电子技术基础32

1、电子技术基础讲义第一讲半导体器件1、杂质半导体与PN结本征半导体中掺入不同的杂质就形成N型半导体和P型半导体， 控制掺入杂质的多少就可以有效地改变其导电性能，从而实现导电 性能的可控性。半导体中有两种载流子：自由电子与空穴。载流子 有两种有序运动：因浓度差异而产生的运动称为扩散运动，因电位 差而产生的运动称为漂移运动。将两种杂质半导体制作在同一块硅 片（或锗片）上，在它们的交界面处，上述两种运动达到动态平衡， 从而形成PN结。正确理解PN结单向导电性、反向击穿特性、温度 特性和电容效应，有利于了解半导体二极管、品体管和场效应管等 电子器件的特性和参数。2、半导体二极管一个PN结经封装并引出电极

2、后就构成二极管。二极管加正向电 压时，产生扩散电流，电流与电压成指数关系；加反向电压时，产 生漂移电流，其数值很小，体现出单向导电性。、九、Ur和fM 是二极管的主要参数。特殊二极管与普通二极管一样，具有单向导电性。利用PN结 击穿时的特性可制成稳压二极管，利用发光材料可制成发光二极 管，利用PN结的光敏性可制成光电二极管。3、品体管品体管具有电流放大作用。当发射结正向偏置而集电结反向偏 置时，从发射区注入到基区的非平衡少子中仅有很少部分与基区的 多子复合，形成基极电流，而大部分在集电结外电场作用下形成漂 移电流Ic，体现出IB （或IE、Ube）对Ic的控制作用。此时，可 将4看成为电流Ib

3、控制的电流源。品体管的输入特性和输出特性 表明各极之间电流与电压的关系，6、a、 ICBO （【CEO ）、ICM、 U （BR）CEO、PCM和fT是它的主要参数。品体管有截止、放大、饱和 三个工作区域，学习时应特别注意使管子工作在不同工作区的外部 条件。4、场效应管场效应管分为结型和绝缘栅型两种类型，每种类型均分为两种 不同的沟道：N沟道和P沟道，而MOS管又分为增强型和耗尽型两 种形式。场效应管工作在恒流区时，利用栅一源之间外加电压所产生的 电场来改变导电沟道的宽窄，从而控制多子漂移运动所产生的漏极 电流ID。此时，可将ID看成电压UGS控制的电流源，转移特性曲线 描述了这种控制关系。输

4、出特性曲线描述UGS、UDS和1D三者之间 的关系。gm、UGS （泊）或UGS （off）、IDSS、M、PDM和极间电容是它 的主要参数。和晶体管相类似，场效应管有夹断区（即截止区）、 恒流区（即线性区）和可变电阻区三个工作区域。尽管各种半导体器件的工作原理不尽相同，但在外特性上却有 不少相同之处。例如，品体管的输入特性与二极管的伏安特性相似； 二极管的反向特性（特别是光电二极管在第三象限的反向特性）与 品体管的输出特性相似，而场效应管与晶体管的输出特性也相似。第二讲放大电路简介1、放大的概念在电子电路中，放大的对象是变化量，常用的测试信号是正弦 波。放大的本质是在输入信号的作用下，通过有

5、源元件（品体管或 场效应管）对直流电源的能量进行控制和转换，使负载从电源中获 得的输出信号能量，比信号源向放大电路提供的能量大得多，因此 放大的特征是功率放大。放大的前提是不失真，换言之，如果电路 输出波形产生失真便谈不上放大。2、放大电路的组成原则放大电路的核心元件是有源元件，即晶体管或场效应管；正确的直流电源电压数值、极性与其它电路参数应保证晶体 管工作在放大区、场效应管工作在恒流区，即建立起合适的静态工 作点，保证电路不失真；输入信号应能够有效地作用于有源元件的输入回路，即晶体 管的b-e回路，场效应管的g-s回路；输出信号能够作用于负载之 上。3、放大电路的主要性能指标om、放大倍数0

6、、输入电阻R、输出电阻Ro、最大不失输出电压U 下限、上限截止频率f和fH、通频带fW、最大输出功率Pomom、4、放大电路的分析方法1）静态分析就是求解静态工作点Q，在输入信号为零时，品体 管和场效应管各电极间的电流与电压就是Q点。可用估算法或图解 法求解。2）动态分析就是求解各动态参数和分析输出波形。通常，利用 h参数等效电路计算小信号作用时的气、Ri和Ro。利用图解法分 析Uom和失真情况。放大电路的分析应遵循“先静态、后动态”的 原则，。点不但影响电路输出是否失真，而且与动态参数密切相关。5、品体管和场效应管基本放大电路1）品体管基本放大电路有共射、共集、共基三种接法。共射放 大电路即

7、有电流放大作用又有电压放大作用，输入电阻居三种电路 之中，输出电阻较大，适用于一般放大。共集放大电路只放大电流 不放大电压，因输入电阻高而常做为多级放大电路的输入级，因输 出电阻低而常做为多级放大电路的输出级，因电压放大倍数接近1 而用于信号的跟随。共基电路只放大电压不放大电流，输入电阻小， 高频特性好，适用于宽频带放大电路。2）场效应管放大电路的共源接法、共漏接法与晶体管放大电路 的共射、共集接法相对应，但比晶体管电路输入电阻高、噪声系数 低、电压放大倍数小，适用于做电压放大电路的输入级。6、多级放大电路的耦合方式直接耦合放大电路存在温度漂移问题，但因其低频特性好，能 够放大变化缓慢的信号，

8、便于集成化，而得到越来越广泛的应用。阻容耦合放大电路利用耦合电容隔离直流，较好地解决了温漂 问题，但其低频特性差，不便于集成化，因此仅在分立元件电路情 况下采用。7、多级放大电路的动态参数多级放大电路的电压放大倍数等于组成它的各级电路电压放大 倍数之积。其输入电阻是第一级的输入电阻，输出电阻是末级的输 出电阻。在求解某一级的电压放大倍数时，应将后级输入电阻做为 负载。多级放大电路输出波形失真时，应首先判断从哪一级开始产生 失真，然后再判断失真的性质。在前级所有电路均无失真的情况下， 末级的最大不失真输出电压就是整个电路的最大不失真输出电压。第三讲放大电路的反馈反馈的概念与类型在电子电路中，将输

9、出量（输出电压或输出电流）的一部分或 全部通过一定的电路形式作用到输入回路，用来影响其输入量（放 大电路的输入电压或输入电流）的措施称为反馈。若反馈的结果使 输出量的变化（或净输入量）减小，则称之为负反馈；反之，则称 之为正反馈。若反馈存在于直流通路，则称为直流反馈；若反馈存 在于交流通路，则称为交流反馈。本章重点研究交流负反馈。交流负反馈有四种组态：电压串联负反馈，电压并联负反馈， 电流串联负反馈，电流并联负反馈。若反馈量取一自输出电压，则 称之为电压反馈；若反馈量取自输出电流，则称之为电流反馈；输 入量X,、反馈量X/和净输入量X，以电压形式相叠加，即 U, - U，+ Uf，称为串联反馈

10、；以电流形式相叠加，即1 - 1，+七， 称为并联反馈。反馈组态不同，X.、Xf、X和Xo的量纲也就不 同。反馈类型的判断在分析反馈放大电路时，“有无反馈”决定于输出回路和输入回 路是否存在反馈通路；“直流反馈或交流反馈”决定于反馈通路存 在于直流通路还是交流通路”；“正负反馈”的判断可采用瞬时极性 法，反馈的结果使净输入量减小的为负反馈，使净输入量增大的为 正反馈。为判断交流负反馈放大电路中引入的是电压反馈还是电流 反馈，可令输出电压等于零，若反馈量随之为零，则为电压反馈， 若反馈量依然存在，则为电流反馈。人-74负反馈放大电路放大倍数的一般表达式为广1 + 4F，若1 + 】，即在深度负反

11、馈条件下，4广1/F，即X广Xf。引入 电流负反馈时，U o总IoRL O利用Af 1,F可以求出四种反馈组态 放大电路的电压放大倍数4f和hsf。引入交流负反馈后可以改善放大电路多方面的性能，可以提高放 大倍数的稳定性、改变输入电阻和输出电阻、展宽频带、减小非线 性失真等。在实用电路中，应根据需求引入合适的反馈。第四讲集成电路概述、电流源电路和有源负载放大电路集成电路中的元器件特点集成电路中的元器件是在相同的工艺条件下做出的，邻近的器 件具有良好的对称性，而且受环境温度和干扰的影响后的变化也相 同，因而特别有利于实现需要对称结构的电路。集成工艺制造的电阻、电容数值范围有一定的限制。集成工艺制

12、造品体管、场效应管最容易，众多数量的晶体管通过一次综合工艺完成。集成品体管有纵向NPN型管、横向PNP型管 和场效应管，前者在集成元器件中占用硅片面积最小、性能好、6 值高，用的也最多；而横向PNP管是利用制造纵向NPN管的工艺或 稍加改造制成，其中PNP管6值低，但反耐压高，常和NPN型管配 合使用。集成电路结构形式上的特点（1）利用元器件参数的对称性来提高电路稳定性（2）利用有源器件代替无源元件（3）采用直接耦合方式（4）采用较复杂的电路结构（5）适当利用外接分立元件电流源电路及电路及有源负载放大电路电流源是一个使输出电流恒定的电源电路，与电压源相对应。在模拟集成电路中，常用的电流源电路有

13、：镜像电流源、精密电流 源、微电流源、多路电流源等。（1）镜像电流源4 T/ref vZC2,/e图镜像电流源电路0B 即 0B 即 V 二、2=、，则BE1三极管TT2匹配，-2BE11 1 Ref = 1C1 * 2 2 b=2 C2 + 2 2 B=2C2(1号2_匕。匕1且REF _ CC R BE，当6 2时，2C2_ 2REF，I和I是镜像关系。C2 REF C2 REF（2）微电流源微电流源电路如下图所示，通过接入R电阻得到一个比基准电 流小许多倍e图微电流源的微电流源，适用于微功耗的集成电路中。由图可得：I =匕E = T ln ref0七七10 TOC o 1-5 h z l

14、n REF =_e-1OA因AV小，I I。同时I的稳定性也比I好。BEO REFOREF（3）多路电流源通过一个基准电流源稳定多个三极管的工作点电流，即 可构成多路电流源，电路见下图。图中一个基准电流I可 获得多个恒定电流1孔3。F气CT阳2片图多路电流源第五讲直流电源的概述及整流电路直流电源的作用电子电路工作时都需要直流电源提供能量，电池因使用费用 高，一般只用于低功耗便携式的仪器设备中，大部分电子仪器设备、家用电器、计算机都需要把交流电源变换为直流稳压电源。直流电源的定义将频率为50Hz、有效值为220V的交流电压转换为电压幅值为 几伏到几十伏、输出电流为几安以下的单相小功率直流稳压电源

15、直流电源的组成及各部分作用直流电源由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四个部分 组成；其中变压器是把有效值为220V的交流电压变换为幅值为几 伏到几十伏的交流电；整流电路是将交流电转为具有直流电成分的 脉动直流电；滤波电路是将脉动直流中的交流成分滤除，减少交流 成分，增加直流成分；稳压电路对整流后的直流电压采用稳压及负 反馈技术进一步稳定直流电压。半波整流电路的工作原理分析D导通，产生电流从A点流出，经过二极管D和负载电阻Rl流入B点，u =u ； u负半周，二极管D截止，无电流产生，u=0。 o 22o半波整流电路基本参数的含义及其计算（1）输出电压平均值uo（av）：负载电阻上电压的平均

16、值Uo（av）= * 7%2 sin std（st）=笠 U2 0.45U2（2） 输出电流平均值I:流过负载电阻上电压的平均值O（AV）I =卜.冬o（av）R R（3）脉动系数S最低次谐波的幅值与输出电压平均值之比s = M = % / 2 = - 1.57U ：2 / 兀 2O（AV）（4） 二极管的平均电流I:等于负载电流的平均值IO（AV）I = I=。45匕 D（AV）D（AV）O （AV）RL（5）二极管所承受的最大反向电压U_rmax：U = J2URmax2第六讲数电概论基本概念模拟量：时间上和幅值上连续变化的物理量；模拟信号（正弦交流信号）：表示模拟量的信号。数字量：时间上

17、和幅值上都不连续变化的物理量（工厂中生产 的产品个数）；数字信号、数字电路。数字电路中的数字信号：采用0、1两种数值（便于实现）（位 bit、拍）0、1表示方法：电位型：电位高低（不归零型数字信号）I脉冲型：有无脉冲（归零型数字信号）数制及其转换1）十进制数基数：10J位权：10 n表达式：（N）10=（P2 式 1-1）=习a x 10/i=-m推广到任意进制R：基数：RJ位权：Rn表达式：（N）r =（P2 式 1-2）= Ea x Rii=-m2）二进制数表达式：（N） =（P3 式 1-3）= Ea x 2i2i=-m 1位权：以K为单位；按二进制思维（如1000个苹果问题）;例如：(

18、1101.01) 2二0-16对应的二进制数特点：信息密度低，引入八、十六进制。八进制、十六进制八进制：基数：8(0-7)位权：8 n Vth 0.7V，0.3V），压降匕=匕， 即导通且钳位；截止：条件（V V，电流I = I、-。，即反向截 止。与理想开关差异：，正向、反向、温度特性。2）二极管瞬态开关特性理想特性：实际波形：过程及时间总结：瞬态过程即PN结电容的充放电过程；I过程时间反向比正向恢复时间长，是影响速度的主要原因；提高速度措施：J cb ； J if ;个Ir （结面积；正向电流 小，存储电荷少；反向电流大，存储 电荷消失快）3）二极管开关应用电路常见的有波形的限幅和钳位电路

19、。限幅电路（削波电路）分类：串联上限、下限、双向限幅器；并联上限、下限、双 向限幅器。钳位电路晶体三极管开关特性1）三极管稳态开关特性（三极管开关电路：传输特性：三个工作区：截止区：发射结、集电结均反偏； 放大区：发射结正偏集电结反偏； 饱和区：发射结、集电结均正偏。开关状态：对应于饱和、截止区；等效电路。稳态特性： 匕=vl，三极管工作在截止区，V。=匕疽V = VH，三极管工作在饱和区，Vo n Vg Q 0，参数：饱和系数S 参数：饱和系数S =2）三极管瞬态开关特性P57BS开关特性，开关时间;ton,t成影响因素：三极管结构（结电容）；饱和、截止深度等。3）三极管开关应用电路最基本的

20、反向器电路。最简单的与、或、非门电路DTL T TTL :TTL类型、系列：两大类型/四大系列TTL门电路（与非门）1）电路组成：2）工作原理：输入有低（0.3V）：V = 0.3V T V = IV、饱和 T V = 0.1V T V = 0.4VT 截止 T T 导通、T 截止 T Y = V - 0.7 - 0.7 = 3.6V234B 3输入全高（3.6V）：设T发射极导通T V = 4.3V、V = 4.4V T T、T导通t V = 2.1V，故 B1C12 4B1此假设不成立；V = 3.6V V= 2.1V n 叩到置；V： = 1.4V T、孔饱和 T T3截止 T Y =

21、VE4 = 0.3V逻辑关系总结：为与非3）电路特点：多发射极三极管：提高开关速度、实现与逻辑；推拉输出：提高带负载能力和开关速度；-钳位二极管：抑止负脉冲干扰，保护输入极。TTL与非门的主要外部特性、主要参数外部特性：电路的外部所表现出来的电压和电流关系；r传输特性：输出电压和输入电压之间的关系；输入特性：输入电压和输入电流之间的关系；I输出特性：输出电压和输出电流之间的关系。1）电压传输特性广传输曲线：四段主要参数：输出电平V（3.6V）、V（0.3V），器件制造中差异，故额定值为3.0V、0.35V输入电平 V、V f、Vh V w 1.8V、V fw 0.8V P65 定义噪声容限（抗

22、干扰能力）vnl= v f - V” vnh = V田-V 影响因素：环境温度T和电源电压VccMt voh T, vol个,Vth I- VC : avoh fc对输出低点平影响不大。2）输入特性，输入特性曲线：两部分-主要参数：输入短路电流Iis （前级灌流）、输入高电平电流I田（输入漏电流）（前级拉流）；输入负载特性：图 3-2-5，Rf 3.2KQ，注意悬空为高多余输入端处理：输出特性特性曲线：参数：IQ 1用3）平均延迟时间tpd4）电源特性一一平均功耗和动态尖峰电流5）负载特性一一扇入、扇出Nu 输入端个数；No : No = min（I/Iis ,1异1田）6）应用举例：【例1】已知I0H = 0.8mA, IIH = 40队、L= 16岫【IL= 1-6mA，求扇出系 数。【例2】写TTL逻辑门的输出表达式。【例3】已知Voh = 3膈=。知, .脆， =一20mA,七=1K，P= 30，使g = Ab, y = Ab， 确定rb的取值范围。BAF2+5VRduzBYBAF2+5VRduzBY第九讲 组合与时序逻辑电路组合逻辑电