模电中期复习课

1、中期复习课中期复习课半导体器件半导体器件一、两种半导体和两种载流子一、两种半导体和两种载流子两种载流两种载流子的运动子的运动电子电子 自由电子自由电子空穴空穴 价电子价电子两两 种种半导体半导体N 型型 ( (多电子多电子) )P 型型 ( (多空穴多空穴) )二极管二极管单向单向正向电阻小正向电阻小( (理想为理想为 0) )，反向电阻大反向电阻大( ( ) )。)1e (DSD TUuIi)1e ( , 0DSDD TUuIiu0 , 0SD IIiDO uDU (BR)I FURM正向正向 最大平均电流最大平均电流 IF反向反向 最大反向工作电压最大反向工作电压 U(BR)( (超过则击

2、穿超过则击穿) )反向饱和电流反向饱和电流 IR ( (IS) )( (受温度影响受温度影响) )IS3. 二极管的等效模型二极管的等效模型理想模型理想模型 ( (大信号状态采用大信号状态采用) )uDiD正偏导通正偏导通 电压降为零电压降为零 相当于理想开关闭合相当于理想开关闭合反偏截止反偏截止 电流为零电流为零 相当于理想开关断开相当于理想开关断开恒压降模型恒压降模型UD(on)正偏电压正偏电压 UD(on) 时导通时导通 等效为恒压源等效为恒压源UD(on)否则截止，相当于二极管支路断开否则截止，相当于二极管支路断开UD(on) = (0.6 0.8) V估算时取估算时取 0.7 V硅管

3、：硅管：锗管：锗管：(0.2 0.4) V0.3 V折线近似模型折线近似模型相当于有内阻的恒压源相当于有内阻的恒压源 UD(on)4. 二极管的分析方法二极管的分析方法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法5. 特殊二极管特殊二极管工作条件工作条件主要用途主要用途稳压二极管稳压二极管反反 偏偏稳稳 压压发光二极管发光二极管正正 偏偏发发 光光光敏二极管光敏二极管反反 偏偏光电转换光电转换三、两种半导体放大器件三、两种半导体放大器件双极型半导体三极管双极型半导体三极管( (晶体三极管晶体三极管 BJT) )单极型半导体三极管单极型半导体三极管( (场效应管场效应管 FET) )两种载流子导电两

4、种载流子导电多数载流子导电多数载流子导电晶体三极管晶体三极管1. 形式与结构形式与结构NPNPNP三区、三极、两结三区、三极、两结2. 特点特点基极电流控制集电极电流并实现基极电流控制集电极电流并实现放大放大放放大大条条件件内因：发射区载流子浓度高、内因：发射区载流子浓度高、 基区薄、集电区面积大基区薄、集电区面积大外因：外因：发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏3. 电流关系电流关系IE = IC + IBIC = IB + ICEO IE = (1 + ) IB + ICEOIE = IC + IBIC = IB IE = (1 + ) IB 4. 特性特性iC / mAuCE /

5、V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321O0.4 0.8iB / AuBE / V60402080死区电压死区电压( (Uth) )：0.5 V ( (硅管硅管) ) 0.1 V ( (锗管锗管) )工作电压工作电压( (UBE(on) ) ) ：0.6 0.8 V 取取 0.7 V ( (硅管硅管) ) 0.2 0.4 V 取取 0.3 V ( (锗管锗管) )饱饱和和区区截止区截止区iC / mAuCE /V100 A80 A60 A40 A20 AIB = 0O 3 6 9 124321放大区放大区饱饱和和区区截止区截止区放大区特点：放大区特点

6、：1) )iB 决定决定 iC2) )曲线水平表示恒流曲线水平表示恒流3) )曲线间隔表示受控曲线间隔表示受控5. 参数参数特性参数特性参数电流放大倍数电流放大倍数 = /(1 ) = /(1 + )极间反向电流极间反向电流ICBOICEO极限参数极限参数ICMPCMU(BR)CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安安 全全 工工 作作 区区= (1 + ) ICBO场效应管场效应管1. 分类分类按导电沟道分按导电沟道分 N 沟道沟道P 沟道沟道按结构分按结构分 绝缘栅型绝缘栅型( (MOS) )结型结型按特性分按特性分 增强型增强型耗尽型耗尽型uGS = 0 时，时， iD

7、= 0uGS = 0 时，时， iD 0增强型增强型耗尽型耗尽型( (耗尽型耗尽型) )2. 特点特点栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流输入电阻高，工艺简单，易集成输入电阻高，工艺简单，易集成由于由于 FET 无栅极电流，故采用无栅极电流，故采用转移特性转移特性和和输出特性输出特性描述描述3. 特性特性不同类型不同类型 FET 转移特性比较转移特性比较结型结型N 沟道沟道uGS /ViD /mAO增强型增强型耗尽型耗尽型MOS 管管( (耗尽型耗尽型) )2GSDOD) 1(TVuIiIDSS开启电压开启电压VT夹断电压夹断电压VP2PGSDSSD)1 (

8、VuIiIDO 是是 uGS = 2UT 时的时的 iD 值值四、晶体管电路的基本问题和分析方法四、晶体管电路的基本问题和分析方法三种工作状态三种工作状态状态状态电流关系电流关系 条条 件件放大放大I C = IB发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏饱和饱和 I C IB两个结正偏两个结正偏ICS = IBS 集电结零偏集电结零偏临界临界截止截止IB U(th) 则则导通导通以以 NPN为为 例：例：UBE UB UE放大放大UE UC UB饱和饱和PNP 管管UC UB UC U B饱和饱和2. 电流判别法电流判别法IB IBS 则则饱和饱和IB IBS 则则放大放大)( ECCE(sa

9、t)CCCSBSRRUVII 基本放大电路基本放大电路1.放大电路的主要技术指标1）输入电阻Ri2）输出电阻Ro3）电压增益与源电压增益+S+o负载LS+信号源-u-oiiiRR放大电路-+iuuRiRiouoRR4） 通频带通频带fAAm0.7AmfL下限截下限截止频率止频率fH上限截上限截止频率止频率通频带：通频带： fbw=fHfL放大倍数随频放大倍数随频率变化曲线率变化曲线幅频特性曲幅频特性曲线线 3dB带宽带宽5） 非线性失真非线性失真最大输出幅度ppomUU22非线性失真系数：所有的谐波总量与基波成分之比1242322UUUUD基本放大电路基本放大电路2.交流与直流交流与直流正常工

10、作时，放大电路处于交直流共存的状态。为了正常工作时，放大电路处于交直流共存的状态。为了分析方便，常将两者分开讨论。分析方便，常将两者分开讨论。直流通路：交流电压源短路，电容开路。直流通路：交流电压源短路，电容开路。交流通路：直流电压源短路，电容短路。交流通路：直流电压源短路，电容短路。3三种分析方法。三种分析方法。（1）估算法（直流模型等效电路法）估算法（直流模型等效电路法）估算估算Q。（2）图解法）图解法分析分析Q（Q的位置是否合适）；分析动态的位置是否合适）；分析动态（最大不失真输出电压）。（最大不失真输出电压）。（3）h参数交流模型法参数交流模型法分析动态（电压放大倍数、输分析动态（电压

11、放大倍数、输入电阻、输出电阻等）。入电阻、输出电阻等）。4三种组态。三种组态。（1）共射）共射AU较大，较大，Ri、Ro适中，常用作电压放大。适中，常用作电压放大。（2）共集）共集AU1，Ri大、大、Ro小，适用于信号跟随、信号隔小，适用于信号跟随、信号隔离等。离等。（3）共基）共基AU较大，较大，Ri小，频带宽，适用于放大高频信号。小，频带宽，适用于放大高频信号。由由FET构成的放大电路也有三种组态，可与构成的放大电路也有三种组态，可与BJT三种三种组态一一对应。组态一一对应。5多级放大器。多级放大器。两种耦合方式：阻容耦合与直接耦合。两种耦合方式：阻容耦合与直接耦合。电压放大倍数：电压放大

12、倍数：AU=AU1AU2AUn 6频率响应频率响应两个截止频率两个截止频率下限截止频率下限截止频率fL频率下降，使频率下降，使AU下降为下降为0.707Aum所对应所对应的频率的频率.由电路中的耦合电容和旁路电容所决定。由电路中的耦合电容和旁路电容所决定。上限截止频率上限截止频率fH频率上升，使频率上升，使AU下降为下降为0.707Aum所对应所对应的频率，由电路中三极管的极间电容所决定。的频率，由电路中三极管的极间电容所决定。放大电路中的反馈放大电路中的反馈1. 负反馈放大器可分为电压串联、电压并联、电流串联和电负反馈放大器可分为电压串联、电压并联、电流串联和电流并联四种类型的负反馈。应正确

13、判断反馈类型。流并联四种类型的负反馈。应正确判断反馈类型。判别方法：判别方法：1） 找出反馈网络找出反馈网络与输入回路有关，又与输出回与输入回路有关，又与输出回路有关的网络。路有关的网络。2）判断反馈的类型）判断反馈的类型 判断是电压反馈还是电流反馈判断是电压反馈还是电流反馈简单的判断方法：简单的判断方法： 将输出电压将输出电压短路短路，若反馈，若反馈回来的反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信回来的反馈信号为零，则为电压反馈；若反馈信号仍然存在，则为电流反馈。号仍然存在，则为电流反馈。 判断是判断是串联反馈串联反馈还是还是并联反馈并联反馈 反馈信号与输入信号加在放大电路输入回路的同一个反馈信号

14、与输入信号加在放大电路输入回路的同一个电极，则为电极，则为并联反馈并联反馈；反之，加在放大电路输入回路的；反之，加在放大电路输入回路的两个电极，则为两个电极，则为串联反馈串联反馈。 判断是判断是正反馈正反馈还是负还是负反馈反馈瞬时极性法瞬时极性法：在放大电路的输入端，假设一个输入信：在放大电路的输入端，假设一个输入信号的电压极性，可用号的电压极性，可用“+”、“- -”， 按信号传输方向按信号传输方向经基本放大器经基本放大器反馈网络反馈网络判断相关点的瞬时极性，判断相关点的瞬时极性，直至判断出反馈信号的瞬时电压极性。如果反馈信号直至判断出反馈信号的瞬时电压极性。如果反馈信号的瞬时极性的瞬时极性

15、使净输入减小使净输入减小，则为，则为负反馈负反馈；反之为正反；反之为正反馈。馈。 判断是判断是直流反馈直流反馈还是还是交流反馈交流反馈电容观察法：电容观察法：反馈通路如存在隔直电容，则为交流反馈反馈通路如存在隔直电容，则为交流反馈反馈通路如存在旁路电容，则为直流反馈反馈通路如存在旁路电容，则为直流反馈反馈通路不存在电容，则为交直流混合反馈反馈通路不存在电容，则为交直流混合反馈2. 无论何种类型的负反馈可用统一形式的反馈方程无论何种类型的负反馈可用统一形式的反馈方程来描述，即来描述，即Af=1/(1+AB).反馈的类型不同将影响反馈的类型不同将影响A、Af和和B的下标和量纲。反馈深度的下标和量纲

16、。反馈深度F=1+AB将影响反将影响反馈放大器的性能。馈放大器的性能。3. 负反馈是改善放大器性能的重要手段。对放大器的负反馈是改善放大器性能的重要手段。对放大器的主要影响有：主要影响有： 提高增益的稳定性提高增益的稳定性，电压负反馈可稳定输出电压，电压负反馈可稳定输出电压，电流负反馈可稳定输出电流。电流负反馈可稳定输出电流。 改善非线性失真改善非线性失真，减小内部噪声和干扰，减小内部噪声和干扰 改变放大器的输入和输出阻抗。改变放大器的输入和输出阻抗。串联负反馈可使串联负反馈可使输入阻抗增加，并联负反馈可使输入阻抗减小；电压输入阻抗增加，并联负反馈可使输入阻抗减小；电压负反馈可使输出阻抗减小，

17、电流负反馈可使输出阻抗负反馈可使输出阻抗减小，电流负反馈可使输出阻抗增加。增加。 展宽放大器的频带宽度。展宽放大器的频带宽度。4. 方框图分析法可用于分析各种类型的负反馈放大方框图分析法可用于分析各种类型的负反馈放大器。具体分析步骤为：器。具体分析步骤为：判断反馈类型判断反馈类型画出基本放大器电路画出基本放大器电路分别考虑反馈网络的负载作用分别考虑反馈网络的负载作用基本放大器的参数计算基本放大器的参数计算A、ri、ro反馈放大器的计算反馈放大器的计算F1+AF Af rif和和 rof rif 和和rof继续求其它指标继续求其它指标 画基本放大电路的原则画基本放大电路的原则为了考虑反馈网络对基

18、本放大器输入端和输出端的负载效应，为了考虑反馈网络对基本放大器输入端和输出端的负载效应，在画基本放大电路时，应遵循以下两条原则：在画基本放大电路时，应遵循以下两条原则：1. 求输入电路求输入电路如果是电压反馈，则令如果是电压反馈，则令Uo=0，即将输出端对地短路；，即将输出端对地短路；如果是电流反馈，则令如果是电流反馈，则令Io=0，即将输出回路开路。，即将输出回路开路。2. 求输出电路求输出电路如果是并联反馈，则令如果是并联反馈，则令Ui=0，即将输入端对地短路；，即将输入端对地短路；如果是串联反馈，则令如果是串联反馈，则令Ii=0，即将输入回路开路。，即将输入回路开路。5.深度负反馈条件下

19、电压放大倍数的估算FAf1.在深负反馈条件下，可用在深负反馈条件下，可用 或或“虚短虚短” “虚断虚断”法估算电路的闭环增益。法估算电路的闭环增益。6负反馈电路的反馈深度如果过大，将有可能产生自激振荡。可以采用负反馈电路的反馈深度如果过大，将有可能产生自激振荡。可以采用频率补偿技术消除自激振荡。但这样会使电路的频带变窄。频率补偿技术消除自激振荡。但这样会使电路的频带变窄。ifR0ifR对于电压负反馈：对于电流负反馈： 0ofRofR对于串联负反馈：对于并联负反馈： 互补功率放大电路互补功率放大电路1.1.功率放大电路是在大信号下工作，通常采用图解法进功率放大电路是在大信号下工作，通常采用图解法

20、进行分析。研究的重点是如何在允许的失真情况下，尽可行分析。研究的重点是如何在允许的失真情况下，尽可能提高输出功率和效率。能提高输出功率和效率。2.2.与甲类功率放大电路相比，乙类互补对称功率放大电与甲类功率放大电路相比，乙类互补对称功率放大电路的主要优点是效率高，在理想情况下，最大效率为路的主要优点是效率高，在理想情况下，最大效率为78.5%78.5%。为保证。为保证BJTBJT安全工作，双电源互补对称电路工作安全工作，双电源互补对称电路工作在乙类时，器件的极限参数必须满足：在乙类时，器件的极限参数必须满足：LCCCMCCCEOBROMTCMRVIVVPPP/,2| ,2 . 0)(13.3.

21、由于由于BJTBJT输入特性存在死区电压，工作在乙类的互补输入特性存在死区电压，工作在乙类的互补对称电路将出现交越失真，克服交越失真的方法是采用对称电路将出现交越失真，克服交越失真的方法是采用甲乙类（接近乙类）互补对称电路，通常可利用二极管甲乙类（接近乙类）互补对称电路，通常可利用二极管或或VBEVBE扩大电路进行偏置。扩大电路进行偏置。4.4.在单电源互补对称电路中，介绍输出功率、效率、在单电源互补对称电路中，介绍输出功率、效率、管耗和电源供给的功率，可借用双电源互补对称电路管耗和电源供给的功率，可借用双电源互补对称电路的计算公式，但要用的计算公式，但要用VCC/2VCC/2替代原公式中的替

22、代原公式中的VCCVCC。习题讲解及举例习题讲解及举例v P1274.11 Ucc=16V，RL=4，|U（CES）|=2V，ui足够大。WRUUPLCESCCOM5 .2442)216(2)(22（1）最大输出功率POM和效率各为多少？解：%7 .681621644CCOMUOUUPP（2）三极管的最大功耗PTm为多少？WRUPLCCmT49. 64161122221（3）输出功耗最大，输入有效值？VUUUUCESCCoi8 . 9)(4.13 RL=8，UCC=12V，C1、C2容量大(1)静态时电容CL的两端电压多少？调整哪个元件满足这一要求？解：CL两端的电压为6V，调整R1（2）动态时，若uo出现交越失真，应调整哪个电阻？增大还是减小？调整R2，增大（3）若R1=R3=1.1k,=40,UBE=0.7V,PcM=40mW，假设R2因虚焊而开路，三极管是否安全？CMCECTTBCCBECCBBPmWUIPPmAIIImARRUUIIR115667 .1927 .1928 . 42211211213121开路，三极管将被烧毁（4）若饱和压降忽略求POm。WRUPLCCOm25. 4-15 饱和压降忽略（1）OTL or OCLOCL（2）理想