Analog Electronic Technology.课件04
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模拟电子技术清华大学PPT课件
2结、3区。其中
发射区高掺杂，
基区较薄且低掺
杂，集电区一般
掺杂。
第33页/共432页
1 .3 三极管（Transistor）
1 .3 .2 三极管的三种接法（三种组态）
三极管在放大电路中有三种接法：共发射极、 共基极、共集电极。
第34页/共432页
1 .3 三极管（Transistor）
1 .3 .3 三极管内部载流子传输
第21页/共432页
1 .1 .2 杂质半导体
在本征半导体中掺入少量的其他特定元素 （称为杂质）而形成的半导体。
常用的杂质材料有5价元素磷P和3价元素硼B。
根据掺入杂质的不同，杂质半导体又分为N 型半导体和P型半导体。
第22页/共432页
一 . N型半导体（电子型半导体）
掺如非金属杂质磷 P 的半导体。每掺入一个磷 原子就相当于向半导体内 部注入一个自由电子。
第42页/共432页
1 .3 .6 三极管主要参数
一. 电流放大系数
1. 共发射极电流放大系数 直流β≈IC/IB 交流β≈ΔIC/ΔIB
均用β表示。
2. 共基极电流放大系数 直流α≈IC/IE 交流α≈ΔIC/ΔIE
均用α表示。
β=α/(1－α) α=β/(1+β)
二. 反向饱和电流
1.集电极—基极间反向饱和电流ICBO 2.集电极—发射极间穿透电流ICEO
•
自电子器件出
现至今，电子技术已
经应用到了社会的各
个领域。
前进
第8页/共432页
返回
II .电子技术的应用
1875年 （苏）
1901年 （美）
1902年 （美）
1906年 （美）
《模拟电子技术》幻灯片PPT
变容二极管电路符号
5.光电耦合器件：将光电二极管和发光二极 管组合起来就组成光电耦合器件。它以光 为媒介可实现电信号的传递。
半导体三极管
半导体三极管有两种类型:NPN型和PNP型。
NPN构造
NPN符号
PNP构造
PNP符号
return
晶体三极管外形
晶体三极 管
半导体三极管
三极管有什么特性？
IB
一.直流参数 1. 夹断电压UGS〔off〕或开启电压UGS〔th〕
2. 饱和漏极电流IDSS 3. 直流输入电阻RGS
二.交流参数
1.低频跨导gm
g di du m
D
u 常数 DS
GS
2.极间电容，包括CGS、CGD、CDS
return
三.极限参数 1.漏极最大允许耗散功率 PDm=IDUDS 2.漏、源间击穿电压BUDS 3.栅源间击穿电压BUGS
4. 使用场效应管时各极必须加正确的工 作电压。
5. 在使用场效应管时， 要注意漏源电压、 漏源电流及耗散功率等， 不要超过规定的 最大允许值。
return
u (1 GS)2 i I D DSS
UG(S o f)f
return
2) 输出特性
输出特
性是指栅源
电压uGS一定, 漏 极 电 流 iD
与漏极电压
uDS之间的关
系, 即
i u f( D
) DS 常数 uGS
iD / mA 5
恒流区(放大区)
uD
＝
S
0
V
4可 变 电
3阻 区
2
－1V
击
穿
－2V
区
－3V
return
5.光电耦合器件：将光电二极管和发光二极 管组合起来就组成光电耦合器件。它以光 为媒介可实现电信号的传递。
半导体三极管
半导体三极管有两种类型:NPN型和PNP型。
NPN构造
NPN符号
PNP构造
PNP符号
return
晶体三极管外形
晶体三极 管
半导体三极管
三极管有什么特性？
IB
一.直流参数 1. 夹断电压UGS〔off〕或开启电压UGS〔th〕
2. 饱和漏极电流IDSS 3. 直流输入电阻RGS
二.交流参数
1.低频跨导gm
g di du m
D
u 常数 DS
GS
2.极间电容，包括CGS、CGD、CDS
return
三.极限参数 1.漏极最大允许耗散功率 PDm=IDUDS 2.漏、源间击穿电压BUDS 3.栅源间击穿电压BUGS
4. 使用场效应管时各极必须加正确的工 作电压。
5. 在使用场效应管时， 要注意漏源电压、 漏源电流及耗散功率等， 不要超过规定的 最大允许值。
return
u (1 GS)2 i I D DSS
UG(S o f)f
return
2) 输出特性
输出特
性是指栅源
电压uGS一定, 漏 极 电 流 iD
与漏极电压
uDS之间的关
系, 即
i u f( D
) DS 常数 uGS
iD / mA 5
恒流区(放大区)
uD
＝
S
0
V
4可 变 电
3阻 区
2
－1V
击
穿
－2V
区
－3V
return
模拟电子技术
(1-24)
空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4
束缚电子
半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象 就做本征激，同时伴随着复合，二者动态平衡。 自由电子随温度的变化关系如何？本征带电吗？
(1-25)
2.本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即 自由电子和空穴。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴吸引附近的电子 来填补，这样的结果 相当于空穴的迁移， 而空穴的迁移相当于 正电荷的移动，因此 可以认为空穴是载流 子。
空调控制、动力窗控制
里程表、数字式速度表、 出租车用仪表…. 收音机、汽车电话、业余电台
(1-6)
Electric EV? Vehicle
(1-7)
21世纪 绿色 环保汽车EV
高效率
无废气排放 ( 零 排放)
安全、舒适、可靠
(1-8)
EV
汽车照明、 电动转向、空调、 音响、雨刷、安全
报警、电动门窗
(1-40)
二、PN结的单向导电性
PN 结加上正向电压、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。
(1-41)
1. PN 结正向偏置
变薄
+ P
－+ －+ －+ －+
内电场被削弱，多子 的扩散加强能够形成 较大的扩散电流。
(1-29)
多余 电子
磷原子
+4 +4 +5 +4
空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4
束缚电子
半导体在热激发下产生自由电子和空穴对的现象 就做本征激，同时伴随着复合，二者动态平衡。 自由电子随温度的变化关系如何？本征带电吗？
(1-25)
2.本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即 自由电子和空穴。
+4
+4
+4
+4
在其它力的作用下， 空穴吸引附近的电子 来填补，这样的结果 相当于空穴的迁移， 而空穴的迁移相当于 正电荷的移动，因此 可以认为空穴是载流 子。
空调控制、动力窗控制
里程表、数字式速度表、 出租车用仪表…. 收音机、汽车电话、业余电台
(1-6)
Electric EV? Vehicle
(1-7)
21世纪 绿色 环保汽车EV
高效率
无废气排放 ( 零 排放)
安全、舒适、可靠
(1-8)
EV
汽车照明、 电动转向、空调、 音响、雨刷、安全
报警、电动门窗
(1-40)
二、PN结的单向导电性
PN 结加上正向电压、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。
(1-41)
1. PN 结正向偏置
变薄
+ P
－+ －+ －+ －+
内电场被削弱，多子 的扩散加强能够形成 较大的扩散电流。
(1-29)
多余 电子
磷原子
+4 +4 +5 +4
模拟电子技术PPT课件全套课件
扩散运动加强形成正向电流 IF 。 外电场使多子向 PN 结移动, 中和部分离子使空间电荷区变窄。 限流电阻
+
U
R
IF = I多子 I少子 I多子
2. 外加反向电压(反向偏置) — reverse bias IR 漂移运动加强形成反向电流 IR
P区 N区
U R PN 结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大; 反偏截止，电阻很大，电流近似为零。
C (cathode)
点接触型 按结构分 面接触型 平面型
正极引线 PN 结 N型锗 金锑 合金
正极 负极 引线 引线
引线
P N
P 型支持底衬
外壳
触丝
负极引线
点接触型
面接触型
底座
集成电路中平面型
1.2.2 二极管的伏安特性 一、PN 结的伏安方程
玻尔兹曼 常数
i D I S (e
反向饱 和电流
模块1
常用半导体器件
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
1.4 场效应管 1.5 晶闸管及应用
1.1 半导体的基础知识
1.1.1 本征半导体 半导体 — 导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。 本征半导体 — 纯净的半导体。如硅、锗单晶体。 载流子 — 自由运动的带电粒子。 共价键 — 相邻原子共有价电子所形成的束缚。
uD / UT
1)
温度的 电压当量
kT UT q
电子电量
当 T = 300(27C)：
UT = 26 mV
二、二极管的伏安特性
iD /mA
0 U Uth
uD /V
iD = 0
模拟电子技术基础ppt课件
2. PN 结外加反向电压时处于截止状态(反偏) 反向接法时，外电场与内电场的方向一致，增强了内 电场的作用；
外电场使空间电荷区变宽； 不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩 散电流，电路中产生反向电流 I ； 由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。
24
P
耗尽层
N
IS
内电场方向
外电场方向
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如 磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型 半导体)。
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
12
本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受 自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。
36
二、温度对二极管伏安特性的影响(了解)
在环境温度升高时，二极管的正向特性将左移，反
向特性将下移。
I / mA
15
温度增加
10
5
– 50 – 25
–0.01 0 0.2 0.4 U / V
–0.02
二极管的特性对温度很敏感。
37
1.2.3 二极管的参数
(1) 最大整流电流IF
(2) 反向击穿电压U（BR）和最高反向工作电压URM
3. 折线模型
3. 杂质半导体总体上保持电中性。
4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。
(a)N 型半导体
(b) P 型半导体
图 杂质半导体的的简化表示法 17
1.1.3 PN结
在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另 一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了 一个特殊的薄层，称为 PN 结。
外电场使空间电荷区变宽； 不利于扩散运动，有利于漂移运动，漂移电流大于扩 散电流，电路中产生反向电流 I ； 由于少数载流子浓度很低，反向电流数值非常小。
24
P
耗尽层
N
IS
内电场方向
外电场方向
在硅或锗的晶体中掺入少量的 5 价杂质元素，如 磷、锑、砷等，即构成 N 型半导体(或称电子型 半导体)。
常用的 5 价杂质元素有磷、锑、砷等。
12
本征半导体掺入 5 价元素后，原来晶体中的某些 硅原子将被杂质原子代替。杂质原子最外层有 5 个价 电子，其中 4 个与硅构成共价键，多余一个电子只受 自身原子核吸引，在室温下即可成为自由电子。
36
二、温度对二极管伏安特性的影响(了解)
在环境温度升高时，二极管的正向特性将左移，反
向特性将下移。
I / mA
15
温度增加
10
5
– 50 – 25
–0.01 0 0.2 0.4 U / V
–0.02
二极管的特性对温度很敏感。
37
1.2.3 二极管的参数
(1) 最大整流电流IF
(2) 反向击穿电压U（BR）和最高反向工作电压URM
3. 折线模型
3. 杂质半导体总体上保持电中性。
4. 杂质半导体的表示方法如下图所示。
(a)N 型半导体
(b) P 型半导体
图 杂质半导体的的简化表示法 17
1.1.3 PN结
在一块半导体单晶上一侧掺杂成为 P 型半导体，另 一侧掺杂成为 N 型半导体，两个区域的交界处就形成了 一个特殊的薄层，称为 PN 结。
英文版模拟电子技术课件第四章
Biasing and Three States of Operation
• Active or Linear Region
Operation
Base–Emitter junction is
forward biased
Base–Collector junction is
reverse biased
For point B, if a signal is applied to the circuit, the device will vary in current and voltage from operating point, allowing the device to react to (and possibly amplify) both the positive and negative excursions of the input signal. If the input signal is properly chosen, the voltage and current of the device will vary but not enough to drive the device into cutoff or saturation. Point B is a region of more linear spacing and therefore more linear operation.
Point D sets the device operating point near the maximum voltage and power level. The output voltage swing in the positive direction is thus limited if the maximum voltage is not to be exceeded.
模拟电子技术ppt课件
模拟电子技术
半导体中存在两种载流子：自由电子和空穴。 自由电子在共价键以外的运动。 空穴在共价键以内的运动。
结论：
1. 本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少。 2. 半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电。 3. 本征半导体导电能力弱，并与温度有关。
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14
广西机电职业技术学院电气系
载流子 — 自由运动的带电粒子。 共价键 — 相邻原子共有价电子所形成的束缚。
半导体中有自由电子和空穴两种载流子参与导电。
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12
广西机电职业技术学院电气系
模拟电子技术
硅(锗)的原子结构
价电子 惯性核
简化模型
自
由
空穴
电 子
硅(锗)的共价键结构
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13
广西机电职业技术学院电气系
二、课程的性质和任务
本课程是高职高专电类专业通用的技术基础课程， 也是实践性较强的一门主干课程。在专业人才培养过 程中具有重要的地位和作用。
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6
广西机电职业技术学院电气系
模拟电子技术
通过本课程的理论教学和实验、课程设计等实践 教学，使学生获得电子元器件和功能电路及其应用的 基本知识，掌握电子技术基本技能，培养学生创新意 识和实践能力，以适应电子技术发展的形势，为后续 课程的学习和形成职业能力打好基础。
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10
广西机电职业技术学院电气系
模拟电子技术
四、半导体的基础知识
1. 本征半导体
2. 杂质半导体
3. PN 结
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11
广西机电职业技术学院电气系
模拟电子技术
1、本征半导体
模拟电子技术教学PPT
A +
3k
6V
UAB
12V
– B
电路如图，求：UAB
取 B 点作参考点， 断开二极管，分析二 极管阳极和阴极的电 位。
V阳 =－6 V V阴 =－12 V V阳>V阴 二极管导通 若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V 否则， UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V
在这里，二极管起钳位作用。
0 8V
ui
二极管阴极电位为 8 V
电路的传输特性
ui > 8V，二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V，二极管截止，可看作开路 uo = ui
二极管的用途： 1.整流：将正弦交流信号变为单向信号 2.检波：将周期非正弦信号变为单向信号 3.钳位：二极管一端与固定电位相连接，另一端 不高于（低于）该电位。 不同方向钳位构成限幅电路 4.开关：用于数字电路 5.元件保护：二极管反向并联，限制其端电压 6.温度补偿：利用半导体的温度特性
P区的空穴向N区扩散并与电子复合
空间电荷区
N区
成一个PN结 。
N区的电子内向电P区场扩方散并向与空穴复合
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第1章
在一定条件下，多子扩散和少子漂移达到动态平衡。
P区 少子漂移
空间电荷区
N区
多子扩散
内电场方向
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P 少子漂移
空间电荷区
N
结论：
多子扩散
内电场方向
在PN结中同时存在多子的扩散运动和少子的漂移运动。
导-5通0 时-2的5 正向电压压降：硅
管约为:0.6V～0.8V,锗管
O 0.4 击穿电压
0.8
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、 ICEO
iC
IC
总的效果是：
Q´ Q uCE
温度上升时， 输出特性曲 线上移，造 成Q点上移。
UCE=EC–ICRC
43
小结：
T IC
固定偏置电路的Q点是不稳定的。 Q点 不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或 截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏 置电路，当温度升高、 IC增加时，能够自动 减少IB，从而抑制Q点的变化。保持Q点基本 稳定。 常采用分压式偏置电路来稳定静态工作点。 电路见下页。
14
IB IBQ
IC Q UBE
UBEQ UCEQ IC
ic ib
ICQ
Q
UCE
IB
ib t
Q
ui
t
假设uBE有一微小的变化
t
t
UBE
UC
uCE怎么变化
15
IC
ic t
uCE的变化沿一 条直线
UCE u 相位如何 ce
uce t
uce与ui反相！
16
ui t
实现放大的条件： 各点波形 iC +EC t 1. 晶体管必须偏置 iC 在放大区。发射 RB RC C 2 结正偏，集电结 C1 i B 反偏。 uo uC 2. 正确设置静态工作 uC iB 点，使整个波形 uo t ui t
US ~
Ui
Au
Ui ri Ii
4
三、输出电阻ro
放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们 可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南 等效电路的内阻就是输出电阻。
US ~
Au
ro
US' ~
5
如何确定电路的输出电阻ro ？ 方法一：计算。 步骤： 1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源) 2. 加压求流法。 I
ui
Au
uo
3
4.1.2 放大电路的性能指标
一、电压放大倍数Au Uo Ui 和Uo 分别是输入和输出电压 | Au | 的有效值。 Ui 二、输入电阻ri
放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号， 那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大 电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大， 从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。 Ii
解：
EC 12 IB 0.04 mA 40A RB 300
IC I B I B 37.5 0.04 1.5 mA
UCE UCC I C RC 12 1.5 4 6 V
请注意电路中IB 和IC 的数量级。
29
2.3.4 动态分析
一、三极管的微变等效电路
放大电路中各点的电压或电流都是在静态直 流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直 流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为 它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可 以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。
交流通道：只考虑交流信号的分电路。即将直流电源对地 短路，电容短路后得到电路。
直流通道：只考虑直流信号的分电路。将电路中电容开路， 信号源置零。 信号的不同分量可以分别在不同的通道分析。
19
例：
对直流信号（只有+EC） +EC 直流通道 +EC RB T 开路
RB C1
RC
C2
RC
开路
20
对交流信号(输入信号ui)
+EC RB C1 RC T
置零
C2
交流通路
uo
短路
ui
短路
RB
RC RL
21
2.3.2 直流负载线和交流负载线
一、直流负载线 +EC
UCE~IC满足什么关系？ 1. 三极管的输出特性。 2. UCE=EC–ICRC 。
交流通路
RL uo
ui RB
rbe
RC
33
三、电压放大倍数的计算
Ii
Ui
RB
Ib
rbe
Ic
I b
RL RC
Ui Ib rbe Uo I b R'L Uo
R' L Au R'L RC // RL rbe
特点：负载电阻越小，放大倍数越小。
集电极电阻，将变化 的电流转变为变化的 电压。
+EC RC C1
基极电源与基 极电阻（防止 信号被EB短路）
C2 T 使发射结正
偏，并提供 适当的静态 工作点。
11
RB EB
+EC
耦合电容
RC
C1 T RB
EB
C2
隔离输入输出与电 路直流的联系，同 时能使信号顺利输 入输出。
+EC
RB
RC
电路改进：采用单电源供电
C1 T
C2
单电源供电电路
12
4.2.2 基本放大电路的工作原理
一、静态工作点
由于电源的 存在IB0
+EC
RB C1 IBQ
RC
IC0
ICQC2
T
ui=0时
IEQ=IBQ+ICQ
13
+EC RB RC ICQC2
C1
(IBQ,UBEQ) UBEQ IBQ
T
( ICQ,UCEQ )
UCEQ
(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )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。
对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工 作点由UBE、 和ICEO 决定，这三个参数随温度而 变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方 面。 UBE
T
ICEO
Q
41
一、温度对UBE的影响
iB
EC U BE IB RB
T IB
50º C
25º C
UBE IC
uBE
42
二、温度对 值及ICEO的影响 T
1. 输入回路 iB iB uBE uBE 当信号很小时，将输入特性 在小范围内近似线性。
uBE ube rbe iB ib
对输入的小交流信号而言， 三极管相当于电阻rbe。
26(mV) 对于小功率三极管： rbe 300() (1 ) I E (mA)
rbe的量级从几百欧到几千欧。
以共射放 大器为例 讲解工作 原理
9
4.2.1 共射放大电路的基本组成
集电极电源， 为电路提供能 量。并保证集 电结反偏。
+EC RC C1 T RB EB
C2
放大元件iC= iB， 工作在放大区，要 保证集电结反偏， 发射结正偏。
输入 ui
uo 输出
参考点
10
+EC
RC C1 T RB EB C2
uce rce ic
31
3. 三极管的微变等效电路
ib
ic
ib
c
ic ube rbe uce
ib
b
rce
uce
uHale Waihona Puke eeibb
rbe
ib
c
rce很大， 一般忽略。
e
32
二、放大电路的微变等效电路
将交流通道中的三极管用微变等效电路代替: uo ui RB
RC
RL ii ib ic
ib
U
方法二：测量。 Us' ~ ro
U ro I
ro
步骤： 1. 测量开路电压。 2. 测量接入负载后的输出电压。
Us' ~ Uo
RL
Uo'
6
3. 计算。
四、通频带
Au Aum 0.7Aum
Uo ro ( 1 )RL Uo
放大倍数 随频率变 化曲线
fL 下限截 止频率 通频带：
上限截 fH 止频率
t 处于放大区。
3. 输入回路将变化的电压转化成变化的基极电流。 4. 输出回路将变化的集电极电流转化成变化的集电 极电压，经电容滤波只输出交流信号。
17
§4.3 放大电路的分析方法
估算法 静态分析
图解法
放大 电路 分析 微变等效电 路法 动态分析 图解法 计算机仿真
18
4.3.1 直流通道和交流通道
RB
RC
IC UCE
IB
E C IC RC
Q
直流 负载线
与输出 特性的 交点就 是Q点
IB UCE EC
22
直流通道
二、交流负载线
ic uce
uo
ui
RB
RC RL
交流通路
ic 1 uce RL
其中：
RL RL // RC
23
iC 和 uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系
一、估算法
（1）根据直流通道估算IB
+EC
RB
RC
EC U BE IB RB
EC 0.7 EC RB RB
RB称为偏置电阻，IB称为偏 置电流。 26
IB
UBE
直流通道
（2）根据直流通道估算UCE、IB RC
RB
IC UCE
I C I B I CEO I B
U CE EC I C RC
可输出的 最大不失 真信号
uCE
uo
38
1. Q点过低，信号进入截止区 iC 放大电路产 生 截止失真 输入波 形 uCE i
b
uo 输出波 形
39
2. Q点过高，信号进入饱和区
iC
放大电路产生 饱和失真
ib
输入波 形
uCE
输出波形
uo
40