【正文】 及分析非線形失真；用直流通路估算 Q 點(diǎn)； 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(jì)算 等，便于學(xué)生理解和掌握。 3）輸出回路的接法應(yīng)當(dāng)使 iC盡可能多地流到負(fù)載 RL 中去 ,或者說應(yīng)將集電極電流的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化送到輸出端。 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(diǎn)，以保證放大電路不失真。波形分析見 P74 圖 所示。 Q 點(diǎn)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)。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。輸出電容 C2保證信號輸送到負(fù)載，不影響集電結(jié)偏置。 （ 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。 3）放大電路中元件及作用 （ 1）三極管 T —— 起放大作用。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。適合于放大直流信號和變化緩慢的交流信號。 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。此時，輸出電壓達(dá)到最大不失真輸出電壓。 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(yīng)能力越強(qiáng)。 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。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。一般用有效值 UOM表示；也可以用峰 — 峰值 UOPP 表示。 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(dǎo)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?；蚨叩恼医涣髦抵?，用以衡量電路的放大能力。 2） 輸出電阻 oR ：從輸出端看進(jìn)去的等效輸 出信號源的內(nèi)阻，說明放大電路帶負(fù)載的能力。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。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。 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。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(diǎn)的必要性等，便于學(xué)生理解和掌握。 學(xué)時分配 本章有七講，每講兩個學(xué)時。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。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(diǎn)和應(yīng)用場合。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。 首先介紹基本放大電路的組成原則。 第二章 基本放大電路 本章主要內(nèi)容 本章重點(diǎn)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(diǎn)和應(yīng)用場合。 盡管各種半導(dǎo)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。 mg 、 )(thGSU 或 )(offGSU 、 DSSI 、 DMI 、 DMP 和極間電容是它的主要參數(shù)。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。 場效應(yīng)管 場效應(yīng)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(qiáng)型和耗盡型兩種形式。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)。當(dāng)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(fù)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。利用 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。FI 、 RI 、 RU 和 Mf 是二極管的主要參數(shù)。 半導(dǎo)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。將兩種雜質(zhì)半導(dǎo)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(yùn)動達(dá)到動態(tài)平衡，從而形成 PN 結(jié)。半導(dǎo)體中有兩種載流子：自由電子與空穴。 本章小節(jié) 本章首先介紹了半導(dǎo)體的基礎(chǔ)知識，然 后闡述了半導(dǎo)體二極管、晶體管（ BJT）和場效應(yīng)管（ FET）的工作原理、特性曲線和主要參數(shù)。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。 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(fù)，因而 FET 放大電路的構(gòu)成比 BJT 放大電路靈活。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(dá)到 109～１ 014Ω。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。 （ 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(dāng)。 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。通常 Cgs和 Cgd約為 1～ 3pF,而 Cds約為 ～ 1pF。 gm可以在轉(zhuǎn)移特性曲線上求取，單位是 mS(毫西門子 )。對于 JFET，反偏時 RGS約大于 107Ω；對于 MOSFET， RGS約是 109～ 1015Ω。 （ 3）飽和漏極電流 IDSS： IDSS是耗盡型 FET 的參數(shù)，當(dāng) UGS=0 時所對應(yīng)的漏極電流。 場效應(yīng)管的主要參數(shù)： 1） 直流參數(shù) （ 1）開啟電壓 UGS(th)： 開啟電壓是 MOS 增強(qiáng)型管的參數(shù)，柵源電壓小于開啟電壓的絕對值，場效應(yīng)管不能導(dǎo)通。 場效應(yīng)管的輸出特性可分為四個區(qū)：夾斷區(qū)、可變阻區(qū)、飽和區(qū)（或恒流 區(qū)）和擊穿區(qū)。 場效應(yīng)管的伏安特性 場效應(yīng)三極管的特性曲線類型比較多， 根據(jù)導(dǎo)電溝道的不同以及是增強(qiáng)型還是耗盡型可有四種轉(zhuǎn)移特性曲線和輸出特性曲線，其電壓和電流方向也有所不同。對應(yīng) ID=0 的 UGS稱為夾斷電壓，用符號 UGS(off)表示， P 溝道增強(qiáng)型和耗盡型 MOSFET P 溝道 MOSFET 的工作原理與 N 溝道 MOSFET 完全相同，只不過導(dǎo)電的載流子不同，供電電壓極性不同而已。當(dāng) UGS＞ 0 時，將使 ID 進(jìn)一步增加。 如 P45 圖 所示 。此時，可將 ID 看成電壓 uGS控制的電流源。如果此時加有漏源電壓，就可以形成漏極電流ID。此時， iD 近似看成 uGS控制的電流 源， FET 相當(dāng)于壓控流源。若 uDS＜ uGS UGS(th)，則溝道沒夾斷，對應(yīng)不同的 uGS， ds 間等效成不同阻值的電阻，此時， FET 相當(dāng)于壓控電阻。 N 溝道增強(qiáng)型 MOS 管的 工作原理 1） 夾斷區(qū) 工作條件 UGS=0 時， D 與 S 之間是兩個 PN 結(jié)反向串聯(lián)，沒有導(dǎo)電溝道，無論 D與 S之間加什么極性的電壓，漏極電流均接近于零；當(dāng) 0﹤ UGS﹤ UGS(th 時， 由柵極指向襯底方向的電場使空穴向下移動，電子向上移動，在 P 型硅襯底的上表面形成 耗盡層，仍然沒有漏極電流。因?yàn)檫@種 MOS 管在 VGS=0V 時 ID=0；只有當(dāng) UGS＞ UGS(th) 后才會出現(xiàn)漏極電流，所以稱為 增強(qiáng)型 MOS 管。在源極和漏極之間的絕緣層上鍍一層金屬鋁作為柵極 G。其中 MOS 管又可分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可分為兩大類：結(jié)型場效應(yīng)管（ JFET）和金屬－氧化物－半導(dǎo)體場效應(yīng)管（ MOSFET 簡稱 MOS 管）。 FET 的工作 區(qū)、管型的判斷方法可以啟發(fā)討論。 第四講 場效應(yīng)管 本講重點(diǎn) MOS 管結(jié)構(gòu)原理； MOS 管的伏安特性及其在三個工作區(qū)的工作條件； 本講難點(diǎn)： MOS 管各工作區(qū)的工作條件； 教學(xué)組織過程 本講以教師講授為主。 3）溫度對輸出特性的影響溫度升高時，由于 ICEO和β增大，且輸入 特性左移， 導(dǎo)致集電極電流 IC增大，輸出特性上移。 2）溫度對輸入特性的影響： 當(dāng)溫度上升時，正向特性左移。如 P28 圖 所示 。 （ 4） 三極管的安全工作區(qū)： 由 PCM、 ICM和擊穿電壓 V(BR)CEO 在輸出特性曲線上可以確定四個區(qū)：過損耗區(qū)、過電流區(qū)、擊穿區(qū)和 安全工作區(qū)。極間反向電壓有三種： UCBO、UCEO和 UEBO。當(dāng)硅管的結(jié)溫大于 150℃、鍺管的結(jié)溫大于 70℃時，管子的特性明顯變壞，甚至燒壞。 （ 2） 最大集電極耗散功率 PCM： PCM = iCuCE 。至于 ? 值下降多少，不同型號的三極管，不同的廠家的規(guī)定有所差別。當(dāng) ?下降到 1 時所對應(yīng)的頻率稱為特征頻率 。 (3)特征頻率 fT ： 三極管的 ? 值不僅與工作電流有關(guān)，而且與工作頻率有關(guān)。 2）交流 參數(shù) (1)共射交流電流放大系數(shù) β ： ?=?IC/?IB? constCE ?v ，在放大區(qū) ? 值基本不變。 3）晶體管工作在三種不同工作區(qū)外部的條件和特點(diǎn) 工作狀態(tài) NPN 型 PNP 型 特點(diǎn) 截止?fàn)顟B(tài) E 結(jié)、 C 結(jié)均反偏 VB＜ VE、 VB＜ VC E 結(jié)、 C 結(jié)均反偏 VB＞ VE、 VB＞ VC IC ≈ 0 放大狀態(tài) E 結(jié)正偏、 C 結(jié)均反偏 VC ＞ VB ＞ VE E 結(jié)正偏、 C 結(jié)均反偏 VC ＜ VB ＜ VE IC ≈ β IB 飽和 狀態(tài) E 結(jié)、 C 結(jié)均正偏 VB ＞ VE、 VB ＞ VC E 結(jié)、 C 結(jié)均正偏 VB ＜ VE、 VB ＜ VC V CE＝ V CES 晶體管的主要參數(shù) 1）直流參數(shù) (1)共射直流電流放大系數(shù)： ? =（ IC－ ICEO） /IB≈ IC/IB ? constCE ?v ， ? 在放大區(qū)基本不變。對于其中某一條曲線，當(dāng) vCE=0 V 時， iC=0；當(dāng) vCE 微微增大時， iC 主要由 vCE決 定 ； 當(dāng) vCE 增加到使集電結(jié)反偏電壓較大時，特性曲線進(jìn)入與 vCE 軸基本平行的區(qū)域 (這與輸入特性曲線隨 vCE 增大而右移的原因是一致的 )。曲線的右移是三極管內(nèi)部反饋所致，右移不明顯說明內(nèi)部反饋很小。當(dāng) vCE≥ 1V 時，特性曲線將會向右稍微移動一些。輸入特性曲線分為三個區(qū)：死區(qū)、非線性區(qū)和線性區(qū)?，F(xiàn)以共射電路為例說明。此時，可將 IC看成電流 IB控制的電流源。 BJT 的電流放大作 用及電流分配關(guān)系 晶體管具有電流放大作用。 BJT 具有放大作用的內(nèi)部條件和外部條件 1） BJT 的內(nèi)部條件為： BJT 有三個區(qū)（發(fā)射區(qū)、集電區(qū)和基區(qū)）、兩個 PN 結(jié)（發(fā)射結(jié)和集電結(jié)）、三個電極（發(fā)射極、集電極和基極）組成；并且發(fā)射區(qū)雜質(zhì)濃度遠(yuǎn)大于基區(qū)雜質(zhì)濃度，基區(qū)厚度很小。 主要內(nèi)容 晶體管的主要類型和應(yīng)用場合 雙極型晶體管 BJT 是通過一定的工藝，將兩個 PN 結(jié) 接合在一起而構(gòu)成的器件，是放大電路的核心元件，它能控制能量的轉(zhuǎn)換，將輸入的任何微小變化不失真地放大輸出，放大的對象是變化量。用多媒體演示三極管的結(jié)構(gòu)、輸入與輸出特性以及溫度對三極管特性的影響等，便于學(xué)生理解和掌握。利用 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)的光敏特性可制成光電 二極管。 如 P17 圖 所示。 穩(wěn)壓管穩(wěn)壓電路 穩(wěn)壓二極管在工作時應(yīng)反接，并串入一只電阻。 5）溫度系數(shù) α ： 溫度的變化將使 UZ改變，在穩(wěn)壓管中，當(dāng) ?UZ?＞ 7 V 時， UZ具有正溫度系數(shù)，反向擊穿是雪崩擊穿 ； 當(dāng) ?UZ?＜ 4 V 時， UZ具有負(fù)溫度系數(shù)，反向擊穿是齊納擊穿 ；當(dāng) 4 V＜ ?VZ?＜ 7 V 時，穩(wěn)壓管可以獲得接近零的溫度系數(shù)。 4）動態(tài)電阻 rZ： rz =?VZ /?IZ，其概念與一般二極管的動態(tài)電阻相同，只不過穩(wěn)壓二極管的動態(tài)電阻是從它的反向特性上求取的。若 IZ＜ IZmin，則不能穩(wěn)壓 。 2） 最大穩(wěn)定工作電流 IZMAX 和最小穩(wěn)定工作電流 IZMIN： 穩(wěn)壓管的最大穩(wěn)定工作電流取決于最大耗散功率，即 PZmax =UZIZmax 。如 P16 圖 所示。 穩(wěn)壓管的伏安特性與普通二極管類似，其正向特性為指數(shù)曲線；