山东大学模拟电路第1章复习

第一章半导体器件基础第二章基本放大电路第三章场效应管放大器第四章功率电子电路第五章集成运算放大器第六章反馈放大电路第七章信号的运算与处理电路第八章波形的产生与变换电路第九章直流稳压电源目录本课程的学习方法建立新概念。确立新的分析方法。重点在于课堂听讲，再加预习、复习。注重实验环节，先理论分析，后实践，然后再对实验的结果进行分析。认真作业。绪论传感器压力1压力2温度1温度2......放大滤波叠加组合数模转换电路模数转换电路计算机数据处理......驱动电路......驱动电路驱动电路驱动电路传感器传感器传感器执行机构执行机构执行机构执行机构模拟电子技术数字信号处理模拟电子技术压力1压力2温度1温度2...压力1压力2温度1温度2...传感器...传感器传感器传感器...放大滤波叠加组合数模转换电路模数转换电路计算机数据处理...驱动电路...驱动电路驱动电路驱动电路...执行机构执行机构执行机构执行机构模拟电子技术数字信号处理模拟电子技术电子系统远信号电子系统与信号电子系统由基本电路组成的具有特定功能的电路整体。信号信号是信息的载体。声音信号——传达语言、音乐或其它信息。图像信号——传达人类视觉系统能接受的图像信息。信号源等效电路周期性方波信号0VS02T2Ttvv0VS2SVSV232SV52SVω03ω05ω0ω···)5sin513sin31(sin22(t)000tttVVvSS)(tv时当2)12(TntnTVS时当TntTn)1(2)12(0许多周期信号的频谱都由直流分量、基波分量及无穷多项高次谐波谐波分量组成。模拟信号和数字信号0f(t)t模拟信号和数字信号模拟信号在时间和幅度是上都是连续变化的，在一定动态范围内可取任意值。模拟电路处理模拟信号的电路。0f(t)tt1t3t5t2t4...1.时间离散，幅度连续；0f(t)tt1t3t5t2t4...2.时间离散，幅度离散；0f(t)tt1t3t5t2t4...3.时间连续，幅度离散；由数字信号处理电路数字信号数字信号只存在高低两种电平的相互转化。0101010101010011101000101001111100011100111000001000第一章半导体器件基础1.1半导体的基本知识1.2半导体二极管1.3半导体三极管1.4BJT模型1.5场效应管一、半导体二极管的V—A特性曲线硅：0.5V锗：0.1V(1)正向特性导通压降反向饱和电流(2)反向特性死区电压iu0击穿电压UBR实验曲线uEiVmAuEiVuA锗硅：0.7V锗：0.3V二.二极管的模型及近似分析计算例：IR10VE1kΩ)1(eTSUuIiD—非线性器件iu0iuR—线性器件Riu二极管的模型iuDU+-uiDUDU串联电压源模型DUuDUuUD二极管的导通压降。硅管0.7V；锗管0.3V。理想二极管模型ui正偏反偏-+iu导通压降二极管的V—A特性-+iuiu0三.二极管的主要参数(1)最大整流电流IF——二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值。(2)反向击穿电压UBR———二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压UBR。(3)反向电流IR——在室温下，在规定的反向电压下的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。当稳压二极管工作在反向击穿状态下,工作电流IZ在Izmax和Izmin之间变化时,其两端电压近似为常数稳定电压四、稳压二极管稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊二极管+-DZiuUZ△I△UIzminIzmax正向同二极管反偏电压≥UZ反向击穿＋UZ－限流电阻稳压二极管的主要参数(1)稳定电压UZ——(2)动态电阻rZ——在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。rZ=U/IrZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。(3)最小稳定工作电流IZmin——保证稳压管击穿所对应的电流，若IZ＜IZmin则不能稳压。(4)最大稳定工作电流IZmax——超过Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。iuUZ△I△UIzminIzmax2020/1/211.3半导体三极管半导体三极管，也叫晶体三极管。由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为双极型晶体管（BipolarJunctionTransistor,简称BJT）。BJT是由两个PN结组成的。一.BJT的结构NPN型PNP型符号:---bce---ebc2020/1/21二．电流分配关系IE=IC+IBNNPBBVCCVRbRCebcIENEPIIEBICNICICBOI(1)IC与IE之间的关系:三个电极上的电流关系:(2)IC与IB之间的关系:ECBOECIIII＋＝BCEOBCIIII＋＝共基极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数三.BJT的特性曲线（共发射极接法）(1)输入特性曲线iB=f(uBE)uCE=const++++i-uBE+-uBTCE+Ci0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6Bu＞1VCEu死区电压硅0.5V锗0.1V导通压降硅0.7V锗0.3V(2)输出特性曲线iC=f(uCE)iB=constiCCE(V)(mA)=60uAIBu=0BBII=20uABI=40uAB=80uAI=100uAIB++++i-uBE+-uBTCE+Ci饱和区——发射结正偏，集电结也正偏,iC不受iB的控制，而受uCE的影响，该区域内iC显著增加时，uCE增加很小。此时,UBE≥0.7V，UCE0.3V,ICβIB截止区——发射结反偏，集电结反偏,iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时：UBE≤0.5V，UCE≥0.3V放大区——发射结正偏，集电结反偏。曲线基本平行等距。此时：UBE≥0.7V，UCE0.3VBCII＝iCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA饱和区放大区截止区输出特性曲线可以分为三个区域:四.BJT的主要参数（2）共基极电流放大系数：BCIIBCii＝ECII＝ECii＝iCE△=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAI△BBBIBiIBI=100uACBI=60uAi一般取20~200之间（1）共发射极电流放大系数：1.电流放大系数一般在0.9~0.99之间（2）集电极发射极间的穿透电流ICEO基极开路时，集电极到发射极间的电流——穿透电流。其大小与温度有关。（1）集电极基极间反向饱和电流ICBO发射极开路时，在集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就是一个PN结的反向电流。其大小与温度有关。锗管：ICBO为微安数量级，硅管：ICBO为纳安数量级。CBOCEO)1(II＝++ICBOecbICEO2.极间反向电流3.极限参数（1）集电极最大允许电流ICM（2）集电极最大允许功率损耗PCM集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PC=ICUCEBICEui(V)IBC=100uAB=80uA=60uA(mA)IIB=0B=40uA=20uABIIPCMPCMIc增加时，要下降。当值下降到线性放大区值的70％时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。（3）反向击穿电压①U（BR）EBO——集电极开路时，发射极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般几伏～十几伏。②U（BR）CBO——发射极开路时，集电极与基极之间允许的最大反向电压。其值一般为几十伏～几百伏。③U（BR）CEO——基极开路时，集电极与发射极之间允许的最大反向电压。在实际使用时，还有U（BR）CER、U（BR）CES等击穿电压。--(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)EBOUBJT有两个PN结，其反向击穿电压有以下几种：1.4三极管的模型及分析方法0.40.2i(V)(uA)BE80400.80.6BuiCIBIB=0uCE(V)(mA)=20uABI=40uABI=60uABI=80uABI=100uA非线性器件BCII＝UD=0.7VUCES=0.3ViB≈0iC≈0一.BJT的模型++++i-uBE+-uBCE+Cibeec截止状态ecb放大状态UDβIBICIBecb发射结导通压降UD硅管0.7V锗管0.3V饱和状态ecbUDUCES饱和压降UCES硅管0.3V锗管0.1V直流模型测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。放大截止饱和-+正偏反偏-++-正偏反偏+-放大VcVbVe放大VcVbVe发射结和集电结均为反偏。发射结和集电结均为正偏。例1：测得VB=4.5V、VE=3.8V、VC=8V，试判断三极管的工作状态。放大例2：二.BJT电路的分析方法（直流）1.模型分析法（近似估算法）VCCVBBRbRc12V6V4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC例：共射电路如图，已知三极管为硅管，β=40，试求电路中的直流量IB、IC、UBE、UCE。+VCC+VBBRbRc(+12V)(+6V)4KΩ150KΩ+UBE—+UCE—IBIC0.7VβIBecbIC+VCCRc(+12V)4KΩ+UBE—IB+VBBRb(+6V)150KΩ+UCE—解：设三极管工作在放大状态，用放大模型代替三极管。UBE=0.7VA40K150V6K150V)7.06(bBEBBBRUVI＝mA6.1A4040BCII＝V6.546.112CCCCCERIVU＝例3：半导体三极管的参数从直流参数、交流参数、极限参数总结如下①直流电流放大系数1.共发射极直流电流放大系数=（IC－ICEO）/IB≈IC/IBvCE=常数一.直流参数2.共基极直流电流放大系数=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE显然与之间有如下关系:=IC/IE=IB/1+IB=/1+②极间反向电流1.集电极基极间反向饱和电流ICBOICBO的下标CB代表集电极和基极，O是Open的字头，代表第三个电极E开路。它相当于集电结的反向饱和电流。2.集电极发射极间的反向饱和电流ICEOICEO和ICBO有如下关系ICEO=（1+）ICBO相当基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线IB=0那条曲线所对应的Y坐标的数值。二.交流参数①交流电流放大系数1.共发射极交流电流放大系数=IC/IBvCE=const在放大区值基本不变，通过垂直于X轴的直线由IC/IB求得。在输出特性曲线上求β2.共基极交流电流放大系数αα=IC/IEVCB=const当ICBO和ICEO很小时，,,可以不加区分。②特征频率fT三极管的值不仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的将会下降。当下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。①集电极最大允许电流ICM三极管集电极最大允许电流ICM。当IC＞ICM时，管子性能将显著下降，甚至会损坏三极管。②集电极最大允许功率损耗PCM集电极电流通过集电结时所产生的功耗，PCM=ICVCB≈ICVCE，因发射结正偏，呈低阻，所以功耗主要集中在集电结上。在计算时往往用VCE取代VCB。三.极限参数③反向击穿电压1.V(BR)CBO——发射极开路时的集电结击穿电压。下标BR代表击穿之意，是Breakdown的字头，CB代表集电极和基极，O代表第三个电极E开路。2.V(BR)EBO——集电极开路时发射结的击穿电压。3.V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。对于V(BR)CER表示BE间接有电阻，V(BR)CES表示BE间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系V(BR)CBO≈V(BR)CES＞V(BR)CER＞V(BR)CEO＞