【正文】 圖Z02Z0211（表明因Q點(diǎn)選擇的過(guò)高或過(guò)低而導(dǎo)致在輸入信號(hào)部分時(shí)間內(nèi)，晶體管進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)而產(chǎn)生的失真，分別稱(chēng)為飽和失真和截止失真。晶體管工作在非線性區(qū)所引起的失真稱(chēng)為非線性失真。二、放大電路中的非線性失真靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置對(duì)最大輸出幅度有很大的影響。受飽和區(qū)的限制，輸出電壓的最大幅度只能達(dá)到（UCEQ UCES），受截止區(qū)的限制，最大輸出電壓幅度只能達(dá)到IC 。由圖Z0208所示的分析過(guò)程可以看出，放大電路輸出信號(hào)電壓的幅度受到飽和區(qū)和截止區(qū)的限制。一、輸出電壓的最大幅度輸出電壓的最大幅度與非線性失真分析因?yàn)榻涣餍盘?hào)為零的瞬時(shí)，放大電路處于靜態(tài)，所以，交流負(fù)載線必然通過(guò)Q點(diǎn)。由于正確設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)之后，晶體管各極電壓、電流均可等效為信號(hào)變量與靜態(tài)直流量的線性迭加。GS0214　　　　　　UCE = IC（= RC∥RL）　　　 放大電路的動(dòng)態(tài)特性是由交流通路決定的。放大電路的動(dòng)態(tài)圖解分析由上可見(jiàn)，圖解法確定Q點(diǎn)的關(guān)鍵在于正確地作出直流負(fù)載線。這是一條斜率為：由直流負(fù)載電阻RC所決定的直線，稱(chēng)為輸出回路的直流負(fù)載線。GS0213 同理，由式 GS0213可找出兩個(gè)特殊點(diǎn)：M（EC，0），N（0，）。uCE = EC iCRC 輸出回路外電路方程 iC = f（IB，uCE）iB = 常量 晶體管的輸出特性對(duì)輸出回路，iC、uCE)應(yīng)同時(shí)滿足：由于，IB在較大范圍內(nèi)變化時(shí)，UBE基本上不變。B(0, ) 連接這兩點(diǎn)便得直線AB，稱(chēng)之為輸入回路直流負(fù)載線，其斜率。根據(jù)式GS0212的直線方程，找出兩個(gè)特殊點(diǎn)作直線AB。iB = f(uBE,uCE)（晶體管輸入特性）uBE = EC iBRb（線性電路特性） GS0212對(duì)輸入回路，iB、uBE應(yīng)同時(shí)滿足：放大電路的靜態(tài)圖解分析的目的是在輸入特性曲線及輸出特性曲線上，通過(guò)做直流負(fù)載線而確定出靜態(tài)工作點(diǎn)Q。放大電路的靜態(tài)圖解分析 放大電路的分析包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，即動(dòng)態(tài)分析和靜態(tài)分析。圖解分析法是指以晶體管的輸入、輸出特性曲線為基礎(chǔ)，通過(guò)作圖來(lái)分析放大電路性能的方法。放大電路有兩個(gè)顯著特點(diǎn)，即含有非線性的放大器件和工作在交直流共存狀態(tài)，因此，分析放大電路不能簡(jiǎn)單地套用線性電路的分析方法。放大電路的圖解分析法 放大電路的靜態(tài)圖解分析放大電路的輸出電阻的大小，反映了它帶負(fù)載能力的強(qiáng)弱。輸出電阻的測(cè)量方法之一是：將輸入信號(hào)電源短路（如是電流源則開(kāi)放），保留其內(nèi)阻，在輸出端將負(fù)載RL取掉，且加一測(cè)試電壓Uo，測(cè)出它所產(chǎn)生的電流Io，則輸出電阻的大小為 當(dāng)放大電路將信號(hào)放大后輸出給負(fù)載時(shí)，對(duì)負(fù)載RL而言，放大電路可視為具有內(nèi)阻的信號(hào)源，該信號(hào)源的內(nèi)阻即稱(chēng)為放大電路的輸出電阻。2．輸出電阻放大電路的輸入電阻反映了它對(duì)信號(hào)源的衰減程度。這個(gè)電阻的大小等于放大電路輸入電壓與輸入電流的有效值之比，即定義為放大電路的功率放大倍數(shù)。放大電路等效負(fù)載RL上吸收的信號(hào)功率（Po =UoIo）與輸入端的信號(hào)功率（Pi =UiIi）之比，即3．功率放大倍數(shù)它表示放大電路放大信號(hào)電壓的能力。放大電路的電壓放大倍數(shù)定義為輸出電壓有效值與輸入電壓有效值之比，即1. 電壓放大倍數(shù)Us是信號(hào)源電壓，RL表示各種形式的實(shí)際負(fù)載的等效電阻。圖Z0206是測(cè)試放大電路指標(biāo)時(shí)的示意圖。放大電路性能指標(biāo)很多，且因電路用途不同而有不同的側(cè)重。放大電路放大信號(hào)性能的優(yōu)劣是用它的性能指標(biāo)來(lái)表示的。）放大電路的性能指標(biāo)晶體管是一個(gè)能量控制器件，它本身并不會(huì)產(chǎn)生能量，只能消耗電源EC的直流能量。在這種情況下，分析放大電路時(shí)，交流與直流可以分開(kāi)討論。在ui的整個(gè)周期內(nèi)，uBE ＞ Vγ，uCE ＞ 0，這就保證了晶體管始終工作在放大狀態(tài)。動(dòng)態(tài)時(shí)，電路中各處電壓、電流的波形如圖圖Z0205中所示。當(dāng)輸入信號(hào)ui加到放大電路輸入端時(shí)，電路就由靜態(tài)轉(zhuǎn)入放大信號(hào)的動(dòng)態(tài)。基本放大電路（固定偏置電路）的交流通路如圖Z0204所示。對(duì)交流信號(hào)而言，耦合電容CC2因其容抗較小，可視為短路，電源EC因其內(nèi)阻很小，亦可視為短路。是交、直流共存狀態(tài)，盡管電路中既有交流分量，又有直流分量。有信號(hào)輸入時(shí)，放大電路的工作狀態(tài)稱(chēng)為動(dòng)態(tài)。交流通路與放大原理要減小這種失真，就要設(shè)置一定的直流偏置電壓UBE ，使交流信號(hào)uI迭加在UBE 之上，從而使加到發(fā)射結(jié)兩端的電壓uBE =UBE + uI，基極電流 IB= IB + Ib ，成為只有大小變化、而沒(méi)有極性變化的脈動(dòng)直流，如圖Z0203所示，這就保證了在uI 的整個(gè)周期內(nèi)，晶體管始終工作在線性區(qū)域?！　　　　　　　　　　?如晶體管的發(fā)射結(jié)是單向?qū)щ姷?，而且存在著一定的門(mén)限電壓，在門(mén)限電壓附近，輸入特性曲線具有嚴(yán)重的非線性，如圖 。由于電子電路中電流一般比較小，在計(jì)算過(guò)程中，電流IB的單位常取μA電流IC的單位常取mA，電阻的單位為kΩ，電壓的單位仍是V。通常EC》UBE ，因而由上兩式可得：顯然，靜態(tài)工作點(diǎn)是由直流通路決定的。靜態(tài)時(shí)，晶體管各極的直流電流、電壓分別用 IB、UBE、IC、UCE表示。靜態(tài)時(shí)，電路中各處的電壓、電流均為直流量。以上3條原則也是判斷一個(gè)電路是否具有放大作用的依據(jù)。畫(huà)電路圖時(shí)常采用圖Z0201中電子電路的畫(huà)法。電路圖上用┻作標(biāo)記，電路中各點(diǎn)的電壓都是指該點(diǎn)對(duì)地端的電位差。與晶體管的3個(gè)電極相對(duì)應(yīng)，還可構(gòu)成共基極放大電路和共集電極放大電路。Rb、EC構(gòu)成晶體管的偏置電路。C1稱(chēng)為輸入耦合電容，C2稱(chēng)為輸出耦合電容。Rb決定基極偏置電流IB的大小，稱(chēng)為基極偏置電阻（一般為幾十kΩ～幾百kΩ）。直流電源EC（幾V～幾十V），一方面通過(guò)Rb給晶體管的發(fā)射結(jié)提供正向偏壓，通過(guò)RC給集電結(jié)提供反向偏壓，另一方面提供負(fù)載所需信號(hào)的能量； 圖中NPN型晶體管T是整個(gè)電路的核心，它擔(dān)負(fù)著放大的任務(wù)；圖Z0201 共發(fā)射極放大電路的三種畫(huà)法. 為了確保信號(hào)能有效地輸入和輸出，還必須設(shè)置合理的輸入電路和輸出電路。為了保證器件工作在放大區(qū)，必須通過(guò)直流電源給器件提供適當(dāng)?shù)钠秒妷夯螂娏鳎@就需要有提供偏置的電路和電源；利用放大器件工作在放大區(qū)時(shí)所具有的電流（或電壓）控制特性，可以實(shí)現(xiàn)放大作用，因此，放大器件是放大電路中必不可少的器；基本放大電路的組成由此產(chǎn)生的光生電流由基極進(jìn)入發(fā)射極，從而在集電極回路中得到一個(gè)放大了β倍的信號(hào)電流。其結(jié)構(gòu) 及符號(hào)如圖Z0130所示。光敏三極管和普通三極管的結(jié)構(gòu)相類(lèi)似。二、光敏三極管在N區(qū)內(nèi)因光照產(chǎn)生的光生載流子（空穴）一旦漂移到耗盡區(qū)界面，就會(huì)在結(jié)電場(chǎng)作用下被拉向P區(qū)，形成光電流。被表面P型擴(kuò)散層所吸收的主要是波長(zhǎng)較短的蘭光，在這一區(qū)域，因光照產(chǎn)生的光生載流子（電子），一旦漂移到耗盡層界面，就會(huì)在結(jié)電場(chǎng)作用下，被拉向N區(qū)，形成部分光電流；彼長(zhǎng)較長(zhǎng)的紅光，將透過(guò)P型層在耗盡層激發(fā)出電子一空穴對(duì)，這些新生的電子和空穴載流子也會(huì)在結(jié)電場(chǎng)作用下，分別到達(dá)N區(qū)和P區(qū)，形成光電流。當(dāng)有光照射PN結(jié)時(shí)，結(jié)內(nèi)將產(chǎn)生附加的大量電子空穴對(duì)（稱(chēng)之為光生載流子），使流過(guò)PN結(jié)的電流隨著光照強(qiáng)度的增加而劇增，此時(shí)的反向電流稱(chēng)為光電流。根據(jù)PN結(jié)反向特性可知，在一定反向電壓范圍內(nèi)，反向電流很小且處于飽和狀態(tài)。2．光電轉(zhuǎn)換原理光敏二極管在電路中的符號(hào)如圖Z0129 所示。光敏二極管和光敏三極管是光電轉(zhuǎn)換半導(dǎo)體器件，與光敏電阻器相比具有靈敏度高、高頻性能好，可靠性好、體積小、使用方便等優(yōu)。光敏二極管和光敏三極管由于發(fā)光二極管最大允許工作電流隨環(huán)境溫度的升高而降低，因此，發(fā)光二極管不宜在高溫環(huán)境中使用。發(fā)光二極管的伏安特性與整流二極管相似。 ～ 3V范圍內(nèi)。發(fā)光二極管及在電路中的符號(hào)，如圖Z0128所示。當(dāng)電子和空穴復(fù)合時(shí)會(huì)釋放出能量并以發(fā)光的形式表現(xiàn)出來(lái)。發(fā)光二極管的管芯結(jié)構(gòu)與普通二極管相似，由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成。一、發(fā)光原理發(fā)光二極管是一種直接能把電能轉(zhuǎn)變?yōu)楣饽艿陌雽?dǎo)體器件。發(fā)光二極管對(duì)于P溝道場(chǎng)效應(yīng)管，其工作原理，特性曲線和N溝道相類(lèi)似。對(duì)于N溝道耗盡型MOS管，無(wú)論UGS為正或負(fù)，都能控制ID的大小，并且不出現(xiàn)柵流。差別在于耗盡型MOS管的SiO2絕緣層中摻有大量的正離子，故在UGS= 0時(shí)，就在兩個(gè)N十區(qū)之間的P型表面層中感應(yīng)出大量的電子來(lái)，形成一定寬度的導(dǎo)電溝道。在恒流區(qū)，對(duì)于相同的UDS 值，UGS大的ID 也較大，表現(xiàn)為輸出特性曲線上移。這時(shí)，UDS增加的部分基本上降在夾斷區(qū)上，使夾斷部分的耗盡層變得更厚，而未夾斷的導(dǎo)電溝道不再有多大變化，所以ID將維持剛出現(xiàn)夾斷時(shí)的數(shù)值，趨于飽和，管子呈現(xiàn)恒流特性。當(dāng)UDS= 0時(shí)，溝道里沒(méi)有電子的定向運(yùn)動(dòng)，ID=0；當(dāng)UDS＞0且較小時(shí)，溝道基本保持原狀，表現(xiàn)出一定電阻，ID隨UDS線性增大 ；當(dāng)UDS較大時(shí)，由于電阻沿溝道遞增，使UDS沿溝道的電位從漏端到源端遞降，所以沿溝道的各點(diǎn)上，柵極與溝道間的電位差沿溝道從d至s極遞增，導(dǎo)致垂直于P型硅表面的電場(chǎng)強(qiáng)度從d至s極也遞增，從而形成溝道寬度不均勻，漏端最窄，源端最寬如圖Z0126所示?，F(xiàn)以UGS＝5V一條曲線為例來(lái)進(jìn)行分析。N溝道增強(qiáng)型MOS管輸出特性曲線如圖Z0127所示，它是UGS為不同定值時(shí)，ID 與UDS之間關(guān)系的一簇曲線。3．輸出特性曲線這時(shí)在正的漏源電壓UDS作用下；N溝道內(nèi)的多子（電子）產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，從源極流向漏極，形成漏極電流ID。這一N型電子層，把原來(lái)被PN結(jié)高阻層隔開(kāi)的源區(qū)和漏區(qū)連接起來(lái)，形成導(dǎo)電溝道。由于與P型襯底的導(dǎo)電類(lèi)型相反，故稱(chēng)為反型層。同時(shí)在電場(chǎng)作用下，P型半導(dǎo)體中的少數(shù)載流子電子被吸引到半導(dǎo)體的表面，并被空穴所俘獲而形成負(fù)離子，組成不可移動(dòng)的空間電荷層（稱(chēng)耗盡層又叫受主離子層）。若UGS＝0時(shí)，源、漏之間不存在導(dǎo)電溝道的為增強(qiáng)型MOS管，UGS＝0 時(shí)，漏、源之間存在導(dǎo)電溝道的為耗盡型MOS管。在其圖形符號(hào)中，箭頭表示漏極電流的實(shí)際方向。圖Z0125是N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)。1．結(jié)構(gòu)與符號(hào)一、增強(qiáng)型MOS管根據(jù)絕緣層所用材料之不同，絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管有多種類(lèi)型，目前應(yīng)用最廣泛的一種是以二氧化硅（SiO2）為絕緣層的金屬一氧化物一半導(dǎo)體（MeialOxideSemiconductor）場(chǎng)效應(yīng)管，簡(jiǎn)稱(chēng)MOS場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）。但PN結(jié)反偏時(shí)總會(huì)有一些反向電流存在，這就限制了輸入電阻的進(jìn)一步提高。式GS0127中VP≤UGS≤0，IDSS是UGS＝0時(shí)的漏極飽和電流。在工程計(jì)算中，與恒流區(qū)相對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性可以近似地用下式表示：當(dāng)UDS一定時(shí)，ID與UGS之間的關(guān)系曲線稱(chēng)為轉(zhuǎn)移特性曲線。2．轉(zhuǎn)移特性曲線◆擊穿區(qū)：右側(cè)虛線以右之區(qū)域。其特點(diǎn)是，當(dāng)UDS＞|VP|時(shí)，ID幾乎不隨UDS變化，保持某一恒定值。在此區(qū)域內(nèi)，場(chǎng)效應(yīng)管等效為一個(gè)受UGS控制的可變電阻?！艨勺冸娮鑵^(qū)：預(yù)夾斷以前的區(qū)域。UGS越負(fù)，曲線越向下移動(dòng)）這是因?yàn)閷?duì)于相同的UDS，UGS越負(fù)，耗盡層越寬，導(dǎo)電溝道越窄，ID越小。輸出特性曲線是柵源電壓UGS取不同定值時(shí)，漏極電流ID 隨漏源電壓UDS 變化的一簇關(guān)系曲線，如圖Z0124所示。1．輸出特性曲線三、特性曲線 由此可見(jiàn)，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電流ID受UGS和UDS的雙重控制。因?yàn)槲幢粖A斷的溝道上的電壓基本保持不變，于是向漏極方向漂移的電子也基本保持不變，管子呈恒流特性（如曲線BC段）。這時(shí)管子并不截止，因?yàn)槁┰磧蓸O間的場(chǎng)強(qiáng)已足夠大，完全可以把向漏極漂移的全部電子吸引過(guò)去形成漏極飽和電流IDSS （這種情況如曲線B點(diǎn)）：當(dāng)UDS＞|VP|再增加時(shí)，耗盡層從近漏端開(kāi)始沿溝道加長(zhǎng)它的接觸部分，形成夾斷區(qū) 。由于溝道電阻的增大，ID增長(zhǎng)變慢了（如圖曲線AB段），當(dāng)UDS增大到等于|VP|時(shí)，溝道在近漏端首先發(fā)生耗盡層相碰的現(xiàn)象。2．漏源電壓UGS對(duì)漏極電流ID的影響（設(shè)UGS＝0）當(dāng)UGS＝0時(shí)，顯然ID＝0；當(dāng)UDS＞0且尚小對(duì)，P+N結(jié)因加反向電壓，使耗盡層具有一定寬度，但寬度上下不均勻，這是由于漏源之間的導(dǎo)電溝道具有一定電阻，因而漏源電壓UDS沿溝道遞降，造成漏端電位高于源端電位，使近漏端PN結(jié)上的反向偏壓大于近源端，因而近漏端耗盡層寬度大于近源端。（VP稱(chēng)為夾斷電壓）此時(shí)，漏源之間的電阻趨于無(wú)窮大。這表明UGS控制著漏源之間的導(dǎo)電溝道。1．柵源電壓UGS對(duì)導(dǎo)電溝道的影響（設(shè)UDS＝0）在圖Z0123所示電路中，UGS ＜0，兩個(gè)PN結(jié)處于反向偏置，耗盡層有一定寬度，ID=0。由于柵源間加反向電壓，所以?xún)蓚?cè)PN結(jié)均處于反向偏置，柵源電流幾乎為零。下面以N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管為例來(lái)分析其工作原理。它是在同一塊N型硅片的兩側(cè)分別制作摻雜濃度較高的P型區(qū)（用P+表示），形成兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的PN結(jié)，將兩個(gè)P區(qū)的引出線連在一起作為一個(gè)電極，稱(chēng)為柵極（g），在N型硅片兩端各引出一個(gè)電極，分別稱(chēng)為源極（s）和漏極（d）。圖Z0121 為場(chǎng)效應(yīng)管的類(lèi)型及圖形、符號(hào)。與雙極型晶體三極管相比，它具有輸入阻抗高、噪聲低、熱穩(wěn)定性好、抗輻射能力強(qiáng)、功耗小、制造工藝簡(jiǎn)單和便于集成化等優(yōu)點(diǎn)。場(chǎng)效應(yīng)管（Fjeld Effect Transistor簡(jiǎn)稱(chēng)FET ）是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制半導(dǎo)體中電流的一種半導(dǎo)體器件，故因此而得名。場(chǎng)效應(yīng)管）結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管三極管工作在飽和狀態(tài)時(shí)，其UCE