《電子技術(shù)基礎(chǔ)》正式教案

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1、《電子技術(shù)基礎(chǔ)》正式教案 《電子技術(shù)基礎(chǔ)》正式教案(1) 電子技術(shù)基礎(chǔ) 教案 1-1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) 目的與要求 1. 了解半導(dǎo)體的導(dǎo)電本質(zhì)， 2. 理解N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體的概念 3. 掌握PN結(jié)的單向?qū)щ娦? 重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn) 1.N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體 2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦? 難點(diǎn) 1.半導(dǎo)體的導(dǎo)電本質(zhì) 2. PN結(jié)的形成 教學(xué)方法 講授法,列舉法,啟發(fā)法 教具 二極管,三角尺 小結(jié) 半導(dǎo)體中載流子有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式。載流子在 電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。在半導(dǎo)體中，如果載流子濃度分布不均勻，因?yàn)闈舛炔睿d流子將會(huì)從濃度

2、高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。多數(shù)載流子因濃度上的差異而形成的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng) PN結(jié)的單向?qū)щ娦允侵窹N結(jié)外加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)。 布置作業(yè) 1.什么叫N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體 第一章常用半導(dǎo)體器件 1-1 半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí) 1 自然界中的物質(zhì)，按其導(dǎo)電能力可分為三大類：導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。半導(dǎo)體的特點(diǎn)： ①熱敏性 ②光敏性 ③摻雜性 導(dǎo)體和絕緣體的導(dǎo)電原理：了解簡(jiǎn)介。 一、半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅(Si)、鍺(Ge)。硅和鍺是4價(jià)元素，原子的最外層軌道上有4個(gè)價(jià)電子。 1．

3、熱激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴 每個(gè)原子周圍有四個(gè)相鄰的原子，原子之間通過(guò)共價(jià)鍵緊密結(jié)合 在一起。兩個(gè)相鄰原子共用一對(duì)電子。室溫下，由于熱運(yùn)動(dòng)少數(shù)價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，同時(shí)在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位這個(gè)空位稱為空穴。失去價(jià)電子的原子成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。 在電子技術(shù)中，將空穴看成帶正電荷的載流子。 2．空穴的運(yùn)動(dòng)（與自由電子的運(yùn)動(dòng)不同） 有了空穴，鄰近共價(jià)鍵中的價(jià)電子很容易過(guò)來(lái)填補(bǔ)這個(gè)空穴，這樣空穴便轉(zhuǎn)移到鄰近共價(jià)鍵中。新的空穴又會(huì)被鄰近的價(jià)電子填補(bǔ)。帶負(fù)電荷的價(jià)電子依次填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)，從效果上看，相當(dāng)于帶正電荷的空穴作相反方向的運(yùn)動(dòng)。 3.結(jié)論 （1）半導(dǎo)體中

4、存在兩種載流子，一種是帶負(fù)電的自由電子，另一種是帶正電的空穴，它們都可以運(yùn)載電荷形成電流。 （2）本征半導(dǎo)體中，自由電子和空穴相伴產(chǎn)生，數(shù)目相同。 （3）一定溫度下，本征半導(dǎo)體中電子空穴對(duì)的產(chǎn)生與復(fù)合相對(duì)平衡，電子空穴對(duì)的數(shù)目相對(duì)穩(wěn)定。 （4）溫度升高，激發(fā)的電子空穴對(duì)數(shù)目增加，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力增強(qiáng)。空穴的出現(xiàn)是半導(dǎo)體導(dǎo)電區(qū)別導(dǎo)體導(dǎo)電的一個(gè)主要特征。 二、N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體 2 完全純凈的、結(jié)構(gòu)完整的半導(dǎo)體材料稱為本征半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中加入微量雜質(zhì)，可使其導(dǎo)電性能顯著改變。根據(jù)摻入雜質(zhì)的性質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體分為兩類：電子型（N型）半導(dǎo)體和空穴型（P型

5、）半導(dǎo)體。 1. N型半導(dǎo)體 在硅（或鍺）半導(dǎo)體晶體中，摻入微量的五價(jià)元素，如磷（P）、砷（As）等，則構(gòu)成N型半導(dǎo)體。 在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入磷、砷等5價(jià)元素，由于這類元素的原子最外層有5個(gè)價(jià)電子，故在構(gòu)成的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中，由于存在多余的價(jià)電子而產(chǎn)生大量自由電子，這種半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體，其中自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。 2.P型半導(dǎo)體 在硅（或鍺）半導(dǎo)體晶體中，摻入微量的三價(jià)元素，如硼（B）、銦（In）等，則構(gòu)成P型半導(dǎo)體。 在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼、鋁等3價(jià)元素，由于這類元素的原子最外層只有3個(gè)價(jià)電子，故在構(gòu)成的共價(jià)鍵

6、結(jié)構(gòu)中，由于缺少價(jià)電子而形成大量空穴，這類摻雜后的半導(dǎo)體其導(dǎo)電作用主要靠空穴運(yùn)動(dòng)，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體，其中空穴為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的自由電子是少數(shù)載流子。 N型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體 三、PN結(jié)及其單向?qū)щ娦? 1．PN結(jié)的形成 半導(dǎo)體中載流子有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式。載流子在電場(chǎng)作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。在半導(dǎo)體中，如果載流子濃度分布不均勻，因?yàn)闈舛炔?，載流子將會(huì)從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。 3 多數(shù)載流子因濃度上的差異而形成的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，如圖1.6所示。 圖1.7 PN結(jié)的形成（1） 由于空穴和自由電子均是帶電的粒子，所以擴(kuò)

7、散的結(jié)果使P區(qū)和N區(qū)原來(lái)的電中性被破壞，在交界面的兩側(cè)形成一個(gè)不能移動(dòng)的帶異性電荷的離子層，稱此離子層為空間電荷區(qū)，這就是所謂的PN結(jié)，如圖1.7所示。在空間電荷區(qū)，多數(shù)載流子已經(jīng)擴(kuò)散到對(duì)方并復(fù)合掉了，或者說(shuō)消耗盡了，因此又稱空間電荷區(qū)為耗盡層。 空間電荷區(qū)出現(xiàn)后，因?yàn)檎?fù)電荷的作用，將產(chǎn)生一個(gè)從N區(qū)指向P區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)。內(nèi)電場(chǎng)的方向，會(huì)對(duì)多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)起阻礙作用。同時(shí)，內(nèi)電場(chǎng)則可推動(dòng)少數(shù)載流子（P區(qū)的自由電子和N區(qū)的空穴）越過(guò)空間電荷區(qū)，進(jìn)入對(duì)方。少數(shù)載流子在內(nèi)電場(chǎng)作用下有規(guī)則的運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。漂移運(yùn)動(dòng)和擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的方向相反。無(wú)外加電場(chǎng)時(shí)，通過(guò)PN結(jié)的擴(kuò)散電流等于漂移電流，PN結(jié)中無(wú)電流

8、流過(guò)，PN 結(jié)的寬度保持一定而處于穩(wěn)定狀態(tài)。 圖1.8 PN結(jié)的形成（2） 2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦? 如果在PN結(jié)兩端加上不同極性的電壓，PN結(jié)會(huì)呈現(xiàn)出不同的導(dǎo)電性能。 4 （1）PN結(jié)外加正向電壓 PN結(jié)P端接高電位，N端接低電位，稱PN結(jié)外加正向電壓，又稱PN結(jié)正向偏置，簡(jiǎn)稱為正偏， 圖1.9 PN結(jié)外加正向電壓 （2）PN結(jié)外加反向電壓 PN結(jié)P端接低電位，N端接高電位，稱PN結(jié)外加反向電壓，又稱PN結(jié)反向偏置，簡(jiǎn)稱為反偏， 圖1.20 PN結(jié)外加反向電壓 小結(jié)：PN結(jié)的單向?qū)щ娦允侵窹N結(jié)外加正向電壓時(shí)處于導(dǎo)通狀態(tài)，外加反向電壓時(shí)處于截止?fàn)顟B(tài)。 5 1-2 二

9、極管 目的與要求 1. 了解半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 2. 掌握半導(dǎo)體二極管的符號(hào) 3. 理解半導(dǎo)體二極管的伏安特性 4. 知道二極管的主要參數(shù) 重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn) 1. 二極管的符號(hào) 2. 二極管的伏安特性 難點(diǎn)二極管的伏安特性 教學(xué)方法 講授法,列舉法,啟發(fā)法 教具 二極管,三角尺 小結(jié) 外加正向電壓較小時(shí)，外電場(chǎng)不足以克服內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散的阻力，PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài)。 正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。當(dāng)反向電壓的值增大到UBR時(shí)，反向電壓值稍有增大，反向電流會(huì)急劇增大，稱此現(xiàn)象為反向擊穿

10、，UBR為反向擊穿電壓。 布置作業(yè) 6 1-2 二極管 一、半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu) 二極管的定義：一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來(lái)，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡(jiǎn)稱二極管。 二極管按半導(dǎo)體材料的不同可以分為硅二極管、鍺二極管和砷化鎵二極管等。 二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型二極管 三類。點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)面積很小，結(jié)電容很小，多用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開(kāi)關(guān)元件。 面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)電容也小，多用在低頻整流電路中。 平面型二極管PN結(jié)面積有大有小。 圖1.11 二極管的符號(hào) 簡(jiǎn)單介紹常見(jiàn)的二極管的外型 了解國(guó)產(chǎn)二極管的型號(hào)的命名

11、方法。 二、半導(dǎo)體二極管的伏安特性 1、正向特性 外加正向電壓較小時(shí)，外電場(chǎng)不足以克服內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多子擴(kuò)散的阻力，PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài)。 正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。 7 圖1.13 二極管的伏安特性曲線 2、反向特性 二極管外加反向電壓時(shí)，電流和電壓的關(guān)系稱為二極管的反向特性。由圖 1.13可見(jiàn)，二極管外加反向電壓時(shí)，反向電流很小（I≈-IS），而且在相當(dāng)寬的反向電壓范圍內(nèi)，反向電流幾乎不變，因此，稱此電流值為二極管的反向飽和電流 從圖1.13可見(jiàn)，當(dāng)反向電壓的值增大到UBR時(shí)，反向電壓值稍有增大，

12、反向電流會(huì)急劇增大，稱此現(xiàn)象為反向擊穿，UBR為反向擊穿電壓。利用二極管的反向擊穿特性，可以做成穩(wěn)壓二極管，但一般的二極管不允許工作在反向擊穿區(qū)。 補(bǔ)充：二極管的溫度特性 二極管是對(duì)溫度非常敏感的器件。實(shí)驗(yàn)表明，隨溫度升高，二極管的正向壓降會(huì)減小，正向伏安特性左移，即二極管的正向壓降具有負(fù)的溫度系數(shù)（約為-2mV/℃）；溫度升高，反向飽和電流會(huì)增大，反向伏安特性下移，溫度每升高10℃，反向電流大約增加一倍。 三、二極管的主要參數(shù) （1）最大整流電流IF 最大整流電流IF是指二極管長(zhǎng)期連續(xù)工作時(shí)，允許通過(guò)二極管的最大正向電流的平均值。 （2）反向擊穿電壓UBR 反向擊穿電壓是指二極

13、管擊穿時(shí)的電壓值。 （3）反向飽和電流IS 8 它是指管子沒(méi)有擊穿時(shí)的反向電流值。其值愈小，說(shuō)明二極管的單向?qū)щ娦杂谩? 另外 （4）反向擊穿電壓UB：指管子反向擊穿時(shí)的電壓值。 （5）最高工作頻率fm：主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小。理想 二極管：正向電阻為零，正向?qū)〞r(shí)為短路特性，正向壓降忽略不計(jì)；反向電阻為無(wú)窮大，反向截止時(shí)為開(kāi)路特性，反向漏電流忽略不計(jì)。 四、二極管極性的判定 將紅、黑表筆分別接二極管的兩個(gè)電極，若測(cè)得的電阻值很小（幾千歐以下），則黑表筆所接電極為二極管正極，紅表筆所接電極為二極管的負(fù)極；若測(cè)得的阻值很大（幾百千歐以上），則黑表筆所接電極為二極管負(fù)極，紅

14、表筆所接電極為二極管的正極。 五、二極管好壞的判定 （1）若測(cè)得的反向電阻很大（幾百千歐以上），正向電阻很?。◣浊W以下），表明二極管性能良好。 （2）若測(cè)得的反向電阻和正向電阻都很小，表明二極管短路，已損壞。 （3）若測(cè)得的反向電阻和正向電阻都很大，表明二極管斷路，已損壞。補(bǔ)充：特殊二極管 1.穩(wěn)壓二極管 2.發(fā)光二極管LED 3.光電二極管 4.變?nèi)荻O管 5.激光二極管 9 1-3 三極管 目的與要求 1. 了解三極管的結(jié)構(gòu)及類型 2. 掌握半導(dǎo)體三極管的符號(hào) 3. 理解半導(dǎo)體三極管的伏安特性及電流放大作用 4. 知道三極管的主要參數(shù)和檢測(cè)方法 重點(diǎn)與難

15、點(diǎn) 重點(diǎn) 1. 三極管的符號(hào) 2. 三極管的伏安特性曲線 難點(diǎn)三極管的伏安特性曲線 教學(xué)方法 講授法,列舉法,啟發(fā)法 教具 二極管,三極管，三角尺 小結(jié) 放大區(qū) 輸出特性曲線近似平坦的區(qū)域稱為放大區(qū)。三極管工作在放大狀態(tài)時(shí)，具有以下特點(diǎn)： （a）三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置； （b）基極電流IB微小的變化會(huì)引起集電極電流IC較大的變化，有電流關(guān)系式：IC=βIB； （c）對(duì)NPN型的三極管，有電位關(guān)系：UC>UB>UE； （d）對(duì)NPN型硅三極管，有發(fā)射結(jié)電壓UBE≈0.7V；對(duì)NPN型鍺三極管，有UBE≈0.2V。 布置作業(yè) 10

16、1-3 三極管 一、三極管的結(jié)構(gòu)、符號(hào)及類型1. 三極管的結(jié)構(gòu)及符號(hào) 半導(dǎo)體三極管又稱晶體三極管（下稱三極管），一般簡(jiǎn)稱晶體管，或雙極型晶體管。它是通過(guò)一定的制作工藝，將兩個(gè)PN結(jié)結(jié)合在一起的器件，兩個(gè)PN結(jié)相互作用，使三極管成為一個(gè)具有控制電流作用的半導(dǎo)體器件。三極管可以用來(lái)放大微弱的信號(hào)和作為無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。 三極管從結(jié)構(gòu)上來(lái)講分為兩類：NPN型三極管和PNP型三極管 B集電區(qū)基區(qū)B發(fā)射區(qū) EC B集電區(qū)基區(qū)B發(fā)射區(qū)EC NPN型 三極管的文字符號(hào)為V。三極管的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)： PNP型 三極管制作時(shí)，通常它們的基區(qū)做得很?。◣孜⒚椎綆资⒚祝覔诫s濃度低；發(fā)射區(qū)的雜質(zhì)濃度則比

17、較高；集電區(qū)的面積則比發(fā)射區(qū)做得大，這是三極管實(shí)現(xiàn)電流放大的內(nèi)部條件。 2．三極管的類型 （1）國(guó)產(chǎn)三極管的型號(hào)，見(jiàn)P10-表1-3 （2）三極管的分類： 三極管可以是由半導(dǎo)體硅材料制成，稱為硅三極管；也可以由鍺材料制成，稱為鍺三極管。 三極管從應(yīng)用的角度講，種類很多。根據(jù)工作頻率分為高頻管、低頻管和開(kāi)關(guān)管；根據(jù)工作功率分為大功率管、中功率管和小功率管。常見(jiàn)的三極管外形如圖P10-1.13所示。 二、三極管的電流放大作用 11 1、產(chǎn)生放大作用的條件 內(nèi)部：a）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度>>基區(qū)>>集電區(qū) b）基區(qū)很薄 外部：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏 圖1.14

18、 三極管的工作電壓電路 2、三極管的電流分配及放大關(guān)系 IE = IC + IB IE ≈IC IC = βIB 三、三極管的特性曲線 三極管的特性曲線是指三極管的各電極電壓與電流之間的關(guān)系 曲線，它反映出三極管的特性。它可以用專用的圖示儀進(jìn)行顯示，也可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量得到。1、輸入特性曲線 它是指一定集電極和發(fā)射極電壓UCE下，三極管的基極電流IB 與發(fā)射結(jié)電壓UBE之間的關(guān)系曲線。 BE /V12 測(cè)量三極管特性的實(shí)驗(yàn)電路三極管的輸入特 性曲線 簡(jiǎn)單分析曲線規(guī)律。 硅管的死區(qū)電壓約0.5V，鍺管的死區(qū)電壓約0.3V，三極管處于放大狀態(tài)時(shí)，硅管的UBE約0.7V，鍺管的UB

19、E約0.3V。 2．輸出特性曲線 三極管的輸出特性曲線是指一定基極電流IB下，三極管的集電極電流IC與集電結(jié)電壓UCE之間的關(guān)系曲線。 CE /V 曲線的分析理解，難點(diǎn)。 一般把三極管的輸出特性分為3個(gè)工作區(qū)域，下面分別介紹。 ①截止區(qū) 三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)： （a）發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反向偏置； （b）若不計(jì)穿透電流ICEO，有IB、IC近似為0； （c）三極管的集電極和發(fā)射極之間電阻很大，三極管相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)。 ②放大區(qū) 輸出特性曲線近似平坦的區(qū)域稱為放大區(qū)。三極管工作在放大狀態(tài)時(shí)，具有以下特點(diǎn)： （a）三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置；

20、 （b）基極電流IB微小的變化會(huì)引起集電極電流IC較大的變化，有電流關(guān)系式：IC=βIB； （c）對(duì)NPN型的三極管，有電位關(guān)系：UC>UB>UE； （d）對(duì)NPN型硅三極管，有發(fā)射結(jié)電壓UBE≈0.7V；對(duì)NPN型 鍺三極管， 13 有UBE≈0.2V。 ③飽和區(qū) 三極管工作在飽和狀態(tài)時(shí)具有如下特點(diǎn)： （a）三極管的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正向偏置； （b）三極管的電流放大能力下降，通常有IC<βIB； （c）UCE的值很小，稱此時(shí)的電壓UCE為三極管的飽和壓降，用UCES表示。一般硅三極管的UCES約為0.3V，鍺三極管的UCES約為0.1V； （d）三極

21、管的集電極和發(fā)射極近似短接，三極管類似于一個(gè)開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。 三極管作為開(kāi)關(guān)使用時(shí)，通常工作在截止和飽和導(dǎo)通狀態(tài)；作為放大元件使用時(shí)，一般要工作在放大狀態(tài)。 四、三極管的主要參數(shù) 三極管的參數(shù)有很多，如電流放大系數(shù)、反向電流、耗散功率、集電極最大電流、最大反向電壓等，這些參數(shù)可以通過(guò)查半導(dǎo)體手冊(cè)來(lái)得到。 （1）共發(fā)射極電流放大系數(shù)β和β 它是指從基極輸入信號(hào)，從集電極輸出信號(hào)，此種接法（共發(fā)射極）下的電流放大系數(shù)。 （2）極間反向電流 ①集電極基極間的反向飽和電流ICBO ②集電極發(fā)射極間的穿透電流ICEO （3）極限參數(shù) ①集電極最大允許電流ICM ②集電極最大允許功率損耗P

22、CM ③反向擊穿電壓 五、三極管的檢測(cè) 1.已知型號(hào)和管腳排列的三極管，判斷其性能的好壞（1）測(cè)量極間電阻 （2）三極管穿透電流ICEO大小的判斷 （3）電流放大系數(shù)β的估計(jì) 2.判別三極管的管腳 14 （1）判定基極和管型 （2）判定集電極c和發(fā)射極e 圖1.CK 判別三極管c、e電極的原理圖 15 1.4 場(chǎng)效應(yīng)管 目的與要求 1. 了解場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)及工作原理 2. 掌握?qǐng)鲂?yīng)管的分類和符號(hào) 3. 了解場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線及輸出特性曲線 4. 知道場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù) 重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管的分類和符號(hào) 難點(diǎn)場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線及輸出特性曲線

23、 教學(xué)方法 講授法,列舉法,啟發(fā)法 教具 三極管，三角尺 小結(jié) 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管分為N溝道結(jié)型管和P溝道結(jié)型管，它們都具有3個(gè)電極：柵極、源極和漏極，分別與三極管的基極、發(fā)射極和集電極相對(duì)應(yīng)。 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種，每一種又包括N溝道和P溝道兩種類型。 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù) ①夾斷電壓（UP） ②開(kāi)啟電壓(UT) ③飽和漏極電流IDSS ④最大漏源擊穿電壓（U（BR）DS） ⑤跨導(dǎo)（gm） 布置作業(yè) 16 1.4 場(chǎng)效應(yīng)管 場(chǎng)效應(yīng)管則是一種電壓控制器件，它是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制其電流的大小，從而實(shí)現(xiàn)放大。場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，內(nèi)部參與導(dǎo)電的只有多子一種載流子，

24、因此又稱為單極性器件。 根據(jù)結(jié)構(gòu)不同，場(chǎng)效應(yīng)管分為兩大類，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。一、 結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管分為N溝道結(jié)型管和P溝道結(jié)型管，它們都具有3個(gè)電極：柵極、源極和漏極，分別與三極管的基極、發(fā)射極和集電極相對(duì)應(yīng)。 1.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與符號(hào) 圖1.23所示為N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào)中的箭頭，表示由P區(qū)指向N區(qū)。 圖1.23 N溝道結(jié)型管的結(jié)構(gòu)與符號(hào) P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的構(gòu)成與N溝道類似，只是所用雜質(zhì)半導(dǎo)體的類型要反過(guò)來(lái)。圖1.39所示為P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與符號(hào) 17 圖1.23 P溝道結(jié)型管的結(jié)構(gòu)與符號(hào) 2.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理 以N

25、溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例，參考P16圖1-24. （1）當(dāng)柵源電壓UGS=0時(shí)，兩個(gè)PN結(jié)的耗盡層比較窄，中間的N型導(dǎo)電溝道比較寬，溝道電阻小。 （2）當(dāng)UGS<0時(shí)，兩個(gè)PN結(jié)反向偏置，PN結(jié)的耗盡層變寬， 中間的N型導(dǎo)電溝道相應(yīng)變窄，溝道導(dǎo)通電阻增大。 （3）當(dāng)UP<UGS≤0且UDS>0時(shí)，可產(chǎn)生漏極電流ID。ID 的大小將隨柵源電壓UGS的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)電壓對(duì)漏極電流的控制作用。 UDS的存在，使得漏極附近的電位高，而源極附近的電位低，即沿N型導(dǎo)電溝道從漏極到源極形成一定的電位梯度，這樣靠近漏極附近的PN結(jié)所加的反向偏置電壓大，耗盡層寬；靠近源極附近的PN

26、 結(jié)反偏電壓小，耗盡層窄，導(dǎo)電溝道成為一個(gè)楔形。 注意，為實(shí)現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)管柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管在工作時(shí)，柵極和源極之間的PN結(jié)必須反向偏置。 3.結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線 （1）轉(zhuǎn)移特性曲線 在場(chǎng)效應(yīng)管的UDS一定時(shí)，ID與UGS之間的關(guān)系曲線稱為場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線，如圖1.25所示。它反映了場(chǎng)效應(yīng)管柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用。 18 圖1.25 N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線 圖1.25 N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線 當(dāng)UGS=0時(shí)，導(dǎo)電溝道電阻最小，ID最大，稱此電流為場(chǎng)效應(yīng)管的飽和漏極電流IDSS。 當(dāng)UGS=UP時(shí)，導(dǎo)電溝道被完全夾斷，溝道

27、電阻最大，此時(shí)ID=0，稱UP為夾斷電壓。 （2）輸出特性曲線 輸出特性曲線是指柵源電壓UGS一定時(shí)，漏極電流ID與漏源電壓UDS之間的關(guān)系曲線。 場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線可分為四個(gè)區(qū)域： 可變電阻區(qū) 恒流區(qū) 截止區(qū)（夾斷區(qū)） 擊穿區(qū) 19 二、絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是由金屬（Metal）、氧化物（Oxide）和半導(dǎo)體（Semiconductor）材料構(gòu)成的，因此又叫MOS管。 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種，每一種又包括N溝道和P溝道兩種類型補(bǔ)充：耗盡型：UGS=0時(shí)漏、源極之間已經(jīng)存在原始導(dǎo)電溝道。增強(qiáng)型：UGS=0時(shí)漏、源極之間才能形成導(dǎo)電溝道。 無(wú)論

28、是N溝道MOS管還是P溝道MOS管，都只有一種載流子導(dǎo)電， 均為單極型電壓控制器件。 MOS管的柵極電流幾乎為零，輸入電阻RGS很高。 1、結(jié)構(gòu)與符號(hào) 以N溝道增強(qiáng)型MOS管為例，它是以P型半導(dǎo)體作為襯底，用半導(dǎo)體工藝技術(shù)制作兩個(gè)高濃度的N型區(qū)，兩個(gè)N型區(qū)分別引出一 個(gè)金屬電極，作為MOS管的源極S和漏極D；在P形襯底的表面生長(zhǎng)一層很薄的SiO2絕緣層，絕緣層上引出一個(gè)金屬電極稱為MOS 管的柵極G。B為從襯底引出的金屬電極，一般工作時(shí)襯底與源極相連。 圖1.26 N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)與符號(hào) 符號(hào)中的箭頭表示從P區(qū)（襯底）指向N區(qū)（N溝道），虛線表示增強(qiáng)型。 2、N溝道增

29、強(qiáng)型MOS管的工作原理 如P18圖1.27所示，在柵極G和源極S之間加電壓UGS，漏極D 和源極S之間加電壓UDS，襯底B與源極S相連。 形成導(dǎo)電溝道所需要的最小柵源電壓UGS，稱為開(kāi)啟電壓UT。 3、特性曲線 20 （1）轉(zhuǎn)移特性曲線 （2）輸出特性（漏極特性）曲線 圖1.28 N溝道增強(qiáng)型MOS管的轉(zhuǎn)移特性曲線 圖1.28 N溝道增強(qiáng)型MOS管的輸出特性曲線 三、場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù) ①夾斷電壓（UP） ②開(kāi)啟電壓(UT) ③飽和漏極電流IDSS ④最大漏源擊穿電壓（U（BR）DS） ⑤跨導(dǎo)（gm） 四、場(chǎng)效應(yīng)管應(yīng)注意的事項(xiàng) （1）選用場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)，不能超過(guò)其極

30、限參數(shù)。 （2）結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的源極和漏極可以互換。 （3）MOS管有3個(gè)引腳時(shí)，表明襯底已經(jīng)與源極連在一起，漏極和源極不能互換；有4個(gè)引腳時(shí)，源極和漏極可以互換。 21 （4）MOS管的輸入電阻高，容易造成因感應(yīng)電荷泄放不掉而使柵極擊穿永久失效。因此，在存放MOS管時(shí)，要將3個(gè)電極引線短接；焊接時(shí)，電烙鐵的外殼要良好接地，并按漏極、源極、柵極的順序進(jìn)行焊接，而拆卸時(shí)則按相反順序進(jìn)行；測(cè)試時(shí)，測(cè)量?jī)x器和電路本身都要良好接地，要先接好電路再去除電極之間的短接。測(cè)試結(jié)束后，要先短接電極再撤除儀器。 （5）電源沒(méi)有關(guān)時(shí)，絕對(duì)不能把場(chǎng)效應(yīng)管直接插入到電路板中或從電路板中拔出來(lái)。 （6）相同溝

31、道的結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和耗盡型MOS場(chǎng)效應(yīng)管，在相同電路中可以通用。 第5節(jié)其他半導(dǎo)體器件簡(jiǎn)單介紹，了解。 22 2.1 基本共射極放大電路 目的與要求 1. 掌握共射極放大電路組成 2. 了解共射極放大電路的工作原理及性能特點(diǎn) 3. 知道共射極放大電路中各元件的作用重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn)共射極放大電路組成 難點(diǎn)共射極放大電路的工作原理 教學(xué)方法 講授法,列舉法,啟發(fā)法 教具 三極管，三角尺 小結(jié) 電路中各元件的作用如下。 （1）三極管 （2）隔直耦合電容C1和C2 （3）基極回路電源UBB和基極偏置電阻Rb （4）集電極電源UCC （5）集電極負(fù)載電阻Rc 布置作

32、業(yè) 23 第二章常用放大器 2.1 基本共射極放大電路 一、三極管在放大電路中的三種連接方式 上圖所示為三極管在放大電路中的三種連接方式：圖（a）從基極輸入信號(hào)，從集電極輸出信號(hào)，發(fā)射極作為輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的 公共端，此即共發(fā)射極（簡(jiǎn)稱共射極）放大電路；圖（b）從基極輸入信號(hào)，從發(fā)射極輸出信號(hào)，集電極作為輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的公共端，此即共集電極放大電路；圖（c）從發(fā)射極輸入信號(hào)，從集電極輸出信號(hào)，基極作為輸入信號(hào)和輸出信號(hào)的公共端，此即共基極放大電路。 二、基本放大電路的組成和工作原理 1.共射極放大電路組成 在三種組態(tài)放大電路中，共發(fā)射極電路用得比較普遍。這里就以NPN共

33、射極放大電路為例，討論放大電路的組成、工作原理以及分析方法。 電路中各元件的作用如下。 （1）晶體管V。放大元件，用基極電流iB控制集電極電流iC。 （2）電源UCC和UBB。使晶體管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管處在放大狀態(tài)，同時(shí)也是放大電路的能量來(lái)源，提供電流iB 和iC。UCC一般在幾伏到十幾伏之間。 24 （3）偏置電阻RB。用來(lái)調(diào)節(jié)基極偏置電流IB，使晶體管有一個(gè)合適的工作點(diǎn)，一般為幾十千歐到幾百千歐。 （4）集電極負(fù)載電阻RC。將集電極電流iC的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，以獲得電壓放大，一般為幾千歐。 （5）電容Cl、C2。用來(lái)傳遞交流信號(hào)，起到耦合的作用。同時(shí)，又使放

34、大電路和信號(hào)源及負(fù)載間直流相隔離，起隔直作用。為了減小 傳遞信號(hào)的電壓損失，Cl、C2應(yīng)選得足夠大，一般為幾微法至幾十微法，通常采用電解電容器。 2、共射極放大電路的工作原理 25 2.2 共射極放大電路的分析 目的與要求 1. 掌握共射極放大電路分析方法種類 2. 初步掌握共射極放大電路分析的具體方法計(jì)算法 3. 會(huì)一些簡(jiǎn)單共射極放大電路分析計(jì)算應(yīng)用 4. 了解多級(jí)放大器 重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn)計(jì)算法分析共射極放大電路 難點(diǎn)計(jì)算法分析共射極放大電路和應(yīng)用 教學(xué)方法 講授法,列舉法,啟發(fā)法 教具 三極管，三角尺 小結(jié) 靜態(tài)工作點(diǎn) 抑制零漂的方法有多種，如采用溫度

35、補(bǔ)償電路、穩(wěn)壓電源以及精選電路元件等方法。最有效且廣泛采用的方法是輸入級(jí)采用差動(dòng)放大電路。 布置作業(yè) IBQ?UCC?UBEQRBICQ??IBQUCEQ?UCC?ICQRC 26 2.2 共射極放大電路的分析 靜態(tài)是指無(wú)交流信號(hào)輸入時(shí)，電路中的電流、電壓都不變的狀態(tài)，靜態(tài)時(shí)三極管各極電流和電壓值稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q（主要指IBQ、ICQ 和UCEQ）。靜態(tài)分析主要是確定放大電路中的靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ。 一、直流通路和交流通路 us+uo－ R 直流通路：耦合電容可視為開(kāi)路。 交流通路：（ui單獨(dú)作用下的電路）。由于電容C1、C2足夠大，容抗近似為零（相當(dāng)于短路），

36、直流電源UCC去掉（短接）。二、計(jì)算法（近似估算法）1、靜態(tài)工作點(diǎn) 2、輸入電阻和輸出電阻微變等效電路法，基本思路 把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效成一個(gè)線性電路，就是放大電路的微變等效電路，然后用線性電路的分析方法來(lái)分析，這種方法稱為微變等效電路分析法。等效的條件是晶體管在小信號(hào)（微變量）情況下工作。這樣就能在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)，用直線段近似地代替晶體管的特性曲線。 27 ICQ??IBQ UCEQ?UCC?ICQRC + uo R ?? I+ ?Uo su－ U? （1）輸入電阻 RU ?i?i I?RB//rbe i rV) be?300?

37、(1??) 26(mIEQ(mA) （2）輸出電阻 R?U ?oI ?RC 3、電壓放大倍數(shù)例：圖示電路，已知UCC?12V，RB?300kΩ，RC?3kΩ， R L?3kΩ，Rs?3kΩ，??50 ，試求： （1）RL接入和斷開(kāi)兩種情況下電路的電壓放大倍數(shù)A?u ；（2）輸入電阻Ri和輸出電阻Ro； （3）輸出端開(kāi)路時(shí)的源電壓放大倍數(shù)A??U?usoU。 s CC + u ous－ － 28 解：先求靜態(tài)工作點(diǎn) UCC?UBEQU12IBQ?R?CC R?A?40μA BB300ICQ??IBQ?50?0.04?2mA UCEQ?UCC?ICQRC?12?

38、2?3?6V 再求三極管的動(dòng)態(tài)輸入電阻 rbe?300?(1??)26(mV) I)?300?(1?50)26(mV) 2(mA)?963Ω?0.963kΩ EQ(mA R （1）RL接入時(shí)的電壓放大倍數(shù)A?u為： ?50?3?3A???R? uL3?3 r?? be0.963??78 RL斷開(kāi)時(shí)的電壓放大倍數(shù)A?u為：A?u???RC r??50?3??156 be0.963 （2）輸入電阻Ri為： Ri?RB//rbe?300//0.963?0.96kΩ 輸出電阻Ro為： Ro?RC?3 kΩ （3）A?us?U?o?U?i?U?o?Ri UA??1?(

39、?156)??39 sUsUiRs?Ru i3?1 29 三、靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大電路+ uo － I1UIus 條件：I2>>IB，則 RB2 UB?UCC RB1?RB2 與溫度基本無(wú)關(guān)。 調(diào)節(jié)過(guò)程： 四、多級(jí)放大器 多級(jí)放大電路是指兩個(gè)或兩個(gè)以上的單級(jí)放大電路所組成的電路。通常稱多級(jí)放大電路的第一級(jí)為輸入級(jí)。對(duì)于輸入級(jí)，一般采用輸入阻抗較高的放大電路，以便從信號(hào)源獲得較大的電壓輸入信號(hào)并對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大。中間級(jí)主要實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)的放大，一般要用幾級(jí)放大電路才能完成信號(hào)的放大。通常把多級(jí)放大電路的最后一級(jí)稱為輸出級(jí)，主要用于功率放大，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。 30

40、 1.阻容耦合 它是指各單級(jí)放大電路之間通過(guò)隔直耦合電容連接。圖2.16所示為阻容耦合兩級(jí)放大電路。 CC + uo －us各極之間通過(guò)耦合電容及下級(jí)輸入電阻連接。優(yōu)點(diǎn)：各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，可以單獨(dú)調(diào)整到合適位置；且不存在零點(diǎn)漂移問(wèn)題。缺點(diǎn)：不能放大變化緩慢的信號(hào)和直流分量變化的信號(hào)；且由于需要大容量的耦合電容，因此不能在集成電路中采用。 2.變壓器耦合 它是指各級(jí)放大電路之間通過(guò)變壓器耦合傳遞信號(hào)。圖2.46所示為變壓器耦合放大電路。通過(guò)變壓器T1把前級(jí)的輸出信號(hào)uo1，耦合傳送到后級(jí)，作為后一級(jí)的輸入信號(hào)ui2。變壓器T2將第二級(jí)的輸出信號(hào)耦合傳遞給負(fù)載RL。變壓器具有隔離直

41、流、通交流的特性，因此變壓器耦合放大電路具有如下特點(diǎn)： （1）各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響，利于放大器的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修。 （2）同阻容耦合一樣，變壓器耦合低頻特性差，不適合放大直流及緩慢變化的信號(hào),只能傳遞具有一定頻率的交流信號(hào)。 （3）可以實(shí)現(xiàn)電壓、電流和阻抗的變換，容易獲得較大的輸出功率。 （4）輸出溫度漂移比較小。 （5）變壓器耦合電路體積和重量較大，不便于做成集成電路。 3.直接耦合放大電路 優(yōu)點(diǎn)：能放大變化很緩慢的信號(hào)和直流分量變化的信號(hào)；且由于沒(méi)有耦合電容，故非常適宜于大規(guī)模集成。 缺點(diǎn)：各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響；且存在零點(diǎn)漂移問(wèn)題。 31 零點(diǎn)漂移：放大

42、電路在無(wú)輸入信號(hào)的情況下，輸出電壓uo卻出現(xiàn)緩慢、不規(guī)則波動(dòng)的現(xiàn)象。 產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因很多，其中最主要的是溫度影響。 抑制零漂的方法有多種，如采用溫度補(bǔ)償電路、穩(wěn)壓電源以及精選電路元件等方法。最有效且廣泛采用的方法是輸入級(jí)采用差動(dòng)放大電路。差動(dòng)放大電路的工作原理（了解） 抑制零點(diǎn)漂移的原理 靜態(tài)時(shí)，uil=ui2＝0 ，此時(shí)由負(fù)電源UEE通過(guò)電阻RE和兩管發(fā)射極提供兩管的基極電流。由于電路的對(duì)稱性，兩管的集電極電流相等，集電極電位也相等，即：IC1= IC2 UC1= UC2 輸出電壓：uo＝UC1 －UC2=0 溫度變化時(shí)，兩管的集電極電流都會(huì)增大，集電極電位都會(huì)下降。由于電路是

43、對(duì)稱的，所以兩管的變化量相等。即：ΔIC1=ΔIC2 ΔUC1= ΔUC2 輸出電壓： uo＝(UC1 + ΔUC1)－( UC2 +ΔUC2 )=0 即消除了零點(diǎn)漂移。 32 ui? ui1?ui2uo?uo1?uo2 2.3 功率放大電路 目的與要求 1. 掌握功率放大器的要求 2. 掌握功率放大器按工作狀態(tài)進(jìn)行的分類 3. 了解OCL功率放大電及OTL功率放大電路 重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn)功率放大器的類型 難點(diǎn)OCL功率放大電及OTL功率放大電路 教學(xué)方法 講授法,列舉法,啟發(fā)法 教具 三極管，三角尺 小結(jié) (1) 輸出功率要足夠大 最大輸出功率POM是指在

44、正弦輸入信號(hào)下，輸出波形不超過(guò)規(guī) 定的非線性失真指標(biāo)時(shí)，放大電路最大輸出電壓和最大輸出電流有效值的乘積。 （2）效率要高 （3）盡量減小非線性失真 （4）分析估算采用圖解法 （5）功放中晶體管常工作在極限狀態(tài) 布置作業(yè) 33 2.3 功率放大電路 功率放大電路的任務(wù)是向負(fù)載提供足夠大的功率，這就要求 ①功率放大電路不僅要有較高的輸出電壓，還要有較大的輸出電流。因此功率放大電路中的晶體管通常工作在高電壓大電流狀態(tài)，晶體管的功耗也比較大。 ②非線性失真也要比小信號(hào)的電壓放大電路嚴(yán)重得多。此外，功率放大電路從電源取用的功率較大，為提高電源的利用率， ③必須盡可能提高功率放大電

45、路的效率。放大電路的效率是指負(fù)載得到的交流信號(hào)功率與直流電源供出功率的比值。 (b) 乙類甲類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。在工作過(guò)程中，晶體管始終處在導(dǎo)通狀態(tài)。這種電路功率損耗較大，效率較低，最高只能達(dá)到50％。 乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的截止點(diǎn)，晶體管僅在輸入信號(hào)的半個(gè)周期導(dǎo)通。這種電路功率損耗減到最少，使 效率大大提高。 甲乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)介于甲類和乙類之間，晶體管有不大的靜態(tài)偏流。其失真情況和效率介于甲類和乙類之間。 二、互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 1．OCL功率放大電路 靜態(tài)（ui=0）時(shí)，UB=0、UE=0，偏置電壓為零，V

46、1、V2均處于截止?fàn)顟B(tài)，負(fù)載中沒(méi)有電流，電路工作在乙類狀態(tài)。 動(dòng)態(tài)（ui≠0）時(shí)，在ui的正半周V1導(dǎo)通而V2截止，V1以射極輸出器的形式將正半周信號(hào)輸出給負(fù)載；在ui的負(fù)半周V2導(dǎo)通而V1截止，V2以射極輸出器的形式將負(fù)半周信號(hào)輸出給負(fù)載?？梢?jiàn)在輸入信號(hào)ui的整個(gè)周期內(nèi)，V1、34 V2兩管輪流交替地工作，互相補(bǔ)充，使負(fù)載獲得完整的信號(hào)波形，故稱互補(bǔ)對(duì)稱電路。 由于V1、V2都工作在共集電極接法，輸出電阻極小，可與低阻負(fù)載RL直接匹配。 從工作波形可以看到，在波形過(guò)零的一個(gè)小區(qū)域內(nèi)輸出波形產(chǎn)生了失真，這種失真稱為交越失真。產(chǎn)生交越失真的原因是由于V1、V2發(fā)射結(jié)靜態(tài)偏壓為零，放大電路

47、工作在乙類狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)ui 小于晶體管的發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓時(shí)，兩個(gè)晶體管都截止，在這一區(qū)域內(nèi)輸出電壓為零，使波形失真。 為減小交越失真，可給V1、V2發(fā)射結(jié)加適當(dāng)?shù)恼蚱珘?，以便產(chǎn)生一個(gè)不大的靜態(tài)偏流，使V1、V2導(dǎo)通時(shí)間稍微超過(guò)半個(gè)周期， 即工作在甲乙類狀態(tài)，如圖所示。圖中二極管D1、D2用來(lái)提供偏置電壓。靜態(tài)時(shí)三極管V1、V2雖然都已基本導(dǎo)通，但因它們對(duì)稱，UE 仍為零，負(fù)載中仍無(wú)電流流過(guò)。2．OTL功率放大電路 因電路對(duì)稱，靜態(tài)時(shí)兩個(gè)晶體管發(fā)射極連接點(diǎn)電位為電源電壓的一半，負(fù)載中沒(méi)有電流。動(dòng)態(tài)時(shí)，在ui的正半周V1導(dǎo)通而V2截止，V1以射極輸出器的形式將正半周信號(hào)輸出給負(fù)載，同時(shí)對(duì)

48、電容C充電；在ui的負(fù)半周V2導(dǎo)通而V1截止，電容C通過(guò)V2、RL放電，V2以射極輸出器的形式將負(fù)半周信號(hào)輸出給負(fù)載，電容C在這時(shí)起到負(fù)電源的作用。為了使輸出波形對(duì)稱，必須保持電容C上的電壓基本維持在UCC/2不變，因此C的容量必須足夠大。 oo35 2.4 反饋放大電路 目的與要求 1. 掌握反饋的概念 2. 掌握反饋分類 3. 了解反饋類型的判別方法 4. 知道負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響 重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn)反饋類型 難點(diǎn)反饋類型的判別方法 教學(xué)方法 講授法,列舉法,啟發(fā)法 教具 三極管，三角尺 小結(jié) 反饋到輸入回路的信號(hào)稱為反饋信號(hào)。根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)作用

49、的不同，反饋可分為正反饋和負(fù)反饋兩大類型。反饋信號(hào)增強(qiáng)輸入信號(hào)的叫做正反饋；反饋信號(hào)削弱輸入信號(hào)的叫做負(fù)反饋。 負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響 1、穩(wěn)定放大倍數(shù) 2、減小非線性失真 3、展寬通頻帶 4、改變輸入電阻 5、改變輸出電阻 布置作業(yè) 36 2.4 反饋放大電路 一、反饋的基本概念反饋：將放大電路輸出信號(hào)（電壓或電流）的一部分或全部，通過(guò)某種電路（反饋電路）送回到輸入回路，從而影響輸入信號(hào)的過(guò)程。 反饋到輸入回路的信號(hào)稱為反饋信號(hào)。根據(jù)反饋信號(hào)對(duì)輸入信號(hào)作用的不同，反饋可分為正反饋和負(fù)反饋兩大類型。反饋信號(hào)增強(qiáng)輸入信號(hào)的叫做正反饋；反饋信號(hào)削弱輸入信號(hào)的叫做負(fù)反饋。

50、 二、判斷反饋極性的方法 反饋的正、負(fù)極性通常采用瞬時(shí)極性法判別。晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管及集成運(yùn)算放大器的瞬時(shí)極性如圖所示。晶體管的基極（或柵極）和發(fā)射極（或源極）瞬時(shí)極性相同，而與集電極（或漏極）瞬時(shí)極性相反。集成運(yùn)算放大器的同相輸入端與輸出端瞬時(shí)極性相同，而反相輸入端與輸出端瞬時(shí)極性相反。 例：判斷圖示電路的反饋極性 解：設(shè)基極輸入信號(hào)ui的瞬時(shí)極性為正，則發(fā)射極反饋信號(hào)uf 的瞬時(shí)極性亦為正，發(fā)射結(jié)上實(shí)際得到的信號(hào)ube（凈輸入信號(hào)）與沒(méi)有反饋時(shí)相比減小了，即反饋信號(hào)削弱了輸入信號(hào)的作用，故可確定為負(fù)反饋。 三、負(fù)反饋的類型 根據(jù)反饋網(wǎng)絡(luò)與基本放大電路在輸入端的連接方式，可分為串聯(lián)反

51、饋和并聯(lián)37 反饋。串聯(lián)反饋的反饋信號(hào)和輸入信號(hào)以電壓串聯(lián)方式疊加，ud=ui－uf，以得到基本放大電路的輸入電壓ud。并聯(lián)反饋的反饋信號(hào)和輸入信號(hào)以電流并聯(lián)方式疊加，id=ii－if，以得到基本放大電路的輸入電流ii。 串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋可以根據(jù)電路結(jié)構(gòu)判別。當(dāng)反饋信號(hào)和輸入信號(hào)接在放大電路的同一點(diǎn)（另一點(diǎn)往往是接地點(diǎn)）時(shí)，一般可判定為并聯(lián)反饋；而接在放大電路的不同點(diǎn)時(shí)，一般可判定為串聯(lián)反饋。 綜合以上兩種情況，可構(gòu)成電壓串聯(lián)、電壓并聯(lián)、電流串聯(lián)和電流并聯(lián)4種不同類型的負(fù)反饋放大電路。 四、負(fù)反饋對(duì)放大電路性能的影響 1、穩(wěn)定放大倍數(shù) 引入負(fù)反饋后，閉環(huán)放大倍數(shù)的相對(duì)變化率為開(kāi)環(huán)

52、放大倍數(shù)相對(duì)變化率的1+AF分之一，因1+AF>1，所以即閉環(huán)放大倍數(shù)的穩(wěn)定性優(yōu)于開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)。 負(fù)反饋越深，放大倍數(shù)越穩(wěn)定。在深度負(fù)反饋條件下，即 1+AF>>1時(shí)，有： Af?A1?1?AFFAf?A1?AFdAfdA?Af1?AF?AF11???(1?AF)2(1?AF)2 1?AFA表明深度負(fù)反饋時(shí)的閉環(huán)放大倍數(shù)僅取決于反饋系數(shù)F， 而與開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)A無(wú)關(guān)。通常反饋網(wǎng)絡(luò)僅由電阻構(gòu)成，反饋系數(shù)F 十分穩(wěn)定。所以，閉環(huán)放大倍數(shù)必然是相當(dāng)穩(wěn)定的，諸如溫度變化、參數(shù)改變、電源電壓波動(dòng)等明顯影響開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)的因素，都不會(huì)對(duì)閉環(huán)放大倍數(shù)產(chǎn)生多大影響。 2、減小非線性失

53、真 無(wú)負(fù)反饋時(shí)產(chǎn)生正半周大負(fù)半周小的失真。 引入負(fù)反饋后，失真了的信號(hào)經(jīng)反饋網(wǎng)絡(luò)又送回到輸入端，與輸入信號(hào)反相疊加，得到的凈輸入信號(hào)為正半周小而負(fù)半周大。這樣正好彌補(bǔ)了放大器的缺陷，38 使輸出信號(hào)比較接近于正弦波。 3、展寬通頻帶 因?yàn)榉糯箅娐吩谥蓄l段的開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)A較高，反饋信號(hào)也較大，因而凈輸入信號(hào)降低得較多，閉環(huán)放大倍數(shù)Af也隨之降低較多；而 在低頻段和高頻段，A較低，反饋信號(hào)較小，因而凈輸入信號(hào)降低得較小，閉環(huán)放大倍數(shù)Af也降低較小。這樣使放大倍數(shù)在比較寬的頻段上趨于穩(wěn)定，即展寬了通頻帶。 4、改變輸入電阻 對(duì)于串聯(lián)負(fù)反饋，由于反饋網(wǎng)絡(luò)和輸入回路串聯(lián)，總輸入電阻為基本

54、放大電路本身的輸入電阻與反饋網(wǎng)絡(luò)的等效電阻兩部分串聯(lián)相加，故可使放大電路的輸入電阻增大。 對(duì)于并聯(lián)負(fù)反饋，由于反饋網(wǎng)絡(luò)和輸入回路并聯(lián)，總輸入電阻為基本放大電路本身的輸入電阻與反饋網(wǎng)絡(luò)的等效電阻兩部分并聯(lián)，故可使放大電路的輸入電阻減小。 5、改變輸出電阻 對(duì)于電壓負(fù)反饋，由于反饋信號(hào)正比于輸出電壓，反饋的作用是使輸出電壓趨于穩(wěn)定，使其受負(fù)載變動(dòng)的影響減小，即使放大電路的輸出特性接近理想電壓源特性，故而使輸出電阻減小。 對(duì)于電流負(fù)反饋，由于反饋信號(hào)正比于輸出電流，反饋的作用是使輸出電流趨于穩(wěn)定，使其受負(fù)載變動(dòng)的影響減小，即使放大電路的輸出特性接近理想電流源特性，故而使輸出電阻增大。 39

55、 3.1 集成運(yùn)算放大器基礎(chǔ) 目的與要求 1. 掌握集成運(yùn)放的基本組成的方框圖 2. 記住集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào) 3. 了解集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù) 4. 了解集成運(yùn)算放大器使用中的幾個(gè)具體問(wèn)題 重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn)集成運(yùn)算放大器的概念 難點(diǎn)集成運(yùn)算放大器的主要參數(shù) 教學(xué)方法 講授法,列舉法,啟發(fā)法 教具 三極管，三角尺 小結(jié) 集成運(yùn)算放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有高電壓放大倍數(shù)的多級(jí)直接耦合放大電路。從20世紀(jì)60年代發(fā)展至今已經(jīng)歷了四代產(chǎn)品，類型和品種相當(dāng)豐富，但在結(jié)構(gòu)上基本一致，其內(nèi)部通常包含四個(gè)基本組成部分：輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)以及偏置電路。 集成運(yùn)算放大器使用

56、中的幾個(gè)具體問(wèn)題 1.集成運(yùn)放的選擇 2.集成運(yùn)放在使用前必做的工作 3.集成運(yùn)放的保護(hù) 布置作業(yè) 40 第三章集成運(yùn)算放大器 3.1 集成運(yùn)算放大器基礎(chǔ) 一、集成運(yùn)算放大器的基本組成 集成運(yùn)算放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有高電壓放大倍數(shù)的多級(jí)直接 耦合放大電路。從20世紀(jì)60年代發(fā)展至今已經(jīng)歷了四代產(chǎn)品，類型和品種相當(dāng)豐富，但在結(jié)構(gòu)上基本一致，其內(nèi)部通常包含四個(gè)基本組成部分：輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)以及偏置電路，如圖3.3所示。 圖3.3 集成運(yùn)放的基本組成部分 二、集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào) 圖3.5所示為集成運(yùn)算放大器的電路符號(hào)。 集成運(yùn)放可以有同相輸入、反相輸入及差動(dòng)輸

57、入三種輸入方式。 三、集成運(yùn)算放大器的主要性能指標(biāo)（主要參數(shù)） 1.開(kāi)環(huán)差模電壓放大倍數(shù)Aud 2.輸入失調(diào)電壓UIO 3.輸入偏置電流IIB 4.輸入失調(diào)電流IIO 5.輸入失調(diào)電壓溫漂ΔUIO/ΔT和 輸入失調(diào)電流溫漂ΔIIO/ΔT 6.共模抑制比KCMR 7.差模輸入電阻rid 41 8.輸出電阻rod 四、集成運(yùn)算放大器使用中的幾個(gè)具體問(wèn)題 1.集成運(yùn)放的選擇 （1）信號(hào)源的性質(zhì) （2）負(fù)載的性質(zhì) （3）精度要求 （4）環(huán)境條件 2.集成運(yùn)放在使用前必做的工作 （1）集成運(yùn)放的管腳 （2）參數(shù)測(cè)量 （3）調(diào)零或調(diào)整偏置電壓 3.集成運(yùn)放的保護(hù)

58、 集成運(yùn)放在使用中常因以下三種原因被損壞：輸入信號(hào)過(guò)大，使PN結(jié)擊穿；電源電壓極性接反或過(guò)高；輸出端直接接“地”或接電源，此時(shí)，運(yùn)放將因輸出級(jí)功耗過(guò)大而損壞。因此，為使運(yùn)放安全工作，也需要從這三個(gè)方面進(jìn)行保護(hù)。（1）輸入保護(hù) 圖3.8所示是防止差模電壓過(guò)大的保護(hù)電路，限制集成運(yùn)放兩個(gè)輸入端之間的差模輸入電壓不超過(guò)二極管VD1、VD2的正向?qū)妷?。圖3.15(b)所示是防止共模電壓過(guò)大的保護(hù)電路，限制集成運(yùn)放的共模輸入電壓不超過(guò)+U至-U的范圍。 圖3.8 輸入保護(hù)電路 （2）輸出保護(hù) 圖3.9所示為輸出端保護(hù)電路，限流電阻R與穩(wěn)壓管VZ構(gòu)成限幅電路，它 42 一方面將負(fù)載與集成

59、運(yùn)放輸出端隔離開(kāi)來(lái)，限制了運(yùn)放的輸出電流，另一方面也限制了輸出電壓的幅值。當(dāng)然，任何保護(hù)措施都是有限度的，若將輸出端直接接電源，則穩(wěn)壓管會(huì)損壞，使電路的輸出電阻大大提高，影響了電路的性能。 圖3.9 輸出保護(hù)電路 （3）電源端保護(hù) 為防止電源極性接反，可利用二極管的單向?qū)щ娦?，在電源端串接二極管來(lái)實(shí)現(xiàn)保護(hù)，如圖3.17所示。由圖可見(jiàn)，若電源極性接錯(cuò)，則二極管VD1、VD2不能導(dǎo)通，使電源被斷開(kāi)。 43 3.2 集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用 目的與要求 1. 了解理想集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn) 2. 了解集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn) 3. 了解集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用 重點(diǎn)與難點(diǎn)

60、重點(diǎn)集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn) 難點(diǎn)集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用 教學(xué)方法 講授法,列舉法,啟發(fā)法 教具 三極管，三角尺 小結(jié) 1、理想集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn) （1）開(kāi)環(huán)放大倍數(shù)趨于無(wú)窮大，即Aud→∞ （2）開(kāi)環(huán)輸入電阻趨于無(wú)窮大，即Rid→∞ （3）共模抑制比趨于無(wú)窮大，即KCMR→∞ 2、集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn) 集成運(yùn)放在線性放大的條件下，輸出和輸入的關(guān)系為：U0=Aud （U+—U-） （1）虛短 （2）虛斷 （3）虛地 布置作業(yè) 44 3.2 集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用 一、理想集成運(yùn)算放大器1、理想集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn) （1）開(kāi)環(huán)放大

61、倍數(shù)趨于無(wú)窮大，即Aud→∞（2）開(kāi)環(huán)輸入電阻趨于無(wú)窮大，即Rid→∞（3）共模抑制比趨于無(wú)窮大，即KCMR →∞2、集成運(yùn)算放大器工作在線性區(qū)時(shí)的特點(diǎn) 集成運(yùn)放在線性放大的條件下，輸出和輸入的關(guān)系為：U0=Aud （U+—U-）（1）虛短（2）虛斷（3）虛地 二、集成運(yùn)算放大器的線性應(yīng)用1. 比例運(yùn)算電路 （1）、反相輸入比例運(yùn)算電路 if? 根據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的兩條 分析依據(jù)可知：i1?if，u??u??0 而 i1? ui?u?ui ?R1R1u??uou ??o RFRF 由此可得：uo?? RF ui R1 式中的負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓的相位相反

62、。（2）、同相輸入比例運(yùn)算電路 根據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的兩條分析依據(jù)可知： i1?if，u??u??ui 而 i1? u0?u? ??i R1R1 u?uoui?uoif??? RFRF 由此可得： ?RF? ?uo??1???ui R1?? 輸出電壓與輸入電壓的相位相同。 45 3、加法運(yùn)算電路 根據(jù)運(yùn)放工作在線性區(qū)的兩條分析依據(jù)可知： if?i1?i2 i1? ui1uu，i2?i2，if??o R1R2RF 由此可得： RR uo??(Fui1?Fui2) R1R2 若R1?R2?RF，則： uo??(ui1?ui2) 可見(jiàn)輸出電壓與兩個(gè)

63、輸入電壓之間是一種反相 輸入加法運(yùn)算關(guān)系。這一運(yùn)算關(guān)系可推廣到有更多個(gè)信號(hào)輸入的情況。平衡電阻3、減法運(yùn)算電路 由疊加定理： ui1單獨(dú)作用時(shí)為反相輸入比例運(yùn)算電路，其 ???uo RF ui1 R1 Rp?R1//R2//RF。 輸出電壓為： ui2單獨(dú)作用時(shí)為同相輸入比例運(yùn)算，其輸出 電壓為：?RF?R3 ?????uo1???R?Rui2 R1?23? ui1和ui2共同作用時(shí)，輸出電壓為：?RRF?R3 ???uo????Fui1??uo?uo1??? R?Rui2 R1R1?23? 三、集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用1、集成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用的條件 集

64、成運(yùn)算放大器的非線性應(yīng)用的條件是運(yùn)算放大器處于開(kāi)環(huán)或者正反饋工作狀態(tài)。2、電壓比較器 46 運(yùn)算放大器處在開(kāi)環(huán)狀態(tài)，由于電壓放大倍數(shù)極高，因而輸入端之間只要有微小電壓，運(yùn)算放大器便進(jìn)入非線性工作區(qū)域，輸出電壓uo達(dá)到最大值UOM。 ui?UR時(shí)，uo?UOM；ui?UR時(shí)，uo??UOM。 基準(zhǔn)電壓UR=0時(shí)，輸入電壓ui與零電位比較，稱為過(guò)零比較器。 輸出端接穩(wěn)壓管限幅。設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略正向?qū)? 通電壓，則ui>UR時(shí)，穩(wěn)壓管正向?qū)?，uo=0；ui<UR時(shí)，穩(wěn)壓管反向擊穿，uo=UZ時(shí)。 輸出端接雙向穩(wěn)壓管進(jìn)行雙向限幅。設(shè)穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓為UZ，忽略正

65、向?qū)妷?，則ui>UR時(shí)，穩(wěn)壓管正向?qū)?，uo=－UZ；ui<UR時(shí)，穩(wěn)壓管反向擊穿，uo=＋UZ時(shí)。 47 4.1 單相整流電路 目的與要求 1. 掌握直流穩(wěn)壓電源的組成原理框圖 2. 掌握單相全波整流及單相橋式整流的電路圖 3. 了解單相全波整流及單相橋式整流的電路的工作原理 重點(diǎn)與難點(diǎn) 重點(diǎn)單相橋式整流電路 難點(diǎn)單相橋式整流電路的工作過(guò)程 教學(xué)方法 講授法,列舉法,啟發(fā)法 教具 二極管，三角尺 小結(jié) 變壓器： 將正弦工頻交流電源電壓變換為符合用電設(shè)備所需要的正弦工 頻交流電壓。整流電路： 利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交替變化的正

66、弦交流電壓變換成單方向的脈動(dòng)直流電壓。 濾波電路： 盡可能地將單向脈動(dòng)直流電壓中的脈動(dòng)部分(交流分量)減小，使輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。 穩(wěn)壓電路： 采用某些措施，使輸出的直流電壓在電源發(fā)生波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)保持穩(wěn)定。 布置作業(yè) 48 第四章直流穩(wěn)壓電源 4.1 單相整流濾波電路 圖4.1所示為把正弦交流電轉(zhuǎn)換成直流電的直流穩(wěn)壓電源的原理框圖，它一般由四部分組成，各部分功能如下： 圖4.1 直流穩(wěn)壓電源的組成原理框圖 變壓器： 將正弦工頻交流電源電壓變換為符合用電設(shè)備所需要的正弦工頻交流電壓。整流電路： 利用具有單向?qū)щ娦阅艿恼髟?，將正?fù)交替變化的正弦交流電壓變換成單方向的脈動(dòng)直流電壓。 濾波電路： 盡可能地將單向脈動(dòng)直流電壓中的脈動(dòng)部分(交流分量)減小，使 輸出電壓成為比較平滑的直流電壓。 穩(wěn)壓電路： 采用某些措施，使輸出的直流電壓在電源發(fā)生波動(dòng)或負(fù)載變化時(shí)保持穩(wěn)定。 一.單相半波整流電路 單相半波整流電路如圖4.2所示，圖中T為電源變壓器，用來(lái)將市電220V交流電壓變換為整流電路所要求的交流低