電子技術(shù)（電工學(xué)2） 課件全套 電子 第1-7章 常用半導(dǎo)體器件- 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換

第1章常用半導(dǎo)體器件1.2半導(dǎo)體二極管1.3雙極型晶體管1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識1.4場效應(yīng)晶體管*本章要求1.理解PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，雙極型晶體管的電流分配和電流放大作用；2.了解二極管、穩(wěn)壓管和雙極型晶體管的基本構(gòu)造、工作原理和特性曲線，理解主要參數(shù)的意義；3.會分析含有二極管的電路。半導(dǎo)體器件：電子電路重要的組成部分，其基本結(jié)構(gòu)、工作原理、特性和參數(shù)是學(xué)習(xí)電子技術(shù)和分析電子電路的基礎(chǔ)。本章從介紹半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性及PN結(jié)單向?qū)щ娦匀胧郑謩e介紹二極管、雙極型晶體管和場效應(yīng)晶體管的有關(guān)知識，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識1.1.1半導(dǎo)體及其導(dǎo)電特性半導(dǎo)體：導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，如鍺（Ge）、硅（Si）、硒（Se）以及大多數(shù)金屬氧化物和硫化物等。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力在不同條件下差別很大，主要特性：（1）熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)。溫度敏感元件，如熱敏電阻，用于溫度測量、溫度控制電路。（2）光敏性：當(dāng)受光照射，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)。光電元件，如光敏電阻、光電二極管、光電晶體管、光電池等，用于光測量、光控制和光電耦合等電路。（3）摻雜性：純凈半導(dǎo)體摻入微量雜質(zhì)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)。不同類型的半導(dǎo)體元器件，如二極管、晶體管、場效應(yīng)晶體管、晶閘管等，用于各種電子電路。導(dǎo)電特性與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和導(dǎo)電機(jī)理有關(guān)。

完全純凈、不含雜質(zhì)、具有晶體結(jié)構(gòu)的鍺、硅、硒。四價元素，原子最外層電子軌道上有四個價電子。每個原子與相鄰的其他四個原子結(jié)合，每個原子的一個價電子與另一原子的一個價電子組成以共價鍵結(jié)合的共用電子對。1.本征半導(dǎo)體本征激發(fā)：價電子獲得一定能量（溫度升高或受光照），掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電）；同時共價鍵中留下一個空位——空穴（帶正電）。空穴運(yùn)動：失去電子的原子帶正電，吸引附近的價電子填補(bǔ)空穴，使相鄰的原子產(chǎn)生新的空穴。價電子逐次遞補(bǔ)→空穴反向運(yùn)動。半導(dǎo)體兩端加外電壓時，自由電子和空穴都參與導(dǎo)電。兩種載流子：自由電子、空穴兩部分電流：電子電流、空穴電流自由電子和空穴成對出現(xiàn)，同時又不斷成對復(fù)合。在一定溫度下達(dá)到動態(tài)平衡。溫度升高，載流子增多，導(dǎo)電能力增強(qiáng)。溫度對半導(dǎo)體器件性能影響很大。2.雜質(zhì)半導(dǎo)體本征半導(dǎo)體：兩種載流子，但數(shù)量少，導(dǎo)電能力仍很低。摻入微量雜質(zhì)（某種元素），維持原本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)，原子只在少量位置上被雜質(zhì)取代，導(dǎo)電能力大大增強(qiáng)。N型半導(dǎo)體（電子型半導(dǎo)體）：摻入五價元素，如磷（P）。磷原子最外層五個價電子：四個參與共價鍵結(jié)構(gòu)，剩下一個掙脫原子核束縛→自由電子。自由電子數(shù)目大量增加。多數(shù)載流子（多子）：自由電子少數(shù)載流子（少子）：空穴

2.雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體（電子型半導(dǎo)體）：摻入五價元素，如磷（P）。多數(shù)載流子（多子）：自由電子；少數(shù)載流子（少子）：空穴P型半導(dǎo)體（空穴型半導(dǎo)體）：摻入三價元素，如硼（B）。硼原子最外層三個價電子：構(gòu)成共價鍵時缺少一個價電子，產(chǎn)生一個空穴?？昭〝?shù)目大量增加。多數(shù)載流子（多子）：空穴；少數(shù)載流子（少子）：自由電子

1.1.2PN結(jié)及其單向?qū)щ娦詫⒉煌瑩诫s類型、濃度的N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體通過各種方式結(jié)合到一起，能制作出功能各異、品種繁多的半導(dǎo)體器件。制作半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)是PN結(jié)。1.PN結(jié)的形成PN結(jié)：N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體交界面附近的空間電荷區(qū)。交界面兩邊載流子濃度不同，形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動：N區(qū)自由電子→P區(qū)擴(kuò)散，P區(qū)空穴→N區(qū)擴(kuò)散。自由電子和空穴不斷復(fù)合：交界面P區(qū)一側(cè)留下負(fù)離子，N區(qū)一側(cè)留下正離子，形成一個空間電荷區(qū)，產(chǎn)生內(nèi)電場。內(nèi)電場阻礙多子擴(kuò)散，促進(jìn)少子向?qū)?cè)漂移運(yùn)動：N區(qū)空穴→P區(qū)漂移，P區(qū)自由電子→N區(qū)漂移。1.PN結(jié)的形成交界面兩邊載流子濃度不同形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動：N區(qū)自由電子→P區(qū)擴(kuò)散，P區(qū)空穴→N區(qū)擴(kuò)散。內(nèi)電場阻礙多子擴(kuò)散，促進(jìn)少子向?qū)?cè)漂移運(yùn)動：N區(qū)空穴→P區(qū)漂移，P區(qū)自由電子→N區(qū)漂移。開始，擴(kuò)散運(yùn)動占優(yōu)勢→空間電荷區(qū)加寬→內(nèi)電場增強(qiáng)→擴(kuò)散運(yùn)動減弱，漂移運(yùn)動增強(qiáng)。在一定條件下，多子擴(kuò)散運(yùn)動=少子漂移運(yùn)動→動態(tài)平衡→空間電荷區(qū)的寬度穩(wěn)定→

PN結(jié)形成。2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)加正向電壓（正向偏置）：P接電源正極，N接電源負(fù)極。外電場削弱內(nèi)電場→空間電荷區(qū)變薄→多子擴(kuò)散運(yùn)動增強(qiáng)→較大的正向擴(kuò)散電流，很小的正向電阻→

PN結(jié)正向?qū)ā?.PN結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)加反向電壓（反向偏置）：N接電源正極，P接電源負(fù)極。外電場加強(qiáng)內(nèi)電場→空間電荷區(qū)變厚→少子漂移運(yùn)動增強(qiáng)→較小的反向漂移電流，很大的反向電阻→

PN結(jié)反向截止。2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦越Y(jié)論：①

PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕赫驅(qū)ǎ聪蚪刂?。?/p>

溫度升高，少數(shù)載流子數(shù)量增多，反向電流增大，溫度對反向電流的影響很大。1.2半導(dǎo)體二極管1.2.1基本結(jié)構(gòu)和伏安特性PN結(jié)兩端加上相應(yīng)的電極引線，管殼封裝。陽極：P區(qū)的引線，陰極：N區(qū)的引線。箭頭方向：PN結(jié)正向?qū)ǚ较颉０床牧戏郑汗韫?、鍺管。按用途分：普通二極管、整流二極管、發(fā)光二極管、光電二極管、檢波二極管、穩(wěn)壓二極管等。1.基本結(jié)構(gòu)陰極陽極VD（晶體二極管，二極管）按PN結(jié)的結(jié)構(gòu)分：點接觸型、面接觸型等。點接觸型：一般為鍺管，

PN結(jié)面積小，不能承受高的反向電壓和大電流，高頻性能好，適用于小電流整流管、高頻檢波、脈沖數(shù)字電路開關(guān)元件等。面接觸型：一般為硅管，

PN結(jié)面積大，可承受較大的電流，工作頻率較低，一般用作整流。2.伏安特性二極管內(nèi)部只有一個PN結(jié)，具有單向?qū)щ娦浴７蔡匦裕弘娏髋c外加電壓的關(guān)系特性。由正向特性和反向特性組成。2.伏安特性正向特性：（1）死區(qū)（OA段）：外加正向電壓很低，外電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴(kuò)散運(yùn)動的阻力，正向電流幾乎為零。死區(qū)電壓：死區(qū)最大正向電壓，與半導(dǎo)體材料、溫度有關(guān)。硅管：約0.5V，

鍺管：約0.1V。（2）正向?qū)▍^(qū)（AC段）：外電場完全抵消內(nèi)電場對擴(kuò)散運(yùn)動的阻力，正向電流迅速上升。導(dǎo)通管壓降：小，硅管：約0.6～0.8V，

鍺管：約0.2～0.3V。若外加正向電壓較大，二極管一般要串接限流電阻。2.伏安特性反向特性：（1）反向截止區(qū)（OB段）：反向電流很小，受溫度影響較大，隨溫度上升增長很快。反向飽和電流：當(dāng)溫度一定、反向電壓不超過某一范圍時，電流基本恒定。（2）反向擊穿區(qū)（BD段）：反向電壓過高，反向電流突然增大。反向擊穿電壓U（BR）。二極管被擊穿后，一般會失去單向?qū)щ娦?，要對反向電流加以限制，否則將燒壞二極管。普通二極管不允許工作在反向擊穿區(qū)。1.2.2主要參數(shù)電子器件的參數(shù)是其特性的定量描述，選用器件的主要依據(jù)。1.最大整流電流IFM二極管長時間正常工作時，允許通過的最大正向平均電流。實際使用時，流過二極管的平均電流不能超過此值。2.最高反向工作電壓URM反向工作峰值電壓，保證二極管不被反向擊穿所允許施加的最高反向電壓，一般為反向擊穿電壓的1/2或2/3。在使用時，二極管實際所承受的最大反向電壓不能超過此值。3.最大反向電流IRM二極管電壓為反向峰值電壓URM時的反向電流。該值大，管子的單向?qū)щ娦阅懿?，并受溫度的影響也大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大。

1.2.3等效模型二極管是非線性元件。為了簡化分析與計算，用等效模型代替。1.理想模型正向偏置：管壓降為零，相當(dāng)于開關(guān)閉合；反向偏置：電流為零，電阻為無窮大，相當(dāng)于開關(guān)斷開。2.恒壓源模型正向?qū)ǎ汗軌航禐楹愣ㄖ担韫芗s為0.7V，鍺管約為0.3V；反向偏置：電流為零，電阻為無窮大。1.2.4應(yīng)用電路利用二極管單向?qū)щ娦?，可作整流、檢波、限幅、鉗位、元件保護(hù)、數(shù)字電路的開關(guān)元件等。含二極管電路的分析步驟：（1）判斷二極管的工作狀態(tài)，即導(dǎo)通或截止。假定二極管斷開，計算陽極、陰極電位，或陽極與陰極間電壓。若V陽＞V陰，或UD

＞0：二極管正向?qū)ǎ蝗鬡陽＜V陰，或UD

＜0：二極管反向截止。理想二極管正向?qū)〞r管壓降為零，反向截止時相當(dāng)于斷開；否則，正向管壓降硅管約為0.7V，鍺管約為0.3V。（2）根據(jù)二極管工作狀態(tài)，再進(jìn)行其他分析及計算。例1試分別分析二極管為硅管和鍺管時，二極管兩端的電壓和通過二極管的電流。解：（a）二極管正向接法，導(dǎo)通：硅管：UD=0.7V，鍺管：UD=0.3V，（b）二極管反向接法，截止：不論硅管和鍺管，UD=3V，I=0mA例2R和C構(gòu)成微分電路。試畫出輸出電壓uo的波形。設(shè)uC（0）=0。解：ui=U：電容被很快充電→uR正尖脈沖→VD反向截止→uo=0ui=0：電容很快放電→uR負(fù)尖脈沖→VD正向?qū)ā鷘o=uRVD起檢波作用，除去正尖脈沖。t0uRt0uouitU0例3已知輸入信號ui=Umsin

t，Um>US，試畫出輸出電壓uo的波形。假設(shè)二極管VD為理想二極管。解：選定參考點，假定VD斷開：V陽=ui

，V陰=USui＞US：V陽＞V陰，VD導(dǎo)通，uo=USui＜US：V陽＜V陰，VD截止，uo=ui

VD起限幅的作用。USUSuoO

tUS例4已知輸入信號ui=Umsin

t，Um>US，試畫出輸出電壓uo的波形。假設(shè)二極管VD為理想二極管。解：選定參考點，假定VD斷開：V陽=ui

，V陰=USui＞US：V陽＞V陰，VD導(dǎo)通，uo=uiui＜US：V陽＜V陰，VD截止，uo=US

VD起限幅的作用。USUSVDR例5已知輸入端的電位分別為VA=+3V，VB=0V，求輸出端Y的電位VY。假設(shè)二極管VD1、VD2均為硅管。解：假定VD1、VD2斷開：V1陽=VA=+3V，V2陽

=VB=0V，V1陰=V2陰

=-12V，UD1=15V，UD2=12V，∵UD1

＞UD2

，∴VD1優(yōu)先導(dǎo)通VY=VA–0.7V=+3V–0.7V=2.3V

VY＞VB，VD2截止。VD1起鉗位的作用，將Y端電位鉗制在2.3V；VD2起隔離的作用，把輸入端B與輸出端Y隔離開來。

1.2.5特殊二極管_+VS一種用特殊工藝制造的面接觸型硅二極管。外形和內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管相似。正向特性：與普通二極管一樣；反向特性：曲線很陡，即反向擊穿后，電流變化很大，兩端電壓變化很小。正常工作加反向電壓。由于制造工藝的特殊性，一定范圍內(nèi)穩(wěn)壓二極管反向擊穿可逆。但反向電流過大，超過了其允許值，也會發(fā)生熱擊穿而損壞。所以穩(wěn)壓二極管在使用時必須串聯(lián)一個適當(dāng)大小的限流電阻。主要參數(shù)1.穩(wěn)定電壓US反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。隨工作電流、溫度不同而略有改變，即使同一型號的穩(wěn)壓二極管，US也有一定的分散性。

2.穩(wěn)定電流IS進(jìn)入反向擊穿區(qū)所必需的電流參考值。實際電流大于IS時，穩(wěn)壓性能較好。為了預(yù)防熱擊穿，規(guī)定一個最大穩(wěn)定電流ISM。3.最大允許耗散功率PSM管子不致發(fā)生熱擊穿的最大功率損耗，PSM=USISM。4.動態(tài)電阻rs

反向特性曲線愈陡，動態(tài)電阻愈小，穩(wěn)壓性愈好。5.電壓溫度系數(shù)

U環(huán)境溫度每變化1℃引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。4V<US<7V時，電壓溫度系數(shù)接近零。2.發(fā)光二極管（LED）將電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件。由磷砷化鎵（GaAsP）、磷化鎵（GaP）等半導(dǎo)體材料制成。外加正向電壓：多數(shù)載流子在擴(kuò)散過程中相遇復(fù)合，過剩的能量以光子的形式釋放出來，產(chǎn)生一定波長的光。光的顏色與所采用的半導(dǎo)體材料及濃度有關(guān)，常用的有紅、綠、黃、藍(lán)和紫等顏色的發(fā)光二極管。正向工作電壓：比普通二極管高，約為1～2V；反向擊穿電壓：比普通二極管低，約為5V。發(fā)光亮度與工作電流有關(guān)，一般為幾～十幾毫安。優(yōu)點：體積小、工作電壓低、工作電流小、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快、壽命長等。用途：優(yōu)良的光源，各種電子設(shè)備、家用電器、顯示裝置。3.光電二極管（光敏二極管）將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的特殊二極管。P區(qū)比N區(qū)薄得多，管殼上嵌有一個玻璃窗口，便于光線射入。工作在反向偏置狀態(tài)：無光照：和普通二極管一樣，反向電流很?。ǎ?.2

A）；有光照：反向電流明顯增大，且光照度愈強(qiáng)，反向電流愈大。用途：測量光的強(qiáng)度，需要光電轉(zhuǎn)換的自動探測、計數(shù)、控制等裝置中。

1.3雙極型晶體管最重要的一種半導(dǎo)體器件，各種電子電路的核心器件：放大電路（利用放大特性），邏輯電路（利用開關(guān)特性）。晶體管的廣泛使用促進(jìn)了電子技術(shù)的飛躍發(fā)展。1.3.1基本結(jié)構(gòu)晶體管的種類很多。按工作頻率分：高頻管、中頻管、低頻管；按功率分：小功率管、中功率管、大功率管；按使用材料分：硅管、鍺管；按制造工藝分：平面型（多硅管）、合金型（多鍺管）。（晶體管，三極管）晶體管內(nèi)部結(jié)構(gòu)：三層不同類型的半導(dǎo)體，兩個PN結(jié)。我國生產(chǎn)的硅管多為NPN型，鍺管多為PNP型。工作原理類似，僅在使用時電源極性連接不同而已。

NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECPNP型BECIBIEICBECIBIEICPPN基極發(fā)射極集電極BECBECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點：集電區(qū)：摻雜濃度較高基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)：面積小集電結(jié)：面積大1.3.2電流分配與放大作用發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置。NPN管：

發(fā)射結(jié)正偏：VB>VE集電結(jié)反偏：VC>VB

即VC>VB>VE1.晶體管放大的外部條件PNP管：

發(fā)射結(jié)正偏：VB<VE集電結(jié)反偏：VC<VB

即VC<

VB<

VE共發(fā)射極接法：基極回路、集電極回路，發(fā)射極是公共端。2.電流分配與放大作用改變RB，基極電流IB、集電極電流IC、發(fā)射極電流IE發(fā)生變化。共發(fā)射極接法：基極回路、集電極回路，發(fā)射極是公共端。IB/mA00.020.040.060.080.10IC/mA＜0.0010.701.502.303.103.95IE/mA＜0.0010.721.542.363.184.052.電流分配與放大作用改變RB，基極電流IB、集電極電流IC、發(fā)射極電流IE發(fā)生變化。結(jié)論：（1）電流符合KCL，，反映電流分配關(guān)系。（2）IC

IE

IB

，

且

IC

IB，反映電流放大作用（小基極電流IB對大集電極電流IC的控制作用）。（3）IB=0（基極開路）時，IC=ICEO

0（穿透電流）。原因：載流子在晶體管內(nèi)部的運(yùn)動規(guī)律。IB/mA00.020.040.060.080.10IC/mA＜0.0010.701.502.303.103.95IE/mA＜0.0010.721.542.363.184.05BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE進(jìn)入P區(qū)的電子僅少數(shù)與基區(qū)空穴復(fù)合，形成電流IBE，多數(shù)電子擴(kuò)散到集電區(qū)從基區(qū)擴(kuò)散來的電子漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE集電結(jié)反偏，少子形成反向電流ICBOIC=ICE+ICBO

ICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBO

IBE直流電流放大系數(shù)：（常用公式）若IB=0,則

IC=ICEO0（集－射極間穿透電流）ICBO受溫度影響較大。溫度

，基極電流IB

、集電極電流IC

。1.3.3伏安特性曲線表示晶體管各極電壓和電流之間相互關(guān)系的曲線，反映晶體管的特性，是分析和設(shè)計放大電路的重要依據(jù)。最常用的是共發(fā)射極接法的輸入特性曲線和輸出特性曲線。由于晶體管特性的分散性，半導(dǎo)體器件手冊中給出的特性曲線只能作為參考，在實際中可用晶體管特性圖示儀直觀地顯示出來，也可以通過實驗測得。1.輸入特性曲線基極、發(fā)射極間為發(fā)射結(jié)，正偏，晶體管的輸入特性曲線與二極管的正向伏安特性曲線相似，非線性。硅管死區(qū)電壓約為0.5V，鍺管死區(qū)電壓約為0.1V。正常工作的發(fā)射結(jié)電壓：NPN型硅管UBE

0.6～0.8V，PNP型鍺管UBE

-0.2～-0.3V。2.輸出特性曲線不同的IB，輸出特性曲線不同。一族曲線。劃分為三個工作區(qū)，分別對應(yīng)晶體管的三種工作狀態(tài)。（1）放大區(qū)（線性區(qū)）：近似水平直線的區(qū)域。條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。特點：IC的大小受IB的控制，有。

iC的大小幾乎與uCE無關(guān)，恒流特性，晶體管看作受基極電流控制的受控恒流源。2.輸出特性曲線（2）截止區(qū)：IB=0以下的區(qū)域。條件：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置。特點：IC=ICEO

0UCE

UCC相當(dāng)于斷開的開關(guān)。2.輸出特性曲線（3）飽和區(qū)：靠近縱軸的區(qū)域。條件：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置。特點：UCE

0相當(dāng)于接通的開關(guān)。晶體管三種工作狀態(tài)的電壓和電流(a)放大+UBE>0

ICIB+UCE

UBC<0+(b)截止IC

0IB=0+UCE

UCC

UBC<0++UBE

0

(c)飽和+UBE>

0

IB+UCE

0

UBC>0+發(fā)射結(jié)正向偏置集電結(jié)反向偏置NPN型：VC>VB>VEPNP型：VC<VB<VE發(fā)射結(jié)反向偏置集電結(jié)反向偏置NPN型：VB最低PNP型：VB最高發(fā)射結(jié)正向偏置集電結(jié)正向偏置NPN型：VB最高PNP型：VB最低（1）V1=3.5V，V2=2.9V，V3=12V。NPN型硅管，1、2、3依次為B、E、C（2）V1=3V，V2=2.8V，V3=12V。（3）V1=6V，V2=11.4V，V3=12V。（4）V1=6V，V2=11.8V，V3=12V。NPN型鍺管，1、2、3依次為B、E、CPNP型硅管，1、2、3依次為C、B、EPNP型鍺管，1、2、3依次為C、B、E例1測得工作在放大電路中四個晶體管三個極的電位值V1、V2、V3，判斷管子的類型、材料及三個極。解：U12=0.6V（硅管）V3最高（集電極）管號VB（V）VC（V）VE（V）T1-0.3-50T22.732.32T31-60T1：UBE=-0.3V，UBC=4.7V，

兩個PN結(jié)一正偏、一反偏，放大狀態(tài)，PNP型T2：UBE=0.73V，UBC=0.4V，

UCE=0.3V（≈0），飽和狀態(tài)，發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正偏，NPN型T3：UBE=1V，UBC=7V，UCE=-6V，截止?fàn)顟B(tài)，發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均反偏，PNP型例2測得電路中晶體管各極對地的電位值如下表所示，判斷各管的工作狀態(tài)及類型。解：1.3.4主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)晶體管的電流放大能力。含義不同，但在輸出特性曲線族線性比較好（平行、等間距）且ICEO較小的情況下，兩者的數(shù)值差別很小。一般工程估算中，常用晶體管的

值在20~200之間。太小，放大作用差；太大，管子性能不穩(wěn)定。一般放大電路采用

值在30～80的晶體管為宜。

靜態(tài)電流（直流）放大系數(shù)動態(tài)電流（交流）放大系數(shù)2.極間反向電流（1）集–基極間反向飽和電流ICBO發(fā)射極開路，集電結(jié)反向偏置時，集電區(qū)和基區(qū)中少數(shù)載流子向?qū)Ψ竭\(yùn)動所形成的電流。受溫度影響大，影響晶體管工作的穩(wěn)定性，ICBO越小越好。小功率鍺管：約為幾微安～幾十微安，小功率硅管：1微安以下。（2）集–射極間穿透電流ICEO基極開路，集電結(jié)反偏、發(fā)射結(jié)正偏時，集電極電流。ICEO=(1+

)ICBO，所以ICEO較ICBO受溫度的影響更大。小功率鍺管：約為幾十微安，小功率硅管：約為幾微安。在溫度變化范圍大的工作環(huán)境，放大電路晶體管應(yīng)選用硅管。3.極限參數(shù)限定了使用時不允許超過的限度。（1）集電極最大允許電流ICMIC超過一定值時，

值顯著下降，甚至可能損壞晶體管。ICM：

值下降到正常值的三分之二時的集電極電流。（2）集–射極間反向擊穿電壓U(BR)CEO基極開路時，加在集電極與發(fā)射極間的最大允許電壓。UCE>U(BR)CEO，ICEO急劇增大，晶體管被反向擊穿，損壞。一般使U(BR)CEO>（2～3）UCC。（3）集電極最大允許耗散功率PCM取決于管子允許結(jié)溫（硅管：約150℃，鍺管：70～90℃）。工作時PC

PCM=IC

UCE在晶體管輸出特性曲線族上可作出PCM曲線。由ICM、U(BR)CEO、PCM三個極限參數(shù)確定晶體管安全工作區(qū)。1.3.5特殊三極管1.光電三極管（光敏三極管）將光信號轉(zhuǎn)換成電流信號的半導(dǎo)體器件，把光電流放大

倍。光電耦合器：一個發(fā)光二極管、一個光電三極管封裝在一起。輸入端加電信號→發(fā)光二極管發(fā)光→光電三極管產(chǎn)生光電流→輸出端引出→實現(xiàn)電–光–電的傳輸和轉(zhuǎn)換。優(yōu)點：以光為媒介實現(xiàn)電信號的傳輸，輸入端與輸出端電氣絕緣，抗干擾、隔噪聲，響應(yīng)速度快、工作穩(wěn)定可靠、壽命長、傳輸信號失真小、工作頻率高，具有完成電平轉(zhuǎn)換、實現(xiàn)電位隔離等功能。2.達(dá)林頓三極管（復(fù)合管）由兩只輸出功率大小不等的晶體管按一定接線規(guī)律復(fù)合而成。根據(jù)內(nèi)部兩種類型晶體管復(fù)合情況不同，有四種形式。復(fù)合管的極性取決于第一只晶體管，復(fù)合管的特性取決于第二只晶體管。復(fù)合管的電流放大系數(shù)近似為兩管電流放大系數(shù)的乘積。用途：功率放大管，電源調(diào)整管。1.4場效應(yīng)晶體管*外形與普通晶體管相似，但工作機(jī)理和控制特性截然不同。普通晶體管：雙極型晶體管，兩種載流子。電流控制元件，信號源必須提供一定的電流才能工作。輸入電阻較低，僅102～104Ω。場效應(yīng)晶體管：單極型晶體管，一種載流子。電壓控制元件，輸出電流決定于輸入端電壓的大小，不需要信號源提供電流。輸入電阻很高，可達(dá)109～1014Ω。優(yōu)點：穩(wěn)定性好、噪聲低、制造工藝簡單、便于集成等，用途：放大電路、數(shù)字電路中。（場效晶體管，場效應(yīng)管）按參與導(dǎo)電的載流子分：N溝道（載流子為自由電子）、

P溝道（載流子為空穴）；按工作狀態(tài)分：增強(qiáng)型、耗盡型兩類；按結(jié)構(gòu)分：結(jié)型、絕緣柵型。1.4.1絕緣柵型場效應(yīng)管金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管，簡稱MOS管。1.結(jié)構(gòu)與工作原理N溝道絕緣柵型場效應(yīng)晶體管：P型硅做襯底，兩個高摻雜的N+區(qū)——引出漏極D、源極S。N+擴(kuò)散區(qū)之間P型硅表面SiO2絕緣體+金屬鋁——引出柵極G。SiO2絕緣層SiO2絕緣層N溝道絕緣柵型場效應(yīng)晶體管：漏極D、源極S、柵極G。耗盡型場效應(yīng)晶體管：在SiO2絕緣層中摻入大量的正離子，產(chǎn)生足夠強(qiáng)的內(nèi)電場，P型襯底硅表層的多子空穴被排斥開，感應(yīng)出很多電子，漏極和源極之間形成N型導(dǎo)電溝道（電子溝道）。即使柵-源極之間不加電壓，UGS=0，漏-源極之間存在原始導(dǎo)電溝道。SiO2絕緣層N溝道絕緣柵型場效應(yīng)晶體管：漏極D、源極S、柵極G。耗盡型場效應(yīng)晶體管：UGS=0，漏-源極間存在原始導(dǎo)電溝道。增強(qiáng)型場效應(yīng)晶體管：在SiO2絕緣層中摻入的正離子數(shù)量少或不摻入正離子，不能產(chǎn)生原始導(dǎo)電溝道。只有柵-源極之間加正向電壓，UGS>0，漏-源極之間才能形成導(dǎo)電溝道。

N溝道絕緣柵型場效應(yīng)晶體管工作原理：柵-源極之間電壓UGS對漏-源極之間電流ID的控制作用。UDS為常數(shù)，當(dāng)UGS增加→柵極與襯底之間的電場增強(qiáng)→導(dǎo)電溝道變寬→等效電阻變小，漏極電流ID增加；當(dāng)UGS減小→漏極電流ID減小。P溝道絕緣柵型場效應(yīng)晶體管與N溝道絕緣柵型場效應(yīng)晶體管的工作原理是一樣的，但兩者電源極性、電流方向相反。

2.特性曲線（1）轉(zhuǎn)移特性曲線UGS=0：漏-源極間原始導(dǎo)電溝道導(dǎo)電——漏極飽和電流IDSS。UGS>0：溝道內(nèi)感應(yīng)出更多電子，溝道變寬，iD增加；UGS<0：溝道內(nèi)感應(yīng)出正電荷與電子復(fù)合，溝道變窄，iD減小。UGS達(dá)到一定負(fù)值：導(dǎo)電溝道內(nèi)載流子（電子）因復(fù)合而耗盡，溝道被夾斷，iD

0——夾斷電壓UGS(off)。N溝道耗盡型2.特性曲線（1）轉(zhuǎn)移特性曲線在UGS(off)≤UGS≤0范圍內(nèi)（2）輸出特性曲線可變電阻（Ⅰ）區(qū)：iD與uDS線性關(guān)系，受UGS控制可變電阻區(qū)。線性放大（Ⅱ）區(qū)：iD幾乎不隨uDS變化而變化，iD趨于飽和，曲線近似平行于橫坐標(biāo)。iD隨UGS線性變化。

N溝道耗盡型N溝道增強(qiáng)型（1）轉(zhuǎn)移特性曲線IDO：uGS=2UGS(th)時的漏極電流值；UGS(th)：開啟電壓，當(dāng)UDS一定時，將漏、源極間溝道連通的最小柵、源極之間的電壓。（2）輸出特性曲線柵-源極電壓uGS為正時，才能控制漏極電流iD。一般情況下，N溝道耗盡型場效應(yīng)管工作在負(fù)柵-源極電壓狀態(tài)。1.4.2主要參數(shù)1.直流參數(shù)飽和漏極電流IDSS、夾斷電壓UGS(off)、開啟電壓UGS(th)、柵-源直流輸入電阻RGS。RGS：柵-源之間所加電壓與產(chǎn)生的柵極電流之比。由于絕緣柵型場效應(yīng)管柵極電流幾乎為零，RGS＞109

。2.交流參數(shù)跨導(dǎo)gm：UDS為某一固定值時，柵極輸入電壓每變化1V所引起的漏極電流ID的變化量。衡量場效應(yīng)管放大能力的重要參數(shù)（相當(dāng)于晶體管的

）。

3.極限參數(shù)最大漏-源極擊穿電壓U(BR)DS：漏、源極間的反向擊穿電壓，即漏極電流ID開始急劇上升時的UDS值。

1.4.3場效應(yīng)晶體管與雙極型晶體管的比較項目雙極型晶體管場效應(yīng)晶體管載流子兩種載流子（電子與空穴）同時參與導(dǎo)電一種載流子（電子或空穴）參與導(dǎo)電控制方式電流控制電壓控制類型NPN型與PNP型N溝道與P溝道放大參數(shù)

=20～100gm=1～5mA/V輸入電阻102～104

109～1014

輸出電阻rce很高rds很高熱穩(wěn)定性差好制造工藝較復(fù)雜簡單，成本低對應(yīng)極基極-柵極，發(fā)射極-源極，集電極-漏極第2章基本放大電路2.2分壓式偏置放大電路2.3射極輸出器2.1共射極放大電路2.6功率放大電路*2.5差分放大電路2.4多級放大電路2.7場效應(yīng)管放大電路*本章要求：理解單管交流放大電路的結(jié)構(gòu)和共發(fā)射極、共集電極放大電路的性能特點。掌握靜態(tài)工作點的估算方法和放大電路的微變等效電路分析法。3.了解放大電路的頻率特性、多級放大電路的性能特點。4.了解差分放大電路的工作原理和性能特點、互補(bǔ)功率放大電路的工作原理。5.了解場效晶體管的電流放大作用、主要參數(shù)的意義。放大電路（放大器）是模擬電子電路中最基本、最重要的一種單元電路。作用：不失真地放大信號的幅度（電壓或電流）或功率。實質(zhì)：實現(xiàn)能量的控制與轉(zhuǎn)換。有源元件（雙極型晶體管或場效應(yīng)晶體管）對直流電源的能量進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換，小能量輸入信號→大能量輸出信號。放大的對象：信號的變化量。常用的測試信號：正弦波。本章涉及由分立元器件組成的幾種常用基本放大電路，將討論它們的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、分析方法以及特點和應(yīng)用。重點分析雙極型晶體管放大電路。雙極型晶體管放大電路有三種形式（三種組態(tài)）：共射極放大電路、共集電極放大電路、共基極放大電路。組態(tài)判斷：交流通路中輸入回路和輸出回路公共端對應(yīng)的極。2.1共射極放大電路2.1.1共射極放大電路的組成發(fā)射極：輸入回路、輸出回路的公共端。C2+RLuo+–RSusC1++–ui+–+–UCCRBUBBRCVT+–信號源負(fù)載2.1共射極放大電路2.1.1共射極放大電路的組成發(fā)射極：輸入回路、輸出回路的公共端。C2+RLuo+–RSusC1++–ui+–+–UCCRBUBBRCVT+–晶體管VT放大元件，集電結(jié)反偏，發(fā)射結(jié)正偏，iC=iB?；鶚O電源UBB與基極電阻RB使發(fā)射結(jié)正偏，提供合適的基極電流。幾十千歐到幾百千歐。

集電極電源UCC

為電路提供能量，使集電結(jié)反偏。幾伏到幾十伏。2.1共射極放大電路2.1.1共射極放大電路的組成發(fā)射極：輸入回路、輸出回路的公共端。C2+RLuo+–RSusC1++–ui+–+–UCCRBUBBRCVT+–集電極電阻RC將電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷旱淖兓?。幾千歐到幾十千歐。

耦合電容C1

、C2

隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系，使交流信號順利輸入、輸出。幾微法到幾十微法的極性電容器，注意極性。直流量：大寫字母，大寫下標(biāo)，如IB、UBE

；交流量：小寫字母，小寫下標(biāo)，如ib、ube

；疊加量：小寫字母，大寫下標(biāo)，如iB、uBE。C2+RLuo+–RSusC1++–ui+–+–UCCRBUBBRCVT+–單電源供電電路iB=IB+ibiC=IC+iciE=IE+ieuBE=UBE+ubeuCE=UCE+uce放大電路分析：靜態(tài)、動態(tài)兩種情況。靜態(tài)：放大電路沒有輸入信號，ui=0；電路中的電壓、電流都是直流分量（靜態(tài)值）。動態(tài)：有輸入信號，ui≠0

。交流信號疊加在直流分量上，電壓、電流是疊加量。由于電容等元件的存在，直流分量所流經(jīng)的通路和交流分量所流經(jīng)的通路不完全相同，把直流電源、輸入信號對電路的作用區(qū)分開，用直流通路和交流通路分別進(jìn)行研究。直流通路：用于靜態(tài)分析，計算靜態(tài)工作點，分析靜態(tài)工作點與波形失真的關(guān)系。交流通路：用于動態(tài)分析，計算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等性能指標(biāo)。2.1.2靜態(tài)分析與計算（固定值）將電容視為開路直流通路固定偏置式共射極放大電路在VT輸入/輸出特性曲線上對應(yīng)一點——靜態(tài)工作點Q

2.1.3放大電路的動態(tài)性能指標(biāo)反映：放大電路的放大能力、帶負(fù)載能力、對信號源的大小和頻率影響等。（1）電壓放大倍數(shù)Au衡量放大電路對輸入信號放大能力。越大，放大能力越強(qiáng)。當(dāng)輸入信號為正弦交流信號Au大小取決于放大電路的結(jié)構(gòu)和組成電路各個元器件的參數(shù)。在工程上，Au常用以10為底的對數(shù)增益表示，基本單位：B（貝爾，Bel），十分之一單位dB（分貝）。（2）輸入電阻ri

放大電路對信號源來說是一個負(fù)載，可用一個電阻等效代替。放大電路的輸入電阻ri：從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻。放大電路輸入端從信號源所獲得的信號電壓為

、RS一定時，ri越大，輸入電壓越大，輸出電壓也將越大；同時從信號源獲取的電流越小，可減輕信號源的負(fù)擔(dān)。輸入電阻ri：衡量放大電路向信號源索取信號大小的能力。值越大，放大電路索取信號的能力越強(qiáng)。一般希望輸入電阻遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于信號源內(nèi)阻。（3）輸出電阻ro

放大電路的輸出信號給負(fù)載，對負(fù)載來說，放大電路相當(dāng)于負(fù)載的信號源，可用一個等效電壓源來代替。輸出電阻ro

：等效電壓源內(nèi)阻，等于負(fù)載開路時，從放大電路的輸出端看進(jìn)去的等效電阻，用戴維寧定理中求電源內(nèi)阻的開路短路法計算。輸出電阻ro：衡量放大電路帶負(fù)載的能力。值越小，負(fù)載變化時，輸出電壓變化越小，帶負(fù)載能力越強(qiáng)。輸出端開路電壓輸出端短路電流（4）通頻帶

描述放大電路頻率特性的重要指標(biāo)。輸入信號：非單一頻率正弦波，包括不同頻率的正弦分量。輸入信號的頻帶：輸入信號所包含的正弦分量的頻率范圍。放大電路中有電容，晶體管的PN結(jié)存在結(jié)電容，電容容抗隨頻率變化而變化，因此放大電路的輸出電壓隨頻率變化而變化，造成同一放大電路對不同頻率輸入信號的電壓放大倍數(shù)不同。幅頻特性：電壓放大倍數(shù)的大小隨頻率的變化規(guī)律。（4）通頻帶

幅頻特性：電壓放大倍數(shù)的大小隨頻率的變化規(guī)律。中頻段：最大，且?guī)缀跖c頻率無關(guān)；低頻段、高頻段：下降。通頻帶寬，輸入信號中更多的正弦分量放大倍數(shù)相同或變化較小，輸出信號重現(xiàn)輸入信號波形。下限截止頻率上限截止頻率通頻帶2.1.4動態(tài)分析與計算動態(tài)分析：分析放大電路對交流信號的放大能力及性能指標(biāo)。一般采用微變等效電路法。微變等效電路法：當(dāng)交流信號比較?。ㄎ⒆兞浚r，晶體管各電壓、電流在靜態(tài)工作點附近的小范圍內(nèi)變化。將晶體管看作一個線性器件，進(jìn)而將放大電路等效為一個線性電路，用線性電路理論來分析計算晶體管放大電路。微變等效電路法的分析步驟：（1）畫出放大電路的交流通路；（2）畫出放大電路的微變等效電路；（3）計算放大電路主要的性能指標(biāo)。1.晶體管的微變等效電路晶體管的輸入特性曲線非線性，輸入信號很小時，在靜態(tài)工作點Q附近一段曲線可視為直線。晶體管的輸入電阻：晶體管基極、發(fā)射極間相當(dāng)于一個電阻rbe低頻小功率晶體管：

（幾百~幾千歐）1.晶體管的微變等效電路晶體管基極、發(fā)射極間相當(dāng)于一個電阻rbe低頻小功率晶體管：

（幾百~幾千歐）晶體管工作于放大狀態(tài)，集電極電流的交流分量與基極電流的交流分量成線性關(guān)系，即ic=

ib，集電極、發(fā)射極之間等效為一個受ib控制的恒流源。晶體管的微變等效電路2.放大電路的交流通路交流信號的流通路徑。耦合電容值大，容抗很小，對交流信號的電壓降忽略不計。交流通路畫法：將放大電路中的耦合電容、直流電壓源短路。3.放大電路的微變等效電路及其計算晶體管用其微變等效電路代替→放大電路的微變等效電路（1）放大電路的電壓放大倍數(shù)：負(fù)號：共射極放大電路的輸出電壓與輸入電壓的相位相反?？蛰d電壓放大倍數(shù)：輸出端開路（未接負(fù)載電阻RL）接負(fù)載電阻時，RL越大，Au越大。為提高Au

，選大RL。（比有載時增大）（2）放大電路的輸入電阻：（較?。?）放大電路的輸出電阻：（較大）（1）放大電路的電壓放大倍數(shù)：例1已知，UCC=12V，RB=300k

，RC=3k

，RL=3k

，

=50。試求：（1）放大電路的靜態(tài)值；（2）電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。解：（1）例1已知，UCC=12V，RB=300k

，RC=3k

，RL=3k

，

=50。試求：（1）放大電路的靜態(tài)值；（2）電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。解：（2）2.1.5圖解法分析*利用晶體管的特性曲線和已知輸入信號的波形作圖，對放大電路的靜態(tài)和動態(tài)進(jìn)行分析。1.直流負(fù)載線與靜態(tài)工作點直流負(fù)載線：對應(yīng)晶體管輸出特性曲線坐標(biāo)系中的一條直線。斜率：?1/RC橫軸截距：UCC縱軸截距：UCC/RC直流負(fù)載線2.1.5圖解法分析*利用晶體管的特性曲線和已知輸入信號的波形作圖，對放大電路的靜態(tài)和動態(tài)進(jìn)行分析。1.直流負(fù)載線與靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點畫法：（1）根據(jù)直流通路求出IB；（2）由IB確定的某條輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點→靜態(tài)工作點Q。直流負(fù)載線：對應(yīng)晶體管輸出特性曲線坐標(biāo)系中的一條直線。2.交流負(fù)載線與動態(tài)工作范圍放大電路加交流信號后，晶體管的各個電壓和電流均是在靜態(tài)值的基礎(chǔ)上疊加一個交流量，電路的工作點將在靜態(tài)工作點Q附近變化。交流負(fù)載線：對應(yīng)的直線斜率為。交流信號為零時，工作點一定是靜態(tài)工作點Q，交流負(fù)載線一定也過靜態(tài)工作點Q，但比直流負(fù)載線陡。當(dāng)負(fù)載開路時，交流負(fù)載線與直流負(fù)載線重合。輸入電壓ui=ube→使uBE在輸入特性曲線的Q1～Q2之間變化→iB隨之變化→依次畫出iC、uCE的波形。動態(tài)工作范圍：直線段Q1Q2，工作點移動的軌跡。此時因靜態(tài)工作點適當(dāng)，輸出信號無失真放大。→在輸出特性曲線上對應(yīng)得到iC、uCE的變化范圍交流信號的傳輸過程：ui（ube）→uBE→iB→iC→RCiC→uo（uce）；電壓放大倍數(shù)：輸出電壓的幅值與輸入電壓的幅值之比；晶體管具有反相放大作用：輸出電壓uo與輸入電壓ui相位相反集電極電位變化與基極電位變化極性相反

3.非線性失真失真：輸出波形與輸入波形不完全一致。引起失真的原因有多種。非線性失真：因晶體管特性的非線性而引起的失真。主要原因：靜態(tài)工作點Q設(shè)置不合適，或信號過大，放大電路的工作范圍超出了晶體管特性曲線的線性區(qū)。靜態(tài)工作點適當(dāng)，輸出信號無失真放大。截止失真：Q太低→ui負(fù)半周進(jìn)入截止區(qū)→iC、uCE失真→uo失真減小RB消除截止失真飽和失真：Q太高→ui正半周進(jìn)入飽和區(qū)→iC、uCE失真→uo失真增大RB消除飽和失真設(shè)置合適的靜態(tài)工作點：一般選在交流負(fù)載線的中間，不產(chǎn)生非線性失真。同時輸入信號ui的幅值不要過大：以免發(fā)生“雙向”失真。圖解法直觀、形象，便于理解放大電路的工作原理；但作圖過程較繁瑣、誤差大，不適合分析較復(fù)雜的電路。2.2分壓式偏置放大電路合理設(shè)置靜態(tài)工作點是保證放大電路正常工作的先決條件。固定偏置放大電路簡單、容易調(diào)整，但外界條件變化（溫度變化、三極管老化、電源電壓波動等）的影響下，將引起靜態(tài)工作點的變動，嚴(yán)重時將使放大電路不能正常工作。溫度變化的影響最大：溫度↑→晶體管的發(fā)射結(jié)電壓UBE↓→

、ICEO均↑→IC↑→靜態(tài)工作點上移；反之，則靜態(tài)工作點下移。改進(jìn)電路——分壓式偏置放大電路：當(dāng)溫度升高使IC

增加時，能自動減少IB，從而抑制Q點的變化，保持Q點基本穩(wěn)定。1.直流通路及靜態(tài)值的估算若I2>>IB，一般取I2=（5~10）IB，則基極電位：若VB>>UBE，一般取VB=（5~10）UBE，則不受溫度影響使VB基本不變使IC基本不變使Au不下降不受溫度影響1.直流通路及靜態(tài)值的估算若I2>>IB，VB>>UBE，則2.穩(wěn)定工作點的過程發(fā)射極電阻RE：反饋電阻，將輸出電流的變化反饋至輸入端。溫度↑靜態(tài)工作點基本穩(wěn)定。RE越大，穩(wěn)定性能越好。RE太大，發(fā)射極電位VE增高，減小輸出電壓的大小。RE選擇：小電流情況下為幾百歐~幾千歐，大電流情況下為幾歐~幾十歐。交流旁路電容CE：使發(fā)射極電流的交流分量旁路，避免了電壓放大倍數(shù)的下降，一般為幾十微法~幾百微法?！鶬C↑→IE↑→VE=REIE↑→UBE=VB-VE

↓IB↓←IC↓←固定3.動態(tài)性能指標(biāo)的計算與固定偏置式共射極放大電路的微變等效電路相似微變等效電路未接旁路電容CE：交流通路微變等效電路未接旁路電容CE：交流通路微變等效電路無旁路電容CE有旁路電容CE分壓式偏置放大電路減小增大不變無旁路電容時，電路中引入串聯(lián)電流負(fù)反饋（第3.4節(jié)）。雖然放大倍數(shù)降低了，但改善了放大電路的工作性能，其中包括提高了放大電路的輸入電阻。例2已知，UCC=24V，RB1=33k

，RB2=10k

，

RC=3.3k

，RE=3.3k

，

RL=5.1k

，

=40。試求：（1）靜態(tài)估算值；（2）電壓放大倍數(shù)，輸入電阻，輸出電阻；（3）當(dāng)RE兩端未并聯(lián)旁路電容CE時，電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。解：（1）（2）（3）2.3射極輸出器交流通路交流通路：從基極輸入信號，從發(fā)射極輸出信號。集電極為公共端——共集電極放大電路。利用微變等效電路法，對電路動態(tài)分析，得電路特點：（1）電壓放大倍數(shù)接近1，但恒小于1，無電壓放大作用，但有一定的電流放大和功率放大作用。（2）輸出電壓與輸入電壓同相，故，電路具有跟隨作用，因此又稱為射極跟隨器。（3）輸入電阻高，輸出電阻低。電路應(yīng)用：（1）多級放大電路或電子測量儀器的輸入級：減小信號源內(nèi)阻壓降，大部分信號電壓送到放大電路輸入端；減小儀器從信號源吸取的電流，減小儀器接入時對被測電路產(chǎn)生的影響。（2）多級放大電路的輸出級：提高帶負(fù)載的能力。（3）緩沖級或中間隔離級：兩級共發(fā)射極放大電路之間，阻抗匹配作用，提高前級、后級的電壓放大倍數(shù)，改善多級放大電路的工作性能。

2.4多級放大電路由一個晶體管構(gòu)成的單級放大電路，電壓放大倍數(shù)一般只有幾十至幾百倍，往往不能滿足實際的需求。多級放大電路：把若干單級放大電路組合起來。前一級輸出是后一級輸入，信號逐級放大。電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等都能達(dá)到所需要求。輸入級：第1級，對輸入級的要求與輸入信號有關(guān)；中間級：幾級放大電路組成，進(jìn)行信號放大，提供足夠大的放大倍數(shù)；輸出級：最后一級，與負(fù)載相接，對輸出級的要求要考慮負(fù)載的性質(zhì)。1.耦合方式及特點級間耦合：多級放大電路級與級之間的連接。耦合方式：阻容耦合、直接耦合、變壓器耦合和光電耦合等。對級間耦合電路的基本要求：（1）要保證各級都能在合適的靜態(tài)工作點工作；（2）盡量減小信號在傳遞過程中的損耗和失真。

阻容耦合：利用耦合電容把兩級連接起來。電容隔直作用，各級的直流通路互不相通，靜態(tài)工作點互相獨立。當(dāng)耦合電容足夠大時，前一級的輸出信號可以幾乎不衰減地加到后一級的輸入端。集成電路中很難制造大容量電容，所以在集成電路中不采用。應(yīng)用于分立元件組成的多級放大電路中。第一級第二級負(fù)載信號源兩級之間通過耦合電容

C2與下級輸入電阻連接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––VT1VT2直接耦合：前級的輸出端直接接到后級的輸入端。耦合電路簡單，信號無失真?zhèn)鬟f，常用于集成電路中。放大緩慢變化的信號或直流信號。+UCCuoRC2VT2uiRC1R1VT1R2––++RE2直接耦合存在問題：（1）前后級靜態(tài)工作點互相影響；（2）存在零點漂移現(xiàn)象：輸入端短接（ui=0）時，輸出端電壓不保持恒定，緩慢地、無規(guī)則地變化。引起原因：電源電壓波動、元件老化、半導(dǎo)體元件參數(shù)隨溫度變化使靜態(tài)工作點波動等（溫度漂移）。零點漂移會淹沒真正的輸出信號，使電路無法正常工作。零點漂移的大小是衡量直接耦合放大器性能的一個重要指標(biāo)。前級靜態(tài)工作點的微小波動能像信號一樣被后面逐級放大并且輸出，故整個放大電路零點漂移大小主要由第一級電路零點漂移決定。為了提高放大器放大微弱信號的能力，提高放大倍數(shù)的同時，減小輸入級的零點漂移。差分放大電路是抑制零點漂移最有效的電路結(jié)構(gòu)。變壓器耦合：變壓器做耦合元件。各級靜態(tài)工作點互不影響，并可實現(xiàn)阻抗匹配。變壓器體積大、費(fèi)用高，且電路低頻特性差、損耗多，現(xiàn)已較少采用。光電耦合：用發(fā)光器件將電信號轉(zhuǎn)變?yōu)楣庑盘枺偻ㄟ^光敏器件把光信號變?yōu)殡娦盘杹韺崿F(xiàn)級間耦合。如在第1.3節(jié)中介紹過的光電耦合器件。2.分析方法簡介多級放大電路的分析：靜態(tài)分析、動態(tài)分析。靜態(tài)分析：分析求解各級電路的直流靜態(tài)工作點。阻容耦合的多級放大電路：各級直流互不影響，各級靜態(tài)工作點分別計算。直接耦合的多級放大電路：各級直流互相影響，一般要列方程計算。動態(tài)分析：求解整個多級放大電路的動態(tài)性能指標(biāo)。動態(tài)分析步驟：（1）畫出放大電路交流通路和微變等效電路；（2）計算每一級的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻；（3）計算總的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。計算某一級放大電路的性能指標(biāo)時，考慮前后級之間的關(guān)系：后級看作前級的負(fù)載，后級的輸入電阻看作前級的負(fù)載電阻。前級看作后級的信號源，前級的輸出電阻看作后級信號源的內(nèi)阻?？偟碾妷悍糯蟊稊?shù)、輸入電阻、輸出電阻計算方法：（1）總的電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積

Au=Au1Au2……Aun（2）總的輸入電阻等于輸入級即第一級的輸入電阻

ri=ri1（3）總的輸出電阻等于輸出級即最后一級的輸出電阻

ro=ron

2.5差分放大電路在直接耦合放大電路中抑制零點漂移的措施很多:選取溫度特性比較穩(wěn)定的硅管作為放大元件，利用熱敏元件進(jìn)行溫度補(bǔ)償，以抵消由于溫度變化使晶體管參數(shù)變化帶來的影響等，最有效的抑制方式是改進(jìn)電路的結(jié)構(gòu)形式。差分放大電路是能很好地抑制零點漂移的電路形式，通常用于多級直接耦合放大電路的輸入級。1.基本差分放大電路的組成對稱電路結(jié)構(gòu)：兩個共射極放大電路。理想情況下，兩個晶體管特性、對應(yīng)電阻參數(shù)值都相同，靜態(tài)工作點相同。輸入電壓ui1、ui2：兩個晶體管的基極輸入，輸出電壓uo：兩個晶體管的集電極之間輸出。2.零點漂移的抑制靜態(tài)：ui1=ui2=0，電路對稱，兩個晶體管各極電流及電位分別對應(yīng)相等，IC1=IC2

，VC1=VC2

輸出電壓為零，uo=VC1–VC2=0

溫度變化時，兩管參數(shù)變化，引起各極電流和電位發(fā)生變化。電路對稱，變化量大小相等、方向相同，ΔIC1=ΔIC2

，ΔVC1=ΔVC2

輸出電壓為零：uo=(VC1+ΔVC1)–(VC2+ΔVC2)=0抑制因溫度變化（或其他原因）而引起的兩管同向零點漂移。2.零點漂移的抑制發(fā)射極電阻RE可限制每個管子的漂移范圍，進(jìn)一步減小零點漂移，穩(wěn)定電路的靜態(tài)工作點。溫度↑→IC1↑IC2↑→IE↑→URE↑→UBE1↓UBE2↓→IB1↓IB2↓

IC1↓IC2↓負(fù)反饋作用RE越大，抑制作用越顯著。RE過大：+UCC一定時，集電極電流過小，影響靜態(tài)工作點和電壓放大倍數(shù)。負(fù)電源-UEE：抵償RE兩端的直流電壓降，從而獲得合適的靜態(tài)工作點。3.信號的輸入方式（1）共模輸入

ui1=ui2

大小相等、極性相同兩管各極電流和電位的變化相同，輸出電壓為零。電路對共模信號無放大作用，有很強(qiáng)的抑制作用，共模放大倍數(shù)Auc=0。（2）差模輸入ui1=–ui2

大小相等、極性相反兩管各極電流和電位的變化大小相等、反相，輸出電壓uo=ΔVC1–ΔVC2=2ΔVC1≠0。電路對差模信號有放大作用，差模放大倍數(shù)Aud≠0。3.信號的輸入方式（3）比較輸入

兩個輸入信號大小、極性任意。將比較信號分解為共模信號uic和差模信號uid的疊加：ui1=uic+uid

ui2=uic–uid電路對共模分量無放大作用，對差模分量有放大作用。例如:ui1=10mV,ui2=6mVui2=8mV－2mV可分解成:

ui1=8mV+2mV4.共模抑制比差分放大電路中，差模信號是有用信號，對差模信號應(yīng)有較大的放大倍數(shù)；共模放大倍數(shù)越小越好，電路對零點漂移的抑制能力越強(qiáng)。共模抑制比KCMRR

：差模電壓放大倍數(shù)Aud與共模電壓放大倍數(shù)Auc之比共模抑制比越大，差分放大電路分辨有用的差模信號的能力越強(qiáng)，而受共模信號的影響越小。理想情況：KCMRR→∞。2.6功率放大電路多級放大電路的最終目的是要有一定的功率放大能力，以推動負(fù)載的工作，如揚(yáng)聲器發(fā)聲、電動機(jī)旋轉(zhuǎn)、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。多級放大電路的輸出級一般為功率放大電路，將中間級的輸出信號進(jìn)行功率放大。2.6.1對功率放大電路的基本要求（1）在不失真的情況下輸出盡可能大的功率。功放中的晶體管工作在極限狀態(tài)，信號的動態(tài)范圍大，易產(chǎn)生非線性失真，要求非線性失真一定在允許范圍內(nèi)；（2）具有較高的效率。同等輸出功率，效率越高，直流電源需要供給的能量越少。負(fù)載得到的交流信號有功功率電源供給的直流功率放大電路按照靜態(tài)工作點設(shè)置的不同，分為三種工作狀態(tài)：甲類工作狀態(tài)：靜態(tài)工作點Q大致在交流負(fù)載線的中點。靜態(tài)電流IC大，晶體管消耗的功率大，電路的效率低。甲乙類工作狀態(tài)：Q沿交流負(fù)載線下移，效率提高。波形部分失真。乙類工作狀態(tài)：Q下移到IC≈0處，管耗更小，效率更高。波形嚴(yán)重失真。為了提高效率，同時減小信號波形的失真，常采用工作于甲乙類或乙類狀態(tài)的互補(bǔ)對稱功率放大電路。2.6.2互補(bǔ)對稱功率放大電路乙類放大OCL電路：正、負(fù)等值的雙電源供電，VT1：NPN型，VT2：PNP型，兩管的其他特性和參數(shù)一致，構(gòu)成射極輸出器電路。靜態(tài)（ui=0）：VB=0，VE=0，偏置電壓為零，VT1、VT2均截止，IC=0，乙類工作狀態(tài)，負(fù)載中沒有電流，uo=0。動態(tài)（ui≠0）：ui＞0時，VT1導(dǎo)通、VT2截止，電流iC1通過負(fù)載RL，得正半周uo；ui

＜0時，VT2導(dǎo)通、VT1截止，電流iC2通過負(fù)載RL，得負(fù)半周uo。1.無輸出電容（OCL）的互補(bǔ)對稱功率放大電路uoiC1互補(bǔ)對稱電路：在輸入信號的整個周期內(nèi)，VT1、VT2輪流導(dǎo)通，互相補(bǔ)充，從而輸出完整的信號波形。電路采用射極輸出器的形式，具有電流和功率放大作用，并且提高了輸入電阻和帶負(fù)載的能力。理想情況下，乙類互補(bǔ)對稱電路的輸出沒有失真。由于沒有直流偏置電流，實際上只有當(dāng)輸入信號ui的數(shù)值大于晶體管的死區(qū)電壓（NPN型硅管約為0.5V，PNP型鍺管約為0.2V）時晶體管才能導(dǎo)通。交越失真：輸入信號ui的數(shù)值小于死區(qū)電壓時，VT1、VT2均截止，負(fù)載電阻上輸出電壓為零，uo波形在正、負(fù)半周交接處出現(xiàn)失真。

克服交越失真的辦法：采用甲乙類放大OCL電路。二極管VD1、VD2組成偏置電路，導(dǎo)通壓降使晶體管靜態(tài)時略微導(dǎo)通，在輸入信號的過零處晶體管可以導(dǎo)通，克服了交越失真。IC很小，電路工作在甲乙類狀態(tài)。2.無輸出變壓器（OTL）的互補(bǔ)對稱功率放大電路甲乙類放大OTL電路：單電源供電，通過耦合電容C與負(fù)載電阻RL相連。靜態(tài)：兩管對稱，兩管發(fā)射極電位即電容兩端電壓為1/2UCC。動態(tài)：ui＞0時，VT1導(dǎo)通、VT2截止，電源向電容C充電，并得正半周uo；ui

＜0時，VT2導(dǎo)通、VT1截止，電容C放電，作為VT2的直流電源，并得負(fù)半周uo。只要電容C的容量足夠大，其兩端電壓可認(rèn)為近似1/2UCC不變，VT1、VT2的集-射極之間所加的電源電壓都是1/2UCC。2.6.3集成功率放大電路集成功率放大電路種類和型號很多，使用時只需在電路外部接入規(guī)定數(shù)值的直流電源、電阻、電容及負(fù)載，即可正常工作。由LM386組成的一種應(yīng)用電路。R2、C4：電源去耦電路，濾掉電源中的高頻交流分量；R3、C3：相位補(bǔ)償電路，消除自激振蕩，并改善高頻時的負(fù)載特性；