三極管基本放大電路

三極管基本放大電路第1頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日第7章基本放大電路半導(dǎo)體器件工作原理共射放大電路組成、工作原理、性能特點(diǎn)及分析方法射極輸出器基本特點(diǎn)，差動(dòng)放大電路及功率放大電路工作原理多級放大電路概念場效應(yīng)管放大電路組成及分析方法學(xué)習(xí)要點(diǎn)第2頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日7.1半導(dǎo)體二極管7.2半導(dǎo)體三極管7.3三極管單管放大電路7.4場效應(yīng)晶體管及其放大電路7.5多級放大電路7.6差動(dòng)放大電路7.7互補(bǔ)對稱功率放大電路第7章基本放大電路第3頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日7.1半導(dǎo)體二極管半導(dǎo)體器件是用半導(dǎo)體材料制成的電子器件。常用的半導(dǎo)體器件有二極管、三極管、場效應(yīng)晶體管等。半導(dǎo)體器件是構(gòu)成各種電子電路最基本的元件。7.1.1PN結(jié)半導(dǎo)體：導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體和絕緣體之間的物質(zhì)，如硅(Si)、鍺(Ge)。硅和鍺是4價(jià)元素，原子的最外層軌道上有4個(gè)價(jià)電子。第4頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日熱激發(fā)產(chǎn)生自由電子和空穴室溫下，由于熱運(yùn)動(dòng)少數(shù)價(jià)電子掙脫共價(jià)鍵的束縛成為自由電子，同時(shí)在共價(jià)鍵中留下一個(gè)空位這個(gè)空位稱為空穴。失去價(jià)電子的原子成為正離子，就好象空穴帶正電荷一樣。在電子技術(shù)中，將空穴看成帶正電荷的載流子。每個(gè)原子周圍有四個(gè)相鄰的原子，原子之間通過共價(jià)鍵緊密結(jié)合在一起。兩個(gè)相鄰原子共用一對電子。1．半導(dǎo)體的導(dǎo)電特征第5頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日空穴運(yùn)動(dòng)（與自由電子的運(yùn)動(dòng)不同）有了空穴，鄰近共價(jià)鍵中的價(jià)電子很容易過來填補(bǔ)這個(gè)空穴，這樣空穴便轉(zhuǎn)移到鄰近共價(jià)鍵中。新的空穴又會被鄰近的價(jià)電子填補(bǔ)。帶負(fù)電荷的價(jià)電子依次填補(bǔ)空穴的運(yùn)動(dòng)，從效果上看，相當(dāng)于帶正電荷的空穴作相反方向的運(yùn)動(dòng)。本征半導(dǎo)體中有兩種載流子：帶負(fù)電荷的自由電子和帶正電荷的空穴熱激發(fā)產(chǎn)生的自由電子和空穴是成對出現(xiàn)的，電子和空穴又可能重新結(jié)合而成對消失，稱為復(fù)合。在一定溫度下自由電子和空穴維持一定的濃度。第6頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日在純凈半導(dǎo)體中摻入某些微量雜質(zhì)，其導(dǎo)電能力將大大增強(qiáng)。在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入磷、砷等5價(jià)元素，由于這類元素的原子最外層有5個(gè)價(jià)電子，故在構(gòu)成的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中，由于存在多余的價(jià)電子而產(chǎn)生大量自由電子，這種半導(dǎo)體主要靠自由電子導(dǎo)電，稱為電子半導(dǎo)體或N型半導(dǎo)體，其中自由電子為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的空穴為少數(shù)載流子。N型半導(dǎo)體自由電子多數(shù)載流子（簡稱多子）空穴少數(shù)載流子（簡稱少子）第7頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日P型半導(dǎo)體在純凈半導(dǎo)體硅或鍺中摻入硼、鋁等3價(jià)元素，由于這類元素的原子最外層只有3個(gè)價(jià)電子，故在構(gòu)成的共價(jià)鍵結(jié)構(gòu)中，由于缺少價(jià)電子而形成大量空穴，這類摻雜后的半導(dǎo)體其導(dǎo)電作用主要靠空穴運(yùn)動(dòng)，稱為空穴半導(dǎo)體或P型半導(dǎo)體，其中空穴為多數(shù)載流子，熱激發(fā)形成的自由電子是少數(shù)載流子。自由電子多數(shù)載流子（簡稱多子）空穴少數(shù)載流子（簡稱少子）第8頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日無論是P型半導(dǎo)體還是N型半導(dǎo)體都是中性的，對外不顯電性。摻入的雜質(zhì)元素的濃度越高，多數(shù)載流子的數(shù)量越多。少數(shù)載流子是熱激發(fā)而產(chǎn)生的，其數(shù)量的多少?zèng)Q定于溫度。第9頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日2．PN結(jié)及其單向?qū)щ娦訮N結(jié)的形成半導(dǎo)體中載流子有擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)和漂移運(yùn)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式。載流子在電場作用下的定向運(yùn)動(dòng)稱為漂移運(yùn)動(dòng)。在半導(dǎo)體中，如果載流子濃度分布不均勻，因?yàn)闈舛炔?，載流子將會從濃度高的區(qū)域向濃度低的區(qū)域運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)稱為擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。將一塊半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成P型半導(dǎo)體，另一側(cè)摻雜成N型半導(dǎo)體，在兩種半導(dǎo)體的交界面處將形成一個(gè)特殊的薄層→

PN結(jié)。第10頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日多子擴(kuò)散形成空間電荷區(qū)產(chǎn)生內(nèi)電場少子漂移促使阻止擴(kuò)散與漂移達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡形成一定寬度的PN結(jié)第11頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日①外加正向電壓（也叫正向偏置）外加電場與內(nèi)電場方向相反，內(nèi)電場削弱，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)大大超過漂移運(yùn)動(dòng)，N區(qū)電子不斷擴(kuò)散到P區(qū)，P區(qū)空穴不斷擴(kuò)散到N區(qū)，形成較大的正向電流，這時(shí)稱PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)。PN結(jié)的單向?qū)щ娦缘?2頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日②外加反向電壓（也叫反向偏置）外加電場與內(nèi)電場方向相同，增強(qiáng)了內(nèi)電場，多子擴(kuò)散難以進(jìn)行，少子在電場作用下形成反向電流IR，因?yàn)槭巧僮悠七\(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，IR很小，這時(shí)稱PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)。第13頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日7.1.2半導(dǎo)體二極管一個(gè)PN結(jié)加上相應(yīng)的電極引線并用管殼封裝起來，就構(gòu)成了半導(dǎo)體二極管，簡稱二極管。半導(dǎo)體二極管按其結(jié)構(gòu)不同可分為點(diǎn)接觸型和面接觸型兩類。點(diǎn)接觸型二極管PN結(jié)面積很小，結(jié)電容很小，多用于高頻檢波及脈沖數(shù)字電路中的開關(guān)元件。面接觸型二極管PN結(jié)面積大，結(jié)電容也小，多用在低頻整流電路中。1．半導(dǎo)體二極管的結(jié)構(gòu)與符號第14頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日2．半導(dǎo)體二極管的伏安特性曲線（1）正向特性外加正向電壓較小時(shí)，外電場不足以克服內(nèi)電場對多子擴(kuò)散的阻力，PN結(jié)仍處于截止?fàn)顟B(tài)。正向電壓大于死區(qū)電壓后，正向電流隨著正向電壓增大迅速上升。通常死區(qū)電壓硅管約為0.5V，鍺管約為0.2V。外加反向電壓時(shí)，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，反向電流

很小。反向電壓大于擊穿電壓時(shí)，反向電流急劇增加。（2）反向特性第15頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日3．半導(dǎo)體二極管的主要參數(shù)1）最大整流電流IF：指管子長期運(yùn)行時(shí)，允許通過的最大正向平均電流。2）反向擊穿電壓UB：指管子反向擊穿時(shí)的電壓值。3）最大反向工作電壓UDRM：二極管運(yùn)行時(shí)允許承受的最大反向電壓（約為UB的一半）。4）反向電流IR：指管子未擊穿時(shí)的反向電流，其值越小，則管子的單向?qū)щ娦栽胶谩?）最高工作頻率fm：主要取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小。理想二極管：正向電阻為零，正向?qū)〞r(shí)為短路特性，正向壓降忽略不計(jì)；反向電阻為無窮大，反向截止時(shí)為開路特性，反向漏電流忽略不計(jì)。第16頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日7.1.3穩(wěn)壓管穩(wěn)壓管是一種用特殊工藝制造的半導(dǎo)體二極管，穩(wěn)壓管的穩(wěn)定電壓就是反向擊穿電壓。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓作用在于：電流增量很大，只引起很小的電壓變化。穩(wěn)壓管的主要參數(shù)：（1）穩(wěn)定電壓UZ。反向擊穿后穩(wěn)定工作的電壓。（2）穩(wěn)定電流IZ。工作電壓等于穩(wěn)定電壓時(shí)的電流。（3）動(dòng)態(tài)電阻rZ。穩(wěn)定工作范圍內(nèi)，管子兩端電壓的變化量與相應(yīng)電流的變化量之比。即：rZ=ΔUZ/ΔIZ（4）額定功率PZ和最大穩(wěn)定電流IZM。額定功率PZ是在穩(wěn)壓管允許結(jié)溫下的最大功率損耗。最大穩(wěn)定電流IZM是指穩(wěn)壓管允許通過的最大電流。它們之間的關(guān)系是：

PZ=UZIZM第17頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日第五章半導(dǎo)體三極管5.1

三極管的結(jié)構(gòu)及類型半導(dǎo)體三極管是由兩個(gè)背靠背的PN結(jié)構(gòu)成的。在工作過程中，兩種載流子（電子和空穴）都參與導(dǎo)電，故又稱為雙極型晶體管，簡稱晶體管或三極管。

兩個(gè)PN結(jié)，把半導(dǎo)體分成三個(gè)區(qū)域。這三個(gè)區(qū)域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三極管有兩種類型：NPN型和PNP型。第18頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日NPN型PNP型箭頭方向表示發(fā)射結(jié)加正向電壓時(shí)的電流方向第19頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日5.2電流分配和電流放大作用（1）產(chǎn)生放大作用的條件內(nèi)部：a）發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度>>集電區(qū)>>基區(qū)b）基區(qū)很薄外部：發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏（2）三極管內(nèi)部載流子的傳輸過程a）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流iEb）電子在基區(qū)中的擴(kuò)散與復(fù)合，形成基極電流iBc）集電區(qū)收集擴(kuò)散過來的電子，形成集電極電流iC（3）電流分配關(guān)系：

iE=iC+iB

第20頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日實(shí)驗(yàn)表明IC比IB大數(shù)十至數(shù)百倍，因而有。IB雖然很小，但對IC有控制作用，IC隨IB的改變而改變，即基極電流較小的變化可以引起集電極電流較大的變化，表明基極電流對集電極具有小量控制大量的作用，這就是三極管的電流放大作用。5.3三極管的特性曲線1．輸入特性曲線與二極管類似第21頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日2．輸出特性曲線（1）放大區(qū)：發(fā)射極正向偏置，集電結(jié)反向偏置Vc>Vb>Ve（2）截止區(qū)：發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)反向偏置

Vc>Ve>=Vb（3）飽和區(qū)：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)正向偏置Vb>Vc>Ve此時(shí)

第22頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日5.4三極管的主要參數(shù)1、電流放大系數(shù)β：iC=βiB2、極間反向電流iCBO、iCEO：iCEO=（1+β）iCBO3、極限參數(shù)

（1）集電極最大允許電流ICM：下降到額定值的2/3時(shí)所允許的最大集電極電流。（2）反向擊穿電壓U（BR）CEO：基極開路時(shí)，集電極、發(fā)射極間的最大允許電壓。（3）集電極最大允許功耗PCM。

第23頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日5.2三極管單管放大電路5.2.1

共發(fā)射極基本放大電路的組成及工作原理放大的實(shí)質(zhì)：用較小的信號去控制較大的信號。第24頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日（1）晶體管V。放大元件，用基極電流iB控制集電極電流iC。（2）電源UCC和UBB。使晶體管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，晶體管處在放大狀態(tài)，同時(shí)也是放大電路的能量來源，提供電流iB和iC。UCC一般在幾伏到十幾伏之間。（3）偏置電阻RB。用來調(diào)節(jié)基極偏置電流IB，使晶體管有一個(gè)合適的工作點(diǎn)，一般為幾十千歐到幾百千歐。（4）集電極負(fù)載電阻RC。將集電極電流iC的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，以獲得電壓放大，一般為幾千歐。（5）電容Cl、C2。用來傳遞交流信號，起到耦合的作用。同時(shí)，又使放大電路和信號源及負(fù)載間直流相隔離，起隔直作用。為了減小傳遞信號的電壓損失，Cl、C2應(yīng)選得足夠大，一般為幾微法至幾十微法，通常采用電解電容器。第25頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日共發(fā)射極放大電路的實(shí)用電路第26頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日5.2.2

共發(fā)射極基本放大電路的靜態(tài)分析靜態(tài)是指無交流信號輸入時(shí)，電路中的電流、電壓都不變的狀態(tài)，靜態(tài)時(shí)三極管各極電流和電壓值稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Q（主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。靜態(tài)分析主要是確定放大電路中的靜態(tài)值IBQ、ICQ和UCEQ。1．估算法直流通路：耦合電容可視為開路。第27頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日圖解步驟：（1）用估算法求出基極電流IBQ（如40μA）。（2）根據(jù)IBQ在輸出特性曲線中找到對應(yīng)的曲線。（3）作直流負(fù)載線。根據(jù)集電極電流IC與集、射間電壓UCE的關(guān)系式UCE=UCC－ICRC可畫出一條直線，該直線在縱軸上的截距為UCC/RC，在橫軸上的截距為UCC，其斜率為－1/RC，只與集電極負(fù)載電阻RC有關(guān)，稱為直流負(fù)載線。（4）求靜態(tài)工作點(diǎn)Q，并確定UCEQ、ICQ的值。晶體管的ICQ和UCEQ既要滿足IB=40μA的輸出特性曲線，又要滿足直流負(fù)載線，因而晶體管必然工作在它們的交點(diǎn)Q，該點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)。由靜態(tài)工作點(diǎn)Q便可在坐標(biāo)上查得靜態(tài)值ICQ和UCEQ。2．圖解法第28頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日IB=40μA的輸出特性曲線由UCE=UCC－ICRC所決定的直流負(fù)載線兩者的交點(diǎn)Q就是靜態(tài)工作點(diǎn)過Q點(diǎn)作水平線，在縱軸上的截距即為ICQ過Q點(diǎn)作垂線，在橫軸上的截距即為UCEQ第29頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日5.2.3

共發(fā)射極基本放大電路的動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)是指有交流信號輸入時(shí)，電路中的電流、電壓隨輸入信號作相應(yīng)變化的狀態(tài)。由于動(dòng)態(tài)時(shí)放大電路是在直流電源UCC和交流輸入信號ui共同作用下工作，電路中的電壓uCE、電流iB和iC均包含兩個(gè)分量。交流通路：（ui單獨(dú)作用下的電路）。由于電容C1、C2足夠大，容抗近似為零（相當(dāng)于短路），直流電源UCC去掉（短接）。第30頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日1．圖解法圖解步驟：（1）根據(jù)靜態(tài)分析方法，求出靜態(tài)工作點(diǎn)Q。（2）根據(jù)ui在輸入特性上求uBE和iB。（3）作交流負(fù)載線。（4）由輸出特性曲線和交流負(fù)載線求iC和uCE。第31頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日從圖解分析過程，可得出如下幾個(gè)重要結(jié)論：（1）放大器中的各個(gè)量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量兩部分組成。（2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量UCEQ被隔開，放大器的輸出電壓uo等于uCE中的交流分量uce，且與輸入電壓ui反相。（3）放大器的電壓放大倍數(shù)可由uo與ui的幅值之比或有效值之比求出。負(fù)載電阻RL越小，交流負(fù)載電阻RL'也越小，交流負(fù)載線就越陡，使Uom減小，電壓放大倍數(shù)下降。（4）靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)置得不合適，會對放大電路的性能造成影響。若Q點(diǎn)偏高，當(dāng)ib按正弦規(guī)律變化時(shí)，Q'進(jìn)入飽和區(qū)，造成ic和uce的波形與ib（或ui）的波形不一致，輸出電壓uo（即uce）的負(fù)半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為飽和失真；若Q點(diǎn)偏低，則Q"進(jìn)入截止區(qū)，輸出電壓uo的正半周出現(xiàn)平頂畸變，稱為截止失真。飽和失真和截止失真統(tǒng)稱為非線性失真。第32頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日第33頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日第34頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日2．微變等效電路法把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效成一個(gè)線性電路，就是放大電路的微變等效電路，然后用線性電路的分析方法來分析，這種方法稱為微變等效電路分析法。等效的條件是晶體管在小信號（微變量）情況下工作。這樣就能在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)，用直線段近似地代替晶體管的特性曲線。（1）基本思路（2）晶體管微變等效電路輸入特性曲線在Q點(diǎn)附近的微小范圍內(nèi)可以認(rèn)為是線性的。當(dāng)uBE有一微小變化ΔUBE時(shí)，基極電流變化ΔIB，兩者的比值稱為三極管的動(dòng)態(tài)輸入電阻，用rbe表示，即：第35頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日輸出特性曲線在放大區(qū)域內(nèi)可認(rèn)為呈水平線，集電極電流的微小變化ΔIC僅與基極電流的微小變化ΔIB有關(guān)，而與電壓uCE無關(guān)，故集電極和發(fā)射極之間可等效為一個(gè)受ib控制的電流源，即：第36頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日（3）放大電路微變等效電路第37頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日①電壓放大倍數(shù)式中RL'=RC//RL。當(dāng)RL=∞（開路）時(shí)第38頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日②輸入電阻Ri輸入電阻Ri的大小決定了放大電路從信號源吸取電流（輸入電流）的大小。為了減輕信號源的負(fù)擔(dān)，總希望Ri越大越好。另外，較大的輸入電阻Ri，也可以降低信號源內(nèi)阻Rs的影響，使放大電路獲得較高的輸入電壓。在上式中由于RB比rbe大得多，Ri近似等于rbe，在幾百歐到幾千歐，一般認(rèn)為是較低的，并不理想。第39頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日③輸出電阻對于負(fù)載而言，放大器的輸出電阻Ro越小，負(fù)載電阻RL的變化對輸出電壓的影響就越小，表明放大器帶負(fù)載能力越強(qiáng)，因此總希望Ro越小越好。上式中Ro在幾千歐到幾十千歐，一般認(rèn)為是較大的，也不理想。第40頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日第41頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日第42頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日第43頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日7.3.4

工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大電路1．溫度對工作點(diǎn)的影響溫度升高UBE減小ICBO增大β增大IC增大第44頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日2．工作點(diǎn)穩(wěn)定的放大電路條件：I2>>IB，則與溫度基本無關(guān)。調(diào)節(jié)過程：第45頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日（1）靜態(tài)分析（2）動(dòng)態(tài)分析第46頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日例：圖示電路（接CE），已知UCC=12V，RB1=20kΩ，RB2=10kΩ，RC=3kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，β=50。試估算靜態(tài)工作點(diǎn)，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。解：（1）用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)第47頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日（2）求電壓放大倍數(shù)（3）求輸入電阻和輸出電阻第48頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日7.3.5

射極輸出器（1）靜態(tài)分析第49頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日（2）動(dòng)態(tài)分析①求電壓放大倍數(shù)第50頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日②求輸入電阻第51頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日③求輸出電阻第52頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日射極輸出器的特點(diǎn)：①電壓放大倍數(shù)小于1，但約等于1，即電壓跟隨。②輸入電阻較高。③輸出電阻較低。射極輸出器的用途：射極跟隨器具有較高的輸入電阻和較低的輸出電阻，這是射極跟隨器最突出的優(yōu)點(diǎn)。射極跟隨器常用作多級放大器的第一級或最末級，也可用于中間隔離級。用作輸入級時(shí)，其高的輸入電阻可以減輕信號源的負(fù)擔(dān)，提高放大器的輸入電壓。用作輸出級時(shí)，其低的輸出電阻可以減小負(fù)載變化對輸出電壓的影響，并易于與低阻負(fù)載相匹配，向負(fù)載傳送盡可能大的功率。第53頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日例：圖示電路，已知UCC=12V，RB=200kΩ，RE=2kΩ，RL=3kΩ，RS=100Ω，β=50。試估算靜態(tài)工作點(diǎn)，并求電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。解：（1）用估算法計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)第54頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日第55頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日7.4場效應(yīng)管及其放大電路7.4.1

絕緣柵型場效應(yīng)管第56頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日耗盡型：UGS=0時(shí)漏、源極之間已經(jīng)存在原始導(dǎo)電溝道。增強(qiáng)型：UGS=0時(shí)漏、源極之間才能形成導(dǎo)電溝道。無論是N溝道MOS管還是P溝道MOS管，都只有一種載流子導(dǎo)電，均為單極型電壓控制器件。MOS管的柵極電流幾乎為零，輸入電阻RGS很高第57頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日N溝道耗盡型場效應(yīng)管的特性曲線耗盡型場效應(yīng)管存在原始導(dǎo)電溝道，UGS=0時(shí)漏、源極之間就可以導(dǎo)電。這時(shí)在外加電壓UDS作用下的漏極電流稱為漏極飽和電流IDSS。UGS>0時(shí)溝道內(nèi)感應(yīng)出的負(fù)電荷增多，溝道加寬，溝道電阻減小，ID增大。UGS<0時(shí)會在溝道內(nèi)產(chǎn)生出正電荷與原始負(fù)電荷復(fù)合，溝道變窄，溝道電阻增大，ID減小。UGS達(dá)到一定負(fù)值時(shí)，溝道內(nèi)載流子全部復(fù)合耗盡，溝道被夾斷，ID=0，這時(shí)的UGS稱為夾斷電壓UGS(off)。第58頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日增強(qiáng)型場效應(yīng)管不存在原始導(dǎo)電溝道，UGS=0時(shí)場效應(yīng)管不能導(dǎo)通，ID=0。UGS>0時(shí)會產(chǎn)生垂直于襯底表面的電場。P型襯底與絕緣層的界面將感應(yīng)出負(fù)電荷層，UGS增加，負(fù)電荷數(shù)量增多，積累的負(fù)電荷足夠多時(shí)，兩個(gè)N+區(qū)溝通，形成導(dǎo)電溝道，漏、源極之間有ID出現(xiàn)。在一定的漏、源電壓UDS下，使管子由不導(dǎo)通轉(zhuǎn)為導(dǎo)通的臨界柵、源電壓稱為開啟電壓UGS(th)。UGS<UGS(th)時(shí)，ID=0；UGS>UGS(th)時(shí)，隨UGS的增加ID增大。N溝道增強(qiáng)型場效應(yīng)管的特性曲線第59頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日按場效應(yīng)管的工作情況可將漏極特性曲線分為兩個(gè)區(qū)域。在虛線左邊的區(qū)域內(nèi)，漏、源電壓UDS相對較小，漏極電流ID隨UDS的增加而增加，輸出電阻ro較小，且可以通過改變柵、源電壓UGS的大小來改變輸出電阻ro的阻值，這一區(qū)域稱為可變電阻區(qū)。在虛線右邊的區(qū)域內(nèi)，當(dāng)柵、源電壓UGS為常數(shù)時(shí)，漏極電流ID幾乎不隨漏、源電壓UDS的變化而變化，特性曲線趨于與橫軸平行，輸出電阻ro很大，在柵、源電壓UGS增大時(shí)，漏極電流ID隨UGS線性增大，這一區(qū)域稱為放大區(qū)。綜上所述，場效應(yīng)管的漏極電流ID受柵、源電壓UGS的控制，即ID隨UGS的變化而變化，所以場效應(yīng)管是一種電壓控制器件。場效應(yīng)管柵、源電壓UGS對漏極ID控制作用的大小用跨導(dǎo)gm表示：第60頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日7.4.2

場效應(yīng)管放大電路1．靜態(tài)分析設(shè)UGS=0，則：第61頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日2．動(dòng)態(tài)分析第62頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日第63頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日第64頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日7.5多級放大電路7.5.1

阻容耦合多級放大電路各極之間通過耦合電容及下級輸入電阻連接。優(yōu)點(diǎn)：各級靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，可以單獨(dú)調(diào)整到合適位置；且不存在零點(diǎn)漂移問題。缺點(diǎn)：不能放大變化緩慢的信號和直流分量變化的信號；且由于需要大容量的耦合電容，因此不能在集成電路中采用。第65頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日1．阻容耦合多級放大電路分析（1）靜態(tài)分析：各級單獨(dú)計(jì)算。（2）動(dòng)態(tài)分析①電壓放大倍數(shù)等于各級電壓放大倍數(shù)的乘積。注意：計(jì)算前級的電壓放大倍數(shù)時(shí)必須把后級的輸入電阻考慮到前級的負(fù)載電阻之中。如計(jì)算第一級的電壓放大倍數(shù)時(shí)，其負(fù)載電阻就是第二級的輸入電阻。②輸入電阻就是第一級的輸入電阻。③輸出電阻就是最后一級的輸出電阻。第66頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日2．阻容耦合多級放大的頻率特性和頻率失真中頻段：電壓放大倍數(shù)近似為常數(shù)。低頻段：耦合電容和發(fā)射極旁路電容的容抗增大，以致不可視為短路，因而造成電壓放大倍數(shù)減小。高頻段：晶體管的結(jié)電容以及電路中的分布電容等的容抗減小，以致不可視為開路，也會使電壓放大倍數(shù)降低。第67頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日除了電壓放大倍數(shù)會隨頻率而改變外，在低頻和高頻段，輸出信號對輸入信號的相位移也要隨頻率而改變。所以在整個(gè)頻率范圍內(nèi)，電壓放大倍數(shù)和相位移都將是頻率的函數(shù)。電壓放大倍數(shù)與頻率的函數(shù)關(guān)系稱為幅頻特性，相位移與頻率的函數(shù)關(guān)系稱為相頻特性，二者統(tǒng)稱為頻率特性或頻率響應(yīng)。放大電路呈現(xiàn)帶通特性。圖中fH和fL為電壓放大倍數(shù)下降到中頻段電壓放大倍數(shù)的0.707倍時(shí)所對應(yīng)的兩個(gè)頻率，分別稱為上限頻率和下限頻率，其差值稱為通頻帶。一般情況下，放大電路的輸入信號都是非正弦信號，其中包含有許多不同頻率的諧波成分。由于放大電路對不同頻率的正弦信號放大倍數(shù)不同，相位移也不一樣，所以當(dāng)輸入信號為包含多種諧波分量的非正弦信號時(shí)，若諧波頻率超出通頻帶，輸出信號uo波形將產(chǎn)生失真。這種失真與放大電路的頻率特性有關(guān)，故稱為頻率失真。第68頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日7.5.2

直接耦合多級放大電路優(yōu)點(diǎn)：能放大變化很緩慢的信號和直流分量變化的信號；且由于沒有耦合電容，故非常適宜于大規(guī)模集成。缺點(diǎn)：各級靜態(tài)工作點(diǎn)互相影響；且存在零點(diǎn)漂移問題。零點(diǎn)漂移：放大電路在無輸入信號的情況下，輸出電壓uo卻出現(xiàn)緩慢、不規(guī)則波動(dòng)的現(xiàn)象。產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因很多，其中最主要的是溫度影響。第69頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日7.6差動(dòng)放大電路7.6.1

差動(dòng)放大電路的工作原理抑制零漂的方法有多種，如采用溫度補(bǔ)償電路、穩(wěn)壓電源以及精選電路元件等方法。最有效且廣泛采用的方法是輸入級采用差動(dòng)放大電路。第70頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日溫度變化時(shí)兩個(gè)單管放大電路的工作點(diǎn)都要發(fā)生變動(dòng)，分別產(chǎn)生輸出漂移Δuol和Δuo2。由于電路是對稱的，所以Δuol=Δuo2，差動(dòng)放大電路的輸出漂移Δuo＝Δuol－Δuo2＝0，即消除了零點(diǎn)漂移。1．抑制零點(diǎn)漂移的原理2．差模輸入差模信號：兩輸入端加的信號大小相等、極性相反。因兩側(cè)電路對稱，放大倍數(shù)相等，電壓放大倍數(shù)用Ad表示，則：差模電壓放大倍數(shù)：可見差模電壓放大倍數(shù)等于單管放大電路的電壓放大倍數(shù)。差動(dòng)放大電路用多一倍的元件為代價(jià)，換來了對零漂的抑制能力。第71頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日3．共模輸入共模信號：兩輸入端加的信號大小相等、極性相同。共模電壓放大倍數(shù)：說明電路對共模信號無放大作用，即完全抑制了共模信號。實(shí)際上，差動(dòng)放大電路對零點(diǎn)漂移的抑制就是該電路抑制共模信號的一個(gè)特例。所以差動(dòng)放大電路對共模信號抑制能力的大小，也就是反映了它對零點(diǎn)漂移的抑制能力。共模抑制比：共模抑制比越大，表示電路放大差模信號和抑制共模信號的能力越強(qiáng)。第72頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日在發(fā)射極電阻RE的作用：是為了提高整個(gè)電路以及單管放大電路對共模信號的抑制能力。負(fù)電源UEE的作用：是為了補(bǔ)償RE上的直流壓降，使發(fā)射極基本保持零電位。恒流源比發(fā)射極電阻RE對共模信號具有更強(qiáng)的抑制作用。第73頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日7.6.2

差動(dòng)放大電路的輸入輸出方式雙端輸入單端輸出式電路的輸出uo與輸入ui1極性（或相位）相反，而與ui2極性（或相位）相同。所以uil輸入端稱為反相輸入端，而ui2輸入端稱為同相輸入端。雙端輸入單端輸出方式是集成運(yùn)算放大器的基本輸入輸出方式。第74頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日單端輸入式差動(dòng)放大電路的輸入信號只加到放大器的一個(gè)輸入端，另一個(gè)輸入端接地。由于兩個(gè)晶體管發(fā)射極電流之和恒定，所以當(dāng)輸入信號使一個(gè)晶體管發(fā)射極電流改變時(shí)，另一個(gè)晶體管發(fā)射極電流必然隨之作相反的變化，情況和雙端輸入時(shí)相同。此時(shí)由于恒流源等效電阻或發(fā)射極電阻RE的耦合作用，兩個(gè)單管放大電路都得到了輸入信號的一半，但極性相反，即為差模信號。所以，單端輸入屬于差模輸入。第75頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日單端輸出式差動(dòng)電路，輸出減小了一半，所以差模放大倍數(shù)亦減小為雙端輸出時(shí)的二分之一。此外，由于兩個(gè)單管放大電路的輸出漂移不能互相抵消，所以零漂比雙端輸出時(shí)大一些。由于恒流源或射極電阻RE對零點(diǎn)漂移有極強(qiáng)烈的抑制作用，零漂仍然比單管放大電路小得多。所以單端輸出時(shí)仍常采用差動(dòng)放大電路，而不采用單管放大電路。第76頁，共82頁，2023年，2月20日，星期日7.7互補(bǔ)對稱功率放大電路7.7.1

功率放大電路的特點(diǎn)及類型1．功率放大電路的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)是向負(fù)載提供足夠大的功率，這就要求①功率放大電路不僅要有較高的輸出電壓，還要有較大的輸出電流。因此功率放大電路中的晶體管通常工作在高電壓大電流狀態(tài)，晶體管的功耗也比較大。對晶體管的各項(xiàng)指標(biāo)必須認(rèn)真選擇，且盡可能使其得到充分利用。因?yàn)楣β史糯箅娐分械木w管