模拟电子线路课件

半导体器件

1.1.1

本征半导体半导体—导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。本征半导体—纯净的半导体。如硅、锗单晶体。载流子

—自由运动的带电粒子。共价键—相邻原子共有价电子所形成的束缚。硅(锗)的原子结构简化模型惯性核硅(锗)的共价键结构价电子自由电子(束缚电子)空穴空穴空穴可在共价键内移动本征激发：复合：自由电子和空穴在运动中相遇重新结合成对消失的过程。漂移：自由电子和空穴在电场作用下的定向运动。在室温或光照下价电子获得足够能量摆脱共价键的束缚成为自由电子，并在共价键中留下一个空位(空穴)的过程。两种载流子电子(自由电子)空穴两种载流子的运动自由电子(在共价键以外)的运动空穴(在共价键以内)的运动

结论：1.本征半导体中电子空穴成对出现，且数量少；

2.半导体中有电子和空穴两种载流子参与导电；

3.本征半导体导电能力弱，并与温度有关。1.1.2杂质半导体一、N型半导体和P型半导体N型+5+4+4+4+4+4磷原子自由电子电子为多数载流子空穴为少数载流子载流子数

电子数1.1.2杂质半导体一、N型半导体和P型半导体P型+3+4+4+4+4+4硼原子空穴空穴—

多子电子—

少子载流子数

空穴数二、杂质半导体的导电作用IIPINI=IP+INN型半导体I

INP型半导体

I

IP三、P型、N型半导体的简化图示负离子多数载流子少数载流子正离子多数载流子少数载流子1.1.3PN结一、PN结(PNJunction)的形成1.载流子的浓度差引起多子的扩散2.复合使交界面形成空间电荷区(耗尽层)

空间电荷区特点:无载流子，阻止扩散进行，利于少子的漂移。内建电场3.扩散和漂移达到动态平衡扩散电流等于漂移电流，

总电流I=0。二、PN结的单向导电性1.外加正向电压(正向偏置)—forwardbias内电场外电场外电场使多子向PN结移动,中和部分离子使空间电荷区变窄。P区N区IF限流电阻扩散运动加强形成正向电流IF。IF=I多子

I少子

I多子2.外加反向电压(反向偏置)

—reversebias

P

区N

区内电场外电场外电场使少子背离PN结移动，空间电荷区变宽。IRPN结的单向导电性：正偏导通，呈小电阻，电流较大;

反偏截止，电阻很大，电流近似为零。漂移运动加强形成反向电流IRIR=I少子

0三、PN结的伏安特性反向饱和电流温度的电压当量电子电量玻尔兹曼常数当T=300(27

C)：UT

=26mVOu

/VI

/mA正向特性反向击穿加正向电压时加反向电压时i≈–IS1.2

半导体二极管1.2.1半导体二极管的结构和类型1.2.2二极管的伏安特性1.2.3二极管的主要参数1.2.1半导体二极管的结构和类型构成：PN结+引线+管壳=二极管(Diode)符号：A(anode)C(cathode)分类：按材料分硅二极管锗二极管按结构分点接触型面接触型平面型点接触型正极引线触丝N型锗片外壳负极引线负极引线

面接触型N型锗PN结

正极引线铝合金小球底座金锑合金正极

引线负极

引线集成电路中平面型PNP型支持衬底1.2.2二极管的伏安特性一、PN结的伏安方程反向饱和电流温度的电压当量电子电量玻尔兹曼常数当T=300(27

C)：UT

=26mV二、二极管的伏安特性OuD/ViD/mA正向特性Uth死区电压iD

=0Uth=

0.5V

0.1V(硅管)(锗管)U

UthiD急剧上升0

U

Uth

UD(on)

=(0.6

0.8)V硅管0.7V(0.1

0.3)V锗管0.2V反向特性ISU(BR)反向击穿U(BR)

U

0iD=IS<0.1

A(硅)

几十

A

(锗)U<

U(BR)反向电流急剧增大(反向击穿)反向击穿类型：电击穿热击穿反向击穿原因：齐纳击穿：(Zener)反向电场太强，将电子强行拉出共价键。

(击穿电压<6V，负温度系数)雪崩击穿：反向电场使电子加速，动能增大，撞击使自由电子数突增。—PN结未损坏，断电即恢复。—PN结烧毁。(击穿电压>6V，正温度系数)击穿电压在6V左右时，温度系数趋近零。硅管的伏安特性锗管的伏安特性604020–0.02–0.0400.40.8–25–50iD

/mAuD/ViD

/mAuD

/V0.20.4–25–5051015–0.01–0.020温度对二极管特性的影响604020–0.0200.4–25–50iD

/mAuD/V20C90CT

升高时，UD(on)以(2

2.5)mV/

C下降1.2.3二极管的主要参数1.

IF—

最大整流电流(最大正向平均电流)2.

URM—

最高反向工作电压，为U(BR)/2

3.

IR

—

反向电流(越小单向导电性越好)4.

fM—

最高工作频率(超过时单向导电性变差)iDuDU(BR)IFURMO影响工作频率的原因—PN结的电容效应

结论：1.低频时，因结电容很小，对PN结影响很小。高频时，因容抗增大，使结电容分流，导致单向导电性变差。2.结面积小时结电容小，工作频率高。1.3

二极管电路的分析方法1.3.1理想二极管及二极管特性的折线近似1.3.2图解法和微变等效电路法1.3.1理想二极管及二极管特性的折线近似一、理想二极管特性uDiD符号及等效模型SS正偏导通，uD=0；反偏截止，iD=0U(BR)=

二、二极管的恒压降模型uDiDUD(on)uD=UD(on)0.7V(Si)0.2V(Ge)三、二极管的折线近似模型uDiDUD(on)

U

I斜率1/rDrD1UD(on)UD(on)例1.3.1

硅二极管，R=2k

，分别用二极管理想模型和恒压降模型求出VDD=2V和VDD=10V时IO和UO的值。[解]VDD=2V

理想IO=VDD/R=2/2

=1(mA)UO=VDD=2V恒压降UO=VDD–UD(on)=2

0.7=1.3(V)IO=UO/R=1.3/2

=0.65(mA)VDD=10V

理想IO=VDD/R=10/2

=5(mA)恒压降UO=10

0.7=9.3(V)IO=9.3/2=4.65(mA)VDD大，

采用理想模型VDD小，

采用恒压降模型例1.3.2

试求电路中电流I1、I2、IO和输出电压

UO的值。解：假设二极管断开UP=15VUP>UN二极管导通等效为0.7V的恒压源PNUO=VDD1

UD(on)=15

0.7=14.3(V)IO=UO/RL=14.3/3

=4.8(mA)I2=(UO

VDD2)/R=(14.3

12)/1

=2.3(mA)I1=IO+I2=4.8+2.3=7.1(mA)例1.3.3二极管构成“门”电路，设V1、V2均为理想二极管，当输入电压UA、UB为低电压0V和高电压5V的不同组合时，求输出电压UO的值。0V正偏导通5V正偏导通0V输入电压理想二极管输出电压UAUBV1V20V0V正偏导通正偏导通0V0V5V正偏导通反偏截止0V5V0V反偏截止正偏导通0V5V5V正偏导通正偏导通5V例1.3.4

画出硅二极管构成的桥式整流电路在ui

=15sin

t(V)作用下输出uO的波形。(按理想模型)Otui

/V15RLV1V2V3V4uiBAuOOtuO/V15若有条件，可切换到EWB环境观察桥式整流波形。例1.3.5

ui=2sin

t(V)，分析二极管的限幅作用。ui较小，宜采用恒压降模型ui<0.7VV1、V2均截止uO=uiuO=0.7Vui

0.7VV2导通V１截止ui<

0.7VV1导通V2截止uO=

0.7V思考题:V1、V2支路各串联恒压源，输出波形如何？(可切至EWB)OtuO/V0.7Otui

/V2

0.71.3.2图解法和微变等效电路法一、二极管电路的直流图解分析

uD=VDD

iDRiD=f(uD)1.2V100

iD

/mA128400.30.6uD/V1.20.9MN直流负载线斜率

1/R静态工作点斜率1/RDiDQIQUQ也可取UQ=0.7VIQ=(VDD

UQ)/R=5(mA)二极管直流电阻RDiD

/mAuD/VO二、交流图解法电路中含直流和小信号交流电源时,二极管中含交、直流成分C隔直流

通交流当ui=0时iD=IQUQ=0.7V(硅)，0.2V(锗)设ui=sin

wtVDDVDD/RQIQwtOuiUQ斜率1/rdiD

/mAuD/VOVDDVDD/RQIQwtOuiUQiD

/mAwtOid斜率1/rdrd=UT/IQ=26mV/IQ当ui幅度较小时，二极管伏安特性在Q点附近近似为直线uiudRidrd三、微变等效电路分析法对于交流信号电路可等效为例1.3.6

ui

=5sint(mV)，VDD=4V，R=1k

，求iD和uD。[解]1.静态分析令ui

=0，取UQ0.7VIQ=(VDD

UQ)/R=3.3mA2.动态分析rd=26/IQ=26/3.38(

)Idm=Udm/rd=5/80.625(mA)id

=0.625sin

t3.总电压、电流=(0.7+0.005sin

t)V=(3.3+0.625sint)mA1.4

特殊二极管1.4.1稳压二极管1.4.2光电二极管1.4.1稳压二极管一、伏安特性符号工作条件：反向击穿iZ/mAuZ/VO

UZ

IZmin

IZmax

UZ

IZ

IZ特性二、主要参数1.

稳定电压UZ

流过规定电流时稳压管两端的反向电压值。2.稳定电流IZ

越大稳压效果越好，小于Imin时不稳压。3.

最大工作电流IZM

最大耗散功率PZMPZM=UZ

IZM4.动态电阻rZrZ=

UZ/

IZ

越小稳压效果越好。几

几十

5.稳定电压温度系数CT一般，UZ<4V，CTV<0(为齐纳击穿)具有负温度系数；UZ>7V，CTV>0(为雪崩击穿)具有正温度系数；4V<UZ<7V，CTV很小。例1.4.1

分析简单稳压电路的工作原理，

R为限流电阻。IR=IZ+ILUO=UI

–IRRUIUORRLILIRIZ1.4.2发光二极管与光敏二极管一、发光二极管LED(LightEmittingDiode)1.符号和特性工作条件：正向偏置一般工作电流几十mA，导通电压(1

2)V符号u/Vi

/mAO2特性2.主要参数电学参数：IFM

，U(BR)

，IR光学参数：峰值波长

P，亮度

L，光通量

发光类型：可见光：红、黄、绿显示类型：普通LED，不可见光：红外光点阵LED七段LED,二、光敏二极管1．符号和特性符号特性uiO暗电流E=200lxE=400lx工作条件：反向偏置2.主要参数电学参数：暗电流，光电流，最高工作范围光学参数：光谱范围，灵敏度，峰值波长实物照片补充：选择二极管限流电阻步骤：1.设定工作电压(如0.7V；2V(LED)；UZ)2.确定工作电流(如1mA；10mA；5mA)3.根据欧姆定律求电阻R=(UI

UD)/ID(R要选择标称值)1.5双极型半导体三极管1.5.1晶体三极管1.5.2晶体三极管的特性曲线1.5.3晶体三极管的主要参数(SemiconductorTransistor)1.5.1晶体三极管一、结构、符号和分类NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型ECBECB分类：按材料分：硅管、锗管按功率分：小功率管<500mW按结构分：NPN、PNP按使用频率分：低频管、高频管大功率管>1W中功率管0.5

1W二、电流放大原理1.三极管放大的条件内部条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大外部条件发射结正偏集电结反偏2.满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共集电极共基极实现电路:3.三极管内部载流子的传输过程1)

发射区向基区注入多子电子，形成发射极电流

IE。ICN多数向BC结方向扩散形成ICN。IE少数与空穴复合，形成IBN。IBN基区空穴来源基极电源提供(IB)集电区少子漂移(ICBO)I

CBOIBIBN

IB+ICBO即：IB=IBN

–

ICBO2)电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略)ICNIEIBNI

CBOIB3)

集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流ICICIC=ICN+ICBO4.三极管的电流分配关系当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：IB=I

BN

ICBOIC=ICN+ICBO穿透电流IE=IC+IB1.5.2晶体三极管的特性曲线一、输入特性输入回路输出回路与二极管特性相似O特性基本重合(电流分配关系确定)特性右移(因集电结开始吸引电子)导通电压UBE(on)硅管：(0.6

0.8)V锗管：

(0.2

0.3)V取0.7V取0.2V二、输出特性iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321截止区：

IB

0

IC=ICEO

0条件：两个结反偏截止区ICEOiC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O246843212.放大区：放大区截止区条件：

发射结正偏集电结反偏特点：

水平、等间隔ICEOiC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O246843213.饱和区：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0条件：两个结正偏特点：IC

IB临界饱和时：

uCE

=uBE深度饱和时：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(锗管)放大区截止区饱和区ICEO三、温度对特性曲线的影响1.温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高1

C，UBE

(22.5)mV。温度每升高10

C，ICBO

约增大1倍。OT2>T12.温度升高，输出特性曲线向上移。iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0温度每升高1

C，

(0.51)%。输出特性曲线间距增大。O1.5.3晶体三极管的主要参数一、电流放大系数1.共发射极电流放大系数iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321—直流电流放大系数

—交流电流放大系数一般为几十

几百QiC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O246843212.共基极电流放大系数

1一般在0.98以上。

Q二、极间反向饱和电流CB极间反向饱和电流

ICBO，CE极间反向饱和电流ICEO。三、极限参数1.ICM

—集电极最大允许电流，超过时

值明显降低。2.PCM—集电极最大允许功率损耗PC=iC

uCE。iCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作区U(BR)CBO

—发射极开路时C、B极间反向击穿电压。3.U(BR)CEO

—基极开路时C、E极间反向击穿电压。U(BR)EBO

—集电极极开路时E、B极间反向击穿电压。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBO

(P34

2.1.7)已知:ICM=20mA,PCM

=100mW，U(BR)CEO=20V，当UCE

=

10V时，IC<

mA当UCE

=

1V，则IC<

mA当IC

=

2mA，则UCE<

V

1020201.6场效应管

引言1.6.1结型场效应管1.6.3场效应管的主要参数1.6.2MOS场效应管引言场效应管FET

(FieldEffectTransistor)类型：结型JFET

(JunctionFieldEffectTransistor)绝缘栅型IGFET(InsulatedGateFET)特点：1.单极性器件(一种载流子导电)3.工艺简单、易集成、功耗小、

体积小、成本低2.输入电阻高

(107

1015

，IGFET可高达1015

)1.6.1结型场效应管1.结构与符号N沟道JFETP沟道JFET2.工作原理uGS

0，uDS

>0

此时

uGD=UGS(off)；

沟道楔型耗尽层刚相碰时称预夹断。预夹断当uDS

，预夹断点下移。3.转移特性和输出特性UGS(off)当UGS(off)

uGS0时,uGSiDIDSSuDSiDuGS=–3V–2V–1V0V–3VOO一、增强型N沟道MOSFET

(MentalOxideSemi—FET)1.6.2MOS场效应管1.结构与符号P型衬底(掺杂浓度低)N+N+用扩散的方法制作两个N区在硅片表面生一层薄SiO2绝缘层SD用金属铝引出源极S和漏极DG在绝缘层上喷金属铝引出栅极GB耗尽层S—源极SourceG—栅极Gate

D—漏极DrainSGDB2.工作原理1)uGS

对导电沟道的影响

(uDS=0)反型层(沟道)1)uGS

对导电沟道的影响

(uDS=0)a.

当UGS=0

，DS间为两个背对背的PN结；b.

当0<UGS<UGS(th)(开启电压)时，GB间的垂直电场吸引

P区中电子形成离子区(耗尽层)；c.

当uGS

UGS(th)

时，衬底中电子被吸引到表面，形成导电沟道。uGS

越大沟道越厚。2)

uDS

对

iD的影响(uGS>UGS(th))

DS间的电位差使沟道呈楔形，uDS

，靠近漏极端的沟道厚度变薄。预夹断(UGD=

UGS(th))：漏极附近反型层消失。预夹断发生之前：uDS

iD

。预夹断发生之后：uDS

iD不变。3.转移特性曲线2464321uGS/ViD/mAUDS=10VUGS(th)当uGS>UGS(th)

时：uGS=2UGS(th)

时的

iD值开启电压O4.输出特性曲线可变电阻区uDS<uGS

UGS(th)uDS

iD

，直到预夹断饱和(放大区)uDS

，iD

不变

uDS加在耗尽层上，沟道电阻不变截止区uGS

UGS(th)

全夹断iD=0

iD/mAuDS/VuGS=2V4V6V8V截止区

饱和区可变电阻区放大区恒流区O二、耗尽型N沟道MOSFETSGDBSio2

绝缘层中掺入正离子在uGS=0时已形成沟道；在DS间加正电压时形成iD，uGS

UGS(off)

时，全夹断。二、耗尽型N沟道MOSFET输出特性uGS/ViD/mA转移特性IDSSUGS(off)夹断电压饱和漏极电流当uGS

UGS(off)

时，uDS/ViD/mAuGS=4V2V0V2VOO三、P沟道MOSFET增强型耗尽型SGDBSGDBN沟道增强型SGDBiDP沟道增强型SGDBiD2–2OuGS/ViD/mAUGS(th)SGDBiDN沟道耗尽型iDSGDBP沟道耗尽型UGS(off)IDSSuGS/ViD/mA–5O5FET符号、特性的比较OuDS/ViD/mA5V2V0V–2VuGS=2V0V–2V–5VN沟道结型SGDiDSGDiDP沟道结型uGS/ViD/mA5–5OIDSSUGS(off)OuDS/ViD/mA5V2V0VuGS=0V–2V–5V1.6.3场效应管的主要参数开启电压UGS(th)(增强型)

夹断电压

UGS(off)(耗尽型)

指uDS=某值，使漏极电流iD为某一小电流时的uGS

值。UGS(th)UGS(off)2.饱和漏极电流IDSS耗尽型场效应管，当uGS=0时所对应的漏极电流。IDSSuGS/ViD/mAOUGS(th)UGS(off)3.直流输入电阻RGS指漏源间短路时，栅、源间加

反向电压呈现的直流电阻。JFET：RGS>107

MOSFET：RGS=109

1015

IDSSuGS/ViD/mAO4.低频跨导gm

反映了uGS对iD的控制能力，单位S(西门子)。一般为几毫西

(mS)uGS/ViD/mAQOPDM=uDSiD，受温度限制。5.漏源动态电阻rds6.最大漏极功耗PDM小结第1

章一、两种半导体和两种载流子两种载流子的运动电子—自由电子空穴—价电子两种半导体N型(多电子)P型(多空穴)二、二极管1.特性—单向导电正向电阻小(理想为0)，反向电阻大(

)。iDO

uDU(BR)IFURM2.主要参数正向—最大平均电流IF反向—最大反向工作电压U(BR)(超过则击穿)反向饱和电流IR(IS)(受温度影响)IS3.二极管的等效模型理想模型(大信号状态采用)uDiD正偏导通电压降为零相当于理想开关闭合反偏截止电流为零相当于理想开关断开恒压降模型UD(on)正偏电压

UD(on)

时导通等效为恒压源UD(on)否则截止，相当于二极管支路断开UD(on)=(0.6

0.8)V估算时取0.7V硅管：锗管：(0.1

0.3)V0.2V折线近似模型相当于有内阻的恒压源UD(on)4.二极管的分析方法图解法微变等效电路法5.特殊二极管工作条件主要用途稳压二极管反偏稳压发光二极管正偏发光光敏二极管反偏光电转换三、两种半导体放大器件双极型半导体三极管(晶体三极管

BJT)单极型半导体三极管(场效应管

FET)两种载流子导电多数载流子导电晶体三极管1.形式与结构NPNPNP三区、三极、两结2.特点基极电流控制集电极电流并实现放大放大条件内因：发射区载流子浓度高、

基区薄、集电区面积大外因：发射结正偏、集电结反偏3.电流关系IE=IC+IBIC=

IB+ICEO

IE=(1+

)

IB+ICEOIE=IC+IBIC=

IB

IE=(1+)

IB

4.特性iC

/mAuCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O369124321O0.40.8iB

/

AuBE/V60402080死区电压(Uth)：0.5V(硅管)0.1V(锗管)工作电压(UBE(on))

：0.6

0.8V取0.7V

(硅管)0.2

0.3V取0.3V

(锗管)饱和区截止区iC

/mAuCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O369124321放大区饱和区截止区放大区特点：1)iB决定iC2)曲线水平表示恒流3)曲线间隔表示受控5.参数特性参数电流放大倍数

=

/(1

)

=

/(1+

)极间反向电流ICBOICEO极限参数ICMPCMU(BR)CEOuCEOICEOiCICMU(BR)CEOPCM安全工作区=(1+

)ICBO场效应管1.分类按导电沟道分N沟道P沟道按结构分绝缘栅型(MOS)结型按特性分增强型耗尽型uGS=0时，iD

=0uGS=0时，iD

0增强型耗尽型(耗尽型)2.特点栅源电压改变沟道宽度从而控制漏极电流输入电阻高，工艺简单，易集成由于FET无栅极电流，故采用转移特性和输出特性描述3.特性不同类型FET的特性比较参见表1-2第64页不同类型FET转移特性比较结型N沟道uGS/ViD/mAO增强型耗尽型MOS管(耗尽型)IDSS开启电压UGS(th)夹断电压UGS(off)IDO

是uGS=2UGS(th)时的iD值四、晶体管电路的基本问题和分析方法三种工作状态状态电流关系

条件放大I

C=

IB发射结正偏集电结反偏饱和

IC

IB两个结正偏ICS=

IBS集电结零偏临界截止IB<0,IC=0两个结反偏判断导通还是截止：UBE>U(th)

则导通以NPN为例：UBE<U(th)

则截止判断饱和还是放大：1.电位判别法NPN管UC>UB>UE放大UE<UC

UB饱和PNP管UC<UB<UE放大UE>UC

U

B饱和2.电流判别法IB>IBS

则饱和IB<IBS则放大

基本放大电路2.1.1.放大电路的基本概念

放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，这里主要讲电压放大电路。2.1

概述2.1.2.放大电路的主要技术指标根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。1.放大倍数——表示放大器的放大能力（1）电压放大倍数定义为:AU=UO/UI（重点）（2）电流放大倍数定义为:AI=IO/II

（3）互阻增益定义为:Ar=UO/II（4）互导增益定义为:Ag=IO/UI2.输入电阻Ri——从放大电路输入端看进去的等效电阻输入电阻：Ri=ui/ii一般来说，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，Ri越大，ui就越接近uS。输入端iiuiRi~uSRS信号源Au输出端3.输出电阻Ro——从放大电路输出端看进去的等效电阻。Au~uS输出端~Rouso输出端4.通频带通频带：fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线——幅频特性曲线fAAm0.7AmfL下限截止频率fH上限截止频率

3dB带宽

输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro越小，放大电路带负载的能力越强，反之则差。

0,.o.ooSL==

=URIUR

输出电阻的定义：2.2

晶体管放大电路的组成及其工作原理

2.2.1共射基本放大电路的组成及其工作原理2.2.1共射基本放大电路的组成及其工作原理

一．放大原理三极管工作在放大区：发射结正偏，集电结反偏。→△UCE（-△IC×Rc）放大原理：→△UBE→△IB→△IC（b△IB）电压放大倍数：→

BCEIBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQUCEQ-++VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCE符号说明RbVBBRCC1C2T放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。uiuo输入输出参考点RL二.单管共射极放大电路的结构及各元件的作用+VCC共射放大电路组成使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL基极电源与基极电阻集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL共射放大电路集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL耦合电容：电解电容，有极性，大小为10

F~50

F作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。Rb+VCCVBBRCC1C2TRL++uiuo单电源供电可以省去Rb+VCCVBBRCC1C2TRLRb单电源供电+VCCRCC1C2TRL2.3

图解分析法2.3.2动态工作情况分析2.3.1静态工作情况分析引言引言基本思想

非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。一、分析三极管电路的基本思想和方法直流通路(ui=0)分析静态。交流通路(ui

0)分析动态，只考虑变化的电压和电流。画交流通路原则：1.固定不变的电压源都视为短路；2.固定不变的电流源都视为开路；3.视电容对交流信号短路放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。

静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静态值（直流值）UBE、IB、IC

和UCE。可用放大电路的直流通路来分析。2.3.1静态工作情况分析Rb+VCCRCC1C2TRL为什么要设置静态工作点？

放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区以保证信号不失真。开路Rb+VCCRCC1C2RL画出放大电路的直流通路一、静态工作点的估算将交流电压源短路将电容开路。直流通路的画法：开路Rb+VCCRC直流通道用估算法分析放大器的静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）（1）估算IB（UBE

0.7V)Rb+VCCRCIBUBERb称为偏置电阻，IB称为偏置电流。（2）估算UCE、ICRb+VCCRCICUCEIC=

IB例2.3.1：用估算法计算静态工作点。已知：VCC=12V，RC=4K

，Rb=300K，=37.5。解：请注意电路中IB和IC的数量级

UBE

0.7VRb+VCCRCRb+VCCRCC1C2Tui=0时由于电源的存在IB0IC0ICIE=IB+ICRLIB无信号输入时1.静态工作点——Ui=0时电路的工作状态二用图解法确定静态工作点Rb+VCCRCC1C2TICUBEUCE(IC,UCE)(IB,UBE)RLIB静态工作点(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。IBUBEQIBUBEQUCEICICUCEIBUCE=VCC–ICRC直流负载线由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点QVCCICUCEQIB静态UCE静态IC三、电路参数对静态工作点的影响1.改变RB，其他参数不变uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBQQRB

iB

Q趋近截止区；RB

iB

Q趋近饱和区。2.改变RC，其他参数不变RC

Q

趋近饱和区。iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRC例2.3.2设RB=38k

，求VBB=0V、3V时的iC、uCE。[解]uCE/ViC/mAiB=010

A20

A30

A40

A50

A60

A41O235当VBB=0V：iB

0，iC

0，5VuCE

5V当VBB=3V：0.3UCE

0.3

V0，iC5mAiC

0iC=VCC/RC三极管的开关等效电路截止状态SBCEVCC+

RCRBiB

0uCE

5ViB饱和状态uCE0判断是否饱和临界饱和电流

ICS和IBS

：iB>IBS，则三极管饱和。IBUBEQICUCEuiibibic1.交流放大原理（设输出空载）假设在静态工作点的基础上，输入一微小的正弦信号ui静态工作点2.3.2用图解法确定动态工作情况ICUCEicuCE也沿着负载线变化uCEUCE与Ui反相！uCE怎么变化？各点波形uo比ui幅度放大且相位相反Rb+VCCRCC1C2uiiBiCuCEuo＋－－＋对交流信号(输入信号ui)短路短路置零2.放大器的交流通路Rb+VCCRCC1C2RLuiuo1/

C0

将直流电压源短路，将电容短路。交流通路——分析动态工作情况交流通路的画法：RbRCRLuiuo交流通路Rb+VCCRCC1C2RL3.交流负载线输出端接入负载RL：不影响Q影响动态！交流负载线RbRCRLuiuoicuce其中：uce=-ic（RC//RL）

=-icRL交流量ic和uce有如下关系：这就是说，交流负载线的斜率为：uce=-ic（RC//RL）=-icRL或ic=（-1/RL）uce交流负载线的作法：①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②经过Q点。

ICUCEVCCQIB交流负载线直流负载线①斜率为-1/R'L。（R'L=RL∥Rc

）②经过Q点。

注意：（1）交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。

（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。例2.3.3

硅管，ui

=10sint(mV)，RB=176k，RC=1k，VCC=VBB=6V，图解分析各电压、电流值。[解]令ui=0，求静态电流IBQRL+–

iBiCRBVCCVBBRCC1ui+–

+

–

+uCE

+uBE–

uBE/ViB/

A0.7V30QuituBE/VtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA4123iB=10

A20304050605Q6直流负载线Q

Q

6tiCICQUCEQtuCE/VUcemibicuceOOOOOO当ui=0

uBE=UBEQ

iB=IBQ

iC=ICQ

uCE=UCEQ

当ui=Uimsintib=Ibmsintic=Icmsint

uce=–Ucemsint

uo=uceiB=

IBQ

+IbmsintiC=

ICQ

+IcmsintuCE=

UCEQ

–

Ucemsin

t=

UCEQ

+Ucemsin

(180°–

t)放大电路的非线性失真问题

因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。1.“Q”过低引起截止失真NPN管：顶部失真为截止失真。PNP管：底部失真为截止失真。不发生截止失真的条件：IBQ>Ibm。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBuiuCEiCictOOiCOtuCEQuce交流负载线2.“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界饱和电流NPN管：

底部失真为饱和失真。PNP管：顶部失真为饱和失真。IBS—基极临界饱和电流。不接负载时，交、直流负载线重合，V

CC=VCC不发生饱和失真的条件：IBQ+Ibm

IBSuCEiCtOOiCO

tuCEQV

CC饱和失真的本质：负载开路时：接负载时：受RC的限制，iB增大，iC不可能超过VCC/RC。受R

L的限制，iB增大，iC不可能超过V

CC/R

L。C1+

RCRB+VCCC2RL+uo

++iBiCVui(R

L=RC//RL)选择工作点的原则：当ui较小时，为减少功耗和噪声，“Q”可设得低一些；为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；为获得最大输出，“Q”可设在交流负载线中点。2.4

微变等效电路分析法2.3.2H参数小信号模型2.3.1H参数的引出引言一建立小信号模型的意义

由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是在一定的条件下（工作点附近）将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。

由于研究对象的多样性和复杂性，往往把对象的某些特征提取出来，用已知的、相对明了的单元组合来说明，并作为进一步研究的基础，这种研究方法称为建模。引言

当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。二建立小信号模型的思路2.3.1H参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得对于BJT双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线如下：uBE=f(iB，vCE)iC=g(iB

，vCE)用小信号交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce说明diB

与交流信号的关系输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；输入端电流恒定（交流开路）的反向电压传输比输入端电流恒定（交流开路）时的输出电导。其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce能构成电路图吗2.3.2H参数小信号模型根据可得小信号模型BJT的H参数模型hfeibicvceibvbehrevcehiehoevbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevcevBEvCEiBcebiCBJT双口网络H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。H参数与工作点有关，在放大区基本不变。1

模型的简化hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即rbe=hie

=hfe

uT=hre

rce=1/hoe一般采用习惯符号则BJT的H参数模型为

uT很小，一般为10-310-4，rce很大，约为100k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路

ib

是受控源

，且为电流控制电流源(CCCS)。

电流方向与ib的方向是关联的。

2H参数的确定

一般用测试仪测出；

rbe

与Q点有关，可用图示仪测出。一般也用公式估算rbe

rbe=rb+(1+

)re其中对于低频小功率管rb≈(100－300）

则

而

(T=300K)

1、电压放大倍数的计算：uiuo3、H参数的应用共射极放大电路负载电阻越小，放大倍数越小。画微变等效电路rbeRbRCRL电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。rbeRbRCRL2、输入电阻的计算：根据输入电阻的定义：当信号源有内阻时：＝Ui.UO.Ui.Us.所以：用加压求流法求输出电阻：3、输出电阻的计算：根据定义rbeRbRC004

晶体三极管交流分析步骤：①

分析直流电路，求出“Q”，计算rbe。②

画电路的交流通路。③

在交流通路上把三极管画成H参数模型。④

分析计算叠加在“Q”点上的各极交流量。求：1.静态工作点。例2.4.12.电压增益AU、输入电阻Ri、输出电阻R0

。3.若输出电压的波形出现如下失真，是截止还是饱和失真？应调节哪个元件？如何调节？解：1.IcVCE2.思路：微变等效电路AU、Ri

、R0例2.4.2

=100，uS

=10sint(mV)，求叠加在“Q”点上的各交流量。+uo

+–

iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+–

+–

RS+uCE

+uBE–

12V12V510470k

2.7k

3.6k

[解]令ui=0，求静态电流IBQ①求“Q”，计算rbeICQ=

IBQ=2.4mAUCEQ=12

2.4

2.7=5.5(V)uce②交流通路+uo

+–

iBiCRBVCCVBBRCRLC1C2uS+–

+–

RS+uCE

+uBE–

ube③小信号等效+uo

+–

RBRLRSrbe

Eibic

icBCusRC+ube

④分析各极交流量⑤

分析各极总电量uBE=(0.7+0.0072sin

t

)ViB=(24+5.5sin

t)

AiC=(2.4+0.55sin

t

)

mAuCE=(5.5–

0.85sin

t

)V2.5.1问题的提出——

单管共射放大电路存在的问题一实验中出现的现象2.5

射极偏置放大电路当环境温度二静态工作点的位置发生变化的原因1温度对晶体管参数的影响T↑→ICBO↑,温度每升高10oC,ICBO↑一倍T↑→UBE↓,温度每升高1oC,UBE↓2.5mvT↑→β↑,温度每升高1oC,Δβ/β↑0.5—1%

2温度对静态工作点的影响ICQ=βIBQ+(1+β)ICBOIBQ=（Vcc-UBE）/RB→T↑→ICQ↑→Q↑→饱和失真3工作点上移时输出波形分析“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界饱和电流NPN管：

底部失真为饱和失真。uCEiCtOOiCO

tuCEQV

CC不接负载时，交、直流负载线重合静态是基础，动态是目的

2.5.2电路组成及稳定静态工作点的原理特点：RB1—上偏流电阻、RB2—下偏流电阻、

RE—发射极电阻共发射极电路

电路组成+UBEQ

IBQI1IEQ二稳定静态工作点的原理1.直流通路ICQ直流通路的画法若电路调整适当，可以使ICQ基本不变。2.稳定过程（原理）T↑→ICQ↑→ICQ×RE↑→UB固定→UBE↓→IBQ↓→ICQ↓

3.稳定的条件UB固定UB=VCC×RB2/(RB1+RB2)（1）I1>>IB

硅管I1=（5--10）IBQ

锗管I1=（10--20）IBQ（2）UB>>UBE

硅管UB=（3--5）V

锗管UB=（1--3）V

2.5.3静态分析

求Q点（IBQ、ICQ

、UCEQ）求法：画出直流通路求解

方法有二：一估算法

说明Q是否合适+VCCRCRERB1RB2+UBEQ

IBQI1IEQICQ+UCEQ

二利用戴维南定理（同学自己做）

2.5.4动态分析求AU、Ri、RO一画出放大电路的微变等效电路

1.画出交流通路2.画出放大电路的微变等效电路二计算动态性能指标1.计算Au“-”表示Uo和Ui反相。

Au的值比固定偏流放大电路小了。2.计算输入电阻Ri↑，同时说明公式的记法和折合的概念。

uo在RE两端的电压可以忽略不计，因此Ro≈Rc

。3.计算输出电阻RoRo=uo/ioUs=0RL=∞

静态工作点稳定。Au，Ri↑，Ro基本不变。（同固定偏置放大电路相比较）

结论

如何提高电压放大倍数Au？

在RE两端并联一个电容，则放大倍数与固定偏置放大电路相同。2.5.5举例讨论例

=100，RS=1k，RB1=62k，RB2=20k,RC=3k，RE=1.5k，RL=5.6k，VCC=15V。求：“Q”，Au，Ri，Ro。1)求“Q”+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+us

+uo

[解]+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+us

+uo

2)求Au，Ri