模電復(fù)習資料

1、模電復(fù)習 1.1.3 雜質(zhì)半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入某種微量的雜質(zhì)元素，就成為在本征半導(dǎo)體中摻入某種微量的雜質(zhì)元素，就成為雜雜 質(zhì)半導(dǎo)體。質(zhì)半導(dǎo)體。 1 1） P P型（或空穴型）半導(dǎo)體型（或空穴型）半導(dǎo)體 在在4 4價的硅或鍺中摻入少價的硅或鍺中摻入少 量的量的3 3價雜質(zhì)元素價雜質(zhì)元素。 當它與周圍的硅原子組成共當它與周圍的硅原子組成共 價鍵時，將價鍵時，將 產(chǎn)生了一個產(chǎn)生了一個空穴空穴。 2 2） N N型（或電子型）半導(dǎo)體型（或電子型）半導(dǎo)體 在在4 4價的硅或鍺中摻入少量的價的硅或鍺中摻入少量的5 5價雜質(zhì)元素價雜質(zhì)元素。 雜質(zhì)原子的最外層有雜質(zhì)原子的最外層有5個價個價 電

2、子，它與周圍電子，它與周圍4個硅原子個硅原子 組成共價鍵時將多余一個電組成共價鍵時將多余一個電 子，這個電子即可成為子，這個電子即可成為自由自由 電子。電子。 1. 由于兩側(cè)電子和空由于兩側(cè)電子和空 穴的濃度差，所以多穴的濃度差，所以多 數(shù)載流子要向?qū)Ψ綌U數(shù)載流子要向?qū)Ψ綌U 散稱散稱擴散運動擴散運動 PN 結(jié)形成過程：結(jié)形成過程： 2. 形成由不能移動形成由不能移動 的正負離子組成的的正負離子組成的空空 間電荷區(qū)間電荷區(qū) 和和內(nèi)電場內(nèi)電場 3. 內(nèi)電場上兩側(cè)的少數(shù)內(nèi)電場上兩側(cè)的少數(shù) 載流子要向?qū)Ψ竭\動稱載流子要向?qū)Ψ竭\動稱 漂移運動漂移運動 4. 當擴散運動與漂移當擴散運動與漂移 運動相等時，

3、則空間運動相等時，則空間 電荷區(qū)的寬度也不再電荷區(qū)的寬度也不再 加大加大 ，PN結(jié)形成結(jié)形成。 二恒壓降模型二恒壓降模型 ON U二極管導(dǎo)通后其管壓降近似為恒定值二極管導(dǎo)通后其管壓降近似為恒定值 ，典型值，典型值 為為0.7V（硅管）、（硅管）、0.2V（鍺管）。（鍺管）。不考慮二極管的不考慮二極管的 正向?qū)娮枵驅(qū)娮琛?硅二極管為硅二極管為0.7V左右左右 鍺二極管為鍺二極管為0.2V左右左右 導(dǎo)通壓降：導(dǎo)通壓降： 1.2.5 特殊二極管特殊二極管 1）穩(wěn)壓二極管）穩(wěn)壓二極管 穩(wěn)壓二極管反向電壓加到某一定值時，反向電流急增，穩(wěn)壓二極管反向電壓加到某一定值時，反向電流急增， 產(chǎn)生反向擊

4、穿產(chǎn)生反向擊穿 ，起穩(wěn)壓作用。，起穩(wěn)壓作用。 （2 2）限幅電路）限幅電路 電路如圖，電路如圖，R R = 1k = 1k，V VREF REF = 3V = 3V，二極管為硅二極管。分別用理，二極管為硅二極管。分別用理 想模型和恒壓降模型求解，（想模型和恒壓降模型求解，（1 1）v vI I=0V=0V、4V4V、6V6V時，求輸出電壓時，求輸出電壓v vo o的的 值；（值；（2 2）當）當v vI I = 6sin = 6sin t t V V時，繪出相應(yīng)的輸出電壓時，繪出相應(yīng)的輸出電壓v vO O的波形。的波形。 （1 1）若根據(jù)理想模型分析）若根據(jù)理想模型分析 若根據(jù)恒壓降分析若根據(jù)

5、恒壓降分析 雙向限幅電路雙向限幅電路 IE=IB+IC IC (IBIC) IC=IB+ICEO IB ICEO =(1+ )ICBO b b a a = = 1 b b (1) UCE = 0，相當于二極管的正向相當于二極管的正向 特性特性 (3) UCE 1V后，后， UCE ， iC基本基本 不變，不變， iB亦基本不變亦基本不變 (2) UCE = 1V，曲線右移（原因是曲線右移（原因是 集電結(jié)反偏，集電結(jié)反偏， iE 大部分被拉到大部分被拉到 集電區(qū)，集電區(qū)， iB ） 工程上工程上U UCE CE = 1V = 1V的曲線即可代表的曲線即可代表U UCE CE 1V 1V的情況。的

6、情況。 UBE(V) iB(mA) C25 80 20 40 60 0.20.40.60.80 UCE=0V UCE 1V 三極管的特性曲線三極管的特性曲線 120( A) 160( A) 200( A) 放放 大大 區(qū)區(qū) 3 1 2 4 iC(mA) O 1 2 3 4 5 6 UCE(V) 截止區(qū)截止區(qū) ICE0 飽和區(qū)飽和區(qū) 放大區(qū)的特點：放大區(qū)的特點： 1.發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)反偏集電結(jié)反偏 2.具有恒流特性具有恒流特性 3.基極電流對集基極電流對集 電極電流的控制電極電流的控制 作用。作用。 iB=0 ( A) 40( A) iB= 80( A) 飽和區(qū)的特點：飽和區(qū)的特點：

7、 1.發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)正偏集電結(jié)正偏 2.發(fā)射結(jié)正偏發(fā)射結(jié)正偏 集電結(jié)零偏集電結(jié)零偏 為臨界飽和為臨界飽和 3.基極電流對集基極電流對集 電極電流失電極電流失 去控制作用去控制作用 4. UCE增大時，增大時， IC迅速增大迅速增大 截止區(qū)的特點：截止區(qū)的特點： 1. IB0 (如發(fā)射結(jié)反偏或零偏，集電結(jié)如發(fā)射結(jié)反偏或零偏，集電結(jié) 反偏反偏) 2. 三極管失去放大作用三極管失去放大作用 常數(shù)= = B )( CEC i vfi 截止區(qū)：截止區(qū)： IB 0以下部分為截止區(qū)，以下部分為截止區(qū)，發(fā)射結(jié)零偏或反偏，發(fā)射結(jié)零偏或反偏， 集電結(jié)反偏，集電結(jié)反偏，IC = ICEO 0，管子管子

8、c、e間如同斷開間如同斷開 飽和區(qū)：飽和區(qū)：輸出特性的上升和彎曲部分輸出特性的上升和彎曲部分,發(fā)射結(jié)發(fā)射結(jié) 正偏，集電結(jié)正偏正偏，集電結(jié)正偏(或零偏或零偏),管子管子c、e間如同間如同 短接，短接，b b IB IC , UCE = UCES = 0.3V(硅硅) /= 0.1V(鍺鍺) 放大區(qū)：放大區(qū)：(線性區(qū)線性區(qū)) 平坦部分發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏平坦部分發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 IC =b b IB UBE=0.7V(硅管硅管)/0.2v(鍺管鍺管) 例例1: 在晶體管放大電路中，測得三個晶體管的各在晶體管放大電路中，測得三個晶體管的各 個電極的電位如圖。試判斷各晶體管的類型個電極的電位如

9、圖。試判斷各晶體管的類型（是（是 NPN管還是管還是PNP管，是硅管還鍺管管，是硅管還鍺管），），并區(qū)分并區(qū)分e、b、 c三個電極。三個電極。 (3) (1) (2) 2V 2.7V 6V (3) (1) (2) 2.2V 5.3V 6V (3) (1) (2) 4V 1.2V 1.4V (a)(b)(c) (1)UB居中，居中， UE與與UB相差小相差小(零點幾伏零點幾伏)。據(jù)此可判斷三個電據(jù)此可判斷三個電 極。極。同時，又根據(jù)同時，又根據(jù) UBE=0.7V(硅管硅管 ) UBE=0.2V(鍺管鍺管) 據(jù)此判據(jù)此判 斷硅管和鍺管。斷硅管和鍺管。 (2)根據(jù)根據(jù)UB與與UE 的大小或電流流向或

10、的大小或電流流向或NPN型管型管C極電位最高，極電位最高， PNP型管型管C極電位最低，可判斷極電位最低，可判斷NPN型管還是型管還是PNP型管。型管。 解：解： (3) (1) (2) 2V 2.7V 6V (3) (1) (2) 2.2V 5.3V 6V (3) (1) (2) 4V 1.2V 1.4V (a)(b)(c) 例例1 1：判斷下列管子工作于何種狀態(tài)：判斷下列管子工作于何種狀態(tài)( (放大、飽和或截止放大、飽和或截止) )。 0.7V 0V 10V 0.3V 0V 5V 2.7V 2V 2.3V (a)(b)(c) 例例2 2：判斷下列管子工作于何種狀態(tài)：判斷下列管子工作于何種狀

11、態(tài)( (放大、飽和或截止放大、飽和或截止) )。 20V 15.7V 15V 11V 7.5V 11.7V 9.2V 3V 8.5V (a)(b)(c) i u 1 C b R k300 12V + - BE u B i C i + - CE u .6k3 12V + 2 C + o u - 圖3-5 共射極基本放大電路 BB U CC U + - C R T (a)共射極放大電路 L R .1k5 O t B I B i i u 電路與波形電路與波形 t C i O C I t O CE U CE u t O o u (b)共射極放大電路工作波形 (1)(1)工作點過低，易產(chǎn)生截止失真工作點

12、過低，易產(chǎn)生截止失真 工作點過低工作點過低易易截止失真截止失真輸出波形頂部被削輸出波形頂部被削 結(jié)果：結(jié)果： (2)(2)工作點過高，易產(chǎn)生飽和失真工作點過高，易產(chǎn)生飽和失真 工作點過高工作點過高易易飽和失真飽和失真輸出波形底部被削輸出波形底部被削 （2）NPN型管與型管與PNP型管兩種失真波形的區(qū)別型管兩種失真波形的區(qū)別 NPN型管：型管： uCE頂部失真頂部失真截止失真截止失真 uCE底部失真底部失真飽和失真飽和失真 PNP型管：型管： uCE頂部失真頂部失真飽和失真飽和失真 uCE底部失真底部失真截止失真截止失真 結(jié)論：結(jié)論： 1.1.靜態(tài)分析（靜態(tài)工作點靜態(tài)分析（靜態(tài)工作點Q Q 的確

13、定）的確定） BQ U估算：估算： B1 BQCC B1B2 R UV RR EQBQBEQ EQCQ EE UUU II RR = CEQCCCQCEQECCCQCE ()UVIRIRVIRR= b CQ BQ I I 靜態(tài)發(fā)射極電流為：靜態(tài)發(fā)射極電流為： 靜態(tài)基極電流為：靜態(tài)基極電流為： 靜態(tài)電壓為靜態(tài)電壓為: 2 . 動態(tài)分析動態(tài)分析 be L u r R A b = LCL / /RRR = ibeB1B2 / / /RrRR= oC RR ， 電壓放大倍數(shù)與基本共射放大電路相同電壓放大倍數(shù)與基本共射放大電路相同 輸入電阻為輸入電阻為 輸出電阻為輸出電阻為 V60 BE .U= i R

14、 o R mV15 s =u= 600 S R o u ， 例例2.2.12.2.1電路如圖所示電路如圖所示, ,設(shè)設(shè) , (, (體電阻體電阻) ) 求：求： 計算靜態(tài)工作點；計算靜態(tài)工作點； 畫出微變等效電路，計算輸入電阻畫出微變等效電路，計算輸入電阻 和輸出電阻和輸出電阻 若若 ， ，求，求 及及 AuAu 解：解： V6 . 5 1033 10 24 BQ = =U B1 BQCC B1B2 R UV RR = 300bbr B P58頁頁 ； mA3 . 3 5 . 1 6 . 06 . 5 E BEQBQ EQCQ = = = R UU II mA02. 0 150 mA3 . 3

15、 CQ BQ = b I I V16. 8)5 . 13 . 3(3 . 324 )( ECCQCCCEQ = RRIVU 微變等效電路如圖微變等效電路如圖 =k48. 1/26)1 ( EQbbbe Irrb =k24. 1/ beB2B1i rRRR =k3 . 3 Co RR 85.136 u si i u s i i o s i s o us = =A RR R A u u u u u u u u A V usso m2052)85.136(15=Auu 06.203 )/( be LC i o u = r RR u u A b （負號表示輸入與輸出反相）（負號表示輸入與輸出反相） 阻

16、容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合變壓器耦合變壓器耦合 優(yōu)點優(yōu)點 1.1.工作點相互獨立，互不工作點相互獨立，互不 影響。影響。 2.2.只要電容足夠大，信號只要電容足夠大，信號 在一定在一定f f范圍內(nèi)幾乎不衰減范圍內(nèi)幾乎不衰減 地加到后一級的輸入端。地加到后一級的輸入端。 1.1.適合傳輸緩慢變化適合傳輸緩慢變化 的信號。的信號。 2.2.便于集成。便于集成。 1.1.工作點相互獨立，工作點相互獨立， 互不影響。互不影響。 2.2.在傳輸信號的同時，在傳輸信號的同時， 還能實現(xiàn)阻抗的變換。還能實現(xiàn)阻抗的變換。 缺點缺點 1.1.不適合傳輸緩慢變化的不適合傳輸緩慢變化的 信號。信號。 2.2.由

17、于電容的存在，不便由于電容的存在，不便 于集成。于集成。 1.1.工作點相互影響，工作點相互影響， 不能獨立。不能獨立。 2.2.電平移動問題。電平移動問題。 3.3.零點漂移問題，這零點漂移問題，這 是最突出的問題。是最突出的問題。 1.1.不適合傳輸緩慢變不適合傳輸緩慢變 化的信號。化的信號。 2.2.體積較大，不便于體積較大，不便于 集成。集成。 3.3.頻率特性差。頻率特性差。 三種耦合電路三種耦合電路的比較的比較 多級放大電路的計算多級放大電路的計算 1 1、電壓放大倍數(shù)、電壓放大倍數(shù) A2A1 Ui1Uo1Ui2Uo2 + _ + _ + _ + _ Uo2 Ui1 Au= = =

18、 Au2Au1 Uo2 Ui2 Ui2 Ui1 結(jié)論：結(jié)論：多級放大電路的總放大倍數(shù)，等于各級放大倍數(shù)的乘積。多級放大電路的總放大倍數(shù)，等于各級放大倍數(shù)的乘積。 引入負反饋的原則引入負反饋的原則 要穩(wěn)定靜態(tài)工作點，應(yīng)引入直流負反饋。要穩(wěn)定靜態(tài)工作點，應(yīng)引入直流負反饋。 要改善交流性能，應(yīng)引入交流負反饋。要改善交流性能，應(yīng)引入交流負反饋。 要穩(wěn)定輸出電壓要穩(wěn)定輸出電壓( (即減小輸出電阻即減小輸出電阻) )，應(yīng)引入電，應(yīng)引入電 壓負反饋。壓負反饋。 要穩(wěn)定輸出電流要穩(wěn)定輸出電流( (即增大輸出電阻即增大輸出電阻) )，應(yīng)引入電，應(yīng)引入電 流負反饋。流負反饋。 要提高輸入電阻，應(yīng)引入串聯(lián)負反饋。要

19、提高輸入電阻，應(yīng)引入串聯(lián)負反饋。 要減小輸入電阻，應(yīng)引入并聯(lián)負反饋。要減小輸入電阻，應(yīng)引入并聯(lián)負反饋。 交流負反饋對輸入、輸出電阻的影響：交流負反饋對輸入、輸出電阻的影響： 電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋(降低輸出電阻、提高輸入電阻降低輸出電阻、提高輸入電阻) 電壓并聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋(降低輸出、輸入電阻降低輸出、輸入電阻) 電流串聯(lián)負反饋電流串聯(lián)負反饋(提高輸入、輸出電阻提高輸入、輸出電阻) 電流并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋(降低輸入電阻、提高輸出電阻降低輸入電阻、提高輸出電阻) 直流負反饋直流負反饋- 穩(wěn)定靜態(tài)工作點穩(wěn)定靜態(tài)工作點 例例1 判斷判斷RF是否負反饋是否負反饋, ,若是，判斷反饋

20、的組態(tài)。若是，判斷反饋的組態(tài)。 + +VCC uo ui + 電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋 uf ube uc1 ub2 uc2 C1 RB1 RC1 RB21 RB22 RC2 RE2 RE1 CE C3 C2 T1 T2 RF + _ + + _ 射隨器是什么反饋的組態(tài)？射隨器是什么反饋的組態(tài)？ 例例2 判斷判斷RF是否負反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)是否負反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。 +VCC RC C2 C1 RF ui uo i ib if 電壓反饋電壓反饋 并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋 電壓并聯(lián)負反饋電壓并聯(lián)負反饋 + _ 例例3 判斷判斷RF是否負反饋，若是，判斷反饋的組態(tài)。是否負反饋，若是，判

21、斷反饋的組態(tài)。 電流反饋電流反饋 并聯(lián)反饋并聯(lián)反饋 uc1 ub2 uo ui i ib ifuf RE2 RF RE1 RC1RC2 +VCC ie2 電流并聯(lián)負反饋電流并聯(lián)負反饋 例例4 判斷如圖電路中判斷如圖電路中RE1、RE2的負反饋作用的負反饋作用。 RC RB1 RB2 RE1 RE2 CE C2 C1 +VCC uo ui ube ie 電流串聯(lián)反饋電流串聯(lián)反饋 RE2對交流反對交流反 饋不起作用饋不起作用 RE1：電流串聯(lián)負反饋。：電流串聯(lián)負反饋。 RE2：直流負反饋。：直流負反饋。 1 直接耦合多級放大電路的零點漂移問題直接耦合多級放大電路的零點漂移問題 增加增加R2 、RE

22、2 : 用于設(shè)置合適的用于設(shè)置合適的Q點。點。 問題問題 1 : 前后級前后級Q點相互影響。點相互影響。 R1 UCC RC1 V1 Ui Uo RC2 V2 RE2 R2 R1 UCC RC1 V1 Ui Uo RC2 V2 RE2 R2 Uo t 0 嚴重時會嚴重時會 將輸出信將輸出信 號淹沒。號淹沒。 圖圖5-9(a)所示電路存在如下問題。所示電路存在如下問題。 1）即使輸出端的漂移小了，但每個管子集電極對地的漂移）即使輸出端的漂移小了，但每個管子集電極對地的漂移 并未減少，若采用并未減少，若采用單端輸出信號，則差分電路的優(yōu)勢不存在單端輸出信號，則差分電路的優(yōu)勢不存在。 2）當每個三極管

23、的漂移量比較大時，在大范圍完全抵消）當每個三極管的漂移量比較大時，在大范圍完全抵消 的可能性就很小。的可能性就很小。 要盡可能提高每個管子抑制零漂的能力，有效的解決辦法要盡可能提高每個管子抑制零漂的能力，有效的解決辦法 是在圖是在圖5-9的基礎(chǔ)上加上一個的基礎(chǔ)上加上一個發(fā)射極電阻發(fā)射極電阻 ，如圖如圖5-10所示。所示。 e R 5 差分放大電路動態(tài)分析差分放大電路動態(tài)分析 輸入信號有三種形式：輸入信號有三種形式：差模輸入差模輸入、共模輸入共模輸入、比較輸入比較輸入。 1 . 差模輸入差模輸入 兩個輸入信號的兩個輸入信號的大小相等大小相等，極性相反極性相反，即，即 ，這樣，這樣 的輸入稱為的輸

24、入稱為差模輸入差模輸入。 id2id1 uu= 2. 共模輸入共模輸入 兩個輸入信號的大小相等，極性相同，即兩個輸入信號的大小相等，極性相同，即 ，這樣，這樣 的輸入稱為的輸入稱為共模輸入共模輸入。 id2id1 uu= 3. 比較輸入比較輸入 兩個信號既非差模，又非共模，它們的大小和極性是任兩個信號既非差模，又非共模，它們的大小和極性是任 意的，這種輸入稱為意的，這種輸入稱為比較輸入比較輸入。 比較輸入可分解為共模與差模的合成比較輸入可分解為共模與差模的合成 ic1id1i1 uuu= ic2id2i2 uuu= 由于 id2id1 uu= icic2ic1 uuu= 有 uu u 2 i2

25、i1 id1 = 2 i2i1 ic1 uu u = 3. 共模抑制比共模抑制比 beB L ud 2 1 rR R A = b e L uc 2R R A = uc ud CMRR A A K a. 雙端輸出時雙端輸出時 b. 單端輸出時單端輸出時 beB e uc ud CMRR R rRA A K = b e R uc A由上式可知，由上式可知， 越大，越大， 越小越小，抑制共模信號的能力越強。，抑制共模信號的能力越強。 故稱射極電阻故稱射極電阻 為為共模抑制電阻共模抑制電阻。 e R (a)雙端輸入、雙端輸出雙端輸入、雙端輸出 +UCC Rc V1 Rc V2 -UEE Rs Ui1

26、RL + _ Uo + Rs + Ui2 (a)單端輸入、雙端輸出單端輸入、雙端輸出 +UCC Rc V1 Rc V2 -UEE Rs Ui1 RL + _ Uo + Rs (a)雙端輸入、雙端輸入、單單端輸出端輸出 +UCC Rc V1 Rc V2 -UEE Rs Ui1 + Rs + Ui2 (a)單端輸入、單端輸入、單單端輸出端輸出 +UCC Rc V1 Rc V2 -UEE Rs Ui1 RL Uo + Rs RL Uo I I II 1、差動放大電路、差動放大電路電壓放大倍數(shù)僅與電壓放大倍數(shù)僅與輸出形式有關(guān)輸出形式有關(guān)而而 與與輸入方式無關(guān)輸入方式無關(guān)。只要是只要是雙端輸出雙端輸出，

27、它的差模電壓放大，它的差模電壓放大 倍數(shù)與倍數(shù)與單管相同單管相同；而；而單端輸出單端輸出時，差模電壓放大倍數(shù)是時，差模電壓放大倍數(shù)是 單管的一半單管的一半。 2、輸入電阻都相同等于、輸入電阻都相同等于2(Rs+rbe) 。 3、輸出電阻、輸出電阻 雙端輸出：雙端輸出：2Rc 單端輸出：單端輸出：Rc 4、差動電路的、差動電路的特點特點是是多用多用一個一個放大管放大管來換取來換取對零點對零點 漂移的抑制漂移的抑制。 二、理想運放的工作區(qū)域二、理想運放的工作區(qū)域 1、線性區(qū)域、線性區(qū)域 )( udo = =uuAu 則則 0 uu = = uu 虛假短路（虛假短路（虛短虛短） id R 虛假斷路（虛假斷路（虛斷虛斷）0= = = ii 為有限值為有限值 虛短和虛斷是理想運放工作于線性區(qū)時的兩個重要特征虛短和虛斷是理想運放工作于線性區(qū)時的兩個重要特征 o u A u u i i 時時）當當 = =uuUu( OPPo 時）時）當當