1、,海南风光,11.1 半导体的基础知识，P型硅，N型硅 11.2 PN结及半导体二极管 11.3 稳压二极管 11.4 三极管,第11章 半导体器件,第12章 基本放大电路,清华大学电机系电工学教研室 唐庆玉编,第11章 半导体器件,11.1 半导体基本知识11.1.1 本征半导体11.1.2 P型半导体和N型半导体 11.2 二极管11.2.1 PN结11.2.2 二极管11.2.3 二极管小信号等效电路 11.3 稳压二极管 11.4 双极型晶体管11.4.1 结构及类型11.4.2 电流放大原理11.4.3 特性曲线11.4.4 主要参数11.4.5 晶体管小信号等效电路 11.5 场效
2、应管11.5.1 结型场效应管11.5.2 绝缘栅场效应管11.5.3 场效应管主要参数11.5.4场效应管小信号等效电路,第12章 基本放大电路,12.1放大电路的工作原理及分析方法12.1.1 放大电路的组成及基本原理12.1.2 放大电路的分析方法12.1.3 放大电路的性能指标 12.2晶体管放大电路12.2.1 共发射极放大电路12.2.2 共集电极放大电路射极输出器12.2.3 复合管放大电路 12.3 场效应管放大电路12.3.2 共源极放大电路12.3.3 共漏极放大电路 12.4 阻容耦合多级放大电路 12.5 放大电路中的负反馈12.5.1 负反馈的概念12.5.2 负反馈
3、放大电路的联接方式12.5.3 负反馈对放大器性能的影响,11.1.1 本征半导体,现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。,11.1 半导体的基本知识,硅和锗的共价键结构,共价键共 用电子对,+4表示除去价电子后的原子,完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为本征半导体。本征半导体的导电能力很弱。,11.1.2杂质半导体,在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化。,N型半导体（主要载流子为电子，电子半导体） P型半导体（主要载流子为空穴，空穴半导体）,N型半导体,多余电子,磷原子,硅原子,硅或锗 +少量磷 N型半导体,空穴,P型半
4、导体,硼原子,硅原子,空穴被认为带一个单位的正电荷，并且可以移动,硅或锗 +少量硼 P型半导体,杂质半导体的示意表示法,11.2.1 PN 结的形成,在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。,11.2 PN结及半导体二极管,P型半导体,N型半导体,空间电荷区,PN结处载流子的运动,扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。,内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。,所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。,11.2.2 PN结的单向导电性,PN结加上
5、正向电压、正向偏置的意思都是： P区加正、N区加负电压。,PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是： P区加负、N区加正电压。,PN结正向偏置,内电场减弱，使扩散加强， 扩散飘移，正向电流大,P,N,+,_,PN结反向偏置,N,P,+,_,内电场加强，使扩散停止， 有少量飘移，反向电流很小,反向饱和电流 很小，A级,11.2.3 半导体二极管,(1)基本结构,PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。,(2)伏安特性,导通压降: 硅管0.60.7V,锗管0.20.3V。,反向击穿电压U(BR),（3）静态电阻Rd ，动态电阻 rD,静态工作点Q（UQ ，IQ ）,（3）静态电阻RD ，动态电阻
6、rD,静态电阻 ：RD=UQ/IQ（非线性）,动态电阻：rD =UQ/ IQ,在工作点Q附近，动态电阻近似为线性，故动态电阻又称为小信号等效电阻,UQ rD IQ,例1二极管：死区电压=0 .5V，正向压降0.7V(硅二极管)理想二极管：死区电压=0 ，正向压降=0，反向电阻无穷大,二极管半波整流,例2 二极管的应用(设RC时间常数很小）,uo,C,11.3 稳压二极管,当稳压二极管工作在反向击穿状态下,当工作电流IZ在Izmax和 Izmin之间时,其两端电压近似为常数,正向同二极管,稳定电流,稳定电压,例：稳压二极管的应用,稳压二极管技术数据为：稳压值UZW=10V，Izmax=12mA，
7、Izmin=2mA，负载电阻RL=2k，输入电压ui=12V，限流电阻R=200 。若负载电阻变化范围为1.5 k 4 k ，是否还能稳压？,UZW=10V ui=12V R=200 Izmax=12mA Izmin=2mA RL=2k (1.5 k 4 k),iL=uo/RL=UZ/RL=10/2=5（mA） i= （ui - UZ）/R=（12-10）/0.2=10 （mA） iZ = i - iL=10-5=5 （mA） RL=1.5 k , iL=10/1.5=6.7（mA）, iZ =10-6.7=3.3（mA） RL=4 k , iL=10/4=2.5（mA）, iZ =10-2.
8、5=7.5（mA）,11.4 双极型晶体管(三极管),11.4.1 基本结构,NPN型,PNP型,三极管符号,基区：较薄，掺杂浓度低,集电区：面积较大,发射区：掺 杂浓度较高,发射结,集电结,11.4.2 电流放大原理,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。,1,进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IB ，多数扩散到集电结。,EB,RB,Ec,从基区扩散来的电子漂移进入集电结而被收集，形成IC。,2,要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。,静态电流放大倍数,静态电流放大倍数，动态电流放大倍数,动态电流放大倍数,IB ： IB + IB,11.4.3
9、特性曲线,IB 与UBE的关系曲线（同二极管）,（1）输入特性,死区电压，硅管0.5V,工作压降： 硅管UBE 0.7V,（2）输出特性(IC与UCE的关系曲线),IC(mA ),Q,Q,输出特性,IC(mA ),当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=IB , 且 IC = IB 。此区域称为线性放大区。,此区域中UCEUBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V称为饱和区。,此区域中 : IB=0 , IC=ICEO , UBE 死区电压,，称为截止区。,输出特性三个区域的特点:,(1) 放大区IC=IB , 且 IC = IB ， BE结正偏，BC结反偏,(2) 饱和区IC达饱
10、和， IC与IB不是倍的关系， IBIC 。BE结正偏，BC结正偏 ，即UCEUBE （UCE0.3V ，UBE0.7V）,(3) 截止区UBE 死区电压， IB=0 ， IC=ICEO 0 （ ICEO穿透电流，很小， A 级）,例： =50， USC =12V，RB =70k， RC =6k当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,USB =-2V， IB=0 ， IC=0， Q位于截止区,USB =2V， IB= (USB -UBE)/ RB =(2-0.7)/70=0.019 mAIC= IB =500.019=0.95 mA ICS =2 mA ， Q
11、位于放大区 IC最大饱和电流ICS = (USC -UCE)/ RC =(12-0)/6=2mA,=50， USC =12V，RB =70k， RC =6k当USB = -2V，2V，5V时， 晶体管的静态工作点Q位 于哪个区？,USB =5V， IB= (USB -UBE)/ RB =(5-0.7)/70=0.061 mAIC= IB =500.061=3.05 mA ICS =2 mA ， Q位于饱和区(实际上，此时IC和IB 已不是的关系）,三极管的技术数据：（自学） （1）电流放大倍数 （2）集-射间穿透电流ICEO （3）集-射间反向击穿电压UCEO (BR) （4）集电极最大电流I
12、CM （5）集电极最大允许功耗PCM,海南风光,第15讲,第12章 基本放大电路,12.1 最简单的共发射极放大器分析方法静态工作点分析微变等效电路分析图解法分析失真分析,RB,最简单的基本放大器组成,正电源,基极电阻,集电极电阻,输入耦合电容,输出耦合电容,输入电压,输出电压,负载电阻,三极管,+,+,RB,+VCC,RC,C1,C2,IC,IE=IB+IC,无信号输入时,静态工作点（定义） （ UBE 、 IB 、 IC、 IE、 UCE）,(IB,UBE) 和( IC,UCE )分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。,静态工作点(图解）,静态分析,（1）用估算法求静态工作点
13、,先画出放大电路的直流通道,（a）估算IB（ UBE 0.7V),RB称为偏置电阻 IB称为偏置电流,然后用基尔霍夫定律列方程，求出静态工作点,（b）估算UCE、IC、IE,（2）用图解法分析静态工作点,uCE=VCCiCRC,直流负载线,与IB所决定的那一条输出特性曲线的交点就是Q点,IB,静态UCE,静态IC,uCE怎么变化,？,(1)用图解法分析交流电压放大原理,假设uBE静态工作点的基础上有一微小的变化 ui,Q,动态分析,ic,uCE的变化沿一条线 交流负载线（当无负载电阻RL时，交流负载线就是直流负载线）,Q,t,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,带负载时的交流负载线,此直线
14、过Q点，斜率为,对交流信号(输入信号ui),放大器的交流通道及小信号等效电路,1/C0,(2)用小信号等效电路估算电压放大倍数,交流通道,ic,ib,三极管的小信号等效电路,首先考察输入回路,当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。,uBE,对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。,对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。,b,e,c,b,e,rbe的量级从几百欧到几千欧。,考察输出回路,所以：,输出端相当于一个受 ib控制的电流源。,三极管的小信号等效电路,放大电路的小信号等效电路,将交流通道中的三极管用小信号等效电路代替,目的 将电子问题化为受控源电路的问题
15、来解,用小信号等效电路估算电压放大倍数,负号表示输出与输入反相,输入电阻（交流输入电阻）的计算,输入电阻的定义：,输出电阻的计算,对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维宁等效，戴维宁等效电路的内阻就是输出电阻。,计算输出电阻的方法：,所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。,所以：,用加压求流法求输出电阻：,小结,电压放大倍数（电压增益）：,输入电阻：,输出电阻：,用图解法进行放大器失真分析,为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。,失真输出波形较输入波形发生畸变，称为失真,可输出的最大不失真信号,合适的静态工作点能保证输出电压幅度最大且不失真,t,t,Q,iC,uCE,uo,Q点过低，信号进入截止区,t,t,t,t,截止失真,Q,uo,Q点过高，信号进入饱和区,饱和失真,ic,IC,iC,t,t,t,Q,Q点过低，当输入信号较大时容易产生截止失真,Q点过高，当输入信号较大时容易产生饱和失真,既使Q点合适，但输入信号过大，可能同时产生截止和饱和失真,小结,
