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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案 1、1 半导体的基础学问我们这一章要明白的概念有：本征半导体、 P型半导体、 N型半导体及它们各自的特点；学习半导体之前我们仍要明白一些物质导电性的基础学问：本征半导体物质为什麽会导电 .纯洁晶体结构的半导体我们称之为 本征半导体 ；常用的半导体材料有：硅和锗；它们都是 元素,原子结构的最外层轨道上有四个价电子,当把硅或锗制成晶体时,它们是靠 共价键 用而紧密联系在一起；共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量,从而 共价键的约束成为自由电子,同时在共价键上留下空 我们称这些空位为空穴 ,它带正电； 我们用晶体结构示 来描
2、述一下；如图（ 1）所示：图中的虚线代表共价键；在外电场作用下,自由电子产生定向移动,形成电子电价电子也按肯定的方向一次填补空穴,从而使空穴产生定向移动,形成空穴电流；因此,在晶体中存在两种载流子,即带负电自由电子和带正电空穴,它们是成对显现的；杂质半导体在本征半导体中两种载流子的浓度很低, 因此导电性很差； 我们向晶体中有掌握的掺入特定 质来转变它的导电性,这种半导体被称为 杂质半导体 ；型半导体在本征半导体中,掺入 5 价元素, 使晶体中某些原子被杂质原子所代替,由于杂质原子最外5各价电子,它与四周原子形成共价键后,仍余外一个自由电子,因此使其中的空穴的浓 小于自由电子的浓度；但是,电子的
3、浓度与空穴的浓度的乘积是一个常数,与掺杂无关；N型半导体中自由电子是多数载流子,空穴是少数载流子；型半导体名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案在本征半导体中,掺入 3 价元素,晶体中的某些原子被杂质原子代替,但是杂质原子的最外有3 个价电子,它与四周的原子形成共价键后,仍余外一个空穴,因此使其中的空穴浓度 于自由电子的浓度；在 P 型半导体中,自由电子是少数载流子,空穴使多数载流子； 1、2 PN结 第一页 我们通过现代工艺,把一块本征半导体的一边形成P型半导体, 另一边形成 N型半导体, 于两种半
4、导体的交界处就形成了 PN结,它是构成其它半导体的基础, 我们要把握好它的特异形半导体接触现象在形成的 PN结中,由于两侧的电子和空穴的浓度相差很大,因此它们会产生扩散运动：从N区向 P 区扩散；空穴从 P 去向 N区扩散；由于它们都是带电粒子,它们向另一侧扩散 时在N区留下了带正电的空穴,在 P 区留下了带负电的杂质离子,这样就形成了空间电荷 也就是形成了电场 自建场 . 的形成过程如图（ 1）,（ 2）所示在电场的作用下,载流子将作漂移运动,它的运动方向与扩散运动的方向相反,阻挡扩散运动；电场的强弱与扩散的关,扩散的越多,电场越强,同时对扩散运动的阻力也越大,当扩散运动与漂移运动相等时,通
5、过界面的载流子为,PN结的交界区就形成一个缺少载流子的高阻区,我们又把它称为阻挡层或耗尽层； 1、2 PN结 其次页 PN结的单向导电性名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案在PN结两端加不同方向的电压,可以破坏它原先的平稳,从而使它出现出单向导电性；结外加正向电压N结外加正向电压的接法是 P 区接电源的正极, N区接电源的负极；这时外加电压形成电场的方向与自建场的方向相使阻挡层变窄,扩散作用大于漂移作用,多数载流子向对方区域扩散形成正向电流,方向是从 P区指向 N区；如图这时的PN结处于导通状态,它
6、所出现的电阻 向电阻,正向电压越大,电流也越大；它的是指数关系：I D为流过 PN结的电流, U为 PN结两端的电压,/q 称为温度电压当量,其中,k 为波尔兹曼常数, T 为肯定温度, q 为电子电量,在室温下（ 300K）时 UT=26mv,I S为反向饱和电流； 这个公式我们要把握好！2.PN 结外加反向电压它的接法与正向相反,即 P 区接电源的负极, N区接电源的正极；此时的外加电压电场的方向与自建场的方向相同,从而使阻挡层变宽,漂移作用大于扩散作用,少数载流子在电场的作用下,形成漂流,它的方向与正向电压的方向相反,所以 为反向电流；因反向电流是少数载流子形成,向电流很小,即使反向电压
7、再增加,少数载 也不会增加,反向电压也不会增加,因此它又被称为反向饱和电流；即：I D=-IS此时, PN结处于截止状态,出现的电阻为反向电阻,而且阻值很高；由以上我们可以看出： PN结在正向电压作用下,处于导通状态,在反向电压的作用名师归纳总结 下,处于截止状态,因此PN结具有单向导电性；第 3 页,共 31 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案它的电流和电压的关系通式为：称为伏安特性方程,如图（3）所示为伏安特线； 1、2 PN结 第三页 PN结的击穿 PN结处于反向偏置时,在肯定的电压范畴内,流过 电流急剧增加,这种现象我们就称
8、为反向击穿；PN结的电流很小,但电压超过某一数值时,击穿形式分为两种：雪崩击穿和齐纳击穿；对于硅材料的PN结来说,击穿电压 7v 时为雪崩击穿, 0 时二极管导通, uo=0,ui 0 时,二极管截止, uo=ui ,它的波形图为：如3）所示 当 0EU M时,限幅电平为 +E；ui +E时, 二极管导通 ,u o=E,它的波为: 如图 4 所示当-UME1,时这两个 PN 结的输入特性基本重合；我们用 曲线表示,如图（ 4）所示UCE=0 和 UCE=1,两条2. 输出特性它的输出特性可分为三个区：（如图（5）的特性曲线）1 截止区： IB=0 时,此时的集电极电流近似为零,管子的集电极电压
9、等于电源电压,两个结均反偏2 饱和区：此时两个结均处于正向偏置,UCE=0.3V 3 放大区 : 此时 IC=.IB,IC基本不随 UCE变化而变化,此时发射结正偏,集电结反偏；四：三级管主要参数 1. 放大系数名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案它主要是表征管子放大才能；它有共基极的放大系数和共发射极的放大系数；它们二者的关系是：2. 极间的反向电流 （它们是有少数载流子形成的）（1）：基电极 - 基极的反向饱和电流；（2）ICEO：穿透电流,它与 I CBO关系为： I CEO=（1+.）I C
10、BO五：参数与温度的关系 由于半导体的载流子受温度影响,因此三极管的参数受温度影响,温度上 升,输入特性曲线向左移,基极的电流不变,基极与发射极之间的电压降低；输出特性曲线上移；温度上升,放大系数也增加； 2、1 放大电路工作原理 我们知道三极管可以通过掌握基极的电流来掌握集电极的电流,来达到放 大的目的；放大电路就是利用三极管的这种特性来组成放大电路；我们下面以 共发射极的接法为例来说明一下；一：放大电路的组成原理 放大电路的组成原理（应具备的条件）（1）：放大器件工作在放大区（三极管的发射结正向偏置,集电结反向偏置）（2）：输入信号能输送至放大器件的输入端（三极管的发射结）（3）：有信号电
11、压输出；判定放大电路是否具有放大作用,就是依据这几点,它们必需同时具备；名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案例 1：判定图（ 1）电路是否具有放大作用解：图（1）a 不能放大,由于是 NPN三极管,所加的电压 所以不具有放大作用；图（1）b 具有放大作用；二：直流通路和沟通通路在分析放大电路时有两类问题：直流问题和沟通问题；UBE不满意条件（ 1）,（1）直流通路：将放大电路中的电容视为开路,电感视为短路即得；它又被称 为静态分析；（2）沟通通路：将放大电路中的电容视为短路,电感视为开路,直流电源
12、视为 短路即得；它又被称为动态分析；例 2：试画出图（ 2）所示电路的直流通路和沟通通路；解：图（ 2）所示电路的 直流通路如图（ 3）所示：沟通通路如图（ 4）所示：名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案在学习之前,我们先来明白一个概念：什麽是 Q点？它就是直流工作点,又称为静态工作点,简称 Q点；我们在进行静态分析时,主要是求基极直流电流 IB、集电极直流电流 IC、集电极与发射极间的直流电压 UCE 一：公式法运算 Q点我们可以依据放大电路的直流通路,估算出放大电路的静态工作点；下面把求I B
13、、I C、UCE的公式列出来三极管导通时, UBE的变化很小, 可视为常数,我们一般认为：硅管为 0.7V 锗管为 0.2V例 1: 估算图 1 放大电路的静态工作点；其中RB=120 千欧, RC=1 千欧, UCC=24伏,.=50,三极管为硅管解：I B=UCC-UBE/R B=24-0.7/120000=0.194mA I C=.I B=50*0.194=9.7mA UCE=UCC-I CRC=24-9.7*1=14.3V 二：图解法运算 Q点名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案三极管的电
14、流、电压关系可用输入特性曲线和输出特性曲线表示,我们可以在特性曲线上,直接用作图的方法来确定静态工作点；用图解法的关键是正确的作出直流负载线,通过直流负载线与 i B=I BQ的特性曲线的交点,即为 Q点；读出它的坐标即得 I C和 UCE图解法求 Q点的步骤为：（1）：通过直流负载方程画出直流负载线,（直流负载方程为 UCE=UCC-i CRC）（2）：由基极回路求出 IB （3）：找出 i B=I B这一条输出特性曲线与直流负载线的交点就是 Q点；读出 Q点的坐标即为所求；例 2：如图（ 2）所示电路,已知 Rb=280千欧, Rc=3千欧, Ucc=12伏,三极管的输出特性曲线如图（ 3
15、）所示,试用图解法确定静态工作点；解： （1）画直流负载线：因直流负载方程为UCE=UCC-iCRC i C=0,UCE=UCC=12V；UCE=4mA,i C=UCC/RC=4mA,连接这两点,即得直流负载线：如图（3）中的兰线（2）通过基极输入回路,求得IB=（UCC-UBE）/RC=40uA （3）找出 Q点（如图（ 3）所示）,因此 I C=2mA；UCE=6V 三：电路参数对静态工作点的影响 静态工作点的位置在实际应用中很重要,它与电路参数有关；下面我们分名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品
16、教案析一下电路参数 Rb,Rc,Ucc 对静态工作点的影响；转变 Rb转变 Rc转变 UccRb变化,只对 I B有影响；Rc 变化,只转变负载线的Ucc 变化,IB和直流负载线纵坐标同时变化Rb增大, I B减小,工作点Rc 增大,负载线的纵坐标Ucc 增大,IB 增大, 直流负沿直流负载线下移；上移 , 工作点沿 i B=I B这条载线水平向右移动 , 工作特性曲线右移点向右上方移动Rb减小, I B增大,工作点 沿直流负载线上移Rc 减小 , 负载线的纵坐标 Ucc 减小,IB 减小, 直流负下移 , 工作点沿 i B=I B这条 载线水平向左移动 , 工作特性曲线左移 点向左下方移动例
17、 3：如图（ 4）所示：要使工作点由Q1变到 Q2点应使（）A.Rc 增大B.Rb 增大C.Ucc 增大D.Rc 减小答案为： A要使工作点由 Q1变到 Q3点应使 A.RbB.Rc 增大C.Rb 减小D.Rc减小增大答案为： A留意： 在实际应用中,主要是通过转变电阻Rb来转变静态工作点； 2、3 放大电路的动态分析 第一页 这一节是本章也是本课程的重点内容；我们把加进的输入沟通信号时的状态名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案称为动态,这一节我们主要学习放大电路动态分析的两种方法：图解法和微变等
18、效电路法；我们对放大电路进行动态分析的任务是求出电压的放大倍数、输入电阻、和输 出电阻；一：图解法分析动态特性1. 沟通负载线的画法沟通负载线的特点：必需通过静态工作点沟通负载线的斜率由RL 表示RL=Rc/RL 沟通负载线的画法（有两种）：（1）先作出直流负载线,找出Q点；作出一条斜率为 法为点斜式）RL 的帮助线,然后过 Q点作它的平行线即得； （此（2）先求出 UCE坐标的截距（通过方程UCC=UCE+ICRL）连接 Q点和 UCC点即为沟通负载线；（此法为两点式）例 1：作出图（1）所示电路的沟通负载线； 已知特性曲线如图 （2）所示,Ucc=12V,Rc=3千欧, RL=3 千欧,
19、Rb=280千欧；名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案解：（ 1）作出直流负载线,求出点 Q；（2）求出点 Ucc；Ucc=Uce+IcRL=6+1.5*2=9V （3）连接点 Q和点 Ucc 即得沟通 负载线（图中黑线即为所求） 2、3 放大电路的动态分析 其次页 二：放大电路的非线性失真 在使用放大电路时,我们一般是要求输出信号尽可能的大,但是它要受到 三极管非线性的限制；有时输入信号过大或者工作点挑选不恰当,输出电压波 形就会产生失真；这种失真是由于三极管的非线性引起的,所以它被称为非线 性
20、失真；1. 输入信号过大引起的非线性失真 . 它主要表现在输入特性的起始弯曲部分,输出特性的间距不匀,当输入又比较 大时,就会使 Ib 、Uce和 Ic 的正负半周不对称,即产生非线性失真；如图（1）所示2. 工作点不合适引起的失真当工作点设置过低, 在输入信号的负 半周,工作状态进入截止区,从而引 起 Ib 、Uce 和 Ic 的波形失真,称为 截 止失真 （对于 PNP型来说）如图（ 2）所示名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案当工作点设置过高,在输入信号的正半周,工作状态进入饱和区,此时 I
21、b 继续增大而 Ic 不再随之增大,因此引起 如图（ 3）所示Ic 和 Uce的波形失真,称为 饱和失真 ；由于放大电路有失真问题,因此它存在最大不失真输出电压幅值 Uom；最大 不失真输出电压是指：当工作状态肯定的前提下,逐步增大输入信号,三极管仍 没有进入截止或饱和时,输出所能获得的最大电压输出；当电压受饱和区限制时 Uom=Uce-uce,当电压受截止区限制时 Uom=Ic*RL例 2：求 2.31 中例 1 的最大不失真输出电压振幅 Uom 解： 2、3 放大电路的动态分析 第三页 通过上面学习, 我们已经明白图解法分析放大电路的基本学问,但是它对 电压的放大倍数、输入电阻、输出电阻的
22、运算有许多不足之处；这一页我们学习 另外一种分析方法： 微变等效电路法名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案三：微变等效电路法我们采纳微变等效电路法的思想是：当信号变化的范畴很小（微变）时,可以认为三极管电压、电流变化量之间的关系是线性的；通过上述思想我们就可以把含有非线性元件（如三极管）的放大电路,转换为我们熟识的线性电路,这样我们就可以利用电路分析的各种方法来求解了；在应用中我们把三极管等效为图（所示的电路1）其中： Ie= （1+.） Ib rbe为基极和发射极之间的等效电阻四：三种基本组态放
23、大电路的分析（微变电路的应用）微变等效电路主要用于对放大电路的动态特性分析；三极管有三种接法,因此放大电路也有三种基本组态； 我们衡量放大电路的性能是通过性能指标来衡量的！1. 放大电路的性能指标 （我们简要的介绍几种）电压放大倍数 Au它是用来衡量放大电路的电压放大才能；电压的幅值之比它可定义为输出电压的幅值与输入Au=Uo/Ui电压源放大倍数 Aus 是表示输出电压与信号源电压值比,它就是考虑了信号源内阻 Rs 影响时的AuAus=Uo/Us名师归纳总结 电流放大倍数Ai 第 18 页,共 31 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教
24、案它是用来衡量放大电路的电流放大才能,值越大说明放大才能越好； 它可定义为输出电流 Io 和输入电流 Ii 之比Ai=Io/Ii输入电阻 r i它是用来衡量放大电路对输入信号源的影响；它可表示为输入电压与输入电流之比r i=Ui/Ii输出电阻 r o它是用来衡量放大电路所能驱动负载的才能；从输出端看进去的等效电阻就是输出电阻 2、3 放大电路的动态分析 第四页 下面我们用微变等效电路法对放大电路进行分析；1. 共 e 极放大电路如图 1 所示的电路 , 试分析它的 Au、Ai 、r O、r i分析为：其等效电路图为：如图（示2）所（1）电压放大倍数由于 所以 :Uo=-.IbRL由输入回路得到
25、的 Ui=Ibrbe Au= - .R L/rbe 其中 R L=Rc/R L 负号表示共 e 极时 , 集电极电压与基极电压的相位相反（3）输入电阻名师归纳总结 （2）电流放大倍数由于r i =Rb/ri Ui=Ib*r be 第 19 页,共 31 页又因ri=Ui/Ib 由于Io=Ic=.Ib 为所以ri=rbe = 为约等于- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案Ii=Ib 所以： Ai=Io/Ii=.4 输出电阻 r o=Rc留意： r o 常用来带负载 RL的才能 , 我们在 求它时不应含 RL, 应将其断开；2. 共 c 极放
26、大电路如图3 所示电路 , 试用微变等效电路法分析它的分析为：其等效电路图为：如图 4 所示（1）电压放大倍数 Au 由于： Uo=（1+.）IbRe Re=Re/R L Ui=I br be+1+.R eI b 所以2电流放大倍数 Ai 由于 Io=Ie=1+. IbIi=Ib 所以 : Ai=Ie/Ib=1+. Au、Ai 、r O、r i名师归纳总结 3 输入电阻 ri i 4 输出电阻 ro 第 20 页,共 31 页由于 : r i=Rb/r按输出电阻的运算方法 , 进行运算- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - ri=Ui /I名师精编精品教案b
27、e/1+.b=r be+1+.Rero=Re/Rs+r所以 : ri=Rb/rbe+1+.Re由此我们可以看出 ro 的值很小 , 这是 共 C极电路的一个特点 .3. 共 b 极放大电路如图5 所示电路 , 试用微变等效电路法分析它的分析为：其等效电路为：如图（6）所示（1）电压放大倍数 Au 由于： Uo=-.I bR L R L=Rc/R L Ui =-I b r be 所以 : Au=.RL/r be2 电流放大倍数 Ai 由于： Io=Ic Ii=Ie 所以： Ai=Ic/Ie=aAu、Ai 、r O、r i（3）输入电阻 ri 4 输出电阻 ro由于： ri =Re/r i r i
28、=rbe/1+. 当 Us=0时,Ib=0,.Ib=0所以 : r i =Re/r be/1+. 因此: ro=Rc总结通过上面的学习,我们可以发觉,放大电路共发射极时 ,Ai 和 Au都比较大,但是输出电压和输入电压的相位相反；共基极时 ,Ai 比较大,但是 Au 较小,输出电压与输入电压同相,并且具有跟随关系,它可作为输入级,输出级或起隔离名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案作用的中间级； 共集电极时 ,Ai 较小, Au较大,输出电压与输入电压同相,多用于宽频带放大等； 2、4 静态工作点的
29、稳固及其偏置电路这一节我们主要学习工作点稳固电路的运算；半导体器件对温度非常敏锐, 温度的变化会使静态工作点产生变化,如静态工作点挑选过高会产生饱和失真等；我们知道工作点的变化主要集中在Ic 的变化,要使工作点稳固,主要是使Ic 稳固,一般我们是通过反馈法来稳固工作点；反馈法有三种,我们最常用的 是电流反馈式偏置电路；我们通过例题来说明一下例：如图（1）所示电路,已知：Ucc=24V,Rb1=20千欧, Rb2=60千欧, Re=1.8 千 欧,Rc=3.3 千欧 , .=50, 求电路的静态工作点 .名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 31 页精选学习资料 - - -
30、- - - - - - 名师精编 精品教案解：第一作出其微变等效电路图；如图（2）所示 : 由于 :所以 : U B=6V 所以： UE=UB-UBE=6-0.7=5.3V I EQ=UE/Re=5.3/1.8=2.9mA I BQ=I EQ/1+ .=58uA UCEQ=Ucc-IcRc+Re=9.21V 注：图（ 1）所示的电路即为电流反馈式偏置电路, 2、5多级放大电路 单级放大电路的放大倍数有时不能满意我们的需要,为此我们需要把如 干个基本的放大电路连接起来,组成多级放大电路；多级放大电路之间的连 接称为耦合,它的方式由多种；一：多级放大电路的耦合方式 实际中我们常用的耦合方式有三种,
31、即阻容耦合、直接耦合和变压器耦合；1. 阻容耦合 它的连接方法是 : 通过电容和电阻把前级输出接至下一级输入；名师归纳总结 它的特点是：各级静态工作点相对独立, 便于调整 . 1）第 23 页,共 31 页它的缺点是：不能放大变化缓慢（直流）的信号；不便于集成；如图（- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教案所示为阻容耦合接法；2. 直接耦合 为了防止电容对缓慢变化信号的影响,我们直接把两级放大电路接在一起,这 就是直接耦合法；它的特点是： 即能放大沟通信号, 也能 放大直流信号, 便于集成, 存在零漂现 象； 关于它的问题我们将在以后的章节
32、中 争论3. 变压器耦合变压器耦合主要用于功率放大电路,它的优点是可变化电压和实现阻抗变换,工作点相对独立；缺点是体积大,不能实现集成化,频率特性差；二：多级放大电路的指标运算 1. 电压放大倍数 Au 多级放大电路的倍数等于各级放大电路倍数的乘积 . 即: Au=Au1 . Au2 .Au3.Aun2. 输入电阻和输出电阻对于多级放大电路来说： 输入级的输入电阻就是输入电阻；输出级的输出电 阻就是输出电阻； 我们在设计放大电路的输入级和输出级时主要是考虑输入电阻名师归纳总结 - - - - - - -第 24 页,共 31 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师精编 精品教
33、案和输出电阻的要求 2.6 放大电路的频率特性性.这一节我们来学习放大电路对不同频率的响应 , 它就是放大电路的频率特一：频率特性简述（1）：由于放大电路中存在电抗元件C,因此它对不同频率出现的阻抗不同,所以放大电路对不同频率成分的放大倍数和相位移不同；放大倍数与频率的关系称为 幅频关系 ；相位与频率的关系称为 相频关系； 放大电路工作在 中频区 时,电压的放大倍数基本不随频率变化,保持一常数；低频区 ：当放大倍数下降到中频区放大倍数的0.707 倍时 , 我们称此时的频率为下限频率 f l . 放大器工作在此区时,所出现的容抗增大,因此放大倍数下降,同时输出电压与输入电压之间产生附加相移；高频区 ：高频区时的放大倍数也下降；由于放大器工作在高频区时,电路的容抗变小,频率上升时,使加至放大电路输入信号减小,从而使放大倍数下降；（2）：通频带宽 ：上、下限频率之差,既是通频带宽；它是表征放大电路对不同频率的输入信号的响应才能；它定义为：（3）：截止频率 ：确定原就是：某电容所确定的截止频率,与该电容所在回路的经常数 呈下述关系：二：多级放大电路的频率特性名师归纳总结 - - - - - - -第 25 页,共 31 页精选学