第二章半導(dǎo)體三極管與分立元件放大電路

第二章半導(dǎo)體三極管與分立元件放大電路第一頁(yè)，共112頁(yè)。教學(xué)目標(biāo)1、了解三極管結(jié)構(gòu)，熟悉電路符號(hào)、電流放大作用、特性曲線、主要參數(shù)及溫度對(duì)特性的影響。掌握三極管三種工作狀態(tài)及其特點(diǎn)。2、熟悉放大電路的基本要求及主要性能指標(biāo)。3、熟悉共射基本電路的組成及其工作原理。熟悉靜態(tài)、動(dòng)態(tài)、直流通路、交流通路的基本概念。4、熟悉溫度對(duì)靜態(tài)工作的影響,分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路組成和工作點(diǎn)穩(wěn)定原理。5、會(huì)用工程估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。了解直流負(fù)載線的作法，熟悉非線性失真及其產(chǎn)生原因和消除方法。第二頁(yè)，共112頁(yè)。教學(xué)目標(biāo)6、掌握三極管簡(jiǎn)化微變等效電路模型和微變等效電路法，會(huì)用微等效電路法求放大電路的主要參數(shù)。7、熟悉共集電路組成工作原理、性能特點(diǎn)及其應(yīng)用。8、了解共基電路組成、性能及其應(yīng)用。9、了解場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)、分類、工作原理、電路符號(hào)，選學(xué)主要參數(shù)、組成電路及主要參數(shù)的求法。10、了解多級(jí)放大電路的耦合方式及其特點(diǎn)，熟悉多級(jí)放大電路Au、Ri、Ro計(jì)算方法。了解常用組合放大電路的組成和特點(diǎn)。11、熟悉BJT頻率參數(shù)、單級(jí)阻容耦合共射電路頻率特性和波特圖。了解多級(jí)放大電路頻率特性。第三頁(yè)，共112頁(yè)。半導(dǎo)體三極管分為雙極型三極管(Bipolarjunctiontransistor，BJT)和單極型三極管。雙極型三極管又稱為晶體三極管，簡(jiǎn)稱三極管(或晶體管)，它是多數(shù)載流子與少數(shù)載流子均參與導(dǎo)電的三極管。單極型三極管又稱為場(chǎng)效應(yīng)管(Fieldeffecttransistor，F(xiàn)ET)，它工作時(shí)只有多數(shù)載流子參與導(dǎo)電。2.1雙極型半導(dǎo)體三極管

第四頁(yè)，共112頁(yè)。

1．三極管的分類(1)按結(jié)構(gòu)(導(dǎo)電類型)劃分：NPN和PNP。(2)按所用半導(dǎo)體材料劃分：硅管和鍺管。(3)按用途劃分：放大管和開(kāi)關(guān)管。(4)按工作頻率劃分：低頻管和高頻管。(5)按功率大小劃分：小功率管、中功率管、大功率管。

2.1.1三極管的結(jié)構(gòu)、圖形符號(hào)及分類第五頁(yè)，共112頁(yè)。2．三極管的結(jié)構(gòu)、電路符號(hào)三極管結(jié)構(gòu)與符號(hào)如圖2.1.1所示。它們有三區(qū)：集電區(qū)、基區(qū)、發(fā)射區(qū)；三極：各對(duì)應(yīng)引出的電極分別稱為集電極c（Collector）、基極b（Base）和發(fā)射極e（Emitter）；兩結(jié)：發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)Je，基區(qū)與集電區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)Jc。圖2.1.1三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)與符號(hào)（a）NPN型（b）PNP型第六頁(yè)，共112頁(yè)。三極管實(shí)物圖片第七頁(yè)，共112頁(yè)。

注意：(1)兩種管子的電路符號(hào)用發(fā)射極箭頭方向的不同以示區(qū)別，箭頭方向表示發(fā)射結(jié)正偏時(shí)發(fā)射極電流的實(shí)際方向。(2)三極管具有信號(hào)放大作用。(3)保證放大的制造工藝：基區(qū)很薄且摻雜濃度低，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高，集電結(jié)的面積比發(fā)射結(jié)的面積大等。(4)在使用時(shí)三極管的發(fā)射極和集電極不能互換。第八頁(yè)，共112頁(yè)。一、三極管放大的基本條件

（1）放大的偏置條件：Je正偏，Jc反偏。（2）NPN管具有放大作用時(shí)的電位關(guān)系：UC＞UB＞UE；

PNP管：UC＜UB＜UE。

2.1.2三極管的電流放大作用及其放大的基本條件

第九頁(yè)，共112頁(yè)。二、三極管各電極上的電流分配

NPN型三極管的電流分配實(shí)驗(yàn)電路如圖2.1.2所示，圖中，IB為基極電流，IC為集電極電流，IE為發(fā)射極電流，它們的方向如圖中箭頭所示。UBE為發(fā)射結(jié)的正偏壓，UCE為集電極與發(fā)射極之間的電壓。圖2.1.2三極管電流分配實(shí)驗(yàn)電路第十頁(yè)，共112頁(yè)。調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)電路的電位器RP可以改變UBE并產(chǎn)生相應(yīng)的基極電流IB，而IB的變化又將引起IC和IE的變化。每產(chǎn)生一個(gè)IB值，就有一組IC和IE值與之對(duì)應(yīng)，該實(shí)驗(yàn)所得數(shù)據(jù)見(jiàn)表2.1.1。

由上表得出規(guī)律：IE=IB+IC，即發(fā)射極電流等于基極電流與集電極電流之和。表2.1.1三極管三個(gè)電極上的電流分配

第十一頁(yè)，共112頁(yè)。三、三極管的電流放大作用由表1.3.1可知，當(dāng)IB從0.02mA變化到0.03mA時(shí)，IC隨之從1.14mA變化到了1.74mA，則兩變化量之比（1.74-1.14）/（0.03-0.02）=60，說(shuō)明此時(shí)三極管IC的變化量為IB的變化量的60倍。（1）三極管的電流放大作用就是基極電流IB的微小變化控制了集電極電流IC較大的變化。（2）三極管放大電流時(shí)，被放大的IC是由電源VCC提供的，并不是三極管自身生成的，放大的實(shí)質(zhì)是小信號(hào)對(duì)大信號(hào)的控制作用。（3）三極管是一種電流控制器件。

第十二頁(yè)，共112頁(yè)。2.1.3三極管的輸入、輸出特性曲線

三極管的各個(gè)電極上電壓和電流之間的關(guān)系曲線稱為三極管的伏安特性曲線或特性曲線。常用的是輸入特性曲線和輸出特性曲線。三極管在電路中的連接方式（組態(tài)）不同，其特性曲線也不同。用NPN型管組成的共射特性曲線測(cè)試電路如圖2.1.3所示。

圖2.1.3三極管共射特性曲線測(cè)試電路第十三頁(yè)，共112頁(yè)。一、輸入特性曲線（Inputcharacteristiccurves）共射輸入特性曲線方程式：iB=f(uBE)∣uCE=常數(shù)。圖2.1.4為NPN型硅管3DG4的共射輸入特性曲線。

圖2.1.4共射輸入特性曲線

第十四頁(yè)，共112頁(yè)。(1)uCE＝0：c極與b極相連，相當(dāng)于兩個(gè)二極管并聯(lián)，輸入特性曲線與二極管伏安特性曲線的正向特性相似。(2)uCE＝1V：曲線右移。(3)uCE＞1V：曲線與uCE=1V時(shí)的曲線近乎重合。實(shí)際中，通常就用uCE＝1V這條曲線來(lái)代表。(4)三極管放大狀態(tài)的依據(jù)：硅管│uBE│=0.7V，鍺管│uBE│=0.2V。第十五頁(yè)，共112頁(yè)。二、輸出特性曲線（Outputcharacteristiccurves）

1．方程輸出特性曲線方程式：iC=f(uBE)∣iB=常數(shù)。

2．輸出特性曲線測(cè)試測(cè)試時(shí)，先調(diào)節(jié)RP1使iB為某一值固定不變，再調(diào)節(jié)RP2，得到與之對(duì)應(yīng)的uCE和iC值，根據(jù)所對(duì)應(yīng)的值可在直角坐標(biāo)系中畫(huà)出一條曲線。重復(fù)上述步驟，可得不同IB值的曲線族，如圖2.1.5所示。

第十六頁(yè)，共112頁(yè)。圖2.1.5共射輸出特性曲線

由圖可知：(1)曲線起始部分較陡，且不同iB曲線的上升部分幾乎重合。(2)對(duì)一條曲線而言，uCE增大，iC增大，但當(dāng)uCE大于0.3V左右以后，曲線較平坦，只略有上翹。這說(shuō)明三極管具有恒流特性。(3)輸出特性曲線不是直線，是非線性的，說(shuō)明三極管是一種非線性器件。第十七頁(yè)，共112頁(yè)。3．三極管輸出特性曲線的四個(gè)區(qū)(1)放大區(qū)（Activeregion）(2)飽和區(qū)（Saturationregion）(3)截止區(qū)(Cutoffregion)(4)擊穿區(qū)(Breakdownregion)4．PNP管特性曲線由于電源電壓極性和電流方向不同，PNP管與NPN管的特性曲線是相反、“倒置”的。

第十八頁(yè)，共112頁(yè)。2.1.4三極管的主要參數(shù)及溫度對(duì)特性的影響

三極管的參數(shù)用來(lái)表征管子性能優(yōu)劣和適用范圍，它是合理選用三極管的依據(jù)。

一、電流放大系數(shù)（Currentamplificationfactor）電流放大系數(shù)是表征三極管放大能力的參數(shù)。電路工作狀態(tài)有兩種：電路無(wú)交流信號(hào)輸入而工作在直流狀態(tài)時(shí)，稱為靜態(tài)；電路有交流信號(hào)輸入而工作在交流狀態(tài)時(shí)，稱為動(dòng)態(tài)。1.共發(fā)射極電路直流電流放大系數(shù)它反映靜態(tài)時(shí)集電極電流與基極電流之比值。第十九頁(yè)，共112頁(yè)。溫度升高，β值增大。每升高1℃，β值增加0.5%～1%，反映在輸出特性曲線上就是各條曲線的間距增大。

3.共基極電路電流放大系數(shù)2.共發(fā)射極電路交流電流放大系數(shù)在共基極電路（即信號(hào)從發(fā)射極輸入，集電極輸出，基極為輸入輸出的公共端）中，三極管的集電極電流IC與發(fā)射極電流IE之比稱為共基極電路直流電流放大系數(shù)。第二十頁(yè)，共112頁(yè)。二、極間反向電流（1）ICBO指發(fā)射極開(kāi)路時(shí)集電極和基極之間的反向飽和電流。ICBO很小，溫度升高，ICBO增加。一般硅管熱穩(wěn)定性比鍺管好。圖2.1.6（a）為該參數(shù)的測(cè)試電路。（2）ICEO是指基極開(kāi)路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的反向飽和電流，又稱為穿透電流。ICEO=(1+β)ICBO。圖2.1.6（b）為該參數(shù)的測(cè)試電路。

極間反向電流是由少數(shù)載流子形成的，其大小表征了管子的溫度特性。第二十一頁(yè)，共112頁(yè)。圖2.1.6極間反向電流的測(cè)量（a)測(cè)量ICBO的電路（b)測(cè)量ICEO的電路

第二十二頁(yè)，共112頁(yè)。

三、極限參數(shù)

（1）集電極最大允許電流ICM(Maximumallowablecollectorcurrent)：是指當(dāng)β下降到正常β值的2/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的IC值。當(dāng)IC超過(guò)這個(gè)值時(shí)，放大性能下降或損壞管子。

（2）反向擊穿電壓（Reversebreakdownvoltage）U(BR)CBO：發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極－基極之間允許施加的最高反向電壓，超過(guò)此值，集電結(jié)發(fā)生反向擊穿。U(BR)EBO：集電極開(kāi)路時(shí)，發(fā)射極－基極之間允許施加的最高反向電壓。U(BR)CEO：基極開(kāi)路時(shí)，集電極與發(fā)射極之間所能承受的最高反向電壓。為可靠工作，使用時(shí)VCC取U(BR)CEO的1/2或2/3。在輸出特性曲線中，iB＝0的曲線開(kāi)始急劇上翹所對(duì)應(yīng)的電壓即為U(BR)CEO

，其值比U(BR)CBO小。T↑，U(BR)↓。

第二十三頁(yè)，共112頁(yè)。（3）集電極最大允許耗散功率PCM(Maximumallowablepowerdissipation)：PCM的大小主要決定于允許的集電結(jié)結(jié)溫。一般硅管約為150℃，鍺管約為70℃。顯然，PCM的大小與管子的散熱條件及環(huán)境溫度有關(guān)。且PCM=iCuCE，由此可畫(huà)出三極管的安全工作區(qū)。

圖2.1.7三極管的安全工作區(qū)第二十四頁(yè)，共112頁(yè)。1.3.5微型三極管簡(jiǎn)介

圖2.1.8微型三極管外形尺寸（a）SOT-23封裝外形尺寸(b)SOT-143封裝外形尺寸第二十五頁(yè)，共112頁(yè)。附：三極管的引腳判別及性能檢測(cè)

（一）晶體三極管的引腳判別用萬(wàn)用表測(cè)三極管示意圖1、基極的判別2、集電極、發(fā)射極的判別第二十六頁(yè)，共112頁(yè)。（二）用萬(wàn)用表粗測(cè)晶體三極管性能1、晶體三極管極間電阻的測(cè)量2、晶體三極管穿透電流的估測(cè)3、電流放大系數(shù)β值的估測(cè)第二十七頁(yè)，共112頁(yè)。一、BJT放大電路的基本要求

2.2共射基本放大電路

要使BJT放大電路完成預(yù)定的放大功能，必須滿足以下要求：(1)有直流電源。三極管Je正偏，Jc反偏，工作在放大區(qū)。(2)輸入信號(hào)能輸入。(3)輸出信號(hào)能輸出。(4)信號(hào)不失真地放大，滿足放大電路的性能指標(biāo)要求。

2.2.1放大電路的基本要求及主要性能指標(biāo)第二十八頁(yè)，共112頁(yè)。

1．放大倍數(shù)（Amplification）放大倍數(shù)是衡量放大電路放大能力的指標(biāo)，常用A表示。放大倍數(shù)可分為電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)和功率放大倍數(shù)等。放大電路框圖如圖2.2.1所示。二、放大電路的主要性能指標(biāo)

圖2.2.1放大電路框圖第二十九頁(yè)，共112頁(yè)。放大電路輸出電流與輸入電流之比，稱為電流放大倍數(shù)。工程上常用對(duì)數(shù)來(lái)表示放大倍數(shù)，稱為增益G，單位為分貝（dB），常用的有

Gu=20lg│Au│Gi=20lg│Ai│放大電路輸出電壓與輸入電壓之比，稱為電壓放大倍數(shù)第三十頁(yè)，共112頁(yè)。

相當(dāng)于信號(hào)源的負(fù)載，

越大，信號(hào)源的電壓更多地傳輸?shù)椒糯箅娐返妮斎攵恕Ｔ陔妷悍糯箅娐分?，希望大一些?/p>

2．輸入電阻（Inputresistance）輸入電阻就是向放大電路輸入端看進(jìn)去的交流等效電阻，在數(shù)值上等于輸入電壓與輸入電流之比，即第三十一頁(yè)，共112頁(yè)。3．輸出電阻（Outputresistance）圖2.2.2輸出電阻的求法輸出電阻就是從放大電路輸出端（不包括負(fù)載）看進(jìn)去的交流等效電阻。輸出電阻的求法如圖2.2.2所示，即先將信號(hào)源短路，保留內(nèi)阻，將負(fù)載開(kāi)路，在輸出端加一交流電壓uo，產(chǎn)生電流io，輸出電阻等于uo與io之比，即第三十二頁(yè)，共112頁(yè)。圖2.2.3共射放大電路組成（a)雙電源電路（b)實(shí)際電路2.2.2共射基本放大電路的組成及工作原理一、共射基本放大電路的組成第三十三頁(yè)，共112頁(yè)。

1．靜態(tài)工作原理

2．動(dòng)態(tài)工作原理

當(dāng)正弦信號(hào)輸入時(shí)，電路中各處的電壓、電流是變動(dòng)的，電路處于交流狀態(tài)或動(dòng)態(tài)工作狀態(tài)，簡(jiǎn)稱動(dòng)態(tài)。簡(jiǎn)言之，動(dòng)態(tài)就是在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上疊加了變化的交流值。二、工作原理第三十四頁(yè)，共112頁(yè)。

3．分析放大電路注意事項(xiàng)

（1）三極管電流和電壓都是在直流量上疊加隨輸入信號(hào)變化的交流量，放大電路中交、直流并存。（2）符號(hào)的含義：①小寫(xiě)字母小寫(xiě)下標(biāo)（如ube，ic）為交流量；②大寫(xiě)字母大寫(xiě)下標(biāo)（如UBE，IC）為直流量；③小寫(xiě)字母大寫(xiě)下標(biāo)（如uBE，iC）為總的瞬時(shí)量（直流＋交流）；④大寫(xiě)字母小寫(xiě)下標(biāo)（如Ube，Ic）為有效值。

第三十五頁(yè)，共112頁(yè)。2.2.3直流通路與交流通路

放大電路的分析包括靜態(tài)分析（Quiescentanalysis）和動(dòng)態(tài)分析（Dynamicanalysis）。兩者比較如下表所示。

直流、交流通路及其畫(huà)法

第三十六頁(yè)，共112頁(yè)。

圖2.2.4共射基本放大電路及其直流通路（a)共射放大電路（b）直流通路第三十七頁(yè)，共112頁(yè)。

圖2.2.5共射基本放大電路的交流通路將BJT隨意組成電路不一定能起放大作用。能否放大，一般通過(guò)直流通路和交流通路對(duì)照放大電路基本要求加以判別。

第三十八頁(yè)，共112頁(yè)。

[例2.2.1]當(dāng)輸入電壓為正弦波時(shí)，圖2.2.6所示三極管有無(wú)放大作用？

解：在圖（a）的電路中，VBB經(jīng)Rb向三極管的發(fā)射結(jié)提供正偏電壓，VCC經(jīng)RC向集電結(jié)提供反偏電壓，因此三極管工作在放大區(qū)，但是，由于VBB為恒壓源，對(duì)交流信號(hào)起短路作用，因此輸入信號(hào)加不到三極管的發(fā)射結(jié)，放大器沒(méi)有放大作用。圖（b）的電路，由于C1的隔斷直流作用，VCC不能通過(guò)Rb使管子的發(fā)射結(jié)正偏即發(fā)射結(jié)零偏，因此三極管不工作在放大區(qū)，無(wú)放大作用。

第三十九頁(yè)，共112頁(yè)。

2.2.4共射基本電路的靜態(tài)工作點(diǎn)

一般，三極管的UBE可視為已知量，硅管│UBE│取0.7V，鍺管│UBE│取0.2V，VCC>>UBE。(1)從圖2.2.4（b）所示共射基本電路的直流通路輸入回路可得：VCC

=IBRb+UBE，則

IBQ=（VCC－UBEQ）/Rb≈VCC/Rb

當(dāng)VCC和Rb選定后，偏流IB即為固定值，故共射基本電路又稱為固定偏流電路。(2)若三極管工作在放大區(qū)，且忽略ICEO，則 ICQ≈βIBQ，(3)從輸出回路可得：

UCEQ=VCC－ICQRc

第四十頁(yè)，共112頁(yè)。2.3.1溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響2.3分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路

1．溫度升高使反向飽和電流ICBO增大2．溫度升高使電流放大系數(shù)β增大3．溫度升高使發(fā)射結(jié)電壓UBE減小

第四十一頁(yè)，共112頁(yè)。2.3.2分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路的組成

圖2.3.1分壓式射極偏置電路

圖中，Rb1為上偏置電阻，Rb2為下偏置電阻，Re為發(fā)射極電阻，Ce為射極旁路電容，它的作用使電路的交流信號(hào)放大能力不因Re存在而降低。

第四十二頁(yè)，共112頁(yè)。2.3.3分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路的工作原理

當(dāng)Rb1、Rb2選擇適當(dāng)，使流過(guò)Rb1的電流I1>>IB時(shí)，流過(guò)Rb2的電流I2＝I1－IB≈I1，則若電路滿足I1≥（5~10）IB，UB≥（5~10）UBE由上式可知，UB由Rb1、Rb2分壓而定，與溫度變化基本無(wú)關(guān)。第四十三頁(yè)，共112頁(yè)。如果溫度升高使IC增大，則IE增大，發(fā)射極電位UE=IERe升高，結(jié)果使UBE=UB－UE減小，IB相應(yīng)減小，從而限制了IC的增大，使IC基本保持不變。上述穩(wěn)定工作點(diǎn)的過(guò)程可表示為

要提高工作點(diǎn)的熱穩(wěn)定性，應(yīng)要求I1>>IB和UB>>UBE。

第四十四頁(yè)，共112頁(yè)。靜態(tài)工作點(diǎn)估算

應(yīng)當(dāng)指出，分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路只能使工作點(diǎn)基本不變。實(shí)際上，當(dāng)溫度變化時(shí)，由于β變化，IC也會(huì)有變化。在熱穩(wěn)定性中，β隨溫度變化的影響最大，利用Re可減小β對(duì)Q點(diǎn)的影響。也可采用溫度補(bǔ)償?shù)姆椒p小溫度變化的影響。第四十五頁(yè)，共112頁(yè)。2.4.1工程估算法2.4分立元件放大電路的分析方法工程估算法也稱近似估算法（Approximataevaluation），是在靜態(tài)直流分析時(shí)，列出回路中的電壓或電流方程用來(lái)近似估算工作點(diǎn)的方法，上兩節(jié)圖2.2.4、圖2.3.1的靜態(tài)工作點(diǎn)求解，就應(yīng)用了近似工程算法。2.4.2放大電路的圖解分析在三極管的特性曲線上直接用作圖的方法來(lái)分析放大電路的工作情況，稱之為特性曲線圖解法，簡(jiǎn)稱圖解法（Graphicalanalysismethod）。它既可作靜態(tài)分析，也可作動(dòng)態(tài)分析。第四十六頁(yè)，共112頁(yè)。一、靜態(tài)分析圖2.4.1放大電路的靜態(tài)工作圖解（a)直流通路的分割（b)圖解分析第四十七頁(yè)，共112頁(yè)。

(1)列輸入回路方程，求IB。

(2)在三極管的輸出特性曲線上找出對(duì)應(yīng)的曲線。

本例就是如圖2.4.1（b）所示iB=IB=40μA的那一條輸出特性曲線。

(3)根據(jù)KVL可列出輸出回路方程，亦即輸出回路的直流負(fù)載線方程。

第四十八頁(yè)，共112頁(yè)。

（5）連接M、N得到直線MN，即直流負(fù)載線。其斜率為（－1/Rc）。

（6）直流負(fù)載線與那條輸出特性曲線的交點(diǎn)Q，就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q。

（7）從圖上讀Q點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的電流、電壓值就是靜態(tài)工作點(diǎn)的ICQ、UCEQ值。由圖2.4.1（b）可讀得UCEQ=6V，ICQ=1.5mA。

（4）求特殊點(diǎn)設(shè)iC=0，則uCE=Vcc=12V，橫坐標(biāo)軸上得截點(diǎn)M（12V，0）；設(shè)uCE=0，則iC=Vcc/Rc=3mA，在縱坐標(biāo)軸上得截點(diǎn)N（0，3mA）。

第四十九頁(yè)，共112頁(yè)。*二、動(dòng)態(tài)分析圖2.4.2動(dòng)態(tài)工作圖解（a）由輸入特性求iB（b）由輸出特性求iC、u

CE

第五十頁(yè)，共112頁(yè)。三、靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)輸出波形的影響輸出信號(hào)波形與輸入信號(hào)波形存在差異稱為失真。由于三極管特性的非線性造成的失真稱為非線性失真（Nonlineardistortion），分為截止失真和飽和失真。由于三極管在部分時(shí)間內(nèi)截止而引起的失真，稱為截止失真。由于三極管在部分時(shí)間內(nèi)飽和而引起的失真，稱為飽和失真。

圖2.4.3波形失真（a)截止失真（b）飽和失真（c）截頂失真

第五十一頁(yè)，共112頁(yè)。由此可知，Q點(diǎn)選擇不當(dāng)會(huì)引起失真，概括如下表：

為了減小或避免非線性失真，必須合理選擇靜態(tài)工作點(diǎn)位置，一般選在交流負(fù)載線的中點(diǎn)附近，同時(shí)限制輸入信號(hào)的幅度。

第五十二頁(yè)，共112頁(yè)。四、圖解法的適用范圍

圖解法的優(yōu)點(diǎn)是能直觀形象地反映三極管工作情況，但必須實(shí)測(cè)所用管子的特性曲線，且用它進(jìn)行定量分析時(shí)誤差較大，此外僅能反映信號(hào)頻率較低時(shí)的電壓、電流關(guān)系。因此，圖解法一般適用于輸出幅值較大而頻率不高時(shí)的電路分析。在實(shí)際應(yīng)用中，多用于分析Q點(diǎn)位置、最大不失真輸出電壓、失真情況及低頻功放電路等。

第五十三頁(yè)，共112頁(yè)。2.4.3微變等效電路分析法一、三極管的微變等效模型（Smallsignalequivalentcircuit）所謂“微變”是指微小變化的信號(hào)，即小信號(hào)。在低頻小信號(hào)條件下,工作在放大狀態(tài)的三極管在放大區(qū)的特性可近似看成線性的。這時(shí)，具有非線性的三極管可用一線性電路來(lái)等效,稱之為微變等效模型。圖2.4.4從輸入特性曲線求等效電阻

第五十四頁(yè)，共112頁(yè)。稱為三極管的共射輸入電阻，通常用下式估算

對(duì)于低頻小功率管，估算式可寫(xiě)成

或是動(dòng)態(tài)電阻，只能用于計(jì)算交流量

第五十五頁(yè)，共112頁(yè)。三極管集電極與發(fā)射極之間等效為受控電流源

圖2.4.5三極管簡(jiǎn)化微變等效電路

第五十六頁(yè)，共112頁(yè)。二、三極管放大電路的微變等效電路分析三極管的微變等效電路分析法只能用于放大電路的動(dòng)態(tài)分析，而不能用于靜態(tài)分析。圖2.4.6基本共射電路的微變等效電路第五十七頁(yè)，共112頁(yè)。

1、電壓放大倍數(shù)的估算

2、輸入電阻和輸出電阻的估算公式Ri=Rb∥rbe≈rbe

Ro=Rc

第五十八頁(yè)，共112頁(yè)。2.5.1共集電路的組成、工作原理及其應(yīng)用共集電極電路電原理圖和交流通路如圖2.5.1所示。從交流通路中可以看出，信號(hào)從基極輸入，從發(fā)射極輸出，集電極是輸入、輸出回路的公共端，故稱為共集電極電路。由于被放大的信號(hào)從發(fā)射極輸出，故又名“射極輸出器”。

2.5共集電路和共基電路

一、電路組成第五十九頁(yè)，共112頁(yè)。圖2.5.1共集電路（a）原理電路（b）交流通路第六十頁(yè)，共112頁(yè)。二、工作原理電源VCC給三極管V的集電結(jié)提供反偏電壓，又通過(guò)Rb給發(fā)射結(jié)提供正偏電壓，使V工作在放大區(qū)。ui通過(guò)輸入耦合電容C1加到V的基極，uo通過(guò)輸出耦合電容C2送到負(fù)載RL上。

三、電路靜態(tài)分析VCC＝IBRb＋UBE＋I(xiàn)ERe，又IE=(1+β)IB則

IC=βIB

UCE=VCC－IERe≈VCC－ICRe共集電路求Q點(diǎn)思路：IB(IE)→IC→UCE。Re有穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的作用，當(dāng)IC因溫度升高而增大時(shí)，Re上的壓降（IERe）上升，導(dǎo)致UBE下降，牽制了IC的上升。第六十一頁(yè)，共112頁(yè)。四、共集電路性能指標(biāo)估算及其應(yīng)用

（1）由于輸入電阻高，故用作高輸入電阻的輸入級(jí)。（2）由于輸出電阻低，可提高帶負(fù)載能力，穩(wěn)定輸出電壓，故用作低輸出電阻的輸出級(jí)。（3）因Au≈1，可以隔離前后級(jí)的影響，起阻抗變換和緩沖作用，故用作多級(jí)放大電路的中間級(jí)。

第六十二頁(yè)，共112頁(yè)。2.5.2共基電路

圖2.5.2共基電路（a）原理電路（b）交流通路

Rc為集電極電阻，Re為發(fā)射極偏置電阻，Rb1、Rb2為基極分壓偏置電阻，構(gòu)成分壓式偏置電路。大電容Cb使基極對(duì)地交流短路。其交流通路如圖2.5.2（b）所示，信號(hào)從發(fā)射極輸入，從集電極輸出，基極是輸入、輸出回路的公共端。第六十三頁(yè)，共112頁(yè)。

1．求Q點(diǎn)

共基電路的直流通路與共射分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路的直流通路完全相同，靜態(tài)工作點(diǎn)的求法與之相同。思路：UB→IE→IC→UCE。

2．共基電路的性能指標(biāo)估算3．特點(diǎn)及適用場(chǎng)合共基電路允許的工作頻率較高，高頻特性較好，多用于高頻和寬頻帶電路和恒流源電路中。

Ro=Rc

第六十四頁(yè)，共112頁(yè)。共射、共基、共集電路比較

第六十五頁(yè)，共112頁(yè)。

場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Fieldeffecttransistor，簡(jiǎn)稱FET)是僅由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電的半導(dǎo)體有源器件，它是一種由輸入信號(hào)電壓來(lái)控制其輸出電流大小的半導(dǎo)體三極管，為電壓控制器件。

(1)FET的主要特點(diǎn)輸入電阻非常高，輸入端基本不取電流，噪聲低，受溫度、輻射影響小，制造工藝簡(jiǎn)單，便于大規(guī)模集成。2.6場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其放大電路

(2)FET的分類按結(jié)構(gòu)劃分：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管（Junctionfieldeffecttransistor,簡(jiǎn)稱JFET）和絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管（Insulatedgatefieldeffecttransistor，簡(jiǎn)稱IGFET）。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管有增強(qiáng)型和耗盡型兩類。不論結(jié)型或增強(qiáng)型耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管，它們又有N溝道和P溝道兩種。第六十六頁(yè)，共112頁(yè)。2.6.1增強(qiáng)型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)、圖形符號(hào)及其工作原理

一、結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)示意圖和電路符號(hào)如圖2.6.1所示。其中圖（a）為N溝道結(jié)構(gòu)示意圖。圖2.6.1增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)（a）N溝道管結(jié)構(gòu)示意圖（b）N溝道管符號(hào)（c）P溝道管符號(hào)第六十七頁(yè)，共112頁(yè)。它以一塊摻雜濃度較低的P型硅片作為襯底，利用擴(kuò)散工藝在P型襯底上面的左右兩側(cè)制成兩個(gè)高摻雜的N區(qū)，并用金屬鋁在兩個(gè)N區(qū)引出電極，分別作為源極（Source）s和漏極（Drain）d；然后在P型硅片表面覆蓋一層很薄的二氧化硅（SiO2）絕緣層，在漏源極之間的絕緣層上再噴一層金屬鋁作為柵極（Gate）g；另外在襯底引出襯底引線（Substrate）B（它通常在管內(nèi)與源極s相連接）?？梢?jiàn)這種管子的源極、漏極是絕緣的，故稱絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。第六十八頁(yè)，共112頁(yè)。這種管子由金屬（Metal）、氧化物(Oxide)和半導(dǎo)體(Semiconductor)制成，故稱為MOSFET，簡(jiǎn)稱MOS管。N溝道MOS管稱NMOS管，P溝道MOS管稱PMOS管。圖2.6.1（b）是N溝道增強(qiáng)型MOS管的電路符號(hào)。圖中，襯底B的箭頭方向是PN結(jié)正偏時(shí)的正向電流方向。第六十九頁(yè)，共112頁(yè)。

二、工作原理本節(jié)以N溝道增強(qiáng)型MOS管為例討論其工作原理。1、工作原理工作時(shí)，N溝道增強(qiáng)型MOS管的柵源電壓uGS和漏源電壓uDS均為正向電壓。圖2.6.2N溝道增強(qiáng)型MOS管工作原理示意圖第七十頁(yè)，共112頁(yè)。2.6.2耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管的結(jié)構(gòu)、圖形符號(hào)及其工作原理一、結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)圖2.6.3耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)（a）N溝道管的結(jié)構(gòu)示意圖（b）N溝道管符號(hào)（c)P溝道管符號(hào)第七十一頁(yè)，共112頁(yè)。二、工作原理當(dāng)uGS＝0時(shí)，只要加上正向電壓uDS，就有iD產(chǎn)生。當(dāng)uGS由零向正值增大時(shí)，則加強(qiáng)了絕緣層中的電場(chǎng)，將吸引更多的電子至襯底表面，使溝道加寬，iD增大。反之，uGS由零向負(fù)值增大時(shí)，則削弱了絕緣層中的電場(chǎng)，使溝道變窄，iD減小。當(dāng)uGS負(fù)向增加到某一數(shù)值時(shí)，導(dǎo)電溝道消失，iD≈0，管子截止，此時(shí)所對(duì)應(yīng)的柵源電壓稱為夾斷電壓（Pinchoffvoltage），用UGS(off)表示。第七十二頁(yè)，共112頁(yè)。

1．結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管也分為N溝道和P溝道兩種。

2.6.3結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管簡(jiǎn)介2．結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管中存在原始溝道，故屬于耗盡型。

圖2.6.4結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管3．N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)，柵源之間加反向電壓，即uGS＜0，使兩個(gè)PN結(jié)反偏；漏源之間加正向電壓，即uDS＞0，形成漏極電流iD。第七十三頁(yè)，共112頁(yè)。2.6.4各類場(chǎng)效應(yīng)晶體管的比較第七十四頁(yè)，共112頁(yè)。一、性能參數(shù)2.6.5場(chǎng)效應(yīng)晶體管的主要參數(shù)及使用注意事項(xiàng)1、開(kāi)啟電壓UGS(th)和夾斷電壓UGS(off)2、飽和漏極電流IDSS3、直流輸入電阻RGS4、低頻跨導(dǎo)(互導(dǎo))gm第七十五頁(yè)，共112頁(yè)。二、極限參數(shù)1、最大漏極電流IDM2、最大耗散功率PDM3、漏源擊穿電壓U（BR）DS4、柵源擊穿電壓U（BR）GS第七十六頁(yè)，共112頁(yè)。三、使用注意事項(xiàng)

1．場(chǎng)效應(yīng)管的漏極和源極一般可互換，但有的MOSFET出廠前已將源極與襯底互連，則不能互換。

2．JFET的柵源極之間必須加反偏電壓，以保證有高的輸入電阻。

3．MOSFET應(yīng)防止柵極懸空，以免產(chǎn)生高的感應(yīng)電壓而擊穿絕緣層，故在保存時(shí)應(yīng)將柵源極間短接。

4．MOSFET焊接時(shí)所用電烙鐵外殼必須接地，應(yīng)在焊接時(shí)將烙鐵拔離交流電源后再焊接。

第七十七頁(yè)，共112頁(yè)。*2.6.6場(chǎng)效應(yīng)晶體管的偏置電路

和三極管放大電路一樣，場(chǎng)效應(yīng)管放大電路也應(yīng)由偏置電路提供合適的偏壓，建立一個(gè)合適而穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)，使管子工作在放大區(qū)。另外，不同類型的場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)偏置電壓的極性有不同的要求。

一、自偏壓電路

圖2.6.5自偏壓電路

第七十八頁(yè)，共112頁(yè)。圖2.6.5所示的自偏壓電路中，漏極電流在Rs上產(chǎn)生的源極電位US=IDRs。由于柵極基本不取電流，Rg上沒(méi)有壓降，柵極電位UG=0，所以柵源電壓

UGS＝UG－US＝－IDRs

可見(jiàn)，這種柵偏壓是依靠場(chǎng)效應(yīng)管自身電流ID產(chǎn)生的，故稱為自偏壓電路。顯然，自偏壓電路只能產(chǎn)生反向偏壓，所以它僅適用于耗盡型MOS管和JFET管，而不能用于UGS≥UGS(th)時(shí)才有漏極電流的增強(qiáng)型MOS管。

第七十九頁(yè)，共112頁(yè)。

二、分壓式自偏壓電路圖2.6.6所示是在自偏壓電路的基礎(chǔ)上加接分壓電阻后組成的。這種偏置電路適用于各種類型的場(chǎng)效應(yīng)管。

為增大輸入電阻，一般Rg3選得很大，可取幾兆歐。

圖2.6.6分壓式自偏壓電路

第八十頁(yè)，共112頁(yè)。靜態(tài)時(shí)，源極電位US=IDRs。由于柵極電流為零，Rg3上沒(méi)有電壓降，故柵極電位

則柵偏壓

由上式可見(jiàn)，適當(dāng)選取Rg1、Rg2和Rs值，就可得到各類場(chǎng)效應(yīng)管放大工作時(shí)所需的正、零或負(fù)的偏壓。第八十一頁(yè)，共112頁(yè)。*2.6.7場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路及其性能指標(biāo)估算

一、場(chǎng)效應(yīng)管的簡(jiǎn)化微變等效模型圖2.6.7場(chǎng)效應(yīng)管的簡(jiǎn)化微變等效模型

從輸入回路看，因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻極高，柵極電流趨于0，可認(rèn)為場(chǎng)效應(yīng)管的輸入回路(g、s極間)開(kāi)路。從輸出回路看，場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電流id受柵源電壓ugs控制，id＝gmugs，故輸出回路可用一個(gè)受控電流源gmugs表示。

第八十二頁(yè)，共112頁(yè)。二、場(chǎng)效應(yīng)晶體管共源放大電路的性能指標(biāo)估算圖2.6.8自偏壓共源放大電路微變等效電路

Ri≈Rg

Ro≈Rd

第八十三頁(yè)，共112頁(yè)。2.7.1級(jí)間耦合方式

多級(jí)放大器內(nèi)部各級(jí)之間的連接方式，稱為耦合方式。2.7多級(jí)放大電路

常用的有：

阻容耦合（Resistorcapacitorcoupled）；變壓器耦合（Transformercoupled）；直接耦合（Directcoupled）；光電耦合（Photocoupled）。

第八十四頁(yè)，共112頁(yè)。

一、阻容耦合

圖2.7.1是用電容Ｃ2將兩個(gè)單級(jí)放大器連接起來(lái)的兩級(jí)放大器?？梢钥闯?，第一級(jí)的輸出信號(hào)是第二級(jí)的輸入信號(hào)，第二級(jí)的輸入電阻Ri2是第一級(jí)的負(fù)載。這種通過(guò)電容和下一級(jí)輸入電阻連接起來(lái)的方式，稱為阻容耦合。圖2.7.1兩級(jí)阻容耦合放大器第八十五頁(yè)，共112頁(yè)。阻容耦合的優(yōu)點(diǎn)：①電容隔直，每一級(jí)的Q點(diǎn)各自獨(dú)立，互不影響，這樣就給電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試和維修帶來(lái)很大的方便。②只要耦合電容選得足夠大，就可將前一級(jí)的輸出信號(hào)在相應(yīng)頻率范圍內(nèi)幾乎不衰減地傳輸?shù)较乱患?jí)，使信號(hào)得到充分利用。缺點(diǎn)：它不能用于直流或緩慢變化信號(hào)的放大。第八十六頁(yè)，共112頁(yè)。

二、變壓器耦合級(jí)與級(jí)之間通過(guò)變壓器連接的方式，稱為變壓器耦合。圖2.7.2為變壓器耦合兩級(jí)放大電路，第一級(jí)與第二級(jí)、第二級(jí)與負(fù)載之間均采用變壓器耦合方式。圖2.7.2變壓器耦合兩級(jí)放大器第八十七頁(yè)，共112頁(yè)。變壓器耦合有以下優(yōu)點(diǎn)：①變壓器隔直，各級(jí)的Q點(diǎn)相互獨(dú)立。②在傳輸信號(hào)的同時(shí)，變壓器還有阻抗變換作用，以實(shí)現(xiàn)阻抗匹配。缺點(diǎn)：它的頻率特性較差，常用于選頻放大或要求不高的功率放大電路。第八十八頁(yè)，共112頁(yè)。三、直接耦合前級(jí)的輸出端直接與后級(jí)的輸入端相連接的方式，稱為直接耦合。如圖2.7.3所示。圖2.7.3直接耦合兩級(jí)放大器第八十九頁(yè)，共112頁(yè)。直接耦合放大電路存在問(wèn)題：①各級(jí)的Q點(diǎn)不獨(dú)立，相互影響，相互牽制；②需要合理地安排各級(jí)的直流電平，使它們之間能正確配合；③易產(chǎn)生零點(diǎn)漂移。零點(diǎn)漂移就是當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)為零時(shí)，輸出端還有緩慢變化的電壓產(chǎn)生。

優(yōu)點(diǎn)：低頻特性好，可用于直流和交流以及變化緩慢信號(hào)的放大。圖2.6.3中采用了雙電源和NPN與PNP兩種管型互補(bǔ)直接耦合方式。由于電路中只有半導(dǎo)體管和電阻，便于集成，故直接耦合在集成電路中獲得廣泛應(yīng)用。第九十頁(yè)，共112頁(yè)。

四、光電耦合級(jí)與級(jí)之間通過(guò)光電耦合器相連接的方式，稱為光電耦合。由光敏三極管作為接收管的光電耦合器和由光敏二極管作為接收端的光電耦合器如下圖所示。光耦合器還有達(dá)林頓型、高速型、雙向晶閘管型、集成電路光耦合器等。由于它是通過(guò)電-光-電的轉(zhuǎn)換來(lái)實(shí)現(xiàn)級(jí)間的耦合，優(yōu)點(diǎn)：①各級(jí)的直流工作點(diǎn)相互獨(dú)立。②采用光電耦合，可以提高電路的抗干擾能力。第九十一頁(yè)，共112頁(yè)。2.7.2多級(jí)放大電路性能參數(shù)的估算

單級(jí)放大器的某些性能指標(biāo)可作為分析多級(jí)放大器的依據(jù)。多級(jí)放大器的主要性能指標(biāo)采用以下方法估算。一、電壓放大倍數(shù)由于前級(jí)的輸出電壓就是后級(jí)的輸入電壓，因此，多級(jí)放大器的電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)放大倍數(shù)之積，對(duì)于n級(jí)放大電路，注意：在計(jì)算末級(jí)以外各級(jí)的電壓放大倍數(shù)時(shí)，應(yīng)將后級(jí)的輸入電阻作為前級(jí)的負(fù)載。第九十二頁(yè)，共112頁(yè)。二、輸入電阻多級(jí)放大器的輸入電阻Ri就是第一級(jí)的輸入電阻Ri1，即

Ri=Ri1。三、輸出電阻

多級(jí)放大器的輸出電阻等于最后一級(jí)（第n級(jí)）的輸出電阻Ron，即

Ro=Ron。第九十三頁(yè)，共112頁(yè)。2.8共射放大電路的頻率特性

放大電路的頻率特性可用電壓放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系來(lái)描述，即2.8.1頻率響應(yīng)的基本概念和波特圖放大倍數(shù)模值與頻率之間的關(guān)系，稱為幅頻特性，用Au(f)表示。電壓放大倍數(shù)的相位與頻率之間的關(guān)系，稱為相頻特性，用φ(f)表示。幅頻特性和相頻特性統(tǒng)稱為放大電路的頻率特性。

第九十四頁(yè)，共112頁(yè)。一、幅頻和相頻特性曲線的定性分析

圖2.8.1考慮極間電容時(shí)的共射放大電路第九十五頁(yè)，共112頁(yè)。

1、上、下限截止頻率當(dāng)信號(hào)頻率下降或上升而使電壓放大倍數(shù)下降到中頻區(qū)的0.707倍時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率分別稱為下限截止頻率fL和上限截止頻率fH。這時(shí)相應(yīng)的附加相移分別為+45°和–45°。

2、通頻帶fL與fH之間的頻率范圍稱為通頻帶，用BW表示，即BW＝fH－fL。

第九十六頁(yè)，共112頁(yè)。3、頻率特性曲線共射放大電路頻率特性曲線如下圖所示，可將頻率范圍劃分成三個(gè)區(qū)域分析。

(1)中頻區(qū)(fL＜f＜fH)(2)低頻區(qū)(f＜fL)(3)高頻區(qū)(f＞fH)圖2.8.2共射放大電路頻率特性曲線（a）幅頻特性（b）相頻特性第九十七頁(yè)，共112頁(yè)。

二、頻率失真幅度失真：由于放大電路對(duì)不同頻率分量的放大倍數(shù)不同引起輸出信號(hào)的波形失真。相位失真：由于放大電路對(duì)不同頻率分量的相移不同而造成輸出信號(hào)的波形失真。1、幅度失真和相位失真統(tǒng)稱為頻率失真，產(chǎn)生原因是放大電路的通頻帶BW不夠?qū)?。第九十八?yè)，共112頁(yè)。2、失真分為線性失真和非線性失真。

頻率失真為線性失真。避免方法：應(yīng)使信號(hào)的頻率范圍在放大電路的通頻帶內(nèi)。非線性失真：因放大器件的非線性，工作在非線性區(qū)引起(截止、飽和、截頂)失真。避免方法：①使放大器件有合適Q點(diǎn)；②輸入信號(hào)不能過(guò)大。第九十九頁(yè)，共112頁(yè)。三、共射基本放大電路波特圖圖2.8.3共射基本放大電路的頻率特性波特圖（a）幅頻特性（b）相頻特性工程上將幅頻特性和相頻特性曲線的橫坐標(biāo)采用對(duì)數(shù)刻度，以擴(kuò)展頻率范圍；而縱坐標(biāo)上的電壓放大倍數(shù)用電壓增益分貝數(shù)表示，相位差仍用線性刻度，這種對(duì)數(shù)頻率特性曲線稱為波特圖。第一百頁(yè)，共112頁(yè)。一、三極管的頻率參數(shù)1、共射截止頻率fβ

設(shè)三極管低頻共射電流放大系數(shù)為β0。由于三極管極間電容的存在，β值將隨工作頻率升高而減小。當(dāng)β值下降到β0的0.707時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率，稱為共射上限截止頻率，記作fβ。其關(guān)系為當(dāng)f=fβ時(shí)，2.8.2BJT的頻率參數(shù)與共射電路中電容的選擇第一百零一頁(yè)，共112頁(yè)。2、特征頻率fT

當(dāng)β值下降到1時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率，稱為特征頻率，用fT