模电复习知识点总结

(2)虚断
由于运放的差模输入电阻很大，一般都在1 M 以上。因此流入运放输入端的电流往往不足1 A， 远小于输入端外电路的电流。故通常可把运放的两 输入端视为开路，且输入电阻越大，两输入端越接 近开路。 “虚断”是指在分析运放处于线性状态时， 可以把两输入端视为等效开路，这一特性称为虚假 开路，简称虚断。显然不能将两输入端真正断路。
第一章 绪 论
主讲: 胡仕刚
湖南科技大学信息与电气工程学院
1.2 放大电路基本知识
一、放大电路的表示方法
放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流 在幅度上得到了放大。放大电路为双口网络，即一个信号 输入口和一个信号输出口。
1.3 放大电路的主要技术性能指 标
1.放大倍数(增益)——表征放大器的放大能力
• 在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCC－iCRc，与IBQ曲 线的交点即为Q点，从而得到VCEQ 和ICQ。
2. 动态工作情况的图解分析 • 根据vs的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出vBE 、 iB 的
波形
vs = Vsm sin ωt vBE = VBB vs iB Rb
(a) NPN型管结构示意图 (b) PNP型管结构示意图 (c) NPN管的电路符号 (d) PNP管的电路符号
4.1.2 放大状态下BJT的工作原理
三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载
流子传输体现出来的。
外部条件：发射结正偏 集电结反偏
由于三极管内有两种载流子(自由 电子和空穴)参与导电，故称为双极 型三极管或BJT (Bipolar Junction Transistor)。
三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电 流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现 的。
实现这一传输过程的两个条件是：
（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区 杂质浓度，且基区很薄。
（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反 向偏置。
4.1.3 BJT的V-I 特性曲线
1. 输入特性曲线
（以共射极放大电路为例）
1. 内部载流子的传输过程
发射区：发射载流子
集电区：收集载流子
基区：传送和控制载流子
（以NPN为例）
IE=IB+ IC IC= InC+ ICBO
放大状态下BJT中载流子的传输过程
2. 电流分配关系
根据传输过程可知 IE=IB+ IC
设
传输到集电极的电流
= 发射极注入电流
即 = InC
IE
通常 IC >> ICBO 则有 IC
3.3.2 二极管的伏安特性
一、PN 结的伏安方程
iD = IS (euD /nVT 1)
反向饱和电流 10-8---10-14A
温度的 电压当量
玻尔兹曼常数 1.38*10-23J/K
VT
=
kT q
电子电量
当 T = 300(27C)：
VT = 26 mV
二、二极管的伏安特性
0 V Vth iD = 0
其中
IS ——反向饱和电流 VT ——温度的电压当量
且在常温下（T=300K）
VT
=
kT q
= 0.026V
= 26mV
PN结的伏安特性
3.2.4 PN结的反向击穿
当PN结的反向电压 增加到一定数值时，反 向电流突然快速增加， 此现象称为PN结的反向 击穿。
热击穿——不可逆
雪崩击穿 齐纳击穿
电击穿——可逆
则 = IC ICEO
IB
当
IC
ICEO 时，
IC IB
是另一个电流放大系数。同样，它也只与管
子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。
一般 >> 1 。
3. 三极管的三种组态
BJT的三种组态
共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示； 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示； 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示。
输出端
uS ~
Au
Ro
输出端
u’o
输出电阻的定义：
.
Ro
=
U’o
.
I’o
RL =∞ ,
US =0
输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro越小，放 大电路带负载的能力越强，反之则差。
4. 通频带 A
Am 0.7Am
放大倍数随频率 变化曲线——幅 频特性曲线
3dB带宽
fL 下限截 止频率
上限截 fH 止频率
特别注意： ▪ 小信号模型中的微变电阻rd与静态工作点Q有关。 ▪ 该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且vD>>VT 。
3.5 特殊二极管
（一）稳压二极管
I/mA
(1) 结构：面接触型硅二极管
(2) 主要特点： (a) 正向特性同普通二极管 (b) 反向特性
• 较大的 I 较小的 U •工作在反向击穿状态。 在一定范围内，反向击穿 具有可逆性。
下面举两个例子说明虚短和虚断的运用。
几种常见的基本运算电路
• 反相比例运算 • 同相比例运算 • 电压跟随器 • 加法电路 • 减法电路 • 积分电路
3.1 半导体的基本知识 3.2 PN结的形成及特性 3.3 半导体二极管 3.4 二极管基本电路及其分析方法 3.5 特殊二极管
3.1.4 杂质半导体
内电场阻止多子扩散
最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。
3.2.3 PN结的单向导电性
PN结加正向电压时，呈现低电阻， 具有较大的正向扩散电流；
PN结加反向电压时，呈现高电阻， 具有很小的反向漂移电流。
由此可以得出结论：PN结具有单向 导电性。
PN结V-I 特性表达式
iD = IS (evD /VT 1)
3.4.2 二极管电路的简化模型分析方法
1.二极管V-I 特性的建模 将指数模型 iD = IS(e分vD段VT线性1) 化，得到二极管特性的
等效模型。 （1）理想模型
（a）V-I特性 （b）代表符号 （c）正向偏置时的电路模型 （d）反向偏置时的电路模型
来自百度文库2）恒压降模型
（3）折线模型
（a）V-I特性 （b）电路模型
Uz (a) 图形符号
0
U/V
Izmin
Izmax
(b) 伏安特性
（3）主要参数 稳定电压：Uz 最小稳定电流：Izmin
最大稳定电流：Izmax
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第四章 三极管及放大电路基础
主讲: 胡仕刚
湖南科技大学信息与电气工程学院
半导体三极管的结 构示意图如图所示。 它有两种类型:NPN型 和PNP型。
线基本平行等距。此时，发射结正偏， 集电结反偏。
4.1.4 BJT的主要参数
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
PCM= ICVCE
• V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射 极间的击穿电压。
4.3.1 图解分析法
1. 静态工作点的图解分析
• 在输入特性曲线上，作出直线 vBE = VBB iB Rb ，两线的交点 即是Q点，得到IBQ。
iB=f(vBE) vCE=const
(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 (2) 当vCE≥1V时， vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收
集电子，基区复合减少，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。
共射极连接
4.1.3 BJT的V-I 特性曲线
2. 输出特性曲线
o
u+ - u-
-Uo(sat)
理想运算放大器
理想运放及其分析依据
1）开环电压放大倍数 Auo→∞ 理想化条件： 2）差模输入电阻 rid→∞
3）开环输出电阻 ro→0 4）共模抑制比 KCMRR→∞
＋
＋
Vp
－
－
vN
＋
－
＋
Avo(vp-vN)
－
vo
理想运算放大器的特性
理想运算放大器具有“虚短”和“虚断”的特性， 这两个特性对分析线性运用的运放电路十分有用。为 了保证线性运用，运放必须在闭环(负反馈）下工作。
即
rd
=
vD iD
根据 iD = IS (evD /VT 1)
得Q点处的微变电导
（a）V-I特性 （b）电路模型
gd
=
diD dvD
Q
= IS VT
evD /VT
Q
iD VT
Q
= ID VT
则
rd
=
1 gd
= VT ID
常温下（T=300K）
rd
= VT ID
=
26(mV ) ID (mA)
（a）V-I特性 （b）电路模型
扩散运动： 由载流子浓度差引起的载流子的运动称为扩散运动。
3.2.2 PN结形成
在一块本征半导体两侧通过扩散不同的杂质,分 别形成N型半导体和P型半导体。此时将在N型半 导体和P型半导体的结合面上形成如下物理过程:
因浓度差
多子的扩散运动 由杂质离子形成空间电荷区
空间电荷区形成内电场
内电场促使少子漂移
iC=f(vCE) iB=const
输出特性曲线的三个区域:
饱和区：iC明显受vCE控制的区域， 该区域内，一般vCE＜0.7V (硅管)。
此时，发射结正偏，集电结正偏或反 偏电压很小。
截止区：iC接近零的区域，相当iB=0
的曲线的下方。此时， vBE小于死区 电压。
放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲
IE
IC= InC+ ICBO
为电流放大系数。它只
与管子的结构尺寸和掺杂浓度 有关，与外加电压无关。一般
= 0.90.99 。
放大状态下BJT中载流子的传输过程
2. 电流分配关系
又设 = 1
根据 IE=IB+ IC
IC= InC+ ICBO
= InC
IE
且令 ICEO= (1+ ) ICBO （穿透电流）
根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器 可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。
（1）电压放大倍数定义为: （2）电流放大倍数定义为: （3）互阻增益定义为: （4）互导增益定义为:
AU=UO/UI
AI=IO/II
Ar=UO/II Ag=IO/UI
2. 输入电阻Ri——从放大电路输入端看进去的等效电 阻，决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小。
f
通频带： fBW=fH–fL
第二章 运算放大器
主讲: 胡仕刚
湖南科技大学信息与电气工程学院
开环电压放大倍数高(104-107)； 输入电阻高（约几百KΩ）； 输出电阻低（约几百Ω）； 漂移小、可靠性高、体积小、重量轻、价格低 。
电压传输特性 Vo=Avo(vp-vN)
+Uo(sat)
理想特性 实际特性
RS ii
uS
ui
信号源 输入端
Ri
Au
输出端
输入电阻：
Ri=ui / ii
一般来说， Ri越大越好。 （1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。 （2）当信号源有内阻时， Ri越大， ui就越接近uS。
3. 输出电阻Ro——从放大电路输出端看进 去的等效电阻。决定了放大电路带负载的能力。
（a）V-I特性 （b）电路模型
（4）小信号模型
iD
=
1 R
vD
1 R
(VDD
vs )
vs =0 时, Q点称为静态工作点 ，反映直流时的工作状态。
vs =Vmsint 时（Vm<<VDD）, 将Q点附近小范围内的V-I 特性线性化，得到
小信号模型，即以Q点为切点的一条直线。
过Q点的切线可以等 效成一个微变电阻
在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质， 可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质 主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体 称为杂质半导体。
N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的 半导体。
P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半 导体。
3.2.1 载流子的漂移与扩散
漂移运动： 由电场作用引起的载流子的运动称为漂移运动。
(1)虚短
由于运放的电压放大倍数很大，而运放的输出电 压是有限的，一般在10 V～14 V。因此运放的差模输入 电压不足1 mV，两输入端近似等电位，相当于 “短 路”。开环电压放大倍数越大，两输入端的电位越接 近相等。
“虚短”是指在分析运算放大器处于线性状态时， 可把两输入端视为等电位，这一特性称为虚假短路，简 称虚短。显然不能将两输入端真正短路。
模拟电路知识体系
• 总的来说就是以三极管为核心，以集成运放为主 线。
• 集成运放内部主要组成单元是差分输入级、电压 放大级、功率放大级、偏置电路。
• 集成运放的两个不同工作状态：线性和非线性应 用。
• 模拟电路主要就是围绕集成运放的内部结构、外 部特性及应用、性能改善、工作电源产生、信号 源产生等展开。
iD /mA
V (BR) IS
反 向
反向特性 O
正向特性 Vth uD /V
Vth = 0.5 V (硅管) 0.1 V (锗管)
V Vth
iD 急剧上升
击 穿
死区 电压
VD(on) = (0.6 0.8) V 硅管 0.7 V (0.2 0.4) V 锗管 0.3 V
︱V(BR) ︱> ︱V︱ > 0 iD = IS < 0.1 A(硅)几十 A (锗) ︱V︱> ︱U(BR) ︱ 反向电流急剧增大 (反向击穿)