电子技术及应用

1、特别提醒特别提醒本课程5学分 成绩 考试80分 平时20分1、本周四确定座位表本周四确定座位表, ,以后每位同学按自以后每位同学按自己的座位入坐己的座位入坐, ,若座位无人按缺席处理若座位无人按缺席处理, ,缺缺席一次平时成绩扣一分，缺席过多按校规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。处理。如有重课请尽早到学院办理重课单。2 2、每周一交作业本，缺交或所做的作业量、每周一交作业本，缺交或所做的作业量小于应做作业量的小于应做作业量的50%50%的、有明显作业抄袭的、有明显作业抄袭的则平时成绩每次扣一分。的则平时成绩每次扣一分。3、每周四课后答疑。 负反馈放大器

2、负反馈放大器 5集成运算放大电路集成运算放大电路 8 基本放大电路基本放大电路 (三极管、场效应管三极管、场效应管 ）22半导体器件半导体器件 5集成运算放大器应用集成运算放大器应用 2复习复习 3内容安排绪论一一 主要内容主要内容1 电子器件电子器件 二极管二极管 器件的特性、器件的特性、 管子管子 晶体管晶体管 参数、等效电路参数、等效电路 场效应管场效应管 （熟悉）（熟悉） 差分对管差分对管 组件组件 集成电路集成电路绪论 2 、 电子电路电子电路 晶体管放大器晶体管放大器 电路组成，电路组成， 放大电路放大电路 场效应管放大器场效应管放大器 工作原理，工作原理， 集成运算放大器集成运算

3、放大器 性能特性，性能特性， 功率放大器功率放大器 基本分析方法基本分析方法 负反馈在放大电路中的应用负反馈在放大电路中的应用 工程计算方法工程计算方法 放大器的频率响应放大器的频率响应 绪论二二 电子电路的应用电子电路的应用 自动控制自动控制 计算机计算机 通信通信 文化娱乐文化娱乐 医疗仪器医疗仪器 家用电器家用电器三三 要求要求 了解器件的内部工作原理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掌握实际技能及各种测试方法四四 学习方法学习方法 1 1 合理

4、近似合理近似 例：例：I=20 /I=20 /（1+0.91+0.9） =10.5 mA=10.5 mA 若把若把 1K / 10K =1K 1K / 10K =1K 则则 I=20/2K=10 mAI=20/2K=10 mA 仅差仅差5% 5% 而采用一般电阻元件其误差有而采用一般电阻元件其误差有10%10% 即即1K1K的元件可能是的元件可能是1.1K1.1K或或900 900 2 2 重视实验环节重视实验环节 坚持理论联系实际坚持理论联系实际 绪论+20v-1K1k10k0.9k绪论五五 参考书参考书 模拟电子技术基础教程模拟电子技术基础教程 浙大浙大 邓汉馨邓汉馨 模拟电子技术基础模拟

5、电子技术基础 清华清华 童诗白童诗白 电子技术基础电子技术基础 西安电子科大西安电子科大 孙肖子孙肖子 模拟电子技术模拟电子技术 北京理工北京理工 王远王远 模拟电子线路模拟电子线路(I) (I) 谢源清谢源清return第一章第一章1.1 PN1.1 PN结及晶体二极管结及晶体二极管总结总结1.2 1.2 晶体三极管晶体三极管半导体基础知识半导体基础知识结型场效应管结型场效应管(JFET)(JFET)1.3 1.3 场效应管场效应管金属金属- -氧化物氧化物- -半导体场效应管半导体场效应管（MOSFETMOSFET）return第一章第一章半导体基础知识半导体基础知识 自然界中物质按其导电

6、能力可分为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 )第一章第一章半导体物理基础知识半导体物理基础知识 一一 本征半导体本征半导体: - : - 纯净的半导体纯净的半导体 共价键共价键 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第一章第一章半导体物理基础知识半导体

7、物理基础知识 电子电子空穴对空穴对 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空位称 空穴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Ge第一章第一章半导体物理基础知识半导体物理基础知识 电子电流电子电流 电子在电场作用下移动产生的电流 x3 x2 x1 空穴电流空穴电流 空穴移动产生的电流 x1 x2 x3 激发激发 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

8、子电子和空穴称为载流子第一章第一章半导体物理基础知识半导体物理基础知识 复合复合 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 +4+4+4+4+4第一章第一章半导体物理基础知识半导体物理基础知识 二二 杂质半导体杂质半导体- - 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 N型半导体型半导体- - 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 N型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 少子空穴第一章第一章半导体物理

9、基础知识半导体物理基础知识 P P型半导体型半导体 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 P型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return+5+4+4+4+4+3+4+4+4+4 + -1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管 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。一一 PNPN结的形成结的形成1.1.空间电荷区空间电荷区 P型 N型半导体 结合在一起时， 由于交界面两测

10、多子与少子 浓度不同 引起 扩散运动扩散运动 （浓度差引起） + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管 所以所以 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1.1 PN1.1 PN结及二极管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

11、（内电场引起） 促使P区电子N N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 1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管2. 对称结与不对称结对称结与不对称结 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 1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管 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 I 随 V V 急剧上

12、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 1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管二二 PNPN结的特征结的特征单向导电性单向导电性 1 1. .正向特征正向特征又称又称PNPN结正向偏置结正向偏置 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 VbV1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管 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

13、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 单向导电性单向导电性2021-7-7-+1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管3.3.PNPN结伏安特性表示式结伏安特性表示式 IsIs 反向饱和电流 决定于PN结的材料，制造工艺、温度 U UT T =kT/q - =kT/q - 温度的电压当量或热电压 当 T=300K时, UT = 26mV K K波耳兹曼常数 T T绝对温度q q电子电荷 u u外加电压U U 为反向时，且 1)(!1)1()1(nnTSUuSTkuqSUunIeIeIiT1.1 PN1.1 PN结及二极

14、管结及二极管1.1.PNPN结的反向特性结的反向特性 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 IT I 1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管U正正偏时, VVT I=II=Is se eU/UTU/UT 实际特性在I 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0 I GeSi导通电压死区电压

15、阀植电压 UGe 0.2-0.3V 0.2V0.2VSi 0.6-0.8V 0.7V0.7V1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管三三 温度对伏安特性影响温度对伏安特性影响 T T正向特性左移反向电流明显增大，T T 每升高10摄氏度 IsIs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:1012122TTSSIIIS1IS2 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 PNPN结的

16、击穿结的击穿 把反向电流开始明显增大时所对应的反向电压 称 击穿电压击穿电压 V V(BR)(BR)1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管 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，最高工作温度越高三三 PNPN结的击穿结的击穿 1.1 PN1.1 PN结及二极管结及二极管雪崩击穿雪崩击穿轻掺杂 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 V(BR(BR) 击穿齐纳击穿齐纳击穿重掺杂 掺杂越高 击穿电压越低V V(BR)(BR) 7V以上 击穿 (SiSi)V V(BR)(BR) IEP IE IEN=IBN+IC

17、N 1.21.2晶体三极管晶体三极管 B B区区：传递和控制电子 复合产生的电流IBN IB=IBNICBO（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 C区区：收集电子ICN（漂移）IC=ICNICBO（反向饱和电流）集电区和基区的少子在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1.21.2晶体三极管晶体三极管 二二. . 电流分配关系电流分配关系 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：

18、提高传输效率的条件：1）制成不对称结P+NP或N+PN 2）基区薄3）增加集电结面积1.21.2晶体三极管晶体三极管 三种组态共基极共集电极共发射极注注 意意发射极 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1.21.2晶体三极管晶体三极管 电流分配关系电流分配关系 定义 共基极直流电流放大系数 1ECBOCENCNIIIII IC= IE+ICBO IE 定义 共e极直流电流放大系数 CBOIIIIIIBCBOCBNCNICEO = (1+ ) ICBO ICEO穿透电流 ICBO反向饱和电流IB = IBNICBO= IEIC =（1 ）

19、IEICBO（1 ）IE IE= IC+IB IC=ICN ICBO= IB+(1+ ) ICBO IB IEIEN= IBN+ ICN =(1+ ) IB(1+ ) ICBO(1+ ) IB 1.21.2晶体三极管晶体三极管 由于 都反映了管中基区扩散与复合的关系 11，由定义可得： 总结：总结：IC IE IE (1+ ) IB IC IB IB（1 ）IEIE= IC+IB1.21.2晶体三极管晶体三极管 一一. . 共射极特性共射极特性 1. 共射极输入特性曲线共射极输入特性曲线 以 为参量， 与 的关系 CEuBiBEuCBEBCE)(uufi特点：类似二极管特性， 但并非是e结特性

20、， 因e结与c结是相关的 即受 控制的 CEuSi UBE: 0.60.8V 0.7V Ge UBE: 0.10.3V 0.2V1.21.2晶体三极管晶体三极管 2. 2. 共射极输出特性曲线共射极输出特性曲线 以为参量时 与 的关系 BiCiCEu CCEC)(Biufi输出特性划分为三个区域 放大区放大区发射结正偏 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上 BiCiCCEuBCII定义 =i iB B= =I ICBOCBOV VCE CE = V= VBEBE饱和区饱和区截止区截止区放放 大大 区区1.21.2晶体三极管晶体三极管 变化对 影响很小 CEuCi

21、饱和区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 饱和压降饱和压降 用V VCESCES表示 (Si管约为0.5V)小功率截止区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1.21.2晶体三极管晶体三极管 3. 3. 温度对晶体管特性的影响温度对晶体管特性的影响温度对V VBEBE的影响T VBE 即输入特性曲线左移温度对I ICBOCBO的影响T ICBO

22、 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 T对 V VBE BE I ICBOCBO 的影响反映在集电极电流I IC C上 都使I IC C 1.21.2晶体三极管晶体三极管 二二. . 晶体管的主要参数晶体管的主要参数 1. 1. 电流放大系数电流放大系数 共射直、交 流电流放大系数 CBCCBOBCBOCBNCNCE,uIIIIIIII直流交流共基直、交流电流放大系数 CuECECBOCENCNCBIIIIIII,直流交流I ICBOCBO I ICEO CEO 都很小 在数值上 1.21.2晶体三极管晶体三极管 2. 2. 极间反向电流极间反向电流 I ICBO

23、 CBO 射极开路 集一基反向电流 集电极反向饱和电流 I ICEO CEO 基极开路 集一射反向电流 集电极穿透电流 I IEBO EBO 集电极开路 射一基反向电流 3. 3. 结电容结电容 发射结电容Cbe，集电结电容Cbc，它们影响晶体管的频率特性 4.4.极限参数极限参数 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1.21.2晶体三极管晶体三极管 由 PCM=ICVCE 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ICICM时 管子不一定会损坏 但明显下降在晶体管线性运用时 icic

24、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 1.21.2晶体三极管晶体三极管 1.3 1.3 场效应管场效应管 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：特点： 也是一种具有正向受控作用的有源器件晶体管 电流电流控制作用场效应管 电压电压控制作用1.3 1.3 场效应管场效应管晶体管： 是

25、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 场效应管场效应管（按结构不同）分：（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1.3 1.3 场效应管场效应管（利用半导体内电场效应进行工作的）（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（为不对称结（PNPN掺杂浓度不同）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 N沟道结型沟道结型 场效应管场效应管箭头方向为栅源箭头方向为栅源PN

26、PN结的正偏方向结的正偏方向P P沟道沟道一、结型场效应管一、结型场效应管(JFET)(JFET)1.3 1.3 场效应管场效应管一一.JFET.JFET的结构与工作原理的结构与工作原理( (以以N N沟道为例沟道为例) )1.V1.VGSGS对漏极电流对漏极电流I ID D的控制作用的控制作用 对N沟道JFET，正常工作时 UGS0 ，此时 ID=0 夹断状态时夹断状态时 I ID D=0 =0 |V|VGSGS| |P P+ +N N结的耗尽层结的耗尽层沟道变窄沟道变窄 （即沟道电阻（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

27、加VDS0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 1.3 1.3 场效应管场效应管 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 01.3 1.3 场效应管场效应管2. U2. UDSDS对对I ID D的影响的影响 (V(VGSGS=0)=0)一般对N沟道JFET， VDS0(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 VDS0时， 靠漏端

28、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 1.3 1.3 场效应管场效应管 当VDS增大到VDS= Vp 时 在漏极附近的耗尽区开始靠拢 称预夹断预夹断在预夹断状态I ID D较大为 I IDSSDSS(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 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 漏极饱和电流漏极饱和电流I IDSSDSS1.3 1.3 场

29、效应管场效应管 但VDS不能无限 VDS到一定值时会产生反向击穿现象。 3. V3. VGSGS00 0 时的情况时的情况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 |V |VGSGS| | 沟道电阻沟道电阻 I ID D 1.3 1.3 场效应管场效应管 VDS VP 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 V VGDGD V VP P VG

30、D=VGS-VDS VDS VGS-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=01.3 1.3 场效应管场效应管二二. N. N沟道沟道JFETJFET的特性曲线的特性曲线1.1.转移特性曲线转移特性曲线CUGSDDSufi)(U UDSDS一定时，一定时，U UGSGS对对i iD D的控制作用的控制作用为保证JFET工作在恒流区恒流区 要求V VDSDS V VGSGS-V-VP P可用方程描述定义定义: : 漏极饱和电流I IDSSDSS V VGSGS=0=0时i iD D的值的值夹断电压 V VP P i iD D =

31、0=0时V VGSGS的值的值21 (）PGSDSSDVVII1.3 1.3 场效应管场效应管2.2.输出特性曲线输出特性曲线(1)(1)压控电阻区（线性电阻区，非饱和区）压控电阻区（线性电阻区，非饱和区）条件是：VP VGS00 VDS VGS-VPUDS=UGS-UGD1.3 1.3 场效应管场效应管 在该状态时 导电沟道畅通，漏源之间呈线性电阻特性 又称 线性电阻区线性电阻区 且该阻值大小与VGS有关： VGS越大( (越向越向0 0电压逼近电压逼近) )，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。压

32、控电阻区。1.3 1.3 场效应管场效应管(2)(2)饱和区（恒流区，放大区）饱和区（恒流区，放大区）条件是：VP VGS VGS-VP这时器件工作于所谓预夹断区，i iD D主要受V VGSGS控制，与V VDSDS基本无关，呈恒流特性 ，作放大器时工作于该区域。1.3 1.3 场效应管场效应管(3)(3)截止区截止区条件是：VDS 0 VGS VP这时漏源之间处于开路状态 iD=0 应用于开关电路(4)(4)击穿区击穿区为防器件损坏，工作时应避免进入该区须保证 V VDSDSVVT 才会形成导电沟道开启电压开启电压i iD D=0 =0 时时V VGSGS的值的值 1.3.41.3.4金属

33、金属- -氧化物氧化物- -半导体场效应管半导体场效应管(MOS(MOS管管) )器件达到预夹断的条件为 VDS VGS-VT 对 N 增 MOS管 V VGSGS0 V0 VDSDS00iD+01.3.41.3.4金属金属- -氧化物氧化物- -半导体场效应管半导体场效应管(MOS(MOS管管) )对P 增 MOS管V VGSGS0 V0 VDSDS000 对P 耗 MOS管 V VGSGS可可+ - 0 V+ - 0 VDSDS00 ，P沟道 VDS0(1)(1)耗尽型耗尽型 当VGS=0时， iD =0夹断电压夹断电压VGS(off)显然JFET也是耗尽型MOS MOS VGS可 + -

34、 0JFETJFET要求VGS0 P (3) 增强型增强型当VGS=0时 iD =0对转移特性：结型不过零，过零是对转移特性：结型不过零，过零是MOSMOS1.3.41.3.4金属金属- -氧化物氧化物- -半导体场效应管半导体场效应管(MOS(MOS管管) )三三. . 场效应管的参数场效应管的参数1. 1. 直流参数直流参数 V VT T、VP、I IDSSDSS 2. 2. 交流参数交流参数CuGSDmDSdudig低频跨导gm定义对耗尽型对耗尽型对增强型对增强型2)(2GSthGSoxnDUuLWCi2/12)(DQoxnGSthGSoxnmILWCUuLWCg总结：总结：本征半导体

35、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 本征激发总结：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 UUBUUB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I IR R 小电压引起大的I IF F 外加电压对结的调宽效应 势垒电容C CT T 扩散电容 C CD DPN结结电容 DTj

36、CCC总结：总结：PN结的V-A特性 正向特性 反向特性 RBUuV1 . 0SIi) 1(/kTquSeIiu:外加正向电压 kTquSeI/qkTUT/nUunnSTI)(1!1=Is:反向饱和电流 mVUKTT26,300常温下：RBUU ，UBR反向击穿电压 反向击穿 总结：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激增总结：总结：硅材料硅

37、材料PNPN结结 雪崩击穿 雪崩加齐纳击穿 齐纳击穿 VUBR7VUVBR75VUBR5The end. return第二章第二章 基本电路基本电路 2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路2.2 2.2 晶体三极管放大电路晶体三极管放大电路二极管电路例题二极管电路例题2.4 2.4 场效应管放大器场效应管放大器范例分析范例分析第二章第二章 基本电基本电路路2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路一、一、 二极管的基本应用电路二极管的基本应用电路 1.1.二极管整流电路二极管整流电路 a. a. 半波整流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

38、入输出第二章第二章 基本电路基本电路b.b.全波整流全波整流 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 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路当 时V导通第二章第二章 基本电路基本电路2.2.二极管限幅电路二极管限幅电路 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 VUEuonDi7 . 2)(Vui7 . 2输入输出2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路第二章第二章 基本电路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 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路

39、第二章第二章 基本电路基本电路二二 稳压二极管及稳压电路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 稳压二极管及其特性曲线 稳压二极管稳压电路 2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路第二章第二章 基本电路基本电路特点:反向工作(具有稳压作用) 电路中需加限流电阻(防止热击穿)1.1.稳压二极管的参数稳压二极管的参数 稳定电压稳定电压UzUz- 流过二极管电流为规定值时 稳压管二端的电压额定功耗额定功耗PzPz- 由管子温升所限 稳定电流稳定电流IzIz-正常工作时的参考电流,电流小于其,稳定效果差，反之好,但受限制最大电流最大电流 ZZZUPI

40、max2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路第二章第二章 基本电路基本电路动态电阻动态电阻 r rz z - - QZiur击穿特性,工作点上切线斜率之倒数，工作电流越大其愈小。 温度系数温度系数 - 温度变化1时 稳定电压的变化量 硅稳压管VUZ5时 为负温系数（齐纳）时 为正温系数（雪崩） VUZ7VUVZ75时温度系数很小 而在左右的稳压管有广泛应用VUZ62.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路第二章第二章 基本电路基本电路2.2.稳压二极管稳压电路 电路如图 R为限流电阻RL为负载 ZUU 0稳压稳压 是指Ui ,RL变化时， Uo保持不变 ZUU 0基本不变，需使 Iz在

41、IZMIN和IZMAX之间为使2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路第二章第二章 基本电路基本电路考虑 Ui在（U Uiminimin，U Uimaximax）内 IL在（I Ilminlmin，I ILmaxLmax）内确定 限流电阻 R R 的取值范围 所谓电路设计miniiUU minLLRR 时，Iz最小ZUU 0当 要使minminminzLZZiIRURUU必须maxminminminminRRUIRUURLZzLZi即2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路第二章第二章 基本电路基本电路maxiiUU maxLLRR ，Iz最大 当maxmaxLmaxZZZiIRURU

42、U必须minmaxLmaxmaxLmaxRRUIRUURZzZi即可见 R R的取值范围是在 RminRmin与RmaxRmax之间若计算结果出现说明给定条件下UzUz已超出了的稳压工作范围 maxminRR2.1 2.1 晶体二极管电路晶体二极管电路限幅电路例题（输入波形：幅值为5V的正弦波）2V2VD导通：Vo=D截止：通：止：限幅电路例题导通：截止：通：止：限幅电路例题时通，止时止，通时止，通2.22.2 三极管放大电路三极管放大电路主要功能：不失真地放大电信号主要功能：不失真地放大电信号 一一. . 基本放大器电路组成及其工作原理基本放大器电路组成及其工作原理 (以NPN型共发射极放大

43、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） beBEQBEuUu输入回路（瞬时值）输出回路bBQBiIiceCEQCEuUucCQCiIi书写格式1.1.电路的组成及各节点信号电路的组成及各节点信号 2.22.2 三极管放大电路三极管放大电路习惯画法iBiC2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路晶体管：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 V VBBBB: : 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

44、失真了)RB: (几十 几百K 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IBQ2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路V VCCCC: 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 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: C1,C2: (几ufuf 几十ufuf)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) 2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路2. 2. 放大原

45、理及电流电压波形放大原理及电流电压波形 待放大的信号须加在be回路CSE1BEieIiTUu由公式可知：当V VBE BE V VBE(ON)BE(ON)后V VBE BE 对i iC C 有敏感的控制作用而V VCE CE 对i iC C 的影响十分微弱 所以待放大的信号加在b b或e e极能有效的得到放大，而不能加在c c极。 2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路 须设置合适的静态工作点须设置合适的静态工作点直流工作状态： （静态）当vivi0 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I IBQBQ、I ICQCQ、V VCEQCEQ、V VBEQBEQ他们代表

46、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vi0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输出电压要不失真地放大 2.22.2三极管放大电路三极管放大电路如图 若Q 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 Q点也不能为0 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 放大区放大区 若Q Q点过大措施是Q点下移使I IB B变小若Q Q点过小措施是Q点上移使I IB B变大2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路 放大

47、状态下管子的电压，电流波形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 直流直流+ +交流交流且 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 v vO O与v vi i反相 2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路二二. . 放大器的主要性能指标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 1.1.放大器的二端口模型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R RO O

48、和一个受控电压源（电流源）来表示 2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路放大倍数或增益放大倍数或增益 2.2.主要指标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 ：iOuUUA 电流增益 ：iOiIIA iOgUIA 互导增益 :互阻增益： iOrIUA 2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路为方便，Au,Ai有时用分贝dB来表示 )(lg20)(lg20dBIIAdBUUAiOiiOu，Au,Ai之积称放大器的 功率增益 )(lg10dBPPGAAPPGiOPiuiOP倍或 输入

49、电阻输入电阻RiRi 用来衡量放大电路对信号源的影响 2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路 当RiRs时 ViVs， Ri越大得到的输入信号电压较大越大得到的输入信号电压较大 信号源采用信号源采用电压源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（RiRs）Ri越小得到的输入信号电流较大越小得到的输入信号电流较大 信号源采用信号源采用电流源电流源 输出电阻输出电阻RoRo（计算方法与电路分析一致）（计算方法与电路分析一致）反映放大电路带负载能力2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路当Ro越小则RL变化对输出电压的影响越小VoVo 即输出电压Vo越稳定

50、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 非线性失真系数非线性失真系数THDTHD 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 2.2 2.2 三极管放大电路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 频率失真频率失真( (线性失真线性失真) )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) 2.2 2.2

51、 三极管放大电路三极管放大电路三三. . 直流工作状态的分析直流工作状态的分析-估算法估算法 1. 固定偏置电路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。BBEQCCBQRVVIBQCQIICCQCCCEQRIVV2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路讨论：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 IBQ ICQ VCEQ ， 当VCEQ IIB B 时有稳定工作点的作用有稳定工作点的作用 CCBBBBQVRRRV212BEQBQEQVVVEEQEQCQRVII)(ECCQCCCEQRRI

52、VV2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路* * 在此电路中RB1 ,RB2 ,RE如何选择？为确保UB固定，则I1IBQ 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)()105(1iBQSII )()2010(1eBQGII CCEQVV)3151(2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路3. 3. 其他偏置电路分析法：其他偏置电路分析法： a.2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路*反之，若式改为则RB对IE的影响是RE的

53、 倍将将R RB B折合到发射极时要乘折合到发射极时要乘CQBEQECQEQEQCQIVRIVVIT)(EBBEQCCEQRRVVI111112.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路b.2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路管子截止时：管子截止时：VCEQ=VCC饱和时：饱和时：VCEQ=VCES 0二二. . 交流通路（交流通路（在交流通路中只有交流分量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2.2 2.2 三极管放大电路三极管放大电路2.2.22.2.2放大器的图解分析法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：图解分析法：形象

54、、直观，但难以准确定量分析等效电路法：等效电路法：对器件建模进行电路分析，运算简便，结果误差小一一. . 直流图解分析法（以共射极放大器为例）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 直流负载线直流负载线 2.2.22.2.2放大器的图解分析法放大器的图解分析法 它和I IBQ BQ 线的交点Q Q 称为静态工作点，该点对应的 纵座标值为I ICQCQ 横座标值为U UCEOCEO Ucc/Rc M NiB=iBQICQU UCEOCEOU

55、cc 当R RC C不变，R RB B,I IBQBQ，Q Q 点沿负载线上移，极限位置为Q Q2 2，对应的横座标值为U UCE(sat)CE(sat)，表明静态时晶体管已在饱和状态。 反之 R RB B,I IBQBQ，Q点沿负载线下移至Q Q1 1， 极限位置N 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 Q2RB Q1 Q Q3 Q4RC RC 2.2.22.2.2放大器的图解分析法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I IBQBQ不变时，R RC C，负载线斜率变小，Q Q点移至Q Q3 3反之，

56、R RC C，负载线斜率增大，Q Q点移至Q Q4 4Q点都不在负载线中点，将影响正常放大这时应重新设置I IBQBQ值 一一. .交流图解分析法交流图解分析法 交流负载线交流负载线 - 是一条通过Q点斜率为 -1/R-1/RL L 的一条线, 其中 R RL L=Rc/R=Rc/RL L2.2.22.2.2放大器的图解分析法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 Vce=ic*RL 设 ic 为 由Q点减小到0, 即 ic=ICQ Vce=ICQ

57、*RL 方法方法: :cev2.2.22.2.2放大器的图解分析法放大器的图解分析法 三三. .直流工作点与放大器非线性失真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截止失真LCQomRIU2.2.22.2.2放大器的图解分析法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饱和失真CESCEQomUUU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

58、的 峰峰值 即 为该值的两倍2.2.32.2.3放大器的交流等效电路分析法放大器的交流等效电路分析法 一一. . 晶体管交流小信号模型（共射为例）晶体管交流小信号模型（共射为例） 应用条件：应用条件： 静态工作点选择恰当，晶体管工作在放大区 输入信号较小，非线性失真可忽略 1. 1. 混合混合型电路模型型电路模型 共发射极晶体管 电路模型 2.2.32.2.3放大器的交流等效电路分析法放大器的交流等效电路分析法 u ubebe对i ib b的控制，等效为b-e间交流结电阻r rbebe，其值： 发射结交流电阻eebeQEBEbeQBEeQEBEBEQBBEbbebe,1)1 (riuiuiii

59、iriuiiiuiurEQEQT/SQBEEe/Se2611/1,TBEQImvIUeIUuireIiUuTUuTBE而u ube be 通过 i ib b对 ic的控制可等效为一个流控电流源 bcQBCbciiiiii，其中2.2.32.2.3放大器的交流等效电路分析法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 ,bemCugi其中跨导 ebeQBBEBCbecQBEcm1/rriuiiuiuig 输出特性上Q点处切线斜率之倒数， 表明了 对 的影响 cercceQCCEceiuiur几百K数量级 bcrCi输入特性上Q点处 对 的影响 CEuBicebceQCCEBCQBCE

60、bcriuiuiiiur极大，可忽略 cev2.2.32.2.3放大器的交流等效电路分析法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,其中基区基区体电阻因该区很窄，数值较大，一般高频管数十，低频管数百。 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。 完整的混合型电路模型（a）高频时的电路模型；（b）低频时的电路模型 2.2.32.2.3放大器的交流等效电路分析法放大器的交流等效电路分析法 2. 2. 低频低频H H参数电路模型参数电路模型 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