第2章三極管及放大電路

內容提要本章首先介紹半導體三極管的結構、特性及主要參數，然后介紹各種放大電路。重點討論三極管共射放大電路的靜態和動態分析，然后討論三極管共集和共基放大電路、MOS場效應管放大電路、多級放大電路、差動放大電路和功率放大電路。2023-02-042.1三極管2.2共射放大電路2.3放大電路的圖解分析法2.4放大電路的微變等效電路分析法2.5靜態工作點穩定電路2.6共集放大電路和共基放大電路2.7MOS場效應管及放大電路2.8多級放大電路2.9差動放大電路2.10功率放大電路2023-02-04

2.1三極管2.1.1三極管的結構半導體三極管的種類很多，根據制作的基片材料分為硅管和鍺管，硅管性能優于鍺管，故當前生產和使用的三極管以硅管為多；按頻率分為高頻管、低頻管；按功率分為小、中、大功率管；按結構分為NPN和PNP兩種類型。三極管是通過一定的工藝，將兩個PN結結合在一起的器件。圖2.1所示為三極管的外形、內部結構示意圖及符號（用VT表示）。2023-02-04圖2.1三極管的外形、內部結構示意圖及符號

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三極管是由三層半導體制成的兩個PN結（發射結和集電結），其特點是中間一層P（或N）型半導體特別薄，兩邊各為一層N（或P）型半導體。從三層半導體上分別引出3個電極，稱為集電極C、基極B和發射極E，對應的每塊半導體稱為集電區、基區和發射區。雖然發射區和集電區都是N（或P）型半導體，但是發射區比集電區摻的雜質重，因此它們并不對稱，使用時這兩個極不能混淆。2023-02-04

三極管接在電路中要有輸入端和輸出端，而其只有三個電極，因此必然有一個電極作為輸入回路和輸出回路的公共端，如圖2.2所示，晶體管有三種基本組態。圖2.2三極管的三種組態

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1.共射接法以基極為輸入端，集電極為輸出端，發射極為輸入、輸出兩回路的公共端，如圖2.2（a）所示。

2.共集接法以基極為輸入端，發射極為輸出端，集電極為輸入、輸出兩回路的公共端，如圖2.2（b）所示。

3.共基接法以發射極為輸入端，集電極為輸出端，基極為輸入、輸出兩回路的公共端，如圖2.2（c）所示。2023-02-04

以NPN型三極管為例，通過實驗來了解半導體三極管的放大原理和其中的電流分配情況，實驗電路如圖2.3所示。圖2.3電流放大實驗電路2.1.2三極管的放大作用2023-02-04

將三極管接成兩條電路，一條是由電源電壓UCC的正極經過電阻RB（通常為幾百千歐的可調電阻）、基極、發射極到電源電壓UCC的負極，稱為基極回路。另一條是由電源電壓UCC的正極經過電阻RC、集電極、發射極再回到電源電壓UCC的負極，稱為集電極回路。可見，發射極是兩個回路所共用的，所以這種接法稱為共發射極電路。改變可變電阻RB，則基極電流IB、集電極電流IC和發射極電流IE都發生變化，電流方向如圖1.18所示，測試結果列于表2.1中。

2023-02-04表2.1實驗測試數據

電流實驗次數123456IB（mA）00.020.040.060.080.10IC（mA）＜0.0010.701.502.303.103.95IE（mA）＜0.0010.721.542.363.184.052023-02-04

由實驗及測試結果可得出如下結論。（1）三個電流符合基爾霍夫定律，即IE

=IB

+IC（2-1）

且基極電流IB很小，忽略IB不計，則有IE≈IC

（2）三極管有電流放大作用，從實驗數據可以看出，IC與IB的的比值近似為一個常數，即（2-2）基極電流IB的微小變化能引起集電極電流IC較大的變化，即（2-3）以上兩式中的和分別稱為晶體管的直流和交流電流放大系數。從表1.1中可以看出，，且在一定范圍內幾乎不變，故工程上不必嚴格區分，估算時可以通用。2023-02-04

2.1.3三極管的特性曲線及工作狀態三極管采用共發射極接法時，信號從基極-發射極回路輸入，從集電極-發射極回路輸出，所以有兩條伏安特性曲線。這些特性曲線可用晶體管特性圖示儀直觀地顯示出來，也可通過如圖2.4所示的實驗電路進行測繪。圖中，UCC＞UBB，以使發射結正向偏置，集電結反向偏置，保證三極管放大的外部條件。2023-02-04圖2.4三極管特性曲線實驗電路

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1.輸入特性曲線

輸入特性是指當集-射電壓UCE為常數時，基極電流IB與基-射電壓UBE之間的關系曲線，如圖2.5所示。可以看到，它類似二極管的正向伏安特性曲線，三極管的輸入特性曲線也有一段死區，硅管的死區電壓約為0.5V，鍺管的死區電壓約為0.1V。在正常導通時，硅管的UBE約為0.7V，而鍺管UBE約為0.3V。且對三極管而言，當UCE＞1V后，即使加大UCE，這條輸入特性曲線基本上也是與UCE無關的。2023-02-04圖2.5輸入特性曲線

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2.輸出特性曲線輸出特性是指當基極電流IB為常數時，集電極電流IC與集-射電壓UCE之間的關系曲線。在不同的IB下，可得出不同的曲線，所以三極管的輸出特性曲線是一組曲線，如圖2.6（a）所示。2023-02-04

圖2.6輸出特性曲線

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通常把三極管的輸出特性曲線分為3個工作區。（1）放大區。輸出特性曲線近于水平的區域是放大區，也稱線性區。此時發射結正偏，集電結反偏。對NPN型管，就是UBE＞0.5V（或UBE＞0.1V），且UCE＞1V時，三極管工作于放大狀態。在此區域，三極管具有恒流特性：，可見

IB不變時，IC基本不變，IC受IB的控制，與UCE基本無關。

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（2）截止區。IB=0曲線與橫軸之間的區域是截止區。此時發射結反偏（或正偏電壓小于死區電壓），集電結反偏。對NPN型硅管，當UBE小于死區電壓時，即已開始截止，但是為了截止可靠，常使UBE＜0。當減小IB使工作點下移到圖2.6（a）中Q2點時，晶體管即進入截止區，此時IB=0，IC=ICEO≈0（ICEO稱為穿透電流），UCE≈UCC。C，B，E3個電極間相當于開路，其等效電路如圖2.6（b）所示。2023-02-04

（3）飽和區。IC隨UCE的增大而增大的區域是飽和區。此時發射結正偏，集電結正偏。對NPN型管，當UCE＜UBE時，三極管工作于飽和狀態。當增加IB使工作點上移到Q1點時，三極管即進入飽和區，此時IB的變化對IC的影響較小，IC≠IB，其管壓降UCE稱為飽和壓降UCES，一般硅管約為0.3V，鍺管約為0.1V，都可近似為0V。因UCES≈0，C，E極近似于短路，UBE≈0.7V，B，E極也近似于短路，等效電路如圖2.6（c）所示。可見，三極管具有開關作用，它相當于一個由基極電流控制的無觸點開關，截止時相當于開關斷開，飽和時相當于開關閉合。在模擬電路中，三極管常用做放大元件，工作在放大區；在數字電路中，三極管常用做開關元件，工作在截止區和飽和區。三極管工作區的判別分析非常重要，當放大電路中的三極管不工作在放大區時，放大信號就會出現嚴重失真。2023-02-04

例2.1

已知圖2.7中各晶體管均為硅管，測得各管腳的電壓值分別如圖中所示值，試判別各晶體管的工作狀態。圖2.7例2.1的圖

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解：（1）在圖2.7（a），發射結零偏；UCB=-2V＜0，集電結反偏，故中，因為UBE=0.7V＞0，發射結正偏；UBC=0.5V＞0，集電結正偏，故可判斷它工作在飽和區。（2）在圖2.7（b）中，因為UBE=0.7V＞0，發射結正偏；UBC=-5.3V＜0，集電結反偏，故可判斷它工作在放大區。（3）在圖2.7（c）中，因為UEB=0V可判斷它工作在截止區。2023-02-04

2.1.4晶體管的主要參數及溫度影響

1.三極管的主要參數（1）電流放大系數

是指輸出電流與輸入電流的比值，用于衡量晶體管電流放大能力的參數。由于制造工藝的分散性，即使是同一型號的晶體管，

值也有很大差別。但對一個給定的管子，值是一定的。一般值為20～200之間。選用晶體管時，值太大穩定性差，值太小則電流放大能力弱。

（2）集-基反向飽和電流ICBO

ICBO是指發射極開路時集-基極之間的電流。通常要求ICBO值越小越好。

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（3）穿透電流ICEOICEO是基極開路時集-射極之間的電流。由于這個電流似乎是從集電區穿過基區流至發射區，所以稱為穿透電流。這個電流越小，表明晶體管的質量越好。一般硅管的ICEO遠小于鍺管，所以多數情況下選用硅管。

ICEO與ICBO有下列關系：

ICEO=(1+)ICBO

（2-4）2023-02-04

（4）極限參數

①集電極最大允許電流ICM

集電極電流過大時，

值明顯下降，當

值下降到正常值的2/3時的集電極電流IC，稱為集電極最大允許電流ICM。作為放大管使用時，IC不宜超過ICM，超過時會引起

值下降、輸出信號失真，過大時還會燒壞管子。

②集-射極反向擊穿電壓U（BR）CEOU（BR）CEO是基極開路時加在集-射極之間的最大允許電壓。當三極管的集-射極電壓大于此值時，ICEO大幅度上升，說明三極管已被擊穿。電子器件手冊上給出的一般是常溫（25℃）時的值。在高溫下，其反向擊穿電壓將會降低，使用時應特別注意。2023-02-04

③

集電極最大允許耗散功率PCM

由于集電極電流在流經集電結時要產生功率損耗，使結溫升高，從而會引起晶體管參數變化。當晶體管因受熱而引起的變化不超過允許值時，集電極所消耗的最大功率，稱為集電極最大允許耗散功率PCM。

PCM=ICUCE（2-5）

工作時，應使PC＜PCM，晶體管的工作點不可進入圖2.6（a）所示的過耗區。應使PC＜PCM。2023-02-04

2.溫度對晶體管參數的影響嚴格來說，溫度對三極管特性和所有參數都有影響，但受影響最大的是以下三個參數。（1）溫度對

的影響。三極管的

值會隨溫度的變化而變化，溫度每升高1℃，

值增大0.5%～1%。（2）溫度對ICBO的影響。實驗證明，ICBO隨溫度按指數規律變化。溫度每升高10℃，ICBO約增加一倍。（3）溫度對UBE的影響。UBE具有負的溫度系數。一般來說，溫度每升高1℃，|UBE|下降約2～2.5mV。2023-02-04

2.1.5三極管的簡易測試

1.三極管的引腳判別（1）基極的判別三極管引腳判別示意圖如圖2.8（a）、（b）所示。將萬用表歐姆擋撥到R×100或R×1k擋，用黑表筆接三極管的某一極，再用紅表筆分別去接觸另外兩個電極，若測得一個阻值大，一個阻值小，就將黑表筆換接一個電極再測，直到出現測得的兩個阻值都很小（或都很大）；然后將紅、黑表筆調換，重復上述測試，若阻值恰好相反，這時紅表筆所接就是三極管的基極，而且是NPN型管（或PNP型管）。這是因為黑表筆與表內電池正極相接，測得兩個PN結的正向電阻值很小。2023-02-04圖2.8用萬用表測三極管2023-02-04

（2）集電極、發射極的判別三極管集電極、發射極判別示意圖如圖2.8（c）所示。如果被測管子為NPN型，可在基極與黑表筆之間接一個100k的電阻，用萬用表R×100或R×1k擋測量除基極以外的另兩個電極，得到一個阻值，再將紅、黑表筆對調測一次，又得到一個阻值；在阻值較小的那一次測量中，黑表筆接的就是集電極。這是因為三極管各電極電壓極性正確時才能導通放大，值較大，表現出C-E間電阻值較小。若為PNP型管，測試方法與上相同，此時紅表筆所接為集電極。2023-02-04

2.三極管電流放大系數的測量（1）精測三極管的值有些萬用表帶有

值擋，可直接測出三極管的值。如U-101型萬用表，首先在R×10擋調零點，然后換到hFE（即

值）擋，把三極管插入相應管型的C、B、E三個引腳孔，即可直接讀出三極管的

值。2023-02-04

（2）估測三極管的

值當萬用表沒有上述功能時，可利用萬用表歐姆擋R×100或R×1k擋估測三極管的值。對于NPN型管，電流放大系數

值估測方法如圖2.8（c）所示，紅表筆接發射極，黑表筆接集電極，分別測出基極與集電極之間不接和接入一個100k電阻時，兩極之間的電阻。兩次測得的電阻值相差越大，則說明

值越大，放大能力越好。這是因為前者管子截止，C-E極間電阻大，后者管子發射結正偏，集電結反偏，處于放大狀態，根據IC=

IB，如果

越大，IC也大，C-E間電阻就小，所以兩次讀數相差大就表示大。對于PNP型晶體管，測量時只要將紅、黑表筆對調即可，測試方法完全一樣。2023-02-04

（3）在線晶體管工作是否正常的判別電路中晶體管的工作是否正常，可用多種方法檢測。這里介紹一種既簡單又方便的判別方法，電壓表與電路的連接如圖2.9所示。先記下電壓表測得的UC值，然后用一根導線將基極和發射極短接（如圖中虛線所示），此時電壓表指針應立即上升到+UCC值，因為晶體管在發射結短路瞬間處于截止狀態。當移去短路線時，電壓表指針又回到原來的數值，這表明晶體管工作正常。若電壓表的讀數始終不變化，這表明晶體管已不再處于放大狀態了。2023-02-04圖2.9在線三極管工作是否正常的判別2023-02-04

2.2共射放大電路放大電路是電子設備中最重要、最基本的單元電路。放大電路的任務是放大電信號，即把微弱的電信號，通過電子器件的控制作用，將直流電源功率轉換成一定強度的，隨輸入信號變化而變化的輸出功率，以推動元器件（如揚聲器、繼電器等）正常工作。因此放大電路實質上是一個能量轉換器。2023-02-042.1.1電路結構

如圖2.10所示是基本的共發射極單管電壓放大電路，ui是放大電路的輸入電壓，uo是輸出電壓。為分析方便，通常規定：電壓的正方向是以公共端為負端，其他各點為正端。圖2.10基本共射放大電路

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電路中各元件的作用如下：VT是NPN型三極管，是放大電路的核心元件，起電流放大作用。UCC是放大電路的直流電源，一方面與RB，RC相配合，使三極管的發射結正偏、集電結反偏，以滿足三極管放大的外部條件（圖5.1中，若三極管采用PNP型，則電源UCC的極性就要反過來）；另一方面為輸出信號提供能量。UCC的數值一般為幾～十幾伏。RB是基極偏置電阻，電源UCC通過RB為三極管發射結提供正向偏壓，改變RB的阻值，即可改變基極電流IB的大小，從而改變三極管的工作狀態。RB值一般為幾十～幾百千歐。RC是集電極負載電阻，電源UCC通過RC為三極管提供集電結反向偏壓，并將三極管放大后的電流IC的變化轉變為RC上電壓的變化，反映到輸出端，從而實現電壓放大。RC值一般為幾～十幾千歐。2023-02-04

C1,C2是耦合電容，起“隔直通交”作用，一方面隔離放大電路與信號源和負載之間的直流通路，另一方面使交流信號暢通。C1,C2的數值一般為幾～幾十微法。RL是外接負載，它可以是揚聲器、耳機或其他負載，也可以是后級放大電路的輸入電阻。信號源、基極、發射極形成輸入回路；負載RL、集電極、發射極形成輸出回路。輸入回路和輸出回路的公共端是發射極，可見這是一個共發射極放大電路，簡稱共射放大電路。

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2.2.2電路的工作原理為便于分析，對電路工作過程中各量的符號規定如下：直流量用大寫字母、大寫下角標表示，如IB,IC,UCE等；交流量用小寫字母、小寫下角標表示，如ib,ic,uce等；總變化量是交直流疊加量，用小寫字母、大寫下角標表示，如iB,iC,uCE

等。

如iB,iC,uCE

等。如iB=IB+ib，即iB表示基極電流的總量。如果交流分量是正弦波，其表達式為：可見正弦波有效值是用大寫字母和小寫下標表示，而正弦波的峰值是有效值下標再添加小寫m，如Ib、Ibm分別表示基極正弦電流的有效值和峰值。2023-02-04

1.靜態工作情況放大電路輸入端未加輸入信號即ui

=0時的工作狀態稱為靜態。靜態時，由于直流電源UCC的存在，電路中沒有變化量，電路中的電壓、電流都是直流量。三極管的IB,IC,UCE稱為該放大電路的靜態工作點，簡稱Q點。按直流信號在電路中流通的路徑可畫出直流通路。由于電容具有隔斷直流的作用，因此畫直流通路時電容相當于開路。2023-02-04

圖2.11是圖2.10所示放大電路的直流通路。靜態工作點的IB,IC,UCE可以用直流電表測得；也可用估算法確定。所謂估算法是突出電路工作的主要因素，而忽略一些次要因素。按照直流通路的結構，可得出以下估算公式：

通常，則（2-6）（2-7）

（2-8）圖2.11放大電路的直流通路

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例2.2在圖2.10中，已知UCC=20V，RB=400k，RC=6k，

=50，試求放大電路的靜態工作點的IB,IC,UCE。

解：根據式（2-6），式（2-7），式（2-8）可得

(50×0.05)mA=2.5mA

(20-6×2.5）=5V

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2.動態工作情況放大電路輸入端加輸入信號即ui

0時的工作狀態稱為動態。這時電路中各電量將在靜態直流分量的基礎上疊加一個交流分量。輸入信號ui經過耦合電容C1加在晶體管基極和發射極之間，只要輸入信號頻率不是很低，C1對交流信號可視為短路。這時輸入信號ui疊加在直流的UBE上，即

uBE

=UBE+ui

注意：uBE是在一個較大的直流電壓UBE（約0.7V）上疊加一個較小的交流信號ui，以使uBE不產生負值，避免產生失真。

uBE電壓的變化引起基極電流的變化，即

iB

=IB+ib

式中，ib是ui引起的電流。2023-02-04

只要三極管處于放大狀態，即有

iC

=IC+iC

而uCE

=UCC–RCiC=

UCC–RC（IC+iC）=UCC–RCIC–RCiC

=UCE–RCiC

可見，uCE也是由直流分量UCE和交流分量-RCiC疊加而成的，經過C2的隔直通交作用，輸出電壓只有交流分量，即uo

=uce

=-RCiC。

上式表明，只要RC取值恰當，就可使uo的幅值遠大于ui的幅值，從而實現電壓放大，這就是通常所說的放大電路的放大作用；另可看見，uo與RCiC在數值上相等，而在相位上卻相反，由于ui,ib,iC,相位相同，故uo和ui的相位相反，這在共射放大電路中稱之為“反相”。電路中各電流、電壓的波形如圖2.12所示。

2023-02-04圖2.12放大電路的動態工作情況

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為分析放大電路的動態工作情況，計算放大電路的放大倍數，按交流信號在電路中流通的路徑可畫出交流通路。對頻率較高的交流信號，放大電路中的耦合電容、旁路電容畫交流通路時都視為短路；直流電源由于內阻很小，對交流信號也視為短路。圖2.13所示為圖2.12放大電路的交流通路。綜上所述，放大電路中各點的電位、各支路的電流，都是直流量和交流量的疊加。直流量所確定的靜態工作點，是放大電路的基礎；交流量是由輸入信號產生的，是放大電路工作的目的。交流量是馱載在直流量上進行放大的。因此靜態工作點設置是否合理，將直接影響到放大電路能否正常工作。2023-02-04圖2.13放大電路的交流通路

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2.2.3靜態工作點的選擇與波形失真波形失真是指輸出波形相對于輸入波形產生了畸變。對放大電路來說，輸出波形的失真應盡可能小。靜態工作點的選擇對放大電路有很大的影響，選擇不當，容易引起失真。1.飽和失真當靜態工作點設置太高時，在交流信號的正半周，隨輸入信號增大，集電極電流iC因受最大值ICm的限制而不能相應地增大，這時盡管iB

的波形完好，但iC正半周和uCE負半周的頂部被削去，這種由于動態工作點進入飽和區所引起的失真，稱為“飽和”失真，如圖2.14所示。調節RB使之增大，可消除飽和失真。2023-02-04

2.截止失真當靜態工作點設置太低時，在交流信號的負半周，晶體管因發射結反偏而進入截止狀態，使iC負半周和uCE正半周的頂部被削去。這種由于動態工作點進入截止區所引起的失真，稱為“截止”失真，如圖2.15所示。調節RB使之減小，可消除截止失真。飽和失真和截止失真都是由于晶體管工作在特性曲線的非線性區域所引起的，因而稱為非線性失真。放大電路的最佳靜態工作點是指輸入信號變化時，輸出信號正、負半周都能達到最大值而不出現失真的工作點。任何狀態下，不失真的最大輸出稱為放大電路的動態范圍。顯然，最佳工作點下，電路的動態范圍最大。還需指出，在保證輸出信號不失真的前提下，降低電路的靜態工作點，有利于減少放大電路的損耗。2023-02-04

圖2.14放大電路的飽和失真圖2.15放大電路的截止失真

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*2.3放大電路的圖解分析法圖解分析法是利用三極管的輸入特性和輸出特性曲線，用作圖的方法，分析放大器的工作情況。其優點是能直觀地反映放大電路的工作原理。2.3.1靜態工作情況分析靜態分析的目的是為了求放大電路的靜態工作點，現以圖2.10所示的共射極放大電路為例，設電路中UCC=20V，RB=500k，RC=6.8k。圖2.16（a）中畫出了靜態集電極回路，虛線左邊是非線性元件三極管，IC與UCE的關系是一條輸出特性曲線；虛線右邊是UCC和RC串聯的線性電路，IC與UCE的關系是直線方程：2023-02-04

在圖2.16（b）iC和uCE確定的輸出特性曲線上畫出這條直線MN（橫截距為UCC，縱截距為UCC/RC），其斜率為，因其斜率由集電極負載電阻所確定，所以稱為直流負載線。顯然直流負載線與靜態IB對應的輸出特性曲線的交點Q就是所要求的靜態工作點。從輸入回路估算：由圖可讀出IC=1.8mA，UCE=7.8V。2023-02-04圖2.16圖解法分析靜態工作點2023-02-04

2.3.2動態工作情況分析動態分析的目的，是為了了解放大電路各極電流、電壓的波形，并可求出輸出電壓幅值，從而確定放大電路的電壓放大倍數。當接入輸入信號ui時，電路就處于動態工作情況，動態圖解分析過程如下。

1.在輸入特性曲線上由ui畫出iB波形設放大電路的輸入信號ui=0.02sint（V），三極管的輸入電壓uBE是在原來直流電壓UBE的基礎上疊加一個交流量ui，根據uBE的變化規律可從輸入特性上畫出對應的iB波形圖，如圖2.17（b）所示，基極電流iB將在20～60A之間變動。2023-02-04圖2.17動態工作情況2023-02-04

2.在輸出特性曲線上畫出交流負載線在圖2.10所示電路中，對交流信號來說，輸出耦合電容C2可視為短路，RC與RL是并聯的，所以等效的交流負載電阻，故交流負載線的斜率為因，故交流負載線比直流負載線要陡一些。當輸入信號為零時，放大電路工作在Q點，即交流負載線也經過Q點，所以，交流負載線是一條經過Q點，斜率為的直線。畫交流負載線方法是：先畫一條斜率為的輔助線MH，與橫軸相交于M（uCE=UCC，iC=0）與縱軸相交于H（uCE=0，iC=）。然后平移輔助線使其通過Q點，即得交流負載線，如圖2.17（a）所示。2023-02-04

3.在輸出特性曲線上，由iB和交流負載線畫出iC和uCE波形在輸出特性曲線上，由iB和交流負載線畫出iC和uCE波形，如圖2.17（a）所示。由于C2的隔直作用，輸出電壓uo等于uCE的交流分量，輸出電壓uo與輸入信號電壓ui相位相反。根據uCE波形可讀出輸出電壓幅值ucem=3V，則電壓放大倍數等于輸出電壓幅值與輸入電壓幅值之比可見，在ui幅值一定的情況下，RL阻值愈小，交流負載線越陡，電壓放大倍數下降得也越多。2023-02-04

2.4放大電路的微變等效電路分析法

對于交流放大器，要對其定量分析并了解其性能指標，必定要涉及到一些參數來描述這些指標。由于三極管是非線性元件，只有將其線性化后，才能使用線性定理來分析、計算它。實際上當輸入、輸出都是小信號時，信號只是在靜態工作點附近的小范圍內變動，三極管的特性曲線可以近似地視做線性的，此時，可將三極管等效成一個線性電路模型。2023-02-04

2.4.1三極管微變等效電路模型三極管的輸入特性是非線性的，當輸入信號較小時，可以把靜態工作點附近的一段曲線視做直線。這樣三極管B，E間就相當于一個線性電阻rbe，即三極管的輸入電阻rbe

=ube

/ib

。工程上常用下式來估算：（）（2-9）注意rbe它不是三極管輸入端直流電阻（萬用表測量的歐姆值）。通常小功率三極管，當IC=1～2mA時，rbe為1k左右。

2023-02-04

三極管輸出特性曲線在工作點附近是一組與橫軸平行的直線，當uce

在較大范圍內變化時，ic幾乎不變，具有恒流特性。這樣三極管C，E間可等效為一個受控電流源，其輸出電流為ic

=

ib，由于三極管的輸出電阻rce極大（輸出恒流特性），所以可看做理想電流源。2023-02-04

圖2.18

三極管的微變等效電路模型

為此，可畫出三極管的微變等效電路模型如圖2.18所示。2023-02-04

2.4.2微變等效電路分析法為了定量計算放大電路的某些交流性能指標，應先畫出放大電路的微變等效電路，再根據定義，求得電壓放大倍數、輸入電阻、輸出電阻。將圖2.10基本共射放大電路重畫于圖2.19（a）中，其微變等效電路如圖2.19（b）所示。圖2.19共射放大電路及其微變等效電路

2023-02-04

1.電壓放大倍數AuAu反映了放大電路對電壓的放大能力，定義為放大電路的輸出電壓Uo與輸入電壓Ui之比，即

（2-10）由圖2.19（b）可知，，，放大電路的交流負載，按圖中所標注的電流和電壓正方向有，所以（2-11）Au為負值，表示輸出電壓與輸入電壓反相。2023-02-04

如果放大電路不帶負載，則電壓放大倍數為（2-12）由于＜，顯然放大電路接入負載后電壓放大倍數下降。此外，通常用Ai表示電流放大倍數：（2-13）用Ap表示功率放大倍數：（2-14）它們三者之間的關系是：·（2-15）2023-02-04

例2.3

某交流放大器的輸入電壓是100mV，輸入電流為0.5mA；輸出電壓為1V，輸出電流為50mA，求該放大器的電壓放大倍數、電流放大倍數和功率放大倍數。

解：（1）求電壓放大倍數。（2）求電流放大倍數。

（3）求功率放大倍數。·2023-02-04

放大倍數用對數表示叫作增益G，功率放大倍數取常用對數來表示，稱為功率增益GP，單位為貝爾（Bel），實際應用時嫌“貝爾”單位太大，人們又取它的十分之一，即分貝（dB）。在電信工程中，對放大器的三種增益作如下規定：功率增益：（2-16）電壓增益：（2-17）電流增益：（2-18）

2023-02-04例2.4

求例2.3中放大器的電壓增益、電流增益和功率增益。解：（1）求電壓增益。

（2）求電流增益。

（3）求功率增益。2023-02-04

運用放大器增益的概念，可以簡化電路的運算數字，例如，功率放大倍數AP=1000000倍，用功率增益表示時=10lg1000000=60dB。在計算電路的增益時，若增益出現負值則該電路不是放大器而是衰減器。為了方便，通常編有分貝換算表供查用。表2.2為電壓放大倍數和分貝數的對應值。例如，一個放大器的放大倍數Au=100，則由表2.2可查出它的電壓增益為40分貝。表2.2電壓放大倍數和增益分貝數的換算表Au（倍）0.0010.010.10.20.70712310100100010000Gu（dB）60402014306.09.5204060802023-02-04

2.輸入電阻Ri

Ri是從放大電路的輸入端看進去的交流等效電阻，它等于放大電路輸入電壓與輸入電流的比值，即Ri=Ui

/Ii。

Ri反映放大電路對所接信號源（或前一級放大電路）的影響程度。如圖2.20所示，如果把一個內阻為Rs的信號源us加到放大電路的輸入端時，放大電路的輸入電阻就是前級信號源的負載。由圖2.20可見

若Ri

>>Rs

，則Ui

≈Us。通常希望Ri盡可能大一些，以使放大電路向信號源取用的電流盡可能小，以減輕前級的負擔。2023-02-04

圖2.20

放大器的輸入電阻和輸出電阻

輸入電阻可用微變等效電路法估算，由圖2.19（b）放大電路的微變等效電路可得

Ri

=RB∥rbe

≈rbe

（2-19）2023-02-04

3.輸出電阻RoRo是從放大電路的輸出端看進去的交流等效電阻，它等于放大電路輸出電壓與輸出電流的比值，即Ro=Uo

/Io。Ro是衡量放大電路帶負載能力的一個性能指標。如圖2.20所示，放大電路接上負載后，要向負載（后級）提供能量，所以，可將放大電路看做一個具有一定內阻的信號源，這個信號源的內阻就是放大電路的輸出電阻。由圖2.20可見若Ro<<RL，則Uo

≈

Uo′。2023-02-04

顯然，Ro愈小，則即使負載RL變化大，而輸出電壓變化也愈小。這就是說Ro愈小，放大器帶負載能力愈強。一般情況下，都希望輸出電阻Ro盡量小些。輸出電阻可用微變等效電路法估算，由圖2.19（b）放大電路的微變等效電路可得Ro=RC（2-20）2023-02-04

2.5靜態工作點穩定電路2.5.1溫度變化對靜態工作點的影響基本共射放大電路的基極偏流，偏置電阻RB一經選定，IB也隨之確定為恒定值，因此這種電路也稱為固定偏置電路。它的電路結構簡單，所需元器件少，且電壓放大倍數高，但它的穩定性差。當三極管受熱時，其靜態電流數值上升，會引起靜態工作點發生偏移，導致本來不失真的放大信號出現失真；還會使集電極損耗增加，管溫升高，管子不能正常工作，甚至燒壞管子。同樣的道理，當更換三極管時也會出現類似問題。因此要使uo波形不失真，就要穩定放大電路的靜態工作點，首先要穩定靜態IC的值。2023-02-04圖2.21

分壓式偏置穩定電路（a）放大電路；（b）直流通路

2.5.2分壓式偏置穩定電路穩定靜態工作點的典型電路是如圖2.21（a）所示的分壓式偏置穩定電路。2023-02-04

該電路有以下兩個特點。1.利用電阻RB1和RB2分壓來穩定基極電位由圖2.21（b）放大電路的直流通路可得（2-21）若使I1>>IB，則I1≈I2。這樣基極電位UB為（2-22）由于UB是由UCC經RB1和RB2分壓決定的，故不隨溫度變化，且與晶體管參數無關。2023-02-04

2.由發射極電阻RE實現靜態工作點的穩定溫度上升使IC增大時，IE隨之增大，UE也增大；因基極電位UB=UBE+UE保持恒定，故UE增大使UBE減小，引起IB減小，使IC相應減小，從而抑制了溫升引起的IC的增量，即穩定了靜態工作點。其穩定過程如下：T(℃)↑→IC↑→IE↑→UE↑

IC↓←IB↓←UBE↓←

通常UB>>UBE，所以集電極電流（2-23）根據I1>>IB和UB>>UBE兩個條件得到的式（2-23）說明了UB和IC是穩定的，基本上不隨溫度而變，而且也基本上與管子的參數值無關。2023-02-04

例2.5電路如圖2.22所示，已知晶體管

=40，

UCC=12V，RB1=20k，RB2=10k，RL=4k，

RC=2k，RE=2k，CE足夠大。試求：（1）靜態值IC和UCE。（2）電壓放大倍數Au。（3）輸入電阻Ri，輸出電阻Ro。2023-02-04

圖2.22

例2.5圖

（a）放大電路；（b）微變等效電路

2023-02-04

解：（1）估算靜態值IC和UCE

2023-02-04

（2）估算電壓放大倍數Au

由圖2.22（a）可知其微變等效電路如圖2.22（b）所示。由于（3）估算輸入電阻Ri，輸出電阻Ro。

Ri

=RB1//

RB2∥rbe≈rbe=0.83kRo=RC=2k故

2023-02-04

在圖2.22（a）中，電容CE稱射極旁路電容（一般取10～100F），它對直流相當于開路，靜態時使直流信號通過RE實現靜態工作點的穩定；對交流相當于短路，動態時交流信號被CE旁路掉，使輸出信號不會減少，即Au計算與式（2-12）完全相同。這樣既穩定了靜態工作點，又沒有降低電壓放大倍數。

2023-02-04

2.6共集放大電路和共基放大電路2.6.1共集放大電路1.電路構成如圖2.23（a）所示的電路，它是由基極輸入信號、發射極輸出信號的，所以稱為射極輸出器。由圖2.23（b）所示的交流通路可見，集電極是輸入回路與輸出回路的公共端，所以又稱為共集電路。2023-02-04

圖2.23

共集放大電路2023-02-04

2.射極輸出器的特點（1）靜態工作點穩定。①射極輸出器的直流通路如圖2.24所示，由圖可知，（2-24）于是有

（2-25）

（2-26）射極輸出器中的電阻RE具有穩定靜態工作點的作用，過程如下：T(℃)↑→IC↑→UE↑→UBE↓→IB↓→IC↓2023-02-04

圖2.24共集電路的直流通路圖2.25共集電路的微變等效電路

2023-02-04

（2）電壓放大倍數略小于1（近似為1）。射極輸出器的微變等效電路如圖2.25所示，由圖可知（2-27）式中，。通常，所以（2-28）電壓放大倍數約為1并為正值，可見輸出電壓uo隨著輸入電壓ui的變化而變化，大小近似相等，相位相同。所以，射極輸出器又稱為射極跟隨器。2023-02-04

在圖2.25中，若忽略RB的分流影響，則，，可得電流放大倍數（2-29）所以，射極輸出器雖然沒有電壓放大，但仍具有電流放大和功率放大的作用。（3）輸入電阻高。由圖2.25可知（2-30）由于RB和值都較大，因此，射極輸出器的輸入電阻Ri很高，可達幾十～幾百千歐。2023-02-04

（4）輸出電阻低。由于射極輸出器的uo≈ui，當ui保持不變時，uo就保持不變。可見，輸出電阻對輸出電壓的影響很小，說明射極輸出器具有恒壓輸出特性，因而射極輸出器帶負載能力很強。輸出電阻的估算式為Ro≈rbe

/

（2-31）

通常Ro很低，一般只有幾十歐。2023-02-04

3.射極輸出器的應用（1）用做輸入級。在要求輸入電阻較高的放大電路中，常用射極輸出器做輸入級。利用其輸入電阻很高的特點，可減少對信號源的衰減，有利于信號的傳輸。（2）用做輸出級。由于射極輸出器的輸出電阻很低，常用做輸出級。可使輸出級在接入負載或負載變化時，對放大電路的影響小，使輸出電壓更加穩定。（3）用做中間隔離級。將射極輸出器接在兩級共射電路之間，利用其輸入電阻高的特點，可提高前級的電壓放大倍數；利用其輸出電阻低的特點，可減小后級信號源內阻，提高后級的電壓放大倍數。由于其隔離了前后兩級之間的相互影響，因而也稱為緩沖級。2023-02-04

2.6.2共基放大電路如圖2.26所示的電路，它由發射極輸入信號，集電極輸出信號，基極交流接地，是輸入回路與輸出回路的公共端，故稱共基電路。圖2.26共基放大電路2023-02-04

共基電路的直流通路與共射分壓式偏置穩定電路的直流通路完全相同，因而靜態工作點的估算方法也完全一樣。因共基電路和共射電路的輸入信號均加在基極和發射極之間，只是符號相反，輸出信號均從集電極取出，因而共基電路的電壓放大倍數，與共射電路的放大倍數Au大小相同，符號相反。其輸入電阻估算式為很小，輸出電阻和共射放大電路相同。

2023-02-04共基電路的輸入電流為ie，輸出電流為ic，由于ic略小于ie，所以共基電路無電流放大作用，但仍有電壓及功率放大作用。共基電路的特點是通頻帶寬、穩定性好，輸出電流恒定，多用于高頻和寬頻帶電路中，在聲像及通信技術中應用較廣。2023-02-04*2.7MOS場效應管及放大電路場效應管是一種較新型的半導體器件，是利用電場效應來控制晶體管的電流而得名的。它的輸入電阻極高，可達109～1014，同時它有噪聲小、熱穩定性好、功耗極低和便于集成化等優點，因此在大規模集成電路中應用極為廣泛。場效應管按其結構分為兩種類型：結型場效應管和絕緣柵型場效應管。絕緣柵型場效應管應用最為廣泛，按制造工藝可以分成增強型和耗盡型兩大類，每一類中又有N溝道和P溝道之分。結型場效應管已不多用，下面我們簡單介紹絕緣柵型場效應管。2023-02-042.7.1MOS場效應管1.MOS場效應管的結構N溝道增強型絕緣柵場效應管的結構如圖2.27（a）所示，它是用一塊P型薄硅片做襯底，其上擴散兩個N+區作為源極S和漏極D，在硅片表面生成一層SiO2絕緣體，絕緣體上的金屬電極為柵極G。因柵極和其他電極及導電溝道是絕緣的，所以稱絕緣柵型場效應管，或稱金屬-氧化物-半導體場效應管，簡稱MOS管。2023-02-04（b）N溝道耗盡型（c）N溝道增強型（a）N溝道增強型絕緣柵場效應管結構及工作原理圖2.27N溝道絕緣柵型場效應管2023-02-04工作時在漏極D和源極S之間形成導電溝道，稱為N溝道。由于摻入離子數量不同，工作中有差別，又分為耗盡型NMOS管和增強型NMOS管，其符號分別如圖2.27（b）、（c）所示。若圖中符號的箭頭方向相反，則分別表示P溝道耗盡型PMOS管和增強型PMOS管。2023-02-042.MOS場效應管的原理和特性（1）工作原理。當柵源電壓UGS=0時，漏極D,源極S間為由半導體N-P-N組成的兩個反向串聯的PN結，因此，可認為漏極電流ID=0。當UGS＞0時，P型襯底中的電子受到吸引而到達表層形成N型薄層，即N型導電溝道。導電溝道形成后，若在D，S兩極間加上正向電壓UDS就會有漏極電流ID，如圖2.27（a）所示。這種MOS管在UGS=0時沒有導電溝道，只有在UGS增大到開啟電壓UGS(th)

時才能形成導電溝道，因而稱為增強型NMOS管。當UGS＞UGS(th)

時，柵源電壓UGS愈大，導電溝道就會愈寬，漏極電流ID也就愈大，這就是增強型MOS管的柵極控制作用。2023-02-04（2）特性曲線。①轉移特性曲線。轉移特性是指在漏源電壓UDS一定時，輸入電壓UGS對輸出電流ID的控制特性。雖然UDS不同時會對轉移特性有影響，但在場效應管的工作區內，ID幾乎與UDS無關；對應不同UDS值的轉移特性曲線幾乎重合，所以通常只用一條曲線來表示，如圖2.28所示。由轉移特性曲線可以更清楚地看出柵源電壓UGS對漏極電流ID的控制作用，所以說場效應管是電壓控制器件。2023-02-04②輸出特性曲線。輸出特性曲線是指在柵源電壓UGS一定時，漏極電流ID與漏源電壓UDS之間的關系曲線。如圖2.29所示，輸出特性曲線也是一曲線族。觀察ID隨UGS的變化情況，可以分成可變電阻區、恒流區和夾斷區。場效應管應用于放大電路時就工作在恒流區。在這個區域，ID幾乎與UDS無關，而由柵源電壓UGS控制。用一個小電壓去控制一個大電流，是場效應管的最大特點。2023-02-04

圖2.28增強型NMOS管的轉移特性曲線圖2.29增強型NMOS管的輸出特性曲線2023-02-04

3.場效應管的主要參數（1）夾斷電壓UGS(off)。當耗盡型絕緣柵場效應管的UDS為常數時，使ID等于一個微弱電流（如50A）時，柵源之間所加電壓，稱為夾斷電壓UGS(off)。（2）開啟電壓UGS(th)。當增強型絕緣柵場效應管的UDS為常數時，有溝道將漏、源極連接起來的最小UGS值，稱為開啟電壓UGS(th)。2023-02-04（3）飽和漏電流IDSS。當UGS=0，且UDS＞時的漏極電流，稱為飽和漏電流IDSS。（4）直流輸入電阻RGS。柵-源電壓UGS與對應的柵極電流IG之比，稱為直流輸入電阻RGS。（5）低頻跨導gm。當UDS為常數時，漏極電流ID與柵-源電壓UGS變化量的比值稱為低頻跨導gm

，表征場效應管的放大能力，表示為：2023-02-04

4.場效應管的使用注意事項（1）由于MOS管的輸入電阻很高，柵極的感應電荷不宜釋放，可形成很高電壓，將絕緣層擊穿而損壞，因此，使用時柵極不能開路，保存時各極需短路。（2）對MOS管，若管子內部已將襯底與源極短路，則不能互換，否則可互換。結型場效應管漏極與源極可互換使用。（3）低頻跨導與工作電流有關，ID越大，gm也越大。2023-02-042.7.2MOS場效應管共源放大電路與晶體管放大電路相似，MOS場效應管共源放大電路也必須設置合適的靜態工作點，以保證放大電路正常工作。但場效應管是電壓控制元件，沒有偏置電流，關鍵是要有合適的柵偏壓UGS。常用的偏置電路有兩種：自偏壓電路、分壓式偏置電路。前者采用結型管，后者結型管、MOS管均可采用。本節只介紹分壓式偏置電路。

2023-02-041.電路結構及靜態工作點（1）電路結構。如圖2.30所示為N溝道耗盡型絕緣柵場效應管共源放大電路。它與晶體管分壓式共射放大電路結構相似。除場效應管外，其他元件作用也與共射放大電路中的基本一致。2023-02-04圖2.30分壓式共源放大器2023-02-04（2）估算靜態工作點。共源電路靜態工作點與晶體管靜態工作點不完全一樣，主要區別是晶體管有基極電流，而場效應管的柵源間電阻極高，根本沒有柵極電流流過RG。所以，場效應管的柵極對地直流電壓UG是由電源電壓UDD經電阻RG1，RG2分壓得到的，而場效應管的柵源電壓為：適當選擇RG1或RG2的值，就可使柵極與源極之間獲得正、負及零3種偏置電壓。接入RG是為了提高放大器的輸入電阻，并隔離RG1，RG2對交流信號的分流。2023-02-04靜態工作點可用下面方程組聯立求解。

（2-32）

（2-33）

（2-34）2023-02-04

2.場效應管放大電路的微變等效電路分析法（1）場效應管的等效電路。由于場效應管基本沒有柵流，輸入電阻極高，因此場效應管柵源之間可視為開路。又根據場效應管輸出回路的恒流特性，場效應管的輸出電阻rds可視為無窮大，因此，輸出回路可等效為一個受Ug