低频分立半导体电路 哈工大业余无线电俱乐部 2011-3.

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1 低频分立半导体电路 哈工大业余无线电俱乐部 2011-3

2 半导体与PN结 电中性

3 PN结 + - 空间电荷区 内电场 + - 空穴扩散方向 电子扩散方向 P N

4 半导体二极管

5 二极管特性

6 例2 由二极管组成的开关电路如图1-18所示，判断图中二极管是导通还是截止，并确定电路的输出电压Uo（设二极管是理想二极管）。

7 稳压二极管 反向击穿状态下，管子两端电压变化很小，具有近似恒压功能，即稳压。但要注意限制流过的电流。限流电阻！

8 稳压二极管的工作 动态电阻rz： 稳压管工作在稳压区时，其端电压变化量与端电流变化量之比，即rz=ΔUZ/ΔIDZ。

9 晶体三极管(BJT) IEP IE IC IEN ICN ICBO IB IC= ICN +ICBO IE=IEN + IEP
ICN= IEN - IBN IE=IEN + IEP 且IEN >> IEP IEP IE IC IEN ICN 发射区高掺杂且发射结正偏，大量自由电子扩散到基区。 集电结反偏且集电结面积大，因此漂移运动大于扩散运动。 ICBO IBN IB IB= IEP + IBN - ICBO

10 4． 三极管的电流分配关系 （1-10） （1-11） （1-12）
对高质量的三极管，通常希望：发射区的绝大多数自由电子能够到达集电区，即ICN在IE中占有尽可能大的比例。 为了衡量集电极电子电流ICN所占发射极电流IE的比例大小，一般将ICN和IE的比值定义为共基直流电流放大系数，记作 ，即 （1-10） 将式(1-10)代入式（1-8） IC=ICN+ ICBO可得 （1-11） 当ICBO<<IC时，可将ICBO忽略，则： （1-12）

11 （1-13） （1-14） 令 （1-15） （1-16） 将式 IE=IC+ IB 代入式 ，即得
称为共射直流电流放大系数。将式(1-14)代入式(1 – 13)，可得 （1-15） 上式中：(1+β)ICBO是基极开路（IB=0）时，流经集电极与发射极之间的 电流，称为穿透电流，用ICEO表示，即: （1-16）

12 则IC又可表示为： （1-17） 通常ICEO很小，上式可简化为： （1-18） 将式（1-18）代入式IE=IC+ IB ，可得 （1-19）

13 BJT的特性曲线 VBE-IB, VCE-IC 输入特性 输出特性

14 hFE（β）受IC和温度的影响 三极管放大曲线

15 场效应管 结型，耗尽MOS，增强MOS UDS为零时

16

17 UGS一定时

18

19 增强型MOS

20 UGS为正

21 耗尽型MOS

22 放大电路

23 直流通路与交流通路 图 2-5 单管共射放大电路的直流通路和交流通路 (a) 单管共射放大电路； (b) 直流通路； (c) 交流通路

24 图解法 静态工作点

25

26 动态分析 iB=IBQ+ib=40+20 sinωt (μA)

27 将交流信号节假上直流偏置后

28 放大失真 饱和失真 截止失真

29 失真估计

30 BJT共射极小信号混合(H)参数 H是偏置点Q的函数 hie - 输入阻抗 hre - 反向电压传输比 hfe - 正向电流传输比
hoe - 输出导纳 H是偏置点Q的函数

31 BJT共射极小信号H参数等效模型

32 实际的三极管低频H参数 国产小功率三极管3DG6 在Ic = 1 mA, Ib = 3 μA, Vce = 5 V 时的H参数

33 简化的BJT共射极H参数模型

34 求解rbe ie = (1+β)ib ue = re ie re’ = ue / ib = (1+β)re rbe = re’ + rbb’
re = 26 mV/ IEQ 对于小功率三极管 rbb’通常为300Ω左右 rbb’ - 基区体电阻 re – BE结电阻

35 BJT共射放大器小信号等效电路 ib = ui / rbe ic = β ib uo = -ic (Ro || RL)
Au = uo / ui = -β (Ro || RL) / rbe Ri = Rb1 || Rb2 || rbe Ro = rce || Rc

36 共集电极和共基极放大电路

37 共集电极和共基极放大电路

38 三种结构的比较 共射极电路：既能放大电压又能放大电流，输入阻 抗和输出阻抗居中，频带较窄，常用于低频放大；
共集电极电路：只能放大电流不能放大电压，输入 阻抗高输出阻抗低，常用于级间隔离； 共基极电路：只能放大电压不能放大电流，输入阻 抗低，频率特性好。

39 三极管的热稳定性和偏置 三极管温度每升高1℃，β增加0.5% ~ 1.0%，UBE减 小2 ~ 2.5 mV。 一个不稳定的例子： 温度↑
iB↑ iC↑

40 三极管的热稳定性和偏置 一个较好的方法： 温度↑ uBE↓ uB↑ iB↑ 方法： iC↑ 选择较大的Re ue↑ RE并联Ce uBE↑
选择较小的RB1、RB2

41 偏置电路设计步骤 1. 确定三极管工作点。ICQ较小时功耗较小，但动 态受到限制； ICQ过大时hFE降低，放大能力变弱。
2. 选取Re，Re较大热稳定性好。 3. 计算UEQ、UBQ、IBQ。 UEQ = Re ICQ, UBQ = UEQ V, IBQ = ICQ / β. 选取合适的Rb1、Rb2， 通常令Ib1为IBQ的10~20倍。 根据输出阻抗及增益要求选取Rc

42 场效应管放大电路（共源）

43 放大器的耦合方式 直接耦合 优点：便于集成，低频特性好 缺点：各级工作点相互影响，有零点漂移

44 放大器的耦合方式 阻容耦合 优点：放大器各级工作点相互独立 缺点：不能放大低频交流信号，需要大电容

45 放大器的耦合方式 变压器耦合 优点：各级工作点相互独立，可同时完成阻抗变换 缺点：频率特性差，体积、重量大，成本高

46 放大器的耦合方式 光电耦合 优点：隔离度高

47 小信号放大器设计步骤 1. 确定所需增益、输入和输出阻抗、频率特性 2. 选择合适的管型、电路结构 3. 确定工作点 4. 设计偏置网络
5. 计算电路增益、输入输出阻抗 6. 实际制作电路进行验证

48 功率放大电路 与小信号放大器的区别： 1. 根据负载要求，提供尽可能大的输出功率 2. 具有较高的效率 3. 尽量减小非线性失真

49 功率放大电路 A类、AB类、B类、C类 偏置点依次下移 线性度依次变差 效率依次提高

50 功率放大电路 推挽放大电路 两三极管轮流导通，各放大半个周期的信号

51 应用：镜像电流源电路

52 应用：直流稳压电路

53 The end