电子技术完整版课件.ppt

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1、半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应晶体管等。半导体器件是构成各种电子电路最基本的元件。1.1.1 半导体的导电特征半导体的导电特征：导电性能介于导体和绝缘体之间的物质，如硅(Si)、锗(Ge)。硅和锗是4价元素，原子的最外层轨道上有4个价电子。室温下，由于热运动少数价电子挣脱共价键的束缚成为自由电子，同时在共价键中留下一个空位这个空位称为。失去价电子的原子成为正离子，就好象空穴带正电荷一样。在电子技术中，将空穴看成带正电荷的载流子。每个原子周围有四个相邻的原子，原子之间通过紧密结合在一起。两个相邻原子共用一对电子。（与自由电子的运动不同）有了空穴，

2、邻近共价键中的价电子很容易过来填补这个空穴，这样空穴便转移到邻近共价键中。新的空穴又会被邻近的价电子填补。带负电荷的价电子依次填补空穴的运动，从效果上看，相当于带正电荷的空穴作相反方向的运动。本征半导体中有两种载流子：带负电荷的自由电子和带正电荷的空穴热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失，称为。在一定温度下自由电子和空穴维持一定的浓度。在纯净半导体硅或锗中掺入磷、砷等5价元素，由于这类元素的原子最外层有5个价电子，故在构成的共价键结构中，由于存在多余的价电子而产生大量自由电子，这种半导体主要靠自由电子导电，称为电子半导体或N型半导体，其中自由电子为多数载流

3、子，热激发形成的空穴为少数载流子。自由电子 多数载流子（简称多子）空 穴少数载流子（简称少子）在纯净半导体硅或锗中掺入硼、铝等3价元素，由于这类元素的原子最外层只有3个价电子，故在构成的共价键结构中，由于缺少价电子而形成大量空穴，这类掺杂后的半导体其导电作用主要靠空穴运动，称为空穴半导体或P型半导体，其中空穴为多数载流子，热激发形成的自由电子是少数载流子。自由电子 多数载流子（简称多子）空 穴少数载流子（简称少子）P 型半导体N 型半导体无论是P型半导体还是N型半导体都是中性的，对外不显电性。掺入的杂质元素的浓度越高，多数载流子的数量越多。少数载流子是热激发而产生的，其数量的多少决定于温度。u

4、半导体中载流子有扩散运动和漂移运动两种运动方式。载流子在电场作用下的定向运动称为。在半导体中，如果载流子浓度分布不均匀，因为浓度差，载流子将会从浓度高的区域向浓度低的区域运动，这种运动称为。u将一块半导体的一侧掺杂成P型半导体，另一侧掺杂成N型半导体，在两种半导体的交界面处将形成一个特殊的薄层 1.1.2 PN结及其单向导电性结及其单向导电性P 区 空间电荷区 N 区PN 结及其内电场内电场方向P 区 N 区载流子的扩散运动 多子扩散 形成空间电荷区产生内电场 少子漂移 扩散与漂移达到动态平衡形成一定宽度的PN结u外加正向电压（也叫正向偏置）u外加电场与内电场方向相反，内电场削弱，扩散运动大大

5、超过漂移运动，N区电子不断扩散到P区，P区空穴不断扩散到N区，形成较大的正向电流，这时称PN结处于状态。空间电荷区变窄E R内电场外电场PNIE R内电场外电场空间电荷区变宽PNIu外加反向电压（也叫反向偏置）u外加电场与内电场方向相同，增强了内电场，多子扩散难以进行，少子在电场作用下形成反向电流，因为是少子漂移运动产生的，反向电流很小，这时称PN结处于状态。一个PN结加上相应的电极引线并用管壳封装起来，就构成了半导体二极管，简称二极管。 半导体二极管按其结构不同可分为点接触型和面接触型两类。 点接触型二极管PN结面积很小，结电容很小，多用于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。 面接触型二极管

6、PN结面积大，结电容也小，多用在低频整流电路中。阳极 阴极1.2.1 半导体二极管的结构半导体二极管的结构-60 -40 -200.4 0.8 U /V40302010I /mA0正向特性反向特性外加正向电压较小时，外电场不足以克服内电场对多子扩散的阻力，PN结仍处于截止状态 。正向电压大于死区电压后，正向电流 随着正向电压增大迅速上升。通常死区电压硅管约为0.5V，锗管约为0.2V。外加反向电压时， PN结处于截止状态，反向电流 很小。 反向电压大于击穿电压时，反向电流急剧增加。1.2.2 半导体二极管的伏安特性半导体二极管的伏安特性（1）最大整流电流IOM：指管子长期运行时，允许通过的最大

7、正向平均电流。（2）反向击穿电压UB：指管子反向击穿时的电压值。（3）最大反向工作电压UDRM：二极管运行时允许承受的最大反向电压（约为UB 的一半）。（4）最大反向电流IRM：指管子未击穿时的反向电流，其值越小，则管子的单向导电性越好。（5）最高工作频率fm：主要取决于PN结结电容的大小。：正向电阻为零，正向导通时为短路特性，正向压降忽略不计；反向电阻为无穷大，反向截止时为开路特性，反向漏电流忽略不计。1.2.3 半导体二极管的主要参数半导体二极管的主要参数稳压管的主要参数：（1）稳定电压UZ。反向击穿后稳定工作的电压。（2）稳定电流IZ。工作电压等于稳定电压时的电流。（3）动态电阻rZ。稳

8、定工作范围内，管子两端电压的变化量与相应电流的变化量之比。即：rZ=UZ/IZ（4）额定功率PZ和最大稳定电流IZM。额定功率PZ是在稳压管允许结温下的最大功率损耗。最大稳定电流IZM是指稳压管允许通过的最大电流。它们之间的关系是： PZ=UZIZM稳压管是一种用特殊工艺制造的半导体二极管，稳压管的稳定电压就是反向击穿电压。稳压管的稳压作用在于：电流增量很大，只引起很小的电压变化。阳极 阴极1.3.1 稳压管稳压管1.3.2 发光二极管发光二极管当发光二极管的PN结加上正向电压时，电子与空穴复合过程以光的形式放出能量。不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。发光二极管具有亮度高、清晰度高、

9、电压低（1.53V）、反应快、体积小、可靠性高、寿命长等特点，是一种很有用的半导体器件，常用于信号指示、数字和字符显示。阳极 阴极 (a) (b)LEDLEDRE1.3.3 光电二极管光电二极管光电二极管的又称为光敏二极管，其工作原理恰好与发光二极管相反。当光线照射到光电二极管的PN结时，能激发更多的电子，使之产生更多的电子空穴对，从而提高了少数载流子的浓度。在PN结两端加反向电压时反向电流会增加，所产生反向电流的大小与光的照度成正比，所以光电二极管正常工作时所加的电压为反向电压。为使光线能照射到PN结上，在光电二极管的管壳上设有一个小的通光窗口。阳极 阴极1.4.1 半导体三极管是由两个背靠

10、背的PN结构成的。在工作过程中，两种载流子（电子和空穴）都参与导电，故又称为，简称晶体管或三极管。 两个PN结，把半导体分成三个区域。这三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三极管有两种类型：和。集电结 B发射结NPN集电区基区发射区CCEEB集电结 B发射结PNPCCEEB集电区基区发射区NPN型PNP型箭头方向表示发射结加正向电压时的电流方向1.4.2 （1）产生放大作用的条件 内部：a）发射区杂质浓度基区集电区 b）基区很薄 外部：发射结正偏，集电结反偏NPNICIEIBRBUBBUCCRC（2）三极管内部载流子的传输过程a）发射区向基区注入电子，形成发射极电流 i

11、Eb）电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流 iBc）集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流 iC（3）电流分配关系： iE = iC + iB 实验表明IC比IB大数十至数百倍，因而有。IB虽然很小，但对IC有控制作用，IC随IB的改变而改变，即基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。1.4.3 ICIBRBUBBUCCRCVVAmA +UCE +UBE0.4 0.8 UBE /V40302010IB /mA0UCE1V测量三极管特性的实验电路 三极管的输入特性曲线输入特性曲线输入特性曲线与二极管类似4321I

12、B=003 6 9 12 UCE /V20A40A60A80A100A饱和区截止区放 大 区IC /mA输出特性曲线输出特性曲线（1）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置BECEBEBuuui, 0, 0BCii0, 0CBiiBCii（2）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置 （3）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置 此时此时 1.4.4 1、电流放大系数、电流放大系数：iC= iB2、极间反向电流、极间反向电流iCBO、iCEO：iCEO=（1+ ）iCBO3、极

13、限参数、极限参数 （1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流 ICM： 下降到额定值下降到额定值的的2/3时所允许的最大集电极电流。时所允许的最大集电极电流。 （2）反向击穿电压）反向击穿电压U（BR）CEO：基极开路时，集电基极开路时，集电极、发射极间的最大允许电压。极、发射极间的最大允许电压。（3）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCM 。 1.5.1 N 沟道P 型硅衬底N+N+源极 S 栅极 G 漏极 DSiO2绝缘层金属铝DSG衬底DSG衬底N 沟道绝缘栅型场效应管的结构N 沟道耗尽型场效应管的符号N 沟道增强型场效应管的符号 P 沟道N 型硅衬底P+P+源极 S 栅极 G

14、漏极 DSiO2绝缘层金属铝DSG衬底DSG衬底P 沟道绝缘栅型场效应管的结构P 沟道耗尽型场效应管的符号P 沟道增强型场效应管的符号：UGS=0时漏、源极之间已经存在原始导电沟道。：UGS0才能在漏、源极之间形成导电沟道。1612 8 403 6 9 12 UDS/V2VUGS=0V放 大 区ID/mA(b) 漏极特性曲线4 2 0 2 4 UGS/VID/mAUGS(off)1612 8 4IDSS(a) 转移特性曲线可变电阻区2VUDS=常数耗尽型场效应管存在原始导电沟道，UGS=0时漏、源极之间就可以导电。这时在外加电压UDS作用下的漏极电流称为漏极饱和电流IDSS。UGS0时沟道内感

15、应出的负电荷增多，沟道加宽，沟道电阻减小，ID增大。UGS0时会产生垂直于衬底表面的电场。P型衬底与绝缘层的界面将感应出负电荷层，UGS增加，负电荷数量增多，积累的负电荷足够多时，两个N+区沟通，形成导电沟道，漏、源极之间有ID出现。在一定的漏、源电压UDS下，使管子由不导通转为导通的临界栅、源电压称为开启电压UGS(th)。 UGS UGS(th)时，随UGS的增加ID增大。按场效应管的工作情况可将漏极特性曲线分为两个区域。在虚线左边的区域内，漏、源电压UDS相对较小，漏极电流ID随UDS的增加而增加，输出电阻ro较小，且可以通过改变栅、源电压UGS的大小来改变输出电阻ro的阻值，这一区域称

16、为可变电阻区。在虚线右边的区域内，当栅、源电压UGS为常数时，漏极电流ID几乎不随漏、源电压UDS的变化而变化，特性曲线趋于与横轴平行，输出电阻ro很大，在栅、源电压UGS增大时，漏极电流ID随UGS线性增大，这一区域称为放大区。常数DSGSDmUUIg综上所述，场效应管的漏极电流ID受栅、源电压UGS的控制，即ID随UGS的变化而变化，所以场效应管是一种电压控制器件。场效应管栅、源电压UGS对漏极ID控制作用的大小用跨导gm表示：1.5.3 场效应管的主要参数除输入电阻 RGS、漏极饱和电流 IDSS、夹断电压 UGS(off)和开启电压 UGS(th)外，还有以下重要参数：（1）跨导 gm

17、。常数DSGSDmUUIggm表示场效应管栅、源电压 UGS对漏极 ID控制作用的大小，单位是A/V或 mAV。（2）通态电阻。在确定的栅、源电压 UGS下，场效应管进入饱和导通时，漏极和源极之间的电阻称为通态电阻。通态电阻的大小决定了管子的开通损耗。（3）最大漏、源击穿电压 UDS(BR)。指漏极与源极之间的反向击穿电压。（4）漏极最大耗散功率 PDM。漏极耗散功率DDSDIUP的最大允许值，是从发热角度对管子提出的限制条件。绝缘栅场效应管的输入电阻很高，栅极上很容易积累较高的静电电压将绝缘层击穿。为了避免这种损坏，在保存场效应管时应将它的 3 个电极短接起来；在电路中，栅、源极间应有固定电

18、阻或稳压管并联，以保证有一定的直流通道；在焊接时应使电烙铁外壳良好接地。2.1.1 根据放大电路连接方式的不同，可分为共发射极放大电路、共集电极放大电路和共基极放大电路3种，其中共发射极放大电路应用最广。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+（1）晶体管V。放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC。（2）电源UCC和UBB。使晶体管的发射结正偏，集电结反偏，晶体管处在放大状态，同时也是放大电路的能量来源，提供电流iB和iC。UCC一般在几伏到十几伏之间。（3）偏置电阻RB。用来调节基极偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。（4）集电极负载电阻RC。

19、将集电极电流iC的变化转换为电压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧。（5）电容Cl、C2。用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号源及负载间直流相隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失，Cl、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。2.1.2 uiuBEiBiC=iBuCEuo如果电路的参数选择适当，uo的幅度将比ui大得多，从而达到放大的目的。、放大电路的组成原则放大电路的组成原则（1）外加直流电源的极性必须使晶体管的发射结正向偏置，集电结反向偏置，以保证晶体管工作在放大区。（2）输入回路的接法，应该使输入电压的变化量能传送到晶体管的基极回路，

20、并使基极电流产生相应的变化量。（3）输出回路的接法，应该使集电极电流的变化量能转化为集电极电压的变化量，并传送到放大电路的输出端。（4）要合理地设置放大电路的静态工作点。2.2.1 是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压都不变的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。静态分析主要是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ。RC+UCCVRB+UCEQ+UBEQ ICQIBQBBEQCCBQRUUIBQCQIICCQCCCEQRIUU：耦合电容可视为开路。图解步骤：（1）用估算法求出基极电流IBQ（如40A）。（2）根据IBQ在输出特性曲线中

21、找到对应的曲线。（3）作直流负载线。根据集电极电流IC与集、射间电压UCE的关系式UCE=UCCICRC可画出一条直线，该直线在纵轴上的截距为UCC/RC，在横轴上的截距为UCC，其斜率为1/ RC ，只与集电极负载电阻RC有关，称为直流负载线。（4）求静态工作点Q，并确定UCEQ、ICQ的值。晶体管的ICQ和UCEQ既要满足IB=40A的输出特性曲线，又要满足直流负载线，因而晶体管必然工作在它们的交点Q，该点就是静态工作点。由静态工作点Q便可在坐标上查得静态值ICQ和UCEQ。2.2.2 IB=00UCE/V20A40A60A80AIC/mAQICQUCEQUCCRCUCCIB=40A的输出

22、特性曲线由UCE=UCCICRC所决定的直流负载线两者的交点Q就是静态工作点过Q点作水平线，在纵轴上的截距即为ICQ过Q点作垂线，在横轴上的截距即为ICQ是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含两个分量。RsRBus+uiRL+uoVRCibic：（ui单独作用下的电路）。由于电容C1、C2足够大，容抗近似为零（相当于短路），直流电源UCC去掉（短接）。图解步骤：（1）根据静态分析方法，求出静态工作点Q。（2）根据ui在输入特性上求uBE和iB。（3）作交流

23、负载线。（4）由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE。0 (a) 输入回路 (b) 输出回路uCEiCQICQUCCuBEiB0uBEtiBt0iCt0tQQQQQIBQUBEQuCEUCEQ直流负载线交流负载线002.3.1 从图解分析过程，可得出如下几个重要结论：（1）放大器中的各个量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量两部分组成。（2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCEQ被隔开，放大器的输出电压uo等于uCE中的交流分量uce，且与输入电压ui反相。（3）放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之比或有效值之比求出。负载电阻RL越小，交流负载电阻RL也越小，交流负

24、载线就越陡，使Uom减小，电压放大倍数下降。（4）静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。若Q点偏高，当ib按正弦规律变化时，Q进入饱和区，造成ic和uce的波形与ib（或ui）的波形不一致，输出电压uo（即uce）的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若Q点偏低，则Q进入截止区，输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。饱和失真和截止失真统称为非线性失真。(a) 饱和失真0uCEiCQICQiCt0tQQuCEUCEQ0(b) 截止失真0uCEiCQICQiCt0tQQUCEQ0uCE把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路，就是放大电路的微变等效电路，然后用线

25、性电路的分析方法来分析，这种方法称为微变等效电路分析法。是晶体管在小信号（微变量）情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内，用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。UBEIB0IBUBEQ输入特性曲线在Q点附近的微小范围内可以认为是线性的。当uBE有一微小变化UBE时，基极电流变化IB，两者的比值称为三极管的动态输入电阻，用rbe表示，即：bbeBBEbeiuIUr2.3.2 +ube+uceicibCBErbe+uceicibCBE+ubeib (a) 三极管 (b) 三极管的微变等效电路)mA(mV)(26)1 (300EQbeIr0UCEICIBICQ输出特性曲线在放大区域内可认为呈水

26、平线，集电极电流的微小变化IC仅与基极电流的微小变化IB有关，而与电压uCE无关，故集电极和发射极之间可等效为一个受ib控制的电流源，即：bciirbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs +sU RsRBus+uiRL+uoVRCibic电压放大倍数beLbbebLbbecLorRIrIRIrIRUUAiu式中RL=RC/RL。当RL=（开路）时beCrRAurbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs +sU 输入电阻beB/rRIURiiirbe+oUcIbICBE+iUbIRCRLRBRs +sU iIRi输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入电流）的

27、大小。为了减轻信号源的负担，总希望Ri越大越好。另外，较大的输入电阻Ri，也可以降低信号源内阻Rs的影响，使放大电路获得较高的输入电压。在上式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在几百欧到几千欧，一般认为是较低的，并不理想。输出电阻rbe+UcIbICBEbIRCRBRsICoRIURRo的计算方法是：信号源sU短路，断开负载 RL，在输出端加电压U，求出由U产生的电流I，则输出电阻 Ro为：对于负载而言，放大器的输出电阻Ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望Ro越小越好。上式中Ro在几千欧到几十千欧，一般认为是较大的，也不理想。例例

28、：图示电路，已知V12CCU，300BRk，3CRk，3LRk，3sRk，50，试求：（1）RL接入和断开两种情况下电路的电压放大倍数uA；（2）输入电阻 Ri和输出电阻 Ro；（3）输出端开路时的源电压放大倍数susUUAo。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB+解：先求静态工作点解：先求静态工作点40A30012BCCBBEQCCBQRURUUIAmA204. 050BQCQIIV63212CCQCCCEQRIUU再求三极管的动态输入电阻963)mA(2mV)(26)501 (300)mA(mV)(26)1 (300EQbeIr963. 0kRC+UCCVRB+UCEQ+UB

29、EQ ICQIBQ（1）RL接入时的电压放大倍数uA为：78963. 0333350beLrRAuRL断开时的电压放大倍数uA为：156963. 0350beCrRAu（2）输入电阻 Ri为：96. 0963. 0/300/beBrRRik输出电阻 Ro为：3Co RR k（3）39)156(131oouisiisisusARRRUUUUUUA2.4.1 温度升高UBE减小ICBO增大增大IC增大Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+UCCRCVRB1RB2REUBI1I2ICQIBQUE+UCEQ+ UBEQ ：I2IB，则CCB2B1B2BURRRU与温度基本

30、无关。温度 tICIEUE(=IE RE)UBE(=UBIE RE)IB IC调节过程：2.4.2 （1）静态分析)(CQBQEBEQBEQCCB2B1B2BECCQCCCEQCQRRIUUIIRUUIIURRRU（2）动态分析CbeBBiuRRrRRRrRAo21beL/例：例：图示电路（接CE），已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。Rsus+uiRL+uo+UCCRCC1C2VRB1RB2RECE+解：解：（1）用估算法计算静态工作点V75. 3)23(65. 112)(A3

31、3mA5065. 1mA65. 127 . 04V412102010ECCQCCCEQCQBQEBEQBEQCCB2B1B2BRRIUUIIRUUIIURRRUCQ（2）求电压放大倍数681 . 1333350k1 . 1110065. 126)501 (30026)1 (300beLEQberRAIru（3）求输入电阻和输出电阻k3k994. 01 . 1/10/20/obeB2B1CiRRrRRRECQCCEEQCCCEQBQCQEBBEQCCBQEBQBEQBBQEEQBEQBBQCC)1 ()1 (RIURIUUIIRRUUIRIURIRIURIU2.5.1 Rsus+uiRL+uo+

32、UCCC1C2VRBRE+UCCVRB1REICQIBQ+UCEQ+ UBEQ rbe+oUcIbICBE+iUbIRERLRBRs +sU 射极输出器的微变等效电路1IeIiILbeLoLbbebobebLbLo)1 ()1 ()1 ()1 (RrRUUARIrIUrIURIRIUiuie求电压放大倍数2.5.2 求输入电阻)1 (/)1 (LbeBLbeBb1RrRIURRrURUIIIiiiiiirbe+oUcIbICBE+iUbIRERLRBRs +sU 射极输出器的微变等效电路1IeIiI计算输出电阻的等效电路Irbe+ UcIbICBEbIRERBRseI求输出电阻1/beEoEb

33、ebebbssseRrRIURRURrURrUIIII射极输出器的特点：电压放大倍数小于1，但约等于1，即电压跟随。输入电阻较高。输出电阻较低。射极输出器的用途：射极跟随器具有较高的输入电阻和较低的输出电阻，这是射极跟随器最突出的优点。射极跟随器常用作多级放大器的第一级或最末级，也可用于中间隔离级。用作输入级时，其高的输入电阻可以减轻信号源的负担，提高放大器的输入电压。用作输出级时，其低的输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响，并易于与低阻负载相匹配，向负载传送尽可能大的功率。例：例：图示电路，已知UCC=12V，RB=200k，RE=2k，RL=3k，RS=100 ，=50。试估算静态工作

34、点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。Rsus+uiRL+uo+UCCC1C2VRBRE+V26. 8287. 112mA87. 10374. 050A37.4mA0374. 02)501 (2007 . 012)1 (ECQCCCEQBQCQEBBEQCCBQRIUUIIRRUUI解：解：（1）用估算法计算静态工作点（2）求电压放大倍数uA、输入电阻 Ri和输出电阻 Ro。100987. 126)501 (30026)1 (300EQbeIr1k98. 02 . 1)501 (12 . 1)501 ()1 ()1 (LbeLoRrRUUAiu式中2 . 13/2/LELRRRk4 .47

35、2 . 1)501 (1/200)1 (/LbeBRrRRik22501001000beosRrR式中100100/10200/3sBsRRR场效应管共源极放大电路RGRG1RG2RSRDRL+UDDC1C2CS+ui+uoGDSV+设UGS=0，则：DDG2G1G2GSURRRUU)(SDDDDDSSGSSDRRIUURURUI2.6.1 微变等效电路RGRG1RG2RDRLGDS+iU+gsU+oUgsmUg（1）电压放大倍数。LmgsLgsmgsLdoRgURUgURIUUAiu（2）输入电阻。G2G1G/ RRRRiRG一般取几兆欧。可见 RG的接入可使输入电阻大大提高。（3）输出电阻

36、。DoRR RD一般在几千欧到几十千欧，输出电阻较高。2.6.2 例 ：例 ： 图 示 电 路 ， 已 知V20DDU，5DRk ，5SRk，5LRk，1GRM，300G1Rk ，100G2Rk，mA/V5mg。求静态工作点及电压放大倍数uA、输入电阻 Ri和输出电阻 Ro。RGRG1RG2RSRDRL+UDDC1C2CS+ui+uoGDSV+解解：静态工作点：V10)55(120)(mA155V520100300100SDDDDDSSGSSDDDG2G1G2GRRIUURURUIURRRU电压放大倍数：5 . 25/5/LDLRRRk5 .125 . 25LmRgAu输入电阻：1075100

37、/3001000/G2G1GRRRRik输出电阻：5Do RRk输入级电压放大级电压放大级功率输出级推动级信号源中间级小信号放大电路功率放大电路负载3.1.1 各极之间通过耦合电容及下级输入电阻连接。优点：各级静态工作点互不影响，可以单独调整到合适位置；且不存在零点漂移问题。缺点：不能放大变化缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于需要大容量的耦合电容，因此不能在集成电路中采用。阻容耦合放大电路的特点阻容耦合放大电路的特点Rsus+uiRC1C1C2V1RB11RB12CE1RL+uo+UCCRC2C3V2RB21RB22CE2RE1RE2+uo1+阻容耦合放大电路分析阻容耦合放大电路分析（1）

38、静态分析：各级单独计算。（2）动态分析电压放大倍数等于各级电压放大倍数的乘积。21o1oo1ouuiiuAAUUUUUUA注意：计算前级的电压放大倍数时必须把后级的输入电阻考虑到前级的负载电阻之中。如计算第一级的电压放大倍数时，其负载电阻就是第二级的输入电阻。输入电阻就是第一级的输入电阻。输出电阻就是最后一级的输出电阻。例例 在图示两级组容耦合放大电路中，已知12CCUV，30B11Rk，15B21Rk，3C1Rk，3E1Rk，20B12Rk，10B22Rk，5 . 2C2Rk，2E2Rk，5LRk，5021，7 . 0BE2BE1UUV。求：（1）各级电路的静态值；（2）各级电路的电压放大倍

39、数1uA、2uA和总电压放大倍数uA；（3）各级电路的输入电阻和输出电阻。Rsus+uiRC1C1C2V1RB11RB12CE1RL+uo+UCCRC2C3V2RB21RB22CE2RE1RE2+uo1+解解 （1）静态值的估算。第一级：）（V 412153015CCB12B11B12B1URRRU）（mA 1 . 137 . 04E1BE1B1E1C1RUUII）（）（A 22mA 501 . 11C1B1II）（V 4 .5)33(1 .112)(E1C1C1CCCE1RRIUU第二级：）（V 412102010CCB22B21B22B2URRRU）（mA 65. 127 . 04E2BE

40、2B2E2C2RUUII）（）（A 33mA 5065. 12C2B2II）（V 62. 4)25 . 2(65. 112)(E2C2C2CCCE2RRIUU（2）求各级电路的电压放大倍数1uA、2uA和总电压放大倍数uA。首先画出电路的微变等效电路。如图所示。rbe1+o1Ub1I+iUb1IRC1RB11Rs +sU RB12rbe2+oUb2Ib2IRC2RLRB21RB22第一级第二级三极管 V1的动态输入电阻为：15001 . 126)501 (30026)1 (300E11be1Ir()5 . 1(k)三极管 V2的动态输入电阻为：110065. 126)501 (30026)1

41、(300E22be2Ir()1 . 1(k)第二级输入电阻为：94. 01 . 1/10/20/be2B22B212rRRri（k）第一级等效负载电阻为：72. 094. 0/3/2C1L1irRR（k）第二级等效负载电阻为：67. 15/5 . 2/LC2L2RRR（k）第一级电压放大倍数为：245 . 172. 050be1L111rRAu第二级电压放大倍数为：761 . 167. 150be2L222rRAu两级总电压放大倍数为：1824)76()24(21uuuAAA（3）求各级电路的输入电阻和输出电阻。第一级输入电阻为：3 . 15 . 1/15/30/be1B12B111rRRri

42、（k）第二级输入电阻在上面求出，为 0.94 k。第一级输出电阻为：3C1o1 Rr（k）第二级输出电阻为：5 . 2C2o2 Rr（k）第二级的输出电阻就是两级放大电路的输出电阻。阻容耦合放大的频率特性和频率失真阻容耦合放大的频率特性和频率失真AuAum0.707AumfHfLf通频带共发射级放大电路的幅频特性：电压放大倍数近似为常数。：耦合电容和发射极旁路电容的容抗增大，以致不可视为短路，因而造成电压放大倍数减小。：晶体管的结电容以及电路中的分布电容等的容抗减小，以致不可视为开路，也会使电压放大倍数降低。除了电压放大倍数会随频率而改变外，在低频和高频段，输出信号对输入信号的相位移也要随频率

43、而改变。所以在整个频率范围内，电压放大倍数和相位移都将是频率的函数。电压放大倍数与频率的函数关系称为，相位移与频率的函数关系称为，二者统称为。放大电路呈现带通特性。图中fH和fL为电压放大倍数下降到中频段电压放大倍数的0.707倍时所对应的两个频率，分别称为和，其差值称为。一般情况下，放大电路的输入信号都是非正弦信号，其中包含有许多不同频率的谐波成分。由于放大电路对不同频率的正弦信号放大倍数不同，相位移也不一样，所以当输入信号为包含多种谐波分量的非正弦信号时，若谐波频率超出通频带，输出信号uo波形将产生失真。这种失真与放大电路的频率特性有关，故称为。+uiRC1V1RB1+uo+UCCRC2V

44、2RE2+uo13.1.2 优点：能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号；且由于没有耦合电容，故非常适宜于大规模集成。缺点：各级静态工作点互相影响；且存在零点漂移问题。：放大电路在无输入信号的情况下，输出电压uo却出现缓慢、不规则波动的现象。产生零点漂移的原因很多，其中最主要的是温度影响。3.2.1 抑制零漂的方法有多种，如采用温度补偿电路、稳压电源以及精选电路元件等方法。最有效且广泛采用的方法是输入级采用差动放大电路。RCRCREUEE+UCCV1V2+ui1+ uo +ui2+uo1+uo2o2o1o21uuuuuuiii，uil=ui20 ，此时由负电源UEE通过电阻RE和两管发射极

45、提供两管的基极电流。由于电路的对称性，两管的集电极电流相等，集电极电位也相等，即：IC1= IC2UC1= UC2输出电压：uo UC1 UC2=0，两管的集电极电流都会增大，集电极电位都会下降。由于电路是对称的，所以两管的变化量相等。即：IC1= IC2UC1= UC2输出电压：uo (UC1 + UC1)( UC2 +UC2 )=0即消除了零点漂移。共模信号：两输入端加的信号大小相等、极性相同。iiiuuu210o2o1oo2o1uuuuAuuiu共模电压放大倍数：0ociuuA说明电路对共模信号无放大作用，即完全抑制了共模信号。实际上，差动放大电路对零点漂移的抑制就是该电路抑制共模信号的

46、一个特例。所以差动放大电路对共模信号抑制能力的大小，也就是反映了它对零点漂移的抑制能力。因两侧电路对称，放大倍数相等，电压放大倍数用Ad表示，则：差模信号：两输入端加的信号大小相等、极性相反。idiidididuAuuAuuuuAuuAu)( 21o2o1o2o21o1差模电压放大倍数：diAuuAod可见差模电压放大倍数等于单管放大电路的电压放大倍数。差动放大电路用多一倍的元件为代价，换来了对零漂的抑制能力。idiiuuu2121比较输入：两个输入信号电压的大小和相对极性是任意的，既非共模，又非差模。比较输入可以分解为一对共模信号和一对差模信号的组合，即：idiciidiciuuuuuu21

47、)(21)(212121iiidiiicuuuuuu式中uic为共模信号，uid为差模信号。由以上两式可解得：对于线性差动放大电路，可用叠加定理求得输出电压：iddicciddiccuAuAuuAuAuo2o1)(221o2o1oiididduuAuAuuu上式表明，输出电压的大小仅与输入电压的差值有关，而与信号本身的大小无关，这就是差动放大电路的差值特性。对于差动放大电路来说，差模信号是有用信号，要求对差模信号有较大的放大倍数；而共模信号是干扰信号，因此对共模信号的放大倍数越小越好。对共模信号的放大倍数越小，就意味着零点漂移越小，抗共模干扰的能力越强，当用作差动放大时，就越能准确、灵敏地反映

48、出信号的偏差值。cdCMRlg20AAK共模抑制比越大，表示电路放大差模信号和抑制共模信号的能力越强。在一般情况下，电路不可能绝对对称，Ac0。为了全面衡量差动放大电路放大差模信号和抑制共模信号的能力，引入共模抑制比，以KCMR表示。共模抑制比定义为Ad与Ac之比的绝对值，即：cdCMRAAK或用对数形式表示：是为了提高整个电路以及单管放大电路对共模信号的抑制能力。：是为了补偿RE上的直流压降，使发射极基本保持零电位。RCRC+UCCV1V2+ uo (a) 具有恒流源的差动放大电路ui2ui1V3R1R2REUEERCRC+UCCV1V2+ uo ui2ui1UEE(b) 图(a)的简化电路

49、I恒流源比发射极电阻RE对共模信号具有更强的抑制作用。3.2.2 (a) 双端输入双端输出RCRC+UCCV1V2+uoUEE(b) 双端输入单端输出IRCRC+UCCV1V2+ uo UEEI+ui1+ui1+ui2+ui2双端输入单端输出式电路的输出uo与输入ui1极性（或相位）相反，而与ui2极性（或相位）相同。所以uil输入端称为反相输入端，而ui2输入端称为同相输入端。双端输入单端输出方式是集成运算放大器的基本输入输出方式。(c) 单端输入双端输出RCRC+UCCV1V2+uoUEE(d) 单端输入单端输出IRCRC+UCCV1V2+ uo UEEI+ui1+ui1单端输入式差动放大

50、电路的输入信号只加到放大器的一个输入端，另一个输入端接地。由于两个晶体管发射极电流之和恒定，所以当输入信号使一个晶体管发射极电流改变时，另一个晶体管发射极电流必然随之作相反的变化，情况和双端输入时相同。此时由于恒流源等效电阻或发射极电阻RE的耦合作用，两个单管放大电路都得到了输入信号的一半，但极性相反，即为差模信号。所以，单端输入属于差模输入。单端输出式差动电路，输出减小了一半，所以差模放大倍数亦减小为双端输出时的二分之一。此外，由于两个单管放大电路的输出漂移不能互相抵消，所以零漂比双端输出时大一些。由于恒流源或射极电阻RE对零点漂移有极强烈的抑制作用，零漂仍然比单管放大电路小得多。所以单端输