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1、会计学1半导体三极管及其放大半导体三极管及其放大(fngd)电路电路第一页，共137页。2n n【知识点】【知识点】n n三极管的结构、电流放大作用、特性曲线三极管的结构、电流放大作用、特性曲线及主要参数；三极管基本放大电路、多级及主要参数；三极管基本放大电路、多级放大电路、功率放大器等电路的组成、工放大电路、功率放大器等电路的组成、工作原理、分析计算、元件的选用及应用。作原理、分析计算、元件的选用及应用。n n【能力目标】【能力目标】n n具有对基本电子电路进行分析计算和正确具有对基本电子电路进行分析计算和正确选择元器件的能力；能看懂国内外电子线选择元器件的能力；能看懂国内外电子线路图，通过
2、电子线路图组装和调试路图，通过电子线路图组装和调试(dio sh)简单的电子设备。简单的电子设备。单元单元(dnyun)7 半导半导体三极管及其放大电路体三极管及其放大电路第1页/共136页第二页，共137页。3单元单元7 7 半导体三极管及其放大半导体三极管及其放大(fngd)(fngd)电路电路7.1 7.1 半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管 17.2 7.2 基本放大电路基本放大电路基本放大电路基本放大电路 27.3 7.3 多级放大电路多级放大电路多级放大电路多级放大电路 3目目 录录7.4 7.4 功率放大电路功率放大电路功率放大电路功率放大电路 47.5 7.5 场
3、效应管场效应管场效应管场效应管 5小结小结小结小结 6第2页/共136页第三页，共137页。4n n7.1.1.1 三极管的结构n n三极管又称晶体管，它的种类很多。从其内部结构来看，分为NPN型和PNP型两种三极管。其中NPN型多为硅管，而PNP型多为锗管。n n三极管是由两个PN结的三块杂质半导体组成(z chn)，不管是NPN型还是PNP型，都由三个区组成(z chn)：集电区、发射区、基区，以及分别从这三个区引出的三个电极：集电极C、发射极E、基极B。两个PN结分别是发射区与基区之间的发射结和集电区与基区之间的集电结。在电路中，两种管子的内部结构和符号如图所示。图中箭头表示发射结在加正
4、向电压时的电流方向。常见的三极管的外形如图所示。7.1.1 7.1.1 7.1.1 7.1.1 三极管的结构三极管的结构三极管的结构三极管的结构(jigu)(jigu)(jigu)(jigu)及类型及类型及类型及类型7.1 7.1 半导体三极管半导体三极管7.1 半导体三极管半导体三极管第3页/共136页第四页，共137页。5图图7.1 三极管的结构三极管的结构(jigu)和符号和符号（a）NPN型三极管；（型三极管；（b）NPN管符号；管符号；（c）PNP型三极管；（型三极管；（d）PNP管符号管符号 7.1 半导体三极管半导体三极管第4页/共136页第五页，共137页。6图图7.2 常见常
5、见(chn jin)三极管外形图三极管外形图（a）塑封装；（）塑封装；（b）金属壳管）金属壳管 7.1 半导体三极管半导体三极管第5页/共136页第六页，共137页。7n n7.1.1.2 三极管的类型三极管的类型n n三极管根据基片的材料不同，分为锗管和三极管根据基片的材料不同，分为锗管和硅管两大类，目前国内生产的硅管多为硅管两大类，目前国内生产的硅管多为NPN型（型（3D系列），锗管多为系列），锗管多为PNP型（型（3A系列）；按频率特性分为高频管和低频管；系列）；按频率特性分为高频管和低频管；按功率大小分为大功率管、中功率管和小按功率大小分为大功率管、中功率管和小功率管等。实际应用中采用
6、功率管等。实际应用中采用NPN型的三极型的三极管较多，所以下面以管较多，所以下面以NPN型三极管为例加型三极管为例加以讨论以讨论(toln)，所得结论对于，所得结论对于PNP型三极型三极管同样适用。管同样适用。7.1 半导体三极管半导体三极管第6页/共136页第七页，共137页。8n n7.1.2.1 三极管内部载流子的运动过程n n要实现三极管的放大作用，n n 需要外加合适的电源电压(diny)。n n 要求发射结外加正向电压(diny)，n n 简称正向偏置；集电结外n n 加反向电压(diny)，简称反向偏n n 置。如图所示。7.1.2 7.1.2 7.1.2 7.1.2 三极管的电
7、流放大三极管的电流放大三极管的电流放大三极管的电流放大(fngd)(fngd)(fngd)(fngd)作用作用作用作用图图7.3 三极管内部三极管内部(nib)载流子的运动载流子的运动 7.1 半导体三极管半导体三极管第7页/共136页第八页，共137页。9n n（1）发射区向基区发射电子）发射区向基区发射电子n n由于电源由于电源EB经过电阻经过电阻RB加在发射结上，发加在发射结上，发射结正偏。发射区的多数载流子射结正偏。发射区的多数载流子自由自由电子不断通过发射结向基区扩散，形成发电子不断通过发射结向基区扩散，形成发射极电流射极电流IE。同时基区多数载流子空穴也。同时基区多数载流子空穴也向
8、发射区扩散，但由于基区的多数载流子向发射区扩散，但由于基区的多数载流子浓度远远低于发射区载流子浓度，故与电浓度远远低于发射区载流子浓度，故与电子流相比，空穴流可以忽略不计。因此子流相比，空穴流可以忽略不计。因此(ync)可以认为三极管发射结电流主要是可以认为三极管发射结电流主要是电子流。电子流。7.1 半导体三极管半导体三极管第8页/共136页第九页，共137页。10n n（2）电子在基区中的扩散和复合）电子在基区中的扩散和复合n n由发射区注入基区的电子，在发射结附近由发射区注入基区的电子，在发射结附近积累起来，形成了一定的浓度梯度，而靠积累起来，形成了一定的浓度梯度，而靠近集电结附近电子浓
9、度很小，渐渐形成电近集电结附近电子浓度很小，渐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用子浓度差，在浓度差的作用(zuyng)下，下，促使电子流在基区向集电结扩散，在扩散促使电子流在基区向集电结扩散，在扩散过程中，电子不断与基区空穴复合形成电过程中，电子不断与基区空穴复合形成电子流子流IBN，复合的空穴由基极电源补充，从，复合的空穴由基极电源补充，从而形成基极电流而形成基极电流IB。7.1 半导体三极管半导体三极管第9页/共136页第十页，共137页。11n n（3）集电区收集电子）集电区收集电子n n由于集电结外加反向电压很大，这个反向由于集电结外加反向电压很大，这个反向电压产生的电场力一方面使集电区
10、的电子电压产生的电场力一方面使集电区的电子和基区的空穴很难通过集电结；另一方面和基区的空穴很难通过集电结；另一方面吸引基区中扩散到集电结附近的大量电子，吸引基区中扩散到集电结附近的大量电子，将它们收集到集电区，形成收集电流将它们收集到集电区，形成收集电流ICN。同时集电区的少数载流子即空穴也会产生同时集电区的少数载流子即空穴也会产生漂移运动，流向基区形成反向饱和电流漂移运动，流向基区形成反向饱和电流ICBO。n n以上分析的是以上分析的是NPN型三极管的电流放大原型三极管的电流放大原理，对于理，对于PNP型三极管，其工作型三极管，其工作(gngzu)原理相同，只是三极管各极所接电源极性原理相同
11、，只是三极管各极所接电源极性相反，发射区发射的载流子是空穴而不是相反，发射区发射的载流子是空穴而不是电子。电子。7.1 半导体三极管半导体三极管第10页/共136页第十一页，共137页。12n n7.1.2.2 电流分电流分配关系配关系n n由上面载流子由上面载流子的运动过程可的运动过程可知，由于电子知，由于电子在基区的复合，在基区的复合，发射区注入基发射区注入基区的电子并非区的电子并非全部全部(qunb)到达集电极，到达集电极，三极管制成后，三极管制成后，发射区注入的发射区注入的电子传输到集电子传输到集电结所占的比电结所占的比例是一定的。例是一定的。如图描述了三如图描述了三极管电流分配极管电
12、流分配关系。关系。图图7.4 三极管的电流三极管的电流(dinli)分配关系分配关系 7.1 半导体三极管半导体三极管第11页/共136页第十二页，共137页。13n n从图中可知： n n由于在常温下ICBO的数值很小，可忽略不计。故 n n以因为n n所以(suy)n n设n n故n n上式中IC与IB的比值，即共射极直流电流放大系数，用 表示。 (7.2) (7.1) 7.1 半导体三极管半导体三极管第12页/共136页第十三页，共137页。14n n7.1.2.3 放大作用放大作用n n三极管的最基本的作用是把微弱三极管的最基本的作用是把微弱的电信号加以放大，三极管的放的电信号加以放大
13、，三极管的放大电路如图大电路如图7-5所示。因发射极是所示。因发射极是基极回路和集电极回路的公共基极回路和集电极回路的公共(gnggng)端，所以此电路又叫端，所以此电路又叫共射极放大电路。如果共射极放大电路。如果 =20A， ，则，则n n =（）（）mA= 1.22mA,电流放大倍数电流放大倍数 =60。若调节。若调节n n 电阻电阻 ，使电流，使电流 增加增加n n 10A，则相应地增加了，则相应地增加了n n 。由。由n n 此可见，当基极有微小的变此可见，当基极有微小的变n n 化时，集电极会有很大的变化时，集电极会有很大的变n n 化，这说明三极管有电流放化，这说明三极管有电流放n
14、 n 大作用。大作用。图图7.5 三三极极管管共共射射极极放放大大(fngd)电电路路 7.1 半导体三极管半导体三极管第13页/共136页第十四页，共137页。15n n三极管的特性曲线是指三极管各电极电压与电流之间的关系曲线，它是三极管内部载流子运动的外部表现。由于三极管有三个电极，输入、输出各占一个(y )电极，一个(y )公共电极，因此要用n n 两种特性曲线来描述，即n n 输入特性曲线和输出特性n n 曲线。图是三极管共n n 射极特性曲线测试电路。7.1.3 7.1.3 7.1.3 7.1.3 三极管的特性三极管的特性三极管的特性三极管的特性(txng)(txng)(txng)(
15、txng)曲线曲线曲线曲线图图7.6 三极管共射极特性三极管共射极特性(txng)曲线测试电路曲线测试电路 7.1 半导体三极管半导体三极管第14页/共136页第十五页，共137页。16n n7.1.3.1 输入输入(shr)特性曲线特性曲线n n输入输入(shr)特性曲线是指三极管的集电极特性曲线是指三极管的集电极与发射极之间电压与发射极之间电压UCE为常数时，基极电为常数时，基极电流流IB与集电极与发射极之间的电压与集电极与发射极之间的电压UCE之之间的关系，其表达式为：间的关系，其表达式为：n n 常数常数 (7.3)n n测量输入测量输入(shr)特性时，先固定特性时，先固定UCE的值
16、，的值，使使UCE 0，调节，调节EB，测出相应的，测出相应的IB和和UBE的值，便可得到一条输入的值，便可得到一条输入(shr)特性特性曲线。图（曲线。图（a）是硅三极管）是硅三极管3DG4的输入的输入(shr)特性曲线。特性曲线。7.1 半导体三极管半导体三极管第15页/共136页第十六页，共137页。17n n7.1.3.2 输出特性曲线n n输出特性曲线是指当三极管基极电流IB为常数，三极管集电极与发射极之间电压(diny)UCE和集电极电流IC之间的关系，即： 图图7.7 三极管的特性三极管的特性(txng)曲线图曲线图（a）3DG4的输入特性的输入特性(txng)曲线曲线;（b）3
17、DG4的输出特性的输出特性(txng)曲线曲线 7.1 半导体三极管半导体三极管第16页/共136页第十七页，共137页。18n n图（b）是硅三极管3DG4的输出特性曲线。从输出特性上看，三极管的工作状态可分为三个区域。n n（1）截止区n nIB=0，这条曲线以下的区域称为截止区。此时发射结和集电结均处于反向(fn xin)偏置，三极管处于截止状态。这时ICICBO0。集电极到发射极只有很小的微小电流，三极管集电极和发射极之间接近开路，类似于开关断开状态，无放大作用，呈高阻状态。7.1 半导体三极管半导体三极管第17页/共136页第十八页，共137页。19n n（2）放大区）放大区n n在
18、在IB=0的特性曲线的上方，各条输出特性的特性曲线的上方，各条输出特性曲线近似平行于横轴的曲线族部分，称为曲线近似平行于横轴的曲线族部分，称为三极管的放大区。此时，发射结正向偏置，三极管的放大区。此时，发射结正向偏置，集电结反向偏置，集电极电流受基极电流集电结反向偏置，集电极电流受基极电流的控制，即满足的控制，即满足 。当。当IB改变时，改变时， IC随着改变，与电压随着改变，与电压UCE的大小基本无关。的大小基本无关。不同的不同的IB值对应一条输出特性曲线。值对应一条输出特性曲线。n n（3）饱和区）饱和区n n输出特性曲线近似直线上升部分与纵轴所输出特性曲线近似直线上升部分与纵轴所构成的区
19、域称为饱和区。此时发射结与集构成的区域称为饱和区。此时发射结与集电结都处于正向偏置，且当电结都处于正向偏置，且当UCE=UBE时称时称为临界饱和，为临界饱和，UCEUBE时称为饱和，三时称为饱和，三极管饱和时极管饱和时C、E之间的电压为饱和压降，之间的电压为饱和压降，用用UCES表示。小功率硅管的饱和压降为表示。小功率硅管的饱和压降为0.3V,锗管为。三极管工作在饱和区，无放锗管为。三极管工作在饱和区，无放大作用，集电极与发射极相当于一个开关大作用，集电极与发射极相当于一个开关(kigun)的接通状态。的接通状态。7.1 半导体三极管半导体三极管第18页/共136页第十九页，共137页。20n
20、 n（1）电流放大系数n n根据工作状态不同(b tn)有直流电流放大系数 和交流电流放大系数。n n直流电流放大系数：n n （）n n交流电流放大系数：n n （）n n和 含义不同(b tn)，但通常在输出特性线性较好的情况下，两个数值差别很小，一般不作严格的区分。常用的小功率三极管，值为20150，大功率的值一般较小，为1030。注意在选择三极管时，既要考虑值的大小，又要考虑三极管的稳定性。7.1.4 7.1.4 7.1.4 7.1.4 三极管的主要参数三极管的主要参数三极管的主要参数三极管的主要参数7.1 半导体三极管半导体三极管第19页/共136页第二十页，共137页。21n n（
21、2）共基极电流放大系数）共基极电流放大系数n n它是集电极和发射极电流的比值，也有直它是集电极和发射极电流的比值，也有直流放大系数流放大系数 n n 和交流放大系数和交流放大系数。n n共基极直流放大系数：共基极直流放大系数：n n （）（）n n共基极交流放大系数：共基极交流放大系数：n n （）（）n n同理，一般情况同理，一般情况(qngkung)下可认为：下可认为：n n （）（）7.1 半导体三极管半导体三极管第20页/共136页第二十一页，共137页。22n n（3）极间反向电流）极间反向电流n n集电极与基极间反向饱和电流集电极与基极间反向饱和电流ICBO：指发射极开路，集电结：
22、指发射极开路，集电结在反向电压作用在反向电压作用(zuyng)下，下，集、基极的反向漏电流。集、基极的反向漏电流。 ICBO基本上是常数，故又称反向饱基本上是常数，故又称反向饱和电流。它的数值很小，受温和电流。它的数值很小，受温度影响较大。度影响较大。n n集电极与发射极穿透电流集电极与发射极穿透电流ICEO ：表示基极开路，集电极、发：表示基极开路，集电极、发射极间加上一定反向电压时的射极间加上一定反向电压时的集电极电流，集电极电流， ICEO =(1+) ICBO 。 ICEO和和ICBO都是衡都是衡量管子质量的重要参数，量管子质量的重要参数， ICBO越小，温度稳定性越好。越小，温度稳定
23、性越好。n n（4）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICMn n它是指三极管它是指三极管IC超过一定的数超过一定的数值时值时会下降，当会下降，当下降到正常下降到正常的的2/3时所对应的时所对应的IC值为值为ICM 。如果如果IC超过超过ICM时，管子的性时，管子的性能会显著下降，长时间工作可能会显著下降，长时间工作可导致三极管损坏。导致三极管损坏。7.1 半导体三极管半导体三极管第21页/共136页第二十二页，共137页。23n n（5）集电极反向）集电极反向(fn xin)击穿电压击穿电压U(BR)CEOn n它表示基极开路时，集电极、发射极之间它表示基极开路时，集电极、发射极之间最大
24、允许电压，称为反向最大允许电压，称为反向(fn xin)击穿击穿电压电压U(BR)CEO 。当。当UCEO U(BR)CEO时，三极管的电流时，三极管的电流IC 、IE剧增，使三极管剧增，使三极管损坏。损坏。n n（6）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗PCMn nPCM表示集电结允许损耗功率的最大值。表示集电结允许损耗功率的最大值。集电极电流流过集电结时，产生的功耗使集电极电流流过集电结时，产生的功耗使结温升高，过高时使三极管烧毁。由结温升高，过高时使三极管烧毁。由PCM = IC UCE可求出临界损耗的可求出临界损耗的IC和和UCE的值，的值，此时此时UCE和和IC的输出特性曲线如图（
25、的输出特性曲线如图（b）所）所示。三极管正常工作时，应工作在安全区示。三极管正常工作时，应工作在安全区域。域。7.1 半导体三极管半导体三极管第22页/共136页第二十三页，共137页。24n n7.2.1.1 放大电路的组成及各元件的作用n n晶体管电路具有放大作用，要保证晶体管导通并正常工作，要求晶体管n n 的发射结正向偏置(pin zh)，n n 集电结反向偏置(pin zh)。n n 图所示电路为单n n 管共射极放大电路。n n 电路中各元件的功n n 能如下：7.2 7.2 基本放大基本放大(fngd)(fngd)电路电路7.2.1 7.2.1 7.2.1 7.2.1 放大放大放
26、大放大(fngd)(fngd)(fngd)(fngd)电路的基本概念电路的基本概念电路的基本概念电路的基本概念图图7.8 共共射射极极放放大大电电路路基基本本接接法法7.2 基本放大电路基本放大电路第23页/共136页第二十四页，共137页。25n n（1）三极管）三极管Tn n三极管三极管T具有放大作用具有放大作用(zuyng)，图中采，图中采用用NPN型半导体三极管型半导体三极管3DG6。为了满足三。为了满足三极管工作在放大状态，应使极管工作在放大状态，应使T的发射结处于的发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置状态。正向偏置、集电结处于反向偏置状态。n n（2）电源）电源VBB、VCCn
27、nVBB是基极偏置电源。是基极偏置电源。 VCC是集电极电源，是集电极电源，它经过电阻它经过电阻RC向向T提供集电结反偏电压，提供集电结反偏电压，并保证并保证UCE UBE 。n n（3）基极偏置电阻）基极偏置电阻RBn n通过电阻通过电阻RB ，电源，电源VBB给基极提供一个偏给基极提供一个偏置电流置电流IB。并且。并且VBB和和RB一经确定后，偏一经确定后，偏置电流置电流IB就是固定的，所以这种电路称为就是固定的，所以这种电路称为固定偏置电路，而固定偏置电路，而RB称为基极偏置电阻。称为基极偏置电阻。7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第24页/共136页第二十五页，共137页。2
28、6n n（4）集电极电阻）集电极电阻RCn n集电极电阻集电极电阻RC ，其作用是把经三极管放大，其作用是把经三极管放大了的集电极电流（变化量），转换成三极了的集电极电流（变化量），转换成三极管集电极与发射极之间管压降的变化量，管集电极与发射极之间管压降的变化量，从而得到放大后的交流信号从而得到放大后的交流信号 输出。输出。n n（5）耦合电容）耦合电容C1、C2n n耦合电容耦合电容C1、 C2一方面利用电容的隔直作一方面利用电容的隔直作用，切断用，切断(qi dun)信号源与放大电路之间、信号源与放大电路之间、放大电路与负载之间的直流通路和相互影放大电路与负载之间的直流通路和相互影响。另一
29、方面，响。另一方面， C1和和C2又起着耦合交流信又起着耦合交流信号的作用。只要号的作用。只要C1 、 C2的容量足够大，对的容量足够大，对交流的电抗足够小，则交流信号便可以无交流的电抗足够小，则交流信号便可以无衰减地传输过去。总之，衰减地传输过去。总之， C1 、 C2的作用的作用可概括为可概括为“隔离直流，传送交流隔离直流，传送交流”。7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第25页/共136页第二十六页，共137页。27n n实际的共射极放大电路，常将电源VBB省去，把偏流(pin li)电阻RB接到VCC的正极上，由VCC经RB向三极管T提供偏置电流IB ，如图（a）所示。由图上可以
30、看出，放大电路的输入电压 经C1接至三极管的基极与发射极之间，输出电压 由三极管的集电极与发射极之间取出， 与 的公共端为发射极，故称为共发射极接法。公共端的接地符号，并不表示真正接到大地电位上，而是表示整个电路的参考零电位，电路各点电压的变化以此为参考点。7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第26页/共136页第二十七页，共137页。28图图7.9 共射极放大共射极放大(fngd)电路及习惯画法电路及习惯画法（a）共射极放大）共射极放大(fngd)电路电路;（b）习惯画法）习惯画法 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第27页/共136页第二十八页，共137页。29n n7.2
31、.1.2 静态分析静态分析和直流通道和直流通道n n交流放大电路是交流放大电路是一种交、直流共一种交、直流共存的电路，下面存的电路，下面对一些主要符号对一些主要符号作如下规定。作如下规定。n n用大写字母和大用大写字母和大写的脚标来表示写的脚标来表示静态电压静态电压(diny)、电流。、电流。如如UBE表示基极表示基极和射极间的静态和射极间的静态电压电压(diny)，IB表示基极的静表示基极的静态电流。用小写态电流。用小写字母和小写脚标字母和小写脚标来表示交流瞬时来表示交流瞬时值，如值，如 表示表示基极与射极间的基极与射极间的交流信号电压交流信号电压(diny)， 表示表示交变的基极电流。交变
32、的基极电流。图图7.10 放大放大(fngd)电路的直流通路电路的直流通路7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第28页/共136页第二十九页，共137页。30n n所谓静态是指放大电路在未加入交流输入信号时的工作状态。由于 =0，电路在直流电源VCC作用下处于直流工作状态。三极管的电流以及管子各电极之间的电压均为直流，它们(t men)在特性曲线坐标图上为一个特定点，常称为静态工作点Q。静态时由于电容C1和C2的隔直作用，使放大电路与信号源及负载隔开，可看做如图所示的直流通路。所谓直流通路就是放大电路处于静态时的直流电流流通的路径。n n由直流通路得：(7.11) (7.12) (7.1
33、0) 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第29页/共136页第三十页，共137页。31n n图中，当VCC和RB确定后，IB的数值与管子的参数无关，所以将图电路称为固定偏置放大电路。n n代入图的电路参数（对于硅管UBE取，锗管取）,求得IB=40A，略去很小的电流ICEO，并取=50，得IC=2mA，最后得UCE =6V。n n求得的IB 、IC和UCE就是计算共射极固定偏置放大电路的静态工作点。n n注意：在求得UCE值之后(zhhu)，要检查其数值应大于发射结正向偏置电压，否则电路可能处于饱和状态，失去计算数值的合理性。7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第30页/共13
34、6页第三十一页，共137页。32n n7.2.1.3 动态分析和交流通道动态分析和交流通道n n（1）动态分析）动态分析n n所谓动态是指当放大电路接入交流信号所谓动态是指当放大电路接入交流信号（或变化（或变化(binhu)的信号），电路中各电的信号），电路中各电流和电压的变化流和电压的变化(binhu)情况。动态分析情况。动态分析是了解放大电路信号的传输过程和波形变是了解放大电路信号的传输过程和波形变化化(binhu)。设外加电压。设外加电压 ，三极管的基极电流和集电极电流也为脉动三极管的基极电流和集电极电流也为脉动电流，集电极与发射极间电压也为脉动电电流，集电极与发射极间电压也为脉动电压。
35、压。n n在图中，在图中， 经电容经电容C1耦合到三极管的发射耦合到三极管的发射结，使发射结的总瞬时电压在静态直流电结，使发射结的总瞬时电压在静态直流电压压UBE的基础上叠加了一个交流分量的基础上叠加了一个交流分量 ，即：即： (7.13) 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第31页/共136页第三十二页，共137页。337.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第32页/共136页第三十三页，共137页。347.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第33页/共136页第三十四页，共137页。35放大电路中各处放大电路中各处电压电压(diny)、电流的波、电流的波形图如图形图如图
36、所示。所示。图图7.11 放放大大(fngd)电电路路中中的的电电压压、电电流流的的波波形形图图 7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第34页/共136页第三十五页，共137页。36n n（2）交流）交流(jioli)通道通道n n直流分量和交流直流分量和交流(jioli)分量共存是放大分量共存是放大电路的特点，但在分析问题时，有时只需电路的特点，但在分析问题时，有时只需要考虑交流要考虑交流(jioli)问题，而忽略直流的问题，而忽略直流的影响，这就是交流影响，这就是交流(jioli)信号所作用的信号所作用的电路，即交流电路，即交流(jioli)通道。通道。n n一般情况下，由于耦合电
37、容的容量一般都一般情况下，由于耦合电容的容量一般都比较大，对于所放大的交流比较大，对于所放大的交流(jioli)信号信号的频率，它的阻抗值很小（近似为零），的频率，它的阻抗值很小（近似为零），因此在画交流因此在画交流(jioli)通道时可视为短路。通道时可视为短路。在画交流在画交流(jioli)通道时，直流电源也视通道时，直流电源也视为短路。共射极放大电路的交流为短路。共射极放大电路的交流(jioli)通道，如图所示。在交流通道，如图所示。在交流(jioli)通道中，通道中，RL是负载电阻，集电极等效负载电阻是负载电阻，集电极等效负载电阻 是是RL与与RC的并联，即：的并联，即： (7.17)
38、 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第35页/共136页第三十六页，共137页。37n n此时输出电压为： n n式中负号表示输出电压与输入电压相位相反。即输入和输出在相位上相差180，这是共射极间单管放大电路的一个(y )重要特点，称之为倒相现象。图图7.12 放大电路的交流放大电路的交流(jioli)通道通道 7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第36页/共136页第三十七页，共137页。38n n所谓微变等效电路法（简称等效电路法），就是(jish)在交流信号条件下，把放大电路中的三极管这个非线性元件线性化，用输入电阻 和受控电流源 取代，然后就可以利用线性电路的定律去求
39、解放大电路的各种性能指标，所以十分方便。n n7.2.2.1 三极管的简化微变等效电路n n（1）三极管的输入回路的等效电路n n图（a）的三极管电路，用二端口网络图（b）来等效。7.2.2 7.2.2 7.2.2 7.2.2 微变等效电路分析法微变等效电路分析法微变等效电路分析法微变等效电路分析法7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第37页/共136页第三十八页，共137页。39n n从输入端看，其 ，与 间的伏安特性取决于三极管的输入特性，如图所示。这是一个PN结的正向(zhn xin)特性，如果要把它等效为一个电阻元件，即所谓三极管的输入电阻 。图图7.13 三极管与二端口网络的
40、等效三极管与二端口网络的等效(dn xio)（a）三极管电路）三极管电路 （b）等效）等效(dn xio)电路电路 (7-19) 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第38页/共136页第三十九页，共137页。40n n在小信号工作情况下，如图中Q点附近的AB范围(fnwi)内，当AB段足够小时，只要Q点选得合适，则可把AB段曲线近似看成直线段，认为 是常数，是个线性固定电阻。若电压、电流变化量为交流正弦波，则有： (7-20) 图图7-14 求三极管的等效求三极管的等效(dn xio)输入电阻输入电阻 7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第39页/共136页第四十页，共137页
41、。41n n在工程(gngchng)估算法中若将 看做三极管输入端的等效电阻即输入电阻，还应包括基区体电阻在内，故用下列公式计算：n n式中 是三极管的基区体电阻，小功率管可取300计算。通常小功率三极管，当静态电流n n IE=12mA时， 约为1k。 (7-21) 7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第40页/共136页第四十一页，共137页。42n n（2）三极管的输出等效电路）三极管的输出等效电路n n图图7-15（a）是晶体管的输出特性曲线，可）是晶体管的输出特性曲线，可以看出三极管在输入基极变化以看出三极管在输入基极变化(binhu)电电流流 的作用下，就有相应的集电极变化
42、的作用下，就有相应的集电极变化(binhu)电流电流 n n 输出，它们的受控输出，它们的受控n n 关系为：关系为：n n或写成：或写成：图图7.15 三极管输出三极管输出(shch)端等效为受控电流源端等效为受控电流源（a）输出）输出(shch)特性曲线；（特性曲线；（b）输出）输出(shch)端等效电路端等效电路 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第41页/共136页第四十二页，共137页。43n n为输出特性上静态工作点Q处电流放大倍数。若Q点位于输出特性的放大区，且放大区的特性曲线与横坐标平行（满足恒流特性），电流的变化幅度不会进入非线性区（饱和(boh)区或截止区），则从输
43、出C、E极看三极管是一个输出电阻 接近无穷大的受控电流源，其在等效电路中的符号，如图（b）所示。n n综上所述，n n 可以画出三n n 极管的简化n n 微变等效电n n 路，如图n n 所示。图图三三极极管管的的简简化化(jinhu)微微变变等等效效电电路路（ a ）三三极极管管; （ b ）等等效效电电路路 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第42页/共136页第四十三页，共137页。44n n7.2.2.2 放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路n n画放大电路的微变等效电路，可先画出三画放大电路的微变等效电路，可先画出三极管的等效电路，然后分别画出三极管基极管的等效电路
44、，然后分别画出三极管基极、发射极、集电极三个电极外接元器件极、发射极、集电极三个电极外接元器件的交流通道，最后加上信号源和负载。在的交流通道，最后加上信号源和负载。在交流情况下，由于直流电源内阻很小，常交流情况下，由于直流电源内阻很小，常常忽略不计，故整个直流电源可视为短路常忽略不计，故整个直流电源可视为短路(dunl)；电路中的电容，在一定的频率范；电路中的电容，在一定的频率范围内，容抗围内，容抗XC很小，故也可视为短路很小，故也可视为短路(dunl)。如图（。如图（b）所示是共射极放大电）所示是共射极放大电路（路（a）的微变等效电路。）的微变等效电路。7.2 基本放大基本放大(fngd)电
45、路电路第43页/共136页第四十四页，共137页。45图图7.17 共射极放大共射极放大(fngd)电路微变等效电路电路微变等效电路（a）共射极放大）共射极放大(fngd)电路电路;（b）微变等效电路）微变等效电路 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第44页/共136页第四十五页，共137页。46n n7.2.2.3 动态参数的计算动态参数的计算(j sun)n n（1）电压放大倍数）电压放大倍数Aun n放大电路的电压放大倍数定义为输出电压放大电路的电压放大倍数定义为输出电压与输入电压的比值，用与输入电压的比值，用Au表示，即：表示，即： n n图（图（b）可知：）可知： n n式中
46、，式中，(7-23)(7-25)(7-24)7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第45页/共136页第四十六页，共137页。47n n由此可得：n n式中负号表示输出电压与输入电压反相，此式说明放大器的放大倍数与电路参数及晶体管的和 有关。n n（2）输入电阻 n n所谓放大电路的输入电阻，就是从放大电路输入端向电路内部(nib)看进去的等效电阻，如图7.17(a）所示。如果把一个内阻 的信号源 加到放大器的输入端，放大电路就相当于信号源的一个负载电阻，这个负载电阻就是放大电路的输入电阻 ，如图（b）所示。 (7-26)7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第46页/共136页第四
47、十七页，共137页。48n n此时放大电路向信号源吸取电流 ，而放大电路输入端接受信号电压为 ，所以(suy)输入端的输入电阻 为：n n 愈大的电路，表示其输入端向信号源取用的电流 愈小。对信号源来说， 是与信号源内阻 串联的， n n 大意味着 上的电压降小，使放大电路的输入电压 能比较准确地反映信号源真实电压 。因此，要设法提高放大电路的输入电阻，尤其当信号源的内阻较高时更应如此。例如，要提高测量仪器测量的精确度，就必须采用高输入电阻的前置放大电路与信号源连接。(7-27)7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第47页/共136页第四十八页，共137页。49n n在图（b）中，从电路
48、的输入端看进去的等效输入电阻为：n n（3）输出电阻n n放大器带上负载 以后，由于 ，所以放大倍数和输出电压都要降低。这是由于图（b）中由负载 端向放大电路内部看的等效电压源内阻(ni z)的压降增大的缘故。(7-28)7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第48页/共136页第四十九页，共137页。50n n放大器的输出端在空载和带负载(fzi)时，其输出电压将有所改变，放大器带负载(fzi)时的输出电压将比空载时的输出电压有所降低，如空载时的输出电压为 ，而带负载(fzi)时的输出电压为 ，则有：n n整个放大器可看成一个内阻为 ,大小为 的电压源。这个等效电源的内阻 就是放大器的输
49、出电阻。 是因为输出电流在 上产生电压降的结果，这就说明 n n 越小，带负载(fzi)前后输出电压相差得越小，亦即放大器受负载(fzi)的影响越小，所以一般用输出电阻 来衡量放大器带负载(fzi)的能力， 越小带负载(fzi)的能力越强。n n采用等效电路法求 ：(7-29)7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第49页/共136页第五十页，共137页。51图图7.18 求输出电阻的等效电路法求输出电阻的等效电路法 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第50页/共136页第五十一页，共137页。52n n例例 计算图所示电路计算图所示电路(dinl)的电压放大倍的电压放大倍数数
50、、 、n n 。图中晶体管的。图中晶体管的UBE。 图图7.19 三极管共射极放大三极管共射极放大(fngd)电路电路 7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第51页/共136页第五十二页，共137页。53n n在了解放大电路的原理基础上，用图解法进一步分析电路。所谓图解法，就是利用晶体管的特性曲线，用作图的方法来分析放大电路的静态工作点，观察输出信号的电压变化情况。n n7.2.3.1 用图解法分析放大电路的静态工作点n n现以图7-20所示的共射极放大电路进行图解分析。为了在三极管的输出特性曲线上找到静态工作点，在图中三极管集电极-发射极端电压 和电流 的关系(gun x)由下式决定
51、：7.2.3 7.2.3 7.2.3 7.2.3 图解图解图解图解(tji)(tji)(tji)(tji)分析法分析法分析法分析法 (7-31) (7-32)7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第52页/共136页第五十三页，共137页。54n n电源 和电阻 是常数，这样 和 之间按照线性规律变化(binhu)。根据两点法可求得这直线，通常用短路点M和开路点N确定，即N点的确定：取 =0,则 n n ；M点的确定：取 =0，则 。连接M、N两点，即可得到一条直线，直线的斜率为， 即 。图图7.20 共射极电路的静态共射极电路的静态(jngti)工作点工作点（a） =0的放大电路的放大电
52、路;（b）直流通道）直流通道 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第53页/共136页第五十四页，共137页。55n n直线MN的位置(wi zhi)和斜率仅取决于直流参数VCC和RC，故这条直线又称作直流负载线。n n如图（a）中已知电路参数VCC = 12V，RC=3k，RB=300k，RL=2k，C1=C2=10F，=50。那么采用两点法确定M、N即：n n M点的确定：取 =0(AB短路)，则 n n =12V/3k=4mA，得如图（b）中的M点（0，4）。n n N点的确定：取 =0(AB开路),则 =VCC=12V,得出如图（b）中的N点（12，0）。n n在图（b）中， (
53、7-33)7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第54页/共136页第五十五页，共137页。56n n所以n n这样直流负载线与IB=40A曲线的交点，就是静态工作点Q，如图（b）所示。Q点对应的电压、电流，就是静态集电极电压UCE和静态集电极电流IC。改变电路参数VCC、RC、RB都可以改变静态工作点的位置(wi zhi)。但在实践中，一般通过改变RB的数值来改变静态工作点。7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第55页/共136页第五十六页，共137页。57图图7.21 输出回路的图解分析静态输出回路的图解分析静态(jngti)工作点工作点 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电
54、路路第56页/共136页第五十七页，共137页。58n n7.2.3.2 图解法分析放大电路的动图解法分析放大电路的动态工作波形态工作波形n n在静态工作点在静态工作点Q的的IB、IC及及UCE的基础上，由图的基础上，由图7.20(a）所示电）所示电路的输入端，接入一个幅值为路的输入端，接入一个幅值为20mV的交流电压，即的交流电压，即 (mV)，按下列步骤，按下列步骤(bzhu)分析分析动态过程：动态过程：n n（1）在三极管的输入特）在三极管的输入特n n 性曲线上求基极电流的性曲线上求基极电流的n n 变化波形变化波形n n在图所示的输入特性在图所示的输入特性n n 上，也设置一个上，也
55、设置一个 n n IB =40A，对应，对应n n UBEV的静态工作的静态工作n n 点点Q。图图7.22 图图解解(tji) 和和 的的波波形形 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第57页/共136页第五十八页，共137页。597.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第58页/共136页第五十九页，共137页。60n n（2）在三极管的输出特性曲线）在三极管的输出特性曲线(qxin)上上求集电极电流和电压的变化波形求集电极电流和电压的变化波形图7-23 图7-23 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第59页/共136页第六十页，共137页。61图图7.23 用图解法分析
56、共射极电路的动态用图解法分析共射极电路的动态(dngti)波形波形 7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第60页/共136页第六十一页，共137页。62图7-23 图7-23 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第61页/共136页第六十二页，共137页。637.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第62页/共136页第六十三页，共137页。64n n（3）电路的非线性失真与静态工作点的关）电路的非线性失真与静态工作点的关系系n n如果静态工作点选在放大区的中间如果静态工作点选在放大区的中间,这时输这时输出出(shch)电压的波形和输入电压波形是电压的波形和输入电压波形是相似
57、的正弦波相似的正弦波,如图、图所示如图、图所示,这时称为线这时称为线性动态范围。相反，如果静态工作点没有性动态范围。相反，如果静态工作点没有选择在放大区，而是沿负载线偏上或者偏选择在放大区，而是沿负载线偏上或者偏下，这时输出下，这时输出(shch)的电压波形可能进的电压波形可能进入三极管输出入三极管输出(shch)特性曲线的饱和区特性曲线的饱和区或截止区，进入这两个区的输出或截止区，进入这两个区的输出(shch)电压信号不能保证与输入电压信号相似，电压信号不能保证与输入电压信号相似，这种情况的输出这种情况的输出(shch)信号叫做非线性信号叫做非线性失真，其中进入截止区的失真称截止失真；失真，
58、其中进入截止区的失真称截止失真；进入饱和区的失真称为饱和失真，如图所进入饱和区的失真称为饱和失真，如图所示。示。7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第63页/共136页第六十四页，共137页。65n n 静态工作点太低静态工作点太低n n （Q点）容易产生截点）容易产生截n n 止失真。止失真。n n此时由于靠近截止区，此时由于靠近截止区，n n 在输入电压的负半周，在输入电压的负半周，n n 可能使三极管进入截止可能使三极管进入截止n n 区，集电极电流区，集电极电流(dinli) 波波n n 形的负半波底部被削平，形的负半波底部被削平，n n 对于对于NPN型管，其输出型管，其输出
59、n n 电压电压 将产生顶部削平将产生顶部削平n n 的截止失真波形。为了避免截止失真，的截止失真波形。为了避免截止失真，应调小应调小RB将静态工作点提高一点，一般要将静态工作点提高一点，一般要求求IBIbm。7-24 饱和失真饱和失真(sh zhn)和截止失真和截止失真(sh zhn) 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第64页/共136页第六十五页，共137页。667.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第65页/共136页第六十六页，共137页。67n n总之，为使放大电路既不出现截止失真又不出现饱和失真，一般宜将静态工作点安排在交流负载线的中间位置。如图中直线EF 的中点附近
60、，以保证三极管工作时有最大的不失真电压输出。n n必须指出，三极管只有在较大信号(xnho)推动下（如处于大信号(xnho)工作状态的功率电路），失真问题才比较突出。而在小信号(xnho)的电压放大电路中，一般静态电流选为几毫安就能满足动态工作不产生非线性失真的要求。7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第66页/共136页第六十七页，共137页。68n n合理地确定放大器的静态工作点和工作点的变动范围是保证放大器正常工作的条件,但是晶体管放大器的静态工作点往往因外界条件的变化而发生变动。所以在设计放大电路(dinl)时仅仅考虑工作点是否合适还不够，还必须采取措施保证工作点的稳定。n n7
61、.2.4.1 静态工作点不稳定的原因n n前面讨论的固定偏置放大电路(dinl)，其静态工作点是不稳定的。因为当环境温度发生变化，或调换管子时各管特性的不一致，以及电路(dinl)元件和电源电压的变化等都会引起工作点的变动。在影响工作点不稳定的诸多因素中，尤以温度的变化影响最大。7.2.4 7.2.4 7.2.4 7.2.4 工作工作工作工作(gngzu)(gngzu)(gngzu)(gngzu)点稳定的放大电路点稳定的放大电路点稳定的放大电路点稳定的放大电路7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第67页/共136页第六十八页，共137页。69图7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第
62、68页/共136页第六十九页，共137页。70n n温度变化使放大电路静态工作点跟随变化而带来的严重后果是：n n 工作点变动到非线性区域使放大器产生严重失真，失去放大作用；若工作点变动到过流区则使管子(gun zi)烧毁，如图所示。n n 工作点改变后，晶体管的动态特性参数也随之改变，使放大器的性能不稳定。7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第69页/共136页第七十页，共137页。71图图7.25 温度变化对静态工作温度变化对静态工作(gngzu)点的影响点的影响（a）25;（b）45 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第70页/共136页第七十一页，共137页。72n n
63、7.2.4.2 分压式偏置电路分压式偏置电路n n图为常用的稳定静态工作图为常用的稳定静态工作(gngzu)点的放点的放大电路，称为分压式偏置放大电路，它与大电路，称为分压式偏置放大电路，它与固定偏置电路的区别是：基极电压由固定偏置电路的区别是：基极电压由RB1、RB2分分n n 压决定，并且接有发压决定，并且接有发n n 射极电阻射极电阻RE。这是一。这是一n n 种常用的基本单元电种常用的基本单元电n n 路，下面分析它的稳路，下面分析它的稳n n 定工作定工作(gngzu)点的原理。点的原理。图图7.26 分压式偏置分压式偏置(pin zh)放大电路图放大电路图 7.2 基本放大基本放大
64、(fngd)电路电路第71页/共136页第七十二页，共137页。73n n由VCC、RB1、RB2构成一个串联分压电路。因为(yn wi)三极管的基极电流IB很小（微安数量级），一般取n n IB1、IB2（510）IB，则：n n 此时基极电位n n 上式表明，只要IB1 IB ，则VB近似由VCC和分压电阻RB1 、 RB2所决定，而与晶体管的参数无关。(7-34) (7-35) 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第72页/共136页第七十三页，共137页。74n n再来看接入RE后如何使IC保持稳定。由于RE的存在，则有：n n (7.36)n n式中，IERE是RE上的直流电压
65、降， RE对交流(jioli)信号也有电压降，故在RE两端并联上一个电容CE， CE的容量一般约为几十微法，对交流(jioli)信号容抗很小，可视为短路，因而交流(jioli)分量不会影响直流电压降。所以CE称为发射极交流(jioli)旁路电容。n n因为IEIC，所以有：n n (7.37)7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第73页/共136页第七十四页，共137页。757.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第74页/共136页第七十五页，共137页。767.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第75页/共136页第七十六页，共137页。777.2 基本放大基本放大(fn
66、gd)电路电路第76页/共136页第七十七页，共137页。787.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第77页/共136页第七十八页，共137页。79n n7.2.4.3 射极旁路电容射极旁路电容CE 的作用的作用n n在图电路图中，由于在图电路图中，由于RE的接入，虽然带来的接入，虽然带来了稳定工作点的益处，但却使放大倍数下了稳定工作点的益处，但却使放大倍数下降了，且降了，且RE越大，下降得越多。如果在越大，下降得越多。如果在RE上并联上并联(bnglin)一个大容量的电容一个大容量的电容CE（低（低频电路取几十微法到几百微法），如图频电路取几十微法到几百微法），如图（a）所示。由于）所
67、示。由于CE对交流可看做短路，因对交流可看做短路，因此对交流而言，仍可看做发射极接地。所此对交流而言，仍可看做发射极接地。所以以CE被称为射极旁路电容。根据电路需要，被称为射极旁路电容。根据电路需要，还可将还可将RE分成两部分（分成两部分（RE1、RE2），在），在交流的情况下交流的情况下RE2被被CE短路，以兼顾静态短路，以兼顾静态工作点和电压放大倍数的不同要求，如图工作点和电压放大倍数的不同要求，如图（b）所示。）所示。7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第78页/共136页第七十九页，共137页。80图图7.27 具有具有(jyu)射极旁路电容的共射极放大电路射极旁路电容的共射极放
68、大电路 7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第79页/共136页第八十页，共137页。81n n7.2.5.1 电路的组成n n如图（a）、（b）所示是共集电极电路及共集电极电路的微变等效电路。这种电路的特点是三极管的集电极作为(zuwi)输入、输出的公共端，故称为共集电极电路。共集电极电路是从发射极输出，所以又称射极输出器。7.2.5 7.2.5 7.2.5 7.2.5 射极输出射极输出射极输出射极输出(shch)(shch)(shch)(shch)器器器器7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第80页/共136页第八十一页，共137页。82图图7.28 共集电极电路共集电极电路(
69、dinl)（a）电路）电路(dinl);（b）微变等效电路）微变等效电路(dinl) 7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第81页/共136页第八十二页，共137页。83n n7.2.5.2 射极输出器的特性射极输出器的特性n n（1）电压放大倍数）电压放大倍数Aun n由图（由图（b）微变等效电路可以得到：）微变等效电路可以得到：n n式中式中 。一般。一般 ,故故 值近似为值近似为1。正因为输出电压接近输入电压，。正因为输出电压接近输入电压，两者的相位差又相同，故射极输出器又称两者的相位差又相同，故射极输出器又称射极跟随器。射极跟随器。n n射极输出器虽然没有电压放大作用，但由射极
70、输出器虽然没有电压放大作用，但由于于(yuy)n n ，所以仍具有电流放大和功，所以仍具有电流放大和功率放大作用。率放大作用。 (7-39)7.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第82页/共136页第八十三页，共137页。847.2 基本放大基本放大(fngd)电路电路第83页/共136页第八十四页，共137页。85n n（3）输出电阻）输出电阻 n n由于由于 ，当，当 一定时，输出电压一定时，输出电压 基基本上保持不变，表明射极输出器具有恒压本上保持不变，表明射极输出器具有恒压输出的特性，故其输出电阻较低。输出的特性，故其输出电阻较低。n n若不计信号源内阻若不计信号源内阻 ，则有：
71、，则有：n n (7.41)n n上式表明，射极输出器的输出电阻是很小上式表明，射极输出器的输出电阻是很小的，通常为几欧至几十欧。的，通常为几欧至几十欧。n n由于射极输出器的输入电阻很大，向信号由于射极输出器的输入电阻很大，向信号源吸取电流很小，所以常用作多级放大电源吸取电流很小，所以常用作多级放大电路的输入级。由于它的输入电阻小，具有路的输入级。由于它的输入电阻小，具有较强的带负载能力，且具有较大的电流放较强的带负载能力，且具有较大的电流放大能力，故常用作多级放大电路的输出级大能力，故常用作多级放大电路的输出级（功放电路）。此外，利用其（功放电路）。此外，利用其 大、大、 小小的特点，还常
72、常接于两个共射极放大电路的特点，还常常接于两个共射极放大电路之间，作为之间，作为(zuwi)缓冲（隔离）级，以缓冲（隔离）级，以减小后级电路对前级的影响。减小后级电路对前级的影响。7.2 基本基本(jbn)放大电放大电路路第84页/共136页第八十五页，共137页。86n n单级放大器的放大倍数一般为几十倍左右，而实际的输入信号往往很微弱(wiru)（毫伏级或微伏级）。为了推动负载工作，必须由多级放大电路对微弱(wiru)信号连续放大。图为多级放大电路的组成框图。7.3 7.3 多级放大多级放大(fngd)(fngd)电路电路图图7.29 多级放大电路多级放大电路(dinl)的组成框图的组成框
73、图7.3 多级放大电路多级放大电路第85页/共136页第八十六页，共137页。87n n耦合方式是指级与级之间的连接方式。常用的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合、直接耦合等。n n7.3.1.1 阻容耦合方式n n图为阻容耦合的两级放大电路。两级之间用电容C2连接。由于电容有隔直作用，切断了两级放大电路之间的直流通道，因此，各级( j)的静态工作点互相独立、互不影响，使电路的设计、调试都很方便。这是阻容耦合方式的优点。对于交流信号的传输，若选用足够大容量的耦合电容，则交流信号就能顺利传送到下一级。7.3.1 7.3.1 7.3.1 7.3.1 级间耦合方式级间耦合方式级间耦合方式级间耦合方式(f
74、ngsh)(fngsh)(fngsh)(fngsh)7.3 多级放大多级放大(fngd)电路电路第86页/共136页第八十七页，共137页。88图图7.30 阻容耦合方式阻容耦合方式(fngsh) 7.3 多级放大多级放大(fngd)电路电路第87页/共136页第八十八页，共137页。89n n7.3.1.2 变压器耦合方式变压器耦合方式n n图是变压器耦合方式的两级放大电路。它图是变压器耦合方式的两级放大电路。它的输入电路是阻容耦合，而每一级的输出的输入电路是阻容耦合，而每一级的输出是通过变压器与第二级的输入相连的，第是通过变压器与第二级的输入相连的，第二级的输出也是通过变压器与负载相连的，
75、二级的输出也是通过变压器与负载相连的，这种级间通过变压器相连的耦合方式称为这种级间通过变压器相连的耦合方式称为变压器耦合放大器。变压器耦合放大器。n n变压器也能起到隔直流的作用。变压器还变压器也能起到隔直流的作用。变压器还能改变电压和改变阻抗，这对放大电路特能改变电压和改变阻抗，这对放大电路特别有意义。如在功率放大器中，为了得到别有意义。如在功率放大器中，为了得到最大的功率输出，要求放大器的输出阻抗最大的功率输出，要求放大器的输出阻抗等于最佳负载阻抗，即所谓等于最佳负载阻抗，即所谓(suwi)阻抗匹阻抗匹配。如果用变压器输出就能得到满意的效配。如果用变压器输出就能得到满意的效果。果。7.3
76、多级放大多级放大(fngd)电路电路第88页/共136页第八十九页，共137页。90图图7.31 变压器耦合方式变压器耦合方式(fngsh) 7.3 多级放大多级放大(fngd)电路电路第89页/共136页第九十页，共137页。91n n7.3.1.3 直接耦合方式直接耦合方式n n直接耦合就是把前级放大器的输直接耦合就是把前级放大器的输出端直接（或经过电阻）接到出端直接（或经过电阻）接到下一级放大电路的输入端，如下一级放大电路的输入端，如图（图（a）所示。但如果）所示。但如果(rgu)简简单地把两个基本放大电路直接单地把两个基本放大电路直接连接起来，放大器将是不能正连接起来，放大器将是不能正
77、常工作的。在图（常工作的。在图（a）中，为了）中，为了满足三极管满足三极管T1的电压偏置和合的电压偏置和合适的工作点，适的工作点，UBE，VC11V， T2将进入饱和区；同样，满足将进入饱和区；同样，满足了了T2的偏置和工作点，的偏置和工作点， T1也不也不能正常工作，要使得前后两级能正常工作，要使得前后两级都能正常放大，就必须考虑它都能正常放大，就必须考虑它们工作点的相互影响，要有特们工作点的相互影响，要有特殊偏置电路。殊偏置电路。n n解决级间工作点的合理设置问题，解决级间工作点的合理设置问题，通常可采用在第二极射极电路通常可采用在第二极射极电路中接入电阻中接入电阻RE，如图（，如图（b）
78、所示。）所示。这种接法使这种接法使T2的射极电位升高，的射极电位升高，从而增大了第一级三极管的从而增大了第一级三极管的UCE值和信号的动态范围。值和信号的动态范围。 7.3 多级放大多级放大(fngd)电路电路第90页/共136页第九十一页，共137页。92n n但是RE的引入会使第二级放大电路的放大倍数降低(jingd)。也可用稳压管VZ（或串联几个正向工作的二极管）代替RE ，如图（c）所示。稳压管的接入，使T2的发射极电位升高了一个稳压值，这样T1管子也不致饱和。同时，稳压管工作于陡峭的反向击穿特性上，动态电阻很小，对于变化信号相当于短路，所以第二级的电压放大倍数也不至于降低(jingd
79、)。还可用NPN型管和PNP型管互补使用，如图（d）所示。在直接耦合放大电路中，若仅采用一种NPN型管子，则各级放大电路中集电极的电位逐级升高，使后级放大电路的集电极电位接近正电源电压VCC值，降低(jingd)了输出电压的动态范围（易产生截止失真），所以级数受限制。而图（d）中，NPN管集电极电位的升高，被PNP管集电极电位的降低(jingd)所补偿，这种互补作用，使得各级工作点都得到合理安排。7.3 多级放大多级放大(fngd)电路电路第91页/共136页第九十二页，共137页。93图图7.32 几种直接几种直接(zhji)耦合方式耦合方式7.3 多级放大多级放大(fngd)电路电路第92
80、页/共136页第九十三页，共137页。94n n因为多级放大器是多级串联逐级连续放大，所以总的电压放大倍数是各级放大倍数的乘积，即： n n因此，求多级放大器的增益时，首先必须求出各级放大电路的增益。求单级放大电器的增益已在前面讲述，这里所不同(b tn)的是需要考虑各级之间有如下的关系：后级的输入电阻是前级的负载电阻，前级的输出电压是后级的输入信号，空载输出电压为信号源电压。n n至于多级放大器的输入电阻和输出电阻，就把多级放大器等效为一个放大器，从输入端看放大器得到的电阻为输入电阻，从输出端看放大器得到电阻为输出电阻。7.3.2 7.3.2 7.3.2 7.3.2 多级放大电路多级放大电路
81、多级放大电路多级放大电路(dinl)(dinl)(dinl)(dinl)的电压放大倍数的电压放大倍数的电压放大倍数的电压放大倍数(7.42) 7.3 多级放大多级放大(fngd)电路电路第93页/共136页第九十四页，共137页。95图图7.33 两级阻容耦合放大两级阻容耦合放大(fngd)电路电路 7.3 多级放大多级放大(fngd)电路电路第94页/共136页第九十五页，共137页。96n n功率放大电路与电压放大电路没有本质的区别。它们都是利用放大器件的控制作用，把直流电源供给的功率按输入信号的变化规律转换给负载，只是功率放大电路的主要任务是使负载得到尽可能大的不失真信号功率。n n7.
82、4.1.1 乙类互补对称功率放大器n n采用正、负电源构成的互补对称功率放大电路称为OCL电路，如图（a）所示，T1和T2分别(fnbi)为NPN型管和PNP型管，两管的基极和发射极分别(fnbi)连接在一起，以增强带负载的能力。两管都无偏置电路，以便工作在乙类。 7.4.1 OCL7.4.1 OCL7.4.1 OCL7.4.1 OCL互补对称互补对称互补对称互补对称(duchn)(duchn)(duchn)(duchn)功率放大电路功率放大电路功率放大电路功率放大电路7.4 7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)(dinl)7.4 功率放大电路功率放大电路第95页/共136页第九十六页
83、，共137页。97n n信号从基极输入，从发射极输出，RL为负载直接耦合，这类电路称OCL电路，采用(ciyng)双电源供电形成推挽工作方式。要求两管特性相同，且VC=VE。图图7.35 双电源双电源OCL互补对称放大互补对称放大(fngd)电路电路（a）基本电路；（）基本电路；（b）ui正半周，正半周，T1导通；（导通；（c） ui负半周，负半周，T2导通导通 7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第96页/共136页第九十七页，共137页。98图（b） 图（c） 图7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第97页/共136页第九十八页，共137页。99图图7.36 OCL互补对称
84、功率互补对称功率放大电路电流放大电路电流(dinli)、电压波形、电压波形 7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第98页/共136页第九十九页，共137页。100n n（1）输出功率）输出功率n n输出电流输出电流(dinli) 和输出电压和输出电压 有效值有效值的乘积，就是功率放大电路的输出功率，的乘积，就是功率放大电路的输出功率，即：即：n n由图由图7-35 可知，可知，OCL互补对称放大电路最互补对称放大电路最大不失真输出电压的幅度为：大不失真输出电压的幅度为：n n式中，式中， 三极管的饱和压降，通常很小，三极管的饱和压降，通常很小，可以略去。所以，放大器最大输出功率为：可以
85、略去。所以，放大器最大输出功率为： (7. 46) (7. 45) (7. 44) (7. 43)7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第99页/共136页第一百页，共137页。101n n（2）直流电源的供给功率）直流电源的供给功率n n由于两个管子轮流工作半个周期，每个管由于两个管子轮流工作半个周期，每个管子的集电极电流的平均值为：子的集电极电流的平均值为：n n因为每个电源只提供因为每个电源只提供(tgng)半周期的电半周期的电流，所以两个电源供给的总功率为：流，所以两个电源供给的总功率为：n n得到最大输出功率时，直流电源供给功率得到最大输出功率时，直流电源供给功率为：为：(7.
86、47) (7.48) (7.49) 7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第100页/共136页第一百零一页，共137页。102n n（3）效率）效率n n效率是负载获得的信号功率效率是负载获得的信号功率 与直流电源与直流电源供给功率供给功率 之比，一般之比，一般(ybn)情况下的效情况下的效率：率：n nOCL互补对称功放电路的最高效率为：互补对称功放电路的最高效率为：n n实用中，放大电路很难达到最大效率，由实用中，放大电路很难达到最大效率，由于饱和压降及元件损耗等因素，于饱和压降及元件损耗等因素，OCL推挽推挽放大电路的效率仅能达到放大电路的效率仅能达到60左右。左右。 (7.51
87、) (7.50) 7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第101页/共136页第一百零二页，共137页。103n n7.4.1.2 甲乙类互补对称功率放大器甲乙类互补对称功率放大器n n（1）甲乙类双电源互补对称放大电路）甲乙类双电源互补对称放大电路(dinl)n n在乙类互补功率放大器中，由于在乙类互补功率放大器中，由于T1、T2管管没有基极偏流，静态时没有基极偏流，静态时UBEQ1=UBEQ2=0，当输入信号小于晶体管的死区电压时，当输入信号小于晶体管的死区电压时，管子仍处于截止状态。因此，在输入信号管子仍处于截止状态。因此，在输入信号的一个周期内，的一个周期内，T1、T2轮流导通时
88、形成的轮流导通时形成的基极电流波形在过零点附近一个区域内出基极电流波形在过零点附近一个区域内出现失真，从而使输出电流和电压出现同样现失真，从而使输出电流和电压出现同样的失真，这种失真称为的失真，这种失真称为“交越失真交越失真”，如图，如图所示。所示。n n为了消除交越失真，可分别给两只晶体管为了消除交越失真，可分别给两只晶体管的发射结加很小的正偏压，使两管在静态的发射结加很小的正偏压，使两管在静态时均处于微导通状态，两管轮流导通时，时均处于微导通状态，两管轮流导通时，交替得比较平滑，从而减小了交越失真。交替得比较平滑，从而减小了交越失真。7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第102页/
89、共136页第一百零三页，共137页。104图图7.37 乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称功率放大电路(dinl)的交越失真的交越失真 7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第103页/共136页第一百零四页，共137页。105n n图（a）所示电路在T1、T2基极间串入二极管T3、T4，利用T5管的静态电流流过T3 、 T4产生的压降作为T1 、 T2管的静态偏置电压。这种偏置方法有一定的温度补偿作用，因为(yn wi)这里的二极管都是将三极管基极和集电极短接而成，当T1、T2两管的UBE随温度升高而减小时， T3 、 T4两管的发射结电压降也随温度的升高相应减小。n n图（a）所示
90、电路偏置电压不易调整，而在图（b）中，设流入T4的基极电流远小于流过R1、R2的电流，则由图可求出： n nUCE4是用以供给T1、T2两管的偏置电压。由于UBE4基本为一固定值（），只要适当调节R1、R2的比值，就可改变T1、T2两管的偏压值。(7.52) 7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第104页/共136页第一百零五页，共137页。106图图7.38 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路（a）利用二极管进行偏置）利用二极管进行偏置(pin zh)的电路；（的电路；（b）利用）利用UBE扩大电路进行偏置扩大电路进行偏置(pin zh)的电路的电路 7.4 功率放
91、大电路功率放大电路(dinl)第105页/共136页第一百零六页，共137页。107n n（2）复合管互补对称放大电路）复合管互补对称放大电路n n所谓复合管，就是由两只或两只以上所谓复合管，就是由两只或两只以上(yshng)的三极管按照一定的连接方式，的三极管按照一定的连接方式，组成一只等效的三极管。复合管的类型与组成一只等效的三极管。复合管的类型与组成该复合管的第一只三极管相同，而其组成该复合管的第一只三极管相同，而其输出电流、饱和压降等基本特性，主要由输出电流、饱和压降等基本特性，主要由最后的输出三极管决定。图所示为由两只最后的输出三极管决定。图所示为由两只三极管组成复合管的四种情况，图
92、（三极管组成复合管的四种情况，图（a）、）、（b）为同型复合，图（）为同型复合，图（c）、（）、（d）为异型）为异型复合，可见复合后的管型与第一只三极管复合，可见复合后的管型与第一只三极管相同。相同。n n复合管的电流放大系数近似为组成该复合复合管的电流放大系数近似为组成该复合管的各三极管管的各三极管值的乘积，其值很大。由图值的乘积，其值很大。由图（a）可得：）可得：7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第106页/共136页第一百零七页，共137页。108图复合图复合(fh)管接法管接法（a）NPN同型复合同型复合(fh)；（；（b）PNP同型复合同型复合(fh)；（c）NPN、PNP
93、异型复合异型复合(fh)；（；（d）PNP、NPN异型复合异型复合(fh) 7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第107页/共136页第一百零八页，共137页。109n n图所示是由复合管组成的甲乙类互补对称放大电路。图中T1、T3同型复合等效(dn xio)为NPN型管，T2、T4异型复合等效(dn xio)为PNP型管。由于T1、T2是同一类的NPN管，它们的输出特性可以很好地对称，通常把这种复合管互补电路称为准互补对称放大电路。图中D5、D6、D7、RP构成输出级偏置电路，用以克服交越失真。T1与T2管发射极电阻RE1、RE2，一般为，它除具有直流负反馈作用提高电路工作的稳定性外
94、，还具有过流保护作用。T4管发射极所接电阻R4是T3、T4管的平衡电阻，可保证T3、T4管的输入电阻对称。 R3、R4为穿透电流的泄放电阻，用以减小复合管的穿透电流，提高复合管的温度稳定性。T8、RB1、RB2、R1等组成前置电压放大级，RB1接至输出端E点，构成负反馈，可提高电路工作点的稳定性。 7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第108页/共136页第一百零九页，共137页。110n n例如，某种原因使得UE升高，则n n ，n n 可见，引入负反馈可n n 使UE趋于稳定。同时(tngsh)n n RB1、RB2也引入了交n n 流负反馈，从而使放n n 大电路的动态性能指n
95、n 标得到改善。图图7.40 复复合合管管互互补补(h b)对对称称放放大大电电路路 7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第109页/共136页第一百一十页，共137页。1117.4.2 OTL7.4.2 OTL7.4.2 OTL7.4.2 OTL互补互补互补互补(h b)(h b)(h b)(h b)对称功率放大电路对称功率放大电路对称功率放大电路对称功率放大电路7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第110页/共136页第一百一十一页，共137页。112图图7.41 甲乙类单电源互补对称放大甲乙类单电源互补对称放大(fngd)电路电路7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl
96、)第111页/共136页第一百一十二页，共137页。1137.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第112页/共136页第一百一十三页，共137页。114n n7.4.3.1 TDA2030A音频集成功率放大器简介n n TDA2030A是目前使用较为广泛的一种集成功率放大器，与其他功放相比，它的引脚和外部元件都较少。n n TDA2030A的电器性能稳定，并在内部集成了过载和热切断保护电路，能适应长时间连续工作。由于其金属外壳与负电源引脚相连，因而在单电源使用时，金属外壳可直接固定在散热片上并与地线（金属机箱）相接，无需绝缘，使用很方便。 TDA2030A的内部电路如图所示（其中D为二极
97、管）。 TDA2030A使用于收录机和有源音箱中，作为音频功率放大器，也可用作其他电子设备中的功率放大。因其内部采用(ciyng)的是直接耦合，亦可以用作直流放大。外引脚的排列如图所示。7.4.3 7.4.3 7.4.3 7.4.3 集成集成集成集成(j chn)(j chn)(j chn)(j chn)功率放大电路功率放大电路功率放大电路功率放大电路7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第113页/共136页第一百一十四页，共137页。115图图7.42 TDA2030A集成功集成功(chnggng)放的内部电路放的内部电路 7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第114页/共1
98、36页第一百一十五页，共137页。116图图7.43 TDA2030A引脚排列引脚排列(pili)及功能及功能 7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第115页/共136页第一百一十六页，共137页。117n n7.4.3.2 TDA2030A集成集成(j chn)功效的典型功效的典型应用应用图7.44 7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第116页/共136页第一百一十七页，共137页。118图图7.44 由由TDA2030A构成构成(guchng)的功放电路的功放电路7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第117页/共136页第一百一十八页，共137页。119n n（2
99、）单电源应用电路）单电源应用电路n n对仅有一组电源的中、小型对仅有一组电源的中、小型(xioxng)录录音机的音响系统，可采用单电源连接方式，音机的音响系统，可采用单电源连接方式，如图所示。由于采用单电源供电，故同相如图所示。由于采用单电源供电，故同相输入端用阻值相同的输入端用阻值相同的R1、R2组成分压电路，组成分压电路，使使K点电位为点电位为VC/2，经，经R3加至同相输入端。加至同相输入端。在静态时，同相输入端、反相输入端和输在静态时，同相输入端、反相输入端和输出端皆为出端皆为VC/2。其他元件作用与双电源电。其他元件作用与双电源电路相同。路相同。7.4 功率放大电路功率放大电路(di
100、nl)第118页/共136页第一百一十九页，共137页。120图图7.45 由由TDA2030A构成构成(guchng)的单电源功放电路的单电源功放电路 7.4 功率放大电路功率放大电路(dinl)第119页/共136页第一百二十页，共137页。121n n场效应管是利用电场效应来控制其电流大小的半导体三极管。它是在20世纪60年代逐渐发展起来的，它不仅具有半导体三极管体积小、质量轻、耗电省、寿命长等特点，而且还有输入阻抗高（最高可达105）、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强和制造工艺(gngy)简单等优点，因此得到广泛应用。根据结构不同，场效应管有两大类：绝缘栅场效应管和结型场效应管。7.5
101、 7.5 场效应管场效应管7.5 场效应管场效应管第120页/共136页第一百二十一页，共137页。122n n7.5.1.1 绝缘栅场效应管的结构和原理n n（1）结构n n绝缘栅场效应管可分为增强型和耗尽型两类，每一类又有N沟道和P沟道两种。n nN沟道增强型绝缘栅场效应管的结构如图（a）所示，它是以一块掺杂浓度较低的P型硅片作衬底，利用扩散工艺制造(zhzo)两个N型区，并用金属铝引出电极，分别为源极S和漏极D。绝缘栅场效应晶体管又称金属氧化物半导体场效应管（MOSFET），简称MOS管。当栅极和源极之间不加电压时，两个N型区之间没有形成导电沟道，属增强型。图（b）是N沟道增强型MOS管
102、的符号。7.5.1 7.5.1 7.5.1 7.5.1 绝缘绝缘绝缘绝缘(juyun)(juyun)(juyun)(juyun)栅场效应管栅场效应管栅场效应管栅场效应管7.5 场效应管场效应管第121页/共136页第一百二十二页，共137页。123图图7.46 N沟道增强型沟道增强型MOS管的结构管的结构(jigu)与符号与符号（a）结构）结构(jigu)；（；（b）符号）符号 7.5 场效应管场效应管第122页/共136页第一百二十三页，共137页。124n n（2）N沟道增强型沟道增强型MOS管的工作原理管的工作原理n n 导电沟道的建立导电沟道的建立n n在图中，如果在栅极和源极之间加正
103、向电在图中，如果在栅极和源极之间加正向电压压UGS产生一个垂直于产生一个垂直于P型硅表面的纵向电型硅表面的纵向电场，由于二氧化硅绝缘层很薄，因此即使场，由于二氧化硅绝缘层很薄，因此即使UGS很小，也会产生很强的电场强度（可很小，也会产生很强的电场强度（可达达105106V/cm）。）。P型衬底中的电子受到型衬底中的电子受到电场力的吸引到达表层，除填补空穴形成电场力的吸引到达表层，除填补空穴形成负离子的耗尽层外，还在靠近绝缘层那一负离子的耗尽层外，还在靠近绝缘层那一面形成一个面形成一个N型层，如图所示，通常称它为型层，如图所示，通常称它为反型层。它就是沟通源区和漏区的反型层。它就是沟通源区和漏区
104、的N型导电型导电沟道。栅源电压沟道。栅源电压UGS正值越大，半导体表正值越大，半导体表面吸引的电子越多，形成的导电沟道越宽。面吸引的电子越多，形成的导电沟道越宽。形成导电沟道后，在漏极电压形成导电沟道后，在漏极电压UDS的作用的作用下，将产生漏极电流下，将产生漏极电流(dinli)ID，从而管，从而管子导通。子导通。7.5 场效应管场效应管第123页/共136页第一百二十四页，共137页。125n n 栅源电压栅源电压UGS对漏极电对漏极电流流ID的控制作的控制作用用n n在一定的漏极在一定的漏极电压电压UDS下，下，使管子由不导使管子由不导通变为导通的通变为导通的临界栅临界栅源电源电压称为压
105、称为(chn wi)开启电压，开启电压，用用UT表示。当表示。当外加一定的漏外加一定的漏源电压源电压UDS ，栅，栅源电压源电压UGS越大，形越大，形成的导电沟道成的导电沟道越宽，导电沟越宽，导电沟道的电阻就越道的电阻就越小，对应的漏小，对应的漏极电流极电流ID越大。越大。因此可通过改因此可通过改变变UGS的数值的数值来控制电流来控制电流ID 。图图7.47 N沟道增强型沟道增强型MOS管的工作管的工作(gngzu)原理原理 7.5 场效应管场效应管第124页/共136页第一百二十五页，共137页。126n n7.5.1.2 N沟道增强型沟道增强型MOS管的特性曲线管的特性曲线n n图和图分别
106、是图和图分别是N沟道增强型沟道增强型MOS管的转移管的转移特性曲线和输出特性曲线。特性曲线和输出特性曲线。n n所谓转移特性，就是输入电压所谓转移特性，就是输入电压UGS对输出对输出电流电流ID的控制特性。在一定的漏源电压下，的控制特性。在一定的漏源电压下，使增强型使增强型MOS管形成导电沟道，产生漏极管形成导电沟道，产生漏极电流时所对应的栅源电压称为开启电流时所对应的栅源电压称为开启(kiq)电电压，用压，用UGS(th)表示。显然，只有表示。显然，只有UGS UGS(th)时，栅源电压才有对漏极电流的控时，栅源电压才有对漏极电流的控制作用。制作用。n n输出特性表示在输出特性表示在UGS一
107、定时，一定时，ID与与UDS之之间的关系。与晶体三极管类似，它也有三间的关系。与晶体三极管类似，它也有三个区域。个区域。7.5 场效应管场效应管第125页/共136页第一百二十六页，共137页。127图图7.48 N沟道增强型沟道增强型MOS管的转移管的转移(zhuny)特性曲线特性曲线 图图7.49 N沟道沟道(u do)增强型增强型MOS管的输出特性曲线管的输出特性曲线 7.5 场效应管场效应管第126页/共136页第一百二十七页，共137页。128n n（1）截止区）截止区n n截止区是指截止区是指UGS UGS(th)的区域，图中的的区域，图中的UGS(th)为为2V。由于这时还未形成
108、导电沟道，。由于这时还未形成导电沟道，因此因此(ync)ID 0。n n（2）可变电阻区）可变电阻区n n可变电阻区是指可变电阻区是指UDS较小时与纵轴之间的较小时与纵轴之间的区域。这时导电沟道已形成，区域。这时导电沟道已形成， ID随随UDS的的增大而增大。由于导电沟道的电阻大小随增大而增大。由于导电沟道的电阻大小随UGS而变，故称为可变电阻区。而变，故称为可变电阻区。n n（3）恒流区）恒流区线性放大区线性放大区n n当当UDS增大到脱离可变电阻区时，增大到脱离可变电阻区时， ID不再不再随随UDS的增大而增大，的增大而增大， ID趋于恒定值。但趋于恒定值。但ID的大小随的大小随UGS的增
109、加而增加，体现了场的增加而增加，体现了场效应晶体管效应晶体管UGS控制控制ID的放大作用。的放大作用。7.5 场效应管场效应管第127页/共136页第一百二十八页，共137页。129n n7.5.1.3 N沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管管n nN沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管与增强型管与增强型MOS管的结管的结构相似构相似(xin s)，不同的是在制造时已在，不同的是在制造时已在绝缘层中掺入大量的正离子，它所产生的绝缘层中掺入大量的正离子，它所产生的纵向电场即使在纵向电场即使在UGS =0时，也能吸引足够时，也能吸引足够的电子形成的电子形成N型导电沟道。这样只要型导电沟道。这样只要UGS 0就有就
110、有ID产生。这种当产生。这种当UGS =0时，就有时，就有导电沟道的场效应晶体管，称为耗尽型导电沟道的场效应晶体管，称为耗尽型MOS管。管。n nN沟道耗尽型沟道耗尽型MOS管的特性曲线和符号如管的特性曲线和符号如表所示。从转移特性可以看出，耗尽型表所示。从转移特性可以看出，耗尽型MOS管的栅源电压可以是正值、负值或零，管的栅源电压可以是正值、负值或零，使用时灵活性较大。使用时灵活性较大。n nP沟道沟道MOS管和管和N沟道沟道MOS管的区别在于作管的区别在于作为衬底的半导体材料的类型相反，即它是为衬底的半导体材料的类型相反，即它是用用N型硅作衬底的，若是耗尽型，则绝缘层型硅作衬底的，若是耗尽
111、型，则绝缘层中掺入的是负离子。注意使用时，中掺入的是负离子。注意使用时， UGS 、 UDS的极性与的极性与N沟道沟道MOS管相反。管相反。7.5 场效应管场效应管第128页/共136页第一百二十九页，共137页。130n n7.5.2.1 结型场效应管的结构n n结型场效应管是把一块N型半导体材料两边扩散高浓度的P型区，形成两个PN结，如图（a）所示。两个P型区引出两个电极并连在一起称为栅极G，在N型本体材料的两端各引出一个电极分别称为源极S和漏极D。它的符号如图（b）所示。其中箭头的方向表示栅结正向偏置时，栅极电流(dinli)的方向由P指向N，故从符号上可以识别D、S之间是N沟道。n n
112、按照同样的方法，可以制成P沟道结型场效应管。7.5.2 7.5.2 7.5.2 7.5.2 结型场效应管结型场效应管结型场效应管结型场效应管7.5 场效应管场效应管第129页/共136页第一百三十页，共137页。131图图7.50 N沟道结型场效晶体管的结构沟道结型场效晶体管的结构(jigu)和符号和符号（a）结构）结构(jigu);（b）符号）符号 7.5 场效应管场效应管第130页/共136页第一百三十一页，共137页。132n n7.5.2.2 结型场效应管的工作原理结型场效应管的工作原理n nN沟道结型场效应管的工作原理如图所示。沟道结型场效应管的工作原理如图所示。当当n n UGS
113、=0时，在一定的时，在一定的UDS作用下会产生作用下会产生一个电流一个电流ID ，称其为饱和漏电流，用，称其为饱和漏电流，用ID SS表示。当表示。当UGS反偏电压增大时，两个反偏电压增大时，两个PN结结逐渐加宽，导电沟道变窄，沟道的电阻值逐渐加宽，导电沟道变窄，沟道的电阻值增大，对应的电流增大，对应的电流ID逐渐减小。当逐渐减小。当UGS反反偏电压增大到一定的数值偏电压增大到一定的数值(shz)时，即等时，即等于夹断电压于夹断电压UGS(off)时，两个时，两个PN结相遇，结相遇，导电沟道消失，此时导电沟道消失，此时ID =0。因此结型场效。因此结型场效应管是利用外加电压应管是利用外加电压U
114、GS来改变来改变PN结的宽结的宽度（度（PN结内电场的变化），即改变导电沟结内电场的变化），即改变导电沟道电阻的大小，从而实现对漏极电流道电阻的大小，从而实现对漏极电流ID的的控制。控制。n n 结型场效晶体管使用时要特别注意栅源结型场效晶体管使用时要特别注意栅源之间应加反偏电压，以保证有高的输入阻之间应加反偏电压，以保证有高的输入阻抗。抗。7.5 场效应管场效应管第131页/共136页第一百三十二页，共137页。133图图7.51 N沟道沟道(u do)结型场效晶体管的工作原理图结型场效晶体管的工作原理图 7.5 场效应管场效应管第132页/共136页第一百三十三页，共137页。134n n
115、本章小结本章小结n n半导体三极管由两个半导体三极管由两个PN结构成，它利用微结构成，它利用微小电流的变化对集电极的大电流进行控制，小电流的变化对集电极的大电流进行控制，从而实现放大功能。三极管工作在放大区，从而实现放大功能。三极管工作在放大区，发射结正向偏置，集电结反向偏置。发射结正向偏置，集电结反向偏置。n n为了使放大电路能正常工作，必须给三极为了使放大电路能正常工作，必须给三极管设置合适的静态工作点。确定工作点的管设置合适的静态工作点。确定工作点的方法，可以通过方法，可以通过(tnggu)放大电路的直流放大电路的直流通路进行近似估算，也可以用图解法直观通路进行近似估算，也可以用图解法直
116、观而形象地求出。为了保证不失真的最大动而形象地求出。为了保证不失真的最大动态范围，静态工作点的位置应该大致设在态范围，静态工作点的位置应该大致设在交流负载线的中点。放大电路的静态工作交流负载线的中点。放大电路的静态工作点容易受温度的影响发生改变。因此，对点容易受温度的影响发生改变。因此，对于放大电路不仅要设置合适的静态工作点，于放大电路不仅要设置合适的静态工作点，而且还必须在电路上采取措施来稳定静态而且还必须在电路上采取措施来稳定静态工作点。分压式偏置放大电路能够在较大工作点。分压式偏置放大电路能够在较大的温度变化范围内具有很好的稳定性。的温度变化范围内具有很好的稳定性。小小 结结第133页/
117、共136页第一百三十四页，共137页。135n n多级放大电路中，阻容耦合是常用的级间连接方式。它的特点是各级直流通路互不影响，分析计算简便，在一定的频率范围内能保证信号顺利地由前级送到后级。多级放大电路的总电压放大倍数等于各级放大倍数的乘积。n n功率放大器要求输出足够大的功率，这样输出电压和电流的幅度都很大，对它的要求为输出功率大，效率高，非线性失真小，并应保证三极管安全可靠地工作(gngzu)。乙类互补对称功率放大电路效率高，达785%，但存在着交越失真。在实际中多采用甲乙类互补对称电路，它可有效地消除交越失真，效率也较高。集成功率放大电路具有功耗低、失真小、效率高、安装调试方便等优点，
118、使用日趋广泛。小小 结结第134页/共136页第一百三十五页，共137页。136n n场效应晶体管是一种高输入阻抗的电压控制(kngzh)器件，有绝缘栅型和结型两大类。场效应晶体管放大电路有共源、共漏及共栅三种组态。分析方法与三极管放大电路类似。应用方面，凡是普通三极管可以使用的场合，原则上都可使用场效应晶体管器件，但要注意场效应晶体管的单级效益较低。小小 结结第135页/共136页第一百三十六页，共137页。内容(nirng)总结会计学。按功率大小分为大功率管、中功率管和小功率管等。发射区的多数载流子自由电子不断通过发射结向基区扩散，形成发射极电流IE。此时发射结和集电结均处于反向偏置(pin zh)，三极管处于截止状态。这时ICICBO0。还可用NPN型管和PNP型管互补使用，如图（d）所示。绝缘栅场效应晶体管又称金属氧化物半导体场效应管（MOSFET），简称MOS管。这时导电沟道已形成， ID随UDS的增大而增大第一百三十七页，共137页。
