【正文】 ，集電結(jié)反偏。 三個重要的電流分配關(guān)系式： IE＝ IB＋ IC IC＝ β IB＋ ICEO≈ β IB IC＝ α IE＋ ICBO≈ α IE 晶體管的輸入特性和輸出特性 晶體管的輸入特性和輸出特性表明各電極之間電流與電壓的關(guān)系。其中 vCE=0V 的那一條相當于發(fā)射結(jié)的正向特性曲線。 2） 共射輸 出 特性： iC＝ f (uCE)︱ iB =常數(shù) 如 P25圖 所示 ，它是以 iB為參變量的一族特性曲線。 (2)共基直流放大系數(shù) ： ? =（ IC－ ICBO） /IE≈ IC/IE 顯然 ? 與 ? 之間有如下關(guān)系 ： ? = IC/IE=? IB/?1+? ?IB=? /?1+? ?(3)穿透電流ICEO： ICEO=（ 1+? ） ICBO；式中 ICBO 相當于集電結(jié)的反向飽和電流 。由于結(jié)電容的影響，當信號頻率增加時，三極管的 ? 將會下降。可見，當 IC＞ ICM時，并不表示三極管會損壞。 （ 3） 極間反向擊穿電壓 ：晶體管某一級開路時，另外兩個電極之間所允許加的最高反向電壓，即為 極間反向擊穿電壓，超過此值管子會發(fā)生擊穿現(xiàn)象。使用時 應保證三極管工作在安全區(qū)。 當溫度變化 1℃時， UBE大約下降 2～ ， UBE具有負溫度系數(shù)。用多媒體演示 FET 的結(jié)構(gòu)原理、輸出與轉(zhuǎn)移特性等，便于學生理解和掌握。 每一類又有 N 溝道和 P 溝道兩種類型。 P 型半導體稱為襯底，用符號 B 表示。 工作條件 UGS UGS(th) 時，柵極下 P 型半導體表面形成 N 型導電溝道 (反型層 )，若 D、 S 間加上正向電壓后可產(chǎn)生漏極電流 ID。 可見，對于 N 溝道增強型 MOS 管， 柵源電壓 VGS對導電 溝道 有控制作用，即 UGS UGS(th)時，才能形成導電溝道 將漏極和源極溝通。 N 溝道耗盡型 MOSFET N 溝道耗盡型 MOSFET 是在柵極下方的 SiO2 絕緣層中摻入了大量的金屬正離子，所以當UGS=0 時， 這些正離子已經(jīng)感應出反型層，形成了溝道。 UGS＜ 0 時，隨著 UGS的減小漏極電流逐漸減小，直至 ID=0。 以增強型 N 溝 MOSFET 為例， 輸出特性： iD＝ f (uDS)︱ UGS =常數(shù) 反映 UGS＞ UGS(th) 且固定為某一值時， UDS對 ID 的影響； 轉(zhuǎn)移特性： iD＝ f (uGS)︱ UDS =常數(shù) 反映 UGS對漏極電流的控制關(guān)系； 輸出特性和轉(zhuǎn)移特性反映了場效應管工作的同一物理過程，因此，轉(zhuǎn)移特性可以從輸出特性上用作圖法一一對應地求出。 （ 2）夾斷電壓 UGS(off)： 夾斷電壓是耗盡型 FET 的參數(shù)，當 UGS=UGS(off) 時，漏極電流為零。 交流參數(shù) （ 1）低頻跨導 gm： 低頻跨導反映了柵壓對漏極電流的控制作用，這一點與電子管的控制作用十分相像。在高頻電路中，應考慮極間電容的影響。 場效應管 FET 與晶體管 BJT 的比較 1） FET 是另一種半導體器件，在 FET 中只是多子參與導電，故稱為單極型三極管；而普通三極管參與導電的既有多數(shù)載流子，也有少數(shù)載流子，故稱為雙極型三極管（ BJT）。高輸入電阻是 FET 的突出優(yōu)點。在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中應用極為廣泛。載流子有兩種有序運動：因濃度差異而產(chǎn)生的運動稱為擴散運動，因電位差而產(chǎn)生的運動稱為漂移運動。二極管加正向電壓時，產(chǎn)生擴散電流，電流與電壓成指數(shù)關(guān)系；加反向電壓時，產(chǎn)生漂移電流，其數(shù)值很小，體現(xiàn)出單向?qū)щ娦浴? 晶體管 晶體管具有電流放大作用 。晶體管有截止、放大、飽和三個工作區(qū)域，學習時應特別注意使管子工作在不同工作區(qū)的外部條件。輸出特性曲線描述 GSU 、 DSU 和 DI 三者之間的關(guān)系。例如，晶體管的輸入特 性與二極管的伏安特性相似；二極管的反向特性（特別是光電二極管在第三象限的反向特性）與晶體管的輸出特性相似，而場效應管與晶體管的輸出特性也相似。三極管的低頻小信號模型。然后介紹由 FET 構(gòu)成的共源、共漏和共柵放大電路的靜態(tài)和動態(tài)分析、特點和應用場合。 第五講 放大電路的主要性能指標及基本共射放大電路組成原理 本 講重點 放大的本質(zhì)； 放大電路工作原理及靜態(tài)工作點的作用； 利用放大電路的組成原則判斷放大電路能否正常工作； 本講難點 放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置方法； 利用放大電路的組成原則判斷放大電路能否正常工作； 教學組織過程 本講以教師講授為主。放大電路放大的本質(zhì)是在輸入信號的 作用下，通過有源元件（ BJT 或 FET）對直流電源的能量進行控制和轉(zhuǎn)換，使負載從電源中獲得輸出信號的能量，比信號源向放大電路提供的能量大的多。 電路的主要性能指標 1） 輸入電阻 iR ：從輸入端看進去的等效電阻，反映放大電路從信號源索取電流的大小。根據(jù)放大電路輸入量和輸出量為電壓或電流的不同，有四種不同的放大倍數(shù)：電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)、互阻放大倍數(shù)和互導放大倍數(shù)。 5）上限頻率、下限頻率和通頻帶：由于放大電路中存在電感、電容及半導體器件結(jié)電容，在輸入信號頻率較低或較高時，放大倍數(shù)的幅值會下降并產(chǎn)生相移。 下限 頻率 fL（或稱為下限截止頻率）：在信號頻率上升到一定程度時，放大倍數(shù)的數(shù)值等于中頻段的 倍時的頻率值即為上限頻率。 ? 為直流電源能量的利用率。 2）阻容耦合共射放大電路：信號源與放大電路、放大電路與負載之間均通過耦合電容相連。 （ 2）集電極負載電阻 RC —— 將變化的集電極電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出。 靜態(tài)工作點設(shè)置的必要性 對放大電路的基本要求一是不失真，二是能放大。 基本共射放大電路的工作原理及波形分析 對于基本放大電路，只有設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，使交流信號馱載在直流分量之上，以保證晶體管在輸入信號的整個周期內(nèi)始終工作在放大狀態(tài)，輸出電壓波形才不會產(chǎn)生非線性失真。 2）在輸入回路加入 ui 應能引起 uBE 的變化 ,從而引起 iB和 iC的變化。 主要內(nèi)容 直流通路、交流通路及其畫法 （ 1）直流通路： 在直流電源的作用下，直流電流流經(jīng)的通路，用于求解靜態(tài)工作點 Q的值?？捎霉浪惴ɑ驁D解法求解。 放大電路的分析應遵循“先靜態(tài)，后動態(tài)”。飽和失真是由于放大電路中三極管工作在飽和區(qū)而引起的非線性失真。由直流通路確定的負載線為直 流 負 載 線 ； 由 交 流 通 路 確 定 的 負 載 線 為 交 流 負 載 線 ， 可 通 過 Q 、B? ?0),//( LcCQC E Q RRIU ? 兩點作出。 等效電路法求解靜態(tài)工作點 即利用直流通路估算靜態(tài)工作點 BEQU 、 BQI 、 CQI 和 CEQU 。 3 eh21 ： 在小信號作用時，表示晶體管在 Q 點附近的的電流放大系數(shù) ? 。 注意： h 參數(shù)都是小信號參數(shù)，即微變參數(shù)或交流參數(shù)。 舉例：如 P86 例 圖 所示放大電路靜態(tài)工作點的求解和性能指標計算。實際上，電源電壓的波動、元件老化以及因溫度變化 所引起的晶體管參數(shù)變化，都會造成靜態(tài)工作點的不穩(wěn)定，從而使動態(tài)參數(shù)不穩(wěn)定，有時甚至造成電路無法正常工作。 硅管的 CBOI 小，受溫度影響小，故其 β 和 BEU 受溫度影響是主要的； 鍺管的 CBOI 大，受溫度影響是主要的。 （ 1）溫度補償； （ 2）直流負反饋； （ 3）集成電路中采用恒流源偏置技術(shù)； 典型靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路 —— 分壓式偏置電路的分析 1） Q 點穩(wěn)定原理 分壓偏置電路如 P90 圖 所示。可見，在 Q 點穩(wěn)定過程中， eR 作為負反饋電阻起著重要的作用。畫放大電路的微變等效電路時，要特別注意射極電阻有無被射極旁路電容旁路，正確畫出“交流地”的位置，根據(jù)實際電路進行計算即可。 主要內(nèi)容 三極管 放大電路 的基本接法 三極管 放大電路 的基本接法亦稱為基本組態(tài)，有共射（包括工作點穩(wěn)定電路）、共基和共集三種。 共集放大電路的組成及靜態(tài)和動態(tài)分析 1） 共集放大電路的組成 共集放大電路亦稱為射極輸出器如 P92 圖 （ a）所示，為了保證晶體管工作在放大區(qū)，在晶體管的 輸入回路， bR 、 eR 與 VCC共同確定合適的靜態(tài)基極電流；晶體管輸出回路中，電源 VCC，提供集電極電流和輸出電流，并與 eR 配合提供合適的管壓降 UCE 。 （ 1）列放大電路輸入回路電壓方程可求得 EQI ； （ 2）根據(jù)放大區(qū)三極管電流方程 ???1 EQBQII 可求得 BQI ； （ 3）列放大電路輸出回路電壓方程可求得 CEQU ； 2）共基放大電路的動態(tài)分析 共基放大電路的動態(tài)分析方法 與共射電路基本相同，只是由于 共基放大電路的“交流地”是基極 ，一般習慣將“地”畫在下方，所以微變等效電路的畫法略有不同。共基放大電路只有電壓放大作用而沒有電流放大作用，輸入電阻小，高頻特性好，適用于寬頻帶放大電路。 主要內(nèi)容 場效應管放大電路的三種接法 場效應管的三個電極源極、柵極和漏極與晶體管的三個電極發(fā)射極、基極和集電極相對應，因此在組成電路時也有三種接法：共源放大電路、共柵放大電路和共漏放大電路。 JFET 必須反極性偏置，即 UGS與 UDS極性相反； 增強型 MOSFET 的 UGS與 UDS必須同極性偏置； 耗盡型 MOSFET 的 UGS可正偏、零偏或反偏。靜態(tài)分析時只須計算三個參數(shù)： UGSQ、 IDQ和 UDSQ 即可，下面分別舉例說明。 ②根據(jù)負載線與 UGS為不同值的各條輸出特性曲線的交點為坐標，可在 iD ~uGS坐標平面上作出 iD=f (uGS)曲線，（動態(tài)轉(zhuǎn)移特性曲線） ③列輸入直流負載線方程： UGS=－ IDRs 在轉(zhuǎn)移特性曲線平面上，作出輸入回路的直流負載線，它通過原點，斜率為 1sR? 。該電路利用電阻對電源 VDD進行分壓，從而給柵極提供固定的偏置電壓： DDgg gAG VRRRUU ????211 源極對地的電壓和自偏置時一樣： VS=ISRs 因此柵源極間偏置電壓由上述兩部分所構(gòu)成 sSDDgg gSGGS RIVRRRVVU ??????211 （ 1）估算法 由直流通路 輸入回路電壓方程： DDgggAGQ VRR RUU ????211 和 SDQSQ RIU ? 得： SDQDDgggG S Q RIVRR RU ????211 增強型 FET 的電流方程： 2)(1???????? ??thGSGSQDODQ UUII 聯(lián)解上述兩式并舍去不合理的一組解，可求得 GSQU 和 DQI 。與雙極型三極管相比，輸入電阻無窮大，相當于開路。 mg 是輸出回路電流與輸入回路電壓之比，故稱為跨導，其量綱為電導。 VCCS 的電流源 gsmVg ? s 還并聯(lián)了一個輸出電阻 rds，在BJT 的簡化模型中，因輸出電阻很大視為開路，在此可暫時保留。 第十講 多級放大電路 本講重點 多級放大電路的耦合方式及其特點、直接耦合放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置； 兩級阻容耦 合電路的動態(tài)分析； 本講難點 直接耦合放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置； 多級放大電路的動態(tài)分析方法； 教學組織過程 本講以教師講授為主。這時 ，就可以選擇多個基本放大電路，并將它們合理連接，從而構(gòu)成多級放大電路。但直接耦合電路各級靜態(tài)工作點之間會相互影響，應注意靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題。 采用變壓器耦合也可以隔除直流，傳遞一定頻率的交流信號，各放大級的 Q 互相獨立。 4）光 電 耦合：以光信號為媒介來實現(xiàn)電信號的耦合與傳遞。 由于集電極電位逐級升高，以至于接近電源電壓，從而使后級無法設(shè)置正確的工作點。 但電流源交流電阻大，在 R1 上的信號損失相對較小，從而保證信號的有效傳遞。 2）產(chǎn)生零點漂移的原因： 電路中參數(shù)變化， 如電源電壓波動、元件老化、半導體元件參數(shù)隨溫度而變化。例如 ?V/?C 或 ?V/min。 多級放大電路的動態(tài)分析 多級放大電路的總電壓放大倍數(shù)等于組成它的各級放大電路電壓放大倍數(shù)的乘積，即unuuu AAAA ????? 21? ，其輸入電阻是第一級的輸入電阻，輸出電阻是末級的輸出電阻。同時提高同學們實際選用半導體器件、設(shè)計與使用放大電路的能力，培養(yǎng)學生的自學能力，我們特地安排這次習題課。放大的本質(zhì)是在輸入信號的作用下，通過有源元件（晶體管或場效應管）對直流電源的能量進行控制和轉(zhuǎn)換，使負載從電源中獲得的輸出信號能量，比信號源向放大電路提供的能量大得多，因此放大的特征是功率放大。 放大電路的分析方法 1）靜態(tài)分析就是求解靜態(tài)工作點 Q，在輸入信號為零時，晶體管和場效應管各電極間的電流與電壓就是 Q 點。利用圖解法分析 omU 和失真情況。共集放大電路只放大電流不放大電壓，因輸入電阻高而常做為多級放大電路的輸入級，因輸出電阻低而常做為多級放大電路的輸出級，因電壓放大倍數(shù)接近 1 而用于信號