1、第5章三極管及根本放大電路半導(dǎo)體三極管是一種最重要的半導(dǎo)體器件。它的放大作用和開關(guān)作用促使電子技術(shù)飛躍 開展。場(chǎng)效應(yīng)管是一種較新型的半導(dǎo)體器件，現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于放大電路和數(shù)字電路中。 本章介紹半導(dǎo)體三極管、絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管以及由它們組成的根本放大電路。5.1半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管簡(jiǎn)稱為晶體管。它由兩個(gè)PN結(jié)組成。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，使三極管表現(xiàn)出電流放大作用和開關(guān)作用，這就促使電子技術(shù)有了質(zhì)的飛躍。本節(jié)圍繞三極管的電流放 大作用這個(gè)核心問(wèn)題來(lái)討論它的根本結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線及主要參數(shù)。5.1.1 三極管的根本結(jié)構(gòu)和類型三極管的種類很多，按功率大小可分為大功率管和小功率管；按電路中的工作

2、頻率可分為高頻管和低頻管；按半導(dǎo)體材料不同可分為硅管和鍺管；按結(jié)構(gòu)不同可分為NPN管和PNP管。無(wú)論是NPN型還是PNP型都分為三個(gè)區(qū)，分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，由三個(gè)區(qū)各 引出一個(gè)電極，分別稱為發(fā)射極E、基極B和集電極C,發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的 PN結(jié) 稱為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)。其結(jié)構(gòu)和符號(hào)見圖5-1，其中發(fā)射極箭頭所示方向表示發(fā)射極電流的流向。在電路中，晶體管用字符T表示。具有電流放大作用的三極管，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上具有其特殊性，這就是：其一是發(fā)射區(qū)摻雜濃度大于集電區(qū)摻雜濃度， 集電區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)摻雜濃度；其二是基區(qū)很薄，一般只有幾微米。這些結(jié)構(gòu)上的特 點(diǎn)是三極管具有

3、電流放大作用的內(nèi)在依據(jù)。P發(fā)射極E發(fā)射區(qū)(b)(a)圖5-1兩類三極管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)現(xiàn)以NPN管為例來(lái)說(shuō)明晶體管各極間電流分配關(guān)系改變可變電阻Rb,測(cè)基極電流Ib , 208=52 ,I B 0.041 B3.1752.80.065.1.2 三極管的電流分配關(guān)系和放大作用及其電流放大作用，上面介紹了三極管具有電流放大用 的內(nèi)部條件。為實(shí)現(xiàn)晶體三極管的電流放大作用還必須 具有一定的外部條件，這就是要給三極管的發(fā)射結(jié)加上 正向電壓，集電結(jié)加上反向電壓。如圖5-2, Vbb為基極電源，與基極電阻Rb及三極管的基極 B、發(fā)射極E組成 基極一一發(fā)射極回路稱作輸入回路,Vbb使發(fā)射結(jié)正偏，Vcc為集電

4、極電源，與集電極電阻Rc及三極管的集電極C、發(fā)射極E組成集電極一一發(fā)射極回路稱作輸 出回路，Vcc使集電結(jié)反偏。圖中，發(fā)射極 E是輸入輸 出回路的公共端，因此稱這種接法為共發(fā)射極放大電路， 集電極電流Ic和發(fā)射結(jié)電流Ie,，結(jié)果如表5-1。表5-1三極管電流測(cè)試數(shù)據(jù)I B ( g A)020406080100I c (mA)0.0050.992.083.174.265.40I e (mA)0.00510.012.123.234.345.50從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得如下結(jié)論：1Ie = Ib + Ic。此關(guān)系就是三極管的電流分配關(guān)系，它符合基爾霍夫電流定律。2 Ie和Ic幾乎相等，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基極電流Ib.

5、，從第三列和第四列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知 Ic與Ib的比值分別為：Ib的微小變化會(huì)引起cIc較大的變化，計(jì)算可得：Ic4lc3 3.17 -2.081.09 一 =54 5IB4 -I B3 0.06 -0.040.02計(jì)算結(jié)果說(shuō)明，微小的基極電流變化，可以控制比之大數(shù)十倍至數(shù)百倍的集電極電流的 變化，這就是三極管的電流放大作用?！?、B稱為電流放大系數(shù)。通過(guò)了解三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以解釋晶體管的電流放大原理。本書從略。5.1.3 三極管的特性曲線三極管的特性曲線是用來(lái)表示各個(gè)電極間電壓和電流之間的相互關(guān)系的，它反映出三 極管的性能，是分析放大電路的重要依據(jù)。特性曲線可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，也可在晶體管

6、圖示儀 上直觀地顯示出來(lái)。1 輸入特性曲線晶體管的輸入特性曲線表示了Vce為參考變量時(shí)，Ib和Vbe的關(guān)系。Ib = f (VBE ) VCE 臬數(shù)(5-1)圖5-3是三極管的輸入特性曲線，由圖可見，輸入特 性有以下幾個(gè)特點(diǎn)：(1) 輸入特性也有一個(gè)“死區(qū)。在“死區(qū)內(nèi)，Vbe 雖已大于零，但I(xiàn)b幾乎仍為零。當(dāng) Vbe大于某一值后，Ib 才隨Vbe增加而明顯增大。和二極管一樣，硅晶體管的死 區(qū)電壓Vt (或稱為門檻電壓)約為 0.5V，發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電壓 Vbe =( 0.60.7) V ;鍺晶體管的死區(qū)電壓 Vt約為0.2V，導(dǎo) 通電壓約(0.20.3) V。假設(shè)為PNP型晶體管，那么發(fā)射結(jié)導(dǎo)通電

7、壓圖5-3三極管的輸入特性曲線Vbe 分別為(-0.6 -0.7)V和(-0.2 -0.3)V。(2) 般情況下，當(dāng)Vce >1V以后，輸入特性幾乎與 Vce=1V時(shí)的特性重合，因?yàn)閂ce >1V后，Ib無(wú)明顯改變了。晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，Vce總是大于1V的(集電結(jié)反偏)，因此常用VceNV的一條曲線來(lái)代表所有輸入特性曲線。晶體管的輸出特性曲線表示以Ib為參考變量時(shí),Ic和Vce的關(guān)系，即：2.輸出特性曲線lc =f (VCE ) Ib 臬數(shù)(5-2)圖5-4是三極管的輸出特性曲線，當(dāng) Ib改變時(shí)， 可得一組曲線族，由圖可見，輸出特性曲線可分放大、 截止和飽和三個(gè)區(qū)域。(1)

8、截止區(qū)：Ib = 0的特性曲線以下區(qū)域稱為 截止區(qū)。在這個(gè)區(qū)域中，集電結(jié)處于反偏，Vbe< 0發(fā) 射結(jié)反偏或零偏，即 Vc>Ve = Vb。電流Ic很小，(等 于反向穿透電流Iceo)工作在截止區(qū)時(shí)，晶體管在電 路中猶如一個(gè)斷開的開關(guān)。(2) 飽和區(qū)：特性曲線靠近縱軸的區(qū)域是飽和不再增大，三極管失去放大作用。規(guī)定Vce=Vbe時(shí)的狀態(tài)稱為臨界飽和狀態(tài)，用VcES表示，此時(shí)集電極臨界飽和電流：l CS -Vee _vcesVee二Ps(5-3)RC%基極臨界飽和電流：iBS1 CS(5-4)區(qū)。當(dāng)Vce<Vbe時(shí)，發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均處于正偏，即Vb>Vc>Ve。在飽和

9、區(qū)IB增大，lC幾乎當(dāng)集電極電流Ic>Ics時(shí)，認(rèn)為管子已處于飽和狀態(tài)。levies時(shí),管子處于放大狀態(tài)。 管子深度飽和時(shí)，硅管的Vce約為0.3V，鍺管約為0.1V,由于深度飽和時(shí) Vce約等于0, 晶體管在電路中猶如一個(gè)閉合的開關(guān)。(3) 放大區(qū)：特性曲線近似水平直線的區(qū)域?yàn)榉糯髤^(qū)。在這個(gè)區(qū)域里發(fā)射結(jié)正偏，集 電結(jié)反偏，即Vc>Vb>Ve。其特點(diǎn)是le的大小受lb的控制， le= 3 Ib,晶體管具有電流 放大作用。在放大區(qū)3約等于常數(shù)，le幾乎按一定比例等距離平行變化。由于le只受Ib的控制，幾乎與Vce的大小無(wú)關(guān)。特性曲線反映出恒流源的特點(diǎn)，即三極管可看作受基極電流控

10、 制的受控恒流源。例5-1用直流電壓表測(cè)得放大電路中晶體管 T1各電極的對(duì)地電位分別為 Vx = +10V,Vy = 0V，Vz = +0.7V，如圖 5-5 a所示,T2 管各電極電位 W = +0V，Vy = -0.3V，Vz = -5V，如圖 5-5 b所示，試判斷Ti和T2各是何類型、何材料的管子， x、y、z各是何電極？圖5-5解：工作在放大區(qū)的NPN型晶體管應(yīng)滿足 Vc>Vb> Ve , PNP型晶體管應(yīng)滿足 Vc<Vb< Ve，因此分析時(shí)，先找出三電極的最高或最低電位，確定為集電極，而電位差為導(dǎo)通電壓的就是發(fā)射極和基極。根據(jù)發(fā)射極和基極的電位差值判斷管子的

11、材質(zhì)。1 在圖a中，z與y的電壓為0.7V，可確定為硅管，因?yàn)?Vx>Vz> Vy,，所以x為 集電極，y為發(fā)射極，z為基極，滿足 Vc>Vb> Ve,的關(guān)系，管子為 NPN型。2 在圖b中，x與y的電壓為0.3V，可確定為鍺管，又因 Vz<Vy< Vx,，所以z為集 電極，x為發(fā)射極，y為基極，滿足Vc<Vb< Ve的關(guān)系，管子為PNP型。例5-2圖5-6所示的電路中，晶體管均為硅管 ,3 =30,試分析各晶體管的工作狀態(tài)。圖5-6例5-2解：1因?yàn)榛鶚O偏置電源+6V大于管子的導(dǎo)通電壓，故管子的發(fā)射結(jié)正偏，管子導(dǎo) 通，基極電流：60.75.3I

12、 b1.06mA55lC Mb =30 1.06 = 31.8mA臨界飽和電流：les =10VcES 10-0.7 =9.3mA1因?yàn)閘e>les，所以管子工作在飽和區(qū)。2因?yàn)榛鶚O偏置電源-2V小于管子的導(dǎo)通電壓，管子的發(fā)射結(jié)反偏，管子截止，所以管子工作在截止區(qū)。(3)因?yàn)榛鶚O偏置電源+2V大于管子的導(dǎo)通電壓，故管子的發(fā)射結(jié)正偏，管子導(dǎo)通基極電流:20.7 0.3l b0.26mA55lc = 'Ib 30 0.26 = 7.8mA10 _VCES臨界飽和電流：les亙10-0.7 =9.3mA1因?yàn)閘c<lcs，所以管子工作在放大區(qū)。晶體管的主要參數(shù)晶體管的參數(shù)是用來(lái)表

13、示晶體管的各種性能的指標(biāo)，是評(píng)價(jià)晶體管的優(yōu)劣和選用晶體管的依據(jù)，也是計(jì)算和調(diào)整晶體管電路時(shí)必不可少的根據(jù)。主要參數(shù)有以下幾個(gè)。1 .電流放大系數(shù)(1) 共射直流電流放大系數(shù)丁。它表示集電極電壓一定時(shí)，集電極電流和基極電流之間的關(guān)系。即:1 C -1 C E O1 B(2) 共射交流電流放大系數(shù)3。它表示在與相應(yīng)的基極電流變化量之比，即：Vc常 數(shù)(5-5)Vce保持不變的條件下，集電極電流的變化量(5-6)上述兩個(gè)電流放大系數(shù) 3和3的含義雖不同，但工作于輸出特性曲線的放大區(qū)域的平坦局部時(shí)，兩著差異極小，故在今后估算時(shí)常認(rèn)為二' o3值差異很大。常用的小功率晶體管，33過(guò)大，工作穩(wěn)定性

14、差。一般選用3在由于制造工藝上的分散性，同一類型晶體管的 值一般為20200 o 3過(guò)小，管子電流放大作用小,40100的管子較為適宜。2 極間電流(c)NPN 管圖5-8(d)PNP 管l CEO的測(cè)量(1)集電極反向飽和電流Icboo Icbo是指發(fā)射極開路，集電極與基極之間加反向電壓時(shí)產(chǎn) 生的電流，也是集電結(jié)的反向飽和電流?？梢杂脠D5-7的電路測(cè)出。手冊(cè)上給出的Icbo都是在規(guī)定的反向電壓之下測(cè)出的。反向電壓大小改變時(shí)，IcBO的數(shù)值可能稍有改變。另外ICBO是少數(shù)載流子電流，隨溫度升高而指數(shù)上升，影響晶體管工作的穩(wěn)定性。作為晶體管的性能 指標(biāo)，IcBO越小越好，硅管的IcBO比鍺管的小

15、得多，大功率管的IcBO值較大，使用時(shí)應(yīng)予以(2)穿透電流IcEO。ICEO是基極開路，集電極與發(fā)射極間加電壓時(shí)的集電極電流，由于這個(gè)電流由集電極穿過(guò)基區(qū)流到發(fā)射極，故稱為穿透電流。測(cè)量IcEO的電路如圖5-8所示。根據(jù)晶體管的電流分配關(guān)系可知：IcEO= ( 1+ B) ICBO。故IcEO也要受溫度影響而改變，且 B大的 晶體管的溫度穩(wěn)定性較差。3 .極限參數(shù)晶體管的極限參數(shù)規(guī)定了使用時(shí)不許超過(guò)的限度。主要極限參數(shù)如下：(1) 集電極最大允許耗散功率PcM晶體管電流Ic與電壓Vce的乘積稱為集電極耗散功率，這個(gè)功率導(dǎo)致集電結(jié)發(fā)熱，溫度升高。而晶體管的結(jié)溫是有一定限度的，一般硅管的最高結(jié)溫為

16、100150°C，鍺管的最高結(jié)溫為7O1OO0C，超過(guò)這個(gè)限度，管子的性能就要變壞，甚至燒毀。因此，根據(jù)管子的允許結(jié) 溫定出了集電極最大允許耗散功率PcM，工作時(shí)管子消耗功率必須小于PcM?？梢栽谳敵鎏匦缘淖鴺?biāo)系上畫出PcM = IcVcE的曲線，稱為集電極最大功率損耗線。如圖5-9所示。曲線的左下方均滿足Pc<PcM的條件為平安區(qū)，右上方為過(guò)損耗區(qū)。(2) 反向擊穿電壓V(BR)CEO反向擊穿電壓V(br)ceo是指基極開路時(shí)，加于集電極一發(fā)射極之間的最大允許電壓。使用時(shí)如果超出這個(gè)電壓將導(dǎo)致集電極電流Ic急劇增大，這種現(xiàn)象稱為擊穿。從而造成管子永久性損壞。一般取電源 Vcc

17、<V(BR)CEO。(3) 集電極最大允許電流Icm。由于結(jié)面積和引出線的關(guān)系，還要限制晶體管的集電極最大電流，如果超過(guò)這個(gè)電流使用，晶體管的B就要顯著下降，甚至可能損壞。Icm表示B值下降到正常值2/3時(shí)的集電極電流。通常Ic不應(yīng)超過(guò)Icm。Pcm , V(br)ceo和Icm這三個(gè)極限參數(shù)決定了晶體管的平安工作區(qū)。圖5-9根據(jù)3DG4管4.頻率參數(shù)V(BR)CEO =30V，畫出了它的平安工作區(qū)。由于發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的電容效應(yīng)，晶體管在高頻工作時(shí)放大性能下降。頻率參數(shù)是用來(lái)評(píng)價(jià)晶體管高頻放大性能的參數(shù)。(1) 共射截止頻率？ B。晶體管的B隨信號(hào)頻率升高而下降的特性曲線如圖5-10所示

18、。頻率較低時(shí)，3根本保持常數(shù)，用3 0表示低頻時(shí)的3值當(dāng)頻率升到較高值時(shí)，3開始下降，下降到3 0的0.707倍時(shí)的頻率稱為共射極截止頻率，也叫做 3的截止頻率。應(yīng)當(dāng)說(shuō)明，對(duì)于頻 率為？3或高于？ 3的信號(hào)，晶體管仍然有放大作用。(2) 特征頻率。3下降到等于1時(shí)的頻率稱為特征頻率 ?T。頻率大于?T之后，3與？近 似滿足：?t = 3 ?因此，知道了 ?T就可以近似確定一個(gè) ？(？ >?3 )時(shí)的3值。通常高頻晶體管都用 fT表征它 的高頻放大特性。5 溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響幾乎所有晶體管參數(shù)都與溫度有關(guān)，因此不容無(wú)視。溫度對(duì)以下三個(gè)參數(shù)的影響最大。(1) 溫度對(duì)ICBO的影響：ICB

19、O是少數(shù)載流子形成，與 PN結(jié)的反向飽和電流一樣，受溫度影很大。無(wú)論硅管或鍺管，作為工程上的估算，一般都按溫度每升高10° C , ICBO增大一倍來(lái)考慮。(2) 溫度對(duì)3的影響：溫度升高時(shí)3隨之增大。實(shí)驗(yàn)說(shuō)明，對(duì)于不同類型的管子 3隨溫度增長(zhǎng)的情況是不同的，一般認(rèn)為：以250C時(shí)測(cè)得的3值為基數(shù)，溫度每升高10C, 3增加約(0.51) %。(3) 溫度對(duì)發(fā)射結(jié)電壓 Vbe的影響：和二極管的正向特性一樣，溫度每升高10C, Vbe|約減小 22.5mV。因?yàn)?，ICEO = ( 1+ 3) Icbo，而Ic = 3 Ib+ ( 1+ 3 ) Icbo，所以溫度升咼使集電極電流Ic升高

20、。換言之，集電極電流IC隨溫度變化而變化。晶體管開關(guān)的應(yīng)用一一非門圖5-11所示的晶體管非門電路及其圖形符號(hào)。晶體管T的工作狀態(tài)或從截止轉(zhuǎn)為飽和，或從飽和轉(zhuǎn)為截止。非門電路只有一個(gè)輸入端 A。F為輸出端。當(dāng)輸入端 A為高電平1,即Va = 3V時(shí)，晶體管T飽和，使集電極輸出的電位 Vf = 0V,即輸出端F為低電平0;當(dāng)輸入端A為低電平0時(shí)，晶體管T截止，使集電極輸出的電位 Vf = VCC,即輸出端F為高電平1?？梢姺情T電路的輸出與輸入狀態(tài)相反，所以非門電路也稱為反相器。圖中加負(fù)電源VBB是為了使晶體管可靠截止。從上述分析可知，該電路的輸出電平上下總是和輸入電平上下相反，這種“結(jié)果與條件 處

21、于相反狀態(tài)的邏輯關(guān)系稱為非(Not )邏輯關(guān)系。非邏輯也稱為邏輯反、非運(yùn)算。邏輯變 量上的“一 是非運(yùn)算符，設(shè)A、F分別為邏輯變量，那么非運(yùn)算的表達(dá)式可寫成以下F = A 上式讀作F等于A非。邏輯非的含義是：只要輸入變量 為1時(shí)，F(xiàn)便為0。換言之，也就是“見0出1，見1出0。以上是晶體管開關(guān)作用具體應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例。R1-Vbb%J圖5-11三極管非門vocIMI噪這種A為0,輸出變量F就為1;反之，A5.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制型的半導(dǎo)體器件，它具有輸入電阻高(可達(dá)109q 1015q，而晶體三極管的輸入電阻僅有 102q 104q),噪聲低，受溫度、幅射等外界條件的影響較

22、小， 耗電省、便于集成等優(yōu)點(diǎn)。，因此得到廣泛應(yīng)用。場(chǎng)效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)的不同可分為結(jié)型和絕緣柵型；從工作性能可分耗盡型和增強(qiáng)型；所用基片(襯底)材料不同，又可分 P溝道和N溝道兩種導(dǎo)電溝道。因此，有結(jié)型P溝道和N溝道，絕緣柵耗盡型 P溝道和N溝及增強(qiáng)型P溝道和N溝六種類型的場(chǎng)效應(yīng)管。它們都是以半 導(dǎo)體的某一種多數(shù)載流子(電子或空穴)來(lái)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電，所以又稱為單極型晶體管。在本書中 只簡(jiǎn)單介紹絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。5.1.1絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管目前應(yīng)用最廣泛的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是一種金屬(M)氧化物(0) 半導(dǎo)體(S)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱為 MOS ( Metal Oxide Semiconductor)管。本節(jié)以N

23、溝道增強(qiáng)型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng) 管為主進(jìn)行討論。1 . N溝道增強(qiáng)MOS型管(1) 結(jié)構(gòu)圖5-12 (a)是N溝道增強(qiáng)型 MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖。用一塊P型半導(dǎo)體為襯底，在襯底 上面的左、右兩邊制成兩個(gè)高摻雜濃度的N型區(qū)，用N+表示，在這兩個(gè)N +區(qū)各引出一個(gè)電極，分別稱為源極S和漏極D，管子的襯底也引出一個(gè)電極稱為襯底引線b。管子在工作時(shí)b通常與S相連接。在這兩個(gè)N+區(qū)之間的P型半導(dǎo)體外表做出一層很薄的二氧化硅絕緣層，再在絕緣層上面噴一層金屬鋁電極，稱為柵極G,圖5-12(b)是"溝增強(qiáng)型 MOS管的符號(hào)。P溝道增強(qiáng)型MOS管是以N型半導(dǎo)體為襯底，再制作兩個(gè)高摻雜濃度的P+區(qū)做源極S和漏極

24、D，其符號(hào)如圖5-12(c)，襯底b的箭頭方向是區(qū)別N溝道和P溝道的標(biāo)志。(b)圖5-12 增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)(c)(2)工作原理如圖5-13所示。當(dāng)Vgs = 0時(shí)，由于漏源之間有兩個(gè)背向的PN結(jié)不存在導(dǎo)電溝道，所以即使D、S間電壓VdsQ但I(xiàn)d = 0,只有Vgs增大到某一值時(shí)，由柵極指向P型襯底的電場(chǎng)的作用下，襯底中的電子被吸引到兩個(gè) N+區(qū)之間構(gòu)成了漏源極之間的導(dǎo)電溝道，電路中才有電流Id。對(duì)應(yīng)此時(shí)的Vgs稱為開啟電壓 VGs(th)= Vt。在一定Vds下，Vgs值越大，電場(chǎng)作用 越強(qiáng)，導(dǎo)電的溝道越寬，溝道電阻越小，Id就越大，這就是增強(qiáng)型管子的含義。(3) 輸出特性輸出特性

25、是指 Vgs為一固定值時(shí)，Id與Vds之間的關(guān) 系，即I d = f (Vds ) vGS=常數(shù)(5-7)同三極管一樣輸出特性可分為三個(gè)區(qū)，可變電阻區(qū)， 恒流區(qū)和截止區(qū)?？勺冸娮鑵^(qū)：圖5-14( a)的I區(qū)。該區(qū)對(duì)應(yīng) Vgs> Vt, Vds很小，Vgd=Vgs Vds> V的情況。該區(qū)的特點(diǎn)是：假設(shè) Vgs不變，Id隨著Vds的增大而線性增加，可以看成是一個(gè) 電阻，對(duì)應(yīng)不同的 Vgs值，各條特性曲線直線局部的斜率圖5-13 Vgs對(duì)溝道的影響不同，即阻值發(fā)生改變。因此該區(qū)是一個(gè)受Vgs控制的可變電阻區(qū)，工作在這個(gè)區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管相當(dāng)于一個(gè)壓控電阻。恒流區(qū)(亦稱飽和區(qū)，放大區(qū))： 圖5

26、-14 ( a)的H區(qū)。該區(qū)對(duì)應(yīng) Vgs>Vt, Vds較大, 該區(qū)的特點(diǎn)是假設(shè) Vgs固定為某個(gè)值時(shí)，隨 Vds的增大，Id不變，特性曲線近似為水平線，因此稱為恒流區(qū)。而對(duì)應(yīng)同一個(gè)Vds值，不同的Vgs值可感應(yīng)出不同寬度的導(dǎo)電溝道，產(chǎn)生不口 D-VGS皿區(qū)Vds數(shù)321Vgs=5V-E f J4v J113.5Vif/3V /2.5V (Vt) y24680I d (mA)I區(qū)4n區(qū)(a)輸出特性Vds(V)(b)轉(zhuǎn)移特性同大小的漏極電流Id，可以用一個(gè)參數(shù)，跨導(dǎo) gm來(lái)表示Vgs對(duì)Id的控制作用。gm定義為:圖5-14 N溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線截止區(qū)(夾斷區(qū))：該區(qū)對(duì)應(yīng)于Vgs

27、W Vt的情況，這個(gè)區(qū)的特點(diǎn)是：由于沒(méi)有感生出溝 道，故電流Id=O ，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。圖5-14 ( a)的川區(qū)為擊穿區(qū)，當(dāng) Vds增大到某一值時(shí)，柵、漏間的 PN結(jié)會(huì)反向擊穿， 使Id急劇增加。如不加限制，會(huì)造成管子損壞。(4) 轉(zhuǎn)移特性(5-9)轉(zhuǎn)移特性是指Vds為固定值時(shí)，Id與Vgs之間的關(guān)系，表示了 Vgs對(duì)Id的控制作用。即:I d = f (Vgs) vds =常數(shù)由于Vds對(duì)Id的影響較小，所以不同的Vds所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性曲線根本上是重合在一起的，如圖5-14 (b)所示。這時(shí)Id可以近似地表示為：VGS 、21 D - 1 DSS)VGS (th)其中 Idss 是 Vg

28、s=2VgS (th)時(shí)的值 l D2 . N溝道耗盡型MOS管N溝道耗盡型 MOS管的結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型一樣，所不同的是在制造過(guò)程中， 在siO2絕緣層中摻入大量的正離子。當(dāng) Vgs=0時(shí)，由正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)就能吸收足夠的電子產(chǎn)生原始溝道， 如果加上正向Vds電壓，就可在原始溝道的中產(chǎn)生電流。其結(jié)構(gòu)、符號(hào)如圖(5-10)5-15所示。Jl D(mA)10I區(qū)186423V 區(qū)2V1V2V(b)0481214Vds(V)Vgs=0V1V(d)(c)圖5-15 N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管(a)結(jié)構(gòu)示意圖(b)輸出特性c)轉(zhuǎn)移特性(d)符號(hào)當(dāng)VGs正向增加時(shí)，將增強(qiáng)由絕緣層中正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)，感生的溝道

29、加寬，Id將增大，當(dāng)VGs加反向電壓時(shí)，削弱由絕緣層中正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)，感生的溝道變窄，lD將減小，當(dāng)Vgs到達(dá)某一負(fù)電壓值 VGS(off) = Vp時(shí)，完全抵消了由正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)那么導(dǎo)電溝道消失，使 |D 0, Vp稱為夾斷電壓。在Vgs> Vp后，漏源電壓Vds對(duì)Id的影響較小。它的特性曲線形狀，與增強(qiáng)型MOS管類似，如圖5-15 ( b )、(c)所示.。D,由特性曲線可見，耗盡型 MOS管的Vgs值在正、負(fù)的一定范圍內(nèi)都可控制管子的怙，因此，此類管子使用較靈活，在模擬電子技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管在集成數(shù)字電 路中被廣泛米用，可利用Vgs> Vt和Vgs<

30、 Vt來(lái)控制場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通和截止，使管子工作在開關(guān)狀態(tài)，數(shù)字電路中的半導(dǎo)體器件正是工作在此種狀態(tài)。522場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù)1. 場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管的比擬(1) 場(chǎng)效應(yīng)管的溝道中只有一種極性的載流子(電子或空穴)參于導(dǎo)電，故稱為單極型 晶體管。而在雙極型晶體三極管里有兩種不同極性的載流子(電子和空穴)參于導(dǎo)電。(2) 場(chǎng)效應(yīng)管是通過(guò)柵源電壓 Vgs來(lái)控制漏極電流Id，稱為電壓控制器件。晶體管是利用 基極電流Ib來(lái)控制集電極電流Ic，稱為電流控制器件。(3) 場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻很大，有較高的熱穩(wěn)定性，抗輻射性和較低的噪聲。 而晶體管的輸入電阻較小，溫度穩(wěn)定性差，抗輻射及噪聲能力也較低。(4) 場(chǎng)

31、效應(yīng)管的跨導(dǎo)gm的值較小，而雙極型晶體管 B的值很大。在同樣的條件下，場(chǎng)效 應(yīng)管的放大能力不如晶體管高。(5) 場(chǎng)效應(yīng)管在制造時(shí)，如襯底沒(méi)有和源極接在一起時(shí)，也可將 D、S互換使用。而晶體管的C和E互換使用，稱倒置工作狀態(tài)，此時(shí)B將變得在非常小。(7)工作在可變電阻區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管，可作為壓控電阻來(lái)使用。另外，由于MOS場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻很高，使得柵極間感應(yīng)電荷不易泄放，而且絕緣層 做得很薄，容易在柵源極間感應(yīng)產(chǎn)生很高的電壓，超過(guò)V(br)gs而造成管子擊穿。因此 MOS管在使用時(shí)防止使柵極懸空。保存不用時(shí)，必須將MOS管各極間短接。焊接時(shí)，電烙鐵外殼要可靠接地。2 場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)(1)直流參

32、數(shù)直流參數(shù)是指耗盡型MOS管的夾斷點(diǎn)電位 Vp(VGs(f),增強(qiáng)型 MOS管的開啟電壓VT(VGS(on)以及漏極飽和電流I DSS，直流輸入電阻RGS(2)交流參數(shù)低頻跨導(dǎo)gm： gm的定義是當(dāng)Vds=常數(shù)時(shí)，Vgs的微小變量與它引起的的微小變量之比， 即：diDdvGS(5-11)它是表征柵、源電壓對(duì)漏極電流控制作用大小的一個(gè)參數(shù)，單位為西門子s或ms。極間電容：場(chǎng)效應(yīng)管三個(gè)電極間存在極間電容。柵、源電容Cgs和柵、漏電容Cg d 一般為13pF,漏源電容Cds約在0.11pF之間。極間電容的存在決定了管子的最高工作頻率和工 作速度。(3) 極限參數(shù)最大漏極電流Idm。管子工作時(shí)允許的最

33、大漏極電流。最大耗散功率Pdm。由管子工作時(shí)允許的最高溫升所決定的參數(shù)。漏、源擊穿電壓Vds增大時(shí)使Id急劇上升時(shí)的Vds值。柵、源擊穿電壓 V(br)GS。在MOS管中使絕緣層擊穿的電壓。3 .各種場(chǎng)效應(yīng)管特性的比擬表52總結(jié)列舉了 6種類型場(chǎng)效應(yīng)管在電路中的符號(hào)，偏置電壓的極性和特性曲線。 讀者可以通過(guò)比擬以于區(qū)別。5.3晶體管共發(fā)射極放大電路模擬信號(hào)是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，處理模擬信號(hào)的電路稱為模擬電子電路。模擬電子電路中的晶體三極管通常都工作在放大狀態(tài)，它和電路中的其它元件構(gòu)成各種 用途的放大電路。而根本放大電路又是構(gòu)成各種復(fù)雜放大電路和線性集成電路的根本單元。 晶體管根本放大電路按結(jié)構(gòu)有共

34、射、共集和共基極三種，本書討論前兩種放大電路。共發(fā)射極放大電路的組成在圖5-16 a的共發(fā)射極交流根本放大電路中，輸入端接低頻交流電壓信號(hào)v 如音頻信號(hào)，頻率為20Hz20KHz。輸出端接負(fù)載電阻 Rl 可能是小功率的揚(yáng)聲器，微型繼電器、 或者接下一級(jí)放大電路等，輸出電壓用 v表示。電路中各元件作用如下：圖5-16共發(fā)射交流放大1. 集電極電源Vcc是放大電路的能源，為輸出信號(hào)提供能量，并保證發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，使晶體管工作在放大區(qū)。Vcc取值一般為幾伏到幾十伏。2. 晶體管T是放大電路的核心元件。利用晶體管在放大區(qū)的電流控制作用，即ic = 3 ib的電流放大作用，將微弱

35、的電信號(hào)進(jìn)行放大。3. 集電極電阻Rc是晶體管的集電極負(fù)載電阻，它將集電極電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，實(shí)現(xiàn)電路的電壓放大作用。Rc 一般為幾千到幾十千歐。4. 基極電阻Rb以保證工作在放大狀態(tài)。 改變Rb使晶體管有適宜的靜態(tài)工作點(diǎn)。Rb 一般取幾十千歐到幾百千歐。5 耦合電容Ci、C2起隔直流通交流的作用。在信號(hào)頻率范圍內(nèi)，認(rèn)為容抗近似為零。 所以分析電路時(shí)，在直流通路中電容視為開路，在交流通路中電容視為短路。Ci、C2 般為十幾微法到幾十微法的有極性的電解電容。靜態(tài)分析放大電路未接入Vi前稱靜態(tài)。動(dòng)態(tài)那么指參加Vi后的工作狀態(tài)。靜態(tài)分析就是確定靜態(tài)值, 即直流電量，由電路中的Ib、Ic和Vc

36、e 組數(shù)據(jù)來(lái)表示。這組數(shù)據(jù)是晶體管輸入、輸出特性曲 線上的某個(gè)工作點(diǎn)，習(xí)慣上稱靜態(tài)工作點(diǎn)，用Q Ib、Ic、Vce表示。放大電路的質(zhì)量與靜態(tài)工作點(diǎn)的適宜與否關(guān)系甚大。動(dòng)態(tài)分析那么是在已設(shè)置了適宜的靜 態(tài)工作點(diǎn)的前提下；討論放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等技術(shù)指標(biāo)。1 由放大電路的直流通路確定靜態(tài)工作點(diǎn)將耦合電容Ci、C2視為開路，畫出圖5-16 (b)所示的共發(fā)射極放大電路的直流通路, 由電路得：(5-12)用式(5-12)可以近似估算此放大電路的靜態(tài)作點(diǎn)。晶體管導(dǎo)通后硅管Vbe的大小約在0.60.7V之間(鍺管Vbe的大小約在0.20.3V之間)。而當(dāng)Vcc較大時(shí)，Vbe可以忽略

37、不計(jì)。2 .由圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn) Q(1) 用輸入特性曲線確定Ibq和Vbeq根據(jù)圖5-16 (b)中的輸入回路，可列出輸入回路電壓方程：Vc = Ib rb CC = 1 C Rc v cebe(5-13)同時(shí)Vbe和Ib還符合晶體管輸入特性曲線所描述的關(guān)系，輸入特性曲線用函數(shù)式表示為:I B = f WbE ) VCE 常數(shù)(5-14)用作圖的方法在輸入特性曲線所在的 VbeIb平面上作出式(5-13)對(duì)應(yīng)的直線，那么求 得兩線的交點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn) Q如圖5-17 (a)所示，Q點(diǎn)的坐標(biāo)就是靜態(tài)時(shí)的基極電流 IBq 和基一射極間電壓 Vbeq。(2)用輸出特性曲線確定Icq和Vceq(5-

38、15)(5-16)1 c = f (Vce ) ib =常數(shù)由圖5-16 (b)電路中的輸出回路，以及晶體管的輸出特性曲線，可以寫出下面兩式：圖5-17圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)晶體管的輸出特性可由已選定管子型號(hào)在手冊(cè)上查找，或從圖示儀上描繪，而式(5-15)為一直線方程，其斜率為tga =-1/Rc，在橫軸的截距為 Vcc，在縱軸的截距為 Vcc/ Rc。這一直線很容易在圖 5-17 (b)上作出。因?yàn)樗侵绷魍返贸龅?，且與集電極負(fù)載電阻有關(guān)， 故稱之為直流負(fù)載線。由于已確定了Ibq的值，因此直流負(fù)載線與 Ib = Ibq所對(duì)應(yīng)的那條輸出特性曲線的交點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q。如圖5-17 (b)所示，Q

39、點(diǎn)的坐標(biāo)就是靜態(tài)時(shí)晶體管的集電極電流Icq和集一射極間電壓 Vceq。由圖5-17可見，基極電流的大小影響靜態(tài)工作點(diǎn)的 位置。假設(shè)Ibq偏低，那么靜態(tài)工作點(diǎn) Q靠近截止區(qū)；假設(shè)Ibq偏高那么Q靠近飽和區(qū)。因此，在已 確定直流電源 Vcc集電極電阻Rc的情況下，靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的適宜與否取決于Ib的大小,調(diào)節(jié)基極電阻Rb，改變電流Ib,可以調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。533動(dòng)態(tài)分析靜態(tài)工作點(diǎn)確定以后，放大電路在輸入電壓信號(hào)Vi的作用下，假設(shè)晶體管能始終工作在特性曲線的放大區(qū)，那么放大電路輸出端就能獲得根本上不失真的放大的輸出電壓信號(hào)v。放大電路的動(dòng)態(tài)分析，就是要對(duì)放大電路中信號(hào)的傳輸過(guò) 程、放大電路的性能指標(biāo)

40、等問(wèn)題進(jìn)行分析討論，這也 是模擬電子電路所要討論的主要問(wèn)題。微變等效電路 法和圖解法是動(dòng)態(tài)分析的根本方法。1 信號(hào)在放大電路中的傳輸與放大以圖5-18 (a)為例來(lái)討論，圖中Ib、Ic、Vce表 示直流分量(靜態(tài)值)，ib、ic、Vce表示輸入信號(hào)作用 下的交流分量(有效值用lb、lc、Vce), iB、2、Vce表 示總電流或總電壓，這點(diǎn)務(wù)必搞清。設(shè)輸入信號(hào)Vi為正弦信號(hào)，通過(guò)耦合電容 G加到 晶體管的基一射極，產(chǎn)生電流ib,因而基極電流iB = Ib + ib。集電極電流受基極電流的控制，iC = lC + ic = 3 (lB + ib)。電阻Rc上的壓降為icRc，它隨ic成比例地變

41、化。而集一射極的管壓降 vce = Vcc - icRc = Vcc - (l c + ic) Rc = Vce - ic Rc，它卻隨icRc的增大而減小。耦合 電容C2阻隔直流分量Vce，將交流分量Vce = - ic Rc送 至輸出端，這就是放大后的信號(hào)電壓 Vo = Vce = - i c Rc。 vo為負(fù)，說(shuō)明Vi、ib、ic為正半周時(shí)，Vo為負(fù)半周，它 與輸入信號(hào)電壓Vi反相。圖5-18 ( b) (f)為放大電 路中各有關(guān)電壓和電流的信號(hào)波形。綜上所述，可歸納以下幾點(diǎn)：(1) 無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，晶體管的電壓、電流都是直流分量。有輸入信號(hào)后，iB、ic、Vce都在原來(lái)靜態(tài)值 的根底上疊

42、加了一個(gè)交流分量。雖然iB、ic、vce的瞬時(shí)值是變化的，但它們的方向始終不變，即均是脈動(dòng)直流量。(2) 輸出Vo與輸入Vi頻率相同，且幅度 V。比Vi 大的多。(b)(e)JL V.(f)圖5-18放大電路中電壓、電流的波形5-15(c)(3) 電流治、ic與輸入Vi同相，輸出電壓Vo與輸入v反相，即共發(fā)射極放大電路具有 "倒 相作用。2. 微變等效電路法(1) 晶體管的微變等效電路所謂晶體管的微變等效電路，就是晶體管在小信號(hào)(微變量)的情況下工作在特性曲線 直線段時(shí)，將晶體管(非線性元件)用一個(gè)線性電路代替。由圖5-19 (a)晶體管的輸入特性曲線可知，在小信號(hào)作用下的靜態(tài)工作點(diǎn)

43、 Q鄰近的Q-Vbed bVbeVCE尊數(shù) ib(5-17)Q工作范圍內(nèi)的曲線可視為直線，其斜率不變。兩變量的比值稱為晶體管的輸入電阻，即rbe= 300(126mVIeq(eA)(5-18)式 ( 5-17 )表示晶體管的輸入回路可用管子的輸入電阻來(lái)等效代替，其等效電路見圖5-20(b)。根據(jù)半導(dǎo)體理論及文獻(xiàn)資料，工程中低頻小信號(hào)下的fe可用下式估算(a) Ic IcqQ*> Vce-C“Q2(b)小信號(hào)低頻下工作時(shí)的晶體管的rbe 一般為幾百到幾千歐。(a)(b)圖5-20三極管的微變等效電路圖5-19從晶體管的特性曲線求 be、3和rCe由圖5-19 (b)晶體管的輸出特性曲線可知

44、，在小信號(hào)作用下的靜態(tài)工作點(diǎn)Q鄰近的QQ工作范圍內(nèi)，放大區(qū)的曲線是一組近似等距的水平線，它反映了集電極電流Ic只受基極電流Ib控制而與管子兩端電壓根本Vce無(wú)關(guān)，因而晶體管的輸出回路可等效為一個(gè)受控的恒流源，即 Ic= 3 Ib 及 ic = 3 ib(5-19)實(shí)際晶體管的輸出特性并非與橫軸絕對(duì)平行。當(dāng)Ib為常數(shù)時(shí)， Vce變化會(huì)引起 Ic變化這個(gè)線性關(guān)系就是晶體管的輸出電阻G,即r ceZVcEVce(5-20)rce和受控恒流源3 ib并聯(lián)。由于輸出特性近似為水平線，rce又高達(dá)幾十千歐到幾百千歐，在微變等效電路中可視為開路而不予考慮。圖5-20(b)為簡(jiǎn)化了的微變等效電路。(2) 共射

45、放大電路的微變等效電路放大電路的直流通路確定靜態(tài)工作點(diǎn)。交流通路那么反映了信號(hào)的傳輸過(guò)程并通過(guò)它可以 分析計(jì)算放大電路的性能指標(biāo)。圖5-21 ( a)是圖5-16 (a)共射放大電路的交流通路。Ci、C2的容抗對(duì)交流信號(hào)而言可忽略不計(jì)，在交流通路中視作短路，直流電源Vcc為恒壓源兩端無(wú)交流壓降也可視作短路。據(jù)此作出圖5-21 (a)所示的交流通路。將交流通路中的晶體管用微變等效電路來(lái)取代，可得如圖5-21 ( b)所示共射放大電路的微變等效電路。圖5-21共射放大電路的交流通路及微變等效電路3 .動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的計(jì)算(1)電壓放大倍數(shù) Av電壓放大倍數(shù)是小信號(hào)電壓放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)。設(shè)輸入為

46、正弦信號(hào)，圖5-21 ( b)中的電壓和電流都可用相量表示。由圖5-21 (b)可列出V。- - I b (Rc / Rl)Vi = I b rbeV。譏(RcRl)Vi1 brbeRlrbe(5-21其中，Rl ' =Rc / Rl ; A V為復(fù)數(shù)，它反映了輸出與輸入電壓之間大小和相位的關(guān)系。 式(5-21)中的負(fù)號(hào)表示共射放大電路的輸出電壓與輸入電壓的相位反相。當(dāng)放大電路輸出端開路時(shí)，(未接負(fù)載電阻Rl ),可得空載時(shí)的電壓放大倍數(shù)(Avo ),rbe(5-22)比擬式(5-21 )和(5-22),可得出：放大電路接有負(fù)載電阻Rl時(shí)的電壓放大倍數(shù)比空載時(shí)降低了。Rl愈小，電壓放大

47、倍數(shù)愈低。一般共射放大電路為提高電壓放大倍數(shù)，總希望 負(fù)載電阻Rl大一些。輸出電壓Vo輸入信號(hào)源電壓Vs之比，稱為源電壓放大倍數(shù)Avs ,那么(5-23)A Vo Vo Vi Ari- -RlAVs AvVsViVsRsH Rs 仏式5-23中ri = RBrbebe 通常Rb>> %。可見Rs愈大，電壓放大倍數(shù)愈低。一般 共射放大電路為提高電壓放大倍數(shù)，總希望信號(hào)源內(nèi)阻Rs小一些。2放大電路的輸入電阻ri一個(gè)放大電路的輸入端總是與信號(hào)源或前一級(jí)放大電路相聯(lián)的，其輸出端總是與負(fù) 載或后一級(jí)放大電路相接的。因此，放大電路與信號(hào)源和負(fù)載之間或前級(jí)放大電路與 后級(jí)放大電路，都是互相聯(lián)系，

48、互相影響的。圖5-22a、b表示為它們之間的聯(lián)系。s信號(hào)源本級(jí)放大電路負(fù)載前級(jí)放大電路(a)a后級(jí)放大電路本級(jí)放大電路b圖5-22放大電路與信號(hào)源及前后級(jí)電路的聯(lián)系輸入電阻ri也是放大電路的一個(gè)主要的性能指標(biāo)。放大電路是信號(hào)源或前一級(jí)放大電路的負(fù)載，其輸入端的等效電阻就是信號(hào)源或前一級(jí)放大電路的負(fù)載電阻，也就是放大電路的輸入電阻ri。其定義為為輸入電壓與輸入電流之比。即Viri1-5-24I i圖5-16 a共射放大電路的輸入電阻可由圖5-23所示的等效電路計(jì)算得出。由圖可知ViViViii .-ri- =Rb be "beRbr beIi(5-25)般輸入電阻越高越好。原因是：第一

49、，較小的ri從信號(hào)源取用較大的電流而增加信號(hào) 源的負(fù)擔(dān)。第二，電壓信號(hào)源內(nèi)阻 Rs和放大電路的輸入電阻ri分壓后，ri上得到的電壓才是放大電路的輸入電壓 Vi 如圖5-23所示，ri越小，相同的Vs使放大電路的有效輸入 Vi減小,那么放大后的輸出也就小。第三，假設(shè)與前級(jí)放大電路相聯(lián)，那么本級(jí)的ri就是前級(jí)的負(fù)載電阻Rl,假設(shè)ri較小，那么前級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)也就越小?？傊蠓糯箅娐芬休^高的 輸入電阻。IiIb *ViRbb-1- iuv圖5-23放大電路的輸入電阻圖5-24放大電路的輸出電阻3輸出電阻ro放大電路是負(fù)載或后級(jí)放大電路的等效信號(hào)源，其等效內(nèi)阻就是放大電路的輸出電 阻r

50、。，它是放大電路的性能參數(shù)。它的大小影響本級(jí)和后級(jí)的工作情況。放大電路的輸出電 阻r。，即從放大電路輸出端看進(jìn)去的戴維寧等效電路的等效內(nèi)阻，實(shí)際中我們采用如下方法 計(jì)算輸出電阻：將輸入信號(hào)源短路，但保存信號(hào)源內(nèi)阻，在輸出端加一信號(hào)V。；以產(chǎn)生一個(gè)電流I。，那么放大電路的輸出電阻為。V。Vs=0圖5-16 a共射放大電路的輸出電阻可由圖5-265-24所示的等效電路計(jì)算得出。由圖可知，當(dāng)Vs = 0時(shí)，怙=0, 3 Ib = 0,而在輸出端加一信號(hào)V。，產(chǎn)生的電流Io就是電阻Rc中的電流,取電壓與電流之比為輸出電阻。二 Rc(5-27)7；:WI *-lo VS =0,Rl =50計(jì)算輸出電阻的

51、另一種方法是，假設(shè)放大電路負(fù)載開路空載時(shí)輸出電壓為Vo',接上負(fù)載后輸出端電壓為V。，那么V。耳V。 r。=護(hù)-1Rl5-28r。RlVo由此可見，輸出電阻越小，負(fù)載得到的輸出電壓越接近于輸出信號(hào)，或者說(shuō)輸出電阻越 小，負(fù)載大小變化對(duì)輸出電壓的影響越小，帶載能力就越強(qiáng)。一般輸出電阻越小越好。原因是：第一，放大電路對(duì)后一級(jí)放大電路來(lái)說(shuō)，相當(dāng)于信號(hào)源的內(nèi)阻，假設(shè)r。較高，那么使后一級(jí)放大電路的有效輸入信號(hào)降低，使后一級(jí)放大電路的Avs降低。第二，放大電路的負(fù)載發(fā)生變動(dòng)，假設(shè)r。較高，必然引起放大電路輸出電壓有較大的變動(dòng)，也即放大電路帶負(fù)載能力較差?？傊?，希望放大電路的輸出電阻r。越小越好。

52、例5-3 圖5-16 a所示的共射放大電路， Vcc=12V , Rb=300K Q , Rc=4K Q , R=4KQ , R=100Q，晶體管的3 =40。求：估算靜態(tài)工作點(diǎn)；計(jì)算電壓放大倍數(shù)；計(jì)算輸入電阻和輸出電阻。解：估算靜態(tài)工作點(diǎn)。由圖5-16 ( b)所示直流通路得:VCC12IBCC40 ARb300Ic 二 Jb 二40 40 二1.6mAVce =Vcc -ICRC =12-1.6 4=5.6(V)計(jì)算電壓放大倍數(shù)。首先畫出如圖5-20( a)所示的交流通路，然后畫如圖5-20( b)所示的微變等電路，可得：rbe =300 1、|.：空=300 41 空=0.966心】I

53、E1.6V-'-Ib RcRlVi 1 brbeVoVi亠RC0丄I b rbe0.966-82.8計(jì)算輸入電阻和輸出電阻。根據(jù)式(5-25)和(5-28)得：Vi r - =Rb be :“ 0.966(0 1)，I ir。二Rc =4(2)4 .放大電路其它性能指標(biāo)的介紹輸入信號(hào)經(jīng)放大電路放大后，輸出波形與輸入波形不完全一致稱為波形失真，而由于晶 體管特性曲線的非線性引起的失真稱為非線性失真。下面我們分析當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)位置不同時(shí)，對(duì)輸出波形的影響。(1)波形的非線性失真如果靜態(tài)工作點(diǎn)太低，如圖5-25所示Q 點(diǎn)，從輸出特性可以看到，當(dāng)輸入信號(hào)Vi在負(fù)半周時(shí)，晶體管的工作范圍進(jìn)入了截止

54、區(qū)。這樣就使ic的負(fù)半周波形和V。的正半周波形都嚴(yán)重失真(輸入信號(hào)Vi為正弦波)，如圖5-25所示。這種失真稱為截止失真，消除截止失真的方法是提高靜態(tài)工作點(diǎn)的位置，適當(dāng)減小輸入信號(hào)Vi的幅值。對(duì)于圖5-16的共射極放大電路，可以減小R b阻值，增大Ibq，使靜態(tài)工作點(diǎn)上移來(lái)消除截止失真。如果靜態(tài)工作點(diǎn)太高，如圖5-25所示Q 點(diǎn)，從輸出特性可以看到，當(dāng)輸入信號(hào)Vi在正半周時(shí)，晶體管的工作范圍進(jìn)入了飽和區(qū)。這樣就使i；的正半周波形和Vo的負(fù)半周波形都嚴(yán)重失真，如圖5-25所示。這種失真稱為飽和失真，消除飽和失真的方法是降低靜態(tài)工作點(diǎn)的位置，適當(dāng)減小輸入信號(hào)Vi的幅值。對(duì)于圖5-16的共射極放大電路，可以增大R b阻值，減小Ibq，使靜態(tài)工作點(diǎn)下移來(lái)消除飽和失真?？傊?，設(shè)置適宜的靜態(tài)工作點(diǎn)，可防止放大電路產(chǎn)生非線性失真。如圖5-25所示Q點(diǎn)選在放大區(qū)的中間，相應(yīng)的ic和V。都沒(méi)有失真。但是，還應(yīng)注意到即使Q點(diǎn)設(shè)置適宜，假設(shè)輸入Vi