按照现代的**工艺来说，根据不同的掺杂方式在同一个硅片上**出三个掺杂区域，并形成两个PN结，由此就构成了一个晶体管。
晶体管最大的优点就是能够放大信号，它是放大电路的核心元件，能够控制能量的转换，将输入的任何微小变化量不失真地进行放大输出。
以下是我们在电路设计中使用三极管时需要注意的几个问题，还是老样子
（1）需注意旁路电容对电压增益的影响：
这个电路在国内各种模拟电路教材书上是司空见惯的了，也算比较经典的了。由于这个旁路电容的存在，在不同频率环境中会有不同的情况发生：
a、当输入信号频率足够高时，XC将接近于零，即射极对地短路，此时共射的电压增益为：
b、当输入信号频率比较低时，XC将远大于零，即相当于开路，此时共射的电压增益为：
由此可以看出，在使用三极管设计电路时需要掂量旁路电容对电压增益带来的影响。
（2）需注意三极管内部的结电容的影响：
由于半导体**工艺的原因，三极管内部不可避免地会有一定容值的结电容存在，当输入信号频率达到一定程度时，它们会使得三极管的放大作用&大打折扣&，更糟糕的是，它还会因此引起额外的相位差。
a、由于Cbe的存在，输入信号源的内阻RS和XCbe形成了一个鲜为人知的分压器，也可以看成是一个LPF，当输入信号的频率过高时，三极管基极的电位就会有所下降，此时电压增益就随之减小。
b、由于Cbc的存在，当输入信号的频率过高时，Vout的一部分会经过Cbc反馈到基极，又因为此反馈信号和输入信号有180&的相位差，所以，这样也会降低基极的电位，电压增益也由此下降。
（3）需明确把握三极管的截止频率：
这个电路图是一个等效过后的图，其中CL是集电极到发射极、集电极到基极之间的结电容以及负载电容的等效电容。当输入信号的频率达到
时，三极管的增益开始迅速下降。为了很好地解决这个问题，就得花心思把CL尽量减小，由此，fH就可以更高一些。首先我们可以在设计电路时特意选择那种极间电容值较小的三极管，也就是通常所说的RF晶体管；我们也可以减小RL的取值，但是这样的话得付出代价：电压增益将下降。
（4）三极管作为开关时需注意它的可靠性：
如同二极管那样，三极管的发射结也会有0.7V左右的开启电压，在三极管用作开关时，输入信号可能在低电平时（0.7V&Vin&2.4V）也会导致三极管导通，使得三极管的集电极输出为低电平，这样的情况在电路设计中是应该秒杀的。下图是解决这个问题的一个办法：
在这里，由于在基极人为接入了一个负电源VEE，这样即使输入信号的低电平稍稍大于零，也能够使得三极管的基极为负电位，从而使得三极管可靠地截止，集电极就将输出为我们所希望的高电平。
（5）需要接受一个事实：三极管的开关速度一般不尽人意。
由前所述得知，器件内部结电容的存在极大地限制了三极管的开关速度，但是我们还是可以想出一些办法有效地改善一下它的不足的，下图就提供了一个切实可行的方法：
从图中可以看出，当输入信号的上升时间很小（信号频率很高）时，即dV/dt很大，则ZC很小，结果Ib非常大，以致三极管可以迅速地饱和或者截止，这自然也就提高了三极管的开关速度。
（6）应该明白射极跟随器的原理：
射极跟随器的一个最大好处就是它的输入阻抗很高，因而带负载能力也就加强了。但是在运用过程中还是得明白它的原理才行，否则可能会造成意外的&问题源&。下面介绍一下它的原理，对于这个电路而言，有如下方程式：
由此可以看出，连接在发射极的负载阻抗在基极看起来就像一个非常大的阻抗值，负载也就容易被信号源所驱动了。
这篇博文中主要是以共射电路为例来说明问题，以上所说的几个问题只能当是&管中窥豹&了，因为三极管的使用注意事项实在太多，并非一篇博文能够涵盖得了的， 况且要好好把握三极管这个器件也并非易事，但是如果我们在实践中有意识地不断去体会、不断去总结的话，三极管也将会为我们所熟用的。
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电子学基础知识
电子学基础知识一． 基本要求 半导体二极管及其基本电路? ? ?正确理解：PN 结的形成及单向导电性 熟练掌握：普通二极管、稳压二极管的外特性及主要参数 能够查阅电子器件相关手册难点重点 1．ＰＮ结的形成 （1）当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起时，由于交界面处存在载流子浓度的差异，这样电子和空穴都要从浓度高的地方 向浓度低的地方扩散。但是，电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使Ｐ区和Ｎ区中原来的电中性条件破坏了。Ｐ区一侧因 失去空穴而留下不能移动的负离子， Ｎ区一侧因失去电子而留下不能移动的正离子。 这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷， 它们集中在Ｐ区和Ｎ区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是我们所说的ＰＮ结。图（1）浓度差使载流子发生扩散运动 （2）在这个区域内，多数载流子已扩散到对方并复合掉了，或者说消耗殆尽了，因此，空间电荷区又称为耗尽层。 （3）Ｐ区一侧呈现负电荷，Ｎ区一侧呈现正电荷，因此空间电荷区出现了方向由Ｎ区指向Ｐ区的电场，由于这个电场是载流 子扩散运动形成的，而不是外加电压形成的，故称为内电场。图（2）内电场形成 （4）内电场是由多子的扩散运动引起的，伴随着它的建立将带来两种影响：一是内电场将阻碍多子的扩散，二是 P 区和 N 区的少子一旦靠近 PN 结，便在内电场的作用下漂移到对方，使空间电荷区变窄。 （5）因此，扩散运动使空间电荷区加宽，内电场增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散；而漂移运动使空间电荷区变 窄，内电场减弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移。当扩散运动和漂移运动达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即ＰＮ结处于动态平衡。2．ＰＮ结的单向导电性 （1）外加正向电压（正偏） 在外电场作用下，多子将向ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变窄，内电场被削弱，有利于多子的扩散而不利于少子的漂移， 扩散运动起主要作用。结果，Ｐ区的多子空穴将源源不断的流向Ｎ区，而Ｎ区的多子自由电子亦不断流向Ｐ区，这两股载流子的 流动就形成了ＰＮ结的正向电流。 观看动画（动画源文件下载） （2）外加反向电压（反偏） 在外电场作用下，多子将背离ＰＮ结移动，结果使空间电荷区变宽，内电场被增强，有利于少子的漂移而不利于多子的扩散， 漂移运动起主要作用。漂移运动产生的漂移电流的方向与正向电流相反，称为反向电流。因少子浓度很低，反向电流远小于正向 电流。 当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流。3.二极管的基本应用电路 （1）限幅电路---利用二极管的单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点组成。（2）箝位电路---将输出电压箝位在一定数值上。注：黑色---输入信号，蓝色---输出信号，波形为用ＥＷＢ仿真结果。 三、半导体三极管及放大电路 基本要求? ? ?熟练掌握：放大电路的组成原则；共射、共集和共基组态放大电路工作原理；静态工作点；用小信号模型分析法分析增 益、输入电阻和输出电阻；多级放大电路的工作原理，增益的计算 正确理解：图解分析法；放大电路的频率响应 一般了解：频率失真2.1 半导体的基本知识1．半导体的导电性能介于导体和绝缘体之间，半导体具有光敏、热敏和掺杂特性。 2．本征半导体 （1）在 0K 时，本征半导体中没有载流子，呈绝缘体特性。 （2）温度升高→热激发→共价键中价电子进入导带→自由电子+空穴。 （3）两种载流子：导带中的自由电子，电荷极性为负；价带中挣脱共价键束缚的价电子所剩下的空穴，电荷极性为正。 （4）热激发条件下，只有少数价电子挣脱共价键的束缚，进入导带形成电子空穴对，所以本征半导体导电率很低。 3．杂质半导体 （1）两种杂质半导体：Ｎ型---掺入微量五价元素；Ｐ型---掺入微量三价元素。 （2）两种浓度不等的载流子：多子---由掺杂形成，少子---由热激发产生。 （3）一般情况下，只要掺入极少量的杂质，所增加的多子浓度就会远大于室温条件下所产生的载流子浓度。所以，杂质半导体的 导电率高。 （4）杂质半导体呈电中性。 4．半导体中载流子的运动方式 （1）漂移运动---载流子在外加电场作用下的定向移动。 （2）扩散运动---因浓度梯度引起载流子的定向运动。 2.2ＰＮ结的形成及特性 1．ＰＮ结的形成 当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在一起的时侯，由于交界面处存在载流子浓度的差异→多子扩散→产生空间电荷区和内电场 →内电场阻碍多子扩散，有利少子漂移 当扩散和漂移达到动态平衡时，交界面形成稳定的空间电荷区，即ＰＮ结。 2．ＰＮ结的单向导电性 外加正向电压→多子向ＰＮ结移动，空间电荷区变窄，内电场减弱→扩散运动大于漂移运动→正向电流。 外加反向电压→多子背离ＰＮ结移动，空间电荷区变宽，内电场增强→漂移运动大于扩散运动→反向电流。 当温度一定时，少子浓度一定，反向电流几乎不随外加电压而变化，故称为反向饱和电流。 2.3 半导体二极管 1．半导体二极管按其结构的不同可分为点接触型、面接触型和平面型这样几类。 2．伏安特性 它可划分为三个部分： （1）正向特性(外加正向电压) 当正向电压超过某一数值后，二极管才有明显的正向电流，该电压值称为导通电压，用 Ｖth 表示。 在室温下，硅管的Ｖth 约为 0.5V，锗管的Ｖth 约为 0.1V。当流过二极管的电流Ｉ比较 大时，二极管两端的电压几乎维持恒定，硅管约为 0.6～0.8Ｖ（通常取 0.7Ｖ），锗管约为 0.2～0.3V（通常取 0.2Ｖ）。 （2）反向特性(外加反向电压) 在反向电压小于反向击穿电压的范围内，由少数载流子形成的反向电流很小，而且与反向电压的大小基本无关。由二极管的正向与反向特性可直观的看出：①二极管是非线性器件；②二极管具有单向导电性。 （3）反向击穿特性 当反向电压增加到某一数值ＶBR 时，反向电流急剧增大，这种现象叫做二极管的反向击穿。 3．电容效应：势垒电容与扩散电容 4．主要参数 器件的参数是其特性的定量描述，是我们正确使用和合理选择器件的依据。 （1）正向---最大整流电流ＩF （2）反向---反向击穿电压ＶBR2.4 二极管应用电路 1．分析方法： 二极管是一种非线性器件，因而由二极管构成的电路一般要采用非线性电路的分析方法。 （1）图解分析法 其步骤为：①把电路分为线性和非线性两部分；②在同一坐标上分别画出非线性部分的伏安特性和线性部分的特性曲线；③ 由两条特性曲线的交点求电路的Ｖ和Ｉ。 （2）模型分析法（非线性器件线性化处理） ①理想二极管模型---正向导通时，压降为 0；反向截止时，电流为 0。 ②恒压降模型---当二极管工作电流较大时，其两端电压为常数（通常硅管取 0.7V，锗管取 0.2V）。 ③交流小信号模型--若电路中除有直流电源外，还有交流小信号，则对电路进行交流分析时，二极管可等效 为交流电阻 rd=26mV/IDQ 2．二极管应用电路 （1）限幅电路---利用二极管单向导电性和导通后两端电压基本不变的特点组成，将信号限定在某一范围中 变化，分为单限幅和双限幅电路。多用于信号处理电路中。 （2）箝位电路---将输出电压箝位在一定数值上。 （3）开关电路---利用二极管单向导电性以接通和断开电路，广泛用于数字电路中。 （4）整流电路---利用二极管单向导电性，将交流信号变为直流信号，广泛用于直流稳压电源中。 （5）低电压稳压电路---利用二极管导通后两端电压基本不变的特点，采用几只二极管串联，获得 3V 以下输 出电压 2.5 特殊二极管 1．稳压二极管 （1）工作原理 稳压管是一种特殊的二极管，它利用ＰＮ结反向击穿后特性陡直的特点，在电路中起稳压作用。稳压管工作在反向击穿状态。 （2）主要参数：稳定电压Ｖz、稳定电流Ｉz、最大工作电流ＩzM 和最大耗散功率ＰzM (IDQ 为静态电流）2．发光二极管 发光二极管是一种将电能转化为光能的特殊二极管。 发光二极管简写成了ＬＥＤ，其基本结构是一个ＰＮ结，它的特性曲线与普通二极管类似，但正向导通电压 一般为 1～2Ｖ，正向工作电流一般为几～几十毫安。 3．光电二极管 光电二极管又叫光敏二极管，是一种将光信号转换为电信号的特殊二极管。 4．变容二极管 利用二极管结电容随反向电压的增加而减少的特性制成的电容效应显著的二极管。多于高频技术中。 例 1．求图所示电路的静态工作点电压和电流。解：（1）图解分析法 首先把电路分为线性和非线性两部分，然后分别列出它们的端特性方程。在线性部分，其端特性方程为 Ｖ＝Ｖ1－ＩＲ 将相应的负载线画在二极管的伏安特性曲线上，如图所示，其交点便是所求的（ＩQ，ＶQ）。 （2）模型分析法 ①理想二极管模型 Ｖ＝0，Ｉ＝Ｖ1／Ｒ ②恒压降模型 设为硅管，Ｖ＝0.7V，Ｉ＝（Ｖ1－Ｖ）／Ｒ 例 2．如何用万用表的“欧姆”档来判别一只二极管的正、负极？ 分析 ： 指针型万用表的黑笔内接直流电源的正端， 而红笔接负端。 利用二极管的单向导电性， 其正向导通电阻一般在几百欧～ 几千欧，而反向偏置电阻一般在几百千欧以上。 测量时，利用万用表的“R×100”和“R×1K”档，若两个数值比值在 100 以上，认为二极管正常，否则认为二极管的单向导 电性已损坏。 例 3．图所示电路中，设Ｄ为理想二极管，试画出其传输特性曲线（Ｖo～Ｖi）。解：（1）ｖi&0，二极管Ｄ1、Ｄ2 均截止，ｖo=2.5V。 （2）ｖi&0 当 0&ｖi&2.5V 时，二极管Ｄ1、Ｄ2 均截止，ｖo=2.5V； 当ｖi&2.5V 时，Ｄ1 导通，假设此时Ｄ2 尚未导通，则ｖo=(2/3)．(vi-2.5)+2.5V； 令ｖo=10V，则ｖi=13.75V，可见当ｖi&13.25V 时，Ｄ1、Ｄ2 均导通，此时ｖo=10V。传输特性曲线略。例 4．试判断图中二极管是导通还是截止？并求出 AO 两端电压ＶA0。设二极管为理想的。解： 分析方法 ：（1）将 D1、D2 从电路中断开，分别出 D1、D2 两端的电压； （2）根据二极管的单向导电性，二极管承受正向电压则导通，反之则截止。若两管都承受正向电压，则正向电压大的管子优先导 通，然后再按以上方法分析其它管子的工作情况。 本题中：Ｖ12=12V，Ｖ34=12+4=16V，所以 D2 优先导通，此时，Ｖ12=-4V，所以 D1 管子截止。ＶA0 = -4V。 例 5．两个稳压管的稳压值ＶZ1=5V，ＶZ2=7V，它们的正向导通压降均为 0.6V，电路在以下二种接法时，输出电压Ｖo 为多少？ 若电路输入为正弦信号ＶI=20sinω t（V），画出图（a）输出电压的波形。解：图（a）中 D1、D2 都承受反向偏压，所以输出电压Ｖo=ＶZ1+ＶZ2=5V+7V=12V 若输入正弦信号ＶI=20sinω t（V）： 在输入信号正半周， 若 ＶI&12V 稳压管处于反向截止状态，Ｖo=ＶI；若 ＶI ≥12V 稳压管处于反向击穿状态，Ｖo=12V。 在输入信号负半周， 若ＶI& -1.2V 稳压管处于截止状态，Ｖo=ＶI；若 ＶI ≤-1.2V 稳压管处于正向导通状态，Ｖo=-1.2V。 图（b）中 D1 承受正向电压、D2 承受反向偏压，所以输出电压Ｖo=0.6V+7V=12.6V 。 1、ＰＮ结外加正向电压时，扩散电流_______漂移电流，耗尽层_______。 （答案与提示） 2、（1）在图所示的电路中，当电源 V=5V 时，测得 I=1mA。若把电源电压调整到 V=10V，则电流的大小将是_____。A.I=2mAB.I&2mAC.I&2mA（答案与提示） （2）设电路中保持 V=5V 不变。当温度为 20 摄氏度时，测得二极管正向电压ＶP=0.7V。当温度上升到 40 摄氏度时，则ＶP 的大 小是______。 A.仍等于 0.7V （答案与提示） B.大于 0.7 C.小于 0.7V3、图中 D1-D3 为理想二极管，A，B，C 灯都相同，试问哪个灯最亮？（答案与提示） 4、设硅稳压管 Dz1 和 Dz2 的稳定电压分别为 5V 和 10V，求图中电路的输出电压 Uo。已知稳压管的正向压降为 0.7V。（答案与提示） 5、 图所示的电路中， 和 Dz2 为稳压二极管， Dz1 其稳定工作电压分别为 6V 和 7V， 且具有理想的特性。 由此可知输出电压 Uo 为_______。（答案与提示） 6、图所示电路，设 Ui=sinω t(V)，V=2V，二极管具有理想特性，则输出电压 Uo 的波形应为图示_______图。（答案与提示） 7、判断图所示电路中各二极管是否导通,并求 A,B 两端的电压值。设二极管正向压降为 0.7V。（答案与提示） 8、 二极管最主要的特性是____________， 它的两个主要参数是反映正向特性的____________和反映反向特性的____________。 （答 案） 9、用一只万用表不同的欧姆档测得某个二极管的电阻分别为 250Ω 和 1.8KΩ （1）产生这种现象的原因是_______________________________________________。 （2）两个电阻值对应的二极管偏置条件是：250Ω 为_______偏，1.8KΩ 为_______偏。 （答案与提示） 10、图所示电路中，D 为理想二极管，设 Vi=15sinω t（V），试画出输出电压 Vo 的波形。（答案） 难点重点 1．半导体三极管内部载流子的传输过程（1）发射区向基区注入电子 由于发射结外加正向电压，发射结的内电场被削弱，有利于该结两边半导体中多子的扩散。流过发射极的电流由两部分组成： 一是发射区中的多子自由电子通过发射结注入到基区，成为集区中的非平衡少子而形成的电子电流ＩEN，二是基区中的多子空穴 通过发射结注入到发射区， 成为发射区的非平衡少子而形成的空穴电流ＩEP。 由于基区中空穴的浓度远低于发射区中电子的浓度，因此，与电子电流相比，空穴的电流是很小的，即 ＩE=ＩEN+ＩEP（而ＩEN&&ＩEP） （2）非平衡载流子在基区内的扩散与复合 由发射区注入基区的电子，使基区内少子的浓度发生了变化，即靠近发射结的区域内少子浓度最高，以后逐渐降低，因而形 成了一定的浓度梯度。于是，由发射区来的电子将在基区内源源不断地向集电结扩散。另一方面，由于基区很薄，且掺杂浓度很 低，因而在扩散过程中，只有很少的一部分会与基区中的多子（空穴）相复合，大部分将到达集电结。 （3）集电区收集载流子 由于集电结外加反向电压，集电结的内电场被加强，有利于该结两边少子的漂移。流过集电极的电流ＩC，除了包括由基区中 的热平衡少子电子通过集电结形成的电子电流ＩCN2 和集电区中的热平衡少子空穴通过集电结形成的空穴电流ＩCP 所组成的反向 饱和电流ＩCBO 以外，还包括由发射区注入到基区的非平衡少子自由电子在基区通过边扩散、边复合到达集电结边界，而后由集 电结耗尽层内的电场将它们漂移到集电区所形成的正向电子传输电流ＩCN1，因此 ＩC=ＩCN1+ＩCN2+ＩCP=ＩCN1+ＩCBO 式中ＩCBO＝ＩCN2+ＩCP 基极电流由以下几部分组成：通过发射结的空穴电流ＩEP，通过集电结的反向饱和电流ＩCBO 以及ＩEN 转化为ＩCN1 过程中 在基区的复合电流（ＩEN-ＩCN1），即 ＩB=ＩEP+（ＩEN-ＩCN1）-ＩCBO 3.1 半导体三极管 1．半导体三极管的结构 （1）半导体三极管从结构上可分为 NPN 型和 PNP 型两大类，它们均由三个掺杂区和两个背靠背的 PN 结构成，但两类三极管的电 压极性和电流方向相反。 （2）三个电极：基极 b、集电极 c、和发射极 e。从后面工作原理的介绍中可以看到，发射极和集电极的命名是因为它们要分 别发射与接收载流子。 （3）内部结构特点：发射区的掺杂浓度远大于集电区的掺杂浓度；基区很薄，且掺杂浓度最低。 （4）三个区作用：发射区发射载流子、基区传输和控制载流子、集电区收集载流子。 2．电流的分配和控制作用 （1）条件 内部条件：三极管的结构。外部条件：发射结正偏、集电结反偏。 对 NPN 型：Ｖc& ＶB& 对 PNP 型：Ｖc& ＶB& （3）电流分配关系 在众多的载流子流中间，仅有发射区的多子通过发射结注入、基区扩散和复合以及集电区收集三个环节，转化为正向受控作 用的载流子流 Ic，其它载流子流只能分别产生两个结的电流，属于寄生电流。 为了表示发射极电流转化为受控集电极电流 Ic 的能力，引入参数 α ，称为共基极电流传输系数。其定义为 α =Ｉc／ＩE 令 β ＝α ／（１－α ），称为共射极电流传输系数。 ＶE ＶE Si 管：ＶBE=0.7V Si 管：ＶBE=-0.7V Ge 管：ＶBE=0.2V Ge 管：ＶBE=-0.2V（2）内部载流子的传输过程（参阅难点重点）3．各极电流之间的关系ＩE＝Ｉc＋ＩB（1）共基接法 (ＩE 对Ｉc 的 控制作用) Ｉc＝α ＩE +ＩCBO ＩB＝（1-α ）ＩE -ＩCBO （2）共射接法 (ＩB 对Ｉc 的 控制作用) Ｉc＝β ＩB +ＩCEO ＩE＝（1+α ）ＩB +ＩCEO ＩCEO＝（1+β ）ＩCBO 4．共射极电路的特性曲线(以 NPN 型管为例) （1）输入特性曲线 ＩB=f(ＶBE，ＶCE ) 输入特性曲线是指当ＶCE 为某一常数时，ＩB 和 BE 之间的关系。 特点：ＶCE=0 的输入特性曲线和二极管的正向伏安特性曲线类似；随着ＶCE 增大，输入特性曲线右移；继续增大ＶCE，输 入特性曲线右移很少。 在工程上，常用ＶCE=1 时的输入特性曲线近似代替ＶCE&1V 时的输入特性曲线簇。 （2）输出特性曲线 输出特性曲线是指当ＩB 为某一常数时，ＩC 和ＶCE 之间的关系，可分为三个区： 截止区：发射结反偏，集电结反偏，发射区不能发射载流子，ＩB≈0，ＩC≈0。 放大区：发射结正偏，集电结反偏。其特点是：ＶBE≈0.7V(或 0.2V)，ＩB&0，ＩC 与ＩB 成线性关系,几乎与 ＶCE 无关。 饱和区：发射结正偏，集电结正偏，随着集电结反偏电压的逐渐减小（并转化为正向偏压），集电结的空间电荷 区变窄，内电场减弱，集电结收集载流子的能量降低，ＩC 不再随着ＩB 作线性变化，出现发射极发射有 余，而集电极收集不足现象。其特点是：ＶCE 很小，在估算小功率管时，对硅管可取 0.3V（锗 0.1V）。对 PNP 型管，由于电压和电流极性相反，所以特性在第三象限。 4．主要参数 电流放大倍数，集电极最大允许电流ＩCM，集电极耗散功率 PCM，反向击穿电压Ｖ（BR）CEO 等3.2 共射极放电电路 1．放大的原理和本质（以共发射极放大电路为例） 交流电压ｖi 通过电容Ｃ1 加到三极管的基极，从而使基极和发射极两端的电压发生了变化： 由ＶBE→ＶBE ＋ｖi，由于 PN 结的正向特性很陡，因此ｖBE 的微小变化就能引起ｉE 发生很大的变化： 由ＩE→ＩE+ △ＩE， 由于三级管内电流分配是一定的，因此ｉB 和ｉC 作相同的变化，其中ＩC→ＩC +△ＩC。 ｉC 流过电阻Ｒc，则Ｒc 上的电压也就发生变化： 由ＶRc→ＶRc +△ＶRc。 由于ｖCE=ＶCC-ｖRc，因此当电阻Ｒc 上的电压随输入信号变化时，ｖCE 也就随之变化，由ＶCE→ＶCE+△ＶCE，ｖCE 中的 变化部分经电容Ｃ2 传送到输出端成为输出电压ｖo。如果电路参数选择合适，我们就能得到比△ｖi 大得多的△ｖo。 所以，放大作用实质上是放大器件的控制作用，是一种小变化控制大变化。 2．放大电路的特点 交直流共存和非线性失真 3．放大电路的组成原则 正确的外加电压极性、合适的直流基础、通畅的交流信号传输路径 4．放大电路的两种工作状态 （1）静态：输入为 0，ＩB、ＩC、ＶCE 都是直流量。 （2）动态：输入不为 0，电路中电流和电压都是直流分量和交流分量的叠加。保证在直流基础上实现不失真放 大。 5．放大电路的分析步骤 （1）先进行静态分析：用放大电路的直流通路。 直流通路：直流信号的通路。放大电路中各电容开路即可得到。 （2）在静态分析的基础上进行动态分析：用放大电路的交流通路。 交流通路：交流信号的通路。放大电路中各电容短接，直流电源交流短接即可得到。 3.3 图解分析法 1．静态分析 （1）先分析输入回路 首先把电路分为线性和非线性两部分，然后分别列出它们的端特性方程。在线性部分，其端特性方程为 ＶBE＝ＶCC－ＩB*ＲB 将相应的负载线画在三极管的输入特性曲线上，其交点便是所求的（ＩBQ，ＶBQ）。 （2）再分析输出回路 用同样的方法，可得到输出回路的负载线方程（直流负载方程）为 ＶCE＝ＶCC－ＩC*ＲC将相应的负载线（直流负载线，斜率为 1/Rc）画在三极管的输出特性曲线上，找到与ＩB=ＩBQ 相对应的输出特性曲线，其交点便 是所求的（ＩCQ，ＶCEQ）。 2．动态分析（参阅难点重点） 交流负载线：是放大电路有信号时工作点的轨迹，反映交、直共存情况。其特点为过静态工作点 Q、斜率为 1/（Rc//RL）。 3．放大电路的非线性失真及最大不失真输出电压 （1）饱和失真：静态工作点偏高，管子工作进入饱和区（NPN 管，输出波形削底；PNP 管，输出波形削顶） （2）截止失真：静态工作点偏低，管子工作进入截止区（NPN 管，输出波形削顶；PNP 管，输出波形削底）观看动画 （3）最大不失真输出电压 Vom 如图 Vom1=VCE-VCES 且因为 ICEO 趋于 0 ， Vom2=ＩCQ*（ＲC//ＲL）所以 Vom 为 Vom1 及 Vom2 中较小者，以保证输出波形不失真。 4．图解分析法的特点 图解分析法的最大特点是可以直观、全面地了解放大电路的工作情况，并能帮助我们理解电路参数对工作点的影响，并能大 致估算动态工作范围，另外还可帮助我们建立一些基本概念，如交直流共存、非线性失真等。 图解分析法实例（工作点移动对输出波形的影响），观看动画。 3.4 小信号模型分析法 指导思想：在一定条件下，把半导体三极管所构成的非线性电路转化为线性电路。 1．半导体三极管的小信号模型 （1）三极管小信号模型的引出，是把三级管作为一个线性有源双口网络，列出输入和输出回路电压和电流的关系，然后利用取全 微分或泰勒展开的方法得到Ｈ参数小信号模型。 （2）关于小信号模型的讨论： ①小信号模型中的各参数，如ｒbe、β 均为微变量，其值与静态工作点的位置有关，并非常数。 ②受控电流源的大中、流向取决于ｉb ③小信号模型适用的对象是变化量，因此电路符号不允许出现反映直流量或瞬时总量的大下标符号。 2．用 H 参数小信号模型分析共射基本放大电路（1）画出小信号等效电路 方法：先画出放大电路的交流通路（电容及电源交流短接），然后将三极管用小信号模型代替。 （2）求电压放大倍数 （3）求输入电阻 （4）求输出电阻 以下给出了一共射基本放大电路的分析过程，观看动画。 3.5 放大电路的工作点稳定问题 偏置电路：一是提供放大电路所需的合适的静态工作点；二是在环境温度、电源电压等外界因素变化时，保持静态工作点的稳定。 1．温度对放大电路静态工作点的影响 Ｔ↑→VBE↓、β ↑、ＩCBO↑→ＩC↑ 静态工作点变化，可能导致放大电路输出波形失真。 2．稳定静态工作点方法：在放大电路中引电流负反馈（常用射极偏置电路）、采用补偿法。 3．射极偏置电路 稳定静态工作点的过程：（1）利用Ｒb1 和Ｒb2 组成的分压器以固定基极电位；（2）利用Ｒe 产生的压降反馈到输入回路， 改变ＶBE，从而改变ＩC。 3.6 共射极电路、共集电极电路和共基极电路特点 1．共射极电路 共射极电路又称反相放大电路，其特点为电压增益大，输出电压与输入电压反相，低频性能差，适用于低频、和多级放大电 路的中间级。 2．共集电极电路 共集电极电路又称射极输出器、电压跟随器，其特点是：电压增益小于 1 而又近似等于 1，输出电压与输入电压同相，输入 电阻高，输出电阻低，常用于多级放大电路的输入级、输出级或缓冲级。 3．共基极电路 电路特点：输出电压与输入电压同相，输入电阻底，输出电阻高，常用于高频或宽频带电路。 3.7 放大电路的频率响应 1．频率响应的基本概念 （1）频率响应：放大电路对不同频率的稳态响应。 （2）频率失真：包括幅度失真和相位失真，均属于线性失真。 2．RC 低通电路的频率响应（1）幅频响应： （2）相频响应： ψ =-argtg(ｆ／ｆH)3．RC 高通电路的频率响应 RC 高通电路与 RC 低通电路成对偶关系。 4．波特图 为了能同时观察到低频和高频段幅频变化特性，在绘制幅频特性曲线时，通常横坐标和纵坐标均采用对数坐标形式，称之为 波特图。 5．放大电路存在频率响应的原因 放大电路存在容抗元件（例如外接的耦合电容、旁路电容和三极管的极间电容），使的放大电路对不同频率的输出不同。通 常外接电容可以等效为 RC 高通电路，因而影响下限频率，而三极管的极间电容可以等效为 RC 低通电路，因而影响上限频率。 2．放大电路的动态分析（图解法） 放大电路输入端接入输入信号 vi 后的工作状态，称为动态。在动态时，放大电路在输入信号 vi 和直流电源 Vcc 共同作用下 工作，这时候，电路中既有直流分量，又有交流分量，形成了交、直流共存于同一电路之中的情况，各极的电流和各极间的电压 都在静态值的基础上叠加一个随输入信号 vi 作相应变化的交流分量。 一般用放大电路的交流通路来分析放大电路中各个交流量的变化规律及动态性能。所谓交流通路是指交流电流流经的路径。 由放大电路画交流通路的原则是：（1）由于交流通路中只考虑交流信号的作用，直流电源 Vcc 内阻很小，将它作短路处理；（2） 由于耦合电容和旁路电容足够大，对交流量可视为短路。 注意，在交流通路中的电流、电压都是交流量。 对放大电路的动态分析，主要采用图解法和微变等效电路法。在这里，我们讨论图解法。 图解法的思路是先根据输入信号 vi 的的变化规律， 在输入特性曲线上画出 iB 的波形， 然后根据 iB 的变化规律在输出特性曲 线上画出 iC 和 vCE 的波形。 1）根据 vi 在输入特性曲线上求 iB 2）画出交流负载线 在动态时，放大电路输出回路的 iC 和 vCE，既要满足三极管的伏安特性曲线，又要满足外部电路的伏安关系。交流负载线是 有信号时放大电路工作点的轨迹，是交、直流共存的情况。 3）由输出特性曲线和交流负载线求 iC 和 vCE 由图解分析，可得出如下几个重要结论： 1）三极管各极间电压和各电极的电流都是由两个分量线性叠加而成的脉动量，其中一个是由直流电源 Vcc 引起的直流分量， 另一个是随输入信号 vi 而变化的交流分量。虽然这些电流电压的瞬时值是变化的，但它们的方向是始终不变的。 2） 当输入信号 vi 是正弦波时， 电路中各交流分量都是与输入信号 vi 同频率的正弦波， 其中 vbe、 ib、 与 vi 同相， vce、 ic 而 vo 与 vi 反相。输出电压与输入电压相位相反，这种现象称为“倒相”，是共射放大电路的一个重要特征。 3）输出电压 vo 和输入电压 vi 不但是同频率的正弦波，而且 vo 的幅度比 vi 的幅度大得多，这说明，vi 经过电路被线性放 大了。还可以看出，只有输出信号的交流分量才是反映输入信号变化的，所以我们说的放大作用，只能是输出的交流分量和输入 信号的关系，而绝对不能把直流分量也包含在内。图解分析法的特点：直观、形象，有助于建立一些重要概念，如交、直流共存，静态和动态。 例 1．半导体三极管为什么可以作为放大器件来使用，放大的原理是什么？试画出固定偏流式共发射极放大电路的电路图，并分 析放大过程。 答：放大的原理是利用小信号对大信号的控制作用，利用ｖBE 的微小变化可以导致ｉC 的大变化。固定偏流式共发射极放大电路 的放大过程，参阅“内容提要――第 2 页”。 例 2．电路如图所示，设半导体三极管的 β =80，试分析当开关 K 分别接通 A、B、C 三位置时，三级管各工作在输出特性曲线的 哪个区域，并求出相应的集电极电流 Ic。解：（1）当开关Ｋ置 A，在输入回路ＩB．Ｒb+ＶBE=Vcc，可得ＩB=Vcc/Ｒb=0.3mA 假设工作在放大区，则ＩC=β ．ＩB=24mA，ＶCE=Vcc-ＩC．Ｒe& 0.7V，故假设不成立，三级管工作在放大区。此时，ＶCE= ＶCES=0.3V，ＩC=Vcc/Ｒe=3mA （2）当开关Ｋ置 B，同样的方法可判断三级管工作在放大区，ＩC=β ．ＩB=1.92mA （3）当开关Ｋ置 C，三级管工作在截止状态，ＩC=0 例 3.某固定偏流放大电路中三极管的输出特性及交、直流负载线如图所示，试求： （1）电源电压ＶCC、静态电流ＩB、ＩC 和ＶCE。 （2）电阻 Rb、Rc 的值。 （3）输出电压的最大不失真幅度。 （4）要使该电路能不失真地放大，基极正弦电流的最大幅度是多少？解： （1）直流负载线与横坐标的交点即ＶCC 值,ＩB=20uA,Ｉc=1mA ＶCE=3V （2）因为是固定偏听偏流放大电路,电路如图所示Ｒb=ＶCC/ＩB=300KΩ Ｒc=(ＶCC-ＶCE)/ＩC=3KΩ（3）由交流负载线和输出特性的交点可知,在输入信号的正半周,输出电压ｖCE 从 3V 到 0.8V,变化范围为 2.2V，在输入信号的负 半周,输出电压ｖCE 从 3V 到 4.6V,变化范围为 1.6V。综合考虑，输出电压的最大不失真幅度为 1.6V。 （4）同样的方法可判断输出基极电流的最大幅值是 20μ A. 例 4.电路如图所示，已知三极管的 β =100，VBE=-0.7V （1）试计算该电路的 Q 点； （2）画出简化的 H 参数小信号等效电路； （3）求该电路的电压增益 AV，输入电阻 Ri,输出电阻 Ro。 （4）若 VO 中的交流成分出现如图所示的失真现象，问是截止失真还是饱和失真？为消除此失真，应调节电路中的哪个元件，如 何调整？解：(1)ＩB=ＶCC/Ｒb=40μ A ＶCE=-(ＶCC-ＩC.ＲC)=-4V (2)步骤：先分别从三极管的三个极（b、e、c）出发，根据电容和电源交流短接，画出放大电路的交流通路；再将三极管用小信 号模型替代；并将电路中电量用瞬时值或相量符号表示，即得到放大电路的小信号等效电路。 注意受控电流源的方向。（图略） (3)ｒbe=200+(1+β )26mA/ＩEQ =857Ω ＡV=-β (ＲC//ＲL)/ｒbe=-155.6 (4)因为ｖEB=-ｖi+ＶCb1=-ｖi+ＶEB 从输出波形可以看出，输出波形对应ｖs 正半周出现失真，也即对应ｖEB 减小部分出现失真，即为截止失真。减小Ｒb，提高静态 工作点，可消除此失真。 说明： 分析这类问题时，要抓住两点：（1）发生饱和失真或截止失真与发射结的电压有关（对于 NPN 型管子，为ｖBE；对于 PNP 型管子 为ｖEB），发射结电压过大（正半周），发生饱和失真；过小（负半周），发生截止失真。（2）利用放大电路交、直流共存的特 点，找出发射结电压与输入信号之间的关系。这里，要利用耦合电容两端的电压不变（因为为大电容，在输入信号变化的范围内， 其两端的电压认为近似不变），如上题式子中的ＶCb1=ＶEB。 例 5.电路如图所示为一两级直接耦合放大电路，已知两三极管的电流放大倍数均为 β ，输入电阻为ｒbe，电路参数如图，计算 放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解：本放大电路为一两级直接耦合放大电路，两极都是共集电极组态。计算其性能指标时，应注意级间的相互影响。 （1）求电压放大倍数 ＡV=ＶO/Ｖi画出放大电路的小信号等效电路。 ＡV1=ＶO1/Ｖi=（1+β ）（Re1//RL1）/[ｒbe+（1+β ）（Re1//RL1）] ＡV2=ＶO/ＶO1=（1+β ）（Re2//RL）/[ｒbe+（1+β ）（Re2//RL）] ＡV=ＶO/Ｖi=ＡV1*ＡV2 其中：RL1 为第一级放大电路的负载电阻，RL1=ｒbe+（1+β ）（Re2//RL） （2）输入电阻 Ri Ri=Ｖi/Ii=Rb1//[ｒbe+（1+β ）（Re1//RL1） （3）输出电阻 Ro Ro=Re2//[（ｒbe+Ro1）/（1+β ）] 其中：Ro1 为第一级放大电路的输出电阻，Ro1=Re1//[（ｒbe+（Rb1//Rs））/（1+β ）] 1、测得某 NPN 管得ＶBE＝0.7V，ＶCE＝0.2V，由此可判定它工作在_______区。 2、为保证 BJT 共发射极放大器不产生削波失真，并要求在 2K 得负载上有不小于 2V 得信号电压幅度，在选择静态工作点时，就应 保证|ＩCQ|≥_______，|ＶCEQ|≥_______。 （注：以上两题为 2000 年北京理工大学研究生入学考试“模拟与数字电路”考题） （答案） 7、在由 PNP 晶体管组成的基本共射放大电路中，当输入信号为 1KHz、5mV 的正弦电压时，输出电压波形出现了顶部削平的失真。 这种失真是____。 A.饱和失真 B.截止失真 C.交越失真 （答案与提示） 8、在如图所示的基本放大电路中，输出端接有负载电阻 RL，输入端加有正弦信号电压。若输出电压波形出现底部削平的饱和失 真，在不改变输入信号的条件下，减小 RL 的值，将出现什么现象？ D.频率失真A.可能使失真消失 （答案与提示）B.失真更加严重C. 可能出现波形两头都削平的失真。9、为了使一个电压信号能得到有效的放大，而且能向负载提供足够大的电流，应在这个信号源后面接入什么电路？ A.共射电路 （答案与提示） 10、在如图所示的放大电路中，设 Vcc=10V，Rb1=4KΩ ,Rb2=6KΩ ,Rc=2KΩ ,Re=3.3KΩ ,Rl=2KΩ 。电容 C1，C2 和 Ce 都足够大。若 更换晶体管使 β 由 50 改为 100，ｒbb'约为 0)，则此放大电路的电压放大倍数____。 B.共基电路 C.共集电路A.约为原来的 2 倍 （答案与提示）B.约为原来的 0.5 倍C.基本不变D.约为原来的 4 倍3、 在晶体管放大电路中测得三个晶体管的各个电极的电位如图所示。 试判断各晶体管的类型(是 PNP 管还是 NPN 管,是硅管还是锗 管),并区分 e、b、c 三个电极。（答案与提示） 4、用万用表直流电压档测得电路中晶体管各电极的对地电位，试判断这些晶体管分别处于那种工作状态（饱和、截止、放大、倒 置或已损坏）。（答案与提示）5、如下电路能否实现正常放大？（答案与提示） 6、某同学为验证基本共射放大电路电压放大倍数与静态工作点的关系，在线性放大条件下对同一个电路测了四组数据。找出其中 错误的一组。 A. Ic=0.5mA,Ui=10mV,Uo=0.37V C. Ic=1.5mA,Ui=10mV,Uo=0.96V （答案与提示） 11、对于如图所示电路，问关于放大倍数的计算，以下式子哪个正确？ B.Ic=1.0mA,Ui=10mV,Uo=0.62V D.Ic=2mA,Ui=10mV,Uo=0.45VA.-β ×[(Rc||RL)/(rbe+Re)] （答案与提示）B.-β [(Rc||RL)/rbe] C.-β ×[(Rc||RL)/(Rb1||Rb2||rbe)]12、设图所示的的放大电路处于正常放大状态，各电容都足够大。则该电路的输入电阻为____。A. Ri=Re||[rbe+(Rb1+ Rb2)]B. Ri=Re||rbeC. Ri=Re||{[rbe+(Rb1+ Rb2)] /(1+β )} D.Ri=Re||[rbe/(1+β )]（答案与提示） 13、一个放大电路的中频电压放大倍数 Ａvm=-10, ｆL=50Hz, ｆH=100KHz ，由图中Ｖi 的波形分别画出对应的Ｖo 波形。（提示） 14、电路如图所示(用(a)增大,(b)减小,(c)不变或基本不变填空) ①若将电路中 Ce 由 100μ F ,改为 10μ F,则|Avm|将_______,ｆL 将________,ｆH 将 ________ ,中频相移将 _________. ②若将一个 6800pF 的电容错焊到管子 b,c 两极之间,则|Avm|将______, ｆL 将_______, ｆH 将________ ③若换一个ｆT 较低的晶体管,则|Avm|将_______,ｆL 将_______,ｆH 将_______.（答案与提示） 15、 一个放大电路的对数幅频特性如图所示.由图可知,中频放大倍数|Avm|=_______, ｆL 为_______,ｆH 为________,当信号频率 为ｆL 或ｆH 时,实际的电压增益为 ________.（答案与提示） 16、已知一放大电路对数幅频特性如图，回答： （1）该电路由几级阻容耦合电路组成？ （2）每一级的ｆL 及ｆH 各是多少？ （3）总的放大倍数|Ａvm|、ｆL、ｆH 有多大？（答案与提示）17、电路如图，设两管 β =100,ｒbb'=0,ＶBE=0.7V, 求:（1）ＩC1,ＶCE1,ＩC2,ＶCE2. （2）Ａv1,Ａv2 及Ａv （3）Ｒi，Ｒo（答案与提示） 18、自举式射极输出器如图，自举电容ＣB 足够大，求： （1）静态工作点ＩE （2）输入电阻 Ri 及电压增益Ａvs=Ｖo/Ｖs（答案与提示） 四、场效应管放大电路 基本要求?熟练掌握：共源、共漏组态放大电路工作原理；静态工作点；用小信号模型分析增益、输入、输出电阻难点重点 1．场效应管放大电路与晶体管放大电路类比关系 场效应管和晶体管放大电路工作机理不同，但两种器件之间存在电极对应关系，即栅极 G 对应基极，源极 S 对应发射极，漏 极 D 对应集电极，但晶体三极管是电流控制器件，场效应管是电压控制器件。 在分析放大电路时，均采用微变等效电路法。需注意两者不同之处是受控源的控制量。场效应管受电压控制，晶体三极管受 电流控制。场效应管输入电阻很高，分析时，可认为输入端开路。在实际分析中，包含场效应管的电路比包含晶体管的电路简单。 2．JFET 的工作原理（以 N 沟道器件为例）预备知识：PN 结正偏，空间电荷区变窄；PN 结反偏，空间电荷区变宽。 N 型半导体中，自由电子为多子，空穴为少子。 结型场效应管的结构，观看动画。 （1）栅源间电压ＶGS 对ＩD 的控制（a）（b）（c）当漏源间短路，栅源间外加负向电压ＶGS 时，结型场效应管中的两个 PN 结均处反偏状态。随着ＶGS 负向增大，加在 PN 结上 的反向偏置电压增大，则耗尽层加宽。由于 N 沟道掺杂浓度较低，故耗尽层主要集中在沟道一侧。耗尽层加宽，使得沟道变窄， 沟道电阻增大，如图（b）所示。 当ＶGS 负向增大到某一值后，结两侧的耗尽层向内扩展到彼此相遇，沟道被完全夹断，此时漏源间的电阻将趋于无穷大，如 图（c）所示。相应于此时的漏源间电压ＶGS 称为夹断电压，用ＶGS(off)（或ＶP）表示。 观看动画 （2）漏源电压ＶDS 对沟道的影响（a）（b）（c）当ＶGS&Ｖp 且为某一定值，如果在漏源间加上正向电压ＶDS，ＶDS 将在沟道中产生自漏极指向源极的电场，该电场使得 N 沟道中的多数载流子电子沿着沟道从源极漂移到漏极形成漏极电流ＩD。 由于导电沟道存在电阻，ＩD 流经沟道产生压降，使得沟道中各点的电位不再相等，于是沟道中各点与栅极间的电压不再相 等，也就是加在 PN 结两端的反向偏置电压不再相等，近源端 PN 结上的反向电压最小，近漏端的反向电压最大，结果使耗尽区从 漏极到源极逐渐变窄，导电沟道从等宽到不等宽，呈楔形分布，如图（a）所示。 随着ＶDS 的增大，ＩD 增大，沟道不等宽的现象变得明显，当ＶDS 增大到某一值时，近漏端的两个耗尽区相遇，这种情况称 为预夹断，如图（b）所示。 继续增大ＶDS，夹断点将向源极方向延伸，近漏端出现夹断区，如图（c）所示。由于栅极到夹断点 A 之间的反向电压ＶGA 不变，恒为ＶP，因此夹断点到源极之间的电压也就恒为ＶGS-ＶP，而ＶDS 的增加 部分将全部加在漏极与夹断点之间的夹断区上，形成较强的电场。在这种情况下，从漏极向夹断点行进的多子自由电子，一旦到 达夹断点就会被夹断区的电场漂移到漏极，形成漏极电流。 一般情况下，夹断区仅占沟道长度的很小部分，因此ＶDS 的增大而引起夹断点的移动可忽略，夹断点到源极间的沟道长度可 以认为近似不变，同时，夹断点到源极间的电压又为一定值，所以可近似认为ＩD 是不随ＶDS 而变化的恒值。 观看动画（动画源文件下载） 3．MOSFET 的工作原理（以 N 沟道增强型器件为例） MOS 管是指由金属（Metal）、氧化物（Oxide）、半导体（Semiconductor）三种材料构成的三层器件。具体内部结构，观看 动画。 （1）栅源间电压ＶGS 对ＩD 的控制 当栅源间无外加电压时，由于漏源间不存在导电沟道，所以无论在漏源间加上何种极性的电压，都不会产生漏极电流。 正常工作时，栅源间必须外加电压以使导电沟道产生，导电沟道产生过程如下： ①当在栅源间外加正向电压ＶGS 时， 外加的正向电压在栅极和衬底之间的ＳiＯ2 绝缘层中产生了由栅极指向称底的电场， 由 于绝缘层很薄（0.1um 左右），因此数伏电压就能产生很强的电场。该强电场会使靠近ＳiＯ2 一侧 P 型硅中的多子（空穴）受到 排斥而向体内运动，从而在表面留下不能移动的负离子，形成耗尽层。耗尽层与金属栅极构成类似的平板电容器。 ②随着正向电压ＶGS 的增大，耗尽层也随着加宽，但对于 P 型半导体中的少子（电子），此时则受到电场力的吸引。当ＶGS 增大到某一值时，这些电子被吸引到 P 型半导体表面，使耗尽层与绝缘层之间形成一个 N 型薄层，鉴于这个 N 型薄层是由 P 型半 导体转换而来的，故将它称为反型层。 反型层与漏源间的两个 N 型区相连，成为漏源间的导电沟道。这时，如果在漏源间加上电压，就会有漏极电流产生。人们将 开始形成反型层所需的ＶGS 值称为开启电压，用ＶGS(on)（或ＶT）表示。 ③显然，栅源电压ＶGS 越大，作用于半导体表面的电场越强，被吸引到反型层中的电子愈多，沟道愈厚，相应的沟道电阻就 愈小。 观看动画 （2）漏源电压ＶDS 对沟道的影响 ＩD 流经沟道产生压降，使得栅极与沟道中各点的电位不再相等，也就是加在“平板电容器”上的电压将沿着沟道产生变化， 导电沟道从等宽到不等宽，呈楔形分布。 余下情况的分析与 JFET 类似。观看动画 对照读物： 谢嘉奎等编．电子线路（线性部分）．第四版．北京：高等教育出版社，１９９９ 谢嘉奎等编．电子线路（线性部分）．第三版．北京：高等教育出版社，１９８８ 4．场效应管放大电路 场效应管和半导体三极管一样能实现信号的控制作用，所以也能组成放大电路，不同的是，半导体三极管是通过基极电流来 控制集电极电流，而场效应管则是通过栅源电压来控制漏极电流。 Ｐ１０１－１１２ Ｐ８７－９５场效应管组成放大电路时，也必须设置合适的静态工作点，所不同的是，场效应管是电压控制器件，它只需合适的偏压，而 不需要偏流，不同类型的场效应管，对偏置电压的极性有不同的要求。 （1）偏置方式：固定偏压、自偏压、分压式自偏压。 （2）静态分析：图解法、近似计算法。 （3）动态分析：一般用小信号模型法。主页栏目导航大纲要求辅导内容讨论留言教材参考相关网站 □关于我们 □联系我们说明：本页观点属个人观点。（以下图书，我校图书馆均有收藏，欢迎大家借阅。）华中理工大学电子学教研室编，康华光主编．电子技术基础（模拟部分）．第四版．北京：高等教育出版社，１９９９?简评 内容比较通俗易懂，每一节后增设了若干个思考题是它最大的特点，另外，每一章后习题选择十分经典，适合作为教 材使用。谢嘉奎等编．电子线路（线性部分）．第三版．北京：高等教育出版社，１９８８?简评 概念严密，内容有深度，但又不失可读性。关于三级管、场效应管内部结构部分，以及小信号模型推导部分的讲解， 是本页所列几本书中，唯一能让我信服的书籍。以上两个部分推荐为必读部分。另外，关于第四章“放大器基础”以 及第五章“放大电路中的负反馈”也是它的精彩章节。?简评 内容通俗易懂，其中关于三极管放大电路的放大原理、图解法、负反馈部分及运放的线性应用部分，推荐为初学者必 读部分，本书为最好的课后参考书，推荐使用。?简评 本书的内容与它的书名十分贴切，针对难点重点进行讲解，非常适合课余翻阅，推荐为必备参考书。全国电子技术基础课程教学指导小组编，童诗白，何金茂主编．电子技术基础试题汇编（模拟部分）．北京：高等教育出版社， １９９２中国矿业大学信息与电气工程学院
场效应管是利用半导体表面或内部电场效应来控制输出电流（ｉD）大小的一种半导体器件，它输入端基本上不取电流，具有一 系列优点。 根据结构的不同，场效应管分为结型场效应管和绝缘栅场效应管两大类。 4.1 结型场效应管 结型场效应管有 N 沟道和 P 沟道两种。 一、特性曲线 （1）输出特性曲线 从输出特性曲线上很明显的得出：场效应管是电压控制型器件，栅源间电压ｖGS 控制漏极电流ｉD。 （2）转移特性曲线 可直接从输出特性曲线上用作图法求出。 二、主要参数 夹断电压、饱和漏极电流、低频跨导、输出电阻、最大耗散功率 4.2 绝缘栅型场效应管 由于栅极与源极、漏极之间是相互绝缘的，故称为绝缘栅场效应管。 一、MOS 管的分类 根据 MOS 管所用半导体材料的差异，MOS 场效应管分为 P 沟道和 N 沟道两大类。由于采用的工艺不同，每种材料做的 MOS 管 又分为增强型和耗尽型两种。二、MOS 管的开关作用 MOS 管作为开关元件，它工作在截止或导通状态。由于 MOS 管是电压控制型器件，所以由ｖGS 决定其工作状态。 4.3 场效应管放大电路（见难点重点） 例 1．分析共源放大电路解：1.静态分析 对于耗尽型场效应管，当工作在饱和区时，其漏极电流和漏源间电压由下式近似决定又ＶGS=ＩD．Ｒs将上两式联立，求得ＩD 和ＶGS，则ＶGS=ＶDD-ＩD(Ｒd+Ｒs) 2.动态分析 （1）画出微变等效电路（2）电压放大倍数 Ａv=-ｇm(Ｒd//ＲL)，式中符号表示输出电压与输入电压反相。由于一般场效应管的跨导只有几个毫西，故场效应管放大电 路的放大倍数通常比三极管放大电路的要小。 （3）输入电阻 （4）输出电阻 Ｒi=Ｒg Ｒo=Ｒd由上述分析可知，共源级放大电路的输出电压与输入电压反相，输入电阻高，输出电阻主要由漏极负载电阻决定。 例 2．图(a)和图(b)分别是增强型 NMOS 和耗尽型 NMOS 管作为可控电阻使用时的电路和输出特性曲线，试画出二者的电阻特性曲 线。解：对(a)图，由于ｖGS=ｖDS，所以只要在输出特性图中找出ｖGS=ｖDS 的相等点，把这些点中的 U 和 I 求出，描出的曲线 就是电阻特性曲线。 对(b)图，由于ｖGS=0，所以ｖGS=0 的这条输出特性曲线就是电阻特性曲线。 例 3．已知场效应管电路和场效应管的输出特性曲线如图所示，当 Vi 电压为 1V、2V、3V、4V 四种情况时 MOS 管的工作状态如何?解：只要在输出特性上作出负载线：ｖDS=ＶDD-ｉD×Ｒd ，负载线和每条输出特性的交点决定 Q 点，由 Q 点的位置来决定管 子的工作状态。 当 Vi 电压为 1V 时，管子处于截止状态；2V、3V 时，管子处于放大状态；4V 时管子处于可变电阻区。 例 4．放大电路如图示，电路中的电容器对输入交流信号可视为短路，根据构成放大电路的原则，试说明下面的各种电路对交流 信号有无放大作用，并说明其理由。解：（a）管子是 P 沟道，所以电源电压应该是负电源。 （b) 不能放大，因为没有偏置电压。在电源和栅极间接电阻加以解决。 例 5.图示场效应管放大电路的组态是（）（1）共漏；（2）共源；（3）共栅；（4）差动放大 解：共源组态。因为输入信号加在 T1 管的栅极，输出信号取自 T1 管的漏极，所以为共源组态。T2 为有源负载，作为 T1 管 的漏极电阻。1、试判断如图所示的电路对正弦信号有无放大作用，并简要说明理由。（答案） 2、场效应管从结构上分成________和________两大类型，它属于_______控制型器件。（注：本题为往年考题） （答案） 3、场效应管（FET）的输入电阻比双极型晶体管（BJT）的输入电阻_______。（00 年北理研究生入学考试考题） 4、图所示为某 MOS 管放大电路的外部电路，由图即可判定该管为_______型 MOS 管。（注：本题为 1999 年北京理工大学研究生入学考试“模拟与数字电路”考题） （答案与提示） 5、判断下列管子各工作在什么状态，并简要说明理由。（a） （答案）（b）6、两级放大电路如图所示，已知 T1 管的 gm，T2 管的 rbe、β（1）画出小信号等效电路； （2）求放大电路的中频电压放大倍数 Av 的表达式及 Ri、Ro 的表达式。（答案） 7、图所示的 FET 放大电路中，两管 T1、T2 的小信号参数相同，低频跨导为 g，C1～C3 为耦合、旁路电容。 （1）T1 在电路中起什么作用？ （2）画出放大电路中频小信号等效电路。（答案） 8、图所示场效应管的转移特性曲线，由图可知，该管的类型是________沟道________MOS 管。（注：本题为 1996 年电子科技大学研究生入学考试“模拟电路”考题） （答案） 9、指出图中各晶体管分别组成何种放大电路组态，并在图中正确标出各直流电源的极性和电解电容 C 的极性。（在电源前加正、 负号，在电解电容正极性端加正号。）（答案） 10、电路如图，已知:T1 管ｇm=0.8mA/V,T2 管ｒbe=1.2kΩ ，β =100；C1、C2、C3、Cs 交流短路。 （1）画出小信号等效电路。 （2）求 Ri、Ro 及 Av。（答案与提示）11、场效应管自举电路如图，已知ＶDD=+20V，Rg=51MΩ ,Rg1=200kΩ ，Rg2=200kΩ ，Rs=22kΩ ,ｇm=1mA/V，自举电容 C 很大，可 以认为交流短路。 求:（1）无自举电路的输入电阻 Ri。 （2）有自举电路的输入电阻 Ri。 （3）说明自举的作用。（答案与提示） 12、（提高题）图所示电路中，仅当源极电阻 R2 增大时，放大电路的电压放大倍数|Av|如何变化？（答案与提示） 五、功率放大电路 基本要求? ?熟练掌握： 功率放大电路 OCL、OTL 的工作原理，输出功率和效率的估算。 正确理解： 非线性失真。难点重点 学习时，首先从功率放大电路与电压放大电路比较中，明确功率放大电路主要问题，本章内容是围绕这一中心展开。 抓住功放电路中主要矛盾：提高效率及非线性失真之间的矛盾，推出 OCL，OTL 几种功能的电路。 一、用图解法分析电路的性能指标 1.合成特性曲线 (1) 横坐标：ｖCE1 为正，ｖCE2 为负，即-ｖCE2 为正，方向为从左至右。 对应点：ｖCE1=2Vcc ，-ｖCE2=0；ｖCE1=Vcc ，-ｖCE2=Vcc；ｖCE1=0 ，-ｖCE2=2ＶCC (2) 纵坐标：ｉC1、ｉC2 方向相反，所以两个纵坐标反向。 (3) 静态工作点：静态时,两管的 Q 点在横坐标上，且重合。 ＶCEQ1=Ｖcc，-ＶCEQ2=Ｖcc，ＩC1=ＩC2=0 (4) 交流负载线：两管参数相同，其交线负载线是同一条过（ＶCC，0）的直线。 (5) ｖo 的正向为从右向左，零点为两管的 Q 点，T1 导通ｖo=Vcc-ｖCE1；T2 导通 ｖo=-Vcc-ｖCE2。2.性能指标计算 (1) 输出功率 Po 当输入信号足够大，且输出波形不失真，则输出电压达最大值，即Ｖom(max)=Ｖcc-ＶCES 最大不失真功率Ｐo(max)=1/2*(Ｖcc-ＶCES)*(Ｖcc-ＶCES)／ＲL 理想情况下,ＶCES=0，Ｖom(max)=Ｖcc，则Ｐo(max)=1/2*Ｖcc*Ｖcc／ＲL (2) 直流电源供给的功率ＰV （注意:直流电源供给的功率ＰV 与输入信号有关。） (3)电路的能量转换效率 理想情况，η =78.5%；要提高效率,在满足失真要求条件下,应尽可能加大输入信号的幅度,同时减少管子饱和压降ＶCES。 二、乙类、甲乙类双电源互补对称功率放大电路（OCL）：（参考内容提要） 三、甲乙类单电源互补对称功率放大电路（OTL）：（参考内容提要） 5.1 功率放大电路的一般问题 一、 功率放大电路与电压放大电路的比较 一个实用的放大器通常由输入级、中间级、输出级组成。前两级为电压放大电路，后一级为负载提供足够大输出功率，为功 率放大电路。但不论哪种放大电路，其负载上都存在电流、电压、功率，所以名称上的不同，只表示强调的内容不同。具体性能 比较，请单击此处。 二、功率放大电路的一般问题： 1. 要输出功率尽可能大。 2. 输出功率尽量高。 3. 非线性失真要小。 4. 功率管工作安全可靠，即放大器件的散热问题。 三、功率放大电路主要性能指标: 1.输出功率和最大不失真输出功率 输出功率:是指输出端变化的电压和电流有效值的乘积，即Ｐo=Ｖo?Ｉo=(Ｖom?Ｉom)/2=(Ｖom) /(2ＲL) 其中Ｖom 和Ｉom 分别表示输出电压和输出电流的交流峰值,RL 为负载电阻。 输出电压与输出电流与输入信号的大小有关。当输入信号达到允许的最大值（以输出波形失真度不超过允许值为准）时，输 出功率将达到“最大不失真输出功率”，即Ｐom=(Ｖcem?Ｉcm)/2=(Ｖcem) /(2ＲL) 其中Ｖcem 和Ｉcm 为相应量的峰值最大值。 2.直流电源供给的功率 直流电源供给的功率是指一个周期内的平均功率。直流电源供给的功率，一部分转换为负载所需的交流功率，还有一部分被 功率管消耗。 3.转换效率 η =Ｐo/Ｐv=3.14×Ｖom/(4Ｖcc)2 2在理想情况下,当Ｖom=Ｖcc 时，效率为 78.5%。 4.管耗 ＰT=ＰT1 +ＰT2=ＰV -Ｐo=2(ＶCC?Ｖom/π -Ｖom?Ｖom/4)／ＲL 四、功率放大电路放大管三种工作状态 甲类、乙类、甲乙类 5.2 乙类双电源互补对称功率放大电路（OCL）一、电路的组成 放大管工作在乙类状态，显然功耗小，有利于提高效率，但输出波形失真严重。如果用两个对称的异型管（一个 NPN 型，一 个 PNP 型），使之都工作在乙类放大状态，但一个在输入信号正半周期工作，另一个在负半周期工作，同时使两电路输出加到某 一负载上，从而在负载上得到一个稳定完整波形。即组成乙类互补对称功率放大电路，从而解决了效率与失真问题。 二、电路工作原理 在电路中，当 Vi& =0，即在正弦输入信号的正半周期，NPN 型的管因正偏而导通，在负载上出现输出电压 Vo 现输出电压 Vo 的负半周期。这样，负载在输入信号的整个周期中都有电流流过，输出电压是一个完整的正弦波。 的正半周期， 而 PNP 型管因反偏而截止；在 Vi& =0， 即输入信号的负半周期，NPN 型管因反偏而截止，而 PNP 型管因正偏而导通，在负载上出三、分析计算(利用图解法来求解) 1.性能指标的计算 （1）输出功率 Ｐo=ＶoＩo=（ＶomＩom）/2=（Ｖom） /（2ＲL） （2）管耗 ＰT=ＰT1+ＰT2=(2/ＲL)(ＶCCＶom/3.14 -Ｖom /4) （3）电源供给功率 ＰV=ＰO+ＰT=2ＶccＶom/(3.14ＲL) （4）效率 η =3.14Ｖom/(4Ｖcc) 2.功率管的选择 （1）最大管耗与最大输出功率关系 当 Ｖom=0.637Ｖcc （2）功率管选择原则 a.每一功率管集电极最大允许管耗ＰCM &0.2 Ｐo(max)。 b.一管导通时，另一管截止，后者 C、E 极间的承受的最大反压近似为 2Vcc，所以管子的Ｖ（BR）CEO &2Ｖcc。 c.导通的最大电流Ｉom(max)=Ｖcc/ＲL，所以管子的集电极允许电流ＩCM&Ｖcc/ＲL 。 d.为避免功率管二次击穿，管参数选择应留有余量。 5.3 甲乙类互补对称功率放大电路 时，每个功率管有最大管耗ＰT(max)=0.2Po(max)。2 2一、交越失真由于三极管输入特性有门槛电压，特性开始部分非线性又比较严重，在两管交替工作点前后，出现一段两管电流均为零因而 负载电流和电压均为零的时间，使输出波形出现了“交越失真”。 二、甲乙类双电源互补对称功率放大电路 1.电路组成及电路工作原理：在两管的基极之间产生一个合适的偏压，使它们处于微导通状态，两管各有不大的静态电流，电路 工作在甲乙类，由于 iL=iC1-iC2 ，输出波形接近于正弦波，基本上可以实现线性放大。 2.性能指标计算及选管原则（同乙类功放） 三、甲乙类单电源互补对称功放：（OTL） 1.电路组成及分析：它与 OCL 电路的根本区别在于输出端接有大电容 C。就直流而言，只要两管特性相同，Ｋ点的电位ＶK=Vcc/2，而大电容 C 被 充电到ＶC=ＶK=Vcc/2 。就交流而言，只要时间常数;RLC 比输入信号的最大周期大得多，电容上电压可看作固定不变，而 C 对交流 可视为短路。这样，用单电源和 C 就可代替 OCL 电路的双电源。T1 管上的电压是 Vcc 与 VK 之 差，等于 Vcc/2 ，而 T2 管的电 源电压就是 0 与ＶK 之差，等于 Vcc/2 。OTL 电路的工作情况与 OCL 电路完全相同。但是在用公式估算性能指标时，要用 Vcc/2 代替 。 另一种 OTL 电路，观看动画。 2.选管原则:(同双电源互补对称功放)原公式中 Vcc 用 Vcc/2 替代。 3.带自举的单电源互补对称电路 5.4 集成功率放大器 集成功率放大器可分为通用型和专用型两大类。使用时，注意了解其内部电路组成特点及各管脚作用，以便合理使用集成功 率放大器。 一、集成功放的性能特点： 与分立器件构成的功率放大器相比，体积小、重量轻、成本低、外接元件少、调试简单、使用方便，且温度稳定性好，功耗 低，电源利用率高，失真小，具有过流保护、过热保护、过压保护及自启动、消噪等功能。 二、集成功放的结构特点： 对于不同规格、型号的集成功率放大器，其内部组成电路千差万别。但总体上大到分为前置放大级（输入级），中间放大级， 互补或准互补输出级，过流、过压、过热保护电路等。其内部电路为直接耦合多级放大器。 5.2 乙类双电源互补对称功率放大电路（OCL）一、电路的组成 放大管工作在乙类状态，显然功耗小，有利于提高效率，但输出波形失真严重。如果用两个对称的异型管（一个 NPN 型，一 个 PNP 型），使之都工作在乙类放大状态，但一个在输入信号正半周期工作，另一个在负半周期工作，同时使两电路输出加到某 一负载上，从而在负载上得到一个稳定完整波形。即组成乙类互补对称功率放大电路，从而解决了效率与失真问题。 二、电路工作原理 在电路中，当 Vi& =0，即在正弦输入信号的正半周期，NPN 型的管因正偏而导通，在负载上出现输出电压 Vo 现输出电压 Vo 的负半周期。这样，负载在输入信号的整个周期中都有电流流过，输出电压是一个完整的正弦波。 的正半周期， 而 PNP 型管因反偏而截止；在 Vi& =0， 即输入信号的负半周期，NPN 型管因反偏而截止，而 PNP 型管因正偏而导通，在负载上出三、分析计算(利用图解法来求解) 1.性能指标的计算 （1）输出功率 Ｐo=ＶoＩo=（ＶomＩom）/2=（Ｖom） /（2ＲL） （2）管耗 ＰT=ＰT1+ＰT2=(2/ＲL)(ＶCCＶom/3.14 -Ｖom /4) （3）电源供给功率 ＰV=ＰO+ＰT=2ＶccＶom/(3.14ＲL) （4）效率 η =3.14Ｖom/(4Ｖcc) 2.功率管的选择 （1）最大管耗与最大输出功率关系 当 Ｖom=0.637Ｖcc （2）功率管选择原则 a.每一功率管集电极最大允许管耗ＰCM &0.2 Ｐo(max)。 b.一管导通时，另一管截止，后者 C、E 极间的承受的最大反压近似为 2Vcc，所以管子的Ｖ（BR）CEO &2Ｖcc。 c.导通的最大电流Ｉom(max)=Ｖcc/ＲL，所以管子的集电极允许电流ＩCM&Ｖcc/ＲL 。 d.为避免功率管二次击穿，管参数选择应留有余量。 5.3 甲乙类互补对称功率放大电路 时，每个功率管有最大管耗ＰT(max)=0.2Po(max)。2 2一、交越失真 由于三极管输入特性有门槛电压，特性开始部分非线性又比较严重，在两管交替工作点前后，出现一段两管电流均为零因而 负载电流和电压均为零的时间，使输出波形出现了“交越失真”。 二、甲乙类双电源互补对称功率放大电路 1.电路组成及电路工作原理：在两管的基极之间产生一个合适的偏压，使它们处于微导通状态，两管各有不大的静态电流，电路 工作在甲乙类，由于 iL=iC1-iC2 ，输出波形接近于正弦波，基本上可以实现线性放大。 2.性能指标计算及选管原则（同乙类功放） 三、甲乙类单电源互补对称功放：（OTL）1.电路组成及分析：它与 OCL 电路的根本区别在于输出端接有大电容 C。就直流而言，只要两管特性相同，Ｋ点的电位ＶK=Vcc/2，而大电容 C 被 充电到ＶC=ＶK=Vcc/2 。就交流而言，只要时间常数;RLC 比输入信号的最大周期大得多，电容上电压可看作固定不变，而 C 对交流 可视为短路。这样，用单电源和 C 就可代替 OCL 电路的双电源。T1 管上的电压是 Vcc 与 VK 之 差，等于 Vcc/2 ，而 T2 管的电 源电压就是 0 与ＶK 之差，等于 Vcc/2 。OTL 电路的工作情况与 OCL 电路完全相同。但是在用公式估算性能指标时，要用 Vcc/2 代替 。 另一种 OTL 电路，观看动画。 2.选管原则:(同双电源互补对称功放)原公式中 Vcc 用 Vcc/2 替代。 3.带自举的单电源互补对称电路 5.4 集成功率放大器 集成功率放大器可分为通用型和专用型两大类。使用时，注意了解其内部电路组成特点及各管脚作用，以便合理使用集成功 率放大器。 一、集成功放的性能特点： 与分立器件构成的功率放大器相比，体积小、重量轻、成本低、外接元件少、调试简单、使用方便，且温度稳定性好，功耗 低，电源利用率高，失真小，具有过流保护、过热保护、过压保护及自启动、消噪等功能。 二、集成功放的结构特点： 对于不同规格、型号的集成功率放大器，其内部组成电路千差万别。但总体上大到分为前置放大级（输入级），中间放大级， 互补或准互补输出级，过流、过压、过热保护电路等。其内部电路为直接耦合多级放大器。 例 1.设放大电路的输入信号为正弦波，问在什么情况下，电路的输出出现饱和及截止失真？在什么情况下出现交越失真？ 答：饱和失真和截止失真是由于静态工作点设置不合理（偏高或偏低）及输入信号过大而产生的。而交越失真是由于三极管输入 特性的非线性造成的。 例 2.设电路如图所示，管子在输入信号 vi 作用下，在一周期内 T1 和 T2 轮流导电约 180，电源电压 Vcc=20V，负载 RL=8Ω ,试计 算： （1）在输入信号 Vi=10V（有效值）时，电路的输出功率，管耗，直流电源供给功率和效率。 （2）当输入信号 Vi 的幅值为 Vim=Vcc=20V 时，电源的输出功率，管耗，直流电源供给功率和效率。解：（1）Ｖi=10V 时 Ｖim=14V ,Ｖom=14V Ｐo=Ｖom×Ｖom/2ＲL=142/(2×8)=12.25W ＰT1=1/ＲL.(ＶccＶom/Ｔ1-ＶomＶom/4)=5.02W η =Ｐo/Ｐv=12.25/22.29×100%=54.96% (2) Ｖim=Ｖcc=20V Ｖom=20V Ｐo=20×20/(2×8)=25W ＰT1=6.85W Ｐv=31.85W η =78.5% 例 3.单电源互补对称电路如图所示，设 T1,T2 的特性完全对称，Vi 为正弦波，试回答下列问题： （1）静态时，电容两端电压应是多少？调整哪个电阻能满足这个要求？ （2）动态时，若输出电压出现交越失真，应调哪个电阻？如何调整？ （3）若 R1=R3=1.1kΩ ,T1 和 T2 的 β =40，|ＶBE|=0.7V,ＰCM=400mV,假设 D1,D2,R2 中任意一个开路，将会产生什么后果？ 解：(1）Vc2=Vcc/2=6V，调 R1 或 R3 可以满足。 （2）交越失真，可以增大 R2。 （3）由于 T1,T2 的静态功耗 ＰT1=ＰT2=β ＩBＶCE=β (Ｖcc-2|ＶBE|)/(Ｒ1+Ｒ3)-Ｖ cc/2=1156mV&&ＰCM, 所以会烧坏功放管。 例 4.图为某收音机的输出电路 （１）说明电路的名称； （２）简述 C2、C3、R4、R5 的作用； （３）已知电路的最大输出功率 Pmax=6.25w, 计算对称功率管 T2、T3 的饱和压降|Vces|。 答：（１）OTL 功率放大电路。 （２）C２、C３组成的自举电路，可增大输出幅度。C３使加到 T2、T3 管的交流信号相等，有助于使输出波形正负对称。R ４为 T２、T３提供偏置电压，克服交越失真。R5 通过直流负反馈的方式为 T１提供偏置且稳定静态工作点。调节 R５可使 K 点电 位达到０.５Vcc。 （３）|ＶCES|=2V 例 5.以集成运放为前置放大级的功率放大电路如图所示。设集成运放 A 的特性理想，试问 （1）R2 引入什么类型反馈？（2）输出功率 Po 是多大？（3）输出电压仍有较大的交越失真吗？为什么？ 解：（1）R2 引入交、直流电压并联负反馈。（2） （3）由于有高增益的集成运放作前置级，且 R2 引入深度负反馈，从定性讲，负反馈可以减小电路产生的非线性失真，因此由晶 体管输入特性非线性产生的交越失真也将被大大减小。 1.判断对错: （1）功率的放大电路的主要作用是向负载提供足够大的功率信号。（ （3）功放中,输出功率最大时,功放管的损耗也最大。（ ） ） ） ） ） （2）功率的放大电路有功率放大作用，电压放大电路只有电压放大作用而没有功率放大作用。（ （4）由于功率放大电路中的晶体管处于大信号工作状态，所以微变等效电路已不再适用。（（5）在输入电平为零时,甲乙类功放电路中电源所消耗功率是两个管子静态电流与电源电压的乘积。（ 率比原来少一半。（ ）（6）在 OTL 功放电路中,若在负载 8Ω 的扬声器两端并接一个同样的 8Ω 扬声器,则总的输出功率不变,只是每个扬声器得到的功（答案） 2.图所示电路工作在_______类，静态损耗为_______；电路可能产生的最大输出功率为_______， 每个管子的最大管耗为输出功率的_______倍。（注：本题为往年考题） （答案） 3.功率放大电路的主要特点是（任写两点）_____________________________________。（注：本题为往年考题） 4.乙类放大器中每个晶体管的导通角是_______，该放大器的理想效率为_______，每个管子所承受的最大电压为_______。（注： 本题为 2000 年北京理工大学研究生入学考试“模拟与数字电路”考题） （答案） 5.OCL 功率放大电路如图所示，设 T1、T2 的特性完全对称 （1）T1 与 T2 管工作在何种方式？（甲类、乙类、甲乙类） （2）说明 D1 与 D2 在电路中的作用； （3）若输入为正弦信号，互补管 T1、T2 的饱和压降ＶCES＝1V，计算负载上所能得到的最大不失真输出功率； （4）求输出最大时输入电压的幅值 Vim。 （注：本题为往年考题） （答案） 6.某集成电路的输出级如图所示 （1）R2、R3 和 T5 构成的是什么电路，在电路中起何作用； （2）复合管 T3、T4 构成的是什么类型的复合管； （3）静态时，负载 RL 两端的电压应为多少？ （4）在输入信号的正半周，试分析电路的工作情况。（答案）7.OCL 电路如图所示：（1）调整电路静态工作点应调整电路中的哪个元件？如何确定静态工作点是否调好？ （2）动态时，若输出Ｖo 出现正负半周衔接不上的现象，为何失真？应调哪个元件，怎样调才能消除失真？ （3）当Ｖcc=15V,RL=8Ω ，ＶCES=2V,求最大不失真输出功率 Pom? （4)为保证电路正常工作，选择三极管参数 Pcm,ＶCEO 和 Icm 应为多大？ （答案与提示） 8.OTL 功放电路如图所示，已知ＶCES=1V，Vcc=20V，RL=8Ω（1）静态时，电容 C3 两端电压是多少？调整哪个电阻能满足这个要求？ （2）求电路最大不失真功率？ （3）若电路输出电压为最大值 Vom,对应输入信号 Vi 有效值约为多少？ （答案与提示） 9. 电路如图，其 T1 管偏置电路未画出，若输入正弦信号管子ＶCES 可忽略（1)T1 的工作方式( )；T2 的工作方式( )；T3 的工作方式( ) a.甲类 b.乙类 c 甲乙类 （2)电路的最大输出功率为( ) a)Vcc×Vcc/2RL；b)Vcc×Vcc/4RL；c)Vcc×Vcc/RL；d)Vcc×Vcc/8R （答案与提示）10.OTL 电路如图，设其最大不失真功率为 6.25W,晶体管饱和压降及静态功耗可忽略不计。（1)电源电压 VCC 至少应取多少？ （2）T2,T3 的 Pcm 至少应选多大？ （3）若输出波形出现交越失真，应调哪个电阻？ （4）若输出波形出现一边削峰失真，应调哪个电阻？ （答案与提示） 六、集成电路运算放大器 基本要求? ?正确理解：共模抑制 熟练掌握：差分放大电路工作原理，输入输出方式，差模增益，差模输入和输出电阻，理想运放、实际运放的主要参数难点重点 1．学好差分放大电路，应把重点放在如何正确画出半电路的直流通路、差模等效电路和共模等效电路上，即要正确决定电路中各 个电阻（特别是共用电阻）在不同工作状态的值。 2．为了熟练掌握差分放大电路的输入输出方式，应掌握如下规律： （1）从输出端来说，双端输出是充分利用了两管的放大能力，而单端输出只利用了单边的放大能力。差分放大电路实质上是利用 电路的复杂性来换取抑制零点漂移的效果。 （2）从输入端来说，因为单端输入可以等效为双端差模输入和共模输入的叠加，所以单端输入的效果与双端输入几乎一样。 （3）在进行差分放大电路静态工作点的估算时，要特别注意在单端输出的情况下，虽然两管的 BQ、EQ、CQ 取决于射极回路，因 而是两垂直对称的，但两管的集电极电流却是不对称的。 3．差分式放大电路的特点 （1）在电路组成上引入共模负反馈，电路具有对称性。分为长尾电路和带恒流源的电路。 （2）在电路性能上有较强的抑制共模信号（抑制零点飘移）能力和放大差模信号的能力。6.1 集成电路运算放大器中的电流源1．基本电流源 分压式射极偏置电路为基本电流源电路。当三级管工作在放大区，由于射极电流仅由两分压电阻决定，因此当负载发生变化 （也即集电极电阻发生变化），输出电流（即集电极电流）保持不变，体现了恒流特性。 2．有源负载 由于电流源具有直流电阻小而交流电阻大的特点，因此在模拟集成电路中，常把它作为负载使用，称为有源负载。 3．电流源的应用 （1）为集成运放各级提供稳定的偏置电流； （2）作为各放大级的有源负载，提高电压增益。 6.2 差分式放大电路 主要作用：作为多级放大电路的输入级，抑制零点漂移。 一、基本差分放大电路 电路特点：由两个互为发射极耦合的共射电路组成，电路参数完全对称。它有两个输入端，两个输出端，当输出信号从任一集电 极取出，称为单端输出，而当从两个集电极之间取出，则称为双端输出或浮动输出。 1．差分式放大电路的类型： 按输入和输出的方式分为：双端输入双端输出、双端输入单端输出、单端输入双端输出、单端输入单端输出。 2．静态分析 静态是指无外输入信号时电路所处的状态。因此，在进行静态分析时，应把输入信号置零，即输入端短路。 共用电阻 Re 在半电路中应等效为 2*Re。 3．动态分析 （1）差模信号与共模信号 在讨论差分放大电路的性能特点时，必须先区分差模信号和共模信号这两个不同的概念，因为差分放大电路对差模信号和共 模信号具有完全不同的放大性能。 一对任意数值的输入信号可以用差模信号和共模信号来表示。通常，可以认为，共模信号是由一对幅值相等、极性相同的输 入信号组成，差模信号是由一对幅值相等、极性相反的输入信号组成。 （2）垂直对称网络的二等分 垂直对称二端口网络，当在两输入端分别加上幅值相等、极性相同的信号和幅值相等、极性相反的输入信号时，其垂直对称 线上分别等效为开路和对地短接。这样，一个二端口网络变分解为两个半网络。 （3）差模信号输入 将差分放大电路分解为两个半电路，在半电路中： 双端输入：共用电阻 Re 短接或恒流源交流短接；单端输入共用电阻 Re 或恒流源开路。 ①差模增益：指差分放大电路差模输出电压对差模输入电压的比值，单端输出时差模增益为双端输出时的一半。 ②差模输入电阻：指差分放大电路从两输入端看进去所呈现的电阻，其值为两共射放大电路输入电阻之和。 ③差模输出电阻：单端输出时，任一端的差模输出电阻即为共射放大电路的输出电阻；双端输出时，差模输出电阻为两共射 放大电路输出电阻之和。 （4）共模信号输入 将差分放大电路分解为两个半电路，在半电路中 共用电阻 Re 等效为 2*Re。 ①共模增益：双端输出时，共模电压增益为 0，因此，一般只考虑单端输出时共模电压增益。 ②共模输入电阻：差分放大电路任一输入端看入的电阻。 ③共模输出电阻：差分放大电路任一输出端呈现的电阻。（5）共模抑制比 共模抑制比是差分放大电路的重要性能指标之一，它表明了差分放大电路放大差模输入信号和抑制共模信号的相对能力。 （6）抑制零点漂移的原理 利用电路的对称性和发射级电阻 Re 或恒流源形成的共模负反馈。 观看动画 二、有源负载差分放大电路（带恒流源电路） 从以上分析可以看出，为了增大共模抑制比，除了力求差分放大电路完全对称外，还应增大发射极电阻 Re。但是 Re 过大， 不仅集成工艺难以实现，而且会使放大电路两管的静态工作点电流偏低。为了解决这个矛盾，可以采用有源负载电路来代替 Re。 实践证明，采用恒流源电路的差分放大电路，其共模抑制比可提高 1～2 个数量级。 三、问题 （1）在差分式放大电路的射极电阻 Re 上是否要加旁路电容 Ce？ 答：不能加。因为 Re 电阻对输入信号的差模分量，其上电流的变化量为 0，所以不必加旁路电容 Ce。再者 Re 对输入信号的 共模分量，形成较强的负反馈来抑制零漂，所以不能加旁路电容 Ce。 （2）在差分放大电路分析中，为什么要考虑信号源内阻 Rs？ 答：差分式放大电路是直接耦合放大电路，输入端无耦合电容，Rs 的不同会影响管子的静态工作点，Rs 不同影响也不同。一 般经常在信号源和输入管基极间接较大的电阻 Rs。 6.3 集成电路运算放大器 集成运算放大器是一种高增益的直接耦合多级放大电路，通常由输入级、中间级、输出级及偏置电路组成。 输入级：通常由双输入差分放大电路构成。主要作用是提高抑制共模信号能力，提高输入电阻。 中间级：带恒流源负载和复合管的差放和共射电路组成的高增益的电压放大级，主要作用是提高电压增益。 输出级：采用互补对称功放或射极输出器组成，主要是降低输出电阻，提高带负载能力。 6.4 集成电路运算放大器的主要参数 一、输入误差信号： 输入失调电压 VIO 和输入失调电流 IIO； 输入失调电压温漂Δ VIO/Δ T 和输入失调电流温漂Δ IIO/Δ T； 输入偏置电流 IIB 二、开环差模参数 开环差模电压增益 AVO、最大差模输入电压 Vidmax、差模输入电阻 Rid、开环输出电阻 Rod、最大输出电流 Iomax、开环带宽 BW、单位增益带宽 BWG 等。 三、共模参数 共模抑制比 KCMR、最大共模输入电压 Vicmax、共模输入电阻 Ric 四、瞬态参数 转换速率 SR 等。 五、电源参数 电源电压范围、静态功耗等。例 1．集成运放的输入级为什么采用差分式放大电路？对集成运放的中间级和输出级各有什么要求？一般采用什么样的电路形 式？ 集成运算放大器是一个高增益直接耦合多级放大电路，直耦多级放大电路存在零点漂移现象，尤以输入级的零点漂移最为严 重。差动放大电路利用电路的对称性和发射级电阻 Re 或恒流源形成的共模负反馈，对零点漂移有很强的抑制所用，所以输入级常 采用差分放大电路，它对共模信号有很强的抑制力。 中间级主要是提供高的电压增益， 中间级的电路形式多为差分 电路和带有源负载的高增益放大器。 输出级主要是降低输出电阻，提高带负载能力。输出级主要由 PNP 和 NPN 两种极性的三极管或复合管组成，以获得正负两个极性 的输出电压或电流。 例 2．电流源在模拟集成电路中可起到什么作用？为什么用它作为 放大电路的有源负载？ 答：在模拟集成电路中，电流源常作为有源负载使用。这是由于电流源具有直流电阻小而交流电阻大的 特点。关于这一特点可以这样理解：构成电流源的三极管工作在放大区，放大区的输出特性曲线近似水平而微有上翘，因此曲线 上任一点（即Ｑ点）的切线斜率很小，而斜率的倒数为交流电阻，即等效交流电阻很大。而等效直流电阻为同一点与原点连线斜 率的倒数，显然较小。直流电阻和交流电阻不同，这是由于三极管特性的非线性所致。 例 3．定性分析图所示电路，说明 T1、T2 在电路中的作用。答：输入信号加在 T1 管基极，输出信号取自 T1 管发射极，因此 T1 管构成共集电路。T2 管构成了电流源，作为 T1 管发射极的有 源负载。 例 4．差分式放大器如图，已知 Vcc=6V，Rb=6KΩ ，Rc=6KΩ ，Re=5.1KΩ ， ＶBE=0.7V，ｒbb'=700Ω ，β =100。计算： （1）电路静态工作点（ ＩCQ、ＶCEQ ） （2）差模电压放大倍数 。 （3）差模输入电阻 、输出电阻 。解：1.静态工作点： 思路：因为求静态工作点是电路的直流工作状态。所以ＶI1=ＶI2=0 (画出 直流通路）。简化分析，可近似认为两三极管基极电位ＶB=0 。 发射极电位ＶE=-ＶBE =-0.7V 射极电阻 Re 上电流ＩE=（ＶE+ＶEE）/Re =1.04mA ，因为 T1、T2 对称性， 所以 ＩCQ1=ＩCQ2 =1/2×ＩE =0.52mA ＶCEQ1 =ＶCEQ2 =ＶC -ＶE =(6-Rc.ＩCQ )-(-0.7)=3.58V2.求差模电压放大倍数。 思路：首先画出差模信号工作时电路交流通路,Re 电阻交流短接。然后利用第三章放大电路分析方法进行求解。 Avd =Vo/Vi= -β Rc/(Rb+ｒbe) ｒbe= ｒbb'+(1+β )26/ＩEQ =100+(1+100)26/0.52 =5.15K 所以，Avd=-84 3.求输入电阻及输出电阻 由交流通路可直接求得 Rid=2(Rb +ｒbe )=14.3K Rod=2Rc =1.2K 例 5．若上题输出电压ｖo 从 C2 取出，即ｖo =ｖC2 ，其它不变 求：（1）差模电压放大倍 Avd 数。 （2）Rid 及 Rod 解：（1）Avd =1/2×β Rc/(Rb+ｒbe)= 42 （2） Rid=2（Rb+ｒbe ）=14.3K Rod=Rc=6K 1、集成运算放大器是一种采用______耦合方式的放大电路，最常见的问题是__________，限于集成工艺的限制，在内部组成上， 对高阻值电阻通常采用由三极管或场效应管组成的________来替代，或是采用________的方法来解决。 （答案） 2、在差动放大电路中，若 Vs1=18mV，Vs2=10mV，则输入差模电压 Vsd =______mV，共模输入电压 Vsc=______mV；若差模电压增 益 Avd= - 10，共模电压增益 Avc= - 0.2，则差动放大电路输出电压 Vo=______mV。 （答案） 3、差动放大电路的基本功能是对差模信号的_______作用和对共模信号的_______作用。（注：本题为 1998 年北京理工大学研究 生入学考试“模拟与数字电路”考题） （答案） 4、差动放大电路抑制零点漂移的原理是________________________________________。（注：本题为往年考题） （答案） 5、选择正确答案填空 （1）集成运放电路采用直接耦合方式是因为_______。 a.可获得很大的放大倍数；b.可使温漂小；c.集成工艺难于制造大容量电容。 （2）通用型集成运放适用于放大_______。 a.高频信号；b.低频信号；c.任何频率信号 （3）集成运放制造工艺使得同类半导体管的_______。 a.指标参数准确；b.参数不受温度影响；c.参数一致性好 （4）集成运放的输入级采用差动放大电路是因为可以_______。 a.减小温漂；b.增大放大倍数；c.提供输入电阻（5）为增大电压放大倍数，集成运放中间级多采用_______。 a.共射放大电路；b.共集放大电路；c.共基放大电路 （答案） 6、用一个 PNP 型和一个 NPN 型管组成等效 PNP 型符合管时，图所 示的 abcd 接法中， _______是正确的。（注：本题为 1996 年电子科技大学研究生入学考试“模拟电路”考题） （答案） 7、图电路中，I＝1mA，则 Ic3＝_______。 （1）1mA；（2）0.5mA；（3）0.3mA（注：本题为 1996 年电子科技大学研究生入学考试“模拟电路”考题） （答案） 8、双端输入，双端输出，差分式放大电路如图。 已知：静态时,Vc1=Vc2=10V,Vo=Vc1-Vc2=0，求： （1）设|Ａvd|=100,Ａvc=0，Ｖi1=10mV,Ｖi2=5mV. 则|Vo|为（ ） a.125mV b.200mV c.250mV d.500mV （2）设Ａvd=-10,Vi1=0.1V,Vi2=-0.1V,则 Vc1（对地）为（ ）, Vc2 对地为（ ） a.9V b.10V c.11V d.12V （3）为提高电路的ＫCMR,Ｒe 可用（ ）代替。 a.大电容 b.电流源 C、电压源 d.断开 （答案与提示） 9、某差动放大电路如图，选择正确答案。 （1）静态时，要使 Vo=0,应调整元件是（ ） a.Rw b.Rc c.Re d.Rb（2）差模放大时，开关 S 从 1 转至 2，Vo 值变化是（ ） a.增大 b.减小 c.基本不变 （3）共模放大时，开关 S 从 2 转至 1， 实测共模放大倍数|Ａvc|值的变化是（ ） a.增大 b.减小 c.基本不变 （答案与提示） 10、差分式放大电路如图。电位器 Rw 的滑动端位于中点，T1,T2 管对称。参数 β =60，ｒbe=2.6KΩ ,ＶBE=0.7V （1）Ｔ1 管静态电流Ｉc1 约为（ ） a.0.5mA b.0.7mA c.1mA d.1.4mA （2）当Ｖi1=10mV,Ｖi2=-10mV,Ｖo 约为（ ） a.560mV b.280mV c.-560mV d.-280mV （3）当Ｖi1=Ｖi2=10mV 时，Ｖo 约为（ ） a.5mV b.100mV c.-5mV d.-100mV （4）当Ｖi1=15mV,Ｖi2=5mV 时，Ｖo 约为（ ） a.555mV b.550mV c.270mV d.275mV （答案与提示） 七、反馈放大电路 基本要求?熟练掌握：（1）反馈基本概念， 反馈放大电路类型和极性判断； （2）负反馈对放大电路性能的影响； （3）深度负反馈下的闭环增益。?正确理解：Ａf=Ａ/（1+ＡＦ）公式的含义难点重点 1．放大电路中反馈类型的判别方法和对放大电路性能的影响 判别一个电路是否存在反馈，只要分析放大电路的输出回路和输入回路之间是否存在相互联系的电路元件。具体反馈类型的 判别方法和对放大电路性能的影响，请单击此处。 2．深度负反馈下闭环增益的计算 深度负反馈放大电路的特点：在深度负反馈的情况下，反馈信号 Xf 和外加输入信号近似 Xi 相等，净输入信号 Xid≈0。 对串联负反馈，取输入电压和反馈电压近似相等，Ｖi≈Ｖf，Ｖid≈0，称虚短； 对并联负反馈，取输入电流和反馈电流近似相等，Ｉi≈Ｉf，Ｉid≈0，称虚断； 实际上，在深度负反馈条件下，放大电路输入端虚短和虚断是同时存在的。思路：在深度负反馈条件下Ａf=1/Ｆ；-----通过判断反馈类型得到：Ｘi、Ｘf，Ｘi、Ｘf 应为电压量或电流量；-----确定 出Ｆ的量纲，求值；-----确定出Ａf；如要求Ａvf，再进一步分析电路，找出Ｉo 和Ｕo 关系或Ｉi 和Ｕi 关系。 3．“反馈放大电路的反馈极性在线路接成后就固定不变”，这种说法是否正确？ 不正确。反馈放大电路的接线是在假定信号处于中频段时接成的负反馈。在信号处于低频段或高频段时，各级放大电路中由于 电路存在电抗器件，出现附加相移，若级数较多时，附加相移大于或等于 180 度，就会使原来的负反馈转化为正反馈。放大电路中反馈类型的判别方法和对放大电路性能的影响反馈类型 定义 反馈信号从输出电压取样， 即与 Ｖo 成正比 判别方法 反馈网络与基本放大电路在输出回路并接； 反馈信号的取样对象是输出电压； 或令Ｖo=0（将负载ＲL 短接）,反馈信号不复存在 反馈网络与基本放大电路在输出回路串接； 反馈信号的取样对象是输出电流； 或令Ｖo=0}