晶體管放大器及運(yùn)放基礎(chǔ)

晶體管又稱半導(dǎo)體三極管晶體管是最重要的一種半導(dǎo)體器件之一，它的放大作用和開關(guān)作用，促使了電子技術(shù)的飛躍。晶體管放大器及運(yùn)放基礎(chǔ)晶體管的工作原理（以NPN型管為例）依據(jù)兩個(gè)PN結(jié)的偏置情況放大狀態(tài)飽和狀態(tài)截止?fàn)顟B(tài)倒置狀態(tài)晶體管的工作狀態(tài)1．發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置——放大狀態(tài)

原理圖電路圖+–+–發(fā)射結(jié)回路為輸入回路，集電結(jié)回路為輸出回路?；鶚O是兩個(gè)回路的公共端，稱這種接法為共基極接法。輸入回路輸出回路晶體管共射極接法原理圖電路圖IBICICBOuBE=

ube+UBE(2)放大原理設(shè)輸入信號(hào)ui=Uimsinωt

V那么iB=

ib+IBiC=

ic+ICuCE=

uce+

UCEuce=

–icRC其中UCE=

VCC

–ICRC放大電路TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iEa.在RC兩端有一個(gè)較大的交流分量可供輸出。uce=

–

icRCuCE=

uce+

UCE由可知ui→ib→ic→icRcb.

交流信號(hào)的傳遞過程為TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE2．發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)正向偏置——飽和狀態(tài)

(2)IC

bIB，IB失去了對(duì)IC的控制。(1)UCE≤UBE，集電結(jié)正向偏。飽和狀態(tài)的特點(diǎn)(3)集電極飽和電壓降UCES較小，小功率硅管為0.3~0.5V。(4)飽和時(shí)集電極電流(5)UCE對(duì)IC的影響大，當(dāng)UCE增大，IC將隨之增加。

(2)IC=ICBO3．發(fā)射結(jié)反向偏置、集電結(jié)反向偏置——截止?fàn)顟B(tài)截止?fàn)顟B(tài)的特點(diǎn)(1)發(fā)射結(jié)反偏

(3)IB=－ICBO截止?fàn)顟B(tài)倒置狀態(tài)4．發(fā)射結(jié)反向偏置、集電結(jié)正向偏置——倒置狀態(tài)(1)集電區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的多子較少(2)發(fā)射區(qū)收集基區(qū)的非平衡少數(shù)載流子的能力小(3)管子的電流放大系數(shù)很小雙極型晶體管及其基本放大電路

共射基本放大電路的組成(a)(b)靜態(tài)分析——直流通路動(dòng)態(tài)分析——交流通路交流通路共集基本放大電路圖3.6.6共集基本放大電路場(chǎng)效應(yīng)管的種類按結(jié)構(gòu)不同分為絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管MOSFET結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFETP溝道N溝道P溝道N溝道P溝道N溝道MOSFET（按工作方式不同）耗盡型（DMOS）增強(qiáng)型（EMOS）

溝道：指載流子流通的渠道、路徑。N溝道是指以N型材料構(gòu)成的區(qū)域作為載流子流通的路徑；P溝道指以P型材料構(gòu)成的區(qū)域作為載流子流通的路徑。場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理

JFET與MOSFET工作原理相似，它們都是利用電場(chǎng)效應(yīng)來控制電流，即都是利用改變柵源電壓vGS，來改變導(dǎo)電溝道的寬度和高度，從而改變溝道電阻，最終達(dá)到對(duì)漏極電流iD的控制作用。不同之處僅在于導(dǎo)電溝道形成的原理不同。(下面我們以N溝道JFET、N溝道增強(qiáng)型為例進(jìn)行分析）

JFET管工作原理

N溝道JFET管外部工作條件VDS>0(保證柵漏PN結(jié)反偏)VGS<0(保證柵源PN結(jié)反偏)P+P+NGSD

+

VGSVDS+-PN結(jié)反偏才能有效控制導(dǎo)電溝道的寬度和高度，從而才能有效控制電流。

N溝道EMOS管工作原理

N溝道EMOS管外部工作條件VDS>0

(保證柵漏PN結(jié)反偏)。U接電路最低電位或與S極相連(保證源襯PN結(jié)反偏)。VGS>0(形成導(dǎo)電溝道)PP+N+N+SGDUVDS-+-+

VGS柵襯之間相當(dāng)于以SiO2為介質(zhì)的平板電容器。RB晶體管放大器最簡(jiǎn)單的基本放大器組成+ECRCC1C2TRL+-ui+-uo正電源基極電阻集電極電阻輸入耦合電容輸出耦合電容輸入電壓輸出電壓負(fù)載電阻三極管++RB+ECRCC1C2ui=0時(shí)ICIE=IB+ICRLIB無(wú)信號(hào)輸入時(shí)UCE-+UBE+-靜態(tài)工作點(diǎn)（定義）（UBE

、IB

、IC、IE、UCE）(IB,UBE)

和(IC,UCE)分別對(duì)應(yīng)于輸入輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIB靜態(tài)工作點(diǎn)(圖解）RB+ECRCC1C2開路開路RL靜態(tài)分析RB+ECRC直流通道（1）用估算法求靜態(tài)工作點(diǎn)先畫出放大電路的直流通道（a）估算IB（UBE

0.7V)RB稱為偏置電阻IB稱為偏置電流然后用基爾霍夫定律列方程，求出靜態(tài)工作點(diǎn)RB+ECRCIBUBE-+

（b）估算UCE、IC、IERB+ECRCICUCE-+（2）用圖解法分析靜態(tài)工作點(diǎn)ICUCEUCE=EC–ICRCEC直流負(fù)載線與IB所決定的那一條輸出特性曲線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)QIB靜態(tài)UCE靜態(tài)ICRB+ECRCC1C2+-ui+-uoUCE-+放大電路的微變等效電路將交流通道中的三極管用微變等效電路代替rbeibibiiicuiuoRBRCRLRBRCRLuiuo交流通道目的將電子問題化為受控源電路的問題來解用微變等效電路估算電壓放大倍數(shù)的計(jì)算負(fù)號(hào)表示輸出與輸入反相rbeRBRCRL輸入電阻（交流輸入電阻）的計(jì)算輸入電阻的定義：rbeRBRCRLrbeRBRC所以：用加壓求流法求輸出電阻：00應(yīng)用信號(hào)的運(yùn)算電路比例、加、減、對(duì)數(shù)、指數(shù)、積分、微分等運(yùn)算。產(chǎn)生方波、鋸齒波等波形信號(hào)的處理電路信號(hào)的發(fā)生電路有源濾波器、精密整流電路、電壓比較器、采樣—保持電路。比例電路的分析1.倒向比例器運(yùn)放開環(huán)工作極不穩(wěn)定，一般外部接若干元件(R、C等)，使其工作在閉環(huán)狀態(tài)。+_uo+_uiR1RfRL21_+A+21R1RiRfRoAun1++_uoRL運(yùn)放等效電路+_ui用結(jié)點(diǎn)法分析：(電阻用電導(dǎo)表示)(G1+Gi+Gf)un1-Gfun2=G1ui-Gfun1＋(Gf+Go+GL)un2

=GoAu1u1=un1整理，得：(G1+Gi+Gf)un1-Gf

un2=G1ui(-Gf+GoA)un1＋(Gf+Go+GL)un2

=0解得：下頁(yè)上頁(yè)21R1RiRfRoAu1+_+_uoRL+_ui電路分析返回

運(yùn)算放大器是一種有著十分廣泛用途的電子器件。最早開始應(yīng)用于1940年，1960年后，隨著集成電路技術(shù)的發(fā)展，運(yùn)算放大器逐步集成化，大大降低了成本，獲得了越來越廣泛的應(yīng)用。運(yùn)算放大器的電路模型1.簡(jiǎn)介因A一般很大，上式分母中Gf(AGo-Gf)一項(xiàng)的值比(G1+Gi+Gf)(G1+Gi+Gf)要大得多。所以u(píng)o/ui只取決于反饋電阻Rf與R1比值，而與放大器本身的參數(shù)無(wú)關(guān)。負(fù)號(hào)表明uo和ui總是符號(hào)相反(倒向比例器)。下頁(yè)上頁(yè)表明返回根據(jù)“虛短”：根據(jù)“虛斷”：u+=u-

=0，i1=ui/R1i2=-uo

/Rfi-=0，i2=i1下頁(yè)上頁(yè)以上近似結(jié)果可將運(yùn)放看作理想情況而得到。由理想運(yùn)放的特性：注意i1i2+_uo+_uiR1RfRL21_++返回加法器比例加法器：y=a1x1+a2x2+a3x3

，符號(hào)如下圖：ui1/R1+ui2/R2+ui3/R3=-uo

/Rfuo=-(Rf/R1

ui1

+Rf

/R2

ui2+Rf/R3

ui3)u-=u+=0i-=0x1a1a2a3-1-yyx2x3下頁(yè)上頁(yè)+_uoR2Rfi-u+u-R1R3ui1ui2ui3_++2.典型電路返回3.電壓跟隨器①輸入阻抗無(wú)窮大(虛斷)；②輸出阻抗為零；應(yīng)用：在電路中起隔離前后兩級(jí)電路的作用。③uo=ui。電路A電路B下頁(yè)上頁(yè)特點(diǎn)+_+_uiuo_+