《电子技术基础》教案精编版

教 案

2009 ~ 2010 学年 第 一 学期

学 院、 系 室 机电教研室 课 程 名 称 《电子技术基础》 专业、年级、班级 09级机电一体化 主 讲 教 师 李春菊

中国矿业大学银川学院

1

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

课 程 表

课程名称 《电子技术基础》 专业年级 09级机电一体化 学 时 授课时间 及地点 1—2节 3—4节 5—6节 7—8节 9—10节 星期二 A6-509 星期三 A6-509 星期四 星期五 星期六 A6-513

2

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

《电子技术基础》教案

编号：01

课时安排：2学时 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 第一章 半导体器件基础 第一节 半导体的基本知识 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： 识记本征浓度ni，施主浓度ND，受主浓度NA，N型与P型半导体的示意图； 领会半导体的导电特性，共价键，本征激发，电子载流子和空穴载流子，掺杂，N型半导体与P型半导体，多子与少子。 教学（能力、技能）目标： 识记、领会半导体的概念、导电特性、导电机理等基本知识。 教学重点、难点： 半导体的导电机理 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，多媒体，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、导入新课 大家之前可能已经学习了有关电的一些课程，从今天开始，我们就要开始学习一门专业技术基础课程了，也就是咱们手里拿的这本《电子技术基础》。本课是学习后续课程的基础；服务对象是电专业，也是咱们机电一体化专业必须要学的一门课程，同时是咱们自学考试相对较难的一门课程；咱们这门课程内容丰富，技术更新快，紧密联系实际，应用非常广泛，所以希望大家能够重视本门课程。总之，本课程是电专业一切电类后续课程的基础，学时不多，内容不少，不能轻视。否则，对以后的学习将会造成很大影响。 二、明确本次授课的目的与要求 本节课是学习半导体器件的基础，内容比较简单易懂，但涉及到半导体的一些概念、特性等，希望大家能够识记、领会。 学完本节，希望大家能够识记本征浓度ni，施主浓度ND，受主浓度NA；领会半导体的导电特性，共价键，本征激发，电子载流子和空穴载流子，掺杂，N型半导体与P型半导体，多子与少子。 三、讲解本次授课的具体内容 第0章 绪论 0.1 电子技术 电子技术基础，它包括两部分的内容，即模拟电子技术和数字电子技术。咱们教材的第一章到第五章是模拟电子技术，第六章到第九章是数字电子技术。 说到电子技术，有必要提一下，电子技术包括信息电子技术和电力电子技术，而信息电子技术又包括模拟电子技术和数字电子技术，也就是咱们本书所讲内容；电力电子技术主要讲解电力变换的知识，这一

3

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 部分内容将在《模拟数字及电力电子技术》这门课中学习。 模拟电子技术信息电子技术 电子技术数字电子技术电力电子技术：电力变换0.2 模拟电子技术 现在先来介绍一下模拟电子技术基础（简称模电）的知识。模拟电子技术，主要分为两大环节，第一大环节是电子元器件，这是构成电子电路的基础，在电子元器件中，我们要学习二极管、三极管、集成电路等不同类型的器件。学习完这些元器件以后，就要学习电子电路了，电子电路是由二极管、三极管、集成电路等元器件构成的电路，电子电路要讨论两方面的内容，首先要学会分析电子电路，看电路能实现什么功能，其次要学习电子电路的应用，主要有以下一些典型电路：放大电路（例麦克风），振荡电路，滤波电路，稳压电路等。 二极管电子元器件三极管集成电路...放大电路：例如麦克风电路，正弦波信号发生器即为正弦波振荡电路，振荡电路：正弦波振荡 广播、电视中用高频正弦波作为载波，把要传送的信号发送出去；在各种电子仪器中正弦波被广泛用作信号源、测试源。电子电路及应用，只让有用信号通过。例如电话，它是将声音信号滤波电路：将干扰滤掉转换成电信号，通过信道传到交换机再传给对方，人的声音信号一般集中在300—3400Hz，在此范围内的信号是有用信号，可以过去；在此之外的信号都是干扰信号，应该滤除，不让通过。稳压电路：模拟电子技术0.3 数字电子技术 模电学习完以后要接着学习数字电路的内容，咱们主要学习数字电路基础，组合逻辑电路，时序逻辑电路以及脉冲波形的产生与整形。 数字电路基础组合逻辑电路 数字电子技术时序逻辑电路脉冲波形的产生与整形0.4 电子技术应用 咱们现在来想一下电子技术在实际生活中的应用，在工业现场和日常生活中，电子技术应用是很广泛的，如：信号检测，在工业现场有很多参数（如压力、温度、流量的测量）需要我们测量，在工业现场，我们首先要用传感器将这些物理量转换成电信号，转换成电信号以后再应用电子电路去处理这些信号，这样就实现了这些物理量的测量，测量完以后，再将这些信号输出去控制执行机构，这样就实现了调节，从而完成一定的生产目标。还如咱们用得比较多的电子仪器，在实验室咱们要应用的信号发生器（正弦波发生器）就是电子产品。再如现在很多人使用的电子脉搏器、电子血压计，都是应用电子技术对脉搏、血压进行测量。还有如咱们现在经常听说的智能小区，现在新建的小区都朝着信息化、智能化发展，以前的房

4

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 子只要可以住就可以了，但现在的房子集成了信息技术、计算机技术、电子技术等内容，这样的小区就叫智能小区。智能小区中大量地应用电子技术，如物业管理中的三表数据的采集与远传（三表指水表、电表、气表），以前需要工作人员去抄表、计算，现在用电子表以后，将这些电子表应用总线等连接到物业管理控制室，这样在控制室就可以随时检测用户的用水量、用电量、用气量等。电子技术在汽车电子方面的应用也越来越广泛。 信号检测 电子技术应用智能小区汽车电子0.5 课程说明 现在说一下咱们这门课的课程性质，咱们这门课是一门技术基础课，是学习后续课程的基础；服务对象是电专业；课程特点是内容丰富，技术更新快，紧密联系实际，应用非常广泛。总之，本课程是电专业一切电类后续课程的基础，学时不多，内容不少，不能轻视。否则，对以后的学习将会造成很大影响。 课程性质：技术基础课 课程说明服务对象：电专业课程特点：内容丰富，技术更新快，紧密联系实际，应用非常广泛总之，本课程是电专业一切电类后续课程的基础。学时不多，内容不少，不能轻视，否则，对以后的学习将会造成很大影响。 0.6 教学形式 课堂上，多媒体授课；课下，答疑 0.7 希望和要求： 教师严谨治学 学生积极配合 建议、希望踊跃发表 意见要求及时反馈 新生事物大家支持 师生共同创造佳绩 希望大家能紧跟老师讲课思路，搞清基本概念，注意解题方法和技巧；留的习题最好完成，按时交作业。咱们同学学习的时候紧扣教材就可以了，需要时还可以参考《模拟电子技术》和《数字电子技术》，有康华光、童诗白、刘润华等人主编的教材。 第一章 半导体器件基础 学习模电，首先就要学习组成模拟电路的最基本的器件——半导体器件，也就是咱们第一章的内容。 半导体器件是近代电子学的重要组成部分，没有半导体器件，就没有我们现在的电子工业，也就是说现在的电子工业是建立在半导体器件基础上的。半导体器件具有很多特点，体积小（电子管构成的器件体积大，第一台计算机体积很大）、重量轻、功耗低、可靠性强等优点，在各个领域中得到了广泛的应用。而由于集成电路的出现，使电子器件在微型化和可靠性方面更是向前推进了一大步。 那咱们想一下，在我们的生活中，哪些东西与半导体器件有关呢？半导体二极管、三极管，稳压二极

5

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 管、发光二极管，光电二极管，等等这些都是半导体器件，而电脑芯片，半导体收音机，半导冷空调，半导体冷水机等等都是半导体器件在生活中的实际应用了。 半导体二极管和三极管是最常用的半导体器件，而PN结又是组成二极管和三极管及各种电子器件的基础。本章首先介绍有关半导体的基本知识，然后将重点介绍二极管和三极管的结构、工作原理、特性曲线与主要参数等，为后面各章的学习打下基础。 第一节 半导体的基本知识 1. 导体、半导体和绝缘体 大家都知道导体的导电能力最好，绝缘体导电能力最差，不导电；还有一种就是半导体，它的导电能力介于导体和绝缘体之间，准确地说更接近于绝缘体，现在我们从它们的原子结构来看看其特殊性能。 自然界的一切物质都是由分子、原子组成的。原子又由一个带正电的原子核和它周围高速旋转着的带有负电的电子组成。 原子核中有质子和中子，其中质子带正电，中子不带电。 原子核 ＋ 绕原子核高速旋转的核外电子带负电。 原子核结构中：正电荷=负电荷 1.1 导体 导体的最外层电子数通常是1-3个，且距原子核较远，因此受原子核的束缚力较小。由于温度升高、振动等外界的影响，导体的最外层电子就会获得一定能量，从而挣脱原子核的束缚而游离到空间成为自由电子。因此，导体在常温下存在大量的自由电子，具有良好的导电能力。 常用的导电材料有金、银、铜、铝等。 导体最大的特点：含有大量的自由电子。 1.2 绝缘体 绝缘体的最外层电子数一般为6-8个，且距原子核较近，因此受原子核的束缚力较强而不易挣脱其束缚。常温下绝缘体内部几乎不存在自由电子，因此导电能力极差或不导电。 常用的绝缘体材料有橡胶、塑料、云母、陶瓷等。 绝缘体的特点：内部几乎没有自由电子，因此不导电。 1.3 半导体 半导体的最外层电子数一般为4个，在常温下存在的自由电子数介于导体和绝缘体之间，因而在常温下半导体的导电能力也是介于导体和绝缘体之间。 常用的半导体材料有硅、锗、硒及某些金属氧化物、硫化物等。 半导体的特点：导电性能介于导体和绝缘体之间，但具有光敏性、热敏性和掺杂性的独特性能，因此在电子技术中得到广泛应用。 2. 半导体的导电特性 金属导体的电导率一般在105s/cm量级；塑料、云母等绝缘体的电导率通常是10-22~10-14s/cm量级；半导体的电导率则在10-9~102s/cm量级。 6 ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 半导体的导电能力虽然介于导体和绝缘体之间，但半导体的应用却极其广泛，这是由半导体的独特性能决定的： 热敏性——半导体的导电能力对温度反应灵敏，受温度的影响大。当环境温度升高时，其导电能力增强，称为热敏性。(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。 光敏性——半导体的导电能力随光照的不同而不同。光照增强时，导电能力增强，称为光敏性。(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。 掺杂性——导电能力受杂质影响极大，在半导体中掺入少量特殊杂质，其导电能力极大地增强，称为掺杂性。(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、三极管和晶闸管等）。 这里所说的“杂质”，是指某些特定的纯净的其它元素。在纯净半导体中，只要掺入极微量的杂质，导电能力即急剧增加，一个典型的数据是：纯净硅中，若掺入百万分之一硼，其导电能力增加约50万倍。 半导体材料的独特性能是由其内部的导电机理所决定的。 3. 本征半导体 3.1 典型半导体的原子结构 最常用的半导体为硅(Si)和锗(Ge)。它们的共同特征是四价元素，即每个原子最外层电子数为4个。 Si(硅原子) Ge(锗原子) 硅：元素符号Si，序号14，各层电子数目分别为2、8、4。 锗：元素符号Ge，序号32，各层电子数目分别为2、8、18、4。 因为Si和Ge的最外层电子数均为4个，我们可以用下面的简化模型来表示它们的原子模型： Si +4 Ge +4 因为原子呈电中性，所以简化模型图中的原子核只用带圈的+4符号表示即可。 硅原子和锗原子的简化模型图 构完全对称的，纯净的成单晶形式存在的本征半导体，如下图所示。 ＋需明确一点的是，天然的硅和锗是不能制作成半导体器件的。它们必须先经过高度提纯，形成晶格结＋＋＋＋＋晶格结构 实际上半导体的晶格结构是三维的。 ＋＋＋ 3.2 半导体的结构特征——共价键结构 7 ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 用来制造半导体器件的本征半导体，其原子核最外层的价电子都是4个，称为四价元素，它们排列成非常整齐的晶体点阵结构。但是，对于原子结构而言，最外层有8个电子才是稳定结构，在本征半导体的晶格结构中，每一个原子均与相邻的四个原子结合，即与相邻四个原子的价电子两两组成电子对，构成共价键结构。 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 ＋4 共价键结构 ＋4 ＋4 ＋4 3.3 热激发与“电子-空穴对”的产生 从共价键晶格结构来看，每个原子外层都具有8个价电子，在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时，价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子，它的导电能力为0，相当于绝缘体。但价电子是相邻原子共用，所以稳定性并不能像绝缘体那样好。受光照或温度上升影响，共价键中价电子的热运动加剧，一些价电子会挣脱原子核的束缚游离到空间成为自由电子。温度越高，热运动越厉害，挣脱束缚的电子就越多。 共价键中的价电子在外部能量作用下，脱离共价键成为自由电子的过程叫做“激发”，或“热激发”。电子脱离共价键束缚所需要的最小能量叫“激活能”Eg。硅的激活能Eg为1.1eV（电子伏），锗的激活能Eg为0.68eV。光照和辐射都是激活能的来源。 既然有些价电子挣脱了原子核的束缚，而成为自由电子，在原来的共价键中，便留下了一些“空位”，我们称之为“空穴”。自由电子呈负电性，而失去一个价电子的硅原子则成为+1价离子，故好像这个空位带有+1价电荷一样，因此空穴呈电中性。 由于热激发而在晶体中出现电子-空穴对的现象称为本征激发。这里有一点需要指出的是，自由电子与空穴在热运动中出现，它们总是数量相等的，即出现一个自由电子，就出现一个空穴，自由电子与空穴总是相伴而生，成对出现的。 我们把由于热激发而产生的自由电子和空穴，统称为“载流子”，它们都将作为运载电流的粒子而存在。这样，在半导体中，就有自由电子和空穴两种载流子，即电子载流子和空穴载流子，它们形成的电流分别称为电子电流与空穴电流。空穴载流子的出现，是半导体导电特性的一个重要特点，而载流子数目的多少，是衡量半导体导电能力的标志。因载流子的浓度是随温度的升高按指数规律增大的，这就导致半导体的导电能力将随温度的升高而明显增加，这一点，正是我们前面指明的半导体的导电特性之一的热敏性。 3.4 半导体的导电方式 既然晶体中出现了带正电的空穴，那么，它将很容易吸引相邻原子中的价电子来填补空穴（注意：这里所说吸引的电子，是指相邻原子中仍被原子核束缚却又束缚不紧的价电子，而不是自由电子），当一个价电子填补了空穴，它原来的位置上又出现了新的空穴，这样，从效果上、从现象上，都可以看成是带正电的空穴在晶格中移动，我们把这种价电子填补空穴的运动称为“空穴运动”。而这种填补运动是由于空穴的产生引起的，它始终在原子的共价键之间进行，因而不同于自由电子在晶格中的自由运动。为了区别电子这两种不同的运动方式，可把价电子填补空穴的运动看作是空穴的逆向运动，即空穴载流子运动。就 8 ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 原子而言，它失去了一个价电子，出现了一个空穴，空穴可被看作是带正电荷的粒子，即空穴载流子。 由于电子带负电，空穴带正电，就整个晶体而言，它仍呈电中性。 这样，当半导体两端外加电压时，一方面是带负电的自由电子向正极做定向运动，另一方面是被原子核束缚着的价电子递补空穴向负极运动，两种载流子分别形成了电子流，尽管电荷极性不同，但电流方向相同。 由此，我们得到结论，在半导体导电过程中，同时存在着空穴导电与电子导电两种导电方式，而且电子和空穴形成的电流方向相同（为空穴载流子的方向），即半导体中的电流为电子电流与空穴电流之和。两种导电方式同时存在，则是半导体导电机制的最大特点，也是半导体导电与导体导电在导电原理上的最大区别（金属导体中只有自由电子一种载流子参与导电；而半导体中则是由本征激发产生的自由电子和空穴两种载流子同时参与导电。两种载流子电量相等、符号相反，电流的方向为空穴载流子的方向即自由电子载流子的反方向）。 3.5 “电子-空穴对”的复合与动态平衡 在热激发情况下，电子-空穴对的产生只是问题的一个方面，问题的另一面是：由于自由电子处在热运动中，它总有可能碰到空穴，并与空穴重新组合而消失，这与价电子递补空穴使空穴消失是不同的，这个自由电子与空穴重新组合的过程，与电子-空穴对的产生，恰恰是一个相反的逆变的过程，称为电子-空穴对的复合。 这就是说，由于热运动与热激发，一方面产生着电子-空穴对，一方面又进行着电子-空穴对的复合，它们是相互矛盾的两方面。随着电子-空穴对的增多，复合的机会亦增多，而复合规模的增大又了电子-空穴对数量的增加，结果在温度一定时，这两种相互矛盾的运动达到相对平衡。这时，热激发仍在产生着电子-空穴对，而电子-空穴对又在进行着复合，单位时间内产生和复合的数目是相等的，因此，实际存在着的电子-空穴对便维持在一定的数目上了。 当温度升高时，晶体内原子的热运动加剧，热激发增多，产生超过复合，使原来的平衡被破坏，自由电子和空穴的数目增多，复合的机会也增大，最后达到一个新的动态平衡。 这就是说，热激发产生的电子-空穴对的数目，是由温度决定的，在一般室温下，其数量甚少；当温度升高时，其数量随之增加，即半导体导电能力随之增强。 3.6 关于本征载流子的浓度讨论 我们设电子浓度为n，空穴浓度为p；本征电子载流子浓度为ni，本征空穴载流子浓度为pi 。 对本征半导体即纯净半导体而言，当温度一定时有：n=p=ni=pi 理论分析证明，半导体的本征载流子（电子或空穴）浓度ni与pi，均与温度有关，关系式如下： ni(T)=pi(T)=AT3/2e-Eg/2kT 式中，Eg是半导体的激活能，也就是能级中的禁带宽度；T为绝对温度；A是与材料有关的系数；k是波尔兹曼常数（1.38×10-23J/K）；e是自然对数的底。在T=300K（室温）时： 硅的本征载流子浓度ni=pi=1.4×1010cm-3 锗的本征载流子浓度ni=pi=2.5×1013cm-3 硅与锗的本征载流子浓度不同，主要是两种晶体的激活能不同所引起的。 本征载流子浓度随温度上升而迅速增大，因此，半导体的导电能力也随温度上升而显著增强，这正是前面所讨论过的半导体的导电特性之一的热敏性。

9

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 另一方面，理论分析与实践都证明，对本征半导体来说，在一定温度下，空穴本征浓度pi与电子本征浓度ni的乘积等于常数，即：nipi=常数 又因为本征半导体的ni=pi，因此有nipi=ni2=常数 正是由于在一般室温下，本征载流子浓度很低，使半导体的导电能力远远不能满足需要，考虑到半导体掺杂之后导电能力剧增的特性，杂质半导体应运而生。 4. 杂质半导体 本征半导体虽然有自由电子和空穴两种载流子，但由于数量极少导电能力仍然很低。如果在其中掺入某种元素的微量杂质，将使掺杂后的杂质半导体的导电性能大大增强。掺入杂质的半导体称为杂质半导体，它是制造半导体器件的基础材料。 说明：在半导体掺入杂质时，从数量而言，所掺入的杂质是极其微弱的，一般在百万分之一以下，纵使是重度掺杂，也只有万分之一。因此，掺杂后，半导体的晶体结构不发生变化，只是在晶体点阵的某些位置上，半导体原子被杂质原子所代替。 掺入杂质不同，可形成两种不同类型的杂质半导体： 4.1 N型半导体 在本征半导体硅或锗的晶体中，掺入少量五价元素（如磷或砷），即可得到N型半导体。 由于磷是五价元素，其最外层有5个价电子，而组成共价键时，只有4个价电子参与，势必剩下一个电子，这个多余的电子非常容易挣脱原子核的束缚而成为自由电子，这样就使掺入磷杂质的半导体晶格中，自由电子的数量大大增加。因此自由电子是这种半导体的导电主流。在室温情况下，本征硅中的磷杂质等于10-6数量级时，电子载流子的数目将增加几十万倍。掺入五价元素的杂质半导体由于自由电子多而称为电子型半导体，也叫做N型半导体。 在N型半导体中，自由电子数目大增，也更增加了电子与空穴的复合机会，从而使空穴的数目更少了，这样导电主流就是电子，被称为“多数载流子”（简称“多子”）；空穴则称为“少数载流子”（简称“少子”）。 五价元素磷提供了自由电子，称为“施主元素”或“施主杂质”；磷原子失去了一个电子，称为“施主原子”。 这时的施主原子，实际上是不可动的正电荷（施主正离子）与可动的负电荷（自由电子）的结合体。 N型半导体简化图如下所示： N型半导体简化图 N型半导体简化图 4.2 P型半导体 在本征半导体中，参入少量三价元素（如硼或铝），即可得到P型半导体。 由于硼是三价元素，其最外层有3个价电子，而组成共价键结构时，需要4个价电子，显然，这时会因缺少一个电子而出现一个空位，由于价电子在原子之间运动，别处的价电子很容易填补这个空位，使硼原子多了一个电子而成为-1价的离子，而别处的硅或锗原子少了一个价电子，而出现一个空穴。常温之下，掺入的硼原子都可电离，因此每掺入一个硼原子，在别处均可提供一个空穴。这就是说，空穴成为该杂质半导体中的多子，自由电子成为少子，其导电的方式主要为空穴导电，故称为“空穴半导体”或“P型半

10

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 导体”。 三价硼元素提供了易于接受电子的空位，称为“受主元素”或“受主杂质”；硼原子接受电子，称为“受主原子”。 这时的受主原子，实际上是不可动的负电荷（受主负离子）与可动的正电荷（空穴）的结合体。 N型半导体简化图如上所示： 4.3 杂质半导体载流子的浓度讨论 我们前面曾讨论了本征半导体的载流子浓度，在本征半导体中掺入杂质后，两种载流子的浓度将有很大变化。我们现在来讨论一下杂质半导体的浓度问题，从而得出多子与少子的比例关系。 对于杂质半导体来说，在室温下，尽管掺入杂质含量很少，但由杂质原子所产生的载流子数目通常都大大超过本征载流子浓度，在这种情况下，可将多数载流子的浓度看成近似等于杂质浓度N。 我们用ND表示施主杂质原子浓度，即单位体积中的施主原子数；用NA表示受主杂质原子浓度，即受主原子的掺杂浓度数，则： 对N型半导体而言，其多子自由电子的浓度n与施主杂质浓度ND相等： nND 对P型半导体而言，其多子空穴的浓度p与受主杂质浓度NA相等： pNA 理论和实践证明，对杂质半导体而言，仍然有空穴浓度p与电子浓度n的乘积为一恒定值，与掺杂浓度无关，即：npni常数 因此，在确定了多数载流子浓度之后，可利用上式来确定少数载流子的浓度。 2nn对N型半导体，其少子空穴的浓度p为：pii nNDnn对P型半导体，其少子自由电子的浓度n为：nii pNA显然，由于多子浓度要比本征载流子浓度ni和pi大，所以，由上面两式可知，杂质半导体的少子浓度将小于本征载流子浓度。这就是说，一块本征半导体中原来的两种载流子浓度都是ni，在掺入杂质之后，多子浓度大大增加了，它将比本征载流子浓度ni大很多倍，而少子浓度则比本征载流子浓度ni要小很多。 2222参考书目： 《电子技术基础 模拟部分》康华光（主编），高等教育出版社 《模拟电子技术基础》童诗白 (主编)，高等教育出版社 课后反思： 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年8月28日

编号：02

11

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 课时安排：2学时 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 第一章 半导体器件基础 第二节 PN结 第三节 半导体二极管 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： 识记PN结的结电压（硅材料和锗材料）；二极管符号、方程； 领会扩散与漂移，PN结的导通与截止；二极管的结构、种类、伏安特性曲线、主要参数； 掌握PN结的形成和单向导电性，二极管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。 教学（能力、技能）目标： 在理解并掌握PN结的形成过程和单向导电性的基础上，进一步学习二极管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数等知识；学会判断二极管的导通与截止。 教学重点、难点： PN结的形成和单向导电性；二极管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，多媒体，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、复习、回顾 通过上次课的学习，我们知道了什么是半导体、本征半导体及杂质半导体，搞清楚了半导体的导电特性、共价键结构、导电机理、N型半导体和P型半导体，还学习了本征半导体和杂质半导体的载流子浓度。 二、导入新课 在领会掌握了第一节内容的基础上，我们现在开始学习电子电路中应用非常广泛的一种器件，即半导体二极管。因为形成二极管的基础是PN结，所以，我们这两节课先学习PN结的形成和单向导电性；在此基础上，再进一步学习二极管的结构、种类、工作原理、特性曲线和主要参数等知识；学会判断二极管的导通与截止，为电子电路分析打下坚实的基础。 三、明确本次授课的目的与要求 PN结是学习半导体器件的基础和重点，内容不是很难，相对于第一节来说，肯定有一定难度了，尤其是PN结的形成和单向导电性，需要大家重点掌握。 在理解并掌握PN结的形成过程和单向导电性的基础上，我们要进一步学习半导体二极管的结构、种类、符号、工作原理、特性曲线和主要参数等知识；学会判断二极管的导通与截止，为电子电路分析打下基础。因此，半导体二极管也需要我们大家重点学习和掌握。 学完这两节，课后的习题就可以做了，希望大家课下能多加练习，对课堂知识进行很好的巩固。 四、讲解本次授课的具体内容 第二节 PN结 杂质半导体（N型和P型半导体）的导电能力虽然比本征半导体极大增强，但它们并不能用来制造半导体器件。真正用来制造半导体器件的，是将N型和P型半导体居于一块晶体之中，在交界处所得到的PN

12

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 结。换言之，将P型和N型半导体经过工艺加工制造后所得到的PN结，是构成各种半导体器件的基础。 在电子技术中，PN结是一切半导体器件的“元概念”和技术起始点。 1. PN结的形成 将P型半导体与N型半导体经过工艺制造过程使它们紧密地结合在一起，在它们的交界处会出现什么情况呢？ 1.1 多子的扩散运动与空间电荷区的建立 P型半导体和N型半导体结合在一起 P型半导体的多子为空穴，N型半导体的多子为自由电子；N区自由电子的浓度大于P区，P区空穴的浓度大于N区 物质浓度存在差别，导致扩散过程的产生，N区的自由电子要向P区扩散，P区的空穴要向N区扩散 N区的自由电子扩散到P区后，将和P区的空穴复合，在N区只留下了不可动的正电荷；P区的空穴扩散到N区后，要和N区的自由电子复合，P区留下了不可动的负电荷 在交界面处，形成了一个空间电荷区，其实质是一个正负离子层。由于在这一区域内，多子都已扩散到对方并参与了复合，使得可以移动的正负电荷消失殆尽，因此该区域又称为“耗尽层”。 1.2 内电场的产生及其作用 空间电荷区所产生的直接结果，是形成了一个电场，其方向是从带正电的N区指向带负电的P区。由于这个电场是由载流子扩散而在内部形成，不是外加电压形成的，所以称为内电场。 内电场一经形成，由于它的方向是从N区指向P区，与多子扩散的方向刚好相反，因此，它将阻止扩散的进一步进行，即：P区带正电的空穴继续向N区扩散和N区自由电子向P区扩散时，都将受到这个内电场的阻力。从这个意义上理解，空间电荷区又可视为一个“阻挡层”，即它对多子的扩散有阻挡作用。 另一方面，从内电场的方向和电子与空穴的电极性上又可以看出，这个电场恰恰可以使N区的少子空穴向P区运动，也可以使P区的少子电子向N区运动，我们称之为少子的“漂移”。显然，内电场对少子的漂移具有推动作用。 少子漂移的方向与多子扩散的方向刚好相反，从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区失去的空穴，而从P区漂移到N区的电子则补充了原来交界面上N区失去的电子，这就是说，漂移使得空间电荷区的电荷量减少，空间电荷区变窄了。 1.3 扩散与漂移的动态平衡和PN结的形成 由以上分析可见，扩散与漂移是相互矛盾的。 扩散 空间电荷区变宽 漂移 空间电荷区变窄 内电场增强 内电场减弱 对多子扩散的阻力增大 使多子的扩散容易进行 使少子的漂移运动增强 开始时，扩散占优势，使空间电荷区加宽，内电场增强，阻碍扩散运动，但使漂移运动不断增强；漂移运动增强又使空间电荷区变窄，内电场减弱，进而使扩散容易进行；当扩散运动与漂移运动相等时，两者达到动态平衡。电子与空穴有来有往，但扩散过去多少电子和空穴，也就漂移过来多少电子和空穴，空间电荷区的厚度不再增加，而处于相对稳定的状态。这个一定宽度的空间电荷区，就是我们所说的PN结。 1.4 PN结的内建电势差 如前所述，PN结的空间电荷区存在电场，方向是从N区指向P区，即N区的电位高于P区，高出的

13

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 数值定义为这个内电场的内建电势差，又称接触电位差，用Uh表示。 内建电势差Uh与施主杂质浓度ND、受主杂质浓度NA及本征浓度ni等因素有关： UhkTNDNAln() 2qni式中，kT/q=UT，称为温度电压当量；k为波尔兹曼常数；q为电子电荷量；T是绝对温度；ND是施主杂质浓度；NA是受主杂质浓度；ni是材料的本征浓度。k=1.381×10-23J/K，q=1.6×10-19C，取 T=300K，可得： Uh0.026ln(NDNAni2) 一般情况下，硅材料PN结的内建电势差Uh大约为0.7V，锗材料PN结的内建电势差大约为0.3V。不同材料的这两个内建电势差的数值，常常是电子电路中分析与计算的依据。 1.5 PN结的电容效应 在PN结空间电荷区出现以后，这一区域将不再呈现电中性。由于它的一侧是正电荷，一侧是负电荷，宛如一对带有不同电荷的平行板电容器，并随之会出现电容效应。这种电容效应产生的电容，称为PN结的结电容。它的数值一般不大，只有几个皮法。但当半导体器件工作频率很高时，必须考虑它的影响。 2. PN结的单向导电性 未加外部电压时，PN结内无宏观电流，只有外加电压时，PN结才显示出单向导电性。而PN结之所以大量用来制造半导体器件，就是由于它在有外加电压时的单向导电性。 2.1 PN结加正向电压 PN结的P区接较高电位（比如电源的正极），N区接较低电位（比如电源的负极），称为给PN结加正向偏置电压，简称正偏。 PN结外加正向电压 PN结外加反向电压 PN结正偏时，外加电场使PN结的平衡状态被打破，由于外电场与PN结的内电场方向相反，内电场被削弱，扩散增强，漂移几乎减弱为0，因此，PN结中形成了以扩散电流为主的正向电流IF。因为多子数量较多，所以IF较大。为了防止较大的IF将PN结烧坏，应串接限流电阻R。扩散电流随外加电压的增加而增加，当外加电压增加到一定值后，扩散电流随正偏电压的增大而呈指数上升。由于PN结对正向偏置呈现较小的电阻（理想状态下可以看成是短路情况），因此称之为正偏导通状态。 2.2 PN结加反向电压 14 ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 将PN结的P区接较低电位（比如电源的负极），N区接较高电位（比如电源的正极），称为给PN结加反向偏置电压，简称反偏，如上图所示。 PN结反偏时，外加电场方向与内电场方向相同，在这一外电场作用下，P区的多子空穴和N区的多子电子都将进一步离开PN结，使空间电荷区变宽，亦使内电场增强，从而使多子扩散减弱到几乎为零，而漂移运动在内电场的作用下，有所增强，在PN结电路中形成了少子漂移电流。漂移电流和正向电流的方向相反，称为反向电流IR。 由于少子的浓度低，漂移的数量少，因而反向电流也很小，一般为微安数量级。而整个PN结表现为一个很大的电阻，可视为PN结反向截止。 由于少子是由本征激发所产生的，当管子制成后，少子数值取决于温度，而与外加电压几乎无关。在一定温度下，只要外加电压所产生的电场足以把这些少子都吸引过来，形成漂移电流，电压即使再增加，也不能使载流子的数目增多，电流的值趋于稳定，因而，常称反向漂移电流为反向饱和电流。 反向饱和电流数值不大，但它受温度的影响很大，在实际应用中需要考虑这一点。 结论：PN结的正向电阻很小，可视为正向导通；反向电阻很大，可视为反向截止，这就是PN结的单向导电性。 PN结在电路图中的符号如下图所示： P N 第三节 半导体二极管 把PN结用管壳封装，然后在P区和N区分别向外引出一个电极，即可构成一个二极管。二极管是电子技术中最基本的半导体器件之一。根据其用途分有检波管、开关管、稳压管和整流管等。 硅高频检波管 开关管 稳压管 整流管 发光二极管 电子工程实际中，二极管应用得非常广泛，上图所示即为各类二极管的部分产品实物图。 学习本节，大家要识记二极管符号、二极管方程；领会并掌握二极管的结构、种类、伏安特性曲线和主要参数。最后，还要通过一些例题，帮助大家理解并掌握二极管在电子电路中的常见用途及分析方法，为电子电路的分析打下基础。 1. 半导体二极管的结构、种类和符号 1.1 结构 二极管的结构主要可分为点接触型和面接触型两类。 点接触型二极管由一根很细的金属丝与半导体的表面相接触，经过特殊工艺在接触点上形成PN结。其特点是PN结的面积小，极间电容小，但不能承受高的反向电压和大电流。它的高频性能好，适用于高频检波和数字电路中的开关元件及小电流整流。 15

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 铝合金小球 N型锗片 正极引线 负极引线 N型锗 外壳 触丝 正极引线 PN结 金锑合金 负极引线 底座 点接触型二极管 面接触型二极管 面接触型二极管是采用合金法和扩散法制成的。PN结面积大，可承受较大的电流，但极间电容也大，工作频率受到影响。面接触型二极管适用于低频和大功率整流。 1.2 分类和符号 二极管分类点接触型 按结构分 面接触型 硅二极管 按材料分 锗二极管 普通二极管 按用途分 D 普通二极管 DZ 稳压二极管 D 整流二极管 开关二极管 稳压二极管 使用二极管时，注意极性不能接反，否则电路非但不能正常工作，还有毁坏管子和其他元件的可能。 2. 半导体二极管的伏安特性与二极管方程 2.1 二极管的伏安特性 二极管的伏安特性是指流过二极管的电流与二极管两端电压的函数关系。二极管既然是一个PN结，其伏安特性当然具有“单向导电性”。 I (mA) 60 40 20 -50 -25 反向 击穿区 二极管的伏安特性呈非线性，特性曲线上大致可分为四个区： (1) 死区：当外加正向电压很低时，由于外电场还不能克服PN结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，故正向电流很小，几乎为零，此时二极管仍然呈现较大的电阻，好像一个门槛，这一区域称之为死区。只有当外加电压超过某一电压后，正向电流才显著增加，这个一定数值的电压就成为门槛电压，或死区电压，记作Uth，硅管的死区电压约为0.5V，锗管的死区电压约为0.1V。

16

发光二极管 正向 死区 导通区 U(V) 0 0.5 0.8 反向 20 截止区 40 (A) ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… (2) 正向导通区：外加正向电压超过死区电压(硅管0.5V，锗管0.1V)时，内电场大大削弱，正向电流迅速增长，二极管进入正向导通区。 (3) 反向截止区：当外加反向电压较小时，由于少数载流子的漂移，形成反向饱和电流，因为少子的数目很少，因此反向电流很小。硅管的反向电流比锗管小得多。如果温度升高，少子数目增多，反向电流增大。 (4) 反向击穿区：外加反向电压超过反向击穿电压UBR时，反向电流突然增大，二极管失去单向导电性，进入反向击穿区 (5) 正向导通区和反向截止区的讨论 当外加正向电压大于死区电压时，二极管由不导通变为导通，电压再继续增加时，电流迅速增大，而二极管端电压却几乎不变，此时二极管端电压称为正向导通电压。硅二极管的正向导通电压约为0.7V，锗二极管的正向导通电压约为0.3V。 在二极管两端加反向电压时，将有很小的、由少子漂移运动形成的反向饱和电流通过二极管。反向电流有两个特点：一是它随温度的上升增长很快，二是在反向电压不超过某一范围时，反向电流的大小基本恒定，而与反向电压的高低无关(与少子的数量有限)。所以通常称它为反向饱和电流。 (6) 反向击穿区的讨论 PN结反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结的电流很小，基本上可视为零值。但当电压超过某一数值时，反向电流会急剧增加，使二极管失去单向导电性，这种现象称为PN结反向击穿。 反向击穿发生在空间电荷区。击穿的原因主要有两种： ① 雪崩击穿 当PN结上加的反向电压大大超过反向击穿电压时，处在强电场中的载流子获得足够大的能量碰撞晶格，将价电子碰撞出来，产生电子-空穴对，新产生的电子-空穴对又会在电场中获得足够能量，再去碰撞其它价电子产生新的电子空穴对，如此连锁反应，使反向电流越来越大，这种击穿称为雪崩击穿。 雪崩击穿属于碰撞击穿，其电场较强，外加反向电压相对较高。通常出现雪崩击穿的电压均在7V以上。 ② 齐纳击穿 当PN结两边的掺杂浓度很高，阻挡层又很薄时，阻挡层内载流子与中性原子碰撞的机会大为减少，因而不会发生雪崩击穿。 PN结非常薄时，即使阻挡层两端加的反向电压不大，也会产生一个较强的内电场。这个内电场足以把PN结内中性原子的价电子从共价键中拉出来，产生出大量的电子—空穴对，使PN结反向电流剧增，这种击穿现象称为齐纳击穿。可见，齐纳击穿发生在高掺杂的PN结中，相应的击穿电压较低，一般均小于5V。 雪崩击穿是一种碰撞的击穿，齐纳击穿是一种场效应击穿，二者均属于电击穿，其实质是在强电场的作用下，大大增加了少子的数目，从而引起反向电流的剧增。电击穿过程通常可逆：只要迅速把PN结两端的反向电压降低，PN结就可恢复到原来状态。 利用电击穿时PN结两端电压变化很小电流变化很大的特点，人们制造出工作在反向击穿区的稳压管。 ③ 热击穿 如果电击穿中的电压过高，电流过大，消耗在PN结上的功率超过它的耗散功率，电击穿就过渡到热击穿，并很快将PN结烧毁，造成永久性的损坏。 热击穿也可以这样理解，若PN结两端加的反向电压过高，反向电流将急剧增长，造成PN结上热量的

17

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 不断积累，从而引起结温持续升高，当这个温度超过PN结的最大允许结温时，PN结就会发生热击穿，热击穿将使PN结永久损坏。热击穿的过程是不可逆的，应当尽量避免发生。 2.2 二极管方程 根据半导体物理的理论分析，可得到理想二极管电流与端电压之间有如下关系： IIS(eU/UT1) 式中，IS为反向饱和电流；UT为温度电压当量，由第二节已知，在室温下取T=300K时，UT26mv。 由上式即可求出理想二极管的电压或电流。由于该式是反映理想二极管伏安特性的方程式，又称为二极管方程。 对上式稍加分析可知： 1）当管子外加电压U，且UUT时： 由eU/UT1，上式可简化为IISeU/UT 这时，电流与电压之间成指数函数关系，即为二极管特性曲线的正向部分。 2）当外加反向电压时，U为负值，如果|U|UT，指数项将很快趋于零，因而有IIS 这意味着，反向电流几乎为一常数，即如前所述的反向饱和电流，与外加的反向电压大小无关。 3. 半导体二极管的主要参数 二极管的特性，除了可用特性曲线来表示以外，还可以用它的参数来表征。电子器件的参数是用来表征管子性能优劣及适用范围的指标，也是设计电路、选择器件的主要依据。 3.1 最大整流电流IF： 指二极管长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。其大小由PN结的结面积和外界散热条件决定。 一般点接触型二极管的IF约为几十毫安，面接触型二极管的IF可达几十安培以上。电流过大时，有时会出现热击穿，而使管子烧毁。 3.2 最高反向工作电压URM： 指二极管长期安全运行时所能承受的最大反向电压值。手册上一般取击穿电压的一半或三分之二作为最高反向工作电压值。 一般点接触型二极管的最高反向工作电压为几十伏，面接触型二极管的最高反向电压可达数百伏。 3.3 最大反向电流IRM： 指二极管在加上最高反向工作电压时的反向电流值。该值越小，说明管子的单向导电性越好。硅管的反向电流较小，一般在零点几个微安，甚至更小；锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。最大反向电流受温度的影响大。 3.4 最高工作频率fM： 此值由PN结的结电容大小决定。若二极管的工作频率超过该值，则二极管的单向导电性将变得较差。 需要说明的是，半导体器件的参数，都是在一定条件下测得的，当条件改变时，参数亦会有所改变；此外，由于制造工艺的，即使同一型号的管子，其参数的分散性也比较大。 二极管在电子电路中应用甚广，其依据都在于它的单向导电性。它可以在电路中用来整流、检波，进

18

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 行元件保护；可对信号波形进行整形、限幅，对电路中的电位产生隔离、箝位作用；此外还可作为数字电路中的开关元件。下面举一些例子进行说明。 (1) 二极管的开关作用 D P + N － P － D N + 注意：分析实际电路时为简单化，通常把二极管正向导通时相当一个闭合的开关 + D UD=0 － 反向阻断时相当一个打开的开关 － D UD=∞ + 进行理想化处理，即正偏时视其为“短路”，截止时+ － － + 视其为“开路”。 (2) 二极管的整流作用 将交流电变成单方向脉动直流电的过程称为整流。利用二极管的单向导电性能就可获得各种形式的整流电路。 B 220V ~ D B IN4001 220V RL ~ D2 D1 RL 二极管半波整流电路 B 二极管全波整流电路 B D4 220V ~ D3 D1 RL D2 220V ~ RL 二极管桥式整流电路 (3) 二极管的限幅作用 将输出电压在某一范围内。 桥式整流电路简化图 可做习题： P43、44：题1-1、题1-2 课后反思： 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年9月5日

编号：03

19

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 课时安排：2学时 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 第一章 半导体器件基础 第四节 特殊二极管 第五节 半导体三极管 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： 识记稳压管、光电二极管和发光二极管符号；三极管符号、分类、命名方法； 领会稳压管的稳压特性、击穿机制、主要参数；光电二极管的特性曲线；发光二极管的发光原理与导通管压降；半导体三极管的载流子分配情况和电流分配方程式、特性曲线、主要参数及温度特性；掌握三极管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。 教学（能力、技能）目标： 了解常用的特殊二极管；掌握三极管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。 教学重点、难点： 三极管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，多媒体，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、复习、回顾 上次课，我们学习了PN结的形成和单向导电性；在此基础上，进一步学习了二极管的结构、种类、工作原理、特性曲线和主要参数等知识；学习了判断二极管的导通与截止的方法。 二、导入新课 前面介绍的二极管属于普通二极管，在实际中还经常用到一些专用的特殊二极管，咱们主要介绍稳压二极管、光电二极管和发光二极管。 学完特殊二极管，我们还要接着学习电子元器件中的一大器件——三极管。 三、明确本次授课的目的与要求 对于特殊二极管，我们只需识记它们的符号，领会稳压管的稳压特性、击穿机制、主要参数，光电二极管的特性曲线，发光二极管的发光原理与导通管压降，就可以了。对于三极管，是我们学习的重点，对它的结构、工作原理、特性曲线和主要参数我们都要重点掌握。 四、讲解本次授课的具体内容 第四节 特殊二极管 1. 稳压二极管 1.1 电路符号与伏安特性 稳压二极管是利用二极管反向击穿的特性制成的。其外形和内部结构与普通二极管相似，对外也有两 20 实 物 图 图符号及文字符号 D ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 个电极，它是一种特殊的面接触型二极管，其反向击穿可逆。 稳压二极管的伏安特性曲线如下图所示： I(mA) 40 30 20 ΔUZ －12－8－4 ΔIZ 10 正向特性与 普通二极管相似 U(V) 0 0.4 0.8 -5 -10 -15 -20 (μA) 反向 由图可见，它与普通二极管相似，略有差异的是它的反向特性。显然，它的反向特性比普通二极管更加陡直，这正是它用来稳压的依据所在。 对普通二极管来说，它的反向电流随着反向电压的增加而增加，一旦达到击穿电压，二极管被击穿，若无限流电阻，管子将因电流过大而烧毁。 而由稳压管的伏安特性可见，当反向电压小于击穿电压时，反向电流很小；当反向电压增加到击穿电压UZ后，反向电流急剧增加；由图可见，反向电压只要略有增加，反向电流就有很大增加，也就是说，当反向电流在很大范围内变化时，反向电压变化不大。稳压管正是利用这一点来稳压的。图中虚线所示部分是稳压管的反向击穿区，电压UZ为稳定电压。 1.2 典型稳压电路的稳压过程 一个典型的稳压管稳压电路如下图所示： IR + R ui D– Iz IL + uo – 当电路输入端的电压发生变化，而引起负载两端的电压变化时，它的稳压过程可如下所示： UI UO IZ IR UR UO 1.3 稳压管的主要参数（参数书：P15、16） (1) 稳定电压Uz：稳压管的反向电流为规定的稳定电流值时，稳压管两端的稳定电压值。 (2) 稳定电流Iz：稳压管正常工作时的工作电流，此值一般是指最小稳定电流。 (3) 最大稳定电流Izmax：管子可以正常稳压的最大允许工作电流。 (4) 动态电阻rz：在稳压管的稳压范围内，稳压管两端的电压变化量与电流变化量之比，即rz(6) 最大允许耗散功率Pzm：使管子不致热击穿的最大功率损耗。 UZ IZ 21

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… (5) 温度系数UZ%/oC：稳压管受温度影响的变化系数。 UZ1.4 使用稳压二极管时应该注意的事项 (1) 稳压二极管正负极的判别 + DZ － (2) 稳压二极管使用时，应反向接入电路 (3) 稳压管应接入限流电阻 DZ 如果稳压管只工作在电击穿情况下，结构不被破坏，则击穿是可逆的，当除去外加电压后，其击穿即可恢复。但是若反向电流太大，使管子由电击穿进入热击穿，则会使管子烧毁。因此，稳压管在使用中，也必须在电路中串接一个限流电阻。 (4) 电源电压应高于稳压二极管的稳压值 USUZ(5) 稳压管都是硅管。其稳定电压UZ最低为3V，高的可达300V，稳压二极管在工作时的正向压降约为0.6V。－ + US 2. 光电二极管 光电二极管也称光敏二极管，是将光信号变成电信号的半导体器件，其核心部分也是一个PN结。光电二极管PN结的结面积较小、结深很浅，一般小于一个微米。 光电二极管也称光敏二极管，同样具有单向导电性，光电管管壳上有一个能射入光线的“窗口”，这个窗口用有机玻璃透镜进行封闭，入射光通过透镜正好射在管芯上。 光电二极管的正常工作状态是反向偏置。在反向电压下，无光照时，反向电流很小，称为暗电流；有光照射时，携带能量的光子进入PN结，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分价电子挣脱共价键的束缚，产生电子—空穴对，称光生载流子。光生载流子在反向电压作用下形成反向光电流，其强度与光照强度成正比。 3. 发光二极管 发光二极管，简称LED，是一种能把电能直接转换成光能的固体发光元件。发光二极管和普通二极管一样，管芯由PN结构成，具有单向导电性。 发光二极管的制造依据与光电二极管恰恰相反。光电二极管是利用热激发使产生的电子-空穴对数量增加，从而使反向电流增加；发光二极管则是利用电子-空穴对复合时，能量以光的形式释放出来。 发光二极管一般使用砷化镓、磷化镓等材料制成。现有的发光二极管能发出红黄绿等颜色的光。 发光管正常工作时应正向偏置，因发光管属于功率型器件，因此死区电压较普通二极管高，其正偏工作电压至少要在1.3V以上。 单个发光二极管常作为电子设备通断指示灯或快速光源及光电耦合器中的发光元件等。多个发光管常用来作为数字电路的数码及图形显示的七段式或阵列器件。

22

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 第五节 半导体三极管 1. 三极管的结构、种类与符号 (1) 结构与符号 二极管有一个PN结，三极管有两个PN结。由于多了一个PN结，使三极管与二极管相比，具有了放大作用与开关作用。 三极管有两个PN结，由这两个PN结就可以组成NPN型和PNP型两种类型的三极管。（详见PPT） 每一类三极管都可分为三个区：基区、发射区、集电区，相应的电极则为基极B、发射极E、集电极C。基区与发射区之间的PN结称为发射结，基区与集电区之间的PN结称为集电结。 (2) 分类 按材料分：硅管和锗管按工作频率分：高频管和低频管三极管分类按耗散功率分：大、中、小功率管 按用途分：放大管和开关管按制造工艺分：平面型和合金型大功率低频三极管 中功率低频三极管 小功率高频三极管 根据制造工艺和材料的不同，三极管分有双极型和单极型两种类型。若三极管内部的自由电子载流子和空穴载流子同时参与导电，就是所谓的双极型。如果只有一种载流子参与导电，即为单极型。 国内生产的硅三极管多为NPN型，锗三极管多为PNP型。 2. 三极管的电流分配与放大作用 2.1 三极管实现电流放大的条件 三极管实现电流放大作用，是有一定条件的，内部条件就在于其特殊的结构特点，而外部条件与基极、发射极、集电极的接法有关，我们分别来看。 内部结构条件：① 基区：为减少载流子在基区的复合机会，基区做得很薄，一般为几个微米，且掺杂浓度极低，多子浓度低。 ② 发射区：掺杂浓度很高，以便有足够的载流子供“发射”。多子浓度远大于基区的多子浓度。 ③ 集电区：集电区体积较大，且为了顺利收集边缘载流子，掺杂浓度界于发射极和基极之间。集电结面积远远大于发射结面积。 ④ 集电结面积>>发射结面积 可见，双极型三极管并非是两个PN 结的简单组合，而是利用一定的掺杂工艺制作而成。因此，绝不能用两个二极管来代替，使用时也决不允许把发射极和集电极接反。 外部接线条件：① 发射结必须“正向偏置”，以利于发射区电子的扩散。 ② 集电结必须“反向偏置”，以利于收集扩散到集电结边缘的多数扩散电子。 从电位的角度看，NPN ：VC>VB>VE PNP ：VC23

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 2.2 三极管内部载流子的传输过程 ① 发射区向基区注入电子：由于发射结处正偏，发射区的多数载流子自由电子将不断扩散到基区，并不断从电源补充进电子，形成发射极电流IE。 ② 电子在基区的扩散和复合：由于基区很薄，且多数载流子浓度又很低，所以从发射极扩散过来的电子只有很少一部分和基区的空穴复合形成基极电流IB，剩下的绝大部分电子则都扩散到了集电结边缘。 ③ 集电区收集扩散过来的电子：集电结由于反偏，可将从发射区扩散到基区并到达集电区边缘的电子拉入集电区，从而形成较大的集电极电流IC。 2.3 各电极电流关系及电流放大作用 ① 三电极电流关系 ： IE = IB + IC——电流分配原则② IC  IB ， IC  IE ，ICICEOIC ——直流电流放大系数 IBIB③  IC   IB ，IC——交流电流放大系数 IB）1④，（ ICIB，ICIB(1)IBIE——电流分配方程式 ⑤ 把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。 ⑥ 三极管使用一个较小的电流去控制一个较大的电流，起电流放大的作用，因而将三极管称为电流控制元件。 3. 三极管的特性曲线 所谓特性曲线是指各极电压与电流之间的关系曲线，是三极管内部载流子运动的外部表现。伏安关系曲线反映出三极管的性能，是分析放大电路的依据。 讨论三极管的伏安特性，要分输入特性曲线和输出特性曲线来讨论。这些特性曲线可以用三极管图示仪直接显示出来，也可以通过实验进行测绘。 测量三极管特性的实验线路： 共发射极电路 IB A IC + + mA 发射极是输入回路、输出回路的公共端。 + V UCE RB EC V UBE 输入回路 – + – 输出回路 – – EB 3.1 输入特性曲线 电路输出端集电极-发射极电压UCE一定时，输入回路中电流IB与基极-发射极电压UBE之间的关系曲 24

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 线。IBf(UBE)|UCE常数 ① 令UCC为0，则UCE亦为0，令UBB从0开始增加：特性曲线见PPT； ② 增大UCC，先让UCE为0.5V，令UBB从0开始增加：特性曲线右移，见PPT； ③ 继续增大UCC，让UCE为1V，令UBB从0开始增加：特性曲线继续右移，见PPT； ④ 继续增大UCC使UCE=1V以上的多个值，结果发现：之后的所有输入特性几乎都与UCE=1V的特性相同，曲线基本不再变化。 实用中三极管的UCE值一般都超过1V，所以其输入特性通常采用UCE=1V时的曲线。 3.2 输出特性曲线 当输入回路电流IB一定时，输出回路中的电流IC与管子输出端电压UCE之间的关系曲线称为输出特性。 ICf(UCE)|IB常数 ① 先把IB调到某一固定值保持不变，然后调节UCC使UCE从0增大，观察毫安表中IC的变化并记录下来。根据记录可给出IC随UCE变化的伏安特性曲线，此曲线就是三极管的输出特性曲线。 ② 再调节IB至另一稍小的固定值上保持不变，仍然调节UCC使UCE从0增大，继续观察毫安表中IC的变化并记录下来。根据电压、电流的记录值可绘出另一条IC随UCE变化的伏安特性曲线。如此不断重复上述过程，我们即可得到不同基极电流IB对应相应IC、UCE数值的一组输出特性曲线。 从特性曲线可以看出：输出曲线开始部分很陡，说明IC随UCE的增加而急剧增大。 当UCE增至一定数值时(一般小于1V)，输出特性曲线变得平坦，表明IC基本上不再随UCE而变化。（原因详见书P21、22） 从输出特性曲线可求出三极管的电流放大系数： 取任意两条特性曲线上的平坦段，读出其基极电流之差ΔIB； 再读出这两条曲线对应的集电极电流之差ΔIC； 于是我们可得到三极管的电流放大倍数=ΔIC /ΔIB。 输出特性曲线上一般可分为三个区：放大区、饱和区、截止区 ① 放大区：特性曲线中间近于水平的部分。 UCE大于等于1，UCE增加时，IC几乎保持不变，即IC与UCE几乎无关。 IB增加时，IC显著增大，IB的微小变化引起IC的很大变化（IC比IB大倍），三极管具有电流放大作用，说明发射结正偏，集电结反偏。 ② 截止区：当基极电流IB小于0时，三极管处于截止状态，即发射结和集电结均处于截止状态。 要想使发射结和集电结都处于截止状态，就要使PN结两端电压小于其导通电压，但为了保证管子可靠截止，常使PN结两端电压小于等于0，即发射结和集电结均为反向偏置。 由曲线可见，当IB=0时，IC并不为0，这是因为在这个时候，管子中有一个很小的反向漂移电流流过。该值很小，就硅管而言，一般为微安级，因此，在精度要求不高的场合，常将硅管输出特性曲线截止区的边缘视为与横轴重合。 截止区内，发射结和集电结均为反偏，呈现高阻状态，管子相当于一个断开的开关。

25

 ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… ③ 饱和区：特性曲线左侧各个IB值下输出特性曲线的起始部分，称为饱和区。 饱和区内，UCE<1，且IC随着UCE的增加显著增加。 当IB增大时，注入基区的电子增多，但UCE比较小，集电结内电场不够强，不足以拉动过多的电子，即集电结吸引来自发射区电子的能力“饱和了”，使IC不再增加。此时，发射区发射电子和集电区收集电子呈现一种“发射区发射有余，集电区收集不足”的局面。 饱和状态的显著特征是：IC不受IB控制，而只受UCE控制，只要UCE略有增加，IC就显著增加。 饱和区内，集电极和发射极之间的压降称为饱和压降，用UCES表示，该值很小，一般 小功率硅管约为0.3V，锗管约为0.1V，大功率管可达1V以上。 饱和区的偏置特征如何？要使发射区发射电子，发射结必须正偏，即UBE>0，管子正常工作情况下，UBE=0.6~0.7V。由UCE=UCB+UBE可得，UCB=UCE-UBE ，因为UCE很小，故UCB很小。若UCE小到等于UBE时，UCB=0，管子就进入临界饱和状态（将UCE=UBE作为饱和区和放大区的分界线）；若UCE小于UBE时，UCB<0，管子处于深度饱和状态，此时UBC>0，即集电结处于正偏状态。即得在饱和区内：发射结和集电结均为正向偏置。 饱和区内，发射结和集电结均为正偏，呈现低阻状态，管子相当于一个接通的开关。 4. 三极管的主要参数 三极管的特性，不仅可以用特性曲线来表示，还可以用参数来表征。 (1) 电流放大系数 ① 直流电流放大系数IC/IB ② 交流电流放大系数IC/IB (2) 极间反向电流 ① 集电极-基极反向饱和电流ICBO：发射极开路时，集电极-基极之间的反向电流。 ② 集电极-发射极反向饱和电流ICEO：基极开路时，由集电区流入，而由发射区流出的反向电流。 由于基极开路，基极电源无法向基极供电。集电极电源EC则加在管子的集电极和发射极之间，使发射结正偏，集电结反偏。在集电结反向偏压作用下，作为N区的集电区少子空穴，可以在集电结反向偏压的作用下，越过集电结，形成集电极-基极之间的反向电流ICBO。同时，在发射结正向偏压的情况下，发射区可以向基区注入电子，并形成集电极-发射极电流即穿透电流ICEO，该电流的一小部分与从集电区漂移到基区的空穴进行复合，显然复合电流=ICBO ；发射区注入基区的电子除这一小部分参与复合外，其余大部分仍然会越过集电结到达集电区的边缘，显然这一部分电流为ICBO 。 显然，ICEO(1)ICBO，可见ICEO与ICBO关系极大，由于ICBO受温度影响大，导致ICEO同样受温度影响大。ICEO越大，说明管子稳定性越差，当这个参数过大时，必须考虑更换管子。 ③ IC、与ICBO关系讨论：

 26

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… ICICBO  当ICBO较小时，可有：IC/IB IBICBO 只要有一个IB，就有一个IC，且IC总比IB大倍——三极管的电流放大作用。 ICIB(1)ICBOIBICEO：IC与温度关系极大，使三极管的温度稳定性颇差。 (3) 几个极限参数 ① 集电极最大允许电流ICM ：IC>ICM时，晶体管不一定烧损，但β值明显下降。  ② 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO ：指基极开路时，允许加在集-射极之间的最高反向电压。 ③ 集电极最大允许功耗PCM ：集电结允许损耗功率的最大值。 5. 三极管的温度特性 (1) 温度对的影响：温度升高，电流放大系数值增大，使输出特性曲线之间的间隔变宽，从而使集电极电流IC增加。 (2) 温度对ICBO的影响：温度升高，ICBO按指数规律增大，使集电极电流IC增加。 (3) 温度对UBE的影响：温度升高，特性曲线左移，使管子的死区电压降低。相同的UBE下，IB增大，最终使集电极电流IC增加。 6. 国产三极管的命名方法和选用 (1) 型号与命名规则 阿拉伯 汉语拼 数字 音字母 电极数目 汉语拼音字母 阿拉伯 数字 序号 汉语拼音字母 器件的材器件的类别 料和极性 规格号 (2) 三极管的选用原则与使用注意事项 ① 所加电压极性必须正确 ② 电路在工作中，均须防止三极管的电流、电压超出最大极限值，不得有两项或两项以上参数同时达到极限值，管子必须工作在安全区，还需注意满足规定的散热要求。 ③ 同型号的管子，应选反向电流小的；其值一般选在几十到一百之间。 ④ 如要求管子的反向电流小，工作温度高，可选硅管；如要求管子的导通结电压较低时，应选锗管。 ⑤ 代换问题：只要管子的基本参数相同，就可以代换。性能高的，可代换性能低的。但硅管与锗管通常不能代换。 可做习题： P44：题1-3，题1-4（稳压二极管） 题1-5，题1-6，题1-7（三极管） 课后反思：

27

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年9月10日

编号：04

课时安排：2学时 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 第一章 半导体器件基础 第六节 场效应管 习题 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： 识记各种类型场效应管的符号，结型管的转移特性方程，场效应管的特点。 领会结型场效应管、N沟道增强型MOS管、N沟道耗尽型MOS管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。 28

掌握场效应管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 教学（能力、技能）目标： 通过对场效应管的学习，进一步理解、掌握半导体器件的各种特性。 教学重点、难点： 场效应管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，多媒体，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、复习、回顾 半导体三极管的结构、符号； 三极管实现电流放大作用的内部结构条件和外部条件； 三极管内部载流子的传输过程； 三极管各电极电流关系及电流放大作用； 三极管的特性曲线：输入特性曲线 输出特性曲线：3个分区 三极管的主要参数； 三极管的温度特性； 国产三极管的命名方法和选用。 二、导入新课 上次课我们学习的半导体三极管，是利用基极小电流去控制集电极较大电流的电流控制型器件，因工作时两种载流子同时参与导电而称之为双极型晶体管。本节课我们将要学习的场效应管，因工作时只有多数载流子一种载流子参与导电，因此称为单极型晶体管；单极型晶体管是利用输入电压产生的电场效应控制输出电流的电压控制型器件。 场效应管（原简称FET，现为VF或VFE），也是一种用PN结构成的半导体器件，它利用电场效应来控制电流，因而得名场效应管。 根绝结构的不同，场效应管有两种类型，一种为结型场效应管（简称JFET），另一种为绝缘栅型场效应管（简称IGFET，又称MOS管）。它们都以半导体中的多数载流子导电，因为又称为单极型晶体管。 场效应管具有体积小、重量轻、耗电少、寿命长、输入电阻极高、噪声低、温度稳定性好、抗辐射能力强、制造工艺简单等诸多优点，一经问世，即得到非常广泛的应用，并为集成电路的发展，特别是大规模与超大规模集成电路的发展提供了十分有利的条件。 三、明确本次授课的目的与要求 第六节的内容跟第五节一样，知识点也是比较多的，而且理解也有一定难度，学完本节课，希望大家能够识记各种类型场效应管的符号，结型管的转移特性方程，场效应管的特点。领会结型场效应管、N沟道增强型MOS管、N沟道耗尽型MOS管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。重点掌握场效应管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数。 四、讲解本次授课的具体内容 第五节 场效应管

29

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 1. 结型场效应管的结构和工作原理 1.1 结型场效应管的引出 硅棒中电子流通的途径由于耗尽层的加宽而减小，达到利用电压产生的电场来控制电流强弱的目的。1.2 结型场效应管的结构 D 高浓度P型区(P+) D N型硅棒 D 高浓度N型区(N+) P型硅棒 D G G 符号 G S G S 导电沟道 符号 S S N沟道结型场效应管的结构和符号 P沟道结型场效应管的结构 1.3 N沟道结型场效应管的工作原理 UGS=0，ED=0：导电沟道较宽，沟道电阻较小。 UGS=0，ED≠0：在UDS作用下，N区中的电子由源极经导电沟道向漏极运动，形成较大的漏极电流ID。 UGS= -EG，ED ≠0 ：耗尽层变宽，导电沟道变窄，沟道电阻变大。漏极电流ID减小。 EG增大：栅源电压更负，耗尽层再变宽，将会进一步向中间靠拢。当UGS负到某一数值时，两边的耗尽层将合拢。把这时导电沟道几乎为0，沟道电阻趋于∞，漏极电流ID为0的情况，称为沟道的“夹断”，相应的栅源负电压称为夹断电压，记为UGS(off)。 总结：改变栅源负电压的大小，改变了导电沟道的宽度，从而可有效地改变沟道电阻，如果加了漏源电压ED为某一固定值，则漏极电流ID会随UGS负电压的改变而改变。 即：在UDS不变的情况下，栅源之间很小的电压变化可以引起漏极电流ID的相应变化。这种效应，称之为场效应。 从以上分析可看出：场效应管属于电压控制元件。 2. 结型场效应管的特性曲线、主要参数及转移特性方程 2.1 结型场效应管的特性曲线 (1) 输出特性 场效应管的输出特性，又称场效应管的漏极特性，是指在栅源电压UGS一定的情况下，漏极电流ID与漏源电压UDS之间的关系，即：IDf(UDS)|UGS常数。 30

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… ID /mA IDSS UGS=0 可变电阻区饱和区 击-1V 穿 -2V 区 -3V -4V UDS / V 0 UGS(off) (2) 转移特性与转移特性方程 场效应管的转移特性，是指在漏源电压UDS一定时，栅源电压UGS对漏极电流ID的控制作用，即： IDf(UGS)|UDS常数 ID /mA ID /mA UGS=0 IDSS IDSS -1V -2V -3V -4V UDS / V ID /mA UGS(off) -4V -3V -2V -1V 0 UGS / V 实验表明，对N沟道结型场效应管，在UGS(off) ≤UGS≤0范围内，即在饱和区内，ID随UGS的增加是近似按平方规律上升的，即：IDIDSS[1 该式反映了电压UGS对电流ID的控制作用，称为转移特性方程。 2.2 N沟道结型场效应管的主要参数 (1) 直流参数 夹断电压UGS(off)：使栅源之间耗尽层扩展到沟道被夹断时所必须的栅源电压值。 饱和漏电流IDSS：在UGS=0的情况下，漏源电压UDS>|UGS(off)|时的漏极电流。 直流输入电阻RGS(DC)：在漏源两极短路即UDS=0时，栅源电压UGS（一般取|UGS|=10V）与栅极电流的比值。 (2) 交流参数 低频跨导gm：在UDS=常数时，漏极电流的微变量和引起这个变化的栅源电压UGS的微变量之比，称为跨导。用公式表示为:gm交流输出电阻rds：输出特性曲线上某一点斜率的倒数，定义为：gm

31

IDSS 0 UDS=10V UDS=UGS(off)| -4V -3V -2V -1V 0 UGS / V IDf(UGS)|UDS10V转移特性曲线 输出特性曲线 转移特性曲线 通过输出特性曲线用作图法得到转移特性曲线 UGS2]。UGS(off) iD|UDS uGSuDS|U iDGS……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… (3) 极限参数 漏源击穿电压U(BR)DS：漏极附近发生雪崩击穿、ID开始急剧上升时的UDS值。 栅源击穿电压U(BR)GS：栅极与沟道间的PN结的反向击穿电压。 最大耗散功率PDM：PDM=UDSID 3. 增强型MOS管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数 3.1 半导体的表面效应 当半导体表面有垂直方向的电场作用时，会使半导体的导电能力发生改变的现象。详细过程见PPT。 3.2 N沟道增强型绝缘栅场效应管 (1) 结构与符号 N沟道增强型MOS管结构 P沟道增强型MOS管结构 D B衬底 D BG 衬底S P沟道增强型MOS管符号 D B衬底 D B衬底 G S G S G S N沟道增强型MOS管符号 N沟道耗尽型MOS管符号 P沟道耗尽型MOS管符号 (2) 基本工作原理 ① N沟道增强型MOS管不存在原始导电沟道。 当栅源极间电压UGS=0 时，漏源之间没有形成导电沟道，是不导通的，ID=0，MOS管处于截止区。 ② 要想使漏源间有电流，就应该使漏源两极间有一个导电沟道。怎样才能产生导电沟道呢？ 在栅极和源极间加UGS且与衬底连在一起，在漏源间会形成导电沟道。 导电沟道形成时，对应的栅源间电压UGS=UGS(th)称为开启电压。 ③ 当UGS>UT、UDS≠0且较小时，导电沟道加厚产生漏极电流。 当UDS不变，UGS继续增大时，ID随着UGS的增大而增大。 ④ 增大UDS，导电沟道出现梯度，ID又将随着UDS的增大而增大。 当UGD=UGS－UDS=UT时，相当于UDS增加使漏极沟道缩减到导电沟道刚刚开启的情况，称为预夹断，ID基本饱和。 ⑤ 如果继续增大UDS，使UGD……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… ID /mA UGS=6V ID /mA 可变电阻区饱和区 击 穿 4V 区 3V 5V IDf(UGS)|UDS10V2V=UGS(th) UGS / V 0 UDS=10V 2V UDS / V 输出特性曲线 转移特性曲线 转移特性方程：IDIDO[(4) 主要参数 UGS1]2。UGS(th) 开启电压UGS(th)：UDS为某一固定数值的条件下可产生一个微小的漏极电流ID的最小栅源电压UGS值。 直流输入电阻RGS(DC)：栅极与源极之间的等效电阻。 低频跨导gm：UDS=常数时，漏极电流的微变量和引起这个变化的栅源电压UGS的微变量之比。gmiD|UuGSDS 漏源击穿电压U(BR)DS：漏极附近发生雪崩击穿、ID开始急剧上升时的UDS值。 栅源击穿电压U(BR)GS：栅极与沟道间的PN结的反向击穿电压。 最大耗散功率PDM：PDM=UDSID 3.3 P沟道增强型绝缘栅场效应管 电压、电流的极性与N沟道增强型MOS管相反。 4. 耗尽型MOS管的结构、工作原理、特性曲线和主要参数 4.1 N沟道耗尽型MOS管的结构、符号和工作原理 D B衬底 工作原理： UGS>0：在UDS一定时，UGS增大，ID增大 UGS<0：在UDS一定时，UGS越负，ID越小 G S N沟道耗尽型MOS管结构 4.2 N沟道耗尽型MOS管的特性曲线 N沟道耗尽型MOS管符号 33

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 输出特性曲线 转移特性曲线 5. 场效应管的特点及其与双极型晶体管的比较 5.1场效应管与双极型晶体管（三极管）的比较 极型：场效应管是单极型电子器件，三极管是双极型电子器件。 控制方式：场效应管是电压控制器件，放大倍数小；三极管是电流控制器件，放大倍数大。 稳定性：场效应管有较好的温度稳定性、抗辐射性和低噪声性能；三极管受温度和辐射影响大，管子工作不稳定。 使用灵活性：场效应管源、漏两极可互换使用，三极管发射极和集电极不可互换使用。 用途：场效应管可用来放大、做压控开关、压控电阻；三极管可用来放大、做压控开关。 制造工艺：场效应管制造工艺简单，占用芯片面积小，更适用于大规模集成。 5.2 场效应管使用的注意事项 ① 结型场效应管的栅源电压不能接反，但可以在开路状态下保存。绝缘栅型场效应管在保存时，必须将三个电极短接，以免外电场作用使管子损坏。 ② 结型场效应管可用万用表定性地检查管子的质量，但绝缘栅型场效应管必须用专门的测试仪，而且要在接入测试仪后才能去掉各电极短路线。取下时，则应先短路再取下，避免栅极悬空。 ③ 测试场效应管的仪器、仪表均需有良好的接地装置，以防栅极击穿。 ④ 场效应管在焊接时，电烙铁必须有外接地线，以屏蔽交流电场；焊接绝缘栅型场效应管时，最好断电焊接；取用管子时，手腕上最好套上一个接大地的金属箍。 可做习题： P44：题1-8，题1-9，题1-10，题1-11 课后反思： 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年9月18日

34

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

编号：05

课时安排：2学时 第二章 放大电路基础 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 第一节 基本放大电路的组成和工作原理 第二节 基本放大电路的图解分析法 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： 识记双电源供电的基本共射电路，静态工作点及参数，PNP管放大电路和固定偏流电路。领会并掌握基本放大电路的组成原则、各元件的作用、放大电路放大的条件和电压放大原理；领会并掌握图解分析法中IBQ的估算，直流负载线的画法，ICQ、UCEQ的求解，RL开路情况下最大不失真输出幅度Uom的求解，非线性失真的定义和分析。 教学（能力、技能）目标： 领会并掌握基本放大电路的组成、工作原理和图解分析法。 教学重点、难点： 基本放大电路的工作原理、静态工作点的求解。 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，多媒体，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、复习、回顾 三极管具有三流放大作用，场效应管具有压控电流作用。 二、导入新课 通过上一章的学习我们知道，三极管具有三流放大作用，场效应管具有压控电流作用，利用它们就可以组成放大电路。放大电路（即放大器）是应用最为广泛的一类电子线路，它的功能是将输入信号不失真地放大。在通信、自动控制、电子测量及广播、电视等方面和电子设备中，放大器是必不可少的组成部分。 所谓放大电路，就是指由放大元件（如三极管、场效应管等）为核心元件构成的，可将一个微弱的电信号变为一个放大了很多倍的、波形保持不变的电信号的电路。其作用是:将输入信号不失真地放大，使输出信号的强度（功率、电压或电流）大于输入信号，且不失真地重现输入信号的波形。 由于三极管、场效应管是非线性的，故放大电路就是非线性电路，分析时就应该是非线性分析法。。 本章我们将要学习最常用的几种基本放大电路的组成、工作原理、基本分析方法、特点和应用场合等。 三、讲解本次授课的具体内容 第一节 基本放大电路的组成和工作原理 1. 基本电压放大电路的组成 1.1 三极管放大电路的组成原则： 利用三极管的电流放大作用，再配合适当的外电路，使小信号能输入、被放大了的信号能输出。 1.2 三极管放大电路的三种组态 共发射极放大电路，共集电极放大电路和共基极放大电路。

35

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 1.3 基本电压放大电路的组成 C 1+ + C + 2 T + R B u i + R C R L E C + u o - E B - 1.4 各元件的作用 EB、RB、EC：使BJT工作在放大区，即发射结正偏，集电结反偏； RC：将变化的电流转变为变化的电压； RB：改变RB，即可改变静IB的值；加RB，信号ui才能输入； C1、C2：隔直通交，使变化的信号能输入、输出。 2. 电压放大原理 2.1 静态 静态：ui＝0时电路的工作状态； 静态工作点 Q：由IBQ、ICQ、UCEQ决定。 由估算法可得静态值：IBIBQEBUBEQRB ； ICICQIBQ ； UCEUCEQECICQRC。 ui＝0 时，uO=0；UBE=UBEQ，UCE=UCEQ，分别给C1、C2充电。 2.2 动态 动态：ui≠0时电路的工作状态。 （V）设ui为正弦信号，其瞬时值为：uiUImsint； 则：uBEUBEQUImsint； iBIBQibIBQIBmsint； iCiBIBQIBmsintICQICmsint ； uCEUCEQRCRLiCUCEQRLiC。 RCRL经C2隔直后，输出电压uO的瞬时值为：uORLiC；正弦有效值表示形式：UORLIC。 由于集电极电流比基极电流大了β倍，则选取适当的RL’，就可使输出电压比输入电压大几十到几百倍，实现了小信号的电压放大。 36 ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 3. PNP管放大电路 NPN管放大电路中的管子换成PNP管，EC、EB的正负极性对调， C1、C2也反过来接，即得PNP型。 4. 单电源供电电路 UCC RB + + ui - + RC IBIBQC2 + UCCUBEQRBC1 + T RL + uo - ICICQIBQUCEUCEQUCCICQRC 第二节 基本放大电路的图解分析法 所谓图解分析法，就是利用充分体现三极管非线性特性的输入和输出特性曲线和外电路方程，用作图的方法分析放大电路的工作情况。可分为静态分析和动态分析。静态分析用来求解静态工作点参数；动态分析用来求大电路的动态性能指标。 1. 静态分析 1.1 概念 静态：当放大电路没有输入信号（ui=0）时，电路中各处的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态或静止状态，简称静态。 静态工作点：在静态工作情况下，BJT各电极的直流电压和直流电流的数值，将在管子的特性曲线上确定一点，这点常称为静态工作点，即Q点。 动态：当放大电路输入信号后，电路中各处的电压、电流便处于变动状态，这时电路处于动态工作情况，简称动态。 静态分析：就是要找出一个合适的静态工作点，通常由放大电路的直流通路来确定。静态分析可以采用近似估算法，也可采用图解法。 1.2 近似估算Q点 T RB EB RC EC R B R C T U + CC 双电源和单电源供电的基本放大电路的直流通路 对于双电源供电的放大电路，由其直流通路可得Q点参数： IBIBQEBUBEQRB ；ICICQIBQ ；UCEUCEQECICQRC。 对于单电源供电的放大电路，可得Q点参数：

37

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… IBIBQUCCUBEQRB ；ICICQIBQ ；UCEUCEQUCCICQRC 1.3 用图解法确定Q点 由于BJT属于非线性器件，故用图解法进行分析。 图解法步骤如下： ① 把放大电路分成非线性（BJT）和线性（电阻和直流电源）两个部分； 非线性电路部分 IB/μA UCE≥1V + C 1 + + T + u i + R B E B RC RL E C + EB/RB IBQ Q 由UBE=EB－IBRB所决定的直线 UBE /V UBEQ uo - - 线性电路部分a 线性电路部分b ② 作出电路非线性部分的输入特性——BJT的输入特性； ③ 作出线性部分a的V-I特性； ④ 由电路非线性部分的输入特性和线性部分a的V-I特性的交点确定输入回路的Q点及IB、UBE； ⑤ 作出电路非线性部分的输出特性——BJT的输出特性（对应于IBQ的一条曲线）； ⑥ 作出线性部分b的V-I特性——直流负载线（由UCE=EC－ICRC所决定的直流负载线）； ⑦ 由电路非线性部分的输出特性和线性部分b的V-I特性的交点确定输出回路的Q点及IC、UCEQ。 Q点表示在给定条件下电路的工作状态，由于此时没有输入信号电压，所以Q点就是静态工作点。Q点所对应的电流、电压值就是静态工作情况下的电流和电压。 E I C/mA C Q 由UCE=EC－ICRC所决定的直流负载线 RC 两者的交点Q就是静态工作点 IBQ 也可用估算法求IB，确定对应的输出特性曲线 I CQ μ UCEQ /V UCC UC0 2. 动态分析 当接入正弦交流信号时，电路工作在动态工作情况，可以根据输入信号电压ui，通过图解法确定输出电压uo，从而可以得出uo与ui之间的相位关系和动态范围。图解的步骤是先根据输入信号电压ui，在输入特性上画出iB的波形，然后根据iB的变化在输出特性上画出iC和uCE的波形。 2.1 负载电阻RL开路时的工作情况（详细过程见PPT） 2.2 带负载电阻RL时的工作情况（详细过程见PPT） 两个概念：直流负载线：由斜率为-1/RC定出的负载线称为直流负载线；

38

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 交流负载线：由斜率为-1/RL’（ R'L= RL∥Rc ）定出的负载线称为交流负载线。 IB i b IBmax Q ic IC Q’ Q Q’’ ic IBmax IBmin UCE uCE IC Q’ Q1 Q Q2 Q’’ IBmax IBmin uCE UCE IBmin ωt uBUBE ωt ωt ωt ωt ωt 负载电阻RL开路 带负载电阻RL 3. 非线性失真与最大不失真输出幅度UOm 3.1 Q点过高引起饱和失真 饱和失真：RB太小，Q点过高，管子有一段时间工作在饱和区，uCE波形的下端有一部分被削掉。 3.2 Q点过低引起截止失真 截止失真：RB太大，Q点过低，管子有一段时间工作在截止区，uCE波形的上端有一部分被削掉。 3.3 最大不失真输出幅度UOm 放大电路有合适的静态工作点（即交流负载线的中间位置），可输出最大不失真信号。 IC P’ Q N’ UCE uCE ωt P’Q和QN’两个线段向横轴投影所得的电压幅度之中取小的即为放大电路的最大不失真输出幅度UoM 计算方式：P’Q的横轴投影=UCEQ-Uces QN’的横轴投影≈ICQRL’ 可做习题：P76：题2-1，题2-3 课后反思： 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年10月12日

编号：06

39

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 课时安排：2学时 第二章 放大电路基础 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 √ 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 第三节 放大电路的微变等效电路分析法 练习 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： 领会电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的定义，固定偏流电路工作点不稳定的原因，进一步学习领会静态工作点的概念、参数；掌握静态工作点参数计算，微变等效电路的画法，rbe、Åu、ri、ro的计算等。 教学（能力、技能）目标： 能够应用放大电路的微变等效电路分析法解答课后习题。 教学重点、难点： 静态工作点参数的求解，微变等效电路的画法及相应参数的计算。 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，多媒体，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、复习、回顾 基本放大电路的组成，各元件的作用，放大电路正常放大的条件，电压放大原理，静态工作点的求解，交直流负载线的绘制，最大不失真输出幅度的求解，非线性失真分析。 二、导入新课 图解分析法是分析非线性电路的经典方法，它将信号加入前后电路中各点电压和电流的变化清楚、直观地表现出来，对理大器工作过程很有帮助，但它有诸多缺点，如依赖特性曲线、图解麻烦且不准确、只能求出电压放大倍数和最大不失真输出幅度等参数。对放大电路进行更透彻的分析，求解更多的参数，主要的方法是我们本节课要讲的微变等效电路分析法。 三、讲解本次授课的具体内容 1. 非线性器件的线性化 在工程实际中，需要放大的信号往往都是非常微弱的电信号，这样一个信号加入放大电路后，引起工作点在Q点附件做很小范围内的近似直线的运动，如果只研究交流情况，则非线性的三极管就可以近似地当做一个线性元件来处理，由此得到三极管的小信号线性模型。2. 三极管的小信号线性模型——微变等效模型及其参数的计算 ib ube ic ube ib ic rbe ibrce uce rbe ibuce 三极管的小信号线性模型——微变等效模型 简化模型

40

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 2.1 等效模型（如上图） 2.2 等效模型参数的计算 ① 动态输入电阻：r26mv26mv r(1)300(1)bebb'IEIciBUCEUCEQ② 电流放大倍数：iC| ③ 动态输出电阻：ruCE| ceiIBIBQCrce还可由厄雷公式计算：r100(V) ceIC3. 基本放大电路的直流通路及静态工作点参数的计算 3.1计算静态工作点参数IBQ、ICQ和UCE的目的： (1) 看静态工作点Q的位置是否合适，UCEQ=（1/3-2/3）UCC较为合适。 (2) 由ICQ计算动态输入电阻rbe。 3.2 计算静态工作点参数IBQ、ICQ和UCE的方法： (1) 画出放大电路的直流通路； (2) 把UBE当常数，列出输入回路的直流方程，求出IBQ； (3) 由IBQ求出ICQ和UCEQ。 3.3 直流通路及其静态工作点参数的计算 对于双电源供电的放大电路，由其直流通路可得Q点参数： IBIBQEBUBEQRB ；ICICQIBQ ；UCEUCEQECICQRC。 对于单电源供电的放大电路，可得Q点参数： IBIBQUCCUBEQRB ；ICICQIBQ ；UCEUCEQUCCICQRC。 4. 基本放大电路的交流通路及动态性能指标Åu、ri、ro的计算 4.1 基本放大电路的交流通路和微变等效模型 c + ui RS - es e RB b + + T RC RL uo - - + RB rbe ui RS es ibRC RL uo - 基本放大电路的交流通路 基本放大电路的微变等效模型 4.2 由微变等效电路计算动态性能指标

41

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 电压放大倍数： RIcRIbRLUAuoLLrbeUirbeIbrbeIb输入电阻：riUiIiRB//rbe 输出电阻：rUooIor//RRcecc源电压放大倍数：AusUoEiUiUoEiUiriA uRrsi例题讲解（详见PPT）。 5. 固定偏流电路存在的问题 对于单电源供电的基本放大电路，其IBQ(UCCUBEQ)RB，在UCC和RB决定后，IBQ就是一个基本固定不变的数值，不随温度变化，此电路称为固定偏流电路。 由三极管的温度特性知道：三极管的β、ICBO(ICEO)会随温度的升高而增大；其发射结电压UBE在保持IB不变时，会随温度的升高而减小。导致三极管的输出特性曲线随温度的升高而膨胀上移。 IC/mA 40oC 10oC Q’ Q IBQIBQO UCE/V 由上图可知：温度升高使输出特性曲线上移，Q点沿直流负载线上移，使ICQ升高，导致放大电路工作不稳定。这就是固定偏流电路存在的问题，必须加以改进。 可做习题： P76：题2-2 课后反思： 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年10月14日

42

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

编号：07

课时安排：2学时 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 第二章 第四节 分压式偏置稳定共射放大电路 第五节 共集放大电路——射集输出器 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： 识记分压式偏置稳定共射放大电路、射集输出器的电路组成；领会偏置稳定电路稳定工作点的原理、射集输出器的特点和用途；掌握静态工作点参数计算，分压式偏置稳定共射放大电路接入射极旁路电容CE或CE开路时微变等效电路的画法，射极输出器等效电路的画法，动态参数rbe、Åu、ri、ro的计算等。 教学（能力、技能）目标： 能够应用电路的微变等效电路分析法解答课后习题。 教学重点、难点： 画微变等效电路，求解电路的动态参数。 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，多媒体，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、复习、回顾 三极管的微变等效模型及参数，基本放大电路的直流通路及静态工作点参数的计算，基本放大电路的交流通路、微变等效电路及动态性能指标的计算，固定偏流电路存在的问题。 二、导入新课 通过上次课的学习我们知道，在固定偏流电路中，因为三极管的IBQ是一个基本固定不变的数值，不随温度变化，而β、ICBO(ICEO) 、UBE会随温度的升高而变化，导致三极管的输出特性曲线随温度的升高而膨胀上移，使ICQ升高，Q点沿直流负载线上移，导致放大电路工作不稳定。 本节课我们将要学习的分压式偏置稳定共射放大电路就可以解决这个问题。 三、讲解本次授课的具体内容 第四节 分压式偏置稳定共射放大电路 1. 电路组成及稳定静态工作点的原理 1.1 电路组成 I ’ c b IBQ e CE

条件 ：RB1、RB2取值较小，使I’>>IBQ UBRB2UCC基本恒定 RB1RB2 硅管：I’=（5~10）IBQ 锗管：I’=（5~10）IBQ 43

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 1.2 稳定静态工作点的原理 温度t ↑→ ICQ↑→ IE↑→（UE=ICQRE）↑→（UBE=UB-UE）↓→IBQ↓ ICQ↓ 2. 偏置稳定电路的静态分析 2.1画直流通路 2.2 估算法计算静态工作点 UBUC UCEQ UE RB2UCCRB1RB2UBUBEQREICQIEQIBQICQ 3. 偏置稳定电路的动态分析 3.1带CE情况 ① 画交流通路 UCEQUCCICQ(RCRE)ii ib ic io 交流通路 微变等效电路 ② 画微变等效电路 ③ 由微变等效电路求解动态性能指标 电压放大倍数：RIcRIbR LLLAurbeUirIbrIbbebeUo 输入电阻：rUiRiIi//R//rB1B2be 输出电阻：roUoIoRLUi0r//RRceCC 3.2 CE开路情况 ii ib ic io 微变等效电路 ie ① 画微变等效电路

44

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… ie=ic+ib=(1+β)ib ② 求解动态性能指标 电压放大倍数：AuUoUiRL rbe(1)RE 输入电阻：riRB1//RB2//[rbe(1)RE] 输出电阻：roUoIoRLUi0RC 第五节 共集放大电路——射集输出器 1. 电路组成及静态工作点的计算 1.1 电路组成 R B I BQ I CQ + + U CC c V e C 2 + R L + uo － + U CC ui － － R s + us C 1 + + R B b R E V UCEQ + UBEQ － － R E 射极输出器 直流通路 1.2 画直流通路并计算静态工作点 IBQUCCUBEQRB(1)RE ICQIBQ UCEQUCCICQRE 2. 共集放大电路的动态分析 2.1 画微变等效电路 Rs U  s －I b i +  Ui － I 1 RB I br be I eRE e I c c I b + RL U o － 2.2 求解动态性能指标 电压放大倍数：由 Uo(R//R)Ie(1)RIb ELL

45

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… UiIbrUo[r(1)R]Ib bebeL(1)RL得 Au r(1)RUibeLUo输出、输入电压相位相同且大小基本相同，故又称共集放大电路射集跟随器，简称射随器。 Ibr(1)IbRUi'beLr(1)R 输入电阻：由 r rR//r'beLiBIbIbIiUi 得 rR//[riBbe(1)R] LUo输出电阻：由 IoUoIUo RR//R I（+1）ISSBebbRRrR//REEbeSB 得 roUoIoRLUi0rbeRSRE//1 3. 共集放大电路的特点及应用 3.1共集电极放大电路（射极输出器）的特点 ① 电压放大倍数小于1，但约等于1，即电压跟随； ② 输入电阻很高； ③ 输出电阻很低。 3.2射极输出器的应用 ① 放在测量仪表、多级放大器的输入端，提高整个电路的输入电阻； ② 用作各种仪器的低阻输出级，减小整个电路的输出电阻； ③ 放在多级放大电路的两级之间，起缓冲作用。 可做习题： P76：题2-4，题2-5，题2-6，题2-7，题2-8 课后反思： 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年10月16日

46

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

编号：08

课时安排：2学时 第二章 放大电路基础 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 √ 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 第六节 共基放大电路 习题解答 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： 识记基本共基放大电路的电路组成、特点和用途；领会静态工作点参数计算和动态分析。 教学（能力、技能）目标： 能够应用电路的微变等效电路分析法解答课后习题。 教学重点、难点： 画微变等效电路，求解电路的动态参数。 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，多媒体，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、复习、回顾 分压式偏置稳定共射放大电路、共集放大电路（射极输出器）的电路组成、静态工作点的计算、动态分析，以及共集放大电路的特点及应用。 二、导入新课 基本放大电路共有三种组态，即共射、共集和共基。前两种我们已经学习过，本节课我们学习基本共基放大电路的组成、静态工作点的计算和动态分析、及其特点和应用。 三、讲解本次授课的具体内容 第六节 共基放大电路 1. 电路组成及静态工作点的计算 1.1 电路组成 C1 + e V c b RB1 C+ 2 e V c b RL uo RE RB2 RC EC RB1 RC EC ui RE + C3 RB2 原理电路 直流通路（电容开路） 1.2 计算静态工作点 UBUUBEQRB2I IBQCQ UCC ICQIEQBRB1RB2RE 47

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… UCEQUCCICQ(RCRE) rberbb'(1)26mv26mv 300(1)IEIC2. 共基放大电路的动态分析 2.1画交流通路（电容、直流电源短路） e V c b ui RE RC RL uo ui RE e V c b RL’ uo RL'RC//RL 2.2 画微变等效电路

ii ie e c io ibui RE rbe ib b 2.3 求解动态性能指标 RL’ uo IbR 电压放大倍数：AUoRLLuUirIbberbe 输入电阻：riUiIir R//r'R//beEE1 输出电阻：roUoIoRLEs0RC 3. 共基放大电路的特点及应用 3.1共集电极放大电路（射极输出器）的特点 ① 电压放大倍数较高； ② 输入电阻很低。 3.2 射极输出器的应用：多用于高频电压放大 4. 三种放大电路组态比较 ① 共射电路既有电压放大倍数又有电流放大倍数，其输入电阻不大，输出电阻也不大；输出电压与输出电压相位相反；广泛应用于各种放大电路中。

48

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… ② 共集电极电路只有电流放大倍数，没有电压放大倍数（电压放大倍数近似为1），输入电阻大，输出电阻小，带负载能力强，可用于作输入极、输出极和缓冲极；它的输入电压和输出电压同相位。 ③ 共基极电路只有电压放大倍数，没有电流放大倍数，其输入电阻较小，输入电压与输出电压同相位；广泛应用于高频、宽频放大电路中。 三种组态放大电路的比较见“三种组态放大电路的比较”文档。 5. 微变等效电路分析法及解题步骤 5.1 计算放大电路的静态工作点参数值（IB、IC、UCE） 把UBE当作常数，依据放大电路的直流通路，列出电路的输入回路方程，即可求出静态基极电流IB值，则IC≈βIB。再依据电路的输出回路计算静态管压降UCE的值。 5.2 计算三极管动态输入电阻rbe值 26mv26mvr300(1)300(1)beIICE 5.3 画出放大电路的交流通路 把耦合电容、射极旁路电容和直流电源均视为短路，即得放大电路的交流通路。 5.4 画微变等效电路 用三极管的“小信号线性模型”代替交流通路中的三极管，即得放大电路的微变等效电路。 5.5 计算动态技术指标 在保持三极管各极电流分配关系不变的前提下，依据放大电路的微变等效电路，利用交流电路的求解方法对电流求解，即可求出放大电路的的动态技术指标。 注意：Ib、Ic、Ie的方向及相互关系 Ic=βIb，Ie=Ic+Ib=（β+1）Ib 参考书目： 《电子技术基础 模拟部分》康华光（主编），高等教育出版社 《模拟电子技术基础》童诗白 (主编)，高等教育出版社 课后反思： 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年10月22日

49

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

编号：09

课时安排：2学时 第二章 放大电路基础 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 第七节 场效应管放大电路简介 第八节 多级放大电路 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： 识记场效应管自给偏压电路、分压式偏置稳定电路的电路图；领会放大电路频率特性的概念；掌握场效应管放大电路微变等效电路的画法和动态参数的计算，阻容耦合多级放大电路的级联方法、第一级电压放大倍数及总电压放大倍数的计算、输入电阻和输出电阻的计算。 教学（能力、技能）目标： 能够应用电路的微变等效电路分析法解答课后习题。 教学重点、难点： 画微变等效电路，求解电路的动态参数，阻容耦合放大电路的频率特性。 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，多媒体，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、复习、回顾 共基放大电路的组成、静态工作点的计算、动态分析，以及共基放大电路的特点及应用。 二、导入新课 咱们前面讲解的放大电路都是由BJT组成的，在第一章中学习过场效应管，知道它跟BJT一样，都可以实现对输出回路电流的控制（BJT用IB控制IC，场效应管用UGS控制ID），因此，我们可以将放大电路的BJT用场效应管代替，外围电路稍加改变，就可以得到场效应管放大电路。 BJT和场效应管的控制方法虽然不同，但结果都实现了对输出回路电流的控制，且它们具有相似的输出特性曲线，因此，在用它们组成放大电路时，电路结构和组成原则基本上是相同的，我们可以仿照分析BJT放大电路的方法来分析场效应管放大电路。 三、讲解本次授课的具体内容 第七节 场效应管放大电路简介 利用场效应管的压控电流作用，再配合上适当的外电路，使小信号能输入、被放大了的信号能输出，这样就可以组成场效应管放大电路。 只要将VFE的三个电极和BJT的三个电极适当对应，就可由BJT放大电路类比得到VFE放大电路。 1. 场效应管和BJT的对应关系1.1电极对应关系 BJT(VT) VFE 1.2 静态工作点 50 集电极c 漏极D 发射极e 源极S 控制极—基极b 控制极—栅极G ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… /mA E C IC RC ICQ Q 80μA 60μA 40μA 20μA IB=0 IDQ ID /mA UGS Q 0 UCC U CE /V UDSQ BJT的Q点在输出特性曲线放大区的中心部位，即管子应该有一个合适的IBQ。 UCEQ VFE的Q点在输出特性曲线恒流区的中心部位，即管子应该有一个合适的UGSQ。 2. 场效应管放大电路组成 2.1 自给偏压电路 +UDD RD C1 + G + + S ui RG RS - 2.2 电阻分压式偏置稳定电路 3. 场效应管（MOS管）的微变等效模型 D G 0 UDS / V 静态时：UG=0，ID≠0， US=IDRS>0， + UGS=UG-US=-IDRS<0 结论：场效应管可以是耗尽型MOS管，也可以是 C+ 2 ID RL CS + - D uo 结型管；偏置电压UGS是电路自己产生的， 而不是由电源提供，称为自给偏压电路。 说明：RG1、RG2的值比较小，利用RG3提高电路 RG1 A G S RG2 RS RD D + UDD C2 + + RL uo － 的输入电阻 静态时：UG=UA=RG2/(RG1+RG2)UDD，当UG电压较高时，管子开启，在UDD作用下产生ID US=IDRS>0RG3 C1 + + ui －

+ CS UGS=UG-US=RG2/(RG1+RG2)UDD - IDRS 结论：UGS可正可负，管子可以是增强型MOS管，还可以是耗尽型MOS管和结型管。 id uds V ugs S ugs gmugsrds uds 说明：输入阻抗极高，G、S之间可视为开路；id受ugs的控制可用一个电压控制电流源来等效；Uds对id的作用用一个电阻rds来等效，通常将rds开路。 4. 场效应管放大电路的分析 4.1自给偏压电路

51

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… (1) 静态分析：求Q点参数UGS、ID和UDS UGSIDRS可由方程 和UDSUDDID(RDRS) 求得 II[1UGS]2DSSDUGS(off)(2) 动态分析 ① 接有电容CS的情况 D G + ui － RG S id RD RL uo + － 交流通路 微变等效电路 Ugs由微变等效电路可得：AuUogmRL gmRLUiUgs rUiR roRD iGIi② 电容CS开路时的情况 D G + ui RG － S RS id RD RL uo + － 交流通路 微变等效电路 由微变等效电路可得：AuUoUiUgsgmRLUgsgmRSUgs gmRL1gmRS rUiR roRD iG4.2电阻分压式偏置稳定电路 Ii(1) 静态分析：求Q点参数UGS、ID和UDS RG2UGSRRUDDIDRS可由方程和UDSUDDID(RDRS)求得 G1G2IDIDO[UGS1]2[UGSUGS(th)]UGS(th)(2) 动态分析 ① 接有电容CS的情况

52

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… D G + ui － RG1 RG2 RG3 S id RD RL + uo － 交流通路 微变等效电路 UgsUi由微变等效电路可得：AuUogmRL riRG3RG1//RG2RG3 roRD gmRLUiUgsIi② 电容CS开路时的情况 D G + ui － RG1 RG2 － RG3 S RS RD RL uo id + 交流通路 微变等效电路 由微变等效电路可得：AuUoUiUgsgmRLUgsgmRSUgs gmRLUiriRG3RG1//RG2RG3 roRD 1gmRSIi第八节 多级放大电路 通常，需要放大的信号都很微弱，一般为毫伏或微伏级，输入功率约为1mW以下，采用一级放大电路不足以获得必要的电压幅度或足够的功率，这时候就需要采用几级放大电路级联对微弱信号进行放大，以获得必要的电压幅度或足够的功率。 1. 多级放大电路的耦合方式 1.1 阻容耦合 将放大电路的前级输出端通过电容及后级的电阻接到后级输入端，称为阻容耦合。 优点：各级静态工作点互不影响，可以单独调整到合适位置；且不存在零点漂移问题。 缺点：不能放大变化缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于需要大容量的耦合电容，因此不能在集成电路中采用。 1.2 直接耦合 将放大电路前一级的输出端直接连接到后一级的输入端，称为直接耦合。 优点：既能放大交流信号，也能放大变化缓慢的信号。更为重要的是，直接耦合方式电路中没有大容量的电容，因此易于集成，在实际使用的集成放大电路中一般都采用直接耦合方式。 缺点：由于直接耦合的放大电路前后级之间是直接连接，因此前后级之间存在着直流通路，这就造成了各级静态点相互影响，若处理不当，会使放大电路无法正常工作。

53

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 1.3 变压器耦合 变压器能传递交流信号，因此将放大电路的前后级利用变压器连接起来，称为变压器耦合。 优点：不但可以传递信号，还能实现阻抗变换，利用这一特点，根据所需要的放大倍数，选择适当的匝数比，使负载电阻上获得足够大的电压，并且当匹配得当时，负载还可获得足够大的功率。由于变化缓慢的信号和直流信号也不能通过变压器，因此变压器耦合方式的放大电路，各级静态工作点相互。 缺点：体积大、造价高、不易于集成，目前即使是功率放大电路也较少采用变压器耦合方式。 2. 阻容耦合多级放大电路的静、动态分析 +UCC RB1 RC1 C1 + RS RB1’ RC2 V1 C2 + U o+  CE1 V2 + C3 RL RB2’ RE2 + CE2 ES RB2 URE1  i Uo 前级 2.1 静态分析：同单级 2.2 动态分析 后级 两级阻容耦合放大电路 Ib1RS Ib2UiESRB1 RB2 rbe1 Uo1Ib1RC1 RB1’ RB2’ rbe2 2Ib2RC2 RL 微变等效电路 第一级的负载电阻为第二级的输入电阻：RL1ri2RB1'//RB2'//rbe2 第一级的交流等效负载电阻为：RL1'RC1//RL1 第二级的交流等效负载电阻为：RL2'RC2//RL 电压放大倍数：多级放大电路的电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积 AuUoUiAu1Au2(1RL1'rbe1)(2RL2'rbe2)12RL1'RL2'rbe1rbe2 源电压放大倍数：AusririAuAu1Au2Aus1Au2 RSriRSri输入电阻：多级放大电路的输入电阻就是第一级放大电路的输入电阻

riri1RB1//RB2//rbe1 ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 输出电阻：多级放大电路的输出电阻就是末级放大电路的输出电阻3. 阻容耦合放大电路的频率特性 3.1频率特性的基本概念 roro2RC2 对于不同频率但相同幅度的输入信号，阻容耦合放大电路的输出电压的幅度和相位都是不同的。通常，电压放大倍数的模|Au|与频率f的函数关系称为幅频特性或幅频响应；输出电压与输入电压之间的相位A与频率f的函数关系称为相频特性或相频响应；二者统称为放大电路的频率特性或频率响应。 3.2 频率特性曲线与放大电路的频率参数 |Au|Af -135-225o Aum 0.707A um -90o 通频带 -180o fL fH f -270o 共发射级放大电路的幅频和相频特性 中频段：电压放大倍数近似为常数。 低频段：耦合电容和发射极旁路电容的容抗增大，以致不可视为短路，因而造成电压放大倍数减小。 高频段：晶体管的结电容及电路中的分布电容等的容抗减小，以致不可视为开路，也会使电压放大倍数降低。 当|Au|下降到最大值|Aum|的12时的两个频率点记作fL和fH，分别称为放大电路的下限截止频率和上限截止频率，二者之间的频率范围称为通频带，记作fBW，也记作BW，即fBW=fH-Fl。 3.3 放大电路的频率失真 一般情况下，放大电路的输入信号都是非正弦信号，其中包含有许多不同频率的谐波成分。由于放大电路对不同频率的正弦信号放大倍数不同，相位移也不一样，所以当输入信号为包含多种谐波分量的非正弦信号时，若谐波频率超出通频带，输出信号uo波形将产生失真。这种失真与放大电路的频率特性有关，故称为频率失真。 可做习题： P77：题2-9，题2-10 课后反思： 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年11月12日

55

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

编号：10

课时安排：4学时 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 第三章 集成运算放大器及其应用 第一节 集成运算放大器简介 第二节 集成运算放大器的输入级——差动放大电路 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： §3.1：识记集成运放的组成框图、代表符号、分类和主要技术指标。 §3.2：识记电阻长尾差放电路、恒流源长尾差放电路；领会零点漂移的定义、产生原因、衡量方法和 克服方法；掌握单级和多级直接耦合放大电路、差动放大电路的静、动态分析。 教学（能力、技能）目标： 掌握差动放大电路组成、工作原理，并学会对差动放大电路进行静、动态分析。 教学重点、难点： 差动放大电路组成和工作原理，及其静、动态分析。 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，多媒体，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、复习、回顾 阻容耦合放大电路的分析方法。 二、导入新课 在第二章我们详细地研究了阻容耦合放大电路，这种电路可以有效地放大交流信号，但对于在工程中经常遇到的缓慢变化的信号（称作直流信号）则几乎没有放大作用。为了放大直流信号，就需要使用直接耦合放大电路，即把第一级的输出直接加到第二级的输入端而不经过耦合电容，这种放大电路称作直流放大电路。而由多个直接耦合放大电路就可以组成一个集成运算放大器，即利用半导体集成工艺把整个电路的管子、电阻、电容、连线等都制作在一块硅片上，引出若干个引出端，再加以封装，当作一个器件来使用，这就是集成运算放大器，简称集成运放或运放。 较好的运放具有很高的放大倍数和输入电阻，在引入深度负反馈的条件下，利用它可以实现电信号的数算，因此它得到了广泛的应用。 本章我们就来学习集成运放的组成、放大电路中反馈的概念以及集成运放的线性和非线性应用。 三、讲解本次授课的具体内容 第一节 集成运算放大器简介 1.1 集成运放电路的组成 集成电路，简称IC (Integrated Circuit)，实质上是一个具有高放大倍数的多级直接耦合放大电路。 典型集成运放的方框图（下页）： 该方框图分成3个级，四个部分，每一部分构成的电路，称为单元电路。

56

1. 集成运放电路的组成及其各部分的作用 ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… uP uo 负 载 uN 典型集成运放的方框图 1.2 集成运放电路各部分的作用 输入级：提供与输出端同相和反相的两个输入端，应具有较高的输入电阻和一定的放大倍数，同时还要尽量减小温漂，多采用差动放大电路。 中间级：提供足够高的电压放大倍数，常用基本共射放大电路。为了提高电压放大倍数，多采用有源负载和复合管放大。 输出级：为负载提供一定幅度的信号电压和信号电流，并应具有一定的过载保护功能，一般采用输出电阻很低的射极输出器或由射极输出器组成的互补对称输出电路。 偏置电路：为各级提供所需的稳定的静态工作电流。 1.3 集成运放的外形 (a)双列直插式 (b)圆壳式 (c)扁平式 1.4 集成运放的符号和电压传输特性 uO uN uP + Auo uO uN uP + Auo + uO uP-uN 集成运放的符号和电压传输特性 集成运放的两个输入端分别为同相输入端uP和反向输入端uN。 电压传输特性：uo=f(uP-uN) 集成运放的工作区域： ① 线性区域：输出电压与其两个输入端的电压之间存在线性放大关系，即 uOAuo(uPuN) Auo为差模开环放大倍数 ② 非线性区域：输出电压只有两种可能的情况：+UOM或-UOM（UOM为输出电压的饱和电压）。 2. 集成运放的电路结构特点 (1) 集成电路中元器件性能比较一致，对称性好，适用于构成差分放大电路。 (2) 集成电路中电阻，其阻值范围一般在几十欧到几十千欧之间，如需高阻值电阻时，要在电路上另想办法。

57

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… (3) 在芯片上制作三极管比较方便，常常用三极管代替电阻（特别是大电阻），即集成电路中管子用得多，电阻用得少。 (4) 在芯片上制作比较大的电容和电感非常困难，电路通常采用直接耦合电路方式。 (5) 为不使工艺过分复杂，尽量采用同一类型的管子，二极管也用三极管接成，各级静态偏置也常用恒流源提供。 (6) 集成电路中的NPN、PNP管的值差别较大，通常PNP的 ≤10。常采用复合管的形式。 3. 集成电路分类 根据其功能、导电类型及集成度等，可以分为如下类型： 模拟集成电路: 集成运算放大器；集成功率放大器；集成高频放大器；集成中频放大器； 按功 集成比较器；集成乘法器；集成稳压器；集成数/模或模/数转换器等。 能分 数字集成电路: 集成门电路、触发器，集成计数器、寄存器、译码器，数码存储器等。 单极型集成电路 按导电类型分 双极型集成电路 二者兼容型集成电路 按集成度分 小规模集成电路 大规模集成电路 中规模集成电路 超大规模集成电路 第二节 集成运算放大器的输入级——差动放大电路 运算放大器级间采用直接耦合方式，一方面是为了能放大缓慢变化的信号和直流信号，同时也是为了集成工艺的需要，但由此却带来了漂移问题，为了克服零点漂移，常采用差动放大电路作为运放的输入级。 1. 直接耦合放大电路及其存在的特殊问题1.1 直接耦合放大电路 +UCC RB RS RC1 V1 RC2 V2 内可以是： ui uo RE2VD VZ 1.2 直接耦合放大电路静、动态分析(1) 静态分析 直接耦合放大电路Q点的计算方法，与单级阻容耦合放大电路本质上是一样的。对于多级直接耦合放大电路，由于没有电容隔直，前后级之间的直流电位相互关联，往往需从特殊电位点入手，列写方程求解。 (2) 动态分析 多级直接耦合电路的动态分析与多级阻容耦合放大电路的动态分析没有区别，因为耦合电容对交流短路，与直接耦合等效。其分析方法都是画出微变等效电路，在保持各级电流分配关系不变的前提下，解此线性受控源电路。 1.3 直接耦合放大电路存在的特殊问题

58

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 问题1：前后级Q点相互影响。 问题2：零点漂移，当ui等于零时，uo不等于零。 1.4 克服零点漂移的方法 (1) 补偿法 利用元件的温度特性补偿三极管参数随温度的变化，使三极管静态工作电流IC稳定。最常用的方法是利用特性完全相同的两只三极管组成对称电路相互补偿，即所谓的差动放大电路。 (2) 采用调制式直流放大器 先将直流信号调制成幅度随直流信号变化的交流信号，然后进行交流放大，最后再经过解调检出放大了的直流信号。这种模式，电路复杂，成本较高，但在运放中常有应用。 1.5 直接耦合放大电路的频率特性 |Au|Aum 0.707 Aum 通频带 fH f 2. 差动放大电路 2.1基本型结构 +UCC R1 RB uI1 2.2 抑制零漂的原理 当uI1 = uI2 =0时：UO=UC1-UC2= 0 当温度变化时：UO= (UC1+UC1)-(UC2+UC2) =0 2.3 信号的三种输入方式 (1) 共模输入方式 共模输入信号：uI1 = uI2 = uic（大小相等，极性相同） 理想情况：uI1 = uI2 uC1 = uC2  uoc= 0 但因两侧不完全对称，uoc 0 共模电压放大倍数：Acuoc(2) 差模输入方式 差模输入信号：uI1 = - uI2 =uid（大小相等，极性相反） 设uI1为，uI2为负，幅度均为ui /2 。则uC1’ = uC1 -ΔUC ，uC2 ’ = uC2 +ΔUC ，uod= uC1’- uC2 ’ = -2ΔUC

59

RC V1 uO RC V2 R1 RB uI2 特点：结构对称，只有两个输入端的输入信号间有差值时才能进行放大。 uic（很小，<1) ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 差模电压放大倍数：Aduod(3) 比较输入方式 uid (很大，>1) 比较输入信号：两个输入信号既非差模，又非共模，其大小和相位都是任意的。 通常把这种信号分解为共模分量uic与差模分量uid：uic = ½(ui1 + ui2 ) uid= ½(ui1 - ui2 ) 输出电压uo为：uo = Ad（ui1 – ui2） (4) 共模抑制比(KCMRR)的定义 差放电路既能有效地放大差模信号，又能有效地抑制共模信号，为了综合衡量这两方面的质量，引入了共模抑制比这一参数： KCMRR=AdAcKCMRR(dB)=20log 3. 带射极电阻的差动放大电路 3.1 结构 Ad(分贝)Ac +UCC RC RB uI1 uO RC V2 RB uI2 RE –UEE 3.2 静态分析（不接RP） IB1IB2UEEUBE1 III C1C2BRB2(1)REV1 RP RE的作用：抑制温度漂移，稳定静态工作点。 RP ：为了使左右平衡，接入的调零电位器。 UE1UE2IBRBUBE UC1UC2UCCICRC UCE1UCE2UC1UE1 UOUC1UC20 3.3 动态分析（不接RP） 任意输入的信号：ui1，ui2都可分解成共模分量uic与差模分量uid：uic = ½(ui1 + ui2 )和uid= ½(ui1 - ui2 ) （注意：ui1=uic+uid；ui2=uic-uid），所以动态分析分差模和共模两种情况讨论。 (1) 差模输入 +UCC uo RP RE RC V2 RB 用一个均压器使ui1RC RB ui R R V1 11ui，ui2ui 22–UEE 60

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 因为： ui1 ui2 ib1 , ic1 ib2 , ic2 ic1 = - ic2 uRE = 0 iRE = ie1+ ie2 = 0 RE 对差模信号不起作用 所以，该电路可简化为如下所示的电路（即差模信号通路）： ic1 uc1 V1 ic2 uo uc2 V2 ib2 RP 因为该电路的左右两边完全对称，所以先对该电路的半边电路进行分析： V1单边微变等效电路如下图所示： RB ib1 ui1 E Rp/2 ib1RCRC单边差模放大倍数：Auc1 d1Rui1i(Rr)(1)iRPRBrbe(1)Pb1Bbeb122Ad1Ad2 总的差模电压放大倍数为：AdRC RB ui1 R ib1 RC RB R ui2 B rbe1 C ib1 RC uc1 uc1uc2Ad1ui1Ad2ui2Ad1Ad2 uiui若差动电路带负载RL (接在C1与C2之间)，对于差动信号而言，RL中点电位为 0，则放大倍数： AdAd1Ad2(RC//RL)2RBrbe(1)RP2 差模输入电阻：ridui2ui1R2[RBrbe(1)P] ib1ib12差模输出电阻：ro≈2Rc(2) 共模输入 uiC  ic1 、 ic2  iRE 、 uRE  ，即RE对共模信号起作用，并且iRE=2ie1 。 所以，该电路可简化为如下所示的电路（即共模信号通路）： 61

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… RC RB uiC1 ic1 ic2 uoc RC RB uiC2 uoc1 uoc2 V2 V1 2RE 2RE V1单边微变等效电路如下图所示： RB ib1 uic1 2RE ic1 rbe1 ie1 ib1 RC uoc1 Ac1uoc1RCAc2 uic1RBrbe12(1)REuoc1Ac1uic1uoc2Ac2uic2总的共模电压放大倍数 uocuoc1uoc20 AC0KCMRR 通常情况下，我们可以只分析差模输入情况。 4. 带射极恒流源的差放电路 4.1 电路结构 RC RB uI1 iB1 iC1 iC2 uo RC V2 RP V3 R’E 4.2 工作原理 VD E RB iB2 uI2 R1 +UCC V1 R2 -UEE 62

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… RB IB1 IC1 IC2 RC uo RC V1 RP IC3 V3 R’E E IB3≈0 IE3 V2 +UCC RB IB2 R1 IC3  IC1+ IC2 IC3基本恒定→IC1 、IC2 基本恒定 VD R2 -UEE UMN 4.3 静态分析 电路同上图所示。 因为IC3基本恒定→IC1 、IC2 基本恒定，所以主要分析V3管，其分析思路为：UMNIE3 IC3其它参数。 UMN1UCC+UEE-UVDU-UR2+UVD IC3IE3=MNBE3 IC1=IC2IC32R1+R2R'E 4.4 动态分析 ui1 因为： ui2 ib1 , ic1 ib2 , ic2 ic1 = - ic2 uRE = 0 iRE = ie1+ ie2 = 0 恒流源对差模信号不起作用 所以，该电路可简化为如下所示的电路（即共模信号通路）： RC RB ui1 R ib1 RP 该电路和差模信号通路完全一样，其动态性能指标的计算公式也一样： 差模电压放大倍数：AduoRC RuiRBrbe(1)P2ic1 uc1 ic2 uo RC RB ib2 R ui2 V1 uc2 V2 接入负载电阻RL时的差模电压放大倍数为：Aduo RuiRBrbe(1)P2RC//RL2差模输入电阻：rid2[RBrbe(1)RP] 2差模输出电阻：ro2RC 5. 差动放大电路的四种输入输出形式 差动放大电路的信号可以由V1、V2的基极输入，由V1、V2的集电极输出，因而有四种不同的输入输出形式：双端输入双端输出；双端输入单端输出；单端输入双端输出；单端输入单端输出。

63

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 双端输入双端输出差放电路的特点和计算方法，已在上面做了详细论述，下面分析其它三种情况。 5.1 单端输入双端输出差放电路 两个输入端有一个接地，输入信号加在另一端与地之间，可以用下面的射极带恒流源的电路表示：RC C1 BV1 1 +UCC uo RC C2 V2 E B2 RB RB uI1 IC3 -UEE 对于这种单端输入的形式，可以把它看成是比较输入形式的一个特例，分析方法及动态参数与前面的分析方法一致。 5.2 双端输入单端输出差放电路 当差放电路射极接有大电阻RE或接有射极恒流源时，每一管的零漂均很小，也可以采用从一管集电极到地之间输出，即所谓单端输出形式，电路如下如所示： +UCC RC RB uI1 V1 RE –UEE uO RC V2 RB uI2 由于单端输出，使得输出回路不再对称，故会影响到静态工作点和动态参数。 当分别从V1或V2输出时，有A1RC和Ad1RC d2RBrbe2RBrbe输入输出电阻分别为：rid2(RBrbe)和roRC 5.3 单端输入单端输出差放电路 和前面几种接法的分析相同，不作具体分析，但有一点提醒注意：对于单端输出电路（无论是双入还是单入），选择从不同的三极管输出，会使输出电压与输入电压反相或同相。 比如：从uc1输出，有Au从uc2输出，有AuC1duc1RC uid2(RBrbe)uc2RC uid2(RBrbe)C2d5.4 差分放大电路动态参数计算总结双端输出时：AdRC RBrbe单端输出时：AdRC2(RBrbe) (1) 差模电压放大倍数：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关。 ，为双端输出时的一半。 (2) 共模电压放大倍数：与单端输入还是双端输入无关，只与输出方式有关。 ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 双端输出时：Ac0；单端输出时：AcRC。 2ro(3) 差模输入电阻：不论是单端输入还是双端输入，差模输入电阻rid为：rid2(RBrbe)。 (4) 输出电阻：双端输出时：Ro2RC；单端输出时：RoRC。 (5) 共模抑制比：双端输出时共模抑制比：KCMRR；单端输出时共模抑制比：KCMRRro。 rbe可做习题： P122：题3-1，题3-2，题3-3，题3-4，题3-5，题3-6 课后反思： 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年11月20日

编号：11

课时安排：2学时 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 第三章 集成运算放大器及其应用 第三节 集成运算放大器的输出级——互补对称式功率放大电路 集成运放的主要技术指标 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： 识记甲乙类互补对称式功率放大电路，准互补对称输出级电路；领会复合管的四种结构及特点，甲乙类互补对称式功率放大电路消除交越失真的原理、各元件的作用及Pom、η的计算，集成运放的主要技术指标；掌握克服交越失真的方法及各元件的作用，最大不失真输出功率Pom和效率η的估算。 教学（能力、技能）目标： 掌握甲乙类互补对称式功率放大电路消除交越失真的原理、各元件的作用，最大不失真输出功率Pom和效率η的估算。 65

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 教学重点、难点： 甲乙类互补对称式功率放大电路消除交越失真的原理，最大不失真输出功率Pom和效率η的估算。 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，多媒体，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、复习、回顾 差动放大电路的两种常见电路形式及其静、动态分析，差动放大电路的四种接线方式及其参数。 二、导入新课 在电子设备和自动控制系统中，放大电路输出的信号往往都是送到负载，去驱动一定的装置。例如，这些装置有收音机中扬声器的音圈、电动机控制绕组、计算机监视器或电视机的扫描偏转线圈等。这就要求多级放大电路除了应有电压放大级外，还要求有一个能输出一定信号功率的输出级。这类主要用于向负载提供功率的放大电路常称为功率放大电路。咱们前面所讨论的放大电路主要用于增强电压幅度或电流幅度，因而相应地称为电压放大电路或电流放大电路。但无论哪种放大电路，在负载上都同时存在输出电压、电流和功率，上述称呼上的区别只是强调的输出量不同而已。 传统的功率放大电路常采用变压器耦合方式，其优点是可实现阻抗匹配，缺点是体积大、笨重，且高、低频特性均较差，已较少使用。目前多采用无输出变压器的功率放大电路（简称OTL电路）及无输出电容的功率放大电路（简称OCL电路），在集成运放中多采用OCL电路，本节将重点介绍这种电路的工作原理和特点。 三、讲解本次授课的具体内容 第三节 集成运算放大器的输出级——互补对称式功率放大电路 1. 乙类互补对称式功率放大电路 ，IcI，ri、ro都不大；共集放大电路：A1，在第二章学过，共射放大电路：AuRLubrbeIe(1)Ib，ri很大，ro很小；共基极放大电路：AuRLrbe，IcIe，ri、ro都不大。 一般常见负载如扬声器、继电器、电动机的阻抗值均不大，需要用ro很小的放大电路与之匹配，射极输出器就是理想选择，其电流放大倍数大可实现功率放大，ro很小可直接带负载。 如果采用单个射极输出器，在输入信号很小的时候，三极管可以在信号的整个周期内都导通，输出可以跟随输入变化；但如果输入信号幅值比较大，在输入信号的负半周，在某一时间内三极管截止，输出不再跟随输入变化。为了使输出信号在整个周期内都跟随输入信号变化，可以采用两个射极输出器组成互补电路，使每个射极输出器均处于正向跟随状态，这就是互补对称式功率放大电路。 uOOOV1NPNuO＋－分析： 静态时：ui=0，V1、V2均截止，uo=0，没有信号输出。 ui>0时：若管子是理想的，则V1导通，V2截止，正电源供电，V1以射极输出器的形式将正方向的信号变化传递到负载。 ui<0时：V1截止，V2导通，负电源供电，V2以射极输66 uitV2RLPNP＋－出器的形式将负方向的信号变化传递到负载。

t结论：在信号作用下，V1和V2以互补形式交替工作，

正负电源交替供电，电路实现了双向跟随。

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… V1和V2参数对称，特性相同，电路由正负电源供电。 互补对称式功率放大电路 上述所述电路，三极管只在信号的半个周期内工作，即导通角θ=180o，我们把三极管的这种工作状态称为乙类工作状态；当三极管在信号的整个周期内都工作时，即导通角θ=360o，称为甲类工作状态；当三极管在信号的半个周期到一个周期工作时，即导通角θ=[180o~ 360o]，称为甲乙类工作状态。 上述乙类互补对称式功率放大电路有一个缺点，即在输入信号较小尚不足以克服三极管的死区电压时，两管仍处于截止状态，输出电压为0，出现了交越失真，为了克服交越失真，只需给V1和V2一个小的静态偏置，使两管在静态时均处于微导通状态，成为甲乙类互补对称式功率放大电路。 2. 甲乙类互补对称式功率放大电路 分析： RW + ui － V1 R1 VD1 VD2 V2 R2 RL + uo － +UCC 静态时：有电流流过偏置电路，调节RW可以改变这个电流的大小，则V1和V2基极之间的静态偏压为 Ub1b2=UR1+UVD1+UVD2 适当选择R1，使Ub1b2的值略大于V1和V2死区电压之和，则两管在静态时均处于微导通状态。 ui>0时：V1导通加剧，V2逐渐截止，RL上得到正半周信号。 ui<0时：V1逐渐截止，V2导通加剧，RL上得到负半周信号。 -UEE 甲乙类互补对称式功率放大电路 结论：在信号的一个周期内，电路均有输出，克服了交越失真。 3. 采用复合管的互补对称式功率放大电路 3.1 复合管 在功率放大电路中，如果负载电阻较小，并要求得到较大的功率，则电路必须为负载提供很大的电流。一般很难从前置级获得这样大的电流，因此需设法进行电流放大。另外，为了解决大功率NPN和PNP管配对困难的问题，通常在电路中采用复合管，即将两个或两个以上的三极管适当地联接起来等效成一个三极管。 NPN管和PNP关接成复合管，共有四种组合形式，如下图所示： 67

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… V1 V2 （a）NPN + NPN NPN V2 V1 （c）PNP + PNP PNP V2 V1 （b）NPN + PNP NPN V1 V2 （d）PNP + NPN PNP 对复合管，有：(1) 复合管的极性取决于推动管，V1为NPN型，则复合管也为NPN型； (2) 输出功率的大小取决于输出管V2。 (3) 若V1和V2的电流放大系数分别为β1和β2，则复合管的电流放大系数β=β1β2。 利用a、c所示的复合管代替甲乙类互补对称式功率放大电路中的V1和V2，就构成了采用复合管的OCL互补对称输出级。 RW + ui － V1 R1 VD1 VD2 V3 R2 V4 RL V2 + uo － -UEE 采用复合管的互补对称输出级 +UCC 该电路存在的问题：两个复合管的输出管V2为NPN型，V4为PNP型，要使两只不同类型的大功率管特性相同是很困难的。 RW + ui － V1 R1 VD1 VD2 R2 RE2 RE1 V3 V4 V2 +UCC RE1、RE2的作用：使推动管的穿透电流分流，不使它全 部流入输出管，以减小复合管的穿透电流，提高温度稳定 RL + uo － 性。但这两个电阻的存在使复合管的输出电流和β也减小 了，因此它们的阻值不宜太小，一般在几十到几百欧之间。 -UEE 准互补对称输出级 3.2 准互补对称输出级 为了解决上述采用复合管的互补对称输出级存在的问题，可以用复合管中的a管和d管所示的复合管，即让两只复合管的输出管是同一类型的管子，得到如前页所示的准互补对称输出级。 4. 互补对称式功率放大电路的输出功率和效率 功率放大电路最重要的技术指标是电路能够输出的最大功率Pom和效率η。Pom是指输入为正弦信号，

68

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 输出不产生明显失真时的最大输出功率。 在上述准互补对称输出级电路中，当V2导通时V4截止，正电源供电： RL上得到的最大电压为：UCCUces uo的最大电压有效值为：UomUCCUces 2负载电阻RL上能够获得的最大功率为：PUom(UCCUces) omRL2RL22流过负载的电流可表示为：iLUCCUcessint RL这个电流是由电源提供的，因此，在负载得到最大输出功率时，电源所消耗的平均功率PE为： PE10(UCCUces2UCC(UCCUces) sint)UCCd(t)RLRL效率η是电路输出的交流功率Pom与电源提供的平均功率PE之比： PomUCCUcesU78.5%cem PE4UCCUCC如果忽略管子的饱和管压降Uces，则输出电压的峰值Ucem=UCC，效率为78.5%。但一般大功率管的Uces在2~3V左右，故其效率要小于78.5%。 集成运放的主要技术指标 1. 开环差模电压增益Auo：运放在开环状态下的差模电压放大倍数Auo=uo/（u+-u-）。2. 输入失调电压UIO：为了使输出电压为零，在输入端所需要加的补偿电压。 3. 输入失调电流IIO：当输入信号等于零时，同相和反相两个输入端静态基极电流之差，IIB=| IB1-IB2 |。 4. 输入偏置电流IIB：在输入信号等于零时，两个输入端静态基极电流的平均值，IIB=1/2（IB1+IB2）。 5. 最大差模输入电压UIDM：运放正常工作时，在两个输入端之间所允许加的差模输入电压的最大值。 6. 最大共模输入电压UICM：运放的两个输入端所能承受的最大共模电压。 7. 差模输入电阻 rid：在运放的两个输入端加入差模信号时运放的输入电阻。 8. 最大输出电压 Uop：运放工作在放大状态时能够输出的最大电压幅度。 可做习题： P122：题3-7，题3-8，题3-9，题3-10 课后反思： 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年11月22日

编号：12

课时安排：4学时 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 第三章 集成运算放大器及其应用 第四节 放大电路中的反馈 69

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： 领会反馈的基本概念，负反馈对放大电路性能的影响，反馈环的概念；掌握负反馈放大电路反馈组态的判别、对放大电路性能的影响及深度负反馈情况下动态参数的计算。 教学（能力、技能）目标： 能判断一个电路有几个反馈，各是什么组态；能说明反馈对放大电路性能有什么影响；会估算深度负反馈情况下动态参数的计算。 教学重点、难点： 判断反馈组态，估算深度负反馈情况下动态参数的计算。 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，多媒体，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、复习、回顾 甲乙类互补对称式功率放大电路消除交越失真的原理、各元件的作用，最大不失真输出功率Pom和效率η的估算。 二、导入新课 反馈在电子电路中得到了非常广泛的应用。反馈有正反馈和负反馈之分，在放大电路中主要引入负反馈，因为它可以稳定放大倍数、改变输入输出电阻、展宽频带、减小非线性失真及稳定静态工作点等等。因此，几乎所有的实用放大电路都引入了这样或那样的负反馈，以达到改善多方面性能的目的。至于正反馈，在放大电路中一般比较少用，但在某些振荡电路中，则要有意地引入正反馈以构成自激振荡的条件。 在第二章中我们介绍的分压式偏置稳定电路就是利用直流负反馈稳定放大电路的静态工作点。本章将重点学习反馈的定义、反馈的组态及其判别方法、负反馈对放大电路性能的影响以及深度负反馈时电压放大倍数的估算。 三、讲解本次授课的具体内容 第三节 放大电路中的反馈 1. 反馈的基本概念1.1 反馈的定义 将放大电路的输出量（电压或电流）的一部分或全部通过一定的电路（反馈网络）回送到放大电路的输入端，并对输入量（电压或电流）产生影响，这个过程称为反馈（Feedback）。 判断有无反馈的方式：观察放大电路的输出与输入之间是否有反馈网络相联系，若有则有反馈。 1.2 反馈放大电路的框图及一般表达式 通常将连接输入回路与输出回路的反馈元件，称为反馈网络（Feedback Network）；把没有引入反馈的放大电路，称为基本放大电路；而把引入反馈的放大电路称为反馈放大电路或闭环放大电路。 正向传输 Xi：输入信号 Xi + — Xd Xf 基本放大电路 Xo Xo：输出信号 70 A 反馈网络 Xf：反馈信号 F 反向传输 Xd：净输入信号 ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 由方框图可知，基本放大电路的放大倍数，也称为开环增益（Open Loop Gain）为:反馈网络的反馈系数（Feedback Factor）为：FXAXoXdf

Xo反馈放大电路的闭环放大倍数，即闭环增益（Closed Loop Gain）为 AfXoXi 净输入信号：XdXXf i反馈信号为：XfFXoFAXd 由上述式子可得：AfXoXiXoXdXfA1AFAFXf 式中AF称为环路系数或环路增益（Loop Gain）, 或回归比（Return Ratio），即 。它表示XdXi经基本放大电路和反馈网络这个环路后，获得反馈信号Xf的大小，AF越大，反馈越强。 ，放大电路引入反馈后的放大倍数Af(1AF)称为反馈深度（Amount of Feedback），与反馈深度有关。当(1AF)1时，|Af||A|，即引入反馈后，放大倍数减小了，说明放大电路引入的是负反馈；当(1AF)1时，|Af||A|，即引入反馈后，放大倍数比原来增大了，说明放大电路引入的是正反馈；当(1AF)0，即AF1时，Af，说明放大电路在没有输入信号时，也有输出信号，放大电路产生了自激振荡，这种情况应避免发生。 1.3 反馈类别及判断方法 (1) 直流反馈和交流反馈 根据反馈信号的交、直流性质，可分为直流反馈和交流反馈。如果反馈信号中只有直流分量，则称为直流反馈；如果反馈信号中仅有交流分量，则称为交流反馈。在很多情况下，反馈信号中同时存在直流信号和交流信号，则交、直流反馈并存。 (2) 正反馈与负反馈 根据反馈的效果可以区分反馈的极性，使放大电路净输入信号增大的反馈称为正反馈（Positive Feedback）；使放大电路净输入信号减小的反馈称为负反馈（Negative Feedback）。 通常采用瞬时极性法判别放大电路中引入的是正反馈还是负反馈。先假定输入信号为某一瞬时极性，然后根据中频段各级电路输入、输出电压相位关系（其中对于分立元件，共射电路反相、共集和共基电路同相；对于集成运放，uo与uP同相，uo与uN反相），逐级推出其它相关各点的瞬时极性，最后判断反馈到输入端的信号是增强了还是减弱了净输入信号。为了便于说明问题，在电路中用符号和分别表示瞬时极性的“+”和“-”，以表示该点电位上升或下降。

71

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 例如在图（a）中，假设输入信号ui在某一瞬时极性为+，由于输入信号加在集成运放的反相输入端，故输出电压uo的瞬时极性为-，而反馈电压uf是经电阻分压uo后得到的，因此反馈电压uf的瞬时极性也为- ，并且加在了集成运放的同相输入端。集成运放的净输入电压即差模输入电压为ui′=uid=uP-uN=ui-uf，uf的瞬时极性为 - 表示电位下降，则ui′增大，所以引入的反馈是正反馈。 在图（b）中，假设输入信号ui在某一瞬时极性为 +，由于输入信号加在集成运放的同相输入端，故输出电压uo的瞬时极性为 +，则uo经电阻分压后得到的反馈电压uf的瞬时极性也为 +，表示电位上升，此时集成运放的净输入电压ui′=ui-uf减小，因此引入的反馈是负反馈。 (a)＋uf－R1(b)＋R2ui＋－Aui－＋∞－＋R2uiuoRf－＋Aui－－＋∞＋uoRf＋uf－＋R1(3) 电压反馈和电流反馈 根据反馈信号在放大电路输出端不同的采样方式，可分为电压反馈和电流反馈。若反馈信号取自输出电压，或者说与输出电压成正比，则称为电压反馈；若反馈信号取自输出电流，或者说与输出电流成正比，则称为电流反馈。 判断是电压反馈还是电流反馈，可采用负载短路法。假设将放大电路的负载RL短路，此时输出电压为零，若反馈信号也为零，则说明反馈信号与输出电压成正比，因而属于电压反馈；反之，如果反馈信号依然存在，则表示反馈信号不与输出电压成正比，属于电流反馈。 (4) 串联反馈和并联反馈 根据放大电路输入端输入信号和反馈信号的比较方式，可分为串联反馈和并联反馈。如果反馈信号与输入信号在输入端进行电压比较，即反馈信号与输入信号是串联连接，则称为串联反馈。如果反馈信号与输入信号在输入端进行电流比较，即反馈信号与输入信号并联连接，则称为并联反馈。 判断是串联反馈还是并联反馈可采用输入回路的反馈节点对地短路法。若反馈节点对地短路，输入信号作用仍存在，则说明反馈信号和输入信号相串联，故所引入的反馈是串联反馈。若反馈节点接地，输入信号作用消失，则说明反馈信号和输入信号相并联，故所引入的反馈是并联反馈。 例如下图（a），假设将输入回路反馈节点a接地，输入信号ui无法进入放大电路，而只是加在电阻R1上，故所引入的反馈为并联反馈；在图（b）中，如果将反馈节点a接地，输入信号ui仍然能够加到放大电路中，即加在集成运放的同相输入端，由图可见输入电压ui与反馈电压uf进行电压比较，其差值为集成运放的差模输入电压，故所引入的反馈为串联反馈。 (a)uiR2R1a＋－Rf∞AVRL＋UCCRcuoR2uiR1－u＋fa＋－RfRe∞AVRL＋UCCRcuo72 (b)……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… (5) 局部反馈和极间反馈 只对多级放大电路中某一级起反馈作用的称为局部反馈，将多级放大电路的输出量引回到其输入回路的为级间反馈。 1.4 负反馈的四种组态及判别方法举例 在本节只研究交流负反馈，它有四种组态，即： (1) 电压串联负反馈（也称串联电压负反馈） R1 UfRF (+) ∞ - + + (+) UoUi(+) IidUidRL 基本放大电路的电压放大倍数为：AuuUo Uid反馈网络的反馈系数为：FUf uuUoU，因此闭环电压放大倍数为：A ，输出信号是Uo 对于闭环放大电路，输入信号是UoiuufUi(2) 电流串联负反馈（也称串联电流负反馈） Iid∞ UidUi(+) + - + (+) RL UfUo(+) R1 基本放大电路的放大倍数为：AIo iuUid反馈网络的互阻反馈系数：FUf fIo闭环互导放大倍数为 AIo iufUi(3) 电压并联负反馈（也称并联电压负反馈）  73

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… IfR2 (-) ∞ - (-) R3 Ui(+) R1 IiIid+ + Uo基本电路的放大倍数为：AuiUo IidIf 反馈网络的互导反馈系数：FiuUoUo 闭环互阻放大倍数为：AuifIi(4) 电流并联负反馈（也称并联电流负反馈） ∞ Ui(+) + R1 - + (-) UoRL (-) R3 IiIidIfIoR2 I1基本放大电路的放大倍数为：Aii反馈网络的电流反馈系数为：F闭环电流放大倍数为：AIo iifIiIfIIo Iid iio1.5 负反馈的几点特性及放大电路中引入负反馈的一般原则  直流负反馈稳定放大电路的Q点，交流负反馈可改善放大电路的动态性能。因而稳定Q点引入直流负反馈，改善动态性能引入交流负反馈。  由瞬时极性法可以方便地确定放大电路输入端和输出端的相位关系。只有将输出信号经反馈网络引到相位与输出信号相反的那个输入端时，才能得到负反馈。  电压反馈可以稳定输出电压，电流反馈可以稳定输出电流。根据负载需要，需稳定输出点电压的引入电压负反馈，需稳定电流的引入电流负反馈；  串联负反馈应采用电压源激励，信号源内阻愈小，反馈效果愈好；并联负反馈采用电流源激励，信号源内阻愈大，反馈效果愈好。  根据信号源特点，增大输入电阻引入串联负反馈，减小输入电阻引入并联负反馈。  从信号转换关系上看，输出电压是输入电压受控源的为电压串联负反馈，输出电压是输入电流受控源的为电压并联负反馈，输出电流是输入电压受控源的为电流串联负反馈，输出电流是输入电流受控源的为电流并联负反馈；在1+AF﹥﹥1时，它们的转换系数约为1/F。 2. 负反馈对放大电路性能的影响 74 ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 2.1 降低放大倍数 引入负反馈以后，放大电路的放大倍数降低了(1AF)倍。 2.2 稳定放大倍数 放大电路的放大倍数取决于放大器件的性能参数以及电路元件的参数，当环境温度发生变化，器件老化，电源电压波动以及负载变化时，都会引起放大倍数发生变化，为了提高放大倍数的稳定性，常常在放大电路中引入负反馈。为了从数量上表示放大倍数的稳定程度，常用有、无反馈两种情况下放大倍数的相对变化量的比值来衡定。 在负反馈情况下，Xi、Xf、Xd三者同相，则： 放大电路的闭环放大倍数为：AfA 1AFdA(1AF)AF1 dAf222(1AF)dA(1AF)(1AF)将上式等号两边分别除以AfA左右两边，可得：dAf1dA 1AFAf1AFA将闭环放大倍数Af对A取导数得：dAf引入负反馈后，Af的相对变化量dAf仅为其基本放大电路放大倍数A的相对变化量 Af的（1+AF）分之一，也就是说Af的稳定性是A的（1+AF）倍。 反馈深度愈深，放大倍数愈稳定。 2.3 减小非线性失真 i 开环时：电路失真，输出波形上大下小； 闭环时：由于Xid=Xi-Xf，得到Xid为上小下大，经电路放大后，输出波形趋于正弦波，减小了失真。 2.4 展宽频带 fBWfOfLffLfHfHff |20lg|A|20lg|Am|20lg|AmffBW3dB3dB 75

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… fHf(1AmF)fH fLffL2.5 改变输入电阻和输出电阻 (1) 负反馈对输入电阻的影响 (1AmF) fBWfHfLfH fBWf(1AmF)fBW 输入电阻是从放大电路输入端看进去的等效电阻，因而负反馈对输入电阻的影响取决于基本放大电路和反馈网络在输入端的连接方式，即取决于所引入的反馈是串联负反馈还是并联负反馈。 1）串联负反馈使输入电阻增大 ＋IiUi－＋RiAXoUi＋Uf－Ri f－F根据输入电阻的定义，基本放大电路的输入电阻为：rUid iIi而闭环放大电路的输入电阻为：rifUiUidUfIiIi 是净输入电压经基本放大电路放大后，再经反馈网络后得到的，所以 上式中反馈电压UfrifUidAFUid(1AF)ri ，即引入串联负反馈后电路的输入电阻增加(1AF)倍。 Ii2）并联负反馈使输入电阻减小 并联负反馈放大电路的方框图如下图所示。 U 根据输入电阻的定义，基本放大电路的输入电阻为：rrUi iidIidRif－＋iIiIiIfRiAXoF而闭环放大电路的输入电阻为：rifUiUiIiIidIf 是净输入电流经基本放大电路和反馈网络后得到的，即IFAI' 上式中IffirifUiri Ii'AFIid1AFF)。 表明引入并联负反馈后，将使输入电阻减小，并等于基本放大电路输入电阻的1/(1A(2) 负反馈对输出电阻的影响 输出电阻是从放大电路输出端看进去的等效电阻，因而负反馈对输出电阻的影响取决于反馈网络在输出端的取样方式，即取决于所引入的反馈是电压负反馈还是电流负反馈。 76 ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 1） 电压负反馈稳定输出电压，并使输出电阻减小 Xi0IoXXifARo＋－Rof＋U－oXAirofFUXfoUoro Io1AF F2）电流负反馈稳定输出电流，并使输出电阻增大 0XiXXifXAiIoARoRL＋Uo－FIXfoRo f˙FrofUo(1AF)Ro Io 3. 深度负反馈放大电路电压放大倍数的估算 在负反馈的情况下，如果反馈深度|1AF|1，则称为深度负反馈，此时Af1。 F上式表明，在深度负反馈条件下，闭环放大倍数与开环放大倍数无关，只取决于反馈系数F。由于反馈网络常常是无源网络，受环境温度等外界因素的影响极小，因此放大倍数可以保持很高的稳定性。 上式还表明，XiXf，对于串联负反馈UiUf，对于并联负反馈IiIf。 应当指出，通常所说的负反馈是中频段的反馈极性，当信号频率进入高频段或低频段时，会产生附加相移，在一定的条件下使反馈变为正反馈，甚至产生自激振荡。 3.1 深度负反馈条件下放大倍数的估算 (1) 电压串联负反馈 1、电压串联负反馈电路UFuuf UoUoUo1AuufUUFifuu(2) 电压并联负反馈 UR1Fuuf URRo1211R2AuufFR1uu 77

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 2、电压并联负反馈电路UUUIf11oooUUUI11F Aosfoouif FAuRIuiusfUUIFRssRfRsUoUsIsRssIfRssFouiuis(3) 电流串联负反馈 3、电流串联负反馈电流？iu ？RusfI111RFiuf AusfIR1RURosAFfFius Uo11RRFRsiusUFuif IoR'UI1'oAufoLRLUUFifui(4) 电流并联负反馈 UFuifR1Io1R'RLAufLFR1ui 4、电流并联负反馈电路IfFiiIoAusf'R'R'UII1RLooLoLUsIsRsIfRsFiiRsIfR2FiiIR1＋R2oAusf'1RLRR(11)LRFR2Rsiis(A)、A、F 符号相同。、A通常，Auusf可做习题：P122：题3-11，题3-12，题3-13，题3-14，题3-15 课后反思： 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年11月26日

78

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

编号：13

课时安排：2学时 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 第三章 集成运算放大器及其应用 第五节 集成运算放大器的线性应用 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： 识记各种信号运算电路的电路图（比例、求和、积分、微分电路）；领会理想运放分析法，运放工作在线性区和非线性区的条件和判断方法；掌握各种信号运算电路的分析方法和参数计算。 教学（能力、技能）目标： 掌握各种信号运算电路的分析方法和参数计算，会解答课后习题。 教学重点、难点： 各种信号运算电路的分析方法和参数计算。 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、复习、回顾 负反馈的四种组态及判别方法，负反馈对放大电路性能的影响，深负反馈放大电路电压放大倍数估算。 二、导入新课 随着集成电路工艺的不断进步和完善，集成运算放大器的各项技术指标不断提高，价格也日益下降，并且适应各种特殊要求的专用电路日益增多，这就使得集成运放几乎在电子技术和国民经济的各个领域都得到了广泛应用。本节将通过若干典型电路的分析，讲述集成运放线性应用电路的一般分析方法。 三、讲解本次授课的具体内容 第五节 集成运算放大器的线性应用 1. 概述 1.1 集成运放的电压传输特性 uO +Uo(sat) uid -Uo(sat) 集成运放电压传输特性 上图是集成运放的电压传输特性，中间的斜线部分，是运放的线性工作区，在此区间内，运放的输出电压uo与输入电压uid（uid=u+-u-）成线性关系，即uo=Auo（u+-u-）。线性区以外部分为运放的非线性工作区，在该区域内输出电压只有两种可能的情况：+Uo(sat)或-U o(sat) 。 为了使工作稳定或使运放工作在线性区内，通常都引入深度电压负反馈。因此，区分运放是工作在线性区还是非线性区的方法，就是看电路是否有负反馈，如果有负反馈（多为深度负反馈）则运放工作在线

79

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 性区；如果没有负反馈（开环）或有正反馈，则运放工作在非线性区。 1.2 理想运放模型 在分析运放电路时，一般可以将它看成是一个理想元件，理想化的条件主要是： 开环差模电压增益，即开环电压放大倍数Auo 差模输入电阻rid 开环输出电阻ro0 共模抑制比KCMRR 理想运放符号  + U U + Uo 理想运放的符号如右图所示： 反相和同相输入端对地的输入电压分别用U和U表示，Uo表示输出电压，“ ”表示放大器及其传输方向，“∞”则表示开环电压放大倍数为无穷大。 说明：运放即可放大直流信号，又可放大交流信号，对于纯电阻电路，习惯上输入与输出信号多用正弦有效值表示；而对于积分、微分、对数、反对数、波形产生电路等，输入、输出多用瞬时值表示。 1.3 理想运放分析法 由式uo=Auo（u+-u-）及理想运放模型可得UUUo/Auo，根据理想化条件Auo，而Uo只能为有限值，则有UU ，即运放两个输入端对地的电压总是相等的。二者不相连，而电位又总相等，相当于虚短路，通常称为“虚短”。如果同相输入端接地，则反相输入端点位也为0，但又不接地，则称为“虚地”。 根据差模输入电阻rid的理想化条件和UidUU，可得运放的输入电流IidUid/rid0，即运放是与电路相连接的，但它又没有输入电流，相当于断开一样，通常称为“虚断”，即运放不取电流。 利用“虚短”、“虚地”、“虚断”的概念分析电路的方法，称为“理想运放分析法”。用这种方法分析电路简捷而方便。 2. 用于信号运算 集成运放的应用首先表现在它能实现各种数算，并因此而得名。常用集成运放实现的基本运算有比例、求和、积分、微分、对数、反对数、乘法和除法等。本节只对前四种电路进行分析。 2.1 比例运算电路 (1) 反相输入比例运算电路及反相器 如果输入信号从运放的反相输入端加入，则为反相运算。 IfRF UiI1R1 Iid- N P + R2 ∞ + R2：平衡电阻，R2R1//RF Uo

80

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 由上节课可知该电路为交直流电压并联负反馈，所以运放工作在线性区。 同相端经R2接地，无电流流过R2，则UP0；根据“虚短”的概念可知UN0，N点“虚地”，故有I1If，即UiUNUNUo，亦即UiUo，变换得：UoRFUi。 R1RFR1RFR1 则该电路的闭环电压放大倍数为：AufUoRF。 UiR1由上可知，Uo和Ui是比例运算关系。只要R1、RF的阻值精确，运放的Auo足够高，则Uo和Ui的关系只取决于反馈网络（R1、RF）而与运放本身的参数无关，这就保证了运算的精度和稳定性。 当电路中R1=RF时，UoUi，即为反相器。 因为该电路为电压并联负反馈，深度并联负反馈时运放的输入电阻rif≈0，故该电路的总输入电阻ri=R1。深度电压负反馈时运放的输出电阻rof≈0，故该电路的输出电阻ro=0。 (2) 同相输入比例运算电路及电压跟随器 如果输入信号从运放的同相输入端加入，则为同相运算。 R1 I1RF IfN Ui∞ + UoR - P + 由上节课可知该电路为交直流电压串联负反馈，所以运放工作在线性区。 根据“虚断”概念，没有电流流过R，故UPUi；再根据“虚短”的概念有UNUPUi。N点流入运放的电流为0，则I1If，即UNUoUN，亦即UiUoUi，整理可得：Uo1RFUi。 R1RFR1RFR1则该电路的闭环电压放大倍数为：AufUo1RF。 UiR1由上可知，Uo和Ui仍是比例运算关系，且比例系数（1+RF/R1）为正值。 因为该电路为电压串联负反馈，深度串联负反馈时运放的输入电阻rif→∞，故该电路的总输入电阻ri→∞。深度电压负反馈时运放的输出电阻rof≈0，故该电路的输出电阻ro=0。 当去掉R1或RF短路时，Auf1，则成为电压跟随器，如下图所示： ∞ - + UoN UiR P + 81

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 该电路Uo和Ui大小和相位均相同，但输入阻抗极高，输出阻抗很低，常用作测量电路的输入级和中间隔离级。 2.2 加法运算电路 如果若干输入信号均从反相输入端加入，则构成反相加法运算电路。 Ui1I1R1 R2 R3 IfRF - ∞ UoUi2Ui3I2I3+ N P + R’ I3Ui3/R3。 同相端经R’接地，故P点和N点为虚地，则I1Ui1/R1I2Ui2/R2因为虚断，组件不取电流，则I1I2I3If，即Ui1Ui2Ui3UNUo，亦即Ui1Ui2Ui3Uo。 R1R2R3RFR1R2R3RF整理可得：UoRFUi1RFUi2RFUi3 R2R3R1该电路可实现ya1x1a2x2a3x3的数算，改变R1、R2、R3可分别改变系数a1、a2、a3，且互不影响，调试使用方便。 如果若干输入信号从同相输入端加入，则为同相加法器，利用虚短、虚断的概念，不难求出结果，但因系数a1、a2、a3不能单独改变，且有共模输入，使用、调试不便，故较少采用。 2.3 减法运算电路 如果信号由运放的两个输入端同时加入，则为减法运算电路，也称差值运算电路。 IfRF ∞ N P + R3 - + U1I1R1 R2 U2I2UoI3利用虚短和虚断的概念，可得I1If和I2I3，即U1UNUNUo和U2UPUP，由这两个式子R1RFR2R3及UPUN，可求得：UoR1+RFR1R3RU2FU1。本题还可应用叠加定理，方法如下： R2+R3R1当U2短路，U1单独作用时，该电路即为反相输入比例运算电路，其输出电压为：UoRFU1。 R1当U1短路，U2单独作用时，比较同相输入比例运算电路，可得：Uo1RFUP1RFR3U2。 R1R1R2+R3 82

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… RF则在U1和U2得共同作用下，电路的输出电压为：UoUoUo1当R1=R2，R3=RF时，UoRFU2U1。 R1R3RU2FU1。 R1R2+R3R1当四个电阻均相等时，UoU2U1，实现了减法运算。 2.4 积分运算电路 如果反馈元件采用电压与电流成积分关系的元件，电路就可实现积分运算。 ifC ∞ - + N P + R‘uiR i1uo 由于同相输入端经R’接地，根据“虚短”和“虚地”概念可知uPuN0，故有i1if，因此 uit1t，将带入可得：uo(t)1ui(t)dt。 iuo(t)uc(t)if(t)dt1RC0RC0t如果电容C上有起始电压，则上式写成：uo(t)1ui(t)dtUo(0)。 RC0由上式可知，uo为ui的积分。其中，RC为电路积分常数，单位为秒。 如果ui(t)为阶跃电压，则uo随时间线性变化，当uo的幅度增大到一定数值时，运放进入非线性区，最后达到饱和值-Uo(sat)而不再变化，这种情况的输入电压和输出电压的波形如下图所示： ui(t) E O uo(t) O -Uo(sat) 阶跃电压作用下积分电路的输出电压波形 t t 【例3-15】电路如下图所示。电容CF上起始电压为0，试求uo(t)与ui(t)之间的关系式。 ifRF CF uiR1 ∞ - N P + R‘i1+ uo

83

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 【解】运放同相端经R’接地，根据“虚短”和“虚断”的概念，可得i1if， 输出电压为：uoifRFuC(t)uiRF1R1CFt0ifdt[RF1uiR1R1CFu(t)dt]。 0it输出电压是比例运算与积分运算的组合，称为比例-积分调节器（简称PI调节器），在自动控制系统中用来校正电路，以保证系统的稳定性和控制精度。 2.5 微分运算电路 ifR ∞ uiC i1- N P + R‘+ uo 微分运算是积分运算的逆运算，只需将积分运算电路中的R、C位置互换，即可得微分运算电路。 运放同相输入端经R’接地，根据“虚短”和“虚地”概念可知uPuN0，故有i1if，因此 i1Cdui(t)，du(t)uoifR，可得：uoRCi。 dtdt可知输出电压uo(t)与输入电压ui(t)的一阶微分成正比，或者说uo(t)正比于ui(t)的变化率。微分运算电路对高频噪声和突然出现的干扰等非常敏感，而有较大的输出，使信噪比下降，工作不稳定，故很少使用。 【例3-16】电路如下图所示。电容C上起始电压为0，试求uo(t)与ui(t)之间的关系式。 iCC R ifRF ∞ uiiR- N P + R‘+ uo 【解】运放同相端经R’接地，根据“虚短”和“虚断”的概念，可得iCiRif，即Cdui(t)ui(t)if， dtR则输出电压为：uoifRF[RFui(t)RFCdui(t)]。输出电压是比例运算与微分运算的组合，Rdt称为比例-微分调节器（简称PD调节器），在控制系统中用来使调节过程加速。 可做习题： P124：题3-16，题3-17，题3-18，题3-19，题3-20 课后反思： 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年11月30日

84

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

编号：14

课时安排：1学时 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 第三章 集成运算放大器及其应用 第六节 集成运算放大器的非线性应用 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： 识记各种电压比较器的电路图（包括过零比较器、单限比较器和滞回比较器）；领会并掌握各种电压比较器的传输特性曲线，一般单限比较器的分析方法，滞回比较器的工作原理和电压传输特性，各种电压比较器用于波形变换、已知输入电压波形求输出电压波形。 教学（能力、技能）目标： 利用课堂所学解答课后习题。 教学重点、难点： 各种电压比较器的传输特性，一般单限比较器的分析方法，滞回比较器的工作原理和电压传输特性，各种电压比较器用于波形变换、已知输入电压波形求输出电压波形。 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、复习、回顾 利用理想运放分析法（“虚短”、“虚地”和“虚断”），可以方便快捷地分析比例、求和、积分、微分等基本运算电路。 二、导入新课 上次课讲过，如果有负反馈（多为深度负反馈）则运放工作在线性区；如果没有负反馈（开环）或有正反馈，则运放工作在非线性区，比较器就是运放非线性应用的典型例子。运放在非线性区只有两个状态，+Uo(sat)或-Uo(sat)，此时两个输入端的电压可以不相等，“虚短”的概念不再成立；但因运放的输入电阻很高，仍可以认为组件不取电流，“虚断”的概念仍然成立。 三、讲解本次授课的具体内容 第五节 集成运算放大器的非线性应用 1. 过零比较器与单限比较器 电压比较器是对信号进行鉴别与比较的电路，在测量、控制、波形发生电路中有着广泛的应用。 1.1 过零比较器 R1 ∞ - + VZ1 VZ2 uIuIuOR1 ∞ - + + R2 VZ1 VZ2 + uOuIR1 ∞ - + + R2 uO a）基本过零比较器 b）带输出限幅器的过零比较器 c）限幅器在反馈支路中的过零比较器

85

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… uO +Uo(sat) uI uO +Uz uI O -Uo(sat) O -Uz d）基本过零比较器的电压传输特性 e）带输出限幅器的过零比较器的电压传输特性 a）图所示为最基本的过零比较器，同相端接地，信号由反相端输入，运放工作在开环状态，且运放的开环放大倍数很高，则只要uI≠0，两输入端微小的电位差也足以使输出电压达到饱和。当 uI＞0 时，uo=-Uo(sat) ；当 uI＜0 时，uo=+Uo(sat) 。其电压传输特性如图d）所示。 b）图所示为带输出限幅器的过零比较器，稳压管VZ1、VZ2和限幅电阻R2组成双向限幅电路，VZ1、VZ2中的一个作稳压管用时，另一个就当作二级管用。设两管的电压之和为±UZ，当 uI＞0 时，uo=-Uz ；当 uI＜0 时，uo=+Uz 。其电压传输特性如图e）所示。 c）图所示为限幅器在反馈支路的过零比较器，稳压管VZ1、VZ2接在反馈支路中，当 |uo|＜Uz 时，VZ1、VZ2不通，电路工作在开环状态，其电压传输特性如图d）所示；当 |uo|＞Uz 时，VZ1、VZ2导通，立刻有深负反馈存在，反相输入端为“虚地”，则uo=±Uz ，电压传输特性如图e）所示。 对于上述电路，如果将运放的反相端接地，信号由同相端输入，则成为同相端输入的过零比较器。 1.2 单限比较器 电路如下图所示： uO ∞ - + R2 + R3 VZ1 VZ2 +Uz uIR1 uOUR O -Uz UZuI UR单限比较器及其电压传输特性 该电路可实现输入电压uI 与参考电压UR 相比较，因 uI 由反相端输入，故当 uI＞UR 时，uo=-Uz ；当 uI＜UR 时，uo=+Uz 。其电压传输特性如图所示。 1.3 一般比较器 其形式如右图所示： URuIR2uO ∞ N- + + R3 VZ1 VZ2 一般比较器及其电压传输特性 R R2 1 R2 +Uz uOUT O -Uz uI 输入电压和参考电压均由反相端输入。根据“虚断”和叠加定理，N点电位为：

86

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… uNR1R2URuI，在uN过零时，uO状态翻转，令uN=0 即可求出使uO 状态翻转的输入电压uI 的门R1+R2R1+R2限值UT, UT(R1/R2)UR。则当uI＞UT 时，uo=-Uz ；当 uI＜UT 时，uo=+Uz 。其电压传输特性如上图所示。 2. 滞回比较器 在单限比较器中，当输入信号在参考电压附近时，只要有微小的干扰信号，输出电压就会来回跳变。具有滞回特性的比较器——滞回比较器就没有这个缺点，它有一定的抗干扰能力。 uIR P∞ - + R2 + R0 uO uO-UT +Uz +UT R2 R1 VZ1 VZ2 O uI UZ -Uz R1UZUT。当uI＜UT 时，uo=+Uz 保R1+R2R0为VZ1、VZ2 限流电阻，电路不但没有负反馈，而且存在正反馈。 设接通电源后uI0，uO=+UZ，则同相输入端的参考电压uP持不变，只有当uI＞UT 时，uo才发生跳变uo=-Uz 。 当uO=-UZ时，同相输入端的参考电压uPR1UZUT，即参考电压随uO变负而变为负值。此时R1+R2若uI＞-UT ，则uOUZ保持不变；只有当uI≤-UT 时，uo才发生跳变uo=+Uz 。 由上可见，当uI由负到正和由正到负来回变化时，使uo产生跳变的门限电压值是不同的，它的电压传输特性如上图所示，与磁滞回线形式类似，故称这种比较器为滞回比较器，滞回特性表现了它的抗干扰能力。电路中正反馈的存在可以使uo的跳变速度加快。 本章小结： §3.1：集成运放的组成框图、代表符号、分类和主要技术指标。 §3.2：电阻长尾差放电路、恒流源长尾差放电路；零点漂移的定义、产生原因、衡量方法和克服方法；单级和多级直接耦合放大电路、差动放大电路的静、动态分析。 §3.3：甲乙类互补对称式功率放大电路，准互补对称输出级电路；复合管的四种结构及特点，甲乙类互补对称式功率放大电路消除交越失真的原理、各元件的作用及最大不失真输出功率Pom和效率η的估算。 §3.4：反馈的基本概念，负反馈对放大电路性能的影响，反馈环的概念；负反馈放大电路反馈组态的判别、对放大电路性能的影响及深度负反馈情况下动态参数的计算。 §3.5：理想运放分析法，运放工作在线性区和非线性区的条件和判断方法；比例、求和、积分、微分等信号运算电路的分析方法和参数计算。 §3.6：过零比较器、单限比较器和滞回比较器的传输特性曲线，一般单限比较器的分析方法，滞回比较器的工作原理和电压传输特性，各种电压比较器用于波形变换、已知输入电压波形求输出电压波形。 可做习题：P125：题3-27，题3-28，题3-29，题3-30 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年12月2日

87

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

编号：15

课时安排：4学时 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 第四章 正弦波振荡电路 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： 识记正弦波振荡电路的四个组成部分、分析方法，RC串并联选频网络电路图，LC并联谐振网络电路图，三点式LC振荡电路的标准型式。领会振荡电路起振的初始信号，起振条件，平衡条件，RC串并联选频网络的频率特性，LC并联谐振网络的频率特性，组成正弦波振荡电路的基本原则。掌握各种正弦波振荡电路的组成、振荡原理和分析方法。 教学（能力、技能）目标： 能认识各种正弦波振荡电路；能对电路进行分析；判断电路是否可以产生正弦振荡，如果不振荡，能指出错在何处；能求振荡频率。 教学重点、难点： 正弦波振荡电路的组成、振荡原理和分析方法。 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、复习、回顾 集成运放及其应用。 二、导入新课 在实践中，广泛采用各种类型的信号发生电路，就其波形来说，可能是正弦波、方波、锯齿波等等。信号发生电路它不需要外界输入信号，而能输出一个具有一定频率、一定幅度的稳定的输出信号，因此使用很方便。 正弦波信号发生器，即为正弦波振荡电路，它在各个科学技术领域应用非常广泛。比如，在通信、广播、电视系统中，都需要高频发射，这里的高频就是载波，把音频这个低频信号、视频信号或脉冲信号运载出去，这就需要能产生高频信号的振荡器。还如，在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声波焊接、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的振荡器。 非正弦信号（方波、锯齿波等）发生器在测量设备、数字系统及自动控制系统中的应用也日益广泛。 本章主要讨论正弦波振荡电路，而且将重点介绍其中的反馈式电路。我们将以自激振荡的基本分析为出发点，分析正弦波振荡产生的条件、振荡电路的组成，并进而讨论几种典型的正弦波振荡电路。 三、讲解本次授课的具体内容 第一节 产生正弦波自激振荡的条件 1. 产生正弦波振荡的模型与自激振荡的条件 所谓自激振荡，是指在没有外加输入信号的条件下，在电路内部自发地、持续地产生具有一定频率和幅度的振荡。自激振荡是电路在特定条件下的一种电路响应，它是一种特殊的放大电路。 1.1 振荡产生的条件

88

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 产生自激振荡的电路模型示意图如下所示： 1 S + 2 + Uf + - Ui Ube - - A Uo A：基本放大器部分，A是它的开环 放大倍数； F：反馈电路部分，F是反馈系数； F S：单刀双掷开关。 在上图中，当开关S在2位置时，输入为信号源的信号Ui，F相当于负载，这是一般的放大电路；当开关S在1位置时，电路未接入输入信号源，是放大电路的输出信号Uo经过反馈网络反馈到输入端。在一定条件下，反馈信号Uf能完全代替原来的输入信号，而使电路出现没有输入而有输出的情况，即产生了自激振荡。那么，此时应当满足什么条件，才能产生自激振荡呢？ 分析（用向量式进行分析）：当开关S在位置2时，有UoAUi，则UiUo/A，反馈信号UfFUo。试想，当UfUi时，将开关突然从2打到1，没有了输入信号，但Uo保持不变，即产生了自激振荡。此时，FUoUo/A，即AF1，这就是产生自激振荡的条件。由于A、F均为复数，因此，这个式子中包含了幅值条件和相位条件，分别称为自激振荡的幅值平衡条件和相位平衡条件。 令：A的幅值为A，电路的输出电压Uo与输入电压Ui之间的相位差为φA ；F的幅值为F，电路的反馈电压Uf与输出电压Uo之间的相位差为φF ，即AAA，FFF。 由AF1可得：AF=1，即反馈电压与输入电压必须幅度相等，或者说，反馈电压与净输入电压的大小必须相等，才有可能产生自激振荡。这一条件，称为自激振荡的幅值平衡条件。 由AF1还可得：A+F=2n，n0，1，2，3，这意味着反馈电压与输入电压相位必须相同，即构成正反馈，才有可能产生自激振荡。这一条件，称为自激振荡的相位平衡条件。 综上，一个自激振荡电路，实际上是一个具有足够强的正反馈的放大电路，这里的足够强，指的是它的幅值条件；而正反馈，则指它的相位条件。 2. 自激振荡的建立与幅度的稳定 一个振荡电路，如果仅仅满足幅值平衡条件AF=1的话，它只可以使已经建立起来并进入稳态的振荡维持下去，却不能使振荡从无到有地建立起来。要建立振荡（称为起振），则必须考虑到，应当使电路的反馈信号电压大于前一次的输入电压，否则，一旦反馈信号小于前一次的输入电压，振荡幅度将逐渐减小，而使振荡不能建立起来。这样，建立振荡即起振的条件实际上就是： 1，2，3。 UfUi即AF＞1、A+A=2n，n0，问题1：UfUi，一个幅度大于Ui的电压Uf加到放大电路的输入端后，会产生一个大的Uo，Uo又会

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 使Uf增大，Uf又会使Uo更大，如此循环。当振荡建立起来以后，这个振荡电压的幅度会不会无限增大？ 答案：不会。由于基本放大电路输入与输出关系的非线性，当振荡幅度增大到一定程度时，A或F便会降低，从而使AF＞1变成AF=1，即振荡幅度不再继续增高，振荡电路自动稳定在某一振荡幅度下工作。 振荡电路从AF＞1过渡到AF=1的过程，就是自激振荡从起振到振荡幅度稳定的工作过程。 如果利用放大电路的放大特性的非线性实现稳幅，这种电路称为内稳幅电路；如果另加反馈电路和变参数器件（如热敏电阻、小灯泡等），利用反馈电路反馈特性的非线性实现稳幅，这种电路称为外稳幅电路。在RC正弦波振荡电路中多用外稳幅电路，可以取得较好的波形。 问题2：凡是振荡电路，电路均没有外加信号，那么，电路在接通电源后是如何产生自激振荡的呢？ 答案：由于在电路中存在着各种电的干扰（如通电时的瞬变过程、天电干扰、工业干扰、各种噪声及电路内部的热扰动等），在接通电源的一瞬间，由于电路本身是一闭环系统，而且具有选频、放大及正反馈的能力。因此，不管上述扰动如何微弱，选频电路总会自动选出适合振荡频率的某一频率分量，该频率的微弱信号经过放大、反馈、再放大、再反馈，这样无数次的循环，将使振荡电压不断增加，振荡也就由小到大，逐渐建立起来了。 第二节 正弦波振荡电路的组成部分与分析方法 1. 正弦波振荡电路的组成部分 由前一节的学习我们知道，一个自激振荡电路应当具备以下几个组成部分： 1）放大电路部分：利用三极管的放大作用，使电路有足够的电压放大倍数，从而可以满足自激振荡的幅值条件。 2）正反馈电路：将输出信号以正反馈形式引回到输入端，以满足相位条件。 3）选频网络：在众多的干扰信号中选出其中一个特定频率的信号，满足自激振荡的相位条件和幅值条件，从而产生振荡。 4）稳幅环节：在起振后，当振荡幅度增大到一定程度时，使振荡电路自动稳定在某一振荡幅度下工作，并在振荡电路工作过程中稳定振荡幅度。 前两个部分第一节已有讲述，在此，对选频网络和稳幅环节进行说明。 （1）选频网络：如果在电路的输入端，同时有很多信号可以满足相位平衡条件和幅值平衡条件，那么，在电路的输出端所得到的振荡电压，将不再是单一频率的正弦波，而是若干个不同频率的正弦波之和，其结果将为非正弦波。因此，要想使电路获得单一频率的正弦波，应当使电路具有选频网络，选出其中一个特定频率的信号，满足自激振荡的相位条件和幅值条件，从而产生振荡。 问题：如何构成选频网络？ 答案：RC串并联选频网络，这种振荡电路称为RC振荡电路。 LC并联选频网络，这种振荡电路称为LC振荡电路。 （2）稳幅环节：理想的正弦波振荡电路，其振荡波形是稳定的、不产生失真的正弦波，即维持振荡的AF=1的幅值平衡条件。但是实际的正弦波振荡电路，在工作中将受到电源电压、温度、湿度等因素变化的影响，导致管子和电路元件参数的变化，其结果将破坏维持振荡的AF=1的幅值平衡条件，从而造成输出波形失真甚至完全消失。

90

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 解决方法：在振荡电路中增加稳幅环节，采用一些稳幅措施，来稳定振荡电路的振荡幅度。通常，稳幅环节可采用适当的负反馈网络来担任，也可采用非线性元件如二极管、稳压管以及热敏电阻等，即采用外稳幅电路。 当满足自激振荡的幅值条件和相位条件时，在这四块电路的作用下，电路便会产生稳定的正弦振荡。 2. 正弦波振荡电路的分析方法 振荡电路的研究方法不同于前述的放大电路。对于振荡电路，主要是研究产生振荡的机理和电路的组成，以及正确判断一个电路是否可产生正弦振荡。 判断一个电路可否产生正弦振荡的方法可称为正弦波振荡电路的五步分析法，即： （1）看组成：看电路是否具备其四个组成部分，即放大电路、反馈电路、选频网络和稳幅环节。 （2）看放大：估算电路的Q点是否合适，能否保证放大电路正常工作。 （3）看反馈：应用瞬时极性法判断电路能否构成正反馈，即分析电路能否满足自激振荡的相位条件。 具体作法：① 断开闭合回路，在输入端加入一个瞬时对地为“+”的信号Ui，判断Uo的瞬时极性。 ② 判断经反馈网络引回到输入端的反馈信号Uf的瞬时极性。 ③ 判断Uf与Ui是否同相，如果同相则为正反馈，否则即为负反馈。 （4）看幅度：分析电路能否满足自激振荡的幅值条件，即是否有足够强的正反馈。 方法：估算法，估算放大电路的电压放大倍数和反馈网络的反馈系数，看AF是否大于1，即能否使电路建立起振荡并维持之。 如果不满足幅值条件：在测试调整时，改变电路的电压放大倍数或反馈网络的反馈系数。 （5）求频率：计算电路的振荡频率，振荡频率是由相位条件决定的，与作为选频网络的电路有关，这时可根据实际电路进行计算。 第三节 RC正弦波振荡电路 当选频网络的元件由电阻和电容组成时，组成的振荡电路为RC振荡电路。这是一种低频振荡电路，工作频率约为20Hz~200kHz。 RC正弦波振荡电路根据结构的不同，又分为RC串并联式（桥式）、移相式和双T式等类型，最常见的是RC串并联式正弦波振荡电路。 1. RC串并联网络的频率特性 RC串并联网络如下图所示： + R1 C1 + R2 - C2 Uf Uo- RC串并联网络及其频率特性

91

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 这一电路在正弦波振荡电路中，既是反馈网络，又是选频网络，因此它的输入电压是放大电路的输出电压，其输出电压是放大电路的反馈电压。 分析：R1与C1的串联阻抗为Z1，且Z=R+1； 11jC1R2与C2的并联阻抗为Z2，且Z=R//22R21。 jC21jR2C2 电路的输出电压Uf与输入电压Uo的关系为： R2Z21jR2C2Uf1 F==R21C2R11UoZ1Z2R1+1+jR1C2jC11jR2C2C1R2R2C1 通常，为了调节频率方便，总是取：R1=R2=R，C1=C2=C，因此：F=UfUo1 13+jRCRC 当上式分母虚部系数为0时，F最大，令ω=ω0时分母虚部系数为0，即0RC10， 0RC解得=1，f=00RC1，将ω0代入F表达式得UfF=2RC13+j001ff3+j0f0f。 Uof0fF的模值和相角分别为：|F|1/3ff0和F=arctan[/3] f0ff0f22 可知当ff0时，F的最大值为|F|max1/3，其相角F=0，即Uf与Uo同相位，或者说对于 f0=1/(2RC)这一个频率的信号不移相。|F|、F与频率f的关系，即为其频率特性，如上图。 由频率特性可知，当f偏离f0时，反馈系数|F|减小，相移F不再为0。 从频率特性可以看出，该电路只能让f0 频率处的信号通过，其它信号则被滤除掉，因此，在正弦波振荡电路中，可以用来作选频网络。 2. 文氏电桥式RC正弦波振荡电路 2.1 由分立元件构成的文氏电桥式RC正弦波振荡电路 一个采用RC串并联网络作为选频网络和反馈网络的正弦波振荡电路如下图所示： 92

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… RC选频网络 C 4 + RC 5 + R + RF + 1 RB + +UCC RC1 + V1 RE1 2 RB2 RB1 RC2 + 3 + + Uo - V2 Ui RE2 CE2 - 两级阻容耦合共射放大电 路 - 输出电压Uo经RC串并联网络反馈到放大电路的输入端作为输入电压Ui。 电路分析：（1）判断电路是否满足自激振荡的相位条件 设在1点即电路的输入端加一个瞬时对地为正的信号，则2点为正，输出端3点的瞬时相位为正。输出信号加至RC串并联网络的输入端4点，则4点相位为正。由前述可知，该网络输出信号的相位与频率有关，对于频率为1/(2πRC)的信号不移相，则网络的输出端5点与输入端4点同相位，即5点相位为正，即满足振荡的相位条件。若信号频率偏离1/(2πRC)这一频率，则5点与4点不再同相，即5点不再正好为正，这时将不满足振荡的相位条件。可知，该电路只对1/(2πRC)这一频率形成正反馈，满足振荡的相位条件。 （2）判断电路是否满足自激振荡的幅值条件 对RC串并联网络，当它在f=f0=1/(2πRC)时，其反馈系数F最大，即|F|max1/3。按照振荡的起振条件AF＞1，即A＞3即可，由于电路采用了两级共射放大电路，其放大倍数A远远超过所需，这时将使AF＞＞1，即放大倍数过大。 放大倍数过大，加上管子的非线性失真所造成的限幅作用，会使电路产生较大的失真。为了减少失真，并提高振荡电路的稳定性，在电路中需引进负反馈。图中的RF就是用来起负反馈作用的，它就可以起到稳定振荡幅度和减小波形失真的作用，过程如下：  UoUe1Ube1Uo稳定输出 UoUe1Ube1Uo 这个反馈是两级之间的交流串联电压负反馈，根据深负反馈的计算方法，可知在满足深负反馈条件时ui≈uf，即uf=RE1/(RF+RE1)uo=ui，可得这个带有深负反馈的两级放大器的电压放大倍数为AUo/Ui1RF/RE1。 （3）该振荡电路特点：依靠加入足够的负反馈而非依靠三极管的非线性来限幅的，因此有良好的输出波形；而且振荡频率方便调节，可在几Hz~1MHz之间，广泛应用于低频信号源设备中。 说明：当RC串并联网络接入放大器后，放大器的ri、ro会对RC网络产生影响。只有当放大器的ri很大、ro很小时，这种影响才可以不予考虑。因此，在构成一个实际电路时，还要另外采取一些措施，才能使电路正常工作，例如设法提高电路的ri，减小ro。 2.2 由集成运放构成的文氏电桥式RC正弦波振荡电路

93

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… RF 既是选频网络，又是正反馈网络。 C R ∞ C + R Ui 基本放大电路：集成运放与RF、R3共同构成同相比Uo - + R3‘+ 例运算放大电路。通过RF、R3为集成运放引入负反馈，RC串并联网路为集成运放引入正反馈。 - 上图所示为由集成运放构成的RC振荡电路。 由于振荡电路的反馈部分是从RC串并联网络中并联部分引回的，由上面的分析可知，这一反馈在角频率为ω0时一定是正反馈，即这一反馈满足相位平衡条件；同时，此时的反馈电压与输入电压之比为1/3，即反馈系数F=1/3。 由集成运放和电阻RF、R3共同构成的同相比例运算放大电路，其电压放大倍数为A1+RF。 R3为满足振荡电路的起振条件，应使AF＞1，又F=1/3，因此要求A＞3，即电路的起振条件为RF＞2R3 。 当电路满足上面的条件时，即可起振，其中，振荡角频率01，振荡频率f0RC1，改变R或C2RC的值，即可改变振荡电路的频率。 为使振荡电路在工作中可以保持稳定振荡，可由电阻RF、R3组成稳幅环节。 说明：在上述的两种RC正弦波振荡电路中，可使用具有负温度系数的热敏电阻RF作为反馈电阻。其稳幅原理可表示为：由于某种原因使振荡幅度增加iRFtRFRRF负反馈增强AAF了振荡幅度的增加。 同理，若采用具有正温度系数的热敏电阻来代替R3，亦可稳定振荡幅度。 RC桥式振荡电路的优点：可以很方便地得到范围较大且能够连续可调的振荡频率。 第四节 LC正弦波振荡电路 当要求振荡频率比较高时，产生正弦波的办法常常是采用LC振荡电路，其频率可在几十KHz到几百MHz的范围内。在实际中应用较多的是变压器反馈式LC振荡电路和三点式振荡电路。 1. LC并联谐振网络的频率特性 LC并联网络如下图所示： 用半导体器件组成的LC振荡电路中，接于LC回路的信号源近似为恒流源 ICILL R + Uo 网络自身以及网络所带负载总损耗的等效ISC - 电阻 94

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 1(R+jL)分析：电路总阻抗为： jCZ1R+j(L-)C 一般情况下，总有R1LjL jCL，则CZ11R+j(L-)R+j(L-)CC 令0时，上式分母的虚部为0，此时该网络的阻抗最大，处于谐振状态，可以求出： 谐振角频率为：1； 0LC谐振频率为：f012LC 电路发生谐振时电路呈纯电阻性，其值为：ZL 0RC定义回路的特性阻抗与损耗电阻之比为品质因数Q，即Q0L1，则ZQLQ 00R0CR0C由于电路呈纯电阻性，电路的输出电压Uo与信号源电流IS同相。 电路的并联谐振属于电流谐振，其回路电流|IL|或|IC|比信号源电流|IS|大Q倍。 Z的表达式可整理为：L， Z0RCZL1+j0(-0)1+jQ(-0)R00则：ZZ0211Q-0020，阻抗角：ZarctanQ- 0画出Z/Z0、Z与ω的关系曲线，即为LC并联谐振网络的频率特性。 Z +90o 1 /0 -90o LC并联网络的幅频特性和相频特性 2. 变压器反馈式LC振荡电路 变压器反馈式LC振荡电路，又称为变压器耦合式LC振荡电路。 95

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… LC并联谐振选频网络 RB1 分压式偏置稳定共射电路 + + Uf+ RB2 C1 + C + N3 L N1 + RL +UCC 变压器耦合移相网络 N2 V CE Lf N2：提供反馈信号 N3：提供输出信号 - RE - 分析：由图可知，反馈电压Uf与输入电压极性相同，构成正反馈，满足自激振荡的相位平衡条件。 自激振荡的幅值平衡条件是很容易满足的。 起振以后，由于正反馈的存在，振荡幅度不断增长。但由于受到管子非线性特性的，振荡幅度不可能无增长，最后会稳定在一定的幅度上。 反馈电压的幅度取决于变压器的匝数比，适当选择反馈线圈的匝数，即可使电路容易起振，满足自激振荡的幅值条件，又可使电路在振荡过程中不易产生波形失真。 振荡电路的振荡频率，取决于谐振网络的谐振频率，即f01/(2LC)，改变L或C，可改变f0。 变压器反馈式LC振荡电路优点：电路简单，容易起振，f0可调； 缺点：稳定度不高，电感反馈波形稍差，频率受； 适用范围：用于产生频率不太高的正弦波振荡。 3. 三点式LC振荡电路 3.1 三点式LC振荡电路的一般形式 所谓三点式LC振荡电路，是在LC振荡电路中，将LC选频网络的并联LC回路中的L或C分成两个，使LC回路具有三个端点。在振荡电路中，对交流信号而言，这三个端点分别与三极管的三个极（或运放的两个输入端和一个输出端）相连，因而得名“三点式”电路。它有以下两类： ∞ - A + + L2 L1 C C2 电感三点式振荡电路 电容三点式振荡电路 ∞ Uo - A + + C1 Uo L 3.2 三点式振荡电路的组成原则 由电感三点式和电容三点式振荡电路可得到三点式振荡电路的一般结构如下图所示： 96

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… ∞ - X1 Uf A + + X2 用X代替L或C。选频网络即为谐振网络，它必然由L、C两种不同性质X2 Uo X1 Uf Uo X3 X3 的电抗组成。 用单管组成的三点式电路 用集成运放组成的三点式电路 分析：当谐振发生时，网络的总电抗为0，即X1+X2+X3=0，此时，选频网络呈现纯电阻性。 可以证明，只有在X1与X2同号时才能满足自激振荡的相位条件。 当X1、X2同为电感时，X3必为电容，这就是电感三点式。 当X1、X2同为电容时，X3必为电感，这就是电容三点式。 这一结论，即是LC三点式振荡电路的组成原则，也是判断该振荡电路是否满足相位条件的依据之一。即：欲使电路产生正反馈，满足自激振荡的相位平衡条件，则中心抽头（同性质电抗的中间点）必须接三极管的发射极或集成运放的同相输入端。 3.3 电感三点式振荡电路 下图所示即为电感三点式LC振荡电路： +UCC RB1 C1 + RC + + CE L2 L1 + C2 - + C1、C2、CE、UCC对交流视为短路，因此，电感线圈的三个端点分别与BJT- C + 的三个电极相连，构成了三点式。这里，相当于X1、X2同为电感，X3为电容，符合三点式振荡电路的组成原则。 RB2 + + Uf - RE 电感三点式振荡电路也称为哈特莱振荡器，由于反馈电压是从电感L1引回到输入端的，所以又称为电感反馈式LC正弦波振荡电路。 分析：由瞬时极性法可判断LC并联网络构成了正反馈。 根据选频网络的特性，电路的振荡频率为：f012LC 1。 2(L1L22M)C考虑到L1、L2之间的互感，上式中L1=L1+L2+2M，则f0反馈电压的大小，取决于电感线圈抽头的位置，通常可取反馈线圈的匝数为电感线圈总匝数的1/8~1/4，即可兼顾起振条件与波形的要求。 3.4 电容三点式振荡电路 97

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… +UCC RB1 C1 + RC + + + CE + C1 L C2 + - + C2 C1、C2、L组成选频网络，该网络的三- 个端点分别与BJT的三个电极相连，构成了三点式。这里，相当于X1、X2同为电容，X3为电感，符合三点式振荡电路的组成原则。 + RB2 + + UfRE 电容三点式LC振荡器又称为考比兹振荡器，由于反馈电压是从电容C1引回到输入端的，所以又称为电容反馈式LC正弦波振荡电路。 分析：由瞬时极性法可判断LC并联网络构成了正反馈。 根据选频网络的特性，电路的振荡频率为：f02L1C1C2C1C2 - C1、C2的容量可进行适当的选择，当它们取得较小时，振荡频率可以很高，可达100MHz以上。 电路优点：电容对高次谐波容抗小，反馈电压中谐波分量小，输出端得到的正弦波波形较好。 电路缺点：起振困难，且频率调节不便（改变频率时会使反馈系数发生变化）。 应用场合：多用在固定频率且频率较高的场合。 为了使电路频率易于调节，并提高频率的稳定性，可对上述的LC选频网络进行改进，即构成改进型电容三点式LC振荡电路，又称为科拉普振荡器。 振荡频率为f0L C 112LC'2LC，其中C’为C1、C2、C的串电容，一般取C1 C2 C1>>C，C2>>C，因此，振荡频率主要由L、C决定。当调节可变电容C时，即可改变振荡频率，又不影响振荡电路的反馈系数，不会改变反馈电压的大小。 在有些电容三点式振荡电路中，还可采用如下图所示的谐振网络： C1 C C2 L 振荡频率为f01，其中C'C1C2+C C1C22LC' 可做习题：P142：题4-1，题4-2，题4-3，题4-4，题4-5，题4-6，题4-7，题4-8 课后反思： 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年12月5日

98

……………………………………………………………最新资料推荐…………………………………………………

编号：16

课时安排：4学时 第五章 直流稳压电路 教学课型：理论课 √ 实验课 习题课 实践课 其它 题目（教学章、节或主题）： 教学目的要求（分识记、领会、掌握三个层次）： 识记整流电路的技术指标，单相半波、桥式整流电路图，稳压管稳压电路图，桥式整流电容滤波电路图，桥式整流电感滤波或复式滤波电路图，三端稳压器技术指标；领会电容滤波电路工作原理、浪涌电流、外特性，桥式整流电容滤波输出电压平均值及使用条件，其它滤波电路的工作原理，稳压管稳压电路的工作原理，基本串联型稳压电路的工作原理，带有放大环节的串联型稳压电路稳定输出电压的调整过程；掌握整流电路、滤波电路、稳压电路及由它们组成的直流稳压电路的分析及参数计算。 教学（能力、技能）目标： 整流电路、电容滤波电路以及稳压管稳压电路的综合应用。 教学重点、难点： 重点：整流电路、电容滤波电路及带有放大环节的串联型稳压电路以及三端稳压器的使用。 难点：带有放大环节的串联型稳压电路的稳压原理。 教学方式、手段、媒介： 教学方式、手段：讲授 媒介：教材，多媒体，黑板 教学内容及实施过程（注明：* 重点 # 难点 ？疑点）： 一、复习、回顾 各种正弦波振荡电路及其组成、分析方法；电路可否产生正弦振荡的判断方法，如果不振荡，错在何处；各种正弦波振荡电路的振荡频率。 二、导入新课 在社会生产、生活和科学研究中，主要采用交流电能，但在许多场合，如电解、电镀、蓄电池充电、直流电动机等，都需要采用直流电能供电。另外，在各种电子仪器、自动控制系统中还需要用电压非常稳定的直流电源供电。为了得到直流电源，除用直流发电机外，还广泛采用各种半导体直流电源。 三、讲解本次授课的具体内容 第五章 直流稳压电路 半导体直流电源就是利用半导体器件把交流市电转换成直流电以供负载使用的装置。下图所示为直流稳压电源的组成和功能： u1 u2 整流电路u3 滤波电路u4 稳压电路电源变压器：将交流电网电压u1变为合适的交流电压u2。 整流电路：将交流电压u2变为脉动的直流电压u3。

99

uo ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 滤波电路：将脉动直流电压u3转变为平滑的直流电压u4。 稳压电路：清除电网波动及负载变化的影响，保持输出电压uo的稳定。 第一节 单相小功率整流电路 1. 整流电路的技术指标 1.1 衡量整流电路工作性能的参数 (1) 输出电压的平均值Uo(AV) ：反映整流电路将交流电压转换成直流电压的性能。 (2) 脉动系数S：说明整流电路输出电压中交流成分的大小，是衡量整流电路输出电压平滑度的指标。 1.2 选择整流二极管所需要的参数 (1) 流过管子的正向平均电流IVD(AV) 。 (2) 二极管所承受的最大反向电压URM 。 2. 单相半波整流电路 利用二极管的单向导电性把交流电转换成单向脉动直流电能。 u2 2.1 电路图及其工作原理 1 VD 2 + 220V u1 u2 + + uo - 0 uo  2 3 t 4 RL + + u2 >0 时：二极管导通，uo=u2 ； u2<0 时：二极管截止，uo=0 。 可得输入、输出波形如右图所示。 2.2 主要参数 (1) 输出电压的平均值：Uo(AV)(2) 脉动系数S：SUo1MUo(AV)uVD 21201uod（t）202U2sintd（t）0.45U2 2U221.57 22U2(3) 流过二极管的平均电流：IVD(AV)Io(AV)Uo(AV)RL0.45U2 RL(4) 二极管所承受的最大反向电压：URM2U2 2.3 电路优缺点 优点：电路简单；缺点：输出电压平均值低，脉动大，变压器没有充分利用。 3. 单相桥式整流电路 3.1 电路图及其工作原理 u2 >0 时：VD1、VD3导通，VD2、VD4截止，uo=u2 ； 100 ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… u2<0 时：VD2、VD4导通，VD1、VD3截止，uo= - u2 。 + 220V u1 u2 VD3 + 3.2 主要参数 (1) 输出电压的平均值：Uo(AV)0.9U2 42U2230.67 322U2VD4 4 VD1 + VD2 RL uo - u2 tuo t2 (2) 脉动系数S：SUo1MUo(AV)(3) 流过每只二极管的平均电流：IVD(AV)11Uo(AV)0.45U2 Io(AV)22RLRL(4) 二极管所承受的最大反向电压：URM2U2 3.3 电路特点 输出电压平均值高；脉动系数小；管子所承受的反向电压和半波整流电路一样；虽然要用4只二极管，但小功率二极管体积小、价格低，因此全波桥式整流电路应用广泛。 第二节 滤波电路 1. 电容滤波电路 1.1 电路组成 VD4 220V u1 u2 VD3 1.2 工作原理 (1) 空载（RL=∞）时：u2＞uC时：VD导通，C充电； u2＜uC时：VD截止，C放电，由于RL=∞，无放电回路，所以uC保持。 可得输入、输出波形下图所示。 u2 t uo uc=uo t 2 VD2 - VD1 C + RL + uo 101 ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… (2) 接入RL（且RLC较大）时：u2＞uC时：VD导通，C充电； u2＜uC时：VD截止，C放电。 可得输入、输出波形下图所示。 u2 t iVD 二极管中的电流 t 1.3 电路特点 (1) Uo与RLC的关系：RLC 愈大 C放电愈慢  Uo(AV) 愈大； 一般取：RLC(610)T（T：电源电压的周期），近似估算：Uo(AV) =1.2U2 (2) 流过二极管瞬时电流很大 整流管导电时间越短 iVD的峰值电流越大。 uc= uo 第三节 稳压管稳压电路 1. 稳压管稳压电路的组成和工作原理 1.1 电路组成 IR R 220V u1 u2 + C Vz Uz Iz RL IL + Uo - 1.2 工作原理即稳压原理 利用稳压管的反向击穿特性来稳压。 (1) 当输入电压变化时，其稳压过程如下： u1 UI Uo Uo (2) 当负载变化时，其稳压过程如下： RL IL IR UR Uo Uo Uz UR IZ IR UZ IZ UR IR 1.3 稳压管参数：UzUo IZmax(1.5~3)ILmax U1(2~3)Uo 1.4 限流电阻范围：Rmin102

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 第四节 串联型晶体管稳压电路 稳压管稳压电路的缺点：（1）输出电流小，带负载能力差；（2）输出电压不可调； （3）输出电压稳定度差。 改进：提高带负载能力——在输出端加一射极输出器。 1. 基本串联型晶体管稳压电路 1.1 电路组成 R + U1 - Vz Uz IB RL VT VT Io + Uo - Io + RL Uo - + U1 - R Vz Uz VT和RL串联，所以称为串联型晶体管稳压电路。 用Uo的变化控制VT的管压降，以保持Uo不变，VT在电路中起调整作用，故称为调整管。 1.2 工作原理即稳压过程 Uo UBE(=UZ-Uo) IB IC Io Uo(=U1-UCE) UCE(=U1-IoRL) 1.3 电路缺点：用Uo的变化控制VT的UBE，灵敏度不高，输出电压稳定度低。 2. 带有放大环节的串联型稳压电路 2.1 由三极管放大电路组成的串联型稳压电路 + Ui － R4 V1 － U BE1 + V2 R1 RP Rb Io Ra + RL Uo － R3 + UBE2 + －+ UZ － UF R2 － 2.2 由集成运放组成的串联型稳压电路 V + Ui － 工作原理： Uo U-(∝Uo) UBE IB IC UCE(=U1-IoRL) 103 R ∞ － + R1 R2 Io + RL Uo V：调整管 R1、R2、R3组成采样电路 R、VZ组成基准电路 运放构成放大环节 UZ － + + UF R3 － － 运放具有深度负反馈 Io Uo(=U1-UCE) ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 输出电压调节范围：改变R2的滑动端，可调节Uo的大小。 R1R2R3Uz R3RR2R3R2的滑动端位于最上端时，Uo最小：Uo1Uz R2R3R2的滑动端位于最下端时，Uo最大：Uo最大输出电流：稳压电路的最大输出电流取决于运放的最大输出电流值和调整管的功率容量。 使用注意事项：电路绝对不能短路或过载，即实际使用时必须外接保护电路。 第五节 三端集成稳压器及其应用 集成稳压电路是将稳压电路的主要元件甚至全部元件制作在一块硅基片上的集成电路，因而具有体积小、使用方便、工作可靠等特点。 集成稳压器的种类很多，作为小功率的直流稳压电源，应用最为普遍的是3端式串联型集成稳压器。3端式是指稳压器仅有输入端、输出端和公共端3个接线端子。如W78××和W79××系列稳压器。W78××系列输出正电压有5V、6V、8V、9V、10V、12V、15V、18V、24V等多种，若要获得负输出电压选W79××系列即可。这类３端稳压器在加装散热器的情况下，输出电流可达1.5～2.2A，最高输入电压为35V，最小输入、输出电压差为2～3V，输出电压变化率为0.1％～0.2％。 1. 外形和管脚排列 1 3 2 2. 典型应用电路 2.1 输出固定电压的稳压电路 1— 输入端 2— 输出端 3— 公共端 1 3 2 W79×× 1— 公共端 2— 输出端 3— 输入端 W78×× 1 + Ui － W78 ×× 3 Co 2 + Uo － － Ui + 3 W79 ×× Ci 1 Co 2 - Uo + Ci 输出+U×× 输出 -U×× Ci：消除长导线的电感效应，防止产生自激振荡，接线不长时可以不用。其值一般在0.1~1μF 之间。 Co：消除高频噪声、改善输出的瞬态特性，即在负载电流变化时不致引起UO较大的波动。可用1μF 电容。 2.2 输出正、负电压的稳压电路 下图所示为一个可以给出±15V的实用稳压电路： 104

……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 24V 220V 24V + 1000μF + 1000μF 1 W7815 0.33μF 3 0.33μF 1 2 +15V 1μF 1μF 2.3 输出电压可调的稳压电路 1 + Ui － Ci W78 ×× 3 Co 2 3 W7915 2 －15V U∞ + + － UR1 R2 R3 RL + Uo － R2的滑动端位于最上端时，Uo最大：UoR1R2R3U R1R2的滑动端位于最下端时，Uo最小：UoR1R2R3U R1R2Uo的调节范围：R1R2R3RR2R3UUo1U R1R2R12.4 扩大输出电流的稳压电路 IE I1 + UI － 一般取：UBEUVD 则：IER1IVDR2 总输出电流：IO=IC+IVDIE+IVD2.5 提高输出电压的电路 IVD Ci R1 R2 VD VT IC IO 1 W78 ×× 3 2 IVD Co RL UO RR2IVD+IVD12IVD R1R11+Ui－ W78××C13RDZ2++U××－C2Uo+UZ－－ 105 ……………………………………………………………最新资料推荐………………………………………………… 输出电压Uo=U××+UZ 可做习题： P125：题5-1，题5-2，题5-3，题5-4，题5-5 教师姓名：李春菊 职称：无 日期：2009年12月8日

106