緒論

K主要內(nèi)容》

1.電子技術(shù)課程的意義與目的；

2.電子技術(shù)發(fā)展簡介；

3.教學(xué)目的、教學(xué)要求和實施方法；

4.教學(xué)計劃安排。

一、電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的目的與意義及其發(fā)展趨勢

1目的與意義：

本課程的教學(xué)目的是使學(xué)員對電子技術(shù)學(xué)科有一個全面的認識，對電子技術(shù)的歷史、發(fā)展與應(yīng)用有一

個全面的了解，掌握電子系統(tǒng)分析設(shè)計的一般方法，為今后從事與電子技術(shù)有關(guān)的工作打下一個良好的基礎(chǔ)。

電子技術(shù)主要是研究電子線路對所傳輸信號的作用，側(cè)重于對信息傳輸規(guī)律、特點的研究，是信息交

互的工具。電子技術(shù)應(yīng)用廣泛，涉及到人類社會生活的各個方面，從工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程到日常生活的各方面，

從機械控制過程到生命過程電子技術(shù)已經(jīng)并將繼續(xù)發(fā)揮重要的作用，使人們的生活更加方便、舒適，社會生

產(chǎn)力將得到更大更快的發(fā)展。

電子技術(shù)將伴隨人們生活、工作、娛樂休閑的各個方面。

2發(fā)展歷程

電子技術(shù)的發(fā)展可以從電的發(fā)明算起。

從1820年電磁研究的深入到1831年法拉第的電磁理論、麥克斯韋的電磁波理論形成，為電子學(xué)的發(fā)

展奠定了理論基礎(chǔ)。

1904年弗萊明(Fleming)制成了電子二極管；

1906年法福雷斯制成了電子三極管，從而建立了早期電子學(xué)上最重要的里程碑。

1948年貝爾實驗室發(fā)明了晶體管，為現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展打開了一個新局面。

1958年第一片集成電路問世，使材料、元件利電路三位一體，開創(chuàng)了微電子技術(shù)的新紀(jì)元。

集成電路的發(fā)展使電路的設(shè)計、制造、測試分析等各個方面都產(chǎn)生了深刻的變化。集成電路技術(shù)的發(fā)

展集中體現(xiàn)了當(dāng)代材料科學(xué)、制造工藝、及其基礎(chǔ)理論研究的水平，體現(xiàn)了一個社會科技發(fā)展的程度。

3電子技術(shù)學(xué)科概貌

電子技術(shù)發(fā)展基本沿兩個方向發(fā)展：微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)。

1信息電子技術(shù)：該方向以晶體管為核心，以信息處理為目的。其特點是：集成度越來越高；處理速

度越來越快；處理容量越來越大；體積小、重量輕；低功耗、低電壓。因此現(xiàn)代電子儀器向著小巧靈活、使

用方便簡單，智能化、自動化、多功能，并具有良好的人機工程設(shè)計。

2電力電子技術(shù)：該方向以對能量的控制轉(zhuǎn)換為目的，又稱為功率電子學(xué)。它以晶閘管為核心，通常

可以實現(xiàn)對幾百、幾千安培以上的電流實現(xiàn)控制。山于微電子技術(shù)和電力電子技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在電力電子技

術(shù)正在向微電子化發(fā)展。電力電子的微電子化使得電力電子產(chǎn)品的功率密度更高，從而顯著的減小了儀器的

體積、重量，使其性能更加優(yōu)越，可靠性高。

3數(shù)字化趨勢：現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)進入了數(shù)字化的時代，數(shù)字化正在深入到社會生活的各個

方面。數(shù)字信號處理技術(shù)、計算機控制、智能控制等高科技技術(shù)正在普及到社會的各個方面。

4電子科技的發(fā)展趨勢

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，電子技術(shù)的發(fā)展具有以下的特點：（1）集成化：集成電路正在全方位取代分離

元件成為電子產(chǎn)品設(shè)計的主體。（2）模塊化：電子設(shè)計以功能集成形成功能模塊，使電子系統(tǒng)的設(shè)計、開發(fā)

更加簡單、方便，開發(fā)研制周期短、成本低。（3）標(biāo)準(zhǔn)化：標(biāo)準(zhǔn)化是電子裝備發(fā)展的一個趨勢。（4）智能化。

正是由于有了這些特點使電子產(chǎn)品具有體積小、重量輕、可靠性高、可維修性和可測試性好以及使用方便、

操作簡單等特點。

二教學(xué)實施設(shè)計

1教學(xué)目的

使學(xué)員掌握電子技術(shù)中有關(guān)材料、器件、和電路的基本概念、基本原理和基本分析設(shè)計方法，了解所

學(xué)內(nèi)容在實際中的應(yīng)用，建立起電子系統(tǒng)的概念。

2教學(xué)設(shè)計

根據(jù)教改的要求和實施素質(zhì)教育的需要，在具體教學(xué)實施過程中通過以下手段和方法提高教學(xué)的效果。

具體設(shè)想如下：

實施目標(biāo)化教學(xué)：對每堂課、每節(jié)、每章以及本課程都有一個明確的目標(biāo)，使學(xué)員清楚每次學(xué)習(xí)過程

應(yīng)該學(xué)到的、應(yīng)該掌握的內(nèi)容和應(yīng)該達到的目標(biāo)，能夠給自己一個合理的評測。形成自我監(jiān)督、自我評測、

自我提高和自我督促的學(xué)習(xí)氛圍。

重視基礎(chǔ)，突出能力：基礎(chǔ)就是本學(xué)科的基本概念、基本原理和基本分析設(shè)計方法，這是本課程乃至

今后從事相關(guān)工作的必備知識，是必須掌握的內(nèi)容。能力是指學(xué)習(xí)掌握知識的能力，靈活應(yīng)用所學(xué)知識的能

力，自我學(xué)習(xí)與發(fā)展的能力。利用有限的所學(xué)從無限的知識中去尋找自己所需，謀求自我發(fā)展的能力。

充分調(diào)動學(xué)員的積極性、主動性：通過靈活多樣的課堂設(shè)計、提高教學(xué)質(zhì)量。

3實施方法

（1）緊扣大綱要求，完成施訓(xùn)內(nèi)容。

（2）注重三基：基本概念、基本原理、基本分析與設(shè)計方法；

（3）點血結(jié)合：課堂注重重點、要點明確，重點突出；三基內(nèi)容要詳細、深入淺出.

（4）適時、適當(dāng)增加新內(nèi)容：新技術(shù)、新器件、新方法；

（5）增加有關(guān)電子系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)平臺的有關(guān)實用工具介紹。

三授課內(nèi)容與要求

1授課內(nèi)容：

從功能上分包括：材料、器件和電路。

（1）材料：半導(dǎo)體材料與PN結(jié)；

（2）器件：

?分離器件：二極管、三極管、場效應(yīng)管、晶閘管等模擬器件；

?小規(guī)模數(shù)字集成電路：門電路、觸發(fā)器；

?集成電路：模擬集成電路：如集成運放，集成乘法器、集成穩(wěn)壓器等：數(shù)字集成電路：各

種超大規(guī)模的集成電路不計其數(shù)。

(3)電路：模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)?；旌想娐返?；

電路分類：

?放大電路：共射極放大電路、射極輸出器及其變形;

?運算電路：比例運算、加法運算、加法電路等

?信號產(chǎn)生電路：

?電源電路：

?組合邏輯電路：

?時序邏輯電路：

?模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路；

?其他電路：光電轉(zhuǎn)換電路：

2要求：

(1)獨立完成作業(yè)；

(2)積極參與教學(xué)設(shè)計；

(3)認真作好各個實驗

(4)積極開拓思路，多接觸有關(guān)的課外資料?。

第十五章半導(dǎo)體二極管和三極管

k主要內(nèi)容X

1）半導(dǎo)體材料：本征半導(dǎo)體、雜質(zhì)半導(dǎo)體的電特性；N型半導(dǎo)體、P型半導(dǎo)體特點；

載流子，半導(dǎo)體電流。

2）PN結(jié)：形成、特性；單向?qū)щ娞匦浴?/p>

3）二極管特性：單向?qū)щ娞匦?，正向?qū)〞r正向壓降小、導(dǎo)通電阻低，可以認為短路;

反向截止時反向電流小，反向電阻可以認為無窮大。

4）穩(wěn)壓二極管：穩(wěn)壓二極管的特性及其應(yīng)用電路；

5）三極管：三極管的結(jié)構(gòu)特點，三極管的工作特性，三極管工作狀態(tài)；

§15-1半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性

重點：半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性。

1、本征半導(dǎo)體

本征半導(dǎo)體的晶體結(jié)構(gòu)，共價鍵結(jié)構(gòu)

半導(dǎo)體中的自由電子、空穴強⑤::卷舂.

半導(dǎo)體中的電流：電子電流、空穴電流初多蟒一飛

載流子：自由電子、空穴

圖15—3硅單晶體中的共價鍵

半導(dǎo)體導(dǎo)電：載流子的定向運動構(gòu)成半導(dǎo)體中的電流。

2、雜質(zhì)半導(dǎo)體

?雜質(zhì)半導(dǎo)體的形成：在本征半導(dǎo)體中摻雜入雜質(zhì)所形成的半導(dǎo)體為雜質(zhì)半導(dǎo)體。

?N型半導(dǎo)體：在四價的§本征半導(dǎo)體中摻雜入五價元素磷形成的自由電子占多數(shù)的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為N

型半導(dǎo)體。

?P型半導(dǎo)體：在四價的Si本征半導(dǎo)體中摻雜入三價元素硼形成的空穴占多數(shù)的雜質(zhì)半導(dǎo)體稱為P型半導(dǎo)

體。

3、雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：在雜質(zhì)半導(dǎo)體中自由電子或空穴的數(shù)量大量增加，因而導(dǎo)電性能也發(fā)生了本質(zhì)

上的改變，其電導(dǎo)性能比本征半導(dǎo)體要強許多倍。

§15-2PNS

P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體單獨并不能直接用來制作半導(dǎo)體器件，而PN結(jié)是制作半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。

一、PN結(jié)的形成

在一片晶體上，一邊制作出P型半導(dǎo)體、另?邊制作出N型半導(dǎo)體，在他們的交界面逐漸形成一個空

間電荷區(qū)，該空間電荷區(qū)就是PN結(jié)。

?PN結(jié)：

P區(qū)在交界面處的空穴被復(fù)合后形成-負離子區(qū)；

N區(qū)在交界面處的自由電子被復(fù)合后形成一正離子區(qū)。

因而在P區(qū)和N區(qū)的交界面處形成了一個空間電荷區(qū)，該區(qū)就是所謂的PN結(jié)。

PN結(jié)形成過程：

n1空間電1z

PT荷區(qū)r-N

一一一|一引④?④.

r;

。一@?@④1④.④.④.

O0D1

00010刊④?④.露

O0O1

一一e?一

@@@1@@;④?④.

OOO|1

內(nèi)電場方向

(b)

圖15—9PN結(jié)的形成

在開始時，由于P區(qū)空穴濃度大而N區(qū)空穴的濃度小，因此空穴由P區(qū)向N區(qū)擴散，在P區(qū)留下

了帶負電的負空間電荷區(qū)。同樣，N區(qū)由于自由電子的濃度高，P區(qū)的自由電子濃度低，自由電子由N

區(qū)向P區(qū)擴散，在N區(qū)留下了帶正電的正空間電荷區(qū)。

當(dāng)空間電荷區(qū)形成以后，擴散和漂移形成動態(tài)平衡，因而維持PN結(jié)形狀保持不變。

PN結(jié)的不同表現(xiàn)：

空間電荷區(qū)：由于在PN結(jié)處形成了兩個分別帶正電和負電的電荷區(qū)，因此可以稱PN結(jié)為空間電

荷區(qū)。

耗盡層：由于空間電荷區(qū)的多子被復(fù)合消耗盡了，載流子極少，電阻率很高，因此又稱PN結(jié)為耗

盡層。

阻擋層：由于PN結(jié)形成的空間電荷區(qū)的電場對P區(qū)和N區(qū)的多子的漂移運動具有阻擋作用，因此

PN結(jié)又被稱為阻擋層。

PN結(jié)特性：

單向?qū)щ娞匦浴?/p>

加正向電壓，PN結(jié)導(dǎo)通，結(jié)電壓很小，壓降很低；

加反向電壓，PN結(jié)截止，結(jié)電阻很大，反向漏電流很小。

當(dāng)PN結(jié)加的反向電壓的較大時，PN結(jié)會被擊穿，造成損壞。

§15-3半導(dǎo)體二極管

應(yīng)用：整流，檢波，限幅，開關(guān)，保護等方面。

結(jié)構(gòu)：點接觸型，主要用于高頻應(yīng)用。

面接觸型，主要用于整流、開關(guān)、保護等。

特點：單向?qū)щ娞匦?，?dǎo)通時正向電阻很小，正向壓降也很小，幾乎可以忽略不計：截止時，方向電

阻很大，可以認為無電流。

（講授方法》

1）介紹二極管的結(jié)構(gòu)、用途和單向?qū)щ娞匦裕?/p>

2）介紹二極管的伏安特性；

3）介紹二極管典型應(yīng)用和解題方法；

4）二極管主要參數(shù)要求自學(xué)

5）檢查上述內(nèi)容的掌握情況。

§15.3.1基本結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)：點結(jié)構(gòu)和面結(jié)構(gòu)；點結(jié)構(gòu)由于接觸面小，結(jié)電容小因此可以做高頻器件用，由于高頻檢波、高

速開關(guān)、快速保護等。面結(jié)構(gòu)二極管PN結(jié)面積較大，可以流過很大的電流，因此可用于整流，開關(guān)等。

材料：硅和銘；硅二極管一般用于制作面結(jié)構(gòu)二極管，其工作頻率較低，但允許流過的電流大，其正

向壓降一般為0.65.7V,死區(qū)電壓0.5Vo錯二極管一般用于制作高頻小功率二極管，用于高頻檢波、高速

開關(guān)等場合，其導(dǎo)通時正向壓降為0.2U）.3V,死區(qū)電壓為0.2V

§15.3.2伏安特性

單向?qū)щ娞匦裕杭诱螂妷簳r，導(dǎo)通，正向電壓、正向電阻可以忽略不計。加反向電壓時，截止，可以認

為開路。

死區(qū)電壓：使二極管導(dǎo)通的最小電壓，硅二極管：0.5V；錯二極管：0.2V。

擊穿：當(dāng)反向電壓足夠大時，反向電流突然急劇增大，此時二極管被擊穿。擊穿的方式有：雪崩擊穿和齊納

擊穿。

二極管結(jié)電容：由于二極管的儲能作用，使得二極管具有電容效應(yīng)。

§15.3.3主要特性

二極管的主要特性是單向?qū)щ娞匦裕醇诱螂妷簳r二極管導(dǎo)通，正向壓降和正向電阻很低，可以忽略

不計；而加反向電壓時，二極管呈現(xiàn)出很大的電阻，反向電流很小可以忽略不計，處于截止?fàn)顟B(tài)。伏安特性

是描述二極管的一種主要手段，如下圖所示。

圖15—142CP10硅二極管的伏安特性曲線

§15.3.4主要參數(shù)

描述二極管的主要參數(shù)有:

1、整流電流IOM：

2、反向工作峰值電壓URWM

3、反向峰值電力IRM

例題15-1：在圖15-15(a)中的R和C構(gòu)成一微分電路。當(dāng)輸入電壓”為圖15-15(b)中所示時,試畫出輸出電

壓波形。設(shè)uce尸U。

解：解題關(guān)鍵在于掌握(1)二極管的特性：單向?qū)ㄌ匦裕?2)微分電路對輸

入信號的微分檸性。輸出波形如所示。

這里二極管具有削波作用,削去正尖脈沖。

圖15T5例15T的圖

例題15—2：在圖15-16中，輸入端A的電位VA=+3V,B的電位VB=OV,求輸

出端F的電位VF。電阻R接負電源一12V。

解：

本題要點為：二極管導(dǎo)通時;幾乎短路，因此具有鉗位作用；二極管截止時,

相當(dāng)于開路，具有隔離作用。

考慮二極管導(dǎo)通壓降為0.3V,時，F(xiàn)端的電位為2.7V.

圖15-16例15-2的圖

§15—4穩(wěn)壓管

穩(wěn)壓二極管：一種特殊的面結(jié)構(gòu)二極管；

主要特點：在適當(dāng)?shù)耐怆娐放浜舷?，能夠起到穩(wěn)定電壓的作用；反向工作時被擊穿后可以恢復(fù)。其伏

安特性曲線如下：

W15-18穩(wěn)壓管的伏安特性

其主要參數(shù)有：

1、穩(wěn)定電壓Uz

2、電壓溫度系數(shù)a(J

一般小于6V的穩(wěn)壓管為負溫度系數(shù)，而高于6V的穩(wěn)壓管為正溫度系數(shù)。6V左右的穩(wěn)壓管受

溫度影響最小。

3、動態(tài)電阻0：匚=也■，其值越小，穩(wěn)壓性能越好。

A/z

4、穩(wěn)定電流Iz：穩(wěn)壓管所允許流過的最大電流。

5、最大允許耗散功率PZM：

PzM=Uz】ZMAX，穩(wěn)壓管正常工作時允許的最大自身功耗。

例15-3：在圖15-19中，已知R=1.6k,Uz=12V,IzMAX=18mA。<>+20V流過穩(wěn)壓管的電流Iz

等于多少？R是限流電阻，其值是否合適？

解：

DZK

在使用穩(wěn)壓管應(yīng)時應(yīng)注意兩個問題，一是流過穩(wěn)壓管的電流要在允許的范

圍內(nèi)，即Iz〈IzMAX和Pz〈PzM；二是加到穩(wěn)壓管上的電圖15-19例15-3的圖壓要大于Uz。

Iz=(20—Uz)/L6=5mA小于IZMAX，R阻值合適。

例15-3b：在上題中,如果U『20V,U0=10V,IZMAX=10BIA,外接負載RL：1k?2k。求：R和Uz?

解：穩(wěn)壓管的典型應(yīng)用電路如圖所示：

已知輸出電壓10V,因此要求穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓也應(yīng)為10V?

求限流電阻R,其阻值必須滿足(1)保證負載最大時流過穩(wěn)壓管的電

流不超過IZMAX：(2)保證負載最小時，加到穩(wěn)壓管兩端的電壓不小于10V。

根據(jù)第一個原則可以計算出R為：當(dāng)R=2k時，

圖15-20例15-3b的圖

由

Iz=(U]-Uz)/R-UZ/RL〈1ZMAX

可得到：

20-10

R<Ui。R-2=0.67左

1ZMAXRL+Uz10-2+10

根據(jù)第二個原則可以計算出R為：當(dāng)R=lk時,由

%

U

RL+R-RL>Z

計算到:

R<(20-10)Xl/10=lk

故計算HIR得取值范圍為：0.67k?1k。

§15-5半導(dǎo)體三極管

K主要內(nèi)容》

1、三極管的基本結(jié)構(gòu)：三個區(qū)，兩個結(jié)，三個電極，特點與作用；

2、電流分配原理：三極管具有放大作用的內(nèi)部因素和外部條件；

3、三極管的特性曲線和三個工作狀態(tài)；

4、主要參數(shù)。

K講授方法】

1、介紹基本結(jié)構(gòu)、特點、用途等基本概念；

2、看錄象，學(xué)習(xí)三極管的電流分配原理。

一、基本結(jié)構(gòu)：

三極管是一種最重要的半導(dǎo)體器件，從結(jié)構(gòu)上可分為：NPN和PNP型；從組成材料上可分為：錯三極

管和硅三極管；從應(yīng)用場合上可分為：小功率管，大功率管，高頻管，低頻管等多種類型。

作用：放大作用和開關(guān)作用。

用途：放大電路，電子開關(guān)。

三極管的構(gòu)成：

三個區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，從三個區(qū)引出三個電極分別為發(fā)射極、基極和集電極。三個區(qū)的特點：

發(fā)射區(qū)：面積小，雜質(zhì)濃度高；“

基區(qū)：比較純凈，厚度??；[這是三極管具有放大作用的內(nèi)因。

集電區(qū)：面積大，雜質(zhì)少。

如圖所示:

1

B

NPN型晶體管NPN型晶體管

二、電流分配和放大原理

主要講述電流關(guān)系，各電極電流關(guān)系和電流放大原理。

電流關(guān)系：

Ic=BIB，

IE=IC+1B=（1+B）IB，

在發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏時，晶體管各區(qū)載流子運動和各極電流有以下關(guān)系：

1）發(fā)射區(qū)載流子向基區(qū)擴散電子：由于發(fā)射區(qū)電子濃度高，在正向偏置電壓的作用下不斷擴散到基區(qū)。

2）電子在基區(qū)擴散和復(fù)合：從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)的自由電子開始時聚集在發(fā)射結(jié)附近，而集電結(jié)附近

自山電子較少，因而形成了濃度上的差異，自由電子在基區(qū)繼續(xù)向集電結(jié)反向擴散。自由電子在擴

散過程中不斷與空穴復(fù)合，被復(fù)合掉的空穴有基極電源補充從而形成了電流IBE，它基本上等于％。

在基區(qū)被復(fù)合掉的自由電子越多，越不利于晶體管的放大作用。因此基區(qū)要薄z―雜質(zhì)要少，這

是晶體管縣有放大作用的內(nèi)部條件。

3）集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴散過來的電子

集電結(jié)反向偏置，使集電結(jié)內(nèi)電場增強，對自由電子的吸引力增大，將從發(fā)射區(qū)過來的自由電

子大部分吸引到集電區(qū)，形成了電流ICE，它基本上等于IC。

4）除以上電流外，少子的漂移運動也形成了一定的電流。

為了使晶體管具有放大作用，集電結(jié)和發(fā)射結(jié)的偏置必須合適，即除具備內(nèi)部條件外還必須具備合適的

外部條件，這個外部條件就是：發(fā)射結(jié)正偏,集電結(jié)反偏。

電流分配如圖所示:

1C

IcBG

VE

晶體管中的電流分配示意圖

看錄象。

三、特性曲線

特性曲線：表示晶體管各個電極之間電壓和電流之間關(guān)系，反應(yīng)晶體管性能的曲線。輸入特性曲線是在

CEBEBE

U一定時M和U之間的關(guān)系，可以寫成：IB=f(.UBE)pCE:輸出特性曲線是在U一定時k和UCE

之間的關(guān)系，可以寫成：4=/(UCE)|UBE。

1、輸入特性曲線：當(dāng)UCE>1V后輸入特性曲線基本不變，因此可以用一條曲線來表示輸入特性曲線。

從輸入特性曲線上可以看出，三極管存在死區(qū)電壓，硅管為0.5V,錯管為0.2V。

正常工作情況下，NPN型硅管的發(fā)射結(jié)電壓UBE=0.6~0.7V；PNP型鑄管的UBE=-0.2~-0.3丫。

2、輸出特性曲線：在輸出特性曲線上可以將晶體管分為三個工作區(qū)(或者說三種工作狀態(tài))，

(1)放大區(qū)：Ic=PIB>|UBEI<|UCE|。

(2)截止區(qū)：IB=。，IC=1CEO，此時發(fā)射結(jié)電壓小于死區(qū)電壓，而集電結(jié)也處于反向偏置。

(3)飽和區(qū)：當(dāng)|UBE|>|UCEI時，IC>BIB，|UCEI很小，此時晶體管處于飽和狀態(tài)。

IB=100UA

IB=80uA

IB=60uA

『OuA

IB=20uA

IB=0

k〃密（V）

晶體管輸入特性曲線晶體管輸出特性曲線

四、主要參數(shù)

1、電流放大系數(shù)6、B：

萬為直流電流放大倍數(shù)，8二工

1B

B為交流電流放大倍數(shù)，￡='；

MB

由于【CEO很小,因此可以認為

2、集一基極反向截止電流ICBO：發(fā)射結(jié)開路，集電結(jié)反向偏置時，集電區(qū)和基區(qū)中少數(shù)載流子漂移形成的

電流。它越小越好，且與發(fā)射結(jié)無關(guān)。

3、集一射極反向截止電流ICEO：基極開路，集電結(jié)反向偏置，發(fā)射結(jié)正向偏置時的集電結(jié)電流，又稱為穿

透電流。因此：

ICEO=-ICBO+ICBO=（1+夕）ICBO

而集電結(jié)電流Ic則為：

lc=B1B+ICEO

4、集電極最大允許電流ICM：當(dāng)集電結(jié)電流Ic超過一定值時，晶體管電流放大倍數(shù)B要下降，當(dāng)B下降到

正常值的三分之二時的集電結(jié)電流稱為集電結(jié)最大允許電流1CM。

5,集一射極反向擊穿電壓U（BR）CEO：當(dāng)基極開路時，加到集電結(jié)和發(fā)射結(jié)之間的最大允許電壓。溫度升高,

擊穿電壓降低。

6,集電極最大允許耗散功率PCM

在晶體管參數(shù)中，B和k,EO（ICBO）是晶體管的質(zhì)量指標(biāo)；1CM，U（BR）CEO和PCM是極限參數(shù)。

第十六章基本放大電路

［本章主要內(nèi)容》

1.放大電路的基本概念：組成、作用、信號傳輸、物理實質(zhì)；

2.基本放大靜態(tài)、動態(tài)分析方法：直流通路法，微變等效法和圖解法；

3.典型電路的分析與計算：基本放大電路的分析與計算法（固定偏置式、分壓偏置式；

估算和戴維南法）；射極輸出器分析與計算法；

4.放大電路中的負反饋：負反饋基本概念，負反饋分類與判別方法，負反饋對電路性能

的影響；

5.多級放大電路的分析與計算方法；

6.其他晶體管放大電路；

7.場效應(yīng)管及其放大電路；

§16-0概述

一、放大電路的基本概念

1.放大電路的功能和定義

放大電路：能夠?qū)斎胄盘枺ń涣骰蛑绷鳎┰诜然蚬β噬线M行不失真的放大功能的電路，叫

做放大電路。放大電路包括接收外部輸入信號的輸入回路、具有放大能力的放大部分和為負載提供

信號的輸出回路三部分。

幅度放大：輸出信號幅度比輸入信號幅度大；

功率放大：輸出信號功率比輸入到放大電路中的輸入信號的功率增大。

不失真：直觀上看是指輸入信號和輸出信號波形除了幅度上的不同以外，其他參數(shù)完全相同。

2.放大電路的作用或用途

放大電路主要用途是對小信號進行放大，以便實現(xiàn)對物理過程的監(jiān)測和控制。用途非常廣泛，

兒乎涉及到人類社會生產(chǎn)生活的各個領(lǐng)域。

二、分類

按電路組成分：分立元件放大電路，集成放大電路；

按電路結(jié)構(gòu)：單級放大電路和多級放大電路；

按功能分：小信號放大電路，功率放大電路；

按信號性質(zhì)分：直接耦合放大電路，低頻放大電路、高頻放大電路；

放大電路的類型根據(jù)不同的應(yīng)用場合可以使用不同不同的分類方法，并沒有嚴(yán)格的界限

三、分析方法

對放大電路的分析，分直流分析和交流分析兩種情況。

直流分析法：直流通路法（估算法和戴維南等效電路法）、圖解法。

交流分析：圖解法和微變等效電路分析法。

§16-1基本放大電路的組成

K主要內(nèi)容1

1.基本放大電路的組成;

2.交流信號在放大電路中的傳輸過程;

3.放大電路具有放大能力的物理實質(zhì)。

一、基本放大電路的組成

基本放大電路應(yīng)包括：輸入回路、放大器件、輸出回路以及保證放大器件能夠正常工作的偏置電路和直

流電源，圖16-1為一共發(fā)射極接法的基本交流放大電路。圖中各

信號的含義如下：

吐火為輸入信號，可以等效為一電動勢

es和一內(nèi)

阻L的串聯(lián)。es加上L視為信號源，Uj=Ube。

方u°為輸出信號，為輸入信號經(jīng)放大后在負載上

產(chǎn)生的電壓。

句基極電流為基極中的瞬時流，包圖1601共發(fā)射極放大電路括直流電

源EB產(chǎn)生的靜態(tài)電流1B和信號源提供的交流電流片。即：

k集電結(jié)瞬時電流匕與基極電流相似包括直流電源Ec提供的直流電流Ic和信號源激勵產(chǎn)生的交流

電流『即:

ic=Ic+4

?UBE和UCE：分別為基極與射極，集電結(jié)與射極之間的瞬時電壓。

"S嘮UBE+We

"CLUCE+UCC

電路中各器件功能如下：

方晶體管T：放大器件，具有對小信號放大作用及將直流能量轉(zhuǎn)換為交流能量的功能。

輸入：微弱小信號；

輸出：大信號，能量來源集電結(jié)電源。

5集電極電源Ec：保證集電結(jié)反偏及為電路提供能量。

因集電極負我Rc：將集電極電流變化轉(zhuǎn)換為電壓變化，實現(xiàn)電壓放大.

方基極電源EB和基極電阻RB：為晶體管工作提供合適的基極電流，它們組成的電路部分稱為偏置電

路，對電路工作和性能具有重要影響。

吠耦合電容Ci和C2：隔直流作用和交流信號傳輸中。

■偏置電路：基極偏置電路、集電極偏置電路

■地：電流匯集之處，電位為零；又稱為公共參考點。

二、信號在電路中的傳輸

交流信號由輸入回路加到放大器中，被放大后，經(jīng)負載回路輸出，在本過程中各處的信號波形如下：

圖1601共發(fā)射極放大電路

基本放大電路各點

信號波形

§16-2放大電路的靜態(tài)分析

放大電路的分析包括靜態(tài)分析和動態(tài)分析。

靜態(tài)分析：靜態(tài)是指輸入信號為零時電路狀態(tài)，電路狀態(tài)主要由片，Ic，UCE和UBE確定，因此靜態(tài)分

析就是值以上四個參數(shù)的計算，由于UBE近似為0.6~0.7V（對硅晶體管），0.2-0.3V（對銘晶體管），所以一

般只須計算前三個參數(shù)。分析方法有直流通路法和圖解法。

動態(tài)分析：動態(tài)是指有信號輸入時電路狀態(tài)，主要由交流電壓放大倍數(shù)Au，放大電路的輸入電阻q和

放大電路的輸出電阻r。三個參數(shù)來描述。分析方法有：微變等效法和圖解法。

一、用直流通路法確定靜態(tài)值

直流通路確定方法為：電容開路，電感短路，直流電流從直流電源流入公共參考點（地）中。下圖所示

的為共發(fā)射極放大電路及其直流通路。

基本交流放大電路基本交流放大電路的直流通路

根據(jù)直流通路可以計算電路的靜態(tài)值：IB=U^C-UBE=Uce

RBRB

UBE約為0.6V,一般可以忽略不計。

B+ICEO=仇B(yǎng)="B

UCE=UCC~~ICRC

二、用圖解法確定靜態(tài)值

圖解法求靜態(tài)值的?般步驟為：給出晶體管的輸出特性曲線；作直流負載線；由直流通路求偏流；根據(jù)

輸出特性曲線確定靜態(tài)工作點；找出靜態(tài)值。

直流負載線：當(dāng)UBE一定時，集電極電流Ic、集射極電壓UCE之間和集電極負載電阻取的關(guān)系，稱為

直流負載線。

UCE=Ucc-IcRc

直流負載線與縱軸相交于Ucc/Rc，與橫軸相交于Ucc。

該直線與晶體管輸出特性曲線中1B所對應(yīng)的那條輸出特性曲線的交點，稱為靜態(tài)工作點Q。Q對應(yīng)的

Ic和UCE即為要求的靜態(tài)值。

%F（V）

用圖解法確定放大電路的靜態(tài)工作點

對應(yīng)一般的放大電路而言，靜態(tài)工作點應(yīng)位于晶體管線性區(qū)的中部，晶體管工作才比較好，偏高或偏低

均會影響電路的正常工作。

三、直流通路法和圖解法的比較

直流通路法：計算方便，簡單和復(fù)雜電路均可使用。

圖解法：形象直觀，物理概念明確，但不適合于復(fù)雜電路分析和需要精確計算的場合。

§16-3放大電路的動態(tài)分析

晶體管正常工作時.，必須有合適的靜態(tài)工作點，動態(tài)分析是在靜態(tài)工作點確定以后。對信號傳輸情況的

分析。在進行動態(tài)分析時只考慮電流和電壓的交流分量（信號分量），而不考慮直流分量，直流分量為瞬時

值的平均值。

分析方法：微變等效電路法和圖解法。

一、微變等效電路法

晶體管的線性化：晶體管為非線性器件，分析困難，為了簡化分析，在一定的條件下將晶體管等效為一

個線性器件，使放大電路等效為一個線性電路。晶體管線性化使用的方法就是：微變等效法。

微變等效：晶體管在小信號（微變量）情況下，可以近似為一個線性器件。

i.晶體管的微變等效電路：

在小信號時，晶體管的在靜態(tài)工作點Q附近可以近似為一段直線（如圖所示），由此可以求出晶體

管的微變等效模型。

從晶體管的微變等效模型

從晶體管的輸入特性曲線上看，晶體管的輸入電流和輸入電壓為線性關(guān)系，可以等效為一個電阻,

即在晶體管的輸入回路用晶體管的輸入電阻表示晶體管。晶體管的輸入電阻丘定義為:

-kUBE

rbe—-

MB

也可以使用下式進行估計:

……+D瑞

從晶體管的輸出端看，當(dāng)晶體管工作于線性區(qū)時，集電極電流幾乎不變，因此可以等效為一個恒流

源和一個輸出電阻。該恒流源輸出電流由基極電流控制因此為?受控恒流源。即：中￡說輸出電阻定

義為：

由于晶體管的輸出電阻一般較大，往往可以忽略不計。

晶體管的微變等效可以表示為：

晶體管的及其微變等效電路

2.放大電路的微變等效電路：

使用微變等效法對放大電路進行分析步驟：首先求放大電路的交流通路；把晶體管用其微變等

效電路代替。

交流通路求法：耦合電容交流短路；濾波電感交流開路。

如圖所示：

3.動態(tài)參數(shù)計算：

動態(tài)參數(shù)計算是指計算電路的電壓放大倍數(shù)、放大電路的輸入電阻和放大電路的輸出電阻。它

們的定義分別為：

放大電路的輸入電壓：Ui=ihrhe

放大電路的輸出電壓：Uo==~/3ihR[

上式中的負號表示輸出電壓與輸入電壓相位相反，RL=R<||RL。當(dāng)不接負載電阻時，電壓放大

倍數(shù)為：

4.電路特點：

共發(fā)射極放大電路具有電壓放大倍數(shù)大，輸入阻抗小，輸出阻抗大。

對于放大電路來講，一般希望它具有：電壓增益高，輸入阻抗大，輸出阻抗小。輸入阻抗大，

放大電路從信號源索取的電流小，可以將信號源提供的大部分信號電壓加到放大電路中；輸出阻抗

小，在負載變化時，可以輸出電壓基本保持穩(wěn)定，使電路具有較強的帶負載能力。

二、圖解法

在利用晶體管特性曲線作靜態(tài)分析的基礎(chǔ)上，用圖解法來分析各個電流和電壓交流分量之間的傳輸關(guān)

系。

1.交流負載線：交流負載線與直流負載線相交于靜態(tài)工作點Q,斜率為fga'=--

如圖所示:

直流負載線和交流負載線

2.圖解分析：

信號傳輸情況如下圖所示

(1)交流傳輸情況:

Ui(Ube)fibfi°f%(即Uce)

(2)電壓和電流描述：

UBE=UBE+Ube

iB=1B+ib

ic=lc+ic

交流放大電路有信號輸入時的圖解分析

3.非線性失真：

靜態(tài)工作點不合適或輸入信號過大時，會產(chǎn)生非線性失真。

當(dāng)工作點過低時，會出現(xiàn)截止失真；而當(dāng)工作點過高時會出現(xiàn)飽和失真。

失真都會帶來有害信號產(chǎn)生，應(yīng)當(dāng)盡量避免。

§16-4靜態(tài)工作點的穩(wěn)定

放大電路正常工作需要靜態(tài)工作點的穩(wěn)定，否則會出現(xiàn)失真。在系統(tǒng)中影響靜態(tài)工作點的因素有：

(1)溫度：由于晶體管中載流子運動受溫度影響比較大，因而溫度變化時，ICBO、B等參數(shù)會發(fā)生變化，

從而使靜態(tài)工作點發(fā)生變化，影響電路工作性能。

(2)電源電壓：在固定式偏置放大電路中，偏置電流由下式確定：

T_Ucc-UBE?Ucc

B~H工

當(dāng)電源電壓變化時，偏流將發(fā)生變化，從而使靜態(tài)工作點發(fā)生變化影響電路工作性能。

如何使靜態(tài)工作點不受溫度、電源電壓等因素的影響使晶體管電路設(shè)計時應(yīng)重點考慮的?個問題。固定

式偏置放大電路工作點受外部因素影響比較大，穩(wěn)定性差，因此設(shè)計了分壓式偏置電路，使靜態(tài)工作點相對

穩(wěn)定。

一、分壓式偏置放大電路

分壓式偏置放大電路及其直流通路如圖所示：

分壓式偏置放大電路

根據(jù)直流通路，有：

Il-b~!~IB

若使：

16>1B條件(1)

則有：—

Rfil+%2

基極電位：VB=I2RB2^-^—Ucc

可以認為VB與晶體管的參數(shù)無關(guān)，不受溫度影響，僅僅由偏置電阻決定。由于引入了發(fā)射極電阻，UBE可

以用下式計算：

UBE=VB—VE=VB-IERE

若：

VB?UBE條件（2）

則：［「［EJB—UBE=%

KE&

使得Ic也不受溫度的影響。

當(dāng)滿足條件（1）和（2）時，靜態(tài)工作點基本上不受溫度影響，保持穩(wěn)定。

b對應(yīng)條件（1）和（2）不能認為12和VB越大越好，要綜合考慮。要使b大，RBI和RB2就要取得較小，

從而使輸入電阻降低；如果VB大，則要求VE增大，相應(yīng)地使UCE增大，使輸出動態(tài)范圍降低。

二、穩(wěn)定過程

假設(shè)VB不變，溫度升高引起，其穩(wěn)定過程如圖所示。

溫度升高一——?在?―?W-i

/c1<——--------

三、分壓式偏置放大電路靜態(tài)參數(shù)的計算

分壓式放大電路的靜態(tài)分析可以使用戴維南等效電路法進行精確計算，也可以使用估算法進行估算。動

態(tài)分析與基本共發(fā)射極放大電路的分析方法基本相同。

I、靜態(tài)分析:

（1）戴維南等效電路法:

戴維南等效電路如圖。首先求等效電源EB；

&=丁圭一RB2

—為2

再求等效電源內(nèi)阻，此時令電源（Ucc）短路:

||7??2

列電壓回路方程

EB=UBE+IERE+【BRB=UBE+IBRB+(1+B)RE

山上式可以計算得到：

_EB-UBE

B一旦+(l+￡)&

lc~BIB

UCE=UCLICRL1ERE=UCL(&+&)/c

(2)估算法:

忽略IB，則基極電位近似為:

火82

火81+口82

/?/

_viBf-uBE

---------------1r

RE

，c

1B=1

UCE=f^cc—IcRc—IERE^Ucc—(RC+RE)1C

2、動態(tài)分析：

根據(jù)放大電路畫交流通路，然后作微變等效電路，如圖:

由微變等效電路可以寫出輸入電壓和輸出電壓的表達式:

詼="be

uo—IC-RL"

然后可以計算出電壓放大倍數(shù)，輸入電阻、輸出電阻。

微變等效電路

當(dāng)旁路電容不存在時，交流通路和動態(tài)參數(shù)計算如下:

帶射極電阻的共發(fā)射極放

大電路的微變等效電路

其靜態(tài)參數(shù)計算同上，動態(tài)參數(shù):

Ui：1+B

輸入電壓Ui=ihrhe+icRE=ihrhe+()iltRE

輸出電壓II。：“°=，次z,'

因此：電壓放大倍數(shù)為:

4得=一夕

%+a+B、RE

輸入電阻:

n=RBl\\RB2l|[rfce+(l+mi

輸出電阻:

ro=Rc

§16-5射極輸出器

共發(fā)射極放大電路電壓放大倍數(shù)大，但有輸入電阻小,輸出電阻大，帶負載能力差的缺點。為此引入了

共集電極放大電路，即射極輸出器，電路形式如下:

一、靜態(tài)分析

根據(jù)上圖的直流通路，可以計算電路的靜態(tài)值:

TJ-TJ

uCCU距

IB=

%+(1+萬)%

=小瓦=(1+為〃

UCE=UCC~~1ERE

二、動態(tài)分析

射極輸出器的微變等效電路如圖所示，并山圖可以寫出輸入輸出電

壓的表達式。

%=i/be+ieRL，=鼠+(1+B)R'L14

R'L=&IIRE

%=(i+￡)

用射極輸出器微變等效電路

1、電壓放大倍數(shù)：

〃一(1+0屯_(1+⑶R'L

ZI--------------------------------------------------------------------------------------

%［々+(1+04%%+Q+0用

當(dāng)（l+A）R；?rb。時，Au接近于1,但恒小于1。

輸入電壓和輸出電壓相位相同且近似相等，因此又稱它為射極跟隨器，簡稱射隨器。

2、輸入電阻

4=RB11鼠+(1+/)盛］

3、輸出電阻

輸出電阻計算方法：令輸入信號為零，在負載端加一電壓，計算電壓

和電流的比值，使用右圖所示的等效電路。由射極輸出器的微變等效電路

計算輸出電阻的等效電路

可知，此時：

i°=ie+。+4=（1+￡兒+。=（1+￡）M

R

s+rheRe

其中，R；=R』RB。

r-J1.&?+%）

"h（1+3）%+么火：+%+（1+6）6

R1+%凡

當(dāng)（1+￡）4》（用+公）和時，輸出電阻可近似為:

一（《+%）

"一~T~

由此可見，射極輸出器的輸出電阻很小。

4、射極輸出器的特點：

（1）電壓放大倍數(shù)近似為1；輸出電壓和輸入電壓同相。

（2）輸入電阻高，可以減輕信號源的負擔(dān)。

（3）輸出電阻大，可以增強負載能力。

5、應(yīng)用：

（1）用于多級放大電路的前級，可以提高整個放大電路的輸入阻抗;

（2）用于多級放大電路的末級，可以提高電路的驅(qū)動能力；

（3）用于多級放大電路的中間可以祈禱阻抗變換的作用。

§16-6放大電路中的負反饋

K基本內(nèi)容工1.反饋的基本概念與分類

2.電路中負反饋的類型與判別方法

3.不同的負反饋類型對電路性能的影響

一.反饋的基本概念與分類

1.反饋：系統(tǒng)輸入信號部分或全部通過某種方式引回輸入端，就構(gòu)成了反饋。

內(nèi)部反饋：由器件自身引起的反饋

｛外部反饋：由外接器件引起的反饋

直流反饋：只對直流信號具有反饋作用的反饋

｛交流反饋：能對交流信號起到反饋作用的反饋

人工反饋：認為的有目的的引入的某種反饋

｛寄生反饋：由器件、電路等各種雜散參數(shù)引起的反饋

｛正反饋：反饋信號對輸入信號具有增強作用的反饋

負反饋：反饋這對輸入這具有減弱作用的反饋

2.放大電路中的反饋

帶反饋的放大電路有基本放大電路和反饋網(wǎng)絡(luò)組成，如圖所示。

帶反饋的放大電路

其中:

CA：基本放大電路增益；

X,.：輸入信號，電流或電壓；

反饋信號，電壓或電流;

文。:輸出信號，電壓或電流；

xd-.凈輸入信號，電壓或電流；xd=x-xf

戶：反饋網(wǎng)絡(luò)傳輸系數(shù)，稱為反饋系數(shù)；

?:比較環(huán)節(jié)；

（1）當(dāng)戈，.與黃/同相時，Xd<x,,反饋減弱了輸入信號，為負反饋；

（2）當(dāng)X,與黃/反相時，Xd>Xt,反饋增強了輸入信號，為正反饋；

（3）在電路中，￡和*/與無，可以具有相同的量綱，也可以不同。

a）當(dāng)*和*/是電壓時，稱為串聯(lián)反饋；'

一從輸入端看

b）當(dāng)上，和火/是電流時，稱為并聯(lián)反饋；?

c）當(dāng)X,為電壓忖，稱為電壓反饋；'

一從輸出端看

d）當(dāng)用,為電流時，稱為電流反饋；-

電路中的反饋類型

放大電路增大的負反饋從輸入端看，可以分為串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋；從輸出端看可以分為電壓反饋和電

流反饋；

串聯(lián)負反饋，使輸入阻抗增加；

并聯(lián)負反饋，使輸入阻抗降低；

電壓負反饋，使輸出阻抗減小，具有穩(wěn)定輸出電壓的作用；

電流負反饋，使輸出阻抗增加，具有穩(wěn)定輸出電流的作用。

負反饋的各種電路形式如下所示

1、串聯(lián)電壓負反饋：

在輸入端表現(xiàn)為電壓的相互+產(chǎn)一,—氣作用，而反饋信

4』I基本放大電路向,

號取自輸出電壓。

3=5-3

反饋網(wǎng)絡(luò)

町F

串聯(lián)電壓負反饋

Uf=FUo即F=%UO=A-Ud

J°TT0a

UO

a=z

4.“

Ud\+AF

4M為閉環(huán)增益，在串聯(lián)電壓負反饋中，閉環(huán)增益為閉環(huán)電壓增益。

2、串聯(lián)電流負反饋

在輸入端表現(xiàn)為電壓的相互作用，而反饋信

+

號取自輸出電流。