电子技术（第5版）课件 史仪凯 第1-6章 常用半导体器件 -电力电子技术

电子技术第1章常用半导体器件1.2半导体二极管1.3特殊二极管1.4晶体管1.1半导体基础知识1.5场效应管1.6光电晶体管和光电耦合器第1章常用半导体器件1.了解半导体导电基本知识、各种半导体导电机理2.理解PN结的单向导电性3.了解二极管、稳压管的基本构造、工作原理、特性曲线

和主要参数4.了解晶体管的构造，理解电流分配、电流放大作用、特

性曲线和主要参数5.了解场效应管的基本构造、工作原理主要参数本章要求第1章常用半导体器件1.什么是本征半导体硅单晶中的共价键结构（平面结构）晶体中原子的排列（立体结构）

每个原子都处在4面体的中心，而其他4个原子位于四面体的顶点半导体一般都具有这种晶体结构

共价键中的两个电子称为价电子

Si

Si

Si

Si价电子1.1半导体基础知识完全纯净的、具有晶体结构的半导体，称为本征半导体2.半导体导电机理价电子硅单晶中的共价键结构（平面结构）空穴自由电子（1）本征激发

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）

自由自在&温度成正比在外电场的作用下，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）（2）外电场作用

Si

Si

Si

Si1.1半导体基础知识3.PN结形成在同一片半导体基片上，P型和N型半导体的交界面处就形成了PN结多子扩散运动多子边扩散边复合少子漂移运动N型半导体P型半导体*空间电荷区越宽，内电场越强，就使漂移运动越强，而漂移使空间电荷区变薄*扩散和漂移这一对相反的运动最终达到平衡，相当两个区间没有电荷运动，空间电荷区的厚度固定不变*

扩散的结果是使空间电荷区逐渐加宽注意：（1）空间电荷区中没有载流子（2）空间电荷区中内电场阻碍P区中的

空穴、N区中的电子（都是多子）

向对方作扩散运动（3）P区中的电子和N区中的空穴（都是少子），数量有限，故形成电流很小空间电荷区也称耗尽层1.1半导体基础知识内电场－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－++++++++－－－－－－－－（1）PN结加正向电压（正向偏置）－－－－－－－－－++++++－－－+++++++++－－－USR+-IF外电场内电场PN－－－－－－－－－－－－++++++－－－+++++++++USR-+IF外电场内电场PN4.PN结单向导电性（2）PN结加正向电压（反向偏置）1）内电场被削弱，多子的扩散加强，形成较大的扩散电流2）PN结变窄，正向电流较大，正向电阻较小，PN结处于导通状态1）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2）PN结变宽，反向电流较小，反向电阻较大，PN结处于截止状态1.1半导体基础知识（1）点接触型（2）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用于集成电路制作工艺，PN结结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中1.二极管结构（3）平面型点接触型金属触丝阳极引线N型锗片阴极引线外壳阴极引线阳极引线二氧化硅保护层P型硅N型硅面接触型（平面型）1.2半导体二极管2）外加电压大于死区电压二极管才能导通3）死区电压：硅管0.5V锗管0.1V

导通电压：硅0.6~0.8V锗0.2~0.3V注意：

1）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（非线性）反向击穿电压U(BR)导通压降正向特性反向特性UI死区电压PN+–PN–+反向电流在一定电压范围内保持常数阴极阳极D2.伏安特性3.主要参数1）最大整流电流IOM使用时允许流过二极管最大正向平均电流2）反向工作峰值电压URWM保证不被击穿的反向峰值电压，约为反向击穿电压UBR的1/2~2/3，否则二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏1.2半导体二极管3）反向峰值电流IRM加最高反向工作电压时的反向电流。反向电流大，则管子的单向导电性差，IRM受温度影响，温度越高反向电流越大（硅管小；锗管大，为硅管的几十~几百倍）3.主要参数4.二极管的单向导电性（1）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）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管子被击穿，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根据不同要求选择二极管*导通电压低时选锗管*反向电流小时选硅管*导通电流大时选面结合型*工作频率高时选点接触型*反向击穿电压高时选硅管*耐高温时选硅管1.2半导体二极管（1）定性分析判断二极管的工作状态（正向导通、反向截止）否则，正向管压降硅0.6~0.7V；锗0.2~0.3V（3）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。（2）正向压降理想二极管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5.应用说明6.应用说明例题1：试求图示电路电压UAB。D6V12V3k

BAUAB+–––++解：设B点作参考点，断开二极管，分

析二极管阳极和阴极的电位V阳

=－6V，V阴=－12VV阳>V阴二极管导通，忽略管压降，D可视短路

UAB=－6V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1.2半导体二极管否则

UAB=－6.3V或UAB=－6.7V二极管起钳位作用

D6V12V3k

BAUAB+–––++解：例题2：试求图示电路电压UAB。BD16V3k

AD2UAB+–12V++––解：设

B点作参考点（1）断开二极管，分析管子阳、阴极电位V1阳

=－6V，V2阳=0VV1阴

=V2阴=－12VUD1=6V，UD2=12V又∵

UD2>UD1∴D2优先导通，D1截止忽略UD管压降，二极管可看作短路，故

UAB

=0V（2）流过D2

的电流为D1承受反向电压为－6VD2起钳位作用，D1起隔离作用D1、D2的阴极接于A点，故D2的反向压降等于UAB1.2半导体二极管已知图示电路中，ui=18sinωtV二极管是理想的，试画出uo

波形。例题3：二极管在电路中用作限幅D8VRuoui++–––+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二极管阴极电位为8V解：8Vui18VOuo例题4：试求图示电路中电流I1、I2、Io和输出电压Uo值（D为硅二极管）DUoRLR1kW3kWIoI1I215V12V+-+-+-解：（1）假设二极管断开开路处电压UP=15V二极管端电压UD>0.7V，二极管导通近似等效为0.7V的恒压源1.2半导体二极管Uo=（15

0.7）V=14.3VIo=Uo/RL=14.3V/3

kΩ

=4.8mAI1=Io+I2=（4.8+2.3）mA=7.1mAI2=(Uo

12)/R=（14.3

12）/1

=2.3mA例题4：试求图示电路中电流I1、I2、Io和输出电压Uo值（D为硅二极管）DUoRLR1kW3kWIoI1I215V12V+-+-+-（2）UD=0.7V时，电路其他量分别为例题5：在图示的硅二极管电路中，要求：（1）画出电压传输特性曲线；（2）已知ui＝10sin

tV，画出ui和uo波形。5.1kΩ-+ui+-2V+-D24V-+uoD1解：（1）分析电路工作情况断开二极管，分析各二极管的导通条件：D1只能在ui>2.7V时导通；D2只能在ui<-4.7V时导通；故-4.7V<ui<2.7V时，D1、D2均截止-D26V+D11.2半导体二极管当ui<-4.7V时，D1截止，D2导通

uo＝-4.7V5.1kΩ-+ui+-2V+-D24V-+uoD1例题5：图示电路中已知ui=10sinωtV，二极管导

通压降为0.7V。试求输出电压uo。当ui>2.7V时，D1管导通，D2管截止

uo＝2.7V当-4.7V<ui<2.7V时，D1、D2管均截止

uo＝ui该电路为双向限幅电路，常用作保护短路（2）画出电压传输特性曲线和ui和uo的波形1.2半导体二极管1.3特殊二极管1.稳压管稳压管正常工作时加反向电压（1）符号_+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（2）伏安特性注意：使用时要加限流电阻（3）主要参数1）稳定电压UZ

正常工作(反向击穿)时管子两端的电压2）电压温度系数

ｕ环境温度变化1C稳压值变化百分数3）动态电阻rZ愈小稳压性愈好4）稳定电流IZ、最大稳定电流IZM5）最大允许耗散功率PZM=UZIZMUIOUZIZIZM

UZ

IZ1.3特殊二极管2.光电二极管将光信号转换为电流信号（1）符号光电二极管是在反向电压作用下工作。当无光照时，和普通二极管一样，其反向电流很小。当有光照时，其反向电流增大，称为光电流（2）伏安特性IU照度增加O1.3特殊二极管3.发光二极管将电信号转换为光信号，也称LED（1）符号（2）伏安特性当LED通过正向电流时会发出可见光，发光的颜色有红、黄绿等与所用的材料有关LED死区电压比普通二极管高，正向电压一般为1.5~2.5V。LED的亮度与正向电流的大小成正比，正向工作电流为5~15mAIUOLED驱动电压低、工作电流小，具有较强的抗振动和抗冲击能力、体积小、可靠性高、耗电省和寿命长等优点（2）符号BECIBIEICNPN型三极管BECIBIEICPNP型三极管（也称半导体三极管）BECPNP型PPN基极发射极集电极1.4晶体管BECNPN型NNP基极发射极集电极1.基本结构实物图片（1）结构基区：最薄，掺杂浓度最低发射区：掺杂浓度最高发射结集电结基极发射极集电极BECNNP集电区：面积最大1.4晶体管2.结构特点晶体管测试仪器BECNNPUBRB+-UCRC+-（1）三极管放大的外部条件发射结正偏、集电结反偏从电位的角度看：NPNPNP

发射结正偏VB>VEVB<VE集电结反偏VC>VB

VC<VB（2）电流放大和分配1.4晶体管3.电流放电放大作用和电流分配IBIEICIB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.702.102.303.103.95<0.0010.722.142.363.184.05结论:1）三电极电流关系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）

IC

IB实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流变化的CCCS器件（2）电流放大和分配BECNNPUBRB+-UCRC+-IBIEICIB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.702.102.303.103.95<0.0010.722.142.363.184.051.4晶体管3.电流放电放大作用和电流分配放大作用：基极电流IB的微小变化能够引起集电极电流IC较大变化的特性称为晶体管

的电流放大作用1.4晶体管3.电流放电放大作用和电流分配BECUBRB+-UCRC+-IBEICBOIE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基区空穴向发射区的扩散可忽略进入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电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICEICE集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO（3）内部载流子运动规律1.4晶体管3.电流放电放大作用和电流分配（3）内部载流子运动规律IC=ICE+ICBO

ICEIB=IBE-ICBO

IBE

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忽略ICE0，IC≈βIBBECUBRB+-UCRC+-IBEICBOIEICEIBIC1.4晶体管4.晶体管特性曲线晶体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参数，设计性能良好电路

重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线输入回路输出回路IB(

A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VOICUBmA

AVUCEUBERBIBUCV++–––++–共射极实验电路死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V（2）输入特性正常工作时发射结电压：NPN型硅管UBE

0.6~0.7VPNP型锗管UBE

0.2~0.3V（1）实验电路IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大区1）放大区IC=

IB，线性区具有恒流特性输出特性曲线通常分三个工作区（3）输出特性

发射结正向偏置;集电结反向偏置IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O饱和区截止区2）截止区IB<0以下区域截止区，有IC0

发射结、集电结向反偏置1.4晶体管4.晶体管特性曲线

深度饱和时：硅管UCES0.3V

锗管UCES0.1VUCE

UBE，饱和状态

IB

IC，发射结、集电结正向偏置

IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大区3）饱和区输出特性曲线通常分三个工作区（3）输出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O饱和区截止区1.4晶体管4.晶体管特性曲线设计电路、选管依据直流电流放大系数交流电流放大系数注意：在特性曲线近于平行等距，且ICE0较小情况下，两者数值接近（常用管子

≈20~200）（2）集-基极反向截止电流ICBO（1）电流放大系数β、β

ICBO

A+–UC+-

ICBO受温度的影响大，温度

ICBO

（3）集-射极反向截止电流（穿透电流）ICEO

ICEO受温度的影响大，温度

ICEO

IC也相应增加。三极管的温度特性较差

AICEOIB=0+–+–UC1.4晶体管5.晶体管主要参数1.4晶体管5.晶体管主要参数（4）集电极最大允许电流ICM（5）集-射极反向击穿电压U(BR)CEO（6）集电极最大允许耗散功耗PCMIC上升导致

下降（2/3

，IC=ICM

）UCE超过一定数值，管子就会被击穿PCM与温升有关，功率大、温升高、管子烧坏

PC

PCM=ICUCE

硅管允许结温约为150C，锗管约为70

90CICBO

A+–UC+-

AICEOIB=0+–+–UC（1）安全工作区（由三个极限参数获得）ICUCE=PCMICM安全工作区U(BR)CEO（2）晶体管与温度关系♦温度每增加10

C，ICBO增大一倍，硅管优于锗管♦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♦温度每升高1

C，

增加0.5%~1.0%36IC(mA)1234UCE(V)912O1.4晶体管6.使用注意问题（3）复合晶体管方式一CBET1T2ibicieBEC1.4晶体管6.使用注意问题（3）复合晶体管方式一CBET1T2ibicieBECCBET1T2ibicieBEC方式二

1

2复合晶体管的类型取决于T11.5场效应管利用电场效应来控制电流的半导体器件，即是电压控制元件。其输出电流决定于输入电压的大小，基本上不需要信号源提供电流，故输入电阻高，且温度稳定性好结型场效应管按结构不同分绝缘栅型场效应管√

按工作状态可分场效应管（场效应晶体管）增强型和耗尽型两类每类又有N沟道和P沟道之分B1.N沟道增强型绝缘栅场效应管1.5场效应管（1）结构漏极D栅极G源极SP型硅衬底

高掺杂N区SiO2绝缘层金属电极栅极和其它电极及硅片之间被绝缘，称绝缘栅型场效应管（2）符号金属栅极和半导体之间的绝缘层目前常用二氧化硅，又称金属-氧化物-半导体场效应管，即MOS场效应管GSDBN沟道+++++GSDBP沟道SGDB-----1.N沟道增强型绝缘栅场效应管1.5场效应管（3）工作原理N+N+P型（衬底）SGD♦由结构图可见，N+型漏区和N+型源区

之间被P型衬底隔开，漏极和源极之

间是两个背靠背的PN结SD♦当栅源电压uGS=0时，不管漏极和源极间所加电压的极性如何，其中总有一个PN结是反向偏置的，反向电阻很高，漏极电流近似为零♦当uGS>0时，P型衬底中的电子受到电场力的吸引到达表层，填补空穴形成负

离子的耗尽层N+N+P型（衬底）SGDuGS-+N+N+P型（衬底）SGDuGS-+1.N沟道增强型绝缘栅场效应管1.5场效应管（3）工作原理♦

当uGS

UGS(th）后，场效应管才形成导电沟道，

开始导通，若漏–源之间加上一定电压uDS，则

有漏极电流iD产生♦当uGS>0时，P型衬底中的电子受到电场力的

吸引到达表层，填补空穴形成负离子的耗尽层-+uDSiD式中，开启电压UGS(th），一定漏–源电压uDS下，管子由不导通变为导通的临界栅源电压♦在一定的uDS下漏极电流iD的大小与栅源电压uGS

有关。故场效应管是一种电压控制电流的器件开启电压UGS(th）恒流区可变电阻区截止区iD/mAuDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V

漏极特性曲线有导电沟道无导电沟道转移特性曲线uDS=10VUGS/V432126OiD/mA41.N沟道增强型绝缘栅场效应管1.5场效应管（4）特性曲线（2）耗尽型GSDGSDN沟道P沟道GSDN沟道GSDP沟道G、S之间加一定电压才形成导电沟道在制造时就具有原始导电沟道2.不同场效应管符号1.5场效应管（1）增强型（1）开启电压UGS(th)：增强型MOS管的参数（2）夹断电压UGS(off)：（3）饱和漏电流IDSS：结型和耗尽型MOS管的参数（4）低频跨导gm：表示栅源电压对漏极电流的控制能力极限参数：最大漏极电流、耗散功率、击穿电压3.场效应管主要参数1.5场效应管

电流控制电压控制控制方式电子和空穴两种载流子同时参与导电载流子电子或空穴中一种载流子参与导电类型

NPN和PNPN沟道和P沟道放大参数

rce很高

rds很高

输出电阻输入电阻较低较高

晶体管场效应管热稳定性

差

好制造工艺

较复杂

简单，成本低对应电极

B—E—CG—S—D102~104Ω107~1014Ω4.场效应管与晶体管比较1.5场效应管第2章基本放大电路第2章基本放大电路2.1共发射极放大电路2.2共集电极放大电路2.3场效应管放大电路2.4多级放大电路2.5差分放大电路2.6功率放大电路本章要求：1.理解单管交流放大电路的放大作用和共发射极、共集电极放大电路的构成和性能特点掌握放大电路的静态工作点估算方法、动态微变等效电路法3.理解放大电路的输入、输出电阻和电压放大倍数的分析计算4.了解放大电路的频率特性、差分和互补功率放大电路的原理5.了解场效应管放大电路的工作原理和性能特点第2章基本放大电路（1）放大目的是将输入微弱变化的信号放大成较大的输出信号（2）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（4）放大电路基本要求

1）要有足够的放大倍数（电压、电流、功率）2）尽可能小波形失真、输入和输出电阻、通频带等技术指标放大电路输入信号输出信号（3）电路组成

有源元件：三极管、场效应管、信号源等；无源元件：电阻、电容、电感、变压器等第2章基本放大电路放大电路基本概念2.1共发射极放大电路+UCCRSusRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE1.电路构成和各元件作用（1）晶体管T：放大元件,iC=iB。保证集电结

反偏，发射结正偏，使晶体管处于放大区（3）UCC与RB：使发射结处于正偏，并

提供大小适当的基极电流（2）UCC：为电路提供能量。保证集电结反偏（4）RC：将变化的电流转变为变化电压（5）C1、C2（耦合电容）：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（6）uS：信号源电压，待放大信号（7）RL：负载电阻iCiBiE+uCE–+–uBE（1）电路中由us、UCC

共同作用uBE

=UBE+ube=UBE+Uim

sinωtiB

=IB+ib=IB+

Ibm

sinωtiC

=IC+ic=IC+

Icm

sinωt，……总电压或总电流=直流分量+交流分量总电压或总电流=静态值+瞬时值+UCCRSusRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–2.1共发射极放大电路2.电路各量表示方法

②直流分量（静态值），如

UBE、IB、IC、UCE、IE①总电压或总电流（直交流量总合），如uBE、iB、iC、uCE、iE③交流分量（瞬时值），如ube、ib、ic、uce、ie注意：式中个字母和下标大小写+UCCRSusRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEiBuBEOui

tiCuCE

tuoO

tUBEOIB

tO

tUCEO

tICO放大电路中有2个电源uS和UCC共同作用各电压和电流含有直流和交流分量成（2）分析方法1）静态分析确定Q点

IB、UCE

分析方法有：*估算法*图解法2）动态分析确定参数输入电阻ri

输出电阻ro

放大倍数Au

分析方法有：*微变等效法*图解法√√（2）电路中电压、电流2.1共发射极放大电路2.电路中各量表示方法（ui=0时，电路工作分析）（1）电路转换+UCCRSusRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE+UCCRBRCC1C2T++RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuo=0uBE=UBEuCE=UCEUBEIBICUCEuBEtOiBtOiCtOuCEtO（2）分析目的电路不失真；动态分析的基础2.1共发射极放大电路3.静态分析

1）无输入信号电压（ui=0）时，三极管各电极的恒定的电压和电流分别为IB、UBE和

IC、UCE

2）（IB、UBE）和（IC、UCE）分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，即静态工作点（Q点）IBUBEOQIBUBEICUCEOQUCEIC（3）静态分析应注意3）用直流通路确定Q点，直流通路

无信号时电流（直流电流）通路例1：上图放大电路的直流通路对直流信号电容C1、C2

可看作开路（即将电容断开）+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE直流通路2.1共发射极放大电路3.静态分析

根据电路放大作用和KVLUCC=RBIB+

UBE，IC≈β

IBUCE=UCC–

ICRC（1）估算法+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE例题2：图所示电路中已知UCC=12V，RC=4k

，RB=300k，

=37.5，UBE=0.6V。试求Q点参数。解:注意：电路中IB

和IC

不是同一数量级2.1共发射极放大电路4.静态分析UCC=RCIC+

UCEUCE=UCC–

ICRC=12–

1.5×4V=6V

思考题：如果在图示电路的发射极接电阻RE，电

路的静态工作点又如何计算IB===0.038mAUCC-UBERB12-0.6300IB=UCC-UBERB注意：计算静态值的公式的区别由KVL可得+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIERE（1）估算法2.1共发射极放大电路4.静态分析UCC=RBIB+

UBE+REIE=RBIB+

UBE+(1+β)REIBIC≈β

IBUCE=UCC–RCIC–REIE（2）图解法用作图的方法确定静态值能直观地分析Q点值变化对放大电路的影响步骤：♦由输出特性确定IC

和UCC♦用估算法确定IBUCE

=UCC–ICRC直流负载线方程

ICUCEUCCQ（2）图解法2.1共发射极放大电路4.静态分析直流负载线由IB确定的那条输出特性与直流负载线的交点就是Q点直流负载线斜率tanα=-RC1UCE

=UCC–ICRC依据直流负载线方程（1）动态情况+UCCRBRCC1C2T++RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERSus+–（ui≠0时，电路工作分析）uo

0uBE

=UBE+uiuCE

=UCE+uo（2）动态各量波形uitOUCEuCEtOUBEIBuBEtOiBtOiCICtOuotO*计算电压放大倍数Au、输入电阻ri、输出电阻ro等（3）分析目的*确定各极电压和电流交流分量（4）分析方法*

微变等效电路法（重点）和图解法*放大电路的交流通路2.1共发射极放大电路4.动态分析

1）交流通路①电容C1和C2对交流信号相当于短路（1）微变等效电路法2.1共发射极放大电路4.动态分析+UCCRBRCC1C2T++RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERSus+–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②UCC对于交流信号相当于接地（对地短路）交流通路RBRCuiuoRL++--RSuS+-ibicii交流通路用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数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ibicuSrbeibRBRCRLui+-uo+-+-RSii交流通路微变等效电路RBRCuiuoRL++--RSuS+-ibicii（2）微变等效电路法2.1共发射极放大电路4.动态分析5）共发射极放大电路的微变等效电路当放大电路输出端开路（未接RL）时，则有因rbe与IE有关，故放大倍数与静态IE有关负载电阻愈小，放大倍数愈小例1：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS（2）微变等效电路法2.1共发射极放大电路4.动态分析6）放大倍数计算R’L=RC//RL放大电路对信号源(或对前级放大电路)来说，是一个负载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电阻,也就是放大电路的输入电阻rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSri当时，则例2：（2）微变等效电路法2.1共发射极放大电路4.动态分析7）输入电阻计算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rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSREri例3：（2）微变等效电路法2.1共发射极放大电路4.动态分析7）输入电阻计算放大电路对负载(或对后级放大电路)相当一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电源的内阻即为放大电路的输出电阻rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例4：求ro的步骤：1）断开负载RL2）令3）外加电压4）求外加（2）微变等效电路法2.1共发射极放大电路4.动态分析8）输出电阻计算9）输出电阻计算2.1共发射极放大电路4.动态分析（2）微变等效电路法rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例4：共射极放大电路特点：♦放大倍数高♦输入电阻低♦输出电阻高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+UCCRSusRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE2）图解法步骤uSRBRCuiuORL++--RS+-ibicBCEii交流通路

1）交流通路称为交流负载线当RL→∞时，交直流负载重合利用输入、输出特性曲线和Q的相应关系确定输出电压2.1共发射极放大电路4.动态分析（3）图解法uce=-RLic是一条斜率为且过Q的直线＇-1/RL＇因RL<RC,故交流负载线比直流负载更陡＇由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路的电压放大倍数QuCE/VttiB/

AIBtiC/mAICiB/

AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=

3）图解结果2.1共发射极放大电路4.动态分析（3）图解法接有负载电阻RL后，电压放大倍数将减小QuCE/VttiB/

AIBtiC/mAICiB/

AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicibuiuo

RL≠

3）图解结果2.1共发射极放大电路4.动态分析（3）图解法（1）电路Q分析+UCCRBRCC1C2T++RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERSus+–合理设置Q点是保证放大电路正常工作的先决条件；否则，Q点会随外界条件而变化，电路性能受到影响共发射极放大电路（固定偏置电路）特点：*结构简单、容易调整*易受温度、电源波动等外界条件影响例如，当温度升高时UBE

、

、ICBO

当UCC和

RB一定时，温度对IC与UBE、

、ICEO有较大影响。可见，温度升高时，

IC将增加，使Q点沿负载线上移2.1共发射极放大电路5.Q点对放大电路性能影响IC=βIB+ICBO=β+(1+β)ICBO

UCC-UBERB（2）非线性失真若Q设置不合适，晶体管进入截止区或饱和区工作，将造成非线性失真1）Q设置过高

T进入饱和区工作→饱和失真如图所示减小该失真的方法是：适当增加基极电阻（RB↑）

，使得电流减小可消除失真uoUCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1Q22.1共发射极放大电路5.Q点对放大电路性能影响T进入截止区工作→截止失真适当增加基极电流（RB↓）可减小截止消除失真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2）Q设置过低2.1共发射极放大电路5.Q点对放大电路性能影响（2）非线性失真+UCCRBRCC1C2T++RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERSus+–VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSuS+–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，甚至引起过热烧坏晶体管为保证Q点的稳定，常采用分压式固定偏置放大电路。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2.1共发射极放大电路6.分压式固定偏置放大电路TUBEIBICVEICVB固定VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSuS+–（1）稳定Q点的原理2.1共发射极放大电路6.分压式固定偏置放大电路若满足I2>>IB有基极电位基本恒定，不随温度变化VB=RB2I2（3）稳定Q点物理过程（2）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CEI1≈I2≈UCCRB1+RB2VB≈UCCRB1+RB2RB2（4）静态分析2.1共发射极放大电路6.分压式固定偏置放大电路VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSuS+–估算法UCE=ICRC-IERE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微变等效电路法如果去掉CE

，Au，ri，ro？此时的微变等效电路则如图所示（5）动态分析2.1共发射极放大电路6.分压式固定偏置放大电路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE（1）对交流信号而言，集电极是输入与输出回路的公共端，故称共集电极放大电路（2）电路从发射极输出，所以称射极输出器2.2共集电极放大电路1.放大电路组成RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++us+–RSTQ点各值计算---直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBIC2.2共集电极放大电路2.静态分析RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++us+–RSTIE=（1+β）IBUCE=UCC-REIE（1）电压放大倍数rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE---微变等效电路2.2共集电极放大电路3.动态分析

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，故称电压跟随器射极输出器的输入电阻高，对前级有利

ri与负载有关（2）输入电阻2.2共集电极放大电路3.动态分析rbeRBRLEBC+-+-+-RSREriri＇ri=RB//ri＇RL=RE//RL＇rbeRBRLEBC+-+-+-RSREro（3）输出电阻2.2共集电极放大电路3.动态分析RS=RB//RS＇通常（1+β）RE>>rbe+RS＇射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强输入电阻高、输出电阻低

1）射极输出器ri

高，常被用在多级放大电路第

一级，以提高放大电路的输入电阻---减轻信

号源负担

2）因其输出电阻低，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，则射极输出器称为缓冲级或中间隔离级RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++us+–RST2.2共集电极放大电路3.动态分析（5）应用LED电池R3u2TrD~220VR2S50mA100mADZ6V6V+R5R4R1C+–T镍镉电池恒流充电电路例题3：试分析图示电路的工作原理Δ

电路由直流稳压电源和射极输出器组成Δ

LED发光二极管承受正向电压导通发，

发光强度与通过的电流大小有关ΔLED与R5串联后，接于R4两端，R4两端

电压的大小，反映充电电流大小，LED

发光亮、暗指示S的位置Δ

R5是LED的限流电阻，使通过LED的电

流限制在一定数值解：分析2.2共集电极放大电路Δ

电路T工作于恒流状态，基极电位恒为6VΔ

调整转换开关S使充电电流限制在50mA和100mAΔ

充电电流大小由电池额定容量确定栅源电压UGS是由场效应管自身的电流提供，故称自给偏压UGS

=–RSIS

=–RSID+UDD

RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuoIS

+_UGST为N沟道耗尽型场效应管增强型MOS管因UGS=0时，ID

0，故不能采用自给偏压式电路2.3场效应管放大电路1.自给偏压式偏置电路（1）静态分析（估算法）UGS

=–RSID列出静态时的关系式将已知的UGS(off)、IDSS代入上两式，解出UGS、ID

由UDS=UDD–ID(RD+RS)解出UDS

对增强型MOS管构成的放大电路需用图解法来确定静态值2.3场效应管放大电路1.自给偏压式偏置电路例题4：已知UDD=20V、RD=3k

、RS=1k

、RG=500k

、UGS(off)=–4V、IDSS=8mA，试确定静态工作点（电路如上图所示）。解：用估算法列方程UGS

=–1

IDUDS=20

–2（3+1）=12V解出UGS1=

–2V、UGS2=

–8V、ID1=2mA、ID2=8mA因UGS2<UGS(off)故舍去，求静态解为UGS=

–2VID=2mA（2）动态分析（微变等效电路法）RGRDSDG+-+-+-电压放大倍数输出电阻ro=RD（1）静态分析（估算法）代入参数解得UGS、ID

由UDS=UDD–ID(RD+RS)解出UDS列出静态时的关系式流过RG的电流为零2.3场效应管放大电路2.分压式偏置电路+–+UDDRSCSC2C1RG1RDRG2RG++–RLuiuo（2）动态分析（微变等效电路法）RGRDRLSDG+-+-RG1RG2+-电压放大倍数2.3场效应管放大电路2.分压式偏置电路（2）动态分析（微变等效电路法）RGRDRLSDG+-+-RG1RG2+-电压放大倍数输入电阻输出电阻

ro=RDRGRSRLSDG+-+-RG1RG2+-2.3场效应管放大电路3.共源极放大电路（源极输出器）（1）电压放大倍数+UDDRSC2C1RG1RG2RG+–RLuiuo+–+–RGRSRLSDG+-+-RG1RG2+-2.3场效应管放大电路3.共源极放大电路（源极输出器）（2）输入电阻（3）输出电阻+UDDRSC2C1RG1RG2RG+–RLuiuo+–+–2.3场效应管放大电路例题5：图所示放大电路中，已知UDD=20V，RD=10kΩ，RS=10kΩ，RG1=200kΩ，RG2=51kΩ，RG=1MΩ，负载电阻RL=10kΩ。gm=1.5mA/V。试求：（1）静态工作点Q值；（2）电压放大倍数；（3）输入和输出电阻。+–+UDDRSCSC2C1RG1RDRG2RG++–RLuiuo解：（1）静态工作点Q各静态值，可分别得（3）输入和输出电阻分别为ro≈Ro=10kΩ2.3场效应管放大电路RGRDRLSDG+-+-RG1RG2+-解：（2）电压放大倍数为+–+UDDRSCSC2C1RG1RDRG2RG++–RLuiuo例题5：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

间的连接方式常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和变压器耦合静态：保证各级有合适的Q点动态:传送信号减少压降损失波形不失真;多级放大电路框图耦合电路要求:2.4多级放大电路1.耦合方式第二级

推动级

输入级

输出级输入输出第一级第二级负载信号源两级之间通过耦合电容C2与下级输入电阻连接2.4多级放大电路2.阻容耦合RB21RB22RB11RC1C1C2RB12CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T2（1）静态分析由于电容隔直作用，各直流通路互不相通，Q互相独立，互不影响，可单独计算两级放大电路均为共发射极分压式偏置电路2.4多级放大电路2.阻容耦合RB21RB22RB11RC1C1C2RB12CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T2微变等效电路（2）动态分析2.4多级放大电路2.阻容耦合第一级第二级rbeRB12RC1EBC+-+-+-RSrbeRC2RLEBC+-RB11RB12RB11ri2如图所示的两级电压放大电路，已知β1=β2=50。试求：（1）前、后级放大电路的静态值（UBE=0.6V）;（2）放大电路输入电阻和输出电阻；（3）各级电压的放大倍数、总电压放大倍数。2.4多级放大电路2.阻容耦合RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

82k

43k

7.5k

510

10k

RB1＇RB2＇RE1＇RE2＇例题1：解:（1）第一级Q点参数2.4多级放大电路2.阻容耦合例题1：RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

82k

43k

7.5k

510

10k

RB1＇RB2＇RE1＇RE2＇解:（1）第二级Q点参数2.4多级放大电路2.阻容耦合例题1：RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

82k

43k

7.5k

510

10k

RB1＇RB2＇RE1＇RE2＇解:（1）第二级Q点参数2.4多级放大电路2.阻容耦合例题1：RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M

27k

82k

43k

7.5k

510

10k

RB1＇RB2＇RE1＇RE2＇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ri22.4多级放大电路2.阻容耦合解:（2）ri、rori=ri1ri2rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_＇RB1＇RB2＇RE22.4多级放大电路2.阻容耦合解:（2）ri、rori=ri1rbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_＇RB1＇RB2＇RE2ro=ro22.4多级放大电路2.阻容耦合解:（3）Aurbe2RC2rbe1RB1RE1+_+_+_＇RB1＇RB2＇RE21.直接耦合方式直接耦合：将前级的输出端直接接后级的输入端电路作用：放大缓慢变化、或直流量变化的信号+UCCuoRC2T2uiRC1R1T1R2––++RE2直接耦合存在问题：Q点相互影响；零点漂移2.零点漂移

指输入信号电压为零时，输出电压发生缓慢地、无规则地变化的现象uotO产生原因晶体管参数随温度变化、电源电压波动、电路元件参数的变化2.5差分放大电路uo=(VC1+

VC1

)－(VC2+

VC2)=0（1）差分放大电路结构电路结构对称，在理想的情况下，两管的特性及对应电阻元件的参数值都相等该放大电路可有效抑制零点漂移差分放大原理电路

+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T2两个输入、两个输出两管静态工作点相同4.差分放大电路（也称差动放大电路）（2）零点漂移的抑制uo=VC1－VC2

=0静态时，ui1

=

ui2

=0当温度升高时

IC

VC

（两管变化量相等）对称差分放大电路对两管所产生的同向漂移都有抑制作用2.5差分放大电路*

两管集电极电位一减一增，呈等量异向变化2）差模信号

ui1=–ui2大小相等、极性相反uo=(VC1－

VC1

)－(VC2+

VC１)=－2

VC1（3）有信号输入时的工作情况该放大电路可有效抑制零点漂移+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1+++–––T24.差分放大电路*

两管集电极电位呈等量同向变化，所以输出电压为零，即对共模信号没有放大能力1）共模信号

ui1=ui2

大小相等、极性相同*差分电路抑制共模信号能力的大小，反映了它对零点漂移的抑制水平共模信号需要抑制+–+–即对差模信号有放大能力差模信号是有用信号2.5差分放大电路（3）有信号输入时的工作情况该放大电路可有效抑制零点漂移+UCCuoui1RCRB2T1RB1RCui2RB2RB1++