共射放大电路资料.doc

辑共射放大电路 如图所示为基本共射极放大电路。 当ui0时，称放大电路处于静态。在输入回路中，基极电源VBB使晶体管b-e间电压UBE大于开启电压Uon，并与基极电阻Rb共同决定基极电流IB；在输出回路中，集电极电源VCC应足够高，使晶体管的集电结反偏，以保证晶体管工作在放大状态，因此，集电极电流ICIB；集电极电阻Rc上的电流等于IC，因而Rc上的电压为ICRc，从而确定了c-e间电压UCEVCCICRc。 当ui不为0时，在输入回路中，必将在静态值的基础上产生一个动态的基极电流ib；在输出回路可得到动态电流ic；集电结电流的变化转化成电压的变化，即使管压降uCE产生变化，管压降的变化量就是输出动态电压uo，从而实现了电压放大。直流电源VCC为输出提供所需能量。 共射放大电路：由于电路的输入回路与输出回路以发射极为公共端，故称之为共射放大电路，并称公共端为“地”。2.2.2设置静态工作点的必要性 一、静态工作点 当有信号输入时，交流量与直流量共存。 放大电路的静态工作点Q：当输入信号为零时，晶体管的基极电流IB、集电极电流IC、b-e间电压UBE、管压降UCE称为放大电路的静态工作点Q。记作：IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ。对于硅管，UBEQ为0.6V至0.8V中的某一值，如0.7V；对于锗管，UBEQ为0.1V至0.3V中的某一值，如0.2V。 如图所示电路中，ui0，根据回路方程，便可得到静态工作点的表达式 二、为什么要设置静态工作点 如图所示，将基极电源去掉，电源VCC的负端接“地”。 静态时将输入端A与B短路，得IBQ0、ICQ0、UCEQVCC，因而晶体管处于截止状态。 当加入输入电压ui时，uABui，若其峰值小于b-e间开启电压Uon，则在信号的整个周期内晶体管始终工作在截止状态，因而输出电压没变化；即使ui的幅值足够大，晶体管也只可能在信号正半周大于Uon的时间间隔内导通，所以输出电压必然严重失真。 因此，要设置合适的静态工作点，使信号的整个周期内晶体管始终工作在放大状态，输出信号才不会产生失真。 2.2.3基本共射放大电路的工作原理及波形分析 在右图所示的基本放大电路中，静态时的IBQ、ICQ、UCEQ如下图（b）、（c）中虚线所标注。 （a） 为输入正弦波。 （b） B=IBQ+ib，ib为正弦波，IBQ为直流，iB为直流上叠加正弦波。IC=ICQ+ic= ICQ+ib，波形与iB相似。 （c） uCE=UCEQ+uce，共射放大电路中，uce与输入电压相位相反，uCE波形为直流分量叠加uce部分。 （d） 去掉直流分量，得到一个与输入电压ui相位相反且放大了的交流电压uo。 2.2.4放大电路的组成原则 一、组成原则 基本共射放大电路组成放大电路时必须遵循以下几个原则： （1）直流电源要设置合适静态工作点，并做为输出的能源。对于晶体管放大电路，电源的极性和大小应使晶体管基极与发射极之间处于正向偏置，静态电压 大于开启电压Uon；而集电极与基极之间处于反向偏置；即保证晶体管工作在放大区。对于场效管放大电路，电源的极性和大小应为场效管的栅极与源极之间、漏极与源极之间提供合适的电压，从而使之工作在恒流区。（2）电阻取值得当，与电源配合，使放大管有合适的静态工作电流。 （3）输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。对于晶体管，输入信号必须能够改变基极与发射极之间的电压，产生uBE，或改变基极电流，产生iB。对于场效应管，输入信号必须能够改变栅极与源极之间的电压，产生uGS。这样，才能改变放大管输出回路的电流，从而放大输入信号。 （4）当负载接入时，必须保证放大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。 二、常见的两种共射放大电路 根据共射放大电路组成原则，可构成不同结构的共射放大电路。 1.直流耦合共射放大电路 共地：在实用放大电路中，为防止干扰，常要求输入信号、直流电源、输出信号均有一端接在公共端，即“地”端，称为“共地”。 如图所示电路中，将基极电源与集电极电源合二为一，并且为了合理设置静态工作点，在基极回路增加一个电阻。 直接耦合：信号源与放大电路，放大电路与负载电阻均直接相连，故称为“直接耦合”。 静态工作点的求法： Rb1是必不可少的。若Rb10，则静态时，由于输入端短路，IBQ0，晶体管将截止，电路不可能正常工作。 2.阻容耦合共射放大电路 电路如下图所示。 耦合电容：电容C1用于连接信号源与放大电路，电容C2用于连接放大电路与负载，这种在电路中起连接作用的电容称为耦合电容。 阻容耦合：利用电容连接电路称为阻容耦合。 电路分析：由于电容对直流量的容抗无穷大，所以信号源与放大电路、放大电路与负载之间没有直流量通过。耦合电容的容量应足够大，使其在输入信号频率范围内的容抗很小，可视为短路，所以输入信号几乎无损失地加在放大管的基极与发射极之间。可见，耦合电容的作用是“隔离直流，通过交流”。 静态工作点的求法： 电容C1上的电压为UBEQ，电容C2上的电压为UCEQ，方向如图所标注。由于在输入信号作用时，C1上电压基本不变。因此可将其等效成一个电池，等效电路如图（b）所示。 放大的概念利用扩音机放大声音，如图所示。话筒将微弱的声音转换成电信号，经放大电路放大成足够强的电信号后，驱动扬声器，使其发出较原来强得多的声音。扬声器所获得的能量（或输出功率）远大于话筒送出的能量（或输入功率）。可见，放大电路放大的本质是能量的控制和转换；是在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源所提供的能量。因此，电子电路放大的基本特征是功率放大，即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。这样，在放大电路中必须存在能够控制能量的元件，即有源元件，如晶体管和场效应管等。 2.1.2放大电路的性能指标如图所示为放大电路示意图。可看成一个两端口网络。不同放大电路在 和RL相同的条件下， 、 、 将不同，说明不同放大电路从信号源索取的电流不同，且对同样的信号的放大能力也不同；同一放大电路在幅值相同、频率不同的 作用下， 将不同。为反映放大电路各方面的性能，引出如下主要指标： 一、放大倍数放大倍数：直接衡量放大电路放大能力的指标。 对小功率放大电路只关心电压放大倍数。 电压放大倍数：输出电压 与输入电压 之比，即 电流放大倍数：输出电流 与输入电流 之比，即 互阻放大倍数：输出电压 与输入电流 之比，即 单位为电阻。 互导放大倍数：输出电流 与输入电压 之比，即 单位为电导。 当输入信号为缓慢变化量或直流变化量时，输入电压用 表示，输入电流用 表示，输出电压用 表示，输出电流用 表示。Au / ，Ai / ，Aui / ，Aiu / 。二、输入电阻输入电阻是从放大电路输入端看进去的等效电阻，定义为输入电压有效值Ui和输入电流有效值Ii之比，即 Ri越大，表明放大电路从信号源索取的电流越小，放大电路所得到的输入电压Ui越接近信号源电压Us。 三、输出电阻任何放大电路的输出都可以等效成一个有内阻的电压源，如图所示。 输出电阻Ro：从放大电路输出端看进去的等效内阻称为输出电阻Ro。 为空载时的输出电压有效值，Uo为带负载后的输出电压有效值，因此， 输出电阻 Ro愈小，负载电阻RL变化时，Uo的变化愈小，放大电路的带负载能力愈强。当两个放大电路相互连接时，如下图所示。放大电路的输入电阻Ri2是放大电路的负载电阻，而放大电路可看成为放大电路的信号源，内阻就是放大电路的输出电阻Ro1。因此，输入电阻和输出电阻均会直接或间接地影响放大电路的放大能力。 四、通频带通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。由于放大电路中电容、电感及半导体器件结电容等电抗元件的存在，在输入信号频率较低或较高时，放大倍数的数值会下降并产生相移。通常情况下，放大电路只适用于放大某一个特定频率范围内的信号。 如图所示为某放大电路的幅频特性曲线。 幅频特性曲线：放大倍数的数值与信号频率的关系曲线，称幅频特性曲线。 为中频放大倍数。 下限截止频率fL：在信号频率下降到一定程度时，放大倍数的数值明显下降，使放大倍数的数值等于0.707倍 的频率称为下限截止频率fL。 上限截止频率fH：信号频率上升到一定程度时，放大倍数的数值也将下降，使放大倍数的数值等于0.707倍 的频率称为上限截止频率fH。 通频带fbw：fL与fH之间形成的频带称中频段，或通频带fbw。 fbwfHfL 通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。 五、最大不失真输出电压最大不失真输出电压定义为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。六、最大输出功率与效率最大输出功率Pom：在输出信号不失真的情况下，负载上能够获得的最大功率称为最大输出功率Pom。此时，输出电压达到最大不失真电压。 效率 ：直流电源能量的利用率。Pom最大输出功率，PV电源消耗功率。 越大，放大电路的效率越高，电源的利用率就越高。 正弦振荡电路(一)一. 正弦振荡电路的基本原理在负反馈稳定性分析中，由于放大器的附加相移，以至在三级或在三级以上的负反馈放大电路中使负反馈变成了正反馈，显然破坏了一个原本性能得到改善的负反馈电路的基本的放大功能。如果设想到有一个具有选频特性的正反馈网络，则正是产生自激振荡的基本原理，所谓自激是指无需外加激励信号电路本身产生信号。1.自激条件，见图8.1.1当开关S1，反馈电压若开关S2 （忽略开关S的切换时间），且使，而替代原外加激励。只要满足 电路即可输出，产生自激振荡。2. 振荡的建立和幅度的稳定(1)建立：必须具有选频特性的正反馈放大器。当电路电源启动瞬间和或有扰动或噪声使电路输入端有微笑的增量，相当于一个初始信号，经过放大反馈再放大再反馈循环，振荡由小大建立起来，尤其是其中特定o(由选频网络而定)的信号幅度最大。其它频率被衰减。前面提到的是振荡建立后平衡条件，而从微弱信号逐渐睁大，电路处于增幅，则也称为起振条件。另外要指出的是，刚起振时，信号幅度小，可用先行分析法求o及决定起振条件。(2)稳定，靠非线性条件限制振荡幅度。实际上，当幅度足够后，再增大Uo，将出现非线性失真(截止或饱和)，此时Au限制幅度继续增长，直至AF=1最终达到平衡，获得稳幅振荡。3. 电路组成：由上面分析可知，一个正弦振荡电路应具有四个功能的部分组成：放大电路，正反馈网络，选频网络，稳幅电路。4. 正弦振荡器分类：按选频网络组件不同，可分为RC，LC，石英晶体正弦振荡电路。二. RC阵线振荡器，适用于频率较低的场合(几Hz几十Hz)1. 移相式RC振荡器(1) 构成框图见图8.1.2用瞬时极性判定，输入端款开，加一信号，Uo为，Uf为，下面看移相器(2) 单极RC移相器 见图8.1.3超前型滞后型超前型与滞后型单极RC移相器幅频相频特性见图8.1.4 为截止频率说明：二种单极移相器最大可得相移，但此时反馈是，可见若要使，至少需三级或三级以上得移相器级联起来。图8.1.4单极RC移相器频率特性(a)、(c)超前型幅频、相频特性(b)、(d)滞后型幅频、相频特性(3) 移相式正弦振荡器由运放A作反相器和三级超前移相器构成见图8.1.5可以在闭环中任一点断开，比如P点，求其环路增益即可，根据目前断点： ，然后找关系式即可。令虚部为0，分母实部1，即可满足此电路适合振荡频率固定，精度要求不高的场合。2. 桥式RC振荡器，频率可调性好，波形较好，构成框图如图8.1.6图8.1.6桥式RC振荡器框图在图8.1.6分割出RC串并联选频网络(1)RC串并联选频网络对于，当从0，可从图8.1.4 (a)、(b)中可见从01，然后随上升又从1下降到0，可见在某一频率可达对于，当从0上升到，可从图8.1.4 (c)、(d)中可见从0，可见必有某一频率使. 定量计算 其中当时，图8.1.7 RC串并联选频网络频率特性充分显示了前面的定性分析(2)文氏电桥振荡器典型电路组成 图8.1.9a. 放大器T1、T2，b. 其功能是从微弱的扰动（初始信号）放大，c. 建立和维持振荡d. 选频网络：RC串并联网络，e. 为了从干扰和噪声这种频率极宽的扰动信号中产生单一f0，f. 选频网络是必须的，g. 它能选出f0，h. 使之足够强，i. 衰减偏离f0，j. 即不k. 需要的频率分量l. 正反馈，m. 为了满足建立和维持振荡的相位条件，n. 正反馈连接是必须确保的，o. 见红色连线p. 稳幅环节：Rt（负温度系数）与Re1，q. 其功能：使Auf稳定，r. Auf3时，s. 深度负反馈展宽了T1，t. T2的通频带，u. 可适应宽的振荡频率输出的要求，v. 且对非线性失真的改善使波形变好 电压串联负反馈使放大器Rif，w. Rof，x. 最大抢渡减弱了其对选频网络f0的影响，同y. 时低的Rof有利于提高电路带负载的能力 特别要指z. 出的是，aa. 它能保证振荡由建立到稳定，bb. 即从起振时到稳定时。Rt具有负温度系数，当一开机T，Rt负反馈弱，使电路易于起振，当起振后TRt使负反馈相比起振时强，以至在f0处F+F，达到即稳幅振荡。 RC串并联电路与负反馈Rt，Re支路正好构成电桥的桥臂，其名由此而来。起振时，（正反馈负反馈）。振荡建立后，电桥达到平衡，即UbG(电桥的输出电压)0，即无输入也有输出的自激过程。正弦振荡电路(二)三. LC正弦振荡器1. LC并联谐振贿赂的选频特性考虑电感线圈电阻及贿赂消耗后，LC并联网络的等效电路如图8.1.10(a)，其中r为绕线电阻及回路损耗。图b为该电路的频率特性。(1) LC回路具有选频性，在谐振频率f0处电路是纯阻，称为谐振阻抗，在偏离fo,|z|。从相频特性可知，当ffo时，呈电容性，fRL，回路在上面的分量越小，对QL的影响越小。f0附近频率特性也越陡峭，选频性、稳定性越好。(7) LC振荡器可分为2. 三点式LC振荡器：电路特点是LC并联回路的三个断点分别接到管子的b、e、c三个极，称为三点式LC电路。(1) 构成法则 见图 8.1.14，其中 代入上式(若Xi0为电感，XiC3，则上面，则，调频与调节起振条件互不干扰。此外加大C1、C2可忽略放大管Co、Ci的影响，因为，可以说晶体管与LC回路实现松耦合。3. 互感耦合LC振荡器(变压器耦合)由LC回路接在管子电极的不同，可有三种形式即调谐型互感耦合LC振荡器，见图8.1.16有几点需注意的取决于LC回路的谐振频率反馈极性取决于变压器源副边的同名端，图上用瞬时极性标上，可自行判别满足相位平衡条件由于(a)电路LC回路接在集电极，由于晶体管rce较大，故不必采用抽头接入方式，因为rce较大本身对LC回路影响就不大。(b)、(c)为CB，CE电路，调谐回路接在发射极及基极，较小的Ri、较大的Ci若直接并接在LC回路两端，必然影响o、Q值，使选频特性变差，o稳定性变差，故采用抽头接入式，和CB、CE的Ri 大，设N1、N2分别为抽头主变压器原边二端的匝数，则，若，则想当与增大400倍。4. 石英晶体振荡器(1) 晶体的物理性质：压电效应机械能?电能当芯片两边加上交变电压时，正负压电效应互为因果关系，当外加交流电压的频率等于芯片的固有机械振动频率时，芯片机械震动幅度最大，芯片两面的电荷数量及电路中的交变电流最大，产生谐振，称为压电谐振。(2) 芯片(石英谐振器)的电特性(等效电路) 见图8.1.17等效电路由机械系统类比于电系统，相当于一个LC回路。静态电容Co(n pFn+ pF)为二敷银层电极，支架及引线间电容总和；L(10-3102H)较大，类比于芯片芯片质量；C(10-410-1pF)类比于芯片的弹性Co；r(100?左右)类比于内的机械摩擦，由于一般可达104106，而一般LC谐振回路即使采用镀银线圈的电感Q值只在200以下，所以频率稳定度可以很高。从能量角度看，Q高表示回路能量损失小，振荡宦惯性大，外界不稳定因素不易改变振荡频率o。串联谐振频率并联谐振频率 从(c)中可知，为电感性，f=fs、fp时为纯电阻性石英晶体正弦振荡器电路 见图8.1.18(1) 串联型：利用f=fs， ，正反馈最强，而，不满足相位条件。(2) 并联型：利用芯片呈电感性，即，用之担当三点式电路中电感的角色。说明：(a)与(c)均是串联型晶振。(a)fo几百KHz，(c)fo可较高，(c)实质是，C1、C2、L组成了电容三点式电路。调谐在fs。此时芯片阻抗0，0，通过正反馈，满足振荡平衡条件，而偏离fs时，芯片呈现阻抗高且0，不满足振荡条件。 (完)第一章半导体二极管及其基本电路stargon 发表于 2006-6-25 10:33:00 阅读全文(617) | 回复(0) | 引用通告(0) | 编辑第一章 半导体二极管及其基本电路第一节 学习要求第二节 半导体的基本知识第三节 PN结的形成及特性第四节 半导体二极管第五节 二极管基本电路及其分析方法第六节 特殊二极管第一节 学习要求（1）了解半导体器件中扩散与漂移的概念、PN结形成的原理。（2）掌握半导体二极管的单向导电特性和伏安特性。（3）掌握二极管基本电路及其分析方法。（4）熟悉硅稳压管的稳压原理和主要参数。第二节半导体的基本知识多数现代电子器件是由性能介于导体与绝缘体之间的半导体材料制成的。为了从电路的观点理解这些器件的性能，首先必须从物理的角度了解它们是如何工作的。一、半导体材料从导电性能上看，物质材料可分为三大类：导体： 电阻率 109 cm半导体：电阻率介于前两者之间。目前制造半导体器件的材料用得最多的有：硅和锗两种二、本征半导体及本征激发1、本征半导体没有杂质和缺陷的半导体单晶，叫做本征半导体。2、本征激发当温度升高时，电子吸收能量摆脱共价键而形成一对电子和空穴的过程，称为本征激发。三、杂质半导体在本征半导体中掺入微量的杂质， 就会使半导体的导电性能发生显著的变化。因掺入杂质不同，杂质半导体可分为空穴（P）型半导体和电子（N）型半导体两大类。1、P型半导体在本征半导体中掺入少量的三价元素杂质就形成P型半导体，P型半导体的多数载流子是空穴，少数载流子是电子。2、N型半导体在本征半导体中掺入少量的五价元素杂质就形成N型半导体。N型半导体的多数载流子是电子，少数载流子是空穴。 返回 第三节PN结的形成及特性一、PN结及其形成过程在杂质半导体中， 正负电荷数是相等的，它们的作用相互抵消，因此保持电中性。1、载流子的浓度差产生的多子的扩散运动在P型半导体和N型半导体结合后，在它们的交界处就出现了电子和空穴的浓度差，N型区内的电子很多而空穴很少，P型区内的空穴很多而电子很少，这样电子和空穴都要从浓度高的地方向浓度低的地方扩散，因此，有些电子要从N型区向P型区扩散， 也有一些空穴要从P型区向N型区扩散。2、电子和空穴的复合形成了空间电荷区电子和空穴带有相反的电荷，它们在扩散过程中要产生复合（中和），结果使P区和N区中原来的电中性被破坏。 P区失去空穴留下带负电的离子，N区失去电子留下带正电的离子， 这些离子因物质结构的关系，它们不能移动，因此称为空间电荷，它们集中在P区和N区的交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是所谓的PN结。3、空间电荷区产生的内电场E又阻止多子的扩散运动在空间电荷区后，由于正负电荷之间的相互作用，在空间电荷区中形成一个电场，其方向从带正电的N区指向带负电的P区，由于该电场是由载流子扩散后在半导体内部形成的，故称为内电场。因为内电场的方向与电子的扩散方向相同，与空穴的扩散方向相反，所以它是阻止载流子的扩散运动的。综上所述，PN结中存在着两种载流子的运动。一种是多子克服电场的阻力的扩散运动；另一种是少子在内电场的作用下产生的漂移运动。因此，只有当扩散运动与漂移运动达到动态平衡时，空间电荷区的宽度和 内建电场才能相对稳定。 由于两种运动产生的电流方向相反，因而在无外电场或其他因素激励时，PN结中无宏观电流。二、PN结的单向导电性PN结在外加电压的作用下，动态平衡将被打破，并显示出其单向导电的特性。1、外加正向电压当PN结外加正向电压时，外电场与内电场的方向相反，内电场变弱，结果使空间电荷区（PN结）变窄。同时空间电荷区中载流子的浓度增加，电阻变小。这时的外加电压称为正向电压或正向偏置电压用VF表示。在VF作用下，通过PN结的电流称为正向电流IF。外加正向电压的电路如图所示。2、外加反向电压当PN结外加反向电压时，外电场与内电场的方向相同，内电场变强，结果使空间电荷区（PN结）变宽, 同时空间电荷区中载流子的浓度减小，电阻变大。这时的外加电压称为反向电压或反向偏置电压用VR表示。在VR作用下，通过PN结的电流称为反向电流IR或称为反向饱和电流IS。如下图所示。3、PN结的伏安特性根据理论分析，PN结的伏安特性可以表达为：式中iD为通过PN结的电流，vD为PN结两端的外加电压；VT为温度的电压当量=kT/q=T/11600=0.026V， 其中k为波尔慈曼常数（1.3810-23J/K），T为绝对温度（300K），q为电子电荷（1.610-19C） ；e为自然对数的底；IS为反向饱和电流。返回第四节半导体二极管一、半导体二极管的结构半导体二极管按其结构的不同可分为点接触型和面接触型两类。点接触型二极管是由一根很细的金属触丝(如三价元素铝)和一块半导体(如锗)的表面接触，然后在正方向通过很大的瞬时电流，使触丝和半导体牢固地熔接在一起，三价金属与锗结合构成PN结，并做出相应的电极引线，外加管壳密封而成，如图 2.7所示。由于点接触型二极管金属丝很细， 形成的PN结面积很小， 所以极间电容很小，同时，也不能承受高的反向电压和大的电流。这种类型的管子适于做高频检波和脉冲数字电路里的开关元件， 也可用来作小电流整流。 如2APl是点接触型锗二极管， 最大整流电流为16mA， 最高工作频率为15OMHz。面接触型或称面结型二极管的PN结是用合金法或扩散法做成的，其结构如图2.7 所示。由于这种二极管的PN结面积大，可承受较大的电流，但极间电容也大。这类器件适用于整流，而不宜用于高频电路中。如2CPl为面接触型硅二极管，最大整流电流为40OmA， 最高工作频率只有3kHz。图2.7中的硅工艺平面型二极管结构图， 是集成电路中常见的一种形式。代表二极管的符号也在图2.7中示出。部分二极管实物如图2.8所示。二、极管的伏安特性实际的二极管的V-I特性如图2.9所示。由图可以看出，二极管的V-I特性和PN结的V-I特性(图2.6)基本上是相同的。下面对二极管V-I特性分三部分加以说明:1、正向特性：二极管外加正向偏置电压时的V-I特性对应于图2.9（b）的第段为正向特性，此时加于二极管的正向电压只有零点几伏，但相对来说流过管子的电流却很大，因此管子呈现的正向电阻很小。但是，在正向特性的起始部分，由于正向电压较小，外电场还不足以克服PN结的内电场，因而这时的正向电流几乎为零，二极管呈现出一个大电阻，好像有一个门坎。 硅管的门坎电压Vth(又称死区电压)约为05V，锗管的Vth约为0lV，当正向电压大于Vth时，内电场大为削弱，电流因而迅速增长。2、反向特性：二极管外加反向偏置电压时的V-I特性P型半导体中的少数载流子（电子）和N型半导体中的少数载流子（空穴），在反向电压作用下很容易通过PN结， 形成反向饱和电流。但由于少数载流子的数目很少， 所以反向电流是很小的， 如图2.9（b）的第段所示， 一般硅管的反向电流比锗管小得多，其数量级为：硅管nA级，锗管大mA级。温度升高时，由于少数载流子增加，反向电流将随之急剧增加。3、反向击穿特性：二极管击穿时的V-I特性当增加反向电压时， 因在一定温度条件下， 少数载流子数目有限，故起始一段反向电流没有多大变化，当反向电压增加到一定大小时，反向电流剧增，这叫做二极管的反向击穿， 对应于图2.9的第段，其原因与PN结击穿相同。三、二极管的主要参数1、最大整流电流 IF：是指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。因为电流通过PN结要引起管子发热，电流太大，发热量超过限度，就会使PN结烧坏。例如2APl最大整流电流为16mA。2、反向击穿电压 VBR：指管子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，甚至因过热而烧坏。一般手册上给出的最高反向工作电压约为击穿电压的一半，以确保管子安全运行。例如2APl最高反向工作电压规定为2OV， 而反向击穿电压实际上大于40V。3、反向电流 IR：指管子末击穿时的反向电流， 其值愈小，则管子的单向导电性愈好。由于温度增加，反向电流会急剧增加，所以在使用二极管时要注意温度的影响。4、极间电容 CJ：二极管的极间电容包括势垒电容和扩散电容，在高频运用时必须考虑结电容的影响。二极管不同的工作状态，其极间电容产生的影响效果也不同。二极管的参数是正确使用二极管的依据，一般半导体器件手册中都给出不同型号管子参数。使用时，应特别注意不要超过最大整流电流和最高反向工作电压，否则将容易损坏管子。返回第五节二极管基本电路及其分析方法在电子技术中，二极管电路得到广泛的应用。本节只介绍几种基本的电路，如限幅电路、开关电路、低电压稳压电路等。二极管是一种非线性器件，因而二极管电路一般要采用非线性电路的分析方法。这里主要介绍比较简单理想模型和恒压模型分析法。一、二极管正向特性的数学模型1、理想模型-理想的开关 图2.10表示理想二极管的VI特性和符号，其中的虚线表示实际二极管的VI特性。由图中可见，在正向偏置时，其管压降为OV，而当二极管处于反向偏置时，认为它的电阻为无穷大，电流为零。在实际的电路中，当电源电压远比二极管的管压降大时，利用此法来近似分析是可行的。2、恒压模型-其正向压降为0.7V(硅管)这个模型如图2.11所示，其基本思想是当二极管导通后，其管压降认为是恒定的，且不随电流而变，典型值为0.7V，不过，这只有当二极管的电流iD近似等于或大于1mA时才是正确的。 该模型提供了合理的近似，因此应用也较广。二、模型分析法应用举例1、静态工作点分析电路如图2.12所示，请分别用二极管的理想模型和恒压模型分析其静态工作点。（1）使用理想模型得：VD=0V，ID=VDD/R（2）使用恒压模型得：VD=0.7V，ID=（VDD-VD）/R上述的计算结果表明：VDDVD时，使用恒压模型较好，因此，根据实际情况选择合适的模型是关键。2、模型分析法应用举例例题1：如果图示电路(a)中设二极管为恒压模型。求电路中输出的电压Vo值说明二极管处于何种状态？解：假设先将A、B断开，则VA = -10V, VB = -5V，VAB= VA-VB= -5V，可见重新接入后二极管将处于反向截止状态：电路中电流为0（反向电阻无穷大），电阻R上的压降为0，Vo = -5V成立。例题2：如果图2.13所示电路(b)中设二极管为恒压模型。求电路中输出的电压Vo值说明二极管处于何种状态？解：将D1、D2断开，VB1A9V，VB2A= -12-(-9)=-3V 将D1、D2接入后，D1导通，D2截止，VA被D1箝位在0.7V上。Vo= VA= -0.7V成立。返回第六节特殊二极管除前面所讨论的普通二极管外，还有若干种特殊二极管，如齐纳二极管、变容二极管、光电子器件(包括光电二极管、 发光二极管和激光二极管)等，本节主要讨论齐纳二极管及其应用。一、齐纳二极管齐纳二极管又称稳压二极管，是一种特殊的面接触型硅晶体二极管。由于它有稳定电压的作用，经常应用在稳压设备和一些电子线路中。 稳压二极管的特性曲线与普通二极管基本相似，只是稳压二极管的反向特性曲线比较陡。稳压二极管的正常工作范围，是在伏安特性曲线上的反向电流开始突然上升的A、B段。 这一段的电流， 对于常用的小功率稳压管来讲，一般为几毫安至几十毫安。1、稳压二极管的主要参数（1）稳定电压Vz稳定电压就是稳压二极管在正常工作时，管子两端的电压值。这个数值随工作电流和温度的不同略有改变，既是同一型号的稳压二极管，稳定电压值也有一定的分散性， 例如2CW14硅稳压二极管的稳定电压为67.5V。（2）耗散功率PM反向电流通过稳压二极管的PN结时，要产生一定的功率损耗，PN结的温度也将升高。根据允许的PN结工作温度决定出管子的耗散功率。通常小功率管约为几百毫瓦至几瓦。（3）稳定电流IZ、最小稳定电流IZmin、大稳定电流IZmax稳定电流：工作电压等于稳定电压时的反向电流；最小稳定电流：稳压二极管工作于稳定电压时所需的最小反向电流；最大稳定电流：稳压二极管允许通过的最大反向电流。2、稳压二极管的应用稳压管常用在整流滤波电路之后，用于稳定直流输出电压的小功率电源设备中。如图由R、Dz组成的就是稳压电路，稳压管在电路中稳定电压的原理如下：只要R参数选得适当，就可以基本上抵消Vi的升高值，因而使Vo基本保持不变。可见，在这种稳压电路中， 起自动调节作用的主要是稳压二极管Dz，当输出电压有较小的变化时， 将引起稳压二极管电流Iz的较大变化，通过限流电阻R的补偿作用，保持输出电压Vo基本不变。限流电阻R的选择：1、当I0 = I0min、VI = VImax 时 要求：2、当I0 = I0max、VI = VImin 时 要求：故R的取值范围为：模拟电子线路 第二章 半导体三极管及放大电路基础第一节 学习要求第二节 半导体三极管第三节 共射极放大电路第四节 图解分析法第五节 小信号模型分析法第六节 放大电路的工作点稳定问题第七节 共集电极电路第八节 放大电路的频率响应概述第九节 本章小结第一节 学习要求（1）掌握基本放大电路的两种基本分析方法-图解法与微变等效电路法。 会用图解法分析电路参数对电路静态工作点的影响和分析波形失真等； 会用微变等效电路法估算电压增益、电路输入、输出阻抗等动态指标。（2）熟悉基本放大电路的三种组态及特点；掌握工作点稳定电路的工作原理。（3）掌握频率响应的概念。了解共发射极电路频率特性的分析方法和上、下限截止频率的概念。第二节 半导体三极管（BJT）BJT是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件，由于PN结之间的相互影响， 使BJT表现出不同于单个 PN结的特性而具有电流放大，从而使PN结的应用发生了质的飞跃。本节将围绕BJT为什么具有电流放大作用这个核心问题，讨论BJT的结构、内部载流子的运动过程以及它的特性曲线和参数。一、BJT的结构简介BJT又常称为晶体管，它的种类很多。按照频率分，有高频管、低频管； 按照功率分，有小、中、大功率管；按照半导体材料分，有硅管、锗管；根据结构不同， 又可分成NPN型和PNP型等等。但从它们的外形来看，BJT都有三个电极，如图3.1所示。图3.1是NPN型BJT的示意图。 它是由两个 PN结的三层半导体制成的。中间是一块很薄的P型半导体(几微米几十微米)，两边各为一块N型半导体。从三块半导体上各自接出的一根引线就是BJT的三个电极，它们分别叫做发射极e、基极b和集电极c，对应的每块半导体称为发射区、基区和集电区。虽然发射区和集电区都是N型半导体，但是发射区比集电区掺的杂质多。在几何尺寸上， 集电区的面积比发射区的大，这从图3.1也可看到，因此它们并不是对称的。二、BJT的电流分配与放大作用1、BJT内部载流子的传输过程BJT工作于放大状态的基本条件：发射结正偏、集电结反偏。在外加电压的作用下， BJT内部载流子的传输过程为：（1）发射极注入电子 由于发射结外加正向电压VEE，因此发射结的空间电荷区变窄，这时发射区的多数载流子电子不断通过发射结扩散到基区， 形成发射极电流IE，其方向与电子流动方向相反，如图3.2所示。（2）电子在基区中的扩散与复合由发射区来的电子注入基区后， 就在基区靠近发射结的边界积累起来， 右基区中形成了一定的浓度梯度，靠近发射结附近浓度最高，离发射结越远浓度越小。因此， 电子就要向集电结的方向扩散，在扩散过程中又会与基区中的空穴复合，同时接在基区的电源VEE的正端则不断从基区拉走电子， 好像不断供给基区空穴。电子复合的数目与电源从基区拉走的电子数目相等， 使基区的空穴浓度基本维持不变。这样就形成了基极电流IB， 所以基极电流就是电子在基区与空穴复合的电流。 也就是说， 注人基区的电子有一部分未到达集电结， 如复合越多， 则到达集电结的电子越少， 对放大是不利的。 所以为了减小复合，常把基区做得很薄 (几微米)，并使基区掺入杂质的浓度很低，因而电子在扩散过程中实际上与空穴复合的数量很少， 大部分都能到达集电结。（3）集电区收集电子集电结外加反向电压，其集电结的内电场非常强，且电场方向从C区指向B区。使集电区的电子和基区的空穴很难通过集电结，但对基区扩散到集电结边缘的电子却有很强的吸引力， 使电子很快地漂移过集电结为集电区所收集，形成集电极电流IC。 与此同时，集电区的空穴也会在该电场的作用下，漂移到基区， 形成很小的反向饱和电流ICB0 。2、电流分配关系与正向偏置的二极管电流类似，发射极电流iE与vBE成指数关系： 集电极电流iC是iE的一部分，即：式中称为BJT的电流放大系数三、BJT的特性曲线.共射极电路的特性曲线（1）输入特性VCE=0V时，b、e间加正向电压，这时发射结和集电结均为正偏，相当于两个二极管正向并联的特性。VCE1V时，这时集电结反偏，从发射区注入基区的电子绝大部分都漂移到集电极，只有小部分与空穴复合形成IB。 vCE1V以后，IC增加很少，因此IB的变化量也很少，可以忽略vCE对IB的影响，即输入特性曲线都重合。注意:发射结开始导通的电压vBE：0.6V0.7V(硅管)，0.10.3V(锗管)（2）输出特性曲线对于一确定的iB值，iC随VCE的变化形成一条曲线，给出多个不同的iB值，就产生一个曲线族。如图3.6所示。 IB = 0V， IC=ICEO BJT截止，无放大作用，因此对应IB=0的输出特性曲线以下的区域称为截止区如图3.6所示。 IB0 ， VCE1V ，iC随IB的变化不遵循的规律，而且iC随VCE的变化也是非线性的，所以该区域称为饱和区。 IB0、VCE1V，iC随iB的变化情况为： 或在这个区域中IC几乎不随VCE变化，对应于每一个IB值的特性曲线都几乎与水平轴平行，因此该区域称为线性区或放大区。四、BJT的主要参数 BJT的参数是用来表征管子性能优劣相适应范围的，它是选用BJT的依据。了解这些参数的意义，对于合理使用和充分利用BJT达到设计电路的经济性和可靠性是十分必要的。1.流放大系数BJT在共射极接法时的电流放大系数，根据工作状态的不同，在直流和交流两种情况下分别用符号 和表示。其中上式表明:BJT集电极的直流电流 IC与基极的直流电流IB的比值， 就是BJT接成共射极电路时的直流电流放大系数， 有时用hFE来代表。但是，BJT常常工作在有信号输人的情况下，这时基极电流产生一个变化量，相应的集电极电流变化量为，则与之比称为BJT的交流电流放大系数，记作即2.极间反向电流（1）集电极-基极反向饱和电流ICBO。表示发射极开路，c、b间加上一定的反向电压时的电流。（2）集电极-发射极反向饱和电流（穿透电流）ICEO。表示基极开路，c、e间加上一定的反向电压时的集电极电流。3.极限参数（1）集电极最大允许电流ICM。表示BJT的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。当电流超过ICM时，三极管的性能将显著下降，甚至有烧坏管子的可能。（2）集电极最大允许功耗PCM。表示BJT的集电结允许损耗功率的最大值。超过此值时，三极管的性能将变坏或烧毁。（3）反向击穿电压V（BR）CEO。 表示基极开路，c、e间的反向击穿电压。4、晶体管的选择（1）依使用条件选PCM在安全区工作的管子， 并给予适当的散热要求。（2）要注意工作时反向击穿电压 ， 特别是VCE不应超过 V（BR）CEO。（3）要注意工作时的最大集电极电流IC不应超过ICM。（4）要依使用要求：是小功率还是大功率， 低频、高频还是超高频，工作电源的极性，值大小要求。返回第三节共射极放大电路在实践中，放大电路的用途是非常广泛的，它能够利用BJT的电流控制作用把微弱的电信号增强到所要求的数值， 例如常见的扩音机就是一个把微弱的声音变大的放大电路。 声音先经过话筒变成微弱的电信号，经过放大器，利用BJT的控制作用，把电源供给的能量转为较强的电信号，然后经过扬声器 (喇叭)还原成为放大了的声音。为了了解放大器的工作原理，先从最基本的放大电路开始讨论。一、共射极基本放大电路的组成在图3.7所示的单管放大电路中， 采用NPN型硅BJT，VCC是集电极回路的直流电源 (一般在几伏到几十伏的范围)， 它的负端接发射极,正端通过电阻R接集电极， 以保证集电结为反向偏置；R是集电极电阻(一般在几千欧至几十千欧的范围)，它的作用是将BJT的集电极电流iC的变化转变为集电极电压VCE的变化。VBB是基极回路的直流电源,它的负端接发射极， 正端通过基极电阻Rb接基极，以保证发射结为正向偏置，并通过基极电阻 Rb(一般在几千欧至几百千欧的范围) (一般在几十千欧至几百千欧的范围)，由VBB供给基极一个合适的基极电流 对于硅管，VBE约为0.7V左右， 对于锗管，VBE约为0.2V左右，而VBB一般在几伏至几十伏的范围内(常取VBB=VCC)，即VBBVBE，所以近似有由上式可见，这个电路的偏流IB决定于VB，和Rb的大小，VBB和Rb经确定后，偏流IB就是固定的，所以这种电路称为固定偏流电路。Rb又称为基极偏且电阻。电容Cb1和Cb2称为隔直电容或耦合电容(一般在几微法到几十微法的范围