第二章半導(dǎo)體三極管及應(yīng)用

1、第二章晶體三極管知識能力：熟悉晶體管放大、飽和、截止三種工作狀態(tài)條件和工作在這三種狀態(tài)特點，并能夠用輸出電壓的大小來判斷。熟悉晶體管的直接耦合形式。 技能能力：熟悉發(fā)光二極管的應(yīng)用，熟悉電容話筒的應(yīng)用。學(xué)會放大器靜態(tài)工作點的調(diào)試方法，分析靜態(tài)工作點對放大器性能的影響。掌 握放大器電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻及最大不失真輸出電壓的測試方 法。社會能力：訓(xùn)練學(xué)生工程意識和良好的勞動紀(jì)律觀念，自學(xué)能力。培養(yǎng)學(xué)生良好的語言表 達(dá)能力和客觀評價能力，勞動組織和團(tuán)體協(xié)作能力以及自我學(xué)習(xí)和管理的素養(yǎng)。2.1雙極型晶體管1. 晶體管的結(jié)構(gòu)、符號和分類（1）晶體管的結(jié)構(gòu)和符號晶體管由形成兩個 PN結(jié)的三塊雜

2、質(zhì)半導(dǎo)體組成，結(jié)構(gòu)和符號如圖2-1所示。0?贏電想E心去射根PNP型a） NPN 型圖2-1晶體管的結(jié)構(gòu)和符號不管是什么樣的晶體管，它們均包含三個區(qū)：發(fā)射區(qū)，基區(qū)，集電區(qū)，同時相應(yīng)的引出 三個電極：發(fā)射極，基極，集電極。同時又在兩交界區(qū)形成 PN結(jié)，分別是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)。結(jié)構(gòu)特點：發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高； 集電區(qū)摻雜濃度低于發(fā)射區(qū)，且面積大；基區(qū)很薄，一般在幾個微米至幾十個微米，且摻雜濃度最低。（2）晶體管的分類晶體管根據(jù)基片的材料不同，分為鍺管和硅管兩大類，目前國內(nèi)生產(chǎn)的硅管多為 NPN型（3D系列），鍺管多為PNP型（3A系列）；根據(jù)頻率特性，分為高 頻管和低頻管；根據(jù)功率大小，分為大功率管

3、、中功率管和小功率管等。實際應(yīng)用中采用NPN型晶體管較多，所以下面以NPN型晶體管為例加以討論，所得結(jié)論同樣適用于PNP型晶體管。2. 雙極型晶體管的電流放大作用（1）晶體管內(nèi)部載流子的傳輸過程晶體管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸體現(xiàn)出來的。1）晶體管的放大條件。把兩個二極管背靠背地連在一起，是沒有放大作用的，要想使它具有放大作用，必須做到以下幾點：發(fā)射區(qū)中摻雜濃度高，基區(qū)必須很薄，集電結(jié)的面積應(yīng)很大；工作時，發(fā)射結(jié)應(yīng)正向偏置，集電結(jié)應(yīng)反向偏置。2） 載流子的傳輸過程。內(nèi)部載流子的傳輸過程如圖2-2所示。發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò) 散運動形成發(fā)射極電流，發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散

4、到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，形成發(fā)射極電流Ie （基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流可忽略）。圖2-2內(nèi)部載流子的運動擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與基區(qū)空穴的復(fù)合運動形成基極電流，電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)合形成基極電流Ibn，復(fù)合掉的空穴由 Ubb補(bǔ)充。多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散到達(dá)集電結(jié) 的一側(cè)。集電結(jié)加反向電壓，漂移運動形成集電極電流lc集電結(jié)反偏，有利于收集基區(qū)擴(kuò)散過來的電子而形成集電極電流Icn，其能量來自外接電源 Ucc。另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在外電場的作用下將進(jìn)行漂移運動而形成反向飽和電流，用Icbo表示。BJT( Bipolar由以上可以看出，發(fā)射區(qū)發(fā)射載流子，集電區(qū)收集載流子，基區(qū)傳送和控

5、制載流子。晶 體管內(nèi)有兩種載流子（自由電子和空穴）參與導(dǎo)電，故稱為雙極型晶體管，或Junction Transistor)。(2) 電流放大作用為了定量地研究電流分配和放大原理先做一個實驗，實驗電路如圖2-3所示，加電源電壓 Ubb時，發(fā)射結(jié)承受正向偏置電壓，電源UccUbb使集電結(jié)承受反向偏置電壓。通過改變電阻Rb，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,實驗所得數(shù)據(jù)見表 2-1。圖2-3晶體管實驗電路表2-1晶體管各極電流實驗數(shù)據(jù)02030!4050601.42.33.2斗4.7-01,422.333.244.054.7607076SO8078將表中數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，可得出如

6、下結(jié)論：1) Ie=Ic+Ib，三個電流之間的關(guān)系符合基爾霍夫電流定律。2) IcVe。若考慮集電結(jié)反向飽和電流IcbO的影響，各極電流關(guān)系為lc= ( 1+ 3)ICBO = ICEO(稱為 集電結(jié)穿透電流)，如圖 2-4所示，則I c=Ib+ (1+ 3 Icbo=Ib+IceoI CEO圖2-4 Iceo的形成3) Ib雖然很小，但對lc有控制作用，lc隨Ib改變而改變。例如，Ib由40加到50,36lc從 3.2mA 增加到 4mA，貝U 護(hù) Ale / Ab = (4-3.2 ) X10 A ( 50-40 ) X10 A , B稱為晶體管電流放大系數(shù)，它反映晶體管電流放大能力，也可

7、以說電流Ib對le的控制能力。B= l e/A Ib(2-1)3. 雙極型晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線分輸入特性曲線和輸出特性曲線兩部分。它們可以通過晶體管特性圖示儀測得，也可以用實驗的方法測繪。實驗電路如圖2-5所示。圖2-5晶體管特性測試電路(1)輸入特性曲線輸入特性曲線如圖2-6a所示，iB表達(dá)式為PN(2-2)當(dāng)Uce 1V時，此時發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，如果再繼續(xù)增大 明顯，不同的UCE輸入特性曲線幾乎重合。（2）輸出特性曲線輸出特性曲線如圖2-6b所示，ic表達(dá)式為i c=f（UcE）| iB=常數(shù)（2-3）1）放大區(qū)。如果滿足發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，那么基極電流大于零，同時隨

8、著基極電流的增加，集電極電流也隨著增加?；鶚O電流控制集電極電流，即B也lc/ IB。當(dāng)IB 一定時，ic基本不隨UcE變化，具有恒流特性。2） 截止區(qū)。當(dāng)滿足發(fā)射結(jié)反偏、集電結(jié)反偏時，基極電流iB=O，集電極電流ic很小， 此時ic = lcEO0集電極和發(fā)射極之間電阻很大，相當(dāng)于開關(guān)斷開。3） 飽和區(qū)。當(dāng)滿足發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)正偏時，ic幾乎不隨iB變化，Uce略有增加，ic 迅速上升。Uce很小，稱之為飽和電壓，用Uces表示。硅管：Uces=0.3V ,鍺管：Uces=0.1V。JlWmA飽和區(qū)4 iz/mAa）輸入特性曲線b）輸出特性曲線圖2-6晶體管的特性曲線由于發(fā)射結(jié)正偏，故硅管U

9、be=0.7V，鍺管Ube=0.3V （此特點在放大區(qū)同樣具有）。般情況下飽和區(qū)和截止區(qū)叫做非線性區(qū)，對應(yīng)的工作狀態(tài)叫飽和狀態(tài)與截止?fàn)顟B(tài)，晶體管工作在這兩個區(qū)的特性稱為晶體管的開關(guān)特性。把放大區(qū)叫做線性區(qū)， 對應(yīng)的工作狀態(tài)叫放大 狀態(tài)。4. 晶體管工作狀態(tài)的判斷方法判斷晶體管的工作狀態(tài)可有以下方法:1）根據(jù)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的偏置電壓來判別。2） 根據(jù)偏置電流Ib、Ic、les來判別。首先設(shè)晶體管臨界飽和，計算Ibs：再計算輸入電流Ib，若Ib Ibs，則飽和；若Ib U(BR) CEO時晶體管ic、iE劇增，使晶體管擊穿損壞。為了可靠工作，使用中取 Ucc U (BR) CEO U (BR) E

10、BO4) 由PcM、I CM和U (BR) CEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)。 根據(jù)給定的Pcm值可以作出一條 Pcm曲線，如圖2-7所示，由Pcm、Icm和U(br) ceo包圍的 區(qū)域為晶體管安全工作區(qū)。6. 溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響溫度對晶體管特性影響較大，輸入特性和輸出特性都隨溫度的變化而變化。溫度每升高10C ， I CBO增加約一倍。反之，當(dāng)溫度降低時I CBO減少。溫度每升咼1 C,晶體管的導(dǎo)通電壓約減小22.5 mV，因此溫度升高時正向特性左移，如圖2-8a所示。反之右移。溫度每升高1 C, B值約增大0.5%1 %,因此溫度升高將導(dǎo)致輸出特性曲線間

11、的間距增大，Ic增大如圖2-8b所示。a)輸入特性曲線b)輸出特性曲線圖2-8溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響在實際應(yīng)用中，還經(jīng)常使用特殊晶體管，主要有光電晶體管(又稱光敏晶體管)，能把輸入的光信號變成電信號， 并能將光信號產(chǎn)生的電信號進(jìn)行放大， 其靈敏度比光敏二極管高 得多。而光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏器件 (如光電晶體管)組裝在一起而形成的二端 口器件的總稱。2.2金屬氧化物場效應(yīng)晶體管1. MOS管的結(jié)構(gòu)、符號、工作原理及特性曲線單極型半導(dǎo)體晶體管分為金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管和結(jié)型場效應(yīng)晶體管(MOS-FET和F-FET)，結(jié)型場效應(yīng)晶體管的輸入電阻雖然可達(dá)106109?，但在要

12、求輸入電阻更高的場合，還是不能滿足要求。本節(jié)介紹的金屬-氧化物-半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOS-FET )具有更高的輸入電阻，可達(dá)1015 ?，并具有制造工藝簡單、適于集成電路的優(yōu)點。MOS管也有N溝道和P溝道之分，而且每一類又分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。本章以N溝道增強(qiáng)型 MOS管為例進(jìn)行討論，結(jié)論也適應(yīng)于P溝道增強(qiáng)型 MOS管。(1) N溝道增強(qiáng)型 MOS管的結(jié)構(gòu)和符號在一塊摻雜濃度較低的 P型硅襯底上，制作兩個高摻雜濃度的 N+區(qū)，并用金屬鋁引出兩個電極，分別作漏極d和源極s。然后在半導(dǎo)體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅（SiO2）絕緣層，在漏源極間的絕緣層上再裝上一個鋁電極，作為柵極g。在襯底上也引

13、出一個電極 B，這就構(gòu)成了一個 N溝道增強(qiáng)型MOS管。MOS 管的源極和襯底通常是接在一起的（大多數(shù)管子在出廠前已連接好），它的柵極與其他電極間是絕緣的。N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖和代表符號如圖2-11a、b所示。代表符號中的箭頭 方向表示由P （襯底）指向N （溝道）。P溝道增強(qiáng)型MOS管的箭頭方向與上述相反，如圖2-11c所示。應(yīng)襯底引巍 a） N溝道增強(qiáng)型MOS管結(jié)構(gòu)示意圖b） N溝道增強(qiáng)型M圧 管代表符號e） F溝道増強(qiáng)型管代表符號Ofld） P溝道耗盡型管表符號圖2-11 增強(qiáng)型MOS結(jié)構(gòu)圖和代表符號P溝道耗盡型 MOS管與N溝道增強(qiáng)型 MOS管結(jié)構(gòu)基本相似，所不同的是制造N溝

14、道耗盡型MOS管時，在SiO2絕緣層中摻入了大量的堿金屬正離子（制造P溝道耗盡型 MOS管時摻入負(fù)離子），因此即使Ugs=0時，在這些正離子產(chǎn)生的電場作用下，漏一源極間的P型襯底表面也能感應(yīng)生成 N溝道（稱為初始溝道），因此耗盡型 MOS管在Ugs=o時，漏 源極間已有導(dǎo)電溝道產(chǎn)生。只要加上正向電壓Uds，就有電流iD。如圖2-11d所示。（2）N溝道增強(qiáng)型MOS管的工作原理1） Ugs對iD及溝道的控制作用。當(dāng)柵源電壓Ugs=0時，從圖2-12a可以看出，增強(qiáng)型MOS管的漏極d和源極s之間有兩個背靠背的 PN結(jié)。當(dāng)Ugs=0時，即使加上漏一源電壓 Uds，而且不論Uds的極性如何，總有一個

15、PN結(jié)處于反偏狀態(tài)，漏源極間沒有導(dǎo)電溝道， 所以這時漏極電流iD 0當(dāng)Ugs0時，則柵極和襯底之間的 SiO2絕緣層中便產(chǎn)生一個電場。電場方向垂直于半 導(dǎo)體表面的由柵極指向襯底的電場。這個電場能排斥空穴而吸引電子排斥空穴，使柵極附近的P型襯底中的空穴被排斥，剩下不能移動的受主離子（負(fù)離子），形成耗盡層。同時將 P型襯底中的電子（少子）被吸引到襯底表面，使導(dǎo)電溝道的形成。當(dāng)Ugs數(shù)值較小，吸引電子的能力不強(qiáng)時，漏一源極之間仍無導(dǎo)電溝道出現(xiàn)，如圖2-12b所示。當(dāng)Ugs增加時，吸引到 P襯底表面層的電子就增多，當(dāng)Ugs達(dá)到某一數(shù)值時，這些電子在柵極附近的 P襯底表面便形成一個 N型薄層，且與兩個

16、N型區(qū)相連通，在漏-源極間 形成N型導(dǎo)電溝道，其導(dǎo)電類型與P襯底相反，故又稱為反型層，如圖2-12C所示。當(dāng)Ugs越大，作用于半導(dǎo)體表面的電場就越強(qiáng)，吸引到P襯底表面的電子就越多，導(dǎo)電溝道越厚，溝道電阻越小。開始形成溝道時的柵一源極電壓稱為開啟電壓，用Ut表示。上面討論的N溝道MOS管在UgsV Ut時，不能形成導(dǎo)電溝道，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。只有當(dāng)UgsUt時，才有溝道形成。這種必須在Ugs Ut時才能形成導(dǎo)電溝道的 MOS管稱為增強(qiáng)型MOS管。溝道形成以后，在漏-源極間加上正向電壓 Uds，就有漏極電流產(chǎn)生。時屈引線b)N型【感生】溝道F碣I線C)圖2-12 N溝道增強(qiáng)型 MOS管結(jié)構(gòu)圖2)

17、Uds對iD的影響。如圖2-13a所示，當(dāng)UgsUT且為一確定值時，漏源電壓5s對導(dǎo)電溝道及電流iD的影響與結(jié)型場效應(yīng)晶體管相似。漏極電流iD沿溝道產(chǎn)生的電壓降使溝道內(nèi)各點與柵極間的電壓不再相等，靠近源極一端的電壓最大，這里溝道最厚，而漏極一端電壓最小，其值為 Ugd=Ugs Uds,因而這里溝道最薄。但當(dāng)Uds較小(Uds Udg -Ut）后的一條轉(zhuǎn)移特性曲線代替飽和區(qū)的 所有轉(zhuǎn)移特性曲線。a）輸入特性曲線b）輸出特性曲線圖2-14 N溝道增強(qiáng)型 MOS管的特性曲線2）輸出特性曲線（漏極特性曲線）。N溝道增強(qiáng)型 MOS管的輸出特性曲線如圖2-14b所示。其輸出特性曲線也分為可變電阻區(qū)、飽和區(qū)

18、、截止區(qū)和擊穿區(qū)幾部分?？勺冸娮鑵^(qū)：當(dāng) UdS較小，Ugd = Ugs Uds UT（ Uds Ugs-JT）,這時只要 Ugs 定，溝 道電阻幾乎也是一定的，所以iD隨Uds近似呈線性變化。飽和區(qū)：當(dāng)Uds增加到使U gd = Ugs Uds =U T （或Uds = Ugs Ut）時，溝道在漏極一端 出現(xiàn)預(yù)夾斷，當(dāng)繼續(xù)增大 Ugs,使Ugd = Ugs Uds UT時夾斷區(qū)變寬，溝道電阻增大，當(dāng)Uds增加時，iD幾乎不增加，iD的變化趨勢幾乎僅由 Ugs決定。截止區(qū)：Ugs Ut，不能形成導(dǎo)電溝道，iD = 0。對于N溝道耗盡型 MOS管，如果加上正的 Ugs，柵極與N溝道間的電場將在溝道

19、中吸 引來更多的電子，溝道加寬，溝道電阻變小，iD增大。反之Ugs為負(fù)時，溝道中感應(yīng)的電子減少，溝道變窄，溝道電阻變大，iD減小。當(dāng)Ugs負(fù)向增加到某一數(shù)值時，導(dǎo)電溝道消失，iD趨于零，管子截止，故稱為耗盡型。溝道消失時的柵-源電壓稱為夾斷電壓，仍用Up表示。與N溝道結(jié)型場效應(yīng)晶體管相同，N溝道耗盡型MOS管的夾斷電壓 Up也為負(fù)值，但是，前者只能在 Ugs0、UpUgsQ%EQ+旺EQb）直流通路的等效電路a） 直流通路圖 2-22基本共射放大電路的直流通路在晶體管的輸入回路中，靜態(tài)工作點即在晶體管的輸入特性曲線上，又滿足圖2-22b所 示電路的輸入回路方程:(2-25)UBE =Vcc i

20、 B Rbcc?在輸入特性坐標(biāo)系中，畫出式（2-25）所確定的直線，它與橫軸的交點為（ Vcc, 0）,與縱軸的交點為（0, Vcc/ Rb），斜率為-1/ Rb。直線與曲線的交點就是靜態(tài)工作Q,其坐標(biāo)為（Ubeq,Ibq）,如圖2-23a中所標(biāo)注。式（2-25）所確定的直線稱作輸入回路直流負(fù)載線。b）輸出回路的圖解分析圖 2-23利用圖解法求解靜態(tài)工作點與輸入回路相似，在圖2-23b所示晶體管的輸出回路中，靜態(tài)工作點Q即在Ib = I BQ的那條輸出特性曲線上，又應(yīng)滿足輸出回路的回路方程:Uce =Vcc ieRc(2-26)在輸出特性曲線坐標(biāo)系中，畫出式（2-26）所確定的直線，與橫軸的交

21、點（V 0）,與cc?縱軸的交點為（0, Vcc/ Rc），斜率為-1/ Rc，并且找到與Ib =Ibq對應(yīng)的那條輸出特性曲線,該曲線與上述直線的交點就是靜態(tài)工作點Q,其坐標(biāo)為（Uceq, Icq）,如圖2-26b中所標(biāo)注。由式(2-26)所確定的直線稱為輸出回路直流負(fù)載線。2)電路參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響： Rb對Q點的影響。Rb的變化，對M與N兩點的位置沒有影響，即不改變直流負(fù)載線的斜率。Rb減小，Ibq增大，靜態(tài)工作點 Q沿直線MN上升，即Q點上移，工作點 Q有可能進(jìn)入飽和區(qū)；Rb增大，Ibq減小，靜態(tài)工作點 Q沿直線MN下降，即Q點下移，工作點 Q有可能進(jìn)入截止區(qū)。如圖2-24a所示。a

22、) Rb變化對Q點的影響b)Rc變化對Q點的影響c) Vcc變化對Q點的影響圖2-24 電路參數(shù)對Q點的影響 Rc對Q點的影響。Rc的變化，僅改變直流負(fù)載線的N點，即僅改變直流負(fù)載線的斜率。Rc減小，N點上升，直流負(fù)載線變陡，工作點沿i B = I BQ這一條特性曲線右移。Rc增大，N點下降，直流負(fù)載線變平坦，工作點沿iB二IBq這一條特性曲線向左移。如圖2-24b所示。 Vcc對Q點的影響。Vcc的變化不僅影響I ，還影響直流負(fù)載線，因此，Vcc對Q點BQ的影響較復(fù)雜。Vcc上升，Ibq增大，同時直流負(fù)載線M點和N點同時增大，故直流負(fù)載線平行上移，所以工作點向右上方移動。Vcc下降，Ibq下

23、降，同時直流負(fù)載線平行下移，所以工作點向左下方移動，如圖2-24C所示。實際調(diào)試中，主要通過改變電阻 Rb來改變靜態(tài)工作點， 而很少通過改變 Vcc來改變工 作點。圖解法非常直觀地顯示出靜態(tài)工作點在輸入、輸出特性坐標(biāo)平面上的位置，因而能清楚的看到Q點是否合適，并可以對電路是否產(chǎn)生失真進(jìn)行較為準(zhǔn)確的分析。（2）動態(tài)分析對于放大電路，利用圖解法求解電壓放大倍數(shù)，與后面將闡述的微變等效電路法相比，較為繁瑣，而且誤差較大，一般不常使用，所以這里不再贅述。通常，較 多地利用圖解法對電路進(jìn)行失真分析，充分發(fā)揮其形象直觀的優(yōu)點。1）交流負(fù)載線的作法。以圖 2-22b共射組態(tài)交流基本放大電路為例，由以上分析可

24、知，根據(jù)其直流通路圖 2-22a可得圖2-25所示直流負(fù)載線方程 NM ,直流負(fù)載線與晶體管輸出特 性曲線的交點Q反映了靜態(tài)值lc和Uce的關(guān)系。由圖2-22b基本共射放大電路的交流通路，可得純交流方程：Uce= iC?Rc/RL若令R_ =住/ R_，則有Uce icR（ 2-27）由式（2-27）所確定的負(fù)載線，稱為交流負(fù)載線輔助線，由于集電極動態(tài)電流ic僅僅取決與基極動態(tài)電流ib,二動態(tài)管壓降 Uce對應(yīng)于ic?Rc/RL，所以它的斜率為一1/ （ Rc/Rl）, 由于輸入信號Ui =0時，晶體管的集電極電流應(yīng)為Icq,管壓降應(yīng)為Uceq，所以它必過Q點； 故必須過Q點做交流負(fù)載線輔助線

25、的平行線，即交流負(fù)載線，有以上兩點可知交流負(fù)載線 是一條通過Q點，斜率為1/Rc/Rl的直線。如圖2-25所示。N圖2-25直流負(fù)載線和交流負(fù)載線2）波形非線性失真的分析。 當(dāng)如電壓為正弦波，若靜態(tài)工作點合適且輸入信號幅值較小時，則晶體管發(fā)射結(jié)間的動態(tài)電壓為正弦波，基極動態(tài)電流也為正弦波，如圖2-26a所示。在放大區(qū)內(nèi)，集電極電流跟隨基極電流變化而變化，且滿足ic=3 iB的關(guān)系，ic和Uce將沿交流負(fù)載線變化。當(dāng)iC增 大時，Uce減??；當(dāng)iC減小時，UCE增大。由此得到管壓降 Uce（輸出電壓U。），U。與Ui反向,如圖2-26b所示。a）輸出回路波形分析b）輸入回路波形分析圖2-26基本

26、放大電路的波形分析 圖2-27所示為某一放大電路的靜態(tài)工作點設(shè)置得過低的工作工程。由于晶體管進(jìn)入 了特性曲線的截止區(qū)而引起的輸出波形正半周的非線性失真稱為截止失真。 圖2-28所示為某一放大電路的靜態(tài)工作點設(shè)置得過高的工作工程。由于晶體管進(jìn)入 了特性曲線的飽和區(qū)而引起的輸出波形正半周的非線性失真稱為飽和失真。圖2-28基本放大電路的飽和失真分析總之，設(shè)置合適的靜態(tài)工作點， 可以避免放大電路產(chǎn)生非線性失真，一般可選在交流負(fù)載線的中點。當(dāng)然，在小信號放大電路中，一般不會出現(xiàn)這種情況。另外輸入特性曲線的彎 曲、輸出特性曲線的上下疏密程度不一致，都可能產(chǎn)生輸出波形的失真。5.共射放大電路的微變等效電路

27、法把非線性器件晶體管所組成的放大電路等效成一個線性電路，就是放大電路的微變等效電路，然后用線性電路的分析方法來分析，這種方法稱為微變等效電路分析法。等效的條件是晶體管在小信號（微變量）情況下工作。這樣就能在靜態(tài)工作點附近的小范圍內(nèi)，用直線 段近似地代替晶體管的特性曲線。（1）晶體管簡化的微變等效電路1）晶體管基極一發(fā)射極間的等效。圖2-29a是晶體管的輸入特性曲線，從晶體管的輸 入特性曲線上看，如果輸入信號在 Q點附近的微小范圍內(nèi)， 可以認(rèn)為是線性，因此當(dāng)uCE為常數(shù)時，輸入電壓的變化量 .-：uBE （或ube ）。a）晶體管的輸入特性曲線圖2-29晶體管的輸入、輸出特性曲線與輸入電流的變化

28、量（或iB ）之比是一個常數(shù)，可以用符號rbe表示，即:BEuCE =常數(shù)ib UcE= 常數(shù)(2-28)rbe稱為晶體管輸出端交流短路時的輸入電阻，其值與晶體管的靜態(tài)工作點Q有關(guān)。工程上rbe可以用下面的公式進(jìn)行估算:門uTbe =臥+(1+0)廠1 EQ(2-29)式中，rbb為晶體管基區(qū)體電阻， 對于低頻、小功率管約為200300,本書中rbb取30 1 ；UT為溫度電壓當(dāng)量，室溫，其值約為26mV , I EQ的單位為mA ,這樣式（2-30）可以寫成:be =300(1 J26(mV) lEQ(mA)(2-30)a）晶體管雙口網(wǎng)絡(luò)b）晶體管的微變等效電路圖2-30晶體管簡化微變等效電

29、路模型這樣對交流信號來說，圖2-30a所示晶體管B E之間可以用一線性電阻 L來等效, 如圖2-30b所示。2）晶體管集電極一發(fā)射極間的等效。由圖2-30b可知，輸出特性曲線在放大區(qū)域內(nèi)，可近似看成一組與橫軸平行、間隔均勻的直線，當(dāng)uCE為常數(shù)時，集電極輸出電流ic的變化 量ic （即ic ）與輸入基極電流iB的變化量Ib （即ib ）之比為常數(shù)，即:玉 丄AiB uC常數(shù)ib uCE 臬數(shù)(2-31 )-是晶體管的共射極電流放大倍數(shù)。這說明晶體管處于放大狀態(tài)時，C E間可以用一個大小為3 iB的恒電流源表示，如圖2-30b所示。實際晶體管的輸出特性曲線并非與橫軸絕對平行，從圖2-30b也可以

30、看出，當(dāng)iB為常數(shù)時，厶上已會變化但iC基本不變，這個線性關(guān)系就是晶體管的輸出電阻G,即:rceUCEUcerce和受控恒流源1 ib并聯(lián)，由于輸出特性近似水平線,(2-32)rce高達(dá)幾百千歐，一般可以看ibiB二常數(shù)做無窮大，在微變等效電路中可視為開路，所以圖2-30b是已經(jīng)簡化了的晶體管微變等效電路。(2)放大電路的動態(tài)分析在放大電路的交流通路中，利用晶體管的微變等效電路取代晶體管，所得電路稱為放大電路的微變等效電路。對放大電路的動態(tài)分析，也就是對這個電路進(jìn)行分析。圖 2-31所示為圖2-22b所示基本共射放大電路的微變等效電路。圖2-31基本共射放大電路的微變等效電路1)電壓放大倍數(shù)

31、A。電壓放大倍數(shù) Au的等于輸出等于電壓 U。與輸入電壓Ui之比,它定量說明放大電路的電壓放大能力，是放大電路一個很重要的一個性能指標(biāo)。根據(jù)定義A = Uo Ui , Uo和Ui均為交流有效值。由圖 2-31可知，輸入電壓：(2-33)輸出電壓Uo是受控恒流源Ic在Rc與Rl并聯(lián)電阻上所產(chǎn)生的電壓降，其方向與輸出電 壓的規(guī)定方向相反，所以U。=-Ic（RcRl） = - Jb（RcRL）（2-34）將式（2-34）和式（2-33）代入 A HUo/Uj，整理得A 二 5,5一 衛(wèi)rberbe（2-35） 式中，負(fù)號表明Uo與Uj相位相反。從式（2-35）可以看出，Au除與R、Rl、等的取值有關(guān)

32、外，還與靜態(tài)工作點密切相關(guān)，當(dāng)靜態(tài)電流Ibq增大時，rbe勢必減小，因而 Au必將增大。可以通過減小 Rb電阻來 增大Ibq，從而增大Ieq。反之，如果增大 Rb， A勢必減小。僅從公式（2-35）看，Rc、 R、0的增大，都會使 A增大。然而事實上，R的變化要影響Q點，因而要慎重。Rl是 實際的負(fù)載或后級電路的輸入電阻， 因而往往不可改變；而的變化在一定條件下對 Au影 響很小。由以上分析不難看出，改變基極電阻 Rb是改變 代 最常用最有效的方法。2）輸入電阻R。放大電路的輸入電阻就是放大電路輸入端的輸入電壓Ui和輸入電流ii之比。當(dāng)輸入為正弦量時，可用相量（或有效值）表示，從圖2-31不難

33、看出，基本共射放大電路的輸入電阻：(2-36)顯然，它是反映輸入信號電壓和信號電流之間關(guān)系的參數(shù)，所以是一個動態(tài)電阻。通常希望放大電路的輸入電阻越高越好，其原因：第一，較小的 R將從信號源索取較 大的電流而增加信號源的輸出功率；第二，當(dāng)信號源內(nèi)阻 Rs=0時，R越大，放大電路輸 入端獲取的有效電壓越大；若與奇跡放大電路相連，那么較低的輸入電阻 R就是前級的負(fù)載電阻，只是前級放大電路的電壓放大倍數(shù)降低，因此，通常要求放大電路由較高的輸入電阻。所以，一般情況下 Rb % ,故有：Rirbe1 i（2-37）3）輸出電阻Ro。放大電路對負(fù)載（或后級放大電路），相當(dāng)于越高信號源，其內(nèi)阻即為放大電路的輸

34、出電阻，從圖2-31可以看出基本共射放大電路的輸出電阻為R。= Rc（ 2-38）通常希望放大電路由較低的輸出電阻，這是因為：放大電路的負(fù)載變動時，較高的輸出 電阻Ro必定引起放大電路輸出電壓較大的波動，降低了帶負(fù)載的能力；第二，對后級放大電路而言，較高的輸出電阻使其后級放大電路獲取的輸入電壓降低。另外，需指出的是輸入電阻R和輸出電阻Ro都是放大電路自身的參數(shù)，與信號源內(nèi)阻Rs及其負(fù)載電阻 R無關(guān)。2.5典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路由以上的分析可以看出，靜態(tài)工作點不但決定了電路是否產(chǎn)生參數(shù)失真，而且還影響著 大于放大倍數(shù) A、輸入電阻R等動態(tài)參數(shù)。實際上，元器件的老化、電源電壓大于的波動、溫度的變化等因素都會引起晶體管參數(shù)的變化，都會造成放大電路靜態(tài)工作點的不穩(wěn)定，有時甚至無法正常工作。所以靜態(tài)工作點的穩(wěn)定與否時衡量放大電路質(zhì)量的一個重要指標(biāo)。1靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路的結(jié)構(gòu)和工作原理（1 ）電路結(jié)構(gòu)典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路如圖2-32所示。（2） 工作原理如圖2-32b所示，節(jié)點B的電流方程為IIi Ibq55 |Re J+(2-39)T尹CCb）直流通路a）典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路圖2-32典型的靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路及其直流通路為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點，參數(shù)取值，一般應(yīng)滿足下列條件：1) Ir Ibq。硅管：I2=(5-10)Ibq 鍺管：