模拟电子技术基础课件(第五版)

1.1信号1.3模拟信号和数字信号1绪论1.2信号的频谱1.4放大电路模型1.5放大电路的主要性能指标1.1信号1.3模拟信号和数字信号1绪论1.211.信号：信息的载体微音器输出的某一段信号的波形

1.1信号1.信号：信息的载体微音器输出的某一段信号的波形1.22.电信号源的电路表达形式电压源等效电路电流源等效电路

1.1信号2.电信号源的电路表达形式电压源等效电路电流源等效电路131.电信号的时域与频域表示A.正弦信号

1.2信号的频谱时域1.电信号的时域与频域表示A.正弦信号1.2信号的频41.电信号的时域与频域表示B.方波信号满足狄利克雷条件，展开成傅里叶级数——直流分量其中——基波分量——三次谐波分量

1.2信号的频谱方波的时域表示1.电信号的时域与频域表示B.方波信号满足52.信号的频谱B.方波信号频谱：将一个信号分解为正弦信号的集合，得到其正弦信号幅值和相位随角频率变化的分布，称为该信号的频谱。

1.2信号的频谱幅度谱相位谱2.信号的频谱B.方波信号频谱：将一个信号分解为正弦信号6非周期信号包含了所有可能的频率成分（0≤w）C.非周期信号傅里叶变换：通过快速傅里叶变换（FFT）可迅速求出非周期信号的频谱函数。离散频率函数周期信号连续频率函数非周期信号气温波形气温波形的频谱函数（示意图）

1.2信号的频谱非周期信号包含了所有可能的频率成分（0≤w7

1.3模拟信号和数字信号处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。数字信号：在时间和幅值上都是离散的信号。1.3模拟信号和数字信号处理模拟信号的电子电路称为模拟电8

1.4放大电路模型电压增益（电压放大倍数）电流增益互阻增益互导增益1.放大电路的符号及模拟信号放大1.4放大电路模型电压增益（电压放大倍数）电流增益互阻9——负载开路时的电压增益A.电压放大模型——输入电阻——输出电阻由输出回路得则电压增益为由此可见即负载的大小会影响增益的大小要想减小负载的影响，则希望…？（考虑改变放大电路的参数）理想情况2.放大电路模型

1.4放大电路模型——负载开路时的A.电压放大模型——输入电阻——输出电阻由10另一方面，考虑到输入回路对信号源的衰减理想情况有要想减小衰减，则希望…？

1.4放大电路模型A.电压放大模型另一方面，考虑到输入回路对信号源的衰减理想情况有要想减11——负载短路时的电流增益B.电流放大模型由输出回路得则电流增益为由此可见要想减小负载的影响，则希望…？理想情况由输入回路得要想减小对信号源的衰减，则希望…？理想情况

1.4放大电路模型——负载短路时的B.电流放大模型由输出回路得则电流增益为由12C.互阻放大模型（自学）输入输出回路没有公共端D.互导放大模型（自学）E.隔离放大电路模型

1.4放大电路模型C.互阻放大模型（自学）输入输出回路没有公共端D.互导放13

1.5放大电路的主要性能指标1.输入电阻1.5放大电路的主要性能指标1.输入电阻14

1.5放大电路的主要性能指标2.输出电阻注意：输入、输出电阻为交流电阻1.5放大电路的主要性能指标2.输出电阻注意：输入、输15

1.5放大电路的主要性能指标3.增益反映放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为输出信号能量的能力。其中四种增益常用分贝（dB）表示。1.5放大电路的主要性能指标3.增益反映放大电路16

1.5放大电路的主要性能指标4.频率响应A.频率响应及带宽电压增益可表示为在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应，称为放大电路的频率响应。或写为其中1.5放大电路的主要性能指标4.频率响应A.频率响应及17该图称为波特图纵轴：dB横轴：对数坐标

1.5放大电路的主要性能指标4.频率响应A.频率响应及带宽其中普通音响系统放大电路的幅频响应该图称为波特图1.5放大电路的主要性能指标4.频率响应18

1.5放大电路的主要性能指标4.频率响应B.频率失真（线性失真）幅度失真：对不同频率的信号增益不同产生的失真。1.5放大电路的主要性能指标4.频率响应B.频率失真（194.频率响应B.频率失真（线性失真）幅度失真：对不同频率的信号增益不同产生的失真。相位失真：对不同频率的信号相移不同产生的失真。

1.5放大电路的主要性能指标4.频率响应B.频率失真（线性失真）幅度失真：对不同205.非线性失真由元器件非线性特性引起的失真。非线性失真系数:endVo1是输出电压信号基波分量的有效值，Vok是高次谐波分量的有效值，k为正整数。

1.5放大电路的主要性能指标5.非线性失真由元器件非线性特性引起的失真。非线性失212.1集成电路运算放大器2运算放大器2.2理想运算放大器2.3基本线性运放电路2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用2.1集成电路运算放大器2运算放大器2.2理想运算22在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中元器件制作在一块硅基片上，构成特定功能的电子电路，称为集成电路。简单来说，集成电路是把元器件和连接导线全部制作在一小块硅片上而成的电路。集成电路按其功能来分，有数字集成电路和模拟集成电路。模拟集成电路种类繁多，有运算放大器、宽频带放大器、功率放大器、模拟乘法器、模拟锁相环、模数和数模转换器、稳压电源和音像设备中常用的其他模拟集成电路等。§引言在半导体制造工艺的基础上，把整个电路中元器件制作在一块硅基片23模拟集成电路的特点：电阻值不能很大，精度较差，阻值一般在几十欧至几十千欧。需要大电阻时，通常用恒流源替代；

电容利用PN结结电容，一般不超过几十pF。需要大电容时，通常在集成电路外部连接。不能制电感，级与级之间用直接耦合；二极管用三极管的发射结代。比如由NPN型三极管短路其中一个PN结构成。模拟集成电路的特点：电阻值不能很大，精度较差，阻值一般在几十24运算放大器外形图运算放大器外形图252.1集成电路运算放大器1.集成电路运算放大器的内部组成单元图2.1.1集成运算放大器的内部结构框图集成运算放大器是一种高电压增益，高输入电阻和低输出电阻的多级直接耦合放大电路。2.1集成电路运算放大器1.集成电路运算放大器的内部组26运算放大器方框图输入级：均采用差动放大电路组成，可减小温度漂移的影响，提高整个电路共模抑制比。2.

中间级：多采用有源负载的共射极放大电路，有源负载及复合管可提高电压增益。3.

输出级：互补对称功放。4.

偏置电路：用以供给各级直流偏置电流，由各种电流源电路组成。运算放大器方框图输入级：均采用差动放大电路组成，可减小温度27▷表示信号从左(输入端)向右(输出端)传输的方向。vNvPvOvNvPvO集成运算放大器的符号vN或v–：反相输入端，信号从此端输入(vP=0)，输出信号和输入信号反相。vP或v+：同相输入端，信号从此端输入(vN=0)

，输出信号和输入信号同相。vO：输出端。图2.1.2运算放大器的代表符号（a）国家标准规定的符号（b）国内外常用符号▷表示信号从左(输入端)向右(输出端)传输的方向。vNvPv282.运算放大器的电路模型图2.1.3运算放大器的电路模型通常：开环电压增益Avo的105（很高）输入电阻ri106Ω（很大）输出电阻ro100Ω（很小）

vO＝Avo(vP－vN)（V－＜vO＜V＋）

注意输入输出的相位关系2.运算放大器的电路模型图2.1.3运算放大器的电路模292.运算放大器的电路模型当Avo(vP－vN)V＋时

vO＝

V＋

当Avo(vP－vN)

V-时

vO＝

V-电压传输特性

vO＝

f

(vP－vN)线性范围内vO＝Avo(vP－vN)Avo——斜率电路模型中的输出电压不可能超越正负电源的电压值2.运算放大器的电路模型当Avo(vP－vN)V＋时30输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即集成运放的工作区域线性区域：Aod为差模开环放大倍数非线性区域：输出电压只有两种可能的情况：+UOM或-UOMUOM为输出电压的饱和电压。uOuP-uN+UOM-UOM输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即集成运放31例2.2.1电路如图2.1.3所示，运放的开环电压增益Avo=2×105,输入电阻ri=0.6MΩ，电源电压V+=+12V,V-=-12V。

(1)试求当vo=±Vom=±12V时输入电压的最小幅值vP-vN=?输入电流ii=?

(2)画出传输特性曲线vo=f(vP-vN)。说明运放的两个区域。

图2.1.3运算放大器的电路模型例2.2.1电路如图2.1.3所示，运放的开环电压增益Av32例2.2.1电路如图2.1.3所示，运放的开环电压增益Avo=2×105,输入电阻ri=0.6MΩ，电源电压V+=+12V,V-=-12V。

(1)试求当vo=±Vom=±12V时输入电压的最小幅值vP-vN=?

输入电流ii=?

图2.1.3运算放大器的电路模型解：由当vo=±Vom=±12V时例2.2.1电路如图2.1.3所示，运放的开环电压增益Av33例2.2.1电路如图2.1.3所示，运放的开环电压增益Avo=2×105,输入电阻ri=0.6MΩ，电源电压V+=+12V,V-=-12V。

(2)画出传输特性曲线vo=f(vP-vN)。说明运放的两个区域。

解：取a点（+60μV,+12V），b点（-60μV,-12V），连接a、b两点得ab线段，其斜率Avo=2×105,∣vP-vN∣<60μV时，电路工作在线性区；∣vP-vN∣>60μV，则运放进入非线性区。运放的电压传输特性如图所示。Avo=2×105(+60μV,+12V)(-60μV,-12V)例2.2.1电路如图2.1.3所示，运放的开环电压增益Av342.2理想运算放大器1.

vo的饱和极限值等于运放的电源电压V＋和V－

2.运放的开环电压增益很高

若（vP－vN）＞0

则vO=+Vom=V＋

若（vP－vN）＜0

则vO=–Vom=V－

3.若V－<vO<V＋

则（vP－vN）0

4.输入电阻ri的阻值很高

使iP≈0、iN≈0

5.输出电阻很小，ro

≈0理想：ri≈∞

ro≈0

Avo→∞vo＝Avo(vp－vn)图2.2.1运放的简化电路模型2.2理想运算放大器1.vo的饱和极限值等于运放的电源35三、理想运放的非线性工作区+UOMuOu+-u-O-UOM理想特性图7.1.3集成运放的电压传输特性三、理想运放的非线性工作区+UOMuOu+-u-O-UOM理36工程上理想运放的参数

1.差模电压放大倍数Avd=，实际上Avd≥80dB即可。

2.差模输入电阻Rid=，实际上Rid比输入端外电路的电阻大2～3个量级即可。3.输出电阻Ro=0，实际上Ro比输入端外电路的电阻小1～2个量级即可。工程上理想运放的参数1.差模电压放大倍数A37(1)虚短（vp≈vn，或vid＝vp－vn≈0）由于运放的电压放大倍数很大，一般都在80

dB以上。而运放的输出电压是有限的，一般在10

V～14

V。因此运放的差模输入电压不足1

mV，两输入端近似等电位，相当于“短路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接近相等。

“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时，可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简称虚短。显然不能将两输入端真正短路。理想运算放大器的特性(1)虚短（vp≈vn，或vid＝vp－vn≈0）38(2)虚断（ip＝-in＝(vp－vn)/ri≈0）

由于运放的差模输入电阻很大，一般都在1

M以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1

A，远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接近开路。“虚断”是指在分析运放处于线性状态时，可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。(2)虚断（ip＝-in＝(vp－vn)/ri≈039

理想运放工作在线性区的几个重要法则：V–V+–+VoIi+Ii－(2)Ii+=Ii－=0虚断(1)V+=V–虚短Ii-－＋∞＋V-V+Ii+Vo∵集成运放工作在线性区时有：又∵即∴输入偏流虚短和虚断理想运放工作在线性区的几个重要法则：V–V+–+VoIi+40

理想运放工作在非线性区的特点：(2)Ii+=Ii－=0虚断仍然成立(1)只要输入电压V+与V–不相等，输出电压就饱和。即有：对理想运算放大器，V+=V-是正负两种饱和状态的转换点。V–V+–+VoIi+Ii－理想运放工作在非线性区的特点：(2)Ii+=Ii－41综上所述，在分析具体的集成运放应用电路时，可将集成运放按理想运放对待，根据理想运放分别工作在线性区或者非线性区的特点来分析电路的工作原理。一般来说集成运放引入深度负反馈时，工作在线性区；集成运放引入正反馈或开环状态时，工作在非线性区。综上所述，在分析具体的集成运放应用电路时，可将集成运放按理422.3基本线性运放电路2.3.1同相放大电路2.3.2反相放大电路2.3基本线性运放电路2.3.1同相放大电路2.3.2432.3.1同相放大电路（a）电路图（b）小信号电路模型图2.3.1同相放大电路1.基本电路

2.3.1同相放大电路（a）电路图442.3.1同相放大电路2.负反馈的基本概念反馈：将放大电路输出量，通过某种方式送回到输入回路的过程。瞬时电位变化极性——某时刻电位的斜率电路有vo

＝Avo(vp－vn)引入反馈后vn0，vp(vi)不变→

(vp－vn)↓→

vo↓使输出减小了，增益Av＝vo/vi下降了，这时的反馈称为负反馈。2.3.1同相放大电路2.负反馈的基本概念反馈：将放大454.4.2射极偏置电路（1）稳定工作点原理目标：温度变化时，使IC维持恒定。如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。T稳定原理：

ICIE

VE、VB不变

VBE

IBIC（反馈控制）1.基极分压式射极偏置电路(a)原理电路(b)直流通路4.4.2射极偏置电路（1）稳定工作点原理462.3.1同相放大电路3.虚假短路

图中输出通过负反馈的作用，使vn自动地跟踪vp，即vp≈vn，或vid＝vp－vn≈0。这种现象称为虚假短路，简称虚短

由于运放的输入电阻ri很大，所以，运放两输入端之间的ip＝-in＝(vp－vn)/ri≈0，这种现象称为虚断。

由运放引入负反馈而得到的虚短和虚断两个重要概念，是分析由运放组成的各种线性应用电路的利器，必须熟练掌握。2.3.1同相放大电路3.虚假短路图中输出通过负反馈的472.3.1同相放大电路4.几项技术指标的近似计算（1）电压增益Av

根据虚短和虚断的概念有

vp≈vn，ip＝-in＝0所以（可作为公式直接使用）2.3.1同相放大电路4.几项技术指标的近似计算（1）电482.3.1同相放大电路4.几项技术指标的近似计算（2）输入电阻Ri

输入电阻定义根据虚短和虚断有

vi＝vp，ii＝ip≈0所以（3）输出电阻Ro

Ro→0特点：输入电阻高，输出电阻小，带负载能力强V-=V+=Vi，所以共模输入等于输入信号，对运放的共模抑制比要求高2.3.1同相放大电路4.几项技术指标的近似计算（2）输492.3.1同相放大电路5.电压跟随器根据虚短和虚断有vo＝vn≈vp＝vi（可作为公式直接使用）输入电阻大输出电阻小，能真实地将输入信号传给负载而从信号源取流很小2.3.1同相放大电路5.电压跟随器根据虚短和虚断有vo50电压跟随器的作用无电压跟随器时负载上得到的电压电压跟随器时ip≈0，vp＝vs根据虚短和虚断有vo＝vn≈vp＝vs电压跟随器的作用无电压跟随器时电压跟随器时ip≈0，vp＝v512.3.2反相放大电路（a）电路图（b）由虚短引出虚地vn≈0

图2.3.5反相放大电路1.基本电路

2.3.2反相放大电路（a）电路图522.几项技术指标的近似计算（1）电压增益Av

根据虚短和虚断的概念有

vn≈

vp＝

0

，ii＝0所以i1＝i2

即（可作为公式直接使用）2.3.2反相放大电路特点：反相端为虚地，所以共模输入可视为0，对运放共模抑制比要求低输出电阻小，带负载能力强要求放大倍数较大时，反馈电阻阻值高，稳定性差。如果要求放大倍数100，R1=100K，Rf=10M2.几项技术指标的近似计算（1）电压增益Av根据虚短和虚532.几项技术指标的近似计算（2）输入电阻Ri

（3）输出电阻Ro

Ro→02.3.2反相放大电路2.几项技术指标的近似计算（2）输入电阻Ri（3）输出电54当R2>>R3时，（1）试证明Vs＝(R3R1/R2)Im

解（1）根据虚断有I1

=0所以I2

=Is

=Vs

/

R1

例2.3.3直流毫伏表电路（2）R1＝R2＝150k，R3＝1k，输入信号电压Vs＝100mV时，通过毫伏表的最大电流Im(max)＝？又根据虚短有Vp

=

Vn

=0R2和R3相当于并联，所以–I2R2

=R3(I2-Im)所以当R2>>R3时，Vs＝(R3R1/R2)Im

（2）代入数据计算即可当R2>>R3时，解（1）根据虚断有I1=0所以552.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用2.4.1求差电路2.4.2仪用放大器2.4.3求和电路2.4.4积分电路和微分电路2.4同相输入和反相输入放大电路的其他应用2.4.1562.4.1求差电路从结构上看，它是反相输入和同相输入相结合的放大电路。当则若继续有则根据虚短、虚断和N、P点的KCL得：2.4.1求差电路从结构上看，它是反相输入和同相572.4.1求差电路从放大器角度看时，增益为（该电路也称为差分电路或减法电路）2.4.1求差电路从放大器角度看时，增益为（该电路也称为582.4.1求差电路一种高输入电阻的差分电路2.4.1求差电路一种高输入电阻的差分电路592.4.2仪用放大器2.4.2仪用放大器602.4.3求和电路根据虚短、虚断和N点的KCL得：若则有（该电路也称为加法电路）2.4.3求和电路根据虚短、虚断和N点的KCL得612.4.3求和电路的进一步讨论Vi3-+ARfR'VoIf↓R3I3→Id→Vi2R2I2→Vi1I1→R18.1.1求和电路虚短、虚断特点：调节某一路信号的输入电阻不影响其他路输入与输出的比例关系；称为支路增益，一般>11.反相求和电路2.4.3求和电路的进一步讨论Vi3-+ARfR'VoI622.4.4积分电路和微分电路1.积分电路式中，负号表示vO与vI在相位上是相反的。根据“虚短”，得根据“虚断”，得因此（积分运算）即2.4.4积分电路和微分电路1.积分电路式中，负号表示632.4.4积分电路和微分电路1.积分电路根据“虚短”，得根据“虚断”，得因此即又即2.4.4积分电路和微分电路1.积分电路根据“虚短”，642.4.4积分电路和微分电路当vI为阶跃电压时，有vO与t成线性关系1.积分电路2.4.4积分电路和微分电路当vI为阶跃电压时，有vO与65积分电路的用途将方波变为三角波积分电路的用途将方波变为三角波66积分电路的用途将三角波变为正弦波积分电路的用途将三角波变为正弦波67积分电路的用途tuOO可见，输出电压的相位比输入电压的相位领先90

。因此，此时积分电路的作用是移相。tuIOUm图7.2.17积分电路的用途tuOO可见，输出电压的相位比输入电压的相位682.4.4积分电路和微分电路2.微分电路根据“虚短”，得根据“虚断”，得因此即2.4.4积分电路和微分电路2.微分电路根据“虚短”，69uit0t0uo若输入：则：高频信号将产生较大的噪声。uit0t0uo若输入：则：高频信号将产生较大的噪声。70Auo越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈才能使其扩大输入信号的线性范围。放大倍数与负载无关。分析多个运放级联组合的线性电路时可以分别对每个运放进行。Auo越大，运放的线性范围越小，必须在输出与输入之间加负反馈713.1半导体的基本知识3.3二极管3.4二极管基本电路及其分析方法3.5特殊二极管3.2PN结的形成及特性3半导体二极管及基本电路3.1半导体的基本知识3.3二极管3.4二极管基723.1半导体的基本知识

3.1.1半导体材料

3.1.2半导体的共价键结构

3.1.3本征半导体的导电作用

3.1.4杂质半导体3.1半导体的基本知识3.1.1半导体材料3.1.73导体(conductor)：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体。绝缘体(semiconductor)：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半导体(insulator)：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等。§3.1.1半导体材料导体(conductor)：自然界中很容易导电的物质称为导体74§3.1.1半导体材料半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：

当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化。

往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变。§3.1.1半导体材料半导体的导电机理不同于其它物质，所75§

3.1.2半导体的共价键结构GeSi动画演示§3.1.2半导体的共价键结构GeSi动画演示76§

3.1.2半导体的共价键结构硅和锗的共价键(covalentbond)结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子动画演示§3.1.2半导体的共价键结构硅和锗的共价键(cova77§

3.1.3

本征半导体的导电作用1.本征半导体(intrinsicorpureinsulator)硅和锗的晶体结构：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。§3.1.3本征半导体的导电作用1.本征半导体(intr78§

3.1.3

本征半导体的导电作用2.载流子、自由电子和空穴(carrier、freeelectronsandholes)+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子动画演示§3.1.3本征半导体的导电作用2.载流子、自由电子和空79§

3.1.3

本征半导体的导电作用3.载流子的产生与复合+4+4+4+4本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。动画演示§3.1.3本征半导体的导电作用3.载流子的产生与复合+80§

3.1.4杂质半导体1.P型半导体+4+4+3+4空穴硼原子P型半导体中空穴是多子，电子是少子。动画演示§3.1.4杂质半导体1.P型半导体+4+4+3+81§

3.1.4杂质半导体2.N型半导体+4+4+5+4多余电子磷原子N型半导体中的载流子是什么？掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。动画演示§3.1.4杂质半导体2.N型半导体+4+4+5823.2PN结的形成及特性

3.2.1

载流子的漂移与扩散

3.2.2

PN结的形成

3.2.3

PN结的单向导电性

3.2.4

PN结的反向击穿

3.2.5

PN结的电容效应3.2PN结的形成及特性3.2.1载流子的漂移与扩散83§

3.2.2PN结的形成P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散(diffusion)的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。内电场越强，就使漂移(drift)运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。§3.2.2PN结的形成P型半导体－－－－－－－－－84§

3.2.2PN结的形成漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。动画演示§3.2.2PN结的形成漂移运动P型半导体－－－－－85§

3.2.2PN结的形成－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空间电荷区N型区P型区电位VV0§3.2.2PN结的形成－－－－－－－－－－－－－－86§

3.2.3PN结的单向导电性PN结(PNjunction)正向偏置－－－－++++内电场减弱，使扩散加强，扩散飘移，正向电流大空间电荷区变薄PN+_正向电流动画演示§3.2.3PN结的单向导电性PN结(PNjunc87§

3.2.3PN结的单向导电性PN结(PNjunction)反向偏置－－－－++++空间电荷区变厚NP+_++++－－－－内电场加强，使扩散停止，有少量飘移，反向电流很小反向饱和电流很小，A级动画演示§3.2.3PN结的单向导电性PN结(PNjunc88§

3.2.4PN结的反向击穿

电击穿(可逆)

热击穿(不可逆)

击穿雪崩击穿(avalanchebreakdown):碰撞,载流子倍增效应。齐纳击穿(zenerbreakdown):局部电场增强,分离。整流二极管雪崩击穿(多数)稳压二极管齐纳击穿(多数)击穿§3.2.4PN结的反向击穿电击穿击穿雪89§

3.2.5PN结的电容效应PN结的两种电容效应：扩散电容CD和势垒电容CBPN结处于正向偏置时，多子的扩散导致在P区（N区）靠近结的边缘有高于正常情况的电子（空穴）浓度，这种超量的浓度可视为电荷存储到PN结的邻域PN结的电容效应直接影响半导体器件的高频和开关性能1.扩散电容§3.2.5PN结的电容效应PN结的两种电容效应：扩90§

3.2.5PN结的电容效应PN结反向偏置时，载流子数目很少，扩散电容可忽略1.扩散电容§3.2.5PN结的电容效应PN结反向偏置时，载流子91§

3.2.5PN结的电容效应势垒区是积累空间电荷的区域，当反向偏置电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化2.势垒电容类似于平板电容器两极板上电荷的变化§3.2.5PN结的电容效应势垒区是积累空间电荷的区92§

3.2.5PN结的电容效应PN结的电容效应是扩散电容和势垒电容的综合反映，在高频运用时，须考虑PN结电容的影响PN结电容的大小与本身的结构和工艺及外加电压有关。正偏时，结电容较大（主要决定于扩散电容）；反偏时，结电容较小（主要决定于势垒电容）§3.2.5PN结的电容效应PN结的电容效应是扩散电933.3二极管

3.3.1半导体二极管的结构

3.3.2二极管的伏安特性

3.3.3二极管的参数3.3二极管3.3.1半导体二极管的结构3.3.294§

3.3.1半导体二极管的结构半导体二极管(diodeinsulator)图片§3.3.1半导体二极管的结构半导体二极管(diode95§

3.3.1半导体二极管的结构半导体二极管(diodeinsulator)图片§3.3.1半导体二极管的结构半导体二极管(diode96§

3.3.1半导体二极管的结构半导体二极管(diodeinsulator)图片§3.3.1半导体二极管的结构半导体二极管(diode97§

3.3.1半导体二极管的结构

在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。二极管按结构分有点接触型、面接触型和平面型三大类。(1)点接触型二极管(a)点接触型

二极管的结构示意图PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。§3.3.1半导体二极管的结构在PN98§

3.3.1半导体二极管的结构(2)面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(b)面接触型§3.3.1半导体二极管的结构(2)面接触型二极管99(3)平面型二极管(c)平面型(4)二极管的代表符号(symbol)anodecathode§

3.3.1半导体二极管的结构往往用于集成电路制造艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。(3)平面型二极管(c)平面型(4)二极管的代表符号(100§

3.3.2PN结的伏安特性正向特性反向特性反向击穿特性二极管的伏安特性(volt-amperecharacteristic)曲线的表示式：硅二极管2CP10的V-I特性§3.3.2PN结的伏安特性正向特性反向特性反向击穿101§3.3.3

二极管的参数1.最大整流电流

IF二极管长期运行时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.反向击穿电压VBR二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半。3.反向电流

IR指管子未击穿时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。§3.3.3二极管的参数1.最大整流电流IF102§2.3.3

二极管的参数4.二极管的极间电容（parasiticcapacitance）二极管的两极之间有电容，此电容由两部分组成：势垒电容(barrier（depletion）capacitance)CB和扩散电容(diffusioncapacitance)CD。势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。§2.3.3二极管的参数4.二极管的极间电容（paras103§2.3.3

二极管的参数4.二极管的极间电容扩散电容：为了形成正向电流（扩散电流），注入P区的少子（电子）在P

区有浓度差，越靠近PN结浓度越大，即在P区有电子的积累。同理，在N区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容CD。P+-NCB在高频和反向偏置时明显。CD在正向偏置时明显。§2.3.3二极管的参数4.二极管的极间电容扩散电容：为104§3.3.3

二极管的参数5.微变电阻rDiDvDIDVDQiDvDrD是二极管特性曲线上工作点Q附近电压的变化与电流的变化之比：显然，rD是对Q附近的微小变化区域内的电阻。§3.3.3二极管的参数5.微变电阻rDiDvDID1053.4

二极管基本电路及其分析方法

3.4.1简单二极管电路的图解分析方法

3.4.2二极管电路的简化模型分析方法3.4二极管基本电路及其分析方法3.4.1简单二极管电106§3.4.2二极管电路的简化模型分析方法1.理想模型（idealdiode)vDiD当电源电压远比二极管的管压降大时，利用此模型作近似分析。iDvD§3.4.2二极管电路的简化模型分析方法1.理想模型（id1072.恒压降模型（offsetmodel)二极管导通后，认为其压降是恒定的，典型值为0.7V，只有当二极管的电流大于等于1mA时，才是正确的。vDiDvDiDVth§3.4.2二极管电路的简化模型分析方法2.恒压降模型（offsetmodel)1083.折线模型(piecewiselineardiodemodel)认为其压降不是恒定的，而是随着二极管电流的增加而增加，用一个电池与一个电阻的串联来进一步的近似。rD近似为200Ω。vDiDVth≈0.5VvDVthrDiD§3.4.2二极管电路的简化模型分析方法3.折线模型(piecewiselineardiode1094.小信号模型(smallsignalmodel)当二极管在其伏安特性的某一小范围内工作，可以把伏安特性看出一条直线。小信号模型的微变等效电阻rd＝26（mv）/ID。vDiDΔvDΔiDΔiDΔvDrD§3.4.2二极管电路的简化模型分析方法4.小信号模型(smallsignalmodel)110

应用举例1.整流电路二极管当作理想元件处理，即二极管的正向导通电阻为零（忽略二极管正向压降），反向电阻为无穷大DRvOvs+-vsvO应用举例1.整流电路二极管当作理想元件处理，即二极管的111

应用举例

2.二极管的静态工作情况分析理想模型（R=10k）（1）VDD=10V时恒压模型（硅二极管典型值）折线模型（硅二极管典型值）设（2）VDD=1V时（自看）+-iDVDDvDR应用举例2.二极管的静态工作情况分析理想模型（R=1112

3.限幅电路

应用举例有一限幅电路如图所示，R=1k，VREF=3V,二极管为硅二极管。分别用理想模型和恒压降模型求解一下两问：（１）vI=0V、4V、6V时，求相应的输出电压vO的值；（２）当vI=６sinwt(V)时，绘出相应的输出电压波形．3.限幅电路应用举例有一限幅电路如图所示，R=1k113

4.开关电路

应用举例+5VvI1vI2VCC&4.7kvO

5.低电压稳压电路4.开关电路应用举例+5VvI1vI2VCC&4.71146.小信号工作情况分析

应用举例求vD、iDvi=

0.1sintVVDD=

5V，VD0.7VID=(5-0.7)/5k=0.86mA静态分析vi=0动态分析VDD=0叠加原理6.小信号工作情况分析应用举例求vD、iDvi=1153.5特殊体二极管

3.5.1齐纳二极管

3.5.2变容二极管

3.5.4光电子器件1.光电二极管2.发光二极管3.激光二极管3.5特殊体二极管3.5.1齐纳二极管3.5.2116§3.5.1齐纳二极管vZ/ViZ/mAIZIZmaxVZIZ稳压误差曲线越陡，电压越定。+－VZ动态电阻：rz越小，稳压性能越好。§3.5.1齐纳二极管vZ/ViZ/mAIZIZma117（4）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗稳压管（zenerdiode)的参数:（1）稳定电压

VZ（2）电压温度系数U（%/℃）

稳压值受温度变化影响的的系数。（3）动态电阻§3.5.1齐纳二极管（4）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin118稳压管稳压电路§3.5.1齐纳二极管负载增加IoVO(VZ)

IR

VO(VZ)

IZ

IR电源电压波动VI增加使VO

VZ

IZ

IR

VO

稳压管稳压电路§3.5.1齐纳二极管负载增加IoV119小结:PN结的形成及特性。二极管应用电路的分析与计算。稳压电路的设计原则。小结:PN结的形成及特性。120☆☆第四章双极型三极管及放大电路基础4.1半导体三极管（BJT—双结晶体管）4.2共射极放大电路4.3放大电路分析方法4.4放大电路的稳定工作点问题4.5共集电极和共基极放大电路4.7放大电路的频率特性4.6组合放大电路☆☆第四章双极型三极管及放大电路基础4.1半导体第4章半导体三极管及放大电路基础按频率：高频管、低频管按功率：按材料：小、中、大功率管硅管、锗管按类型：NPN型、PNP型半导体三极管:是具有电流放大功能的元件三极管分类：§4.1

半导体三极管（BJT—双结晶体管）第4章半导体三极管及放大电路基础按频率：高频管、低频4.1.1

基本结构NNPNPN型becbecPNP型PPN基极发射极集电极beciBiEiCbeciBiEiCNPN型三极管符号PNP型三极管符号发射极箭头表示：当发射结正偏时，电流的流向。发射极集电极基极集电极电流发射极电流4.1.1基本结构NNPNPN型becbecPNP型P基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结Je集电结JcbecNNP基极发射极集电极集电区：面积最大问题：c、e两极可否互换？BJT结构特点：基区：最薄，发射区：掺发射结Je集电结JcbecNNP基极发•发射区的掺杂浓度最高；•集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；•基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。管芯结构剖面图BJT结构剖面图：•发射区的掺杂浓度最高；•集电区掺杂浓度低于发射区，且面☆三极管的基本接法共集电极接法：c作为公共端；b为输入端，e为输出端；共基极接法：b作为公共端，e为输入端，

c为输出端。共发射极接法：e作为公共端；b为输入端，c为输出端；☆三极管的基本接法共集电极接法：共基极接法：共发射极接法：4.1.2

BJT的电流分配和放大原理becNNPEBRBECRC在三极管内部：发射结正偏、集电结反偏PNP管发射结正偏VB<VE集电结反偏VC<VB即VC<VB<VE1.三极管放大的条件从外部的电位看：

NPN管

发射结正偏：VB>VE（EB来实现）集电结反偏：VC>VB

（EC来实现）

即

VC>VB>VE共射放大电路组成4.1.2BJT的电流分配和放大原理becNNPEBR4.1.2BJT的电流分配与放大原理2.内部载流子的传输过程

三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射区：发射载流子

以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管。或BJT(BipolarJunctionTransistor)。

（以NPN为例）放大状态下BJT中载流子的传输过程集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子IE=IB+IC4.1.2BJT的电流分配与放大原理2.内部载流子的传

、

为电流放大系数，它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般

1，≈几十。3.三极管电流分配关系、为电流放大系数，它只与管子的结构尺寸IE＝IC＋IB（3）

（4）（2）（1）☆4.三极管的电流分配关系总结（5）电流放大系数IE＝IC＋IB（3）（4）（2）（1）☆4.三极管的

发射极是输入回路、输出回路的公共端1.共发射极电路输入回路输出回路ICVBBmAAVCEVBERBIBVCC++––––++注意：T的类型与VBE、IB、VCE、IC极性ebc4.1.3BJT的特性曲线

发射极是输入回路、输出回路的公共端1.共发射极电路输vCE=0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE

iB=f(vBE)

vCE=常数vCE=0VvCE

1V(1)当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。（以共射极放大电路为例）1.输入特性曲线(2)当vCE≥1V时，vCB=vCE-vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的vBE

下IB减小，特性曲线右移。vCE=0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEi(3)输入特性曲线的三个部分①死区

②非线性区③线性区

结论：整体是非线性的，局部可看作是线性的(3)输入特性曲线的三个部分①死区 ②非线性区③线性区 结2.输出特性IB=020A40A60A80A100A36iC(mA)1234vCE(V)912O放大区输出特性曲线通常分三个工作区：(1)放大区在放大区有iC=iB

，也称为线性区，具有恒流特性。在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。+-bceRL2.输出特性IB=020A40A60A80A10iB=020A40A60A80A100A36iC(mA)1234vCE(V)912O（2）截止区iB＝0以下区域为截止区，有iC=ICEO0

。在截止区发射结Je处于反向偏置，集电结Jc处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。饱和区截止区（3）饱和区

当vCEvBE时，晶体管工作于饱和状态。

在饱和区，IBIC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。

深度饱和时，硅管vCES0.3V，

锗管vCES0.1V。VCESiB=020A40A60A80A100A36iC(放大区：Je正偏，Jc反偏；IC=IB,且

iC=

iB；VC>VB>VE。(2)饱和区:Je正偏，Jc正偏；即vCEvBE

，vCE0.3V

；

iC

<iB。(3)截止区:Je反偏或零偏

，VBE<Vth0，

iB=0，iC=ICEO0

☆

输出特性三个区域的特点:放大区：Je正偏，Jc反偏；IC=IB,且iC

测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。

放大,硅管截止饱和-+正偏反偏-++-正偏反偏+-放大Vc>Vb>Ve放大Vc<Vb<Ve例1：若将3.3V改为3.7V呢?测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。例2：图中已标出各硅晶体管电极的电位，判断晶体管的状态。VBE=－0.7（V），Je正偏；VCE=－5V，Jc反偏，PNP管为放大状态。放大饱和截止例2：图中已标出各硅晶体管电极的电位，判断晶4.1.4主要参数1.电流放大系数，直流电流放大系数定义交流电流放大系数定义当晶体管接成发射极电路时，表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：和

的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的

值在20~200之间。4.1.4主要参数1.电流放大系数，直流电流放大系IB=020A40A60A80A100A36iC(mA)1234vCE(V)9120Q1Q2在Q1点，有由Q1和Q2点，得在以后的计算中，一般作近似处理：=。例：三极管输出特性如图，在VCE=6V时，在Q1

点IB=40A,IC=1.5mA；在Q2

点IB=60A,IC=2.3mA。求和IB=020A40A60A80A100A36iC(1.集-基极反向截止电流ICBO

ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度ICBOICBOA+–EC2.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEOAICEOIB=0+–

ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。2.极间反向电流1.集-基极反向截止电流ICBOICBO是由少数载流子1.集电极最大允许电流ICM2.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。当集—射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)

CEO。3.集电极最大允许耗散功耗PCMPCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。PC

PCM=ICUCE

硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。3.极限参数：1.集电极最大允许电流ICM2.集-射极反向击穿电压ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEOICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限1.对于硅三极管来说其死区电压约为（）。A、0.1VB、0.5VC、0.7V课后自测题2.锗三极管的导通压UBE约为（）。A、0.1VB、0.3VC、0.5V3.测得三极管三个电极的静态电流分别为0.06mA，3.66mA和3.6mA。则该管的为（）。A、40B、50C、604.三极管能够放大的外部条件是（）。A、发射结正偏，集电结正偏B、发射结反偏，集电结反偏C、发射结正偏，集电结反偏1.对于硅三极管来说其死区电压约为（）。课后自测题2.课后自测题5.当三极管工作于饱和状态时，其（）。A、发射结正偏，集电结正偏B、发射结反偏，集电结反偏C、发射结正偏，集电结反偏6.反向饱和电流越小，三极管的稳定性能（）。A、越好B、越差C、无变化7.与锗三极管相比，硅三极管的温度稳定性能（）。A、高B、低C、一样8.温度升高，三极管的电流放大系数β（）。A、增大B、减小C、不变课后自测题5.当三极管工作于饱和状态时，其（）。6.反课后自测题9.温度升高，三极管的管压降|UBE|（）。

A、升高B、降低C、不变10.对PNP型三极管来说，当其工作于放大状态时，（）极的电位最低。

A、发射极B、基极C、集电极11.测得三极管三个电极对地的电压分别为-2V、-8V、-2.2V，则该管为（）。

A、NPN型锗管B、PNP型锗管C、PNP型硅管12.测得三极管三个电极对地的电压分别为2V、6V、-2.2V，则该管（）。

A、处于饱和状态B、放大状态C、截止状态D、已损坏

课后自测题9.温度升高，三极管的管压降|UBE|（）输入电阻

输出电阻电压放大模型

电流放大模型

1.2.1什么叫信号放大

1.2.2放大电路模型

1.2.3

☆放大电路的主要性能指标

增益（放大倍数）

互阻放大模型

互导放大模型

频率响应及带宽

非线性失真☆§1.2放大电路的基本知识输入电阻输出电阻电压放大模型电流放大模型1模拟电子技术基础课件(第五版)基本放大电路组成框图

基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电路,放大电路有几个部分组成。共发射极、共集电极、共基极。①信号源，②放大电路，③负载（①当RL时，称为开路；②负载可以是电阻,也可以是电路等）。基本放大电路组成框图基本放大电路一般是指由一个三

1.放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用放大微弱信号，输出信号在电压或电流的幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。2.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。因此对于能量来说只是控制和转换,不是放大。信号放大的概念1.放大电路主要利用三极管或场效应管的控制作用电压增益（电压放大倍数）电流增益互阻增益互导增益信号源负载放大的四种类型：电压增益（电压放大倍数）电流增益互阻增益互导增益信号源负载放放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大电路，可将其等效成具有某种端口特性的等效电路。信号源负载输入端口可以等效为一个输入电阻输出端口可以等效为一个输出电阻1.2.2放大电路模型（绪论内容）放大电路模型放大电路是一个双口网络。从端口特性来研究放大电路，可负载开路时的电压增益由输出回路得则电压增益为1.☆电压放大电路的几种增益输入电阻输出电阻放大电路模型负载开路时的电压增益由输出回路得则电压增益为1.☆电压放电压放大模型电流放大模型关心输出电流与输入电流的关系电流放大电路模型电压放大模型电流放大模型关心输出电流与输入电流的关系电由可见，Ri是反映放大电路对信号源衰减的重要参数,Ri应尽量大一些。利用电压Vi和Vs求Ri:2.输入电阻由定义注意：输入、输出电阻为交流电阻由可见Ro是描述放大电路带负载能力的重要参数，Ro应尽量小一点。3.输出电阻利用测得电压V'o和Vo，求Ro:(V'o－Vo)/Ro＝Vo/RL空载定义注意：输入、输出电阻为交流电阻由反映放大电路在输入信号控制下，将电源能量转换为输出信号能量的能力“甲放大电路的增益为20倍”和“乙放大电路的增益为20dB”，问哪个电路的增益大？四种增益其中工程上常用对数增益，以分贝（dB）表示3.对数增益（放大倍数用分贝值表示）反映放大电路在输入信号控制下，将电源能量转换为输出信号A.频率响应及带宽电压增益可表示为在输入正弦信号情况下，输出随输入信号频率连续变化的稳态响应，称为放大电路的频率响应。或写为其中4.频率响应及带宽（频域指标）A.频率响应及带宽电压增益可表示为在输入正弦信号情况其中普通音响系统放大电路的幅频响应高频区中频区低频区3dB频率点（半功率点）3dB频率点（半功率点）4.频率响应及带宽（频域指标）其中普通音响系统放大电路的幅频响应高频区中频区低频区3dB由元器件非线性特性引起的信号波形失真。5.非线性失真削底削顶由元器件非线性特性引起的信号波形失真。5.非线性失真6.书中有关符号的约定大写字母、大写下标表示直流量。如，VCE、IC等。小写字母、大写下标表示总量（含交、直流）。如，vCE、iB等。小写字母、小写下标表示纯交流量。如，vce、ib等。上方有圆点的大写字母、小写下标表示相量。如、等。6.书中有关符号的约定大写字母、大写下标表示直流量。如电路组成简化电路及习惯画法简单工作原理放大电路的静态和动态直流通路和交流通路§4.2共射极放大电路电路组成简化电路及习惯画法简单工作原理输入回路（基极回路）输出回路（集电极回路）基极直流电源EB集电极直流电源EC隔直耦合电容：Cb1、Cb2;基极电阻Rb，

集电极电阻Rc1.电路组成输入电压ui

;输出电压uo作用：保证T的放大条件隔离直流，传递交