模拟电子技术485

11绪论2.什么是“电子系统”？3.电子系统处理的对象？4.电子系统研究的主要指标？电子技术的发展？2数字电子技术模拟电子技术电力电子技术信息电子技术电子技术电子技术

又名电子学。它是一门研究各种电子器件、电子电路及其应用的学科。是当代发展最迅速的学科之一。发展概况1904电真空器件（电子管），第一个兴盛时代。1948半导体器件，晶体管时代。60年代初进入集成电路时代。计算机发展。超导材料、纳米技术、微电子学。§1.1电子技术的发展？

3第一代电子器件——电子管

1906年，福雷斯特（LeeDeFordst）等发明了电子管，是电子学发展史上第一个里程碑。用电子管可实现整流、稳压、检波、放大、振荡、变频、调制等多种功能电路。电子管体积大、重量重、寿命短、耗电大。世界上第一台计算机用1.8万只电子管，占地170m2，重30t，耗电150kW。45第二代电子器件——晶体管

1948年，肖克利（W.Shckly）等发明了半导体三极管，其性能明显优于电子管，从而大大促进了电子技术的应用与发展。晶体管的发明是电子学历史上的第二个里程碑。尽管晶体管在体积、重量等方面性能优于电子管，但由成百上千只晶体管和其他元件组成的分立电路体积大、焊点多，可靠性差。6第三代电子器件——集成电路

1958年，基尔白等提出将管子、元件和线路集成封装在一起的设想，三年后，集成电路实现了商品化。当前，单个芯片可集成器件成千上万个，例如，CPU芯片P6内部就封装了550万只晶体管。集成电路的发展促进了电子学、特别是数字电路和微型计算机的发展，人类社会开始迈进信息时代。当前，微电子已成为最具有发展前途的产业，微电子技术水平已成为衡量一个国家技术水平的重要标志。7电子系统所谓电子系统，就是由若干个相互关联、相互作用的基本电子电路组成的电路整体称为电子系统。电子系统的示意图信号的提取信号的(预)处理信号的加工信号的执行8常把传感器作为信号源处理。非电信号相应传感器电信号电子系统1.含义：

信息的载体＝随时间变化的物理量传感器

电信号＝随时间变化的电压或电流加热炉温度波动曲线电子电路任务：

不失真地传递信号（信息），或对信号进行处理。§1.2信号

92.信号源的等效电路戴维宁诺顿转换电子技术的基本任务–

信号的产生

–

信号的传输

–

信号的处理电子线路是信号的载体。电压源电流源RsRi+-电子系统RsRi电子系统非电信号相应传感器电信号电子系统103.模拟信号和数字信号处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。模拟信号：在时间和幅值上都是连续的信号。v

totvo11数字信号:

时间和数值上都是离散的信号。如开关信号、脉冲信号、计算机编码信号等。时间上离散---信号只在时间坐标的离散点上发生变化。数值上离散---各离散点上的信号数值是量化的。（某个最小单位的整倍数）tvt12§1.3模拟电子系统

1.模拟电子系统的组成：处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。不失真地传递信号（信息），或对信号进行处理。信号的提取信号的(预)处理信号的加工信号的执行隔离滤波阻抗变换运算转换采样保持2.常用的模拟电路：放大电路：用于信号的电压、电流或功率的放大。滤波电路：用于信号的提取、变换或抗干扰。运算电路：……信号转换电路：……信号发生电路：……直流电源：……

放大电路的作用：把微弱的电信号（电压、电流和功率）放大到所需的量级。§1.4放大的概念和放大电路的主要性能指标非电信号相应传感器电信号电子系统信号源电压Rs信号源内阻RL负载电阻放大电路（放大器）+-++-Rs-RL信号源负载双口网络§1.4放大的概念和放大电路的主要性能指标Rs信号源内阻RL负载电阻输入电压输出电压输入电流输出电流信号源电压放大电路（放大器）+-++-Rs-RL放大倍数（3）互阻放大倍数:

（1）电压放大倍数：（2）电流放大倍数:（4）互导放大倍数:放大电路（放大器）+-++-Rs-RL放大倍数输入电阻Ri输出电阻Ro§1.4放大的概念和放大电路的主要性能指标理想理想情况放大电路（放大器）+-++-Rs-RL§1.4放大的概念和放大电路的主要性能指标放大倍数输入电阻Ri输出电阻Ro通频带非线性失真系数最大不失真输出电压最大输出功率与效率练习：若有两个放大电路A1和A2，其空载时的电压放大倍数相同，当施加同一个信号源时，分别得到输出电压，，说明放大电路性能A1比A2好。这是由于放大电路A1的

。

A、输入电阻较大B、放大倍数较大

C、输出电阻较小D、输入电阻较小A17uCE、iB——表示总量UCE、IB——表示直流量uce、ib——表示纯交流量书中有关符号的约定

—表示正弦相量uAB=UDC+vaciA=IDC+ia例如：18§1.1半导体的基本知识一、半导体材料半导体：导电能力介于导体和绝缘体之间的物质。导体：导电的物质。绝缘体：几乎不导电的物质。典型的半导体有硅Si和锗Ge以及砷化镓GaAs等。2、半导体的特点1、什么是半导体:热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强。光敏性：当受到光照时，导电能力明显变化。掺杂性：在纯净的半导体中掺入某些杂质，导电能力明显改变。第2章半导体二极管及其基本电路19GeSi+4电子器件中，用的最多的半导体材料是硅和锗。通过一定的工艺过程，可以将半导体制成晶体。§1.1半导体的基本知识20二、本征半导体—完全纯净、结构完整的半导体晶体。本征半导体§1.1半导体的基本知识原子结构简化模型硅晶体的空间排列硅单晶中的共价健结构

Si

Si

Si

Si价电子共价健半导体的共价键结构21载流子：运载电荷的粒子。本征激发：

价电子在获得一定能量（温度升高或受光照）后，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）。自由电子空穴＋?本征半导体的导电机理在T=0K和无外界激发时，没有载流子，不导电。§1.1半导体的基本知识二、本征半导体—完全纯净、结构完整的半导体晶体。本征半导体22空穴：共价键中的空位。电子空穴对：由热激发而产生的自由电子和空穴对。空穴的移动：相邻共价键中的价电子依次充填空穴来实现。本征半导体内的自由电子和空穴总是成对出现的。自由电子空穴＋§1.1半导体的基本知识三、杂质半导体：

在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。掺入的杂质主要是三价或五价元素。掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体。N型半导体——掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。

P型半导体——掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。【Positive】【Negative】接受一个电子变为负离子

Si

Si

Si

SiB硼原子空穴1.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（如硼）自由电子：少子（少数载流子）主要由杂质原子提供空穴：多子（多数载流子）由热激发形成

空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子。三价杂质因而也称为受主杂质。三、杂质半导体–提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子，因此五价杂质原子也称为施主杂质。2.N型半导体失去一个电子变为正离子掺入五价元素（如磷）掺杂后电子数目大量增加，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。自由电子:多子空穴:少子主要由杂质原子提供由热激发形成

Si

Si

Si

Si多余电子在常温下即可变为自由电子pp+磷原子三、杂质半导体四、PN结的形成及特性1.载流子的漂移与扩散载流子的运动：扩散运动——浓度差产生的载流子移动漂移运动——在电场作用下，载流子的移动2.PN结的形成27PN结形成的物理过程：

因浓度差

空间电荷区形成内电场

内电场促使少子漂移

内电场阻止多子扩散

最后,多子的扩散和少子的漂移达到动态平衡。多子的扩散运动

杂质离子形成空间电荷区

扩散>

漂移否是宽••••••••PN结的形成过程可分成4步：1.浓度差

多子的扩散运动2.扩散

空间电荷区

内电场3.内电场

少子的漂移运动

阻止多子的扩散4.扩散与漂移达到动态平衡扩散电流＝漂移电流空间电荷区的宽度也达到稳定28V0（电位势垒）耗尽层PN结势垒区阻挡层2.PN结的形成＋－内电场29当P区和N区的掺杂浓度不同时，PN结会有什么特点？

PN结的宽度与掺杂浓度有关，当P区和N区的掺杂浓度不同时，耗尽区在重掺杂一边延伸较小，而在轻掺杂一边延伸较大。思考?303.PN结的单向导电性定义：加正向电压，称加正向偏置电压，简称正偏。加反向电压，称加反向偏置电压，简称反偏。

PN结的单向导电性只有在外加电压时才会显示出来PN结加正向电压：P区接正，N区接负PN结加反向电压：P区接负，N区接正31内外电场方向相反，故势垒降低，有利于扩散运动的进行。PN结加正向电压时，正向电阻较小，处于导通状态。3.PN结的单向导电性⑴PN结加正向电压:P区接正，N区接负32内外电场方向相同，故势垒升高，有利于漂移运动的进行。PN结加反向电压时，反向电阻较大，处于截止状态。3.PN结的单向导电性⑵PN结加反向电压：P区接负，N区接正33归纳：

PN结加正向电压时，具有较大的正向扩散电流，呈现低电阻，PN结导通；

PN结加反向电压时，具有很小的反向漂移电流，呈现高电阻，PN结截止。在于它的耗尽层的存在，且其宽度随外加电压而变化。关键这就是PN结的单向导电性。3.PN结的单向导电性34⑶PN结V-I特性：PN结方程PN结的伏安特性其中：IS——反向饱和电流VT——温度的电压当量常温下（T=300K）近似估算正向：反向：vD—PN结两端的外加电压n

—发射系数陡峭电阻小正向导通非线性特性平坦反向截止一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的35iD/mAVBRvD/ViD=-IS＋－＋－IFIR(μA)反向击穿电压反向击穿电击穿热击穿雪崩击穿齐纳击穿可逆不可逆

4.PN结的反向击穿36

5.PN结的电容效应

(1)势垒电容CB(2)扩散电容CDPN结在反偏时主要考虑势垒电容。PN结在正偏时主要考虑扩散电容。37§2.2半导体二极管及其基本应用电路PN结加上引线和封装→

二极管38一、二极管的结构PN结加上引线和封装→

二极管按材料分硅管锗管按用途分普通管整流管……阴极阳极符号D按结构分类点接触型面接触型平面型§1.2二极管39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

PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。

PN结面积大，用于工频大电流整流电路。往往用于集成电路制造工艺中。PN结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。

§1.2二极管40半导体二极管图片§1.2二极管41图1.2.3锗二极管的V-I特性二、二极管的V-I特性反向击穿特性反向特性正向特性vDiDiD=f(vD)§1.2二极管图1.2.2硅二极管的V-I特性

42VthV（BR）vD/ViD/mAiD/μA硅管约为0.5V锗管约为0.1V它的大小与二极管的材料及温度等因素有关。两点注意：①关于死区电压门槛电压（或称死区电压）（或称开启电压）二、二极管的V-I特性43VthV（BR）vD/ViD/mAiD/μA两点说明：①关于死区电压二、二极管的V-I特性两点注意：①关于死区电压②与温度的关系在环境温度升高时，二极管的正向特性曲线将左移，反向特性曲线下移。二极管的特性对温度很敏感。导通电压：VD=0.7V（硅）VD=0.2V（锗）

反向饱和电流：硅：0.1A；锗：10A44§3.3二极管三、二极管的主要参数：(1)最大整流电流IF(2)反向击穿电压VBR和最大反向工作电压VRM(3)反向电流IR二极管长期连续工作时，允许通过二极管的最大整流电流的平均值。二极管反向电流急剧增加时对应的反向电压值称为反向击穿电压VBR。为安全计，在实际工作时，最大反向工作电压VRM一般只按反向击穿电压VBR的一半计算。(5)反向恢复时间TRR(4)极间电容CjPN结高频小信号时的等效电路：(6)最高工作频率fM45四、二极管的基本电路及其分析方法§1.2二极管理想二极管符号a.理想模型iDvD＋－vDiD

正偏时，管压降为0V，即vD=0V；适用当电源电压远比二极管的管压降大时可用1.二极管V-I特性的建模

反偏时，认为R=∞，电流为0。46b.恒压降模型恒压降模型

当二极管导通后，认为其管压降vD=VON。常取vD硅=VON=0.7V

vD锗=VON=0.2V适用

只有当二极管的电流iD近似等于或大于1mA时才正确。1.

二极管V-I特性的建模应用较广泛。47iDvDVthVth＋－vDiDc.折线模型折线模型

当二极管正向vD大于Vth后其电流iD与vD成线性关系，直线斜率为1/rD。

截止时反向电流为0Vth为二极管的门槛电压，硅管约为0.5V，锗管约为0.1V。1.

二极管V-I特性的建模斜率1rDrD的确定：假设当二极管的导通电流为1mA时，管压降vD=0.7V，则有：vD=Vth+iDrD适用电源电压较低时的情况48c.折线模型a.理想模型b.恒压降模型正偏：反偏：vDvD二极管的导通压降。硅管0.7V；锗管0.2V。vth二极管的门坎电压。硅管0.5V；锗管0.1V。1.

二极管V-I特性的建模49d.

小信号模型1.

二极管V-I特性的建模△vDvDVDD微变电阻△iD求rd？vs=Vmsin

t（Vm<<VDD）△vD50由对vD求微分，得Q点处的微变电导：(在Q点上)(记住！)d.

小信号模型1.

二极管V-I特性的建模（a）V-I特性（b）电路模型

特别注意：小信号模型中的微变电阻rd与静态工作点Q有关。该模型用于二极管处于正向偏置条件下，且vD>>VT

。

常温下（T=300K）512．模型分析法应用举例二极管主要应用：整流、限幅、钳位、开关、元件保护、温度补偿等。（1）整流电路：二极管半波整流(理想模型)vsvottRvsvo+-+-522．模型分析法应用举例（2）限幅电路：

一限幅电路如图所示，R=1kΩ，VREF=3V，二极管为硅二极管。①当vI=0V、4V、6V时，求相应的输出电压vO的值；②当vI=6sinωt(V)时，分别对于理想模型和恒压降模型绘出相应的输出电压vO的波形。DvIRBAvO+–VREF+–当VI=0V时当VI=4V时当VI=6V时a.理想模型D截止

vO

=vI=0

D导通

vO

=vREF=3VD导通

vO

=vREF=3V硅管：VD=Von=0.7VD截止

vO

=vI=0

D导通

vO

=3.7VD导通

vO

=3.7Vb.恒压降模型53②vI=6sinωt(V)时2．模型分析法应用举例（2）限幅电路：a.理想模型vI

to6b.恒压降模型

to633.7542．模型分析法应用举例（3）开关电路：电路如图，求：VAB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。二极管起钳位作用D6V12V3k

BAVAB+–V阳

=－6VV阴

=－12VV阳>V阴

二极管导通恒压降模型：VAB=－6.2Ｖ或VAB=－6.7V理想模型：VAB=－6V55§2.3特殊二极管

稳压二极管（齐纳）、变容二极管、肖特基二极管、光电子器件（光电二极管、发光二极管、激光二极管）等。

一、稳压二极管1.符号及稳压特性VZ——反向击穿电压，即稳压管的稳定电压。1.稳压二极管稳态原理

利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。56(1)稳定电压VZ(2)动态电阻rZ

在规定的稳压管反向工作电流IZ下，所对应的反向工作电压。rZ=

VZ/

IZ(4)最大耗散功率

PM(3)最大稳定工作电流

IZmax和最小稳定工作电流IZmin(5)温度系数——CTV(10-4/℃)2.稳压二极管主要参数rZ愈小，反映稳压管的击穿特性愈陡。

保证稳压管击穿所对应的电流，若IZ＜IZmin则不能稳压。

稳压管的最大稳定工作电流取决于最大耗散功率，即PM=VZIZmax

。超过Izmax稳压管会因功耗过大而烧坏。稳压值受温度变化影响的的系数。

一、稳压二极管573.稳压电路正常稳压时VO=VZ#

稳压条件是什么？IZmin

<

IZ

<

IZmaxR-----限流电阻

一、稳压二极管58稳压管正常工作的两个条件：a.必须工作在反向击穿状态（利用其正向特性除外）；b.流过管子的电流必须介于稳定电流和最大电流之间。4.使用稳压管组成稳压电路时，需注意几点：

一、稳压二极管（1）应使外加电源的正极接管子的N区，电源的负极接P区，以保证稳压管工作在反向击穿区【！！！】。（2）稳压管应与负载电阻RL并联，由于稳压管两端电压的变化量很小，因而使输出电压比较稳定。（3）必须限制流过稳压管的电流IZ，不要超过规定值，以免因过热而烧坏管子。59稳压管的一种实物图黑头一侧为阴极，即k端

一、稳压二极管60稳压管应用

一、稳压二极管输出电压稳定的条件（保证稳压管被击穿）≥

负载电阻RL太大，IL减小，IZ增大，只要IZ

<IZmax

，稳压管仍能正常工作。负载电阻RL太小，IL增大，IZ减小，只要IZ

>IZmin，稳压管仍能正常工作。61稳压管应用

一、稳压二极管限流电阻计算IZ(min)<IZ<

IZ(max)保证稳压管正常工作：VO=VZ

IZ=IR－IL

稳压管工作时电量关系：62

一、稳压二极管IL为最小值IL(min)VI为最大值VI(max)IZ=IR－IL

为保证管子安全工作,应使≤由此可得≥IZ值最大:

IZ值最小:

IL为最小值IL(max)当VI为最小值VI(min)≥为保证管子安全工作,应使由此可得≤≤≤63

已知vi

=10sintV,VZ=5.5V（稳压值），正向压降为0.7V，试画出

vo波形。DZVZRvivovRt

t

vi

/Vvo/V105.55.500

2

2

–0.70.7解：稳压二极管的应用举例例164稳压二极管的应用举例例：稳压管稳压电路如图示，如果稳压管稳定电压VZ=6V，Izmax=30mA,Izmin=10mA，限流电阻R=200Ω。如果负载电流IL在10~20mA范围内变化，此时输入直流电压VI的最大允许变化范围是多大？（厦门大学2005无线电物理专业）例2解即：VI的变化范围为12V~14V65二、变容二极管（a）符号（b）结电容与电压的关系（纵坐标为对数刻度）特点：工作于反向状态，结电容（主要是势垒电容）随反向电压的增加而减少。66三、肖特基二极管（a）符号（b）正向V-I特性67四、光电子器件1.光电二极管（a）符号（b）电路模型（c）特性曲线

光电二极管工作于反向偏置状态。无光照时电路中电流很小，有光照时电流会急剧增加。68符号2.发光二极管光电传输系统

发光二极管由砷化镓、磷化镓等半导体材料组成。由于电子空穴的复合产生发光能量。是一种电变成光的能量转换器件。电路中常用做指示或显示及光信息传送。七段显示发光二极管四、光电子器件发光二极管工作于正向偏置状态69四、光电子器件几种普通发光二极管实物图长脚为正极大头为负极70第2章结束71第3章晶体三极管及其基本放大电路(a)小功率管(b)小功率管(c)大功率管(d)中功率管72几种常见三极管实物图大功率三极管功率三极管普通塑封三极管73§3.1

晶体三极管一、BJT的结构及类型基区发射区集电区

发射极集电极

基极符号发射结(Je)

集电结(Jc)PNPNPNPPN【Collector】【Base】【Emitter】

三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导电，故称为双极型三极管。或BJT(BipolarJunctionTransistor)。

74

三极管结构特点：•

发射区的掺杂浓度最高；•

集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；•

基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。管芯结构剖面图§3.1晶体三极管具有放大作用的内部条件三极管结构特点：发射区掺杂浓度高，基区很薄，集电区面积大。二、放大状态下BJT的工作原理放大的外部条件：发射结正偏集电结反偏1.内部载流子的传输过程§3.1晶体三极管IEICEICBObecNNPEBRbECRcIC=ICN+ICBOIB三极管放大内部条件：发射区掺杂浓度高，基区很薄，集电区面积大。

76JeJcecbNNPVBBRbRcVCC（1）发射区向基区注入电子，从而形成发射极电流IE。IE（2）在基区中①电子继续向集电结扩散；②少数电子与基区空穴相复合，形成IB电流。IB（3）在集电区中①集电区收集发射区扩散到基区的大部分电子；IC=ICN+ICBOICBOICNIBE二、放大状态下BJT的工作原理1.内部载流子的传输过程②集电结反偏，少子形成的反向电流ICBO。≈ICN§3.1晶体三极管77771.内部载流子的传输过程二、放大状态下BJT的工作原理§3.1晶体三极管IE=IEN+IEP发射区：向基区扩散载流子，形成IE。集电区：收集基区扩散过来的载流子，形成IC。基区：传送和控制载流子。载流子在基区复合和扩散，形成复合电流IBN。放大状态下BJT中载流子的传输过程1.内部载流子的传输过程≈IENIC=ICN+ICBO≈ICN由KCL，有：IB=IE-IC§3.1晶体三极管792.电流分配关系和电流放大系数§3.1晶体三极管根据传输过程可知IC=ICN+ICBO通常

IC>>ICBO

为共基极电流放大系数。它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般

=0.90.99

。IE=IB+IC80由

的定义：整理可得:令：即IC=IE+ICBO

=

(IB+IC)

+ICBOIC=

IB+(1+

)ICBOIC=

IB+ICEO（穿透电流）IC

IB

IE=IC+IB

(1+

)IB

--共射极电流放大系数

是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般

>>1。2电流分配关系和电流放大系数§3.1晶体三极管81将三极管看成一个广义的节点：ICIBIEIE=IC+IBIC≈αIE=βα和β是两种电流放大系数，它们的值主要取决于基区、集电区和发射区的杂质浓度以及器件的几何结构。基极电流是电子在基区与空穴复合的电流，复合过程对α和β的值有影响。§3.1晶体三极管2.电流分配关系和电流放大系数82

三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。总结：§3.1晶体三极管83三、BJT的U-I

特性

输入特性曲线——iB=f(vBE)

vCE=const

输出特性曲线——

iC=f(vCE)

iB=const共发射极接法三极管的特性曲线，即RL+-ΔuObceΔuIiB=IB+ΔiBiC=IC+ΔiCiE=IE+ΔiEvBE+-+-vCE输入回路输出回路§3.1晶体三极管841.输入特性BJT共射接法的输入特性曲线分三部分：①死区②非线性区③线性区iB/μAvBE/V①③②vCE

=1VvCE

>1VvCE

=0V特点：①当vCE>1时，各条特性曲线基本重合。②当vCE增大时特性曲线相应的右移。25℃

死区电压：硅管0.5V，锗管0.1V。工作压降：硅管：UBE0.6~0.7V锗管：UBE0.2~0.3V记住：

iB=f(vBE)

vCE=const§3.1晶体三极管§3.1晶体三极管2.输出特性iC=f(vCE)

iB=constIC(mA)1234VCE(V)3691260AIB=020A40A80A100A以iB为参变量的一族曲线vCE=0V时iC=0vCE

稍增大时，集电区收集电子的能力很弱，iC主要由vCE决定。vCE≥1，VvBE≥0.7V运动到集电结的电子基本上都可以被集电区收集，此后vCE再增加，电流也没有明显的增加§3.1晶体三极管输出特性曲线的三个区域:vCE/ViC/mA=20μA=40μA=60μA=80μA放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射结正偏，集电结反偏。IC=IB，也称为线性区，具有恒流特性饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE＜0.7V(硅管)。此时，发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，vBE小于死区电压。发射结反偏。vCE＝vBE,即vCB＝０时,三极管处于临界饱和状态当vCE大于一定的数值时，IC只与IB有关,满足IC=βIB关系，该区域称为线性区（即放大区）。深度饱和：vCES（硅）＝0.3V

vCES（锗）＝0.1V87BJT的三种工作状态工作状态发射结(be结)集电结(bc结)IC放大状态正偏反偏βIB饱和状态正偏正偏<βIB截止状态反偏或零偏反偏088

当ICBO和ICEO很小时，≈

、≈

，可以不加区分。四、BJT的主要参数共发射极直流电流放大系数1.电流放大系数共发射极交流电流放大系数

=

iC/

iB

uCE=const半导体三极管的参数分为三大类:直流参数交流参数极限参数共基极直流电流放大系数

=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE

共基极交流电流放大系数α

α=iC/iEuCB=const1)直流电流放大系数2)交流电流放大系数

89

2.极间反向电流 (1)集电极基极间反向饱和电流ICBO

发射极开路时，集电结的反向饱和电流。

(2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEO

ICEO=（1+）ICBO

四、BJT的主要参数穿透电流90(1)集电极最大允许电流ICM(2)

集电极最大允许功率损耗PCMPCM=ICVCE

3.极限参数(3)反向击穿电压

V(BR)CBO——发射极开路时集电结反向击穿电压。V(BR)EBO——集电极开路时发射结的反向击穿电压。

V(BR)CEO——基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR)EBO四、BJT的主要参数过压区过流区(1)集电极最大允许电流ICM(2)

集电极最大允许功率损耗PCMPCM=ICVCE

3.极限参数(3)反向击穿电压四、BJT的主要参数过压区过流区例：某三极管的极限参数PCM=150mW，ICM=100mA，V（BR）CEO=30V。若它的工作电压VCE=10V，则工作电流IC不得超过

mA；若工作电压VCE=1V，则工作电流不得超过

mA；若工作电流IC=1mA，则工作电压不得超过

V。151003092五、温度对BJT参数及特性的影响(1)温度对ICBO的影响温度每升高10℃，ICBO约增加一倍。(2)温度对

的影响温度每升高1℃，

值约增大0.5%~1%。

(3)温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。1.温度对BJT参数的影响四、BJT的主要参数2.温度对BJT特性曲线的影响四、BJT的主要参数941、必须使BJT工作在安全区。2、应根据需求选择管子的型号。3、若要求导通电压低时选用锗管，若要求导通电压高时选用硅管。4、ICBO、ICEO越小越好。5、NPN管和PNP管对电源的极性要求不一样。BJT的选择和使用注意事项§3.2共射极放大电路的组成及工作原理一、共射极放大电路的组成T:核心，电流分配、放大作用VBB

Je正偏Rb:基极偏置电阻VCC

Jc反偏Rc：集电极偏置电阻VCC+vCE–vsT放大的外部条件：发射结正偏集电结反偏TVBB+–vsRbRC提供大小适当的基极电流将电流放大转变为电压放大。iBvBE§3.2共射极放大电路的组成及工作原理一、共射极放大电路的组成设置合适的静态工作点---Q点1.静态(直流工作状态)Q点—静态工作点IBQICQVCEQ输入回路输出回路2.动态97二、共射极放大电路的工作原理§3.2基本共射极放大电路1.静态(直流工作状态)设置合适的静态工作点

——Q点QIBvBE0VBEQIBQvCE/ViC/mAIBQ0QVCEQICQ为什么要设置静态工作点Q？vivovi≤0时，BJT处于截止状态，不在放大区，因而不能正常放大。2.动态

输入正弦信号vs后，电路将处在动态工作情况。此时，BJT各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。

交流通路动态分析:不失真输出范围

计算电压放大倍数Au、输入电阻Ri、输出电阻Ro等。二、基本共射极放大电路的工作原理§3.2基本共射极放大电路994.图解分析法的适用范围§3.3放大电路的分析方法2.3.1图解分析法2.3.2计算分析法（小信号模型分析法）1.静态工作点的图解分析2.动态工作情况的图解分析3.非线性失真的图解分析2.BJT的H参数及小信号模型3.用H参数小信号模型分析放大电路的动态性能4.小信号模型分析法的适用范围1.静态工作点的估算100§3.3.1图解分析法一、静态分析

采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。

共射极放大电路iBvBEiCvCE静态：放大电路输入信号vS

=0时的工作状态。iB=f(vBE)

vCE=CiC=f(vCE)

iB=C101(1)输入回路在输入特性曲线上，作出直线

，两线的交点即是Q点，得到IBQ。QVBBIBvBE0VBEQIBQ一、静态分析§3.3.1图解分析法Q点—静态工作点IBQICQVCEQ画出直流通路102(2)输出回路vCE

=VCC–iCRCvCE/ViC/mAIBQ0QVCEQICQ在输出特性曲线上，作出直流负载线VCE=VCC－iCRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ

和ICQ。直流负载线直流负载线方程VCC§3.3.1图解分析法一、静态分析估算IB：已知VBEQ=0.7V

103静态工作点Q的求法直流通路

输出回路vCE

=VCC–iCRCvCE/ViC/mAIBQ0QVCEQICQQ（IB、IC、VCE）§3.3.1图解分析法估算IB：已知VBEQ=0.7V

104二、动态分析动态：放大电路有信号输入（vS

0）时的工作状态。输入回路输出回路VBEQIBQ？ICQvBEtOiBtOiCtOvCEtOvitOVCEQvotO=vbe§3.3.1图解分析法---线性放大QvCE/VttiB/

AIBQtiC/mAICQiB/

AvBE/VtvBE/VVBEQVCEQiC/mAvCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibvivovCE=VCC–iCRC二、动态分析三、波形的非线性失真和最大输出电压幅值---非线性失真静态工作点Q对输出信号失真的影响。107四、交流负载线RbRcC1C2T++vi+–vo+–++–vBEvCE–iCiBiERL+VCC原理电路实际应用电路：Rb>Rc，保证BJT发射结正偏、集电结反偏。vi=0时:vC1=VBEQ，

vC2=VCEQvi≠0时:C1、C2容抗小，交流短路C1、C2耦合电容，隔直通交0iC/mAvCE/VO20406080μA+VCCRbRcT++–VBEVCE–ICIB直流通路

估算IB：QvCE

=VCC–iCRc直流负载线：

§3.3.1图解分析法四、交流负载线RbRcC1C2T++vi+–vo+–++–vBEvCE–iCiBiERL+VCC直流负载线109四、交流负载线交流通路

RCTRb–RLvi+–ibic0iC/mAvCE/VO20406080μAQvCE-VCEQ

=-(iC-

ICQ)R

L

由交流通路有:

vce=-ic

(Rc//RL)过Q点，斜率为-1/R'L的直线----交流负载线当放大电路不带负载RL时，交流负载线是什么？为什么交流负载线和直流负载线必然会在Q点相交？+VCCRbRcC1C2T++vi+–vo+–++–vBEvCE–iCiBiERL§3.3.1图解分析法§3.3.1图解分析法四、交流负载线交流负载线vce=-ic

(Rc//RL)vCE-VCEQ

=-(iC-

ICQ)R

L

0iC/mAvCE/VO20406080μAQICQR

L

vCE=VCEQ+

ICQ

R

L

iC=

0时直流负载线vCE

=VCC–iCRCVCCVom=ICQR

L

0iC/mAvCE/VO20406080μAQICQR

L

§3.3.1图解分析法0iC/mAvCE/VO20406080μAQVCEQVom=VCEQ-VCES≈VCEQ放大电路要想获得大的不失真输出信号，要求:

工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；

要有合适的交流负载线。

最大输出电压幅值直流负载线和交流负载线无负载（负载开路）或大负载0iC/mAvCE/VO20406080μAQ直流负载线vCE

=VCC–iCRc直流负载线方程带有限负载vCE-VCEQ

=-(iC-

ICQ)R

L

交流负载线方程vce=-ic

R

LvCE=VCEQ+

ICQ

R

L

iC=

0时ICQR

L

RL越小，交流负载线越陡

RbRcC1C2T++vi+–vo+–iCiBiERL-VCC

对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。114四、图解分析法的适用范围幅度较大而工作频率不太高的情况优点：直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态工作情况。缺点：不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。§3.3.1图解分析法§3.3.2

计算分析法思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路适用范围：放大状态-------放大电路的输入信号是变化量且电压很小时§3.3

放大电路的分析方法QVBBIBvBE0VBEQIBQvCE/ViC/mAIBQ0QVCEQICQ静态+动态116估算法一、静态工作点的估算

输入信号vi＝0时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。直流通路Q点——静态工作点IBQICQVCEQ必须会求！VCEQ=VCC－ICQRc

§3.3.2

计算分析法RbRcC1C2T++vi+–vo+–++–vBEvCE–iCiBiERL+VCC工作压降：硅管：VBE0.6~0.7V锗管：VBE0.2~0.3V建立小信号模型的意义建立小信号模型的放大电路的状态

放大状态

由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。建立小信号模型的依据

输入特性：工作点在Q附近移动范围小，切线代替曲线

输出特性：不超出放大区，不产生非线性失真§3.3.2

计算分析法二、小信号模型分析法：§3.3.2计算分析法1)H参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得用小信号交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce

对于BJT双口网络，已知输入输出特性曲线如下：iB=f(vBE)

vCE=constiC=f(vCE)

iB=const可以写成：BJT双口网络三、H参数交流小信号模型：119输出端交流短路时的输入电阻；输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。其中：四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevcerbe

ur1/rce§3.3.2计算分析法三、H参数交流小信号模型：120§3.3.2计算分析法三、H参数交流小信号模型：

H参数的物理意义及图解方法输出端交流短路时的输入电阻输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数输入端交流开路时的反向电压传输比；输入端交流开路时的输出电导。rbe

rceurvbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）2)BJT的H参数小信号模型根据vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce可得小信号模型BJT的H参数模型BJT双口网络§3.3.2计算分析法三、H参数交流小信号模型：122§3.3.2计算分析法三、H参数交流小信号模型：3)小信号模型的简化hre（ur

）和hoe(1/rce)都很小，常忽略它们的影响。

BJT在共射连接时，其H参数的数量级一般为注意：=

H参数都是小信号参数，即微变参数或交流参数。

H参数与工作点有关，在放大区基本不变。

H参数都是微变参数，所以只适合对交流信号的分析。123§3.3.2计算分析法三、H参数交流小信号模型：4）H参数值的确定

一般用测试仪测出；rbe

与Q点有关，可用图示仪测出。rbe=rbb′+(1+

)re其中对于低频小功率管rbb'≈200

则

而

(T=300K)

一般也用公式估算rbe

（忽略r'e

）【记住！】ibvbe124§3.3.2计算分析法四、用H参数交流小信号模型分析放大电路的动态性能（1）利用直流通路求Q点(一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，

已知。)动态性能:电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro。例：图示电路中BJT的

=40，rbb'=200Ω,VBEQ=0.7V,求:Av、Ri、Ro。若RL开路，问Av如何变化。解：+VCCRSvsRbRcC1C2T+++–RLvi+–vo+–++–vBEvCE–iCiBiE125（2）画出小信号等效模型电路。vSbceRbRcvivORL++--RS+-ibicii交流通路vSrbeibibicRbebcvi+-vo+-RLRc+-RSii+VCCRSvsRbRcC1C2T+++–RLvi+–vo+–++––iCiBiE§3.3.2计算分析法126（3）求rbe----Av、Ri、RoibicvSrbeibRbRcRLebcvi+-vo+-+-RSiiRL开路：（4）求放大电路动态指标电压增益§3.3.2计算分析法127输入电阻输出电阻ibicvSrbeibRbRcRLebcvi+-vo+-+-RSii（4）求放大电路动态指标令§3.3.2计算分析法注：放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻输入电阻是对交流信号而言的，是动态电阻。128五.小信号模型分析法的适用范围

放大电路的输入信号幅度较小，BJT工作在其V－T特性曲线的线性范围（即放大区）内。H参数的值是在静态工作点上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值的大小及稳定性密切相关。优点：分析放大电路的动态性能指标(Av

、Ri和Ro等)非常方便，且适用于频率较高时的分析。缺点：在BJT与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等电量及BJT的H参数均是针对变化量(交流量)而言的，不能用来分析计算静态工作点。§3.3.2计算分析法§3.4共集电极和共基极放大电路一、共集电极放大电路也称射极输出器1.静态分析由得直流通路130①小信号等效电路2.动态分析一、共集电极放大电路bec131becReRL+-①小信号等效电路2.动态分析一、共集电极放大电路132becReRL+-RSRb+-+-①小信号等效电路2.动态分析一、共集电极放大电路133becReRL+-RSRb+-+-①小信号等效电路2.动态分析一、共集电极放大电路134②电压增益Av输出回路：输入回路：电压增益：其中一般，则电压增益接近于1------电压跟随器即一、共集电极放大电路③输入电阻Ri当，时，特点：输入电阻大一、共集电极放大电路其中则输出电阻当，时，输出电阻小④输出电阻Ro一、共集电极放大电路137共集电极电路特点：◆电压增益小于1但接近于1，◆输入电阻大，对电压信号源衰减小◆输出电阻小，带负载能力强。共集电极放大电路138二、共基极放大电路1.静态分析i1i2iBcRerbe2eib2vsbvo+-RSRcRLvi+-2.动态分析二、共基极放大电路交流通路1402.动态分析①电压增益Av输出回路：输入回路：电压增益：小信号等效电路二、共基极放大电路141③输出电阻Ro小信号等效电路②输入电阻Ri二、共基极放大电路142三、放大电路三种组态的比较1.三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：信号由基极输入，集电极输出——共射极放大电路信号由基极输入，发射极输出——共集电极放大电路信号由发射极输入，集电极输出——共基极电路2.三种组态的比较1433.三种组态的特点及用途共射极放大电路：电压和电流增益都大于1，输入电阻在三种组态中居中，输出电阻与集电极电阻有很大关系。适用于低频情况下，作多级放大电路的中间级。共集电极放大电路：只有电流放大作用，没有电压放大，有电压跟随作用。在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好。可用于输入级、输出级或缓冲级。共基极放大电路：只有电压放大作用，没有电流放大，有电流跟随作用，输入电阻小，输出电阻与集电极电阻有关。高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。§3.5放大电路静态工作点的稳定问题

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。温度变化、三极管老化、电源电压波动等其中温度变化的影响最大!iC/mAvCE/VOQ一、温度对静态工作点的影响§3.5放大电路静态工作点的稳定问题1、

对Q点的影响T

ICiCvCEQQ´温度上升时，输出特性曲线稀疏，造成Q点上移。扩散与复合的比例↑输出特性的间距↑温度每升高1℃，β增大0.5~1%，Δβ=β·ΔT（0.5~1%）。一、温度对静态工作点的影响§3.5放大电路静态工作点的稳定问题1.

对Q点的影响

IC2.ICBO变化对Q点的影响TICBOICiCvCEQQ´温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。温度每升高10℃，ICBO大约增大1倍。ICBO（T）=ICBO（T0）·2∵ICBO硅<<ICBO锗∴硅管工作比锗管稳定，因此，在高温场合，硅管应用广泛。一、温度对静态工作点的影响§3.5放大电路静态工作点的稳定问题1.

对Q点的影响

IC2.ICBO变化对Q点的影响TICBOICiBvBE25ºC50ºCTVBEIBIC3.VBE变化对Q点的影响T↑其效应是使输出特性向左移载流子的运动加剧对相同的IB：→VBE↓（-2mv/℃）TVBEIC148总之：

ICBO

ICEO

T

VBE

IB

IC

一、温度对静态工作点的影响§3.5放大电路静态工作点的稳定问题1.

对Q点的影响

IC2.ICBO变化对Q点的影响TICBOIC3.VBE变化对Q点的影响TVBEICiC/mAvCE/VOQ需要改进偏置电路，当温度升高、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。vivoCb2Cb1+iB一、温度变化对静态工作点的影响当温度升高时:

VBE、

、ICBO

上式表明，当VCC和

Rb一定时，IC与VBE、

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。§3.5放大电路静态工作点的稳定问题

在固定偏置放大电路中

150二、稳定静态工作点的电路1.基极分压式静态工作点稳定电路§3.5放大电路静态工作点的稳定问题Q点的估算（1）稳定静态工作点Q的原理直流通路电路特点：基极电位固定目标：温度变化时，使IC维持恒定。T

稳定Q原理：

IC

IE

VE

、VB不变

VBE

IB

IC

二、稳定静态工作点电路（反馈控制）§3.5放大电路静态工作点的稳定问题b点电位基本不变的条件：I2>>IBQ，此时，VBQ与温度无关VBQ>>VBEQRe取值越大，反馈控制作用越强二、稳定静态工作点电路Re大，易使管子饱和一般取

I1=(5~10)IBQ，VBQ=3~5V

一般取

(1+β)Re≈10Rb

153b点电位基本不变的条件：I2>>IBQ，此时，VBQ与温度无关VBQ>>VBEQRe取值越大，反馈控制作用越强二、稳定静态工作点电路Re大，易使管子饱和一般取

I1=(5~10)IBQ，VBQ=3~5V

154（2）动态性能分析：动态分析:计算电压放大倍数Av、输入电阻Ri、输出电阻Ro。①电压增益Av<A>画小信号等效电路becReRb1Rb2+-RcRL+-二、稳定静态工作点电路155<A>画小信号等效电路<B>确定模型参数

已知，求rbe二、稳定静态工作点电路②输入电阻Ri（3）动态性能分析：大！③输出电阻Ro则输出电阻157（3）动态性能分析158无射极旁路电容分压式射极偏置电路缺点vivoRb1Rb2Cb1Cb2ebc（3）动态性能分析：（3）动态性能分析1592.集电极-基极偏置电路二、稳定静态工作点电路稳定静态工作点Q的原理IBICT

IC

VCE

IB

IC

3.用补偿法稳定静态工作点

利用二极管的正向电压随温度的变化来抵消晶体管VBEQ随温度变化的影响，来稳定静态工作点。二、稳定静态工作点电路161§3.6多级放大电路

多级放大电路小信号放大电路

功率放大电路信号源输入级输出级推动级中间级负载一、放大电路的极间耦合方式(1)直接耦合

放大器各级之间、放大器与信号源或负载直接连起来，或者经电阻等能通过直流的元件连接起来的耦合方式，称为直接耦合方式。①各级静态工作点的相互影响问题：②零点漂移----零漂输入短路时，输出仍有缓慢变化的电压产生。输入等效零漂电压：输出零漂电压折合到输入端。162(2)阻容耦合一、放大电路的极间耦合方式直接耦合放大电路可放大

。阻容耦合放大电路可放大

。

A.直流信号；B.交流信号；C.交、直流信号C

B

二、多级放大电路的分析计算

•

前级的开路电压是下级的信号源电压•

前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗•

下级的输入阻抗是前级的负载164第三章结束