1、模电基础,1.二极管 2.三极管 3.场效应管 4.单管放大电路 5.多级放大电路和运算放大器 6.反馈,模电基础（二极管）,1.1 PN结形成,模电基础（二极管）,1.2 PN结单向导电性,模电基础（二极管）,1.3二极管的结构和类型,半导体二极管（简称二极管）是由PN结加上电极引线和管壳组成的。,模电基础（二极管）,1.4 伏安特性,模电基础（二极管）,1.5 温度对伏安特性的影响,模电基础（二极管）,1.6二极管的电容效应,势垒电容CB,空间电荷区的宽度及其里面存储的空间电荷量,扩散电容CD,图1-8,结电容CJ,PN结上外加电压的极性和大小变化,模电基础（二极管）,1.7二极管应用,二
2、极管在电路中有广泛的应用：利用它的单向导电性，可组成整流、限幅、检波电路，还可以用于元件保护以及数字电路中作为开关元件等。,特殊二级管：,稳压二极管 发光二极管 光电二极管 变容二极管,模电基础（三极管）,2.1 三极管（晶体管BJT）的结构及其类型,为实现电流控制和放大作用，晶体管的三个区在制作时结构、尺寸和掺杂浓度要保证三点：,基区很薄，厚度只有几微米，掺杂浓度很低 发射区和集电区掺杂类型相同，但发射区掺杂浓度远大于集电区 集电结面积大于发射结面积,模电基础（三极管）,2.2晶体管的三种连接方式,（a）以基极作为输入端，集电极作为输出端； （b）以基极作为输入端，发射极作为输出端； （c）
3、以发射极作为输入端，集电极作为输出端。,模电基础（三极管）,2.3晶体管的工作状态放大 （以NPN共发射极为例）,模电基础（三极管）,2.3晶体管的工作状态放大状态,共基直流电流放大系数：,共射直流电流放大系数,由上页(2)(3)式可得电流关系：,两放大系数关系：,模电基础（三极管）,2.3晶体管的工作状态放大状态,总结：,电流关系,电流控制器件,交流电流放大系数,模电基础（三极管）,2.3晶体管的工作状态饱和、截止,发射结正偏，集电结正偏 IC不再随IB的增大而增大，基极电流失去对集电极电流的控制作用， IC主要受UCE控制,发射结反偏或零偏，集电结反偏 IE几乎为零，IC=ICBO ，IB
4、=-ICBO很小可忽略不计，晶体管截止,模电基础（三极管）,2.4晶体管的伏安特性（NPN共射极为例）,2.4.1输入特性,非线性，UBE小于UBE（th）时晶体管截止。硅管UBE（th）约0.5V，锗管UBE（th）约0.1V。 当UBE大于UBE（th）时，随着增大，开始指数增加，后近似直线上升。,模电基础（三极管）,2.4.2输出特性,截止区：IB0的区，IC=ICEO近似为零。锗：几十至几百微安；硅：小于1微安。相当于一个断开的开关。 放大区：IC基本不随UCE的变化而变化，主要取决于IB，微小的IB可以产生较大的IC ，二者关系为IC = IB 饱和区：当IB固定时，UCE对IC有强
5、烈的控制作用；当UCE固定时， IB增大IC增大不多，出现 “饱和”现象， IB继续增大， IC几乎不变，不同的输出特性起始部分几乎重叠在一起， IB对IC失去控制作用， ICIB。 击穿区：UCE增大到某一值时，IC会急剧上升，集电结发生雪崩击穿。,模电基础（三极管）,2.5 温度对晶体管参数的影响,对ICBO的影响,对UBE的影响,对的影响,温度升高，特性曲线左移(IB一定时，随温度升高，UBE将减小)。22.5mV/。与PN结正向伏安特性相似。,室温下集电极反向饱和电流ICBO很小；当温度升高时，少子浓度增加， ICBO急剧增大，约1倍/10。,随温度升高而增大，0.5 1，在输出特性曲
6、线图上，曲线间距随温度升高而增大。,模电基础（场效应管）,3.1 场效应管概述（Field Effect Transistor, FET）,利用输入电压产生的电场效应来控制输出电流，属电压控制型器件。起主要导电作用的只有一种载流子（多子）故又称单极型晶体管。具有很高的输入电阻，还具有热稳定性好、功耗小、噪声低、制造工艺简单便于集成等优点。,模电基础（场效应管）,3.2.1 JFET的结构及类型,3.2 结型场效应管JFET,模电基础（场效应管）,3.2.2 JFET的工作原理,模电基础（场效应管）,3.2.2 JFET的工作原理,模电基础（场效应管）,3.2.3 JFET的伏安特性,输出特性,
7、可变电阻区：场效应管可以看成一个受uGS控制的可变电阻，即压控电阻。,恒流区（饱和区）：场效应管相当于一个电压控制的电流源。作为放大器使用时工作在该区，又称放大区。,夹断区（截止区）：导电沟道被全部夹断，iD0。,击穿区：随uDS增大，靠近漏区的P+N结反偏电压也随之增大产生雪崩击穿，iD会急剧增加，甚至烧坏管子。,模电基础（场效应管）,转移特性,对N沟道JFET，在管子工作在恒流区时转移特性可近似表示为：,注意：PN结要反偏 N沟JFET:uGS0 P沟JFET:uGS0,模电基础（场效应管）,3.2.4 JFET的主要参数,直流参数,交流参数,夹断电压UGS (off) 饱和漏极电流IDS
8、S 直流输入电阻RGS(DC),低频跨导 极间电容CGSCGD,极限参数,最大漏极电流IDM 最大漏源电压U(BR)DS 最大栅源电压U(BR)GS 最大耗散功率PDM,模电基础（场效应管）,3.3 绝缘栅场效应管（MOSFET）,3.3.1结构及类型,模电基础（场效应管）,3.3.2增强型MOS管,导电沟道的形成 栅源电压对漏极电流的控制 漏源电压对漏极电流的影响,工作原理,模电基础（场效应管）,可变电阻区 恒流区 截止区 击穿区,3.3.2增强型MOS管,伏安特性,模电基础（场效应管）,3.3.3耗尽型MOS管,3.3.4主要参数,耗尽型：同JFET 增强型：没有夹断电压和漏极饱和电流，增
9、加开启电压,模电基础（场效应管）,3.4 场效应管与晶体管的比较,模电基础（单管放大电路）,4.1晶体管放大电路,(a)放大电路的主要性能指标 (b)共射极放大电路 (c)共集电极放大电路 (d)共基极放大电路,4. 2场效应管放大电路,(a)共源放大电路 (b)共漏放大电路,4.单管放大电路,模电基础（放大电路）,（a）放大电路的主要性能指标,4.1晶体管放大电路,模电基础（放大电路）,（a）放大电路的主要性能指标,4.1晶体管放大电路,低内阻电压源输入电阻越大越好 高内阻电流源输入电阻越小越好 输出电阻越小电压增益越接近空载时电压增益，带负载能力越强,模电基础（放大电路）,（a）放大电路的
10、主要性能指标,输入信号的频率往往是在一定范围内变化的，要使放大后的输出信号不失真，就要使放大电路对不同频率的输入信号具有相同的放大能力。,通频带越宽表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。,模电基础（放大电路）,（b）共射极放大电路,模电基础（放大电路）,（b）共射极放大电路,输入电阻,输出电阻,电压增益,有比较高的电压和电流放大倍数，输出电压与输入电压反相，输入电阻较小。多用于多级放大电路的中间级,模电基础（放大电路）,（c）共集电极放大电路（射极跟随器）,电压增益,输入电阻,输出电阻,电压增益小于1，接近1，输出电压与输入电压同相；有电流和功率放大能力；有高输入电阻和低输出电阻。多级放大
11、电路中作为输入级和输出级。,模电基础（放大电路）,（d）共基极放大电路,电压增益,输入电阻,输出电阻,没有电流放大能力，有电压放大能力；输出电压与输入电压同相；输入电阻小，输出电阻大。通常用在高频放大电路。,模电基础（放大电路）,模电基础（放大电路）,（a）共源放大电路,4. 2场效应管放大电路,类似晶体管与共射放大电路，有电压放大能力；输出与输入电压反相；但输入电阻较高而电压放大倍数较小。,模电基础（放大电路）,（b）共漏放大电路,电压放大倍数小于1，约等1；输出与输入电压同相，又称漏极跟随器；输出电阻很小。,模电基础（多级放大电路）,5.1 多级放大电路,模电基础（多级放大电路）,5.2
12、集成运算放大器,输入级：输入级对整个运算放大器的性能指标影响较大，是提高集成运放质量的关键部分，要求有高输入电阻，能减小零点漂移和抑制干扰。一般采用差动放大电路。,中间级：主要完成电压放大任务，要求有高的电压增益。一般采用带有源负载（恒流源）的共发射极电压放大电路。,输出级：主要任务是功率放大，以驱动负载工作，要求其输出电阻低、带负载能力强、能输出足够大的电压和电流、波形失真小、电源转换效率高。一般采用互补对称的功率放大电路。,偏置电路：主要为各级放大电路提供合适的静态工作电流，以确定各级的静态工作点。,辅助电路：内电源稳压电路、温控电路、温度补偿电路、输入过压和输出过流过热保护电路。提高运放
13、的稳定性和承受过载能力。,模电基础（多级放大电路）,5.3 集成运放的主要参数,1.开环差模电压增益,2.共模抑制比,3.差模输入电阻rid,4.输入失调电压UIO,5.输入失调电压的温漂,6.输入失调电流IIO,7.输入失调电流的温漂,8.输入偏置电流IIB,9.最大共模输入电压UICM,10.最大差模输入电压UIDM,11.-3dB带宽fH,12.单位增益带宽fo,13.转换速率SR,模电基础（多级放大电路）,5.4 理想运放,模电基础（多级放大电路）,5.5 运算电路,模电基础（反馈）,6.1反馈概念,将放大电路的输出量（电压或电流）的全部或一部分，通过一定的电路（网路）送回输入电路，与输入量（电压或电流）进行比较。通过影响放大电路输入量从而影响放大电路输出量的措施。,模电基础（反馈）,6.2反馈举例,模电基础（反馈）,6.3反馈分类,直流反馈与交流反馈 电压反馈和电流反馈：引入的反馈信号与电压或电流有直接关系。,正反馈和负反馈：对净输入量的影响。 串联反馈和并联反馈：反馈信号与输入信号连接方式。,模电基础（反馈）,6.4负反馈,电路中引入负反馈后，其性能会得到多方面的改善。直流负反馈主要是稳定静态工作点；交流负反馈可以稳定放大倍数，展开频带，减小非线性失真，改变输入电阻和输出电阻等。,模电基础（反馈）,6.5负反馈对电路性能的改善,模电基础（反馈）,
