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1、基本器件,第 1 章,基本器件,二极管三极管场效应管,一、两种半导体和两种载流子,两种载流子的运动,电子,自由电子,空穴,价电子,两 种半导体,N 型(多电子),P 型(多空穴),二、二极管,1.特性,单向导电,正向电阻小(理想为 0)，反向电阻大()。,2.主要参数,正向 最大平均电流 IF,反向,最大反向工作电压 U(BR)(超过则击穿),反向饱和电流 IR(IS)(受温度影响),IS,3.二极管的等效模型,理想模型(大信号状态采用),正偏导通 电压降为零 相当于理想开关闭合,反偏截止 电流为零 相当于理想开关断开,恒压降模型,UD(on),正偏电压 UD(on)时导通 等效为恒压源UD(
2、on),否则截止，相当于二极管支路断开,UD(on)=(0.6 0.8)V,估算时取 0.7 V,硅管：,锗管：,(0.1 0.3)V,0.2 V,折线近似模型,相当于有内阻的恒压源 UD(on),4.二极管的分析方法,图解法,微变等效电路法,5.特殊二极管,工作条件,主要用途,稳压二极管,反 偏,稳 压,发光二极管,正 偏,发 光,光敏二极管,反 偏,光电转换,判断电路中二极管工作状态的方法,1.断开二极管，分析电路断开点的开路电压。如果该电压能使二极管正偏，且大于二极管的死区电压，二极管导通；否则二极管截止。,2.如果电路中有两个二极管，利用方法1分别判断各个二极管两端的开路电压，开路电压
3、高的二极管优先导通；当此二极管导通后，再根据电路的约束条件，判断另一个二极管的工作状态。,二极管导通的判定,对于图 a，经判断知，D1、D2两端的开路电压分别为：,D2反偏电压为5 V,D1导通,AB=0 V,D2截止,10 V，5 V,二极管导通的判定,对于图 b，经判断知，D1、D2两端的开路电压分别为,即 D1上的反偏电压为15 V,D2优先导通,AB=15 V,D1截止,10 V，25 V,D2导通后,二极管导通的判定,如图，已知ui10sint(v)，试画出ui与uo的波形。设二极管正向导通电压可忽略不计。,uO,10,ui(V),t,二极管导通的判定,例：如图，E6V，二极管正向压
4、降忽略不计，画出 uo波形。,E,V1,ui,uO,10,ui(V),t,6,E,V2,R,6,ui E，V1导通，V2截止 u0=E=6VEui E，V1、V2截止，u0=ui,解：,ui E，V2导通，V1截止 u0=E=6V,6,二极管导通的判定,例：如图，已知UZ=10V，负载电压UL（）（）5（）10（）15（）20,A,稳压二极管,例：已知ui=6sint，UZ=3V，画输出波形。,3,3,稳压二极管,三极管,一、两种半导体放大器件,双极型半导体三极管(晶体三极管 BJT),单极型半导体三极管(场效应管 FET),两种载流子导电,多数载流子导电,晶体三极管,1.形式与结构,NPN,
5、PNP,三区、三极、两结,2.特点,基极电流控制集电极电流并实现放大,放大条件,内因：发射区载流子浓度高、基区薄、集电区面积大,外因：发射结正偏、集电结反偏,3.电流关系,IE=IC+IB,IC=IB+ICEO,IE=(1+)IB+ICEO,IE=IC+IB,IC=IB,IE=(1+)IB,三极管与二极管不同之处，三极管具有电流放大作用。放大有两层含义：一：放大的对象是变化量，而不一个恒定量；二：是放大作用实质上是一种控制作用，即用弱小的基极电流IB控制较大的集电极电流IC的大小。因此，三极管也可以理解为受控电流源。,三极管与二极管不同之处,4.特性,死区电压(Uth)：,0.5 V(硅管),
6、0.1 V(锗管),工作电压(UBE(on)：,0.6 0.8 V 取 0.7 V(硅管),0.2 0.3 V 取 0.3 V(锗管),放大区,饱和区,截止区,放大区特点：,1)iB 决定 iC,2)曲线水平表示恒流,3)曲线间隔表示受控,5.参数,特性参数,电流放大倍数,=/(1),=/(1+),极间反向电流,ICBO,ICEO,极限参数,ICM,PCM,U(BR)CEO,ICM,U(BR)CEO,PCM,安 全 工 作 区,=(1+)ICBO,（1）根据管脚电位，判别管脚的极性。三个电极的电位从低到高依次排序；,中间电位对应的管脚是基极B；,与中间电位相差约一个导通电压,的管脚是发射极E,
7、（2）根据基极B与发射极E的电位差，判断三极管的材料。,（3）根据各极电位，判断三极管的类型。,三极管管脚、材料、类型的判断方法,例：由三极管各管脚电位判定三极管属性（1）A:1V B：0.3V C:3V（2）A:0.2V B:0V C:3V,UBE 0.2V(锗管）UBE 0.7V(硅管）,解：,（1）硅管、NPN管A：基极；B:发射极；C:集电极（2）锗管、PNP管A:基极；B:发射极；C:集电极,步骤：1.区分硅管、锗管，并确定C极（以 相近两个电极的电压差为据，UBE硅0.7 UBE锗0.3）2.区分NPN、PNP管（NPN：UC最高，PNP：UC最低）3.区分三极（NPN：UC UB
8、 UE PNP：UC UB UE）,场效应管,1.分类,按导电沟道分,N 沟道,P 沟道,按结构分,绝缘栅型(MOS),结型,按特性分,增强型,耗尽型,uGS=0 时，iD=0,uGS=0 时，iD 0,增强型,耗尽型,(耗尽型),2.特点,栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流,输入电阻高，工艺简单，易集成,由于 FET 无栅极电流，故采用转移特性和输出特性描述,不同类型 FET 转移特性比较,3.特性,结型,N 沟道,增强型,耗尽型,MOS 管,(耗尽型),IDSS,开启电压UGS(th),夹断电压UGS(off),IDO 是 uGS=2UGS(th)时的 iD 值,例题：例:(南京航空航天
9、大学2000年研究生入学试题)场效应管是()控制元件，而双极性三极管是()控制元件。答案：(电压)，(电流)。例:(北京交通大学1997年研究生入学试题)在放大电路中，场效应管工作在()区。答案：(饱和区或恒流区)。,例:一个场效应管的输 出特性如图所示，试分 析:(1)它是属于何种类型的 场效应管；(2)它的开启电压VT(或 夹断电压VP)大约是多 少？(3)它的饱和漏极电流DSS是多少?,N沟道耗尽型场效应管,VP=-3V,DSS6mA。,场效应管判定,基本放大电路,一、晶体管电路的基本问题和分析方法,三种工作状态,放大,I C=IB,发射结正偏集电结反偏,饱和,I C IB,两个结正偏,
10、ICS=IBS 集电结零偏,临界,截止,IB 0,IC=0,两个结反偏,判断导通还是截止：,UBE U(th)则导通,以 NPN为 例：,UBE U(th)则截止,判断饱和还是放大：,1.电位判别法,NPN 管,UC UB UE,放大,UE UC UB,饱和,PNP 管,UC UB UE,放大,UE UC U B,饱和,两个基本问题,静态(Q),动态(Au),解决不失真的问题,“Q”偏高引起饱和失真,“Q”偏低引起截止失真,解决能放大的问题,两种分析方法,1.计算法,1)直流通路求“Q”,(从发射结导通电压UBE(on)出发),2)交流通路分析性能,交流通路画法：,VCC 接地，耦合电容短路,
11、小信号电路模型,两种典型电路结构,偏置式,分压式,求静态工作点；,求性能指标；,1、试分析下图所示各电路是否能够放大正弦交流信号，简述理由。设图中所有电容对交流信号均可视为短路。,例题,例：,已知：Rb1=40K,Rb2=20K,Rc=2.5K,Re=2K,Vcc=12V,UBE=0.7V,=40,RL=5K。试计算Q、Au、Ri、Ro。,解：,解题步骤,UB,UE,IEQ,ICQ,IBQ,UCEQ,=4V,UE=UBUBE=40.7=3.3V,=1.65mA,ICQ IEQ=1.65mA,=41A,UCEQ,VccICQ(Rc+RE),=121.65(2+2.5),=4.575 V,=0.9
12、46K,差分电路,1.主要特点：放大差模信号，抑制共模信号(克服零点漂移),2.四种输入、输出方式比较：,很小,（1）直接耦合放大电路存在零点漂移的原因是。A.电阻阻值有误差 B.晶体管参数的分散性 C.晶体管参数受温度影响 D.电源电压不稳定（2）集成放大电路采用直接耦合方式的原因。A.便于设计 B.放大交流信号 C.不易制作大容量电容（3）集成运放的输入级采用差分放大电路是因为可以。A减小温漂 B.增大放大倍数 C.提高输入电阻,例题,反馈放大电路,第 4 章,反馈的判断方法,1.有无反馈,2.正反馈和负反馈,主要看信号有无反向传输通路。,采用瞬时极性法，看反馈是增强还是削弱净输入信号。,
13、对于串联负反馈，反馈信号与输入信号极性相同；对于并联负反馈，反馈信号与输入信号极性相反。,3.四种反馈组态,电压和电流反馈：,规则：RL 短路，反馈消失则为电压反馈，反馈存在为电流反馈。,规律：电压反馈取自输出端或输出分压端；电流反馈取自非输出端。,串联和并联反馈：,规则：,串联负反馈：uid=ui uf,并联负反馈：iid=ii if,规律：反馈信号与输入信号在不同节点为串联反馈；反馈信号与输入信号在同一个节点为并联反馈。,1、已知交流负反馈有四种组态：A电压串联负反馈 B电压并联负反馈 C电流串联负反馈 D电流并联负反馈 选择合适的答案填入下列空格内，只填入A、B、C或D。（1）欲得到电流
14、电压转换电路，应在放大电路中引入；（2）欲将电压信号转换成与之成比例的电流信号，应在放大电路中引入；（3）欲减小电路从信号源索取的电流，增大带负载能力，应在放大电路中引入；（4）欲从信号源获得更大的电流，并稳定输出电流，应在放大电路中引入。解：（1）B（2）C（3）A（4）D,例题,电压串联交、直流负反馈,电流串联直流负反馈,正反馈,例题,A2：本级交、直流 电压串联负反馈,R2：级间正反馈,R3：电压并联交直流负反馈,R7：电压串联交直流负反馈,R4：级间电压并联交流负反馈,R2：,电压串联交流负反馈,例题,电压串联负反馈,电流并联负反馈,电流串联负反馈,电流并联负反馈,电压并联负反馈,电压
15、并联负反馈,例题,并联负反馈使输入电阻减小,二、负反馈对放大电路性能的影响,1.提高增益的稳定性,2.减少失真和扩展通频带,3.对输入电阻和输出电阻的影响,串联负反馈使输入电阻增大,电压反馈使输出电阻减小(稳定了输出电压),电流反馈使输出电阻增大(稳定了输出电流),例:(南京航空航天大学2000年研究生入学试题)电流串联负反馈放大器是一种输出端取样量为，输入端比较量为的负反馈放大器，它使输入电阻，输出电阻。解：输出端取样量为电流；输入端比较量为电压；它使输入电阻增加；输出电阻增加。,例题,例:(北京理工大学2000年研究生入学试题)如图所示电路，已知A为理想运放，试回答：(1)该电路的反馈组态
16、；(2)电路能稳定；(3)电压放大倍数,(4)输出电阻Rof；,例题,例:(东南大学1999年研究生入学试题)如图所示，试说：(1)F点分别接在 H、J、K三点时，各形成何种种反馈；如果是负反馈，则对电路的输入阻抗、输出阻抗、放大倍数又有何种影响；(2)求出F点接在 J点时的电压放大倍数的表达式。,J,解：(1)F点接在H点时，形成电压并联正反 馈；F点接在J点时，形成电压串联负反馈使 输入阻抗增大，输出阻抗减小，闭环电压增 益稳定；F点接在 K 点时，形成电压并联负 反馈使输入阻抗减小，输出阻抗减小，第二 级增益稳定。,(2)F点接在J点时是电压串联负反馈，若放大 电路满足深度负反馈条件，则
17、有：,三、负反馈放大电路的方框图和基本关系,负反馈方程,四、深度负反馈的特点,深度负反馈,串联负反馈：,虚短,并联负反馈：,虚断,五、深度负反馈放大电路电压放大倍数的计算举例,电压串联负反馈,电压并联负反馈,例 1,例 2,六、基本运算电路,1.运算电路的两种基本形式,同相输入,反相输入,2.运算电路的分析方法,1)运用“虚短”和“虚断”的概念分析电路中各电量间关系。运放在线性工作时，“虚短”和“虚断”总是同时存在。虚地只存在于同相输入端接地的电路中。,2)运用叠加定理解决多个输入端的问题。,例 1,法 1：,法 2：,例 2,理想运放，写出 uO=f(uI)的关系式。,解,【解】,uo2=u
18、o2uo1,(东南大学2000年研究生入学试题)如图所示为两级比例运算放大电路，求 uo与 ui 的关系。,上一题,下一题,返 回练习题集,信号产生电路,第 7 章,一、信号产生电路的分类：,正弦波振荡,非正弦波振荡：,RC 振荡器(低频),LC 振荡器(高频),石英晶体振荡器(振荡频率精确),方波、,三角波、,锯齿波等。,二、正弦波振荡条件、电路结构和选频电路,1.振荡条件,振幅平衡条件,相位平衡条件,n=0,1,2,判断电路是否起振采用瞬时极性法，即断开反馈网络，加一信号，如果信号极性逐级变化后，返回后与原信号同极性，则满足相位平衡条件。,例题,电路如图所示，试用相位平衡条件判断哪个电路可
19、能振荡，哪个不能，并简述理由。,（+）,（-）,（-）,（-）,不满足相位平衡条件，不能振荡。,满足相位平衡条件，能振荡。,（+）,（+）,（+）,电压比较器,1.单限电压比较器,特点：,1)工作在非线性区,2)不存在虚短(除了uI=UREF 时),3)存在虚断,门限电压 UT=UREF,传输特性,2.迟滞比较器(施密特触发器),反相型迟滞比较器,传输特性,门限电压的求法：,根据叠加定理求出同相端电压 uP 的表达式，当输出状态变化时，与反相端电压uN 相等,此时的输入电压uI即为门限电压UT+和UT。,特点：,uI 上升时与上门限比,uI 下降时与下门限比。,解：,（1）门限电压,（3）输出
20、电压波形,例,电路如图所示，试求门限电压，画出传输特性和图c所示输入信号下的输出电压波形。,（2）传输特性,八、功放电路,功率管的工作类型,OCL 和 OTL 功放电路的特性,结构简单，效率高，频率响应好，易集成,结构简单，效率高，频率响应好，易集成，单电源,双电源，电源利用率不高,输出需大电容，电源利用率不高,最大输出功率,直流电源消耗功率,效率,最大管耗,例:(北方交通大学2000年研究生入学试题)若要设计一个输出功率为10W的乙类功率放大 器，则应选择PCM至少为_W的功率管两只。解：乙类功率放大器最大管耗与电路的最大 输出功率的关系是 PT1m=0.2 Po,要求输出功 率为10W,要用两个额定管耗大于2W的管子。,OVER,
