1、6.1.1 半導體二極管半導體二極管6.1.2 半導體三極管半導體三極管 一般情況下，本征半導體中的載流子濃度一般情況下，本征半導體中的載流子濃度很小，其導電能力較弱，且受溫度影響很很小，其導電能力較弱，且受溫度影響很大，不穩定，因此其用途還是很有限的。大，不穩定，因此其用途還是很有限的。硅和鍺硅和鍺的簡化的簡化原子模原子模型。型。這是硅和鍺構成的共價鍵這是硅和鍺構成的共價鍵結構示意圖結構示意圖 晶體結構中的共價鍵晶體結構中的共價鍵具有很強的結合力，在熱具有很強的結合力，在熱力學零度和沒有外界能量力學零度和沒有外界能量激發時，價電子沒有能力激發時，價電子沒有能力掙脫共價鍵束縛，這時晶掙脫共價鍵

2、束縛，這時晶體中幾乎沒有自由電子，體中幾乎沒有自由電子，因此不能導電因此不能導電跳轉到第一頁 當半導體的溫度升高或受到光照等外界因素的影響時，某些共價鍵中當半導體的溫度升高或受到光照等外界因素的影響時，某些共價鍵中的價電子的價電子因熱激發因熱激發而獲得足夠的能量，因而能脫離共價鍵的束縛成為而獲得足夠的能量，因而能脫離共價鍵的束縛成為，這一現象稱為，這一現象稱為本征激發本征激發。同時在原來的共價鍵中留下一個空位，稱。同時在原來的共價鍵中留下一個空位，稱為為“” 。 顯然，沒有外電場作用時，自由電子和空穴顯然，沒有外電場作用時，自由電子和空穴是無規則的，半導體內沒有電流；在外電場的作是無規則的，半

3、導體內沒有電流；在外電場的作用下，半導體中將出現兩部分電流：一是自由電用下，半導體中將出現兩部分電流：一是自由電子作定向運動形成的子作定向運動形成的，一是仍被原子核，一是仍被原子核束縛的價電子（不是自由電子）遞補空穴形成的束縛的價電子（不是自由電子）遞補空穴形成的。 共價鍵中失去電子出現空穴時，相鄰原子的共價鍵中失去電子出現空穴時，相鄰原子的價電子比較容易離開它所在的共價鍵填補到這個價電子比較容易離開它所在的共價鍵填補到這個空穴中來，使該價電子原來所在的共價鍵中又出空穴中來，使該價電子原來所在的共價鍵中又出現一個空穴，這個空穴又可被相鄰原子的價電子現一個空穴，這個空穴又可被相鄰原子的價電子填補

4、，再出現空穴，如右圖所示。填補，再出現空穴，如右圖所示。 在純凈的硅（或鍺）中摻入微量的磷或砷等在純凈的硅（或鍺）中摻入微量的磷或砷等五價五價元素，元素，雜質原子就替代雜質原子就替代了共價鍵中了共價鍵中某些硅原某些硅原子的位置子的位置，雜質原子的四個價電子與周圍的硅原，雜質原子的四個價電子與周圍的硅原子結成共價鍵，剩下的一個價電子處在共價鍵之子結成共價鍵，剩下的一個價電子處在共價鍵之外，很容易掙脫雜質原子的束縛被激發成自由電外，很容易掙脫雜質原子的束縛被激發成自由電子。同時雜質原子由于失去一個電子而變成帶正子。同時雜質原子由于失去一個電子而變成帶正電荷的離子，這個正離子固定在晶體結構中，不電荷

5、的離子，這個正離子固定在晶體結構中，不能移動，所以它不參與導電能移動，所以它不參與導電。 雜質離子產生的自由電子不是共價鍵中的價雜質離子產生的自由電子不是共價鍵中的價電子，因此與本征激發不同，它不會產生空穴電子，因此與本征激發不同，它不會產生空穴。 摻入五價元素的雜質半導體，其摻入五價元素的雜質半導體，其自由電子的濃度遠遠大于空穴的濃度自由電子的濃度遠遠大于空穴的濃度，因此稱，因此稱為為半導體半導體，也叫做，也叫做半導體半導體。 在在半導體中，半導體中，載流子載流子（簡稱多子），（簡稱多子），載流子載流子（簡（簡稱少子）；不能移動的稱少子）；不能移動的。 如果在其中摻入微量的雜質，將使半導體的

6、導電性能發生顯著變化，我們把這些摻如果在其中摻入微量的雜質，將使半導體的導電性能發生顯著變化，我們把這些摻入雜質的半導體稱為入雜質的半導體稱為。雜質半導體可以分為。雜質半導體可以分為和和兩大類。兩大類。 不論是不論是N型半導體還是型半導體還是P型半導體，雖然都型半導體，雖然都有一種載流子占多數，但晶體中帶電粒子的正有一種載流子占多數，但晶體中帶電粒子的正、負電荷數相等，仍然呈電中性而不帶電。、負電荷數相等，仍然呈電中性而不帶電。 摻入三價元素的雜質半導體，其空穴的濃度遠摻入三價元素的雜質半導體，其空穴的濃度遠遠大于自由電子的濃度，因此稱為遠大于自由電子的濃度，因此稱為半導體半導體，也叫做也叫做

7、半導體半導體。 在硅（或鍺）晶體中摻入微量的在硅（或鍺）晶體中摻入微量的雜質硼（或其他），硼原子在取代原晶體結雜質硼（或其他），硼原子在取代原晶體結構中的原子并構成共價鍵時，將因缺少一個價電子而形成一個空穴。當相鄰共價鍵上的電構中的原子并構成共價鍵時，將因缺少一個價電子而形成一個空穴。當相鄰共價鍵上的電子受到熱振動或在其他激發條件下獲得能量時，就有可能填補這個空穴，使硼原子子受到熱振動或在其他激發條件下獲得能量時，就有可能填補這個空穴，使硼原子得電子得電子而成為而成為不能移動的負離子不能移動的負離子；而原來的硅原子共價鍵則因；而原來的硅原子共價鍵則因缺少缺少一個電子，出現一個一個電子，出現一個

8、空穴空穴。于。于是半導體中的空穴數目大量增加。是半導體中的空穴數目大量增加。空穴成為多數載流子，而自由電子則成為少數載流子。空穴成為多數載流子，而自由電子則成為少數載流子。 在在N型半導體中，自由電子為多數載流子（簡型半導體中，自由電子為多數載流子（簡稱多子），空穴為少數載流子（簡稱少子）；稱多子），空穴為少數載流子（簡稱少子）；不能移動的離子帶正電。不能移動的離子帶正電。 正負空間電荷在交界面兩側形成一個由正負空間電荷在交界面兩側形成一個由N區指向區指向P區的電場，稱為區的電場，稱為內電場內電場，它它對對多數載流子的擴散運動起阻擋作用多數載流子的擴散運動起阻擋作用，所以空間電荷區又稱為，所以

9、空間電荷區又稱為阻擋層阻擋層。同時，內電場對同時，內電場對少數載流子起推動作用，把少數載流子起推動作用，把少數載流子在內電場作用下有規則的運動稱為少數載流子在內電場作用下有規則的運動稱為。 圖中圖中P區僅畫出空穴（多數載流子）和得到區僅畫出空穴（多數載流子）和得到一個電子的三價雜質負離子，一個電子的三價雜質負離子，N區僅畫出自區僅畫出自由電子（多數載流子）和失去一個電子的五由電子（多數載流子）和失去一個電子的五價雜質正離子。根據價雜質正離子。根據擴散原理擴散原理，空穴要從濃，空穴要從濃度高的度高的P區向區向N區擴散，自由電子要從濃度高區擴散，自由電子要從濃度高的的N區向區向P區擴散，并在交界面

10、發生復合區擴散，并在交界面發生復合(耗耗盡），形成載流子極少的正負空間電荷區如盡），形成載流子極少的正負空間電荷區如圖中間區域，這就是圖中間區域，這就是，又叫，又叫。 PN結產生于結產生于P型半導體和型半導體和N型半導體的結合面上，型半導體的結合面上，它是構成各種半導體器件的基礎。它是構成各種半導體器件的基礎。 空間電荷區空間電荷區 PN結中的擴散和漂移是相互聯系，又是相互矛盾的結中的擴散和漂移是相互聯系，又是相互矛盾的。在一定條件（例如。在一定條件（例如溫度一定）下，多數載流子的擴散運動逐漸減弱，而少數載流子的漂移運動溫度一定）下，多數載流子的擴散運動逐漸減弱，而少數載流子的漂移運動則逐漸增

11、強，最后兩者達到動態平衡，空間電荷區的寬度基本穩定下來，則逐漸增強，最后兩者達到動態平衡，空間電荷區的寬度基本穩定下來，PN結就處于相對穩定的狀態。結就處于相對穩定的狀態。 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + 根據擴散原理，空穴要從濃度高的根據擴散原理，空穴要從濃度高的P區向區向N區擴散，自由電子要從濃度區擴散，自由電子要從濃度高的高的N區向區向P區擴散，并在交界面發生復合區擴散，并在交界面發生復合(耗盡），形成載流子極少的正耗盡），形成載流子極少的正負空間電荷區（如上圖所示），也就是負空間電荷區（如上圖所示），也就是，又叫，又叫。 P區N區空間電荷

12、區空間電荷區少子少子漂移漂移 擴散與漂移達到動態平衡擴散與漂移達到動態平衡形成一定寬度的形成一定寬度的PN結結 P 區 N 區 載流子的擴散運動 多子多子擴散擴散 形成空間電荷區形成空間電荷區產生內電場產生內電場 P 區 空間電荷區 N 區 PN 結及其內電場 內電場方向 由于空間電荷區內，多數載流子或已擴散到對方，或被由于空間電荷區內，多數載流子或已擴散到對方，或被對方擴散過來的多數載流子復合掉了，即多數載流子被耗對方擴散過來的多數載流子復合掉了，即多數載流子被耗盡了，所以空間電荷區又稱為盡了，所以空間電荷區又稱為。擴散作用越強，耗盡層越寬。擴散作用越強，耗盡層越寬。空空間間電電荷荷區區變變

13、窄窄 R 內內電電場場 外外電電場場 P N I正正向向 US E R 內電場 外電場 空間電荷區變寬 P N IR 一個一個PN結加上相應的電極引線并用管殼封裝起來，就構成了半導體二結加上相應的電極引線并用管殼封裝起來，就構成了半導體二極管，簡稱二極管極管，簡稱二極管(D)，接在，接在P區引出線稱為陽極；在區引出線稱為陽極；在N區引出線稱為陰極。區引出線稱為陰極。半導體二極管分類：半導體二極管分類：按其按其材料材料不同可分為硅二極和鍺二極管；不同可分為硅二極和鍺二極管；按其按其用途用途不同可分為整流二極管，穩壓二極管，光電二極管等；不同可分為整流二極管，穩壓二極管，光電二極管等；按其按其結構

14、結構不同可分為不同可分為、。 點接觸型點接觸型二極管：二極管：PN結面積很小，結電容小，用于檢波和變頻等高頻電結面積很小，結電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。路。 面接觸型面接觸型二極管：二極管：PN結面積大，用于工頻大電流整流電路。結面積大，用于工頻大電流整流電路。 平面型平面型二極管：用于集成電路制造工藝中，二極管：用于集成電路制造工藝中，PN結面積可大可小，用于高結面積可大可小，用于高頻整流和開關電路中。頻整流和開關電路中。跳轉到第一頁跳轉到第一頁 1） 加正向電壓導通加正向電壓導通二極管正極接電源正極，負極接電源負極，稱為給二極管加正向電壓二極管正極接電源正極，負極接電源負極，稱為給二

15、極管加正向電壓，也稱二極管正偏。此時二極管有正極流向負極的電流流過，稱正向，也稱二極管正偏。此時二極管有正極流向負極的電流流過，稱正向導通，正向電阻很小。導通，正向電阻很小。 2）加反向電壓截止）加反向電壓截止二極管正極接電源負極，負極接電源正極，成為給二極管加反向電壓二極管正極接電源負極，負極接電源正極，成為給二極管加反向電壓，也稱二極管反偏。此時流過二極管的電流幾乎為零，稱二極管的這，也稱二極管反偏。此時流過二極管的電流幾乎為零，稱二極管的這種狀態為反向截止，反向電阻很大。種狀態為反向截止，反向電阻很大。綜上所述，綜上所述，陽極 陰極 -60 -40 -20 0.4 0.8 U /V 40

16、 30 20 10 I /mA 0 正向特性 反向特性 死區電壓 二極管外加正向電壓較小時，外二極管外加正向電壓較小時，外電場不足以克服內電場對多子擴散電場不足以克服內電場對多子擴散的阻力，的阻力，PN結仍處于截止狀態結仍處于截止狀態 。 反向電壓大于擊穿電壓時，反向電流急劇增加。反向電壓大于擊穿電壓時，反向電流急劇增加。 正向電壓大于死區電壓后，正正向電壓大于死區電壓后，正向電流向電流 隨著正向電壓增大迅速上隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區電壓硅管約為升。通常死區電壓硅管約為0.5V，鍺管約為鍺管約為0.2V。外加反向電壓時，外加反向電壓時， PN結處于截止狀態，反向電流很小；稱為反向飽和

17、電流。結處于截止狀態，反向電流很小；稱為反向飽和電流。 導通后二極管的正向壓降變化不大，硅管約為導通后二極管的正向壓降變化不大，硅管約為0.60.8V，鍺管約為，鍺管約為0.20.3V。溫度上升，死區電。溫度上升，死區電壓和正向壓降均相應降低。壓和正向壓降均相應降低。 反向飽和區反向飽和區反向擊穿區反向擊穿區正向導通區正向導通區1）最大整流電流）最大整流電流IFM：指管子長期運行時，允許通過的最指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。大正向平均電流。2）反向工作峰值電壓）反向工作峰值電壓URM：二極管不被擊穿時所允許的最二極管不被擊穿時所允許的最大反向電壓，一般取（大反向電壓，一般取（1

18、/22/3）反向擊穿電壓。）反向擊穿電壓。3）反向峰值電流）反向峰值電流IR M ：指管子加反向電壓指管子加反向電壓URM時的反向電時的反向電流值，此值越小，二極管的單向導電性愈好。流值，此值越小，二極管的單向導電性愈好。跳轉到第一頁1）穩壓管穩壓管：穩壓二極管是一種特殊的：穩壓二極管是一種特殊的面接觸型面接觸型二極管，具有二極管，具有穩定電壓穩定電壓的作用。穩壓管是的作用。穩壓管是工作在工作在PN結的結的反向擊穿狀態反向擊穿狀態。穩壓二極管在工作時應反接，并串入一只電阻。穩壓二極管在工作時應反接，并串入一只電阻。陽極 陰極穩壓管圖符號穩壓管圖符號2）光電二極管光電二極管：是將：是將光信號轉換

19、成電信號的半導體光信號轉換成電信號的半導體。它的管殼上。它的管殼上備有一個玻璃窗口，以便于接受光照。其特點是，當光線照射于備有一個玻璃窗口，以便于接受光照。其特點是，當光線照射于它的它的PN結時，可以結時，可以成對地產生自由電子和空穴成對地產生自由電子和空穴，使半導體中少數，使半導體中少數載流子的濃度提高。這些載流子在一定的反向偏置電壓作用下可載流子的濃度提高。這些載流子在一定的反向偏置電壓作用下可以產生漂移電流，使反向電流增加。因此它的反向電流隨光照強以產生漂移電流，使反向電流增加。因此它的反向電流隨光照強度的增加而線性增加，這時光電二極管等效于一個度的增加而線性增加，這時光電二極管等效于一

20、個恒流源恒流源。當無。當無光照時，光電二極管的伏安特性與普通二極管一樣。光照時，光電二極管的伏安特性與普通二極管一樣。 3）發光二極管發光二極管： 是一種將是一種將電能直接轉換成光能電能直接轉換成光能的光發射器件，簡的光發射器件，簡稱稱LED，它是由鎵、砷、磷等元素的化合物制成。這些材料構成，它是由鎵、砷、磷等元素的化合物制成。這些材料構成的的PN結上加上正向電壓時，就會發出光來，光的顏色取決于制造結上加上正向電壓時，就會發出光來，光的顏色取決于制造所用的材料。所用的材料。+-+-+I 三極管的三極管的種類種類很多，按照頻率分，有高頻管、低頻管；按照很多，按照頻率分，有高頻管、低頻管；按照功率

21、功率分，有小、中、大功率管；按照半導體分，有小、中、大功率管；按照半導體材料材料分，有硅管、鍺管分，有硅管、鍺管等等。但是從它的外形來看，半導體三極管都有三個電極，也叫晶等等。但是從它的外形來看，半導體三極管都有三個電極，也叫晶體管，常見的晶體管外形如圖所示：體管，常見的晶體管外形如圖所示： 由兩塊由兩塊N型半導體中間夾著一塊型半導體中間夾著一塊P型半導體的管子稱為型半導體的管子稱為NPN管。另一種形式管。另一種形式即即兩塊兩塊P型型半導體中間夾著一塊半導體中間夾著一塊N型半導體的管子，稱為型半導體的管子，稱為PNP管。管。晶體管制造工藝上的特點是：晶體管制造工藝上的特點是：這樣的結構才能這樣

22、的結構才能保證晶體管具有保證晶體管具有電流放大作用電流放大作用。基極基極發射極發射極集電極集電極Am mAm mAI IC CI IB BI IE EU UBBBBU UCCCCR RB B3DG63DG6NPNNPN型晶體管電流放大的實驗電路型晶體管電流放大的實驗電路R RC CCEB 左圖所示為驗證三極管電流放大左圖所示為驗證三極管電流放大作用的實驗電路，這種電路接法稱為作用的實驗電路，這種電路接法稱為共射電路。其中，直流電壓源共射電路。其中，直流電壓源UCCCC應大應大于于UBBBB，從而使電路滿足放大的外部條，從而使電路滿足放大的外部條件：發射結正向偏置，集電極反向偏件：發射結正向偏置

23、，集電極反向偏置。改變可調電阻置。改變可調電阻RB，基極電流，基極電流IB，集電極電流集電極電流IC和發射極電流和發射極電流IE都會發生都會發生變化。變化。 a）發射區雜質濃度發射區雜質濃度基區基區集電區；集電區； b）基區很薄。基區很薄。發射結正偏，集電結反偏。發射結正偏，集電結反偏。 N IC IE IB RB UBB UCC RC N P 由于發射結處于正向偏置，發射區的多數載流由于發射結處于正向偏置，發射區的多數載流子自由電子將不斷擴散到基區，并不斷從電源補子自由電子將不斷擴散到基區，并不斷從電源補充進電子，形成發射極電流充進電子，形成發射極電流IE。 由于基區很薄，其多數載流子空穴濃

24、度很低，由于基區很薄，其多數載流子空穴濃度很低，所以從發射極擴散過來的電子只有很少一部分和所以從發射極擴散過來的電子只有很少一部分和基區空穴復合，剩下的絕大部分都能擴散到集電基區空穴復合，剩下的絕大部分都能擴散到集電結邊緣。結邊緣。IC比比IB大數十至數百倍，因而大數十至數百倍，因而IB雖然很小，但對雖然很小，但對IC有控制作用，有控制作用，IC隨隨IB的改變而的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，表明改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，表明基極電流對集基極電流對集電極電流具有小量控制大量的作用，電極電流具有小量控制大量的作用，這就是三極管的這就是

25、三極管的。 由于集電結反向偏置，可將從發射區擴散到基區并到達集電區邊緣的電子拉入集電由于集電結反向偏置，可將從發射區擴散到基區并到達集電區邊緣的電子拉入集電區，從而形成較大的集電極電流區，從而形成較大的集電極電流IC。1 1）輸入特性曲線：當集電極與發射極之間的電壓為一常）輸入特性曲線：當集電極與發射極之間的電壓為一常數時，基極電流與基極電壓之間的關系，即數時，基極電流與基極電壓之間的關系，即BI)(BEUf常數CEURCRBIC UCE A mA V V UEBIBUBE UCC跳轉到第一頁1 1）輸入特性曲線：當集電極與發射極之間的電壓為一常）輸入特性曲線：當集電極與發射極之間的電壓為一常

26、數時，基極電流與基極電壓之間的關系，即數時，基極電流與基極電壓之間的關系，即BI)(BEUf常數CEUUBE/VIB/mA1.0O0.020.040.060.080.100.20.60.40.8UCE=0V UCE1V常用常用U UCECE 1V 1V的一條曲線的一條曲線來代表所有輸入特性曲線來代表所有輸入特性曲線，也存在死區電壓，硅管，也存在死區電壓，硅管的死區電壓約為的死區電壓約為0.5V0.5V，鍺，鍺管的約為管的約為0.2V0.2V；導通時，；導通時，發射結電壓發射結電壓U UBEBE不大，硅管不大，硅管為為0.60.60.7V0.7V，鍺管為，鍺管為0.20.20.3V0.3V。（1

27、）放大區：發射極正向）放大區：發射極正向偏置，集電結反向偏置偏置，集電結反向偏置（2）截止區：發射結反向）截止區：發射結反向偏置，集電結反向偏置偏置，集電結反向偏置 （3）飽和區：發射結正向）飽和區：發射結正向偏置，集電結正向偏置偏置，集電結正向偏置2 2）輸出特性曲線：當基極電流為固定值時，集電極電流）輸出特性曲線：當基極電流為固定值時，集電極電流與集電極電壓之間的關系。與集電極電壓之間的關系。BCii0 0CBii；iB0，uBE0，uCEuBE 4 3 2 1 IB=0 0 3 6 9 12 UCE /V 20 A 40 A 60 A 80 A 10 0 A 飽和區飽和區 截止區截止區

28、放放 大大 區區 IC /mA （1 1）電流放大系數）電流放大系數 共射直流電流放大系數共射直流電流放大系數 ：它表示集電極電壓一：它表示集電極電壓一定時，集電極電流和基極電流之間的關系。即定時，集電極電流和基極電流之間的關系。即 共射交流電流放大系數共射交流電流放大系數：它表示在：它表示在U UCECE保持不變的保持不變的條件下，集電極電流的變化量與相應的基極電流變化量條件下，集電極電流的變化量與相應的基極電流變化量之比。之比。BCBCEOCIIIII常數CEUIIBC在今后估算時常認為在今后估算時常認為 跳轉到第一頁（2 2）極間電流）極間電流 集電極反向飽和電流集電極反向飽和電流I I

29、CBOCBO：I ICBOCBO是指發射極開路，是指發射極開路，集電極與基極之間加反向電壓時產生的電流作為晶集電極與基極之間加反向電壓時產生的電流作為晶體管的性能指標，體管的性能指標， I ICBOCBO越小越好。越小越好。 穿透電流穿透電流I ICEOCEO：I ICEOCEO是基極開路，集電極與發射極是基極開路，集電極與發射極間加電壓時的集電極電流。間加電壓時的集電極電流。晶體管工作在放大區，集電極電流的表達式變為：晶體管工作在放大區，集電極電流的表達式變為： 跳轉到第一頁（3 3）極限參數）極限參數集電極最大允許耗散功率集電極最大允許耗散功率P PCMCM： 晶體管在使用時，應晶體管在使

30、用時，應保證保證P PC CPIBCCB2B1B2BURRRU 溫溫度度 TICIEUE(=IE RE)UBE(=UBIE RE) ICIB 則則+UCCCERE uSRSuiC2+RCRB1RB2+C1RLu0uCEiCiiiEiBI2I1跳轉到第一頁動態分析：動態分析：分壓式偏置共發射極電壓放大器的分析分壓式偏置共發射極電壓放大器的分析靜態分析：靜態分析：)(CQBQEBEQBEQCCB2B1B2BECCQCCCEQCQRRIUUIIRUUIIURRRUCbeBBiuRRrRRRrRAo21beL/跳轉到第一頁rbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRB1Rs +sU RB2跳轉到第一

31、頁跳轉到第一頁跳轉到第一頁跳轉到第一頁V75. 3)23(65. 112)(A33mA5065. 1mA65. 127 . 04V412102010ECCQCCCEQCQBQEBEQBEQCCB2B1B2BRRIUUIIRUUIIURRRUCQRsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+圖示電路，已知圖示電路，已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。試估算靜態工試估算靜態工作點，并求電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻作點，并求電壓放大倍數、輸入電阻和輸出電阻。（1）用估算法計算靜態工作點）用估算法計算靜態工作點跳轉到

32、第一頁（2）求電壓放大倍數）求電壓放大倍數681 . 1333350k1 . 1110065. 126)501 (30026)1 (300beLEQberRAIru（3）求輸入電阻和輸出電阻）求輸入電阻和輸出電阻k3k994. 01 . 1/10/20/obeB2B1iCRRrRRR 具有較大的電壓放大倍數和電流放大倍數，同時輸入電阻具有較大的電壓放大倍數和電流放大倍數，同時輸入電阻和輸出電阻又比較適中，在對輸入電阻、輸出電阻和頻率響應和輸出電阻又比較適中，在對輸入電阻、輸出電阻和頻率響應沒有特殊要求的場合，一般均可采用。共發射極電壓放大器是沒有特殊要求的場合，一般均可采用。共發射極電壓放大器

33、是目前應用最廣泛的基本放大電路。目前應用最廣泛的基本放大電路。跳轉到第一頁 耦合：耦合：兩級放大電路之間的連接方式。根據耦合方式分成根據耦合方式分成三種三種基本的多級放大電基本的多級放大電路路：直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。：直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。跳轉到第一頁1iirr 第一級第一級第二級第二級負載負載C2C1CE1 RC1 RB12 RE1RB11VT1C3CE2 RC2 RB22 RE2 RB21 RLU CCV T2uiuouSRSuo1 niinAAAAAA1=3212oorr 跳轉到第一頁跳轉到第一頁 RC1RB1VT1 RC2 RE2U CCVT2uiuouo1優點：可

34、放大變化緩慢的信號和直流分量變化的信號，且適宜于優點：可放大變化緩慢的信號和直流分量變化的信號，且適宜于集成。集成。缺點：各級靜態工作點互相影響，且存在無輸入信號的情況下，缺點：各級靜態工作點互相影響，且存在無輸入信號的情況下，輸出電壓出現緩慢、不規則波動的輸出電壓出現緩慢、不規則波動的零點漂移零點漂移的現象。的現象。跳轉到第一頁抑制零點漂移的最有效且廣泛的方法是輸入級采抑制零點漂移的最有效且廣泛的方法是輸入級采用用差動放大電路差動放大電路 差動放大電路差動放大電路電路輸入電壓為電路輸入電壓為電路輸出電壓為電路輸出電壓為12iiiuuu12ooouuu信號輸入時有以下三種信號輸入時有以下三種共

35、模輸入。兩個輸入信號的大小相等、共模輸入。兩個輸入信號的大小相等、極性相同。在共模輸入信號作用下，電路極性相同。在共模輸入信號作用下，電路的輸出電壓的輸出電壓u uo o為為0 0，共模電壓放大倍數，共模電壓放大倍數AcAc為為0 0。差模輸入。兩個輸入信號的大小相等、差模輸入。兩個輸入信號的大小相等、極性相反。即極性相反。即在共模輸入信號作用下，電路的輸出電壓在共模輸入信號作用下，電路的輸出電壓 差模電壓放大倍數差模電壓放大倍數 。idi2i121uuuo1o2uud1dAA 跳轉到第一頁比較輸入。兩個輸入信號大小不等、極性可相同或相反比較輸入。兩個輸入信號大小不等、極性可相同或相反，可分解

36、為共模信號和差模信號的組合，即，可分解為共模信號和差模信號的組合，即idici2idici1uuuuuu則則)(21i2i1icuuu)(21i2i1iduuuiddicco2iddicco1uAuAuuAuAu)(2i2i1diddo2o1ouuAuAuuu共模抑制比是衡量差動放大電路放大差模信號和抑制共模信號的能力的重共模抑制比是衡量差動放大電路放大差模信號和抑制共模信號的能力的重要指標，定義為要指標，定義為AdAd與與AcAc之比的絕對值，即：之比的絕對值，即：cdCMRAAKcdCMRlg20AAK跳轉到第一頁電路優點：可以實現阻抗變換電路優點：可以實現阻抗變換 電路缺點：它的各級放大

37、電路的靜態工作點相互獨立不能放大電路缺點：它的各級放大電路的靜態工作點相互獨立不能放大變化緩慢的信號，且非常笨重，不能集成化。變化緩慢的信號，且非常笨重，不能集成化。C1C2 R2 R3R1VT1C4 R5 R6 R4 RLU CCVT2uiC跳轉到第一頁1.1.反饋的基本概念：反饋的基本概念：將放大電路輸出信號（電壓或電流）將放大電路輸出信號（電壓或電流）的一部分或全部，通過一定的電路形式（反饋網絡）送的一部分或全部，通過一定的電路形式（反饋網絡）送回到輸入回路，從而影響輸入信號的過程。回到輸入回路，從而影響輸入信號的過程。引入反饋后的放大電路稱為反饋放大電路。引入反饋后的放大電路稱為反饋放

38、大電路。正反饋：引入的反饋信號能使輸入信號增強，從而使放正反饋：引入的反饋信號能使輸入信號增強，從而使放大倍數增大。大倍數增大。負反饋：引入的反饋信號能使輸入信號削弱，從而使放負反饋：引入的反饋信號能使輸入信號削弱，從而使放大倍數降低。大倍數降低。跳轉到第一頁放大倍數（閉環放大倍數）為：放大倍數（閉環放大倍數）為：式中式中 是基本放大電路的放大倍數（開環放大是基本放大電路的放大倍數（開環放大倍數），倍數）， 是反饋網絡的反饋系數。是反饋網絡的反饋系數。F F基本放大電路基本放大電路反饋網絡反饋網絡A AX Xi iX Xf fX Xi iX Xo oAFAxxA1iofdoxxA ofxxF跳

39、轉到第一頁根據輸出端反根據輸出端反饋對象不同分饋對象不同分反饋采樣對象是輸出電流反饋采樣對象是輸出電流根據輸入端采根據輸入端采樣對象不同分樣對象不同分反饋信號以電壓形式出現在輸入端反饋信號以電壓形式出現在輸入端反饋信號以電流形式出現在輸入端反饋信號以電流形式出現在輸入端并聯反饋并聯反饋串聯反饋串聯反饋 電壓反饋電壓反饋電流反饋電流反饋反饋采樣對象是輸出電壓反饋采樣對象是輸出電壓跳轉到第一頁判斷反饋類型的步驟：判斷反饋類型的步驟：（1）找出反饋元件（或反饋電路），即確定在放大電路）找出反饋元件（或反饋電路），即確定在放大電路輸出和輸入回路間起聯系作用的元件。輸出和輸入回路間起聯系作用的元件。（2

40、）由）由輸出端與反饋支路的連接輸出端與反饋支路的連接判斷電路中的反饋是電判斷電路中的反饋是電壓反饋還是電流反饋：同一個節點為電壓反饋，不同壓反饋還是電流反饋：同一個節點為電壓反饋，不同節點為電流反饋。節點為電流反饋。（3）由）由輸入端與反饋支路的連接輸入端與反饋支路的連接判斷電路的反饋是并聯判斷電路的反饋是并聯反饋還是串聯反饋：同一個節點為并聯反饋，不同節反饋還是串聯反饋：同一個節點為并聯反饋，不同節點為串聯反饋。點為串聯反饋。（4）利用瞬時極性法判斷是正反饋還是負反饋：反饋信）利用瞬時極性法判斷是正反饋還是負反饋：反饋信號消弱輸入信號屬負反饋；反之則屬正反饋。號消弱輸入信號屬負反饋；反之則屬

41、正反饋。跳轉到第一頁反饋的極性反饋的極性負反饋負反饋正反饋正反饋iiiBif反饋元件反饋元件負反饋負反饋 RCVT1 REU CCVT2uSuoVT1C1C2 RSui Rf跳轉到第一頁判斷反饋類型判斷反饋類型反饋元件反饋元件 RC1VT1 REU CCVT2uoVT1ui Rf RC2iiiBif跳轉到第一頁減小放大倍數。減小放大倍數。穩定放大倍數。穩定放大倍數。減小非線性失真。減小非線性失真。展寬通頻帶。展寬通頻帶。改變輸入電阻和輸出電阻。改變輸入電阻和輸出電阻。對輸入電阻的影響：串聯負反饋使輸入電阻增大，并聯負反對輸入電阻的影響：串聯負反饋使輸入電阻增大，并聯負反饋使輸入電阻減小。饋使輸

42、入電阻減小。對輸出電阻的影響：電壓負反饋使輸出電阻減小，電流負反對輸出電阻的影響：電壓負反饋使輸出電阻減小，電流負反饋使輸出電阻增大。饋使輸出電阻增大。 跳轉到第一頁負負反反饋饋電壓串聯負反饋電壓串聯負反饋電壓并聯負反饋電壓并聯負反饋電流串聯負反饋電流串聯負反饋電流并聯負反饋電流并聯負反饋跳轉到第一頁跳轉到第一頁6.3.2 運算放大器的應用運算放大器的應用6.3.1 運算放大器的基本運算電路運算放大器的基本運算電路跳轉到第一頁 1.集成運算放大器集成運算放大器 集成運算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級直接耦集成運算放大器是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級直接耦合

43、放大電路，它的類型很多，電路也不一樣，但結構具有共同之處，一般由合放大電路，它的類型很多，電路也不一樣，但結構具有共同之處，一般由四部分組成。四部分組成。（1）集成運算放大器的特點）集成運算放大器的特點 1）內部電路采用直接耦合，沒有電感和電容，需要時可外接。）內部電路采用直接耦合，沒有電感和電容，需要時可外接。 2）用于差動放大電路的對管在同一芯片上制成，對稱性好，溫度漂移小。）用于差動放大電路的對管在同一芯片上制成，對稱性好，溫度漂移小。 3）大電阻用晶體管恒流源代替，動態電阻大，靜態壓降小。）大電阻用晶體管恒流源代替，動態電阻大，靜態壓降小。 4）二極管由晶體管構成，把發射極、基極、集電

44、極三者適當組配使用。）二極管由晶體管構成，把發射極、基極、集電極三者適當組配使用。跳轉到第一頁（2 2）集成運算放大器的組成）集成運算放大器的組成輸入級：是雙端輸入、單端輸出的差動放大電路，兩個輸入端分別為同相輸入級：是雙端輸入、單端輸出的差動放大電路，兩個輸入端分別為同相輸入端和反相輸入端，作用是減小零點漂移、提高輸入電阻。輸入端和反相輸入端，作用是減小零點漂移、提高輸入電阻。中間級：是帶有源負載的共發射極放大電路，作用是進行電壓放大。中間級：是帶有源負載的共發射極放大電路，作用是進行電壓放大。輸出級：是互補對稱射極輸出電路，作用是為了提高電路的帶負載能力。輸出級：是互補對稱射極輸出電路，作

45、用是為了提高電路的帶負載能力。偏置電路：由各種恒流源電路構成，作用是決定各級的靜態工作點。偏置電路：由各種恒流源電路構成，作用是決定各級的靜態工作點。跳轉到第一頁集成電路的幾種外形集成電路的幾種外形跳轉到第一頁（3）集成運放的理想模型）集成運放的理想模型 集成運放的主要參數有：差模開環電壓放大倍數集成運放的主要參數有：差模開環電壓放大倍數Ado，共模開環，共模開環電壓放大倍數電壓放大倍數Aco，共模抑制比，共模抑制比KCMR，差模輸入電阻，差模輸入電阻rid，輸入失調，輸入失調電壓電壓Uio，失調電壓溫度系數，失調電壓溫度系數 Uio/T，轉換速率，轉換速率SR等。等。在分析計算集成運放的應用

46、電路時，通常將運放的各項參數都理想在分析計算集成運放的應用電路時，通常將運放的各項參數都理想化。集成運放的理想參數主要有：化。集成運放的理想參數主要有：開環電壓放大倍數開環電壓放大倍數差模輸入電阻差模輸入電阻輸出電阻輸出電阻共模抑制比共模抑制比理想運放的符號理想運放的符號理想運放的電壓傳輸特性理想運放的電壓傳輸特性 doAidr0orCMRK - +實 際 特 性理 想 特 性uou+ u UO MUO M0uouu+)(doidoouuAuAu跳轉到第一頁1）運放兩輸入端的電位近似相等，稱為）運放兩輸入端的電位近似相等，稱為 “虛短虛短”，即，即 在線性區在線性區uo有限，但有限，但Aud

47、2）運放的輸入電流等于零，稱為）運放的輸入電流等于零，稱為“虛斷虛斷”。即。即 uu0udoidAuuuu0ii跳轉到第一頁 （ 式中負號表示輸出電壓與式中負號表示輸出電壓與輸入電壓的相位相反輸入電壓的相位相反1F2/RRR 2 2、基本運算放大電路、基本運算放大電路_+ RFR1R2uiuoiiif+_+_i-當當Rf= R1時時 uo =- ui ，稱此時的反相比例器為反相器。，稱此時的反相比例器為反相器。輸入輸入電阻電阻反饋反饋電阻電阻平衡平衡電阻電阻跳轉到第一頁 （ 可見同相比例運算電路的電壓放大倍數可見同相比例運算電路的電壓放大倍數，而且，而且。_+ RFR1R2uiiiif+_+_跳轉到第一頁）（2i21i1fi22fi11fo-R)(RuRuuRRuRRuR1=R2=RF 時，則：時，則：)(2ii10uuu跳轉到第一頁uRRu)1 (1fOI242342I143243/uRRRRRuRRRRRu432RRR12oIIuuu若若 ，則則1f2RR跳轉到第一頁跳轉到第一頁