計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)-模擬電子部分

計(jì)算機(jī)電路基礎(chǔ)

模擬電子部分

第二部分模擬電子電路基礎(chǔ)

■第3章半導(dǎo)體器件

□3.1PN結(jié)

□3.2二極管

□3.3三極管

■第4章放大電路基礎(chǔ)

□4.1基本放大電路的工作原理

□4.2放大電路的分析

□4.3放大電路的基本組態(tài)

□4.4多級(jí)放大電路

□4.5差分放大電路

□4.6集成電路放大器概述

□4.7放大電路的負(fù)反饋

■第5章集成運(yùn)算放大器的應(yīng)用

□5.1集成運(yùn)放的理想化條件

□5.2運(yùn)算電路

□5.3電壓、電流變換電路

□5.4電壓比較器

□5.5正弦波振蕩電路

2

第3章半導(dǎo)體器件

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

■了解半導(dǎo)體的基本知識(shí)，PN結(jié)形成；

■掌握PN結(jié)導(dǎo)電特性；

■掌握二極管、三極管的結(jié)構(gòu)、工作原理、特性和

主要參數(shù)，以及它們的基本用途。

RETURN

3

3.1PN結(jié)

3.1.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

1.半導(dǎo)體

?自然界的物質(zhì)，按其導(dǎo)電能力可分為三種：導(dǎo)體、絕緣體和半導(dǎo)體

?導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體與絕緣體之間的物質(zhì)，稱為半導(dǎo)體

?半導(dǎo)體主要有硅（Si）、錯(cuò)（Ge）、硫化錢（GaAs）等

?半導(dǎo)體的原子模型可以簡(jiǎn)化為帶4個(gè)正電荷的慣性核和4個(gè)外層電子的形式

2.本征半導(dǎo)體

?純凈不含雜質(zhì)、且原子呈規(guī)則晶體狀排列

的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體

圖3-1-2本征半導(dǎo)體

的結(jié)構(gòu)示意圖

3.本征半導(dǎo)體的激發(fā)和復(fù)合

激發(fā)：一塊本征半導(dǎo)體，當(dāng)溫度升高或有光照時(shí)，某些共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中的電子就

會(huì)掙脫束縛，離開原來的原子而成為自由電子，而原來的共價(jià)鍵位置就會(huì)有一

個(gè)空位，稱為空穴，這就是本征半導(dǎo)體的激發(fā)。

電子?空穴對(duì)：失去電子的原子就顯示正電特性，看上去就象空穴帶正電荷。

本征半導(dǎo)體中的自由電子和空穴是成對(duì)出現(xiàn)的，我們稱之為電子?空穴對(duì)。

復(fù)合：當(dāng)共價(jià)鍵中留下空穴時(shí)，相鄰的共價(jià)鍵中的價(jià)電子就很容易跳過去補(bǔ)這

個(gè)空位，這個(gè)過程就是復(fù)合。

圖3-1-2本征半導(dǎo)體5

的結(jié)構(gòu)示意圖

4.雜質(zhì)半導(dǎo)體

雜質(zhì)半導(dǎo)體：如果在半導(dǎo)體中摻入少量的雜質(zhì)，半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力就會(huì)增強(qiáng)，這種

半導(dǎo)體就叫雜質(zhì)半導(dǎo)體。

P型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入少量的三價(jià)元素，如硼，就形成了P型半導(dǎo)體。

在P型半導(dǎo)體中，空穴數(shù)目遠(yuǎn)多于自由電子，是多數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱多子，自由電子

是少數(shù)載流子，簡(jiǎn)稱少子。

N型半導(dǎo)體：在本征半導(dǎo)體中摻入五價(jià)元素，如磷、錦、碑等，可使本征半導(dǎo)體中

的自由電子濃度大大增加，形成N型半導(dǎo)體。

N型半導(dǎo)體的多數(shù)載流子是自由電子，少數(shù)載流子是空穴。

雜質(zhì)原子提供

的多余的空穴

6

3.1.2PN結(jié)的形成

P區(qū)N區(qū)

耗盡層

P區(qū)空間電荷區(qū)N區(qū)

內(nèi)建電場(chǎng)

7

3.1.3PN結(jié)的導(dǎo)電特性

空間電荷區(qū)在PN結(jié)上加正向電壓，即P區(qū)接電源正極，N

一區(qū)接電源負(fù)極，這時(shí)電源產(chǎn)生的外電場(chǎng)與PN

一

PN結(jié)的內(nèi)電場(chǎng)方向相反，內(nèi)電場(chǎng)被削弱，使阻擋

一

層變薄，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大于

外電場(chǎng)士二內(nèi)電場(chǎng)漂移運(yùn)動(dòng)，形成較大的擴(kuò)散電流，即正向電

0流。此時(shí)PN結(jié)的正向電阻很小，稱為PN結(jié)正

向?qū)?，也叫正向偏置?/p>

空間電荷區(qū)變寬在PN結(jié)加反向電壓，即N區(qū)接電源正極，P區(qū)

一一一

一一一???接電源負(fù)極，這時(shí)外電場(chǎng)與內(nèi)電場(chǎng)方向一致,

PN

一一一①①①增強(qiáng)了內(nèi)電場(chǎng)，使阻擋層變厚。這就削弱了

①①①多子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，增強(qiáng)了少子的漂移運(yùn)動(dòng)，

從而形成微小的漂移電流，即反向電流。這

時(shí)PN結(jié)呈現(xiàn)的電阻很大，這就是PN結(jié)的反

向截止?fàn)顟B(tài)，也稱反向偏置。

結(jié)具有單向?qū)щ娦訰ETURN

PN8

3.2二極管

3.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和類型

?半導(dǎo)體二極管是由一個(gè)PN結(jié)加上引出線和管殼構(gòu)成的。PN結(jié)P型半導(dǎo)體

一側(cè)的引出線稱為陽極或正極，N型半導(dǎo)體一側(cè)的引出線稱為陰極或負(fù)極。

?二極管按材料分有硅二極管和錯(cuò)二極管；按結(jié)構(gòu)分有點(diǎn)接觸型和面接觸型

兩種。

-點(diǎn)接觸型二極管的特點(diǎn)是PN結(jié)的面積非常小，結(jié)電容也小，因此通過的電

流也小，適用于高頻檢波或脈沖電路，也可用作小電流整流。

-面接觸型二極管的結(jié)構(gòu)的主要特點(diǎn)是PN結(jié)的結(jié)面積較大，結(jié)電容也大，因

而能通過較大的電流，適用于低頻整流或用作數(shù)字電路的開關(guān)。

9

3.2.2二極管的伏安特性

1.正向特性

給二極管加正向電壓，當(dāng)外加電壓比較小時(shí)，正向電流很小，幾乎等于0,

這個(gè)正向電壓稱為死區(qū)電壓。一般硅管的死區(qū)電壓為0.5V,錯(cuò)管約為0.2V。

當(dāng)正向電壓超過死區(qū)電壓以后，二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)。在正常使用條件下，

二極管的正向電流在相當(dāng)大的范圍內(nèi)變化，而二極管兩端電壓的變化卻不大。

小功率硅管的導(dǎo)通壓降約為0.6?0.7V,錯(cuò)管約為0.2?0.3V。

2.反向特性

當(dāng)二極管兩端加反向電壓時(shí)，反向電流很小，近乎于截止?fàn)顟B(tài)，且反向

電流基本上不隨外加電壓而變化，這個(gè)電流也稱為二極管的反向飽和電流。

對(duì)二極管來說，反向電流越小，表明二極管的反向特性越好，反向電流

越大，表明二極管的反向特性越差。

3.反向擊穿特性

當(dāng)反向電壓增加到一定數(shù)值時(shí)，電流突然劇增，這種現(xiàn)象稱為反向擊穿。

如果去掉反向電壓，二極管仍能恢復(fù)工作，這就屬于電擊穿。

如果去掉反向電壓，二極管不能恢復(fù)工作，說明發(fā)生了熱擊穿，二極管已損壞。

熱擊穿是應(yīng)該避免的。

10

i/mA

UBR

0.7u/V

11

3.2.3二極管的主要參數(shù)

1.最大整流電流及

小是指長(zhǎng)期工作時(shí)，二極管能允許通過的最大正向平均電流值。在選用二極管

時(shí)，工作電流不能超過它的最大整流電流。

2.最高反向工作電壓URM

URM是指二極管工作時(shí)所能承受的最大反向電壓峰值,也就是通常所說的耐壓

值。為了防止二極管因反向擊穿而損壞，通常標(biāo)定的最高反向工作電壓為反

向擊穿電壓的一半。

3.反向電流IR

IR是指二極管承受最高反向工作電壓時(shí)的反向電流值。此值越小，二極管的單

向?qū)щ娦栽胶?。由于溫度增加，反向電流?huì)急劇增加，所以在使用二極管時(shí)

要注意溫度的影響。

12

3.2.3二極管的應(yīng)用

1.理想二極管的等效電路

把二極管理想為一個(gè)開關(guān)，即假設(shè)二極管正向?qū)〞r(shí)，相當(dāng)于開關(guān)閉合,

UD=0；反向截止口寸，相當(dāng)于開關(guān)斷開，IR=O。

2.整流電路

整流就是把大小、方向都隨時(shí)間變化的交流電變換成直流電。

能夠完成這一任務(wù)的電路稱為整流電路。

由于二極管具有單向?qū)щ娦裕虼死盟梢赃M(jìn)行交流電到直流電的轉(zhuǎn)換。

有半個(gè)周期的正弦波，故稱半波整流。13

a）橋式整流電路

由于半波整流電路電源利用率太低,一般采用全波整流電路。圖為常用的

橋式全波整流電路。

14

2.限幅電路

限幅器又稱削波器，主要是限制輸出電壓的幅度。即輸入信號(hào)電壓在一定范圍內(nèi)

變化時(shí),輸出電壓隨輸入電壓相應(yīng)變化；而當(dāng)輸入電壓超出該范圍時(shí),輸出電壓保

持不變，這就是限幅電路。如圖a）所示即為限幅電路。

a）限幅電路

當(dāng)UjVE時(shí)，二極管截止，u0=ui；而當(dāng)Uj>E時(shí)，二極管導(dǎo)通,iio=E。波

形如圖b）所示。

15

3.鉗位電路

鉗位電路是使輸出電位鉗制在某一數(shù)值上保持不變的電路。

13-2-1］圖例3-2-1所示電路中，假設(shè)二極管是理想元件，下面幾種?^c(+i2V)

情況下，輸出端Y點(diǎn)的電位各是多少？A

R3ko

(1)UA=UB=0V,UY=?3VDiT品

(2)UA=UB=3V,UY=?_T"°"°；

(3)UA=0V,UB=3V,UY=?OVBC

(4)UA=3V,UB=OV,UY=?

圖3-2-1鉗位電路(與門)

1)當(dāng)UA=UB=OV時(shí)，假設(shè)D2斷開，Y點(diǎn)電位就是電源Vcc的電位，所以D1、

口2陽極電位均為12V,高于陰極電位，D2導(dǎo)通，則UY=OV。

2)UA=UB=3V時(shí)-，假設(shè)Di、D2斷開，Y點(diǎn)電位就是電源Vcc的電位，所以D1、D2

陽極電位均為12V,高于陰極電位，Di、口2導(dǎo)通，則UY=3V。

3)當(dāng)UA=OV,UB=3V時(shí)，假設(shè)Di、D2斷開，Y點(diǎn)電位就是電源V”的電位，所以

Di、D2陽極電位均為12V,A點(diǎn)電位低于B點(diǎn)電位，Di優(yōu)先導(dǎo)通，D1導(dǎo)通可看

成短路，此時(shí)Y點(diǎn)電位為OV,D2兩端陰極電位高，截止，則UY=OV。

4)當(dāng)UA=3V,UB=OV時(shí)，情況與(3)完全一樣，不同的是，D2優(yōu)先導(dǎo)通，截

止，則Uy=OV。16

3.2.5其它二極管簡(jiǎn)介

1.穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管又稱齊納二極管，簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管，它是一種用特殊工藝制造的面接

觸型半導(dǎo)體二極管。

二極管在反向擊穿狀態(tài)下，管子兩端電壓變化很小，具有恒壓性能，利用二

極管的這一特點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用，制成穩(wěn)壓管。

圖3-2-6穩(wěn)壓二極管圖3-2-7穩(wěn)壓二極管應(yīng)用電路

17

穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)有：

(1)穩(wěn)定電壓Uz

Uz是指擊穿后在電流為規(guī)定值時(shí)，管子兩端的電壓值。由于制作工藝的原因,

即使同型號(hào)的穩(wěn)壓二極管，Uz的分散性也較大，使用時(shí)可通過測(cè)量確定其準(zhǔn)

確值。

(2)額定功耗Pz

Pz是由管子允許升溫限定的最大功率損耗。Pz與PN結(jié)所用的材料、結(jié)構(gòu)及工

藝有關(guān)，使用時(shí)不允許超過此值。

(3)穩(wěn)壓電流Iz

。是穩(wěn)壓二極管正常工作時(shí)的參考電流。工作電流小于此值時(shí)，穩(wěn)壓效果差，

大于此值時(shí)，穩(wěn)壓效果好。通常把手冊(cè)上給定的穩(wěn)定電流值看成是穩(wěn)壓管工

作時(shí)的電流下限值。

18

2.變?nèi)荻O管

對(duì)于PN結(jié)來講，當(dāng)外加反向電壓增大時(shí)，耗盡層加寬，相當(dāng)于平板電容兩極板之

間距離加大，電容減??；反之，當(dāng)外加反向電壓減小時(shí)，耗盡層變窄，等效平板

電容兩極板之間距離變小，電容增加。利用這一特性制作的二極管，稱為變?nèi)荻?/p>

極管。

主要參數(shù)有：

變?nèi)葜笖?shù)、結(jié)

豐立電容的壓控范

圍及允許的最

大反向電壓等。

1,

a）符號(hào)

圖3-2-8變?nèi)荻O管

19

3.光電二極管

半導(dǎo)體不僅具有熱敏性，而且具有光敏性。半導(dǎo)體光電器件就是利用半導(dǎo)體的光

敏特性制成了各種半導(dǎo)體光敏器件。

9前Q

級(jí)

V

后

!級(jí)

O

圖3-2-9光電二極管符號(hào)圖3-2-10發(fā)光二極管符號(hào)

4.發(fā)光二極管

發(fā)光二極管是一種將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件。它由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，其

電路符號(hào)如圖所示。當(dāng)發(fā)光二極管正偏時(shí)，注入到N區(qū)和P區(qū)的載流子被復(fù)合

時(shí)，會(huì)發(fā)出可見光和不可見光。,--------.

RETURN

20

3.3三極管

3.3.1三極管的結(jié)構(gòu)和類型

三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)為兩個(gè)靠得很近且背對(duì)背排列的PN結(jié)。根據(jù)排列方式

不同，晶體三極管可分為NPN型和PNP型兩種類型。

a)NPN型結(jié)構(gòu)及符號(hào)b)PNP型結(jié)構(gòu)及符號(hào)

三極管包含三個(gè)區(qū)：發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)

三個(gè)區(qū)相應(yīng)地引出三個(gè)電極：發(fā)射極(e)、基極(b)和集電極(c)

發(fā)射區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)

集電區(qū)與基區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)21

作為一個(gè)具有放大能力的元件，三極管在結(jié)構(gòu)上必須具有下面的特點(diǎn):

(1)基區(qū)很薄，一般只有幾微米到幾十微米厚，且摻雜濃度低。

(2)發(fā)射區(qū)摻雜濃度比基區(qū)和集電區(qū)高得多。

(3)集電結(jié)的面積比發(fā)射結(jié)大。三極管在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)決定了三極管電流放

大作用的內(nèi)部條件。

3.3.2三極管的基本工作原理

為了實(shí)現(xiàn)三極管的電流放大作用，除了制造時(shí)應(yīng)具備的內(nèi)部條件外，還必須具

備一定的外部條件，這就是要給三極管的發(fā)射結(jié)加正向偏置電壓、集電結(jié)加反

向偏置電壓。

22

對(duì)NPN管來說，可接成如圖所示的電路。F面分析載流子的運(yùn)動(dòng)過程以及各

極電流的形成。

1.發(fā)射區(qū)發(fā)射自由電子，形成發(fā)

射極電流IE

當(dāng)發(fā)射結(jié)加正向電壓，在外電場(chǎng)作

用下，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子自由電

子越過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)（發(fā)射區(qū)

的自由電子由直流電源補(bǔ)充），基

區(qū)的多子空穴越過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到發(fā)

射區(qū)，從而形成發(fā)射極電流IE，IE

的方向與電子流的方向相反。

a）載流子傳輸情況

23

2.基區(qū)復(fù)合電子形成IB

發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的大量自由電子只有很少

一部分與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成基極電流及，

復(fù)合掉的空穴由基極直流電源補(bǔ)充。

3.集電區(qū)收集自由電子，形成集電極電流及

由于集電結(jié)加反向電壓，在基區(qū)沒有被復(fù)合

掉的大量帶負(fù)電荷的自由電子，在外電場(chǎng)的

作用下被吸引到集電區(qū)，形成集電極電流及。

另外，基區(qū)的少數(shù)載流子自由電子和集電區(qū)

）載流子傳輸情況

的少數(shù)載流子空穴在集電結(jié)反向電壓作用下a

會(huì)進(jìn)行漂移運(yùn)動(dòng)，成為集電極電流的一部分,

這部分電流稱為反向飽和電流【CBO，它們受

溫度影響很大。由于％BO較小，一般分析都

可忽略。

24

根據(jù)KCL定律，三個(gè)電流之間的關(guān)系為IE=IC+IB

實(shí)驗(yàn)證明：改變UBE時(shí)，及與3幾乎是按一定的比例進(jìn)行變化，其比值用6表示，

稱為三極管電流放大系數(shù)。0是一個(gè)遠(yuǎn)大于1的數(shù)。

當(dāng)IB有很小的變化時(shí)，變會(huì)

導(dǎo)致Ic有較大的變化，這就

是所謂三極管的電流放大作

〃=BIB

用。這種放大作用的實(shí)質(zhì)是

IE=IC+IB=（1+0）1B一種電流的控制作用，即用

基極電流的微小變化來控制

使集電極電流作較大變化。P

越大，%對(duì)％的控制作用越強(qiáng)。

25

3.3.3三極管的伏安特性

三極管的伏安特性是指三極管各極間電流與電壓的關(guān)系。

將三極管的發(fā)射極作為公共端，基極與發(fā)射極作為輸入端、集電極和發(fā)射極作

為輸出端形成共射電路，三極管的共射伏安特性可以由圖中的電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)

1.輸入特性

當(dāng)UCE不變時(shí)，輸入回路中的電流】B與

電壓UBE之間的關(guān)系曲線稱為輸入特

性，即晨二常數(shù)

a）輸入特性26

2.輸出特性

當(dāng)IB不變時(shí),輸出回路中的電流IC與電壓UCE之間的關(guān)系曲線稱為輸出特性,

即1C=(°CE)3常數(shù)

調(diào)節(jié)Rw使1B=40NA,維持這一值不變，逐漸

調(diào)大Ucc，可測(cè)得圖334b)中1=40氏\所示

的曲線。當(dāng)取不同的IB值時(shí)，可得到圖中所

示的曲線族。

(1)截止區(qū)

一般將IBWO的區(qū)域稱為截止區(qū)。b)輸出特性截止區(qū)

⑵放大區(qū)

在曲線上是比較平坦的部分，此時(shí)發(fā)射結(jié)(3)飽和區(qū)

正向偏置，集電結(jié)反向偏置。對(duì)于NPN在輸出特性曲線上，飽和區(qū)確切范

圍不易明顯地劃出，較小的區(qū)

三極管，工作在放大區(qū)時(shí),UBEK).7V,而UCE

域,UCE<UBEo

UBC<°。

27

3.3.4三極管主要參數(shù)

1.電流放大倍數(shù)

電流放大倍數(shù)是表示三極管的電流放大能力的參數(shù)。常用三極管的0值一般在

20?200之間。

2.穿透電流ICEO

基極開路時(shí),集電極與發(fā)射極之間加反向電壓時(shí)的集電極電流稱作穿透電流。性

能良好的管子ICEO比較小。NEO受周圍溫度影響較大。

3.集電極最大允許電流1CM

把0值下降到規(guī)定允許值（額定值的2/3）時(shí)的集電極電流值叫集電極最大允許電

流。

4.集電極最大允許功耗PCM

集電結(jié)最大允許承受的功率叫集電極最大允許功耗。使用時(shí)應(yīng)保證：UCEIC<

PCM。

最大允許耗散功率與環(huán)境溫度和散熱條件有關(guān)，手冊(cè)上一般給出環(huán)境溫度為20℃

時(shí)的PCM值。

5.集射極反向擊穿電壓U（BR）CEO

基極開路時(shí),允許加在集電極與發(fā)射極之間的最高反向電壓。三極管使用時(shí)，若

UCE>UCEO（BR）,將導(dǎo)致三極管擊穿損壞。HMM

RETURN

28

第四章放大電路基礎(chǔ)

學(xué)習(xí)目標(biāo)：

■了解小信號(hào)放大器的組成及工作原理；

■熟練掌握基本放大電路靜態(tài)與動(dòng)態(tài)性能的分析與計(jì)算方法;

■掌握放大電路的三種基本組態(tài)及特點(diǎn)；

■了解多級(jí)放大器組成的方式；

■了解集成運(yùn)算放大器的組成原理；

■了解差動(dòng)放大電路的組成、工作原理；

■掌握負(fù)反饋放大電路的組態(tài)判別方法；

■了解負(fù)反饋對(duì)電路性能的影響。

RETURN

29

4.1基本放大電路的工作原理

4.1.1放大電路的基本概念

放大電路的功能是將微弱的電信號(hào)（電壓、電流或功率信號(hào)）進(jìn)行放大，達(dá)到驅(qū)

動(dòng)電子設(shè)備的終端執(zhí)行元件（如繼電器、儀表、喇叭等）的目的。

直流電源

vccA信號(hào)源可以將不同特性的信號(hào)源轉(zhuǎn)換成等效

電壓源或電流源，向放大器提供輸入信號(hào)；

放大器A放大器由晶體管、集成電路或場(chǎng)效應(yīng)管等器

件組成，提供足夠的放大能力，盡可能減少信

I__777I______!

-號(hào)失真；

信號(hào)源-7T負(fù)載

A直流電源向放大器提供能量；

A信號(hào)經(jīng)放大后，較強(qiáng)的信號(hào)輸出到終端執(zhí)行

元件，也就是負(fù)載。

30

以擴(kuò)音機(jī)為例,話筒把聲音轉(zhuǎn)換成頻率和幅度都隨聲音而變化的弱小的電

壓或電流信號(hào),通過擴(kuò)音機(jī)（相當(dāng)于放大器），把弱小的電信號(hào)放大來驅(qū)

動(dòng)喇叭發(fā)聲。

CH擴(kuò)音機(jī)

信號(hào)源

負(fù)載

放大電路的實(shí)質(zhì)就是用較小的信號(hào)去控制較大的信號(hào)，即在輸入信號(hào)控

制下把直流電源的能量轉(zhuǎn)換成輸出信號(hào)能量。

31

4.1.2基本放大電路的組成和工作原理

1.電路的組成

第一，要有直流通路，即保證晶體管的發(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)，以實(shí)現(xiàn)電流放大作用。

第二，要有交流通路，保證輸入信號(hào)能夠加到

發(fā)射結(jié)上，以控制三極管的電流，且放大了的

信號(hào)能從電路中取出，即傳送給負(fù)載。

圖4T-3共發(fā)射極基本放大電路

2.元件的作用

品體管T：由于它具有電流放大能力,起著控制能量轉(zhuǎn)換的作用。

直流電源Ucc：保證為晶體管提供合適的偏置電壓，使晶體管工作在放大區(qū)，同時(shí)也為

信號(hào)的放大提供所需的能量。

偏置電阻Rb：它的作用是使晶體管有一個(gè)合適的基極直流電流。

集電極電阻飛：保證晶體管有合適的直流工作狀態(tài)，并能使晶體管的電流放大轉(zhuǎn)換成

負(fù)載上的電壓放大。

電容CpCz：稱為隔直電容或耦合電容，其作用是隔直流通交流，即在保證信號(hào)正常流

通的情況下，使直流電源與交流電源相互隔離互不影響。

按這種方式連接的放大器，通常稱為阻容耦合放大器。32

3.工作原理

信號(hào)源提供的輸入電壓叫加在放大電路的輸入端，由于電容Ci的隔直流通交流

作用，可以認(rèn)為必直接加在三極管的基極和發(fā)射極之間，引起基極電流iB做相應(yīng)的

變化，如圖所示。通過三極管T的放大作用，石也發(fā)生相應(yīng)變化，即ic=f3iB

ic的變化使集電極電阻Rc上的電壓也發(fā)生

變化，從而使得三極管的C、E極之間電壓

變化uCE=Vcc-icRc

此時(shí)UCE中的交流分量經(jīng)過電容C2后傳送

給負(fù)載RL，成為輸出電壓U。。只要電路參

數(shù)選擇合適，就可以在負(fù)載上得到經(jīng)過放

大了的電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了電壓放大作用。

圖4-1-4輸入特性曲線和,E、iB波形圖

33

圖4T-5放大電路電壓電流波形圖

34

4.1.3基本放大電路的主要性能指標(biāo)

1.電壓放大倍數(shù)

放大器的輸出電壓與輸入電壓的比值定義為放大器的電壓放大倍數(shù)。

放大倍數(shù)又常用增益橐表示，單位是分貝（dB）。

4（用）=201g4

2.輸入電阻.

輸入電阻是從放大器輸入端看進(jìn)去的電阻，它定義為r

I

3.輸出電阻

輸出電阻是從放大器輸出端看進(jìn)去的電阻。輸出電阻定義為

R2

。4=0

lT

oRL=0

RETURN

35

4.2放大電路的分析

放大電路是在輸入信號(hào)ui和直流電源VCC共同作用下的非線性電路，放大電

路的工作狀態(tài)有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種，因此分析的內(nèi)容分為靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種。

靜態(tài)（直流）工作分析，即在沒有信號(hào)輸入時(shí)，估算晶體管的各極直流電流和

極間直流電壓。

動(dòng)態(tài)（交流）性能分析，即在輸入信號(hào)作用下，確定晶體管在工作點(diǎn)處各極電

流和極間電壓的變化量，進(jìn)而計(jì)算放大器的各項(xiàng)交流指標(biāo)。

4.2.1靜態(tài)分析

無輸入信號(hào)（叫=0）時(shí)的電路狀態(tài)稱為靜態(tài)。

此時(shí)電路只有直流電源Vcc加在電路上，三極管各極電流和極間電壓均為

直流量，它們對(duì)應(yīng)著三極管輸入輸入特性曲線上的一個(gè)固定點(diǎn)，該點(diǎn)就

稱為放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，用Q表示，

Q點(diǎn)對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)分別用IBQ、ICQ、UBEQ>UCEQ表示。

求靜態(tài)工作點(diǎn)的方法有兩種：估算法和圖解法。

36

直流通路的原則是：交流信號(hào)源置零；電容

作斷開處理。

a）共射放大電路

b）直流通路

1.估算法

UCC=IBQ%+UBEQ

通過解方程即可估算靜態(tài)工作點(diǎn)

ICQ=BQ

【BQ、【CQ、UBEQ和UCEQ值。

UCC=1CQRC+UCEQ

通常硅管取UBEQ=0.7V（鑄管UBEQ=0.2V）。

37

例4-1：在圖示電路中，已知Ucc=12V,Rc=3KO,Rb=280KU,0=50,

UBEQ=0?7V。試估算電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。

【解】電路的直流通路如圖所示

Ucc

凡

。+

公U。

UCC=IBQ%+UBEQUcc-UBEQ12—0.7

BQ---------------=-----------=0.04mA

R280

ICQ=BQbh

>ICQ=0】BQ=50x0.04=2mA

UCCCQRC+CEQ

=1UUCEQ=ucc-JCQRC=12-2X3=6K

38

2.圖解法

利用晶體管的特性曲線，用作圖的方法確定出直流工作點(diǎn)，即求出IQ、UBEQ和

ICQ、UCEQ，這就是圖解分析法。

。11

廠UCC

對(duì)于集電極輸出回路，可列出一組方程：凡

%=八2三極管輸出特性曲線方程c.4。+

UCE=UCC-lCRC直流負(fù)載線小j卡

R%

該直線與某根輸出特性曲線的交點(diǎn)，就是靜4

態(tài)工作點(diǎn)Q。Q點(diǎn)的坐標(biāo)值就是靜態(tài)集射極電—

壓UCEQ和集電極電流及。

39

4.2.2動(dòng)態(tài)分析

動(dòng)態(tài)分析主要是分析計(jì)算電路在交流信號(hào)作用下，電路的工作情況和放大性能,

即計(jì)算放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻等。

放大電路的動(dòng)態(tài)分析也有兩種方法：圖解法和分析計(jì)算法。

1.圖解法

交流圖解分析是在輸入信號(hào)作用下，通過作圖來確定放大管各級(jí)電流和

極間電壓的變化量。

首先畫出電路的交流通路，交流通路的畫法是：耦合電容看作短路，直流電

圖4-2-5圖解法求ZE、ic

結(jié)論：

1）放大器輸入交流電壓時(shí)，晶體管各極電流的方向和極間電壓的極性始終

不變，只是圍繞各自的靜態(tài)值，按輸入信號(hào)規(guī)律近似呈線性變化。

2）晶體管各極電流、電壓的瞬時(shí)波形中，只有交流分量才能反映輸入信號(hào)

的變化，因此，需要放大器輸出的是交流量。

3）將輸出與輸入的波形對(duì)照，可知兩者的變化規(guī)律正好相反，通常稱這種

波形關(guān)系為反相。

41

2.非線性失真和最大輸出電壓幅值

如果放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)位置設(shè)置不當(dāng)，會(huì)使放大器輸出波形產(chǎn)生明顯

的非線性失真。

a）截止失真b）飽和失真

Q點(diǎn)設(shè)置過低，在輸入電壓負(fù)半周部分若Q點(diǎn)設(shè)置過高，則在輸入電壓正半周

的時(shí)間內(nèi)，動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)入截止區(qū)，使部分的時(shí)間內(nèi)，動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)。

iB，ic不能跟隨輸入變化而近似為零，從此時(shí)，當(dāng)iB增大時(shí)，ic則不能隨之增大，

而引起iB，ic和UCE的波形發(fā)生失真，這因而也將引起ic和UCE波形的失真，這種

種失真稱為截止失真。失真稱為飽和失真。

42

由于受三極管非線性失真的限制，放大器的不失真輸出電壓有一個(gè)范圍，其最

大值稱為放大器的最大不失真輸出電壓幅值。

圖4-2-7最大輸出電壓幅值

UCES表示三極管的臨界飽和壓降，一般取為0.5V?IV?？梢钥闯觯糯笃髯?/p>

大不失真輸出電壓的幅值為(UCEQ-UCES)和UF中較小的一個(gè)。

43

3.分析計(jì)算法

(1)三極管的微變等效電路

當(dāng)輸入信號(hào)較小，我們可以認(rèn)為三極管基射極電壓和基極電流是在沿著輸入

特性曲線在Q點(diǎn)附近變化，所以它們的變化量AUBE與AiB之比可近似看作常數(shù)，

我們稱之為三極管的動(dòng)態(tài)輸入電阻，用％表示。乙=包五

ue

beA.。=常數(shù)

26(r)

%常用下式近似估算：rhe=300+(1+0,S-(Q)

MB，EQ(mA)

O--------------根據(jù)三極管的電流放大關(guān)系，有=B'tB

+41電流的變化量可用交流分量來代替，即ic=/3-ih

%聯(lián)三極管的輸出回路可以用一個(gè)受控電流源電路來等效

44

O

交流通路中的三極管可以用如圖的等效電路來代替，這就是三極管簡(jiǎn)化的微變等

效電路。

bM

+o->-

a）三極管

45

a)交流通路b)微變等效電路

①電壓放大倍數(shù)的計(jì)算如果考慮到信號(hào)源內(nèi)阻時(shí)，輸出電壓對(duì)信號(hào)源電

壓的電壓放大倍數(shù)，稱為源電壓放大倍數(shù)。則

Ui=Ib*rbeU.

---一

US=1IRS+UI.=//RS+U.I

/=-/,(q〃&)=3/㈤勺〃%

u。一8/廠冗叩R；

Z

"Uikhehe—%〃々

當(dāng)電路不接負(fù)載時(shí)，即輸出端開路,

UUU.R,IIr.

RL—?00,電壓放大倍數(shù)變?yōu)?__2___2_L_____bbe/

us~U~UU~R,//r,+R11

UB.Rsishhes

A=—=—匕

"4%46

②輸入電阻的計(jì)算0=4=&〃兀

【i

③輸出電阻的計(jì)算”與「0=（

UJ-U—UC

I。

用分析計(jì)算法分析放大電路，可按以下步驟進(jìn)行：

第一步，畫直流通路（交流輸入為零，電容斷開），根據(jù)直流通路估算靜

態(tài)工作點(diǎn)；

第二步，確定放大器交流通路（電容短路，直流電源置零），用三極管交

流微變等效電路替換三極管，得出放大器的交流微變等效電路；

第三步，根據(jù)交流微變等效電路計(jì)算放大器的各項(xiàng)交流指標(biāo)。

47

【例4-2］在圖示的電路中，已知Ucc=12V,Rb=260KdRc=3KO,RL=3K。,

0=50,UBEQ=0.7V,試求：

1）電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；TO+Ucc

2）電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。凡

【解】（1）根據(jù)放大電路直流通路的畫法，

c.邛

畫出電路的直流通路+G

U-U

_CCuBEQ12-0.7Uq

------------=0.043mA1

BQ=一元—260O

50x0.043=2.2根

a）共射放大電路

T°Ucc

“EQ=UcL/ce^c=12-2.2x3=5.4%

三極管的交流電阻為

"【CQ+

30。+("尸)［2篇6(%)

/EQ))UCEQ

2626

=300+(1+^)--------------=300+--------=9040=0.9KO

(1+6)/刃0.043

b）直流通路

48

(2)畫出放大電路的交流通路和交流微變等效電路圖

C)交流通路d)微變等效電路

電壓放大倍數(shù)

Rj=Rc//RL=3〃3=1.5KQ

UB^R,50x1.5

A=j=一匕一----------------=—83.3

"U.ir.be0.9

u

輸入電阻r.=—^=RB//rhe=260//0.9=0.9KO

Ii

輸出電阻u

Y=R=3KQ

oTU=0c

1。

49

【例4?3】在圖例所示的電路中，已知U”=12V,Rbl=125K￡l,Rb2=10K￡2,

Rc=3KdRL=3KO,0=50,UBEQ=0.7V,試求:

(1)電路的靜態(tài)工作點(diǎn)；

(2)電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。

【解】(1)根據(jù)放大電路直流通路的畫法，畫出

電路的直流通路

TrrUccUBEQUBEQ

12-0.70.7

=0.0204mA

12510a)放大電路

=50x0.0204=1.02加/

UCEQ=Ucc-（ICQ+【L）RC

二"cc—（/領(lǐng)+詈）火c=4.47/

RL

b)直流通路

50

26(7)2626

=300+(1+￡)——^-^=300+(1+/?)--------------=300+----------=1574Q=1.6KO

%(燧)1+廣/陽0.0204

2）畫出放大電路的交流通路如圖所示。

再將三極管用三極管微變等效電路代替，畫出電路的交流微變等效電路圖

d）微變等效電路

R；u.

r.—=%+%〃九=1L6KO

Jbhe

Uj=+//beF+1b)匕2+brbe

U.P-R'L旦=R=3K豆

Au==—6.404=oc

U0

I(3+D&2+&

51

4.2.3穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的放大電路

1.分壓式電流負(fù)反饋偏置電路

在三極管的發(fā)射極和公共地之間接入一

Rc

個(gè)射極電阻Re，起到電流負(fù)反饋?zhàn)饔?，II0

Cl

來穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。電阻Rbi和Rb2為分

壓電阻，為三極管的發(fā)射結(jié)提供較穩(wěn)定u

u.

的基極電位。

引入的旁路電容Ce起到交流短路作用，

圖4-2-14分壓式偏置電路

使射極電阻Re在交流狀態(tài)下短路，不影

響電路的動(dòng)態(tài)性能。

52

2.電路的工作原理

在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)適當(dāng)選擇Rbi和Rb2的值，使之滿

O+U

足以下條件：

Rc

[Rb>>【BQUBQ?UBEQ

0

+

R,

bZ7+

三極管基極電位uBQUcc

Rbl+u

u0

UBQ可近似看作是恒定不變的。

分析分壓式電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的過程:

圖4-2T4分壓式偏置電路

U不變

TTf%QT一【EQTT/ReT-->UBEQ'-【BQ'-ZCQ)

返回

53

3.電路的分析計(jì)算-o

T0cc

o+U

CC

VI

&+

廬<O8”%Q

C1+T

U

U

a）直流通路

Rb2

UBQUcc

Rbl+火62

UEQ