模擬電子技術教程

1、模擬電子技術教程一、緒論二、半導體二極管及其基本電路三、半導體三極管及放大電路四、場效應管放大電路五、功率放大電路六、集成電路運算放大器七、反饋放大電路八、信號的運算及處理電路九、信號產生電路 十、直流穩(wěn)壓電源34二、半導體二極管及其基本電路基本要求« 正確理解：PN結的形成及單向導電性* 熟練掌握：普通二極管、穩(wěn)壓二極管的外特性及主要參數(shù) 能夠查閱電子器件相關手冊難點重點1 .PN結的形成(1 )當卩型半導體和N型半導體結合在一起時，由于交界面處存在載流子濃度的差異，這樣電子和空穴都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴散。但是，電子和空穴都是帶電的，它們擴散的結果就使P區(qū)和 N區(qū)中原來

2、的電中性條件破壞了。P區(qū)一側因失去空穴而留下不能移動的負離子，N區(qū)一側因失去電子而 留下不能移動的正離子。 這些不能移動的帶電粒子通常稱為 空間電荷，它們集中在P區(qū)和N區(qū)交界面附近， 形成了一個很薄的空間電荷區(qū)，這就是我們所說的 PN結。喘穴PK NKifef 圖(1)濃度差使載流子發(fā)生擴散運動(2) 在這個區(qū)域內，多數(shù)載流子已擴散到對方并復合掉了，或者說消耗殆盡了，因此，空間電荷區(qū)又 稱為耗盡層。(3) P區(qū)一側呈現(xiàn)負電荷， N區(qū)一側呈現(xiàn)正電荷， 因此空間電荷區(qū)出現(xiàn)了方向由N區(qū)指向P區(qū)的電場, 由于這個電場是載流子擴散運動形成的，而不是外加電壓形成的，故稱為內電場。OOOO OOo內槪 .

3、OO OO 噺穴PK NK皚八圖(2)內電場形成(4) 內電場是由多子的擴散運動引起的，伴隨著它的建立將帶來兩種影響：一是內電場將阻礙多子的擴散，二是P區(qū)和N區(qū)的少子一旦靠近 PN結，便在內電場的作用下漂移到對方，使空間電荷區(qū)變窄。(5) 因此，擴散運動使空間電荷區(qū)加寬，內電場增強，有利于少子的漂移而不利于多子的擴散；而漂 移運動使空間電荷區(qū)變窄，內電場減弱，有利于多子的擴散而不利于少子的漂移。當擴散運動和漂移運動達到動態(tài)平衡時，交界面形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，即PN結處于動態(tài)平衡2 .PN結的單向導電性(1) 外加正向電壓(正偏)在外電場作用下，多子將向PN結移動，結果使空間電荷區(qū)變窄，內電場被

4、削弱，有利于多子的擴散 而不利于少子的漂移，擴散運動起主要作用。結果，P區(qū)的多子空穴將源源不斷的流向N區(qū)，而N區(qū)的多 子自由電子亦不斷流向P區(qū)，這兩股載流子的流動就形成了PN結的正向電流。(2) 外加反向電壓(反偏)在外電場作用下，多子將背離PN結移動，結果使空間電荷區(qū)變寬，內電場被增強，有利于少子的漂 移而不利于多子的擴散，漂移運動起主要作用。漂移運動產生的漂移電流的方向與正向電流相反，稱為反 向電流。因少子濃度很低，反向電流遠小于正向電流 。當溫度一定時，少子濃度一定，反向電流幾乎不隨外加電壓而變化，故稱為反向飽和電流。3. 二極管的基本應用電路(1 )限幅電路-利用二極管的單向導電性和導

5、通后兩端電壓基本不變的特點組成。(2 )箝位電路-將輸出電壓箝位在一定數(shù)值上。注：黑色-輸入信號，藍色-輸出信號，波形為用EWB仿真結果。內容提要:2.1半導體的基本知識1 半導體的導電性能介于導體和絕緣體之間，半導體具有光敏、熱敏和摻雜特性。2 本征半導體(1 )在0K時，本征半導體中沒有 載流子，呈絕緣體特性。(2 )溫度升高-熱激發(fā)-共價鍵中價電子進入導帶-自由電子+空穴。(3) 兩種載流子：導帶中的自由電子，電荷極性為負；價帶中掙脫共價鍵束縛的價電子所剩下的空穴，電 荷極性為正。(4) 熱激發(fā)條件下，只有少數(shù)價電子掙脫共價鍵的束縛，進入導帶形成電子空穴對，所以本征半導體導電 率很低。3

6、 雜質半導體(1) 兩種雜質半導體： N型-摻入微量五價元素；P型-摻入微量三價元素。(2) 兩種濃度不等的載流子：多子-由摻雜形成，少子-由熱激發(fā)產生。(3) 一般情況下，只要摻入極少量的雜質，所增加的多子濃度就會遠大于室溫條件下本征激發(fā)(觀看本征 激發(fā)動畫)所產生的載流子濃度。所以，雜質半導體的導電率高。(4 )雜質半導體呈電中性。4. 半導體中載流子的運動方式(1 )漂移運動-載流子在外加電場作用下的定向移動。(2)擴散運動-因濃度梯度引起載流子的定向運動。2.2 PN結的形成及特性1 .PN結的形成當P型半導體和N型半導體結合在一起的時侯，由于交界面處存在載流子濃度的差異-多子擴散-產

7、 生空間電荷區(qū)和內電場-內電場阻礙多子擴散，有利少子漂移當擴散和漂移達到動態(tài)平衡時，交界面形成穩(wěn)定的空間電荷區(qū)，即PN結。2. PN結的單向導電性外加正向電壓-多子向PN結移動，空間電荷區(qū)變窄，內電場減弱-擴散運動大于漂移運動-正向電 流。外加反向電壓-多子背離PN結移動，空間電荷區(qū)變寬，內電場增強-漂移運動大于擴散運動-反向 電流。當溫度一定時，少子濃度一定，反向電流幾乎不隨外加電壓而變化，故稱為反向飽和電流。2.3半導體二極管1 半導體二極管按其結構的不同可分為點接觸型、面接觸型和平面型這樣幾類。2 伏安特性它可劃分為三個部分:(1) 正向特性(外加正向電壓)當正向電壓超過某一數(shù)值后，二極

8、管才有明顯的正向電流，該電 壓值稱為導通電壓，用V th表示。在室溫下，硅管的V th約為0.5V，鍺管的V th約為0.1V。當流 過二極管的電流I比較大時，二極管兩端的電壓幾乎維持恒定，硅管 約為0.60.8 V (通常取0.7 V)，鍺管約為0.20.3V (通常取0.2V)(2 )反向特性(外加反向電壓)在反向電壓小于反向擊穿電壓的范圍內，由少數(shù)載流子形成的反向電流很小，而且與反向電壓的大小 基本無關。由二極管的正向與反向特性可直觀的看岀：二極管是非線性器件；二極管具有單向導電性。(3)反向擊穿特性當反向電壓增加到某一數(shù)值V BR時，反向電流急劇增大，這種現(xiàn)象叫做二極管的反向擊穿。3

9、.電容效應： 勢壘電容與擴散電容4主要參數(shù)器件的參數(shù)是其特性的定量描述，是我們正確使用和合理選擇器件的依據(jù)。(1) 正向-最大整流電流I F(2) 反向-反向擊穿電壓V BR2.4二極管應用電路1 分析方法：二極管是一種非線性器件，因而由二極管構成的電路一般要采用非線性電路的分析方法。(1) 圖解分析法其步驟為：把電路分為線性和非線性兩部分；在同一坐標上分別畫出非線性部分的伏安特性和線 性部分的特性曲線；由兩條特性曲線的交點求電路的V和I。(2) 模型分析法(非線性器件線性化處理) 理想二極管模型-正向導通時，壓降為 0;反向截止時，電流為 0。 恒壓降模型-當二極管工作電流較大時，其兩端電壓

10、為常數(shù)(通常硅管取0.7V，鍺管取0.2V) 交流小信號模型-若電路中除有直流電源外，還有交流小信號，則對電路進行交流分析時，二極管可等效為交流電阻r d=26mV/lDQ （I dq為靜態(tài)電流）2 二極管應用電路（1）限幅電路 - 利用二極管單向導電性和導通后兩端電壓基本不變的特點組成，將信號限定在某一 范圍中變化，分為單限幅和雙限幅電路。多用于信號處理電路中。（2）箝位電路 - 將輸出電壓箝位在一定數(shù)值上。（3）開關電路 - 利用二極管單向導電性以接通和斷開電路，廣泛用于數(shù)字電路中。（4）整流電路 - 利用二極管單向導電性，將交流信號變?yōu)橹绷餍盘?，廣泛用于直流穩(wěn)壓電源中。（5）低電壓穩(wěn)壓電

11、路 - 利用二極管導通后兩端電壓基本不變的特點，采用幾只二極管串聯(lián)，獲得 3V以下輸出電壓2.5 特殊二極管1穩(wěn)壓二極管（ 1）工作原理穩(wěn)壓管是一種特殊的二極管，它利用PN結反向擊穿后特性陡直的特點，在電路中起穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓 管工作在反向擊穿狀態(tài)。（2）主要參數(shù)：穩(wěn)定電壓V z、穩(wěn)定電流I z、最大工作電流I zM和最大耗散功率P zM2發(fā)光二極管 發(fā)光二極管是一種將電能轉化為光能的特殊二極管。發(fā)光二極管簡寫成了 LED，其基本結構是一個PN結，它的特性曲線與普通二極管類似，但正向導 通電壓一般為1 2 V，正向工作電流一般為幾幾十毫安。3光電二極管 光電二極管又叫光敏二極管，是一種將光信號轉

12、換為電信號的特殊二極管。4變容二極管 利用二極管結電容隨反向電壓的增加而減少的特性制成的電容效應顯著的 二極管。多于高頻技術中。例題分析：例 1求圖所示電路的靜態(tài)工作點電壓和電流。a HmA解：(1)圖解分析法首先把電路分為線性和非線性兩部分，然后分別列岀它們的端特性方程。在線性部分，其端特性方程為V = V 1 -IR將相應的負載線畫在二極管的伏安特性曲線上，如圖所示，其交點便是所求的(IQ, V Q)。(2) 模型分析法 理想二極管模型V= 0， I=V 1/R 恒壓降模型設為硅管，V= 0.7V，I=(V 1 V)/R例2 如何用萬用表的“歐姆”檔來判別一只二極管的正、負極？分析：指針型

13、萬用表的黑筆內接直流電源的正端，而紅筆接負端。利用二極管的單向導電性，其正向 導通電阻一般在幾百歐幾千歐，而反向偏置電阻一般在幾百千歐以上。測量時，利用萬用表的“ RX100”和“ RX1K'檔，若兩個數(shù)值比值在100以上，認為二極管正常，否則認為二極管的單向導電性已損壞。例3 圖所示電路中，設D為理想二極管，試畫出其傳輸特性曲線(V0V i)二 2.5V 二解：(1 )v i<0，二極管D 1、D 2 均截止，V o=2.5V(2 )v i>0當 0<v i<2.5V 時，二極管D 1、D 2 均截止，v o=2.5V;當v i>2.5V時，D 1導通，

14、假設此時D 2尚未導通，則v 0=(2/3) (vi-2.5)+2.5V;令v o=10V，則v i=13.75V，可見當v i>13.25V時，D 1、D 2均導通，此時v o=10V°傳輸特性曲線略。例4 試判斷圖中二極管是導通還是截止？并求出AO兩端電壓V A0。設二極管為理想的 分析方法：（1）將D1、D2從電路中斷開，分別出 D1、D2兩端的電壓；解:3K丄=W liV1a 0（2）根據(jù)二極管的單向導電性，二極管承受正向電壓則導通，反之則截止。若兩管都承受正向電壓，則正向電壓大的管子優(yōu)先導通，然后再按以上方法分析其它管子的工作情況。本題中：V 12=12V，V 34=

15、12+4=16V,所以D2優(yōu)先導通，此時，V 12=-4V，所以D1管子截止。V A0 = -4V。例5 .兩個穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值V Z1=5V V Z2=7V，它們的正向導通壓降均為0.6V，電路在以下二種接法時,輸出電壓V o為多少？若電路輸入為正弦信號Vl=20sin 31 （V），畫出圖（a）輸出電壓的波形。oViZS D1 VtoI-o解：圖（a）中D1、D2都承受反向偏壓，所以輸出電壓Vo=V Z1+V Z2=5V+7V=12V若輸入正弦信號V I=20sin 31 （V）:在輸入信號正半周，若V I<12V穩(wěn)壓管處于反向截止狀態(tài)，V o=V I ;若 VI >12V穩(wěn)壓管

16、處于反向擊穿狀態(tài)，V o=12Vo在輸入信號負半周，若V I> -1.2V穩(wěn)壓管處于截止狀態(tài)，V o=V I ;若VI <-1.2V穩(wěn)壓管處于正向導通狀態(tài)，V o=-1.2V o圖（b）中D1承受正向電壓、D2承受反向偏壓，所以輸出電壓Vo=0.6V+7V=12.6V。單元檢測：1、 PN結外加正向電壓時，擴散電流 漂移電流，耗盡層 o2、 （ 1）在圖所示的電路中，當電源 V=5V時，測得I=1mAo若把電源電壓調整到 V=10V,則電流的大小將 是o +D SZUEA.I=2mAB.I<2mAC.I>2mA（2）設電路中保持V=5V不變。當溫度為20攝氏度時，測得二

17、極管正向電壓VP=0.7Vo當溫度上升到40攝氏度時，則V P的大小是 oA.仍等于0.7V B.大于0.7C.小于0.7V3、圖中D1-D3為理想二極管，A, B, C燈都相同，試問哪個燈最亮?4、設硅穩(wěn)壓管 Dz1和Dz2的穩(wěn)定電壓分別為 5V和10V，求圖中電路的輸出電壓Uo。已知穩(wěn)壓管的正向壓降為0.7V o5、圖所示的電路中，Dz1和Dz2為穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)定工作電壓分別為6V和7V,且具有理想的特性。由此可知輸出電壓 Uo為oUi=20VflUo6、圖所示電路，設 Ui=sin 3 t(V)，V=2V,二極管具有理想特性，則輸出電壓Uo的波形應為圖示圖。AB+UotV Uo=0一:

18、' °lCU7、判斷圖所示電路中各二極管是否導通，并求A,B兩端的電壓值。設二極管正向壓降為0.7VDl8、 二極管最主要的特性是 ,它的兩個主要參數(shù)是反映正向特性的 和反映反向特性的。9、 用一只萬用表不同的歐姆檔測得某個二極管的電阻分別為250Q和1.8K Q(1 )產生這種現(xiàn)象的原因是 。(2) 兩個電阻值對應的二極管偏置條件是：250 Q為偏，1.8K Q為偏。10、 圖所示電路中，D為理想二極管，設 Vi=15sin 31 (V),試畫出輸出電壓 Vo的波形。二1CV 2.5V半導體三極管及放大電路基本要求熟練掌握：放大電路的組成原則；共射、共集和共基組態(tài)放大電路工

19、作原理；靜態(tài)工作點；用小 信號模型分析法分析增益、輸入電阻和輸岀電阻；多級放大電路的工作原理，增益的計算 正確理解：圖解分析法；放大電路的頻率響應一般了解：頻率失真難點重點1 半導體三極管內部載流子的傳輸過程(止偏P(反偏)(1 )發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子由于發(fā)射結外加正向電壓，發(fā)射結的內電場被削弱，有利于該結兩邊半導體中多子的擴散。流過發(fā)射 極的電流由兩部分組成：一是發(fā)射區(qū)中的多子自由電子通過發(fā)射結注入到基區(qū)，成為集區(qū)中的非平衡少子 而形成的電子電流I EN,二是基區(qū)中的多子空穴通過發(fā)射結注入到發(fā)射區(qū)，成為發(fā)射區(qū)的非平衡少子而形 成的空穴電流I EP。由于基區(qū)中空穴的濃度遠低于發(fā)射區(qū)中電子的濃度

20、，因此，與電子電流相比，空穴的 電流是很小的，即I E=I EN+I EP (而 I EN»I EP)(2 )非平衡載流子在基區(qū)內的擴散與復合由發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子，使基區(qū)內少子的濃度發(fā)生了變化，即靠近發(fā)射結的區(qū)域內少子濃度最高， 以后逐漸降低，因而形成了一定的濃度梯度。于是，由發(fā)射區(qū)來的電子將在基區(qū)內源源不斷地向集電結擴 散。另一方面，由于基區(qū)很薄，且摻雜濃度很低，因而在擴散過程中，只有很少的一部分會與基區(qū)中的多 子(空穴)相復合，大部分將到達集電結。(3) 集電區(qū)收集載流子由于集電結外加反向電壓，集電結的內電場被加強，有利于該結兩邊少子的漂移。流過集電極的電流I C，除了包括由基

21、區(qū)中的熱平衡少子電子通過集電結形成的電子電流ICN2和集電區(qū)中的熱平衡少子空穴通過集電結形成的空穴電流I CP所組成的反向飽和電流I CBO以外，還包括由發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的非平衡 少子自由電子在基區(qū)通過邊擴散、邊復合到達集電結邊界，而后由集電結耗盡層內的電場將它們漂移到集 電區(qū)所形成的正向電子傳輸電流ICN1因此I C=I CN1+I CN2+I CP=I CN1+I CBO式中 I CBO=I CN2+I CP基極電流由以下幾部分組成：通過發(fā)射結的空穴電流IEP,通過集電結的反向飽和電流I CBO以及IEN轉化為I CN1過程中在基區(qū)的復合電流(I EN-I CN1)，即I B= I EP+

22、 (I EN-I CN1 - I CBO2 放大電路的動態(tài)分析(圖解法)放大電路輸入端接入輸入信號 vi 后的工作狀態(tài)，稱為動態(tài)。在動態(tài)時，放大電路在輸入信號 vi 和直 流電源 Vcc 共同作用下工作，這時候，電路中既有直流分量，又有交流分量，形成了交、直流共存于同一 電路之中的情況， 各極的電流和各極間的電壓都在靜態(tài)值的基礎上疊加一個隨輸入信號 vi 作相應變化的交 流分量。一般用放大電路的交流通路來分析放大電路中各個交流量的變化規(guī)律及動態(tài)性能。所謂交流通路是指 交流電流流經的路徑。由放大電路畫交流通路的原則是： （ 1）由于交流通路中只考慮交流信號的作用，直 流電源 Vcc 內阻很小，將

23、它作短路處理；（ 2）由于耦合電容和旁路電容足夠大，對交流量可視為短路。注意，在交流通路中的電流、電壓都是交流量。對放大電路的動態(tài)分析，主要采用圖解法和微變等效電路法。在這里，我們討論圖解法。圖解法的思路是先根據(jù)輸入信號 vi 的的變化規(guī)律， 在輸入特性曲線上畫出 iB 的波形， 然后根據(jù) iB 的 變化規(guī)律在輸出特性曲線上畫出 iC和vCE的波形。1）根據(jù) vi 在輸入特性曲線上求 iB2）畫出交流負載線在動態(tài)時，放大電路輸出回路的 iC和vCE,既要滿足三極管的伏安特性曲線，又要滿足外部電路的伏 安關系。交流負載線是有信號時放大電路工作點的軌跡，是交、直流共存的情況。3）由輸出特性曲線和交

24、流負載線求 iC 和 vCE由圖解分析，可得出如下幾個重要結論：1）三極管各極間電壓和各電極的電流都是由兩個分量線性疊加而成的脈動 量，其中一個是由直流電源 Vcc 引起的直流分量，另一個是隨輸入信號 vi 而變 化的交流分量。 雖然這些電流電壓的瞬時值是變化的， 但它們的方向是始終不變 的。2）當輸入信號 vi 是正弦波時，電路中各交流分量都是與輸入信號 vi 同頻 率的正弦波，其中 vbe、ib 、ic 與 vi 同相，而 vce、vo 與 vi 反相。輸出電壓與 輸入電壓相位相反，這種現(xiàn)象稱為“倒相”，是共射放大電路的一個重要特征。3）輸出電壓 vo 和輸入電壓 vi 不但是同頻率的正弦

25、波，而且 vo 的幅度比vi 的幅度大得多，這說明， vi 經過電路被線性放大了。還可以看出，只有輸出 信號的交流分量才是反映輸入信號變化的， 所以我們說的放大作用， 只能是輸出 的交流分量和輸入信號的關系，而絕對不能把直流分量也包含在內。圖解分析法的特點：直觀、形象，有助于建立一些重要概念，如交、直流共 存，靜態(tài)和動態(tài)。內容提要:3.1半導體三極管1 半導體三極管的結構(1 )半導體三極管從結構上可分為NPN型和PNP型兩大類，它們均由 三個摻雜區(qū)和兩個背靠背的PN結構成，但兩類三極管的電壓極性和電流方向相反。(2) 三個電極：基極 b、集電極c、和發(fā)射極e。從后面工作原理的介紹中可以看到，

26、發(fā)射極和集電極的 命名是因為它們要分別發(fā)射與接收載流子。(3) 內部結構特點：發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠大于集電區(qū)的摻雜濃度；基區(qū)很薄，且摻雜濃度最低 。(4) 三個區(qū)作用：發(fā)射區(qū)發(fā)射載流子、基區(qū)傳輸和控制載流子、集電區(qū)收集載流子。2電流的分配和控制作用(1) 條件內部條件：三極管的結構。外部條件：發(fā)射結正偏、集電結反偏。對 NPN型：V c> V B> V ESi 管：V be=0.7VGe 管：V be=0.2V對 PNP型：V c< VB< VESi 管：V be=-0.7VGe 管：V be=-0.2V(2) 內部載流子的傳輸過程(參閱 難點重點)(3) 電流分配關系在

27、眾多的載流子流中間，僅有發(fā)射區(qū)的多子通過發(fā)射結注入、基區(qū)擴散和復合以及集電區(qū)收集三個環(huán) 節(jié)，轉化為正向受控作用的載流子流lc，其它載流子流只能分別產生兩個結的電流，屬于寄生電流。為了表示發(fā)射極電流轉化為受控集電極電流lc的能力，引入參數(shù) a,稱為共基極電流傳輸系數(shù)。其定義為a = 1 C/I E令B=a/(1 a)，稱為共射極電流傳輸系數(shù)3 各極電流之間的關系I E=I c +I B(1 )共基接法(IE對Ic的控制作用)I c = a I E + I CBOI B=( 1- a )I E - I CBO(2 )共射接法(I B對I c的控制作用)I c =B I B + I CEOI E=(

28、 1 + a ) I B + I CEOI CEO=( 1+ p )I CBO4 共射極電路的特性曲線(以NPN型管為例)(1 )輸入特性曲線 I B=f( V BE，V CE )輸入特性曲線是指當V CE為某一常數(shù)時，I B和BE之間的關系。特點：V CE=0的輸入特性曲線和二極管的正向伏安特性曲線類似；隨著V CE增大，輸入特性曲線右移; 繼續(xù)增大v CE輸入特性曲線右移很少。在工程上，常用V CE=1時的輸入特性曲線近似代替V CE>1V時的輸入特性曲線簇。（2）輸岀特性曲線輸出特性曲線是指當I B為某一常數(shù)時，1 C和VCE之間的關系，可分為三個區(qū)：截止區(qū)：發(fā)射結反偏，集電結反偏

29、，發(fā)射區(qū)不能發(fā)射載流子，1B-O,I SO。放大區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結反偏。其特點是：V BE-0.7V（或0.2V），I B>O,I C與I B成線性關系，幾乎與V CE無關。飽和區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結正偏，隨著集電結反偏電壓的逐漸減?。ú⑥D化為正向偏壓），集電結的空 間電荷區(qū)變窄，內電場減弱，集電結收集載流子的能量降低，IC不再隨著I B作線性變化，岀現(xiàn)發(fā)射極發(fā)射有余，而集電極收集不足 現(xiàn)象。其特點是：V CE很小，在估算小功率管時，對硅管可取0.3V（鍺 O.1V）。對PNP型管，由于電壓和電流極性相反，所以特性在第三象限。4主要參數(shù)電流放大倍數(shù)，集電極最大允許電流ICM集電極耗散

30、功率 PCM反向擊穿電壓V（ BR CEO等3.2共射極放電電路1.放大的原理和本質（以共發(fā)射極放大電路為例）交流電壓v i通過電容C 1加到三極管的基極，從而使基極和發(fā)射極兩端的電壓發(fā)生了變化：由VBEV BE + v i，由于PN結的正向特性很陡，因此v BE的微小變化就能引起1 E發(fā)生很大的變化：由 I EI E+ I E，由于三級管內電流分配是一定的，因此1B和1 C作相同的變化，其中I CI C +I Co1 C流過電阻R c，則R c上的電壓也就發(fā)生變化：由 V RcV Rc + RCo由于v CE=V CC-v Rc,因此當電阻R c上的電壓隨輸入信號變化時，v CE也就隨之變化

31、，由V CLV CE+XV CE v CE中的變化部分經電容C 2傳送到輸出端成為輸出電壓v 0。如果電路參數(shù)選擇合適，我們 就能得到比Av i大得多的Xv 0o所以，放大作用實質上是放大器件的控制作用，是一種 小變化控制大變化 o2放大電路的特點交直流共存 和 非線性失真3放大電路的組成原則正確的 外加電壓極性 、合適的直流基礎 、通暢的交流信號傳輸路徑4放大電路的兩種工作狀態(tài)(1) 靜態(tài)：輸入為 0,1 B、I C、V CE都是直流量。(2 )動態(tài)：輸入不為0,電路中電流和電壓都是直流分量和交流分量的疊加。保證在直流基礎上實現(xiàn)不 失真放大。5放大電路的分析步驟(1 )先進行靜態(tài)分析：用放大

32、電路的直流通路。直流通路：直流信號的通路。放大電路中各電容開路即可得到。(2) 在靜態(tài)分析的基礎上進行動態(tài)分析：用放大電路的交流通路。交流通路：交流信號的通路。放大電路中各電容短接，直流電源交流短接即可得到。3.3 圖解分析法1 靜態(tài)分析( 1 )先分析輸入回路首先把電路分為線性和非線性兩部分，然后分別列出它們的端特性方程。在線性部分，其端特性方程 為V BE=V CC-I B*R B將相應的負載線畫在三極管的輸入特性曲線上，其交點便是所求的(IBQ V BQ o( 2)再分析輸出回路用同樣的方法，可得到輸出回路的負載線方程(直流負載方程)為V CE=V CC-I C*R C將相應的負載線(直

33、流負載線，斜率為1/Rc)畫在三極管的輸岀特性曲線上，找到與IB=I BQ相對應的輸出特性曲線，其交點便是所求的(ICQ V CEQ。2 .動態(tài)分析(參閱難點重點)交流負載線：是放大電路有信號時工作點的軌跡，反映交、直共存情況。其特點為過靜態(tài)工作點Q斜率為1/(Rc/RL )。3 放大電路的非線性失真及最大不失真輸岀電壓(1) 飽和失真：靜態(tài)工作點偏高，管子工作進入飽和區(qū)(NPN管，輸岀波形削底；PNP管，輸岀波形削頂)(2) 截止失真：靜態(tài)工作點偏低，管子工作進入截止區(qū)(NPN管，輸出波形削頂；PNP管，輸出波形削底)(3) 最大不失真輸出電壓 Vom如圖 Vom1=*iVcEs且因為 Ic

34、e。趨于 0，Vom2=I CQ* (R C/ R L)所以Vom為Vom1及Vom2中較小者，以保證輸出波形不失真。4 圖解分析法的特點圖解分析法的最大特點是可以直觀、全面地了解放大電路的工作情況，并能幫助我們理解電路參數(shù)對 工作點的影響，并能大致估算動態(tài)工作范圍，另外還可幫助我們建立一些基本概念，如交直流共存、非線 性失真等。圖解分析法實例(工作點移動對輸岀波形的影響)，3.4小信號模型分析法指導思想：在一定條件下，把半導體三極管所構成的非線性電路轉化為線性電路。1 半導體三極管的小信號模型(1) 三極管小信號模型的引出，是把三級管作為一個線性有源雙口網絡，列出輸入和輸出回路電壓和電流 的

35、關系，然后利用取全微分或泰勒展開的方法得到H參數(shù)小信號模型。(2) 關于小信號模型的討論： 小信號模型中的各參數(shù)，如rbe、B均為微變量，其值與靜態(tài)工作點的位置有關，并非常數(shù)。 受控電流源的大中、流向取決于1b 小信號模型適用的對象是變化量，因此電路符號不允許出現(xiàn)反映直流量或瞬時總量的大下標符號。2 用H參數(shù)小信號模型分析共射基本放大電路(1)畫岀小信號等效電路方法：先畫岀放大電路的交流通路(電容及電源交流短接)，然后將三極管用小信號模型代替。(2 )求電壓放大倍數(shù)(3) 求輸入電阻(4) 求輸出電阻以下給岀了一共射基本放大電路的分析過程，觀看動畫。3.5放大電路的工作點穩(wěn)定問題偏置電路：一是

36、提供放大電路所需的合適的靜態(tài)工作點；二是在環(huán)境溫度、電源電壓等外界因素變化時， 保持靜態(tài)工作點的穩(wěn)定。1 溫度對放大電路靜態(tài)工作點的影響TfV BECBofI CT靜態(tài)工作點變化，可能導致放大電路輸岀波形失真。2 穩(wěn)定靜態(tài)工作點方法：在放大電路中引電流負反饋(常用射極偏置電路)、采用補償法。3. 射極偏置電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點的過程：(1)利用R bl和R b2組成的分壓器以固定基極電位；(2)利用R e產生的 壓降反饋到輸入回路，改變V BE,從而改變I G3.6共射極電路、共集電極電路和共基極電路特點1 .共射極電路共射極電路又稱反相放大電路，其特點為電壓增益大，輸岀電壓與輸入電壓反相，低頻性

37、能差， 適用于低頻、和多級放大電路的中間級。2共集電極電路共集電極電路又稱射極輸岀器、電壓跟隨器，其特點是：電壓增益小于1而又近似等于1,輸岀電壓與輸入電壓同相，輸入電阻高，輸岀電阻低，常用于多級放大電路的輸入級、輸岀級或緩沖級。3 .共基極電路電路特點：輸出電壓與輸入電壓同相，輸入電阻底，輸出電阻高，常用于高頻或寬頻帶電路。3.7放大電路的頻率響應1 .頻率響應的基本概念(1)頻率響應：放大電路對不同頻率的穩(wěn)態(tài)響應。(2 )頻率失真：包括幅度失真和相位失真，均屬于線性失真2 . RC低通電路的頻率響應(1)幅頻響應：(2)相頻響應：屮=-argtg( f/f H)3. RC高通電路的頻率響應

38、RC高通電路與RC低通電路成對偶關系4 .波特圖為了能同時觀察到低頻和高頻段幅頻變化特性，在繪制幅頻特性曲線時，通常橫坐標和縱坐標均采用 對數(shù)坐標形式，稱之為波特圖。5 .放大電路存在頻率響應的原因放大電路存在容抗元件(例如外接的耦合電容、旁路電容和三極管的極間電容)，使的放大電路對不 同頻率的輸出不同。通常外接電容可以等效為RC高通電路，因而影響下限頻率，而三極管的極間電容可以等效為RC低通電路，因而影響上限頻率。例題解析：例1半導體三極管為什么可以作為放大器件來使用，放大的原理是什么？試畫岀固定偏流式共發(fā)射極放 大電路的電路圖，并分析放大過程。答：放大的原理是利用小信號對大信號的控制作用，

39、利用vBE的微小變化可以導致1 C的大變化。固定偏流式共發(fā)射極放大電路的放大過程，參閱“ 內容提要一一第2頁”。例2 電路如圖所示，設半導體三極管的 B =80，試分析當開關K分別接通A B、C三位置時，三級管各工 作在輸出特性曲線的哪個區(qū)域，并求出相應的集電極電流Ic。解：(1)當開關K置 A，在輸入回路I B.R b+VBE=Vcc,可得I B=Vcc/R b=0.3mA假設工作在放大區(qū)，則IC=B . I B=24mAV CE=Vcc-I C.R e< 0.7V，故假設不成立，三級管工作在放大區(qū)。此時，V CE=V CES=0.3V, I C=Vcc/ Re=3mAC=B.I B=

40、1.92mA(2)當開關K置B,同樣的方法可判斷三級管工作在放大區(qū)，1(3)當開關K置C,三級管工作在截止狀態(tài)，1 C=0例3.某固定偏流放大電路中三極管的輸岀特性及交、直流負載線如圖所示，試求:(1 )電源電壓V CC靜態(tài)電流I B、I C和V C呂(2) 電阻Rb Rc的值。(3) 輸岀電壓的最大不失真幅度。(4) 要使該電路能不失真地放大，基極正弦電流的最大幅度是多少？解： (1)直流負載線與橫坐標的交點即VCC值,I B=20uA, I c=1mA V CE=3V(2)因為是固定偏聽偏流放大電路，電路如圖所示R b=V CC/1 B=300KQ R c=( V CC-V CE)/ I

41、C=3KQ(3 )由交流負載線和輸岀特性的交點可知，在輸入信號的正半周，輸岀電壓v CE從3V到0.8V,變化范圍為2.2V，在輸入信號的負半周，輸出電壓v CE從3V到4.6V,變化范圍為1.6V。綜合考慮，輸出電壓的最大不 失真幅度為1.6V。(4) 同樣的方法可判斷輸出基極電流的最大幅值是20 g A.例4.電路如圖所示，已知三極管的3=100，VBE=-0.7V(1 )試計算該電路的Q點；(2) 畫岀簡化的H參數(shù)小信號等效電路；(3) 求該電路的電壓增益 AV,輸入電阻Ri,輸出電阻Ro。(4) 若VO中的交流成分出現(xiàn)如圖所示的失真現(xiàn)象，問是截止失真還是飽和失真？為消除此失真，應調節(jié)

42、電路中的哪個元件，如何調整？解： I B=V CC/R b=40 卩 AV CE=-（ V CC-1 C. R C）=-4V 步驟：先分別從三極管的三個極（b、e、c）出發(fā)，根據(jù)電容和電源交流短接，畫出放大電路的交流通 路；再將三極管用小信號模型替代；并將電路中電量用瞬時值或相量符號表示，即得到放大電路的小信號 等效電路。注意受控電流源的方向。（圖略）（3）r be=200+（1+ B ）26mA/ I EQ =857 QA V=- B （ R C/ R L）/ r be=-155.6（4）因為 v EB=- v i+ V Cb1=-v i+ V EB從輸岀波形可以看岀，輸岀波形對應Vs正半周

43、岀現(xiàn)失真，也即對應vEB減小部分岀現(xiàn)失真，即為截止失真。減小R b，提高靜態(tài)工作點，可消除此失真。說明：分析這類問題時，要抓住兩點：（1）發(fā)生飽和失真或截止失真與 發(fā)射結的電壓 有關（對于NPN型管子，為 v BE;對于PNP型管子為v EB，發(fā)射結電壓過大（正半周），發(fā)生飽和失真；過小（負半周），發(fā)生截 止失真。（2）利用放大電路交、直流共存的特點，找岀發(fā)射結電壓與輸入信號之間的關系。這里，要利用 耦合電容兩端的電壓不變（因為為大電容，在輸入信號變化的范圍內，其兩端的電壓認為近似不變），如 上題式子中的V Cb1=V EBB，輸入電阻為r be，例5.電路如圖所示為一兩級直接耦合放大電路，已

44、知兩三極管的電流放大倍數(shù)均為 電路參數(shù)如圖，計算放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸岀電阻。解：本放大電路為一兩級直接耦合放大電路，兩極都是共集電極組態(tài)。計算其性能指標時，應注意級間的 相互影響。（1 ）求電壓放大倍數(shù) A V=V O/ V i畫岀放大電路的小信號等效電路。A V1=V O1/V i= (1 + B )( Re1/RL1 ) / r be+ (1 + B )( Re1/RL1 )A V2=V O/V 01=( 1 + B)( Re2/RL ) / r be+ (1+B)( Re2/RL )A V=V 0/ V i= A V1* A V2其中：RL1為第一級放大電路的負載電阻，R

45、L1 = r be+ (1 + B)( Re2/RL)(2) 輸入電阻RiRi= V i/ I i=Rb1/ r be+ (1 + p )( Re1/RL1 )(3) 輸出電阻RoRo=Re2/ (r be+Ro1) / (1 + p )其中：Ro1為第一級放大電路的輸出電阻，Ro1=Re1/ (r be+ (Rb1/Rs) /(1 + P)單元檢測：1、測得某NPN管得V BE= 0.7V , V CE= 0.2V，由此可判定它工作在 區(qū)2、為保證BJT共發(fā)射極放大器不產生削波失真，并要求在2K得負載上有不小于2V得信號電壓幅度，在選擇靜態(tài)工作點時，就應保證 | ICQp， | VCEQp。

46、（注：以上兩題為2000年北京理工大學研究生入學考試“模擬與數(shù)字電路”考題）（是PNP管還3、在晶體管放大電路中測得三個晶體管的各個電極的電位如圖所示。試判斷各晶體管的類型是NPN管,是硅管還是鍺管）,并區(qū)分e、b、c三個電極6V5 3VT 2V4、用萬用表直流電壓檔測得電路中晶體管各電極的對地電位，試判斷這些晶體管分別處于那種工作狀態(tài)（飽和、截止、放大、倒置或已損壞）3CG21+6V5、如下電路能否實現(xiàn)正常放大?(1)6、 某同學為驗證基本共射放大電路電壓放大倍數(shù)與靜態(tài)工作點的關系，在線性放大條件下對同一個電路測 了四組數(shù)據(jù)。找岀其中錯誤的一組。A. lc=0.5mA,Ui=10mV,Uo=

47、0.37VB.lc=1.0mA,Ui=10mV,Uo=0.62VC. lc=1.5mA,Ui=10mV,Uo=0.96VD.lc=2mA,Ui=10mV,Uo=0.45V7、 在由PNP晶體管組成的基本共射放大電路中，當輸入信號為1KHz 5mV的正弦電壓時，輸出電壓波形出現(xiàn)了頂部削平的失真。這種失真是。A.飽和失真 B.截止失真 C.交越失真 D.頻率失真8、在如圖所示的基本放大電路中，輸出端接有負載電阻 RL,輸入端加有正弦信號電壓。若輸出電壓波形出 現(xiàn)底部削平的飽和失真，在不改變輸入信號的條件下，減小RL的值，將岀現(xiàn)什么現(xiàn)象？A.可能使失真消失B.失真更加嚴重C.可能岀現(xiàn)波形兩頭都削平的

48、失真。9、為了使一個電壓信號能得到有效的放大，而且能向負載提供足夠大的電流，應在這個信號源后面接入什么電路？A.共射電路 B.共基電路C.共集電路10、在如圖所示的放大電路中，設 Vcc=10V，Rb1=4KQ ,Rb2=6KQ ,Rc=2KQ ,Re=3.3K Q ,RI=2K Q。電容 C1,C2和Ce都足夠大。若更換晶體管使 B由50改為100，r bb'約為0），則此放大電路的電壓放大倍數(shù) 。A.-A. Ri=Re|rbe+(Rb1+ Rb2)B. Ri=Re|rbeC. Ri=Re|rbe+(Rb1+ Rb2) /(1 +B)D.Ri=Re|rbe/(1+ B )13、一個放

49、大電路的中頻電壓放大倍數(shù)Avm=-10, f L=50Hz,fH=100KHz，由圖中V i的波形分別畫岀A.約為原來的2倍B.約為原來的0.5倍C.基本不變D.約為原來的4倍11、對于如圖所示電路，問關于放大倍數(shù)的計算，以下式子哪個正確？C.- B x(Rc|RL)/(Rb1|Rb2|rbe)(12、設圖所示的的放大電路處于正常放大狀態(tài)，各電容都足夠大。則該電路的輸入電阻為對應的V o波形/NVi/TVi14、電路如圖所示(用(a)增大,(b)減小,(c)不變或基本不變填空)中頻相移若將電路中 Ce由100卩F ,改為10卩F,則|Avm|將, f L將, f H將將. 若將一個6800pF

50、的電容錯焊到管子b,c兩極之間，則|Avm|將, f L將_ 若換一個f T較低的晶體管，則|Avm|將, f L將, f H將15、一個放大電路的對數(shù)幅頻特性如圖所示.由圖可知，中頻放大倍數(shù)|Avm|=為,當信號頻率為f L或f H時,實際的電壓增益為 .16、已知一放大電路對數(shù)幅頻特性如圖，回答：(1) 該電路由幾級阻容耦合電路組成？(2 )每一級的f L及f H各是多少？(3)總的放大倍數(shù)| A vm|、f L、f H有多大?17、電路如圖，設兩管 B =100, r bb'=0, V BE=0.7V, 求：(1)1 C1, V CE1, I C2, V CE2.(2 )A v1

51、, A v2 及 A v(3)R i ,R oB足夠大，求:Vs18、自舉式射極輸出器如圖，自舉電容C(1) 靜態(tài)工作點I E(2) 輸入電阻Ri及電壓增益A vs= Vo/四、場效應管放大電路基本要求* 熟練掌握：共源、共漏組態(tài)放大電路工作原理；靜態(tài)工作點；用小信號模型分析增益、輸入、輸 岀電阻難點重點1 場效應管放大電路與晶體管放大電路類比關系場效應管和晶體管放大電路工作機理不同，但兩種器件之間存在電極對應關系，即柵極G對應基極，源極S對應發(fā)射極，漏極 D對應集電極，但晶體三極管是電流控制器件，場效應管是電壓控制器件。在分析放大電路時，均采用微變等效電路法。需注意兩者不同之處是受控源的控制

52、量。場效應管受電壓控制，晶體三極管受電流控制。場效應管輸入電阻很高，分析時，可認為輸入端開路。在實際分析中， 包含場效應管的電路比包含晶體管的電路簡單。2 JFET的工作原理（以N溝道器件為例）預備知識：PN結正偏，空間電荷區(qū)變窄；PN結反偏，空間電荷區(qū)變寬。N型半導體中，自由電子為多子，空穴為少子。結型場效應管的結構， 觀看動畫。(1)柵源間電壓V GS對I D的控制Vgs(a)(b)(c)當漏源間短路，柵源間外加負向電壓VGS時，結型場效應管中的兩個 PN結均處反偏狀態(tài)。隨著V GS負向增大，加在PN結上的反向偏置電壓增大，則耗盡層加寬。由于N溝道摻雜濃度較低，故耗盡層主要集中在溝道一側。

53、耗盡層加寬，使得溝道變窄，溝道電阻增大，如圖(b)所示。當VGS負向增大到某一值后，結兩側的耗盡層向內擴展到彼此相遇，溝道被完全夾斷，此時漏源間的電阻將趨于無窮大，如圖(c)所示。相應于此時的漏源間電壓V GS稱為夾斷電壓，用V GS(off)(或V P) 表示。(2)漏源電壓V DS對溝道的影響(a)( b)(c)當V GS>V p且為某一定值，如果在漏源間加上正向電壓V DS, V DS將在溝道中產生自漏極指向源極的 電場，該電場使得 N溝道中的多數(shù)載流子電子沿著溝道從源極漂移到漏極形成漏極電流IDo由于導電溝道存在電阻，I D流經溝道產生壓降，使得溝道中各點的電位不再相等，于是溝道

54、中各點與柵極間的電壓不再相等，也就是加在PN結兩端的反向偏置電壓不再相等，近源端PN結上的反向電壓最小，近漏端的反向電壓最大，結果使耗盡區(qū)從漏極到源極逐漸變窄，導電溝道從等寬到不等寬，呈楔形分布，如圖(a)所示。隨著V DS的增大，I D增大，溝道不等寬的現(xiàn)象變得明顯，當VDS增大到某一值時，近漏端的兩個耗盡區(qū)相遇，這種情況稱為 預夾斷，如圖(b)所示。c)所示。繼續(xù)增大V DS,夾斷點將向源極方向延伸，近漏端出現(xiàn)夾斷區(qū)，如圖(由于柵極到夾斷點 A之間的反向電壓V GA不變，恒為V P,因此夾斷點到源極之間的電壓也就恒為V GS-V P,而V DS的增加部分將全部加在漏極與夾斷點之間的夾斷區(qū)上，形成較強的電場。在這種情況下， 從漏極向夾斷點行進的多子自由電子，一旦到達夾斷點就會被夾斷區(qū)的電場漂移到漏極，形成漏極電流。一般情況下，夾斷區(qū)僅占溝道長度的很小部分，因此VDS的增大而引起夾斷點的移動可忽略 ，夾斷點到源極間的溝道長度可以認為近似不變，同時，夾斷點到源極間的電壓又為一定值，所以可近似認為ID是不隨V DS而變化的恒值。3. MOSFET勺工作原理（以N溝道