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1、电子线路,1,绪论,1 电子线路：研究半导体器件的性能及其组成的 电路（主要是集成电路）与应用的 学科。 2 本课程内容 1）讲述半导体器件工作原理，特性曲线，性能 参数，引出半导体器件的模型。 2）分析由三极管，场效应管构成的放大电路， 强调基本概念，工作原理，分析方法。,2,3）在集成运放基本单元电路和主要性能参数的 基础上，强调集成运放的应用。 4）分析负反馈放大器，强调反馈的基本概念与 深度负反馈放大器性能指标的估算。 5）介绍谐振放大器3，强调其阻抗变换和选频作 用。 3 基本要求 1）掌握本课程内容，完成每章指定习题。 2）掌握电路分析与设计软件 333 定的实验。,3,4 参考书
2、 1）Stanley G. Burns Paul R.Bond著，董平译 电子电路原理 机械工业出版社，2001 2）傅丰林等编 电子线路基础西安电子科技大学 出版社，2001 3）张肃文编低频电子线路高等教育出版社 4）彭华林等编 虚拟电子实验平台应用技术湖南 科学出版社 5）解月珍等编 电子电路计算机辅助分析与设计 北京邮电大学出版社 2001 考核及计分比例 平时15% ，实验10% ， 期中15% ，期末60%。,4,第1章 晶体二极管,5,*1 晶体二极管:由PN结构成的电子器件. *2 晶体二极管的主要特性:单向导电性. *3 晶体二极管结构.符号,6,1.1 半导体的基础知识,一
3、、半导体特性 *1 导体. 108cm 半导体 10-3cm 108cm *2 半导体的独特性质 1）掺杂性: 受掺杂影响大 2）热敏性：随温度上升而下降 3）光敏性：随光照的增强而下降,7,*3 导电性有差异的根本原因:物质内部原子结构.,8,1 本征半导体 1) 本征半导体 2) 共价键,9,3) 本征半导体的导电性 本征激发.载流子 空穴 本征半导体两种载流子:自由电子.空穴 电子-空穴对 复合,10,2 、杂质半导体 * 杂质半导体 1)N型半导体 多子-电子, 少子-空穴 np 施主杂质 热平衡条件：np=ni2 电中性条件：n=Nd+p,11,2）P型半导体 多子-空穴, 少子-电
4、子， pn 受主杂质 热平衡条件：np=ni2 电中性条件：p=Na+n,12,一、 PN结的基本原理 1.PN结 1）PN结中载流子的运动空间电荷区,1.2 PN结,13,*1 漂移电流 *2 扩散电流 *3动态平衡：,14,二.PN结的单向导电性 1、正向特性,15,2、反向特性,16,3、伏安特性 Is：反向饱和电流； VT：热电压。常温（300k）下， VT=26mV。 4、温度特性,17,5、击穿特性 雪崩击穿 齐纳击穿,18,1.3 晶体二极管,一、符号及特性曲线 1 、符号,19,2.特性曲线,20,二.二极管模型 1.简化电路模型,D,+,-,VD(on),RD,21,2、小信
5、号电路模型,rs,rd,22,三.晶体二极管电路分析方法 1.图解法,23,2.简化分析法 采用简化电路模型,24,3.小信号分析法（|V|5.2mV）,25,例：电路如图： 1）利用硅二极管恒压模型求电路的ID和uo=Uo=？ 2）在室温（300K）的情况下，利用二极管小信 号模型求uo的变化范围。,26,解：1） 2）,27,例：在图(a)所示电路中，试画出VO随VI变化的 传输特性。 解：,28,1.4 晶体二极管的应用,利用晶体二极管的单向导电性和反向击穿特性 构成整流，稳压，限幅电路 单相小功率直流电源,29,1）整流电路,30,2）稳压电路 稳压原理 IzminIzIzmax 稳压
6、电路,31,3）限幅电路,32,*,33,本章小结 1 晶体二极管特性. 2 晶体二极管分析方法. 3 晶体二极管的应用-整流.稳压.限幅.,34,第2章 晶体三极管,35,*1.晶体三极管的结构及符号,36,（1）.晶体三极管组成 ： 两个结，三个区，三个极 （2） 晶体三极管内部结构： 发射区进行高掺杂，多子浓度很高。 基区做得很薄，掺杂少，多子浓度很低。 集电结面积大于发射结面积,37,*2.晶体三极管的工作模式： 放大：发射结正偏，集电结反偏 饱和：发射结正偏，集电结正偏 截止：发射结反偏，集电结反偏 * 晶体三极管的主要特性与工作模式有关,38,2.1 放大状态下晶体三极管的工作原理
7、 1. 内部载流子运动：满足内部和外部条件下，内部载流子运动有三个过程 1）发射：IE=IEN+IEP 发射区多子电子通过阻挡层形成 IEN 基区多子空穴通过阻挡层形成 IEP IE=IEN+IEPIEN IEN ：发射区电子基区 IEP ：基区空穴发射区:全部被发射区电 子复合掉,39,R2,+ _,+ _,R1,IB, ,N+,P,ICN2, ,ICP,N,IEP,ICN1,IEN,IC,IE,IC=ICP+ICN2+ICN1 = ICN1+ICBO = ICN+ICBO,IE= IEN= ICN+IBN = IC+IB,IE=IEN+IEP IEN (IENIEP),IBN,40,2)
8、复合和扩散：发射区电子基区 少数与空穴复合IBP 大多数在基区中继续扩散到达靠近集电 结的一侧ICN1 3) 收集： 集电结反偏阻止集电区多子电子向基区 有利于基区扩散过来的电子收集到集电区 而形成ICN(ICN1) 少子漂移电流 ICBO (=ICP+ICN2),41,2) 静态直流电流 IE=IEN+IEP IEN (IENIEP) IC=ICP+ICN2+ICN1= ICN1+ICBO = ICN+ICBO ICBO =ICP+ICN2 为反向饱和电流 IE= IEN= ICN+IBP = IC+IB * VBE增加， IB增加，IC增加 |VBC|增加， IB略减小基区宽度调制效应（集
9、电结电压调制效） IC主要受VBE控制,42,2 电流传输方程 1) 共基直流电流放大系数,43,2) 共射直流电流放大系数,44,3) 共射电流放大系数 4) 共基电流放大系数,45,3 一般模型 1) 指数模型 2) 简化电路模型,C,B,E,+,-,+,-,E,B,C,VBE(on),-,+ -,IB,IB,IC,46,2.2 晶体三极管的其他工作模式 1 饱和模式 ：B-E加正偏，B-C加正偏 1）内部载流子传输过程 VBE0 VBC=0 IF IF 发射极 集电极正向传输 VBE0 VBC0 I IR 集电极发射极反向传输,47,+ _,IC,IB,N+,P,N,IF,IF,RIR,
10、IR,IE,-,+,R1,R2,饱和模式NPN管中的载流子传输,48,*1 IC IE同时受两个结正偏控制 *2 VBCIR IC ， IE *3 正，反向传输的载流子在基区均有复合，且增加了IR中的空穴电流成分 即 IR IR IB ,49,2） 简化电路模型 （硅） VBES=0.7V VBCS=0.4V VCES=0.3V 饱和条件 IBIBS VCES0.3V （ VCE= VCB -VEB= VEB -VBC）,+,-,+ -,VBES,VCES,C,B,E,50,2 截止模式 1）截止条件 B-E反偏，B-C反偏 IE0 IB0 IC0 2）电路模型,B,C,E,51,2.4 晶体
11、三极管的特性曲线,一.输入特性曲线族,52,二.输出特性曲线族,53,*1 考虑基区宽度调制效应,54,*2 极限参数 1.反向击穿电压V(BR)CEO 2.集电极最大容许电流ICM 3.集电极最大容许功耗PCM *3 温度对晶体管参数的影响 ICBO： VBE(ON)： ：,55,2.5 晶体三极管的小信号电路模型,三极管各极电压，电流均为直流量上叠加增量（或交流量） 即 一般电路模型,+,-,+,-,B,vBE,B,C,vCE,56,2.5.1 小信号电路模型,1 数学分析 *1 共射接法 *2 用幂级数在Q点上对交流量展开,57,58,*3 未计及宽度调制效应,59,2 简化小信号电路模
12、型 （1）共射 (2) 共射 （3）共基,+,+,gmvbe,vbe,b,c,-,-,vce,rbe,rbe,b,b,e,c,e,b,c,b,rbe,60,3 参数计算,61,又,62,* 考虑 vce( 引入gce gbc）,63,+,+,vbe,b,c,-,-,vce,rbe,b,64,4 混合型电路模型（考虑基区串联电阻rbb vbe vbe rbe=rbb+rbe= rbb+(1+)re,+,+,vbe,b,c,-,-,vce,rbe,b,rce,cbe,cbc,rbb,b,b,c,e,+,+,vbe,b,c,-,-,vce,rbe,=b,rce,cbe,cbc,rbb,b,b,c,e
13、,Vbe,+,-,gmvbe,65,2.6 晶体三极管电路分析方法,1 图解分析法 1）直流分析 直流电源供电，电容开路，电感 短路 输入回路,+,-,-,+,-,VB,RB,RC,B,E,C,+,-,VBE,+,-,VCE,VCC,VBE,IB,VCE,IC,Q,Q,VCEQ,VBEQ,IBQ,ICQ,A,B,C,D,IB=IBQ,66,输出回路,+,-,-,+,-,VB,RB,RC,B,E,C,+,-,VBE,+,-,VCE,VCC,VBE,IB,VCE,IC,Q,Q,VCEQ,VBEQ,IBQ,ICQ,A,B,C,D,IB=IBQ,67,2）交流分析,+,-,-,+,-,VB,RB,RC
14、,B,E,C,+,-,vBE,+,-,vCE,VCC,vBE,B,Q,VBEQ,IBQ,A,B,v,v,vbe,vBE,t,t,B,c,68,在输入特性曲线上作输出负载线 AB 过轴vCE 上点 VBB+Vm ，VBB-Vm作输入负载线 的平行 线两条 在输出特性曲线上作输出负载线 CD 对应 B得出vCE .C,C,Q,VCEQ,ICQ,C,D,IB=IBQ,C,vCE,vCE,t,t,69,3） 小结（观察波形） *1 当 时放大电路中三极管的 均围绕各自的静态值（Q点）基本上按正旋规律变化交直流并存状态。 *2 输入电压微小变化，输出电压得到较大的变化电压放大作用。电压放大倍数为 *3
15、倒相作用,70,2 工程近似分析法（简化电路模型） * 确定三极管工作模式，采用相应的电路模型 例1 试求图所示电路中三极管的各极电压和电 流值。已知 =100 解：等效电路,IC,IE,IB,VCC(12V),RB1 100K,RC 3K,RB2 20K,RE 1K,IC,IE,IB,RB1 100K,RB2 20K,Rc 3K,VCC,VB,+,+,-,-,B,B,C,E,71,RE 1K,IC,IE,IB,RB,Rc 3K,VCC,VB,+,+,-,-,B,C,E,RE 1K,RB,VB,+,+,-,-,E,B,C,IB,IE,IB,VCC,Rc 3K,VD(ON),+,-,72,73,例2 : 1) 试求图所示电
