半导体二极管及其应用电路
一.半导体的基础知识
1.半导体---导电能力介于导体和绝缘体之间的物质(如硅Si、锗Ge)。
2.特性---光敏、热敏和掺杂特性。
3.本征半导体----纯净的具有单晶体结构的半导体。
4. 两种载流子 ----带有正、负电荷的可移动的空穴和电子统称为载流子。
5.杂质半导体----在本征半导体中掺入微量杂质形成的半导体。体现的是半导体的掺杂特性。
*P型半导体: 在本征半导体中掺入微量的三价元素（多子是空穴，少子是电子）。
*N型半导体: 在本征半导体中掺入微量的五价元素（多子是电子，少子是空穴）。
6. 杂质半导体的特性
*载流子的浓度---多子浓度决定于杂质浓度，少子浓度与温度有关。
*体电阻---通常把杂质半导体自身的电阻称为体电阻。
7. PN结
* PN结的单向导电性---正偏导通，反偏截止。
* PN结的导通电压---硅材料约为0.6~0.8V，锗材料约为0.2~0.3V。
8. PN结的伏安特性
二. 半导体二极管
*单向导电性------正向导通，反向截止。
*二极管伏安特性----同ＰＮ结。
*正向导通压降------硅管0.6~0.7V，锗管0.2~0.3V。
*死区电压------硅管0.5V，锗管0.1V。
3.分析方法------将二极管断开，分析二极管两端电位的高低:
若 V阳 >V阴( 正偏 )，二极管导通(短路);
若 V阳 <V阴( 反偏 )，二极管截止(开路)。
1）图解分析法
该式与伏安特性曲线
的交点叫静态工作点Q。
2) 等效电路法
直流等效电路法
*总的解题手段----将二极管断开，分析二极管两端电位的高低:
若 V阳 >V阴( 正偏 )，二极管导通(短路);
若 V阳 <V阴( 反偏 )，二极管截止(开路)。
微变等效电路法
稳压二极管及其稳压电路
*稳压二极管的特性---正常工作时处在PN结的反向击穿区，所以稳压二极管在电路中要反向连接。
三极管及其基本放大电路
一. 三极管的结构、类型及特点
1.类型---分为NPN和PNP两种。
2.特点---基区很薄，且掺杂浓度最低；发射区掺杂浓度很高，与基区接触
面积较小；集电区掺杂浓度较高，与基区接触面积较大。
二. 三极管的工作原理
1. 三极管的三种基本组态
2. 三极管内各极电流的分配
* 共发射极电流放大系数 (表明三极管是电流控制器件
式子
3. 共射电路的特性曲线
*输入特性曲线---同二极管。
* 输出特性曲线
(饱和管压降，用UCES表示
放大区---发射结正偏，集电结反偏。
截止区---发射结反偏，集电结反偏。
饱和区---发射结和集电结均正偏。
温度升高，输入特性曲线向左移动。
温度升高ICBO、 ICEO 、 IC以及β均增加。
三. 低频小信号等效模型（简化）
rbe---输出端交流短路时的输入电阻，
β---输出端交流短路时的正向电流传输比，
常用β表示；
1. VT、 VCC、 Rb、 Rc 、C1、C2的作用。
2.组成原则----能放大、不失真、能传输。
五. 放大电路的图解分析法
1. 直流通路与静态分析
*概念---直流电流通的回路。
*画法---电容视为开路。
*作用---确定静态工作点
*直流负载线---由VCC=ICRC+UCE 确定的直线。
*电路参数对静态工作点的影响
1）改变Rb ：Q点将沿直流负载线上下移动。
2）改变Rc ：Q点在IBQ所在的那条输出特性曲线上移动。
3）改变VCC：直流负载线平移，Q点发生移动。
2. 交流通路与动态分析
*概念---交流电流流通的回路
*画法---电容视为短路,理想直流电压源视为短路。
*作用---分析信号被放大的过程。
*交流负载线--- 连接Q点和V CC’点 V CC’= UCEQ+ICQR L’的
直线。
3. 静态工作点与非线性失真
（1）截止失真
*产生原因---Q点设置过低
*失真现象---NPN管削顶，PNP管削底。
*消除方法---减小Rb，提高Q。
（2） 饱和失真
*产生原因---Q点设置过高
*失真现象---NPN管削底，PNP管削顶。
*消除方法---增大Rb、减小Rc、增大VCC 。
4. 放大器的动态范围
（1） Uopp---是指放大器最大不失真输出电压的峰峰值。
（2）范围
*当（UCEQ－UCES）＞（VCC’ － UCEQ ）时，受截止失真限制，UOPP=2UOMX=2ICQRL’。
*当（UCEQ－UCES）＜（VCC’ － UCEQ ）时，受饱和失真限制，UOPP=2UOMX=2 （UCEQ－UCES）。
*当（UCEQ－UCES）＝（VCC’ － UCEQ ），放大器将有最大的不失真输出电压。
六. 放大电路的等效电路法
静态分析
（2）Q点在放大区的条件
欲使Q点不进入饱和区，应满足RB＞βRc 。
放大电路的动态分析
* 放大倍数
* 输入电阻
* 输出电阻
分压式稳定工作点共射
放大电路的等效电路法
1．静态分析
2．动态分析
在Re两端并一电解电容Ce后
输入电阻
* 输出电阻
八. 共集电极基本放大电路【更多免 费素材，微信lbgzkf1】
1．静态分析
2．动态分析
* 电压放大倍数
* 输入电阻
* 输出电阻
3. 电路特点
* 电压放大倍数为正，且略小于1，称为射极跟随器，简称射随器。
* 输入电阻高，输出电阻低。
场效应管及其基本放大电路
2. 输出特性曲线
（可变电阻区、放大区、截止区、击穿区）
转移特性曲线
二. 绝缘栅型场效应管（MOSFET）
分为增强型（EMOS）和耗尽型（DMOS）两种。
结构示意图和电路符号
2. 特性曲线【更多免费素材，微信lbgzkf1】
*N-EMOS的输出特性曲线
* N-EMOS的转移特性曲线
式中，IDO是UGS=2UT时所对应的iD值。
* N-DMOS的输出特性曲线
注意：uGS可正、可零、可负。转移特性曲线上iD=0处的值是夹断电压UP，此曲线表示式与结型场效应管一致。
三. 场效应管的主要参数
1.漏极饱和电流IDSS
2.夹断电压Up
3.开启电压UT
4.直流输入电阻RGS
5.低频跨导gm (表明场效应管是电压控制器件)
四. 场效应管的小信号等效模型
E-MOS 的跨导gm ---
五. 共源极基本放大电路
1.自偏压式偏置放大电路
* 静态分析
若带有Cs，则
2.分压式偏置放大电路
* 静态分析
* 动态分析
若源极带有Cs，则
六.共漏极基本放大电路
* 静态分析
或
多级放大电路
级间耦合方式
1. 阻容耦合----各级静态工作点彼此独立；能有效地传输交流信号；体积小，成本低。但不便于集成，低频特性差。
2. 变压器耦合 ---各级静态工作点彼此独立，可以实现阻抗变换。体积大，成本高，无法采用集成工艺；不利于传输低频和高频信号。
3. 直接耦合----低频特性好，便于集成。各级静态工作点不独立，互相有影响。存在“零点漂移”现象。
*零点漂移----当温度变化或电源电压改变时，静态工作点也随之变化，致使uo偏离初始值“零点”而作随机变动。
二. 单级放大电路的频率响应
1．中频段(fL≤f≤fH)
波特图---幅频曲线是20lgusm=常数，相频曲线是φ=-1800。
‘
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3．高频段(f ≥fH)
4．完整的基本共射放大电路的频率特性
三. 分压式稳定工作点电路的频率响应
2．上限频率的估算
四. 多级放大电路的频率响应
1. 频响表达式
2. 波特图
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功率放大电路
一. 功率放大电路的三种工作状态
导通角为360o，ICQ大，管耗大，效率低。
2.乙类工作状态
ICQ≈0， 导通角为180o，效率高，失真大。
3.甲乙类工作状态
导通角为180o~360o，效率较高，失真较大。
二. 乙类功放电路的指标估算
1. 工作状态
任意状态：Uom≈Uim
极限状态：Uom=VCC-UCES
理想状态：Uom≈VCC
2. 输出功率
3. 直流电源提供的平均功率
4. 管耗 Pc1m=0.2Pom
5.效率
三. 甲乙类互补对称功率放大电路
问题的提出
在两管交替时出现波形失真——交越失真(本质上是截止失真)。
2. 解决办法
甲乙类双电源互补对称功率放大器OCL----利用二极管、三极管和电阻上的压降产生偏置电压。
动态指标按乙类状态估算。
甲乙类单电源互补对称功率放大器OTL----电容 C2 上静态电压为VCC/2，并且取代了OCL功放中的负电源-VCC。
动态指标按乙类状态估算，只是用VCC/2代替。
四. 复合管的组成及特点
前一个管子c-e极跨接在后一个管子的b-c极间。
类型取决于第一只管子的类型。
3. β=β1·β 2
集成运算放大电路
一. 集成运放电路的基本组成
1.输入级----采用差放电路，以减小零漂。
2.中间级----多采用共射(或共源)放大电路，以提高放大倍数。
3.输出级----多采用互补对称电路以提高带负载能力。
4.偏置电路----多采用电流源电路，为各级提供合适的静态电流。
二. 长尾差放电路的原理与特点
1. 抑制零点漂移的过程----【 更多免费素材，微信lbgzkf1】
当T↑→ iC1、iC2↑→ iE1、iE2 ↑→ uE↑→ uBE1、uBE2↓→ iB1、iB2↓→ iC1、iC2↓。
Re对温度漂移及各种共模信号有强烈的抑制作用，被称为“共模反馈电阻”。
2静态分析
1) 计算差放电路IC
设UB≈0，则UE=－0.7V，得
2) 计算差放电路UCE
双端输出时 【更多免费素材，微信lbgzkf1】
单端输出时(设VT1集电极接RL)
对于VT1：
对于VT2：
1）差模电压放大倍数
双端输出
单端输出时
从VT1单端输出 ：
从VT2单端输出 ：
2）差模输入电阻
3）差模输出电阻
单端输出:
三. 集成运放的电压传输特性
当uI在+Uim与-Uim之间，运放工作在线性区域 ：
理想集成运放的参数及分析方法
1. 理想集成运放的参数特征
* 开环电压放大倍数 od→∞；
* 差模输入电阻 Rid→∞；
* 输出电阻 Ro→0；
* 共模抑制比KCMR→∞；
2. 理想集成运放的分析方法
1) 运放工作在线性区:
* 电路特征——引入负反馈
* 电路特点——“虚短”和“虚断”:
“虚短” ---
“虚断” ---
2) 运放工作在非线性区
* 电路特征——开环或引入正反馈
* 电路特点——
输出电压的两种饱和状态:
当u+>u-时，uo=+Uom
当u+<u-时，uo=-Uom
两输入端的输入电流为零:
i+=i-=0
放大电路中的反馈
反馈概念的建立
＊开环放大倍数－－－Ａ【更多免费素材，微信lbgzkf1 】
＊闭环放大倍数－－－Ａｆ
＊反馈深度－－－１＋ＡＦ
＊环路增益－－－ＡＦ：
1．当ＡＦ＞０时，Ａｆ下降，这种反馈称为负反馈。
2．当ＡＦ＝０时，表明反馈效果为零。
3．当ＡＦ＜０时，Ａｆ升高，这种反馈称为正反馈。
4．当ＡＦ＝－１时 ，Ａｆ→∞ 。放大器处于 “ 自激振荡”状态。
二．反馈的形式和判断
1. 反馈的范围----本级或级间。
2. 反馈的性质----交流、直流或交直流。
直流通路中存在反馈则为直流反馈，交流通路中存
在反馈则为交流反馈，交、直流通路中都存在反馈
则为交、直流反馈。
3. 反馈的取样----电压反馈：反馈量取样于输出电压；具有稳定输出电压的作用。
（输出短路时反馈消失）
电流反馈：反馈量取样于输出电流。具有稳定输出电流的作用。
（输出短路时反馈不消失）
4. 反馈的方式-----并联反馈：反馈量与原输入量在输入电路中以电流形式相叠加。Rs越大反馈效果越好。
反馈信号反馈到输入端。
串联反馈：反馈量与原输入量在输入电路中以电压的形式相叠加。Rs越小反馈效果越好。
反馈信号反馈到非输入端。
5. 反馈极性-----瞬时极性法：
（1）假定某输入信号在某瞬时的极性为正（用+表示），并设信号的频率在中频段。
（2）根据该极性，逐级推断出放大电路中各相关点的瞬时极性（升高用 + 表示，降低用 － 表示）。
（3）确定反馈信号的极性。
（4）根据Xi 与X f 的极性，确定净输入信号的大小。Xid 减小为负反
馈；Xid 增大为正反馈。
三. 反馈形式的描述方法
某反馈元件引入级间（本级）直流负反馈和交流电压（电流）串
联（并联）负反馈。
四. 负反馈对放大电路性能的影响
提高放大倍数的稳定性
扩展频带
减小非线性失真及抑制干扰和噪声
改变放大电路的输入、输出电阻
*串联负反馈使输入电阻增加1+F倍
*并联负反馈使输入电阻减小1+F倍
*电压负反馈使输出电阻减小1+F倍
*电流负反馈使输出电阻增加1+F倍
五. 自激振荡产生的原因和条件
产生自激振荡的原因
附加相移将负反馈转化为正反馈。
产生自激振荡的条件
若表示为幅值和相位的条件则为：
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信号的运算与处理
分析依据------ “虚断”和“虚短”
反相比例运算电路
R2 =R1//Rf
同相比例运算电路
R2=R1//Rf
反相求和运算电路
4. 同相求和运算电路
R1//R2//R3//R4=Rf//R5
加减运算电路
R1//R2//Rf=R3//R4//R5
积分和微分运算电路
微分运算
信号发生电路
正弦波振荡电路的基本概念
产生正弦波振荡的条件(人为的直接引入正反馈)
自激振荡的平衡条件 :
即幅值平衡条件：
相位平衡条件：
起振条件:
幅值条件 ：
相位条件:
3.正弦波振荡器的组成、分类
正弦波振荡器的组成
(1) 放大电路-------建立和维持振荡。
(2) 正反馈网络----与放大电路共同满足振荡条件。
(3) 选频网络-------以选择某一频率进行振荡。
(4) 稳幅环节-------使波形幅值稳定，且波形的形状良好。
* 正弦波振荡器的分类
(1) RC振荡器-----振荡频率较低,1M以下;
(2) LC振荡器-----振荡频率较高,1M以上;
(3)石英晶体振荡器----振荡频率高且稳定。
1. RC串并联正弦波振荡电路
RC移相式正弦波振荡电路
三. LC正弦波振荡电路
变压器耦合式LC振荡电路
判断相位的方法：
断回路、引输入、看相位
三点式LC振荡器
*相位条件的判断------“射同基反”或 “三步曲法”
电感反馈三点式振荡器(哈特莱电路)
(2) 电容反馈三点式振荡器(考毕兹电路)
(3) 串联改进型电容反馈三点式振荡器（克拉泼电路）
并联改进型电容反馈三点式振荡器（西勒电路）
四. 石英晶体振荡电路【更多免 费素材，微信lbgzkf1】
并联型石英晶体振荡器
串联型石英晶体振荡器
直流电源
直流电源的组成框图
电源变压器：将电网交流电压变换为符合整流电路所需要的交流电压。
整流电路：将正负交替的交流电压整流成为单方向的脉动电压。
滤波电路：将交流成分滤掉，使输出电压成为比较平滑的直流电压。
稳压电路：自动保持负载电压的稳定。
二. 单相半波整流电路
2．输出电压的脉动系数S
3．正向平均电流ID(V)
4．最大反向电压URM
三. 单相全波整流电路
1．输出电压的平均值UO(V)
2．输出电压的脉动系数S
3．正向平均电流ID(V)【更多免费素材，微信lbgzkf1】
4．最大反向电压URM
四. 单相桥式整流电路
UO(V)、S、ID(V)
与全波整流电路相同，
URM与半波整流电路相同。
五. 电容滤波电路
2.输出电压的平均值UO(V)
3.输出电压的脉动系数S
4 .整流二极管的平均电流I D(V)
六. 三种单相整流电容滤波电路的比较
1. 稳压电路及其工作原理
*当负载不变，电网电压
变化时的稳压过程:
*当电网电压不变，负载变化时的稳压过程 :
2. 电路参数的计算
* 稳压管的选择
常取UZ=UO；IZM= (1.5~3)IOmax
* 输入电压的确定
一般取UI(V)= (2~3)UO
* 限流电阻R的计算
R的选用原则是：IZmin<IZ< IZmax。
R的范围是：
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