第1章半导体分立器件.ppt

电工学电工学2电子技术电子技术1概概 述述电子技术：电子技术：研究电子器件、电子电路和研究电子器件、电子电路和 系统及其应用的技术系统及其应用的技术电子技术电子技术模拟电子技术模拟电子技术数字电子技术数字电子技术2模拟信号模拟信号模拟信号模拟信号：： 在时间上和数值上具有连续变化的特点；在时间上和数值上具有连续变化的特点；在时间上和数值上具有连续变化的特点；在时间上和数值上具有连续变化的特点；t t数字信号：数字信号：数字信号：数字信号：在时间上和数值上在时间上和数值上在时间上和数值上在时间上和数值上是离散的，突变等是离散的，突变等是离散的，突变等是离散的，突变等矩形波矩形波矩形波矩形波t尖顶波尖顶波尖顶波尖顶波t3第一章第一章 半导体分立器件及其基本电路§ 1.1 半导体的基本知识半导体的基本知识与与PNPN结结§ 1.2 半导体二极管半导体二极管及其应用电路及其应用电路§ 1.3 放大电路的基本概念及其性放大电路的基本概念及其性 能指标能指标§ 1.4 三极管三极管及其放大电路及其放大电路§1.6§1.6 多级放大电路多级放大电路41.1.1 导体、半导体和绝缘体导体、半导体和绝缘体导体：导体：自然界中很容易导电的物质称为自然界中很容易导电的物质称为导体导体，金属，金属一般都是导体。

一般都是导体绝缘体：绝缘体：有的物质几乎不导电，称为有的物质几乎不导电，称为绝缘体绝缘体，如橡皮，如橡皮、陶瓷、塑料和石英陶瓷、塑料和石英半导体：半导体：另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体另有一类物质的导电特性处于导体和绝缘体之间，称为之间，称为半导体半导体，如锗、硅、砷化镓和，如锗、硅、砷化镓和一些硫化物、氧化物等一些硫化物、氧化物等§1.1 半导体的基本知识与半导体的基本知识与PN结结5半导体半导体的导电具有不同于其它物质的特点的导电具有不同于其它物质的特点• 当受外界热和光的作用时，它的导电能当受外界热和光的作用时，它的导电能 力明显变化力明显变化• 往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 它的导电能力明显改变它的导电能力明显改变外激发控制外激发控制掺杂质控制掺杂质控制结构：半导体结构：半导体晶体晶体导电性：导电可控性导电性：导电可控性6 1.1.本征半导体本征半导体本征半导体的结构特点本征半导体的结构特点:GeSi现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们现代电子学中，用的最多的半导体是硅和锗，它们的最外层电子（价电子）都是四个。

的最外层电子（价电子）都是四个本征半导体：本征半导体：完全纯净的、结构完整的半导体晶体完全纯净的、结构完整的半导体晶体7硅和锗的共价键结构硅和锗的共价键结构共价键共价键,共共用电子对用电子对+4+4+4+4+4+4表示除表示除去价电子去价电子后的原子后的原子共价键中的两个电子被紧紧束缚在共共价键中的两个电子被紧紧束缚在共价键中，称为价键中，称为束缚电子束缚电子，，8+4+4+4+4自由电子自由电子空穴空穴束缚电子束缚电子9半导体的导电机理半导体的导电机理+4+4+4+4空穴吸引附近的电子空穴吸引附近的电子来填补，这样的结果来填补，这样的结果相当于空穴的迁移，相当于空穴的迁移，空穴的迁移相当于正空穴的迁移相当于正电荷的移动，因此可电荷的移动，因此可以认为空穴是载流子以认为空穴是载流子 自由电子自由电子和和空穴称为空穴称为半导体载流子半导体载流子10113. 3. 光敏性、热敏性，载流子的浓度越高本征半光敏性、热敏性，载流子的浓度越高本征半导体的导电能力越强，这是半导体的一大特点导体的导电能力越强，这是半导体的一大特点2.2.本征半导体的导电能力取决于自由电子、空穴本征半导体的导电能力取决于自由电子、空穴( (载载流子流子) )的浓度。

的浓度1.1.本征半导体中电流本征半导体中电流( (载流子移动载流子移动) )由两部分组由两部分组成：成： (1)(1)自由电子移动产生的电流自由电子移动产生的电流 (2) (2) 空穴移动产生的电流空穴移动产生的电流本征半导体的导电机理本征半导体的导电机理12 2.2.杂质半导体杂质半导体在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会在本征半导体中掺入某些微量的杂质，就会使半导体的导电性能发生显著变化其原因是掺使半导体的导电性能发生显著变化其原因是掺杂半导体的某种载流子浓度大大增加杂半导体的某种载流子浓度大大增加硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑硅或锗晶体中掺入少量的五价元素磷（或锑ti））,自由自由电子浓度远大于空穴浓度电子浓度远大于空穴浓度自由电子自由电子称为称为多数载流子多数载流子（（多子多子）），，空穴空穴称为称为少数载流子少数载流子（（少子少子） 在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟在硅或锗晶体中掺入少量的三价元素，如硼（或铟yin））,空穴是多子，电子是少子空穴是多子，电子是少子N 型半导体型半导体 （电子型半导体）（电子型半导体）P 型半导体型半导体（空穴型半导体）（空穴型半导体）13 掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目掺杂后自由电子数目大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电大量增加，自由电子导电成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导成为这种半导体的主要导电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体电方式，称为电子半导体或或或或N N型半导体。

型半导体型半导体型半导体掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素掺入五价元素 Si Si Si Sip+多余多余电子电子磷原子磷原子在常温下即可在常温下即可变为自由电子变为自由电子失去一个失去一个电子变为电子变为正离子正离子 在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）在本征半导体中掺入微量的杂质（某种元素）, ,形成杂质半导体形成杂质半导体形成杂质半导体形成杂质半导体 在在在在N N 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中自由电子是自由电子是自由电子是自由电子是多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流多数载流子，空穴是少数载流子1-14) 掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量掺杂后空穴数目大量增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这增加，空穴导电成为这种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方种半导体的主要导电方式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或式，称为空穴半导体或 P P型半导体。

型半导体型半导体型半导体掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素掺入三价元素 Si Si Si Si 在在在在 P P 型半导体中型半导体中型半导体中型半导体中空穴是多空穴是多空穴是多空穴是多数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载数载流子，自由电子是少数载流子B–硼原子硼原子接受一个接受一个接受一个接受一个电子变为电子变为电子变为电子变为负离子负离子负离子负离子空穴空穴(1-15)16一一.PN 结的形成结的形成在同一片半导体基片上，分别制造在同一片半导体基片上，分别制造P 型半导型半导体和体和N 型半导体，经过载流子的型半导体，经过载流子的运移运移，在它们的，在它们的交界面处就形成的空间电荷区就为交界面处就形成的空间电荷区就为PN 结§1.12 PN结及其单向导电性结及其单向导电性扩散运动扩散运动: :物质从浓度高的地方向浓度低的地方运动物质从浓度高的地方向浓度低的地方运动, ,即由于浓度差产生的运动即由于浓度差产生的运动. .漂移运动漂移运动: :在在电场力作用下电场力作用下, ,少数载流子的运动少数载流子的运动. .17二二. PN结的单向导电性结的单向导电性 PN 结外加上正向电压结外加上正向电压 (正向偏置正向偏置): PN 结外加反向电压结外加反向电压(反向偏置反向偏置):P 区加正电压、区加正电压、N 区加负电压。

区加负电压P区加负电压、区加负电压、N 区加正电压区加正电压18PN 结外加上正向电压结外加上正向电压 (正向偏置正向偏置)19PN 结外加上反向电压结外加上反向电压 (反向偏置反向偏置)20PN结具有单向导电性定义结具有单向导电性定义u1.当PN结外加正向电压时，有较大的正向电流,呈现一低电阻特性, PN结导通；u2.当PN结外加反向电压时，电流很小，呈现一高电阻特性， PN结截止21半导体二极管图片§1.2 半导体二极管半导体二极管及其应用电路及其应用电路222324一、基本结构一、基本结构PN 结加上管壳和引线，就成为半导体二极管结加上管壳和引线，就成为半导体二极管1) 点接触型二极管点接触型二极管(2) 面接触型二极管面接触型二极管PN二极管的电路符号：二极管的电路符号：(a)(a)点接触型点接触型 (b)(b)面接触型面接触型正正( (阳阳) )极极负负( (阴阴) )极极+ +- -25 二、伏安特性二、伏安特性UI死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.1V导通压降导通压降: : 硅硅管管0.6~0.7V,锗锗管管0.2~0.3V反向击穿反向击穿电压电压UBR26三、主要参数三、主要参数1. 最大整流电流最大整流电流 IFM二极管长期使用时，允许流过二极管的最大二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平均电流。

正向平均电流2. 反向击穿电压反向击穿电压UBR二极管反向击穿时的电压值击穿时反向电二极管反向击穿时的电压值击穿时反向电流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至流剧增，二极管的单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏过热而烧坏27 指管子不被反向击穿所允许指管子不被反向击穿所允许外加的电压一般手册上给出外加的电压一般手册上给出的的U UDRMDRM约为击穿电压的一半约为击穿电压的一半3.3.最高反向工作电压最高反向工作电压U UDRMDRM284.4.最大反向电流最大反向电流I IRMRM：： 管子在常温下承受最高反向工管子在常温下承受最高反向工作电压作电压U UDRMDRM时的反向饱和电流，时的反向饱和电流，其值愈小，则管子的单向导电性其值愈小，则管子的单向导电性愈好由于温度增加，愈好由于温度增加，I IRMRM会急剧会急剧增加，所以在使用二极管时增加，所以在使用二极管时要注要注意温度的影响意温度的影响29四四. . 二极管的模型二极管的模型1.1.理想模型理想模型: :具有这种理想特性的二具有这种理想特性的二极管也叫做理想二极管即：二极管极管也叫做理想二极管即：二极管在正向导通时在正向导通时相当于开关闭和，死区相当于开关闭和，死区电压电压=0 =0 ，正向压降，正向压降=0=0，，二极管反向二极管反向截止时截止时相当于开关断开。

相当于开关断开等效电路等效电路302.2.恒压降模型恒压降模型. .二极管在正向导通时，二极管在正向导通时，其管压降为恒定值，硅管的管压降约为其管压降为恒定值，硅管的管压降约为0.6-0.7V0.6-0.7V，，锗管的管压降约为锗管的管压降约为0.2-0.3V0.2-0.3V等效电路等效电路反向截止反向截止31D6V12V3k BAUAB+–电路如图，求：电路如图，求：电路如图，求：电路如图，求：U UABAB1.2.2 二极管应用电路二极管应用电路32二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例二极管电路分析举例 定量分析：定量分析：判断二极管的工作状态判断二极管的工作状态导通导通截止截止 分析方法：分析方法：分析方法：分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位将二极管断开，分析二极管两端电位的高低或所加电压的高低或所加电压的高低或所加电压的高低或所加电压U UD D的正负若若若若 V V阳阳阳阳 >V>V阴阴阴阴或或或或 U UD D为正为正为正为正( ( 正向偏置正向偏置正向偏置正向偏置 ) )，二极管导通，二极管导通，二极管导通，二极管导通若若若若 V V阳阳阳阳

反向截止时二极管相当于断开反向截止时二极管相当于断开反向截止时二极管相当于断开33电路如图，求：电路如图，求：电路如图，求：电路如图，求：U UABAB V V阳阳阳阳 = =－－－－6 V 6 V V V阴阴阴阴 = =－－－－12 V12 V V V阳阳阳阳>V>V阴阴阴阴 二极管导通二极管导通二极管导通二极管导通若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，若忽略管压降，二极管可看作短路，U UABAB = =－－－－ 6V6V否则，否则，否则，否则， U UABAB低于－低于－低于－低于－6V6V一个管压降，为－一个管压降，为－一个管压降，为－一个管压降，为－6.36.3Ｖ或－Ｖ或－Ｖ或－Ｖ或－6.7V6.7V例例1：： 取取取取 B B 点作参考点，点作参考点，点作参考点，点作参考点，断开二极管，分析二断开二极管，分析二断开二极管，分析二断开二极管，分析二极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电极管阳极和阴极的电位D6V12V3k BAUAB+–34u ui i > 8V > 8V，，，，二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路二极管导通，可看作短路 u uo o = 8V = 8V u ui i < 8V < 8V，，，，二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路二极管截止，可看作开路 u uo o = = u ui i已知：已知：已知：已知： 二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出二极管是理想的，试画出 u uo o 波形。

波形8V8V例：例：例：例：u ui i18V18V参考点参考点参考点参考点二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为二极管阴极电位为 8 V8 VD D8V8VR Ru uo ou ui i+ ++ +– –– –35RLuiuouiuott二极管的应用电路二极管的应用电路2 2：：二极管半二极管半波整流波整流361. 稳压二极管稳压二极管UIIZIZmax UZ IZ稳压稳压误差误差曲线越陡，曲线越陡，电压越稳电压越稳定UZ动态电阻：动态电阻：rz越小，稳压越小，稳压性能越好性能越好§1.2.3 特殊二极管特殊二极管37（（4））稳定电流稳定电流IZ（（5）最大允许功耗）最大允许功耗稳压二极管的参数稳压二极管的参数:（（1））稳定电压稳定电压 UZ（（2））电压温度系数电压温度系数 U（（%/℃）） 稳压值受温度变化影响的的系数稳压值受温度变化影响的的系数3）动态电阻）动态电阻38稳压二极管的稳压原理稳压二极管的稳压原理:输入变化时输入变化时: : IZUIIZIZmax UZUZ负载变化时负载变化时: :R R作用作用? ?iRuoiZDZRiLuiRL39负载电阻负载电阻 。

要求要求当输入电压由正常值发当输入电压由正常值发生生 20%波动时，负载电压基本不变波动时，负载电压基本不变稳压二极管的应用举例稳压二极管的应用举例:uoiZDZRiLiuiRL稳压管的技术参数稳压管的技术参数:解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电解：令输入电压达到上限时，流过稳压管的电流为流为Izmax 求：求：电阻电阻R和输入电压和输入电压 ui 的的正常值——方程方程140令令输入电压降到下限时，输入电压降到下限时，流过稳压管的电流为流过稳压管的电流为Izmin ——方程方程2uoiZDZRiLiuiRL联立方程联立方程1、、2，可解得：，可解得：412. 发光二极管发光二极管有正向电流流过有正向电流流过时，发出一定波长范时，发出一定波长范围的光，目前的发光围的光，目前的发光管可以发出从红外光管可以发出从红外光到可见波段的光，它到可见波段的光，它的电特性与一般二极的电特性与一般二极管类似阳极阳极阴极阴极423. 光电二极管光电二极管反向电流随光照强度的增加而上升反向电流随光照强度的增加而上升IU照度增加照度增加阳极阳极阴极阴极43小结：小结：小结：小结：•2. 2.二极管的应用分析。

二极管的应用分析二极管的应用分析二极管的应用分析•3. 3.稳压管的应用特点特殊二极管稳压管的应用特点特殊二极管稳压管的应用特点特殊二极管稳压管的应用特点特殊二极管•1 1 1 1. .半导体的基本知识与半导体的基本知识与PNPN结结441. 基本结构基本结构BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BCEPNP型型§1.4 三极管及其放大电路三极管及其放大电路1.4.1 1.4.1 三极管三极管45BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高46BECNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结47BECIBIEICNPN型三极管型三极管BECIBIEICPNP型三极管型三极管三极管的符号三极管的符号481.4. 2 电流分配和放大原理电流分配和放大原理1. 1. 三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件B BEC CN NN NP PEBRBE EC CRC发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 PNPPNP发射结正偏发射结正偏发射结正偏发射结正偏 V VB B< >V VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 V VC C> >V VB B IBICIE(1-49)2. 2. 各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用I IB B(mA(mA) )I IC C(mA(mA) )I IE E(mA(mA) )0 00.020.020.040.040.060.060.080.080.100.10<0.001<0.0010.700.701.501.502.302.303.103.103.953.95<0.001<0.0010.720.721.541.542.362.363.183.184.054.05结论结论结论结论: :1 1）三电极电流关系）三电极电流关系）三电极电流关系）三电极电流关系 I IE E = = I IB B + + I IC C2 2）））） I IC C  I IB B ，，，， I IC C     I IE E 3 3））））     I IC C      I IB B 把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。

化的特性称为晶体管的电流放大作用化的特性称为晶体管的电流放大作用化的特性称为晶体管的电流放大作用 实质实质实质实质: :用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化变化变化变化1-50)小结：小结：小结：小结：•三极管的基本结构：结构三极管的基本结构：结构三极管的基本结构：结构三极管的基本结构：结构, ,分类，分类，分类，分类，•三极管放大的条件三极管放大的条件三极管放大的条件三极管放大的条件内部内部内部内部: :发射区掺杂高，基区发射区掺杂高，基区发射区掺杂高，基区发射区掺杂高，基区薄掺杂低，集电区面积大薄掺杂低，集电区面积大薄掺杂低，集电区面积大薄掺杂低，集电区面积大外部外部外部外部: :发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏• 三极管的特性曲线、主要参数三极管的特性曲线、主要参数三极管的特性曲线、主要参数三极管的特性曲线、主要参数51　发射极是输入回路、输出回路的公共端　发射极是输入回路、输出回路的公共端　发射极是输入回路、输出回路的公共端　发射极是输入回路、输出回路的公共端 共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路 测量晶体管特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路测量晶体管特性的实验线路ICEBmA AVUCEUBERBIBECV++––––++1.4.3 特性曲线特性曲线521.1.输入特性输入特性输入特性输入特性特点特点特点特点: : : :非线性非线性非线性非线性死区电压：死区电压：死区电压：死区电压：硅管硅管硅管硅管0.50.50.50.5V V，，，，锗管锗管锗管锗管0.10.10.10.1V V。

正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压：正常工作时发射结电压： NPNNPN型硅管型硅管型硅管型硅管 U UBE BE     0.6~0.7V 0.6~0.7VPNPPNP型锗管型锗管型锗管型锗管 U UBE BE        0.2 ~ 0.2 ~     0.3V 0.3VIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE 1VO(1-53)UCE  1VIB( A)UBE(V)204060800.40.8UCE=0VUCE =0.5V542. 输出特性输出特性IB=020 A40 A60 A80 A100 A36IC(mA )1234UCE(V)912O放大区放大区输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：(1) (1) 放大区放大区放大区放大区 在放大区有在放大区有在放大区有在放大区有 I IC C= =    I IB B ，，，，也也也也称为线性区，具有称为线性区，具有称为线性区，具有称为线性区，具有恒流特性。

恒流特性恒流特性恒流特性 在放大区，在放大区，在放大区，在放大区，发射结处发射结处发射结处发射结处于正向偏置、集电结处于正向偏置、集电结处于正向偏置、集电结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工于反向偏置，晶体管工于反向偏置，晶体管工于反向偏置，晶体管工作于放大状态作于放大状态作于放大状态作于放大状态1-55)I IB B=0=02020   A A4040   A A6060   A A8080   A A100100   A A3 36 6I IC C( (mmA A ) )1 12 23 34 4U UCECE(V)(V)9 91212O（（（（2 2）截止区）截止区）截止区）截止区I IB B < 0 < 0 以下区域为以下区域为以下区域为以下区域为截止区，有截止区，有截止区，有截止区，有 I IC C     0 0 在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。

向偏置，晶体管工作于截止状态向偏置，晶体管工作于截止状态向偏置，晶体管工作于截止状态饱饱饱饱和和和和区区区区截止区截止区截止区截止区（（（（3 3）饱和区）饱和区）饱和区）饱和区 当当当当U UCECE    U UBEBE时时时时，，，，晶体管晶体管晶体管晶体管工作于饱和状态工作于饱和状态工作于饱和状态工作于饱和状态 在饱和区，在饱和区，在饱和区，在饱和区，   I IB B    I IC C，，，，发发发发射结处于正向偏置，射结处于正向偏置，射结处于正向偏置，射结处于正向偏置，集电集电集电集电结也处于正结也处于正结也处于正结也处于正偏 深度饱和时，深度饱和时，深度饱和时，深度饱和时， 硅管硅管硅管硅管U UCES CES     0.3V 0.3V，，，， 锗管锗管锗管锗管U UCES CES     0.1V 0.1V临临临临界界界界饱饱饱饱和和和和、、、、饱饱饱饱和和和和状状状状态态态态561.4.4 主要参数主要参数1. 1. 电流放大系数电流放大系数电流放大系数电流放大系数  ，，，，   直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数直流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数 表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。

管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据注意：注意：注意：注意： 和和和和    的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等的含义不同，但在特性曲线近于平行等距的情况下，两者数值接近距的情况下，两者数值接近距的情况下，两者数值接近距的情况下，两者数值接近常用晶体管的常用晶体管的常用晶体管的常用晶体管的    值在值在值在值在20 ~ 20020 ~ 200之间1-57)例：在例：在例：在例：在U UCECE= 6 V= 6 V时，时，时，时， 在在在在 1 1 点点点点I IB B=40=40   A, A, I IC C=1.5mA=1.5mA；；；； 在在在在 2 2 点点点点I IB B=60 =60    A, A, I IC C=2.3mA=2.3mA求：电流放大系数求：电流放大系数求：电流放大系数求：电流放大系数在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：在以后的计算中，一般作近似处理：    = = = = 。

I IB B=0=02020   A A4040   A A6060   A A8080   A A100100   A A3 36 6I IC C( (mmA A ) )1 12 23 34 4U UCECE(V)(V)9 912120 01 12 2在在在在 1 1 点，有点，有点，有点，有由由由由 1 1 和和和和2 2点，得点，得点，得点，得582. 2.集集集集- - - -基极反向截止基极反向截止基极反向截止基极反向截止( ( ( (饱和饱和饱和饱和) ) ) )电流电流电流电流 I ICBOCBO I ICBOCBO是由少数载流子的是由少数载流子的是由少数载流子的是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，漂移运动所形成的电流，受温度的影响大受温度的影响大受温度的影响大受温度的影响大 温度温度温度温度I ICBOCBO   ICBO A+–EC3. 3.集集集集- - - -射极反向截止射极反向截止射极反向截止射极反向截止( ( ( (饱和饱和饱和饱和) ) ) )电流电流电流电流( ( ( (穿透电流穿透电流穿透电流穿透电流) ) ) )I ICEOCEO AICEOIB=0+– I ICEOCEO受温度的影响大。

受温度的影响大受温度的影响大受温度的影响大温度温度温度温度I ICEOCEO   ，，，，所以所以所以所以I IC C也相应增加也相应增加也相应增加也相应增加三极管的三极管的三极管的三极管的温度特性较差温度特性较差温度特性较差温度特性较差I ICEOCEO=(1+=(1+β β)I )ICBOCBO594. 4. 集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流集电极最大允许电流 I ICMCM5. 5. 集集集集- - - -射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压射极反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO6. 6. 集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗集电极最大允许耗散功耗P PCMCM P PCMCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管温升过高会烧坏三极管温升过高会烧坏三极管温升过高会烧坏三极管 P PC C     P PCM CM = =I IC C U UCECE 硅硅硅硅管允许结温约为管允许结温约为管允许结温约为管允许结温约为150150   C C，，，，锗锗锗锗管约为管约为管约为管约为7070   9090   C C。

三个极限参数三个极限参数三个极限参数三个极限参数60I IC CU UCECE=P=PCMCMICMU(BR)CEO安全工作区安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEO615. .复合三极管复合三极管(a)即即: :ββ= =β1β2 62(b)63光电三极管和光电耦合器光电三极管和光电耦合器光电耦合器的特点光电耦合器的特点: :输入端与输出端在电气上输入端与输出端在电气上是绝缘的是绝缘的. .64三极管放三极管放大电路有大电路有三种形式三种形式共射放大器共射放大器共基放大器共基放大器共集放大器共集放大器以共射放以共射放大器为例大器为例讲解工作讲解工作原理原理§ 1.4.2 共发射极放大电路共发射极放大电路653 3、元件选择要使信号不失真地放大元件选择要使信号不失真地放大放大电路的组成原则：放大电路的组成原则：1 1、有直流电源，保证、有直流电源，保证E E结正偏，结正偏，C C结反偏2 2、元件安排要保证信号传输，即信号能从输入、元件安排要保证信号传输，即信号能从输入端加到三极管上（有信号输入回路），经放大端加到三极管上（有信号输入回路），经放大后从输出端输出（有输出回路）。

后从输出端输出（有输出回路）一、一、 共射极放大电路组成共射极放大电路组成66一一 、基本放大电路的组成、基本放大电路的组成基本放大电路各元件作用基本放大电路各元件作用 晶体管晶体管晶体管晶体管T T--------放大元放大元放大元放大元件件件件, , , , i iC C= =    i iB B要保要保要保要保证集电结反偏证集电结反偏证集电结反偏证集电结反偏, , , ,发发发发射结正偏射结正偏射结正偏射结正偏, , , ,使晶体使晶体使晶体使晶体管工作在放大区管工作在放大区管工作在放大区管工作在放大区 基极电源基极电源基极电源基极电源E EB B与基极与基极与基极与基极电阻电阻电阻电阻R RB B--------使发射结使发射结使发射结使发射结 处于正偏，并提供处于正偏，并提供处于正偏，并提供处于正偏，并提供大小适当的基极电大小适当的基极电大小适当的基极电大小适当的基极电流共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+– –++– –uBEuCE– –iCiBiE67一一 、、基本放大电路的组成基本放大电路的组成集电极电源集电极电源集电极电源集电极电源E EC C --------为为为为电路提供能量。

并电路提供能量并电路提供能量并电路提供能量并保证集电结反偏保证集电结反偏保证集电结反偏保证集电结反偏集电极电阻集电极电阻集电极电阻集电极电阻R RC C--------将将将将变化的电流转变为变化的电流转变为变化的电流转变为变化的电流转变为变化的电压变化的电压变化的电压变化的电压耦合电容耦合电容耦合电容耦合电容C C1 1 、、、、C C2 2 --------隔离输入、输出隔离输入、输出隔离输入、输出隔离输入、输出与放大电路直流的与放大电路直流的与放大电路直流的与放大电路直流的联系，同时使信号联系，同时使信号联系，同时使信号联系，同时使信号顺利输入、输出顺利输入、输出顺利输入、输出顺利输入、输出信信信信号号号号源源源源负载负载负载负载共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路ECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+– –++– –uBEuCE– –iCiBiE68一、一、 基本放大电路的组成基本放大电路的组成单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法单电源供电时常用的画法共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路共发射极基本电路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+– –++– –uBEuCE– –iCiBiEECRSesRBEBRCC1C2T+++–RL++––ui+–uo+– –++– –uBEuCE– –iCiBiE69 放大电路的分析放大电路的分析放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法70二、二、 共射放大电路的静态分析共射放大电路的静态分析UBEIBICUCE无输入信号无输入信号(ui = 0)时时: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+– –++– –uBEuCE– –iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtO71ICUCEOIBUBEO结论：结论： 无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的无输入信号电压时，三极管各电极都是恒定的 电压和电流电压和电流电压和电流电压和电流: : : :I IB B、、、、U UBEBE和和和和 I IC C、、、、U UCECE 。

( ( ( (I IB B、、、、U UBEBE) ) ) ) 和和和和( ( ( (I IC C、、、、U UCECE) ) ) )分别对应于输入、输出特分别对应于输入、输出特分别对应于输入、输出特分别对应于输入、输出特性曲线上的一个点，称为性曲线上的一个点，称为性曲线上的一个点，称为性曲线上的一个点，称为静态工作点静态工作点静态工作点静态工作点QIBUBEQUCEIC72对交流输入信号为零，只有直流信号（对交流输入信号为零，只有直流信号（VCC））开路开路开路开路+ VCCRBRCC1C2T直流通道直流通道+ VCCRBRC73（（1 1）根据直流通道估算）根据直流通道估算I IB BI IB BU UBEBER RB B称为称为偏置电阻偏置电阻，，I IB B称为称为偏偏置电流置电流 +V VCCCC直流通道直流通道R RB BR RC C( (一一) )静态工作点静态工作点- -估算法估算法74（（2）根据直流通道估算）根据直流通道估算UCE、、ICICUCE直流通道直流通道RBRCVccVcc75例：例：用估算法计算静态工作点用估算法计算静态工作点。

已知：已知：VCC=12V，，RC=4k ，，RB=300k ，， =37.5解：解：请注意电路中请注意电路中IB 和和IC 的数量级的数量级VCCRBRCC1C2T++RLui+–++– –uBEuCE– –iCiBiE76(二二) 用用图解法确定静态值图解法确定静态值用作图的方法确定静态值用作图的方法确定静态值用作图的方法确定静态值用作图的方法确定静态值步骤：步骤：步骤：步骤： 1. 1. 用估算法确定用估算法确定用估算法确定用估算法确定I IB B 2. 2. 由输出特性确定由输出特性确定由输出特性确定由输出特性确定I IC C 和和和和U UCECEUCE = UCC– ICRC +UCCRBRCT++– –UBEUCE–ICIB直流负载线方程直流负载线方程直流负载线方程直流负载线方程77(二二)用图解法确定静态值用图解法确定静态值 直流负载线斜率直流负载线斜率直流负载线斜率直流负载线斜率ICQUCEQUCCU UCECE =U=UCCCC–I–IC CR RC CUCE /VIC/mA直流负载线直流负载线Q由由IB确定的那确定的那条输出特性与条输出特性与直流负载线的直流负载线的交点就是交点就是Q点点O78UBEIB无输入信号无输入信号(ui = 0)时时: uo = 0uBE = UBEuCE = UCE？？有输入信号有输入信号有输入信号有输入信号( (u ui i ≠ 0)≠ 0)时时时时 uCE = UCC－－ iC RC uo   0uBE = UBE+ uiuCE = UCE+ uoIC三、三、共射放大电路的动态分析共射放大电路的动态分析+UCCRBRCC1C2T++ui+–uo+– –++– –uBEuCE– –iCiBiEuBEtOiBtOiCtOuCEtOuitOUCEuotO79结论：结论：(1) (1) 加上输入信号电压后，各电极电流的大小均发加上输入信号电压后，各电极电流的大小均发加上输入信号电压后，各电极电流的大小均发加上输入信号电压后，各电极电流的大小均发生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流生了变化，都在直流量的基础上叠加了一个交流量，但方向始终不变。

量，但方向始终不变量，但方向始终不变量，但方向始终不变集电极电流集电极电流直流分量直流分量交流分量交流分量动态分析动态分析iCtOiCtICOiCticO静态分析静态分析80结论：结论：(2) (2) 若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，若参数选取得当，输出电压可比输入电压大，若参数选取得当，输出电压可比输入电压大， 即电路具有电压放大作用即电路具有电压放大作用即电路具有电压放大作用即电路具有电压放大作用3) (3) 输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差输出电压与输入电压在相位上相差180°180°，，，， 即共发射极电路具有反相作用即共发射极电路具有反相作用即共发射极电路具有反相作用即共发射极电路具有反相作用uitOuotO81符号规定符号规定UA大写字母、大写下标，表示直流量大写字母、大写下标，表示直流量uA小写字母、大写下标，表示全量小写字母、大写下标，表示全量ua小写字母、小写下标，表示交流分量小写字母、小写下标，表示交流分量uAua全量全量交流分量交流分量tUA直流分量直流分量 82( (一一) )三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路( (小信号模型分析法小信号模型分析法) )(1)(1)输入回路输入回路i iB Bu uBEBE当信号很小时，将输入特性当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。

在小范围内近似线性 u uBEBE i iB B对输入的小交流信号而言，对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻三极管相当于电阻r rbebe三、 动态分析-微变等效电路法(小信号模型法)83r rbebe的量级从几百欧到几千欧的量级从几百欧到几千欧对于小功率三极管：对于小功率三极管：ibrbebe84(2) 输出回路输出回路所以：所以：结论结论: 输出端相当于一个受输出端相当于一个受ib 控制的电流源控制的电流源 ibceiCtOUCE /VIC/mAI IC C85ubeibuceicrbe ibibbce等等效效cbe(3) 三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路(小信号模型小信号模型)86( (二二) )放大电路的放大电路的微变等效电路微变等效电路(小信号模型小信号模型)交流通路的原则交流通路的原则:* 电容可忽略电容可忽略,以短路代替以短路代替 直流电源可认为是对地短路直流电源可认为是对地短路RBRCuiuORLRSes++–+––短路短路短路短路对地短路对地短路交流通路交流通路交流通路交流通路+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+– –++– –uBEuCE– –iCiBiE87交流通路交流通路R RB BR RC CR RL Lu ui iu uo ou ui ir rbebe i ib bi ib bi ii ii ic cu uo oR RB BR RC CR RL Lb bc ce e( (二二) )放大电路的放大电路的微变等效电路微变等效电路(小信号模型小信号模型)88r rbebeR RB BR RC CR RL L( (三三) )放大电路的性能指标放大电路的性能指标1.1.电压放大倍数电压放大倍数特点：特点：负载电阻越小，放大倍数越小。

负载电阻越小，放大倍数越小89输入电阻的定义：输入电阻的定义：是动态电阻是动态电阻2. 2. 输入电阻的计算输入电阻的计算r rbebeR RB BR RC CR RL L电路的输入电阻越大，从信号源取得的信号越大，电路的输入电阻越大，从信号源取得的信号越大，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻因此一般总是希望得到较大的的输入电阻90对于负载而言，放大电路相当于信号源，对于负载而言，放大电路相当于信号源，可以将它进行戴维宁等效，戴维宁等效电路的可以将它进行戴维宁等效，戴维宁等效电路的内阻就是输出电阻内阻就是输出电阻计算输出电阻的方法：计算输出电阻的方法： 所有独立电源置零，保留所有独立电源置零，保留受控源，加压求流法受控源，加压求流法3 3 输出电阻的计算输出电阻的计算91所以：所以：用加压求流法求输出电阻：用加压求流法求输出电阻：rbeRBRC0092动态分析图解法动态分析图解法动态分析图解法动态分析图解法QuCE/VttiB B/ AIBtiC C/mAICiB B/ AuBE/VtuBE/VUBEUCEiC C/mAuCE/VOOOOOOQicQ1Q2ibuiuoR RL L= = = =    由由由由u uo o和和和和u ui i的峰值（或峰峰值）的峰值（或峰峰值）的峰值（或峰峰值）的峰值（或峰峰值）之比可得放大电路之比可得放大电路之比可得放大电路之比可得放大电路的的的的电压放大倍数。

电压放大倍数电压放大倍数电压放大倍数93小结：+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+– –++– –uBEuCE– –iCiBiE 放大电路放大电路放大放大电路电路分析分析静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法94静态分析：静态分析：直流通道直流通道+ VCCRBRC+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+– –++– –uBEuCE– –iCiBiEIBICUCEUBE95交流通路交流通路R RB BR RC CR RL Lu ui iu uo ou ui ir rbebe i ib bi ib bi ii ii ic cu uo oR RB BR RC CR RL Lb bc ce e动态分析：动态分析：rori96在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入在放大电路中，输出信号应该成比例地放大输入信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号（即线性放大）；如果两者不成比例，则输出信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生信号不能反映输入信号的情况，放大电路产生非线非线性失真性失真。

为了得到尽量大的输出信号，要把为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交流设置在交流负载线的中间部分如果负载线的中间部分如果Q设置不合适，信号进入截设置不合适，信号进入截止区或饱和区，则造成非线性失真止区或饱和区，则造成非线性失真4. 非线性失真及其改善措施非线性失真及其改善措施97iCuCEuo可输出的可输出的最大不失最大不失真信号真信号选择静态工作点选择静态工作点ib98若若若若Q Q设置过高，设置过高，设置过高，设置过高， 晶体管进入饱晶体管进入饱晶体管进入饱晶体管进入饱和区工作，造成和区工作，造成和区工作，造成和区工作，造成饱和失真饱和失真饱和失真饱和失真Q2uo 适当减小基极适当减小基极适当减小基极适当减小基极电流可消除失真电流可消除失真电流可消除失真电流可消除失真UCEQuCE/VttiC C/mAICiC C/mAuCE/VOOOQ199若若若若Q Q设置过低，设置过低，设置过低，设置过低， 晶体管进入晶体管进入晶体管进入晶体管进入截止区工作，截止区工作，截止区工作，截止区工作，造成截止失真造成截止失真造成截止失真造成截止失真。

适当增加基适当增加基适当增加基适当增加基极电流可消除极电流可消除极电流可消除极电流可消除失真uiuotiB B/ AiB B/ AuBE/VtuBE/VUBEOOOuCE/VtiC C/mAuCE/VOOUCE 如果如果如果如果Q Q设置合适，设置合适，设置合适，设置合适，信号幅值过大信号幅值过大信号幅值过大信号幅值过大也可产生失真，也可产生失真，也可产生失真，也可产生失真，减小信号幅值减小信号幅值减小信号幅值减小信号幅值可消除失真可消除失真可消除失真可消除失真100Q点上移饱和失真点上移饱和失真: 注注意意：：对对于于PNP管管，，由由于于是是负负电电源源供供电电，，失失 真真 的的 表表 现现 形形 式式 ，， 与与N P N管管 正正 好好 相相 反反 3.3.波形的失真波形的失真由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真对于区而引起的非线性失真对于NPN管，输出管，输出电压表现为底部失真电压表现为底部失真由于放大电路的工作点达到了三极管的截止由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。

对于区而引起的非线性失真对于NPN管，输管，输出电压表现为顶部失真出电压表现为顶部失真Q点下移截止失真点下移截止失真:101分压式分压式(射极射极)偏置电路偏置电路RB1RCC1C2RB2CERERLI1I2IB++++UCCuiuo++––ICRSeS+–102RB+ECC1C2RERLuiuo§ 1.4..3 射极输出器射极输出器ui= ube+uo≈uo 1032.输入输出同相，输出电压跟随输入电压，输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称故称电压跟随器电压跟随器结论：结论：RB+ECC1C2RERLuiuoui= ube+uo≈uo 1.1043. 输入电阻大，输出电阻小输入电阻大，输出电阻小输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的输入电阻较大，作为前一级的负载，对前一级的放大倍数影响较小且取得的信号大放大倍数影响较小且取得的信号大射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强射极输出器的输出电阻很小，带负载能力强RB+ECC1C2RERLuiuorbeRERLRB共共集集电电极极放放大大电电路路b be ec c105耦合方式：耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。

直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合 耦合：耦合：即信号的传送即信号的传送§1.6 多级放大电路多级放大电路第一级第一级放大电路放大电路输输 入入 输输 出出第二级第二级放大电路放大电路第第 n 级级放大电路放大电路… …第第 n-1 级级放大电路放大电路功放级功放级u ui iu uo ou uo2o2u uo1o1多级放大电路对耦合电路要求：多级放大电路对耦合电路要求：1. 静态：保证各级静态：保证各级Q点设置点设置2. 动态动态: 不失真的传送信号，减少压降损失不失真的传送信号，减少压降损失106RB1C1C2RE1+++–RC2C3CE+++24V+–T1T21M 27k 82k 43k 7.5k 510 10k 阻容耦合多级放大电路阻容耦合多级放大电路107多级阻容耦合放大器的特点：多级阻容耦合放大器的特点：(1) 后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻2)前一级的输出电压是后一级的输入电压前一级的输出电压是后一级的输入电压3) 由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。

点相互独立，分别估算4)总电压放大倍数总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积各级放大倍数的乘积 (5) 总输入电阻总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻即为第一级的输入电阻ri1 6) 总输出电阻即为最后一级的输出电阻总输出电阻即为最后一级的输出电阻108电子技术电子技术第一章 结束模拟电路部分模拟电路部分109。