模拟电子技术基础（微课版 ）课件全套 邓天平 第1-10章 绪论 -直流稳压电源

模拟电子技术基础第一章绪论

第二章集成运算放大器的基本应用 第三章半导体二极管及其基本电路 第四章双极结型三极管及基本放大电路 第五章场效应晶体管及放大电路 第六章模拟集成电路 第七章反馈放大电路 第八章信号处理与信号产生电路 第九章功率放大器电路 第十章直流稳压电源1.1 模拟信号和数字信号1.2 基本电路元件1.3 电路基本概念 1.4 电路基本定律和定理第一章绪论1.1 模拟信号和数字信号1.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。1.1 模拟信号和数字信号1.1 模拟信号和数字信号1.2 基本电路元件1.3 电路基本概念 1.4 电路基本定律和定理第一章绪论1.2 基本电路元件----电阻2.线性时不变电阻元件

电路符号R电阻元件对电流呈现阻力的元件。其特性可用u～i平面上的一条曲线来描述：iu任何时刻端电压与电流成正比的电阻元件。1.定义伏安特性01.2 基本电路元件----电阻

u～i

关系R称为电阻，单位：

(Ohm)满足欧姆定律

单位G称为电导，单位：S(Siemens)u、i取关联参考方向伏安特性为一条过原点的直线ui0Rui+－1.2 基本电路元件----电阻如电阻上的电压与电流参考方向非关联，公式中应冠以负号；说明线性电阻是无记忆、双向性的元件。欧姆定律只适用于线性电阻(

R

为常数）；则欧姆定律写为u–Rii–Gu公式和参考方向必须配套使用！注意Rui-+1.2 基本电路元件----电阻3.功率和能量电阻元件在任何时刻总是消耗功率的。p

ui(–Ri)i

–i2R

-

u2/Rpui

i2R

u2/R

功率Rui+-表明Rui-+1.2 基本电路元件----电容1.定义电容元件储存电能的两端元件。任何时刻其储存的电荷q

与其两端的电压

u能用q～u

平面上的一条曲线来描述。uq库伏特性o1.2 基本电路元件----电容

任何时刻，电容元件极板上的电荷q与电压u成正比。q

u

特性曲线是过原点的直线。quo

2.线性时不变电容元件电容器的电容1.2 基本电路元件----电容

电路符号C＋－u+q-qF(法拉),常用

F，pF等表示。

单位1F=106

F1

F

=106pF1.2 基本电路元件----电容3.电容的电压

电流关系电容元件VCR的微分形式u、i

取关联参考方向C＋－ui1.2 基本电路元件----电容当u

为常数(直流)时，i=0。电容相当于开路，电容有隔断直流作用；表明C＋－u+q-q某一时刻电容电流i的大小取决于电容电压

u

的变化率,而与该时刻电压

u

的大小无关。电容是动态元件；1.2 基本电路元件---电感i(t)+-u(t)电感线圈

把金属导线绕在一骨架上构成一实际电感线圈，当电流通过线圈时，将产生磁通，是一种抵抗电流变化、储存磁能的部件。

(t)＝N(t)1.2 基本电路元件---电感1.定义电感元件储存磁能的两端元件。任何时刻，其特性可用

～i

平面上的一条曲线来描述。i

韦安特性o1.2 基本电路元件---电感

任何时刻，通过电感元件的电流i

与其磁链

成正比。

~i

特性为过原点的直线。2.线性时不变电感元件

io

1.2 基本电路元件---电感

电路符号H(亨利)，常用

H，mH表示。+-u(t)iL

单位电感器的自感1H=103

mH1mH=103

H1.2 基本电路元件---电感3.线性电感的电压、电流关系u、i取关联参考方向电感元件VCR的微分关系+-u(t)iL根据电磁感应定律与楞次定律1.2 基本电路元件---电感电感电压u

的大小取决于i

的变化率,与i

的大小无关，电感是动态元件；当i为常数(直流)时，u=0。电感相当于短路；实际电路中电感的电压

u为有限值，则电感电流i

不能跃变，必定是时间的连续函数.+-u(t)iL表明1.2 基本电路元件---电感电感元件VCR的积分关系表明某一时刻的电感电流值与-到该时刻的所有电流值有关，即电感元件有记忆电压的作用，电感元件也是记忆元件。研究某一初始时刻t0

以后的电感电流，不需要了解t0以前的电流，只需知道t0时刻开始作用的电压u

和t0时刻的电流i（t0）。1.2 基本电路元件---电感注意当电感的u，i

为非关联方向时，上述微分和积分表达式前要冠以负号;上式中i(t0)称为电感电压的初始值，它反映电感初始时刻的储能状况，也称为初始状态。1.2 基本电路元件---电源电路符号1.理想电压源定义i+_其两端电压总能保持定值或一定的时间函数，其值与流过它的电流i

无关的元件叫理想电压源。1.2 基本电路元件---电源电源两端电压由电源本身决定，与外电路无关；与流经它的电流方向、大小无关。通过电压源的电流由电源及外电路共同决定。理想电压源的电压、电流关系ui直流电压源的伏安关系例Ri-+外电路电压源不能短路！01.2 基本电路元件---电源其输出电流总能保持定值或一定的时间函数，其值与它的两端电压u

无关的元件叫理想电流源。

电路符号2.理想电流源

定义u+_

理想电流源的电压、电流关系电流源的输出电流由电源本身决定，与外电路无关；与它两端电压方向、大小无关。1.2 基本电路元件---电源电流源两端的电压由电源及外电路共同决定。ui直流电流源的伏安关系0例Ru-+外电路电流源不能开路！1.2 基本电路元件---受控电源

电路符号+–受控电压源1.定义受控电流源

电压或电流的大小和方向不是给定的时间函数，而是受电路中某个地方的电压(或电流)控制的电源，称受控源。1.2 基本电路元件---受控电源电流控制的电流源(CCCS)

:电流放大倍数

根据控制量和被控制量是电压u

或电流i，受控源可分四种类型：当被控制量是电压时，用受控电压源表示；当被控制量是电流时，用受控电流源表示。2.分类四端元件输出：受控部分输入：控制部分b

i1+_u2i2_u1i1+1.2 基本电路元件---受控电源g:转移电导

电压控制的电流源(VCCS)电压控制的电压源(VCVS)

:电压放大倍数

gu1+_u2i2_u1i1+i1

u1+_u2i2_u1++_1.2 基本电路元件---受控电源电流控制的电压源(CCVS)r:转移电阻

电路模型ibicib1.2 基本电路元件---受控电源3.受控源与独立源的比较独立源电压(或电流)由电源本身决定，与电路中其它电压、电流无关，而受控源电压(或电流)由控制量决定。独立源在电路中起“激励”作用，在电路中产生电压、电流，而受控源是反映电路中某处的电压或电流对另一处的电压或电流的控制关系，在电路中不能作为“激励”。1.1 模拟信号和数字信号1.2 基本电路元件1.3 电路基本概念

1.4 电路基本定律和定理第一章绪论1.3 电路基本概念----几个名词1.几个名词电路中通过同一电流的分支。元件的连接点称为结点。b=3an=4b+_R1uS1+_uS2R2R3支路电路中每一个两端元件就叫一条支路。i3i2i1结点b=5或三条以上支路的连接点称为结点。n=2注意

两种定义分别用在不同的场合。1.3 电路基本概念---几个名词由支路组成的闭合路径。两结点间的一条通路。由支路构成对平面电路，其内部不含任何支路的回路称网孔。l=3123路径回路网孔网孔是回路，但回路不一定是网孔。+_R1uS1+_uS2R2R3注意1.3 电路基本概念---几个名词1.支路(branch)2.节点(node）3.回路(loop)4.网孔(mesh)：1.3 电路基本概念---几个名词回路？还有吗？网孔？1.1 模拟信号和数字信号1.2 基本电路元件1.3 电路基本概念

1.4 电路基本定律和定理第一章绪论1.4.1基尔霍夫定律1.基尔霍夫电流定律

(KCL)令流出为“+”，有：例

在集总参数电路中，任意时刻，对任意结点流出（或流入）该结点电流的代数和等于零。流进的电流等于流出的电流1.4.1基尔霍夫定律例三式相加得：KCL可推广应用于电路中包围多个结点的任一闭合面。1

32表明1.4.1基尔霍夫定律KCL是电荷守恒和电流连续性原理在电路中任意结点处的反映；KCL是对结点处支路电流加的约束，与支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；KCL方程是按电流参考方向列写的，与电流实际方向无关。明确1.4.1基尔霍夫定律2.基尔霍夫电压定律

(KVL)U1U2U4标定各元件电压参考方向选定回路绕行方向，顺时针或逆时针.U3I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_

在集总参数电路中，任一时刻，沿任一回路，所有支路电压的代数和恒等于零。1.4.1基尔霍夫定律–U1–US1+U2－U3+U4+US4=0U2+U4+US4=U1+US1+U3或：–R1I1+R2I2–R3I3+R4I4=US1–US4KVL也适用于电路中任一假想的回路。注意U3U1U2U4I1+US1R1I4_+US4R4I3R3R2I2_1.4.1基尔霍夫定律例KVL的实质反映了电路遵从能量守恒定律;KVL是对回路中的支路电压加的约束，与回路各支路上接的是什么元件无关，与电路是线性还是非线性无关；KVL方程是按电压参考方向列写，与电压实际方向无关。明确aUsb__-+++U2U11.4.1基尔霍夫定律3.KCL、KVL小结：KCL是对支路电流的线性约束，KVL是对回路电压的线性约束。KCL、KVL与组成支路的元件性质及参数无关。KCL表明在每一节点上电荷是守恒的；KVL是能量守恒的具体体现(电压与路径无关)。KCL、KVL只适用于集总参数的电路。1.4.2叠加定理1.叠加定理

在线性电路中，任一支路的电流(或电压)可以看成是电路中每一个独立电源单独作用于电路时，在该支路产生的电流(或电压)的代数和。1.4.2叠加定理结点电压和支路电流均为各电源的一次函数，均可看成各独立电源单独作用时，产生的响应之叠加。3.几点说明◆叠加定理只适用于线性电路。◆一个电源作用，其余电源为零电压源为零—

短路。电流源为零—

开路。结论1.4.2叠加定理功率不能叠加(功率为电压和电流的乘积，为电源的二次函数)。

u,i叠加时要注意各分量的参考方向。含受控源(线性)电路亦可用叠加，但受控源应始终保留。1.4.3戴维宁定理和诺顿定理1.4.3戴维宁定理和诺顿定理1.戴维宁定理任何一个线性含源一端口网络，对外电路来说，总可以用一个电压源和电阻的串联组合来等效置换；此电压源的电压等于外电路断开时端口处的开路电压uoc，而电阻等于一端口的输入电阻（或等效电阻Req）。abiu+-AiabReqUoc+-u+-1.4.3戴维宁定理和诺顿定理1.4.4密勒定理模拟电子技术基础第一章绪论 第二章集成运算放大器的基本应用 第三章半导体二极管及其基本电路

第四章双极结型三极管及基本放大电路 第五章场效应晶体管及放大电路 第六章模拟集成电路 第七章反馈放大电路 第八章信号处理与信号产生电路 第九章功率放大器电路 第十章直流稳压电源2集成运算放大器的基本应用2.1集成电路运算放大器2.2基本线性运放电路2.3加法和减法运算电路2.4积分电路和微分电路2.5应用举例：心电信号放大器2.1集成电路运算放大器1.集成电路运算放大器简介1.集成电路运算放大器简介

2.1.2实际集成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

ri

106Ω（很大）

输出电阻

ro

100Ω（很小）

vO＝Avo(vP－vN)

（V－＜vO

＜V＋）

注意输入输出的相位关系放大：在输入信号控制下，放大电路将供电电源能量转换成为输出信号能量。2.1.2实际集成运算放大器的电路模型线性范围内

vO＝Avo(vP－vN)Avo——斜率当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)2.1.3理想运算放大器的电路模型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)2.2基本线性运放电路2.2.1同相放大电路2.2.2反相放大电路2.2.1同相放大电路1.基本电路2.2.1同相放大电路2.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）2.2.1同相放大电路（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→02.几项技术指标的近似计算2.2.1同相放大电路3.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）电压跟随器的作用无电压跟随器时负载上得到的电压有电压跟随器时ip≈0，vp＝vs根据虚短和虚断vo＝vn≈vp＝vs同相放大电路的另一种接法2.2.2反相放大电路（a）电路图1.基本电路（b）由虚短引出虚地vn≈0

2.2.2反相放大电路2.几项技术指标的近似计算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）（1）电压增益Av

2.2.2反相放大电路（2）输入电阻Ri

（3）输出电阻Ro

Ro→0若信号源是非理想的电压信号源，采用哪种放大电路更好？同相放大电路反相放大电路2.几项技术指标的近似计算例2.2.1解：（1）S闭合，运放的同相输入端接地，构成反相放大电路，有2）S断开，可以利用叠加原理求解。例2.2.2解：（1）列va点的电流方程由于

Multisim仿真例2.2.3解：2.3加法和减法运算电路2.3.1加法电路2.3.2减法电路2.3.3仪用放大电路2.3.1加法电路

根据虚短、虚断和N点的KCL得：若则有输出再接一级反相电路可得2.3.1加法电路同相求和运算电路：例2.3.12.3.2减法电路

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：2.3.2减法电路从放大器角度看时增益为（该电路也称为差分电路）当2.3.2减法电路差模输入电阻时当此时有输入电阻较小2.3.2减法电路一种高输入电阻的差分电路如何提高输入电阻？A32.3.3仪用放大器2.4积分电路和微分电路2.4.1积分电路2.4.2微分电路2.4.4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”，得因此电容器被充电，其充电电流为设电容器C的初始电压为零，则（积分运算）2.4.1积分电路根据“虚短”，得根据“虚断”，得因此2.4.1积分电路Multisim仿真去掉

R2=100k

2.4.2微分电路2.微分电路Multisim仿真end模拟电子技术基础第一章绪论 第二章集成运算放大器的基本应用 第三章半导体二极管及其基本电路

第四章双极结型三极管及基本放大电路 第五章场效应晶体管及放大电路 第六章模拟集成电路 第七章反馈放大电路 第八章信号处理与信号产生电路 第九章功率放大器电路 第十章直流稳压电源3二极管及其基本电路3.1半导体的基本知识3.2PN结的形成及特性3.3半导体二极管3.4二极管的应用电路3.5特殊二极管3.1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3.1.4杂质半导体3.1.1半导体材料

根据物体导电能力(电阻率)的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。3.1.2半导体的共价键结构硅的原子结构简化模型及晶体结构3.1.3本征半导体本征半导体——化学成分纯净的半导体。它在物理结构上呈单晶体形态。空穴——共价键中的空位。电子空穴对——由热激发而产生的自由电子和空穴对。由于随机热振动致使共价键被打破而产生空穴－电子对3.1.2半导体的共价键结构本征半导体中的自由电子和空穴空穴的移动——空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。3.1.4杂质半导体

在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。

P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。3.1.4杂质半导体1.N型半导体

因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。

在N型半导体中自由电子是多数载流子，它主要由杂质原子提供；空穴是少数载流子,由热激发形成。

提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。3.1.4杂质半导体2.P型半导体

因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。

空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。

在P型半导体中空穴是多数载流子，它主要由掺杂形成；自由电子是少数载流子，由热激发形成。3.2PN结的形成及特性3.2.1PN结的形成3.2.2PN结的单向导电性及电容效应3.2.3PN结的反向击穿特性3.2.1PN结的形成载流子的漂移运动：在电场作用引起的载流子的运动扩散运动：由载流子浓度差引起的载流子的运动PN结（空间电荷区）：集中在P型区和N型区交界面附近，由不能移动的带电离子形成的一个薄层

在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:

因浓度差

空间电荷区形成内电场

内电场促使少子漂移

内电场阻止多子扩散

最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散运动

由杂质离子形成空间电荷区

3.2.1PN结的形成内电场：

在空间电荷区，由于正负离子之间的相互作用，就形成了一个电场，其方向是从N型区指向P型区。它不是外加电压形成的，故称为内电场。势垒区（barrierregion）：内电场的存在，表明空间电荷区两边的电位不相等，内电场的方向从正电荷区指向负电荷区，所以N型区的电位比P型区的高。V0来表示势垒区的电位差（也称为接触电位差）硅材料：0.6~0.8V锗材料：0.2~0.3V3.2.2PN结的单向导电性

当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。

(1)PN结加正向电压时

低电阻大的正向扩散电流PN结的I-V特性3.2.2PN结的单向导电性

高电阻很小的反向漂移电流

当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。

(2)PN结加反向电压时PN结的I-V特性3.2.2PN结的单向导电性PN结的I-V特性

在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为反向饱和电流。

高电阻很小的反向漂移电流

当外加电压使PN结中P区的电位高于N区的电位，称为加正向电压，简称正偏；反之称为加反向电压，简称反偏。

(2)PN结加反向电压时3.2.2PN结的单向导电性

PN结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流（正向导电）；

PN结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流（反向不导电）。

由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。3.2.2PN结的单向导电性

(3)PN结I-V特性表达式其中IS——反向饱和电流VT

——温度的电压当量且在常温下（T=300K）PN结的I-V

特性3.2.3PN结的反向击穿

当PN结的反向电压增加到一定数值时，反向电流突然快速增加，此现象称为PN结的反向击穿。热击穿——不可逆

雪崩击穿

齐纳击穿

电击穿——可逆3.2.4PN结的电容效应

(1)势垒电容CB外加反向电压变化离子层厚薄变化等效于电容充放电3.2.4PN结的电容效应(2)扩散电容CD扩散电容示意图外加正向电压变化扩散到对方区域在靠近PN结附近累积的载流子浓度发生变化等效于电容充放电3.3半导体二极管3.3.1二极管的结构3.3.2二极管的I-V特性3.3.3二极管的参数3.3.4二极管的模型3.3.1二极管的结构3.3.1二极管的结构

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、面接触型两大类。(1)点接触型二极管PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。3.3.1二极管的结构(2)面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。(3)集成电路中的平面型3.3.2二极管的I-V特性二极管的伏安特性曲线可用下式表示正向特性反向特性反向击穿特性温度对二极管特性曲线的影响3.3.3二极管的主要参数(1)最大整流电流IF(2)最高反向工作电压VR(3)反向电流IR(4)极间电容Cd（CB、CD）(5)最高工作频率fM二极管参数二极管的模型（1）理想模型二极管的模型（2）恒压降模型（3）折线模型例3.3.1（1）VDD=10V；（2）VDD=1V。求电路的ID和VD的值（1）VDD=10V理想模型恒压降模型折线模型（rD=0.2kΩ）例3.3.1（1）VDD=10V；（2）VDD=1V。求电路的ID和VD的值（2）VDD=1V理想模型恒压降模型折线模型（rD=0.2kΩ）在VDD远大于二极管管压降的情况下，恒压降模型和折线模型能得出较好的结果，但恒压降模型更简单。当VDD较低时，折线模型能提供较合理的结果。正确选择器件的模型，是电子电路工作者需要掌握的基本技能。二极管的模型（4）小信号模型用于二极管上的电压（或电流）仅在其特性曲线上某一固定点附近较小范围内发生变化时的线性等效情况，这时可以用曲线在该固定点的切线来替代这一小段特性曲线，此时所建立的模型称为小信号模型。二极管的模型（4）小信号模型过Q点的切线可以等效成一个微变电阻即根据得Q点处的微变电导则常温下（T=300K）二极管的模型（4）小信号模型过Q点的切线可以等效成一个微变电阻即

特别注意：小信号模型中的微变电阻rd与Q点有关。该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且vD>>VT

。符号中大小写的含义：大写字母大写下标：静态值（直流），如，IB小写字母大写下标：总量（直流+交流），如，iB小写字母小写下标：瞬时值（交流），如，ib例3.3.2图中，VDD=10V，假设它有

1V的波动，问：二极管两端电压的变化量是多少？二极管两端电压VD的实际值是多少？（1）静态分析：用恒压降模型，得到电路的

Q点为ID=0.93mA，VD=0.7V。（2）动态分析：（3）综合分析：VD=VD

vD=700mV

2.79mV解：由电路的KVL方程，可得即是一条斜率为-1/R的直线，称为负载线

Q的坐标值（VD，ID）即为所求。Q点称为电路的工作点关于Q

点的讨论：3.4二极管应用电路（1）整流电路（理想模型）当vs为正半周时，二极管导通，导通压降为0V，vo=vs选用二极管时，二极管的最高反向工作电压应大于等最大整流应大于

0.45Vs

（1）整流电路（恒压降模型）当vs为正半周时，二极管导通，导通压降为0.7V，vo=vs-0.7选用二极管时，二极管的最高反向工作电压应大于等最大整流应大于

0.45Vs

Multisim仿真

电路如图，R=1kΩ，VREF=3V，二极管为硅二极管。用恒压降模型求解，当vI=6sin

tV时，绘出相应的输出电压vO的波形。3.4.2限幅与钳位电路Multisim仿真电路如图所示，求AO的电压值解：

先断开D，以O为基准电位，即O点为0V。

则接D阳极的电位为-6V，接阴极的电位为-12V。阳极电位高于阴极电位，D接入时正向导通。导通后，D的压降等于零，即A点的电位就是D阳极的电位。所以，AO的电压值为-6V。3.4.3开关电路电路如图所示，用恒压降模型，求电路中每个二极管静态工作点的值。解：3.4.3开关电路3.5特殊二极管3.5.1齐纳二极管3.5.2发光二极管3.5.3变容二极管3.5.4肖特基二极管3.5.1齐纳二极管1.符号及稳压特性

利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。3.5.1齐纳二极管(1)稳定电压VZ(2)动态电阻rZ

在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。rZ=

VZ/

IZ(3)最大耗散功率

PZM(4)最大稳定工作电流

IZ(max)和最小稳定工作电流IZ(min)(5)稳定电压温度系数——

VZ2.齐纳二极管主要参数3.5.1齐纳二极管3.稳压电路正常稳压时VO=VZ#

稳压条件是什么？IZ(min)≤IZ≤IZ(max)#不加R可以吗？稳压管稳压电路的Multisim仿真3.5.3变容二极管利用PN结的势垒电容随外加反向电压的变化特性可以制成变容二极管（varactordiode）不同型号的管子，电容最大值不同，一般在5~300pF之间。3.5.2发光二极管3.5.3变容二极管3.5.4肖特基二极管模拟电子技术基础第一章绪论 第二章集成运算放大器的基本应用 第三章半导体二极管及其基本电路

第四章双极结型三极管及基本放大电路

第五章场效应晶体管及放大电路 第六章模拟集成电路 第七章反馈放大电路 第八章信号处理与信号产生电路 第九章功率放大器电路 第十章直流稳压电源4.1BJT 4.2基本共发射极放大电路4.3图解分析法 4.4小信号模型分析法4.5共集电极和共基极放大电路4.6多级放大电路4.7放大电路的频率响应第四章双极结型三极管及基本放大电路4.1 BJT外形(a)小功率管(b)大功率管(c)中功率管4.1 BJT结构示意图NPN型管结构示意图4.1.1BJT的结构PNP管电路符号PNP型管结构示意图NPN管电路符号

半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型：NPN型和PNP型。4.1 BJT结构示意图集成电路中典型NPN型BJT的截面图

结构特点：•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。4.1 BJT4.1.2BJT的工作原理1.BJT内部载流子的传输过程

集电结处于反偏。少数载流子形成很小的集电结反向饱和电流ICBO。类似于二极管的截止状态。仅有集电结反偏电压时4.1 BJT4.1.2BJT的工作原理1.BJT内部载流子的传输过程

发射结正偏，发射区有大量的多数载流子——电子注入到基区，形成发射结扩散电流IEN发射结再加正偏电压时

由于发射区与基区掺杂浓度的差异及基区很薄，使得从发射区扩散到基区的大量电子，仅有一部分与基区的多子空穴复合，形成基区复合电流IBN；而绝大部分像基区少子电子那样，在集电结电场作用下很容易漂移到集电区，形成电流ICN。4.1 BJT4.1.2BJT的工作原理1.BJT内部载流子的传输过程集电极电流发射结再加正偏电压时IC=ICN+ICBO

由于ICBO是集电结反向饱和电流，所以通常有ICN>>ICBO。于是有IC=ICN+ICBO

ICN4.1 BJT4.1.2BJT的工作原理2.控制关系的实现IE=IB+IC

当发射区高浓度的多数载流子没有注入基区时，集电极几乎没有电流；当发射区的多子能够发射到基区并逐渐增加时，集电极电流随之增大。

由KCL可得BJT三个电极之间的电流关系4.1 BJT4.1.2BJT的工作原理2.控制关系的实现通常

IC>>ICBO

为电流放大系数，体现了IE对IC的控制。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

=0.9

0.99。

由于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)。

或

IC=

IE4.1 BJT4.1.2BJT的工作原理2.控制关系的实现

是另一个电流放大系数，体现了IB对IC的控制。同样，它也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。和

IC=

IEIE=IB+IC根据得即其中4.1 BJT4.1.2BJT的工作原理2.控制关系的实现各区域作用发射区：发射载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子

外部条件：发射结正偏，集电结反偏4.1 BJT4.1.2BJT的工作原理3.BJT的电压放大原理举例若

vI=20mV电压放大倍数使

iE=-1mA则

iC=

iE

vO=-iC•

RL=0.98V当

=0.98时=-0.98mA4.1 BJT4.1.2BJT的工作原理4.BJT放大信号时的三种连接方式共集电极接法，集电极作为公共电极。共基极接法，基极作为公共电极；共发射极接法，发射极作为公共电极；BJT的三种组态（a）共基极（b）共发射极（c）共集电极iC

=

iE

iC

=

iB

iE

=(1+

)iB4.1 BJT4.1.3BJT的I-V特性曲线1.共基极连接时的I-V特性曲线输入特性曲线基本关系

随着vCB的增加，外加电压增强了集电结内电场，集电结收集载流子能力增强，使得在同样的vBE下，iE略有增加，特性曲线左移。

1.共基极连接时的I-V特性曲线输出特性曲线iE=0时，若将集电结看作一个二极管，则此时二极管上电压与电流关系为正常工作时集电结处于反偏4.1.3BJT的I-V特性曲线1.共基极连接时的I-V特性曲线输出特性曲线正常工作时集电结处于反偏vCB=-vDiC=-iD坐标变换后4.1.3BJT的I-V特性曲线1.共基极连接时的I-V特性曲线输出特性曲线发射结正偏，发射区向基区注入载流子，基区有了大量与原基区少数载流子相同极性的载流子。从而集电区收集到大量载流子，形成较大的集电极电流。iE

0时4.1.3BJT的I-V特性曲线1.共基极连接时的I-V特性曲线输出特性曲线iE

0时改变发射结正偏电压，则有不同的iB和iE,从而导致不同的iC。4.1.3BJT的I-V特性曲线1.共基极连接时的I-V特性曲线输出特性曲线5.1.3BJT的I-V特性曲线2.共射极连接时的I-V特性曲线输入特性曲线4.1.3BJT的I-V特性曲线2.共射极连接时的I-V特性曲线4.1.3BJT的I-V特性曲线输出特性曲线2.共射极连接时的I-V特性曲线4.1.3BJT的I-V特性曲线输出特性曲线饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE＜0.7V(硅管)。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。输出特性曲线的三个区域:截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，vBE小于死区电压。放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。4.1 BJT4.1BJT 4.2基本共发射极放大电路4.3图解分析法 4.4小信号模型分析法4.5共集电极和共基极放大电路4.6多级放大电路4.7放大电路的频率响应第四章双极结型三极管及基本放大电路4.2基本共发射极放大电路4.2.1共发射极放大电路4.2基本共发射极放大电路一般硅管VBEQ=0.7V，锗管VBEQ=0.2V，

已知。4.2.1共发射极放大电路4.2基本共发射极放大电路4.2.1共发射极放大电路4.2基本共发射极放大电路4.2.1共发射极放大电路4.2.2

BJT的直流偏置4.2.2

BJT的直流偏置1.基极固定偏流电路Q点:省去一个电源

对于硅管，VBEQ取0.7V，对于锗管，VBEQ取0.2V。PNP管4.2.2

BJT的直流偏置4.2.2

BJT的直流偏置2.基极分压式射极偏置电路Q点:满足I1>>IBPNP管4.2.2

BJT的直流偏置4.2.3信号的输入和输出1.直接耦合信号在没有阻隔直流通过的路径上传递负载电阻会影响直接耦合放大电路BJT的静态工作点4.2.3信号的输入和输出1.直接耦合三种组态的判断：信号由基极输入，集电极输出——共射极放大电路

信号由基极输入，发射极输出——共集电极放大电路

信号由发射极输入，集电极输出——共基极电路

根据信号输入到BJT的电极和信号取出电极来区分共射极共射极4.2.3信号的输入和输出1.直接耦合共集电极放大电路4.2.3信号的输入和输出1.直接耦合

信号源的接入将使发射结无正偏电压。

即信号源的接入有时会影响直接耦合放大电路的静态工作点。4.2.3信号的输入和输出2.阻容耦合

信号传输路径上有阻隔直流通过的电容<<Ri时当

信号在电容上的损耗可以忽略不计。此时，Cb1对交流信号vs可看作短路。电容有通交流隔直流的作用4.2.3信号的输入和输出2.阻容耦合特点：■信号和负载的接入不影响BJT的静态工作点■难以放大频率过低的信号4.2.3信号的输入和输出2.阻容耦合

双电源共基极放大电路4.2.3信号的输入和输出2.阻容耦合共集电极

共基极共发射极

三种放大电路的构成与信号的输入输出连接电极有关，与BJT的偏置无关。4.2.4直流通路与交流通路

直流通路是仅有直流电流流通的路径，交流通路是仅有交流电流流通的路径。

耦合电容：通交流、隔直流

直流电压源：内阻为零（交流短路）

直流电流源：内阻为无穷大（交流开路）直流通路交流通路4.2.4直流通路与交流通路直流通路交流通路原理图4.1BJT 4.2基本共发射极放大电路4.3图解分析法

4.4小信号模型分析法4.5共集电极和共基极放大电路4.6多级放大电路4.7放大电路的频率响应第四章双极结型三极管及基本放大电路4.3图解分析法1.静态工作点的图解分析

首先，画出直流通路

列输入回路方程

vBE=VBB－iBRb

列输出回路方程（直流负载线）

vCE=VCC－iCRc直流通路4.3图解分析法1.静态工作点的图解分析

在输入特性曲线上，作出直线vBE=VBB－iBRb，两线的交点即是Q点，得到IBQ。

在输出特性曲线上，作出直流负载线vCE=VCC－iCRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ

和ICQ。4.3图解分析法2.动态工作情况的图解分析

列加入信号vs后的输入回路方程vs在

Vsm间变化4.3图解分析法2.动态工作情况的图解分析vs在

Vsm间变化

直线平移，由Q点的运动得到iB的变化。4.3图解分析法2.动态工作情况的图解分析

在输出特性曲线上，iB的变化引起Q点移动，从而得到iC和vCE的变化。4.3图解分析法3.静态工作点对波形失真的影响静态工作点设置过高NPN管出现饱和失真4.3图解分析法3.静态工作点对波形失真的影响4.3图解分析法3.静态工作点对波形失真的影响

静态工作点设置过低，NPN管出现截止失真输入特性的截止失真输出特性的截止失真4.3图解分析法3.静态工作点对波形失真的影响

静态工作点设置过低，NPN管出现截止失真4.1BJT 4.2基本共发射极放大电路4.3图解分析法 4.4小信号模型分析法4.5共集电极和共基极放大电路4.6多级放大电路4.7放大电路的频率响应第四章双极结型三极管及基本放大电路4.4小信号模型分析法4.4.1BJT的H参数及小信号模型1.H参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得用小信号交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce

对于BJT双口网络，已知输入输出特性曲线如下：iB=f(vBE)

vCE=constiC=f(vCE)

iB=const可以写成：BJT双口网络4.4小信号模型分析法1.H参数的引出输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce4.4小信号模型分析法1.H参数的引出vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。4.4小信号模型分析法2.BJT的H参数小信号模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce根据可得小信号模型BJT双口网络

H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。

H参数与工作点有关，在放大区基本不变。

H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。4.4小信号模型分析法3.小信号模型的简化即rbe=hie

=hfe

µ

T=hre

rce=1/hoe一般采用习惯符号则BJT的H参数模型为4.4小信号模型分析法

µT很小，一般为10-310-4

rce很大，约为100k一般可忽略它们的影响，得到简化电路

ib

是受控源

，且为电流控制电流源(CCCS)

电流方向与ib的方向是关联的3.小信号模型的简化4.4小信号模型分析法4.H参数值的确定

一般用测试仪测出；rbe

与Q点有关，可用图示仪测出。一般也用公式估算rbe

rbb

+(1+

)re其中对于低频小功率管rbb

≈200

则

而

(T=300K)

已知，利用PN结的恒压降模型或理想模型确定VBEQ。4.4.2共射极放大电路的小信号分析利用直流通路求Q点直流通路4.4.2共射极放大电路的小信号分析画放大电路的小信号等效电路H参数小信号等效电路4.4.2共射极放大电路的小信号分析估算rbe求电压增益Av根据则电压增益其中负号表示输出与输入反相4.4.2共射极放大电路的小信号分析计算输入电阻Ri计算输出电阻Ro4.4.2共射极放大电路的小信号分析例4.4.1已知图示基极分压式射极偏置共射极放大电路中，VCC=16V，Rb1=56k

，Rb2=20k

，Re=2k

，Rc=3.3k

，RL=6.2k

，Rsi=500

，BJT的

=80，rce=100k

，VBEQ=0.7V。设电容Cb1、Cb2对交流信号可视为短路。试计算Av、Ri、Avs=vo/vs、Ro

。解：①由直流通路求静态工作点4.4.2共射极放大电路的小信号分析例4.4.1已知图示基极分压式射极偏置共射极放大电路中，VCC=16V，Rb1=56k

，Rb2=20k

，Re=2k

，Rc=3.3k

，RL=6.2k

，Rsi=500

，BJT的

=80，rce=100k

，VBEQ=0.7V。设电容Cb1、Cb2对交流信号可视为短路。试计算Av、Ri、Avs=vo/vs、Ro

。解：①由直流通路求静态工作点求得IEQ

1.76mA

4.4.2共射极放大电路的小信号分析②动态指标分析画小信号等效电路解：H参数

rbe4.4.2共射极放大电路的小信号分析②动态指标分析电压增益Av解：4.4.2共射极放大电路的小信号分析②动态指标分析输入电阻Ri解：4.4.2共射极放大电路的小信号分析②动态指标分析输入电阻Ri解：

式中(1+

)Re是发射极支路电阻Re折算到基极支路时的等效电阻。

发射极支路电阻折算到基极支路需要将电阻扩大(1+

)倍；反之，基极支路电阻折算到发射极支路需要将电阻缩小(1+

)倍。

4.4.2共射极放大电路的小信号分析②动态指标分析解：源电压增益Avs4.4.2共射极放大电路的小信号分析②动态指标分析解：输出电阻Ro基极回路根据KVL得：集电极回路根据KVL得：其中得所以4.4.2共射极放大电路的小信号分析②动态指标分析解：输出电阻Ro通常所以=3.3k

4.4.2共射极放大电路的小信号分析③讨论解：

放大电路的电压增益Av很小，只有1.05倍，其原因是发射极接入了电阻Re。在两端并联一个大电容可以消除Re的影响。

4.4.2共射极放大电路的小信号分析③讨论解：此时小信号等效电路为电压增益变为输入电阻变为4.1BJT 4.2基本共发射极放大电路4.3图解分析法 4.4小信号模型分析法4.5共集电极和共基极放大电路4.6多级放大电路4.7放大电路的频率响应第四章双极结型三极管及基本放大电路4.5.1共集电极放大电路1.静态分析由直流通路4.5.1共集电极放大电路2.动态分析交流通路小信号等效电路4.5.1共集电极放大电路2.动态分析由得电压增益其中通常有所以电压跟随器4.5.1共集电极放大电路2.动态分析输入电阻输入电阻大是发射极支路等效电阻折算到基极支路时的等效电阻。4.5.1共集电极放大电路2.动态分析输出电阻其中得后一部分是基极支路电阻

折合到射极支路时的等效电阻。输出电阻小4.5.1共集电极放大电路共集电极电路特点：◆电压增益小于1但接近于1，vo与vi同相◆输入电阻大，对电压信号源衰减小◆输出电阻小，带负载能力强4.5.2共基极放大电路1.静态分析

直流通路就是基极分压式射极偏置电路直流通路4.5.2共基极放大电路2.动态分析交流通路小信号等效电路4.5.2共基极放大电路2.动态分析输出回路：输入回路：电压增益：输出与输入同相电压增益4.5.2共基极放大电路2.动态分析输入电阻R

i输出电阻4.1BJT 4.2基本共发射极放大电路4.3图解分析法 4.4小信号模型分析法4.5共集电极和共基极放大电路4.6多级放大电路4.7放大电路的频率响应第四章双极结型三极管及基本放大电路4.6多级放大电路4.6多级放大电路4.6多级放大电路4.6多级放大电路4.6多级放大电路4.6.2CC-CC放大电路4.6.2CC-CC放大电路1.复合管的主要特性复合管两只NPN型BJT组成的复合管rbe＝rbe1＋(1＋

1)rbe2

4.6.2CC-CC放大电路1.复合管的主要特性两只NPN型BJT组成的复合管rbe＝rbe1＋(1＋

1)rbe2

两只PNP型BJT组成的复合管4.6.2CC-CC放大电路1.复合管的主要特性PNP与NPN型BJT组成的复合管NPN与PNP型BJT组成的复合管rbe＝rbe14.6.2CC-CC放大电路1.复合管的主要特性MOS管与BJT组成的复合管4.6.2CC-CC放大电路2.共集-共集放大电路的动态指标复合管等效后可视为单管共集电极放大电路4.6.2CC-CC放大电路式中

≈

1

2rbe＝rbe1＋(1＋

1)rbe2R

L＝Re||RL

Ri＝Rb||[rbe＋(1＋

)R

L]

2.共集-共集放大电路的动态指标4.1BJT 4.2基本共发射极放大电路4.3图解分析法 4.4小信号模型分析法4.5共集电极和共基极放大电路4.6多级放大电路4.7放大电路的频率响应第四章双极结型三极管及基本放大电路4.7放大电路的频率响应由于放大电路中存在电抗元件（如管子的极间电容，电路的负载电容、分布电容、耦合电容、射极旁路电容等），当信号频率较高或较低时，不但放大倍数会变小，而且会产生超前或滞后的相移，使得放大电路对不同频率信号分量的放大倍数和相移都不同。4.7放大电路的频率响应RC高通电路（低频区等效电路）电压增益（传递函数）：令下限截止频率则相频响应输出超前输入幅频响应1．RC高通电路的频率响应4.7放大电路的频率响应2．RC低通电路的频率响应RC低通电路（高频区等效电路）电压增益（传递函数）：令上限截止频率则电压增益的幅值（模）（幅频响应）电压增益的相角（相频响应）①增益频率函数4.7放大电路的频率响应2．RC低通电路的频率响应②频率响应曲线描述幅频响应0分贝水平线当f<<f

H时fH也称为转折频率、3dB上限截止频率

当f>>f

H时最大误差-3dB4.7放大电路的频率响应2．RC低通电路的频率响应②频率响应曲线描述相频响应表明高频时，输出滞后输入斜率为-45

/十倍频的直线表示输出与输入的相位差波特图4.7.2

BJT的高频小信号模型及频率参数

rb'e---发射结电阻re折算到基极回路的电阻Cb'e---发射结电容rb'c---集电结电阻Cb'c---集电结电容

rbb'---基区的体电阻，b'是假想的基区内的一个点。BJT内部动态电阻、电容示意图模型的引出4.7.2

BJT的高频小信号模型及频率参数互导模型的引出

0——低频时的

（与频率无关）rce与H参数模型相同4.7.2

BJT的高频小信号模型及频率参数模型简化rb'c和rce一般较大，可以忽略4.7.2

BJT的高频小信号模型及频率参数由电路有低频时所以当时，4.7.2

BJT的高频小信号模型及频率参数令

的幅频响应

的相频响应

的截止频率类似于RC低通电路的频率响应4.7.2

BJT的高频小信号模型及频率参数将f=fT带入幅频响应所以4.7.3单级共发射极放大电路的频率响应

在高频区，电路中的耦合电容Cb1、Cb2和旁路电容Ce的容抗都很小，可视为短路，而BJT的极间电容则不能再看作开路。高频小信号等效电路4.7.3单级共发射极放大电路的频率响应

将电容Cb

c等效变换到输入回路（b-e之间）和输出回路中（c-e之间），得到CM1和CM2。CM1＝

(1＋gmR

L)Cbc

CM2≈Cbc

CM1称为密勒电容，相当于将Cb

c放大了(1＋gmR

L)倍4.7.3单级共发射极放大电路的频率响应

当gmR

L>>1时，有CM1>>Cb

c

，CM2≈Cb

c，可以忽略CM2的影响。C=Cb

e+CM14.7.3单级共发射极放大电路的频率响应将C左侧电路进行电源等效变换其中得等效电路C＝Cb

e＋CM1

＝Cbe＋(1＋gmR

L)Cbc

4.7.3单级共发射极放大电路的频率响应为输入、为输出时，RC电路就是一个低通电路等效RC低通电路C1＝C＝Cb

e＋CM1

＝Cbe＋(1＋gmR

L)Cbc

4.7.3单级共发射极放大电路的频率响应

减低增益可以增加带宽，提高增益将使带宽变窄。选择电路参数时，必须兼顾AVSM和fH的要求。增益-带宽积BJT一旦确定，对于相同的信号源增益-带宽积基本为常数通常Rb>>Rsi，Rb>>rbe，

则C1

＝Cbe＋(1＋gmR

L)Cbc

4.7.3单级共发射极放大电路的频率响应4.7.4多级放大电路的频率响应模拟电子技术基础第一章绪论 第二章集成运算放大器的基本应用 第三章半导体二极管及其基本电路

第四章双极结型三极管及基本放大电路 第五章场效应晶体管及放大电路

第六章模拟集成电路 第七章反馈放大电路 第八章信号处理与信号产生电路 第九章功率放大器电路 第十章直流稳压电源5场效应三极管及放大电路5.1金属-氧化物-半导体（MOS）场效应三极管5.2MOSFET放大电路*5.3共源-共漏放大电路5.4结型场效应管（JFET）及其放大电路场效应管的分类：P沟道耗尽型P沟道P沟道N沟道增强型N沟道N沟道（耗尽型）FET场效应管JFET结型MOSFET绝缘栅型(IGFET)耗尽型：场效应管没有加偏置电压时，就有导电沟道存在增强型：场效应管没有加偏置电压时，没有导电沟道5.1金属-氧化物-半导体（MOS）场效应三极管5.1.1N沟道增强型MOSFET5.1.2N沟道耗尽型MOSFET5.1.3P沟道MOSFET5.1.4MOSFET的主要参数5.1.1N沟道增强型MOSFET1.结构L：沟道长度W：沟道宽度tox

：绝缘层厚度通常W>L5.1.1N沟道增强型MOSFET1.结构5.1.1N沟道增强型MOSFET（1）VGS对沟道的控制作用当VGS≤0时，无导电沟道，d、s间加电压时，也无电流产生。当0

<VGS<VTN时

产生电场，但未形成导电沟道（反型层），d、s间加电压后，没有电流产生。2.工作原理5.1.1N沟道增强型MOSFET当VGS>VTN时

在电场作用下产生导电沟道，d、s间加电压后，将有电流产生。

VGS越大，导电沟道越厚VTN称为N沟道增强型MOSFET开启电压（1）VGS对沟道的控制作用2.工作原理

必须依靠栅极外加电压才能产生反型层的MOSFET称为增强型器件2.工作原理（2）VDS对沟道的控制作用

靠近漏极d处的电位