【文章內(nèi)容簡介】 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。 gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取，單位是 mS(毫西門子 )。 （ 2）級間電容： FET 的三個電極間均存在極間電容。通常 Cgs和 Cgd約為 1～ 3pF,而 Cds約為 ～ 1pF。在高頻電路中，應考慮極間電容的影響。 極限參數(shù) （ 1）最大漏極電流 IDM：是 FET 正常工作時 漏極電流 的上限值。 （ 2）漏 源擊穿電壓 U(BR)DS： FET 進入恒流區(qū)后，使 iD驟然增大的 uDS值稱為漏— 源擊穿電壓， uDS超過此值會使管子燒壞。 （ 3）最大耗散功率 PDM： 可由 PDM= VDS ID 決定，與雙極型三極管的 PCM相當。 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）。由于少數(shù)載流子的濃度易受溫度影響，因此，在溫度穩(wěn)定性、低噪聲等方面 FET 優(yōu)于 BJT。 2） BJT 是電流控制器件，通過控制基極電流達到控制輸出電流的目的。因此，基極總有一定的電流， 故 BJT 的輸入電阻較低； FET 是電壓控制器件，其輸出電流取決于柵源間的電壓，柵極幾乎不取用電流，因此， FET 的輸入電阻很高，可以達到 109～１ 014Ω。高輸入電阻是 FET 的突出優(yōu)點。 3） FET 的漏極和源極可以互換使用，耗盡型 MOS 管的柵極電壓可正可負，因而 FET 放大電路的構(gòu)成比 BJT 放大電路靈活。 4） FET 和 BJT 都可以用于放大或作可控開關(guān)。但 FET 還可以作為壓控電阻使用，可以在微電流、低電壓條件下工作，且便于集成。在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中應用極為廣泛。 本章小節(jié) 本章首先介紹了半導體的基礎(chǔ)知識，然 后闡述了半導體二極管、晶體管（ BJT）和場效應管（ FET）的工作原理、特性曲線和主要參數(shù)?，F(xiàn)將各部分歸納如下： 雜質(zhì)半導體與 PN 結(jié) 本征半導體中摻入不同的雜質(zhì)就形成 N 型半導體和 P 型半導體，控制摻入雜質(zhì)的多少就可以有效地改變其導電性能，從而實現(xiàn)導電性能的可控性。半導體中有兩種載流子：自由電子與空穴。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。將兩種雜質(zhì)半導體制作在同一塊硅片（或鍺片）上，在它們的交界面處，上述兩種運動達到動態(tài)平衡，從而形成 PN 結(jié)。正確理解 PN 結(jié)單向?qū)щ娦浴⒎聪驌舸┨匦?、溫度特性和電容效應，有利于了解半導體二極管、晶體管和場效應管等電子器件的特性和參數(shù)。 半導體二極管 一個 PN 結(jié)經(jīng)封裝并引出電極后就構(gòu)成二極管。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?。FI 、 RI 、 RU 和 Mf 是二極管的主要參數(shù)。 特殊二極管與普通二極管一樣，具有單向?qū)щ娦?。利?PN 結(jié)擊穿時的特性可制成穩(wěn)壓二極管，利用發(fā)光材料可制成發(fā)光二極管，利用 PN 結(jié)的光敏性可制成光電二極管。 晶體管 晶體管具有電流放大作用 。當發(fā)射結(jié)正向偏置而集電結(jié)反向偏置時，從發(fā)射區(qū)注入到基區(qū)的非平衡少子中僅有很少部分與基區(qū)的多子復合，形成基極電流，而大部分在集電結(jié)外電 場作用下形成漂移電流 CI ，體現(xiàn)出 BI （或 EI 、 BEU ）對 CI 的控制作用。此時，可將 CI 看成為電流 BI 控制的電流源。晶體管的輸入特性和輸出特性表明各極之間電流與電壓的關(guān)系，β、α、 CBOI ( CEOI )、 CMI 、 CEOBRU )( 、 CMP 和 Tf 是它的主要參數(shù)。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。 場效應管 場效應管分為結(jié)型和絕緣柵型兩種類型，每種類型均分為兩種不同的溝道： N 溝 道和 P溝道，而 MOS 管又分為增強型和耗盡型兩種形式。 場效應管工作在恒流區(qū)時，利用柵一源之間外加電壓所產(chǎn)生的電場來改變導電溝道的寬窄，從而控制多子漂移運動所產(chǎn)生的漏極電流 DI 。此時，可將 DI 看成電壓 GSU 控制的電流源，轉(zhuǎn)移特性曲線描述了這種控制關(guān)系。輸出特性曲線描述 GSU 、 DSU 和 DI 三者之間的關(guān)系。 mg 、 )(thGSU 或 )(offGSU 、 DSSI 、 DMI 、 DMP 和極間電容是它的主要參數(shù)。和晶體管相類似，場效應管有夾斷區(qū)（即截止區(qū)）、恒流區(qū)（即線性區(qū)）和可變電阻區(qū)三個工作區(qū)域。 盡管各種半導體器件的工作原理不盡相同，但在外特性上卻有不少相同之處。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。 第二章 基本放大電路 本章主要內(nèi)容 本章重點講述基本放大電路的組成原理和分析方法，分別由 BJT和 FET組成的三種組態(tài)基本放大電路的特點和應用場合。多級放大電路的耦合方式和分析方法。 首先介紹基本放大電路的組成原則。三極管的低頻小信號模型。固定偏置共射放大電路的圖解法和等效電路法靜態(tài)和動態(tài)分析，最 大不失真輸出電壓和波形失真分析。分壓式偏置共射放大電路的分析以及穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法。共集和共基放大電路的分析，由 BJT構(gòu)成的三種組態(tài)放大電路的特點和應用場合。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。最后介紹多級放大電路的兩種耦合方式、直接耦合多級放大電路的靜態(tài)偏置以及多級放大電路的靜態(tài)和動態(tài)分析。通過習題課掌握放大電路的靜態(tài)偏置方法和性能指標的分析計算方法。 學時分配 本章有七講，每講兩個學時。 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。用多媒體演示放大電路的組成原理、信號傳輸過程和設(shè)置合適 Q點的必要性等，便于學生理解和掌握。 判斷放大電路能否正常工作舉例 可以啟發(fā)討論。 主要內(nèi)容 放大的概念 在電子電路中，放大的對象是變化量，常用的測試信號是正弦波。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。因此，電子電路放大的基本特征是功率放大，表現(xiàn)為輸出電壓大于輸入電壓，輸出電流大于輸入電流，或者二者兼而有之。 在放大電路中必須存在能夠控制能量的元件，即有源元件，如 BJT 和 FET 等。放大的前提是不失真，只有在不失真的情況下放大才有意義。 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。 2） 輸出電阻 oR ：從輸出端看進去的等效輸 出信號源的內(nèi)阻，說明放大電路帶負載的能力。 3） 放大倍數(shù)（或增益）：輸出變化量幅值與輸入變化量幅值之比?；蚨叩恼医涣髦抵龋靡院饬侩娐返姆糯竽芰?。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)。 電壓放大倍數(shù)定義為： iouuuUUAA?????? 電流放大倍數(shù)定義為： ioiiiIIAA?????? 互阻放大倍數(shù)定義為： iouiIUA???? 互導放大倍數(shù)定義為： ????ioiuUIA 注意：放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻通常都是在正弦信號下的交流參數(shù)，只有在放大電路處于放大狀態(tài)且輸出不失真 的條件下才有意義。 4） 最大不失真輸出電壓：未產(chǎn)生截止失真和飽和失真時，最大輸出信號的正弦有效值或峰值。一般用有效值 UOM表示；也可以用峰 — 峰值 UOPP 表示。 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。一般，放大電路只適合于放大某一特定頻率范圍內(nèi)的信號。如 P75 圖 所示。 上限頻率 fH（或稱為上限截止頻率）：在信號頻率下降到一定程度時，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。 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。 通頻帶 fBW： fBW = fH fL 通頻帶越寬，表明放大電路對不同頻率信號的適應能力越強。 6）最大輸出功率 POM與效率 ? ： POM是 在輸出信號基本不失真的情況下，負載能夠從放大電路獲得的最大功率，是負載從直流電源獲得的信號功率。此時，輸出電壓達到最大不失真輸出電壓。 ? 為直流電源能量的利用率。 VOMPP?? 式中 vp 為電源消耗的功率 7）非線性失真系數(shù) D：在某一正弦信號輸入下， 輸出波形因放大器件的非線性特性而產(chǎn)生失真，其諧波分量的總有效值與基波分 量之比。即 %10012322 ????AAAD ?，式中： 1A 為基波幅值， 2A 、 3A … 為各次諧波幅值； 兩種常見的共射放大電路 組成及各部分作用 1）直接耦合共射放大電路：信號源與放大電路、放大電路與負載之間均直接相連。適合于放大直流信號和變化緩慢的交流信號。 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。不能放大直流信號和變化緩慢的交流信號；只能放大某一頻段范圍的信號。如 P72 圖 所示。 3）放大電路中元件及作用 （ 1）三極管 T —— 起放大作用。 （ 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。 （ 3）偏置電路 VCC， Rb—— 使三極管工作在放大區(qū)， VCC還為輸出提供能量。 （ 4）耦合電容 C1， C2—— 輸入電容 C1保證信號加到發(fā)射結(jié)，不影響發(fā)射結(jié)偏置。輸出電容 C2保證信號輸送到負載，不影響集電結(jié)偏置。 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。只有保證在交流信號的整個周期內(nèi)三極管均處于放大狀態(tài)，輸出信號才不會產(chǎn)生失真。故需要設(shè)置合適的靜態(tài)工作點。 Q 點不僅電路是否會產(chǎn)生失真，而且 影響放大電路幾乎所有的動態(tài)參數(shù)。 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。波形分析見 P74 圖 所示。 基本共射放大電路的電壓放大作用是利用晶體管的電流放大作用，并依靠將電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化來實現(xiàn)的。 放大電路的組成原則 1）為了使 BJT 工作于放大區(qū)、 FET 工作于恒流區(qū) ,必須給放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，以保證放大電路不失真。 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。 3）輸出回路的接法應當使 iC盡可能多地流到負載 RL 中去 ,或者說應將集電極電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化送到輸出端。 第六講 放大電路的基本分析方法 本講重點 基本放大電路靜態(tài)工作點的估算； BJT 的 h 參數(shù)等效模型及放大電路輸入電阻、輸出電阻與電壓放大倍數(shù)的計算； 本講難點 放大電路的微變等效電路的畫法 ； 放大電路輸入電阻、輸出電阻與電壓放大倍數(shù)的計算； 教學組織過程 本講以教師講授為主。用多媒體演示圖解法求 Q 點、 OMU 及分析非線形失真；用直流通路估算 Q 點； BJT的 h 參數(shù)模型建立、 微變等效電路的畫法及動態(tài)參數(shù)計算 等，便于學生理解和掌握。 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。 （ 2）直流通路的畫法：電容視為開路、電感視為短路；信號源視為短路，但應保留內(nèi)阻。 （ 3）交流通路： 在輸入信號作用下，交流信號流經(jīng)的通路，用于研究和求解動態(tài)參數(shù)。 （ 4）交流通路的畫法：耦合電容視為短路；無內(nèi)阻直流電源視為短路； 放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析 （ 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， BJT 或 FET 各電極間的電流和電壓就是 Q 點?？捎霉浪惴ɑ驁D解法求解。 （ 2）動態(tài)分析就是求解各動態(tài)參數(shù)和分析輸出波形。通常，利用三極管 h 參數(shù)等效模型畫出放大電路在小信號作用下的微變等效電路，并進而計算 輸入電阻、輸出電阻與電壓放大倍數(shù)?；蚶?