电子技术（电工学Ⅱ）（第3版）课件 孙立功 第1、2章 常用半导体器件、基本放大电路

电子技术教材:《电子技术》（电工学Ⅱ）孙立功主编高等教育出版社参考教材：

《电子技术》，罗会昌主编，机械工业出版社

《电工学》（下册），秦曾煌主编，高教出版社

序言

电工技术是研究电能的传输、分配、应用的技术，而电子技术则侧重于研究信号的处理和传递。我们在电路理论中所学的定律、分析方法在电子电路分析中仍然使用，但更侧重于各种电子元器件的特性。因此，电工技术和电子技术的学习方法有一些不同。非电专业学生学习电子技术重在应用，学会分析问题、解决问题的方法，具有将电子技术应用到本专业的能力。电子技术部分：模拟电子技术，数字电子技术。模拟电子技术研究模拟电路，数字电子技术研究数字电路。模拟信号是指在时间和数值上都连续的信号。数字信号是指在时间和数值上都不连续的信号，即所谓离散的。tt第一章常用半导体器件第三节特殊二极管第四节晶体管第二节二极管第一节PN结第一章常用半导体器件

学习电子技术，就是要掌握常用半导体器件的原理、特性，以及由这些器件所组成的电子电路的分析方法。二极管与晶体管是最常用的半导体器件，而PN结是构成各种半导体器件的基础。第一节

PN结什么是半导体?

半导体是导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。

例如：硅、锗、硒以及大多数金属氧化物和硫化物都是半导体。半导体的导电能力在不同的条件下有很大的差别。一、半导体的导电特性1、半导体的导电特性：(可做成温度敏感元件，如热敏电阻)。掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变(可做成各种不同用途的半导体器件，如二极管、晶体管和晶闸管等）。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化(可做成各种光敏元件，如光敏电阻、光敏二极管、光敏三极管等)。热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强2、本征半导体

完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体。晶体中原子的排列方式硅单晶中的共价健结构共价健共价键中的两个电子，称为价电子。

Si

Si

Si

Si价电子

Si

Si

Si

Si价电子

价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，即可挣脱原子核的束缚，成为自由电子（带负电），同时共价键中留下一个空位，称为空穴（带正电）。本征半导体的导电机理这一现象称为本征激发。空穴

温度愈高，晶体中产生的自由电子便愈多，同时空穴也越多。自由电子本征半导体的导电机理

当半导体两端加上外电压时，在半导体中将出现两部分电流

(1)自由电子作定向运动

电子电流

(2)价电子递补空穴空穴电流自由电子和空穴都称为载流子。

在外电场的作用下，空穴吸引相邻原子的价电子来填补，而在该原子中出现一个空穴，其结果相当于空穴的运动（相当于正电荷的移动）。本征半导体的导电机理注意：

(1)本征半导体中载流子数目极少,其导电性能很差；

(2)温度愈高，载流子的数目愈多,半导体的导电性能也就愈好。

自由电子和空穴成对地产生的同时，又不断复合。在一定温度下，载流子的产生和复合达到动态平衡，半导体中载流子便维持一定的数目。所以，温度对半导体器件性能影响很大。3、杂质半导体

掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体或N型半导体。掺入五价元素

Si

Si

Si

Sip+多余电子磷原子在常温下即可变为自由电子失去一个电子变为正离子

在N

型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。N型半导体P型半导体

掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或P型半导体。掺入三价元素

Si

Si

Si

Si

在P型半导体中空穴是多数载流子，自由电子是少数载流子。B–硼原子接受一个电子变为负离子空穴无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。1.在杂质半导体中多子的数量与

（a.掺杂浓度、b.温度）有关。2.在杂质半导体中少子的数量与（a.掺杂浓度、b.温度）有关。3.当温度升高时，少子的数量（a.减少、b.不变、c.增多）。abc4.在外加电压的作用下，P型半导体中的电流主要是

，N型半导体中的电流主要是。（a.电子电流、b.空穴电流）ba二、PN结极其单向导电性

PN结是通过特殊的半导体制造技术，在一块半导体基片上掺入不同的杂质，使其一边为N型半导体，另一边为P型半导体，其交界面便形成了PN结。P型半导体N型半导体－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－PN结也称空间电荷区、或耗尽层、或内电场、或阻挡层。1、PN结的形成多子的扩散运动内电场少子的漂移运动浓度差P型半导体N型半导体

内电场越强，漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄。

扩散的结果使空间电荷区变宽。

扩散和漂移这一对相反的运动最终达到动态平衡，空间电荷区的厚度固定不变。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－动画形成空间电荷区2、PN结的单向导电性1.PN结加正向电压（正向偏置）PN结变窄P接正、N接负外电场IF

内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流。

PN结加正向电压时，PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态。内电场PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++动画+–2.PN结加反向电压（反向偏置）外电场P接负、N接正内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－动画–+PN结变宽2.PN结加反向电压（反向偏置）外电场

内电场被加强，少子的漂移加强，由于少子数量很少，形成很小的反向电流。IRP接负、N接正温度越高少子的数目越多，反向电流将随温度增加。动画–+PN结加反向电压时，PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态。内电场PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－1.PN结的特性是

（a.单向导电性b.正向导通c.反向截至）2.PN结的正向电阻（a.较大、b.趋于零）3.当温度升高时，反向电流将（a.减少、b.不变、c.增大）。abc第二节二极管常见的外形：

二极管是最基本的电子元件，其内部主要是一个PN结，加上引出的两个电极。一、基本结构(a)点接触型(b)面接触型

结面积小、结电容小、正向电流小。用于检波和变频等高频电路。

结面积大、正向电流大、结电容大，用于工频大电流整流电路。(c)平面型

用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。第二节二极管阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅(

c

)平面型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳(

a)

点接触型铝合金小球N型硅阳极引线PN结金锑合金底座阴极引线(

b)面接触型二极管的结构示意图阴极阳极(

d

)

符号D二、伏安特性硅管0.5V,锗管0.1V。反向击穿电压U(BR)导通压降

外加电压大于死区电压二极管才能导通。

外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。正向特性反向特性特点：非线性硅0.6~0.8V锗0.2~0.3VUI死区电压PN+–PN–+

反向电流在一定电压范围内保持常数。三、主要参数1.

最大整流电流

IDM二极管长期工作时，允许通过二极管的最大正向平均电流。2.

反向工作峰值电压URM二极管在使用时允许外加的最高反向电压。一般是二极管反向击穿电压UBR的一半或三分之二。二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。它与PN结的结面积和外界散热条件有关，使用时超过此值，会使PN结过热而烧坏二极管。三、主要参数4.

最高工作频率fM二极管单向导电作用开始明显退化时交流信号的频率。因为PN结具有电容效应。3.

反向峰值电流IRM二极管外加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流小，说明管子的单向导电性好。IRM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，锗管的反向电流较大，为硅管的几十到几百倍。二极管的单向导电性1.二极管加正向电压（正向偏置，阳极接正、阴极接负）时，二极管处于正向导通状态，二极管正向电阻较小，正向电流较大。2.二极管加反向电压（反向偏置，阳极接负、阴极接正）时，二极管处于反向截止状态，二极管反向电阻较大，反向电流很小。

3.外加电压大于反向击穿电压二极管被击穿，失去单向导电性。4.二极管的反向电流受温度的影响，温度愈高反向电流愈大。

四、应用举例定性分析：判断二极管的工作状态导通截止否则，正向管压降硅0.6~0.7V锗0.2~0.3V

分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压UD的正负。若V阳

>V阴或UD为正(正向偏置)，二极管导通若V阳

<V阴或UD为负(反向偏置)，二极管截止

若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零，反向截止时二极管相当于断开。电路如图，求：UABV阳

=－6VV阴=－12VV阳>V阴二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB=－6V否则，UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V例1：

取B点作参考点，断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电位。

在这里，二极管起钳位作用。D6V12V3k

BAUAB+–ui>8V，二极管导通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二极管截止，可看作开路uo=ui已知：二极管是理想的，试画出uo

波形。8V例2：二极管的用途：

整流、检波、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。ui18V参考点二极管阴极电位为8VD8VRuoui++––第三节特殊二极管符号

稳压二极管是一种特殊的面接触型二极管，由于它与适当阻值的电阻配合后能起稳压作用，故称稳压二极管。

稳压二极管工作于反向击穿状态，当反向电压撤去后，管子还是正常的，称可逆性击穿。+—

一、稳压二极管AK1、稳压作用UZIZIZM

UZ

IZ

伏安特性

稳压管正常工作时加反向电压使用时要加限流电阻

稳压管反向击穿后，电流变化很大，但其两端电压变化很小，利用此特性，稳压管在电路中可起稳压作用。UIO2、主要参数(1)稳定电压UZ

稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。(4)电压温度系数

ｕ环境温度每变化1

C引起稳压值变化的百分数。(3)动态电阻(2)稳定电流IZ、最大稳定电流IZM(5)最大允许耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。3、稳压电路

UI=UR+UO=UR+UZ=IRR+UZ

若UI增加，则UO有增加的趋势，即UZ会增加，IZ会大大增加，使IRR大大增加，则限制了UO的增加，维持不变，反之亦然。

UOUIIZRDZUZIR

若负载增加，其稳压原理一样。

例：右图所示电路，UZ=8V，IZM=18mA，US=20V，问R=500Ω是否合适，应为多少？

解：I==24mA＞18mA

不适合。R≥=667Ω

RUS-UZ=20-850020-818US=20VRUZ=8V二、光电二极管

光电二极管是利用PN结的光敏特性，将接收到的光的变化转变为电流的变化。

当光照射二极管的PN结时，将成对的产生自由电子和空穴，使少子浓度提高，使反向电流增加，光的变化转变为电流的变化。工作时加反向电压，反向电流随光照强度的增加而上升。IU照度增加符号光电二极管三、发光二极管发光二极管是将电能转换为光能的半导体器件，简称LED。符号当发光二极管正向偏置有电流通过时，由于电子与空穴复合而释放能量，从而发出不同颜色的光。三、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，正向电压较一般二极管高，电流为几~几十mA。

所发出光的颜色由半导体中所掺杂质决定,常见的红、黄、绿色掺入了磷砷化镓和磷化镓。第四节晶体管

晶体管又称半导体三极管，是一种重要的半导体器件。它的放大作用和开关作用引起了电子技术的飞跃发展。一、基本结构

晶体管的结构，目前常见的有平面型和合金型两类。硅管主要是平面型，锗管都是合金型。而从制造型号上，常分为NPN型和PNP型。NNP基极发射极集电极NPN型BECBECPNP型PPN基极发射极集电极符号：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三极管PNP型三极管基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结BECNNP基极发射极集电极结构特点：集电区：面积最大二、电流放大作用1.三极管放大的外部条件BECNNPEBRBECRC发射结正偏、集电结反偏PNP发射结正偏VB<VE集电结反偏VC<VB从电位的角度看：

NPN

发射结正偏VB>VE集电结反偏VC>VB

2.各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05结论:1）三电极电流关系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）

IC

IB

把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。

实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。3.三极管内部载流子的运动规律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO

基区空穴向发射区的扩散可忽略。

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。

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。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。

集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。3.三极管内部载流子的运动规律IC=ICE+ICBO

ICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBO

IBEICE与IBE之比称为共发射极电流放大倍数集－射极穿透电流,温度

ICEO

(常用公式)若IB=0,则

IC

ICE0三、特性曲线

即管子各电极电压与电流的关系曲线，是管子内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。为什么要研究特性曲线：

1）直观地分析管子的工作状态

2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路

重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线发射极是输入回路、输出回路的公共端共发射极电路输入回路输出回路

测量晶体管特性的实验线路ICEBmA

AVUCEUBERBIBECV++––––++1.

输入特性特点:非线性死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。正常工作时发射结电压：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型锗管

UBE0.2~0.3VIB(

A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO2.输出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大区输出特性曲线通常分三个工作区：(1)放大区

在放大区有IC=

IB

，也称为线性区，具有恒流特性。

在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止区IB<0以下区域为截止区，有IC0

。

在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。饱和区截止区（3）饱和区

当UCE

UBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，

IB

IC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。

深度饱和时，硅管UCES0.3V，

锗管UCES0.1V。四、主要参数1.电流放大系数，

直流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成共发射极电路时，

表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：

和

的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的

值在20~200之间。例：在UCE=6V时，在Q1点IB=40A,IC=1.5mA；

在Q2点IB=60A,IC=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：

=。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1点，有由Q1和Q2点，得2.集-基极反向截止电流ICBO

ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度

ICBO

ICBO

A+–EC3.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO

AICEOIB=0+–

ICEO受温度的影响大。温度

ICEO

，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。4.

集电极最大允许电流ICM5.

集-射极反向击穿电压U(BR)CEO

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。

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。6.

集电极最大允许耗散功耗PCMPCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。

PC

PCM=ICUCE

硅管允许结温约为150C，锗管约为70

90C。ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEO五、温度对晶体管参数的影响1、温度每增加10

C，ICBO增大一倍。硅管优于锗管。2、温度每升高1

C，UBE将减小–(2~2.5)mV，即晶体管具有负温度系数。即IB将增大。3、温度每升高1

C，

增加0.5%~1.0%。其总的效果将会使IC增大。例：图示电路，试判断开关S分别接在A、B、C三点时，晶体管的工作状态。SABC10K100K3V3V10Vβ=503K解：1、S接A点时，晶体管发射结反向偏置，晶体管截止，所以晶体管处于截止区。2、S接B点时：所以晶体管处于放大区。例：图示电路，试判断开关S分别接在A、B、C三点时，晶体管的工作状态。SABC10K100K3V3V10Vβ=503K解：3、S接C点时：所以晶体管处于饱和区。而：或：第二章基本放大电路第一节基本放大电路的组成第三节微变等效电路分析法第四节稳定静态工作点的放大电路第五节共集电极放大电路第六节多级放大电路及频率特性第七节功率放大电路第二节基本放大电路的分析第一节基本放大电路的组成

放大电路也称放大器，它的核心元件是晶体三极管。

晶体管的出现引起了电子技术的飞跃发展，其主要用途之一是利用它的放大作用组成放大电路。在生产实践和科学实验中，经常要求将微弱的信号放大到所需的数值去控制较大功率的负载，执行动作。一、放大电路的概念:

扩音机是放大电路的典型例子，它由话筒、放大器和扬声器三部分组成，如下图。话筒将声音变成微弱的电信号，放大器将这个信号加以放大后，利用扬声器把放大了的信号还原成声音，并且输出足够的能量，使声音宏亮。

电压放大器功率放大器晶体管放大电路直流电源话筒扬声器

放大电路一般由电压放大和功率放大两部分组成，先由电压放大器将微弱的信号进行电压放大，去推动功率放大器，再由功率放大器输出足够的功率，去推动执行元件动作。

放大的实质:

用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。

对放大电路的基本要求：

1.要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。

2.尽可能小的波形失真。另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。

为了获得足够大的输出功率，通常电路的前几级是电压放大，最后一级是功率放大，以便输出有效信号。本章主要讨论电压放大电路，同时简单介绍功率放大电路。AUUiUOAU=UOUi二、放大电路的组成共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE1、基本放大电路各元件作用

晶体管T--放大元件,iC=iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区。基极电源EB与基极电阻RB--使发射结处于正偏，并提供大小适当的基极电流。共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE集电极电源EC--为电路提供能量。并保证集电结反偏。集电极电阻RC--将变化的电流转变为变化的电压。耦合电容C1、C2--隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。信号源负载共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE

2、基本放大电路的简单画法：单电源供电时常用的画法共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERBRC+UCC

＋

uo

－

＋

ui

－C1C2＋＋RBRC-UCC

＋

uo

－

＋

ui

－C1C2＋＋NPN管放大电路PNP管放大电路放大电路的简化画法：

放大电路示意图：+-RSESriRO+-EOIiUiIORLUO

放大电路的输入端用一个等效电阻ri表示,称输入电阻:ri=IiUi放大电路的输出端用一个电压源(EO,RO)表示,它是负载RL的电源,称RO为输出电阻。电压放大倍数：AU=UOUi一、静态工作情况分析

对放大电路的分析分为静态和动态分析两种情况。放大电路没有输入交流信号时的工作状态称静态；动态则是指放大电路有输入交流信号时的工作状态。

第二节基本放大电路的分析

静态分析是要确定放大电路的静态值：IB、IC、UCE，即各极电压电流的直流分量，也称静态工作点Q。（简称静点。）

设置Q点的目的：①使放大电路的放大信号不失真；②使放大电路工作在较佳的工作状态，静态是动态的基础。

静态分析的是直流分量，因此可用交流放大电路的直流通路来分析计算。所谓直流通路，指的是无输入信号时的直流电流的通路。

画直流通路时，可将电容C可看作开路（即将电容断开），画出C1、C2中间的这部分电路即可。

断开断开+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE输入端直流通路是：+UCC→RB→B→E→⊥，输出端直流通路是：+UCC→RC→C→E→⊥，

1.

直流通路估算IB根据电流放大作用2.由直流通路估算UCE、IC当UBE<<UCC时，+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBRB+

UBE由KVL:UCC=ICRC+

UCE所以UCE=UCC–

ICRC例1：用估算法计算静态工作点。已知：UCC=12V，RC=4k

，RB=300k，

=37.5。解：注意：电路中IB

和IC

的数量级不同+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB例2：用估算法计算图示电路的静态工作点。

由例1、例2可知，当电路不同时，计算静态值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB对比电路：+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++––RBRCC1C2RERL+++UCCuiuo++––RSeS+–(A)(B)

当放大电路有输入信号时，晶体管的各个电流和电压都含有直流分量和交流分量。动态分析是在静态值确定后分析信号的传输情况，考虑的是电流和电压的交流分量。

所谓动态，指的是放大电路有信号输入（ui

0）时的工作状态。动态分析:计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。二、动态工作情况分析UBEIB无输入信号(ui

=0)时:uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有输入信号(ui

≠0)时uCE=UCC－iC

RCuo

0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO二、动态工作情况分析结论：(1)加上输入信号电压后，各电极电流和电压的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。+集电极电流直流分量交流分量动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析结论：(2)若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，即电路具有电压放大作用。(3)输出电压与输入电压在相位上相差180°，即共发射极电路具有反相作用。uitOuotO三、静态工作点与波形失真

放大电路必须有合适的静态工作点，才能保证放大效果且不引起波形失真。

如果静态工作点设置不合适或者信号太大，使放大电路超出了晶体管的线性工作范围，将造成非线性失真。

最常见的是饱和失真和截止失真。1.饱和失真若Q设置过高，动画

晶体管进入饱和区工作，造成饱和失真。Q2uo

适当减小基极电流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ12.截止失真若Q设置过低，动画

晶体管进入截止区工作，造成截止失真。

适当增加基极电流可消除失真。uiuotiB/

AiB/

AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE

如果Q设置合适，信号幅值过大也可产生失真，减小信号幅值可消除失真。例：某共射极放大电路输出波形严重失真，当用直流电压表测量时，（1）若测得UCE≈UCC，分析管子工作在什么状态？如何调节RB才能不失真？（2）若测得UCE<UBE，分析管子工作在什么状态？如何调节RB才能不失真？分析：若UCE≈UCC，说明集电极电阻RC上无压降，即电流IC近似为0，管子处于截止状态。

应将RB阻值调小，使IB增大，IC增大，管子脱离截止区。例：某共射极放大电路输出波形严重失真，当用直流电压表测量时，（1）若测得UCE≈UCC，分析管子工作在什么状态？如何调节RB才能不失真？（2）若测得UCE<UBE，分析管子工作在什么状态？如何调节RB才能不失真？分析：若UCE<UBE，说明发射结、集电结均正偏，管子处于饱和状态。

应将RB阻值调大，使IB减小，IC减小，管子脱离饱和区。

小信号放大电路常采用微变等效电路法，大信号则采用图解法。

目的：

找出Au、ri、ro与电路参数的关系，为设计打基础。所用电路：放大电路的交流通路。第三节微变等效电路分析法

微变等效电路：把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。即把非线性的晶体管线性化，等效为一个线性元件。线性化的条件：晶体管在小信号（微变量）情况下工作。因此，在静态工作点附近小范围内的特性曲线可用直线近似代替。微变等效电路法：利用放大电路的微变等效电路分析计算放大电路电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等。

晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。一、晶体管的微变等效电路

UBE

IB对于小功率三极管：rbe一般为几百欧到几千欧。1.输入回路Q输入特性晶体管的输入电阻IBUBEO2.输出回路rce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不计。晶体管的输出电阻输出特性ICUCEQ晶体管的电流放大系数

晶体管的输出回路(C、E之间)可用一受控电流源ic=ib等效代替，即由

来确定ic和ib之间的关系。

一般在20～200之间，在手册中常用hfe表示。OibicicBCEibib晶体三极管微变等效电路ube+-uce+-ube+-uce+-结论：晶体管的微变等效电路rbeBEC

晶体管的B、E之间可用rbe等效代替。

晶体管的C、E之间可用一受控电流源ic=ib等效代替。二、放大电路的微变等效电路

有了晶体管的微变等效电路，就可以方便的得到放大电路的微变等效电路。首先画出放大电路的交流通路，它是表示交流分量的传递路径的。

画交流通路的原则是：①图中的隔直电容C1和C2都看作短路；②电源UCC的内阻很小，对交流可看作短路。RBRCuiuORLRSes++–+––XC0，C可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。短路短路对地短路交流通路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE其次：将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。

ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii

分析时假设输入为正弦交流，所以等效电路中的电压与电流可用相量表示。微变等效电路结论：

将交流通路中的晶体管用晶体管微变等效电路代替即可得放大电路的微变等效电路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS1.电压放大倍数的计算

式中的负号表示输出电压的相位与输入相反。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS三、放大电路的动态性能分析当放大电路输出端开路(未接RL)时，因rbe与IE有关，故放大倍数与静态IE有关。负载电阻愈小，放大倍数愈小。rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS1.电压放大倍数的计算2.放大电路的输入电阻与输出电阻定义：

输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。+-信号源Au放大电路+-放大电路信号源+-+-（1）输入电阻RirbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRi输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。电路的输入电阻愈大，从信号源取得的电流愈小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。(2)

输出电阻Ro+_RLRo+_定义：

输出电阻是动态电阻，与负载无关。

输出电阻是表明放大电路带负载能力的参数。电路的输出电阻愈小，负载变化时输出电压的变化愈小，因此一般总是希望得到较小的输出电阻。RSRL+_Au放大电路+_rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射极放大电路特点：

1.放大倍数高;2.输入电阻低;3.输出电阻高.求Ro的步骤：1)

断开负载RL3)外加电压4)求外加2)令或例：固定偏置共射极放大电路，已知：UCC=12V，RC=3KΩ，RB=240KΩ，β=40，⑴估算静态工作点；⑵计算rbe，⑶设ui=0.02sinωtV，求输出端开路时的输出电压，⑷若所接负载是一个内阻为6KΩ的电压表，问电压表的读数是多少？解：⑴计算静态工作点解：⑵⑶⑷接入电压表后，RL=6K

图示电路，偏置电流+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RL+–uo+–++––iCiBiE

当RB一经选定,IB就固定不变，这种电路称为固定偏置放大电路。第四节稳定静态工作点的放大电路

合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化而发生变动。

前述的固定偏置放大电路，简单、容易调整，但在温度变化、三极管老化、电源电压波动等外部因素的影响下，将引起静态工作点的变动，严重时将使放大电路不能正常工作，其中影响最大的是温度的变化。第四节稳定静态工作点的放大电路原因：温度变化对静态工作点的影响

在固定偏置放大电路中，当温度升高时，UBE

、

、ICBO

。

上式表明，当UCC和

RB一定时，IC与UBE、

以及ICEO有关，而这三个参数随温度而变化。温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移。iCuCEQ温度升高时，输出特性曲线上移Q´

固定偏置电路的工作点Q点是不稳定的，为此需要改进偏置电路。当温度升高使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。结论：

当温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移，容易使晶体管T进入饱和区造成饱和失真，甚至引起过热烧坏三极管。O分压式偏置电路一、稳定静点的原理

基极电位基本恒定，不随温度变化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–从Q点稳定的角度来看似乎I2、VB越大越好。但I2越大，RB1、RB2必须取得较小，将增加损耗，降低输入电阻。而VB过高必使VE也增高，在UCC一定时，势必使UCE减小，从而减小放大电路输出电压的动态范围。在估算时一般选取：I2=(5~10)IB，VB=(5~10)UBE，RB1、RB2的阻值一般为几十千欧。参数的选择VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–Q点稳定的过程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–TUBEIBICVEICVB固定

RE：温度补偿电阻

对直流：RE越大,稳定Q点效果越好；

对交流：RE越大,交流损失越大,为避免交流损失加旁路电容CE。静态工作点的计算估算法:VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–二、动态性能指标分析对交流：旁路电容CE

将RE

短路，RE不起作用，Au，Ri，Ro与固定偏置电路相同。如果去掉CE，Au，Ri，Ro

？旁路电容RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–

去掉CE后的微变等效电路短路对地短路如果去掉CE，Au，Ri，Ro

?rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE1.电压放大倍数的计算rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRErbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE

Ri2.输入电阻的计算：无旁路电容CE有旁路电容CEAu减小分压式偏置电路Ri提高Ro不变对信号源电压的放大倍数？信号源考虑信号源内阻RS时RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–例1:

在图示放大电路中，已知UCC=12V,RC=6kΩ,RE1=300Ω，RE2=2.7kΩ，RB1=60kΩ，RB2=20kΩ

RL=6kΩ，晶体管β=50，UBE=0.6V,试求:(1)静态工作点IB、IC及

UCE；(2)画出微变等效电路；(3)输入电阻Ri、Ro及Au。RB1RCC1C2RB2CERE1RL++++UCCuiuo++––RE2解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路RB1RCRB2RE1+UCCRE2+–UCEIEIBICVB(2)由微变等效电路求Au、ri

、

ro。微变等效电路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE第五节共集电极放大电路

因对交流信号而言，集电极是输入与输出回路的公共端，所以是共集电极放大电路。因从发射极输出，所以称射极输出器。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS求Q点：一、静态工作点的计算直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS二、动态性能指标的计算1.

电压放大倍数

电压放大倍数Au

1且输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。微变等效电路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRErbeRBRLEBC+-+-+-RSRE2.

输入电阻

射极输出器的输入电阻高，对前级有利。

ri与负载有关rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加求ro的步骤：1)

断开负载RL3)外加电压4)求2)令或3.

输出电阻射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE共集电极放大电路(射极输出器)的特点：1.

电压放大倍数小于1，约等于1;2.

输入电阻高；3.

输出电阻低；4.输出与输入同相。射极输出器的应用主要利用它具有输入电阻高和输出电阻低的特点。1.

因输入电阻高，它常被用在多级放大电路的第一级，可以提高输入电阻，减轻信号源负担。2.

因输出电阻低，它常被用在多级放大电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能力。3.

利用ri大、ro小以及Au

1的特点，也可将射极输出器放在放大电路的两级之间，起到阻抗匹配作用，这一级射极输出器称为缓冲级或中间隔离级。例1:.

在图示放大电路中，已知UCC=12V,RE=2kΩ,

RB=200kΩ，RL=2kΩ，晶体管β=60，UBE=0.6V,信号源内阻RS=100Ω，试求:(1)

静态工作点IB、IE及UCE；(2)

画出微变等效电路；(3)

Au、Ri和Ro。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS解:(1)由直流通路求静态工作点。直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBIC(2)由微变等效电路求Au、ri

、

ro。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE微变等效电路第六节多级放大电路及其频率特性

耦合方式：信号源与放大电路之间、两级放大电路之间、放大器与负载之间的连接方式。第二级

推动级

输入级

输出级输入输出多级放大电路的框图一、多级放大器

常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和变压器耦合。动态:传送信号减少压降损失静态：保证各级有合适的Q点波形不失真对耦合电路的要求阻容耦合:两级之间通过耦合电容

C

与下级输入电阻连接。第一级第二级负载信号源阻容耦合:RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T21.

静态分析

由于电容有隔直作用，所以每级放大电路的直流通路互不相通，每级的静态工作点互相独立，互不影响，可以各级单独计算。两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路。RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T22.

动态分析微变等效电路第一级第二级rbeRB2RC1EBC+-+-+-RSrbeRC2RLEBC+-RB1例:

如图所示的两级电压放大电路，已知β1=β2=50,T1和T2均为3DG8D。(1)计算前、后级放大电路的静态值(UBE=0.6V);(2)求放大电路的输入电阻和输出电阻；

(3)

求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数。

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

82k

43k

7.5k

510

10k

解:(1)两级放大电路的静态值可分别计算。第一级是射极输出器:

RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

82k

43k

7.5k

510

10k

第二级是分压式偏置电路RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

82k

43k

7.5k

510

10k

解:第二级是分压式偏置电路RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

82k

43k

7.5k

510

10k

解:rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)

计算

Ri和R0

由微变等效电路可知，放大电路的输入电阻

Ri等于第一级的输入电阻Ri1。第一级是射极输出器，它的输入电阻Ri1与负载有关，而射极输出器的负载即是第二级输入电阻Ri2。微变等效电路rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(2)

计算

Ri和R0(2)计算

Ri和R0rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数第一级放大电路为射极输出器rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_(3)求各级电压的放大倍数及总电压放大倍数rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_第二级放大电路为共发射极放大电路总电压放大倍数二、放大电路的频率特性

阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电容及三极管的结电容等，它们的容抗随频率变化，故当信号频率不同时，放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。频率特性幅频特性：电压放大倍数的模|Au|与频率f

的关系相频特性：输出电压相对于输入电压的相位移

与频率f的关系通频带f|Au

|0.707|Auo|fLfH|Auo|幅频特性下限截止频率上限截止频率耦合、旁路电容造成。三极管结电容、

造成f–270°–180°–90°相频特性

O1.中频段

所以，在中频段可认为电容不影响交流信号的传送，放大电路的放大倍数与信号频率无关。(前面所讨论的放大倍数及输出电压相对于输入电压的相位移均是指中频段的)

三极管的极间电容和导线的分布电容很小，可认为它们的等效电容CO与负载并联。由于CO的电容量很小，它对中频段信号的容抗很大，可视作开路。

由于耦合电容和发射极旁路电容的容量较大，故对中频段信号的容抗很小，可视作短路。rbeRBRCRLEB