电子技术 课件全套 蔡大华 第1-9章 半导体器件-脉冲信号的产生与整形电路

第一章半导体器件主要内容1.1半导体的基础知识1.2半导体二极管1.3晶体管1.4场效应晶体管主要内容1.1半导体的基础知识半导体：导电性能介于导体与绝缘体之间的物体半导体材料：Ⅳ族元素硅（Si）、锗（Ge），III-V族元素的化合物砷化镓（GaAs）等。

半导体的特性半导体特点：温度升高，导电能力增强热敏效应增强光照，导电能力增强光敏效应掺入微量元素，导电能力增强掺杂效应半导体知识及二极管本征半导体：纯净的具有整齐晶体结构的半导体+14

硅原子结构

4+简化模型4价元素（硅、锗）价电子本征半导体半导体知识及二极管本征半导体的晶格结构共价键晶格结构：纯净半导体原子排列整齐＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4半导体知识及二极管本征激发由于热激发而在晶体中出现电子空穴对的情况，叫做本征激发。半导体中的自由电子和空穴都能参与导电，半导体具有两种载流子。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4电子空穴半导体知识及二极管半导体导电原理：本征半导体中的自由电子和空穴总是成对出现，同时又不断进行复合。在一定条件下，载流子的产生与复合会达到动态平衡。载流子数目就愈多，导电性能就愈好。光照温度加入杂质本征激发杂质半导体导电半导体知识及二极管在常温下，本征半导体的两种载流子数量还是极少的，其导电能力相当低。如果在半导体晶体中掺入微量杂质元素，将得到掺杂半导体，而掺杂半导体的导电能力将大大提高。杂质半导体半导体知识及二极管N型半导体:掺入五价杂质的硅半导体晶体中，自由电子的数目大量增加。自由电子是这种半导体的导电方式，称之为电子半导体或N型半导体。+五价元素磷(P)＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4P半导体知识及二极管P型半导体:掺三价半导体中，空穴的数目远大于自由电子的数目。空穴为多数载流子，自由电子是少数载流子，这种半导体称为空穴型半导体或P型半导体。＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4＋4三价元素硼(B)B+半导体知识及二极管PN结及导电特性杂质半导体的导电能力虽然比本征半导体极大增强，但它们并不能称为半导体器件。在电子技术中，PN结是一切半导体器件的“元概念”和技术起点。

PN结的形成：P区N区扩散运动：浓度差造成的运动。半导体知识及二极管内电场浓度差→多子扩散运动→复合→产生内电场→阻碍多子扩散→有利少子漂移运动→扩散运动和漂移运动达到动态平衡→形成一定宽度PN结空间电荷区（耗尽层）产生漂移运动：载流子在电场力作用下的运动。半导体知识及二极管内电场外电场限流,防止电流太大外电场抵削内电场,有利于多子的扩散多子中和部分离子，使空间电荷区变窄外加正向电压很大

PN结的导电性：半导体知识及二极管很小少子背离PN结移动，使空间电荷区变宽外电场增强内电场,有利于少子的漂移内电场外电场外加反向电压半导体知识及二极管

注意：不论是N型半导体还是P型半导体，都只有一种多数载流子。然而整个半导体晶体仍是。电中性半导体知识及二极管主要内容1.2半导体二极管

PN结正向导通，反向截止的作用，是它构成半导体器件的基础。负极正极二极管的结构：二极管的符号：二极管的结构、类型及符号半导体知识及二极管点接触型面接触型结面积大，用于低频整流结面积小，用于高频检波，小功率整流，或数字电路的开关电源二极管的分类：半导体知识及二极管R

（一）外加正向电压——EID

二极管单向导电性导通，ID大（二）外加反向电压——截止，I反很小EI反电流不为零R限流,防止电流太大半导体知识及二极管死区：外加正向电压很小时，外电场无法克服PN结内电场对多数载流子扩散运动的阻力，此时正向电流很小，几乎为零。正向导通区：外加正向电压超过死区电压（硅管0.7V，锗管0.31V），内电场大大削弱，正向电流迅速增长。非线性反向截止区：反向饱和电流很小，可视为零值。反向击穿区：外加反向电压超过反向击穿电压UBR，反向电流突然增大，二极管失去单向导电性，进入反向击穿区。二极管的伏安特性半导体知识及二极管击穿：电击穿热击穿齐纳击穿：U反大到一定值时,把共价键中的价电子强行拉出雪崩击穿：强电场引起自由电子加速与原子碰撞，将价电子从共价键中轰出

PN结上功耗大，热量高，PN结因过热烧毁。此过程不可逆。半导体知识及二极管IDUR-+UD-+导通电压:硅管取0.7V锗管取0.2V[例]分别用二极管理想模型和恒压降模型求出IO

和UO

的值。IO=E

/R=6/6

=1(mA)UO=V

=6VUO=E

–UD=6

0.7=5.3(V)IO=UO/R=5.3/6

=0.88(mA)解:1、理想模型2、恒压降模型ER6V6KΩ半导体知识及二极管1、稳压管

正向运用：相当导通二极管UZ=0.7V反向运用：UZ＝U击，起稳压作用原理：工作在反向击穿区域，∆I大变化,∆U基本不变。特殊用途的二极管符号：半导体知识及二极管2、发光二极管：电能光能3、光电二极管：电能光能半导体知识及二极管uOtO1、整流：改变信号波形，正弦波变脉动波。已知：二极管理想化求：uO波形ui+-二极管应用举例uitOuO-+–+分两个半周分析

信号正半周时：D导通uO=ui

信号负半周时：D截止uO=0分析思路RL半导体知识及二极管２、检波作用：从载波信号中检出音频信号。讨论ui+-uO-+–+RLC旁路高频信号载波信号经二极管后负半波被削去检出音频信号ttt３、限幅：把输出信号的幅度限制在某电平范围内。已知：二极管UD＝0.7V求：uO波形5uito3.7讨论+-3V+-uiuO-+–+uOtoUaUa=UOUb=3VUbB、分两个半周分析

信号正半周时：

ui<3.7V：D截止

uO＝ui。

ui>3.7V：D导通

uO＝3.7V。

信号负半周时：D截止

uO＝ui。A、二极管有导通电压

导通——UD=0.7V。

截止——视为开路。分析思路讨论uAuBuO已知:UD＝0.7V求：uA、

uB

分别为0.3V、3V不同组合时的uO４、钳位与隔离

讨论

隔离作用——二极管D截止时，相当于断路，阳极与阴极被隔离。

钳位作用——二极管D导通时，管压降小，强制阳极与阴极电位基本相同。

-12VRDADBFAB（1）uA与uB为相同电平时，DA、DB均导通。uO=0.3-0.7=-0.4V当uA=uB=3V时:uO=3-0.7=2.3V-0.4V0.3V0.3V3V3V2.3V当uA=uB=0.3V时:分析思路-12VRDADBuAuBuOFAB0.3V3V2.3V（2）uA与uB为不同电平时：DA管的钳位作用：高电平使DA管优先导通，把uO钳位在2.3V,DB管加上反向电压，不再导通。二极管钳位作用分析思路DB管的隔离作用：把输入端A和输出端F隔离开。-12VRDADBuAuBuOFAB硅稳压二极管及其特性

（一）稳压作用

工作在反向击穿区域。

∆I大变化,∆U基本不变。（二）稳压管符号＋－阳极阴极正向运用：相当导通二极管UZ=0.7VUZ▵IZIZmaxIZ▵UZ＋－反向运用：

UZ＝U击，起稳压作用DzU/VI/mAO(三)应用稳压管反向击穿不会损坏:

①经特殊工艺处理。②加限流电阻,保证IZ≤IZmax

。+UI-UOUZ+-

UI增加,UO基本不变,增加量由R承担。限流电阻调节电阻RDＺRLUo=UZ半导体知识及二极管OI/mAU/V∆UZ∆IZUZIZ1、稳定电压

UZ：反向击穿时电压值。2、稳定电流

IZ和最大稳定电流IZmax

：

IZ指对应稳定电压时的反向电流。

IZmax指稳压管允许通过的最大反向电流。4、动态电阻

rZ＝

：愈小稳压效果好。硅稳压二极管主要参数IZmax3、最大耗散功耗：

PZM=UZIZmax半导体知识及二极管UZ>5~6V

正温度系数UZ<5~6V

负温度系数5V<UZ<6V

温度系数最小5、电压温度系数α：说明稳定电压随温度的变化程度。

电压温度系数——当环境温度变化1℃时稳定电压变化的百分比。例：2CW15的αU=0.07%/℃温度提高，稳定电压增加OI/mAU/V∆UZ∆IZUZIZIZmax归纳二极管1、二极管的特性：单向导电性。2、特性曲线：

导通电压、反向饱和电流、反向击穿电压。3、应用：整流、限幅、开关。

等效电路：理想化型、恒压降型。4、二极管的主要参数。

二极管的结电容。5、稳压管：二极管工作在反向击穿区域。主要内容1.3晶体管三极管的结构、原理分析二极管三极管NNPPPN基极集电极发射极集电区基区发射区集电结发射结三极管的结构与符号e区掺杂浓度最高b区薄,掺杂浓度最低c区面积最大低频小功率管低频大功率管高频小功率管高频大功率管开关管三极管的结构、原理分析常见的三极管：三极管的结构、原理分析1、电流通路2、电流流向NPN型：IC、IB流入，IE流出PNP型：IC、IB流出，IE流入IBIEICRCRB+-ECEB+-电流分配及放大作用三极管的结构、原理分析三极管的结构、原理分析PNPNNPN型Ve<Vb<VcPNP型Vc<Vb<Ve（1）IE=IB+IC（2）IC≫IBIE≈IC结论符合基尔霍夫电流定律3、电流关系（3）IB与IC的比例为常数(4)I

B微小变化引起了IC较大变化三极管的结构、原理分析【例题】判断三极管的电极、类型、材料。类型：材料：

电极：UBE硅0.6-0.8取0.7V锗0.1-0.3取0.3V电位居中—b极两电位靠得近—e极剩下－c极NPN:VC最高PNP:VC最低解题思路三极管的结构、原理分析0V-0.3V5VIBICUCE+-+-UBE管子各电极电压与电流的关系曲线，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。可调电源限流电阻限流电阻EB+-RBRC+-ECµAmAVV三极管的伏安特性三极管的结构、原理分析三极管的结构、原理分析输入特性曲线e结相当一个二极管,但要受输出UCE的影响UCE≽1VIB/mAUBE/VOUCE=3VUCE=0VIB/mAUBE/VOIBICUCE+-+-UBERBRC+-ECEB+-µAmAVV近似重合三极管的结构、原理分析截止区饱和区IBICUCE+-+-UBERBRC+-ECEB+-µAmAVVIB1=0IB2=20μAIB3=40IB4=60IB5=80IB6=1000UCE/VIC/mA123436912放大区输出特性曲线放大区饱和区截止区发射结正向偏置正向偏置反向偏置集电结反向偏置正向偏置反向偏置此时UCE<UBE+-UCB+-UCE+-UBEEB+-EC+-RCRBbce三极管的结构、原理分析三极管工作状态区分放大区饱和区截止区发射结正向偏置正向偏置反向偏置集电结反向偏置正向偏置反向偏置+-UCB+-UCE+-UBEEB+-EC+-RCRBbce硅管UBE<死区电压0.7V已开始截止，为使e结可靠截止,令UBE≤0（发射结零偏或反偏）。三极管的结构、原理分析[例]判断三极管的电极、类型、材料。3.5V2.8V12V+-UCB+-UCE+-UBEEB+-EC+-RCRBbce解题思路-3.2mA-0.03mA3.23mA【例】根据各个电极的电位，说明图所示三极管的工作状态。解：根据三极管各个电极的电位，可知图（a）的发射结和集电结都反向偏置，所以这个三极管工作在截止状态。图（b）的发射结正向偏置，集电结反向偏置，所以这个三极管工作在放大状态。三极管的结构、原理分析三极管主要参数

主要内容1.4场效应晶体管1.4.1结型场效应管（JFET） 1、结构和符号漏极源极栅极2、工作原理（1）UDS=0时（栅源电压UGS对导电沟道的控制作用）夹断电压2、工作原理（2）UGS固定时，UDS对漏极电流的影响（a）DS呈现电阻特性。（b）ID呈现恒流状态，即与UDS基本无关，只受UGS的控制。预夹断3、特性曲线输出特性夹断区（截止区）夹断电压IDSS饱和漏极电流预夹断轨迹，UDG＝|UGS(off)

|可变电阻区ΔiD恒流区iD几乎仅决定于uGS低频跨导：击穿区3、特性曲线夹断电压UGS(off)

饱和漏极电流IDSS结型场效应管转移特性曲线可用以下肖克莱方程（Shockley’sequation）表示：转移特性1、N沟道增强型MOS管（1）结构和符号漏极D金属电极栅极G源极SSiO2绝缘层P型硅衬底

高掺杂N区符号：1.4.2金属-氧化物-半导体场效应管（MOSFET） 1、N沟道增强型MOS管（2）工作原理UGS对导电沟道的控制(UDS=0)反型层耗尽层耗尽层形成反型层形成开启电压UGS(th)1、N沟道增强型MOS管（2）工作原理UDS对ID的控制

iD随uDS的增大而增大，可变电阻区

uGD＝UGS(th)，预夹断iD几乎仅仅受控于uGS，恒流区1、N沟道增强型MOS管（3）特性曲线1、N沟道增强型MOS管（4）电流方程其中IDO为uGS=2UGS(th)时的iD值2、P沟道增强型MOS管N型衬底P+P+GSD符号：结构SiO2绝缘层加电压才形成

P型导电沟道

增强型场效应管只有当UGS

UGS(th）时才形成导电沟道。N沟道耗尽型MOS管SiO2绝缘层中掺有正离子预埋了N型导电沟道GSD符号：（1）结构和符号1.4.3耗尽型场效应管

N沟道耗尽型MOS管（1）特性曲线漏极饱和电流夹断电压

UGS(off)转移特性曲线0ID/mA

UGS/V-1-2-348121612UDS=常数IDSSUDSUGS=0UGS<0UGS>0输出特性曲线0ID/mA162012481216481.4.4场效应管的主要参数1、直流参数饱和漏极电流IDSS：耗尽型场效应管，当UGS=0时所对应的漏极电流。夹断电压UGS(off)：耗尽型FET的参数。开启电压UGS(th)：

增强型MOS管的参数，栅源电压小于开启电压的绝对值，

场效应管不能导通。直流输入电阻RGS：场效应三极管的栅源输入电阻的典型值，对于结型场效应管，反偏时RGS约大于107Ω，对于绝缘栅型场效应管，RGS约是109～1015Ω。2、交流参数低频跨导gm－低频跨导反映了UGS对ID的控制作用。gm可以在转移特性曲线上求取，单位是ms(毫西门子)。ΔiD②极间电容－管子三个电极之间的等效电容，越小越好，一般几pF。3、极限参数漏极最大允许耗散功率PDM

－最大漏极功耗可由PDM=UDS×ID决定，与双极型三极管的PCM相当。漏源击穿电压U(BR)DS－当漏极电流ID急剧上升产生雪崩击穿时的UDS。栅源击穿电压U(BR)GS－当UGS过高时，结型场效应管PN结可能击穿；MOS场效应管可能将二氧化硅绝缘层击穿，使栅极与衬底发生短路，形成破坏性击穿。1.4.5场效应管的使用注意事项 1、电源极性按规定接入，注意不能超过极限参数的规定数值。

2、严格按照要求的偏置连接电路。对JFET要注意栅源电压极性不要接反，以免PN结正偏过流而烧坏管子。

3、MOSFET管的衬底和源极常连在一起，若需分开，则衬源电压使衬源的PN结反偏。

4、对于MOSFET要特别注意栅极感应电压过高所造成的击穿问题。5、使用MOSFET时，相关设备和人员应保证良好的接地。

双极型晶体管场效应管电子和空穴两种载流子参与导电载流子电子或空穴中一种载流子参与导电电压控制控制方式放大参数输入电阻较低较高差强抗辐射能力

工艺和使用较复杂，要求严格简单，成本低，使用灵活对应电极

B—E—C

G—S—D电流控制热稳定性差好N沟道和P沟道，增强型和耗尽型类型NPN和PNP场效应管与双极型三极管的比较第二章交流放大电路应用主要内容2.1共射基本放大电路扩音机电路示意图放大器话筒扬声器信号源负载电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。一、放大电路的组成及静态分析基本组成如下：

三极管T——

负载电阻Rc、RL——

偏置电路VCC

、Rb——

耦合电容C1、C2——起放大作用。将变化的集电极电流转换为电压输出。提供电源，并使三极管工作在线性区。输入耦合电容C1保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容C2保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。共发射极基本放大电路

一、电路结构一、放大电路的组成及静态分析原则一：工作在放大区，有合适静态工作点。C隔断直流,无合适静态工作点,工作在截止区[例]放大电路能否完整地放大信号？UCC极性反,工作在截止区图a-UCCC1RBRCRSRLuSC2++ui–+uo–+C一、放大电路的组成及静态分析原则二：输入交流信号能送入三极管e结放大。U将输入交流信号旁路,使之不能送入三极管e结放大图b+UCCC1RBRCRSRLuSC2++ui–+uo–+U一、放大电路的组成及静态分析原则三：输出交流信号能送到负载上。UCC将输出交流信号短路,使之不能送到负载上图C+UCCC1RBRCRSuS+ui–+uo–+RLC2+ui–+uo–+交流通路RBRCRSRLus仿真一、放大电路的组成及静态分析放大倍数电流放大倍数定义为

AI=IO／IiAI（dB）=20lg（IO／II）＝20lg

AI功率放大倍数定义为

AP=PO／PｉAP（dB）=10lg（PO／PI）＝10lg

AP电压放大倍数定义为

Au=UO／UiAU（dB）=20lg（UO／UI）＝20lg

AU一、放大电路的组成及静态分析输入电阻

Ri输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，反映了电路对信号源的衰减程度。Ri大则电路从信号源吸取的电流小，电路对信号源的影响小，反之则大。一般而言，希望Ri大一些好。输入电阻的定义一、放大电路的组成及静态分析输出电阻Ro 放大电路对其负载而言，相当于信号源，我们可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南等效电路的内阻就是输出电阻。

输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。(03.05)一、放大电路的组成及静态分析

放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。注意一、放大电路的组成及静态分析（1）静态的工作情况

静态——当输入信号为零时，只有直流电源存在的工作状态，即直流电流及电压值。IB、IC、UBE、UCE

二、放大电路的两种工作情况

（2）动态的工作情况动态——当加入输入信号时，放大电路的工作状态，即在直流基础上加交流信号。

交流瞬时值：ib、ic、ube、uce

瞬时总值：iＢ、iC、uBE、uCE包括直流量和交流量交直共存一、放大电路的组成及静态分析（1）静态分析

确定静态值（Q值）：

IB、IC、UBE、UCE三、放大电路的分析的主要任务（2）动态分析

确定电压放大倍数Au、输入电阻ri和输出电阻ro。一、放大电路的组成及静态分析交流通路——交流信号流经的通路(交流等效电路)直流通路——不加交流信号时直流电流流经的通路(直流等效电路)四、直流通路和交流通路为了研究问题方便,把交、直流分开研究。一、放大电路的组成及静态分析ui–+uo–++UCCC1RBRCRSRLuSC2++ICQIBQ直流通路+UCCRBRC遵循原则:C对直流开路,对交流短路;直流电源对交流短路(忽略内阻)。一、放大电路的组成及静态分析交流通路+UCCC1RBRCRSRLuSC2++ui–+uo–+ui–+uo–+RBRCRSRLus一、放大电路的组成及静态分析主要内容2.2放大电路的分析估算法

——用直流通路确定静态值根据直流通路列回路电压方程输入回路电压方程:输出回路电压方程:UCC=IBRB+UBEUCC=ICRC+UCEUBE+-UCE+-ICIB直流通路+UCCRBRC静态分析一、放大电路的组成及静态分析整理可得：一般取:硅管

UBE=0.7V，锗管UBE=0.3V。UBE+-UCE+-ICIB直流通路+UCCRBRC一、放大电路的组成及静态分析UBE+-UCE+-ICIB直流通路+VCCRBRC固定式偏置放大电路——静态电流IB近似为一个固定值。IB——固定偏置电流。RB——固定偏置电阻。一、放大电路的组成及静态分析讨论UBE+-UCE+-ICIB直流通路+VCCRBRC[例]VCC=12V,RC=2KΩ,RB=200KΩ,β=50,IC=2mA,试求：放大电路静态值。解：一、放大电路的组成及静态分析讨论UBE+-UCE+-ICIB直流通路+VCCRBRC[例1-3-2]VCC=24V,β=50,IC=2mA,UCE=8V,

试估算RB电阻。解：一、放大电路的组成及静态分析2、用图解法确定静态值

把u、i的代数关系式,转换为几何图形,用作图方法求解。uBE-+uCE+-iBiCVBBRBRCVCCiB和uBE满足回路电压方程

iB和uBE满足输入伏安特性

iC和uCE满足输出伏安特性

iC和uCE满足回路电压方程

一、放大电路的组成及静态分析IC/mAUCE/VoIB内部条件—在输入特性曲线上外部条件—在直线上，满足

uBE=VBB-iBRB内部条件—在输出特性曲线上外部条件—在直线上，满足uCE=VCC-iCRCQoIB/μAUBE/VQuBEuCE-++-iBiCVBBRBRCVCCOIC/mAUCE/V

uCE＝UCC－iCRC

直流负载线——通过直流通路得到，且与集电极负载电阻有关。斜率为－RC1输出回路分析

是一个线性方程两点定一直线,找两特殊点讨论如何把方程变为几何图形?MNUCEIC②计算IB≈UCC/RB,找IB那条曲线。③直流负载线与IB曲线交点为Q点。④确定IB、IC、UCE。UCCUCC

RC斜率为－RC1QIB①做输出直流负载线。令iC＝0时:uCE＝UCC

令uCE＝0时:iC＝UCC/RC

作图步骤：静态工作点Q代表：IB、IC、UCE输入回路分析略

OIC/mAUCE/V静态工作点Q的调整：Q点沿直流负载线下移至Q″RBIBQ点沿直流负载线上移至Q′RBIB+UCCRSC2RBRCRLus–+C1++UCEICUCC斜率为－RC1IBQ″VCC

RCQQ′OIC/mAUCE/V一、放大电路的组成及静态分析静态工作情况uitOuBEtOUBEiBtOIBiCtOICuCEtOUCEuotOus=0+-

UBE

UCE-+直流量C2隔直作用,直流无法到达输入信号为零时C2RSRCRLRbC1UCCUBB++IBICuo+-ui–+uo–++UCCC1RBRCRSRLuSC2++ui–+uo–+交流通路RBRCRSRLus动态分析动态——当加入输入信号时，放大电路的工作状态，即在直流基础上加交流信号。

二、放大电路的动态分析102放大电路分析静态分析动态分析估算法图解法微变等效电路法图解法计算机仿真麻烦、误差大、无法计算输入和输出电阻只介绍此法二、放大电路的动态分析

目的：将含有三极管的非线性电路等效成线性电路。

等效条件：小信号范围内，输入特性近似看成直线。放大电路的微变等效电路法OIBUBEQ▵iD▵uDID二、放大电路的动态分析输入回路rbe△ib△ube+－△iC△uce+－ib

ube-+输出回路OIBUBEQ△UBE△IBEB

输入信号很小时,Q点的切线与曲线重合,rbe为常数。微变等效电路二、放大电路的动态分析105输入回路△ib△iC△ube+－△uce+－rbeib

ube-+EB三极管输入电阻动态电阻与静态工作点有关静态电流rbe在晶体管手册中常用h表示二、放大电路的动态分析△ib△iC△ube+－△uce+－输出回路iC

uce-+QUCEIC▵IC▵UCEOIB=0μA10μA20μA30μA放大区IC/mAUCE/VIB受控电流源βib二、放大电路的动态分析考虑曲线上翘影响iC=βib+▵iC

同样

Ib下,uCE增大,iC在βib的基础上略有增大rce▵iC

相当在βib的基础上并了一个▵iC支路,支路中的电阻为rbe。iCβib

uce-+QUCEIC▵IC▵UCEOIB=0μA10μA20μA30μA放大区IC/mAUCE/VIB二、放大电路的动态分析ubeibuceicubeucerbe

ibib

rcerbe

ibibbce等效cbe建立低频小信号模型rce很大，一般忽略。微变电路法二、放大电路的动态分析ibuce+-

ube-+rberceβib▵iC晶体管的微变等效电路简化的微变等效电路

rce阻值很高,

rce>>RL,忽略

ube-+uce+-rbeβibibrce▵iC用复数表示的微变等效电路rbe-+Ube+-UceIbβIbIc二、放大电路的动态分析RCRLUo+-+VCCRSC2RBRCRLus–+C1++交流通路RBRCRSRLusui–+uo–+RsRbUi+-UsIiIbIcrbeβIb仿真二、放大电路的动态分析111讨论为何带负号？电压放大倍数的计算RCRLUo+-RsRbUi+-UsIbIiIcrbeβIb表明输入电压和输出电压反相二、放大电路的动态分析放大电路信号源内阻RS不可忽略时RCRLUo+-RsRbUi+-UsIbIiIcrbeβIbRsrbeUsUi+-电压放大倍数降低了UsUi<二、放大电路的动态分析RCRLUo+RsRbUi+-UsIbIiIcrbeβIb电压放大倍数是放大电路重要性能指标讨论如何提高带电压放大倍数？RC↑β↑rbe↓但β大,rbe也大。IE太大，产生饱和失真但太大易失真。必须综合考虑RC、β、rbe动态参数计算①电压放大倍数RCRLUo+-IbRsRBUi+-UsIiIcrbeβIb三极管输入电阻动态电阻与静态工作点有关静态电流rbe在晶体管手册中常用h表示二、放大电路的动态分析Rsri_+UiUs②输入电阻ri：从信号源两端向放大器看进去，相当一个动态电阻。riRCRLUo+-RsRbUi+-UsIbIiIcrbeβIb二、放大电路的动态分析③输出电阻ro：放大器对负载而言，是一个信号源，其内阻为ro。roro+_RLUoU'oRCRLUo+-RsRbUi+-UsIbIiIcrbeβIb二、放大电路的动态分析UsRLUo+-roRCRsRbUi+-Ib=0rbeβIbIc=0r'o求rO方法：输入信号短路，输出端加,ro=/UoUoIo一般几千欧较高Uo+-二、放大电路的动态分析对ri、ro的一般要求希望ri高：①从信号源索取电流小，减轻信号源负担。②放大电路从信号源分压大，提高电压放大倍数。希望rO低：放大电路相当恒压源，当RL≫ro时，RL变UO（有效值）不变，带负载能力强。roRLU'oUo+_RsriUsUi+_放大电路IiIo二、放大电路的动态分析

例题:电路如图所示，已知UCC＝12V，Rb＝280kΩ,RC＝4kΩ，RL＝3kΩ三极管的β＝60，UBE＝0.7V。⑴求静态工作点IBQ、ICQ和UCEQ的值。⑵画出电路的微变等效电路。⑶求电路的电压放大倍数Au、输入电阻ri和输出电阻ro的值+－RCRL＋UCCTC2C1RbrsusβIbUOUirbeIbRbRCRL

解：⑴

⑵微变等效电路如图所示。⑶

截止失真：Q点偏低，靠近截止区瞬时工作点进入截止区

饱和失真：Q点偏高，靠近饱和区

瞬时工作点进入饱和区

2、失真分类

非线性失真——由于三极管工作于特性曲线的非线性部分而引发。二、放大电路的动态分析OIC/mAUCE/VQQ1Q2Q2消除失真办法:

UCEICQQ1饱和失真

Q点偏高，瞬时工作点进入饱和区。Uom减小基极电流减小RC,改变负载线斜率更换β较小的管子tOIC/mAOIC/mAUCE/VtOUCE/V二、放大电路的动态分析截止失真uiuoUBEQQUCEQ点偏低，瞬时工作点进入截止区。OIC/mAUCE/VOIB/mAUBE/VtOIB/mAtOUBE/VtOUCE/V二、放大电路的动态分析饱和失真——

3、失真改善

减小IB,Rb↑减小RC,改变负载线斜率。截止失真——

增大IB,

Rb↓4、信号及Q点选择

Q点选在负载线中点。输入信号不要太大。改变RB、RC、UCE

均能调整Q点，但改变RB最方便

。+UCCRSC2RBRCRLus–+C1++二、放大电路的动态分析主要内容2.3静态工作点的稳定电路饱和失真——

失真改善

减小IB,Rb↑减小RC,改变负载线斜率。截止失真——

增大IB,

Rb↓信号及Q点选择

Q点选在负载线中点。输入信号不要太大。改变RB、RC、UCE

均能调整Q点，但改变RB最方便

。+UCCRSC2RBRCRLus–+C1++静态工作点的稳定电路分析Q点不稳定因素：UCC波动，管子老化,温度变化。TaICQ点变化ICBOUBE温度对静态工作点的影响影响最大的是温度引起管子参数的变化。静态工作点的稳定电路分析解决问题的设想：电路上采取措施IC基本不变－－

60℃

Q110μAQ2IC增加温度TaIBICIC曲线上移IB≈VCC/RB受温度影响小,不变IB=0μA20μA30μA10μA20℃OIC/mAUCE/V静态工作点的稳定电路分析（一）电路组成RB：上、下偏置电阻。RE：发射极电阻。CE：发射极旁路电容。RB2分压式偏置放大电路+-uo-+ui+UCCC1RB1RCRSRLuSC2++RECE+静态工作点的稳定电路分析VB基本不受与温度影响故：直流通路UBE+-+-UE-+VB

IBIEICI2I1+UCCRB2RB1RERC1、利用RB1、RB2分压来固定基极电位静态工作点的稳定电路分析直流通路UBE+-+-UE-+VB

IBIEICI2I1+UCCRB2RB1RERC2、利用RE求出反映IC变化的电位UE（使VB≫UBE）当RB固定时，IC、IE基本不变稳定静态工作点的稳定电路分析（二）稳定原理

TaICUBEUEIBIC基本不变IC直流通路UBE+-+-UE-+VB

IBIEICI2I1+UCCRB2RB1RERC仿真静态工作点的稳定电路分析

CE作用——使交流信号不经过RE,避免在RE上产生交流压降，导致电压放大倍数下降。ui–+uo–++UCCRB1RB2RERCCEC1C2+++发射极旁路电容静态工作点的稳定电路分析静态工作点的估算条件:UBE+-+-UE-+VB

IBIEICI2I1+UCCRB2RB1RERC直流通路计算IB较困难，先从计算VB入手。静态工作点的稳定电路分析动态分析1、微变等效电路图2、求出Au、ri、ro③输出电阻ro

②输入电阻ri

①电压放大倍数静态工作点的稳定电路分析RB1RB2βIbUOUirbeIbRCRL+－RCRL＋UCCTC2C1RB1RSUSRB2CERE【例】电路如图所示，已知UCC＝12V，RB1＝10kΩ,RB2＝20kΩ，RC＝2kΩ，RL＝2kΩ，RE＝2kΩ，三极管的β＝50，UBE＝0.7V。⑴求静态工作点IBQ、ICQ和UCEQ的值。⑵画出电路的微变等效电路。⑶求电路的电压放大倍数Au、输入电阻ri和输出电阻ro的值⑵微变等效电路如图所示

⑶解：⑴主要内容2.4共集电极放大电路和共基极放大电路放大电路三种形式共射放大器CE共基放大器CC共集放大器CB共某一极：仅对交流电压而言，输入与输出交流电压共用了三极管某一电极的电位。uce输出端口+-ube输入端口+-ebC一般接地，有时通过电阻接地共集电极放大电路分析共射极放大电路共集电极放大电路

(射极输出器)

共基极放大电路C2RLRLRERCuSUCCVBBui–+uo–+ui–+uo–+RE+UCCC1RBRSusC1C2RBRCRSRL+UCCui–+uo–+us共集电极放大电路分析交流通路ui–+uo–+ui–+uo–+RBRERSRLusRBRCRSRLus共射极放大电路共集电极放大电路共集电极放大电路分析ceb地简易判别法：一端输入，一端输入，另一端为共某一极。C2RLuo–+RE+UCCC1RBRSusui–+b地cecC1C2RBRCRSRL+UCCui–+uo–+us共集电极放大电路分析C2RLuo–+RE+UCCC1RBRSusui–+（一）静态分析直流通路+UCCRBRE一、电路组成二、工作原理1、从射极输出，射极输出器2、一般不接RC

共集电极放大电路分析ube-+ui–+uo–+C2RLRE+UCCC1RBRSusUsUi+-+-UoRBRERLRSrbe微变等效电路①定性分析②定量分析IcIbβIb（二）动态分析仿真共集电极放大电路分析无电压放大作用Au<1,但有功率放大作用UsUi+-+-UoRBRERLRSrbeIcIbβIb共集电极放大电路分析

R’L在回路电流下,折算到电流下,相当扩大了（1+β）倍IEIbriC2RL

ib

iC

ieui–+uo–+riRE+UCCC1RBRSus输入电阻高UsUi+-+-UoRBRERLRSrbeIcIbβIb共集电极放大电路分析RErbeRB

rbe+R’S是外加时，在下求得,折合到发射极回路，流过的电流是

，相当RE除以(1+β）UoIbIEr'oroRS+-UoR'S=RS//RB①定性分析IbIo共集电极放大电路分析rbeRER'SIReroIeR’S=RS//Rb+-UoRErbeRBr'oroRS+-UoIbIoIcIbβIbIo②定量分析共集电极放大电路分析rbeRER'SIReroIe+-UoIcIbβIbIo共集电极放大电路分析微变等效电路UsUi+-+-UoRBRERLRSrbeIcIbβIb(2)由微变等效电路求Au、ri、ro共集电极放大电路分析单管放大电路实验实验目的：单管放大电路静态工作点的设置。建立电路：1、取电位器R，调整静态工作点。实验步骤：1、改变R，观察波形失真。

2、关断负载RL，观察放大倍数变化况。2、取开关K，关断负载RL。单管放大电路实验R=1200*9%R=1200*90%R=1200*60%输出波形输入波形单管放大电路实验结论:调整R可合理设置静态工作点,减小非线性失真。接RL，Uo减小。

实验数据：

R\RL

输出波形

R适中1200k*60%不失真

R小1200k*9%截止失真

R大1200K*90%饱和失真

RL接幅度小

RL不接幅度大单管放大电路实验静态工作情况uitOuBEtOUBEiBtOIBiCtOICuCEtOUCEuotOus=0+-

UBE

UCE-+直流量C2隔直作用,直流无法到达输入信号为零时C2RSRCRLRbC1UCCUBB++IBICuo+-动态工作情况iBiCuo+-uitOuBEtOiBtOiCtOuCEtOUBEIBICUCEuotOus+-ui+-

uBE

uCE-+瞬时总量只有交流信号有输入信号时RSRCRLRbC1UCCUBB++1.静态分析155图2.4.3共基极放大电路的直流通路图2.4.2共基极放大电路

与基极分压式射极偏置电路的直流通路是一样的，因此计算Q点的方法相同共基极放大电路输入信号加在发射极和基极之间，输出信号由集电极和基极之间取出，输入回路与输出回路的公共端是基极。2.动态分析156图2.4.4交流通路图2.4.5共基极放大电路的小信号等效电路rbeβIb2.动态分析图2.4.6共基极放大电路的小信号等效电路①

求电压增益②

计算输入电阻Ri③

计算输出电阻

共基极放大电路的电压增益与固定偏流共射极电路的数值相同，也具有电压放大作用，而且输出电压和输入电压同相位。

共基极放大电路的输出电阻与共射极放大电路的输出电阻相同一般在几欧姆至几十欧。157

放大电路三种组态的比较158

共射极放大电路对输入电压和电流都有放大作用，但输出电压与输入电压反相位。输入电阻在三种组态中居中，输出电阻较大。常用作多级放大电路的中间级。

共集电极放大电路有电流放大和功率放大作用。在三种组态中，输入电阻最大，输出电阻最小，常用于放大电路的输入级、输出级。由于有电压跟随作用，也做缓冲器。

共基极放大电路有电压放大作用和电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与共射极电路相当。

放大电路三种组态的比较共射极电路共集电极电路共基极电路vo与vi反相vo与vi同相vo与vi同相多级放大电路的中间级输入级、中间级、输出级高频或宽频带电路及恒流源电路159主要内容2.5多级放大电路A1输入A2输出前置放大级A2An功率放大级输入级输出级中间级

单级放大电路放大倍数有限，需组成多级放大电路。耦合——级与级之间的连接方式。耦合——级与级之间的连接方式。阻容耦合直接耦合变压器耦合耦合方式光电耦合要求：1、保证各级放大电路的静态工作点互不影响。2、前级的信号顺利传递到后级，损耗和失真尽可能小。阻容耦合放大电路

uo–+ui–+uo1ui2

阻容耦合——前级输出端通过电容接到后级输入端。耦合电容(C1)与等效电阻(ri1)分压进行信号传输。C2+CE1+C1+RSuSRB2RB1RE1RC1T1+Ucc+CE2C3R'B2R'B1RE2RCT2+RLuo1=ui2第一级第二级负载信号源uo–+ui–+uo1ui2C2+CE1+C1+RSuSRB2RB1RE1RC1T1+UccCE2C3R'B2R'B1RE2RCT2++RL优点：①各级直流状态独立，设计调试方便。②只要耦合电容足够大，信号几乎不衰减地传递到下一级。uo–+ui–+uo1C2+CE1+C1+RSuSRB2RB1RE1RC1T1+UccCE2C3R'B2R'B1RE2RCT2++RL讨论输入和输出信号电压相位如何？–+ui2–+

多级放大电路电压放大倍数的计算

耦合电容C1、C2

旁路电容CE、

放大电路中存在电抗元件。PN结电容

分布电容等效电容Ci、CoCiCo+UCCRB2RB1RERCRLRSUsC1C2++CE+输入信号频率不同时，电压放大倍数也不同中频段分析

C1、CE

容抗小，视为短路Ci、Co容抗大，视为开路例如:ƒ=1KHz

C1=10µƒCi=100pƒ则XC1=16Ω

XCi=1.6MΩCiCo+VCCRB2RB1RERCRLRSUsC1C2++CE+对一般工业应用，属低频范围，其中频段内，放大电路可认为是纯电阻电路，放大倍数与频率无关。１、在中频段内放大倍数与频率无关

２、多级放大电路的电压放大倍数多级放大器的电压放大倍数为各级放大倍数的连乘积A1UsRSA2AnRLUO+-Ui+-UO1+-+-Ui2+-UO2+-Uin微变等效电路rbeRC2RLEBCEBCrbeRB2RC1+-RSRB1UsUo+-β2Ib2Ib2Ic2+-UiIiIc1Ib1β1Ib1+-Uo1ri2前一级的负载应包含后一级的输入电阻仿真[例题]VCC=12V,RC1=2KΩ,RC2=200KΩ,R´B1=20kΩ,R´B2=10kΩ,β1=β2=40,IE1=1.1mA,IE2=1.25mA。试求：两级电压放大电路的电压放大倍数解：晶体管T1输入电阻：晶体管T2输入电阻：第二级输入电阻：解：第一级电压放大倍数：第二级负载电阻：第二级电压放大倍数：总电压放大倍数：偏置电路输入级中间级输出级输入端输出端（二）电路的框图及组成方框图结论：集成运放具有电压放大倍数大，输入电阻高（几百千欧），输出电阻低（几百欧），零漂小等优点。中间级——进行电压放大，要求电压放大倍数大，采用共射电路。输出级——要求Ro小，带负载能力强。供给负载较大功率，采用互补对称的射极输出器。偏置电路—建立Q点，采用恒流源电路。输入级——要求减少零点漂移，提高Ri，采用

差分放大电路。

优点：各级直流状态独立，设计调试方便。缺点：①不利于集成化：C容量大,制做困难。②低频特性差：C对变化缓慢的低频信号容抗大，低频信号大部分衰减在C上，不向后级传递。1、阻容耦合方式CE1C1RB1RB2RERCT1+UccuO–+uI–+uO1uI2CE2C3R'B1R'B2RE2RC2T2C22、直接耦合方式

T2的基极电阻为T1的RC1

,省去RB2。T1和T2的直流相互流通。

RB1RC1RS+UCCRC2RLT1T2UsuO–+uI–+

直接耦合——前级输出端直接接到后级输入端。RB2

优点：①低频特性好：可放大变化缓慢的信号。②利于集成化：没有大容量C，易于集成。缺点：①各级直流状态相互影响，设计调试不便。②存在温度漂移（零点漂移）现象。

uOtO3、零点漂移现象

（1）零点漂移现象：输入信号为零时，输出电压不为零,且缓慢变化(偏离初始值)的现象。

ui=0–+直接耦合放大电路mVuO–+

对于阻容耦合:电容对漂移信号容抗大，漂移被隔在本级，不被放大。对于直接耦合:使漂移信号逐级被放大。

（3）危害：当漂移电压和信号电压频率相近时（变化缓慢），难以分辨，有用信号被淹没。（4）抑制方法：直流反馈：Q点稳定电路差动放大电路（2）产生原因：温度影响、管子老化，电源电压波动。

主要是温度变化引起半导体器件参数的变化，导致Q点的变化。iC1

uC1

差分放大电路对有用信号的放大作用

差模信号——大小相等，方向相反的信号。iC2iC1RR-UEERET2T1RC1RC2+UCCRB1RB2∴∆

uO＝∆

uC1

－(－∆

uC2)

＝2∆

uC1

讨论差模信号有输出吗？

（1）采用差模输入方式

另一管iC2uC2

＋uo－uI2-+uI2-+uI＋－输入端有差别输出才有变动（2）差分放大电路中公用RE无负反馈作用

经RE

的iC的增量和减量抵消，RE上无差模信号电压。讨论RE对有用信号有负反馈吗？

iC2iC1RR-UEERET2T1RC1RC2+UCCRB1RB2＋uo－uI2-+uI2-+uI＋－

双入—双出差动电路的放大能力只相当单管的放大能力。差模放大倍数＋uI－思考题RaRbU＋－baT2T1+UCCRCRCRBRB-UEERE＋uo－怎么办？RL+UCCRB2RCRB1

如果双端输出差分电路后面要接输入有一端接地的放大电路，而双端输出没有接地端。（三）输入、输出方式

零漂小，广泛应用。

信号源和负载不能接“地”端。双入单出单入双出单入单出双入双出1、双端输入—双端输出T2T1+UCCRCRCRBRB-UEERE＋uO－＋uI－183

静态时输出端直流电位不为零。无法利用电路的对称性抑制零漂。仅靠RE负反馈作用。2、双端输入—单端输出

用于将差模信号转换为单端输出信号，以便与负载和后级放大器有公共端接“地”。uO1＋－uI＋－uO2＋－-UBB+UCCT2T1RC1RC2RB1RB23、单端输入—双端输出uI＋－-UBB+UCCT2T1RC1RC2RB1RB2+uO-

信号源有一端接“地”,用于将单端输入信号转换为单端输出信号，作为下一级差放的差模输入信号。4、单端输入—单端输出

输入、输出信号都有一端接“地”。RaRbU＋－ba差分放大电路（四）应用举例横风传感器横风风速模拟电信号消除干扰、噪声、漂移物理变化量电路信号处理横风传感器电路框图RaRbU＋－baT2T1+UCCRCRCRBRB-UEERE＋uo－横风传感器信号处理电路横风传感器电路归纳3、抑制零点漂移的最好方法：差分放大电路。1、直接耦合放大电路的零点漂移现象：输入信号为零时，输出电压不为零,且缓慢变化。

2、零点漂移主要原因：晶体管的温漂导致Q

点的变化。4、差分放大电路工作原理。5、差分放大电路的四种接法：根据输入端和输出端接地情况不同。A1输入A2输出前置放大级A2An功率放大级输入级输出级中间级单级放大电路放大倍数有限，需组成多级放大电路。

直接耦合：电路简单，能放大交、直流信号，各级静态工作点“Q”互相影响，不利于调整，零漂现象严重；电路利于集成化，低频特性好。阻容耦合：各级静态工作点“Q”相互独立，只放大交流信号；不利于集成化，低频特性差。

光电耦合：主要用于耦合开关信号，抗干扰能力强。

变压器耦合：各级静态工作点“Q”相互独立，可实现阻抗的变换；用于选频放大器、功率放大器等；不利于集成化,低频特性差。耦合——级与级之间的连接方式。多级放大电路分析电压放大倍数输入电阻Ri

输出电阻Ro

T2的基极电阻为T1的RC1,省去RB2。T1和T2的直流相互流通。

RB1RC1RS+UCCRC2RLT1T2UsuO–+uI–+

一、直接耦合——前级输出端直接接到后级输入端RB2优点：①低频特性好：可放大变化缓慢的信号。②利于集成化：没有大容量C，易于集成。缺点：①各级直流状态相互影响，设计调试不便。②存在温度漂