低频电子线路课件

1电子线路2绪论1电子线路：研究半导体器件的性能及其组成的电路（主要是集成电路）与应用的学科。2本课程内容1）讲述半导体器件工作原理，特性曲线，性能参数，引出半导体器件的模型。2）分析由三极管，场效应管构成的放大电路，强调基本概念，工作原理，分析方法。33）在集成运放基本单元电路和主要性能参数的基础上，强调集成运放的应用。4）分析负反馈放大器，强调反馈的基本概念与深度负反馈放大器性能指标的估算。5）介绍谐振放大器3，强调其阻抗变换和选频作用。3基本要求1）掌握本课程内容，完成每章指定习题。2）掌握电路分析与设计软件333定的实验。44参考书1）StanleyG.BurnsPaulR.Bond著，董平译《电子电路原理》机械工业出版社，20012）傅丰林等编《电子线路基础》西安电子科技大学出版社，20013）张肃文编《低频电子线路》高等教育出版社4）彭华林等编《虚拟电子实验平台应用技术》湖南科学出版社5）解月珍等编《电子电路计算机辅助分析与设计》北京邮电大学出版社20015考核及计分比例平时15%，实验10%，期中15%，期末60%。5第1章晶体二极管6*1晶体二极管:由PN结构成的电子器件..*2晶体二极管的主要特性:单向导电性.*3晶体二极管结构.符号71.1半导体的基础知识一、半导体特性*1导体.ρ10-3Ω•cm绝缘体.ρ108Ω•cm半导体10-3Ω•cmρ108Ω•cm*2半导体的独特性质1）掺杂性:ρ受‘掺杂’影响大2）热敏性：ρ随温度上升而下降3）光敏性：ρ随光照的增强而下降8*3导电性有差异的根本原因:物质内部原子结构.91本征半导体1)本征半导体2)共价键103)本征半导体的导电性①本征激发.载流子②空穴③本征半导体两种载流子:自由电子.空穴④电子-空穴对⑤复合112、杂质半导体*杂质半导体1)N型半导体①多子-电子,少子-空穴np②施主杂质③热平衡条件：n·p=ni2电中性条件：n=Nd+p122）P型半导体①多子-空穴,少子-电子，pn②受主杂质③热平衡条件：n·p=ni2电中性条件：p=Na+n13一、PN结的基本原理1.PN结1）PN结中载流子的运动→空间电荷区1.2PN结14*1漂移电流*2扩散电流*3动态平衡：15二.PN结的单向导电性1、正向特性162、反向特性173、伏安特性Is：反向饱和电流；VT：热电压。常温（300k）下，VT=26mV。4、温度特性)1(TVVseII185、击穿特性①雪崩击穿②齐纳击穿191.3晶体二极管一、符号及特性曲线1、符号)1(TVVseII202.特性曲线)1(TVVseII21二.二极管模型1.简化电路模型°°°D+-VD(on)RD222、小信号电路模型QTdTQTSQVVVVSQdIVrVIVIIeIVVIrQT11rsrd°°23三.晶体二极管电路分析方法1.图解法)(VfIIRVVDD242.简化分析法采用简化电路模型253.小信号分析法（|ΔV|5.2mV）26例：电路如图：1）利用硅二极管恒压模型求电路的ID和uo=Uo=？2）在室温（300K）的情况下，利用二极管小信号模型求uo的变化范围。27解：1）2）)(6.817.02102)(mARUVIonDDDD)(602.3202.3210122)(02.36.826321mVrrRVumAmVIUrrrddDDoDTddd28例：在图(a)所示电路中，试画出VO随VI变化的传输特性。解：291.4晶体二极管的应用•利用晶体二极管的单向导电性和反向击穿特性构成整流，稳压，限幅电路•单相小功率直流电源301）整流电路)(1mDOVRRRV312）稳压电路①稳压原理Izmin≤Iz≤Izmax②稳压电路323）限幅电路33*34本章小结1晶体二极管特性.2晶体二极管分析方法.3晶体二极管的应用-整流.稳压.限幅.35第2章晶体三极管36*1.晶体三极管的结构及符号37（1）.晶体三极管组成：两个结，三个区，三个极（2）晶体三极管内部结构：发射区进行高掺杂，多子浓度很高。基区做得很薄，掺杂少，多子浓度很低。集电结面积大于发射结面积38*2.晶体三极管的工作模式：放大：发射结正偏，集电结反偏饱和：发射结正偏，集电结正偏截止：发射结反偏，集电结反偏*晶体三极管的主要特性与工作模式有关392.1放大状态下晶体三极管的工作原理1.内部载流子运动：满足内部和外部条件下，内部载流子运动有三个过程1）发射：IE=IEN+IEP发射区多子电子通过阻挡层形成IEN基区多子空穴通过阻挡层形成IEPIE=IEN+IEP≈IENIEN：发射区电子→基区IEP：基区空穴→发射区:全部被发射区电子复合掉40R2+_+_R1IB····N+PICN2····ICPNIEP·ICN1IENICIEIC=ICP+ICN2+ICN1=ICN1+ICBO=ICN+ICBOIE=IEN=ICN+IBN=IC+IBIE=IEN+IEP≈IEN(IEN﹥﹥IEP)IBN412)复合和扩散：发射区电子→基区①少数与空穴复合—IBP②大多数在基区中继续扩散到达靠近集电结的一侧—ICN13)收集：①集电结反偏阻止集电区多子电子向基区②有利于基区扩散过来的电子收集到集电区而形成ICN(ICN1)少子漂移电流ICBO(=ICP+ICN2)422)静态直流电流IE=IEN+IEP≈IEN(IEN﹥﹥IEP)IC=ICP+ICN2+ICN1=ICN1+ICBO=ICN+ICBOICBO=ICP+ICN2为反向饱和电流IE=IEN=ICN+IBP=IC+IB*VBE增加，IB增加，IC增加|VBC|增加，IB略减小——基区宽度调制效应（集电结电压调制效）IC主要受VBE控制432电流传输方程1)共基直流电流放大系数BCECCBOECCBOCNCECNIIIIIIIIIIII时当CBOBCCBOBCCCBOECIIIIIIIIII111442)共射直流电流放大系数用三极管具有电流放大作令BCCCEOBCCBOCEOCEOBCBOBCIIIIIIIIIIIII111453)共射电流放大系数4)共基电流放大系数BCIIECII463一般模型1)指数模型2)简化电路模型TBETBETBETBEVVSVVEBSECVVEBSVVEBSEeIeIIIeIeII1CBE+-+-EBCVBE(on)-+-ßIBIBIC472.2晶体三极管的其他工作模式1饱和模式：B-E加正偏，B-C加正偏1）内部载流子传输过程①VBE0VBC=0IF——αIF发射极→集电极正向传输②VBE＝0VBC0IＲ——αIR集电极→发射极反向传输48+_ICIBN+PN．．．．．．．．．．．．．IFαIFαRIRIRIE-+R1R2饱和模式NPN管中的载流子传输49*1ICIE同时受两个结正偏控制*2VBC↑→IR↑→IC，IE↑*3正，反向传输的载流子在基区均有复合，且增加了IR中的空穴电流成分即IR↑IR↑→IB↑↑RFCRRFEIIIIII502）简化电路模型（硅）VBES=0.7VVBCS=0.4VVCES=0.3V饱和条件IB＞IBSVCES＜0.3V（VCE=VCB-VEB=VEB-VBC）+-+-VBESVCESCBE512截止模式1）截止条件B-E反偏，B-C反偏IE≈0IB≈0IC≈02）电路模型BCE522.4晶体三极管的特性曲线一.输入特性曲线族53二.输出特性曲线族54*1考虑基区宽度调制效应55*2极限参数1.反向击穿电压V(BR)CEO2.集电极最大容许电流ICM3.集电极最大容许功耗PCM*3温度对晶体管参数的影响ICBO：VBE(ON)：β：562.5晶体三极管的小信号电路模型三极管各极电压，电流均为直流量上叠加增量（或交流量）即一般电路模型为瞬时值。为交流量，。所确定的电流和电压值点为直流量，是直流工作BEBbebBEQQBceCEQCQcCQCbeBEQBEbBQBviviQVIvVviIivVviIi+-+-βίBvBEίBίCvCE572.5.1小信号电路模型1数学分析*1共射接法*2用幂级数在Q点上对交流量展开CEBECCEBEBvvfivvfi,,21CQCEQBEQBQCEQBEQceQCECbeQBECCEQBEQCEBECceQCEBbeQBEBCEQBEQCEBEBIVVfIVVfvvivviVVfvvfivvivviVVfvvfiyxfykxhyxfkyhxf,,,,,,,,2122110,00000其中高阶项高阶项高阶项58cecebemceQCECbeQBECccecebebeceQCEBbeQBEBbcCQCbBQBvgvgvvivviivgvgvvivviiiIiiIi59*3未计及宽度调制效应bemcbebebebebceQCECbcQCEBCBCEvgivrvgigvigviiiv100,因而影响和对即未计及602简化小信号电路模型（1）共射(2)共射（3）共基++gmvbevbeίbίc--vcerberbeβίbbecebcβίbrbe613参数计算eeeQCBECBEEQBEBbeeQBEEECQBECmrrriiiivivigrviiivig111111121之间为线性关系与与放大系数。为共基，共射交流电流其中BCECiiii,,62又TEQTVVEBSVVVVEBSBEQBEEeVIVeIeIvvirTBEQBEQBETBE11bembbebbemeebemvgiviggrrgg163*考虑vce(引入gcegbc）ACQCEQACQCEQAACEQVVSCEQACEQAAVVSQAVVSQACEVVSCEQCECceceVIVVIVVVVeIVVVVVeIVeIVVeIvvirgTBEQTBEQTBETBE111111164可忽略电阻并联，可忽略。内与在cebcceceQCECCBQCEBbcCQAceggrrviiivigIVr21010~1011465++vbeίbίc--vcerbeβίb654混合π型电路模型（考虑基区串联电阻rbb΄vb΄e~vberbe=rbb΄+rb΄e=rbb΄+(1+β)re++vbeίbίc--vcerb΄eβίbrcecb΄ecb΄crbb΄b΄bce++vbeίbίc--vcerb΄e=βίbrcecb΄ecb΄crbb΄b΄bceVb΄e+-gmvb΄e662.6晶体三极管电路分析方法1图解分析法1）直流分析直流电源供电，电容开路，电感短路输入回路+--+-VBRBRCBEC+-VBE+-VCEVCCVBEIBVCEICQQVCEQVBEQIBQICQABCDIB=IBQ点）（点ARVIVBVVIRIVVBBBBEBBEBBBBBE0)(067输出回路+--+-VBRBRCBEC+-VBE+-VCEVCCVBEIBVCEICQQVCEQVBEQIBQICQABCDIB=IBQ点）（点CRVIVDVVIRIVVCCCCCECCCEC