模拟电子技术-电子教案

1、1模拟电子技术基础模拟电子技术基础2 第一章 常用半导体器件模拟电路模拟电路第一章第一章 常用半导体器件常用半导体器件 1.1 半导体基础知识半导体基础知识 1.2 半导体二极管半导体二极管 1.3 双极型晶体管双极型晶体管 1.4 场效应管场效应管1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识1.1.1 本征半导体本征半导体 1）导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属，金属一般都是导体。一般都是导体。绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。皮、陶

2、瓷、塑料和石英。半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为体之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。和一些硫化物、氧化物等。半导体半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：不同于其它物质的特点。例如： 当受外界热和光的作用时，它的导电能当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化。力明显变化。 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变。它的导电能力明显改变。 2） 本征半导体本征半

3、导体一、本征半导体的结构特点一、本征半导体的结构特点GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。的最外层电子（价电子）都是四个。本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子而四个其它原子位于四面

4、体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成与其相临的原子之间形成共价键共价键，共用一对价，共用一对价电子。电子。硅和锗的晶硅和锗的晶体结构：体结构：硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共共价键共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自自由电子由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。本征半导体的导电能力很弱。形

5、成共价键后，每个原子的最外层电子是形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。则排列，形成晶体。+4+4+4+4二、本征半导体的导电机理二、本征半导体的导电机理在绝对在绝对0度度（T=0K）和没有外界激发时和没有外界激发时, ,价价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即可以运动的带电粒子（即载流子载流子），它的导电），它的导电能力为能力为 0，相当于绝缘体。，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获在常温下，由于

6、热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由自由电子电子，同时共价键上留下一个空位，称为，同时共价键上留下一个空位，称为空穴空穴。1.1.载流子、自由电子和空穴载流子、自由电子和空穴+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子2.本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理+4+4+4+4在其它力的作用下，在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流可以认为空穴是

7、载流子。子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子自由电子和和空穴空穴。温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：本征半导体中电流由两部分组成： 1. 自由电子移动产生的电流。自由电子移动产生的电流。 2. 空穴移动产生的电流。空穴移动产

8、生的电流。1.1.2 杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P 型半导体：型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。称为（空穴半导体）。N 型半导体：型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。也称为（电子半导体）。一、一、N 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷在硅

9、或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为子给出一个电子，称为施主原子施主原子。+4+4+5+4多余多余电子电子磷原子磷原子N 型半

10、导体中型半导体中的载流子是什的载流子是什么？么？1 1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2 2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。、本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流多数载流子子（多子多子），空穴称为），空穴称为少数载流子少数载流子（少子少子）。）。二、二、P 型半导体型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点

11、阵中的某些半导体原子被杂质（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为原子接受电子，所以称为受主原子受主原子。+4+4+3+4空穴空穴硼原子硼原子P 型半导体中空穴是多子，电子是少子型半导体中空穴是多子，电子是少子。三、杂质半导体的示意表示法三、杂质半导体的示意表示法

12、P 型半导体型半导体+N 型半导体型半导体杂质杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。近似认为多子与杂质浓度相等。1.1.3 PN 结结 1 1）PNPN结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导型半导体和体和N 型半导体，经过载流子的扩散，在它们的型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了交界面处就形成了PN 结。结。P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E漂移运

13、动漂移运动扩散的结果是使空间电扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。荷区越宽。内电场越强，就使漂移内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。间电荷区变薄。空间电荷区，空间电荷区，也称耗尽层。也称耗尽层。漂移运动漂移运动P型半导体型半导体N型半导体型半导体+扩散运动扩散运动内电场内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。度固定不变。+空间空间电荷电荷区区N型区型区P型区型区电位电位

14、VV01 1、空间电荷区中没有载流子。、空间电荷区中没有载流子。2 2、空间电荷区中内电场阻碍、空间电荷区中内电场阻碍P P中的空穴、中的空穴、N区区 中的电子（中的电子（都是多子都是多子）向对方运动（）向对方运动（扩散扩散运动运动）。）。3 3、P 区中的电子和区中的电子和 N区中的空穴（区中的空穴（都是少都是少），），数量有限，因此由它们形成的电流很小。数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意注意: : 2） PN结的单向导电性结的单向导电性 PN 结结加上正向电压加上正向电压、正向偏置正向偏置的意思都是的意思都是： P 区区加正、加正、N 区加负电压。区加负电压。 PN 结结加上反向电压

15、加上反向电压、反向偏置反向偏置的意思都是：的意思都是： P区区加负、加负、N 区加正电压。区加正电压。+RE一、一、PN 结正向偏置结正向偏置内电场内电场外电场外电场变薄变薄PN+_内电场被削弱，多子内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成的扩散加强能够形成较大的扩散电流。较大的扩散电流。二、二、PN 结反向偏置结反向偏置+内电场内电场外电场外电场变厚变厚NP+_内电场被被加强，多子内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反限，只能形成较小的反向电流。向电流。RE1.2 半导体二极管半导体二极管 1.2.1 1.2.1

16、基本结构基本结构PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。引线引线外壳线外壳线触丝线触丝线基片基片点接触型点接触型PN结结面接触型面接触型PN二极管的电路符号：二极管的电路符号： 1.2.2 1.2.2 伏安特性伏安特性UI死区电压死区电压 硅管硅管0.V,锗管锗管0.2V。导通压降导通压降: : 硅硅管管0.60.7V,锗锗管管0.20.3V。反向击穿反向击穿电压电压UBR) 1(ktquseIi) 1(TUuseIi1.2.3 主要参数主要参数1. 最大整流电流最大整流电流 IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大二极管长期使用时，允许流过二极管

17、的最大正向平均电流。正向平均电流。2. 反向击穿电压反向击穿电压UBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压压UWRM一般是一般是UBR的一半。的一半。3. 反向电流反向电流 IR指二极管加反向峰值工作电压时的反向电指二极管加反向峰值工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，

18、温度越高反向电流越大。硅温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。硅管大几十到几百倍。(齐纳击穿和雪崩击齐纳击穿和雪崩击穿）穿）以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是以上均是二极管的直流参数，二极管的应用是主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、主要利用它的单向导电性，主要应用于整流、限幅、保护等等。下面介绍两个交流参数。保护等等。下面介绍两个交流参数。1.2.4 二极管的等效电路二极管的等效电路 1）微变电阻微变电阻 rDiDuDIDUDQ iD uDrD 是二极管特性曲线上工是二极管特性曲线上工作

19、点作点Q 附近电压的变化与附近电压的变化与电流的变化之比：电流的变化之比：DDDiur显然，显然，rD是对是对Q附近的微小附近的微小变化区域内的电阻。变化区域内的电阻。2） 二极管的极间电容二极管的极间电容二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容势垒电容CB和和扩散电容扩散电容CD。势垒电容：势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是的电容是势垒电容势垒电容。扩散电容：扩散电容：为

20、了形成正向电流为了形成正向电流（扩散电流），注入（扩散电流），注入P 区的少子区的少子（电子）在（电子）在P 区有浓度差，越靠区有浓度差，越靠近近PN结浓度越大，即在结浓度越大，即在P 区有电区有电子的积累。同理，在子的积累。同理，在N区有空穴的区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散多。这样所产生的电容就是扩散电容电容CD。P+-NCB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。PN结高频小信号时的等效电路：结高频小信号时的

21、等效电路：势垒电容和扩散电势垒电容和扩散电容的综合效应容的综合效应rd二极管：二极管：死区电压死区电压=0 .5V，正向压降，正向压降 0.7V(硅二极管硅二极管) 理想二极管：理想二极管：死区电压死区电压=0 ，正向压降，正向压降=0 RLuiuouiuott二极管的应用举例二极管的应用举例1：二极管半波整流二极管半波整流二极管的应用举例二极管的应用举例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo1.2.5 稳压二极管稳压二极管 UIIZIZmax UZ IZ稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定。定。+-UZ动态电阻：动态电阻：ZZIUZrrz越小，稳越小，稳压性能越好。压性能

22、越好。（4）稳定电流稳定电流IZ、最大、最小稳定电流最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗）最大允许功耗maxZZZMIUP稳压二极管的参数稳压二极管的参数:（1）稳定电压稳定电压 UZ（2）电压温度系数电压温度系数 U（%/） 稳压值受温度变化影响的的系数。稳压值受温度变化影响的的系数。（3）动态电阻）动态电阻ZZIUZr稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例uoiZDZRiLiuiRL5mA 20mA, V,10minmaxzzzWIIU稳压管的技术参数稳压管的技术参数:k10LR负载电阻负载电阻 。要求要求当输入电压由正常值发当输入电压由正常值发生生 20%波动时

23、，负载电压基本不变。波动时，负载电压基本不变。解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为流为Izmax 。求：求：电阻电阻R和输入电压和输入电压 ui 的正常值。的正常值。mA25maxLZWzRUIi102521RUiRu.zWi方程方程1令输入电压降到下限令输入电压降到下限时，流过稳压管的电时，流过稳压管的电流为流为Izmin 。mA10minLZWzRUIi101080RUiRu.zWi方程方程2uoiZDZRiLiuiRL联立方程联立方程1、2，可解得：，可解得：k50V7518.R,.ui1.2.6 其他二极管其他二极管 1）光电二极管）光电

24、二极管反向电流随光照强度的增加而上升。反向电流随光照强度的增加而上升。IU照度增加照度增加2） 发光二极管发光二极管有正向电流流过有正向电流流过时，发出一定波长时，发出一定波长范围的光，目前的范围的光，目前的发光管可以发出从发光管可以发出从红外到可见波段的红外到可见波段的光，它的电特性与光，它的电特性与一般二极管类似。一般二极管类似。1.3 双极型晶体管双极型晶体管1.3.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度

25、低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结1.3.2 晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用BECNNPEBRBECIE基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散可的扩散可忽略。忽略。IBE进入进入P区的电子区的电子少部分与基区的少部分与基区的空穴复合，形成空穴复合，形成电流电流IBE ，多数，多数扩散到集电结。扩散到集电结。发射结正发射结正偏，发射偏，发射区电子不区电子不断向基区断向基区扩散，形扩散，形成发射极成发射极电流电流IE。BECNNPEBRBECIE集电结反偏，集电结反偏，有

26、少子形成的有少子形成的反向电流反向电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE从基区扩从基区扩散来的电散来的电子作为集子作为集电结的少电结的少子，漂移子，漂移进入集电进入集电结而被收结而被收集，形成集，形成ICE。IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBEICE与与IBE之比称为电流放大倍数之比称为电流放大倍数要使三极管能放大电流，必须使发射结正要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。偏，集电结反偏。BCCBOBCBOCBECEIIIIIIIIBECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIB

27、IEICPNP型三极管型三极管1.3.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线ICmA AVVUCEUBERBIBECEB 实验线路实验线路一、一、输入特性输入特性UCE 1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降： 硅管硅管UBE 0.60.7V,锗锗管管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE =0.5V 死区电死区电压，硅管压，硅管0.5V，锗，锗管管0.2V。二、二、输出特性输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此区域满足足IC= IB称为线性称为线性区（放大区（放大区）。区）

28、。当当UCE大于一大于一定的数值时，定的数值时，IC只与只与IB有关，有关，IC= IB。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE UBE,集电结正偏，集电结正偏， IBIC，UCE 0.3V称为饱和区。称为饱和区。IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中 : IB=0,IC=ICEO,UBEIC，UCE 0.3V (3) 截止区：截止区： UBE 死区电压，死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 例：例： =50， USC =12V， RB

29、=70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？当当USB =-2V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERCUBEmA2612maxCSCCRUIIB=0 ， IC=0IC最大饱和电流：最大饱和电流：Q位于截止区位于截止区 例：例： =50， USC =12V， RB =70k ， RC =6k 当当USB = -2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？IC Icmax(=2 mA)， Q位于饱和区。位于饱和区。(实际上，此时实际上，此时IC和和IB 已不是

30、已不是 的关系）的关系）mA061070705.RUUIBBESBB5mA03mA061050.IIBC1.3.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：BCII_工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB，相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 IC，则则交流电流放交

31、流电流放大倍数大倍数为：为：BIIC1. 电流放大倍数电流放大倍数和和 _例：例：UCE=6V时时：IB = 40 A, IC =1.5 mA； IB = 60 A, IC =2.3 mA。5 .3704. 05 . 1_BCII4004. 006. 05 . 13 . 2BCII在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理： =2.集集- -基极反向截止电流基极反向截止电流ICBO AICBOICBO是集是集电结反偏电结反偏由少子的由少子的漂移形成漂移形成的反向电的反向电流，受温流，受温度的变化度的变化影响。影响。BECNNPICBOICEO= IBE+ICBO IBE I

32、BEICBO进入进入N区，形成区，形成IBE。根据放大关系，根据放大关系，由于由于IBE的存的存在，必有电流在，必有电流 IBE。集电结反集电结反偏有偏有ICBO3. 集集- -射极反向截止电流射极反向截止电流ICEOICEO受温度影响受温度影响很大，当温度上很大，当温度上升时，升时，ICEO增加增加很快，所以很快，所以IC也也相应增加。相应增加。三极三极管的温度特性较管的温度特性较差差。4.集电极最大电流集电极最大电流ICM集电极电流集电极电流IC上升会导致三极管的上升会导致三极管的 值的下降，值的下降，当当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为流即

33、为ICM。5.集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压当集当集-射极之间的电压射极之间的电压UCE超过一定的数值超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25 C、基极开路时的击穿电压、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。6. 集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM 集电极电流集电极电流IC 流过三极管，流过三极管， 所发出的焦耳所发出的焦耳 热为：热为：PC =ICUCE 必定导致结温必定导致结温 上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区1.4 场效应晶

34、体管场效应晶体管场效应管与双极型晶体管不同，它是多子场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种场效应管有两种:N基底基底 ：N型半导体型半导体PP两边是两边是P区区G(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极一、结构一、结构1.4.1 结型场效应管结型场效应管:导电沟道导电沟道NPPG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极N沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGSPNNG(栅极栅极)S源极源极D漏极漏极P沟道结型场效应管沟道结型场效应管DGSDGS二、工作原理（以二

35、、工作原理（以P沟道为例）沟道为例）UDS=0V时时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，结反偏，UGS越大则耗尽区越越大则耗尽区越宽，导电沟道越宽，导电沟道越窄。窄。PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时时NNUGS越大耗尽区越宽，越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。沟道越窄，电阻越大。但当但当UGS较小时，耗尽较小时，耗尽区宽度有限，存在导区宽度有限，存在导电沟道。电沟道。DS间相当于间相当于线性电阻。线性电阻。PGSDUDSUGSNNUDS=0时时UGS达到一定值时达到一定值时（夹断电压夹断电压VP）,耗耗尽区碰到一起，尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即间被夹断，这时，即使使

36、UDS 0V，漏极电，漏极电流流ID=0A。IDPGSDUDSUGSUGS0、UGDVP时时耗尽区的形状耗尽区的形状NN越靠近漏端，越靠近漏端，PN结反压越大结反压越大IDPGSDUDSUGSUGSVp且且UDS较大时较大时UGDVP时耗尽区的形状时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻沟道中仍是电阻特性，但是是非特性，但是是非线性电阻。线性电阻。IDGSDUDSUGSUGSVp UGD=VP时时NN漏端的沟道被夹断，漏端的沟道被夹断，称为称为予夹断。予夹断。UDS增大则被夹断增大则被夹断区向下延伸。区向下延伸。IDGSDUDSUGSUGS0时时UGS足够大时足够大时（UGSVT）感）感应出足够多电子

37、，应出足够多电子，这里出现以电子这里出现以电子导电为主的导电为主的N型型导电沟道。导电沟道。感应出电子感应出电子VT称为阈值电压称为阈值电压UGS较小时，导较小时，导电沟道相当于电电沟道相当于电阻将阻将D-S连接起连接起来，来，UGS越大此越大此电阻越小。电阻越小。PNNGSDUDSUGSPNNGSDUDSUGS当当UDS不太大不太大时，导电沟时，导电沟道在两个道在两个N区区间是均匀的。间是均匀的。当当UDS较大较大时，靠近时，靠近D区的导电沟区的导电沟道变窄。道变窄。PNNGSDUDSUGS夹断后，即夹断后，即使使UDS 继续继续增加，增加，ID仍仍呈恒流特性呈恒流特性。IDUDS增加，增加

38、，UGD=VT 时，时，靠近靠近D端的沟道被夹断，端的沟道被夹断，称为予夹断。称为予夹断。三、增强型三、增强型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS0四、耗尽型四、耗尽型N沟道沟道MOS管的特性曲线管的特性曲线耗尽型的耗尽型的MOS管管UGS=0时就有导电沟道，加反向时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。电压才能夹断。转移特性曲线转移特性曲线0IDUGSVT输出特性曲线输出特性曲线IDU DS0UGS=0UGS0电子技术电子技术第一章 结束模拟电路部分模拟电路部分95 第二章第二章 基本放大电路基本放大电路模拟

39、电路模拟电路第二章第二章 基本放大电路基本放大电路2.1 放大的概念和电路主要指标放大的概念和电路主要指标2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法2.4 放大电路静态工作点的稳定放大电路静态工作点的稳定2.5 单管放大电路的三种基本接法单管放大电路的三种基本接法2.7 场效应管放大电路场效应管放大电路 2.1 放大的概念和电路主要指标放大的概念和电路主要指标2.1.1 放大的概念放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的电子学中放大的目的是将微弱的变化信号变化信号放大放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。成较大的信号。这里所

40、讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：端网络表示，如图：uiuoAu2.1.2 放大电路的性能指标放大电路的性能指标一、电压放大倍数一、电压放大倍数AuiouUUA |Ui 和和Uo 分别是输入和输出电压分别是输入和输出电压的有效值。的有效值。二、输入电阻二、输入电阻ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。那么就要从信号源取电流。输入电阻输入电阻是衡量放大是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，电路从其前级取电流大小的参数。输

41、入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。AuIiUSUiiiiIUr 三、输出电阻三、输出电阻roAuUS放大电路对其放大电路对其负载负载而言，相当于信号源，我们而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。等效电路的内阻就是输出电阻。roUS如何确定电路的输出电阻如何确定电路的输出电阻ro ？步骤：步骤：1. 所有的电源置零所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源将独立源置零，保留受控源)。2. 加压求流法。加压求流法。UIIUro方法一：方法一：计

42、算。计算。方法二：方法二：测量。测量。Uo1. 测量开路电压。测量开路电压。roUs2. 测量接入负载后的输出电压。测量接入负载后的输出电压。LoooR)UU(r1roUsRLUo步骤：步骤：3. 计算。计算。四、通频带四、通频带fAuAum0.7AumfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带：fbw=fHfL放大倍数放大倍数随频率变随频率变化曲线化曲线2.1.3 符号规定符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量。大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示全量。小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。小写字母、小写下

43、标，表示交流分量。uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 2.2 基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理2.2.1 共射放大电路的基本组成共射放大电路的基本组成放大元件放大元件iC= iB，工作在放大区，工作在放大区，要保证集电结反要保证集电结反偏，发射结正偏。偏，发射结正偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点RB+ECEBRCC1C2T集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。

44、并保证集电结反偏。电结反偏。RB+ECEBRCC1C2T集电极电阻，集电极电阻，将变化的电流将变化的电流转变为变化的转变为变化的电压。电压。RB+ECEBRCC1C2T使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的并提供适当的静态工作点。静态工作点。基极电源与基极电源与基极电阻基极电阻RB+ECEBRCC1C2T耦合电容耦合电容隔离输入输隔离输入输出与电路直出与电路直流的联系，流的联系，同时能使信同时能使信号顺利输入号顺利输入输出。输出。RB+ECEBRCC1C2T可以省去可以省去电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电RB+ECEBRCC1C2T单电源供电电路单电源供电电路+ECRCC1C

45、2TRB2.2.3 基本共射放大电路的工作原理及基本共射放大电路的工作原理及 波形分析波形分析ui=0时时由于电源的由于电源的存在存在IB 0IC 0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ一、静态工作点一、静态工作点RB+ECRCC1C2TIBQICQUBEQUCEQ( ICQ,UCEQ )(IBQ,UBEQ)RB+ECRCC1C2T(IBQ,UBEQ) 和和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入输出分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。特性曲线上的一个点称为静态工作点。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQIBUBEQICUCEuCE怎么变化怎么变化假设假设uBE有一

46、微小的变化有一微小的变化ibtibtictuituCE的变化沿一的变化沿一条直线条直线uce相位如何相位如何uce与与ui反相！反相！ICUCEictucet各点波形各点波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB实现放大的条件实现放大的条件1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。反偏。2. 正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。正确设置静态工作点，使整个波形处于放大区。3. 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。4. 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的

47、集电输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。极电压，经电容滤波只输出交流信号。2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电微变等效电路法路法图解法图解法计算机仿真计算机仿真2.3.1 直流通道和交流通道直流通道和交流通道 放大电路中各点的电压或电流都是在静态直放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即容容量足够

48、大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。直流所走的通道是不同的。交流通道：交流通道：只考虑交流信号的分电路。只考虑交流信号的分电路。直流通道：直流通道：只考虑直流信号的分电路。只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。例：例：对直流信号（只有对直流信号（只有+EC）开路开路开路开路RB+ECRCC1C2T直流通道直流通道RB+ECRC对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零RB+ECRCC1C2TRBRCR

49、Luiuo交流通路交流通路一、直流负载线一、直流负载线ICUCEUCEIC满足什么关系？满足什么关系？1. 三极管的输出特性。三极管的输出特性。2. UCE=ECICRC 。ICUCEECCCREQ直流直流负载线负载线与输出与输出特性的特性的交点就交点就是是Q点点IB直流通道直流通道RB+ECRC2.3.2 图解法图解法 1、直流负载线和交流负载线、直流负载线和交流负载线二、交流负载线二、交流负载线icLcecRui1其中：其中：CLLRRR/uceRBRCRLuiuo交流通路交流通路iC 和和 uCE是全量，与交流量是全量，与交流量ic和和uce有如下关系有如下关系CciiCEceuu所以：

50、所以：LCECRui1即：交流信号的变化沿着斜率为：即：交流信号的变化沿着斜率为：LR1的直线。的直线。这条直线通过这条直线通过Q点，称为点，称为交流负载线交流负载线。交流负载线的作法交流负载线的作法ICUCEECCCREQIB过过Q点作一条直线，斜率为：点作一条直线，斜率为：LR1交流负载线交流负载线2.3.3 等效电路法等效电路法 1）静态分析）静态分析一、估算法一、估算法（1）根据直流通道估算）根据直流通道估算IBIBUBEBBECBRUEIBCRE7 . 0BCRERB称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏偏置电流置电流。+EC直流通道直流通道RBRC（2）根据直流通道估算）根据直流

51、通道估算UCE、IBICUCECEOBCIIICCCCERIEUBI直流通道直流通道RBRC二、图解法二、图解法先估算先估算 IB ，然后在输出特性曲线上作出直，然后在输出特性曲线上作出直流负载线，与流负载线，与 IB 对应的输出特性曲线与直流负对应的输出特性曲线与直流负载线的交点就是载线的交点就是Q点。点。ICUCEBBECBRUEIQCCREEC例：例：用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。已知：已知：EC=12V，RC=4k ，RB=300k ， =37.5。解：解：A40mA04. 030012BCBREImA51040537.IIIBBCV645 . 112CCCCCERI

52、UU请注意电路中请注意电路中IB 和和IC 的数量级。的数量级。2） 动态分析动态分析一、三极管的微变等效电路一、三极管的微变等效电路1. 输入回路输入回路iBuBE当信号很小时，将输入特性当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。在小范围内近似线性。 uBE iBbbeBBEbeiuiur对输入的小交流信号而言，对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻三极管相当于电阻rbe。)mA()mV(26)1 ()(300EbeIrrbe的量级从几百欧到几千欧。的量级从几百欧到几千欧。对于小功率三极管：对于小功率三极管：2. 输出回路输出回路iCuCE)(bBcCCiIiIibBiI所以：所以：bc

53、ii(1) 输出端相当于一个受输出端相当于一个受ib 控制控制的电流源。的电流源。近似平行近似平行(2) 考虑考虑 uCE对对 iC的影响，输出的影响，输出端还要并联一个大电阻端还要并联一个大电阻rce。cceceiurrce的含义的含义 iC uCEubeibuceicubeuceicrce很大，很大，一般忽略。一般忽略。3. 三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路rbe ibib rcerbe ibibbce等等效效cbe二、放大电路的微变等效电路二、放大电路的微变等效电路将交流通道中的三极管用微变等效电路代替将交流通道中的三极管用微变等效电路代替:交流通路交流通路RBRCRLuiuou

54、irbe ibibiiicuoRBRCRL三、电压放大倍数的计算三、电压放大倍数的计算bebirIULboRIUbeLurRALCLRRR/特点：特点：负载电阻越小，放大倍数越小。负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbI四、输入电阻的计算四、输入电阻的计算对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。输入电阻的定义：输入电阻的定义：iiiIUr是动态电阻。是动态电阻。rbeRBRCRLiUiIbIcIoUbIbeBrR /beriiiI

55、Ur电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。五、输出电阻的计算五、输出电阻的计算对于负载而言，放大电路相当于信号源，对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。内阻就是输出电阻。计算输出电阻的方法：计算输出电阻的方法：(1) 所有电源置零，然后计算电阻（对有受控所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。源的电路不适用）。(2) 所有独立电源置零，保留受控源，加压求所有独立

56、电源置零，保留受控源，加压求流法。流法。CoooRIUr所以：所以：用加压求流法求输出电阻：用加压求流法求输出电阻：oUrbeRBRCiIbIcIbI00oI2.3.4 失真分析失真分析在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线非线性失真性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流设置在交流负载线的中间部分。如果负载线的中间部分。如果Q设置不合适，

57、信号进入截设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。止区或饱和区，造成非线性失真。iCuCEuo可输出的可输出的最大不失最大不失真信号真信号选择静态工作点选择静态工作点ibiCuCEuo1. Q点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区放大电路产生放大电路产生截止失真截止失真输出波形输出波形输入波形输入波形ibiCuCE2. Q点过高，信号进入饱和区点过高，信号进入饱和区放大电路产生放大电路产生饱和失真饱和失真ib输入波输入波形形uo输出波形输出波形2.4 静态工作点的稳定静态工作点的稳定为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态

58、工作点。但是，温度的变化严重影响静稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。态工作点。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由作点由UBE、 和和ICEO 决定，这三个参数随温度而变决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。TUBE ICEOQ一、温度对一、温度对UBE的影响的影响iBuBE25C50CTUBEIBICBBECBRUEI二、温度对二、温度对 值及值及ICEO的影响的影响T 、 ICEOICiCuCEQQ 总的效果是：总的效果是：温度上升时，温

59、度上升时，输出特性曲输出特性曲线上移，造线上移，造成成Q点上移。点上移。小结：小结：TIC 固定偏置电路的固定偏置电路的Q点是不稳定的。点是不稳定的。 Q点点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、置电路，当温度升高、 IC增加时，能够自动增加时，能够自动减少减少IB，从而抑制，从而抑制Q点的变化。保持点的变化。保持Q点基本点基本稳定。稳定。常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。电路见下页。分压式偏置电路：分压式偏

60、置电路：RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo一、静态分析一、静态分析I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路直流通路BII 22121BBCRREII22BBRIU CBBBERRR212EEBEBBERIUUUUEBEBEBECRURUUIII1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE2直流通路直流通路EBCRUI可以认为与温度无关。可以认为与温度无关。似乎似乎I2越大越好，越大越好，但是但是RB1、RB2太小，太小，将增加损耗，降低输将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取入电阻。因此一般取几十几十k 。I1I2IBRB1+ECRCC1TRB2RE1RE