1、半导体基础与器半导体基础与器件件第一章本章导读自然界中的物质，按导电能力的不同，可分为导体和绝缘体。人们又发现还有一类物质，它们的导电能力介于导体和绝缘体之间，那就是半导体。电子技术是利用半导体器件完成对电信号处理的技术，它包括模拟电子技术和数字电子技术两大部分。当被处理的电信号在时间和数值上都是连续变化的信号时，我们称为模拟信号；处理模拟信号的电子电路称为模拟电路。当被处理的电信号为不连续变化、只有在其高低电平中包含有信号时，我们称电路为数字信号；处理数字信号的电子电路称为数字电路。组成模拟电路和数字电路的最基本的器件都是二极管、三极管和场效应管等半导体器件。半导体基础与器半导体基础与器件件
2、半导体的基本特性1.1半导体二极管1.2半导体三极管1.3场效应管1.4第一章半导体的基本特性1.11.1.1半导体半导体的导电能力介于导体和绝缘体之间。目前用来制造半导体器件的材料主要是锗和硅，它们都是4价元素，具有晶体结构，如图1-1所示。在常温下，大多数的价电子均被束缚在原子周围，不易自由移动，只有少量的价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，自由电子逸出的空位就形成空穴。完全不含杂质且无晶格缺陷的纯净半导体称为本征半导体。由于在常温状况下，纯净半导体内的自由电子和空穴浓度很低，所以导电能力也较弱。图1-1 半导体晶体结构示意图半导体的基本特性1.11.1.2N型半导体和P型半导体N型半导体
3、是在纯净半导体硅或锗中掺入微量磷、砷等5价元素，这类杂质半导体特点是：自由电子数量多，空穴数量少，参与导电的主要是带负电的自由电子，故又称为电子型半导体。P型半导体是在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝等3价元素。这类掺杂导体的特点是：空穴数量多，自由电子数量少，参与导电的主要是带正电的空穴，故又称为空穴型半导体。半导体的基本特性1.11.1.3PN结及单向导电特性采用掺杂工艺，使硅或锗的一边形成P型半导体，另一边形成N型半导体区域，在P区和N区的交界面形成一个具有特殊电性能的空间电荷区薄层，称为PN结。PN结正偏：PN结P区的电位高于N区的电位称为正向偏置，简称正偏。PN结反偏：PN结P区的电位低
4、于N区的电位称为反向偏置，简称反偏。图1-2 PN结示意图 半导体的基本特性1.11.1.3PN结及单向导电特性PN结正向偏置时，呈现低阻性，可称为导通；PN结反向偏置时，呈现高阻性，可称为截止。这种特性称为PN结的单向导电性。单向导电性PN结两端外加的反向电压增加到一定值时，反向电流急剧增大，称为PN结的反向击穿。若反向电流增大并超过允许值，会使PN结烧坏，称为热击穿。PN结具有一定的电容效应，该电容称为PN结的结电容。反向击穿热击穿结电容半导体二极管1.21.2.1二极管的结构与符号电子产品中有各种不同封装形式的二极管，二极管通常用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳，外壳上一般印有标记以便区
5、别正负电极。如图1-3、图1-4、图1-5、图1-6所示。外形1半导体二极管1.21.2.1二极管的结构与符号电子产品中有各种不同封装形式的二极管，二极管通常用塑料、玻璃或金属材料作为封装外壳，外壳上一般印有标记以便区别正负电极。如图1-3、图1-4、图1-5、图1-6所示。外形1半导体二极管1.21.2.1二极管的结构与符号由于管芯结构不同，二极管又分为点接触型(如图1-7a)、面接触型(如图1-7b)和平面型(如图1-7c)。结构2半导体二极管1.21.2.1二极管的结构与符号如图1-8所示，箭头表示正向导通电流的方向。符号3图1-8 二极管的正负极半导体二极管1.21.2.1二极管的结构
6、与符号导电特性4为了观察二极管的导电特性，将二极管(如1N4004)联到电池和小灯泡组成的电路中。如图1-9所示。图1-9 二极管的单向导电性实验c半导体二极管1.2 1.2.2二极管的特性与参数二极管的导电性能由加在二极管两端的电压和流过二极管的电流来决定，这两者之间的关系称为二极管的伏安特性。图1-10 二极管伏安特性测试电路半导体二极管1.2 1.2.2二极管的特性与参数1 1二极管的正向特性(1)当正向电压较小时，正向电流极小，称为死区，死区电压：硅0.5 V，锗0.2 V。(2)当正向电压大于死区电压时，电流随电压增大而急剧增大，二极管导通。(3)二极管导通后，两端电压基本稳定，一般
7、硅为0.7 V，锗为0.3 V。半导体二极管1.2 1.2.2二极管的特性与参数2 2二极管的反向特性(1)当加反向电压时，二极管反向电阻很大，电流极小，此时电流称为反向饱和电流。(2)当反向电压不超过反向击穿电压时，反向饱和电流几乎与反向电压无关。(3)当反向电压不断增大到一定数值时，反向电流就会突然增大，这种现象称为反向击穿。普通二极管不允许出现此种状态。有一种专用二极管(习称稳压二极管)可工作于此状态。图1-11 硅二极管的伏安特性曲线半导体二极管1.2 1.2.2二极管的特性与参数3 3半导体二极管的主要参数(1)最大整流电流 IFM：二极管允许通过的最大正向工作电流平均值。(2)最高
8、反向工作电压 VRM：二极管允许承受的反向工作电压峰值，也叫反向击穿电压。(3)反向漏电流 IR：是指在规定的反向电压和环境温度下的二极管反向电流值。IR越小，二极管的单向导电性能越好。3121RMV半导体二极管1.2 1.2.2二极管的特性与参数例1-1 有同型号的二极管三只,测得数据如下表1-1所示,试问哪个管子性能好?解:甲管单向导电性能最好,因为它耐压高,反向电流小,正向电压相同的情况下,正向电流大。表1-1 二极管性能比较半导体二极管1.21.2.3特殊二极管及应用1 1稳压二极管图1-13 稳压管电路符号图1-12 稳压管外形 半导体二极管1.21.2.3特殊二极管及应用2 2发光
9、二极管图1-15 发光二极管电路符号图1-14 发光二极管实物图半导体三极管1.31.2.3特殊二极管及应用1晶体三极管的基本结构(1)外形。近年来生产的小、中功率管多采用硅酮塑料封装；大功率三极管多采用金属封装，通常做成扁平形状并有安装孔。图1-16所示，为各种不同封装的晶体三极管。图1-16 晶体三极管的各种外形半导体三极管1.31.3.1三极管的结构1晶体三极管的基本结构(2)三极管的结构。三极管的核心是两个互相联系的PN结，PN结的组合方式不同，构成不同极性的三极管，即PNP型和NPN型两类。见图1-17。图1-17 三极管的结构示意图半导体三极管1.31.3.1三极管的结构1晶体三极
10、管的基本结构(3)特点发射区掺杂浓度较大，以利于发射区向基区发射载流子。基区很薄，掺杂少，载流子易于通过。集电区比发射区体积大且掺杂少，收集载流子。注意：三极管并不是两个PN结的简单组合，不能用两个二极管代替。半导体三极管1.31.3.1三极管的结构2分类三极管的种类很多，通常按以下方法进行分类：(1)按半导体制造材料可分为：硅管和锗管。硅管受温度影响较小、工作稳定，因此在电子产品中常用硅管。(2)按三极管内部基本结构可分为：NPN型和PNP型两类。(3)按工作频率可分为：高频管和低频管。工作频率高于3MHz为高频管，工作频率在3MHz以下为低频管。(4)按功率可分为：小功率管和大功率管。耗散
11、功率小于1W为小功率管，耗散功率大于1W为大功率管。(5)按用途可分为：普通放大三极管和开关三极管等。半导体三极管1.31.3.1三极管的结构3图形符号三极管的图形符号如图1-18所示。图1-18 三极管的图形符号半导体三极管1.31.3.2三极管的电流放大作用1电流分配关系三极管的特殊构造，使三极管具有特殊作用。(1)NPN型三极管电流分配实验电路如图1-21所示。图1-21 三极管电流分配实验电路半导体三极管1.31.3.2三极管的电流放大作用1电流分配关系三极管的特殊构造，使三极管具有特殊作用。(1)三极管三个电极上的电流分配实验数据如表1-2。表1-2三极管三个电极上的电流分配半导体三
12、极管1.31.3.2三极管的电流放大作用 2电流放大作用由表 1-2 的数据可看出，当基极电流 IB 由 0.03 mA 变到 0.04 mA 时，集电极电流IC由 1.74 mA 变到 2.33 mA。上面两个变化量之比为(1)当IB有较小变化时，IC就有较大变化。(2)直流电流放大系数(3)交流电流放大系数95mA01.0mA95.0BCII BCIIBCII半导体三极管1.31.3.2三极管的电流放大作用 2电流放大作用显然,(1-2)和(1-3)两式的意义是不同的。前者反映的是静态(直流工作状态)时集电极与基极电流之比，而后者反映的是动态(交流工作状态)时三极管的电流放大特性。即(4)
13、IC与IB之间的关系为：IC IBICEO上式中，当基极开路，IB=0时，集电极有一个小于1微安的电流流向发射极，这个电流称为穿透电流，用 ICEO表示。IBICEO,故 ICEO 一般可忽略,即 ICIB。半导体三极管1.31.3.3三极管在放大电路中的三种连接方式1三极管的工作电压(1)三极管工作在放大状态时，发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压。如图1-19所示。(2)偏置电压：基极与发射极之间的电压。图1-19 三极管工作电路示意图半导体三极管1.31.3.3三极管在放大电路中的三种连接方式2三极管在电路中的基本连接方式在实际放大电路中，除了共发射极连接方式外，还有共集电极和共基
14、极连接方式，这三种连接方法即构成单管放大器的三种组态，其差异是采用了不同电极作为公共端。图1-20 三极管的三种基本连接方式半导体三极管1.31.3.4三极管的伏安特性曲线及工作区图1-22为三极管特性测试电路。左边为基极和发射极组成的回路称输入回路，右边由集电极和发射极组成的回路称为输出回路。图1-22 三极管输入、输出特性测试实验电路半导体三极管1.31.3.4三极管的伏安特性曲线及工作区三极管的特性曲线分为输入特性曲线和输出特性曲线两种。三极管的特性曲线可根据实验数据绘出，也可由晶体管特性图示仪直接测绘出。图1-23 输入特性曲线图1-24 输出特性曲线半导体三极管1.31.3.4三极管
15、的伏安特性曲线及工作区三极管工作状态由偏置情况决定。见表1-3。工作状 态放 大截 止饱 和PN结发射结正偏集电结反偏发射结反偏或零偏发射结正偏集电结正偏NPNVCVBVEVBVEVBVE，VCVEPNPVCVBVEVBVEVBVE，VCVE表1-3三极管的不同工作状态半导体三极管1.3 1.3.5三极管的参数及选用1三极管的主要性能参数(1)共发射极电流放大系数。(2)反向饱和电流。2三极管的主要极限参数(1)集电极最大允许电流ICM。(2)集电极最大允许耗散功率PCM。(3)集电极发射极反向击穿电压UCEO。3.国产半导体器件的命名方法第一部分：用阿拉伯数字表示器件的电极数目；第二部分：用
16、英文字母表示器件的材料和极性；第三部分：用汉语拼音字母表示器件的类型；第四部分：用阿拉伯数字表示序号；第五部分：用汉语拼音字母表示规格号。场效应管1.41.4.1结型场效应管1 1分类、符号及外形图图1-31 结型场效晶体管的电路符号图1-32 结型场效晶体管外形图场效应管1.41.4.1结型场效应管2 2工作原理图1-33 N沟道结型场效应晶体管工作电路示意图(1)电路连接。N沟道结型场效应晶体管工作电路连接见图1-33。(2)工作原理。当UGS=0，N沟道在 作用下，形成电流ID，此时，电流ID最大。当UGS PN结受反向偏压PN结加宽N沟道变窄电阻变大ID减小。当UGS 达到一定值，PN
17、结变得较宽，以至N沟道被两边PN结夹断，则ID=0。结论：通过调节 可控制漏极电流ID的变化；P沟道与N沟道工作原理相同(UGS 0，UGS 0)；使PN结反偏；场效应晶体管只有多数载流子导电，称为单极晶体管。场效应管1.41.4.1结型场效应管3 3结型场效应晶体管的特性曲线(1)结型场效应晶体管测试电路如图1-34(N沟道为例)。(2)转移特性曲线。反映ID 随 变化关系的曲线称为转移特性曲线。N沟道结型场效应晶体管的转移特性曲线见图1-35。(3)输出特性曲线。当 一定时，ID 与 的关系曲线，称为输出特性曲线。N沟道结型场效应晶体管的转移特性曲线见图1-36。图1-34 场效应晶体管测
18、试电路场效应管1.41.4.1结型场效应管3 3结型场效应晶体管的特性曲线(1)结型场效应晶体管测试电路如图1-34(N沟道为例)。(2)转移特性曲线。反映ID 随 变化关系的曲线称为转移特性曲线。N沟道结型场效应晶体管的转移特性曲线见图1-35。(3)输出特性曲线。当 一定时，ID 与 的关系曲线，称为输出特性曲线。N沟道结型场效应晶体管的转移特性曲线见图1-36。图1-35 转移特性曲线场效应管1.41.4.1结型场效应管3 3结型场效应晶体管的特性曲线(1)结型场效应晶体管测试电路如图1-34(N沟道为例)。(2)转移特性曲线。反映ID 随 变化关系的曲线称为转移特性曲线。N沟道结型场效
19、应晶体管的转移特性曲线见图1-35。(3)输出特性曲线。当 一定时，ID 与 的关系曲线，称为输出特性曲线。N沟道结型场效应晶体管的转移特性曲线见图1-36。图1-36 输出特性曲线场效应管1.41.4.2绝缘栅场效应管1 1分类、符号及外形图(1)分类。分为N沟道增强型、P沟道增强型、N沟道耗尽型、P沟道耗尽型四种类型。(2)电路符号。四种场效晶体管的电路符号如图1-25所示。图1-25 四种绝缘栅场效应晶体管的电路符号场效应管1.41.4.2绝缘栅场效应管2 2结构和工作原理图1-27 N沟道增强型绝缘栅场效应晶体管图1-28 工作原理示意图场效应管1.41.4.2绝缘栅场效应管3 3N沟
20、道增强型MOSFET的转移特性和输出特性图1-29 转移特性曲线(1)转移特性。在漏源电压 为确定值时，漏极电流 与栅源电压 之间的关系曲线，称为转移特性。N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线如图1-29所示。当 VT 时，ID=0；当 VT 时，ID随 的。(2)N沟道增强型MOSFET的输出特性曲线如图1-30所示。场效应管1.41.4.2绝缘栅场效应管3 3N沟道增强型MOSFET的转移特性和输出特性图1-30 输出特性曲线(1)转移特性。在漏源电压uDS为确定值时，漏极电流 iD与栅源电压uGS之间的关系曲线，称为转移特性。N沟道增强型MOSFET的转移特性曲线如图1-29所示。当
21、UGSVT 时，ID=0；当 UGS VT 时，ID随 的。(2)N沟道增强型MOSFET的输出特性曲线如图1-30所示。场效应管1.41.4.2绝缘栅场效应管3 3N沟道增强型MOSFET的转移特性和输出特性当 UGS UT且一定时，三个区域特点比较见表1-5。表1-5 输出特性曲线的三个区域特点场效应管1.41.4.3场效应晶体管的主要参数和特点1 1场效应晶体管的主要参数(1)开启电压UT：指UDS为定值时，使增强型绝缘栅场效应管开始导通的栅源电压。(2)夹断电压UP：指UDS为定值时，使耗尽型绝缘栅场效应管处于刚开始截止的栅源电压，N沟道管子的UP为负值，属耗尽型场效应管的参数。(3)
22、跨导gm：指 为定值时，栅源输入信号UGS与由它引起的漏极电流ID之比，这是表征栅源电压UGS对漏极电流ID控制作用大小的重要参数。(4)最高工作频率fM：它是保证管子正常工作的频率最高限额。场效应管三个电极间存在极间电容，极间电容小的管子最高工作频率高，工作速度快。(5)漏源击穿电压U(BR)DS：指漏源极之间允许加的最大电压，实际电压值超过该参数时，会使PN结反向击穿。(6)最大耗散功率PDSM：指ID与UDD的乘积不应超过的极限值，是从发热角度对管子提出的限制条件。场效应管1.41.4.3场效应晶体管的主要参数和特点2 2场效应晶体管与普通三极管特点比较半导体基础与器件第一章本 章 小
23、结半导体具有热敏性、光敏性和掺杂性，因而成为制造电子元器件的关键材料。二极管是由一个PN结构成，其最主要的特性是具有单向导电性，二极管的特性可由伏安特性曲线准确描述。选用二极管必须考虑最大整流电流、最高反向工作电压两个主要参数，工作于高频电路时还应考虑最高工作频率。特殊二极管主要有稳压二极管、发光二极管、光电二极管等。稳压管是利用它在反向击穿状态下的恒压特性来构成稳定工作电压的电路。发光二极管起着将电信号转换为光信号的作用，而光电二极管则是将光信号转换为电信号。半导体基础与器件第一章本 章 小 结三极管是一种电流控制器件，有NPN型和PNP型两大类型。三极管内部有发射结、集电结两个PN结，外部
24、有基极、集电极、发射极三个电极。在发射结正偏、集电结反偏的条件下，具有电流放大作用；在发射结和集电结均反偏时处于截止状态。在发射结和集电结均正偏时处于饱和状态。三极管的放大功能和开关功能得到广泛的应用。三极管的特性曲线和参数是正确运用器件的依据，根据它们可以判断管子的质量以及正确使用的范围。表示电流放大能力大小；PCM、ICM、V(BR)CEO 规定了三极管的安全运用范围；ICEO、ICBO反映了管子温度稳定性。半导体基础与器件第一章本 章 小 结场效晶体管是一种电压控制器件，分为绝缘栅型和结型两大类，每类又有P沟道和N沟道的区分。场效晶体管用转移曲线和输出曲线来表征管子的性能。场效晶体管的三
25、个工作区域是：可调电阻区、放大区(或饱和区)和击穿区。MOS 管是一种电压控制器件。MOS 管的优点是：输入阻抗高、受幅射和温度影响小、集成工艺简单。超大规模集成电路主要用 MOS 管。基本放大电基本放大电路路第二章本章导读在实际生活与实践中常常要用到放大电路，例如麦克风采集到的语音信号需要经过放大处理才能有效扩音。放大电路是用来放大电信号的一种装置，有共射极、共集电极、共基极三种基本形式。基本放大电基本放大电路路共射极放大电路2.1图解法2.2微变等效电路2.3放大电路的偏置电路2.4第二章共集电极放大电路和共基极放大电路2.5多极放大电路2.6场效应管放大电路2.7共射极放大电路2.12.
26、1.1放大电路组成三极管基本放大电路由直流电源、信号源、负载、三极管、相应的偏置电路组成，如图所示。放大电路组成框图共射极放大电路2.12.1.1放大电路组成共射极放大电路如图所示。共射极放大电路共射极放大电路2.12.1.2放大电路工作原理以共射极放大电路为例，分析放大电路的工作原理。见图。输入交流信号ui通过电容C1的耦合送到三极管的基极和发射极。共射极放大电路共射极放大电路2.12.1.2放大电路工作原理以共射极放大电路为例，分析放大电路的工作原理。见图。输入交流信号ui通过电容C1的耦合送到三极管的基极和发射极。交流信号ub与直流偏压UB叠加的 波形如图（a），基极电流 产生相应的变化
27、，波形如图（b）所示。共射极放大电路各极电流电压变化波形电流ic经放大后获得对应的集电极电流，如图（c）所示。集射极电压uCE波形与输出电流ic变化情况相反，如图（d）所示。uCE经耦合电容C2隔离直流成分，输出的只是放大信号的交流成分uo。共射极放大电路2.12.1.2放大电路工作原理了解放大电路的性能指标有利于更好地的分析放大电路的性能。主要指标有以下几种:增益1增益，又称作放大倍数，用来衡量放大电路放大能力的参数。（1）电压增益 。它是用来衡量放大电路的电压放大能力的指标。它可定义为输出电压与输入电压之比，即 共射极放大电路2.12.1.2放大电路工作原理（2）电流增益 。它是用来衡量放
28、大电路的电流放大能力。它可定义为输出电流与输入电流之比。即越大表明放大能力越好。(3)功率增益。它定义为输出功率与输入功率之比。即 共射极放大电路2.12.1.2放大电路工作原理输入电阻 R i2放大电路与信号源相连时，就要从信号源索取电流。索取电流的大小表明了放大电路对信号源的影响，所以定义输入电阻来衡量放大电路对输入信号源的影响。当信号频率不高时，电抗效应不考虑，则 共射极放大电路2.12.1.2放大电路工作原理输出电阻 R o3从输出端看进去的放大电路的等效电阻，称为输出电阻，输出电阻代表放大电路带负载的能力。Ro越小表明带负载能力越强。则共射极放大电路2.12.1.2放大电路工作原理通
29、频带4通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力。由于放大电抗元件的存在，在输入信号频率较低或较高时，放大倍数的数值会下降并产生相移。如图所示为某放大电路的幅频特性曲线共射极放大电路图中，为下限截止频率，为上限截止频率，这两处的放大倍数的数值等于0.707倍的。即0.707Aum。其中是该放大电路最大电压增益。通频带BW：就是上限频率与下限频率之间的中频段。即图解法2.2放大电路的分析主要分析放大电路的静态参数和动态参数，即分析电路的静态工作点和放大倍数、输入电阻、输出电阻等。常用的方法有两种：图解法和微变等效法。在分析时，我们常常需要将电路图进行处理以便分析，即分析静态工作点时绘制直流通
30、路，分析动态时绘制交流通路和微变等效图。方法如下：1、对直流通路，电容视为开路，电感视为短路，其他不变。2、对交流通路，电容和电源视为短路。3、微变等效图，在交流通路的基础上，将晶体三极管等效变化后得到的图。在三极管特性曲线上，用作图的方法来分析放大电路的工作情况，称为图解法。这种方法直观，物理意义清楚。图解法2.22.2.1静态分析静态工作点：所谓静态工作点，就是输入信号为0时，电路中三极管各级的静 态 电 流 和 极 间 电 压，下 标 用 Q 表 示。对 应 的 电 流、电 压 分 别 为。图解法2.22.2.1静态分析直流负载线法例2-1 使用直流负载线法求解图（a）所示电路的静态工作
31、点。解：将图（a）所示基本放大电路图画成如图（b）所示的直流电路图。分析电路可以得到下式：(a)共射极放大电路(b)直流通路（c）直流负载线图解法分析静态工作点图解法2.22.2.1静态分析直流负载线法直流负载线的作法：将 分别代入公式（2-7）中，即可以在三极管特性曲线上两个特殊点 M 和 N 点。计算方法如下：(a)共射极放大电路(b)直流通路（c）直流负载线图解法分析静态工作点图解法2.22.2.1静态分析确定静态工作点2通过确定基极电流 值，找到MN与三极管特性曲线相交点Q，从而确定静态工作点。计算方法如下：(a)共射极放大电路(b)直流通路（c）直流负载线图解法分析静态工作点将参数带
32、入上式中计算可得到 ，从而确定Q点如图2-6（c）所示。Q点确定了，就可以从图中求出对应的 。即图解法2.22.2.2动态分析通过绘制交流负载线作动态分析。方法如下：绘图法分析动态参数以图（a）为例，将其绘制为交流通路图如图（b）所示。绘制交流通路图(a)共射极放大电路(b)交流通路图解法2.22.2.2动态分析绘制交流负载线2图解法2.22.2.2动态分析绘制交流负载线2图解法2.22.2.2动态分析绘制交流负载线2交流负载线图解法2.22.2.2动态分析图解分析放大倍数3交流负载线如图所示。如果知道 的变化范围，从图中可得出工作点的变化范围Q1Q2和输出电压的动态范围，则输出信号在该范围内
33、以Q点为中心按照正弦规律变化。所以输出电压的幅值；若输入信号的幅值为，则放大器的电压放大倍数为BI31BBII 12CECEomUUU21CECEUUimomUUuA图解法2.22.2.3用图解法分析波形的非线性失真静态工作点对放大电路的影响。放大电路的静态工作点设置不合适，将导致放大输出的波形产生失真。静态工作点对放大电路的影响微变等效电路2.32.3.1三极管微变等效电路三极管各极电压和电流的变化关系，在较大的范围内是非线性的。如果三极管工作在小信号下，其特性可以近似地看作是线性的。因此可以使用一个线性电路来代替三极管。三极管的微变等效变化如图所示。晶体三极管及微变等效图（a）三极管 （b
34、）三极管微变等效图将三极管的b、e端等效为电阻 ，将c、e端等效为恒流源，电流大小是 ，方向与 同向，c、e端等效为电阻。berbi cicer微变等效电路2.32.3.2放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路是在交流通路的基础上，将三极管作微变等效变化得来的。首先绘制放大电路（a）的交流通路，如图（b）所示，再将三极管按照微变等效的方法做变化就得到了放大电路的微变等效图，由于 远远大于，因此在放大电路微变等效图中将其省去，如图（c）所示。cerCR共射极放大电路微变等效电路2.32.3.3用微变等效电路法分析电路用微变等效电路求动态参数。根据放大电路的微变等效图分析可以得到各项性能指标
35、的求法如下：（1）电压放大倍数其中，常取值为300。bbr微变等效电路2.32.3.3用微变等效电路法分析电路（2）输入电阻放大器对信号源来说是一个负载，可用一个电阻等效代替，这个电阻是信号源的负载，也是从放大器输入端看进去的输入电阻Ri。输入电阻定义为放大器输入端的输入电压与输入电流之比，即（3）输出电阻放大器对负载来说，是一个信号源，其内阻即为放大电路的输出电阻。即从输出端向内看到的电阻值：or微变等效电路2.32.3.3用微变等效电路法分析电路例2-2 在上图共射极放大电路（a）中，设 =12V，=200 k ，静态电流 =2.1 mA，晶体管 =35。当输出端负载电阻 时，求基极静态电
36、流、电压放大倍数、输出电阻。解ccVbREI放大电路的偏置放大电路的偏置电路电路2.42.4.1固定偏置电路固定偏置电路如图所示。由直流通路可见，偏置电流 是通过偏置电阻 由电源 提供，当 U 时，只要 和 为定值，就是一个常数，故把这种电路称为固定偏置电路。因此，当环境温度升高时，虽然 为常数，但 和 的增大会导致 的增大。可见，该电路的温度稳定性较差。只能用在环境温度变化不大，要求不高的场合。bRBQIccVBEQEQIEQICEQICQIccVccVbRBCCBBEQCCBQRVRUVI固定偏置电路放大电路的偏置放大电路的偏置电路电路2.42.4.2分压偏置电路分压式偏置电路如图所示。由
37、于此时 ，基本恒定，不受温度影响，当环境温度上升时，引起 增大，导致 增大，使增大。由于，减小，于是基极偏流 减小，使集电极电流 的增大受到限制，从而达到稳定静态工作点的目的。稳定工作点的过程简述如下：。分压式电路主要用在交流耦合的分立元件放大电路中，它能提高静态工作点的热稳定性。分压式偏置电路CCbbbBQVRRRU122CQIEQIeEQEQRIUEQBQBEQUUUBEQUBQICQI共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路2.52.5.1共集电极放大电路共集电极放大电路如图（a）所示，它是从基极输入信号，从发射极输出信号，因此共集电极电路又称为射极输出器、电压跟随器。此电路的优
38、点是输入电阻很高、输出电阻很低，多用于输入极、输出极或缓冲极。它的交流通路图如图(c)所示，可以看出输入、输出共用集电极，所以称为共集电极电路。共集电极放大电路（1）静态分析。由图（b）所示的直流通路图，可以得到：共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路2.52.5.1共集电极放大电路共集电极放大电路如图（a）所示，它是从基极输入信号，从发射极输出信号，因此共集电极电路又称为射极输出器、电压跟随器。此电路的优点是输入电阻很高、输出电阻很低，多用于输入极、输出极或缓冲极。它的交流通路图如图(c)所示，可以看出输入、输出共用集电极，所以称为共集电极电路。共集电极放大电路（2）动态分析。根据
39、图（d）所示，可以得到共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路2.52.5.2共基极放大电路常见的共基极放大电路如图（a）图所示，其信号是从发射极输入，集电极是信号输出端，基极是信号公共端。（1）静态分析。共基极放大电路的直流通路如图（b）所示。如果忽略基极电流对分压电阻 的分流作用，则基极静态工作点为：共基极放大电路21,bbRR共集电极电路和共基极电路共集电极电路和共基极电路2.52.5.2共基极放大电路（2）动态分析。共基极放大电路交流通路图如图（c），微变等效电路如图（d）所示，分析动态参数如下：共基极放大电路由以上分析可以看出共基极放大电路电压放大倍数约为1，输入与输出同相；
40、输入电阻比共射极放大电路小，输出电阻相同。共基极放大电路的频率响应好，在要求频率特性高的场合多采用共基极放大电路。多极放大电多极放大电路路2.6在实际应用中为了得到足够的增益或考虑到输入电阻和输出电阻的特殊要求，放大电路常常是由多个放大电路组成的，成为多级放大器。多级放大器是由输入级、中间级、输出级组成的。如图所示。多级放大电路组成框图多极放大电多极放大电路路2.6利用电容作为耦合和隔离直流信号元件的电路，如图所示。阻容耦合两极放大电路2.6.1级间耦合方式阻容耦合1多极放大电多极放大电路路2.6将变压器前级输出端与后级输入端相连接的耦合方式，如图所示。变压器耦合两极放大电路2.6.1级间耦合
41、方式变压器耦合2多极放大电多极放大电路路2.6将前后级直接连接在一起的耦合方式。如图所示。直接耦合两级放大电路2.6.1级间耦合方式直接耦合3多极放大电多极放大电路路2.6在多级放大电路中，如果各级放大电路的增益是 ，则多级放大电路的总增益为各级放大电路增益的乘积。即2.6.2多级放大器的性能指标多级放大电路的放大倍数1,.,21unuuAAA多级放大电路的输入电阻就是第一级放大电路的输入电阻，多级放大电路的输出电阻就是最后一级放大电路的输出电阻。多极放大电多极放大电路路2.6图(a)、(b)为两级参数完全相同的单级放大器的幅频特性曲线，组成两级放大器后放大倍数相乘，其幅频特性曲线如图(c)，
42、两级放大器比单级放大器的通频带变窄。放大器级数越多，通频带就越窄。2.6.2多级放大器的性能指标多级放大器的频率特性2单级与多级放大电路频率响应比较场效应管放大电场效应管放大电路路2.7场效应管与三极管一样，可以组成放大电路，由于场效应管只有工作在恒流区才具有放大作用，因此场效应管放大电路同样需要有直流偏置，以保证场效应管正常工作。根据场效应管放大电路公共端的不同，可以分为共源极、共漏极、共栅极三种放大电路。下面以共源极放大电路为例进行介绍。场效应管放大电场效应管放大电路路2.7场效管是电压控制元件，静态时需要有合适的栅极电压。场效管有不同的种类，偏置电路应根据不同的管子选自不同的电路形式和电
43、压极性。一般常用的偏置电路有分压偏置电路和自偏压电路。2.7.1偏置电路场效应管放大电场效应管放大电路路2.72.7.1偏置电路分压偏置电路1分压偏置电路场效应管放大电场效应管放大电路路2.72.7.1偏置电路自偏压电路2自偏压电路场效应管放大电场效应管放大电路路2.72.7.2电路分析静态分析1场效应管放大电路静态分析方法与三极管放大电路分析方法相似，可以使用图解法或是公式法。下面以共源极分压偏置电路为例进行分析。做直流分析时，将电容作开路处理，由于Rg3上没有电流，所以场效应管放大电场效应管放大电路路2.72.7.2电路分析动态分析2 场效应管放大电路在动态分析时仍采用小信号模型进行分析。
44、（1）场效应管小信号模型。场效应管小信号模型场效应管放大电场效应管放大电路路2.72.7.2电路分析动态分析2（2）动态参数分析。将上图中的电路作等效变化，如下图所示。由图可知场效应管放大电路等效电路dgsmORUgu该电路的动态参数是基本放大电路第二章本 章 小 结1.放大的本质是能量控制作用，即使用能量较小的输入信号控制另一个能源，从而使得负载上获得较大的能量（输出信号）。2.为了实现放大作用常采用有放大作用的器件如:三极管、场效应管等组成的放大电路。这些具有放大作用的器件构成了放大电路的核心。3.对放大电路的分析常采用两种基本方法：图解法和等效电路法。图解法简单直观，等效电路法适合分析复
45、杂电路。4.放大电路中存在电抗元件，其中包括电容、电感，这些元件对直流信号和不同频率的交流信号呈现的阻抗是不同的，从而放大电路对不同频率的交流信号器放大作用是不同的。基本放大电路第二章本 章 小 结5.多级放大电路常见的耦合方式有：阻容耦合，直接耦合，变压器耦合三种。6.为提高信号的传输效率，多级放大要考虑级间的合理配合，同时还要考虑传输信号的类型，例如传输电压信号，则希望低输出电阻与高输入电阻配合。负反馈放大器及集成运算放负反馈放大器及集成运算放大器大器第三章本章导读反馈在电子线路中应用十分广泛，特别是在放大电路中引入负反馈，可以大大改善电路的性能。本章介绍反馈的基本概念、反馈电路的结构、反
46、馈类型及其判别方法。讨论不同的负反馈组态对放大电路的影响。本章还介绍了基本差分放大电路的组成、分析方法及其电路的改进；集成运算放大器的电路结构、参数；集成运算放大器基本电路的分析及应用；振荡器的自激条件及RC振荡器和LC振荡器；介绍非正弦波振荡器典型电路，并以信号发生器为例讲解振荡器的工程应用。负反馈放大器及集成运算放负反馈放大器及集成运算放大器大器负反馈放大器3.1差分放大器3.2集成运算放大器3.3集成运算放大器的基本运算电路3.4第三章正弦波振荡器3.5非正弦波振荡器3.6工程应用正弦波信号发生器的设计制作3.7负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1反馈的基本概念与组态将放大电路输出信
47、号（电压或电流）的一部分或全部，通过某一电路送回输入端，称为反馈。具有反馈作用的放大器叫反馈放大器。反馈到输入回路的信号称为反馈信号。由输出信号形成反馈信号的电路叫反馈电路或反馈网络。构成反馈网络的元件叫反馈元件。反馈信号与输出信号之比叫反馈系数。如果反馈信号削弱了输入信号使放大电路的净输入减小，导致电路的放大倍数降低的反馈称为负反馈，反之，则为正反馈。反馈环方框图反馈的基本概念1反馈放大器的结构2负反馈放大电路分为两部分:一个是基本放大电路;另一个是反馈电路（或称反馈网络）。通常用反馈环方框图表示，如图所示。负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1反馈的基本概念与组态反馈的分类3（3）电压反
48、馈与电流反馈（1）正反馈与负反馈（4）串联反馈与并联反馈（2）直流反馈与交流反馈负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1反馈的基本概念与组态反馈类型的判别4在分析实际反馈电路时，必须首先判别其属于哪种反馈类型。在判别反馈类型之前，首先应看放大器的输出端与输入端之间有无电路连接，以便确定有无反馈。反馈类型的判别负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1反馈的基本概念与组态负反馈放大器的四种组态5（1）电压串联负反馈电压串联负反馈实际电路和连接方框图分别如图（a）、（b）所示。电压串联负反馈负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1反馈的基本概念与组态负反馈放大器的四种组态5（2）电压并联负反馈电压并
49、联负反馈电路和连接方框图分别如图（a）、（b）所示。电压并联负反馈负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1反馈的基本概念与组态负反馈放大器的四种组态5（3）电流串联负反馈电流串联负反馈实际电路和交流通路分别如图（a）与（b）所示。电流串联负反馈负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1反馈的基本概念与组态负反馈放大器的四种组态5（4）电流并联负反馈电流并联负反馈实际电路和交流通路分别如图（a）与（b）所示。电流并联负反馈负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.1反馈的基本概念与组态负反馈放大器的四种组态5信号源内阻对于负反馈的效果是有影响的。串联负反馈适用于信号源内阻小的电压源;并联负反馈适用于信
50、号源内阻大的电流源。小知识负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.2负反馈对放大电路的影响提高放大倍数的稳定性1根据图所示，负反馈放大器的开环放大倍数为负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.2负反馈对放大电路的影响提高放大倍数的稳定性1负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.2负反馈对放大电路的影响展宽通频带2通频带BW 反映放大电路对输入信号频率变化的适应能力。图表示负反馈放大电路展宽通频带的原理。负反馈放大电路展宽通频带负反馈放大负反馈放大器器3.13.1.2负反馈对放大电路的影响减小非线性失真3负反馈可以减小非线性失真。需要注意的是，负反馈减小的是放大器非线性所产生的失真，而输入信号本身固有
