模电总结篇

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()。)1e(DSDTUuIi)1e(,0DSDDTUuIiu0,0SDIIuiDOuDU(BR)IFURM2.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)IS3.二极管的等效模型理想模型(大信号状态采用)uDiD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(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0.7V硅管：锗管：(0.10.3)V0.2V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5VD1导通ＵAB=0VD2截止V115V10VV2R2kWUABB+_D2AD1(a)10V，–5V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15VD2优先导通ＵAB=–15VD1截止10V，25VD2导通后V115V10VV2R2kWUABB+_D2AD1(b)二极管导通的判定如图，已知ui＝10sinωt(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。uO10ui(V)ωtuOωt二极管导通的判定例：如图，E＝6V，二极管正向压降忽略不计，画出uo波形。EV1uiuO10ui(V)ωt6EV2R－6uiE，V1导通，V2截止u0=E=6V－EuiE，V1、V2截止，u0=uiuOωt解：ui－E，V2导通，V1截止u0=－E=－6V6二极管导通的判定例：如图，已知UZ=10V，负载电压UL（）（Ａ）5Ｖ（Ｂ）10Ｖ（Ｃ）15Ｖ（Ｄ）20ＶAVZ20V15KΩ5KΩUL稳压二极管例：已知ui=6sinωt，UZ=3V，画输出波形。VZuiuO6ui(V)ωt3uOωt3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NPNPNP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+IBIC=IB+ICEOIE=(1+)IB+ICEOIE=IC+IBIC=IBIE=(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iC/mAuCE/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O369124321O0.40.8iB/AuBE/V60402080死区电压(Uth)：0.5V(硅管)0.1V(锗管)工作电压(UBE(on))：0.60.8V取0.7V(硅管)0.20.3V取0.3V(锗管)放大区饱和区截止区放大区特点：1)iB决定iC2)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ICBOICEO极限参数ICMPCMU(BR)CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安全工作区=(1+)ICBO()BEONV0.70.3iBEVSVVVGe（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（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。CBEVVVNPNCBEVVVPNP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:1VB：0.3VC:3V（2）A:－0.2VB:0VC:－3VUUUNPNEBCUUUPNPEBC︱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：UCUBUEPNP：UCUBUE）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=0uGS=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uGS/ViD/mAO增强型耗尽型MOS管(耗尽型)2GS(th)GSDOD)1(UuIiIDSS开启电压UGS(th)夹断电压UGS(off)2GS(off)GSDSSD)1(UuIiIDO是uGS=2UGS(th)时的iD值例题：例:(南京航空航天大学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?4812162680Id(mA)1vVgs=0v-1v-2v44N沟道耗尽型场效应管VP=-3VDSS≈6mA。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状态电流关系条件放大IC=IB发射结正偏集电结反偏饱和ICIB两个结正偏ICS=IBS集电结零偏临界截止IB0,IC=0两个结反偏判断导通还是截止：UBEU(th)则导通以NPN为例：UBEU(th)则截止判断饱和还是放大：1.电位判别法NPN管UCUBUE放大UEUCUB饱和PNP管UCUBUE放大UEUCUB饱和2.电流判别法IBIBS则饱和IBIBS则放大)(ECCE(sat)CCCSBSRRUVII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，耦合电容短路小信号电路模型+uce–+ube–ibicCBErbeEibicic+ube+uceBCEQbbbe26)1(Irrisisosio,RRRAuuAuuAuuuiiiiuR0sLooouRiuR2.图解法观察失真计算Uomax直流负载线：uCE=VCC–iCRC(+RE)uCE/ViC/mAVccQUCEQ直流负载线–1/RC交流负载线：过Q点，斜率为–1/RL直流负载线–1/RLUom1Uom2Uomax=min{Uom1,Uom2}三种基本组态判定：交流输入和输出的公共极，为共极电路共射电路：基极输入，集电极输出；电压、电流都放大共集电路：基极输入，发射极输出；电流放大，电压不放大共基电路：发射极输入，集电极输出；电压放大，流不放大共集电路：Au1，Ri高，Ro低；输入、输出级、隔离级两种典型电路结构偏置式+us+VCCRCC1C2RL++RBRS+uo–分压式+us+VCCRCC1C2RLRE++RB1RB2RS+uo求静态工作点；B)BE(onCCBQRUVIEBEQBQEQRUUI求性能指标；beLrRAubeBi//rRRCoRREbeL)1(RrRAu])1(//[EbeBiRrRRCoRR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：电路如图，β=40，计算放大倍数。(UBE=0)A4030012REIbCBQmA6.14040IIBQCQV6.546.112RIEUCCCCEQ解：（1）确定Q（2）求rbeK966.0)mA(ImV26)1(300EQberrR'AbeLu966.04//440uA（3）求83○300K4K++uO+12V○○ui4K例：已知：Rb1=40KΩ,Rb2=20KΩ,Rc=2.5KΩ,Re=2KΩ,Vcc=12V,UBE=0.7V,β=40,RL=5KΩ。试计算Q、Au、Ri、Ro。○Rb1Rb2ReRc+Vcc～RsRLUs解：解题步骤UB→UEIEQICQ←IBQUCEQ↓UB=Rb2Rb1+Rb2·Vcc=20×1240+20=4VUE=UB－UBE=4－0.7=3.3VIEQ=UERE=3.32=1.65mAICQ≈IEQ=1.65mAIBQ=ICQβ=1.6540=41μAUCEQ≈Vcc－ICQ(Rc+RE)=12－1.65×(2+2.5)=4.575VuiRb1RCRLibicrbeβibuORb2=0.946KΩ65.126)401(300rberR//RAbeLCu946.05//5.24018.70K5.2RrC0K0.946r//R//Rrbe2b1bi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：输入输出方式差模信号uid共模信号uic差模电压放大倍数Aud差模Rid差模Rod共模抑制比KCMR双入双出uid=uiuic=0单入双出uid=uiuic=0双入单出uid=uiuic=ui/2单入单出uid=uiuic=ui/2beLrRbeL21rR2//LCLRRRLCL//RRRbe2rberC2RCRicodcuuAu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.提高输入电阻小结第4章一、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。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。第4章小结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