模拟电路教材中文资料

1.2.1异形半导体接触现象

在形成的P-N结中，由于两侧的电子和空穴的浓度相差很大，因此它们会产生扩散运动：电

子从N区向P区扩散;空穴从P去向N区扩散。因为它们都是带电粒子，它们向另一侧扩散的同时在N区

留下了带正电的空穴，在P区留下了带负电的杂质离子，这样就形成了空间电荷区，也就是形成了电场

（自建场）.

它们的形成过程如图（D,（2）所示

空间电荷区

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多数载流子的扩散运动（1）

在电场的作用下，载流子将作漂移运动，它的运动方向与扩散运动的方向相反，阻止扩散运

动。电场的强弱与扩散的程度有关，扩散的越多，电场越强，同时对扩散运动的阻力也越大，当扩散运动

与漂移运动相等时，通过界面的载流子为0。此时，PN结的交界区就形成一个缺少载流子的高阻区，我们

又把它称为阻挡层或耗尽层。

1.2.2PN结的单向导电性

1.PN结外加正向电压

PN结外加正向电压的接法是P区接电源的正极，N区接电源的负极。这时外加电压形成电场的

方向与自建场的方向相反，从而使阻挡层变窄，扩散作用大于漂移作用，多数载流子向对方区域扩散形成

正向电流，方向是从P区指向N区。如图（1）所示

这时的PN结处于导通状态，它所呈现的电阻为正向电阻，正向电压越大,电流也越大。它的

关系是指数关系：

其中：ID为流过PN结的电流，U为PN结两端的电压，

UT=kT/q称为温度电压当量，其中，k为波尔兹曼常数，T为绝对温度，q为电子电量，在室温

下(300K)时UT=26mv,IS为反向饱和电流。

2.PN结外加反向电压

它的接法与正向相反,即P区接电源的负极，N区接电源的正极。此时的外加电压形成电场的

方向与自建场的方向相同，从而使阻挡层变宽’漂移作用大于扩散作用，少数载流子在电场的作用下，形

成漂移电流，它的方向与正向电压的方向相反，所以又称为反向电流。因反向电流是少数载流子形成，故

反向电流很小，即使反向电压再增加，少数载流子也不会增加，反向电压也不会增加，因此它又被称为反

向饱和电流。即：ID=-IS

此时，PN结处于截止状态，呈现的电阻为反向电阻,而且阻值很高“

由以上我们可以看出：PN结在正向电压作用下，处于导通状态，在反向电压的作用下，处于截

止状态，因此PN结具有单向导电性。它的电流和电压的关系通式为：它被称为伏安特性方程，如图(3)

所示为伏安特性曲线。

3.PN结的击穿

PN结处于反向偏置时，在一定的电压范围内，流过PN结的电流很小，但电压超过某一数值

时，反向电流急剧增加，这种现象我们就称为反向击穿。

击穿形式分为两种：雪崩击穿和齐纳击穿。

对于硅材料的PN结来说，击穿电压〉7V时为雪崩击穿，＜4v时为齐纳击穿。在4V与7V之

间，两种击穿都有。由于击穿破坏了PN结的单向导电性，因此一般使用时要避免。

需要指出的是，发生击穿并不意味着PN结烧坏。

4.PN结的电容效应

由于电压的变化将引起电荷的变化，从而出现电容效应，PN结内部有电荷的变化，因此它具有

电容效应，它的电容效应有两种：势垒电容和扩散电容。

势垒电容是由阻挡层内的空间电荷引起的。

扩散电容是PN结在正向电压的作用下，多数载流子在扩散过程中引起电荷的积累而产生的。

PN结正偏时，扩散电容起主要作用，PN结反偏时，势垒电容起主要作用。

5.半导体二极管

(1)二极管的结构和分类

半导体二极管是由PN结加上引线和管壳构成的。它的类型很多。

按制造材料分：硅二极管和褚二极管。

按管子的结构来分有：点接触型二极管和面接触型二极管。

二极管的逻辑逻辑符号为：(2)二极管的特性

正向特性

当正向电压低于某一数值时，正向电流很小，只有当正向电压高于某一值时，二极管才有明显

的正向电流，这个电压被称为导通电压，我们又称它为门限电压或死区电压，一般用UON表示，在室温

下，硅管的UON约为0.6-—0.8V,错管的U0N约为0.1—0.3v,我们一般认为当正向电压大于U0N时，

二极管才导通。否则截止。

反向特性

二极管的反向电压一定时，反向电流很小，而且变化不大(反向饱和电流)，但反向电压大于某

一数值时，反向电流急剧变大，产生击穿。

温度特性

二极管对温度很敏感，在室温附近，温度每升高1度，正向压将减小2—2.5mV,温度每升高

10度,反向电流约增加一倍。

(3)二极管的主要参数

我们描述器件特性的物理量，称为器件的特性。二极管的特性有：

最大整流电流IF它是二极管允许通过的最大正向平均电流。

最大整流电流IF它是二极管允许通过的最大正向平均电流

最大反向工作电压UR它是二极管允许的最大工作电压，我们一般取击穿电压的一般作UR

反向电流IR二极管未击穿时的电流，它越小，二极管的单向导电性越好。

最高工作频率fM它的值取决于PN结结电容的大小，电容越大，频率约高。

二极管的直流电阻RD加在管子两端的直流电压与直流电流之比，我们就称为直流电阻.它可

表示为：RD=UF/IF它是非线性的，正反向阻值相差越大，二极管的性能越好。

二极管的交流电阻rd在二极管工作点附近电压的微变化与相应的微变化电流值之比，就称为

该点的交流电阻。

(4)稳压二极管

稳压二极管是一种特殊的面接触型二极管，其特性和普通二极管类似，但它的反向击穿是可逆

的，不会发生"热击穿“，而且其反向击穿后的特性曲线比较陡直，即反向电压基本不随反向电流变化而

变化，这就是稳压二极管的稳压特性。稳压二极管的主要参数为稳压值UZ和最大稳定电流IZM,稳压值

UZ一般取反向击穿电压。稳压二极管使用时一般需串联限流电阻,以确保工作电流不超过最大稳定电流

IZMo

(5)二极管的应用

二极管的运用，主要是利用它的单向导电性。它导通时，我们可用短线来代替它，它截止时，

我们可认为它断路。因此，在应用电路中,关键是判断二极管的导通或截止。

a.限幅电路

当输入信号电压在一定范围内变化时，输出电压也随着输入电压相应的变化;当输入电压高于

某一个数值时，输出电压保持不变，这就是限幅电路。我们把开始不变的电压称为限幅电平。它分为上限

幅和下限幅。

限幅电路如图(1)所示。改变E值就可以改变限幅电平。如输入电压波形图如图(2)。

⑴

当E=0时限幅电平为Ov。ui>0时二极管导通，uo=0,ui<0时，二极管截止，uo=ui,它的波形

图为：如图⑶所示

当时，限幅电平为+e。ui+E时，二极管导通,uo二E,它的波形图为：如图(4)所示

时，限幅电平为+e。ui

<e<um时，限幅电平为时，限幅电平为+e°ui

幅电平为负数，它的波形图为:如图(5)所示(p="〃X/e〈O时，限幅电平为负数,它的波形图为：如图(5)所示

<>

<e<0时，限幅电平为负数,它的波形图为:如图(5)所示<p=〃〃style=〃color:

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〃〉

b.二极管门电路

二极管组成的门电路，可实现逻辑运算。如图⑹所示的电路，只要有

一条电路输入为低电平时，输出即为低电平，仅当全部输入为高电平时，输出

才为高电平。实现逻辑''与”运算.

(6)

C.其他二极管

发光二极管

发光二极管简称LED,它是一种将电能转换为光能的半导体器件，主

要是由M-V族化合物半导体如碑化钱(GaAs),磷化钱(GaP)制成。

光电二极管

光电二极管是将光能转换成电能的半导体器件。

光电耦合器件

光电耦合器件是由光电二极管和发光二极管组合起来的。

变容二极管

变容二极管是利用PN结的势垒电容随外加反向电压的变化特性制成

的。

</e<0时，限幅电平为负数,它的波形图为:如图(5)所示◊

1.3.1三极管的结构和分类

通俗来讲，三极管内部为由P型半导体和N型半导体组成的三层结构，根据分层次序分为NPN

型和PNP型两大类。

不管是什么样的三极管，它们均包含三个区：发射区，基区，集电区，同时相应的引出三个电

极：发射极，基极，集电极。同时又在两两交界区形成PN结，分别是发射结和基点结•

基电极c]

基电极c|

p

基板b吟

p

发射板e.⑴发射极e.

三极管的三种连接方式

1.3.2三极管的放大作用

把两个二极管背靠背的连在一起，是没有放大作用的，要想使它具有放大作用，必须满足以下

条件：1。发射区中进行重掺杂;2。基区做得很薄;3。集电极面积大。

1.载流子的传输过程

因为发射结正向偏置，且发射区进行重掺杂，所以发射区的多数载流子扩散注入至基区，又由

于集电结的反向作用，故注入至基区的载流子在基区形成浓度差，因此这些载流子从基区扩散至集电结，

被电场拉至集电区形成集电极电流。而留在基区的很少。因为基区做的很薄。

此外，因为集电结反向偏置，所以集电区中的空穴和基区中的电子（均为少数载流子）在结电场

作用下做漂移运动。

上述载流子的传输过程如图（3）所示。

2.电流的分配关系

由于载流子的运动，从而产生相应电流，它们的关系如下：

其中：ICEO为发射结少数载流子形成的反向饱和电流;ICBO为IB=O时，集电极和发射极之间

的穿透电流。为共基极电流的放大系数，为共发射极电流的放大系数。它们可定义为：

放大系数有两种(直流和交流)，但我们一般认为，它们二者是相等的，不区分它们。

3.三极管的特性曲线

以NPN管共发射极为例

(1).输入特性

它与PN结的正向特性相似，三极管的两个PN结相互影响，因此，输出电压UCE对输入特性有

膨响，且UCE>1,时这两个PN结的输入特性基本重合。我们用UCE=O和UCE>=1,两条曲线表示，如图(4)所

示

(2).输出特性

它的输出特性可分为三个区：(如图(5)的特性曲线)

(1)截止区：IB<=0时，此时的集电极电流近似为零，管子的集电极电压等于电源电压，两个结

均反偏

(2)饱和区：此时两个结均处于正向偏置，UCE=O.3V

(3)放大区:此时IC=BIB,IC基本不随UCE变化而变化，此时发射结正偏，集电结反偏。

4.三级管主要参数

(1).放大系数

它主要是表征管子放大能力。它有共基极的放大系数和共发射极的放大系数。它们二者的关系

是：

(2).极间的反向电流

(a)集电极基极间反向饱和电流ICBO

发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。它实际上就是一个PN结的反向电

流。其大小与温度有关。

错管：【CBO为mA(10-6)数量级，

硅管：ICBO为nA(10-9)数量级。

(b)集电极发射极间的穿透电流ICEO

基极开路时，集电极到发射极间的电流一一穿透电流。

其大小与温度有关。ICEO与ICBO关系为：ICEO=(1+B)ICBO

(3).极限参数

(a)集电极最大允许电流ICM

Ic增加时，b要下降。当b值下降到线性放大区b值的70%时，所对应的集电极电流称为集电

极最大允许电流ICM«

(b)集电极最大允许功率损耗PCM

集电极电流通过集电结时所产生的功耗，

PC=ICUCE

(c)基极开路时，集电极与发射极之间允许的最大反向电压U(BR)CE0。

(4).参数与温度的关系

由于半导体的载流子受温度影响，因此三极管的参数受温度影响，温度上升，输入特性曲线向

左移，基极的电流不变，基极与发射极之间的电压降低。输出特性曲线上移。

温度升高，放大系数也增加I。

-:放大电路的组成原理

基本共发射极电路如图右所示。图中v是NPN型三极管，担负放大作用，是整个电路的核心器

件。

放大电路的组成原则是：（D：放大器件工作在放大区（三极管的发射结正向偏置，集电结反

向偏置）（2）:输入信号能输送至放大器件的输入端（三极管的发射结）（3）：有信号电压输出。

我们判断一个放大电路能否放大输入，可按上述原则进行。

如用PNP三极管，则电源和电容Cl,C2的极性均反向。

基本放大电路的习惯画法

（1）（2）

二：直流通路和交流通路在分析放大电路时有两类问题：直流问题和交流问题。（1）直流通

路：将放大电路中的电容视为开路，电感视为短路即得。它又被称为静态分析。（2）交流通路：将放大电

路中的电容视为短路，电感视为开路，直流电源视为短路即得。它又被称为动态分析。

按上述原则，可画出图（2）的直流通路和交流通路。如图所示（3）和（4）。

⑷

直流工作点，又称为静态工作点，简称Q点。它可以通过公式求出，也可以通过作图的方法求出。

一:公式法计算Q点

根据放大电路的直流通路，估算出放大电路的静态工作点。下面把求IB,IC.I'CE的公式列出

来

三极管导通时，UBE的变化很小，可视为常数，我们一般认为：硅管为0.7V褚管为0.2V

例：用估算法计算静态工作点。

已知：VCC=12V,RC=4KQ,Rb=300KQ,p=37.5O

二：图解法计算Q点

三极管的电流、电压关系可用输入特性曲线和输出特性曲线表示，我们可以在特性曲线上，直

接用作图的方法来确定静态工作点。用图解法的关键是正确的作出直流负载线，通过直流负载线与

iB=IBQ的特性曲线的交点，即为Q点。读出它的坐标即得IC和UCE

图解法求Q点的步骤为：(1)：通过直流负载方程画出直流负载线，(直流负载方程为

UCE=UCC-iCRC)(2):由基极回路求出IB(3):找出iB=IB这一条输出特性曲线与直流负载线的交点就是

Q点。读出Q点的坐标即为所求。

例2:如图⑸所示电路，已知Rb=280千欧，Rc=3千欧，Ucc=12伏，三极管的输出特性曲线如

图(6)所示，试用图解法确定静态工作点。

Vcz12

ZB«----=-----=0.04mA=40LLA

R300

/crapis=37.5x0.04=1.5mA

心=Pcc-IcRc=12-1.5x4=6V

(5)(6)

解：(1)画直流负载线：因直流负载方程为UCE=UCC-iCRCiC=O,UCE=UCC=12V;L'CE=4niA,

iC=UCC/RC=4mA,连接这两点，即得直流负载线：如图(3)中的兰线(2)通过基极输入回路,求得

1B=(UCC-UBE)/RC=40uA(3)找出Q点(如图(3)所示)，因此IC=2mA;UCE=6V

三：Q点的影响电路参数对静态工作

静态工作点的位置在实际应用中很重要,它与电路参数有关。下面我们分析一下电路参数Rb,

Rc.Ucc对静态工作点的影响。

改变Rb改变Rc改变Ucc

Rb变化，只对I,有影响。Rb增Rc变化，只改变负载线的纵坐标Rc增大，Ucc变化,1■和直流负载线同时变化Ucc^

大，I0减小，工作点沿直流负载线负载线的纵坐标上移，工作点沿h=I二条特性大,IB增大，直流负载线水平向右移动，工作点向

下移。曲线右移右上方移动

Rb减小，I西大，工作点沿直流RC减小,负载线的纵坐标下移，工作点沿岸I.Ucc减小,IB减小，宜流负载线水平向左移动，工

负载线上移这条特性曲线左移作点向左下方移动

-:图解法分析动态特性

1.交流负载线的画法解：画微变等效电路.UO.ill解:

交流负载线的特点：

*

必须通过静态工作点

«

交流负载线的斜率由R"L表示（R"L=Rc〃RD交流负载线的画法（有两种）：（1）

■

先作出直流负载线，找出Q点；

■

作出一条斜率为R”的辅助线，然后过Q点作它的平行线即得。（此法为点斜式）（2）

9

先求出UCE坐标的截距（通过方程U"CC=UCE+1CR"L）

连接Q点和U"CC点即为交流负载线。（此法为两点式）

例1：作出图（D所示电路的交流负载线。已知特性曲线如图（2）所示，Ucc=12V,Rc=3千欧，

RL=3千欧,Rb=280千欧。

解：（1）作出直流负载线，求出点Q。（2）求出点U"cc。U"cc=Uce+IcR"L=6+1.5*2=9V（3）连接

点Q和点U"cc即得交流负载线（图中黑线即为所求）

放大电路的非线性失真

作为对放大电路的要求,应使输出电压尽可能的大，但它受到三极管非线性的限制。当信号过

大或者工作点选择不合适，输出电压波形将产生失真。由于是三极管非线性引起的失真，所以称为非线性

失真。

1.由三极管特性曲线非线性引起的失真

这主要表现在输入特性的起始弯曲部分，输出特性的间距不匀当输入又比较大时，就会使lb、

Uce和Ic的正负半周不对称，即产生非线性失真。如图（1）所示

2.工作点不合适引起的失真

(1)工作点Q点设置偏高会产生饱和失真

若工作点Q点设置偏高，虽然基极动态电流ib为不失真的正弦波，但是由于在输入信号正半

周，靠近峰值的某段时间内晶体管进入了饱和区，导致集电极动态电流iC产生顶部失真，集电极电阻Rc

上的电压波形必然随之产生同样的失真。由于输出电压vo与Rc上电压的变化相位相反，从而导致vo波

形产生底部失真，此种由于晶体管进入饱和区工作而产生的失真现象称为饱和失真。

如图⑶所示

(2)工作点Q点设置偏低会产生截止失真。

若工作点Q点设置偏低，在输入信号负半周靠近峰值的某段时间内，晶体管b-e间电压总量

vBE小于其导通电压(开启电压)，BJT截止。因此基极电流ib将产生底部失真。集电极电流iC和集电极

电阻Rc上电压的波形必然会随之产生同样的失真,从而导致vo波形产生顶部失真。这种由于BJT

进入截止区工作而产生的失真称为截止失真。

如图⑵所示。

应当指出，截止失真和饱和失真都是比较极

端的情况。实际上，在输入信号的整个周期内，即使晶体管始终工作在放大区域，也会因为输

入特性和输出特性的非线性而使输出波形产生失真，只不过当输入信号幅值较小时，这种失真非常小，可

忽略不计而已。

三.微变等效电路

微变等效电路的基本思想是，当输入信号变化的范围很小(微变)时，可以认为三极管电压，电

流变化量之间的关心基本上是线性的。即在一个很小的范围内.输入特性，输出特性均可近似的看作是一

段直线。因此，就可给三极管建立一个小信号的线性模型，这就是微变等效电路。利用微变等效电路，可

以将含有非线性元件(三极管)的放大电路转化成为我们熟悉的线性电路，然后，就可以利用电路分析课程

中的学习的有关方法来求解。

四.三种基本组态放大电路的分析

微变等效电路，主要用于对放大电路的动态特性分析。三极管有三种接法，故放大电路也有三

种基本组态。一个放大电路的性能怎样，是通过性能指标来描述的！

1.放大电路的性能指标

(1)电压放大倍数Au

它是用来衡量放大电路的电压放大能力的指标。它可定义为输出电压的幅值或有效值与输入电

压的幅值或有效值之比，有时也称为增益。即

Au=Uo/UiAus=Uo/Us

电压源放大倍数Aus是表示输出电压幅值或有效值与信号源电压值比。显然，当信号源内阻

R=0时，Aus=Au。它就是考虑了信号源内阻Rs影响时的Au。

(2)电流放大倍数Ai

它是用来衡量放大电路的电流放大能力。它可定义为输出电流I。与输入电流曾幅值或有效值

之比即Ai=Io/Ii

Ai越大表明放大能力越好.

(3)功率放大倍数Ap.

它定义为输出功率与输入功率之比。即

Ap=Po/Pi=IUolo1/1UiIi=|AuAi

(4)输入电阻ri

放大电路由信号源提供输入信号，当放大电路与信号院相连时，就要从信号源索取电流。索取

电流的大小表明了放大电路对信号源的影响，所以定义输入电阻来衡量放大电路对输入信号源的影响。当

信号频率不高时，电抗效应不考虑,则ri=Ui/Ii

(5)输出电阻ro

从输出端看进去的放大电路的等效电阻，称为输出电阻ro。输出电阻的高低表明放大电路所能

驱动负载的能力。ro越小表明带负载能力越强。则ro=U2/I2

下面我们用微变等效电路法计算放大电路的Au,ri,ro

1.共e极放大电路

对放大电路进行静态分析，主要是确定其静态工作点Q,即求出IBQ,ICQ,UCEQ。对放大电路

进行动态分析，主要是计算放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。

共射放大电路

(a)共射放大电路(b)微变等效电路

静态工作点的计算

ICQ二？IBQ

UCEQ=VCC-ICQRC

交流性能参数的计算

电压放大倍数

6

输入电阻

输出电阻Ro=Rc

2.共c极放大电路

共集放大电路信号从基极输入，从发射极输出，集电极作为输入输出的公共端。该电路又称为

射极输出器，或称射极跟随器，也是最常用的一种基本电路。共集电极电路的特点是：输入阻抗高，输出

阻抗低，电压放大倍数小于1接近于1,主要用作输入极、输出极和极间缓冲极。

用微变等效电路分析共集放大电路

(a)共集放大电路(b)h参数微变等效电路

静态工作点计算

心-r.q♦%•勺―+。♦刃&]

,%-喂

%+Q+种4

再由1CQ邛1BQ,UCEQ=VCCTCQRe可求出静态工作点。

交流性能的计算

,皆

&K

⑹cb)

37

共集电路的输入电阻很大而输出电阻很小;另外它的电压放大倍数虽然小于1,但它的电流放大

倍数仍较大，约为（1+B）倍。

3.共b极放大电路

共基极电路的输入信号加在晶体管的发射极，输出是集电极，基极是输入输出的公共端。

用微变等效电路分析共基极放大电路

（a）共基极放大电路（b）微变等效电路

静态工作点分析

1姆-勺

交流性能分析

其中

♦

与共射放大电路比较，共基放大电路的特点是：（1）电压放大倍数数值上同相,而共基电路是

正值，表明输入与输出同相；电流放大倍数共基电路是略小于1。（2）输入电阻比共射电路小，输出电阻相

同。（3）共基电路的频率响应好.在要求频率特性高的场合多采用共基电路。

三种电路的比较

连接方式性能比较（大、中、小）

公共端输入端输出端

国

RiRo其它

共射电路ebc大大小大

共集电路cbe小大大小

共基电路bec大小小大频带宽

2、3放大电路的动态分析

-：图解法分析动态特性

1.交流负载线的画法解：画微变等效电路4。/〃解：

交流负载线的特点：必须通过静态工作点交流负载线的斜率由R"表示（R"=Rc〃R）

交流负载线的画法（有两种）：（1）先作出直流负载线，找出Q点；作出一条斜率

为R”的辅助线，然后过Q点作它的平行线即得。（此法为点斜式）（2）先求出U.坐标的

截距（通过方程UJ=U.+IR"）连接Q点和U”.点即为交流负载线。（此法为两点式）

例1:作出图（1）所示电路的交流负载线。已知特性曲线如图（2）所示，Ucc=12V,

Rc=3千欧,R.=3千欧,Rb=280千欧。

解：（1）作出直流负载线，求出点Q。（2）求出点U"cc。

U"cc=Uce+IcR"L=6+l.5*2=9V（3）连接点Q和点U"cc即得交流负载线（图中黑线即为所求）

二.放大电路的非线性失真

作为对放大电路的要求，应使输出电压尽可能的大，但它受到三极管非线性的限制。当信

号过大或者工作点选择不合适，输出电压波形将产生失真。由于是三极管非线性引起的失真，

所以称为非线性失真。

1.由三极管特性曲线非线性引起的失真

这主要表现在输入特性的起始弯曲部分，输出特性的间距不匀当输入又比较大时，就会使

Ib、Uce和Tc的正负半周不对称，即产生非线性失真。如图（1）所示

2.工作点不合适引起的失真

(1)工作点Q点设置偏高会产生饱和失真

若工作点。点设置偏高，虽然基极动态电流/为不失真的正弦波，但是由于在输入信号正

半周，靠近峰值的某段时间内晶体管进入了饱和区，导致集电极动态电流，产生顶部失真，集

电极电阻月上的电压波形必然随之产生同样的失真。由于输出电压匕与用上电压的变化相位相

反，从而导致口波形产生底部失真，此种由于晶体管进入饱和区工作而产生的失真现象称为饱

和失真。

如图(3)所示

(2)工作点Q点设置偏低会产生截止失真。

若工作点Q点设置偏低，在输入信号负半周靠近峰值的某段时间内，晶体管b-e间电压总

量V"小于其导通电压(开启电压)，BJT截止。因此基极电流i,将产生底部失真。集电极电流i：

和集电极电阻R上电压的波形必然会随之产生同样的失真，从而导致V。波形产生顶部失真。这

种由于BJT

进入截止区工作而产生的失真称为截止失真。

如图（2）所示。

应当指出，截止失真和饱和失真都是比较极

端的情况。实际上，在输入信号的整个周期内，即使晶体管始终工作在放大区域，也会因

为输入特性和输出特性的非线性而使输出波形产生失真，只不过当输入信号幅值较小时，这种

失真非常小，可忽略不计而已。

三.微变等效电路

微变等效电路的基本思想是，当输入信号变化的范围很小（微变）时，可以认为三极管电

压，电流变化量之间的关心基本上是线性的。即在一个很小的范围内，输入特性，输出特性均

可近似的看作是一段直线。因此，就可给三极管建立一个小信号的线性模型，这就是微变等效

电路。利用微变等效电路，可以将含有非线性元件（三极管）的放大电路转化成为我们熟悉的

线性电路，然后，就可以利用电路分析课程中的学习的有关方法来求解。

四.三种基本组态放大电路的分析

微变等效电路，主要用于对放大电路的动态特性分析。三极管有三种接法，故放大电路也

有三种基本组态。一个放大电路的性能怎样，是通过性能指标来描述的！

1.放大电路的性能指标

（1）电压放大倍数Au

它是用来衡量放大电路的电压放大能力的指标。它可定义为输出电压的幅值或有效值与输

入电压的幅值或有效值之比，有时也称为增益。即

Au=Uo/UiA.=Uo/Us

电压源放大倍数Aus是表示输出电压幅值或有效值与信号源电压值比。显然，当信号源内

阻R=0时，A..=Au。它就是考虑了信号源内阻Rs影响时的Au。

(2)电流放大倍数Ai

它是用来衡量放大电路的电流放大能力。它可定义为输出电流Io与输入电流li幅值或有

效值之比即Ai=Io/Ii

Ai越大表明放大能力越好.

(3)功率放大倍数Ap.

它定义为输出功率与输入功率之比。即

Ap=Po/Pi=|Uolo|/|UiIi|=|AuAi|

(4)输入电阻r

放大电路由信号源提供输入信号，当放大电路与信号院相连时，就要从信号源索取电流。

索取电流的大小表明了放大电路对信号源的影响，所以定义输入电阻来衡量放大电路对输入信

号源的影响。当信号频率不高时，电抗效应不考虑，则r=Ui/li

(5)输出电阻r

从输出端看进去的放大电路的等效电阻，称为输出电阻r输出电阻的高低表明放大电路

所能驱动负载的能力。r越小表明带负载能力越强。则ro=U2/I2

下面我们用微变等效电路法计算放大电路的Au,rro

1.共e极放大电路

对放大电路进行静态分析，主要是确定其静态工作点Q,即求出L,L,U、。对放大电路

进行动态分析，主要是计算放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。

共射放大电路

(a)共射放大电路(b)微变等效电路

静态工作点的计算

1.=?1,

U.=V,-L,R.

交流性能参数的计算

电压放大倍数

输入电阻

输出电阻R=R

2.共c极放大电路

共集放大电路信号从基极输入，从发射极输出，集电极作为输入输出的公共端。该电路又

称为射极输出器，或称射极跟随器，也是最常用的一种基本电路。共集电极电路的特点是：输

入阻抗高，输出阻抗低，电压放大倍数小于1接近于1,主要用作输入极、输出极和极间缓冲

极。

用微变等效电路分析共集放大电路

(a)共集放大电路(b)h参数微变等效电路

静态工作点计算

,%一"■

再由L邛L,IL=V-LR可求出静态工作点。

交流性能的计算

驾机/麾P

共集电路的输入电阻很大而输出电阻很小；另外它的电压放大倍数虽然小于1,但它的电

流放大倍数仍较大，约为（1+B）倍。

3.共b极放大电路

共基极电路的输入信号加在晶体管的发射极，输出是集电极，基极是输入输出的公共端。

用微变等效电路分析共基极放大电路

（a）共基极放大电路（b）微变等效电路

静态工作点分析

i.1

交流性能分析

…,…侏

4・W.4

其中

与共射放大电路比较，共基放大电路的特点是：（D电压放大倍数数值上同相，而共基电

路是正值，表明输入与输出同相；电流放大倍数共基电路是略小于1。（2）输入电阻比共射电路

小，输出电阻相同。（3）共基电路的频率响应好，在要求频率特性高的场合多采用共基电路。

三种电路的比较

2、4多极放大电路

--多极放大电路的耦合的方式

常用的耦合方式有三种，即阻容耦合、直接耦合和变压器耦合。

1.多极放大电路的耦合方式

多极放大电路方框如下图

2、估算电路的电压放大倍数、输入电阻用和输出电阻以。

蟀：画微变等效电路

〃EQ=《C-/C遥=12V-2mAx3k=6V

信负

号

源

载

其中，输入级与中间级的主要作用是实现电压放大，输出级的主要作用是功率放大,以推动

负载工作。

在计算多级放大电路交流参数时常采用两种方法，一是画出多级放大电路的微变等效电

路，然后用电路方面知识直接求出U.和U之比，即整个多级放大电路的总电压放大倍，以及输

入电阻和输出电阻。另一方法是先求出每级电压放大倍数（利用基本放大电路的一些公式），

然后相乘得到总电压放大倍数。但在求单级放大电路的放大倍数时，要考虑到它后面一级的输

入电阻应看作为它的负载电阻，而它前面一级的输出电阻对它而言应看作为是信号源的内阻。

在求多级放大电路输入电阻和输出电阻时也应考虑前后级的影响。

2阻容耦合

阻容耦合电路级与级之间由电容、电阻来连接的。如图右所示。

优点：各级静态工作点是相对独立，不互相影响

缺点：不使用于传送缓慢变化的信号(电容容抗过大，使信号衰减很大)；不能传送直流

信号；在集成电路难于制造。

3.直接耦合

为了避免电容对缓慢变化的信号在传输过程中带来的不良影响连接起来，这种连接方式称

为直接耦合。其电路如图右所示。

直接耦合的特点：

⑴优点:既可以放大交流信号也可以放大直流和变化非常缓慢的信号;电路简单便于集成，

所以集成电路中多采用这种耦合方式。

(2)缺点:存在着各级静态工作点相互牵制和零点漂移这两个问题。

4.变压器耦合

我们把级与级之间通过变压器连接的方式称为变压器耦合。其电路如下图所示。

二,多极放大电路的指标计算

1,电压放大倍数

根据电压放大倍数的定义式

多级放大电路的倍数等于各级放大电路倍数的乘积.即：

Au=A,AAA„

2.输入电阻

多级放大电路的输入电阻，就是输入级的输入电阻。计算时要注意：当输入级为共集电极放

大电路时,要考虑第二级的输入电阻作为前级负载时对输入电阻的影响。

3.输出电阻

多级放大电路的输出电阻就是输出级的输出电阻。计算时要注意：当输出级为共集电极放

大电路时,要考虑其前级对输出电阻的影响。

分析图P3.1所示是一个二级阻容耦合放大电路。

解:它第一级是共集放大电路，第二级是共射放大电路，因此它是共集一共射组态的二级

放大电路。

下面我们来分析这个放大电路，设

片=鱼=50歹阕津=uag2=07匕…」200Q

电容c,c,c,C均为足够大。

1.静态工作点计算

I=〜0.0L

囱的+("&】

工富4】•%：7

&21+Rg

2.交流性能计算

先求出每级电压放大倍数，再求出总的电压放大倍数。晶体管的h参数为

.叼一^砧耳=001襁

津乐+(l+£)&i

KJ

•我方一展・84/

/21.勺22

第二级的输入电阻r相当于是第一级的负载电阻，它为

丽=物'+£学匕2.8《

3.不密夕浏

限2山必必〜专平,；，J；36K

lCQl

输入电阻和输出电阻为

H.」V'L1J'3)小〃记卜445K

」＜-4；-1/

分析图P3.2所示是一个两级直接耦合放大电路。

解：T、T分别为共集、共射放大组态。共集电路具有阻抗变换作用，取其输入电阻

高，输出电阻低，共射电路电压放大倍数较大，两者结合后放大电路的性能较好。

图P3.2

静态工作点的确定不能每级分别计算，可以通过下面的联立电路方程来求得：

第一级的电压放大倍

A_4（1/"2）

%1+闻（凡1/2）

其中r为第二级的输入电阻，它为

F*2Ml1晨求

42・工2制+2）凡2

4,-A<2

在B>>1、p»i时

.RC2

42

输入电阻和输出电阻分别为

A-%〃依aUi1角;R：，巾3

3.1频率特性的一般概念

一.频率特性的概念

对低频段，由于耦合电容的容抗变大,高频时l/«c«R,可视为短路，低频段时1/«C«R不

成立。我们定义：当放大倍数下降到中频区放大倍数的0.707倍时;即

时的频率称为下限频率fl。如图右是考虑频率特性时的等效电路

对高频段，由于三极管极间电容或分布电容的容抗较小，低频段视为开路，高频段处113c

较小,此时考虑极间电容影响的等效电路如图3-1(b)所示。当频率上升时，容抗减小，使加至放大

电路的输入信号减小,输出电压减小,从而使放大倍数下降。同时也会在输出电压与输入电压间

产生附加相移。同样我们定义：当放大倍数下降到中频区放大倍数的0.707倍,即

Auh=(l/)Aum时的频率称为上限频率fh。2

共发射极放大电路的甩压放大倍数将是一个复数,即

其中幅度Au和相角小都是频率的函数,分别称为放大电路的幅频特性和相频特性。可用图

3-2(a)和(b)表示。我们称上、下限频率之差为通频带ibw,即

fbw=fh-fl

通频带的宽度,表征放大电路对不同频率的输入信号的响应能力,它是放大电路的重要技术

指标之一。

二.线性失真

线性失真有两种形式：相频失真和幅频失真

一个周期信号经傅里叶级数展开后，可以分解为基波、一次谐波、二次谐波等多次谐波。

设输入信号5(。由基波和二次谐波组成，如图(a)所示，经过线性电路后，基波与二次谐波振

幅之间的比例没有变化，但是它们之间的时间对应关系变了，叠加合成后同样引起输出波形不

同于输入波形，这种线性失真称之为相频失真。

线性失真的第一种形式如图（b）所示。假设输入波形Ui⑴仅由基波、二次谐波构成，它

们之间的振幅比例为10：6,如图（b）上所示。该输入波形经过线性放大电路后，由于放大电路

对不同频率信号的不同放大倍数，使得这些信号之间的比例发生了变化，变成了10:3,这二者

累加后所得的输出信号U。⑴如图（b）下所示。对比Ui⑴,可见两者波形发生了很大的变化，这就

是线性失真的第一种形式，即幅频失真。

低绫段喝合电容的影响

U.

（6）高领段极间电容的彩响

4=（I/VLU）

42

4=44

3.2三极管的频率参数

(1)

(2)

(3)

B的幅频特性

-.共发射极电流放大系数B的截止频率力

将值下降到时的0.707倍时的频率隼定义为B的截止频率。按公式(3-4)也可计算出，当f=f

6时,

二,特征频率f

定义值降为1时的频率仃为三极管的特征频率。将f=fl和代入⑵式,则得1=

由于通常fT/fp»l,所以上式可简化为

fT=30fp上式表示了fT和电的关系。

物.

血=(1/收成之0.7074

问左孑小选之网

p\

大系数Q的截止频率fa

由上述的关系得

(4)(5)

定义当下降为中频aO的0.707倍时的频率fa为a的截止频率。

fa、电、仃之间有何关系？将式(1)代入式(4)得

四.三极管混合参数TT型等效电路

1.完整的混合TT型模型

(1)混合n型参数和h参数之间的关系

hl

A

♦1+-51+4

~7

（1+也）%

<0)不考虑c;敕c.的龄化泡令型.等效电路。)检化路多数籥效电路

2.简化的混合II型模型

(2)卬的等效过程

此式表明，从b，、e两端看进去,跨接在b，、c之间的电容Cu的作用，和一个并联在b，、e

两端，其电容值为的电容等效。这就是密勒定理。如图（2）中（c）所示。照町=

八小2626/7

lSQ1CQ

g./工=g/%=饵

5式1+犬)Us,

11

/夕，ja)(l+K)Cp

3.3共e极放大电路的频率特性

(1)共e极放大电路及其混合7T型等效电路

具体分析时,通常分成三个频段考虑：

(1)中频段:全部电容均不考虑,耦合电容视为短路,极间电容视为开路。

(2)低频段:耦合电容的容抗不能忽略,而极间电容视为开路。

(3)高频段:耦合电容视为短路,而极间电容的容抗不能忽略。

这样求得三个频段的频率响应,然后再进行