第11章常用半導(dǎo)體器件11.2半導(dǎo)體二極管11.4半導(dǎo)體晶體管11.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)11.6場(chǎng)效應(yīng)晶體管11.3特殊二極管11.5光電晶體管和光電耦合器第11章半導(dǎo)體器件本章要求：一、理解PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，三極管的電流分配和電流放大作用；二、了解二極管、穩(wěn)壓管、晶體管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管的基本構(gòu)造、工作原理和特性曲線，理解主要參數(shù)的意義；三、會(huì)分析含有二極管的電路。

學(xué)會(huì)用工程觀點(diǎn)分析問題，就是根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)器件的數(shù)學(xué)模型和電路的工作條件進(jìn)行合理的近似，以便用簡便的分析方法獲得具有實(shí)際意義的結(jié)果。

對(duì)電路進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，只要能滿足技術(shù)指標(biāo)，就不要過分追究精確的數(shù)值。器件是非線性的、特性有分散性、RC的值有誤差、工程上允許一定的誤差、采用合理估算的方法。

對(duì)于元器件，重點(diǎn)放在特性、參數(shù)、技術(shù)指標(biāo)和正確使用方法，不要過分追究其內(nèi)部機(jī)理。討論器件的目的在于應(yīng)用。11.1

半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

三個(gè)概念半導(dǎo)體：導(dǎo)電特性處于導(dǎo)體和絕緣體之間，稱為半導(dǎo)體，如硅、鍺、砷化鎵和一些硫化物、氧化物。絕緣體：有的物質(zhì)幾乎不導(dǎo)電，稱為絕緣體，如惰性氣體、橡皮、陶瓷、塑料和石英。導(dǎo)體：自然界中很容易導(dǎo)電的物質(zhì)稱為導(dǎo)體，金屬一般都是導(dǎo)體。11.1

半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性：(可做成溫度敏感元件，如熱敏電阻)。摻雜性：往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些雜質(zhì)，導(dǎo)電能力明顯改變(可做成各種不同用途的半導(dǎo)體器件，如二極管、三極管和晶閘管等）。光敏性：當(dāng)受到光照時(shí)，導(dǎo)電能力明顯變化(可做成各種光敏元件，如光敏電阻、光敏二極管、光敏三極管等)。熱敏性：當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，導(dǎo)電能力顯著增強(qiáng)11.1.1

本征半導(dǎo)體

完全純凈的、具有晶體結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體，稱為本征半導(dǎo)體。晶體中原子的排列方式硅單晶中的共價(jià)健結(jié)構(gòu)共價(jià)健共價(jià)鍵中的兩個(gè)電子，稱為價(jià)電子。

Si

Si

Si

Si價(jià)電子

Si

Si

Si

Si價(jià)電子

價(jià)電子在獲得一定能量（溫度升高或受光照）后，即可掙脫原子核的束縛，成為自由電子（帶負(fù)電），同時(shí)共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位，稱為空穴（帶正電）。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)?？昭?/p>

溫度愈高，晶體中產(chǎn)生的自由電子便愈多。自由電子

在外電場(chǎng)的作用下，空穴吸引相鄰原子的價(jià)電子來填補(bǔ)（復(fù)合），而在該原子中出現(xiàn)一個(gè)空穴，其結(jié)果相當(dāng)于空穴的運(yùn)動(dòng)（相當(dāng)于正電荷的移動(dòng)）。本征半導(dǎo)體的導(dǎo)電機(jī)理

當(dāng)半導(dǎo)體兩端加上外電壓時(shí)，在半導(dǎo)體中將出現(xiàn)兩部分電流

(1)自由電子作定向運(yùn)動(dòng)

電子電流

(2)價(jià)電子遞補(bǔ)空穴空穴電流注意：

(1)本征半導(dǎo)體中載流子數(shù)目極少,其導(dǎo)電性能很差；

(2)溫度愈高，載流子的數(shù)目愈多,半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能也就愈好。所以，溫度對(duì)半導(dǎo)體器件性能影響很大。自由電子和空穴都稱為載流子。自由電子和空穴成對(duì)地產(chǎn)生的同時(shí)，又不斷復(fù)合。在一定溫度下，載流子的產(chǎn)生和復(fù)合達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，半導(dǎo)體中載流子便維持一定的數(shù)目。

11.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體

根據(jù)摻入的雜質(zhì)不同，雜質(zhì)半導(dǎo)體可分為N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體。

在本征半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)（某種元素）,形成雜質(zhì)半導(dǎo)體。

摻雜后自由電子數(shù)目大量增加，自由電子導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為電子半導(dǎo)體或N（Negative）型半導(dǎo)體。摻入五價(jià)元素

Si

Si

Si

Sip+多余電子磷原子在常溫下即可變?yōu)樽杂呻娮邮ヒ粋€(gè)電子變?yōu)檎x子

在N

型半導(dǎo)體中自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。動(dòng)畫1N型半導(dǎo)體？N型半導(dǎo)體中的空穴比摻雜前增加了還是減少了？

摻雜后空穴數(shù)目大量增加，空穴導(dǎo)電成為這種半導(dǎo)體的主要導(dǎo)電方式，稱為空穴半導(dǎo)體或P（Positive）型半導(dǎo)體。摻入三價(jià)元素

Si

Si

Si

Si

在P型半導(dǎo)體中空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。B–硼原子接受一個(gè)電子變?yōu)樨?fù)離子空穴動(dòng)畫無論N型或P型半導(dǎo)體都是中性的，對(duì)外不顯電性。2P型半導(dǎo)體自然界存在的半導(dǎo)體是本征半導(dǎo)體還是雜質(zhì)半導(dǎo)體？？1.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中多子的數(shù)量與

（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。2.在雜質(zhì)半導(dǎo)體中少子的數(shù)量與（a.摻雜濃度、b.溫度）有關(guān)。3.當(dāng)溫度升高時(shí)，少子的數(shù)量（a.減少、b.不變、c.增多）。abc4.在外加電壓的作用下，P型半導(dǎo)體中的電流主要是

，N型半導(dǎo)體中的電流主要是。（a.電子電流、b.空穴電流）ba

11.1.3PN結(jié)擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)：物質(zhì)因濃度差而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。氣體、液體、固體均有之。1PN結(jié)的形成多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)內(nèi)電場(chǎng)少子的漂移運(yùn)動(dòng)濃度差P型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體

內(nèi)電場(chǎng)越強(qiáng)，漂移運(yùn)動(dòng)越強(qiáng)，而漂移使空間電荷區(qū)變薄。

擴(kuò)散的結(jié)果使空間電荷區(qū)變寬。空間電荷區(qū)也稱PN結(jié)

擴(kuò)散和漂移這一對(duì)相反的運(yùn)動(dòng)最終達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡，空間電荷區(qū)的厚度固定不變。－－－－－－－－－－－－－－－－++++++++++++++++++++++++－－－－－－－－動(dòng)畫形成空間電荷區(qū)2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

（1）PN結(jié)加正向電壓（正向偏置）PN結(jié)變窄P接正、N接負(fù)外電場(chǎng)IF

內(nèi)電場(chǎng)被削弱，多子的擴(kuò)散加強(qiáng)，形成較大的擴(kuò)散電流。

PN結(jié)加正向電壓時(shí)，PN結(jié)變窄，正向電流較大，正向電阻較小，PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN－－－－－－－－－－－－－－－－－－+++++++++++++++++++–（2）PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場(chǎng)P接負(fù)、N接正內(nèi)電場(chǎng)PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－動(dòng)畫–+PN結(jié)變寬（2）PN結(jié)加反向電壓（反向偏置）外電場(chǎng)

內(nèi)電場(chǎng)被加強(qiáng)，少子的漂移加強(qiáng)，由于少子數(shù)量很少，形成很小的反向電流。IRP接負(fù)、N接正溫度越高少子的數(shù)目越多，反向電流將隨溫度增加。–+PN結(jié)加反向電壓時(shí)，PN結(jié)變寬，反向電流較小，反向電阻較大，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。內(nèi)電場(chǎng)PN+++－－－－－－+++++++++－－－－－－－－－++++++－－－11.2

半導(dǎo)體二極管陰極陽極(

b)符號(hào)D11.2.1基本結(jié)構(gòu)和類型1結(jié)構(gòu)2符號(hào)(a)結(jié)構(gòu)二極管P區(qū)引出線-----陽極二極管N區(qū)引出線-----陰極電流從二極管的陽極流入，陰極流出。11.2

半導(dǎo)體二極管2分類：按照PN結(jié)制造的工藝分點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型。(a)點(diǎn)接觸型(b)面接觸型

結(jié)面積小、結(jié)電容小、正向電流小。用于檢波和變頻等高頻電路。

結(jié)面積大、正向電流大、結(jié)電容大，用于工頻大電流整流電路。金屬觸絲陽極引線N型鍺片陰極引線外殼(

a)

點(diǎn)接觸型陰極引線陽極引線二氧化硅保護(hù)層P型硅N型硅(

c

)平面型鋁合金小球N型硅陽極引線PN結(jié)金銻合金底座陰極引線(

b)面接觸型11.2

半導(dǎo)體二極管2分類(c)平面型

用于集成電路制作工藝中。PN結(jié)結(jié)面積可大可小，用于高頻整流和開關(guān)電路中。按用途分整流、檢波、穩(wěn)壓、光電二極管等。11.2.2伏安特性硅管0.5V,鍺管0.1V。反向擊穿電壓U(BR)導(dǎo)通壓降

外加電壓大于死區(qū)電壓二極管才能導(dǎo)通。

外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦?。正向特性反向特性特點(diǎn)：非線性硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3VUI死區(qū)電壓PN+–PN–+

反向電流在一定電壓范圍內(nèi)保持常數(shù)。11.2.3主要參數(shù)1.

最大整流電流

IOM二極管長期使用時(shí)，允許流過二極管的最大正向平均電流。2.

反向工作峰值電壓URWM是保證二極管不被擊穿而給出的反向峰值電壓，一般是二極管反向擊穿電壓UBR的一半或三分之二。二極管擊穿后單向?qū)щ娦员黄茐?，甚至過熱而燒壞。3.

反向峰值電流IRM指二極管加最高反向工作電壓時(shí)的反向電流。反向電流大，說明管子的單向?qū)щ娦圆?，IRM受溫度的影響，溫度越高反向電流越大。硅管的反向電流較小，鍺管的反向電流較大，為硅管的幾十到幾百倍。二極管的單向?qū)щ娦?.二極管加正向電壓（正向偏置，陽極接正、陰極接負(fù)）時(shí)，二極管處于正向?qū)顟B(tài)，二極管正向電阻較小，正向電流較大。2.二極管加反向電壓（反向偏置，陽極接負(fù)、陰極接正）時(shí)，二極管處于反向截止?fàn)顟B(tài)，二極管反向電阻較大，反向電流很小。

3.外加電壓大于反向擊穿電壓二極管被擊穿，失去單向?qū)щ娦浴?.二極管的反向電流受溫度的影響，溫度愈高反向電流愈大。

二極管電路分析舉例定性分析：判斷二極管的工作狀態(tài)導(dǎo)通截止否則，正向管壓降硅0.6~0.8V鍺0.2~0.3V

分析方法：將二極管斷開，分析二極管兩端電位的高低或所加電壓UD的正負(fù)。若V陽

>V陰或UD為正(正向偏置)，二極管導(dǎo)通若V陽

<V陰或UD為負(fù)(反向偏置)，二極管截止

若二極管是理想的，正向?qū)〞r(shí)正向管壓降為零，反向截止時(shí)二極管相當(dāng)于斷開。電路如圖，求：UABV陽

=－6VV陰=－12VV陽>V陰二極管導(dǎo)通若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB=－6V否則，UAB低于－6V一個(gè)管壓降，為－6.3Ｖ或－6.7V例1：

取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。D6V12V3k

BAUAB+–兩個(gè)二極管的陰極接在一起取B點(diǎn)作參考點(diǎn)，斷開二極管，分析二極管陽極和陰極的電位。V1陽

=－6V，V2陽=0V，V1陰

=V2陰=－12VUD1=6V，UD2=12V

∵

UD2>UD1

∴D2優(yōu)先導(dǎo)通，D1截止。若忽略管壓降，二極管可看作短路，UAB

=0V例2:D1承受反向電壓為－6V流過D2

的電流為求：UAB

在這里，D2起鉗位作用，D1起隔離作用。BD16V12V3k

AD2UAB+–ui>8V，二極管導(dǎo)通，可看作短路uo=8V

ui<8V，二極管截止，可看作開路uo=ui已知：二極管是理想的，試畫出uo

波形。8V例3：二極管的用途：

整流、檢波、限幅、鉗位、開關(guān)、元件保護(hù)、溫度補(bǔ)償?shù)取i18V參考點(diǎn)二極管陰極電位為8VD8VRuoui++––動(dòng)畫11.3

特殊二極管1.符號(hào)UZIZIZM

UZ

IZ2.伏安特性

穩(wěn)壓管正常工作時(shí)加反向電壓使用時(shí)要加限流電阻

穩(wěn)壓管反向擊穿后，電流變化很大，但其兩端電壓變化很小，利用此特性，穩(wěn)壓管在電路中可起穩(wěn)壓作用。_+UIO11.3.1

穩(wěn)壓二極管3.主要參數(shù)(1)穩(wěn)定電壓UZ

穩(wěn)壓管正常工作(反向擊穿)時(shí)管子兩端的電壓。(2)電壓溫度系數(shù)

ｕ環(huán)境溫度每變化1

C引起穩(wěn)壓值變化的百分?jǐn)?shù)。(3)動(dòng)態(tài)電阻(4)穩(wěn)定電流IZ、最大穩(wěn)定電流IZM(5)最大允許耗散功率PZM=UZIZMrZ愈小，曲線愈陡，穩(wěn)壓性能愈好。11.3.2、發(fā)光二極管一種將電能轉(zhuǎn)換成光能的固體器件，簡稱LED。符號(hào)抗振動(dòng)和抗沖擊能力強(qiáng)、亮度高、清晰度高、電壓低（1.5—3V）、反應(yīng)快、體積小、可靠性高、壽命長，常用于信號(hào)指示、數(shù)字和字符顯示。11.3特殊二極管

發(fā)光二極管當(dāng)PN結(jié)加正向電壓時(shí)，電子和空穴復(fù)合過程以光的形式放出能量。不同材料制成，會(huì)發(fā)出不同顏色的光。11.3.3光電二極管光電二極管工作原理恰好與發(fā)光二極管相反。符號(hào)光電二極管11.3特殊二極管

在PN結(jié)兩端加反向電壓時(shí)反向電流會(huì)增加，反向電流的大小與光照度成正比，所以光電二極管正常工作時(shí)所加的電壓為反向電壓。反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而上升低頻小功率大功率貼片光敏高頻11.4

半導(dǎo)體晶體管11.4

半導(dǎo)體晶極管（b）鍺材料晶體管結(jié)構(gòu)（a）硅材料晶體管結(jié)構(gòu)1基本結(jié)構(gòu)和類型11.4

半導(dǎo)體晶極管11.4.1基本結(jié)構(gòu)和類型NNP基極發(fā)射極集電極NPN型BECBECPNP型PPN基極發(fā)射極集電極符號(hào)：BECIBIEICBECIBIEICNPN型三極管PNP型三極管基區(qū)：最薄，摻雜濃度最低發(fā)射區(qū)：摻雜濃度最高發(fā)射結(jié)集電結(jié)BECNNP基極發(fā)射極集電極結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：集電區(qū)：面積最大11.4.2電流放大原理1.三極管放大的外部條件BECNNPEBRBECRC發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏PNP發(fā)射結(jié)正偏VB<VE集電結(jié)反偏

VC<VB從電位的角度看：

NPN

發(fā)射結(jié)正偏VB>VE集電結(jié)反偏VC>VB

2.各電極電流關(guān)系及電流放大作用三極管實(shí)驗(yàn)放大電路設(shè)EC=6V,改變可變電阻RB，則基極電流IB、集電極電流IC和發(fā)射極電流IE都發(fā)生變化，測(cè)量結(jié)果如下所示。ICEBmA

ARBIBEC––++IEmA2.各電極電流關(guān)系及電流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05結(jié)論:1）三電極電流關(guān)系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）

IC

IB

把基極電流的微小變化能夠引起集電極電流較大變化的特性稱為晶體管的電流放大作用。

實(shí)質(zhì):用一個(gè)微小電流的變化去控制一個(gè)較大電流的變化，是CCCS器件。3.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律BECNNPEBRBECIEIBEICEICBO

基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴(kuò)散可忽略。

發(fā)射結(jié)正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴(kuò)散，形成發(fā)射極電流IE。

進(jìn)入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成電流IBE，多數(shù)擴(kuò)散到集電結(jié)。從基區(qū)擴(kuò)散來的電子作為集電結(jié)的少子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICE。

集電結(jié)反偏，有少子形成的反向電流ICBO。3.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律IC=ICE+ICBO

ICEICIBBECNNPEBRBECIEIBEICEICBOIB=IBE-ICBO

IBEICE與IBE之比稱為共發(fā)射極電流放大倍數(shù)集－射極穿透電流,溫度

ICEO

(常用公式)若IB=0,則

IC

ICE01為什么晶體管的基區(qū)摻雜濃度小而且做得很??？2晶體管的發(fā)射極和集電極能否互換使用，為什么？？11.4.3

特性曲線

即管子各電極電壓與電流的關(guān)系曲線，是管子內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)的外部表現(xiàn)，反映了晶體管的性能，是分析放大電路的依據(jù)。為什么要研究特性曲線：

1）直觀地分析管子的工作狀態(tài)

2）合理地選擇偏置電路的參數(shù)，設(shè)計(jì)性能良好的電路

重點(diǎn)討論應(yīng)用最廣泛的共發(fā)射極接法的特性曲線發(fā)射極是輸入回路、輸出回路的公共端共發(fā)射極電路輸入回路輸出回路

測(cè)量晶體管特性的實(shí)驗(yàn)線路ICEBmA

AVUCEUBERBIBECV++––––++1.

輸入特性特點(diǎn):非線性死區(qū)電壓：硅管0.5V，鍺管0.1V。正常工作時(shí)發(fā)射結(jié)電壓：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型鍺管

UBE0.2~0.3VIB(

A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO2.輸出特性IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大區(qū)輸出特性曲線通常分三個(gè)工作區(qū)：(1)放大區(qū)

在放大區(qū)有IC=

IB

，也稱為線性區(qū)，具有恒流特性。

在放大區(qū)，發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于放大狀態(tài)。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止區(qū)IB<0以下區(qū)域?yàn)榻刂箙^(qū)，有IC0

。

在截止區(qū)發(fā)射結(jié)處于反向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，晶體管工作于截止?fàn)顟B(tài)。截止區(qū)ECRBEBRCT++––++–UBEUCE–ICIBIEIB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O飽和區(qū)（3）飽和區(qū)

當(dāng)UCE

UBE時(shí)，晶體管工作于飽和狀態(tài)。在飽和區(qū)，

IB

IC，發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)也處于正偏。

深度飽和時(shí),硅管UCES0.3V，鍺管UCES0.1V。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O飽和區(qū)ECRBEBRCT++––++–UBEUCE–ICIBIE11.4.4

主要參數(shù)1.電流放大系數(shù)，

直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)當(dāng)晶體管接成發(fā)射極電路時(shí)，

表示晶體管特性的數(shù)據(jù)稱為晶體管的參數(shù)，晶體管的參數(shù)也是設(shè)計(jì)電路、選用晶體管的依據(jù)。注意：

和

的含義不同，但在特性曲線近于平行等距并且ICE0較小的情況下，兩者數(shù)值接近。常用晶體管的

值在20~200之間。例：在UCE=6V時(shí)，在Q1點(diǎn)IB=40A,IC=1.5mA；

在Q2點(diǎn)IB=60A,IC=2.3mA。在以后的計(jì)算中，一般作近似處理：

=。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1點(diǎn)，有由Q1和Q2點(diǎn)，得2.集-基極反向截止電流ICBO

ICBO是由少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)所形成的電流，受溫度的影響大。溫度

ICBO

ICBO

A+–EC3.集-射極反向截止電流(穿透電流)ICEO

AICEOIB=0+–

ICEO受溫度的影響大。溫度

ICEO

，所以IC也相應(yīng)增加。三極管的溫度特性較差。4.

集電極最大允許電流ICM5.

集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO

集電極電流IC上升會(huì)導(dǎo)致三極管的

值的下降，當(dāng)

值下降到正常值的三分之二時(shí)的集電極電流即為ICM。

當(dāng)集—射極之間的電壓UCE超過一定的數(shù)值時(shí)，三極管就會(huì)被擊穿。手冊(cè)上給出的數(shù)值是25C、基極開路時(shí)的擊穿電壓U(BR)

CEO。6.

集電極最大允許耗散功耗PCMPCM取決于三極管允許的溫升，消耗功率過大，溫升過高會(huì)燒壞三極管。

PC

PCM=ICUCE

硅管允許結(jié)溫約為150C，鍺管約為70

90C。ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)由三個(gè)極限參數(shù)可畫出三極管的安全工作區(qū)ICUCEO11.5光電晶體管和光電耦合器將光電二極管與晶體管結(jié)合并引出集電極和發(fā)射極即成為光電三極管。（a）等效電路（b）符號(hào)（c）外形11.5.1光電晶體管光電晶體管用光的照度來控制集電極電流的大小，其輸出特性曲線與普通晶體管的輸出特性曲線相類似，基極電流IB用入射光照度E控制。11.5光電晶體管和光電耦合器光電三極管的輸出特性曲線無光照時(shí)的集電極電流ICEO稱為暗電流，有光照時(shí)的集電極電流稱為光電流。

11.5.1光電晶體管11.5.2光電耦合器光耦合器原理圖11.6

場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管是利用電場(chǎng)效應(yīng)來控制電流的一種半導(dǎo)體器件，即是電壓控制元件。它的輸出電流決定于輸入電壓的大小，基本上不需要信號(hào)源提供電流，所以它的輸入電阻高，且溫度穩(wěn)定性好。結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)不同場(chǎng)效應(yīng)管有兩種:絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管本節(jié)僅介紹絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管按工作狀態(tài)可分為：增強(qiáng)型和耗盡型兩類每類又有N溝道和P溝道之分11.6.1

增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管漏極D柵極和其它電極及硅片之間是絕緣的，稱絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。金屬電極(1)

N溝道增強(qiáng)型管的結(jié)構(gòu)柵極G源極S1.N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管SiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)GSD符號(hào)：由于柵極是絕緣的，柵極電流幾乎為零，輸入電阻很高，最高可達(dá)1014

。漏極D金屬電極柵極G源極SSiO2絕緣層P型硅襯底

高摻雜N區(qū)由于金屬柵極和半導(dǎo)體之間的絕緣層目前常用二氧化硅，故又稱金屬-氧化物-半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管，簡稱MOS場(chǎng)效應(yīng)管。(2)N溝道增強(qiáng)型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–

由結(jié)構(gòu)圖可見，N+型漏區(qū)和N+型源區(qū)之間被P型襯底隔開，漏極和源極之間是兩個(gè)背靠背的PN結(jié)。

當(dāng)柵源電壓UGS=0時(shí)，不管漏極和源極之間所加電壓的極性如何，其中總有一個(gè)PN結(jié)是反向偏置的，反向電阻很高，漏極電流近似為零。SDEGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–

當(dāng)UGS>0時(shí)，P型襯底中的電子受到電場(chǎng)力的吸引到達(dá)表層，填補(bǔ)空穴形成負(fù)離子的耗盡層；N型導(dǎo)電溝道在漏極電源的作用下將產(chǎn)生漏極電流ID，管子導(dǎo)通。當(dāng)UGS>UGS（th）時(shí)，將出現(xiàn)N型導(dǎo)電溝道，將D-S連接起來。UGS愈高，導(dǎo)電溝道愈寬。(2)N溝道增強(qiáng)型管的工作原理EGP型硅襯底N+N+GSD+–UGSED+–N型導(dǎo)電溝道當(dāng)UGS

UGS(th）后，場(chǎng)效應(yīng)管才形成導(dǎo)電溝道，開始導(dǎo)通，若漏–源之間加上一定的電壓UDS，則有漏極電流ID產(chǎn)生。在一定的UDS下漏極電流ID的大小與柵源電壓UGS有關(guān)。所以，場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制電流的器件。在一定的漏–源電壓UDS下，使管子由不導(dǎo)通變?yōu)閷?dǎo)通的臨界柵源電壓稱為開啟電壓UGS(th）。(2)N溝道增強(qiáng)型管的工作原理(3)

特性曲線有導(dǎo)電溝道轉(zhuǎn)移特性曲線無導(dǎo)電溝道開啟電壓UGS(th）UDSUGS/ID/mAUDS/VoUGS=1VUGS=2VUGS=3VUGS=4V漏極特性曲線恒流區(qū)可變電阻區(qū)截止區(qū)N型襯底P+P+GSD符號(hào)：結(jié)構(gòu)2.P溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管

SiO2絕緣層加電壓才形成

P型導(dǎo)電溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管只有當(dāng)UGS

UGS(th）時(shí)才形成導(dǎo)電溝道。11.6.2耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管GSD符號(hào)：如果MOS管在制造時(shí)導(dǎo)電溝道就已形成，稱為耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管。1N溝道耗盡型管SiO2絕緣層中摻有正離子予埋了N型導(dǎo)電溝道由于耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管預(yù)埋了導(dǎo)電溝道，所以在UGS=0時(shí)，若漏–源之間加上一定的電壓UDS，也會(huì)有漏極電流ID產(chǎn)生。當(dāng)UGS>0時(shí)，使導(dǎo)電溝道變寬，ID增大；當(dāng)UGS<0時(shí)，使導(dǎo)電溝道變窄，ID減??；UGS負(fù)值愈高，溝道愈窄，ID就愈小。

當(dāng)UGS達(dá)到一定負(fù)值時(shí)，N型導(dǎo)電溝道消失，ID=0，稱為場(chǎng)效應(yīng)管處于夾斷狀態(tài)（即截止）。這時(shí)的UGS稱為夾斷電壓，用UGS(off）表示。

這時(shí)的漏極電流用

IDSS表示，稱為飽和漏極電流。11.6.2耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管2耗盡型N溝道MOS管的特性曲線夾斷電壓耗盡型的MOS管UGS=0時(shí)就有導(dǎo)電溝道，加反向電壓到一定值時(shí)才能夾斷。

UGS(off)轉(zhuǎn)移特性曲線0ID/mA

UGS/V-1-2-348121612UDS=常數(shù)UDSUGS=0UGS<0UGS>0漏極特性曲線0ID/mA16201248121648IDSS2P溝道耗盡型管符號(hào)：GSD予埋了P型導(dǎo)電溝道SiO2絕緣層中摻有負(fù)離子耗盡型GSDGSD增強(qiáng)型N溝道P溝道GSDGSDN溝道P溝道G、S之間加一定電壓才形成導(dǎo)電溝道在制造時(shí)就具有原始導(dǎo)電溝道11.6.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)(1)開啟電壓UGS(th)：是增強(qiáng)型MOS管的參數(shù)(2)夾斷電壓UGS(off)：(3)飽和漏電流IDSS：是結(jié)型和耗盡型MOS管的參數(shù)(4)低頻跨導(dǎo)gm：表示柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力極限參數(shù)：最大漏極電流、耗散功率、擊穿電壓。場(chǎng)效應(yīng)管與晶體管的比較電流控制電壓控制控制方式電子和空穴兩種載流子同時(shí)參與導(dǎo)電載流子電子或空穴中一種載流子參與導(dǎo)電類型

NPN和PNPN溝道和P溝道放大參數(shù)

rce很高

rds很高

輸出電阻輸入電阻較低較高雙極型三極管單極型場(chǎng)效應(yīng)管熱穩(wěn)定性差好制造工藝較復(fù)雜簡單，成本低對(duì)應(yīng)電極

B—E—C

G—S—D第12章基本放大電路12.1

共發(fā)射極放大電路12.2

靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定12.5

多級(jí)放大電路12.8

功率放大電路12.4

場(chǎng)效應(yīng)晶體管放大電路12.7

差分放大電路12.3

共集電極放大電路12.6

放大電路的頻率特性本章要求：1.理解單管交流放大電路的放大作用和共發(fā)射極、共集電極放大電路的性能特點(diǎn)。掌握靜態(tài)工作點(diǎn)的估算方法和放大電路的微變等效電路分析法。3.了解共基極放大電路的性能特點(diǎn)；了解放大電路輸入、輸出電阻和多級(jí)放大的概念，了解放大電路的頻率特性、互補(bǔ)功率放大電路的工作原理。了解場(chǎng)效應(yīng)管的電流放大作用、主要參數(shù)的意義。了解差動(dòng)放大電路的工作原理和性能特點(diǎn)。第12章基本放大電路放大的概念:

放大的目的是將微弱的變化信號(hào)放大成較大的信號(hào)。

放大的實(shí)質(zhì):

用小能量的信號(hào)通過三極管的電流控制作用，將放大電路中直流電源的能量轉(zhuǎn)化成交流能量輸出。

對(duì)放大電路的基本要求：

1.要有足夠的放大倍數(shù)(電壓、電流、功率)。

2.盡可能小的波形失真。另外還有輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等其它技術(shù)指標(biāo)。

本章主要討論電壓放大電路，同時(shí)介紹功率放大電路。12.1

共發(fā)射極放大電路

12.1.1共發(fā)射極放大電路組成共發(fā)射極放大電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE晶體管T--放大元件,iC=iB。要保證集電結(jié)反偏,發(fā)射結(jié)正偏,使晶體管工作在放大區(qū)?；鶚O電源EB與基極電阻RB--使發(fā)射結(jié)處于正偏，并提供大小適當(dāng)?shù)幕鶚O電流。共發(fā)射極基本放大電路（固定偏置放大電路）ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE12.1.1共發(fā)射極放大電路組成集電極電源EC--為電路提供能量。并保證集電結(jié)反偏。集電極電阻RC--將變化的電流轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓碾妷?。耦合電容C1、C2--隔離輸入、輸出與放大電路直流的聯(lián)系，同時(shí)使信號(hào)順利輸入、輸出。信號(hào)源負(fù)載共發(fā)射極基本電路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE12.1.1共發(fā)射極放大電路組成單電源供電時(shí)常用的畫法共發(fā)射極基本電路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE12.1.1共發(fā)射極放大電路組成12.1.2共發(fā)射極放大電路的工作原理UBEIBICUCE無輸入信號(hào)(ui

=0)時(shí):uo=0uBE=UBEuCE=UCE+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOICUCEOIBUBEO結(jié)論：(1)無輸入信號(hào)電壓時(shí)，三極管各電極都是恒定的電壓和電流:IB、UBE和

IC、UCE

。

(IB、UBE)

和(IC、UCE)分別對(duì)應(yīng)于輸入、輸出特性曲線上的一個(gè)點(diǎn)，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)。QIBUBEQUCEICUBEIB無輸入信號(hào)(ui

=0)時(shí):uo=0uBE=UBEuCE=UCE？有輸入信號(hào)(ui

≠0)時(shí)uCE=UCC－iC

RCuo

0uBE=UBE+uiuCE=UCE+uoIC+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO12.1.2共發(fā)射極放大電路的工作原理結(jié)論：(2)加上輸入信號(hào)電壓后，各電極電流和電壓的大小均發(fā)生了變化，都在直流量的基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)交流量，但方向始終不變。+集電極電流直流分量交流分量動(dòng)態(tài)分析iCtOiCtICOiCticO靜態(tài)分析結(jié)論：(3)若參數(shù)選取得當(dāng)，輸出電壓可比輸入電壓大，即電路具有電壓放大作用。(4)輸出電壓與輸入電壓在相位上相差180°，即共發(fā)射極電路具有反相作用。uitOuotO1.實(shí)現(xiàn)放大的條件(1)晶體管必須工作在放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。(2)正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)，使晶體管工作于放大區(qū)。(3)輸入回路將變化的電壓轉(zhuǎn)化成變化的基極電流。(4)輸出回路將變化的集電極電流轉(zhuǎn)化成變化的集電極電壓，經(jīng)電容耦合只輸出交流信號(hào)。2.直流通路和交流通路

因電容對(duì)交、直流的作用不同。在放大電路中如果電容的容量足夠大，可以認(rèn)為它對(duì)交流分量不起作用，即對(duì)交流短路。而對(duì)直流可以看成開路。這樣，交直流所走的通路是不同的。直流通路：無信號(hào)時(shí)電流（直流電流）的通路，用來計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。交流通路：有信號(hào)時(shí)交流分量（變化量）的通路，用來計(jì)算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)參數(shù)。例：畫出下圖放大電路的直流通路直流通路直流通路用來計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)Q(IB

、IC

、UCE)對(duì)直流信號(hào)電容C可看作開路（即將電容斷開）斷開斷開+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiERBRCuiuORLRSes++–+––對(duì)交流信號(hào)(有輸入信號(hào)ui時(shí)的交流分量)XC0，C可看作短路。忽略電源的內(nèi)阻，電源的端電壓恒定，直流電源對(duì)交流可看作短路。短路短路對(duì)地短路交流通路

用來計(jì)算電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)參數(shù)。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE12.1.3

放大電路的分析靜態(tài)：放大電路無信號(hào)輸入（ui

=0）時(shí)的工作狀態(tài)。分析方法：估算法、圖解法。分析對(duì)象：各極電壓電流的直流分量。所用電路：放大電路的直流通路。設(shè)置Q點(diǎn)的目的：

(1)

使放大電路的放大信號(hào)不失真；

(2)

使放大電路工作在較佳的工作狀態(tài)，靜態(tài)是動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)。——靜態(tài)工作點(diǎn)Q：IB、IC、UCE

。靜態(tài)分析：確定放大電路的靜態(tài)值。一、

放大電路的靜態(tài)分析1

用估算法確定靜態(tài)值1）直流通路估算IB根據(jù)電流放大作用2）由直流通路估算UCE、IC當(dāng)UBE<<UCC時(shí)，+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB由KVL:UCC=IBRB+

UBE由KVL:UCC=ICRC+

UCE所以UCE=UCC–

ICRC例1：用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。已知：UCC=12V，RC=4k

，RB=300k，

=37.5。解：注意：電路中IB

和IC

的數(shù)量級(jí)不同+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB例2：用估算法計(jì)算圖示電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

由例1、例2可知，當(dāng)電路不同時(shí)，計(jì)算靜態(tài)值的公式也不同。由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB2

用圖解法確定靜態(tài)值用作圖的方法確定靜態(tài)值步驟：

1.用估算法確定IB優(yōu)點(diǎn)：

能直觀地分析和了解靜態(tài)值的變化對(duì)放大電路的影響。2.由輸出特性確定IC

和UCCUCE

=UCC–ICRC+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIB直流負(fù)載線方程2

用圖解法確定靜態(tài)值

直流負(fù)載線斜率ICQUCEQUCCUCE

=UCC–ICRCUCE/VIC/mA直流負(fù)載線Q由IB確定的那條輸出特性與直流負(fù)載線的交點(diǎn)就是Q點(diǎn)O二、

放大電路的動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)：放大電路有信號(hào)輸入（ui

0）時(shí)的工作狀態(tài)。分析方法：

微變等效電路法，圖解法。所用電路：

放大電路的交流通路。動(dòng)態(tài)分析:

計(jì)算電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。分析對(duì)象：

各極電壓和電流的交流分量。目的：

找出Au、ri、ro與電路參數(shù)的關(guān)系，為設(shè)計(jì)打基礎(chǔ)。1微變等效電路法

微變等效電路：把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個(gè)線性電路。即把非線性的晶體管線性化，等效為一個(gè)線性元件。線性化的條件：晶體管在小信號(hào)（微變量）情況下工作。因此，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近小范圍內(nèi)的特性曲線可用直線近似代替。微變等效電路法：利用放大電路的微變等效電路分析計(jì)算放大電路電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro等。

晶體管的微變等效電路可從晶體管特性曲線求出。

當(dāng)信號(hào)很小時(shí)，在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的輸入特性在小范圍內(nèi)可近似線性化。（1）晶體管的微變等效電路

UBE

IB對(duì)于小功率三極管：rbe一般為幾百歐到幾千歐。1微變等效電路法(a)輸入回路Q輸入特性晶體管的輸入電阻

晶體管的輸入回路(B、E之間)可用rbe等效代替，即由rbe來確定ube和ib之間的關(guān)系。IBUBEO(b)輸出回路rce愈大，恒流特性愈好因rce阻值很高，一般忽略不計(jì)。晶體管的輸出電阻輸出特性ICUCEQ

輸出特性在線性工作區(qū)是一組近似等距的平行直線。晶體管的電流放大系數(shù)

晶體管的輸出回路(C、E之間)可用一受控電流源ic=ib等效代替，即由

來確定ic和ib之間的關(guān)系。

一般在20～200之間，在手冊(cè)中常用hfe表示。OibicicBCEibib晶體三極管微變等效電路ube+-uce+-ube+-uce+-（1）晶體管的微變等效電路rbeBEC

晶體管的B、E之間可用rbe等效代替。

晶體管的C、E之間可用一受控電流源ic=ib等效代替。（2）放大電路的微變等效電路

將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii交流通路微變等效電路RBRCuiuORL++--RSeS+-ibicBCEii

分析時(shí)假設(shè)輸入為正弦交流，所以等效電路中的電壓與電流可用相量表示。微變等效電路（2）放大電路的微變等效電路

將交流通路中的晶體管用晶體管微變等效電路代替即可得放大電路的微變等效電路。ibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSiirbeRBRCRLEBC+-+-+-RS1）電壓放大倍數(shù)的計(jì)算當(dāng)放大電路輸出端開路(未接RL)時(shí)，因rbe與IE有關(guān)，故放大倍數(shù)與靜態(tài)IE有關(guān)。負(fù)載電阻愈小，放大倍數(shù)愈小。

式中的負(fù)號(hào)表示輸出電壓的相位與輸入相反。例1：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS（3）放大電路的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算

1）電壓放大倍數(shù)的計(jì)算rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE例2：

由例1、例2可知，當(dāng)電路不同時(shí)，計(jì)算電壓放大倍數(shù)Au

的公式也不同。要根據(jù)微變等效電路找出ui與ib的關(guān)系、uo與ic

的關(guān)系。2）放大電路輸入電阻的計(jì)算放大電路對(duì)信號(hào)源(或?qū)η凹?jí)放大電路)來說，是一個(gè)負(fù)載，可用一個(gè)電阻來等效代替。這個(gè)電阻是信號(hào)源的負(fù)載電阻,也就是放大電路的輸入電阻。定義：

輸入電阻是對(duì)交流信號(hào)而言的，是動(dòng)態(tài)電阻。+-信號(hào)源Au放大電路+-輸入電阻是表明放大電路從信號(hào)源吸取電流大小的參數(shù)。電路的輸入電阻愈大，從信號(hào)源取得的電流愈小，因此一般總是希望得到較大的輸入電阻。放大電路信號(hào)源+-+-rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE

例2：rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS例1：riri3）放大電路輸出電阻的計(jì)算放大電路對(duì)負(fù)載(或?qū)蠹?jí)放大電路)來說，是一個(gè)信號(hào)源，可以將它進(jìn)行戴維寧等效，等效電源的內(nèi)阻即為放大電路的輸出電阻。+_RLro+_定義：

輸出電阻是動(dòng)態(tài)電阻，與負(fù)載無關(guān)。

輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載能力的參數(shù)。電路的輸出電阻愈小，負(fù)載變化時(shí)輸出電壓的變化愈小，因此一般總是希望得到較小的輸出電阻。RSRL+_Au放大電路+_rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS共射極放大電路特點(diǎn)：

1.放大倍數(shù)高;2.輸入電阻低;3.輸出電阻高.例3：求ro的步驟：1)

斷開負(fù)載RL3)外加電壓4)求外加2)令或rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加例4：求ro的步驟：1)

斷開負(fù)載RL3)外加電壓4)求2)令或2動(dòng)態(tài)分析圖解法QuCE/VttiB/

AIBtiC/mAICiB/

AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoRL=

由uo和ui的峰值（或峰峰值）之比可得放大電路的電壓放大倍數(shù)。非線性失真

如果Q設(shè)置不合適，晶體管進(jìn)入截止區(qū)或飽和區(qū)工作，將造成非線性失真。若Q設(shè)置過高，

晶體管進(jìn)入飽和區(qū)工作，造成飽和失真。Q2uo

適當(dāng)減小基極電流可消除失真。UCEQuCE/VttiC/mAICiC/mAuCE/VOOOQ1非線性失真若Q設(shè)置過低，動(dòng)畫

晶體管進(jìn)入截止區(qū)工作，造成截止失真。

適當(dāng)增加基極電流可消除失真。uiuotiB/

AiB/

AuBE/VtuBE/VUBEOOOQQuCE/VtiC/mAuCE/VOOUCE

如果Q設(shè)置合適，信號(hào)幅值過大也可產(chǎn)生失真，減小信號(hào)幅值可消除失真。12.2

靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

合理設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)是保證放大電路正常工作的先決條件。但是放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)常因外界條件的變化而發(fā)生變動(dòng)。

前述的固定偏置放大電路，簡單、容易調(diào)整，但在溫度變化、三極管老化、電源電壓波動(dòng)等外部因素的影響下，將引起靜態(tài)工作點(diǎn)的變動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)將使放大電路不能正常工作，其中影響最大的是溫度的變化。12.2.1靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定原理

在固定偏置放大電路中，當(dāng)溫度升高時(shí)，UBE

、

、ICBO

。

上式表明，當(dāng)UCC和

RB一定時(shí)，IC與UBE、

以及ICEO有關(guān)，而這三個(gè)參數(shù)隨溫度而變化。溫度升高時(shí)，

IC將增加，使Q點(diǎn)沿負(fù)載線上移。1溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)影響iCuCEQ溫度升高時(shí)，輸出特性曲線上移Q′

固定偏置電路的工作點(diǎn)Q點(diǎn)是不穩(wěn)定的，為此需要改進(jìn)偏置電路。當(dāng)溫度升高使IC

增加時(shí)，能夠自動(dòng)減少IB，從而抑制Q點(diǎn)的變化，保持Q點(diǎn)基本穩(wěn)定。結(jié)論：

當(dāng)溫度升高時(shí)，

IC將增加，使Q點(diǎn)沿負(fù)載線上移，容易使晶體管T進(jìn)入飽和區(qū)造成飽和失真，甚至引起過熱燒壞三極管。O2.穩(wěn)定Q點(diǎn)的原理

基極電位基本恒定，不隨溫度變化。VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–分壓式偏置放大電路Q點(diǎn)穩(wěn)定的過程VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–TUBEIBICVEICVB固定

RE：溫度補(bǔ)償電阻

對(duì)直流：RE越大,穩(wěn)定Q點(diǎn)效果越好；

對(duì)交流：RE越大,交流損失越大,為避免交流損失加旁路電容CE。從Q點(diǎn)穩(wěn)定的角度來看似乎I2、VB越大越好。但I(xiàn)2越大，RB1、RB2必須取得較小，將增加損耗，降低輸入電阻。而VB過高必使VE也增高，在UCC一定時(shí)，勢(shì)必使UCE減小，從而減小放大電路輸出電壓的動(dòng)態(tài)范圍。在估算時(shí)一般選?。篒2=(5~10)IB，VB=(5~10)UBE，RB1、RB2的阻值一般為幾十千歐。參數(shù)的選擇VEVBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–1.靜態(tài)分析VBRB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–12.2.2分壓式偏置放大電路的分析

VBRB1RCRB2REI1I2IB+UCCIC直流通路圖

1.靜態(tài)分析估算法:12.2.2分壓式偏置放大電路的分析

VBRB1RCRB2REI1I2IB+UCCICUCE+-IE2.動(dòng)態(tài)分析對(duì)交流：旁路電容CE

將RE

短路，RE不起作用，Au，ri，ro與固定偏置電路相同。旁路電容RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–rbeRB2RCRLEBC+-+-+-RSRB1rbeRB2RCRLEBC+-+-+-RSRB1RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–

去掉CE后的微變等效電路短路對(duì)地短路如果去掉CE，Au，ri，ro

?rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE1）電壓放大倍數(shù)的計(jì)算rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRErbeRBRCRLEBC+-+-+-RSREri無旁路電容CE有旁路電容CEAu減小分壓式偏置電路ri提高ro不變對(duì)信號(hào)源電壓的放大倍數(shù)？信號(hào)源考慮信號(hào)源內(nèi)阻RS時(shí)RB1RCC1C2RB2CERERL++++UCCuiuo++––RSeS+–例1:

在圖示放大電路中，已知UCC=12V,RC=6kΩ,RE=300Ω，RB1=60kΩ，RB2=20kΩ

RL=6kΩ，晶體管β=50，UBE=0.6V,試求:(1)靜態(tài)工作點(diǎn)IB、IC及

UCE；(2)畫出微變等效電路；(3)輸入電阻ri、ro及Au。RB1RCC1C2RB2CERL++++UCCuiuo++––RE+-RS解:(1)由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)。直流通路RB1RCRB2+UCCRE+–UCEIEIBICVB(2)由微變等效電路求Au、ri、ro。微變等效電路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RS(2)由微變等效電路求Au、ri

、

ro。微變等效電路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE12.3

共集電極放大電路

因?qū)涣餍盘?hào)而言，集電極是輸入與輸出回路的公共端，所以是共集電極放大電路。因從發(fā)射極輸出，所以稱射極輸出器。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS電路的組成求Q點(diǎn)：直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBICRB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS12.3.1靜態(tài)分析12.3.2動(dòng)態(tài)分析（1）電壓放大倍數(shù)

電壓放大倍數(shù)Au

1且輸入輸出同相，輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。微變等效電路rbeRBRLEBC+-+-+-RSRErbeRBRLEBC+-+-+-RSRE（2）輸入電阻

射極輸出器的輸入電阻高，對(duì)前級(jí)有利。

ri與負(fù)載有關(guān)rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE外加求ro的步驟：1)

斷開負(fù)載RL3)外加電壓4)求2)令或（3）輸出電阻射極輸出器的輸出電阻很小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE共集電極放大電路(射極輸出器)的特點(diǎn)：1.

電壓放大倍數(shù)小于1，約等于1;2.

輸入電阻高；3.

輸出電阻低；4.輸出與輸入同相。射極輸出器的應(yīng)用主要利用它具有輸入電阻高和輸出電阻低的特點(diǎn)。1.

因輸入電阻高，它常被用在多級(jí)放大電路的第一級(jí)，可以提高輸入電阻，減輕信號(hào)源負(fù)擔(dān)。2.

因輸出電阻低，它常被用在多級(jí)放大電路的末級(jí)，可以降低輸出電阻，提高帶負(fù)載能力。3.

利用ri大、ro小以及Au

1的特點(diǎn)，也可將射極輸出器放在放大電路的兩級(jí)之間，起到阻抗匹配作用，這一級(jí)射極輸出器稱為緩沖級(jí)或中間隔離級(jí)。例1:.

在圖示放大電路中，已知UCC=12V,RE=2kΩ,

RB=200kΩ，RL=2kΩ，晶體管β=60，UBE=0.6V,信號(hào)源內(nèi)阻RS=100Ω，試求:(1)

靜態(tài)工作點(diǎn)IB、IE及UCE；(2)

畫出微變等效電路；(3)

Au、ri和ro。RB+UCCC1C2RERLui+–uo+–++es+–RS解:(1)由直流通路求靜態(tài)工作點(diǎn)。直流通路+UCCRBRE+–UCE+–UBEIEIBIC(2)由微變等效電路求Au、ri

、

ro。rbeRBRLEBC+-+-+-RSRE微變等效電路12.4

場(chǎng)效應(yīng)管放大電路

場(chǎng)效應(yīng)晶體管具有輸入電阻高、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，常用于多級(jí)放大電路的輸入級(jí)以及要求噪聲低的放大電路。

場(chǎng)效應(yīng)管的源極、漏極、柵極相當(dāng)于雙極型晶體管的發(fā)射極、集電極、基極。

場(chǎng)效應(yīng)管的共源極放大電路和源極輸出器與雙極型晶體管的共發(fā)射極放大電路和射極輸出器在結(jié)構(gòu)上也相類似。

場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的分析與雙極型晶體管放大電路一樣，包括靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析。12.4.1

自給偏壓式偏置電路

柵源電壓UGS是由場(chǎng)效應(yīng)管自身的電流提供的，故稱自給偏壓。UGS

=–RSIS

=–RSID+UDD

RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuoIS

+_UGST為N溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管

增強(qiáng)型MOS管因UGS=0時(shí)，ID

0，故不能采用自給偏壓式電路。+UDD

RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuoIS

+_UGS靜態(tài)分析可以用估算法或圖解法(

略)估算法：UGS

=–RSID將已知的UGS(off)、IDSS代入上兩式，解出UGS、ID;由UDS=

UDD–ID(RD+RS)解出UDS列出靜態(tài)時(shí)的關(guān)系式

對(duì)增強(qiáng)型MOS管構(gòu)成的放大電路需用圖解法來確定靜態(tài)值。+UDD

RSCSC2C1RDRG+T+_+_uiuoIS

+_UGS例：已知UDD=20V、RD=3k

、RS=1k

、RG=500k

、UGS(off)=–4V、IDSS=8mA，確定靜態(tài)工作點(diǎn)。解：用估算法UGS

=–1

IDUDS=20

–2（3+1）=12V列出關(guān)系式解出UGS1=

–2V、UGS2=

–8V、ID1=2mA、ID2=8mA因UGS2<UGS(off)故舍去，所求靜態(tài)解為UGS=

–2VID=2mA、12.4.2

分壓式偏置放大電路(1)

靜態(tài)分析+–+UDD

RSCSC2C1RG1RDRG2RG++–RLuiuo估算法：將已知的UGS(off)、IDSS代入上兩式，解出UGS、ID;由UDS=

UDD–ID(RD+RS)解出UDS列出靜態(tài)時(shí)的關(guān)系式流過

RG的電流為零(2)

動(dòng)態(tài)分析電壓放大倍數(shù)RG1RDRG2RG+–RL+–SDGT交流通路輸入電阻輸出電阻

RG是為了提高輸入電阻ri而設(shè)置的。3.源極輸出器+UDD

RSC2C1RG1RG2RG+–RLuiuo+–+RG1RSRG2RG+–RL+–SDGT+–交流通路電壓放大倍數(shù)特點(diǎn)與晶體管的射極輸出器一樣當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管工作在可變電阻區(qū)時(shí)，漏源電阻：

場(chǎng)效應(yīng)管可看作由柵源電壓控制的可變電阻。UDS－1V－1.5VUGS=－0.5V0ID/mA16201248121648－2V－2.5V|UGS

|愈大，

RDS愈大。N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性12.5

多級(jí)放大電路

耦合方式：信號(hào)源與放大電路之間、兩級(jí)放大電路之間、放大器與負(fù)載之間的連接方式。

常用的耦合方式：直接耦合、阻容耦合和變壓器耦合。動(dòng)態(tài):傳送信號(hào)減少壓降損失靜態(tài)：保證各級(jí)有合適的Q點(diǎn)波形不失真第二級(jí)

推動(dòng)級(jí)

輸入級(jí)

輸出級(jí)輸入輸出多級(jí)放大電路的框圖對(duì)耦合電路的要求阻容耦合第一級(jí)第二級(jí)負(fù)載信號(hào)源兩級(jí)之間通過耦合電容

C2與下級(jí)輸入電阻連接RB1RC1C1C2RB2CE1RE1+++++–RS+–RC2C3CE2RE2RL+++UCC+––T1T2（1）靜態(tài)分析

由于電容有隔直作用，所以每級(jí)放大電路的直流通路互不相通，每級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)互相獨(dú)立，互不影響，可以各級(jí)單獨(dú)計(jì)算。兩級(jí)放大電路均為共發(fā)