《模拟电子技术》高等职业电子信息类全套教学课件

项目一半导体二极管及其电路分析项目1半导体二极管及其电路分析项目2交流放大电路基础项目3场效应管及其放大电路项目4集成运算放大电路项目5负反馈放大电路项目6信号发生电路项目7功率放大电路项目8直流稳压电源项目9电路设计项目10电子技术技能综合训练全套可编辑PPT课件项目目标（1）了解本征半导体和杂质半导体的导电特性。（2）理解PN结的形成过程，掌握PN结的特性。（3）了解二极管的结构、类型，掌握二极管的伏安特性。技能目标：（1）掌握用万用表检测二极管的方法，了解二极管的选择原则。（2）掌握二极管电路的分析方法。（3）了解稳压管、光电二极管、发光二极管的工作原理。知识目标：半导体的基本知识01任务引入自然界中的物质由于原子结构不同，所以导电性也各不相同。按导电能力的强弱，物质可分为导体、绝缘体和半导体三大类。导体的电阻率很小，在10-6

Ω·m以下，导电能力很强，如铜、铝等金属；绝缘体的电阻率很大，在108

Ω·m以上，导电能力很差，如橡胶、塑料等物质；导电能力介于导体和绝缘体之间的物质称为半导体，其电阻率为10-6~108

Ω·m，常用半导体材料有硅、锗和砷化镓等。知识链接一、半导体的导电特性（1）半导体对温度的变化非常灵敏。温度越高，导电能力越强。利用这一特性，可制成热敏元件，用于温度变化的检测。（2）半导体对光照非常敏感。光照越强，导电能力越强。利用这一特性，可制成光敏元件，如光敏电阻、光电管等。（3）在纯净的半导体中掺入微量的杂质（指其他元素），其导电能力会大大增强。利用这一特性，可制造成各种半导体器件，如二极管、三极管、场效应管、晶闸管等。知识链接二、本征半导体纯净的、具有完整晶体结构的半导体称为本征半导体。一般情况下，晶粒中的原子排列是整齐的，但从晶体整体来说，每个晶粒的方向彼此不同，因此原子的排列还是无规律和不整齐的，这种晶体称为多晶体。一般来说，多晶体不能制成半导体器件。如果把多晶体拉成单晶体，使它的原子排列由无规律和不整齐的状态变成有规律和整齐的状态，那么这种单晶体就可以制成晶体管和集成电路（IC）。知识链接图1-1所示为硅单晶体原子排列示意图。硅原子的最外层轨道上有4个电子，它们受原子核的束缚力较小，称为价电子。在晶体结构中，硅原子之间的距离很近，每个硅原子的价电子不仅受到自身原子核的吸引，还受到相邻原子的吸引，这使得它们为相邻两个原子所共有，这样每相邻两个原子都共用一对电子，称为共用电子对。图1-1硅单晶体原子排列示意图拓展学习硅单晶是一种具有完整晶格结构的硅材料，核心特性是半导体性质与光电效应，主要分为以下五类应用：电子信息（核心）：通过掺杂制成N/P型半导体，用于制造CPU、内存等芯片，以及功率器件、传感器。光伏发电（主流）：利用光生伏特效应制造单晶硅太阳能电池，转换效率高，广泛用于户用光伏、地面电站及航天器。红外光学：对红外光透过性好，用作红外热成像仪的窗口和透镜、激光器元件。微机电系统：集成机械结构，制造微型加速度计（如安全气囊触发）、投影DMD芯片、MEMS麦克风等。其他：X射线单色器、高刚度精密机械部件。知识链接当半导体的温度升高或受光线照射等外界因素影响时，某些共价键中的价电子获得能量，挣脱共价键的束缚，离开原子成为自由电子，成为带负电的载流子，同时在共价键中留下相同数量的空位，这种由于原子共价键结构的破坏而造成的空位称为空穴。空穴与自由电子是成对出现的，称为电子-空穴对，如图1-2所示。图1-2电子-空穴对知识链接在本征半导体中，自由电子的数量和空穴的数量是相等的。每形成一个自由电子，同时出现一个空穴，它们成对出现，这种现象称为本征激发。自由电子在运动过程中，又会和空穴相遇，重新结合而成对消失，这种与本征激发相反的过程称为复合。在一定温度下，本征激发与复合不断发生，以达到动态平衡。在室温条件下，电子-空穴对的数目很少，并保持不变。当温度升高时，电子-空穴对的数目将增加，因此，本征半导体的导电能力随温度的增加而显著增强。知识链接在导体中，只有自由电子的运动，而在半导体中，既有带负电荷的自由电子的运动，又有带正电荷的空穴的运动，因此，在外电场作用下，二者将形成电子电流和空穴电流。如果从本征半导体引出两个电极并接上电源，此时带负电荷的自由电子将向电源正极做定向运动，形成电子电流，带正电荷的空穴将向电源负极做定向运动，形成空穴电流，外电路中的电流为电子电流与空穴电流之和。知识链接三、杂质半导体在本征半导体中掺入微量五价元素，如磷或砷、锑等，如图1-3所示。1.N型半导体图1-3N型半导体知识链接在本征半导体中掺入少量三价元素，如硼或镓、铟等，如图1-4所示。2.P型半导体图1-4P型半导体拓展学习p型半导体是通过掺杂工艺，使材料内部主要依靠空穴导电的半导体。主要类型及应用如下：硅/锗基：最主流。在硅中掺入硼(B)、铝(Al)等III族元素。掺硼单晶硅广泛用于芯片和太阳能电池。化合物半导体：如砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)中掺入铍(Be)、镁(Mg)等II族元素。常用于LED、激光器。氧化物半导体：如氧化亚铜(Cu₂O)、氧化镍(NiO)，用于特定传感器和透明电子器件。知识链接四、PN结当P型半导体和N型半导体利用某种工艺连接为一体时，在交界处就出现了电子和空穴的浓度差别，由于P型半导体中空穴多于电子，N型半导体中电子多于空穴，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，这种由于浓度差引起的运动称为扩散运动，如图1-5所示。1.PN结的形成图1-5扩散运动知识链接在两种半导体交界面附近，P型半导体中的空穴向N型半导体中扩散，并与N型半导体中的电子复合，在P型半导体一侧留下不能移动的负离子；同样地，N型半导体中的电子向P型半导体中扩散，与P型半导体中的空穴复合，在N型半导体一侧留下不能移动的正离子。交界面附近留下的不能移动的正离子、负离子区域称为空间电荷区。在空间电荷区形成以后，交界面附近就形成了一个内电场，内电场方向由N型半导体指向P型半导体。内电场一方面阻碍多数载流子的扩散，故空间电荷区也称为阻挡层；另一方面，内电场有助于少数载流子的漂移运动，漂移是指在内电场作用下少数载流子的定向运动。因此，N型半导体中的空穴向P型半导体漂移，P型半导体中的电子向N型半导体漂移，其结果是使空间电荷区变窄，内电场被削弱，这又将引起多数载流子扩散。知识链接当扩散与漂移达到动态平衡时，电子从N型半导体到P型半导体的扩散电流必然等于它从P型半导体到N型半导体的漂移电流；同样地，空穴的扩散电流和漂移电流也必然相等。这时，空间电荷区相对稳定，形成了PN结，如图1-6所示。图1-6PN结的形成知识链接PN结的基本特性是具有单向导电性。（1）正向特性。正向特性是PN结外加正向电压，即电源正极接P、电源负极接N时的特性，如图1-7所示。2.PN结的单向导电性图1-7外加正向电压知识链接（2）反向特性。反向特性是PN结外加反向电压，即电源正极接N、电源负极接P时的特性，如图1-8所示。图1-8外加反向电压知识链接PN结形成后的空间电荷区可以等效为一个可变电容，当外加正向电压时，空间电荷区电量减少，PN结变窄，相当于结电容“放电”；当外加反向电压时，PN结变宽，相当于结电容“充电”。PN结的结电容与其连接方式和外加电压的大小有关，不是一个常数。正向电压越大，结电容越大；反之，结电容越小。利用这个特性可制成变容二极管。3.PN结的结电容随堂小测1.半导体的导电特性有哪些？2.半导体导电与金属导电各有什么特点？3.填空题。（1）N型半导体主要靠导电________，因此称为________；P型半导体主要靠_________导电，因此称为___________。（2）在N型半导体中，__________是多数载流子；在P型半导体中，___________是多数载流子。（3）在杂质半导体中，多数载流子是由_________造成的，而少数载流子是___________产生的。随堂小测（4）内电场有助于电子的_________运动。（5）PN结两端加正向电压时，电阻_________；PN结两端加反向电压时，电阻__________。PN结具有____________。半导体二极管02任务引入半导体二极管简称二极管，是电子电路中最常用的半导体器件，是一种非线性半导体器件。它具有单向导电特性，被广泛应用于整流、检波、限幅、开关、稳压等场合。知识链接一、二极管的结构与分类PN结两端加上引线，再用外壳封装起来，就构成了半导体二极管。由P型半导体引出的是阳极，由N型半导体引出的是阴极。二极管的外形与符号如图1-9所示。图1-9二极管的外形与符号知识链接二极管的分类形式如下：（3）（2）（1）半导体二极管按制造材料不同可分为硅二极管和锗二极管。半导体二极管按用途不同可分为整流二极管、稳压二极管、发光二极管、光电二极管等。半导体二极管按功率大小不同可分为小功率二极管、中功率二极管和大功率二极管。知识链接（4）半导体二极管按结构不同可分为点接触型二极管、面接触型二极管和平面型二极管。点接触型二极管的特点是PN结面积小，结电容小，工作电流小，可以在高频下工作，常用于高频检波、混频电路；面接触型二极管的特点是PN结面积大，允许通过的正向电流大，但因PN结面积大，所以结电容较大，只能在较低的频率下工作，常用于整流电路；平面型二极管是一种特制的硅二极管，它不仅能通过较大的电流，而且性能稳定可靠，多用于开关、脉冲及高频电路中。点接触型、面接触型和平面型二极管的结构如图1-10所示。图1-10点接触型、面接触型和平面型二极管的结构拓展学习平行型二极管主要指两种连接方式，应用场景完全不同：反向并联（极性相反并联）：用于太赫兹频段的谐波混频器，实现高频信号混频、倍频；或作为交流触发元件控制可控硅。同向并联（极性相同并联）：用于大电流场景如电源理想二极管并联，可分担电流、降低导通压降，提升电流处理能力（如1A器件并联得到2A）。总结：反向并联主要服务于高频信号处理，同向并联则专注于提升电源电流能力。知识链接二、二极管的伏安特性二极管的伏安特性是指二极管两端的电压u和流过管子的电流i之间的关系，其数学表达式为式中：IS为反向饱和电流；k为玻尔兹曼常数，k=1.381×10-23J/K；q为电子电量，q=1.6×10-19C；UT为温度电压当量，一般在室温下（T=300K），UT≈26mV。知识链接二极管的伏安特性如图1-11所示（以硅管为例），可分为以下三个部分。图1-11硅二极管的伏安特性知识链接由图1-11的第①段可见，在二极管的正向特性的起始部分，当外加正向电压较小时，外电场还不足以克服PN结内电场对多数载流子造成的阻力，因此，这时的正向电流几乎为零，二极管呈现很大的电阻特性，这个电流为零的范围称为死区，相应的电压称为死区电压。死区电压也称为门限电压或阈值电压。一般硅管的死区电压约为0.5V，锗管的死区电压约为0.1V。在外加正向电压大于死区电压后，内电场被削弱，正向电流迅速增加，二极管正向导通后，外加电压稍有增加，电流即有很大幅度的增加，这时二极管呈现的电阻特性很小。一般情况下：硅管的正向导通压降为0.6~0.8V，典型值可取0.7V；锗管的正向导通压降为0.2~0.4V，典型值可取0.3V。1.正向特性知识链接二极管的反向特性对应图1-11中的第②段。二极管的PN结在反向电压作用下，由少数载流子漂移形成的反向电流很小，当反向电压不超过某一范围时，反向电流基本恒定，故通常称为反向饱和电流，此时二极管处于截止状态。在同样的温度下，硅管的反向电流比锗管小。正常情况下，硅管的反向电流约为1μA至几十微安，锗管的反向电流可达几百微安。2.反向特性知识链接当反向电压继续增加到某一值时，反向电流急剧增大，称为反向击穿，此时，二极管两端的反向电压几乎不变，该电压称为反向击穿电压，用UBR表示。反向击穿特性对应图1-11中的第③段，反向击穿后二极管就失去了单向导电性。二极管击穿并不意味着损毁。击穿有电击穿和热击穿两种：电击穿是可逆的，当外加反向电压和反向电流的乘积不超过允许的耗散功率时，外加电压减小后，反向击穿现象会消失，PN结不会损坏；如果电击穿后，反向电压不能及时减小，反向电压和反向电流的乘积超过了允许的耗散功率，那么将造成热击穿，热击穿是不可恢复的，实际应用中要避免二极管发生热击穿。3.反向击穿特性知识链接三、温度对二极管特性的影响半导体的导电性能与温度有关，因此二极管的伏安特性也会随温度的变化而变化。在同一正向电流下，随着温度的升高，二极管的正向导通压降会减小，通常温度每升高1℃，二极管的正向导通压降将减小2mV左右；二极管的反向饱和电流随着温度的升高急剧增大，通常半导体的温度每升高10℃，其反向饱和电流约增加一倍；二极管的反向击穿电压也会随温度的升高而有所降低。知识链接四、二极管的主要参数1.最大整流电流IF3.最大反向电流IRM2.最大反向工作电压URM4.最高工作频率fM知识链接五、二极管的选择及使用常识1.型号、种类选择根据需要正确地选择型号：要求导通电流大时，应选用平面型二极管；要求工作频率高时，应选用点接触型二极管；用于整流电路时，应选用整流二极管。2.参数选择为保证电路正常工作，管子的参数应满足电路的要求，切勿超过手册中规定的最大允许电流和电压值，并要留有足够裕量。3.使用常识二极管使用时应避免靠近发热元件，并保证散热良好。工作在高频或脉冲电路的二极管引线要尽量短，不能用长引线或把引线变成圈来达到散热目的。焊接二极管时最好用45W以下的电烙铁，并用镊子夹住引线根部，防止烫坏管芯。随堂小测1.为什么硅二极管的热稳定性比锗二极管好？2.二极管正向特性有什么特点？3.填空题。（1）半导体二极管按结构不同可分为________、_______和_______；按材料不同可分为________和__________。（2）二极管加正向电压时，锗管死区电压约为_________，硅管死区电压约为________。（3）锗管的正向导通压降约为_________，硅管的正向导通压降约为_________。（4）温度升高，二极管的正向导通压降_________，反向饱和电流_________。二极管应用电路分析03任务引入利用二极管的单向导电性可以构成导通、截止判断，检波，整流，限幅等应用电路。知识链接一、二极管的结构与分类1.理想模型理想模型是指在正向偏置时，二极管导通，其导通压降为零，相当于开关的闭合；当反向偏置时，二极管截止，电流为零，阻抗为无穷大，相当于开关的断开。在实际电路中，当电源电压远大于二极管的导通压降时，可利用此模型进行分析，此模型简单实用。2.恒压降模型在很多情况下，二极管的导通压降不能忽略，这时可用恒压降模型。恒压降模型是指二极管在正向导通时，其导通压降为恒定值，且不随电流变化。硅二极管的导通压降为0.7V，锗二极管的导通压降为0.3V。当流过二极管的电流很小时，二极管工作在特性曲线下部弯曲部分，电流变化引起的导通压降变化较大，这时使用这种模型不恰当，只有当二极管的电流接近或大于1mA时，才可以使用恒压降模型。在实际电路中，此模型的应用非常广泛。知识链接二极管的交流小信号模型如图1-12所示。假如二极管工作在静态工作点Q，对应的直流电压和直流电流为U、I，则直流电阻为3.交流小信号模型二极管的交流小信号模型如图1-12所示。假如二极管工作在静态工作点Q，对应的直流电压和直流电流为U、I，则直流电阻为若二极管在静态工作点Q有一个小的变化量ΔU和ΔI，则可把u-i特性看成一条直线，该直线斜率的倒数就是小信号模型的交流电阻，即知识链接将式（1-1）代入式（1-4），可得式中：rd

为交流等效电阻。图1-12二极管的交流小信号模型知识链接二、二极管的应用分析判断二极管导通与否的方法是：断开二极管，分析加在二极管阳极、阴极间的电压，若加正向电压，且大于导通电压，则二极管导通；若加反向电压，或小于导通电压，则二极管截止。【例1-1】判断图1-13中二极管是导通还是截止。计算流过二极管的电流I及输出电压U。解二极管承受正向电压，导通。二极管采用理想模型分析，则1.导通、截止判断知识链接二极管采用恒压降模型分析，二极管的正向导通压降取0.7V，则图1-13例1-1图知识链接图1-14（a）（b）所示为二极管检波电路及载流信号的波形。检波是利用二极管单向导电性将叠加在高频载波上的低频信号检测出来，在半导体收音机、收录机、电视机及通信设备等小信号电路中广泛应用。检波电路由二极管、电阻和电容组成。2.检波图1-14二极管检波电路及其波形知识链接接收机接收到载波信号后，首先利用二极管的单向导电性将载波信号的负半周削去，如图1-14（c）所示；再利用旁路电容将高频信号滤掉，输出信号就是低频信号，如图1-14（d）所示，被取出的低频信号经放大后即可在荧光屏上显示出图像或从扬声器中发出声音。图1-14二极管检波电路及其波形知识链接利用二极管恒定的导通压降可对输入信号进行限幅。【例1-2】如图1-15（a）所示，UREF=2V，画出相应的输出电压波形。解二极管采用理想模型分析。如果输入信号ui大于UREF（2V），二极管承受正向电压，导通，此时输出电压uo=UREF=2V。如果输入信号ui小于UREF，二极管承受反向电压，截止，此时输出电压uo=ui。二极管采用恒压降模型分析（二极管的正向导通压降为0.7V）。如果输入信号ui大于UREF+0.7V（2.7V），二极管承受正向电压，导通，此时输出电压uo=UREF+0.7V=2.7V。如果输入信号ui小于UREF+0.7V，二极管承受反向电压，截止，此时输出电压uo=ui。输出电压波形，如图1-15（b）所示。3.限幅知识链接图1-15例1-2图知识链接在数字电路中，常用二极管构成逻辑运算电路。（1）如图1-16所示，若uA=uB=0V，从图中可知VD1、VD2承受正向电压，VD1、VD2

导通，忽略二极管导通压降，输出电压uo=0V。（2）若uA=0V，uB=3V，刚开始VD1、VD2

承受正向电压，VD1、VD2

均导通，但由于VD1

导通后，VD1

阳极电位为0V，迫使VD2

承受反向电压而截止，输出电压uo=0V。（3）若uA=3V，uB=0V，VD2

导通，VD1

截止，输出电压uo=0V。（4）若uA=uB=3V，VD1、VD2承受正向电压，VD1、VD2

导通，忽略二极管导通压降，输出电压uo=3V。4.逻辑运算知识链接由此可见：uA、uB两个输入信号均为3V（高电平）时，输出为3V（高电平）；uA、uB两个输入信号有一个为0V（低电平），输出为0V（低电平），该电路实现了与逻辑功能。图1-16逻辑运算电路任务实施：普通二极管的识别与检测通常在二极管的外壳上标有二极管的符号，根据符号可知二极管的阳极和阴极。对于标有色点或色环的二极管，靠近色环的一端为阴极，标有色点的一端为阳极。1.观测符号标记拓展学习点击图标查看二极管识别与检测任务实施：普通二极管的识别与检测（1）指针式万用表检测。当万用表处于电阻挡时，红表笔为表内电源的负极，黑表笔为表内电源的正极。用万用表测量二极管的正、反两次电阻，两次测量中电阻小的那次，黑表笔接的是二极管阳极，红表笔接的是二极管阴极。两次电阻值相差越大，说明二极管的单向导电性越好。两次电阻值均为无穷大，说明二极管内部断路；两次电阻值均为0，说明二极管内部短路。若两次阻值相差不大，说明管子性能差，为劣质管。若正向电阻为几千欧，则为硅管；若正向电阻为几百欧，则为锗管。在测试小功率二极管时，一般使用R×100挡或R×1k挡，以免损坏管子。（2）数字式万用表检测。数字式万用表的红表笔为表内电源的正极，黑表笔为表内电源的负极。将数字式万用表置于电阻挡，两表笔接二极管两引脚，正、反两次读取显示值，若两次都显示1.，说明二极管内部断路；若两次都显示0.000，则二极管内部短路。2.二极管阳极、阴极及质量检测任务实施：普通二极管的识别与检测若在工作电路中将数字式万用表置于二极管挡测量二极管压降，若显示数值为0.2~0.7V，则说明此时与红表笔相连的是二极管的阳极。若显示数值为0.2V左右，则说明此二极管为锗管，若显示数值为0.5~0.7V，则说明此二极管为硅管。随堂小测1.为什么用万用表电阻挡的不同量程测量同一个二极管的正向电阻，读数会不同？2.什么情况下二极管可看作理想模型？

什么情况下二极管可看作恒压降模型？3.如图1-17所示电路，VD为理想二极管。判断二极管是导通还是截止，并求出输出电压。图1-17第3题图特殊二极管04任务引入二极管种类有很多，实际应用中常用到一些具有特殊用途的二极管，如稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管等。知识链接一、稳压二极管稳压二极管是用特殊工艺制造的面接触型硅二极管，因为它具有稳定电压的作用，故称稳压管。稳压管的伏安特性曲线及符号如图1-18所示。稳压管的正向特性曲线与普通二极管相似，而反向特性则不同。图1-18稳压管的伏安特性曲线及符号拓展学习稳压二极管利用反向击穿特性，在电流变化时维持两端电压恒定。主要应用有：简单稳压：与限流电阻串联，为小功率负载提供稳定电压（如单片机、运放参考电压）。过压保护：并联在敏感电路输入端，电压超标时迅速导通钳位，保护后级。电平转换/钳位：将高电压信号降至低压芯片可接受范围（如12V→5V），或限制信号峰值。基准电压源：为A/D转换器、电压比较器等提供稳定基准。浪涌吸收：吸收感性负载通断时产生的反向高压尖峰。知识链接12345稳定电压UZ

稳定电流IZ动态电阻rz最大允许耗散功率PZM

电压温度系数au

知识链接二、发光二极管发光二极管（LED）是一种能将电能转换成光能的半导体器件，具有体积小、亮度高、工作电压低、功耗小、驱动简单、响应速度快、寿命长、可靠性高、环保、光束集中等优点。发光二极管与普通二极管一样，是由一个PN结组成的，也具有单向导电性。当正向电压达到工作电压时，有正向电流通过，发光二极管就会发光。普通发光二极管的符号如图1-19所示。图1-19普通发光二极管的符号知识链接发光二极管由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等元素的化合物制成。（1）发光二极管按发光颜色分为红色、橙色、黄色、绿色、蓝色、白色，另外，有的发光二极管中包含两种或三种颜色的芯片。（2）根据发光二极管出光处掺或不掺散色剂、有色还是无色，上述各种颜色的发光二极管还可分为有色透明、无色透明、有色散色和无色散色四种类型。（3）发光二极管按出光面特征分为圆灯、方灯、矩形、面发光管、侧向管等。（4）发光二极管按结构分为全环氧封装、金属底座环氧封装、陶瓷底座环氧封装和玻璃封装等结构。（5）发光二极管按发光强度和工作电流分为普通亮度、高亮度和超高亮度。1.发光二极管的分类知识链接发光二极管的工作电压随制造材料不同而不同。普通红、绿、黄、橙发光二极管的工作电压约为2V，白色发光二极管的工作电压通常高于2.4V，蓝色发光二极管的工作电压通常高于3.3V。发光二极管的工作电流一般为2~25mA。超高亮度的发光二极管，如手电筒中用的发光二极管，它的工作电压较高，通常为3.35~3.65V，工作电流也较大，为30~50mA。发光二极管的反向击穿电压约为5V。发光二极管在民用、工业、科技、国防、航空和航天等领域得到了广泛的应用。2.发光二极管的工作电压知识链接三、光电二极管光电二极管又称光敏二极管，其在反向电压作用下工作。光电二极管的管壳上有一个玻璃透镜，以便接受光照。当没有光照时，光电二极管的反向电流很小，该电流称为暗电流，此时反向电阻高达几十兆欧；当有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流，反向电阻降为几千欧至几十千欧。反向电流大小随光照强度的变化而变化，与光照强度成正比，从而实现光、电信号的转换。光电二极管主要用于需要光电转换的自动探测、控制装置及光导纤维通信系统中作为接收器件等。图1-20所示为光电二极管的符号。图1-20光电二极管的符号知识链接四、变容二极管变容二极管利用PN结的电容效应进行工作，结电容的大小与外加电压大小有关，反向电压增大，结电容减小，反向电压减小，结电容增大。变容二极管多用于电视机、录像机、收录机的调谐电路和自动频率微调电路中。图1-21所示为变容二极管的符号。图1-21变容二极管的符号拓展学习变容二极管是一种利用PN结反向偏置时结电容随电压变化而改变的特殊二极管，其本质是一个电压控制的可变电容器。工作原理是反向电压越高，耗尽层越宽，从而结电容越小，反之电压降低则电容增大。这种器件的主要应用包括用于收音机、电视机和手机的压控振荡器以实现电子频率调谐从而取代机械可变电容，也用在锁相环和频率合成器中完成自动频率控制，此外还能利用其非线性电容特性构成倍频器以产生高次谐波，以及应用于压控移相器支持电子可调滤波器和相控阵天线。衡量变容二极管的关键参数有决定调谐范围的电容比、决定损耗的Q值以及串联电阻。相比于机械可变电容，它具有体积小、调谐速度可达微秒级、无机械磨损且可电控的优点。使用时必须加反向偏压，并且控制电压需要保持稳定和低噪声以防止频率抖动。任务实施：特殊二极管的检测从外形上看：金属封装稳压二极管的阳极为平面形，阴极一端为半圆面形；塑封稳压二极管上印有彩色标记的一端为阴极，另一端为阳极。用指针式万用表判别稳压二极管极性的方法与普通二极管相同，即用万用表R×1挡，正反两次测量稳压二极管的电阻，阻值较小的那一次，黑表笔接的是稳压二极管的阳极，红表笔接的是稳压二极管的阴极。1.稳压二极管的检测任务实施：特殊二极管的检测（1）阳极、阴极的判别。一般引脚引线较长者为阳极，较短者为阴极。若管帽上有凸起标志，则靠近凸起标志的引脚为阴极。（2）阳极、阴极及性能的检测。1）万用表检测。利用具有R×10k挡的指针式万用表可以大致判断发光二极管的阳极、阴极及性能好坏。正常时，二极管正向电阻为几十千欧至200kΩ，反向电阻为∞。因此，通过测量正反两次电阻就可以判断阳极和阴极。若测得正向电阻为0或∞，反向电阻很小或为0，则说明发光二极管损坏。2.普通发光二极管的检测2）外接电源测量。用3V稳压源或两节串联的干电池及万用表（指针式或数字式皆可）可以较准确地测量发光二极管的光电特性。按图1-22所示连接电路，如果测得发光二极管电压为1.4~3V，且发光亮度正常，说明发光二极管正常。如果测得发光二极管电压为0或3V，且不发光，说明发光二极管已坏。图1-22外接电源测试发光二极管任务实施：特殊二极管的检测任务实施：特殊二极管的检测用万用表R×1k挡检测，正常的光电二极管的正向电阻约为10kΩ，无光照情况下，反向电阻为∞；有光照时，反向电阻随光照强度增强而减小，阻值可达几千欧，若测得反向电阻为0或∞，则说明光电二极管已坏。3.光电二极管的检测随堂小测1.稳压二极管有什么特点？2.发光二极管与光电二极管有什么不同？3.填空题。（1）稳压二极管工作在_________状态下具有稳压作用。（2）常用的特殊二极管有_______、_______、________和_________。（3）变容二极管的结电容的大小与外加电压大小有关：反向电压增大，结电容________；反向电压减小，结电容_________。项目小结（1）半导体器件是组成电子电路的关键元件，电子电路的性能与其所用的半导体器件的特性有着密切的关系。常用的半导体材料有硅、锗和砷化镓等。半导体具有热敏、光敏特性，掺杂对半导体导电性能影响较大。（2）半导体中有自由电子和空穴两种载流子，根据掺入杂质的不同，可分为N型半导体和P型半导体。N型半导体中自由电子为多数载流子，P型半导体中空穴为多数载流子。半导体中的少数载流子会影响半导体器件工作的热稳定性。（3）PN结具有单向导电性：PN结加正向电压时有较大电流流过，呈现低电阻特性，PN结处于导通状态；PN结加反向电压时电流很小，呈现高电阻特性，PN结处于截止状态。项目小结（4）二极管的伏安特性体现了二极管的单向导电性。二极管是非线性元件，硅管的死区电压约为0.5V，锗管的死区电压约为0.1V。当二极管加正向电压导通时，硅管的正向导通压降为0.6~0.8V，典型值可取0.7V，锗管的正向导通电压降为0.2~0.4V，典型值可取0.3V。（5）在大信号作用时，普通二极管可等效为理想模型，即加正向电压时导通，相当于开关的闭合，加反向电压时截止，相当于开关的断开。（6）利用二极管可构成检波、限幅等电路。（7）利用半导体的特性可制成硅稳压二极管、发光二极管、光电二极管、变容二极管等特殊二极管。稳压二极管工作在反向击穿区。光电二极管工作时加反向电压。思考与练习1.如何使用万用表判断普通二极管的阳极、阴极及二极管的质量？2.如图1-23所示电路，假设二极管是理想二极管，判断图中二极管是导通还是截止，并求出A、B两端电压UAB。图1-23思考与练习题2图思考与练习3.如图1-24所示电路，二极管导通压降为0.7V，计算电路中的各电流。图1-24思考与练习题3图思考与练习4.如图1-25所示电路，二极管为理想二极管，根据表1-1的输入值，判断二极管状态，确定输出电压uo

的值。图1-25思考与练习题4图思考与练习表1-1思考与练习题4表思考与练习5.如图1-26所示电路，二极管为理想二极管，ui=10sinωt，试画出uo

的波形。若二极管正向导通压降为0.7V，波形又如何变化？图1-26思考与练习题5图思考与练习6.如图1-27所示电路，分析二极管是导通还是截止，三个灯是否都发光。7.有两个稳压管，其稳压值UZ1=8.5V，UZ2=6V，正向导通压降均为0.7V。若两个二极管串联，可以得到几种电压？

若两个二极管并联，又可以得到几种电压？图1-27思考与练习题6图感谢您的观看项目二交流放大电路基础项目目标（1）了解三极管的结构、分类，理解三极管的放大原理。（2）掌握三极管的伏安特性和工作状态。（3）理解放大电路的组成及各元件的作用。（4）掌握放大电路的静态与动态、直流通路与交流通路。（5）掌握共发射极放大电路的静态工作点的估算法和图解法。（6）了解放大电路的频率特性、上限和下限截止频率、通频带的概念。知识目标：项目目标技能目标：（1）掌握放大电路的微变等效电路分析法，能进行放大倍数、输入和输出电阻的计算。（2）掌握共集电极电路的特点及电路分析。（3）掌握多级放大电路的耦合方式，掌握多级放大电路的电压放大倍数、输入和输出电阻的计算。（4）了解三极管的选择原则，能用万用表检测三极管，会进行放大电路的接线及测试。半导体三极管01任务引入半导体三极管是组成放大电路的核心部件。知识链接一、三极管的结构半导体三极管是由两个背靠背的PN结组成的。根据排列方式不同，半导体三极管可分为PNP型和NPN型，如图2-1所示，图中同时画出了它们的电路符号。图2-1三极管结构示意图及符号知识链接为保证三极管具有电流放大作用，三极管在制造时应满足以下条件：（1）发射区掺杂浓度最高。（2）基区很薄，基区掺杂浓度最低。（3）集电区面积大，掺杂浓度比基区高，比发射区低。以NPN型三极管为例，发射区的自由电子浓度比基区空穴浓度高100倍以上。常见三极管的外形如图2-2所示。图2-2常见三极管的外形知识链接二、三极管的电流放大作用三极管的结构特点是它具有放大作用的内部条件，而放大作用的外部条件是发射结要正向偏置，集电结要反向偏置。如图2-3所示电路，三极管接成两个回路，即基极回路和集电极回路，发射极是公共端，这种接法称为三极管的共发射极接法。1.偏置电压图2-3三极管中载流子的运动和极间电流的关系拓展学习三极管的偏置电压是为使其工作在放大、截止或饱和区而施加的直流电压。对于NPN硅管，放大状态要求基极-发射极电压约为0.6-0.7V，且集电极电位高于基极电位以保证集电结反偏。偏置条件决定工作状态：基极-发射极电压低于0.5V时三极管截止，相当于开关断开；基极电流足够大使集电极-发射极电压降至0.3V以下时进入饱和区，相当于开关闭合；只有介于两者之间时才工作在放大区。常见的分压式偏置电路通过两个电阻分压为基极提供稳定电压，并串联发射极电阻引入负反馈以抑制温度漂移，应用最广泛。设置合适的静态工作点是保证三极管不失真放大的前提。知识链接2.三极管内部多数载流子运动的过程（1）发射区向基区发射电子形成发射极电流IE。由于发射结加正向电压，发射结内电场被削弱，发射区的多数载流子自由电子大量扩散到基区，形成发射极电流IE，同时基区多数载流子空穴也扩散到发射区，但三极管的发射区掺杂浓度远大于基区，所以，基区扩散到发射区的空穴电流很小，可以忽略不计。（2）电子在基区扩散与复合形成基极电流IB。由发射区扩散到基区的电子变成了少数载流子，在集电极反向电压作用下，这些电子会继续向集电区方向运动，在运动过程中有少量电子与基区的空穴复合，形成基极电流IB。由于基区很薄，且空穴浓度很低，所以IB

很小。知识链接（3）电子被集电极收集形成集电极电流IC。绝大多数电子运动到集电结边缘，由于集电结加反向电压，集电结内电场增强，阻碍了集电结两边多数载流子的扩散，促进了少数载流子的漂移，所以运动到集电结边缘的电子在电场作用下将向集电区漂移，被集电极收集，形成集电极电流IC

的主要成分IC1；同时，因集电结加反向电压，集电区的少数载流子空穴要向基区漂移，形成基极与集电极之间的反向饱和电流，数值很小，用ICBO表示，即有IC=IC1+ICBO。知识链接通过分析及测试可知IE=IB+IC=IB+IC1+ICBO，且IC≫IB，这就是三极管的电流放大作用。直流IC

与IB

之比称为直流电流放大系数β，即3.电流关系三极管具有电流放大作用，其外部条件是发射结正偏，集电结反偏。知识链接三、三极管的电流放大作用三极管的特性曲线是指各电极电压与电流之间的关系曲线，它是三极管内部载流子运动的外部表现。这里介绍共发射极电路的输入特性曲线和输出特性曲线。图2-4所示为三极管共射特性曲线测试电路。图2-4三极管共射特性曲线测试电路知识链接输入特性是指当UCE为一常数时，输入回路中基极电流IB

与基-射极之间的电压UBE的关系，即1.输入特性当UCE=0时，相当于集电极与发射极之间短路，基极与发射极之间相当于两个二极管并联，其输入特性应为两个二极管并联后的正向特性，如图2-5所示。知识链接当UCE≥1V时，集电结已反向偏置，且内电场已足够大，可以把从发射区进入基区的绝大部分电子拉入集电区形成IC。与UCE=0时相比，在相同的UBE下，流向基极的电流减小，即特性曲线右移。严格地讲，UCE不同，所得到的输入特性也略有不同。实际上，当UCE超过一定数值（如1V）以后，只要UBE不变，则注入基区的电子数一定，而集电结所加的反向电压已能把注入基区的电子绝大部分拉到集电极，以至UCE再增加，IB

也不再明显地减小，所以通常只需给出UCE=1V的一条输入特性曲线就可以代表UCE≥1V的输入特性。图2-5三极管的输入特性曲线知识链接输出特性是指当IB

是某一固定值时，输出回路中集电极电流IC

与集-射极之间电压UCE的关系，即2.输出特性图2-6所示为三极管的输出特性曲线，从输出特性曲线上可以看到，当基极电流取不同数值时，集电极电流是一组形状大体相同的曲线。图2-5三极管的输出特性曲线知识链接三极管的输出特性曲线可以划分为以下三个区域，三个区域对应三极管的三种工作状态。（3）（2）（1）放大区。三极管处于放大状态时发射结正偏、集电结反偏。在放大区内，各条输出特性曲线比较平坦，这表示当IB

一定时，IC

的值基本上不受UCE变化的影响。集电极电流受基极电流的控制，满足IC=βIB，三极管具有很强的电流放大作用。放大区通常也称为线性区。截止区。三极管处于截止状态时发射结和集电结均为反偏。一般将IB≤0的区域称为截止区，此时IC≈ICEO≈0，UCE≈VCC，ICEO称为穿透电流，它是基极开路时从发射极到集电极的反向截止电流，一般ICEO很小。3）饱和区。三极管处于饱和状态时发射结、集电结均为正偏。饱和区靠近纵轴的附近，各条输出特性曲线的上升部分属于三极管的饱和区。此时UCE≤UBE，通常定义UCE=UBE时为临界饱和，UCE<UBE时为过饱和。三极管饱和时集-射极之间的电压称为饱和压降，用UCES表示。小功率硅管的UCES约为0.3V，锗管的UCES约为0.1V。知识链接【例2-1】在放大电路中，三极管各管脚对地电位为VA=7V，VB=3V，VC=3.7V。试分析A、B、C各是三极管什么电极，该管是什么类型，是硅管还是锗管。解因为三极管工作在放大状态，且VA>VC>VB，所以C是三极管基极；根据三极管发射结正偏导通的特点可知，导通压降为0.7V，所以B是三极管发射极，A是三极管集电极；该管是NPN型硅管。知识链接四、三极管的主要参数（1）共发射极电流放大系数。在共发射极放大电路中，电流放大系数有直流电流放大系数和交流电流放大系数之分。直流IC

与IB

之比称为直流电流放大系数β，即1.电流放大系数三极管的参数很多，这里只介绍主要参数。知识链接在放大电路中，三极管工作在某一点，当放大电路输入交流信号时，就会产生电流和电压的变化，集电极电流的变化量ΔIC

与基极电流的变化量ΔIB

之比称为交流电流放大系数β，即

β与β的意义是不同的，β反映放大电路对直流量的电流放大能力，β反映放大电路对交流量的电流放大能力，近似计算时，可认为β≈β。知识链接（2）共基极电流放大系数。将三极管的基极作为公共端，发射极作为输入端，集电极作为输出端，就构成了共基极放大电路。在共基极放大电路中，直流电流放大系数为α，即交流电流放大系数用α表示，即根据α与β的定义，有知识链接（1）集电极与基极之间的反向饱和电流ICBO。ICBO是指发射极开路时的电流。在一定温度下，ICBO基本上是一个常数，故称为反向饱和电流。它的数值很小，但受温度的影响较大，是造成管子工作不稳定的主要因素。一般小功率锗管的ICBO为几微安到几十微安，硅管的ICBO要小得多，可达到纳安级。（2）集电极和发射极之间的穿透电流ICEO。ICEO是在基极开路时的电流。可以证明ICEO和ICBO的关系为2.极间反向电流当三极管温度升高时，ICBO增加很快，ICEO增加更快，使IC

也相应增加，造成三极管的工作稳定性变差。知识链接极限参数是指在使用中不允许超过的参数。（1）集电极最大允许电流ICM。当IC

超过ICM时，管子的性能显著下降，甚至可能被烧坏。（2）集电极最大允许耗散功率PCM

。由于三极管集电极的耗散功率为PC=UCEIC，耗散功率增大将使集电结温度升高，管子发热，所以PC

有一个最大允许值PCM

。如果PC>PCM

，将使管子性能变坏，最终导致烧毁，因此在使用时，耗散功率不允许超过PCM

。三极管的最大允许耗散功率与其散热条件有关，大功率管加装散热片后，可使其功耗提高。（3）极间反向击穿电压。三极管有两个PN结，如果反向电压均超过规定值，那么均会发生击穿，击穿原理与二极管相同。管子击穿后将造成永久性的损坏或性能下降。反向击穿电压有U（BR）CEO、U（BR）CBO、U（BR）EBO三种。3.极限参数知识链接U（BR）CEO是指基极开路时集电极和发射极之间的反向击穿电压，U（BR）CBO是指发射极开路时集电极和基极之间的反向击穿电压，U（BR）EBO是指集电极开路时发射极和基极之间的反向击穿电压。U（BR）EBO<U（BR）CEO<U（BR）CBO，使用时不能超过极间反向击穿电压，否则管子可能被击穿而损坏。根据极限参数，可在三极管的输出特性曲线上画出三极管的安全工作区，如图2-7所示。图2-7三极管的安全工作区知识链接【例2-2】某三极管的极限参数为ICM=25mA，PCM=200mW，U（BR）CEO=20V。试分析下列条件下，三极管能否正常工作。（1）UCE=3V，IC=20mA。（2）UCE=15V，IC=15mA。（3）UCE=6V，IC=30mA。解（1）UCE=3V<U（BR）CEO，IC=20mA<ICM

，PC=UCEIC=60mW<PCM

，因此三极管可以正常工作。（2）UCE=15V<U（BR）CEO，IC=15mA<ICM

，但PC=UCEIC=225mW>PCM

，因此三极管不能正常工作。（3）UCE=6V<U（BR）CEO，PC=UCEIC=180mW<PCM

，但IC=30mA>ICM

，因此三极管不能正常工作。知识链接1.三极管的选择（1）根据电路要求选择三极管类型。三极管按频率分有高频管、低频管；按功率分有大、中、小功率管等。用于低频电压放大电路选用低频小功率管，用于高频电路选用高频管，用于功率放大电路选用大功率管。（2）根据电路参数选择型号。电路要求工作在大电流条件时，选用ICM

大的三极管；要求工作电压高时，选用U（BR）CEO大的三极管；要求输出大的功率时，选用PCM

大的三极管；要求温度稳定性好时，选用硅管。β值以选几十至100为宜，β值太小，放大性能差，β值太大，性能一般不稳定，因此应根据电路需要选择合适的β。五、三极管的选择和使用方法拓展学习根据电路要求选择三极管，需综合考量类型、参数及应用场景。NPN硅管最通用，PNP常用于互补电路，场效应管则适合高输入阻抗或低功耗场合。关键参数包括集电极-发射极耐压（留1.5-2倍余量）、最大电流及耗散功率。小信号放大关注电流放大系数（β值适中），开关电路侧重饱和压降与开关速度，高频电路要求特征频率达工作频率5-10倍。常用选型：通用小信号用2N3904、BC547，中功率驱动选2N2222，功率管用2SC5200，高频管选2SC3356。封装上，TO-92适合作实验，TO-220需散热片，SOT-23用于便携设备。选型流程为：明确电压、电流、频率指标，参数放大一倍估算，筛选手册对比性能，最终上板实测验证。知识链接（1）加到三极管上电压的极性应正确。PNP型管的发射极相对其他两电极是正电位，而NPN型管则是负电位。（2）三极管的替换。只要三极管的基本参数相同就能替换，性能高的三极管可替换性能低的三极管。通常锗、硅管不能互换。（3）三极管应避免靠近热元件，减小温度变化和保证管壳散热良好。功率放大管在耗散功率较大时，应加散热板；管脚引线不宜太短，太短不宜安装，而且在焊接时热量容易传到管内，有可能烫坏三极管。2.三极管的使用方法知识链接我国有关二极管、三极管的命名方法见表2-1。3.二极管、三极管的命名方法表2-1二极管、三极管的命名方法知识链接表2-1二极管、三极管的命名方法任务实施：三极管的识别与测试在电子设备中常用的小功率管（功率在1W以下）有金属外壳封装与塑料封装两种。如图2-8所示：金属外壳封装的管壳上一般有定位销，将管底向上，从定位销起，按逆时针方向，三个电极依次为e、c、b，如铁壳封装的3DG、3DA、3AX、3AG系列；塑料封装的90系列标准型，平面向外，将引脚向下，从左向右三个电极依次为e、b、c；塑料封装的3DG、3GG系列，文字向外，引脚向下，从左向右三个电极依次为e、b、c；铁壳封装的3DD、3AD等管底向上，两引脚在左侧，上面引脚为e，下面引脚为b，外壳为c。1.三极管的引脚识别图2-8常见三极管的引脚识别任务实施：三极管的识别与测试（1）判断三极管的基极和管型。三极管内部有两个PN结，即集电结和发射结。这两个PN结同样具有单向导电性，如图2-9所示，因此可用万用表的电阻挡判断出基极和管型。2.三极管的测试图2-9三极管内部相当于两个背靠背的PN结任务实施：三极管的识别与测试例如，测NPN型三极管，如图2-10所示，当用黑表笔接基极时，用红表笔分别搭试集电极和发射极，测得阻值均较小；表笔位置对换后，测得阻值均较大。图2-10三极管基极和管型判别任务实施：三极管的识别与测试在测试时未知电极和管型，对三极管的三个电极要先假设一个为基极，测试基极与发射极、基极与集电极之间的电阻，测试到符合上述测量结果为止，此时基极可判断出来；然后根据在基极上的表笔可判别出所属管型，若黑表笔接基极，红表笔接另两极时，阻值均小，为NPN型管，阻值均大，为PNP型管。（2）判断集电极和发射极。根据三极管的电流放大作用进行判别。如图2-11所示，当接上RB

时，有IC，如果黑、红表笔换接，IC

很小，此时C、E间电阻较大，因此可以判别出集电极和发射极。图2-11判别集电极和发射极任务实施：三极管的识别与测试NPN型管有IC时与黑表笔相接的是集电极，PNP型管有IC时与红表笔相接的是集电极。（3）反向穿透电流ICEO的检查。ICEO要求越小越好。测试方法如图2-11所示，此时基极应开路。（4）用万用表电流放大系数挡（hfe挡）测试。将万用表调至hfe挡，把三极管插入对应的电极插孔，即可读出β值。图2-11判别集电极和发射极随堂小测1.有两只三极管，一只β=200，ICEO=100μA，另一只β=100，ICEO=10μA，其他参数相同。试问哪一只三极管的热稳定性好？

为什么？2.如何用万用表判断三极管的类型和管脚？3.什么是三极管集电极最大允许耗散功率？

三极管常用的极限参数是什么？4.如图2-12所示，分析三极管的三个引脚哪个是集电极、基极和发射极，是NPN型管还是PNP型管，并估算β值。图2-12第4题图随堂小测5.三极管断了一个管脚，能当二极管用吗？

如果断的是基极呢？6.能否用双手各将表笔测试端与管脚捏住进行测量？

为什么？7.填空题。（1）三极管具有________放大作用。（2）半导体三极管内的浓度掺杂最低的是________。（3）三极管处于放大状态，发射结要_________偏置，集电结要_________偏置。（4）三极管按内部结构不同分为________和________两大类。共射基本放大电路的组成02任务引入三极管的主要用途是利用其放大作用组成各种放大电路。收音机，电视机通过这些放大电路将天线收到的微弱信号放大到足以推动扬声器和显像管工作的程度。但不管各种电路的结构有多复杂，都离不开几种最基本的放大电路形式。知识链接一、共射基本放大电路的组成原则必须有直流电源，保证三极管发射结正向偏置，集电结反向偏置。如图2-13所示，发射结正向偏置电压是VCC通过RB

和发射结电阻rbe分压后取得的。图2-13共射基本放大电路1.必须有直流电源知识链接元件的安排必须能够保证输入信号从放大电路的输入端加到三极管上，信号经过放大后又能从输出端输出，即放大电路既有信号的输入回路，又有信号的输出回路。如图2-13所示，它有两条回路：一条是由三极管发射极E、输入信号电压ui、电容C1、基极B回到发射极E的回路，称为输入回路；另一条是由三极管的发射极E经电源VCC、集电极电阻RC、集电极C回到发射极E的回路，称为输出回路。输入回路和输出回路是以发射极为公共端的，因此这种放大电路是共发射极电路。2.有信号输入和输出回路3.元件参数合适元件参数的选择要保证信号可以不失真地被放大，并满足电路性能指标的要求。知识链接12345直流电源VCC

集电极电阻RC基极偏置电阻RB电容C1、C2三极管VT二、共射基本放大电路各元件的作用知识链接三、直流通路与交流通路由于VCC的存在，在没有外加信号ui时，三极管的基极和集电极都有固定或稳定的直流电流与直流电压，用IB、UBE、IC、UCE表示。因为它们是不变的，所以称放大电路处于静态。IB、UBE、IC、UCE称为放大电路的静态工作点。分析放大电路的静态工作点，要分析直流信号流通的路径，即直流通路。画直流通路时，电容视为开路，如图2-14所示。图2-14共射基本放大电路的直流通路1.直流通路任务实施：三极管的识别与测试在加入ui后，三极管的基极和集电极的电压与电流都将随之变化，这时称放大电路处于动态。放大电路处于静态和动态时，电抗性元件对直流信号和交流信号呈现的阻抗是不同的。当C1、C2

的容量足够大时，电容相当于短路，图2-15所示为共射基本放大电路的交流通路。图2-15共射基本放大电路的交流通路2.交流通路随堂小测1.共射基本放大电路由哪些元件组成？2.填空题。（1）共射基本放大电路中的RC

一方面提供直流通路使VCC正极加到三极管集电极，保证集电结反向偏置；另一方面把集电极电流IC

的变化转化为__________。（2）共射基本放大电路中C1、C2

的作用：一是_________，二是输入交流信号可以通过C1加到三极管__________和__________之间，输出交流信号可以通过C2

从输出端输出。（3）放大电路在未输入交流信号时，电路工作状态处于___________。放大电路的分析03任务引入放大电路存在静态和动态两种工作状态，即放大电路中的电流、电压均含有直流和交流分量，因此对放大电路的分析就是求解电路的静态工作点和各项动态性能的移法指标。根据叠加原理，可将电路分解为直流通路（静态）和交流通路（动态）两部分，然后按照先静态后动态的原则分别进行分析。只有电路不产生失真，即具有合适的静态工作点，对于电路的动态分析才有意义。知识链接一、静态分析由于UBE（硅管约为0.7V，锗管约为0.2V）比VCC小很多，所以可忽略不计。根据三极管的放大原理，可确定集电极静态电流IC：1.用估算法确定静态值图2-14所示为共射基本放大电路的直流通路。用基尔霍夫定律可计算静态时的基极电流为由集电极回路可列回路电压方程为知识链接2.用图解法确定静态值利用三极管的输入特性曲线和输出特性曲线，运用作图方法分析放大电路的基本性能的方法称为图解法。图解法比较直观，可以清晰地说明三极管放大信号的物理过程。（1）直流负载线。三极管是一种非线性元件，当IB

为一个定值时，IC

与UCE的关系是一条曲线，当IB

取不同的值时，IC

和UCE的变化关系为一组曲线，如图2-16所示。由集电极回路电压方程UCE=VCC-ICRC

整理得任务实施：三极管的识别与测试当IC=0时，UCE=VCC，在图2-16所示输出特性曲线的UCE轴上得到M点。当UCE=0时，IC=VCC/RC，在图2-16所示输出特性曲线的IC

轴上得到N点。连接M、N点得到一条直线，因为它是由直流通路得出的，在VCC选定之后，这种直线完全由RC

决定，故称为直流负载线。图2-16图解法确定静态工作点任务实施：三极管的识别与测试（2）静态工作点。放大电路的负载同放大电路的三极管是分不开的，因此，电流和电压的关系既要符合图2-16中曲线的变化，又要符合直线的变化。负载线与曲线的交点Q就能满足这种关系，由它可确定放大电路的电压和电流的静态值，因此，Q称为放大电路的静态工作点。静态工作点的设置对放大电路的影响很大。若不设置静态工作点Q（IB、IC、UCE），则当输入交流信号ui处于负半波时，发射结处于反向偏置，三极管失去了电流放大作用。如果设置了静态工作点IB、IC、UCE，可使由输入信号引起的变量ib、ic、uce都分别叠加在IB、IC、UCE上，即iB=IB+ib，iC=IC+ic，uCE=UCE+uce，这样就使iB、iC、uCE只有大小的变化，而方向始终不变，从而保证了发射结随时都处于正向偏置，集电结处于反向偏置。因此合理设置静态工作点，对放大电路影响很大。任务实施：三极管的识别与测试【例2-3】在图2-13所示共射基本放大电路中，已知VCC=12V，RB=370kΩ，RC=2kΩ，三极管输出特性曲线如图2-16所示。试用图解法确定其静态工作点。解对于硅管，取UBE=0.7V，因此连接M、N点，作出直流负载线，直流负载线与IB=30μA的那条输出特性曲线相交的点即为静态工作点Q，其值为IB=30μA，UCE=6V，IC=3mA。在输出特性曲线上确定基极电流为30μA的特性曲线。根据输出方程任务实施：三极管的识别与测试【例2-4】在图2-13所示共射基本放大电路中，已知VCC=12V，RB=100kΩ，RC=2kΩ，三极管β=100，饱和压降UCES=0.3V。试估算其静态工作点。解对于硅管，取UBE=0.7V，因此任务实施：三极管的识别与测试UCE值不合理，可见假设错误。此时三极管处于饱和状态。集电极电流为静态工作点为IB=113μA，IC=5.85mA，UCE=0.3V。三极管处于饱和状态时，不能根据IC≈βIB

进行计算。知识链接二、动态分析设输入信号ui=0.022sinωt。根据叠加原理，三极管基极和发射极电压uBE=UBE+ui，根据ui的波形，通过输入特性曲线，可以画出ib

的波形，如图2-17所示。从图2-17可知，ib

的幅值Ibm=10μA。1.通过输入特性曲线确定ib放大电路有交流信号输入时的工作状态称为动态。根据交流输入信号的电压，通过图解法确定输出电压，计算电压放大倍数。交流放大电路是交、直流共存的，为了使分析更具有针对性，可以将其分为直流通路（在静态分析时已论述）和交流通路，图2-13所示放大电路的交流通路如图2-15所示。应该指出，当输出端开路时，输出部分的交流通路与直流通路没有本质区别，因此可用直流负载线分析交流信号的放大情况。2.通过输出特性曲线确定ic、uce图2-17交流放大电路动态时的图解分析知识链接由图2-17可知，当ib

在40μA和20μA之间变动时，直流负载线与输出特性曲线的交点也会随之而变。在ui

的正半周，ib

由30μA增大到40μA，工作点由Q点移到Q1

点，相应的ic

为4mA，uce为4V；ib

由40μA减少到30μA，工作点再由Q1

回到Q。在ui

的负半周，工作点先由Q点移到Q2点，相应的ic

为2mA，uce为8V；然后工作点由Q2

回到Q。ic与uce随ib

变化的波形如图2-17所示。图2-17交流放大电路动态时的图解分析知识链接放大仅对交流信号而言，静态值是不存在放大的。电压放大倍数Au

为知识链接即ui

被放大了100倍。此外，从ui

和uo

的波形图中可看出两者相位相反。用复数表示，则已知ui的幅值为0.02V，输出电压uo

的幅值从图2-17中可查出为2V，则知识链接三、静态工作点对波形失真的影响从图2-18中可以看出，由于静态工作点Q1

偏低，输入信号在负半周就有一部分进入截止区，使三极管发射结处于反向偏置而截止，于是ic1在负半周、uce1在正半周的一部分被削去，形成截止失真。截止失真对电压放大电路的一个基本要求就是输出信号尽可能不失真。所谓失真，是指输出信号的波形与输入信号的波形不相似。引起失真的一个最基本原因是静态工作点的位置选择不当，使放大电路的工作范围超出三极管特性曲线上的线性范围，这种失真统称为非线性失真。非线性失真分为截止失真和饱和失真。拓展学习截止失真是双极型晶体管放大电路中因静态工作点过低或输入信号过大导致的失真。当输入信号的负半周使基极-发射极电压低于0.6V导通阈值时，晶体管进入截止区，集电极电流为零，导致输出波形的正半周被削平（共射放大器反相）。避免截止失真的方法是提高静态工作点：增大基极偏置电流或减小发射极电阻，同时适当减小输入信号幅度。调试时通过示波器观察，若正弦波正半周被削平即可判断为截止失真，此时应增大基极偏置电阻或减小发射极电阻。与饱和失真（输出负半周被削平）相反，截止失真本质是晶体管导通时间不足。场效应管电路也存在类似问题，处理方法相同。从图2-18中可以看出，静态工作点选在Q2

点时，由于工作点偏高，输入信号在正半周时，放大电路进入饱和区，使得ic2正半周电流不随ib2而变化，所以ic2的正半周、uce2的负半周有一部分被削去，形成饱和失真。2.饱和失真图2-18放大电路的非线性失真知识链接拓展学习饱和失真是双极型晶体管放大电路中因静态工作点过高或输入信号过大导致的失真。当基极电流过大使集电极-发射极电压降至饱和压降（硅管约0.1-0.3V）时，晶体管进入饱和区，集电极电流不再随基极电流线性增长。对于共射放大器，输出波形的负半周被削平，因此饱和失真也称为底部失真。避免方法是降低静态工作点：减小基极偏置电流或增大发射极电阻，同时适当减小输入信号幅度。调试时用示波器观察，若正弦波负半周被削平即可判断为饱和失真，此时应增大发射极电阻或调整偏置电阻以降低基极电位。与截止失真相反，温度升高会加剧饱和失真，设计时需留有余量并考虑温度补偿。场效应管也存在类似的可变电阻区失真，处理方法相同。知识链接四、RB、RC、VCC对静态工作点的影响1.RB

的影响电路中其他参数不变，增加RB，偏流IB

减小，工作点将沿着直流负载线Q2

点下移到Q点，如图2-19所示，能避免饱和失真；反之，减小RB，工作点上移可避免截止失真。2.RC

的