2.1集成電路運(yùn)算放大器2運(yùn)算放大器2.2理想運(yùn)算放大器2.3基本線性運(yùn)放電路2.4同相輸入和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用模電12.1集成電路運(yùn)算放大器1.集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元圖2.1.1集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖22.1集成電路運(yùn)算放大器1.集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元圖2.1.2運(yùn)算放大器的代表符號(hào)（a）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號(hào)（b）國(guó)內(nèi)外常用符號(hào)32.運(yùn)算放大器的電路模型圖2.1.3運(yùn)算放大器的電路模型通常：開(kāi)環(huán)電壓增益Avo的≥105（很高）輸入電阻ri≥106Ω（很大）輸出電阻ro≤100Ω（很?。?/p>

vO＝Avo(vP－vN)（V－＜vO＜V＋）

注意輸入輸出的相位關(guān)系42.運(yùn)算放大器的電路模型當(dāng)Avo(vP－vN)≥V＋時(shí)

vO＝

V＋

當(dāng)Avo(vP－vN)≤

V-時(shí)

vO＝

V-電壓傳輸特性

vO＝

f

(vP－vN)線性范圍內(nèi)vO＝Avo(vP－vN)Avo——斜率end52.2理想運(yùn)算放大器1.

vO的飽和極限值等于運(yùn)放的電源電壓V＋和V－

2.運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓增益很高

若（vP－vN）＞0

則vO=+Vom=V＋

若（vP－vN）＜0

則vO=–Vom=V－

3.若V－<vO<V＋

則（vP－vN）0

4.輸入電阻ri的阻值很高

使iP≈0、iN≈0

5.輸出電阻很小，ro

≈0理想：ri≈∞

ro≈0

Avo→∞vO＝Avo(vN－vP)圖2.2.1運(yùn)放的簡(jiǎn)化電路模型end62.3基本線性運(yùn)放電路2.3.1同相放大電路2.3.2反相放大電路72.3.1同相放大電路（a）電路圖（b）小信號(hào)電路模型圖2.3.1同相放大電路1.基本電路

82.3.1同相放大電路2.負(fù)反饋的基本概念開(kāi)環(huán)閉環(huán)反饋：將放大電路輸出量，通過(guò)某種方式送回到輸入回路的過(guò)程。瞬時(shí)電位變化極性——某時(shí)刻電位的斜率電路有vo

＝Avo(vp－vn)引入反饋后vn0，vp(vi)不變→

(vp－vn)↓→

vo↓使輸出減小了，增益Av＝vo/vi下降了，這時(shí)的反饋稱(chēng)為負(fù)反饋。92.3.1同相放大電路3.虛假短路

圖中輸出通過(guò)負(fù)反饋的作用，使vn自動(dòng)地跟蹤vp，即vp≈vn，或vid＝vp－vn≈0。這種現(xiàn)象稱(chēng)為虛假短路，簡(jiǎn)稱(chēng)虛短。

由于運(yùn)放的輸入電阻ri很大，所以，運(yùn)放兩輸入端之間的ip＝-in＝(vp－vn)/ri≈0，這種現(xiàn)象稱(chēng)為虛斷。

由運(yùn)放引入負(fù)反饋而得到的虛短和虛斷兩個(gè)重要概念，是分析由運(yùn)放組成的各種線性應(yīng)用電路的利器，必須熟練掌握。102.3.1同相放大電路4.幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算（1）電壓增益Av

根據(jù)虛短和虛斷的概念有

vp≈vn，ip＝-in＝0所以（可作為公式直接使用）112.3.1同相放大電路4.幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算（2）輸入電阻Ri

輸入電阻定義根據(jù)虛短和虛斷有

vi＝vp，ii＝ip≈0所以（3）輸出電阻Ro

Ro→0122.3.1同相放大電路5.電壓跟隨器根據(jù)虛短和虛斷有vo＝vn≈vp＝vi（可作為公式直接使用）13電壓跟隨器的作用無(wú)電壓跟隨器時(shí)負(fù)載上得到的電壓電壓跟隨器時(shí)ip≈0，vp＝vs根據(jù)虛短和虛斷有vo＝vn≈vp＝vs142.3.2反相放大電路（a）電路圖（b）由虛短引出虛地vn≈0

圖2.3.5反相放大電路1.基本電路

152.幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算（1）電壓增益Av

根據(jù)虛短和虛斷的概念有

vn≈

vp＝

0

，ii＝0所以i1＝i2

即（可作為公式直接使用）2.3.2反相放大電路162.幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的近似計(jì)算（2）輸入電阻Ri

（3）輸出電阻Ro

Ro→02.3.2反相放大電路17當(dāng)R2>>R3時(shí)，（1）試證明VS＝(R3R1/R2)IM

解:（1）根據(jù)虛斷有II

=0所以I2

=IS

=VS

/

R1

例2.3.3直流毫伏表電路（2）R1＝R2＝150k，R3＝1k，輸入信號(hào)電壓VS＝100mV時(shí)，通過(guò)毫伏表的最大電流IM(max)＝？又根據(jù)虛短有VP

=

VN

=0R2和R3相當(dāng)于并聯(lián)，所以–I2R2

=R3(I2-IM)所以當(dāng)R2>>R3時(shí)，VS＝(R3R1/R2)IM

（2）代入數(shù)據(jù)計(jì)算即可end182.4同相輸入和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用2.4.1求差電路2.4.2儀用放大器2.4.3求和電路2.4.4積分電路和微分電路192.4.1求差電路從結(jié)構(gòu)上看，它是反相輸入和同相輸入相結(jié)合的放大電路。當(dāng)則若繼續(xù)有則根據(jù)虛短、虛斷和n、p點(diǎn)的KCL得：202.4.1求差電路從放大器角度看時(shí)，增益為（該電路也稱(chēng)為差分電路或減法電路）212.4.1求差電路一種高輸入電阻的差分電路222.4.2儀用放大器232.4.3求和電路根據(jù)虛短、虛斷和n點(diǎn)的KCL得：若則有（該電路也稱(chēng)為加法電路）242.4.4積分電路和微分電路1.積分電路式中，負(fù)號(hào)表示vO與vI在相位上是相反的。根據(jù)“虛短”，得根據(jù)“虛斷”，得因此電容器被充電，其充電電流為設(shè)電容器C的初始電壓為零，則（積分運(yùn)算）252.4.4積分電路和微分電路當(dāng)vI為階躍電壓時(shí)，有vO與t成線性關(guān)系1.積分電路262.4.4積分電路和微分電路2.微分電路end27第三章半導(dǎo)體二極管及其基本電路3.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)3.3半導(dǎo)體二極管3.4二極管基本電路及其分析方法3.5特殊二極管3.2PN結(jié)的形成及特性283.1半導(dǎo)體的基本知識(shí)

3.1.1

半導(dǎo)體材料

3.1.2

半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)

3.1.3

本征半導(dǎo)體

3.1.4

雜質(zhì)半導(dǎo)體29導(dǎo)體(conductor)：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱(chēng)為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。絕緣體(semiconductor)：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱(chēng)為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。半導(dǎo)體(insulator)：另有一類(lèi)物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱(chēng)為半導(dǎo)體，典型的有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs和一些硫化物、氧化物等。3.1.1半導(dǎo)體的材料30半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：

當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。

往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。3.1.1半導(dǎo)體的材料31GeSi3.1.1半導(dǎo)體的材料323.1.2半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅晶體的空間排列原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型333.1.2半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化模型及晶體結(jié)構(gòu)T=0K和沒(méi)有外界激發(fā)時(shí)，共價(jià)鍵內(nèi)的電子被束縛，不能成為載流子；常溫下，共價(jià)鍵對(duì)電子的束縛不象絕緣體中束縛的那么緊；34電子空穴對(duì)35在室溫（300K）下,被束縛的價(jià)電子獲得足夠能量掙脫共價(jià)鍵,成為自由電子——本征激發(fā)；價(jià)電子走后剩下的空位——空穴載流子此時(shí)外加電壓，本征半導(dǎo)體內(nèi)將有電流流過(guò)，但導(dǎo)電能力遠(yuǎn)不如良好導(dǎo)體；硅材料的原子密度為5×1022/cm3，本征激發(fā)自由電子濃度ni≈1.45×1010/cm3;即室溫下，每3.45×1012個(gè)原子中只有一個(gè)價(jià)電子成為自由電子。1.載流子——自由電子3.1.3本征半導(dǎo)體36空穴的移動(dòng)372.載流子——空穴

電子掙脫共價(jià)鍵束縛成為自由電子，共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位,帶一個(gè)正電,叫做空穴；在外電場(chǎng)的作用下，附近的價(jià)電子被吸引填補(bǔ)空穴，同時(shí)又會(huì)產(chǎn)生一個(gè)新的空穴；似乎空穴也能”移動(dòng)”,但其移動(dòng)的方向與電子相反;且空穴帶正電；空穴是載流子本征半導(dǎo)體內(nèi),自由電子和空穴總是成對(duì)出現(xiàn)的;任何時(shí)候都有ni=pi

空穴3.1.3本征半導(dǎo)體383.載流子的產(chǎn)生與復(fù)合共價(jià)鍵獲得熱能以一定速率產(chǎn)生自由電子空穴溫度愈高,產(chǎn)生率愈高自由電子空穴以一定速率相遇結(jié)合成新共價(jià)鍵濃度愈高,載流子數(shù)目愈高,復(fù)合率愈高結(jié)論:一定的溫度下,載流子的復(fù)合率等于產(chǎn)生率,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡濃度越高，導(dǎo)電能力越高；即本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電率隨溫度的增加而增加；3.1.3本征半導(dǎo)體393.1.3本征半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體——化學(xué)成分純凈的半導(dǎo)體。它在物理結(jié)構(gòu)上呈單晶體形態(tài)。本征激發(fā)——熱激發(fā)空穴——共價(jià)鍵中的空位。電子空穴對(duì)——由熱激發(fā)而產(chǎn)生的自由電子和空穴對(duì)?？昭ǖ囊苿?dòng)——空穴的運(yùn)動(dòng)是靠相鄰共價(jià)鍵中的價(jià)電子依次充填空穴來(lái)實(shí)現(xiàn)的。403.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量元素作為雜質(zhì)，可使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性發(fā)生顯著變化。摻入的雜質(zhì)主要是三價(jià)或五價(jià)元素。摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱(chēng)為雜質(zhì)半導(dǎo)體。其中分為P型和N型

N型半導(dǎo)體——摻入五價(jià)雜質(zhì)元素（如磷）的半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體——摻入三價(jià)雜質(zhì)元素（如硼）的半導(dǎo)體。411.P型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。3價(jià)硼原子相鄰共價(jià)鍵上的電子獲得能量，就有可能填補(bǔ)空位,使硼原子成了不能移動(dòng)的負(fù)離子（得到一個(gè)電子）留下了可移動(dòng)的空穴NA（硼原子濃度）+n（少子濃度）=p（多子濃度）硼原子稱(chēng)為受主原子3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體422.N型半導(dǎo)體摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱(chēng)為多數(shù)載流子（多子），空穴稱(chēng)為少數(shù)載流子（少子）。5價(jià)磷原子獲得能量，易掙脫原子核的束縛成為自由電子ND（磷原子濃度）+p（少子濃度）=n（多子濃度）留下一個(gè)固定的、不能移動(dòng)的正離子磷原子稱(chēng)為施主原子3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體433.雜質(zhì)對(duì)半導(dǎo)體導(dǎo)電性的影響

摻入雜質(zhì)對(duì)本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電性有很大的影響，一些典型的數(shù)據(jù)如下:

T=300K室溫下,本征硅的電子和空穴濃度:

n=p=1.4×1010/cm31以上兩個(gè)濃度基本上相差106/cm3

。

2摻雜后N型半導(dǎo)體中的自由電子濃度:

n=5×1016/cm3

443.2PN結(jié)的形成及特性

3.2.1PN結(jié)的形成

3.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

3.2.3PN結(jié)的反向擊穿

3.2.4PN結(jié)的電容效應(yīng)45

熱能的激發(fā),半導(dǎo)體內(nèi)的載流子將作隨機(jī)的無(wú)定向運(yùn)動(dòng),載流子在任意方向的平均速度為零

若有電場(chǎng)加到半導(dǎo)體上,內(nèi)部載流子將受電場(chǎng)力做定向移動(dòng);空穴的移動(dòng)方向與電場(chǎng)方向相同，自由電子的移動(dòng)方向與電場(chǎng)方向相反

由于電場(chǎng)作用導(dǎo)致載流子的運(yùn)動(dòng)稱(chēng)為漂移漂移3.2.1PN結(jié)的形成46

基于載流子的濃度差異和隨機(jī)熱運(yùn)動(dòng),載流子由濃度高區(qū)域向濃度低的區(qū)域擴(kuò)散,形成電流【擴(kuò)散電流】.擴(kuò)散3.2.1PN結(jié)的形成47多數(shù)載流子向?qū)Ψ絽^(qū)域進(jìn)行擴(kuò)散3.2.1PN結(jié)的形成48多數(shù)載流子向?qū)Ψ絽^(qū)域進(jìn)行擴(kuò)散并復(fù)合掉擴(kuò)散結(jié)果使交界處的電中性遭到破壞,僅剩下不能移動(dòng)帶電雜質(zhì)離子;稱(chēng)為空間電荷區(qū),又稱(chēng)耗盡區(qū)或PN結(jié)；空間電荷區(qū)(PN結(jié)/耗盡區(qū))漂移使得PN結(jié)變窄擴(kuò)散使得PN結(jié)變寬內(nèi)電場(chǎng)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)與漂移運(yùn)動(dòng)互相聯(lián)系又互相對(duì)立,當(dāng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡時(shí)PN結(jié)的寬度確定阻止多子擴(kuò)散使少子漂移3.2.1PN結(jié)的形成49PN結(jié)的形成P區(qū)N區(qū)3.2.1PN結(jié)的形成503.2.1PN結(jié)的形成

對(duì)于P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體結(jié)合面，離子薄層形成的空間電荷區(qū)稱(chēng)為PN結(jié)。

PN結(jié)中離子不參與導(dǎo)電。在空間電荷區(qū)，由于空穴和電子的復(fù)合，缺少了載流子，所以也稱(chēng)耗盡層。513.2.1PN結(jié)的形成

因濃度差空間電荷區(qū)形成內(nèi)電場(chǎng)

內(nèi)電場(chǎng)促使少子漂移

內(nèi)電場(chǎng)阻止多子擴(kuò)散

最后,多子的擴(kuò)散和少子的漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)由雜質(zhì)離子形成空間電荷區(qū)52空間電荷區(qū)(PN結(jié)/耗盡區(qū))P型區(qū)N型區(qū)內(nèi)電場(chǎng)E0勢(shì)壘電位V0電位0x勢(shì)壘區(qū)3.2.1PN結(jié)的形成53內(nèi)電場(chǎng)E0P型N型外電場(chǎng)EF總電場(chǎng)E=E0-EFPN結(jié)平衡狀態(tài)被打破,有利于多子擴(kuò)散多子進(jìn)入PN結(jié),中和了PN結(jié)內(nèi)的帶電離子,PN結(jié)區(qū)空間電荷量減少,PN結(jié)變薄有利于多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成擴(kuò)散電流，此時(shí)擴(kuò)散電流大、漂移電流很小而忽略，因此電流由擴(kuò)散電流決定。PN結(jié)(PNjunction)正向偏置正向電流電流稱(chēng)為正向電流，PN結(jié)阻值小。稱(chēng)為PN結(jié)導(dǎo)通。

3.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?4PN結(jié)加正向偏置55PN結(jié)(PNjunction)反向偏置內(nèi)電場(chǎng)E0P型N型外電場(chǎng)ER總電場(chǎng)E=E0+ERPN結(jié)平衡狀態(tài)被打破,阻礙了多子擴(kuò)散,耗盡區(qū)厚度加寬擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)被抑制,擴(kuò)散電流趨近于零。漂移運(yùn)動(dòng)被加強(qiáng)PN結(jié)表現(xiàn)為阻值極大的電阻,認(rèn)為PN結(jié)截止

反向電流是由少子漂移形成,而少子由本征熱激發(fā)產(chǎn)生,故濃度很低,反向電流很小,μA級(jí)。該電流也稱(chēng)為反向飽和電流.

3.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?6PN結(jié)加反向偏置57溫度的電壓當(dāng)量硅二極管PN結(jié)的V-I特性正向偏置特性反向偏置特性發(fā)射系數(shù),與尺寸/材料及電流有關(guān)PN結(jié)V-I特性PN結(jié)兩端外加電壓玻耳茲曼常數(shù)

(1.38×10-23J/K)熱力學(xué)溫度電子電荷

(1.6×10-19C)常溫下為26mV反向飽和電流

3.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?8如果加到PN結(jié)的反向電壓增大到一定數(shù)值時(shí)，反向電流突然增加，稱(chēng)為PN結(jié)的反向擊穿；PN結(jié)的反向擊穿反向擊穿電壓3.2.3PN結(jié)的反向擊穿59

電擊穿(可逆)

熱擊穿(不可逆)擊穿雪崩擊穿(avalanchebreakdown):

碰撞,載流子倍增效應(yīng)。齊納擊穿(zenerbreakdown):

局部電場(chǎng)增強(qiáng),分離整流二極管（多數(shù)）穩(wěn)壓二極管（多數(shù)）VBR反向擊穿電壓

擊穿后的反向電流急劇增大,易使PN結(jié)發(fā)熱,升溫從而燒毀PN結(jié)3.2.3PN結(jié)的反向擊穿60PN結(jié)的兩種電容效應(yīng)：擴(kuò)散電容CD和勢(shì)壘電容CBPN結(jié)處于正向偏置時(shí)，多子的擴(kuò)散導(dǎo)致在P區(qū)（N區(qū)）靠近結(jié)的邊緣有高于正常情況的電子（空穴）濃度，這種超量的濃度可視為電荷存儲(chǔ)到PN結(jié)的鄰域PN結(jié)的電容效應(yīng)直接影響半導(dǎo)體器件的高頻和開(kāi)關(guān)性能1.擴(kuò)散電容3.2.4PN結(jié)的電容效應(yīng)61PN結(jié)反向偏置時(shí)，載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容可忽略。1.擴(kuò)散電容3.2.4PN結(jié)的電容效應(yīng)PN結(jié)正向偏置電壓越大，存儲(chǔ)的電荷越多，擴(kuò)散電容越大。62勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)反向偏置電壓變化時(shí)，就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷的變化2.勢(shì)壘電容類(lèi)似于平板電容器兩極板上電荷的變化3.2.4PN結(jié)的電容效應(yīng)63PN結(jié)的電容效應(yīng)是擴(kuò)散電容和勢(shì)壘電容的綜合反映，在高頻運(yùn)用時(shí)，須考慮PN結(jié)電容的影響PN結(jié)電容的大小與本身的結(jié)構(gòu)和工藝及外加電壓有關(guān)。正偏時(shí)，結(jié)電容較大（主要決定于擴(kuò)散電容）；反偏時(shí)，結(jié)電容較?。ㄖ饕獩Q定于勢(shì)壘電容）3.2.4PN結(jié)的電容效應(yīng)643.3半導(dǎo)體二極管

3.3.1

半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)

3.3.2

二極管的伏安特性

3.3.3

二極管的參數(shù)65半導(dǎo)體二極管圖片66

在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類(lèi)。(1)點(diǎn)接觸型二極管(a)點(diǎn)接觸型

二極管的結(jié)構(gòu)示意圖PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。

3.3.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)67(2)面接觸型二極管PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。(b)面接觸型

3.3.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)68(3)平面型二極管(c)平面型(4)二極管的代表符號(hào)(symbol)anodecathode

往往用于集成電路制造藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。

3.3.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)69正向壓降變化范圍不大,近似等于常數(shù);Si≈0.7V;Ge≈0.2V少數(shù)載流子的漂移形成反向飽和電流,一般硅管遠(yuǎn)小于鍺管.該電流對(duì)溫度非常敏感.硅二極管2CP10的V-I特性鍺二極管2AP15的V-I特性正向特性正向電壓不大,電流相對(duì)很大。Vth:門(mén)坎電壓/死區(qū)電壓正向壓降正向壓降反向特性反向擊穿特性Si≈0.5V;Ge≈0.1V3.3.2二極管的伏安特性703.3.3二極管的參數(shù)1.最大整流電流

IF

二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。2.反向擊穿電壓VBR

二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐模踔吝^(guò)熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓約為擊穿電壓的一半。3.反向電流

IR

指管子未擊穿時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆睿虼朔聪螂娏髟叫≡胶?。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大?14.二極管的極間電容（parasiticcapacitance）

二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：勢(shì)壘電容(barrier（depletion）capacitance)CB和擴(kuò)散電容(diffusioncapacitance)CD。勢(shì)壘電容：勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時(shí)，就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢(shì)壘電容。3.3.3二極管的參數(shù)724.二極管的極間電容擴(kuò)散電容：為了形成正向電流（擴(kuò)散電流），注入P區(qū)的電子在P

區(qū)有濃度差，越靠近PN結(jié)濃度越大，即在P區(qū)有電子的積累。同理，在N區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積累的電荷多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容CD。P+-N勢(shì)壘電容CB在高頻和反向偏置時(shí)明顯。擴(kuò)散電容CD在正向偏置時(shí)明顯。3.3.3二極管的參數(shù)735.微變電阻rDiDvDIDVDQiDvDrd是二極管特性曲線上工作點(diǎn)Q附近電壓的變化與電流的變化之比：顯然，rd是對(duì)Q附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。3.3.3二極管的參數(shù)743.4

二極管基本電路及其分析方法

3.4.1

簡(jiǎn)單二極管電路的圖解分析方法

3.4.2

二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法75理想二極管V-I特性理想二極管代表符號(hào)正向壓降為0反向電阻為無(wú)窮大正向偏置電路模型反向偏置電路模型應(yīng)用條件:實(shí)際的電路中,當(dāng)電源電壓遠(yuǎn)大于二極管的管壓降時(shí),可以利用理想模型進(jìn)行近似分析.3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法1.理想模型（idealdiode)76恒壓降模型V-I特性正向壓降為恒定值反向電阻為無(wú)窮大電路模型該模型提供了更合理的近似,應(yīng)用較廣泛.應(yīng)用條件:流過(guò)二極管電流iD近似等于或大于1mA時(shí).Si≈0.7V;Ge≈0.2V2.恒壓降模型（offsetmodel)3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法773.折線模型(piecewiselineardiodemodel)正向壓降不是恒定的，而是隨著二極管電流的增加而增加，用一個(gè)電池與一個(gè)電阻的串聯(lián)來(lái)近似。rD近似為200Ω。Vth≈0.5V折線模型V-I特性反向電阻為無(wú)窮大電路模型3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法78此時(shí)電路中只有直流量,即電路處于直流工作狀態(tài),也稱(chēng)靜態(tài),Q點(diǎn)稱(chēng)為靜態(tài)工作點(diǎn).

此時(shí)電路中除了直流量,還有交流量作用的結(jié)果;工作點(diǎn)沿V-I特性曲線,在Q附近小范圍內(nèi)變化,可把二極管V-I特性曲線近似為一條線性直線處理.4.小信號(hào)模型(smallsignalmodel)3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法794.小信號(hào)模型(smallsignalmodel)

當(dāng)二極管在其伏安特性的某一小范圍內(nèi)工作，可以把伏安特性看出一條直線。小信號(hào)模型的微變等效電阻rd＝26（mv）/ID。vDiDΔvDΔiDΔiDΔvDrd3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法80

應(yīng)用舉例1.整流電路二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱悖ê雎远O管正向壓降），反向電阻為無(wú)窮大DRvOvs+-vsvO（P78例題）81

2.二極管的靜態(tài)工作情況分析理想模型（R=10k）（1）VDD=10V時(shí)恒壓模型（硅二極管典型值）折線模型（硅二極管典型值）設(shè)（2）VDD=1V時(shí)（自看）+-iDVDDvDR求ID，VD

應(yīng)用舉例823.限幅電路有一限幅電路如圖所示，R=1k，VREF=3V,二極管為硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型求解以下兩問(wèn)：（１）vI=0V、4V、6V時(shí)，求相應(yīng)的輸出電壓vO的值；（２）當(dāng)vI=６sinωt(V)時(shí)，繪出相應(yīng)的輸出電壓波形．

應(yīng)用舉例理想模型恒壓降模型834.開(kāi)關(guān)電路&+5VvI1vI2VCC4.7kvO5.低電壓穩(wěn)壓電路

應(yīng)用舉例846.小信號(hào)工作情況分析求vD、iDvi=

0.1sintVVDD=

5V，VD0.7VID=(5-0.7)/5k=0.86mA靜態(tài)分析vi=0動(dòng)態(tài)分析VDD=0疊加原理

應(yīng)用舉例853.5特殊體二極管

3.5.1

齊納二極管

3.5.2

變?nèi)荻O管

3.5.4

光電子器件1.光電二極管2.發(fā)光二極管3.激光二極管863.5.1齊納二極管vZ/ViZ/mAIZIZmaxVZIZ穩(wěn)壓誤差曲線越陡，電壓越定。+－VZ動(dòng)態(tài)電阻：rz越小，穩(wěn)壓性能越好。87（4）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。（5）最大允許功耗穩(wěn)壓管（zenerdiode)的參數(shù):（1）穩(wěn)定電壓

VZ（2）電壓溫度系數(shù)U（%/℃）

穩(wěn)壓值受溫度變化影響的的系數(shù)。（3）動(dòng)態(tài)電阻3.5.1齊納二極管越小，穩(wěn)壓性能越好883.穩(wěn)壓電路正常穩(wěn)壓時(shí)VO=VZ#

穩(wěn)壓條件是什么？IZmin

≤IZ≤IZmax#不加R可以嗎？#上述電路VI為正弦波，且幅值大于VZ

，VO的波形是怎樣的？3.5.1齊納二極管89小結(jié):PN結(jié)的形成及特性。二極管應(yīng)用電路的分析與計(jì)算。穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)原則。90練習(xí)題1、（1）在圖所示的電路中，當(dāng)電源V=5V時(shí)，測(cè)得I=1mA。若把電源電壓調(diào)整到V=10V，則電流的大小將是_____。

A.I=2mA

B.I<2mA

C.I>2mA2、圖中D1-D3為理想二極管，A，B，C燈都相同，試問(wèn)哪個(gè)燈最亮？

913、設(shè)硅穩(wěn)壓管Dz1和Dz2的穩(wěn)定電壓分別為5V和10V，求圖中電路的輸出電壓Uo。已知穩(wěn)壓管的正向壓降為0.7V。4、圖所示電路，設(shè)Ui=sinωt(V)，V=2V，二極管具有理想特性，則輸出電壓Uo的波形應(yīng)為圖示_______圖。

練習(xí)題9293944.1BJT4.2基本共射極放大電路

4.3放大電路的分析方法4.4放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定問(wèn)題4.5共集電極放大電路和共基極放大電路4.6組合放大電路4.7放大電路的頻率響應(yīng)

第四章

雙極結(jié)型三極管及其放大電路基礎(chǔ)94954.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介4.1BJT4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理4.1.3BJT的V-I特性曲線4.1.4BJT的主要參數(shù)4.1.5溫度對(duì)BJT參數(shù)及特性的影響954.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介96964.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介979798BECNNP基極發(fā)射極集電極NPN型PNP集電極基極發(fā)射極BCEPNP型4.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介9899BECNPN型三極管BECPNP型三極管三極管符號(hào)NPNCBEPNPCBE4.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介99100BECNNP基極發(fā)射極集電極基區(qū)(base)：很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，摻雜濃度最低集電區(qū)(collector)：摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，面積較大發(fā)射區(qū)(emitter)：摻雜濃度最高4.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介100101發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極++++++++++____________________++++++++++4.1.1BJT的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介101102集電結(jié)外加反壓發(fā)射結(jié)外加正壓BECNNPVBBRBVCCIE由于基區(qū)摻雜濃度很低，基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散電流可忽略。IBN進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBN

，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。

4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理BJT起放大作用的條件：內(nèi)部條件和外部條件1.BJT內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程102103BECNNPVBBRBVCCIE集電結(jié)反偏，有少子形成反向電流ICBO。ICBOIC=ICN+ICBOICNIBNICN從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICN。

4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理103104IB=IBN-ICBOIBNIBBECNNPVBBRBVCCIEICBOICNIC=ICN+ICBO

ICNIBN反向飽和電流ICBO，這個(gè)電流對(duì)放大沒(méi)有貢獻(xiàn)

4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理IE=IEN+IEP≈IEN=ICN+IBN=IC+IB

104

4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理105105內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程

三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過(guò)載流子傳輸體現(xiàn)出來(lái)的。外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子集電區(qū)：收集載流子基區(qū)：傳送和控制載流子

4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理106

以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，故稱(chēng)為雙極型三極管?；駼JT(BipolarJunctionTransistor)。

4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理107107BJT的三種組態(tài)共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示;共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示。共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表示；BJT的三種組態(tài)

4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理108108109IC與IB之比稱(chēng)為共射極直流電流放大倍數(shù)：集電結(jié)收集的電子流是發(fā)射結(jié)的總電子流的一部分：共基極直流電流放大倍數(shù)一般在0.98以上，共射極直流電流放大倍數(shù)一般為10～1002.BJT的電流分配關(guān)系稱(chēng)為共基極直流電流放大倍數(shù)

4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理109110IC與IB之比稱(chēng)為共射極直流電流放大倍數(shù)

：對(duì)于正向偏置的發(fā)射結(jié)：集電結(jié)收集的電子流是發(fā)射結(jié)的總電子流的一部分：共基極直流電流放大倍數(shù)一般在0.98以上，共射極直流電流放大倍數(shù)一般為10～1002.BJT的電流分配關(guān)系

4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理1101113.BJT在電壓放大電路中的應(yīng)用舉例RLecb1kVEEVCCVEBIBIEIC+-vI+vEBvO+-+iC+iE+iB若vI=20mV，電壓放大倍數(shù)使iE=-1mA，則iC=iE=-0.98mA，當(dāng)

=0.98時(shí)，

4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理1114.共射放大+-bceRL1k共射極放大電路VBBVCCVBEIBIEIC+-vI+vBEvO+-+iC+iE+iBvI=20mV

設(shè)若則電壓放大倍數(shù)iB=20uAvO=-iC?

RL=-0.98V，=0.98使

4.1.2放大狀態(tài)下BJT的工作原理1121121131.共射極連接時(shí)的V－I特性曲線4.1.3BJT的特性曲線mAAVVvCEvBERBiBVCCVBB共射極接法的實(shí)驗(yàn)線路113vCE=0V+-bce共射極放大電路VBBVCCvBEiCiB+-vCE

iB=f(vBE)

vCE=const(2)當(dāng)vCE≥1V時(shí)，vCB=vCE

-vBE>0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開(kāi)始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下IB減小，特性曲線右移。vCE=0VvCE

1V(1)當(dāng)vCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。1.輸入特性曲線（以共射極放大電路為例）4.1.3BJT的特性曲線114(3)輸入特性曲線的三個(gè)部分①死區(qū)

②非線性區(qū)③線性區(qū)

1.輸入特性曲線4.1.3BJT的特性曲線115115輸出特性曲線116116117IC(mA)1234VCE(V)3691240A60AQQ’=IC/

IB=2mA/40A=50=IC/

IB

=(3-2)mA/(60-40)A=50=IC/

IB=3mA/60A=50（2）輸出特性(outputcharacteristic)iC=f(vCE)

iB=常數(shù)4.1.3BJT的特性曲線117118（2）輸出特性(outputcharacteristic)對(duì)共射極電路有：vBE不變，vCE→vCB反壓→集電結(jié)的空間電荷區(qū)寬度→基區(qū)的有效寬度→基區(qū)內(nèi)的載流子復(fù)合的機(jī)會(huì)→增大在基極電流不變的情況下，集電極電流將隨vCE的增大而增大，輸出特性比較平坦的部分隨著vCE的增加略向上傾斜，稱(chēng)為Early效應(yīng)基區(qū)寬度調(diào)制效應(yīng)4.1.3BJT的特性曲線118119（2）輸出特性(outputcharacteristic)飽和區(qū)特點(diǎn)：

iC不再隨iB的增加而線性增加，即此時(shí)截止區(qū)特點(diǎn)：iB=0，iC=ICEOvCE=VCES，典型值為0.3V放大區(qū)特點(diǎn)：

iC隨iB的增加而線性增加，即截止區(qū)飽和區(qū)放大區(qū)4.1.3BJT的特性曲線119120輸出特性三個(gè)區(qū)域的特點(diǎn)：a.放大區(qū)(amplifierregion)

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，IC=IB,且

IC=

IB。b.飽和區(qū)(saturationregion)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏，即VCEVBE

，

IB>IC，VCE0.3V。

c.截止區(qū)(cut-offregion)VBE<死區(qū)電壓，IB=0，IC=ICEO0

。（2）輸出特性(outputcharacteristic)4.1.3BJT的特性曲線120121

iE=f(vBE)

vCB=constiC=f(vCB)

iE=const2.共基極電路的特性曲線4.1.3BJT的特性曲線121(1)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=const1.電流放大系數(shù)

4.1.4BJT的主要參數(shù)122122(2)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)

=IC/IBvCE=const1.電流放大系數(shù)

4.1.4BJT的主要參數(shù)123123(3)共基極直流電流放大系數(shù)

=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE

(4)共基極交流電流放大系數(shù)α

α=IC/IE

VCB=const

當(dāng)ICBO和ICEO很小時(shí)，≈、≈，可以不加區(qū)分。1.電流放大系數(shù)

4.1.4BJT的主要參數(shù)124124125（1）集-基極反向飽和電流ICBOAICBOICBO是集電結(jié)反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度變化的影響。2.極間反向電流4.1.4BJT的主要參數(shù)125126ECNNPIB=0B由BJT的電流分配規(guī)律，此處電流為ICBO集電結(jié)反偏，空穴漂移到基區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，電子擴(kuò)散到基區(qū)。復(fù)合形成ICBO（1＋β）ICBO（2）集-射極反向飽和電流ICEO2.極間反向電流4.1.4BJT的主要參數(shù)126127（1）集電極最大允許電流ICMBJT的參數(shù)變化不超過(guò)允許值時(shí)集電極允許的最大電流即為ICM。當(dāng)電流超過(guò)時(shí)，管子的性能將顯著下降，甚至有燒壞管子的可能。3.極限參數(shù)4.1.4BJT的主要參數(shù)127128

集電結(jié)上允許損耗功率的最大值。

PCPCMICVCEICVCE=PCMICMV(BR)CEO安全工作區(qū)（2）集電極最大允許功耗PCM3.極限參數(shù)練習(xí)：P1864.1.34.1.4BJT的主要參數(shù)128129（3）反向擊穿電壓3.極限參數(shù)V(BR)EBO，集電極開(kāi)路時(shí)，發(fā)射極－基極間的反向擊穿電壓。V(BR)CBO，發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極－基極間的反向擊穿電壓。V(BR)CEO，基極開(kāi)路時(shí)，集電極－發(fā)射極間的反向擊穿電壓。4.1.4BJT的主要參數(shù)幾個(gè)擊穿電壓有如下關(guān)系

V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO129130當(dāng)VCEICEO集電結(jié)出現(xiàn)雪崩擊穿V(BR)CEO<<V(BR)CBOV(BR)CBO>V(BR)CES>V(BR)CER>V(BR)CEO射－基間有電阻時(shí)射－基間短路時(shí)基極開(kāi)路時(shí)（3）反向擊穿電壓3.極限參數(shù)V(BR)CEO與ICEO的大小有關(guān)：4.1.4BJT的主要參數(shù)1301314.1.5溫度對(duì)BJT參數(shù)及特性的影響（1）溫度對(duì)ICBO的影響（2）溫度對(duì)的影響溫度每升高1oC，增加0.5%1%1.溫度對(duì)BJT參數(shù)的影響溫度每升高10oC，ICBO約增加一倍（3）溫度對(duì)反向擊穿電壓V(BR)CBO、V(BR)CEO的影響集電結(jié)的反向擊穿為雪崩擊穿，具有正的溫度系數(shù)，溫度升高，反向擊穿電壓提高1311322.溫度對(duì)BJT特性曲線的影響溫度T輸出特性曲線上移，曲線族間距增大溫度T

輸入特性曲線左移溫度每升高1oC，vBE減小2mV~2.5mV4.1.5溫度對(duì)BJT參數(shù)及特性的影響1323.1BJT1.既然BJT具有兩個(gè)PN結(jié)，可否用兩個(gè)二極管相聯(lián)以構(gòu)成一只BJT，試說(shuō)明其理由。思考題2.能否將BJT的e、c兩個(gè)電極交換使用，為什么？3.為什么說(shuō)BJT是電流控制器件？思考題？1331331344.2基本共射極放大電路

電路組成

工作原理1341351.電路組成4.2共射極放大電路放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。+++iBb2b-ivC+R-b1vTo+CcRVCCBBViCiEcommon－emitterconfiguration1351361.電路組成+++iBb2b-ivC+R-b1vTo+CcRVCCBBViCiE基極電源與基極電阻使發(fā)射結(jié)正偏，并提供適當(dāng)?shù)撵o態(tài)IB和VBE。集電極電阻RC，將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。4.2共射極放大電路136共射電路組成137輸入回路（基極回路）輸出回路（集電極回路）1.電路組成4.2共射極放大電路138習(xí)慣畫(huà)法共射極基本放大電路簡(jiǎn)化電路及習(xí)慣畫(huà)法4.2共射極放大電路1391402.基本共射極放大電路的工作原理根據(jù)直流通路可知：采用該方法，必須已知三極管的值。一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V。+CTb1CCRbV+vov+ib2CcRa.靜態(tài)(直流工作狀態(tài))4.2共射極放大電路140141

放大電路如圖所示。已知BJT的?=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：

（1）放大電路的Q點(diǎn)。此時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域？（2）當(dāng)Rb=100k時(shí)，放大電路的Q點(diǎn)。此時(shí)BJT工作在哪個(gè)區(qū)域？（忽略BJT的飽和壓降）解：（1）（2）當(dāng)Rb=100k時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)為Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大區(qū)。其最小值也只能為0，即IC的最大電流為：所以BJT工作在飽和區(qū)。VCE不可能為負(fù)值，此時(shí)，Q（120uA，6mA，0V），

例題+++CTb1CCRbVL+voR-v+-ib2CcR++1411422.基本共射極放大電路的工作原理b.動(dòng)態(tài)+++CTb1CCRbVL+voR-v+-ib2CcR++++TRbL+voR-v+-icR輸入信號(hào)不為零時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)，即交流工作狀態(tài)耦合電容：通交流、隔直流直流電源：內(nèi)阻為零直流電源和耦合電容對(duì)交流相當(dāng)于短路4.2共射極放大電路142交流通路++TRbL+voR-v+-icR2.基本共射極放大電路的工作原理4.2共射極放大電路143144vi=0vi=Vsint先靜態(tài)：確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q（IBQ、ICQ、VCEQ）后動(dòng)態(tài)：確定性能指標(biāo)（AV

、Ri、Ro

等）放大電路為什么要建立正確的靜態(tài)？2.基本共射極放大電路的工作原理4.2共射極放大電路1441452.基本共射極放大電路的工作原理工作點(diǎn)合適工作點(diǎn)偏低合適的靜態(tài)工作點(diǎn)保證Je正偏，Jc反偏保證有較大的線性工作范圍4.2共射極放大電路145(a)(b)(c)(d)(f)(e)？思考題下列a~f電路哪些具有放大作用？1461474.3放大電路的分析方法

靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析

BJT的H參數(shù)及小信號(hào)模型用小信號(hào)模型分析共射極放大電路

小信號(hào)模型分析法的適用范圍

4.3.1

圖解分析法

4.3.2

小信號(hào)模型分析法靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失真的影響1471484.3放大電路的分析方法放大電路分析靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析估算法圖解法微變等效電路法圖解法計(jì)算機(jī)仿真放大電路性能指標(biāo)的定義放大電路中各個(gè)元件的作用放大電路的直流通路與交流通路本節(jié)重點(diǎn)148149

采用該方法分析靜態(tài)工作點(diǎn)，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。

共射極放大電路+CTb1CCRbV+vov+ib2CcR直流通路TCCRbVcRVBEVCEIBIC+－+－1.靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析4.3.1圖解分析法1491501.靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析VCE=VCC–ICRC直流負(fù)載線由估算法求出IB，IB對(duì)應(yīng)的輸出特性與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是工作點(diǎn)Q直流通路TCCRbVcRVBEVCEIBIC+－+－4.3.1圖解分析法1501512.動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析斜率1Rc//RL+++CTb1CCRbVL+voR-v+-ib2CcR++由交流通路得純交流負(fù)載線：vce=-ic(Rc//RL)

因?yàn)榻涣髫?fù)載線必過(guò)Q點(diǎn)，則交流負(fù)載線為++TRbL+voR-v+-icR4.3.1圖解分析法1511522.動(dòng)態(tài)工作情況的圖解分析通過(guò)圖解分析，可得如下結(jié)論：

1.vo與vi相位相反；

2.可以測(cè)量出放大電路的電壓放大倍數(shù)；

3.可以確定最大不失真輸出幅度。4.3.1圖解分析法1521533.靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失真的影響在放大電路中，輸出信號(hào)應(yīng)該成比例地放大輸入信號(hào)（即線性放大）；如果兩者不成比例，則輸出信號(hào)不能反映輸入信號(hào)的情況，放大電路產(chǎn)生非線性失真。為了得到盡量大的輸出信號(hào)，要把Q設(shè)置在交流負(fù)載線的中間部分。如果Q設(shè)置不合適，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)，則造成非線性失真。4.3.1圖解分析法1533.靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失真的影響4.3.1圖解分析法放大電路產(chǎn)生非線性失真1543.靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失真的影響4.3.1圖解分析法飽和失真與截止失真1551563.靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失真的影響iCvCEvoiCvCEvo對(duì)于PNP管，由于是負(fù)電源供電，失真的表現(xiàn)形式，與NPN管正好相反。即飽和失真在波峰，截止失真在波谷。Vom=ICQRcVom=VCEQ-VCES4.3.1圖解分析法156157放大電路的動(dòng)態(tài)范圍iCvCEvo可輸出的最大不失真信號(hào)工作點(diǎn)Q要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位要有合適的交流負(fù)載線信號(hào)幅度不大，不產(chǎn)生失真和保證一定的電壓增益，Q可選得低些4.3.1圖解分析法157放大電路的動(dòng)態(tài)范圍4.3.1圖解分析法158159？思考題1.試分析下列問(wèn)題：

共射極放大電路（1）增大Rc時(shí)，負(fù)載線將如何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？（2）增大Rb時(shí)，負(fù)載線將如何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？（3）減小VCC時(shí)，負(fù)載線將如何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？（4）減小RL時(shí)，負(fù)載線將如何變化？Q點(diǎn)怎樣變化？159160

共射極放大電路？思考題2.放大電路如圖所示。當(dāng)測(cè)得BJT的VCE

接近VCC=的值時(shí)，問(wèn)管子處于什么工作狀態(tài)？可能的故障原因有哪些？截止?fàn)顟B(tài)答：故障原因可能有：?Rb支路可能開(kāi)路，IB=0，IC=0，VCE=VCC-IC

Rc=VCC

。?C1可能短路，

VBE=0，IB=0，IC=0，VCE=VCC-IC

Rc=VCC

。1601614.圖解分析法的適用范圍特別適用于分析信號(hào)幅度較大而工作頻率不太高的情況直觀、形象，有助于一些重要概念的建立和理解，如交直流共存、靜態(tài)和動(dòng)態(tài)等能全面分析放大電路的靜態(tài)、動(dòng)態(tài)工作情況，有助于理解正確選擇電路參數(shù)、合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的重要性不能分析信號(hào)幅值太小或工作頻率較高時(shí)的電路工作狀態(tài)，也不能用來(lái)分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)4.3.1圖解分析法1611624.3.2小信號(hào)模型分析法BJT的H參數(shù)及小信號(hào)建模共射極放大電路的小信號(hào)模型分析

H參數(shù)的引出H參數(shù)小信號(hào)模型小信號(hào)模型的簡(jiǎn)化利用直流通路確定Q點(diǎn)畫(huà)小信號(hào)等效電路H參數(shù)的確定求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)小信號(hào)模型分析法的適用范圍162163BJT的H參數(shù)及小信號(hào)建模建立小信號(hào)模型(smallsignalmodel)的意義建立小信號(hào)模型(smallsignalmodel)的思路

當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)電壓很小時(shí)，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來(lái)代替，從而可以把三極管這個(gè)非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性電路來(lái)處理。

由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號(hào)模型，就是將非線性器件作線性化處理，從而簡(jiǎn)化放大電路的分析和設(shè)計(jì)。1631641.H參數(shù)的引出在小信號(hào)情況下，對(duì)上兩式取全微分得用小信號(hào)交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce

對(duì)于BJT雙口網(wǎng)絡(luò)，我們已經(jīng)知道輸入輸出特性曲線如下：iB=f(vBE)

vCE=constiC=f(vCE)

iB=const可以寫(xiě)成：vBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡(luò)T+-+-164165iBvBEvBEiB——輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻，用rbe表示?！斎攵碎_(kāi)路時(shí)的電壓反饋系數(shù)，用uT表示。iBvBEvBEvCE1.H參數(shù)的引出165166iCiBiCvCE——輸出端交流短路時(shí)的電流放大系數(shù)，用β表示?！斎攵碎_(kāi)路時(shí)的輸出電導(dǎo)，用1/rce表示。iCvCEiCvCE1.H參數(shù)的引出1661672.H參數(shù)小信號(hào)模型根據(jù)可得小信號(hào)模型vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevcevBEvCEiBcebiCBJT雙口網(wǎng)絡(luò)++T+-++-H參數(shù)都是小信號(hào)參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。H參數(shù)與工作點(diǎn)有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。H參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對(duì)交流信號(hào)的分析。BJT的H參數(shù)模型v-+ceebccbiiiehv-+be+-hfeibhrevce167168即rbe=hie

=hfe

uT=hre

rce=1/hoe一般采用習(xí)慣符號(hào)則BJT的H參數(shù)模型為uT很小，一般為10-310-4，

rce很大，約100k。故一般可忽略它們的影響，得到簡(jiǎn)化電路v-+ceebccbiiberv-+beceuT

vcev-+ebccbiiberv-+becer+-3.小信號(hào)模型的簡(jiǎn)化1681694.H參數(shù)的確定

一般用萬(wàn)用表測(cè)出；

rbe

與Q點(diǎn)有關(guān)，可用示波器測(cè)出。一般也用公式估算rbe

rbe=rb+(1+

)re其中對(duì)于低頻小功率管rb≈200

則

而

(T=300K)

v-+ceebccbiiberv-+be169170

用H參數(shù)小信號(hào)模型分析共射極基本放大電路1.

利用直流通路求Q點(diǎn)一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V，已知。+++CTb1CCRbVL+voR-v+-ib2CcR++1701712.

畫(huà)小信號(hào)等效電路共射極放大電路..H參數(shù)小信號(hào)等效電路.+ebcVo-i-+VcbI+.IcLbbeRrRR+++CTb1CCRbVL+voR-v+-ib2CcR++交流通路++TRbL+voR-v+-icR1711723.

求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)根據(jù)則電壓增益為...+ebcVo-i-+VcbI+.IcLbbeRrRR172173對(duì)于為放大電路提供信號(hào)的信號(hào)源來(lái)說(shuō)，放大電路是負(fù)載，這個(gè)負(fù)載的大小可以用輸入電阻來(lái)表示。輸入電阻的定義：是動(dòng)態(tài)電阻。電路的輸入電阻越大，從信號(hào)源取得的電壓越大。共射電路具有較大的輸入電阻的特點(diǎn)。3.

求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)ebccbII..cLbbeRrRRV-+T.TI.Ri1731743.

求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo)V-+T.ebccbII..cbbeRrRTRsI.Ro

對(duì)于負(fù)載而言，放大電路相當(dāng)于信號(hào)源，可以將它進(jìn)行戴維南等效，戴維南等效電路的內(nèi)阻就是輸出電阻。

計(jì)算輸出電阻的方法：所有獨(dú)立電源置零，保留受控源，加壓求電流法。174175

小信號(hào)模型分析法的適用范圍用圖解法定出靜態(tài)工作點(diǎn)當(dāng)輸入電壓幅度較小或BJT基本工作在線性區(qū)，放大電路較復(fù)雜，可用小信號(hào)模型分析當(dāng)輸入電壓幅度較大，BJT的工作點(diǎn)延伸到特性曲線的非線性部分，需要采用圖解法。分析放大電路輸出電壓的最大幅值等應(yīng)用圖解法較方便175176

例題放大電路如圖所示。試求：（1）Q點(diǎn)；（2）（已知=40）176177空載時(shí)的電壓放大系數(shù)：有載時(shí)的電壓放大系數(shù)：

例題1771784.4放大電路工作點(diǎn)的穩(wěn)定問(wèn)題溫度變化對(duì)ICBO的影響溫度變化對(duì)輸入特性曲線的影響溫度變化對(duì)的影響基極分壓式射極偏置電路含有雙電源的射極偏置電路4.4.1溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響4.4.2射極偏置電路含有恒流源的射極偏置電路178溫度對(duì)Q點(diǎn)的影響1791804.4.1溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響1.溫度變化對(duì)ICBO的影響2.溫度變化對(duì)輸入特性曲線的影響溫度T

輸出特性曲線上移溫度T

輸入特性曲線左移3.溫度變化對(duì)的影響溫度每升高1°C，

要增加0.5%1.0%溫度T

輸出特性曲線族間距增大QvCE/ViC/mAiB

=0IBQ1180181小結(jié)：

固定偏置電路的Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的。Q點(diǎn)不穩(wěn)定可能會(huì)導(dǎo)致靜態(tài)工作點(diǎn)靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導(dǎo)致失真。為此，需要改進(jìn)偏置電路，當(dāng)溫度升高、IC增加時(shí)，能夠自動(dòng)減少I(mǎi)B，從而抑制Q點(diǎn)的變化。保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定。常采用分壓式偏置電路來(lái)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。電路見(jiàn)下頁(yè)。

ICBO

ICEO

T

VBE

IB

IC4.4.1溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響181182

4.4.2射極偏置電路（1）穩(wěn)定工作點(diǎn)原理目標(biāo)：溫度變化時(shí)，使IC維持恒定。

如果溫度變化時(shí)，b點(diǎn)電位能基本不變，則射極偏置電路(four-resistorcircuit)可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。T穩(wěn)定原理：

ICIEIC

VE、VB不變

VBE

IB（反饋控制）+++CTb1CCRb1VL+voR-v+-ib2CcR++eRb2R1.基極分壓式射極偏置電路182183（2）放大電路指標(biāo)分析①靜態(tài)工作點(diǎn)+++CTb1CCRb1VL+voR-v+-ib2CcR++eRb2R

4.4.2射極偏置電路183

4.4.2射極偏置電路②電壓增益小信號(hào)等效電路圖184184185②電壓增益...Voi-+VcbI.I+++ebcRRb1berRc+-LRb2ReeI.

4.4.2射極偏置電路185186③輸入電阻根據(jù)定義則輸入電阻放大電路的輸入電阻不包含信號(hào)源的內(nèi)阻VcbII.+ebcRRb1berRcLRb2ReRbI.Rib-+TR.TI..

4.4.2射極偏置電路186

4.4.2射極偏置電路④輸出電阻187188④輸出電阻輸出電阻其中當(dāng)時(shí)，一般（）

可見(jiàn)三極管電流源的內(nèi)阻比三極管的輸出電阻rce還要大。coRR?.IRc.cbII.ebcRRsberRcbResV-+TR'.TI.rceoRoR'

4.4.2射極偏置電路例題4.4.11881892.含有雙電源的射極偏置電路RcRsReRLvs+VCCT+--VEERcRsCb1Cb2RbRe1RLvs+VCCT+--VEERe2Ce

4.4.2射極偏置電路1891903.含有恒流源的射極偏置電路+VCCRcRsCbRbRLvsT+--VEECerbeRbRCRLib+-voicib-+-vi

4.4.2射極偏置電路1901914.5共集電極電路和共基極電路

靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析

靜態(tài)分析

動(dòng)態(tài)分析4.5.1共集電極電路4.5.2共基極電