模拟电子技术课件全书电子教案课件.ppt

项目一限幅电路知识目标知识目标v了解半导体的导电特点v掌握二极管的特性v掌握限幅电路的工作原理技能目标技能目标v掌握multisim仿真软件的使用方法v掌握电路的仿真分析方法v学会使用常用电子仪器v会用万用表判断二极管的极性和好坏知识链接知识链接v链接一半导体的基本知识v链接二半导体二极管v链接三multisim仿真软件项目实训项目实训v任务一常用电子仪器的使用v任务二常用电子元器件的识别（一）v任务三限幅电路的仿真分析链接一链接一 半导体的基本知识半导体的基本知识一、半导体基本知识一、半导体基本知识v半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。半导体器件是用半导体材料制成的电子器件。常用的半导体器件有二极管、三极管、场效常用的半导体器件有二极管、三极管、场效应晶体管等。半导体器件是构成各种电子电应晶体管等。半导体器件是构成各种电子电路最基本的元件。路最基本的元件。根据物体导电能力根据物体导电能力(电阻率电阻率)的不同，来划分导的不同，来划分导体、绝缘体和半导体。体、绝缘体和半导体。典型的半导体有典型的半导体有硅硅Si和和锗锗Ge以及以及砷化镓砷化镓GaAs等。等。半导体有半导体有温敏、光敏温敏、光敏和和掺杂掺杂等导电特性。等导电特性。本征半导体本征半导体-纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。纯净的具有晶体结构的半导体称为本征半导体。1.本征半导体本征半导体+4+14284+322 8 18 4硅(锗)的原子结构硅硅锗锗硅硅(锗锗)的原子结构的原子结构简化模型简化模型SiGev半导体构成共价键结构，原子最外层的4个价电子分别和周围4个硅原子的价电子形成共用电子对，原子之间通过共价键紧密结合在一起.v本征半导体中存在数量相等的电子和空穴两种载流子。热激发产生的自由电子和空穴是成对出现的，电子和空穴又可能重新结合而成对消失。在一定温度下自由电子和空穴维持一定的浓度。在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可在本征半导体中掺入某些微量元素作为杂质，可使半导体的导电性发生显著变化。使半导体的导电性发生显著变化。掺入杂质的本征半导体称为掺入杂质的本征半导体称为杂质半导体杂质半导体。2.2.杂质半导体杂质半导体 N型半导体型半导体掺入五价杂质元素（如磷）的掺入五价杂质元素（如磷）的半导体。半导体。P型半导体型半导体掺入三价杂质元素（如硼）掺入三价杂质元素（如硼）的半导体。的半导体。为了尽量保持半导体的原有晶体结构，掺入的杂质为了尽量保持半导体的原有晶体结构，掺入的杂质主要是微量的价电子数较为接近的三价或五价元素。主要是微量的价电子数较为接近的三价或五价元素。1)N型半导体型半导体 因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半因五价杂质原子中只有四个价电子能与周围四个半导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子导体原子中的价电子形成共价键，而多余的一个价电子因无共价键束缚而很容易形成自由电子。因无共价键束缚而很容易形成自由电子。在在N型半导体中型半导体中自由自由电子是多数载流子，电子是多数载流子，它主要由杂质原它主要由杂质原子提供子提供；空穴是少数载流子空穴是少数载流子,由热激发形成。由热激发形成。提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为提供自由电子的五价杂质原子因带正电荷而成为正离子正离子，因此五价杂质原子也称为因此五价杂质原子也称为施主杂质施主杂质。2)P型半导体型半导体 因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，因三价杂质原子在与硅原子形成共价键时，缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。缺少一个价电子而在共价键中留下一个空穴。在在P型半导体中型半导体中空穴是多数载流子，空穴是多数载流子，它主要由掺杂它主要由掺杂形成形成；自由自由电子是少数载流子，电子是少数载流子，由热激发形成。由热激发形成。空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为空穴很容易俘获电子，使杂质原子成为负离子负离子。三价杂质三价杂质 因而也称为因而也称为受主杂质受主杂质。图1-3N型和P型半导体的两种载流子结论v掺杂半导体掺入的杂质的浓度越高，多数载流子的数量越多。v少数载流子是热激发而产生的，其数量的多少决定于温度。v无论是P型半导体还是N型半导体都是中性的，对外不显电性。PN结的形成结的形成在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质在一块本征半导体在两侧通过扩散不同的杂质,分别分别形成形成N型半导体和型半导体和P型半导体。此时，将在型半导体。此时，将在N型半导体型半导体和和P型半导体的结合面上形成型半导体的结合面上形成PN结结。3.3.PN结结及其特性及其特性将在将在N型和型和P型半导体的结合面上发生如下物理过程型半导体的结合面上发生如下物理过程:因浓度差因浓度差空间电荷区形成内电场空间电荷区形成内电场 内电场促使少子漂移内电场促使少子漂移 内电场阻止多子扩散内电场阻止多子扩散 最后最后,多子的多子的扩散扩散和少子的和少子的漂移漂移达到达到动态平衡动态平衡。对于对于P型半导体和型半导体和N型半导体结合面，离型半导体结合面，离子薄层形成的子薄层形成的空间电荷区空间电荷区称为称为PN结结。在空间电荷区，由于缺少多子，所以也在空间电荷区，由于缺少多子，所以也称称耗尽层耗尽层。多子的扩散运动多子的扩散运动由由杂质离子形成空间电荷区杂质离子形成空间电荷区 2)PN结的单向导电性结的单向导电性 当外加电压使当外加电压使PN结中结中P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为区的电位，称为加加正向电压正向电压，简称，简称正偏正偏；反之；反之称为加称为加反向电压反向电压，简称简称反偏反偏。(1)PN结加正向电压时结加正向电压时PN结加正向电压时的导电情况结加正向电压时的导电情况 低电阻低电阻 大的正向扩散电流大的正向扩散电流 2.2.2 PN结的单向导电性结的单向导电性 当外加电压使当外加电压使PN结中结中P区的电位高于区的电位高于N区的电位，称为区的电位，称为加加正向电压正向电压，简称，简称正偏正偏；反之；反之称为加称为加反向电压反向电压，简称简称反偏反偏。(2)PN结加反向电压时结加反向电压时PN结加反向电压时的导电情况结加反向电压时的导电情况 高电阻高电阻 很小的反向漂移电流很小的反向漂移电流 在一定的温度条件下，由本征激发决定的在一定的温度条件下，由本征激发决定的少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是少子浓度是一定的，故少子形成的漂移电流是恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，恒定的，基本上与所加反向电压的大小无关，这个电流也称为这个电流也称为反向饱和电流反向饱和电流。PN结加正向电压时，呈现低电阻，结加正向电压时，呈现低电阻，具有较大的正向扩散电流；具有较大的正向扩散电流；PN结加反向电压时，呈现高电阻，结加反向电压时，呈现高电阻，具有很小的反向漂移电流。具有很小的反向漂移电流。由此可以得出结论：由此可以得出结论：PN结具有单结具有单向导电性。向导电性。链接二链接二 半导体二极管半导体二极管一、半导体二极管的结构、符号与分类一、半导体二极管的结构、符号与分类 二、二极管的伏安特性及参数二、二极管的伏安特性及参数三、稳压二极管三、稳压二极管构成：构成：PN 结结+引线引线+管壳管壳=二极管二极管符号：符号：分类：分类：按材料分按材料分硅二极管硅二极管锗二极管锗二极管按结构分按结构分点接触型点接触型面接触型面接触型平面型平面型1、结构与类型、结构与类型在在PN结上加上引线和封装，就成为一个二极管。结上加上引线和封装，就成为一个二极管。v根据用途分有检波管、开关管、稳压管和整流管、发光管等。v按结构可分为点接触型和面接触型两类。v点接触型二极管PN结面积很小，结电容很小，多用于高频检波及脉冲数字电路中的开关元件。面接触型二极管PN结面积大，结电容也小，多用在低频整流电路中。二极管部分产品实物图 二、二极管的伏安特性二、二极管的伏安特性 通过二极管的电流随外加偏压的变化通过二极管的电流随外加偏压的变化规律，称为二极管的伏安特性。以曲线规律，称为二极管的伏安特性。以曲线的形式描绘出来，的形式描绘出来，就是伏安特性曲线。就是伏安特性曲线。二极管的伏安特性曲线可用下式表示二极管的伏安特性曲线可用下式表示硅二极管硅二极管2CP102CP10的的V V-I I 特性特性锗二极管锗二极管2AP152AP15的的V V-I I 特性特性正向特性正向特性反向特性反向特性反向击穿特性反向击穿特性二极管的参数二极管的参数（1）最大整流电流IOM：指管子长期运行时，允许通过的最大正向平均电流。（2）反向击穿电压UB：指管子反向击穿时的电压值。（3）最大反向工作电压UDRM：二极管运行时允许承受的最大反向电压（约为UB的一半）。（4）最大反向电流IRM：指管子未击穿时的反向电流，其值越小，其单向导电性越好。（5）最高工作频率fm：主要取决于PN结结电容的大小。三、三、稳压二极管稳压二极管(a)符号符号(b)伏安特性伏安特性v稳压特性稳压特性-利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳利用二极管反向击穿特性实现稳压。稳压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。压二极管稳压时工作在反向电击穿状态。IZ很大，很大，VZ很小。很小。稳定电压稳定电压VZ动态电阻动态电阻rZ 在规定的稳压管反向在规定的稳压管反向工作电流工作电流IZ下，所对应的下，所对应的反向工作电压。反向工作电压。rZ=VZ/IZ最大耗散功率最大耗散功率 PZM VZ IZ最大稳定工作电流最大稳定工作电流 IZmax 和最小稳定工作电流和最小稳定工作电流 IZmin2）稳压二极管主要参数稳压二极管主要参数发光二极管和光电二极管发光二极管和光电二极管vPN结加上正向电压时，电子与空穴复合过程以光的形式放出能量。不同材料制成的发光二极管会发出不同颜色的光。v光电二极管的又称为光敏二极管，其工作原理恰好与发光二极管相反。图1-12 发光二极管的外形、符号及应用电路2、发光二极管、发光二极管发光二极管（发光二极管（LED）功能功能：将电能转换成光能。：将电能转换成光能。工作原理工作原理：PN结加正向电压导通时，发光；结加正向电压导通时，发光；PN结加反向电压截止时，不发光。结加反向电压截止时，不发光。导通电压导通电压：1 2V导通电流导通电流：几：几 几十毫安，须接限流电阻几十毫安，须接限流电阻项目二音频放大电路知识目标知识目标v知识目标知识目标 v掌握三极管的基本知识v了解场效应管的结构、符号和特性v掌握三极管电压放大电路的工作原理及相关计算v掌握功率放大电路的工作原理技能目标技能目标v技能目标技能目标v掌握三极管共射极放大电路的性能测试方法v掌握音频放大器性能测试方法v会用multisim软件对放大电路进行仿真分析知识链接知识链接v链接一半导体三极管v链接二三极管放大电路v链接三音频功率放大电路 v任务一常用电子元器件的识别（二）v任务二晶体管单管共射极放大电路性能测试v任务三三极管放大电路综合性能的仿真分析v任务四音频放大器的性能测试v任务五功率放大器的仿真分析项目实训项目实训链接一链接一 认识认识双极型三极管双极型三极管v一、三极管的结构及分类v1.结构、符号结构、符号v半导体三极管是由两个背靠背的PN结构成的。在工作过程中，两种载流子（电子和空穴）都参与导电，故又称为双极型半导体三极管，简称三极管。v两个PN结，把半导体分成三个区域。这三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三极管有两种类型：NPN型和PNP型。（a）NPN型三极管 （b）PNP型三极管 图1-13 三极管的结构及图形符号2、三极管外形、分类三极管外形、分类v按结构分为NPN型和PNP型；v按所用的半导体材料分为硅管和锗管；v按工作频率分为低频管、中频管和高频管；按用途分为放大管和开关管；v按功率大小分为小功率、中功率管、大功率管等二、半导体三极管放大原理二、半导体三极管放大原理v1.产生放大作用的条件产生放大作用的条件v内部条件:v三极管具有放大作用所需具备的内部条件:发射区掺杂浓度高；基区薄且掺杂浓度低；集电结面积大。v外部条件:v发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏。2.三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程v发射区向基区注入电子，形成发射极电流IE。v电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流IB。v集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流IC。3.电流分配关系电流分配关系4.三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用v基极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。三、晶体三极管的特性曲线三、晶体三极管的特性曲线半导体三极管各极电压和电流之间的关系曲线称为三极管的特性曲线。包括输入特性曲线和输出特性曲线。下面以NPN管为例进行分析。三极管实验电路1.输入特性曲线输入特性曲线v三极管的输入特性曲线是指当三极管集-射之间电压一定的情况下，输入回路的基极电流与基-射电压之间的关系曲线，可以表示为：如上图看出：三极管的输入特性曲线与二极管正向特性类似。2.输出特性曲线输出特性曲线v三极管的输出特性曲线是指当三极管基极电流一定的情况下，输出回路的集电极电流与集-射电压之间的关系曲线，可以表示为：根据晶体三极管的输出特性曲线，三极管有三个工作区：截止区、放大区和饱和区。（1）截止区）截止区viC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，uBE小于死区电压，三极管的发射结处于反偏或者零偏，集电结处于反偏，对应于三极管工作在截止区，有：（2）放大区）放大区v又叫线性区或恒流区，iC平行于uCE轴的区域，曲线基本平行等距，此时，三极管的发射结处于正偏，集电结处于反偏。对应于三极管工作在放大区有：（3）饱和区）饱和区v三极管的发射结处于正偏，集电结正偏或反偏电压很小。该三极管工作在饱和区，有：vvUCE电压基本不变，称此时UCE为饱和电压，用UCES表示。UCES很小，通常计算中，小功率硅管的UCES取值为0.3V。【例1-1】测得三极管的直流电位如图1-18(a)、(b)、(c)所示，试判断它们的工作状态。静态电流放大系数：静态电流放大系数：动态电流放大系数：动态电流放大系数：通常：通常：I IC C与与I IB B之比称为之比称为电流放大倍数电流放大倍数1电流放大系数电流放大系数四、三极管的主要参数四、三极管的主要参数2反向电流反向电流vICBO：发射极开路时，集电极一基极反向饱和电流。受温度的影响大。ICBO越小，管子工作稳定性越好。小功率锗管的ICBO为几微安到几十微安，小功率硅管的ICBO小于1uAvICEO：是当三极管基极开路而集电结反偏、发射结正偏时的集电极电流，也叫穿透电流。vICEO,ICBO均随温度的上升而增大。3极限参数极限参数v集电极最大允许电流ICM：三极管正常工作时集电极所允许的最大工作电流。当IC超过一定数值时，下降。ICM就是当下降到额定值的2/3时所允许的最大集电极电流。ICICM时，可导致三极管损坏。v反向击穿电压U（BR）CEO：基极开路时，集电极、发射极间的最大允许电压。v集电极最大允许功耗PCM集电极最大允许功耗PCMv集电极最大允许功耗PCM等于集电极电流iC与uCE的乘积。PCM=ICUCEv当三极管功耗超过最大允许功耗PCM时，三极管有可能因PN结温度过高而造成永久性损坏。vPCM值与环境温度有关，温度愈高，则PCM值愈小。当超过此值时，管子性能将变坏或烧毁。链接二链接二 场效应晶体管场效应晶体管v场效应管是利用输入回路的电场效应来控制输出回路电流的一种半导体器件，它仅靠多数载流子导电，又称单极型晶体管。v场效应管不但具有双极型晶体管体积小、重量轻、寿命长等优点，而且具有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、抗辐射能力强、能耗低等优点。v场效应管它有两种类型，一种是绝缘栅型场效应管，又称MOS场效应管，一种是结型栅型效应管。v每种类型均分为两种不同的沟道：N沟道和P沟道。v绝缘栅型场效应管又分为增强型和耗尽型两种，在正常情况下导通的为耗尽型场效应管，在正常情况下断开的称增强型效应管。一、场效应管的结构、类型和符号一、场效应管的结构、类型和符号v场效应管是一种单极型晶体管。v通过在两个高掺杂的P区（或N区）中间，夹着一层低掺杂的N区（或P区）（一般做得很薄），形成两个PN结。在N区（或P区）的两端各做一个欧姆接触电极，在两个P区（或N区）上也做上欧姆电极，并把这两个P区（或N区）连起来，就构成了一个场效应管。v从N型（或N区）区引出的两个电极分别为源极S和漏极D，从两个P区（或N区）引出的电极叫栅极G，很薄的N区（或P区）称为导电沟道,分别构成N沟道场效应管和P沟道场效应管。图1-19 绝缘栅型场效应管的结构、符号二、场效应管的工作原理二、场效应管的工作原理v不论是N沟道还是P沟道，场效应管的工作原理是相同的，都是利用栅极与源极沟道间的PN结形成的反偏栅源电压UGS来控制漏极-源极间流经沟道的漏极电流ID。v即：沟道截面积（漏极电流ID流经通路的宽度）是由PN结反偏的变化产生的耗尽层扩展变化控制的。v所以说场效应管是电压控制器件，它通过栅源电压UGS来控制漏极电流ID。三、三、绝缘栅型场效应管的特性曲线和主要参数绝缘栅型场效应管的特性曲线和主要参数v1.特性曲线特性曲线不论是增强型还是耗尽型，场效应管都有夹断区（即截止区）、恒流区（即线性区）和可变电阻区三个工作区域。v场效应管是电压控制器件。v它的漏极电流ID受栅、源电压UGS的控制，通过栅源电压来控制漏极电流；v场效应管的输入端电流极小，因此它的输入电阻很大。v利用多数载流子导电，因此它的温度稳定性较好；v组成的放大电路的电压放大系数要小于三极管组成放大电路的电压放大系数；v场效应管的抗辐射能力强；噪声低。v放大电路是模拟电路中最常用、最基本的一种典型电路。v凡是需要将微弱的模拟信号加以放大的场合，都离不开放大电路。v扩音机就是一个把微弱的声音变大的放大电路。声音先经过话筒变成微弱的电信号，经过放大器，利用BJT的控制作用，把电源供给的能量转换为较强的电信号，然后经过扬声器(喇叭)还原成为放大了的声音。链接三链接三 基本基本放大电路放大电路 v放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。v“放大”作用的实质是电路对电流、电压或能量的控制作用。即用能量比较小的输入信号控制另一个能源，从而使输出端的负载上得到能量比较大的信号。v负载上信号的变化规律是由输入信号决定的，而负载上得到的较大的能量是由另一个能源提供的。一、放大电路的组成及工作原理一、放大电路的组成及工作原理v1.放大电路的组成放大电路的组成v放大电路的作用是实现对微弱小信号的幅度放大，单凭晶体管的电流放大作用显然无法完成，必须在放大电路中设置直流电源，使其保证三极管工作在线性放大区。v放大电路的基本由三极管V、电源UCC、电阻RB和RC及耦合电容C1和C2基本元件组成。v固定偏置基本共射放大电路为例说明放大电路的基本组成vV：三极管，放大器的核心部件，在电路中起电流放大作用；vUCC：直流电源，为放大电路提供能量和保证晶体管工作在放大状态，UCC一般在几伏到十几伏之间。vRB：偏置电阻，用来调节基极偏置电流IB。与电源EB一起使管子发射结处于正向偏置，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。vRC：将集电极的电流变化变换成集电极的电压变化，以实现电压放大作用。一般为几千欧。vC1和C2：隔直耦合电容，利用其通交隔直作用，起到耦合的作用，使放大电路和信号源及放大电路和负载间直流相隔离，同时保证交流信号顺利传输，为了减小传递信号的电压损失，Cl、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。2.放大电路的工作原理放大电路的工作原理v当放大电路输入端加上输入信号ui时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化。v输入端的交流电压ui通过电容Cb1加到BJT的发射结，从而引起基极电流iB相应的变化。viB的变化使集电极电流ic随之变化。ic的变化量在集电极电阻Rc上产生压降。集电极电压VCEuCC-icRC,当ic的瞬时值增加时，uCE就要减小，所以VCE的变化恰与ic相反。uCE中的变化量经过电容Cb2传送到输出端成为输出电压u0。如果电路参数选择适当u0的幅度将比ui大得多，从而达到放大的目的。v由于动态时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压UCE、电流iB和iC均包含两个分量，这时电路中既有直流成分，亦有交流成分，各极的电流和电压都是在静态值的基础上再叠加交流分量，即放大电路中交直流并存。放大电路的工作原理二、晶体管放大电路的主要性能指标二、晶体管放大电路的主要性能指标v晶体管放大电路的主要性能指标有：放大倍数、输入电阻、输出电阻、非线性失真系数和通频带。v1放大倍数放大倍数 v放大倍数是用于衡量放大电路放大能力的主要指标。通常将输出量与输入量的比值定义为放大倍数，又称为增益。v2输入电阻输入电阻v输入电阻是用于衡量一个放大电路从信号源获取信号能力大小的指标。通常将输入电阻定义为输入电压与输入电流之比，即从放大电路输入端看进去的等效电阻.v可以根据输入电阻的大小来判断一个放大电路从信号源获取信号的能力。输入电阻越大越好。v3输出电阻输出电阻v输出电阻是用于衡量一个放大电路带负载能力大小的指标。输出电阻是从放大电路输出端看进去的等效电阻。v4 通频带通频带v通频带：fbw=fH fLv通频带是用于衡量一个放大电路对不同频率信号的放大能力的指标。中频时放大倍数最大，低频或高频时放大倍数都会下降并产生相移。v通频带用于衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。通频带越宽，放大电路对不同频率信号的适应能力越强。图2-5 放大倍数随频率变化的曲线三、放大电路的三种组态放大电路的三种组态v双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入,两个可以作为输出，这样必然有一个电极是输入和输出的公共电极，所以三极管在对信号实现放大时在电路中有三种不同的连接方式，也称三种接法或者三种组态，放大电路的三种组态v共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示，共基极放大电路只能放大电压，不能放大电流。输入电阻小，频率特性最好，常用于宽频带放大电路。v共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示，共发射极放大电路既能放大电压，也能放大电流，输入电阻居中，输出电阻较大，频带较窄。常作低频电压放大v共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示，共集电极放大电路只能放大电流，不能放大电压。输入电阻最大、输出电阻最小，具有电压跟随的特点，常用于多级放大的输入级和输出级链接三链接三 共发射极放大电路共发射极放大电路v电路中发射极是输入、输出回路的公共支路，而且放大的是电压信号，因此称之为共发射极电压放大器。实际应用中，共射放大电路通常采用单电源供电，图 2-7 共 射 放 大 电 路一、静态分析计算一、静态分析计算v放大电路中交直流并存，分析放大电路时要将交直流分开进行分析。直流分析又称为静态分析，主要是确定静态工作点Q（指静态值IBQ、ICQ和UCEQ）。通常采用直流通路进行分析，分析方法主要有图解法和近似估算法。1、直流通路：在直流电源作用下直流电流流经的通路。对于直流通路：电容视为开路；电感视为短路；信号源视为短路，但保留其内阻。2.图解法图解法v所谓图解法，是利用晶体管的输入特性曲线、输出特性曲线及放大电路中其它元件的参数，通过作图对放大电路进行分析的方法。图解法的特点是比较直观，通常适用于输入信号幅度较大、工作频率较低情况电路的分析或进行放大电路的失真情况分析。【例2-1】共射放大电路Rb=470k,Rc=6k,Vcc=20V,用图解法在三极管输出特性曲线上求静态工作点Q,(设UBE=0.7硅管）v解：（1）用估算法求出基极电流IBQ（2）在输出特性曲线中找到对应IBQ的曲线（3）作直流负载线MN根据关系式UCE=UCCICRC可画出一条直线，该直线在纵轴上的截距N为UCC/RC=3mA，在横轴上的截距M为UCC=12V，联接M、N点即得直流负载线。v（4）求静态工作点Q，并确定UCEQ、ICQ的值v晶体管的ICQ和UCEQ既要满足IBQ=40A的输出特性曲线，又要满足直流负载线，因而晶体管必然工作在它们的交点Q，该点就是静态工作点。v可在坐标上查得静态工作点Q静态值ICQ和UCEQ：IBQ=40A；:ICQ=1.5mA；UCEQ=6v3静态工作点静态工作点Q 的估算的估算v可以通过直流通路来进行静态工作点Q的估算。直流通路中有两个回路，根据KVL分别列出两个回路的电路方程UBE=UCCUBEIBRB和UCE=UCCICRC即可估算Q：（三）（三）动态工作情况动态工作情况v1交流通路交流通路v所谓交流通路，就是交流电流流通的途径。v是在输入信号ui单独作用下的通路，用于动态分析。v在分析电路时，一般用交流通路来研究交流量及放大电路的动态性能。v C1,C2视为短路；直流电源视为短路；直流电源UCC可视为短路可视为短路2微变等效电路法微变等效电路法v（1）基本思路）基本思路v把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路，就是放大电路的微变等效电路，然后用线性电路的分析方法来分析，这种方法称为微变等效电路分析法。v等效的条件是晶体管在小信号（微变量）情况下工作。在静态工作点附近的小范围内，用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。将三极管非线性器件做线性化处理，把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理，从而简化放大电路的分析和设计。（2）晶体管微变等效电路）晶体管微变等效电路v输入特性曲线在Q点附近的微小范围内可以认为是线性的。当uBE有一微小变化UBE时，基极电流变化IB，两者的比值称为三极管的动态输入电阻，用rbe表示，即：微变等效电路的输入特性曲线v输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线，集电极电流的微小变化IC仅与基极电流的微小变化IB有关，而与电压uCE无关.。故集电极和发射极之间可等效为一个受ib控制的电流源。即：（3）放大电路的微变等效电路）放大电路的微变等效电路v 将放大电路交流通路中的三极管用其微变模型代替就得到了放大电路的微变等效电路。图为共发射极放大电路的微变等效电路。(a)交流通路 (b)微变等效电路 图2-12 基本共发射极放大电路的微变等效电路（4）求解放大电路的主要性能指标求解放大电路的主要性能指标v电压放大倍数输出电压为：输入电压为：故电压放大倍数为：(式中RL=RC/RL）v当RL=（开路）时：输入电阻输入电阻v在uS=0,RL=的条件下,接UT产生IT。根据输入电阻的定义和微变等效电路有v输入电阻vv式中由于RBrbe，Rirbe，一般在几百欧到几千欧，输入电阻Ri的大小决定了放大电路从信号源吸取电流（输入电流）的大小。为了减轻信号源的负担，总希望Ri越大越好。另外输入电阻Ri较大，也可以降低信号源内阻Rs的影响，使放大电路获得较高的输入电压。输出电阻输出电阻v输出电阻的计算方法是：信号源短路，断开负载RL，在输出端加电压，求出由产生的电流，则输出电阻Ro为：v对于负载而言，放大器的输出电阻Ro越小，负载电阻RL的变化对输出电压的影响就越小，表明放大器带负载能力越强，因此总希望Ro越小越好。上式中Ro在几千欧到几十千欧。v【例2-2】基本放大电路中，已知，k，k，k，k，试求：（1）RL接入和断开两种情况下电路的电压放大倍数；（2）输入电阻Ri和输出电阻Ro；（3）输出端开路时的源电压放大倍数。v解：解：1.先求静态工作点v2.求三极管的动态输入电阻rbe3.求电压放大倍数vRL接入时的电压放大倍数RL断开时的电压放大倍数为：v4.求输入电阻Ri5.求输出电阻Ro 6.输出端开路时的源电压放大倍数3非线性失真分析非线性失真分析v图解法的特点是比较直观，通常适用于输入信号幅度较大、工作频率较低情况电路的分析或进行放大电路的失真情况分析。静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。（1）饱和失真）饱和失真图2-13 Q点偏高引起饱和失真 图2-14 Q点偏低引起截止失真若Q点偏高，当ib按正弦规律变化时，Q进入饱和区，造成ic和uce的波形与ib（或ui）的波形不一致，输出电压uo（即uce）的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；消除饱和失真的办法：降低静态工作点，可以采取增大Rb等办法来降低静态工作点，消除饱和失真。（2）截止失真）截止失真v若Q点偏低，则Q进入截止区，输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真。消除的办法：提高静态工作点，可以采取减小Rb等办法来提高静态工作点。消除截止失真的办法：降低静态工作点，可以采取增大Rb等办法来降低静态工作点，消除饱和失真。饱和失真和截止失真称为放大电路的非线性失真。v通过上述分析，可以看出设置静态工作点是非常必要的。放大电路放大的是动态信号,如果，没有设置静态工作点，设UBB=0，则IBQ=0，ICQ=0，UCEQ=UCC，则当放大电路输入端加上输入信号ui时，ui中小于死区电压的信号将无法进入放大器进行放大，输出波形严重失真，因此，必须设置合适的静态工作点。链接四链接四 分压式偏置放大电路分压式偏置放大电路 一、温度对静态工作点的影响一、温度对静态工作点的影响v半导体导电能力受温度的影响会发生很大的变化。对于固定偏置式共发射极放大电路而言，静态工作点由UBE、和ICEO、ICB0决定，这几个参数均随温度的变化而发生变化。v温度上升时，参数的变化都会使放大电路中的集电极静态电流ICQ随温度升高而增加，从而使Q点随温度变化。v要想使ICQ基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路能自动地适当减小基极电流IBQ二、分压式偏置电路二、分压式偏置电路v1电路特点电路特点v分压式偏置电路是典型的静态工作点稳定的放大电路。温度变化时，使IC维持恒定。分压式偏置放大电路由于添加了负反馈环节，设置了分压电阻和射极反馈电阻，当I2IB，则电位UB与温度基本无关，当温度升高而造成IC增大时，可自动减小IB，从而抑制了静态工作点因温度变化而发生的变化，保持Q点稳定。v电位UB的高低对放大电路的静态工作点影响很大。分压式偏置的共发射极放大电路由于加设了负反馈环节，因此当温度升高时，具有自调节能力。2 Q稳定的原理分析稳定的原理分析调节过程：设放大电路环境温度升高，此时 可以看出，温度变化IC基本不受影响。由于电路具有对温度变化的自调节能力，因此集电极电流通常恒定，故分压式偏置放大电路又叫恒流源电路。只要基极电位和射极反馈电阻RE不变，集电极电流始终维持不变。三、分析计算三、分析计算v1静态分析静态分析v静态分析时，此电路需满足I1I2IB的小信号条件偏置电阻RB1和RB2应选择适当数值，使之符合：I1I2IB的条件。在小信号条件下，IB可近似视为0值。v忽略IB时，RB1和RB2可以对UCC进行分压。即：2.动态指标动态指标v一般情况下，由高、低频小功率管构成的放大电路都符合小信号条件。因此其输入、输出特性在小范围内均可视为线性。先画出微变等效电路，从微变等效电路看出发射极为输入、输出回路的公共支路，因之而称为共发射极组态的放大电路。图2-17 分压式偏置放大电路微变等效电路分压式放大电路微变等效电路法的动态分析结果为共发射极放大电路的主要任务是对输入的小信号进行电压放大，因此电压放大倍数Au是衡量放大电压性能的主要指标之一。共射放大电路的电压放大倍数随负载增大而下降很多，说明这种放大电路的带负载能力不强。v【例2-3】图示电路，已知UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RC=3k，RE=2k，RL=3k，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解：解：1.用估算法计算静态工作点2.求电压放大倍数：v3.求输入电阻和输出电阻链接五链接五 共集电极放大电路（射极输出器）共集电极放大电路（射极输出器）v根据电路的结构特点，放大电路除了共发射极放大器外，还有共集电极和共基极放大电路，电路中是输入、输出回路的公共支路分别是集电极和共基极。分析方法与共发射极放大器基本相同。一、电路组成 图2-18 共集电极放大电路 图2-19 直流通路二、静态分析v三、动态分析三、动态分析图2-23 共集电极交流通路1电压放大倍数：电压放大倍数：2输入电阻输入电阻3输出电阻输出电阻v射极跟随器的电压放大倍数小于1，但约等于1，即具有电压跟随作用。v射极跟随器还具有较高的输入电阻和较低的输出电阻，这是射极跟随器最突出的优点。v射极跟随器常用作多级放大器的第一级或最末级，也可用于中间隔离级。v用作输入级时，其高的输入电阻可以减轻信号源的负担，提高放大器的输入电压。用作输出级时，其低的输出电阻可以减小负载变化对输出电压的影响，并易于与低阻负载相匹配，向负载传送尽可能大的功率。v【例2-4】射极跟随器电路中，已知UCC=12V，RB=200k，RE=2k，RL=3k，RS=100，=50。试估算静态工作点，并求电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。v解：解：（1）用估算法计算静态工作点（2）求电压放大倍数式中输入电阻Ri和输出电阻Ro。式中v四、三种三极管基本放大电路的比较四、三种三极管基本放大电路的比较v三种三极管基本放大电路的性能特点列表进行比较。v通过表看出，v从电压放大倍数看：共射、共基Au很大，共射Ui与Uo反相，共基Ui与Uo同相，共集Au最小，Au1v2.从电流放大倍数看：共射与共集有较高的Ai共基Ai1v3.从输入电阻看：三种电路从大到小的顺序为：共集、共射、共基电路v4.从输出电阻看：共集较小，带负载能力最强，其余两较差.根据这些特点：共射电路多用在多级放大电路的中间级，起电压放大作用；共集电路：ri大，ro小，用于输入级，输出级及缓冲级，共基电路，用于宽带线高链接六链接六 多级放大电路多级放大电路v一般来说，单级放大电路并不能同时满足多个性能指标的要求，因此，实际的放大器都是由若干单级放大电路连接而成的多级放大电路。一、多级放大电路的耦合一、多级放大电路的耦合v多级放大电路是由两级或两级以上的单级放大电路连接而成的。在多级放大电路中，级与级之间的连接方式称为耦合方式。级与级之间耦合时，必须满足：v（1）耦合后，各级电路仍具有合适的静态工作点；v（2）保证信号在级与级之间能够顺利地传输；v（3）耦合后，多级放大电路的性能必须满足实际的要求。v为了满足上述要求，一般常用的耦合方式有阻容耦合、直接耦合、变压器耦合三种。2.多级放大电路的耦合方式多级放大电路的耦合方式v多级放大电路是由两级或两级以上的单级放大电路连接而成的。v在多级放大电路中，级与级之间的连接方式称为耦合方式。v常用的耦合方式有阻容耦合、直接耦合、变压器耦合三种。1、阻容耦合、阻容耦合v阻容耦合放大电路的各极之间是通过耦合电容及下级输入电阻连接。v优点：各级静态工作点相互独立，互不影响，可以单独调整到合适位置；且不存在零点漂移问题。这给放大电路的分析、设计和调试带来了很大的方便。v缺点：交流信号在信号传输过程中，会受到一定的衰减。尤其对于变化缓慢的信号容抗很大，不便于传输。v这种耦合方式下的多级放大电路不便于集成。2、直接耦合、直接耦合v多级放大电路的前后级之间直接用导线连接起来，无需另外的耦合元件。v优点：能放大变化很缓慢的信号和直流分量变化的信号；具有良好的低频特性，适于大规模集成。v缺点：各级静态工作点互相影响；且存在零点漂移问题。v零点漂移：放大电路在无输入信号的情况下，输出电压uo却出现缓慢、不规则波动的现象。产生零点漂移的原因很多，其中最主要的是温度影响。3、变压器耦合、变压器耦合v放大器前后级之间是通过变压器连接的。v优点：各级电路的静态工作点相互独立，互不影响；只能传输交流信号和进行阻抗变换，改变变压器的匝数比，容易实现阻抗变换，获得较大的输出功率。v缺点：变压器体积大而重，不便于集成。同时频率特性差，也不能传送直流和变化非常缓慢的信号。二、多级放大电路的分析二、多级放大电路的分析v多级放大电路的主要性能参数：电压