很全的模电课程综述

1、一、一、 本征半导体中的两种载流子本征半导体中的两种载流子1、本征半导体：有自由电子和空穴两种载流子。、本征半导体：有自由电子和空穴两种载流子。二、杂质半导体二、杂质半导体 1. N型半导体：多数载流子（多子）：自由电子型半导体：多数载流子（多子）：自由电子少数载流子（少子）：空穴少数载流子（少子）：空穴 2. P型半导体：多数载流子（多子）：空穴型半导体：多数载流子（多子）：空穴少数载流子（少子）：自由电子少数载流子（少子）：自由电子三、三、PN结的形成及其单向导电性结的形成及其单向导电性 （结合二极管）（结合二极管）第一章第一章 常用半导体器件常用半导体器件模拟电子技术模拟电子技术课程综述

2、课程综述1.1半导体基础半导体基础1、二极管的伏安特性及电流方程、二极管的伏安特性及电流方程 二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性二极管的电流与其端电压的关系称为伏安特性开启开启电压电压反向饱反向饱和电流和电流击穿击穿电压电压mV)26( ) 1e (TSTUIiUu常温下温度的温度的电压当量电压当量1.2 1.2 半导体二极管半导体二极管2 2、二极管的等效电路、二极管的等效电路理想开关理想开关导通时导通时 UD0截止时截止时IS0导通时导通时UDUon截止时截止时IS0（1）直流等效电路）直流等效电路DTDDdIUiur根据电流方程，Q越高，越高，rd越小。越小。ui=0时直流电源作用

3、时直流电源作用小信号作用小信号作用静态电流静态电流（2） 微变等效电路微变等效电路例例1. V5V时二极管中的直流电流各为时二极管中的直流电流各为多少？多少？2. 若输入电压的有效值为若输入电压的有效值为5mV，则二，则二极管中的交流电流为多少？极管中的交流电流为多少？mA6 . 8A)5000.75( DDRUVIDQTDDdIUiurV5V，ID 8.6mA.65mA1mA)02. 35(02. 3)6 . 826(ddIr，3、二极管的主要参数、二极管的主要参数v最大整流电流最大整流电流IF：最大平均值：最大平均值v最大反向工作电压最大反向工作电压UR：最大瞬时值（：最大瞬时值（UBR的

4、一半）的一半）v反向电流反向电流 IR：即：即ISv最高工作频率最高工作频率fM：因：因PN结有电容效应结有电容效应结电容为结电容为扩散电容（扩散电容（Cd）与与势垒电容（势垒电容（Cb）之和。之和。扩散路程中扩散路程中电荷的积累电荷的积累与释放与释放空间电荷区空间电荷区宽窄的变化宽窄的变化有电荷的积有电荷的积累与释放累与释放4、稳压二极管、稳压二极管（1） 伏安特性伏安特性进入稳压区的最小电流进入稳压区的最小电流不至于损坏的最大电流不至于损坏的最大电流（2） 主要参数主要参数稳定电压稳定电压UZ、稳定电流、稳定电流IZ，即进入闻压区的最小电流，即进入闻压区的最小电流IZmin最大功耗最大功耗

5、PZM IZM UZ动态电阻动态电阻rzUZ /IZ（3）稳压二极管稳压电路设计中分析限流电路）稳压二极管稳压电路设计中分析限流电路R实例实例 一、晶体管的放大条件与工作状态判断一、晶体管的放大条件与工作状态判断（集电结反偏），即（发射结正偏）放大的条件BECECBonBE0uuuUu1.3 晶体三极管二、晶体管的放大状态下电流分配关系二、晶体管的放大状态下电流分配关系CEOBCBOBCIIIII)1 ( 式中：式中： CBOCEOII)1 (称为穿透电流。因称为穿透电流。因ICBO很小，忽略则有很小，忽略则有BEBCIIII)1 (2. 输出特性输出特性常数B)(CECIufiiCCE(V)

6、(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB常数CE)(BEBUufi1.1.共射输入特性共射输入特性三、共射输入特性和输出特性三、共射输入特性和输出特性3、输出特性曲线分区、输出特性曲线分区:1、放大区、放大区 曲线基本平行等距。曲线基本平行等距。 此时，发射结正偏，集此时，发射结正偏，集电结反偏。电结反偏。iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA放大区放大区饱和区饱和区截止区截止区ioUUAAuuuioIIAAiiiioIUAuiioUIAiu1) 1) 放大倍数：输出量与输入量之

7、比放大倍数：输出量与输入量之比信号源信号源信号源信号源内阻内阻输入电压输入电压输出电压输出电压输入电流输入电流输出电流输出电流任何放大电路均可看成为二端口网络。任何放大电路均可看成为二端口网络。2.12.1 放大的性能指标放大的性能指标第二章第二章 基本放大电路分析基本放大电路分析 2)2)输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻iiiIUR LooLoooo) 1(RUURUUUR 将输出等效将输出等效成有内阻的电成有内阻的电压源，内阻就压源，内阻就是输出电阻。是输出电阻。空载时输出空载时输出电压有效值电压有效值带带RL时的输出电时的输出电压有效值压有效值输入电压与输入电压与输入电流有输入电流有

8、效值之比。效值之比。从输入端看进去的从输入端看进去的等效电阻等效电阻3)3)通频带通频带4)最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom或或Uopp下限频率下限频率上限频率上限频率LHbwfff二、图解放大器二、图解放大器、静态工作点、静态工作点直流负载线直流负载线cCCCCERiVuQIBQUCEQ负载线负载线一、放大电路的直流通路和交流通路一、放大电路的直流通路和交流通路2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法符号为“”。反相，与给定uuAuuuuAuuiiuIOIOOCECBI)(bBIBBBERiuVuBBQBiIICiCEu斜率不变斜率不变BRILCQ结合交流负载线的截止饱和失真与

9、最大不失真输出电压结合交流负载线的截止饱和失真与最大不失真输出电压幅度分析幅度分析1. 1. 晶体管的晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）参数等效模型（交流等效模型）三、等效电路分析法简化的简化的h h参数等效电路交流等效模型参数等效电路交流等效模型EQTbbebbbbbebe)1 ( IUrIrIrIIUrbeb2. 基于模型的放大电路的动态分析基于模型的放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析beLbebLcio )(rRrIRRIUUAcubebebirrRRuuARRRUUUUUUAisiiosisoscoRR CCb21b1bBQVRRRU2.

10、 稳定原理稳定原理基本不随温度变化。基本不随温度变化。.静态工作点稳定的典型电路静态工作点稳定的典型电路eBEQBQEQCCb21b1bBQRUUIVRRRU基本共集放大电路（射级跟随器特点）基本共集放大电路（射级跟随器特点）2.5 晶体管放大电路的三种接法二、基本共源场效应管放大器分析二、基本共源场效应管放大器分析一、各种场效应管基本特性一、各种场效应管基本特性2.6 2.6 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路1. 场效应管的交流等效模型场效应管的交流等效模型.指标计算指标计算2.7 2.7 复合管及其基本放大电路派生电路复合管及其基本放大电路派生电路一、复合管一、复合管复合管的组成：

11、判断类型和参数复合管的组成：判断类型和参数计算计算3.1 3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式第三章第三章 多级放大器多级放大器直接耦合、阻容耦合对放大电路的影响直接耦合、阻容耦合对放大电路的影响3.2 3.2 多级放大电路的动态分析多级放大电路的动态分析1.1.电压放大倍数电压放大倍数 njujnuAUUUUUUUUA1ioi2o2io1io2. 输入电阻输入电阻i1iRR 3. 输出电阻输出电阻nRRoo3.1 3.1 多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式第三章第三章 多级放大器多级放大器直接耦合、阻容耦合对放大电路的影响直接耦合、阻容耦合对放大电路的影响3.3 差

12、分放大电路一、零点漂移现象及其产生的原因一、零点漂移现象及其产生的原因二、差分放大电路的组成（长尾式）二、差分放大电路的组成（长尾式）三、差分放大电路的四种接法分析三、差分放大电路的四种接法分析 静态和动态静态和动态*差模信号和共模信号的理解差模信号和共模信号的理解bebLcd)( 21rRRRAcobebi)(2RRrRR，理想情况下共模增益为理想情况下共模增益为0,特殊的只有单出的情况特殊的只有单出的情况bebLcd)( 21rRRRAebebLcc)1 (2)( RrRRRA)(2)1 (2bebebebCMRrRRrRK四、具有恒流源的差分放大电路四、具有恒流源的差分放大电路2)1 (

13、WbebcdRrRRAWbebi)1 ()(2RrRR五、差分放大电路的改进五、差分放大电路的改进 1. 加调零电位器加调零电位器RWdoidmd2RRRRgA2. 场效应管差分放大电路场效应管差分放大电路一、基本电路一、基本电路1. 特征：特征：T1、T2特性理想对称，类型互补特性理想对称，类型互补 射极输出。射极输出。2. 静态分析静态分析3.4 3.4 互补输出级互补输出级二、消除交越失真的互补输出级二、消除交越失真的互补输出级ib2b1D2D1B1B2uuuUUU动态：静态：倍增电路不要求结合第九章OCL电路一起复习1. 集成运放电路的组成集成运放电路的组成两个两个输入端输入端一个一个

14、输出端输出端第四章 集成运算放大电路一、运算放大器的组成一、运算放大器的组成2. 集成运放的符号和电压传输特性集成运放的符号和电压传输特性 uO=f(uP-uN)在线性区：在线性区：uOAod(uPuN) Aod是开环差模放大倍数。是开环差模放大倍数。 (uPuN)的数值大于一定值时，集成运放的输出不是的数值大于一定值时，集成运放的输出不是UOM , 就是就是UOM，即集成运放工作在非线性区。，即集成运放工作在非线性区。二、集成运放中的电流源电路二、集成运放中的电流源电路1. 镜像电流源镜像电流源RCC1 2III，则若基准电流基准电流RC2II2、比例电流源、比例电流源 1010lnEETB

15、EBEIIUUU3. 多路电流源多路电流源根据所需静态电流，来选取发射极电阻的数值。根据所需静态电流，来选取发射极电阻的数值。IE0Re0 IE1Re1 IE2Re2 IE3Re3三、集成运放的主要性能指标三、集成运放的主要性能指标 开环差模增益开环差模增益 Aod 106dB 差模输入电阻差模输入电阻 rid 2M 共模抑制比共模抑制比 KCMR 90dB )(lg20lg20NPOoduuuAPNPid)(iuurcodCMRlg20AAK 输入失调电压输入失调电压 2mV 0UIO的温漂的温漂dUIO/dT() 几几V/ 0输入失调电流输入失调电流 IIO 20nA 0IIO的温漂的温漂

16、dIIO/dT() 几几nA/ 0 使输出电压等于零在输入端加的补偿电压。使输出电压等于零在输入端加的补偿电压。B2B1IOIII 最大共模输入电压最大共模输入电压 UIcmax 13V-3dB带宽带宽 fH 10Hz 转换速率转换速率 SR 0.5V/S 能正常放大差模信号时容许的最大的共模输入电压。能正常放大差模信号时容许的最大的共模输入电压。最大差模输入电压最大差模输入电压 UIdmax 30V超过此值输入级差分管将损坏。超过此值输入级差分管将损坏。上限截止频率。上限截止频率。maxOddtuSR 对大信号的反应速度对大信号的反应速度一、频率响应的基本概念一、频率响应的基本概念 5.1

17、频率响应概述频率响应概述1、 基本概念的理解基本概念的理解幅频特性、相频特性、带宽、截止频率等幅频特性、相频特性、带宽、截止频率等2、会根据表达式画波特图，根据波特图回归表达式、会根据表达式画波特图，根据波特图回归表达式5.2 晶体管的高频等效电路晶体管的高频等效电路如何得到模型中的参数？如何得到模型中的参数？TEQeb0mUIrg)( 21ebCCrffTCCC一、单管共射放大电路的频率响应一、单管共射放大电路的频率响应适用于信号频率从适用于信号频率从0的交的交流等效电路流等效电路中频段：中频段：C 短路，短路， 开路。开路。CC低频段：考虑低频段：考虑C 的影响，的影响， 开路。开路。高频

18、段：考虑高频段：考虑 的影响，的影响，C 开路。开路。C5.4 5.4 放大电路的频率响应放大电路的频率响应1、低频段频率响应分析、低频段频率响应分析CRRfffffAAuu)( 21 j1)j ( LcLLLsmsl2. 高频段频率响应分析高频段频率响应分析 )( 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrfffAUUAuu3. 电压放大倍数的波特图电压放大倍数的波特图 )j1)(j1 ()j (HLLsmsosffffffAUUAuu全频段放大倍数表达式：全频段放大倍数表达式：二、多级放大电路的频率响应：二、多级放大电路的频率响应： 多级放大器总增益多级放大器总增益)(lg20)(l

19、g20)(lg20)(lg20)(lg20121jAjAjAjAjAunkunuuu )()()()(21jAjAjAjAunuuu )()()()(121jjjjknkk 画出各级的频率相应特性叠加即可。画出各级的频率相应特性叠加即可。 ), 2 , 1( bbwHHLLnkffffffwkkknkknkkf.ff.f12HH12LL1111 11 对于对于N级放大电路，若各级的下、上限频率分别为级放大电路，若各级的下、上限频率分别为fL1 fLn、 fH1 fHn，整个电路的下、上限频率分别为，整个电路的下、上限频率分别为fL、 fH，则则第六章第六章 反馈放大器反馈放大器6.1 6.1

20、反馈的概念及判断反馈的概念及判断一、反馈的基本概念一、反馈的基本概念2. 直流反馈和交流反馈直流反馈和交流反馈3. 局部反馈和级间反馈局部反馈和级间反馈1 1、正反馈和负反馈、正反馈和负反馈二、反馈的判断二、反馈的判断6.2 6.2 反馈的四种组态及判断反馈的四种组态及判断一、负反馈放大电路的方框图一、负反馈放大电路的方框图断开反馈，且断开反馈，且考虑反馈网络考虑反馈网络的负载效应的负载效应决定反馈量和输出量关系决定反馈量和输出量关系的所有元件所组成的网络的所有元件所组成的网络反馈组态反馈组态电压串联电压串联电压并联电压并联电流串联电流串联电流并联电流并联iXiXfXoXiUiUfUoUoUi

21、IiIfIoIiUiUfUiIiIfIoI负反馈放大电路负反馈放大电路的基本放大电路的基本放大电路反馈网络反馈网络方框图中信号是单向流通的。方框图中信号是单向流通的。6.3 6.3 负反馈放大电路的方框图及一般表达式负反馈放大电路的方框图及一般表达式二、负反馈放大电路放大倍数的一般表达式二、负反馈放大电路放大倍数的一般表达式ioXXA基本放大电路基本放大电路的放大倍数的放大倍数反馈系数反馈系数ofXXF反馈放大电路的放大倍数反馈放大电路的放大倍数iofXXAFAAA1f：反馈方程式负反馈放大电路放大倍数的量纲负反馈放大电路放大倍数的量纲FAAA1f环路放环路放大倍数大倍数反馈组态反馈组态功能功

22、能电压串联电压串联电压控制电压电压控制电压电压并联电压并联电流控制电压电流控制电压电流串联电流串联电压控制电流电压控制电流电流并联电流并联电流控制电流电流控制电流AFfAioUUofUUioUUioIUofUIioIUioIIofIIioIIioUIofIUioUI无量纲无量纲一、深度负反馈的实质一、深度负反馈的实质。，即，则若 1 11 fifXXFAFAFAAA1f净输入量可净输入量可忽略不计忽略不计fifi IIUU中，在深度并联负反馈电路负反馈电路中，上式说明：在深度串联6.4 6.4 深度负反馈放大电路深度负反馈放大电路 基于反馈系数的放大倍数分析基于反馈系数的放大倍数分析二、深度负

23、反馈电压放大倍数的估算二、深度负反馈电压放大倍数的估算1. 电压串联负反馈电路电压串联负反馈电路2. 电流串联负反馈电路电流串联负反馈电路LiLoiofof1 RFURIUUAIUFuiuui3. 电压并联负反馈电路电压并联负反馈电路4. 电流并联负反馈电路电流并联负反馈电路深度负反馈条件下四种组态负反馈放大电路的深度负反馈条件下四种组态负反馈放大电路的电压放大倍数电压放大倍数反馈组态反馈组态电压串联电压串联电压并联电压并联电流串联电流串联电流并联电流并联sff uuAA或uuuuFUUUUA1foiofssosf11RFUUAuiuLiof1RFUUAuiusLsosf1RRFUUAiiu符

24、号相同。、在中频段， )(fsffAFAAAuu5. 理想运放情况下负反馈放大电路的估算理想运放情况下负反馈放大电路的估算因为因为 A Aodod，所以，所以 u uN Nu uP P0 0，即，即因为因为r ridid，所以，所以 理想运放参数特点：理想运放参数特点：Aod，rid， ro0。电路特征：电路特征：反馈网络为无源网络，如图。反馈网络为无源网络，如图。u uN Nu uP P虚短路虚短路i iN Ni iP P0 0虚断路虚断路求解放大倍数的基求解放大倍数的基本出发点本出发点一、比例运算电路 1. 反相输入反相输入7.1 信号的运算I1ouRRufIfIo)(uRRuu2. 同相

25、输入同相输入输入电阻分析输入电阻分析3、T 形反馈网络反相比例运算电路形反馈网络反相比例运算电路IPNOuuuu4 4、电压跟随器、电压跟随器? )2? ) 1oiRRF5 5、加减运算电路、加减运算电路 （1） 反相求和反相求和)(3I32I211IffFORuRuRuRRiu（2） 同相求和同相求和)(3I32I211IfoRuRuRuRu设设 R1 R2 R3 R4 R Rf（2） 同相求和同相求和（3） 加减运算加减运算)(2I21I14I43I3foRuRuRuRuRu设设 R1 R2 Rf R3 R4 R5)(I1I2fOuuRRu实现了差分实现了差分放大电路放大电路一、概述一、概

26、述电压比较器的功能：比较电压的大小。电压比较器的功能：比较电压的大小。 输出电压表示输入与参考电压比较的结果，输出电压表示输入与参考电压比较的结果， 只有高电平和低电平两种情况。只有高电平和低电平两种情况。 广泛用于各种信号转换、报警、测量电路。广泛用于各种信号转换、报警、测量电路。 2. 电压比较器的描述方法电压比较器的描述方法 :电压传输特性电压传输特性 uOf(uI)电压传输特性的三个要素：电压传输特性的三个要素：（1）输出高电平）输出高电平UOH和输出低电平和输出低电平UOL（2）阈值电压）阈值电压UT（3）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向）输入电压过阈值电压时输出电压跃变的方向

27、 使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。使输出产生跃变的输入电压称为阈值电压。8.2 电压比较器3.3.集成运放的非线性工作区集成运放的非线性工作区电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈集成运放工作在非线性区的特点集成运放工作在非线性区的特点1) 净输入电流为净输入电流为02) uP uN时，时， uOUOM uP uN时，时， uOUOM二、单限比较器二、单限比较器 1. 过零比较器过零比较器（1）UT0（2）UOH UOM， UOL UOM（3） uI 0 时时 uO UOM 集成运放的净输入电压等于输入电压，为保护集成运集成运放的净输入电压等于输

28、入电压，为保护集成运放的输入端，需加输入端限幅电路。放的输入端，需加输入端限幅电路。集成运放的净输入集成运放的净输入电压最大值为电压最大值为UD输出限幅电路输出限幅电路 为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。为适应负载对电压幅值的要求，输出端加限幅电路。UOH UZ1 UD2 UOL( UZ2 UD1)UOH UOL UZUOH UZ UOL UD 不可缺少！不可缺少！输出限幅电路输出限幅电路uO UZ（1）保护输入端）保护输入端（2）加速集成运放状态的转换）加速集成运放状态的转换电压比较器的分析方法：电压比较器的分析方法：（1 1）写出写出 uP、uN的表达式，令的表达式，令uP u

29、N，求解出的，求解出的 uI即为即为UT；（2 2）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；）根据输出端限幅电路决定输出的高、低电平；（3 3）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出）根据输入电压作用于同相输入端还是反相输入端决定输出电压的跃变方向。电压的跃变方向。2. 一般单限比较器一般单限比较器得令, 0PNI211REF212NuuuRRRURRRu（1）若要）若要UT ILmax ILmin（3）限流电阻的选择）限流电阻的选择 保证稳压管既稳压又不损坏。保证稳压管既稳压又不损坏。minZLmaxZinImminDZIIRUUI电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。

30、电网电压最低且负载电流最大时，稳压管的电流最小。LmaxZminZinImIIUUR电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。电网电压最高且负载电流最小时，稳压管的电流最大。ZmaxLminZaxImmaxDZIIRUUILminZmaxZaxImIIUUR10.5 10.5 串联型稳压电路串联型稳压电路1. 基本调整管稳压电路基本调整管稳压电路为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。为了使稳压管稳压电路输出大电流，需要加晶体管放大。稳压原理：电路引入稳压原理：电路引入，稳定输出电压。，稳定输出电压。OL)1 (IIBEZOUUU调整管的作用及如何提高稳压性能调整管的作用及如何

31、提高稳压性能 不管什么原因引起不管什么原因引起UO变化，都将通过变化，都将通过UCE的调节的调节使使UO稳定，故称晶体管为调整管。稳定，故称晶体管为调整管。 若要提高电路的稳压性能，则应加深电路的负反若要提高电路的稳压性能，则应加深电路的负反馈，即提高放大电路的放大倍数。馈，即提高放大电路的放大倍数。CEIOUUU2. 具有放大环节的串联型稳压电路具有放大环节的串联型稳压电路（1）稳压原理：若由于某种原因使）稳压原理：若由于某种原因使UO增大增大（2）输出电压的调节范围）输出电压的调节范围Z3321OZ32321URRRRUURRRRR同相比例同相比例运算电路运算电路则则 UO UN UB UO（3 3）串联型稳压电路的基本组成及其作用）串联型稳压电路的基本组成及其作用调整管调整管取样电阻取样电阻：是电路的核：是电路的核心，心，UCE随随UI和负载和负载产生变化以稳定产生变化以稳定UO。比较放大比较放大基准电压基准电压：是：是UO的的参考