模拟电子技术教程

1、模拟电子技术教程一、绪论二、半导体二极管及其基本电路三、半导体三极管及放大电路四、场效应管放大电路五、功率放大电路六、集成电路运算放大器七、反馈放大电路八、信号的运算及处理电路九、信号产生电路 十、直流稳压电源34二、半导体二极管及其基本电路基本要求« 正确理解：PN结的形成及单向导电性* 熟练掌握：普通二极管、稳压二极管的外特性及主要参数 能够查阅电子器件相关手册难点重点1 .PN结的形成(1 )当卩型半导体和N型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使P区和 N区中原来

2、的电中性条件破坏了。P区一侧因失去空穴而留下不能移动的负离子，N区一侧因失去电子而 留下不能移动的正离子。 这些不能移动的带电粒子通常称为 空间电荷，它们集中在P区和N区交界面附近， 形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的 PN结。喘穴PK NKifef 图(1)浓度差使载流子发生扩散运动(2) 在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又 称为耗尽层。(3) P区一侧呈现负电荷， N区一侧呈现正电荷， 因此空间电荷区出现了方向由N区指向P区的电场, 由于这个电场是载流子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。OOOO OOo内槪 .

3、OO OO 噺穴PK NK皑八图(2)内电场形成(4) 内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是内电场将阻碍多子的扩散，二是P区和N区的少子一旦靠近 PN结，便在内电场的作用下漂移到对方，使空间电荷区变窄。(5) 因此，扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散；而漂 移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即PN结处于动态平衡2 .PN结的单向导电性(1) 外加正向电压(正偏)在外电场作用下，多子将向PN结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被

4、削弱，有利于多子的扩散 而不利于少子的漂移，扩散运动起主要作用。结果，P区的多子空穴将源源不断的流向N区，而N区的多 子自由电子亦不断流向P区，这两股载流子的流动就形成了PN结的正向电流。(2) 外加反向电压(反偏)在外电场作用下，多子将背离PN结移动，结果使空间电荷区变宽，内电场被增强，有利于少子的漂 移而不利于多子的扩散，漂移运动起主要作用。漂移运动产生的漂移电流的方向与正向电流相反，称为反 向电流。因少子浓度很低，反向电流远小于正向电流 。当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流。3. 二极管的基本应用电路(1 )限幅电路-利用二极管的单向导电性和导

5、通后两端电压基本不变的特点组成。(2 )箝位电路-将输出电压箝位在一定数值上。注：黑色-输入信号，蓝色-输出信号，波形为用EWB仿真结果。内容提要:2.1半导体的基本知识1 半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，半导体具有光敏、热敏和掺杂特性。2 本征半导体(1 )在0K时，本征半导体中没有 载流子，呈绝缘体特性。(2 )温度升高-热激发-共价键中价电子进入导带-自由电子+空穴。(3) 两种载流子：导带中的自由电子，电荷极性为负；价带中挣脱共价键束缚的价电子所剩下的空穴，电 荷极性为正。(4) 热激发条件下，只有少数价电子挣脱共价键的束缚，进入导带形成电子空穴对，所以本征半导体导电 率很低。3

6、 杂质半导体(1) 两种杂质半导体： N型-掺入微量五价元素；P型-掺入微量三价元素。(2) 两种浓度不等的载流子：多子-由掺杂形成，少子-由热激发产生。(3) 一般情况下，只要掺入极少量的杂质，所增加的多子浓度就会远大于室温条件下本征激发(观看本征 激发动画)所产生的载流子浓度。所以，杂质半导体的导电率高。(4 )杂质半导体呈电中性。4. 半导体中载流子的运动方式(1 )漂移运动-载流子在外加电场作用下的定向移动。(2)扩散运动-因浓度梯度引起载流子的定向运动。2.2 PN结的形成及特性1 .PN结的形成当P型半导体和N型半导体结合在一起的时侯，由于交界面处存在载流子浓度的差异-多子扩散-产

7、 生空间电荷区和内电场-内电场阻碍多子扩散，有利少子漂移当扩散和漂移达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即PN结。2. PN结的单向导电性外加正向电压-多子向PN结移动，空间电荷区变窄，内电场减弱-扩散运动大于漂移运动-正向电 流。外加反向电压-多子背离PN结移动，空间电荷区变宽，内电场增强-漂移运动大于扩散运动-反向 电流。当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流。2.3半导体二极管1 半导体二极管按其结构的不同可分为点接触型、面接触型和平面型这样几类。2 伏安特性它可划分为三个部分:(1) 正向特性(外加正向电压)当正向电压超过某一数值后，二极

8、管才有明显的正向电流，该电 压值称为导通电压，用V th表示。在室温下，硅管的V th约为0.5V，锗管的V th约为0.1V。当流 过二极管的电流I比较大时，二极管两端的电压几乎维持恒定，硅管 约为0.60.8 V (通常取0.7 V)，锗管约为0.20.3V (通常取0.2V)(2 )反向特性(外加反向电压)在反向电压小于反向击穿电压的范围内，由少数载流子形成的反向电流很小，而且与反向电压的大小 基本无关。由二极管的正向与反向特性可直观的看岀：二极管是非线性器件；二极管具有单向导电性。(3)反向击穿特性当反向电压增加到某一数值V BR时，反向电流急剧增大，这种现象叫做二极管的反向击穿。3

9、.电容效应： 势垒电容与扩散电容4主要参数器件的参数是其特性的定量描述，是我们正确使用和合理选择器件的依据。(1) 正向-最大整流电流I F(2) 反向-反向击穿电压V BR2.4二极管应用电路1 分析方法：二极管是一种非线性器件，因而由二极管构成的电路一般要采用非线性电路的分析方法。(1) 图解分析法其步骤为：把电路分为线性和非线性两部分；在同一坐标上分别画出非线性部分的伏安特性和线 性部分的特性曲线；由两条特性曲线的交点求电路的V和I。(2) 模型分析法(非线性器件线性化处理) 理想二极管模型-正向导通时，压降为 0;反向截止时，电流为 0。 恒压降模型-当二极管工作电流较大时，其两端电压

10、为常数(通常硅管取0.7V，锗管取0.2V) 交流小信号模型-若电路中除有直流电源外，还有交流小信号，则对电路进行交流分析时，二极管可等效为交流电阻r d=26mV/lDQ （I dq为静态电流）2 二极管应用电路（1）限幅电路 - 利用二极管单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点组成，将信号限定在某一 范围中变化，分为单限幅和双限幅电路。多用于信号处理电路中。（2）箝位电路 - 将输出电压箝位在一定数值上。（3）开关电路 - 利用二极管单向导电性以接通和断开电路，广泛用于数字电路中。（4）整流电路 - 利用二极管单向导电性，将交流信号变为直流信号，广泛用于直流稳压电源中。（5）低电压稳压电

11、路 - 利用二极管导通后两端电压基本不变的特点，采用几只二极管串联，获得 3V以下输出电压2.5 特殊二极管1稳压二极管（ 1）工作原理稳压管是一种特殊的二极管，它利用PN结反向击穿后特性陡直的特点，在电路中起稳压作用。稳压 管工作在反向击穿状态。（2）主要参数：稳定电压V z、稳定电流I z、最大工作电流I zM和最大耗散功率P zM2发光二极管 发光二极管是一种将电能转化为光能的特殊二极管。发光二极管简写成了 LED，其基本结构是一个PN结，它的特性曲线与普通二极管类似，但正向导 通电压一般为1 2 V，正向工作电流一般为几几十毫安。3光电二极管 光电二极管又叫光敏二极管，是一种将光信号转

12、换为电信号的特殊二极管。4变容二极管 利用二极管结电容随反向电压的增加而减少的特性制成的电容效应显著的 二极管。多于高频技术中。例题分析：例 1求图所示电路的静态工作点电压和电流。a HmA解：(1)图解分析法首先把电路分为线性和非线性两部分，然后分别列岀它们的端特性方程。在线性部分，其端特性方程为V = V 1 -IR将相应的负载线画在二极管的伏安特性曲线上，如图所示，其交点便是所求的(IQ, V Q)。(2) 模型分析法 理想二极管模型V= 0， I=V 1/R 恒压降模型设为硅管，V= 0.7V，I=(V 1 V)/R例2 如何用万用表的“欧姆”档来判别一只二极管的正、负极？分析：指针型

13、万用表的黑笔内接直流电源的正端，而红笔接负端。利用二极管的单向导电性，其正向 导通电阻一般在几百欧几千欧，而反向偏置电阻一般在几百千欧以上。测量时，利用万用表的“ RX100”和“ RX1K'档，若两个数值比值在100以上，认为二极管正常，否则认为二极管的单向导电性已损坏。例3 图所示电路中，设D为理想二极管，试画出其传输特性曲线(V0V i)二 2.5V 二解：(1 )v i<0，二极管D 1、D 2 均截止，V o=2.5V(2 )v i>0当 0<v i<2.5V 时，二极管D 1、D 2 均截止，v o=2.5V;当v i>2.5V时，D 1导通，

14、假设此时D 2尚未导通，则v 0=(2/3) (vi-2.5)+2.5V;令v o=10V，则v i=13.75V，可见当v i>13.25V时，D 1、D 2均导通，此时v o=10V°传输特性曲线略。例4 试判断图中二极管是导通还是截止？并求出AO两端电压V A0。设二极管为理想的 分析方法：（1）将D1、D2从电路中断开，分别出 D1、D2两端的电压；解:3K丄=W liV1a 0（2）根据二极管的单向导电性，二极管承受正向电压则导通，反之则截止。若两管都承受正向电压，则正向电压大的管子优先导通，然后再按以上方法分析其它管子的工作情况。本题中：V 12=12V，V 34=

15、12+4=16V,所以D2优先导通，此时，V 12=-4V，所以D1管子截止。V A0 = -4V。例5 .两个稳压管的稳压值V Z1=5V V Z2=7V，它们的正向导通压降均为0.6V，电路在以下二种接法时,输出电压V o为多少？若电路输入为正弦信号Vl=20sin 31 （V），画出图（a）输出电压的波形。oViZS D1 VtoI-o解：图（a）中D1、D2都承受反向偏压，所以输出电压Vo=V Z1+V Z2=5V+7V=12V若输入正弦信号V I=20sin 31 （V）:在输入信号正半周，若V I<12V稳压管处于反向截止状态，V o=V I ;若 VI >12V稳压管

16、处于反向击穿状态，V o=12Vo在输入信号负半周，若V I> -1.2V稳压管处于截止状态，V o=V I ;若VI <-1.2V稳压管处于正向导通状态，V o=-1.2V o图（b）中D1承受正向电压、D2承受反向偏压，所以输出电压Vo=0.6V+7V=12.6V。单元检测：1、 PN结外加正向电压时，扩散电流 漂移电流，耗尽层 o2、 （ 1）在图所示的电路中，当电源 V=5V时，测得I=1mAo若把电源电压调整到 V=10V,则电流的大小将 是o +D SZUEA.I=2mAB.I<2mAC.I>2mA（2）设电路中保持V=5V不变。当温度为20摄氏度时，测得二

17、极管正向电压VP=0.7Vo当温度上升到40摄氏度时，则V P的大小是 oA.仍等于0.7V B.大于0.7C.小于0.7V3、图中D1-D3为理想二极管，A, B, C灯都相同，试问哪个灯最亮?4、设硅稳压管 Dz1和Dz2的稳定电压分别为 5V和10V，求图中电路的输出电压Uo。已知稳压管的正向压降为0.7V o5、图所示的电路中，Dz1和Dz2为稳压二极管，其稳定工作电压分别为6V和7V,且具有理想的特性。由此可知输出电压 Uo为oUi=20VflUo6、图所示电路，设 Ui=sin 3 t(V)，V=2V,二极管具有理想特性，则输出电压Uo的波形应为图示图。AB+UotV Uo=0一:

18、' °lCU7、判断图所示电路中各二极管是否导通，并求A,B两端的电压值。设二极管正向压降为0.7VDl8、 二极管最主要的特性是 ,它的两个主要参数是反映正向特性的 和反映反向特性的。9、 用一只万用表不同的欧姆档测得某个二极管的电阻分别为250Q和1.8K Q(1 )产生这种现象的原因是 。(2) 两个电阻值对应的二极管偏置条件是：250 Q为偏，1.8K Q为偏。10、 图所示电路中，D为理想二极管，设 Vi=15sin 31 (V),试画出输出电压 Vo的波形。二1CV 2.5V半导体三极管及放大电路基本要求熟练掌握：放大电路的组成原则；共射、共集和共基组态放大电路工

19、作原理；静态工作点；用小 信号模型分析法分析增益、输入电阻和输岀电阻；多级放大电路的工作原理，增益的计算 正确理解：图解分析法；放大电路的频率响应一般了解：频率失真难点重点1 半导体三极管内部载流子的传输过程(止偏P(反偏)(1 )发射区向基区注入电子由于发射结外加正向电压，发射结的内电场被削弱，有利于该结两边半导体中多子的扩散。流过发射 极的电流由两部分组成：一是发射区中的多子自由电子通过发射结注入到基区，成为集区中的非平衡少子 而形成的电子电流I EN,二是基区中的多子空穴通过发射结注入到发射区，成为发射区的非平衡少子而形 成的空穴电流I EP。由于基区中空穴的浓度远低于发射区中电子的浓度

20、，因此，与电子电流相比，空穴的 电流是很小的，即I E=I EN+I EP (而 I EN»I EP)(2 )非平衡载流子在基区内的扩散与复合由发射区注入基区的电子，使基区内少子的浓度发生了变化，即靠近发射结的区域内少子浓度最高， 以后逐渐降低，因而形成了一定的浓度梯度。于是，由发射区来的电子将在基区内源源不断地向集电结扩 散。另一方面，由于基区很薄，且掺杂浓度很低，因而在扩散过程中，只有很少的一部分会与基区中的多 子(空穴)相复合，大部分将到达集电结。(3) 集电区收集载流子由于集电结外加反向电压，集电结的内电场被加强，有利于该结两边少子的漂移。流过集电极的电流I C，除了包括由基

21、区中的热平衡少子电子通过集电结形成的电子电流ICN2和集电区中的热平衡少子空穴通过集电结形成的空穴电流I CP所组成的反向饱和电流I CBO以外，还包括由发射区注入到基区的非平衡 少子自由电子在基区通过边扩散、边复合到达集电结边界，而后由集电结耗尽层内的电场将它们漂移到集 电区所形成的正向电子传输电流ICN1因此I C=I CN1+I CN2+I CP=I CN1+I CBO式中 I CBO=I CN2+I CP基极电流由以下几部分组成：通过发射结的空穴电流IEP,通过集电结的反向饱和电流I CBO以及IEN转化为I CN1过程中在基区的复合电流(I EN-I CN1)，即I B= I EP+

22、 (I EN-I CN1 - I CBO2 放大电路的动态分析(图解法)放大电路输入端接入输入信号 vi 后的工作状态，称为动态。在动态时，放大电路在输入信号 vi 和直 流电源 Vcc 共同作用下工作，这时候，电路中既有直流分量，又有交流分量，形成了交、直流共存于同一 电路之中的情况， 各极的电流和各极间的电压都在静态值的基础上叠加一个随输入信号 vi 作相应变化的交 流分量。一般用放大电路的交流通路来分析放大电路中各个交流量的变化规律及动态性能。所谓交流通路是指 交流电流流经的路径。由放大电路画交流通路的原则是： （ 1）由于交流通路中只考虑交流信号的作用，直 流电源 Vcc 内阻很小，将

23、它作短路处理；（ 2）由于耦合电容和旁路电容足够大，对交流量可视为短路。注意，在交流通路中的电流、电压都是交流量。对放大电路的动态分析，主要采用图解法和微变等效电路法。在这里，我们讨论图解法。图解法的思路是先根据输入信号 vi 的的变化规律， 在输入特性曲线上画出 iB 的波形， 然后根据 iB 的 变化规律在输出特性曲线上画出 iC和vCE的波形。1）根据 vi 在输入特性曲线上求 iB2）画出交流负载线在动态时，放大电路输出回路的 iC和vCE,既要满足三极管的伏安特性曲线，又要满足外部电路的伏 安关系。交流负载线是有信号时放大电路工作点的轨迹，是交、直流共存的情况。3）由输出特性曲线和交

24、流负载线求 iC 和 vCE由图解分析，可得出如下几个重要结论：1）三极管各极间电压和各电极的电流都是由两个分量线性叠加而成的脉动 量，其中一个是由直流电源 Vcc 引起的直流分量，另一个是随输入信号 vi 而变 化的交流分量。 虽然这些电流电压的瞬时值是变化的， 但它们的方向是始终不变 的。2）当输入信号 vi 是正弦波时，电路中各交流分量都是与输入信号 vi 同频 率的正弦波，其中 vbe、ib 、ic 与 vi 同相，而 vce、vo 与 vi 反相。输出电压与 输入电压相位相反，这种现象称为“倒相”，是共射放大电路的一个重要特征。3）输出电压 vo 和输入电压 vi 不但是同频率的正弦

25、波，而且 vo 的幅度比vi 的幅度大得多，这说明， vi 经过电路被线性放大了。还可以看出，只有输出 信号的交流分量才是反映输入信号变化的， 所以我们说的放大作用， 只能是输出 的交流分量和输入信号的关系，而绝对不能把直流分量也包含在内。图解分析法的特点：直观、形象，有助于建立一些重要概念，如交、直流共 存，静态和动态。内容提要:3.1半导体三极管1 半导体三极管的结构(1 )半导体三极管从结构上可分为NPN型和PNP型两大类，它们均由 三个掺杂区和两个背靠背的PN结构成，但两类三极管的电压极性和电流方向相反。(2) 三个电极：基极 b、集电极c、和发射极e。从后面工作原理的介绍中可以看到，

26、发射极和集电极的 命名是因为它们要分别发射与接收载流子。(3) 内部结构特点：发射区的掺杂浓度远大于集电区的掺杂浓度；基区很薄，且掺杂浓度最低 。(4) 三个区作用：发射区发射载流子、基区传输和控制载流子、集电区收集载流子。2电流的分配和控制作用(1) 条件内部条件：三极管的结构。外部条件：发射结正偏、集电结反偏。对 NPN型：V c> V B> V ESi 管：V be=0.7VGe 管：V be=0.2V对 PNP型：V c< VB< VESi 管：V be=-0.7VGe 管：V be=-0.2V(2) 内部载流子的传输过程(参阅 难点重点)(3) 电流分配关系在

27、众多的载流子流中间，仅有发射区的多子通过发射结注入、基区扩散和复合以及集电区收集三个环 节，转化为正向受控作用的载流子流lc，其它载流子流只能分别产生两个结的电流，属于寄生电流。为了表示发射极电流转化为受控集电极电流lc的能力，引入参数 a,称为共基极电流传输系数。其定义为a = 1 C/I E令B=a/(1 a)，称为共射极电流传输系数3 各极电流之间的关系I E=I c +I B(1 )共基接法(IE对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对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 共射极电路的特性曲线(以NPN型管为例)(1 )输入特性曲线 I B=f( V BE，V CE )输入特性曲线是指当V CE为某一常数时，I B和BE之间的关系。特点：V CE=0的输入特性曲线和二极管的正向伏安特性曲线类似；随着V CE增大，输入特性曲线右移; 继续增大v CE输入特性曲线右移很少。在工程上，常用V CE=1时的输入特性曲线近似代替V CE>1V时的输入特性曲线簇。（2）输岀特性曲线输出特性曲线是指当I B为某一常数时，1 C和VCE之间的关系，可分为三个区：截止区：发射结反偏，集电结反偏

29、，发射区不能发射载流子，1B-O,I SO。放大区：发射结正偏，集电结反偏。其特点是：V BE-0.7V（或0.2V），I B>O,I C与I B成线性关系，几乎与V CE无关。饱和区：发射结正偏，集电结正偏，随着集电结反偏电压的逐渐减小（并转化为正向偏压），集电结的空 间电荷区变窄，内电场减弱，集电结收集载流子的能量降低，IC不再随着I B作线性变化，岀现发射极发射有余，而集电极收集不足 现象。其特点是：V CE很小，在估算小功率管时，对硅管可取0.3V（锗 O.1V）。对PNP型管，由于电压和电流极性相反，所以特性在第三象限。4主要参数电流放大倍数，集电极最大允许电流ICM集电极耗散

30、功率 PCM反向击穿电压V（ BR CEO等3.2共射极放电电路1.放大的原理和本质（以共发射极放大电路为例）交流电压v i通过电容C 1加到三极管的基极，从而使基极和发射极两端的电压发生了变化：由VBEV BE + v i，由于PN结的正向特性很陡，因此v BE的微小变化就能引起1 E发生很大的变化：由 I EI E+ I E，由于三级管内电流分配是一定的，因此1B和1 C作相同的变化，其中I CI C +I Co1 C流过电阻R c，则R c上的电压也就发生变化：由 V RcV Rc + RCo由于v CE=V CC-v Rc,因此当电阻R c上的电压随输入信号变化时，v CE也就随之变化

31、，由V CLV CE+XV CE v CE中的变化部分经电容C 2传送到输出端成为输出电压v 0。如果电路参数选择合适，我们 就能得到比Av i大得多的Xv 0o所以，放大作用实质上是放大器件的控制作用，是一种 小变化控制大变化 o2放大电路的特点交直流共存 和 非线性失真3放大电路的组成原则正确的 外加电压极性 、合适的直流基础 、通畅的交流信号传输路径4放大电路的两种工作状态(1) 静态：输入为 0,1 B、I C、V CE都是直流量。(2 )动态：输入不为0,电路中电流和电压都是直流分量和交流分量的叠加。保证在直流基础上实现不 失真放大。5放大电路的分析步骤(1 )先进行静态分析：用放大

32、电路的直流通路。直流通路：直流信号的通路。放大电路中各电容开路即可得到。(2) 在静态分析的基础上进行动态分析：用放大电路的交流通路。交流通路：交流信号的通路。放大电路中各电容短接，直流电源交流短接即可得到。3.3 图解分析法1 静态分析( 1 )先分析输入回路首先把电路分为线性和非线性两部分，然后分别列出它们的端特性方程。在线性部分，其端特性方程 为V BE=V CC-I B*R B将相应的负载线画在三极管的输入特性曲线上，其交点便是所求的(IBQ V BQ o( 2)再分析输出回路用同样的方法，可得到输出回路的负载线方程(直流负载方程)为V CE=V CC-I C*R C将相应的负载线(直

33、流负载线，斜率为1/Rc)画在三极管的输岀特性曲线上，找到与IB=I BQ相对应的输出特性曲线，其交点便是所求的(ICQ V CEQ。2 .动态分析(参阅难点重点)交流负载线：是放大电路有信号时工作点的轨迹，反映交、直共存情况。其特点为过静态工作点Q斜率为1/(Rc/RL )。3 放大电路的非线性失真及最大不失真输岀电压(1) 饱和失真：静态工作点偏高，管子工作进入饱和区(NPN管，输岀波形削底；PNP管，输岀波形削顶)(2) 截止失真：静态工作点偏低，管子工作进入截止区(NPN管，输出波形削顶；PNP管，输出波形削底)(3) 最大不失真输出电压 Vom如图 Vom1=*iVcEs且因为 Ic

34、e。趋于 0，Vom2=I CQ* (R C/ R L)所以Vom为Vom1及Vom2中较小者，以保证输出波形不失真。4 图解分析法的特点图解分析法的最大特点是可以直观、全面地了解放大电路的工作情况，并能帮助我们理解电路参数对 工作点的影响，并能大致估算动态工作范围，另外还可帮助我们建立一些基本概念，如交直流共存、非线 性失真等。图解分析法实例(工作点移动对输岀波形的影响)，3.4小信号模型分析法指导思想：在一定条件下，把半导体三极管所构成的非线性电路转化为线性电路。1 半导体三极管的小信号模型(1) 三极管小信号模型的引出，是把三级管作为一个线性有源双口网络，列出输入和输出回路电压和电流 的

35、关系，然后利用取全微分或泰勒展开的方法得到H参数小信号模型。(2) 关于小信号模型的讨论： 小信号模型中的各参数，如rbe、B均为微变量，其值与静态工作点的位置有关，并非常数。 受控电流源的大中、流向取决于1b 小信号模型适用的对象是变化量，因此电路符号不允许出现反映直流量或瞬时总量的大下标符号。2 用H参数小信号模型分析共射基本放大电路(1)画岀小信号等效电路方法：先画岀放大电路的交流通路(电容及电源交流短接)，然后将三极管用小信号模型代替。(2 )求电压放大倍数(3) 求输入电阻(4) 求输出电阻以下给岀了一共射基本放大电路的分析过程，观看动画。3.5放大电路的工作点稳定问题偏置电路：一是

36、提供放大电路所需的合适的静态工作点；二是在环境温度、电源电压等外界因素变化时， 保持静态工作点的稳定。1 温度对放大电路静态工作点的影响TfV BECBofI CT静态工作点变化，可能导致放大电路输岀波形失真。2 稳定静态工作点方法：在放大电路中引电流负反馈(常用射极偏置电路)、采用补偿法。3. 射极偏置电路稳定静态工作点的过程：(1)利用R bl和R b2组成的分压器以固定基极电位；(2)利用R e产生的 压降反馈到输入回路，改变V BE,从而改变I G3.6共射极电路、共集电极电路和共基极电路特点1 .共射极电路共射极电路又称反相放大电路，其特点为电压增益大，输岀电压与输入电压反相，低频性

37、能差， 适用于低频、和多级放大电路的中间级。2共集电极电路共集电极电路又称射极输岀器、电压跟随器，其特点是：电压增益小于1而又近似等于1,输岀电压与输入电压同相，输入电阻高，输岀电阻低，常用于多级放大电路的输入级、输岀级或缓冲级。3 .共基极电路电路特点：输出电压与输入电压同相，输入电阻底，输出电阻高，常用于高频或宽频带电路。3.7放大电路的频率响应1 .频率响应的基本概念(1)频率响应：放大电路对不同频率的稳态响应。(2 )频率失真：包括幅度失真和相位失真，均属于线性失真2 . RC低通电路的频率响应(1)幅频响应：(2)相频响应：屮=-argtg( f/f H)3. RC高通电路的频率响应

38、RC高通电路与RC低通电路成对偶关系4 .波特图为了能同时观察到低频和高频段幅频变化特性，在绘制幅频特性曲线时，通常横坐标和纵坐标均采用 对数坐标形式，称之为波特图。5 .放大电路存在频率响应的原因放大电路存在容抗元件(例如外接的耦合电容、旁路电容和三极管的极间电容)，使的放大电路对不 同频率的输出不同。通常外接电容可以等效为RC高通电路，因而影响下限频率，而三极管的极间电容可以等效为RC低通电路，因而影响上限频率。例题解析：例1半导体三极管为什么可以作为放大器件来使用，放大的原理是什么？试画岀固定偏流式共发射极放 大电路的电路图，并分析放大过程。答：放大的原理是利用小信号对大信号的控制作用，

39、利用vBE的微小变化可以导致1 C的大变化。固定偏流式共发射极放大电路的放大过程，参阅“ 内容提要一一第2页”。例2 电路如图所示，设半导体三极管的 B =80，试分析当开关K分别接通A B、C三位置时，三级管各工 作在输出特性曲线的哪个区域，并求出相应的集电极电流Ic。解：(1)当开关K置 A，在输入回路I B.R b+VBE=Vcc,可得I B=Vcc/R b=0.3mA假设工作在放大区，则IC=B . I B=24mAV CE=Vcc-I C.R e< 0.7V，故假设不成立，三级管工作在放大区。此时，V CE=V CES=0.3V, I C=Vcc/ Re=3mAC=B.I B=

40、1.92mA(2)当开关K置B,同样的方法可判断三级管工作在放大区，1(3)当开关K置C,三级管工作在截止状态，1 C=0例3.某固定偏流放大电路中三极管的输岀特性及交、直流负载线如图所示，试求:(1 )电源电压V CC静态电流I B、I C和V C吕(2) 电阻Rb Rc的值。(3) 输岀电压的最大不失真幅度。(4) 要使该电路能不失真地放大，基极正弦电流的最大幅度是多少？解： (1)直流负载线与横坐标的交点即VCC值,I B=20uA, I c=1mA V CE=3V(2)因为是固定偏听偏流放大电路，电路如图所示R b=V CC/1 B=300KQ R c=( V CC-V CE)/ I

41、C=3KQ(3 )由交流负载线和输岀特性的交点可知，在输入信号的正半周，输岀电压v CE从3V到0.8V,变化范围为2.2V，在输入信号的负半周，输出电压v CE从3V到4.6V,变化范围为1.6V。综合考虑，输出电压的最大不 失真幅度为1.6V。(4) 同样的方法可判断输出基极电流的最大幅值是20 g A.例4.电路如图所示，已知三极管的3=100，VBE=-0.7V(1 )试计算该电路的Q点；(2) 画岀简化的H参数小信号等效电路；(3) 求该电路的电压增益 AV,输入电阻Ri,输出电阻Ro。(4) 若VO中的交流成分出现如图所示的失真现象，问是截止失真还是饱和失真？为消除此失真，应调节

42、电路中的哪个元件，如何调整？解： I B=V CC/R b=40 卩 AV CE=-（ V CC-1 C. R C）=-4V 步骤：先分别从三极管的三个极（b、e、c）出发，根据电容和电源交流短接，画出放大电路的交流通 路；再将三极管用小信号模型替代；并将电路中电量用瞬时值或相量符号表示，即得到放大电路的小信号 等效电路。注意受控电流源的方向。（图略）（3）r be=200+（1+ B ）26mA/ I EQ =857 QA V=- B （ R C/ R L）/ r be=-155.6（4）因为 v EB=- v i+ V Cb1=-v i+ V EB从输岀波形可以看岀，输岀波形对应Vs正半周

43、岀现失真，也即对应vEB减小部分岀现失真，即为截止失真。减小R b，提高静态工作点，可消除此失真。说明：分析这类问题时，要抓住两点：（1）发生饱和失真或截止失真与 发射结的电压 有关（对于NPN型管子，为 v BE;对于PNP型管子为v EB，发射结电压过大（正半周），发生饱和失真；过小（负半周），发生截 止失真。（2）利用放大电路交、直流共存的特点，找岀发射结电压与输入信号之间的关系。这里，要利用 耦合电容两端的电压不变（因为为大电容，在输入信号变化的范围内，其两端的电压认为近似不变），如 上题式子中的V Cb1=V EBB，输入电阻为r be，例5.电路如图所示为一两级直接耦合放大电路，已

44、知两三极管的电流放大倍数均为 电路参数如图，计算放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输岀电阻。解：本放大电路为一两级直接耦合放大电路，两极都是共集电极组态。计算其性能指标时，应注意级间的 相互影响。（1 ）求电压放大倍数 A V=V O/ V i画岀放大电路的小信号等效电路。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为第一级放大电路的负载电阻，R

45、L1 = r be+ (1 + B)( Re2/RL)(2) 输入电阻RiRi= V i/ I i=Rb1/ r be+ (1 + p )( Re1/RL1 )(3) 输出电阻RoRo=Re2/ (r be+Ro1) / (1 + p )其中：Ro1为第一级放大电路的输出电阻，Ro1=Re1/ (r be+ (Rb1/Rs) /(1 + P)单元检测：1、测得某NPN管得V BE= 0.7V , V CE= 0.2V，由此可判定它工作在 区2、为保证BJT共发射极放大器不产生削波失真，并要求在2K得负载上有不小于2V得信号电压幅度，在选择静态工作点时，就应保证 | ICQp， | VCEQp。

46、（注：以上两题为2000年北京理工大学研究生入学考试“模拟与数字电路”考题）（是PNP管还3、在晶体管放大电路中测得三个晶体管的各个电极的电位如图所示。试判断各晶体管的类型是NPN管,是硅管还是锗管）,并区分e、b、c三个电极6V5 3VT 2V4、用万用表直流电压档测得电路中晶体管各电极的对地电位，试判断这些晶体管分别处于那种工作状态（饱和、截止、放大、倒置或已损坏）3CG21+6V5、如下电路能否实现正常放大?(1)6、 某同学为验证基本共射放大电路电压放大倍数与静态工作点的关系，在线性放大条件下对同一个电路测 了四组数据。找岀其中错误的一组。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晶体管组成的基本共射放大电路中，当输入信号为1KHz 5mV的正弦电压时，输出电压波形出现了顶部削平的失真。这种失真是。A.饱和失真 B.截止失真 C.交越失真 D.频率失真8、在如图所示的基本放大电路中，输出端接有负载电阻 RL,输入端加有正弦信号电压。若输出电压波形出 现底部削平的饱和失真，在不改变输入信号的条件下，减小RL的值，将岀现什么现象？A.可能使失真消失B.失真更加严重C.可能岀现波形两头都削平的

48、失真。9、为了使一个电压信号能得到有效的放大，而且能向负载提供足够大的电流，应在这个信号源后面接入什么电路？A.共射电路 B.共基电路C.共集电路10、在如图所示的放大电路中，设 Vcc=10V，Rb1=4KQ ,Rb2=6KQ ,Rc=2KQ ,Re=3.3K Q ,RI=2K Q。电容 C1,C2和Ce都足够大。若更换晶体管使 B由50改为100，r bb'约为0），则此放大电路的电压放大倍数 。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、一个放

49、大电路的中频电压放大倍数Avm=-10, f L=50Hz,fH=100KHz，由图中V i的波形分别画岀A.约为原来的2倍B.约为原来的0.5倍C.基本不变D.约为原来的4倍11、对于如图所示电路，问关于放大倍数的计算，以下式子哪个正确？C.- B x(Rc|RL)/(Rb1|Rb2|rbe)(12、设图所示的的放大电路处于正常放大状态，各电容都足够大。则该电路的输入电阻为对应的V o波形/NVi/TVi14、电路如图所示(用(a)增大,(b)减小,(c)不变或基本不变填空)中频相移若将电路中 Ce由100卩F ,改为10卩F,则|Avm|将, f L将, f H将将. 若将一个6800pF

50、的电容错焊到管子b,c两极之间，则|Avm|将, f L将_ 若换一个f T较低的晶体管，则|Avm|将, f L将, f H将15、一个放大电路的对数幅频特性如图所示.由图可知，中频放大倍数|Avm|=为,当信号频率为f L或f H时,实际的电压增益为 .16、已知一放大电路对数幅频特性如图，回答：(1) 该电路由几级阻容耦合电路组成？(2 )每一级的f L及f H各是多少？(3)总的放大倍数| A vm|、f L、f H有多大?17、电路如图，设两管 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足够大，求:Vs18、自举式射极输出器如图，自举电容C(1) 静态工作点I E(2) 输入电阻Ri及电压增益A vs= Vo/四、场效应管放大电路基本要求* 熟练掌握：共源、共漏组态放大电路工作原理；静态工作点；用小信号模型分析增益、输入、输 岀电阻难点重点1 场效应管放大电路与晶体管放大电路类比关系场效应管和晶体管放大电路工作机理不同，但两种器件之间存在电极对应关系，即栅极G对应基极，源极S对应发射极，漏极 D对应集电极，但晶体三极管是电流控制器件，场效应管是电压控制器件。在分析放大电路时，均采用微变等效电路法。需注意两者不同之处是受控源的控制

52、量。场效应管受电压控制，晶体三极管受电流控制。场效应管输入电阻很高，分析时，可认为输入端开路。在实际分析中， 包含场效应管的电路比包含晶体管的电路简单。2 JFET的工作原理（以N沟道器件为例）预备知识：PN结正偏，空间电荷区变窄；PN结反偏，空间电荷区变宽。N型半导体中，自由电子为多子，空穴为少子。结型场效应管的结构， 观看动画。(1)栅源间电压V GS对I D的控制Vgs(a)(b)(c)当漏源间短路，栅源间外加负向电压VGS时，结型场效应管中的两个 PN结均处反偏状态。随着V GS负向增大，加在PN结上的反向偏置电压增大，则耗尽层加宽。由于N沟道掺杂浓度较低，故耗尽层主要集中在沟道一侧。

53、耗尽层加宽，使得沟道变窄，沟道电阻增大，如图(b)所示。当VGS负向增大到某一值后，结两侧的耗尽层向内扩展到彼此相遇，沟道被完全夹断，此时漏源间的电阻将趋于无穷大，如图(c)所示。相应于此时的漏源间电压V GS称为夹断电压，用V GS(off)(或V P) 表示。(2)漏源电压V DS对沟道的影响(a)( b)(c)当V GS>V p且为某一定值，如果在漏源间加上正向电压V DS, V DS将在沟道中产生自漏极指向源极的 电场，该电场使得 N沟道中的多数载流子电子沿着沟道从源极漂移到漏极形成漏极电流IDo由于导电沟道存在电阻，I D流经沟道产生压降，使得沟道中各点的电位不再相等，于是沟道

54、中各点与栅极间的电压不再相等，也就是加在PN结两端的反向偏置电压不再相等，近源端PN结上的反向电压最小，近漏端的反向电压最大，结果使耗尽区从漏极到源极逐渐变窄，导电沟道从等宽到不等宽，呈楔形分布，如图(a)所示。随着V DS的增大，I D增大，沟道不等宽的现象变得明显，当VDS增大到某一值时，近漏端的两个耗尽区相遇，这种情况称为 预夹断，如图(b)所示。c)所示。继续增大V DS,夹断点将向源极方向延伸，近漏端出现夹断区，如图(由于栅极到夹断点 A之间的反向电压V GA不变，恒为V P,因此夹断点到源极之间的电压也就恒为V GS-V P,而V DS的增加部分将全部加在漏极与夹断点之间的夹断区上，形成较强的电场。在这种情况下， 从漏极向夹断点行进的多子自由电子，一旦到达夹断点就会被夹断区的电场漂移到漏极，形成漏极电流。一般情况下，夹断区仅占沟道长度的很小部分，因此VDS的增大而引起夹断点的移动可忽略 ，夹断点到源极间的沟道长度可以认为近似不变，同时，夹断点到源极间的电压又为一定值，所以可近似认为ID是不随V DS而变化的恒值。3. MOSFET勺工作原理（以N沟道