【正文】 CQI ； （ 3）列放大電路輸出回路電壓方程可求得 CEQU ； BJT 的 h 參數(shù)等效模型 （ 1） BJT 等效模型的建立：三極管可以用一個二端口模型來代替；對于低頻模型可以不考慮結(jié)電容的影響；小信號意味著三極管近似在線性條件下工作，微變也具有線性 同樣的含義。對于放大電路與負(fù)載直接耦合的情況，直流負(fù)載線與交流負(fù)載線是同一條直線；而對于阻容耦合放大電路，只有在空載情況下，兩條直線才合二為一。截止失真是由于放大電路中三極管工作在截止區(qū)而引起的非線性失 真。的原則，只有靜態(tài)工作點(diǎn)合適，動態(tài)分析才有意義； Q 點(diǎn)不但影響電路輸出信號是否失真，而且與動態(tài)參數(shù)密切相關(guān)。 （ 2）動態(tài)分析就是求解各動態(tài)參數(shù)和分析輸出波形。 （ 2）直流通路的畫法：電容視為開路、電感視為短路；信號源視為短路，但應(yīng)保留內(nèi)阻。 3）輸出回路的接法應(yīng)當(dāng)使 iC盡可能多地流到負(fù)載 RL 中去 ,或者說應(yīng)將集電極電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化送到輸出端。波形分析見 P74 圖 所示。只有保證在交流信號的整個周期內(nèi)三極管均處于放大狀態(tài)，輸出信號才不會產(chǎn)生失真。 （ 3）偏置電路 VCC， Rb—— 使三極管工作在放大區(qū)， VCC還為輸出提供能量。不能放大直流信號和變化緩慢的交流信號；只能放大某一頻段范圍的信號。 VOMPP?? 式中 vp 為電源消耗的功率 7）非線性失真系數(shù) D：在某一正弦信號輸入下， 輸出波形因放大器件的非線性特性而產(chǎn)生失真，其諧波分量的總有效值與基波分 量之比。 通頻帶 fBW： fBW = fH fL 通頻帶越寬，表明放大電路對不同頻率信號的適應(yīng)能力越強(qiáng)。一般，放大電路只適合于放大某一特定頻率范圍內(nèi)的信號。 電壓放大倍數(shù)定義為： iouuuUUAA?????? 電流放大倍數(shù)定義為： ioiiiIIAA?????? 互阻放大倍數(shù)定義為： iouiIUA???? 互導(dǎo)放大倍數(shù)定義為： ????ioiuUIA 注意：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻通常都是在正弦信號下的交流參數(shù)，只有在放大電路處于放大狀態(tài)且輸出不失真 的條件下才有意義。 2） 輸出電阻 oR ：從輸出端看進(jìn)去的等效輸 出信號源的內(nèi)阻，說明放大電路帶負(fù)載的能力。因此，電子電路放大的基本特征是功率放大，表現(xiàn)為輸出電壓大于輸入電壓，輸出電流大于輸入電流，或者二者兼而有之。用多媒體演示放大電路的組成原理、信號傳輸過程和設(shè)置合適 Q點(diǎn)的必要性等，便于學(xué)生理解和掌握。最后介紹多級放大電路的兩種耦合方式、直接耦合多級放大電路的靜態(tài)偏置以及多級放大電路的靜態(tài)和動態(tài)分析。固定偏置共射放大電路的圖解法和等效電路法靜態(tài)和動態(tài)分析，最 大不失真輸出電壓和波形失真分析。 第二章 基本放大電路 本章主要內(nèi)容 本章重點(diǎn)講述基本放大電路的組成原理和分析方法，分別由 BJT和 FET組成的三種組態(tài)基本放大電路的特點(diǎn)和應(yīng)用場合。 mg 、 )(thGSU 或 )(offGSU 、 DSSI 、 DMI 、 DMP 和極間電容是它的主要參數(shù)。 場效應(yīng)管 場效應(yīng)管分為結(jié)型和絕緣柵型兩種類型，每種類型均分為兩種不同的溝道： N 溝 道和 P溝道，而 MOS 管又分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種形式。當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置而集電結(jié)反向偏置時，從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的非平衡少子中僅有很少部分與基區(qū)的多子復(fù)合，形成基極電流，而大部分在集電結(jié)外電 場作用下形成漂移電流 CI ，體現(xiàn)出 BI （或 EI 、 BEU ）對 CI 的控制作用。FI 、 RI 、 RU 和 Mf 是二極管的主要參數(shù)。將兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體制作在同一塊硅片（或鍺片）上，在它們的交界面處，上述兩種運(yùn)動達(dá)到動態(tài)平衡，從而形成 PN 結(jié)。 本章小節(jié) 本章首先介紹了半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識，然 后闡述了半導(dǎo)體二極管、晶體管（ BJT）和場效應(yīng)管（ FET）的工作原理、特性曲線和主要參數(shù)。 3） FET 的漏極和源極可以互換使用，耗盡型 MOS 管的柵極電壓可正可負(fù)，因而 FET 放大電路的構(gòu)成比 BJT 放大電路靈活。由于少數(shù)載流子的濃度易受溫度影響，因此，在溫度穩(wěn)定性、低噪聲等方面 FET 優(yōu)于 BJT。 極限參數(shù) （ 1）最大漏極電流 IDM：是 FET 正常工作時 漏極電流 的上限值。 gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取，單位是 mS(毫西門子 )。 （ 3）飽和漏極電流 IDSS： IDSS是耗盡型 FET 的參數(shù)，當(dāng) UGS=0 時所對應(yīng)的漏極電流。 場效應(yīng)管的輸出特性可分為四個區(qū)：夾斷區(qū)、可變阻區(qū)、飽和區(qū)（或恒流 區(qū)）和擊穿區(qū)。對應(yīng) ID=0 的 UGS稱為夾斷電壓，用符號 UGS(off)表示， P 溝道增強(qiáng)型和耗盡型 MOSFET P 溝道 MOSFET 的工作原理與 N 溝道 MOSFET 完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。 如 P45 圖 所示 。如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。若 uDS＜ uGS UGS(th)，則溝道沒夾斷，對應(yīng)不同的 uGS， ds 間等效成不同阻值的電阻，此時， FET 相當(dāng)于壓控電阻。因?yàn)檫@種 MOS 管在 VGS=0V 時 ID=0；只有當(dāng) UGS＞ UGS(th) 后才會出現(xiàn)漏極電流，所以稱為 增強(qiáng)型 MOS 管。其中 MOS 管又可分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。 FET 的工作 區(qū)、管型的判斷方法可以啟發(fā)討論。 3）溫度對輸出特性的影響溫度升高時，由于 ICEO和β增大，且輸入 特性左移， 導(dǎo)致集電極電流 IC增大，輸出特性上移。如 P28 圖 所示 。極間反向電壓有三種： UCBO、UCEO和 UEBO。 （ 2） 最大集電極耗散功率 PCM： PCM = iCuCE 。當(dāng) ?下降到 1 時所對應(yīng)的頻率稱為特征頻率 。 2）交流 參數(shù) (1)共射交流電流放大系數(shù) β ： ?=?IC/?IB? constCE ?v ，在放大區(qū) ? 值基本不變。對于其中某一條曲線，當(dāng) vCE=0 V 時， iC=0；當(dāng) vCE 微微增大時， iC 主要由 vCE決 定 ； 當(dāng) vCE 增加到使集電結(jié)反偏電壓較大時，特性曲線進(jìn)入與 vCE 軸基本平行的區(qū)域 (這與輸入特性曲線隨 vCE 增大而右移的原因是一致的 )。當(dāng) vCE≥ 1V 時，特性曲線將會向右稍微移動一些?，F(xiàn)以共射電路為例說明。 BJT 的電流放大作 用及電流分配關(guān)系 晶體管具有電流放大作用。 主要內(nèi)容 晶體管的主要類型和應(yīng)用場合 雙極型晶體管 BJT 是通過一定的工藝，將兩個 PN 結(jié) 接合在一起而構(gòu)成的器件，是放大電路的核心元件，它能控制能量的轉(zhuǎn)換，將輸入的任何微小變化不失真地放大輸出，放大的對象是變化量。利用 PN 結(jié)擊穿時的特性可制成穩(wěn)壓二極管，利用發(fā)光材料可制成發(fā)光二極管，利用 PN 結(jié)的光敏特性可制成光電 二極管。 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)反接，并串入一只電阻。 4）動態(tài)電阻 rZ： rz =?VZ /?IZ，其概念與一般二極管的動態(tài)電阻相同，只不過穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。 2） 最大穩(wěn)定工作電流 IZMAX 和最小穩(wěn)定工作電流 IZMIN： 穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即 PZmax =UZIZmax 。 穩(wěn)壓管的伏安特性與普通二極管類似，其正向特性為指數(shù)曲線；當(dāng)外加反壓的數(shù)值增大到一定程度時則發(fā)生擊穿 ，擊穿曲線很陡，幾乎平行于縱軸，當(dāng)電流在一定范圍內(nèi)時，穩(wěn)壓管表現(xiàn)出很好的穩(wěn)壓特性。 IR越小，則二極管的單向?qū)щ娦栽胶?。若超過此值，則二極管可能因反向擊穿而損壞。這種模型僅限于用來計(jì)算疊加在直流工作點(diǎn) Q 上的微小電壓或電流變化時的響應(yīng)。 二極管的等效電路（或稱為等效模型） 1）理想模型：即正向偏置時管壓降為 0，導(dǎo)通電阻為 0；反向偏置時，電流為 0，電阻為∞。與理想 PN 結(jié)不同的是， 正向特性上 二極管存在一個開啟電壓 Uon。反向區(qū)也分兩個區(qū)域： （ 1） 當(dāng) VBR＜ V＜ 0 時，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時的反向電流也稱反向飽和電流 IS。 1）正向特性：當(dāng) V＞ 0，即處于正向特性區(qū)域。 點(diǎn)接觸型二極管 PN 結(jié)面積小，結(jié)電容小， 常 用于檢波和變頻等高頻電路。用多媒體演示二極管的結(jié)構(gòu)、伏安特性以及溫度對二極管特性的影響等，便于學(xué)生理解和掌握。 PN 結(jié)電容由勢壘電容和擴(kuò)散電容組成。 勢壘電容是耗盡層變化所等效的電容。無論發(fā)生哪種擊穿，若對其電流不加以限制，都可能造成 PN 結(jié)的永久性損壞。這正是 PN 結(jié)具有單向?qū)щ娦缘木唧w表現(xiàn) 。 同一塊半導(dǎo)體單晶上形成 P 型和 N 型半導(dǎo)體區(qū)域，在這兩個區(qū)域的交界處，當(dāng) 多子擴(kuò)散與少子漂移達(dá)到動態(tài)平衡時，空間電荷區(qū)（亦稱為耗盡層或勢壘區(qū)）的寬度基本上穩(wěn)定下來， PN 結(jié)就形成了。雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能與其摻雜濃度和溫度有關(guān)，摻雜濃度越大、溫度越高，其導(dǎo)電能力越強(qiáng)。由于電子帶負(fù)電，而電子的運(yùn)動與空穴的運(yùn)動方向相反，因此認(rèn)為空穴帶正電。 游離的部分自由電子也可能 回到空穴中去，稱為 復(fù)合。 半導(dǎo)體的 本征激發(fā)與復(fù)合現(xiàn)象 當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度 0 K 時，導(dǎo)體中沒有自由電子。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力在不同的條件下有很大的差別： 當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯變化；往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些特定的雜質(zhì)元素時，會使它的導(dǎo)電能力具有可控性；這些特殊的性質(zhì)決定了半導(dǎo)體可以制成各種器件。用多媒體演示半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電機(jī)理、 PN 結(jié)的形成過程及其伏安特性等，便于學(xué)生理解和掌握。其后介紹二極管、穩(wěn)壓管的伏安特性、電路模型和主要參數(shù)以及應(yīng)用舉例。 首先介紹構(gòu)成 PN 結(jié)的半導(dǎo)體材料、 PN 結(jié)的形成及其 特點(diǎn)。 第一講 常用半導(dǎo)體器件 本講重點(diǎn) PN 結(jié)的單向?qū)щ娦裕? PN 結(jié)的伏安特性； 本講難點(diǎn) 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理 :兩種載流子參與導(dǎo)電； 摻雜半導(dǎo)體中的多子和少子 PN 結(jié)的形成； 教學(xué)組織過程 本講宜教師講授。典型的半導(dǎo)體有硅 Si 和鍺 Ge 以及砷化鎵 GaAs 等。 在熱力學(xué)溫度零度和沒有外界激發(fā)時 ,本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。 因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對。 空穴導(dǎo)電的實(shí)質(zhì)是 :相鄰原子中的價電子（共價鍵中的束縛電子）依次填補(bǔ)空穴而形成電流。在本征半導(dǎo)體中摻入五價元素（ 如磷 ），就形成 N 型（電子型）半導(dǎo)體；摻入三價元素（ 如硼、鎵、銦等 ）就形成 P 型（空穴型）半導(dǎo)體。 多子（空穴）的數(shù)量＝負(fù)離子數(shù)＋少子（自由電子）的數(shù)量 PN 結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦? 半導(dǎo)體中的載流子有兩種有序運(yùn)動：載 流子在濃度差作用下的擴(kuò)散運(yùn)動和電場作用下的漂移運(yùn)動。 PN 結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流； PN 結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。 PN 結(jié)的反向擊穿有兩類：齊納擊穿和雪崩擊穿。 PN 結(jié)電容效應(yīng) PN 結(jié)具有一定的電容效應(yīng)，它由兩方面的因素決定 :一是勢壘電容 CB ，二是擴(kuò)散電容CD，它們均 為非線性電容。 擴(kuò)散電容與 PN 結(jié)正向電流和溫度等因素有關(guān)。 第二講 半導(dǎo)體二極管 本講重點(diǎn) 二極管的伏安特性、單向?qū)щ娦约暗刃щ娐罚ㄈ齻€常用模型）； 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓原理及簡單穩(wěn)壓電路； 二極管的箝位、限幅和小信號應(yīng)用舉例； 本講難點(diǎn) 二極管在電路中導(dǎo)通與否的判斷方法，共陰極或共陽極二極管的優(yōu)先導(dǎo)通 問題； 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓原理； 教學(xué)組織過程 本講以教師講授為主。二極管按結(jié)構(gòu)分為 點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型三大類。 二極管的伏安特性以及與 PN 結(jié)伏安特性的區(qū)別 半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線如 P7 圖 所示，處于第一象限的是正向伏安特性曲線，處于第三象限的是反向伏安特性曲線。 2）反向特性： 當(dāng) V＜ 0 時，即處于反向特性區(qū)域。 3）二極管的伏安特性與 PN 結(jié)伏安特性的區(qū)別：二極管的基本特性就是 PN 結(jié)的特性。 另外，溫度升高時，二極管的正向壓降將減小，每增加 1℃，正向壓降 UD大約減小 2mV，即具有 負(fù)的溫度系數(shù)。 3）小信號電路模型 ：即在微小變化范圍內(nèi)，將二極管近似看成線性器件而將它等效為一個動態(tài)電阻 rD 。 2）最高反向工 作電壓 UBR：二極管工作時允許外加的最大反向電壓。對溫度敏感。 穩(wěn)壓二極管（穩(wěn)壓管）及其伏安特性 穩(wěn)壓管 是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體二極管，通過 反向擊穿特性實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用。 穩(wěn)壓管的主要參數(shù) 1）穩(wěn)定電壓 UZ： 規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。 3）額定功耗 PZM： PZM ＝ UZ IZMAX ， 超過此值，管子會因結(jié)溫升太高而燒壞。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用 。 特殊二極管 與普通二極管一樣，特殊二極管也具有單向?qū)щ娦?。三極管工作狀態(tài)、電位和管型的判斷方法可以啟發(fā)討論。 2） BJT 放大的外部條件為：發(fā)射結(jié)正偏