模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)完整(第五版)ppt課件

.,1,1.1信號(hào),1.3模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào),1緒論,1.2信號(hào)的頻譜,1.4放大電路模型,1.5放大電路的主要性能指標(biāo),.,2,1.信號(hào)：信息的載體,微音器輸出的某一段信號(hào)的波形,1.1信號(hào),.,3,2.電信號(hào)源的電路表達(dá)形式,電壓源等效電路,電流源等效電路,1.1信號(hào),.,4,1.電信號(hào)的時(shí)域與頻域表示,A.正弦信號(hào),1.2信號(hào)的頻譜,時(shí)域,.,5,1.電信號(hào)的時(shí)域與頻域表示,B.方波信號(hào),滿足狄利克雷條件，展開(kāi)成傅里葉級(jí)數(shù),直流分量,其中,基波分量,三次諧波分量,1.2信號(hào)的頻譜,方波的時(shí)域表示,.,6,2.信號(hào)的頻譜,B.方波信號(hào),頻譜：將一個(gè)信號(hào)分解為正弦信號(hào)的集合，得到其正弦信號(hào)幅值和相位隨角頻率變化的分布，稱為該信號(hào)的頻譜。,1.2信號(hào)的頻譜,幅度譜,相位譜,.,7,非周期信號(hào)包含了所有可能的頻率成分（0w）,C.非周期信號(hào),傅里葉變換：,通過(guò)快速傅里葉變換（FFT）可迅速求出非周期信號(hào)的頻譜函數(shù)。,離散頻率函數(shù),連續(xù)頻率函數(shù),氣溫波形,氣溫波形的頻譜函數(shù)（示意圖）,1.2信號(hào)的頻譜,.,8,1.3模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào),處理模擬信號(hào)的電子電路稱為模擬電路。,模擬信號(hào)：在時(shí)間和幅值上都是連續(xù)的信號(hào)。,數(shù)字信號(hào)：在時(shí)間和幅值上都是離散的信號(hào)。,.,9,1.4放大電路模型,電壓增益（電壓放大倍數(shù)）,電流增益,互阻增益,互導(dǎo)增益,1.放大電路的符號(hào)及模擬信號(hào)放大,.,10,負(fù)載開(kāi)路時(shí)的電壓增益,A.電壓放大模型,輸入電阻,輸出電阻,由輸出回路得,則電壓增益為,由此可見(jiàn),即負(fù)載的大小會(huì)影響增益的大小,要想減小負(fù)載的影響，則希望？（考慮改變放大電路的參數(shù)）,理想情況,2.放大電路模型,1.4放大電路模型,.,11,另一方面，考慮到輸入回路對(duì)信號(hào)源的衰減,理想情況,有,要想減小衰減，則希望？,1.4放大電路模型,A.電壓放大模型,.,12,負(fù)載短路時(shí)的電流增益,B.電流放大模型,由輸出回路得,則電流增益為,由此可見(jiàn),要想減小負(fù)載的影響，則希望？,理想情況,由輸入回路得,要想減小對(duì)信號(hào)源的衰減，則希望？,理想情況,1.4放大電路模型,.,13,C.互阻放大模型（自學(xué)）,輸入輸出回路沒(méi)有公共端,D.互導(dǎo)放大模型（自學(xué)）,E.隔離放大電路模型,1.4放大電路模型,.,14,1.5放大電路的主要性能指標(biāo),1.輸入電阻,.,15,1.5放大電路的主要性能指標(biāo),2.輸出電阻,注意：輸入、輸出電阻為交流電阻,.,16,1.5放大電路的主要性能指標(biāo),3.增益,反映放大電路在輸入信號(hào)控制下，將供電電源能量轉(zhuǎn)換為輸出信號(hào)能量的能力。,其中,四種增益,常用分貝（dB）表示。,.,17,1.5放大電路的主要性能指標(biāo),4.頻率響應(yīng),A.頻率響應(yīng)及帶寬,電壓增益可表示為,在輸入正弦信號(hào)情況下，輸出隨輸入信號(hào)頻率連續(xù)變化的穩(wěn)態(tài)響應(yīng)，稱為放大電路的頻率響應(yīng)。,或?qū)憺?其中,.,18,該圖稱為波特圖縱軸：dB橫軸：對(duì)數(shù)坐標(biāo),1.5放大電路的主要性能指標(biāo),4.頻率響應(yīng),A.頻率響應(yīng)及帶寬,其中,普通音響系統(tǒng)放大電路的幅頻響應(yīng),.,19,1.5放大電路的主要性能指標(biāo),4.頻率響應(yīng),B.頻率失真（線性失真）,幅度失真：,對(duì)不同頻率的信號(hào)增益不同產(chǎn)生的失真。,.,20,4.頻率響應(yīng),B.頻率失真（線性失真）,幅度失真：,對(duì)不同頻率的信號(hào)增益不同產(chǎn)生的失真。,相位失真：,對(duì)不同頻率的信號(hào)相移不同產(chǎn)生的失真。,1.5放大電路的主要性能指標(biāo),.,21,5.非線性失真,由元器件非線性特性引起的失真。,非線性失真系數(shù):,end,Vo1是輸出電壓信號(hào)基波分量的有效值，Vok是高次諧波分量的有效值，k為正整數(shù)。,1.5放大電路的主要性能指標(biāo),.,22,2.1集成電路運(yùn)算放大器,2運(yùn)算放大器,2.2理想運(yùn)算放大器,2.3基本線性運(yùn)放電路,2.4同相輸入和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用,.,23,在半導(dǎo)體制造工藝的基礎(chǔ)上，把整個(gè)電路中元器件制作在一塊硅基片上，構(gòu)成特定功能的電子電路，稱為集成電路。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，集成電路是把元器件和連接導(dǎo)線全部制作在一小塊硅片上而成的電路。集成電路按其功能來(lái)分，有數(shù)字集成電路和模擬集成電路。模擬集成電路種類繁多，有運(yùn)算放大器、寬頻帶放大器、功率放大器、模擬乘法器、模擬鎖相環(huán)、模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換器、穩(wěn)壓電源和音像設(shè)備中常用的其他模擬集成電路等。,引言,.,24,模擬集成電路的特點(diǎn)：,電阻值不能很大，精度較差，阻值一般在幾十歐至幾十千歐。需要大電阻時(shí)，通常用恒流源替代；電容利用PN結(jié)結(jié)電容，一般不超過(guò)幾十pF。需要大電容時(shí)，通常在集成電路外部連接。不能制電感，級(jí)與級(jí)之間用直接耦合；二極管用三極管的發(fā)射結(jié)代。比如由NPN型三極管短路其中一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成。,.,25,運(yùn)算放大器外形圖,.,26,2.1集成電路運(yùn)算放大器,1.集成電路運(yùn)算放大器的內(nèi)部組成單元,圖2.1.1集成運(yùn)算放大器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖,集成運(yùn)算放大器是一種高電壓增益，高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大電路。,.,27,運(yùn)算放大器方框圖,輸入級(jí)：均采用差動(dòng)放大電路組成，可減小溫度漂移的影響，提高整個(gè)電路共模抑制比。2.中間級(jí)：多采用有源負(fù)載的共射極放大電路，有源負(fù)載及復(fù)合管可提高電壓增益。3.輸出級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱功放。4.偏置電路：用以供給各級(jí)直流偏置電流，由各種電流源電路組成。,.,28,表示信號(hào)從左(輸入端)向右(輸出端)傳輸?shù)姆较颉?集成運(yùn)算放大器的符號(hào),vN或v：反相輸入端，信號(hào)從此端輸入(vP=0)，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)反相。,vP或v+：同相輸入端，信號(hào)從此端輸入(vN=0)，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)同相。,vO：輸出端。,圖2.1.2運(yùn)算放大器的代表符號(hào)（a）國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的符號(hào)（b）國(guó)內(nèi)外常用符號(hào),.,29,2.運(yùn)算放大器的電路模型,圖2.1.3運(yùn)算放大器的電路模型,通常：開(kāi)環(huán)電壓增益Avo的105（很高）,輸入電阻ri106（很大）,輸出電阻ro100（很小）,vOAvo(vPvN)（VvOV）,注意輸入輸出的相位關(guān)系,.,30,2.運(yùn)算放大器的電路模型,當(dāng)Avo(vPvN)V時(shí)vOV,當(dāng)Avo(vPvN)V-時(shí)vOV-,電壓傳輸特性vOf(vPvN),線性范圍內(nèi)vOAvo(vPvN),Avo斜率,電路模型中的輸出電壓不可能超越正負(fù)電源的電壓值,.,31,輸出電壓與其兩個(gè)輸入端的電壓之間存在線性放大關(guān)系，即,集成運(yùn)放的工作區(qū)域,線性區(qū)域：,Aod為差模開(kāi)環(huán)放大倍數(shù),非線性區(qū)域：,輸出電壓只有兩種可能的情況：,+UOM或-UOM,UOM為輸出電壓的飽和電壓。,.,32,例2.2.1電路如圖2.1.3所示，運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓增益Avo=2105,輸入電阻ri=0.6M，電源電壓V+=+12V,V-=-12V。(1)試求當(dāng)vo=Vom=12V時(shí)輸入電壓的最小幅值vP-vN=?輸入電流ii=?(2)畫(huà)出傳輸特性曲線vo=f(vP-vN)。說(shuō)明運(yùn)放的兩個(gè)區(qū)域。,圖2.1.3運(yùn)算放大器的電路模型,.,33,例2.2.1電路如圖2.1.3所示，運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓增益Avo=2105,輸入電阻ri=0.6M，電源電壓V+=+12V,V-=-12V。(1)試求當(dāng)vo=Vom=12V時(shí)輸入電壓的最小幅值vP-vN=?輸入電流ii=?,圖2.1.3運(yùn)算放大器的電路模型,解：由,當(dāng)vo=Vom=12V時(shí),.,34,例2.2.1電路如圖2.1.3所示，運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓增益Avo=2105,輸入電阻ri=0.6M，電源電壓V+=+12V,V-=-12V。(2)畫(huà)出傳輸特性曲線vo=f(vP-vN)。說(shuō)明運(yùn)放的兩個(gè)區(qū)域。,解：取a點(diǎn)（+60V,+12V），b點(diǎn)（-60V,-12V），連接a、b兩點(diǎn)得ab線段，其斜率Avo=2105,vP-vN60V，則運(yùn)放進(jìn)入非線性區(qū)。運(yùn)放的電壓傳輸特性如圖所示。,.,35,2.2理想運(yùn)算放大器,1.vo的飽和極限值等于運(yùn)放的電源電壓V和V,2.運(yùn)放的開(kāi)環(huán)電壓增益很高若（vPvN）0則vO=+Vom=V若（vPvN）0則vO=Vom=V,3.若VR3時(shí)，（1）試證明Vs(R3R1/R2)Im,解（1）根據(jù)虛斷有I1=0,所以I2=Is=Vs/R1,例2.3.3直流毫伏表電路,（2）R1R2150k，R31k，輸入信號(hào)電壓Vs100mV時(shí)，通過(guò)毫伏表的最大電流Im(max)？,又根據(jù)虛短有Vp=Vn=0,R2和R3相當(dāng)于并聯(lián)，所以I2R2=R3(I2-Im),所以,當(dāng)R2R3時(shí)，Vs(R3R1/R2)Im,（2）代入數(shù)據(jù)計(jì)算即可,.,56,2.4同相輸入和反相輸入放大電路的其他應(yīng)用,2.4.1求差電路,2.4.2儀用放大器,2.4.3求和電路,2.4.4積分電路和微分電路,.,57,2.4.1求差電路,從結(jié)構(gòu)上看，它是反相輸入和同相輸入相結(jié)合的放大電路。,當(dāng),則,若繼續(xù)有,則,根據(jù)虛短、虛斷和N、P點(diǎn)的KCL得：,.,58,2.4.1求差電路,從放大器角度看,時(shí)，,增益為,（該電路也稱為差分電路或減法電路）,.,59,2.4.1求差電路,一種高輸入電阻的差分電路,.,60,2.4.2儀用放大器,.,61,2.4.3求和電路,根據(jù)虛短、虛斷和N點(diǎn)的KCL得：,若,則有,（該電路也稱為加法電路）,.,62,2.4.3求和電路的進(jìn)一步討論,8.1.1求和電路,虛短、虛斷,特點(diǎn)：調(diào)節(jié)某一路信號(hào)的輸入電阻不影響其他路輸入與輸出的比例關(guān)系；稱為支路增益，一般1,1.反相求和電路,.,63,2.4.4積分電路和微分電路,1.積分電路,式中，負(fù)號(hào)表示vO與vI在相位上是相反的。,根據(jù)“虛短”，得,根據(jù)“虛斷”，得,因此,（積分運(yùn)算）,即,.,64,2.4.4積分電路和微分電路,1.積分電路,根據(jù)“虛短”，得,根據(jù)“虛斷”，得,因此,即,又,即,.,65,2.4.4積分電路和微分電路,當(dāng)vI為階躍電壓時(shí)，有,vO與t成線性關(guān)系,1.積分電路,.,66,積分電路的用途,將方波變?yōu)槿遣?.,67,積分電路的用途,將三角波變?yōu)檎也?.,68,積分電路的用途,可見(jiàn)，輸出電壓的相位比輸入電壓的相位領(lǐng)先90。因此，此時(shí)積分電路的作用是移相。,圖7.2.17,.,69,2.4.4積分電路和微分電路,2.微分電路,根據(jù)“虛短”，得,根據(jù)“虛斷”，得,因此,即,.,70,若輸入：,則：,高頻信號(hào)將產(chǎn)生較大的噪聲。,.,71,Auo越大，運(yùn)放的線性范圍越小，必須在輸出與輸入之間加負(fù)反饋才能使其擴(kuò)大輸入信號(hào)的線性范圍。,放大倍數(shù)與負(fù)載無(wú)關(guān)。分析多個(gè)運(yùn)放級(jí)聯(lián)組合的線性電路時(shí)可以分別對(duì)每個(gè)運(yùn)放進(jìn)行。,72,3.1半導(dǎo)體的基本知識(shí),3.3二極管,3.4二極管基本電路及其分析方法,3.5特殊二極管,3.2PN結(jié)的形成及特性,3半導(dǎo)體二極管及基本電路,73,3.1半導(dǎo)體的基本知識(shí),3.1.1半導(dǎo)體材料,3.1.2半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu),3.1.3本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用,3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體,74,導(dǎo)體(conductor)：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。,絕緣體(semiconductor)：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如橡皮、陶瓷、塑料和石英。,半導(dǎo)體(insulator)：另有一類物質(zhì)的導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如鍺、硅、砷化鎵和一些硫化物、氧化物等。,3.1.1半導(dǎo)體材料,75,3.1.1半導(dǎo)體材料,半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理不同于其它物質(zhì)，所以它具有不同于其它物質(zhì)的特點(diǎn)。例如：,當(dāng)受外界熱和光的作用時(shí)，它的導(dǎo)電能力明顯變化。,往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，會(huì)使它的導(dǎo)電能力明顯改變。,76,3.1.2半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu),動(dòng)畫(huà)演示,77,3.1.2半導(dǎo)體的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu),硅和鍺的共價(jià)鍵(covalentbond)結(jié)構(gòu),共價(jià)鍵共用電子對(duì),+4表示除去價(jià)電子后的原子,動(dòng)畫(huà)演示,78,3.1.3本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用,1.本征半導(dǎo)體(intrinsicorpureinsulator),完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體晶體。,79,3.1.3本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用,2.載流子、自由電子和空穴(carrier、freeelectronsandholes),自由電子,空穴,束縛電子,動(dòng)畫(huà)演示,80,3.1.3本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電作用,3.載流子的產(chǎn)生與復(fù)合,本征半導(dǎo)體中存在數(shù)量相等的兩種載流子，即自由電子和空穴。,動(dòng)畫(huà)演示,81,3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體,1.P型半導(dǎo)體,空穴,硼原子,P型半導(dǎo)體中空穴是多子，電子是少子。,動(dòng)畫(huà)演示,82,3.1.4雜質(zhì)半導(dǎo)體,2.N型半導(dǎo)體,多余電子,磷原子,N型半導(dǎo)體中的載流子是什么？,摻雜濃度遠(yuǎn)大于本征半導(dǎo)體中載流子濃度，所以，自由電子濃度遠(yuǎn)大于空穴濃度。自由電子稱為多數(shù)載流子（多子），空穴稱為少數(shù)載流子（少子）。,動(dòng)畫(huà)演示,83,3.2PN結(jié)的形成及特性,3.2.1載流子的漂移與擴(kuò)散,3.2.2PN結(jié)的形成,3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?3.2.4PN結(jié)的反向擊穿,3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng),84,3.2.2PN結(jié)的形成,P型半導(dǎo)體,N型半導(dǎo)體,擴(kuò)散(diffusion)的結(jié)果是使空間電荷區(qū)逐漸加寬，空間電荷區(qū)越寬。,內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，就使漂移(drift)運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。,空間電荷區(qū)，也稱耗盡層。,85,3.2.2PN結(jié)的形成,所以擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到平衡，相當(dāng)于兩個(gè)區(qū)之間沒(méi)有電荷運(yùn)動(dòng)，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。,動(dòng)畫(huà)演示,86,3.2.2PN結(jié)的形成,空間電荷區(qū),N型區(qū),P型區(qū),電位V,V0,87,3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)(PNjunction)正向偏置,內(nèi)電場(chǎng)減弱，使擴(kuò)散加強(qiáng)，擴(kuò)散飄移，正向電流大,P,N,+,_,動(dòng)畫(huà)演示,88,3.2.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?PN結(jié)(PNjunction)反向偏置,N,P,+,_,內(nèi)電場(chǎng)加強(qiáng)，使擴(kuò)散停止，有少量飄移，反向電流很小,反向飽和電流很小，A級(jí),動(dòng)畫(huà)演示,89,3.2.4PN結(jié)的反向擊穿,電擊穿(可逆)熱擊穿(不可逆),擊穿,雪崩擊穿(avalanchebreakdown):碰撞,載流子倍增效應(yīng)。,齊納擊穿(zenerbreakdown):局部電場(chǎng)增強(qiáng),分離。,整流二極管雪崩擊穿(多數(shù)),穩(wěn)壓二極管齊納擊穿(多數(shù)),擊穿,90,3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng),PN結(jié)的兩種電容效應(yīng)：擴(kuò)散電容CD和勢(shì)壘電容CB,PN結(jié)處于正向偏置時(shí)，多子的擴(kuò)散導(dǎo)致在P區(qū)（N區(qū)）靠近結(jié)的邊緣有高于正常情況的電子（空穴）濃度，這種超量的濃度可視為電荷存儲(chǔ)到PN結(jié)的鄰域,PN結(jié)的電容效應(yīng)直接影響半導(dǎo)體器件的高頻和開(kāi)關(guān)性能,1.擴(kuò)散電容,91,3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng),PN結(jié)反向偏置時(shí)，載流子數(shù)目很少，擴(kuò)散電容可忽略,1.擴(kuò)散電容,92,3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng),勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)反向偏置電壓變化時(shí)，就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷的變化,2.勢(shì)壘電容,類似于平板電容器兩極板上電荷的變化,93,3.2.5PN結(jié)的電容效應(yīng),PN結(jié)的電容效應(yīng)是擴(kuò)散電容和勢(shì)壘電容的綜合反映，在高頻運(yùn)用時(shí)，須考慮PN結(jié)電容的影響,PN結(jié)電容的大小與本身的結(jié)構(gòu)和工藝及外加電壓有關(guān)。正偏時(shí)，結(jié)電容較大（主要決定于擴(kuò)散電容）；反偏時(shí)，結(jié)電容較小（主要決定于勢(shì)壘電容）,94,3.3二極管,3.3.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu),3.3.2二極管的伏安特性,3.3.3二極管的參數(shù),95,3.3.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu),半導(dǎo)體二極管(diodeinsulator)圖片,96,3.3.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu),半導(dǎo)體二極管(diodeinsulator)圖片,97,3.3.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu),半導(dǎo)體二極管(diodeinsulator)圖片,98,3.3.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu),在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個(gè)二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類。,(1)點(diǎn)接觸型二極管,(a)點(diǎn)接觸型,二極管的結(jié)構(gòu)示意圖,PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，用于檢波和變頻等高頻電路。,99,3.3.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu),(2)面接觸型二極管,PN結(jié)面積大，用于工頻大電流整流電路。,(b)面接觸型,100,(3)平面型二極管,(c)平面型,(4)二極管的代表符號(hào)(symbol),anodecathode,3.3.1半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu),往往用于集成電路制造藝中。PN結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開(kāi)關(guān)電路中。,101,3.3.2PN結(jié)的伏安特性,正向特性,反向特性,反向擊穿特性,二極管的伏安特性(volt-amperecharacteristic)曲線的表示式：,硅二極管2CP10的V-I特性,102,3.3.3二極管的參數(shù),1.最大整流電流IF,二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許流過(guò)二極管的最大正向平均電流。,2.反向擊穿電壓VBR,二極管反向擊穿時(shí)的電壓值。擊穿時(shí)反向電流劇增，二極管的單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過(guò)熱而燒壞。手冊(cè)上給出的最高反向工作電壓約為擊穿電壓的一半。,3.反向電流IR,指管子未擊穿時(shí)的反向電流。反向電流大，說(shuō)明管子的單向?qū)щ娦圆?，因此反向電流越小越好。反向電流受溫度的影響，溫度越高反向電流越大?103,2.3.3二極管的參數(shù),4.二極管的極間電容（parasiticcapacitance）,二極管的兩極之間有電容，此電容由兩部分組成：勢(shì)壘電容(barrier（depletion）capacitance)CB和擴(kuò)散電容(diffusioncapacitance)CD。,勢(shì)壘電容：勢(shì)壘區(qū)是積累空間電荷的區(qū)域，當(dāng)電壓變化時(shí)，就會(huì)引起積累在勢(shì)壘區(qū)的空間電荷的變化，這樣所表現(xiàn)出的電容是勢(shì)壘電容。,104,2.3.3二極管的參數(shù),4.二極管的極間電容,擴(kuò)散電容：為了形成正向電流（擴(kuò)散電流），注入P區(qū)的少子（電子）在P區(qū)有濃度差，越靠近PN結(jié)濃度越大，即在P區(qū)有電子的積累。同理，在N區(qū)有空穴的積累。正向電流大，積累的電荷多。這樣所產(chǎn)生的電容就是擴(kuò)散電容CD。,CB在高頻和反向偏置時(shí)明顯。CD在正向偏置時(shí)明顯。,105,3.3.3二極管的參數(shù),5.微變電阻rD,vD,rD是二極管特性曲線上工作點(diǎn)Q附近電壓的變化與電流的變化之比：,顯然，rD是對(duì)Q附近的微小變化區(qū)域內(nèi)的電阻。,106,3.4二極管基本電路及其分析方法,3.4.1簡(jiǎn)單二極管電路的圖解分析方法,3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法,107,3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法,1.理想模型（idealdiode),當(dāng)電源電壓遠(yuǎn)比二極管的管壓降大時(shí)，利用此模型作近似分析。,108,2.恒壓降模型（offsetmodel),二極管導(dǎo)通后，認(rèn)為其壓降是恒定的，典型值為0.7V，只有當(dāng)二極管的電流大于等于1mA時(shí)，才是正確的。,vD,iD,3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法,109,3.折線模型(piecewiselineardiodemodel),認(rèn)為其壓降不是恒定的，而是隨著二極管電流的增加而增加，用一個(gè)電池與一個(gè)電阻的串聯(lián)來(lái)進(jìn)一步的近似。rD近似為200。,vD,iD,Vth0.5V,3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法,110,4.小信號(hào)模型(smallsignalmodel),當(dāng)二極管在其伏安特性的某一小范圍內(nèi)工作，可以把伏安特性看出一條直線。小信號(hào)模型的微變等效電阻rd26（mv）/ID。,vD,iD,vD,iD,3.4.2二極管電路的簡(jiǎn)化模型分析方法,111,應(yīng)用舉例,1.整流電路,二極管當(dāng)作理想元件處理，即二極管的正向?qū)娮铻榱悖ê雎远O管正向壓降），反向電阻為無(wú)窮大,D,R,vO,vs,+,-,vs,vO,112,應(yīng)用舉例,2.二極管的靜態(tài)工作情況分析,理想模型,恒壓模型,（硅二極管典型值）,折線模型,（硅二極管典型值）,設(shè),113,3.限幅電路,應(yīng)用舉例,有一限幅電路如圖所示，R=1k，VREF=3V,二極管為硅二極管。分別用理想模型和恒壓降模型求解一下兩問(wèn)：（）vI=0V、4V、6V時(shí)，求相應(yīng)的輸出電壓vO的值；（）當(dāng)vI=sinwt(V)時(shí)，繪出相應(yīng)的輸出電壓波形,114,4.開(kāi)關(guān)電路,應(yīng)用舉例,+5V,vI1,vI2,VCC,&,4.7k,vO,5.低電壓穩(wěn)壓電路,115,6.小信號(hào)工作情況分析,應(yīng)用舉例,求vD、iD,vi=0.1sintV,VDD=5V，,疊加原理,116,3.5特殊體二極管,3.5.1齊納二極管,3.5.2變?nèi)荻O管,3.5.4光電子器件,1.光電二極管,2.發(fā)光二極管,3.激光二極管,117,3.5.1齊納二極管,vZ/V,iZ/mA,IZ,VZ,穩(wěn)壓誤差,曲線越陡，電壓越定。,VZ,動(dòng)態(tài)電阻：,rz越小，穩(wěn)壓性能越好。,118,（4）穩(wěn)定電流IZ、最大、最小穩(wěn)定電流Izmax、Izmin。,（5）最大允許功耗,穩(wěn)壓管（zenerdiode)的參數(shù):,（1）穩(wěn)定電壓VZ,（3）動(dòng)態(tài)電阻,3.5.1齊納二極管,119,穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路,3.5.1齊納二極管,120,小結(jié):,PN結(jié)的形成及特性。二極管應(yīng)用電路的分析與計(jì)算。穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)原則。,第四章雙極型三極管及放大電路基礎(chǔ),4.1半導(dǎo)體三極管（BJT雙結(jié)晶體管）,4.2共射極放大電路,4.3放大電路分析方法,4.4放大電路的穩(wěn)定工作點(diǎn)問(wèn)題,4.5共集電極和共基極放大電路,4.7放大電路的頻率特性,4.6組合放大電路,第4章半導(dǎo)體三極管及放大電路基礎(chǔ),按頻率：,高頻管、低頻管,按功率：,按材料：,小、中、大功率管,硅管、鍺管,按類型：,NPN型、PNP型,半導(dǎo)體三極管:是具有電流放大功能的元件,三極管分類：,4.1半導(dǎo)體三極管（BJT雙結(jié)晶體管）,4.1.1基本結(jié)構(gòu),NPN型,NPN型三極管符號(hào),PNP型三極管符號(hào),發(fā)射極箭頭表示：當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏時(shí)，電流的流向。,發(fā)射極,集電極,基極,集電極電流,發(fā)射極電流,基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低,發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高,發(fā)射結(jié)Je,集電結(jié)Jc,集電區(qū)：面積最大,問(wèn)題：c、e兩極可否互換？,BJT結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高；,集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；,基區(qū)很薄，一般在幾個(gè)微米至幾十個(gè)微米，且摻雜濃度最低。,管芯結(jié)構(gòu)剖面圖,BJT結(jié)構(gòu)剖面圖：,三極管的基本接法,共集電極接法：c作為公共端；b為輸入端，e為輸出端；,共基極接法：b作為公共端，e為輸入端，c為輸出端。,共發(fā)射極接法：e作為公共端；b為輸入端，c為輸出端；,4.1.2BJT的電流分配和放大原理,在三極管內(nèi)部：發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏,PNP管發(fā)射結(jié)正偏VBVE集電結(jié)反偏VCVB即VCVB（EC來(lái)實(shí)現(xiàn)）即VCVBVE,共射放大電路組成,4.1.2BJT的電流分配與放大原理,2.內(nèi)部載流子的傳輸過(guò)程,三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過(guò)載流子傳輸體現(xiàn)出來(lái)的。外部條件：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。,發(fā)射區(qū)：發(fā)射載流子,以上看出，三極管內(nèi)有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導(dǎo)電，故稱為雙極型三極管。或BJT(BipolarJunctionTransistor)。,（以NPN為例）,放大狀態(tài)下BJT中載流子的傳輸過(guò)程,集電區(qū)：收集載流子,基區(qū)：傳送和控制載流子,IE=IB+IC,、為電流放大系數(shù)，它只與管子的結(jié)構(gòu)尺寸和摻雜濃度有關(guān)，與外加電壓無(wú)關(guān)。一般1，幾十。,3.三極管電流分配關(guān)系,IEICIB,（3）,（4）,（2）,（1）,4.三極管的電流分配關(guān)系總結(jié),（5）電流放大系數(shù),發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端,1.共發(fā)射極電路,輸入回路,輸出回路,IC,VBB,mA,A,VCE,VBE,RB,IB,VCC,+,+,+,+,注意：T的類型與VBE、IB、VCE、IC極性,e,b,c,4.1.3BJT的特性曲線,vCE=0V,iB=f(vBE)vCE=常數(shù),(1)當(dāng)vCE=0V時(shí)，相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向伏安特性曲線。,（以共射極放大電路為例）,1.輸入特性曲線,(2)當(dāng)vCE1V時(shí)，vCB=vCE-vBE0，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開(kāi)始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，同樣的vBE下IB減小，特性曲線右移。,(3)輸入特性曲線的三個(gè)部分,死區(qū),非線性區(qū),線性區(qū),結(jié)論：整體是非線性的，局部可看作是線性的,2.輸出特性,IB=0,20A,放大區(qū),輸出特性曲線通常分三個(gè)工作區(qū)：,(1)放大區(qū),在放大區(qū)有iC=iB，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。,在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。,+,-,b,c,e,RL,（2）截止區(qū),iB0以下區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)，有iC=ICEO0。,在截止區(qū)發(fā)射結(jié)Je處于反向偏置，集電結(jié)Jc處于反向偏置，晶體管工作于截止?fàn)顟B(tài)。,飽和區(qū),截止區(qū),（3）飽和區(qū),當(dāng)vCEvBE時(shí)，晶體管工作于飽和狀態(tài)。在飽和區(qū)，IBIC，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正偏。深度飽和時(shí)，硅管vCES0.3V，鍺管vCES0.1V。,VCES,放大區(qū)：Je正偏，Jc反偏；IC=IB,且iC=iB；VCVBVE。,(2)飽和區(qū):Je正偏，Jc正偏；即vCEvBE，vCE0.3V；iCVe,放大Vc1V,1.圖(b)示出了圖(a)固定偏流放大電路中三極管的輸出特性及交、直流負(fù)載線，試求輸出電壓的最大不失真幅度為_(kāi)。A.1VB.1.6VC.2VD.2.4V,2.若想得到最大的不失真輸出電壓,VCEQVCES=？,無(wú)RL：2.4V有RL：1.5V,VCEQVCES=ICQRL,課堂練習(xí)題,3.如圖所給電路及vi和vo的波形，問(wèn)出現(xiàn)的是什么失真？,如改變直流電源極性和三極管類型,但vi和vo的波形不變,則出現(xiàn)的是什么失真？,若改為共射或共集放大電路，vi和vo的波形還是如此,則出現(xiàn)的又是什么失真？,課堂練習(xí)題,5、圖解法的適用范圍,形象直觀；適應(yīng)于Q點(diǎn)分析、失真分析、最大不失真輸出電壓的分析；能夠用于大信號(hào)分析；不易準(zhǔn)確求解；不能求解輸入電阻、輸出電阻、頻帶等等參數(shù)。,6.判斷三極管工作狀態(tài)小結(jié),（）根據(jù)直流電位判別：對(duì)于NPN管,當(dāng)VCVBVE，T為放大狀態(tài)；對(duì)于PNP管，當(dāng)VCVBVE，T為放大狀態(tài)。,（）根據(jù)電流判別：,（3）根據(jù)Q點(diǎn)的位置判別：,0IBIBS，T為放大狀態(tài)；IBIBS，T為飽和狀態(tài)。參閱習(xí)題4.2.2,Q點(diǎn)變化過(guò)程中始終處在放大區(qū)。,1BJT的小信號(hào)建模,2共射極放大電路的小信號(hào)模型分析,H參數(shù)的引出,H參數(shù)小信號(hào)模型,模型的簡(jiǎn)化,H參數(shù)的確定,（意義、思路）,利用直流通路求Q點(diǎn),畫(huà)小信號(hào)等效電路,求放大電路動(dòng)態(tài)指標(biāo),4.3.2小信號(hào)模型分析法,建立小信號(hào)模型的意義,建立小信號(hào)模型的思路,當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)電壓很小時(shí)，就可以把三極管小范圍內(nèi)的特性曲線近似地用直線來(lái)代替，從而可以把三極管這個(gè)非線性器件所組成的電路當(dāng)作線性電路來(lái)處理。,由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號(hào)模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡(jiǎn)化放大電路的分析和設(shè)計(jì)。,1、BJT的小信號(hào)建模,H參數(shù)的引出,在小信號(hào)情況下，對(duì)上兩式取全微分得,用小信號(hào)交流分量表示,vbe=hieib+hrevce,ic=hfeib+hoevce,對(duì)于BJT雙口網(wǎng)絡(luò)，已知輸入輸出特性曲線如下：,iB=f(vBE)vCE=const,iC=f(vCE)iB=const,可以寫(xiě)成：,BJT雙口網(wǎng)絡(luò),(1)BJT的H參數(shù)及小信號(hào)模型,三極管可以用一個(gè)模型（只適用交流小信號(hào)條件下）來(lái)代替。,H參數(shù)模型,對(duì)于低頻模型可以不考慮結(jié)電容的影響。,小信號(hào)意味著三極管在線性條件下工作，微變也具有同樣的含義。,（2）.BJT的小信號(hào)模型引出,即rbe=hie=hfeur=hrerce=1/hoe,一般采用習(xí)慣符號(hào),則BJT的H參數(shù)模型為,ur很小，一般為10-310-4，rce很大，約為100k。故一般可忽略它們的影響，得到簡(jiǎn)化電路。,ib是受控源，且為電流控制電流源(CCCS)。電流方向與ib的方向是關(guān)聯(lián)的。,.模型的簡(jiǎn)化,一般用測(cè)試儀測(cè)出；,rbe與Q點(diǎn)有關(guān)，一般用公式估算：,rbe=rbb+(1+)re,其中對(duì)于低頻小功率管rb200,則,.H參數(shù)的確定,為什么要乘以（1+）？,.用近似估算法求Q點(diǎn)：,一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V，已知。,2、用H參數(shù)小信號(hào)模型分析共射極基本放大電路,iB,iC,小信號(hào)模型(H參數(shù)等效)電路,（2）.畫(huà)出小信號(hào)等效電路,.求電壓增益,根據(jù),則電壓增益為,小信號(hào)等效電路中電流電壓的符號(hào)一律用相量,可作為公式,.求輸入電阻,.求輸出電阻,令,1.如圖所示放大電路的H參數(shù)小信號(hào)等效電路為圖_。,課堂練習(xí),2.如圖所示放大電路的H參數(shù)小信號(hào)等效電路為圖_。,課堂練習(xí),3.電路如圖所示。試畫(huà)出其小信號(hào)等效模型電路。,解：,PNP型小信號(hào)模型如何畫(huà)？,課堂練習(xí),解：,（1）,（2）,例題,溫度變化對(duì)ICBO的影響,溫度變化對(duì)輸入特性曲線的影響,溫度變化對(duì)的影響,穩(wěn)定工作點(diǎn)原理,放大電路指標(biāo)分析,固定偏流電路與射極偏置電路的比較,4.4.1溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響,4.4.2射極偏置電路,4.4.放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定問(wèn)題,4.4.1溫度對(duì)工作點(diǎn)的影響,1.溫度變化對(duì)ICBO的影響,2.溫度變化對(duì)輸入特性曲線的影響,溫度T輸出特性曲線上移,溫度T輸入特性曲線左移,3.溫度變化對(duì)的影響,溫度每升高1C，要增加0.5%1.0%,溫度T輸出特性曲線族間距增大,4.4.2射極偏置電路,1.穩(wěn)定工作點(diǎn)原理,目標(biāo)：溫度變化時(shí)，使IC維持恒定。,如果溫度變化時(shí)，b點(diǎn)電位能基本不變，則可實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。,T,IC,IE,IC,VE、VB不變,VBE,IB,（反饋控制）,I1IB，,此時(shí)，,不隨溫度變化而變化。,VBVBE,且Re可取大些，反饋控制作用更強(qiáng)。,一般取I1=(510)IB，VB=3V5V,圖4.4.1射極偏置電路,2放大電路指標(biāo)分析,靜態(tài)工作點(diǎn),輸出回路：,輸入回路：,電壓增益：,畫(huà)小信號(hào)等效電路,確定模型參數(shù),已知，求rbe,增益,電壓增益,根據(jù)定義,則輸入電阻,放大電路的輸入電阻不包含信號(hào)源的內(nèi)阻RS,輸入電阻,2.放大電路指標(biāo)分析,輸出電阻,輸出電阻,求輸出電阻的等效電路,網(wǎng)絡(luò)內(nèi)獨(dú)立源置零,負(fù)載開(kāi)路,輸出端口加測(cè)試電壓,對(duì)回路1和2列KVL方程,rce對(duì)分析過(guò)程影響很大，此處不能忽略,其中,則,當(dāng),時(shí)，,3.固定偏流電路與射極偏置電路的比較,3.固定偏流電路與射極偏置電路的比較,固定偏流共射極放大電路,Ro=Rc,#射極偏置電路做如何改進(jìn)，既可以使其具有溫度穩(wěn)定性，又可以使其具有與固定偏流電路相同的動(dòng)態(tài)指標(biāo)？,有旁路電容的射極偏置電路,無(wú)旁路電容的射極偏置電路,.,212,5場(chǎng)效應(yīng)管放大電路,5.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)管,5.3結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（JFET）,*5.4砷化鎵金屬-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管,5.5各種放大器件電路性能比較,5.2MOSFET放大電路,.,213,P溝道,耗盡型,P溝道,P溝道,（耗盡型）,場(chǎng)效應(yīng)管的分類：,場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體三極管是僅由一種載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體器件，是一種用輸入電壓控制輸出電流的半導(dǎo)體器件。從參與導(dǎo)電的載流子來(lái)劃分，它有電子作為載流子的N溝道器件和空穴作為載流子的P溝道器件。,.,214,5.1金屬-氧化物-半導(dǎo)體（MOS）場(chǎng)效應(yīng)管,5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET,5.1.5MOSFET的主要參數(shù),5.1.2N溝道耗盡型MOSFET,5.1.3P溝道MOSFET,5.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng),.,215,5.1.1N溝道增強(qiáng)型MOSFET,1.結(jié)構(gòu)（N溝道增強(qiáng)型）,L：溝道長(zhǎng)度,W：溝道寬度,tox：絕緣層厚度,通常WL,基本上是一種左右對(duì)稱的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它是在P型半導(dǎo)體上生成一層SiO2薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴(kuò)散兩個(gè)高摻雜的N型區(qū)，從N型區(qū)引出電極，一個(gè)是漏極D，一個(gè)是源極S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。P型半導(dǎo)體稱為襯底，用符號(hào)B表示。,動(dòng)畫(huà),.,216,剖面圖,符號(hào),D(Drain)為漏極，相當(dāng)c；G(Gate)為柵極，相當(dāng)b；S(Source)為源極，相當(dāng)e。,#符號(hào)中的箭頭方向表示什么？短畫(huà)線表示什么？,箭頭方向表示由P（襯底）指向N（溝道）。短畫(huà)線表示未加?xùn)艍簳r(shí)，漏源間沒(méi)有導(dǎo)電溝道。（P199）,.,217,絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)三極管(MOSFET)分為：增強(qiáng)型N溝道、P溝道耗盡型N溝道、P溝道耗盡型：vGS=0，iD0增強(qiáng)型：vGS=0，iD0,MOSFET：利用VGS控制半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)效應(yīng)，通過(guò)改變感生溝道的寬窄來(lái)控制iD。,.,218,2.工作原理（N溝道增強(qiáng)型）,（1）vGS對(duì)溝道的控制作用(vDS一定),當(dāng)vGS=0時(shí),當(dāng)VGS=0V時(shí)，漏源之間形成兩個(gè)背靠背的二極管，在D、S之間加上電壓，總有一個(gè)PN結(jié)是反偏的，不會(huì)在D、S間形成電流。iD=0。,.,219,柵極和襯底相當(dāng)于以SiO2為介質(zhì)的平板電容，在正的柵源電壓作用下產(chǎn)生由柵極指向襯底的強(qiáng)電場(chǎng)，將靠近柵極下方的P型半導(dǎo)體中的空穴向下方排斥，吸引少子（電子）向表層運(yùn)動(dòng)，但數(shù)量有限，不足以形成溝道，將漏極和源極溝通，所以仍然不足以形成漏極電流iD。,當(dāng)0vGSVT，且vDS（vGSVT）,是vGS2VT時(shí)的iD,V-I特性：,iD基本不隨vDS變化，輸出電阻大。,.,229,（2）轉(zhuǎn)移特性,飽和區(qū)內(nèi)不同vDS曲線基本重合,線性性較好。,.,230,5.1.2N溝道耗盡型MOSFET,1.結(jié)構(gòu)和工作原理簡(jiǎn)述（N溝道）,二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子,可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無(wú)柵流,.,231,N溝道耗盡型MOSFET是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子。所以當(dāng)vGS=0時(shí)，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。于是，只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。當(dāng)vGS0時(shí)，將使iD進(jìn)一步增加。vGS0時(shí)，隨著vGS的減小漏極電流逐漸減小，直至iD=0。對(duì)應(yīng)iD=0的vGS稱為夾斷電壓，用符號(hào)VP表示。,.,232,2.V-I特性曲線及大信號(hào)特性方程,飽和漏極電流,夾斷電壓,（N溝道增強(qiáng)型）,.,233,5.1.3P溝道MOSFET,P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過(guò)導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。,.,234,5.1.4溝道長(zhǎng)度調(diào)制效應(yīng),實(shí)際上飽和區(qū)的曲線并不是平坦的,L的單位為m,當(dāng)不考慮溝道調(diào)制效應(yīng)時(shí)，0，曲線是平坦的。,修正后,.,235,開(kāi)啟電壓VGS(th)(或VT)開(kāi)啟電壓是MOS增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開(kāi)啟電壓的絕對(duì)值,場(chǎng)效應(yīng)管不能導(dǎo)通。,夾斷電壓VGS(off)(或VP)夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)VGS=VGS(off)時(shí),漏極電流為零。,飽和漏極電流IDSS耗盡型場(chǎng)效應(yīng)三極管,當(dāng)VGS=0時(shí)所對(duì)應(yīng)的漏極電流。,5.1.5MOSFET的主要參數(shù),一、直流參數(shù),輸入電阻RGS場(chǎng)效應(yīng)三極管的柵源輸入電阻的典型值，對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管，反偏時(shí)RGS約大于107，對(duì)于絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)三極管,RGS約是1091015。,.,236,二、交流參數(shù),低頻跨導(dǎo)gm低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對(duì)漏極電流的控制作用，這一點(diǎn)與電子管的控制作用相似。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取，單位是mS(毫西門(mén)子)。隨管子的工作點(diǎn)不同而改變，是FET小信號(hào)建模的重要參數(shù)。,gm=2Kn(VGSVT),（增強(qiáng)型）,.,237,三、極限參數(shù),1.最大漏極電流IDM,2.最大耗散功率PDM=VDSID決定，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。,3.最大漏源電壓V（BR）DS,4.最大柵源電壓V（BR）GS,.,238,5.2MOSFET放大電路,5.2.1MOSFET放大電路,1.直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算,2.圖解分析,3.小信號(hào)模型分析,*5.2.2帶PMOS負(fù)載的NMOS放大電路,.,239,5.2.1MOSFET放大電路,1.直流偏置及靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算（VGS、ID、VDS),（1）簡(jiǎn)單的共源極放大電路（N溝道增強(qiáng)型）,共源極放大電路,直流通路,.,240,假設(shè)工作在飽和區(qū)，即,驗(yàn)證是否滿足,如果不滿足，則說(shuō)明假設(shè)錯(cuò)誤,須滿足VGSVT，否則工作在截止區(qū),*再假設(shè)工作在可變電阻區(qū),即,.,241,假設(shè)工作在飽和區(qū),滿足,假設(shè)成立，結(jié)果即為所求。,解：,例：,設(shè)Rg1=60k，Rg2=40k，Rd=15k，,試計(jì)算電路的靜態(tài)漏極電流IDQ和漏源電壓VDSQ。,VDD=5V，VT=1V，,.,242,（2）帶源極電阻的NMOS共源極放大電路,飽和區(qū),需要驗(yàn)證是否滿足,聯(lián)立求解,.,243,靜態(tài)時(shí)，vI0，VG0，IDI,電流源偏置,VSVGVGS,（飽和區(qū)）,（3）電流源偏置共源極放大電路,VDSVDDIDRdVS,需要驗(yàn)證是否滿足,.,244,2.圖解分析,由于負(fù)載開(kāi)路，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線相同,.,245,3.小信號(hào)模型分析,（1）模型（工作在飽和區(qū)）,靜態(tài)值（直流）,動(dòng)態(tài)值（交流）,非線性失真項(xiàng),當(dāng)vgs2(VGSQ-VT)時(shí)(必須滿足的小信號(hào)條件）,.,246,0時(shí),高頻小信號(hào)模型,.,247,解：例5.2.2的直流分析已求得：,（2）放大電路分析（例5.2.5共源電路）,.,248,.,249,例5.2.6（共漏電路，源極輸出器）,.,250,.,251,交流參數(shù)歸納如下,電壓放大倍數(shù),共源極電路（對(duì)應(yīng)共射電路）,.,252,共漏極電路（對(duì)應(yīng)共集電路）,電壓放大倍數(shù),.,253,.,254,*5.2.2帶PMOS負(fù)載的NMOS放大電路,本小節(jié)不作教學(xué)要求，有興趣者自學(xué),.,255,5.3結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管,5.3.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理,5.3.2JFET的特性曲線及參數(shù),5.3.3JFET放大電路的小信號(hào)模型分析法,.,256,5.3.1JFET的結(jié)構(gòu)和工作原理,1.結(jié)構(gòu),#符號(hào)中的箭頭方向表示什么？,在N型半導(dǎo)體硅片的兩側(cè)各制造一個(gè)PN結(jié)，形成兩個(gè)PN結(jié)夾著一個(gè)N型溝道的結(jié)構(gòu)。兩個(gè)高摻雜P+區(qū)即為柵極，N型硅的一端是漏極，另一端是源極。,柵結(jié)正偏時(shí)柵極電流的方向（從P到N）,.,257,2.工作原理,（以N溝道JFET為例）,根據(jù)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管的結(jié)構(gòu)，要實(shí)現(xiàn)控制作用，只能工作在反偏的條件下。對(duì)于N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)三極管只能工作在負(fù)柵壓區(qū)，P溝道的只能工作在正柵壓區(qū)。否則將會(huì)出現(xiàn)柵流。,.,258,vGS對(duì)溝道的控制作用（VDS不變）,當(dāng)VGS0時(shí),對(duì)于N溝道的JFET，VP0。,溝道電阻增加，iD減小。,當(dāng)VGS=0時(shí)，在漏、源之間加有一定電壓時(shí)，在漏源間將形成N溝道多子（電子）由源極向漏極的運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生漏極電流iD。,VGS繼續(xù)減小，iD繼續(xù)減小，溝道繼續(xù)變窄當(dāng)VGS=VP（夾斷電壓），耗盡層在中間合攏，iD=0。此時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵源電壓VGS稱為夾斷電壓VP（或VGS(off)）。,.,259,本質(zhì)：輸入電壓VGS控制輸出電流iD。,.,260,vDS對(duì)溝道的控制作用,當(dāng)vGS=0時(shí)，,vDS,iD,g、d間PN結(jié)的反向電壓增加，使靠近漏極處的耗盡層加寬，溝道變窄，從上至下呈楔形分布。,當(dāng)vDS增加到使vGD=VP時(shí)，在緊靠漏極處出現(xiàn)預(yù)夾斷。,此時(shí)vDS,夾斷區(qū)延長(zhǎng),溝道電阻,iD基本不變,.,261,vGS和vDS同時(shí)作用時(shí),當(dāng)VPvGS0時(shí)，導(dǎo)電溝道更容易夾斷，,對(duì)于同樣的vDS，iD的值比vGS=0時(shí)的值要小。,在預(yù)夾斷處,vGD=vGS-vDS=VP,JFET是利用PN結(jié)反向電壓對(duì)耗盡層厚度的控制，來(lái)改變導(dǎo)電溝道的寬窄，從而控制漏極電流的大小。,工作原理動(dòng)畫(huà),.,262,綜上分析可知,溝道中只有一種類型的多數(shù)載流子參與導(dǎo)電，所以場(chǎng)效應(yīng)管也稱為單極型三極管。,JFET是電壓控制電流器件，iD受vGS控制。,預(yù)夾斷前iD與vDS呈近似線性關(guān)