1、 半導體二極管及其應用電路一.半導體的基礎知識1.半導體-導電能力介于導體和絕緣體之間的物質(如硅Si、鍺Ge)。2.特性-光敏、熱敏和摻雜特性。3.本征半導體-純凈的具有單晶體結構的半導體。4. 兩種載流子-帶有正、負電荷的可移動的空穴和電子統稱為載流子。5.雜質半導體-在本征半導體中摻入微量雜質形成的半導體。體現的是半導體的摻雜特性。 *P型半導體:在本征半導體中摻入微量的三價元素（多子是空穴，少子是電子）。 *N型半導體: 在本征半導體中摻入微量的五價元素（多子是電子，少子是空穴）。6. 雜質半導體的特性*載流子的濃度-多子濃度決定于雜質濃度，少子濃度與溫度有關。*體電阻-通常把雜質半導

2、體自身的電阻稱為體電阻。7. PN結 * PN結的單向導電性-正偏導通，反偏截止。* PN結的導通電壓-硅材料約為0.60.8V，鍺材料約為0.20.3V。8. PN結的伏安特性二. 半導體二極管 *單向導電性-正向導通，反向截止。 *二極管伏安特性-同結。 *正向導通壓降-硅管0.60.7V，鍺管0.20.3V。 *死區電壓-硅管0.5V，鍺管0.1V。3.分析方法-將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低:若 V陽 >V陰( 正偏 )，二極管導通(短路);若 V陽 <V陰( 反偏 )，二極管截止(開路)。1）圖解分析法該式與伏安特性曲線的交點叫靜態工作點Q。2) 等效電路法

3、16; 直流等效電路法 *總的解題手段-將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低:若 V陽 >V陰( 正偏 )，二極管導通(短路);若 V陽 <V陰( 反偏 )，二極管截止(開路)。 *三種模型Ø 微變等效電路法3. 穩壓二極管及其穩壓電路*穩壓二極管的特性-正常工作時處在PN結的反向擊穿區，所以穩壓二極管在電路中要反向連接。三極管及其基本放大電路一. 三極管的結構、類型及特點1.類型-分為NPN和PNP兩種。2.特點-基區很薄，且摻雜濃度最低；發射區摻雜濃度很高，與基區接觸面積較小；集電區摻雜濃度較高，與基區接觸面積較大。二. 三極管的工作原理1. 三極管的三種基本組態2

4、. 三極管各極電流的分配* 共發射極電流放大系數 (表明三極管是電流控制器件式子稱為穿透電流。3. 共射電路的特性曲線*輸入特性曲線-同二極管。* 輸出特性曲線(飽和管壓降，用UCES表示放大區-發射結正偏，集電結反偏。截止區-發射結反偏，集電結反偏。飽和區-發射結和集電結均正偏。4. 溫度影響溫度升高，輸入特性曲線向左移動。溫度升高ICBO、ICEO、IC以及均增加。三. 低頻小信號等效模型（簡化）rbe-輸出端交流短路時的輸入電阻，-輸出端交流短路時的正向電流傳輸比，常用表示；四. 基本放大電路組成及其原則1. VT、VCC、Rb、Rc 、C1、C2的作用。2.組成原則-能放大、不失真、能

5、傳輸。五. 放大電路的圖解分析法1. 直流通路與靜態分析 *概念-直流電流通的回路。 *畫法-電容視為開路。 *作用-確定靜態工作點 *直流負載線-由VCC=ICRC+UCE確定的直線。*電路參數對靜態工作點的影響 1）改變Rb：Q點將沿直流負載線上下移動。 2）改變Rc：Q點在IBQ所在的那條輸出特性曲線上移動。 3）改變VCC：直流負載線平移，Q點發生移動。2. 交流通路與動態分析*概念-交流電流流通的回路*畫法-電容視為短路,理想直流電壓源視為短路。*作用-分析信號被放大的過程。*交流負載線- 連接Q點和V CC點V CC= UCEQ+ICQR L的直線。3. 靜態工作點與非線性失真（1

6、）截止失真*產生原因-Q點設置過低*失真現象-NPN管削頂，PNP管削底。*消除方法-減小Rb，提高Q。（2）飽和失真*產生原因-Q點設置過高*失真現象-NPN管削底，PNP管削頂。*消除方法-增大Rb、減小Rc、增大VCC 。4. 放大器的動態圍（1）Uopp-是指放大器最大不失真輸出電壓的峰峰值。（2）圍 *當（UCEQUCES）（VCC UCEQ）時，受截止失真限制，UOPP=2UOMAX=2ICQRL。*當（UCEQUCES）（VCC UCEQ）時，受飽和失真限制，UOPP=2UOMAX=2 （UCEQUCES）。*當（UCEQUCES）（VCC UCEQ），放大器將有最大的不失真輸出

7、電壓。六. 放大電路的等效電路法1. 靜態分析（1）靜態工作點的近似估算（2）Q點在放大區的條件欲使Q點不進入飽和區，應滿足RBRc。2. 放大電路的動態分析* 放大倍數* 輸入電阻* 輸出電阻7. 分壓式穩定工作點共射放大電路的等效電路法1靜態分析2動態分析*電壓放大倍數在Re兩端并一電解電容Ce后輸入電阻在Re兩端并一電解電容Ce后* 輸出電阻八. 共集電極基本放大電路1靜態分析2動態分析* 電壓放大倍數* 輸入電阻* 輸出電阻3. 電路特點 * 電壓放大倍數為正，且略小于1，稱為射極跟隨器，簡稱射隨器。 * 輸入電阻高，輸出電阻低。場效應管及其基本放大電路一. 結型場效應管（ JFET）

8、 1.結構示意圖和電路符號2. 輸出特性曲線（可變電阻區、放大區、截止區、擊穿區）轉移特性曲線UP - 截止電壓二. 絕緣柵型場效應管（MOSFET）分為增強型（EMOS）和耗盡型（DMOS）兩種。結構示意圖和電路符號2. 特性曲線*N-EMOS的輸出特性曲線* N-EMOS的轉移特性曲線式中，IDO是UGS=2UT時所對應的iD值。* N-DMOS的輸出特性曲線注意：uGS可正、可零、可負。轉移特性曲線上iD=0處的值是夾斷電壓UP，此曲線表示式與結型場效應管一致。三. 場效應管的主要參數1.漏極飽和電流IDSS2.夾斷電壓Up3.開啟電壓UT4.直流輸入電阻RGS5.低頻跨導gm (表明場

9、效應管是電壓控制器件)四. 場效應管的小信號等效模型E-MOS 的跨導gm - 五. 共源極基本放大電路1.自偏壓式偏置放大電路* 靜態分析動態分析若帶有Cs，則2.分壓式偏置放大電路* 靜態分析* 動態分析若源極帶有Cs，則六.共漏極基本放大電路* 靜態分析或* 動態分析多級放大電路1. 級間耦合方式1. 阻容耦合-各級靜態工作點彼此獨立；能有效地傳輸交流信號；體積小，成本低。但不便于集成，低頻特性差。2. 變壓器耦合 -各級靜態工作點彼此獨立，可以實現阻抗變換。體積大，成本高，無法采用集成工藝；不利于傳輸低頻和高頻信號。3. 直接耦合-低頻特性好，便于集成。各級靜態工作點不獨立，互相有影響

10、。存在“零點漂移”現象。 *零點漂移-當溫度變化或電源電壓改變時，靜態工作點也隨之變化，致使uo偏離初始值“零點”而作隨機變動。二. 單級放大電路的頻率響應1中頻段(fLffH)波特圖-幅頻曲線是20lgAusm=常數，相頻曲線是=-1800。2低頻段(f fL)3高頻段(f fH)4完整的基本共射放大電路的頻率特性三. 分壓式穩定工作點電路的頻率響應1下限頻率的估算2上限頻率的估算四. 多級放大電路的頻率響應1. 頻響表達式2. 波特圖功率放大電路一. 功率放大電路的三種工作狀態1.甲類工作狀態導通角為360o，ICQ大，管耗大，效率低。2.乙類工作狀態ICQ0，導通角為180o，效率高，失

11、真大。3.甲乙類工作狀態導通角為180o360o，效率較高，失真較大。二. 乙類功放電路的指標估算1. 工作狀態Ø 任意狀態：UomUimØ 極限狀態：Uom=VCC-UCESØ 理想狀態：UomVCC 2. 輸出功率3. 直流電源提供的平均功率4. 管耗Pc1m=0.2Pom 5.效率理想時為78.5% 三. 甲乙類互補對稱功率放大電路1. 問題的提出在兩管交替時出現波形失真交越失真(本質上是截止失真)。 2. 解決辦法Ø 甲乙類雙電源互補對稱功率放大器OCL-利用二極管、三極管和電阻上的壓降產生偏置電壓。動態指標按乙類狀態估算。Ø 甲乙類單

12、電源互補對稱功率放大器OTL-電容C2上靜態電壓為VCC/2，并且取代了OCL功放中的負電源-VCC。動態指標按乙類狀態估算，只是用VCC/2代替。四. 復合管的組成及特點1. 前一個管子c-e極跨接在后一個管子的b-c極間。2. 類型取決于第一只管子的類型。3.=1· 2 集成運算放大電路一. 集成運放電路的基本組成1.輸入級-采用差放電路，以減小零漂。2.中間級-多采用共射(或共源)放大電路，以提高放大倍數。3.輸出級-多采用互補對稱電路以提高帶負載能力。4.偏置電路-多采用電流源電路，為各級提供合適的靜態電流。二. 長尾差放電路的原理與特點1. 抑制零點漂移的過程-當T iC1

13、、iC2 iE1、iE2 uE uBE1、uBE2 iB1、iB2 iC1、iC2。 Re對溫度漂移及各種共模信號有強烈的抑制作用，被稱為“共模反饋電阻”。2靜態分析1) 計算差放電路IC設UB0，則UE=0.7V，得2) 計算差放電路UCE 雙端輸出時 單端輸出時(設VT1集電極接RL)對于VT1：對于VT2：3. 動態分析1）差模電壓放大倍數 雙端輸出 單端輸出時從VT1單端輸出：從VT2單端輸出：2）差模輸入電阻3）差模輸出電阻 雙端輸出： 單端輸出:三. 集成運放的電壓傳輸特性當uI在+Uim與-Uim之間，運放工作在線性區域：4. 理想集成運放的參數及分析方法1. 理想集成運放的參數

14、特征* 開環電壓放大倍數Aod；* 差模輸入電阻Rid；* 輸出電阻Ro0；* 共模抑制比KCMR；2. 理想集成運放的分析方法 1) 運放工作在線性區:* 電路特征引入負反饋* 電路特點“虛短”和“虛斷”: “虛短” - “虛斷” -2) 運放工作在非線性區* 電路特征開環或引入正反饋* 電路特點輸出電壓的兩種飽和狀態:當u+>u-時，uo=+Uom 當u+<u-時，uo=-Uom 兩輸入端的輸入電流為零: i+=i-=0 放大電路中的反饋1. 反饋概念的建立開環放大倍數閉環放大倍數反饋深度環路增益：1當時，下降，這種反饋稱為負反饋。2當時，表明反饋效果為零。3當時，升高，這種反

15、饋稱為正反饋。4當時， 。放大器處于 “ 自激振蕩”狀態。二反饋的形式和判斷1. 反饋的圍-本級或級間。2. 反饋的性質-交流、直流或交直流。直流通路中存在反饋則為直流反饋，交流通路中存在反饋則為交流反饋，交、直流通路中都存在反饋則為交、直流反饋。 3. 反饋的取樣-電壓反饋：反饋量取樣于輸出電壓；具有穩定輸出電壓的作用。（輸出短路時反饋消失）電流反饋：反饋量取樣于輸出電流。具有穩定輸出電流的作用。（輸出短路時反饋不消失）4. 反饋的方式-并聯反饋：反饋量與原輸入量在輸入電路中以電流形式相疊加。Rs越大反饋效果越好。反饋信號反饋到輸入端。串聯反饋：反饋量與原輸入量在輸入電路中以電壓的形式相疊加

16、。Rs越小反饋效果越好。反饋信號反饋到非輸入端。5. 反饋極性-瞬時極性法：（1）假定某輸入信號在某瞬時的極性為正（用+表示），并設信號的頻率在中頻段。（2）根據該極性，逐級推斷出放大電路中各相關點的瞬時極性（升高用 + 表示，降低用表示）。（3）確定反饋信號的極性。（4）根據Xi與X f的極性，確定凈輸入信號的大小。Xid 減小為負反饋；Xid增大為正反饋。三. 反饋形式的描述方法某反饋元件引入級間（本級）直流負反饋和交流電壓（電流）串聯（并聯）負反饋。四. 負反饋對放大電路性能的影響1. 提高放大倍數的穩定性2.3. 擴展頻帶4. 減小非線性失真及抑制干擾和噪聲5. 改變放大電路的輸入、輸

17、出電阻 *串聯負反饋使輸入電阻增加1+AF倍 *并聯負反饋使輸入電阻減小1+AF倍 *電壓負反饋使輸出電阻減小1+AF倍 *電流負反饋使輸出電阻增加1+AF倍五. 自激振蕩產生的原因和條件1. 產生自激振蕩的原因附加相移將負反饋轉化為正反饋。2. 產生自激振蕩的條件若表示為幅值和相位的條件則為：信號的運算與處理分析依據- “虛斷”和“虛短”1. 基本運算電路1. 反相比例運算電路R2 =R1/Rf 2. 同相比例運算電路 R2=R1/Rf 3. 反相求和運算電路 R4=R1/R2/R3/Rf 4. 同相求和運算電路 R1/R2/R3/R4=Rf/R55. 加減運算電路 R1/R2/Rf=R3/

18、R4/R52. 積分和微分運算電路1. 積分運算2. 微分運算信號發生電路1. 正弦波振蕩電路的基本概念1. 產生正弦波振蕩的條件(人為的直接引入正反饋)自激振蕩的平衡條件 :即幅值平衡條件：相位平衡條件：2. 起振條件:幅值條件：相位條件:3.正弦波振蕩器的組成、分類正弦波振蕩器的組成(1) 放大電路-建立和維持振蕩。(2) 正反饋網絡-與放大電路共同滿足振蕩條件。(3) 選頻網絡-以選擇某一頻率進行振蕩。(4) 穩幅環節-使波形幅值穩定，且波形的形狀良好。* 正弦波振蕩器的分類(1) RC振蕩器-振蕩頻率較低,1M以下;(2) LC振蕩器-振蕩頻率較高,1M以上;(3)石英晶體振蕩器-振蕩頻率高且穩定。二. RC正弦波振蕩電路1. RC串并聯正弦波振蕩電路2. RC移相式正弦波振蕩電路三. LC正弦波振蕩電路1. 變壓器耦合式LC振蕩電路判斷相位的方法：斷回路、引輸入、看相位2. 三點式LC振蕩器*相位條件的判斷-“射同基反”或 “三步曲法”(1) 電感反饋三點式振蕩器(哈特萊電路)(2) 電容反饋三點式振蕩器(考畢茲電路)(3) 串聯改進型電容反饋三點式振蕩器（克拉潑電路）(4) 并聯改進型電容反饋三點式