《電工電子技術》課件第8章

第8章三極管與放大電路8.1雙極型半導體三極管8.2放大電路的基本概念8.3基本放大電路的分析8.4分壓偏置放大電路8.5射極輸出器8.6互補功率放大電路8.7場效應半導體三極管及其放大電路小結習題

8.1雙極型半導體三極管

8.1.1雙極型三極管的結構

雙極型三極管的種類雖然很多，但根據(jù)其結構的不同可以分為PNP型晶體管和NPN型晶體管兩種，它們的結構示意圖和圖形符號分別如圖8-1(a)、(b)所示。當前國內(nèi)生產(chǎn)的鍺管多為PNP型(3A系列)，硅管多為NPN型(3D系列)。圖8-1晶體管的結構示意圖和圖形符號不論是PNP型還是NPN型，在結構上都由三個區(qū)(發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū))、兩個PN結(發(fā)射結和集電結)組成。由三個區(qū)引出的三根電極分別稱為發(fā)射極E、基極B和集電極C。

為了使晶體管具有電流放大作用，在其內(nèi)部結構上還必須滿足兩個條件：①發(fā)射區(qū)的摻雜濃度最高，集電區(qū)摻雜濃度較低，基區(qū)摻雜濃度最低；②基區(qū)做得很薄。

PNP型和NPN型晶體管的工作原理相同，只是在使用時電源極性連接不同而已。在圖8-2中，電路符號的箭頭均表示電流的實際方向。圖8-2晶體管的電流放大作用8.1.2晶體管的電流放大作用

下面分析晶體管內(nèi)部載流子的運動與分配情況(即晶體管的電流放大作用)。

(1)發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子。由于發(fā)射結處于正向偏置，因此多數(shù)載流子的擴散運動加強，發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子(電子)向基區(qū)擴散(稱為發(fā)射)，同樣，基區(qū)的多數(shù)載流子(空穴)也向發(fā)射區(qū)擴散，但由于發(fā)射區(qū)的電子濃度遠遠高于基區(qū)的空穴濃度，兩者相比較可忽略基區(qū)空穴向發(fā)射區(qū)的擴散(圖8-2中未畫出)。由于兩個電源EB和EC的負極接在發(fā)射極，所以發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射的電子都可從電源得到補充，這樣就形成了發(fā)射極電流IE。

(2)電子在基區(qū)的擴散與復合。從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子到達基區(qū)后，由于靠近發(fā)射結附近的電子濃度高于靠近集電結附近的電子濃度，所以這些電子會向集電結附近繼續(xù)擴散。在擴散過程中，有小部分電子會與基區(qū)的空穴復合，由于電源EB的正極與基極相接，這些復合掉的空穴均可由EB補充，因而形成了基極電流IB。因為基區(qū)做得很薄，電子在擴散過程中通過基區(qū)的時間很短，加上基區(qū)的空穴濃度很低，所以從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子在基區(qū)繼續(xù)向集電結附近擴散的過程中，與基區(qū)空穴復合的機會很小，因而基極電流IB也很小，大部分電子都能通過基區(qū)而達到集電結附近。

(3)集電區(qū)收集電子，從而形成集電極電流IC。由于集電結處于反向偏置，因此有利于少數(shù)載流子的漂移運動。從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子一旦到達基區(qū)后，就變成了基區(qū)少數(shù)載流子，因而這些擴散到集電結附近的電子很容易被集電區(qū)收集而形成集電極電流IC。

由以上分析可知，從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子中，只有很少部分與基區(qū)的電子復合而形成基極電流IB，絕大部分能通過基區(qū)并被集電區(qū)收集而形成集電極電流IC，如圖8-2所示。因此，集電極電流IC就會比基極電流IB大得多，這就是晶體管的電流放大作用。如前所述，晶體管的基區(qū)之所以做得很薄，并且摻雜濃度遠低于發(fā)射區(qū)，就是為了使集電極電流比基極電流大得多，從而提高晶體管的電流放大能力。由基爾霍夫電流定律可知：

IE=IC+IB(8-1)

為了定量地說明晶體管的電流放大與分配關系，可用

圖8-3所示的實驗電路來測量這三個電流。所得數(shù)據(jù)如表8-1

所示。圖8-3晶體管電流放大與分配的實驗電路由以上數(shù)據(jù)可知：

(1)當IB=0時，IC=IE的值很小，約等于零。

(2)每組數(shù)據(jù)均滿足IE=IC+IB。

(3)每組數(shù)據(jù)的IC均遠大于IB，IC與IB的比值稱為晶體管共射接法時的靜態(tài)(直流)電流放大系數(shù)，用表示，即

比如，將IB=0.06mA，IC=2.30mA代入，則有

(4)基極電流IB的微小變化ΔIB，會引起集電極電流IC的很大變化ΔIC。ΔIC與ΔIB的比值稱為晶體管共射接法時的動態(tài)(交流)電流放大系數(shù)，用β表示，即

必須注意的是，晶體管的電流放大作用實質上是電流控制作用，是用一個較小的基極電流去控制一個較大的集電極電流，這個較大的集電極電流是由直流電源EC提供的，并不是晶體管本身把一個小的電流放大成了一個大的電流，這一點需用能量守恒的觀點去分析。所以，晶體管是一種電流控制元件。8.1.3三極管的共射特性曲線

1．輸入特性曲線

輸入特性曲線是在保持集電極與發(fā)射極之間的電壓UCE為某一常數(shù)時，輸入回路中的基極電流IB與基極-發(fā)射極間電壓UBE的關系曲線。它反映了晶體管輸入回路中電壓與電流的關系，其函數(shù)表達式為

(8-2)輸入特性曲線可分以下步驟作出。

(1)作一條UCE=0時的輸入特性曲線。當UCE=0時，集電極與發(fā)射極間相當于短路，如圖8-4所示，從輸入端看，發(fā)射結和集電結相當于兩個并聯(lián)的二極管，所以晶體管的輸入特性曲線與二極管的正向特性曲線基本一致，如圖8-5所示。圖8-4

UCE=0時的晶體管等效電路圖8-5三極管的輸入特性曲線

(2)作UCE=1V的曲線。當UCE=1V時，集電結已反向偏置，內(nèi)電場已足夠大，從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子絕大部分會被集電區(qū)收集而形成集電極電流。這樣，在UBE一定的情

況下，從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子數(shù)目是一定的。當UCE=0時，這些電子進入基區(qū)后不會被集電結收集過去，這就增加了與基區(qū)空穴復合的機會，使IB較大；當UCE=1V時，這些電子進入基區(qū)后絕大部分會被集電區(qū)收集過去，因而使IB相對

減小。所以，UCE=1V時的輸入特性曲線較UCE=0時的曲線向右移動了一段距離。由于在UBE不變的情況下，從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子數(shù)目是一定的，因此當UCE=1V時，就足以將基區(qū)中的絕大部分電子拉入集電區(qū)。如果此時再增大UCE，IB也不會有明顯的減小。因此，UCE>1V的輸入特性曲線與UCE=1V的基本重合。所以，通常只畫出UCE≥1V的一條輸入特性曲線。

2．輸出特性曲線

輸出特性曲線是在IB為某一常數(shù)時，輸出回路中IC與UCE的關系曲線，它反映了晶體管輸出回路中電壓與電流的關系。其函數(shù)表達式為

(8-3)

在不同的IB下，可得出不同的曲線，所以晶體管的輸出特性曲線是一組曲線，如圖8-6所示。由輸出特性曲線可知：

(1)IB一定時，從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子數(shù)目大致是一定的，IB越大，從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子數(shù)目就越多，相應的IC也越大，這就是晶體管的電流控制與放大作用。

(2)特性曲線的起始部分較陡，即在UCE很小時，只要UCE略有增加，就會使集電結的內(nèi)電場得到加強，漂移運動就會迅速增加，使IC迅速加大，此時IC主要受UCE的影響。UCE超過一個不大的值(約1V)后，集電結的內(nèi)電場已經(jīng)足夠強了，從發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子絕大部分已被拉入集電區(qū)而形成IC，即使再加大UCE，IC也不會有明顯的增加，此時的曲線比較平坦，具有恒流特性。

(3)晶體管可以工作在輸出特性曲線的三個區(qū)域內(nèi)，如圖8-6所示。圖8-6晶體管的輸出特性曲線①輸出特性曲線的近于水平部分是放大區(qū)。晶體管工作在放大區(qū)的主要特征是：發(fā)射結正向偏置，集電結反向偏置，IC與IB間具有線性關系，即IC=

IB。在放大電路中的晶體管必須工作在放大區(qū)。

②IB=0的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。晶體管工作在截止區(qū)的主要特征是：IB=0，IC=ICEO≈0(ICEO稱為集電極到發(fā)射極的穿透電流，一般很小，可以忽略不計)，相當于晶體管的三個極之間都處于斷開狀態(tài)。由圖8-5所示的輸入特性曲線可知，要使IB=0，只要UBE小于死區(qū)電壓(硅管約0.5V，鍺管約0.2V)即可。但為了使晶體管可靠截止，往往使發(fā)射結反向偏置，集電結也處于反向偏置。③在輸出特性曲線的左側，IC趨于直線上升的部分，可看做是飽和區(qū)。晶體管工作在飽和區(qū)的主要特征是：UCE<UBE，即集電結為正向偏置，發(fā)射結也是正向偏置；IB的變化對IC的影響不大，兩者不成正比，不符合因不同IB的各條曲線幾乎都重合在一起，故此時IB對IC已失去控制作用。8.1.4半導體三極管的參數(shù)

1．電流放大系數(shù)和β

稱為晶體管共射接法時的靜態(tài)(直流)電流放大系數(shù)。

稱為晶體管共射接法時的動態(tài)(交流)電流放大系數(shù)。

與β兩者的含義是不同的，但兩者的數(shù)值較為接近，今后在進行估算時，可認為=β。

2.穿透電流ICEO

ICEO是指基極開路(IB=0)時，集電極到發(fā)射極間的電流。圖8-7所示是測量穿透電流的電路。管子的穿透電流越小越好。一般硅管的ICEO在幾微安以下，鍺管為幾十微安到幾百微安。穿透電流受溫度的影響很大，溫度升高會使ICEO明顯增大。

管子的β值越高，ICEO也會越大，所以β值大的管子溫度穩(wěn)

定性差。圖8-7測量穿透電流的電路

3．集電極最大允許電流ICM

集電極電流IC超過一定值后，β值下降。β值下降到正常值的2/3時的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。因此，在使用晶體管時，IC超過ICM時，管子雖不至于被燒毀，但β值卻下降了許多。

4．集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓U(BR)CEO

基極開路時，加在集電極與發(fā)射極之間的最大允許電壓稱為集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓。使用時，加在集電極-發(fā)射極間的實際電壓應小于此反向擊穿電壓，以免管子被擊穿。

5．集電極最大允許耗散功率PCM

因IC在流經(jīng)集電結時會產(chǎn)生熱量，使結溫升高，故會引起晶體管參數(shù)的變化，嚴重時會導致管子燒毀。因此必須限制管子的耗散功率。在規(guī)定結溫不超過允許值(鍺管為70～

90℃，硅管為150℃)時，集電極所消耗的最大功率稱為集電極最大允許耗散功率PCM。其計算式為

PCM=ICUCE

(8-4)

如圖8-6所示，在晶體管輸出特性曲線上作出PCM曲線，稱為功耗線。

8.2放大電路的基本概念

8.2.1放大的概念

1.信號放大的概念

一個需要被放大的電信號(例如從天線或傳感器得到的信號)，其電壓、電流的幅度往往是很小的，通常是毫伏、微安數(shù)量級甚至更小，不足以推動負載(例如喇叭、指示儀表、執(zhí)行機構)運行。這個信號被放大以后，它隨時間而變化的規(guī)律要與放大前嚴格一致，但是其電壓、電流的幅度得到了較大提高。信號的這種變化過程稱為放大。實現(xiàn)放大功能的電子電路稱為放大電路(也稱為放大器)。

2.放大電路的結構示意圖

放大電路的結構示意圖如圖8-8所示。

放大電路具有以下基本特點:

(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。

(2)輸出信號的能量實際上是由直流電源提供的，只是經(jīng)過三極管的控制，使之轉換成信號能量，提供給負載。

(3)能夠控制能量轉換的器件稱為有源器件，如半導體三極管、場效應管、集成放大器等。它們是組成放大電路的核心器件。圖8-8放大電路的結構示意圖8.2.2放大電路的主要技術指標

放大電路的性能指標可以衡量一個放大器性能的好壞和特點。性能指標主要包括放大倍數(shù)(或增益)、輸入電阻、輸出電阻、通頻帶等。

由于放大電路可以看成是一個有源四端雙口網(wǎng)絡，因此為了討論放大電路的性能指標，將放大電路的等效網(wǎng)絡重畫于圖8-9中，并按雙口網(wǎng)絡的一般約定畫出電流的方向和電壓的極性，同時假定輸入信號為正弦波，圖中的電流和電壓均采用相量表示。這樣，我們就可以由這個網(wǎng)絡的端口特性來描述放大電路的性能指標。圖8-9放大電路示意圖

1．放大倍數(shù)(或增益)

為衡量放大電路的放大能力，規(guī)定不失真時的輸出量與輸入量的比值叫做放大電路的放大倍數(shù)(A)，若換算為分貝數(shù)表示，則稱為增益(G)，即

(8-5)

電壓放大倍數(shù)定義為輸出電壓與輸入電壓之比，即

(8-6)

電流放大倍數(shù)定義為輸出電流與輸入電流之比，即

(8-7)

2．輸入電阻ri

從放大電路的輸入端看進去的等效電阻稱為放大電路的輸入電阻，定義為

(8-8)

輸入電阻的大小決定了放大電路從信號源得到的信號幅度的大小，如圖8-9所示，可得

(8-9)

3．輸出電阻ro

輸出電阻是從放大電路輸出端看進去的等效電阻，定義為

(8-10)

式(8-10)表示輸出電阻被定義為在輸入電壓源短路(電流源開路)并保留Rs和負載開路(因為負載并不屬于放大電路)的情況下，如圖8-10所示，放大電路的輸出端所加測試電壓UT與其產(chǎn)生的測試電流IT的比值。圖8-10放大電路的輸出電阻輸出電阻的大小決定了放大電路帶負載的能力。在圖8-9中，放大電路的輸出信號相當于負載的信號源，放大電路的輸出電阻相當于信號源的內(nèi)阻?？梢钥闯?，負載上得到的輸出電壓并不與放大電路開路輸出電壓相等，它們之間符合這樣的關系：

(8-11)

4．通頻帶

由于放大電路存在電抗元件或等效電抗元件，因此信號頻率過高或過低，放大倍數(shù)都要明顯地下降。但是，在中間一段頻率范圍內(nèi)，各種電抗的影響都可忽略，放大倍數(shù)基本不變，通常將此放大倍數(shù)稱為中頻放大倍數(shù)，記做Am。使放大倍數(shù)下降至0.707Am(即Am的1/

)時所對應的高、低頻率分別稱為上限頻率fH及下限頻率fL，如圖8-11所示。圖8-11放大電路的頻率指標放大電路的通頻帶寬度定義為

BW=fH－fL

(8-12)

通頻帶越寬，表明放大電路對不同頻率信號的適應能力越強。8.2.3基本放大電路的組成

圖8-12是共發(fā)射極接法的基本交流放大電路。圖中，輸入端接需要進行放大的交流信號源，信號源的電動勢為es，頻率在20Hz～200kHz范圍內(nèi)(屬低頻信號)，Rs為信號源的內(nèi)阻，輸出端接負載電阻RL，輸出電壓為uo。圖8-12基本交流放大電路在圖8-12所示的電路中，用了兩個直流電源EC和EB，實際上EB可以省去，只由EC供電，將RB改接到EC的正極與基極之間，適當改變RB的阻值，仍可使發(fā)射結正向偏置，如圖

8-13(a)所示。圖8-13基本交流放大電路

8.3基本放大電路的分析

8.3.1基本放大電路的靜態(tài)分析

1.放大電路靜態(tài)工作點的估算求解法

由于C1和C2具有隔斷直流的作用，所以圖8-13(b)所示的基本交流放大電路的直流通路如圖8-14所示。利用此直流通路，就可求出放大電路的各靜態(tài)值。由圖8-14可得

UCC=IBRB+UBE圖8-14放大電路的直流通路由于UBE為晶體管發(fā)射結的靜態(tài)壓降，因此從晶體管的輸入特性曲線可知，UBE的值較小且變化不大。通常硅管約為0.7V，鍺管約為0.3V。UBE與UCC相比可忽略不計。因此，有

(8-13)

(8-14)

(8-15)

【例8-1】在圖8-14中，已知UCC=12V，RB=300kΩ，RC=4kΩ，=37.5，試求放大電路的靜態(tài)值。

解由式(8-13)~式(8-15)可得

2.放大電路的靜態(tài)圖解分析

在如圖8-14所示的直流通路中，若晶體管的輸出特性曲線如圖8-15所示，那么晶體管的IC與UCE之間必須滿足該輸出特性曲線。圖8-15用圖解法確定放大電路的靜態(tài)工作點另一方面，從圖8-14所示的直流通路中可知，IC與UCE之間必須滿足基爾霍夫電壓定律(即結構約束)，即

UCC=ICRC+UCE

(8-16)

或

(8-17)

因此，IC與UCE必須同時滿足輸出特性曲線和結構約束曲線。這兩條曲線的交點處坐標即為IC和UCE之值。將這兩條線對應的兩個式子聯(lián)立求解，即可求出IC和UCE之值。

【例8-2】在圖8-14中，所用元件參數(shù)均與例8-1相同，晶體管的輸出特性曲線如圖8-15所示。試作出直流負載線并求靜態(tài)工作點。

解由圖8-14可列出輸出回路的電壓方程為

UCC=ICRC+UCE

此式即為直流負載線方程，只要找出這條直線上的兩個特殊點(分別為橫軸和縱軸上的截距)，就可作出該直線。當IC=0時，有

UCE=UCC=12V

當UCE=0時，有

在圖8-15中作出該直流負載線。由圖8-14可知:

則直流負載線與IB=40μA的那條輸出特性曲線的交點Q即為該交流放大電路的靜態(tài)工作點。靜態(tài)值為

IB=40μA

IC=1.5mA

UCE=6V

以上結果與例8-1采用估算法所得結果一致。8.3.2基本放大電路的動態(tài)分析

1.圖解法

下面我們用圖解法分析不帶負載時交流放大電路的動態(tài)情況。

在如圖8-16所示的交流放大電路中，各元件參數(shù)均已在圖中標出，晶體管的輸入和輸出特性曲線如圖8-17所示。若放大電路的輸入信號ui=0.02sin(ωt)，則晶體管基極和發(fā)射極間的電壓uBE就是在原有直流分量UBE的基礎上疊加了一個交流分量ui，即

uBE=UBE+ui

由于uBE隨著輸入信號在變化，因此基極電流iB也會發(fā)生變化，從輸入特性曲線上可相應作出iB的波形。它是在直流量IB的基礎上疊加了一個交流信號，即

iB=IB+ib圖8-16不帶負載的交流放大電路圖8-17用圖解法分析放大電路的動態(tài)情況由圖8-17中iB的波形可知，iB在20～60μA之間變動。

因為我們分析的是不帶負載的簡單情況，對放大電路的輸出回路而言，其交流通路與直流通路沒有本質上的區(qū)別，因此可用直流負載線來討論交流信號放大的情況。

由圖8-17所示的輸出特性曲線可知，靜態(tài)時直流負載線與IB=40μA的那條輸出特性曲線的交點為Q，相應的靜態(tài)值為

IB=40μA，IC=1.5mA，UCE=6V由于輸入信號使iB在20～60μA之間變化，因此相應的工作點會沿著直流負載線在Q2、Q1之間來回移動。相應地作出iC和uCE的波形，如圖8-17所示，可知

iC=IC+ic

uCE=UCE+uce=UCE+uo

由于電容器C2的隔直作用，在放大器的輸出端可以得到一個不含直流成分的交流輸出電壓uo。很顯然，輸出的交流電壓uo就等于晶體管集電極-發(fā)射極間電壓的交流分量uce，即

uo=uce由以上圖解法分析可得出如下結論:

(1)當放大器有交流信號輸入時，晶體管各極的電流和電壓都是在原靜態(tài)(直流)的基礎上疊加了一個由交流輸入信號產(chǎn)生的交流分量，即

(2)如無失真，則電路中各處電流與電壓的交流分量，如ib、ube、ic、uce與uo，都是和輸入信號ui頻率相同的正弦量。

(3)在共射接法的交流放大電路中，輸出電壓與輸入電壓的相位相反。這是因為在輸入信號的正半周時，基極電流iB在原來靜態(tài)值的基礎上增大，iC也隨之增大，由式

uCE=UCC－iCRC

可知，uCE會在原來靜態(tài)的基礎上減小，因此，ui為正半周(正值)時，uo=uce為負半周(負值)，當ui為負半周時，uo=uce為正半周。這種現(xiàn)象稱為放大器的倒相。由圖8-17可以計算出放大電路的電壓放大倍數(shù)Au。輸入

電壓的幅值為0.02V，從圖中可量出輸出電壓的幅值為3V，則一個放大器除了要有一定的電壓放大倍數(shù)外，還需要使所放大的信號不失真，即輸入信號是一個正弦波時，輸出信號也應是一個放大了的正弦波，否則就會出現(xiàn)失真。造成失真的主要原因是靜態(tài)工作點設置偏高(接近飽和區(qū))或偏低(接近截止區(qū))。如圖8-18所示，如果靜態(tài)時基極電流IB太大，工作點偏高(Q1點)，則會造成飽和失真，使輸出電壓的負半周被削平；如果靜態(tài)時基極電流太小，工作點偏低(Q2點)，則會造成截止失真，使輸出電壓的正半周被削平。所以，要使放大器對信號進行不失真的放大，必須給放大器設置合適的靜態(tài)工作點。圖8-18工作點不合適而引起的波形失真

2.微變等效電路法

1)晶體管的微變等效電路

從圖8-19(a)所示的晶體管電路的輸入端看，ib與ube之間應該遵循晶體管的輸入特性曲線，是非線性的。圖8-19晶體管及其微變等效電路但當輸入信號很小時，在靜態(tài)工作點Q附近的工作段可認為是直線，如圖8-20所示。因此，在這一小段直線范圍內(nèi)，ΔUBE與ΔIB之比為常數(shù)，稱為晶體管的輸入電阻，用rbe表示，即

(8-18)圖8-20由輸入特性曲線求rbe因此，在小信號的情況下，晶體管的輸入電路可用電阻rbe來代替，如圖8-19(b)所示。低頻小功率晶體管的輸入電阻常用下式估算:

(8-19)

式中，IE是發(fā)射極電流的靜態(tài)值。rbe一般為幾百歐到幾千歐。必須注意的是，rbe是晶體管輸入電路對交流(動態(tài))信號所呈現(xiàn)的一個動態(tài)電阻，它不等于靜態(tài)值UBE與IB之比值，即rbe≠從晶體管的輸出特性曲線可以看出，當晶體管工作在放大區(qū)時，如圖8-17所示，輸出特性為一組近似與橫軸平行的直線，因此uce對ic的影響不大，ic只由ib決定，即

ic=βib

所以，晶體管的輸出電路可用一個電流源ic=βib等效，如圖8-19(b)所示。必須注意，這個電流源ic是受基極電流ib控制的，這就體現(xiàn)了晶體管的電流控制作用。當ib=0時，ic=βib

也不復存在。

2)放大電路的微變等效電路

在進行放大電路的分析和計算時，通常采用的方法是將放大電路的靜態(tài)計算與動態(tài)計算分開進行。在進行靜態(tài)分析時，先畫出放大電流的直流通路，根據(jù)直流通路采用估算法或圖解法求靜態(tài)值(靜態(tài)工作點)。進行動態(tài)分析時，先畫出放大電路的交流通路。圖8-21(a)是圖8-13(b)所示的基本交流放大電路的交流通路。對于交流信號而言，電容C1和C2可視做短路。因一般直流電源的內(nèi)阻很小，交流信號在電源內(nèi)阻上的壓降可以忽略不計，所以對交流而言，直流電源也可認為是短路的。根據(jù)以上原則就可以畫出放大電路的交流通路。然后，將交流通路中的晶體管用它的微變等效電路代替，這樣就得到了放大電路的微變等效電路，如圖8-21(b)所示。圖8-21放大電路的交流通路和微變等效電路

3)電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻的計算

利用放大電路的微變等效電路，可以很方便地計算電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri和輸出電阻ro。設輸入的是正弦信號，則微變等效電路中的電壓和電流均可用相量表示，如圖8-22所示。圖8-22微變等效電路由圖8-22可得:

式中，RL′=RC∥RL，是放大器總的等效交流負載。因此，放大電路的電壓放大倍數(shù)為

(8-20)

式中的負號表示輸出電壓與輸入電壓相位相反。當放大電路不接負載(輸出端開路)時，有

(8-21)

可見，接上負載RL后，電壓放大倍數(shù)要下降。

放大電路的輸入電阻是從放大電路的輸入端看進去的等效電阻，其表達式為

(8-22)

放大電路的輸入電阻就是信號源的負載電阻，如圖8-23所示。圖8-23放大器的輸入電阻由圖8-23可知，如果放大電路的輸入電阻較小，則對電路有以下幾種影響。

(1)信號源輸出的電流將較大，這就相應增加了信號源的負擔。

(2)實際加在放大器輸入端的電壓將較小，在放大器放大倍數(shù)不變的情況下，其輸出電壓將變小。

(3)在多級放大電路中，后一級的輸入電阻就是前一級的負載電阻，這樣會降低前一級的電壓放大倍數(shù)。因此，總是希望放大電路的輸入電阻大一些好。圖8-23所示的放大電路的輸入電阻為

ri=RB∥rbe

(8-23)

因RB>>rbe，故ri≈rbe，因此，這種放大器的輸入電阻不高。

注意：式(8-23)中只表示ri的值約等于rbe，但ri和rbe的意義是不同的，ri是指放大電路的輸入電阻，rbe是晶體管的輸入電阻，二者不能混淆。放大電路的輸出電阻是從放大電路的輸出端看進去的一個電阻。圖8-21(b)所示電路的輸出電阻為

ro=RC

(8-24)

這表明共射接法的放大電路的輸出電阻就等于集電極負載電阻RC，一般為幾千歐到十幾千歐，比較大。通常希望放大電路的輸出電阻小一點，這樣可提高放大器帶負載的能力。

【例8-3】在圖8-13(b)所示的放大電路中,已知UCC=12V,

RC=4kΩ，RB=300kΩ，RL=4kΩ，β=37.5，試求不帶負載與帶負載兩種情況下的電壓放大倍數(shù)及放大電路的輸入電阻和輸出電阻。

解在例8-1中已求出

IC=1.5mA≈IE

則晶體管的輸入電阻為不帶負載時的電壓放大倍數(shù)為

帶負載時，等效負載電阻為

電壓放大倍數(shù)為

可見，放大器帶負載后電壓放大倍數(shù)降低了。放大電路的輸入電阻為

ri=RB∥rbe≈rbe=0.967kΩ

輸出電阻為

ro=RC=4kΩ

8.4分壓偏置放大電路

在固定偏置電路中，基極偏流

是固定不變的，當溫度升高時，晶體管的穿透電流ICEO會隨著增大，這就導致晶體管的整個輸出特性曲線向上平移，如圖8-24中的虛線所示。在IB不變的情況下，所對應的IC

都增大了，工作點由原來的Q點移到了Q′點。嚴重時會使原來設置合適的工作點移到飽和區(qū)，使放大電路不能正常工作。為此，必須對這種固定偏置電路進行改進。由于溫度升高的結果會導致IC增大，因此改進后的偏置電路就應具有這樣的功能，即只要IC增大，基極偏流IB就自動減小，用IB的減小去抑制IC的增大，以保持工作點基本穩(wěn)定。圖8-24溫度對靜態(tài)工作點的影響分壓式偏置電路能自動穩(wěn)定工作點，其電路如圖8-25(a)所示。其中，RB1和RB2構成偏置電路。圖8-25(b)所示為其直

流通路。該電路是通過如下兩個環(huán)節(jié)來自動穩(wěn)定靜態(tài)工作

點的。圖8-25分壓式偏置電路及其直流通路

(1)由電阻RB1和RB2分壓為晶體管提供一個固定的基極電位UB。

由圖8-25(b)可知

I1=I2+IB

(8-25)

若使I2>>IB，則

(8-26)

基極電壓：

(8-27)

可見，UB與晶體管的參數(shù)無關，不受溫度的影響，僅由RB1和RB2的分壓電路所決定。為了使UB恒定不變，基本上不受IB變化的影響，應使I2遠遠大于IB，這就要使RB1和RB2的值取得較小。但若RB1和RB2值過小，則會產(chǎn)生兩個后果：其一是這兩個電阻消耗的直流功率會較大；其二是會減小放大電路的輸入電阻。因此，要統(tǒng)籌兼顧，通常按下式來確定I2，即

I2=(5～10)IB(8-28)

(2)發(fā)射極電阻RE的采樣作用。

因流過發(fā)射極電阻RE的電流為IE=IB+IC≈IC，故如果溫度升高導致IC增大，那么晶體管發(fā)射極的電壓UE=IERE≈ICRE就會相應升高，在基極電壓UB固定不變的情況下，UBE=UB-UE將會減小，從而使IB減小，這樣就抑制了IC的增大。這個自動調節(jié)過程可表示如下：為了提高這種自動調節(jié)的靈敏度，采樣電阻RE越大越好，這樣，只要IC發(fā)生一點微小的變化，就會使UE發(fā)生明顯的變化。但RE太大會使其上的靜態(tài)壓降增大，在電源電壓一定的情況下，管子的靜態(tài)壓降UCE就會相應減小，從而減小了放大電路輸出電壓的變化范圍。因此RE不能取得過大，要統(tǒng)籌兼顧，通常按下式來選擇，即

UE=(5～10)UBE

(8-29)

【例8-4】在圖8-25(a)所示的放大電路中,已知UCC=12V,

RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=2kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=40，C1、C2和CE對交流信號而言均可視做短路。

(1)用估算法求靜態(tài)值；

(2)求有旁路電容和無旁路電容兩種情況下的電壓放大倍數(shù)Au、輸入電阻ri和輸出電阻ro；

(3)當信號源電動勢es=0.02sin(ωt)V，內(nèi)阻Rs=0.5kΩ時，求有旁路電容時的輸出電壓Uo。

解

(1)利用圖8-25(b)所示的直流通路估算靜態(tài)值，得

發(fā)射極電流為

集電極電流為

IC≈IE=1.65mA基極電流為

管子的靜態(tài)壓降為

UCE≈UCC－IC(RC+RE)

=12－1.65×(2+2)=5.4V

(2)有旁路電容CE時，該放大電路的微變等效電路如圖

8-26所示。

因此可得：圖8-26有旁路電路CE時的微變等效電路無旁路電容時，該放大電路的微變等效電路如圖8-27

所示。

由圖可知:

電壓放大倍數(shù)為圖8-27無旁路電容CE時的微變等效電路可見，不接旁路電容時，電壓放大倍數(shù)會明顯降低。代入有關數(shù)據(jù)后可得

從圖8-27中ab兩端往右看進去的等效電阻為則此種情況的輸入電阻為

兩種情況下的輸出電阻均為ro=RC=2kΩ。

(3)當es=0.02sin(ωt)V，Rs=0.5kΩ時，由圖8-26可知：

則所以

因有旁路電容時的電壓放大倍數(shù):

Au=51

所以

Uo=0.00925×51=0.472V

8.5射極輸出器

射極輸出器的電路如圖8-28(a)所示。和前面所講的放大電路相比，射極輸出器在電路結構上有兩點不同：一是前面放大電路是從晶體管的集電極和“地”之間取輸出電壓，而本電路是從發(fā)射極和“地”之間取輸出電壓，故稱為射極輸出器；二是前面放大電路為共發(fā)射極接法，而從圖8-28(b)所示的射極輸出器的微變等效電路中可以看出，集電極C對于交流信號而言是接“地”的，這樣集電極就成了輸入電路與輸出電路的公共端，所以，射極輸出器為共集電極電路。

圖8-28射極輸出器及其微變等效電路8.5.1靜態(tài)分析

利用射極輸出器的直接通路可求出各靜態(tài)值。因為

(8-30)

所以

(8-31)

(8-32)

(8-33)8.5.2動態(tài)分析

1．電壓放大倍數(shù)

由圖8-28(b)所示的微變等效電路可得

(8-34)

則

(8-35)

式中，RL′=RE∥RL。由式(8-35)可知：

(1)因為rbe<<(1+β)RL′，所以射極輸出器的電壓放大倍數(shù)接近于1，但恒小于1。故射極輸出器無電壓放大作用。由于Ie=(1+β)Ib，因此有電流放大和功率放大作用。

(2)輸出電壓與輸入電壓同相，且大小近似相等，即

這就是射極輸出器的跟隨作用(即輸出電壓跟著輸入電壓的變化而變化)，故射極輸出器又稱為射極跟隨器。

2．輸入電阻

從圖8-28(b)所示的微變等效電路的輸入端看進去，射極輸出器的輸入電阻為

ri=RB∥［rbe+(1+β)RL′］

(8-36)

由式(8-36)可知，因為RB的值一般為幾十千歐到幾百千歐，rbe+(1+β)RL′一般也有幾十千歐以上，所以射極輸出器具有很高的輸入電阻，一般可達幾十千歐到幾百千歐，比前面所講的共射接法的放大電路的輸入電阻大得多。

3．輸出電阻

從圖8-28(b)所示的微變等效電路的輸出端看進去，射極輸出器的輸出電阻為

(8-37)

式中，Rs′=Rs∥RB。

例如，β=40，rbe=0.8kΩ，Rs=50Ω，RB=120kΩ，則

【例8-5】在圖8-28(a)所示的射極輸出器中，已知UCC=12V，β=50，RB=200kΩ，RE=2kΩ，RL=2kΩ，信號源內(nèi)阻Rs=0.5kΩ。試求:

(1)靜態(tài)值；

(2)Au、ri和ro。

解

(1)

(2)

則

8.6互補功率放大電路

一個多級放大電路通常由輸入級、中間級和輸出級組成，如圖8-29所示。輸入級以解決與信號源的匹配及抑制零漂為主；中間級又稱為電壓放大級，負責將微弱的輸入信號電壓放大到足夠的幅度；輸出級的任務是向負載提供足夠大的輸出功率，以推動負載工作，例如使喇叭發(fā)聲，使儀表指針偏轉，使繼電器動作，使電動機旋轉等，所以輸出級又稱為功率放大級。

圖8-29多級放大電路8.6.1對功率放大電路的基本要求

對功率放大電路(功率放大器)的基本要求有3點：

(1)輸出功率盡可能大。為了獲得較大的功率，晶體管一般都工作在高電壓、大電流的極限情況下，但不得超過晶體管的極限參數(shù)PCM、ICM和U(BR)CEO。

(2)效率要高。由于功率放大器的輸出功率大，因而直流電源所提供的功率也大。這就要求功率放大器在將直流功率轉變?yōu)榘摧斎胄盘栕兓慕涣鞴β蕰r，盡可能提高效率。功率放大器的效率η等于其輸出的交流功率Po與直流電源提供的直流功率PE的比值，即

(8-38)由式(8-38)可知，要想提高效率，必須從兩方面著手：一是盡量使放大電路的動態(tài)工作范圍加大，以此來增大輸出交流電壓和電流的幅度，從而增大輸出功率；二是減小電源供給的直流功率。在UCC一定的情況下，電源供給的直流功率為

PE=UCCIC(AV)

(8-39)

式中，IC(AV)是集電極電流的平均值。為了減小PE，可將靜態(tài)工作點Q沿負載線下移，使靜態(tài)電流IC減小。在前面所講的電壓放大電路中，靜態(tài)工作點一般都設在負載線的中點，如圖8-30(a)所示，這類工作狀態(tài)稱為甲類工作狀態(tài)。甲類工作狀態(tài)時的最高效率也只能達到50%。圖

8-30(b)所示為乙類工作狀態(tài)，此時的工作點位于截止區(qū)，靜態(tài)電流IC≈0，晶體管的損耗最小，工作在乙類狀態(tài)的最高效率可達到78.5%。圖8-30(c)所示為甲乙類工作狀態(tài)，工作點介于甲類與乙類工作狀態(tài)之間。

圖8-30放大電路的工作狀態(tài)

(3)非線性失真要小。由于功率放大器是大信號運行，因此其工作點的移動范圍很大，接近于管子的截止區(qū)和飽和區(qū)。又因為晶體管是一種非線性元件，因此其波形易產(chǎn)生較大的非線性失真。雖然功率放大器的輸出波形不可能完全不失真，但是要使失真限制在規(guī)定的允許范圍內(nèi)。8.6.2

OCL互補功率放大電路

圖8-31所示是OCL乙類互補對稱放大電路。圖中，EC1=EC2；晶體管V1是NPN型，V2是PNP型，V1和V2的性能基本一致；兩個晶體管的基極和發(fā)射極彼此分別連在一起；信號由基極輸入，然后從發(fā)射極傳送到負載。這個電路實際上是由兩個射極輸出器組成的。靜態(tài)時，由于基極回路沒有偏流，兩個晶體管都處于截止狀態(tài)，靜態(tài)集電極電流IC1=IC2≈0,所以電路工作在乙類狀態(tài)。

圖8-31

OCL乙類互補對稱放大電路有輸入信號時，在信號的正半周，V1導通，V2截止，電流iC1按如圖8-31中所示的方向流經(jīng)負載RL，在負載上產(chǎn)生輸出電壓的正半周，如圖8-32所示；在信號的負半周，V1截止，V2導通，電流iC2按如圖8-31中所示的方向流經(jīng)負載RL，在RL上產(chǎn)生輸出電壓的負半周，如圖8-32所示。在信號的一個周期內(nèi)，V1和V2輪流導通，iC1和iC2分別從相反的方向流經(jīng)RL，在RL上合成為一個完整的波形，因此該電路稱為互補對稱式功率放大電路。由于這種電路的輸出端沒有耦合電容，所以又稱為無輸出電容電路，簡稱OCL電路。圖8-32交越失真為了克服交越失真，應設置偏置電路，給V1和V2提供很小的基極偏流，使放大電路工作在甲乙類狀態(tài)。圖8-33就是一種工作在甲乙類狀態(tài)下的OCL互補對稱放大電路。圖中，二極管VD1和VD2串聯(lián)后接在V1和V2的基極之間，靜態(tài)時，VD1和VD2的正向壓降可使V1和V2處于微導通狀態(tài)，因此電路的靜態(tài)工作點較低，處于甲乙類工作狀態(tài)。因為兩個晶體管的特性基本一致，電路是對稱的，使得兩管的發(fā)射極電位UE=0，所以靜態(tài)時負載上沒有電流。圖8-33放大電路工作在甲乙類狀態(tài)8.6.3

OTL互補功率放大電路

8.6.2節(jié)介紹的OCL電路需要兩個電源，為了省去一個電源，可采用如圖8-34所示的無輸出變壓器的互補對稱放大電路，這種電路簡稱為OTL電路。該電路用一個容量較大的耦合電容C代替了圖8-31中EC2的作用。靜態(tài)時，由于兩管的基極均無偏流，所以V1和V2均處于截止狀態(tài)，電路工作于乙類狀態(tài)。由于電路的對稱性，兩管發(fā)射極的靜態(tài)電位

電容器上的直流電壓也等于圖8-34

OTL互補對稱放大電路8.6.4復合管

上述互補對稱電路要求有一對特性相同的NPN和PNP型輸出功率管。在輸出功率較小時，比較容易選配這對晶體管，但在要求輸出功率較大時，就難于配對，因此采用復合管。圖8-35列舉了兩種類型的復合管。圖8-35復合管下面以圖8-35(a)所示的復合管為例，討論復合管的電流放大系數(shù)。因

ic=ic1+ic2=β1ib1+β2ib2=β1ib1+β2ie1

=β1ib1+β2(1+β1)ib1≈β1β2ib1

(8-40)

可得復合管的電流放大系數(shù)為

(8-41)由圖8-35(b)可以看出，復合管的類型與第一個晶體管V1相同，而與后接晶體管V2的類型無關。

圖8-36是一個由復合管組成的OTL互補對稱放大電路。將復合管分別看成一個NPN型和一個PNP型晶體管后，該電路與圖8-34所示的電路完全相同。圖8-36由復合管組成的OTL互補對稱電路8.6.5集成功率放大器簡介

5G37的內(nèi)部是由兩級直接耦合電路組成的OTL功率放大電路。它具有工作電源范圍大(可在6~18V的直流電源下正常工作)、使用靈活等優(yōu)點，并具有足夠的輸出功率(在18V的直流電源下，可向8Ω負載提供2～3W的不失真功率)，主要用于彩色、黑白電視機的伴音功率放大電路或其他音頻設備中的功率放大器。5G37的外引線排列圖如圖8-37所示。圖8-37

5G37的外引線排列圖各引腳的功能如下：

引腳1：閉環(huán)增益控制。

引腳2：輸入端。

引腳3，4：防止自激振蕩。

引腳5：接地端。

引腳6：輸出端。

引腳7：接電源端。

引腳8：自舉端。

在使用集成功率放大器時，都要加接適當?shù)耐鈬娐贰?G37用作音頻功率放大時的外圍電路如圖8-38所示。圖8-38

5G37用作音頻功率放大時的外圍電路

8.7場效應半導體三極管及其放大電路

8.7.1場效應半導體三極管的分類

1.絕緣柵場效應三極管

絕緣柵場效應晶體管按其結構不同分為N溝道和P溝道兩類，每種又有增強型和耗盡型兩類。下面簡單介紹它們的工作原理。

圖8-39是N溝道增強型絕緣柵場效應管示意圖。

在一塊摻雜濃度較低的P型硅襯底上，用光刻、擴散工藝制作兩個高摻雜濃度的N+區(qū)，并用金屬鋁引出兩個電極，稱做漏極D和源極S，如圖8-39(a)所示。然后在半導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一個鋁電極，稱做柵極G。另外，在襯底上也引出一個電極B，這樣就構成了一個N溝道增強型MOS管。它的柵極與其他電極間是絕緣的。圖8-39(b)是它的符號。圖中，其箭頭方向表示由P(襯底)指向N(溝道)。圖8-39

N溝道增強型絕緣柵場效應管場效應管的源極和襯底通常是接在一起的(大多數(shù)場效應管在出廠前已連接好)。由圖8-40(a)可以看出，漏極D和源極S之間被P型襯底隔開，則漏極D和源極S之間是兩個背靠背的PN結。當柵-源電壓UGS=0時，即使加上漏-源電壓UDS，不論UDS的極性如何，總有一個PN結處于反偏狀態(tài)，漏-源極間沒有導電溝道，所以這時漏極電流ID≈0。圖8-40

N溝道增強型場效應管的溝道形成圖若在柵-源極間加上正向電壓，即UGS＞0，則柵極和襯底之間的SiO2絕緣層中便產(chǎn)生一個垂直于半導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，因而使柵極附近的P型襯底中的空穴被排斥，剩下不能移動的受主離子(負離子)，形成耗盡層，同時P襯底中的電子(少子)被吸引到襯底表面。當UGS數(shù)值較小，吸引電子的能力不強時，

漏-源極之間仍無導電溝道出現(xiàn)，如圖8-40(b)所示。當UGS增加時，吸引到P襯底表面層的電子增多。當UGS達到某一數(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N+區(qū)相連通，在漏-源極間形成N型導電溝道，其導電類型與P襯底相反，故又稱為反型層，如圖

8-40(c)所示。UGS越大，作用于半導體表面的電場就越強，吸引到P襯底表面的電子就越多，導電溝道越厚，溝道電阻越小。我們把開始形成溝道時的柵-源極電壓稱為開啟電壓，用UT

表示。由上述分析可知，N溝道增強型場效應管在UGS＜UT時，不能形成導電溝道，場效應管處于截止狀態(tài)。只有當UGS≥UT時，才有溝道形成，此時在漏-源極間加上正向電壓UDS，才有漏極電流ID產(chǎn)生，而且隨著UGS增大，溝道變厚，溝道電阻減小，ID增大。這是N溝道增強型場效應管的柵極電壓控制的作用，因此，場效應管通常也稱為壓控三極管。

N溝道增強型場效應管的輸出特性曲線和轉移特性曲線如圖8-41和圖8-42所示。圖8-41

N溝道增強型場效應管的輸出特性曲線圖8-42

N溝道增強型場效應管的轉移特性曲線

2．耗盡型絕緣柵場效應管

從結構上看，N溝道耗盡型場效應管與N溝道增強型場效應管基本相似，其區(qū)別僅在于當柵-源極間電壓UGS=0時，耗盡型場效應管中的漏-源極間已有導電溝道產(chǎn)生，而增強型MOS管要在UGS≥UT時才出現(xiàn)導電溝道。其原因是：制造N溝道耗盡型場效應管時，在SiO2絕緣層中摻入了大量的堿金屬正離子Na+或K+(制造P溝道耗盡型場效應管時摻入負離子)，如圖8-43(a)所示，因此即使UGS=0，在這些正離子產(chǎn)生的電場作用下，漏-源極間的P型襯底表面也能感應生成N溝道(稱為初始溝道)，只要加上正向電壓UDS，就有電流ID。

圖8-43

N溝道耗盡型場效應管如果加上正的UGS，則柵極與N溝道間的電場將在溝道中吸引來更多的電子，溝道加寬，溝道電阻變小，ID增大；反之，當UGS為負時，溝道中感應的電子減少，溝道變窄，溝道電阻變大，ID減小。當UGS負向增加到某一數(shù)值時，導電溝道消失，ID趨于零，該管截止，故稱為耗盡型。溝道消失時的柵-源電壓稱為夾斷電壓，用UP表示，為負值。在UGS=0、UGS>0、UP<UGS<0的情況下，均能實現(xiàn)對ID的控制，而且仍能保持柵-源極間有很大的絕緣電阻，使柵極電流下均能實現(xiàn)對ID的控制，而且仍能保持柵-源極間有很大的絕緣電阻，使柵極電流為零。這是耗盡型場效應管的一個重要特點。圖8-43(b)是N溝道耗盡型場效應管的符號。圖8-44是N溝道耗盡型場效應管的輸出特性曲線，圖8-45是N溝道耗盡型場效應管的轉移特性曲線。實驗表明，耗盡型場效應管的轉移特性可近似表示為

(8-42)

式中，IDSS為飽和漏電流。圖8-44

N溝道耗盡型場效應管的輸出特性曲線圖8-45

N溝道耗盡型場效應管的轉移特性曲線以上介紹了N溝道絕緣柵場效應增強型管和耗盡型管，實際上P溝道也有增強型和耗盡型，其符號如圖8-46所示。圖8-46

P溝道絕緣柵場效應晶體管關于場效應管的各種參數(shù)及特性見相關資料。

絕緣柵場效應管還有一個表示放大能力的參數(shù)，即跨導，用符號gm表示?？鐚m是當漏-源電壓UDS為常數(shù)時，漏極電流的增量ΔID對引起這一變化的柵-源電壓ΔUGS的比值，即

(8-43)

跨導是衡量場效應晶體管柵-源電壓對漏極電流控制能力的一個重要參數(shù)，它的單位是μA/V或mA/V。8.7.2場效應三極管放大電路

1．自偏壓偏置電路

圖8-47所示的電路是一個自偏壓偏置電路。圖中，源極電流IS(等于ID)流經(jīng)源極電阻RS，在RS上產(chǎn)生電壓降RSIS。顯然，UGS=－RSIS=－RSID，它是自給偏壓。

RS為源極電阻，靜態(tài)工作點受它控制，其阻值約為幾千歐。

CS為源極電阻上的交流旁路電容，其容量約為幾十微法。

RG為柵極電阻，用以構成柵、源極間的直流通路，RG

的值不能太小，否則影響放大電路的輸入電阻，其阻值約

為200kΩ～10MΩ。

RD為漏極電阻，它使放大電路具有電壓放大功能，其阻值約為幾十千歐。

C1、C2分別為輸入電路和輸出電路的耦合電容，其容量約為0.01～0.047μF。圖8-47耗盡型絕緣柵場效應管的自偏壓偏置電路

2．分壓式偏置電路

圖8-48所示為分壓式偏置電路。圖中，RG1和RG2為分壓電阻。

柵-源電壓為(電阻RG中并無電流通過)

(8-44)

式中，UG為柵極電位。對N溝道耗盡型場效應管，UGS為負值，所以RSID＞UG；對N溝道增強型場效應管，UGS為正值，所以RSID＜UG。圖8-48分壓式偏置電路當有信號輸入時，我們對放大電路進行動態(tài)分析，主要是分析它的電壓放大倍數(shù)及輸入電阻與輸出電阻。圖8-49是圖8-48所示的分壓式偏置放大電路的交流通路。設輸入信號為正弦量。圖8-49分壓式偏置放大電路的交流通路在圖8-48所示的分壓式偏置電路中，假如RG=0，則放大電路的輸入電阻為

ri=RG1∥RG2∥rGS≈RG1∥RG2

因為場效晶體管的輸入電阻rGS是很高的，比RG1或RG2都高得多，所以三者并聯(lián)后可將rGS略去。顯然，RG1和RG2的接入使放大電路的輸入電阻降低了。因此，通常在分壓點和柵極之間接入一個阻值較高的電阻RG，這樣就大大提高了放大電路的輸入電阻。因此，輸入電阻為

ri=RG+(RG1∥RG2)

(8-45)

RG的接入對電壓放大倍數(shù)并無影響。在靜態(tài)時，RG中無電流通過，因此也不影響靜態(tài)工作點。

由于場效應晶體管的輸出特性具有恒流特性(由輸出特性曲線可見)，又因

故其輸出電阻是很高的。在共源極放大電路中，漏極電阻RD和場效應管的輸出電阻rDS是并聯(lián)的，所以當rDS>>RD時，放大電路的輸出電阻為

ro≈RD(8-46)

這點和晶體管共發(fā)射極放大電路是類似的。輸出電壓為

(8-47)

式中，

電壓放大倍數(shù)為

(8-48)

式中的負號表示輸出電壓和輸入電壓反相。

【例8-6】在圖8-48所示的放大電路中,已知UDD=20V,RD=10kΩ，RS=10kΩ,RG1=200kΩ,RG2=51Kω,RG=1MΩ,RL=10kΩ。場效應管的參數(shù)為IDSS=0.9mA，UP=－4V，gm=1.5。試求：

(1)靜態(tài)值；

(2)電壓放大倍數(shù)。

解

(1)由電路圖可知:

并可列出

UGS=UG－RSID=4－10×103ID在UP≤UGS≤0范圍內(nèi)，耗盡型場效晶體管的轉移特性可近似用下式表示:

聯(lián)立上列兩式可得

解之得

ID=0.5mA,

UGS=－1V并由此得

(2)電壓放大倍數(shù)為

式中，RL′=RD∥RL。小結

一、基本要求

1.理解三極管的基本結構、工作原理和主要特性曲線，理解其主要參數(shù)的意義，理解晶體管的電流分配和放大作用。

2.理解共發(fā)射極基本放大電路的基本結構和工作原理，掌握靜態(tài)工作點的估算，掌握微變等效電路的分析方法，了解輸入電阻、輸出電阻的概念，掌握射極輸出器的特點。

3.了解基本的互補對稱功率放大電路。

4.了解共源極放大電路的工作原理。

二、內(nèi)容提要

1．三極管是具有放大作用的半導體器件，根據(jù)結構及工作原理的不同可分為雙極型三極管和單極型三極管。雙極型三極管(簡稱BJT)又稱晶體三極管，它工作時有空穴和自由電子兩種載流子參與導電；單極型三極管又稱場效應管(簡稱FET)，工作時只有一種載流子(多數(shù)載流子)參與導電。

2．晶體三極管是由兩個PN結組成的有源三端器件，分為NPN和PNP兩種類型，根據(jù)材料不同有硅管和鍺管之分。晶體三極管中三個電極電流之間的關系為：iC＝βiB＋ICBO≈βiB，iE=iC+iB。其中，iC、iB、iE分別為集電極、基極、發(fā)射極電流；ICEO為穿透電流；β為共發(fā)射極電流放大系數(shù)，是晶體三極管的基本參數(shù)。

3．晶體三極管因偏置條件不同，有放大、截止、飽和三種工作狀態(tài)。

放大狀態(tài)的偏置條件為：發(fā)射結正偏，集電結反偏。其工作特點為：iC＝βiB，即iC具有恒流特性，三極管具有線性放大作用。截止狀態(tài)的偏置條件為：發(fā)射結零偏或反偏，集電結反偏。其工作特點為：iB≈0，iC≈0。飽和狀態(tài)的偏置條件為:發(fā)射結正偏，集電結正偏。其工作特點為：uCE＜uBE，iC<βiB，iC不受iB控制，而隨uCE增大迅速增大。

4．使用晶體三極管時應注意管子的極限參數(shù)ICM、PCM和U(BR)CEO，以防止三極管損壞或性能變差，同時還要注意溫度對三極管特性的影響，ICEO越小的管子，其穩(wěn)定性就越好。由于硅管的溫度穩(wěn)定性比鍺管好得多，所以，目前電路中一般都采用硅管。

5．在三極管電路中，只研究直流電源作用下，電路中各直流量大小的分析稱為直流分析(也稱為靜態(tài)分析)，由此而確定的各極直流電壓和電流稱為靜態(tài)工作點參數(shù)。當外電路接入交流信號后，為了確定疊