模拟电子技术(清华大学)ppt课件

电电 子子 技技 术术前前进进电子技术前进1绪绪 论论模模拟拟部部分分数数字字部部分分（点击进入有关部分）（点击进入有关部分）电电 子子 技技 术术退退出出绪论模拟部分数字部分（点击进入2绪绪论论返返回回电子技术发展简史电子技术发展简史电子技术的应用电子技术的应用电子技术课程安排电子技术课程安排前前进进退退出出绪论返回电子技术发展简史电子技术的应用电3I.电子技术发展史电子技术发展史 电子技术的出现和应用，使人类进入了高新技电子技术的出现和应用，使人类进入了高新技术时代。电子技术诞生的历史虽短，但深入的领域术时代。电子技术诞生的历史虽短，但深入的领域却是最深最广，它不仅是现代化社会的重要标志，却是最深最广，它不仅是现代化社会的重要标志，而且成为人类探索宇宙宏观世界和微观世界的物质而且成为人类探索宇宙宏观世界和微观世界的物质技术基础。电子技术是在通信技术发展的基础上诞技术基础。电子技术是在通信技术发展的基础上诞生的。随着新型电子材料的发现，电子器件发生了生的。随着新型电子材料的发现，电子器件发生了深刻变革。自深刻变革。自19061906年第一支电子器件发明以来，世年第一支电子器件发明以来，世界电子技术经历了电子管、晶体管和集成电路等重界电子技术经历了电子管、晶体管和集成电路等重要发展阶段。要发展阶段。返返回回前前进进I.电子技术发展史电子技术的出现和应用，使人类进入4I.电子技术发展史电子技术发展史 电子技术的出现和应用，使人类进入了高新技电子技术的出现和应用，使人类进入了高新技术时代。电子技术诞生的历史虽短，但深入的领域术时代。电子技术诞生的历史虽短，但深入的领域却是最深最广，它不仅是现代化社会的重要标志，却是最深最广，它不仅是现代化社会的重要标志，而且成为人类探索宇宙宏观世界和微观世界的物质而且成为人类探索宇宙宏观世界和微观世界的物质技术基础。技术基础。电子技术是在通信技术发展的基础上诞电子技术是在通信技术发展的基础上诞生的。生的。随着新型电子材料的发现，电子器件发生了随着新型电子材料的发现，电子器件发生了深刻变革。深刻变革。19061906年第一支电子器件发明以来，世界年第一支电子器件发明以来，世界电子技术经历了电子技术经历了电子管、晶体管和集成电路电子管、晶体管和集成电路等重要等重要发展阶段。发展阶段。I.电子技术发展史电子技术的出现和应用，使人类进入51.原始通信方式原始通信方式人力、烽火台等人力、烽火台等2.横木通信机横木通信机1791年（法）年（法）C.Chappe3.有线电报有线电报1837年（美）年（美）S.B.Morse4.有线电话有线电话1875年（苏）年（苏）A.G.Bell5.无线电收发报机无线电收发报机1895年年（意）意）G.Marconi通信业务蓬勃发展通信业务蓬勃发展电子器件产生之后。电子器件产生之后。一一.通信技术的发展通信技术的发展1.原始通信方式人力、烽火台等2.横木通信机17916电子器件是按照电子器件是按照“电子管电子管晶体晶体管管集成电路集成电路”的顺序，逐步发展起的顺序，逐步发展起来的。来的。二二.电子器件的产生电子器件的产生电电子子管管晶晶体体管管集集成成电电路路电子器件是按照“电子管晶体管集成电路71.真空电子管的发明：真空电子管的发明：真空二极管真空二极管1904年（美）年（美）Fleming真空三极管真空三极管1906年（美）年（美）LeedeForest2.晶体管的产生晶体管的产生晶体管晶体管Transistor1947（美）（美）Shockley、Bardeen、Brattain集成电路集成电路IC(integratecircuit)1959（美）（美）Kilby、Noyis二二.电子器件的产生电子器件的产生3.集成电路的出现集成电路的出现集成电路的出现，标志着人类进入了微电子时代。集成电路的出现，标志着人类进入了微电子时代。1.真空电子管的发明：真空二极管1904年（美）Fle8 自电子器件出现自电子器件出现至今，电子技术已经至今，电子技术已经应用到了社会的各个应用到了社会的各个领域。领域。II.电子技术的应用电子技术的应用返返回回前前进进自电子器件出现至今，电子技术已经应用到了9II.电子技术的应用电子技术的应用1875年年（苏）（苏）1906年年（美）（美）1925年年（美、英）（美、英）1946年年（美）（美）1923年年（瑞）（瑞）1902年年（美）（美）1901年年（美）（美）1934年年（俄）（俄）Internet互联网1990年年（美）（美）1992年年（中）（中）VCD1983年年（美）（美）1961年年（美）（美）II.电子技术的应用1875年（苏）1906年（美）19210III.课程安排课程安排一一.内容划内容划分分模拟部分模拟部分器件：器件：二极管二极管、三极管三极管、场效应管场效应管放大器：放大器：基本放大器基本放大器、反馈放大器反馈放大器差动放大器差动放大器、功率放大器功率放大器集成电路：集成电路：集成运算放大器集成运算放大器电源：电源：交流电源（振荡器）、交流电源（振荡器）、直流电源（稳压电源直流电源（稳压电源）无线电：无线电：无线电知识无线电知识、收音机收音机数字部分数字部分逻辑代数逻辑代数无线电：无线电：无线电知识无线电知识、收音机收音机逻辑门电路：逻辑门电路：基本门基本门、复合门复合门组合逻辑电路组合逻辑电路：编码器编码器、译码器、选择器译码器、选择器比较器比较器、加法器加法器脉冲：脉冲：脉冲变换脉冲变换、脉冲产生脉冲产生返返回回前前进进III.课程安排一.内容划分模拟部分器件：二极管11二二.时间安排时间安排学习时间学习时间1学年学年上半年：上半年：模拟部分模拟部分下半年：下半年：数字部分数字部分三三.学习注意事项学习注意事项课程特点课程特点电路图多、内容分散、误差较大电路图多、内容分散、误差较大计算简单、实用性强计算简单、实用性强学习方法学习方法掌握电路的构成原则、记住几个典型电路掌握电路的构成原则、记住几个典型电路及时总结及练习、掌握近似原则、与实验有机结合及时总结及练习、掌握近似原则、与实验有机结合二.时间安排学习时间1学年上半年：模拟部分下半年：12第一编第一编 模拟部分模拟部分 返返回回第一章第一章 半导体器件半导体器件 第二章第二章 基本放大电路基本放大电路 第三章第三章 放大电路的频率特性放大电路的频率特性 第四章第四章 集成运算放大器集成运算放大器 第五章第五章 负反馈放大器负反馈放大器 第六章第六章 信号运算电路信号运算电路 第七章第七章 波形发生电路波形发生电路 第八章第八章 功率放大电路功率放大电路 第九章第九章 直流电源直流电源 前前进进退退出出第一编模拟部分返回第一章半导体器件第二13第一章第一章 半导体器件半导体器件 半导体材料、由半导体构成的半导体材料、由半导体构成的PNPN结、二极管结构特性、三极管结构特性及结、二极管结构特性、三极管结构特性及场效应管结构特性。场效应管结构特性。本章主要内容：本章主要内容：返返回回前前进进第一章半导体器件半导体材料、由半导体构成141.1半导体（半导体（Semiconductor）导电特性）导电特性 根据导电性质把物质分为根据导电性质把物质分为导体、绝导体、绝缘体、半导体缘体、半导体三大类。三大类。而半导体又分为而半导体又分为本征半导体、杂质本征半导体、杂质（掺杂）半导体（掺杂）半导体两种。两种。1.1半导体（Semiconductor）导电特性151.1.1本征半导体本征半导体 纯净的、不含杂质的半导体。常用的半导体材纯净的、不含杂质的半导体。常用的半导体材料有两种：硅（料有两种：硅（SiSi）、锗（）、锗（GeGe）。）。硅硅Si Si（锗（锗GeGe）的原子结构如下：）的原子结构如下：这种结构的原子利用共价键构成了这种结构的原子利用共价键构成了本征半导体本征半导体结构。结构。1.1.1本征半导体纯净的、不含杂质的半导体16但在外界激励下，产生但在外界激励下，产生电子电子空穴对（本空穴对（本征激发）征激发），呈现导体的性质。呈现导体的性质。这种稳定的结构使得本征半导体常温下这种稳定的结构使得本征半导体常温下不能导电，呈现绝缘体性质。不能导电，呈现绝缘体性质。但在外界激励下，产生电子空穴对（本征激发）17但在外界激励下，产生但在外界激励下，产生电子电子空穴对（本空穴对（本征激发）征激发），呈现导体的性质。呈现导体的性质。这种稳定的结构使得本征半导体常温下这种稳定的结构使得本征半导体常温下不能导电，呈现绝缘体性质。不能导电，呈现绝缘体性质。但在外界激励下，产生电子空穴对（本征激发）18在外界激励下，产生在外界激励下，产生电子电子空穴对（本征激发）空穴对（本征激发）。空穴也可移动（邻近电子的依次填充）。空穴也可移动（邻近电子的依次填充）。在外界激励下，产生电子空穴对（本征激发）。空穴也可移动（邻19在外界激励下，产生在外界激励下，产生电子电子空穴对（本征激发）空穴对（本征激发）。空穴也可移动（邻近电子的依次填充）。空穴也可移动（邻近电子的依次填充）。在外界激励下，产生电子空穴对（本征激发）。空穴也可移动（邻20在外界激励下，产生在外界激励下，产生电子电子空穴对（本征激发）空穴对（本征激发）。空穴也可移动（邻近电子的依次填充）。空穴也可移动（邻近电子的依次填充）。在外界激励下，产生电子空穴对（本征激发）。空穴也可移动（邻21半导体内部存在两种半导体内部存在两种载流子载流子（可导（可导电的自由电荷）：电子（负电荷）、空电的自由电荷）：电子（负电荷）、空穴（正电荷）。穴（正电荷）。在本征半导体中，在本征半导体中，本征激发本征激发产生了产生了电子电子空穴对空穴对，同时存在电子，同时存在电子空穴对空穴对的的复合复合。电子浓度电子浓度=空穴浓度空穴浓度ni=pi半导体内部存在两种载流子（可导221.1.2杂质半导体杂质半导体 在本征半导体中掺入少量的其他特定元在本征半导体中掺入少量的其他特定元素（称为杂质）而形成的半导体。素（称为杂质）而形成的半导体。根据掺入杂质的不同，杂质半导体又分根据掺入杂质的不同，杂质半导体又分为为N N型半导体型半导体和和P P型半导体型半导体。常用的杂质材料有常用的杂质材料有5 5价元素磷价元素磷P P和和3 3价元素硼价元素硼B B。1.1.2杂质半导体在本征半导体中掺入少量的23N N型半导体内部存在大量的电子和少量的空穴，电型半导体内部存在大量的电子和少量的空穴，电子属于多数载流子（简称多子），空穴属于少数载流子属于多数载流子（简称多子），空穴属于少数载流子（简称少子）。子（简称少子）。n n p p N N型半导体主要靠电子导电。型半导体主要靠电子导电。一一.N N型半导体（型半导体（电子型半导体）电子型半导体）掺如非金属杂质磷掺如非金属杂质磷P的半导体。的半导体。每掺入一个磷每掺入一个磷原子就相当于向半导体内原子就相当于向半导体内部注入一个自由电子。部注入一个自由电子。N型半导体内部存在大量的电子和少量的空穴，电24P P型半导体内部存在大量的空穴和少量的电子，空型半导体内部存在大量的空穴和少量的电子，空穴属于多数载流子（简称多子），电子属于少数载流穴属于多数载流子（简称多子），电子属于少数载流子（简称少子）。子（简称少子）。p n p n P P型半导体主要靠空穴导电。型半导体主要靠空穴导电。二二.P P型半导体（空穴型型半导体（空穴型半导体）半导体）掺如非金属杂质硼掺如非金属杂质硼B的半导体。的半导体。每掺入一个硼每掺入一个硼原子就相当于向半导体内原子就相当于向半导体内部注入一个空穴。部注入一个空穴。P型半导体内部存在大量的空穴和少量的电子，空25 杂质半导体导电性能主要由多数载流子决定，杂质半导体导电性能主要由多数载流子决定，总体是电中性的，通常只画出其中的杂质离子和等总体是电中性的，通常只画出其中的杂质离子和等量的多数载流子。量的多数载流子。杂质半导体的简化表示法杂质半导体的简化表示法 杂质半导体导电性能主要由多数载流子决定，总体是电中性261.2半导体二极管（半导体二极管（Diode）二极管的主要结构是二极管的主要结构是PNPN结。结。1.2半导体二极管（Diode）二极管的主要结构是P27 1.2.1PN结（结（PNJunction）将一块将一块P型半导体和一块型半导体和一块N型半导体有机结合在型半导体有机结合在一起，其结合部就叫一起，其结合部就叫PN结（该区域具有特殊性质）。结（该区域具有特殊性质）。1.2.1PN结（PNJunction）28一一.PN结的形成结的形成 多子扩散（在多子扩散（在PNPN结合结合部形成内电场部形成内电场E EI I）。）。内电场阻碍多子扩内电场阻碍多子扩散、利于少子漂移。散、利于少子漂移。当扩散与漂移相对当扩散与漂移相对平衡，形成平衡，形成PNPN结。结。PN结别名：耗尽层、结别名：耗尽层、势垒区、电位壁垒、势垒区、电位壁垒、阻挡层、内电场、空阻挡层、内电场、空间电荷区等。间电荷区等。一.PN结的形成多子扩散（在PN结合部形成内电场EI29二二.PN结性质结性质单向导电性单向导电性二.PN结性质单向导电性301.正向导通正向导通PNPN结结外外加加正正向向电电压压（正正向向偏偏置置）PP接接 +、N N接接 -，形形成成较较大正向电流（正向电阻较小）。如大正向电流（正向电阻较小）。如3mA3mA。2.反向截止反向截止PNPN结结外外加加反反向向电电压压（反反向向偏偏置置）PP接接 -、N N接接 +，形形成成较较小反向电流（反向电阻较大）。如小反向电流（反向电阻较大）。如1010A A。二二.PN结性质结性质单向导电性单向导电性正偏电压正偏电压U=0.7V（Si管）管）0.2V（Ge管管 当当电电压压超超过过某某个个值值（约约零零点点几几伏伏），全全部部少少子子参参与与导导电电，形形成成“反向饱和电流反向饱和电流I IS S”。反偏电压最高可达几千伏。反偏电压最高可达几千伏。1.正向导通2.反向截止二.PN结性质31 1.2.2二极管二极管用外壳将用外壳将PNPN结封闭，引出结封闭，引出2 2根极线，就构成了二极管根极线，就构成了二极管 。一二极管伏安特性一二极管伏安特性正正向向电电流流较较大大（正正向向电电阻阻较较小小），反反向向电电流流较较小小（反反向向电阻较大）。电阻较大）。门门限限电电压压（死死区区电电压压）V(Si管管约约为为0.5V、Ge管管约约为为0.1V)，反反向向击击穿穿电电压压VBR（可可高达几千伏）高达几千伏）二极管电压电流方程：二极管电压电流方程：1.2.2二极管用外壳将PN结封闭，引出2根极线32二二极管主要参数二二极管主要参数1.最大整流电流最大整流电流IF2.最高反向工作电压最高反向工作电压UR3.反向电流反向电流IR4.最高工作频率最高工作频率fM二二极管主要参数1.最大整流电流IF2.最高反向工33 由由三三块块半半导导体体构构成成，分分为为NPNNPN型型和和PNPPNP型型两两种种。三三极极管管含含有有3 3极极、2 2结结、3 3区区。其其中中发发射射区区高高掺掺杂杂，基基区区较较薄薄且且低低掺掺杂杂，集集电电区区一一般般掺杂。掺杂。1.3三极管（三极管（Transistor）1.3.1三极管结构及符号三极管结构及符号由三块半导体构成，分为NPN型和PNP型两种。三极管341.3三极管（三极管（Transistor）1.3.2三极管的三种接法（三种组态）三极管的三种接法（三种组态）三极管在放大电路中有三种接法：共发射极、三极管在放大电路中有三种接法：共发射极、共基极、共集电极。共基极、共集电极。1.3三极管（Transistor）1.3.2351.3三极管（三极管（Transistor）1.3.3三极管内部载流子传输三极管内部载流子传输 下面以共发射极下面以共发射极NPNNPN管为例分析三极管内部载管为例分析三极管内部载流子的运动规律，从而得到三极管的放大作用。流子的运动规律，从而得到三极管的放大作用。为保证三极管具有放大作用（直流能量转换为为保证三极管具有放大作用（直流能量转换为交流能量），三极管电路中必须要有直流电源，并交流能量），三极管电路中必须要有直流电源，并且直流电源的接法必须保证且直流电源的接法必须保证三极管的发射结正偏、三极管的发射结正偏、集电结反偏集电结反偏 。1.3三极管（Transistor）1.3.336 1.3.3三极管内部载流子传输三极管内部载流子传输一一.发射区向基区发射区向基区 发射载流子发射载流子(电子电子)1.3.3三极管内部载流子传输一.发射区向基区37IENIBN 1.3.3三极管内部载流子传输三极管内部载流子传输一一.发射区向基区发射区向基区 发射载流子发射载流子(电子电子)二二.电子在基区的电子在基区的 疏运输运和复合疏运输运和复合 IENIBN1.3.3三极管内部载流子传输一.发38IBIEICBOICICNIBN 1.3.3三极管内部载流子传输三极管内部载流子传输一一.发射区向基区发射区向基区 发射载流子发射载流子(电子电子)二二.电子在基区的电子在基区的 疏运输运和复合疏运输运和复合 三三.集电区收集电子集电区收集电子 IBIEICBOICICNIBN1.3.3三极管内39 1.3.4三极管各极电流关系三极管各极电流关系一一.各极电流关系各极电流关系IE=IEN+IBNIENIB=IBNICBOIC=ICN+ICBOIE=IC+IB二二.电流控制作用电流控制作用=ICN/IBNIC/IBIC=IB+(1+)ICBO=IB+ICEOIC=ICN/IENIC/IEIC=IE+ICBOIE1.3.4三极管各极电流关系一.各极电流关系40 1.3.5共射共射NPN三极管伏安特性曲线三极管伏安特性曲线一一.输入特性曲线输入特性曲线IB=f(UBE，UCE)实际测试时如下进行：实际测试时如下进行：IB=f(UBE)|UCEU UCE CE 5V5V的特性曲线基本重合为一条，手册可给出该条曲线。的特性曲线基本重合为一条，手册可给出该条曲线。1.3.5共射NPN三极管伏安特性曲线一.输41 1.3.5共射共射NPN三极管伏安特性曲线三极管伏安特性曲线二二.输出特性曲线输出特性曲线IC=f(IB，UCE)实际测试时如此进行：实际测试时如此进行：IC=f(UCE)|IB1.3.5共射NPN三极管伏安特性曲线二.输42 1.3.5共射共射NPN三极管伏安特性曲线三极管伏安特性曲线二二.输出特性曲线输出特性曲线IC=f(IB，UCE)实际测试时如下进行：实际测试时如下进行：IC=f(UCE)|IB 发射结正偏、集电结反发射结正偏、集电结反偏时，三极管工作在放大偏时，三极管工作在放大区区(处于放大状态处于放大状态)，有放，有放大作用：大作用：I IC C=I=IB B +I ICEOCEO 两结均反偏时，三极管两结均反偏时，三极管工作在截至区工作在截至区(处于截止处于截止状态状态)，无放大作用。，无放大作用。I IE E=I=IC C=I=ICEOCEO00 发射结正偏、集电结正发射结正偏、集电结正偏时，三极管工作在饱和偏时，三极管工作在饱和区区(处于饱和状态处于饱和状态)，无，无放大作用。放大作用。I IE E=I=IC C（较大）（较大）1.3.5共射NPN三极管伏安特性曲线二.输43 1.3.6 1.3.6 三极管主要参数三极管主要参数 一一.电流放大系数电流放大系数 1.1.共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数直流直流IIC C/I/IB B 交流交流IIC C/I/IB B 均用均用表示。表示。2.2.共基极电流放大系数共基极电流放大系数直流直流IIC C/I/IE E 交流交流IIC C/I/IE E 均用均用表示。表示。二二.反向饱和电流反向饱和电流 1.1.集电极集电极基极间反向饱和电流基极间反向饱和电流I ICBOCBO 2.2.集电极集电极发射极间穿透电流发射极间穿透电流I ICEOCEO I ICEO CEO=(1+)(1+)I ICBOCBO =/(1 =/(1)=/(1+)=/(1+)1.3.6三极管主要参数一.电流放大系数144 1.3.6 1.3.6 三极管主要参数三极管主要参数 一一.电流放大系数电流放大系数 IIC C/I/IB B I IC C/I/IE E =/(1=/(1)=/(1+)=/(1+)二二.反向饱和电流反向饱和电流 I ICBO CBO I ICEOCEO I ICEO CEO=(1+)(1+)I ICBOCBO三三.极限参数极限参数 1.1.集电极最大允许电流集电极最大允许电流I ICM CM 2.2.集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗P PCMCM 3.3.反向击穿电压反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO 、U U(BR)CBO(BR)CBO 1.3.6三极管主要参数一.电流放大系数45三极管的安全工作区三极管的安全工作区 三极管的安全工作区461.4场效应管（场效应管（FieldEffectTransistor）场效应管是单极性管子，其输入场效应管是单极性管子，其输入PNPN结处于反偏或结处于反偏或绝缘状态，具有很高的输入电阻（这一点与三极管相绝缘状态，具有很高的输入电阻（这一点与三极管相反），同时，还具有噪声低、热稳定性好、抗辐射性反），同时，还具有噪声低、热稳定性好、抗辐射性强、便于集成等优点。强、便于集成等优点。场效应管是电压控制器件，既利用栅源电压控制场效应管是电压控制器件，既利用栅源电压控制漏极电流漏极电流（i iD D=g gm mu uGSGS）这一点与三级管（电流控这一点与三级管（电流控制器件制器件,基极电流控制集电极电流基极电流控制集电极电流,i iC C=i iB B）不同，）不同，而栅极电流而栅极电流i iD D为为0 0（因为输入电阻很大）。（因为输入电阻很大）。场效应管分为两大类场效应管分为两大类:结型场效应管结型场效应管（JFETJFETJunction Field Effect TransistorJunction Field Effect Transistor）、绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管（IGFETInsulated Gate Field Effect TransistorIGFETInsulated Gate Field Effect Transistor）。1.4场效应管（FieldEffectTrans47 1.4.1结型场效应管结型场效应管一一.结构及符号结构及符号 N N沟道管靠（单一载流子）电子导电，沟道管靠（单一载流子）电子导电，P P沟道管靠沟道管靠（单一载流子）空穴导电。场效应管的栅极（单一载流子）空穴导电。场效应管的栅极G G、源极、源极S S和漏极和漏极D D与三级管的基极与三级管的基极b b、发射极、发射极e e和集电极和集电极c c相对应。相对应。1.4.1结型场效应管一.结构及符号48 1.4.1结型场效应管结型场效应管二二.工作原理工作原理（栅源电压（栅源电压U UGSGS对漏极电流对漏极电流I ID D的控制作用）的控制作用）以以N N沟道管为例。漏源之间的沟道管为例。漏源之间的PNPN结必须反偏。结必须反偏。N N沟道结型场效应管加上反沟道结型场效应管加上反偏的栅源电压偏的栅源电压U UGSGS(U(UGSGS0)0)，在漏源之间加上漏源电，在漏源之间加上漏源电压压U UDSDS(U(UDSDS0)0)，便形成漏极，便形成漏极电流电流I ID D。而且。而且U UGSGS可控制可控制I ID D。1.4.1结型场效应管二.工作原理（栅源电压UG49 1.4.1结型场效应管结型场效应管二二.工作原理工作原理（栅源电压（栅源电压U UGSGS对漏极电流对漏极电流I ID D的控制作用）的控制作用）1.1.当当V VGSGS=0=0时，沟道最宽时，沟道最宽,沟道电阻最小，加上沟道电阻最小，加上V VDSDS可形成最大的可形成最大的I ID D；2.2.当当V VGSGS0 0时，沟道逐渐变窄，沟道电阻逐渐变大，时，沟道逐渐变窄，沟道电阻逐渐变大，I ID D逐渐减小；逐渐减小；3.3.当当V VGSGS=V=VP P(夹断电压夹断电压)时，沟道夹断，沟道电阻为无限大，时，沟道夹断，沟道电阻为无限大，I ID D=0=0。所以，栅源电压所以，栅源电压V VGSGS对漏极电流对漏极电流I ID D有控制作用。有控制作用。1.4.1结型场效应管二.工作原理（栅源电压UG50 1.4.1结型场效应管结型场效应管三三.JFET.JFET特性曲线特性曲线 V VGSGS=0=0时时,随着随着V VDSDS的增大的增大,沟道变化情况如下沟道变化情况如下:加上加上V VGSGS，沟道会进一步变窄。，沟道会进一步变窄。1.4.1结型场效应管三.JFET特性曲线V51 1.4.2结型场效应管结型场效应管三三.JFET.JFET特性曲线特性曲线 1.1.转移特性曲线转移特性曲线 I ID D =f(=f(U UGSGS )|)|U UDSDS 1.4.2结型场效应管三.JFET特性曲线152 1.4.1结型场效应管结型场效应管三三.JFET.JFET特性曲线特性曲线 2.2.漏极特性曲线漏极特性曲线 变化变化V VGSGS,得到一族特得到一族特性曲线。分为可变电性曲线。分为可变电阻区、恒流区、击穿阻区、恒流区、击穿区三部分。区三部分。JFET JFET管处管处于恒流状态时，有于恒流状态时，有 I ID D=g gm mV VGSGS I ID D =f(=f(U UDSDS )|)|U UGSGS 1.4.1结型场效应管三.JFET特性曲线253 1.4.1结型场效应管结型场效应管四四.JFET.JFET管工作过程小结管工作过程小结 N N沟道沟道JFET JFET 栅源电压栅源电压V VGSGS为为负值负值，漏源电压，漏源电压V VDSDS为为正值正值（P P沟道沟道JFETJFET与之相反）。在栅源电压与之相反）。在栅源电压V VGSGS控制下，控制下，漏极电流漏极电流I ID D随栅源电压而发生变化。并且，随栅源电压而发生变化。并且，V VGSGS=0=0时，时，I ID D最大；最大；V VGSGS=V VP P 时，时，I ID D=0=0。二者之间关系为：。二者之间关系为：I ID D=g gm mV VGSGS （栅源间必须反偏）（栅源间必须反偏）1.4.1结型场效应管四.JFET管工作过程小54 1.4.2结型场效应管结型场效应管三三.JFET.JFET特性曲线特性曲线 3.3.转移转移输出特性关系输出特性关系 由输出特性曲线可得到转移特性曲线由输出特性曲线可得到转移特性曲线1.4.2结型场效应管三.JFET特性曲线355 1.4.1结型场效应管结型场效应管四四.JFET.JFET管工作过程小结管工作过程小结 N N沟道沟道JFET JFET 栅源电压栅源电压V VGSGS为为负值负值，漏源电压，漏源电压V VDSDS为为正值正值（P P沟道沟道JFETJFET与之相反）。在栅源电压与之相反）。在栅源电压V VGSGS控制下，控制下，漏极电流漏极电流I ID D随栅源电压而发生变化。并且，随栅源电压而发生变化。并且，V VGSGS=0=0时，时，I ID D最大；最大；V VGSGS=V VP P 时，时，I ID D=0=0。二者之间关系为：。二者之间关系为：I ID D=g gm mV VGSGS （栅源间必须反偏）（栅源间必须反偏）1.4.1结型场效应管四.JFET管工作过程小56 1.4.1绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管 这种场效应管的栅极处于绝缘状态，输入电阻这种场效应管的栅极处于绝缘状态，输入电阻更高。广泛运用的是金属更高。广泛运用的是金属氧化物氧化物半导体场效应半导体场效应管管MOSFETMOSFET（MetalOxideSemicondoctor type MetalOxideSemicondoctor type Field Effect TransistorField Effect Transistor），简计为），简计为MOSMOS管。管。分为分为增强型增强型MOSMOS管和耗尽型管和耗尽型MOSMOS管两类管两类 ，每类又有，每类又有N N沟道沟道和和P P沟道两种管子。沟道两种管子。1.4.1绝缘栅型场效应管这种场效应管的57 1.4.1绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管一一.结构及符号结构及符号 1.4.1绝缘栅型场效应管一.结构及符号58二二.增强型增强型N N沟道沟道MOSMOS管工作过程管工作过程 1.UGS=0，无导电，无导电沟道，不能导电沟道，不能导电2.UGS逐渐增大，逐渐增大，形成耗尽层形成耗尽层3.UGSUT，形成，形成反型层（反型层（N沟道）沟道）4.加上加上UDS，导，导电沟道不均匀电沟道不均匀5.UGS-UDS=UT，沟道预夹断沟道预夹断6.UDS继续增大继续增大,沟道沟道夹断夹断,使使ID基本不变基本不变二.增强型N沟道MOS管工作过程1.UGS=0，无导电59三三.增强型增强型N N沟道沟道MOSMOS管特性曲线管特性曲线 转移特性近似表示为转移特性近似表示为I ID D=I=IDODO(U(UGSGS/U/UT T 1)1)2 2（其中（其中I IDODO 为为U UGSGS =2U2UT T 时的时的I ID D 值）值）三.增强型N沟道MOS管特性曲线转移特性近似表示为ID=60四四.耗尽型耗尽型N N沟道沟道MOSMOS管工作过程管工作过程 不加栅源电压时，在不加栅源电压时，在MOSMOS管体内已存在导电沟道。而所管体内已存在导电沟道。而所加栅源电压可以控制导电沟道加栅源电压可以控制导电沟道的宽窄，从而控制漏极电流。的宽窄，从而控制漏极电流。且当且当U UGSGS0 0时，导电沟道更宽，时，导电沟道更宽，电流电流U UD D变大；变大；U UGSGS0 0时，导电时，导电沟道保持原有宽度，电流沟道保持原有宽度，电流I ID D适适中；当中；当V VGSGS0 0时，导电沟道变时，导电沟道变窄。电流窄。电流I ID D变小。当变小。当U UGSGS小到夹小到夹断电压断电压U UP P 时，沟道全部夹断，时，沟道全部夹断，使得使得I ID D=0=0。四.耗尽型N沟道MOS管工作过程不加栅源电压时，61四四.耗尽型耗尽型N N沟道沟道MOSMOS管特性曲线管特性曲线 四.耗尽型N沟道MOS管特性曲线62各类场效应管偏置电压极性各类场效应管偏置电压极性场效应管类型场效应管类型栅源电压栅源电压UGS漏源电压漏源电压UDSN沟道沟道JFET-+P沟道沟道JFET+-N沟道增强型沟道增强型MOS管管+P沟道增强型沟道增强型MOS管管-N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管+0-+N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管+0-各类场效应管偏置电压极性场效应管类型栅源电压UGS漏源电压63 五五.场效应管的主要参数场效应管的主要参数1.1.直流参数直流参数 （1 1）饱和漏极电流）饱和漏极电流I IDSSDSS （2 2）夹断电压）夹断电压U UP P（3 3）开启电压）开启电压U UT T2.2.交流参数交流参数 （1 1）低频跨导）低频跨导g gm m 其中其中 g gm m=(=(I ID D/I ID D)|U)|UDS DS（2 2）极间电容）极间电容 C CGSGS C CGD GD C CDS DS 3.3.极限参数极限参数 （1 1）漏源击穿电压漏源击穿电压V V（BRBR）DSDS（2 2）栅源击穿电压栅源击穿电压V V（BRBR）GSGS（3 3）最大漏极电流最大漏极电流I IDMDM（4 4）最大漏极耗散功率最大漏极耗散功率P PDMDM五.场效应管的主要参数1.直流参数（1）饱和漏极电流ID64第二章第二章 基本放大电路基本放大电路 放放大大器器构构成成及及主主要要技技术术指指标标、放放大大器器分分析析方方法法、三三种种组组态态放放大大器器、场场效效应应管管放放大器、多级放大器大器、多级放大器 。本章主要内容：本章主要内容：前前进进返返回回第二章基本放大电路放大器构成及主要技术指标、放大652 2.1 1 放大的概念放大的概念 1 1信号：信号：电流或电压。电流或电压。信号放大时，放大的是信号的幅度，信号的频率信号放大时，放大的是信号的幅度，信号的频率不变。信号放大主要是利用三极管基极电流对集电极不变。信号放大主要是利用三极管基极电流对集电极电流的控制作用（电流的控制作用（I IC C=I=Ib b）或场效应管栅极电压对漏）或场效应管栅极电压对漏极电流的控制作用（极电流的控制作用（I Id d=g=gm mU Ugsgs）。）。放大器放大器小信号小信号大信号大信号2放大的概念放大的概念2.1放大的概念1信号：电流或电压。信号放大662.2.1原理电路原理电路 主要元件主要元件处于放大状态的三极管。处于放大状态的三极管。2.2 2.2 单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路 为保证三极管的偏置，要加上直流电源。为保证三极管的偏置，要加上直流电源。为限流，应加上降压电阻。为限流，应加上降压电阻。为放大信号，加上信号源及输出端。为放大信号，加上信号源及输出端。2.2.1原理电路主要元件处于放大状态672.2.1原理电路原理电路 主要元件主要元件处于放大状态的三极管。处于放大状态的三极管。2.2 2.2 单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路 为保证三极管的偏置，要加上直流电源。为保证三极管的偏置，要加上直流电源。为限流，应加上降压电阻。为限流，应加上降压电阻。为放大信号，加上信号源及输出端。为放大信号，加上信号源及输出端。2.2.1原理电路主要元件处于放大状态682.2.2电路放大工作原理电路放大工作原理2.2 2.2 单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路考虑到考虑到u uCECE=V=VCC CC-i iC CR RC C ，而而V VCCCC是固定不便的，则是固定不便的，则变化量变化量uuCE CE=-i iC CR RC C 。u ui iu uBEBEi iB Bu uO Oi iC C=i iB B u uCECE2.2.2电路放大工作原理2.2单管共发射极放大692.2.3实际放大器实际放大器2.2 2.2 单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路首先改成单电源供电，首先改成单电源供电，再加上隔直电容，再加上隔直电容，共射放大器共射放大器 共射放大器共射放大器 习惯画成：习惯画成：2.2.3实际放大器2.2单管共发射极放大电路首702.2.4放大器构成原则放大器构成原则2.2 2.2 单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路1.1.保证三极管发射结正偏、保证三极管发射结正偏、集电结反偏（如右图所示）；集电结反偏（如右图所示）；2.2.欲放大信号能进入三极管中；欲放大信号能进入三极管中；3.3.所放大信号能传输到负载上。所放大信号能传输到负载上。2.2.4放大器构成原则2.2单管共发射极放大电71电路举例电路举例2.2 2.2 单管共发射极放大电路单管共发射极放大电路电路举例2.2单管共发射极放大电路72 对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：动态量（交流量）：2.3 2.3 放大电路主要技术指标放大电路主要技术指标 1.1.放大倍数（增益）放大倍数（增益）A Au u、A Ai i3.3.非线性失真系数非线性失真系数D D 2.2.最大输出信号幅度最大输出信号幅度U Uomom、I Iomom4.4.输入电阻输入电阻R Ri i 5.5.输出电阻输出电阻R Ro o 6.6.通频带通频带BW BW 7.7.最大最大输输出功率出功率P Pomom及及转换转换效率效率 对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态73 对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：动态量（交流量）：2.3 2.3 放大电路主要技术指标放大电路主要技术指标1.1.放大倍数（增益）放大倍数（增益）A Au u、A Ai iA Au u=U=Uo o/U Ui iA Ai i=I=Io o/I Ii iA Ausus=U=Uo o/U Us s对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态74 对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：动态量（交流量）：2.3 2.3 放大电路主要技术指标放大电路主要技术指标最大不失真输最大不失真输出信号幅值。出信号幅值。2.2.最大输出信号幅度最大输出信号幅度U Uomom、I Iomom对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态75 对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：动态量（交流量）：2.3 2.3 放大电路主要技术指标放大电路主要技术指标3.3.非线性失真系数非线性失真系数D D 输出信号输出信号 u uo o=u=u1 1+u+u2 2+u+u3 3+其中，其中，u u1 1是基波，是基波，u u2 2 、u u3 3 、是是谐谐波波对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态76 对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：动态量（交流量）：2.3 2.3 放大电路主要技术指标放大电路主要技术指标4.4.输输入入电电阻阻R Ri iR Ri i=U=Ui i/I Ii i对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态77 对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：动态量（交流量）：2.3 2.3 放大电路主要技术指标放大电路主要技术指标5.5.输输入入电电阻阻R Ro o实际测量时实际测量时Ro=Ro=（UUo o/U/Uo o -1 1）R RL L R Ro o=U=Uo o/I Io oUs=0Us=0R RL L=对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态78 对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：动态量（交流量）：2.3 2.3 放大电路主要技术指标放大电路主要技术指标6.6.通通频带频带BWBW BW=fBW=fH H-f-fL L 对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态79 对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态量（交流量）：动态量（交流量）：2.3 2.3 放大电路主要技术指标放大电路主要技术指标=P=Pomom/P/PV V 7.7.最大最大输输出功率出功率P Pomom及及转换转换效率效率 对于放大器，除分析静态量（直流量），还要分析如下动态80附：电路中有关符号规定附：电路中有关符号规定直直流流量：量：大写字母、大写脚码大写字母、大写脚码如如IB、UCE交流瞬时量：交流瞬时量：小写字母、小写脚码小写字母、小写脚码如如ib、uce交流有效量：交流有效量：大写字母、小写脚码大写字母、小写脚码如如Ib、Ucce交直流总量：交直流总量：小写字母、大写脚码小写字母、大写脚码如如iB、uCE附：电路中有关符号规定直流量：大写字母、大81 放大器分析有静态分析和动态分析。其中动态分析最常放大器分析有静态分析和动态分析。其中动态分析最常用的方法有图解法（大信号）和等效电路法（小信号）。用的方法有图解法（大信号）和等效电路法（小信号）。2.4 2.4 放大电路基本分析方法放大电路基本分析方法 一一.直流等效直流等效电电路（直流通路路（直流通路）2.4.1放大器直流通路与交流通路放大器直流通路与交流通路直流信号所通过的线路，用于分析直流信号所通过的线路，用于分析直直流量。流量。直流通路作法：断开隔直直流通路作法：断开隔直电电容。容。放大器分析有静态分析和动态分析。其中动态分析最常用的82一一.直流等效直流等效电电路（直流通路路（直流通路）2.4.1放大器直流通路与交流通路放大器直流通路与交流通路交流信号所通过的线路，用于分析交流量。交流信号所通过的线路，用于分析交流量。交流交流通路作法：通路作法：短路短路隔直隔直电电容容和直流电源和直流电源。2.4 2.4 放大电路基本分析方法放大电路基本分析方法二二.交交流等效流等效电电路（路（交交流通路流通路）一.直流等效电路（直流通路）2.4.1放大器直流通路与83 在放大电路或其直流通路中，计算在放大电路或其直流通路中，计算I IB B，U UBEBE，I IC C，U UCE CE。其中，其中，U UBEBE =0.7V0.7V（SiSi管）或管）或0.2V0.2V（GeGe管）管）当作已知量。当作已知量。2.4.2静态工作点的估算静态工作点的估算2.4 2.4 放大电路基本分析方法放大电路基本分析方法I IB B=（Vcc-UVcc-UBEBE ）/R RB B Vcc/Vcc/R RB B I IC C=I=IB B U UCE CE=Vcc-I=Vcc-IC CR RC C 在放大电路或其直流通路中，计算IB，UBE，IC，842.4.3图解法图解法2.4 2.4 放大电路基本分析方法放大电路基本分析方法 先利用估算法先利用估算法计计算出算出I IB B，在输入特性曲线上作在输入特性曲线上作静静态态工作工作点点Q Q，再在再在输输出特性曲出特性曲线线上作出直流上作出直流负载线负载线u uCECE=V=VCCCC-i iC CR RC C，其，其与与I IB B的交点及静的交点及静态态工作点工作点Q Q，直流，直流负载线负载线的斜率的斜率为为-1/R-1/RC C。一一静态分析静态分析 2.4.3图解法2.4放大电路基本分析方法先852.4.3图解法图解法2.4 2.4 放大电路基本分析方法放大电路基本分析方法 先利用估算法先利用估算法计计算出算出I IB B，在输入特性曲线上作在输入特性曲线上作静静态态工作工作点点Q Q，再在再在输输出特性曲出特性曲线线上作出直流上作出直流负载线负载线u uCECE=V=VCCCC-i iC CR RC C，其，其与与I IB B的交点及静的交点及静态态工作点工作点Q Q，直流，直流负载线负载线的斜率的斜率为为-1/R-1/RC C。一一静态分析静态分析 2.4.3图解法2.4放大电路基本分析方法先86作出交流作出交流负载线负载线（斜率斜率为为交流交流负载负载-1/R-1/RL L、过过静静态态工作点工作点Q Q），），2.4.3图解法图解法2.4 2.4 放大电路基本分析方法放大电路基本分析方法二二动态分析动态分析 作出交流负载线（斜率为交流负载-1/RL、过静态工作点Q）87作出交流作出交流负载线负载线（斜率斜率为为交流交流负载负载-1/R-1/RL L、过过静静态态工作点工作点Q Q），），2.4.3图解法图解法2.4 2.4 放大电路基本分析方法放大电路基本分析方法二二动态分析动态分析 然后根据已知的然后根据已知的输输入信号入信号 如如u ui i=0.05sin=0.05sint(V)t(V)，分，分别别在在输输入特性、入特性、输输出特性上的静出特性上的静态态工作点附近工作点附近得出动态范围，得出动态范围，作出交流负载线（斜率为交流负载-1/RL、过静态工作点Q）88作出交流作出交流负载线负载线（斜率斜率为为交流交流负载负载-1/R-1/RL L、过过静静态态工作点工作点Q Q），），然后根据已知的然后根据已知的输输入信号入信号 如如u ui i=0.05sin=0.05sint(V)t(V)，分，分别别在在输输入特性、入特性、输输出特性上的静出特性上的静态态工作点附近工作点附近得出动态范围，得出动态范围，根据动态范围作出输入输出波形，求出根据动态范围作出输入输出波形，求出A Au u、A Ai i。2.4.3图解法图解法2.4 2.4 放大电路基本分析方法放大电路基本分析方法二二动态分析动态分析 进而进而作出交流负载线（斜率为交流负载-1/RL、过静态工作点Q）89作出交流作出交流负载线负载线（斜率斜率为为交流交流负载负载-1/R-1/RL L、过过静静态态工作点工作点Q Q），），然后根据已知的然后根据已知的输输入信号入信号 如如u ui i=0.05sin=0.05sint(V)t(V)，分，分别别在在输输入特性、入特性、输输出特性上的静出特性上的静态态工作点附近工作点附近得出动态范围，进而得出动态范围，进而根据动态范围作出输入输出波形，求出根据动态范围作出输入输出波形，求出A Au u、A Ai i。2.4.3图解法图解法2.4 2.4 放大电路基本分析方法放大电路基本分析方法二二动态分析动态分析 作出交流负载线（斜率为交流负载-1/RL、过静态工作点Q）901.1.估算估算I IB B，并在输入特性曲线上标出，并在输入特性曲线上标出Q Q点；点；2.4.3图解法图解法2.4 2.4 放大电路基本分析方法放大电路基本分析方法图解法步骤小结：图解法步骤小结：2.2.在输出特性曲线上作直流负载线，并标出在输出特性曲线上作直流负载线，并标出Q Q点；点；3.3.在输出特性曲线上作交流负载线（斜率为在输出特性曲线上作交流负载线（斜率为-1/R-1/RL L,过过Q Q点）；点）；4.4.根据已知条件在输入特性曲线上以静态工作点为中心确定输根据已知条件在输入特性曲线上以静态工作点为中心确定输入电流动态范围（输入信号摆动范围），作输入信号波形；根入电流动态范围（输入信号摆动范围），作输入信号波形；根据输入电流摆动范围，找出交流负载线与输出特性曲线的两个据输入电流摆动范围，找出交流负载线与输出特性曲线的两个交点，此为输出动态范围（输出信号摆动范围），作输出信号交点，此为输出动态范围（输出信号摆动范围），作输出信号波形。波形。5.5.计算计算A Au u、A Ai i。1.估算IB，并在输入特性曲线上标出Q点；2.4.3图解912.4.3图解法图解法2.4 2.4 放大电路基本分析方法放大电路基本分析方法三三图解法应用图解法应用 1.1.分析非线性失真分析非线性失真 设设i ii i=20sin=20sint(uA)t(uA)（1 1）静态工作点过低，）静态工作点过低，出现截止失真。出现截止失真。解决办法：提高解决办法：提高Q Q点，可减小点，可减小R RB B。2.4.3图解法2.4放大电路基本分析方法三图解法922.4.3图解法图解法2.4 2.4 放大电路基本分析方法放大电路基本分析方法三三图解法应用图解法应用 1.1.分析非线性失真分析非线性失真 设设i ii i=20sin=20sint(uA)t(uA)（2 2）静态工作点过高，）静态工作点过高，出现饱和失真。出现饱和失真。解决办法：降低解决办法：降低Q Q点，可增大点，可增大R RB B。2.4.3图解法2.4放大电路基本分析方法三图解法932.4.3图解法图解法2.4 2.4 放大电路基本分析方法放大电路基本分析方法三三图解法应用图解法应用 1.1.分析非线性失真分析非线性失真 设设i ii i=65sin=65sint(uA)t(uA)（3 3）输入信号过大，）输入信号过大，出现饱和出现饱和截止失真。截止失真。解决办法：减小输入信号解决办法：减小输入信号。2.4.3图解法2.4放大电路基本分析方法三图解法942.4.3图解法图解法2.4 2.4 放大电路基本分析方法放大电路基本分析方法三三图解法应用图解法应用 2.2.分析放大分析放大 最大不失真最大不失真 输输出信号出信号 （1 1）静态工）静态工 作点较高。作点较高。2.4.3图解法2.4放大电路基本分析方法三图解法952.4.3图解法图解法2.4 2.4 放大电路基本分析方法放大电