电工学下册教案

绪论

K主要内容》

1.电子技术课程的意义与目的；

2.电子技术发展简介；

3.教学目的、教学要求和实施方法；

4.教学计划安排。

一、电子技术基础课程的目的与意义及其发展趋势

1目的与意义：

本课程的教学目的是使学员对电子技术学科有一个全面的认识，对电子技术的历史、发展与应用有一

个全面的了解，掌握电子系统分析设计的一般方法，为今后从事与电子技术有关的工作打下一个良好的基础。

电子技术主要是研究电子线路对所传输信号的作用，侧重于对信息传输规律、特点的研究，是信息交

互的工具。电子技术应用广泛，涉及到人类社会生活的各个方面，从工农业生产过程到日常生活的各方面，

从机械控制过程到生命过程电子技术已经并将继续发挥重要的作用，使人们的生活更加方便、舒适，社会生

产力将得到更大更快的发展。

电子技术将伴随人们生活、工作、娱乐休闲的各个方面。

2发展历程

电子技术的发展可以从电的发明算起。

从1820年电磁研究的深入到1831年法拉第的电磁理论、麦克斯韦的电磁波理论形成，为电子学的发

展奠定了理论基础。

1904年弗莱明(Fleming)制成了电子二极管；

1906年法福雷斯制成了电子三极管，从而建立了早期电子学上最重要的里程碑。

1948年贝尔实验室发明了晶体管，为现代电子技术的发展打开了一个新局面。

1958年第一片集成电路问世，使材料、元件利电路三位一体，开创了微电子技术的新纪元。

集成电路的发展使电路的设计、制造、测试分析等各个方面都产生了深刻的变化。集成电路技术的发

展集中体现了当代材料科学、制造工艺、及其基础理论研究的水平，体现了一个社会科技发展的程度。

3电子技术学科概貌

电子技术发展基本沿两个方向发展：微电子技术和电力电子技术。

1信息电子技术：该方向以晶体管为核心，以信息处理为目的。其特点是：集成度越来越高；处理速

度越来越快；处理容量越来越大；体积小、重量轻；低功耗、低电压。因此现代电子仪器向着小巧灵活、使

用方便简单，智能化、自动化、多功能，并具有良好的人机工程设计。

2电力电子技术：该方向以对能量的控制转换为目的，又称为功率电子学。它以晶闸管为核心，通常

可以实现对几百、几千安培以上的电流实现控制。山于微电子技术和电力电子技术的发展，现在电力电子技

术正在向微电子化发展。电力电子的微电子化使得电力电子产品的功率密度更高，从而显著的减小了仪器的

体积、重量，使其性能更加优越，可靠性高。

3数字化趋势：现代电子技术的发展，已经进入了数字化的时代，数字化正在深入到社会生活的各个

方面。数字信号处理技术、计算机控制、智能控制等高科技技术正在普及到社会的各个方面。

4电子科技的发展趋势

随着电子技术的发展，电子技术的发展具有以下的特点：（1）集成化：集成电路正在全方位取代分离

元件成为电子产品设计的主体。（2）模块化：电子设计以功能集成形成功能模块，使电子系统的设计、开发

更加简单、方便，开发研制周期短、成本低。（3）标准化：标准化是电子装备发展的一个趋势。（4）智能化。

正是由于有了这些特点使电子产品具有体积小、重量轻、可靠性高、可维修性和可测试性好以及使用方便、

操作简单等特点。

二教学实施设计

1教学目的

使学员掌握电子技术中有关材料、器件、和电路的基本概念、基本原理和基本分析设计方法，了解所

学内容在实际中的应用，建立起电子系统的概念。

2教学设计

根据教改的要求和实施素质教育的需要，在具体教学实施过程中通过以下手段和方法提高教学的效果。

具体设想如下：

实施目标化教学：对每堂课、每节、每章以及本课程都有一个明确的目标，使学员清楚每次学习过程

应该学到的、应该掌握的内容和应该达到的目标，能够给自己一个合理的评测。形成自我监督、自我评测、

自我提高和自我督促的学习氛围。

重视基础，突出能力：基础就是本学科的基本概念、基本原理和基本分析设计方法，这是本课程乃至

今后从事相关工作的必备知识，是必须掌握的内容。能力是指学习掌握知识的能力，灵活应用所学知识的能

力，自我学习与发展的能力。利用有限的所学从无限的知识中去寻找自己所需，谋求自我发展的能力。

充分调动学员的积极性、主动性：通过灵活多样的课堂设计、提高教学质量。

3实施方法

（1）紧扣大纲要求，完成施训内容。

（2）注重三基：基本概念、基本原理、基本分析与设计方法；

（3）点血结合：课堂注重重点、要点明确，重点突出；三基内容要详细、深入浅出.

（4）适时、适当增加新内容：新技术、新器件、新方法；

（5）增加有关电子系统设计开发平台的有关实用工具介绍。

三授课内容与要求

1授课内容：

从功能上分包括：材料、器件和电路。

（1）材料：半导体材料与PN结；

（2）器件：

•分离器件：二极管、三极管、场效应管、晶闸管等模拟器件；

•小规模数字集成电路：门电路、触发器；

•集成电路：模拟集成电路：如集成运放，集成乘法器、集成稳压器等：数字集成电路：各

种超大规模的集成电路不计其数。

(3)电路：模拟电路、数字电路、数模混合电路等；

电路分类：

•放大电路：共射极放大电路、射极输出器及其变形;

•运算电路：比例运算、加法运算、加法电路等

•信号产生电路：

•电源电路：

•组合逻辑电路：

•时序逻辑电路：

•模数、数模转换电路；

•其他电路：光电转换电路：

2要求：

(1)独立完成作业；

(2)积极参与教学设计；

(3)认真作好各个实验

(4)积极开拓思路，多接触有关的课外资料・。

第十五章半导体二极管和三极管

k主要内容X

1）半导体材料：本征半导体、杂质半导体的电特性；N型半导体、P型半导体特点；

载流子，半导体电流。

2）PN结：形成、特性；单向导电特性。

3）二极管特性：单向导电特性，正向导通时正向压降小、导通电阻低，可以认为短路;

反向截止时反向电流小，反向电阻可以认为无穷大。

4）稳压二极管：稳压二极管的特性及其应用电路；

5）三极管：三极管的结构特点，三极管的工作特性，三极管工作状态；

§15-1半导体的导电特性

重点：半导体的导电特性。

1、本征半导体

本征半导体的晶体结构，共价键结构

半导体中的自由电子、空穴强⑤::卷舂.

半导体中的电流：电子电流、空穴电流初多蟒一飞

载流子：自由电子、空穴

图15—3硅单晶体中的共价键

半导体导电：载流子的定向运动构成半导体中的电流。

2、杂质半导体

•杂质半导体的形成：在本征半导体中掺杂入杂质所形成的半导体为杂质半导体。

•N型半导体：在四价的§本征半导体中掺杂入五价元素磷形成的自由电子占多数的杂质半导体称为N

型半导体。

•P型半导体：在四价的Si本征半导体中掺杂入三价元素硼形成的空穴占多数的杂质半导体称为P型半导

体。

3、杂质半导体的导电特性：在杂质半导体中自由电子或空穴的数量大量增加，因而导电性能也发生了本质

上的改变，其电导性能比本征半导体要强许多倍。

§15-2PNS

P型半导体和N型半导体单独并不能直接用来制作半导体器件，而PN结是制作半导体器件的基础。

一、PN结的形成

在一片晶体上，一边制作出P型半导体、另•边制作出N型半导体，在他们的交界面逐渐形成一个空

间电荷区，该空间电荷区就是PN结。

•PN结：

P区在交界面处的空穴被复合后形成-负离子区；

N区在交界面处的自由电子被复合后形成一正离子区。

因而在P区和N区的交界面处形成了一个空间电荷区，该区就是所谓的PN结。

PN结形成过程：

n1空间电1z

PT荷区r-N

㊀㊀㊀|㊀引④•④.

r;

。㊀@।@④1④.④.④.

O0D1

00010刊④•④.露

O0O1

㊀㊀e।㊀

@@@1@@;④•④.

OOO|1

内电场方向

(b)

图15—9PN结的形成

在开始时，由于P区空穴浓度大而N区空穴的浓度小，因此空穴由P区向N区扩散，在P区留下

了带负电的负空间电荷区。同样，N区由于自由电子的浓度高，P区的自由电子浓度低，自由电子由N

区向P区扩散，在N区留下了带正电的正空间电荷区。

当空间电荷区形成以后，扩散和漂移形成动态平衡，因而维持PN结形状保持不变。

PN结的不同表现：

空间电荷区：由于在PN结处形成了两个分别带正电和负电的电荷区，因此可以称PN结为空间电

荷区。

耗尽层：由于空间电荷区的多子被复合消耗尽了，载流子极少，电阻率很高，因此又称PN结为耗

尽层。

阻挡层：由于PN结形成的空间电荷区的电场对P区和N区的多子的漂移运动具有阻挡作用，因此

PN结又被称为阻挡层。

PN结特性：

单向导电特性。

加正向电压，PN结导通，结电压很小，压降很低；

加反向电压，PN结截止，结电阻很大，反向漏电流很小。

当PN结加的反向电压的较大时，PN结会被击穿，造成损坏。

§15-3半导体二极管

应用：整流，检波，限幅，开关，保护等方面。

结构：点接触型，主要用于高频应用。

面接触型，主要用于整流、开关、保护等。

特点：单向导电特性，导通时正向电阻很小，正向压降也很小，几乎可以忽略不计：截止时，方向电

阻很大，可以认为无电流。

（讲授方法》

1）介绍二极管的结构、用途和单向导电特性；

2）介绍二极管的伏安特性；

3）介绍二极管典型应用和解题方法；

4）二极管主要参数要求自学

5）检查上述内容的掌握情况。

§15.3.1基本结构

结构：点结构和面结构；点结构由于接触面小，结电容小因此可以做高频器件用，由于高频检波、高

速开关、快速保护等。面结构二极管PN结面积较大，可以流过很大的电流，因此可用于整流，开关等。

材料：硅和铭；硅二极管一般用于制作面结构二极管，其工作频率较低，但允许流过的电流大，其正

向压降一般为0.65.7V,死区电压0.5Vo错二极管一般用于制作高频小功率二极管，用于高频检波、高速

开关等场合，其导通时正向压降为0.2U）.3V,死区电压为0.2V

§15.3.2伏安特性

单向导电特性：加正向电压时，导通，正向电压、正向电阻可以忽略不计。加反向电压时，截止，可以认

为开路。

死区电压：使二极管导通的最小电压，硅二极管：0.5V；错二极管：0.2V。

击穿：当反向电压足够大时，反向电流突然急剧增大，此时二极管被击穿。击穿的方式有：雪崩击穿和齐纳

击穿。

二极管结电容：由于二极管的储能作用，使得二极管具有电容效应。

§15.3.3主要特性

二极管的主要特性是单向导电特性，即加正向电压时二极管导通，正向压降和正向电阻很低，可以忽略

不计；而加反向电压时，二极管呈现出很大的电阻，反向电流很小可以忽略不计，处于截止状态。伏安特性

是描述二极管的一种主要手段，如下图所示。

图15—142CP10硅二极管的伏安特性曲线

§15.3.4主要参数

描述二极管的主要参数有:

1、整流电流IOM：

2、反向工作峰值电压URWM

3、反向峰值电力IRM

例题15-1：在图15-15(a)中的R和C构成一微分电路。当输入电压”为图15-15(b)中所示时,试画出输出电

压波形。设uce尸U。

解：解题关键在于掌握(1)二极管的特性：单向导通特性；(2)微分电路对输

入信号的微分柠性。输出波形如所示。

这里二极管具有削波作用,削去正尖脉冲。

图15T5例15T的图

例题15—2：在图15-16中，输入端A的电位VA=+3V,B的电位VB=OV,求输

出端F的电位VF。电阻R接负电源一12V。

解：

本题要点为：二极管导通时;几乎短路，因此具有钳位作用；二极管截止时,

相当于开路，具有隔离作用。

考虑二极管导通压降为0.3V,时，F端的电位为2.7V.

图15-16例15-2的图

§15—4稳压管

稳压二极管：一种特殊的面结构二极管；

主要特点：在适当的外电路配合下，能够起到稳定电压的作用；反向工作时被击穿后可以恢复。其伏

安特性曲线如下：

W15-18稳压管的伏安特性

其主要参数有：

1、稳定电压Uz

2、电压温度系数a(J

一般小于6V的稳压管为负温度系数，而高于6V的稳压管为正温度系数。6V左右的稳压管受

温度影响最小。

3、动态电阻0：匚=也■，其值越小，稳压性能越好。

A/z

4、稳定电流Iz：稳压管所允许流过的最大电流。

5、最大允许耗散功率PZM：

PzM=Uz】ZMAX，稳压管正常工作时允许的最大自身功耗。

例15-3：在图15-19中，已知R=1.6k,Uz=12V,IzMAX=18mA。<>+20V流过稳压管的电流Iz

等于多少？R是限流电阻，其值是否合适？

解：

DZK

在使用稳压管应时应注意两个问题，一是流过稳压管的电流要在允许的范

围内，即Iz〈IzMAX和Pz〈PzM；二是加到稳压管上的电图15-19例15-3的图压要大于Uz。

Iz=(20—Uz)/L6=5mA小于IZMAX，R阻值合适。

例15-3b：在上题中,如果U『20V,U0=10V,IZMAX=10BIA,外接负载RL：1k〜2k。求：R和Uz?

解：稳压管的典型应用电路如图所示：

已知输出电压10V,因此要求稳压管的稳定电压也应为10V«

求限流电阻R,其阻值必须满足(1)保证负载最大时流过稳压管的电

流不超过IZMAX：(2)保证负载最小时，加到稳压管两端的电压不小于10V。

根据第一个原则可以计算出R为：当R=2k时，

图15-20例15-3b的图

由

Iz=(U]-Uz)/R-UZ/RL〈1ZMAX

可得到：

20-10

R<Ui。R-2=0.67左

1ZMAXRL+Uz10-2+10

根据第二个原则可以计算出R为：当R=lk时,由

%

U

RL+R-RL>Z

计算到:

R<(20-10)Xl/10=lk

故计算HIR得取值范围为：0.67k〜1k。

§15-5半导体三极管

K主要内容》

1、三极管的基本结构：三个区，两个结，三个电极，特点与作用；

2、电流分配原理：三极管具有放大作用的内部因素和外部条件；

3、三极管的特性曲线和三个工作状态；

4、主要参数。

K讲授方法】

1、介绍基本结构、特点、用途等基本概念；

2、看录象，学习三极管的电流分配原理。

一、基本结构：

三极管是一种最重要的半导体器件，从结构上可分为：NPN和PNP型；从组成材料上可分为：错三极

管和硅三极管；从应用场合上可分为：小功率管，大功率管，高频管，低频管等多种类型。

作用：放大作用和开关作用。

用途：放大电路，电子开关。

三极管的构成：

三个区：发射区、基区和集电区，从三个区引出三个电极分别为发射极、基极和集电极。三个区的特点：

发射区：面积小，杂质浓度高；“

基区：比较纯净，厚度薄；[这是三极管具有放大作用的内因。

集电区：面积大，杂质少。

如图所示:

1

B

NPN型晶体管NPN型晶体管

二、电流分配和放大原理

主要讲述电流关系，各电极电流关系和电流放大原理。

电流关系：

Ic=BIB，

IE=IC+1B=（1+B）IB，

在发射结正偏，集电结反偏时，晶体管各区载流子运动和各极电流有以下关系：

1）发射区载流子向基区扩散电子：由于发射区电子浓度高，在正向偏置电压的作用下不断扩散到基区。

2）电子在基区扩散和复合：从发射区扩散到基区的自由电子开始时聚集在发射结附近，而集电结附近

自山电子较少，因而形成了浓度上的差异，自由电子在基区继续向集电结反向扩散。自由电子在扩

散过程中不断与空穴复合，被复合掉的空穴有基极电源补充从而形成了电流IBE，它基本上等于％。

在基区被复合掉的自由电子越多，越不利于晶体管的放大作用。因此基区要薄z―杂质要少，这

是晶体管县有放大作用的内部条件。

3）集电区收集从发射区扩散过来的电子

集电结反向偏置，使集电结内电场增强，对自由电子的吸引力增大，将从发射区过来的自由电

子大部分吸引到集电区，形成了电流ICE，它基本上等于IC。

4）除以上电流外，少子的漂移运动也形成了一定的电流。

为了使晶体管具有放大作用，集电结和发射结的偏置必须合适，即除具备内部条件外还必须具备合适的

外部条件，这个外部条件就是：发射结正偏,集电结反偏。

电流分配如图所示:

1C

IcBG

VE

晶体管中的电流分配示意图

看录象。

三、特性曲线

特性曲线：表示晶体管各个电极之间电压和电流之间关系，反应晶体管性能的曲线。输入特性曲线是在

CEBEBE

U一定时M和U之间的关系，可以写成：IB=f(.UBE)pCE:输出特性曲线是在U一定时k和UCE

之间的关系，可以写成：4=/(UCE)|UBE。

1、输入特性曲线：当UCE>1V后输入特性曲线基本不变，因此可以用一条曲线来表示输入特性曲线。

从输入特性曲线上可以看出，三极管存在死区电压，硅管为0.5V,错管为0.2V。

正常工作情况下，NPN型硅管的发射结电压UBE=0.6~0.7V；PNP型铸管的UBE=-0.2~-0.3丫。

2、输出特性曲线：在输出特性曲线上可以将晶体管分为三个工作区(或者说三种工作状态)，

(1)放大区：Ic=PIB>|UBEI<|UCE|。

(2)截止区：IB=。，IC=1CEO，此时发射结电压小于死区电压，而集电结也处于反向偏置。

(3)饱和区：当|UBE|>|UCEI时，IC>BIB，|UCEI很小，此时晶体管处于饱和状态。

IB=100UA

IB=80uA

IB=60uA

『OuA

IB=20uA

IB=0

k〃密（V）

晶体管输入特性曲线晶体管输出特性曲线

四、主要参数

1、电流放大系数6、B：

万为直流电流放大倍数，8二工

1B

B为交流电流放大倍数，£='；

MB

由于【CEO很小,因此可以认为

2、集一基极反向截止电流ICBO：发射结开路，集电结反向偏置时，集电区和基区中少数载流子漂移形成的

电流。它越小越好，且与发射结无关。

3、集一射极反向截止电流ICEO：基极开路，集电结反向偏置，发射结正向偏置时的集电结电流，又称为穿

透电流。因此：

ICEO=-ICBO+ICBO=（1+夕）ICBO

而集电结电流Ic则为：

lc=B1B+ICEO

4、集电极最大允许电流ICM：当集电结电流Ic超过一定值时，晶体管电流放大倍数B要下降，当B下降到

正常值的三分之二时的集电结电流称为集电结最大允许电流1CM。

5,集一射极反向击穿电压U（BR）CEO：当基极开路时，加到集电结和发射结之间的最大允许电压。温度升高,

击穿电压降低。

6,集电极最大允许耗散功率PCM

在晶体管参数中，B和k,EO（ICBO）是晶体管的质量指标；1CM，U（BR）CEO和PCM是极限参数。

第十六章基本放大电路

［本章主要内容》

1.放大电路的基本概念：组成、作用、信号传输、物理实质；

2.基本放大静态、动态分析方法：直流通路法，微变等效法和图解法；

3.典型电路的分析与计算：基本放大电路的分析与计算法（固定偏置式、分压偏置式；

估算和戴维南法）；射极输出器分析与计算法；

4.放大电路中的负反馈：负反馈基本概念，负反馈分类与判别方法，负反馈对电路性能

的影响；

5.多级放大电路的分析与计算方法；

6.其他晶体管放大电路；

7.场效应管及其放大电路；

§16-0概述

一、放大电路的基本概念

1.放大电路的功能和定义

放大电路：能够对输入信号（交流或直流）在幅度或功率上进行不失真的放大功能的电路，叫

做放大电路。放大电路包括接收外部输入信号的输入回路、具有放大能力的放大部分和为负载提供

信号的输出回路三部分。

幅度放大：输出信号幅度比输入信号幅度大；

功率放大：输出信号功率比输入到放大电路中的输入信号的功率增大。

不失真：直观上看是指输入信号和输出信号波形除了幅度上的不同以外，其他参数完全相同。

2.放大电路的作用或用途

放大电路主要用途是对小信号进行放大，以便实现对物理过程的监测和控制。用途非常广泛，

儿乎涉及到人类社会生产生活的各个领域。

二、分类

按电路组成分：分立元件放大电路，集成放大电路；

按电路结构：单级放大电路和多级放大电路；

按功能分：小信号放大电路，功率放大电路；

按信号性质分：直接耦合放大电路，低频放大电路、高频放大电路；

放大电路的类型根据不同的应用场合可以使用不同不同的分类方法，并没有严格的界限

三、分析方法

对放大电路的分析，分直流分析和交流分析两种情况。

直流分析法：直流通路法（估算法和戴维南等效电路法）、图解法。

交流分析：图解法和微变等效电路分析法。

§16-1基本放大电路的组成

K主要内容1

1.基本放大电路的组成;

2.交流信号在放大电路中的传输过程;

3.放大电路具有放大能力的物理实质。

一、基本放大电路的组成

基本放大电路应包括：输入回路、放大器件、输出回路以及保证放大器件能够正常工作的偏置电路和直

流电源，图16-1为一共发射极接法的基本交流放大电路。图中各

信号的含义如下：

吐火为输入信号，可以等效为一电动势

es和一内

阻L的串联。es加上L视为信号源，Uj=Ube。

方u°为输出信号，为输入信号经放大后在负载上

产生的电压。

句基极电流为基极中的瞬时流，包图1601共发射极放大电路括直流电

源EB产生的静态电流1B和信号源提供的交流电流片。即：

k集电结瞬时电流匕与基极电流相似包括直流电源Ec提供的直流电流Ic和信号源激励产生的交流

电流『即:

ic=Ic+4

»UBE和UCE：分别为基极与射极，集电结与射极之间的瞬时电压。

"S唠UBE+We

"CLUCE+UCC

电路中各器件功能如下：

方晶体管T：放大器件，具有对小信号放大作用及将直流能量转换为交流能量的功能。

输入：微弱小信号；

输出：大信号，能量来源集电结电源。

5集电极电源Ec：保证集电结反偏及为电路提供能量。

因集电极负我Rc：将集电极电流变化转换为电压变化，实现电压放大.

方基极电源EB和基极电阻RB：为晶体管工作提供合适的基极电流，它们组成的电路部分称为偏置电

路，对电路工作和性能具有重要影响。

吠耦合电容Ci和C2：隔直流作用和交流信号传输中。

■偏置电路：基极偏置电路、集电极偏置电路

■地：电流汇集之处，电位为零；又称为公共参考点。

二、信号在电路中的传输

交流信号由输入回路加到放大器中，被放大后，经负载回路输出，在本过程中各处的信号波形如下：

图1601共发射极放大电路

基本放大电路各点

信号波形

§16-2放大电路的静态分析

放大电路的分析包括静态分析和动态分析。

静态分析：静态是指输入信号为零时电路状态，电路状态主要由片，Ic，UCE和UBE确定，因此静态分

析就是值以上四个参数的计算，由于UBE近似为0.6~0.7V（对硅晶体管），0.2-0.3V（对铭晶体管），所以一

般只须计算前三个参数。分析方法有直流通路法和图解法。

动态分析：动态是指有信号输入时电路状态，主要由交流电压放大倍数Au，放大电路的输入电阻q和

放大电路的输出电阻r。三个参数来描述。分析方法有：微变等效法和图解法。

一、用直流通路法确定静态值

直流通路确定方法为：电容开路，电感短路，直流电流从直流电源流入公共参考点（地）中。下图所示

的为共发射极放大电路及其直流通路。

基本交流放大电路基本交流放大电路的直流通路

根据直流通路可以计算电路的静态值：IB=U^C-UBE=Uce

RBRB

UBE约为0.6V,一般可以忽略不计。

B+ICEO=仇B="B

UCE=UCC~~ICRC

二、用图解法确定静态值

图解法求静态值的•般步骤为：给出晶体管的输出特性曲线；作直流负载线；由直流通路求偏流；根据

输出特性曲线确定静态工作点；找出静态值。

直流负载线：当UBE一定时，集电极电流Ic、集射极电压UCE之间和集电极负载电阻取的关系，称为

直流负载线。

UCE=Ucc-IcRc

直流负载线与纵轴相交于Ucc/Rc，与横轴相交于Ucc。

该直线与晶体管输出特性曲线中1B所对应的那条输出特性曲线的交点，称为静态工作点Q。Q对应的

Ic和UCE即为要求的静态值。

%F（V）

用图解法确定放大电路的静态工作点

对应一般的放大电路而言，静态工作点应位于晶体管线性区的中部，晶体管工作才比较好，偏高或偏低

均会影响电路的正常工作。

三、直流通路法和图解法的比较

直流通路法：计算方便，简单和复杂电路均可使用。

图解法：形象直观，物理概念明确，但不适合于复杂电路分析和需要精确计算的场合。

§16-3放大电路的动态分析

晶体管正常工作时.，必须有合适的静态工作点，动态分析是在静态工作点确定以后。对信号传输情况的

分析。在进行动态分析时只考虑电流和电压的交流分量（信号分量），而不考虑直流分量，直流分量为瞬时

值的平均值。

分析方法：微变等效电路法和图解法。

一、微变等效电路法

晶体管的线性化：晶体管为非线性器件，分析困难，为了简化分析，在一定的条件下将晶体管等效为一

个线性器件，使放大电路等效为一个线性电路。晶体管线性化使用的方法就是：微变等效法。

微变等效：晶体管在小信号（微变量）情况下，可以近似为一个线性器件。

i.晶体管的微变等效电路：

在小信号时，晶体管的在静态工作点Q附近可以近似为一段直线（如图所示），由此可以求出晶体

管的微变等效模型。

从晶体管的微变等效模型

从晶体管的输入特性曲线上看，晶体管的输入电流和输入电压为线性关系，可以等效为一个电阻,

即在晶体管的输入回路用晶体管的输入电阻表示晶体管。晶体管的输入电阻丘定义为:

-kUBE

rbe—-

MB

也可以使用下式进行估计:

……+D瑞

从晶体管的输出端看，当晶体管工作于线性区时，集电极电流几乎不变，因此可以等效为一个恒流

源和一个输出电阻。该恒流源输出电流由基极电流控制因此为•受控恒流源。即：中£说输出电阻定

义为：

由于晶体管的输出电阻一般较大，往往可以忽略不计。

晶体管的微变等效可以表示为：

晶体管的及其微变等效电路

2.放大电路的微变等效电路：

使用微变等效法对放大电路进行分析步骤：首先求放大电路的交流通路；把晶体管用其微变等

效电路代替。

交流通路求法：耦合电容交流短路；滤波电感交流开路。

如图所示：

3.动态参数计算：

动态参数计算是指计算电路的电压放大倍数、放大电路的输入电阻和放大电路的输出电阻。它

们的定义分别为：

放大电路的输入电压：Ui=ihrhe

放大电路的输出电压：Uo==~/3ihR[

上式中的负号表示输出电压与输入电压相位相反，RL=R<||RL。当不接负载电阻时，电压放大

倍数为：

4.电路特点：

共发射极放大电路具有电压放大倍数大，输入阻抗小，输出阻抗大。

对于放大电路来讲，一般希望它具有：电压增益高，输入阻抗大，输出阻抗小。输入阻抗大，

放大电路从信号源索取的电流小，可以将信号源提供的大部分信号电压加到放大电路中；输出阻抗

小，在负载变化时，可以输出电压基本保持稳定，使电路具有较强的带负载能力。

二、图解法

在利用晶体管特性曲线作静态分析的基础上，用图解法来分析各个电流和电压交流分量之间的传输关

系。

1.交流负载线：交流负载线与直流负载线相交于静态工作点Q,斜率为fga'=--

如图所示:

直流负载线和交流负载线

2.图解分析：

信号传输情况如下图所示

(1)交流传输情况:

Ui(Ube)fibfi°f%(即Uce)

(2)电压和电流描述：

UBE=UBE+Ube

iB=1B+ib

ic=lc+ic

交流放大电路有信号输入时的图解分析

3.非线性失真：

静态工作点不合适或输入信号过大时，会产生非线性失真。

当工作点过低时，会出现截止失真；而当工作点过高时会出现饱和失真。

失真都会带来有害信号产生，应当尽量避免。

§16-4静态工作点的稳定

放大电路正常工作需要静态工作点的稳定，否则会出现失真。在系统中影响静态工作点的因素有：

(1)温度：由于晶体管中载流子运动受温度影响比较大，因而温度变化时，ICBO、B等参数会发生变化，

从而使静态工作点发生变化，影响电路工作性能。

(2)电源电压：在固定式偏置放大电路中，偏置电流由下式确定：

T_Ucc-UBE〜Ucc

B~H工

当电源电压变化时，偏流将发生变化，从而使静态工作点发生变化影响电路工作性能。

如何使静态工作点不受温度、电源电压等因素的影响使晶体管电路设计时应重点考虑的•个问题。固定

式偏置放大电路工作点受外部因素影响比较大，稳定性差，因此设计了分压式偏置电路，使静态工作点相对

稳定。

一、分压式偏置放大电路

分压式偏置放大电路及其直流通路如图所示：

分压式偏置放大电路

根据直流通路，有：

Il-b~!~IB

若使：

16>1B条件(1)

则有：—

Rfil+%2

基极电位：VB=I2RB2^-^—Ucc

可以认为VB与晶体管的参数无关，不受温度影响，仅仅由偏置电阻决定。由于引入了发射极电阻，UBE可

以用下式计算：

UBE=VB—VE=VB-IERE

若：

VB»UBE条件（2）

则：［「［EJB—UBE=%

KE&

使得Ic也不受温度的影响。

当满足条件（1）和（2）时，静态工作点基本上不受温度影响，保持稳定。

b对应条件（1）和（2）不能认为12和VB越大越好，要综合考虑。要使b大，RBI和RB2就要取得较小，

从而使输入电阻降低；如果VB大，则要求VE增大，相应地使UCE增大，使输出动态范围降低。

二、稳定过程

假设VB不变，温度升高引起，其稳定过程如图所示。

温度升高一——►在♦―►W-i

/c1<——--------

三、分压式偏置放大电路静态参数的计算

分压式放大电路的静态分析可以使用戴维南等效电路法进行精确计算，也可以使用估算法进行估算。动

态分析与基本共发射极放大电路的分析方法基本相同。

I、静态分析:

（1）戴维南等效电路法:

戴维南等效电路如图。首先求等效电源EB；

&=丁圭一RB2

—为2

再求等效电源内阻，此时令电源（Ucc）短路:

||7?„2

列电压回路方程

EB=UBE+IERE+【BRB=UBE+IBRB+(1+B)RE

山上式可以计算得到：

_EB-UBE

B一旦+(l+£)&

lc~BIB

UCE=UCLICRL1ERE=UCL(&+&)/c

(2)估算法:

忽略IB，则基极电位近似为:

火82

火81+口82

/〜/

_viBf-uBE

---------------1r

RE

，c

1B=1

UCE=f^cc—IcRc—IERE^Ucc—(RC+RE)1C

2、动态分析：

根据放大电路画交流通路，然后作微变等效电路，如图:

由微变等效电路可以写出输入电压和输出电压的表达式:

诙="be

uo—IC-RL"

然后可以计算出电压放大倍数，输入电阻、输出电阻。

微变等效电路

当旁路电容不存在时，交流通路和动态参数计算如下:

带射极电阻的共发射极放

大电路的微变等效电路

其静态参数计算同上，动态参数:

Ui：1+B

输入电压Ui=ihrhe+icRE=ihrhe+()iltRE

输出电压II。：“°=，次z,'

因此：电压放大倍数为:

4得=一夕

%+a+B、RE

输入电阻:

n=RBl\\RB2l|[rfce+(l+mi

输出电阻:

ro=Rc

§16-5射极输出器

共发射极放大电路电压放大倍数大，但有输入电阻小,输出电阻大，带负载能力差的缺点。为此引入了

共集电极放大电路，即射极输出器，电路形式如下:

一、静态分析

根据上图的直流通路，可以计算电路的静态值:

TJ-TJ

uCCU距

IB=

%+(1+万)%

=小瓦=(1+为〃

UCE=UCC~~1ERE

二、动态分析

射极输出器的微变等效电路如图所示，并山图可以写出输入输出电

压的表达式。

%=i/be+ieRL，=鼠+(1+B)R'L14

R'L=&IIRE

%=(i+£)

用射极输出器微变等效电路

1、电压放大倍数：

〃一(1+0屯_(1+⑶R'L

ZI--------------------------------------------------------------------------------------

%［々+(1+04%%+Q+0用

当（l+A）R；»rb。时，Au接近于1,但恒小于1。

输入电压和输出电压相位相同且近似相等，因此又称它为射极跟随器，简称射随器。

2、输入电阻

4=RB11鼠+(1+/)盛］

3、输出电阻

输出电阻计算方法：令输入信号为零，在负载端加一电压，计算电压

和电流的比值，使用右图所示的等效电路。由射极输出器的微变等效电路

计算输出电阻的等效电路

可知，此时：

i°=ie+。+4=（1+£儿+。=（1+£）M

R

s+rheRe

其中，R；=R』RB。

r-J1.&«+%）

"h（1+3）%+么火：+%+（1+6）6

R1+%凡

当（1+£）4》（用+公）和时，输出电阻可近似为:

一（《+%）

"一~T~

由此可见，射极输出器的输出电阻很小。

4、射极输出器的特点：

（1）电压放大倍数近似为1；输出电压和输入电压同相。

（2）输入电阻高，可以减轻信号源的负担。

（3）输出电阻大，可以增强负载能力。

5、应用：

（1）用于多级放大电路的前级，可以提高整个放大电路的输入阻抗;

（2）用于多级放大电路的末级，可以提高电路的驱动能力；

（3）用于多级放大电路的中间可以祈祷阻抗变换的作用。

§16-6放大电路中的负反馈

K基本内容工1.反馈的基本概念与分类

2.电路中负反馈的类型与判别方法

3.不同的负反馈类型对电路性能的影响

一.反馈的基本概念与分类

1.反馈：系统输入信号部分或全部通过某种方式引回输入端，就构成了反馈。

内部反馈：由器件自身引起的反馈

｛外部反馈：由外接器件引起的反馈

直流反馈：只对直流信号具有反馈作用的反馈

｛交流反馈：能对交流信号起到反馈作用的反馈

人工反馈：认为的有目的的引入的某种反馈

｛寄生反馈：由器件、电路等各种杂散参数引起的反馈

｛正反馈：反馈信号对输入信号具有增强作用的反馈

负反馈：反馈这对输入这具有减弱作用的反馈

2.放大电路中的反馈

带反馈的放大电路有基本放大电路和反馈网络组成，如图所示。

带反馈的放大电路

其中:

CA：基本放大电路增益；

X,.：输入信号，电流或电压；

反馈信号，电压或电流;

文。:输出信号，电压或电流；

xd-.净输入信号，电压或电流；xd=x-xf

户：反馈网络传输系数，称为反馈系数；

®:比较环节；

（1）当戈，.与黄/同相时，Xd<x,,反馈减弱了输入信号，为负反馈；

（2）当X,与黄/反相时，Xd>Xt,反馈增强了输入信号，为正反馈；

（3）在电路中，£和*/与无，可以具有相同的量纲，也可以不同。

a）当*和*/是电压时，称为串联反馈；'

一从输入端看

b）当上，和火/是电流时，称为并联反馈；•

c）当X,为电压忖，称为电压反馈；'

一从输出端看

d）当用,为电流时，称为电流反馈；-

电路中的反馈类型

放大电路增大的负反馈从输入端看，可以分为串联反馈和并联反馈；从输出端看可以分为电压反馈和电

流反馈；

串联负反馈，使输入阻抗增加；

并联负反馈，使输入阻抗降低；

电压负反馈，使输出阻抗减小，具有稳定输出电压的作用；

电流负反馈，使输出阻抗增加，具有稳定输出电流的作用。

负反馈的各种电路形式如下所示

1、串联电压负反馈：

在输入端表现为电压的相互+产一,—气作用，而反馈信

4』I基本放大电路向,

号取自输出电压。

3=5-3

反馈网络

町F

串联电压负反馈

Uf=FUo即F=%UO=A-Ud

J°TT0a

UO

a=z

4.“

Ud\+AF

4M为闭环增益，在串联电压负反馈中，闭环增益为闭环电压增益。

2、串联电流负反馈

在输入端表现为电压的相互作用，而反馈信

+

号取自输出电流。