1、對于元器件，重點放在特性、參數、技術指標和正確使用方法，不要過分追究其內部機理。討論器件的目的在于應用。 學會用工程觀點分析問題，就是根據實際情況，對器件的數學模型和電路的工作條件進行合理的近似，以便用簡便的分析方法獲得具有實際意義的結果。 對電路進行分析計算時，只要能滿足技術指標，就不要過分追究精確的數值。 器件是非線性的、特性有分散性、RC的值有誤差、工程上允許一定的誤差、采用合理估算的方法。,前一頁,后一頁,返回,7.1 半導體器件,前一頁,后一頁,返回,物 質,（導電能力）,導體：,絕緣體：,半導體：,導電能力很強,不導電,導電能力介于導體和 絕緣體之間,1. 本征半導體,完全純凈的、

2、結構完整的半導體晶體，稱為本征半導體。,硅和鍺的晶體結構,前一頁,后一頁,返回,7.1.1 PN結,硅和鍺的共價鍵結構,共價鍵中的兩個電子被緊緊束縛在共價鍵中，稱為束縛電子。,前一頁,后一頁,返回,自由電子,空穴,在常溫下，共價鍵結構較穩(wěn)定。但如果受到熱激發(fā)，一些價電子可獲得足夠的能量而脫離共價鍵的束縛，成為自由電子（帶負電），同時共價鍵上留下一個空位，稱為空穴（帶正電）。自由電子和空穴都稱為載流子。,本征半導體的導電機理,這一現象稱為本征激發(fā)。,前一頁,后一頁,返回,本征半導體的導電機理,在其它力的作用下，空穴吸引臨近的電子來填補，其結果相當于空穴的遷移。,空穴的遷移相當于正電荷的移動，因此

3、可以認為是空穴電流。,因常溫下束縛電子很難脫離共價鍵成為自由電子，因此本征半導體中的自由電子和空穴很少，所以本征半導體的導電能力很弱。,當半導體外加電壓時，在電場的作用下將出現兩部分電流： 1）自由電子作定向移動 電子電流 2）價電子遞補空穴 空穴電流,前一頁,后一頁,返回,2. N型半導體和P型半導體,N 型半導體,自由電子濃度遠大于空穴濃度，電子導電是這種半導體的主要導電方式。 自由電子稱為多數載流子（多子）， 空穴稱為少數載流子（少子）。,多余電子,磷原子,摻入五價元素,在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮?失去一個電子變?yōu)檎x子,返回,前一頁,后一頁,前一頁,后一頁,P 型半導體,空穴濃度遠大于自

4、由電子濃度，空穴導電是這種半導體的主要導電方式。 空穴稱為多數載流子（多子）， 自由電子稱為少數載流子（少子）。,硼原子,空穴,摻入三價元素,接受一個電子變?yōu)樨撾x子,返回,雜質半導體的示意表示法,前一頁,后一頁,無論N型或P型半導體都是中性的，對外不顯電性。,返回,1. 在雜質半導體中多子的數量與 （a. 摻雜濃度、b.溫度）有關。,2. 在雜質半導體中少子的數量與 （a. 摻雜濃度、b.溫度）有關。,3. 當溫度升高時，少子的數量 （a. 減少、b. 不變、c. 增多）。,a,b,c,4. 在外加電壓的作用下，P 型半導體中的電流 主要是 ， N 型半導體中的電流主要是 （a. 電子電流、b

5、.空穴電流）,b,a,前一頁,后一頁,返回,3. PN結的形成,多子的擴散運動,少子的漂移運動,濃度差,空間電荷區(qū),內電場越強，漂移運動越強，而漂移使空間電荷區(qū)變窄。,擴散的結果使空間電荷區(qū)變寬。,擴散和漂移這一對相反的運動最終達到動態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。,空間電荷區(qū)也稱 PN 結,前一頁,后一頁,返回,前一頁,后一頁,4、 PN結的導電特性,PN 結變窄,P接正、N接負,U,P,N,IF,內電場被削弱，多子的擴散加強，形成較大的擴散電流。,PN結正向電阻較小，正向電流較大，PN結處于導通狀態(tài)。,返回,PN 結加反向電壓（反向偏置）,U,P,N,內電場被加強，少子的漂移加強，由于少

6、子數量很少，形成很小的反向電流。,IR,PN 結變寬,P接負、N接正,PN結反向電阻較大，反向電流很小，PN結處于截止狀態(tài)。,溫度越高少子的數量越多，反向電流將隨溫度增加,前一頁,后一頁,返回,PN 結的單向導電性,1、PN 結加正向電壓（正向偏置，P 接正、N 接負 ）時， PN 結處于正向導通狀態(tài)，PN 結正向電阻較小，正向電流較大。,2、PN 結加反向電壓（反向偏置，P接負、N 接正 ）時， PN 結處于反向截止狀態(tài)，PN 結反向電阻較大，反向電流很小。,前一頁,后一頁,返回,7.1.2 半導體二極管,1、基本結構和類型,（a）點接觸型,結構 ：按結構可分三類,(b)面接觸型,結面積小、

7、結電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。,結面積大、正向電流大、結電容大，用于工頻大電流整流電路。,前一頁,后一頁,(c)平面型 用于集成電路制作工藝中。PN結結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。,返回,二極管的結構示意圖,符號：,陽極,陰極,VD,前一頁,后一頁,返回,二極管的單向導電性,前一頁,后一頁,1. 二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負 ）時， 二極管處于正向導通狀態(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。,2. 二極管加反向電壓（反向偏置，陽極接負、陰極接正 ）時， 二極管處于反向截止狀態(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。,3. 外加電壓大于反向擊穿電壓二極

8、管被擊穿，失去單向導電性。,4. 二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。,返回,二極管電路分析舉例,分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位 的高低或所加電壓UD的正負。,若 V陽 V陰或 UD為正，二極管導通（正向偏置） 若 V陽 V陰或 UD為負，二極管截止（反向偏置）,前一頁,后一頁,返回,電路如圖，求：UAB,V陽 =6 V V陰 =12 V V陽 V陰 二極管導通 若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 6V 否則， UAB低于6V一個管壓降，為6.3或6.7V,例1：,后一頁,取 B 點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。,跳轉,返回,兩個二極管的

9、陰極接在一起 求：UAB 取 B 點作參考點，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。,V1陽 =6 V，V2陽 =0 V ，V1陰 = V2陰 = 12 V UD1 = 6V，UD2 =12V UD2 UD1 VD2 優(yōu)先導通， VD1截止。 若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB = 0 V,VD,6V,12V,3k,B,A,VD2,VD1承受反向電壓為6 V,流過VD2的電流為,例2:,前一頁,后一頁,UAB,+,返回,ui 8V 二極管導通，可看作短路 uo = 8V ui 8V 二極管截止，可看作開路 uo = ui,已知： 二極管是理想的，試畫出 uo 波形。,參考點,8V,例3,

10、二極管的用途： 整流、檢波、限幅、箝位、開關、元件保護、溫度補償等。,前一頁,后一頁,D,8V,R,uo,ui,+,+,返回,uo,7.1.3 晶體三極管,1. 基本結構與類型,基極,發(fā)射極,集電極,NPN型,PNP型,后一頁,前一頁,返回,后一頁,前一頁,集電區(qū)：面積最大,基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低,發(fā)射區(qū)：摻 雜濃度最高,發(fā)射結,集電結,返回,符號：,NPN型三極管,PNP型三極管,型號：,3A、3C是PNP,3B、3D是NPN,3A、3B是鍺管,3C、3D是硅管,后一頁,前一頁,返回,2.電流放大原理,三極管放大的外部條件,發(fā)射結正偏、集電結反偏,PNP VBVE VCVB,從電位的角度看

11、： NPN 發(fā)射結正偏 VBVE,集電結反偏 VCVB,后一頁,前一頁,返回,三極管內部載流子的運動規(guī)律,基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散可忽略。,發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流IE。,進入P 區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復合，形成電流IBE ，多數擴散到集電結。,從基區(qū)擴散來的電子作為集電結的少子，漂移進入集電結而被收集，形成ICE。,集電結反偏，有少子形成的反向電流ICBO。,后一頁,前一頁,三極管內部載流子的運動規(guī)律,IC=ICE+ICBOICE,后一頁,前一頁,IB=IBE-ICBOIBE,返回,ICE 與IBE 之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數,集射極穿透電流,常用公式,后一頁

12、,前一頁,返回,各電極電流關系及電流放大作用,結論,1）三電極電流關系 IE = IB + IC 2） IC IE ， IC IB 3） IC IB,把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。 實質:用一個微小電流的變化去控制一個較大電流的變化。,后一頁,前一頁,返回,3. 特性曲線,即管子各電極電壓與電流的關系曲線，是管子內部載流子運動的外部表現，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據。,為什么要研究特性曲線：,重點討論應用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線,后一頁,前一頁,返回,1）直觀地分析管子的工作狀態(tài) 2）合理地選擇偏置電路的參數，設計性能良好 的電

13、路,實驗線路,輸入回路,輸出回路,發(fā)射極是輸入、輸出回路的公共端,EB,IC,mA,A,UCE,UBE,RB,IB,EC,共發(fā)射極電路,后一頁,前一頁,返回,1） 輸入特性,特點:非線性,死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.2V。,工作壓降： 硅UBE 0.60.7V, 鍺UBE 0.20.3V。,后一頁,前一頁,返回,2） 輸出特性,IB=0,20A,40A,60A,80A,100A,當UCE大于一定的數值時，IC只與IB有關，即IC=IB。,后一頁,前一頁,此區(qū)域滿足IC=IB 稱為線性區(qū)（放大區(qū)），具有恒流特性。,返回,UCEUBE,集電結正偏，IBIC，稱為飽和區(qū)。,此區(qū)域中IC受UCE的

14、影響較大,后一頁,前一頁,返回,此區(qū)域中:IB= 0, IC =ICEO, UBE 死區(qū)電壓，稱為截止區(qū)。,后一頁,前一頁,為可靠截止，常取發(fā)射結零偏壓或反偏壓。,返回,輸出特性可劃分為三個區(qū)，分別代表晶體 管的三種工作狀態(tài)。,1）放大區(qū)(線性區(qū)，具有恒流特性)放大狀態(tài) IC =IB ，發(fā)射結正偏、集電結反偏。,2）截止區(qū)（晶體管處于截止狀態(tài)）開關斷開 IB=0，IC=ICEO0，UBE 死區(qū)電壓 發(fā)射結反偏或零偏、集電結反偏。,3）飽和區(qū)(管子處于飽和導通狀態(tài))開關閉合 IBIC， UCEUBE, 發(fā)射結正偏，集電結正偏。,后一頁,前一頁,返回,4. 主要參數,前面的電路中，三極管的發(fā)射極是

15、輸入輸出的公共點，稱為共射接法。相應地還有共基、共集接法。,直流電流放大系數：,1）電流放大系數和 ,交流電流放大系數：,后一頁,前一頁,返回,例： UCE=4.7 V時， IB=30A, IC=1.48mA； IB=45 A, IC=2.2mA。,在以后的計算中，一般作近似處理： =,后一頁,前一頁,返回,1、了解放大電路的基本性能指標；,2、掌握共發(fā)射極放大電路的分析方法；,7.2 基本放大電路,放大的概念:,放大的目的是將微弱的變化信號放大成較大的信號。,放大電路的性能指標（用來衡量放大電路的品質優(yōu)劣）:,電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻、通頻帶、 非線性失真等,7.2.1 基本放大電路

16、的組成及工作原理,1. 電路組成,參考點,7.2.1 基本放大電路的組成及工作原理,2. 元件作用,放大元件, iC=iB。要保證集電結反偏,發(fā)射結正偏,使T工作在放大區(qū) 。,使發(fā)射結正偏，并提供適當的基極電流。,基極電源與基極電阻,7.2.1 基本放大電路的組成及工作原理,2. 元件作用,集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結反偏。,集電極電阻，將變化的電流轉變?yōu)樽兓碾妷骸?耦合電容,隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯系，同時使信號順利輸入、輸出。,信號源,負載,單電源供電時常用的畫法,后一頁,前一頁,可以省去,參考點,輸入,輸出,返回,7.2.2 放大電路的分析,放大電路的分析,靜態(tài)分析

17、：無輸入信號，用大寫 字母加大寫下標表示，如IB、IC、 UCE代表直流分量,動態(tài)分析：加入輸入信號，用小 寫字母加小寫下標表示，如ib、ic、 uce代表交流分量瞬時值,直流分量和交流分量的和用小寫字母加大寫下標表示，如iB、iC、uCE,共射放大電路的電壓放大作用,無輸入信號(ui = 0)時,uo = 0 uC1 = UBE uC2 = UCE,共射放大電路的電壓放大作用,？,無輸入信號時,有輸入信號時,uCE= VCC iC RC,uo = 0 uC1 = UBE uC2 = UCE,表達式分析：,則，負載開路時：,可見，ic流經RC引 起電壓icRC的變化， 即通過集電極電阻 RC晶

18、體管的電流放 大作用轉化為電壓 的放大作用。,一、放大電路的靜態(tài)分析,靜態(tài)：放大電路無交流信號輸入（ui =0）時的 工作狀態(tài)。,分析方法：估算法、圖解法 所用電路：放大電路的直流通路,設置Q點的目的： 1）使放大電路不失真的放大信號； 2）使放大電路工作在較佳的工作狀態(tài)，靜 態(tài)是動態(tài)的基礎。,靜態(tài)工作點Q：IB、IC、UCE 、UBE 。,靜態(tài)分析:確定放大電路的靜態(tài)值。,1. 估算法：,1）根據直流通路估算 IB,RB,RC,RB稱為 偏置電阻，IB 稱為 偏置電流。,+VCC,RB,RC,+VCC,2）根據直流通道估算UCE、IC,IC,根據電流放大作用,例1：用估算法計算靜態(tài)工作點。,

19、已知：UCC=12V，RC=4K，RB=300K，=37.5。(UBE =0.7V),解：,請注意電路中IB和 IC的數量級,2、圖解法：,輸入特性曲線上交點Q的坐標(IB、UBE) 即為所求靜態(tài)工作點。,由輸入特性 確定IB 和UBE,用作圖的方法確定靜態(tài)值,直流偏置線,由輸出特性確定IC 和UCE。,直流負載線,直流負載線斜率,由IB確定的那條輸出特性與直流負載線的交點就是Q點，得到靜態(tài)值Ic和UCE,二、放大電路的動態(tài)分析,動態(tài)：放大電路有交流信號輸入（ui 0）時的 工作狀態(tài)。 動態(tài)分析: 計算電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻等。 對象：各極電壓和電流的交流分量。 目的：找出它們與電路

20、參數的關系，為設計打 基礎。,分析方法：微變等效電路法，圖解法（略） 所用電路：放大電路的交流通路,3、 微變等效電路法,1）輸入回路,當輸入信號很小時，電路工作在靜態(tài)工作點附近，輸入特性在小范圍內近似線性。,對輸入的小交流信號而言，三極管相當于電阻。rbe稱為晶體管輸入電阻。,rbe的量級從幾百歐到幾千歐。,三極管的微變等效電路,UBE,2）輸出回路,iC,uCE,所以：,輸出端相當于一個受 ib控制的電流源。,輸出端還要并聯一個大電阻rce。,rce愈大，恒流特性愈好,rce稱為晶體管輸出電阻,B,C,E,晶體三極管,微變等效電路,rce很大，一般忽略。,2. 放大電路的微變等效電路,將交

21、流通路中的三極管用微變等效電路代替,分析時假設輸入為正弦交流電，所以等效電路中的電壓與電流可用相量表示。,+,+,-,3. 電壓放大倍數的計算：,負載電阻越小，放大倍數越小。,放大倍數與靜態(tài) IE有關。,輸入電阻是表明放大電路從信號源吸取電流大小的參數。電路的輸入電阻越大，從信號源取得的電流越小，因此一般總是希望得到較大的的輸入電阻。,4. 輸入電阻的計算,定義：,5. 輸出電阻的計算,對于負載而言，放大電路相當于信號源，可以將它進行戴維南等效，等效電源的內阻就是輸出電阻。,輸出電阻的定義：,將信號源 短路,負載RL開路,RL,rbe,RB,RC,外加,求ro的步驟： 1）斷開負載RL,2）令

22、Ui=0或ES=0,3）外加電壓,4）求,共發(fā)射極放大電路 輸出電阻,共射極放大電路特點： 1. 放大倍數高; 2. 輸入電阻低; 3. 輸出電阻高.,+,+,-,-,加壓求流法,輸出電阻是動態(tài)電阻，與負載無關。,常用電路,7.2.3 非線性失真：,如果Q設置不合適或信號過大，晶體管的動態(tài)工作點進入非線性區(qū)而引起信號失真，稱為非線性失真。,如果Q設置過高，管子工作進入飽和區(qū)，造成飽和失真（P160圖7-34）。減小基極電流可消除失真。,如果Q設置過低，管子工作進入截止區(qū)，造成截止失真（P160圖7-35） ，增加基極電流可消除失真。,如果Q設置合適，信號幅值過大也可產生失真，減小信號幅值可消除

23、失真。,本節(jié)小結,1、靜態(tài)分析：靜態(tài)工作點（IB，IC，UCE）,圖解法：,估算法：,2、動態(tài)分析：微變等效電路法,B,C,E,晶體三極管,微變等效電路,rce很大，一般忽略。,7.3 放大電路中靜態(tài)工作點的穩(wěn)定,合理設置靜態(tài)工作點是保證放大電路正常 工作的先決條件。但是放大電路的靜態(tài)工作 點常因外界條件的變化而發(fā)生變動。,前述的固定偏置放大電路，簡單、容易調 整，但在溫度變化、三極管老化、電源電壓 波動等外部因素的影響下，將引起靜態(tài)工作 點的變動，嚴重時將使放大電路不能正常工 作，其中影響最大的是溫度的變化。,后一頁,前一頁,返回,7.3.1 溫度變化對靜態(tài)工作點的影響,在固定偏置放大電路中

24、,上式表明，當VCC和 RB一定時， IC與 UBE、 以及 ICEO 有關，而這三個參數隨溫度而變化。,后一頁,前一頁,返回,溫度升高時，輸出特性曲線上移,結論： 當溫度升高時， IC將增加，使Q點沿負載線上移，容易使T進入飽和區(qū)造成飽和失真，甚至引起過熱燒壞三極管。,固定偏置電路的Q點是 不穩(wěn)定的，為此需要改進偏置電路。當溫度升高使 IC 增加時，能夠自動減少IB，從而抑制Q點的變化，保持Q點基本穩(wěn)定。,后一頁,前一頁,返回,7.3.2 分壓式偏置電路,1、穩(wěn)定Q點的原理,基極電位基本恒定， 不隨溫度變化。,后一頁,前一頁,返回,集電極電流基本恒 定，不隨溫度變化。,后一頁,前一頁,返回,

25、參數的選擇,在估算時一般選?。?I2=（5 10）IB，VB=（5 10）UBE， RB1、RB2的阻值一般為幾十千歐。,后一頁,前一頁,返回,Q點穩(wěn)定的過程,VB固定,RE:溫度補償電阻 對直流：RE越大穩(wěn)Q 效果越好； 對交流： RE越大交 流損失越大,為避免交 流損失加旁路電容CE。,后一頁,前一頁,返回,2. 靜態(tài)工作點的計算,估算法:,后一頁,前一頁,返回,課本P162例7-6,3. 動態(tài)分析,后一頁,前一頁,I1,I2,IB,VB,+,+,+,RB1,RC,C1,C2,RB2,CE,RE,RL,+UCC,旁路電容,返回,I1,I2,IB,VB,+,+,+,RB1,RC,C1,C2,

26、RB2,CE,RE,RL,+UCC,旁路電容,討論： 如果去掉CE， Au，ri，ro怎樣？,去掉CE后的 微變等效電路,+UCC,后一頁,前一頁,返回,(1) 電壓放大倍數,后一頁,前一頁,返回,(2) 輸入電阻ri 和輸出電阻r0,無旁路電容CE,有旁路電容CE,Au減小,ri 提高,ro不變,分壓式偏置電路,后一頁,前一頁,返回,例2:,.,在圖示放大電路中，已知UCC=12V, RC= 6k, RE1= 300， RE2= 2.7K， RB1= 60k， RB2= 20k RL= 6k ，晶體管=50， UBE=0.6V, 試求: (1) 靜態(tài)工作點IB、IC及UCE； (2) 畫出微

27、變等效電路； (3) 輸入電阻ri、r0及u。,返回,【解】,直流通路如圖所示。,返回,后一頁,前一頁,（2）微變等效電路如圖,返回,后一頁,前一頁,7.4 共集電極放大電路,后一頁,前一頁,RB,+UCC,C1,C2,RE,RL,ui,uo,+,+,+,+,返回,又稱：射極輸出器,求Q點：,7.4.1 靜態(tài)分析：,后一頁,前一頁,返回,7.4.2 動態(tài)分析,1. 電壓放大倍數,電壓放大倍數 且輸入 輸出同相，輸出 電壓跟隨輸入電 壓，故稱電壓跟 隨器。,后一頁,前一頁,返回,2. 輸入電阻,后一頁,前一頁,ri與負載有關,返回,3. 輸出電阻,斷開負載電阻，用加壓求流法求輸出電阻。,置0,后一頁,前一頁,返回,一般,所以,后一頁,前一頁,射極輸出器的輸出電阻很小，帶負載能力強。,返回,共集放大電