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江西旅游商贸职业学院 电子技术基础一电子教案第一章 二极管及其应用第一节 二极管的基本知识一、半导体及PN结物质存在的形式多种多样，固体、液体、气体、等离子体等等。我们通常把导电性差的材料，如煤、人工晶体、琥珀、陶瓷等称为绝缘体。而把导电性比较好的金属如金、银、铜、铁、锡、铝等称为导体。可以简单的把介于导体和绝缘体之间的材料称为半导体。与导体和绝缘体相比，半导体材料的发现是最晚的，直到20世纪30年代，当材料的提纯技术改进以后，半导体的存在才真正被学术界认可。 1、本征半导体最常用的半导体是硅和锗。硅和锗都是四价元素，原子结构的最外层轨道上有四个价电子，当把硅或锗制成晶体时，它们是靠共价键的作用而紧密联系在一起。晶体硅原子整齐排列见上右图。半导体一般都具有晶体结构，所以也称为单晶体。纯净晶体结构的半导体我们称之为本征半导体。本征半导体中相邻原子靠共价键结构结合起来。共价键中的一些价电子由于热运动获得一些能量，从而摆脱共价键的约束成为自由电子，同时在共价键上留下空位，我们称这些空位为空穴，它带正电。在外电场作用下，自由电子产生定向移动，形成电子电流；同时价电子也按一定的方向一次填补空穴，从而使空穴产生定向移动，形成空穴电流。在晶体中存在两种载流子，即带负电自由电子和带正电空穴，它们是成对出现的。2、N型半导体和P型半导体在本征半导体中两种载流子的浓度很低，因此导电性很差。我们向晶体中有控制的掺入特定的杂质来改变它的导电性，这种半导体被称为杂质半导体。a. N型半导体在本征半导体中，掺入5价元素，使晶体中某些原子被杂质原子所代替，因为杂质原子最外层有5个价电子，它与周围原子形成共价键后，还多余一个自由电子，因此使其中的空穴的浓度远小于自由电子的浓度。但是，电子的浓度与空穴的浓度的乘积是一个常数，与掺杂无关。在N型半导体中自由电子是多数载流子，空穴是少数载流子。b. P型半导体在本征半导体中，掺入3价元素，晶体中的某些原子被杂质原子代替，但是杂质原子的最外层只有3个价电子，它与周围的原子形成共价键后，还多余一个空穴，因此使其中的空穴浓度远大于自由电子的浓度。在P型半导体中，自由电子是少数载流子，空穴使多数载流子。3、PN结我们通过现代工艺，把一块本征半导体的一边形成P型半导体，另一边形成N型半导体，于是这两种半导体的交界处就形成了PN结，它是构成其它半导体的基础。a. PN结的形成在形成的PN结中，由于两侧的电子和空穴的浓度相差很大，因此它们会产生扩散运动（高浓度向低浓度扩散）：电子从N区向P区扩散；空穴从P去向N区扩散。因为它们都是带电粒子，它们向另一侧扩散的同时在N区留下了带正电的空穴，在P区留下了带负电的杂质离子，这样就形成了空间电荷区，也就是形成了电场(自建场)。 在电场的作用下，载流子将作漂移运动，它的运动方向与扩散运动的方向相反，阻止扩散运动。电场的强弱与扩散的程度有关，扩散的越多，电场越强，同时对扩散运动的阻力也越大，当扩散运动与漂移运动相等时，通过界面的载流子为0。此时，PN结的交界区就形成一个缺少载流子的高阻区，我们又把它称为阻挡层或耗尽层。b. PN结的单向导电性我们在PN结两端加不同方向的电压，可以破坏它原来的平衡，从而使它呈现出单向导电性。PN结外加正向电压的接法是P区接电源的正极，N区接电源的负极。这时外加电压形成电场的方向与自建场的方向相反，从而使阻挡层变窄，扩散作用大于漂移作用，多数载流子向对方区域扩散形成正向电流，方向是从P区指向N区。PN结加反向电压的接法与正向相反，即P区接电源的负极，N区接电源的正极。此时的外加电压形成电场的方向与自建场的方向相同，从而使阻挡层变宽，漂移作用大于扩散作用，少数载流子在电场的作用下，形成漂移电流，它的方向与正向电压的方向相反，所以又称为反向电流。因反向电流是少数载流子形成，故反向电流很小，即使反向电压再增加，少数载流子也不会增加，反向电压也不会增加，因此它又被称为反向饱和电流，即：ID=-IS。此时，PN结处于截止状态，呈现的电阻为反向电阻，而且阻值很高。综上所述，PN结在正向电压作用下，处于导通状态，在反向电压的作用下，处于截止状态，因此PN结具有单向导电性。二、二极管的结构及其符号半导体二极管是由PN结加上引线和管壳构成的。二极管按制造材料分硅二极管和锗二极管。二极管按管子的结构来分有点接触型二极管、面接触型二极管和平面型。点接触型二极管PN结面积小，结电容小，用于检波和变频等高频电路。面接触型二极管PN结面积大，用于工频大电流整流电路。平面型二极管往往用于集成电路制造工艺中。PN 结面积可大可小，用于高频整流和开关电路中。三、二极管的特性二极管的特性是单向导电，可以通过二极管伏安特性曲线了解二极管两端电压与电流之间的关系。1、正向特性正向电压UF小于门槛电压UT时，二极管截止，正向电流IF =0；其中，门槛电压 UF UT时，V导通，IF急剧增大。导通后V两端电压基本恒定：正偏时电阻小，具有非线性。 2、反向特性反向电压UR URM时，IR剧增，此现象称为反向电击穿。对应的电压URM称为反向击穿电压。反偏电阻大，存在电击穿现象。3、温度特性二极管是温度的敏感器件，温度的变化对其伏安特性的影响主要表现为：随着温度的升高，其正向特性曲线左移，即正向压降减小；反向特性曲线下移，即反向电流增大。一般在室温附近，温度每升高1C，其正向压降减小22.5mV；温度每升高10C：，反向电流大约增大1倍左右。综上所述，二极管的伏安特性具有以下特点： 二极管具有单向导电性； 二极管的伏安特性具有非线性； 二极管的伏安特性与温度有关。四、常用二极管二极管按用途分，常用有整流二极管、稳压二极管、发光二极管、光电二极管等。1、稳压二极管稳压二极管又叫齐纳二极管。利用PN结反向击穿状态，其电流可在很大范围内变化而电压基本不变的现象，制成的起稳压作用的二极管。此二极管是一种直到临界反向击穿电压前都具有很高电阻的半导体器件。在这临界击穿点上，反向电阻降低到一个很小的数值，在这个低阻区中电流增加而电压则保持恒定，稳压二极管是根据击穿电压来分档的，因为这种特性，稳压管主要被作为稳压器或电压基准元件使用。稳压二极管可以串联起来以便在较高的电压上使用，通过串联就可获得更高的稳定电压。2、发光二极管发光二极管简称为LED，由含镓（Ga）、砷（As）、磷（P）、氮（N）等的化合物制成。当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。因化学性质又分有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。3、光电二极管光电二极管和普通二极管一样，也是由一个PN结组成的半导体器件，也具有单方向导电特性。但在电路中它不是作整流元件，而是把光信号转换成电信号的光电传感器件。光电二极管是在反向电压作用下工作的，没有光照时，反向电流极其微弱，叫暗电流；有光照时，反向电流迅速增大到几十微安，称为光电流。光的强度越大，反向电流也越大。光的变化引起光电二极管电流变化，这就可以把光信号转换成电信号，成为光电传感器件。4、变容二极管变容二极管又称可变电抗二极管。是一种利用PN结电容（势垒电容)与其反向偏置电压Vr的依赖关系及原理制成的二极管变容二极管的作用是利用PN结之间电容可变的原理制成的半导体器件，在高频调谐、通信等电路中作可变电容器使用。三、二极管的主要参数及型号1、二极管的主要参数二极管的参数是反映二极管电性能的质量指标，是正确选择和使用二极管的依据。a.最大整流电流IFM 它是二极管允许通过的最大正向平均电流。b.最大反向工作电压URM它是二极管允许的最大工作电压，我们一般取击穿电压的一半作UR c.反向电流IR 二极管未击穿时的电流，它越小，二极管的单向导电性越好。d.最高工作频率fM 它的值取决于PN结结电容的大小，电容越大，频率约高。2、二极管的型号常用二极管的型号有2AP,2CP,2CZ,2CW,2DW等，型号中2表示二极管，第一个字母表示材料（A表示N型锗材料，C表示N型硅材料，D表示P型硅材料），第二字母表示类型（P表示普通管，Z表示整流管，W表示稳压管）。技能拓展：二极管管脚极性及质量的判断1. 判别正负极性万用表测试条件：R100或R1k将红、黑表笔分别接二极管两端。所测电阻小时，黑表笔接触处为正极，红表笔接触处为负极。2.判别好坏万用表测试条件：R1k(1)若正反向电阻均为零，二极管短路。(2)若正反向电阻非常大，二极管开路。(3)若正向电阻约几千欧姆，反向电阻非常大，二极管正常。第二节 整流电路及其应用将交流电转换成直流电称为整流。利用二极管的单向导电性，可将交流电变成直流电，起到整流作用。一、单相半波整流电路半波整流是一种利用二极管的单向导通特性来进行整流的常见电路，除去半周、剩下半周的整流方法，叫半波整流。只要在单相交流电路中串联一只整流二极管，利用它的单向导电性，使交流电压为正半周期时电路导通，负半周期时电路截止，如下图所示，就可以得到单一方向的直流电流，这个直流电流是半波脉动电流，见下图（下图波形是在理想条件下的波形，即不计死区电压、正向压降和反向电流）。其中二次绕组输出电压有效值为 半波脉动直流电压UO 为 UO 0.45U2 负载中电流的平均值为 IO=UO/RL 整流二极管中的电流是iD=iO，其平均值为IV=IO 二极管在截止的半个周期承受反向电压，其最大值为 UDM 1.414U2 在选用整流二极管时，要注意二极管的两个参数：最大整流电流IFM和反向工作峰值电压URM，要求手册上提供的参数值要大于计算值，即 IFM IO，URM UDM。常用的整流二极管的参数表参见教材P15表1-3。 单相半波整流电路使用的元件少，结构简单，但只有半个周期导电，而且输出电压波动大，整流效率低，一般只用在输出电流较小、要求不高的场合。实际用中，大多采用全波整流电路和桥式整流电路。二、单相桥式整流电路变压器中心抽头式单相全波整流电路如图。D1D4为性能相同的整流二极管,Tr1为电源变压器。u1正半周时，Tr1次级A点电位高于B点电位，二极管D1、D3导通，电流自上而下流过RL， u1负半周时，Tr1次级A点电位低于B点电位，二极管D2、D4导通，电流自上而下流过RL。所以，在u1一周期内，流过二极管的电流iu1、iu2叠加形成全波脉动 直流电流iL，于是RL两端产生全波脉动直流电压UL。故电路称为全波整流电路。负载和整流二极管上的电压和电流: (1) 负载电压 (2) 负载电流 (3) 二极管的平均电流 (4) 二极管承受反向峰值电压 目前，已广泛使用将4个硅二极管封装成一个整体的硅桥式整流器，这个整流器有四个接线端，两端接交流电流（标有“”号），两端接负载（标有“+”、“-”端子）。第三节 滤波电路及其应用整流电路输出的脉动直流电含有很大的交流成分，不能直接供给电气设备来使用，为此需要将交流成分尽可能滤除，并且提高输出的直流成分，使输出电压接近理想的直流电压，用来完成这一任务的电路就是滤波电路，一般利用电容、电感这类电抗元件根据交、直流阻抗的不同来实现滤波。一、电容滤波电路 电容滤波利用了电容“通交流阻直流”的特点，将电容C与负载并联后，整流后的脉冲直流电中大部分交流分量就会从电容上通过，而只有直流成分和少量交流成分从负载上经过，从而使得负载上的电压、电流变得平滑。工作原理：t=0接通电源u2 u2D1D3导通 四个二极管截止 D2D4导通电容C充电 电容C向RL放电 电容C充电输出直流电压 输出直流电流 整流二极管平均电流 变压器幅边绕组的电流有效值 电容滤波相关特点可参见教材P20-P21。二、电感滤波电路电感滤波电路利用了电感“通直流阻交流”的特点，将电感L与负载串联，整流后的脉动直流中直流成分经过电感后几乎没有损失，送到负载上，而交流成分经过分压后大部分落在电感上，从而使得负载上的电压、电流变得平滑。电感电流不能突变 输出电流波形平滑 输出电压波形平滑当流过电感的电流变化时，电感线圈中产生的感生电动势将阻止电流的变化。当通过电感线圈的电流增大时，电感线圈产生的自感电动势与电流方向相反，阻止电流的增加，同时将一部分电能转化成磁场能存储于电感之中；当通过电感线圈的电流减小时，自感电动势与电流方向相同，阻止电流的减小，同时释放出存储的能量，以补偿电流的减小。因此经电感滤波后，不但负载电流及电压的脉动减小，波形变得平滑，而且整流二极管的导通角增大。 在电感线圈不变的情况下，负载电阻愈小，输出电压的交流分量愈小。只有在RLL时才能获得较好的滤波效果。L愈大，滤波效果愈好。 另外，由于滤波电感电动势的作用，可以使二极管的导通角接近，减小了二极管的冲击电流，平滑了流过二极管的电流，从而延长了整流二极管的寿命。电感滤波相关特点可参见教材P22-P23。第四节 晶闸管晶闸管是晶体闸流管的简称，又可称做可控硅整流器，以前被简称为可控硅。晶闸管是PNPN四层半导体结构，它有三个极：阳极，阴极和门极； 晶闸管具有硅整流器件的特性，能在高电压、大电流条件下工作，且其工作过程可以控制、被广泛应用于可控整流、交流调压、无触点电子开关、逆变及变频等电子电路中。晶闸管是由一个P-N-P-N四层 (4 layers) 半导体构成的，中间形成了三个PN结。它的导通条件为：加正向电压且门极有触发电流；其派生器件有：快速晶闸管，双向晶闸管，逆导晶闸管，光控晶闸管等。它是一种大功率开关型半导体器件，在电路中用文字符号为“V”、“VT”表示。晶闸管在工作过程中，它的阳极（A）和阴极（K）与电源和负载连接，组成晶闸管的主电路，晶闸管的门极G和阴极K与控制晶闸管的装置连接，组成晶闸管的控制电路。晶闸管为半控型电力电子器件，它的工作条件如下：1. 晶闸管承受反向阳极电压时，不管门极承受何种电压，晶闸管都处于反向阻断状态。2. 晶闸管承受正向阳极电压时，仅在门极承受正向电压的情况下晶闸管才导通。这时晶闸管处于正向导通状态，这就是晶闸管的闸流特性，即可控特性。3. 晶闸管在导通情况下，只要有一定的正向阳极电压，不论门极电压如何，晶闸管保持导通，即晶闸管导通后，门极失去作用。门极只起触发作用。4. 晶闸管在导通情况下，当主回路电压（或电流）减小到接近于零时，晶闸管关断。晶闸管相关特点可参见教材P23-P24。第二章 三极管及放大电路基础第一节 三极管的基本知识一、三极管的结构及其符号 三极管，全称为半导体三极管，也称双极型晶体管、晶体三极管，是一种控制电流的半导体器件。晶体三极管是半导体基本元器件之一，具有电流放大作用，是电子电路的核心元件。通过工艺的方法,三极管是在一块半导体基片上制作两个相距很近的PN结，两个PN结把整块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有PNP和NPN两种。它们的结构示意图和符号图如下所示（符号中的箭头表示发射结加正向电压时的内部电流方向）：三极管均包含三个区：发射区，基区，集电区，同时相应的引出三个电极：发射极，基极，集电极；同时又在两两交界区形成PN结，分别是发射结和集电结。三极管的结构特点如下：（1）发射区的掺杂浓度远远大于集电区掺杂浓度。（2）基区要制造得很薄且载流子浓度很低。三极管出来按照结构分类外，还可按制造材料的不同分为硅管与锗管；按照功率大小，可分为小功率管、中功率管和大功率管；按照工作频率高低不同，分为高频管和低频管；按照用途不同，可分为放大管和开关管。二、三极管的结构及其符号我们知道，把两个二极管背靠背的连在一起，是没有放大作用的，要想使它具有放大作用，必须做到以下几点：1、结构特点：发射区中掺杂浓度高，基区必须很薄，集电结的面积应很大。2、工作时条件：发射结应正向偏置，集电结应反向偏置。而内部载流子的传输过程：发射区向基区注入载流子，载流子在基区的扩散与复合，集电区收集载流子。其中：ICEO为发射结少数载流子形成的反向饱和电流；ICBO为IB=0时，集电极和发射极之间的穿透电流。为共基极电流的放大系数，为共发射极电流的放大系数。三、三极管的特性曲线用来描述三极管各电极电流与电压关系的曲线称为三极管的特性曲线，又称为三极管伏安特性曲线。三极管的特性曲线实际上是三极管内部特性的外部表现，是分析和设计电子电路的重要依据之一。三极管连接一般分为三种接法，分别为共基极、共发射极和共集电极三种。下面以NPN三极管为例，分析三极管共射极电路的输入与输出的特性曲线。1、输入特性曲线在三极管共射极连接的情况下，当集电极与发射极之间的电压UBE维持不同的定值时，UBE和IB之间的一簇关系曲线，称为共射极输入特性曲线。输入特性曲线的数学表达式为：IBf（UBE） UCE = 常数从三极管的输入特性曲线可发现以下几个特点：（1）UBE=0的一条曲线与二极管的正向特性相似。这是因为UCE=0时，集电极与发射极短路，相当于两个二极管并联，这样IB与UCE 的关系就成了两个并联二极管的伏安特性。（2）UCE由零开始逐渐增大时输入特性曲线右移，而且当UCE的数值增至较大时（如UCE1V），各曲线几乎重合。这是因为UCE由零逐渐增大时，使集电结宽度逐渐增大，基区宽度相应地减小，使存贮于基区的注入载流子的数量减小，复合减小，因而IB减小。如保持IB为定值，就必须加大UBE ，故使曲线右移。当UCE 较大时（如UCE1V），集电结所加反向电压，已足能把注入基区的非平衡载流子绝大部分都拉向集电极去，以致UCE再增加，IB也不再明显地减小，这样就形成了各曲线几乎重合的现象。（3）和二极管一样，三极管也有一个门限电压V，通常硅管约为0.50.6V，锗管约为0.10.2V。2、输出特性曲线产生集电极电流IC的电路称为三极管的输出电路。当三极管基极电流为常数时，输出电路中集电极电流IC同集电极与发射极之间的电压UCE的关系曲线称为三极管的输出特性曲线，数学表达式为：ICf（UCE） IB = 常数从三极管输出特性曲线可看出它分为三个区域：（1）截止区：指IB=0的那条特性曲线以下的区域。在此区域里，三极管的发射结和集电结都处于反向偏置状态，三极管失去了放大作用，集电极只有微小的穿透电流ICEO。（2）饱和区：指绿色区域。在此区域内，对应不同IB值的输出特性曲线簇几乎重合在一起。也就是说，UCE较小时，Ic虽然增加，但Ic增加不大，即IB失去了对Ic的控制能力。这种情况，称为三极管的饱和。饱和时，三极管的发射给和集电结都处于正向偏置状态。三极管集电极与发射极间的电压称为集一射饱和压降，用UCES表示。UCES很小，通常中小功率硅管UCES0.5V；三极管基极与发射极之间的电压称为基一射饱和压降，以UCES表示，硅管的UCES在08V左右。OA线称为临界饱和线（绿色区域右边缘线），在此曲线上的每一点应有|UCE| = |UBE|。它是各特性曲线急剧拐弯点的连线。在临界饱和状态下的三极管，其集电极电流称为临界集电极电流，以Ics表示；其基极电流称为临界基极电流，以IBS表示。这时Ics与IBS 的关系仍然成立。（3）放大区：在截止区以上，介于饱和区与击穿区之间的区域为放大区。在此区域内，特性曲线近似于一簇平行等距的水平线，Ic的变化量与IB的变量基本保持线性关系，即Ic=IB，且Ic IB ，就是说在此区域内，三极管具有电流放大作用。此外集电极电压对集电极电流的控制作用也很弱，当UCE1 V后，即使再增加UCE，Ic 几乎不再增加，此时，若IB 不变，则三极管可以看成是一个恒流源。在放大区，三极管的发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置状态。四、三极管的主要参数与型号三极管的参数是判断管子质量的标准，同时又是正确安全使用的依据。一般分为性能参数和极限参数两大类。1、三极管的主要性能参数放大系数主要是表征管子放大能力。三极管的放大系数分为动态放大系数和静态放大系数。当输入信号为零时，集电极电流和基极电流的比值称为静态电流放大系数，即 当输入信号不为零时，在保持UCE不变的情况下，集电极电流的变化量与基极电流的变化量的比值称为动态电流放大系数。集-基反向饱和电流ICBO是指发射极开路，在集电极与基极之间加上一定的反向电压时，所对应的反向电流。它是少子的漂移电流。在一定温度下，ICBO是一个常量。随着温度的升高ICBO将增大，它是三极管工作不稳定的主要因素。在相同环境温度下，硅管的ICBO比锗管的ICBO小得多穿透电流ICEO是指基极开路，集电极与发射极之间加一定反向电压时的集电极电流，即穿透电流。ICBO与ICEO都是表征三极管热稳定性的参数，这两个参数值越小，则三极管工作越稳定，质量越好。2、三极管的极限参数最大允许集电极耗散功率PCM是指三极管集电结受热而引起晶体管参数的变化不超过所规定的允许值时，集电极耗散的最大功率。当实际功耗Pc大于PCM时，不仅使管子的参数发生变化，甚至还会烧坏管子。PCM可由下式计算：PCMICUCE。当已知管子的PCM 时，利用上式可以在输出特性曲线上画出PCM曲线。当IC很大时，值会逐渐下降。一般规定在值下降到额定值的2/3时所对应的最大允许集电极电流为ICM当ICICM时，值已减小到不实用的程度，且有烧毁管子的可能。BVCEO是指基极开路时，集电极与发射极间的反向击穿电压。BVCBO是指发射极开路时，集电极与基极间的反向击穿电压。一般情况下同一管子的BVCEO（0.50.8）BVCBO 。三极管的反向工作电压应小于击穿电压的（1/21/3），以保证管子安全可靠地工作。三极管的3个极限参数PCM、ICM、BVCEO和前面讲的临界饱和线、截止线所包围的区域，便是三极管安全工作的线性放大区。一般作放大用的三极管，均须工作于此区。3、三极管的型号国产的三极管的型号一般由5部分组成，如下图所示。具体型号的意义与管子类型可参见教材P37页。第二节 基本放大电路三极管是放大器的核心元件。三极管在放大器中有共基极、共射极和共集电极三种连接方式，即分别把基极、发射极和集电极作为输入和输出的公共端。无论哪种方式都要保证三极管能够满足放大的外部条件，即发射结正偏、集电结反偏。一、共射极放大电路1.共射极放大电路的基本特征与组成共射极放大电路的基本特征如下：（1）一个微弱的电信号通过放大器后，输出电压或电流的幅度得到放大，它随时间变化的规律不变。（2）输出信号的能量得到加强，这个能量是由直流电源提供的，经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。共射极放大电路的基本组成可归结如下：三极管起放大作用；集电极电阻RC将变化的集电极电流转换为电压输出；偏置电路使三极管工作在放大区；耦合电容将输入的交变信号加到发射结，并将交变的信号进行输出。2.静态工作点在没有交流数日信号时，放大电路中都是直流量，这种工作状态称为静态或直流工作状态。此时放大电路中的直流电压、直流电流均是一确定的量，在三极管的特性曲线上即对应一个确定的点，习惯上称该点为静态工作点Q。放大电路的主要目的是将微弱信号不失真的放大，因此三极管在放大的过程当中要保证三极管始终工作在放大区。这就对静态工作点的位置有一定的要求，即必须给放大电路设置一个合适的静态工作点。3.共射极放大电路的工作原理在共射极放大电路的输入端加入微弱的交流信号后，三极管的各级电流、电压大小都是在直流的基础上叠加了一个交流量。发射结两端的电压为uBE=UBEQ+ube =UBE+ui，由于所加交流信号变化微弱，在输入信号ui整个周期内，三极管都工作于放大区，iB随着UBE变化，在静态基础上叠加了一个交流ib，即iB=IBQ+ib。由于三极管的电流放大作用，iC=iB =IBQ+ibICQ+ic，也是在静态的基础上叠加了交流分量ic。三极管集射极电压uCE=UCC-iCRC=UCEQ-iCRC，同样也是在直流的基础上叠加了交流分量。uCE中的UCEQ在经过耦合电容后直流分量被滤除，交流分量传送至输出端，即uO 。放大电路静态是基础，是放大电路能够放大的前提；动态时实现了不失真的放大交流信号。但不管是静态还是动态，三极管都要工作在放大区。共射极放大电路既具有较大的电流放大倍数，又具有很大的电压放大倍数，功率增益也是三种接法中最大的。因此该接法的电路应用最为广泛。二、共基极放大电路与共集电极放大电路1、共基极放大电路在三极管电路中，以基极为公共点，发射极和基极为输入端，集电极和基极为输出端，这样连接成的电路称为共基极放大电路，如下图所示。这种电路具有电压放大作用，同时具有功率放大作用，但不具备电流放大作用，稳定性高，输入阻抗小，输出阻抗高。由于共基极放大电路输入和输出的电流反向，且工作在较高频率范围时性能好，因此常用在高频放大和恒流源等电路中。 2、共集电极放大电路在三极管电路中，集电极是输入和输出电路的公共端，这样的电路称为共集电极放大电路，如下图所示。共集电极放大电路的特点是：具有电流放大和小功率放大作用，输出和输入电流反向，输出和输入电压同向，且输入电阻大，输出电阻小，常作为阻抗变换器。 第三节 分压偏置式放大电路 从对三极管电流放大作用分析可知，三极管各极电流、ICEOc与等参数都会受到温度的影响，随着温度的升高而增大。在上一节的共射极放大电路中，静态工作点也会随着温度的升高而沿负载线上移，易使三极管进入饱和区产生失真，甚至引起过热而烧坏三极管。可见，固定偏置电路的Q点不稳定。要想稳定电路的静态工作点，需要改进偏置电路，只要在温度升高时使电路能够适当的自动减小基极电流IBQ，抑制Q点的变化，就能够保持Q点基本稳定。通常可采用分压式偏置电路来实现，分压偏置式电路可参考下图。 上图中电阻R1、R2为基极电阻，构成分压电路，用于固定三极管的基极电位，即使温度变化，基极电位也基本不变，则可实现静态工作点的稳定。射极偏置电路稳定工作点的物理过程如下：利用R1、R2组成分压器以固定基极电位。当温度升高时，ICQ(IEQ)将增加，随着的增加，在Re上产生的压降也要增加，使外加于管子的UBE减小，由于UBE的减小使IBQ自动减小，结果牵制了ICQ的增加，从而使ICQ基本恒定。第四节 放大电路的分析由于放大电路存在静态和动态，即放大电路中的电流、电压均含有直流和交流分量，因此对放大电路的分析就是求解电路的静态工作点和各项动态指标的过程。根据叠加定理，可将电路分解为直流通路（静态）和交流分路（动态）两部分，然后按照先静态后动态的原则分别进行分析，因为只有电路不产生失真，即具有合适的静态工作点，对于电路的动态分析才有意义。一、放大电路的静态分析放大电路的静态分析有计算法和图解分析法两种。1、静态工作状态的计算分析法根据直流通路可对放大电路的静态进行计算，IC=b IBVCE=VCCICRcIB、IC和VCE这些量代表的工作状态称为静态工作点，用Q表示。在测试基本放大电路时，测量三个电极对地的电位VB、VE和VC即可确定三极管的工作状态。2、动态工作状态的图解法放大电路静态工作状态的图解分析如下图所示。直流负载线的确定方法： a. 由直流负载列出方程式VCE=VCCICRc b. 在输出特性曲线X轴及Y轴上确定两个特殊点VCC和VCC/Rc,即可画出直流负载线。 c. 在输入回路列方程式VBE =VCCIBRb d. 在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q。 e. 得到Q点的参数IBQ、ICQ和VCEQ。例1：测量三极管三个电极对地电位如左下图所示，试判断三极管的工作状态。 例2：用数字电压表测得VB =4.5 V 、VE =3.8 V 、VC =8 V，试判断三极管的工作状态。 电路如右上图所示。二、放大电路的动态分析1、交流负载线交流负载线的确定方法： a. 通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为1/RL。 b. RL= RLRc，是交流负载电阻。 c. 交流负载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。 d. 交流负载线与直流负载线相交，通过Q点。 2、交流工作状态分析放大电路的交流分析存在一般规律、参考教材所示电路图可得：a. vi vBE iB iC vCE -vo| ； b. vo与vi相位相反； c. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； d. 可以确定最大不失真输出幅度。放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：a. 工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位； b. 要有合适的交流负载线。放大电路的非线性失真常分为两种：饱和失真，由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的失真；截止失真，由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的失真。三、共射组态基本放大电路微变等效电路分析法其中，Rb1和Rb2系偏置电阻。C1是耦合电容，将输入信号vi耦合到三极管的基极。 Rc是集电极负载电阻。Re是发射极电阻，Ce是Re的旁路电容。 C2是耦合电容，将集电极的信号耦合到负载电阻RL上。 Rb1、Rb2、Rc和Re处于直流通路中。RC 、RL相并联，处于输出回路的交流通路之中。1、直流分析IB=( VCCVBE)/ Rb+(1+b)ReVCC= VCC Rb2 / (Rb1+Rb2) Rb= Rb1Rb2IC=bIB VC= VCCICRcVCE= VCC ICRcIERe= VCCIC(Rc+Re)(a) 直流通路 (b) 用戴维定理进行变换 2、交流分析根据微变等效电路，有RL= Rc RL 电压放大倍数Av Av = = RL / rbe 输入电阻Ri Ri = = rbe / Rb1/ Rb2rbe = rbb +(1+)26 mV/ IE =300+(1+)26 mV/ IE 根据求输出电阻的原理，将微变等效电路的输入端短路，将负载开路。在输出端加一个等效的输出电压。于是输出电阻Ro Ro = rceRcRc四、共集组态基本放大电路分析法共集组态基本放大电路如下图所示，其直流工作状态和动态分析如下。 共集组态放大电路 CC放大电路直流通路 1、直流分析将共集组态基本放大电路的直流通路画于图中，于是有IB=( VCCVBE)/ Rb+(1+b)Re IC=bIBVCE= VCCIERe= VCCICRe2、交流分析将放大电路的中频微变等效电路画出，如下图所示。中频电压放大倍数 比较共射和共集组态放大电路的电压放大倍数公式，它们的分子都是b乘以输出电极对地的交流等效负载电阻，分母都是三极管基极对地的交流输入电阻。输入电阻 Ri=Rb1/ Rb2/rbe +(1+b)RL) /Re输出电阻 ： 例题1：例题2： 第三章 常用放大器第一节 集成运算放大器 集成运算放大器是应用非常广泛的一种模拟集成电路，配合适当的外部反馈网络，可以在输入和输出之间灵活的实现各种函数关系，基本的应用电路如信号的运算、处理、产生、变换和组成有源滤波器等，这在电子技术中占重要地位。一、放大器中的反馈反馈是指将放大电路输出量（电压或电流）的一部分或全部，按一定方式反方向送回到输入端，并与输入信号叠加的过程。如下图所示，由基本放大电路A和反馈电路F构成一个闭环放大器。反馈系数 开环放大倍数 闭环放大倍数 （其中1+AF称为反馈深度）反馈的分类有多种方式，按输入端信号分包括直流反馈和交流反馈，按反馈类型和分为正反馈和负反馈。若将直流量反馈到输入端，称为直流反馈，多用于稳定静态工作点；若将交流量反馈到输入端，称为交流反馈，多用于改善放大器的动态性能。引入反馈后使净输入量增加的反馈，称为正反馈，多用于振荡电路和脉冲电路；引入反馈后使净输入量减小的反馈，称为负反馈，多用于改善放大器的性能。引入交流负反馈后的放大电路，称为负反馈放大电路。若反馈深度1+AF1，则称为深度负反馈，那么由于在负反馈放大电路中，反馈网络在放大电路的输出端有电压和电流两种取样方式，在放大电路的输入端有串联和并联两种求和方式。电压反馈，反馈量取自输出电压，可以减小输出电阻，稳定输出电压。电流反馈，反馈量取自输出电流，可以增大输出电阻，稳定输出电流。串联反馈，反馈量与输入量以电压方式相叠加，可提高输入电阻。并联反馈，反馈量与输入量以电流方式相叠加，可减小输入电阻。因此根据不同组合，可以构成四种组态的负反馈放大电路：电压串联负反馈、电压并联负反馈、电流串联负反馈、电流并联负反馈。注意：负反馈放大电路是以减小放大倍数为代价，获得放大电路增益的稳定性，减小非线性失真，扩展频带宽度，改变输入、输出电阻，从而改善放大电路的性能。二、集成运放的特性和参数 1、集成运算放大器的基本特性和符号集成运放电路图形符号如下图所示。 “w”表示运算放大器，“”表示开环增益极高。集成运放