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1、模拟电子技术第1章 绪论1. 电子技术基础概述 电子技术基础包括模拟电子技术基础和数字电子技术基础。 课程主要介绍基本概念、基本原理、基本分析方法及其基本应用。 2. 本章讨论的主要问题 什么是电信号？什么是模拟信号？什么是数字信号？ 什么是模拟电路？什么是数字电路？ 模拟电子技术基础课程的特点表现在哪些方面？ 如何学习模拟电子技术基础课程？ 1.1 引言1.2 电信号(a) 模拟信号(b) 数字信号电信号随时间变化的电压或电流信号。模拟信号在时间和幅度上均具有连续性。数字信号在时间和幅度上均具有离散性。电信号波形1.3 模拟电路和数字电路放大电路运算电路波形发生电路滤波电路直流电源模拟电路处

2、理模拟信号的电子电路数字电路处理数字信号的电子电路门电路组合数字电路时序数字电路半导体存储器可编程逻辑器件模数和数模转换电路1.4 模拟电子技术基础课程*工程性*实践性模拟电子技术基础课程的特点：模拟电子技术基础课程的学习方法：(1)重点掌握基本概念、基本电路、基本分析方法 (2)能够运用电路的基本定理、基本定律分析模拟电路 (3)注意工程简化与近似(4)注重实践教学环节2.1 引言 半导体材料基础知识 PN结及其单向导电性 半导体二极管的工作原理、特性曲线、主要参数及其基本应用电路 稳压二极管 其它类型二极管第2章 半导体二极管 及其基本应用电路 2.2 半导体基础知识 半导体的导电能力介于

3、导体和绝缘体之间，如：Si、Ge、GaAs。 半导体的导电能力除了自身材质以外，还与以下因素有关： 温度； 光照、磁场、电场； 掺入杂质。 完全纯净、没有结构缺陷的半导体晶体。 相邻原子的价电子形成共价键，价电子为两个原子共有，形成有序的空间晶格结构。 2.2.1 本征半导体4价元素的共价键结构 温度为0K时，无自由电子；当T大于0K时，有些价电子挣脱原子核的束缚成为自由电子。这种现象就叫做本征激发。 本征激发产生自由电子和空穴。 在一定温度下，本征激发和复合达到动态平衡。 1. 本征激发载流子的产生和复合自由电子和空穴的数目、浓度相等；在一定温度下，本征激发和复合达到动态平衡；空穴可以在价带

4、内移动。2. 本征激发的特点本征半导体中，掺入五价磷元素；自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。2.2.2 杂质半导体N型半导体N型半导体的共价键结构 本征半导体中，掺入三价硼元素；空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。2.2.2 杂质半导体P型半导体P型半导体的共价键结构 2.3 PN结 P型半导体和N型半导体在原子尺度上紧密连接； 多子扩散：由浓度差引起多子的扩散运动，自由电子和空穴复合，形成空间电荷区，也叫耗尽层； 少子漂移：少子在空间电荷区内电场作用下的运动； 动态平衡：多子扩散和少子漂移达到动态平衡。 2.3.1 PN结的形成PN结的形成 1. PN结正偏时的导电性2.3.2 P

5、N结的单向导电性PN结外加正向电压 外电场加强了扩散运动、阻碍漂移运动，打破了平衡，空间电荷区变窄。扩散的多子增加，漂移过来的少子减少，产生载流子的差，从而在电路中形成电流。 这个电流也叫扩散电流，由多数载流子产生，电流较大，故PN结呈现低阻状态。因此，正偏时PN结正向导通。2. PN结反偏时的导电性PN结外加反向电压 外电场削弱了扩散运动、加强了漂移运动，打破了平衡，空间电荷区变宽。扩散的多子减少，漂移过来的少子增多，产生载流子的差，从而在电路中形成电流。 这个电流也叫漂移电流，由少数载流子产生，电流较小，故PN结呈现高阻。因此，反偏时PN结反向截止。 2.3.3 PN结的电容效应 势垒电容

6、是由空间电荷区的离子薄层形成的。一般外加反向电压来控制 PN 结的厚度，相当离子薄层的厚度随外加电压而相应地改变，这相当 PN 结中存储的电荷量也随之变化，犹如电容的充放电。 扩散电容是由多子扩散后，在PN结的另一侧面积累而形成的。因PN结正偏时，由N区扩散到P区的电子，与外电源提供的空穴相复合，形成正向电流。刚扩散过来的电子就堆积在 P 区内紧靠PN结的附近，形成一定的多子浓度梯度分布曲线。反之，由P区扩散到N区的空穴，在N区内也形成类似的浓度梯度分布曲线。1. 势垒电容PN结的势垒电容 外加反向电压使 PN 结上的压降增加时，离子薄层的厚度也相应随之变宽，这相当 PN 结中存储的电荷量随之

7、增加，犹如电容的充电。2. 扩散电容PN结的扩散电容 当外加正向电压不同时，扩散电流即外电路电流的大小也就不同。所以PN结两侧堆积多子的浓度梯度分布也不同，这就相当电容的充放电过程。 势垒电容和扩散电容 均是非线性电容。2.4 半导体二极管2.4.1 二极管的结构类型二极管的结构示意图(a) 点接触型 (b) 面接触型 (c) 平面型 2.4.2 二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线 (a) 测试电路 (b) 特性曲线伏安特性方程正向特性 在正向区，加入正向电压后，二极管并没有出现电流，有一个死区。当正向电压加到一个被称为开启电压Uth后，正向电流开始出现，正向特性曲线非线性较大，当正向电流较

8、大时，特性曲线也具有一定线性度。 硅二极管和锗二极管的正向特性有所不同，主要表现在开启电压不同，硅二极管的Uth大约在0.5V；锗二极管的Uth 大约在0.1V。反向特性 在反向区，硅二极管和锗二极管的特性有所不同。硅二极管的反向击穿特性比较硬、比较陡，反向饱和电流很小；锗二极管的反向击穿特性比较软，过渡比较圆滑，反向饱和电流较大。 从击穿机理上看，当硅二极管|UBR|7V时，主要是雪崩击穿；当|UBR|4V时，则主要是齐纳击穿。当|UBR|在4V7V之间时，两种击穿都有。2.4.3 二极管的主要参数 (1) 最大整流电流 IF 二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大正向平均电流。(2)

9、最大反向工作电压URM 二极管安全工作时，所能承受的最大反向电压。一般URM约为反向击穿电压UBR的一半。 (3) 反向电流IR 一般是指二极管未击穿时的反向电流值。硅二极管的反向电流一般在纳安(nA)级；锗二极管在微安(A)级。 IR值越小，二极管单向导电性越好。 (4) 最高工作频率fM 二极管工作的上限频率，由PN结的结电容大小决定。二极管的工作频率超过fM时，单向导电性变差。2.4.4 二极管的等效模型理想模型 二极管正向导通时，其正向压降为零；二极管反向截止时，认为反向电阻为无穷大，反向电流为零，称为理想二极管。此时理想二极管相当于理想开关。 该模型主要用于信号幅值远远大于二极管的正

10、向压降，可以忽略二极管正向压降和反向电流的电路中。1. 理想模型恒压降模型 认为二极管的正向压降为常数、反向电阻为无穷大、反向电流为零。此时二极管可以用一个理想二极管串联一个恒压源UD表示。硅管的正向压降UD为0.7V。2. 恒压降模型折线化模型 在正向曲线上选取一点Q(UD,ID)，连接Q点和(Uth,0)点。注意rD不是动态电阻rd，因为斜线不是切线。折线模型不固定，与Q点的选取有关。 3. 折线化模型QQ 二极管的动态电阻属于交流参数，是二极管对它两端交流电压呈现出的电阻值。rd可以用二极管伏安特性曲线斜率的倒数来表示，rd的大小和工作点Q有关。二极管的动态电阻的物理意义 4. 小信号模

11、型小信号模型 用于计算UD, ID在Q点附近的微小变化。注意，一定要先提供一个工作点Q ！4. 小信号模型2.4.5 二极管基本应用电路半波整流电路和输入输出波形 1. 整流电路(a) 电路图 (b) 输入输出波形2. 限幅电路(a) (b)3. 开关电路二极管与门与门输入输出电压关系2.5 稳压二极管2.5.1 稳压二极管的伏安特性稳压二极管的符号与伏安特性 稳压二极管的伏安特性与普通二极管相似，其正向特性为指数曲线。当稳压二极管外加反向电压时，当反向电压增大到反向击穿电压时，稳压二极管反向击穿。此时如果反向电流在一定范围内，其反向击穿特性陡直，几乎平行于纵轴，呈现很好的稳压特性。2.5.2

12、 稳压二极管的主要参数 (1) 稳定电压UZ 在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。(2) 动态电阻rZ 其概念与一般二极管的动态电阻相同，只不过稳压二极管的动态电阻是从它的反向特性曲线上求取的。rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。 rZ =UZ /IZ (3) 最大耗散功率 PZM 稳压管的最大功率损耗取决于PN结的面积和散热等条件。反向工作时PN结的功率损耗为 PZM= UZ IZMAX (4) 最大稳定工作电流 IZMAX 和最小稳定工作 电流IZMIN 稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即 IZMAX = PZMAX/UZ而IZMIN对应UZMIN，即反向特

13、性曲线刚刚击穿处对应的IZ。若工作电流IZIZMIN则不能稳压。(5) 稳定电压UZ的温度系数 温度的变化将使UZ改变，在稳压管中当|UZ| 7 V时，UZ具有正温度系数 0，反向击穿是雪崩击穿。 当|UZ|4V时，UZ具有负温度系数，反向击穿是齐纳击穿。 当4V|UZ| 7 V时，正、负温度系数互相抵消，稳压管可以获得接近零的温度系数。这样的稳压二极管可以作为标准稳压管使用，提供十分稳定的直流电压。2.5.3 稳压二极管稳压电路稳压二极管稳压电路1. 稳压原理2. 限流电阻确定已知UImax、UImin、ILmax、ILmin、IZmax、IZmin IZ在UImax、ILmin时取得最大值

14、，则IZ在UImin、ILmax时取得最小值，则 双极型晶体管又称为半导体三极管、晶体三极管。它由两个 PN 结组合而成，有两种载流子参与导电，是一种电流控制电流源器件（CCCS）。晶体管英文为Transister，有两大类型: 双极型晶体管(BJT)； 场效应晶体管(FET)。3.1 引言 场效应型晶体管仅由一种载流子参与导电，是一种电压控制电流源器件（VCCS）。第3章 双极型晶体管 及其基本放大电路 本章主要介绍双极型晶体管的结构及其放大作用、特性曲线及主要参数，阐述了放大电路的组成、工作原理及主要技术指标，重点介绍双极型晶体管三种组态基本放大电路的分析方法。晶体管的两种结构3.2.1

15、晶体管的结构和类型NPN型PNP型这是基极b这是发射极e这是集电极c这是发射结Je这是集电结Jc 晶体管符号中的短粗线代表基极，发射极的箭头方向，代表发射极加正向偏置时电流的方向。 双极型晶体管有两种结构，NPN型和PNP型。这是基区这是发射区这是集电区3.2 双极型晶体管3.2.2 晶体管的三种组态双极型晶体管有三个电极，其中两个可以作为输入，两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，如共发射极接法，也称共发射极组态，简称共射组态，发射极是公共电极。晶体管的三种组态共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表；共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示；共基极接法

16、，基极作为公共电极，用CB表示。 双极型晶体管在制造时，要求发射区的掺杂浓度大，基区掺杂浓度低并要制造得很薄，集电区掺杂浓度低，且集电结面积较大。从结构上看双极型晶体管是对称的，但发射极和集电极不能互换。 双极型晶体管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压。现以 NPN型晶体管的放大状态为例，来说明晶体管内部的电流关系。1. 晶体管内部载流子的传输3.2.3 晶体管的电流放大作用IENIEPICBOIEICIBIBNIE=IEN + IEP且IEN IEPIC= ICN +ICBO ICN= IEN - IBN IB= IEP + IBN -

17、 ICBO 注意：图中画的是载流子的运动方向，空穴流与电流方向相同；电子流与电流方向相反。由此可确定三个电极的电流。ICN如何保证注入的载流子尽可能地到达集电区？ 发射极电流：IE= IEN+IEP 且有IENIEP 集电极电流：IC=ICN+ICBO ICN=IEN-IBN 且有IEN IBN ， ICNIBN 基极电流： IB=IEP+IBN-ICBO 2. 晶体管电极电流的关系所以，发射极电流又可以写成 IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO)=IC+IB IENIEPICBOIEICIBIBNIE=IEN + IEP且IEN IE

18、PIC= ICN +ICBO ICN= IEN - IBN IB= IEP + IBN - ICBOICN 称为共基极直流电流放大系数。它表示最后达到集电极的电子电流ICN与总发射极电流IE的比值。3. 晶体管的电流放大系数 (1) 共基极直流电流放大系数 IC=ICN+ICBO= IE+ICBO= (IC+IB)+ICBO ICN与IE相比，因ICN中没有IEP和IBN，所以 (2) 共发射极直流电流放大系数 称为共射极直流电流放大系数。则其中称为晶体管的穿透电流 其中 很小，可以忽略 ，它描述了晶体管的电流放大作用。令 3.2.4 晶体管的共射特性曲线 iB是输入电流，uBE是输入电压。

19、iC是输出电流，uCE是输出电压。 输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=const 输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const共发射极接法晶体管的特性曲线包括：共发射极接法的电压-电流关系1. 输入特性曲线 (1) UCE=0V，iB和uBE和呈指数关系，类似于半导体二极管的特性。(2) 当UCE增加时，集电结收集电子能力增加，曲线右移。(3) UCE1V，曲线右移不明显。近似用UCE=1V曲线代替 。 输入特性曲线可分为：死区 非线性区 近似线性区NPN型晶体管的共射输入特性曲线输入特性曲线 iB=f(uBE) uCE=const它是以IB为参变量的一族特性曲线。NPN型晶体管

20、的共射输出特性曲线2. 输出特性曲线当UCE稍增大时，IC随着UCE增加而增加。现以一条曲线为例：当UCE=0 V时，集电极无收集作用，IC=0。当UCE继续增加使集电结反偏电压较大时， UCE再增加，电流也没有明显的增加。输出特性曲线 iC=f(uCE) iB=const输出特性曲线可以分为三个区域:饱和区iC受uCE显著控制的区域，该区域内uCE的 数值较小，一般UCE0.7 V(硅管)。此时 发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。截止区iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，发射结反偏， 集电结反偏。放大区iC平行于uCE轴的区域，曲线基本平行等距。 此时，发射结正偏，集电结反

21、偏，电压大于0.7 V左右(硅管) 。输出特性曲线的分区截止区饱和区 晶体的参数分为三大类: 直流参数、交流参数、极限参数 (1) 直流电流放大系数 共发射极组态直流电流放大系数 1. 直流参数对共射组态的电流放大系数，在UCE不变的条件下，输出集电极电流ICQ与输入基极电流IBQ之比，定义：3.2.5 晶体管的主要参数输出特性曲线共基极组态直流电流放大系数 称为共基极直流电流放大系数。 集电结的反向饱和电流ICBOICBO是发射极开路时集电结的反向饱和电流。 穿透电流ICEO ICEO是基极开路时集电极与发射极之间的穿透电流。 ICEO=（1+ ）ICBO(2) 极间反向电流 在共射接法输出

22、特性曲线上，通过垂直于X 轴的直线求取iC/iB。在输出特性曲线上求2. 交流参数(1) 交流电流放大系数共发射极交流电流放大系数 Q 共基极交流电流放大系数(2) 特征频率fT 晶体管的 值不仅仅与工作电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，晶体管的 值将会下降。当 下降到 1 时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。当ICBO和ICEO很小时， 、 ，可以不加区分。(3) 共射截止频率f低频时共发射极交流电流放大系数为0。下降到0/ 时所对应的信号频率称为晶体管的共射截止频率，用f表示。(4) 共基截止频率f低频时共基极交流电流放大系数为0。 下降到0/ 时所对应

23、的信号频率称为晶体管的共基截止频率，用f表示。特征频率、共射截止频率和共基截止频率三者之间大致满足如下关系：(1) 集电极最大允许电流 ICM3. 极限参数当集电极电流增加到一定程度， 就要下降，使 值明显减小所对应的IC称为集电极最大允许电流ICM。(2) 集电极最大允许功率损耗PCMpC= iCuCE ，PCM表示集电结上最大允许耗散功率。 (3) 反向击穿电压 反向击穿电压表示晶体管电极间承受反向电压的能力。晶体管击穿电压的测试电路 1.U(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压。下标BR代表击穿之意，是Breakdown的字头，CB代表集电极和基极，O代表第三个电极E开路。 2.U(

24、BR) EBO集电极开路时发射结的击穿电压。 3.U(BR)CEO基极开路集电极和发射极间的击穿电压。 U(BR)CBOU(BR)EBOU(BR)CEO对于U(BR)CER表示BE间接有电阻，U(BR)CES表示BE间是短路的。几个击穿电压在大小上有如下关系 U(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERU(BR)CEOU(BR) EBO 由晶体管的极限参数PCM、ICM和U(BR)CEO确定了晶体管的过损耗区、过流区和击穿区。使用晶体管时，应避免使其进入上述三个区域，保证晶体管工作在安全工作区。输出特性曲线的安全工作区 过电流区是集电极电流达到ICM和超过ICM以上的部分。过损耗区由晶体管

25、的集电极最大功率损耗值确定，是一条曲线。 过电压区由U (BR)CEO决定。曲线中间部分为安全工作区。1. 温度对ICBO的的影响温度升高，半导体的本征激发增大，漂移电流增大，ICBO随之增大。经验数据表明，温度每升高10， ICBO增加约一倍。3.2.6 晶体管的温度特性2. 温度对输入特性曲线的影响当温度升高时，输入特性曲线左移， uBE减小，大约温度每增加1，uBE的绝对值减小22.5mV。3. 温度对输出特性曲线的影响当温度升高时，晶体管的输出特性曲线上移且间距变大，穿透电流 ICEO增加，增加， IC增加。国家标准对半导体三极管的命名如下:3 D G 110 B 第二位：A锗PNP管

26、、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管用字母表示材料用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格三极管3.2.7 晶体管的型号及封装1. 晶体管的型号双极型晶体管的型号和主要参数 小、中功率晶体管图片(金属圆壳封装)2. 晶体管的封装小、中功率晶体管图片(塑封)大功率晶体管图片 基本放大电路一般是指由晶体管与其它电路元件所组成的放大电路。 1. 放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。2. 输出信号不能失真，即输出信号与输

27、入信号之间在形状上不能变样。3. 输出信号的能量是由直流电源提供的，只是经过晶体管的控制，使之转换成输出信号的能量，提供给负载。放大的本质是能量的控制与转换。3.3.1 放大的概念3.3 放大的概念和放大电路的性能指标放大电路结构框图 可将放大电路看成是一个含有受控源的双端口网络。它由信号源、放大电路、直流电源组成，放大电路一般都包括负载，但负载不是放大电路的必须组成部分。 3.3.2 放大电路的性能指标放大电路的性能指标是衡量其性能优劣的标准。放大电路的性能指标主要包括放大倍数（增益）、输入电阻、输出电阻和通频带等。1. 放大倍数(增益) 输出信号在电压或电流的幅度上会得到放大，即输出功率会

28、有所放大。 放大电路的增益包括电压增益、电流增益、互阻增益、互导增益和功率增益。放大电路结构示意图(1)电压增益定义为(2)电流增益定义为(3)功率增益定义为(4)互阻增益定义为(5)互导增益定义为2. 输入电阻 Ri输入电阻是从放大电路的输入端看进去的等效电阻。输入电阻是描述放大电路从信号源吸取电流大小的参数。Ri大，放大电路从信号源吸取的电流小，反之则大。输入电阻的定义输出电阻是从放大电路的输出端看进去的信号源等效内阻。输出电阻是描述放大电路带负载能力的参数。Ro大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。输出电阻Ro有两种求法。方法一根据输出电阻的定义。方法二通过实验的方法。3. 输出电阻R

29、o输出电阻的定义此时，应将信号源源电压 短路，但保留信号源内阻 ，同时将负载 开路。在输出端加假想电源 ，求出 ，即可计算出 。方法一求Ro的实验电路方法二 注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。通过实验的方法求放大电路的输出电阻。先测试负载开路时的输出电压 ，再测试负载电阻为RL时的输出电压 。 放大电路在正弦输入信号的作用下，输出电压信号的谐波成分总量与基波分量之比，即为非线性失真系数，其表达式为4. 非线性失真系数式中 U1为基波分量有效值 U2、U3为各次谐波分量的有效值5. 最大不失真输出幅度放大电路

30、的最大不失真输出幅度是指放大电路的输出信号非线性失真系数不超过额定值时的输出信号最大值，一般用 或 表示。放大电路的增益A( f ) 是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当A( f )下降到中频电压放大倍数A0的 1/ 时所对应的频率，即放大电路电压增益的幅频特性6. 通频带相应的频率fL称为下限截止频率，fH称为上限截止频率。放大电路电压增益的幅频特性通频带BW（bandwidth）： BW=fH-fLfH3.4.1 共射基本放大电路的组成 共射基本放大电路由一个共射接法的晶体管加相应的电阻、电容等元件和直流电源组成的。1. 共射放大电路的组成(a) (b) 共射基本放大电路3.

31、4 共射基本放大电路的组成 及工作原理固定偏置共射组态基本放大电路由以下几部分构成：固定偏置共射基本放大电路晶体管VT：放大的核心，起能量控制和转换的作用；工作在放大区。偏置电阻Rb ：为放大电路提供合适的基极偏置电压，使发射结正偏，集电结反偏。负载电阻Rc 、RL ：将变化的集电极电流转换为电压输出。耦合电容C1、 C2：“隔直通交”的作用。使输入交流信号无损耗地加到基极，输出交流信号无损耗地输送到负载上。直流电源VCC：为电路提供合适的偏置电流和能量。 通过对晶体管共射基本放大电路组成的分析，可以得到晶体管基本放大电路的组成原则： (1) 晶体管工作在放大状态，建立合适的静态工作点，保证电

32、路输出电压不失真。 (2) 输入回路的设置应能够使输入信号有效地作用于晶体管的发射结。 (3) 输出回路的设置应能够使输出信号有效地作用于负载上。2. 放大电路的组成原则输入信号通过耦合电容加在晶体管的发射结，经过下列过程得到放大的电压信号：晶体管放大作用 变化的 通过 转变为变化的输出电压1. 放大原理共射放大电路3.4.2 共射基本放大电路的工作原理2. 放大电路中的电压波形在放大电路中变化的交流信号是叠加在静态的直流信号之上的。静态时的直流信号用UBE、 UCE表示；交流信号用ube、 uce表示；交流直流叠加在一起用uBE、 uCE表示。放大电路的电压和电流信号3. 静态和动态 静态

33、时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通路和交流通路。 动态 时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。 直流通路：直流量传递的路径。由晶体管、Rc、Rb、Vcc构成。 原则：耦合电容、旁路电容视为开路，信号源视为短路。 4. 直流通路和交流通路固定偏置共射放大电路的直流通路直流通路交流通路:交流量传递的路径。由晶体管、Rc、RL和Rb构成。原则：直流电源、耦合电容和旁路电容相当于短路。交流通路固定偏置共射放大电路的交流通路 晶体管基本放大电路的分析包括静态分析和动态分析。分析放大电路时，必

34、须根据先静态、后动态的原则。 放大电路的动态分析用放大电路的交流通路来分析。具体的分析方法有图解法和微变等效电路法。 放大电路的静态分析用放大电路的直流通路来分析。具体的分析方法有计算法和图解法。 3.5 基本放大电路的分析方法 由于晶体管的特性曲线是非线性的，不能用数学表达式来描述，只能用特性曲线来表示。在分析放大电路时可采用图解的方法。 在放大电路的输入回路，可以用晶体管的输入特性曲线和直流通路的输入回路方程式来描述。 在放大电路的输出回路，可以用晶体管的输出特性曲线和直流通路的输出回路方程式来描述。1. 静态分析3.5.1 图解法对分压偏置共射基本放大电路进行静态图解分析，求解静态工作点

35、。其求解过程如下：分压偏置共射放大电路直流通路先画出分压偏置共射放大电路的直流通路对基极偏置回路用戴维南定理进行变换，使基极偏置电路只具有一个网眼，以方便列出输入回路方程。(1) 输入回路的图解用戴维宁定理进行等效变换用戴维南定理进行变换/1BImA /VBEUO变换后的等效直流通路晶体管的输入特性曲线：QIBQVbCCR过(0， )点，作斜率为 的直线称为输入直流负载线。BEUQR斜率1b其与晶体管的输入特性曲线交于静态工作点Q，对应坐标为IBQ和UBEQ。列输入回路方程晶体管的输出特性曲线为：过M点(VCC，0)和N点(0，VCC/(Rc+ Re)确定的直线称为输出回路的直流负载线。与IB

36、Q输出特性曲线交于Q点，坐标为 ICQ和 UCEQ。 (2) 输出回路的图解直流负载线输出回路的图解分析列输出回路方程化简得(3) 列输出回路方程式 UCE=VCC IC (Rc +Re)(4) 在输出特性曲线上确定两个特殊点(VCC ，0)； (0，VCC / (Rc + Re) ) ，即可画出输出直流负载线。 直流负载线的确定方法：(1) 列输入回路方程式 VCC= IBRb + UBE(2) 在输入特性曲线上，作出输入直流负载线，两线的交点即是Q，由此可确定IBQ ，UBEQ 。(5) 得到Q点的参数IBQ、 UBEQ、ICQ和UCEQ。放大电路的动态分析是在有输入信号作用下的求解过程，

37、先做出放大电路的交流通路。 交流通路根据交流通路，可得交流输出电压放大电路集电极输出回路的交流负载电阻是RL = Rc/ RL 。2. 共射放大电路的动态图解分析 (1) 交流负载线放大电路的动态是建立在静态的基础上的，动态时工作点的运动轨迹一定通过静态工作点Q。交流负载线描述动态信号的运动轨迹。它在输出特性曲线上要比直流负载线陡，因为交流负载电阻小于直流负载电阻。 交流负载线辅助线过静态工作点Q做一条直线，斜率等于交流负载电阻的倒数，即为交流负载线。交流负载线 交流负载线确定步骤：(3) 交流负载线与直流负载线相交Q点。交流负载线辅助线(1) 作出放大电路的交流通路。 (2) 确定输出回路交

38、流通路的交流负载电阻为： RL= RLRc (4) 交流负载线是有交流输入信号时动态工作点的运动轨迹。通过Q点做一条直线，令其斜为-1/RL ，该直线即为交流负载线。交流负载线(2) 电压放大倍数分析 用UBE表示直流量、 ube 表示交流量、 uBE表示交直流量的总合。 放大电路的交流工作状态可以通过图解的方法来表示。动态时，电路中的电流和电压将在静态直流量的基础上叠加交流量。可以采用交、直流分开的分析方法，即先分析静态，再分析动态，然后再把它们叠加起来。UBEubeuBEOOttbeuBEuOtBEU放大电路中直流、交流和交直流的表示放大电路的动态图解分析动态图解分析的过程如下：1. 首先

39、画出输入电压波形ube(t)2. 根据输入特性曲线和ube(t)画出ib波形3. 根据ib波形和交流负载线画出ic波形4. 根据交流负载线和ic波形画出uce波形交流负载线通过图解分析，可得如下结论：(1) ui ube ib ic uce |-uo| (2) uo与ui相位相反；测量出ube的幅度测量出uce的幅度三极管的电流放大作用 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 可以确定最大不失真输出幅度。(3) 输出波形失真分析饱和失真：截止失真：由晶体管特性曲线的非线性引起的输出信号失真，称为非线性失真，主要有饱和失真和截止失真。 由于放大电路的工作点达到了晶体管的饱和区而引起的非线

40、性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。 由于放大电路的工作点达到了晶体管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。放大器截止失真和饱和失真(NPN晶体管)(a)饱和失真(b)截止失真(4) 放大电路的最大不失真输出幅度放大电路的最大不失真输出幅度是指放大电路的输出信号在不失真的情况下所能达到的最大值，一般用Uommax或Iommax表示。放大电路的最大不失真输出幅度 (5) 输出功率和功率三角形 要想Po大，就要使功率三角形的面积大，即必须使Uom 和Iom 都要大。功率三角形放大电路向电阻性负载提供的输出功率: 在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一

41、三角形称为功率三角形。3.5.2 微变等效电路法 微变等效电路法：在小信号条件下，把非线性的晶体管用线性模型来代替，用线性电路的分析方法来计算基本放大电路。1. 晶体管低频小信号模型在低频小信号下，将晶体管看成一个线性有源双端口网络。根据晶体管的输入和输出特性曲线，端口特性表示为：在低频正弦信号作用下，上式可写成复数形式： 在低频小信号作用下，在静态工作点Q对上式取全微分：式中出现的四个系数，分别为：称为输入电阻rbe量纲为。称为电压反馈系数根据PN结的内部结构，并利用PN结的电流方程可以推导出是晶体管的基区体电阻，一般在200 300 之间 称为电流放大系数，即称为输出电导即1 / rce，

42、量纲为Sh11、h12、h21和h22称为晶体管的H参数，其大小与Q有关。 h12很小， rce很大，h12和h22可忽略，得到晶体管的简化H参数等效电路。晶体管的H参数等效电路如图所示。晶体管低频小信号模型没有考虑结电容的影响。只适用于放大电路的低频和中频段，不适用于高频放大电路。2. 采用微变等效电路法对共射基本放大电路进行分析(1) 静态分析对分压偏置共射基本放大电路进行静态分析，先画出直流通路。分压偏置共射放大电路直流通路 用戴维南定理进行变换：计算求解法列输入回路方程： 晶体管的管压降： 基极电流为： 集电极电流为： 列输出回路方程： 对于硅管：估算法当I1=(510) IB时，可忽

43、略IB，基极电位为： 对于硅管：列输出回路方程： 分压偏置射放大电路交流微变等效电路(2) 动态分析对分压偏置共射基本放大电路进行动态分析，先画出交流通路。将耦合电容和旁路电容短路将直流电源交流短路。将晶体管用低频小信号模型代替得到微变等效电路。 电压放大倍数由输入回路：电压放大倍数为：根据放大电路的微变等效电路，可求出其电压放大倍数由输出回路：式中： 输入电阻输入电阻是从放大电路的输入端看进去的等效电阻，其表达式为： 输出电阻共射放大电路求输出电阻输出电阻是从放大电路的输出端看进去的信号源等效内阻，其表达式为：【例3.5.1】 电路如图3.5.1所示，设VCC15V，Rb1=60k、Rb2=

44、20k 、Rc=3k 、Re=2k 、Rs=600 ，电容C1、C2和Ce都足够大，60，UBE=0.7V，RL=3 k 。试计算：(1) 电路的静态工作点；(2) 电路的中频电压放大倍数 、输入电阻Ri和输出电阻Ro；(3) 若信号源具有Rs600的内阻，求源电压放大倍数 。例3.5.1 电路图 【解】(1) 求解静态工作点对直流通路进行戴维南变换。列输入回路方程，得列输出回路方程，得 画出电路的微变等效电路 rbe=Ri= Rb1/ Rb2/ rbe =1.36 k Ro=Rc =3 k(2) 求解中频电压放大倍数 、输入电阻Ri和输出电阻Ro(3) 求解源电压放大倍数 【例3.5.2】已

45、知C1、C2、Ce的容量足够大，VCC=12V，UB=2.7V，Rb2=2.7k；UBEQ=0.7V、=100、rbb=200。(a) (b) 例3.5.2 电路图和其输出特性曲线的图解(1) 计算电阻Rb1、Re、Rc和RL。(2) 画微变等效电路，求电压放大倍数输入电阻输出电阻。(3) 输出不失真情况下，允许输入信号峰-峰值最大值？(4) 不断增加输入信号幅度，先出现饱和失真还是截止失真？【解】(1) 计算电阻Rb1、Re、Rc和RL根据直流通路和其输出特性曲线上的图解可得(2) 由电路的微变等效电路图得： (3) 由输出特性曲线得最大不失真输出幅度为3V，则输入信号最大峰峰值为(4) 若

46、不断增加输入信号幅度，先出现截止失真。3.6 晶体管三种组态基本放大电路 晶体管有三种组态：共发射极、共集电极和共基极。 根据晶体管在电路中的接法，基本放大电路也有三种组态：共射、共集和共基组态。 本节首先介绍晶体管三种组态基本放大电路，然后对三种组态基本放大电路进行性能比较。3.6.1 共射基本放大电路 1. 固定偏置共射基本放大电路(1) 静态分析将C1、C2开路，得到直流通路 列输入回路方程： 列输出回路方程： 对于硅管： 电压放大倍数画出电路的微变等效电路，对其进行动态分析式中：(2) 动态分析固定偏置共射放大电路输入与输出反相位， ，有电压放大能力，同时具有电流放大能力 输入电阻 输

47、出电阻【例3.6.1】设VCC12V， Rb=400k 、 Rc1=2k、 50， Rc2=2k 、 RL=2 k、 UBE=0.7V ，电容C1、C2和C3都足够大。试求：1. 画直流通路、交流通路和微变等效电路图；2. 求静态工作点；3. 计算中频电压放大倍数；4. 计算输入电阻Ri和输出电阻Ro；5. 定性说明若将电容开路，对电路会产生什么影响？例3.6.1 电路图【解】(1) 画出电路的直流通路、交流通路和微变等效电路。例3.6.1 电路的直流通路、交流通路和微变等效电路(2) 根据直流通路计算静态工作点列输出回路方程，得 列输入回路方程(3) 根据微变等效电路，计算电压放大倍数： (

48、4) 输入电阻和输出电阻 (5) 若C3开路，静态工作点不变；电压放大倍数、输出电阻均增大。2. 分压偏置共射基本放大电路 前面已经介绍了分压偏置共射基本放大电路的组成、静态分析和动态分析，这里主要讨论旁路电容对电压放大倍数的影响和静态工作点稳定原理。分压偏置共射放大电路UB这样因温度变化引起IB的变化，对基极电位就没有多大的影响了，就可以用Rb1和Rb2的分压来确定基极电位。晶体管对温度非常敏感。温度升高，Ic增大；温度降低， Ic减小。造成Q点的移动，使输出信号产生失真。共射组态分压偏置基本放大电路有稳定Q的特点。在电路中，要求IRb远大于IB。(1)静态工作点稳定原理UBIBIRbUE+

49、LReRcRb2Rb1R+CCV2C1CeC-+-+iU&oU&VTUBIBIRbUE温度升高时，分压偏置共射放大电路能稳定Q点，过程如下: Re构成了直流负反馈，具有稳定静态工作点的作用。(2) Ce对电压放大倍数的影响旁路电容Ce为大容量的电解电容，起“隔直通交”的作用。其存在与否不影响Q。但影响交流通路、微变等效电路，从而影响动态参数。删除Ce后的微变等效电路去掉Ce后，Au显著减小。因此对于交流信号， Ce 的作用是旁路电阻Re，提高Au。 共集组态放大电路3.6.2 共集基本放大电路直流电源对交流信号而言，相当于对地交流短路，集电极作为输入回路和输出回路的公共端，因此称为共集基本放大

50、电路，也称射极输出器、射极跟随器。共集基本放大电路从晶体管的基极输入信号，从晶体管的发射极输出信号。1. 静态分析基极电流：集电极极电流：管压降：将耦合电容C1、C2视为开路，得到晶体管共集基本放大电路的直流通路。画出共集组态放大电路的微变等效电路。共集组态放大电路微变等效电路 2. 动态分析 电压放大倍数由输入回路得：由输出回路得：；共集放大电路的电压放大倍数 ，输入信号和输出信号相位相同。若 ， 输出电压跟随输入电压变化， 输入电阻基极电流：输入电阻：所以 Ri是从放大电路输入端看进去的输入电阻， 是从基极看进去的输入电阻，所以 共集组态放大电路的输入电阻比共射组态基本放大电路要大，一般可

51、以达到几十千欧，甚至几百千欧。 输出电阻求输出电阻的微变等效电路根据输出电阻定义共集基本放大电路的输出电阻非常小，一般可以小到几十欧姆。将 短路、RL开路，在输出端加 ，产生电流 。共集组态放大电路的基本特点： (1) 共集放大电路只能放大电流，电压放大倍数小于且接近等于1。 (2) 输出电压的相位与输入电压的相位相同，输出电压的波形和输入电压的波形一样，故又名射极跟随器。 (3) 共集电极基本放大电路的输入电阻高，输出电阻低，具有阻抗变换的特点，有较强的带负载能力，常用于多级放大电路的输入级和输出级，以及功率放大电路。电路中基极交流电位等于0，相当基极交流接地，输入信号接发射极，输出信号从集

52、电极引出。共基组态放大电路及直流通路共基组态放大电路的静态分析与分压偏置共射放大电路一样，它们的直流通路完全一样，在此仅给出结果。3.6.2 共基基本放大电路基极电流：集电极电流：管压降： cCQCCCEQ (R +Re)IVU-=BQCQII=UV-ebBEQCCBQ)1(RRI+=b动态分析画出微变等效电路共基组态放大电路微变等效电路(1) 电压放大倍数 (2) 输入电阻 共基基本放大电路的输入电阻非常小，通常为几十欧姆。 (3) 输出电阻共基组态放大电路的基本特点：(1) 共基放大电路不能放大电流，只能放大电压，电压放大倍数在数值上与共射放大电路相同，但输出电压与输入电压同相。(3) 共

53、基放大电路的高频性能良好，通频带在三种组态的放大电路中最宽。(2) 共基放大电路的输入电阻低，输出电阻与共射放大电路相同。3.6.4 三种组态晶体管基本放大电路的性能比较 由于放大电路中存在着电抗性元件和三极管的极间电容，放大电路对不同频率的信号具有不同的放大能力。 放大电路电压放大倍数可表示为频率的复函数：上式表示放大电路的频率响应，可分解为以下两部分 幅度频率特性3.7.1 频率响应的基本概念 相位频率特性 幅频特性是描绘输入信号幅度固定，输出信号的幅度随输入信号的频率变化而变化的规律。相频特性是描绘输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化的规律3.7 放大电路的频率响应幅频特性偏离中

54、频值的现象称为幅度频率失真。相频特性偏离中频值的现象称为相位频率失真。幅频失真和相频失真不是因为晶体管的非线性特性造成的，称为线性失真。 产生频率失真的原因是: (1) 放大电路中存在电抗性元件。 例如:耦合电容、旁路电容、分布电容、变压器、 分布电感等； (2) 晶体管的()是频率的函数。 在研究频率特性时，晶体管的低频小信号模型不再 适用，而要采用高频小信号模型。 幅频失真和相频失真会对所放大的波形产生影响，图中给出的曲线可以由基波和三次谐波合成，如果放大电路对基波和三次谐波的增益不同，就会产生幅频失真。 (a) 基波较大三次谐波较小 (b) 基波较小三次谐波较大幅频失真示意图(a) 基波

55、和二次谐波无相移 (b) 二次谐波产生相移相频失真示意图 放大电路对不同谐波虽然增益相同，但相移不同，会产生相频失真。相频失真对波形形状的影响往往比幅频失真更大。 1. 一阶RC低通电路 式中wtH11=RC 一阶RC低通电路，Au的模、上限截止频率和相角分别为-+-RC.iU.OU+3.7.2 一阶RC电路的频率响应电压放大倍数(传递函数)为由以上公式可做出RC低通电路的近似频率特性曲线：RC低通电路的频率特性曲线3dB- 幅频特性的X 轴和Y 轴都是采用对数坐标，fH 称为上限截止频率。当 时，幅频特性将以十倍频20dB的斜率下降，或写成-20dB/dec。 在 处的误差最大， 有3dB。

56、 当 时，相频特性将滞后 45，并具有-45/dec的斜率。在 和 处与实际的相频特性有最大的误差值分别为+5.7和-5.7。这种折线化画出的频率特性曲线称为波特图，是分析放大电路频率响应的重要手段。式中 一阶RC高通电路下限截止频率、模和相角分别为:2. 一阶RC高通电路其电压放大倍数为：由此可做出RC高通电路的波特图。RC高通电路的近似频率特性曲线20dB/dec3dB-比较一阶RC高通和低通的电压放大倍数表达式低通低通低通高通 低通RC电路有上限截止频率，高通RC电路有下限截止频率。如果低通RC电路和高通RC电路有增益，上述表达式的分子应乘以电压放大倍数。混合型高频小信号模型是通过晶体管

57、的物理模型建立的。晶体管物理结构示意图(1) 物理模型 3.7.3 双极型管的高频小信号模型1. 混合型高频小信号模型rbb -基区的体电阻re -发射区体电阻rbe -发射结电阻rbc -集电结电阻rc -发射区体电阻Cbc -集电结电容，常用C表示Cbe -发射结电容，常用C表示rc和re的数值较小，常常忽略不计。根据这一物理模型可以画出混合型高频小信号模型。高频混合型小信号模型电路这一模型中用 代替 ，这是因为本身就与频率有关，而gm与频率无关。推导如下: (2) 用 代替由此可见gm是与频率无关的0和rbe的比，所以gm与频率无关。若IE=1mA， gm=1mA/26mV38mS。gm

58、称为跨导，代表电压对电流的控制作用，还可写成0反映了晶体管内部，对流经rbe的电流 的放大作用。 是真正具有电流放大作用的部分，0 即低频时的。在型小信号模型中，因存在C 和rbc，对求解不便，可通过单向化处理加以变换。首先因rbc很大，可以忽略，只剩下C 。(3) 单向化高频混合型小信号模型的单向化 用输入侧的C和输出侧的C两个电容去分别代替C ，但要求变换前后应保证输入侧和输出侧相关电流不变。 IrUUbbbbebeb0IberICmgbeUcerceUebcb输入侧高频混合型小信号模型的单向化 令放大倍数 ，则 输出侧所以由于C f 。fT和f在数量上有一定的关系，即fT0 f ，推导如

59、下：共基极接法截止频率f-在共基极接法条件下，随着频率的增高，中频段的电流放大系数0 就要下降， 当下降了-3dB，即0.7070 时所对应的频率定义为共基极接法截止频率。分析放大电路的频率响应，需画出放大电路从低频到高频的全频段小信号模型。共射接法基本放大电路1. 全频段小信号模型3.7.4 共射基本放大电路的频率响应先画出晶体管高频小信号简化模型，然后再将耦合电容和旁路电容画出，分低、中、高三个频段分别加以研究。全频段微变等效电路 晶体管模型将全频段微变等效电路转变为中频微变等效电路。将耦合电容器和旁路电容器短路，将极间电容开路。2. 中频段小信号微变等效电路根据中频段微变等效电路的模型，

60、求解中频电压增益。中频段微变等效电路将全频段微变等效电路转变为高频微变等效电路:将耦合电容器和旁路电容器短路，将极间电容保留。3. 高频段小信号微变等效电路高频段输入回路等效电路 将高频微变等效电路的输入回路用戴维南定理进行变换，可以得到高频时间常数 H=RC 高频段一阶RC低通电路的频率响应表达式为R=rbe/ (rbb+Rs/ Rb) 电路的上限截止频率为电路的相频特性表达式为 电路的幅频特性表达式为 将全频段微变等效电路转变为低频微变等效电路：将耦合电容器和旁路电容器保留，将极间电容断路。将全频段微变等效电路转变为低频微变等效电路全频段微变等效电路4. 低频段小信号微变等效电路当Rb较大