《模拟电子技术》高职全套教学课件

模拟电子技术01学习情境1半导体二极管及其应用.pptx02学习情境2晶体管和场效应管.pptx03学习情境3放大电路基础.pptx04学习情境4差动放大电路与集成运算放大器.pptx05学习情境5反馈放大电路.pptx06学习情境6功率放大电路.pptx07学习情境7信号产生电路.pptx08学习情境8直流稳压电路.pptx全套可编辑PPT课件学习情境一半导体二极管及其应用第一单元半导体的基础知识163情境导入学习情境一半导体二极管及其应用以二极管的单向导电性实验、发光二极管的亮灭现象和稳压二极管的使用为切入点，要求学生掌握二极管的单向导电性和伏安特性，以及发光二极管的工作电压和稳压二极管的稳压原理。市场上台灯种类很多，其中LED台灯偏贵，这是因为LED台灯有节能、护眼功能，而且无频闪。LED台灯性能优越，它是如何制作的？制作某种LED台灯的元器件清单为：灯壳、灯罩、灯板（或者万能板）、导线若干、电阻（100kΩ一个、470Ω两个）、二极管（1N4007四个）、涤纶电容（0.22μF）、电解电容（4.7μF）、发光二极管（5mm白色12个）。这个电路采用220V市电供电，利用涤纶电容和电阻（100kΩ）降压，电阻（100kΩ）是涤纶电容的放电电阻；二极管（1N4007四个）构成桥式整流；电解电容（4.7μF）是滤波电容，它和电阻（470Ω）组成滤波电路，推动12个发光二极管发光；全灯实测功耗约为1W。学习导航学习情境一半导体二极管及其应用1.学习电子技术基础知识，了解常用电子元器件的功能。2.了解二极管整流电路等常用电路。3.学习二极管极性的判断方法，掌握万用表的使用方法。4.了解特殊二极管，如发光二极管、整流二极管、稳压二极管等。育人目标了解先辈们为我国电子技术做出的贡献，激发学生的奋斗精神和家国情怀。知识目标第一单元半导体的基础知识1.了解半导体的导电特性。2.了解杂质半导体的特点。3.掌握PN结的导电特性及击穿特性。技能目标通过本单元的学习，能合理使用热敏电阻并能制作热敏电阻电路。基础知识第一单元半导体的基础知识一、半导体的导电特性二极管、晶体管、场效应管和集成电路等半导体器件都是由半导体材料构成的。下面介绍半导体材料的一些基本特性。（一）什么是半导体物质存在的形式多种多样，如固体、液体、气体、等离子体等。人们通常把导电性差的材料称为绝缘体，如金刚石、人工晶体、琥珀、陶瓷等；把导电性比较好的材料称为导体，如金、银、铜、铁、锡、铝等。根据物体导电能力的不同，可以简单地把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。典型的半导体有硅（Si）、锗（Ge）及砷化镓（GaAs）等。为什么有的物质容易导电，有的物质不容易导电呢？根本原因在于物质内部的原子结构。原子是由带正电的原子核和带负电的电子组成的，电子分成几层，围绕原子核不停地运动。原子核对内层电子的吸引力较大，对外层电子的吸引力较小。第一单元半导体的基础知识半导体材料之所以备受人们关注，并且得到广泛的应用，是由于它们具有独特的区别于导体和绝缘体的物理特性。第一，半导体的电阻率具有热敏性，随温度升高而明显减小（负温度系数），而一般金属的电阻率随温度升高而增大。利用半导体的这种特性，很容易制成热敏电阻或其他对温度敏感的传感器。第二，半导体的电阻率具有光敏性，即光照可改变半导体的导电特性，光照越强，电阻率越低。例如硫化铝薄膜电阻，无光照时，其电阻为几十兆欧姆，有光照时，其电阻仅为几万欧姆。第三，半导体的电阻率受杂质的影响很大，这种杂质性与导体和绝缘体截然不同。在金属导体中掺入少量杂质后，其电阻率虽有增大但变化不大。而半导体不同，在纯净的半导体中掺入极微量的杂质，就能使其导电性大幅提高。不仅如此，选择不同类型的杂质，还可以改变半导体的导电类型。第一单元半导体的基础知识（二）本征半导体本征半导体就是纯净（不含杂质）且具有完整晶体结构的半导体，它在物理结构上呈单晶体形态。典型的本征半导体有硅和锗。硅和锗是四价元素，在原子最外层轨道上的四个电子称为价电子。硅和锗的物理性质、化学性质主要由这四个价电子决定。在实际问题中，为了突出价电子的作用和便于讨论，通常把原子核和内层电子看作一个整体，称为惯性核。于是就可以得到原子的简化模型，如图1-1所示。第一单元半导体的基础知识以硅原子为例，硅原子的每个价电子分别与相邻硅原子的一个价电子组成一个价电子对，这个价电子对为相邻两个原子所共有。价电子对中的每一个价电子，既围绕原来的原子核运动，又围绕相邻的原子核转动，它们同时受到两个原子核的吸引作用。人们把这种对共有价电子所形成的束缚作用称为共价键，如图1-2a所示。共价键中的价电子为这些原子所共有，并为它们所束缚，形成排列有序的晶体，如图1-2b所示。当温度为绝对零度（约-273℃）时，价电子不能从外界获得能量，不能挣脱原子核的束缚，半导体中没有可以自由运动的自由电子，如同绝缘体一样。当温度升高或受到光的照射时，价电子的能量增高，有的价电子可以挣脱原子核的束缚，成为自由电子。在外电场的作用下，自由电子做定向运动形成电流。这与金属导体是相同的。第一单元半导体的基础知识自由电子产生的同时，在其原来的共价键中会出现一个空位，这个呈现正电性的空位称为空穴。在本征半导体中，受激发产生一个自由电子，必然相伴产生一个空穴，自由电子和空穴是成对出现的，这种现象称为本征激发。可见因热激发而出现的自由电子和空穴是同时成对出现的，称为自由电子-空穴对。游离的部分自由电子也可能回到空穴中，称为复合，如图1-3所示（图中电子用“·”表示，空穴用“。”表示）。本征激发和复合在一定温度下会达到动态平衡。第一单元半导体的基础知识自由电子的定向运动可形成电子电流，空穴的定向运动可形成空穴电流，它们的方向相反。空穴的运动是靠相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现的。

在本征半导体中，电流由两部分组成：电子电流和空穴电流。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。温度越高，载流子的浓度越高，本征半导体的导电能力就越强。温度是影响半导体导电性的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。课堂讨论：自然界中有没有本征半导体？第一单元半导体的基础知识二、杂质半导体在常温下，本征半导体的导电能力很差，而且不好控制，不能用来制造半导体器件。如果在本征半导体中适当地掺入少量的有用杂质元素，则可以大大提高半导体的导电能力，而且可以利用掺杂元素的多少来精确地控制半导体的导电能力。这种人为掺入杂质的半导体称为杂质半导体。按掺入杂质的不同（主要是三价或五价元素），杂质半导体可分为N型半导体和P型半导体。（一）N型半导体在本征半导体的硅晶体内掺入微量的五价元素，如磷，可形成N型半导体,也称电子型半导体。由于掺入的磷原子数量极微，并不会改变硅单晶的共价键结构，只是使某些晶格节点上的硅原子被磷原子所取代，如图1-4所示。第一单元半导体的基础知识磷原子有五个价电子，除了四个价电子与相邻的四个硅原子的价电子组成共价键外，多余的一个价电子不会组成共价键，只受磷原子核的微弱吸引。在常温下，这个价电子受热激发获得的能量足以使它摆脱磷原子核的束缚而成为一个自由电子，几乎每个磷原子都能提供一个这样的自由电子，失去价电子的磷原子本身成为一个带正电的不能移动的正离子，所以磷原子仅提供一种载流子，即自由电子，故磷原子称为施主杂质。掺入施主杂质的半导体中，自由电子的数量远大于空穴的数量。课堂讨论：

N型半导体中多数载流子和少数载流子分别是什么？N型半导体带电吗？带正电还是负电？第一单元半导体的基础知识（二）P型半导体在本征半导体中掺入三价杂质元素（如硼、镓、铟等），可形成P型半导体，也称空穴型半导体。由于硼的价电子只有三个，当它与周围的硅原子形成共价键时，因缺少一个价电子而在共价键中留下一个空位，如图1-5所示。课堂讨论：

P型半导体中多数载流子和少数载流子分别是什么？P型半导体带电吗？带正电还是负电？第一单元半导体的基础知识三、PN结的特性（一）PN结的形成在一块完整的晶片上，通过一定的掺杂工艺，使晶片的一边为P型半导体，另一边为N型半导体，在这两种半导体的交界处会形成一个具有特殊物理性质的带电薄层，称为PN结。1.扩散运动和空间电荷区的形成在P型半导体和N型半导体结合后，由于N区内自由电子很多空穴很少，而P区内空穴很多自由电子很少，在它们的交界处会出现自由电子和空穴的浓度差别。这样自由电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散。于是，有一些自由电子要从N区向P区扩散，也有一些空穴要从P区向N区扩散。它们扩散的结果就是P区一侧失去空穴，留下了带负电的杂质离子，N区一侧失去自由电子，留下了带正电的杂质离子，如图1-6所示。第一单元半导体的基础知识2.内建电场的形成和漂移运动在出现空间电荷区以后，由于正、负电荷之间的相互作用，在空间电荷区会形成一个内电场，其方向是从带正电的N区指向带负电的P区。这个内电场是由载流子（内部）的扩散运动形成的，故称为内建电场。显然，内建电场是阻止扩散运动的。另外，这个电场将使N区的少数载流子（空穴）向P区漂移，使P区的少数载流子（自由电子）向N区漂移，漂移运动的方向正好与扩散运动的方向相反。从N区漂移到P区的空穴补充了原来交界面上P区所失去的空穴，从P区漂移到N区的自由电子补充了原来交界面上N区所失去的自由电子，这就使正、负电荷减少，内电场减弱。因此，漂移运动的结果是使空间电荷区变窄，其作用正好与扩散运动相反。

第一单元半导体的基础知识3.扩散运动与漂移运动相平衡由上述可知，扩散运动和漂移运动是互相联系又互相矛盾的。扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，对多数载流子扩散的阻力增大，但使少数载流子的漂移增强；而漂移运动使空间电荷区变窄，内电场减弱，又使扩散容易进行。最后，多数载流子的扩散和少数载流子的漂移将达到动态平衡，此时PN结处于稳定状态，如图1-7所示。第一单元半导体的基础知识（二）PN结的单向导电性1.PN结加正向电压时的导电情况PN结加正向电压时的导电情况如图1-8所示。如果电源的正极接P区，负极接N区，外加的正向电压有一部分降落在PN结区，PN结处于正偏。电流从P区流向N区，空穴和自由电子都向交界面运动，使空间电荷区变窄，电流可以顺利通过，方向与PN结内电场方向相反，削弱了内电场。于是，内电场对多数载流子扩散运动的阻碍减弱，扩散电流加大。扩散电流远大于漂移电流，可忽略漂移电流的影响，PN结呈现低阻性。第一单元半导体的基础知识2.PN结加反向电压时的导电情况PN结加反向电压时的导电情况如图1-9所示。如果电源的正极接N区，负极接P区，外加的反向电压有一部分降落在PN结区，PN结处于反偏。空穴和自由电子都向远离交界面的方向运动，使空间电荷区变宽，电流不能通过，方向与PN结内电场方向相同，加强了内电场。内电场对多数载流子扩散运动的阻碍增强，扩散电流大大减小。此时，PN结区的少数载流子在内电场作用下形成的漂移电流远大于扩散电流，可忽略扩散电流的影响，PN结呈现高阻性。在一定的温度条件下，由本征激发决定的少数载流子浓度是一定的，故少数载流子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称反向饱和电流。第一单元半导体的基础知识3.PN结的伏安特性PN结加正向电压时呈现低阻性，具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时呈现高阻性，具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：PN结具有单向导电性。PN结的伏安特性（外特性）如图1-10所示，它直观形象地表示了PN结的单向导电性。第一单元半导体的基础知识伏安特性的表达式为式中，iD为通过PN结的电流；uD为PN结两端的外加电压；UT为温度电压当量；IS为反向饱和电流，对于分立器件，其典型值在1014～108A的范围内，集成电路中二极管PN结的IS值更小。式中，k为波耳兹曼常数（1.38×1023J/K）；T为热力学温度（常温相当于300K）；q为电子电荷量（1.6×1019C）。第一单元半导体的基础知识（三）PN结的电容效应PN结加反向电压时，空间电荷区中的正、负电荷构成一个电容性器件。它的电容量随外加电压的改变而改变，主要有势垒电容（CB）和扩散电容（CD）。势垒电容和扩散电容均是非线性电容。1.势垒电容势垒区是由空间电荷区的离子薄层形成的。当外加电压使PN结上的压降发生变化时，离子薄层的厚度也相应地随之改变，这相当于PN结中储存的电荷量也随之变化。势垒区类似平板电容器，其交界面两侧储存着数量相等极性相反的离子电荷，电荷量随外加电压的变化而变化，称为势垒电容，用CB表示。利用该特性可制作变容二极管。

当PN结反偏时，结电阻很大，CB的作用不能忽视，特别是高频时，它对电路有较大的影响。第一单元半导体的基础知识2.扩散电容PN结正向导电时，多数载流子扩散到对方区域后，在PN结边界上积累，并有一定的浓度分布。积累的电荷量随外加电压的变化而变化，当PN结正向电压加大时，正向电流随之加大，这就要求有更多的载流子积累起来以满足电流加大的要求；而当正向电压减小时，正向电流减小，积累在P区的自由电子或N区的空穴也相应减少，这样当外加电压变化时，有载流子向PN结“充入”和“放出”。PN结的扩散电容描述了积累在P区的自由电子或N区的空穴随外加电压的变化而变化的电容效应。

扩散电容是非线性电容，PN结正偏时，扩散电容较大；PN结反偏时，载流子数目很少，扩散电容很小，一般可以忽略。第一单元半导体的基础知识（四）PN结的击穿特性

PN结加反向电压时，空间电荷区变宽，内电场增强。反向电压增大到一定程度时，反向电流将突然增大。如果外电路不能限制电流，则电流会大到将PN结烧毁。反向电流突然增大时的电压称为击穿电压（UBR）。基本的击穿机构有两种，即雪崩击穿和齐纳击穿（也称隧道击穿），前者的击穿电压小于5V，有负温度系数，后者的击穿电压大于8V，有正温度系数。1.雪崩击穿阻挡层中载流子的漂移速度随内部电场的增强而相应加快到一定程度时，其动能足以把束缚在共价键中的价电子碰撞出来，产生自由电子空穴对，新产生的载流子在强电场作用下，再去碰撞其他的中性原子，又产生新的自由电子空穴对，如此连锁反应，使阻挡层中的载流子数量急剧增加，像雪崩一样。雪崩击穿发生在掺杂浓度较低的PN结中，阻挡层宽，碰撞电离的机会较多。第一单元半导体的基础知识2.齐纳击穿

齐纳击穿通常发生在掺杂浓度很高的PN结内。由于掺杂浓度很高，PN结很窄，这样即使施加较小的反向电压（5V以下），在强电场作用下，也会强行促使PN结内原子的价电子从共价键中拉出来，形成自由电子空穴对，从而产生大量的载流子，它们在反向电压的作用下，形成很大的反向电流，出现了击穿。显然，齐纳击穿的物理本质是场致电离。采取适当的掺杂工艺，可将硅PN结的雪崩击穿电压控制在8～1000V，而齐纳击穿电压低于5V，在5～8V范围内两种击穿可能同时发生。学习情境一半导体二极管及其应用第二单元二级管知识目标第二单元二极管1.了解二极管的结构及表示方法。2.熟悉二极管的伏安特性、主要参数、温度对特性的影响。3.掌握二极管的几种等效方法及基本电路。技能目标通过本单元的学习，重点掌握二极管的外特性和参数，能正确使用和合理选择二极管；掌握二极管的等效方法，并能熟练运用到二极管电路中；熟悉制作二极管电路的方法。第二单元二极管一、二极管的结构及表示方法半导体二极管简称二极管，是由一个PN结加上欧姆接触电极、引线和管壳封装而成的电子器件，如图1-13所示。二极管的图形符号如图1-14所示。基础知识第二单元二极管（一）二极管的结构二极管种类很多，按照所用的半导体材料，可分为锗二极管（Ge管）和硅二极管（Si管）；按照用途的不同，可分为检波二极管、整流二极管、稳压二极管、开关二极管、隔离二极管、肖特基二极管、发光二极管、硅功率开关二极管、旋转二极管等；按照管芯结构，可分为点接触型二极管、面接触型二极管及平面型二极管，如图1-15所示。第二单元二极管（1）点接触型二极管。点接触型二极管是用一根很细的金属丝压在光洁的半导体晶片表面，通以脉冲电流，使触丝一端与晶片牢固地烧结在一起，形成一个PN结。由于是点接触，只允许通过较小的电流（不超过几十毫安），所以适用于高频小电流电路，如收音机的检波电路等。（2）面接触型二极管。面接触型二极管PN结的面积较大，允许通过较大的电流（几安到几十安），主要用于把交流电变换成直流电的整流电路中。（3）平面型二极管。平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。课堂讨论：在日常生活中，哪些地方用到了二极管？它们的作用是什么？第二单元二极管（二）二极管的表示方法国家标准对半导体器件型号的命名举例如下。第二单元二极管二、二极管的伏安特性二极管的伏安特性曲线如图1-16所示。处于第一象限的是正向伏安特性曲线，处于第三象限的是反向伏安特性曲线。根据理论推导，二极管的伏安特性曲线可用式（1-3）表示。式中，IS为反向饱和电流；U为二极管两端的电压降；UT为温度电压当量。对于常温（相当于T=300K），则有UT=26mV，见式（1-2）。第二单元二极管（一）正向特性当U＞0时，处于正向特性区域。正向区分为两段。当0＜U＜Uth时，正向电流为零，Uth称为死区电压或开启电压。当U＞Uth时，开始出现正向电流，并按指数规律增长。硅二极管的死区电压Uth为0.5V左右，锗二极管的死区电压Uth为0.2V左右。（二）反向特性当U＜0时，处于反向特性区域。反向区也分为两段。当UBR＜U＜0时，反向电流很小，且基本不随反向电压的变化而变化，此时的反向电流也称反向饱和电流IS。当U≥UBR时，反向电流急剧增加，UBR称为反向击穿电压。

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，反向饱和电流也很小；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。从击穿的机理上看，对硅二极管而言，若|UBR|≥8V时，主要是雪崩击穿；若UBR≤5V，则主要是齐纳击穿；当UBR为5～8V时两种击穿都有，有可能获得零温度系数点。第二单元二极管三、温度对二极管特性的影响由于半导体的导电性与温度有关，所以二极管的特性对温度很敏感，温度升高时二极管正向特性曲线向左移动，反向特性曲线向下移动，如图1-17所示。变化的规律是:从正向特性看,在接近常温,同一电流的作用下,温度每升高1℃，正向电压减小2~2.5mV；从反向特性看,温度每升高10℃，反向电流增大约一倍。此外,当温度升高时，二极管的反向击穿电压也会有所减小。第二单元二极管四、二极管的主要参数二极管的参数包括最大整流电流IF、反向击穿电压UBR、最大反向工作电压URM、反向电流IR、正向压降UF、动态电阻rd和最高工作频率fmax等。

（1）最大整流电流IF。（2）反向击穿电压UBR和最大反向工作电压URM。（3）反向电流IR。（4）正向压降UF。（5）动态电阻rd。（6）最高工作频率fmax。第二单元二极管五、二极管的等效电路二极管是一种非线性器件，对二极管电路的精确分析一般要采用非线性电路的分析方法，这具有一定的困难。为便于分析，在一定条件下，常用线性元件所构成的电路来近似模拟二极管的特性，并用之取代电路中的二极管。能够模拟二极管特性的电路称为等效电路，又称二极管的等效模型。（一）理想模型如图1-18所示，虚线表示二极管的实际伏安特性曲线，实线为二极管的理想特性曲线。由图可见，在正偏时，二极管压降为0，而当二极管处于反偏时，它的电阻视为无穷大，电流为零。第二单元二极管（二）恒压降模型为了反映二极管的导通电压，可以采用如图1-19所示的特性和等效电路来近似表示实际的二极管。只有当正向电压超过导通电压时二极管才导通，其两端电压为常量（通常硅管取0.7V，锗管取0.2V），否则二极管不通，电流为零。显然这种等效电路比前一种更接近实际二极管的特性。第二单元二极管（三）折线模型折线模型如图1-20所示，为了较真实地描述二极管的伏安特性，在恒压降模型的基础上作一定的修正，即认为二极管的管压降不是恒定的，而是随着二极管电流的增大而增加。由图可见，二极管两端的电压小于导通电压时，电流为零，超过导通电压后，特性曲线用一条斜线来近似。第二单元二极管（四）微变等效模型如果只考虑二极管两端的电压在某一固定值附近作微小变化时所引起的电流变化，或只考虑二极管两端的电流在某一固定值附近作微小变化时所引起的电压变化，可以用曲线在该固定值处的切线来近似表示这一小段曲线，如图1-21所示。在这种情况下二极管可等效为一个微变等效电阻rD，利用PN结方程求出：第二单元二极管六、二极管的基本电路（一）整流电路利用二极管的单向导电特性，将交流变成单向（即直流）脉动电压的过程，称为整流。整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，如图1-22所示。整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压，习惯上称为单向脉动性直流电压。第二单元二极管（二）限幅电路能按限定的范围削平信号电压波幅的电路，又称限幅器或削波器。限幅电路常用于以下几个方面。

（1）整形，如削去输出波形顶部或底部的干扰。

（2）波形变换，如将输出信号中的正脉冲削去，只留下其中的负脉冲。（3）过压保护，如强的输出信号或干扰有可能损坏某个部件时，可在这个部件前接入限幅电路。限幅电路按功能分为上限限幅电路、下限限幅电路和双向限幅电路三种。第二单元二极管（三）钳位电路

二极管钳位电路是由两个二极管反向并联组成的，一次只能有一个二极管导通，而另一个处于截止状态，那么它的正、反向压降就会被钳制在二极管正向导通压降0.5V以下，从而起到保护电路的目的。钳位电路的作用是将周期性变化的波形的顶部或底部保持在某一确定的直流电压上，如图1-24所示。学习情境一半导体二极管及其应用第三单元特色二级管知识目标第三单元特殊二极管1.熟悉稳压二极管的伏安特性、图形符号及主要参数。2.熟悉发光二极管的特点和分类。技能目标通过本单元的学习，掌握使用万用表来判断二极管好坏的方法；能熟练使用稳压二极管制作稳压电路。基础知识第三单元特殊二极管一、稳压二极管

（一）稳压二极管的伏安特性稳压二极管是应用在反向击穿区的特殊硅二极管，其伏安特性曲线与硅二极管的伏安特性曲线完全一样。稳压二极管的图形符号、伏安特性和应用电路如图1-26所示。第三单元特殊二极管稳压二极管的基本特性是：在击穿区，反向电流随电压的微小变化增加很快，而电压几乎保持不变。由于硅的热稳定性能好，因此一般稳压管都是用硅二极管制成。课堂讨论：怎么区分普通整流二极管和稳压二极管？第三单元特殊二极管（二）稳压二极管的参数

（1）稳定电压UZ。在规定的稳压二极管反向工作电流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上求取的。RZ愈小，反映稳压二极管的击穿特性愈陡。rZ=UZ/IZ

（3）最大耗散功率PZM。稳压二极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PZ=UZIZ，由PZM和UZ可以决定IZmax。

（4）最大稳定工作电流IZmax和最小稳定工作电流IZmin。稳压二极管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PZmax=UZIZmax。而IZmin对应UZmin，若IZ＜IZmin，则不能稳压。

（5）稳定电压温度系数αUZ。温度的变化将使UZ改变，在稳压二极管中，当|UZ|＞7V时，UZ具有正温度系数，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|≤7V时，稳压二极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二极管使用。第三单元特殊二极管二、发光二极管二极管的一种，可以把电能转化成光能，常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样，由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入N区的空穴和由N区注入P区的自由电子，在PN结附近数微米内分别与N区的自由电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中，自由电子和空穴所处的能量状态不同，自由电子和空穴复合时释放出的能量不同。释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管，如图1-29所示。发光二极管的反向击穿电压约为5V。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用式（1-5）计算。式中，E为电源电压;UF为LED的正向压降；IF为LED的一般工作电流。第三单元特殊二极管

发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应按电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。

与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低；工作电流很小；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调节电流强弱可以方便地调节发光的强弱。因此发光二极管在一些光电控制设备中被用作光源，在许多电子设备中被用作信号显示器。把发光二极管的管芯做成条状，可以组成七段式半导体数码管，每个数码管可显示0～9十个数字。模拟电子技术学习情境二晶体管和场效应管第一单元晶体管情境导入学习情境二晶体管和场效应管某单位需要制作一批高亮LED闪灯，形状不定，可以为直线、圆形、心形，颜色为彩色（三种以上），数量为20个，供电电压为45V。如果电路不加驱动模块，4.5V电压是不能正常驱动20个高亮LED的，所以要在电路中加入驱动模块。元件清单为：闪灯芯片TC4008一块、万能板一块、电阻（4.7kΩ四个、100Ω五个）、104电容、晶体管（9012四个）、发光二极管（绿、红、蓝、黄各五个）、电池盒一个。20个高亮LED分成四组，每组一种颜色，在电路板上排成心形图案，这四组LED分别由晶体管驱动，通过闪灯芯片TC4008控制，按照八种不同的方式闪烁，并依次循环。若在相对较黑的环境中使用，距离2m以外观看，灯光效果十分生动、有趣。那么怎么使用晶体管制作驱动电路呢？学习导航学习情境二晶体管和场效应管1.掌握晶体管内部载流子的流动方向和特性曲线，理解晶体管放大的实质。2.掌握如何运用晶体管的特性曲线来解决实际问题。3.掌握场效应管的结构、工作原理和特性曲线。育人目标了解我国半导体产品的发展历史，学习前辈的创新精神和爱岗敬业的高尚情操，坚定学生投身国家科技发展的信念。知识目标第一单元晶体管1.掌握晶体管的结构和类型。2.熟悉晶体管的图形符号、电流放大作用、特性曲线、主要参数及温度对特性的影响。技能目标通过本单元的学习，掌握晶体管电极和管型的判别方法；能熟练使用晶体管制作驱动电路。基础知识第一单元晶体管晶体管又称三极管，是一种电流控制电流的半导体器件，其作用是把微弱信号放大成幅值较大的电信号，也用作无触点开关。晶体管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区。一、晶体管的类型晶体管的种类很多，按功率大小可分为大功率管和小功率管；按电路中的工作频率可分为超频管、高频管和低频管；按半导体材料不同可分为硅管和锗管；按结构不同可分为NPN型晶体管和PNP型晶体管；按安装方式可分为插件晶体管和贴片晶体管，如图2-1所示。第一单元晶体管二、晶体管的基本结构无论是NPN型晶体管还是PNP型晶体管，都分为三个区，分别为发射区、基区和集电区，由三个区各引出一个电极，分别称为发射极（e）、基极（b）和集电极（c），发射区和基区之间的PN结称为发射结，集电区和基区之间的PN结称为集电结。晶体管的结构示意图和图形符号如图2-2所示，其中发射极箭头所示方向表示发射极电流的流向。第一单元晶体管三、载流子的流动和晶体管的放大作用晶体管按材料分为锗管和硅管，每一种又有NPN和PNP两种结构形式，使用最多的是NPN硅管和PNP锗管。两者的电源极性不同，但工作原理相同，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。NPN硅管由两块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成。（一）晶体管放大的条件1.外部条件外部条件为发射结正偏，集电结反偏。当基极b电位高于发射极e电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而集电极c电位高于基极b电位几伏时，集电结处于反偏状态。2.内部条件

在制造晶体管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时将基区做得很薄，而且严格控制杂质含量。这样，一旦接通电源，由于发射结正偏，发射区的多数载流子（自由电子）及基区的多数载流子（空穴）很容易越过发射结互相向对方扩散，但因前者的浓度大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，称为发射极电流IE。第一单元晶体管（二）晶体管的电流分配关系和放大作用现以NPN硅管为例来说明晶体管各极间电流的分配关系及电流放大作用。如图2-3所示，VBB为基极电源，与基极电阻RB及晶体管的基极b、发射极e组成基极发射极回路（称为输入回路）,VBB使发射结正偏；VCC为集电极电源，与集电极电阻RC及晶体管的集电极c、发射极e组成集电极发射极回路（称为输出回路），VCC使集电结反偏。图2-3中，发射极e是输入、输出回路的公共端，改变可变电阻RB,测基极电流IB、集电极电流IC和发射结电流IE，结果见表2-1。这种接法称为共发射极放大电路。第一单元晶体管从实验结果可得如下结论。（1）IE=IB+IC。此关系就是晶体管的电流分配关系，它符合基尔霍夫电流定律。（2）IE和IC几乎相等，但远大于基极电流IB，从表2-1中第三列和第四列的实验数据可知IC与IB的比值分别为IB的微小变化会引起IC的较大变化，计算可得

计算结果表明，微小的基极电流变化，可以控制比其大数十倍至数百倍的集电极电流的变化，这就是晶体管的电流放大作用。β—、β称为电流放大系数。第一单元晶体管四、晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线是用来表示各个电极间电压和电流之间相互关系的，它反映了晶体管的性能，是分析放大电路的重要依据。特性曲线可由实验测得，也可在晶体管图示仪上直观地显示出来。下面以图2-3所示电路来测量晶体管的各项参数。（一）输入特性曲线晶体管的输入特性曲线表示以UCE为参考变量时IB和UBE的关系，即图2-5所示是晶体管的输入特性曲线。由图可见，晶体管的输入特性具有以下特点。第一单元晶体管

（1）输入特性也有一个“死区”。在“死区”内，UBE虽已大于零，但IB几乎仍为零。当UBE大于某一值后，IB才随UBE增大而明显增大。若为NPN型晶体管，和二极管一样，硅晶体管的死区电压UT（或称为门槛电压）约为0.5V，发射结导通电压UBE为0.6～0.7V；锗晶体管的死区电压UT约为0.2V，发射结导通电压为0.2～0.3V。若为PNP型晶体管，则发射结导通电压UBE分别为-0.7～-0.6V和-0.3～-0.2V。（2）一般情况下，当UCE＞1V以后，输入特性几乎与UCE=1V时的重合，因为UCE＞1V后，IB无明显改变了。晶体管工作在放大状态时，UCE总是大于1V的（集电结反偏），因此常用UCE≥1V的一条曲线来代表所有输入特性曲线。课堂讨论：晶体管的输入特性曲线为什么像PN结的伏安特性曲线？为什么UCE增大时曲线右移？为什么UCE增大到一定值时曲线右移就不明显了？第一单元晶体管

（二）输出特性曲线晶体管的输出特性曲线表示以IB为参考变量时IC和UCE的关系，即图2-6所示是晶体管的输出特性曲线，当IB改变时，可得一组曲线族，由图可见，输出特性曲线可分放大、截止和饱和三个区域。这三个区域的特点见表2-2。第一单元晶体管（1）截止区。IB=0的特性曲线以下区域称为截止区。在这个区域中，集电结处于反偏，UBE≤0，发射结反偏或零偏，即VC＞VE≥VB。电流IC很小，等于反向穿透电流ICEO。工作在截止区时，晶体管在电路中犹如一个断开的开关。（2）饱和区。特性曲线靠近纵轴的区域是饱和区。当UCE＜UBE时，发射结、集电结均处于正偏，即VB＞VC＞VE。工作在饱和区时，IB增大，IC几乎不再增大，晶体管失去放大作用。规定UCE=UBE时的状态称为临界饱和状态，用UCES表示，此时集电极临界饱和电流为基极临界饱和电流为当集电极电流IC＞ICS时，认为晶体管已处于饱和状态。IC＜ICS时，晶体管处于放大状态。深度饱和时，硅晶体管的UCE约为0.3V，锗晶体管的UCE约为0.1V,由于深度饱和时UCE约为0，晶体管在电路中犹如一个闭合的开关。第一单元晶体管（3）放大区。特性曲线近似水平直线的区域称为放大区。在这个区域中，发射结正偏，集电结反偏，即VC＞VB＞VE。其特点是IC的大小受IB控制，ΔIC=βΔIB，晶体管具有电流放大作用。工作在放大区时，β约为一个常数，IC几乎按一定比例等距离平行变化。由于IC只受IB控制，几乎与UCE的大小无关。此时，特性曲线反映出恒流源的特点，即晶体管可看作受基极电流控制的受控恒流源。课堂讨论：在晶体管的输出特性曲线中，为什么UCE较小时IC随UCE变化很大？为什么进入放大状态后，其输出特性曲线几乎是横轴的平行线？第一单元晶体管五、晶体管的主要参数晶体管的参数是用来表示晶体管各种性能的指标,是评价晶体管的优劣和选用晶体管的依据,也是计算和调整晶体管电路时必不可少的根据。晶体管的主要参数有以下几个。（一）电流放大系数

（1）共射直流电流放大系数β—。它表示集电极电压一定时，集电极电流和基极电流之间的关系，即

（2）共射交流电流放大系数β。它表示在UCE保持不变的条件下，集电极电流的变化量与相应的基极电流变化量之比，即第一单元晶体管（二）极间电流（1）集电极反向饱和电流ICBO。ICBO是指发射极开路，集电极与基极之间加反向电压时产生的集电极电流，可以用图2-9a、b所示的电路测出。手册上给出的ICBO都是在规定的反向电压之下测出的。反向电压大小改变时，ICBO的数值可能稍有改变。另外，ICBO是少数载流子电流，随温度变化而变化，影响晶体管工作的稳定性。作为晶体管的性能指标，ICBO越小越好，硅管的ICBO比锗管的ICBO小得多，大功率管的ICBO较大，使用时应予以注意。（2）穿透电流ICEO。ICEO是基极开路，集电极与发射极间加电压时的集电极电流，由于这个电流由集电极穿过基区流到发射极，故称为穿透电流。测量ICEO的电路如图2-9c、d所示。根据晶体管的电流分配关系可知：ICEO=（1+β）ICBO。故ICEO也受温度影响，且穿透电流大的晶体管的温度稳定性较差。第一单元晶体管（三）极限参数晶体管的极限参数规定了使用时不允许超过的限度。其主要极限参数如下。

（1）集电极最大允许耗散功率PCM。晶体管电流IC与电压UCE的乘积称为集电极耗散功率PC，这个功率导致集电结发热，温度升高。而晶体管的结温是有一定限制的，一般硅管的最高结温为100～150℃，锗管的最高结温为70～100℃，超过这个限度，管子就会损坏，甚至烧毁。因此，根据管子的允许结温，定出了集电极最大允许耗散功率PCM，管子工作时的集电极耗散功率必须小于PCM。可以在输出特性曲线的坐标系中画出PCM=ICUCE的曲线，称为集电极最大功率损耗线，如图2-10所示。曲线的左下方均满足PC＜PCM的条件，为安全区，右上方为过损耗区。第一单元晶体管（2）反向击穿电压U(BR)CEO。反向击穿电压U(BR)CEO是指基极开路时，加在集电极与发射极之间的最大允许电压。如果超出这个电压，则集电极电流IC将急剧增大，从而造成管子永久性损坏，这种现象称为击穿。（3）集电极最大允许电流ICM。由于结面积和引出线的关系，还要限制晶体管的集电极最大允许电流，如果超过这个电流，晶体管的β就会显著下降，甚至可能损坏管子。ICM表示β值下降到正常值2/3时的集电极电流，通常IC不应超过ICM。PCM、U(BR)CEO和ICM三个极限参数决定了晶体管的安全工作区。在图2-10中，根据3DG4管的三个极限参数（PCM=300mW，ICM=30mA，U(BR)CEO=30V），画出了它的安全工作区。第一单元晶体管(四)频率参数由于发射结和集电结的电容效应，晶体管在高频工作时放大性能会下降。频率参数是用来评价晶体管高频放大性能的参数。（1）共射截止频率fβ。晶体管的β随信号频率升高而下降的特性曲线如图2-11所示。频率较低时，β基本保持常数，用β0表示低频时的β值。当频率升到较高值时，β开始下降，下降到0.707β0时的频率称为共射截止频率，也称β的截止频率。需要说明的是，对于频率为fβ或高于fβ的信号，晶体管仍然有放大作用。第一单元晶体管（2）特征频率。当晶体管的β下降到β=1时，其对应的频率称为特征频率fT。当工作频率f＞fT时，晶体管便失去放大能力。（五）温度对晶体管参数的影响几乎所有晶体管的参数都与温度有关，因此温度对其参数的影响不容忽视。温度对下列三个参数的影响最大。

（1）温度对ICBO的影响。ICBO是少数载流子电流，与PN结的反向饱和电流一样，受温度影响很大。无论是硅管还是锗管，在工程上进行估算时，一般都按温度每升高10℃，ICBO增大一倍来考虑。（2）温度对β的影响。温度升高时，β随之增大。实验表明，对于不同类型的管子，β随温度升高而增大的情况是不同的。一般认为，以25℃时测得的β为基数，温度每升高10℃，β增大0.5%～1%。

（3）温度对发射结电压UBE的影响。和二极管的正向特性一样，温度每升高10℃，|UBE|减小2～2.5mV。因为ICEO=（1+β）ICBO，而IC=IB+（1+β）ICBO，所以温度升高使集电极电流IC升高。换言之，集电极电流IC随温度变化而变化。学习情境二晶体管和场效应管第二单元场效应管知识目标第二单元场效应管1.了解场效应管的结构和类型。2.熟悉场效应管的图形符号、电流放大作用、特性曲线及主要参数。技能目标通过本单元的学习，掌握场效应管的特性及工作原理，并能利用场效应管制作开关电路。第二单元场效应管一、场效应管的分类场效应管按结构不同可分为结型和绝缘栅型；按工作性能可分为耗尽型和增强型；按所用基片（衬底）材料不同，又可分为P沟道和N沟道两种场效应管。因此，场效应管有P沟道和N沟道结型、P沟道和N沟道绝缘栅耗尽型及P沟道和N沟道绝缘栅增强型六种类型。它们都是以半导体的某一种多数载流子（自由电子或空穴）来实现导电，所以又称单极型晶体管。在本书中仅讨论绝缘栅型场效应管。二、场效应管的结构及特性场效应管是一种电压控制型的半导体器件，它具有输入电阻高（可达109～1015Ω，而晶体管的输入电阻仅为102～104Ω），噪声低，受温度、辐射等外界条件的影响较小，省电，便于集成等优点，因此得到了广泛应用。

目前应用最广泛的绝缘栅型场效应管是一种金属-氧化物-半导体结构的场效应管，简称MOS（MetalOxideSemiconductor）管。本节以Ｎ沟道绝缘栅型场效应管为主进行讨论。基础知识第二单元场效应管（一）N沟道增强型MOS管1.结构如图2-13a所示，用一块Ｐ型半导体为衬底，在衬底上面的左、右两边制作两个高掺杂浓度的Ｎ区，用N+表示，在这两个N+区各引出一个电极，分别称为源极S和漏极D，管子的衬底也引出一个电极，称为衬底引线b。在这两个N+区之间的Ｐ型半导体表面做出一层很薄的二氧化硅绝缘层，再在绝缘层上面喷一层金属铝电极，称为栅极G。图2-13b是Ｎ沟道增强型MOS管的图形符号。Ｐ沟道增强型MOS管是以Ｎ型半导体为衬底，再制作两个高掺杂浓度的P+区做源极和漏极，其图形符号如图2-14所示，衬底b的箭头方向是区别Ｎ沟道和Ｐ沟道的标志。第二单元场效应管2.工作原理如图2-15所示，当UGS=0时，由于D、S极之间有两个背向的PN结不存在导电沟道，所以即使D-S极电压UDS≠0，但ID=0，只有UGS增大到某一值时，由G极指向P型衬底的电场的作用下，衬底中的电子被吸引到两个N+区之间构成了D、S极之间的导电沟道，电路中才有电流ID。对应此时的UGS称为开启电压，UGS(th)=UT。在一定UDS下，UGS值越大，电场作用越强，导电沟道越宽，沟道电阻越小，ID就越大。第二单元场效应管3.输出特性输出特性是指UGS为某一固定值时，ID与UDS之间的关系，即同晶体管一样，输出特性可分为可变电阻区、恒流区和截止区三个区。（1）可变电阻区：图2-16a所示的Ⅰ区。该区对应UGS＞UT，UDS很小，UGD=UGS-UDS＞UT的情况。该区的特点是：若UGS不变，则ID随着UDS的增大而线性增大，可以看成是一个电阻，对应不同的UGS值，各条特性曲线中直线部分的斜率不同，即阻值发生改变。因此该区是一个受UGS控制的可变电阻区，工作在这个区的场效应管相当于一个压控电阻。（2）恒流区（又称饱和区、放大区）：图2-16a所示的Ⅱ区。该区对应UGS＞UT，UDS较大，该区的特点是：若UGS固定为某个值，随着UDS的增大，ID不变，特性曲线近似为水平线，因此称为恒流区。而对应同一个UDS，不同的UGS可感生出不同宽度的导电沟道，产生不同大小的D极电流ID。第二单元场效应管（3）截止区（夹断区）：图2-16a所示的Ⅲ区。该区对应UGS≤UT的情况。该区的特点是：由于没有感生出沟道，故电流ID=0，管子处于截止状态。当UDS增大到某一值时，G、D极间的PN结会反向击穿，使ID急剧增加。如不加限制，会造成管子损坏。第二单元场效应管4.转移特性转移特性是指UDS为固定值时，ID与UGS之间的关系，表示UGS对ID的控制作用，即由于UDS对ID的影响较小，所以不同的UDS所对应的转移特性曲线基本上是重合的，如图2-16b所示。这时ID可以近似地表示为式中，IDSS是UGS=2UGS（th）时ID的值。第二单元场效应管（二）Ｎ沟道耗尽型MOS管Ｎ沟道耗尽型MOS管的结构与N沟道增强型MOS管的一样，所不同的是，制造过程中会在SiO2绝缘层中掺入大量的正离子。当UGS=0时，由正离子产生的电场就能吸收足够的电子产生原始沟道，如果加上正向UDS电压，就可在原始沟道中产生电流。其结构和图形符号如图2-17所示。第二单元场效应管当UGS加正向电压时，将增强由绝缘层中正离子产生的电场，从而使感生的沟道加宽，ID增大；当UGS加反向电压时，将削弱由绝缘层中正离子产生的电场，导致感生的沟道变窄，ID减小；当UGS达到某一负电压值UGS(off)=UP时，完全抵消了由正离子产生的电场，则导电沟道消失，使ID≈0，UP称为夹断电压。当UGS＞UP后，电压UDS对ID的影响较小。它的特性曲线形状与N沟道增强型MOS管的类似，如图2-18所示。由特性曲线可见，N沟道耗尽型MOS管的UGS值在正、负一定范围内都可控制管子，因此，此类管子使用较灵活，在模拟电子技术中得到了广泛应用。第二单元场效应管三、各种场效应管特性的比较表2-3列举了六种类型的场效应管在电路中的图形符号、工作时所需电压极性、转移特性和输出特性。第二单元场效应管四、场效应管的主要参数（一）直流参数直流参数是指耗尽型MOS管的夹断电压UP(UGS(off))、增强型MOS管的开启电压UT(UGS(on))，以及D极饱和电流IDSS、直流输入电阻RGS。（二）交流参数（1）低频跨导gm。低频跨导是当UDS=常数时，UGS的微小变量与它引起的ID的微小变量之比，即它是表征G-S极电压对D极电流控制作用大小的参数，单位为S或mS。（2）极间电容。场效应管三个电极间存在极间电容。G-S极电容CGS和G-D极电容CGD一般为1～3pF，D-S极电容CDS一般为0.1～1pF。极间电容的存在决定了管子的最高工作频率和工作速度。第二单元场效应管（三）极限参数（1）最大漏极电流IDM：管子工作时允许的最大漏极电流。

（2）最大耗散功率PDM：由管子工作时允许的最高温升所决定的参数。

（3）D-S极击穿电压U(BR)DS：UDS增大时，使ID急剧上升的UDS值。（4）G-S极击穿电压U(BR)GS：在MOS管中使绝缘层击穿的电压。模拟电子技术学习情境三放大电路基础第一单元共发射极放大电路情境导入学习情境三放大电路基础在某音频产品中，要求实现单级低频小信号放大，静态工作点稳定，需要把单个放大电路串接起来，将信号经过多级放大，才能达到所需要的输出要求。元件清单：驻极体话筒、晶体管（三个）、偏置电阻若干、可调电阻（500kΩ）、电解电容（4.7μF若干、47μF若干）、102瓷片电容、耳机插座。该电路以晶体管为主组成共发射极放大电路，电解电容为耦合电容，102瓷片电容为消振电容，用于消除电路可能产生的自激。晶体管（三个）组成三级音频放大电路，级与级之间采用电容耦合方式连接，前两级组成具有电压负反馈的偏置电路，起到稳定静态工作点的作用。驻极体话筒将微弱的声音信号转换成电信号，经过音频放大电路的多级放大，最后由耳机插座输出，输出的信号由外接的耳机或扬声器发出声音。电路组装好后，外接3V直流电源（两节1.5V电池），对着驻极体话筒说话，耳机里能听到声音，可以当助听器使用，效果很好。学习导航学习情境三放大电路基础1.掌握放大电路的概念，以及放大电路的主要技术指标。2.掌握共发射极放大电路的组成、工作原理和分析方法。3.掌握共基极和共集电极放大电路的工作原理。4.掌握多级放大电路的耦合方式和分析方法；了解复合管的应用。5.掌握共源极和共漏极场效应管放大电路的静态和动态分析。育人目标了解我国电力发展史，学习榜样人物无私奉献的精神，树立为祖国强盛发奋学习的坚定信念。知识目标第一单元

共发射极放大电路1.了解放大电路的概念。2.掌握放大电路的主要技术指标。3.了解共发射极放大电路的组成及工作原理。4.掌握共发射极放大电路的分析方法。技能目标通过本单元的学习，掌握共发射极放大电路的性能指标及其测试方法，掌握声控开关的制作方法。基础知识第一单元

共发射极放大电路一、放大电路的概念放大电路又称放大器，是对模拟信号最基本的处理电路，也是应用最广泛的电子电路之一。模拟信号是在时间和数值上均连续的信号。例如，正弦信号是典型的模拟信号。大多数物理量所转换成的信号均为模拟信号。对模拟信号进行处理的电路称为模拟电路。放大电路是构成各种功能的模拟电路的基本电路。所谓“放大”，就是将输入的微弱信号(简称信号，指变化的电压、电流等)放大到所需要的幅值且与原输入信号的变化规律一致，即进行不失真的放大。放大电路的本质是能量的控制和转换。第一单元

共发射极放大电路二、放大电路的主要技术指标（一）输入和输出电阻输入电阻ri是从放大电路输入端口视入的等效电阻，它定义为放大电路输入电压Ui和输入电流Ii的比值，即ri与网络参数、负载电阻RL有关，表征了放大电路对信号源的负载特性。输出电阻ro是表征放大电路带负载能力的一个重要参数。它定义为输入信号电压源US短路或电流源IS开路并断开负载时，从放大电路输出端口视入的等效电阻，即ro不仅与网络参数有关，还与源内阻RS有关。若要求放大电路具有恒定的电压输出，ro应越小越好；若要求放大电路具有恒定的电流输出，ro应越大越好。第一单元

共发射极放大电路（二）放大倍数放大倍数（或增益）表示输出信号的变化量与输入信号的变化量之比，用来衡量放大电路的放大能力。根据需要处理的输入量和输出量的不同，有电压放大倍数、电流放大倍数、互阻放大倍数和互导放大倍数四种。第一单元

共发射极放大电路（三）失真失真是评价放大电路放大信号质量的重要指标，常分为线性失真和非线性失真两大类。线性失真又分为频率失真和瞬变失真。前者是由于对不同频率的输入信号产生不同的放大倍数和相移所引起的信号失真；后者是由于电抗元件对电压或电流不能突变而引起的输出波形的失真。线性失真不会在输出信号中产生新的频率分量。

非线性失真则是由半导体器件的非线性特性所引起的。它会导致输出信号中产生新的频率分量。第一单元

共发射极放大电路三、基本放大电路的组成（一）放大电路的组成原理无论何种类型的放大电路，均由三大部分组成，如图3-1所示。第一部分是具有放大作用的半导体器件，如晶体管、场效应管，这是整个电路的核心。第二部分是直流偏置电路，其作用是保证半导体器件工作在放大状态。第三部分是耦合电路，其作用是将输入信号源和输出负载分别连接到放大管的输入端和输出端。第一单元

共发射极放大电路1.偏置电路在分立元件电路中，常用的偏置方式有分压偏置电路、自偏置电路等。其中，分压偏置电路适用于任何类型的放大器件，而自偏置电路只适用于耗尽型场效应管（如JFET管、DMOS管）。偏置电路除了为放大管提供合适的静态工作点之外，还应具有稳定静态工作点的作用。2.耦合方式为了保证信号不失真地放大，放大电路与信号源、放大电路与负载，以及放大电路中级与级之间的耦合方式必须保证交流信号正常传输，且尽量减小有用信号在传输过程中的损失。实际放大电路有如下两种耦合方式。第一单元

共发射极放大电路（1）电容耦合和变压器耦合。这种耦合方式具有隔直流的作用，故各级静态工作点相互独立，互不影响，但不易集成，常用于分立元件放大电路中。（2）直接耦合。这是集成电路中广泛采用的一种耦合方式。这种耦合方式存在的两个主要问题是电平配置问题和零点漂移问题。解决电平配置问题的主要方法是加电平位移电路；解决零点漂移问题的主要措施是采用低温漂的差分放大电路。课堂讨论：信号经过放大电路放大后，放大的能量从哪里来？第一单元

共发射极放大电路（二）共发射极放大电路共发射极放大电路如图3-2所示。集电极电源VCC是放大电路的能源，为输出信号提供能量，并保证发射结处于正偏、集电结处于反偏，使晶体管工作在放大区。VCC取值一般为几伏到几十伏。晶体管是放大电路的核心器件。利用晶体管在放大区的电流控制作用，可将微弱的电信号进行放大。集电极电阻RC是晶体管的集电极负载电阻，它将集电极电流的变化转换为电压的变化，实现电路的电压放大作用。RC一般为几千欧到几万欧。基极电阻RB用于保证晶体管工作在放大状态。改变RB可使晶体管有合适的静态工作点。RB一般为几万欧到几十万欧。耦合电容C1、C2起隔直流通交流的作用；在信号频率范围内，可认为其容抗近似为零。所以分析电路时，在直流通路中电容视为开路，在交流通路中电容视为短路。C1、C2一般为十几微法到几十微法的有极性的电解电容。第一单元

共发射极放大电路四、共发射极放大电路的分析方法当无输入信号，即ui=0时，放大电路的工作状态称为静态，也称直流工作状态。当有输入信号，即ui≠0时，放大电路的工作状态称为动态，也称交流工作状态。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。（一）静态分析静态分析就是分析放大电路的直流工作情况，以确定晶体管各电极之间的静态值uBE、iB、iC、uCE。静态分析主要在直流通路中进行。所谓直流通路，就是静态电流流经的通路。对于直流通路，电容视为开路，电感线圈视为短路(即忽略线圈电阻)，信号源视为短路，但应保留内阻。静态分析的主要方法有以下两种。第一单元

共发射极放大电路1.由放大电路的直流通路确定静态工作点将耦合电容C1、C2视为开路，画出如图3-3所示的共发射极放大电路的直流通路。用式（3-9）可以近似估算此放大电路的静态工作点。晶体管导通后，硅管UBE的大小为0.6～0.7V，锗管UBE的大小为0.2～0.3V。而当VCC较大时，UBE可以忽略不计。第一单元

共发射极放大电路2.由图解法求静态工作点（1）用输入特性曲线确定IBQ和UBEQ。根据图3-3中的输入回路，可列出输入回路电压方程：同时UBE和IB还符合晶体管输入特性曲线所描述的关系，输入特性曲线用函数式可表示为用作图的方法在输入特性曲线所在的UBE-IB平面上画出式（3-10）对应的直线，两线的交点就是静态工作点Q，如图3-4a所示。Q点的坐标就是静态时的基极电流IBQ和基-射极间电压UBEQ。（2）用输出特性曲线确定ICQ和UCEQ。根据图3-3中的输出回路及晶体管的输出特性曲线，可以写出下面两式：第一单元

共发射极放大电路

晶体管的输出特性可由已选定管子型号在手册上查找，或从图示仪上描绘，而式（3