电子应用技术全册配套完整课件3

电子应用技术全册配套完整课件3(1-2)第一章常用半导体器件模拟电子技术基础(1-3)第一章常用半导体器件§1.1

半导体的基础知识§1.2

半导体二极管§1.3双极型晶体管§1.4场效应管(1-4)§1.1半导体的基础知识导体、半导体和绝缘体导体：自然界中很容易导电的物质称为导体，金属一般都是导体（电阻率10-6～10-3

㎝）。绝缘体：有的物质几乎不导电，称为绝缘体，如橡皮、陶瓷、塑料和石英（电阻率109～1020

㎝）。半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为半导体，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等（电阻率10-3～109

㎝）。(1-5)半导体的导电机理不同于其它物质，所以它具有不同于其它物质的特点。例如：

当受外界热和光的作用时，它的导电能力明显变化－－热敏性或光敏性。

往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使它的导电能力明显改变－－掺杂性。(1-6)1.1.1

本征半导体一、本征半导体的结构特点GeSi通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。(1-7)本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体。在硅和锗晶体中，原子按四角形系统组成晶体点阵，每个原子都处在正四面体的中心，而四个其它原子位于四面体的顶点，每个原子与其相临的原子之间形成共价键，共用一对价电子。硅和锗的晶体结构：(1-8)硅和锗的共价键结构共价键共用电子对+4+4+4+4+4表示除去价电子后的原子(1-9)共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为束缚电子，常温下束缚电子很难脱离共价键成为自由电子，因此本征半导体中的自由电子很少，所以本征半导体的导电能力很弱。形成共价键后，每个原子的最外层电子是八个，构成稳定结构。共价键有很强的结合力，使原子规则排列，形成晶体。+4+4+4+4(1-10)二、本征半导体的导电机理在绝对0度（T=0K）和没有外界激发时,价电子完全被共价键束缚着，本征半导体中没有可以运动的带电粒子（即载流子），它的导电能力为0，相当于绝缘体。在常温下，由于热激发，使一些价电子获得足够的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同时共价键上留下一个空位，称为空穴。1.载流子、自由电子和空穴(1-11)+4+4+4+4自由电子空穴束缚电子(1-12)2.本征半导体的导电机理+4+4+4+4在其它力的作用下，空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，而空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子。本征半导体中存在数量相等的两种载流子，即自由电子和空穴。动画演示(1-13)温度越高，载流子的浓度越高。因此本征半导体的导电能力越强，温度是影响半导体性能的一个重要的外部因素，这是半导体的一大特点。本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。本征半导体中电流由两部分组成：

1.自由电子移动产生的电子电流。

2.空穴移动产生的空穴电流。(1-14)1.1.2

杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质（元素），就会使半导体的导电性能发生显著变化。其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加。P型半导体：空穴浓度大大增加的杂质半导体，也称为（空穴半导体）。N型半导体：自由电子浓度大大增加的杂质半导体，也称为（电子半导体）。(1-15)一、N型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，磷原子的最外层有五个价电子，其中四个与相邻的半导体原子形成共价键，必定多出一个电子，这个电子几乎不受束缚，很容易被激发而成为自由电子，这样磷原子就成了不能移动的带正电的离子。每个磷原子给出一个电子，称为施主原子。(1-16)+4+4+5+4多余电子磷原子N型半导体中的载流子是什么？1、由施主原子提供的电子，浓度与施主原子相同。2、本征半导体中成对产生的电子和空穴。掺杂浓度远大于本征半导体中载流子浓度，所以，自由电子浓度远大于空穴浓度。自由电子称为多数载流子（多子），空穴称为少数载流子（少子）。(1-17)二、P型半导体在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟），晶体点阵中的某些半导体原子被杂质取代，硼原子的最外层有三个价电子，与相邻的半导体原子形成共价键时，产生一个空穴。这个空穴可能吸引束缚电子来填补，使得硼原子成为不能移动的带负电的离子。由于硼原子接受电子，所以称为受主原子。+4+4+3+4空穴硼原子P型半导体中空穴是多子，电子是少子。(1-18)三、杂质半导体的示意表示法－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－P型半导体++++++++++++++++++++++++N型半导体杂质型半导体多子和少子的移动都能形成电流。但由于数量的关系，起导电作用的主要是多子。近似认为多子与杂质浓度相等。(1-19)1.1.3PN结一、PN结的形成在同一片半导体基片上，分别制造P型半导体和N型半导体，经过载流子的扩散，在它们的交界面处就形成了PN结。动画演示(1-20)P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E漂移运动扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽，空间电荷区越宽。内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。空间电荷区，也称耗尽层。(1-21)漂移运动P型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－N型半导体++++++++++++++++++++++++扩散运动内电场E所以扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当于两个区之间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变。(1-22)－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++空间电荷区N型区P型区电位VV0(1-23)1、空间电荷区中没有载流子。2、空间电荷区中内电场阻碍P中的空穴、N区

中的电子（都是多子）向对方运动（扩散运动）。3、P

区中的电子和N区中的空穴（都是少），数量有限，因此由它们形成的电流很小。注意:(1-24)二、PN结的单向导电性

PN结加上正向电压、正向偏置的意思都是：P区加正、N区加负电压。

PN结加上反向电压、反向偏置的意思都是：

P区加负、N区加正电压。(1-25)－－－－++++RE1、PN结正向偏置内电场外电场变薄PN+_内电场被削弱，多子的扩散加强能够形成较大的扩散电流。动画演示(1-26)2、PN结反向偏置－－－－++++内电场外电场变厚NP+_内电场被被加强，多子的扩散受抑制。少子漂移加强，但少子数量有限，只能形成较小的反向电流。RE动画演示(1-27)三、PN结的电流方程其中：称为温度电压当量。理论分析表明：称为反向饱和电流。称为正向特性。称为反向特性。(1-28)

四、伏安特性动画演示图1.1.10PN结的伏安特性(1-29)五、二极管的极间电容PN结存在有电容，此电容由两部分组成：势垒电容Cb和扩散电容Cd。势垒电容：势垒区是积累空间电荷的区域，当电压变化时，就会引起积累在势垒区的空间电荷的变化，这样所表现出的电容是势垒电容。扩散电容：为了形成正向电流（扩散电流），注入P区的少子（电子）在P

区有浓度差，越靠近PN结浓度越大，即在P区有电子的积累。同理，在N区有空穴的积累。正向电流大，积累的电荷多。这样所产生的电容就是扩散电容CD。P+-N(1-30)CB在正向和反向偏置时均不能忽略。而反向偏置时，由于载流子数目很少，扩散电容可忽略。PN结高频小信号时的等效电路：势垒电容和扩散电容的综合效应rd(1-31)1.2

半导体二极管1.2.1半导体二极管的几种常见结构PN结加上管壳和引线，就成为半导体二极管。图1.2.1二极管的几种外形(1-32)图1.2.2二极管的几种常见结构(1-33)1.2.2二极管的伏安特性一、二极管和PN结伏安特性的区别图1.2.3二极管的伏安特性开启电压(1-34)二、温度对二极管伏安特性的影响1.温度每升高1℃，正向压降减小2～2.5mV；2.温度每升高10℃，反向电流约增大一倍；(1-35)1.2.3二极管的主要参数1.最大整流电流

IF

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.反向击穿电压U(BR)

二极管反向击穿时的电压值。击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。手册上给出的最高反向工作电压UR一般是U(BR)的一半。(1-36)3.反向电流

IR

指二极管加反向峰值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，因此反向电流越小越好。反向电流受温度的影响，温度越高反向电流越大。硅管的反向电流较小，锗管的反向电流要比硅管大几十到几百倍。4.最高工作频率fM二极管的上限频率(1-37)1.2.4二极管的等效电路

在一定的条件下，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二极管的等效电路，也称为二极管的等效模型。一、由伏安特性折线化得到的等效电路1.理想二极管等效电路2.理想二极管与恒压源串联的等效电路3.折线等效电路(1-38)图1.2.4由伏安特性折线化得到的等效电路二极管：死区电压=0.5V；正向压降

0.1～0.3V(锗二极管)；正向压降

0.6～0.8V(硅二极管)理想二极管：死区电压=0，正向压降=0(1-39)iDuDIDUDQ

iD

uDrd是二极管特性曲线上工作点Q附近电压的变化与电流的变化之比：显然，rd是对Q附近的微小变化区域内的电阻。二、二极管的微变等效电路－－动态电阻(1-40)由PN结方程得则微变等效电阻为(1-41)RLuiuouiuott二极管的应用举例1：二极管半波整流(1-42)二极管的应用举例2：tttuiuRuoRRLuiuRuo(1-43)一、稳压二极管的伏安特性UIIZIZmax

UZ

IZ稳压误差曲线越陡，电压越稳定。+-UZ动态电阻：rz越小，稳压性能越好。1.2.5稳压二极管(1-44)（4）稳定电流IZ、最大、最小稳定电流Izmax、Izmin。（5）最大允许功耗（1）稳定电压

UZ（2）电压温度系数

U（%/℃）

表示温度每变化1℃稳压值的变化量。（3）动态电阻二、稳压管的主要参数(1-45)稳压二极管的应用举例uoiZDZRiLiuiRL稳压管的技术参数:负载电阻。要求当输入电压由正常值发生

20%波动时，负载电压基本不变。解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为Izmax。求：电阻R和输入电压ui的正常值。——方程1(1-46)令输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为Izmin。——方程2uoiZDZRiLiuiRL联立方程1、2，可解得：(1-47)一、发光二极管有正向电流流过时，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。1.2.6其它类型二极管(1-48)图1.2.12发光二极管(1-49)反向电流随光照强度的增加而上升。二、光电二极管图1.2.13光电二极管的外形和符号(1-50)图1.2.14光电二极管的伏安特性(1-51)§1.3双极型晶体管图1.3.1晶体管的几种常见外形(1-52)1.3.1

晶体管的结构及类型BECNNP基极发射极集电极NPN型PNP集电极基极发射极BCEPNP型(1-53)BECNNP基极发射极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高内部条件(1-54)BECNNP基极发射极集电极发射结集电结(1-55)BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管(1-56)1.3.2晶体管的电流放大作用BECNNPVBBRBVCCIEIBE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。一、晶体管内部载流子的运动进入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。外部条件基区空穴向发射区的扩散可忽略。(1-57)BECNNPVBBRBVCCIE集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO

ICEIBEICE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。(1-58)IB=IBN+IEP-ICBO

IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICNIC=ICN+ICBO

ICNIEP动画演示二、晶体管的电流分配关系IE=IEN+IEP=

ICN+

IBN+IEP

IE=IB+IC(1-59)ICN与IB′之比称为电流放大倍数要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏。三、晶体管的共射电流放大系数(1-60)晶体管的共基电流放大系数(1-61)1.3.3

晶体管的共射特性曲线ICmA

AVVUCEUBERBIBECEB

实验线路(1-62)一、输入特性曲线UCE1VIB(

A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：硅管UBE0.6~0.8V,锗管UBE0.1~0.3V。UCE=0VUCE=0.5V

死区电压，硅管0.5V，锗管0.2V。(1-63)二、输出特性曲线IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域满足IC=

IB称为线性区（放大区）。当UCE大于一定的数值时，IC只与IB有关，IC=

IB。(1-64)IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中UCE

UBE,集电结正偏，IB>IC，UCE<0.5V称为饱和区。(1-65)IC(mA)1234UCE(V)36912IB=020A40A60A80A100A此区域中:IB=0,IC=ICEO,UBE<死区电压，称为截止区。(1-66)输出特性三个区域的特点:放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：IC=IB,且

IC

=

IB(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。即：UCE

UBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止区：发射结反偏，集电结反偏。即：UBE<死区电压，IB=0，IC=ICEO

0

(1-67)例：

=50，U

=12V，

RB

=70k，RC

=6k

当USB

=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？当USB

=-2V时：ICUCEIBURBUSBCBERCUBEIB=0，IC=0IC最大饱和电流：Q位于截止区

(1-68)例：

=50，U=12V，

RB

=70k，RC

=6k

当USB

=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？IC<

ICmax(=2mA)

，

Q位于放大区。ICUCEIBURBUSBCBERCUBEUSB

=2V时：(1-69)USB

=5V时:例：

=50，U=12V，

RB

=70k，RC

=6k

当USB

=-2V，2V，5V时，晶体管的静态工作点Q位于哪个区？ICUCEIBURBUSBCBERCUBEIC>

Icmax(=2mA)，Q位于饱和区。(实际上，此时IC和IB

已不是

的关系）(1-70)前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。共射直流电流放大倍数：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为

IB，相应的集电极电流变化为

IC，则交流电流放大倍数为：1.电流放大倍数和

1.3.4

晶体管的主要参数(1-71)例：UCE=6V时：IB=40A,IC=1.5mA；IB=60A,IC=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：

=(1-72)2.集-基极反向截止电流ICBO

AICBOICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。(1-73)BECNNPICBOICEO=

(1+

)

ICBO

IEP

ICBOICBO进入N区，形成IEP根据放大关系，由于ICBO的存在，必有电流

ICBO

。集电结反偏有ICBO3.集-射极反向截止电流ICEOICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。(1-74)4.集电极最大电流ICM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。5.集-射极反向击穿电压当集---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。(1-75)6.集电极最大允许功耗PCM

集电极电流IC

流过三极管，所发出的焦耳热为：PC=ICUCE

必定导致结温上升，所以PC

有限制。PC

PCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区(1-76)7.特征频率fT

电流放大系数下降到1时的信号频率称为特征频率。(1-77)1.3.5

温度对晶体管特性及参数的影响

一、温度对ICBO的影响

实验证明，温度每升高10℃，ICBO增加约一倍；反之，当温度降低时ICBO减小。另外，硅管比锗管受温度的影响要小得多。

二、温度对输入特性的影响

实验证明，温度每升高1℃，uBE大约下降2～2.5mV。对特性曲线的影响如图1.3.8所示。(1-78)图1.3.8温度对晶体管输入特性的影响(1-79)三、温度对输出特性的影响图1.3.9温度对晶体管输出特性的影响温度升高1℃，β增加0.5～1％。(1-80)1.3.6

光电三极管图1.3.10光电三极管的等效电路、符号和外形(1-81)图1.3.11光电三极管的输出特性曲线(1-82)§1.4场效应管场效应管与双极型晶体管不同，它是多子导电，输入阻抗高，温度稳定性好。结型场效应管JFET绝缘栅型场效应管MOS场效应管有两种:耗尽型场效应管和增强型场效应管(1-83)N基底：N型半导体PP两边是P区G(栅极)S源极D漏极一、结型场效应管的工作原理1.4.1结型场效应管导电沟道(1-84)实际结构(1-85)NPPG(栅极)S源极D漏极N沟道结型场效应管DGSDGS(1-86)PNNG(栅极)S源极D漏极P沟道结型场效应管DGSDGS(1-87)UDS=0V时PGSDUDSUGSNNNNIDPN结反偏，UGS越大则耗尽区越宽，导电沟道越窄。以P沟道为例分析(1-88)PGSDUDSUGSNNIDUDS=0V时NNUGS越大耗尽区越宽，沟道越窄，电阻越大。但当UGS较小时，耗尽区宽度有限，存在导电沟道。DS间相当于线性电阻。(1-89)PGSDUDSUGSNNUDS=0时UGS达到一定值时（夹断电压UGS（off）

）,耗尽区碰到一起，DS间被夹断，这时，即使UDS

0V，漏极电流ID=0A。ID(1-90)PGSDUDSUGSUGS<UGS（off）且UDS>0、UGD<UGS（off）时耗尽区的形状NN越靠近漏端，PN结反压越大ID(1-91)PGSDUDSUGSUGS<UGS（off）且UDS较大时UGD<UGS（off）时耗尽区的形状NN沟道中仍是电阻特性，但是是非线性电阻。ID(1-92)GSDUDSUGSUGS<UGS（off）

UGD=UGS（off）时NN漏极的沟道被夹断，称为予夹断。UDS增大则被夹断区向下延伸。ID(1-93)GSDUDSUGSUGS<UGS（off）

UGD=UGS（off）时NN此时，电流ID由未被夹断区域中的载流子形成，基本不随UDS的增加而增加，呈恒流特性。ID(1-94)予夹断曲线IDUDS2VUGS=0V1V3V4V5V可变电阻区夹断区恒流区0二、结型场效应管的特性曲线1.输出特性曲线一定UGS下的ID-UDS曲线(1-95)UGS0IDIDSSUGS（off）饱和漏极电流夹断电压2.转移特性曲线一定UDS下的ID-UGS曲线(1-96)N沟道结型场效应管的特性曲线转移特性曲线UGS0IDIDSSUGS（off）(1-97)输出特性曲线IDUDS0UGS=0V-1V-3V-4V-5VN沟道结型场效应管的特性曲线(1-98)

结型场效应管的缺点：1.栅源极间的电阻虽然可达107以上，但在某些场合仍嫌不够高。3.栅源极间的PN结加正向电压时，将出现较大的栅极电流。绝缘栅场效应管可以很好地解决这些问题。2.在高温下，PN结的反向电流增大，栅源极间的电阻会显著下降。(1-99)1.4.2绝缘栅场效应管:一、结构和电路符号PNNGSDP型基底两个N区SiO2绝缘层导电沟道金属铝GSDN沟道增强型(1-100)N沟道耗尽型PNNGSD予埋了导电沟道GSD(1-101)NPPGSDGSDP沟道增强型(1-102)P沟道耗尽型NPPGSDGSD予埋了导电沟道(1-103)二、MOS管的工作原理以N沟道增强型为例PNNGSDUDSUGSUGS=0时D-S间相当于两个反接的PN结ID=0对应截止区(1-104)PNNGSDUDSUGSUGS>0时UGS足够大时（UGS>UGS(th)

）感应出足够多电子，这里出现以电子导电为主的N型导电沟道。感应出电子UGS(th)称为开启电压(1-105)UGS较小时，导电沟道相当于电阻将D-S连接起来，UGS越大此电阻越小。PNNGSDUDSUGS(1-106)PNNGSDUDSUGS当UDS不太大时，导电沟道在两个N区间是均匀的。当UDS较大时，靠近D区的导电沟道变窄。(1-107)PNNGSDUDSUGS夹断后，即使UDS继续增加，ID仍呈恒流特性。IDUDS增加，UGD=UGS(th)

时，靠近D端的沟道被夹断，称为予夹断。(1-108)三、增强型N沟道MOS管的特性曲线转移特性曲线0IDUGSUGS(th)(1-109)输出特性曲线IDUDS0UGS>0(1-110)四、耗尽型N沟道MOS管的特性曲线耗尽型的MOS管UGS=0时就有导电沟道，加反向电压才能夹断。转移特性曲线0IDUGS(th)UGS(1-111)输出特性曲线IDUDS0UGS=0UGS<0UGS>0(1-112)第一章结束模拟电子技术基础(1-113)

第二章基本放大电路模拟电子技术基础(1-114)第二章基本放大电路§2.1放大的概念和放大电路的主要性能指标§2.2基本共射放大电路的工作原理§2.3放大电路的分析方法§2.4放大电路静态工作点的稳定§2.5晶体管单管放大电路的三种基本接法§2.6晶体管基本放大电路的派生电路§2.7场效应管放大电路(1-115)§2.1放大的概念和放大电路的主要性能2.1.1放大的概念电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：uiuoAu(1-116)1.放大电路放大的本质是能量的控制和转换即在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换为按照输入信号规律变化的较大的输出信号功率。2.电子电路放大的基本特征是功率的放大即在负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流，有时兼而有之。故放大电路中必须存在有源元件。3.放大的前提是不失真即只有在不失真的情况下放大才有意义。(1-117)2.1.2放大电路的性能指标一、放大倍数电压放大倍数电流放大倍数互阻放大倍数互导放大倍数(1-118)二、输入电阻Ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级获取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。AuIi~USUi(1-119)三、输出电阻RoAu~US放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。~RoUS'(1-120)如何确定电路的输出电阻ro

？步骤：1.所有的电源置零(将独立源置零，保留受控源)。2.加压求流法。UI方法一：计算。(1-121)方法二：测量。Uo1.测量开路电压。~roUs'2.测量接入负载后的输出电压。~roUs'RLUo'步骤：3.计算。(1-122)四、通频带fAuAum0.7AumfL下限截止频率fH上限截止频率通频带：fbw=fH–fL放大倍数随频率变化曲线(1-123)五、非线性失真系数六、最大不失真输出电压当输入电压再增大就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压。七、最大输出功率与效率(1-124)§2.2基本共射放大电路的工作原理三极管放大电路有三种形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器为例讲解工作原理(1-125)符号规定：UA大写字母、大写下标，表示直流量。uA小写字母、大写下标，表示全量。ua小写字母、小写下标，表示交流分量。uAua全量交流分量tUA直流分量(1-126)2.2.1基本共射放大电路的组成及各元件的作用放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。输入输出？参考点图2.2.1基本共射放大电路(1-127)集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。图2.2.1基本共射放大电路(1-128)集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。图2.2.1基本共射放大电路(1-129)使发射结正偏，并提供适当的静态工作点。基极电阻基极电源图2.2.1基本共射放大电路(1-130)耦合电容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+VCCVBBRCC1C2T(1-131)可以省去电路改进：采用单电源供电Rb+VCCVBBRCC1C2T(1-132)单电源供电电路+VCCRcC1C2TRb(1-133)2.2.2设置静态工作点的必要性ui=0由于电源的存在IB0IC0IBQICQIEQ=IBQ+ICQ一、静态工作点UBEQ(1-134)(IBQ,UBEQ)

和(ICQ,UCEQ

)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。IBUBEQIBQUBEQICUCEQUCEQICQ(1-135)静态工作点表达式：(1-136)二、为什么要设置静态工作点图2.2.2没有设置合适的静态工作点ibt(1-137)2.2.3基本共射放大电路的工作原理及波形分析(1-138)图2.2.3基本共射放大电路的波形分析(1-139)2.2.4放大电路的组成原则一、组成原则1.必须根据晶体管的类型提供直流电源，以便设置合适的静态工作点，并作为输出的能源。2.电阻取值得当，并与电源配合，使晶体管有合适的静态工作电流。3.输入信号必须能够作用于晶体管的输入回路。4必须保证晶体管输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。(1-140)二、常见的两种共射放大电路图2.2.4直接耦合共射放大电路1.直接耦合共射放大电路1.直接耦合共射放大电路(1-141)直接耦合共射放大电路静态工作点：(1-142)IBQICQUBEQUCEQ(ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)Rb+VCCRcC1C2T2.阻容耦合共射放大电路图2.2.5阻容耦合共射放大电路耦合电容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。(1-143)阻容耦合共射放大电路静态工作点：(1-144)§2.3放大电路的分析方法放大电路分析静态分析动态分析估算法图解法微变等效电路法图解法计算机仿真(1-145)2.3.1直流通路与交流通路放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通路是不同的。交流通路：只考虑交流信号的分电路。直流通路：只考虑直流信号的分电路。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。(1-146)例：对直流信号（只有+VCC）开路开路Rb+VCCRcC1C2T直流通道Rb+VCCRc(1-147)对交流信号(输入信号ui)短路短路置零RbRcRLuiuo交流通路Rb+VCCRcC1C2T(1-148)一、静态工作点的分析直流通道Rb+VCCRc2.3.2图解法IB

~UBE满足什么关系？1.三极管的输入特性。2.UBE=VCC–IbRbQ输入回路直流负载线与输入特性的交点就是Q点VCCUBEIBIbUbE(1-149)IC

~UCE满足什么关系？1.三极管的输出特性。2.UCE=VCC–ICRC。ICUCEVCCQ输出回路直流负载线与输出特性的交点就是Q点IB直流通道Rb+VCCRcUCEIC(1-150)IBUBEQICUCEuCE怎么变化？假设uBE有一微小的变化ibtibtictuit二、电压放大倍数的分析(1-151)uCE的变化沿一条直线uce相位如何？uce与ui反相！ICUCEictucet(1-152)各点波形Rb+VCCRCC1C2uitiBtiCtuCtuotuiiCuCuoiB(1-153)在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线性失真。为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在直流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，造成非线性失真。三、波形非线性失真的分析(1-154)iCuCEuo可输出的最大不失真信号选择静态工作点ib不失真仿真(1-155)iCuCE1.Q点过低，信号进入截止区放大电路产生截止失真uo输出波形截止仿真输入波形ib(1-156)iCuCE2.Q点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真uo输出波形饱和仿真ib输入波形(1-157)四、交流负载线ic其中：uceRBRCRLuiuo交流通路交流负载电阻(1-158)iC

和uCE是全量，与交流量ic和uce有如下关系所以：即：交流信号的变化沿着斜率为：的直线。这条直线通过Q点，称为交流负载线。或：(1-159)交流负载线的作法ICUCEVCCQIB1.过Q点作一条直线，斜率为：交流负载线(1-160)2.在纵坐标上确定点A（0，），连接AQ即得交流负载线。3.在横坐标上确定点B（，0），连接BQ即得交流负载线。(1-161)五、图解法的适用范围1.信号幅值较大。2.工作频率不高。(1-162)2.3.3等效电路法一、晶体管的直流模型及静态工作点的估算法图2.3.11晶体管的直流模型(1-163)二、晶体管共射h参数等效模型1.h参数等效模型的由来(1-164)图2.3.12晶体管的共射h参数等效模型(1-165)2.h参数的物理意义及图解求法输入特性曲线在Q点处切线的斜率的倒数或be间的动态电阻（rbe）输出回路电压Uce对Ube的影响，称为内反馈系数（<10-2）Q点附近的电流放大系数β输出特性曲线在Q点处切线的斜率的或ce间的动态电阻倒数（rce）（<10-5）(1-166)图2.3.13h参数的物理意义及求解方法(1-167)3.简化的h参数等效模型图2.3.14简化的h参数等效模型(1-168)4.rbe的近似表达式图2.3.15晶体管输入回路的分析(1-169)(1-170)对于小功率三极管：rbb′一般为几百欧。rbe的数量级从几百欧到几千欧。(1-171)ubeibuceicubeuceicrce很大，一般忽略。三极管的h参数等效电路rbeibibrcerbeibibbce等效cbe(1-172)Rb+VCCRcC1C2T三、共射放大电路动态参数的分析(1-173)将交流通路中的三极管用微变等效电路代替:交流通路RbRcRLuiuouirbeibibiiicuoRbRcRL(1-174)1.电压放大倍数Au特点：交流负载电阻越小，放大倍数越小。rbeRbRcRL(1-175)2.输入电阻Ri对于为放大电路提供信号的信号源来说，放大电路是负载，这个负载的大小可以用输入电阻来表示。输入电阻的定义：是动态电阻。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。(1-176)3.输出电阻Ro对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。计算输出电阻的方法：(1)所有电源置零，然后计算电阻（对有受控源的电路不适用）。(2)所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法。(1-177)所以：用加压求流法求输出电阻：rbeRbRC=0=0(1-178)分析结果：结果说明：1.负号说明输出与输入反相；2.共射极放大电路输入电阻较小；3.共射极放大电路输出电阻较大。(1-179)§2.4放大电路静态工作点的稳定为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、

和ICEO决定，这三个参数随温度而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。TUBE

ICEOQ(1-180)一、温度对UBE的影响iBuBE25ºC50ºCTUBEQIBQICQ2.4.1静态工作点稳定的必要性(1-181)二、温度对

值及ICEO的影响T

、ICEOICiCuCEQQ´总的效果是：温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。(1-182)小结：TIC

固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致失真。为此，需要改进偏置电路，当温度升高、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。常采用基极分压式电流串联负反馈偏置电路来稳定静态工作点。电路见下页。(1-183)Rb2+VCCReC1C2Rb1CeReRLuiuo一、电路组成及Q点稳定原理I2I1IBQRb2+VCCRcC1TRb1Re直流通路2.4.2典型的静态工作点稳定电路(1-184)I2I1IBQRb2+VCCRcC1TRb1Re直流通路(1-185)可以认为与温度无关。似乎I1越大越好，但是Rb1、Rb2太小，将增加损耗，降低输入电阻。因此一般取几十k

。I2I1IBQRb2+VCCRcC1TRb1Re直流通路(1-186)TUBEIBICUEIC本电路稳压的过程实际是由于加了Re形成了直流负反馈I2I1IBQRb2+VCCRcC1TRb1Re直流通路(1-187)二、静态工作点的估算条件：(1-188)三、动态参数的估算+VCCuoRb2RcC1C2Rb1CeReRLuirbeRcRLR'Bh参数等效电路uoRb1RcRLuiRb2交流通路(1-189)分析结果：结果说明：1.负号说明输出与输入反相；2.共射极放大电路输入电阻rbe；3.共射极放大电路输出电阻RC。分析结果均与基本共射放大电路相同。(1-190)Ce的作用：交流通路中，Ce将Re短路，Re对交流不起作用，放大倍数不受影响。问题1：如果去掉Ce，放大倍数怎样？I1I2IBRb2+VCCRcC1C2Rb1CeReRLuiuo(1-191)去掉CE后的交流通路和微变等效电路：rbeRcRLReR'BRb1RcRLuiuoRb2ReRe的仿真(1-192)Rb2+VCCRcC1C2TRb1CeRe1RLuiuoRe2问题2：如果电路如下图所示，如何分析？(1-193)I2I1IBRb2+ECRcC1TRb1Re1Re2静态分析：直流通路Rb2+VCCRcC1C2TRb1CeRe1RLuiuoRe2(1-194)动态分析：交流通路Rb1RcRLuiuoRb2Re1Rb2+VCCRcC1C2TRb1CeRe1RLuiuoRe2(1-195)交流通路：H参数等效电路：rbeRcRLRe1R'BRb1RcRLuiuoRb2Re1(1-196)问题3：Au和Aus的关系如何？定义：放大电路RLRS(1-197)2.4.3稳定静态工作点措施图2.4.5静态工作点稳定电路一、利用二极管的反相特性进行温度补偿(1-198)二、利用二极管的正向特性进行温度补偿图2.4.5aTIBICIRIC(1-199)TUD图2.4.5bTUBEIBICUEICUBUBEIBIC(1-200)§2.5晶体管单管放大电路的三种基本接法RB+VCCC1C2RERLuiuoRB+VCCRE直流通道2.5.1基本共集放大电路一、电路组成(1-201)二、静态分析折算IBQIEQRB+VCCRE直流通道(1-202)三、动态分析RB+VCCC1C2RERLuiuorbeRERLRBh参数等效电路(1-203)1.电压放大倍数rbeRERLRB(1-204)1.所以2.输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。结论：跟随仿真但是，输出电流Ie扩大了倍。(1-205)2.输入电阻rbeRERLRB输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小。(1-206)3.输出电阻用加压求流法求输出电阻。rorbeRERBRSrbeRERBRS电源置0(1-207)一般：所以：射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。(1-208)射极输出器的使用1.将射极输出器作为前置级，可以提高输入电阻。2.将射极输出器放在电路的输出级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。3.将射极输出器放在放大电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。(1-209)2.5.2基本共基放大电路图2.5.4基本共基放大电路一、电路组成(1-210)二、静态分析(1-211)三、动态分析(1-212)§2.6晶体管基本放大电路的派生电路图2.6.1复合管一、复合管的组成及其电流放大系数2.6.1复合管放大电路(1-213)1.各晶体管均有合适的电流通路，且均工作在放大区。复合管的组成原则：2.第一管子的集电极或发射极电流作为第二管子的基极电流。(1-214)图2.6.2阻容耦合复合管共射放大电路二、复合管共射放大电路(1-215)三、复合管共集放大电路图2.6.3阻容耦合复合管共集放大电路(1-216)2.6.2共射－－共基放大电路图2.6.4共射－共基放大电路的交流通路(1-217)2.6.3共集－－共基放大电路图2.6.5共集－共基放大电路的交流通路(1-218)§2.7场效应管放大电路(1)静态：适当的静态工作点，使场效应管工作在恒流区，场效应管的偏置电路相对简单。(2)动态：能为交流信号提供通路。组成原则：静态分析：估算法、图解法。动态分析：微变等效电路法。分析方法：(1-219)2.7.1场效应管放大电路的三种接法图2.7.1场效应管放大电路的三种接法共源电路共栅电路共漏电路(1-220)2.7.2场效应管放大电路静态工作点的设置方法及其分析估算一、基本共源放大电路图2.7.2基本共源放大电路(1-221)图2.7.3图解法求解基本共源放大

电路的静态工作点(1-222)(1-223)二、自给偏压电路图2.7.4自给偏压共源放大电路(1-224)结型场效应管放大电路静态计算(1-225)耗尽型N沟道场效应管放大电路静态计算耗尽型N沟道场效应管放大电路,因栅源之间电压可以小于零、等于零和大于零，在求解Q点时，可先在转移特性求得UGS=0时的IDQ,然后利用求出管压降UDSQ。(1-226)三、分压式偏置电路图2.7.5分压式偏置电路(1-227)GSD跨导漏极输出电阻uGSiDuDS2.7.3场效应管放大电路的动态分析一、场效应管的低频小信号等效模型(1-228)很大，可忽略。

场效应管的微变等效电路为：GSDuGSiDuDSSGDugsgmugsudsSGDrDSugsgmugsuds(1-229)uoVDD=20VRSuiCSC2C1R1RDRGR2RL150k50k1M10k10kGDS10k二、基本共源放大电路的动态分析sgR2R1RGRL'dRLRD微变等效电路(1-230)sgR2R1RGRL'dRLRDro=RD=10k

(1-231)uo+VDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2G1.静态分析US

UGUDS=VDD-US

=20-5=15V三、基本共漏放大电路的动态分析(1-232)uo+VDDRSuiC1R1RGR2RL150k50k1M10kDSC2Griro

ro

gR2R1RGsdRLRS微变等效电路二、动态分析放大倍数(1-233)riro

ro

gR2R1RGsdRLRS微变等效电路输入电阻ri(1-234)输出电阻ro加压求流法gd微变等效电路ro

ro

R2R1RGsRS(1-235)(1)场效应管放大器输入电阻很大。(2)场效应管共源极放大器(漏极输出)输入输出反相，电压放大倍数大于1；输出电阻=RD。(3)场效应管源极跟随器输入输出同相，电压放大倍数小于1且约等于1；输出电阻小。2.7.4场效应管放大电路的特点(1-236)第二章结束模拟电子技术基础

第三章多级放大电路模拟电子技术基础§3.1多级放大电路的耦合方式§3.2多级放大电路的动态分析§3.3直接耦合放大电路第三章多级放大电路耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。耦合：即信号的传送。第一级放大电路输入输出第二级放大电路第n级放大电路……第n-1

级放大电路功放级§3.1多级放大电路的耦合方式多级放大电路对耦合电路要求：1.静态：保证各级Q点设置合适2.动态:传送信号。要求：波形不失真，减少压降损失。

3.1.1直接耦合一、直接耦合放大电路静态工作点的设置图3.1.1直接耦合放大电路静态工作点的设置二、直接耦合方式的优缺点优点：1.具有良好的低频特性，可以放大变化缓慢的信号；2.易集成。缺点：1.各级的静态工作点相互影响，对电路的分析、设计和调试带来很大困难；2.具有零点漂移现象。3.1.2阻容耦合图3.1.2两级阻容耦合放大电路优点：1.由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算；2.电路的分析、设计和调试方便；3.电容对交流信号几乎不衰减。缺点：1.低频特性变差；2.大电容不易集成。3.1.3变压器耦合图3.1.3变压器耦合共射放大电路优点：1.各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算；2.电路的分析、设计和调试方便；3.可实现阻抗变换。缺点：1.低频特性变差；2.体积大、笨重且不易集成。3.1.4光电耦合图3.1.5光电耦合器及其传输特性一、光电耦合器二、光电耦合放大电路图3.1.6光电耦合放大电路图3.2.1多级放大电路方框图§3.2多级放大电路的动态分析1.静态分析：确定各级静态工作点2.动态分析：设:

1=

2=50,rbe1=2.9k

,rbe2=1.7k

前级后级+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2举例：关键:考虑级间影响。1.静态:

Q点同单级。2.动态性能:方法:ri2=RL1ri2+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2考虑级间影响2ri

,

ro

:概念同单级1rirori2+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2微变等效电路:ri2+VCCRS1M(+24V)R120k27kC2C3R3R2RLRE282k43k10k8k10kC1RC2T1RE1CET2RE1R2R3RC2RLRSR11.ri

=R1//[rbe1

+（

+1)RL1']其中:RL1

=RE1//ri2=RE1//R2//R3

//rbe1=RE1//RL1

=RE1//ri2=27//1.7

1.7k

ri

=1000//(2.9+51×1.7)

82k

2.ro

=RC2=10k

RE1R2R3RC2RLRSR13.中频电压放大倍数:其中：RE1R2R3RC2RLRSR1RE1R2R3RC2RLRSR1多级阻容耦合放大器的特点：(1)由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。(2)前一级的输出电压是后一级的输入电压。(3)后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4)总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。(5)总输入电阻Ri即为第一级的输入电阻Ri1。(6)总输出电阻Ro即为最后一级的输出电阻Ron

。由上述特点可知，射极输出器接在多级放大电路的首级可提高输入电阻；接在末级可减小输出电阻；接在中间级可起匹配作用，从而改善放大电路的性能。例1：放大电路由下面两个放大电路组成。已知EC=15V

，R1=100k

，R2=33k

，RE1=2.5k

，RC=5k

，

1=60，；RB=570k

，RE2=5.6k

，

2

=100，RS=20k

，RL=5k

+VCCR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1放大电路一RB+VCCC21C22RE2uiuoT2放大电路二求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数Au、ri和ro

。若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数Au和Aus

。+VCCR1RCC11C12R2CERE1uiriuoT1RB+VCCC21C22RE2uiuoT2ri=

R1//R2//rbe

=1.52k

(1)由于RS大，而ri小，致使放大倍数降低；(2)放大倍数与负载的大小有关。例：

RL=5k

时,Au=-93；RL=1k

时,Au=-31

。求直接采用放大电路一的放大倍数Au和Aus。+VCCR1RCC1C2R2CERERLuiuousRSriT12.若信号经放大电路一放大后，再经射极输出器输出，求放大倍数Au、ri和ro

。

usRSRB+VCCC22RE2uoT2RLR1RCC11R2CERE1uiriT1rbe2=2.36k

rbe1=1.62k

ro1=RC=5k

讨论：带负载能力。2.输出不接射极输出器时的带负载能力：RL=5k

时：Au=-93RL=1k

时：Au=-31即当负载电阻由5k

变为1k

时，放大倍数降低到原来的92.3%放大倍数降低到原来的30%RL=5k

时：

Au1=-185，Au2=0.99，ri2=173k

Au=Au1Au2=-183RL=1k

时：

Au1=-174，Au2=0.97，ri2=76k

Au=Au1Au2=-1691.输出接射极输出器时的带负载能力：3.若信号经射极输出器后，再经放大后放大电路一输出，求放大倍数Aus。Au2=-93ri2=1.52k

Au1=0.98ri=101k

+VCCR1RCC12R2CERE1riuoT1uiRBC21RE2T2usRS输入不接射极输出器时：可见，输入接射极输出器可提高整个放大电路的放大倍数Aus。例题：设gm=3mA/V，

=50，rbe=1.7k前级:场效应管共源极放大器后级:晶体管共射极放大器求：总电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。+VCCRS3M(+24V)R120k10kC2C3R4R3RLRE282k43k10k8k10kC1RCT1RE1CE2T2CE1RD10kR21M（1）估算各级静态工作点:（略）（2）动态分析:

微变等效电路首先计算第二级的输入电阻：

ri2=

R3//R4//rbe=82//43//1.7=1.7k

R3R4RCRLRSR2R1RDrbegds第二步：计算各级电压放大倍数R3R4RCRLRSR2R1RDrbegds第三步：计算输入电阻、输出电阻ri=R1//R2=3//1=0.75M

ro=RC=10k

R3R4RCRLRSR2R1RDrbegds第四步：计算总电压放大倍数Au=Au1Au2=(-4.4)

(-147)=647R3R4RCRLRSR2R