1C2T直流通道RB+ECRC對交流信號(輸入信號ui)短路短路置零RB+ECRCC1C2TRBRCRLuiuo交流通路一、直流負(fù)載線ICUCEUCE~IC滿足什么關(guān)系？1.三極管的輸出特性。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+ECRC2.3.2圖解法

1、直流負(fù)載線和交流負(fù)載線二、交流負(fù)載線ic其中：uceRBRCRLuiuo交流通路iC

和uCE是全量，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。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2.3.3等效電路法

1）靜態(tài)分析一、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RBRC（2）根據(jù)直流通道估算UCE、IBICUCE直流通道RBRC二、圖解法先估算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)。ICUCEQEC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。2）動(dòng)態(tài)分析一、三極管的微變等效電路1.輸入回路iBuBE當(dāng)信號很小時(shí)，將輸入特性在小范圍內(nèi)近似線性。

uBE

iB對輸入的小交流信號而言，三極管相當(dāng)于電阻rbe。rbe的量級從幾百歐到幾千歐。對于小功率三極管：2.輸出回路iCuCE所以：(1)輸出端相當(dāng)于一個(gè)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(gè)大電阻rce。rce的含義

iC

uCEubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。3.三極管的微變等效電路rbe

ibibrcerbe

ibibbce等效cbe二、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RBRCRLuiuouirbe

ibibiiicuoRBRCRL三、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。rbeRBRCRL四、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(gè)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(dòng)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。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)行戴維南等效，戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。計(jì)算輸出電阻的方法：(1)所有電源置零，然后計(jì)算電阻（對有受控源的電路不適用）。(2)所有獨(dú)立電源置零，保留受控源，加壓求流法。所以：用加壓求流法求輸出電阻：rbeRBRC002.3.4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)，造成非線性失真。iCuCEuo可輸出的最大不失真信號選擇靜態(tài)工作點(diǎn)ibiCuCEuo1.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ibiCuCE2.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§2.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)。但是，溫度的變化嚴(yán)重影響靜態(tài)工作點(diǎn)。對于前面的電路（固定偏置電路）而言，靜態(tài)工作點(diǎn)由UBE、

和ICEO決定，這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化，溫度對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響主要體現(xiàn)在這一方面。TUBE

ICEOQ一、溫度對UBE的影響iBuBE25oC50oCTUBEIBIC二、溫度對

值及ICEO的影響T

、ICEOICiCuCEQQ′總的效果是：溫度上升時(shí)，輸出特性曲線上移，造成Q點(diǎn)上移。小結(jié)：TIC

固定偏置電路的Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的。Q點(diǎn)不穩(wěn)定可能會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)工作點(diǎn)靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導(dǎo)致失真。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高、IC增加時(shí)，能夠自動(dòng)減少IB，從而抑制Q點(diǎn)的變化。保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定。常采用分壓式偏置電路來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。電路見下頁。分壓式偏置電路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、靜態(tài)分析I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路可以認(rèn)為與溫度無關(guān)。似乎I2越大越好，但是RB1、RB2太小，將增加損耗，降低輸入電阻。因此一般取幾十k

。I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路TUBEIBICUEIC本電路穩(wěn)壓的過程實(shí)際是由于加了RE形成了負(fù)反饋過程I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2二、動(dòng)態(tài)分析+ECuoRB1RCC1C2RB2CERERLuirbeRCRLR'B微變等效電路uoRB1RCRLuiRB2交流通路CE的作用：交流通路中，CE將RE短路，RE對交流不起作用，放大倍數(shù)不受影響。問題1：如果去掉CE，放大倍數(shù)怎樣？I1I2IBRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo去掉CE后的交流通路和微變等效電路：rbeRCRLRER'BRB1RCRLuiuoRB2RERB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2問題2：如果電路如下圖所示，如何分析？I1I2IBRB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2靜態(tài)分析：直流通路RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2動(dòng)態(tài)分析：交流通路RB1RCRLuiuoRB2RE1交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微變等效電路：rbeRCRLRE1R'B問題：Au和Aus的關(guān)系如何？定義：放大電路RLRS§2.5單管放大電路的三種基本接法

2.5.1基本共集放大電路RB+ECC1C2RERLuiuoRB+ECRE直流通道一、靜態(tài)分析IBIE折算RB+ECRE直流通道二、動(dòng)態(tài)分析RB+ECC1C2RERLuiuorbeRERLRB微變等效電路1.電壓放大倍數(shù)rbeRERLRB1.所以但是，輸出電流Ie增加了。2.輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。結(jié)論：2.輸入電阻rbeRERLRB輸入電阻較大，作為前一級的負(fù)載，對前一級的放大倍數(shù)影響較小。3.輸出電阻用加壓求流法求輸出電阻。rorbeRERBRSrbeRERBRS電源置0一般：所以：射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。射極輸出器的使用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。§2.7場效應(yīng)管放大電路(1)靜態(tài)：適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作點(diǎn)，使場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，場效應(yīng)管的偏置電路相對簡單。(2)動(dòng)態(tài)：能為交流信號提供通路。組成原則：靜態(tài)分析：估算法、圖解法。動(dòng)態(tài)分析：微變等效電路法。分析方法：2.6.1場效應(yīng)管的微變等效電路GSD跨導(dǎo)漏極輸出電阻uGSiDuDS很大，可忽略。

場效應(yīng)管的微變等效電路為：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds2.6.2場效應(yīng)管的共源極放大電路一、靜態(tài)分析求：UDS和

ID。設(shè)：UG>>UGS則：UG

US而：IG=0所以：UDD=20VuoRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10kuoUDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、動(dòng)態(tài)分析sgR2R1RGRL'dRLRD微變等效電路sgR2R1RGRL'dRLRDro=RD=10k

2.6.3源極輸出器uo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G一、靜態(tài)分析US

UGUDS=UDD-US

=20-5=15Vuo+UDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro

ro

gR2R1RGsdRLRS微變等效電路二、動(dòng)態(tài)分析riro

ro

gR2R1RGsdRLRS微變等效電路輸入電阻ri輸出電阻ro加壓求流法gd微變等效電路ro

ro

R2R1RGsRS場效應(yīng)管放大電路小結(jié)(1)場效應(yīng)管放大器輸入電阻很大。(2)場效應(yīng)管共源極放大器(漏極輸出)輸入輸出反相，電壓放大倍數(shù)大于1；輸出電阻=RD。(3)場效應(yīng)管源極跟隨器輸入輸出同相，電壓放大倍數(shù)小于1且約等于1；輸出電阻小。

半導(dǎo)體三極管

及放大電路基礎(chǔ)

Jc反偏3.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡介基區(qū)發(fā)射區(qū)集電區(qū)

發(fā)射極Emitter集電極Collector

基極Base1、結(jié)構(gòu)和符號發(fā)射結(jié)(Je)

集電結(jié)(Jc)PNPNPN發(fā)射載流子(電子)收集載流子(電子)復(fù)合部分電子控制傳送比例由結(jié)構(gòu)展開聯(lián)想…2、工作原理3、實(shí)現(xiàn)條件外部條件 內(nèi)部條件

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：

Je正偏摻雜濃度最高摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)且面積大摻雜濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)且很薄*NPNebcecbNPN型BJT(a)管芯結(jié)構(gòu)剖面圖(b)表示符號發(fā)射極基極集電極發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)3.1.2BJT的電流分配與放大原理*1.內(nèi)部載流子的傳輸過程2.電流分配關(guān)系4.三極管的三種組態(tài)3.放大作用發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射區(qū)發(fā)射載流子基區(qū)：傳送和控制載流子集電區(qū)收集載流子本質(zhì):電流分配5.共射極連接方式集電結(jié)反偏*3.1.2BJT的電流分配與放大原理1.內(nèi)部載流子的傳輸過程RLecb1k

VEEVCCIBIEICVEB+vEB放大電路+iEii+-

vI+iC+iB

vO+-io放大作用？（原理）關(guān)鍵：

iC與

iE的關(guān)系

三極管的放大