第一章 半导体器件与放大电路

课程介绍电子技术：模电、数电教材:《电子技术》（电工学Ⅱ）孙立功主编高教出版社

答疑：周四下午西苑校区5号楼测仪教研室1电子技术学习内容电路基础：电路基本原理与定律，电路的作用和组成以及基本的分析方法。交流电路分析方法，变压器、电动机、发电机的原理和作用等。模拟电路：半导体器件、PN结、二极管、三极管、基本放大电路、集成运算放大电路等。数字电路：组合逻辑电路、时序逻辑电路、A/D、D/A转换等。2模拟电子技术研究模拟电路，数字电子技术研究数子电路。模拟信号是指在时间和数值上都连续的信号。数字信号是指在时间和数值上都离散的信号，即所谓离散的。tt学习内容3学习内容

PN结及其单向导电性

二极管

晶体管

基本放大电路

微变等效电路分析共集电极放大电路、功率放大电路

场效应管及其放大电路4第一章半导体器件与放大电路

学习电子技术，就是要掌握常用半导体器件的原理、特性，以及由这些器件所组成的电子电路的分析方法。二极管与晶体管是最常用的半导体器件，而PN结是构成各种半导体器件的基础。1.1.1

半导体的导电特性什么是半导体?半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。例如：硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物都是半导体。半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别。1.1PN结5

半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、晶体管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强61.1.1半导体的导电特性

本征半导体完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。

Si

Si

Si

Si价电子71.1.1半导体的导电特性

Si

Si

Si

Si价电子价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。这一现象称为本征激发。

本征半导体的导电机理空穴温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多。自由电子81.1.1半导体的导电特性

Si

Si

Si

Si价电子空穴自由电子在外电场的作用下，自由电子会形成稳定的定向移动（负电荷移动），而空穴会吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。自由电子和空穴都称为载流子。91.1.1半导体的导电特性

当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流：

(1)自由电子作定向运动电子电流

(2)价电子递补空穴空穴电流注意：(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。所以，温度对半导体器件性能影响很大。自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。101.1.1半导体的导电特性

杂质半导体111.1.1半导体的导电特性在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）,形成杂质半导体。根据掺杂杂质的不同，分为：N型半导体：掺杂五价元素，如磷、砷等P型半导体：掺杂三价元素，如硼、铟等不同类型的杂质半导体其多数载流子类型、浓度、导电特性也不相同。多子数量由掺杂浓度决定，少子浓度取决于环境温度。无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。12N型半导体掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。

Si

Si

Si

Sip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。1.1.1半导体的导电特性13P型半导体掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。

Si

Si

Si

Si在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。B–硼原子接受一个电子变为负离子空穴1.1.1半导体的导电特性1.在杂质半导体中多子的数量与

（a.掺杂浓度、b.温度）有关。2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。3.当温度升高时，少子的数量（a.减少、b.不变、c.增多）。abc4.在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是

，N型半导体中的电流主要是。（a.电子电流、b.空穴电流）ba141.1.1半导体的导电特性PN结是通过特殊的半导体制造技术，在一块半导体基片上掺入不同的杂质，使其一边为N型半导体，另一边为P型半导体，其交界面便形成了PN结。P型半导体N型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－PN结也称空间电荷区、或耗尽层、或内电场、或阻挡层。151.1.2PN结及其单向导电性16PN结的形成多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P型半导体N型半导体内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。扩散的结果使空间电荷区变宽。扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－形成空间电荷区1.1.2PN结及其单向导电性PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄P接正、N接负外电场IF内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–171.1.2PN结及其单向导电性PN结加反向电压（反向偏置）外电场P接负、N接正内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－+++–+18－－－+++1.1.2PN结及其单向导电性内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。PN结变宽PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。19二极管利用PN结制造的结型电子元件，P区引出为阳极，N区引出为阴极。1.2二极管20基本结构：PN结加上引线和管壳(a)点接触型(b)面接触型

结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。

结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。(c)平面型

用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。1.2二极管阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅(

c

)平面型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(

a)

点接触型铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(

b)面接触型二极管的结构示意图阴极阳极(

d

)

符号D211.2二极管22

伏安特性硅管0.5V,锗管0.1V。反向击穿电压U(BR)导通压降外加电压大于死区电压二极管才能导通。外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。正向特性反向特性非线性硅0.6~0.8V锗0.2~0.3VUI死区电压PN+–PN–+

反向电流在一定电压范围内保持常数。1.2二极管23主要参数1.

最大整流电流

IOM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。2.

反向工作峰值电压URWM是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压，一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。3.

反向峰值电流IRM指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，说明管子的单向导电性差，IRM受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。1.2二极管二极管的单向导电性1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。

3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。24

二极管电路分析定性分析：判断二极管的工作状态导通截止实际二极管正向管压降硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。若V阳

>V阴或UD为正(正向偏置)，二极管导通若V阳

<V阴或UD为负(反向偏置)，二极管截止理想二极管正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。251.2二极管电路如图，求：UABV阳

=－6V，

V阴=－12VV阳>V阴二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=－6V否则，UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V例1：取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。

在这里，二极管起钳位作用。D6V12V3kBAUAB+–261.2二极管两个二极管的阴极接在一起，取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。V1阳

=－6V，V2阳=0V，V1阴

=V2阴=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2优先导通，D1截止。若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB

=0V例2:D1承受反向电压为－6V流过D2

的电流为求：UAB在这里，D2起钳位作用，D1起隔离作用。BD16V12V3kAD2UAB+–27ui>8V，二极管导通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二极管截止，可看作开路uo=ui已知：二极管是理想的，试画出uo

波形。8V例3：二极管的用途：整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。ui18V参考点二极管阴极电位为8VD8VRuoui++––2829稳压二极管1.符号

稳压二极管是一种特殊的面接触型二极管，由于它与适当阻值的电阻配合后能起稳压作用，故称稳压二极管。

稳压二极管工作于反向击穿状态，当反向电压撤去后，管子还是正常的，称可逆性击穿。+—1.2二极管UZIZIZMUZIZ2.伏安特性稳压管正常工作时加反向电压使用时要加限流电阻

稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。UIO301.2二极管313.主要参数(1)稳定电压UZ

稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。(2)电压温度系数ｕ环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。(3)动态电阻(4)稳定电流IZ、最大稳定电流IZM(5)最大允许耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。1.2二极管324.稳压电路

Ui=UR+UO

=UR+UZ

=IRR+UZ

若Ui增加，则UO有增加的趋势，即UZ会增加,IZ会大大增加，使IRR大大增加，则限制了UO的增加，维持不变，反之亦然。若负载增加，其稳压原理一样。

UOUiIZRDZUZIR1.2二极管例：右图所示电路，UZ=8V，IZM=18mA，US=20V，问R=500Ω是否合适，应为多少？

解：I==24mA＞18mA

不适合。R≥=667Ω

RUS-UZ=20-850020-818US=20VRUZ=8V331.2二极管发光二极管LED有正向电流流过时，发出一定波长范围的光，目前的发光管可以发出从红外到可见波段的光，它的电特性与一般二极管类似，正向电压较一般二极管高，电流为几~几十mA。

所发出光的颜色由半导体中所掺杂质决定,常见的红、黄、绿色掺入了磷砷化镓和磷化镓。符号341.2二极管光电二极管

光电二极管是利用PN结的光敏特性,将接收到的光的变化转变为电流的变化。反向电流随光照强度的增加而上升。IU照度增加符号光电二极管351.2二极管36晶体管又称半导体三极管，是一种重要的半导体器件。它的放大作用和开关作用引起了电子技术的飞跃发展。

晶体管的结构，目前常见的有平面型和合金型两类。硅管主要是平面型，锗管都是合金型。而从制造型号上，常分为NPN型和PNP型。1.3晶体管37基本结构NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极符号：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三极管PNP型三极管1.3晶体管基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极结构特点：集电区：面积最大381.3晶体管39电流放大作用1.三极管放大的外部条件BECNNPEBRBECRC发射结正偏、集电结反偏PNP发射结正偏VB<VE集电结反偏VC<VB从电位的角度看：

NPN

发射结正偏VB>VE集电结反偏VC>VB

1.3晶体管402.各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05结论:1）三电极电流关系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）IC

IB

把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。

实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。3.三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO

基区空穴向发射区的扩散可忽略。

发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。

进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE，多数扩散到集电结。从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。

集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。413.三极管内部载流子的运动规律IC=ICE+ICBOICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBOIBEICE与IBE之比称为共发射极电流放大倍数集－射极穿透电流,温度ICEO(常用公式)若IB=0,则

ICICE04243特性曲线

即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线：

1）直观地分析管子的工作状态

2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路

重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线1.3晶体管发射极是输入回路、输出回路的公共端共发射极电路输入回路输出回路实验线路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++441.3晶体管

测量晶体管特性451.

输入特性特点:非线性死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。正常工作时发射结电压：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型锗管

UBE0.2~0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO1.3晶体管462.输出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大区输出特性曲线通常分三个工作区：(1)放大区

在放大区有IC=IB

，也称为线性区，具有恒流特性。

在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。1.3晶体管IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止区IB<0以下区域为截止区，有IC0

。

在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。截止区471.3晶体管IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O饱和区（3）饱和区

当UCEUBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IBIC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。

深度饱和时，硅管UCES0.3V，

锗管UCES0.1V。481.3晶体管49主要参数1.电流放大系数，直流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成共发射极电路时，

表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：

和

的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的

值在20~200之间。1.3晶体管例：在UCE=6V时，在Q1点IB=40A,IC=1.5mA；

在Q2点IB=60A,IC=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：=。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1点，有由Q1和Q2点，得501.3晶体管2.集-基极反向截止电流ICBO

ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度ICBOICBOA+–EC511.3晶体管3.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEOAICEOIB=0+–

ICEO受温度的影响大，温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。521.3晶体管4.

集电极最大允许电流ICM5.

集-射极反向击穿电压U(BR)CEO

集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。

当集—射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)

CEO。6.

集电极最大允许耗散功耗PCMPCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。

PC

PCM=ICUCE

硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。53ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEO54晶体管参数与温度的关系1、温度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管优于锗管。2、温度每升高1C，UBE将减小–(2~2.5)mV，即晶体管具有负温度系数。3、温度每升高1C，增加0.5%~1.0%。551.3晶体管光电三极管

普通晶体管是用基极电流IZ的大小来控制集电极电流，而光电晶体管是用入射光照度的强弱来控制集电极电流的。符号CE光电耦合器561.3晶体管光电耦合放大电路UO+5VUR1R2R3T571.3晶体管光电耦合器具有级间隔离，电平匹配，提高抗干扰能力的作用。581.3小结二极管三极管本质特性单个PN结两个PN结构成PNP型NPN型晶体管具有单向导通特性正向压降：稳压管：反向电压工作发光二极管、光电二极管发射结正向偏置，集电结反向偏置，具有电流放大作用。直流放大倍数：交流放大倍数：IE=IC+IB,且IC、IB几乎相等，IB微小变化引起IC较大变化。硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V591.4基本放大电路

晶体管的出现引起了电子技术的飞跃发展，其主要用途之一是利用它的放大作用组成放大电路。在生产和科学实验中,经常要求将微弱的信号放大到所需的数值去控制较大功率的负载，执行动作。放大的概念:

扩音机是放大电路的典型例子，它由话筒、放大器、和扬声器三部分组成，如后图。话筒将声音变成微弱的电信号，放大器将这个信号加以放大后，利用扬声器把放大了的信号还原成声音，并且输出足够的能量，使声音宏亮。

电压放大器功率放大器晶体管放大电路直流电源话筒扬声器

放大电路一般由电压放大和功率放大两部分组成，先由电压放大器将微弱的信号进行电压放大，去推动功率放大器，再由功率放大器输出足够的功率，去推动执行元件动作。

1.4基本放大电路60放大的实质:

用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。对放大电路的基本要求：

1.要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。

2.尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。1.4基本放大电路61

为了或得足够大的输出功率，通常电路的前几级是电压放大，最后一级是功率放大，以便输出有效信号。本章主要讨论电压放大电路，同时简单介绍功率放大电路。AUUiUOAU=UOUi1.4基本放大电路62共发射极基本放大电路组成共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE1.4基本放大电路63各元件作用晶体管T--放大元件,iC=iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区。基极电源EB与基极电阻RB--使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流。共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE1.4基本放大电路64集电极电源EC--为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻RC--将变化的电流转变为变化的电压。耦合电容C1、C2--隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。信号源负载共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE1.4基本放大电路65

基本放大电路的简单画法：单电源供电时常用的画法共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE放大电路66

放大电路示意图：+-RSESriRO+-EOIiUiIORLUO放大电路的输入端用一个等效电阻ri表示，称输入电阻:放大电路的输出端用一个电压源(EO,RO)表示,它是负载RL的电源,称RO为输出电阻。电压放大倍数：67电压放大作用UBEIBICUCE无输入信号(ui

=0)时:

uo

=0uBE

=UBEuCE

=UCE+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO1.4基本放大电路68ICUCEOIBUBEO结论：(1)无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的电压和电流:IB、UBE和

IC、UCE

。

(IB、UBE)

和(IC、UCE)分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点。QIBUBEQUCEIC69UBEIB无输入信号(ui

=0)时:

uo

=0uBE

=UBEuCE

=UCE？有输入信号(ui

≠0)时

uCE

=UCC－iC

RC

uo

0uBE

=UBE+uiuCE

=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO1.4基本放大电路70结论：(2)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析71结论：(3)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。(4)输出电压与输入电压在相位上相差180°，即共发射极电路具有反相作用。uitOuotO72放大电路静态特性分析

对放大电路的分析分为静态和动态分析两种情况。放大电路没有输入交流信号时的工作状态称静态；动态则是指放大电路有输入交流信号时的工作状态。

静态分析是要确定放大电路的静态值：IB、IC、UCE，即各极电压电流的直流分量，也称静态工作点Q（简称静点）

。

设置Q点的目的：①使放大电路的放大信号不失真；②使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。1.4基本放大电路73

静态分析的是直流分量，因此可用交流放大电路的直流通路来分析计算。所谓直流通路，指的是无输入信号时的直流电流的通路。

画直流通路时，可将电容C可看作开路（即将电容断开），画出C1、C2中间的这部分电路即可。

断开断开+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE1.4基本放大电路74+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE输入端直流通路是：+UCC→RB→B→E→⊥，输出端直流通路是：+UCC→RC→C→E→⊥，

1.4基本放大电路75

用直流通路确定静态值1.

直流通路估算IB当UBE<<UCC时，+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBRB+

UBE1.4基本放大电路76根据电流放大作用2.由直流通路估算UCE、IC+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=ICRC+

UCE所以UCE=UCC–

ICRC1.4基本放大电路77例1：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：注意：电路中IB

和IC

的数量级不同+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB1.4基本放大电路78例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB1.4基本放大电路RE79用图解法确定静态值用作图的方法确定静态值步骤：1.用估算法确定IB优点：

能直观地分析和了解静态值的变化对放大电路的影响。2.由输出特性确定IC

和UCCUCE

=UCC–ICRC+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB直流负载线方程1.4基本放大电路80直流负载线斜率ICQUCEQUCCUCE

=UCC–ICRCUCE/VIC/mA直流负载线Q由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点O1.4基本放大电路81放大电路的动态特性分析

当放大电路有输入信号时，晶体管的各个电流和电压都含有直流分量和交流分量。动态分析是在静态值确定后分析信号的传输情况，考虑的是电流和电压的交流分量。

所谓动态，指的是放大电路有信号输入（ui

0）时的工作状态。动态分析:计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。1.4基本放大电路82方法：小信号放大电路常采用微变等效电路法；大信号则采用图解法。

动态分析的对象是各极电压和电流的交流分量。目的：找出Au、ri、ro与电路参数的关系，为设计打基础。所用电路：放大电路的交流通路。1.4基本放大电路83

微变等效电路法

微变等效电路：把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。1.4基本放大电路84当信号很小时，在静态工作点附近的输入特性在小范围内可近似线性化。1.晶体管的微变等效电路UBEIB对于小功率三极管：(1)输入回路Q输入特性晶体管的输入电阻晶体管的输入回路(B、E之间)可用rbe等效代替，一般为几百欧到几千欧，即由rbe来确定ube和ib之间的关系。IBUBEO微变等效电路法85(2)输出回路rce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不计。晶体管的输出电阻输出特性ICUCEQ输出特性在线性工作区是一组近似等距的平行直线。晶体管的电流放大系数

晶体管的输出回路(C、E之间)可用一受控电流源ic=ib等效代替，即由来确定ic和ib之间的关系。一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。O微变等效电路法86ibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-晶体管的微变等效电路rbeBEC晶体管的B、E之间用rbe等效代替。晶体管的C、E之间用一受控电流源ic=ib等效代替。微变等效电路法872.

放大电路的微变等效电路

有了晶体管的微变等效电路，就可以方便的得到放大电路的微变等效电路。首先画出放大电路的交流通路，它是表示交流分量的传递路径的。

画交流通路的原则是：

①图中的隔直电容C1和C2都看作短路；

②电源UCC的内阻很小，对交流可看作短路。微变等效电路法88RBRCuiuORLRSes++–+––XC0，C可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。短路短路对地短路交流通路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE微变等效电路法89其次：将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。

ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii微变等效电路法90分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS微变等效电路法913.电压放大倍数的计算当放大电路输出端开路(未接RL)时，因rbe与IE有关，故放大倍数与静态IE有关。负载电阻愈小，放大倍数愈小。式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS微变等效电路法924.放大电路输入电阻的计算定义：

输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。+-信号源Au放大电路+-输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。放大电路信号源+-+-微变等效电路法93rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSri微变等效电路法945.

放大电路输出电阻的计算+_RLro+_定义：

输出电阻是动态电阻，与负载无关。

输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。RSRL+_Au放大电路+_微变等效电路法95rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射极放大电路特点：

1.放大倍数高;2.输入电阻低;3.输出电阻高.求ro的步骤：1)

断开负载RL3)外加电压4)求外加2)令或微变等效电路法96动态分析图解法QuCE/VttiB/AIBtiC/mAICiB/AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数。97

非线性失真

如果Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真。若Q设置过高，晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。Q2uo适当减小基极电流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ11.4基本放大电路98若Q设置过低，晶体管进入截止区工作，造成截止失真。适当增加基极电流可消除失真。uiuotiB/AiB/AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。1.4基本放大电路99静态工作点的稳定

合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。

前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。1.4基本放大电路100温度变化对静态工作点的影响

在固定偏置放大电路中，当温度升高时，UBE、、ICBO

。

上式表明，当UCC和

RB一定时，IC与UBE、以及ICEO有关，而这三个参数随温度而变化。温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移。1.4基本放大电路101iCuCEQ温度升高时，输出特性曲线上移Q´

固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使IC

增加时，能够自动减少IB，从而抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定。结论：当温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使晶体管T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。O1.4基本放大电路102分压式偏置电路1.稳定Q点的原理

基极电位基本恒定，不随温度变化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–1.4基本放大电路103VB集电极电流基本恒定，不随温度变化。RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–1.4基本放大电路104从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大越好。但I2越大，RB1、RB2必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。而VB过高必使VE也增高，在UCC一定时，势必使UCE减小，从而减小放大电路输出电压的动态范围。在估算时一般选取：I2=(5~10)IB，VB=(5~10)UBE，RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。参数的选择VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–1.4基本放大电路105Q点稳定的过程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–TUBEIBICVEICVB固定

RE：温度补偿电阻

对直流：RE越大,稳定Q点效果越好；

对交流：RE越大,交流损失越大,为避免交流损失加旁路电容CE。1.4基本放大电路1062.静态工作点的计算估算法:VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–1.4基本放大电路1073.动态分析对交流：旁路电容CE

将RE

短路，RE不起作用，Au，ri，ro与固定偏置电路相同。如果去掉CE，Au，ri，ro

？旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–1.4基本放大电路108RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–

去掉CE后的微变等效电路短路对地短路如果去掉CE，Au，ri，ro

?rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE1093.电压放大倍数的计算rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE1.4基本放大电路110rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE

ri输入电阻的计算：1.4基本放大电路111无旁路电容CE有旁路电容CEAu减小分压式偏置电路ri

提高ro不变112对信号源电压的放大倍数？信号源考虑信号源内阻RS时RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–113例1:

在图示放大电路中，已知UCC=12V,RC=6kΩ,RE1=300Ω，RE2=2.7kΩ，RB1=60kΩ，RB2=20kΩ,RL=6kΩ，晶体管β=50，UBE=0.6V,试求:(1)静态工作点IB、IC及UCE；(2)画出微变等效电路；(3)输入电阻ri、ro及Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL++++UCCuiuo++––RE21.4基本放大电路114解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+–UCEIEIBICVB1.4基本放大电路115(2)由微变等效电路求Au、ri

、

ro。微变等效电路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE1.4基本放大电路116

阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电容及三极管的结电容等，它们的容抗随频率变化，故当信号频率不同时，放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。频率特性幅频特性：电压放大倍数的模|Au|与频率f

的关系相频特性：输出电压相对于输入电压的相位移与频率f的关系1.5放大电路的频率特性117通频带f|Au

|0.707|Auo

|fLfH|Auo

|幅频特性下限截止频率上限截止频率耦合、旁路电容造成。三极管结电容、

造成f–270°–180°–90°相频特性O118

在中频段：所以，在中频段可认为电容不影响交流信号的传送，放大电路的放大倍数与信号频率无关。(前面所讨论的放大倍数及输出电压相对于输入电压的相位移均是指中频段的)

三极管的极间电容和导线的分布电容很小，可认为它们的等效电容CO与负载并联。由于CO的电容量很小，它对中频段信号的容抗很大，可视作开路。

由于耦合电容和发射极旁路电容的容量较大，故对中频段信号的容抗很小，可视作短路。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS+-1.5放大电路的频率特性119

在低频段：

所以，在低频段放大倍数降低和相位移越前的主要原因是耦合电容和发射极旁路电容的影响。

CO的容抗比中频段还大，仍可视作开路。

由于信号的频率较低，耦合电容和发射极旁路电容的容抗较大，其分压作用不能忽略。以至实际送到三极管输入端的电压

比输入信号

要小，故放大倍数降低，并使

产生越前的相位移（相对于中频段）。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS+-C1C21.5放大电路的频率特性120

由于信号的频率较高，耦合电容和发射极旁路电容的容抗比中频段还小，仍可视作短路。

在高频段：

所以，在高频段放大倍数降低和相位移滞后的主要原因是三极管电流放大系数、极间电容和导线的分布电容的影响。

CO的容抗将减小，它与负载并联，使总负载阻抗减小，在高频时三极管的电流放大系数也下降，因而使输出电压减小，电压放大倍数降低，并使产生滞后的相位移（相对于中频段）。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSCo1.5放大电路的频率特性121

因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路的公共端，所以是共集电极放大电路。因从发射极输出，所以称射极输出器。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS1.6共集电极放大电路122求Q点：静态分析直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS1.6共集电极放大电路123

动态分析1.

电压放大倍数

电压放大倍数Au1且输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。微变等效电路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE1.6共集电极放大电路124rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE2.

输入电阻

射极输出器的输入电阻高，对前级有利。

ri

与负载有关1.6共集电极放大电路125rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加求ro的步骤：1)

断开负载RL3)外加电压4)求2)令或3.

输出电阻1.6共集电极放大电路126射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE1.6共集电极放大电路127共集电极放大电路(射极输出器)的特点：1.

电压放大倍数小于1，约等于1;2.

输入电阻高；3.

输出电阻低；4.输出与输入同相。1.6共集电极放大电路128射极输出器的应用主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。1.

因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的第一级，可以提高输入电阻，减轻信号源负担。2.

因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。3.

利用ri

大、ro小以及Au1的特点，也可将射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗匹配作用，这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。1.6共集电极放大电路129例1:.

在图示放大电路中，已知UCC=12V,RE=2kΩ,

RB=200kΩ，RL=2kΩ，晶体管β=60，UBE=0.6V,信号源内阻RS=100Ω，试求:(1)

静态工作点IB、IE及UCE；(2)

画出微变等效电路；(3)

Au、ri

和ro

。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS1.6共集电极放大电路130解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBIC1.6共集电极放大电路131(2)由微变等效电路求Au、ri

、

ro。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE微变等效电路1.6共集电极放大电路1321.6.1多级放大电路及其级间耦合方式耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。动态:传送信号减少压降损失静态：保证各级有合适的Q点波形不失真第二级

推动级

输入级

输出级输入输出多级放大电路的框图对耦合电路的要求133第一级第二级负载信号源阻容耦合:两级之间通过耦合电容

C2与下级输入电阻连接。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T21.6.1多级放大电路及其级间耦合方式1341.

静态分析

由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流通路互不相通，每级的静态工作点互相独立，互不影响，可以各级单独计算。两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T21.6.1多级放大电路及其级间耦合方式1352.

动态分析微变等效电路第一级第二级rbeRB2RC1EBC+-+-+-RSrbeRC2RLEBC+-RB1136例:

如图所示的两级电压放大电路，已知β1=β2=50,T1和T2均为3DG8D。(1)计算前、后级放大电路的静态值(UBE=0.6V);(2)求放大电路的输入电阻和输出电阻；

(3)

求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k1.6.1多级放大电路及其级间耦合方式137解:(1)两级放大电路的静态值可分别计算。第一级是射极输出器:

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k138第二级是分压式偏置电路RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k139第二级是分压式偏置电路RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M27k82k43k7.5k51010k140rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)

计算

r

i和r

0

由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻

ri

等于第一级的输入电阻ri1。第一级是射极输出器，它的输入电阻ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻

ri2。微变等效电路1.6.1多级放大电路及其级间耦合方式141rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)

计算

r

i和r

0142(2)计算

r

i和r

0rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_143(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数第一级放大电路为射极输出器rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_144(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第二级放大电路为共发射极放大电路总电压放大倍数145

上节介绍的阻容耦合放大电路只适合于放大交流信号，而在工业控制和科学实验中经常遇到另外一些信号，即变化缓慢的电信号。如利用电热偶测量炉温的信号，由于炉温变化很慢，所以电热偶给出的就是一个缓慢变化的电压信号。这种缓慢变化的信号不能采用阻容耦合，只能用直接耦合的多级放大电路来放大，即把前级的输出端直接接到后级的输入端。1.6.1多级放大电路及其级间耦合方式146直接耦合：将前级的输出端直接接后级的输入端。可用来放大缓慢变化的信号或直流量变化的信号。+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2––++RE21.6.1多级放大电路及其级间耦合方式1472.零点漂移零点漂移：指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象。uotO产生的原因：晶体管参数随温度变化、电源电压波动、电路元件参数的变化。直接耦合存在的两个问题：1.前后级静态工作点相互影响1.6.1多级放大电路及其级间耦合方式148零点漂移的危害：直接影响对输入信号测量的准确程度和分辨能力。严重时，可能淹没有效信号电压，无法分辨是有效信号电压还是漂移电压。

一般用输出漂移电压折合到输入端的等效漂移电压作为衡量零点漂移的指标。输入端等效漂移电压输出端漂移电压电压放大倍数

1.6.1多级放大电路及其级间耦合方式149

如某放大电路的输出电压：则折算到输入端的等效零漂电压电压放大倍数，

而只有输入端的等效漂移电压比输入信号小许多时，放大后的有用信号才能被很好地区分出来。1.6.1多级放大电路及其级间耦合方式150

由于不采用电容，所以直接耦合放大电路具有良好的低频特性。通频带f|Au

|0.707|Auo

|OfH|Auo

|幅频特性

抑制零点漂移是制作高质量直接耦合放大电路的一个重要的问题。

适合于集成化的要求，在集成运放的内部，级间都是直接耦合。1.6.1多级放大电路及其级间耦合方式151差分放大电路的工作情况

电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等。差分放大电路是抑制零点漂移最有效的电路结构。差动放大原理电路

+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–