电工高级-模拟电子1课件

维修电工理论培训维修电工理论培训模块二模块二电工基础知识；电工基础知识；电子技术知识；电子技术知识；PLC知识。知识。电子技术电子技术主要内容：主要内容：第一节第一节 半导体二极管；半导体二极管；第第二二节节 半导体三极管；半导体三极管；第三节第三节 场效应管；场效应管；第四节第四节 基本基本放大电路。放大电路。第一节第一节 半导体二极管半导体二极管一、二极管的结构及符号一、二极管的结构及符号 半半导导体体二二极极管管同同PN PN 结结一一样样具具有有单单向向导导电电性性。二二极极管管按按半半导导体体材材料料的的不不同同可可以以分分为为硅硅二二极极管管、锗锗二二极极管管和和砷砷化化镓镓二二极极管管等等。根根据据不不同同的的制制造造工工艺艺，二二极极管管的的内内部部结结构构可可分分为点接触型、面接触型和平面型三类，如图为点接触型、面接触型和平面型三类，如图1 1所示。所示。半导体二极管具有（半导体二极管具有（）。）。单向导电性单向导电性图图1 1 不同结构的各类二极管不同结构的各类二极管一、半导体二极管一、半导体二极管点接触型二极管的特点：点接触型二极管的特点：PNPN结的面积小，结电容小，适用结的面积小，结电容小，适用于高频工作，但只能通过较小的电流。于高频工作，但只能通过较小的电流。面接触型二极管的特点：面接触型二极管的特点：PNPN结的面积大，结电容大，只能结的面积大，结电容大，只能在较低频率下工作，允许通过的电流较大。在较低频率下工作，允许通过的电流较大。平面型二极管的特点：结面积较小时，结电容小，适用于平面型二极管的特点：结面积较小时，结电容小，适用于在数字电路工作；结面积较大时，可以通过很大的电流。在数字电路工作；结面积较大时，可以通过很大的电流。第一节第一节 半导体二极管半导体二极管 图图2 2所所示示为为二二极极管管的的符符号号。由由P P 端端引引出出的的电电极极是是正正极极，由由N N 端端引引出出的的电电极极是是负负极极，箭箭头头的的方方向向表表示示正正向向电电流流的的方方向，向，V VD D 是二极管的文字符号。是二极管的文字符号。图图2 2 二极管的符号二极管的符号第一节第一节 半导体二极管半导体二极管1 1、二极管的伏安特性、二极管的伏安特性 二二极极管管两两端端的的电电压压U U及及其其流流过过二二极极管管的的电电流流I I之之间间的的关关系系曲线，称为二极管的伏安特性曲线，称为二极管的伏安特性。二、二极管的伏安特性及主要参数二、二极管的伏安特性及主要参数（1 1）正向特性）正向特性 二极管外加正向电压时，电流和电压的关系称为二极管二极管外加正向电压时，电流和电压的关系称为二极管的正向特性。如图的正向特性。如图3 3所示，当二极管所加正向电压比较小时所示，当二极管所加正向电压比较小时（00U U 1.反向饱和电流反向饱和电流:晶体二极管所加反向电压在一定范围内晶体二极管所加反向电压在一定范围内时时,反向电流基本上维持一定大小不变反向电流基本上维持一定大小不变,与反向电压数值没与反向电压数值没有关系有关系,此时的反向电流叫做反向饱和电流。此时的反向电流叫做反向饱和电流。2.2.反向击穿电压反向击穿电压:二二极极管管反反向向电电压压逐逐渐渐增增大大,当当达达到到一一定定数数值值时时,反反向向电电流流突突然然增增大大,二二极极管管失失去去了了单单向向导导电电性性,称称为为击击穿。击穿时加在二极管上的反向电压叫反向击穿电压。穿。击穿时加在二极管上的反向电压叫反向击穿电压。65.65.已知一只二极管的正向压降为已知一只二极管的正向压降为0.7V,0.7V,通过它的电流为通过它的电流为50mA,50mA,此情况下此情况下,二极管的正向电阻为二极管的正向电阻为()()。1414三、二极管的识别和简易检测方法三、二极管的识别和简易检测方法 通过用万用表检测其正、反向电阻值，可以判别出二极通过用万用表检测其正、反向电阻值，可以判别出二极管的电极，还可估测出二极管是否损坏。管的电极，还可估测出二极管是否损坏。1 1）极性的判别）极性的判别 将万用表置于将万用表置于R100R100档或档或R1kR1k档，两档，两表笔分别接二极管的两个电极，测出一个结果后，对调两表表笔分别接二极管的两个电极，测出一个结果后，对调两表笔，再测出一个结果。两次测量的结果中，有一次测量出的笔，再测出一个结果。两次测量的结果中，有一次测量出的阻值较大（为反向电阻），一次测量出的阻值较小（为正向阻值较大（为反向电阻），一次测量出的阻值较小（为正向电阻）。在阻值较小的一次测量中，黑表笔接的是二极管的电阻）。在阻值较小的一次测量中，黑表笔接的是二极管的正极，红表笔接的是二极管的负极。正极，红表笔接的是二极管的负极。2 2）单向导电性能的检测及好坏的判断）单向导电性能的检测及好坏的判断 通常，锗材料二极管的正向电阻值为通常，锗材料二极管的正向电阻值为1k1k左右，反向电左右，反向电阻值为阻值为300k300k左右。硅材料二极管的电阻值为左右。硅材料二极管的电阻值为5k5k左右，反左右，反向电阻值为向电阻值为（无穷大）。正向电阻越小越好，反向电阻越（无穷大）。正向电阻越小越好，反向电阻越大越好。大越好。正、反向电阻值相差越悬殊，说明二极管的单向导正、反向电阻值相差越悬殊，说明二极管的单向导电特性越好。电特性越好。若测得二极管的正、反向电阻值均接近若测得二极管的正、反向电阻值均接近0 0或阻值较小，则或阻值较小，则说明该二极管内部已击穿短路或漏电损坏。若测得二极管的说明该二极管内部已击穿短路或漏电损坏。若测得二极管的正、反向电阻值均为无穷大，则说明该二极管已开路损坏。正、反向电阻值均为无穷大，则说明该二极管已开路损坏。三、二极管的识别和简易检测方法三、二极管的识别和简易检测方法 正、反向电阻值相差越悬殊，说明二极管的单向导电特正、反向电阻值相差越悬殊，说明二极管的单向导电特性越好。（性越好。（）稳稳压压二二极极管管又又名名齐齐纳纳二二极极管管，简简称称稳稳压压管管，是是一一种种用用特特殊殊工工艺艺制制作作的的面面接接触触型型硅硅半半导导体体二二极极管管，这这种种管管子子的的杂杂质质浓浓度度比比较较大大，容容易易发发生生击击穿穿，其其击击穿穿时时的的电电压压基基本本上上不不随随电电流流的的变变化化而而变变化化，从从而而达达到到稳稳压压的的目目的的。稳稳压压管管工工作作于于反反向向击击穿穿区。区。四、稳压二极管四、稳压二极管图图5 5 稳压二极管的伏安特性和符号稳压二极管的伏安特性和符号 1 1、稳压管的伏安特性和符号、稳压管的伏安特性和符号IZminIZmax伏安特性伏安特性215.215.稳压二极管的反向特性曲线越陡稳压二极管的反向特性曲线越陡()()。A.A.稳压效果越差稳压效果越差 B.B.稳压效果越好稳压效果越好 C.C.稳定的电压值越高稳定的电压值越高 D.D.稳定的电流值越高稳定的电流值越高B B2 2、稳压管的主要参数、稳压管的主要参数 稳定电压稳定电压U UZ Z:它是指当稳压管中的电流为规定值时，稳压它是指当稳压管中的电流为规定值时，稳压管在电路中其两端产生的稳定电压值。管在电路中其两端产生的稳定电压值。稳定电流稳定电流I IZ Z:它是指稳压管工作在稳压状态时，稳压管中它是指稳压管工作在稳压状态时，稳压管中流过的电流，有最小稳定电流流过的电流，有最小稳定电流I IZminZmin和最大稳定电流和最大稳定电流I IZmaxZmax之分。之分。耗散功率耗散功率P PM M:它是指稳压管正常工作时，管子上允许的最它是指稳压管正常工作时，管子上允许的最大耗散功率。大耗散功率。62.62.稳压二极管的电压温度系数稳压二极管的电压温度系数:稳压管的稳压值受到温度的稳压管的稳压值受到温度的影响而变化，温度每增加一度稳压值变化的百分数称为电压影响而变化，温度每增加一度稳压值变化的百分数称为电压温度系数。温度系数。3 3、应用稳压管应注意的问题、应用稳压管应注意的问题 稳压管稳压时，一定要稳压管稳压时，一定要外加反向电压外加反向电压，保证管子工作在，保证管子工作在反向击穿区。当外加的反向电压值大于或等于反向击穿区。当外加的反向电压值大于或等于U UZ Z 时，才能起时，才能起到稳压作用；若外加的电压值小于到稳压作用；若外加的电压值小于U UZ Z，稳压二极管相当于普，稳压二极管相当于普通的二极管使用。通的二极管使用。在稳压管稳压电路中，一定要在稳压管稳压电路中，一定要配合限流电阻配合限流电阻的使用，保的使用，保证稳压管中流过的电流在规定的范围之内。证稳压管中流过的电流在规定的范围之内。36.36.稳压管工作在稳压管工作在()()的情况下，管子两端才能的情况下，管子两端才能保持保持()()电压。电压。反向击穿反向击穿稳定稳定55.55.由于硅稳压管的反向电压很低，所以它在稳压电路中由于硅稳压管的反向电压很低，所以它在稳压电路中不允许反接。不允许反接。()()56.56.只有当稳压电路两端的电压大于稳压管击穿电压时，只有当稳压电路两端的电压大于稳压管击穿电压时，才有稳压作用。才有稳压作用。()()习题习题第二节第二节 半导体三极管半导体三极管一、三极管的结构及符号一、三极管的结构及符号 半导体三极管又称晶体三极管（下称三极管），一般简半导体三极管又称晶体三极管（下称三极管），一般简称晶体管，或双极型晶体管。它是通过一定的制作工艺，将两称晶体管，或双极型晶体管。它是通过一定的制作工艺，将两个个PN PN 结结合在一起的器件，两个结结合在一起的器件，两个PNPN结相互作用，使三极管成结相互作用，使三极管成为一个具有控制电流作用的半导体器件。三极管可以用来放大为一个具有控制电流作用的半导体器件。三极管可以用来放大微弱的信号和作为无触点开关。微弱的信号和作为无触点开关。n三极管从结构上来讲分为两类：三极管从结构上来讲分为两类：NPNNPN型三极管和型三极管和PNPPNP型三极型三极管。图管。图6 6所示为三极管的结构示意图和符号。所示为三极管的结构示意图和符号。图图6 6 三极管的结构示意图和符号三极管的结构示意图和符号 符号中发射极上的箭头方向，表示发射结正偏时电流的流向。符号中发射极上的箭头方向，表示发射结正偏时电流的流向。三极管制作时，通常它们的三极管制作时，通常它们的基区做得很薄基区做得很薄（几微米到几十（几微米到几十微米），且微米），且掺杂浓度低掺杂浓度低；发射区的杂质浓度则比较高发射区的杂质浓度则比较高；集电区集电区的面积则比发射区做得大的面积则比发射区做得大，这是三极管实现电流放大的，这是三极管实现电流放大的内部条内部条件件。三极管可以是由半导体硅材料制成，称为硅三极管；也三极管可以是由半导体硅材料制成，称为硅三极管；也可以由锗材料制成，称为锗三极管。可以由锗材料制成，称为锗三极管。三极管从应用的角度讲，种类很多。根据工作频率分为三极管从应用的角度讲，种类很多。根据工作频率分为高频管、低频管和开关管；根据工作功率分为大功率管、中高频管、低频管和开关管；根据工作功率分为大功率管、中功率管和小功率管。常见的三极管外形如图功率管和小功率管。常见的三极管外形如图7 7所示。所示。一、三极管的结构及符号一、三极管的结构及符号图图7 7 常见的三极管外形常见的三极管外形一一、三极管的结构及符号、三极管的结构及符号二、三极管的电流分配原则及放大作用二、三极管的电流分配原则及放大作用n三极管实现放大的三极管实现放大的外部条件外部条件是：其是：其发射结发射结必须加正向电压必须加正向电压（正偏正偏），而），而集电结集电结必须加反向电压（必须加反向电压（反偏反偏）。）。图图8 8 三极管电流放大的实验电路三极管电流放大的实验电路三、三极管的特性曲线及主要参数三、三极管的特性曲线及主要参数1 1、三极管的特性曲线、三极管的特性曲线 三极管的特性曲线是指三极管的各电极电压与电流之间三极管的特性曲线是指三极管的各电极电压与电流之间的关系曲线，它反应出三极管的特性。的关系曲线，它反应出三极管的特性。（1 1）输入特性曲线）输入特性曲线 它是指一定集电极和发射它是指一定集电极和发射极电压极电压U UCECE下，三极管的基极电下，三极管的基极电流流I IB B与发射结电压与发射结电压U UBEBE之间的关之间的关系曲线。如图系曲线。如图7 7所示。所示。图图7 7 三极管的输入特性曲线三极管的输入特性曲线（2 2）输出特性曲线）输出特性曲线 它是指一定基极电流它是指一定基极电流I IB B下，三极管的集电极电下，三极管的集电极电流流I IC C与集电结电压与集电结电压U UCECE之间之间的关系曲线。实验测得三的关系曲线。实验测得三极管的输出特性曲线如图极管的输出特性曲线如图8 8所示。所示。图图8 8 三极管的输出特性曲线簇三极管的输出特性曲线簇 截止区截止区 三极管工作在截止状态时，具三极管工作在截止状态时，具有以下几个特点：有以下几个特点：（a a）发射结和集电结均反向偏）发射结和集电结均反向偏置；置；（b b）若不计穿透电流）若不计穿透电流I ICEOCEO，有，有I IB B、I IC C近似为近似为0 0；（c c）三极管的集电极和发射极）三极管的集电极和发射极之间电阻很大，三极管相当于一个之间电阻很大，三极管相当于一个开关断开。开关断开。（2 2）输出特性曲线）输出特性曲线图图8 8 三极管的输出特性曲线簇三极管的输出特性曲线簇 放大区放大区 图图8 8中，输出特性曲线近似平坦的区域称为放大区。三中，输出特性曲线近似平坦的区域称为放大区。三极管工作在放大状态时，具有以下特点：极管工作在放大状态时，具有以下特点：（a a）三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置；）三极管的发射结正向偏置，集电结反向偏置；（b b）基极电流）基极电流I IB B微小的变化会引起集电极电流微小的变化会引起集电极电流I IC C较大的较大的变化，有电流关系式：变化，有电流关系式：I IC C=IIB B；（c c c c）对）对）对）对NPNNPNNPNNPN型的三极管，有电位关系：型的三极管，有电位关系：型的三极管，有电位关系：型的三极管，有电位关系：U U U UC C U U U UB B U U U UE E；（d d d d）对）对）对）对NPNNPNNPNNPN型硅三极管，有发射结电压型硅三极管，有发射结电压型硅三极管，有发射结电压型硅三极管，有发射结电压U U U UBEBE0.70.70.70.7V V V V；对；对；对；对NPNNPNNPNNPN型锗三极管，有型锗三极管，有型锗三极管，有型锗三极管，有U U U UBEBE0.20.20.20.2V V V V（2 2）输出特性曲线）输出特性曲线 饱和区饱和区 三极管工作在饱和状态时具有如下特点：三极管工作在饱和状态时具有如下特点：（a a）三极管的发射结和集电结均正向偏置；）三极管的发射结和集电结均正向偏置；（b b）三极管的电流放大能力下降，通常有）三极管的电流放大能力下降，通常有I IC C IIB B ；（c c）U UCECE的值很小，称此时的电压的值很小，称此时的电压U UCECE为三极管的饱和压降，为三极管的饱和压降，用用U UCESCES表示。一般硅三极管的表示。一般硅三极管的U UCESCES约为约为0.30.3V V，锗三极管的，锗三极管的U UCESCES约为约为0.10.1V V；（d d）三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于）三极管的集电极和发射极近似短接，三极管类似于一个开关导通。一个开关导通。（2 2）输出特性曲线）输出特性曲线 当当UCE69.晶体三极管工作在放大状态时晶体三极管工作在放大状态时,发射极加发射极加()电压电压,集电极加集电极加()()电压。电压。224.224.当晶体三极管的两个当晶体三极管的两个PNPN结都反偏时结都反偏时,则晶体管处于则晶体管处于()。A A饱和状态饱和状态 B B放大状态放大状态 C C截止状态截止状态 48.48.三极管工作的三种工作状态：三极管工作的三种工作状态：习题习题1 1）截止状态）截止状态:发射结与集电结均处于反向偏置。发射结与集电结均处于反向偏置。2 2）放大状态）放大状态:发射结正向偏置，集电结反向偏置。发射结正向偏置，集电结反向偏置。3 3）饱和状态）饱和状态:发射结与集电结均处于正向偏置。发射结与集电结均处于正向偏置。正向正向反向反向C C46.46.图图3 37 7中处于饱和状态的是（中处于饱和状态的是（）。）。A A图图a Ba B图图b Cb C图图c Bc B图图d d 习题习题C C22.22.判断下列的三极管处于什么状态。判断下列的三极管处于什么状态。习题习题习题习题31.31.通过计算，判断下图三极管的工作状态。通过计算，判断下图三极管的工作状态。31.31.下图可变换为：下图可变换为：先设基极断开，等效电路如图，先设基极断开，等效电路如图，I=(EI=(EB1B1+E+EB2B2)/(Rb1+Rb2)/(Rb1+Rb2)=0.3mA =0.3mA基极电位基极电位U UB B=I=IR Rb2b2-E-EB2B2=0.310=0.310-3-3101010103 3-6=-3V0,-6=-3V0,即即U UBEBE0,46.请画出一般晶体三极管输出特性曲线，并注明三个工作请画出一般晶体三极管输出特性曲线，并注明三个工作区域。区域。习题习题2 2、三极管的主要参数、三极管的主要参数（1 1）共发射极电流放大系数）共发射极电流放大系数和和 它是指从基极输入信号，从集电极输出信号，此种接法它是指从基极输入信号，从集电极输出信号，此种接法（共发射极）下的电流放大系数。（共发射极）下的电流放大系数。（2 2）极间反向电流）极间反向电流 集电极基极间的反向饱和电流集电极基极间的反向饱和电流I ICBO CBO：发射极开路，：发射极开路，c c、b b间间 加上一定反向电压时的反向电流。加上一定反向电压时的反向电流。集电极发射极间的穿透电流集电极发射极间的穿透电流I ICEO CEO：基极开路，：基极开路，c c、e e间加上间加上 一定反向电压时的反向电流。一定反向电压时的反向电流。ICEO=(1+)ICBO（3 3）极限参数）极限参数反向击穿电压反向击穿电压U U(BR)CEO(BR)CEO:指基极开路，集电极与发射极间的指基极开路，集电极与发射极间的反向击穿电压。使用时：反向击穿电压。使用时：U UCECE U U(BR)CEO(BR)CEO集电极最大允许电流集电极最大允许电流I ICM CM 一般规定，三极管的一般规定，三极管的下降到下降到额定值的（额定值的（2/32/31/2)1/2)时的集电极电流称为集电极最大允许时的集电极电流称为集电极最大允许电流。使用时：电流。使用时：I IC C 41.图图3 33 3所示电路中管子所示电路中管子V V的的 ，工作开关状态，使用后发现管子经常损坏，其主要原因是（工作开关状态，使用后发现管子经常损坏，其主要原因是（）。）。A.A.管子质量差管子质量差 B.B.饱和导通时间过长饱和导通时间过长C.C.管子由饱和转入截止时管子由饱和转入截止时KAKA产生自感电动势产生自感电动势D.D.管子由截止转入饱和时管子由截止转入饱和时KAKA产生自感电动势产生自感电动势习题习题C C115.115.穿透电流穿透电流IceoIceo 是晶体三极管的主要参数之一是晶体三极管的主要参数之一,其定其定义为义为:基极短路时基极短路时,集电极和发射极之间的反向电流。集电极和发射极之间的反向电流。()32.32.下图是两个管子的输出特性曲线，判断哪个管子的放下图是两个管子的输出特性曲线，判断哪个管子的放大系数大。大系数大。习题习题32.32.定定性性分分析析：上上图图中中两两个个三三极极管管的的输输出出特特性性曲曲线线的的坐坐标标刻刻度度相相同同，基基极极电电流流的的的的数数值值一一样样，但但左左图图的的曲曲线线间间隔隔较较大大，对对于于相相同同的的基基极极电电流流的的变变化化量量，左左图图的的集集电电极极电电流流变变化量大，故而左图的三极管具有较大的电流放大系数。化量大，故而左图的三极管具有较大的电流放大系数。定定量量分分析析，如如当当U UCECE=4v=4v时时，如如基基极极电电流流由由I IB1B1=20=20微微安安变变化化到到I IB2B2=60=60微微安安，其其变变化化量量I IB B=60-20=40=60-20=40微微安安。对对应应于于基基极极的的这这一一变变化化，可可作作图图求求出出两两图图中中集集电电极极电电流流的的变变化化，从从而而算出电流放大系数，而后进行比较。算出电流放大系数，而后进行比较。习题习题四、温度对三极管特性的影响四、温度对三极管特性的影响图图10 10 温度对三极管输入特性的影响温度对三极管输入特性的影响图图11 11 温度对三极管输出特性的影响温度对三极管输出特性的影响 第三节第三节 场效应管场效应管场场效效应应管管则则是是一一种种电电压压控控制制器器件件，它它是是利利用用电电场场效效应应来来控控制制其其电电流流的的大大小小，从从而而实实现现放放大大。场场效效应应管管工工作作时时，内内部部参参与导电的只有多子一种载流子，因此又称为单极性器件。与导电的只有多子一种载流子，因此又称为单极性器件。根根据据结结构构不不同同，场场效效应应管管分分为为两两大大类类，结结型型场场效效应应管管和和绝绝缘栅场效应管。缘栅场效应管。一、结型场效应管一、结型场效应管n结型场效应管分为结型场效应管分为N N 沟道结型管和沟道结型管和P P 沟道结型管，它们都沟道结型管，它们都具有具有3 3个电极：栅极、源极和漏极，分别与三极管的基极、个电极：栅极、源极和漏极，分别与三极管的基极、发射极和集电极相对应。发射极和集电极相对应。1 1、结型场效应管的结构与符号、结型场效应管的结构与符号 图图1212所示为所示为N N 沟道结型场效应管的结构与符号，结型场沟道结型场效应管的结构与符号，结型场效应管符号中的箭头，表示由效应管符号中的箭头，表示由P P 区指向区指向N N 区。区。图图12 12 N N 沟道结型管的结构与符号沟道结型管的结构与符号图图13 13 P P 沟道结型管的结构与符号沟道结型管的结构与符号 nP P 沟道结型场效应管的构成与沟道结型场效应管的构成与N N 沟道类似，只是所用杂质沟道类似，只是所用杂质半导体的类型要反过来。图半导体的类型要反过来。图1313所示为所示为P P 沟道结型场效应管的沟道结型场效应管的结构与符号。结构与符号。1 1、结型场效应管的结构与符号、结型场效应管的结构与符号2 2、N N 沟道结型场效应管的工作原理沟道结型场效应管的工作原理（1 1）当栅源电压）当栅源电压U UGSGS=0=0时，两个时，两个PN PN 结的耗尽层比较窄，中间结的耗尽层比较窄，中间的的N N 型导电沟道比较宽，沟道电阻小，如图型导电沟道比较宽，沟道电阻小，如图1414所示。所示。图图14 14 U UGSGS=0=0时的导电沟道时的导电沟道 图图15 15 U UGSGS00时的导电沟道时的导电沟道（2 2）当）当U UGSGS00时，两个时，两个PN PN 结反向偏置，结反向偏置，PN PN 结的耗尽层变宽，中结的耗尽层变宽，中间的间的N N 型导电沟道相应变窄，沟道导通电阻增大，如图型导电沟道相应变窄，沟道导通电阻增大，如图1515所示。所示。2 2、N N 沟道结型场效应管的工作原理沟道结型场效应管的工作原理图图16 16 U UGSGSU UP P 时的导电沟道时的导电沟道 2 2、N N 沟道结型场效应管的工作原理沟道结型场效应管的工作原理（3 3）当）当U UP P 00时，可产生漏极电流时，可产生漏极电流I ID D。I ID D 的大的大小将随栅源电压小将随栅源电压U UGS GS 的变化而变化，从而实现电压对漏极电的变化而变化，从而实现电压对漏极电流的控制作用。流的控制作用。U UDS DS 的存在，使得漏极附近的电位高，而源极附近的电的存在，使得漏极附近的电位高，而源极附近的电位低，即沿位低，即沿N N 型导电沟道从漏极到源极形成一定的电位梯型导电沟道从漏极到源极形成一定的电位梯度，这样靠近漏极附近的度，这样靠近漏极附近的PN PN 结所加的反向偏置电压大，耗结所加的反向偏置电压大，耗尽层宽；靠近源极附近的尽层宽；靠近源极附近的PN PN 结反偏电压小，耗尽层窄，导结反偏电压小，耗尽层窄，导电沟道成为一个楔形，如图电沟道成为一个楔形，如图1717所示。所示。2 2、N N 沟道结型场效应管的工作原理沟道结型场效应管的工作原理图图图图17 17 17 17 U U U UGSGSGSGS和和和和U U U UDSDSDSDS共同作用的情况共同作用的情况共同作用的情况共同作用的情况n为实现场效应管栅为实现场效应管栅源电压对漏极电流的源电压对漏极电流的控制作用，结型场效控制作用，结型场效应管在工作时，栅极应管在工作时，栅极和源极之间的和源极之间的PNPN结必结必须反向偏置。须反向偏置。2 2、N N 沟道结型场效应管的工作原理沟道结型场效应管的工作原理二、绝缘栅场效应管二、绝缘栅场效应管 绝缘栅场效应管是由金属（绝缘栅场效应管是由金属（Metal）、氧化物（）、氧化物（Oxide）和半导体（和半导体（Semiconductor）材料构成的，因此又叫）材料构成的，因此又叫MOS 管。管。绝缘栅场效应管分为增强型和耗尽型两种，每一种又包括绝缘栅场效应管分为增强型和耗尽型两种，每一种又包括N 沟道和沟道和P 沟道两种类型。沟道两种类型。39.39.简述场效应管的导电原理是什么简述场效应管的导电原理是什么?习题习题39.39.场效应管也是一种由场效应管也是一种由PNPN结组成的半导体器件结组成的半导体器件,它是由电它是由电场强弱来改变导电沟道宽窄场强弱来改变导电沟道宽窄,在基本不取用信号电流的情况在基本不取用信号电流的情况下下,控制漏极电流的大小控制漏极电流的大小,从而实现信号的放大从而实现信号的放大,所以它是一所以它是一种电压控制元件。种电压控制元件。一、放大的概念一、放大的概念 基本放大电路基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的一般是指由一个三极管与相应元件组成的放大电路。放大电路。输出信号的输出信号的能量实际上是由直流电源提供能量实际上是由直流电源提供的，只是经过的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。第四节第四节 基本放大电路基本放大电路放大电路的结构示意图放大电路的结构示意图v vi iv vo oA A图图18 18 放大电路结构示意图放大电路结构示意图1 1、放大倍数、放大倍数 对放大电路而言有对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数电压放大倍数、电流放大倍数和和功率功率放大倍数放大倍数,通常它们都是按正弦量定义的。通常它们都是按正弦量定义的。二、放大电路的主要技术指标二、放大电路的主要技术指标 图图18 18 放大电路结构示意图放大电路结构示意图230.230.一个放大电路的电压增益为一个放大电路的电压增益为2020分贝，已知输入电压为分贝，已知输入电压为2 2伏，则输出电压为伏，则输出电压为()V )V。A.200 B.20 C.10 D.100A.200 B.20 C.10 D.100227.227.已知放大电路功率增益为已知放大电路功率增益为20dB,20dB,当输入功率为当输入功率为2W2W时时,则则输出功率为输出功率为()W()W。A A20 B20 B200 C200 C40 40 习题习题B BB B2 2、输入电阻、输入电阻R Ri i 输输入入电电阻阻是是表表明明放放大大电电路路从从信信号号源源吸吸取取电电流流大大小小的的参参数数，Ri大大,电路从信号源吸取的电流小，反之则大。电路从信号源吸取的电流小，反之则大。Ri的定义的定义:图图18 18 放大电路结构示意图放大电路结构示意图3 3、输出电阻、输出电阻R Ro o 输出电阻是表明放大电路带负载的能力，输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro大表大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。明放大电路带负载的能力差，反之则强。Ro的定义的定义:从输出端加电从输出端加电源源V o求求Ro图图18 18 放大电路结构示意图放大电路结构示意图 放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。大状态且输出不失真的条件下才有意义。注意：注意：放大电路的输入电阻和输出电阻是动态参数，不能用放大电路的输入电阻和输出电阻是动态参数，不能用来估算静态工作点。（来估算静态工作点。（）4 4、通频带、通频带时的两个点所限定的频率范围称为通频带。时的两个点所限定的频率范围称为通频带。f fL L称为下限频率称为下限频率，f fH H称为上限频率称为上限频率。放放大大电电路路的的增增益益A(f)是是频频率率的的函函数数。在在低低频频段段和和高高频频段段放放大大倍倍数数都都要要下下降降。当当A(f)下下降降到到中中频频电电压压放大倍数放大倍数A0的的 1/时时，即，即三极管三极管i iC C=i iB B，工工作在放大区。作在放大区。vivo输入输入输出输出参考点参考点RB+VCCVBBRCC1C2T1 1）共射放大电路的组成）共射放大电路的组成三、基本放大电路的工作原理三、基本放大电路的工作原理使发射结正偏，使发射结正偏，并提供适当的并提供适当的静态工作点。静态工作点。RB+VCCVBBRCC1C2T1 1、共射放大电路的组成、共射放大电路的组成集电极电源，集电极电源，为电路提供能为电路提供能量。并保证集量。并保证集电结反偏。电结反偏。RB+VCCVBBRCC1C2T1 1、共射放大电路的组成、共射放大电路的组成集电极电阻，将集电极电阻，将变化的电流转变变化的电流转变为变化的电压。为变化的电压。RB+VCCVBBRCC1C2T1 1、共射放大电路的组成、共射放大电路的组成耦合电容：耦合电容：电解电容，有极性。电解电容，有极性。大小为大小为1010 F F5050 F F隔离交流信号与隔离交流信号与电路直流的联系，电路直流的联系，同时能使信号顺同时能使信号顺利输入输出。利输入输出。RB+VCCVBBRCC1C2T1 1、共射放大电路的组成、共射放大电路的组成可以省去可以省去电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电RB+VCCVBBRCC1C2T单电源供电路单电源供电路+VCCRCC1C2TRBRL电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电耦合电容耦合电容C C1 1、C C2 2输入耦合电容输入耦合电容C C1 1保证信号加到发射结，不影保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。输出耦合电容响发射结偏置。输出耦合电容C C2 2保证信号输送到负载，不影响保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。集电结偏置。基本组成及作用：基本组成及作用：三极管三极管T T起放大作用。起放大作用。负载电阻负载电阻RcRc、R RL L将变化的集将变化的集电极电流转换为电压输出。电极电流转换为电压输出。偏置电路偏置电路V VCCCC、R Rb b提供电源，提供电源，并使三极管工作在线性区。并使三极管工作在线性区。2 2、交、直流共存、交、直流共存ui0tui发射结发射结uo0t2 2、交、直流共存、交、直流共存vovivovCEVCCvi符号规定符号规定U UA A：大写字母、大写下标，表示直流分量。：大写字母、大写下标，表示直流分量。u uA A ：小写字母、大写下标，表示交直流量：小写字母、大写下标，表示交直流量(总量总量)。u ua a ：小写字母、小写下标，表示交流分量。：小写字母、小写下标，表示交流分量。ua交直流量交直流量(总量总量)交流分量交流分量t直流分量直流分量 3 3、静态和动态、静态和动态 静态静态 时，放大电路的工作状态，时，放大电路的工作状态，也称也称直流工作状态。直流工作状态。建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道必须正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。动态动态 时，放大电路的工作状时，放大电路的工作状态，也称态，也称交流工作状态。交流工作状态。对直流信号（只有对直流信号（只有+V VCCCC）开路开路开路开路RB+V VCCCCRCC1C2T直流通道直流通道RB+V VCCCCRC4 4、直流通道和交流通道、直流通道和交流通道对交流信号对交流信号(输入信号输入信号u ui i)短路短路短路短路置零置零!RB+V VCCCCRCC1C2TRBRCRLvivo交流通路交流通路vi5 5、放大原理、放大原理三极管放大作用三极管放大作用 变化的变化的 通过通过 转变为转变为变化的变化的v0输出输出1 1、放大电路的静态分析、放大电路的静态分析两种两种:计算法（估算法）计算法（估算法）图解法图解法四、基本放大电路的分析方法四、基本放大电路的分析方法 1)1)计算法（估算法）计算法（估算法）IB、IC和和VCE这些量代表的工作状态称为这些量代表的工作状态称为静态工作点静态工作点，用用Q表示。表示。根据直流通道进行根据直流通道进行估算：估算：RB+V VCCCCRCRB+V VCCCCC1C2TRC放大电路的静态工作点，是指输入信号（放大电路的静态工作点，是指输入信号（）三极管的工作点。）三极管的工作点。A A、为零时、为零时 B B、为正时、为正时 C C、为负时、为负时 D D、很小时、很小时A A2)2)图解法图解法RB+V VCCCCRC 由由输出回路输出回路列出方程列出方程 VCE=VCCICRc直流负载线的确定：直流负载线的确定：由由输入回路输入回路列方程式列方程式VBE=VCCIBRb 在输入特性曲线上，在输入特性曲线上，作出输入直流负载线。作出输入直流负载线。得到得到Q点点IBQ、ICQ和和VCEQ。在输出特性曲线上确定在输出特性曲线上确定两个特殊点两个特殊点(VCC 、VCC/Rc),即可画即可画出输出直流负载线。出输出直流负载线。ic其中：其中：vceRBRCRLvivo2 2、放大电路的动态分析、放大电路的动态分析(图解法）图解法）1)交流负载线交流负载线有交流信号有交流信号ui !交流量交流量i ic c和和v vcece与与总量总量i iC C和和v vCECE有如下关系有如下关系：所以：所以：交流信号沿着斜率为的交流信号沿着斜率为的 直线变化。直线变化。当交流信号瞬时值当交流信号瞬时值=0时，时，必通过必通过Q Q点。点。vCEtVCEQ结论结论:2 2、放大电路的动态分析、放大电路的动态分析(图解法）图解法）做一条直线做一条直线MN(MN(辅助线辅助线)，其斜率，其斜率为为-1/R-1/RL L。交流负载线是交流负载线是有交流输入信号有交流输入信号时时电路工作点运动的轨迹。电路工作点运动的轨迹。直线直线MNMN与直流负载线相交与直流负载线相交Q Q点点(平移）。平移）。RBRCRLvivo交流负载线的确定：交流负载线的确定：做直流负载线，其斜率为做直流负载线，其斜率为-1/R-1/Rc c。2)2)交流图解分析交流图解分析1.1.vo与与vi相位相反；相位相反；2.2.可以测量出电压可以测量出电压放大倍数；放大倍数；3.3.可以确定最大不可以确定最大不失真输出幅度失真输出幅度。（1 1）波形的失真波形的失真饱和失真饱和失真动态工作点达到饱和区而引起的非线性失真。对动态工作点达到饱和区而引起的非线性失真。对于于NPN管，输出电压表现为底部失真。管，输出电压表现为底部失真。截止失真截止失真动态工作点达到截止区而引起的非线性失真。对动态工作点达到截止区而引起的非线性失真。对于于NPN管，输出电压表现为顶部失真。管，输出电压表现为顶部失真。3)3)失真失真分析分析 注意：对于注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与形式，与NPN管正好相反。管正好相反。饱和失真饱和失真截止失真截止失真（2）最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度工作点工作点Q要设置在要设置在输出特性曲线放大区输出特性曲线放大区的中间部位。的中间部位。要有合适的交流负要有合适的交流负载线。载线。要想获得最大不失真输出幅度，需要：要想获得最大不失真输出幅度，需要：52.52.在基本放大电路中，静态工作点的选择可能偏高或偏在基本放大电路中，静态工作点的选择可能偏高或偏低，所以输出信号不会同时产生饱和失真和截止失真。低，所以输出信号不会同时产生饱和失真和截止失真。()54.54.由于交流负载的阻值必然小于集电极电阻由于交流负载的阻值必然小于集电极电阻R RC C，所以交，所以交流负载线的斜率也小于直流负载线的斜率。流负载线的斜率也小于直流负载线的斜率。()()110.110.在基本放大电路中，静态工作点选择偏低会产生饱和失在基本放大电路中，静态工作点选择偏低会产生饱和失真。（真。（）128.128.共发射极放大电路中，当负载电阻增大时，其电压放共发射极放大电路中，当负载电阻增大时，其电压放大倍数的值将（大倍数的值将（）。）。A.A.不变不变 B.B.减小减小 C.C.增大增大 D.D.迅速下降迅速下降习题习题C C习题习题10.10.什么是三极管放大电路的饱和失真和截止失真？如何避什么是三极管放大电路的饱和失真和截止失真？如何避免？免？当当输输入入交交流流信信号号较较大大，因因静静态态工工作作点点设设置置过过高高，信信号号正正半半周周使使器器件件进进入入饱饱和和区区而而造造成成的的波波形形失失真真，称称为为饱饱和和失失真真；反反之之因因静静态态工工作作点点设设置置过过低低，信信号号负负半半周周使使器器件件进进入入截截止止区区而而造造成成的的波波形形失失真真，称称为为截截止止失失真真。这这两两种种失失真真都都是是因因为为器器件件的非线性特性造成的，所以统称为非线性失真。的非线性特性造成的，所以统称为非线性失真。为为了了避避免免出出现现饱饱和和失失真真和和截截止止失失真真，可可以以调调节节电电阻阻RB、RC或或电电源源UCC，使使静静态态工工作作点点沿沿负负载载线线移移动动或或改改变变负负载载线线的的斜斜率率，而使静态工作点移到合适的位置。而使静态工作点移到合适的位置。1)1)三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路2 2）交流输入电阻）交流输入电阻rberbe300+(1+)26/IEQ3 3）输出电流源输出电流源 i iB B3 3、放大电路的动态分析、放大电路的动态分析(微变等效法）微变等效法）小信号小信号(微变微变)等效电路等效电路4 4）共射放大电路微变等效电路分析）共射放大电路微变等效电路分析RBRCRLvivo电压放大倍数电压放大倍数输入电阻输入电阻Ri输出电阻输出电阻Ro62.62.分析放大电路的基本方法有分析放大电路的基本方法有()()、()()和和()。图解法图解法估算法估算法微变等效电路法微变等效电路法33.33.当基极直流电流当基极直流电流I Ib b确定后，直流负载线与输出曲线上的确定后，直流负载线与输出曲线上的()就是电路的就是电路的()()，进而得出，进而得出()()的的I ICQCQ和和U UCEQCEQ值。值。240.240.在小信号共射极放大电路中，在小信号共射极放大电路中，I Ib b越大，则输入电阻越大，则输入电阻R Rbebe()()。A.A.越大越大 B.B.越小越小 C.C.与与I Ib b无关，为一常数无关，为一常数B B交点交点静态工作点静态工作点静态时静态时习题习题计算题计算题7:7:共射极交流放大器的电路如图共射极交流放大器的电路如图-8a)-8a)所示，已知所示，已知三极管三极管V VT T的的4040，r rbebe600600，特性曲线如图，特性曲线如图-8b)-8b)(1)(1)用图解法和计算法求静态工作点用图解法和计算法求静态工作点Q Q。(2)(2)用计算法求电压放大倍数。用计算法求电压放大倍数。(3)(3)当当RcRc0 0时，求放大器的静态工作点，此时放大器是否具时，求放大器的静态工作点，此时放大器是否具有电压放大作用有电压放大作用?习题习题解：解：(1)(1)用用图解法图解法：作直流负载线，确定静态工作点：作直流负载线，确定静态工作点：I Ib bEEc c/R/Rc c=12/150=0.08(mA)=12/150=0.08(mA)因为因为cece=E Ec c-I-Ic cR Rc c 所以当所以当I Ic c=0=0时时,UcUce e=E Ec c=12(V)=12(V)U Ucece=0=0时时,I Ic c=E Ec c/R/Rc c=12/2=6(mA)=12/2=6(mA)故直流负载线如图故直流负载线如图-21-21所示，所示，并确定静态工作点并确定静态工作点Q Q。计算法计算法：I Ib bEEc c/R/Rc c=12/150=0.08(mA)=12/150=0.08(mA)I Ic c=IIb b=400.08=3.2(mA)=400.08=3.2(mA)UcUce e=E Ec c-I-Ic cR Rc c=12-3.22=5.6(V)=12-3.22=5.6(V)习题习题(2)A(2)Av v=-=-RRc c/r/rbebe=-402000/600=-133.3=-402000/600=-133.3(3)(3)当当R Rc c=0=0时，时，I Ib bEEc c/R/Rb b=12/150=0.08(mA)=12/150=0.08(mA)I Ic c=IIb b=400.08=3.2(mA)=400.08=3.2(mA)U Ucece=E Ec c-R-Rc cI Ic c=12(V)=12(V)当当R Rc c=0=0时，放大器没有电压放大作用。时，放大器没有电压放大作用。习题习题48.48.基本共射放大电路如下图所示，已知：基本共射放大电路如下图所示，已知：U UCCCC6.7V6.7V，R Rb b=300k=300k，R Rc c=2k=2k，三极管的，三极管的=100=100，U UBEBE=0.7V=0.7V，C C1 1和和C C2 2容容量足够大。试求：量足够大。试求：（1 1）静态工作点）静态工作点I IBQBQ？，？，I ICQCQ？U UCEQCEQ？（2 2）电压放大倍数）电压放大倍数A Au u=?=?48.I48.IBQBQ=0.02mA,I=0.02mA,ICQCQ2mA2mA，U UCEQCEQ2.7V2.7V；A Au u=-=-RRC C/r/rbebe =1001002 210103 3/1.6/1.610103 3 125125习题习题51.51.下下面面的的放放大大电电路路中中，继继电电器器的的线线圈圈作作为为三三极极管管的的负负载载，其其直直流流电电阻阻为为3 3千千欧欧，动动作作电电流流为为6 6毫毫安安，三三极极管管的的放放大大系系数数 为为5050，饱饱和和电电压压U UCESCES=0.3V=0.3V，问问：基基极极电电流流多多大大时时，继继电电器器才能吸合？电源电压至少大于多少伏，电路才能正常工作？才能吸合？电源电压至少大于多少伏，电路才能正常工作？51.51.解：解：I IB B=I Ic c/=6/50=0.12mA=6/50=0.12mA即基极电流大即基极电流大0.12mA0.12mA时继电器才吸合。时继电器才吸合。电源电压电源电压 EcEc=IcRc+UIcRc+UCESCES =18.3V =18.3V时继电器才吸合。时继电器才吸合。习题习题为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，态工作点。但是，温度的变化温度的变化严重影响静态工作点的稳定。严重影响静态工作点的稳定。T T变化变化VBE ICEOQ Q点点(I IBQBQ、I ICQCQ、V VCEQCEQ)变化变化五、放大电路工作点的稳定五、放大电路工作点的稳定1 1、分压式偏置电路分压式偏置电路(工作点的稳定电路工作点的稳定电路)RB1+VCCRCC1C2RB2CERERLvivo(1(1）静态分析静态分析I1I2IBRB1+VCCRCTRB2RE直流通路直流通路R RE E射极电阻射极电阻C CE E 交流交流旁旁路电容路电容分压分压电阻电阻TVBEIBICVEIC电路稳电路稳定定的过程是由于的过程是由于加了加了RE形成了负反馈。形成了负反馈。I1I2IBRB1+VCCRCTRB2RE静态工作点稳定的原理静态工作点稳定的原理I1I2IBRB1+VCCRCTRB2RE直流通路直流通路求静态工作点求静态工作点与温度无关！与温度无关！I I2 2越大越好，但是越大越好，但是R RB B1 1、R RB B2 2太太小，将增加功耗。因此一般小，将增加功耗。因此一般取几十取几十k k。I1I2IBRB1+VCCRCTRB2RE求静态工作点求静态工作点（2 2）动态分析）动态分析+VCCvoRB1RCC1C2RB2CERERLvivoRB1RCRLviRB2交流通路交流通路计算放大电路的静态工作点及电压放大倍数计算放大电路的静态工作点及电压放大倍数 。习题习题U UB B=E=Ec cR Rb1b1/(R/(Rb1b1+R+Rb2b2)=3.38)=3.38V VU UE E=U=UB B-U-UBEBE=3.38-0.7=2.68V=3.38-0.7=2.68VIEIEQ Q=U=UE E/R/RE E=2.68/1=2.68mA=2.68/1=2.68mAI ICQCQI IEQEQ=2.68mA=2.68mAI IBQBQ=I=ICQCQ/=2.68/50=0.054mA=2.68/50=0.054mAU UCEQCEQ=E=EC C-I-IC CR RC C-I-IE ER RE E=12-2.68*2.5-2.68*1=2.62V=12-2.68*2.5-2.68*1=2.62V求电压放大倍数求电压放大倍数r rbebe=300+26(1+=300+26(1+)/I)/IE E=0.79k=0.79kR RL L=R=RL L/R/RC C=1.25K=1.25KA AV V=-=-b b R RL L/r/rBEBE=-79=-79习题习题14.14.图示为小信号放大电路。已知图示为小信号放大电路。已知:EcEc=-12V,=-12V,三极管的三极管的=50,=50,直流工作点直流工作点IcIc=1mA,Uce=6V,C1=C2=10uF,Ce=50uF,=1mA,Uce=6V,C1=C2=10uF,Ce=50uF,求求RcRc、ReRe、Rb2Rb2、Rb1Rb1、IbIb的数值各为多少的数值各为多少?习题习题14.14.解解:(1):(1)计算计算I Ib b I Ib b=I Ic c/=1/50=20(uA)=1/50=20(uA)(2)(2)计算计算R Rb2b2(U(Ubebe0.20.20.30.3锗管锗管,0.6,0.60.7V0.7V硅管硅管)根据根据U Ub b(5(510)U10)Ubebe=1=13V,3V,取取U Ub b=2V=2V 根据根据I Ib2b2(5(510)I10)Ib b,取取I Ib2b2=10I=10Ib b=200uA=200uA有有:R Rb2b2=U=Ub b/I/Ib2b2=2/(20010=2/(20010-6-6)=10(K)=10(K)(3)(3)计算计算R Re e(I(Ie eIIc c)R Re e=(=(U Ub b-U-Ubebe)/I)/Ie e(U(Ub b-U-Ubebe)/