02模拟电子技术第二章_2010
合集下载
【图文】模拟电子技术课件第二章
讨论一：讨论一：如何改变滞回比较器的电压传输特性 1.
若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？
若要电压传输特性曲线左右移动，则应如何修改电路？ 2.
若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？
若要电压传输特性曲线上下移动，则应如何修改电路？ 3. 若要改变输入电压过改变输出阈值电压时输出电压的限幅电路跃变方向，跃变方向，则应如何修改电路？改电路？2010-10-14 31
讨论二已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，说出它们各为
已知各电压比较器的电压传输特性如图所示，哪种电压比较器；输入电压为5sinωt (V，哪种电压比较器；输入电压为5sinωt (V，画出各电路输出电压的波形。
压的波形。
反相输入滞回比较器同相输入单限比较器 2010-10-14 你能分别组成具有
图示电压传输特性的电压比较器电路吗？电压比较器电路吗？ 32
休息一下 2010-10-14 33。
模拟电子技术第二章2 57页PPT文档
RC
RE
UEE
UCC
(b )
(C)
饱和特征:（1）UCEQ≤UBE(on)
(2)IBQ>ICQ/β (ICQ < β IBQ)
判断是否饱和
方法1 先假定处于放大区，有ICQ = β IBQ，据此求出UCEQ
若UCEQ＞UBE(on) 则确实处于放大区；若UCEQ ≤ UBE(on)则处 于饱和区，UCEQ 应取UCE(sat)
截止。此时，三个电极电流均为零，而
UBE= UBB - UEE,UCE=UCC- UEE 。
•
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ RB
RB
RE
UCC
UBB
UEE
(a )
图2―11 (a)电路；(b)放大状态下的等效电路；(c)饱和状态下的等效电路
•
若UBB>UEE+UBE(on)，则晶体管导通。现
假定为放大导通，利用图2―9(b)的模型可得该
I C ( sat )
U CC
U BE (on ) RC
5 0.7 3
1.4m
因为
I BQ 0.06 m
I C ( sat )
1.4 50
0.028 m
IC(sat)<βIBQ=3mA
•
所以晶体管处于饱和。此时，
ICQ=(Ucc-UCE(sat))/Rc=(5-0.3)/3=1.6mA， 而 uo=UCEQ=UCE(sat)=0.3V。 根 据 上 述 分 析 结果画出的uo波形如图2―12(c)所示。
iB
iC
0 UB E(on) (a)
uB E
0 UC E(s at)
电子电工学——模拟电子技术 第二章 运算放大器
要求
正确理解理想运放的概念以及“虚短”和“虚断” 的含义 ；熟练掌握比例、求和、求差及微分、积分基本运算电路 的工作原理、分析方法和输入、输出关系；了解集成运放 在其他方面的应用。
2.1 集成电路运算放大器
集成电路运算放大器（简称集成运放）是模拟集成电路中应用 极为广泛的一种器件。它不仅用于信号的运算、处理、变换、 测量和信号产生电路，也可用于开关电路。利用它组成的电子 线路已广泛应用于自动控制、测量技术、仪器仪表等领域。
0
2.3.2 反相放大电路
1电压增益Av
ii 0 i1 i2
vn
vp
0 vi R1
vo R2
Av
vo vi
R2 R1
2 输入电阻Ri
Ri
vi i1
vi vi R1
R1
3 输出电阻Ro
Ro
vo io
ro
R1
ri R2
0
2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用
非线性区
实际特性
当 Avo( vP vN ) Vom 时
O
(vP-vN)/mV vo Vom
理想特性
非线性区
Uom=V-
线性区
当 Avo( vP vN ) Vom 时 vo Vom
2.2 理想运算放大器
1. +Vom=V+，-Vom=V2. Avo
若vP>vN，则vo=+Vom=V+； 若vP<vN，则vo=-Vom=V-， 在线性区：vP-vN=0 “虚短” 3. ri ，iP=iN=0 “虚断” 4. ro0
国家标准符号
国内外常用符号
2.运算放大器的电路模型
电压放大电路模型
正确理解理想运放的概念以及“虚短”和“虚断” 的含义 ；熟练掌握比例、求和、求差及微分、积分基本运算电路 的工作原理、分析方法和输入、输出关系；了解集成运放 在其他方面的应用。
2.1 集成电路运算放大器
集成电路运算放大器（简称集成运放）是模拟集成电路中应用 极为广泛的一种器件。它不仅用于信号的运算、处理、变换、 测量和信号产生电路，也可用于开关电路。利用它组成的电子 线路已广泛应用于自动控制、测量技术、仪器仪表等领域。
0
2.3.2 反相放大电路
1电压增益Av
ii 0 i1 i2
vn
vp
0 vi R1
vo R2
Av
vo vi
R2 R1
2 输入电阻Ri
Ri
vi i1
vi vi R1
R1
3 输出电阻Ro
Ro
vo io
ro
R1
ri R2
0
2.4 同相输入和反相输入放大电路的其他应用
非线性区
实际特性
当 Avo( vP vN ) Vom 时
O
(vP-vN)/mV vo Vom
理想特性
非线性区
Uom=V-
线性区
当 Avo( vP vN ) Vom 时 vo Vom
2.2 理想运算放大器
1. +Vom=V+，-Vom=V2. Avo
若vP>vN，则vo=+Vom=V+； 若vP<vN，则vo=-Vom=V-， 在线性区：vP-vN=0 “虚短” 3. ri ，iP=iN=0 “虚断” 4. ro0
国家标准符号
国内外常用符号
2.运算放大器的电路模型
电压放大电路模型
模拟电子技术课件第2 讲.ppt
3. 负反馈的基本概念(具体内容在第七章讲)
c.串联反馈和并联反馈
视若输输入入信信号号与、反反馈馈信信号号在与基净本输放入大信器号输在入基回本路放的大 连器接输方入式端而以定电。流的方式相加减，并联反馈；以电压的
方式相加减，串联反馈
if Rf
ii
vP idvN
+
-
vo
R1
vi
vP +
vd vN -
vo
vi1、v+、vP
反相输入端
(a) 国家标准符号 (b)常用原符号
vi2、v－、vN
2.1.3.集成电路运算放大器的电路模型
P
+
＋VCC
+
+
vP
-
v+-NN
vI
-
ri _Av0vI+ r0
_ -VCC
+
v0
6
2.1 集成运算放大器
2.1.4集成电路运算放大器的开环电压传输特性
因开环放大倍数Avo很高，所以即是在输入端有 微小的变化也会使运放进入非线性区而使输出接近
2
2.1 集成运算放大器
2.1.1 集成电路运算放大器的内部组成单元
一集般成由电输路入运级算、放中大间器是( 放一大种高) 级电、压输增出益级、和高偏输置入
电阻路抗等和四低部输分出组阻成抗。的多级直接耦合放 大电路。它的种
偏置电路
类很多，电路也不一样，但结构有共同之处。
+ +vPP -vN +
输入级
i
R f 1
v R3
R2I f
R2 R1
vs
R'
+
精品课件-模拟电子技术及应用-第2章
10
图2-2
11
图2-3
12
2.1.2 放大电路的工作原理 1.静态工作原理 所谓静态，是指输入交流信号ui＝0时的工作状态。此时，
耦合电容C1、C2不能通过直流电流，其相当于开路，图2-2可以等 效为图2-4(a)所示电路，该电路称为基本共发射极放大电路的直 流通道。在直流状态下，三极管各极的电流和各极之间的电压分 别为：基极电流IBQ，集电极电流ICQ，基极与发射极之间的电压 UBEQ，集电极与发射极之间的电压UCEQ。这几个值反映在输入、输 出特性曲线上(如图2-4(b)所示)是一个点，所以称其为静态工作 点，具体计算方法将在2.2节介绍。
iC＝ iB＝ (IBQ＋ib)＝ICQ＋ic
7
图2-1
8
(4)电阻Rs和电源us：信号源，给输入回路提供被放大的信号 ui。
(5)电源EC：集电极电源。通过RB给发射结加正向偏置电压， 给基极回路提供偏置电流IBQ；通过RC给收集结加反向偏置电压， 给集电极回路提供偏置电流ICQ。三极管放大交流信号时把EC的直 流能量转变成交流能量，而三极管本身并不产生能量。
工程实际中绘制电路图时往往省略电源不画，将图2-1(a)画 成图2-2的形式，其电源EC用电压UCC表示，这两个电路图的实际 结构形式完全相同。由PNP型三极管构成的基本共发射极放大电 路如图2-3所示，其与NPN型电路的不同之处是电源电压UCC为负值， 电容C1、C2的极性调换，以后我们在绘制电路图时都将按这种形 式绘制。
(6)电阻RL：负载电阻。消耗放大电路输出的交流能量，将 电能转变成其他形式的能量。
9
(7)电容C1、C2：耦合电容，起隔直导交的作用。C1是基极回 路输入耦合电容，通过C1引入交流输入信号ui；C2是集电极输出 耦合电容，通过C2从uCE中取出交流成分uo，提供给负载RL。在分 析放大电路的过程中，一般认为C1、C2对交流的阻碍作用为零， 即B、E极间电压uBE中的交流分量等于ui；C、E极间电压uCE的交流 分量等于uo。
图2-2
11
图2-3
12
2.1.2 放大电路的工作原理 1.静态工作原理 所谓静态，是指输入交流信号ui＝0时的工作状态。此时，
耦合电容C1、C2不能通过直流电流，其相当于开路，图2-2可以等 效为图2-4(a)所示电路，该电路称为基本共发射极放大电路的直 流通道。在直流状态下，三极管各极的电流和各极之间的电压分 别为：基极电流IBQ，集电极电流ICQ，基极与发射极之间的电压 UBEQ，集电极与发射极之间的电压UCEQ。这几个值反映在输入、输 出特性曲线上(如图2-4(b)所示)是一个点，所以称其为静态工作 点，具体计算方法将在2.2节介绍。
iC＝ iB＝ (IBQ＋ib)＝ICQ＋ic
7
图2-1
8
(4)电阻Rs和电源us：信号源，给输入回路提供被放大的信号 ui。
(5)电源EC：集电极电源。通过RB给发射结加正向偏置电压， 给基极回路提供偏置电流IBQ；通过RC给收集结加反向偏置电压， 给集电极回路提供偏置电流ICQ。三极管放大交流信号时把EC的直 流能量转变成交流能量，而三极管本身并不产生能量。
工程实际中绘制电路图时往往省略电源不画，将图2-1(a)画 成图2-2的形式，其电源EC用电压UCC表示，这两个电路图的实际 结构形式完全相同。由PNP型三极管构成的基本共发射极放大电 路如图2-3所示，其与NPN型电路的不同之处是电源电压UCC为负值， 电容C1、C2的极性调换，以后我们在绘制电路图时都将按这种形 式绘制。
(6)电阻RL：负载电阻。消耗放大电路输出的交流能量，将 电能转变成其他形式的能量。
9
(7)电容C1、C2：耦合电容，起隔直导交的作用。C1是基极回 路输入耦合电容，通过C1引入交流输入信号ui；C2是集电极输出 耦合电容，通过C2从uCE中取出交流成分uo，提供给负载RL。在分 析放大电路的过程中，一般认为C1、C2对交流的阻碍作用为零， 即B、E极间电压uBE中的交流分量等于ui；C、E极间电压uCE的交流 分量等于uo。
模拟电子技术第二章PPT课件
电路特征：集成运放处于开环或仅引入正反馈
1) 净输入电流为0
2) uP> uN时， uO＝＋UOM uP< uN时， uO＝－UOM
17.09.2020
6
2.3 理想运放组成的基本运算电路
2.3.1 比例运算电路
1. 反相输入
iN=iP=0，
+
_
uN=uP=0－－虚地
在节点N：iF
iR
uI R
uOiFRf RRf uI
17.09.2020
7
1) 电路的输入电阻为多少？ Ri = R 2) 3) R’＝？为什么？ R’= R// Rf，为了静态平衡 3) 4) 若要Ri＝100kΩ，比例系数为－100，
R1＝？ Rf＝？
Rf太大，噪声大。如何利 用相对小的电阻获得－100的 比例系数？
找参考资料寻找答案
17.09.2020
u O u O 1 u O 2 u O 3 R R 1 fu I1 R R f 2u I2 R R f 3u I3
17.09.2020
12
2. 同相求和 设 R1∥ R2∥ R3∥ R4＝ R∥ Rf
利用叠加原理求解：
令uI2= uI3=0，求uI1单独作 用时的输出电压
uO 1(1R R f)R 1R 2R ∥ 2∥ R 3R ∥ 3∥ R 4R 4uI1
8
2. 同相输入
uN uP uI
uO
(1
Rf R
) u N
uO
(1
Rf R
) u I
1) 输入电阻为多少？ ∞
2) 电阻R’＝？为什么？ R’= R// Rf，为了静态平衡
3) 共模抑制比KCMR≠∞时会影响运算精度吗？为什 么？
1) 净输入电流为0
2) uP> uN时， uO＝＋UOM uP< uN时， uO＝－UOM
17.09.2020
6
2.3 理想运放组成的基本运算电路
2.3.1 比例运算电路
1. 反相输入
iN=iP=0，
+
_
uN=uP=0－－虚地
在节点N：iF
iR
uI R
uOiFRf RRf uI
17.09.2020
7
1) 电路的输入电阻为多少？ Ri = R 2) 3) R’＝？为什么？ R’= R// Rf，为了静态平衡 3) 4) 若要Ri＝100kΩ，比例系数为－100，
R1＝？ Rf＝？
Rf太大，噪声大。如何利 用相对小的电阻获得－100的 比例系数？
找参考资料寻找答案
17.09.2020
u O u O 1 u O 2 u O 3 R R 1 fu I1 R R f 2u I2 R R f 3u I3
17.09.2020
12
2. 同相求和 设 R1∥ R2∥ R3∥ R4＝ R∥ Rf
利用叠加原理求解：
令uI2= uI3=0，求uI1单独作 用时的输出电压
uO 1(1R R f)R 1R 2R ∥ 2∥ R 3R ∥ 3∥ R 4R 4uI1
8
2. 同相输入
uN uP uI
uO
(1
Rf R
) u N
uO
(1
Rf R
) u I
1) 输入电阻为多少？ ∞
2) 电阻R’＝？为什么？ R’= R// Rf，为了静态平衡
3) 共模抑制比KCMR≠∞时会影响运算精度吗？为什 么？
模拟电子技术第二章电流模电路基础
2.1 电流模电路的概念及特点 (Current Mode)
一、概念
电流模电路：就是能够有成效地传送，放大和处理电 流信号的电路。（以电流变化为信息载体的电路） 电压模电路：电压模电路，则是偏重传送，放大和处理电 压信号的电路并以电压为变量来分析和标定电路。 ➢ 电流模电路以电流变量作为分析与设计电路的输入和
则有：UT ln[i2i4 /(I s2 I s4 )] UT ln[i1i3 /(I s1I s3 )] 在TL回路中，若顺时针方向排列的正偏PN结数目与反
控使制时P发N则针结射有方的区：向各尺排电i寸2列流 i的4乘正I积s偏1i等1P于iNI3s反结2 时数I针目s3正相偏等Is，P4N则结顺I的s 时各针电正流偏乘积。
➢ 顺时针方向（CW）排列的正偏结数与反时针方 向（CCW）排列的正偏结数目必须相等。
跨导线性原理是B.Gilbert提出的，这个原理 可以简化非线性电路的计算，它即适用于小信 号，又适用于大信号。尤其在一个较大规模的 电路中，只要存在“跨导线性环”，就会使电 路计算大大简化。在电流模电路中，因为多施 用“匹配”技术，几乎到处都可以找到“跨导 线性环” 。
跨导线性回路原理：
第二章 电流模电路基础
（现代模拟集成电路技术）
2.1 电流模(current Mode)电路的概念及特点 2.2电流传输器 2.3 跨导线性（TL）原理 2.4由TL环路构成的电流模电路
电路如图所示，设晶体管的参数相同，
均处在放大区，且有 Ia>>IB1,Ib>>IB4,试利用
早在1989年，“电流模式信号处理”专题就已经 列入了IEEE电路与系统国际会议的议题。
不久的将来，电流模电路必将改变目前的电压模 电路统制模拟信号处理领域的局面。
模拟电子技术基础第2章
IC
IE
β IC
IB
因此， 且有
IC IE IB
I E (1 )I B
1
β 1
若考虑ICBO，则由上式得 IC I B (1 )ICBO
上式第二项用ICEO表示，即
于是
I CEO (1 )I CBO
IC I B (1 )ICBO I B ICEO
2．共射输出特性曲线
共射组态时，三极管的输出电流iC不但取决于输出 电压uCE ，而且与输入电流iB有关。三极管的共射输出 特性曲线表示当管子的输入电流iB为某一常数时，输 出电流iC与输出电压uCE之间的关系曲线，即
iC f (uCE ) iB 常数
图1.3.10为某硅NPN三极管的共射输出特性曲线
uO
-
-
共射基本放大电路原理电路
该放大电路成立的条件是：
（1）有正确的直流偏置， 即发射结正偏、集电结
反偏（接VBB和VCC ）； （2）输入信号ui为小信号； （3）输入回路的交流与直 流应相互叠加（ui 与VBB 串联连接）；
（4）输出回路应有交流电 压输出（接Rc ）。
iC
R b
+
u i -+
（ 3）饱和区
饱和区指uCE＜uBE的区域，大致是图2.5.4中曲 线靠近纵轴的区域。在饱和区，发射结和集电结均 正偏，三极管也失去放大作用，iC=βiB不再成立。 这时，iC随uCE而变化，却几乎不受iB控制，即：当 uCE一定时，即使iB增加，iC却几乎不变，这就是饱 和现象。由于三极管饱和时，各极之间电压很小， 而电流却较大，呈现低阻状态，故各极之间可近似 看成短路。
uCE=0V 0.5V 1V 20℃
20
0
0.2 0.4 0.6
IE
β IC
IB
因此， 且有
IC IE IB
I E (1 )I B
1
β 1
若考虑ICBO，则由上式得 IC I B (1 )ICBO
上式第二项用ICEO表示，即
于是
I CEO (1 )I CBO
IC I B (1 )ICBO I B ICEO
2．共射输出特性曲线
共射组态时，三极管的输出电流iC不但取决于输出 电压uCE ，而且与输入电流iB有关。三极管的共射输出 特性曲线表示当管子的输入电流iB为某一常数时，输 出电流iC与输出电压uCE之间的关系曲线，即
iC f (uCE ) iB 常数
图1.3.10为某硅NPN三极管的共射输出特性曲线
uO
-
-
共射基本放大电路原理电路
该放大电路成立的条件是：
（1）有正确的直流偏置， 即发射结正偏、集电结
反偏（接VBB和VCC ）； （2）输入信号ui为小信号； （3）输入回路的交流与直 流应相互叠加（ui 与VBB 串联连接）；
（4）输出回路应有交流电 压输出（接Rc ）。
iC
R b
+
u i -+
（ 3）饱和区
饱和区指uCE＜uBE的区域，大致是图2.5.4中曲 线靠近纵轴的区域。在饱和区，发射结和集电结均 正偏，三极管也失去放大作用，iC=βiB不再成立。 这时，iC随uCE而变化，却几乎不受iB控制，即：当 uCE一定时，即使iB增加，iC却几乎不变，这就是饱 和现象。由于三极管饱和时，各极之间电压很小， 而电流却较大，呈现低阻状态，故各极之间可近似 看成短路。
uCE=0V 0.5V 1V 20℃
20
0
0.2 0.4 0.6
模拟电子技术第二章
Rb = 280 k，Rc = 3 k ，集电极直流电源 VCC = 12 V， 试用图解法确定静态工作点。
解：首先估算 IBQ
IB
Q
VC
CUB Rb
EQ
(12 0.7)mA 40μA
280
做直流负载线，确定 Q 点
根据 UCEQ = VCC – ICQ Rc
iC = 0，uCE = 12 V ； uCE = 0，iC = 4 mA .
模拟电子技术第二章
单击此处添加副标题内容 单击此处输入你的正文，文字是您思想的提炼，为了最终演示 发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。
第２章 基本放大电路
教学时数：１７ 学时 重点与难点： 1、晶体管放大器和场效应管放大器的 静态分析和动态分析方法（图解分析法
和微变等效电路分析法）。 2、晶体三极管放大电路三种组态的电
2.1 放大的概念和电路主要指标
2.1.1 放大的概念
电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大 的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。
电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表 示，如图：
ui
Au
uo
放大电路放大的本质是能量的控制和转换。
放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下 放大才有意义。
给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰 值(UOPP、IOPP)表示，或有效值表示(Uom 、Iom)。
七、最大输出功率与效率
输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号 Pom表示。
Pom ：效率 PV PV：直流电源消耗的功率
10
2.2 基本共射放大电路的工作原理
2.2.1 基本共射放大电路的组成及各元件作用
iC / mA
解：首先估算 IBQ
IB
Q
VC
CUB Rb
EQ
(12 0.7)mA 40μA
280
做直流负载线，确定 Q 点
根据 UCEQ = VCC – ICQ Rc
iC = 0，uCE = 12 V ； uCE = 0，iC = 4 mA .
模拟电子技术第二章
单击此处添加副标题内容 单击此处输入你的正文，文字是您思想的提炼，为了最终演示 发布的良好效果，请尽量言简意赅的阐述观点。
第２章 基本放大电路
教学时数：１７ 学时 重点与难点： 1、晶体管放大器和场效应管放大器的 静态分析和动态分析方法（图解分析法
和微变等效电路分析法）。 2、晶体三极管放大电路三种组态的电
2.1 放大的概念和电路主要指标
2.1.1 放大的概念
电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大 的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。
电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表 示，如图：
ui
Au
uo
放大电路放大的本质是能量的控制和转换。
放大的前提是不失真，即只有在不失真的情况下 放大才有意义。
给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰 值(UOPP、IOPP)表示，或有效值表示(Uom 、Iom)。
七、最大输出功率与效率
输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号 Pom表示。
Pom ：效率 PV PV：直流电源消耗的功率
10
2.2 基本共射放大电路的工作原理
2.2.1 基本共射放大电路的组成及各元件作用
iC / mA
模拟电子技术(第2版)课后习题答案第二章
第二章 放大电路基础2.1 放大电路如图P3.1所示，电流电压均为正弦波，已知Ω=600S R 、mV U S 30=、mV U i 20=、Ω=k R L 1、V U 2.10=。
求该电路的电压、电流、功率放大倍数及其分贝数和输入电阻i R ；当L R 开路时，测得V U 8.10=，求输出电阻R 。
解：1、S i S i i U R R R U +=Ω=-⨯=-=k U U R U R i S S i i 2.1203060020 2、6002.02.1===i O u U U AdB A dB A u u 6.3578.12060log 20||log 20)(=⨯===3、uA R U I i i i 7.162.120===uA mA A R U I L 12002.10012.01012.1300===⨯==9.717.161200===i O i I I AdB A dB A i i 2.3786.1209.71log 20log 20)(=⨯===4、uW I U P i i i 334.07.1602.0=⨯== uW I U P 144012002.1000=⨯==4311334.01440===i O P P P AdB A dB A P P 9.3669.3104311log 10log 10)(=⨯=== 5、其等效电路如图P3.1.2：根据等效电路可得：8.12.10⨯+=LLR R R Ω=k R 5.002.2 放大电路如图P3.2.1所示，已知三极管100=β、Ω=200'bb r 、VU BEQ 7.0=。
试：（1）计算静态工作点CQI 、CEQU 、BQI ；（2）画出H 小信号等效电路，求u A 、i R 、0R （3）求源电压增益uS A 。
解：1、VV R R R V CC B B B B 315104010212=⨯+=+=mA R R R V I E E BEQ B CQ 1.21.017.0321=+-=+-=uA I I CQBQ 211001.2===βVR R R I V U E E C C CC CEQ 4.6)1.013(1.215)(21=++⨯-=++-=2、H 小信号等效电路如图P3.2.2：Ω=⨯++=++=14501.226)1001(20026)1('0EQ bb be I r r β9.151.010145.13//7.4100)1('1-=⨯+⨯-=++-=E be L u R r R A ββ[]Ω=⨯+=++=k R r R R R E be B B i 73.4)1.010145.1//(40//10)1(////121β Ω≈=k R R C 303、35.1451.073.473.49.1500-=+⨯-=+====S i i u S i u S i i S uS R R R A U U A U U U U U U A2.3 放大电路如图P3.3.1所示，已知三极管80=β、Ω=200'bb r 设各电容对交流的容抗近似为零。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
正向电流 －
+ + +
+ + +
+ + +
+ + +
－
内电场 E
2010年9月25日星期六
EW
R
23
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动 →少子漂移形成反向电流I
P
R
空 间 电 荷 区
N
在一定的温度下，由本
2010年9月25日星期六
18
2.2 PN结和二极管
2.2.1 平衡态PN结中的载流子分布 2.2.2 PN结的伏－安特性 2.2.3 PN结的击穿
2010年9月25日星期六
19
PN结就是把P型半导体和N型半导体有机的结合到一起
2010年9月25日星期六 20
2.2.1 平衡态PN结中的载流子分布
ni = pi = aT e
E 3 − GO 2 2 KT
a为常数 k为玻尔兹曼常数 EGO禁带宽度
本征浓度与材料和温度有关：
T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.43×1010/cm3
2010年9月25日星期六
本征锗的电子和空穴浓度: n = p =2.38×1013/cm3
2010年9月25日星期六
总电流＝0
22
2. PN结的单向导电性
(1) 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动 →多子扩散形成正向电流I
D
P型半导体 空间电荷区 N型半导体 － － － － － － － － － －
束缚电子
2010年9月25日星期六 5
（2）电子空穴对
原自由电子位置 热激发
复合 空穴
自由电子
1. 随着温度升高由于本 征激发（热激发）产 生自由电子和空穴 • 自由电子数量=空穴 数量 Si原子 • 复合 • 本征激发和复合在一 定温度下会达到动态 平衡! 电子(-) • 载流子（Carrier) 空穴(+)
2010年9月25日星期六 17
练习
1、本征半导体中掺入（5）族元素，例如（P），得到N 1、本征半导体中掺入（ ）族元素，例如（ ），得到N 型半导体，N型半导体的空穴浓度（远远小于）自由电 型半导体，N型半导体的空穴浓度（ ）自由电子浓 子浓度，而自由电子浓度（远远大于）本征电子浓度。 度，而自由电子浓度（ ）本征电子浓度。
硅原子 电子空穴对
+4
空位
+4
+4
－
空穴 P型半导体 － － － － － － － － － 受主离子
15
+4
硼原子
+3
+4
－ －
+4
2010年9月25日星期六
+4
+4
(3) 杂质对半导体 导电性的影响
影响：载流子数目剧增！
典型数据如下:
1
T=300 K室温下,本征硅的
电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
根据半导体是否掺杂以及掺杂种类，半导体可分为：
2.1.1 本征半导体 2.1.2 P型和N型半导体
2010年9月25日星期六 2
2.1.1 本征(intrinsic)半导体
——纯净无掺杂的半导体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到 99.9999999%，常称为“九个9”。 (1) 共价键结构 (2) 电子空穴对 (3) 空穴的移动 (4) 能带结构
2010年9月25日星期六
27
一、二极管方程（定量）
理想二极管(PN结）方程：
I = I S (e
V
VT
− 1)
IS :反向饱和电流大小 VT =kT/q :热电势 k为玻耳兹曼常数1.38×10－23 q 为电子电荷量1.6×10－9 T 为热力学温度 室温（T=300 K）下， VT=26 mV
简介 整流电路 检波电路 箝位电路 限幅电路 稳压电路
38
2.4.7
门电路
2.4.1简介 半导体二极管图片
二极管正向特性曲线斜率的倒数
2010年9月25日星期六 30
2.2.3 PN结的击穿
一、齐纳击穿：重掺杂，空间电荷 区很窄。
空 间 电 荷 区 P
－ － －
－ － －
－ － －
－ － －
+ + +
+ + +
+ + +
+ + +
N
强电场 E
2010年9月25日星期六
EW
R
31
二是雪崩击穿：轻掺杂，耗尽区较宽
0 ID = ∞
VD ≤ Vr VD > Vr
VD ≤ Vr 0 ID = VD > Vr G (V - Vr)
34
Vr为开启电压
硅：0.5~0.7V 锗：0.1~0.3V
二、小信号模型（线性化）
在二极管的伏安特性曲线上，由直流电压和电流所决定的 Q点，称为静态工作点。若在Q点基础上外加微小的变化量时， 则可用以Q点的切线来近似微小变化的曲线，即将二极管等效 为一个动态电阻，称为二极管的微变等效电路。
2010年9月25日星期六 3
(1）共价键结构
空间排列有序的晶体
以Si为例：原子最外层轨道上的电子有4 个，称为价电子，其行为决定si的导电性能， 不同原子的价电子之间形成共价键。
2010年9月25日星期六
4
(a) 硅晶体的空间排列
(b) 共价键结构平面示意图
本征半导体的共价键结构
在绝对温度T=0K时 ，所有的价电子都被共价 键紧紧束缚在共价键中， 不会成为自由电子，因此 本征半导体的导电能力很 弱，接近绝缘体。
2、P型半导体中的（空穴）是多数载流子，（自由电子） 2、P型半导体中的（ ）是多数载流子，（ ） 是少数载流子，多子主要来自（受主杂质），少子主要 是少数载流子，多子主要来自（ ），少子主要 来自（本征激发），多子浓度基本上（等于）掺杂浓度， 来自（ ），多子浓度基本上（ ）掺杂浓度， 少子浓度（小于）本征浓度。 少子浓度（ ）本征浓度。
− 1)
IS :反向饱和电流 n :与工艺有关的常数， 本课程取n=1 大信号模型是非线性的，可将其简化， 主要简化的大信号模型有： 理想模型、恒压模型、折线模型
2010年9月25日星期六
33
1. 理想模型
2. 恒压降模型
3. 折线模型
0 ID = ∞
2010年9月25日星期六
VD ≤ 0 VD > 0
ui=0时直流电源作用
小信号作用 Q越高，ID越大，rd越小。 静态电流
35
∆uD VT 根据电流方程，rd = ≈ ∆iD I D
2010年9月25日星期六
考虑电容效应
VD C j = C j 0 / 1 − ψ 0
m
势垒电容 扩散电容
Ψ0内建势
Cd = aI D
0
正偏 反偏
2010年9月25日星期六
25
因此，从宏观上： PN结反偏(UN>UP )时， PN结呈现高阻性——截止
2010年9月25日星期六
26
2.2.2 PN结的伏－安特性
根据理论定性推导，PN结的伏安特性曲线如图
定性 ——单向导电性
ID（多子扩散） 反向饱和电流 反向击穿电压 正偏
反偏 反向击穿 IR（少子漂移）
12
2.1.2 P型和N型半导体
杂质半导体
本征半导体的缺点？ 载流子少，导电性差， 温度稳定性差！导电性不可控
(1) N型半导体 (2) P型半导体 (3) 杂质对半导体导电性的影响
2010年9月25日星期六 13
(1）N型半导体（电子型半导体）
掺 杂： 少量掺入五价杂质元素（如：磷5个价电子）
2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:
n=5×1016/cm3 3 空穴浓度: 0.392×104/cm3
2010年9月25日星期六
16
电子跃迁
在硅和锗的能带图中，磷的能级位置在禁带 之中而又靠近导带，只要很小的激发能便可使多 余的电子挣脱原子核的束缚变成自由电子；而硼 的能级只比价带顶高0.045eV，只要很小的激发 能，价电子就会挣脱共价键的束缚，从价带跳到 这个能级上，在价带上留下一个空穴。
P
空 间 电 荷 区
N
－ － －
－ － －
－ － －
－ － －
+ + +
+ + +
+ + +
+ + + IR
内电场 E
EW
R
硅管8V以上为雪崩击穿，5V以下为齐纳击穿，5-8V之间，两 种击穿可能同时发生。 2010年9月25日星期六 32
2.3 二极管模型
一、大信号模型
I = I S
… 本征激发
…… ……
价电子
。。。 ……
空穴
T=0K时
温度升高时
导带的自由电子与价带的空穴都是载流子 本征激发同时产生电子空穴对。 本征半导体自由电子与空穴的浓度相等——本征浓度
2010年9月25日星期六
11
外加能量越高（温度越高），产生的电子空穴 对越多。 可以想象，本征浓度与温度有关，并且自由电子 与空穴的浓度相等。 本征半导体中载流子的浓度公式（本征浓度）：
硅原子 多余电子
+ + +
+ + +
+ + +
+ + +
－
内电场 E
2010年9月25日星期六
EW
R
23
(2) 加反向电压——电源正极接N区，负极接P区
外电场的方向与内电场方向相同。 外电场加强内电场 →耗尽层变宽 →漂移运动＞扩散运动 →少子漂移形成反向电流I
P
R
空 间 电 荷 区
N
在一定的温度下，由本
2010年9月25日星期六
18
2.2 PN结和二极管
2.2.1 平衡态PN结中的载流子分布 2.2.2 PN结的伏－安特性 2.2.3 PN结的击穿
2010年9月25日星期六
19
PN结就是把P型半导体和N型半导体有机的结合到一起
2010年9月25日星期六 20
2.2.1 平衡态PN结中的载流子分布
ni = pi = aT e
E 3 − GO 2 2 KT
a为常数 k为玻尔兹曼常数 EGO禁带宽度
本征浓度与材料和温度有关：
T=300 K室温下,本征硅的电子和空穴浓度: n = p =1.43×1010/cm3
2010年9月25日星期六
本征锗的电子和空穴浓度: n = p =2.38×1013/cm3
2010年9月25日星期六
总电流＝0
22
2. PN结的单向导电性
(1) 加正向电压（正偏）——电源正极接P区，负极接N区 外电场的方向与内电场方向相反。 外电场削弱内电场 →耗尽层变窄 →扩散运动＞漂移运动 →多子扩散形成正向电流I
D
P型半导体 空间电荷区 N型半导体 － － － － － － － － － －
束缚电子
2010年9月25日星期六 5
（2）电子空穴对
原自由电子位置 热激发
复合 空穴
自由电子
1. 随着温度升高由于本 征激发（热激发）产 生自由电子和空穴 • 自由电子数量=空穴 数量 Si原子 • 复合 • 本征激发和复合在一 定温度下会达到动态 平衡! 电子(-) • 载流子（Carrier) 空穴(+)
2010年9月25日星期六 17
练习
1、本征半导体中掺入（5）族元素，例如（P），得到N 1、本征半导体中掺入（ ）族元素，例如（ ），得到N 型半导体，N型半导体的空穴浓度（远远小于）自由电 型半导体，N型半导体的空穴浓度（ ）自由电子浓 子浓度，而自由电子浓度（远远大于）本征电子浓度。 度，而自由电子浓度（ ）本征电子浓度。
硅原子 电子空穴对
+4
空位
+4
+4
－
空穴 P型半导体 － － － － － － － － － 受主离子
15
+4
硼原子
+3
+4
－ －
+4
2010年9月25日星期六
+4
+4
(3) 杂质对半导体 导电性的影响
影响：载流子数目剧增！
典型数据如下:
1
T=300 K室温下,本征硅的
电子和空穴浓度: n = p =1.4×1010/cm3
根据半导体是否掺杂以及掺杂种类，半导体可分为：
2.1.1 本征半导体 2.1.2 P型和N型半导体
2010年9月25日星期六 2
2.1.1 本征(intrinsic)半导体
——纯净无掺杂的半导体。 制造半导体器件的半导体材料的纯度要达到 99.9999999%，常称为“九个9”。 (1) 共价键结构 (2) 电子空穴对 (3) 空穴的移动 (4) 能带结构
2010年9月25日星期六
27
一、二极管方程（定量）
理想二极管(PN结）方程：
I = I S (e
V
VT
− 1)
IS :反向饱和电流大小 VT =kT/q :热电势 k为玻耳兹曼常数1.38×10－23 q 为电子电荷量1.6×10－9 T 为热力学温度 室温（T=300 K）下， VT=26 mV
简介 整流电路 检波电路 箝位电路 限幅电路 稳压电路
38
2.4.7
门电路
2.4.1简介 半导体二极管图片
二极管正向特性曲线斜率的倒数
2010年9月25日星期六 30
2.2.3 PN结的击穿
一、齐纳击穿：重掺杂，空间电荷 区很窄。
空 间 电 荷 区 P
－ － －
－ － －
－ － －
－ － －
+ + +
+ + +
+ + +
+ + +
N
强电场 E
2010年9月25日星期六
EW
R
31
二是雪崩击穿：轻掺杂，耗尽区较宽
0 ID = ∞
VD ≤ Vr VD > Vr
VD ≤ Vr 0 ID = VD > Vr G (V - Vr)
34
Vr为开启电压
硅：0.5~0.7V 锗：0.1~0.3V
二、小信号模型（线性化）
在二极管的伏安特性曲线上，由直流电压和电流所决定的 Q点，称为静态工作点。若在Q点基础上外加微小的变化量时， 则可用以Q点的切线来近似微小变化的曲线，即将二极管等效 为一个动态电阻，称为二极管的微变等效电路。
2010年9月25日星期六 3
(1）共价键结构
空间排列有序的晶体
以Si为例：原子最外层轨道上的电子有4 个，称为价电子，其行为决定si的导电性能， 不同原子的价电子之间形成共价键。
2010年9月25日星期六
4
(a) 硅晶体的空间排列
(b) 共价键结构平面示意图
本征半导体的共价键结构
在绝对温度T=0K时 ，所有的价电子都被共价 键紧紧束缚在共价键中， 不会成为自由电子，因此 本征半导体的导电能力很 弱，接近绝缘体。
2、P型半导体中的（空穴）是多数载流子，（自由电子） 2、P型半导体中的（ ）是多数载流子，（ ） 是少数载流子，多子主要来自（受主杂质），少子主要 是少数载流子，多子主要来自（ ），少子主要 来自（本征激发），多子浓度基本上（等于）掺杂浓度， 来自（ ），多子浓度基本上（ ）掺杂浓度， 少子浓度（小于）本征浓度。 少子浓度（ ）本征浓度。
− 1)
IS :反向饱和电流 n :与工艺有关的常数， 本课程取n=1 大信号模型是非线性的，可将其简化， 主要简化的大信号模型有： 理想模型、恒压模型、折线模型
2010年9月25日星期六
33
1. 理想模型
2. 恒压降模型
3. 折线模型
0 ID = ∞
2010年9月25日星期六
VD ≤ 0 VD > 0
ui=0时直流电源作用
小信号作用 Q越高，ID越大，rd越小。 静态电流
35
∆uD VT 根据电流方程，rd = ≈ ∆iD I D
2010年9月25日星期六
考虑电容效应
VD C j = C j 0 / 1 − ψ 0
m
势垒电容 扩散电容
Ψ0内建势
Cd = aI D
0
正偏 反偏
2010年9月25日星期六
25
因此，从宏观上： PN结反偏(UN>UP )时， PN结呈现高阻性——截止
2010年9月25日星期六
26
2.2.2 PN结的伏－安特性
根据理论定性推导，PN结的伏安特性曲线如图
定性 ——单向导电性
ID（多子扩散） 反向饱和电流 反向击穿电压 正偏
反偏 反向击穿 IR（少子漂移）
12
2.1.2 P型和N型半导体
杂质半导体
本征半导体的缺点？ 载流子少，导电性差， 温度稳定性差！导电性不可控
(1) N型半导体 (2) P型半导体 (3) 杂质对半导体导电性的影响
2010年9月25日星期六 13
(1）N型半导体（电子型半导体）
掺 杂： 少量掺入五价杂质元素（如：磷5个价电子）
2 掺杂后 N 型半导体中的自由电子浓度:
n=5×1016/cm3 3 空穴浓度: 0.392×104/cm3
2010年9月25日星期六
16
电子跃迁
在硅和锗的能带图中，磷的能级位置在禁带 之中而又靠近导带，只要很小的激发能便可使多 余的电子挣脱原子核的束缚变成自由电子；而硼 的能级只比价带顶高0.045eV，只要很小的激发 能，价电子就会挣脱共价键的束缚，从价带跳到 这个能级上，在价带上留下一个空穴。
P
空 间 电 荷 区
N
－ － －
－ － －
－ － －
－ － －
+ + +
+ + +
+ + +
+ + + IR
内电场 E
EW
R
硅管8V以上为雪崩击穿，5V以下为齐纳击穿，5-8V之间，两 种击穿可能同时发生。 2010年9月25日星期六 32
2.3 二极管模型
一、大信号模型
I = I S
… 本征激发
…… ……
价电子
。。。 ……
空穴
T=0K时
温度升高时
导带的自由电子与价带的空穴都是载流子 本征激发同时产生电子空穴对。 本征半导体自由电子与空穴的浓度相等——本征浓度
2010年9月25日星期六
11
外加能量越高（温度越高），产生的电子空穴 对越多。 可以想象，本征浓度与温度有关，并且自由电子 与空穴的浓度相等。 本征半导体中载流子的浓度公式（本征浓度）：
硅原子 多余电子