1、第二節半導體的基本知識多數現代電子器件是由性能介于導體與絕緣體之間的半導體材料制成的。為了從電路的觀點理解這些器件的性能，首先必須從物理的角度了解它們是如何工作的。一、半導體材料從導電性能上看，物質材料可分為三大類：導體： 電阻率 < 10-4 ·cm絕緣體：電阻率 > 109 ·cm半導體：電阻率介于前兩者之間。目前制造半導體器件的材料用得最多的有：硅和鍺兩種二、本征半導體及本征激發1、本征半導體沒有雜質和缺陷的半導體單晶，叫做本征半導體。2、本征激發當溫度升高時，電子吸收能量擺脫共價鍵而形成一對電子和空穴的過程，稱為本征激發。三、雜質半導體在本征半導體中摻入

2、微量的雜質， 就會使半導體的導電性能發生顯著的變化。因摻入雜質不同，雜質半導體可分為空穴（P）型半導體和電子（N）型半導體兩大類。1、P型半導體在本征半導體中摻入少量的三價元素雜質就形成P型半導體，P型半導體的多數載流子是空穴，少數載流子是電子。2、N型半導體在本征半導體中摻入少量的五價元素雜質就形成N型半導體。N型半導體的多數載流子是電子，少數載流子是空穴。 返回第三節PN結的形成及特性一、PN結及其形成過程在雜質半導體中， 正負電荷數是相等的，它們的作用相互抵消，因此保持電中性。1、載流子的濃度差產生的多子的擴散運動在P型半導體和N型半導體結合后，在它們的交界處就出現了電子和空穴

3、的濃度差，N型區內的電子很多而空穴很少，P型區內的空穴很多而電子很少，這樣電子和空穴都要從濃度高的地方向濃度低的地方擴散，因此，有些電子要從N型區向P型區擴散， 也有一些空穴要從P型區向N型區擴散。2、電子和空穴的復合形成了空間電荷區電子和空穴帶有相反的電荷，它們在擴散過程中要產生復合（中和），結果使P區和N區中原來的電中性被破壞。 P區失去空穴留下帶負電的離子，N區失去電子留下帶正電的離子， 這些離子因物質結構的關系，它們不能移動，因此稱為空間電荷，它們集中在P區和N區的交界面附近，形成了一個很薄的空間電荷區，這就是所謂的PN結。3、空間電荷區產生的內電場E又阻止多子的擴散運動在空間電荷區后

4、，由于正負電荷之間的相互作用，在空間電荷區中形成一個電場，其方向從帶正電的N區指向帶負電的P區，由于該電場是由載流子擴散后在半導體內部形成的，故稱為內電場。因為內電場的方向與電子的擴散方向相同，與空穴的擴散方向相反，所以它是阻止載流子的擴散運動的。綜上所述，PN結中存在著兩種載流子的運動。一種是多子克服電場的阻力的擴散運動；另一種是少子在內電場的作用下產生的漂移運動。因此，只有當擴散運動與漂移運動達到動態平衡時，空間電荷區的寬度和 內建電場才能相對穩定。 由于兩種運動產生的電流方向相反，因而在無外電場或其他因素激勵時，PN結中無宏觀電流。二、PN結的單向導電性PN結在外加電壓的作用下，動態平衡

5、將被打破，并顯示出其單向導電的特性。1、外加正向電壓當PN結外加正向電壓時，外電場與內電場的方向相反，內電場變弱，結果使空間電荷區（PN結）變窄。同時空間電荷區中載流子的濃度增加，電阻變小。這時的外加電壓稱為正向電壓或正向偏置電壓用VF表示。在VF作用下，通過PN結的電流稱為正向電流IF。外加正向電壓的電路如圖所示。2、外加反向電壓當PN結外加反向電壓時，外電場與內電場的方向相同，內電場變強，結果使空間電荷區（PN結）變寬, 同時空間電荷區中載流子的濃度減小，電阻變大。這時的外加電壓稱為反向電壓或反向偏置電壓用VR表示。在VR作用下，通過PN結的電流稱為反向電流IR或稱為反向飽和電流IS。如下

6、圖所示。3、PN結的伏安特性根據理論分析，PN結的伏安特性可以表達為：式中iD為通過PN結的電流，vD為PN結兩端的外加電壓；VT為溫度的電壓當量=kT/q=T/11600=0.026V， 其中k為波爾慈曼常數（1.38×10-23J/K），T為絕對溫度（300K），q為電子電荷（1.6×10-19C） ；e為自然對數的底；IS為反向飽和電流。返回第四節半導體二極管一、半導體二極管的結構半導體二極管按其結構的不同可分為點接觸型和面接觸型兩類。點接觸型二極管是由一根很細的金屬觸絲(如三價元素鋁)和一塊半導體(如鍺)的表面接觸，然后在正方向通過很大的瞬時電流，使觸絲和半導體牢固

7、地熔接在一起，三價金屬與鍺結合構成PN結，并做出相應的電極引線，外加管殼密封而成，如圖 2.7所示。由于點接觸型二極管金屬絲很細， 形成的PN結面積很小， 所以極間電容很小，同時，也不能承受高的反向電壓和大的電流。這種類型的管子適于做高頻檢波和脈沖數字電路里的開關元件， 也可用來作小電流整流。 如2APl是點接觸型鍺二極管， 最大整流電流為16mA， 最高工作頻率為15OMHz。面接觸型或稱面結型二極管的PN結是用合金法或擴散法做成的，其結構如圖2.7 所示。由于這種二極管的PN結面積大，可承受較大的電流，但極間電容也大。這類器件適用于整流，而不宜用于高頻電路中。如2CPl為面接觸型硅二極管，

8、最大整流電流為40OmA， 最高工作頻率只有3kHz。圖2.7中的硅工藝平面型二極管結構圖， 是集成電路中常見的一種形式。代表二極管的符號也在圖2.7中示出。部分二極管實物如圖2.8所示。二、極管的伏安特性實際的二極管的V-I特性如圖2.9所示。由圖可以看出，二極管的V-I特性和PN結的V-I特性(圖2.6)基本上是相同的。下面對二極管V-I特性分三部分加以說明:1、正向特性：二極管外加正向偏置電壓時的V-I特性對應于圖2.9（b）的第段為正向特性，此時加于二極管的正向電壓只有零點幾伏，但相對來說流過管子的電流卻很大，因此管子呈現的正向電阻很小。但是，在正向特性的起始部分，由于正向電壓較小，外

9、電場還不足以克服PN結的內電場，因而這時的正向電流幾乎為零，二極管呈現出一個大電阻，好像有一個門坎。 硅管的門坎電壓Vth(又稱死區電壓)約為0·5V，鍺管的Vth約為0·lV，當正向電壓大于Vth時，內電場大為削弱，電流因而迅速增長。2、反向特性：二極管外加反向偏置電壓時的V-I特性P型半導體中的少數載流子（電子）和N型半導體中的少數載流子（空穴），在反向電壓作用下很容易通過PN結， 形成反向飽和電流。但由于少數載流子的數目很少， 所以反向電流是很小的， 如圖2.9（b）的第段所示， 一般硅管的反向電流比鍺管小得多，其數量級為：硅管nA級，鍺管大mA級。溫度升高時，由于少

10、數載流子增加，反向電流將隨之急劇增加。3、反向擊穿特性：二極管擊穿時的V-I特性當增加反向電壓時， 因在一定溫度條件下， 少數載流子數目有限，故起始一段反向電流沒有多大變化，當反向電壓增加到一定大小時，反向電流劇增，這叫做二極管的反向擊穿， 對應于圖2.9的第段，其原因與PN結擊穿相同。三、二極管的主要參數1、最大整流電流 IF：是指管子長期運行時，允許通過的最大正向平均電流。因為電流通過PN結要引起管子發熱，電流太大，發熱量超過限度，就會使PN結燒壞。例如2APl最大整流電流為16mA。2、反向擊穿電壓 VBR：指管子反向擊穿時的電壓值。擊穿時，反向電流劇增，二極管的單向導電性被破壞，甚至因

11、過熱而燒壞。一般手冊上給出的最高反向工作電壓約為擊穿電壓的一半，以確保管子安全運行。例如2APl最高反向工作電壓規定為2OV， 而反向擊穿電壓實際上大于40V。3、反向電流 IR：指管子末擊穿時的反向電流， 其值愈小，則管子的單向導電性愈好。由于溫度增加，反向電流會急劇增加，所以在使用二極管時要注意溫度的影響。4、極間電容 CJ：二極管的極間電容包括勢壘電容和擴散電容，在高頻運用時必須考慮結電容的影響。二極管不同的工作狀態，其極間電容產生的影響效果也不同。二極管的參數是正確使用二極管的依據，一般半導體器件手冊中都給出不同型號管子參數。使用時，應特別注意不要超過最大整流電流和最高反向工作電壓，否

12、則將容易損壞管子。返回第五節二極管基本電路及其分析方法在電子技術中，二極管電路得到廣泛的應用。本節只介紹幾種基本的電路，如限幅電路、開關電路、低電壓穩壓電路等。二極管是一種非線性器件，因而二極管電路一般要采用非線性電路的分析方法。這里主要介紹比較簡單理想模型和恒壓模型分析法。一、二極管正向特性的數學模型1、理想模型-理想的開關圖2.10表示理想二極管的VI特性和符號，其中的虛線表示實際二極管的VI特性。由圖中可見，在正向偏置時，其管壓降為OV，而當二極管處于反向偏置時，認為它的電阻為無窮大，電流為零。在實際的電路中，當電源電壓遠比二極管的管壓降大時，利用此法來近似分析是可行的。2、恒壓模型-其

13、正向壓降為0.7V(硅管)這個模型如圖2.11所示，其基本思想是當二極管導通后，其管壓降認為是恒定的，且不隨電流而變，典型值為0.7V，不過，這只有當二極管的電流iD近似等于或大于1mA時才是正確的。 該模型提供了合理的近似，因此應用也較廣。二、模型分析法應用舉例1、靜態工作點分析電路如圖2.12所示，請分別用二極管的理想模型和恒壓模型分析其靜態工作點。（1）使用理想模型得：VD=0V，ID=VDD/R（2）使用恒壓模型得：VD=0.7V，ID=（VDD-VD）/R上述的計算結果表明：VDD>>VD時，使用恒壓模型較好，因此，根據實際情況選擇合適的模型是關鍵。2、模型分析法應用舉例

14、例題1：如果圖示電路(a)中設二極管為恒壓模型。求電路中輸出的電壓Vo值說明二極管處于何種狀態？解：假設先將A、B斷開，則VA = -10V, VB = -5V，VAB= VA-VB= -5V，可見重新接入后二極管將處于反向截止狀態：電路中電流為0（反向電阻無窮大），電阻R上的壓降為0，Vo = -5V成立。例題2：如果圖2.13所示電路(b)中設二極管為恒壓模型。求電路中輸出的電壓Vo值說明二極管處于何種狀態？解：將D1、D2斷開，VB1A9V，VB2A= -12-(-9)=-3V 將D1、D2接入后，D1導通，D2截止，VA被D1箝位在0.7V上。Vo= VA= -0.7V成立。返回第六節

15、特殊二極管除前面所討論的普通二極管外，還有若干種特殊二極管，如齊納二極管、變容二極管、光電子器件(包括光電二極管、 發光二極管和激光二極管)等，本節主要討論齊納二極管及其應用。一、齊納二極管齊納二極管又稱穩壓二極管，是一種特殊的面接觸型硅晶體二極管。由于它有穩定電壓的作用，經常應用在穩壓設備和一些電子線路中。 穩壓二極管的特性曲線與普通二極管基本相似，只是穩壓二極管的反向特性曲線比較陡。穩壓二極管的正常工作范圍，是在伏安特性曲線上的反向電流開始突然上升的A、B段。 這一段的電流， 對于常用的小功率穩壓管來講，一般為幾毫安至幾十毫安。1、穩壓二極管的主要參數（1）穩定電壓Vz穩定電壓就是穩壓二極

16、管在正常工作時，管子兩端的電壓值。這個數值隨工作電流和溫度的不同略有改變，既是同一型號的穩壓二極管，穩定電壓值也有一定的分散性， 例如2CW14硅穩壓二極管的穩定電壓為67.5V。（2）耗散功率PM反向電流通過穩壓二極管的PN結時，要產生一定的功率損耗，PN結的溫度也將升高。根據允許的PN結工作溫度決定出管子的耗散功率。通常小功率管約為幾百毫瓦至幾瓦。（3）穩定電流IZ、最小穩定電流IZmin、大穩定電流IZmax穩定電流：工作電壓等于穩定電壓時的反向電流；最小穩定電流：穩壓二極管工作于穩定電壓時所需的最小反向電流；最大穩定電流：穩壓二極管允許通過的最大反向電流。2、穩壓二極管的應用穩壓管常用

17、在整流濾波電路之后，用于穩定直流輸出電壓的小功率電源設備中。如圖由R、Dz組成的就是穩壓電路，穩壓管在電路中穩定電壓的原理如下：只要R參數選得適當，就可以基本上抵消Vi的升高值，因而使Vo基本保持不變。可見，在這種穩壓電路中， 起自動調節作用的主要是穩壓二極管Dz，當輸出電壓有較小的變化時， 將引起穩壓二極管電流Iz的較大變化，通過限流電阻R的補償作用，保持輸出電壓Vo基本不變。限流電阻R的選擇：1、當I0 = I0min、VI = VImax 時 要求：2、當I0 = I0max、VI = VImin 時 要求：故R的取值范圍為：第二節 半導體三極管（BJT）BJT是通過一定的工藝，將兩個P

18、N結結合在一起的器件，由于PN結之間的相互影響， 使BJT表現出不同于單個 PN結的特性而具有電流放大，從而使PN結的應用發生了質的飛躍。本節將圍繞BJT為什么具有電流放大作用這個核心問題，討論BJT的結構、內部載流子的運動過程以及它的特性曲線和參數。一、BJT的結構簡介BJT又常稱為晶體管，它的種類很多。按照頻率分，有高頻管、低頻管； 按照功率分，有小、中、大功率管；按照半導體材料分，有硅管、鍺管；根據結構不同， 又可分成NPN型和PNP型等等。但從它們的外形來看，BJT都有三個電極，如圖3.1所示。圖3.1是NPN型BJT的示意圖。 它是由兩個 PN結的三層半導體制成的。中間是一塊很薄的P

19、型半導體(幾微米幾十微米)，兩邊各為一塊N型半導體。從三塊半導體上各自接出的一根引線就是BJT的三個電極，它們分別叫做發射極e、基極b和集電極c，對應的每塊半導體稱為發射區、基區和集電區。雖然發射區和集電區都是N型半導體，但是發射區比集電區摻的雜質多。在幾何尺寸上， 集電區的面積比發射區的大，這從圖3.1也可看到，因此它們并不是對稱的。二、BJT的電流分配與放大作用1、BJT內部載流子的傳輸過程BJT工作于放大狀態的基本條件：發射結正偏、集電結反偏。在外加電壓的作用下， BJT內部載流子的傳輸過程為：（1）發射極注入電子由于發射結外加正向電壓VEE，因此發射結的空間電荷區變窄，這時發射區的多數

20、載流子電子不斷通過發射結擴散到基區， 形成發射極電流IE，其方向與電子流動方向相反，如圖3.2所示。（2）電子在基區中的擴散與復合由發射區來的電子注入基區后， 就在基區靠近發射結的邊界積累起來， 右基區中形成了一定的濃度梯度，靠近發射結附近濃度最高，離發射結越遠濃度越小。因此， 電子就要向集電結的方向擴散，在擴散過程中又會與基區中的空穴復合，同時接在基區的電源VEE的正端則不斷從基區拉走電子， 好像不斷供給基區空穴。電子復合的數目與電源從基區拉走的電子數目相等， 使基區的空穴濃度基本維持不變。這樣就形成了基極電流IB， 所以基極電流就是電子在基區與空穴復合的電流。 也就是說， 注人基區的電子有

21、一部分未到達集電結， 如復合越多， 則到達集電結的電子越少， 對放大是不利的。 所以為了減小復合，常把基區做得很薄 (幾微米)，并使基區摻入雜質的濃度很低，因而電子在擴散過程中實際上與空穴復合的數量很少， 大部分都能到達集電結。（3）集電區收集電子集電結外加反向電壓，其集電結的內電場非常強，且電場方向從C區指向B區。使集電區的電子和基區的空穴很難通過集電結，但對基區擴散到集電結邊緣的電子卻有很強的吸引力， 使電子很快地漂移過集電結為集電區所收集，形成集電極電流IC。 與此同時，集電區的空穴也會在該電場的作用下，漂移到基區， 形成很小的反向飽和電流ICB0 。2、電流分配關系與正向偏置的二極管電

22、流類似，發射極電流iE與vBE成指數關系： 集電極電流iC是iE的一部分，即：式中稱為BJT的電流放大系數三、BJT的特性曲線.共射極電路的特性曲線（1）輸入特性VCE=0V時，b、e間加正向電壓，這時發射結和集電結均為正偏，相當于兩個二極管正向并聯的特性。VCE1V時，這時集電結反偏，從發射區注入基區的電子絕大部分都漂移到集電極，只有小部分與空穴復合形成IB。 vCE>1V以后，IC增加很少，因此IB的變化量也很少，可以忽略vCE對IB的影響，即輸入特性曲線都重合。注意:發射結開始導通的電壓vBE：0.6V0.7V(硅管)，0.10.3V(鍺管)（2）輸出特性曲線對于一確定的iB值，i

23、C隨VCE的變化形成一條曲線，給出多個不同的iB值，就產生一個曲線族。如圖3.6所示。 IB = 0V， IC=ICEO BJT截止，無放大作用，因此對應IB=0的輸出特性曲線以下的區域稱為截止區如圖3.6所示。 IB0 ， VCE<1V ，iC隨IB的變化不遵循的規律，而且iC隨VCE的變化也是非線性的，所以該區域稱為飽和區。 IB0、VCE1V，iC隨iB的變化情況為： 或在這個區域中IC幾乎不隨VCE變化，對應于每一個IB值的特性曲線都幾乎與水平軸平行，因此該區域稱為線性區或放大區。四、BJT的主要參數 BJT的參數是用來表征管子性能優劣相適應范圍的，它是選用BJT的依據。了解這些

24、參數的意義，對于合理使用和充分利用BJT達到設計電路的經濟性和可靠性是十分必要的。1.流放大系數BJT在共射極接法時的電流放大系數，根據工作狀態的不同，在直流和交流兩種情況下分別用符號 和表示。其中上式表明:BJT集電極的直流電流 IC與基極的直流電流IB的比值， 就是BJT接成共射極電路時的直流電流放大系數， 有時用hFE來代表。但是，BJT常常工作在有信號輸人的情況下，這時基極電流產生一個變化量，相應的集電極電流變化量為，則與之比稱為BJT的交流電流放大系數，記作即2.極間反向電流（1）集電極-基極反向飽和電流ICBO。表示發射極開路，c、b間加上一定的反向電壓時的電流。（2）集電極-發射

25、極反向飽和電流（穿透電流）ICEO。表示基極開路，c、e間加上一定的反向電壓時的集電極電流。3.極限參數（1）集電極最大允許電流ICM。表示BJT的參數變化不超過允許值時集電極允許的最大電流。當電流超過ICM時，三極管的性能將顯著下降，甚至有燒壞管子的可能。（2）集電極最大允許功耗PCM。表示BJT的集電結允許損耗功率的最大值。超過此值時，三極管的性能將變壞或燒毀。（3）反向擊穿電壓V（BR）CEO。 表示基極開路，c、e間的反向擊穿電壓。4、晶體管的選擇（1）依使用條件選PCM在安全區工作的管子， 并給予適當的散熱要求。（2）要注意工作時反向擊穿電壓 ， 特別是VCE不應超過 V（BR）CE

26、O。（3）要注意工作時的最大集電極電流IC不應超過ICM。（4）要依使用要求：是小功率還是大功率， 低頻、高頻還是超高頻，工作電源的極性，值大小要求。返回第三節共射極放大電路在實踐中，放大電路的用途是非常廣泛的，它能夠利用BJT的電流控制作用把微弱的電信號增強到所要求的數值， 例如常見的擴音機就是一個把微弱的聲音變大的放大電路。 聲音先經過話筒變成微弱的電信號，經過放大器，利用BJT的控制作用，把電源供給的能量轉為較強的電信號，然后經過揚聲器 (喇叭)還原成為放大了的聲音。為了了解放大器的工作原理，先從最基本的放大電路開始討論。一、共射極基本放大電路的組成在圖3.7所示的單管放大電路中， 采用

27、NPN型硅BJT，VCC是集電極回路的直流電源 (一般在幾伏到幾十伏的范圍)， 它的負端接發射極,正端通過電阻R接集電極， 以保證集電結為反向偏置；R是集電極電阻(一般在幾千歐至幾十千歐的范圍)，它的作用是將BJT的集電極電流iC的變化轉變為集電極電壓VCE的變化。VBB是基極回路的直流電源,它的負端接發射極， 正端通過基極電阻Rb接基極，以保證發射結為正向偏置，并通過基極電阻 Rb(一般在幾千歐至幾百千歐的范圍) (一般在幾十千歐至幾百千歐的范圍)，由VBB供給基極一個合適的基極電流對于硅管，VBE約為0.7V左右， 對于鍺管，VBE約為0.2V左右，而VBB一般在幾伏至幾十伏的范圍內(常取

28、VBB=VCC)，即VBBVBE，所以近似有由上式可見，這個電路的偏流IB決定于VB，和Rb的大小，VBB和Rb經確定后，偏流IB就是固定的，所以這種電路稱為固定偏流電路。Rb又稱為基極偏且電阻。電容Cb1和Cb2稱為隔直電容或耦合電容(一般在幾微法到幾十微法的范圍)，它們在電路中的作用是"傳送交流，隔離直流"。值得指出的是， 放大作用是利用BJT的基極對集電極的控制作用來實現的， 即在輸入端加一個能量較小的信號，通過BJT的基極電流去控制流過集電極電路的電流， 從而將直流電源VCC的能量轉化為所需要的形式供給負載。 因此， 放大作用實質上是放大器件的控制作用；放大器是一種

29、能量控制部件。同時還要注意放大作用是針對變化量而言的。 二、共射極基本放大電路的工作過程待放大的輸人電壓vi從電路的A、O兩點(稱為放大電路的輸入端)輸入，放大電路的輸出電壓Vo由B、O兩點(稱為放大電路的輸出端)輸出。輸入端的交流電壓vi 通過電容Cb，加到BJT的發射結，從而引起基極電流iB相應的變化。iB的變化使集電極電流iC隨之變化。iC的變 化量在集電極電阻RC上產生壓降。集電極電壓vCE =VCC 一iCRC，當iC的瞬時值增加時，vCE 就要減小，所以vCE 的變化恰與iC 相反。vCE 中的變化量經過電容Cb ，傳送到輸出端成為輸出電壓Vo 。如果電路參數選擇適當，v0 的幅度

30、將比vi 大得多，從而達到放大的目的，對應的電流、電壓波形示于圖3.8中。在半導體電路中，常把輸人電壓、輸出電壓以及直流電源Vcc 和VBB 的共同端點(0點)稱為"地"，用符號""表示(注意，實際上這一點并不真正接到大地上)，并以地端作為零電位點 (參考電位點)。這樣，電路中各點的電位實際上就是該點與地之間的電壓(即電位差)。例如Vc就是指集電極對地的電壓。這些概念和術語，前面已作過初步的介紹，但這里所討論的放大電路要復雜得多。三、共射極放大電路的簡化為了分析方便，我們規定:電壓的正方向是以共同端 (0點) 為負端，其他各點為正端。 圖3.9中所標出的

31、"十"、"一"號分別表示各電壓的假定正方向；而電流的假定正方向如圖中的箭頭所示，即ic、ib 以流入電極為正；iE則以流出電極為正。圖中表示電流、電壓的符號的意義如下：VBE 、IB （大寫符號，大寫下標）表示直流值。vbe 、ib （小寫符號，小寫下標）表示瞬時值。vBE 、iB （小寫符號，大寫下標）表示交直流量之和。Vbe 、Ib （大寫符號，小寫下標）表示交流有效值。圖3.9是簡化后共射極放大電路， 它是工程實際中用得較廣泛的一種電路組態。為了簡化電路， 一般選取VCC =VBB ，如圖3.9所示。左圖是右圖的習慣畫法。返回第四節圖解分析法一、靜

32、態工作情況分析我們把放大電路未加入信號VS時的狀態稱為靜態，此時電路的電壓（電流）值稱為靜態值，可用IBQ、ICQ、VCEQ表示。 這些值在特性曲線上確定一點，這一點就稱為Q點。當放大電路輸入信號后，電路中各處的電壓、電流便處于變動狀態，這時電路處于動態工作情況，簡稱動態。對于靜態工作情況，可以近似地進行估算，也可用圖解法求解。1.近似估算Q點這里以圖3.10所示電路為例估算電路的Q點。（1）畫出電路的直流通路如圖3.10所示。畫直流通路時，要將耦合電容Cb1、Cb2當成開路；（2）由VCC、Rb和三極管T構成的基極回路可得： （3）利用IC=IB 的關系，可以求得ICQ（4）從VCC、Rc和

33、三極管T構成的集電極回路可得：2、用圖解法確定Q點（1）作出電路非線性部分（包括由廠家提供或從手冊中獲得特性曲線和確定其偏流的VCC、Rb）的V-I特性如圖3.11所示。（2）作出線性部分的V-I特性-直流負載線根據：VCEQ=VCC-ICRC令iC=0，得vCE=VCC令vCE=0，得iC=VCC/RC畫出由（VCC，0）和（0，VCC/Rc）兩點決定的直線，顯然這是一條斜率為-1/Rc的直線。由于討論的是靜態工作情況，電路中的電壓、電流值都是直流量，所以上述直線稱為直流負載線。（3）由電路的線性與非線性兩部分V-I特性的交點確定Q點（VCEQ，ICQ）二、動態工作情況分析1、放大電路在接入

34、正弦信號時的工作情況當接入正弦信號時，電路將處在動態工作情況， 可以根據輸入信號電壓vi通過圖解確定輸出電壓vo，從而可以得出vi與vo之間的相位關系和動態范圍。 圖解的步驟是先根據輸入信號電壓vi在輸入特性上畫出iB的波形， 然后根據iB的變化在輸出特性上畫出ic和vBE 的波形。(1)根據vi在輸入特性上求iB設放大電路的輸入電壓正弦波， 當它加到放大電路的輸入端后，BJT的基極和發射極之間的電壓vBE就是在原有直流電壓VBE的基礎上疊加了一個交流量vi(vbe)，根據vBE的變化規律， 便可從輸入特性畫出對應的iB的波形圖，如圖3.12所示。由圖上可讀出對應于峰值為0.02V的輸入電壓，

35、基極電流iB將在60A與20A之間變動。（2）根據iB在輸出特性曲線上求iC和vBE因為放大電路的直流負載線是不變的， 當iB在60A與20A之間變動時， 直流負載線與輸出特性的交點也會隨之而變， 對應于iB=60A 的一條輸出特性與直流負載線的交點是Q'點， 對應于iB=20A的一條輸出特性與直流負載線的交點是0''點，所以放大電路只能在負載線的Q'0''段上工作，即放大電路的工作點隨著iB的變動將沿著直流負載線在 Q'與0''點之間移動，因此，直線段 Q'0'' 是工作點移動的軌跡，通常稱為動態

36、工作范圍。由圖可見，在vi的正半周， vi先由40A增大到60A，放大電路的工作點將由Q點移到Q'點，相應的iC和IC增到最大值， 而vCE由原來的VCE減小到最小值；然后iB由60A減小到40A，放大電路的工作點將由 Q'回到 Q，相應的iC也由最大值回到IC， 而vCE則由最小值回到VCE。在的負半周， 其變化規律恰好相反， 放大電路的工作點先由 Q 移到Q"，再由Q"回到Q點。這樣，就可在坐標平面上畫出對應的iB、iC和vCE的波形圖，如圖3.12所示，vCE中的交流量vce的波形就是輸出電壓v0的波形。綜上分析，可總結如下幾點： 沒有輸入信號電壓時，

37、 BJT 各電極都是恒定的電流和電壓(IB、IC、VCE)，當在放大電路輸入端加入輸入信號電壓后，iB、ic、vCE都在原來靜態直流量的基礎上疊加了一個交流量，即iB=IB+ib, iC=IC+ic, vCE=VCE+vce因此，放大電路中電壓、電流包含兩個分量：一個是靜態工作情況決定的直流成分 IB、 IC、VCE；另一個是由輸入電壓引起的交流成分ib、ic和vce。雖然這些電流、電壓的瞬時值是變化的，但它們的方向始終是不變的。 vCE中的交流分量vce(即經Cb2隔直后的交流輸出電壓vo)的幅度遠比vi為大，且同為正弦波電壓，體現了放大作用。 從圖3.12中還可以看到，v0(vce)與vi

38、相位相反。這種現象稱為放大電路的反相作用 ， 因而共射極放大電路又叫做反相電壓放大器，它是一種重要的電路組態。圖3.13 共射極電路 合適的靜態工作點是電路實現不失真放大的必要條件2.交流負載線放大電路在工作時， 輸出端總要接上一定的負載，如在圖 3.13 中，負載電阻RL=4k，這時放大電路的工作情況是否會因為RL的接人而受到影響呢?這是下面所要討論的問題。（1）畫交流通路在靜態時，由于隔直電容Cb2比的作用，RL對電路的Q點無影響。動態工作時的情況則不同， 隔直電容Cb1和Cb2在具有一定頻率的信號作用下，其容抗可以忽略；同時考慮到電源Vcc的內阻很小，可視為短路。這樣便可畫出圖3.13的

39、交流通路如圖3.14所示。 此時圖中的電壓和電流都是交流成分。（2）計算交流負載電阻的阻值由圖3.14中可以看出， 放大電路的交流負載電阻為RL與RC的并聯值，即（3）畫交流負載線可見，交流負載線要比直流負載線更陡一些。 另外交流負載線和直流負載線必然在Q點相交，這是因為在線性工作范圍內，輸人電壓在變化過程中是一定經過零點的。在通過零點時vi=0， 因此，這一時刻既是動態過程中的一個點，又與靜態工作情況相符 ，所以這一時刻的 iC 和 vCE應同時在兩條負載線上，這只有是兩條負載線的交點才有可能。因此只要再確定一點即可畫出交流負載線。由圖3.15中可知，icpICQ=1.5mA，RL=2kW，

40、則vop=ICQRL=3V只要作過Q（VCEQ，ICQ）和vCEM（vCEM，0）的直線即可獲得交流負載線。返回第五節小信號模型（微變等效電路）分析法如果放大電路的輸入信號電壓很小，就可以設想把BJT小范圍內的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把BJT這個非線性器件所組成的電路當作線性電路來處理，這就是BJT小信號建模的指導思想。這種方法是把非線性問題線性化的工程處理方法。關于BJT的小信號建模，通常有兩種方法，一種是已知網絡的特性方程，按此方程畫出小信號模型；另一種則是從網絡所代表的BJT的物理機構出發加以分析， 再用電阻、電容、電感等電路元件來模擬其物理過程，從而得出模型。 本節從方程出

41、發結合特性曲線來建立小信號模型。一、BJT的小信號模型1.BJT H 參數的引出BJT在共射極接法時，可表示為圖3.16所示的雙口網絡。 BJT的特性曲線用圖形描述了管子內部電壓、電流的關系。而BJT的參數，則是用數學形式表示管子內部電壓、電流微變量的關系， 兩種方法都是表征管子性能、反映管內物理過程的， 因而兩者之間必然具有密切的內在聯系。下面從管子的特性曲線出發，來找出BJT的參數。圖3.16中的輸入回路和輸出回路電壓、電流的關系可分別表示為 vBE=f1(iB,vCE) iC=f2(iB,vCE)如果BJT工作在小信號下，考慮電壓、電流之間的微變關系，對上面兩式取全微分可得：在上面兩個式

42、子中，由于dvBE、dvCE、diB、diC代表無限小的信號增量，也就是可以用電流、電壓的交流分量來代替。即：式中hie hre hfe hoe 稱為BJT的H參數，其中2. BJT的H參數模型（1） H參數模型的引出vbe=hieib+hrevce 表示輸入回路方程，它表明輸人電壓vbe是由兩個電壓相加構成的，其中一個是hfeib，表示輸入電流ib在rbe上的電壓降；另一個是hfevce， 表示輸出電壓vce對輸入回路的反作用，用一個電壓源來代表。 如圖3.17左邊的輸入端等效電路，這是戴維南等效電路的形式。ic=hfeib+hoevce 表示輸出回路方程，它表明輸出電流ic是由兩個并聯支路

43、的電流相加而成的，一個是由基極電流ib引起的ic = hfeib，用電流源表示；另一個是由于輸出電壓加在輸出電阻l/hoe上引起的電流，即vcehoe。這樣，又得到圖3.17右邊的輸出端等效電路， 這是諾頓等效電路的形式。由此得到包含四個H參數的BJT的小信號模型，這就是把BJT線性化后的線性模型。在分析計算時，可以利用這個模型來代替BJT，從而可以把BJT電路當作線性電路來處理， 使復雜電路的計算大為簡化。 因此，它在電子電路分析中應用得很廣泛。用電子電路中的習慣符號表示四個H參數的 BJT微變等效電路如圖3.17所示。（2）模型的簡化對于共射接法的三極管微變等效電路，H參數的量級一般是：由

44、這些具體數字可見，hre和hoe相對而言是很小的，對于低頻放大電路，輸入回路中hrevce 比 vbe小得多，而輸出回路中負載電阻RC(或RL)比BJT輸出電阻l/hoe小得多， 所以在模型中常常可以把hoe和hre忽略掉，這在工程計算上不會帶來顯著的誤差。 因此圖3.17可改畫成圖3.18。利用這個簡化模型來表示BJT時， 將使BJT放大電路的分析計算進一步簡化。當負載電阻Rc(RL)較小， 滿足Rc(RL)/rce 0.1的條件時， 利用這個簡化模型來分析低頻放大電路所得放大電路的各主要指標， 如電壓增益、電流增益、放大電路的輸入電阻及輸出電阻等，其誤差不會超過10%。這在工程上已能滿足要

45、求了。 （3）H參數的確定應用H參數等效電路來分析放大電路時，首先必須得到BJT在Q點處的H參數。由于BJT本身參數的分散性以及參數會隨Q點變化而改變，實際上在計算時不能直接采用手冊上提供的數據 ， 因此在計算電路 之前，首先必須確定所用的BJT在給定Q點上的H參數。獲得H參數的方法可采用H參數測試儀，或利用BJT特性圖示儀測量和rbe，rbe也可以借助下面的公式進行估算： 式中rbb為基區體電阻，對于低頻小功率管，rbb約為200左右。 這樣上式可改寫為式中 VT為溫度的電壓當量， 前已述及在室溫(3ooK)時，其值為26mV。應當注意的是，上式的適用范圍為0.1mAIE5mA，實驗表明，超

46、越此范圍，將帶來較大的誤差。幾點說明：（1）四個參數均對交流變化量而言，只能解決交流分量的計算，不能用于計算Q 。（2）采用此法分析放大電路的步驟是：確定Q點；求出Q點附近的微變等效參數；畫放大電路的微變等效電路；求解AV、Ri、Ro。二、用H參數小信號模型分析共發射極基本放大電路例題1：原理電路如圖3.19所示（1）確定Q點（2）求出Q點附近的微變等效參數（3）畫放大電路的微變等效電路畫微變等效電路的步驟： 畫出交流等效電路，將電源和電容器視為短路； 用BJT的H參數等效電路代替交流通路中的BJT符號 標出各支路和節點之間的電流、電壓關系（4）求解Av、Ri、Ro 求AV根據定義：由圖可得：

47、 計算輸入電阻Ri根據定義： 計算輸出電阻R0根據定義：返回第六節 放大電路的工作點穩定問題一、放大電路的靜態工作點Q的重要性一個放大電路的性能與靜態工作點Q的位置有著十分密切的關系，而靜態工作點是由晶體管參數和放大器偏置電路共同決定的。晶體管是一個對溫度非常敏感的器件，當環境溫度改變時，其參數會隨之改變。這樣， 放大器的靜態工作點將發生變化， 從而引起性能發生改變。因此，晶體管電路的溫度穩定性，是必須重視的問題。二、溫度對晶體管參數的影響以圖3.23所示共射極電路為例，分析溫度對晶體管參數的影響：（1）當溫度升高時，基極門限電壓VBE減小。由電路的輸入回路VCC=IBQRb+VBE可知, VBE下降，IB增大，因而IC增加。（2）當溫度升高時，電流放大系數增大，即IC增加。（3）當溫度升高時，ICEO增大，IC增加。綜上所述，ICBO、VBE隨溫度升高的結果，都集中表現在靜態電流IC增加。如果在溫度變化時，能設法使IC近似維持恒定，就可解決問題。三、采取的措施：（1）針對ICBO的影響，設法使基