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模擬電子技術(shù)教案 信息工程系 目 錄 第一章 常用半導(dǎo)體器件 第一講 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 第二講 半導(dǎo)體二極管 第三講 雙極型晶體管三極管 第四講 場效應(yīng)管 第二章 基本放大電路 第五講 放大電路的主要性能指標(biāo)及基本共射放大電路組成原理 第六講 放大電路的基本分析方法 第七講 放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定 第八講 共集放大電路和共基放大電路 第九講 場效應(yīng)管放大電路 第十講 多級放大電路 第十一講 習(xí)題課 第三章 放大電路的頻率響應(yīng) 第十二講 頻率響應(yīng)概念、RC電路頻率響應(yīng)及晶體管的高頻等效模型 第十三講 共射放大電路的頻率響應(yīng)以及增益帶寬積 第四章 功率放大電路 第十四講 功率放大電路概述和互補功率放大電路 第十五講 改進型OCL電路 第五章 模擬集成電路基礎(chǔ) 第十六講 集成電路概述、電流源電路和有源負(fù)載放大電路 第十七講 差動放大電路 第十八講 集成運算放大電路 第六章 放大電路的反饋 第十九講 反饋的基本概念和判斷方法及負(fù)反饋放大電路的方框圖 第二十講 深度負(fù)反饋放大電路放大倍數(shù)的估算 第二十一講 負(fù)反饋對放大電路的影響 第七章 信號的運算和處理電路 第二十二講 運算電路概述和基本運算電路 第二十三講 模擬乘法器及其應(yīng)用 第二十四講 有源濾波電路 第八章 波形發(fā)生與信號轉(zhuǎn)換電路 第二十五講 振蕩電路概述和正弦波振蕩電路 第二十六講 電壓比較器 第二十七講 非正弦波發(fā)生電路 第二十八講 利用集成運放實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換 第九章 直流電源 第二十九講 直流電源的概述及單相整流電路 第三十講 濾波電路和穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 第三十一講 串聯(lián)型穩(wěn)壓電路 第三十二講 總復(fù)習(xí) 第一章 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 本章主要內(nèi)容 本章重點講述半導(dǎo)體器件的結(jié)構(gòu)原理、外特性、主要參數(shù)及其物理意義，工作狀態(tài)或工作區(qū)的分析。 首先介紹構(gòu)成PN結(jié)的半導(dǎo)體材料、PN結(jié)的形成及其特點。其后介紹二極管、穩(wěn)壓管的伏安特性、電路模型和主要參數(shù)以及應(yīng)用舉例。然后介紹兩種三極管（BJT和FET）的結(jié)構(gòu)原理、伏安特性、主要參數(shù)以及工作區(qū)的判斷分析方法。 本章學(xué)時分配 本章分為4講，每講2學(xué)時。 第一講 常用半導(dǎo)體器件 本講重點 1、PN結(jié)的單向?qū)щ娦裕? 2、PN結(jié)的伏安特性； 本講難點 1、 半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理:兩種載流子參與導(dǎo)電； 2、 摻雜半導(dǎo)體中的多子和少子 3、 PN結(jié)的形成； 教學(xué)組織過程 本講宜教師講授。用多媒體演示半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電機理、PN結(jié)的形成過程及其伏安特性等，便于學(xué)生理解和掌握。 主要內(nèi)容 1、半導(dǎo)體及其導(dǎo)電性能 根據(jù)物體的導(dǎo)電能力的不同，電工材料可分為三類：導(dǎo)體、半導(dǎo)體和絕緣體。半導(dǎo)體可以定義為導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的電工材料，半導(dǎo)體的電阻率為10-3～10-9 Wcm。典型的半導(dǎo)體有硅Si和鍺Ge以及砷化鎵GaAs等。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力在不同的條件下有很大的差別：當(dāng)受外界熱和光的作用時，它的導(dǎo)電能力明顯變化；往純凈的半導(dǎo)體中摻入某些特定的雜質(zhì)元素時，會使它的導(dǎo)電能力具有可控性；這些特殊的性質(zhì)決定了半導(dǎo)體可以制成各種器件。 2、本征半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)及其導(dǎo)電性能 本征半導(dǎo)體是純凈的、沒有結(jié)構(gòu)缺陷的半導(dǎo)體單晶。制造半導(dǎo)體器件的半導(dǎo)體材料的純度要達到99.9999999%，常稱為“九個9”，它在物理結(jié)構(gòu)上為共價鍵、呈單晶體形態(tài)。在熱力學(xué)溫度零度和沒有外界激發(fā)時,本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。 3、半導(dǎo)體的本征激發(fā)與復(fù)合現(xiàn)象 當(dāng)導(dǎo)體處于熱力學(xué)溫度0 K時，導(dǎo)體中沒有自由電子。當(dāng)溫度升高或受到光的照射時，價電子能量增高，有的價電子可以掙脫原子核的束縛而參與導(dǎo)電，成為自由電子。這一現(xiàn)象稱為本征激發(fā)（也稱熱激發(fā)）。因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時成對出現(xiàn)的，稱為電子空穴對。 游離的部分自由電子也可能回到空穴中去，稱為復(fù)合。 在一定溫度下本征激發(fā)和復(fù)合會達到動態(tài)平衡，此時，載流子濃度一定，且自由電子數(shù)和空穴數(shù)相等。 4、半導(dǎo)體的導(dǎo)電機理 自由電子的定向運動形成了電子電流，空穴的定向運動也可形成空穴電流，因此，在半導(dǎo)體中有自由電子和空穴兩種承載電流的粒子（即載流子），這是半導(dǎo)體的特殊性質(zhì)?？昭▽?dǎo)電的實質(zhì)是:相鄰原子中的價電子（共價鍵中的束縛電子）依次填補空穴而形成電流。由于電子帶負(fù)電，而電子的運動與空穴的運動方向相反，因此認(rèn)為空穴帶正電。 5、雜質(zhì)半導(dǎo)體 摻入雜質(zhì)的本征半導(dǎo)體稱為雜質(zhì)半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體是半導(dǎo)體器件的基本材料。在本征半導(dǎo)體中摻入五價元素（如磷），就形成N型（電子型）半導(dǎo)體；摻入三價元素（如硼、鎵、銦等）就形成P型（空穴型）半導(dǎo)體。雜質(zhì)半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能與其摻雜濃度和溫度有關(guān)，摻雜濃度越大、溫度越高，其導(dǎo)電能力越強。 在N型半導(dǎo)體中，電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。 多子（自由電子）的數(shù)量＝正離子數(shù)＋少子（空穴）的數(shù)量 在P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子，電子是少數(shù)載流子。 多子（空穴）的數(shù)量＝負(fù)離子數(shù)＋少子（自由電子）的數(shù)量 6、PN結(jié)的形成及其單向?qū)щ娦? 半導(dǎo)體中的載流子有兩種有序運動：載流子在濃度差作用下的擴散運動和電場作用下的漂移運動。同一塊半導(dǎo)體單晶上形成P型和N型半導(dǎo)體區(qū)域，在這兩個區(qū)域的交界處，當(dāng)多子擴散與少子漂移達到動態(tài)平衡時，空間電荷區(qū)（亦稱為耗盡層或勢壘區(qū)）的寬度基本上穩(wěn)定下來，PN結(jié)就形成了。 當(dāng)P區(qū)的電位高于N區(qū)的電位時，稱為加正向電壓（或稱為正向偏置），此時，PN結(jié)導(dǎo)通，呈現(xiàn)低電阻，流過mA級電流，相當(dāng)于開關(guān)閉合； 當(dāng)N區(qū)的電位高于P區(qū)的電位時，稱為加反向電壓（或稱為反向偏置），此時，PN結(jié)截止，呈現(xiàn)高電阻，流過μA級電流，相當(dāng)于開關(guān)斷開。 PN結(jié)是半導(dǎo)體的基本結(jié)構(gòu)單元，其基本特性是單向?qū)щ娦裕杭串?dāng)外加電壓極性不同時，PN結(jié)表現(xiàn)出截然不同的導(dǎo)電性能。 PN結(jié)加正向電壓時，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴散電流；PN結(jié)加反向電壓時，呈現(xiàn)高電阻，具有很小的反向漂移電流。這正是PN結(jié)具有單向?qū)щ娦缘木唧w表現(xiàn)。 7、PN結(jié)伏安特性 PN結(jié)伏安特性方程： 式中：Is為反向飽和電流；UT為溫度電壓當(dāng)量，當(dāng)T＝300K時，≈26mV 當(dāng)u＞0且u >>時，，伏安特性呈非線性指數(shù)規(guī)律 ； 當(dāng)u＜0且︱u︱>>時，，電流基本與u無關(guān)；由此亦可說明PN結(jié)具有單向?qū)щ娦阅堋? PN結(jié)的反向擊穿特性：當(dāng)PN結(jié)的反向電壓增大到一定值時，反向電流隨電壓數(shù)值的增加而急劇增大。PN結(jié)的反向擊穿有兩類：齊納擊穿和雪崩擊穿。無論發(fā)生哪種擊穿，若對其電流不加以限制，都可能造成PN結(jié)的永久性損壞。 8、PN結(jié)溫度特性 當(dāng)溫度升高時，PN結(jié)的反向電流增大，正向?qū)妷簻p小。這也是半導(dǎo)體器件熱穩(wěn)定性差的主要原因。 9、PN結(jié)電容效應(yīng) PN結(jié)具有一定的電容效應(yīng)，它由兩方面的因素決定:一是勢壘電容CB ，二是擴散電容CD，它們均為非線性電容。 勢壘電容是耗盡層變化所等效的電容。勢壘電容與PN結(jié)的面積、空間電荷區(qū)的寬度和外加電壓等因素有關(guān)。 擴散電容是擴散區(qū)內(nèi)電荷的積累和釋放所等效的電容。擴散電容與PN結(jié)正向電流和溫度等因素有關(guān)。 PN結(jié)電容由勢壘電容和擴散電容組成。PN結(jié)正向偏置時，以擴散電容為主；反向偏置時以勢壘電容為主。只有在信號頻率較高時，才考慮結(jié)電容的作用。 第二講 半導(dǎo)體二極管 本講重點 1、二極管的伏安特性、單向?qū)щ娦约暗刃щ娐罚ㄈ齻€常用模型）； 2、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓原理及簡單穩(wěn)壓電路； 3、二極管的箝位、限幅和小信號應(yīng)用舉例； 本講難點 1、二極管在電路中導(dǎo)通與否的判斷方法，共陰極或共陽極二極管的優(yōu)先導(dǎo)通問題； 2、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓原理； 教學(xué)組織過程 本講以教師講授為主。用多媒體演示二極管的結(jié)構(gòu)、伏安特性以及溫度對二極管特性的影響等，便于學(xué)生理解和掌握。二極管的箝位、限幅和小信號應(yīng)用舉例可以啟發(fā)討論。 主要內(nèi)容 1、半導(dǎo)體二極管的幾種常見結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用場合 在PN結(jié)上加上引線和封裝，就成為一個二極管。二極管按結(jié)構(gòu)分為點接觸型、面接觸型和平面型三大類。 點接觸型二極管PN結(jié)面積小，結(jié)電容小，常用于檢波和變頻等高頻電路。面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)電容大，用于工頻大電流整流電路。平面型二極管PN結(jié)面積可大可小，PN結(jié)面積大的，主要用于功率整流；結(jié)面積小的可作為數(shù)字脈沖電路中的開關(guān)管。 2、二極管的伏安特性以及與PN結(jié)伏安特性的區(qū)別 半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線如P7圖1.9所示，處于第一象限的是正向伏安特性曲線，處于第三象限的是反向伏安特性曲線。 1）正向特性：當(dāng)V＞0，即處于正向特性區(qū)域。正向區(qū)又分為兩段： （1）當(dāng)0＜V＜Uon時，正向電流為零，Uon稱為死區(qū)電壓或開啟電壓。 （2）當(dāng)V＞Uon時，開始出現(xiàn)正向電流，并按指數(shù)規(guī)律增長。 2）反向特性：當(dāng)V＜0時，即處于反向特性區(qū)域。反向區(qū)也分兩個區(qū)域： （1）當(dāng)VBR＜V＜0時，反向電流很小，且基本不隨反向電壓的變化而變化，此時的反向電流也稱反向飽和電流IS。 （2）當(dāng)V≤VBR時，反向電流急劇增加，VBR稱為反向擊穿電壓。 從擊穿的機理上看，硅二極管若|VBR|≥7 V時，主要是雪崩擊穿；若VBR≤4 V則主要是齊納擊穿，當(dāng)在4 V～7 V之間兩種擊穿都有，有可能獲得零溫度系數(shù)點。 3）二極管的伏安特性與PN結(jié)伏安特性的區(qū)別：二極管的基本特性就是PN結(jié)的特性。與理想PN結(jié)不同的是，正向特性上二極管存在一個開啟電壓Uon。一般，硅二極管的Uon=0.5 V左右，鍺二極管的Uon=0.1 V左右；二極管的反向飽和電流比PN結(jié)大。 3、溫度對二極管伏安特性的影響 溫度對二極管的性能有較大的影響，溫度升高時，反向電流將呈指數(shù)規(guī)律增加，硅二極管溫度每增加8℃，反向電流將約增加一倍；鍺二極管溫度每增加12℃，反向電流大約增加一倍。 另外，溫度升高時，二極管的正向壓降將減小，每增加1℃，正向壓降UD大約減小2mV，即具有負(fù)的溫度系數(shù)。 4、二極管的等效電路（或稱為等效模型） 1）理想模型：即正向偏置時管壓降為0，導(dǎo)通電阻為0；反向偏置時，電流為0，電阻為∞。適用于信號電壓遠(yuǎn)大于二極管壓降時的近似分析。 2）簡化電路模型：是根據(jù)二極管伏安特性曲線近似建立的模型，它用兩段直線逼近伏安特性，即正向?qū)〞r壓降為一個常量Uon；截止時反向電流為0。 3）小信號電路模型：即在微小變化范圍內(nèi)，將二極管近似看成線性器件而將它等效為一個動態(tài)電阻rD 。這種模型僅限于用來計算疊加在直流工作點Q上的微小電壓或電流變化時的響應(yīng)。 5、二極管的主要參數(shù) 1）最大整流電流IＦ：二極管長期工作允許通過的最大正向電流。在規(guī)定的散熱條件下，二極管正向平均電流若超過此值，則會因結(jié)溫過高而燒壞。 2）最高反向工作電壓UBR：二極管工作時允許外加的最大反向電壓。若超過此值，則二極管可能因反向擊穿而損壞。一般取UBR值的一半。 3）電流IR：二極管未擊穿時的反向電流。對溫度敏感。IR越小，則二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩? 4）最高工作頻率fM：二極管正常工作的上限頻率。若超過此值，會因結(jié)電容的作用而影響其單向?qū)щ娦浴? 6、穩(wěn)壓二極管（穩(wěn)壓管）及其伏安特性 穩(wěn)壓管是一種特殊的面接觸型半導(dǎo)體二極管，通過反向擊穿特性實現(xiàn)穩(wěn)壓作用。 穩(wěn)壓管的伏安特性與普通二極管類似，其正向特性為指數(shù)曲線；當(dāng)外加反壓的數(shù)值增大到一定程度時則發(fā)生擊穿，擊穿曲線很陡，幾乎平行于縱軸，當(dāng)電流在一定范圍內(nèi)時，穩(wěn)壓管表現(xiàn)出很好的穩(wěn)壓特性。 7、穩(wěn)壓管等效電路 穩(wěn)壓管等效電路由兩條并聯(lián)支路構(gòu)成：①加正向電壓以及加反向電壓而未擊穿時，與普通硅管的特性相同；②加反向電壓且擊穿后，相當(dāng)于理想二極管、電壓源Uz和動態(tài)電阻rz的串聯(lián)。如P16圖1.18所示。 8、穩(wěn)壓管的主要參數(shù) 1）穩(wěn)定電壓UZ：規(guī)定電流下穩(wěn)壓管的反向擊穿電壓。 2）最大穩(wěn)定工作電流IZMAX 和最小穩(wěn)定工作電流IZMIN：穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即PZmax =UZIZmax 。而Izmin對應(yīng)UZmin。若IZ＜IZmin，則不能穩(wěn)壓。 3）額定功耗PZM：PZM ＝UZ IZMAX ，超過此值，管子會因結(jié)溫升太高而燒壞。 4）動態(tài)電阻rZ：rz =DVZ /DIZ，其概念與一般二極管的動態(tài)電阻相同，只不過穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。RZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡，穩(wěn)壓效果愈好。 5）溫度系數(shù)α：溫度的變化將使UZ改變，在穩(wěn)壓管中，當(dāng)UZ＞7 V時，UZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿；當(dāng)UZ＜4 V時，UZ具有負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿；當(dāng)4 V＜VZ＜7 V時，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。這樣的穩(wěn)壓二極管可以作為標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)壓管使用。 9、穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)反接，并串入一只電阻。電阻有兩個作用：一是起限流作用，以保護穩(wěn)壓管；二是當(dāng)輸入電壓或負(fù)載電流變化時，通過該電阻上電壓降的變化，取出誤差信號以調(diào)節(jié)穩(wěn)壓管的工作電流，從而起到穩(wěn)壓作用。如P17圖1.19所示。 10、特殊二極管 與普通二極管一樣，特殊二極管也具有單向?qū)щ娦?。利用PN結(jié)擊穿時的特性可制成穩(wěn)壓二極管，利用發(fā)光材料可制成發(fā)光二極管，利用PN結(jié)的光敏特性可制成光電二極管。 第三講 雙極型晶體管 本講重點 1、BJT電流放大原理及其電流分配關(guān)系式； 2、BJT的輸入、輸出特性； 3、BJT三種工作狀態(tài)的判斷方法； 本講難點 1、BJT放大原理及電流分配關(guān)系式； 2、BJT三種工作狀態(tài)的判斷方法； 教學(xué)組織過程 本講以教師講授為主。用多媒體演示三極管的結(jié)構(gòu)、輸入與輸出特性以及溫度對三極管特性的影響等，便于學(xué)生理解和掌握。三極管工作狀態(tài)、電位和管型的判斷方法可以啟發(fā)討論。 主要內(nèi)容 1、晶體管的主要類型和應(yīng)用場合 雙極型晶體管BJT是通過一定的工藝，將兩個PN結(jié)接合在一起而構(gòu)成的器件，是放大電路的核心元件，它能控制能量的轉(zhuǎn)換，將輸入的任何微小變化不失真地放大輸出，放大的對象是變化量。 BJT常見外形有四種，分別應(yīng)用于小功率、中功率或大功率，高頻或低頻等不同場合。 2、BJT具有放大作用的內(nèi)部條件和外部條件 1）BJT的內(nèi)部條件為：BJT有三個區(qū)（發(fā)射區(qū)、集電區(qū)和基區(qū)）、兩個PN結(jié)（發(fā)射結(jié)和集電結(jié)）、三個電極（發(fā)射極、集電極和基極）組成；并且發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，基區(qū)厚度很小。 2）BJT放大的外部條件為：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。 3、BJT的電流放大作用及電流分配關(guān)系 晶體管具有電流放大作用。當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置而集電結(jié)反向偏置時，從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的非平衡少子中僅有很少部分與基區(qū)的多子復(fù)合，形成基極電流，而大部分在集電結(jié)外電場作用下形成漂移電流IC，體現(xiàn)出IB對的IC控制作用。此時，可將IC看成電流IB控制的電流源。 三個重要的電流分配關(guān)系式： IE＝IB＋IC IC＝βIB＋ICEO≈βIB IC＝αIE＋ICBO≈αIE 4、晶體管的輸入特性和輸出特性 晶體管的輸入特性和輸出特性表明各電極之間電流與電壓的關(guān)系?，F(xiàn)以共射電路為例說明。 1）共射輸入特性：iB＝f (uBE)︱VCE=常數(shù) 如P24圖1.26所示。輸入特性曲線分為三個區(qū)：死區(qū)、非線性區(qū)和線性區(qū)。其中vCE=0V的那一條相當(dāng)于發(fā)射結(jié)的正向特性曲線。當(dāng)vCE≥1V時，特性曲線將會向右稍微移動一些。但vCE再增加時，曲線右移很不明顯。曲線的右移是三極管內(nèi)部反饋所致，右移不明顯說明內(nèi)部反饋很小。 2）共射輸出特性：iC＝f (uCE)︱iB =常數(shù) 如P25圖1.27所示，它是以iB為參變量的一族特性曲線。對于其中某一條曲線，當(dāng)vCE=0 V時，iC=0；當(dāng)vCE微微增大時，iC主要由vCE決定；當(dāng)vCE增加到使集電結(jié)反偏電壓較大時，特性曲線進入與vCE軸基本平行的區(qū)域(這與輸入特性曲線隨vCE增大而右移的原因是一致的)。因此，輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域：飽和區(qū)、截止區(qū)和放大區(qū)。 3）晶體管工作在三種不同工作區(qū)外部的條件和特點 工作狀態(tài) NPN型 PNP型 特點 截止?fàn)顟B(tài) E結(jié)、C結(jié)均反偏 VB＜VE、VB＜VC E結(jié)、C結(jié)均反偏 VB＞VE、VB＞VC IC ≈0 放大狀態(tài) E結(jié)正偏、C結(jié)均反偏 VC ＞VB ＞ VE E結(jié)正偏、C結(jié)均反偏 VC ＜VB ＜ VE IC ≈βIB 飽和狀態(tài) E結(jié)、C結(jié)均正偏 VB ＞VE、VB ＞VC E結(jié)、C結(jié)均正偏 VB ＜VE、VB ＜VC V CE＝V CES 5、晶體管的主要參數(shù) 1）直流參數(shù) (1)共射直流電流放大系數(shù)：=（IC－ICEO）/IB≈IC/IB |，在放大區(qū)基本不變。 (2)共基直流放大系數(shù)：=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE 顯然與之間有如下關(guān)系： = IC/IE=IB/(1+)IB=/(1+) (3)穿透電流ICEO：ICEO=（1+）ICBO；式中ICBO相當(dāng)于集電結(jié)的反向飽和電流。 2）交流參數(shù) (1)共射交流電流放大系數(shù)β：b=DIC/DIB，在放大區(qū)b 值基本不變。 (2)共基交流放大系數(shù)α：α=DIC/DIE 當(dāng)ICBO和ICEO很小時，≈a、≈b，可以不加區(qū)分。 (3)特征頻率fT ：三極管的b 值不僅與工作電流有關(guān)，而且與工作頻率有關(guān)。由于結(jié)電容的影響，當(dāng)信號頻率增加時，三極管的b 將會下降。當(dāng)b下降到1時所對應(yīng)的頻率稱為特征頻率。 3）極限參數(shù)和三極管的安全工作區(qū) （1）最大集電極電流ICM：當(dāng)集電極電流增加時，b 就要下降，當(dāng)b 值下降到線性放大區(qū)b值的70～30％時，所對應(yīng)的集電極電流稱為最大集電極電流ICM。至于b 值下降多少，不同型號的三極管，不同的廠家的規(guī)定有所差別?？梢?，當(dāng)IC＞ICM時，并不表示三極管會損壞。 （2） 最大集電極耗散功率PCM：PCM = iCuCE 。對于確定型號的晶體管，PCM是一個定值。當(dāng)硅管的結(jié)溫大于150℃、鍺管的結(jié)溫大于70℃時，管子的特性明顯變壞，甚至燒壞。 （3）極間反向擊穿電壓：晶體管某一級開路時，另外兩個電極之間所允許加的最高反向電壓，即為極間反向擊穿電壓，超過此值管子會發(fā)生擊穿現(xiàn)象。極間反向電壓有三種：UCBO、UCEO和UEBO。由于各擊穿電壓中UCEO值最小，選用時應(yīng)使其大于放大電路的工作電源VCC。 （4）三極管的安全工作區(qū)：由PCM、ICM和擊穿電壓V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以確定四個區(qū)：過損耗區(qū)、過電流區(qū)、擊穿區(qū)和安全工作區(qū)。使用時應(yīng)保證三極管工作在安全區(qū)。如P28圖1.29所示。 6、溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響 1）溫度對反向飽和電流的影響：溫度對ICBO和ICEO等由本征激發(fā)產(chǎn)生的平衡少子形成的電流影響非常嚴(yán)重。 2）溫度對輸入特性的影響：當(dāng)溫度上升時，正向特性左移。當(dāng)溫度變化1℃時，UBE大約下降2～2.5mV，UBE具有負(fù)溫度系數(shù)。 3）溫度對輸出特性的影響溫度升高時，由于ICEO和β增大，且輸入特性左移，導(dǎo)致集電極電流IC增大，輸出特性上移。 總之，當(dāng)溫度升高時，ICEO和β增大，輸入特性左移，最終導(dǎo)致集電極電流增大。 第四講 場效應(yīng)管 本講重點 1、MOS管結(jié)構(gòu)原理； 2、MOS管的伏安特性及其在三個工作區(qū)的工作條件； 本講難點： 1、MOS管各工作區(qū)的工作條件； 教學(xué)組織過程 本講以教師講授為主。用多媒體演示FET的結(jié)構(gòu)原理、輸出與轉(zhuǎn)移特性等，便于學(xué)生理解和掌握。FET的工作區(qū)、管型的判斷方法可以啟發(fā)討論。 主要內(nèi)容 １、效應(yīng)管及其類型 效應(yīng)管FET是一種利用電場效應(yīng)來控制其電流大小的半導(dǎo)體器件。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可分為兩大類：結(jié)型場效應(yīng)管（JFET）和金屬－氧化物－半導(dǎo)體場效應(yīng)管（MOSFET簡稱MOS管）。每一類又有N溝道和P溝道兩種類型。其中MOS管又可分為增強型和耗盡型兩種。 2、N溝道增強型MOS管結(jié)構(gòu) N溝道增強型MOSFET基本上是一種左右對稱的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，它是在P型半導(dǎo)體上生成一層SiO2 薄膜絕緣層，然后用光刻工藝擴散兩個高摻雜的N型區(qū)，從N型區(qū)引出兩個電極，漏極D，和源極S。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極G。P型半導(dǎo)體稱為襯底，用符號B表示。因為這種MOS管在VGS=0V時ID=0；只有當(dāng)UGS＞UGS(th) 后才會出現(xiàn)漏極電流，所以稱為增強型MOS管。如P42圖1.44所示。 3、N溝道增強型MOS管的工作原理 1）夾斷區(qū)工作條件 UGS=0時，D與S之間是兩個PN結(jié)反向串聯(lián)，沒有導(dǎo)電溝道，無論D與S之間加什么極性的電壓，漏極電流均接近于零；當(dāng)0﹤UGS﹤UGS(th時，由柵極指向襯底方向的電場使空穴向下移動，電子向上移動，在P型硅襯底的上表面形成耗盡層，仍然沒有漏極電流。 2）可變電阻區(qū)工作條件 當(dāng)UGS> UGS(th) 時，柵極下P型半導(dǎo)體表面形成N型導(dǎo)電溝道(反型層)，若D、S間加上正向電壓后可產(chǎn)生漏極電流ID。若uDS＜uGS- UGS(th)，則溝道沒夾斷，對應(yīng)不同的uGS，ds間等效成不同阻值的電阻，此時，F(xiàn)ET相當(dāng)于壓控電阻。 3）恒流區(qū)（或飽和區(qū)）工作條件 當(dāng)uDS=uGS- UGS(th) 時，溝道預(yù)夾斷；若uDS＞uGS - UGS(th)，則溝道已夾斷，iD僅僅決定于uGS，而與uDS無關(guān)。此時，iD近似看成uGS控制的電流源，F(xiàn)ET相當(dāng)于壓控流源。 可見，對于N溝道增強型MOS管，柵源電壓VGS對導(dǎo)電溝道有控制作用，即當(dāng)UGS> UGS(th)時，才能形成導(dǎo)電溝道將漏極和源極溝通。如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。 當(dāng)場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)時，利用柵－源之間外加電壓uGS所產(chǎn)生的電場來改變導(dǎo)電溝道的寬窄，從而控制多子漂移運動所產(chǎn)生的漏極電流ID。此時，可將ID看成電壓uGS控制的電流源。 4、N溝道耗盡型MOSFET N溝道耗盡型MOSFET是在柵極下方的SiO2絕緣層中摻入了大量的金屬正離子，所以當(dāng)UGS=0時，這些正離子已經(jīng)感應(yīng)出反型層，形成了溝道。如P45圖1.48所示。于是，只要有漏源電壓，就有漏極電流存在。當(dāng)UGS＞0時，將使ID進一步增加。UGS＜0時，隨著UGS的減小漏極電流逐漸減小，直至ID=0。對應(yīng)ID=0的UGS稱為夾斷電壓，用符號UGS(off)表示， 5、P溝道增強型和耗盡型MOSFET P溝道MOSFET的工作原理與N溝道MOSFET完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。這如同雙極型三極管有NPN型和PNP型一樣。 6、場效應(yīng)管的伏安特性 場效應(yīng)三極管的特性曲線類型比較多，根據(jù)導(dǎo)電溝道的不同以及是增強型還是耗盡型可有四種轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線，其電壓和電流方向也有所不同。 以增強型N溝MOSFET為例， 輸出特性：iD＝f (uDS)︱UGS =常數(shù) 反映UGS＞UGS(th) 且固定為某一值時，UDS對ID的影響； 轉(zhuǎn)移特性：iD＝f (uGS)︱UDS =常數(shù) 反映UGS對漏極電流的控制關(guān)系； 輸出特性和轉(zhuǎn)移特性反映了場效應(yīng)管工作的同一物理過程，因此，轉(zhuǎn)移特性可以從輸出特性上用作圖法一一對應(yīng)地求出。 場效應(yīng)管的輸出特性可分為四個區(qū)：夾斷區(qū)、可變阻區(qū)、飽和區(qū)（或恒流區(qū)）和擊穿區(qū)。在放大電路中，場效應(yīng)管工作在飽和區(qū)。 7、場效應(yīng)管的主要參數(shù)： 1） 直流參數(shù) （1）開啟電壓UGS(th)：開啟電壓是MOS增強型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值，場效應(yīng)管不能導(dǎo)通。 （2）夾斷電壓UGS(off)：夾斷電壓是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)UGS=UGS(off) 時，漏極電流為零。 （3）飽和漏極電流IDSS：IDSS是耗盡型FET的參數(shù)，當(dāng)UGS=0時所對應(yīng)的漏極電流。 （4）直流輸入電阻RGS（DC）：FET的柵源輸入電阻。對于JFET，反偏時RGS約大于107Ω；對于MOSFET，RGS約是109～1015Ω。 2） 交流參數(shù) （1）低頻跨導(dǎo)gm：低頻跨導(dǎo)反映了柵壓對漏極電流的控制作用，這一點與電子管的控制作用十分相像。gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取，單位是mS(毫西門子)。 （2）級間電容：FET的三個電極間均存在極間電容。通常Cgs和Cgd約為1～3pF,而Cds約為0.1～1pF。在高頻電路中，應(yīng)考慮極間電容的影響。 3） 極限參數(shù) （1）最大漏極電流IDM：是FET正常工作時漏極電流的上限值。 （2）漏--源擊穿電壓U(BR)DS：FET進入恒流區(qū)后，使iD驟然增大的uDS值稱為漏—源擊穿電壓，uDS超過此值會使管子燒壞。 （3）最大耗散功率PDM：可由PDM= VDS ID決定，與雙極型三極管的PCM相當(dāng)。 8、場效應(yīng)管FET與晶體管BJT的比較 1） FET是另一種半導(dǎo)體器件，在FET中只是多子參與導(dǎo)電，故稱為單極型三極管；而普通三極管參與導(dǎo)電的既有多數(shù)載流子，也有少數(shù)載流子，故稱為雙極型三極管（BJT）。由于少數(shù)載流子的濃度易受溫度影響，因此，在溫度穩(wěn)定性、低噪聲等方面FET優(yōu)于BJT。 2） BJT是電流控制器件，通過控制基極電流達到控制輸出電流的目的。因此，基極總有一定的電流，故BJT的輸入電阻較低；FET是電壓控制器件，其輸出電流取決于柵源間的電壓，柵極幾乎不取用電流，因此，F(xiàn)ET的輸入電阻很高，可以達到109～１014Ω。高輸入電阻是FET的突出優(yōu)點。 3） FET的漏極和源極可以互換使用，耗盡型MOS管的柵極電壓可正可負(fù)，因而FET放大電路的構(gòu)成比BJT放大電路靈活。 4） FET 和BJT都可以用于放大或作可控開關(guān)。但FET還可以作為壓控電阻使用，可以在微電流、低電壓條件下工作，且便于集成。在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中應(yīng)用極為廣泛。 本章小節(jié) 本章首先介紹了半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識，然后闡述了半導(dǎo)體二極管、晶體管（BJT）和場效應(yīng)管（FET）的工作原理、特性曲線和主要參數(shù)?，F(xiàn)將各部分歸納如下： 1、雜質(zhì)半導(dǎo)體與PN結(jié) 本征半導(dǎo)體中摻入不同的雜質(zhì)就形成N型半導(dǎo)體和P型半導(dǎo)體，控制摻入雜質(zhì)的多少就可以有效地改變其導(dǎo)電性能，從而實現(xiàn)導(dǎo)電性能的可控性。半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子與空穴。載流子有兩種有序運動：因濃度差異而產(chǎn)生的運動稱為擴散運動，因電位差而產(chǎn)生的運動稱為漂移運動。將兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體制作在同一塊硅片（或鍺片）上，在它們的交界面處，上述兩種運動達到動態(tài)平衡，從而形成PN結(jié)。正確理解PN結(jié)單向?qū)щ娦?、反向擊穿特性、溫度特性和電容效?yīng)，有利于了解半導(dǎo)體二極管、晶體管和場效應(yīng)管等電子器件的特性和參數(shù)。 2、半導(dǎo)體二極管 一個PN結(jié)經(jīng)封裝并引出電極后就構(gòu)成二極管。二極管加正向電壓時，產(chǎn)生擴散電流，電流與電壓成指數(shù)關(guān)系；加反向電壓時，產(chǎn)生漂移電流，其數(shù)值很小，體現(xiàn)出單向?qū)щ娦?。、、和是二極管的主要參數(shù)。 特殊二極管與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦浴＠肞N結(jié)擊穿時的特性可制成穩(wěn)壓二極管，利用發(fā)光材料可制成發(fā)光二極管，利用PN結(jié)的光敏性可制成光電二極管。 3、晶體管 晶體管具有電流放大作用。當(dāng)發(fā)射結(jié)正向偏置而集電結(jié)反向偏置時，從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的非平衡少子中僅有很少部分與基區(qū)的多子復(fù)合，形成基極電流，而大部分在集電結(jié)外電場作用下形成漂移電流，體現(xiàn)出（或、）對的控制作用。此時，可將看成為電流控制的電流源。晶體管的輸入特性和輸出特性表明各極之間電流與電壓的關(guān)系，β、α、 ()、、、和是它的主要參數(shù)。晶體管有截止、放大、飽和三個工作區(qū)域，學(xué)習(xí)時應(yīng)特別注意使管子工作在不同工作區(qū)的外部條件。 4、場效應(yīng)管 場效應(yīng)管分為結(jié)型和絕緣柵型兩種類型，每種類型均分為兩種不同的溝道：N溝道和P溝道，而MOS管又分為增強型和耗盡型兩種形式。 場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)時，利用柵一源之間外加電壓所產(chǎn)生的電場來改變導(dǎo)電溝道的寬窄，從而控制多子漂移運動所產(chǎn)生的漏極電流。此時，可將看成電壓控制的電流源，轉(zhuǎn)移特性曲線描述了這種控制關(guān)系。輸出特性曲線描述、和三者之間的關(guān)系。、或、、、和極間電容是它的主要參數(shù)。和晶體管相類似，場效應(yīng)管有夾斷區(qū)（即截止區(qū)）、恒流區(qū)（即線性區(qū)）和可變電阻區(qū)三個工作區(qū)域。 盡管各種半導(dǎo)體器件的工作原理不盡相同，但在外特性上卻有不少相同之處。例如，晶體管的輸入特性與二極管的伏安特性相似；二極管的反向特性（特別是光電二極管在第三象限的反向特性）與晶體管的輸出特性相似，而場效應(yīng)管與晶體管的輸出特性也相似。 第二章 基本放大電路 本章主要內(nèi)容 本章重點講述基本放大電路的組成原理和分析方法，分別由BJT和FET組成的三種組態(tài)基本放大電路的特點和應(yīng)用場合。多級放大電路的耦合方式和分析方法。 首先介紹基本放大電路的組成原則。三極管的低頻小信號模型。固定偏置共射放大電路的圖解法和等效電路法靜態(tài)和動態(tài)分析，最大不失真輸出電壓和波形失真分析。分壓式偏置共射放大電路的分析以及穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法。共集和共基放大電路的分析，由BJT構(gòu)成的三種組態(tài)放大電路的特點和應(yīng)用場合。然后介紹由FET構(gòu)成的共源、共漏和共柵放大電路的靜態(tài)和動態(tài)分析、特點和應(yīng)用場合。最后介紹多級放大電路的兩種耦合方式、直接耦合多級放大電路的靜態(tài)偏置以及多級放大電路的靜態(tài)和動態(tài)分析。通過習(xí)題課掌握放大電路的靜態(tài)偏置方法和性能指標(biāo)的分析計算方法。 學(xué)時分配 本章有七講，每講兩個學(xué)時。 第五講 放大電路的主要性能指標(biāo)及基本共射放大電路組成原理 本講重點 1、放大的本質(zhì)； 2、放大電路工作原理及靜態(tài)工作點的作用； 3、利用放大電路的組成原則判斷放大電路能否正常工作； 本講難點 1、放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置方法； 2、利用放大電路的組成原則判斷放大電路能否正常工作； 教學(xué)組織過程 本講以教師講授為主。用多媒體演示放大電路的組成原理、信號傳輸過程和設(shè)置合適Q點的必要性等，便于學(xué)生理解和掌握。判斷放大電路能否正常工作舉例可以啟發(fā)討論。 主要內(nèi)容 1、放大的概念 在電子電路中，放大的對象是變化量，常用的測試信號是正弦波。放大電路放大的本質(zhì)是在輸入信號的作用下，通過有源元件（BJT或FET）對直流電源的能量進行控制和轉(zhuǎn)換，使負(fù)載從電源中獲得輸出信號的能量，比信號源向放大電路提供的能量大的多。因此，電子電路放大的基本特征是功率放大，表現(xiàn)為輸出電壓大于輸入電壓，輸出電流大于輸入電流，或者二者兼而有之。 在放大電路中必須存在能夠控制能量的元件，即有源元件，如BJT和FET等。放大的前提是不失真，只有在不失真的情況下放大才有意義。 2、電路的主要性能指標(biāo) 1） 輸入電阻：從輸入端看進去的等效電阻，反映放大電路從信號源索取電流的大小。 2） 輸出電阻：從輸出端看進去的等效輸出信號源的內(nèi)阻，說明放大電路帶負(fù)載的能力。 3） 放大倍數(shù)（或增益）：輸出變化量幅值與輸入變化量幅值之比?；蚨叩恼医涣髦抵龋靡院饬侩娐返姆糯竽芰?。根據(jù)放大電路輸入量和輸出量為電壓或電流的不同，有四種不同的放大倍數(shù)：電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)、互阻放大倍數(shù)和互導(dǎo)放大倍數(shù)。 電壓放大倍數(shù)定義為： 電流放大倍數(shù)定義為： 互阻放大倍數(shù)定義為： 互導(dǎo)放大倍數(shù)定義為： 注意：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻通常都是在正弦信號下的交流參數(shù)，只有在放大電路處于放大狀態(tài)且輸出不失真的條件下才有意義。 4）最大不失真輸出電壓：未產(chǎn)生截止失真和飽和失真時，最大輸出信號的正弦有效值或峰值。一般用有效值UOM表示；也可以用峰—峰值UOPP表示。 5）上限頻率、下限頻率和通頻帶：由于放大電路中存在電感、電容及半導(dǎo)體器件結(jié)電容，在輸入信號頻率較低或較高時，放大倍數(shù)的幅值會下降并產(chǎn)生相移。一般，放大電路只適合于放大某一特定頻率范圍內(nèi)的信號。如P75圖2.1.4所示。 上限頻率fH（或稱為上限截止頻率）：在信號頻率下降到一定程度時，放大倍數(shù)的數(shù)值等于中頻段的0.707倍時的頻率值即為上限頻率。 下限頻率fL（或稱為下限截止頻率）：在信號頻率上升到一定程度時，放大倍數(shù)的數(shù)值等于中頻段的0.707倍時的頻率值即為上限頻率。 通頻帶fBW：fBW = fH - fL 通頻帶越寬，表明放大電路對不同頻率信號的適應(yīng)能力越強。 6）最大輸出功率POM與效率： POM是在輸出信號基本不失真的情況下，負(fù)載能夠從放大電路獲得的最大功率，是負(fù)載從直流電源獲得的信號功率。此時，輸出電壓達到最大不失真輸出電壓。 為直流電源能量的利用率。 式中為電源消耗的功率 7）非線性失真系數(shù)D：在某一正弦信號輸入下，輸出波形因放大器件的非線性特性而產(chǎn)生失真，其諧波分量的總有效值與基波分量之比。即 ，式中：為基波幅值，、…為各次諧波幅值； 3、兩種常見的共射放大電路組成及各部分作用 1）直接耦合共射放大電路：信號源與放大電路、放大電路與負(fù)載之間均直接相連。適合于放大直流信號和變化緩慢的交流信號。 2）阻容耦合共射放大電路：信號源與放大電路、放大電路與負(fù)載之間均通過耦合電容相連。不能放大直流信號和變化緩慢的交流信號；只能放大某一頻段范圍的信號。如P72圖2.7所示。 3）放大電路中元件及作用 （1）三極管T ——起放大作用。 （2）集電極負(fù)載電阻RC ——將變化的集電極電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出。 （3）偏置電路VCC，Rb——使三極管工作在放大區(qū)，VCC還為輸出提供能量。 （4）耦合電容C1，C2——輸入電容C1保證信號加到發(fā)射結(jié)，不影響發(fā)射結(jié)偏置。輸出電容C2保證信號輸送到負(fù)載，不影響集電結(jié)偏置。 4、靜態(tài)工作點設(shè)置的必要性 對放大電路的基本要求一是不失真，二是能放大。只有保證在交流信號的整個周期內(nèi)三極管均處于放大狀態(tài)，輸出信號才不會產(chǎn)生失真。故需要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。Q點不僅電路是否會產(chǎn)生失真，而且影響放大電路幾乎所有的動態(tài)參數(shù)。 5、基本共射放大電路的工作原理及波形分析 對于基本放大電路，只有設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，使交流信號馱載在直流分量之上，以保證晶體管在輸入信號的整個周期內(nèi)始終工作在放大狀態(tài)，輸出電壓波形才不會產(chǎn)生非線性失真。波形分析見P74圖2.8所示。 基本共射放大電路的電壓放大作用是利用晶體管的電流放大作用，并依靠將電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化來實現(xiàn)的。 6、放大電路的組成原則 1）為了使BJT工作于放大區(qū)、FET工作于恒流區(qū),必須給放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，以保證放大電路不失真。 2）在輸入回路加入ui應(yīng)能引起uBE的變化,從而引起iB和iC的變化。 3）輸出回路的接法應(yīng)當(dāng)使iC盡可能多地流到負(fù)載RL中去,或者說應(yīng)將集電極電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化送到輸出端。 第六講 放大電路的基本分析方法 本講重點 1、基本放大電路靜態(tài)工作點的估算； 2、BJT的h參數(shù)等效模型及放大電路輸入電阻、輸出電阻與電壓放大倍數(shù)的計算； 本講難點 1、 放大電路的微變等效電路的畫法； 2、放大電路輸入電阻、輸出電阻與電壓放大倍數(shù)的計算； 教學(xué)組織過程 本講以教師講授為主。用多媒體演示圖解法求Q點、及分析非線形失真；用直流通路估算Q點；BJT的h參數(shù)模型建立、微變等效電路的畫法及動態(tài)參數(shù)計算等，便于學(xué)生理解和掌握。 主要內(nèi)容 1、直流通路、交流通路及其畫法 （1）直流通路：在直流電源的作用下，直流電流流經(jīng)的通路，用于求解靜態(tài)工作點Q的值。 （2）直流通路的畫法：電容視為開路、電感視為短路；信號源視為短路，但應(yīng)保留內(nèi)阻。 （3）交流通路：在輸入信號作用下，交流信號流經(jīng)的通路，用于研究和求解動態(tài)參數(shù)。 （4）交流通路的畫法：耦合電容視為短路；無內(nèi)阻直流電源視為短路； 2、放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析 （1）靜態(tài)分析：就是求解靜態(tài)工作點Q，在輸入信號為零時，BJT或FET各電極間的電流和電壓就是Q點?？捎霉浪惴ɑ驁D解法求解。 （2）動態(tài)分析就是求解各動態(tài)參數(shù)和分析輸出波形。通常，利用三極管h參數(shù)等效模型畫出放大電路在小信號作用下的微變等效電路，并進而計算輸入電阻、輸出電阻與電壓放大倍數(shù)?；蚶脠D解法確定最大不失真輸出電壓的幅值、分析非線性失真等情況。 放大電路的分析應(yīng)遵循“先靜態(tài)，后動態(tài)”。的原則，只有靜態(tài)工作點合適，動態(tài)分析才有意義；Q點不但影響電路輸出信號是否失真，而且與動態(tài)參數(shù)密切相關(guān)。 3、圖解法確定Q點和最大不失真輸出電壓 （1）用圖解法確定Q點的步驟：已知晶體管的輸出特性曲線族→由直流通路求得IBQ →列直流通路的輸出回路電壓方程得直流負(fù)載線→在輸出特性曲線平面上作出直流負(fù)載線→由IBQ所確定的輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點即為Q點。 （2）輸出波形的非線性失真 非線性失真包括飽和失真和截止失真。飽和失真是由于放大電路中三極管工作在飽和區(qū)而引起的非線性失真。截止失真是由于放大電路中三極管工作在截止區(qū)而引起的非線性失真。 放大電路要想獲得大的不失真輸出，需要滿足兩個條件：一是Q點要設(shè)置在輸出特性曲線放大區(qū)的中間部位；二是要有合適的交流負(fù)載線。 （3）直流負(fù)載線和交流負(fù)載線 由放大電路輸出回路電壓方程所確定的直線稱為負(fù)載線。由直流通路確定的負(fù)載線為直流負(fù)載線；由交流通路確定的負(fù)載線為交流負(fù)載線，可通過Q、B兩點作出。對于放大電路與負(fù)載直接耦合的情況，直流負(fù)載線與交流負(fù)載線是同一條直線；而對于阻容耦合放大電路，只有在空載情況下，兩條直線才合二為一。 （4）最大不失真輸出電壓有效值 式中： 說明：當(dāng)放大電路帶上負(fù)載后，在輸入信號不變的情況下，輸出信號的幅度變小。 舉例：如P83例2.2圖2.17所示，放大電路靜態(tài)工作點和動態(tài)范圍的確定。 4、等效電路法求解靜態(tài)工作點 即利用直流通路估算靜態(tài)工作點、、和。其中硅管的； 鍺管的，無須求解；其余三個參數(shù)的求解方法為： （1）列放大電路輸入回路電壓方程可求得； （2）根據(jù)放大區(qū)三極管電流方程可求得； （3）列放大電路輸出回路電壓方程可求得； 5、5、BJT的h參數(shù)等效模型 （1）BJT等效模型的建立：三極管可以用一個二端口模型來代替；對于低頻模型可以不考慮結(jié)電容的影響；小信號意味著三極管近似在線性條件下工作，微變也具有線性同樣的含義。 （2）BJT的h參數(shù)方程及等效模型 或簡化為： BJT的h參數(shù)等效模型如P31圖1.31所示。 （3）h參數(shù)的物理意義 1即rbe：三極管的交流輸入電阻，對于小功率三極管可用近似公式計算如下： 2電壓反饋系數(shù)：反映三極管內(nèi)部的電壓反饋，因數(shù)值很小，一般可以忽略。 3：在小信號作用時，表示晶體管在Q點附近的的電流放大系數(shù)b 。 4：三極管輸出電導(dǎo)，反映輸出特性上翹的程度。常稱1/為c-e間動態(tài)電阻。通常的值小于10-5S，當(dāng)其與電流源并聯(lián)時，因分流極小，可作開路處理。 注意：h參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。h參數(shù)與工作點有關(guān)，在放大區(qū)基本不變。h參數(shù)都是微變參數(shù)，所以只適合對交流小信號的分析 6、等效電路法求解放大電路的動態(tài)參數(shù) 將BJT的h參數(shù)等效模型代入放大電路的交流通路，即為放大電路的微變等效電路。放大電路的動態(tài)分析就是利用放大電路的微變等效電路計算輸入電阻、輸出電阻與電壓放大倍數(shù)。 舉例：如P86例2.3圖2.20所示放大電路靜態(tài)工作點的求解和性能指標(biāo)計算。 第七講 放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定 本講重點 1、放大電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理和常用方法； 2、 分壓式偏置電路Q的估算； 3、 分壓式偏置電路動態(tài)性能指標(biāo)的計算； 本講難點 1、穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理和措施； 2、分壓式偏置電路微變等效電路畫法及動態(tài)性能指標(biāo)的計算； 教學(xué)組織過程 本講以教師講授為主。用多媒體演示穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理和常用方法、分壓式偏置電路Q的估算、動態(tài)性能指標(biāo)的計算等，便于學(xué)生理解和掌握。 主要內(nèi)容 1、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的必要性 靜態(tài)工作點不但決定了電路是否產(chǎn)生失真，而且還影響著電壓放大倍數(shù)和輸入電阻等動態(tài)參數(shù)。實際上，電源電壓的波動、元件老化以及因溫度變化所引起的晶體管參數(shù)變化，都會造成靜態(tài)工作點的不穩(wěn)定，從而使動態(tài)參數(shù)不穩(wěn)定，有時甚至造成電路無法正常工作。在引起Q點不穩(wěn)定的諸多因素中，溫度對晶體管的影響是最主要的。 2、溫度變化對靜態(tài)工作點產(chǎn)生的影響 溫度變化對靜態(tài)工作點的影響主要表現(xiàn)為，溫度變化影響晶體管的三個主要參數(shù)：、β和。這三者隨溫度升高產(chǎn)生變化，其結(jié)果都使值增大。 硅管的小，受溫度影響小，故其β和受溫度影響是主要的； 鍺管的大，受溫度影響是主要的。 3、穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原則和措施 為了保證輸出信號不失真，對放大電路必須設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，并保證工作點的穩(wěn)定。（1） 采用不同偏置電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原則是： 當(dāng)溫度升高使增大時，要自動減小以牽制的增大。 （2）穩(wěn)定靜態(tài)工作點可以歸納為三種方法：P89圖2.21所示。 （1）溫度補償； （2）直流負(fù)反饋； （3）集成電路中采用恒流源偏置技術(shù)； 4、典型靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路——分壓式偏置電路的分析 1）Q點穩(wěn)定原理 分壓偏置電路如P90圖2.22所示。 穩(wěn)定靜態(tài)工作點的條件為：I1＞＞IB和VB＞＞UBE；此時， ，即當(dāng)溫度變化時，基本不變。 T（℃）↑→↑（↑）→↑（因為基本不變）→↓→↓ ↓ 靜態(tài)工作點的穩(wěn)定過程為： 當(dāng)溫度降低時，各物理量向相反方向變化。這種將輸出量（）通過一定的方式（利用將的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化）引回到輸入回路來影響輸入量的措施稱為反饋?？梢姡赒點穩(wěn)定過程中，作為負(fù)反饋電阻起著重要的作用。典型靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路利用直流負(fù)反饋來穩(wěn)定Q點。 2）分壓式偏置電路的靜態(tài)分析 分壓式偏置電路的靜態(tài)分析有兩種方法：一是戴維南等效電路法；二是估算法，這種方法的使用條件為I1＞＞IBE，或者。 3）分壓式偏置電路的動態(tài)分析 動態(tài)分析時，射極旁路電容應(yīng)看成短路。畫放大電路的微變等效電路時，要特別注意射極電阻有無被射極旁路電容旁路，正確畫出“交流地”的位置，根據(jù)實際電路進行計算即可。 第八講 共集放大電路和共基放大電路 本講重點 1、共集和共基放大電路的性能指標(biāo)計算； 2、三種接法放大電路的特點及應(yīng)用場合； 本講難點 1、共集和共基放大電路微變等效電路的畫法； 2、共集和共基放大電路微變等效電路的輸入、輸出電阻計算；； 教學(xué)組織過程 本講以教師講授為主。用多媒體演示三種接法電路的構(gòu)成方法，便于學(xué)生理解和掌握。啟發(fā)討論三種不同接法電路各自特點及應(yīng)用場合。 主要內(nèi)容 1、三極管放大電路的基本接法 三極管放大電路的基本接法亦稱為基本組態(tài)，有共射（包括工作點穩(wěn)定電路）、共基和共集三種。共射放大電路以發(fā)射極為公共端，通過iB 對ic的控制作用實現(xiàn)功率放大。共集放大電路以集電極為公共端，通過iB對iE的控制作用實現(xiàn)功率放大。共基放大電路以基極為公共端，通過iE對iB的控制作用實現(xiàn)功率放大。 2、共集放大電路的組成及靜態(tài)和動態(tài)分析 1） 共集放大電路的組成 共集放大電路亦稱為射極輸出器如P92圖2.23（a）所示，為了保證晶體管工作在放大區(qū)，在晶體管的輸入回路，、與VCC共同確定合適的靜態(tài)基極電流；晶體管輸出回路中，電源 VCC，提供集電極電流和輸出電流，并與配合提供合適的管壓降UCE 。 2）共集放大電路的靜態(tài)分析 與共射電路靜態(tài)分析方法基本相同。 （1）列放大電路輸入方程可求得；（2）根據(jù)放大區(qū)三極管電流方程可求得；（3）列放大電路輸出方程可求得； 3）共集放大電路的動態(tài)分析 共集放大電路的動態(tài)分析方法與共射電路基本相同，只是由于共集放大電路的“交流地”是集電極，一般習(xí)慣將“地”畫在下方，所以微變等效電路的畫法略有不同，如P92圖2.23（d）所示。 3、共基放大電路的靜態(tài)和動態(tài)分析 1） 共基放大電路的靜態(tài)分析 與共射電路靜態(tài)分析方法基本相同。 （1）列放大電路輸入回路電壓方程可求得； （2）根據(jù)放大區(qū)三極管電流方程 可求得； （3）列放大電路輸出回路電壓方程可求得； 2）共基放大電路的動態(tài)分析 共基放大電路的動態(tài)分析方法與共射電路基本相同，只是由于共基放大電路的“交流地”是基極，一般習(xí)慣將“地”畫在下方，所以微變等效電路的畫法略有不同。如P94圖2.24所示。 4、三種接法的比較 共射放大電路既有電壓放大作用又有電流放大作用，輸入電阻居三種電路之中，輸出電阻較大，適用于一般放大。共集放大電路只有電流放大作用而沒有電壓放大作用，因其輸入電阻高而常做為多級放大電路的輸入級，因其輸出電阻低而常做為多級放大電路的輸出級，因其放大倍數(shù)接近于1而用于信號的跟隨。共基放大電路只有電壓放大作用而沒有電流放大作用，輸入電阻小，高頻特性好，適用于寬頻帶放大電路。 第九講 場效應(yīng)管放大電路 本講重點 1、場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置方法； 2、場效應(yīng)管放大電路小信號模型分析法； 3、場效應(yīng)管放大電路的特點 本講難點 1、場效應(yīng)管放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置方法； 2、場效應(yīng)管放大電路小信號模型分析法； 教學(xué)組織過程 本講以教師講授為主。用多媒體演示FET放大電路Q點設(shè)置方法、小信號模型及其分析方法等，便于學(xué)生理解和掌握。啟發(fā)討論FET與BJT三種不同接法電路特性及應(yīng)用對比。 主要內(nèi)容 1、場效應(yīng)管放大電路的三種接法 場效應(yīng)管的三個電極源極、柵極和漏極與晶體管的三個電極發(fā)射極、基極和集電極相對應(yīng)，因此在組成電路時也有三種接法：共源放大電路、共柵放大電路和共漏放大電路。 2、FET放大電路的直流偏置 FET是電壓控制器件，因此放大電路要求建立合適的偏置電壓，而不要求偏置電流。FET有JFET、MOSFET，N溝、P溝，增強型、耗盡型之分。它們各自的結(jié)構(gòu)不同，伏安特性有差異，因此在放大電路中對偏置電路有不同要求。 JFET必須反極性偏置，即UGS與UDS極性相反； 增強型MOSFET的UGS與UDS必須同極性偏置； 耗盡型MOSFET的UGS可正偏、零偏或反偏。 因此，JFET和耗盡型MOSFET通常采用自給偏壓和分壓式偏置電路，而增強型MOSFET通常采用分壓式偏置電路。 3、FET放大電路的靜態(tài)分析 考慮FET管子的輸入電阻很高，F(xiàn)ET的柵極幾乎不取用電流，可以認(rèn)為IGQ =0。 對FET放大電路進行靜態(tài)分析有兩種方法：圖解法和估算法。靜態(tài)分析時只須計算三個參數(shù)：UGSQ、IDQ和UDSQ即可，下面分別舉例說明。 1）自給偏壓放大電路 共源自給偏置放大電路及其直流通路如圖2.25所示 UGS=VG－VS≈－ISRs<0 可見依靠JFET自身的源極電流IS所產(chǎn)生的電壓降ISRs，使得柵-源極間獲得了負(fù)偏置電壓。 （1）估算法靜態(tài)分析 列輸入回路電壓方程： JFET（或耗盡型FET）的電流方程： 聯(lián)解上述兩式并舍去不合理的一組解，可求得和。 列輸出回路電壓方程求得 （2）圖解法靜態(tài)分析 ①列輸出直流