教學(xué)配套課件：電子技術(shù)-第十四套

1、電子技術(shù)第1章 半導(dǎo)體器件 第一節(jié) PN結(jié) 第二節(jié) 半導(dǎo)體二極管 第三節(jié) 半導(dǎo)體三極管第四節(jié) 場(chǎng)效應(yīng)晶體管 第五節(jié) 晶體二極管、三極管的識(shí)別與簡(jiǎn)單測(cè)試（12學(xué)時(shí)，其中講10學(xué)時(shí)，實(shí)驗(yàn)2學(xué)時(shí)）第一節(jié) PN結(jié) 半導(dǎo)體器件是20世紀(jì)中期發(fā)展起來(lái)的，它具有體積小、質(zhì)量輕、使用壽命長(zhǎng)、可靠性高、輸入功率小和功率轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。一、半導(dǎo)體的基本特性 物體根據(jù)導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱可分為三大類。（一）是導(dǎo)體:其導(dǎo)電能力特別強(qiáng)，如：金屬元素、酸、堿、鹽；（二）絕緣體:幾乎不能導(dǎo)電的物質(zhì)，如：玻璃、橡膠、塑料、陶瓷；（三）半導(dǎo)體:導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如：四價(jià)元素、金屬氧化物、金屬硫化物。半導(dǎo)體的特性：

2、（1）熱敏性（2）光敏性（3）摻雜性本征半導(dǎo)體（純凈的半導(dǎo)體） 物質(zhì)中可以自由運(yùn)動(dòng)的帶電粒子在電場(chǎng)力的作用下作定向移動(dòng)，形成了電流。 自由運(yùn)動(dòng)的帶電粒子稱為載流子物質(zhì)導(dǎo)電能力的大小，主要取決于物質(zhì)內(nèi)部載流子的濃度。純凈的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體。有 兩種載流子，一種是電子載流子，另一種是空穴載流子。常用半導(dǎo)體材料是：硅和鍺，它們都是4價(jià)元素即：最外層電子為4 個(gè)。最外層電子稱為價(jià)電子。原子核帶正電，電子帶負(fù)電。正負(fù)荷之間存在相互吸引。 每個(gè)原子與原子之間形成共價(jià)鍵，價(jià)電子既受原子核的吸引力，同時(shí)又受共價(jià)鍵對(duì)它的束縛力。 常溫下：只有極少數(shù)電子掙脫原子核和共價(jià)鍵的束縛而成為自由子。電子載流子。 同時(shí)

3、留下一個(gè)空位，又稱為空穴空穴運(yùn)動(dòng)。 電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)。稱為電子空穴對(duì)。 所以本征半導(dǎo)體中具有電子載流子和空穴載流子兩種類型。半導(dǎo)體因?yàn)闊徇\(yùn)動(dòng)：一方面不斷產(chǎn)生新的自由電子和相應(yīng)數(shù)量空穴。 另一方面，自由電子在運(yùn)動(dòng)中又會(huì)與空穴重新結(jié)合而消失稱為復(fù)合。 在一定的溫度下，自由電子、空穴的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。使電子、空穴對(duì)維持一定的數(shù)目。 總的濃度低，導(dǎo)電能力差。 圖1.1單晶硅的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu) 2. 雜質(zhì)半導(dǎo)體 在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)元素，就會(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著改變。根據(jù)摻入雜質(zhì)元素的性質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體兩大類。 （1） P型半導(dǎo)體 P型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)

4、體硅（或鍺）中摻入微量的3價(jià)元素（如硼、銦等）而形成的。因雜質(zhì)原子只有3個(gè)價(jià)電子，它與周圍硅原子組成共價(jià)鍵時(shí)，缺少1個(gè)電子，因此在晶體中便產(chǎn)生一個(gè)空穴。 空穴是多數(shù)載流子簡(jiǎn)稱多子，電子是少數(shù)載流子簡(jiǎn)稱少子。 2. N型半導(dǎo)體 N型半導(dǎo)體是在本征半導(dǎo)體硅中摻入微量的5價(jià)元素（如磷、砷、鎵等）而形成的，雜質(zhì)原子有5個(gè)價(jià)電子與周圍硅原子結(jié)合成共價(jià)鍵時(shí)，多出1個(gè)價(jià)電子。 電子是多子，空穴是少子。 二 PN結(jié) 1. PN結(jié)的形成 在同一塊半導(dǎo)體基片的兩邊分別形成N型和P型半導(dǎo)體，它們的交界面附近會(huì)形成一個(gè)很薄的空間電荷區(qū)，稱其為PN結(jié)。 PN結(jié)的形成過(guò)程如下圖所示。 注意：失去電子帶正，得到電子帶負(fù)電。

5、左側(cè)是P型半導(dǎo)體，多數(shù)載流子是空穴；右側(cè)是N型半導(dǎo)體，多數(shù)載流子是電子。由于濃度差，濃度高的地方會(huì)向濃度低運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。在交界面的兩側(cè)自由電子和空穴復(fù)合后，分別留下不能移動(dòng)的正負(fù)離子，形成了空間電荷區(qū)，這個(gè)空間電荷區(qū)就是PN結(jié)。空間電荷區(qū)的出現(xiàn)建立了內(nèi)電場(chǎng)，電場(chǎng)力對(duì)繼續(xù)擴(kuò)散的多數(shù)載流子起阻礙作用，使擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)減弱。內(nèi)電場(chǎng)對(duì)界面兩側(cè)的少數(shù)載流子產(chǎn)生推動(dòng)力，使它們運(yùn)動(dòng)越過(guò)邊界。通常將少數(shù)載流子在電場(chǎng)力作用下的運(yùn)動(dòng)稱漂移運(yùn)動(dòng)。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：空間電荷區(qū)展寬；漂移運(yùn)動(dòng)：空間電荷區(qū)變窄。 多子的擴(kuò)散和少子的漂移運(yùn)動(dòng)達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，PN結(jié)就形成了。 2. PN結(jié)的單向?qū)щ娦?1）PN結(jié)正向偏置導(dǎo)通 給

6、PN結(jié)加上電壓，使電壓的正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)（即正向連接或正向偏置），如圖1.3（a）所示。外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，抵消內(nèi)電場(chǎng)的作用，使擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)。同時(shí)電源不斷地向P區(qū)拉走電子相當(dāng)補(bǔ)充空穴，維持濃度差不變，其結(jié)果使電路中形成較大的擴(kuò)散電流，由P區(qū)流向N區(qū)。這時(shí)PN結(jié)對(duì)外呈現(xiàn)較小的阻值，處于正向?qū)顟B(tài)。 圖1.3PN結(jié)的單向?qū)щ娦?（a）正向連接; （b）反向連接電子運(yùn)動(dòng)方向 2）PN結(jié)反向偏置截止 將PN結(jié)按圖1.3（b）所示方式連接（稱PN結(jié)反向偏置）。由圖可見，外電場(chǎng)方向與內(nèi)電場(chǎng)方向一致，阻止了多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，PN結(jié)變寬、變厚，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)幾乎難以進(jìn)行，使漂移運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)。由于漂移運(yùn)動(dòng)

7、是少子運(yùn)動(dòng)，因而漂移電流很??；若忽略漂移電流，則可以認(rèn)為PN結(jié)截止。 綜上所述，PN結(jié)正向偏置時(shí)，正向電流很大；PN結(jié)反向偏置時(shí)，反向電流很小，這就是PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴?P241、金屬導(dǎo)電與半導(dǎo)體導(dǎo)電有什么區(qū)別？ 2、什么是N型半導(dǎo)體，什么是P型半導(dǎo)體? 3、怎樣使用萬(wàn)用表判斷二極管正、負(fù)極與好、壞。第二節(jié) 半導(dǎo)體二極管 一 基本結(jié)構(gòu)和表示符號(hào) 在一個(gè)PN結(jié)的P區(qū)和N區(qū)各接出一條引線，然后再封裝在管殼內(nèi)，就制成一只晶體二極管。 P區(qū)引出線叫正極（或陽(yáng)極）N區(qū)引出端叫負(fù)極（陰極） 它的符號(hào)為： 半導(dǎo)體二極管又稱晶體二極管，簡(jiǎn)稱二極管。二極管按其結(jié)構(gòu)的不同可以分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。 點(diǎn)接觸

8、型二極管的結(jié)構(gòu)，如圖1.4（a）所示。這類管子的PN結(jié)面積和極間電容均很小，不能承受高的反向電壓和大電流，因而適用于制做高頻檢波和脈沖數(shù)字電路里的開關(guān)元件，以及作為小電流的整流管。 面接觸型二極管或稱面結(jié)型二極管，其結(jié)構(gòu)如圖1.4（b）所示。這種二極管的PN結(jié)面積大，可承受較大的電流，其極間電容大，因而適用于整流，而不宜用于高頻電路中。 圖1.4半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)及符號(hào)（a）點(diǎn)接觸型結(jié)構(gòu);（b）面接觸型結(jié)構(gòu); 二 伏安特性 根據(jù)制造材料的不同，二極管可分為硅、鍺兩大類。相應(yīng)的伏安特性也分為兩類。圖1.5（a）所示為硅二極管的伏安特性;圖1.5（b）所示為鍺二極管的伏安特性?，F(xiàn)以圖1.5（a）所

9、示硅二極管為例來(lái)分析二極管的伏安特性。 圖1.5 二極管的伏安特性 （a）硅二極管2CP6; 圖1.5 二極管的伏安特性 （b）鍺二極管2AP15 DE 1）正向特性 0A段：稱為“死區(qū)”。 段：稱為正向?qū)▍^(qū)。 2）反向特性 0段：稱為反向截止區(qū)。這時(shí)二極管呈現(xiàn)很高的電阻，在電路中相當(dāng)于一個(gè)斷開的開關(guān)，呈截止?fàn)顟B(tài)。 段：稱為反向擊穿區(qū)。當(dāng)反向電壓增加到一定值時(shí)，反向電流急劇加大，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。發(fā)生擊穿時(shí)所加的電壓稱為反向擊穿電壓，記做B。 普通二極被擊穿后，不能恢復(fù)，失去單向?qū)щ娦?，將造成永久性損壞。理想二極管：外加正向電壓時(shí)，正向電壓降和正向電阻等于零，相當(dāng)于開關(guān)閉合； 外加反向電

10、壓時(shí)，二極管截止，相當(dāng)于開關(guān)斷開。 三 半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù) 二極管的參數(shù)是定量描述二極管性能的質(zhì)量指標(biāo)，只有正確理解這些參數(shù)的意義，才能合理、正確地使用二極管。 1. 最大整流電流IF 最大整流電流是指管子長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過(guò)的最大正向平均電流。因?yàn)殡娏魍ㄟ^(guò)結(jié)時(shí)要引起管子發(fā)熱。電流太大，發(fā)熱量超過(guò)限度，就會(huì)使結(jié)燒壞。例如最大整流電流為mA。 2. 最高反向工作電壓URM 是保證二極管不被擊穿所允許施加的最大反向電壓。一般規(guī)定為反向擊穿電壓的一半或三分之二。 3. 最大反向電流IRM 指二極管加上最高反向工作電壓時(shí)的反向電流。希望該值越小越好。 二極管的參數(shù)是正確使用二極管的依據(jù)，一般半導(dǎo)體

11、器件手冊(cè)中都給出不同型號(hào)管子的參數(shù)。在使用時(shí)，應(yīng)特別注意不要超過(guò)最大整流電流和最高反向工作電壓，否則管子容易損壞。 四、二極管基本電路及其應(yīng)用1、整流應(yīng)用：如下圖2、鉗位應(yīng)用例1-1在如下圖所示的電路中，已知輸入端A的電位為 UA3V，B的電位UB0V，通過(guò)電阻R連接12V電源，求輸出端電位UF。鉗位作用隔離作用解：因?yàn)閁AUB,所以二極管D1優(yōu)先導(dǎo)通，設(shè)二極管為理想元件，則輸出端F的電位為UF3V。當(dāng)D1導(dǎo)通后，D2上加的是反向電壓，D2因而截止。 在這里，二極管D1起鉗位作用，把F端的電位鉗位在3V；D2起隔離作用，把輸入端B和輸出端F隔離開來(lái)。3、限幅應(yīng)用例1.2 在上圖中，已知輸入電壓

12、，電源電動(dòng)勢(shì)E5V，二極管為理想元件，試畫出輸出電壓的波形。 解：當(dāng)uiE 時(shí)，D導(dǎo)通其等效電路為： 當(dāng)uiE時(shí)，D截止其等效電路為： 4、穩(wěn)壓應(yīng)用5、開關(guān)應(yīng)用6、 特殊二極管 特殊用途的二極管在電子設(shè)備中早已得到廣泛的應(yīng)用，這里簡(jiǎn)單介紹幾種特殊用途的二極管。（1）穩(wěn)壓二極管：是一種特殊的面接觸型硅管，工作在反向擊穿區(qū)。 1）穩(wěn)壓特性 穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線、圖形符號(hào)及穩(wěn)壓管電路如圖1.10所示，它的正向特性曲線與普通二極管相似，而反向擊穿特性曲線很陡。在正常情況下穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)，由于曲線很陡，反向電流在很大范圍內(nèi)變化時(shí)，端電壓變化很小，因而具有穩(wěn)壓作用。圖中的UB表示反向擊穿電壓，

13、當(dāng)電流的增量IZ很大時(shí)，只引起很小的電壓變化UZ。只要反向電流不超過(guò)其最大穩(wěn)定電流，就不會(huì)形成破壞性的熱擊穿。因此，在電路中應(yīng)與穩(wěn)壓管串聯(lián)一個(gè)具有適當(dāng)阻值的限流電阻。 圖1.10 穩(wěn)壓管的伏安特性曲線、圖形符號(hào)及穩(wěn)壓管電路（a）伏安特性曲線;（b）圖形符號(hào);（c）穩(wěn)壓管電路 陽(yáng)極陰極 2）基本參數(shù) （1）穩(wěn)定電壓UZ是指在規(guī)定的測(cè)試電流下，穩(wěn)壓管工作在擊穿區(qū)時(shí)的穩(wěn)定電壓。 （2）穩(wěn)定電流IZ是指穩(wěn)壓管在穩(wěn)定電壓時(shí)的工作電流，其范圍在IZminIZmax之間。 （3）最小穩(wěn)定電流IZmin是指穩(wěn)壓管進(jìn)入反向擊穿區(qū)時(shí)的轉(zhuǎn)折點(diǎn)電流。 （4）最大穩(wěn)定電流IZmax是指穩(wěn)壓管長(zhǎng)期工作時(shí)允許通過(guò)的最大反向

14、電流，其工作電流應(yīng)小于IZmax。 （5）最大耗散功率PM是指管子工作時(shí)允許承受的最大功率，其值為PM=IZmaxUZ。 （6）動(dòng)態(tài)電阻rZ。它被定義為rZ=UZ/IZ。 2. 光電二極管 光電二極管的結(jié)構(gòu)與普通二極管的結(jié)構(gòu)基本相同，只是在它的結(jié)處，通過(guò)管殼上的一個(gè)玻璃窗口能接收外部的光照。光電二極管的結(jié)在反向偏置狀態(tài)下運(yùn)行，其反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升。圖.（）是光電二極管的圖形符號(hào)，圖（b）是它的特性曲線。光電二極管的主要特點(diǎn)是其反向電流與光照度成正比。能將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)輸出。 光電二極管可用來(lái)作為光控元件。當(dāng)制成大面積的光電二極管時(shí)，能將光能直接轉(zhuǎn)換為電能，可作為一種能源，因而稱

15、為光電池。 圖1.11 光電二極管 （）圖形符號(hào); （b）特性曲線 3. 發(fā)光二極管 發(fā)光二極管是一種能把電能轉(zhuǎn)換成光能的特殊器件。這種二極管不僅具有普通二極管的正、反向特性，而且當(dāng)給管子施加正向偏壓時(shí)，管子還會(huì)發(fā)出可見光和不可見光（即電致發(fā)光）。目前應(yīng)用的有紅、黃、綠、藍(lán)、紫等顏色的發(fā)光二極管。此外，還有變色發(fā)光二極管，即當(dāng)通過(guò)二極管的電流改變時(shí)，發(fā)光顏色也隨之改變。圖1.12（a）所示為發(fā)光二極管的圖形符號(hào)。 發(fā)光二極管常用來(lái)作為顯示器件，它的另一個(gè)重要的用途是將電信號(hào)變?yōu)楣庑盘?hào)，通過(guò)光纜傳輸，然后再用光電二極管接收，再現(xiàn)電信號(hào)。 圖1.12 發(fā)光二極管（a）圖形符號(hào); （b）光電傳輸系統(tǒng)

16、P24 4、在如圖所示的各個(gè)電路中，己知直流電壓 3V，電阻R1K，二極管的正向壓降為0.7V，求。5、二極管電路如圖所示，已知輸入電壓二極管的正向壓降和反向電流均可忽略。試畫出輸出電壓的波形。V，6、兩個(gè)穩(wěn)壓管和 正向壓降都是0.5V。如果得到0.5V、3V、6V、9V和14V幾種 穩(wěn)定電壓，這兩個(gè)穩(wěn)壓管(還有限流電阻)應(yīng)該如何連接? 畫出各個(gè)電路。，其穩(wěn)定電壓分別為5.5V和8.5V，4、解：（a) D導(dǎo)通 （b) D截止（c) D導(dǎo)通5、（a)3030VVSS解：ui 0時(shí)，D導(dǎo)通其等效電路為：u0=0vui5V時(shí)，D截止其等效電路為：u0=5V-5-5-5-30-30解：ui 5V時(shí)，

17、D導(dǎo)通其等效電路為：uo=5Vui5V時(shí)，D截止其等效電路為：ui=uo56、解：(a) uo=0.5VUo=8.5-5.5=3(v)(c) Uo=5.5+0.5=6(v)(d) Uo=8.5+0.5=9(v)(e) Uo=5.5+8.5=14(v)第三節(jié) 半導(dǎo)體三極管 半導(dǎo)體三極管也稱為晶體三極管或三極管。有兩個(gè)PN結(jié)，主要作用是電流放大，是電子電路的核心部件。一、 三極管的基本結(jié)構(gòu)、符號(hào)和分類 三極管的構(gòu)成是在一塊半導(dǎo)體上用摻入不同雜質(zhì)的方法制成兩個(gè)緊挨著的PN結(jié)，并引出三個(gè)電極，如圖1.14所示。三極管有三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)；各區(qū)引出的電極依次為發(fā)射極（極）、基極（極）和集電極（

18、極）。 發(fā)射區(qū)和基區(qū)在交界處形成發(fā)射結(jié)；基區(qū)和集電區(qū)在交界處形成集電結(jié)。根據(jù)半導(dǎo)體各區(qū)的類型不同，三極管可分為NPN型和PNP型兩大類，如圖1.14（a）、（b）所示。種類很多：1）按照半導(dǎo)體材料的不同分有硅管、鍺管； 2）按功率分有小功率、中功率和大功率； 3）按照頻率分有高頻管和低頻管； ）按照結(jié)構(gòu)分有NPN型管和PNP型管。 目前NPN型管多數(shù)為硅管，PNP型管多數(shù)為鍺管。因硅NPN型三極管應(yīng)用最為廣泛，故本書以硅NPN型三極管為例來(lái)分析三極管及其放大電路的工作原理。 圖1.14 三極管的組成與符號(hào) （a）NPN型; （b）PNP型 圖1.14 三極管的組成與符號(hào) （a）NPN型; （b

19、）PNP型 為使三極管具有電流放大作用，在制造過(guò)程中必須滿足實(shí)現(xiàn)放大的內(nèi)部結(jié)構(gòu)條件，即： （1）發(fā)射區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)的摻雜濃度，以便于有足夠的載流子供“發(fā)射”。 （2）基區(qū)很薄，摻雜濃度很低，以減少載流子在基區(qū)的復(fù)合機(jī)會(huì)，這是三極管具有放大作用的關(guān)鍵所在。 （3）集電區(qū)比發(fā)射區(qū)體積大且摻雜少，以利于收集載流子。 由此可見，三極管并非兩個(gè)PN結(jié)的簡(jiǎn)單組合，不能用兩個(gè)二極管來(lái)代替；在放大電路中也不可將發(fā)射極和集電極對(duì)調(diào)使用。 二、 三極管的電流放大原理 1. 三極管的工作電壓和基本連接方式 1）工作電壓 三極管要實(shí)現(xiàn)放大作用必須滿足的外部條件：發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓，即發(fā)射結(jié)正偏，

20、集電結(jié)反偏。如圖1.15所示，其中V為三極管，UCC為集電極電源電壓，UBB為基極電源電壓，兩類管子外部電路所接電源極性正好相反，Rb為基極電阻，Rc為集電極電阻。若以發(fā)射極電壓為參考電壓，則三極管發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏這個(gè)外部條件也可用電壓關(guān)系來(lái)表示：對(duì)于NPN型：UCUBUE；對(duì)于PNP型：UEUBUC。 圖1.15三極管電源的接法 （a）NPN型; （b）PNP型 2）基本連接方式 三極管有三個(gè)電極，而在連成電路時(shí)必須由兩個(gè)電極接輸入回路，兩個(gè)電極接輸出回路，這樣勢(shì)必有一個(gè)電極作為輸入和輸出回路的公共端。根據(jù)公共端的不同，有三種基本連接方式。 （1）共發(fā)射極接法（簡(jiǎn)稱共射接法）。共射接法

21、是以基極為輸入端的一端，集電極為輸出端的一端，發(fā)射極為公共端，如圖1.16（a）所示。 （2）共基極接法（簡(jiǎn)稱共基接法）。共基接法是以發(fā)射極為輸入端的一端，集電極為輸出端的一端，基極為公共端，如圖1.16（b）所示。 （3）共集電極接法（簡(jiǎn)稱共集接法）。共集接法是以基極為輸入端的一端，發(fā)射極為輸出端的一端，集電極為公共端，如圖1.16（c）所示。 圖中“”表示公共端，又稱接地端。無(wú)論采用哪種接法，都必須滿足發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 圖1.16三極管電路的三種組態(tài)（a）共發(fā)射極接法;（b）共基極接法;（c）共集電極接法 2. 電流放大三極管電流測(cè)量數(shù)據(jù)由實(shí)驗(yàn)測(cè)量可得出如下結(jié)論：IE=IC+IBI

22、EICIB(3) 小結(jié) 一 、半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)NN P發(fā)射極E基極B集電極C發(fā)射結(jié)集電結(jié) 基區(qū) 發(fā)射區(qū) 集電區(qū)NPN型 E C B PP NEBCE C B PNP型 分類：按材料分：硅管、鍺管按結(jié)構(gòu)分：NPN、PNP按使用頻率分高頻管低頻管按功率分小功率管 1 W二、 電流放大原理1. 三極管放大的條件內(nèi)部 條件發(fā)射區(qū)摻雜濃度高基區(qū)薄且摻雜濃度低集電結(jié)面積大外部 條件發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏2. 滿足放大條件的三種電路uiuoCEBE C B uiuoE C B uiuo共發(fā)射極共集電極共基極實(shí)現(xiàn)電路uiuoRBRC 三、 半導(dǎo)體三極管的特性曲線及主要參數(shù) 1. 三極管的特性曲線 三極管

23、的特性曲線是指各極電壓與電流之間的關(guān)系曲線，它是三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)。從使用角度來(lái)看，外部特性顯得更為重要。因?yàn)槿龢O管的共射接法應(yīng)用最廣，故以NPN管共射接法為例來(lái)分析三極管的特性曲線。 由于三極管有三個(gè)電極，它的伏安特性曲線比二極管更復(fù)雜一些，工程上常用到的是它的輸入特性和輸出特性。 1）輸入特性曲線 當(dāng)UCE不變時(shí)，輸入回路中的電流IB與電壓UBE之間的關(guān)系曲線被稱為輸入特性，即(12)輸入特性曲線如圖1.18所示。 圖1.18 輸入特性 當(dāng)UCE=0時(shí)，三極管的輸入回路相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)，如圖1.19所示。三極管的輸入特性是兩個(gè)正向二極管的伏安特性。 當(dāng)UCEUBE時(shí)，b、e

24、兩極之間加上正向電壓。集電結(jié)反偏，發(fā)射區(qū)注入基區(qū)的電子絕大部分漂移到集電極，只有一小部分與基區(qū)的空穴復(fù)合形成基極電流IB。與UCE=0時(shí)相比，在相同UBE條件下，IB要小得多，輸入特性曲線向右移動(dòng)；若UCE繼續(xù)增大，曲線繼續(xù)右移。圖1.19 UCE=0時(shí)，三極管測(cè)試電路和等效電路 （a）測(cè)試電路;（b）等效電路 當(dāng)UCE1V時(shí)，在一定的UBE條件之下，集電結(jié)的反向偏壓足以將注入到基區(qū)的電子全部拉到集電極，此時(shí)UCE再繼續(xù)增大，IB也變化不大，因此 UCE1V以后，不同UCE值的各條輸入特性曲線幾乎重疊在一起。所以常用UCE1V的某條輸入特性曲線來(lái)代表UCE更高的情況。在實(shí)際應(yīng)用中，三極管的UC

25、E一般大于1V，因而UCE1V時(shí)的曲線更具有實(shí)際意義。 由三極管的輸入特性曲線可看出：三極管的輸入特性曲線是非線性的，輸入電壓小于某一開啟值時(shí)，三極管不導(dǎo)通，基極電流為零，這個(gè)開啟電壓又叫閾值電壓。對(duì)于硅管，其閾值電壓約為0.5V，鍺管約為0.10.2V。當(dāng)管子正常工作時(shí)，發(fā)射結(jié)壓降變化不大，對(duì)于硅管約為0.60.7V，對(duì)于鍺管約為0.20.3V。 2）輸出特性曲線 當(dāng)IB不變時(shí)，輸出回路中的電流IC與電壓UCE之間的關(guān)系曲線稱為輸出特性曲線，即(13) 固定一個(gè)IB值，可得到一條輸出特性曲線，改變IB值，可得到一族輸出特性曲線。 以硅NPN型三極管為例，其輸出特性曲線族如圖1.20所示。在輸

26、出特性曲線上可劃分三個(gè)區(qū)：放大區(qū)、截止區(qū)、飽和區(qū)。 圖1.20 NPN管共發(fā)射極輸出特性曲線 （1）放大區(qū)。當(dāng)UCE1V以后，三極管的集電極電流 IC=IB+ICEO，IC與IB成正比而與UCE關(guān)系不大。所以輸出特性曲線幾乎與橫軸平行，當(dāng)IB一定時(shí)，IC的值基本不隨UCE變化，具有恒流特性。IB等量增加時(shí)，輸出特性曲線等間隔地平行上移。這個(gè)區(qū)域的工作特點(diǎn)是發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，ICIB。由于工作在這一區(qū)域的三極管具有放大作用，因而把該區(qū)域稱為放大區(qū)。 （2）截止區(qū)。當(dāng)IB=0時(shí)，IC=ICEO，由于穿透電流CEO很小，輸出特性曲線是一條幾乎與橫軸重合的直線。 （3）飽和區(qū)。當(dāng)UCEU

27、BUE；工作于截止區(qū)時(shí)，UEUB;工作于飽和區(qū)時(shí)，UB最高。 2. 三極管的主要參數(shù) 三極管的參數(shù)是表征管子性能和安全運(yùn)用范圍的物理量，是正確使用和合理選擇三極管的依據(jù)。三極管的參數(shù)較多，這里只介紹主要的幾個(gè)。 1）電流放大系數(shù) 電流放大系數(shù)的大小反映了三極管放大能力的強(qiáng)弱。 （1）共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)。指集電極電流變化量與基極電流變化量之比，其大小體現(xiàn)了共射接法時(shí)，三極管的放大能力。即 （2）共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) 。 為三極管 集電極電流與基極電流之比，即 因 與的值幾乎相等，故在應(yīng)用中不再區(qū)分，均用表示。 2）極間反向電流 （1）集電極基極間的反向電流ICBO。ICBO是指發(fā)射極開

28、路時(shí)，集電極基極間的反向電流，也稱集電結(jié)反向飽和電流。溫度升高時(shí)，ICBO急劇增大，溫度每升高10，ICBO增大一倍。選管時(shí)應(yīng)選ICBO小且ICBO受溫度影響小的三極管。 （2）集電極發(fā)射極間的反向電流ICEO。ICEO是指基極開路時(shí)，集電極發(fā)射極間的反向電流，也稱集電結(jié)穿透電流。它反映了三極管的穩(wěn)定性，其值越小，受溫度影響也越小，三極管的工作就越穩(wěn)定。 3）極限參數(shù) 三極管的極限參數(shù)是指在使用時(shí)不得超過(guò)的極限值，以此保證三極管的安全工作。 （1）集電極最大允許電流ICM。集電極電流IC過(guò)大時(shí)，將明顯下降，ICM為下降到規(guī)定允許值（一般為額定值的1/22/3）時(shí)的集電極電流。使用中若ICICM

29、，三極管不一定會(huì)損壞，但明顯下降。 （2）集電極最大允許功率損耗PCM。管子工作時(shí)，UCE的大部分降在集電結(jié)上，因此集電極功率損耗PC=UCEIC，近似為集電結(jié)功耗，它將使集電結(jié)溫度升高而使三極管發(fā)熱致使管子損壞。工作時(shí)的PC必須小于PCM。 （3）反向擊穿電壓U(BR)CEO,U(BR)CBO,U(BR)EBO。U(BR)CEO為基極開路時(shí)集電結(jié)不致?lián)舸┘釉诩姌O發(fā)射極之間允許的最高反向電壓。U(BR)CBO為發(fā)射極開路時(shí)集電結(jié)不致?lián)舸┘釉诩姌O基極之間允許的最高反向電壓。U(BR)EBO為集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)不致?lián)舸┘釉诎l(fā)射極基極之間允許的最高反向電壓。 它們之間的關(guān)系為 U(B

30、R)CEOU(BR)CBOU(BR)EBO。通常U(BR)CEO為幾十伏，U(BR)EBO為數(shù)伏到幾十伏。 根據(jù)三個(gè)極限參數(shù)ICM,PCM,U(BR)CEO可以確定三極管的安全工作區(qū)，如圖1.22所示。三極管工作時(shí)必須保證工作在安全區(qū)內(nèi)，并留有一定的余量。 圖1.22 三極管的安全工作區(qū)1.4 場(chǎng)效應(yīng)管 場(chǎng)效應(yīng)管（簡(jiǎn)稱FET）是利用輸入電壓產(chǎn)生的電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制輸出電流的，所以又稱之為電壓控制型器件。因它具有很高的輸入電阻，能滿足高內(nèi)阻信號(hào)源對(duì)放大電路的要求，所以是較理想的前置輸入級(jí)器件。它還具有熱穩(wěn)定性好、功耗低、噪聲低、制造工藝簡(jiǎn)單、便于集成等優(yōu)點(diǎn)，因而得到了廣泛的應(yīng)用。它與三 極管的主要區(qū)

31、別是：1、場(chǎng)效應(yīng)管只靠一種極性的載流子（電子或空穴）導(dǎo)電，又稱為單極型晶體管。2、場(chǎng)效應(yīng)管晶體管的導(dǎo)電途徑為：溝通 。3、場(chǎng)效應(yīng)管的基本工作原理是通過(guò)外加電場(chǎng)對(duì)溝通有厚度和形狀進(jìn)行控制，以改變溝通的電阻，從而電流的大小。 場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（簡(jiǎn)稱MOS管）N溝通耗盡型P溝通耗盡型增強(qiáng)型耗盡型N溝通P溝通N溝通P溝通G 溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管 1）結(jié)構(gòu)和符號(hào) 圖1.23是N溝道增強(qiáng)型MOS管的示意圖。MOS管以一塊摻雜濃度較低的P型硅片做襯底，在襯底上通過(guò)擴(kuò)散工藝形成兩個(gè)高摻雜的N型區(qū)，并引出兩個(gè)極作為源極S和漏極D；在P型硅表面制作一層很薄的二氧化硅（SiO2）絕緣層，在二

32、氧化硅表面再噴上一層金屬鋁，引出柵極G。這種場(chǎng)效應(yīng)管柵極、源極、漏極之間都是絕緣的，所以稱之為絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。 絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的圖形符號(hào)如圖1.23（b）、(c)所示，箭頭方向表示溝道類型，箭頭指向管內(nèi)表示為N溝道MOS管(圖(b)，否則為P溝道MOS管(圖(c)。圖1.23 MOS管的結(jié)構(gòu)及其圖形符號(hào) 2）工作原理 圖1.24是N溝道增強(qiáng)型MOS管的工作原理示意圖，圖1.24（b）是相應(yīng)的電路圖。工作時(shí)柵源之間加正向電源電壓UGS，漏源之間加正向電源電壓UDS,并且源極與襯底連接,襯底是電路中最低的電位點(diǎn)。 當(dāng)UGS=0時(shí)，漏極與源極之間沒(méi)有原始的導(dǎo)電溝道，漏極電流ID=0。這是因?yàn)楫?dāng)UGS

33、=0時(shí)，漏極和襯底以及源極之間形成了兩個(gè)反向串聯(lián)的PN結(jié)，當(dāng)UDS加正向電壓時(shí)，漏極與襯底之間PN結(jié)反向偏置的緣故。 圖1.24 N溝道增強(qiáng)型MOS管工作原理 (a)示意圖； (b)電路圖 當(dāng)UGS0時(shí)，柵極與襯底之間產(chǎn)生了一個(gè)垂直于半導(dǎo)體表面、由柵極G指向襯底的電場(chǎng)。這個(gè)電場(chǎng)的作用是排斥P型襯底中的空穴而吸引電子到表面層，當(dāng)UGS增大到一定程度時(shí)，絕緣體和P型襯底的交界面附近積累了較多的電子，形成了N型薄層，稱為N型反型層。反型層使漏極與源極之間成為一條由電子構(gòu)成的導(dǎo)電溝道，當(dāng)加上漏源電壓UGS之后，就會(huì)有電流ID流過(guò)溝道。通常將剛剛出現(xiàn)漏極電流ID時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵源電壓稱為開啟電壓，用UGS(

34、th)表示。 當(dāng)UGSUGS(th)時(shí)，UGS增大、電場(chǎng)增強(qiáng)、溝道變寬、溝道電阻減小、ID增大；反之，UGS減小，溝道變窄，溝道電阻增大，ID減小。所以改變UGS的大小，就可以控制溝道電阻的大小，從而達(dá)到控制電流ID的大小，隨著UGS的增強(qiáng)，導(dǎo)電性能也跟著增強(qiáng)，故稱之為增強(qiáng)型。 必須強(qiáng)調(diào)，這種管子當(dāng)UGSUGS(th)時(shí)，反型層（導(dǎo)電溝道）消失，ID=0。只有當(dāng)UGSUGS(th)時(shí)，才能形成導(dǎo)電溝道，并有電流ID。 3）特性曲線 （1）轉(zhuǎn)移特性曲線為 由圖1.25所示的轉(zhuǎn)移特性曲線可見，當(dāng)UGSUGS(th)時(shí)，導(dǎo)電溝道沒(méi)有形成，ID=0。當(dāng)UGSUGS(th)時(shí)，開始形成導(dǎo)電溝道，并隨著U

35、GS的增大，導(dǎo)電溝道變寬，溝道電阻變小，電流ID增大。 （2）輸出特性曲線為 圖1.25 轉(zhuǎn)移特性曲線 圖1.26為輸出特性曲線，與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管類似，也分為可變電阻區(qū)、恒流區(qū)（放大區(qū)）、夾斷區(qū)和擊穿區(qū)，其含義與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管輸出特性曲線的幾個(gè)區(qū)相同。 圖1.26 輸出特性曲線 可變電阻區(qū)恒流區(qū)夾斷區(qū)和擊穿區(qū) 注意事項(xiàng) (1)在使用場(chǎng)效應(yīng)管時(shí)，要注意漏源電壓UDS、漏源電流ID、柵源電壓UGS及耗散功率等值不能超過(guò)最大允許值。 (2)場(chǎng)效應(yīng)管從結(jié)構(gòu)上看漏源兩極是對(duì)稱的，可以互相調(diào)用，但有些產(chǎn)品制作時(shí)已將襯底和源極在內(nèi)部連在一起，這時(shí)漏源兩極不能對(duì)換用。 (3)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的柵源電壓UGS不能加正向

36、電壓，因?yàn)樗ぷ髟诜雌珷顟B(tài)。通常各極在開路狀態(tài)下保存。 (4)絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管的柵源兩極絕不允許懸空，因?yàn)闁旁磧蓸O如果有感應(yīng)電荷，就很難泄放，電荷積累會(huì)使電壓升高，而使柵極絕緣層擊穿，造成管子損壞。因此要在柵源間絕對(duì)保持直流通路，保存時(shí)務(wù)必用金屬導(dǎo)線將三個(gè)電極短接起來(lái)。在焊接時(shí)，烙鐵外殼必須接電源地端，并在烙鐵斷開電源后再焊接?xùn)艠O，以避免交流感應(yīng)將柵極擊穿，并按S、D、G極的順序焊好之后，再去掉各極的金屬短接線。 (5）注意各極電壓的極性不能接錯(cuò)。第五節(jié)晶體二極管、三極管的識(shí)別與簡(jiǎn)單測(cè)試一、晶體管的識(shí)別 略二、晶體管的測(cè)試（R X 100或R X 1K檔）1.用萬(wàn)用表測(cè)試晶體二極管 如圖所示

37、若將黑表筆接二極管的正極，紅表筆接二極管的負(fù)極，則二極管處于正向偏置，呈現(xiàn)低電阻；反之二極管處于反向偏置，呈現(xiàn)高電阻。2.用萬(wàn)用表測(cè)試晶體三極管（1）先判斷型號(hào)和基極b黑筆（+）紅筆（）紅筆（）紅筆（）黑筆（+）黑筆（+）NPN型：黑筆接 b，紅筆接c和e，兩個(gè)PN正偏，電阻?。籔NP型：紅筆接b，黑筆接c和e，兩個(gè)PN正偏，電阻小。黑筆（+）紅筆（）紅筆（）黑（2）紅（1）（3）兩次測(cè)量電阻都很大兩次測(cè)量電阻一大一小兩次測(cè)量電阻都很小紅（2）黑（1）（3）兩次測(cè)量電阻都很小兩次測(cè)量電阻一大一?。?）為基極b 型號(hào)是PNP（2）不是基極b（2）不是基極b兩次測(cè)量電阻都很大兩次測(cè)量電阻一大一?。?/p>

38、2）為基極b 型號(hào)是NPN（2）不是基極b 紅（2）黑（1）（3）（2）判斷集電極（c）發(fā)射極（e) NPN型：黑筆跟著人體走，以偏轉(zhuǎn)大，電阻小為準(zhǔn)，黑筆接的為c ，紅筆接的為e ； PNP型：紅筆跟著人體走，以偏轉(zhuǎn)大，電阻小為準(zhǔn)，紅筆接的為e ，黑筆接的為c 。P247、三極管主要功能是什么?放大的實(shí)質(zhì)是什么?放大的能力用什么來(lái)衡量? 8、在電路中測(cè)出各三接管的三個(gè)電極對(duì)地電位如圖所示，試判斷各三極管處于何種工作狀態(tài)。4.2V7、答三極管的主要功能是電流放大作用； 放大的實(shí)質(zhì)是用一個(gè)小電流去控制一個(gè)大電流； 放大能力用放大倍數(shù)來(lái)衡量。8、解 （a) 截止?fàn)顟B(tài) （b) 飽和狀態(tài)（c) 放大狀態(tài)

39、 （d) 截止?fàn)顟B(tài) (e) 放大狀態(tài) (f) 飽和狀態(tài)第二章 基本放大電路第一節(jié) 基本放大電路的組成和電壓放大原理第二節(jié) 放大電路分析第三節(jié) 放大器靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定 第四節(jié) 共集電極放大電路第五節(jié) 多級(jí)放大電路第六節(jié) 差分放大電路第七節(jié) 功率放大電路 (13學(xué)時(shí)）第一節(jié) 基本放大電路的組成和電壓放大原理 一、放大電路的分類放大：從表面看是將小信號(hào)的幅度變大，但放大的本質(zhì)是實(shí)現(xiàn)能量的控制。分類:、按被放大信號(hào)的幅度可分為小信號(hào)和大信號(hào)放大器；、按用途可分為電流放大器、電壓放大器和功率放大器；、按晶體管的工作狀態(tài)可分為甲類放大器、乙類放大器和甲乙類放大器。 、按晶體管的聯(lián)接方式可分為：共發(fā)射極放大

40、器、共集電極放大器和共基極放大器。、按被放大信號(hào)的頻率可分為：直流放大器、低頻放大器、中頻放大器和高頻放大器。 二、基本放大電路的組成和電壓放大原理 （以共發(fā)射極基本放大電路 為例）.共發(fā)射極基本 放大電路的組成 圖2.1 基本放大電路 下面分析基本放大電路中各元件的作用。 (1）三極管：核心元件，具有電流放大作用，使IC=IB。(2）基極偏置電阻R：它和電源UBB一起給基極提供一個(gè)合適的基極直流IB；使發(fā)射結(jié)正向偏置。通常的取值為幾十千歐到幾百千歐。 (3）集電極負(fù)載電阻RC :三極管的電流放大轉(zhuǎn)換為電壓放大 ；使集電結(jié)反向偏置。一般的值為幾百歐到幾千歐。 (4）直流電源Vcc：一是通過(guò)和使

41、三極管發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，使三極管工作在放大區(qū)；二是給放大電路提供能源。一般為幾伏到幾十伏。 （5）耦合電容C1、C2起到一個(gè)“隔直通交”的作用，避免放大電路的輸入端與信號(hào)源之間，輸出端與負(fù)載之間直流分量的互相影響。一般和選用電解電容器，取值為幾微法到幾十微法。在使用時(shí)，應(yīng)注意它的極性與加在它兩端的工作電壓極性相一致，正極接高電位，負(fù)極接低電位。 （6）電路中符號(hào)“”表示電路的參考零電位點(diǎn)，通常稱為“地”。 2.共發(fā)射極基本放大電路的工作原理 （1） 靜態(tài)工作情況分析 無(wú)輸入信號(hào)（ui =0）時(shí)的情況：當(dāng)放大電路沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，各處的電壓、電流都是不變的直流量，電路處于靜止?fàn)顟B(tài)。電流和電壓

42、分別用IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ（或IB、IC、UBE、UCE）表示。這四個(gè)數(shù)值可表示為晶體管輸入特性和輸出特性上的一個(gè)點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)，用Q表示，如圖2-2所示。靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的如何對(duì)放大電路工作性能有很大影響。 UCEUCCICRc IC=IB 2. 動(dòng)態(tài)工作情況分析 有輸入交流信號(hào)(ui0)時(shí)的情況。在上述直流狀態(tài)下，給放大電路加上交流信號(hào)ui，如圖2-3所示。這時(shí)電路中各處的電壓、電流處于變動(dòng)狀態(tài)，簡(jiǎn)稱動(dòng)態(tài)。 圖2.3 放大電路的各極間波形 從以上動(dòng)態(tài)過(guò)程的分析可知： 3電路中電壓和電流的書寫規(guī)則(1)直流分量用大寫字母和大寫下標(biāo)表示，例如：基極靜態(tài)電流IB，集電極靜態(tài)電流I

43、C，集電極發(fā)射極靜態(tài)電壓UCE等。(2)交流分量的瞬時(shí)值用小寫字母和小寫下標(biāo)表示。例如：輸入信號(hào)電壓ui，輸入信號(hào)電流ii，放大器的輸出電壓uo等。(3)總量是直流分量與交流分量之和，其瞬時(shí)值用小寫字母和大寫下標(biāo)表示。例如：有輸入信號(hào)時(shí)基極總電流iB，放大器工作時(shí)的集電極電流iC和集電極發(fā)射極之間的電壓uCE等。(4)交流分量的向量用大寫字母小寫下標(biāo)表示，再在字母上面加點(diǎn)“”。如：P58 2、根據(jù)組成放大電路時(shí)必須遵循的幾個(gè)原則，分析如圖所示各電路能否正常放大交流信號(hào)?為什么?若不能，應(yīng)如何改正?解：（a) 不能正常放大交流信號(hào)；因?yàn)檩斎胄盘?hào)被短路；應(yīng)改為：（b) 不能正常放大交流信號(hào)；因?yàn)殡?/p>

44、容的隔直作用，UCC無(wú)法給三極管的發(fā)射結(jié)提供正偏電壓。電容位置放錯(cuò)了。應(yīng)改為：（C) 不能正常放大交流信號(hào)；因?yàn)閁CC無(wú)法給三極管的發(fā)射結(jié)提供正偏電壓。應(yīng)改為：（d) 同上（e) 不能正常放大交流信號(hào)；UCC應(yīng)換成正電源，另外電容C1極性接反了，應(yīng)改為：同上。（f) 不能正常放大交流信號(hào)；因?yàn)檩敵鲂盘?hào)被短路了。應(yīng)改為：同上。第二節(jié) 放大電路分析 一、直流通路和交流通路1.直流通路：所謂直流通路就是放大電路未加輸入信號(hào)時(shí)，放大電路在直流電源Vcc的作用下，直流分量所流過(guò)的路徑。其畫法為： 放大電路中的耦合電容、旁路電容視為開路，放大電路中的電感視為短路。 2.交流通路 交流通路是在信號(hào)us作用下

45、，交流電流所流過(guò)的路徑。畫交流通路的原則：（1）將放大電路的耦合電容、旁路電容都看作短路（2）直流電源Vcc看作短路，將等電位點(diǎn)連接起來(lái)。 二、靜態(tài)分析 放大電路沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。靜態(tài)分析其實(shí)就是確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q（UBE、IB、IC、UCE） CBEUCE在輸入回路中VCCIBQRB+UBEVCCICQRC+UCEQ輸入回路輸出回路 三、 動(dòng)態(tài)分析 放大電路有輸入信號(hào)的工作狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。動(dòng)態(tài)分析主要是確定放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻，和輸出電阻。 放大電路有輸入信號(hào)時(shí)，三極管各極的電流和電壓瞬時(shí)值既有直流分量，又有交流分量。直流分量一般就是靜態(tài)值，而所謂放大，只考慮其中的交

46、流分量。在信號(hào)很小的時(shí)候可以將三極管進(jìn)行微變等效，下面介紹常用的動(dòng)態(tài)分析法簡(jiǎn)化微變等效電路法。1、三極管簡(jiǎn)化微變等效電路 在討論放大電路的簡(jiǎn)化微變等效電路之前，需要介紹三極管的簡(jiǎn)化微變等效電路。圖2-4是三極管的簡(jiǎn)化微變等效電路。 圖.4晶體三極管及微變等效（a）晶體三極管;（b）晶體三極管的微變等效 式中，IE為射極靜態(tài)電流。 圖.6基本放大電路的交流通路及微變等效電路 （a）交流通路;（b）微變等效電路 2、放大電路的簡(jiǎn)化微變等效電路圖.6基本放大電路的交流通路及微變等效電路 （a）交流通路;（b）微變等效電路 3、 放大電路交流參數(shù)的估算 靜態(tài)值仍由直流通路確定，而動(dòng)態(tài)指標(biāo)可用微變等效電

47、路求得。 （1）電壓放大倍數(shù) 設(shè)在圖.6（）中輸入為正弦信號(hào)，因?yàn)?故 2. 輸入電阻ri ri是指電路的動(dòng)態(tài)輸入電阻，由圖2.6（b）中可看出 當(dāng)負(fù)載開路時(shí) 式中 3. 輸出電阻ro ro 是由輸出端向放大電路內(nèi)部看到的動(dòng)態(tài)電阻， 因rce遠(yuǎn)大于Rc，所以 例.1 在圖.7（a）所示電路中，Vcc=12v，RB=300,37.5，試求： (1)靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)IBQ、ICQ、UCEQ值； (2)計(jì)算動(dòng)態(tài)指標(biāo)Au、ri、ro的值。 圖.7 用微變等效電路求動(dòng)態(tài)指標(biāo) （a）原理圖; （b）微變等效電路 圖.7 用微變等效電路求動(dòng)態(tài)指標(biāo) （a）原理圖; （b）微變等效電路 解 ()求靜態(tài)工作點(diǎn)參數(shù)

48、畫出微變等效電路如圖.7（b）所示。 (2) 計(jì)算動(dòng)態(tài)指標(biāo) P58 3、放大電路及元件參數(shù)如圖所示，三極管選3DG105， 50。(1) 分別計(jì)算RL開路和RL=4.7K時(shí)的電壓放大倍數(shù)Au；(2) 如果考慮信號(hào)源的內(nèi)阻RS500，RL4.7K時(shí)，求電壓放大倍數(shù)AUs。 6、在如圖所示的放大電路中，Ucc12V，RB360K，Rc3K，RE2K，RL3K，三極管的UBE0.7V， 60。（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）畫出微變等效電路；（3）求電路輸入輸出電阻；（4）求電壓放大倍數(shù)。3、解：(1)其直流通路為：其微變等效電路為：RL開路時(shí)，當(dāng)RL4.7K時(shí)，（2）6、解 （1）其直流通路為：（2）畫

49、出其微變等效電路Ro(3) (4)四、放大電路的圖解分析法簡(jiǎn)介 圖解法就是在三極管特性曲線上，用作圖的方法來(lái)分析放大電路的工作情況，它能直觀地反映放大器的工作原理。1、用圖解法分析放大電路的靜態(tài)工作情況 確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q的步驟如下：畫直流通路；列出輸入回路方程求出IBQ ；列出輸出回路方程（即直流負(fù)載線方程uCE=UCC-icRC）;畫出直流負(fù)載線；找出iB=IBQ與直流負(fù)載線的交點(diǎn)Q即可。 如前所述，在例.1 在圖.7（a）所示電路中共射基本放大電路直流通路中。已求出IBQ40A利用三極管的輸出特性曲線，可以畫出放大電路輸出回路的圖解分析曲線如圖2-7所示。直流負(fù)線方程為：找出兩個(gè)特殊點(diǎn)M（

50、0，UCC）和N（UCC/Rc，0），將M、N連接， 靜態(tài)工作點(diǎn)為： Q（40 A，6V，1.5mA) 2. 動(dòng)態(tài)圖解分析法 (1) 空載分析 放大電路的輸入端有輸入信號(hào)，輸出端開路，這種電路稱為空載放大電路，雖然電壓和電流增加了交流成分，但輸出回路仍與靜態(tài)的直流通路完全一樣。因?yàn)閳D2.8 空載圖解分析法 圖2.8 空載圖解分析法 ICQ (2) 帶負(fù)載的動(dòng)態(tài)分析 在圖2.7(a)所示電路中接上負(fù)載RL，其交流通路如圖2.6(a)所示。從輸入端看Rb與發(fā)射極并聯(lián)從集電極看Rc和RL并聯(lián)。此時(shí)的交流負(fù)載為 RL=Rc/RL，顯然RLUBE發(fā)射極電位VEQ等于發(fā)射極電阻RE乘電流IEQ，即 VEQ

51、=RE IEQ UBEQ=VBVEQ溫度TICQ（IEQ）VEUBEIBQICQ。 = 由上式可知VB與三極管的參數(shù)無(wú)關(guān)，幾乎不受溫度影響。3.分壓式偏置電路的計(jì)算 （1） 靜態(tài)分析 作靜態(tài)分析時(shí)，先畫出直流通路如圖2.12（a） 圖2.12分壓式偏置電路的分析電路 （a）直流通路;（b）微變等效電路;（c）微變等效電路（C-e開路） 圖2.12分壓式偏置電路的分析電路 （a）直流通路;（b）微變等效電路;（c）微變等效電路（Ce開路） （2）動(dòng)態(tài)分析 圖212 b中 圖2.12分壓式偏置電路的分析電路 （a）直流通路;（b）微變等效電路;（c）微變等效電路（Ce開路） 在圖212 C中P58

52、 4、放大電路如圖所示，三極管UBE0.7V，(1) 求靜態(tài)工作點(diǎn)；(2) 畫出微變等效電路；(3) 求電路電壓放大倍數(shù)和輸入、輸出電阻。 80。 5、在如圖所示的放大電路中，已知Ucc12V，RBl60K，RB220K，Rc3K，RE3K，RS1K，RL3K，三極管的UBE0.7V，（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）畫出微變等效電路；（3）求電路輸入輸出電阻；（4）求電壓放大倍數(shù)和源電壓放大倍數(shù)。 50。4、解：（1）直流通路為：（2）其微變等效電路為：RORi(3)5、解：（1）直流通路為：（2）其微變等效電路為：（3）（4）第四節(jié) 共集電極放大電路 2.5.1 共集電極電路組成及分析 共集電極放

53、大電路如圖2.13（a）所示，它是從基極輸入信號(hào)，從發(fā)射極輸出信號(hào)。從它的交流通路圖2.13（C）可看出，輸入、輸出共用集電極，所以稱為共集電極電路。 圖2.13 共集電極放大電路(a)共集電極放大電路; (b)直流通路 圖2.13 共集電極放大電路 (c)交流通路; (d)微變等效電路 共集電極電路分析: 1) 靜態(tài)分析 由圖2.13（b）的直流通路可得出： 即得 2) 動(dòng)態(tài)分析 （1）電壓放大倍數(shù)可由圖2.13（d）所示的微變等效電路得出。 因?yàn)?所以 由于式中的（1+）RLrbe，因而 略小于1，又由于輸出、輸入同相位，輸出跟隨輸入，且從發(fā)射極輸出，故又稱射極輸出器或射極跟隨器，簡(jiǎn)稱射隨

54、器。 （2）輸入電阻ri可由微變等效電路得出，由 ri=Rb/rbe+（1+）RL可見，共集電極電路的輸入電阻很高，可達(dá)幾十千歐到幾百千歐。 （3）輸出電阻ro可由圖2.14的等效電路來(lái)求得。將信號(hào)源短路，保留其內(nèi)阻，在輸出端去掉RL，加一交流電壓 ，產(chǎn)生電流 ，則： 圖2.14 計(jì)算ro等效電路 式中 所以 通常 故 由上式可見，射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強(qiáng). 3）射極輸出器的特點(diǎn)及應(yīng)用 雖然射極輸出器的電壓放大倍數(shù)略小于1，但輸出電流 是基極電流的（1+）倍。它不但具有電流放大和功率放大的作用，而且具有輸入電阻高、輸出電阻低的特點(diǎn)。 由于射極輸出器輸入電阻高，向信號(hào)源汲取的電流小

55、，對(duì)信號(hào)源影響也小，因而一般用它作輸入級(jí)。又由于它的輸出電阻小，負(fù)載能力強(qiáng)。 7、在如圖所示的放大電路中，Ucc12V，RB280K，RE2K，RL3K，三極管的UBE0.7V，（1）求靜態(tài)工作點(diǎn)；（2）畫出微變等效電路；（3）求電路輸入輸出電阻；（4）求電壓放大倍數(shù) 100。解：（1）其直流通路為：（2）微變等效電路為：（3）（4）第五節(jié) 多級(jí)放大電路 為了得到足夠大的放大倍數(shù)或者使輸入電阻和輸出電阻達(dá)到指標(biāo)要求，一個(gè)放大電路往往由多級(jí)組成。一、多級(jí)放大電路的耦合方式 多級(jí)放大電路之間的連接方式稱為耦合。常見的耦合方式有阻容耦合、變壓器耦合及直接耦合三種形式。下面分別介紹三種耦合方式。1.

56、阻容耦合 阻容耦合是利用電容器作為耦合元件將前級(jí)和后級(jí)連接起來(lái)。這個(gè)電容器稱為耦合電容。阻容耦合的優(yōu)點(diǎn)是：前級(jí)和后級(jí)直流通路彼此隔開，每一級(jí)的靜態(tài)工件點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響。便于分析和設(shè)計(jì)電路。因此，阻容耦合在多級(jí)交流放大電路中得到了廣泛應(yīng)用。 2. 變壓器耦合 變壓器耦合是利用變壓器將前級(jí)的輸出端與后級(jí)的輸入端連接起來(lái)，這種耦合方式稱為變壓器耦合。 變壓器耦合的優(yōu)點(diǎn)是：由于變壓器不能傳輸直流信號(hào)，且有隔直作用，因此各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互獨(dú)立，互不影響。變壓器在傳輸信號(hào)的同時(shí)還能夠進(jìn)行阻抗、電壓、電流變換。變壓器耦合的缺點(diǎn)是：體積大、笨重等，不能實(shí)現(xiàn)集成化應(yīng)用。阻容耦合的缺點(diǎn)是：信號(hào)在通過(guò)耦合電容加

57、到下一級(jí)時(shí)會(huì)大幅衰減，對(duì)直流信號(hào)（或變化緩慢的信號(hào)）很難傳輸。在集成電路里制造大電容很困難，不利于集成化。所以，阻容耦合只適用于分立元件組成的電路。 3. 直接耦合 為了避免電容對(duì)緩慢變化的信號(hào)在傳輸過(guò)程中帶來(lái)的不良影響,也可以把級(jí)與級(jí)之間直接用導(dǎo)線連接起來(lái),這種連接方式稱為直接耦合。其電路如圖2.15所示。 直接耦合的特點(diǎn): (1)優(yōu)點(diǎn):既可以放大交流信號(hào),也可以放大直流和變化非常緩慢的信號(hào);電路簡(jiǎn)單,便于集成,所以集成電路中多采用這種耦合方式。 (2)缺點(diǎn):存在著各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互牽制和零點(diǎn)漂移這兩個(gè)問(wèn)題。 圖2.15 直接耦合放大電路12 零點(diǎn)漂移現(xiàn)象：由于溫度變化等原因，使放大電路在輸

58、入信號(hào)為零時(shí)輸出信號(hào)不為零的現(xiàn)象稱為零點(diǎn)漂移。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的主要原因是由于溫度變化而引起的。因而，零點(diǎn)漂移的大小主要由溫度所決定。 要使用直接耦合的多級(jí)放大電路，必須解決靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響和零點(diǎn)漂移問(wèn)題，解決方法我們將在差分放大電路中討論。二、多級(jí)放大電路的指標(biāo)計(jì)算1.總的電壓放大倍數(shù)為 所以總的電壓放大倍數(shù)為 即總的電壓放大倍數(shù)為各級(jí)放大倍數(shù)的連乘積。 2）多級(jí)放大電路的輸入、輸出電阻 多級(jí)放大電路的輸入電阻就是第一級(jí)的輸入電阻，其輸出電阻就是最后一級(jí)的輸出電阻。第六節(jié) 差分放大電路 前面提到了在多級(jí)放大電路中采用直接耦合存在著兩個(gè)特殊問(wèn)題，一是靜態(tài)工作點(diǎn)的相互影響； 解決靜態(tài)工作點(diǎn)的相互影

59、響，可采用計(jì)算機(jī)精確計(jì)算根據(jù)結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié)。為了保證既能有效地傳遞信號(hào)，又能使每一級(jí)有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。常用的辦法之一是提高后級(jí)的發(fā)射極電位，如下圖所示。T2二是零點(diǎn)漂移: 為了解決這個(gè)問(wèn)題，可采用差分式放大電路。 如上圖所示為差動(dòng)式放大電路，它由兩個(gè)完全相同的單管共射極電路組成。差動(dòng)式放大電路有兩個(gè)輸入端，兩個(gè)輸出端，要求電路對(duì)稱，即T1、T2的特性相同，外接電阻對(duì)稱相等，各元件的溫度特性相同。1.工作原理 靜態(tài)時(shí)Ui1=Ui2=0。由于電路左右對(duì)稱，輸入信號(hào)為零時(shí)，IC1=IC2，UC1=UC2，則輸出電壓 Uo=UO1-UO2=0 當(dāng)電源電壓波動(dòng)或溫度變化時(shí)，兩管集電極電流和集電極電位同時(shí)

60、發(fā)生變化。輸出電壓仍然為零?？梢姡M管各管的零漂存在，但輸出電壓為零，從而使得零漂得到抑制。 2. 信號(hào)輸入 （1）差模輸入。放大器的兩個(gè)輸入端分別輸入大小相等極性相反的信號(hào)(即Ui1=-Ui2)，這種輸入方式稱為差模輸入。如下所示差模輸入信號(hào)差模輸出電壓 差模電壓放大倍數(shù) 即差動(dòng)式放大電路的差模電壓放大倍數(shù)等于單管共射極電路的電壓放大倍數(shù)。 RE是一個(gè)共模負(fù)反饋,也就是說(shuō),當(dāng)差模輸入信號(hào)時(shí),兩個(gè)放大管的發(fā)射極電流將一個(gè)增加,另一個(gè)減小,二者之和總是保持不變,因此RE可看成短路。在輸入端加上差模輸入信號(hào)時(shí)，一個(gè)三極管的集電極電位降低，另一個(gè)管子的集電極電位升高，故認(rèn)為RL的中點(diǎn)電位保持不變。即