模拟电子技术教程

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1、宁波工程学院：余辉晴,模拟电子技术课件,Tel：0574-87081230,Email：,第1章 半导体器件,1.1 半导体基础知识,1.2 半导体二极管,1.3 半导体三极管,1.4 场效应管,1. 本征半导体的结构,1.1 半导体基础知识,1.1.1 本征半导体及杂质半导体,硅和锗是四价元素，它们分别与周围的四个原子的价电子形成共价键。,2. 电子空穴对,1.1 半导体基础知识,1.1.1 本征半导体及杂质半导体,本征半导体因热激发而出现自由电子和空穴，它们是成对出现的。,两种载流子动画演示,3杂质半导体, N型半导体,在本征半导体中掺入五价杂质，则形成N型半导体，电子为多数载流子，空穴为

2、少数载流子，主要依靠电子导电。,1.1 半导体基础知识,3杂质半导体, P型半导体,1.1 半导体基础知识,在本征半导体中掺入三价杂质，则形成P型半导体，空穴为多数载流子，电子为少数载流子，主要依靠空穴导电。,1.1.2 PN结,1PN结的形成 动画演示,当N型半导体和P型半导体结合在一起时，由于交界处两侧载流子存在浓度差，引起扩散，结果在交界面的两侧形成了空间电荷区，空间电荷区产生一个内电场，其方向由N区指向P区，内电场不利于扩散，但有利于漂移，当扩散运动和漂移运动达到动态平衡，就形成了一个稳定的PN结。,1.1 半导体基础知识,2PN结的单向导电特性 动画演示,1.1 半导体基础知识,PN

3、结的单向导电性是指结在正向电压作用下导通，在反向电压作用下截止。, PN结加正向电压, PN结加反向电压,1.2.1 二极管的结构, 面接触型二极管,1.2 半导体二极管,面接触型二极管的PN结面积大，可承受较大的电流，适用于整流电路；但结电容也大，不宜用于高频电路。, 点接触型二极管,点接触型二极管的结面积很小，所以不能通过较大的电流；但结电容很小，所以适于做高频检波和脉冲数字电路里的开关元件。,1.2.2 二极管的伏安特性,1正向特性,1.2 半导体二极管,当正向电压较小时，外电场不足以克服内电场的作用，正向电流几乎为零，二极管截止；当正向电压超过某一数值时，才有明显的正向电流，这时二极管

4、导通。,1.2.1 二极管的电路符号,1.2.2 二极管的伏安特性,2反向特性,当反向电压小于击穿电压时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流称反向饱和电流；当反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加，这时二极管反向击穿。,1.2 半导体二极管,1.2.2 二极管的伏安特性,1.2 半导体二极管,3温度对二极管伏安特性曲线的影响,4晶体二极管电路的分析, 二极管电阻,1.2 半导体二极管,直流电阻,交流电阻,4晶体二极管电路的分析, 二极管的等效电路,1.2 半导体二极管,1.2 半导体二极管,解：,1.2.3 二极管的参数,最大整流电流 ：,二极管长期运行时允许通过的

5、最大正向平均电流。,1.2 半导体二极管,最高反向工作电压 ：,二极管工作时允许外加的最大反向电压。,反向电流 ：,二极管未击穿时的反向电流。,最高工作频率 ：,二极管工作时的上限频率。,1.3.1 三极管的结构,1.3 半导体三极管,三极管具有电流放大作用的内部条件是：, 基区做得很薄，而且掺杂浓度低。, 发射区的掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度。, 集电区比发射区体积大，且掺杂浓度低。,1.3 半导体三极管,1.3.1 三极管的结构,1.3.2 三极管的工作原理,1.3 半导体三极管,三极管具有电流放大作用的外部条件是：,1、发射结加正向电压；,2、集电结加反向电压。,1.3 半导体三极管,1

6、.3.2 三极管的工作原理,以NPN型为例：,动画演示,1.3 半导体三极管,1.3.2 三极管的工作原理,电流分配关系图：,1电流分配关系,2共射极直流电流放大系数,3共基极直流电流放大系数,1.3 半导体三极管,1.3.2 三极管的工作原理,或,4.,1.3.3 三极管的特性曲线,1输入特性曲线,1.3 半导体三极管,2. 输出特性曲线,1.3 半导体三极管,1.3.3 三极管的特性曲线,动画演示,由输出特性曲线可以分为三个区域：, 放大区,1.3 半导体三极管,1.3.3 三极管的特性曲线, 截止区, 饱和区,发射结反偏，发射区不能发射电子，各极电流为零。,发射结正偏，集电结正偏。随 增

7、大而增大。 不成立,1.3.4 三极管的主要参数,1电流放大系数,(共射与共基电流放大系数的关系为),2极间反向电流,3极限参数,1.3 半导体三极管,1.4 场效应管,1.4.1 结型场效应管的结构和工作原理,N沟道场效应管 ，是在一块N型半导体的两侧通过高浓度扩散制造两个重掺杂（ ）型区，形成两个PN结，将两个区接在一起引出一个电极，称为栅极，在N型半导体的两端引出源极（电子发源端）和漏极（电子接收端）。,1. 结构, 栅源电压对沟道的控制,1.4 场效应管,2工作原理,1.4.1 结型场效应管的结构和工作原理,1.4 场效应管, 漏源电压对沟道的控制,2工作原理,1.4.1 结型场效应管

8、的结构和工作原理,1.4.2 结型场效应管的特性曲线和参数,1特性曲线,1.4 场效应管,(a) 输出特性曲线 (b) 转移特性曲线,1.4 场效应管,1.4.2 结型场效应管的特性曲线和参数,2参数, 低频跨导：, 最大漏极功耗,1.4.3 增强型绝缘栅场效应管的结构和工作原理,1N沟道增强型MOS管的结构,1.4 场效应管,2工作原理, 栅源电压的控制作用,1.4 场效应管,1.4.3 增强型绝缘栅场效应管的结构和工作原理,当栅源电压为零时，漏源之间相当两个背靠背的二极管，不存在导电沟道 ；,当栅极电压超过某一临界值后，在靠近栅极下方的P型半导体表层中聚集较多的电子，可以形成N沟道，因其与

9、P型半导体的载流子空穴极性相反，故称为反型层，使沟道刚刚形成的栅源电压的临界值称为开启电压 。,1.4 场效应管,1.4.3 增强型绝缘栅场效应管的结构和工作原理,2工作原理, 漏源电压对漏极电流的控制作用,当漏源电压较小时，沟道呈斜线分布，漏极电流取决于漏源电压；,当漏源电压增大到出现预夹断点后，再增加漏源电压，漏极电流基本不变。,1. 特性曲线,1.4 场效应管,1.4.4 增强型绝缘栅场效应管的特性曲线和参数,2. 参数,增强型场效应管的参数与结型场效应管基本相同，但不用夹断电压而用开启电压表征管子的主要性能。,例1-3电路及输出特性曲线如图所示，当 时，场效应管输出电压的值为多少？。,

10、解：,1.4 场效应管,1.4.5 耗尽型绝缘栅场效应管的工作特点,栅源电压为零时，有导电沟道的管子称为“耗尽型”场效应管。,表1-2 各种场场效应管的特性比较,第2章 基本放大电路,2.1 共发射极放大电路,2.2 放大电路的图解分析法,2.3 微变等效电路分析法,2.4 共集电路和共基电路,2.5 场效应管放大电路,2.6 放大电路的频率响应,2.1 共发射极放大电路,1共射放大电路的组成原则,2.1.1 电路组成和工作原理, 必须使晶体管处于放大状态。, 输入回路应使输入信号能产生交变电流。, 输出回路应使动态电流能够作用于负载电阻。, 保证放大电路能不失真地放大信号。,1.1 一般概念

11、,2.1.1 电路组成和工作原理,2共射放大电路各元件的作用,3基本工作原理,2.1 共发射极放大电路,直流量用大写字母表示,交流量用小写字母表示,交直流共存量用小写字母加大写字母作脚标表示,动画演示,1共射放大电路的组成原则,2.1 共发射极放大电路,2.1.1 电路组成和工作原理, 必须使晶体管处于放大状态。, 输入回路应使输入信号能产生交变电流。, 输出回路应使动态电流能够作用于负载电阻。, 保证放大电路能不失真地放大信号。,4放大电路的两种工作状态,2.1 共发射极放大电路,2.1.1 电路组成和工作原理,静态 当输入信号为零时电路的工作状态,静态时放大电路中只有直流分量。,动态 有输

12、入信号时电路的工作状态,动态时电路中的信号为交、直流混合信号。,5静态分析,2.1 共发射极放大电路,2.1.1 电路组成和工作原理,静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。静态分析主要是利用直流通路确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ。,直流通路画法：,1、电容视为开路,2、电感视为短路,3、信号源视为短路，但保留其内阻,5静态分析,2.1 共发射极放大电路,2.1.1 电路组成和工作原理,硅：UBE 0.6V0.8V 取0.7V,锗：UBE 0.1V0.3V 取0.2V,例2-1 估算如图所示放大电路的静态工作点。,2.1 共发射极放大电路

13、,解:,2.1.1 电路组成和工作原理,，,，,。,2.1.2 工作点稳定的共发射极放大电路,1合理设置静态工作点是实现不失真放大的基础,2.1 共发射极放大电路,静态：将输入端短路，根据电路分析可知IB=0、IC=0、VCE=VCC，三极管处于截止,动态：若vi峰值小于b-e间导通电压，则在信号的整个周期内三极管始终工作在截止状态，此时无输出信号；如vi的幅值足够大，BJT也只可能在信号正半周大于b-e间导通电压的时间间隔内导通， 由以上分析可知输出信号出现严重失真。,2.1.2 工作点稳定的共发射极放大电路,1静态工作点的稳定性问题,2.1 共发射极放大电路, 发射结电压下降, 电流放大倍

14、数增大, 反向饱和电流增加。,随温度上升而增加。,温度升高时:,温度对Q点影响动画演示,2.1 共发射极放大电路,2静态工作点稳定的共射放大器,2.1.2 工作点稳定的共发射极放大电路,动画演示,静态工作点估算：,2.1 共发射极放大电路,2.1.2 工作点稳定的共发射极放大电路,2.2 放大电路的图解分析法,2.2.1 放大电路的静态图解分析, 由输入回路求出, 找出 的输出特性曲线，它与直流负载线的交点即为所求静态工作点。, 由输出回路列出直流伏在线方程，在输出特性曲线中，作出直流负载线，如固定偏流电路：,(4)读出ICQ,UCEQ的值,1画交流通路的原则,2.2 放大电路的图解分析法,2

15、.2.2 放大电路的动态图解分析,(1) 电容为短路,(3) 直流电源作短路处理,动态分析的基础,(2) 电感为开路,1交流通路与交流负载线,交流负载线与直流负载线相交于Q点,(2) 交流负载线斜率为 ：,2放大电路的非线性失真,2.2 放大电路的图解分析法,2.2.2 放大电路的动态图解分析,Q点与波形失真动画演示,例2-2对如图所示电路，用图解法确定静态工作点；作出交流负载线，并估算最大不失真电压幅度Uom 。,2,直流通路,交流通路,2.2 放大电路的图解分析法,解：（1）求静态工作点,通过作直流负载线，得：,作交流负载线：,最大不失真电压：,2.3 微变等效电路分析法,放大电路的主要性

16、能指标,（1）电压放大倍数：输出交流电压与输入交流电压的比值。,（2）输入电阻：外加正弦输入电压与相应的输入电流的之比。,（3）输出电阻：输入信号短路(即 ,但保留RS )，输出端负载开路(RL=)时，输出端外加正弦电压与相应的输出电流之比。,2.3.1 三极管的微变等效电路,2.3 微变等效电路分析法,2.3 微变等效电路分析法,2.3.1 三极管的微变等效电路,2.3 微变等效电路分析法,2.3.1 三极管的微变等效电路,2.3 微变等效电路分析法,2.3.2 放大电路的微变等效电路,微变等效电路,交流通路,动画演示,2.3 微变等效电路分析法,2.3.2 放大电路的微变等效电路,微变等效电路,交流通路,2.3.3 用微变等效电路法分析放大电路,