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1、模擬電子技術(shù)第1章 緒論1. 電子技術(shù)基礎(chǔ)概述 電子技術(shù)基礎(chǔ)包括模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)。 課程主要介紹基本概念、基本原理、基本分析方法及其基本應(yīng)用。 2. 本章討論的主要問題 什么是電信號？什么是模擬信號？什么是數(shù)字信號？ 什么是模擬電路？什么是數(shù)字電路？ 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的特點表現(xiàn)在哪些方面？ 如何學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程？ 1.1 引言1.2 電信號(a) 模擬信號(b) 數(shù)字信號電信號隨時間變化的電壓或電流信號。模擬信號在時間和幅度上均具有連續(xù)性。數(shù)字信號在時間和幅度上均具有離散性。電信號波形1.3 模擬電路和數(shù)字電路放大電路運(yùn)算電路波形發(fā)生電路濾波電路直流電源模擬電路處

2、理模擬信號的電子電路數(shù)字電路處理數(shù)字信號的電子電路門電路組合數(shù)字電路時序數(shù)字電路半導(dǎo)體存儲器可編程邏輯器件模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換電路1.4 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程*工程性*實踐性模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的特點：模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程的學(xué)習(xí)方法：(1)重點掌握基本概念、基本電路、基本分析方法 (2)能夠運(yùn)用電路的基本定理、基本定律分析模擬電路 (3)注意工程簡化與近似(4)注重實踐教學(xué)環(huán)節(jié)2.1 引言 半導(dǎo)體材料基礎(chǔ)知識 PN結(jié)及其單向?qū)щ娦?半導(dǎo)體二極管的工作原理、特性曲線、主要參數(shù)及其基本應(yīng)用電路 穩(wěn)壓二極管 其它類型二極管第2章 半導(dǎo)體二極管 及其基本應(yīng)用電路 2.2 半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力介于

3、導(dǎo)體和絕緣體之間，如：Si、Ge、GaAs。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力除了自身材質(zhì)以外，還與以下因素有關(guān)： 溫度； 光照、磁場、電場； 摻入雜質(zhì)。 完全純凈、沒有結(jié)構(gòu)缺陷的半導(dǎo)體晶體。 相鄰原子的價電子形成共價鍵，價電子為兩個原子共有，形成有序的空間晶格結(jié)構(gòu)。 2.2.1 本征半導(dǎo)體4價元素的共價鍵結(jié)構(gòu) 溫度為0K時，無自由電子；當(dāng)T大于0K時，有些價電子掙脫原子核的束縛成為自由電子。這種現(xiàn)象就叫做本征激發(fā)。 本征激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴。 在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合達(dá)到動態(tài)平衡。 1. 本征激發(fā)載流子的產(chǎn)生和復(fù)合自由電子和空穴的數(shù)目、濃度相等；在一定溫度下，本征激發(fā)和復(fù)合達(dá)到動態(tài)平衡；空穴可以在價帶

4、內(nèi)移動。2. 本征激發(fā)的特點本征半導(dǎo)體中，摻入五價磷元素；自由電子是多數(shù)載流子，空穴是少數(shù)載流子。2.2.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體N型半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu) 本征半導(dǎo)體中，摻入三價硼元素；空穴是多數(shù)載流子，自由電子是少數(shù)載流子。2.2.2 雜質(zhì)半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體P型半導(dǎo)體的共價鍵結(jié)構(gòu) 2.3 PN結(jié) P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體在原子尺度上緊密連接； 多子擴(kuò)散：由濃度差引起多子的擴(kuò)散運(yùn)動，自由電子和空穴復(fù)合，形成空間電荷區(qū)，也叫耗盡層； 少子漂移：少子在空間電荷區(qū)內(nèi)電場作用下的運(yùn)動； 動態(tài)平衡：多子擴(kuò)散和少子漂移達(dá)到動態(tài)平衡。 2.3.1 PN結(jié)的形成PN結(jié)的形成 1. PN結(jié)正偏時的導(dǎo)電性2.3.2 P

5、N結(jié)的單向?qū)щ娦訮N結(jié)外加正向電壓 外電場加強(qiáng)了擴(kuò)散運(yùn)動、阻礙漂移運(yùn)動，打破了平衡，空間電荷區(qū)變窄。擴(kuò)散的多子增加，漂移過來的少子減少，產(chǎn)生載流子的差，從而在電路中形成電流。 這個電流也叫擴(kuò)散電流，由多數(shù)載流子產(chǎn)生，電流較大，故PN結(jié)呈現(xiàn)低阻狀態(tài)。因此，正偏時PN結(jié)正向?qū)ā?. PN結(jié)反偏時的導(dǎo)電性PN結(jié)外加反向電壓 外電場削弱了擴(kuò)散運(yùn)動、加強(qiáng)了漂移運(yùn)動，打破了平衡，空間電荷區(qū)變寬。擴(kuò)散的多子減少，漂移過來的少子增多，產(chǎn)生載流子的差，從而在電路中形成電流。 這個電流也叫漂移電流，由少數(shù)載流子產(chǎn)生，電流較小，故PN結(jié)呈現(xiàn)高阻。因此，反偏時PN結(jié)反向截止。 2.3.3 PN結(jié)的電容效應(yīng) 勢壘電容

6、是由空間電荷區(qū)的離子薄層形成的。一般外加反向電壓來控制 PN 結(jié)的厚度，相當(dāng)離子薄層的厚度隨外加電壓而相應(yīng)地改變，這相當(dāng) PN 結(jié)中存儲的電荷量也隨之變化，猶如電容的充放電。 擴(kuò)散電容是由多子擴(kuò)散后，在PN結(jié)的另一側(cè)面積累而形成的。因PN結(jié)正偏時，由N區(qū)擴(kuò)散到P區(qū)的電子，與外電源提供的空穴相復(fù)合，形成正向電流。剛擴(kuò)散過來的電子就堆積在 P 區(qū)內(nèi)緊靠PN結(jié)的附近，形成一定的多子濃度梯度分布曲線。反之，由P區(qū)擴(kuò)散到N區(qū)的空穴，在N區(qū)內(nèi)也形成類似的濃度梯度分布曲線。1. 勢壘電容PN結(jié)的勢壘電容 外加反向電壓使 PN 結(jié)上的壓降增加時，離子薄層的厚度也相應(yīng)隨之變寬，這相當(dāng) PN 結(jié)中存儲的電荷量隨之

7、增加，猶如電容的充電。2. 擴(kuò)散電容PN結(jié)的擴(kuò)散電容 當(dāng)外加正向電壓不同時，擴(kuò)散電流即外電路電流的大小也就不同。所以PN結(jié)兩側(cè)堆積多子的濃度梯度分布也不同，這就相當(dāng)電容的充放電過程。 勢壘電容和擴(kuò)散電容 均是非線性電容。2.4 半導(dǎo)體二極管2.4.1 二極管的結(jié)構(gòu)類型二極管的結(jié)構(gòu)示意圖(a) 點接觸型 (b) 面接觸型 (c) 平面型 2.4.2 二極管的伏安特性二極管的伏安特性曲線 (a) 測試電路 (b) 特性曲線伏安特性方程正向特性 在正向區(qū)，加入正向電壓后，二極管并沒有出現(xiàn)電流，有一個死區(qū)。當(dāng)正向電壓加到一個被稱為開啟電壓Uth后，正向電流開始出現(xiàn)，正向特性曲線非線性較大，當(dāng)正向電流較

8、大時，特性曲線也具有一定線性度。 硅二極管和鍺二極管的正向特性有所不同，主要表現(xiàn)在開啟電壓不同，硅二極管的Uth大約在0.5V；鍺二極管的Uth 大約在0.1V。反向特性 在反向區(qū)，硅二極管和鍺二極管的特性有所不同。硅二極管的反向擊穿特性比較硬、比較陡，反向飽和電流很小；鍺二極管的反向擊穿特性比較軟，過渡比較圓滑，反向飽和電流較大。 從擊穿機(jī)理上看，當(dāng)硅二極管|UBR|7V時，主要是雪崩擊穿；當(dāng)|UBR|4V時，則主要是齊納擊穿。當(dāng)|UBR|在4V7V之間時，兩種擊穿都有。2.4.3 二極管的主要參數(shù) (1) 最大整流電流 IF 二極管長期連續(xù)工作時，允許通過二極管的最大正向平均電流。(2)

9、最大反向工作電壓URM 二極管安全工作時，所能承受的最大反向電壓。一般URM約為反向擊穿電壓UBR的一半。 (3) 反向電流IR 一般是指二極管未擊穿時的反向電流值。硅二極管的反向電流一般在納安(nA)級；鍺二極管在微安(A)級。 IR值越小，二極管單向?qū)щ娦栽胶谩?(4) 最高工作頻率fM 二極管工作的上限頻率，由PN結(jié)的結(jié)電容大小決定。二極管的工作頻率超過fM時，單向?qū)щ娦宰儾睢?.4.4 二極管的等效模型理想模型 二極管正向?qū)〞r，其正向壓降為零；二極管反向截止時，認(rèn)為反向電阻為無窮大，反向電流為零，稱為理想二極管。此時理想二極管相當(dāng)于理想開關(guān)。 該模型主要用于信號幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于二極管的正

10、向壓降，可以忽略二極管正向壓降和反向電流的電路中。1. 理想模型恒壓降模型 認(rèn)為二極管的正向壓降為常數(shù)、反向電阻為無窮大、反向電流為零。此時二極管可以用一個理想二極管串聯(lián)一個恒壓源UD表示。硅管的正向壓降UD為0.7V。2. 恒壓降模型折線化模型 在正向曲線上選取一點Q(UD,ID)，連接Q點和(Uth,0)點。注意rD不是動態(tài)電阻rd，因為斜線不是切線。折線模型不固定，與Q點的選取有關(guān)。 3. 折線化模型QQ 二極管的動態(tài)電阻屬于交流參數(shù)，是二極管對它兩端交流電壓呈現(xiàn)出的電阻值。rd可以用二極管伏安特性曲線斜率的倒數(shù)來表示，rd的大小和工作點Q有關(guān)。二極管的動態(tài)電阻的物理意義 4. 小信號模

11、型小信號模型 用于計算UD, ID在Q點附近的微小變化。注意，一定要先提供一個工作點Q ！4. 小信號模型2.4.5 二極管基本應(yīng)用電路半波整流電路和輸入輸出波形 1. 整流電路(a) 電路圖 (b) 輸入輸出波形2. 限幅電路(a) (b)3. 開關(guān)電路二極管與門與門輸入輸出電壓關(guān)系2.5 穩(wěn)壓二極管2.5.1 穩(wěn)壓二極管的伏安特性穩(wěn)壓二極管的符號與伏安特性 穩(wěn)壓二極管的伏安特性與普通二極管相似，其正向特性為指數(shù)曲線。當(dāng)穩(wěn)壓二極管外加反向電壓時，當(dāng)反向電壓增大到反向擊穿電壓時，穩(wěn)壓二極管反向擊穿。此時如果反向電流在一定范圍內(nèi)，其反向擊穿特性陡直，幾乎平行于縱軸，呈現(xiàn)很好的穩(wěn)壓特性。2.5.2

12、 穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù) (1) 穩(wěn)定電壓UZ 在規(guī)定的穩(wěn)壓管反向工作電流IZ下，所對應(yīng)的反向工作電壓。(2) 動態(tài)電阻rZ 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曲線上求取的。rZ愈小，反映穩(wěn)壓管的擊穿特性愈陡。 rZ =UZ /IZ (3) 最大耗散功率 PZM 穩(wěn)壓管的最大功率損耗取決于PN結(jié)的面積和散熱等條件。反向工作時PN結(jié)的功率損耗為 PZM= UZ IZMAX (4) 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 IZMAX = PZMAX/UZ而IZMIN對應(yīng)UZMIN，即反向特

13、性曲線剛剛擊穿處對應(yīng)的IZ。若工作電流IZIZMIN則不能穩(wěn)壓。(5) 穩(wěn)定電壓UZ的溫度系數(shù) 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) 0，反向擊穿是雪崩擊穿。 當(dāng)|UZ|4V時，UZ具有負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿。 當(dāng)4V|UZ| 7 V時，正、負(fù)溫度系數(shù)互相抵消，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，提供十分穩(wěn)定的直流電壓。2.5.3 穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓電路1. 穩(wěn)壓原理2. 限流電阻確定已知UImax、UImin、ILmax、ILmin、IZmax、IZmin IZ在UImax、ILmin時取得最大值

14、，則IZ在UImin、ILmax時取得最小值，則 雙極型晶體管又稱為半導(dǎo)體三極管、晶體三極管。它由兩個 PN 結(jié)組合而成，有兩種載流子參與導(dǎo)電，是一種電流控制電流源器件（CCCS）。晶體管英文為Transister，有兩大類型: 雙極型晶體管(BJT)； 場效應(yīng)晶體管(FET)。3.1 引言 場效應(yīng)型晶體管僅由一種載流子參與導(dǎo)電，是一種電壓控制電流源器件（VCCS）。第3章 雙極型晶體管 及其基本放大電路 本章主要介紹雙極型晶體管的結(jié)構(gòu)及其放大作用、特性曲線及主要參數(shù)，闡述了放大電路的組成、工作原理及主要技術(shù)指標(biāo)，重點介紹雙極型晶體管三種組態(tài)基本放大電路的分析方法。晶體管的兩種結(jié)構(gòu)3.2.1

15、晶體管的結(jié)構(gòu)和類型NPN型PNP型這是基極b這是發(fā)射極e這是集電極c這是發(fā)射結(jié)Je這是集電結(jié)Jc 晶體管符號中的短粗線代表基極，發(fā)射極的箭頭方向，代表發(fā)射極加正向偏置時電流的方向。 雙極型晶體管有兩種結(jié)構(gòu)，NPN型和PNP型。這是基區(qū)這是發(fā)射區(qū)這是集電區(qū)3.2 雙極型晶體管3.2.2 晶體管的三種組態(tài)雙極型晶體管有三個電極，其中兩個可以作為輸入，兩個可以作為輸出，這樣必然有一個電極是公共電極。三種接法也稱三種組態(tài)，如共發(fā)射極接法，也稱共發(fā)射極組態(tài)，簡稱共射組態(tài)，發(fā)射極是公共電極。晶體管的三種組態(tài)共發(fā)射極接法，發(fā)射極作為公共電極，用CE表；共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示；共基極接法

16、，基極作為公共電極，用CB表示。 雙極型晶體管在制造時，要求發(fā)射區(qū)的摻雜濃度大，基區(qū)摻雜濃度低并要制造得很薄，集電區(qū)摻雜濃度低，且集電結(jié)面積較大。從結(jié)構(gòu)上看雙極型晶體管是對稱的，但發(fā)射極和集電極不能互換。 雙極型晶體管在工作時一定要加上適當(dāng)?shù)闹绷髌秒妷骸Ｈ粼诜糯蠊ぷ鳡顟B(tài)：發(fā)射結(jié)加正向電壓，集電結(jié)加反向電壓?，F(xiàn)以 NPN型晶體管的放大狀態(tài)為例，來說明晶體管內(nèi)部的電流關(guān)系。1. 晶體管內(nèi)部載流子的傳輸3.2.3 晶體管的電流放大作用IENIEPICBOIEICIBIBNIE=IEN + IEP且IEN IEPIC= ICN +ICBO ICN= IEN - IBN IB= IEP + IBN -

17、 ICBO 注意：圖中畫的是載流子的運(yùn)動方向，空穴流與電流方向相同；電子流與電流方向相反。由此可確定三個電極的電流。ICN如何保證注入的載流子盡可能地到達(dá)集電區(qū)？ 發(fā)射極電流：IE= IEN+IEP 且有IENIEP 集電極電流：IC=ICN+ICBO ICN=IEN-IBN 且有IEN IBN ， ICNIBN 基極電流： IB=IEP+IBN-ICBO 2. 晶體管電極電流的關(guān)系所以，發(fā)射極電流又可以寫成 IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO)=IC+IB IENIEPICBOIEICIBIBNIE=IEN + IEP且IEN IE

18、PIC= ICN +ICBO ICN= IEN - IBN IB= IEP + IBN - ICBOICN 稱為共基極直流電流放大系數(shù)。它表示最后達(dá)到集電極的電子電流ICN與總發(fā)射極電流IE的比值。3. 晶體管的電流放大系數(shù) (1) 共基極直流電流放大系數(shù) IC=ICN+ICBO= IE+ICBO= (IC+IB)+ICBO ICN與IE相比，因ICN中沒有IEP和IBN，所以 (2) 共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) 稱為共射極直流電流放大系數(shù)。則其中稱為晶體管的穿透電流 其中 很小，可以忽略 ，它描述了晶體管的電流放大作用。令 3.2.4 晶體管的共射特性曲線 iB是輸入電流，uBE是輸入電壓。

19、iC是輸出電流，uCE是輸出電壓。 輸入特性曲線 iB=f(uBE) uCE=const 輸出特性曲線 iC=f(uCE) iB=const共發(fā)射極接法晶體管的特性曲線包括：共發(fā)射極接法的電壓-電流關(guān)系1. 輸入特性曲線 (1) UCE=0V，iB和uBE和呈指數(shù)關(guān)系，類似于半導(dǎo)體二極管的特性。(2) 當(dāng)UCE增加時，集電結(jié)收集電子能力增加，曲線右移。(3) UCE1V，曲線右移不明顯。近似用UCE=1V曲線代替 。 輸入特性曲線可分為：死區(qū) 非線性區(qū) 近似線性區(qū)NPN型晶體管的共射輸入特性曲線輸入特性曲線 iB=f(uBE) uCE=const它是以IB為參變量的一族特性曲線。NPN型晶體管

20、的共射輸出特性曲線2. 輸出特性曲線當(dāng)UCE稍增大時，IC隨著UCE增加而增加?，F(xiàn)以一條曲線為例：當(dāng)UCE=0 V時，集電極無收集作用，IC=0。當(dāng)UCE繼續(xù)增加使集電結(jié)反偏電壓較大時， UCE再增加，電流也沒有明顯的增加。輸出特性曲線 iC=f(uCE) iB=const輸出特性曲線可以分為三個區(qū)域:飽和區(qū)iC受uCE顯著控制的區(qū)域，該區(qū)域內(nèi)uCE的 數(shù)值較小，一般UCE0.7 V(硅管)。此時 發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。截止區(qū)iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時，發(fā)射結(jié)反偏， 集電結(jié)反偏。放大區(qū)iC平行于uCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。 此時，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反

21、偏，電壓大于0.7 V左右(硅管) 。輸出特性曲線的分區(qū)截止區(qū)飽和區(qū) 晶體的參數(shù)分為三大類: 直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù) (1) 直流電流放大系數(shù) 共發(fā)射極組態(tài)直流電流放大系數(shù) 1. 直流參數(shù)對共射組態(tài)的電流放大系數(shù)，在UCE不變的條件下，輸出集電極電流ICQ與輸入基極電流IBQ之比，定義：3.2.5 晶體管的主要參數(shù)輸出特性曲線共基極組態(tài)直流電流放大系數(shù) 稱為共基極直流電流放大系數(shù)。 集電結(jié)的反向飽和電流ICBOICBO是發(fā)射極開路時集電結(jié)的反向飽和電流。 穿透電流ICEO ICEO是基極開路時集電極與發(fā)射極之間的穿透電流。 ICEO=（1+ ）ICBO(2) 極間反向電流 在共射接法輸出

22、特性曲線上，通過垂直于X 軸的直線求取iC/iB。在輸出特性曲線上求2. 交流參數(shù)(1) 交流電流放大系數(shù)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù) Q 共基極交流電流放大系數(shù)(2) 特征頻率fT 晶體管的 值不僅僅與工作電流有關(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，晶體管的 值將會下降。當(dāng) 下降到 1 時所對應(yīng)的頻率稱為特征頻率，用fT表示。當(dāng)ICBO和ICEO很小時， 、 ，可以不加區(qū)分。(3) 共射截止頻率f低頻時共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)為0。下降到0/ 時所對應(yīng)的信號頻率稱為晶體管的共射截止頻率，用f表示。(4) 共基截止頻率f低頻時共基極交流電流放大系數(shù)為0。 下降到0/ 時所對應(yīng)

23、的信號頻率稱為晶體管的共基截止頻率，用f表示。特征頻率、共射截止頻率和共基截止頻率三者之間大致滿足如下關(guān)系：(1) 集電極最大允許電流 ICM3. 極限參數(shù)當(dāng)集電極電流增加到一定程度， 就要下降，使 值明顯減小所對應(yīng)的IC稱為集電極最大允許電流ICM。(2) 集電極最大允許功率損耗PCMpC= iCuCE ，PCM表示集電結(jié)上最大允許耗散功率。 (3) 反向擊穿電壓 反向擊穿電壓表示晶體管電極間承受反向電壓的能力。晶體管擊穿電壓的測試電路 1.U(BR)CBO發(fā)射極開路時的集電結(jié)擊穿電壓。下標(biāo)BR代表擊穿之意，是Breakdown的字頭，CB代表集電極和基極，O代表第三個電極E開路。 2.U(

24、BR) EBO集電極開路時發(fā)射結(jié)的擊穿電壓。 3.U(BR)CEO基極開路集電極和發(fā)射極間的擊穿電壓。 U(BR)CBOU(BR)EBOU(BR)CEO對于U(BR)CER表示BE間接有電阻，U(BR)CES表示BE間是短路的。幾個擊穿電壓在大小上有如下關(guān)系 U(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERU(BR)CEOU(BR) EBO 由晶體管的極限參數(shù)PCM、ICM和U(BR)CEO確定了晶體管的過損耗區(qū)、過流區(qū)和擊穿區(qū)。使用晶體管時，應(yīng)避免使其進(jìn)入上述三個區(qū)域，保證晶體管工作在安全工作區(qū)。輸出特性曲線的安全工作區(qū) 過電流區(qū)是集電極電流達(dá)到ICM和超過ICM以上的部分。過損耗區(qū)由晶體管

25、的集電極最大功率損耗值確定，是一條曲線。 過電壓區(qū)由U (BR)CEO決定。曲線中間部分為安全工作區(qū)。1. 溫度對ICBO的的影響溫度升高，半導(dǎo)體的本征激發(fā)增大，漂移電流增大，ICBO隨之增大。經(jīng)驗數(shù)據(jù)表明，溫度每升高10， ICBO增加約一倍。3.2.6 晶體管的溫度特性2. 溫度對輸入特性曲線的影響當(dāng)溫度升高時，輸入特性曲線左移， uBE減小，大約溫度每增加1，uBE的絕對值減小22.5mV。3. 溫度對輸出特性曲線的影響當(dāng)溫度升高時，晶體管的輸出特性曲線上移且間距變大，穿透電流 ICEO增加，增加， IC增加。國家標(biāo)準(zhǔn)對半導(dǎo)體三極管的命名如下:3 D G 110 B 第二位：A鍺PNP管

26、、B鍺NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、 G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關(guān)管用字母表示材料用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號的序號用字母表示同一型號中的不同規(guī)格三極管3.2.7 晶體管的型號及封裝1. 晶體管的型號雙極型晶體管的型號和主要參數(shù) 小、中功率晶體管圖片(金屬圓殼封裝)2. 晶體管的封裝小、中功率晶體管圖片(塑封)大功率晶體管圖片 基本放大電路一般是指由晶體管與其它電路元件所組成的放大電路。 1. 放大電路主要用于放大微弱信號，輸出電壓或電流在幅度上得到了放大，輸出信號的能量得到了加強(qiáng)。2. 輸出信號不能失真，即輸出信號與輸

27、入信號之間在形狀上不能變樣。3. 輸出信號的能量是由直流電源提供的，只是經(jīng)過晶體管的控制，使之轉(zhuǎn)換成輸出信號的能量，提供給負(fù)載。放大的本質(zhì)是能量的控制與轉(zhuǎn)換。3.3.1 放大的概念3.3 放大的概念和放大電路的性能指標(biāo)放大電路結(jié)構(gòu)框圖 可將放大電路看成是一個含有受控源的雙端口網(wǎng)絡(luò)。它由信號源、放大電路、直流電源組成，放大電路一般都包括負(fù)載，但負(fù)載不是放大電路的必須組成部分。 3.3.2 放大電路的性能指標(biāo)放大電路的性能指標(biāo)是衡量其性能優(yōu)劣的標(biāo)準(zhǔn)。放大電路的性能指標(biāo)主要包括放大倍數(shù)（增益）、輸入電阻、輸出電阻和通頻帶等。1. 放大倍數(shù)(增益) 輸出信號在電壓或電流的幅度上會得到放大，即輸出功率會

28、有所放大。 放大電路的增益包括電壓增益、電流增益、互阻增益、互導(dǎo)增益和功率增益。放大電路結(jié)構(gòu)示意圖(1)電壓增益定義為(2)電流增益定義為(3)功率增益定義為(4)互阻增益定義為(5)互導(dǎo)增益定義為2. 輸入電阻 Ri輸入電阻是從放大電路的輸入端看進(jìn)去的等效電阻。輸入電阻是描述放大電路從信號源吸取電流大小的參數(shù)。Ri大，放大電路從信號源吸取的電流小，反之則大。輸入電阻的定義輸出電阻是從放大電路的輸出端看進(jìn)去的信號源等效內(nèi)阻。輸出電阻是描述放大電路帶負(fù)載能力的參數(shù)。Ro大表明放大電路帶負(fù)載的能力差，反之則強(qiáng)。輸出電阻Ro有兩種求法。方法一根據(jù)輸出電阻的定義。方法二通過實驗的方法。3. 輸出電阻R

29、o輸出電阻的定義此時，應(yīng)將信號源源電壓 短路，但保留信號源內(nèi)阻 ，同時將負(fù)載 開路。在輸出端加假想電源 ，求出 ，即可計算出 。方法一求Ro的實驗電路方法二 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。通過實驗的方法求放大電路的輸出電阻。先測試負(fù)載開路時的輸出電壓 ，再測試負(fù)載電阻為RL時的輸出電壓 。 放大電路在正弦輸入信號的作用下，輸出電壓信號的諧波成分總量與基波分量之比，即為非線性失真系數(shù)，其表達(dá)式為4. 非線性失真系數(shù)式中 U1為基波分量有效值 U2、U3為各次諧波分量的有效值5. 最大不失真輸出幅度放大電路

30、的最大不失真輸出幅度是指放大電路的輸出信號非線性失真系數(shù)不超過額定值時的輸出信號最大值，一般用 或 表示。放大電路的增益A( f ) 是頻率的函數(shù)。在低頻段和高頻段放大倍數(shù)都要下降。當(dāng)A( f )下降到中頻電壓放大倍數(shù)A0的 1/ 時所對應(yīng)的頻率，即放大電路電壓增益的幅頻特性6. 通頻帶相應(yīng)的頻率fL稱為下限截止頻率，fH稱為上限截止頻率。放大電路電壓增益的幅頻特性通頻帶BW（bandwidth）： BW=fH-fLfH3.4.1 共射基本放大電路的組成 共射基本放大電路由一個共射接法的晶體管加相應(yīng)的電阻、電容等元件和直流電源組成的。1. 共射放大電路的組成(a) (b) 共射基本放大電路3.

31、4 共射基本放大電路的組成 及工作原理固定偏置共射組態(tài)基本放大電路由以下幾部分構(gòu)成：固定偏置共射基本放大電路晶體管VT：放大的核心，起能量控制和轉(zhuǎn)換的作用；工作在放大區(qū)。偏置電阻Rb ：為放大電路提供合適的基極偏置電壓，使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。負(fù)載電阻Rc 、RL ：將變化的集電極電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出。耦合電容C1、 C2：“隔直通交”的作用。使輸入交流信號無損耗地加到基極，輸出交流信號無損耗地輸送到負(fù)載上。直流電源VCC：為電路提供合適的偏置電流和能量。 通過對晶體管共射基本放大電路組成的分析，可以得到晶體管基本放大電路的組成原則： (1) 晶體管工作在放大狀態(tài)，建立合適的靜態(tài)工作點，保證電

32、路輸出電壓不失真。 (2) 輸入回路的設(shè)置應(yīng)能夠使輸入信號有效地作用于晶體管的發(fā)射結(jié)。 (3) 輸出回路的設(shè)置應(yīng)能夠使輸出信號有效地作用于負(fù)載上。2. 放大電路的組成原則輸入信號通過耦合電容加在晶體管的發(fā)射結(jié)，經(jīng)過下列過程得到放大的電壓信號：晶體管放大作用 變化的 通過 轉(zhuǎn)變?yōu)樽兓妮敵鲭妷?. 放大原理共射放大電路3.4.2 共射基本放大電路的工作原理2. 放大電路中的電壓波形在放大電路中變化的交流信號是疊加在靜態(tài)的直流信號之上的。靜態(tài)時的直流信號用UBE、 UCE表示；交流信號用ube、 uce表示；交流直流疊加在一起用uBE、 uCE表示。放大電路的電壓和電流信號3. 靜態(tài)和動態(tài) 靜態(tài)

33、時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。放大電路建立正確的靜態(tài)，是保證動態(tài)工作的前提。分析放大電路必須要正確地區(qū)分靜態(tài)和動態(tài)，正確地區(qū)分直流通路和交流通路。 動態(tài) 時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。 直流通路：直流量傳遞的路徑。由晶體管、Rc、Rb、Vcc構(gòu)成。 原則：耦合電容、旁路電容視為開路，信號源視為短路。 4. 直流通路和交流通路固定偏置共射放大電路的直流通路直流通路交流通路:交流量傳遞的路徑。由晶體管、Rc、RL和Rb構(gòu)成。原則：直流電源、耦合電容和旁路電容相當(dāng)于短路。交流通路固定偏置共射放大電路的交流通路 晶體管基本放大電路的分析包括靜態(tài)分析和動態(tài)分析。分析放大電路時，必

34、須根據(jù)先靜態(tài)、后動態(tài)的原則。 放大電路的動態(tài)分析用放大電路的交流通路來分析。具體的分析方法有圖解法和微變等效電路法。 放大電路的靜態(tài)分析用放大電路的直流通路來分析。具體的分析方法有計算法和圖解法。 3.5 基本放大電路的分析方法 由于晶體管的特性曲線是非線性的，不能用數(shù)學(xué)表達(dá)式來描述，只能用特性曲線來表示。在分析放大電路時可采用圖解的方法。 在放大電路的輸入回路，可以用晶體管的輸入特性曲線和直流通路的輸入回路方程式來描述。 在放大電路的輸出回路，可以用晶體管的輸出特性曲線和直流通路的輸出回路方程式來描述。1. 靜態(tài)分析3.5.1 圖解法對分壓偏置共射基本放大電路進(jìn)行靜態(tài)圖解分析，求解靜態(tài)工作點

35、。其求解過程如下：分壓偏置共射放大電路直流通路先畫出分壓偏置共射放大電路的直流通路對基極偏置回路用戴維南定理進(jìn)行變換，使基極偏置電路只具有一個網(wǎng)眼，以方便列出輸入回路方程。(1) 輸入回路的圖解用戴維寧定理進(jìn)行等效變換用戴維南定理進(jìn)行變換/1BImA /VBEUO變換后的等效直流通路晶體管的輸入特性曲線：QIBQVbCCR過(0， )點，作斜率為 的直線稱為輸入直流負(fù)載線。BEUQR斜率1b其與晶體管的輸入特性曲線交于靜態(tài)工作點Q，對應(yīng)坐標(biāo)為IBQ和UBEQ。列輸入回路方程晶體管的輸出特性曲線為：過M點(VCC，0)和N點(0，VCC/(Rc+ Re)確定的直線稱為輸出回路的直流負(fù)載線。與IB

36、Q輸出特性曲線交于Q點，坐標(biāo)為 ICQ和 UCEQ。 (2) 輸出回路的圖解直流負(fù)載線輸出回路的圖解分析列輸出回路方程化簡得(3) 列輸出回路方程式 UCE=VCC IC (Rc +Re)(4) 在輸出特性曲線上確定兩個特殊點(VCC ，0)； (0，VCC / (Rc + Re) ) ，即可畫出輸出直流負(fù)載線。 直流負(fù)載線的確定方法：(1) 列輸入回路方程式 VCC= IBRb + UBE(2) 在輸入特性曲線上，作出輸入直流負(fù)載線，兩線的交點即是Q，由此可確定IBQ ，UBEQ 。(5) 得到Q點的參數(shù)IBQ、 UBEQ、ICQ和UCEQ。放大電路的動態(tài)分析是在有輸入信號作用下的求解過程，

37、先做出放大電路的交流通路。 交流通路根據(jù)交流通路，可得交流輸出電壓放大電路集電極輸出回路的交流負(fù)載電阻是RL = Rc/ RL 。2. 共射放大電路的動態(tài)圖解分析 (1) 交流負(fù)載線放大電路的動態(tài)是建立在靜態(tài)的基礎(chǔ)上的，動態(tài)時工作點的運(yùn)動軌跡一定通過靜態(tài)工作點Q。交流負(fù)載線描述動態(tài)信號的運(yùn)動軌跡。它在輸出特性曲線上要比直流負(fù)載線陡，因為交流負(fù)載電阻小于直流負(fù)載電阻。 交流負(fù)載線輔助線過靜態(tài)工作點Q做一條直線，斜率等于交流負(fù)載電阻的倒數(shù)，即為交流負(fù)載線。交流負(fù)載線 交流負(fù)載線確定步驟：(3) 交流負(fù)載線與直流負(fù)載線相交Q點。交流負(fù)載線輔助線(1) 作出放大電路的交流通路。 (2) 確定輸出回路交

38、流通路的交流負(fù)載電阻為： RL= RLRc (4) 交流負(fù)載線是有交流輸入信號時動態(tài)工作點的運(yùn)動軌跡。通過Q點做一條直線，令其斜為-1/RL ，該直線即為交流負(fù)載線。交流負(fù)載線(2) 電壓放大倍數(shù)分析 用UBE表示直流量、 ube 表示交流量、 uBE表示交直流量的總合。 放大電路的交流工作狀態(tài)可以通過圖解的方法來表示。動態(tài)時，電路中的電流和電壓將在靜態(tài)直流量的基礎(chǔ)上疊加交流量。可以采用交、直流分開的分析方法，即先分析靜態(tài)，再分析動態(tài)，然后再把它們疊加起來。UBEubeuBEOOttbeuBEuOtBEU放大電路中直流、交流和交直流的表示放大電路的動態(tài)圖解分析動態(tài)圖解分析的過程如下：1. 首先

39、畫出輸入電壓波形ube(t)2. 根據(jù)輸入特性曲線和ube(t)畫出ib波形3. 根據(jù)ib波形和交流負(fù)載線畫出ic波形4. 根據(jù)交流負(fù)載線和ic波形畫出uce波形交流負(fù)載線通過圖解分析，可得如下結(jié)論：(1) ui ube ib ic uce |-uo| (2) uo與ui相位相反；測量出ube的幅度測量出uce的幅度三極管的電流放大作用 3. 可以測量出放大電路的電壓放大倍數(shù)； 4. 可以確定最大不失真輸出幅度。(3) 輸出波形失真分析飽和失真：截止失真：由晶體管特性曲線的非線性引起的輸出信號失真，稱為非線性失真，主要有飽和失真和截止失真。 由于放大電路的工作點達(dá)到了晶體管的飽和區(qū)而引起的非線

40、性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為底部失真。 由于放大電路的工作點達(dá)到了晶體管的截止區(qū)而引起的非線性失真。對于NPN管，輸出電壓表現(xiàn)為頂部失真。放大器截止失真和飽和失真(NPN晶體管)(a)飽和失真(b)截止失真(4) 放大電路的最大不失真輸出幅度放大電路的最大不失真輸出幅度是指放大電路的輸出信號在不失真的情況下所能達(dá)到的最大值，一般用Uommax或Iommax表示。放大電路的最大不失真輸出幅度 (5) 輸出功率和功率三角形 要想Po大，就要使功率三角形的面積大，即必須使Uom 和Iom 都要大。功率三角形放大電路向電阻性負(fù)載提供的輸出功率: 在輸出特性曲線上，正好是三角形ABQ的面積，這一

41、三角形稱為功率三角形。3.5.2 微變等效電路法 微變等效電路法：在小信號條件下，把非線性的晶體管用線性模型來代替，用線性電路的分析方法來計算基本放大電路。1. 晶體管低頻小信號模型在低頻小信號下，將晶體管看成一個線性有源雙端口網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)晶體管的輸入和輸出特性曲線，端口特性表示為：在低頻正弦信號作用下，上式可寫成復(fù)數(shù)形式： 在低頻小信號作用下，在靜態(tài)工作點Q對上式取全微分：式中出現(xiàn)的四個系數(shù)，分別為：稱為輸入電阻rbe量綱為。稱為電壓反饋系數(shù)根據(jù)PN結(jié)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，并利用PN結(jié)的電流方程可以推導(dǎo)出是晶體管的基區(qū)體電阻，一般在200 300 之間 稱為電流放大系數(shù)，即稱為輸出電導(dǎo)即1 / rce，

42、量綱為Sh11、h12、h21和h22稱為晶體管的H參數(shù)，其大小與Q有關(guān)。 h12很小， rce很大，h12和h22可忽略，得到晶體管的簡化H參數(shù)等效電路。晶體管的H參數(shù)等效電路如圖所示。晶體管低頻小信號模型沒有考慮結(jié)電容的影響。只適用于放大電路的低頻和中頻段，不適用于高頻放大電路。2. 采用微變等效電路法對共射基本放大電路進(jìn)行分析(1) 靜態(tài)分析對分壓偏置共射基本放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析，先畫出直流通路。分壓偏置共射放大電路直流通路 用戴維南定理進(jìn)行變換：計算求解法列輸入回路方程： 晶體管的管壓降： 基極電流為： 集電極電流為： 列輸出回路方程： 對于硅管：估算法當(dāng)I1=(510) IB時，可忽

43、略IB，基極電位為： 對于硅管：列輸出回路方程： 分壓偏置射放大電路交流微變等效電路(2) 動態(tài)分析對分壓偏置共射基本放大電路進(jìn)行動態(tài)分析，先畫出交流通路。將耦合電容和旁路電容短路將直流電源交流短路。將晶體管用低頻小信號模型代替得到微變等效電路。 電壓放大倍數(shù)由輸入回路：電壓放大倍數(shù)為：根據(jù)放大電路的微變等效電路，可求出其電壓放大倍數(shù)由輸出回路：式中： 輸入電阻輸入電阻是從放大電路的輸入端看進(jìn)去的等效電阻，其表達(dá)式為： 輸出電阻共射放大電路求輸出電阻輸出電阻是從放大電路的輸出端看進(jìn)去的信號源等效內(nèi)阻，其表達(dá)式為：【例3.5.1】 電路如圖3.5.1所示，設(shè)VCC15V，Rb1=60k、Rb2=

44、20k 、Rc=3k 、Re=2k 、Rs=600 ，電容C1、C2和Ce都足夠大，60，UBE=0.7V，RL=3 k 。試計算：(1) 電路的靜態(tài)工作點；(2) 電路的中頻電壓放大倍數(shù) 、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro；(3) 若信號源具有Rs600的內(nèi)阻，求源電壓放大倍數(shù) 。例3.5.1 電路圖 【解】(1) 求解靜態(tài)工作點對直流通路進(jìn)行戴維南變換。列輸入回路方程，得列輸出回路方程，得 畫出電路的微變等效電路 rbe=Ri= Rb1/ Rb2/ rbe =1.36 k Ro=Rc =3 k(2) 求解中頻電壓放大倍數(shù) 、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro(3) 求解源電壓放大倍數(shù) 【例3.5.2】已

45、知C1、C2、Ce的容量足夠大，VCC=12V，UB=2.7V，Rb2=2.7k；UBEQ=0.7V、=100、rbb=200。(a) (b) 例3.5.2 電路圖和其輸出特性曲線的圖解(1) 計算電阻Rb1、Re、Rc和RL。(2) 畫微變等效電路，求電壓放大倍數(shù)輸入電阻輸出電阻。(3) 輸出不失真情況下，允許輸入信號峰-峰值最大值？(4) 不斷增加輸入信號幅度，先出現(xiàn)飽和失真還是截止失真？【解】(1) 計算電阻Rb1、Re、Rc和RL根據(jù)直流通路和其輸出特性曲線上的圖解可得(2) 由電路的微變等效電路圖得： (3) 由輸出特性曲線得最大不失真輸出幅度為3V，則輸入信號最大峰峰值為(4) 若

46、不斷增加輸入信號幅度，先出現(xiàn)截止失真。3.6 晶體管三種組態(tài)基本放大電路 晶體管有三種組態(tài)：共發(fā)射極、共集電極和共基極。 根據(jù)晶體管在電路中的接法，基本放大電路也有三種組態(tài)：共射、共集和共基組態(tài)。 本節(jié)首先介紹晶體管三種組態(tài)基本放大電路，然后對三種組態(tài)基本放大電路進(jìn)行性能比較。3.6.1 共射基本放大電路 1. 固定偏置共射基本放大電路(1) 靜態(tài)分析將C1、C2開路，得到直流通路 列輸入回路方程： 列輸出回路方程： 對于硅管： 電壓放大倍數(shù)畫出電路的微變等效電路，對其進(jìn)行動態(tài)分析式中：(2) 動態(tài)分析固定偏置共射放大電路輸入與輸出反相位， ，有電壓放大能力，同時具有電流放大能力 輸入電阻 輸

47、出電阻【例3.6.1】設(shè)VCC12V， Rb=400k 、 Rc1=2k、 50， Rc2=2k 、 RL=2 k、 UBE=0.7V ，電容C1、C2和C3都足夠大。試求：1. 畫直流通路、交流通路和微變等效電路圖；2. 求靜態(tài)工作點；3. 計算中頻電壓放大倍數(shù)；4. 計算輸入電阻Ri和輸出電阻Ro；5. 定性說明若將電容開路，對電路會產(chǎn)生什么影響？例3.6.1 電路圖【解】(1) 畫出電路的直流通路、交流通路和微變等效電路。例3.6.1 電路的直流通路、交流通路和微變等效電路(2) 根據(jù)直流通路計算靜態(tài)工作點列輸出回路方程，得 列輸入回路方程(3) 根據(jù)微變等效電路，計算電壓放大倍數(shù)： (

48、4) 輸入電阻和輸出電阻 (5) 若C3開路，靜態(tài)工作點不變；電壓放大倍數(shù)、輸出電阻均增大。2. 分壓偏置共射基本放大電路 前面已經(jīng)介紹了分壓偏置共射基本放大電路的組成、靜態(tài)分析和動態(tài)分析，這里主要討論旁路電容對電壓放大倍數(shù)的影響和靜態(tài)工作點穩(wěn)定原理。分壓偏置共射放大電路UB這樣因溫度變化引起IB的變化，對基極電位就沒有多大的影響了，就可以用Rb1和Rb2的分壓來確定基極電位。晶體管對溫度非常敏感。溫度升高，Ic增大；溫度降低， Ic減小。造成Q點的移動，使輸出信號產(chǎn)生失真。共射組態(tài)分壓偏置基本放大電路有穩(wěn)定Q的特點。在電路中，要求IRb遠(yuǎn)大于IB。(1)靜態(tài)工作點穩(wěn)定原理UBIBIRbUE+

49、LReRcRb2Rb1R+CCV2C1CeC-+-+iU&oU&VTUBIBIRbUE溫度升高時，分壓偏置共射放大電路能穩(wěn)定Q點，過程如下: Re構(gòu)成了直流負(fù)反饋，具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點的作用。(2) Ce對電壓放大倍數(shù)的影響旁路電容Ce為大容量的電解電容，起“隔直通交”的作用。其存在與否不影響Q。但影響交流通路、微變等效電路，從而影響動態(tài)參數(shù)。刪除Ce后的微變等效電路去掉Ce后，Au顯著減小。因此對于交流信號， Ce 的作用是旁路電阻Re，提高Au。 共集組態(tài)放大電路3.6.2 共集基本放大電路直流電源對交流信號而言，相當(dāng)于對地交流短路，集電極作為輸入回路和輸出回路的公共端，因此稱為共集基本放大

50、電路，也稱射極輸出器、射極跟隨器。共集基本放大電路從晶體管的基極輸入信號，從晶體管的發(fā)射極輸出信號。1. 靜態(tài)分析基極電流：集電極極電流：管壓降：將耦合電容C1、C2視為開路，得到晶體管共集基本放大電路的直流通路。畫出共集組態(tài)放大電路的微變等效電路。共集組態(tài)放大電路微變等效電路 2. 動態(tài)分析 電壓放大倍數(shù)由輸入回路得：由輸出回路得：；共集放大電路的電壓放大倍數(shù) ，輸入信號和輸出信號相位相同。若 ， 輸出電壓跟隨輸入電壓變化， 輸入電阻基極電流：輸入電阻：所以 Ri是從放大電路輸入端看進(jìn)去的輸入電阻， 是從基極看進(jìn)去的輸入電阻，所以 共集組態(tài)放大電路的輸入電阻比共射組態(tài)基本放大電路要大，一般可

51、以達(dá)到幾十千歐，甚至幾百千歐。 輸出電阻求輸出電阻的微變等效電路根據(jù)輸出電阻定義共集基本放大電路的輸出電阻非常小，一般可以小到幾十歐姆。將 短路、RL開路，在輸出端加 ，產(chǎn)生電流 。共集組態(tài)放大電路的基本特點： (1) 共集放大電路只能放大電流，電壓放大倍數(shù)小于且接近等于1。 (2) 輸出電壓的相位與輸入電壓的相位相同，輸出電壓的波形和輸入電壓的波形一樣，故又名射極跟隨器。 (3) 共集電極基本放大電路的輸入電阻高，輸出電阻低，具有阻抗變換的特點，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，常用于多級放大電路的輸入級和輸出級，以及功率放大電路。電路中基極交流電位等于0，相當(dāng)基極交流接地，輸入信號接發(fā)射極，輸出信號從集

52、電極引出。共基組態(tài)放大電路及直流通路共基組態(tài)放大電路的靜態(tài)分析與分壓偏置共射放大電路一樣，它們的直流通路完全一樣，在此僅給出結(jié)果。3.6.2 共基基本放大電路基極電流：集電極電流：管壓降： cCQCCCEQ (R +Re)IVU-=BQCQII=UV-ebBEQCCBQ)1(RRI+=b動態(tài)分析畫出微變等效電路共基組態(tài)放大電路微變等效電路(1) 電壓放大倍數(shù) (2) 輸入電阻 共基基本放大電路的輸入電阻非常小，通常為幾十歐姆。 (3) 輸出電阻共基組態(tài)放大電路的基本特點：(1) 共基放大電路不能放大電流，只能放大電壓，電壓放大倍數(shù)在數(shù)值上與共射放大電路相同，但輸出電壓與輸入電壓同相。(3) 共

53、基放大電路的高頻性能良好，通頻帶在三種組態(tài)的放大電路中最寬。(2) 共基放大電路的輸入電阻低，輸出電阻與共射放大電路相同。3.6.4 三種組態(tài)晶體管基本放大電路的性能比較 由于放大電路中存在著電抗性元件和三極管的極間電容，放大電路對不同頻率的信號具有不同的放大能力。 放大電路電壓放大倍數(shù)可表示為頻率的復(fù)函數(shù)：上式表示放大電路的頻率響應(yīng)，可分解為以下兩部分 幅度頻率特性3.7.1 頻率響應(yīng)的基本概念 相位頻率特性 幅頻特性是描繪輸入信號幅度固定，輸出信號的幅度隨輸入信號的頻率變化而變化的規(guī)律。相頻特性是描繪輸出信號與輸入信號之間相位差隨頻率變化而變化的規(guī)律3.7 放大電路的頻率響應(yīng)幅頻特性偏離中

54、頻值的現(xiàn)象稱為幅度頻率失真。相頻特性偏離中頻值的現(xiàn)象稱為相位頻率失真。幅頻失真和相頻失真不是因為晶體管的非線性特性造成的，稱為線性失真。 產(chǎn)生頻率失真的原因是: (1) 放大電路中存在電抗性元件。 例如:耦合電容、旁路電容、分布電容、變壓器、 分布電感等； (2) 晶體管的()是頻率的函數(shù)。 在研究頻率特性時，晶體管的低頻小信號模型不再 適用，而要采用高頻小信號模型。 幅頻失真和相頻失真會對所放大的波形產(chǎn)生影響，圖中給出的曲線可以由基波和三次諧波合成，如果放大電路對基波和三次諧波的增益不同，就會產(chǎn)生幅頻失真。 (a) 基波較大三次諧波較小 (b) 基波較小三次諧波較大幅頻失真示意圖(a) 基波

55、和二次諧波無相移 (b) 二次諧波產(chǎn)生相移相頻失真示意圖 放大電路對不同諧波雖然增益相同，但相移不同，會產(chǎn)生相頻失真。相頻失真對波形形狀的影響往往比幅頻失真更大。 1. 一階RC低通電路 式中wtH11=RC 一階RC低通電路，Au的模、上限截止頻率和相角分別為-+-RC.iU.OU+3.7.2 一階RC電路的頻率響應(yīng)電壓放大倍數(shù)(傳遞函數(shù))為由以上公式可做出RC低通電路的近似頻率特性曲線：RC低通電路的頻率特性曲線3dB- 幅頻特性的X 軸和Y 軸都是采用對數(shù)坐標(biāo)，fH 稱為上限截止頻率。當(dāng) 時，幅頻特性將以十倍頻20dB的斜率下降，或?qū)懗?20dB/dec。 在 處的誤差最大， 有3dB。

56、 當(dāng) 時，相頻特性將滯后 45，并具有-45/dec的斜率。在 和 處與實際的相頻特性有最大的誤差值分別為+5.7和-5.7。這種折線化畫出的頻率特性曲線稱為波特圖，是分析放大電路頻率響應(yīng)的重要手段。式中 一階RC高通電路下限截止頻率、模和相角分別為:2. 一階RC高通電路其電壓放大倍數(shù)為：由此可做出RC高通電路的波特圖。RC高通電路的近似頻率特性曲線20dB/dec3dB-比較一階RC高通和低通的電壓放大倍數(shù)表達(dá)式低通低通低通高通 低通RC電路有上限截止頻率，高通RC電路有下限截止頻率。如果低通RC電路和高通RC電路有增益，上述表達(dá)式的分子應(yīng)乘以電壓放大倍數(shù)?；旌闲透哳l小信號模型是通過晶體管

57、的物理模型建立的。晶體管物理結(jié)構(gòu)示意圖(1) 物理模型 3.7.3 雙極型管的高頻小信號模型1. 混合型高頻小信號模型rbb -基區(qū)的體電阻re -發(fā)射區(qū)體電阻rbe -發(fā)射結(jié)電阻rbc -集電結(jié)電阻rc -發(fā)射區(qū)體電阻Cbc -集電結(jié)電容，常用C表示Cbe -發(fā)射結(jié)電容，常用C表示rc和re的數(shù)值較小，常常忽略不計。根據(jù)這一物理模型可以畫出混合型高頻小信號模型。高頻混合型小信號模型電路這一模型中用 代替 ，這是因為本身就與頻率有關(guān)，而gm與頻率無關(guān)。推導(dǎo)如下: (2) 用 代替由此可見gm是與頻率無關(guān)的0和rbe的比，所以gm與頻率無關(guān)。若IE=1mA， gm=1mA/26mV38mS。gm

58、稱為跨導(dǎo)，代表電壓對電流的控制作用，還可寫成0反映了晶體管內(nèi)部，對流經(jīng)rbe的電流 的放大作用。 是真正具有電流放大作用的部分，0 即低頻時的。在型小信號模型中，因存在C 和rbc，對求解不便，可通過單向化處理加以變換。首先因rbc很大，可以忽略，只剩下C 。(3) 單向化高頻混合型小信號模型的單向化 用輸入側(cè)的C和輸出側(cè)的C兩個電容去分別代替C ，但要求變換前后應(yīng)保證輸入側(cè)和輸出側(cè)相關(guān)電流不變。 IrUUbbbbebeb0IberICmgbeUcerceUebcb輸入側(cè)高頻混合型小信號模型的單向化 令放大倍數(shù) ，則 輸出側(cè)所以由于C f 。fT和f在數(shù)量上有一定的關(guān)系，即fT0 f ，推導(dǎo)如

59、下：共基極接法截止頻率f-在共基極接法條件下，隨著頻率的增高，中頻段的電流放大系數(shù)0 就要下降， 當(dāng)下降了-3dB，即0.7070 時所對應(yīng)的頻率定義為共基極接法截止頻率。分析放大電路的頻率響應(yīng)，需畫出放大電路從低頻到高頻的全頻段小信號模型。共射接法基本放大電路1. 全頻段小信號模型3.7.4 共射基本放大電路的頻率響應(yīng)先畫出晶體管高頻小信號簡化模型，然后再將耦合電容和旁路電容畫出，分低、中、高三個頻段分別加以研究。全頻段微變等效電路 晶體管模型將全頻段微變等效電路轉(zhuǎn)變?yōu)橹蓄l微變等效電路。將耦合電容器和旁路電容器短路，將極間電容開路。2. 中頻段小信號微變等效電路根據(jù)中頻段微變等效電路的模型，

60、求解中頻電壓增益。中頻段微變等效電路將全頻段微變等效電路轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l微變等效電路:將耦合電容器和旁路電容器短路，將極間電容保留。3. 高頻段小信號微變等效電路高頻段輸入回路等效電路 將高頻微變等效電路的輸入回路用戴維南定理進(jìn)行變換，可以得到高頻時間常數(shù) H=RC 高頻段一階RC低通電路的頻率響應(yīng)表達(dá)式為R=rbe/ (rbb+Rs/ Rb) 電路的上限截止頻率為電路的相頻特性表達(dá)式為 電路的幅頻特性表達(dá)式為 將全頻段微變等效電路轉(zhuǎn)變?yōu)榈皖l微變等效電路：將耦合電容器和旁路電容器保留，將極間電容斷路。將全頻段微變等效電路轉(zhuǎn)變?yōu)榈皖l微變等效電路全頻段微變等效電路4. 低頻段小信號微變等效電路當(dāng)Rb較大