模拟电子技术基础完整版

模拟电子技术基础负反馈放大器5集成运算放大电路8基本放大电路(三极管、场效应管）22半导体器件5集成运算放大器应用2复习3内容安排特别提醒本课程5学分成绩考试80分平时20分1、本周四确定座位表,以后每位同学按自己的座位入坐,若座位无人按缺席处理,缺席一次平时成绩扣一分，缺席过多按校规处理。如有重课请尽早到学院办理重课单。2、每周一交作业本，缺交或所做的作业量小于应做作业量的50%的、有明显作业抄袭的则平时成绩每次扣一分。3、每周四课后答疑。绪论一主要内容1电子器件二极管器件的特性、管子晶体管参数、等效电路场效应管（熟悉）差分对管组件集成电路绪论2、电子电路晶体管放大器电路组成，放大电路场效应管放大器工作原理，集成运算放大器性能特性，功率放大器基本分析方法负反馈在放大电路中的应用工程计算方法放大器的频率响应绪论二电子电路的应用自动控制计算机通信文化娱乐医疗仪器家用电器三要求了解器件的内部工作原理掌握器件的应用特性（外特性）掌握各单元电路的工作原理及分析方法掌握实际技能及各种测试方法四学习方法1合理近似例：I=20/（1+0.9）=10.5mA若把1K//10K=1K则I=20/2K=10mA仅差5%而采用一般电阻元件其误差有10%即1K的元件可能是1.1KΩ或900Ω2重视实验环节坚持理论联系实际绪论+20v-1K1k10k0.9k绪论五参考书模拟电子技术基础教程浙大邓汉馨模拟电子技术基础清华童诗白电子技术基础西安电子科大孙肖子模拟电子技术北京理工王远模拟电子线路(I)谢源清return第一章§1.1PN结及晶体二极管总结§1.2晶体三极管半导体器件半导体基础知识结型场效应管(JFET)§1.3场效应管金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET）return半导体器件第一章半导体基础知识自然界中物质按其导电能力可分为导体:很容易传导电流的物质（铜铅）绝缘体:几乎不能传导电流(橡皮陶瓷石英塑料)半导体:导电能力介于导体与绝缘体之间(硅锗)(本征杂质)(都是4阶元素)第一章半导体物理基础知识一本征半导体:-----纯净的半导体共价键在本征半导体晶体中，原子有序排列构成空间点阵（晶格），外层电子为相邻原子共有，形成共价键在绝对零度(-273.16)时晶体中没有自由电子,所有价电子都被束缚在共价键中.所以半导体不能导电价电子共价键半导体器件第一章半导体物理基础知识电子—空穴对当T或光线照射下,少数价电子因热激发而获得足够的能量挣脱共价键的束缚,成为自由电子.同时在原来的共价键中留下一个空位称空穴本征半导体在热或光照射作用下,产生电子空穴对-----本征激发T↑光照↑→电子-空穴对↑→导电能力↑所以半导体的导电能力与T，光照有关在本征半导体中电子和空穴是成对出现的半导体器件本征半导体(纯净半导体)SiGe+32+14惯性核价电子+4第一章半导体物理基础知识电子电流电子在电场作用下移动产生的电流带负电荷x3→x2→x1空穴电流空穴移动产生的电流带正电荷x1→x2→x3激发束缚电子获能量成为自由电子和空穴自由电子浓度=空穴浓度电子和空穴称为载流子半导体器件第一章半导体物理基础知识复合运动中的自由电子如果“跳进”空穴.重新被共价键束缚起来,电子空穴对消失称复合复合在一定温度下,使半导体中载流子浓度一定半导体器件晶体结构+4+4+4+4+4共价健特点电子、空穴两种载流子成对出现；常温下载流子数量少，导电性差；受外界影响大。电子空穴第一章半导体物理基础知识二杂质半导体-在本征半导体中掺入微量的杂质使其导电能力产生明显变化N型半导体-掺入微量的五价元素(磷砷锑)由于杂质原子提供自由电子---称施主原子N型杂质半导体中电子浓度比同一温度下本征半导体的电子浓度大得多所以加深了导电能力多子――电子少子――空穴半导体器件第一章半导体物理基础知识P型半导体—掺入微量的三价元素（硼铝）由于杂质原子吸收电子——受主原子多子——空穴少子——电子杂质半导体中多子浓度由掺杂浓度决定少子浓度由温度决定P型杂质半导体中空穴浓度比同一温度下本征半导体的空穴浓度大得多所以加深了导电能力半导体器件return杂质半导体掺入五价元素掺入三价元素+5+4+4+4+4+3+4+4+4+4+-N型半导体多子—电子少子—空穴P型半导体多子—空穴少子—电子§1.1PN结及二极管在一块硅片上，用不同的掺杂工艺。使其一边形成N型半导体。另一边形成P型半导体则在其交界面附近形成了PN结。一PN结的形成1.空间电荷区P型N型半导体结合在一起时，由于交界面两测多子与少子浓度不同引起扩散运动（浓度差引起）PN结++++++++++++++++++++P型N型扩散电流--------------------漂移电流浓度差电场作用内电场§1.1PN结及二极管所以在交面附近形成了不能移动的带电离子组成的空间电荷区P区空穴→N区与电子复合在N区留下带正电荷的离子N区电子→P型与空穴结合在P区留下带负电荷的离子空间电荷区形成一个由N指向P的电场——内电场平衡后的PN结§1.1PN结及二极管扩散使空间电荷区加宽。内电场加深，而内电场阻止扩散进行漂移运动（内电场引起）促使P区电子→NN区空穴→P引起内电场增加，扩散减弱，漂移增加。最后漂移==扩散动态平衡通过PN结之间电流为零§1.1PN结及二极管2.对称结与不对称结∵空间电荷区中没有载流子∴又称耗尽层∴当N与P区杂质浓度相同时，耗尽层在两个区内的宽度也相等—对称结否则杂质浓度较高的一侧耗尽层宽度小于低的一侧——不对称结P+N结PN＋结∵耗尽层中正负电荷量相等图1-8不对称PN结§1.1PN结及二极管二PN结的特征——单向导电性1.正向特征—又称PN结正向偏置外电场作用下多子推向耗尽层，使耗尽层变窄，内电场削弱扩散漂移从而在外电路中出现了一个较大的电流称正向电流VbV§1.1PN结及二极管在正常工作范围内，PN结上外加电压只要有变化，就能引起电流的显著变化。∴I随V急剧上升，PN结为一个很小的电阻（正向电阻小）在外电场的作用下，PN结的平衡状态被打破，使P区中的空穴和N区中的电子都向PN结移动，使耗尽层变窄§1.1PN结及二极管1.PN结的反向特性—外电场使耗尽层变宽使漂移（少子）扩散（多子）∴回路中的反向电流I’非常微弱一般Si为nA级Ge为uA级又∵少子是本征激发产生∴管子制成后其数值与温度有关T↑→I’↑§1.1PN结及二极管反向电流不仅很小，而且当外加电压超过零点几伏后，∵少子供应有限，它基本不随外加电压的增加而增加。∴称为反向饱和电流∵反偏时电压变化很大，而电流增加极微∴PN结等效为一大电阻（反向电阻大）PN结这种只允许一个方向电流顺利通过的特性——单向导电性PN结两端加电压P接“+”N接“-”正向偏置I(mA)U(V)P接“-”N接“+”反向偏置---+++PNE击穿单向导电性PN结§1.1PN结及二极管3.PN结伏安特性表示式Is——反向饱和电流决定于PN结的材料，制造工艺、温度UT=kT/q----温度的电压当量或热电压当T=300K时,UT=26mVK—波耳兹曼常数T—绝对温度q—电子电荷u—外加电压U为反向时，且§1.1PN结及二极管U正偏时,VVT∴I=IseU/UT实际特性在I较大时与指数特性有一定差异∵在上面讨论忽略了引出线的接触电阻，P区N区的体电阻及表面漏电流影响导通电压--正向电流有明显数值时所对应的电压∵正向电压较小时,不足影响内电场∴载流子扩散运动尚未明显增加正向电流→0IGeSi导通电压死区电压阀植电压UGe0.2-0.3V0.2VSi0.6-0.8V0.7V§1.1PN结及二极管三温度对伏安特性影响T↑—正向特性左移反向电流明显增大，T每升高10摄氏度Is增加一倍V(BR)IUTT当T↑到一定程度时，由本征激发产生的少子浓度超过原来杂质电离产生的多子浓度，杂质半导体与本征半导体一样，PN结不再存在关系式:IS1IS2当PN结处于反向偏置时,在一定范围内的反向电压作用下,流过PN结的电流是很小的反向饱和电流,但当反向电压超过某一数值后,反向电流会急剧增加称PN结的击穿把反向电流开始明显增大时所对应的反向电压称击穿电压V(BR)§1.1PN结及二极管为保证PN结正常工作。它的工作温度不能太高，温度的限制与掺杂浓度有关，掺杂越大，最高工作温度越高三PN结的击穿§1.1PN结及二极管雪崩击穿—轻掺杂掺杂越低击穿电压越大PN结一旦击穿后,可认为反向电压几乎不变近似为V(BR)击穿齐纳击穿—重掺杂掺杂越高击穿电压越低V(BR)7V以上击穿(Si)V(BR)5V以下击穿(Si)只要限制击穿时的电流，击穿并不损坏PN结击穿会损坏PN结§1.1PN结及二极管四PN结电容势垒电容--由PN结反向偏置时引起外加反向电压结电容可通过外加反向偏压来控制，利用这一特性可制成变容二极管扩散电容--由PN结正向偏置时引起外加正向电压正向PN结的结电容以扩散电容为主PN结的结电容是两者之和§1.1PN结及二极管晶体二极管是由PN结加上电极引线和管壳构成的，其结构示意图和电路符号分别如下PN+－＋－结构示意图电路符号特性：单向导电性五二极管特性曲线正向：当电压加到UD(ON)以上，才有明显正向电流。UD(ON)称死区（导通）电压反向：电流很小击穿与温度特性同PN结§1.1PN结及二极管六二极管的主要参数1.（静态）直流电阻Q—二极管的工作点UD—二极管二端电压反偏时符号为UDRID——流过二极管电流2.（动态）交流电阻QDiddur≈U/IrD≈DQImV26室温下T=300KUDIDQiuiu§1.1PN结及二极管二极管交直流电阻都与工作点有关且同一点的交、直流电阻也不相同rD正向约为几-几十反向几十K-几M正反向电阻相差越大单向导电性越好可见二极管的交、直流电阻是两个不同的概念,且等效电阻与电压、电流之间的关系是非线性的3.最大整流电流IF允许流过的最大正向平均电流应用时不能超过此值§1.1PN结及二极管4.最大反向工作电压URM允许加的最大反向电压，超过此值容易反向击穿应用时取URM的一半5.反向电流IR二极管反向击穿前的电流越小越好IR与温度有关6.最高工作频率fH决定于Cj工作频率高时因Cj的作用二极管单向导电性变坏§1.1PN结及二极管七二极管模型(等效电路)理想时正向偏置时管压降为零V=0(短路)反向偏置时管电流为零I=0(开路)非理想时有UD(ON),I(很小)§1.2晶体三极管把两个PN结做在一起,这两个互有影响的PN结构成的半导体器件称晶体管它有三个引出电极习惯又称晶体三极管特点：具有正向受控性（即Ic受VBE的正向控制）一.晶体管中载流子的传输过程(以NPN为例)要使晶体管有放大作用ee结加正向偏置c结加反向偏置则晶体管的放大作用是通过载流子的传输体现出来的EBC各区作用E区:向基极(扩散)注入电子形成电流IENB区向E区注入空穴形成电流IEP∵发射区掺杂浓∴IENIEPIE≈IEN=IBN+ICN§1.2晶体三极管B区：传递和控制电子复合产生的电流IBNIB=IBN－ICBO（扩散）（复合）∴被复合的电子数极少,大部分都扩散到c结边沿∵基区很薄空穴浓度低C区：收集电子ICN（漂移）IC=ICN＋ICBO（反向饱和电流）集电区和基区的少子在ｃ结反向电压作用下漂移到对方形成ICBO过程：注入扩散复合收集§1.2晶体三极管二.电流分配关系根据输入输出回路的公共端不同，可组成三种组态.无论哪种接法为保证正向受控作用须使发射结正偏、集电极反偏且满足IE=IB+IC外接电路使发射结正偏、集电极反偏外因：内因：提高传输效率的条件：1）制成不对称结P+NP或N+PN2）基区薄3）增加集电结面积§1.2晶体三极管三种组态共基极共集电极共发射极注意发射极即能做输入端又能做输出端基极只能做输入端不能做输出端集电极只能做输出端不能做输入端§1.2晶体三极管电流分配关系定义共基极直流电流放大系数1ECBOCENCNIIIII∴IC=IE+ICBO≈IEαα定义共e极直流电流放大系数CB