模电期末复习资料

1、一、 半导体器件1 N型半导体，在本征半导体中掺入五价元素，它的多数载流子是电子，少数载流子是空穴。2 P型半导体。在本征半导体中掺入三价元素，它的多数载流子是空穴，少数载流子是电子。3 半导体中载流子的运动方式：漂移运动、扩散运动。4 PN结及基单向导电性 PN结外加正向电压,即P型区接外加电源正极,N型区接外加电源负极,PN结导通当PN结外加正向电压时,扩散电流增加,漂移电流减小扩散电流由N型区,P型区多数载流子产生漂移电流由N型区,P型区少数载流子形成 PN结外加反向电压,即P型区接外加电源负极,N型区接外加电源正极,PN结截止,P结呈高阻抗.PN结反向偏置时,扩散电流趋于零,反向漂移电

2、流很少5.二极管 二极管由一个PN结组成，二极管的伏安特性由正向伏安特性、反向伏安特性及击穿特性三部份组成 正向特性当外加电压大于其阀值电压(Si: =0.5V, Ge: =0.1V)时, 流过二极管的电流由零显著增加. 反向特性二极管外加反向电压时,其反向电流很少 击穿特性当二极管承受的反向电压大于其本身的击穿电压时,反向电流急剧增大例:二极管电路如图示,试判断图4中二极管是导通还是截止,并求出二端的电压,设二极管是理想的.解: 对于图4a） 首先断开二极管D,求、 此时, =12V, =6V,则=（）这样，二极管是正向导通的由理想模型,由此mA 解：对于图b），当D断开时，=（）D因反向偏

3、置而截止，例：二只稳压值分别为7.5V和8.5V的稳压二极管串联使用,连接方式如图5所示, 为多少伏,设稳压二极管正向导通压降为0.7V解: 设=7.5V, =8.5V 对于图5a)电路,由于二支稳压管均处于稳压状态(即均为反向击穿状态) =+=7.5+8.5=16V 对于图5b)电路, 为反向击穿状态, 为正向连接,故=+=7.5+0.7=8.2V6.稳压二极管它是利用PN结的击穿特性,即当流过稳压二极管电流变化较大时,其二端电压变化较小的性质,在电路中起稳压作用. 稳压二极管正常工作是在反向击穿状态,即外加电源正极接其N型区,外加电源负极接其P型区; 稳压二极管应与负载并联使用; 应保证稳

4、压二极管工作于规定的电流范围; 7.半导体三极管 半导体三极管是双极型器件，即参与导电的载流子是电子和空穴，三极管有三个电极(发射极,基极,集电极)、三个分区(发射区,基区,集电区)、二个PN结(发射结,集电结)半导体三极管分为NPN型和PNP型二种。三极管在电路中的作用是对外加交流输入信号进行不失真地放大。三极管放大的条件是发射结正向偏置,集电结反向偏置，即发射结外加正向电压,集电结外加反向电压，以保证放大电路具有合适的工作范围。 电流分配与放大原理 发射区的作用：向基极扩散(注入)电子载流子,形成直流,基区的作用,传输和控制由发射区注入到基区的电子载流子，在正极的吸引下,由发射区扩散到基区

5、的电子载流子有很小的一部份被其吸引而形成直流.集电区的作用:发射区扩散到基区的大部份电子载流子受集电结外加反向电压的作用,漂移过集电结形成受发射结外加电压控制的集电极电流,与集电区反向饱和电流一起形成集电极电流，即=+.通常,故=.三极管电流分配关系: (静态时)结论 发射结外加正向直流电压控制着由发射区向基区扩散的电子表载流子所形成的电流及基极电流. 集电结外加反向直流电压控制着由发射区扩散到基区并被集电区所收集的电子载流子所形成的电流. 在发射结正向直流电压,集电结外向直流电压不变的情况下,若在三极管be之间引入一个小的交流输入电压,发射极,基极,集电极电流会随作同样的变化(,发射极,基极

6、,集电极的变化分别用、表示),并在集电极电阻上得到一个较大的电压变化作为输出(),这样,通过,将三极管的电流放大作用(三极管的电流放大作用由其交流电流放大系数表示, 是在三极管制造过程中人为确定的)转换成电压放大作用.由三极管的输出特性曲线,它的三种工作状态分别为放大状态,截止状态和饱和状态某三种工作状态外加直流电压的条件.放大状态：发射结正向偏置、集电结反向偏置；截止状态：发射结反向偏置、集电结反向偏置；饱和状态：发射结正向偏置,集电结正向偏置例:放大电路中三极管三个电极的电位分别为1)5V,1.2V,0.5V; 2)6V,5.8V,1V试确定各电位对应的电极和三极管的类型(是NPN,还是P

7、NP型,是硅管还是锗管)解:对于放大状态下的NPN型三极管,三个电极的电位大小为(, ，) 对于放大状态下的PNP型三极管, （，） 故三个电极的电压大小为对于硅管V，对于锗管V，对于1)5V,1.2V,0.5V5V1.2V0.5V则5V脚对应c,1.2V脚对应b,0.5V脚对应e，而1.2V0.5V0.7V,故为NPN型硅管2)6V,5.8V,1V 由于2)6V5.8V1V则6V脚对应e, 5.8V脚对应b, 1V脚对应c,由于6V5.8V=0.2V故为锗管且为PNP型锗管.二、 放大电路分析基础1,放大电路的组成原则外加直流电压的应使三极管发射结处于正向偏置,集电结为反向偏置以保证以三极管

8、为核心的放大电路对外加输入交流信号为放大状态.外加输入交流电压在放大电路输入端的接法,应使变化的产生变化的基极电流或发射极电流,因为或控制(共发射极接法, 控制着,因为,共基极接法, 控制着,因为=)为了保证放大电路不失真的放大交流输入电压,除了外加直流电压使三极管发射结为正向偏置,集电结为反向偏置外,还要通过调整,使、为合适的值,我们称之为合理的设置静态工作点.2.放大电路的静态分析设有外加输入信号时的、分别用、表示,它们在输出特性曲线与直流负载线的交点称为静态工作点在图8所示电路中由基极电路=由集电极电路令于M点令于N点连接M-N的线段即为直流负载线直流负载线与对应的输出特性曲线的交点即为

9、静态工作点。当的值减小,其余条件不变时, ,使得增加.这样,点会移动到点,此时,放大电路中三极管的工作状态靠近饱和区当的值增加时, ,使得减小，这时,点会移到点,三极管的工作状态向截止区靠近。2.射极放大电路分析例:放大电路如图10示,设三极管为硅管试求1)静态工作点 2)画出电路原理图的小信号模型等效电路 3)求 4)求及解:1)求Q点Q点指(、)首先画出基极电路等效电路由题意画出集电极电路的等效电路2)电路原理图的小信号模型等效电路3) 其中4)设1-两端右看电路电阻为= 5) 若上题中二端并联一个电容则例2：射极偏置电路如图11所示，设 试求1）静态工作点 2）画出小信号模型等效电路 3

10、）求及 4）求解1）2）小信号模型等效电路3）求及设设1-两端右看电路电阻为其中则4）场效应管及其放大电路1 场效应管的控制方式结型场效应管和绝缘栅场效应管均为电压控制器件，而三极管是电流控制器件结型声效应管只有耗尽型绝缘栅场效应管：增强型 （） 耗尽型 （）2 例：电路如图12示，已知，试求1）静态工作点 2）输入电阻及输出电阻 3）电压增益解1）Q点指、设场效应管工作于饱和区= （1） （2）将（1）代入（2）得故由于不合题意（而工作饱和区的应大于0）故取=2）3）例：共集电极电路如图13示，设三极管为硅管试求1）Q点 2）、 3）解：1）Q点Q点指、该电路由组成分压器以固定基极对地电位求

11、Q点步骤：（）2）先求=然后再画出其交流通路和小信号模型电路设从1-两端右看电路电阻为=设从2-两端右看电路电阻为 （）3）例：射极偏听偏置电路如图14所示，已知试求1）静态工作点2）画出电路的小信号模型电路3）求电压放大倍数输入电阻及输出电阻解：1）静态工作点 该三极管为硅管则2）3）=三、频率响应由共射极放大电路的幅频特性中频区，不随f的改变而变化。因为在中频区，隔直电容可视为短路，集电结电容和发射结电容的容搞视为无穷大，即开路,低频区,随f的减小而减小，因为在低频区，隔直电容的容抗随f的减小而增加（）故增加了对的分压作用，这样使得作用于放大电路输入端的净输入电压减小，导致下降;高频区：随

12、f的增加，的容搞随f的增加而减小，增加了对输入信号的分流作用，导致随f的增加而减小整个频率范围内电压增益的表达式为放大电路因有的下限频率放大电路因有的上限频率例，已知电路电压增益为试求，解：由电压增益表达式将变换成电压增益的一般表达式，四、 功率放大器1 低频功率放大器的特点：a.输出功率要大b.效率要高c.非线性失真要小2 甲类功放三极管的导通角乙类功放三极管的导通角甲乙类功放三极管的导通角3 乙类功放中，每只三极管的导通角，放放大器的理想效率，每只三极管所承受的最大电压为电源电压的2倍。4 乙类功放中，所特有的失真为交越失真五、 负反馈放大电路1 正、负反馈的判断方法瞬时极性法例：判断下列

13、电路极间交流反馈的正反馈还是负反馈。对于图a),经判断为交流负反馈对于图b),经判断为交流负反馈2 直流负反馈和交流负反馈反馈信号中仅含直流分量，称为直流反馈反馈信号中仅含交流分量，称为交流反馈直流负反馈和作用是稳定电路的静态工作点交流负反馈的作用是改善放大电路的动态性能（、）例如：在下图所示射极偏置电路中共同构成直流负反馈电阻为交流负反馈电阻。3 电压反馈和电流反馈如果反馈信号取自输出电压，或反馈信号的取样对象来自输出电压，称为电压反馈。如果反馈信号取自输出电流，或反馈信号的取样对象来自输出电流，称为电流反馈。电压反馈和电流反馈将输出端交流短路，若反馈信号不存在，或反馈信号的取样对象不存在，

14、称为电压反馈。将输出端交流短路，若反馈信号存在，或反馈信号的取样对象存在，称为电流反馈。4 串联反馈和并联反馈串联反馈：若反馈信号与输入信号在输入电路以电压形式相加减（即反馈信号与输入信号串联），称之为串联反馈。并联反馈：若反馈信号与输入信号在输入端以电流形式相加减（即反馈信号与输入信号并联），称之为并联反馈。5 负反馈的四种组态电压串联负反馈和电压并联负反馈为电压型负反馈，稳定输出电压。电流串联负反馈和电流并联负反馈为电流型负反馈，稳定输出电流。例：判断下列电路的负反馈组态 由瞬时极性法，对于图17a)所示电路,该电路的极间反馈为负反馈，在输入电路，反馈信号与输入信号在输入电路以电压的形式相

15、减，即，使得净输入电压减小，故为串联型负反馈。又将二端短路，则反馈信号的取样对象不存在，故为电压型负反馈。综上分析，为电压串联负反馈。对于图17b) 所示电路,由瞬时极性法，设瞬时极性为时，最终使两端电压增加，这样，净输入电压，故为串联型负反馈。又将输出端短路，反馈信号的取样对象是不存在的，为电流型负反馈。综上分析，为电流串联负反馈。对于图17c)所示电路所示电路.经判断为电压并联负反馈6 负反馈对输入、输出电阻的影响串联型负反馈，使放大电路的输入电阻增大并联型负反馈，使放大电路的输入电阻减小电压型负反馈，使放大电路的输出电阻减小电流型负反馈，使放大电路的输出电阻增大7 深度负反馈条件下电压放

16、大倍数的估算例：电路如下图18示，计算解判断反馈组态经判断，该电路的极间负反馈为电压并联负反馈 计算反馈系数 而 将代入得 估算闭环增益 将电路的闭环增转换成电压增益很小，故被忽略公式变为例：具有深度负反馈的放大电路如图19示1） 求交流负反馈的组态2） 估算电压增益解：1）由瞬时极性法，电路的交流反馈组态为电压并联反反馈 2）a.求反馈系数 而 将b.求电路的闭环增益c求电路的电压增益是深度的电压并联负反馈六、 差动放大电路1 集成运算放大器是一种直接藕合式放大电路，它最常见的问题是零点漂移，限于集成工艺的限制，在内部组成上，对高阻值电阻常采用由三极管或场效应管组成的差动式电路来代替。2 差

17、动放大电路的基本功能是对差模信号起放大作用，和对共模信号起抑制作用3 计算分析式差动放大电路如图20示，已知，试计算1） 电路的静态工作点2） 差模电压放大倍数3） 输入电阻及输出电阻解：Q点指放大电路的（、）首先画出基极回路的等效电路静态时=0故、视为二端短路上式变成，而3） 该电路为双端输入，双端输出差动放大电路，它的单边电路的小信号模型为其中输入电阻输出电阻七、 集成运算放大器的应用1应用电路分析：线性区 非线性区2 运算电路例：电路如图21所示，设运放是理想的，求输出电压解：对于为反相比例运算电路对于为差动比例运算电路对于构成的比例运算电路对于为差动比例运算电路对于反相输入端，由叠加原理， = =代入数据例：电路如图22所示，集成运放输出电压的最大幅值为，为2V的直流信号，分别求出下列各种情况下的输出电压1）短路2）短路3）短路4）断路解：1）短路当短路时