模拟电子技术基础第四课件.~

模拟电子电路一、课程特点

1、工程性

强调定性分析。允许有一定误差。

电子电路的定量分析称为“估算”。电子电路归根结底是电路。建模后，可用电路的基本理论分析模拟电路。2.实践性实用的模拟电子电路几乎都需要进行调试才能达到预期的目标，因而要掌握以下方法：常用电子仪器的使用方法电子电路的测试方法故障的判断与排除方法二、如何学习这门课程

基本概念：概念是不变的,应用是灵活的:“万变不离其宗”

基本电路：构成的原则是不变的，具体电路多种多样

基本方法：在基本概念指导下，基本电路的基本分析步骤重基础！3多级放大电路目录及重点1常用半导体器件2基本放大电路4集成运算放大电路5放大电路的频率响应6放大电路中的反馈7信号的运算与处理8波形的发生和信号的转换9功率放大电路10直流电源第一章半导体器件1.1半导体基础知识1.2半导体二极管1.3晶体(双极型)三极管(BJT)1.4场效应管1.1半导体基础知识

1.导体：电阻率

<10-4

·

cm的物质。如铜、银、铝等金属材料。2.绝缘体：电阻率

>109·

cm物质。如橡胶、塑料等。3.半导体：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质。半导体器件所用的主要材料是硅(Si)和锗(Ge)。半导体导电性能是由其原子结构决定的。硅原子结构硅原子结构(a)硅的原子结构图最外层电子称价电子价电子锗原子也是4价元素4价元素的原子用带有+4电荷的正离子和周围4个价电子表示+4(b)简化模型

本征半导体

+4+4+4+4+4+4+4+4+4

完全纯净的、不含其他杂质且具有晶体结构的半导体称为本征半导体。

通过特殊工艺，可使硅或锗材料形成晶体结构，每个原子与周围的4个原子以共价键的形式紧密结合着，并排列成整齐的晶格结构。价电子共价键单晶体中的共价键结构当温度T=0

K时，半导体不导电，如同绝缘体。+4+4+4+4+4+4+4+4+4本征鹊半导恢体中突的自由驻电子沿和空铁穴自由酒电子空穴若T，由冠于本桑征激逐发，爱将有林少数扁价电接子克还服共馆价键定的束攻缚成屋为自由荐电子，在吓原来线的共胜价键锦中留纷下一封个空彼位—到—空穴T自由喇电子和空穴使本征诞半导惩体具御有导谊电能采力：父很微蹈弱空穴欲可看照成带诉正电葡的载饶流子1.笼半井导体血中两启种载特流子带负电的自由电子带正电的空穴

2.映本翼征半我导体旺中，该自由般电子壮和空朋穴总俯是成脚对出舱现，轰称为电子泄-密空矮穴对鹅。3.贝本静征半羊导体依中自由侦电子和空穴的浓鸽度用ni和pi表示牺，显帖然ni=pi。4.信自叼由电恩子和升空穴故不断疼产生蠢、不烛断复沿合。在一站定T寄下,浙产生再与复爪合运健动会遮达到厦平衡豆，载输流子巨的浓循度就列一定耗了5.本征义半导循体的湖导电孩能力汁取决祥于载稻流子睡的浓扒度。载流速子浓今度与附T密哭切相店关：炉T升蒙高，雅其按巷指数徐规律岭增加散。本征沸半导足体的盆特性喊--正小结顽：杂质吼半导要体杂质泼半导耗体：N筹型半较导体P斩型半蓝导体一、傻N兰型布半导桌体在硅散或锗昼的晶森体中闸掺入阻少量驼的5忧价杂质母元素之，如裙磷、仅锑、嚷砷等肃，即图构成N据型半宵导体(或称狐电子闷型半完导体)。本征隶半导振体掺凉入蜘5皮价元玻素后熄，原陵来晶隔体中桥的某报些硅识原子电将被路杂质鹿原子列代替耀。杂羽质原需子最翠外层震有零5讨个价嘱电子章，其芝中渣4辉个与勿硅构信成共涌价键段，多哨余一跌个电传子只岭受自绢身原搭子核转吸引薪，在挑室温驾下即粱可成着为自致由电泡子。5诊价杂登质原惠子称窃为施主封原子事；自由重电子莫浓度羽远大假于空波穴的险浓度贷，即n>>p：电子祝称为释多数足载流汗子(简陷称多逼子)馒，空穴岛称为描少数染载流降子(简旋称少半子)扩。二、脆P仔型沈半导山体+4+4+4+4+4+4+4+4+4在硅瘦或锗柿的晶焰体中某掺入牢少量卖的3蜜价杂质鼓元素镰，如胆硼、园镓、恭铟等贩，即千构成P绍型半踩导体。+3空穴确浓度灵大于螺电子丙浓度却，即p>>n。空穴曾为多谎数载岭流子，电斧子为净少数户载流伤子。3呼价杂兰质原俭子称班为受主庆原子较。受主籍原子空穴P配型半宏导体姥的晶识体结损构说明乘：1.掺入距杂质西的浓泻度决叉定多但数载黑流子这浓度损；温置度决赢定少耀数载哄流子循的浓盘度。3.狡杂先质半帅导体守的简缎化表蹲示方勾法：2.杂质那半导读体载流悉子的疏数目要远婚远高势于本寄征半稿导体茫，因勒而其寸导电因能力泥大大错改善翼。(a)N加型半孔导体(b)P正型半企导体杂质卡半导电体的致的简制化表烛示法PN竿结始及其枕单向袄导电忙性在一婚块半介导体怕的一散侧掺腹杂成管为馒P眨型半春导体洒，另默一侧四掺杂笛成为蓬N悟型妥半导狂体，竟两个洋区域泻的交侍界处祖就形化成了枕一个针特殊优的薄月层，称为痕P置N榜结。PNPN结PN也结蓝的形笼成一、盗PN杰结问中载亦流子朴的运河动耗尽似层空间电荷区PN1.竿扩获散运羊动2.打扩禁散运趁动形初成空薪间电赴荷区电子汇和空急穴浓错度差离形成多数个载流国子的蝇扩散另运动枝。PN欠结萍，耗稼尽层PN3.垃空我间电娱荷区鼓产生启内电熄场PN空间电荷区内电场UD空间公电荷上区正升负离细子之腿间电隐位差UD——电位座壁垒；——内电已场；内杂电场叶阻止烫多子刘的扩强散——阻挡徐层。4.语漂寺移运暑动内电眨场有虚利于抹少子姥运动声—漂移随。少子沙的运乐动与欲多子骗相反阻挡层5.茄扩侦散与璃漂移颤的动甚态平仁衡扩散黑运动码使空熄间电钥荷区依增大孙，扩培散电疗流逐民渐减测小；随着纹内电壳场的泉增强徐，漂湿移运首动逐屯渐增融加；空间融电荷体区的趁宽度键约为兵几微奋米陕~查几十系微米践；扩散副运动格最终造与漂史移运奋动达蒸到动肠态平伴衡。电压奴壁垒UD，硅贿材料蹦约为(0.汇6绸~跨0.李8)V,锗材垫料约轻为(0.次2激~剧0.侨3)V。二、积P处N茧结的仿单向扮导电惊性1.PN外加傻正向其电压又称降正向载偏置约，简鲁称正廉偏。外电场方向内电场方向空间电荷区VRI外电场将多子推向空间电荷区,使其变窄,消弱内电场,破坏原平衡,加剧扩散运动,产生较大正向电流PN在询PN可结岂加上怕一个掏很小催的正开向电场压，絮即可照得到富较大刺的正尖向电变流，朵为防靠止电碗流过份大，筝接入纷电阻R。2.PN痰结外加崇反向剖电压(反偏)空间电荷区PN外电场方向内电场方向VRIS反相肆偏置题的倘PN弓结反向楚电流临又称反向阅饱和汽电流。对温茂度十盯分敏塌感，随着牙温度士升高剧，IS将急狼剧增醒大。结论故：P飘N结衫具有末单向早导电恢性反向走接法忧时，刘外电贯场与恰内电溪场的打方向笔一致洞，增足强了妈内电纵场的持作用亲；外底电场乏使空颤间电节荷区签变宽轧；不利姓于扩假散运挨动，款有利杆于漂鼠移运桑动，废漂移鹅电流五大于扁扩散街电流侦，电豪路中伞产生肃反向基电流I；由于苍少数孙载流倍子浓明度很发低，奖反向悠电流势数值凤非常扣小。cPN夸结杠总的柴结电货容Cj包括育势垒凝电容Cb和扩陵散电劝容Cd两部宣分。高频搬时呈坝现电宽容效衣应。1.鹊21.懂2量半导洽体二降极管将遍PN房诚结和封装爪在塑烤料、辈玻璃挣或金驰属外画壳里购，再熟从叉P砖区和跨N厦区煌分别讽焊出武两根堡引线迷作正葬、负伙极。1.央2.绒1堵二穴极管势的结定构：(a)外形葡图半导罚体二趴极管嗽又称蚕晶体父二极兆管。(b)符号二极蚀管的胞外形双和符鸡号二极闷管类蒜型：按压PN平结爆结构分：有点倒接触扩型和贺面接磁触型冬二极巾管。按用闻途分丹：有整淹流二扬极管卡、检芦波二付极管妻、稳净压二哨极管待、开会关二脆极管知、发耻光二盯极管愈、变军容二远极管禁等。按半俭导体熊材料短分：有硅误二极灾管、拌锗二企极管熄等。1.勿2.愤2现二极阵管的浅伏安默特性在二纲极管医的两胞端加躺上电段压，怒测量破流过筐管子曾的电功流，I=f(U)之间伪的关挺系曲阀线。604020–0.002–0.00400.51.0–25–50I/mAU/V正向铲特性硅管伸的伏离安特怕性死区电压击穿电压U(BR)反向插特性–50I/mAU

/V0.20.4–2551015–0.01–0.02锗管的伏安特性0二极夺管的婆伏安蹈特性1.宣正外向特欢性当正菌向电渗压比浩较小盆时，地正向普电流烫很小夹，几鸟乎为鼻零。只有延当正付向电波压超较过一暖定值干时，冈电流闻才快付速增轿长，健相应锦的电靠压叫死区州电压。范吗围称死区愿。死绝区电部压与材楼料和眯温度岭有关弹，硅计管约染0错.5傻V寇左封右，焰锗管丧约向0.拳1酱V捷左右掉。正向削特性死区鼠电压60402000.40.8I/mAU/V当正籍向电素压超析过死谅区电侵压后损，随证着电隆压的女升高板，正沟向电乌流迅抬速增声大。2.挪反途向特煌性–0.02–0.040–25–50I/mAU/V反向特性当电删压超率过零晌点几谱伏后框，反店向电遇流不也随电亭压增写加而塔增大庙，即睬饱和异；二极吸管加占反向惜电压烟，反氧向电受流很委小；如果订反向磨电压辽继续没升高雁，大匙到一橡定数并值时依，反令向电州流会霞突然虑增大膊；反向饱和电流这种乐现象获称击穿，对策应电付压叫反向傻击穿哀电压。击穿窝并不猾意味亭管子修损坏橡，若百控制摧击穿买电流修，电搂压降酿低后都，还延可恢创复正矿常。击穿电压U(BR)3.坐伏助安特愚性表汁达式(二眉极管厅方程太)IS：反须向饱侄和电录流UT：温誉度的垮电压洲当量在常私温(30设0叉K)下，UT26您m砍V二极牢管加鞠反向所电压任，即U<半0，桐且|U|>>UT，则I-IS二极管加正向电压，即U>0，且U>>UT

，则，可得，说明电流I与电压U基本上成指数关系。二极亦管的拌主要姥参数1.雁最同大整食流电猎流IF二极谦管长稍期运检行时舰，允柜许通量过的限最大宽正向栗平均卖电流脑。2.肆最炉高反丈向工呢作电火压UR<瞬啊时值掌>工作缓时允似许加脂在二绸极管秃两端烛的反目向电罢压值。通严常将照击穿套电压UBR的一食半定扎义为UR。3.摧反菌向电市流IR二极竿管未制击穿拔时的纺反向严电流倚。IR值愈卵小愈自好。4.迹最资高工冒作频松率fMfM值主催要决止定于援P绣N割结结救电容赖的大证小。结电霉容愈额大，屿二极枕管允良许的润最高喝工作老频率祥愈低功。使用游要特啦别要胁注意白不能谦超过IF和UR，否籍则容市易损鸭坏管骡子。1）愈理够想开猛关模绕型1.针2.均4使二极大管的往等效抛模型钉（僚电路哗）1、嘱直流当模型营（煤由伏托安特储性折梅线化捧得到规的等复效模谋型）2）膏恒抄压源帝模型3）捧折燃线模再型★★球★uDIDUDUDIDuDUOnUOnIDuD★★例：电路讽如图狗示，R＝1帮kΩ，URE法F=2灯V，欢输入语信号若为ui(1迅)若ui为4土V的杨直流堡信号策，分四别采呀用理想注开关邻模型、恒压舅源模筋型计算令电流I和输垫出电童压uo解：（1）殊采用声理想慎模型悉分析墙。采用屡恒压猜源模找型分筛析。继续（2裁）如才果ui为幅高度±4V桃的交沃流三蓄角波威，波革形如臭图（庙b）罢所示洪，分属别采孟用两种模型分析互电路广并画绪出相征应的贪输出经电压殖波形扁。解：①采认用理层想模痛型。邮波形六如图0-4V4Vuit2V2Vuot继续02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V②采惯用恒扬压源茧模型财，波端形如班图继续rd——即为关工作持点处淹的交魂流电滴阻当二贱极管退的工境作点政上叠萝加有槐交流小信岁号电压ud时，穗可将睬局部久伏安妇特性洒曲线催看成专直线(线屋性化晨)：交流匆电压洽与电宁流之甘间的注关系敌可用防一个碗线性旅电阻rd来近携似。2、吃交流邪模型笼（耍微变巧等效旬电路迫）Qdu+-+-稳压一种沉特殊屋的面僻接触秘型半他导体滴硅二业极管社。I/mAU/VO+正向+反向U(b)稳压糕管符训号(a)稳压俘管伏诊安特雾性+I稳压胃二极靠管正常卖情况糟下，俗稳压寄管应假该工斥作在反向总电击肆穿状态荒。稳压建管的钓参数闯：1.仿稳定并电压UZ3.交动懂态电哥阻rZ2.羞稳定涉电流IZ（即IZm阶in)稳压喷管工召作在掩反向沸击穿遥区时歪的稳闸定工虾作电仙压。正常蛇工作范的参与考电需流。I<IZ时廊，管萌子的吃稳压另性能璃差；劈燕一恐般，I较大趁时稳廊压性败能较编好愚，但逼不能偶超过读额定毁功耗腾，有工的手沿册给雀出最泄大稳皮定电失流IZM。rZ愈小刷愈好魄。对仗于同歉一个咽稳压淹管，夹工作反电流块愈大场，rZ值愈趁小。4.盯额鞭定功播耗PZ稳压牢管工胳作时漠消耗州的功来率：P=UZIZP会转敲化为痒热能陆，使习稳压搭管发龙热。稳压镜管的额定袖功耗PZ等于迹其稳定散电压UZ与最汤大稳粪定电恒流IZM的乘远积。PZ=UZIZM5.公电荣压温权度系般数U稳压笨管电劳流不遥变时想，环阁境温乌度每装变化丢1虽℃驾引巴起稳无定电谁压变旷化的稀百分避比。(1)UZ>傲7酬V,U>直0；UZ<付4某V，U<勺0斥；(2)UZ在员4扮~捆7咬V荐之间贡，U值比针较小篮，性盖能比倘较稳寄定VDZ