《模擬電子技術(shù)教案》

模擬電子技術(shù)教案

第一章半導(dǎo)體二極管與其基本應(yīng)用1、掌握半導(dǎo)體二極管的基本概念與基本知識2、掌握半導(dǎo)體二極管的特征和特性3、了解半導(dǎo)體二極管的幾個主要參數(shù)4、掌握半導(dǎo)體二極管的兩個模型與其應(yīng)用5、了解半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用電路與幾種特殊的二極管。6、掌握二極管應(yīng)用電路的測試重點：1、半導(dǎo)體二極管的幾個特征與其它的特性2、半導(dǎo)體二極管的兩個模型與其應(yīng)用,并會測試二極管應(yīng)用電路。8課時1.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識……………2課時1.2二極管的特性與主要參數(shù)……21.3二極管的基本應(yīng)用……………11.4特殊二極管……11.5二極管應(yīng)用電路的測試………1課時復(fù)習(xí)課………………1課時1/135

半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識1、了解本征半導(dǎo)體和雜質(zhì)半導(dǎo)體的基本概念與其形成。2、了解PN結(jié)的形成3、掌握PN結(jié)的兩個特性。重點：PN結(jié)的兩個特性——新授課講授法2課時應(yīng)到人,實到人導(dǎo)入：什么是導(dǎo)體？什么是絕緣體？則介入這兩者之間的是什么呢？這就是我們這章要學(xué)習(xí)的內(nèi)容,半導(dǎo)體二極管與其基本應(yīng)用,我們首先來學(xué)習(xí)一下半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識。自然界中的物質(zhì),按其導(dǎo)電能力可分為三大類：導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。Si鍺GeGaAs,半導(dǎo)體的特點：①熱敏性②光敏性③摻雜性本征半導(dǎo)體1、概念：純凈的單晶半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。其中應(yīng)于制造半導(dǎo)體器件的純硅和鍺都是晶體,它們同屬于四價元素。共價鍵內(nèi)的兩個電子由相鄰的原子各用一個價電子組成,1.1為硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)和共價鍵結(jié)構(gòu)。圖1.1硅和鍺的原子結(jié)構(gòu)和共價鍵結(jié)構(gòu)2/1352、本征激發(fā)和兩種載流子——自由電子和空穴溫度越高,半導(dǎo)體材料中產(chǎn)生的自由電子便越多。束縛電子脫離共價鍵成為自由電子后,在原來的位置留有一個空位,稱此空位為空穴。本征半導(dǎo)體中,自由電子和空穴成對出現(xiàn),數(shù)目相同。圖1.2所示為本征激發(fā)所產(chǎn)生的電子空穴對。圖1.2本征激發(fā)所產(chǎn)生的空穴和自由電子1.3所示,1〕出現(xiàn)以后,中位置2〕可能獲取足夠的能量來填補這個空穴,而在這個束縛電子的位置又出現(xiàn)一個新的空位,3〕又會填補這個新的空位這樣就形成束縛電子填補空穴的運動。為了區(qū)別自由電子的運動,稱此束縛電子填補空穴的運動為空穴運動。圖1.3束縛電子填補空穴的運動3、結(jié)論〔1〕半導(dǎo)體中存在兩種載流子,一種是帶負(fù)電的自由電子,另一種是帶正電的3/135空穴,它們都可以運載電荷形成電流。〔2〕本征半導(dǎo)體中,自由電子和空穴相伴產(chǎn)生,數(shù)目相同?！?〕一定溫度下,本征半導(dǎo)體中電子空穴對的產(chǎn)生與復(fù)合相對平衡,電子空穴對的數(shù)目相對穩(wěn)定。〔4〕溫度升高,激發(fā)的電子空穴對數(shù)目增加,半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力增強。空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體導(dǎo)電區(qū)別導(dǎo)體導(dǎo)電的一個主要特征。雜質(zhì)半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體中加入微量雜質(zhì),可使其導(dǎo)電性能顯著改變。根據(jù)摻入雜質(zhì)的性質(zhì)不同,雜質(zhì)半導(dǎo)體分為兩類：電子型〔N型〕半導(dǎo)體和空穴型〔P半導(dǎo)體。1、N型半導(dǎo)體,摻入微量的五價元素,PAsN型半導(dǎo)體。五價的元素具有五個價電子,,五價的原子取代四價的硅〔或鍺〕原子,在與相鄰的硅〔或鍺〕原子組成共價鍵時,,很容易成為自由電子,于是半導(dǎo)體中自由電子的數(shù)目大量增加。自由電子參與導(dǎo)電移動后,在原來的位置留下一個不能移動的正離子,稱施主離子,其中自由電子為多數(shù)載流子,空穴為少數(shù)載,但與此同時沒有相應(yīng)的空穴產(chǎn)生,1.4圖1.4N型半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)2、P型半導(dǎo)體,摻入微量的三價元素,InP型半導(dǎo)體。,由于缺少一個價電子,,鄰近的束縛電子如果獲取足夠的能量,有可能填補這個空位,,稱為受主,,沒有相應(yīng)的自由電子產(chǎn)生,1.5所示。4/135圖1.5P型半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu)P型半導(dǎo)體中,,P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電。注意：雜質(zhì)離子雖然帶電荷,但不能移動,因此它不是載流子；雜質(zhì)半導(dǎo)體中雖然有一種載流子占多數(shù),但整個半導(dǎo)體仍呈電中性。雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能主要取決于多子濃度,多子濃度主要取決于摻雜濃度。少子濃度與本征激發(fā)有關(guān),因此對溫度敏感,其大小隨溫度的升高而增大。PN結(jié)一、PN結(jié)的形成多數(shù)載流子因濃度上的差異而形成的運動稱為擴散運動,如圖1.6所示。圖1.6P型和N型半導(dǎo)體交界處載流子的擴散由于空穴和自由電子均是帶電的粒子,PN,在交界面的兩側(cè)形成一個不能移動的帶異性電荷的離子層,稱此離子層為空間電荷區(qū),PN結(jié),1.7區(qū),,或者說消耗盡了,因此又稱空間電荷區(qū)為耗盡層。5/135圖1.7PN結(jié)的形成空間電荷區(qū)出現(xiàn)后,因為正負(fù)電荷的作用,NP區(qū)的內(nèi)電,,內(nèi)電場則可PN,漂移運動和擴散運,PN結(jié)的擴散電流等于漂移電流,PN結(jié)中無電流流過,PN結(jié)的寬度保持一定而處于穩(wěn)定狀態(tài)。二、PN結(jié)的單向?qū)щ娦匀绻赑N結(jié)兩端加上不同極性的電壓,PN結(jié)會呈現(xiàn)出不同的導(dǎo)電性能?！?〕PN結(jié)外加正向電壓PNP端接高電位,N端接低電位,PN結(jié)外加正向電壓,PN結(jié)正向偏置,簡稱為正偏,如圖1.8所示。圖1.8PN結(jié)加正向電壓PN結(jié)正偏時,外電場使P區(qū)的多子空穴向PN結(jié)移動,部分負(fù)離子中和；同樣,NPN結(jié)移動,部分正離子中和。因此空間電荷量減少,PN結(jié)變窄,這時內(nèi)電場減弱,將大于漂移運動,多子的擴散電流通過回路形成正向電流。當(dāng)外加正向電壓增加到一定值后,正向電流將顯著增加,此時,PN結(jié)呈現(xiàn)很小的電阻,稱為導(dǎo)通?！?〕PN結(jié)外加反向電壓PNP,N端接高電位,PN結(jié)外加反向電壓,PN結(jié)反向偏置,簡稱為反偏,如圖1.9所示。6/135圖1.9PN結(jié)加反向電壓

PN結(jié)反偏時,PNPN動,,流。此時,PN結(jié)呈現(xiàn)很大的電阻,稱為截止。PN結(jié)的單向?qū)щ娦允侵窹N結(jié)外加正向電壓時處于導(dǎo)通狀態(tài),外加反向電壓時處于截止?fàn)顟B(tài)。三、PN結(jié)的擊穿特性當(dāng)加于PN結(jié)兩端的反向電壓增大到一定值時,PN結(jié)的反向電流將隨反向電壓的增加而急劇增大,這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。PNPN結(jié)中,PN結(jié)的阻擋層寬,PN,,將價電子直接從共價鍵中拉出來產(chǎn)生電子—空穴對,致使反向電流急劇增加,這種擊穿稱為齊納擊穿。6V主要為雪崩擊穿,6V為齊納擊穿。本節(jié)課重點掌握兩個問題,一個是本征半導(dǎo)體的三個特征,PN結(jié)的兩個特PNPNP5二極管的特性與主要參數(shù)1、掌握二極管的結(jié)構(gòu)與其符號2、了解半導(dǎo)體二極管的幾種類型3、了解二極管的伏安特性4、掌握二極管的幾個主要參數(shù)和溫度對二極管特性的影響重點：二極管的結(jié)構(gòu)與符號,二極管的幾個主要參數(shù)新授課講授法2課時應(yīng)到 人,實到 人7/135二極管的結(jié)構(gòu)在PN,P,NVD是二極管的文字符號,箭頭方向表示正向電流的流通方向。圖1.10 二極管的符號半導(dǎo)體二極管同PN結(jié)一樣具有單向?qū)щ娦?。二極管按半導(dǎo)體材料的不同可以分為硅二極管、鍺二極管和砷化鎵二極管等?？煞譃辄c接觸型、面接觸型和平面型二極管三類,如圖1.11所示。圖1.11不同結(jié)構(gòu)的各類二極管PN流和高的反向電壓,由于極間電容很小,型的PN結(jié)面積大,,但極間電容較大,路,主要用于整流電路。二極管的伏安特性UI之間的關(guān)系曲線,管的伏安特性。1〕正向特性二極管外加正向電壓時,電流和電壓的關(guān)系稱為二極管的正向特性。如圖1.12所示,0<U<Uth,0,管子仍截止,此區(qū)域稱為死區(qū),Uth0.1V。8/135圖1.12二極管的伏安特性曲線2〕反向特性二極管外加反向電壓時,電流和電壓的關(guān)系稱為二極管的反向特性。由圖1.12可見,二極管外加反向電壓時,反向電流很小〔I≈-IS〕,而且在相當(dāng)寬的反向電壓范圍內(nèi),反向電流幾乎不變,因此,稱此電流值為二極管的反向飽和電流?！?〕反向擊穿特性從圖1.12可見,當(dāng)反向電壓的值增大到URM

時,反向電壓值稍有增大,反向電流會急劇增大,稱此現(xiàn)象為反向擊穿,URM

為反向擊穿電壓。利用二極管的反向擊穿特性,可以做成穩(wěn)壓二極管,但一般的二極管不允許工作在反向擊穿區(qū)。二極管的溫度特性二極管是對溫度非常敏感的器件。實驗表明,隨溫度升高,二極管的正向壓降會減小,正向伏安特性左移,即二極管的正向壓降具有負(fù)的溫度系數(shù)〔約為-2mV/,,,溫度每升高10℃,1.13圖1.13溫度對二極管特性曲線的影響二極管的主要參數(shù)〔1I

F是指二極管長期連續(xù)工作時,允許通過二極管的最大正F9/135PAGEPAGE12/135

向電流的平均值?！?〕最高反向工作電壓URM允許加在二極管兩端的最大反向電壓,通常規(guī)定為擊穿電壓的一半?！?〕反向飽和電流IR它是指管子沒有擊穿時的反向電流值。其值愈小,說明二極管的單向?qū)щ娦杂??！?〕最高工作頻率f教材分析授課類型教學(xué)方法課時安排組織教學(xué)教學(xué)過程

M指保證二極管單向?qū)щ娮饔玫淖罡吖ぷ黝l率當(dāng)工作頻率超過f 時,二極管的M單向?qū)щ娦阅芫蜁儾?甚至失去單向?qū)щ娦?。本?jié)課重點掌握二極管的伏安特性和它的幾個主要參數(shù)。P8二極管的基本應(yīng)用1、掌握二極管的理想模型和恒壓降模型2、了解二極管的應(yīng)用電路,包括門電路、整流電路和限幅電路3、了解二極管的直流電阻和交流電阻重點二極管的兩個模型,新授課講授法1課時應(yīng)到 人,實到 人在電路分析中,想模型或恒壓降模型來等效,工作在小信號范圍可用小信號模型來等效。一、理想模型二極管正向偏置時導(dǎo)通,電壓降為零；反向偏置時截止,電流為零；反向擊穿電壓為無窮大的理想特性,伏安特性可用下面的方法表示：iDuO D二、恒壓降模型

圖理想二極管模型〔a〕伏安特性曲線〔b〕符號〔c〕等效電路模型iDOUD(on)

+uD -圖二極管恒壓降模型〔a〕特性曲線的折線近似〔b〕等效電路模型當(dāng)考慮二極管導(dǎo)通時正向壓降的影響,二極管特性曲線用兩端直線來逼近,稱為特性曲線折線近似兩端直線在U 處轉(zhuǎn)折,U 為導(dǎo)通電壓二極D(on) D(on)管兩端電壓小于U 時電流為零,大于U 后,二極管導(dǎo)通,管壓降為U ,D(on) D(on) D(on)由此可得二極管的恒壓降模型。通常對于硅管U 取鍺管取0.2V。顯D(on)然這種等效模型更接近于實際二極管的特性。例二極管電路如圖所示,二極管為硅管,R2K,試用二極管的理想模型和恒壓降模型求出V 和V 時回路電流I和輸出電壓U 的值。DD DD 0 0-+++++IVO-O U +IVO-O U

+I

D(on)+UDD-

VD-

-OVD- -O解：將二極管用模型代入,可分別作出等效電路圖?！?〕V DDDDU V ,I DDO DD O

R

2KU VO DD

UD(on)

(2OI UOO

R1.3V2K

0.65mA〔1〕V DDDDU V ,I DDO DD O

R

2K5mAU VO DD

UD(on)

(100.7)V9.3VOI UOO

R9.3V2K

4.65mA說明：VDD越大,UD(on)的影響就越小。如果電壓源遠(yuǎn)大于二極管的管壓降時,可采用理想二極管模型,將UD(on)略去,直接進(jìn)行電路的計算,所得到的結(jié)果與實際值誤差不大,如果是電源電壓較低時,采用恒壓降模型較為合理。例教復(fù)雜的硅二極管電路如圖1.3.4所示,試求電路中電流I,I,I 和輸出電1 2 O壓U 的值。OI I1 OR +L + I2 L V OD-

15V + -VD2 12V解：由于V V ,所以,二極管承受正向偏置電壓而導(dǎo)通,從而使得DD1 DD2U V U (150.7)O DD1 D(on)由此不難求得OI U 4.8mAOO RLU V

3K

14.312I O2

DD2R

1K

2.3mA

I I I (4.82.3)1 O 2二極管應(yīng)用電路舉例數(shù)字電路已講二、整流電路利用二極管的單向?qū)щ娦詫⒔涣麟娮優(yōu)橹绷麟?三、限幅電路在電子電路中,為了限制輸出電壓的幅度,常利用二極管構(gòu)成限幅電路。二極管的直流電阻和交流電阻〔學(xué)生自學(xué)〕,,解二極管的應(yīng)用電路,會分析即可。至于二極管的直流電阻和交流電阻同學(xué)自學(xué)。P24特殊二極管1、了解穩(wěn)壓二極管的特征與主要參數(shù)2、會利用穩(wěn)壓二極管的電路進(jìn)行計算3重點：幾種二極管的電路符號新授課講授法1課時應(yīng)到 人,實到 人二極管種類很多,常用有普通二極管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管、光電二極管和變?nèi)荻O管等。穩(wěn)壓二極管一、穩(wěn)壓二極管的特性與主要參數(shù)穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型硅二極管,正常情況下穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū),由于曲線很陡,反向電流在很大范圍內(nèi)變化時,端電壓變化很小,因而具有穩(wěn)壓作用。圖穩(wěn)壓二極管伏安特性曲線和符號只要反向電流不超過其最大穩(wěn)定電流,就不會形成破壞性的熱擊穿。因此,在電路中應(yīng)與穩(wěn)壓二極管串聯(lián)適當(dāng)阻值的限流電阻。穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)有：〔1〕穩(wěn)定電壓UZ

。它是指當(dāng)穩(wěn)壓管中的電流為規(guī)定值時,穩(wěn)壓管在電路中其兩端產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓值。〔2〕穩(wěn)定電流IZ

。它是指穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時,穩(wěn)壓管中流過的電流,有

Z

Z

之分?！?〕最大耗散功率PZM

和最大工作電流IZM

。是保證管子不被熱擊穿而規(guī)定的極限參數(shù),由管子允許的最高溫度決定,PZM

I U 。ZM Z〔4〕動態(tài)電阻rZ

。動態(tài)電阻是穩(wěn)壓范圍內(nèi)電壓變化量與相應(yīng)的電流變化量之比,即rZ

ZI Z

13/135〔5〕電壓溫度系數(shù)CTV電壓溫度系數(shù)指溫度每增加1度時,穩(wěn)定電壓的相對變化量,即U二、穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路課本例題〔略〕

ZUr Z T

100%三、應(yīng)用穩(wěn)壓管應(yīng)注意的問題①穩(wěn)壓管穩(wěn)壓時,一定要外加反向電壓,UZ時,UZ,穩(wěn)壓二極管相當(dāng)于普通的二極管使用。,,的電流在規(guī)定的范圍之內(nèi)。發(fā)光二極管與光電二極管一、發(fā)光二極管發(fā)光二極管是一種光發(fā)射器件,英文縮寫是LED。此類管子通常由鎵〔GaAsP,管子正向?qū)?當(dāng)導(dǎo)通電流足夠大時,能把電能直接轉(zhuǎn)換為光能,橙、綠、白和藍(lán)6種,所發(fā)光的顏色主要取決于制作管子的材料,例如用砷化鎵發(fā)出紅光,,主要應(yīng)用在手機背光燈、液晶顯示器背光燈、照明等領(lǐng)域。發(fā)光二極管工作時導(dǎo)通電壓比普通二極管大,其工作電壓隨材料的不同而不同,1.7V～2.4V2.4V；藍(lán)色發(fā)光二極管的工作電壓一般3.3V2mA～25mA的范圍。發(fā)光二極管應(yīng)用非常廣泛,常用作各種電子設(shè)備如儀器儀表、計算機、電視機等的電源指示燈和信號指示等,還可以做成七段數(shù)碼顯示器等。發(fā)光二極管的另一個重要用途是將電信號轉(zhuǎn)為光信號。普通發(fā)光二極管的外形和符號如圖1.4.2所示。二、光電二極管

圖發(fā)光二極管的符號和外形光電二極管又稱為光敏二極管,它是一種光接受器件,PN狀態(tài),可以將光能轉(zhuǎn)換為電能,和符號。14/135課堂小結(jié)

圖光電二極管的基本電路和符號變?nèi)荻O管此種管子是利用PN結(jié)的電容效應(yīng)進(jìn)行工作的,它工作在反向偏置狀態(tài),當(dāng)外加的反偏電壓變化時,其電容量也隨著改變。圖變?nèi)荻O管的電路符號,,穩(wěn)壓二極管的幾個工作參數(shù)以與穩(wěn)壓二極管工作在反向擊穿區(qū),穿特性。例二極管應(yīng)用電路的測試1、掌握半導(dǎo)體器件型號命名方法2、掌握二極管的選用知識3、掌握二極管的識別與檢測方法重點：掌握二極管識別與檢測方法和半導(dǎo)體器件型號命名方法難點：二極管的識別與檢測新授課講授法、實驗法1課時應(yīng)到 人,實到 人二極管使用基本知識GB249-741、半導(dǎo)體器件的型號由五個部分組成第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分用漢語拼音字母表示規(guī)格號用阿拉伯?dāng)?shù)字表示序號用漢語拼音字母表示器件的類型用漢語拼音字母表示器件的材料和極性用阿拉伯?dāng)?shù)字表示器件的電極數(shù)目2、型號組成部分的符號與其意義15/135〔略〕二、二極管參數(shù)選錄〔略〕三、二極管選用知識具體選用普通二極管時應(yīng)注意以下幾點：〔1,流電流和最高反向工作電壓,并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?。?〕盡量選用反向電流、正向壓降小的管子?！?〕二極管的型號應(yīng)根據(jù)使用場合不同來確定。技能訓(xùn)練項目一、二極管的識別與檢測二極管極性的判定,則黑表筆所接電極為二極管正極,紅表筆所接電極為二極管的負(fù)極；若測得的,則黑表筆所接電極為二極管負(fù)極,為二極管的正極,如圖所示。課堂小結(jié)課后作業(yè)課后總結(jié)

圖二極管的測試測正向阻值時,,紅表筆接的是二極管的負(fù),,,正好相反。二極管好壞的判定〔1,表明二極管性能良好?！?〕若測得的反向電阻和正向電阻都很小,表明二極管短路,已損壞。〔3〕若測得的反向電阻和正向電阻都很大,表明二極管斷路,已損壞。二極管的材料與二極管的質(zhì)量好壞,般硅材料二極管的正向電阻為幾千歐,而鍺材料二極管的正向電阻為幾百歐。判斷二極管的好壞,關(guān)鍵是看它有無單向?qū)щ娦阅?正向電阻越小,反向電阻越大的二極管質(zhì)量越好。如果一個二極管正反電阻值相差不大,則必為劣質(zhì)管。如果正反阻值都是無窮大或是零,則二極管內(nèi)部已斷路或被擊穿斷路。,反接。并會識別二極管的型號。P23、16/135PAGEPAGE19/135本章小結(jié)1、半導(dǎo)體有自由電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電。本征半導(dǎo)體的載流子由本征激發(fā)產(chǎn)生,電子和空穴成對出現(xiàn),其濃度隨溫度升高而增加,在常溫下,其載流子濃度很低,導(dǎo)電能力很弱。雜質(zhì)半導(dǎo)體的多子主要由摻雜產(chǎn)生,濃度很大且基本不受溫度影響,少子由本征激發(fā)產(chǎn)生。雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能主要由多子濃度決定,因此比本征半導(dǎo)體大大改善。本征半導(dǎo)體中摻入五價元素雜質(zhì),則稱為N型半導(dǎo)體,N型半導(dǎo)體中電子是多子,空穴是少子。本征半導(dǎo)體中摻入三價元素雜質(zhì),則稱為P型半導(dǎo)體,P型半導(dǎo)體中空穴是多子,電子是少子。2、PN結(jié)也稱耗盡層,它是構(gòu)成半導(dǎo)體器件的核心,其主要特性是單向?qū)щ娦?即PN結(jié)正向偏置時導(dǎo)通,呈現(xiàn)很小的電阻,形成較大的正向電流；反向偏置時截止,呈現(xiàn)很大的電阻,反向電流近似為零。當(dāng)反偏電壓超過反向擊穿電壓值后,PN結(jié)被反向擊穿,單向?qū)щ娦员黄茐摹?0.2V。普通二極管在大信號狀態(tài),二極管等效為理想二極管,即正偏時導(dǎo)通,電壓降為零,偏時截止,電流為零,相當(dāng)于理想開關(guān)斷開。將這一特性稱為二極管的開關(guān)特性。實用中采用恒壓降模型較為合理。利用二極管的單向?qū)щ娦钥蓸?gòu)成開關(guān)電路、整流電路、限幅電路等。4、通過技能訓(xùn)練了解二極管的使用知識,學(xué)會二極管電路的測試技能非常重要,特別注意自學(xué)能力和獨立工作能力的提高。標(biāo) 教學(xué)目

第二章 半導(dǎo)體三極管與其基本應(yīng)用1、掌握晶體管與其場效應(yīng)管的電路符號與其工作原理2、了解半導(dǎo)體三極管的伏安特性3、掌握半導(dǎo)體三極管工作狀態(tài)的判斷：放大、截止、飽和4、掌握晶體管的基本放大電路與其分析方法。5、了解場效應(yīng)管與其根據(jù)圖示法判斷其場效應(yīng)管的類型。6、了解三極管的幾個基本參數(shù)7、掌握晶體管應(yīng)用電路的測試重點：半導(dǎo)體三極管的工作狀態(tài)的判斷難點：半導(dǎo)體三極管的伏安特性與其晶體管基本放大電路的分析方法。8課時2.1晶體管的特性與參數(shù)…………………2課時2.2晶體管的基本應(yīng)用……2課時2.3場效應(yīng)管與其基本應(yīng)用………………2課時2.4晶體管基本應(yīng)用電路的測試…………1課時復(fù)習(xí)課………1課時

2.1晶體管的特性與參數(shù)1、掌握半導(dǎo)體三極管的分類和結(jié)構(gòu)與符號。2、了解電流放大原理——內(nèi)部條件和外部條件3、掌握晶體管的伏安特性4、掌握晶體管的輸出特性：放大區(qū)、截止區(qū)和飽和區(qū),并會分析電路工作在哪種狀態(tài)。5、了解晶體管的幾個主要參數(shù)。重點：晶體管的伏安特性,并會判斷工作在哪一種狀態(tài)。難點：晶體管的伏安特性新授課講授法2課時應(yīng)到人,實到人半導(dǎo)體三極管具有開關(guān)放大雙極型單極型其中,雙極型半導(dǎo)體三極管稱為〔BJT,它有自由電子空穴種載流子參與導(dǎo)電,所以稱為雙極型三極管效應(yīng)管,是一種利用電場效應(yīng)控制輸出電流的半導(dǎo)體器件,由一種載流子〔多子〕參與導(dǎo)電,故稱為單極型半導(dǎo)體三極管。PN照制造材料的不同,,NPNPNP型管。晶體管的工作原理圖NPN型結(jié)構(gòu)示意圖與其電路符號半導(dǎo)體由三層半導(dǎo)體制成,中間是一塊很薄的P型半導(dǎo)體,稱為基區(qū)；兩邊各有一塊N型半導(dǎo)體,其中高摻雜的一塊〔標(biāo)N+區(qū),、E、C表示。當(dāng)兩塊不同類型的半導(dǎo)體結(jié)合在一起時,PN結(jié),PN符號中發(fā)射極上的箭頭方向,表示發(fā)射結(jié)正偏時電流的流向。三極管制作時,通常它們的基區(qū)做得很薄〔幾微米到幾十微米〕,且摻雜濃度低；發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度則比較高；集電區(qū)的面積則比發(fā)射區(qū)做得大,這是三極管實現(xiàn)電流放大的內(nèi)部條件。三極管可以是由半導(dǎo)體硅材料制成,料制成,稱為鍺三極管。19/135圖PNP型晶體管的結(jié)構(gòu)與符號三極管從應(yīng)用的角度講,常見的三極管外形如圖所示。圖晶體管的幾種外形結(jié)論：晶體管的發(fā)射區(qū)摻雜濃度很高,基區(qū)很薄且摻雜濃度很低,集電具備的內(nèi)部條件。二、電流放大原理晶體管要起放大作用,除了內(nèi)部條件,還必須滿足發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的偏置條件。1、實驗結(jié)論要實現(xiàn)三極管的電流放大作用,首先要給三極管各電極加上正確偏〕,,首先做一個實驗,實驗電路如圖所示。在電路中,給三極管的發(fā)射結(jié)加正向電壓,集電結(jié)加反向電壓,保證三極管能起到Rb的值,IB

集電極電流I 和發(fā)C20/135射極電流IE

都發(fā)生變化,電流的方向如圖中所示。圖三極管電流放大的實驗電路由實驗與測量結(jié)果可以得出以下結(jié)論?！?〕實驗數(shù)據(jù)中的每一列數(shù)據(jù)均滿足關(guān)系：I I I ；此結(jié)果符E C B合基爾霍夫電流定律?！?〕每列數(shù)據(jù)都有IC50。

I,而且有IB

與I 的比值近似相等,大約等于B〔3〕對表中任兩列數(shù)據(jù)求I 和IC B約等于50。

變化量的比值,結(jié)果仍然近似相等,〔4〕從表中可知,IB

=0〔基極開路〕時,集電極電流的值很小,稱此

CEO

CEO

越小越好。2.三極管實現(xiàn)電流分配的原理上述實驗結(jié)論可以用載流子在三極管內(nèi)部的運動規(guī)律來解釋。圖為三極管內(nèi)部載流子的傳輸與電流分配示意圖。21/135圖三極管內(nèi)部載流子的傳輸與電流分配示意圖通常發(fā)射結(jié)所在的回路稱為晶體管的輸入回路,集電結(jié)所在的回路稱為晶體管的輸出回路,圖中發(fā)射極E為輸入、輸出回路的公共端,這種連接方式稱為共發(fā)射極接法,相應(yīng)的電路稱為共發(fā)射極電路?！?〕發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射自由電子,I。E〔2〕自由電子在基區(qū)與空穴復(fù)合,I。B〔3〕集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴散過來的自由電子,形成集電極電流I 。CI 、I 的比值反映了晶體管的電流放大能力,通常用參數(shù)表示,即C BI CIB稱為晶體管的共發(fā)射極直流電流放大系數(shù),當(dāng)晶體管制成后,的值也就確定了, 1

I IC BI (1)I IE B C上述分析中未考慮由集電區(qū)的少子空穴和基區(qū)少子電子漂移運動形成的集電結(jié)反向飽和電流I ,因為它很小,所以通?？梢院雎圆挥嫛BOI CIB

ICBOICBO22/135I IC B

的關(guān)系修正為I I (1)IC B

CBO

IB

ICEO3、結(jié)論

I (1)ICEO

CBO〔1〕要使三極管具有放大作用,發(fā)射結(jié)必須正向偏置,而集電結(jié)必須反向偏置?！?〕一般有β>>1?！?〕三極管的電流分配與放大關(guān)系式為：I I IE C BI IC B晶體管的伏安特性晶體管的伏安特性是指晶體管的極電流與極電壓之間的函數(shù)關(guān)系。一、輸入特性輸入特性描述uCE

為某一常數(shù)時,晶體管的輸入電流iB

與輸入電壓u 之間的函數(shù)關(guān)系,BE

i fB

)|C常數(shù)〔1〕晶體管輸入特性與二極管特性類似,在發(fā)射結(jié)電壓uBE

大于死區(qū)電壓時才導(dǎo)通,導(dǎo)通后uBE

近似為常數(shù)?！?〕當(dāng)uBE

從0增大為1V時,曲線要右移,而當(dāng)uCE

后,曲線重合為同一根線。在實際使用中,多數(shù)情況下滿足uCE0.5v,導(dǎo)通電壓約為0.6~0.8V,通常取0.7V。

1V,硅管的死區(qū)電壓為對于鍺管,則死區(qū)電壓約為0.1V,導(dǎo)通電壓約為0.2~0.3V,通常取0.2V。23/135二、輸出特性iB之間的函數(shù)關(guān)系,即

輸入特性為某一常數(shù),晶體管的輸出電流iC

與輸出電壓uCEi fC

)|iB常數(shù)通常劃分為放大、飽和和截止三個工作區(qū)域。圖輸出特性一般把三極管的輸出特性分為3個工作區(qū)域,下面分別介紹。①截止區(qū)三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)時,具有以下幾個特點：〔a〕發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置；〔b

CEO

,有I 、IB

近似為0；〔c〕三極管的集電極和發(fā)射極之間電阻很大,三極管相當(dāng)于一個開關(guān)斷開。②放大區(qū)24/135PAGEPAGE26/135圖中,態(tài)時,具有以下特點：〔a〕三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置,集電結(jié)反向偏置；〔bIB

微小的變化會引起集電極電流IC

較大的變化,有電流關(guān)系式：I I；C B〔c〕對NPN型的三極管,有電位關(guān)系：U U U ；C B E〔d〕對NPN型硅三極,有發(fā)射結(jié)電壓U ；對NPN型鍺三BE極管,有U 。BE③飽和區(qū)三極管工作在飽和狀態(tài)時具有如下特點：〔a〕三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正向偏置；〔b〕三極管的電流放大能力下降,通常有I I ；C B〔c〕UCE

的值很小,稱此時的電壓UCE

為三極管的飽和壓降,用UCES

CES

鍺三極管的

CES

約為0.1V；〔d,三極管作為開關(guān)使用時,三、PNP型晶體管的伏安特性PNPNPN相反；PNPNPN,要是導(dǎo)通電壓大小不同、電壓極性相反。例某晶體管處于放大狀態(tài),用萬用表的直流電壓檔測得三個電極對地3V23V試判斷此管的三個電極,NPNPNP型管,是硅管還是鍺管。解：當(dāng)晶體管處于放大狀態(tài)時,必定滿足發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏,因此三個電極的電位大小對NPN型管為VC

V VB

,對PNP型管為V VC B

V,所以中間電位者為基極B,故3V對應(yīng)基極B。由E可知,2.3VE,5VC,NPN管。晶體管的主要參數(shù)晶體管的主要參數(shù)有電流放大系數(shù)、極間反向電流、極限參數(shù)等,前兩者反映了管子性能的優(yōu)劣,后者表示了管子的安全工作范圍,它們是選用晶體管的依據(jù)。一、電流放大系數(shù)電流放大系數(shù)反映晶體管的電流放大能力,常用的是共發(fā)射極電流放大系數(shù)。

iCiB i共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) CiB在目前的多數(shù)應(yīng)用中,兩者基本相等且為常數(shù),因此一般可混用。將基極作為輸入和輸出回路的公共端,稱為共基極接法,其輸出電流變化量iC

和輸入電流變化量iE

之比,稱為共基極交流電流方法系數(shù),用表示,即

i CiE值小于1而接近于1,一般在0.98以上。二、極間反向電流

1

CBOICBO

是發(fā)射極開路時流過集電結(jié)的反向飽和電流。

CEOI 是基極開路,CE,從集電極直通到發(fā)射極的CEO電流,稱為穿透電流。I )ICEO CBOI 、I 均隨溫度的上升而增大,其值越小,受溫度影響就越小,晶體CEO CBO管的溫度穩(wěn)定性越好硅管的I 、I 遠(yuǎn)小于鍺管的,因此實用中多CEO CBO用硅管。三、極限參數(shù)①集電極最大允許電流ICM②集電極最大允許功率損耗PCM③反向擊穿電壓當(dāng)晶體管的工作點位于iC

I ,uCM

U ,P P(BR)CEO C

時的區(qū)域內(nèi)時,管子能安全工作,因此稱該區(qū)域為安全工作區(qū)。

圖晶體管的安全工作區(qū)四、溫度對晶體管特性的影響同二極管一樣,三極管也是一種對溫度十分敏感的器件,隨溫度的變化三極管的性能參數(shù)也會改變。圖和圖2.1.10所示為三極管的特性曲線受溫度的影響情況。圖溫度對三極管特性的影響圖溫度對三極管輸出特性的影響27/135PAGEPAGE30/135本節(jié)課重點掌握一個大問題,晶體管的伏安特性,會判斷電路處于哪一種工作狀態(tài),了解晶體管的工作原理和主要參數(shù)。P64 2 P652.1晶體管的基本應(yīng)用1、掌握晶體管直流電路的分析方法2、掌握晶體管工作狀態(tài)的判斷方法3、了解晶體管基本放大電路與其分析方法新授課講授法2課時應(yīng)到 人,實到 人利用晶體管的放大、恒流、開關(guān)特性,可構(gòu)成放大電路、電流源電路、開關(guān)電路等基本電路。晶體管直流電路的分析晶體管直流電路主要用以給晶體管確定合適的工作狀態(tài),其分析方法主要有工程近似分析法和圖解分析法。例題：〔略〕輸入回路I R U CC B b BE輸出回路

I R UCCC C CC

I IC B兩個方法中：VBB.Rb.Rc為電路參數(shù),β為管參數(shù),UBE為管對數(shù),均已知。 I V U V

0.7 (硅)BQI

CC Rb

cc 當(dāng)UR b

V ) CC

BEQ

這種0.2 (鍺)近似可迅CQ B 估算可迅UCEQ

V I RCC C C速得到直流電量的大致情況,但不易估計其工作區(qū)域或區(qū)域的部位。通過例題,較高,所以只要求學(xué)生掌握工程近似法來解決問題。晶體管開關(guān)電路與晶體管工作狀態(tài)的判斷一、晶體管開關(guān)電路利用晶體管的飽和與截止特性可構(gòu)成開關(guān)電路。圖中中,當(dāng)輸入電壓ui

為高電平UIH

時,晶體管處于飽和狀態(tài),C、E0V時,晶體管截止,C、E效為開關(guān)斷開,LED不能導(dǎo)通發(fā)光,可見晶體管具有開關(guān)作用,受基極信號控制的電子開關(guān)。晶體管要起開關(guān)作用,其輸入信號的幅度必須足夠大,以保證晶體管可靠地工作于截止?fàn)顟B(tài)或飽和狀態(tài),即可靠地關(guān)或可靠地開。V V VCC CC CC+ui -圖〔a〕電路〔b〕飽和時相當(dāng)于C、E之間的開關(guān)接通〔c〕飽和時相當(dāng)于C、E之間的開關(guān)斷開二、晶體管工作狀態(tài)的判斷方法,,則通常晶體管截止。為保證可靠截止,應(yīng)使發(fā)射結(jié)反偏或零偏。若發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通則晶體管有方法導(dǎo)通和飽和導(dǎo)通兩種可能。當(dāng)基極電流iB

較小時,iB

增大時,集電極電流i 隨之線性增大,工作點沿輸出負(fù)載向飽和區(qū)移動；當(dāng)iC

足夠大時,將到達(dá)臨界飽和點S,這時的基極和集電極電流分別稱為臨界基極電流和集電極飽和電流,記為I 和IBS CS

這時仍具有方法作用因此I ICS BS

；繼續(xù)增大iB

,則進(jìn)入飽和區(qū),iC

不再跟隨iB

增大而增大,而基ICS值不變,iBIBS,則工作在飽和區(qū)；若iBIBS,則工作在放大區(qū)。晶體管基本方法電路與其分析方法一、晶體管放大電路的工作原理C2C1 CB ++uR+uBR E CBu Oi + +- V VBB CC- - -圖共發(fā)射極基本放大電路圖中：ui

為待放大的輸入電壓；uo

為放大后的輸出電壓為BB基極偏置電源,它通過RB

供給晶體管發(fā)射結(jié)正向偏置電壓,使晶體管導(dǎo)通,VCC

為集電極直流電源,它通過RC

供給晶體管集電結(jié)反向偏置電壓,使晶體管工作于放大區(qū)；RC

稱為集電極直流負(fù)載電阻,利用它的降壓作用,將晶體管集電極電流的變化轉(zhuǎn)換為集電極電壓的變化,從而實現(xiàn)CC1 2

用以耦合交流、隔斷直流,稱為隔直耦合電容,其容量應(yīng)足夠大,對交流信號的容抗近似為零。靜態(tài)量用U 、IBE B

表示,動態(tài)量的瞬時量用u ,ibe b

表示。1、靜態(tài)工作點輸入信號為零時電路的工作狀態(tài)稱為靜態(tài),由于靜態(tài)時電路中只有直流量,因此靜態(tài)又稱直流工作狀態(tài),靜態(tài)分析又稱為直流分析。靜態(tài)時,電路中的電壓、電流稱為靜態(tài)電壓、靜態(tài)電流,管子的工作點稱為靜態(tài)工作點。CC1 2

斷開,就可以得到該放大電路的直流等效電路〔也稱直流通路即直流電流流通路徑〕可求出靜態(tài)工作點〔UBEQ

,I ,IBQ

,U 〕CEQ2、動態(tài)工作波形有信號輸入時電路工作狀態(tài)的變化稱為動態(tài),動態(tài)分析又稱交流分析。u U uBE BEQ

UBEQ

U sintimi I i I IB BQ b BQ

sinti i I iC B CQ

I ICQ

sintu V i RCE CC C

V (ICC

i)Rc

U uCEQ ce式中,U

CEQ

V I R,uCC CQ C

iRc

I Rcm

sint由C隔除直流2

CEQ

圖共發(fā)射極放大電路的工作波形后得輸出電壓u u0 ce

iRc

I RC cm

sintUom

sint式中,Uom

I Rcm

為輸出交流電壓振幅。二、小信號等效電路分析法當(dāng)輸入信號足夠小時,通常用晶體管的小信號電路模型進(jìn)行交流分析。1、晶體管的H參數(shù)小信號電路模型當(dāng)輸入交流信號很小時,晶體管的動態(tài)工作點可認(rèn)為在線性范圍內(nèi)變動,這時晶體管各極交流電壓、電流的關(guān)系近似為線性關(guān)系,這樣就可把晶體管特性線性化,用一個小信號電路模型來等效。由晶體管輸入特性曲線可知,當(dāng)輸入交流信號很小時,可將靜態(tài)工作點Q附近一段曲線看做直線,因此,當(dāng)uCE

為常數(shù)時,輸入電壓uBE

的變化量u 與輸入電流iBE

的變化量iBu

之比是一個常數(shù),可用符號rbeu

表示,即r BE| be|ibe iiB

u CE

u 常數(shù)CEbr ,其值與晶體管的靜態(tài)工beQ

r rbe bb

(1)UTIEQU 為溫度電壓當(dāng)量,在室溫〔300k〕時,這樣就可寫成T31/135r 200(1) 26mVbe I (mA)EQ晶體管處于放大狀態(tài)時,ce間可用一個輸出電流為ib

的電流源表示,它不是一個獨立的電源,而是一個大小與方向均受ib

控制的受控電流源。課堂小結(jié)圖晶體管的H參數(shù)小信號電路模型〔a〕晶體管雙口網(wǎng)絡(luò)〔b〕H參數(shù)簡化小信號電路模型例所示的硅晶體管放大電路中,RS

RL

為外接負(fù)載電阻,C,C1 2

為交流耦合電容,它們的容量比較大,對交流信號的容抗近似為零,已經(jīng)晶體管的100,輸入信號源電壓us

(10sinwt)mV,試求教學(xué)目標(biāo)

i,u ,i,uB BE C CE解題過程略教材分析32/135場效應(yīng)管與其基本應(yīng)用1、掌握MOS場效應(yīng)管和結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與符號2、了解場效應(yīng)管的工作原理3、掌握場效應(yīng)管的伏安特性4、了解場效應(yīng)管的主要參數(shù)5重點：場效應(yīng)管的伏安特性難點：場效應(yīng)管的基本應(yīng)用新授課講授法2課時應(yīng)到 人,實到 人場效應(yīng)管則是一種電壓控制器件,它是利用電場效應(yīng)來控制其電流的大小,從而實現(xiàn)放大。場效應(yīng)管工作時,內(nèi)部參與導(dǎo)電的只有多子一種載流子,因此又稱為單極性器件。,,管。場效應(yīng)管即單極型半導(dǎo)體三極管,簡稱FET,場效應(yīng)管主要有兩大類：結(jié)型場效應(yīng)管和金屬-氧化物-半導(dǎo)體場應(yīng)管。結(jié)型場效應(yīng)管和MOS場效應(yīng)管都有N溝道和P溝道之分,MOS場效應(yīng)管還有增強型和耗盡型之分,所以,場效應(yīng)管共分六種類型。MOS場效應(yīng)管一、增強型NMOS管1、結(jié)構(gòu)與符號絕緣柵場效應(yīng)管是由金屬〔Metal〕、氧化物〔Oxide〕和半導(dǎo)體〔Semiconductor,MOS為增強型和耗盡型兩種,NP溝道兩種類型。NMOS管為例,P,N型區(qū),N屬電極,MOSSP很薄的SiO絕緣層,絕緣層上引出一個金屬電極稱為MOS管的柵極2G。B為從襯底引出的金屬電極,一般工作時襯底與源極相連。圖所示為N溝道增強型MOS管的結(jié)構(gòu)與符號。33/135圖增強型NMOS管的結(jié)構(gòu)與符號符號中的箭頭表示從P區(qū)〔襯底〕指向N區(qū)〔N溝道〕,虛線表示增強型。2、N溝道增強型MOS管的工作原理如圖所示,在柵極G和源極S之間加電壓U ,漏極D和源極S之GS間加電壓U ,襯底B與源極S相連。DS圖增強型NMOS管的導(dǎo)電溝通在正電壓u 的作用下,柵極下的SiO2絕緣層中將產(chǎn)生一個垂直于半GS導(dǎo)體表面的電場,P引電子的,P型襯底中空穴為多子,電子為少子,很多而吸收到的電子較少,P型襯底便面層中主要為不能移動的雜質(zhì)離子,u足夠大時,該電場可吸引足GS夠多的電子,PN型薄層。由于它PN型層,NN+區(qū)連通,D、S之間加上正向電壓,由源極向漏極運動,形成漏極電流i,ND、S之間D的N型導(dǎo)電溝道。將形成反型層所需的柵源電壓稱為開啟電壓,通常用U 表GS(th)示。由于這種場效應(yīng)管無原始導(dǎo)電溝道,只有當(dāng)柵源電壓大于開啟電壓34/135U 時,才能產(chǎn)生導(dǎo)電溝道,MOS管。產(chǎn)生導(dǎo)電溝道以GS(th)后,若繼續(xù)增大u 值,則導(dǎo)電溝道加寬,溝道電阻減小,漏極電流i 增GS D大。綜上所述,場效應(yīng)管具有壓控電流作用,通過輸入電壓u ,可以GS控制輸出電流i的有無,也可控制其大小。D3、伏安特性〔1〕轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性反映的是輸入電壓uGS

對輸出電流iD

的控制作用。實踐表明,當(dāng)場效應(yīng)管放大工作時,u 對i 的影響極小,對于不同的DS Du ,轉(zhuǎn)移特性曲線基本上重合在u U 時,因為無導(dǎo)電溝道,因此DS GS GS(th)i 0；當(dāng)u U 時,產(chǎn)生反型層導(dǎo)電溝道,因此i 0；增大u ,D GS GS(th) D GS則導(dǎo)電溝道變寬,i增大。D圖增強型NMOS管的轉(zhuǎn)移特性〔2〕輸出特性根據(jù)工作特點不同,可分為三個工作區(qū)域：即可變電阻區(qū)、放大區(qū)和截止區(qū)。①截止區(qū)：指uGSUGS(th)的區(qū)域,這時因為無導(dǎo)電溝道,所以iD0,管子截止,且uGS較大,滿足uDSuGSUGS(th)的區(qū)域,曲線為一簇基本平行于uDS軸的略往上翹的直線,說明iD基本上僅受uGS控制而與uDS無關(guān),iD不隨uDS而變化的現(xiàn)象在場效應(yīng)管中稱為飽和,所以這一區(qū)域又稱為飽和區(qū)。在這一區(qū)域內(nèi),場35/135DS間相當(dāng)于一個受電壓uGS

控制的電流源,故又稱恒流區(qū)。場效應(yīng)管用于放大電路時,一般就工作在該區(qū)域,所以也稱為放大區(qū)。③可變電阻區(qū)〔也稱非飽和區(qū)〕：指管子導(dǎo)通,但uDS

較小的區(qū)域,伏安曲線為一簇直線,說明當(dāng)uGS

一定時,i 與uD

呈線性關(guān)系,D、S間等效為電阻；改變uGS

可改變直線的斜率,也就控制了電阻值,因此D、S間可等效為一個受電壓uGS

控制的可變電阻,所以稱為可變電阻區(qū)。圖增強型NMOS管的輸出特性虛線是根據(jù)u u U 畫出的,稱為預(yù)夾斷軌跡,它是放大區(qū)和可DS GS GS(th)變電阻區(qū)的分界線,當(dāng)u u U ,管子工作在放大區(qū)；當(dāng)DS GS GS(th)u u U 時,則工作于可變電阻區(qū)。DS GS GS(th)二、耗盡型NMOS管耗盡型NMOS管具有壓控電流作用。由于存在原始導(dǎo)電溝道,DS之間加上正向電壓uDS

,則在uGS

0時就有電流iD

流通；當(dāng)u 由零值向正值增大時,反型層增厚,iGS

增大；反之,當(dāng)uGS

由零值向負(fù)值增大時,反型層變薄,iD

減小。當(dāng)uGS

負(fù)向大到某一數(shù)值時,反型層會消失,稱為溝道全夾斷,這時iD

=0,管子截止。使反型層消失所需的柵源電壓稱為夾斷電壓,用U 表示。GS(off)36/135IDSS

稱為漏極飽和電流,它是uGS

=0且管子工作于放大區(qū)時的漏極電流。圖耗盡型NMOS管的結(jié)構(gòu)與符號圖耗盡型NMOS管的特性曲線耗盡型MOS管工作時,其柵源電壓UGS可以為0,也可以取正值或負(fù)值,這個特點使其在應(yīng)用中具有更大的靈活性。三、P溝道MOS管結(jié)構(gòu),NMOS管類似,結(jié)型場效應(yīng)管結(jié)型場效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)、工作原理與MOS管有所不同,但也利用uGS來控制輸出電流iD

,其特性與MOS管相似。NP溝道結(jié)型管,,對應(yīng)。,為了使場效應(yīng)管呈現(xiàn)高輸入電,PN,溝道結(jié)型場效應(yīng)管,柵極電位不能高于源極和漏極,所以要保證u 0GS37/135且u 0。DS當(dāng)柵源間加上負(fù)電壓uGS

時,溝道兩側(cè)的PN結(jié)將變寬,使導(dǎo)電溝道變窄,溝道電阻增大,漏極電流iD

減小。uGS

負(fù)值越大,則導(dǎo)電溝道越窄,iD

越小。因此,通過改變uGS

的大小可控制iD

的大小,實現(xiàn)壓控電流作用。圖N溝道結(jié)型場效應(yīng)管圖P溝道結(jié)型場效應(yīng)管當(dāng)u 負(fù)值足夠大時,溝道將全夾斷,使iGS

=0。溝道全夾斷所需要的柵源電壓即為夾斷電壓。場效應(yīng)管主要參數(shù)1、開啟電壓UGS(th)和夾斷電壓UGS(off)開啟電壓是增強型場效應(yīng)管產(chǎn)生導(dǎo)電溝道所需的柵源電壓,而夾斷38/135電壓是耗盡型場效應(yīng)管夾斷導(dǎo)電溝道所需的柵源電壓。2、飽和漏極電流IDSS指工作于飽和區(qū)域的耗盡型場效應(yīng)管在uGS

=0時的漏極電流,它是耗盡型管的參數(shù)。3、直流輸入電阻RGS指在漏源間短路的條件下,柵源間加一定電壓時的柵源直流電阻。4、低頻跨導(dǎo)gm

〔又稱低頻互導(dǎo)〕指U 為常數(shù)時,漏極電流的微變量和引起這個變化的柵源電壓DS微變量之比。

DigmuDGS

U 常數(shù)DSg 反映了um

對i 的控制能力,是表征場效應(yīng)管放大能力的重要參數(shù),D單位為西[門子],單位符號為S,其值范圍一般為十分之幾至幾毫西。5、漏源動態(tài)電阻rds指u 為某一定值時,漏源電壓變化量與相應(yīng)的漏極電流變化量GS之比。即

ur ds iD

u 常數(shù)GSr uds

對i 的影響,是輸出特性曲線上工作點處切線斜率的倒D數(shù)。6、柵源擊穿電壓U(BR)GS指柵源間所能承受的最大反向電壓,uGS

值超過此值時,柵源間發(fā)生擊穿。7、漏源擊穿電壓U(BR)DS指漏源間能承受的最大電壓,當(dāng)u 值超過U 值時,漏源間發(fā)生擊DS (BR)DS穿,iD

開始急劇增加。8、最大耗散功率PDM指允許耗散在管子上的最大功率,其大小受管子最高工作溫度的限制。場效應(yīng)管的基本應(yīng)用39/135一、基本放大電路1、電路組成與工作原理場效應(yīng)管放大電路的組成原則與晶體管的類似,靜態(tài)工作點,使場效應(yīng)管工作在放大狀態(tài),其次要有合理的交流通路,似,先靜態(tài)分析后動態(tài)分析。靜態(tài)工作點的計算方法：U VGSQ GGUI IDQ DO

( GSQUGS(th)

1)2UDSQ

V I RDD DQ D2、場效應(yīng)管的小信號模型與晶體管一樣,場效應(yīng)管工作在交流小信號放大狀態(tài)時,也可以等效成一個線性電路。如圖所示。圖場效應(yīng)管的簡化小信號模型例 所示的場效應(yīng)管放大電路中,ui

(20sint)mV場效應(yīng)管I 10mA,UDO

Gs(th

,VGG

6.5V,VDD

20V,RD

15k試求該電路的靜態(tài)工作點與交流輸出電壓u。o課堂小結(jié)40/135PAGEPAGE44/135布置作業(yè)課后總結(jié)教學(xué)目標(biāo)教材分析課時安排教學(xué)目標(biāo)

第三章放大電路基礎(chǔ)1、了解放大電路的基本知識,掌握放大電路的主要性能指標(biāo)。2,包括它們的電路組成,性能分析。3、掌握差分放大電路的工作原理、靜態(tài)分析和動態(tài)分析,會分析具有電流源的差分放大電路。4、掌握差分放大電路的輸入、輸出方式5、掌握互補對稱功率放大電路的功率和效率的求法6.掌握集成運算放大器的基本應(yīng)用電路,虛短、虛斷。7、了解多級運算放大電路的組成與它的性能指標(biāo)估算。重點：三種基本組態(tài)放大電路的分析,差分放大電路的分析以與放大電路功率和效率的計算方法。難點：三種基本組態(tài)放大電路的分析13課時放大電路的基本知識……1課時三種基本組態(tài)放大電路…3課時3.3差分放大電路……………3課時3.4互補對稱功率放大電路…2課時3.5多級放大電路……………2課時習(xí)題課…………2課時放大電路的基本知識1、了解放大電路的組成2、掌握放大電路的主要性能指標(biāo),包括放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。3、了解通頻帶與頻率失真教材分析授課類型教學(xué)方法課時安排組織教學(xué)教學(xué)內(nèi)容

新授課講授法1課時應(yīng)到人,實到人導(dǎo)入：在上章的內(nèi)容中,我們學(xué)習(xí)了晶體管,這一章我們繼續(xù)來學(xué)習(xí)放大電路。用來對電信號進(jìn)行放大的電路稱為放大電路,習(xí)慣上稱為放大器。這里所指的"放大"是指在輸入信號的作用下,利用有源器件的控制作用將直流電源提供的部分能量轉(zhuǎn)換為與輸入信號成比例的輸出信號。因此,放大電路實際上是一個受輸入信號控制的能量裝換器。放大電路的組成圖##號源是所需放大的電信號,它可將電信號物理量變換為電信號的換能器提供,也可是前一級電子電路的輸出信號。負(fù)載是接受放大電路輸出信號的元件〔或電路〕,它可由將電信號變成非電信號的輸出換能器構(gòu)成,也可是下一級電子電路的輸入電阻。,為輸出信號輸出,還有一部分能量消耗在放大電路中的電阻、器件等耗能元器件中?；締卧糯箅娐酚扇龢O管構(gòu)成,但由于單元放大電路性能往往達(dá)不到實際要求,所以實際使用的放大電路是由基本單元放大電路組成的多級放大電路。由此可見,放大電路中,,大電路正常工作所需直流工作點的偏置電路,以與信號源與放大電路、放大電路與負(fù)載、級與級之間的耦合電路。常用的耦合方式有直接耦合和電容耦合等方式放大電路的主要性能指標(biāo)一個放大電路性能如何,可以用許多性能指標(biāo)來衡量。為了說明各指標(biāo)的含義,將放大電路用圖所示有源線性四端網(wǎng)絡(luò)表示,圖中,1-1’端為放大電路的輸入端,RS

為信號源內(nèi)阻,uS

為信號源電壓,此時放大電路的輸入電壓和電流分別為u,ii i

2-2’端為放大電路的輸出端,接實際負(fù)載電阻R,u,iL O O

分別為放大電路的輸出電壓和輸出電流。圖放大電路四端網(wǎng)絡(luò)表示放大電路的主要性能指標(biāo)有放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等。一、放大倍數(shù)放大倍數(shù)是衡量放大電路放大能力的指標(biāo),它具有電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)和功率放大倍數(shù)等表示方法,其中電壓放大倍數(shù)應(yīng)用最多。放大電路的輸出電壓uO

與輸入電壓ui

之比,A,即uuA Ouu ui放大電路的輸出電流iO

與輸入電流ii

之比,稱為電流放大倍數(shù)A,即iiAoii iiPo

與輸入功率P之比,稱為功率放大倍數(shù)A,即i pPA oPp Pi工程上常用分貝〔dB〕來表示放大倍數(shù),稱為增益,它們的定義分別為電壓增益Au

(dB)20lgAuA(dB20lgA二、輸入電阻

iAp

i(dB)10lgAp放大電路的輸入電阻是從輸入端11向放大電路內(nèi)看進(jìn)去的等效電阻,它等于放大電路輸出端接實際負(fù)載電阻RL

后,ui

與輸入電流ii之比,即對于信號源來說,Ri

Ri ii就是它的等效負(fù)載,如圖所示。由圖可得uui s

RiRRis i可見,Ri

的大小反映了放大電路對信號源的影響程度。圖3.1.3放大電路輸入等效電路例課本P71〔略〕由上例說明,Ri

越大,放大電路從信號源吸取的電流〔即輸入電流i〕就i越小,信號源內(nèi)阻Rs

上的壓降就越小,其實際輸入電壓ui

就越接近于信us

,Ri

R時us

u,通常稱為恒壓輸入。反之,當(dāng)要求恒流s輸入時,則必須使Ri通常稱為阻抗匹配。三、輸出電阻

R時；若要求獲得最大功率輸入,Rs

R,s對負(fù)載RL

而言,uot

為等效信號源電壓,R開路時,22兩端向放大電路看進(jìn)去L的等效電阻,,RL

,接入一信號源電壓u,求出由u產(chǎn)生的電流i,則可得到放大電路的輸出電阻為iRuio〔a〕等效信號源〔b〕輸出電阻45/135由于Ro

〔〕輸出電阻求法的存在,放大電路實際輸出電壓為u uo ot

RLR RLL o上式表明,Ro

越小輸出電壓uo

受負(fù)載RL

的影響就越小,若Ro

=0,則u uo ot

,它的大小將不受RL

大小的影響,稱為恒壓輸出。當(dāng)RL

R時即o可得到恒流輸出。因此,Ro

的大小反映了放大電路帶負(fù)載能力的大小。四、通頻帶和頻率失真放大電路對于不同頻率的輸入信號有著不同的放大能力,所以,放大電路的電壓放大倍數(shù)可表示為信號頻率的函數(shù),即A(jf)Au u

(f)(f)式中,Au

(f)表示電壓放大倍數(shù)的模與信號頻率的關(guān)系,稱為幅頻特性；而(f)則表示輸出電壓與輸入電壓之間的相位差與信號頻率的關(guān)系,稱應(yīng)。圖放大電路的幅頻特性曲線A ,,umAum 2

0.7Aum

時的低端頻率和高端頻率,稱為放大電路的下限頻率和鞏固練習(xí)

上限頻率,分別用f和f 表示。f和f 之間的頻率范圍稱為放大電路的L H L H46/135課堂小結(jié)課后總結(jié)

通頻帶,用BW 表示,即P74

BWf fH L課題教學(xué)目標(biāo)

本節(jié)課重點是要掌握放大電路的主要性能指標(biāo)。包括放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻以與通頻帶。要學(xué)會根據(jù)電路圖,求出它的放大倍數(shù)、輸出電阻和輸入電阻。三種基本組態(tài)放大電路1、掌握共發(fā)射極、共集電極、共基極放大電路的分析與主要性能指標(biāo)。2、了解場效應(yīng)管的分析與主要性能指標(biāo)3、學(xué)會分析放大電路,能夠判斷出是屬于哪一種類型的放大電路重點：三種基本組態(tài)放大電路的主要性能指標(biāo)新授課講授法3課時應(yīng)到人,實到人構(gòu)成共源、共漏、共柵三種組態(tài)的放大電路,其中共柵放大電路應(yīng)用較少。共發(fā)射極放大電路一、電路的組成由NPN型晶體管構(gòu)成的共發(fā)射極放大電路如圖所示。待放大的輸入信11,通過電容C1

與放大電路相耦合,輸送到負(fù)載RL

,C,C1

起到耦合交流的作用,稱為耦合電容。為了使交流信號順利通過,要求它們在輸入信號頻率下的容抗很小,因此,它們的容量均可取得較大,在低頻放大電路中,常采用有極性的電解電容器,這樣,對于交流信號,C,C1 2

可視為短路。為了不使信號源與負(fù)載對放大電路直流工作點產(chǎn)生影響,則要求C,C1 2

的漏電流應(yīng)很小,即C,C1 2

還具有隔斷直流的作用,所以C,C1 2

也可稱為隔直流電容器。47/135圖共發(fā)射極放大電路二、直流分析,〔b,流電源VCC

經(jīng)過R ,RB1 B

的分壓而獲得,所以,圖〔a〕又稱為"分壓偏置式工作點穩(wěn)定直流通路"?！瞐〕直流通路〔b〕直流通路的等效電路圖共發(fā)射極放大電路的直流通路當(dāng)流過R ,RB1 B2

的直流電流I1

遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基極電流IBQ

時,可得到晶體管基極直流電壓U 為BQRU B2 VRBQ R R CCB1 B2由于UEQ

U BQ

BEQ

,所以晶體管發(fā)射極直流電流為UI BQEQ

UBEQRE48/135晶體管集電極、基極的直流電流分別為II I ,I CQ EQ BQ

EQ晶體管C、E之間的直流管壓降為UCEQ

V I RCC CQ

I REQ

V I (RCC CQ

R)E上面的公式為放大電路靜態(tài)工作點電流、電壓的近似計算公式。當(dāng)溫度升高時

CBO

(ICEO

)增大,而管壓降U

下降。這些變化都將引起放大BE電路靜態(tài)工作電流ICQ

的增大；反之,若溫度下降,ICQ

將減小。三、主要性能指標(biāo)分析圖所示電路中,CCC1 2 E

的容量均較大,對交流信號可視為短路,直流電源VCC

的內(nèi)阻很小,對交流信號可視為短路,這樣便可得到圖〔a〕所示的交流通路。然后再將晶體管VH參數(shù)小信號電路模型代入,得到放大電路的小信號等效電路,如圖〔b〕所示。〔a〕交流通路〔b〕小信號等效電路〔c〕求輸出電阻圖典型共發(fā)射極放大電路的交流小信號等效電路1、電壓放大倍數(shù)由圖〔b〕可知49/135PAGEPAGE51/135u i(Ro b C

//RL

)iR'b L式中,R'R

//

。所以,放大電路的電壓放大倍數(shù)等于L C L

Auo

iR' b

R' Lu u ir ri bbe be式中,負(fù)號說明輸出電壓uo2、輸入電阻由圖〔b

與輸入電壓ui

反相。u u u 1 1 1i i i iu( )1 R R rB1 B2 be

i R R rB1 B2 be所以,放大電路的輸入電阻等于u 1R i u 1

//

//r3、輸出電阻

i i 1 1 1iR R riB1 B2

B1 B2 be由圖〔b〕可見,當(dāng)us

0時,ib

0,則ib

開路,所以,放大電路輸出端斷開RR,u,如圖〔c〕所示,可得iuRLC

,因此放大電路的輸出電阻等于

R uRo i C例 在 圖 所 示

路 中

已 知 晶 體 管100,rbb'

BEQ

,RS

1K,RB1

62K,R 20K,RB2

3K,RE

1.5K,RL

5.6K,VCC

15V各電容的容量足夠大。試求1〕靜態(tài)工作點2

,R,

和源電壓u i oAus

3CE

開路,畫出此時放大電路的交流通路和小信號等效電路,ARR。1〕靜態(tài)工作點的計算

u i oBU R2BBQ R

V 20K CC (6220)KB1I I CQ EQ

B2U UBQRE

BEQ

(3.71.5K

2mAI IBQ CQ

2mA20A100UCEQ

V I (RCC CQ

R)15V2mA(3K1.5K)6VE〔2〕先求三極管的輸入電阻26mV 26mAr r'be

(1

200101 1.5KI (mA) 2mAEQ33.5Au

R //RC rbe

K10033.5 1.5K1RRi B1

//RB2

//r be

111

K1.36KR Ro C

3K

62 20 1.5考慮到RS

對放大電路放大特征的影響,常引用源電壓放大倍數(shù)A 這一us指標(biāo),它定義為輸出電壓uo

與信號源電壓us

之比,即A uo上式可改寫為

us usu u u將已知數(shù)代入,則得

A i us u us i

iAu s1.36KusA (11.36)Kus

(130)75〔3〕斷開C

后,

,R,RE u i oC開路后,ERE

接地,因此,可得放大電路的交流通路和小信號等效電路如圖所示,由圖〔b〕可得uir iRi bbe e E

i[rb

(1)R]Eu i(Ro b C

//R)L由此可得電壓放大倍數(shù)為u i(RA o

//R)

R //R b C L C Lu u i[ri b be

(1)R] rE 35.6

(1)RE100

35.6K

1.31.5K1011.5K顯然,去掉CAE u饋所致。

下降很多,這是由于RE

對交流信號產(chǎn)生了很強的負(fù)反〔a〕交流通路〔b〕小信號等效電路圖發(fā)射極旁路電容C開路的交流小信號等效電路E由圖〔b〕可得uR' i ib

irbbe

(1)iRb Eib

r (1)Rbe ERR //R //R'R //R //[r (1)R

]13.8ki B1 B2 i B1 B2 be Eb,令us

0,即ui

0,ib

0,則ib

0,視為開路,RL

,接入u,可得iuR ,故求的放大電路的輸出電阻為C共集電極放大電路一、電路組成和靜態(tài)工作點

RRo

3k〔a〕電路〔b〕直流通路52/135〔c〕交流通路圖共集電極放大電路直流電源VCC

經(jīng)偏置電阻RB

為晶體管發(fā)射結(jié)提供正向偏壓,由圖〔b〕可列出輸入回路的直流方程為V I R UCC BQ B BEQ

I REQ EI R UBQ B BEQ

(1)I RBQ E由此可求的共集電極放大電路的靜態(tài)工作點電流為VI CC

UBEQBBQ RBI

(1)REI由直流通路可得二、主要性能指標(biāo)分析

CQUCEQ

BQ EQV I RCC EQ E根據(jù)圖〔c〕所示交流通路可畫出放大電路小信號等效電路如圖所示。由圖可求得共集電極放大電路的各性能指標(biāo)。圖共集電極放大電路H參數(shù)小信號等效電路1、電壓放大倍數(shù)由圖可得uir i(Ri bbe e E

//R)ir (1)iR'L bbe b Lu i(Ro e E

//RL

)(1)iR'b L53/135式中R'R

//

。因此電壓放大倍數(shù)為L E L

uA u ui

(1)R'Lr (1)R'Lbe Lrbe

(1)R'L

,Au

1,這說明共集電極放大電路的輸出電壓與輸入電壓不但大小近似相等〔u略小于u〕,而且相位相同,即輸出電o i壓有跟隨輸入電壓的特點,故共集電極放大電路又稱"射極跟隨器"。2、輸入電阻由圖可得從晶體管基極看進(jìn)去的輸入電阻為uR' i ib

irbbe

(1)iR'b Lib

r (1)R'be L因此共集電極放大電路的輸入電阻為uR ii

//R'R

//[r

(1)R']3、輸出電阻

i B i

B be L求放大電路輸出電阻Ro

的等效電路如圖所示。圖中u為由輸出端斷開R接入的交流電源,由它產(chǎn)生的電流為LiiRE

iiub RE

(1)rbe

uR'SR'R//R。由此可得共集電極放大電路的輸出電阻為beS S BbeRu 1

R//(r

R')So i 1RE

(rbe

1R'S

1

E 1共集電極放大電路輸出電阻的等效電路例在圖〔a〕所示的共集電極放大電路中,已知晶體管120,54/135r' bb

BEQ

,RB

300k,RE

R RL

。試求該放大電ARR。u解：靜態(tài)工作點：I

i oV

UBEQ

0.027mABQ RB

(1)REI I I 3.2mAEQ CQ BQU V I RCEQ CC EQ E晶體管的輸入電阻為

8.8Vr r

(1) 26mV 1.18kbe bb'

I (mA)EQAu放大電路的輸入電阻為

(1)R'Lr (1)R'Lbe

0.98Ri放大電路輸出電阻為

R //[rB

(1)R'L

]51.2kR R

r//

R'S

180 E 1綜上所述可見,11輸出電壓與輸入電壓同相、輸入電阻大、輸出電阻小等特點。共基極放大電路共基極放大電路如圖所示。由圖可見,交流信號通過晶體管基極旁路電容C接地,因此輸入信號u2

由發(fā)射極引入、輸出信號由集電極引出,它們都是以基極為公共端,故稱共基極放大電路。圖3.2.8共基極放大電路55/135〔a〕直流通路〔b〕交流通路〔c〕小信號等效電路圖共基極電路的等效電路從直流通路看,它和圖所示的共發(fā)射極放大電路一樣,也構(gòu)成分壓式電流負(fù)反饋偏置電路。將C,C,C1 2 3

斷開,便可得到直流通路如圖〔a〕所示。將C,C,C與V1 2 3

短路,畫出如圖〔b〕所示電路的交流通路。然后在e、b極之間接入rbe

,在e、c極之間接入受控電流源ib

,即得到共基極放大為u i(R

//

) (R

//R)A ou ui

C L C Lir rbbe be放大倍數(shù)為正值,表明共基極放大電路為同相放大。由晶體管發(fā)射極看進(jìn)去的等效電阻R',即為晶體管共基極接法輸入電阻,i可用符號reb

表示。

R'r

u ir r i bbe bei eb ie

i 1e因此,放大電路的輸入電阻等于uR iRi i E

//reb在圖〔c〕中,令us

0,則ib

i0,受控電流源ib

0,可視為開路,斷開R,L56/135R接入u,可得iu ,因此可得共基極放大電路的輸出電阻為R R。Ro CC場效應(yīng)管放大電路一、電路組成和直流偏置方式由于場效應(yīng)管也具有放大作用,利用場效應(yīng)管也可構(gòu)成三種組態(tài)電路,它們分別稱為共源、共漏、共柵放大電路。場效應(yīng)管放大電路的主要優(yōu)點是輸入電阻較高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好等,由于場效應(yīng)管的跨導(dǎo)gm

較小,所以場效應(yīng)管放大電路的電壓放大倍數(shù)較低,它常用作多級放大器的輸入級。二、共源放大電路主要性能指標(biāo)分析利用場效應(yīng)管小信號等效電路,可以畫出場效應(yīng)管放大電路的小信號等效電路。圖場效應(yīng)管共源放大電路〔〕自給偏壓電路 〔〕分壓式自偏壓電路〔a〕交流通路〔b〕小信號等效電路等效電路圖〔〕由圖〔b〕可得電壓放大倍數(shù)為課堂小結(jié)

Auo

g

u (Rm gs

//RL

g (R

//R)u u ui gs

m D L57/135布置作業(yè)課后總結(jié)

式中,負(fù)號表示uu反相。o i放大電路的輸入電阻為Ri

uiRi G3

R //RG1 G2可見,R課題 G

i是用來提高輸入電阻的。教學(xué)目標(biāo)

若u0,i為

um

0,相當(dāng)于開路,所以可求的放大電路的輸出電阻R Ro D教材分析

這一章節(jié)中,就講了三個問題,一個是放大電路的組態(tài)、一個是各種組態(tài)的性能指標(biāo)分析,還有一個是場效應(yīng)管的主要性能指標(biāo)分析。在這三個問題當(dāng)中,,,學(xué)會畫放大電路的直流通路、交流通路與小信號等效電路。差分放大電路1、了解差分放大電路的組成2、掌握差分放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析。3、了解電流源電路4、掌握具有電流源的差分放大電路5、掌握差分放大電路的輸入、輸出方式重點：掌握差分放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析,掌握帶有電流源的差分放大電路的分析方法新授課講授法3課時應(yīng)到人,實到人導(dǎo)入：在上節(jié)課的學(xué)習(xí)當(dāng)中,我們了解了放大電路的三種組態(tài),并學(xué)會了畫出電路圖的直流通路和交流通路。這節(jié)課呢,繼續(xù)來學(xué)習(xí)由晶體管組成的另外一種放大電路——差分放大電路。差分放大電路又稱差動放大電路,它的輸出電壓與兩個輸入電壓之差成正比,由此得名。差分放大電路的工作原理一、差分放大電路的組成與靜態(tài)分析58/135<a>電路〔b〕直流通路圖基本差分放大電路圖〔a〕所示為基本差分放大電路,它由兩個完全對稱的共發(fā)射極電路組成,采用雙電源V ,VCC EE

供電,輸入信號u,ui1 i2

從兩個晶體管的基極加入,稱為雙端輸入,輸出信號從兩個集電極之間取出,稱雙端輸出。RE

為差分放大電路的共發(fā)射極電阻,作用是用來抑制零點漂移。RC

為集電極負(fù)載電阻。若輸入信號為零,即u ui1 i2

0時,放大電路處于靜態(tài),其直流通路如b,

BQ1

IBQ

,ICQ1

ICQ

,IEQ1

IEQ

,流過RIE

為I ,EQ1

EQ

之和。由圖〔b〕可得V UEE所以

BEQ1

IRE E因此,兩管的集電極電流為

VI E

UBEQ1RE兩管集電極對地電壓為

ICQ1

ICQ2

V U EE2RE

BEQU VCQ1 CC

I RCQ1

,UCQ

V CC

RCQ2 C可見,靜態(tài)兩管集電極之間的輸出電壓為零,即u Uo

CQ1

U 0CQ2所以,差分放大電路零輸入時輸出電壓為零 ,而且當(dāng)溫度發(fā)生變化59/135時,I

CQ1

,ICQ

與U CQ1

CQ

均產(chǎn)生相同的變化,輸出電壓uo

將保持為零。同時又由于共發(fā)射極電阻RE

的負(fù)反饋作用,使得I

CQ1

,ICQ

以與U

,UCQ1

CQ2的變化也很小,,因此,差分放大電路具有穩(wěn)定的靜態(tài)工作點和很小的溫度漂移。如果差分放大電路不是完全對稱,零輸入時輸出電壓將不為零,這種現(xiàn)象稱為差分放大電路的失調(diào)。二、差分放大電路的動態(tài)分析1、差模輸入與差模特性在差分放大電路輸入端加大小相等、極性相反的輸入信號,稱為差模輸入。如圖〔a〕所示,此時ui1即

ui2

uid

表示,u id

u u uid i1 i

2ui1〔a〕差模信號輸入〔b〕差模信號交流通路圖差分放大電路差模信號輸入u使Vi1 1

管產(chǎn)生增量集電極電流為i ,uc1 i2

使