三極管的用法資料講解

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。三極管的用法-第5章三極管及基本放大電路半導(dǎo)體三極管是一種最重要的半導(dǎo)體器件。它的放大作用和開關(guān)作用促使電子技術(shù)飛躍發(fā)展。場(chǎng)效應(yīng)管是一種較新型的半導(dǎo)體器件，現(xiàn)在已被廣泛應(yīng)用于放大電路和數(shù)字電路中。本章介紹半導(dǎo)體三極管、絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管以及由它們組成的基本放大電路。5.1半導(dǎo)體三極管半導(dǎo)體三極管簡稱為晶體管。它由兩個(gè)PN結(jié)組成。由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，使三極管表現(xiàn)出電流放大作用和開關(guān)作用，這就促使電子技術(shù)有了質(zhì)的飛躍。本節(jié)圍繞三極管的電流放大作用這個(gè)核心問題來討論它的基本結(jié)構(gòu)、工作原理、特性曲線及主要參數(shù)。5

2、.1.1三極管的基本結(jié)構(gòu)和類型基極BTCEBTCEB基極B發(fā)射極E發(fā)射極E集電極C集電極CN集電區(qū)P基區(qū)N發(fā)射區(qū)P集電區(qū)N基區(qū)P發(fā)射區(qū)三極管的種類很多，按功率大小可分為大功率管和小功率管；按電路中的工作頻率可分為高頻管和低頻管；按半導(dǎo)體材料不同可分為硅管和鍺管；按結(jié)構(gòu)不同可分為NPN管和PNP管。無論是NPN型還是PNP型都分為三個(gè)區(qū)，分別稱為發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)，由三個(gè)區(qū)各引出一個(gè)電極，分別稱為發(fā)射極（E）、基極（B）和集電極（C），發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)。其結(jié)構(gòu)和符號(hào)見圖5-1，其中發(fā)射極箭頭所示方向表示發(fā)射極電流的流向。在電路中，晶體管用字

3、符T表示。具有電流放大作用的三極管，在內(nèi)部結(jié)構(gòu)上具有其特殊性，這就是：其一是發(fā)射區(qū)摻雜濃度大于集電區(qū)摻雜濃度，集電區(qū)摻雜濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)摻雜濃度；其二是基區(qū)很薄，一般只有幾微米。這些結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)是三極管具有電流放大作用的內(nèi)在依據(jù)。（a）(b)圖5-1兩類三極管的結(jié)構(gòu)示意圖及符號(hào)5.1.2三極管的電流分配關(guān)系和放大作用圖5-2共發(fā)射極放大實(shí)驗(yàn)電路VBBIBIERBVBBVCCRCmAATmA現(xiàn)以NPN管為例來說明晶體管各極間電流分配關(guān)系及其電流放大作用，上面介紹了三極管具有電流放大用的內(nèi)部條件。為實(shí)現(xiàn)晶體三極管的電流放大作用還必須具有一定的外部條件，這就是要給三極管的發(fā)射結(jié)加上正向電壓，集電結(jié)加上

4、反向電壓。如圖5-2，VBB為基極電源，與基極電阻RB及三極管的基極B、發(fā)射極E組成基極發(fā)射極回路（稱作輸入回路）,VBB使發(fā)射結(jié)正偏，VCC為集電極電源，與集電極電阻RC及三極管的集電極C、發(fā)射極E組成集電極發(fā)射極回路（稱作輸出回路），VCC使集電結(jié)反偏。圖中，發(fā)射極E是輸入輸出回路的公共端，因此稱這種接法為共發(fā)射極放大電路，改變可變電阻RB,測(cè)基極電流IB，集電極電流IC和發(fā)射結(jié)電流IE,，結(jié)果如表5-1。表5-1三極管電流測(cè)試數(shù)據(jù)IB(A)020406080100IC(mA)0.0050.992.083.174.265.40IE(mA)0.00510.012.123.234.345.50

5、從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得如下結(jié)論：（1）IE=IB+IC。此關(guān)系就是三極管的電流分配關(guān)系，它符合基爾霍夫電流定律。（2）IE和IC幾乎相等，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于基極電流IB.，從第三列和第四列的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知IC與IB的比值分別為：SKIPIF10，SKIPIF10IB的微小變化會(huì)引起IC較大的變化，計(jì)算可得：SKIPIF10計(jì)算結(jié)果表明，微小的基極電流變化，可以控制比之大數(shù)十倍至數(shù)百倍的集電極電流的變化，這就是三極管的電流放大作用。SKIPIF10、稱為電流放大系數(shù)。通過了解三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，可以解釋晶體管的電流放大原理。本書從略。5.1.3三極管的特性曲線三極管的特性曲線是用來表示各個(gè)電極間電壓和電流

6、之間的相互關(guān)系的，它反映出三極管的性能，是分析放大電路的重要依據(jù)。特性曲線可由實(shí)驗(yàn)測(cè)得，也可在晶體管圖示儀上直觀地顯示出來。1輸入特性曲線晶體管的輸入特性曲線表示了VCE為參考變量時(shí)，IB和VBE的關(guān)系。0.20.40.60.8VBE(V)806040200VCE1VIB(A)圖5-3三極管的輸入特性曲線SKIPIF11V以后，輸入特性幾乎與VCE=1V時(shí)的特性重合，因?yàn)閂CE1V后，IB無明顯改變了。晶體管工作在放大狀態(tài)時(shí)，VCE總是大于1V的（集電結(jié)反偏），因此常用VCE1V的一條曲線來代表所有輸入特性曲線。2.輸出特性曲線晶體管的輸出特性曲線表示以IB為參考變量時(shí)，IC和VCE的關(guān)系，即

7、:100A80A60A40A20AIB=036912VCE(V)截止區(qū)5飽和區(qū)放大區(qū)IC(mA)43210圖5-4三極管的輸出特性曲線SKIPIF1VEVB。電流IC很小，（等于反向穿透電流ICEO）工作在截止區(qū)時(shí)，晶體管在電路中猶如一個(gè)斷開的開關(guān)。（2）飽和區(qū)：特性曲線靠近縱軸的區(qū)域是飽和區(qū)。當(dāng)VCEVCVE。在飽和區(qū)IB增大，IC幾乎不再增大，三極管失去放大作用。規(guī)定VCE=VBE時(shí)的狀態(tài)稱為臨界飽和狀態(tài)，用VCES表示，此時(shí)集電極臨界飽和電流：SKIPIF10（5-3）基極臨界飽和電流：SKIPIF1ICS時(shí)，認(rèn)為管子已處于飽和狀態(tài)。ICVBVE。其特點(diǎn)是IC的大小受IB的控制，IC=I

8、B，晶體管具有電流放大作用。在放大區(qū)約等于常數(shù)，IC幾乎按一定比例等距離平行變化。由于IC只受IB的控制，幾乎與VCE的大小無關(guān)。特性曲線反映出恒流源的特點(diǎn)，即三極管可看作受基極電流控制的受控恒流源。例5-1用直流電壓表測(cè)得放大電路中晶體管T1各電極的對(duì)地電位分別為Vx=+10V，Vy=0V，Vz=+0.7V，如圖5-5（a）所示,T2管各電極電位Vx=+0V，Vy=-0.3V，Vz=-5V，如圖5-5（b）所示，試判斷T1和T2各是何類型、何材料的管子，x、y、z各是何電極？yzyxT2zxT1(a)(b)圖5-5例5-1解：工作在放大區(qū)的NPN型晶體管應(yīng)滿足VCVBVE，PNP型晶體管應(yīng)滿

9、足VCVBVzVy,，所以x為集電極，y為發(fā)射極，z為基極，滿足VCVBVE,的關(guān)系，管子為NPN型。（2）在圖（b）中，x與y的電壓為0.3V，可確定為鍺管，又因VzVyVx,，所以z為集電極，x為發(fā)射極，y為基極，滿足VCVBVE的關(guān)系，管子為PNP型。+10V1KIC+6V5KIB+10V1KIC-2V5KIB+10V1KIC+2V5KIB例5-2圖5-6所示的電路中，晶體管均為硅管,=30，試分析各晶體管的工作狀態(tài)。(a)(b)(c)圖5-6例5-2解:（1）因?yàn)榛鶚O偏置電源+6V大于管子的導(dǎo)通電壓，故管子的發(fā)射結(jié)正偏，管子導(dǎo)通,基極電流：SKIPIF1ICS，所以管子工作在飽和區(qū)。（

10、2）因?yàn)榛鶚O偏置電源-2V小于管子的導(dǎo)通電壓，管子的發(fā)射結(jié)反偏，管子截止，所以管子工作在截止區(qū)。（3）因?yàn)榛鶚O偏置電源+2V大于管子的導(dǎo)通電壓，故管子的發(fā)射結(jié)正偏,管子導(dǎo)通基極電流:：SKIPIF10因?yàn)镮CICS，所以管子工作在放大區(qū)。5.1.4晶體管的主要參數(shù)晶體管的參數(shù)是用來表示晶體管的各種性能的指標(biāo),是評(píng)價(jià)晶體管的優(yōu)劣和選用晶體管的依據(jù),也是計(jì)算和調(diào)整晶體管電路時(shí)必不可少的根據(jù)。主要參數(shù)有以下幾個(gè)。1電流放大系數(shù)(1)共射直流電流放大系數(shù)SKIPIF10。它表示集電極電壓一定時(shí)，集電極電流和基極電流之間的關(guān)系。即：SKIPIF10(5-5)(2)共射交流電流放大系數(shù)。它表示在VCE保持

11、不變的條件下，集電極電流的變化量與相應(yīng)的基極電流變化量之比，即:SKIPIF10(5-6)上述兩個(gè)電流放大系數(shù)SKIPIF10和的含義雖不同，但工作于輸出特性曲線的放大區(qū)域的平坦部分時(shí)，兩著差異極小，故在今后估算時(shí)常認(rèn)為SKIPIF10。由于制造工藝上的分散性，同一類型晶體管的值差異很大。常用的小功率晶體管，值一般為20200。過小，管子電流放大作用小，過大，工作穩(wěn)定性差。一般選用在40100的管子較為合適。ICEOICEOAAICBOICBOAA2極間電流(a)NPN管(b)PNP管(c)NPN管(d)PNP管圖5-7ICBO的測(cè)量圖5-8ICEO的測(cè)量(1)集電極反向飽和電流ICBO。IC

12、BO是指發(fā)射極開路，集電極與基極之間加反向電壓時(shí)產(chǎn)生的電流，也是集電結(jié)的反向飽和電流?？梢杂脠D5-7的電路測(cè)出。手冊(cè)上給出的ICBO都是在規(guī)定的反向電壓之下測(cè)出的。反向電壓大小改變時(shí)，ICBO的數(shù)值可能稍有改變。另外ICBO是少數(shù)載流子電流，隨溫度升高而指數(shù)上升，影響晶體管工作的穩(wěn)定性。作為晶體管的性能指標(biāo)，ICBO越小越好，硅管的ICBO比鍺管的小得多，大功率管的ICBO值較大，使用時(shí)應(yīng)予以注意。(2)穿透電流ICEO。ICEO是基極開路，集電極與發(fā)射極間加電壓時(shí)的集電極電流，由于這個(gè)電流由集電極穿過基區(qū)流到發(fā)射極，故稱為穿透電流。測(cè)量ICEO的電路如圖5-8所示。根據(jù)晶體管的電流分配關(guān)系可

13、知：ICEO=（1+SKIPIF10）ICBO。故ICEO也要受溫度影響而改變，且SKIPIF10大的晶體管的溫度穩(wěn)定性較差。3極限參數(shù)晶體管的極限參數(shù)規(guī)定了使用時(shí)不許超過的限度。主要極限參數(shù)如下：(1)集電極最大允許耗散功率PCM晶體管電流IC與電壓VCE的乘積稱為集電極耗散功率，這個(gè)功率導(dǎo)致集電結(jié)發(fā)熱，溫度升高。而晶體管的結(jié)溫是有一定限度的，一般硅管的最高結(jié)溫為1001500C，鍺管的最高結(jié)溫為701000C，超過這個(gè)限度，管子的性能就要變壞，甚至燒毀。因此，根據(jù)管子的允許結(jié)溫定出了集電極最大允許耗散功率PCM，工作時(shí)管子消耗功率必須小于PCM?？梢栽谳敵鎏匦缘淖鴺?biāo)系上畫出PCM=ICVC

14、E的曲線，稱為集電極最大功率損耗線。如圖5-9所示。曲線的左下方均滿足PCPCM的條件為安全區(qū)，右上方為過損耗區(qū)。(2)反向擊穿電壓V(BR)CEO反向擊穿電壓V(BR)CEO是指基極開路時(shí)，加于集電極發(fā)射極之間的最大允許電壓。使用時(shí)如果超出這個(gè)電壓將導(dǎo)致集電極電流IC急劇增大，這種現(xiàn)象稱為擊穿。從而造成管子永久性損壞。一般取電源VCC)時(shí)的值。通常高頻晶體管都用fT表征它的高頻放大特性。5溫度對(duì)晶體管參數(shù)的影響幾乎所有晶體管參數(shù)都與溫度有關(guān)，因此不容忽視。溫度對(duì)下列三個(gè)參數(shù)的影響最大。(1)溫度對(duì)ICBO的影響：ICBO是少數(shù)載流子形成，與PN結(jié)的反向飽和電流一樣，受溫度影很大。無論硅管或鍺

15、管，作為工程上的估算，一般都按溫度每升高10C，ICBO增大一倍來考慮。(2)溫度對(duì)的影響：溫度升高時(shí)隨之增大。實(shí)驗(yàn)表明，對(duì)于不同類型的管子隨溫度增長的情況是不同的，一般認(rèn)為：以250C時(shí)測(cè)得的值為基數(shù)，溫度每升高10C，增加約（0.51）%。(3)溫度對(duì)發(fā)射結(jié)電壓VBE的影響：和二極管的正向特性一樣，溫度每升高10C，|VBE|約減小22.5mV。因?yàn)?，ICEO=（1+SKIPIF10）ICBO，而IC=SKIPIF10IB+（1+SKIPIF10）ICBO，所以溫度升高使集電極電流IC升高。換言之，集電極電流IC隨溫度變化而變化。5.1.5晶體管開關(guān)的應(yīng)用非門RCF-VBBR2R1A1圖5

16、-11三極管非門VCCATF圖5-11所示的晶體管非門電路及其圖形符號(hào)。晶體管T的工作狀態(tài)或從截止轉(zhuǎn)為飽和，或從飽和轉(zhuǎn)為截止。非門電路只有一個(gè)輸入端A。F為輸出端。當(dāng)輸入端A為高電平1，即VA=3V時(shí)，晶體管T飽和，使集電極輸出的電位VF=0V，即輸出端F為低電平0；當(dāng)輸入端A為低電平0時(shí)，晶體管T截止，使集電極輸出的電位VF=VCC，即輸出端F為高電平1?？梢姺情T電路的輸出與輸入狀態(tài)相反，所以非門電路也稱為反相器。圖中加負(fù)電源VBB是為了使晶體管可靠截止。從上述分析可知，該電路的輸出電平高低總是和輸入電平高低相反，這種“結(jié)果與條件處于相反狀態(tài)”的邏輯關(guān)系稱為非（Not）邏輯關(guān)系。非邏輯也稱為

17、邏輯反、非運(yùn)算。邏輯變量上的“”是非運(yùn)算符，設(shè)A、F分別為邏輯變量，則非運(yùn)算的表達(dá)式可寫成以下SKIPIF10上式讀作F等于A非。邏輯非的含義是：只要輸入變量A為0，輸出變量F就為1；反之，A為1時(shí)，F(xiàn)便為0。換言之，也就是“見0出1，見1出0”。以上是晶體管開關(guān)作用具體應(yīng)用的一個(gè)實(shí)例。5.2絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制型的半導(dǎo)體器件，它具有輸入電阻高（可達(dá)1091015，而晶體三極管的輸入電阻僅有102104），噪聲低，受溫度、幅射等外界條件的影響較小，耗電省、便于集成等優(yōu)點(diǎn)。，因此得到廣泛應(yīng)用。場(chǎng)效應(yīng)管按結(jié)構(gòu)的不同可分為結(jié)型和絕緣柵型；從工作性能可分耗盡型和增強(qiáng)型；所用基片（

18、襯底）材料不同，又可分P溝道和N溝道兩種導(dǎo)電溝道。因此，有結(jié)型P溝道和N溝道，絕緣柵耗盡型P溝道和N溝及增強(qiáng)型P溝道和N溝六種類型的場(chǎng)效應(yīng)管。它們都是以半導(dǎo)體的某一種多數(shù)載流子（電子或空穴）來實(shí)現(xiàn)導(dǎo)電，所以又稱為單極型晶體管。在本書中只簡單介紹絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。5.1.1絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管目前應(yīng)用最廣泛的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管是一種金屬(M)氧化物(O)半導(dǎo)體(S)結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)管，簡稱為MOS（MetalOxideSemiconductor）管。本節(jié)以溝道增強(qiáng)型絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管為主進(jìn)行討論。N溝道增強(qiáng)MOS型管(1)結(jié)構(gòu)圖5-12（a）是溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖。用一塊型半導(dǎo)體為襯底，在襯底上面的

19、左、右兩邊制成兩個(gè)高摻雜濃度的型區(qū)，用N+表示，在這兩個(gè)N+區(qū)各引出一個(gè)電極，分別稱為源極S和漏極D，管子的襯底也引出一個(gè)電極稱為襯底引線b。管子在工作時(shí)b通常與S相連接。在這兩個(gè)N+區(qū)之間的型半導(dǎo)體表面做出一層很薄的二氧化硅絕緣層，再在絕緣層上面噴一層金屬鋁電極，稱為柵極G，圖5-12(b)是溝增強(qiáng)型MOS管的符號(hào)。溝道增強(qiáng)型MOS管是以型半導(dǎo)體為襯底，再制作兩個(gè)高摻雜濃度的P+區(qū)做源極S和漏極D，其符號(hào)如圖5-12(c)，襯底b的箭頭方向是區(qū)別溝道和溝道的標(biāo)志。SG鋁DP襯底DN+GGGbSSDSio2N+b絕緣層PPP襯b(襯底引線)（a）（b）（c）圖5-12增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)

20、(2)工作原理如圖5-13所示。當(dāng)VGS=0時(shí)，由于漏源之間有兩個(gè)背向的結(jié)不存在導(dǎo)電溝道，所以即使D、S間電壓VDS0，但I(xiàn)D=0，只有VGS增大到某一值時(shí)，由柵極指向P型襯底的電場(chǎng)的作用下，襯底中的電子被吸引到兩個(gè)N+區(qū)之間構(gòu)成了漏源極之間的導(dǎo)電溝道，電路中才有電流ID。對(duì)應(yīng)此時(shí)的VGS稱為開啟電壓VGS(th)=VT。在一定VDS下，VGS值越大，電場(chǎng)作用越強(qiáng)，導(dǎo)電的溝道越寬，溝道電阻越小，ID就越大，這就是增強(qiáng)型管子的含義。圖5-13Vgs對(duì)溝道的影響VDSVGSIDSGDN溝道P襯底N+N+(3)輸出特性輸出特性是指VGS為一固定值時(shí)，ID與VDS之間的關(guān)系，即SKIPIF10（5-7

21、）同三極管一樣輸出特性可分為三個(gè)區(qū)，可變電阻區(qū)，恒流區(qū)和截止區(qū)?？勺冸娮鑵^(qū)：圖5-14（a）的區(qū)。該區(qū)對(duì)應(yīng)VGSVT，VDS很小，VGD=VGSVDSVT的情況。該區(qū)的特點(diǎn)是：若VGS不變，ID隨著VDS的增大而線性增加，可以看成是一個(gè)電阻，對(duì)應(yīng)不同的VGS值，各條特性曲線直線部分的斜率不同，即阻值發(fā)生改變。因此該區(qū)是一個(gè)受VGS控制的可變電阻區(qū)，工作在這個(gè)區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管相當(dāng)于一個(gè)壓控電阻。恒流區(qū)（亦稱飽和區(qū)，放大區(qū)）：圖5-14（a）的區(qū)。該區(qū)對(duì)應(yīng)VGSVT，VDS較大，該區(qū)的特點(diǎn)是若VGS固定為某個(gè)值時(shí)，隨VDS的增大，ID不變，特性曲線近似為水平線，因此稱為恒流區(qū)。而對(duì)應(yīng)同一個(gè)VDS值，不

22、同的VGS值可感應(yīng)出不同寬度的導(dǎo)電溝道，產(chǎn)生不同大小的漏極電流ID，可以用一個(gè)參數(shù)，跨導(dǎo)gm來表示VGS對(duì)ID的控制作用。gm定義為：ID(mA)區(qū)區(qū)區(qū)VGS=5V4.5V4V3.5V3V2.5V(VT)ID(mA)VDS=常數(shù)4VT02468VGS(V)02468VDS(V)2541382612SKIPIF10（5-8）（a）輸出特性(b)轉(zhuǎn)移特性圖5-14N溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線截止區(qū)（夾斷區(qū)）：該區(qū)對(duì)應(yīng)于VGSVT的情況，這個(gè)區(qū)的特點(diǎn)是：由于沒有感生出溝道，故電流ID=0，管子處于截止?fàn)顟B(tài)。圖5-14（a）的區(qū)為擊穿區(qū)，當(dāng)VDS增大到某一值時(shí)，柵、漏間的PN結(jié)會(huì)反向擊穿，使ID急劇

23、增加。如不加限制，會(huì)造成管子損壞。(4)轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性是指VDS為固定值時(shí)，ID與VGS之間的關(guān)系，表示了VGS對(duì)ID的控制作用。即：SKIPIF10（5-9）由于VDS對(duì)ID的影響較小，所以不同的VDS所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性曲線基本上是重合在一起的，如圖5-14（b）所示。這時(shí)ID可以近似地表示為：SKIPIF10（5-10）其中IDSS是VGS=2VGS（th）時(shí)的值ID溝道耗盡型MOS管ID(mA)3V2V1VVGS=0V1V2V區(qū)區(qū)區(qū)0481214VDS(V)VDSVGSSGDIDN溝道P襯底N+N+(a)8246102(b)溝道耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型一樣，所不同的是在制造過程中，在

24、sio2絕緣層中摻入大量的正離子。當(dāng)VGS=0時(shí)，由正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)就能吸收足夠的電子產(chǎn)生原始溝道，如果加上正向VDS電壓，就可在原始溝道的中產(chǎn)生電流。其結(jié)構(gòu)、符號(hào)如圖5-15所示。ID(mA)IDSS(c)(d)bGDS-4-2024VGS(V)268圖5-15N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管（a）結(jié)構(gòu)示意圖(b)輸出特性c)轉(zhuǎn)移特性(d)符號(hào)當(dāng)VGS正向增加時(shí)，將增強(qiáng)由絕緣層中正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)，感生的溝道加寬，ID將增大，當(dāng)VGS加反向電壓時(shí)，削弱由絕緣層中正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)，感生的溝道變窄，ID將減小，當(dāng)VGS達(dá)到某一負(fù)電壓值VGS(off)=VP時(shí)，完全抵消了由正離子產(chǎn)生的電場(chǎng)則導(dǎo)電溝道消失，

25、使ID0，VP稱為夾斷電壓。在VGSVP后，漏源電壓VDS對(duì)ID的影響較小。它的特性曲線形狀，與增強(qiáng)型MOS管類似，如圖5-15（b）、（c）所示.。由特性曲線可見，耗盡型MOS管的VGS值在正、負(fù)的一定范圍內(nèi)都可控制管子的ID，因此，此類管子使用較靈活，在模擬電子技術(shù)中得到廣泛應(yīng)用。增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)管在集成數(shù)字電路中被廣泛采用，可利用VGSVT和VGSVT來控制場(chǎng)效應(yīng)管的導(dǎo)通和截止，使管子工作在開關(guān)狀態(tài)，數(shù)字電路中的半導(dǎo)體器件正是工作在此種狀態(tài)。5.2.2場(chǎng)效應(yīng)管主要參數(shù)1場(chǎng)效應(yīng)管與雙極型晶體管的比較(1)場(chǎng)效應(yīng)管的溝道中只有一種極性的載流子（電子或空穴）參于導(dǎo)電，故稱為單極型晶體管。而在雙極型

26、晶體三極管里有兩種不同極性的載流子（電子和空穴）參于導(dǎo)電。(2)場(chǎng)效應(yīng)管是通過柵源電壓VGS來控制漏極電流ID，稱為電壓控制器件。晶體管是利用基極電流IB來控制集電極電流IC，稱為電流控制器件。(3)場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻很大，有較高的熱穩(wěn)定性，抗輻射性和較低的噪聲。而晶體管的輸入電阻較小，溫度穩(wěn)定性差，抗輻射及噪聲能力也較低。(4)場(chǎng)效應(yīng)管的跨導(dǎo)gm的值較小，而雙極型晶體管的值很大。在同樣的條件下，場(chǎng)效應(yīng)管的放大能力不如晶體管高。(5)場(chǎng)效應(yīng)管在制造時(shí)，如襯底沒有和源極接在一起時(shí)，也可將D、S互換使用。而晶體管的C和E互換使用，稱倒置工作狀態(tài)，此時(shí)將變得在非常小。(7)工作在可變電阻區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管

27、，可作為壓控電阻來使用。另外，由于MOS場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻很高，使得柵極間感應(yīng)電荷不易泄放，而且絕緣層做得很薄，容易在柵源極間感應(yīng)產(chǎn)生很高的電壓，超過V（BR）GS而造成管子擊穿。因此MOS管在使用時(shí)避免使柵極懸空。保存不用時(shí)，必須將MOS管各極間短接。焊接時(shí)，電烙鐵外殼要可靠接地。2場(chǎng)效應(yīng)管的主要參數(shù)(1)直流參數(shù)直流參數(shù)是指耗盡型MOS管的夾斷點(diǎn)電位VP(VGS(off)，增強(qiáng)型MOS管的開啟電壓VT(VGS(on)以及漏極飽和電流IDSS，直流輸入電阻RGS(2)交流參數(shù)低頻跨導(dǎo)gm：gm的定義是當(dāng)VDS=常數(shù)時(shí)，vgs的微小變量與它引起的iD的微小變量之比，即：SKIPIF10（5-1

28、1）它是表征柵、源電壓對(duì)漏極電流控制作用大小的一個(gè)參數(shù)，單位為西門子s或ms。極間電容：場(chǎng)效應(yīng)管三個(gè)電極間存在極間電容。柵、源電容Cgs和柵、漏電容Cgd一般為13pF，漏源電容Cds約在0.11pF之間。極間電容的存在決定了管子的最高工作頻率和工作速度。(3)極限參數(shù)最大漏極電流IDM。管子工作時(shí)允許的最大漏極電流。最大耗散功率PDM。由管子工作時(shí)允許的最高溫升所決定的參數(shù)。漏、源擊穿電壓V（BR）DS。VDS增大時(shí)使ID急劇上升時(shí)的VDS值。柵、源擊穿電壓V（BR）GS。在MOS管中使絕緣層擊穿的電壓。3各種場(chǎng)效應(yīng)管特性的比較表52總結(jié)列舉了6種類型場(chǎng)效應(yīng)管在電路中的符號(hào)，偏置電壓的極性和

29、特性曲線。讀者可以通過比較以于區(qū)別。表52各種場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)、轉(zhuǎn)移特性和輸出特性結(jié)構(gòu)類型工作方式圖形符號(hào)工作時(shí)所需電壓極性轉(zhuǎn)移特性輸出特性VDSVGS結(jié)型N溝道DGIDSIDIDSSVGS（OFF）oVGSIDVGS=0VGS0oVDS絕緣柵型N溝道增強(qiáng)型DIDGSIDoVGS(th)VGSID增大VGS0oVDSP溝道DIDGS-IDVGS(th)oVGS-ID減小VGS0VGS=0VGS0oVDSP溝道DIDSGS，-IDoVGS（OFF）VGS-IDVGS0oVDS5.3晶體管共發(fā)射極放大電路模擬信號(hào)是時(shí)間的連續(xù)函數(shù)，處理模擬信號(hào)的電路稱為模擬電子電路。模擬電子電路中的晶體三極管通常都工

30、作在放大狀態(tài)，它和電路中的其它元件構(gòu)成各種用途的放大電路。而基本放大電路又是構(gòu)成各種復(fù)雜放大電路和線性集成電路的基本單元。晶體管基本放大電路按結(jié)構(gòu)有共射、共集和共基極三種，本書討論前兩種放大電路。5.3.1共發(fā)射極放大電路的組成在圖5-16（a）的共發(fā)射極交流基本放大電路中，輸入端接低頻交流電壓信號(hào)i（如音頻信號(hào)，頻率為20HZ20KHZ）。輸出端接負(fù)載電阻L（可能是小功率的揚(yáng)聲器，微型繼電器、或者接下一級(jí)放大電路等），輸出電壓用o表示。電路中各元件作用如下：oIC+VCCisVCEVBEIB+VCC+VCCC1+RBRC+C2RSRLRBRCi(a)(b)圖5-16共發(fā)射交流放大1.集電極電

31、源VCC是放大電路的能源，為輸出信號(hào)提供能量，并保證發(fā)射結(jié)處于正向偏置、集電結(jié)處于反向偏置，使晶體管工作在放大區(qū)。VCC取值一般為幾伏到幾十伏。2.晶體管T是放大電路的核心元件。利用晶體管在放大區(qū)的電流控制作用，即ic=ib的電流放大作用，將微弱的電信號(hào)進(jìn)行放大。3.集電極電阻RC是晶體管的集電極負(fù)載電阻，它將集電極電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，實(shí)現(xiàn)電路的電壓放大作用。RC一般為幾千到幾十千歐。4.基極電阻RB以保證工作在放大狀態(tài)。改變RB使晶體管有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。RB一般取幾十千歐到幾百千歐。5耦合電容C1、C2起隔直流通交流的作用。在信號(hào)頻率范圍內(nèi)，認(rèn)為容抗近似為零。所以分析電路時(shí)，在直流

32、通路中電容視為開路，在交流通路中電容視為短路。C1、C2一般為十幾微法到幾十微法的有極性的電解電容。5.3.2靜態(tài)分析放大電路未接入vi前稱靜態(tài)。動(dòng)態(tài)則指加入vi后的工作狀態(tài)。靜態(tài)分析就是確定靜態(tài)值，即直流電量,由電路中的IB、IC和VCE一組數(shù)據(jù)來表示。這組數(shù)據(jù)是晶體管輸入、輸出特性曲線上的某個(gè)工作點(diǎn)，習(xí)慣上稱靜態(tài)工作點(diǎn)，用Q（IB、IC、VCE）表示。放大電路的質(zhì)量與靜態(tài)工作點(diǎn)的合適與否關(guān)系甚大。動(dòng)態(tài)分析則是在已設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)的前提下；討論放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等技術(shù)指標(biāo)。1由放大電路的直流通路確定靜態(tài)工作點(diǎn)將耦合電容C1、C2視為開路，畫出圖5-16（b）所示

33、的共發(fā)射極放大電路的直流通路，由電路得：SKIPIF10（5-12）用式（5-12）可以近似估算此放大電路的靜態(tài)作點(diǎn)。晶體管導(dǎo)通后硅管VBE的大小約在0.60.7V之間（鍺管VBE的大小約在0.20.3V之間）。而當(dāng)VCC較大時(shí)，VBE可以忽略不計(jì)。2由圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)Q（1）用輸入特性曲線確定IBQ和VBEQ根據(jù)圖5-16（b）中的輸入回路，可列出輸入回路電壓方程：SKIPIF10（5-13）同時(shí)VBE和IB還符合晶體管輸入特性曲線所描述的關(guān)系，輸入特性曲線用函數(shù)式表示為：SKIPIF10（5-14）用作圖的方法在輸入特性曲線所在的VBEIB平面上作出式（5-13）對(duì)應(yīng)的直線，那么求得兩線

34、的交點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q，如圖5-17（a）所示，Q點(diǎn)的坐標(biāo)就是靜態(tài)時(shí)的基極電流IBQ和基射極間電壓VBEQ。(2)用輸出特性曲線確定ICQ和VCEQ由圖5-16（b）電路中的輸出回路，以及晶體管的輸出特性曲線，可以寫出下面兩式：SKIPIF10（5-15）OOSKIPIF10VCCVCEVCEQICICQQIB=IBQSKIPIF10VCCVBEVBEQIBQQIBSKIPIF10（5-16）（a）(b)圖5-17圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn)晶體管的輸出特性可由已選定管子型號(hào)在手冊(cè)上查找，或從圖示儀上描繪，而式（5-15）為一直線方程，其斜率為tg=-1/RC，在橫軸的截距為VCC，在縱軸的截距為VCC

35、/RC。這一直線很容易在圖5-17（b）上作出。因?yàn)樗侵绷魍返贸龅?，且與集電極負(fù)載電阻有關(guān)，故稱之為直流負(fù)載線。由于已確定了IBQ的值，因此直流負(fù)載線與IB=IBQ所對(duì)應(yīng)的那條輸出特性曲線的交點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q。如圖5-17（b）所示，Q點(diǎn)的坐標(biāo)就是靜態(tài)時(shí)晶體管的集電極電流ICQ和集一射極間電壓VCEQ。由圖5-17可見，基極電流的大小影響靜態(tài)工作點(diǎn)的位置。若IBQ偏低，則靜態(tài)工作點(diǎn)Q靠近截止區(qū)；若IBQ偏高則Q靠近飽和區(qū)。因此，在已確定直流電源VCC集電極電阻RC的情況下，靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的合適與否取決于IB的大小，調(diào)節(jié)基極電阻RB，改變電流IB，可以調(diào)整靜態(tài)工作點(diǎn)。5.3.3動(dòng)態(tài)分析圖5

36、-18放大電路中電壓、電流的波形（a）ooooovovceVCEvCEiciCICIBiBibvittttt+VCCiB=IB+ibvCEoiC1+RBRC+C2iC=IC+ic（b）（c）（d）（e）（f）靜態(tài)工作點(diǎn)確定以后，放大電路在輸入電壓信號(hào)vi的作用下，若晶體管能始終工作在特性曲線的放大區(qū)，則放大電路輸出端就能獲得基本上不失真的放大的輸出電壓信號(hào)o。放大電路的動(dòng)態(tài)分析，就是要對(duì)放大電路中信號(hào)的傳輸過程、放大電路的性能指標(biāo)等問題進(jìn)行分析討論，這也是模擬電子電路所要討論的主要問題。微變等效電路法和圖解法是動(dòng)態(tài)分析的基本方法。1信號(hào)在放大電路中的傳輸與放大以圖5-18（a）為例來討論，圖中

37、IB、IC、VCE表示直流分量（靜態(tài)值），ib、ic、vce表示輸入信號(hào)作用下的交流分量（有效值用Ib、Ic、Vce），iB、iC、vCE表示總電流或總電壓，這點(diǎn)務(wù)必搞清。設(shè)輸入信號(hào)vi為正弦信號(hào)，通過耦合電容C1加到晶體管的基射極，產(chǎn)生電流ib，因而基極電流iB=IB+ib。集電極電流受基極電流的控制，iC=IC+ic=（IB+ib）。電阻RC上的壓降為iCRC，它隨iC成比例地變化。而集射極的管壓降vCE=VCC-iCRC=VCC-（IC+ic）RC=VCE-icRC，它卻隨iCRC的增大而減小。耦合電容C2阻隔直流分量VCE，將交流分量vce=-icRC送至輸出端，這就是放大后的信號(hào)電壓

38、vo=vce=-icRC。vo為負(fù)，說明vi、ib、ic為正半周時(shí)，vo為負(fù)半周，它與輸入信號(hào)電壓vi反相。圖5-18（b）（f）為放大電路中各有關(guān)電壓和電流的信號(hào)波形。綜上所述，可歸納以下幾點(diǎn)：（1）無輸入信號(hào)時(shí)，晶體管的電壓、電流都是直流分量。有輸入信號(hào)后，iB、iC、vCE都在原來靜態(tài)值的基礎(chǔ)上疊加了一個(gè)交流分量。雖然iB、iC、vCE的瞬時(shí)值是變化的，但它們的方向始終不變，即均是脈動(dòng)直流量。（2）輸出vo與輸入vi頻率相同，且幅度vo比vi大的多。（3）電流ib、ic與輸入vi同相，輸出電壓vo與輸入vi反相，即共發(fā)射極放大電路具有“倒相”作用。2微變等效電路法晶體管的微變等效電路所謂

39、晶體管的微變等效電路，就是晶體管在小信號(hào)（微變量）的情況下工作在特性曲線直線段時(shí)，將晶體管（非線性元件）用一個(gè)線性電路代替。由圖5-19（a）晶體管的輸入特性曲線可知，在小信號(hào)作用下的靜態(tài)工作點(diǎn)Q鄰近的Q1Q2工作范圍內(nèi)的曲線可視為直線，其斜率不變。兩變量的比值稱為晶體管的輸入電阻，即SKIPIF10（5-17）式（5-17）表示晶體管的輸入回路可用管子的輸入電阻rbe來等效代替，其等效電路見圖5-20（b）。根據(jù)半導(dǎo)體理論及文獻(xiàn)資料，工程中低頻小信號(hào)下的rbe可用下式估算SKIPIF10（5-18）SKIPIF10Q2VCEIBICQ1VBEQ2Q1IBOOvCEVCEQiCICQQVCCv

40、BEVBEQIBQQiB小信號(hào)低頻下工作時(shí)的晶體管的rbe一般為幾百到幾千歐。（a）（b）圖5-19從晶體管的特性曲線求rbe、和rce由圖5-19（b）晶體管的輸出特性曲線可知，在小信號(hào)作用下的靜態(tài)工作點(diǎn)Q鄰近的Q1Q2工作范圍內(nèi)，放大區(qū)的曲線是一組近似等距的水平線，它反映了集電極電流IC只受基極電流IB控制而與管子兩端電壓基本VCE無關(guān)，因而晶體管的輸出回路可等效為一個(gè)受控的恒流源，即rbeicicibiccebcecbibvbevcevbevceibrceIC=IB及ic=ib（5-19）（a）（b）圖5-20三極管的微變等效電路實(shí)際晶體管的輸出特性并非與橫軸絕對(duì)平行。當(dāng)IB為常數(shù)時(shí)，V

41、CE變化會(huì)引起SKIPIF10變化這個(gè)線性關(guān)系就是晶體管的輸出電阻rce，即SKIPIF10（5-20）rce和受控恒流源ib并聯(lián)。由于輸出特性近似為水平線，rce又高達(dá)幾十千歐到幾百千歐，在微變等效電路中可視為開路而不予考慮。圖5-20(b)為簡化了的微變等效電路。（2）共射放大電路的微變等效電路放大電路的直流通路確定靜態(tài)工作點(diǎn)。交流通路則反映了信號(hào)的傳輸過程并通過它可以分析計(jì)算放大電路的性能指標(biāo)。圖5-21（a）是圖5-16（a）共射放大電路的交流通路。SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPI

42、F10SKIPIF10SKIPIF10RLRCRLRCRSRBRSRBrbeC1、C2的容抗對(duì)交流信號(hào)而言可忽略不計(jì)，在交流通路中視作短路，直流電源VCC為恒壓源兩端無交流壓降也可視作短路。據(jù)此作出圖5-21（a）所示的交流通路。將交流通路中的晶體管用微變等效電路來取代，可得如圖5-21（b）所示共射放大電路的微變等效電路。（a）交流通路(b)微變等效電路圖5-21共射放大電路的交流通路及微變等效電路3動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的計(jì)算（1）電壓放大倍數(shù)AV電壓放大倍數(shù)是小信號(hào)電壓放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)。設(shè)輸入為正弦信號(hào)，圖5-21（b）中的電壓和電流都可用相量表示。由圖5-21（b）可列出SKIPIF10S

43、KIPIF10（5-21其中，RL=RC/RL；Av為復(fù)數(shù)，它反映了輸出與輸入電壓之間大小和相位的關(guān)系。式(5-21)中的負(fù)號(hào)表示共射放大電路的輸出電壓與輸入電壓的相位反相。當(dāng)放大電路輸出端開路時(shí)，（未接負(fù)載電阻RL），可得空載時(shí)的電壓放大倍數(shù)（AVo），SKIPIF10(5-22)比較式（5-21）和（5-22），可得出：放大電路接有負(fù)載電阻RL時(shí)的電壓放大倍數(shù)比空載時(shí)降低了。RL愈小，電壓放大倍數(shù)愈低。一般共射放大電路為提高電壓放大倍數(shù)，總希望負(fù)載電阻RL大一些。輸出電壓SKIPIF10輸入信號(hào)源電壓SKIPIF10之比，稱為源電壓放大倍數(shù)（SKIPIF10），則SKIPIF1rbe）?？?/p>

44、見RS愈大，電壓放大倍數(shù)愈低。一般共射放大電路為提高電壓放大倍數(shù)，總希望信號(hào)源內(nèi)阻RS小一些。（2）放大電路的輸入電阻riSKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10roSKIPIF10SKIPIF10RSRLri一個(gè)放大電路的輸入端總是與信號(hào)源（或前一級(jí)放大電路）相聯(lián)的，其輸出端總是與負(fù)載（或后一級(jí)放大電路）相接的。因此，放大電路與信號(hào)源和負(fù)載之間（或前級(jí)放大電路與后級(jí)放大電路），都是互相聯(lián)系，互相影響的。圖5-22（a）、（b）表示為它們之間的聯(lián)系。信號(hào)源本級(jí)放大電路負(fù)載SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10RSRLroSKIPIF10SKIPIF10riro

45、2SKIPIF10SKIPIF10ri2SKIPIF10ro1SKIPIF10SKIPIF10ri1（a）前級(jí)放大電路本級(jí)放大電路后級(jí)放大電路（b）圖5-22放大電路與信號(hào)源及前后級(jí)電路的聯(lián)系輸入電阻ri也是放大電路的一個(gè)主要的性能指標(biāo)。放大電路是信號(hào)源（或前一級(jí)放大電路）的負(fù)載，其輸入端的等效電阻就是信號(hào)源（或前一級(jí)放大電路）的負(fù)載電阻，也就是放大電路的輸入電阻ri。其定義為為輸入電壓與輸入電流之比。即SKIPIF10（5-24）圖5-16（a）共射放大電路的輸入電阻可由圖5-23所示的等效電路計(jì)算得出。由圖可知SKIPIF10SKIPIF10（5-25）一般輸入電阻越高越好。原因是：第一，

46、較小的ri從信號(hào)源取用較大的電流而增加信號(hào)源的負(fù)擔(dān)。第二，電壓信號(hào)源內(nèi)阻RS和放大電路的輸入電阻ri分壓后，ri上得到的電壓才是放大電路的輸入電壓SKIPIF10（如圖5-23所示），ri越小，相同的SKIPIF10使放大電路的有效輸入SKIPIF10減小，那么放大后的輸出也就小。第三，若與前級(jí)放大電路相聯(lián)，則本級(jí)的ri就是前級(jí)的負(fù)載電阻RL，若ri較小，則前級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)也就越小?？傊?，要求放大電路要有較高的輸入電阻。SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10RLRCRBrbeSKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10RCRSRBrbe圖

47、5-23放大電路的輸入電阻圖5-24放大電路的輸出電阻(3)輸出電阻ro放大電路是負(fù)載（或后級(jí)放大電路）的等效信號(hào)源，其等效內(nèi)阻就是放大電路的輸出電阻ro，它是放大電路的性能參數(shù)。它的大小影響本級(jí)和后級(jí)的工作情況。放大電路的輸出電阻ro，即從放大電路輸出端看進(jìn)去的戴維寧等效電路的等效內(nèi)阻，實(shí)際中我們采用如下方法計(jì)算輸出電阻：將輸入信號(hào)源短路，但保留信號(hào)源內(nèi)阻，在輸出端加一信號(hào)SKIPIF10，以產(chǎn)生一個(gè)電流SKIPIF10，則放大電路的輸出電阻為SKIPIF10（5-26）圖5-16（a）共射放大電路的輸出電阻可由圖5-24所示的等效電路計(jì)算得出。由圖可知，當(dāng)VS=0時(shí)，Ib=0，Ib=0，而

48、在輸出端加一信號(hào)SKIPIF10，產(chǎn)生的電流SKIPIF10就是電阻RC中的電流，取電壓與電流之比為輸出電阻。SKIPIF10（5-27）計(jì)算輸出電阻的另一種方法是，假設(shè)放大電路負(fù)載開路（空載）時(shí)輸出電壓為SKIPIF10，接上負(fù)載后輸出端電壓為Vo，則SKIPIF10SKIPIF10（5-28）由此可見，輸出電阻越小，負(fù)載得到的輸出電壓越接近于輸出信號(hào)，或者說輸出電阻越小，負(fù)載大小變化對(duì)輸出電壓的影響越小，帶載能力就越強(qiáng)。一般輸出電阻越小越好。原因是：第一，放大電路對(duì)后一級(jí)放大電路來說,相當(dāng)于信號(hào)源的內(nèi)阻，若ro較高，則使后一級(jí)放大電路的有效輸入信號(hào)降低，使后一級(jí)放大電路的AVs降低。第二，

49、放大電路的負(fù)載發(fā)生變動(dòng)，若ro較高，必然引起放大電路輸出電壓有較大的變動(dòng)，也即放大電路帶負(fù)載能力較差。總之，希望放大電路的輸出電阻ro越小越好。例5-3圖5-16（a）所示的共射放大電路，已知VCC=12V，RB=300K，RC=4K，RL=4K，RS=100，晶體管的=40。求：估算靜態(tài)工作點(diǎn)；計(jì)算電壓放大倍數(shù)；計(jì)算輸入電阻和輸出電阻。解：估算靜態(tài)工作點(diǎn)。由圖5-16（b）所示直流通路得：SKIPIF10計(jì)算電壓放大倍數(shù)。首先畫出如圖5-20（a）所示的交流通路，然后畫如圖5-20（b）所示的微變等電路，可得：SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10計(jì)算輸入電阻和輸出電阻。根據(jù)式（5

50、-25）和（5-28）得：SKIPIF10，SKIPIF104放大電路其它性能指標(biāo)的介紹輸入信號(hào)經(jīng)放大電路放大后，輸出波形與輸入波形不完全一致稱為波形失真，而由于晶體管特性曲線的非線性引起的失真稱為非線性失真。下面我們分析當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)位置不同時(shí)，對(duì)輸出波形的影響。（1）波形的非線性失真如果靜態(tài)工作點(diǎn)太低，如圖5-25所示SKIPIF10點(diǎn)，從輸出特性可以看到，當(dāng)輸入信號(hào)vi在負(fù)半周時(shí)，晶體管的工作范圍進(jìn)入了截止區(qū)。這樣就使SKIPIF10的負(fù)半周波形和SKIPIF10的正半周波形都嚴(yán)重失真（輸入信號(hào)vi為正弦波），如圖5-25所示。這種失真稱為截止失真，消除截止失真的方法是提高靜態(tài)工作點(diǎn)的位置

51、，適當(dāng)減小輸入信號(hào)vi的幅值。對(duì)于圖5-16的共射極放大電路，可以減小RB阻值，增大IBQ，使靜態(tài)工作點(diǎn)上移來消除截止失真。如果靜態(tài)工作點(diǎn)太高，如圖5-25所示SKIPIF10點(diǎn)，從輸出特性可以看到，當(dāng)輸入信號(hào)vi在正半周時(shí)，晶體管的工作范圍進(jìn)入了飽和區(qū)。這樣就使SKIPIF10的正半周波形和SKIPIF10的負(fù)半周波形都嚴(yán)重失真，如圖5-25所示。這種失真稱為飽和失真，消除飽和失真的方法是降低靜態(tài)工作點(diǎn)的位置，適當(dāng)減小輸入信號(hào)vi的幅值。對(duì)于圖5-16的共射極放大電路，可以增大RB阻值，減小IBQ，使靜態(tài)工作點(diǎn)下移來消除飽和失真?？傊O(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，可避免放大電路產(chǎn)生非線性失真。如圖

52、5-25所示Q點(diǎn)選在放大區(qū)的中間，相應(yīng)的ic和vo都沒有失真。但是，還應(yīng)注意到即使Q點(diǎn)設(shè)置合適，若輸入vi的信號(hào)幅度過大，則可能既產(chǎn)生飽和失真又產(chǎn)生截止失真。vCEBvCEIB=0SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10SKIPIF10OttiCAOO截止區(qū)飽和區(qū)iC圖5-25靜態(tài)工作點(diǎn)與非線性失真的的關(guān)系（2）通頻帶由于放大電路含有電容元件（耦合電容C1、C2及布線電容、PN結(jié)的結(jié)電容），當(dāng)頻率太高或太低時(shí)，微變等效電路不再是電阻性電路，輸出電壓與輸入電壓的

53、相位發(fā)生了變化，電壓放大倍數(shù)也將降低，所以交流放大電路只能在中間某一頻率范圍（簡稱中頻段）內(nèi)工作。通頻帶就是反映放大電路對(duì)信號(hào)頻率的適應(yīng)能力的性能指標(biāo)。BWAvAvm0.707AvmffLfHOBWAv(dB)3dBf(Hz)fLfH10010110210340302010圖5-26（a）為電壓放大倍數(shù)Av與頻率f的關(guān)系曲線，稱為幅頻特性?？梢娫诘皖l段Av有所下降，這是因?yàn)楫?dāng)頻率低時(shí)，耦合電容的容抗不可忽略，信號(hào)在耦合電容上的電壓降增加，因此造成Av下降。在高頻段Av下降的原因，是由于高頻時(shí)三極管的值下降和電路的布線電容、PN結(jié)的結(jié)電容的影響。（b）圖5-26放大電路通頻帶圖5-26（a）所示

54、的幅頻特性中，其中頻段的電壓放大倍數(shù)為Avm。當(dāng)電壓放大倍數(shù)下降到SKIPIF10時(shí)，所對(duì)應(yīng)的兩個(gè)頻率分別稱為上限頻率fH和下限頻率fL，fH-fL的頻率范圍稱為放大電路的通頻帶（或稱帶寬）BW。BW=fH-fL由于一般fLfH，故BWfH。通頻帶越寬，表示放大電路了的工作頻率范圍越大。對(duì)于頻帶的放大電路，如果幅頻特性的頻率坐標(biāo)用十進(jìn)制坐標(biāo)，可能難以表達(dá)完整。在這種情況下，可用對(duì)數(shù)坐標(biāo)來擴(kuò)大視野，對(duì)數(shù)幅頻特性如圖5-26（b）所示。其橫軸表示信號(hào)頻率，用的是對(duì)數(shù)坐標(biāo)；其縱軸表示放大電路的增益分貝值。這種畫法首先是由波特（H.W.Bode）提出的，故常稱為波特圖。在工程為了便于計(jì)算，常用分貝（d

55、B）表示放大倍數(shù)（增益）。SKIPIF10因此，在工程上通常把fH-fL的頻率范圍稱為放大電路的“-3dB”通頻帶（簡稱3dB帶寬）。（3）最大輸出幅度最大輸出幅度是指輸出波形的非線性失真在允許限度內(nèi)，放大電路所能供給的最大輸出電壓（或輸出電流），一般指有效值，以Vomax（或Iomax）表示。圖解法能直觀地分析放大電路的工作過程。估算電壓放大倍數(shù)、清晰地觀察到波形失真情況、估算出不失真時(shí)最大限度的輸出幅度。但圖解法也有局限性，作圖過程繁瑣，誤差大，且不能計(jì)算輸入、輸出電阻、多級(jí)放大電路及反饋放大電路等。圖解法適合于分析大信號(hào)下工作的放大電路（功率放大電路），對(duì)小信號(hào)放大電路用微變等效電路則簡

56、便得多。5.4靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定前面的討論已明確：放大必須有個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，以保證較好的放大效果，并不引起非線性失真。下面討論影響靜態(tài)工作點(diǎn)變動(dòng)的主要原因以及能夠穩(wěn)定工作點(diǎn)的偏置電路。圖5-27溫度對(duì)Q點(diǎn)影響Q2VCE80A60A40A20AIB=080A60A40A20AIB=0IC0Q5.4.1溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定的主要原因是溫度變化和更換晶體管的影響。下面著重討論溫度變化對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響。圖5-16（a）的共發(fā)射極放大電路，其偏置電流為SKIPIF10可見，當(dāng)VCC及RB一經(jīng)選定IB就被確定，故稱為固定偏置放大電路。此電路簡單，易于調(diào)整，但溫度變化導(dǎo)致集電極電流IC

57、增大時(shí)，輸出特性曲線族將向上平移，如圖5-27中虛線所示。因?yàn)楫?dāng)溫度升高時(shí)，ICBO要增大。由于ICEO=（1+）ICBO，故ICEO也要增大。又因?yàn)镮C=IB+ICEO,顯見ICEO的增大將使整個(gè)輸出特性曲線族向上平移。如圖5-27所示，這時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)將從Q點(diǎn)移到Q2點(diǎn)。ICQ增大，VCEQ減小，工作點(diǎn)向飽和區(qū)移動(dòng)。這是造成靜態(tài)工作點(diǎn)隨溫度變化的主要原因。5.4.2分壓式偏置放大電路1穩(wěn)定原理通過前面的分析我們知道：晶體管的參數(shù)ICEO隨溫度升高對(duì)工作點(diǎn)的影響，最終都表現(xiàn)在使靜態(tài)工作點(diǎn)電流IC的增加，流過RC后靜態(tài)工作點(diǎn)電壓VCE下降。所以我們?cè)O(shè)法使IC在溫度變化時(shí)能維持恒定，則靜態(tài)工作點(diǎn)就

58、可以得到穩(wěn)定了。圖5-28（a）所示的分壓式偏置共射放大電路，正是基于這一思想，首先利用RB1、RB2的分壓為基極提供一個(gè)固定電壓。當(dāng)I1IB（5倍以上），則認(rèn)為IB不影響VB，基極電位為SKIPIF10（5-29）其次在發(fā)射極串接一個(gè)電阻RE，使得VCEIC+VCCVBEBIEIBiEi2iCRB1vS1RCRE1+CEi1voRB2+C2+VCCiBC1+vCERB1RB21RB1RE1RCRS1RB2RE1RL1RC1RS1RL1vS1Vo溫度T0CICIEVEVBEIBICREibibiivoRL1RC1viRBRS1vS1rbe1ibibiivoRL1RC1viRBRS1vS1rbe

59、1(a)分壓式偏置放大電路(b)直流通路（c）交流通路(d)含CE的微變等效電路(e)不含CE的微變等效電路圖5-28分壓式偏置共射放大電路當(dāng)溫度升高使IC增加，電阻RE上的壓降IERE增加，也即發(fā)射極電位VE升高，而基極電位VB固定，所以凈輸入電壓VBE=VBVE減小，從而使輸入電流IB減小，最終導(dǎo)致集電極電流IC也減小，這樣在溫度變化時(shí)靜態(tài)工作點(diǎn)便得到了穩(wěn)定，但是由于RE的存在使得輸入電壓vi不能全部加在B、E兩端，使vo減小，造成了Av的減小，為了克服這一不足，在RE兩端再并聯(lián)一個(gè)旁路電容CE，使得對(duì)于直流CE相當(dāng)于開路，仍能穩(wěn)定工作點(diǎn)，而對(duì)于交流信號(hào),CE相當(dāng)于短路，這使輸入信號(hào)不受損

60、失，電路的放大倍數(shù)不至于因?yàn)榉€(wěn)定了工作點(diǎn)而下降。一般旁路電容CE取幾十微法到幾百微法。圖中RE越大，穩(wěn)定性越好。但過大的RE會(huì)使VCE下降，影響輸出vo的幅度，通常小信號(hào)放大電路中RE取幾百到幾千歐。下面對(duì)此電路的性能進(jìn)行具體分析。2.靜態(tài)工作點(diǎn)分析圖5-28（b）為分壓式偏置放大電路的直流通路，由直流通路得：SKIPIF10SKIPIF10（5-30）3.動(dòng)態(tài)分析首先,畫出微變等效電路如圖5-28（d），電路中的電容對(duì)于交流信號(hào)可視為短路，RE被CE交流旁路掉了。圖5-28（d）中RB=RB1/RB2。電壓放大倍數(shù)SKIPIF10(5-31)b）輸入電阻SKIPIF10(5-32)c）輸出電