半导体分立元件及其基本电路

1、Chapter 41Chapter 42Chapter 43学习要求：学习要求：Chapter 444.1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识本征半导体、本征半导体、 N 型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体4.1.2 PN结结4.2.1 二极管及电路符号与基本结构二极管及电路符号与基本结构电路符号与基本结构电路符号与基本结构二极管伏安特性、主要参数二极管伏安特性、主要参数4.2.2二极管的电路模型及简单应用二极管的电路模型及简单应用理想模型理想模型、恒压降模型恒压降模型4.2.3 特殊二极管特殊二极管稳压管稳压管、发光二极管发光二极管、光电二极管光电二极管本讲主要内容本讲主要内容2.

2、恒压降模型恒压降模型1. 理想模型理想模型Chapter 45本讲重点掌握内容本讲重点掌握内容半导体的基本知识半导体的基本知识本征半导体、本征半导体、 N 型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体电路符号与基本结构电路符号与基本结构二极管伏安特性、主要参数二极管伏安特性、主要参数二极管的电路简单应用二极管的电路简单应用理想模型理想模型、恒压降模型恒压降模型、简单应用简单应用稳压管稳压管、发光二极管发光二极管、光电二极管光电二极管Chapter 46难点内容难点内容Chapter 474.1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识纯净的、具有晶体结构的半导体纯净的、具有晶体结构的半导体。 1.

3、本征半导体本征半导体 2 8 4+14Si2 818 4+32Ge4个价电子个价电子将四价元素硅或锗材料提纯并将四价元素硅或锗材料提纯并形成单晶体后，便形成共价键形成单晶体后，便形成共价键结构。结构。晶体结构晶体结构+4惯性核惯性核+4+4+4+4+4+4+4+4+4共价键共价键Chapter 48本征激发本征激发两种载流子两种载流子在半导体中有在半导体中有自由电子自由电子和和空穴空穴两种载流子，它两种载流子，它们都能参与导电。们都能参与导电。因热运动产生自由电子空穴对的现象。因热运动产生自由电子空穴对的现象。本征半导体中本征半导体中由于载流子数量极少，导电能力由于载流子数量极少，导电能力很低

4、。如果在其中参入微量的杂质很低。如果在其中参入微量的杂质( (某种元素某种元素) )将使将使其导电能力大大增强，其导电能力大大增强，且其导电性能由杂质的类型且其导电性能由杂质的类型和掺杂的数量支配，而不再取决于温度。和掺杂的数量支配，而不再取决于温度。Chapter 492. N 型半导体和型半导体和 P 型半导体型半导体N型半导体型半导体 在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入5价原子如砷（价原子如砷（As）、磷（）、磷（P）P型半导体型半导体 在本征半导体中掺入在本征半导体中掺入3价原子如硼（价原子如硼（B）、镓（）、镓（Ga）+4+4+4+4+4+4+4+5+5电离产生电离产生自由电子自由

5、电子+4+4+4+4+4+4+4+3+3多余空穴多余空穴Chapter 4104.1.2 PN结结 在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其在一块完整的硅片上，用不同的掺杂工艺使其一边形成一边形成N型半导体，另一边形成型半导体，另一边形成P型半导体。型半导体。在两种半导体交界面，在两种半导体交界面，离子薄层形成的空间电荷离子薄层形成的空间电荷区称为区称为PN结结。Chapter 411 PN 结加正向电压时，结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。结处于导通状态。 PN 结加反向电压时，结加反向电压时，PN结变宽，反向电流

6、较小，结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，反向电阻较大，PN结处于截止状态。结处于截止状态。Chapter 412 将将 PN 结加上相应的电极引结加上相应的电极引线和管壳，就成为半导体二线和管壳，就成为半导体二极管。极管。（1）点接触型二极管）点接触型二极管PN结面积小，结电容结面积小，结电容小，用于检波和变频小，用于检波和变频等高频电路。等高频电路。4.2.1 二极管及二极管及电路符号与基本结构电路符号与基本结构1.电路符号电路符号和基本结构和基本结构+iDuD阳极阳极阴极阴极Chapter 413（3）平面型二极管平面型二极管（2）面接触型二极管面接触型二极管PN结面积大，用于工结面积大

7、，用于工频大电流整流电路。频大电流整流电路。用于集成电路制造工艺中。用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。于高频整流和开关电路中。Chapter 414604020 0.02 0.0400.4 0.82550I / mAU / V反向特性反向特性死区电压死区电压当加正向电压，且当加正向电压，且u VT时时,VT称为死区电压。称为死区电压。硅管：硅管： VT0.5V，锗管：锗管：VT0.1V。导通时的正向压降导通时的正向压降硅管：硅管：0.6 0.7V，锗管：锗管：0.2 0.3V。正向特性正向特性（1） 正向特性正向特性（2） 反向特性反向特

8、性电流很小，几乎为零。电流很小，几乎为零。当当u0时，时，i= Is（反向饱和电流反向饱和电流）+iDuD2. 二极管伏安特性二极管伏安特性Chapter 415 当反向电压增大至当反向电压增大至U(BR)时，反向电流将突然增大。时，反向电流将突然增大。这种现象称为击穿，二极管失去单向导电性。这种现象称为击穿，二极管失去单向导电性。（3）反向击穿特性）反向击穿特性604020 0.02 0.0400.4 0.82550I / mAU / V反向特性反向特性击穿电压击穿电压U(BR)Chapter 4163. 主要参数主要参数 2. 最高反向工作电压最高反向工作电压 UDRM 它是保证二极管不被

9、击穿而给出的最高反向它是保证二极管不被击穿而给出的最高反向电压，一般是反向击穿电压的一半或三分之二。电压，一般是反向击穿电压的一半或三分之二。1. 最大整流电流最大整流电流 IFM 最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许最大整流电流是指二极管长时间使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。流过二极管的最大正向平均电流。3. 最大反向电流最大反向电流 IRM 它是指二极管上加反向工作峰值电压它是指二极管上加反向工作峰值电压UDRM时时的反向电流值。的反向电流值。Chapter 4174. 二极管的电路模型二极管的电路模型 二极管是一种非线性器件，一般采用非线性电二极管是一种非线性器件，一般采用

10、非线性电路的路的分析法。分析法。oiDuD+iDuD二极管导通后，二极管导通后，硅管：硅管：uD0.7V，锗管：锗管： uD0.3V。相当于一理想开关。相当于一理想开关。2.恒压降模型恒压降模型1. 理想模型理想模型Chapter 4184.2.2 二极管应用电路二极管应用电路 在电子技术中二极管电路得到广泛应用。基本电路在电子技术中二极管电路得到广泛应用。基本电路有限幅电路、整流电路、钳位电路、开关电路等。有限幅电路、整流电路、钳位电路、开关电路等。1. 整流电路整流电路当当us0，D导通，导通，uo=vs；当当usUON时，时，D1导通，导通，D2截止，截止， uo=0.7V； 当当uS

11、UON时，时，D2导通，导通，D1截止，截止， uo=0.7V； 当当| uS | UON时，时，D1、D2均截止，均截止， uo= us。输出。输出电压被限幅在电压被限幅在 0.7V，称，称双向限幅电路。双向限幅电路。Chapter 420例例4.1在图中，输入电位在图中，输入电位 UA = + 3 V， UB = 0 V， 电阻电阻 R 接接负电源负电源 12 V。求输出端电位。求输出端电位 UO。 因为因为UA 高于高于UB ，所以，所以D1 优优先导通。先导通。 设 二 极 管 的 正 向 压 降 是设 二 极 管 的 正 向 压 降 是 0.3V，则，则 UO = + 2.7V。 当

12、当 D1 导通后导通后, D2 因因反偏反偏而截而截止。止。 D1起起钳位钳位作用，将输出端电位作用，将输出端电位钳制在钳制在 + 2.7 V。 解：解：Chapter 4214.2.3 特殊二极管特殊二极管稳压管是一种特殊的面接稳压管是一种特殊的面接触型半导体硅二极管。稳触型半导体硅二极管。稳压管工作于反向击穿区。压管工作于反向击穿区。I/mAOUZIZIZM+ 正向正向 +反向反向 UZ IZU/V1. 稳压管稳压管稳压管反向击穿后，电流稳压管反向击穿后，电流虽然在很大范围内变化，虽然在很大范围内变化，但稳压管两端的电压变化但稳压管两端的电压变化很小。利用这一特性，稳很小。利用这一特性，稳

13、压管在电路中能起稳压作压管在电路中能起稳压作用用Chapter 422 稳压管的主要参数：稳压管的主要参数：1. 稳定电压稳定电压UZ 4. 稳定电流稳定电流 IZ3. 动态电阻动态电阻 rZ2. 电压温度系数电压温度系数 U （%/）5. 最大允许耗散功率最大允许耗散功率 PZMZZZIUr maxZZZMIUP 稳压值受温度变化影响的系数。稳压值受温度变化影响的系数。Chapter 423 电阻电阻R的作用的作用: 起起限流限流作用，以保护稳作用，以保护稳压管；压管； 当输入电压或负载电流当输入电压或负载电流变化时，通过该电阻上电压降变化时，通过该电阻上电压降的变化，取出误差信号以调节的变

14、化，取出误差信号以调节稳压管的工作电流，从而起到稳压管的工作电流，从而起到稳压作用。稳压作用。稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。稳压二极管在工作时应反接，并串入一只电阻。Chapter 424正常稳压时正常稳压时 UO =UZ 稳压条件是什么？稳压条件是什么？IZmin IZ IZmax不加不加R可以吗？可以吗？Chapter 4252. .发光二极管发光二极管ak 当电流流过时，发光二极当电流流过时，发光二极管将发出光来，光的颜色由管将发出光来，光的颜色由二极管材料（如砷化镓、磷二极管材料（如砷化镓、磷化镓）决定。化镓）决定。 发光二极管通常用作显示发光二极管通常用作显示器件，工作电

15、流一般在几器件，工作电流一般在几mA至几十至几十mA之间。之间。另一重要作用：将电信号变另一重要作用：将电信号变为光信号，通过光缆传输，为光信号，通过光缆传输，然后用光电二极管接收，再然后用光电二极管接收，再现电信号。现电信号。发光二极管的符号发光二极管的符号Chapter 4263. .光电二极管光电二极管akakipup+ （a）光电二极管的符号）光电二极管的符号（b）光电二极管的等效电路）光电二极管的等效电路光电二极管可将光信号转变为电信号。其特点是光电二极管可将光信号转变为电信号。其特点是它的反向电流与照度成正比。它的反向电流与照度成正比。Chapter 427放大电路放大电路RL+

16、Rs+ iUoUsUiIoI信号源信号源负载负载u放大的对象：输入信号（电压或电流）放大的对象：输入信号（电压或电流）u放大的本质：能量的控制放大的本质：能量的控制u放大的特征：功率放大放大的特征：功率放大u放大的基本要求：不失真，放大的前提放大的基本要求：不失真，放大的前提Chapter 4281. 放大倍数放大倍数电压放大倍数电压放大倍数ioUUAu 表征放大电路对微弱信号的放大能力，它是输出表征放大电路对微弱信号的放大能力，它是输出信号（信号（Uo、Io、Po）比输入信号增大的倍数，又称）比输入信号增大的倍数，又称增益。增益。 放大电路放大电路RL+ Rs+ iUoUsUiIoI源电压放

17、大倍数源电压放大倍数soUUAusuAlg20电压增益电压增益dBChapter 429电流放大倍数电流放大倍数ioIIAi功率增益功率增益iuiioPAAIUIUAo 放大电路放大电路RL+ Rs+ iUoUsUiIoI电流增益电流增益iAlg20dBChapter 4302.输入电阻和输出电阻输入电阻和输出电阻iiiIUrLSRUIUr0oRi反映了放大电路对信号源的衰减程度。反映了放大电路对信号源的衰减程度。Ri越大，放越大，放大电路从信号源索取的电流越小，加到输入端的信大电路从信号源索取的电流越小，加到输入端的信号号Ui 越接近信号源电压越接近信号源电压Us。 输入电阻输入电阻RL+

18、Rs+ iUoUsUiIoI+ oU rori输出电阻输出电阻LooLoooo) 1(RUURUUUr输出电阻输出电阻Ro的大小，反映了放大电路带负载能力的的大小，反映了放大电路带负载能力的强弱。强弱。ro越小，带负载能力越强。越小，带负载能力越强。 Chapter 4313.通频带通频带衡量放大电路对不同频率信号的适应能力衡量放大电路对不同频率信号的适应能力LHbwfff Lf下下限限频频率率Hf上限频率上限频率4.最大不失真输出电压最大不失真输出电压UomChapter 432 三极管三极管 共发射极放大电路共发射极放大电路 射极输出器射极输出器Chapter 4334.4.1半导体三极管

19、半导体三极管三极管的结构与符号三极管的结构与符号电流分配与放大作用电流分配与放大作用三极管的特性曲线三极管的特性曲线三极管的主要参数三极管的主要参数三极管的其它形式三极管的其它形式Chapter 4341. 三极管的结构与符号三极管的结构与符号 半导体三极管简称三极管半导体三极管简称三极管(晶体管晶体管)，是由，是由2个个PN结构成的，其基本功能：具有电流放大作用。结构成的，其基本功能：具有电流放大作用。N 型硅型硅BECN 型硅型硅P 型硅型硅( (a) ) 平面型平面型N 型锗型锗ECBPP( (b) )合金型合金型Chapter 435按结构可分为：按结构可分为：NPN型和型和PNP型。

20、型。集电极集电极，用用C表示表示集电区集电区，掺，掺杂浓度低杂浓度低基极基极，用，用B表示表示基区基区，薄，薄发射区发射区，掺，掺杂浓度高杂浓度高发射结发射结集电结集电结，面积，面积比发射结大比发射结大发射极发射极，用用E表示表示Chapter 436发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。becbec NPN型与型与PNP型三极管的工作原理相似，只型三极管的工作原理相似，只是使用时所加电源的极性不同。是使用时所加电源的极性不同。Chapter 437mA AVVmAICECIBIERB+UBE +UCE EBCEB3DG100用实验说明三极管的用实验说明三

21、极管的电流分配与放大作用电流分配与放大作用 实验电路采用共发射实验电路采用共发射极接法，极接法，NPN 型管。型管。 为了使三极管具有放大作用，电源为了使三极管具有放大作用，电源 EB 和和 EC 的极的极性必须使性必须使发射结上加正向电压发射结上加正向电压(正向偏置正向偏置)，集电结加，集电结加反向电压反向电压(反向偏置反向偏置)。 改变可变电阻改变可变电阻 RB，则基极电流，则基极电流 IB、集电极电流、集电极电流 IC 和发射极电流和发射极电流 IE 都发生变化，都发生变化，2.电流分配与放大作用电流分配与放大作用Chapter 438IB/mA 0 0.02 0.04 0.06 0.0

22、8 0.10IC/mA 0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95IE/mA 0UBC UB UEPNP 型三极管应满足型三极管应满足: UEB 0UCB 0即即 UC UB UB UE 。+iBiCuBEuCEIC IB(2) 截止区截止区IB = 0 时时, IC = ICEO( (很小很小) )。为了使三极管可靠截止，常使为了使三极管可靠截止，常使 UBE 0，截止时集，截止时集电结也处于反向偏置电结也处于反向偏置(UBC 0)，此时，此时, IC 0 。Chapter 442(3) 饱和区饱和区 当当 UCEUCES 0)，三极管，三极管工作于饱和状态。工作于饱和状态

23、。 在饱和区，在饱和区，IC 和和 IB 不成正比。不成正比。+iBiCuBEuCE 当三极管饱和时，当三极管饱和时，UCE 0，C-E间如同一个开关的接通；间如同一个开关的接通； 当三极管截止时，当三极管截止时，IC 0 ， C-E之间如同一个开关的断开；之间如同一个开关的断开； 可见，三极管除了有可见，三极管除了有放大作用放大作用外，还有外，还有开关作用开关作用。Chapter 443 管型管型 工工 作作 状状 态态 饱和饱和 放大放大 截截 止止 UBE/V UCE/V UBE/V UBE/V 开始开始截止截止 可靠可靠截止截止硅管硅管(NPN)锗管锗管(PNP) 0.7 0.3 0.

24、3 0.1 0.6 0.7 0.2 0.3 0.5 0.1 0 0.1三极管结电压的典型值三极管结电压的典型值+iBiCuBEuCEChapter 4444.三极管的主要参数三极管的主要参数（1）电流放大系数）电流放大系数 ，直流放大系数直流放大系数BCII QIIBC 交流放大系数交流放大系数 在输出特性曲线近于平行等距并且在输出特性曲线近于平行等距并且 ICEO 较较小的情况下小的情况下, ,可近似认为可近似认为 iCuCEoICEOChapter 445（2）极间反向电流）极间反向电流1）集）集-基极间反向饱和电流基极间反向饱和电流ICBOA+ICBOUCC 其大小取决于温度和少数载其大

25、小取决于温度和少数载流子的浓度。流子的浓度。小功率锗管：小功率锗管：ICBO10A，小功率硅管：小功率硅管：ICBO1A。测量电路测量电路2）集）集-射极间反向饱和（穿透）电流射极间反向饱和（穿透）电流ICEOAICEOUCCICEO=（1+）ICBO ICEO大的管子性能不稳定，通常大的管子性能不稳定，通常把把ICEO作为判断管子质量的重要依作为判断管子质量的重要依据。据。当工作环境温度变化范围较大时应选硅管。当工作环境温度变化范围较大时应选硅管。Chapter 446（3）极限参数）极限参数1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICM 当当 值下降到正常数值的三分之二时的集电极值下降到

26、正常数值的三分之二时的集电极电流，称为集电极最大允许电流电流，称为集电极最大允许电流 ICM 。2）集）集射反向击穿电压射反向击穿电压 U(BR)CEO表示三极管电极间承受反向电压的能力。表示三极管电极间承受反向电压的能力。当当UCE U(BR)CEO时，时，ICEO，管子损坏。，管子损坏。Chapter 447PCM表示集电结上允许损耗功率的最大值。超过表示集电结上允许损耗功率的最大值。超过此值，集电结会过热烧毁。此值，集电结会过热烧毁。 PCM= iCuCE 对大功率管为了提对大功率管为了提高高PCM ，通常采用加，通常采用加散热装置的方法。散热装置的方法。iCU(BR)CEOuCEPCM

27、oICEO安安 全全 工工 作作 区区ICMChapter 4485. 三极管的其它形式三极管的其它形式1）复合三极管）复合三极管1 2复合管的类型复合管的类型取决于取决于T1管管Chapter 4492）光电三极管和光电耦合器）光电三极管和光电耦合器 将光信号转变为电流信号，且可将光电流放大将光信号转变为电流信号，且可将光电流放大倍。倍。光电三极管光电三极管光电耦合器光电耦合器实现电实现电-光光-电的传电的传输和转换。输和转换。Chapter 450小结小结电压放大倍数、电压放大倍数、 源电压放大倍数、源电压放大倍数、 电压增益电压增益电流放大倍数、电流放大倍数、电流增益、电流增益、 功率增

28、益功率增益输入电阻、输入电阻、输出电阻输出电阻通频带、通频带、最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom、Chapter 451 结构可分为：结构可分为：NPN型和型和PNP型。型。 为了使三极管具有放大作用，为了使三极管具有放大作用，发射结上发射结上加正向电压加正向电压(正向偏置正向偏置)，集电结加反向，集电结加反向电压电压(反向偏置反向偏置)。 电流放大系数电流放大系数BCEIII 半导体三极管简称三极管半导体三极管简称三极管(晶体管晶体管)，是由，是由2个个PN结构成的，其基本功能：具有电流放大作用。结构成的，其基本功能：具有电流放大作用。输入特性曲线、输入特性曲线、输出特性曲线输出特性

29、曲线(3) 饱和区饱和区(1) 放大区放大区(2) 截止区截止区BCII Chapter 452三极管有三极管有放大作用放大作用，开关作用开关作用三极管结电压的典型值三极管结电压的典型值三极管的主要参数三极管的主要参数复合三极管、复合三极管、光电三极管和光电耦合器光电三极管和光电耦合器Chapter 4534.4.2 4.4.2 共发射极放大电路共发射极放大电路 共射极放大电路的组成及放大原理共射极放大电路的组成及放大原理 静态分析静态分析 动态分析动态分析 射极偏置电路射极偏置电路Chapter 4541. 共射极放大电路的组成及放大原理共射极放大电路的组成及放大原理起放大作用起放大作用保证

30、保证ui加到发加到发射结，且射结，且UCC不影响不影响us保证只将信号保证只将信号输送到负载输送到负载将将iC转换为转换为uo保证保证T处于放大处于放大状态，并提供电状态，并提供电路能量路能量Chapter 455直流量：直流量：字母大写，下标大写。字母大写，下标大写。IB，IC，UCE。交流量：交流量：字母小写，下标小写。字母小写，下标小写。ib，ic，uce。瞬时量：瞬时量：字母小写，下标大写。字母小写，下标大写。iB，iC，uCE。交直流量共存！交直流量共存！ 放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上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。附加了小的交流信号。Ch

31、apter 4562. 静态分析静态分析 当输入信号当输入信号us=0时，电路中各电压、电流均为直流，时，电路中各电压、电流均为直流，故称静态。管子在静态时的电压、电流（故称静态。管子在静态时的电压、电流（IB、IC、UCE、）称静态值。、）称静态值。静态分析：确定放大电路中的静态静态分析：确定放大电路中的静态工作点工作点Q。（1）用估算法确定静态工作点）用估算法确定静态工作点QC开路开路Chapter 457BCII bCCbBECCBRVRUVI CCCCCEIRVU 输入回路输入回路输出回路输出回路由直流通路由直流通路Chapter 458例例4.2 =50，VCC =12V，RC=6k

32、 求：当求：当Rb =600k ， Rb =200k 时，时， 三极管的静态工作点三极管的静态工作点Q位于位于哪个区？哪个区？mA2612max CCCCRVI而而iC 最大饱和电流：最大饱和电流： Q 位于放大区位于放大区 已知：已知：解：解： 当当Rb =600k 时时bCCbBECCBRVRUVI A20mA02. 060012 BCII mA102. 050 CmaxCII Chapter 459当当Rb =200k 时时 Q 位于饱和区位于饱和区 bCCbBECCBRVRUVI A60mA06. 020012 BCII mA306. 050 CmaxCII Chapter 460uC

33、EiCoVCCMNCCCRV），（CCC0NRVMN称放大电路的称放大电路的直流负直流负载线，斜率为载线，斜率为1/RC。图解步骤：图解步骤： 用估算法求出基极电流用估算法求出基极电流IB。 根据根据IB在输出特性曲线中找到对在输出特性曲线中找到对应的应的IC曲线。曲线。 作直流负载线。作直流负载线。（2）用图解法确定静态工作点）用图解法确定静态工作点QUCE=VCC ICRC），（0MCCVIB 确定静态工作点确定静态工作点Q。ICUCEQChapter 4613. 动态分析动态分析图解分析法图解分析法当放大电路输入信号当放大电路输入信号ui后，电路中各电压、电流后，电路中各电压、电流便在其

34、静态值附近随信号变化的而做动态变化。便在其静态值附近随信号变化的而做动态变化。动态分析动态分析 分析信号的传输情况，即计算放大电路的性分析信号的传输情况，即计算放大电路的性能指标如能指标如Au、ri、ro等。等。动态分析法动态分析法小信号模型分析法小信号模型分析法Chapter 462图解分析法图解分析法静态工作点静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。若造成影响。若Q点偏高，出现饱和失真；若点偏高，出现饱和失真；若Q点偏低，点偏低，出现截止失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失出现截止失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。真。加入加入ui后，

35、后，iB、iC、uCE都在静态直流量的基础上都在静态直流量的基础上叠加了一个交流量，即叠加了一个交流量，即 iB=IBQ+ib iC=ICQ+ic uCE=UCEQ+uce uCE中的交流成分中的交流成分uce （uo）远大于）远大于ui，波形相同且，波形相同且与与ui相位相反，体现了放大作用相位相反，体现了放大作用,又称反相放大又称反相放大Chapter 463小信号模型分析法小信号模型分析法分析思路：分析思路：在小信号在小信号(微变量微变量)情况下工作时，可情况下工作时，可在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三极管就可以等

36、效为一个替三极管的特性曲线，三极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组线性元件。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。然后用线性成的放大电路等效为一个线性电路。然后用线性电路的分析方法来计算放大电路的性能指标。电路的分析方法来计算放大电路的性能指标。三极管的小信号等效电路三极管的小信号等效电路放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路计算放大电路的性能指标计算放大电路的性能指标Chapter 464三极管的小信号等效电路三极管的小信号等效电路+iBiCuBEuCEoiB uBE UCEIB Q IB UBEbbeBBEbeiuIUr )mA(m

37、V)(26)1(300EbeIr rbeubeib+be三极管的输入电阻三极管的输入电阻低频小功率管输入电阻的估算公式低频小功率管输入电阻的估算公式rbe的量级从几百欧到几千欧。的量级从几百欧到几千欧。Chapter 465QiC uCE IB ICICUCE+iBiCuBEuCE输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线。输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线。当当 UCE 为常数时，为常数时，CECEbcBCUUiiII 集电极和发射极之间可等效为集电极和发射极之间可等效为一个受一个受ib控制的电流源控制的电流源 ib+uceicceChapter 466三极管的小信号等效电路三极管的小信号等

38、效电路+ibicubeucebeec ib+uceiccerbeubeib+be)mA(mV)(26)1(300EbeIr Chapter 467放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路a. 画交流通路画交流通路C短路短路VCC对地短路对地短路b. 画出小信号等效电路画出小信号等效电路Chapter 468计算放大电路的性能指标计算放大电路的性能指标电压放大倍数电压放大倍数Au由输入回路：由输入回路：bbeiIrU LcoRIU bcII LcL/ RRR iouUUA beLrR 由输出回路：由输出回路：负号表示负号表示uo与与ui反相反相Chapter 469输入电阻输入电阻ri输出电

39、阻输出电阻robebebiii/rrRIUr coRr 000bcbi IIIU 时，时，受控电流源相当于开路，受控电流源相当于开路，Chapter 470例例4.3分析图示各电路有无正常电压放大的能力。分析图示各电路有无正常电压放大的能力。无电压放大能力。无电压放大能力。因为没接入因为没接入RC，交流，交流输出短路。输出短路。无电压放大能力。无电压放大能力。因为因为VBB对交流输对交流输入信号短路，入信号短路，ui无无法控制法控制ib。Chapter 471无电压放大能力。无电压放大能力。因为因为UBEQ=0，管子静态，管子静态时工作于截止区。时工作于截止区。分析：组成放大电路的原则是：分析

40、：组成放大电路的原则是： 1）必须保证三极管静态时工作于放大区。）必须保证三极管静态时工作于放大区。 2）信号的输入和负载的接入，既要保证交流信）信号的输入和负载的接入，既要保证交流信号能顺利传输，又不能因信号源和负载的接入，而号能顺利传输，又不能因信号源和负载的接入，而改变三极管的偏置电压。改变三极管的偏置电压。Chapter 472例例4.4电路如图所示。电路如图所示。已知已知 三极管的三极管的UBE=0.7V，=50，Rb=377k， Rc=6k， RL=3k， Rs=100， VCC=12V。试计算：试计算：1、电路的静态工作点、电路的静态工作点Q。2、电压放大倍数、电压放大倍数Au、

41、Aus。3、输入电阻、输入电阻ri、输出电阻、输出电阻ro。Chapter 473IBQbBECCBRUVI 解：解：1、求静态工作点、求静态工作点Q根据直流通路，有根据直流通路，有则则 IC=IB = 50 0.03 =1.5（mA） UCE= VCCICRc =121.5 6 =3VA303777 . 012 Chapter 4742、电压放大倍数、电压放大倍数Au、Aus画出小信号等效电路。画出小信号等效电路。iouUUA bbeLcb/IrRRI beLc/rRR Ebe261300Ir）（ 12005 . 126501300）（3 .832 . 13/650u AChapter 47

42、5usisiiosousAUUUUUUUUA uisiusArRrA Rb=377k， Rs=100 rbe=1k，Au=83.37 .753 .831/3771 . 01/377us ）（A3、输入电阻、输入电阻ri、输出电阻、输出电阻rori = Rb/ rbe1kro = Rc= 6kubebsbeb/ArRRrR Chapter 4764. 射极偏置电路射极偏置电路1)电路结构电路结构TICIE UReUBE IBICCCb2b1b2BVRRRU 采用分压式电路采用分压式电路固定基极电位固定基极电位自动调节过程：自动调节过程：该电路又称工作点稳定电路。该电路又称工作点稳定电路。Re电阻

43、实现电阻实现自动调节自动调节Chapter 4772)静态分析静态分析CCb2b1b2BVRRRU eBEBERUUICcEeCCCEIRIRVU EceCCIRRV ）（直流通路如图直流通路如图当当I1 IB且且足够大时，足够大时，可有：可有：Chapter 4783）动态分析）动态分析小信号等效电路如图。小信号等效电路如图。指标计算与固定偏置指标计算与固定偏置电路相同。电路相同。Chapter 4794.4.3 射极输出器射极输出器EeBEBbCCIRUIRV 1、静态分析、静态分析BE1II ）（ EeCCCEIRVU 信号由基极输入，由发信号由基极输入，由发射极输出。射极输出。ebBE

44、CCB1RRUVI）（ Chapter 4802、动态分析、动态分析Lbo1RIU ）（ Lbbebi1RIrIU ）（ LbeLiou11RrRUUA ）（）（ 电压增益：电压增益：beL1rR ）（ 1u A画出小信号等效电路画出小信号等效电路故又称电压跟随器。故又称电压跟随器。LeL/RRR Chapter 481ri=Rb/rbe+（1+）RL输出电阻：输出电阻：ebsbeo/1/RRRrr 1sbeRr输入电阻：输入电阻：射极输出器的主要特点：射极输出器的主要特点： 电压放大倍数接近电压放大倍数接近 1； 输入电阻高；输入电阻高； 输出电阻低。输出电阻低。因此，它常被用作多级放大电路

45、的输入级或输因此，它常被用作多级放大电路的输入级或输出级。出级。riroChapter 4824.5 4.5 场效应管及其放大电路场效应管及其放大电路 场效应管是一种利用电压（电场效应）来控制电流的一种半导体器件，从信号源吸取的电流很少，输入电阻很高。仅由一种载流子参与导电的半导体器件。场效应管：结型N沟道P沟道绝缘栅型（MOS型）N沟道P沟道增强型耗尽型增强型耗尽型Chapter 4831.绝缘栅型场效应管绝缘栅型场效应管N沟道增强型沟道增强型增强型：VGS=0时，漏源之间没有导电沟道，在VDS作用下无iD。 VGS0时，漏源之间形成导电沟道。耗尽型：VGS=0时，漏源之间有导电沟道，在VD

46、S作用下iD。Chapter 484工作原理：工作原理： （以（以N N沟道增强型为例）沟道增强型为例）(a) VGS=0时，漏源之间相当两个背靠背的 二极管，在D、S之间加上电压，不管VDS极性如何，其中总有一个PN结反向，所以不存在导电沟道。 VGS =0， ID =0VGS必须大于必须大于0管子才能工作。管子才能工作。Chapter 485 （b b）当）当VGS0 ，在，在SioSio2 2介介质中产生一个垂直于半导体质中产生一个垂直于半导体表面的电场，排斥表面的电场，排斥P P区多子空区多子空穴而吸引少子电子。穴而吸引少子电子。栅极下栅极下方的方的P P型半导体表层中聚型半导体表层中

47、聚集较多的电子，将漏极和集较多的电子，将漏极和源极沟通，形成沟道。如源极沟通，形成沟道。如果此时果此时V VDSDS00，就可以形就可以形成漏极电流成漏极电流I ID D。随着。随着V VGSGS的的继续增加，继续增加，I ID D增加。增加。Chapter 486（1）转移特性N沟道耗尽型场效应管特性曲线（1）转移特性）转移特性IDSS：漏极饱和电流：漏极饱和电流UGS（OFF）：夹断电压：夹断电压UP21PGSDSSDUuIi曲线表达式：曲线表达式：Chapter 487（2）输出特性）输出特性（2）输出特性N沟道耗尽型场效应管特性曲线可变电阻区：可变电阻区：iD与与uDS线性线性uGS增

48、大电阻变小增大电阻变小线性放大区：线性放大区：uGS一定，一定，iD不变不变iD随随uGS线性变化线性变化Chapter 488N沟道增强型特性曲线(a)转移特性 （b）输出特性 Chapter 489(1) 开启电压VT ：在VDS为一固定数值时，能产生ID所需要的 最小 |VGS | 值。（增强）(2) 夹断电压VP ：在VDS为一固定数值时，使 ID为零 时的 |VGS | 值。（耗尽）(3) 饱和漏极电流IDSS ：在VGS = 0时， VDS 一定时的漏 极电流。（耗尽） (4) 跨导 gm ：表示vGS对iD的控制作用。DSGSDmVvdidg =在转移特性曲线上， gm 是曲线在

49、某点上的斜率，也可由iD的表达式求导得出，单位为 mA/V。(5) 漏源击穿电压 V(BR)DS： 反向击穿电压 Chapter 490交流信号是从栅极输入，漏极输出，源极作为公共端。交流信号是从栅极输入，漏极输出，源极作为公共端。其中其中C1、C2为耦合电容，其作用是隔直通交；为耦合电容，其作用是隔直通交；CS为源为源极旁路电容，消除极旁路电容，消除RS对交流信号的衰减对交流信号的衰减Chapter 491（1）静态分析）静态分析直流通路 估算法： 画直流通路 VG=VDDRg2/(Rg1+Rg2) VGS= VGVS= VGIDRS ID= IDSS1(VGS /VP)2 VDS= VDD

50、ID(Rd+RS) 解出VGS、ID和VDS。Chapter 492（2）动态分析）动态分析场效应管的小信号模型场效应管的小信号模型Chapter 493画交流通路如图画交流通路如图Chapter 494画微变等效电路画微变等效电路LdLLmiLdgsm/)/(RRRRgVRRVgAv电压放大倍数电压放大倍数AuChapter 495输入输出电阻输入输出电阻3g2g13.i.ii/ggRRRRIVrdoo=RIVroChapter 4964.6 4.6 多级放大电路多级放大电路一、多级放大电路基本概念一、多级放大电路基本概念Chapter 497 两级阻容耦合放大电路两级阻容耦合放大电路R1R

51、3+VccuiT1+-C1+C2R2R4C3+-uoRLC4T2+R5R6阻容耦合阻容耦合 将放大电路将放大电路的前级输出端通过电容接到后级输入端的连接方式的前级输出端通过电容接到后级输入端的连接方式特点特点（1）各级静态工作点彼此独立）各级静态工作点彼此独立（2）不能放大缓慢变化信号，）不能放大缓慢变化信号，低频特性差低频特性差（3）不宜集成化）不宜集成化Chapter 4982、 直接耦合直接耦合 将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端的连接方式将前一级的输出端直接连接到后一级的输入端的连接方式 (a) 直接耦合直接耦合Rb2Rc1+VccuiT1+-+-uoRb1Rc2T2特点：特点：（1）各级静态工作点彼此影响）各级静态工作点彼此影响（2）能放大缓慢变化信号，宜集）能放大缓慢变化信号，宜集 成化成化（3）