哈工程核学院核电子学模电基础

模电根底1.二极管2.三极管3.场效应管4.单管放大电路5.多级放大电路和运算放大器6.反响模电根底——〔二极管〕1.1PN结构成模电根底——〔二极管〕1.2PN结单导游电性模电根底——〔二极管〕1.3二极管的构造和类型半导体二极管〔简称二极管〕是由PN结加上电极引线和管壳组成的。模电根底——〔二极管〕1.4伏安特性模电根底——〔二极管〕1.5温度对伏安特性的影响模电根底——〔二极管〕1.6二极管的电容效应势垒电容CB空间电荷区的宽度及其里面存储的空间电荷量分散电容CD图1-8结电容CJPN结上外加电压的极性和大小变化模电根底——〔二极管〕1.7二极管运用二极管在电路中有广泛的运用：利用它的单导游电性，可组成整流、限幅、检波电路，还可以用于元件维护以及数字电路中作为开关元件等。特殊二级管：稳压二极管发光二极管光电二极管变容二极管模电根底——〔三极管〕2.1三极管〔晶体管BJT〕的构造及其类型为实现电流控制和放大作用，晶体管的三个区在制造时构造、尺寸和掺杂浓度要保证三点：基区很薄，厚度只需几微米，掺杂浓度很低发射区和集电区掺杂类型一样，但发射区掺杂浓度远大于集电区集电结面积大于发射结面积模电根底——〔三极管〕2.2晶体管的三种衔接方式〔a〕以基极作为输入端，集电极作为输出端；〔b〕以基极作为输入端，发射极作为输出端；〔c〕以发射极作为输入端，集电极作为输出端。模电根底——〔三极管〕2.3晶体管的任务形状——放大〔以NPN共发射极为例〕(1)(2)(4)(3)发射结正偏，集电结反偏UC﹥UB﹥UE模电根底——〔三极管〕2.3晶体管的任务形状——放大形状共基直流电流放大系数：共射直流电流放大系数忽略ICBO由上页(2)(3)式可得电流关系：忽略ICBO两放大系数关系：模电根底——〔三极管〕2.3晶体管的任务形状——放大形状总结：电流关系电流控制器件交流电流放大系数模电根底——〔三极管〕2.3晶体管的任务形状——饱和、截止发射结正偏，集电结正偏IC不再随IB的增大而增大，基极电流失去对集电极电流的控制造用，IC主要受UCE控制发射结反偏或零偏，集电结反偏IE几乎为零，IC=ICBO，IB=-ICBO很小可忽略不计，晶体管截止模电根底——〔三极管〕2.4晶体管的伏安特性〔NPN共射极为例〕2.4.1输入特性非线性，UBE小于UBE〔th〕时晶体管截止。硅管UBE〔th〕约0.5V，锗管UBE〔th〕约0.1V。当UBE大于UBE〔th〕时，随着增大，开场指数添加，后近似直线上升。模电根底——〔三极管〕2.4.2输出特性截止区：IB≤0的区，IC=ICEO近似为零。锗：几十至几百微安；硅：小于1微安。相当于一个断开的开关。放大区：IC根本不随UCE的变化而变化，主要取决于IB，微小的△IB可以产生较大的△IC，二者关系为△IC=β△IB饱和区：当IB固定时，UCE对IC有剧烈的控制造用；当UCE固定时，IB增大IC增大不多，出现“饱和〞景象，IB继续增大，IC几乎不变，不同的输出特性起始部分几乎重叠在一同，IB对IC失去控制造用，IC≤βIB。击穿区：UCE增大到某一值时，IC会急剧上升，集电结发生雪崩击穿。模电根底——〔三极管〕2.5温度对晶体管参数的影响对ICBO的影响对UBE的影响对β的影响温度升高，特性曲线左移(IB一定时，随温度升高，UBE将减小)。2～2.5mV/℃。与PN结正向伏安特性类似。室温下集电极反向饱和电流ICBO很小；当温度升高时，少子浓度添加，ICBO急剧增大，约1倍/10℃。β随温度升高而增大，0.5％～1％，在输出特性曲线图上，曲线间距随温度升高而增大。温度对ICBOUBEβ的影响都将使IC随温度上升而添加，严重影响晶体管的任务形状模电根底——〔场效应管〕3.1场效应管概述〔FieldEffectTransistor,FET〕场效应管(FET)结型场效应管(JFET)绝缘栅型场效应管(IGFET，MOSFET)耗尽型N沟道P沟道加强型N沟道N沟道P沟道P沟道利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流，属电压控制型器件。起主要导电作用的只需一种载流子〔多子〕故又称单极型晶体管。具有很高的输入电阻，还具有热稳定性好、功耗小、噪声低、制造工艺简单便于集成等优点。模电根底——〔场效应管〕3.2.1JFET的构造及类型3.2结型场效应管JFET模电根底——〔场效应管〕3.2.2JFET的任务原理模电根底——〔场效应管〕3.2.2JFET的任务原理栅源电压UGS的变化将有效地控制漏极电流iD的变化，表达了栅源电压UGS对漏电流iD的控制造用模电根底——〔场效应管〕3.2.3JFET的伏安特性输出特性可变电阻区：场效应管可以看成一个受uGS控制的可变电阻，即压控电阻。恒流区〔饱和区〕：场效应管相当于一个电压控制的电流源。作为放大器运用时任务在该区，又称放大区。夹断区〔截止区〕：导电沟道被全部夹断，iD≈0。击穿区：随uDS增大，接近漏区的P+N结反偏电压也随之增大产生雪崩击穿，iD会急剧添加，甚至烧坏管子。模电根底——〔场效应管〕转移特性对N沟道JFET，在管子任务在恒流区时转移特性可近似表示为：留意：PN结要反偏N沟JFET:uGS﹤0P沟JFET:uGS﹥0模电根底——〔场效应管〕3.2.4JFET的主要参数直流参数交流参数夹断电压UGS(off)饱和漏极电流IDSS直流输入电阻RGS(DC)低频跨导极间电容CGSCGD极限参数最大漏极电流IDM最大漏源电压U(BR)DS最大栅源电压U(BR)GS最大耗散功率PDM模电根底——〔场效应管〕3.3绝缘栅场效应管〔MOSFET〕3.3.1构造及类型模电根底——〔场效应管〕3.3.2加强型MOS管导电沟道的构成栅源电压对漏极电流的控制漏源电压对漏极电流的影响任务原理模电根底——〔场效应管〕可变电阻区恒流区截止区击穿区3.3.2加强型MOS管伏安特性模电根底——〔场效应管〕3.3.3耗尽型MOS管3.3.4主要参数耗尽型：同JFET加强型：没有夹断电压和漏极饱和电流，添加开启电压模电根底——〔场效应管〕3.4场效应管与晶体管的比较模电根底——〔单管放大电路〕4.1晶体管放大电路(a)放大电路的主要性能目的(b)共射极放大电路(c)共集电极放大电路(d)共基极放大电路4.2场效应管放大电路(a)共源放大电路(b)共漏放大电路4.单管放大电路模电根底——〔放大电路〕〔a〕放大电路的主要性能目的4.1晶体管放大电路电压放大倍数〔电压增益〕电流放大倍数〔电流增益〕模电根底——〔放大电路〕〔a〕放大电路的主要性能目的4.1晶体管放大电路输入电阻输出电阻低内阻电压源输入电阻越大越好高内阻电流源输入电阻越小越好输出电阻越小电压增益越接近空载时电压增益，带负载才干越强模电根底——〔放大电路〕〔a〕放大电路的主要性能目的输入信号的频率往往是在一定范围内变化的，要使放大后的输出信号不失真，就要使放大电路对不同频率的输入信号具有一样的放大才干。通频带中频段电压放大倍数几乎不变的频率范围电压放大倍数下降到时，上下限截止频率之间构成的频带宽度通频带越宽阐明放大电路对不同频率信号的顺应才干越强。模电根底——〔放大电路〕〔b〕共射极放大电路模电根底——〔放大电路〕〔b〕共射极放大电路输入电阻输出电阻电压增益有比较高的电压和电流放大倍数，输出电压与输入电压反相，输入电阻较小。多用于多级放大电路的中间级Ro模电根底——〔放大电路〕〔c〕共集电极放大电路〔射极跟随器〕电压增益输入电阻输出电阻电压增益小于1，接近1，输出电压与输入电压同相；有电流和功率放大才干；有高输入电阻和低输出电阻。多级放大电路中作为输入级和输出级。模电根底——〔放大电路〕〔d〕共基极放大电路电压增益输入电阻输出电阻没有电流放大才干，有电压放大才干；输出电压与输入电压同相；输入电阻小，输出电阻大。通常用在高频放大电路。模电根底——〔放大电路〕模电根底——〔放大电路〕〔a〕共源放大电路4.2场效应管放大电路类似晶体管与共射放大电路，有电压放大才干；输出与输入电压反相；但输入电阻较高而电压放大倍数较小。模电根底——〔放大电路〕〔b〕共漏放大电路电压放大倍数小于1，约等1；输出与输入电压同相，又称漏极跟随器；输出电阻很小。模电根底——〔多级放大电路〕5.1多级放大电路不是独立的各级的电压益，而是必需思索前后级对它的影响普通情况下有〔输入输出为射极跟随器除外〕模电根底——〔多级放大电路〕5.2集成运算放大器输入级：输入级对整个运算放大器的性能目的影响较大，是提高集成运放质量的关键部分，要求有高输入电阻，能减小零点漂移和抑制干扰。普通采用差动放大电路。中间级：主要完成电压放大义务，要求有高的电压增益。普通采用带有源负载〔恒流源〕的共发射极电压放大电路。输出级：主要义务是功率放大，以驱动负载任务，要求其输出电阻低、带负载才干强、能输出足够大的电压和电流、波形失真小、电源转换效率高。普通采用互补对称的功率放大电路。偏置电路：主要为各级放大电路提供适宜的静态任务电流，以确定各级的静态任务点。辅助电路：内电源稳压电路、温控电路、温度补偿电路、输入过压和输出过流过热维护电路。提高运放的稳定性和接受过载才干。模电根底——〔多级放大电路〕5.3集成运放的主要参数1.开环差模电压增益2.共模抑制比3.差模输入电阻rid4.输入失调电压UIO5.输入失调电压的温漂6.输入失调电流IIO7.输入失调电流的温漂8.输入偏置电流IIB9.最大共模输入电压UICM10.最大差模输入电压UIDM11.-3dB带宽fH12.单位增益带宽fo13.转换速率SR模电根底——〔多级放大电路〕5.4理想运放参数开环差模电压增益共模抑制比差模输入电阻输入失调电压的温漂输入失调电流的温漂开环带宽转换速率输出电阻模电根底——〔多级放大电路〕5.5运算电路比例运算电路反相输入运算电路同相输入运算电路差分比例运算电路加法和减法运算电路积分和微分运算电路乘法和除法运算电路对数和指数运算电路模电根底——〔反响〕6.1反响概念将放大电路的输出量〔电压或电流〕的全部或一部分，经过一定的电路〔网路〕送回输入电路，与输入量〔电压或电流〕进展比较。经过影响放大电路输入量从而影响放大电路输出量的措施。模电根底——〔反响〕6.2反响举例模电根底——〔反响〕6.3反响分类直流反响与交流反响电压反响和电流反响：引入的反响信号与电压或电流有直接关系。正反响和负反响：对净输入量的影响。串联反响和并联反响：反响信号与输入信号衔接方式。