電子電路2008下半年

本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的電子來填補(bǔ)，這樣的結(jié)果相當(dāng)于空穴的遷移，而空穴的遷移相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)，因此可以認(rèn)為空穴是載流子。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。溫度越高，載流子的濃度越高。因此本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力越強(qiáng)，溫度是影響半導(dǎo)體性能的一個(gè)重要的外部因素，這是半導(dǎo)體的一大特點(diǎn)。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力取決于載流子的濃度。本征半導(dǎo)體中電流由兩部分組成：

1.自由電子移動(dòng)產(chǎn)生的電流。

2.空穴移動(dòng)產(chǎn)生的電流。

在本征半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)元素后的半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。1.

N型半導(dǎo)體

在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)雜質(zhì)元素，例如磷，砷等，稱為N型半導(dǎo)體。

N型半導(dǎo)體多余電子磷原子硅原子多數(shù)載流子——自由電子少數(shù)載流子——空穴++++++++++++N型半導(dǎo)體施主離子自由電子電子空穴對(duì)

在本征半導(dǎo)體中摻入三價(jià)雜質(zhì)元素，如硼、鎵等?？昭ㄅ鹪庸柙佣鄶?shù)載流子——空穴少數(shù)載流子——自由電子－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體受主離子空穴電子空穴對(duì)2.

P型半導(dǎo)體雜質(zhì)半導(dǎo)體的示意圖++++++++++++N型半導(dǎo)體多子—電子少子—空穴－－－－－－－－－－－－P型半導(dǎo)體多子—空穴少子—電子少子濃度——與溫度有關(guān)多子濃度——與摻雜有關(guān)內(nèi)電場(chǎng)E

因多子濃度差

形成內(nèi)電場(chǎng)

多子的擴(kuò)散

空間電荷區(qū)

阻止多子擴(kuò)散，促使少子漂移。PN結(jié)合空間電荷區(qū)多子擴(kuò)散電流少子漂移電流耗盡層

1.PN結(jié)的形成

2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1)加正向電壓（正偏）——電源正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)

外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相反。

外電場(chǎng)削弱內(nèi)電場(chǎng)→耗盡層變窄→擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)＞漂移運(yùn)動(dòng)→多子擴(kuò)散形成正向電流IF正向電流

(2)加反向電壓——電源正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)

外電場(chǎng)的方向與內(nèi)電場(chǎng)方向相同。

外電場(chǎng)加強(qiáng)內(nèi)電場(chǎng)→耗盡層變寬→漂移運(yùn)動(dòng)＞擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)→少子漂移形成反向電流IRPN

在一定的溫度下，由本征激發(fā)產(chǎn)生的少子濃度是一定的，故IR基本上與外加反壓的大小無關(guān)，所以稱為反向飽和電流。但I(xiàn)R與溫度有關(guān)。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，具有較大的正向擴(kuò)散電流，呈現(xiàn)低電阻，PN結(jié)導(dǎo)通；

PN結(jié)加反向電壓時(shí)，具有很小的反向漂移電流，呈現(xiàn)高電阻，PN結(jié)截止。

由此可以得出結(jié)論：PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴?.PN結(jié)的伏安特性曲線及表達(dá)式

根據(jù)理論推導(dǎo)，PN結(jié)的伏安特性曲線如圖正偏I(xiàn)F（多子擴(kuò)散）IR（少子漂移）反偏反向飽和電流反向擊穿電壓反向擊穿熱擊穿——燒壞PN結(jié)電擊穿——可逆2.2半導(dǎo)體二極管二極管=PN結(jié)+管殼+引線NP結(jié)構(gòu)符號(hào)陽極+陰極-二極管的模型DU串聯(lián)電壓源模型UD二極管的導(dǎo)通壓降。硅管0.7V；鍺管0.2V。理想二極管模型正偏反偏導(dǎo)通壓降二極管的V—A特性（2）如果ui為幅度±4V的交流三角波，波形如圖（b）所示，分別采用理想二極管模型和理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析電路并畫出相應(yīng)的輸出電壓波形。解：①采用理想二極管模型分析。波形如圖所示。0-4V4Vuit2V2Vuot02.7Vuot0-4V4Vuit2.7V

②采用理想二極管串聯(lián)電壓源模型分析，波形如圖所示。二極管：死區(qū)電壓=0.5V，正向壓降

0.7V(硅二極管)理想二極管：死區(qū)電壓=0，正向壓降=0RLuiuouiuott二極管的應(yīng)用舉例1：二極管半波整流請(qǐng)畫出下面電路在正弦信號(hào)作用下的輸出波形。

vo請(qǐng)畫出下面電路在正弦信號(hào)作用下的輸出波形。

vo請(qǐng)畫出下面電路在正弦信號(hào)作用下的輸出波形。

vivo

D3D4D2D1vo一.BJT的結(jié)構(gòu)NPN型PNP型符號(hào):三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn):（1）發(fā)射區(qū)的摻雜濃度＞＞集電區(qū)摻雜濃度。（2）基區(qū)要制造得很薄且濃度很低。--NNP發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極--PPN發(fā)射區(qū)集電區(qū)基區(qū)發(fā)射結(jié)集電結(jié)ecb發(fā)射極集電極基極二．BJT的內(nèi)部工作原理（NPN管）

三極管在工作時(shí)要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷?。若在放大工作狀態(tài)：發(fā)射結(jié)正偏：+UCE－＋UBE－＋UCB－集電結(jié)反偏：由VBB保證由VCC、

VBB保證UCB=UCE-UBE>0共發(fā)射極接法c區(qū)b區(qū)e區(qū)12/27/2023

（1）因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成了擴(kuò)散電流IEN

。同時(shí)從基區(qū)向發(fā)射區(qū)也有空穴的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，形成的電流為IEP。但其數(shù)量小，可忽略。

所以發(fā)射極電流IE≈

IEN。

（2）發(fā)射區(qū)的電子注入基區(qū)后，變成了少數(shù)載流子。少部分遇到的空穴復(fù)合掉，形成IBN。所以基極電流IB≈

IBN。大部分到達(dá)了集電區(qū)的邊緣。1．BJT內(nèi)部的載流子傳輸過程（3）因?yàn)榧娊Y(jié)反偏，收集擴(kuò)散到集電區(qū)邊緣的電子，形成電流ICN

。

另外，集電結(jié)區(qū)的少子形成漂移電流ICBO。三.BJT的特性曲線（共發(fā)射極接法）(1)輸入特性曲線

iB=f(uBE)

uCE=const（1）uCE=0V時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)。（3）uCE

≥1V再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。

（2）當(dāng)uCE=1V時(shí)，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，開始收集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少，在同一uBE

電壓下，iB

減小。特性曲線將向右稍微移動(dòng)一些。死區(qū)電壓硅0.5V鍺0.1V導(dǎo)通壓降硅0.7V鍺0.2V

(2)輸出特性曲線iC=f(uCE)

iB=const

現(xiàn)以iB=60uA一條加以說明。

（1）當(dāng)uCE=0

V時(shí)，因集電極無收集作用，iC=0。（2）uCE↑→Ic

↑

。（3）當(dāng)uCE

＞1V后，收集電子的能力足夠強(qiáng)。這時(shí)，發(fā)射到基區(qū)的電子都被集電極收集，形成iC。所以u(píng)CE再增加，iC基本保持不變。同理，可作出iB=其他值的曲線。

2.輸出特性曲線表示IB一定時(shí)，iC與vCE之間的變化關(guān)系。放大區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)0uA100uA80uA60uA40uA20uAICBOvCEic64224681012VCE=VBE0(1)放大區(qū)JE正偏，JC反偏，對(duì)應(yīng)一個(gè)IB，iC基本不隨vCE增大，IC=

IB

。處于放大區(qū)的三極管相當(dāng)于一個(gè)電流控制電流源。截止區(qū)：對(duì)應(yīng)IB0的區(qū)域，JC和JE都反偏，IB=IC=0輸出特性曲線(3)飽和區(qū) 對(duì)應(yīng)于vCE<vBE的區(qū)域，集電結(jié)處于正偏，吸引電子的能力較弱。隨著vCE增加，集電結(jié)吸引電子能力增強(qiáng)，iC增大。JC和JE都正偏，VCES約等于0.3V，IC<

IB飽和時(shí)c、e間電壓記為VCES，深度飽和時(shí)VCES約等于0.3V。飽和時(shí)的三極管c、e間相當(dāng)于一個(gè)壓控電阻。放大區(qū)飽和區(qū)截止區(qū)0uA100uA80uA60uA40uA20uAICBOvCEic64224681012VCE=VBE0輸出特性曲線總結(jié)飽和區(qū)——iC受vCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)vCE的數(shù)值較小，一般vCE＜0.7

V(硅管)。此時(shí)

發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。截止區(qū)——iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時(shí)，發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)反偏。放大區(qū)——iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，電壓大于0.7

V左右(硅管)。動(dòng)畫2-2四.BJT的主要參數(shù)iCE△=20uA(mA)B=40uAICu=0(V)=80uAI△BBBIBiIBI=100uACBI=60uAi一般取20~200之間2.31.5（1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)：（2）集電極基極間反向飽和電流ICBO，其大小與溫度有關(guān)。

（3）集電極發(fā)射極間的穿透電流ICEO，其大小與溫度有關(guān)。

三極管處于放大狀態(tài)時(shí)，三個(gè)極上的電流關(guān)系： 電位關(guān)系：測(cè)得某放大電路中三極管三個(gè)管腳對(duì)地電位分別是2V、2.7V、5V，則可判斷該管的材料是硅

和管型

NPN，5V電位對(duì)應(yīng)的管腳是集電極，2V電位對(duì)應(yīng)的管腳是發(fā)射極極，2.7V電位對(duì)應(yīng)的管腳是基極。測(cè)得某放大電路正常工作的晶體管三電極直流電位分別為12.2V,12V,0V,則可判斷該管的材料是鍺和管型為

PNP，0V電位對(duì)應(yīng)的管腳是集電極。12.2V電位對(duì)應(yīng)的管腳是發(fā)射極。12V電位對(duì)應(yīng)的管腳是基極。例3.1.1：判斷三極管的工作狀態(tài)測(cè)量得到三極管三個(gè)電極對(duì)地電位如圖所示，試判斷三極管的工作狀態(tài)。

放大截止飽和晶體管放大器實(shí)現(xiàn)放大的條件。

放大元件iC=iB，工作在放大區(qū)，要保證集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏。uiuo輸入輸出？參考點(diǎn)RB+ECEBRCC1C2T實(shí)現(xiàn)放大的條件1.晶體管必須偏置在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。2.正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使整個(gè)波形處于放大區(qū)。3.輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。4.輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容濾波只輸出交流信號(hào)。

分析下圖所示各電路是否能夠放大正弦交流信號(hào)。各點(diǎn)波形RB+ECRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB討論：電路參數(shù)變化對(duì)Q點(diǎn)的影響MNQRb改變：

Q點(diǎn)沿MN向下移動(dòng)Q’RRbVCCC12V300K4K

=40固定偏流電路電路參數(shù)變化對(duì)Q點(diǎn)的影響MNQRC改變：Q’RRbVCCC12V300K4K

=40固定偏流電路電路參數(shù)變化對(duì)Q點(diǎn)的影響MNQVCC改變：Q’RRVIBVBBbCCCV+_+_CEBEVIC2.靜態(tài)分析(1)靜態(tài)工作點(diǎn)的近似估算法已知硅管導(dǎo)通時(shí)VBE≈0.7V，鍺管VBE≈0.2V以及

=40，根據(jù)直流通路則有：Q:（40uA，1.6mA，5.6V）RRbVCCC12V300K4K

=40固定偏流電路RbRCvoviCb1Cb2VCC++Re0.5K330K4K15V

=50例3.2.1：電路及參數(shù)如圖，求Q點(diǎn)值直流通路RbRCVCC330K4K15V

=50Re0.5K例3.2.1直流通路RbRCVCC330K4K15V

=50Re0.5K例3.2.2：電路及參數(shù)如圖，求Q點(diǎn)值固定偏壓電路，射極偏置電路Rb1RCvoviCb1Cb2VCC++Re0.5K68K4K15VRb212K

=40直流通路Rb1RCVCCRe0.5K68K4K15VRb212K

=40(2)靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解分析I求VBE、IB的方法同二極管圖解分析輸入特性VBE=VBB-IBRb輸出特性VCE=VCC-ICRCb、e回路c、e回路(a)畫直流通路(b)把基極回路和集電極回路電路分為線性和非線性兩部分如圖IB=40uA、RC=4K、VCC=12V圖解分析vCE(v)iC(mA)32124680101220uA40uA60uA80uAIB=100uA(c)作非線性部分的伏安特性曲線=40uA(d)作線性部分的伏安特性曲線—直流負(fù)載線

VCE=12-4IC(VCC=12V,RC=4K)

用兩點(diǎn)法做直線M(12V,0)，N(0,3mA)MN(e)直線MN與IB=40uA曲線的交點(diǎn)(5.6V,1.6mA)

就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q（5.6V，1.6mA）Q直流負(fù)載線IB=40uA、RC=4K、VCC=12VTRRbC+_+_voviRL交流通路交流負(fù)載線TRRVvvb1b2bCCCCCio+++vo

-viRLRL’=RC//RL交流負(fù)載線交流負(fù)載線確定方法：通過輸出特性曲線上的Q點(diǎn)做一條直線，其斜率為-1/R'L

。

R‘L=

RL∥Rc

是交流負(fù)載電阻。c.交流負(fù)載線和直流負(fù)載線相交與

Q點(diǎn)。

b.交流負(fù)載線是有交流輸入信號(hào)時(shí)

Q點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。最大不失真輸出放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，需要：1.工作點(diǎn)Q要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位；2.要有合適的交流負(fù)載線。Q位于交流負(fù)載線中間時(shí)，Vom≈ICQ×RL’iCuCEuo1.Q點(diǎn)過低，信號(hào)進(jìn)入截止區(qū)放大電路產(chǎn)生截止失真輸出波形輸入波形ibiCuCE2.Q點(diǎn)過高，信號(hào)進(jìn)入飽和區(qū)放大電路產(chǎn)生飽和失真ib輸入波形uo輸出波形三極管共射簡(jiǎn)化h參數(shù)等效電路忽略h12和h22影響的簡(jiǎn)化參數(shù)等效電路c3.2.3基本共射電路分析計(jì)算放大電路分析步驟：畫直流通路，計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)Q計(jì)算rbe畫交流通路畫微變等效電路計(jì)算電壓放大倍數(shù)Av計(jì)算輸入電阻Ri計(jì)算輸出電阻Ro1.計(jì)算電壓放大倍數(shù)Avvovivovibce2.計(jì)算輸入電阻RiRi3.計(jì)算輸出電阻

Ro方法一：Ro計(jì)算輸出電阻Ro方法二：把輸入信號(hào)源短路（Vs=0）但保留信號(hào)源內(nèi)阻，在輸出端加信號(hào)Vo，求此時(shí)的Io，則：如圖，如果Vs＝0，則Ib=0，所以

Ib=0Ro例3.2.3：求Av，Ri，Ro電路及參數(shù)如圖，rbb’=100

，求Av，Ri，Ro

=50vivo解：靜態(tài)工作點(diǎn)（40uA，2mA，6V)=100+51

26/2=0.763K例3.2.3=-7.62vivo例3.2.3=330K//26.263K=24.3KRiRo例3.2.4：電路及參數(shù)如圖，

=40，

rbb’=100

，

(1)計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)

(2)求Av，Ri，Ro解：(1)畫直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)vivo(2)畫微變等效電路，求Av，Ri，RoRiRo=RC=4KRo

通頻帶

放大電路的增益A(f)是頻率的函數(shù)。在低頻段和高頻段放大倍數(shù)都要下降。當(dāng)A(f)下降到中頻電壓放大倍數(shù)A0的1/時(shí)，即:相應(yīng)的頻率:fL稱為下限頻率fH稱為上限頻率fA耦合電容造成三極管結(jié)電容造成采用直接耦合的方式可放大緩慢變化的信號(hào)，擴(kuò)大通頻帶。下面將要介紹的差動(dòng)放大器即采用直接耦合方式。阻容耦合電路缺點(diǎn)：不能放大直流信號(hào)。阻容耦合電路的頻率特性3.4.2基本共射電路的頻率響應(yīng)對(duì)于圖示的共發(fā)射極接法的基本放大電路，分析其頻率響應(yīng)，需畫出放大電路從低頻到高頻的全頻段小信號(hào)模型。然后分低、中、高三個(gè)頻段加以研究。1.中頻段中頻時(shí):C1、C2、Ce容抗較小，可視為短路；

Cπ’容抗較大，可視為開路。等效電路如圖。Rb’=Rb1//Rb2Ri=Rb‘//rbe

Ro=Rc2.高頻段等效電路顯然這是一個(gè)RC低通環(huán)節(jié)

將全頻段小信號(hào)模型中的C1、C2和Ce短路，即可獲得高頻段小信號(hào)模型微變等效電路，如圖所示。3.低頻段等效電路低頻段的微變等效電路如圖所示，C1、C2和Ce被保留，C'

被忽略。顯然，該電路有三個(gè)RC電路環(huán)節(jié)。當(dāng)Re>>1/

Ce時(shí)，在射極電路中，可忽略Re，只剩下Ce4.全頻段總電壓放大倍數(shù)全頻段總電壓放大倍數(shù)的復(fù)數(shù)形式為:如果兩個(gè)下限頻率fL1、

fL2相差4倍以上，可取大者作為電路的下限截止頻率fL1，否則只能按定義求fL放大電路的增益帶寬積所以，三極管一旦選定，帶寬增益積就確定下來，放大倍數(shù)增大多少倍，帶寬就減少多少倍例題：（2）求電壓放大倍數(shù)：CE的作用：交流通路中，CE將RE短路，RE對(duì)交流不起作用，放大倍數(shù)不受影響。問題：如果去掉CE，放大倍數(shù)怎樣？I1I2IBRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuo去掉CE后的交流通路和微變等效電路：rbeRCRLRER'B