模擬電子技術(shù)

模擬電子技術(shù)講解提綱半導(dǎo)體技術(shù)晶體管放大電路集成運(yùn)放反響穩(wěn)壓電源第1章半導(dǎo)體器件1.1半導(dǎo)體的根底知識(shí)1.2半導(dǎo)體二極管1.3二極管電路的分析方法1.4特殊二極管小結(jié)1.5雙極型半導(dǎo)體三極管1.1半導(dǎo)體的根底知識(shí)1.1.1本征半導(dǎo)體1.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.1.3PN結(jié)1.1.1本征半導(dǎo)體半導(dǎo)體—導(dǎo)電才干介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)。本征半導(dǎo)體—純真的半導(dǎo)體。如硅、鍺單晶體。載流子—自在運(yùn)動(dòng)的帶電粒子。共價(jià)鍵—相鄰原子共有價(jià)電子所構(gòu)成的束縛。兩種載流子電子(自在電子)空穴兩種載流子的運(yùn)動(dòng)自在電子(在共價(jià)鍵以外)的運(yùn)動(dòng)空穴(在共價(jià)鍵以內(nèi))的運(yùn)動(dòng)結(jié)論：1.本征半導(dǎo)體中電子空穴成對(duì)出現(xiàn)，且數(shù)量少；2.半導(dǎo)體中有電子和空穴兩種載流子參與導(dǎo)電；3.本征半導(dǎo)體導(dǎo)電才干弱，并與溫度有關(guān)。1.2半導(dǎo)體二極管1.2.1半導(dǎo)體二極管的構(gòu)造和類型1.2.2二極管的伏安特性1.2.3二極管的主要參數(shù)1.2.1半導(dǎo)體二極管的構(gòu)造和類型構(gòu)成：PN結(jié)+引線+管殼=二極管(Diode)符號(hào)：A(anode)C(cathode)分類：按資料分硅二極管鍺二極管按構(gòu)造分點(diǎn)接觸型面接觸型平面型點(diǎn)接觸型正極引線觸絲N型鍺片外殼負(fù)極引線負(fù)極引線面接觸型N型鍺PN結(jié)正極引線鋁合金小球底座金銻合金正極

引線負(fù)極

引線集成電路中平面型PNP型支持襯底反向擊穿類型：電擊穿熱擊穿反向擊穿緣由：齊納擊穿：(Zener)反向電場(chǎng)太強(qiáng)，將電子強(qiáng)行拉出共價(jià)鍵。(擊穿電壓<6V，負(fù)溫度系數(shù))雪崩擊穿：反向電場(chǎng)使電子加速，動(dòng)能增大，撞擊使自在電子數(shù)突增。—PN結(jié)未損壞，斷電即恢復(fù)?！狿N結(jié)燒毀。(擊穿電壓>6V，正溫度系數(shù))擊穿電壓在6V左右時(shí)，溫度系數(shù)趨近零。1.2.3二極管的主要參數(shù)1.IF—最大整流電流(最大正向平均電流)2.URM—最高反向任務(wù)電壓，為U(BR)/23.IR—反向電流(越小單導(dǎo)游電性越好)4.fM—最高任務(wù)頻率(超越時(shí)單導(dǎo)游電性變差)iDuDU(BR)IFURMO例1畫出硅二極管構(gòu)成的橋式整流電路在ui=15sint(V)作用下輸出uO的波形。(按理想模型)Otui/V15RLV1V2V3V4uiBAuOOtuO/V151.4特殊二極管1.4.1穩(wěn)壓二極管1.4.2光電二極管1.4.1穩(wěn)壓二極管一、伏安特性符號(hào)任務(wù)條件：反向擊穿iZ/mAuZ/VOUZIZminIZmaxUZIZIZ特性1.4.2發(fā)光二極管與光敏二極管一、發(fā)光二極管LED(LightEmittingDiode)1.符號(hào)和特性任務(wù)條件：正向偏置普通任務(wù)電流幾十mA，導(dǎo)通電壓(12)V符號(hào)u/Vi/mAO2特性1.5雙極型半導(dǎo)體三極管1.5.1晶體三極管1.5.2晶體三極管的特性曲線1.5.3晶體三極管的主要參數(shù)(SemiconductorTransistor)1.5.1晶體三極管一、構(gòu)造、符號(hào)和分類NNP發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié)—基區(qū)—發(fā)射區(qū)—集電區(qū)emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB二、電流放大原理1.三極管放大的條件內(nèi)部條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大外部條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏2.滿足放大條件的三種電路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共發(fā)射極共集電極共基極二、輸出特性iC/mAuCE/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321截止區(qū)：IB0IC=ICEO0條件：兩個(gè)結(jié)反偏截止區(qū)ICEOiC/mAuCE/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O246843212.放大區(qū)：放大區(qū)截止區(qū)條件：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏特點(diǎn)：

程度、等間隔ICEOiC/mAuCE/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O246843213.飽和區(qū)：uCEuBEuCB=uCEuBE0條件：兩個(gè)結(jié)正偏特點(diǎn)：ICIB臨界飽和時(shí)：uCE=uBE深度飽和時(shí)：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(鍺管)放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)ICEO1.5.3晶體三極管的主要參數(shù)一、電流放大系數(shù)1.共發(fā)射極電流放大系數(shù)iC/mAuCE/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O24684321—直流電流放大系數(shù)—交流電流放大系數(shù)普通為幾十幾百Q(mào)iC/mAuCE/V50μA40μA30μA20μA10μAIB=0O246843212.共基極電流放大系數(shù)1普通在0.98以上。Q二、極間反向飽和電流極間反向電流是由少數(shù)載流子構(gòu)成的，其大小表征了管子的溫度特性(越小越好)。CB極間反向飽和電流ICBO，CE極間反向飽和電流ICEO。三、極限參數(shù)1.ICM—集電極最大允許電流，超越時(shí)值明顯降低。2.PCM—集電極最大允許功率損耗PC=iCuCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作區(qū)半導(dǎo)體三極管的主要用途之一是利用其電流放大作用組成各種放大電路。放大電路的運(yùn)用非常廣泛，其主要作用是將微弱的信號(hào)進(jìn)展放大，以便人們丈量和利用。所謂放大，外表上看是將小信號(hào)的幅度由小增大，但放大的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)能量的控制。放大電路需求配置直流電源，用能量較小的輸入信號(hào)去控制這個(gè)電源，使之輸出較大的能量去推進(jìn)負(fù)載。這種小能量對(duì)大能量的控制造用，就是放大電路的放大作用。2共發(fā)射極放大電路三極管起放大作用偏置電路VCC、Rb提供電源，并使三極管任務(wù)在線性區(qū)。耦合電容C1、輸入耦合電容C1保證信號(hào)加到發(fā)射結(jié)，不影響發(fā)射結(jié)偏置。輸出耦合電容C2保證信號(hào)保送到負(fù)載，不影響集電結(jié)偏置。負(fù)載電阻RC、RL將變化的集電極電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出。1.組成2.1共射根本放大電路的組成及任務(wù)原理2.放大原理輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合電容加在三極管的發(fā)射結(jié)，于是有以下過(guò)程：三極管電流放大作用變化的iC經(jīng)過(guò)RC轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷狠敵鲮o態(tài)：ui＝0時(shí)電路的任務(wù)形狀靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)Q：由IBQ、ICQ、UCEQ決議畫直流通路〔電容器開(kāi)路〕+TRb1RCCVc2.2.2共射根本放大電路的根本分析方法1.靜態(tài)分析例2-1在以下圖中，知VCC=12V，RB=300kΩ，RC=4kΩ，β=37.5，試求放大電路的靜態(tài)值。解：根據(jù)如下圖的直流通路，可以得到

IBQ≈VCC/RB=12/300=0.04(mA)

ICQ≈βIBQ=37.5×0.04=1.5(mA)

UCEQ=VCC－ICQRC=12－1.5×4=6(V)2.動(dòng)態(tài)分析放大電路有信號(hào)輸入時(shí)的任務(wù)形狀稱為動(dòng)態(tài)。動(dòng)態(tài)分析主要是確定放大電路的電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro等。放大電路有信號(hào)輸入時(shí)，三極管各極的電流和電壓瞬時(shí)值既有直流分量，又有交流分量。直流分量普通就是靜態(tài)值，而所謂放大，只思索其中的交流分量?！?〕三極管簡(jiǎn)化微變等效電路rbeIbubebceIcβIbuce-ucec+VT+-ubeIbIcbe從圖中可以看出，三極管的輸入回路可以等效為輸入電阻rbe。在小信號(hào)任務(wù)條件下，rbe是一個(gè)常數(shù)，低頻小功率管的rbe可用下式估算：26〔mV〕rbe=300+(1+β)————〔2-10〕IE〔mA〕三極管發(fā)射極電流的靜態(tài)值IE≈ICQ(2)放大電路的簡(jiǎn)化微變等效電路交流通路的畫法：將直流電源短路，電容短路交流通路簡(jiǎn)化微變等效電路三極管等效電路

〔3〕放大電路交流參數(shù)的計(jì)算①電壓放大倍數(shù)Au式中的負(fù)號(hào)表示輸出與輸入電壓相位相反。假設(shè)電路的輸出端開(kāi)路，即RL=∞，那么有

Au=－βRC/rbe〔2-12〕負(fù)載電阻越大，放大倍數(shù)越大。

解：在例2-1中已求出，ICQ=1.5mA由公式可求出rbe=﹝300+〔1+37.5〕26/1.5﹞=967(Ω)那么Au=－37.5(4∥4)/0.967=－77.6例2-2在以下圖中，VCC=12V，RC=4kΩ，RB=300kΩ，β=37.5，試求放大電路的電壓放大倍數(shù)Au。②輸入電阻Ri電路的輸入電阻越大，從信號(hào)源獲得的電流越小，因此普通總是希望輸入電阻越大越好。通常RB＞＞rbe，因此Ri≈rbe，可見(jiàn)共射根本放大電路的輸入電阻Ri不大。

③輸出電阻RO對(duì)于負(fù)載而言，放大器的輸出電阻Ro越小，負(fù)載電阻RL的變化對(duì)輸出電壓的影響就越小，闡明放大器帶負(fù)載才干越強(qiáng)，因此總希望Ro越小越好。②由直流負(fù)載線UCE=VCC－ICRC〔VCC，0〕和〔0，VCC/Rc〕在與IBQ的交點(diǎn)可得到Q點(diǎn)的參數(shù)IB、IC和UCE。①在輸出特性曲線上確定兩個(gè)特殊點(diǎn),即可畫出直流負(fù)載線。3.放大電路的圖解分析法簡(jiǎn)介圖解分析法〔簡(jiǎn)稱圖解法〕是放大電路的另一種分析方法〔1〕用圖解法分析放大電路的靜態(tài)任務(wù)情況〔2〕用圖解法分析動(dòng)態(tài)任務(wù)情況ICICEVCCQIBQ交流負(fù)載線直流負(fù)載線斜率為-1/R'L〔R'L=RL∥Rc〕經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)留意：交流負(fù)載線是有交流輸入信號(hào)時(shí)任務(wù)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡空載時(shí)，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線重合用圖解法可以直觀顯示出在輸入信號(hào)作用下，放大電路各點(diǎn)電壓和電流波形的幅值大小及相位關(guān)系，尤其對(duì)判別靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)能否適宜、輸出波形能否會(huì)失真等非常方便。

ui輸入一微小的正弦信號(hào)uiuceicibiCuCEiBuBEQib

結(jié)論〔1〕放大電路中的信號(hào)是交直流共存可表示為：〔2〕輸出uo與輸入ui相位相反，但幅度放大了，頻率不變。

〔3〕靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)對(duì)輸出波形失真的影響對(duì)一個(gè)放大電路來(lái)說(shuō)，要求輸出波形的失真盡能夠小。但是，當(dāng)靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)時(shí)，輸出波形將出現(xiàn)嚴(yán)重的非線性失真。在圖中，靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)設(shè)于Q點(diǎn)，可以得到失真很小的Ic和uce波形。但是，當(dāng)靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)設(shè)在Q1或Q2點(diǎn)時(shí)，會(huì)使輸出波形產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。①飽和失真當(dāng)Q點(diǎn)設(shè)置偏高，接近飽和區(qū)時(shí)，Ic的正半周和uce的負(fù)半周都出現(xiàn)了畸變。這種由于動(dòng)態(tài)任務(wù)點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)而引起的失真，稱為“飽和失真〞。②截止失真當(dāng)Q點(diǎn)設(shè)置偏低，接近截止區(qū)時(shí)，使得Ic的負(fù)半周和uce的正半周出現(xiàn)畸變。這種失真稱為“截止失真〞。

1.溫度對(duì)任務(wù)點(diǎn)的影響對(duì)于前面的電路〔固定偏置電路〕而言，靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)由UBE、和ICEO決議，這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化。2.2.3共射放大電路任務(wù)點(diǎn)的穩(wěn)定總之TICTUBEIBICT、ICEOIC

2.靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)穩(wěn)定電路

條件：假設(shè)I2>>IB，那么UB穩(wěn)定采用分壓式偏置電路穩(wěn)定任務(wù)點(diǎn)。電路主要采取了兩個(gè)措施：一是采用分壓式基極偏置電路；二是添加了發(fā)射極電阻RE，為了不呵斥交流信號(hào)在RE上的損失，在RE兩端并聯(lián)了一個(gè)容量足夠大的交流旁路電容CE。直流通路

〔1〕Q點(diǎn)穩(wěn)定的過(guò)程〔2〕靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)的計(jì)算例2-3在以下圖中，知RB1=7.5kΩ，RB2=2.5kΩ，RC=2kΩ，RE=1kΩ，RL=2kΩ，VCC=12V，UBE=0.7V，β=30。試計(jì)算放大電路的靜態(tài)任務(wù)點(diǎn)和電壓放大倍數(shù)Au。解：先計(jì)算Q點(diǎn)UB≈﹝2.5/(7.5+2.5)﹞12=3(V)ICQ≈(3－0.7)/1=2.3(mA)IBQ≈2.3/30=0.077(mA)UCEQ=12－2.3(2+1)=5.1(V)再計(jì)算Aurbe=300+(1+30)26/2.3=650(Ω)RL′=RC∥RL=1(kΩ)Au=－βRL′/rbe=－30×1/0.65=－46.25.1負(fù)反響放大電路的組成和根本類型5.3負(fù)反響對(duì)放大電路運(yùn)用中的幾個(gè)問(wèn)題5.2負(fù)反響對(duì)放大電路性能的影響反饋反響—將電路的輸出量(電壓或電流)的部分或全部，經(jīng)過(guò)一定的元件，以一定的方式回送到輸入回路并影響輸入量(電壓或電流)和輸出量的過(guò)程。引言二、反響的分類1.正反響和負(fù)反響正反響—反響使凈輸入電量添加，從而使輸出量增大。負(fù)反響—反響使凈輸入電量減小，從而使輸出量減小。判別法：瞬時(shí)極性法2.直流反響和交流反響直流反響—直流信號(hào)的反響。交流反響—交流信號(hào)的反響。例5.1.1輸入回路輸出回路判別電路能否存在反響。是正反響還是負(fù)反響？直反響還是交流反響？

RE介于輸入輸出回路，有反響。反響使uid減小，為負(fù)反響。既有直流反響，又有交流反響。5.1.2負(fù)反響放大電路的根本類型一、電壓反響和電流反響電壓反響—反響信號(hào)取自輸出電壓的部分或全部。判別法：使uo=0(RL短路)，假設(shè)反響消逝那么為電壓反響。電流反響—反響信號(hào)取自輸出電流。判別法：使io=0(RL開(kāi)路)，假設(shè)反響消逝那么為電流反響。AFRLuo電壓反響電流反響iouoFARLio二、串聯(lián)反響和并聯(lián)反響串聯(lián)反響：反響信號(hào)與輸入信號(hào)以電壓相加減的方式在輸入端出現(xiàn)。uid=uiuf特點(diǎn)：信號(hào)源內(nèi)阻越小，反響效果越明顯。并聯(lián)反響：反響信號(hào)與輸入信號(hào)以電流相加減的方式在輸入端出現(xiàn)。iid=iiif特點(diǎn)：信號(hào)源內(nèi)阻越大，反響效果越明顯。AFiiifisiidRSRSAFuiuidufus三、四種根本反響類型AFuiuidufusRSRLuoAFuiuidufusRSiouoRLio電壓串聯(lián)負(fù)反饋電流串聯(lián)負(fù)反饋FAiiifisiidRSRLuoFAiiifisiidRSiouoRLio電壓并聯(lián)負(fù)反饋電流并聯(lián)負(fù)反饋5.2負(fù)反響對(duì)放大電路性能的影響5.2.1提高增益的穩(wěn)定性5.2.2減少失真和擴(kuò)展通頻帶5.2.3改動(dòng)放大電路的輸入和輸出電阻5.2.1提高增益的穩(wěn)定性Af的相對(duì)變化量A的相對(duì)變化量放大倍數(shù)穩(wěn)定性提高5.2.2減少失真和擴(kuò)展通頻帶一、減少非線性失真uf參與負(fù)反響無(wú)負(fù)反響FufAuiuo+–uiduo大小略大略小略小略大uiA接近正弦波改善了波形失真二、擴(kuò)展通頻帶BW無(wú)反響時(shí)：BW=fHfLfH引入反響后，fA(f)OAm0.707AmfLfHBWAf(f)Amf0.707AmffLffHfBWf可證明：fHf=(1+AF)fHfLf=fL/(1+AF)=(1+AF)fHfHf=(1+AF)BWBWf=fHffLf5.2.3改動(dòng)放大電路的輸入和輸出電阻一、對(duì)輸入電阻的影響1.串聯(lián)負(fù)反響使輸入電阻增大Rif深度負(fù)反響：iiAFuiuidufRiAFuid2.并聯(lián)負(fù)反響使輸入電阻減小Rif深度負(fù)反響：ifiidiiAFuiRiAFiid二、對(duì)輸出電阻的影響1.電壓負(fù)反響F與A并聯(lián)，使輸出電阻減小。AFRoRofA為負(fù)載開(kāi)路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)。深度負(fù)反響：2.電流負(fù)反響F與A串聯(lián)，使輸出電阻增大AFRoRofA為負(fù)載短路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)。深度負(fù)反響：放大電路引入負(fù)反響的普通原那么一、欲穩(wěn)定某個(gè)量，那么引該量的負(fù)反響穩(wěn)定直流，引直流反響；穩(wěn)定交流，引交流反響；穩(wěn)定輸出電壓，引電壓反響；穩(wěn)定輸出電流，引電流反響。二、根據(jù)對(duì)輸入、輸出電阻的要求選擇反響類型欲提高輸入電阻，采用串聯(lián)反響；欲降低輸入電阻，采用并聯(lián)反響；要求高內(nèi)阻輸出，采用電流反響；要求低內(nèi)阻輸出，采用電壓反響。集成直流穩(wěn)壓電源單相整流濾波電路開(kāi)關(guān)集成穩(wěn)壓電源9.1單相整流濾波電路9.1.2濾波電路引言9.1.1單相整流電路引言濾波整流穩(wěn)壓變壓交流電源負(fù)載組成框圖OtuOtuOtuOtuOtu220V單向脈動(dòng)電壓適宜的交流電壓濾波穩(wěn)壓9.1.1單相整流電路一、半波整流tO

23u2tO

23uOtO

23iD=iOtO

23uDＶRL~220V+uｏ–u2iD+uD–V3RLV4V2V1u1u2ioRLV4V3V2V1+uo

u2u1二、橋式整流輸入正半周1.任務(wù)原理輸入負(fù)半周+uo

2.波形tOtOtOtO

23

23Im

2233uOu2uDiD=iO3.參數(shù)估算1)整流輸出電壓平均值2)二極管平均電流3)二極管最大反向壓totototo

23

23Im

2233uOu2uDiD=iO4.簡(jiǎn)化畫法+uo

RLio~