【導(dǎo)讀】作狀態(tài)或工作區(qū)的分析。首先介紹構(gòu)成PN結(jié)的半導(dǎo)體材料、PN結(jié)的形成及其特點(diǎn)。管、穩(wěn)壓管的伏安特性、電路模型和主要參數(shù)以及應(yīng)用舉例。本章分為4講，每講2學(xué)時(shí)。用多媒體演示半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)、導(dǎo)電機(jī)理、PN結(jié)的形成過程及其伏。安特性等，便于學(xué)生理解和掌握。度要達(dá)到%，常稱為“九個(gè)9”，它在物理結(jié)構(gòu)上為共價(jià)鍵、呈單晶體形態(tài)。熱力學(xué)溫度零度和沒有外界激發(fā)時(shí),本征半導(dǎo)體不導(dǎo)電。價(jià)電子能量增高，有的價(jià)電子可以掙脫原子核的束縛而參與導(dǎo)電，成為自由電子。因熱激發(fā)而出現(xiàn)的自由電子和空穴是同時(shí)成對出現(xiàn)的，稱為。止，呈現(xiàn)高電阻，流過μA級電流，相當(dāng)于開關(guān)斷開。PN結(jié)表現(xiàn)出截然不同的導(dǎo)電性能。PN結(jié)加正向電壓時(shí)，呈現(xiàn)低電阻，具有較大的正向擴(kuò)散電流；PN結(jié)加反向電壓時(shí)，其電流不加以限制，都可能造成PN結(jié)的永久性損壞。當(dāng)溫度升高時(shí)，PN結(jié)的反向電流增大，正向?qū)妷簻p小。這也是半導(dǎo)體器件熱穩(wěn)定

　　

【正文】 (Rd+Rs) 在 JFET 的輸出特性曲線上作出直流負(fù)載線，與晶體管類似，直流負(fù)載線與橫軸交點(diǎn)為VDD，縱軸交點(diǎn)為 DDdsVRR? ，斜率為 sd RR ?? 1 。 ②根據(jù)負(fù)載線與 UGS為不同值的各條輸出特性曲線的交點(diǎn)為坐標(biāo)，可在 iD ~uGS坐標(biāo)平面上作出 iD=f (uGS)曲線，（動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移特性曲線） ③列輸入直流負(fù)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(fù)載線，它通過原點(diǎn)，斜率為 1sR? 。 顯然，靜態(tài)的 UGS 與 IS 既要滿足動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移特性曲線所確定的約束關(guān)系，又要滿足輸入回路直流負(fù)載線所確定的約束關(guān)系，因此靜態(tài)工作點(diǎn)位于兩條線的交點(diǎn) Q。在圖 （ a）和（ b）圖上讀出 Q 點(diǎn)的值（ UGSQ、 IDQ和 UDSQ）。 2）增強(qiáng)型 FET 分壓式偏置電路 增強(qiáng)型 FET 分壓式偏置電路如圖 所示。該電路利用電阻對電源 VDD進(jìn)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(shí)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(qiáng)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 。 列輸出回路電壓方程求得 )( sdDQDDDS Q RRIVU ??? （ 2）圖解法 ① 作出動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn) 移特性曲線； ② 作出輸入回路的直流負(fù)載線，它與橫越軸交于 DDggg VRR R ??211，縱軸交于 sggDDg RRR VR )(211??， 斜率為 1sR? 。 顯然，動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)移特性曲線與負(fù)載線的交點(diǎn) Q 即為該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。 FET 低頻小信號等效模型 將 FET 看成一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，柵極與源極之間為輸入端口，漏極與源極之間為輸出端口。與雙極型三極管相比，輸入電阻無窮大，相當(dāng)于開路。 VCCS 的電流源 gsmVg ? s還并聯(lián)了一個(gè)輸出電阻 rds，在雙極型三極管的簡化模型中，因輸出電阻 cer 很大可視為開路，在此可暫時(shí)保留。其它部分與雙極型三極管放大電路情況一樣。 MOS 管小信號工作時(shí)的電壓方程為： dsdsgsmd UrUgI ???1 式中， mg 為 DSQDS UU ? 那條轉(zhuǎn)移特性曲線上 Q 點(diǎn)處的導(dǎo)數(shù)，即以 Q 點(diǎn)為切點(diǎn)的切線的斜率。 mg 是輸出回路電流與輸入回路電壓之比，故稱為跨導(dǎo)，其量綱為電導(dǎo)?？赏ㄟ^對MOS 管電流方程求導(dǎo)，得出 mg 的表達(dá)式。 MOS 管低頻小信號模型如 P48 圖 所示。 共源、共漏和共柵放大電路的動(dòng)態(tài)分析 將 FET 的小信號等效模型代入放大電路的交流通路中 畫出微變等效電路，與 BJT 相比，F(xiàn)ET 輸入電阻無窮大，相當(dāng)開路。 VCCS 的電流源 gsmVg ? s 還并聯(lián)了一個(gè)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(shí)保留。其它部分與雙極 型三極管放大電路情況 基本一致。 場效應(yīng)管放大電路的特點(diǎn) FET 放大電路與 BJT 放大電路相比，最突出的優(yōu)點(diǎn)是可以組成高輸入電阻的放大電路，此外，由于它還有噪聲低、溫度穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、便于集成等特點(diǎn)，廣泛用于各種電子電路中。 場效應(yīng)管放大電路的共源接法、共漏接法與晶體管放大電路的共射、共集接法相對應(yīng)，但比晶體管電路輸入電阻高、噪聲系數(shù)低、電壓放大倍數(shù)小，適用于做電壓放大電路的輸入級。 第十講 多級放大電路 本講重點(diǎn) 多級放大電路的耦合方式及其特點(diǎn)、直接耦合放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置； 兩級阻容耦 合電路的動(dòng)態(tài)分析； 本講難點(diǎn) 直接耦合放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置； 多級放大電路的動(dòng)態(tài)分析方法； 教學(xué)組織過程 本講以教師講授為主。用多媒體演示 直接耦合放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置、兩級阻容耦合電路的動(dòng)態(tài)分析方法 等，便于學(xué)生理解和掌握。啟發(fā)討論 多級放大電路的耦合方式及其特點(diǎn) 。 主要內(nèi)容 單管放大電路的局限性和多級放大電路的提出 在實(shí)際應(yīng)用中，一般對放大電路的性能有多方面的要求：如輸入電阻大于 2MΩ、電壓放大倍數(shù)大于 20輸出電阻小于 100Ω等，依靠單管放大電路的任何一種，都不可能同時(shí) 滿足要求。這時(shí) ，就可以選擇多個(gè)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。 組成多級放大電路的每一個(gè)基本單管放大電路稱為一級，級與級之間的連接稱為級間耦合。 多級放大電路的基本耦合方式及其特點(diǎn) 1）直接耦合： 耦合電路采用直接連接或電阻連接，不采用電抗性元件 。直接耦合 放大電路存在溫度漂移問題，但因其低頻特性好，能夠放大變化緩慢的信號且便于集成，而得到越來越廣泛的應(yīng)用。但直接耦合電路各級靜態(tài)工作點(diǎn)之間會(huì)相互影響，應(yīng)注意靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定問題。 2）阻容耦合： 將放大電路前一級的輸出端通過電容接到后一級的輸入端。 阻容 耦合放大電路利用耦合電容隔離直流，較好地解決了溫漂問題，但其低頻特性差，不便于集成，因此僅在分立元件電路中采用。 3）變壓器耦合： 將放大電路前一級的輸出端通過變壓器接到后一級的輸入端或負(fù)載電阻上。 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(dú)立。但 低頻特性差，不便于集成。 變壓器耦合的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)輸出級與負(fù)載的阻抗匹配，以獲得有效的功率傳輸。 常用作調(diào)諧放大電路或輸出功率很大的功率放大電路。 4）光 電 耦合：以光信號為媒介來實(shí)現(xiàn)電信號的耦合與傳遞。 光 電 耦合放大電路利用光電耦合器將信號 源與輸出回路隔離，兩部分可采用獨(dú)立電源且分別接不同的“地”，因而，即使是遠(yuǎn)距離傳輸，也可以避免各種電干擾。 直接耦合多級放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置 直接耦合或電阻耦合使各放大級的工作點(diǎn)互相影響，這是構(gòu)成直接耦合多級放大電路時(shí)首先要加以解決的問題 。 (1)電位移動(dòng)直接耦合放大電路 如果將基本放大電路去掉耦合電容，前后級直接連接，則 VC1=VB2 ， VC2 = VB2+ VCB2＞VB2（ VC1） 這樣，集電極電位就要逐級提高，為此后面的放大級要加入較大的發(fā)射極電阻 或在后級的發(fā)射極加穩(wěn)壓管，如 P108 圖 所示。 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(diǎn)。這種方式只適用于級數(shù)較少的電路 。 (2)NPN+PNP 組合電平移動(dòng)直接耦合放大電路 級間采用 NPN 管和 PNP 管搭配的方式，由于 NPN 管集電極電位高于基極電位， PNP管集電極電位低于基極電位，它們的組合使用可避免集電極電位的逐級升高，如 P109圖 所示。 (3)電流源電平移動(dòng)放大電路 在模擬集成電路中常采用一種電流源電平移動(dòng)電路，電流源在電路中的作用實(shí)際上是個(gè)有源負(fù)載，其上的直流壓降小，通過 R1 上的壓降可實(shí)現(xiàn)直流電平移動(dòng)。 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。同時(shí)，輸出端的直流電平并不高，實(shí)現(xiàn)了直流電平的合理移動(dòng) 。如圖 所示。 直接耦合多級放大電路的 零點(diǎn)漂移問題 1）零點(diǎn)漂移： 當(dāng)放大器的輸入信號 0?iu 時(shí)，其輸出電壓 ou 往往不為常數(shù)，或者 三極管的工作點(diǎn)隨時(shí)間而逐漸偏離原有靜態(tài)值的現(xiàn)象。 2）產(chǎn)生零點(diǎn)漂移的原因： 電路中參數(shù)變化， 如電源電壓波動(dòng)、元件老化、半導(dǎo)體元件參數(shù)隨溫度而變化。其中 主要原因是溫度的影響，所以有時(shí)也用溫度漂移或時(shí)間漂移來表示。工作點(diǎn)參數(shù)的變化往往由相應(yīng)的指標(biāo)來衡量 。 一般將 在一定時(shí)間內(nèi)，或一定溫度變化范圍內(nèi)的輸出級工作點(diǎn)的變化值除以放大倍數(shù)，即 將輸出級的漂移值歸算到輸入級來表示的。例如 ?V/?C 或 ?V/min。 多級放大電路的靜態(tài)分析 1）直接耦合放大電路的靜態(tài)分析 直接耦合放大電路各級之間的直流通路相連，靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，因而在求解 Q 點(diǎn)時(shí)，應(yīng)寫出直流通路中各個(gè)回路的方程，然后求解。使用各種計(jì)算機(jī)輔助分析軟件可使電路設(shè)計(jì)和 Q 點(diǎn)的求解過程大大簡化。 2）阻容耦合多級放大電路的靜態(tài)分析 阻容耦合多級放大電路中，由于級間耦合電容的隔直作用，所以，每一 級 Q 點(diǎn)都可以按單管放大電路求解。 多級放大電路的動(dòng)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。在求解某一級電壓放大倍數(shù)時(shí)， 有兩種處理方法： 一是將后一級的輸入電阻作為前一級的負(fù)載考慮 （后級的 Ri 就是前級的 LR ）， 簡稱輸入電阻法； 二是將后一級與前一級之間開路，計(jì)算前一級的開路電壓和輸出電阻，作為后一級的信號源和內(nèi)阻， 簡稱開路電壓法。 舉例：兩級放大電路的分析，如 P110 圖 所示。 第十一講 習(xí)題課 本講的 教學(xué)目的 為了使同學(xué)們在學(xué)完第一～二章常用半導(dǎo)體器件，以及由其組成的基本放大電路和多級放大電路后 ,能熟練掌握二極管、三極管和放大電路的基本概念；半導(dǎo)體器件的特性、主要參數(shù)的物理意義及其選用原則；放大電路組成原則和工作原理、分析方法；穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的必要性和穩(wěn)定 Q 點(diǎn)的措施；以及輸出波形產(chǎn)生失真的原因和改善方法。同時(shí)提高同學(xué)們實(shí)際選用半導(dǎo)體器件、設(shè)計(jì)與使用放大電路的能力，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力，我們特地安排這次習(xí)題課。 本講教學(xué)內(nèi)容 電路中的二極管工作狀態(tài)（導(dǎo)通與截止）判斷，二極管的箝位與限幅作用； 在放大 電路中，三極管管腳電位與管型、材料、電極名稱之間的關(guān)系； 三極管在電路中所處狀態(tài)（放大、飽和、截止）的判斷； 單管放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析； 多級放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)分析。 本講教學(xué)方法 1. 課前布置學(xué)生思考上述相關(guān)習(xí)題； 2. 根據(jù)學(xué)生做題情況，選擇優(yōu)秀學(xué)生上講臺(tái)講授自己的解題思路和解題方法； . 3. 教師根據(jù)學(xué)生講解情況，啟發(fā)學(xué)生進(jìn)行討論； 4. 教師總結(jié)； 四、課堂例題 習(xí)題 習(xí)題 習(xí)題 習(xí)題 本章小節(jié) 本章是學(xué)習(xí)后面各章的基礎(chǔ)，因此是學(xué)習(xí)的重點(diǎn)之一。主要內(nèi)容如 下： 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(yīng)管）對直流電源的能量進(jìn)行控制和轉(zhuǎn)換，使負(fù)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。放大的前提是不失真，換言之，如果電路輸出波形產(chǎn)生失真便談不上放大。 放大電路的組成原則 ①放大電路的核心元件是有源元件，即晶體管或場效應(yīng)管；②正確的直流電源電壓數(shù)值、極性與其它電路參數(shù)應(yīng)保證晶體管工作在放大區(qū)、場效應(yīng)管工作在恒流區(qū)，即建 立起合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，保證電路不失真；③輸入信號應(yīng)能夠有效地作用于有源元件的輸入回路，即晶體管的 be 回路，場效應(yīng)管的 gs 回路；輸出信號能夠作用于負(fù)載之上。 放大電路的主要性能指標(biāo) 放大倍數(shù) A? 、輸入電阻 iR 、輸出電阻 oR 、最大不失輸出電壓 omU 、下限、上限截止頻率 Lf 和 Hf 、通頻帶 Wf 、最大輸出功率 omP 、效率 ? 。 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(diǎn) Q，在輸入信號為零時(shí)，晶體管和場效應(yīng)管各電極間的電流與電壓就是 Q 點(diǎn)?？捎霉浪惴ɑ驁D解法求解。 2）動(dòng)態(tài)分析就是求解各動(dòng)態(tài)參數(shù)和分析輸出波形。通常，利用 h 參數(shù)等效電路計(jì)算小信號作用時(shí)的 uA? 、 iR 和 oR 。利用圖解法分析 omU 和失真情況。放大電路的分析應(yīng)遵循“先靜態(tài)、后動(dòng)態(tài)”的原則， Q 點(diǎn)不但影響電路輸出是否失真，而且與動(dòng)態(tài)參數(shù)密切相關(guān)。 晶體管和場效應(yīng)管基本放大電路 1）晶體管基本放大電路有共射、共集、共基三種接法。共射放大電路即有電流放大作用又有電壓放大作用，輸入電阻居三種電路之中，輸出電阻較大，適用于一般放大。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 而用于信號的跟隨。 共基電路只放大電壓不放大電流，輸入電阻小，高頻特性好，適用于寬頻帶放大電路。 2）場效應(yīng)管放大電路的共源接法、共漏接法與晶體管放大電路的共射、共集接法相對應(yīng)，但比晶體管電路輸入電阻高、噪聲系數(shù)低、電壓放大倍數(shù)小，適用于做電壓放大電路的輸入級。 多級放大電路的耦合方式 直