教學(xué)課件·模擬電子技術(shù)(第三版)

1、實(shí)訓(xùn)1常用半導(dǎo)體元件的識(shí)別與性能測(cè)試1.1半導(dǎo)體二極管1.2半導(dǎo)體三極管1.3場(chǎng)效應(yīng)管1.4晶閘管第1章 半導(dǎo)體元件及其特性 實(shí)訓(xùn)1常用半導(dǎo)體元件的識(shí)別與性能測(cè)試 方法1用萬用表簡(jiǎn)易判別二極管、三極管(一) 實(shí)訓(xùn)目的(1) 認(rèn)識(shí)常用晶體二極管和三極管的外形特征。(2) 學(xué)會(huì)使用萬用表判別晶體二極管的極性和三極管的管腳。(3) 熟悉用萬用表判別二極管和三極管的質(zhì)量。(二) 預(yù)習(xí)要求(1) 預(yù)習(xí)PN結(jié)外加正、反向電壓的工作原理和三極管電流放大原理。(2) 預(yù)習(xí)萬用表電阻擋的使用方法。(三) 實(shí)訓(xùn)原理1. 二極管的外形特征(1) 二極管共有兩根引腳，兩根引腳有正、負(fù)之分，在使用中兩根引腳不能接反，否

2、則會(huì)損壞二極管或損壞電路中的其它元件。(2) 二極管的兩根引腳由軸向伸出。(3) 有一部分二極管外殼上標(biāo)出了二極管的電路符號(hào)，以便識(shí)別二極管的正負(fù)極引腳。2 萬用表測(cè)試二極管的原理晶體二極管內(nèi)部實(shí)質(zhì)上是一個(gè)PN結(jié)。當(dāng)外加正向電壓，也即P端電位高于N端電位時(shí)，二極管導(dǎo)通呈低電阻；當(dāng)外加反向電壓，也即N端電位高于P端電位時(shí)，二極管截止呈高電阻。因此可應(yīng)用萬用表的電阻擋鑒別二極管的極性和判別其質(zhì)量的好壞。 實(shí)圖 1.1萬用表電阻擋等效測(cè)試電路測(cè)試時(shí)，可由指針偏轉(zhuǎn)角占全量程刻度的百分比(可通過指針?biāo)幹绷麟妷嚎潭任恢霉浪阒?估算流經(jīng)被測(cè)元器件的直流電流?？捎孟率接?jì)算： (1.1)在測(cè)試小功率二極管時(shí)一

3、般使用R100()或R1 k()擋，不致?lián)p壞管子。 3. 萬用表測(cè)試三極管的原理1) 基極和管型的判斷三極管內(nèi)部有兩個(gè)PN結(jié)，即集電結(jié)和發(fā)射結(jié)，實(shí)圖1.2(a)所示為NPN型三極管。與二極管相似，三極管內(nèi)的PN結(jié)同樣具有單向?qū)щ娦?。因此可用萬用表電阻擋判別出基極b和管型。 實(shí)圖 1.2三極管及其電極辨別(a) NPN型三極管內(nèi)部PN結(jié)；(b) 辨別三極管電極2) 集電極和發(fā)射極的判別這可根據(jù)三極管的電流放大作用進(jìn)行判別。 實(shí)圖 1.3用萬用表判別三極管c、e極3) 反向穿透電流ICEO的檢查 ICEO的大小是衡量三極管質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)，要求越小越好。 4) 共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)的性能測(cè)試

4、 測(cè)試方法與2)中判別c、e極方法的相似。由三極管電流放大系數(shù)原理可知，在接Rb時(shí)測(cè)得阻值比未接Rb時(shí)為小，因此，測(cè)得的角百分比越大，則表明三極管的電流放大系數(shù)越大。(四) 實(shí)訓(xùn)設(shè)備和器件 萬用表一只；二極管：2AP型、2CP型各一只；三極管：3AX31、3DG6各一只；電阻：100 k一只；壞的二極管、三極管若干只。(五) 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1 測(cè)試二極管的正、負(fù)極性和正、反向電阻 用萬用表電阻擋(R100 ()或R1 k()擋)判別二極管的正、負(fù)極和測(cè)試正、反向電阻。2 判別三極管的管腳和管型(NPN型和PNP型)(1) 用萬用表電阻擋(R100 ()或R1 k()擋)先判別基極b和管型。(2) 判

5、別出集電極c和發(fā)射極e，測(cè)定ICEO和的大小。(3) 用萬用表測(cè)試壞的二極管和三極管，鑒別分析管子質(zhì)量和損壞情況。(六) 實(shí)訓(xùn)報(bào)告(1) 將測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，填入實(shí)表1.1中。(2) 根據(jù)測(cè)量結(jié)果，總結(jié)出一般晶體二極管正向電阻、反向電阻的范圍。(七) 思考題通過實(shí)訓(xùn)，你能否回答下列問題：(1) 能否用萬用表測(cè)量大功率三極管？ 測(cè)量時(shí)使用哪一擋，為什么？(2) 為什么用萬用表不同電阻擋測(cè)二極管的正向(或反向)電阻值時(shí)，測(cè)得的阻值不同?(3) 用萬用表測(cè)得的晶體二極管的正、反向電阻是直流電阻還是交流電阻？ 用萬用表的R10()擋和R1 k()擋去測(cè)量同一個(gè)二極管的正向電阻時(shí)，所得的結(jié)果是否相

6、同？ 為什么？(4) 我們知道，二極管的反向電阻較大，需用萬用表的R1 k()或R10k()擋去測(cè)量 。有人在測(cè)量二極管的反向電阻時(shí)，為了使表筆和管腳接觸良好，用兩手分別把兩個(gè)接觸處捏緊，結(jié)果發(fā)現(xiàn)管子的反向電阻比實(shí)際值小很多，這是為什么？方法 2用逐點(diǎn)法測(cè)試二極管和三極管的特性曲線(一) 實(shí)訓(xùn)目的(1) 通過用普通萬用表測(cè)試二極管和三極管的特性曲線，加深理解其特性曲線的物理意義。(2) 了解被測(cè)管子各極間的電壓和電流在數(shù)值上的關(guān)系和特點(diǎn)。(二) 預(yù)習(xí)要求(1) 測(cè)量二極管的正向和反向伏安特性對(duì)電源的連接和數(shù)值有什么要求？ 在測(cè)試同一條伏安特性過程中，為什么不要變更萬用表的量程？(2) 共發(fā)射極

7、直流與交流電流放大系數(shù)在概念上有什么區(qū)別？(3) 三極管的輸入特性和輸出特性應(yīng)在什么條件下進(jìn)行測(cè)量？ 對(duì)測(cè)量電表有什么要求？(4) 測(cè)試鍺材料三極管的伏安特性時(shí)，若測(cè)試時(shí)間過長(zhǎng)，為什么會(huì)影響測(cè)量結(jié)果？(三) 實(shí)訓(xùn)原理1. 二極管伏安特性測(cè)試用逐點(diǎn)法測(cè)試二極管正、反向伏安特性。逐點(diǎn)改變加在二極管兩端電壓 ，測(cè)出各點(diǎn)電壓和與相對(duì)應(yīng)的電流 ，即可描繪出伏安特性曲線。2. 三極管共發(fā)射極組態(tài)伏安特性測(cè)試三極管共發(fā)射極組態(tài)的伏安特性有輸入特性和輸出特性。輸入特性可用函數(shù)式來表示，即在UCE電壓保持不變的情況下，基極輸入回路中UBE和IB之間的關(guān)系。一般當(dāng)UCE2 V后，輸入特性基本重合。輸出特性可用函數(shù)

8、式來表示，即在基極電流IB保持不變的情況下，在集電極輸出回路中UCE和IC之間的關(guān)系。3. 實(shí)訓(xùn)電路實(shí)訓(xùn)電路如實(shí)圖 1.4 和實(shí)圖 1.5 所示。實(shí)圖 1.4二極管特性測(cè)試電路圖實(shí)圖 1.5三極管特性測(cè)試電路圖(四) 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容1. 測(cè)量二極管正、反向特性按實(shí)圖1.4接線。(1) 測(cè)正向伏安特性時(shí)，將S、S各與1、1相接，電源U=3 V，電流用直流毫安表擋測(cè)量。(2) 測(cè)反向伏安特性時(shí)，S、S各與2、2相接，電源U=32 V，電流用直流微安擋測(cè)量。測(cè)量時(shí)，調(diào)節(jié)電位器RP使二極管兩端電壓從零開始逐點(diǎn)增加，并測(cè)出各點(diǎn)電壓相對(duì)應(yīng)的電流值 , 填入實(shí)表1.2和實(shí)表1.3中。2. 測(cè)量三極管的輸入特性(1

9、) 按實(shí)圖1.5接線，在開啟電源前，將UBB調(diào)至3 V，UCC置于零位，然后開啟電源，仍使UCC=0 V，并維持不變，即UCE=0 V，然后調(diào)節(jié)RP，使UBE由0 V開始逐漸增大，讀測(cè)并記錄與UBE各點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的IB，填入實(shí)表1.4中。(2) 調(diào)節(jié)電源UCC=2 V，并維持不變，即UCE=2 V。再調(diào)節(jié)RP，仍使UBE由0 V開始增大，記下與各點(diǎn)UBE相對(duì)應(yīng)的IB，填入實(shí)表1.4中。3. 測(cè)量三極管的輸出特性連接線路不變，調(diào)節(jié)RP使IB=0 A，并維持不變，再調(diào)節(jié)穩(wěn)壓電源，使UCC由0 V逐點(diǎn)增大，讀測(cè)相應(yīng)IC，填入實(shí)表1.5中。調(diào)節(jié)RP使IB分別為實(shí)表 1.5 中其它各值，重復(fù)上述測(cè)量。(五)

10、 實(shí)訓(xùn)報(bào)告(1) 整理數(shù)據(jù)，填好表格。(2) 根據(jù)測(cè)試結(jié)果，用方格坐標(biāo)描繪二極管正、反向特性曲線和三極管輸入、輸出特性曲線。(3) 通過輸出特性曲線，在UCE=6 V, IB=60 A的工作點(diǎn)上求取共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)和交流電流放大系數(shù)。(六) 思考題(1) 如果要測(cè)試硅二極管的正向特性，應(yīng)如何較合理地安排測(cè)試點(diǎn)，為什么？(2) 測(cè)試PNP型三極管時(shí)，電源應(yīng)如何連接？1.1半導(dǎo)體二極管1.1.1PN結(jié)的形成與特性1 PN結(jié)的形成在半導(dǎo)體材料(硅、鍺)中摻入不同雜質(zhì)可以分別形成N型和P型兩種半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，稱自由電子為多數(shù)載流子，而空穴(帶正電荷的載流子)數(shù)量遠(yuǎn)少于電子

11、數(shù)量，稱空穴為少數(shù)載流子。P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，稱空穴為多數(shù)載流子，而自由電子遠(yuǎn)少于空穴的數(shù)量，稱自由電子為少數(shù)載流子。圖 1.1.1PN結(jié)的形成(a) 多數(shù)載流子的擴(kuò)散；(b) PN結(jié)的形成2 PN結(jié)的特性1) PN結(jié)的正向?qū)ㄌ匦越oPN結(jié)加正向電壓，即P區(qū)接正電源，N區(qū)接負(fù)電源，此時(shí)稱PN結(jié)為正向偏置，如圖1.1.2(a)所示。圖 1.1.2PN結(jié)的導(dǎo)電特性(a) 正向偏置；(b) 反向偏置2) PN結(jié)的反向截止特性給PN結(jié)加反向電壓，即電源正極接N 區(qū)，負(fù)極接P區(qū)，稱PN結(jié)反向偏置，如圖1.1.2(b)所示。這時(shí)外加電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向相同，使內(nèi)電場(chǎng)的作用增強(qiáng), PN結(jié)變厚，多數(shù)載流子運(yùn)

12、動(dòng)難于進(jìn)行，有助于少數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)，形成電流IR，少數(shù)載流子很少，所以電流很小，接近于零，即PN結(jié)反向電阻很大。1.1.2二極管的結(jié)構(gòu)和類型1 點(diǎn)接觸型二極管如圖1.1.3(c)所示。這是用一根含雜質(zhì)元素的金屬絲壓在半導(dǎo)體晶片上，經(jīng)特殊工藝、方法，使金屬絲上的雜質(zhì)摻入到晶體中，從而形成導(dǎo)電類型與原晶體相反的區(qū)域而構(gòu)成的PN結(jié)。因而其結(jié)面積小，允許通過的電流小，但結(jié)電容小，工作頻率高，適合用作高頻檢波器件。2 面接觸型二極管如圖1.1.3(d)所示。由于面接觸型二極管的PN結(jié)接觸面積較大，PN結(jié)電容較大，一般適用于在較低的頻率下工作；由于接觸面積大，允許通過較大電流和具有較大功率容量，適用于做整流

13、器件。圖 1.1.3二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)(a) 結(jié)構(gòu)示意圖；(b) 符號(hào)；(c) 點(diǎn)接觸型；(d) 面接觸型1.1.3二極管的特性及參數(shù)1 二極管伏安特性理論分析指出，半導(dǎo)體二極管電流I與端電壓U之間的關(guān)系可表示為 (1.1.1)圖 1.1.4二極管伏安特性曲線1) 正向特性當(dāng)二極管承受正向電壓小于某一數(shù)值(稱為死區(qū)電壓)時(shí)，還不足以克服PN結(jié)內(nèi)電場(chǎng)對(duì)多數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)的阻擋作用，這一區(qū)段二極管正向電流IF很小，稱為死區(qū)。死區(qū)電壓的大小與二極管的材料有關(guān)，并受環(huán)境溫度影響。通常，硅材料二極管的死區(qū)電壓約為0.5 V， 鍺材料二極管的死區(qū)電壓約為0.1 V。2) 反向特性當(dāng)二極管承受反向電壓時(shí)，外電場(chǎng)

14、與內(nèi)電場(chǎng)方向一致，只有少數(shù)載流子的漂移運(yùn)動(dòng)，形成的漏電流IR極小，一般硅管的IR為幾微安以下，鍺管IR較大，為幾十到幾百微安。這時(shí)二極管反向截止。2 二極管的主要參數(shù)1) 最大整流電流IFMIFM是指二極管長(zhǎng)期工作時(shí)允許通過的最大正向平均電流值，由PN結(jié)的面積和散熱條件所決定。工作時(shí)，管子通過的電流不應(yīng)超過這個(gè)數(shù)值，否則將導(dǎo)致管子過熱而損壞。2) 最高反向工作電壓URMURM是指二極管不擊穿所允許加的最高反向電壓。超過此值二極管就有被反向擊穿的危險(xiǎn)。URM通常為反向擊穿電壓的1/22/3，以確保二極管安全工作。3) 最大反向電流IRMIRM是指二極管在常溫下承受最高反向工作電壓URM時(shí)的反向漏

15、電流，一般很小，但其受溫度影響較大。當(dāng)溫度升高時(shí)，IRM顯著增大。4) 最高工作頻率fMfM是指保持二極管單向?qū)ㄐ阅軙r(shí)，外加電壓允許的最高頻率。二極管工作頻率與PN結(jié)的極間電容大小有關(guān)，容量越小，工作頻率越高。1.1.4半導(dǎo)體二極管的應(yīng)用1. 整流所謂整流, 就是將交流電變?yōu)閱畏较蛎}動(dòng)的直流電。利用二極管的單向?qū)щ娦钥山M成單相、三相等各種形式的整流電路，然后再經(jīng)過濾波、穩(wěn)壓，便可獲得平穩(wěn)的直流電。2. 鉗位利用二極管正向?qū)〞r(shí)壓降很小的特性，可組成鉗位電路，如圖1.1.5所示。圖 1.1.5二極管鉗位電路3. 限幅利用二極管正向?qū)ê笃鋬啥穗妷汉苄∏一静蛔兊奶匦裕梢詷?gòu)成各種限幅電路，使輸

16、出電壓幅度限制在某一電壓值以內(nèi)。 圖 1.1.6二極管限幅電路及波形(a) 限幅電路；(b) 波形4. 元件保護(hù)在電子線路中，常用二極管來保護(hù)其他元器件免受過高電壓的損害，如圖1.1.7所示電路，L和R是線圈的電感和電阻。圖 1.1.7二極管保護(hù)電路1.1.5特種二極管1. 發(fā)光二極管及其應(yīng)用1) 發(fā)光二極管的符號(hào)及特性發(fā)光二極管的符號(hào)如圖1.1.8(a)所示。 發(fā)光二極管的伏安特性如圖1.1.8(b)所示。 圖 1.1.8發(fā)光二極管符號(hào)和伏安特性曲線(a) 符號(hào)；(b) 伏安特性曲線2) 發(fā)光二極管的應(yīng)用(1) 電源通斷指示。發(fā)光二極管作為電源通斷指示的電路(如圖1.1.9 所示)時(shí)，通常稱

17、其為指示燈，在實(shí)際應(yīng)用中給人提供很大的方便。 圖 1.1.9發(fā)光二極管電路(2) 數(shù)碼管是電子技術(shù)中應(yīng)用的主要顯示器件，其就是用發(fā)光二極管經(jīng)過一定的排列組成的，如圖1.1.10(a)所示。這是某型號(hào)的七段數(shù)碼顯示。要使它顯示09的一系列數(shù)字，只要點(diǎn)亮其內(nèi)部相應(yīng)的顯示段即可。七段數(shù)碼顯示有共陽極(圖1.1.10(b)和共陰極(圖1.1.10(c)之分。 圖 1.1.10七段型數(shù)碼管(a) 筆段編碼；(b) 共陽極LED分布；(c) 共陰極LED分布2. 穩(wěn)壓二極管硅穩(wěn)壓二極管簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管，是一種特殊的二極管，它與電阻配合具有穩(wěn)定電壓的特點(diǎn)。1) 穩(wěn)壓管的伏安特性通過實(shí)驗(yàn)測(cè)得穩(wěn)壓管伏安特性曲線如圖1

18、.1.11所示。圖 1.1.11穩(wěn)壓二極管伏安特性及符號(hào)2) 穩(wěn)壓管的主要參數(shù)(1) 穩(wěn)定電壓值: 穩(wěn)壓管在正常工作時(shí)管子的端電壓, 一般為325 V，高的可達(dá)200 V。(2) 穩(wěn)定電流: 穩(wěn)壓管正常工作時(shí)的參考電流。開始穩(wěn)壓時(shí)對(duì)應(yīng)的電流最小，為最小穩(wěn)壓電流；對(duì)應(yīng)額定功耗時(shí)的穩(wěn)壓電流為最大穩(wěn)壓電流。正常工作電流取間某個(gè)值。(3) 動(dòng)態(tài)電阻:穩(wěn)壓管端電壓的變化量與對(duì)應(yīng)電流變化量之比，即其值為幾歐至十幾歐。(4) 穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù): 當(dāng)溫度變化1時(shí)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值的相對(duì)變化量。例如, 2CW17的電壓溫度系數(shù)為9104/。穩(wěn)壓值低于4 V的穩(wěn)壓管，電壓溫度系數(shù)為負(fù)(表現(xiàn)為齊納擊穿)；高于7 V的

19、穩(wěn)壓管，系數(shù)為正(表現(xiàn)為雪崩擊穿)；而6 V左右的管子(呈現(xiàn)兩種擊穿)，穩(wěn)壓值受溫度影響較小。(5) 穩(wěn)壓管額定功耗: 保證穩(wěn)壓管安全工作所允許的最大功耗。其大小為3) 穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用用穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路如圖1.1.12所示。圖 1.1.12穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 例 1.1在圖1.1.13中，已知穩(wěn)壓二極管的當(dāng)UI=20 V，R=1 k時(shí)，求UO。已知穩(wěn)壓二極管的正向?qū)▔航礥F=0.7 V。解當(dāng)UI=+20 V, VDZ1反向擊穿穩(wěn)壓，VDZ2正向?qū)?，UF2=0.7 V，則UO=+7 V；同理，UI= 20 V, UO=7 V。1.2半導(dǎo)體三極管1.2.1三極管的結(jié)構(gòu)及類型三極管是由兩個(gè)

20、PN結(jié)、3個(gè)雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域組成的，因雜質(zhì)半導(dǎo)體有P、N型兩種，所以三極管的組成形式有NPN型和PNP型兩種。結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖1.2.1所示。圖 1.2.1三極管結(jié)構(gòu)示意圖和表示符號(hào)1. 三極管的結(jié)構(gòu)及類型不管是NPN型還是PNP型三極管，都有三個(gè)區(qū)：基區(qū)、發(fā)射區(qū)、集電區(qū)，以及分別從這三個(gè)區(qū)引出的電極：發(fā)射極e、基極b和集電極c; 兩個(gè)PN結(jié)分別為發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的發(fā)射結(jié)和集電區(qū)與基區(qū)之間的集電結(jié)。三極管基區(qū)很薄，一般僅有1微米至幾十微米厚，發(fā)射區(qū)多數(shù)載流子的濃度很高，集電結(jié)截面積大于發(fā)射結(jié)截面積。2. 三極管電流分配和放大作用為了定量地了解三極管的電流分配關(guān)系和放大原理，我們先做一個(gè)試驗(yàn)，試驗(yàn)電

21、路如圖1.2.2所示。圖 1.2.2三極管試驗(yàn)電路將表中數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，可得出如下結(jié)論：IE=IC+IB，三個(gè)電流之間的關(guān)系符合基爾霍夫電流定律。ICIE，IB雖然很小，但對(duì)IC有控制作用，IC隨IB改變而改變。例如IB由40 A增加到50 A，IC從3.2 mA增加到4 mA, 即1) 三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律三極管電流之間為什么具有這樣的關(guān)系呢？ 這可以通過在三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來解釋。(1) 發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子。(2) 基區(qū)中的電子進(jìn)行擴(kuò)散與復(fù)合。(3) 集電區(qū)收集電子。圖 1.2.3三極管內(nèi)部載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律2) 三極管的電流分配關(guān)系綜合載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，三極管內(nèi)的電流分配如

22、圖1.2.4所示，圖中的箭頭表示電流方向。圖 1.2.4電流分配關(guān)系由于三極管基區(qū)的雜質(zhì)濃度很低，且厚度很薄，這就減小了電子和空穴復(fù)合的機(jī)會(huì)，所以從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的電子只有很小一部分在基區(qū)復(fù)合掉，絕大部分到達(dá)集電區(qū)。這就是說，構(gòu)成發(fā)射極電流IE的兩部分中，IBE部分是很小的，ICE部分所占百分比是大的，若它們的比值用hFE本表示，則有(1.2.1)對(duì)照?qǐng)D1.2.4并結(jié)合式(1.2.1)，各極電流滿足下列分配關(guān)系： (1.2.2)3) 放大作用將圖1.2.4 所示的三極管模型用其符號(hào)表示重繪于圖1.2.5上。 圖 1.2.5放大作用原理圖(1)電流放大作用。在圖1.2.5中，通過信號(hào)源(us)

23、的電流為iB(基極總輸入電流)，流過負(fù)載電阻RL的電流為iC(集電極總輸出電流)，二者變量的比值，稱為共射極小信號(hào)短路電流放大系數(shù)(交流電流放大系數(shù))，記作, 即(2) 電壓放大作用。在圖1.2.5中，設(shè)三極管由基極向發(fā)射極看過去的等效交流電阻為rbe。根據(jù)疊加原理，輸入信號(hào)電壓us=iB rbe，負(fù)載RL上的電壓變量uO=iCRL，于是1.2.2三極管的特性曲線三極管的特性曲線全面反映了三極管各極電壓與電流之間的關(guān)系，是分析三極管各種電路的重要依據(jù)。由于三極管有三個(gè)電極，輸入、輸出各占一個(gè)電極，一個(gè)公共電極，因此要用兩種特性曲線來表示，即輸入特性曲線和輸出特性曲線。圖1.2.6是測(cè)試三極管共

24、射極接法特性的電路圖。圖 1.2.6三極管共射極的測(cè)試電路1. 共射輸入特性共射輸入特性是指集電極和發(fā)射極之間的電壓UCE為某一常數(shù)時(shí)，加在三極管基極和發(fā)射極之間的電壓UBE和由它所產(chǎn)生的基極電流iB之間的關(guān)系，即輸入端電壓和電流關(guān)系。函數(shù)關(guān)系表示為圖1.2.7給出了某三極管的輸入特性。下面，我們分兩種情況進(jìn)行討論。圖 1.2.7某三極管的輸入特性1) 當(dāng)UCE =0時(shí)的輸入特性(圖中曲線)當(dāng)UCE =0時(shí)，相當(dāng)于集電極和發(fā)射極間短路，三極管等效成兩個(gè)二極管并聯(lián)，其特性類似于二極管的正向特性。2) 當(dāng)UCE 1 V時(shí)的輸入特性(圖中曲線)當(dāng)UCE1 V時(shí)，輸入特性曲線右移(相對(duì)于UCE =0時(shí)

25、的曲線)，表明對(duì)應(yīng)同一個(gè)UBE值，IB減小了，或者說，要保持IB不變，UBE需增加。這是因?yàn)榧娊Y(jié)加反向電壓，使得擴(kuò)散到基區(qū)的載流子絕大部分被集電結(jié)吸引過去而形成集電極電流IC, 只有少部分在基區(qū)復(fù)合，形成基極電流IB, 所以IB減小而使曲線右移。對(duì)應(yīng)輸入特性曲線某點(diǎn)(例如圖1.2.8的Q點(diǎn))切線斜率的倒數(shù)，稱為三極管共射極接法(Q點(diǎn)處)的交流輸入電阻，記作rbe, 即圖 1.2.8從輸入特性上求rbe2. 輸出特性曲線輸出特性曲線是指當(dāng)三極管基極電流IB為常數(shù)時(shí)，集電極電流IC與集電極、發(fā)射極間電壓UCE之間的關(guān)系，即在圖1.2.6中，先調(diào)節(jié)UBB為一定值，例如IB=40 A，然后調(diào)節(jié)UCC

26、使UCE由零開始逐漸增大，就可作出IB=40 A時(shí)的輸出特性。同樣做法，把IB調(diào)到0 A, 20 A, 60 A ，就可以得一組輸出特性曲線。如圖1.2.9所示。圖 1.2.9三極管輸出特性曲線1) 截止區(qū)在IB=0 曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)，這時(shí)IC=ICEO0。集電極到發(fā)射極只有很微小的電流，稱其為穿透電流。三極管集電極與發(fā)射極之間接近開路，類似開關(guān)斷開狀態(tài)，無放大作用，呈高阻狀態(tài)。此時(shí)UBE低于死區(qū)電壓或UCE0 V，三極管可靠截止，發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于反向偏置。2) 放大區(qū)在IB=0的特性曲線上方，各條輸出特性曲線近似平行于橫軸的曲線簇部分。UCE在1 V以上，IC不隨著UCE變化，呈

27、現(xiàn)恒流特性。在放大區(qū)，IC的大小隨IB變化，IC=IB。此時(shí)發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置，三極管處于放大狀態(tài)。 3) 飽和區(qū)輸出特性曲線近似直線上升部分稱飽和區(qū)，UCE1 V，三極管飽和時(shí)UCE值稱為飽和壓降，用 UCES來表示。因UCES值很小，三極管的c、e兩極之間接近短路，此時(shí)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正偏。1.2.3三極管的主要參數(shù)1. 電流放大系數(shù)動(dòng)態(tài)(交流)電流放大系數(shù)：當(dāng)集電極電壓UCE為定值時(shí)，集電極電流變化量IC與基極電流變化量IB之比，即靜態(tài)(直流)電流放大系數(shù) ：三極管為共發(fā)射極接法，在集電極-發(fā)射極電壓UCE一定的條件下，由基極直流電流IB所引起的集電極直流電流與基

28、極電流之比，稱為共發(fā)射極靜態(tài)(直流)電流放大系數(shù)，記作 。2. 極間反向截止電流1) 發(fā)射極開路，集電極基極反向截止電流ICBOICBO可以通過圖1.2.10所示電路進(jìn)行測(cè)量。圖 1.2.10ICBO測(cè)試電路 2) 基極開路，集電極發(fā)射極反向截止電流ICEOICEO是當(dāng)三極管基極開路而集電結(jié)反偏和發(fā)射結(jié)正偏時(shí)的集電極電流。測(cè)試電路如圖1.2.11所示。圖 1.2.11ICEO測(cè)試電路3. 極限參數(shù)集電極最大允許電流ICM：當(dāng)IC超過一定數(shù)值時(shí)下降，下降到正常值的2/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的IC值為ICM，當(dāng)ICICM時(shí)，可導(dǎo)致三極管損壞。反向擊穿電壓U(BR)CEO：基極開路時(shí)，集電極、發(fā)射極之間最大允許

29、電壓為反向擊穿電壓U(BR)CEO，當(dāng)UCEU(BR)CEO時(shí)，三極管的IC、IE劇增，使三極管擊穿。為可靠工作，使用中取集電極最大耗散功率PCM：集電極電流流過集電極時(shí)，產(chǎn)生的功耗使結(jié)溫升高，結(jié)溫太高時(shí)會(huì)使三極管燒毀，因此規(guī)定PC=ICUCEPCM。根據(jù)給定的PCM值可以作出一條PCM曲線如圖1.2.12所示，由PCM、ICM和U(BR)CEO包圍的區(qū)域?yàn)槿龢O管安全工作區(qū)。圖 1.2.12三極管安全工作區(qū)例1.2.1在圖1.2.6所示電路中，若選用3DG6D型號(hào)的三極管，(1) 電源電壓UCC最大不得超過多少伏？(2) 根據(jù)ICICM的要求，Rc電阻最小不得小于多少千歐姆？解 查表，3DG6

30、D參數(shù)是：(1) (2) 其中，UCE最低一般為0.5 V，故可略。由ICICM，所以 故1.2.4復(fù)合三極管復(fù)合三極管是把兩個(gè)三極管的管腳適當(dāng)?shù)剡B接起來使之等效為一個(gè)三極管，典型結(jié)構(gòu)如圖1.2.13所示。圖 1.2.13復(fù)合三極管以圖1.2.13(a)為例分析。即 說明復(fù)合管的電流放大系數(shù)近似等于兩個(gè)管子電流放大系數(shù)的乘積。同時(shí)有表明復(fù)合管具有穿透電流大的缺點(diǎn)。1.3場(chǎng) 效 應(yīng) 管場(chǎng)效應(yīng)管是一種利用電場(chǎng)效應(yīng)來控制其電流大小的半導(dǎo)體三極管。它具有輸入電阻高(最高可達(dá)1015)、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、耗電省等優(yōu)點(diǎn)，因此得到廣泛應(yīng)用。1.3.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1. 結(jié)構(gòu)及符號(hào)結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管也

31、是具有PN結(jié)的半導(dǎo)體器件，圖1.3.1(a)繪出了N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)(平面)示意圖。它是一塊N型半導(dǎo)體材料作襯底，在其兩側(cè)作出兩個(gè)雜質(zhì)濃度很高的P+型區(qū)，形成兩個(gè)PN結(jié)。從兩邊的P型區(qū)引出兩個(gè)電極并聯(lián)在一起，稱為柵極(G)；在N型襯底材料的兩端各引出一個(gè)電極，分別稱為漏極(D)和源極(S)。兩個(gè)PN結(jié)中間的N型區(qū)域，稱為導(dǎo)電溝道，它是漏、源極之間電子流通的途徑。這種結(jié)構(gòu)的管子被稱為N型溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，它的代表符號(hào)如圖1.3.1(b)所示。圖 1.3.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)及符號(hào)(a) N溝道結(jié)構(gòu)示意圖；(b) N溝道符號(hào)；(c) P溝道符號(hào)2. 基本工作原理研究場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理，主要是講

32、輸入電壓對(duì)輸出電流的控制作用。在圖1.3.2中，繪出了當(dāng)漏源電壓UDS=0時(shí)，柵源電壓UGS大小對(duì)導(dǎo)電溝道影響的示意圖。圖 1.3.2UDS0時(shí)，柵源電壓UGS大小對(duì)導(dǎo)電溝道的影響(a) UGS=0時(shí)；(b) UGS(off)UGS0時(shí)；(c) UGSUGS(off)時(shí)3. 特性曲線1) 轉(zhuǎn)移特性曲線轉(zhuǎn)移特性是指在漏源電壓UDS一定時(shí)，漏極電流iD同柵源電壓UGS的關(guān)系，函數(shù)表示式為圖1.3.3給出了某N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性。從圖中可以看出UGS對(duì)ID的控制作用。UGS=0時(shí)的ID，稱為柵源短路時(shí)漏極電流，記為IDSS。使ID0時(shí)的柵源電壓就是柵源截止電壓UGS(off)。圖 1.3.3

33、N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性此外，圖1.3.3中的轉(zhuǎn)移特性，可以用一個(gè)近似公式來表示：這樣，只要給出IDSS和UGS(off)就可以把轉(zhuǎn)移特性中其它點(diǎn)估算出來。2) 輸出特性曲線輸出特性曲線(也叫漏極特性)是指在柵源電壓UGS一定時(shí)，漏極電流ID與漏源電壓UDS之間的關(guān)系，函數(shù)表示式為圖1.3.4給出了某N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性。從圖中可以看出，管子的工作狀態(tài)可分為可變電阻區(qū)、恒流區(qū)和擊穿區(qū)這三個(gè)區(qū)域。圖 1.3.4N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性(1) 可變電阻區(qū)：特性曲線上升的部分稱為可變電阻區(qū)。在此區(qū)內(nèi)，UDS較小，ID隨UDS的增加而近于直線上升，管子的工作狀態(tài)相當(dāng)于一個(gè)電阻，而且這個(gè)

34、電阻的大小又隨柵源電壓UGS的大小變化而變(不同UGS的輸出特性的切線斜率不同)，所以把這個(gè)區(qū)域稱為可變電阻區(qū)。(2) 恒流區(qū)：曲線近于水平的部分稱為恒流區(qū)(又稱飽和區(qū))。在此區(qū)內(nèi)，UDS增加，ID基本不變(對(duì)應(yīng)同一UGS)，管子的工作狀態(tài)相當(dāng)于一個(gè)“恒流源”，所以把這部分區(qū)域稱為恒流區(qū)。恒流區(qū)產(chǎn)生的物理原因，是由于漏源電壓UDS在N溝道的縱向產(chǎn)生電位梯度，使得從漏極至源極溝道的不同位置上，溝道-柵極間的電壓不相等，靠近漏端最大，耗盡層也最寬，而靠近源端的耗盡層最窄。這樣，在UGS和UDS的共同作用下，導(dǎo)電溝道呈楔型，如圖1.3.5所示。圖 1.3.5UDS對(duì)溝道的影響從上面的分析，可以得到N

35、溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管產(chǎn)生夾斷(即出現(xiàn)恒流)的條件為UGDUGS(off)UGS(off)0或 UGSUDSUGS(off)即 UDSUGSUGS(off)(3) 擊穿區(qū):特性曲線快速上翹的部分稱為擊穿區(qū)。在此區(qū)內(nèi)，UDS較大，ID劇增，出現(xiàn)了擊穿現(xiàn)象。場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，不允許進(jìn)入這個(gè)區(qū)域。1.3.2絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管1. N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)如圖1.3.6(a)所示。它的制作過程是：以一塊雜質(zhì)濃度較低的P型硅半導(dǎo)體薄片作襯底，利用擴(kuò)散方法在上面形成兩個(gè)高摻雜的N+區(qū)，并在N+區(qū)上安置兩個(gè)電極，分別稱為源極(S)和漏極(D)；然后在半導(dǎo)體表面覆蓋一層很薄的二氧化

36、硅絕緣層，并在二氧化硅表面再安置一個(gè)金屬電極，稱為柵極(G)；柵極同源極、漏極均無電接觸，故稱“絕緣柵極”。圖 1.3.6增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)(a) N溝道結(jié)構(gòu)示意圖；(b) N溝道符號(hào)；(c) P溝道符號(hào)如果以N型硅作襯底，可制成P溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。N溝道和P溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)分別如圖1.3.6(b)和(c)所示，它們的區(qū)別是襯底的箭頭方向不同。2. N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理在圖1.3.6(a)中，如果將柵、源極短路，那么不論漏、源極間加的電壓極性如何，總會(huì)有一個(gè)PN結(jié)呈反向偏置，漏、源極間將無電流。圖 1.3.7N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管工作原理

37、上述這種在UGS=0時(shí)沒有導(dǎo)電溝道，而必須依靠柵源正電壓的作用才能形成導(dǎo)電溝道的場(chǎng)效應(yīng)管，稱為增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管。N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線(示意圖)如圖1.3.8所示。 圖 1.3.8N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管伏安特性(a) 轉(zhuǎn)移特性；(b) 輸出特性3. N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和增強(qiáng)型基本相同，只是在制作這種管子時(shí)，預(yù)先在二氧化硅絕緣層中摻有大量的正離子。這樣，即使在UGS=0時(shí)，由于正離子的作用，也能在P型襯底表面形成感生溝道，將源區(qū)和漏區(qū)連接起來，如圖1.3.9所示。 圖 1.3.9N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管結(jié)構(gòu)示意圖 耗盡型絕緣柵場(chǎng)

38、效應(yīng)管的符號(hào)如圖1.3.10所示。圖(a)為溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)，圖(b)為溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)。二者的區(qū)別只是襯底的箭頭方向不同。圖 1.3.10耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管符號(hào)(a) N溝道符號(hào); (b) P溝道符號(hào)某溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線如圖1.3.11所示。圖 1.3.11某溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管特性曲線現(xiàn)在，我們對(duì)MOS管的符號(hào)再作進(jìn)一步說明。在圖1.3.6(b)、(c)和圖1.3.10(a)、(b)中畫出了四種類型MOS管各自的符號(hào)。在N溝道MOS管符號(hào)中，襯底上的箭頭是向內(nèi)的(由P型襯底指向N型溝道)；而在P溝道MOS管的符號(hào)中，襯底上的箭頭是向外的，(

39、由P型溝道指向N型襯底)。在增強(qiáng)型MOS管的符號(hào)中，S、D和襯底U之間是斷開的，表示UGS時(shí)導(dǎo)電溝道沒有形成；在耗盡型MOS管的符號(hào)中，S、D和U是連在一起的，表示UGS=0時(shí)導(dǎo)電溝道業(yè)已存在。此外，在集成電路中，如無需區(qū)別溝道類型、工作型式時(shí)，MOS管亦有用圖1.3.12所示的簡(jiǎn)化符號(hào)。圖 1.3.12MOS管在集成電路中的簡(jiǎn)化符號(hào)1.3.3場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)(1) 開啟電壓UGS(th): 當(dāng)UDS為常數(shù)時(shí)，形成ID所需的最小|UGS|值，稱開啟電壓。(2) 夾斷電壓 UGS(off): 在UDS固定時(shí)，使ID為某一微小電流(如1 A、10 A)所需的UGS值。(3) 低頻跨導(dǎo)gm: UD

40、S為定值時(shí)，漏極電流ID的變化量ID與引起這個(gè)變化的柵源電壓UGS的變化量UGS的比值，即(4) 漏源擊穿電壓U(BR)DS: 管子發(fā)生擊穿，ID急劇上升時(shí)的UDS值；UDSU(BR)DS。(5) 最大耗散功率PDM:PD=IDUDSIBQ，就可以認(rèn)為也就是說UBQ基本恒定，不受溫度影響。(2) Re足夠大。這樣才能使ICQ(IEQ)的變化引起UEQ更大的變化，更能有效地控制UBEQ。但從電源電壓利用率來看，Re不宜過大，否則，UCC實(shí)際加到管子兩端的有效壓降UCEQ就會(huì)過小。工程上，一般取UEQ為(0.20.3)UCC。例2.4.2在圖2.4.3所示的分壓式偏置電路中，已知UCC=12 V，

41、Rc=2 k，Rb1=20 k, Rb2=10 k, Re=2 k, RL=2 k, 三極管的=40。(1) 試計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)；(2) 計(jì)算電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri、輸出電阻ro；(3) 設(shè)信號(hào)源有內(nèi)阻rs=0.5 k，求其源電壓放大倍數(shù)Aus。解(1) 計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)。由圖2.4.3(b)直流通路可知(2) 計(jì)算電壓放大倍數(shù)Au。由圖2.4.3(c)微變等效電路可知輸入電阻：輸出電阻：(3) 計(jì)算源電壓放大倍數(shù)Aus。3. 恒流源偏置電路 對(duì)恒流源偏置電路的要求，不僅要其提供穩(wěn)定的靜態(tài)工作點(diǎn)電流，還應(yīng)要有高的輸出交流電阻。鏡像恒流源電路是目前應(yīng)用最廣的一種高穩(wěn)定恒流源電路，它特別適合于

42、用在集成電路中。圖2.4.4是一個(gè)基本鏡像恒流源電路，它是由制造工藝和結(jié)構(gòu)完全一致的兩只晶體管V1和V2以及一個(gè)電阻R組成的，其中V1管的集電極和基極相連，IR和Io為電路兩邊的電流。圖2.4.4鏡像恒流源的基本電路當(dāng)三極管工作在放大區(qū)時(shí)，V1和V2兩管的發(fā)射極電流分別為(見式(1.1.1) (2.4.2)由于兩管的發(fā)射結(jié)并聯(lián)在一起，有uBE1=uBE2，所以如兩管對(duì)稱，IEBS1=IEBS2，則iE1=iE2，由于 iE1=IEQ1=ICQ1+IBQ1iE2=IEQ2=ICQ2+IBQ2其中，ICQ2=Io，ICQ1=IR(IBQ1+IBQ2)，因此，當(dāng)1=2=，IBQ1=IBQ2=IBQ時(shí)

43、，經(jīng)整理得 Io=IR2IBQ又上式可寫為 (2.4.3)如果2，則IoIR。當(dāng)UCC和R為確定值時(shí)，由圖可得 (2.4.4) 圖2.4.5改進(jìn)的鏡像恒流源電路上面介紹了IoIR的鏡像恒流源電路。工程上，經(jīng)常需要Io不等于IR但與IR成一定比例關(guān)系的鏡像恒流源電路。實(shí)現(xiàn)這種比例式的鏡像恒流源電路可從兩方面著手，一是從集成工藝方面考慮，二是從電路結(jié)構(gòu)方面考慮，如圖2.4.6所示。 圖2.4.6比例式鏡像恒流源電路圖中，兩管發(fā)射極上分別串接電阻R1和R2。由圖2.4.6所示的電路可知若IEBS1=IEBS2，則由式(2.4.2)及上式有足夠大時(shí)，iE1IR，iE2Io，于是 (2.4.5) 如果I

44、R對(duì)Io的比值在10以內(nèi)，ln(IR/Io)2.3，而UT0.026 V，則當(dāng)IR較大時(shí)，一般滿足則式(2.4.5)可簡(jiǎn)化為 (2.4.6)由上式可知，Io對(duì)IR的比值近似等于R1對(duì)R2的比值，改變R1與R2，就可得到Io對(duì)IR的不同比值關(guān)系。 2.5共集電極電路和共基極電路2.5.1共集電極電路 共集電極放大電路如圖2.5.1(a)所示，它是從基極輸入信號(hào)，從發(fā)射極輸出信號(hào)。從它的交流通路圖2.5.1(c)可看出，輸入、輸出共用集電極，所以稱為共集電極電路。圖2.5.1(b)是直流通路，圖2.5.1(d)是微變等效電路。下面對(duì)共集電極電路進(jìn)行分析。圖2.5.1共集電極放大電路(a) 共集電極

45、放大電路；(b) 直流通路；(c) 交流通路 (d) 微變等效電路；(e) 求輸出電阻的等效電路1. 靜態(tài)分析由圖2.5.1(b)所示的直流通路可列出基極回路方程UCC=IBQRb+UBE+UE (2.5.1)又 UE=IEQRe=(1+)IBQRe可得 (2.5.2)因UCCUBE，所以 (2.5.3)再由ICQ=IBQ，UCEQ=UCCICQRe，即可求出靜態(tài)工作點(diǎn)。2. 動(dòng)態(tài)分析1) 電流放大倍數(shù) 在圖2.5.1(d)的微變等效電路中，當(dāng)不考慮Rb對(duì)輸入電流Ii的分流作用時(shí)，有IiIb；流經(jīng)負(fù)載Re (Re=ReRL)的輸出電流Io=Ie，所以 (2.5.4)顯然，射極輸出器有電流放大作

46、用。2) 電壓放大倍數(shù)由圖2.5.1(d)可得所以 (2.5.5) 3) 輸入電阻當(dāng)不考慮Rb時(shí)，從基極b向里看進(jìn)去的輸入電阻ri 為 (2.5.6)顯然，共集電極電路從基極看進(jìn)去的輸入電阻比共發(fā)射極電路從基極看進(jìn)去的輸入電阻(rbe)增大了。當(dāng)考慮Rb的并聯(lián)支路時(shí)，從輸入端看進(jìn)去的輸入電阻ri=riRb (2.5.7) 4) 輸出電阻 將圖2.5.1(d)等效電路改畫成圖2.5.1(e)的形式，并令Us=0，去掉RL，在輸出端加一電壓Uo。由圖可得從發(fā)射極向里看進(jìn)去的輸出電阻ro為 (2.5.8)當(dāng)考慮到Re時(shí)，從輸出端向里看進(jìn)去的輸出電阻ro為 (2.5.9) 2.5.2共基極電路1. 靜

47、態(tài)工作點(diǎn)圖2.5.2 (a)為共基極放大電路，圖2.5.2(b)為其交流通路。圖中，如果忽略IBQ對(duì)Rb1、Rb2分壓電路中電流的分流作用，則基極靜態(tài)電壓UB為 (2.5.10)流經(jīng)Re的電流IEQ為 (2.5.11)如果滿足UBUBE，則上式可簡(jiǎn)化為 (2.5.12)而 (2.5.13)圖2.5.2共基極放大電路(a) 實(shí)際電路；(b) 交流通路；(c) 微變等效電路2. 動(dòng)態(tài)分析1) 電流放大倍數(shù)在圖2.5.2(c)中，當(dāng)忽略Re對(duì)輸入電流ii的分流作用時(shí)，則IiIe；流經(jīng)RL(RL=RcRL)的輸出電流Io=Ic。 (2.5.14)稱做三極管共基電流放大系數(shù)。由于小于且近似等于1，所以共

48、基極電路沒有電流放大作用。 2) 電壓放大倍數(shù)根據(jù)圖2.5.2(c)可得Ui=rbeIb所以，電壓放大倍數(shù)為 (2.5.15)3) 輸入電阻當(dāng)不考慮Re的并聯(lián)支路時(shí)，即從發(fā)射極向里看進(jìn)去的輸入電阻ri為 (2.5.16)rbe是共射極電路從基極向里看進(jìn)去的輸入電阻，顯然，共基極電路從發(fā)射極向里看進(jìn)去的輸入電阻為共射極電路的當(dāng)考慮到Re后，則從輸入端看進(jìn)去的輸入電阻為 (2.5.17)4) 輸出電阻在圖2.5.2(c)的簡(jiǎn)化微變等效電路中，當(dāng)忽略了三極管c、e之間的內(nèi)阻rce時(shí)，則從集電極看進(jìn)去三極管的輸出電阻ro為無窮大。因此，共基電路的輸出電阻ro=Rc。如果考慮到rce的作用，可以證明此時(shí)

49、三極管的輸出電阻(從集電極看進(jìn)去)為 ro(1+)rce (2.5.18) 在共射接法時(shí)，三極管的輸出電阻為rce。這表明共基極接法的三極管輸出電阻是共射極接法時(shí)的(1+)倍。如果考慮并聯(lián)電阻Rc，則共基極放大電路的輸出電阻ro為 (2.5.19)由于roRc，所以共基極放大電路的ro仍近似為Rc。2.6多級(jí)放大電路與組合放大電路2.6.1多級(jí)放大電路在實(shí)際的電子設(shè)備中，為了得到足夠大的增益或者考慮到輸入電阻和輸出電阻等特殊要求，放大器往往由多級(jí)組成。多級(jí)放大器由輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)組成，如圖2.6.1所示。 圖2.6.1多級(jí)放大器組成框圖1. 級(jí)間耦合方式 1) 阻容耦合阻容耦合就是利用電

50、容作為耦合和隔直流元件的電路，如圖2.6.2所示。第一級(jí)的輸出信號(hào)通過電容C2和第二級(jí)的輸入電阻ri2加到第二級(jí)的輸入端。圖2.6.2阻容耦合兩級(jí)放大電路(a) 電路；(b) 直流通路2) 變壓器耦合變壓器耦合是用變壓器將前級(jí)的輸出端與后級(jí)的輸入端連接起來的方式，如圖2.6.3所示。V1管輸出的信號(hào)通過變壓器T1加到V2管基極，V2管輸出的信號(hào)通過變壓器T2耦合到負(fù)載RL上。Rb11、 Rb12、Re1和Rb21、Rb22、Re2分別為V1和V2管確定靜態(tài)工作點(diǎn)。圖2.6.3變壓器耦合兩級(jí)放大電路3) 直接耦合直接耦合是將前后級(jí)直接相連的一種耦合方式，如圖2.6.4所示。 圖2.6.4直接耦合

51、放大電路2. 共電耦合在多級(jí)放大器中，各級(jí)由同一直流電源供電，如圖2.6.5(a)所示，圖中，R是直流電源的交流內(nèi)阻。其交流通路如圖2.6.5(b)所示。由圖2.6.5(b)可見，輸出信號(hào)電壓Uo在R上產(chǎn)生的壓降將被耦合到V1和V2管的輸入端。這種通過直流電源內(nèi)阻將信號(hào)經(jīng)輸出端向各級(jí)輸入端的傳送稱為共電耦合。圖2.6.5共電耦合為了消除共電耦合的影響，應(yīng)加強(qiáng)電源濾波，在放大器各級(jí)電源供電端接入RC濾波元件，如圖2.6.6中的R7、R8、C6、C7、C8。接入C6后，電源內(nèi)阻R上的信號(hào)電壓被旁路，即使殘留很小的信號(hào)電壓，通過R7、C7和R8、C8的濾波作用，信號(hào)電壓也可進(jìn)一步被濾除。圖2.6.6

52、帶有電源濾波元件的放大電路3. 多級(jí)放大器的性能指標(biāo)在多級(jí)放大器中，如各級(jí)電壓放大倍數(shù)分別為,如圖2.6.7所示，則由于Ui2=Uo1,Ui3=Uo2，, Uin=Uo(n-1)，因而n級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)為 (2.6.1)即總電壓放大倍數(shù)為各級(jí)電壓放大倍數(shù)的相乘積。圖2.6.7多級(jí)放大器的電壓放大倍數(shù)例 2.6.1試計(jì)算圖2.6.2所示電路的電壓放大倍數(shù)。已知UCC=6 V，Rb1=430 k，Rc1=2 k，Rb2=270 k，Rc2=1.5 k，rbe2=1.2 k，1=2=50，C1=C2=C3=10 F，rbe1=1.6 k。解在工程上電壓放大倍數(shù)常用增益表示，增益的單位為dB,

53、 折算公式為 (2.6.2)多級(jí)放大電路的輸入電阻就是第一級(jí)的輸入電阻，其輸出電阻就是最后一級(jí)的輸出電阻。2.6.2組合放大電路1. 共集共發(fā)組合電路共集共發(fā)組合放大器如圖2.6.8(a)所示。圖中，V1管接成共集電極組態(tài)，V2管接成共發(fā)射極組態(tài)。這種組合電路的電壓增益由共發(fā)射極組態(tài)提供，而共集電極組態(tài)主要用來提高組合電路的輸入電阻。 ri、Au的計(jì)算如下：圖2.6.8共集-共發(fā)組合電路(a) 共集-共發(fā)組合電路；(b) 共集-共發(fā)組合電路交流通路2. 共發(fā)共基組合放大電路共發(fā)共基組合放大器如圖2.6.9(a)所示。圖中，V1管接成共發(fā)射極組態(tài)，V2管接成共基極組態(tài)。圖2.6.9共發(fā)共基極組合

54、放大電路(a) 共發(fā)共基極組合電路; (b) 共發(fā)-共基極組合電路交流通路電壓放大倍數(shù)Au計(jì)算如下: *2.7放大電路的頻率特性圖2.7.1(a)是共發(fā)射極放大電路的幅頻特性曲線。由圖可見，在一個(gè)較寬頻率范圍內(nèi)，頻率特性曲線是平坦的，放大倍數(shù)不隨信號(hào)頻率變化，這段頻率范圍稱為中頻，其電壓放大倍數(shù)用Aum表示。我們把放大倍數(shù)下降到(1/)Aum時(shí)對(duì)應(yīng)的頻率叫做下限頻率fL和上限頻率fH，夾在下限頻率和上限頻率間的頻率范圍稱作通頻帶fBW。fBWfHfL (2.7.1)上式表征了放大電路對(duì)不同頻率輸入信號(hào)的響應(yīng)能力。圖2.7.1共發(fā)射極放大電路的頻率特性為了反映出放大器的頻率特性，我們可以把電壓放

55、大倍數(shù)用復(fù)數(shù)量表示。電壓放大倍數(shù)與頻率的關(guān)系用Au(f)表示，輸出電壓與輸入電壓之間的相差j與頻率的關(guān)系用j(f)表示, 那么電壓放大倍數(shù) (2.7.2) 對(duì)于共發(fā)射極放大電路，電流放大倍數(shù)可用復(fù)數(shù)量表示為 (2.7.3)圖2.7.2頻率失真1. 放大器中頻段的放大倍數(shù)1) 混合型等效電路h參數(shù)等效電路用于高頻輸入信號(hào)下的晶體管時(shí)，四個(gè)參數(shù)是與頻率有關(guān)的復(fù)數(shù)，用起來很不方便。將晶體管內(nèi)部各極間存在的電容效應(yīng)包括在內(nèi)，形成一個(gè)新等效電路，這就是混合型等效電路，如圖2.7.3所示。 圖2.7.3三極管的混合型等效電路(a) 三極管等效電路；(b) 混合型等效電路在圖2.7.3(b)中，因?yàn)榧娊Y(jié)處

56、于反向偏置，所以rbc很大，可以看做開路，因而得到簡(jiǎn)化的混合型等效電路如圖2.7.4(a)所示。rce通常比放大電路中集電極負(fù)載電阻Rc大得多，可以看做開路，而在中頻段可不計(jì)頻率影響，故可以去掉Cbe和Cbc，最后得到如圖2.7.4(b)所示的等效電路。 將其與圖2.7.4(c)所示簡(jiǎn)化等效電路相比較，并結(jié)合式(2.3.12)，可有 (2.7.4)及 (2.7.5)由上兩式可得(2.7.6)(2.7.7)式(2.7.6)和式(2.7.7)表明，rbe、gm等參數(shù)與工作點(diǎn)電流有關(guān), ICQ愈大，則rbe愈小，gm愈大。對(duì)于小功率管，rbb約為幾十幾百歐姆，rbe為千歐姆數(shù)量級(jí)，gm約為幾十毫安/

57、伏。Cbc可以從手冊(cè)上查到, Cbe可按下式計(jì)算：圖2.7.4型等效電路與簡(jiǎn)化等效電路的關(guān)系在進(jìn)行電路分析時(shí)，我們希望把電路分為輸入回路和輸出回路，可用密勒效應(yīng)把圖2.7.4(a)中Cbc等效為兩個(gè)電容，如圖2.7.5所示。一個(gè)電容在輸入回路為(1+k)Cbc(2.7.8)另一個(gè)電容在輸出回路為 (2.7.9)上兩式中設(shè)集電極負(fù)載為Rc，則 (2.7.10)其中 圖 2.7.5Cbc的簡(jiǎn)化2) 共發(fā)射極放大電路的中頻放大倍數(shù)圖2.7.6(a)所示的共發(fā)射極放大電路的混合型等效電路如圖2.7.6(b)所示，其中，Cbe=Cbe+(1+k)Cbc。在中頻段C1的容抗遠(yuǎn)小于串聯(lián)回路中的其它電阻，可以

58、看成對(duì)交流短路，而Cbc和的容抗又遠(yuǎn)大于并聯(lián)支路的其它電阻，可以看成對(duì)交流開路。所以圖2.7.6(b)電路可簡(jiǎn)化為如圖2.7.7所示的電路形式。圖 2.7.6共發(fā)射極基本放大電路及其混合型等效電路圖 2.7.7共發(fā)射極基本放大電路的中頻段等效電路在圖2.7.7所示電路中, 輸入電阻 (2.7.11)設(shè)(2.7.12)則 (2.7.13) (2.7.14)又 所以 中頻電壓放大倍數(shù) (2.7.15)上式表明，中頻電壓放大倍數(shù)與頻率無關(guān)。2. 放大器的低頻段頻率特性所謂低頻段，是指工作頻率已低到電容C1和C2的容抗不能再忽略的程度，在電路中共發(fā)射極電路的輸入阻抗小，C1的容抗不可忽略, 而C2的容

59、抗相對(duì)于輸出電阻仍然可以忽略。另外，的容抗大，仍可當(dāng)作開路，所以，共射極放大電路低頻段的等效電路可簡(jiǎn)化為如圖2.7.8所示的電路。圖 2.7.8低頻段等效電路根據(jù)圖2.7.8電路，用分析中頻的方法可得時(shí)間常數(shù) (2.7.16)下限頻率(2.7.17)則低頻放大倍數(shù) (2.7.18)由式(2.7.18)可得低頻放大倍數(shù)與中頻放大倍數(shù)的比 (2.7.19)上式又可用幅值和相移形式分別表示如下:當(dāng)有 3. 放大器的高頻段頻率特性在高頻段，由于電容的容抗減小，在電容C1上壓降可以忽略，但在并聯(lián)支路的Cbc和Cbe的影響變得突出了，必須考慮。因此，在高頻段共射極放大電路的等效電路可簡(jiǎn)化為如圖2.7.9所

60、示的電路。圖 2.7.9高頻段等效電路為了簡(jiǎn)化電路，先比較輸入回路與輸出回路的時(shí)間常數(shù)。對(duì)輸入回路 (2.7.20)Cbe是根據(jù)密勒效應(yīng)將Cbe和Cbc結(jié)合到輸入回路的等效電容。對(duì)輸出回路 一般情況下，所以相比之下可忽略，再利用戴維南定理將輸入電路進(jìn)行簡(jiǎn)化，則圖2.7.9電路又可簡(jiǎn)化為如圖2.7.10所示的電路。圖 2.7.10簡(jiǎn)化高頻等效電路圖中ri與p的意義前面式(2.7.11)及(2.7.12)已說明。 又則輸出電壓放大倍數(shù)時(shí)間常數(shù) (2.7.21)上限頻率 (2.7.22)則 (2.7.23)(2.7.24)當(dāng)?shù)?例 2.7.1在圖2.7.11所示電路中, 已知三極管為3DG8D, 它