模拟电子技术教程

1、模拟电子技术教程 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap01/Chap1.htm 一、绪论二、半导体二极管及其基本电路 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap03/Chap1.htm 三、半导体三极管及放大电路 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap04/Chap1.htm 四、场效应管放大电路 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap05/Chap1.htm 五、功率放大电路 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap06/Chap1.htm 六、集成电路运算

2、放大器 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap07/Chap1.htm 七、反馈放大电路 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap08/Chap1.htm 八、信号的运算及处理电路 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap09/Chap1.htm 九、信号产生电路 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap10/Chap1.htm 十、直流稳压电源二、半导体二极管及其基本电路基本要求正确理解：PN结的形成及单向导电性 熟练掌握：普通二极管、稳压二极管的外特性及主要参数 能够查阅电子器件相关手

3、册 难点重点1结的形成（1）当型半导体和型半导体结合在一起时，由于交界面处存在 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Chap02.htm o P型区内空穴是多子，电子是少子，而N型区内电子是多子，空穴是少子。 载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Chap02.htm o P型区内的空穴要向N型区扩散，N型区的电子也要向P型区扩散。 从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使区和区中原来的电中性条件破坏了。区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，区一

4、侧因失去电子而留下不能移动的正离子。这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷，它们集中在区和区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的结。图（1）浓度差使载流子发生扩散运动 （2）在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为耗尽层。（3）区一侧呈现负电荷，区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由区指向区的电场，由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。图（2）内电场形成 （4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是 HYPERLINK /netcollege/analog/C

5、hap02/Chap02.htm o 因为这个电场的方向与载流子扩散运动的方向相反 内电场将阻碍多子的扩散，二是P区和N区的少子一旦靠近PN结，便在内电场的作用下漂移到对方， HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Chap02.htm o 从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区失去的空穴，而从P区漂移到N区的电子补充了原来交界面上N区所失去的电子，这样就使空间电荷区变窄。 使空间电荷区变窄。（5）因此，扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散；而漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。当扩

6、散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Chap02.htm o 此时，有多少个多子扩散到对方，便必定有多少个少子从对方漂移回来。 结处于动态平衡。2结的单向导电性（1） HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o P区接电源正极，N区接电源负极外加正向电压（正偏）在外电场作用下，多子将向结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移，扩散运动起

7、主要作用。结果，区的多子空穴将源源不断的流向区，而区的多子自由电子亦不断流向区，这两股载流子的流动就形成了结的正向电流。（2） HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o P区接电源负极，N区接电源正极外加反向电压（反偏）在外电场作用下，多子将背离结移动，结果使空间电荷区变宽，内电场被增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散，漂移运动起主要作用。漂移运动产生的漂移电流的方向与正向电流相反，称为反向电流。因少子浓度很低，反向电流远小于正向电流。当温度一定时，少子浓度一定，反

8、向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流。3.二极管的基本应用电路（1）限幅电路-利用二极管的单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点组成。（2）箝位电路-将输出电压箝位在一定数值上。 注：黑色-输入信号，蓝色-输出信号，波形为用仿真结果。内容提要：2.1半导体的基本知识1半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，半导体具有光敏、热敏和掺杂特性。2 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o 不含杂质的半导体本征半导体（1）在0K时，本征半导体中没有 HYPERLIN

9、K ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o 运载电核的粒子载流子，呈绝缘体特性。（2）温度升高 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o 当温度升高或受到光线照射时，某些共价键中的价电子从外界获得足够的能量，从而增脱共价键的束缚，离开原子而成为自由电子，同时在共价键中留下相同数量空位的现象。热激发 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D

10、|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o 价电子为相邻两个原子所共有的结构共价键中 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o 最外层的电子价电子进入 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o 挣脱共价建束缚的自由电子所占据的能带导带自由电子+ HYPERLINK ./Local Sett

11、ings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o 由于带负电荷的价电子依次填补空位的作用与带正电荷的粒子作反向运动的效果相同，因此，可以把空位看作带正电荷的粒子，称之为空穴。空穴。（3）两种载流子：导带中的自由电子，电荷极性为负； HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o 价电子所占据的能带价带中挣脱共价键束缚的价电子所剩下的空穴，电荷极性为正。（4） HYPERLINK ./Local Sett

12、ings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm热激发条件下，只有少数价电子挣脱共价键的束缚，进入导带形成电子空穴对，所以本征半导体导电率很低。3 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o 掺入杂质的半导体杂质半导体（1）两种杂质半导体： HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm型

13、-掺入微量五价元素； HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o Positive 的缩写型-掺入微量三价元素。（2）两种浓度不等的载流子： HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o 即多数载流子多子-由掺杂形成， HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap0

14、7/Content1.htm o 即少数载流子少子-由热激发产生。（3）一般情况下，只要掺入极少量的杂质，所增加的多子浓度就会远大于室温条件下 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o 即热激发本征激发（观看 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Movie4.swf 本征激发动画）所产生的载流子浓度。所以，杂质半导体的导电率高。（4）杂质半导体呈电中性。 4半导体中载流子的运动方式（1）漂移运动-载流子在外加电场作用下的定向移动。（2

15、）扩散运动-因浓度梯度引起载流子的定向运动。2.2结的形成及特性1结的形成当型半导体和型半导体结合在一起的时侯，由于交界面处存在载流子浓度的差异多子扩散产生 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o P区和N区交界面附近，由不能移动的带电粒子所形成的一个很薄区域。空间电荷区又称为耗尽层空间电荷区和 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o 由载流

16、子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。方向由N区指向P区内电场内电场阻碍多子扩散，有利少子漂移当扩散和漂移达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即结。 2结的单向导电性 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o P区接电源正极，N区接电源负极外加正向电压多子向结移动，空间电荷区变窄，内电场减弱扩散运动大于漂移运动正向电流。 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/C

17、hap07/Content1.htm o P区接电源负极，N区接电源正极外加反向电压多子背离结移动，空间电荷区变宽，内电场增强漂移运动大于扩散运动反向电流。当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流。2.3半导体 HYPERLINK /netcollege/Documents%20and%20Settings/Rhett/桌面/www 二极管1半导体二极管按其结构的不同可分为 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Content2.htm o 特点是PN结面积小，因此结电容小，适用于高频、小电流的场合。 点接触型、 HYPE

18、RLINK /netcollege/analog/Chap02/Content2.htm o 特点是结面积大，因而能通过较大的电流，但其结电容也大，只能工作在较低频率下（几十千赫兹以下），主要应用于整流等低频电路中。 面接触型和平面型这样几类。2伏安特性 它可划分为三个部分： （1）正向特性( HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o 阳极接电源正极，阴极接电源负极外加正向电压)当正向电压超过某一数值后，二极管才有明显的正向电流，该电压值称为 HYPERLINK /ne

19、tcollege/analog/Chap02/Content2.htm o 导通电压又称门坎电压或阈值电压 导通电压，用th表示。在室温下，硅管的th约为0.5V，锗管的th约为0.1V。当流过二极管的电流比较大时，二极管两端的电压几乎维持恒定，硅管约为0.60.8（通常取0.7），锗管约为0.20.3V（通常取0.2）。（2）反向特性( HYPERLINK ./Local Settings/Temp/D|/Backup/Documents/模拟/Analog/Chap07/Content1.htm o 阳极接电源负极，阴极接电源正极外加反向电压)在反向电压小于反向击穿电压的范围内，由少数载流

20、子形成的反向电流很小，而且与反向电压的大小基本无关。由二极管的正向与反向特性可直观的看出：二极管是 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Content2.htm o 参数随激励量的大小而变化的器件 非线性器件；二极管具有单向导电性。（3）反向击穿特性当反向电压增加到某一数值BR时，反向电流急剧增大，这种现象叫做二极管的反向击穿。3电容效应： HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Content2.htm o 由耗尽层引起的。耗尽层中的电荷量随外加电压变化而增减的特性类似于电容的充放电效应，称为势垒电容。 势垒电容与 HYPE

21、RLINK /netcollege/analog/Chap02/Content2.htm o 由耗尽层外侧的非平衡载流子积累引起的 扩散电容4主要参数器件的参数是其特性的定量描述，是我们正确使用和合理选择器件的依据。（1）正向- HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Content2.htm o 它是二极管长期运行时允许通过的最大正向平均电流，由PN结的结面积和外界散热条件所决定。 最大整流电流F（2）反向- HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Content2.htm o 二极管反向击穿时的电压值，手册以其一半作为最高反向

22、工作电压。 反向击穿电压BR HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Content2.htm l 02 2.4二极管应用电路1分析方法： 二极管是一种非线性器件，因而由二极管构成的电路一般要采用非线性电路的分析方法。（1） HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Content3.htm o 图解法是分析非线性电路的一种基本方法 图解分析法其步骤为：把电路分为线性和非线性两部分；在同一坐标上分别画出非线性部分的伏安特性和线性部分的特性曲线；由两条特性曲线的交点求电路的和。（2） HYPERLINK /netcollege/ana

23、log/Chap02/Content3.htm o 根据二极管在电路中的实际工作状态，在分析精度允许的条件下，用一个线性电路模型代替实际的二极管。 模型分析法（非线性器件线性化处理）理想二极管模型-正向导通时，压降为0；反向截止时，电流为0。恒压降模型-当二极管工作电流较大时，其两端电压为常数（通常硅管取0.7V，锗管取0.2V）。 交流小信号模型-若电路中除有直流电源外，还有交流小信号，则对电路进行交流分析时，二极管可等效 为交流电阻 rd=26mV/IDQ (IDQ为静态电流）2二极管应用电路（1）限幅电路-利用二极管单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点组成，将信号限定在某一范围中 变

24、化，分为单限幅和双限幅电路。多用于信号处理电路中。（2）箝位电路-将输出电压箝位在一定数值上。 （3）开关电路-利用二极管单向导电性以接通和断开电路，广泛用于数字电路中。 （4）整流电路-利用二极管单向导电性，将交流信号变为直流信号，广泛用于直流稳压电源中。 （5）低电压稳压电路-利用二极管导通后两端电压基本不变的特点，采用几只二极管串联，获得3V以下输 出电压2.5特殊二极管1稳压二极管（1）工作原理稳压管是一种特殊的二极管，它利用结反向击穿后特性陡直的特点，在电路中起稳压作用。稳压管工作在反向击穿状态。 （2）主要参数： HYPERLINK /netcollege/analog/Chap0

25、2/Content4.htm o 当通过稳压管的电流为规定电流时稳压管两端的电压值 稳定电压z、 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Content4.htm o 稳压管正常工作时的参考电流。电流低于此值时，稳压效果略差，高于此值时，只要不超过额定功耗都可以正常工作，且电流愈大，稳压效果愈好。 稳定电流z、 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Content4.htm o 管子允许通过的最大电流 最大工作电流zM和 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Content4.htm o 最大工

26、作电流和稳定电压的乘积，它是由管子的温升所决定的参数。 最大耗散功率zM2发光二极管 发光二极管是一种将电能转化为光能的特殊二极管。发光二极管简写成了 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Content4.htm o Light Emitting Diode的缩写 ，其基本结构是一个结，它的特性曲线与普通二极管类似，但正向导通电压 一般为12，正向工作电流一般为几几十毫安。3光电二极管光电二极管又叫光敏二极管，是一种将光信号转换为电信号的特殊二极管。4变容二极管 利用二极管结电容随反向电压的增加而减少的特性制成的电容效应显著的二极管。多于高频技术中。例题分析

27、：例1求图所示电路的静态工作点电压和电流。解：（1）图解分析法 首先把电路分为线性和非线性两部分，然后分别列出它们的端特性方程。在线性部分，其端特性方程为1将相应的负载线画在二极管的伏安特性曲线上，如图所示，其交点便是所求的（Q，Q）。（2）模型分析法 理想二极管模型0，1恒压降模型设为硅管，0.7V，（1） 例2如何用万用表的“欧姆”档来判别一只二极管的正、负极？分析 ：指针型万用表的黑笔内接直流电源的正端，而红笔接负端。利用二极管的单向导电性，其正向导通电阻一般在几百欧几千欧，而反向偏置电阻一般在几百千欧以上。测量时，利用万用表的“R100”和“R1K”档，若两个数值比值在100以上，认为

28、二极管正常，否则认为二极管的单向导电性已损坏。例3图所示电路中，设为理想二极管，试画出其传输特性曲线（oi）。解：（1）i0当0i2.5V时，1导通，假设此时2尚未导通，则o=(2/3)(vi-2.5)+2.5V；令o=10V，则i=13.75V，可见当i13.25V时，1、2均导通，此时o=10V。传输特性曲线略。例4试判断图中二极管是导通还是截止？并求出AO两端电压A0。设二极管为理想的。 解： 分析方法 ：（1）将D1、D2从电路中断开，分别出D1、D2两端的电压；（2）根据二极管的单向导电性，二极管承受正向电压则导通，反之则截止。若两管都承受正向电压，则正向电压大的管子优先导通，然后再

29、按以上方法分析其它管子的工作情况。本题中：12=12V，34=12+4=16V，所以D2优先导通，此时，12=-4V，所以D1管子截止。A0 = -4V。例5两个稳压管的稳压值Z1=5V，Z2=7V，它们的正向导通压降均为0.6V，电路在以下二种接法时，输出电压o为多少？若电路输入为正弦信号I=20sint（V），画出图（a）输出电压的波形。解：图（a）中D1、D2都承受反向偏压，所以输出电压o=Z1+Z2=5V+7V=12V若输入正弦信号I=20sint（V）：在输入信号正半周， 若 I -1.2V稳压管处于截止状态，o=I；若 I -1.2V稳压管处于正向导通状态，o=-1.2V。图（b）

30、中D1承受正向电压、D2承受反向偏压，所以输出电压o=0.6V+7V=12.6V 。单元检测：1、结外加正向电压时，扩散电流_漂移电流，耗尽层_。2、（1）在图所示的电路中，当电源V=5V时，测得I=1mA。若把电源电压调整到V=10V，则电流的大小将是_。 A.I=2mAB.I2mA （2）设电路中保持V=5V不变。当温度为20摄氏度时，测得二极管正向电压P=0.7V。当温度上升到40摄氏度时，则P的大小是_。A.仍等于0.7VB.大于0.7 C.小于0.7V 3、图中D1-D3为理想二极管，A，B，C灯都相同，试问哪个灯最亮？4、设硅稳压管Dz1和Dz2的稳定电压分别为5V和10V，求图中

31、电路的输出电压Uo。已知稳压管的正向压降为0.7V。 5、图所示的电路中，Dz1和Dz2为稳压二极管，其稳定工作电压分别为6V和7V，且具有理想的特性。由此可知输出电压Uo为_。 6、图所示电路，设Ui=sint(V)，V=2V，二极管具有理想特性，则输出电压Uo的波形应为图示_图。 7、判断图所示电路中各二极管是否导通,并求A,B两端的电压值。设二极管正向压降为0.7V。 8、二极管最主要的特性是_，它的两个主要参数是反映正向特性的_和反映反向特性的_。9、用一只万用表不同的欧姆档测得某个二极管的电阻分别为250和1.8K（1）产生这种现象的原因是_。（2）两个电阻值对应的二极管偏置条件是：

32、250为_偏，1.8K为_偏。10、图所示电路中，D为理想二极管，设Vi=15sint（V），试画出输出电压Vo的波形。三、半导体三极管及放大电路基本要求熟练掌握：放大电路的组成原则；共射、共集和共基组态放大电路工作原理；静态工作点；用小信号模型分析法分析增益、输入电阻和输出电阻；多级放大电路的工作原理，增益的计算 正确理解：图解分析法；放大电路的频率响应 一般了解：频率失真 难点重点1半导体三极管内部载流子的传输过程（1）发射区向基区注入电子由于发射结外加正向电压，发射结的内电场被削弱，有利于该结两边半导体中多子的扩散。流过发射极的电流由两部分组成：一是发射区中的多子自由电子通过发射结注入到

33、基区，成为集区中的非平衡少子而形成的电子电流EN，二是基区中的多子空穴通过发射结注入到发射区，成为发射区的非平衡少子而形成的空穴电流EP。由于基区中空穴的浓度远低于发射区中电子的浓度，因此，与电子电流相比，空穴的电流是很小的，即E=EN+EP（而ENEP）（2）非平衡载流子在基区内的扩散与复合由发射区注入基区的电子，使基区内少子的浓度发生了变化，即靠近发射结的区域内少子浓度最高，以后逐渐降低，因而形成了一定的浓度梯度。于是，由发射区来的电子将在基区内源源不断地向集电结扩散。另一方面，由于基区很薄，且掺杂浓度很低，因而在扩散过程中，只有很少的一部分会与基区中的多子（空穴）相复合，大部分将到达集电

34、结。（3）集电区收集载流子由于集电结外加反向电压，集电结的内电场被加强，有利于该结两边少子的漂移。流过集电极的电流C，除了包括由基区中的热平衡少子电子通过集电结形成的电子电流CN2和集电区中的热平衡少子空穴通过集电结形成的空穴电流CP所组成的反向饱和电流CBO以外，还包括由发射区注入到基区的非平衡少子自由电子在基区通过边扩散、边复合到达集电结边界，而后由集电结耗尽层内的电场将它们漂移到集电区所形成的正向电子传输电流CN1，因此C=CN1+CN2+CP=CN1+CBO式中CBOCN2+CP基极电流由以下几部分组成：通过发射结的空穴电流EP，通过集电结的反向饱和电流CBO以及EN转化为CN1过程中

35、在基区的复合电流（EN-CN1），即B=EP+（EN-CN1）-CBO2放大电路的动态分析（图解法）放大电路输入端接入输入信号vi后的工作状态，称为动态。在动态时，放大电路在输入信号vi和直流电源Vcc共同作用下工作，这时候，电路中既有直流分量，又有交流分量，形成了交、直流共存于同一电路之中的情况，各极的电流和各极间的电压都在静态值的基础上叠加一个随输入信号vi作相应变化的交流分量。一般用放大电路的交流通路来分析放大电路中各个交流量的变化规律及动态性能。所谓交流通路是指交流电流流经的路径。由放大电路画交流通路的原则是：（1）由于交流通路中只考虑交流信号的作用，直流电源Vcc内阻很小，将它作短路

36、处理；（2）由于耦合电容和旁路电容足够大，对交流量可视为短路。注意，在交流通路中的电流、电压都是交流量。对放大电路的动态分析，主要采用图解法和微变等效电路法。在这里，我们讨论图解法。图解法的思路是先根据输入信号vi的的变化规律，在输入特性曲线上画出iB的波形，然后根据iB的变化规律在输出特性曲线上画出iC和vCE的波形。1）根据vi在输入特性曲线上求iB2）画出交流负载线在动态时，放大电路输出回路的iC和vCE，既要满足三极管的伏安特性曲线，又要满足外部电路的伏安关系。交流负载线是有信号时放大电路工作点的轨迹，是交、直流共存的情况。3）由输出特性曲线和交流负载线求iC和vCE由图解分析，可得出

37、如下几个重要结论：1）三极管各极间电压和各电极的电流都是由两个分量线性叠加而成的脉动量，其中一个是由直流电源Vcc引起的直流分量，另一个是随输入信号vi而变化的交流分量。虽然这些电流电压的瞬时值是变化的，但它们的方向是始终不变的。2）当输入信号vi是正弦波时，电路中各交流分量都是与输入信号vi同频率的正弦波，其中vbe、ib、ic与vi同相，而vce、vo与vi反相。输出电压与输入电压相位相反，这种现象称为“倒相”，是共射放大电路的一个重要特征。3）输出电压vo和输入电压vi不但是同频率的正弦波，而且vo的幅度比vi的幅度大得多，这说明，vi经过电路被线性放大了。还可以看出，只有输出信号的交流

38、分量才是反映输入信号变化的，所以我们说的放大作用，只能是输出的交流分量和输入信号的关系，而绝对不能把直流分量也包含在内。图解分析法的特点：直观、形象，有助于建立一些重要概念，如交、直流共存，静态和动态。内容提要：3.1半导体三极管1半导体三极管的结构（1）半导体三极管从结构上可分为NPN型和PNP型两大类，它们均由 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/48.htm l # o 发射区e 基区b 集电区c三个掺杂区和 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/48.htm l # o 发射结Je 集电结Jc两个背靠背的PN结构成，但两类三极管的电

39、压极性和电流方向相反。（2）三个电极：基极 b、集电极 c、和发射极 e。从后面工作原理的介绍中可以看到，发射极和集电极的命名是因为它们要分别发射与接收载流子。（3）内部结构特点：发射区的掺杂浓度远大于集电区的掺杂浓度；基区很薄，且掺杂浓度最低。（4）三个区作用：发射区发射载流子、基区传输和控制载流子、集电区收集载流子。2电流的分配和控制作用（1）条件 内部条件：三极管的结构。外部条件：发射结正偏、集电结反偏。 对NPN型：c B E Si管：BE=0.7V Ge管：BE=0.2V 对PNP型：c B1V时的输入特性曲线簇。（2）输出特性曲线输出特性曲线是指当B为某一常数时，C和CE之间的关系

40、，可分为三个区：截止区：发射结反偏，集电结反偏，发射区不能发射载流子，B0，C0。放大区：发射结正偏，集电结反偏。其特点是：BE0.7V(或0.2V)，B0，C与B成线性关系,几乎与 CE无关。饱和区：发射结正偏，集电结正偏，随着集电结反偏电压的逐渐减小（并转化为正向偏压），集电结的空间电荷 区变窄，内电场减弱，集电结收集载流子的能量降低，C不再随着B作线性变化，出现发射极发射有 余，而集电极收集不足现象。其特点是：CE很小，在估算小功率管时，对硅管可取0.3V（锗0.1V）。 对PNP型管，由于电压和电流极性相反，所以特性在第三象限。4主要参数电流放大倍数，集电极最大允许电流CM，集电极耗散

41、功率PCM，反向击穿电压（BR）CEO等3.2共射极放电电路1放大的原理和本质（以共发射极放大电路为例）交流电压i通过电容1加到三极管的基极，从而使基极和发射极两端的电压发生了变化：由BEBE i，由于PN结的正向特性很陡，因此BE的微小变化就能引起E发生很大的变化：由EE+ E，由于三级管内电流分配是一定的，因此B和C作相同的变化，其中CC +C。C流过电阻c，则c上的电压也就发生变化：由RcRc +Rc。由于CE=CC-Rc，因此当电阻c上的电压随输入信号变化时，CE也就随之变化，由CECE+CE，CE中的变化部分经电容2传送到输出端成为输出电压o。如果电路参数选择合适，我们就能得到比i大

42、得多的o。所以，放大作用实质上是放大器件的控制作用，是一种小变化控制大变化。2放大电路的特点 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/49.htm l # o 直流是基础，交流是对象。交直流共存和 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/49.htm l # o 因器件的非线性而产生的波形失真非线性失真3放大电路的组成原则 正确的 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/49.htm l # o 发射结正偏、集电结反偏外加电压极性、 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/49.htm l # o

43、Q点设置要合理。当信号幅度较大时，Q点在交流负载线中点；当信号幅度较小时Q点可设置低些。合适的直流基础、通畅的交流信号传输路径4放大电路的两种工作状态（1）静态：输入为0，B、C、CE都是直流量。（2）动态：输入不为0，电路中电流和电压都是直流分量和交流分量的叠加。保证在直流基础上实现不失真放 大。5放大电路的分析步骤（1）先进行静态分析：用放大电路的直流通路。 直流通路：直流信号的通路。放大电路中各电容开路即可得到。（2）在静态分析的基础上进行动态分析：用放大电路的交流通路。 交流通路：交流信号的通路。放大电路中各电容短接，直流电源交流短接即可得到。3.3 HYPERLINK ./Local

44、 Settings/Temp/50.htm l # o 以管子的输入、输出特性为基础，对电路进行静态和动态分析图解分析法1静态分析（1）先分析输入回路首先把电路分为线性和非线性两部分，然后分别列出它们的端特性方程。在线性部分，其端特性方程为BECCB*B将相应的负载线画在三极管的输入特性曲线上，其交点便是所求的（BQ，BQ）。（2）再分析输出回路用同样的方法，可得到输出回路的负载线方程（直流负载方程）为CECCC*C将相应的负载线（直流负载线，斜率为1/Rc）画在三极管的输出特性曲线上，找到与B=BQ相对应的输出特性曲线，其交点便是所求的（CQ，CEQ）。2动态分析（参阅 HYPERLINK

45、/netcollege/analog/Chap03/Chap2.htm 难点重点）交流负载线：是放大电路有信号时工作点的轨迹，反映交、直共存情况。其特点为过静态工作点Q、斜率为 1/（Rc/RL）。3放大电路的非线性失真及最大不失真输出电压（1）饱和失真：静态工作点偏高，管子工作进入饱和区（NPN管，输出波形削底；PNP管，输出波形削顶）（2）截止失真：静态工作点偏低，管子工作进入截止区（NPN管，输出波形削顶；PNP管，输出波形削底） （3）最大不失真输出电压Vom如图 Vom1=VCE-VCES 且因为ICEO趋于0 ， Vom2=CQ*（C/L）所以Vom为Vom1及Vom2中较小者，以

46、保证输出波形不失真。 4图解分析法的特点图解分析法的最大特点是可以直观、全面地了解放大电路的工作情况，并能帮助我们理解电路参数对工作点的影响，并能大致估算动态工作范围，另外还可帮助我们建立一些基本概念，如交直流共存、非线性失真等。图解分析法实例（工作点移动对输出波形的影响），3.4 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/51.htm l # o 适用条件：小信号、交流、低频小信号模型分析法指导思想：在一定条件下，把半导体三极管所构成的非线性电路转化为线性电路。1半导体三极管的小信号模型（1）三极管小信号模型的引出，是把三级管作为一个线性有源双口网络，列出输入和输出回路

47、电压和电流的关系，然后利用取全微分或泰勒展开的方法得到参数小信号模型。（2）关于小信号模型的讨论：小信号模型中的各参数，如be、均为微变量，其值与静态工作点的位置有关，并非常数。受控电流源的大中、流向取决于b小信号模型适用的对象是变化量，因此电路符号不允许出现反映直流量或瞬时总量的大下标符号。2用H参数小信号模型分析共射基本放大电路（1）画出小信号等效电路 方法：先画出放大电路的交流通路（电容及电源交流短接），然后将三极管用小信号模型代替。（2）求电压放大倍数（3）求输入电阻（4）求输出电阻以下给出了一共射基本放大电路的分析过程， HYPERLINK /netcollege/analog/Ch

48、ap03/Movie8.swf 观看动画。3.5放大电路的工作点稳定问题偏置电路：一是提供放大电路所需的合适的静态工作点；二是在环境温度、电源电压等外界因素变化时，保持静态工作点的稳定。1温度对放大电路静态工作点的影响VBE、CBOC静态工作点变化，可能导致放大电路输出波形失真。2稳定静态工作点方法：在放大电路中引电流负反馈（常用射极偏置电路）、采用 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/51.htm l # o 电路中用其它温度敏感元件抵消三极管参数随温度变化的影响补偿法。3射极偏置电路稳定静态工作点的过程：（1）利用b1和b2组成的分压器以固定基极电位；（2）利用

49、e产生的压降反馈到输入回路，改变BE，从而改变C。3.6共射极电路、共集电极电路和共基极电路特点1共射极电路 共射极电路又称反相放大电路，其特点为电压增益大，输出电压与输入电压反相，低频性能差，适用于低频、和多级放大电路的中间级。2共集电极电路共集电极电路又称射极输出器、电压跟随器，其特点是：电压增益小于1而又近似等于1，输出电压与输入电压同相，输入电阻高，输出电阻低，常用于多级放大电路的输入级、输出级或缓冲级。3共基极电路电路特点：输出电压与输入电压同相，输入电阻底，输出电阻高，常用于高频或宽频带电路。3.7放大电路的频率响应1频率响应的基本概念（1）频率响应：放大电路对不同频率的稳态响应。

50、（2）频率失真：包括幅度失真和相位失真，均属于 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/52.htm l # o 没有产生新的频率分量线性失真。2RC低通电路的频率响应（1）幅频响应：（2）相频响应：=-argtg(H) 3RC高通电路的频率响应RC高通电路与RC低通电路成对偶关系。4波特图为了能同时观察到低频和高频段幅频变化特性，在绘制幅频特性曲线时，通常横坐标和纵坐标均采用对数坐标形式，称之为波特图。5放大电路存在频率响应的原因放大电路存在容抗元件（例如外接的耦合电容、旁路电容和三极管的极间电容），使的放大电路对不同频率的输出不同。通常外接电容可以等效为RC高通电路

51、，因而影响下限频率，而三极管的极间电容可以等效为RC低通电路，因而影响上限频率。例题解析：例1半导体三极管为什么可以作为放大器件来使用，放大的原理是什么？试画出固定偏流式共发射极放大电路的电路图，并分析放大过程。答：放大的原理是利用小信号对大信号的控制作用，利用BE的微小变化可以导致C的大变化。固定偏流式共发射极放大电路的放大过程，参阅“ HYPERLINK /netcollege/analog/Chap03/Content2.htm 内容提要第2页”。例2电路如图所示，设半导体三极管的=80，试分析当开关K分别接通A、B、C三位置时，三级管各工作在输出特性曲线的哪个区域，并求出相应的集电极电

52、流Ic。 解：（1）当开关置A，在输入回路Bb+BE=Vcc，可得B=Vcc/b=0.3mA假设工作在放大区，则C=B=24mA，CE=Vcc-Cep且为某一定值，如果在漏源间加上正向电压DS，DS将在沟道中产生自漏极指向源极的电场，该电场使得N沟道中的多数载流子电子沿着沟道从源极漂移到漏极形成漏极电流D。由于导电沟道存在电阻，D流经沟道产生压降，使得沟道中各点的电位不再相等，于是沟道中各点与栅极间的电压不再相等，也就是加在PN结两端的反向偏置电压不再相等，近源端PN结上的反向电压最小，近漏端的反向电压最大，结果使耗尽区从漏极到源极逐渐变窄，导电沟道从等宽到不等宽，呈楔形分布，如图（a）所示。

53、随着DS的增大，D增大，沟道不等宽的现象变得明显，当DS增大到某一值时，近漏端的两个耗尽区相遇，这种情况称为预夹断，如图（b）所示。继续增大DS，夹断点将向源极方向延伸，近漏端出现夹断区，如图（c）所示。由于栅极到夹断点A之间的反向电压GA不变，恒为P，因此夹断点到源极之间的电压也就恒为GS-P，而DS的增加部分将全部加在漏极与夹断点之间的夹断区上，形成较强的电场。在这种情况下，从漏极向夹断点行进的多子自由电子，一旦到达夹断点就会被夹断区的电场漂移到漏极，形成漏极电流。一般情况下，夹断区仅占沟道长度的很小部分，因此DS的增大而引起夹断点的移动可忽略，夹断点到源极间的沟道长度可以认为近似不变，同

54、时，夹断点到源极间的电压又为一定值，所以可近似认为D是不随DS而变化的恒值。3MOSFET的工作原理（以N沟道增强型器件为例）MOS管是指由金属（Metal）、氧化物（Oxide）、半导体（Semiconductor）三种材料构成的三层器件。具体内部结构， HYPERLINK /netcollege/analog/Chap04/Movie14.swf 观看动画。（1）栅源间电压GS对D的控制当栅源间无外加电压时，由于漏源间不存在导电沟道，所以无论在漏源间加上何种极性的电压，都不会产生漏极电流。正常工作时，栅源间必须外加电压以使导电沟道产生，导电沟道产生过程如下：当在栅源间外加正向电压GS时，外

55、加的正向电压在栅极和衬底之间的i2绝缘层中产生了由栅极指向称底的电场，由于绝缘层很薄（0.1um左右），因此数伏电压就能产生很强的电场。该强电场会使靠近i2一侧P型硅中的多子（空穴）受到排斥而向体内运动，从而在表面留下不能移动的负离子，形成耗尽层。耗尽层与金属栅极构成类似的平板电容器。随着正向电压GS的增大，耗尽层也随着加宽，但对于P型半导体中的少子（电子），此时则受到电场力的吸引。当GS增大到某一值时，这些电子被吸引到P型半导体表面，使耗尽层与绝缘层之间形成一个 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/24.htm l # o 多数载流子为电子N型薄层，鉴于这个N型薄

56、层是由P型半导体转换而来的，故将它称为反型层。反型层与漏源间的两个N型区相连，成为漏源间的导电沟道。这时，如果在漏源间加上电压，就会有漏极电流产生。人们将开始形成反型层所需的GS值称为开启电压，用GS(on)（或T）表示。显然，栅源电压GS越大，作用于半导体表面的电场越强，被吸引到反型层中的电子愈多，沟道愈厚，相应的沟道电阻就愈小。 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap04/Movie11.swf 观看动画（2）漏源电压DS对沟道的影响D流经沟道产生压降，使得栅极与沟道中各点的电位不再相等，也就是加在“平板电容器”上的电压将沿着沟道产生变化，导电沟道从等宽到不等宽

57、，呈楔形分布。余下情况的分析与JFET类似。 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap04/Movie12.swf 观看动画对照读物：谢嘉奎等编 HYPERLINK /netcollege/analog/Refer_Book/Book1.htm 电子线路（线性部分）第四版北京：高等教育出版社，谢嘉奎等编电子线路（线性部分）第三版北京：高等教育出版社，4场效应管放大电路场效应管和半导体三极管一样能实现信号的控制作用，所以也能组成放大电路，不同的是，半导体三极管是通过基极电流来控制集电极电流，而场效应管则是通过栅源电压来控制漏极电流。场效应管组成放大电路时，也必须设置合适

58、的静态工作点，所不同的是，场效应管是电压控制器件，它只需合适的偏压，而不需要偏流，不同类型的场效应管，对偏置电压的极性有不同的要求。（1）偏置方式：固定偏压、 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/24.htm l # o 给栅源间提供反偏压，适用于JFET和耗尽型MOSFET自偏压、 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/24.htm l # o 给栅源间提供正、负及零偏压，适用于JFET、耗尽型和增强型MOSFET分压式自偏压。（2）静态分析：图解法、近似计算法。（3）动态分析：一般用小信号模型法。内容提要：场效应管是利用半导体 HYPE

59、RLINK /netcollege/analog/Chap04/Content1.htm o 绝缘栅型场效应管 表面或 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap04/Content1.htm o 结型场效应管 内部电场效应来控制输出电流（D）大小的一种半导体器件，它输入端基本上不取电流，具有一系列 HYPERLINK ./Local Settings/Temp/71.htm l # o 输入电阻非常高，噪声低，受温度、辐射影响小，制造工艺简单等优点。 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Content2.htm 根据结构的不同，场效

60、应管分为结型场效应管和绝缘栅场效应管两大类。4.1结型场效应管结型场效应管有N沟道和P沟道两种。 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Content2.htm 一、特性曲线 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Content2.htm （1）输出特性曲线从输出特性曲线上很明显的得出：场效应管是电压控制型器件，栅源间电压GS控制漏极电流D。（2）转移特性曲线可直接从输出特性曲线上用作图法求出。 HYPERLINK /netcollege/analog/Chap02/Content2.htm 二、主要参数夹断电压、饱和漏极电流