項(xiàng)目二半導(dǎo)體三極管及其放大電路研究圖5-9晶體管的結(jié)構(gòu)和圖形符號(hào)結(jié)構(gòu)圖形符號(hào)2．外形圖5-10幾種常見(jiàn)的晶體管的外形結(jié)構(gòu)二、晶體管的工作電壓圖5-11晶體管的工作電壓NPNPNP圖5-12晶體管電流的實(shí)驗(yàn)電路晶體管各個(gè)電極的電流分配實(shí)驗(yàn)電路如圖5-12所示。此電路稱為晶體管的共發(fā)射極放大電路。4.053.182.361.540.72<0.01/mA3.953.102.301.500.70<0.01/mA0.100.080.060.040.020/mA表晶體管電流測(cè)量數(shù)據(jù)從表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以找出晶體管各極電流分配關(guān)系

晶體管的電流放大作用

從表5-1中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還可以看出：>，而且當(dāng)調(diào)節(jié)電位器RP使有一微小變化時(shí)，會(huì)引起較大的變化，這表明基極電流（小電流）控制著集電極電流（大電流），所以晶體管是一個(gè)電流控制器件，這種現(xiàn)象稱為晶體管的電流放大作用。三、晶體管的特性曲線

1．輸入特性曲線圖5-13輸入特性曲線2.輸出特性曲線（圖5-14）（1）截止區(qū)發(fā)射結(jié)零偏或反偏，集電結(jié)也反向偏置。（2）放大區(qū)發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。與成正比關(guān)系。（3）飽和區(qū)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正向偏置。晶體管失去放大作用，處于“飽和”狀態(tài)。稱為晶體管的飽和壓降，此值很小，約為0.3V。

（4）擊穿區(qū)當(dāng)大于某一值后，開(kāi)始劇增，這個(gè)現(xiàn)象稱為一次擊穿。一次擊穿過(guò)程是可逆的。晶體管具有“開(kāi)關(guān)”和“放大”功能。圖5-14輸出特性曲線3．極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流當(dāng)值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流，稱為。使用時(shí)，超過(guò)時(shí)晶體管并不一定會(huì)損壞，但值將降低。（2）集電極－發(fā)射極反向擊穿電壓指基極開(kāi)路時(shí)，加于集電極與發(fā)射極間的反向擊穿電壓，一般為幾十伏至幾百伏以上。（3）發(fā)射極－基極反向擊穿電壓指集電極開(kāi)路時(shí)，允許加在發(fā)射極－基極之間的最高反向電壓，一般為幾伏至幾十伏。（4）集電極最大允許功耗使用中應(yīng)使<允許管耗線，如圖5-16所示。1．電路組成情境教學(xué)二晶體管基本放大電路一、共射基本放大電路的工作原理圖6-4共發(fā)射極基本放大電路2．電路分析（1）直流通路令交流輸入信號(hào)＝0，電容和有隔斷直流的作用，所以開(kāi)路。據(jù)此畫出圖6-4的直流通路如圖6-5所示。直流通路的畫法直流通路的作用1）為電路實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換提供電能。2）使電路獲得合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。交流通路的畫法令直流電源＝0，即將電源正極與地線短接。在電容和的值較大時(shí)，它們對(duì)交流信號(hào)呈現(xiàn)的容抗很小，可以忽略不計(jì)，所以用短路代替。據(jù)此畫出圖6-4的交流通路如圖6-6所示。交流通路的作用將微弱的輸入信號(hào)，按一定要求放大后，從輸出端輸出。（2）交流通路圖7放大器的電壓、電流波形（3）放大原理分析（4）各元件的作用1）晶體管V放大電路的核心，起電流放大作用，反映晶體管的電流控制作用。2）直流電源使晶體管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，確保晶體管工作在放大狀態(tài)。它又是整個(gè)放大電路的能量提供者。3)集電極電阻將晶體管的集電極電流變換成集電極電壓（）。4）基極偏置電阻決定靜態(tài)基極電流的大小。也稱偏置電流，故稱為偏置電阻。5）電容和（1）隔斷直流，使靜態(tài)工作點(diǎn)不受信號(hào)源和輸出端負(fù)載的影響；（2）傳送交流信號(hào)，電容量足夠大時(shí)，容抗很小，近似為短路，故稱為耦合電容。二、共射基本放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)放大器的工作狀態(tài)：靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。靜態(tài)工作點(diǎn)Q：放大電路在靜態(tài)時(shí)，晶體管各極電壓和電流值（主要指、、）。動(dòng)態(tài)：放大電路有交流信號(hào)輸入，電路中的電壓、電流隨輸入信號(hào)作相應(yīng)變化的狀態(tài)。靜態(tài)：無(wú)交流信號(hào)輸入時(shí)，電路中的電壓、電流都不變的狀態(tài)。結(jié)論：靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置是否合理，直接影響著放大電路的工作狀態(tài)，它的穩(wěn)定也影響著放大電路的穩(wěn)定性。靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大器的影響若設(shè)置較小，在輸入信號(hào)為負(fù)半周時(shí)，交流信號(hào)所產(chǎn)生的與直流量疊加后，很容易使晶體管進(jìn)入截止區(qū)而失去放大作用，如圖b所示；若設(shè)置較大，在輸入信號(hào)為正半周時(shí)，與疊加后，使很大，很?。ù藭r(shí)集電結(jié)仍正偏），這樣很容易使晶體管進(jìn)入飽和區(qū)而失去放大作用，如d所示。當(dāng)工作點(diǎn)設(shè)置適當(dāng)時(shí)，將會(huì)得到如圖c所示的波形。靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形的影響a)輸入信號(hào)b)很小c)適當(dāng)d)很大三、共射基本放大電路的參數(shù)估算1．靜態(tài)分析靜態(tài)分析主要是確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，所示的放大電路的直流通路如圖所示。

圖直流通路2．動(dòng)態(tài)分析微變等效電路法又稱小信號(hào)分析法，它將晶體管在靜態(tài)工作點(diǎn)附近進(jìn)行線性化，然后用一個(gè)線性模型來(lái)等效。動(dòng)態(tài)分析主要確定放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻等。有輸入信號(hào)時(shí)，晶體管的各個(gè)電流和電壓瞬時(shí)值都含有直流分量和交流分量，而放大，只考慮其中的交流分量。動(dòng)態(tài)分析最基本的方法是微變等效電路法。（2）放大電路的微變等效電路圖a所示是放大電路的交流通路。把交流通路中的晶體管用其微變等效電路代替，即得到放大電路的微變等效電路，如圖b所示。圖共射基本放大電路的等效電路a）交流通路b）微變等效電路放大電路輸出電壓與輸入電壓的比值叫作電壓放大倍數(shù)，定義為

式中,負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓反相。如果電路中輸出端開(kāi)路（=∞），則（3）交流參數(shù)的計(jì)算1）電壓放大倍數(shù)放大電路對(duì)信號(hào)源（或前一級(jí)放大電路）而言，是一個(gè)負(fù)載，可以用一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻來(lái)等效，這個(gè)動(dòng)態(tài)電阻就是放大電路的輸入電阻。其定義為∥一般>>2）輸入電阻輸出電阻越小，帶負(fù)載能力越強(qiáng)。放大電路對(duì)負(fù)載（或后一級(jí)放大電路）而言，是一個(gè)信號(hào)源，其內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻。它是一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻。在輸入信號(hào)短路（=0）和輸出端開(kāi)路（=∞）的條件下，在輸出端加上電壓，若產(chǎn)生的電流為，則因?yàn)樗?

故3）輸出電阻圖示為共射放大電路，試畫出它的直流通路，求靜態(tài)工作點(diǎn)，畫出它的微變等效電路，計(jì)算其電壓放大倍數(shù)、輸入輸出電阻。圖6-12共發(fā)射極放大電路例(1)放大電路的直流通路如圖a所示，其靜態(tài)工作點(diǎn)圖a解（2）放大電路的微變等效電路如圖b所示，其交流參數(shù)如下：圖b情境教學(xué)三：靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的分壓式偏置電路基本共射極放大電路的特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，電壓和電流放大作用都比較大，缺點(diǎn)：靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定。靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定原因：電源電壓波動(dòng)、電路參數(shù)變化、晶體管老化等，但主要原因是晶體管特性參數(shù)（、β、）隨溫度變化造成的。例如，當(dāng)溫度升高時(shí)，對(duì)于同樣的，輸出特性曲線將上移。嚴(yán)重時(shí)，將使晶體管進(jìn)入飽和區(qū)而失去放大能力。實(shí)用的分壓式偏置電路如下圖。

分壓式偏置電路分壓偏置電路的特點(diǎn)（1）基極電位穩(wěn)定。一般很小，>>，，（2）工作點(diǎn)穩(wěn)定：利用發(fā)射極電阻來(lái)獲得反映電流變化的信號(hào)，反饋到輸入端，實(shí)現(xiàn)工作點(diǎn)的穩(wěn)定。其過(guò)程為(oC)↑→↑→↑→↓→↓→↓通常>>，所以發(fā)射極電流式（6-11）、式(6-12)分別說(shuō)明了和是穩(wěn)定的，基本上不隨溫度而變，而且也基本上與管子的參數(shù)β無(wú)關(guān)。直流通路（1）畫直流通路如圖a所示。由式可得解（2）畫微變等效電路如圖b，微變等效電路情境教學(xué)四：多級(jí)放大器圖6-23用作音頻功放的多級(jí)放大器組成方框圖

一、級(jí)間耦合方式及特點(diǎn)1．阻容耦合圖6-24兩級(jí)阻容耦合放大器

特點(diǎn)：靜態(tài)工作點(diǎn)相互沒(méi)有影響優(yōu)點(diǎn)：體積小、重量輕缺點(diǎn)：不能傳送直流信號(hào)，不適合傳送變化緩慢的信號(hào)2．直接耦合圖6-25兩級(jí)直接耦合方式

特點(diǎn)：既能放大交流信號(hào)，還能放大直流信號(hào)或變化緩慢的信號(hào)缺點(diǎn)：各級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響，溫度造成的直流工作點(diǎn)的漂移會(huì)被逐級(jí)放大，溫漂較大。

圖6-26變壓器耦合方式

3．變壓器耦合方式優(yōu)點(diǎn)：阻抗、電壓和電流的變換

缺點(diǎn)：體積和重量都較大，高頻性能差、價(jià)格高，不能傳送變化緩慢的或直流信號(hào)。4．光電耦合

圖6-27光電耦合

特點(diǎn)：既可傳輸交流信號(hào)又可傳輸直流信號(hào)，既可實(shí)現(xiàn)前后級(jí)的電隔離，又便于集成化。二、多級(jí)放大器的分析1．電壓放大倍數(shù)多級(jí)放大器對(duì)被放大的信號(hào)而言，屬串聯(lián)關(guān)系。前一級(jí)的輸出信號(hào)就是后一級(jí)的輸入信號(hào)。設(shè)各級(jí)放大器放大倍數(shù)依次為、…、，所以多級(jí)放大器總的電壓放大倍數(shù)為各級(jí)電壓放大倍數(shù)之積，即（6-20）

式中，、…、為有負(fù)載時(shí)的電壓放大倍數(shù)，其負(fù)載為相應(yīng)后級(jí)的輸入電阻，則視具體電路而定。2．輸入電阻和輸出電阻多級(jí)放大器的輸入電阻，是從輸入端看進(jìn)去的等效電阻，就是第一級(jí)的輸入電阻，即多級(jí)放大器輸出電阻是從輸出端看進(jìn)去的等效電阻，即最后一級(jí)的輸出電阻。圖6-28單管共射極放大器非線性失真波形

3．非線性失真輸出信號(hào)波形與輸入信號(hào)波形之間的變異，稱為波形失真（非線性失真）。放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)選得不恰當(dāng)或輸入信號(hào)幅度過(guò)大，使信號(hào)進(jìn)入晶體管的截止區(qū)或飽和區(qū)而造成的波形失真，分別稱為截止失真或飽和失真。情境教學(xué)五：負(fù)反饋放大器一、反饋的基本概念負(fù)反饋的作用：穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)、穩(wěn)定放大倍數(shù)、改變輸入、輸出電阻、拓展通頻帶、減小非線性失真等。反饋：凡是將放大電路輸出信號(hào)Xo（電壓或電流）的一部分或全部通過(guò)某種電路（反饋電路）引回到輸入端，就稱為反饋。正反饋：若引回的反饋信號(hào)削弱輸入信號(hào)而使放大電路的放大倍數(shù)降低，則稱這種反饋為負(fù)反饋。正反饋：若反饋信號(hào)增強(qiáng)輸入信號(hào)，則為正反饋。

圖7-6分別為無(wú)負(fù)反饋的基本放大電路和帶有負(fù)反饋的放大電路的方框圖。負(fù)反饋的放大電路包含基本放大電路和反饋電路兩部分。輸入信號(hào)Xi與反饋信號(hào)Xf在“”處疊加后產(chǎn)生凈輸入信號(hào)Xd=Xi－Xf。基本放大電路（開(kāi)環(huán)）的放大倍數(shù)A=Xo/Xd，反饋電路的反饋系數(shù)F=Xf/Xo，帶有負(fù)反饋的放大電路（閉環(huán)）的放大倍數(shù)Af=Xo/Xi。圖7-6反饋放大電路方框圖二、反饋類型的判別方法（1）有無(wú)反饋的判別在放大電路的輸出端與輸入端之間有電路連接，就有反饋，否則就沒(méi)有反饋。例如圖7-15所示電路就有反饋，而圖7-22所示電路就無(wú)反饋。（2）交、直流反饋的判斷直流通道中所具有的反饋稱為直流反饋。在交流通道中所具有的反饋稱為交流反饋。例如圖6-14中，由于電容C的導(dǎo)交作用使Re上只有直流反饋信號(hào)，并且使凈輸入U(xiǎn)BE減少，所以是直流負(fù)反饋。直流負(fù)反饋的目的是穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。圖6-16中的Re既在直流通道上也在交流通道上，所以交、直流反饋都有。交流負(fù)反饋的目的是改善放大電路的性能。（3）正、負(fù)反饋的判斷用瞬時(shí)極性法，在放大器輸入端設(shè)輸入信號(hào)的極性“＋”或“－”，再依次按相關(guān)點(diǎn)的相位變化推出各點(diǎn)對(duì)地交流瞬時(shí)極性，最后根據(jù)反饋回輸入端（或輸入回路）的反饋信號(hào)瞬時(shí)極性，使凈輸入信號(hào)減少的是負(fù)反饋，否則是正反饋。例如圖7-7a中凈輸入ud=ui－uf，圖7-7b中凈輸入id=ii－if，它們都是負(fù)反饋。晶體管的凈輸入是ube或ib。集成運(yùn)放的凈輸入是u＋－u－或i－及i＋。圖7-7正負(fù)反饋及串并聯(lián)反饋的判別串聯(lián)反饋框圖并聯(lián)反饋框圖（5）電流、電壓反饋的判斷圖7-8所示電路中，反饋信號(hào)取自輸出電壓，且X

f∝u0，是電壓反饋；若反饋信號(hào)取自輸出電流，且Xf∝io，是電流反饋。實(shí)用的判斷方法是：將輸出電壓短接，若反饋量仍然存在，并且與io有關(guān)，則為電流反饋；若反饋量不存在或與io無(wú)關(guān)，則為電壓反饋。（4）串聯(lián)、并聯(lián)反饋的判斷圖7-7所示電路中，若ud=ui－uf，為串聯(lián)負(fù)反饋；若id=ii－if為并聯(lián)負(fù)反饋。圖7-8電壓、電流反饋判別電壓反饋框圖電流反饋框圖（1）圖7-9a所示電路，從輸入端看，凈輸入id=ii－if，因此是并聯(lián)反饋。從反饋量看if=－uo/Rf＞0（由圖中u0的實(shí)際極性可知，u0＜0），因此既是負(fù)反饋，又和電壓反饋。綜上所述，反饋組態(tài)為電壓并聯(lián)負(fù)反饋。（2）圖7-9b所示電路，從輸入端看，凈輸入ud=ui－uf，因此是串聯(lián)反饋。從反饋量看uf=R1uo/（Rf+R1）＞0（由圖中u0的實(shí)際極性可知，u0＞0），因此既是負(fù)反饋，又是電壓反饋。綜上所述，反饋組態(tài)為電壓串聯(lián)負(fù)反饋。三、負(fù)反饋放大器的四種組態(tài)

a）電壓并聯(lián)負(fù)反饋圖7-9四種類型負(fù)反饋b）電壓串聯(lián)負(fù)反饋圖7-9四種類型負(fù)反饋（3）圖7-9c所示電路，從輸入端看，凈輸入id=ii－if，因此是并聯(lián)反饋。由虛地可看出Rf與R相當(dāng)于并聯(lián)的關(guān)系，所以反饋量if=－R

io/（Rf+R）＞0（由圖中i0的實(shí)際方向可知，io＜0），因此既是負(fù)反饋，又是電流反饋。綜上所述，反饋組態(tài)為電流并聯(lián)負(fù)反饋。（4）圖7-9d所示電路，從輸入端看，凈輸入ud=ui－uf，因此是串聯(lián)反饋。由于反相輸入端的電流為零，因此R與RL是串聯(lián)關(guān)系，反饋量uf=R

io＞0（由圖中io的實(shí)際方向可知，io＞0），因此既是負(fù)反饋又是電流反饋。如果將輸出uo短接，反饋信號(hào)仍然存在，也可判斷出是電流反饋。綜上所述，反饋組態(tài)為電流串聯(lián)負(fù)反饋。c）電流并聯(lián)負(fù)反饋圖7-9四種類型負(fù)反饋d）電流串聯(lián)負(fù)反饋圖7-9四種類型負(fù)反饋1．降低放大倍數(shù)及提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性據(jù)圖7-6b，可以推導(dǎo)出具有負(fù)反饋（閉環(huán)）的放大電路的放大倍數(shù)為（7-5）F反映反饋量的大小，其值在0～1之間，F(xiàn)=0，表示無(wú)反饋；F=1，則表示輸出量全部反饋到輸入端。顯然有負(fù)反饋時(shí)，Af＜A。四、負(fù)反饋對(duì)放大器性能的影響反饋深度：（1+AF）是衡量負(fù)反饋程度的一個(gè)重要指標(biāo)，稱為反饋深度。（1+AF）越大，放大倍數(shù)Af越小。