半導體二極管及整流電路特殊二極管及穩(wěn)壓電路雙極型三極管放大電路場效應晶體管半導體器件當前第1頁\共有114頁\編于星期一\4點1半導體的導電特征導體：很容易導電的物體，如金、銀、銅、鐵等。絕緣體：不容易導電或者完全不導電的物體，如塑料、橡膠、陶瓷、玻璃等。半導體：導電性能介于導體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅(Si)、鍺(Ge)、金屬氧化物等。硅和鍺是4價元素，原子的最外層軌道上有4個價電子。物質(zhì)導電性能的差異決定于物質(zhì)內(nèi)部原子結構及原子與原子之間的結合方式。當前第2頁\共有114頁\編于星期一\4點2本征半導體完全純凈的、結構完整的半導體晶體，稱為本征半導體。硅和鍺的晶體結構當前第3頁\共有114頁\編于星期一\4點3

純凈的半導體叫本征半導體。每個原子周圍有四個相鄰的原子，每個原子的一個外層價電子與另一原子的外層價電子組成電子對，原子之間的這種電子對為兩原子共有，稱為共價鍵結構。原子通過共價鍵緊密結合在一起。兩個相鄰原子共用一對電子。

由于溫升、光照等原因，共價鍵的電子容易掙脫鍵的束縛成為自由電子。這是半導體的一個重要特征。1．熱激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴當前第4頁\共有114頁\編于星期一\4點4室溫下，由于熱運動少數(shù)價電子掙脫共價鍵的束縛成為自由電子，同時在共價鍵中留下一個空位，這個空位稱為空穴。失去價電子的原子成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。在電子技術中，將空穴看成帶正電荷的載流子。當前第5頁\共有114頁\編于星期一\4點5硅和鍺的共價鍵結構共價鍵共用電子對

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。+4+4+4+4當前第6頁\共有114頁\編于星期一\4點6+4+4+4+4自由電子空穴束縛電子

在常溫下，由于熱激發(fā)，使一些價電子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）。

本征半導體的導電機理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。當前第7頁\共有114頁\編于星期一\4點7（與自由電子的運動不同）

有了空穴，鄰近共價鍵中的價電子很容易過來填補這個空穴，這樣空穴便轉移到鄰近共價鍵中（這是一種相對運動），新的空穴又會被鄰近的價電子填補。帶負電荷的價電子依次填補空穴的運動，從效果上看，相當于帶正電荷的空穴作相反方向的運動。2．空穴的運動當前第8頁\共有114頁\編于星期一\4點8

本征半導體中有兩種載流子：帶負電荷的自由電子和帶正電荷的空穴，這是半導體與導體在導電原理上的本質(zhì)區(qū)別。熱激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和空穴是成對出現(xiàn)的，電子和空穴又可能重新結合而成對消失，稱為復合。在一定溫度下自由電子和空穴維持一定的濃度，達到動態(tài)平衡。3.在純凈半導體中摻入某些微量雜質(zhì)，其導電能力將大大增強當前第9頁\共有114頁\編于星期一\4點9在純凈半導體硅或鍺（4價）中摻入磷、砷等5價元素，由于這類元素的原子最外層有5個價電子，故在構成的共價鍵結構中，由于存在一個多余的價電子而產(chǎn)生大量自由電子，這種半導體主要靠自由電子導電，稱為電子半導體或N型半導體，其中自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。（1）N型半導體自由電子

多數(shù)載流子（簡稱多子）空穴少數(shù)載流子（簡稱少子）當前第10頁\共有114頁\編于星期一\4點10N型半導體

摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠大于空穴濃度。

自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），

空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。+4+4+4+4+5多余電子磷原子摻入五價元素在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€電子變?yōu)檎x子當前第11頁\共有114頁\編于星期一\4點11（2）P型半導體

在純凈半導體硅或鍺（4價）中摻入硼、鋁等3價元素，由于這類元素的原子最外層只有3個價電子，故在構成的共價鍵結構中，由于缺少價電子而形成大量空穴，這類摻雜后的半導體其導電作用主要靠空穴運動，稱為空穴半導體或P型半導體，其中空穴為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的自由電子是少數(shù)載流子。自由電子

多數(shù)載流子（簡稱多子）空穴少數(shù)載流子（簡稱少子）當前第12頁\共有114頁\編于星期一\4點12P型半導體

摻雜濃度遠大于本征半導體中載流子濃度，所以，空穴濃度遠大于自由電子濃度。

空穴稱為多數(shù)載流子（多子），

自由電子稱為少數(shù)載流子（少子）。+4+4+4+4+3硼原子空穴摻入三價元素接受一個電子變?yōu)樨撾x子當前第13頁\共有114頁\編于星期一\4點13半導體的特性：

(可制成溫度敏感元件，如熱敏電阻)摻雜性：往純凈的半導體中摻入某些雜質(zhì)，使其導電能力明顯改變。光敏性：當受到光照時，其導電能力明顯變化。(可制成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管、光電池等)。熱敏性：當環(huán)境溫度升高時，導電能力明顯増強。當前第14頁\共有114頁\編于星期一\4點14無論是P型半導體還是N型半導體都是中性的，通常對外不顯電性。摻入的雜質(zhì)元素的濃度越高，多數(shù)載流子的數(shù)量越多。只有將兩種雜質(zhì)半導體做成PN結后才能成為半導體器件。當前第15頁\共有114頁\編于星期一\4點15半導體中載流子有擴散運動和漂移運動兩種運動方式。載流子在電場作用下的定向運動稱為漂移運動。在半導體中，如果載流子濃度分布不均勻，因為濃度差，載流子將會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運動，這種運動稱為擴散運動。將一塊半導體的一側摻雜成P型半導體，另一側摻雜成N型半導體，在兩種半導體的交界面處將形成一個特殊的薄層→

PN結。PN結及其單向導電性當前第16頁\共有114頁\編于星期一\4點16

多子擴散

形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場

少子漂移促使阻止

擴散與漂移達到動態(tài)平衡形成一定寬度的PN結當前第17頁\共有114頁\編于星期一\4點17①外加正向電壓（也叫正向偏置）外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場削弱，擴散運動大大超過漂移運動，N區(qū)電子不斷擴散到P區(qū)，P區(qū)空穴不斷擴散到N區(qū)，形成較大的正向電流，這時稱PN結處于低阻導通狀態(tài)。PN結的單向導電性當前第18頁\共有114頁\編于星期一\4點18②外加反向電壓（也叫反向偏置）外加電場與內(nèi)電場方向相同，增強了內(nèi)電場，多子擴散難以進行，少子在電場作用下形成反向電流，因為是少子漂移運動產(chǎn)生的，反向電流很小，這時稱PN結處于高阻截止狀態(tài)。當前第19頁\共有114頁\編于星期一\4點19

一個PN結加上相應的電極引線并用管殼封裝起來，就構成了半導體二極管，簡稱二極管。符號用VD表示。半導體二極管按其結構不同可分為點接觸型和面接觸型兩類。

點接觸型二極管PN結面積很小，結電容很小，多用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開關元件。

面接觸型二極管PN結面積大，結電容也小，允許通過電流大，多用在低頻整流、檢波等電路中。半導體二極管當前第20頁\共有114頁\編于星期一\4點20二極管的結構示意圖VD當前第21頁\共有114頁\編于星期一\4點21（1）正向特性（導通）外加正向電壓小于開啟電壓（閾值電壓）時，外電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴散的阻力，PN結處于截止狀態(tài)。正向電壓大于閾值電壓后，正向電流隨著正向電壓增大迅速上升。通常閾值電壓硅管約為0.5V，導通時電壓0.6V；鍺管閾值電壓約為0.2V，導通時電壓0.3V。正向特性曲線近似指數(shù)曲線。外加反向電壓時，PN結處于截止狀態(tài)。1、溫升使反向電流增加很快；2、反向電流

很小且穩(wěn)定。

（2）反向特性（截止）半導體二極管的伏安特性（3）反向擊穿反向電壓大于擊穿電壓（UBR）時，反向電流急劇增加。原因為電擊穿。1、強外電場破壞鍵結構；2、獲得大能量的載流子碰撞原子產(chǎn)生新的電子空穴對。如無限流措施，會造成熱擊穿而損壞。當前第22頁\共有114頁\編于星期一\4點22（1）最大整流電流IFM：指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。（2）反向擊穿電壓UBR：指管子反向擊穿時的電壓值。（3）最大反向工作電壓URM：二極管運行時允許承受的最大反向電壓（約為UBR的一半）。（4）最大反向電流IRM：指管子未擊穿時的反向電流，其值越小，則管子的單向導電性越好。（5）最高工作頻率fm：主要取決于PN結結電容的大小。理想二極管：正向導通時為短路特性，正向電阻為零，正向壓降忽略不計；反向截止時為開路特性，反向電阻為無窮大，反向漏電流忽略不計。半導體二極管的主要參數(shù)當前第23頁\共有114頁\編于星期一\4點23整流電路直流穩(wěn)壓電源的組成：當前第24頁\共有114頁\編于星期一\4點24二極管應用范圍很廣，主要是利用二極管的單相導電性，可用于整流、檢波、開關元件等。一些特殊工藝制造的二極管還有更多更好的作用。利用具有單向導電性能的整流元件如二極管等，將交流電轉換成單向脈動直流電的電路稱為整流電路。整流電路按輸入電源相數(shù)可分為單相整流電路和三相整流電路，按輸出波形又可分為半波整流電路和全波整流電路。目前廣泛使用的是橋式（全波）整流電路。當前第25頁\共有114頁\編于星期一\4點25單相半波整流電路優(yōu)點：電路結構簡單。缺點：輸出電壓脈動系數(shù)大用途：可以用脈動電流的地方，如電鍍、蓄電池充電等。當前第26頁\共有114頁\編于星期一\4點26當u為正半周時，二極管VD承受正向電壓而導通，此時有電流流過負載，并且和二極管上的電流相等，即io=id。忽略二極管的電壓降，則負載兩端的輸出電壓等于變壓器副邊電壓，即uo=u，輸出電壓uo的波形幅度與u相同。當前第27頁\共有114頁\編于星期一\4點27當u為負半周時，二極管VD承受反向電壓而截止。此時負載上無電流流過，輸出電壓uo=0，變壓器副邊電壓u全部加在二極管VD上，UVD=um。當前第28頁\共有114頁\編于星期一\4點28當前第29頁\共有114頁\編于星期一\4點29當前第30頁\共有114頁\編于星期一\4點30單相橋式整流電路（常用整流電路）可以得到比較平滑的整流電流。當前第31頁\共有114頁\編于星期一\4點31u為正半周時，a點電位高于b點電位，二極管D1、D3承受正向電壓而導通，D2、D4承受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：a→D1→RL→D3→b。當前第32頁\共有114頁\編于星期一\4點32u為負半周時，b點電位高于a點電位，二極管D2、D4承受正向電壓而導通，D1、D3承受反向電壓而截止。此時電流的路徑為：b→D2→RL→D4→a。當前第33頁\共有114頁\編于星期一\4點33當前第34頁\共有114頁\編于星期一\4點34當前第35頁\共有114頁\編于星期一\4點35當前第36頁\共有114頁\編于星期一\4點36當前第37頁\共有114頁\編于星期一\4點37當前第38頁\共有114頁\編于星期一\4點38

穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的半導體二極管，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流增量很大，只引起很小的電壓變化。穩(wěn)壓管的反向擊穿應是可逆的，工作電流能控制在一定范圍內(nèi)。特殊二極管1穩(wěn)壓管（W）當前第39頁\共有114頁\編于星期一\4點39

最簡單的穩(wěn)壓電源采用穩(wěn)壓管來穩(wěn)定電壓。（負極接+）經(jīng)整流和濾波后的直流電壓Udi，再經(jīng)限流電阻R和穩(wěn)壓管VS組成的穩(wěn)壓電路接到負載RL上，穩(wěn)壓管VS與負載RL并聯(lián)。當RL不變時，Udi隨電網(wǎng)電壓變化增大，應是UDO增大，由于穩(wěn)壓管工作在反向擊穿狀態(tài)，其兩端的電壓略有增大，流過的電流增大很多，使限流電阻R上的電流增大，壓降增大，使Udi的電壓增量幾乎都降在限流電阻R上。從而使UDO保持不變。反之亦然。當負載電阻RL變化（減小），則輸出UDO應減小，由于穩(wěn)壓管兩端的電壓略有減小時，流過的電流減小很多，而R上的電流基本不變，負載電流要增大，從而使UDO保持不變。

當前第40頁\共有114頁\編于星期一\4點40IRIRLIVS當前第41頁\共有114頁\編于星期一\4點41穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路的特點輸出電壓不能調(diào)節(jié)，負載電流變化范圍小，穩(wěn)定性，優(yōu)點是電路簡單，輸出電壓固定。穩(wěn)壓管的選擇一般情況下，選穩(wěn)壓管型號依據(jù)：

VZ=VO

IZM=（1.5~3）Iomax輸入電壓的確定為保證足夠的電壓調(diào)整范圍，Ui=(2~3)UZ電路連接穩(wěn)壓狀態(tài)，正極接低電平，負極接高電平；輸出VZ;導通狀態(tài)，正極接高電平，負極接低電平，輸出0.5V。當前第42頁\共有114頁\編于星期一\4點422發(fā)光二極管（LED）當發(fā)光二極管的PN結加上正向電壓時，電子與空穴復合過程以光的形式放出能量。不同材料制成的發(fā)光二極管會發(fā)出不同顏色的光。發(fā)光二極管具有亮度高、清晰度高、電壓低（1.5～3V）、反應快、體積小、可靠性高、壽命長等特點，是一種很有用的半導體器件，常用于信號指示、數(shù)字和字符顯示。當前第43頁\共有114頁\編于星期一\4點433光電二極管（U）光電二極管的又稱為光敏二極管，其工作原理恰好與發(fā)光二極管相反。當光線照射到光電二極管的PN結時，能激發(fā)更多的電子，使之產(chǎn)生更多的電子空穴對，從而提高了少數(shù)載流子的濃度。在PN結兩端加反向電壓時反向電流會增加，所產(chǎn)生反向電流的大小與光的照度成正比，所以光電二極管正常工作時所加的電壓為反向電壓。為使光線能照射到PN結上，在光電二極管的管殼上設有一個小的通光窗口。當前第44頁\共有114頁\編于星期一\4點44雙極型三極管(TTL)半導體三極管是由兩個背靠背的PN結構成的。重要特性是具有電流放大作用和開關作用，常見的有平面型和合金型兩類。在工作過程中，兩種載流子（電子和空穴）都參與導電，故又稱為雙極型晶體管，簡稱晶體管或三極管。

兩個PN結，把半導體分成三個區(qū)域（三區(qū)二結）。這三個區(qū)域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，雙極型三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。當前第45頁\共有114頁\編于星期一\4點45NPN型PNP型箭頭方向表示發(fā)射結加正向電壓時的電流方向當前第46頁\共有114頁\編于星期一\4點46電流分配和電流放大作用（1）產(chǎn)生放大作用的條件（工藝結構特點）

內(nèi)部：a）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度>>基區(qū)>>集電區(qū)，保證足夠多載流子用于發(fā)射。b）基區(qū)很薄且低濃度，減小復合運動。c）集電區(qū)面積大，保證有足夠的收集能力。

外部：發(fā)射結正偏，集電結反偏當前第47頁\共有114頁\編于星期一\4點47

（2）三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程（NPN為例）a）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流iEb）電子在基區(qū)中的繼續(xù)擴散與復合，形成基極電流iBc）集電區(qū)收集擴散過來的電子，形成集電極電流iC（3）電流分配關系：

iE=iC+iB

當前第48頁\共有114頁\編于星期一\4點48

實驗表明IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因而有IC近似等于IE。IB雖然很小，但對IC有控制作用，IC隨IB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，表明基極電流對集電極具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。當前第49頁\共有114頁\編于星期一\4點49三極管的特性曲線（NPN）1．輸入特性曲線與二極管加正向電壓類似當前第50頁\共有114頁\編于星期一\4點502．輸出特性曲線當前第51頁\共有114頁\編于星期一\4點51（2）放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結反向偏置（1）截止區(qū)：發(fā)射結反向偏置，集電結反向偏置

（3）飽和區(qū)：發(fā)射結正向偏置，集電結正向偏置此時

UCE0.3V當前第52頁\共有114頁\編于星期一\4點52三極管的主要參數(shù)1、電流放大系數(shù)β：iC=βiB

有直流和交流之分，在小功率范圍內(nèi)認為相等。（有的用hfe表示）2、極間反向電流iCBO、iCEO：iCEO也叫穿透電流，與ICBO、β及溫度有關。

iCEO=（1+β）iCBO3、極限參數(shù)

（1）集電極最大允許電流ICM：下降到額定值的2/3時所允許的最大集電極電流，電路不能正常工作。（2）反向擊穿電壓U（BR）CEO：基極開路時，集電極、發(fā)射極間的最大允許反向電壓，大了可能燒壞管子。（3）集電極最大允許功耗PCM=ICUCE，決定了管子的溫升極限。在輸出特性曲線上是一條雙曲線，劃定了安全區(qū)。當前第53頁\共有114頁\編于星期一\4點53ICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)由三個極限參數(shù)可畫出三極管的安全工作區(qū)當前第54頁\共有114頁\編于星期一\4點54三極管開關特性

在數(shù)字電路中，三極管作為最基本的開關元件，工作在截止區(qū)和飽和區(qū)。輸入高電平時，管子導通飽和，輸出低電平；輸入低電平時，管子反相截止，輸出高電平。三極管起一個反相器的作用。（構成非門）（一）、飽和導通條件：臨界飽和時UCE=UCESIC=ICSIB=IBS若IB＞IBS≈UCC/βRC

管子一定飽和導通飽和導通時UBE≈0.7vUCE=UCES≤0.3v（硅管）管子如一個合上的開關。（二）、截止條件：UBE≤0.5V（硅管）管子截止。

此時IB≈0IC≈0UCE≈UCC管子如一個打開的開關。當前第55頁\共有114頁\編于星期一\4點55三極管的開關特性uiRB+UCCRCTuouo+UCCRCCE。。+UCC。。RCCEuo飽和導通，截止3V0Vuo0相當于開關斷開相當于開關閉合uoUCC當前第56頁\共有114頁\編于星期一\4點56

三、開關時間

導通與截止的轉換時間稱開關時間。1、開啟時間ton：由截止轉換為飽和的時間。由截止IC=0跳變到IC=0.1Cmax導通的延遲時間td和導通到飽和IC=0.9ICmax的上升時間tr組成。

ton=td+tr2、關閉時間toff：由飽和轉換為截止的時間。由飽和Icmax轉為導通IC=0.9ICmax的存儲時間ts和導通跳變到截止IC=0.1Cmax的下降時間tf組成。

toff=ts+tf三極管的開關時間一般為納秒級，其中存儲時間ts是影響三極管開關速度的關鍵參數(shù)。當前第57頁\共有114頁\編于星期一\4點57三極管開關時間的波形：前一頁后一頁A0.9A0.5A0.1AtptrtfT脈沖幅度A延遲時間td,上升時間tr，開啟時間ton=td+tr脈沖周期T存儲時間ts,下降時間tf，關閉時間toff=ts+tf脈沖寬度tp

當前第58頁\共有114頁\編于星期一\4點58放大電路的靜態(tài)分析

放大電路的組成放大的實質(zhì)：用較小的信號去控制較大的信號。放大器的本質(zhì)是能量控制和轉換。三極管工作在放大區(qū)的條件是發(fā)射結正偏，集電結反偏。當前第59頁\共有114頁\編于星期一\4點59（1）晶體管V放大元件，用基極電流iB控制集電極電流iC。（2）電源UCC和UBB使晶體管的發(fā)射結正偏，集電結反偏，晶體管處在放大狀態(tài)，同時也是放大電路的能量來源，提供電流iB和iC。UCC一般在幾伏到十幾伏之間。（3）偏置電阻RB

用來調(diào)節(jié)基極偏置電流IB，使晶體管有一個合適的工作點，一般為幾十千歐到幾百千歐。（4）集電極負載電阻RC。將集電極電流iC的變化轉換為電壓的變化，以獲得電壓放大，一般為幾千歐。當前第60頁\共有114頁\編于星期一\4點60（5）電容Cl、C2用來傳遞交流信號，起到耦合的作用。同時，又使放大電路和信號源及負載間直流相隔離，起隔直作用。為了減小傳遞信號的電壓損失，Cl、C2應選得足夠大，一般為幾微法至幾十微法，通常采用電解電容器。當前第61頁\共有114頁\編于星期一\4點61共發(fā)射極放大電路的實用電路（固定式偏置電路）當前第62頁\共有114頁\編于星期一\4點62直流通路和交流通路

因電容對交、直流的作用不同。在放大電路中如果電容的容量足夠大，可以認為它對交流分量不起作用，即對交流短路。而對直流可以看成開路。這樣，交直流所走的通路是不同的。直流通路：無信號時電流（直流電流）的通路,用來計算靜態(tài)工作點。電容開路，電感短路。交流通路：有信號時交流分量（變化量）的通路，用來計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動態(tài)參數(shù)。電容，電源（對交流內(nèi)阻很小）看成短路，電感開路。當前第63頁\共有114頁\編于星期一\4點63靜態(tài)：是指無交流信號輸入時，電路中的電流、電壓都處不變（直流）的狀態(tài)，靜態(tài)時三極管各極電流和電壓值稱為靜態(tài)工作點Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。靜態(tài)分析主要是確定放大電路中的靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ。用直流通路進行分析直流通路：耦合電容可視為開路。當前第64頁\共有114頁\編于星期一\4點64IB=40μA的輸出特性曲線由UCE=UCC－ICRC所決定的直流負載線兩者的交點Q就是靜態(tài)工作點過Q點作水平線，在縱軸上的截距即為ICQ過Q點作垂線，在橫軸上的截距即為UCEQ當前第65頁\共有114頁\編于星期一\4點65圖解步驟：（1）用估算法求出基極電流IBQ（如40μA）。（2）根據(jù)IBQ在輸出特性曲線中找到對應的曲線。（3）作直流負載線。根據(jù)集電極電流IC與集、射間電壓UCE的關系式UCE=UCC－ICRC可畫出一條直線，該直線在縱軸上的截距為UCC/RC，在橫軸上的截距為UCC，其斜率為－1/RC，只與集電極負載電阻RC有關，稱為直流負載線。（4）求靜態(tài)工作點Q，并確定UCEQ、ICQ的值。晶體管的ICQ和UCEQ既要滿足IB=40μA的輸出特性曲線，又要滿足直流負載線，因而晶體管必然工作在它們的交點Q，該點就是靜態(tài)工作點。由靜態(tài)工作點Q便可在坐標上查得靜態(tài)值ICQ和UCEQ。圖解法當前第66頁\共有114頁\編于星期一\4點66動態(tài)：是指有交流信號輸入時，電路中的電流、電壓隨輸入信號作相應變化的狀態(tài)。由于動態(tài)時放大電路是在直流電源UCC和交流輸入信號ui共同作用下工作，電路中的電壓uCE=UCEQ-icRc(負號表示uce反向)、電流iB=IBQ+ib和iC=ICQ+ic均包含交、直流兩個分量。放大電路的動態(tài)分析當前第67頁\共有114頁\編于星期一\4點67交流通路：（ui單獨作用下的電路）。由于電容C1、C2足夠大，容抗近似為零（相當于短路），直流電源UCC去掉（相當于短接）。當前第68頁\共有114頁\編于星期一\4點68圖解步驟：（1）根據(jù)靜態(tài)分析方法，求出靜態(tài)工作點Q。（2）根據(jù)ui在輸入特性上求uBE和iB。（3）作交流負載線。（4）由輸出特性曲線和交流負載線求iC和uCE。圖解法當前第69頁\共有114頁\編于星期一\4點69從圖解分析過程，可得出：靜態(tài)工作點Q設置得不合適，會對放大電路的性能造成影響。若Q點偏高，當ib按正弦規(guī)律變化時，Q'進入飽和區(qū)，造成ic和uce的波形與ib（或ui）的波形不一致，輸出電壓uo（即uce）的負半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為飽和失真；若Q點偏低，則Q"進入截止區(qū)，輸出電壓uo的正半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為截止失真。飽和失真和截止失真統(tǒng)稱為非線性失真。當前第70頁\共有114頁\編于星期一\4點70當前第71頁\共有114頁\編于星期一\4點71當前第72頁\共有114頁\編于星期一\4點72

把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效成一個線性電路，就是放大電路的微變等效電路，然后用線性電路的分析方法來分析，這種方法稱為微變等效電路分析法。等效的條件是晶體管在小信號（微變量）情況下工作。這樣就能在靜態(tài)工作點附近的小范圍內(nèi)，用直線段近似地代替晶體管的特性曲線。（1）基本思路微變等效電路法當前第73頁\共有114頁\編于星期一\4點73（2）晶體管微變等效電路輸入特性曲線在Q點附近的微小范圍內(nèi)可以認為是線性的。當uBE有一微小變化ΔUBE時，基極電流變化ΔIB，兩者的比值稱為三極管的動態(tài)輸入電阻，用rbe表示，即：當前第74頁\共有114頁\編于星期一\4點74輸出特性曲線在放大區(qū)域內(nèi)可認為呈水平線，集電極電流的微小變化ΔIC僅與基極電流的微小變化ΔIB有關，而與電壓uCE無關，故集電極和發(fā)射極之間可等效為一個受ib控制的電流源，即：當前第75頁\共有114頁\編于星期一\4點75（3）放大電路微變等效電路當前第76頁\共有114頁\編于星期一\4點76①電壓（電流、功率）放大倍數(shù)式中RL'=RC//RL。當RL=∞（開路）時實際中，常用電壓增益（用對數(shù)表示放大倍數(shù)）來表示它。當前第77頁\共有114頁\編于星期一\4點77②輸入電阻RiRi輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號源吸取電流（輸入電流）的大小。為了減輕信號源的負擔，總希望Ri越大越好。另外，較大的輸入電阻Ri，也可以降低信號源內(nèi)阻Rs的影響，使放大電路獲得較高的輸入電壓。在上式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在幾百歐到幾千歐，一般認為是較低的，并不理想。

放大器對于信號源來說，相當于一個負載，可以用動態(tài)電阻等效，這個動態(tài)電阻就是放大器的輸入電阻Ri。當前第78頁\共有114頁\編于星期一\4點78③輸出電阻RO

對于負載而言，放大器的輸出電阻Ro越小，負載電阻RL的變化對輸出電壓的影響就越小，表明放大器帶負載能力越強，因此總希望Ro越小越好。上式中Ro在幾千歐到幾十千歐，一般認為是較大的，也不理想。

放大器對于下一級電路而言，是個信號源，這個信號源的內(nèi)阻就是放大器的輸出電阻Ro。當前第79頁\共有114頁\編于星期一\4點79當前第80頁\共有114頁\編于星期一\4點80當前第81頁\共有114頁\編于星期一\4點81微變等效電路分析的對象是變化量，不能用來求靜態(tài)工作點或某一時間的電壓、電流總值。但微變參數(shù)又是在Q點的基礎上求得的，計算的結果反映了Q點附近的工作情況。當前第82頁\共有114頁\編于星期一\4點82(4)具有射極電阻的共射放大電路的計算rbeRCRLRE++--當前第83頁\共有114頁\編于星期一\4點83rbeRCRLRE++--當前第84頁\共有114頁\編于星期一\4點84rbeRCRLRE++--

如果忽略三極管的輸出電阻rce，令Ui=0(Ib=0,使βIb=0，受控電流源開路），RL=∝時，得出

放大電路的輸出電阻r0≈Rc共射極放大電路特點：1.放大倍數(shù)高;2.輸入電阻低;3.輸出電阻高.當前第85頁\共有114頁\編于星期一\4點85例：圖示電路（接CE），已知UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=50。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。解：（1）用估算法計算靜態(tài)工作點當前第86頁\共有114頁\編于星期一\4點86（2）求電壓放大倍數(shù)由于Re并接了交流旁路電容Ce，三極管發(fā)射極交流接地，其Au與基本放大電路一樣。（3）求輸入電阻和輸出電阻當前第87頁\共有114頁\編于星期一\4點87共集極放大電路（射極輸出器）

集電極直接接在電源上，對交流信號相當于接地端，成為輸入、輸出回路的公共端。信號從射極輸出。當前第88頁\共有114頁\編于星期一\4點881

靜態(tài)分析當前第89頁\共有114頁\編于星期一\4點89①求電壓放大倍數(shù)2動態(tài)分析（RL’=RL//RE）≈1當前第90頁\共有114頁\編于星期一\4點90②求輸入電阻（通分后即可得到）當前第91頁\共有114頁\編于星期一\4點91③求輸出電阻(Rs、足夠小，RE足夠大，相對忽略）當前第92頁\共有114頁\編于星期一\4點92射極輸出器的特點：①電壓放大倍數(shù)小于1，但約等于1，即電壓跟隨。②輸入電阻較高，對前方電路影響小。③輸出電阻較低,輸出電流大，帶負載能力強。當前第93頁\共有114頁\編于星期一\4點93討論1、將射極輸出器放在電路的首級，可以提高輸入電阻。2、將射極輸出器放在電路的末級，可以降低輸出電阻，提高帶負載能。3、將射極輸出器放在電路的兩級之間，可以起到電路的匹配作用。當前第94頁\共有114頁\編于星期一\4點94例：圖示電路，已知UCC=12V，RB=200kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，RS=100Ω，β=50。試估算靜態(tài)工作點，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。解：（1）用估算法計算靜態(tài)工作點當前第95頁\共有114頁\編于星期一\4點95當前第96頁\共有114頁\編于星期一\4點96場效應三極管場效應管：一種載流子參與導電，利用輸入回路的電場效應來控制輸出回路電流的三極管，又稱單極型三極管。場效應管分類結型場效應管絕緣柵場效應管特點單極型器件(一種載流子導電)；輸入電阻高；工藝簡單、易集成、功耗小、體積小、成本低。

當前第97頁\共有114頁\編于星期一\4點97N溝道P溝道增強型耗盡型N溝道P溝道N溝道P溝道（耗盡型）FET場效應管JFET結型MOSFET絕緣柵型(IGFET)場效應管分類：當前第98頁\共有114頁\編于星期一\4點98DSGN符號結型場效應管JunctionFieldEffectTransistor結構N溝道結型場效應管結構圖N型溝道N型硅棒柵極源極漏極P+P+P型區(qū)耗盡層(PN結)在漏極和源極之間加上一個正向電壓，N型半導體中多數(shù)載流子電子可以導電。導電溝道是N型的，稱N溝道結型場效應管。當前第99頁\共有114頁\編于星期一\4點99P溝道場效應管P溝道結型場效應管結構圖N+N+P型溝道GSDP溝道場效應管是在P型硅棒的兩側做成高摻雜的N型區(qū)(N+)，導電溝道為P型，多數(shù)載流子為空穴。符號GDS當前第100頁\共有114頁\編于星期一\4點100一、結型場效應管工作原理

N溝道結型場效應管用改變UGS大小來控制漏極電流ID的。(VCCS)GDSNN型溝道柵極源極漏極P+P+耗盡層*在柵極和源極之間加反向電壓，耗盡層會變寬，導電溝道寬度減小，使溝道本身的電阻值增大，漏極電流ID減小，反之，漏極ID電流將增加。

*耗盡層的寬度改變主要在溝道區(qū)。當前第101頁\共有114頁\編于星期一\4點1011.當UDS=0時，uGS

對導電溝道的控制作用ID=0GDSN型溝道P+P+

(a)

UGS=0UGS=0時，耗盡層比較窄，導電溝比較寬UGS由零逐漸減小，耗盡層逐漸加寬，導電溝相應變窄。當UGS=UGS（Off)，耗盡層合攏，導電溝被夾斷.ID=0GDSP+P+N型溝道(b)

UGS(off)<UGS<0VGGID=0GDSP+P+

(c)

UGS

＜UGS(off)VGGUGS(off)為夾斷電壓,為負值。UGS(off)也可用UP表示當前第102頁\共有114頁\編于星期一\4點1022.當uGS

為UGS（Off)~0中一固定值時,uDS對漏極電流iD的影響。uGS=0，uGD>UGS（Off)

，iD

較大。GDSP+NiSiDP+P+VDDVGG

uGS<0，uGD>UGS（Off)

，iD更小。GDSNiSiDP+P+VDD注意：當uDS>0時，耗盡層呈現(xiàn)楔形。(a)(b)uGD

＝uGS

－uDS

當前第103頁\共有114頁\編于星期一\4點103GDSP+NiSiDP+P+VDDVGGuGS<0,uGD=UGS(off),,溝道變窄預夾斷uGS<0,uGD<uGS(off),夾斷，iD幾乎不變GDSiSiDP+VDDVGGP+P+(1)

改變uGS，改變了PN結中電場，控制了iD

，故稱場效應管；(2)結型場效應管柵源之間加反向偏置電壓，使PN反偏，柵極基本不取電流，因此，場效應管輸入電阻很高。(c)(d)當前第104頁\共有114頁\編于星期一\4點104絕緣柵型場效應管MOSFETMetal-OxideSemiconductorFieldEffectTransistor由金屬、氧化物和半導體制成。稱為金屬-氧化物-半導體場效應管，或簡稱MOS場效應管。特點：輸入電阻可達1010以上。類型N溝道P溝道增強型耗盡型增強型耗盡型UGS=0時漏源間存在導電溝道稱耗盡型場效應管；UGS=0時漏源間不存在導電溝道稱增強型場效應管。當前第105頁\共有114頁\編于星期一\4點105一、N溝道增強型MOS場效應管結構P型襯底N+N+BGSDSiO2源極S漏極D襯底引線B柵極GN溝道增強型MOS場效應管的結構示意圖SGDB當前第106頁\共有114頁\編于星期一\4點1061.工作原理絕緣柵場效應管利用UGS

來控制“感應電荷”的多少，改變由這些“感應電荷”形成的導電溝道的狀況，以控制漏極電流ID。2.工作原理分析(1)UGS=0漏源之間相當于兩個背靠背的PN結，無論漏源之間加何種極性電壓，總是不導電。SBD當前第107頁\共有114頁\編于星期一\4點107(2)

UDS=0，0<UGS<UGS(th)P型襯底N+N+BGSD柵極金屬層將聚集正電荷，它們排斥P型襯底靠近SiO2

一側的空穴，形成由負離子組成的耗盡層。增大UGS

耗盡層變寬。VGG---------(3)

UDS=0，UGS≥UGS(th)由于吸引了足夠多P型襯底的電子，會在耗盡層和SiO2之間形成可移動的表面電荷層——---N型溝道反型層、N型導電溝道。UGS升高，N溝道變寬。因為UD