模拟电子技术基础完整

模拟电子技术基础完整第1页/共402页特别提醒本课程5学分成绩考试80分平时20分1、本周四确定座位表,以后每位同学按自己的座位入坐,若座位无人按缺席处理,缺席一次平时成绩扣一分，缺席过多按校规处理。如有重课请尽早到学院办理重课单。2、每周一交作业本，缺交或所做的作业量小于应做作业量的50%的、有明显作业抄袭的则平时成绩每次扣一分。3、每周四课后答疑。第2页/共402页绪论一主要内容

1

电子器件二极管器件的特性、管子晶体管参数、等效电路场效应管（熟悉）

差分对管组件集成电路第3页/共402页绪论

2

、

电子电路晶体管放大器电路组成，放大电路场效应管放大器工作原理，集成运算放大器性能特性，功率放大器基本分析方法负反馈在放大电路中的应用工程计算方法放大器的频率响应

第4页/共402页绪论二电子电路的应用自动控制计算机通信文化娱乐医疗仪器家用电器三要求

了解器件的内部工作原理掌握器件的应用特性（外特性）掌握各单元电路的工作原理及分析方法掌握实际技能及各种测试方法第5页/共402页四学习方法

1合理近似

例：I=20/（1+0.9）

=10.5mA

若把1K//10K=1K

则I=20/2K=10mA

仅差5%而采用一般电阻元件其误差有10%

即1K的元件可能是1.1KΩ或900Ω2重视实验环节坚持理论联系实际绪论+20v-1K1k10k0.9k第6页/共402页绪论五参考书

模拟电子技术基础教程浙大邓汉馨模拟电子技术基础清华童诗白电子技术基础西安电子科大孙肖子模拟电子技术北京理工王远模拟电子线路(I)谢源清return第7页/共402页第一章§1.1PN结及晶体二极管总结§1.2晶体三极管半导体器件半导体基础知识结型场效应管(JFET)§1.3场效应管金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）return第8页/共402页半导体器件第一章半导体基础知识

自然界中物质按其导电能力可分为

导体:很容易传导电流的物质（铜铅）绝缘体:几乎不能传导电流

(橡皮陶瓷石英塑料)半导体:导电能力介于导体与绝缘体之间

(硅锗)(本征杂质)(都是4阶元素)第9页/共402页第一章半导体物理基础知识

一本征半导体:-----纯净的半导体共价键

在本征半导体晶体中，原子有序排列构成空间点阵（晶格），外层电子为相邻原子共有，形成共价键

在绝对零度(-273.16)时晶体中没有自由电子,所有价电子都被束缚在共价键中.所以半导体不能导电价电子共价键半导体器件第10页/共402页第一章半导体物理基础知识

电子—空穴对

当T或光线照射下,少数价电子因热激发而获得足够的能量挣脱共价键的束缚,成为自由电子.同时在原来的共价键中留下一个空位称空穴本征半导体在热或光照射作用下,

产生电子空穴对-----本征激发

T↑光照↑→电子-空穴对↑→导电能力↑所以半导体的导电能力与T，光照有关在本征半导体中电子和空穴是成对出现的半导体器件第11页/共402页本征半导体(纯净半导体)SiGe+32+14惯性核价电子+4第12页/共402页第一章半导体物理基础知识

电子电流电子在电场作用下移动产生的电流

<带负电荷>x3→x2

→x1

空穴电流空穴移动产生的电流<带正电荷>x1→x2→x3

激发束缚电子获能量成为自由电子和空穴自由电子浓度=空穴浓度电子和空穴称为载流子半导体器件第13页/共402页第一章半导体物理基础知识

复合运动中的自由电子如果“跳进”空穴.重新被共价键束缚起来,电子空穴对消失称复合复合在一定温度下,

使半导体中载流子浓度一定半导体器件第14页/共402页晶体结构+4+4+4+4+4共价健特点电子、空穴两种载流子成对出现；常温下载流子数量少，导电性差；受外界影响大。电子空穴第15页/共402页第一章半导体物理基础知识

二杂质半导体-在本征半导体中掺入微量的杂质使其导电能力产生明显变化N型半导体-掺入微量的五价元素(磷砷锑)由于杂质原子提供自由电子---称施主原子

N型杂质半导体中电子浓度比同一温度下本征半导体的电子浓度大得多所以加深了导电能力多子――电子少子――空穴半导体器件第16页/共402页第一章半导体物理基础知识

P型半导体

—

掺入微量的三价元素（硼铝）由于杂质原子吸收电子——受主原子多子——空穴少子——电子杂质半导体中多子浓度由掺杂浓度决定少子浓度由温度决定

P型杂质半导体中空穴浓度比同一温度下本征半导体的空穴浓度大得多所以加深了导电能力半导体器件return第17页/共402页杂质半导体掺入五价元素掺入三价元素+5+4+4+4+4+3+4+4+4+4+-N型半导体多子—电子少子—空穴P型半导体多子—空穴少子—电子第18页/共402页§1.1PN结及二极管

在一块硅片上，用不同的掺杂工艺。使其一边形成N型半导体。另一边形成P型半导体则在其交界面附近形成了PN结。一PN结的形成1.空间电荷区

P型N型半导体结合在一起时，由于交界面两测多子与少子浓度不同引起扩散运动

（浓度差引起）

第19页/共402页PN结++++++++++++++++++++P型N型扩散电流--------------------漂移电流浓度差电场作用内电场第20页/共402页§1.1PN结及二极管

所以

在交面附近形成了不能移动的带电离子组成的空间电荷区P区空穴→N区与电子复合在N区留下带正电荷的离子N区电子→P型与空穴结合在P区留下带负电荷的离子

空间电荷区形成一个由N指向P的电场——

内电场平衡后的PN结第21页/共402页§1.1PN结及二极管扩散使空间电荷区加宽。内电场加深，而内电场阻止扩散进行

漂移运动（内电场引起）

促使P区电子→NN区空穴→P引起

内电场增加，扩散减弱，漂移增加。最后漂移==扩散动态平衡通过PN结之间电流为零第22页/共402页§1.1PN结及二极管2.对称结与不对称结∵空间电荷区中没有载流子∴又称耗尽层∴当N与P区杂质浓度相同时，耗尽层在两个区内的宽度也相等—

对称结否则杂质浓度较高的一侧耗尽层宽度小于低的一侧——不对称结

P+N结PN＋结∵耗尽层中正负电荷量相等图1-8不对称PN结第23页/共402页§1.1PN结及二极管二

PN结的特征——单向导电性

1.正向特征—又称PN结正向偏置

外电场作用下多子推向耗尽层，使耗尽层变窄，内电场削弱扩散>漂移从而在外电路中出现了一个较大的电流称正向电流

VbV第24页/共402页§1.1PN结及二极管

在正常工作范围内，PN结上外加电压只要有变化，就能引起电流的显著变化。∴I

随V急剧上升，PN结为一个很小的电阻（正向电阻小）

在外电场的作用下，PN结的平衡状态被打破，使P区中的空穴和N区中的电子都向PN结移动，使耗尽层变窄

第25页/共402页§1.1PN结及二极管1.PN结的反向特性—

外电场使耗尽层变宽使漂移（少子）>扩散（多子）∴回路中的反向电流I’非常微弱一般Si为nA级

Ge为uA级又∵少子是本征激发产生∴管子制成后其数值与温度有关

T↑→I’↑

第26页/共402页§1.1PN结及二极管

反向电流不仅很小，而且当外加电压超过零点几伏后，∵少子供应有限，它基本不随外加电压的增加而增加。∴称为反向饱和电流

∵反偏时电压变化很大，而电流增加极微∴PN结等效为一大电阻（反向电阻大）

PN结这种只允许一个方向电流顺利通过的特性

——

单向导电性第27页/共402页2023/4/15PN结两端加电压P接“+”N接“-”正向偏置I(mA)U(V)P接“-”N接“+”反向偏置---+++PNE击穿单向导电性PN结第28页/共402页§1.1PN结及二极管3.PN结伏安特性表示式

Is

——

反向饱和电流决定于PN结的材料，制造工艺、温度UT=kT/q----温度的电压当量或热电压当T=300K时,UT=26mV

K—波耳兹曼常数T—绝对温度 q—电子电荷u—外加电压U为反向时，且

第29页/共402页§1.1PN结及二极管U正偏时,V>VT

∴I=IseU/UT

实际特性在I较大时与指数特性有一定差异∵在上面讨论忽略了引出线的接触电阻，P区N区的体电阻及表面漏电流影响导通电压--正向电流有明显数值时所对应的电压∵正向电压较小时,不足影响内电场∴载流子扩散运动尚未明显增加正向电流→0IGeSi导通电压死区电压阀植电压UGe0.2-0.3V0.2VSi0.6-0.8V0.7V第30页/共402页§1.1PN结及二极管三温度对伏安特性影响T↑—正向特性左移反向电流明显增大，T每升高10摄氏度Is增加一倍V(BR)IUTT当T↑到一定程度时，由本征激发产生的少子浓度超过原来杂质电离产生的多子浓度，杂质半导体与本征半导体一样，PN结不再存在关系式:IS1IS2第31页/共402页

当PN结处于反向偏置时,在一定范围内的反向电压作用下,流过PN结的电流是很小的反向饱和电流,但当反向电压超过某一数值后,反向电流会急剧增加称PN结的击穿把反向电流开始明显增大时所对应的反向电压称击穿电压V(BR)§1.1PN结及二极管

为保证PN结正常工作。它的工作温度不能太高，温度的限制与掺杂浓度有关，掺杂越大，最高工作温度越高三PN结的击穿

第32页/共402页§1.1PN结及二极管雪崩击穿—轻掺杂掺杂越低击穿电压越大PN结一旦击穿后,可认为反向电压几乎不变近似为V(BR)击穿齐纳击穿—重掺杂掺杂越高击穿电压越低V(BR)>7V以上击穿(Si)V(BR)<5V以下击穿(Si)

只要限制击穿时的电流，击穿并不损坏PN结击穿会损坏PN结第33页/共402页§1.1PN结及二极管四PN结电容

势垒电容

--由PN结反向偏置时引起外加反向电压结电容可通过外加反向偏压来控制，利用这一特性可制成变容二极管扩散电容

--由PN结正向偏置时引起外加正向电压正向PN结的结电容以扩散电容为主PN结的结电容是两者之和第34页/共402页§1.1PN结及二极管

晶体二极管是由PN结加上电极引线和管壳构成的，其结构示意图和电路符号分别如下PN+－＋－结构示意图电路符号特性：单向导电性五二极管特性曲线正向：当电压加到UD(ON)以上，才有明显正向电流。

UD(ON)称死区（导通）电压

反向：电流很小击穿与温度特性同PN结第35页/共402页§1.1PN结及二极管六二极管的主要参数1.（静态）直流电阻

Q—

二极管的工作点UD—二极管二端电压反偏时符号为UDR

ID——流过二极管电流2.（动态）交流电阻

≈U/I

rD≈室温下T=300KUD

ID

Qiuiu第36页/共402页§1.1PN结及二极管二极管交直流电阻都与工作点有关且同一点的交、直流电阻也不相同rD

正向约为几-几十反向几十K-几M

正反向电阻相差越大单向导电性越好可见二极管的交、直流电阻是两个不同的概念,且等效电阻与电压、电流之间的关系是非线性的3.最大整流电流IF

允许流过的最大正向平均电流应用时不能超过此值第37页/共402页§1.1PN结及二极管4.最大反向工作电压URM

允许加的最大反向电压，超过此值容易反向击穿应用时取URM的一半5.反向电流IR二极管反向击穿前的电流

越小越好IR与温度有关6.最高工作频率fH

决定于Cj工作频率高时因Cj的作用二极管单向导电性变坏第38页/共402页§1.1PN结及二极管七二极管模型(等效电路)理想时正向偏置时管压降为零V=0(短路)反向偏置时管电流为零I=0(开路)非理想时有UD(ON),I(很小)第39页/共402页§1.2晶体三极管

把两个PN结做在一起,这两个互有影响的PN结构成的半导体器件称晶体管

它有三个引出电极习惯又称晶体三极管特点：具有正向受控性（即Ic受VBE的正向控制）第40页/共402页一.晶体管中载流子的传输过程(以NPN为例)要使晶体管有放大作用ee结加正向偏置c结加反向偏置则晶体管的放大作用是通过载流子的传输体现出来的EBC各区作用E区:向基极(扩散)注入电子形成电流IENB区向E区注入空穴形成电流IEP∵发射区掺杂浓

∴

IEN>>IEP

IE≈IEN=IBN+ICN

§1.2晶体三极管

第41页/共402页B区：传递和控制电子复合产生的电流IBNIB=IBN－ICBO（扩散）（复合）∴被复合的电子数极少,大部分都扩散到c结边沿∵基区很薄空穴浓度低C区：收集电子ICN（漂移）IC=ICN＋ICBO（反向饱和电流）集电区和基区的少子在ｃ结反向电压作用下漂移到对方形成ICBO过程：注入扩散复合收集§1.2晶体三极管

第42页/共402页二.电流分配关系

根据输入输出回路的公共端不同，可组成三种组态.

无论哪种接法为保证正向受控作用须使发射结正偏、集电极反偏

且满足

IE=IB+IC外接电路使发射结正偏、集电极反偏外因：内因：提高传输效率的条件：1）制成不对称结P+NP或N+PN2）基区薄3）增加集电结面积§1.2晶体三极管

第43页/共402页三种组态共基极共集电极共发射极注意发射极即能做输入端又能做输出端基极只能做输入端不能做输出端

集电极只能做输出端不能做输入端§1.2晶体三极管

第44页/共402页电流分配关系

定义共基极直流电流放大系数∴IC=IE+ICBO≈IE

定义共e极直流电流放大系数ICEO=(1+)ICBO

ICEO穿透电流ICBO反向饱和电流IB=IBN－ICBO=IE－IC

=（1－）IE－ICBO≈（1－）IE

IE=IC+IB

IC=ICN＋ICBO=IB+(1+)ICBO

≈IB

IE≈IEN=IBN+ICN=(1+)IB＋(1+)ICBO≈(1+)IB

§1.2晶体三极管

第45页/共402页由于都反映了管中基区扩散与复合的关系由定义可得：总结：IC≈IE

IE≈(1+)IB

IC≈IB

IB≈（1－）IEIE=IC+IB§1.2晶体三极管

第46页/共402页一.共射极特性1.共射极输入特性曲线—以为参量，与的关系

特点：类似二极管特性，但并非是e结特性，因e结与c结是相关的即受控制的SiUBE:0.6－0.8V0.7V

GeUBE:0.1－0.3V0.2V§1.2晶体三极管

第47页/共402页2.共射极输出特性曲线－以为参量时与的关系

输出特性划分为三个区域放大区——发射结正偏集电结反偏的工作区

对有很强的控制作用，反映在共射极交流放大系数β上定义β=iB=－ICBOVCE=VBE饱和区截止区放大区§1.2晶体三极管

第48页/共402页变化对影响很小饱和区——发射结和集电结都正偏

VCE的变化对Ic影响很大而Ic不随IB变化仅受VCE控制把VCE=VBE称临界饱和饱和时C.E间电压称饱和压降

用VCES表示(Si管约为0.5V)小功率截止区——发射结和集电结均处于反偏

此时iE=0,iC=ICBO

截止区即为iB=－ICBO

的那条曲线以下的区域但小功率管ICBO很小可忽略∴近似以iB=0为其截止条件§1.2晶体三极管

第49页/共402页3.温度对晶体管特性的影响温度对VBE的影响——TVBE

即输入特性曲线左移温度对ICBO的影响——TICBO

即输出特性曲线上移温度对的影响——T

即输出特性曲线上曲线间距离T对VBEICBO

的影响反映在集电极电流IC上都使IC§1.2晶体三极管

第50页/共402页

二.晶体管的主要参数1.电流放大系数共射直、交流电流放大系数直流交流共基直、交流电流放大系数直流交流∵ICBO

ICEO都很小∴在数值上

≈

≈

§1.2晶体三极管

第51页/共402页2.极间反向电流ICBO射极开路集一基反向电流集电极反向饱和电流

ICEO基极开路集一射反向电流集电极穿透电流

IEBO集电极开路射一基反向电流3.结电容发射结电容Cb’e，集电结电容Cb’c，它们影响晶体管的频率特性4.极限参数集电极最大允许功耗PCM

——这参数决定于管子的温升。使用时不能超过且注意散热§1.2晶体三极管

第52页/共402页由PCM=IC·VCE

在输出特性上画出这一曲线PCMICMU（BR）CEO集电极最大允许电流ICM——引起明显下降时的最大集电极电流IC>ICM时管子不一定会损坏但明显下降∴在晶体管线性运用时ic不应超过ICM反向击穿电压U(BR)CBO射极开路集一基反向击穿电压

U(BR)CEO基极开路集一射反向击穿电压

U(BR)EBO集电极开路射一基反向击穿电压§1.2晶体三极管

第53页/共402页§1.3场效应管

场效应管不仅具有一般晶体管体积小，重量轻，耗电省，寿命长等特点而且还有输入阻抗高（可达1015）、噪音低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺简单等优点。因而应用范围很广，特别是大规模、超大规模集成电路中应用很广

特点：也是一种具有正向受控作用的有源器件晶体管电流控制作用场效应管电压控制作用第54页/共402页§1.3场效应管晶体管：是由电子和空穴二种载流子运动形成电流的场效应管：是利用改变电场来控制固体材料的导电能力

场效应管（按结构不同）分：结型场效应管(JFET)绝缘栅场效应管(IGFET)N沟道P沟道——MOS管P沟道增强型耗尽型N沟道增强型耗尽型第55页/共402页§1.3场效应管（利用半导体内电场效应进行工作的）

在一块N型半导体材料两边扩散高浓度P型区（重掺杂）形成两个P+N结为不对称结（PN掺杂浓度不同）两个P中间所夹的N型半导体区称为导电沟道N沟道结型场效应管箭头方向为栅源PN结的正偏方向P沟道一、结型场效应管(JFET)第56页/共402页§1.3场效应管一.JFET的结构与工作原理(以N沟道为例)1.VGS对漏极电流ID的控制作用

对N沟道JFET，正常工作时

UGS<0，即栅源之间的PN结处于反偏状态.

当反偏电压增大时,

则耗尽区加宽,并向沟道中扩展使沟道区变窄，沟道电阻加大.

当|VGS|加大到一定值时两侧的耗尽区几乎碰上，导电沟道仿佛被夹断，

D.S间的电阻将趋于无穷大第57页/共402页§1.3场效应管当|VGS|再增大时耗尽区已不再明显变化但|VGS|过大会出现反向击穿现象。这时的VGS称为夹断电压VGS(OFF)(负电压）,既使加有电压VDS>0，此时ID=0夹断状态时ID=0|VGS|P+N结的耗尽层沟道变窄

（即沟道电阻）（1）改变VGS的大小就可达到控制沟道宽度的目的，从而实现了对沟道电阻的控制作用。（2）当加VDS>0的电压时ID就随VGS的变化而变化，从而达到VGS对ID的控制作用第58页/共402页§1.3场效应管∵

场效应管GS上加反向偏压，则反向电流很小，若忽略反向电流，

则栅极电流基本为零，∴

控制信号的能量消耗很小(输入电阻大)。

但当GS上加正向偏压时会产生栅极电流若不采取限流措施会烧坏管子使用时应注意+_0VGS<0VDS>0第59页/共402页§1.3场效应管2.UDS对ID的影响(VGS=0)一般对N沟道JFET，VDS>0(1)当VGS=VDS=0时靠漏端与靠源端的沟道宽度一样，即具有均匀的沟道(2)当VGS=0而VDS>0时，

靠漏端的P+N结的反偏程度>靠源端的P+N结反偏程度这使沟道两侧的耗尽区从源极到漏极逐渐加宽，结果使沟道逐渐变窄。随着VDS

沟道不等宽的情况越明显沟道在漏极附近越来越窄第60页/共402页§1.3场效应管

当VDS增大到VDS=Vp

时在漏极附近的耗尽区开始靠拢

——

称预夹断在预夹断状态ID较大为IDSS(3)当VDS再时耗尽区沿沟道加长，它们接触部分——称夹断区

夹断区加长并不意味着ID为零，因为若ID为零则夹断区也不复存在。夹断区的加长意味着沟道电阻增大，

VDS

继续时，ID趋于不变。此时的电流称为漏极饱和电流IDSS第61页/共402页§1.3场效应管

但VDS不能无限

∵VDS到一定值时会产生反向击穿现象。

3.VGS<0、VDS>0时的情况VGS越负使耗尽区变宽、导电沟道变窄，VDS越正使耗尽区和导电沟道进一步变得不等宽，(1)同一VDS下，改变VGS使沟道宽度不同，

ID也随之改变即ID的大小受VGS控制。随着|VGS|，导电沟道变窄，电阻变大，在同样VDS作用下，产生的ID|VGS|沟道电阻ID第62页/共402页§1.3场效应管∵VDSVP

即VDS-VP预夹断状态而又∵VDS=VDG∴器件达到预夹断状态的条件是VGDVP

∵VGD=VGS-VDS

∴VDSVGS-VP(2)VGS不同，产生预夹断的VDS值也不同。(3)只有当VGS=VP时沟道全部夹断，此时ID=0第63页/共402页§1.3场效应管二.N沟道JFET的特性曲线1.转移特性曲线—UDS一定时，UGS对iD的控制作用为保证JFET工作在恒流区要求VDSVGS-VP可用方程描述定义:

漏极饱和电流IDSS

——VGS=0时iD的值夹断电压VP

——

iD=0时VGS的值

第64页/共402页§1.3场效应管2.输出特性曲线(1)压控电阻区（线性电阻区，非饱和区）条件是：VP<VGS<00<VDSVGS-VPUDS=UGS-UGD第65页/共402页§1.3场效应管

在该状态时导电沟道畅通，漏源之间呈线性电阻特性∴又称线性电阻区

且该阻值大小与VGS有关：

VGS越大(越向0电压逼近)，导电沟道越宽，沟道电阻越小，在相同的VDS值时，iD越大∴通过改变VGS的大小可控制漏源之间沟道电阻的大小，因而又称压控电阻区。第66页/共402页§1.3场效应管(2)饱和区（恒流区，放大区）条件是：VP<VGS<0VDS>VGS-VP这时器件工作于所谓预夹断区，iD主要受VGS控制，与VDS基本无关，呈恒流特性，作放大器时工作于该区域。第67页/共402页§1.3场效应管(3)截止区条件是：VDS>0VGSVP这时漏源之间处于开路状态iD=0应用于开关电路(4)击穿区为防器件损坏，工作时应避免进入该区须保证VDS<V(BR)DS

漏源之间的击穿电压第68页/共402页§1.3.4金属-氧化物-半导体场效应管(MOS管)（利用半导体表面的电场效应）根据在VGS=0时漏源间是否存在导电沟道的情况MOSFET分

增强型：当VGS=0时D.S间无导电沟道，iD=0

耗尽型:当VGS=0时D.S间有导电沟道，iD=0符号N增N耗NMOS简化第69页/共402页§1.3.4金属-氧化物-半导体场效应管(MOS管)P耗P增PMOS简化一.N沟道增强型MOSFET的特性曲线对于N沟道增强型MOS管只有VGS>VT

才会形成导电沟道开启电压iD=0时VGS的值

第70页/共402页§1.3.4金属-氧化物-半导体场效应管(MOS管)器件达到预夹断的条件为VDSVGS-VT∴对N增MOS管

VGS>0VDS>0iD++0第71页/共402页§1.3.4金属-氧化物-半导体场效应管(MOS管)对P增MOS管VGS<0VDS<0iD0__对N耗MOS管VGS可+-0VDS>0

对P耗MOS管VGS可+-0VDS<0

二.转移特性曲线的比较详见P24表1-1各类场效应管的符号及特性曲线第72页/共402页§1.3.4金属-氧化物-半导体场效应管(MOS管)判别：判沟道N沟道VDS>0，P沟道VDS<0耗尽型——当VGS=0时，iD=0夹断电压VGS(off)显然JFET也是耗尽型MOS——

VGS可+-0JFET要求VGS<0N要求VGS>0P(3)增强型——当VGS=0时iD=0对转移特性：结型不过零，过零是MOS第73页/共402页§1.3.4金属-氧化物-半导体场效应管(MOS管)三.场效应管的参数1.直流参数——VT、VP、IDSS

2.交流参数低频跨导gm定义对耗尽型对增强型∴第74页/共402页总结：本征半导体四价元素硅、锗化合物砷化镓共价键载流子（光、电、热）P型半导体空穴＞电子多子少子N型半导体电子＞空穴多子少子掺入三价元素硼铝铟等掺入五价元素砷磷锑等浓度差先多子扩散电场力后少子漂移

电子空穴动态平衡后形成

PN结本征激发第75页/共402页总结：平衡后不存在载流子称耗尽区正负离子形成内建电场UB阻挡了扩散称阻挡区或势垒区PN结反偏内电场增加为PN结正偏内电场下降为多子推离耗尽区使之变宽利多子扩散耗尽区变窄利少子漂移形成小的IR

小电压引起大的IF

外加电压对结的调宽效应势垒电容CT

扩散电容CDPN结结电容第76页/共402页总结：PN结的V-A特性正向特性反向特性u:外加正向电压=Is:反向饱和电流常温下：，UBR反向击穿电压反向击穿第77页/共402页总结：

轻掺杂耗尽区宽

雪崩击穿

反向电压使少子加速

撞出区内中性原子的电子

形成新的电子－空穴对

再加速撞出更多

连锁反应

雪崩现象

反向电流IR激增

重掺杂耗尽区窄齐纳击穿不大的反向电压区内中性原子的

引起电子－空穴对激增反向击穿电子－空穴对形成大的耗尽区电场价电子拉出键反向电流IR激增第78页/共402页总结：硅材料PN结

雪崩击穿雪崩加齐纳击穿齐纳击穿Theend.return第79页/共402页第二章基本电路§2.1晶体二极管电路§2.2晶体三极管放大电路二极管电路例题§2.4场效应管放大器范例分析第80页/共402页第二章基本电路§2.1晶体二极管电路一、二极管的基本应用电路1.二极管整流电路

a.半波整流若二极管视为理想，正半周D导通

uo=ui负半周时D截止uo=0电路输入输出第81页/共402页第二章基本电路b.全波整流利用四个二极管构成的桥堆可实现全波整流电路电路堆栈简化电路输入输出波形§2.1晶体二极管电路第82页/共402页当时V导通第二章基本电路2.二极管限幅电路

二极管上限幅电路及波形当时,V截止

E、V倒置可得下限幅输入输出§2.1晶体二极管电路第83页/共402页第二章基本电路双向限幅器输入、输出波形上图是一简单双向限幅电路选择不同的D，可得不同的限幅电平输入输出波形双向限幅器§2.1晶体二极管电路第84页/共402页第二章基本电路二稳压二极管及稳压电路利用PN结反向击穿时，具有稳压特性而制作成稳压二极管

稳压二极管及其特性曲线稳压二极管稳压电路§2.1晶体二极管电路第85页/共402页第二章基本电路特点:反向工作(具有稳压作用)

电路中需加限流电阻(防止热击穿)1.稳压二极管的参数稳定电压Uz--流过二极管电流为规定值时稳压管二端的电压额定功耗Pz--由管子温升所限稳定电流Iz--正常工作时的参考电流,电流小于其,稳定效果差，反之好,但受限制最大电流§2.1晶体二极管电路第86页/共402页第二章基本电路动态电阻rz--

击穿特性,工作点上切线斜率之倒数，工作电流越大其愈小。温度系数

--温度变化1℃时稳定电压的变化量硅稳压管时为负温系数（齐纳）时为正温系数（雪崩）时温度系数很小而在左右的稳压管有广泛应用∴§2.1晶体二极管电路第87页/共402页第二章基本电路2.稳压二极管稳压电路

电路如图R为限流电阻RL为负载稳压是指Ui,RL变化时，Uo保持不变基本不变，需使Iz在IZMIN和IZMAX之间为使§2.1晶体二极管电路第88页/共402页第二章基本电路考虑Ui在（Uimin，Uimax）内

IL在（Ilmin，ILmax）内确定限流电阻R的取值范围所谓电路设计时，Iz最小当要使必须即§2.1晶体二极管电路第89页/共402页第二章基本电路，Iz最大当必须即可见R的取值范围是在Rmin与Rmax之间若计算结果出现说明给定条件下Uz已超出了的稳压工作范围§2.1晶体二极管电路第90页/共402页限幅电路例题（输入波形：幅值为5V的正弦波）2V2VＶｉ＞－２ＶD导通：Vo=－２ＶＶｉ＜－２ＶD截止：Ｖｏ＝ＶｉＶｉ＞２ＶＤ通：Ｖｏ＝－２Ｖ＋ＶｉＶｉ＜２ＶＤ止：Ｖｏ＝０Ｖ第91页/共402页限幅电路例题－２ＶＶｉ＞－２ＶＤ导通：Ｖｏ＝Ｖｉ＋２ＶＶｉ＜－２ＶＤ截止：Ｖｏ＝０Ｖ－２ＶＶｉ＞－２ＶＤ通：Ｖｏ＝ＶｉＶｉ＜－２ＶＤ止：Ｖｏ＝－２Ｖ第92页/共402页限幅电路例题Ｖｉ＞３Ｖ时Ｄ１通，Ｄ２止Ｖｏ＝３ＶＶｉ＜－２Ｖ时Ｄ１止，Ｄ２通Ｖｏ＝－２Ｖ－２Ｖ＜Ｖｉ＜３Ｖ时Ｄ１止，Ｄ２通Ｖｏ＝Ｖｉ３Ｖ－２Ｖ第93页/共402页§2.2

三极管放大电路主要功能：不失真地放大电信号一.基本放大器电路组成及其工作原理(以NPN型共发射极放大电路为例)输入回路与输出回路电流、电压的关系大小静态 动态结合大写 小写（瞬时值）

输入回路（瞬时值）输出回路书写格式1.电路的组成及各节点信号第94页/共402页§2.2

三极管放大电路习惯画法iBiC第95页/共402页§2.2三极管放大电路晶体管：电路的核心无件，工作在放大状态。控制能量的转换，将直流供电电源

UCC转换成输出信号的能量VBB:

基极直流电源，保证e结在整个信号周期内均处于正偏状态

(不加VBB时，NPN管只有在正半周导通而负半周截止，输出信号失真了)RB:(几十几百K)基极偏置电阻，防止交流短路。由VBB和RB供给基极一个合适的基极电流IBQ第96页/共402页§2.2三极管放大电路VCC:集电极直流电源（1.保证C结处于反向偏置状态

2.提供了整个放大器的能源）

∴放大电路实质上是一种能量转换器作用是将直流能量转化为所需的交流能量RC:

(几几十K)集电极电阻将电流的变化转化为电压变化，从而获得电压放大作用C1,C2:(几uf几十uf)隔断直流，耦合交流信号

(1.对直流相当于开路2.对交流相当于短路)

第97页/共402页§2.2三极管放大电路2.放大原理及电流电压波形<1>待放大的信号须加在b－e回路由公式可知：当VBE>VBE(ON)后VBE对iC有敏感的控制作用而VCE对iC的影响十分微弱所以待放大的信号加在b或e极能有效的得到放大，而不能加在c极。第98页/共402页§2.2三极管放大电路<2>须设置合适的静态工作点直流工作状态：

（静态）当vi＝0时电路中各处的电压电流都是不变的直流对应的电流，电压为IBQ、ICQ、VCEQ、VBEQ他们代表了输入输出特性上的一个点——习惯上称静态工作点即Q点交流工作状态：（动态）当vi≠0时静态工作点设置是否合适对放大器的性能有很大影响即要保证输出电压要不失真地放大

第99页/共402页§2.2三极管放大电路如图若Q点选得很小则产生了截止失真这种由于器件非线性而引起的畸变称为

——非线性失真为了防止非线性失真，在没有输入信号时Q点也不能为0而必须有合适的数值以保证在vi的整个变化过程中晶体管始终工作在放大区

若Q点过大<饱和>措施是Q点下移使IB变小若Q点过小<截止>措施是Q点上移使IB变大第100页/共402页§2.2三极管放大电路<3>放大状态下管子的电压，电流波形晶体管上各端电压，端电流为直流+交流且交流分量的幅值<

直流分量的幅值，所以在任一时刻e结正偏c结反偏可见放大作用是指输出交流分量与输入信号的关系，因为只有交流分量才能反映输入信号的变化

vO与vi反相

第101页/共402页§2.2三极管放大电路二.放大器的主要性能指标对信号源而言，放大器相当于它的负载。∴放大器的输入特性用输入电阻Ri表示1.放大器的二端口模型对负载而言，放大器相当于负载的信号源。∴放大器的特性用输出电阻RO和一个受控电压源（电流源）来表示第102页/共402页§2.2三极管放大电路<1>放大倍数或增益

2.主要指标定义为放大器输出量和输入量之比值根据二端口模型中输入量（Ui，Ii）和输出量（Uo，Io）的不同，有四种不同定义的放大倍数电压增益：电流增益：互导增益:互阻增益：第103页/共402页§2.2三极管放大电路为方便，Au,Ai有时用分贝dB来表示Au,Ai之积称放大器的功率增益

<2>输入电阻Ri

——

用来衡量放大电路对信号源的影响

第104页/共402页§2.2三极管放大电路

当Ri>>Rs时

Vi＝Vs，Ri越大得到的输入信号电压较大信号源采用电压源即输入电阻越大--信号源电压Vs更有效地加到放大器的输入端

反之（Ri<<Rs）Ri越小得到的输入信号电流较大信号源采用电流源<3>输出电阻Ro（计算方法与电路分析一致）——反映放大电路带负载能力第105页/共402页§2.2三极管放大电路当Ro越小则RL变化对输出电压的影响越小Vo＝Vo’

即输出电压Vo越稳定带负载能力强反之，若想在负载上得到电流较稳定则应使Ro大<4>非线性失真系数THD

由于放大管输入输出特性的非线性，不可避免地要产生非线性失真，即放大器非线性失真的大小与工作点位置，信号大小有关

但如果放大器的静态工作点设置在放大区且输入信号足够小，则非线性失真系数将很小第106页/共402页§2.2三极管放大电路∴一般只有在大信号工作时才考虑非线性失真问题非线性失真产生了新的频率分量<5>频率失真(线性失真)输入信号由许多频率分量组成，由于放大器对不同频率信号的增益产生不同的放大而造成的失真。(此时输出信号中并未增加新的频率分量)

第107页/共402页§2.2三极管放大电路三.直流工作状态的分析--估算法1.固定偏置电路直流通路注意:在直流通路中只有直流分量注意：只有在放大区才是正确的。第108页/共402页§2.2三极管放大电路讨论：1)若基极接地或负电压，则偏置电流为0。管子截止，此时VCEQ=Vcc(2)若RB

变小，则IBQICQVCEQ

，

当VCEQ<VCES

则放大器工作在饱和状态设当时，则∴ICQ=βIBQ不再成立而Ic最大时为第109页/共402页§2.2三极管放大电路∴当时是饱和,若则仍在放大区。ICQM为最大饱和电流此电路简单，但它的工作点稳定性不够理想。如为此提出各种稳定偏置电路2.分压式偏置电路(提高Q点稳定性)直流通路第110页/共402页§2.2三极管放大电路当I1>>IB

时有稳定工作点的作用第111页/共402页§2.2三极管放大电路*在此电路中RB1,RB2,RE如何选择？为确保UB固定，则I1>>IBQ

所以RB1,RB2选小些，

但太小时将增大电源Vcc的损耗，且会使放大器的输入电阻减小∴设计电路时使发射极电阻RE越大,稳定性越好，但直流压降(IEQRE)越大，使VCEQ减小∴一般选第112页/共402页§2.2三极管放大电路3.其他偏置电路分析法：a.第113页/共402页§2.2三极管放大电路*反之，若式改为则RB对IE的影响是RE的

倍∴将RB折合到发射极时要乘第114页/共402页§2.2三极管放大电路b.第115页/共402页§2.2三极管放大电路管子截止时：VCEQ=VCC饱和时：VCEQ=VCES≈0二.交流通路（在交流通路中只有交流分量）在画交流通路时，电源相当于短路即接地电容----隔直通交第116页/共402页§2.2三极管放大电路第117页/共402页§2.2.2放大器的图解分析法放大器的分析方法有二种：图解分析法：形象、直观，但难以准确定量分析等效电路法：对器件建模进行电路分析，运算简便，结果误差小一.直流图解分析法（以共射极放大器为例）由前述方法，估算出IBQ，UCEQ，ICQ。在晶体管的输出特性上找出二个特殊的点M（0,UCC/RC）N（UCC,0），用直线连接MN，其斜率为-1/RC称直流负载线

第118页/共402页§2.2.2放大器的图解分析法它和IBQ线的交点Q称为静态工作点，该点对应的纵座标值为ICQ

横座标值为UCEO

Ucc/Rc•

M•

NiB=iBQICQUCEOUcc当RC不变，RB↓,IBQ↑，Q点沿负载线上移，极限位置为Q2，对应的横座标值为UCE(sat)，表明静态时晶体管已在饱和状态。反之RB↑,IBQ↓，Q点沿负载线下移至Q1，极限位置N，对应的横座标值为UCC，表示晶体管已工作在截止状态了。QRB

Q2RBQ1QQ3Q4RCRC第119页/共402页§2.2.2放大器的图解分析法上述两种状态下晶体管都不能正常放大信号正确方法是Q点应偏置在负载线的中点当IBQ不变时，RC↑，负载线斜率变小，Q点移至Q3反之，RC↓，负载线斜率增大，Q点移至Q4Q点都不在负载线中点，将影响正常放大这时应重新设置IBQ值一.交流图解分析法交流负载线

--是一条通过Q点斜率为

-1/RL

'的一条线,其中RL'=Rc/RL第120页/共402页§2.2.2放大器的图解分析法原因:交直流负载线必然在Q点相交,因为在线性工作范围内,Vi在变化过程中一定经过O点即Vi=0,而这一时刻既是动态过程中的一个点,

又与静态工作情况相符.根据ΔVce=Δic*RL'

设Δic为由Q点减小到0,

即Δic=ICQ

∴ΔVce=ICQ*RL'方法:第121页/共402页§2.2.2放大器的图解分析法三.直流工作点与放大器非线性失真良好设计的放大器工作点应位于交流负载线的中点。不然当工作点过低，在信号负半周时会进入截止区。所以，因受截止失真限制，最大不失真输出电压幅度为截止失真第122页/共402页§2.2.2放大器的图解分析法当工作点过高在信号正半周时会进入饱和区，因饱和失真限制，最大不失真输出电压幅度为饱和失真工作点在负载线中点时，上二式是近似相等的工作点不在中点时，则取小的一个作为Vom，最大不失真信号的峰峰值即为该值的两倍第123页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法一.晶体管交流小信号模型（共射为例）

应用条件：①静态工作点选择恰当，晶体管工作在放大区②输入信号较小，非线性失真可忽略1.混合π型电路模型共发射极晶体管电路模型第124页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法ube对ib的控制，等效为b-e间交流结电阻rbe，其值：

ube通过ib对ic的控制可等效为一个流控电流源

第125页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法或直接用一个压控电流源来表示其中跨导——输出特性上Q点处切线斜率之倒数，表明了对的影响

几百KΩ数量级

——输入特性上Q点处对的影响

极大，可忽略第126页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法真正的晶体管还有寄生效应的影响，它们是三个掺杂区的体电阻,其中基区体电阻因该区很窄，数值较大，一般高频管数十Ω，低频管数百Ω。另二个较小，可忽略。还有二个结的结电容：发射结电容（正偏势垒）集电结电容（反偏扩散）低频工作时可忽略。

完整的混合π型电路模型（a）高频时的电路模型；（b）低频时的电路模型

第127页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法2.低频H参数电路模型将晶体管视为一个双端口回路时，可将其看成一个黑匣子，仅根据其输入，输出回路的电流、电压关系及黑匣子的参数来求解电路。若取iB和uCE为自变量，则输入输出回路有函数在工作点Q处对上二式取全微分有

第128页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法当输入为正弦量，并用有效值表示上二式为用矩阵式可表示为

共发射极晶体管H参数电路模型第129页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法实用的低频H参数电路模型其中：（令Uce=0表示输出短路；Ib=0表示输入开路）交流输入电阻反向电压传输系数第130页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法交流输出电导H参数与混合π型电路参数之关系为：正向电流放大系数第131页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法2.共射极放大器的交流等效电路分析法分析步骤有三：L

估算直流工作点l

确定放大器交流通路(晶体管用小信号交流模型表示)

根据交流等效电路计算放大器的各项交流指标第132页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法第133页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法第134页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法

输入交流电压Ui=Ibrbe

输出交流电压U0=－Ic(Rc//RL)=－βIb(RC//RL)交流性能1).电压增益Au电压放大倍数式中2).输入电阻放大器的输入电阻:第135页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法晶体管的输入电阻：3).输出电阻：4).源电压放大倍数：原因：Ui是信号源内阻与放大器输入电阻分压的结果当Ri>>Rs时Aus≈Au

第136页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法3.接有Re的共发电路小信号交流等效电路交流分析:第137页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法讨论:1.直流工作点对放大器性能的影响，是通过ICQ,rbe起作用的。所以，当Q点过低使管子到截止区时，可调节RB2

,脱离截止区即当调节第138页/共402页§2.2.3放大器的交流等效电路分析法反之当Q点过高时,管子到了饱和区，这时可调节脱离饱和区。也可调节RE来改变。Rc增加对ICQ基本无影响,但注意：若Rc太大时使VCEQ太小易进入饱和区。第139页/共402页§2.2.4共集电极和共基极放大器一.共集电极放大器采用分压式偏置的共集电极电路及其交流等效图如图（注意：集电极交流接地）利用晶体管的交流模型可分析其交流性能指标共集电极放大器电路交流等效电路第140页/共402页§2.2.4共集电极和共基极放大器1.Au

共集电极输入和输出电压同相，增益近似为1似输出跟随输入变化而变化，故又称射极跟随器简称射随器

第141页/共402页§2.2.4共集电极和共基极放大器2.Ai

(Ie-Io)RE=IoRL

当忽略RB1、RB2分流作用时，Ib=Ii

故功率增益

第142页/共402页§2.2.4共集电极和共基极放大器3．Ri

从b极看进去Ri’=rbe+(1+β)RL’

第二项是射极支路电阻折合到基极的值Ri=RB1//RB2//Ri’

与共射电路相比，由于Ri’显著提高共集电路的输入电阻大大提高了第143页/共402页§2.2.4为看得清楚重画等效电路并按Ro定义,短路US

则从e极看进去电阻为故输出电阻

是基极支路总电阻折合到射极的值，Ro是该值与RE之并联,故Ro很小而共集电极和共基极放大器4.Ro第144页/共402页§2.2.4共集电极和共基极放大器通过以上分析可知射随器的特点：

Au近似为1

Ai很大

Ri很大

Ro很小

可见输出电阻Ro很小,这就意味着负载变化时输出电压稳定---即带负载的能力强,是共集组态的又一大优点∴共集电路Ri大、Ro小，利用这一特性可制作缓冲极、隔离极。第145页/共402页§2.2.4共集电极和共基极放大器二．进一步提高输入阻抗的措施利用复合管来提高输入阻抗

----使β上升T2管对T1管的影响相当于T2是T1的负载第146页/共402页§2.2.4共集电极和共基极放大器∴可用输入电阻Ri''来表示它对T1的负载作用可见复合管的输入电阻增大了.

复合管可等效成一个β值为两管β相乘的晶体管。第147页/共402页§2.2.4共集电极和共基极放大器采用复合管可使Ri'很大但总的输入电阻Ri=RB1//RB2//Ri'2.自举电路若RB1,RB2不能增大，Ri'再大也无用，而实际中为保证偏置稳定，RB1,RB2的取值是不能太大的所以由自举电路来解决这个问题增加了RB3

和C3C3---对交流短路，它将输出电压耦合到RB3

的下端第148页/共402页§2.2.4共集电极和共基极放大器从而提高了A点的电位，所以称自举电路使RB3

两端电压→0，即流过RB3

的电流→0∴该支路的等效阻抗→∞Ri=RB3'//Ri'

RB3支路的等效电阻很大三.三种基本组态放大器的比较：（P57表2-1)第149页/共402页§2.2.4多级放大器在要求有较大的放大倍数时，若单级不能实现，可用几个单级放大器级联起来。多级放大器有许多不同的组合方式，按总的技术要求，来设计组合一.级间耦合方式各级之间的连接方式称级间耦合方式

耦合时注意要点：确保各级直流工作点不受影响应使前级信号尽可能不衰减地输至下级常用耦合方式及其优缺点直接耦合

优点：可放大缓变的信号、便于电路集成化第150页/共402页§2.2.4多级放大器

缺点：静态工作点要根据要求统一考虑，不能独立计算，即所谓电平配置，温度变化会引起各极工作点漂移变压器耦合

优点：易实现阻抗匹配。原、副边可以不共地。输出电压的极性可随意改变缺点：体积大，尤其是低频工作时

阻容耦合

优点：容易实现，工作点可以独立计算。缺点：低频工作时，信号较难通过耦合电容

第151页/共402页§2.2.4多级放大器二.组合放大器实际应用的放大器有电压增益，输入电阻，输出电阻等具体的技术要求，根据三种基本组态放大器特点将其合理级联起来，构成组合放大器，以满足实际要求1、CE-CE级联