模擬電路教材中文資料

1.2.1異形半導(dǎo)體接觸現(xiàn)象

在形成的P-N結(jié)中，由于兩側(cè)的電子和空穴的濃度相差很大，因此它們會產(chǎn)生擴散運動：電

子從N區(qū)向P區(qū)擴散;空穴從P去向N區(qū)擴散。因為它們都是帶電粒子，它們向另一側(cè)擴散的同時在N區(qū)

留下了帶正電的空穴，在P區(qū)留下了帶負(fù)電的雜質(zhì)離子，這樣就形成了空間電荷區(qū)，也就是形成了電場

（自建場）.

它們的形成過程如圖（D,（2）所示

空間電荷區(qū)

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空間自搴場的形成<2）

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多數(shù)載流子的擴散運動（1）

在電場的作用下，載流子將作漂移運動，它的運動方向與擴散運動的方向相反，阻止擴散運

動。電場的強弱與擴散的程度有關(guān)，擴散的越多，電場越強，同時對擴散運動的阻力也越大，當(dāng)擴散運動

與漂移運動相等時，通過界面的載流子為0。此時，PN結(jié)的交界區(qū)就形成一個缺少載流子的高阻區(qū)，我們

又把它稱為阻擋層或耗盡層。

1.2.2PN結(jié)的單向?qū)щ娦?/p>

1.PN結(jié)外加正向電壓

PN結(jié)外加正向電壓的接法是P區(qū)接電源的正極，N區(qū)接電源的負(fù)極。這時外加電壓形成電場的

方向與自建場的方向相反，從而使阻擋層變窄，擴散作用大于漂移作用，多數(shù)載流子向?qū)Ψ絽^(qū)域擴散形成

正向電流，方向是從P區(qū)指向N區(qū)。如圖（1）所示

這時的PN結(jié)處于導(dǎo)通狀態(tài)，它所呈現(xiàn)的電阻為正向電阻，正向電壓越大,電流也越大。它的

關(guān)系是指數(shù)關(guān)系：

其中：ID為流過PN結(jié)的電流，U為PN結(jié)兩端的電壓，

UT=kT/q稱為溫度電壓當(dāng)量，其中，k為波爾茲曼常數(shù)，T為絕對溫度，q為電子電量，在室溫

下(300K)時UT=26mv,IS為反向飽和電流。

2.PN結(jié)外加反向電壓

它的接法與正向相反,即P區(qū)接電源的負(fù)極，N區(qū)接電源的正極。此時的外加電壓形成電場的

方向與自建場的方向相同，從而使阻擋層變寬’漂移作用大于擴散作用，少數(shù)載流子在電場的作用下，形

成漂移電流，它的方向與正向電壓的方向相反，所以又稱為反向電流。因反向電流是少數(shù)載流子形成，故

反向電流很小，即使反向電壓再增加，少數(shù)載流子也不會增加，反向電壓也不會增加，因此它又被稱為反

向飽和電流。即：ID=-IS

此時，PN結(jié)處于截止?fàn)顟B(tài)，呈現(xiàn)的電阻為反向電阻,而且阻值很高“

由以上我們可以看出：PN結(jié)在正向電壓作用下，處于導(dǎo)通狀態(tài)，在反向電壓的作用下，處于截

止?fàn)顟B(tài)，因此PN結(jié)具有單向?qū)щ娦浴Ｋ碾娏骱碗妷旱年P(guān)系通式為：它被稱為伏安特性方程，如圖(3)

所示為伏安特性曲線。

3.PN結(jié)的擊穿

PN結(jié)處于反向偏置時，在一定的電壓范圍內(nèi)，流過PN結(jié)的電流很小，但電壓超過某一數(shù)值

時，反向電流急劇增加，這種現(xiàn)象我們就稱為反向擊穿。

擊穿形式分為兩種：雪崩擊穿和齊納擊穿。

對于硅材料的PN結(jié)來說，擊穿電壓〉7V時為雪崩擊穿，＜4v時為齊納擊穿。在4V與7V之

間，兩種擊穿都有。由于擊穿破壞了PN結(jié)的單向?qū)щ娦?，因此一般使用時要避免。

需要指出的是，發(fā)生擊穿并不意味著PN結(jié)燒壞。

4.PN結(jié)的電容效應(yīng)

由于電壓的變化將引起電荷的變化，從而出現(xiàn)電容效應(yīng)，PN結(jié)內(nèi)部有電荷的變化，因此它具有

電容效應(yīng)，它的電容效應(yīng)有兩種：勢壘電容和擴散電容。

勢壘電容是由阻擋層內(nèi)的空間電荷引起的。

擴散電容是PN結(jié)在正向電壓的作用下，多數(shù)載流子在擴散過程中引起電荷的積累而產(chǎn)生的。

PN結(jié)正偏時，擴散電容起主要作用，PN結(jié)反偏時，勢壘電容起主要作用。

5.半導(dǎo)體二極管

(1)二極管的結(jié)構(gòu)和分類

半導(dǎo)體二極管是由PN結(jié)加上引線和管殼構(gòu)成的。它的類型很多。

按制造材料分：硅二極管和褚二極管。

按管子的結(jié)構(gòu)來分有：點接觸型二極管和面接觸型二極管。

二極管的邏輯邏輯符號為：(2)二極管的特性

正向特性

當(dāng)正向電壓低于某一數(shù)值時，正向電流很小，只有當(dāng)正向電壓高于某一值時，二極管才有明顯

的正向電流，這個電壓被稱為導(dǎo)通電壓，我們又稱它為門限電壓或死區(qū)電壓，一般用UON表示，在室溫

下，硅管的UON約為0.6-—0.8V,錯管的U0N約為0.1—0.3v,我們一般認(rèn)為當(dāng)正向電壓大于U0N時，

二極管才導(dǎo)通。否則截止。

反向特性

二極管的反向電壓一定時，反向電流很小，而且變化不大(反向飽和電流)，但反向電壓大于某

一數(shù)值時，反向電流急劇變大，產(chǎn)生擊穿。

溫度特性

二極管對溫度很敏感，在室溫附近，溫度每升高1度，正向壓將減小2—2.5mV,溫度每升高

10度,反向電流約增加一倍。

(3)二極管的主要參數(shù)

我們描述器件特性的物理量，稱為器件的特性。二極管的特性有：

最大整流電流IF它是二極管允許通過的最大正向平均電流。

最大整流電流IF它是二極管允許通過的最大正向平均電流

最大反向工作電壓UR它是二極管允許的最大工作電壓，我們一般取擊穿電壓的一般作UR

反向電流IR二極管未擊穿時的電流，它越小，二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩?/p>

最高工作頻率fM它的值取決于PN結(jié)結(jié)電容的大小，電容越大，頻率約高。

二極管的直流電阻RD加在管子兩端的直流電壓與直流電流之比，我們就稱為直流電阻.它可

表示為：RD=UF/IF它是非線性的，正反向阻值相差越大，二極管的性能越好。

二極管的交流電阻rd在二極管工作點附近電壓的微變化與相應(yīng)的微變化電流值之比，就稱為

該點的交流電阻。

(4)穩(wěn)壓二極管

穩(wěn)壓二極管是一種特殊的面接觸型二極管，其特性和普通二極管類似，但它的反向擊穿是可逆

的，不會發(fā)生"熱擊穿“，而且其反向擊穿后的特性曲線比較陡直，即反向電壓基本不隨反向電流變化而

變化，這就是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓特性。穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)為穩(wěn)壓值UZ和最大穩(wěn)定電流IZM,穩(wěn)壓值

UZ一般取反向擊穿電壓。穩(wěn)壓二極管使用時一般需串聯(lián)限流電阻,以確保工作電流不超過最大穩(wěn)定電流

IZMo

(5)二極管的應(yīng)用

二極管的運用，主要是利用它的單向?qū)щ娦?。它?dǎo)通時，我們可用短線來代替它，它截止時，

我們可認(rèn)為它斷路。因此，在應(yīng)用電路中,關(guān)鍵是判斷二極管的導(dǎo)通或截止。

a.限幅電路

當(dāng)輸入信號電壓在一定范圍內(nèi)變化時，輸出電壓也隨著輸入電壓相應(yīng)的變化;當(dāng)輸入電壓高于

某一個數(shù)值時，輸出電壓保持不變，這就是限幅電路。我們把開始不變的電壓稱為限幅電平。它分為上限

幅和下限幅。

限幅電路如圖(1)所示。改變E值就可以改變限幅電平。如輸入電壓波形圖如圖(2)。

⑴

當(dāng)E=0時限幅電平為Ov。ui>0時二極管導(dǎo)通，uo=0,ui<0時，二極管截止，uo=ui,它的波形

圖為：如圖⑶所示

當(dāng)時，限幅電平為+e。ui+E時，二極管導(dǎo)通,uo二E,它的波形圖為：如圖(4)所示

時，限幅電平為+e。ui

<e<um時，限幅電平為時，限幅電平為+e°ui

幅電平為負(fù)數(shù)，它的波形圖為:如圖(5)所示(p="〃X/e〈O時，限幅電平為負(fù)數(shù),它的波形圖為：如圖(5)所示

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b.二極管門電路

二極管組成的門電路，可實現(xiàn)邏輯運算。如圖⑹所示的電路，只要有

一條電路輸入為低電平時，輸出即為低電平，僅當(dāng)全部輸入為高電平時，輸出

才為高電平。實現(xiàn)邏輯''與”運算.

(6)

C.其他二極管

發(fā)光二極管

發(fā)光二極管簡稱LED,它是一種將電能轉(zhuǎn)換為光能的半導(dǎo)體器件，主

要是由M-V族化合物半導(dǎo)體如碑化錢(GaAs),磷化錢(GaP)制成。

光電二極管

光電二極管是將光能轉(zhuǎn)換成電能的半導(dǎo)體器件。

光電耦合器件

光電耦合器件是由光電二極管和發(fā)光二極管組合起來的。

變?nèi)荻O管

變?nèi)荻O管是利用PN結(jié)的勢壘電容隨外加反向電壓的變化特性制成

的。

</e<0時，限幅電平為負(fù)數(shù),它的波形圖為:如圖(5)所示?

1.3.1三極管的結(jié)構(gòu)和分類

通俗來講，三極管內(nèi)部為由P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體組成的三層結(jié)構(gòu)，根據(jù)分層次序分為NPN

型和PNP型兩大類。

不管是什么樣的三極管，它們均包含三個區(qū)：發(fā)射區(qū)，基區(qū)，集電區(qū)，同時相應(yīng)的引出三個電

極：發(fā)射極，基極，集電極。同時又在兩兩交界區(qū)形成PN結(jié)，分別是發(fā)射結(jié)和基點結(jié)?

基電極c]

基電極c|

p

基板b吟

p

發(fā)射板e.⑴發(fā)射極e.

三極管的三種連接方式

1.3.2三極管的放大作用

把兩個二極管背靠背的連在一起，是沒有放大作用的，要想使它具有放大作用，必須滿足以下

條件：1。發(fā)射區(qū)中進(jìn)行重?fù)诫s;2。基區(qū)做得很薄;3。集電極面積大。

1.載流子的傳輸過程

因為發(fā)射結(jié)正向偏置，且發(fā)射區(qū)進(jìn)行重?fù)诫s，所以發(fā)射區(qū)的多數(shù)載流子擴散注入至基區(qū)，又由

于集電結(jié)的反向作用，故注入至基區(qū)的載流子在基區(qū)形成濃度差，因此這些載流子從基區(qū)擴散至集電結(jié)，

被電場拉至集電區(qū)形成集電極電流。而留在基區(qū)的很少。因為基區(qū)做的很薄。

此外，因為集電結(jié)反向偏置，所以集電區(qū)中的空穴和基區(qū)中的電子（均為少數(shù)載流子）在結(jié)電場

作用下做漂移運動。

上述載流子的傳輸過程如圖（3）所示。

2.電流的分配關(guān)系

由于載流子的運動，從而產(chǎn)生相應(yīng)電流，它們的關(guān)系如下：

其中：ICEO為發(fā)射結(jié)少數(shù)載流子形成的反向飽和電流;ICBO為IB=O時，集電極和發(fā)射極之間

的穿透電流。為共基極電流的放大系數(shù)，為共發(fā)射極電流的放大系數(shù)。它們可定義為：

放大系數(shù)有兩種(直流和交流)，但我們一般認(rèn)為，它們二者是相等的，不區(qū)分它們。

3.三極管的特性曲線

以NPN管共發(fā)射極為例

(1).輸入特性

它與PN結(jié)的正向特性相似，三極管的兩個PN結(jié)相互影響，因此，輸出電壓UCE對輸入特性有

膨響，且UCE>1,時這兩個PN結(jié)的輸入特性基本重合。我們用UCE=O和UCE>=1,兩條曲線表示，如圖(4)所

示

(2).輸出特性

它的輸出特性可分為三個區(qū)：(如圖(5)的特性曲線)

(1)截止區(qū)：IB<=0時，此時的集電極電流近似為零，管子的集電極電壓等于電源電壓，兩個結(jié)

均反偏

(2)飽和區(qū)：此時兩個結(jié)均處于正向偏置，UCE=O.3V

(3)放大區(qū):此時IC=BIB,IC基本不隨UCE變化而變化，此時發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

4.三級管主要參數(shù)

(1).放大系數(shù)

它主要是表征管子放大能力。它有共基極的放大系數(shù)和共發(fā)射極的放大系數(shù)。它們二者的關(guān)系

是：

(2).極間的反向電流

(a)集電極基極間反向飽和電流ICBO

發(fā)射極開路時，在其集電結(jié)上加反向電壓，得到反向電流。它實際上就是一個PN結(jié)的反向電

流。其大小與溫度有關(guān)。

錯管：【CBO為mA(10-6)數(shù)量級，

硅管：ICBO為nA(10-9)數(shù)量級。

(b)集電極發(fā)射極間的穿透電流ICEO

基極開路時，集電極到發(fā)射極間的電流一一穿透電流。

其大小與溫度有關(guān)。ICEO與ICBO關(guān)系為：ICEO=(1+B)ICBO

(3).極限參數(shù)

(a)集電極最大允許電流ICM

Ic增加時，b要下降。當(dāng)b值下降到線性放大區(qū)b值的70%時，所對應(yīng)的集電極電流稱為集電

極最大允許電流ICM?

(b)集電極最大允許功率損耗PCM

集電極電流通過集電結(jié)時所產(chǎn)生的功耗，

PC=ICUCE

(c)基極開路時，集電極與發(fā)射極之間允許的最大反向電壓U(BR)CE0。

(4).參數(shù)與溫度的關(guān)系

由于半導(dǎo)體的載流子受溫度影響，因此三極管的參數(shù)受溫度影響，溫度上升，輸入特性曲線向

左移，基極的電流不變，基極與發(fā)射極之間的電壓降低。輸出特性曲線上移。

溫度升高，放大系數(shù)也增加I。

-:放大電路的組成原理

基本共發(fā)射極電路如圖右所示。圖中v是NPN型三極管，擔(dān)負(fù)放大作用，是整個電路的核心器

件。

放大電路的組成原則是：（D：放大器件工作在放大區(qū)（三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反

向偏置）（2）:輸入信號能輸送至放大器件的輸入端（三極管的發(fā)射結(jié)）（3）：有信號電壓輸出。

我們判斷一個放大電路能否放大輸入，可按上述原則進(jìn)行。

如用PNP三極管，則電源和電容Cl,C2的極性均反向。

基本放大電路的習(xí)慣畫法

（1）（2）

二：直流通路和交流通路在分析放大電路時有兩類問題：直流問題和交流問題。（1）直流通

路：將放大電路中的電容視為開路，電感視為短路即得。它又被稱為靜態(tài)分析。（2）交流通路：將放大電

路中的電容視為短路，電感視為開路，直流電源視為短路即得。它又被稱為動態(tài)分析。

按上述原則，可畫出圖（2）的直流通路和交流通路。如圖所示（3）和（4）。

⑷

直流工作點，又稱為靜態(tài)工作點，簡稱Q點。它可以通過公式求出，也可以通過作圖的方法求出。

一:公式法計算Q點

根據(jù)放大電路的直流通路，估算出放大電路的靜態(tài)工作點。下面把求IB,IC.I'CE的公式列出

來

三極管導(dǎo)通時，UBE的變化很小，可視為常數(shù)，我們一般認(rèn)為：硅管為0.7V褚管為0.2V

例：用估算法計算靜態(tài)工作點。

已知：VCC=12V,RC=4KQ,Rb=300KQ,p=37.5O

二：圖解法計算Q點

三極管的電流、電壓關(guān)系可用輸入特性曲線和輸出特性曲線表示，我們可以在特性曲線上，直

接用作圖的方法來確定靜態(tài)工作點。用圖解法的關(guān)鍵是正確的作出直流負(fù)載線，通過直流負(fù)載線與

iB=IBQ的特性曲線的交點，即為Q點。讀出它的坐標(biāo)即得IC和UCE

圖解法求Q點的步驟為：(1)：通過直流負(fù)載方程畫出直流負(fù)載線，(直流負(fù)載方程為

UCE=UCC-iCRC)(2):由基極回路求出IB(3):找出iB=IB這一條輸出特性曲線與直流負(fù)載線的交點就是

Q點。讀出Q點的坐標(biāo)即為所求。

例2:如圖⑸所示電路，已知Rb=280千歐，Rc=3千歐，Ucc=12伏，三極管的輸出特性曲線如

圖(6)所示，試用圖解法確定靜態(tài)工作點。

Vcz12

ZB?----=-----=0.04mA=40LLA

R300

/crapis=37.5x0.04=1.5mA

心=Pcc-IcRc=12-1.5x4=6V

(5)(6)

解：(1)畫直流負(fù)載線：因直流負(fù)載方程為UCE=UCC-iCRCiC=O,UCE=UCC=12V;L'CE=4niA,

iC=UCC/RC=4mA,連接這兩點，即得直流負(fù)載線：如圖(3)中的蘭線(2)通過基極輸入回路,求得

1B=(UCC-UBE)/RC=40uA(3)找出Q點(如圖(3)所示)，因此IC=2mA;UCE=6V

三：Q點的影響電路參數(shù)對靜態(tài)工作

靜態(tài)工作點的位置在實際應(yīng)用中很重要,它與電路參數(shù)有關(guān)。下面我們分析一下電路參數(shù)Rb,

Rc.Ucc對靜態(tài)工作點的影響。

改變Rb改變Rc改變Ucc

Rb變化，只對I,有影響。Rb增Rc變化，只改變負(fù)載線的縱坐標(biāo)Rc增大，Ucc變化,1■和直流負(fù)載線同時變化Ucc^

大，I0減小，工作點沿直流負(fù)載線負(fù)載線的縱坐標(biāo)上移，工作點沿h=I二條特性大,IB增大，直流負(fù)載線水平向右移動，工作點向

下移。曲線右移右上方移動

Rb減小，I西大，工作點沿直流RC減小,負(fù)載線的縱坐標(biāo)下移，工作點沿岸I.Ucc減小,IB減小，宜流負(fù)載線水平向左移動，工

負(fù)載線上移這條特性曲線左移作點向左下方移動

-:圖解法分析動態(tài)特性

1.交流負(fù)載線的畫法解：畫微變等效電路.UO.ill解:

交流負(fù)載線的特點：

*

必須通過靜態(tài)工作點

?

交流負(fù)載線的斜率由R"L表示（R"L=Rc〃RD交流負(fù)載線的畫法（有兩種）：（1）

■

先作出直流負(fù)載線，找出Q點；

■

作出一條斜率為R”的輔助線，然后過Q點作它的平行線即得。（此法為點斜式）（2）

9

先求出UCE坐標(biāo)的截距（通過方程U"CC=UCE+1CR"L）

連接Q點和U"CC點即為交流負(fù)載線。（此法為兩點式）

例1：作出圖（D所示電路的交流負(fù)載線。已知特性曲線如圖（2）所示，Ucc=12V,Rc=3千歐，

RL=3千歐,Rb=280千歐。

解：（1）作出直流負(fù)載線，求出點Q。（2）求出點U"cc。U"cc=Uce+IcR"L=6+1.5*2=9V（3）連接

點Q和點U"cc即得交流負(fù)載線（圖中黑線即為所求）

放大電路的非線性失真

作為對放大電路的要求,應(yīng)使輸出電壓盡可能的大，但它受到三極管非線性的限制。當(dāng)信號過

大或者工作點選擇不合適，輸出電壓波形將產(chǎn)生失真。由于是三極管非線性引起的失真，所以稱為非線性

失真。

1.由三極管特性曲線非線性引起的失真

這主要表現(xiàn)在輸入特性的起始彎曲部分，輸出特性的間距不勻當(dāng)輸入又比較大時，就會使lb、

Uce和Ic的正負(fù)半周不對稱，即產(chǎn)生非線性失真。如圖（1）所示

2.工作點不合適引起的失真

(1)工作點Q點設(shè)置偏高會產(chǎn)生飽和失真

若工作點Q點設(shè)置偏高，雖然基極動態(tài)電流ib為不失真的正弦波，但是由于在輸入信號正半

周，靠近峰值的某段時間內(nèi)晶體管進(jìn)入了飽和區(qū)，導(dǎo)致集電極動態(tài)電流iC產(chǎn)生頂部失真，集電極電阻Rc

上的電壓波形必然隨之產(chǎn)生同樣的失真。由于輸出電壓vo與Rc上電壓的變化相位相反，從而導(dǎo)致vo波

形產(chǎn)生底部失真，此種由于晶體管進(jìn)入飽和區(qū)工作而產(chǎn)生的失真現(xiàn)象稱為飽和失真。

如圖⑶所示

(2)工作點Q點設(shè)置偏低會產(chǎn)生截止失真。

若工作點Q點設(shè)置偏低，在輸入信號負(fù)半周靠近峰值的某段時間內(nèi)，晶體管b-e間電壓總量

vBE小于其導(dǎo)通電壓(開啟電壓)，BJT截止。因此基極電流ib將產(chǎn)生底部失真。集電極電流iC和集電極

電阻Rc上電壓的波形必然會隨之產(chǎn)生同樣的失真,從而導(dǎo)致vo波形產(chǎn)生頂部失真。這種由于BJT

進(jìn)入截止區(qū)工作而產(chǎn)生的失真稱為截止失真。

如圖⑵所示。

應(yīng)當(dāng)指出，截止失真和飽和失真都是比較極

端的情況。實際上，在輸入信號的整個周期內(nèi)，即使晶體管始終工作在放大區(qū)域，也會因為輸

入特性和輸出特性的非線性而使輸出波形產(chǎn)生失真，只不過當(dāng)輸入信號幅值較小時，這種失真非常小，可

忽略不計而已。

三.微變等效電路

微變等效電路的基本思想是，當(dāng)輸入信號變化的范圍很小(微變)時，可以認(rèn)為三極管電壓，電

流變化量之間的關(guān)心基本上是線性的。即在一個很小的范圍內(nèi).輸入特性，輸出特性均可近似的看作是一

段直線。因此，就可給三極管建立一個小信號的線性模型，這就是微變等效電路。利用微變等效電路，可

以將含有非線性元件(三極管)的放大電路轉(zhuǎn)化成為我們熟悉的線性電路，然后，就可以利用電路分析課程

中的學(xué)習(xí)的有關(guān)方法來求解。

四.三種基本組態(tài)放大電路的分析

微變等效電路，主要用于對放大電路的動態(tài)特性分析。三極管有三種接法，故放大電路也有三

種基本組態(tài)。一個放大電路的性能怎樣，是通過性能指標(biāo)來描述的！

1.放大電路的性能指標(biāo)

(1)電壓放大倍數(shù)Au

它是用來衡量放大電路的電壓放大能力的指標(biāo)。它可定義為輸出電壓的幅值或有效值與輸入電

壓的幅值或有效值之比，有時也稱為增益。即

Au=Uo/UiAus=Uo/Us

電壓源放大倍數(shù)Aus是表示輸出電壓幅值或有效值與信號源電壓值比。顯然，當(dāng)信號源內(nèi)阻

R=0時，Aus=Au。它就是考慮了信號源內(nèi)阻Rs影響時的Au。

(2)電流放大倍數(shù)Ai

它是用來衡量放大電路的電流放大能力。它可定義為輸出電流I。與輸入電流曾幅值或有效值

之比即Ai=Io/Ii

Ai越大表明放大能力越好.

(3)功率放大倍數(shù)Ap.

它定義為輸出功率與輸入功率之比。即

Ap=Po/Pi=IUolo1/1UiIi=|AuAi

(4)輸入電阻ri

放大電路由信號源提供輸入信號，當(dāng)放大電路與信號院相連時，就要從信號源索取電流。索取

電流的大小表明了放大電路對信號源的影響，所以定義輸入電阻來衡量放大電路對輸入信號源的影響。當(dāng)

信號頻率不高時，電抗效應(yīng)不考慮,則ri=Ui/Ii

(5)輸出電阻ro

從輸出端看進(jìn)去的放大電路的等效電阻，稱為輸出電阻ro。輸出電阻的高低表明放大電路所能

驅(qū)動負(fù)載的能力。ro越小表明帶負(fù)載能力越強。則ro=U2/I2

下面我們用微變等效電路法計算放大電路的Au,ri,ro

1.共e極放大電路

對放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析，主要是確定其靜態(tài)工作點Q,即求出IBQ,ICQ,UCEQ。對放大電路

進(jìn)行動態(tài)分析，主要是計算放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。

共射放大電路

(a)共射放大電路(b)微變等效電路

靜態(tài)工作點的計算

ICQ二？IBQ

UCEQ=VCC-ICQRC

交流性能參數(shù)的計算

電壓放大倍數(shù)

6

輸入電阻

輸出電阻Ro=Rc

2.共c極放大電路

共集放大電路信號從基極輸入，從發(fā)射極輸出，集電極作為輸入輸出的公共端。該電路又稱為

射極輸出器，或稱射極跟隨器，也是最常用的一種基本電路。共集電極電路的特點是：輸入阻抗高，輸出

阻抗低，電壓放大倍數(shù)小于1接近于1,主要用作輸入極、輸出極和極間緩沖極。

用微變等效電路分析共集放大電路

(a)共集放大電路(b)h參數(shù)微變等效電路

靜態(tài)工作點計算

心-r.q?%?勺―+。?刃&]

,%-喂

%+Q+種4

再由1CQ邛1BQ,UCEQ=VCCTCQRe可求出靜態(tài)工作點。

交流性能的計算

,皆

&K

⑹cb)

37

共集電路的輸入電阻很大而輸出電阻很小;另外它的電壓放大倍數(shù)雖然小于1,但它的電流放大

倍數(shù)仍較大，約為（1+B）倍。

3.共b極放大電路

共基極電路的輸入信號加在晶體管的發(fā)射極，輸出是集電極，基極是輸入輸出的公共端。

用微變等效電路分析共基極放大電路

（a）共基極放大電路（b）微變等效電路

靜態(tài)工作點分析

1姆-勺

交流性能分析

其中

?

與共射放大電路比較，共基放大電路的特點是：（1）電壓放大倍數(shù)數(shù)值上同相,而共基電路是

正值，表明輸入與輸出同相；電流放大倍數(shù)共基電路是略小于1。（2）輸入電阻比共射電路小，輸出電阻相

同。（3）共基電路的頻率響應(yīng)好.在要求頻率特性高的場合多采用共基電路。

三種電路的比較

連接方式性能比較（大、中、?。?/p>

公共端輸入端輸出端

國

RiRo其它

共射電路ebc大大小大

共集電路cbe小大大小

共基電路bec大小小大頻帶寬

2、3放大電路的動態(tài)分析

-：圖解法分析動態(tài)特性

1.交流負(fù)載線的畫法解：畫微變等效電路4。/〃解：

交流負(fù)載線的特點：必須通過靜態(tài)工作點交流負(fù)載線的斜率由R"表示（R"=Rc〃R）

交流負(fù)載線的畫法（有兩種）：（1）先作出直流負(fù)載線，找出Q點；作出一條斜率

為R”的輔助線，然后過Q點作它的平行線即得。（此法為點斜式）（2）先求出U.坐標(biāo)的

截距（通過方程UJ=U.+IR"）連接Q點和U”.點即為交流負(fù)載線。（此法為兩點式）

例1:作出圖（1）所示電路的交流負(fù)載線。已知特性曲線如圖（2）所示，Ucc=12V,

Rc=3千歐,R.=3千歐,Rb=280千歐。

解：（1）作出直流負(fù)載線，求出點Q。（2）求出點U"cc。

U"cc=Uce+IcR"L=6+l.5*2=9V（3）連接點Q和點U"cc即得交流負(fù)載線（圖中黑線即為所求）

二.放大電路的非線性失真

作為對放大電路的要求，應(yīng)使輸出電壓盡可能的大，但它受到三極管非線性的限制。當(dāng)信

號過大或者工作點選擇不合適，輸出電壓波形將產(chǎn)生失真。由于是三極管非線性引起的失真，

所以稱為非線性失真。

1.由三極管特性曲線非線性引起的失真

這主要表現(xiàn)在輸入特性的起始彎曲部分，輸出特性的間距不勻當(dāng)輸入又比較大時，就會使

Ib、Uce和Tc的正負(fù)半周不對稱，即產(chǎn)生非線性失真。如圖（1）所示

2.工作點不合適引起的失真

(1)工作點Q點設(shè)置偏高會產(chǎn)生飽和失真

若工作點。點設(shè)置偏高，雖然基極動態(tài)電流/為不失真的正弦波，但是由于在輸入信號正

半周，靠近峰值的某段時間內(nèi)晶體管進(jìn)入了飽和區(qū)，導(dǎo)致集電極動態(tài)電流，產(chǎn)生頂部失真，集

電極電阻月上的電壓波形必然隨之產(chǎn)生同樣的失真。由于輸出電壓匕與用上電壓的變化相位相

反，從而導(dǎo)致口波形產(chǎn)生底部失真，此種由于晶體管進(jìn)入飽和區(qū)工作而產(chǎn)生的失真現(xiàn)象稱為飽

和失真。

如圖(3)所示

(2)工作點Q點設(shè)置偏低會產(chǎn)生截止失真。

若工作點Q點設(shè)置偏低，在輸入信號負(fù)半周靠近峰值的某段時間內(nèi)，晶體管b-e間電壓總

量V"小于其導(dǎo)通電壓(開啟電壓)，BJT截止。因此基極電流i,將產(chǎn)生底部失真。集電極電流i：

和集電極電阻R上電壓的波形必然會隨之產(chǎn)生同樣的失真，從而導(dǎo)致V。波形產(chǎn)生頂部失真。這

種由于BJT

進(jìn)入截止區(qū)工作而產(chǎn)生的失真稱為截止失真。

如圖（2）所示。

應(yīng)當(dāng)指出，截止失真和飽和失真都是比較極

端的情況。實際上，在輸入信號的整個周期內(nèi)，即使晶體管始終工作在放大區(qū)域，也會因

為輸入特性和輸出特性的非線性而使輸出波形產(chǎn)生失真，只不過當(dāng)輸入信號幅值較小時，這種

失真非常小，可忽略不計而已。

三.微變等效電路

微變等效電路的基本思想是，當(dāng)輸入信號變化的范圍很小（微變）時，可以認(rèn)為三極管電

壓，電流變化量之間的關(guān)心基本上是線性的。即在一個很小的范圍內(nèi)，輸入特性，輸出特性均

可近似的看作是一段直線。因此，就可給三極管建立一個小信號的線性模型，這就是微變等效

電路。利用微變等效電路，可以將含有非線性元件（三極管）的放大電路轉(zhuǎn)化成為我們熟悉的

線性電路，然后，就可以利用電路分析課程中的學(xué)習(xí)的有關(guān)方法來求解。

四.三種基本組態(tài)放大電路的分析

微變等效電路，主要用于對放大電路的動態(tài)特性分析。三極管有三種接法，故放大電路也

有三種基本組態(tài)。一個放大電路的性能怎樣，是通過性能指標(biāo)來描述的！

1.放大電路的性能指標(biāo)

（1）電壓放大倍數(shù)Au

它是用來衡量放大電路的電壓放大能力的指標(biāo)。它可定義為輸出電壓的幅值或有效值與輸

入電壓的幅值或有效值之比，有時也稱為增益。即

Au=Uo/UiA.=Uo/Us

電壓源放大倍數(shù)Aus是表示輸出電壓幅值或有效值與信號源電壓值比。顯然，當(dāng)信號源內(nèi)

阻R=0時，A..=Au。它就是考慮了信號源內(nèi)阻Rs影響時的Au。

(2)電流放大倍數(shù)Ai

它是用來衡量放大電路的電流放大能力。它可定義為輸出電流Io與輸入電流li幅值或有

效值之比即Ai=Io/Ii

Ai越大表明放大能力越好.

(3)功率放大倍數(shù)Ap.

它定義為輸出功率與輸入功率之比。即

Ap=Po/Pi=|Uolo|/|UiIi|=|AuAi|

(4)輸入電阻r

放大電路由信號源提供輸入信號，當(dāng)放大電路與信號院相連時，就要從信號源索取電流。

索取電流的大小表明了放大電路對信號源的影響，所以定義輸入電阻來衡量放大電路對輸入信

號源的影響。當(dāng)信號頻率不高時，電抗效應(yīng)不考慮，則r=Ui/li

(5)輸出電阻r

從輸出端看進(jìn)去的放大電路的等效電阻，稱為輸出電阻r輸出電阻的高低表明放大電路

所能驅(qū)動負(fù)載的能力。r越小表明帶負(fù)載能力越強。則ro=U2/I2

下面我們用微變等效電路法計算放大電路的Au,rro

1.共e極放大電路

對放大電路進(jìn)行靜態(tài)分析，主要是確定其靜態(tài)工作點Q,即求出L,L,U、。對放大電路

進(jìn)行動態(tài)分析，主要是計算放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。

共射放大電路

(a)共射放大電路(b)微變等效電路

靜態(tài)工作點的計算

1.=?1,

U.=V,-L,R.

交流性能參數(shù)的計算

電壓放大倍數(shù)

輸入電阻

輸出電阻R=R

2.共c極放大電路

共集放大電路信號從基極輸入，從發(fā)射極輸出，集電極作為輸入輸出的公共端。該電路又

稱為射極輸出器，或稱射極跟隨器，也是最常用的一種基本電路。共集電極電路的特點是：輸

入阻抗高，輸出阻抗低，電壓放大倍數(shù)小于1接近于1,主要用作輸入極、輸出極和極間緩沖

極。

用微變等效電路分析共集放大電路

(a)共集放大電路(b)h參數(shù)微變等效電路

靜態(tài)工作點計算

,%一"■

再由L邛L,IL=V-LR可求出靜態(tài)工作點。

交流性能的計算

駕機/麾P

共集電路的輸入電阻很大而輸出電阻很??；另外它的電壓放大倍數(shù)雖然小于1,但它的電

流放大倍數(shù)仍較大，約為（1+B）倍。

3.共b極放大電路

共基極電路的輸入信號加在晶體管的發(fā)射極，輸出是集電極，基極是輸入輸出的公共端。

用微變等效電路分析共基極放大電路

（a）共基極放大電路（b）微變等效電路

靜態(tài)工作點分析

i.1

交流性能分析

…,…侏

4?W.4

其中

與共射放大電路比較，共基放大電路的特點是：（D電壓放大倍數(shù)數(shù)值上同相，而共基電

路是正值，表明輸入與輸出同相；電流放大倍數(shù)共基電路是略小于1。（2）輸入電阻比共射電路

小，輸出電阻相同。（3）共基電路的頻率響應(yīng)好，在要求頻率特性高的場合多采用共基電路。

三種電路的比較

2、4多極放大電路

--多極放大電路的耦合的方式

常用的耦合方式有三種，即阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合。

1.多極放大電路的耦合方式

多極放大電路方框如下圖

2、估算電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻用和輸出電阻以。

蟀：畫微變等效電路

〃EQ=《C-/C遙=12V-2mAx3k=6V

信負(fù)

號

源

載

其中，輸入級與中間級的主要作用是實現(xiàn)電壓放大，輸出級的主要作用是功率放大,以推動

負(fù)載工作。

在計算多級放大電路交流參數(shù)時常采用兩種方法，一是畫出多級放大電路的微變等效電

路，然后用電路方面知識直接求出U.和U之比，即整個多級放大電路的總電壓放大倍，以及輸

入電阻和輸出電阻。另一方法是先求出每級電壓放大倍數(shù)（利用基本放大電路的一些公式），

然后相乘得到總電壓放大倍數(shù)。但在求單級放大電路的放大倍數(shù)時，要考慮到它后面一級的輸

入電阻應(yīng)看作為它的負(fù)載電阻，而它前面一級的輸出電阻對它而言應(yīng)看作為是信號源的內(nèi)阻。

在求多級放大電路輸入電阻和輸出電阻時也應(yīng)考慮前后級的影響。

2阻容耦合

阻容耦合電路級與級之間由電容、電阻來連接的。如圖右所示。

優(yōu)點：各級靜態(tài)工作點是相對獨立，不互相影響

缺點：不使用于傳送緩慢變化的信號(電容容抗過大，使信號衰減很大)；不能傳送直流

信號；在集成電路難于制造。

3.直接耦合

為了避免電容對緩慢變化的信號在傳輸過程中帶來的不良影響連接起來，這種連接方式稱

為直接耦合。其電路如圖右所示。

直接耦合的特點：

⑴優(yōu)點:既可以放大交流信號也可以放大直流和變化非常緩慢的信號;電路簡單便于集成，

所以集成電路中多采用這種耦合方式。

(2)缺點:存在著各級靜態(tài)工作點相互牽制和零點漂移這兩個問題。

4.變壓器耦合

我們把級與級之間通過變壓器連接的方式稱為變壓器耦合。其電路如下圖所示。

二,多極放大電路的指標(biāo)計算

1,電壓放大倍數(shù)

根據(jù)電壓放大倍數(shù)的定義式

多級放大電路的倍數(shù)等于各級放大電路倍數(shù)的乘積.即：

Au=A,AAA?

2.輸入電阻

多級放大電路的輸入電阻，就是輸入級的輸入電阻。計算時要注意：當(dāng)輸入級為共集電極放

大電路時,要考慮第二級的輸入電阻作為前級負(fù)載時對輸入電阻的影響。

3.輸出電阻

多級放大電路的輸出電阻就是輸出級的輸出電阻。計算時要注意：當(dāng)輸出級為共集電極放

大電路時,要考慮其前級對輸出電阻的影響。

分析圖P3.1所示是一個二級阻容耦合放大電路。

解:它第一級是共集放大電路，第二級是共射放大電路，因此它是共集一共射組態(tài)的二級

放大電路。

下面我們來分析這個放大電路，設(shè)

片=魚=50歹闋津=uag2=07匕…」200Q

電容c,c,c,C均為足夠大。

1.靜態(tài)工作點計算

I=?0.0L

囪的+("&】

工富4】?%：7

&21+Rg

2.交流性能計算

先求出每級電壓放大倍數(shù)，再求出總的電壓放大倍數(shù)。晶體管的h參數(shù)為

.叼一^砧耳=001襁

津樂+(l+￡)&i

KJ

?我方一展?84/

/21.勺22

第二級的輸入電阻r相當(dāng)于是第一級的負(fù)載電阻，它為

麗=物'+￡學(xué)匕2.8《

3.不密夕瀏

限2山必必?專平,；，J；36K

lCQl

輸入電阻和輸出電阻為

H.」V'L1J'3)小〃記卜445K

」＜-4；-1/

分析圖P3.2所示是一個兩級直接耦合放大電路。

解：T、T分別為共集、共射放大組態(tài)。共集電路具有阻抗變換作用，取其輸入電阻

高，輸出電阻低，共射電路電壓放大倍數(shù)較大，兩者結(jié)合后放大電路的性能較好。

圖P3.2

靜態(tài)工作點的確定不能每級分別計算，可以通過下面的聯(lián)立電路方程來求得：

第一級的電壓放大倍

A_4（1/"2）

%1+聞（凡1/2）

其中r為第二級的輸入電阻，它為

F*2Ml1晨求

42?工2制+2）凡2

4,-A<2

在B>>1、p?i時

.RC2

42

輸入電阻和輸出電阻分別為

A-%〃依aUi1角;R：，巾3

3.1頻率特性的一般概念

一.頻率特性的概念

對低頻段，由于耦合電容的容抗變大,高頻時l/?c?R,可視為短路，低頻段時1/?C?R不

成立。我們定義：當(dāng)放大倍數(shù)下降到中頻區(qū)放大倍數(shù)的0.707倍時;即

時的頻率稱為下限頻率fl。如圖右是考慮頻率特性時的等效電路

對高頻段，由于三極管極間電容或分布電容的容抗較小，低頻段視為開路，高頻段處113c

較小,此時考慮極間電容影響的等效電路如圖3-1(b)所示。當(dāng)頻率上升時，容抗減小，使加至放大

電路的輸入信號減小,輸出電壓減小,從而使放大倍數(shù)下降。同時也會在輸出電壓與輸入電壓間

產(chǎn)生附加相移。同樣我們定義：當(dāng)放大倍數(shù)下降到中頻區(qū)放大倍數(shù)的0.707倍,即

Auh=(l/)Aum時的頻率稱為上限頻率fh。2

共發(fā)射極放大電路的甩壓放大倍數(shù)將是一個復(fù)數(shù),即

其中幅度Au和相角小都是頻率的函數(shù),分別稱為放大電路的幅頻特性和相頻特性。可用圖

3-2(a)和(b)表示。我們稱上、下限頻率之差為通頻帶ibw,即

fbw=fh-fl

通頻帶的寬度,表征放大電路對不同頻率的輸入信號的響應(yīng)能力,它是放大電路的重要技術(shù)

指標(biāo)之一。

二.線性失真

線性失真有兩種形式：相頻失真和幅頻失真

一個周期信號經(jīng)傅里葉級數(shù)展開后，可以分解為基波、一次諧波、二次諧波等多次諧波。

設(shè)輸入信號5(。由基波和二次諧波組成，如圖(a)所示，經(jīng)過線性電路后，基波與二次諧波振

幅之間的比例沒有變化，但是它們之間的時間對應(yīng)關(guān)系變了，疊加合成后同樣引起輸出波形不

同于輸入波形，這種線性失真稱之為相頻失真。

線性失真的第一種形式如圖（b）所示。假設(shè)輸入波形Ui⑴僅由基波、二次諧波構(gòu)成，它

們之間的振幅比例為10：6,如圖（b）上所示。該輸入波形經(jīng)過線性放大電路后，由于放大電路

對不同頻率信號的不同放大倍數(shù)，使得這些信號之間的比例發(fā)生了變化，變成了10:3,這二者

累加后所得的輸出信號U。⑴如圖（b）下所示。對比Ui⑴,可見兩者波形發(fā)生了很大的變化，這就

是線性失真的第一種形式，即幅頻失真。

低綾段喝合電容的影響

U.

（6）高領(lǐng)段極間電容的彩響

4=（I/VLU）

42

4=44

3.2三極管的頻率參數(shù)

(1)

(2)

(3)

B的幅頻特性

-.共發(fā)射極電流放大系數(shù)B的截止頻率力

將值下降到時的0.707倍時的頻率隼定義為B的截止頻率。按公式(3-4)也可計算出，當(dāng)f=f

6時,

二,特征頻率f

定義值降為1時的頻率仃為三極管的特征頻率。將f=fl和代入⑵式,則得1=

由于通常fT/fp?l,所以上式可簡化為

fT=30fp上式表示了fT和電的關(guān)系。

物.

血=(1/收成之0.7074

問左孑小選之網(wǎng)

p\

大系數(shù)Q的截止頻率fa

由上述的關(guān)系得

(4)(5)

定義當(dāng)下降為中頻aO的0.707倍時的頻率fa為a的截止頻率。

fa、電、仃之間有何關(guān)系？將式(1)代入式(4)得

四.三極管混合參數(shù)TT型等效電路

1.完整的混合TT型模型

(1)混合n型參數(shù)和h參數(shù)之間的關(guān)系

hl

A

?1+-51+4

~7

（1+也）%

<0)不考慮c;敕c.的齡化泡令型.等效電路。)檢化路多數(shù)籥效電路

2.簡化的混合II型模型

(2)卬的等效過程

此式表明，從b，、e兩端看進(jìn)去,跨接在b，、c之間的電容Cu的作用，和一個并聯(lián)在b，、e

兩端，其電容值為的電容等效。這就是密勒定理。如圖（2）中（c）所示。照町=

八小2626/7

lSQ1CQ

g./工=g/%=餌

5式1+犬)Us,

11

/夕，ja)(l+K)Cp

3.3共e極放大電路的頻率特性

(1)共e極放大電路及其混合7T型等效電路

具體分析時,通常分成三個頻段考慮：

(1)中頻段:全部電容均不考慮,耦合電容視為短路,極間電容視為開路。

(2)低頻段:耦合電容的容抗不能忽略,而極間電容視為開路。

(3)高頻段:耦合電容視為短路,而極間電容的容抗不能忽略。

這樣求得三個頻段的頻率響應(yīng),然后再進(jìn)行