【正文】 PZM ＝ UZ IZMAX ， 超過此值，管子會(huì)因結(jié)溫升太高而燒壞。 RZ 愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡， 穩(wěn)壓效果 愈 好。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用 。電 阻有兩個(gè)作用：一是起限流作用，以保護(hù)穩(wěn)壓管；二是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時(shí)，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號(hào)以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用 。 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娦浴? 第三講 雙極型晶體管 本講重點(diǎn) BJT 電流放大原理及其電流分配關(guān)系式； BJT 的輸入、輸出特性； BJT 三種工作狀態(tài)的判斷方法； 本講難點(diǎn) BJT 放大原理及電流分配關(guān)系式； BJT 三種工作狀態(tài)的判斷方法； 教學(xué)組織過程 本講以教師講授為主。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。 BJT 常見外形有四種，分別應(yīng)用于小功率、中功率或大功率，高頻或低頻等不同場(chǎng)合。 2） BJT 放大的外部條件為：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置而集電結(jié)反向偏置時(shí)，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(chǎng)作用下形成漂移電流 IC，體現(xiàn)出 IB對(duì)的 IC控制作用。 三個(gè)重要的電流分配關(guān)系式： IE＝ IB＋ IC IC＝ β IB＋ ICEO≈ β IB IC＝ α IE＋ ICBO≈ α IE 晶體管的輸入特性和輸出特性 晶體管的輸入特性和輸出特性表明各電極之間電流與電壓的關(guān)系。 1） 共射輸入特性 ： iB＝ f (uBE)︱ VCE=常數(shù) 如 P24圖 所示 。其中 vCE=0V 的那一條相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向特性曲線。但 vCE 再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。 2） 共射輸 出 特性： iC＝ f (uCE)︱ iB =常數(shù) 如 P25圖 所示 ，它是以 iB為參變量的一族特性曲線。因此，輸出特性曲線可以分為三個(gè)區(qū)域：飽和區(qū)、截止區(qū)和放大區(qū)。 (2)共基直流放大系數(shù) ： ? =（ IC－ ICBO） /IE≈ IC/IE 顯然 ? 與 ? 之間有如下關(guān)系 ： ? = IC/IE=? IB/?1+? ?IB=? /?1+? ?(3)穿透電流ICEO： ICEO=（ 1+? ） ICBO；式中 ICBO 相當(dāng)于集電結(jié)的反向飽和電流 。 (2)共基交流放大系數(shù) α ： α =?IC/?IE? const CB ?U 當(dāng) ICBO 和 ICEO 很小時(shí)， ? ≈ ?、 ? ≈ ?，可以不加區(qū)分。由于結(jié)電容的影響，當(dāng)信號(hào)頻率增加時(shí)，三極管的 ? 將會(huì)下降。 3）極限參數(shù)和三極管的安全工作區(qū) （ 1） 最大集電極電流 ICM： 當(dāng)集電極電流增加時(shí)， ? 就要下降，當(dāng) ? 值下降到線性放大區(qū) ?值的 70～ 30％時(shí) ，所對(duì)應(yīng)的集電極電流稱為 最大集電極電流 ICM?？梢姡?dāng) IC＞ ICM時(shí)，并不表示三極管會(huì)損壞。對(duì)于確定型號(hào)的晶體管， PCM是一個(gè)定值。 （ 3） 極間反向擊穿電壓 ：晶體管某一級(jí)開路時(shí)，另外兩個(gè)電極之間所允許加的最高反向電壓，即為 極間反向擊穿電壓，超過此值管子會(huì)發(fā)生擊穿現(xiàn)象。由于各擊穿電壓中 UCEO值最小，選用時(shí)應(yīng)使其大于放大電路的工作電源 VCC。使用時(shí) 應(yīng)保證三極管工作在安全區(qū)。 溫度對(duì)晶體管特性及參數(shù)的影響 1）溫度對(duì)反向飽和電流的影響： 溫度對(duì) ICBO和 ICEO等由本征激發(fā)產(chǎn)生的平衡少子形成的電流影響非常嚴(yán)重。 當(dāng)溫度變化 1℃時(shí)， UBE大約下降 2～ ， UBE具有負(fù)溫度系數(shù)。 總之，當(dāng) 溫度升高時(shí)， ICEO和 β 增大，輸入特性左移，最終導(dǎo)致集電極電流增大。用多媒體演示 FET 的結(jié)構(gòu)原理、輸出與轉(zhuǎn)移特性等，便于學(xué)生理解和掌握。 主要內(nèi)容 １、效應(yīng)管及其類型 效應(yīng)管 FET 是一種利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制其電流大小的半導(dǎo)體器件。 每一類又有 N 溝道和 P 溝道兩種類型。 N 溝道增強(qiáng)型 MOS 管結(jié)構(gòu) N 溝道增強(qiáng)型 MOSFET 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)引出兩個(gè)電極，漏極 D， 和源極 S。 P 型半導(dǎo)體稱為襯底，用符號(hào) B 表示。如 P42 圖 所示。 工作條件 UGS UGS(th) 時(shí)，柵極下 P 型半導(dǎo)體表面形成 N 型導(dǎo)電溝道 (反型層 )，若 D、 S 間加上正向電壓后可產(chǎn)生漏極電流 ID。 3）恒流區(qū)（或飽和區(qū)） 工作條件 當(dāng) uDS=uGS UGS(th) 時(shí)，溝道預(yù)夾斷；若 uDS＞ uGS UGS(th)，則溝道已夾斷， iD 僅僅決定于 uGS，而與 uDS無(wú)關(guān)。 可見，對(duì)于 N 溝道增強(qiáng)型 MOS 管， 柵源電壓 VGS對(duì)導(dǎo)電 溝道 有控制作用，即 UGS UGS(th)時(shí)，才能形成導(dǎo)電溝道 將漏極和源極溝通。 當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)時(shí)，利用柵－源之間外加電壓 uGS所產(chǎn)生的電場(chǎng)來(lái)改變導(dǎo)電溝道的寬窄，從而控制多子漂移運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的漏極電流 ID。 N 溝道耗盡型 MOSFET 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)UGS=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。 UGS＜ 0 時(shí)，隨著 UGS的減小漏極電流逐漸減小，直至 ID=0。這如同雙極型三極管有 NPN 型和 PNP 型一樣。 以增強(qiáng)型 N 溝 MOSFET 為例， 輸出特性： iD＝ f (uDS)︱ UGS =常數(shù) 反映 UGS＞ UGS(th) 且固定為某一值時(shí)， UDS對(duì) ID 的影響； 轉(zhuǎn)移特性： iD＝ f (uGS)︱ UDS =常數(shù) 反映 UGS對(duì)漏極電流的控制關(guān)系； 輸出特性和轉(zhuǎn)移特性反映了場(chǎng)效應(yīng)管工作的同一物理過程，因此，轉(zhuǎn)移特性可以從輸出特性上用作圖法一一對(duì)應(yīng)地求出。在放大電路中，場(chǎng)效應(yīng)管工作在飽和區(qū)。 （ 2）夾斷電壓 UGS(off)： 夾斷電壓是耗盡型 FET 的參數(shù)，當(dāng) UGS=UGS(off) 時(shí)，漏極電流為零。 （ 4）直流輸入電阻 RGS（ DC） ： FET 的柵源輸入電阻。 交流參數(shù) （ 1）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十分相像。 （ 2）級(jí)間電容： FET 的三個(gè)電極間均存在極間電容。在高頻電路中，應(yīng)考慮極間電容的影響。 （ 2）漏 源擊穿電壓 U(BR)DS： FET 進(jìn)入恒流區(qū)后，使 iD驟然增大的 uDS值稱為漏— 源擊穿電壓， uDS超過此值會(huì)使管子燒壞。 場(chǎng)效應(yīng)管 FET 與晶體管 BJT 的比較 1） FET 是另一種半導(dǎo)體器件，在 FET 中只是多子參與導(dǎo)電，故稱為單極型三極管；而普通三極管參與導(dǎo)電的既有多數(shù)載流子，也有少數(shù)載流子，故稱為雙極型三極管（ BJT）。 2） BJT 是電流控制器件，通過控制基極電流達(dá)到控制輸出電流的目的。高輸入電阻是 FET 的突出優(yōu)點(diǎn)。 4） FET 和 BJT 都可以用于放大或作可控開關(guān)。在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中應(yīng)用極為廣泛?，F(xiàn)將各部分歸納如下： 雜質(zhì)半導(dǎo)體與 PN 結(jié) 本征半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)就形成 N 型半導(dǎo)體和 P 型半導(dǎo)體，控制摻入雜質(zhì)的多少就可以有效地改變其導(dǎo)電性能，從而實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電性能的可控性。載流子有兩種有序運(yùn)動(dòng)：因濃度差異而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，因電位差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。正確理解 PN 結(jié)單向?qū)щ娦?、反向擊穿特性、溫度特性和電容效?yīng)，有利于了解半導(dǎo)體二極管、晶體管和場(chǎng)效應(yīng)管等電子器件的特性和參數(shù)。二極管加正向電壓時(shí)，產(chǎn)生擴(kuò)散電流，電流與電壓成指數(shù)關(guān)系；加反向電壓時(shí)，產(chǎn)生漂移電流，其數(shù)值很小，體現(xiàn)出單向?qū)щ娦浴? 特殊二極管與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦浴? 晶體管 晶體管具有電流放大作用 。此時(shí)，可將 CI 看成為電流 BI 控制的電流源。晶體管有截止、放大、飽和三個(gè)工作區(qū)域，學(xué)習(xí)時(shí)應(yīng)特別注意使管子工作在不同工作區(qū)的外部條件。 場(chǎng)效應(yīng)管工作在恒流區(qū)時(shí)，利用柵一源之間外加電壓所產(chǎn)生的電場(chǎng)來(lái)改變導(dǎo)電溝道的寬窄，從而控制多子漂移運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的漏極電流 DI 。輸出特性曲線描述 GSU 、 DSU 和 DI 三者之間的關(guān)系。和晶體管相類似，場(chǎng)效應(yīng)管有夾斷區(qū)（即截止區(qū)）、恒流區(qū)（即線性區(qū)）和可變電阻區(qū)三個(gè)工作區(qū)域。例如，晶體管的輸入特 性與二極管的伏安特性相似；二極管的反向特性（特別是光電二極管在第三象限的反向特性）與晶體管的輸出特性相似，而場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的輸出特性也相似。多級(jí)放大電路的耦合方式和分析方法。三極管的低頻小信號(hào)模型。分壓式偏置共射放大電路的分析以及穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法。然后介紹由 FET 構(gòu)成的共源、共漏和共柵放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析、特點(diǎn)和應(yīng)用場(chǎng)合。通過習(xí)題課掌握放大電路的靜態(tài)偏置方法和性能指標(biāo)的分析計(jì)算方法。 第五講 放大電路的主要性能指標(biāo)及基本共射放大電路組成原理 本 講重點(diǎn) 放大的本質(zhì)； 放大電路工作原理及靜態(tài)工作點(diǎn)的作用； 利用放大電路的組成原則判斷放大電路能否正常工作； 本講難點(diǎn) 放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置方法； 利用放大電路的組成原則判斷放大電路能否正常工作； 教學(xué)組織過程 本講以教師講授為主。 判斷放大電路能否正常工作舉例 可以啟發(fā)討論。放大電路放大的本質(zhì)是在輸入信號(hào)的 作用下，通過有源元件（ BJT 或 FET）對(duì)直流電源的能量進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換，使負(fù)載從電源中獲得輸出信號(hào)的能量，比信號(hào)源向放大電路提供的能量大的多。 在放大電路中必須存在能夠控制能量的元件，即有源元件，如 BJT 和 FET 等。 電路的主要性能指標(biāo) 1） 輸入電阻 iR ：從輸入端看進(jìn)去的等效電阻，反映放大電路從信號(hào)源索取電流的大小。 3） 放大倍數(shù)（或增益）：輸出變化量幅值與輸入變化量幅值之比。根據(jù)放大電路輸入量和輸出量為電壓或電流的不同，有四種不同的放大倍數(shù)：電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)、互阻放大倍數(shù)和互導(dǎo)放大倍數(shù)。 4） 最大不失真輸出電壓：未產(chǎn)生截止失真和飽和失真時(shí)，最大輸出信號(hào)的正弦有效值或峰值。 5）上限頻率、下限頻率和通頻帶：由于放大電路中存在電感、電容及半導(dǎo)體器件結(jié)電容，在輸入信號(hào)頻率較低或較高時(shí)，放大倍數(shù)的幅值會(huì)下降并產(chǎn)生相移。如 P75 圖 所示。 下限 頻率 fL（或稱為下限截止頻率）：在信號(hào)頻率上升到一定程度時(shí)，放大倍數(shù)的數(shù)值等于中頻段的 倍時(shí)的頻率值即為上限頻率。 6）最大輸出功率 POM與效率 ? ： POM是 在輸出信號(hào)基本不失真的情況下，負(fù)載能夠從放大電路獲得的最大功率，是負(fù)載從直流電源獲得的信號(hào)功率。 ? 為直流電源能量的利用率。即 %10012322 ????AAAD ?，式中： 1A 為基波幅值， 2A 、 3A … 為各次諧波幅值； 兩種常見的共射放大電路 組成及各部分作用 1）直接耦合共射放大電路：信號(hào)源與放大電路、放大電路與負(fù)載之間均直接相連。 2）阻容耦合共射放大電路：信號(hào)源與放大電路、放大電路與負(fù)載之間均通過耦合電容相連。如 P72 圖 所示。 （ 2）集電極負(fù)載電阻 RC —— 將變化的集電極電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出。 （ 4）耦合電容 C1， C2—— 輸入電容 C1保證信號(hào)加到發(fā)射結(jié)，不影響發(fā)射結(jié)偏置。 靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的必要性 對(duì)放大電路的基本要求一是不失真，二是能放大。故需要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。 基本共射放大電路的工作原理及波形分析 對(duì)于基本放大電路，只有設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使交流信號(hào)馱載在直流分量之上，以保證晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)始終工作在放大狀態(tài)，輸出電壓波形才不會(huì)產(chǎn)生非線性失真。 基本共射放大電路的電壓放大作用是利用晶體管的電流放大作用，并依靠將電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 2）在輸入回路加入 ui 應(yīng)能引起 uBE 的變化 ,從而引起 iB和 iC的變化。 第六講 放大電路的基本分析方法 本講重點(diǎn) 基本放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的估算； BJT 的 h 參數(shù)等效模型及放大電路輸入電阻、輸出電阻與電壓放大倍數(shù)的計(jì)算； 本講難點(diǎn) 放大電路的微變等效電路的畫法 ； 放大電路輸入電阻、輸出電阻與電壓放大倍數(shù)的計(jì)算； 教學(xué)組織過程 本講以教師講授為主。 主要內(nèi)容 直流通路、交流通路及其畫法 （ 1）直流通路： 在直流電源的作用下，直流電流流經(jīng)的通路，用于求解靜態(tài)工作點(diǎn) Q的值。 （ 3）交流通路： 在輸入信號(hào)作用下，交流信號(hào)流經(jīng)的通路，用于研究和求解動(dòng)態(tài)參數(shù)?？捎霉浪惴ɑ驁D解法求解。通常，利用三極管 h 參數(shù)等效模型畫出放大電路在小信號(hào)作用下的微變等效電路，并進(jìn)而計(jì)算 輸入電阻、輸出電阻與電壓放大倍數(shù)。 放大電路的分析應(yīng)遵循“先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)”。 圖解法確 定 Q 點(diǎn)和 最大不失真輸出電壓 （ 1）用圖解法確定 Q 點(diǎn)的步驟：已知晶體管的輸出特性曲線族→由直流通路求得 IBQ →列直流通路的輸出回路電壓方程得直流負(fù)載線→在輸出特性曲線平面上作出直流負(fù)載線→由 IBQ所確定的輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點(diǎn)即為 Q 點(diǎn)。飽和失真是由于放大電路中三極管工作在飽和區(qū)而引起的非