《電工電子技術(shù)基本教程》殷瑞祥羅昭智晶體管電路基礎(chǔ)

第五章

晶體管電路基礎(chǔ)5.1半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識(shí)5.1.1半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性半導(dǎo)體的導(dǎo)電性介于導(dǎo)體和絕緣體之間。如硅和鍺。導(dǎo)體的導(dǎo)電性能具有的特點(diǎn)：（1）導(dǎo)電能力受溫度和光照的影響大，即具有熱敏性和光敏性。（2）導(dǎo)電能力可通過(guò)摻入微量雜質(zhì)而提高幾十萬(wàn)乃至幾百萬(wàn)倍純凈的半導(dǎo)體以共價(jià)鍵的形式形成晶體結(jié)構(gòu)，即每個(gè)原子最外層的四個(gè)電子分別和相鄰的四個(gè)原子所共有，這樣使每個(gè)原子都處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)共價(jià)鍵中的價(jià)電子在溫度升高或受到光照獲得一定能量后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子。同時(shí)在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱(chēng)為空穴。失去電子即有空穴的原子是帶正電的。自由電子和空穴都稱(chēng)為載流子。載流子數(shù)目就越多，導(dǎo)電性能會(huì)越好。在硅（或鍺）中摻入硼：硼原子最外層只有三個(gè)電子，所以硼原子（B）在與周?chē)膫€(gè)硅原子（Si）組成共價(jià)鍵時(shí)，就缺少一個(gè)價(jià)電子而出現(xiàn)一個(gè)空穴。稱(chēng)為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體多數(shù)載流子：空穴少數(shù)載流子：自由電子在硅（或鍺）中摻入磷：因磷原子最外層有五個(gè)電子，則在與相鄰硅原子組成共價(jià)鍵時(shí)，就多一個(gè)價(jià)電子，原子核對(duì)這個(gè)電子的束縛很弱，所以常溫下就可以成為自由電子。稱(chēng)電子半導(dǎo)體，也叫N型半導(dǎo)體多數(shù)載流子：自由電子少數(shù)載流子：空穴PN結(jié)的形成在一塊半導(dǎo)體晶片上，采用一定工藝，在其兩邊分別形成P型和N型半導(dǎo)體，則在交界面就形成PN結(jié)?？臻g電荷區(qū)中多數(shù)載流子已擴(kuò)散復(fù)合掉了的，所以PN結(jié)又稱(chēng)耗盡區(qū)或稱(chēng)阻擋層。PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕?）PN結(jié)外加正向電壓外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相反，內(nèi)電場(chǎng)受到削弱，相當(dāng)于空間電荷區(qū)變窄，擴(kuò)散與漂移運(yùn)動(dòng)的平衡被打破，多數(shù)載流子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，形成了較大的擴(kuò)散電流（正向電流），即這時(shí)PN結(jié)呈現(xiàn)出較低的電阻，又稱(chēng)導(dǎo)通狀態(tài)。即外加電壓正端接P區(qū)，負(fù)端接N區(qū)（2）PN結(jié)外加反向電壓即外加電壓正端接N區(qū)，負(fù)端接P區(qū)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同，內(nèi)電場(chǎng)受到增強(qiáng)，空間電荷區(qū)變寬。擴(kuò)散更難進(jìn)行，少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)加強(qiáng)。由于少數(shù)載流子的數(shù)量很少，反向電流不大，即PN結(jié)呈現(xiàn)出很高的電阻，又稱(chēng)截止?fàn)顟B(tài)。即PN結(jié)外加正向電壓時(shí)PN結(jié)導(dǎo)通，正向電流較大；外加反向電壓時(shí)PN結(jié)截止，反向電流很小。結(jié)論P(yáng)N結(jié)具有單向?qū)щ娦园雽?dǎo)體二極管的基本結(jié)構(gòu)將PN結(jié)加上兩個(gè)電極引線和管殼封裝起來(lái)，就成為一個(gè)半導(dǎo)體二極管。從P區(qū)引出的端稱(chēng)為陽(yáng)極（正極），從N區(qū)引出的端稱(chēng)為陰極（負(fù)極）。電路符號(hào)點(diǎn)接觸型多為鍺管，其PN結(jié)面積小，不能通過(guò)大電流，但高頻性能好。面接觸型多為硅管，其PN結(jié)面積大，能通過(guò)大電流，一般用作整流。半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線（1）正向特性外加正向電壓很小，不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)時(shí)，正向電流幾乎為零，這一段稱(chēng)為“死區(qū)”。正向電壓超過(guò)一定數(shù)值后，內(nèi)電場(chǎng)被克服，二極管導(dǎo)通，電流隨電壓增大而迅速上升。鍺管的死區(qū)電壓約為0.2V，硅管約0.5V。鍺管的導(dǎo)通壓降約為0.3V，硅管約0.7V（2）反向特性外加反向電壓不超過(guò)一定范圍時(shí)，反向電流很小，二極管處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)外加反向電壓超過(guò)某一數(shù)值時(shí)，反向電流會(huì)突然增大，這種現(xiàn)象稱(chēng)為擊穿。使二極管產(chǎn)生擊穿的反向電壓稱(chēng)為反向擊穿電壓U(BR)

注意：二極管被擊穿時(shí)，失去單向?qū)щ娦?。若發(fā)生擊穿后，二極管電流急劇增大引起過(guò)熱，則原來(lái)的性能就不能再恢復(fù)、二極管就損壞了。二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流

IOM

二極管長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)所允許流過(guò)的最大正向平均電流。電流超過(guò)此值時(shí)，會(huì)使管子過(guò)熱而導(dǎo)致?lián)p壞。（2）反向工作峰值電壓URWM

保證二極管不被反向擊穿而規(guī)定的最大反向工作電壓一般URWM取反向擊穿電壓U(BR)的一半或三分之二（3）反向電流IR

二極管未被擊穿時(shí)，流過(guò)二極管的反向電流此值越小，單向?qū)щ娦栽胶?。鍺管的反向電流比硅管大。溫度增高，反向電流變大。二極管的電路模型（1）理想二極管電路模型把二極管看成是一個(gè)由其端電壓控制的自動(dòng)開(kāi)關(guān)，并忽略二極管的死區(qū)電壓、正向電壓、反向電流等，即當(dāng)時(shí)，二極管截止，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，并且漏電流為零。當(dāng)時(shí)，二極管導(dǎo)通，相當(dāng)于開(kāi)關(guān)閉合，并且開(kāi)關(guān)電壓為零。（2）考慮正向電壓的二極管電路模型（3）考慮正向伏安特性曲線斜率的電路模型動(dòng)態(tài)電阻穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體硅二極管符號(hào)穩(wěn)壓管的擊穿電壓比普通二極管低得多（幾到幾十伏），且反向擊穿的特性曲線比較陡。伏安特性因其反向擊穿特性比較陡，當(dāng)電流在很大范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，其兩端電壓幾乎不變，即具有穩(wěn)壓作用。穩(wěn)壓管正常工作于反向擊穿區(qū)穩(wěn)壓管的主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管在正常工作情況下兩端的電壓，即穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。2.穩(wěn)定電流IZ和最大穩(wěn)定電流IZMIZ是穩(wěn)壓管在反向擊穿區(qū)工作時(shí)能保持較好穩(wěn)壓性能的最小電流參考值，電流低于IZ時(shí)穩(wěn)壓性能將變差。穩(wěn)壓管的反向電流不能超過(guò)最大穩(wěn)定電流IZM，否則將燒壞。穩(wěn)壓管正常工作時(shí)其電流應(yīng)為IZ～I(xiàn)ZM。3.最大允許耗散功率PZM

管子不致過(guò)熱損壞的最大功率損耗4.動(dòng)態(tài)電阻rZ

穩(wěn)壓管端電壓的變化量與相應(yīng)的電流變化量之比，即rZ越小，穩(wěn)壓管的反向擊穿特性曲線越陡，穩(wěn)壓性能越好。5.電壓溫度系數(shù)αU

是說(shuō)明穩(wěn)壓值受溫度變化影響的系數(shù)，數(shù)值上等于溫度每升高1oC時(shí)穩(wěn)定電壓的相對(duì)變化量。一般地，穩(wěn)壓值低于6V的穩(wěn)壓管，其αU是負(fù)的；高于6V的穩(wěn)壓管其αU是正的；而在6V左右的管子，穩(wěn)壓值受溫度影響就比較小。例

在圖示電路中，穩(wěn)壓管的參數(shù)是：UZ=10V，IZ=10mA，IZM=29mA。選擇500Ω，1/8W的電阻R作限流電阻是否合適？為什么？解但即：所選限流電阻R的阻值合適、但額定功率太小，會(huì)燒壞電阻。應(yīng)選500Ω、1/4W的電阻較合適。

5.1.2雙極型晶體三極管雙極型晶體三極管的基本結(jié)構(gòu)NPN型PNP型內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：1.基區(qū)非常薄，且摻雜濃度很低；2.發(fā)射區(qū)的摻雜濃度很高。晶體管電流分配及放大原理實(shí)驗(yàn)電路電路采用NPN型，按照?qǐng)D中接法，VB﹥VE，發(fā)射結(jié)加正向電壓（正向偏置）；如果滿足EC﹥EB，則VC﹥VB，即集電結(jié)加反向電壓（反向偏置）。實(shí)驗(yàn)電路的測(cè)量數(shù)據(jù)IB/mA00.020.040.060.080.10IC/mA0.0010.701.502.303.103.95IE/mA0.0010.721.542.363.184.05結(jié)論：1.符合基爾霍夫電流定律（KCL），即2.IC和IE比IB大得多。3.晶體管要起到放大作用，必須使發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏。如果，也沒(méi)有電流放大作用。載流子運(yùn)動(dòng)（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散自由電子（2）自由電子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合（3）集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的自由電子電流分配共射直流電流放大系數(shù)共射交流電流放大系數(shù)晶體管的特性曲線實(shí)驗(yàn)電路1.輸入特性曲線和二極管的伏安特性一樣，也有死區(qū)。硅管的死區(qū)電壓為0.5V，鍺管為0.1V。UCE為常數(shù)時(shí)，IB與UBE與IB之間的關(guān)系曲線2.輸出特性曲線IB為常數(shù)時(shí)，IC與UCE之間的關(guān)系曲線即輸出特性曲線分成三個(gè)工作區(qū)：（1）放大區(qū)——曲線近似與橫軸平行的中間部分放大區(qū)時(shí)，其發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。（2）截止區(qū)——IB=0曲線以下的狹窄區(qū)域IB=0，IC≈0晶體管工作于截止區(qū)時(shí)，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均應(yīng)處于反向偏置。（3）飽和區(qū)——虛線左側(cè)的區(qū)域有UCE<UBE，即VC<VB

晶體管工作于飽和區(qū)時(shí)，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均應(yīng)處于正向偏置。晶體管的主要參數(shù)1.共射極電流放大系數(shù)、

當(dāng)晶體管工作在飽和或截止區(qū)時(shí)，不成立，也不再是常數(shù)。2.集-基極反向飽和電流ICBO

ICBO是當(dāng)發(fā)射極開(kāi)路（IE=0）時(shí)由于集電結(jié)反偏，集電區(qū)和基區(qū)中少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流。ICBO愈小愈好3.集-射極穿透電流ICEO

ICEO是基極開(kāi)路（IB=0）、發(fā)射結(jié)正偏和集電結(jié)反偏時(shí)的集電極電流。又稱(chēng)穿透電流。4.集電極最大允許電流ICM

在使用晶體管時(shí)，若IC>ICM，管子不一定損壞，但值將大為降低。5.集-射極擊穿電壓U(BR)CEO

基極開(kāi)路時(shí)，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓。6.集電極最大允許耗散功率PCM

當(dāng)晶體管因受熱而引起的參數(shù)變化不超過(guò)允許值時(shí)，集電極所消耗的最大功率晶體管的安全工作區(qū)5.1.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)管按其結(jié)構(gòu)可分為結(jié)型和絕緣柵絕緣柵型又分增強(qiáng)型和耗盡型按其導(dǎo)電溝道又有N溝道和P溝道兩種N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（簡(jiǎn)稱(chēng)增強(qiáng)型NMOS管）基本結(jié)構(gòu)符號(hào)工作原理當(dāng)uGS=0時(shí)，對(duì)uDS來(lái)說(shuō)總有一個(gè)PN結(jié)是反向偏置的，漏、源兩區(qū)之間不存在可導(dǎo)電的溝道，故漏極電流iD=0。當(dāng)uGS>0時(shí)，就在柵極與P型硅片之間的二氧化硅介質(zhì)中產(chǎn)生一個(gè)垂直的電場(chǎng)，由于二氧化硅層很薄，電場(chǎng)很強(qiáng)。強(qiáng)電場(chǎng)吸引硅片和N型區(qū)中的自由電子，形成一個(gè)電子薄層，這個(gè)薄層成為漏極與源極之間的導(dǎo)電溝道，稱(chēng)為N型溝道uGS越大，N型溝道越厚，溝道電阻越小，iD越大。由此可利用uGS對(duì)iD進(jìn)行控制，而柵極上幾乎不取電流。將襯底換成N型硅，在上面形成兩個(gè)P型區(qū)，就可制成P溝道MOS管（3）特性曲線轉(zhuǎn)移特性在uDS一定的條件下，iD與uGS之間的關(guān)系曲線：N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性

對(duì)增強(qiáng)型N溝道MOS管，在uGS>UGS(th)范圍內(nèi)，IDO是uGS=2UGS(th)時(shí)的iD值。輸出特性又稱(chēng)漏極特性，是在uGS一定的條件下，iD與uDS的關(guān)系曲線：N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性輸出特性分為可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和夾斷區(qū)三個(gè)區(qū)域uGS>UGS(th)時(shí)N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管導(dǎo)電溝道隨uDS的變化情況：

uDS<uGS–uGS(th)

uDS=uGS–uGS(th)

uDS>uGS–uGS(th)

2.N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（耗盡型NMOS管）基本結(jié)構(gòu)符號(hào)轉(zhuǎn)移特性曲線輸出特性曲線IDSS是uGS＝0時(shí)的iD值。3.P溝道絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（PMOS管）增強(qiáng)型PMOS耗盡型PMOS場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)直流參數(shù)(1)開(kāi)啟電壓UGS(th)

在uDS固定時(shí)，使iD大于零所需的最小值。UGS(th)是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)(2)夾斷電壓UGS(off)

在uDS固定時(shí)，iD為規(guī)定的微小電流（如5μA）時(shí)的在uGS

。是耗盡型MOS管的參數(shù)。(3)飽和漏極電流IDSS是耗盡型管子的參數(shù)，是指當(dāng)uGS

＝0時(shí)的漏極電流。(4)直流輸入電阻RGS(DS)

是柵源電壓和柵極電流的比值交流參數(shù)(1)低頻跨導(dǎo)gm當(dāng)uDS為某固定值時(shí)，iD的微小變化量與引起它變化的uGS的微小變化量的比值，即若iD的單位是毫安（mA），uGS的單位是伏（V），則gm的單位是毫西門(mén)子（mS）。(2)極間電容場(chǎng)效應(yīng)管的三個(gè)電極之間均存在電容效應(yīng)，它們是柵源電容CGS，柵漏電容CGD以及漏源電容CDS。一般CGS和CGD為1～3pF，CDS約為0.1～1pF。(3)低頻噪聲系數(shù)NF

噪聲系數(shù)NF表征了噪聲所產(chǎn)生的影響，其值(單位dB)越小越好。極限參數(shù)(1)最大漏極電流IDM管子正常工作時(shí)允許的最大漏極電流。(2)漏源擊穿電壓U(BR)DS

管子進(jìn)入恒流區(qū)后、在uDS增大過(guò)程中，使iD急劇增大產(chǎn)生雪崩擊穿時(shí)的uDS值。(3)柵源擊穿電壓U(BR)GS

使MOS管的絕緣層擊穿的電壓(4)最大耗散功率PDM

場(chǎng)效應(yīng)管與普通晶體管的比較稱(chēng)比較項(xiàng)目雙極型晶體管場(chǎng)效應(yīng)管載流子兩種不同極性的載流子（自由電子和空穴）同時(shí)參與導(dǎo)電，故稱(chēng)雙極型晶體管只有一種極性的載流子（自由電子或空穴）參與導(dǎo)電，故稱(chēng)單極型晶體管溫度穩(wěn)定性較差好控制方式電流控制電壓控制主要類(lèi)型NPN和PNP兩種N溝道和P溝道兩種放大參數(shù)β＝20～200gm=1～20mS輸入電阻102～104Ω107～1014Ω輸出電阻rce很高rds很高制造工藝較復(fù)雜簡(jiǎn)單、成本低對(duì)應(yīng)電極基極－柵極，發(fā)射極－源極，集電極－漏極5.2二極管應(yīng)用電路5.2.1整流電路整流電路的作用就是利用二極管的單向?qū)щ娦?，將交流電轉(zhuǎn)變成單向脈動(dòng)（方向不變，大小變化）的直流電。整流電路可分為單相整流電路和三相整流電路單相整流電路又有半波整流、全波整流、橋式整流等。單相半波整流電路在u2正半周，a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位，二極管因正向偏置而導(dǎo)通。在u2負(fù)半周，a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，二極管截止，忽略反向飽和電流，RL上沒(méi)有電流流過(guò)，即iO=0，則輸出電壓uO=0。反向電壓的最大值:單相半波整流電壓的平均值（直流分量）為流過(guò)二極管D和負(fù)載電阻RL的整流電流平均值為整流二極管反向截止時(shí)所承受的最高反向電壓UDRM為例

已知RL=80，要求負(fù)載電壓平均值UO=100V，求：（1）交流電壓u2的有效值U2；（2）負(fù)載電流平均值IO；（3）二極管電流平均值ID及二極管承受的最高反向電壓UDRM，并選擇二極管的型號(hào)。解查手冊(cè)可知，可選用2CZ12G(3A，600V)。單相橋式整流電路a點(diǎn)電位高于b點(diǎn)電位，D1、D3導(dǎo)通，D2、D4截止。u2為正半周時(shí)很顯然，D2和D4所加最高反向電壓均為u2的幅值，即。在u2為負(fù)半周時(shí)a點(diǎn)電位低于b點(diǎn)電位，D2、D4導(dǎo)通，D1、D3截止。很顯然，D1和D3所加最高反向電壓均為u2的幅值，即。整流電壓的平均值:負(fù)載電阻RL上流過(guò)的電流平均值為流經(jīng)每個(gè)二極管的電流為負(fù)載電流的一半，即

流過(guò)變壓器副邊的電流仍為正弦電流，有效值為二極管所承受的最高反向電壓是u2的峰值電壓，即例

已知RL=80，要求負(fù)載電壓平均值UO=110V，交流電源電壓為220V，試選用整流二極管和整流變壓器。解考慮到變壓器副繞組和二極管上的壓降，取變壓器副邊電壓大約高出10％，即變壓器副邊電流有效值：

變壓器的容量

所以可選用BK300(300VA)，220/134V的變壓器。因此可選用2CZ11C(1A，300V)作整流二極管。變壓器的變比為5.2.2限幅電路二極管截止二極管導(dǎo)通例

D1、D2為理想二極管，試畫(huà)出范圍內(nèi)的電壓傳輸特性曲線。解D1管截止，D2管導(dǎo)通。D1管截止，D2管截止。D1管導(dǎo)通，D2管截止。5.2.3或門(mén)電路或門(mén)電路是數(shù)字邏輯門(mén)電路的一種，實(shí)現(xiàn)邏輯“或”功能?；蜷T(mén)電路狀態(tài)表電路實(shí)現(xiàn)邏輯“或”的功能：

5.3雙極型晶體管放大電路5.3.1晶體管放大電路的組成和工作原理單管共發(fā)射極放大電路的組成V擔(dān)負(fù)著能量控制作用（放大作用）。EB和RB給晶體管發(fā)射結(jié)提供適當(dāng)?shù)恼蚱秒妷篣BE和偏置電流IB。EC和RC給晶體管提供適當(dāng)?shù)墓軌篣CE，使UCE>UBE，以保證管子集電結(jié)反向偏置。信號(hào)源（es、Rs）提供待放大的交流信號(hào)ui。電路中有交流、又有直流，晶體管各電壓、電流都是由直流和交流合成的全量。直流量用大寫(xiě)字母大寫(xiě)下標(biāo)表示。其中IB、IC

、UCE稱(chēng)為靜態(tài)工作點(diǎn)。交流量用小寫(xiě)字母小寫(xiě)下標(biāo)表示。如ib、ic

、uce等。全量用小寫(xiě)字母大寫(xiě)下標(biāo)表示，如iB、iC

、uCE。交流放大電路中電壓和電流的符號(hào)名稱(chēng)直流分量（靜態(tài)值）交流分量合成全量的瞬時(shí)值瞬時(shí)值有效值晶體管基極電流集電極電流發(fā)射極電流IBICIEibicieIbIcIeiB(=IB+ib)iC(=IC+ic)iE(=IE+ie)基-射極電壓集-射極電壓UBEUCEubeuceUbeUceuBE(=UBE+ube)uCE

(=UCE+uce)放大電路輸入電壓—uiUi—輸出電壓—uoUo—使用單電源工作原理設(shè)置合適靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性5.3.2放大電路的分析放大電路分析靜態(tài)分析：放大電路沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)動(dòng)態(tài)分析：有輸入信號(hào)時(shí)的工作狀態(tài)。直流通路畫(huà)直流通路的原則是：1.電容相當(dāng)于開(kāi)路，電感線圈相當(dāng)于短路（忽略線圈電阻）；2.信號(hào)源不起作用，按零值處理，只保留其內(nèi)阻。直流通路是在直流電源作用下直流電流流經(jīng)的通路交流通路交流通路是在輸入交流信號(hào)的作用下，交流信號(hào)流經(jīng)的通路。畫(huà)交流通路的原則：1.容量大的電容（如耦合電容），容抗小，對(duì)交流信號(hào)可視為短路；2.對(duì)直流電壓源，一般忽略其內(nèi)阻，按恒壓源處理、即其交流分量為零，相當(dāng)于短路。放大電路的靜態(tài)分析估算法直流通路例電路中UCC=12V，RC=4kΩ，RB=300k，RL=6kΩ，=37.5，試求電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。解注意：在分析之初曾假設(shè)晶體管處于放大狀態(tài)，最后還需要用估算的結(jié)果進(jìn)行檢驗(yàn)。如果基極電流大于0，說(shuō)明晶體管沒(méi)有進(jìn)入截止區(qū)；如果UCE>0.5V則說(shuō)明晶體管沒(méi)有進(jìn)入飽和區(qū)；排除了截止、飽和兩種情況，即說(shuō)明晶體管工作于放大區(qū)。圖解法由上例估算知?jiǎng)t直流負(fù)載線與特性曲線的交點(diǎn)Q就是電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。作直流負(fù)載線由放大電路的動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析是在時(shí)計(jì)算放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻等技術(shù)參數(shù)，動(dòng)態(tài)分析應(yīng)該用放大電路的交流通路。動(dòng)態(tài)分析微變等效電路法圖解法微變等效電路法晶體管的微變等效電路放大電路的微變等效電路把交流通路中的晶體管用其微變等效電路代替，就得到放大電路的微變等效電路。電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)是輸出電壓與輸入電壓的變化量之比。輸入電壓

輸出電壓

則放大電路的電壓放大倍數(shù)為不接RL時(shí)：輸入電阻輸出電阻輸出電阻rO即是戴維南等效內(nèi)阻例

試求電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻及輸出電阻（已知rbb’=200）。解微變等效電路圖解法過(guò)Q點(diǎn)作一條斜率為的直線，即得到放大電路的交流負(fù)載線。非線性失真如果靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置不合適，或輸入信號(hào)幅度過(guò)大，將導(dǎo)致晶體管的工作范圍超出其特性曲線上的線性區(qū)而進(jìn)入非線性區(qū)，從而使輸入和輸出信號(hào)的波形形狀不能完全相同（失真），這種情況稱(chēng)為非線性失真。若工作點(diǎn)偏高時(shí)，晶體管易進(jìn)入飽和區(qū)，引起飽和失真。

若工作點(diǎn)偏低，晶體管易進(jìn)入截止區(qū)，引起截止失真。最大不失真輸出電壓5.3.3靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路靜態(tài)工作點(diǎn)不但決定了放大電路是否會(huì)產(chǎn)生失真，而且還影響著放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻等動(dòng)態(tài)參數(shù)。當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，β和ICEO均會(huì)增大，而UBE會(huì)下降（當(dāng)IB不變時(shí)），最終導(dǎo)致集電極電流IC增大，從而使晶體管的整個(gè)輸出特性曲線向上平移。分壓式偏置放大電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原理直流通路若選取適當(dāng)?shù)腞B1、RB2，使則基極電位與晶體管的參數(shù)無(wú)關(guān)取VB>>UBE，則不受溫度影響分壓式偏置電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的過(guò)程可表示如下：靜態(tài)分析直流通路用戴維南定理來(lái)分析動(dòng)態(tài)分析沒(méi)有旁路電容CE降低了

5.3.4射極輸出器靜態(tài)分析直流通路動(dòng)態(tài)分析交流通路微變等效電路電壓放大倍數(shù)微變等效電路輸入電阻輸出電阻用“加壓求流”法計(jì)算射極輸出器的特點(diǎn)：輸入、輸出電壓同相電壓放大倍數(shù)略小于1輸入電阻大輸出電阻小例

有一信號(hào)源，es=4sintV，Rs=3k。（1）信號(hào)源直接帶RL=2k的負(fù)載，如圖a，求輸出電壓uo。（2）信號(hào)源經(jīng)過(guò)射極輸出器接RL=2k負(fù)載，如圖b，求輸出電壓uo。（設(shè)rbe=0.9k）a)b)解（1）信號(hào)源直接帶負(fù)載時(shí)信號(hào)大部分降在內(nèi)阻上，信號(hào)沒(méi)有被負(fù)載充分利用。（2）經(jīng)射極輸出器接負(fù)載時(shí)可見(jiàn)，由于射極輸出器輸入電阻大，信號(hào)在內(nèi)阻上的壓降損失很小，信號(hào)源的電動(dòng)勢(shì)幾乎都加在負(fù)載上。5.3.5功率放大器功率放大電路的特點(diǎn)1.功率放大電路中的晶體管為使輸出功率盡可能大，晶體管的集電極電流、管壓降、集電極耗散功率最大時(shí)均接近晶體管的極限參數(shù)。因此，要特別注意功放管極限參數(shù)的選擇，以保證管子安全工作。2.功率放大電路的分析方法用圖解法分析功放電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)工作情況。3.功率放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)（1）最大輸出功率POM輸出功率最大輸出功率POM是在電路參數(shù)確定的情況下負(fù)載上可能獲得的最大交流功率。（2）轉(zhuǎn)換效率η功率放大電路的最大輸出功率POM和電源所提供的直流功率PE之比稱(chēng)為轉(zhuǎn)換效率。功率放大電路的基本要求：

1）在不失真的前提下盡可能地輸出較大的功率。2）具有較高的效率。放大電路有三種工作狀態(tài)：甲類(lèi)工作狀態(tài)乙類(lèi)工作狀態(tài)甲乙類(lèi)工作狀態(tài)甲類(lèi)乙類(lèi)甲乙類(lèi)雙電源的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路（OCL電路）當(dāng)ui正半周時(shí)，V1發(fā)射結(jié)正偏，V1導(dǎo)通，電流iL1經(jīng)V1流向RL，RL上得到一個(gè)正半周的輸出電壓。此時(shí)V2管的發(fā)射結(jié)處于反向偏置，V2管截止。當(dāng)ui為負(fù)半周時(shí)，情況與正半周相反，V1管截止，V2管導(dǎo)通，電流iL2經(jīng)V2管流向負(fù)載RL，在RL上得到一個(gè)負(fù)半周的輸出電壓。V1、V2管交替導(dǎo)通，相互補(bǔ)足。電路由兩個(gè)射極輸出器組成，所以它還具有輸入電阻高和輸出電阻低的特點(diǎn)。由于沒(méi)有靜態(tài)偏置，當(dāng)輸入信號(hào)ui低于晶體管的死區(qū)電壓時(shí)，V1、V2管都截止，RL上無(wú)電流流過(guò)，出現(xiàn)一段零值區(qū)（），稱(chēng)為交越失真。為了消除交越失真，可用一定的電路建立合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使兩管均工作在臨界導(dǎo)通和微導(dǎo)通狀態(tài)，避開(kāi)死區(qū)段，即工作在甲乙類(lèi)狀態(tài)。由于每個(gè)管只工作半個(gè)周期，故其靜態(tài)工作點(diǎn)可下移至IC0，V1、V2管的靜態(tài)功耗約為零，因而使效率提高，并使放大電路有較大的動(dòng)態(tài)范圍。一個(gè)管的輸出電流平均值一個(gè)電源提供的功率為雙電源共提供的功率為最大效率為復(fù)合管當(dāng)輸出功率較大時(shí)，難以選配這對(duì)不同類(lèi)型的晶體管，且大功率管的β值均較小。在互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路中，要求配有一對(duì)特性對(duì)稱(chēng)的NPN型PNP型功率管。小功率NPN型和PNP型管的配對(duì)較容易即復(fù)合管的類(lèi)型與第一個(gè)晶體管（即V1）相同單電源的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路（OTL電路）在靜態(tài)時(shí)，通過(guò)調(diào)整RB1的阻值，使K點(diǎn)的電位為EC/2，則電容C2的充電電壓。ui的正半周V1管導(dǎo)通，V2管截止，電流由V1管經(jīng)C2流向負(fù)載，同時(shí)向C2充電，充電至EC/2。在ui的負(fù)半周，V1管截止，V2管導(dǎo)通，已充電至EC/2的C2起著電源的作用，通過(guò)V2向負(fù)載RL放電。5.4場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路5.4.1場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置及分析自給偏壓偏置電路靜態(tài)時(shí)，柵極電流為零，故柵極電位VG為零；源極電位VS=IDRS，所以分壓式偏置電路例

已知UDD=20V，RD=RS=10kΩ，RG1=200kΩ，RG2=51kΩ，RG=1MΩ，管子的參數(shù)IDSS=4mA，UGS(off)=–4V。試估算電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。解5.4.2場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路的動(dòng)態(tài)分析場(chǎng)效應(yīng)管的微變等效電路gm為場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)rDS稱(chēng)為場(chǎng)效應(yīng)管漏、源極之間的等效電阻。共源極放大電路的動(dòng)態(tài)分析微變等效電路例

圖a電路中已知gm=0.8mS，RL=10kΩ。（1）試用微變等效電路法估算放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻；（2）為改善放大電路的工作性能，把電路中的源極電阻（10kΩ）分成兩部分，其中（0.5kΩ）不并接旁路電容，（9.5kΩ）并接旁路電容，如圖b。求此時(shí)的電壓放大倍數(shù)。a)b)解（1）圖a的微變等效電路圖b的微變等效電路(2)共漏極放大電路的動(dòng)態(tài)分析微變等效電路。用“加壓求流”法求輸出電阻例

已知UDD=20V，RS=10kΩ，RG1=1MΩ，RG2=3MΩ，RG=100MΩ，gm=1.8mS，RL=10kΩ。試估算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。解5.5多級(jí)放大電路多級(jí)電壓放大電路的方框圖兩個(gè)單級(jí)放大電路之間的聯(lián)接方式稱(chēng)為耦合，實(shí)現(xiàn)耦合的電路稱(chēng)為耦合電路。耦合方式主要有阻容耦合、變壓器耦合、直接耦合、光電耦合等。5.5.1阻容耦合放大電路各級(jí)的直流電路互不相通，各級(jí)之間靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，同單級(jí)。對(duì)n級(jí)電壓放大電路：例已知UCC=12V，RB1=30kΩ，RB2=15kΩ，R’B1=20kΩ，R’B2=10kΩ，RC2=2.5kΩ，RE1=3kΩ，RE2=2kΩ，RL=5kΩ，C1=C2=C3=5F，CE1=CE2=100F，1=2=40，rbb’=200Ω。求放大電路的靜態(tài)值和電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。信號(hào)源內(nèi)阻忽略不計(jì)。解求靜態(tài)值：電路的微變等效電路放大電路的頻率特性幅頻特性相頻特性上、下限頻率之差為放大電路的通頻帶BW（又稱(chēng)帶寬），即BW=fH

–fL在中頻段，由于耦合電容和旁路電容的容量較大（幾十至幾百μF），對(duì)中頻段信號(hào)來(lái)說(shuō)，其容抗很小，可視為短路。晶體管極間電容容量很?。ㄗ疃鄮资畃F），對(duì)中頻段信號(hào)的容抗很大，可視作開(kāi)路。因此，在中頻段可以不考慮電容的影響。在低頻段，由于信號(hào)頻率較低，晶體管極間電容更可視作開(kāi)路而忽略。而耦合電容、旁路電容容抗增大不能忽略，造成電路放大倍數(shù)下降。在高頻段，由于信號(hào)頻率較高，耦合電容和旁路電容均可視為短路。而晶體管極間電容容抗減小不能忽略，極間電容上的分流，也造成電路電壓放大倍數(shù)的下降。5.5.2直接耦合放大電路特殊問(wèn)題:1.前后級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響:2.零點(diǎn)漂移問(wèn)題：例已知：RB1=3.3kΩ，RB2=1105kΩ，RC1=11kΩ，RC2=1kΩ，穩(wěn)壓管的工作電壓UZ=4V,β1＝β2＝50，UCC＝24V，試計(jì)算各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)。如果溫度升高，使IC1增加1％，試計(jì)算靜態(tài)輸出電壓Uo的變化。解設(shè)靜態(tài)時(shí)UBE1=UBE2=0.6VUCE1=UBE2+UZ=4.6V靜態(tài)時(shí)的輸出電壓為

當(dāng)IC1增加1％時(shí)

此時(shí)輸出電壓將變?yōu)?/p>

比原來(lái)升高了1V，約升高了7.4%。5.5.3差動(dòng)放大電路電路兩側(cè)元件對(duì)稱(chēng)，即V1、V2兩管型號(hào)和參數(shù)均相同，利用對(duì)稱(chēng)性原理，抑制零點(diǎn)漂移。共模信號(hào)輸入兩個(gè)輸入信號(hào)大小相等，極性相同，即在共模信號(hào)作用下，由于對(duì)稱(chēng)性，有所以差動(dòng)放大電路對(duì)共模信號(hào)的抑制能力就是對(duì)零點(diǎn)漂移的抑制能力。差模信號(hào)輸入兩個(gè)信號(hào)大小相等而極性相反，即在差模信號(hào)作用下，有比較信號(hào)輸入對(duì)任何一組比較信號(hào)，總可以分解為一個(gè)共模信號(hào)和一個(gè)差模信號(hào)的組合。對(duì)于任意輸入:ui1,

ui2共模分量:差模分量:典型差動(dòng)放大電路發(fā)射極電阻RE的作用RE有電流負(fù)反饋?zhàn)饔茫煞€(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，即有抑制零漂的作用，稱(chēng)為共模反饋電阻。RE越大，對(duì)零點(diǎn)漂移抑制的效果越好。RE對(duì)共模信號(hào)有抑制作用，對(duì)差模信號(hào)不起作用。發(fā)射極負(fù)電源EE的作用加入了負(fù)電源EE是為了降低發(fā)射極電位。可調(diào)電位器RP的作用由于電路不可能完全對(duì)稱(chēng)，零輸入信號(hào)時(shí)，兩個(gè)管子的靜態(tài)值會(huì)稍有差別，使輸出電壓不一定為零。這時(shí)可以通過(guò)調(diào)整電位器RP使兩管的靜態(tài)電流相同，達(dá)到雙端輸出時(shí)uo=