第1章緒論1.1電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用領(lǐng)域1.2信號(hào)與電子系統(tǒng)1.3電子電路的輔助分析與設(shè)計(jì)軟件1.電子技術(shù)的發(fā)展1.1電子技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用領(lǐng)域

從電子整流裝置到集成電路，電子技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有100多年的歷史。從工程應(yīng)用角度，可以用主要電子元器件的發(fā)展與應(yīng)用作為電子技術(shù)發(fā)展各階段的里程碑。

（1）電子管階段。電子管是一種在氣密性封閉容器（一般為玻璃管）中產(chǎn)生電流傳導(dǎo)，利用電場(chǎng)對(duì)真空中電子流的作用獲得信號(hào)放大或振蕩的電子器件。電子管早期應(yīng)用于電視機(jī)、收音機(jī)、擴(kuò)音機(jī)等電子產(chǎn)品，現(xiàn)在已被晶體管和集成電路所取代。

（2）半導(dǎo)體分立元件階段。與電子管相比，半導(dǎo)體器件（二極管、三極管、場(chǎng)效應(yīng)管）的體積大大縮小，從而使得電子系統(tǒng)的體積也大大縮小，電子系統(tǒng)所消耗的功率也明顯降低，系統(tǒng)的效率得到了很大提高。

（3）集成電路階段。1958年，美國(guó)TI公司工程師JackKilby發(fā)明了第一塊模擬集成電路。集成電路的發(fā)明，是電子技術(shù)發(fā)展的重要里程碑。集成電路技術(shù)不僅大大縮小了電子系統(tǒng)的體積，減小了功率損耗，進(jìn)一步擴(kuò)大了電子技術(shù)的應(yīng)用范圍，還提供了更加簡(jiǎn)單的應(yīng)用技術(shù)。2.電子技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域

在現(xiàn)代工程技術(shù)中，只要把任何其他形式的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)（大部分是電壓信號(hào)），都可以使用電子技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理。從信息傳輸和處理的角度，所有工程系統(tǒng)都可以看成一個(gè)信號(hào)和信息處理系統(tǒng)，而任何信息處理，都可以看成對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行某種數(shù)學(xué)運(yùn)算。實(shí)現(xiàn)信號(hào)和信息處理的最好辦法，是使用電子技術(shù)的理論與知識(shí)設(shè)計(jì)出相應(yīng)的電子系統(tǒng)。

（1）通信系統(tǒng)。現(xiàn)代通信系統(tǒng)本身就是一個(gè)復(fù)雜的電子系統(tǒng)，所有通信設(shè)備無一例外都是電子產(chǎn)品，如電話機(jī)、電視機(jī)、尋呼機(jī)、移動(dòng)電話等。

（2）控制系統(tǒng)。現(xiàn)代控制系統(tǒng)的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)之一就是電子技術(shù)。利用集成電路設(shè)計(jì)與制造技術(shù)，可以把控制系統(tǒng)集成在單片的集成電路中，實(shí)現(xiàn)信息對(duì)系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行的智能控制。特別是在智能控制領(lǐng)域，如機(jī)器人、自動(dòng)駕駛系統(tǒng)等，電子技術(shù)已經(jīng)成為必不可少的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)。

（3）信息處理系統(tǒng)。信息處理系統(tǒng)的基本處理設(shè)備是由電子技術(shù)所支持的硬件來實(shí)現(xiàn)的，如各種計(jì)算機(jī)和計(jì)算設(shè)備、嵌入式系統(tǒng)、顯示設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。

（4）測(cè)試系統(tǒng)。由于電子技術(shù)的信號(hào)處理能力十分強(qiáng)大，特別是電子系統(tǒng)的計(jì)算功能強(qiáng)，因此電子技術(shù)在測(cè)試系統(tǒng)中占有十分重要的地位。從傳感器到測(cè)試儀器，幾乎所有的測(cè)量系統(tǒng)都離不開電子技術(shù)。

（5）計(jì)算機(jī)。計(jì)算機(jī)實(shí)際上是一個(gè)軟件控制下的復(fù)雜電子系統(tǒng)。在硬件的支持下，通過運(yùn)行相應(yīng)的軟件，計(jì)算機(jī)可以完成十分復(fù)雜的信號(hào)和信息處理任務(wù)。

（6）生物醫(yī)學(xué)電子系統(tǒng)。在生物醫(yī)學(xué)工程中，生物醫(yī)學(xué)電子系統(tǒng)是各種生物醫(yī)學(xué)儀器的基本實(shí)現(xiàn)技術(shù)，也是現(xiàn)代信息醫(yī)學(xué)和定量醫(yī)學(xué)的重要技術(shù)基礎(chǔ)。除此之外，近年來基因技術(shù)和生物技術(shù)的發(fā)展，促使了生物芯片的產(chǎn)生。

另外，還有許多其他應(yīng)用領(lǐng)域，如家用電器、機(jī)電一體化、農(nóng)業(yè)機(jī)械等，此處不再一一列舉。1.2信號(hào)與電子系統(tǒng)1.2.1信號(hào)信息：信息是指人類社會(huì)和自然界中需要傳送、交換、存儲(chǔ)和提取的抽象內(nèi)容。信息具有抽象性，為了實(shí)現(xiàn)交換和傳送，必須通過一定的表現(xiàn)形式將它表示出來。人們把表示信息的語言、文字、圖像、數(shù)據(jù)等稱為消息，而信息是消息之中賦予人們新知識(shí)與新概念的內(nèi)容。信號(hào)：我們把聲、光、電等運(yùn)載消息的物理量稱為信號(hào)。因此，信號(hào)就是表示消息的物理量，它是運(yùn)載消息的工具，是消息的載體。在作為信號(hào)的眾多物理量中。

電信號(hào)：電信號(hào)是指隨時(shí)間變化而變化的電壓u或電流i，在數(shù)學(xué)描述上可將其表示為時(shí)間t的函數(shù)，并可畫出其隨時(shí)間變化的波形。電子電路中的信號(hào)均為電信號(hào)，以下簡(jiǎn)稱信號(hào)。電信號(hào)是應(yīng)用最廣泛的物理量，因?yàn)樗菀桩a(chǎn)生、傳輸和控制，也容易實(shí)現(xiàn)與其他物理量的相互轉(zhuǎn)換。因此，我們通常所指的信號(hào)主要是電信號(hào)。非電信號(hào)（如聲音、壓力、光強(qiáng)、流量、速度等）可以通過各種傳感器較容易地轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。1.2.2模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)

對(duì)信號(hào)的分類方法很多，按數(shù)學(xué)關(guān)系、取值特征、能量功率、處理分析、所具有的時(shí)間函數(shù)特性、取值是否為實(shí)數(shù)等，可以分為確定性信號(hào)和非確定性信號(hào)（又稱隨機(jī)信號(hào)）、連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)（模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)）、能量信號(hào)和功率信號(hào)、時(shí)域信號(hào)和頻域信號(hào)、時(shí)限信號(hào)和頻限信號(hào)、實(shí)信號(hào)和復(fù)信號(hào)等。電子電路中主要討論的是模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)。

（1）模擬信號(hào)是指信號(hào)波形模擬了信息的實(shí)際變化過程，主要特征是其幅度是連續(xù)的，可取無限多個(gè)值；在時(shí)間上可連續(xù)，也可不連續(xù)。它的數(shù)學(xué)表達(dá)式較復(fù)雜，如正弦函數(shù)、指數(shù)函數(shù)等。圖1-1（a）所示為典型的模擬信號(hào)。

傳輸、處理模擬信號(hào)的電路稱為模擬電路。模擬電路中主要關(guān)注輸入與輸出信號(hào)間的大小、相位、失真等方面的問題。

電子系統(tǒng)中一般均含有模擬和數(shù)字兩種構(gòu)件。模擬電路是系統(tǒng)中必需的組成部分。但是，為了便于存儲(chǔ)、分析或傳輸信號(hào)，數(shù)字電路更具優(yōu)越性。圖1-1（a）模擬信號(hào)

（2）數(shù)字信號(hào)是指時(shí)間和數(shù)值上都不連續(xù)變化的信號(hào)，即數(shù)字信號(hào)具有離散性，如圖1-1（b）所示。交通信號(hào)燈控制電路、智力競(jìng)賽搶答電路，以及計(jì)算機(jī)鍵盤輸入電路中的信號(hào)都是數(shù)字信號(hào)。對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸、處理的電路稱為數(shù)字電路。數(shù)字電路中主要關(guān)注輸入、輸出之間的邏輯關(guān)系。

大多數(shù)物理量經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后都成為模擬信號(hào)，且如今的自動(dòng)化控制系統(tǒng)都是以計(jì)算機(jī)為核心的電路系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)內(nèi)部是典型的數(shù)字化電路，因此，首先需要對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字化處理，將其轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的信號(hào)，通常還要轉(zhuǎn)換為能夠驅(qū)動(dòng)負(fù)載的模擬信號(hào)。圖1-1（b）數(shù)字信號(hào)

1.2.3電子系統(tǒng)1.電子系統(tǒng)的組成

用不同種類、不同功能的電路構(gòu)成具有特定功能的儀器、設(shè)備，這樣的系統(tǒng)稱為電子系統(tǒng)。

圖1-2所示為典型的電子系統(tǒng)組成示意圖。它是模擬-數(shù)字混合系統(tǒng)，信號(hào)的提取、預(yù)處理、加工、驅(qū)動(dòng)與執(zhí)行由模擬電路完成，計(jì)算機(jī)或其他數(shù)字系統(tǒng)由數(shù)字電路組成，A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換為模擬電路和數(shù)字電路提供了接口。圖1-2電子系統(tǒng)的組成示意圖

系統(tǒng)首先采集信號(hào)，即進(jìn)行信號(hào)的提取。通常，這些信號(hào)來自用于測(cè)試各種物理量的傳感器、接收器，或者來自信號(hào)發(fā)生器。對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)，傳感器或接收器所提供的信號(hào)的幅值往往很小，噪聲很大，且易受干擾，有時(shí)甚至分不清哪些是有用信號(hào)，哪些是干擾或噪聲。因此，在加工信號(hào)之前，需對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理。進(jìn)行信號(hào)的預(yù)處理時(shí)，要根據(jù)實(shí)際情況利用隔離、濾波、阻抗變換等各種手段將信號(hào)提取出來并進(jìn)行放大。當(dāng)信號(hào)足夠大時(shí)，再進(jìn)行信號(hào)的運(yùn)算、轉(zhuǎn)換、比較等不同的加工。最后，還要經(jīng)過功率放大，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（負(fù)載）。若要進(jìn)行數(shù)字化處理，則首先通過A/D轉(zhuǎn)換電路將預(yù)處理后的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，輸入計(jì)算機(jī)或其他數(shù)字系統(tǒng)，處理后，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換電路將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以便驅(qū)動(dòng)負(fù)載。圖1-2電子系統(tǒng)的組成示意圖

2.電子系統(tǒng)中的模擬電路

從對(duì)信號(hào)的分析可知，對(duì)模擬信號(hào)最基本的處理是放大，而且放大電路是構(gòu)成各種功能不同的模擬電路的基本電路。圖1-3所示為電子系統(tǒng)中常用的模擬電路及其功能。（1）放大電路：用于電壓、電流或功率信號(hào)的放大。（2）濾波電路：用于對(duì)不同頻率信號(hào)的提取、變換或抗干擾。（3）運(yùn)算電路：完成信號(hào)的比例、加、減、乘、除、積分、微分、對(duì)數(shù)、指數(shù)等運(yùn)算。（4）信號(hào)變換電路：改變信號(hào)的變化規(guī)律，將電流與電壓信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，將直流與交流信號(hào)進(jìn)行相互轉(zhuǎn)換，將直流電壓轉(zhuǎn)換成與之成比例的頻率等。圖1-3常用的模擬電路及其功能

（5）信號(hào)發(fā)生電路（振蕩電路）：用于產(chǎn)生正弦波、矩形波、三角波、鋸齒波等。（6）取樣電路：將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬信號(hào)變成離散信號(hào)。（7）直流電源電路：將220V、50Hz交流電轉(zhuǎn)換成不同輸出電壓和電流的直流電，作為各種電子電路的供電電源。圖1-3常用的模擬電路及其功能

3.電子系統(tǒng)中的數(shù)字電路

數(shù)字電路又叫開關(guān)電路或邏輯電路，它利用半導(dǎo)體器件的開關(guān)特性使電路輸出高、低兩種電平，從而控制事物相反的兩種狀態(tài)，如燈的亮和滅、開關(guān)的開和關(guān)、電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和停轉(zhuǎn)等。數(shù)字電路中的信號(hào)只有高、低兩種電平，分別用二進(jìn)制數(shù)字1和0（本書中，二進(jìn)制數(shù)均加粗處理）表示，即數(shù)字信號(hào)都是由0、1組成的一串二進(jìn)制代碼。

數(shù)字電路按照邏輯功能的不同分為兩大類，即組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路。計(jì)算機(jī)的硬件系統(tǒng)就是典型的數(shù)字電路，其內(nèi)部的各個(gè)部件都是這兩種功能的數(shù)字電路，例如，編碼器、譯碼器、加法器、數(shù)值比較器、數(shù)據(jù)選擇器、數(shù)據(jù)分配器等是組合邏輯電路，寄存器、計(jì)數(shù)器等是時(shí)序邏輯電路。

隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，模擬電路中的電路分析、數(shù)字電路中的邏輯模擬，甚至是印制電路板、集成電路版圖等都開始采用計(jì)算機(jī)輔助工具來加快設(shè)計(jì)效率，提高設(shè)計(jì)成功率。而大規(guī)模集成電路的發(fā)展，使得原始的設(shè)計(jì)方法無論是從效率上還是從設(shè)計(jì)精度上已經(jīng)無法適應(yīng)當(dāng)前電子工業(yè)的要求，所以采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ComputerAidedDesign，CAD）來完成電路的設(shè)計(jì)已經(jīng)勢(shì)在必行。同時(shí)，計(jì)算機(jī)以及適合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ElectronicDesignAutomation，EDA）軟件的迅速發(fā)展，使得CAD技術(shù)逐漸成為提高電路設(shè)計(jì)速度和質(zhì)量的不可缺少的重要工具。EDA技術(shù)自20世紀(jì)70年代開始發(fā)展，其標(biāo)志是美國(guó)加利福尼亞大學(xué)伯克利分校開發(fā)的SPICE于1972年研制成功，并于1975年推出實(shí)用化版本。當(dāng)時(shí)，EDA技術(shù)僅適用于模擬電路的分析，而且只能用程序的方式輸入。此后，在擴(kuò)充電路分析功能、改進(jìn)和完善算法、增加元器件模型庫、改進(jìn)用戶界面等方面做了很多實(shí)用性的工作，使之成為享有盛譽(yù)的電子電路輔助設(shè)計(jì)工具，1988年被定為美國(guó)國(guó)家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與此同時(shí)，各種以SPICE為核心的商用仿真軟件應(yīng)運(yùn)而生，常用的有PSpice和Multisim。1.3電子電路的計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)軟件PSpice是較早出現(xiàn)的EDA軟件之一，1985年就由Microsim公司推出。在電路仿真方面，它的功能非常強(qiáng)大，在國(guó)內(nèi)被普遍使用，現(xiàn)在使用較多的是PSpice?9.1版本，其工作于Windows環(huán)境，整個(gè)軟件由電路原理圖編輯、電路仿真、激勵(lì)編輯、元器件庫編輯、波形圖等幾個(gè)部分組成，使用時(shí)是一個(gè)整體，但各個(gè)部分有獨(dú)立的窗口。PSpice軟件具有強(qiáng)大的電路原理圖繪制、電路模擬仿真、圖形后處理和元器件符號(hào)制作功能。該軟件以圖形方式輸入，自動(dòng)進(jìn)行電路檢查，生成網(wǎng)表，模擬和計(jì)算電路；用途非常廣泛，不僅可以用于電路分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)，還可用于電路、信號(hào)與電子系統(tǒng)等課程的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)；與印制版設(shè)計(jì)軟件配合使用，還可實(shí)現(xiàn)電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化。這些特點(diǎn)使得PSpice受到廣大電子設(shè)計(jì)工作者、科研人員和高校師生的熱烈歡迎，國(guó)內(nèi)許多高校已將其列入電子類本科生和碩士生的輔修課程。1.3.1PSpice

EWB（ElectronicsWorkbench）是基于PC平臺(tái)的電子設(shè)計(jì)軟件，它提供了一個(gè)功能全面的SPICE仿真系統(tǒng)，支持模擬和數(shù)字混合電路的分析和設(shè)計(jì)，創(chuàng)造了集成的一體化設(shè)計(jì)環(huán)境，把電路原理圖的輸入、仿真和分析緊密結(jié)合起來。系統(tǒng)將SPICE仿真器完全集成在電路原理圖輸入和測(cè)試器等工具之中。與其他Windows環(huán)境下的系統(tǒng)軟件類似，它具有圖形化界面，提供按鈕式的工具欄，各個(gè)菜單中各個(gè)選項(xiàng)的物理意義一目了然。在輸入電路原理圖時(shí)，自動(dòng)將其編輯成網(wǎng)絡(luò)表傳送到仿真器中，加快了建立和管理的時(shí)間。在仿真過程中，若改變?cè)O(shè)計(jì)，將會(huì)立刻獲得該變化所帶來的影響，實(shí)現(xiàn)了交互式的設(shè)計(jì)和仿真。Multisim是EWB的升級(jí)版本，它是加拿大InteractiveImageTechnologies公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級(jí)的模擬-數(shù)字電路設(shè)計(jì)工作。它包含電路原理圖的圖形輸入方式和電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。Multisim被美國(guó)NI公司收購以后，其性能得到了更大的提升。1.3.2Muitisim

使用Multisim可以交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路行為進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無須懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到電路原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。目前，在各高校教學(xué)中普遍使用Multisim10.0版本。

初步掌握一種電子電路計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)軟件對(duì)學(xué)習(xí)電子技術(shù)很有必要。本章小結(jié)1.從電子整流裝置到集成電路，電子技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)有100多年的歷史。在現(xiàn)代工程技術(shù)中，只要把任何其他形式的信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)（大部分是電壓信號(hào)），都可以使用電子技術(shù)對(duì)其進(jìn)行處理。2.電子電路包括模擬電路和數(shù)字電路，模擬電路處理的是模擬信號(hào)，數(shù)字電路處理的是數(shù)字信號(hào)。電子系統(tǒng)通常是模擬-數(shù)字混合系統(tǒng)，可以完成對(duì)信號(hào)的采集、預(yù)處理、加工、驅(qū)動(dòng)、D/A轉(zhuǎn)換、A/D轉(zhuǎn)換等。3.隨著計(jì)算機(jī)的飛速發(fā)展，以計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）為基礎(chǔ)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（EDA）技術(shù)已成為電子學(xué)領(lǐng)域的重要學(xué)科。常用的電子電路計(jì)算機(jī)輔助分析和設(shè)計(jì)軟件有PSpice和Multisim等。

第2章常用半導(dǎo)體器件2.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)2.2半導(dǎo)體二極管2.3半導(dǎo)體三極管2.4場(chǎng)效應(yīng)管2.1.1本征半導(dǎo)體2.1半導(dǎo)體基礎(chǔ)知識(shí)

純凈的、不含雜質(zhì)的半導(dǎo)體稱為本征半導(dǎo)體，硅（Si）和鍺（Ge）是兩種最常用的本征半導(dǎo)體。

但在常溫下，由于熱運(yùn)動(dòng)價(jià)電子被激活，有些獲得足夠能量的價(jià)電子會(huì)征脫共價(jià)鍵成為自由電子，與此同時(shí)共價(jià)鍵中就流下一個(gè)空位，稱為空穴。這種現(xiàn)象稱為本征激發(fā)。

圖2-1本征半導(dǎo)體

能夠運(yùn)動(dòng)的、可以參與導(dǎo)電的帶電粒子稱為載流子。本征半導(dǎo)體有兩種載流子參與導(dǎo)電，即自由電子和空穴。半導(dǎo)體材料具有熱敏性、光敏性、壓敏性、磁敏性和摻雜性。2.1.2雜質(zhì)半導(dǎo)體1.N型半導(dǎo)體在本征半導(dǎo)體硅（或鍺，此處以硅為例）中摻入微量的5價(jià)元素磷（P），如圖（a）所示。這時(shí)的半導(dǎo)體中，自由電子數(shù)遠(yuǎn)超過空穴數(shù)，因此它是以電子導(dǎo)電為主的雜質(zhì)型半導(dǎo)體。因?yàn)殡娮訋ж?fù)電（negativeelectricity），所以稱為N型半導(dǎo)體。N型半導(dǎo)體中，自由電子是多數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱多子），空穴是少數(shù)載流子（簡(jiǎn)稱少子）。雜質(zhì)離子帶正電。圖2-2（a）N型半導(dǎo)體2.P型半導(dǎo)體在本征硅中摻入三價(jià)元素硼（B），如圖（b）所示。這時(shí)半導(dǎo)體中的空穴數(shù)遠(yuǎn)大于自由電子數(shù)，因此它是以空穴導(dǎo)電為主的雜質(zhì)型半導(dǎo)體，因?yàn)榭昭◣д姡╬ositiveelectricity），所以稱為P型半導(dǎo)體。P型半導(dǎo)體中，空穴是多數(shù)載流子（多子），自由電子是少數(shù)載流子（少子）。雜質(zhì)離子帶負(fù)電。

今后，為簡(jiǎn)單起見，通常只畫出其中的正離子和等量的自由電子來表示N型半導(dǎo)體；同樣，只畫出負(fù)離子和等量的空穴來表示P型半導(dǎo)體，分別如下圖（a）和（b）所示。圖2-2（b）P型半導(dǎo)體圖2-3雜質(zhì)半導(dǎo)體的簡(jiǎn)化畫法2.1.3PN結(jié)

如果將本征半導(dǎo)體的一側(cè)摻雜成為P型半導(dǎo)體，而另一側(cè)摻雜成為N型半導(dǎo)體，則在二者的交界處將形成一個(gè)PN結(jié)。1.PN結(jié)的形成將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體制作在一起，在兩種半導(dǎo)體的交界面就出現(xiàn)了電子和空穴的濃度差。P區(qū)中的多子（即空穴）將向N區(qū)擴(kuò)散，而N區(qū)中的多子（即自由電子）將向P區(qū)擴(kuò)散。擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)的結(jié)果就使兩種半導(dǎo)體交界面附近出現(xiàn)了不能移動(dòng)的帶電離子區(qū)，P區(qū)出現(xiàn)負(fù)離子區(qū)，N區(qū)出現(xiàn)正離子區(qū)，如圖所示。這些帶電離子形成了一個(gè)很薄的空間電荷區(qū)，產(chǎn)生了內(nèi)電場(chǎng)。這個(gè)空間電荷區(qū)就是PN結(jié)。圖2-4PN結(jié)的形成2.PN結(jié)的單向?qū)щ娦栽赑N結(jié)兩端外加電壓，稱為給PN加上偏置。當(dāng)P區(qū)電位高于N區(qū)時(shí)稱為正向偏置；反之，當(dāng)N區(qū)電位高于P區(qū)時(shí)稱為反向偏置。PN結(jié)最重要的特性就是單向?qū)щ娦浴?/p>

（1）PN結(jié)正向偏置。給PN結(jié)加正向偏置電壓，如圖（a）所示。這時(shí)正向電流I較大，PN結(jié)在正向偏置時(shí)呈現(xiàn)較小電阻，PN結(jié)變?yōu)閷?dǎo)通狀態(tài)。（2）PN結(jié)反向偏置。給PN結(jié)加反向偏置電壓，如圖（b）所示。這時(shí)內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，有利于少子的漂移而不利于多子的擴(kuò)散。由于電源的作用，少子的漂移形成了反向電流IR。但是，少子的濃度非常低，使得反向電流很小，一般為微安數(shù)量級(jí)。所以可以認(rèn)為PN結(jié)反向偏置時(shí)基本不導(dǎo)電。圖2-5PN結(jié)的單向?qū)щ娦?.2半導(dǎo)體二極管2.2.1二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)外形圖：2.2.2二極管的伏安特性

二極管電流i與其外加電壓u之間的關(guān)系為：式中IS為反向飽和電流；UT為溫度電壓當(dāng)量，常溫下，UT

≈26mV。1.正向特性當(dāng)外加正向電壓時(shí)，二極管內(nèi)有正向電流通過。正向電壓較小，且小于Uon時(shí)，二極管的正向電流很小，此時(shí)二極管工作于死區(qū)，稱Uon為死區(qū)的開啟電壓。硅管的Uon約為0.5V，鍺管約為0.2V。當(dāng)正向電壓超過Uon后，電流將隨正向電壓的增大按指數(shù)規(guī)律增大，二極管呈現(xiàn)出很小的電阻。硅管的正向?qū)妷篣D為0.6V～0.8V（常取0.7V），鍺管為0.1V～0.3V。正向?qū)妷和ǔＲ卜Q為二極管的正向鉗位電壓。圖2-8二極管的伏安特性2.反向特性當(dāng)外加反向電壓時(shí)，二極管中由少子形成反向電流。反向電壓增大時(shí)，反向電流稍有增加，當(dāng)反向電壓增大到一定程度時(shí)，反向電流將基本不變，即達(dá)到飽和，因而稱該反向電流為反向飽和電流，用IS表示。反向飽和電流越小，管子的單向?qū)щ娦栽胶谩．?dāng)反向電壓增大到圖中的UBR時(shí)，在外部強(qiáng)電場(chǎng)作用下，少子的數(shù)目會(huì)急劇增加，因而使得反向電流急劇增大。這種現(xiàn)象稱為反向擊穿，電壓UBR稱為反向擊穿電壓。實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)溫度升高時(shí)，正向特性曲線向左平移，反向特性曲線向下平移，如圖（b）所示。圖2-8二極管的伏安特性2.2.3二極管的主要參數(shù)（1）最大整流電流IF。指二極管長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)，允許通過管子的最大正向平均電流。使用時(shí)，管子的平均電流不得超過此值，否則可能使二極管過熱而損壞。（2）最高反向工作電壓UR。工作時(shí)加在二極管兩端的反向電壓不得超過此值，否則二極管可能被擊穿。為了留有余地，通常將擊穿電壓UBR的一半定為UR。（3）反向電流IR。IR是指在室溫條件下，在二極管兩端加上規(guī)定的反向電壓時(shí)，流過管子的反向電流。通常希望IR值越小越好。反向電流越小，說明二極管的單向?qū)щ娦栽胶谩４藭r(shí)，由于反向電流是由少數(shù)載流子形成，所以IR受溫度的影響很大。（4）最高工作頻率fM。當(dāng)二極管在高頻條件下工作時(shí)，將受到極間電容的影響。fM主要決定于極間電容的大小。極間電容越大，則二極管允許的最高工作頻率越低。當(dāng)工作頻率超過fM時(shí)，二極管將失去單向?qū)щ娦浴?.2.4二極管應(yīng)用電路舉例

分析二極管電路的基本原則：首先，判斷二極管處于正偏導(dǎo)通狀態(tài)還是反偏截止?fàn)顟B(tài)。

其次，畫出二極管等效電路。即二極管導(dǎo)通時(shí)，一般用UD=0.7V（硅管，若是鍺管則用0.3V）代替，或近似用短路線代替（理想二極管）；二極管截止時(shí)，一般將二極管斷開，即認(rèn)為二極管反向電阻無窮大。1.一般電路

【例2-1】二極管電路如圖2-9（a）和（b）所示，試判斷兩圖中的二極管導(dǎo)通還是截止？并求輸出電壓Uo。設(shè)二極管為理想二極管。圖2-9例2-1圖

解：圖2-9（a）中，將二極管斷開，如圖2-9（c）所示。斷開處A、B間電壓為UAB=-6V+12V=6V＞0V（因二極管斷開后電阻中無電流，故不考慮其上電壓），即A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)，所以二極管正偏導(dǎo)通。又因?yàn)槎O管可視為理想二極管，所以此時(shí)二極管等效為一根導(dǎo)線，輸出電壓Uo=-6V。

圖2-9（b）中有兩只二極管VD1和VD2，同樣先將其斷開，如圖2-9（d）所示，則VD1兩端電壓UAB=12V，VD2兩端電壓UCD=?9V+12V=3V。可見，VD1和VD2均正偏導(dǎo)通，但其承受的正偏電壓大小不同，即正偏程度不同。為此，正偏程度更大的VD1搶先導(dǎo)通，因此將VD1等效為一根導(dǎo)線；VD1用導(dǎo)線代替后，VD2兩端電壓變?yōu)閁CD=?9V。也就是說，VD2由先前的正偏導(dǎo)通變?yōu)榉雌刂埂Ｗ罱K等效電路為VD1相當(dāng)于一根導(dǎo)線，VD2相當(dāng)于開路，可求得輸出電壓Uo=0V。【結(jié)論】：（1）在二極管的應(yīng)用電路中，主要利用的是二極管的單向?qū)щ娦浴＃?）由本題可以看出，在分析含有二極管的電路時(shí)，一般方法是先斷開二極管，并以它的兩個(gè)電極作為端口求出端口電壓（二極管陽極為端口電壓的參考正極，陰極為參考負(fù)極），根據(jù)電壓的正負(fù)判斷其正偏導(dǎo)通還是反偏截止。判斷過程中，如果電路中出現(xiàn)兩個(gè)或兩個(gè)以上的二極管承受大小不等的正向電壓，則應(yīng)判定承受正向電壓較大者搶先導(dǎo)通，其兩端電壓為導(dǎo)通電壓，然后再用上述方法判斷其他二極管的導(dǎo)通狀態(tài)。2.限幅電路

當(dāng)輸入電壓在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，輸出電壓隨輸入電壓做相應(yīng)變化；而當(dāng)輸入電壓超出該范圍時(shí)，輸出電壓保持不變，這種電路就是二極管的限幅電路。圖2-10（a）所示為一個(gè)雙向限幅電路的例子，圖2-10（b）是其輸入/輸出電壓傳輸特性曲線。

通常，將保持輸出電壓uo不變的輸入電壓值稱為限幅電壓。當(dāng)輸入電壓高于限幅電壓時(shí)，保持輸出電壓不變的限幅稱為上限幅；當(dāng)輸入電壓低于限幅電壓時(shí)，保持輸出電壓不變的限幅稱為下限幅。二極管的限幅電路有串聯(lián)、并聯(lián)、雙向限幅電路。圖2-10雙向限幅電路3.檢波電路

無線電技術(shù)中經(jīng)常要進(jìn)行信號(hào)的遠(yuǎn)距離輸送，這就需要把低頻信號(hào)（如聲頻信號(hào)）裝載到高頻振蕩信號(hào)上并由天線發(fā)射出去。電路分析中，將低頻信號(hào)稱為調(diào)制信號(hào)，高頻振蕩信號(hào)稱為載波，受低頻信號(hào)控制的高頻振蕩稱為已調(diào)波，控制的過程稱為調(diào)制。在接收地點(diǎn)，接收機(jī)天線接收到的已調(diào)波信號(hào)，經(jīng)放大后再設(shè)法還原成原來的低頻信號(hào)，這一過程稱為解調(diào)或檢波。圖2-11（a）所示為已調(diào)波，圖2-11（b）為由二極管組成的檢波電路，其中VD用于檢波，稱為檢波二極管，一般為點(diǎn)接觸型二極管；C為檢波器負(fù)載電容，用來濾除檢波后的高頻成分；RL為檢波器負(fù)載，用來獲取檢波后所需的低頻信號(hào)。

由于二極管的單向?qū)щ娦裕颜{(diào)波經(jīng)二極管檢波后，負(fù)半波被截去，如圖2-11（c）所示。負(fù)載電容將高頻成分濾除，在RL兩端得到的輸出電壓就是原來的低頻信號(hào)，如圖2-11（d）所示。圖2-11二極管

檢波電路4.二極管“續(xù)流”保護(hù)電路

二極管也可用作保護(hù)器件，如圖2-12所示。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí)，直流電壓源Us接通大電感L，二極管VD因反偏而截止，全部電流流過電感。當(dāng)開關(guān)S斷開時(shí)，電感中的電流將迅速降到零，電感兩端會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)瞬時(shí)電壓。如果沒有提供另外的電流通路，該暫態(tài)電壓將在開關(guān)兩端產(chǎn)生電弧，損壞開關(guān)。若在電路中接有圖2-12所示的二極管，二極管為電感的放電提供了通路，使uL的負(fù)峰值限制在二極管的正向壓降范圍內(nèi)，開關(guān)兩端的電弧被消除，同時(shí)電感中的電流將平穩(wěn)地減少。圖2-12二極管“續(xù)流”電路5.邏輯運(yùn)算（開關(guān)）電路

在開關(guān)電路中，一般把二極管看成理想模型，即二極管導(dǎo)通時(shí)兩端電壓為零，截止時(shí)兩端電阻無窮大。在圖2-13（a）所示的邏輯運(yùn)算電路中只要有一路輸入為低電平，輸出即為低電平，僅當(dāng)全部輸入為高電平時(shí)，輸出才為高電平，這種邏輯運(yùn)算稱為與邏輯運(yùn)算。圖2-13（b）中，只要有一路輸入為高電平，輸出即為高電平，僅當(dāng)全部輸入為低電平時(shí)，輸出才為低電平，這種運(yùn)算稱為或邏輯運(yùn)算。圖2-13邏輯運(yùn)算電路2.2.5特殊二極管1.穩(wěn)壓二極管

二極管工作在反向擊穿區(qū)時(shí)，反向電流的變化量

i較大時(shí)，管子兩端相應(yīng)的電壓變化量

u卻很小，說明其具有“穩(wěn)壓”特性。利用這種特性可以做成穩(wěn)壓二極管，簡(jiǎn)稱穩(wěn)壓管。所以，穩(wěn)壓管實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)二極管，但它通常工作在反向擊穿區(qū)。但要注意：必須在電路中串接一個(gè)限流電阻。圖2-14穩(wěn)壓管穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)如下：（1）穩(wěn)定電壓UZ。當(dāng)穩(wěn)壓管反向擊穿，且使流過的電流為規(guī)定的測(cè)試電流時(shí)，穩(wěn)壓管兩端的電壓值即為穩(wěn)定電壓UZ。對(duì)于同一種型號(hào)的穩(wěn)壓管，UZ有一定的分散性，因此一般都給出其范圍。如型號(hào)為2CW14的穩(wěn)壓管的UZ為6V～7.5V，但對(duì)于某一只穩(wěn)壓管，UZ為一個(gè)確定值。圖2-14穩(wěn)壓二極管（2）最小穩(wěn)定電流IZmin。最小穩(wěn)定電流IZmin是保證穩(wěn)壓管正常穩(wěn)壓的最小工作電流，電流低于此值時(shí)穩(wěn)壓效果不好。IZmin一般為毫安數(shù)量級(jí)，如5mA或10mA。（3）最大耗散功率PZM和最大穩(wěn)定電流IZM。當(dāng)穩(wěn)壓管工作在穩(wěn)壓狀態(tài)時(shí)，管子消耗的功率等于穩(wěn)定電壓UZ與流過穩(wěn)壓管電流的乘積，該功率將轉(zhuǎn)化為PN結(jié)的溫升。最大耗散功率PZM是在結(jié)溫升允許的情況下的最大功率，一般為幾十毫瓦至幾百毫瓦。因?yàn)镻ZM=UZ

IZM，所以可確定最大穩(wěn)定電流IZM。在使用穩(wěn)壓管組成穩(wěn)壓電路時(shí)，需要注意幾個(gè)問題：首先，穩(wěn)壓二極管正常工作是在反向擊穿狀態(tài)，即外加電源正極接二極管的陰極，負(fù)極接陽極；其次，穩(wěn)壓管應(yīng)與負(fù)載并聯(lián)，由于穩(wěn)壓管兩端電壓變化量很小，因此使得輸出電壓比較穩(wěn)定；最后，必須給穩(wěn)壓管加一個(gè)限流電阻，限制流過穩(wěn)壓管的電流，保證流過穩(wěn)壓管的電流在IZmin和IZM之間，以確保穩(wěn)壓管有良好的穩(wěn)壓特性。下圖所示為穩(wěn)壓管構(gòu)成的穩(wěn)壓電路結(jié)構(gòu)圖。

【例2-2】在下圖所示電路中，已知輸入電壓Ui=12V，穩(wěn)壓管VDZ的穩(wěn)定電壓UZ=6V，穩(wěn)定電流IZmin=5mA，額定功耗PZM=90mW，試問輸出電壓Uo能否等于6V？

解：穩(wěn)壓管正常穩(wěn)壓時(shí)，工作電流IDZ應(yīng)滿足IZmin≤IDZ≤IZM，而即5mA≤IDZ≤15mA。

設(shè)電路中VDZ能正常穩(wěn)壓，則Uo=UZ=6V。可求出

可見IDZ不在正常工作電流的范圍內(nèi)，因此不能正常穩(wěn)壓，Uo將小于UZ。若要電路能夠穩(wěn)壓，則應(yīng)減小R的阻值。2.發(fā)光二極管

發(fā)光二極管，縮寫為L(zhǎng)ED（LightEmittingDiode），它是一種將電能轉(zhuǎn)換成光能的半導(dǎo)體器件。其基本結(jié)構(gòu)是一個(gè)PN結(jié)，采用砷化鎵、磷化鎵等半導(dǎo)體材料制造而成。它的伏安特性與普通二極管類似，但由于材料特殊，其正向?qū)妷狠^大，約為1V～2V，當(dāng)管子正向?qū)〞r(shí)將會(huì)發(fā)光。發(fā)光二極管具有工作電壓低、工作電流小（10mA～30mA）、發(fā)光均勻穩(wěn)定、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，常用作顯示器件，如指示燈、七段顯示器、矩陣顯示器等。常見的LED發(fā)光顏色有紅、黃、綠等，還有發(fā)出不可見光的紅外發(fā)光二極管。下圖所示為發(fā)光二極管的電路符號(hào)。3.光電二極管

光電二極管又叫光敏二極管，它是一種能將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件。光電二極管的基本結(jié)構(gòu)也是一個(gè)PN結(jié)，但管殼上有一個(gè)窗口，使光線可以照射到PN結(jié)上。光電二極管工作在反偏狀態(tài)下，當(dāng)無光照時(shí)，與普通二極管一樣，反向電流很小，稱為暗電流；當(dāng)有光照時(shí)，其反向電流隨光照強(qiáng)度的增加而增加，稱為光電流。光電二極管與發(fā)光二極管可用于構(gòu)成紅外線遙控電路。圖（b）所示為光電二極管的電路符號(hào)。4.變?nèi)荻O管利用PN結(jié)的勢(shì)壘電容隨外加反向電壓變化的特性可制成變?nèi)荻O管。變?nèi)荻O管工作在反偏狀態(tài)下，此時(shí)，PN結(jié)結(jié)電容的數(shù)值隨外加電壓的大小而變化。因此，變?nèi)荻O管可做可變電容使用。圖（c）所示為變?nèi)荻O管的電路符號(hào)。2.2.6二極管的測(cè)試及使用1.二極管的簡(jiǎn)易測(cè)試

指針式萬用表及其歐姆擋的內(nèi)部等效電路如圖2-17所示，測(cè)試時(shí)，將萬用表的擋位選擇開關(guān)打向歐姆擋的R×100或R×1k擋，并將兩表筆分別接到二極管的兩端，如圖2-18所示，若測(cè)得阻值小，再將紅、黑表筆對(duì)調(diào)測(cè)試；若測(cè)得阻值大，則表明二極管是好的。在測(cè)得阻值小的那一次中，與黑表筆相連的管腳為二極管的正極，與紅表筆相連的管腳為二極管的負(fù)極。

若上述兩次測(cè)得的阻值都很小，則表明管子內(nèi)部已被短路；若兩次測(cè)得的阻值都很大，則表明管子內(nèi)部已經(jīng)斷路。出現(xiàn)短路和斷路時(shí)，說明管子已損壞。圖2-17指針式萬用表及其歐姆擋的內(nèi)部等效電路圖2-18萬用表測(cè)試二極管示意圖2.二極管使用注意事項(xiàng)二極管使用時(shí)，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：①應(yīng)按照用途、參數(shù)及使用環(huán)境選擇二極管。②使用二極管時(shí)，正、負(fù)極不可接反。通過二極管的電流、二極管承受的反向電壓及環(huán)境溫度等都不應(yīng)超過手冊(cè)中所規(guī)定的極限值。③更換二極管時(shí)，應(yīng)選擇同類型或高一級(jí)的。④二極管引腳彎曲處距離外殼端面應(yīng)不小于2mm，以免造成引腳折斷或外殼破裂。⑤焊接時(shí)應(yīng)選用35W以下的電烙鐵，焊接要迅速，并用鑷子夾住引腳根部，以助散熱，防止燒壞管子。⑥安裝時(shí)，應(yīng)避免靠近發(fā)熱元件，對(duì)功率較大的二極管，應(yīng)注意良好的散熱。⑦二極管在容性負(fù)載電路中工作時(shí)，二極管的整流電流應(yīng)大于負(fù)載電流的20%。2.3半導(dǎo)體三極管

名稱：半導(dǎo)體三極管又稱為晶體三極管、雙極型晶體管（BipolarJunctionTransistor，BJT），簡(jiǎn)稱三極管或晶體管。它具有電流放大作用，是構(gòu)成各種電子電路的基本元件。2.3.1三極管的結(jié)構(gòu)及外形

圖2-19三極管的結(jié)構(gòu)示意圖及電路符號(hào)

對(duì)照上圖可以看出，三極管內(nèi)部有三個(gè)區(qū)，中間層稱為基區(qū)，外面兩層分別稱為發(fā)射區(qū)和集電區(qū)；從三個(gè)區(qū)各引一個(gè)電極出來，分別稱為基極b（base）、發(fā)射極e（emitter）和集電極c（collector），因此三極管屬于三端器件；三極管內(nèi)部有兩個(gè)PN結(jié)，基區(qū)與集電區(qū)之間的PN結(jié)稱為集電結(jié)，基區(qū)與發(fā)射區(qū)之間的PN結(jié)稱為發(fā)射結(jié)。

為保證三極管具有放大電流的作用，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)在制造工藝上應(yīng)具有以下特點(diǎn)：

①發(fā)射區(qū)的摻雜濃度遠(yuǎn)大于集電區(qū)的摻雜濃度；

②基區(qū)很薄，一般為1微米至幾微米；

③集電結(jié)面積大于發(fā)射結(jié)面積。圖2-20實(shí)際三極管外形圖2.3.2三極管的電流放大原理

當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均反偏時(shí)，三極管工作于截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時(shí)，工作于放大狀態(tài)；當(dāng)發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均正偏時(shí)，工作于飽和狀態(tài)。當(dāng)三極管處于放大狀態(tài)時(shí)，能將輸入的小電流放大為輸出端的大電流。1.三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)上圖所示電路中，電源電壓VCC＞VBB且各電阻取值合適時(shí)，能保證發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，即保證三極管處于放大狀態(tài)。（1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子，形成發(fā)射極電流IE。（2）電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合，形成基極電流IB。（3）集電區(qū)收集電子，形成集電極電流IC

。集電區(qū)的少子（空穴）將在結(jié)電場(chǎng)的作用下形成漂移電流，即反向飽和電流，稱為ICBO。ICBO數(shù)值很小，可以忽略不計(jì)，但由于它受溫度影響大，將影響三極管的性能。圖2-21三極管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)2.各電極電流之間的關(guān)系共射放大電路中，三個(gè)電極電流的大小關(guān)系為：發(fā)射極電流IE最大，其方向是流出三極管；其次是集電極電流IC，其方向是流入三極管；基極電流IB最小，其方向與集電極電流一樣，也是流入三極管，且滿足IC≈βIB。三極管共射放大電路中的三個(gè)電極電流關(guān)系可完整表示為：

在放大電路的近似估算中，有時(shí)常將IB忽略。于是可得：

對(duì)于由PNP型三極管構(gòu)成的共射放大電路，如下圖所示，其工作原理與NPN型近似，區(qū)別主要有以下兩點(diǎn)。（1）三個(gè)電極電流的實(shí)際方向正好相反：對(duì)于PNP型三極管，電流從發(fā)射極流入，從基極和集電極流出。可以看出，無論NPN型還是PNP型三極管，其三個(gè)電極電流方向的特點(diǎn)是，基極和集電極電流方向始終一致，要么都流入三極管，要么都流出三極管；并且其二者方向始終與發(fā)射極電流方向相反。（2）外加電源的極性和NPN電路也相反。在PNP型三極管構(gòu)成的放大電路中，發(fā)射極電位VE最高，基極電位VB次之，集電極電位VC最低。圖2-22PNP管構(gòu)成的放大電路2.3.3三極管的伏安特性1.輸入特性曲線輸入特性是指當(dāng)UCE一定時(shí)，iB與uBE之間的關(guān)系曲線，即iB=f(uBE)∣UCE=常數(shù)，如下圖所示。2.輸出特性曲線輸出特性是指當(dāng)IB一定時(shí)，iC與uCE之間的關(guān)系曲線，即iC=f(uCE)∣IB=常數(shù)。由于三極管的基極輸入電流IB對(duì)輸出電流iC的控制作用，因此不同的IB，將有不同的iC-uCE關(guān)系，由此可得下圖所示的一簇曲線。圖2-23三極管的輸入特性曲線

圖2-24三極管的輸出特性曲線

從輸出特性曲線可以看出，三極管有三個(gè)不同的工作區(qū)域：（1）截止區(qū)截止區(qū)指曲線上IB≤0的區(qū)域，此時(shí)，集電結(jié)和發(fā)射結(jié)均反偏，三極管為截止?fàn)顟B(tài)，iC很小，集電極與發(fā)射極之間相當(dāng)于斷開的開關(guān)。（2）放大區(qū)放大區(qū)內(nèi)，對(duì)于NPN型三極管來說，滿足UBE＞0，UBC＜0，對(duì)應(yīng)的各電極電位關(guān)系為VC＞VB＞VE；對(duì)于PNP型三極管來說，滿足UBE＜0，UBC＞0，各電極電位關(guān)系為VC＜VB＜VE。在放大區(qū)時(shí)，滿足

iC=β

iB，這就是三極管的電流放大作用。（3）飽和區(qū)飽和區(qū)內(nèi)，

iC＜β

iB。一般稱UCE=UBE時(shí)三極管的工作狀態(tài)為臨界狀態(tài)，即臨界飽和或臨界放大狀態(tài)。臨界狀態(tài)時(shí)的UCE稱為臨界飽和電壓，記作UCES，一般小功率硅三極管的UCES＜0.4V，此時(shí)c-e間相近似認(rèn)為短路，相當(dāng)于閉合的開關(guān)。2.3.4三極管的主要參數(shù)

（1）電流放大系數(shù)。三極管的電流放大系數(shù)是表征管子放大作用大小的參數(shù)。主要有：共射直流電流放大系數(shù)：共射交流電流放大系數(shù)：共基直流電流放大系數(shù)：共基交流電流放大系數(shù)：

它們滿足：或（2）極間反向飽和電流。集電極-基極反向飽和電流ICBO：一般小功率鍺管的ICBO約為幾微安至幾十微安；硅三極管的ICBO要小得多，有的可以達(dá)到納安數(shù)量級(jí)。集電極-發(fā)射極間的穿透電流ICEO：ICEO=(1+)ICBO。因?yàn)镮CBO和ICEO都是少數(shù)載流子運(yùn)動(dòng)形成的，所以對(duì)溫度非常敏感。ICBO和ICEO越小，表明三極管的質(zhì)量越高。（3）極限參數(shù)。三極管的極限參數(shù)是指使用時(shí)不得超過的限度。

①集電極最大允許電流ICM。當(dāng)集電極電流過大，超過一定值時(shí)，三極管的值就要減小，且三極管有損壞的危險(xiǎn)，該電流值即為ICM。

②集電極最大允許功耗PCM。三極管的功率損耗大部分消耗在反向偏置的集電結(jié)上，并表現(xiàn)為結(jié)溫升高，PCM是在管子溫升允許的條件下集電極所消耗的最大功率。超過此值，管子將被燒毀。③反向擊穿電壓。三極管的兩個(gè)結(jié)上所加反向電壓超過一定值時(shí)都將被擊穿，因此，必須了解三極管的反向擊穿電壓。極間反向擊穿電壓主要有以下兩項(xiàng)。

U(BR)CEO：基極開路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。

U(BR)CBO：發(fā)射極開路時(shí)，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。

【例2-3】

在圖2-25（a）所示電路中，已知三極管發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通電壓UD=0.7V，深度飽和時(shí)其管壓降UCES=0，β=60。

（1）試分析輸入電壓Ui分別為0V和5V時(shí)，三極管處于何種工作狀態(tài)，并求輸出電壓Uo。

（2）分析Ui=1V時(shí)，三極管處于何種工作狀態(tài)，并求集電極電流IC和輸出電壓Uo。

圖2-25例2-3圖

解：（1）當(dāng)Ui=0V時(shí)，發(fā)射結(jié)上壓降也將為零，即UBE（=0V）＜UD，因而三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，所以IB=IC=0A，因而Uo=VCC=10V。

當(dāng)Ui=5V時(shí)，發(fā)射結(jié)將正偏，即UBE=0.7V，從輸入回路可計(jì)算出：則

IC=βIB=12.9mA而IC最大值為：因而

ICmax＜IC

所以三極管處于飽和狀態(tài)。此時(shí)，輸出電壓Uo=UCES=0V。

由以上分析可知，三極管就如同一只受Ui控制的開關(guān)，如圖2-25（b）所示，當(dāng)Ui=0V時(shí),開關(guān)斷開，Uo=VCC=10V；當(dāng)Ui=5V時(shí)，開關(guān)閉合，Uo=UCES=0V。（2）當(dāng)Ui=1V時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，UBE=0.7V，則

由于IC=βIB（=0.9mA）＜ICmax（=2mA），說明三極管處于放大狀態(tài)。輸出電壓為：UCE（=Uo）＞UBE，因而集電結(jié)反偏，從另一角度說明了三極管處于放大狀態(tài)。

【例2-4】

現(xiàn)測(cè)得放大電路中兩只三極管的各電極電流及直流電位如下圖所示。（1）判斷圖（a）中，標(biāo)有“？”的是三極管的哪個(gè)電極，該電極電流大小等于多少，電流方向如何，是何種類型管，并求其值；（2）確定圖（b）中三極管的類型、材料、各個(gè)電極。

解：（1）圖（a）中已知的兩個(gè)電極電流方向均為流入三極管，故可斷定這兩個(gè)電極是基極b和集電極c，所以標(biāo)有“？”的是三極管的發(fā)射極e，故可求得IE=IB+IC=2.02mA，方向?yàn)榱鞒鋈龢O管。根據(jù)電流方向可知，該管為NPN型三極管，其電流放大系數(shù)IC/IB=2000μA/20μA=100。

（2）已知三極管工作在放大狀態(tài)，所以其發(fā)射結(jié)（即b-e之間的PN結(jié)）正偏導(dǎo)通，導(dǎo)通電壓│UBE│等于0.6V左右（硅管）或0.3V左右（鍺管）。很明顯，圖（b）中①、②兩電極的直流電位之差為0.7V，于是可判斷③是集電極c，又因集電極電位VC最低，所以該管為PNP型三極管，繼而可斷定電位最高的①為發(fā)射極e，②為基極b，且發(fā)射結(jié)兩端電壓UBE=VB–VE=5.3V?6V=?0.7V，所以該管為硅管。

【例2-5】已知由三極管構(gòu)成的基本放大電路中，電源電壓VCC=15V。今有三只管子，其參數(shù)列于表2-1中，請(qǐng)從中選用一只管子，并簡(jiǎn)述理由。

解：VT2管ICBO很小，表明其溫度穩(wěn)定性好，但其β值太小，放大能力差，故不宜選用。VT3管雖然ICBO較小且β值較大，但其U(BR)CEO只有10V，小于電源電壓15V，工作中有被擊穿的危險(xiǎn)，所以也不能選用。VT1管的ICBO也不大，且β值較大，U(BR)CEO等于30V，大于電源電壓，所以選用VT1管最合適。2.3.5三極管的型號(hào)及判別1.三極管型號(hào)的意義三極管的型號(hào)一般包含五部分，如3AX31A、3DG110B、3CG14G等，下面以3DG110B為例說明各部分的含義：

3

D

G

110

B①②③④

⑤①由數(shù)字組成，代表電極數(shù)。3代表三極管。②由字母組成，表示三極管的材料與類型。例如，A表示PNP型鍺管，B表示NPN型鍺管，C表示PNP型硅管，D表示NPN型硅管。③由字母組成，表示三極管的功能，例如，G表示高頻小功率管，X為低頻小功率管，A為高頻大功率管，D為低頻大功率管，K為開關(guān)管等。④由數(shù)字組成，表示三極管的序號(hào)。⑤由字母組成，表示三極管的規(guī)格號(hào)。2.判別三極管的管型和管腳

用萬用表判別三極管的管型及管腳方法如下：

①基極的判別。因?yàn)榛鶚O對(duì)集電極和發(fā)射極的PN結(jié)方向相同，所以，首先確定基極比較容易。具體方法：將萬用表的歐姆擋撥至R×1k擋，并調(diào)零，用黑（紅）表筆接三極管的某一電極，用紅（黑）表筆接另外兩個(gè)電極中的一個(gè)，輪流測(cè)試，直到測(cè)出的兩個(gè)電阻都很小時(shí)為止，則該電極為基極。這時(shí)，若黑表筆接基極，則該管為NPN型管；若紅表筆接基極，則該管為PNP型管。

②集電極和發(fā)射極的判別。將上述測(cè)出的基極開路，將萬用表歐姆擋撥至R×1k擋，調(diào)零后，用萬用表的黑、紅表筆分別接觸另外兩個(gè)電極，測(cè)得一阻值，再將黑、紅表筆對(duì)調(diào)，又測(cè)得一阻值，比較兩個(gè)阻值的大小。綜合分析可知，對(duì)于NPN型管，在測(cè)得阻值略小的那一次，黑表筆所接電極為集電極，則另一電極為發(fā)射極；對(duì)于PNP型管，可在基極與黑表筆之間接上一個(gè)100Ω的電阻，用上述同樣的方法再測(cè)量，在測(cè)得阻值略小的那一次中，紅表筆所接電極為集電極，另一電極為發(fā)射極。2.4場(chǎng)效應(yīng)管

名稱及分類：場(chǎng)效應(yīng)管是另一種類型的半導(dǎo)體器件，它的內(nèi)部只有一種載流子（多子）參與導(dǎo)電，故稱其為單極型晶體管。又因?yàn)檫@種管子是利用電場(chǎng)效應(yīng)來控制電流的，所以也稱為場(chǎng)效應(yīng)管，可縮寫為FET（FieldEffectTransistor）。場(chǎng)效應(yīng)管分為兩大類：一類是結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管JFET（JunctionFET），另一類是絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管IGFET（InsutatedGateFET）。每一類中又有N溝道和P溝道之分。2.4.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管1.結(jié)構(gòu)在N型半導(dǎo)體兩邊用擴(kuò)散法或其他工藝形成兩個(gè)高濃度的P型區(qū)（用P+）表示，并將它們連接在一起，所引出的電極稱為柵極G；在N型半導(dǎo)體的兩端各引出一個(gè)電極，分別稱為源極S和漏極D。兩個(gè)P+區(qū)與N型半導(dǎo)體之間形成了兩個(gè)PN結(jié)，PN結(jié)中間的N型區(qū)域稱為導(dǎo)電溝道。

N溝道JFET的電路符號(hào)如圖（b）所示。其中箭頭表示柵結(jié)（PN結(jié)）的方向，從P指向N，P溝道JFET的柵結(jié)方向與N溝道的相反。

圖2-27N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

N溝道JFET的電路符號(hào)如圖（b）所示。其中箭頭表示柵結(jié)（PN結(jié)）的方向，從P指向N，P溝道JFET的柵結(jié)方向與N溝道的相反。因此可根據(jù)箭頭方向識(shí)別管子屬于N溝道管還是P溝道管。2.工作原理改變JFET柵極和源極之間的電壓uGS，即可改變導(dǎo)電溝道的寬度，從而改變通過漏極和源極的電流iD的大小。JFET工作時(shí)，常接成如圖所示的共源接法，以源極為公共端。

圖中VDD為正電源，保證D、S間電壓足夠大，而VGG應(yīng)為負(fù)電源。當(dāng)VGG=0時(shí)，uGS=0，漏極與源極之間存在導(dǎo)電溝道，因此存在漏極電流iD。當(dāng)VGG逐漸增大時(shí)，uGS逐漸減小，使導(dǎo)電溝道變窄，溝道電阻增大，因此電流iD減小。當(dāng)VGG的數(shù)值繼續(xù)增大到某一個(gè)值時(shí)，兩個(gè)PN結(jié)的耗盡層將彼此相遇，使導(dǎo)電溝道被夾斷，iD=0，此時(shí)的柵-源電壓稱為夾斷電壓UGS(off)。

可見，輸出端漏極電流iD是受輸入電壓uGS的控制，因此，場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制型元件。由于柵極為兩個(gè)反向偏置的PN結(jié)，柵極幾乎沒有電流，因此JFET的輸入電阻很高，可達(dá)106Ω～109Ω。在使用中，結(jié)型管的漏極D和源極S可以互換。圖2-28N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理圖

3.伏安特性曲線場(chǎng)效應(yīng)管的伏安特性曲線也有兩種，一種是與三極管的輸入特性曲線相對(duì)應(yīng)的，叫轉(zhuǎn)移特性曲線；另一種是與三極管的輸出特性曲線相對(duì)應(yīng)的叫漏極特性曲線，有時(shí)也稱輸出特性曲線。（1）轉(zhuǎn)移特性轉(zhuǎn)移特性是指當(dāng)uDS一定時(shí)，iD與uGS之間的關(guān)系曲線。它反映柵-源電壓uGS對(duì)漏極電流iD的控制作用，表示了JFET是一種電壓控制電流的器件。圖2-29N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線（2）漏極特性漏極特性是指當(dāng)uGS一定時(shí)，iD與uDS之間的關(guān)系曲線。如圖（b）所示為N溝道JFET的漏極特性曲線，與三極管的輸出特性類似，也可分為三個(gè)工作區(qū)。

可變電阻區(qū)：圖中虛線uDS?uGS=?UGS(off)（稱為預(yù)夾斷軌跡）左邊部分即為可變電阻區(qū)。

恒流區(qū)（也稱飽和區(qū)）：圖（b）中虛線右邊曲線近似水平的部分為恒流區(qū)。

夾斷區(qū)：圖中靠近橫軸的部分稱為夾斷區(qū)，此時(shí)uGS＜UGS(off)，導(dǎo)電溝道被夾斷，iD=0，此時(shí)JFET的三個(gè)電極均相當(dāng)于開路。圖2-29N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線2.4.2絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管1.N溝道增強(qiáng)型MOS管（1）結(jié)構(gòu)圖（a）所示為N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)圖。它是用一塊摻雜濃度較低的P型硅片作為襯底，在其上擴(kuò)散出兩個(gè)高摻雜的N型區(qū)，然后在半導(dǎo)體表面覆蓋一層很薄的二氧化硅絕緣層。從兩個(gè)N區(qū)表面及它們之間的二氧化硅表面分別引出三個(gè)鋁電極：源極S、漏極D和柵極G。因?yàn)闁艠O是和襯底完全絕緣的，所以稱其為絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管。襯底B也有引極，通常在管子內(nèi)部和源極相連。圖（b）所示為N溝道增強(qiáng)型MOS管的電路符號(hào)。圖2-30N溝道增強(qiáng)型MOS管（2）工作原理

MOS管工作時(shí)常接成下圖所示的共源接法。與JFET工作原理有所不同，JFET是利用uGS來控制PN結(jié)耗盡層的寬窄，從而改變導(dǎo)電溝道的寬度，以控制漏極電流iD。而MOS管則是利用uGS來控制“感應(yīng)電荷”的多少，來改變由這些“感應(yīng)電荷”形成的導(dǎo)電溝道的狀況，然后達(dá)到控制漏極電流iD的目的。若uGS=0時(shí)漏源之間已存在導(dǎo)電溝道，稱為耗盡型MOS管；若uGS=?0時(shí)漏源之間不存在導(dǎo)電溝道，稱為增強(qiáng)型MOS管。圖2-31N溝道增強(qiáng)型MOS管的工作原理圖（3）特性曲線：圖2-32N溝道增強(qiáng)型MOS管特性曲線

衡量柵?源電壓uGS對(duì)漏極電流iD的控制作用的參數(shù)稱為低頻跨導(dǎo)，用gm表示。定義為：當(dāng)UDS一定時(shí)，iD與iGS的變化量之比為常數(shù)，即

【例2-6】

判斷圖2-33中各結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管分別工作于什么區(qū)。

圖2-33例2-6圖

解：圖2-33（a）為N-JFET。因?yàn)閁GS＜UGS(th)，所以溝道全夾斷，F(xiàn)ET處于截止區(qū)。

圖2-33（b）為N-JFET。因?yàn)閁GS(th)＜UGS＜0V，UDS（=6V）＞UGS-UP（=1V），所以溝道部分夾斷，F(xiàn)ET處于放大區(qū)。

圖2-33（c）為P-JFET。因?yàn)閁GS=0V，UGS(th)＜UGS＜0，UDS（=-8V）＜UGS-UGS(th)（=-4V），所以FET偏置于放大區(qū)。表2-2各種場(chǎng)效應(yīng)管的符號(hào)和特性曲線

2.4.5場(chǎng)效應(yīng)管和三極管比較（1）三極管是兩種載流子（多子和少子）參與導(dǎo)電，故稱雙極型晶體管。而場(chǎng)效應(yīng)管是由一種載流子（多子）參與導(dǎo)電，N溝道管是電子，P溝道管是空穴，故稱單極型晶體管。所以場(chǎng)效應(yīng)管的溫度穩(wěn)定性好，因此，若使用條件惡劣，宜選用場(chǎng)效應(yīng)管。（2）三極管的集電極電流IC受基極電流IB的控制，若工作在放大區(qū)可視為電流控制的電流源。場(chǎng)效應(yīng)管的漏極電流ID受柵源電壓UGS的控制，是電壓控制元件。若工作在放大區(qū)可視為電壓控制的電流源。（3）三極管的輸入電阻低（102Ω～104Ω），而場(chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻可高達(dá)106Ω～1015Ω。（4）三極管的制造工藝較復(fù)雜，場(chǎng)效應(yīng)管的制造工藝較簡(jiǎn)單，因此成本低，適用于大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中。場(chǎng)效應(yīng)管產(chǎn)生的電噪聲比三極管小，所以低噪聲放大器的前級(jí)常選用場(chǎng)效應(yīng)管。（5）三極管分NPN型和PNP型兩種，有硅管和鍺管之分。場(chǎng)效應(yīng)管分結(jié)型和絕緣柵型兩大類，每類場(chǎng)效應(yīng)管又可分為N溝道和P溝道兩種，都是由硅片制成。本章小結(jié)1．半導(dǎo)體材料是制造半導(dǎo)體器件的物理基礎(chǔ)，利用半導(dǎo)體的摻雜性，控制其導(dǎo)電能力，從而把無用的本征半導(dǎo)體變成有用的P型和N型兩種雜質(zhì)半導(dǎo)體。2．PN結(jié)是制造半導(dǎo)體器件的基礎(chǔ)。它最主要的特性是單向?qū)щ娦浴Ｒ虼耍_地理解它的特性對(duì)于了解和使用各種半導(dǎo)體器件有著十分重要的意義。3．半導(dǎo)體二極管由一個(gè)PN結(jié)構(gòu)成。它的伏安特性形象地反映了二極管的單向?qū)щ娦院头聪驌舸┨匦浴Ｆ胀ǘO管工作在正向?qū)▍^(qū)，而穩(wěn)壓管工作在反向擊穿區(qū)。4．三極管由兩個(gè)PN結(jié)構(gòu)成，當(dāng)發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時(shí)，三極管的基極電流對(duì)集電極電流具有控制作用，即電流放大作用。三個(gè)電極電流具有以下關(guān)系：IC≈?βIB，IE=IB+IC≈?(1+β)IB。三極管有截止、放大、飽和三種工作狀態(tài)。注意其不同的外部偏置條件。5．場(chǎng)效應(yīng)管是一種新型晶體管，它的工作原理與三極管不同，具有很高的輸入電阻和較低的噪聲系數(shù)，適合做放大器的前置級(jí)。第3章放大電路基礎(chǔ)3.1放大的概念及放大電路的主要性能指標(biāo)

3.2基本放大電路的組成及工作原理

3.3基本放大電路的分析方法

3.4放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

3.5三極管放大電路的三種組態(tài)及其比較

3.6多級(jí)放大電路放大電路

3.1.1放大的概念3.1放大的概念及放大電路的主要性能指標(biāo)

所謂放大，實(shí)質(zhì)上是實(shí)現(xiàn)能量的控制和轉(zhuǎn)換。并且放大的對(duì)象是變化量。能夠控制能量的元件稱為有源元件，晶體三極管和場(chǎng)效應(yīng)管就是這種有源元件，它們是構(gòu)成放大電路的核心元件。3.1.2放大電路的性能指標(biāo)圖3-1放大電路性能指標(biāo)測(cè)試電路1.放大倍數(shù)物理意義：放大倍數(shù)是衡量一個(gè)放大電路放大能力的指標(biāo)。放大倍數(shù)越大，則放大電路的放大能力越強(qiáng)。（1）電壓放大倍數(shù)（2）電流放大倍數(shù)2．輸入電阻

物理意義：輸入電阻用于衡量一個(gè)放大電路向信號(hào)源索取信號(hào)大小的能力。輸入電阻越大，表明放大電路從信號(hào)源索取的電流越小，放大電路所得到的輸入電壓Ui就越接近信號(hào)源電壓US。所以說，為使放大電路從信號(hào)源索取到更大的電壓信號(hào)，就要增大輸入電阻。【注意】：當(dāng)信號(hào)源接到放大電路輸入端時(shí)，信號(hào)源相當(dāng)于接了一個(gè)大小為Ri的負(fù)載電阻，如圖3-1所示。此時(shí)，放大電路的輸入電壓Ui與信號(hào)源電壓US之比為：。可見，Ri越大，Ui與US就越接近。由此可得電路對(duì)于信號(hào)源電壓的放大倍數(shù)為：3.輸出電阻

物理意義：輸出電阻是衡量一個(gè)放大電路帶負(fù)載能力的指標(biāo)，用Ro表示。輸出電阻越小，則放大電路的帶負(fù)載能力越強(qiáng)。US=0RL=∞實(shí)際測(cè)試放大電路的輸出電阻時(shí)，常用以下公式4.通頻帶

物理意義：通頻帶是衡量一個(gè)放大電路對(duì)不同頻率的輸入信號(hào)適應(yīng)能力的指標(biāo)。通常把放大倍數(shù)下降到中頻放大倍數(shù)Aum的0.707倍的兩個(gè)點(diǎn)所限定的頻率范圍定義為放大電路的通頻帶，用fBW表示。fL稱為下限頻率，fH稱為上限頻率，fL與fH之間的頻率范圍即為通頻帶。圖3-2放大電路的通頻帶3.2.1基本放大電路的組成及各元件作用3.2基本放大電路的組成及工作原理放大電路的組成必須遵循以下原則：（1）直流電源的極性必須使三極管處于放大狀態(tài)，即發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，否則管子無電流放大作用。（2）輸入回路的接法應(yīng)使輸入電壓的變化量

ui能夠傳送到三極管的基極回路，并使基極電流產(chǎn)生相應(yīng)的變化量

iB。（3）輸出回路的接法應(yīng)保證集電極電流的變化量

iC能夠轉(zhuǎn)化為集電極電壓的變化量

uCE，并傳送到放大電路的輸出端。

下圖所示就是按以上原則組成的放大電路。該電路有兩個(gè)缺點(diǎn)：一是需要兩路直流電源VCC和VBB，不方便也不經(jīng)濟(jì)；二是輸入電壓ui與輸出電壓uo不共地。為此，需對(duì)此電路進(jìn)行改進(jìn)。圖3-3單管共射放大電路原理圖

改進(jìn)后的電路如圖（a）所示，圖（b）是簡(jiǎn)化畫法。下圖所示電路通常稱為阻容耦合單管共射放大電路。

圖3-4阻容耦合單管共射放大電路

【例3-1】試判斷下圖所示各電路能否對(duì)輸入信號(hào)不失真地進(jìn)行放大，并簡(jiǎn)述理由。

圖3-5例3-1圖

解：

(a)無放大作用。發(fā)射結(jié)沒有獲得正偏導(dǎo)通電壓。(b)無放大作用。直流電源VBB對(duì)輸入的交流信號(hào)短路，輸入信號(hào)送不進(jìn)去。(c)有放大作用。符合組成原則。(d)無放大作用。三極管發(fā)射結(jié)反向偏置。(e)有放大作用。三極管為PNP型，偏置符合要求，其它組成也符合原則。(f)無放大作用。Cb將輸入交流信號(hào)短路，輸入信號(hào)送不進(jìn)去。3.2.2基本放大電路的工作原理

工作特點(diǎn)：交直流共存

分析思路：為了便于分析，通常將直流和交流分開來討論（僅是一種分析方法），也即所謂的放大電路的靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析。1.放大電路的靜態(tài)當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)ui=0時(shí)，電路中只有直流電源VCC作用，此時(shí)電路中的電壓和電流只有直流成分，放大電路的這種狀態(tài)稱為靜態(tài)。靜態(tài)工作點(diǎn)：當(dāng)直流電源VCC、基極電阻Rb和集電極電阻Rc等主要元件參數(shù)確定后，電路中的直流電壓和直流電流的數(shù)值便唯一地被確定下來。這個(gè)確定的靜態(tài)電流和靜態(tài)電壓的數(shù)值將在三極管的特性曲線上唯一確定一個(gè)點(diǎn)，這個(gè)點(diǎn)稱為放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，用Q（Quiescent）表示。今后把靜態(tài)工作點(diǎn)處的靜態(tài)電流和靜態(tài)電壓表示為IBQ、UBEQ、ICQ和UCEQ。飽和失真和截止失真：為了不失真（或基本不失真）地放大信號(hào)，必須首先給放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，否則就會(huì)出現(xiàn)非線性失真。若Q點(diǎn)太高，ui正半周幅值較大的部分將進(jìn)入飽和區(qū)，此時(shí)，當(dāng)iB增大時(shí)，iC不再隨之增大，致使iC、uCE的波形發(fā)生失真，這種失真叫飽和失真。若Q點(diǎn)太低，ui負(fù)半周幅值較小的部分將進(jìn)入截止區(qū)，使iB、iC等于零，致使iB、iC、uCE的波形發(fā)生失真，這種失真叫截止失真。飽和失真和截止失真統(tǒng)稱為非線性失真。由此可知，只有放大電路設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，才能保證交流信號(hào)疊加在大小合適的直流量上，處于三極管的近似線性區(qū)（即放大區(qū)）。

為了更直觀說明靜態(tài)工作設(shè)置的重要性，我們看一下放大電路正常工作時(shí)各信號(hào)波形。由波形可以看出：（1）當(dāng)輸入一個(gè)正弦電壓ui時(shí)，放大電路中三極管的各極電壓和電流都是圍繞各自的靜態(tài)值，即uBE、iB、iC和uCE的波形均為在原來靜態(tài)直流量的基礎(chǔ)上，再疊加一個(gè)正弦交流成分，成為交直流并存的狀態(tài)；（2）當(dāng)輸入電壓有一個(gè)微小的變化量時(shí)，通過放大電路，在輸出端可得到一個(gè)比較大的電壓變化量；（3）輸出電壓uo的相位與輸入電壓ui相反，通常稱之為單管共射放大電路的倒相作用。圖3-6單管共射放大電路信號(hào)波形2.放大電路的動(dòng)態(tài)當(dāng)放大電路加上交流信號(hào)ui后，信號(hào)電量疊加在原靜態(tài)值上，此時(shí)電路中的電流、電壓既有直流成分，也有交流成分。為了分析方便，通常將直流和交流分開考慮，現(xiàn)只考慮交流的情況，此時(shí)電路中的電流、電壓是純交流信號(hào)，沒有直流成分，電路的這種工作狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。為了清楚地表示放大電路中的各電量，對(duì)其表示的符號(hào)進(jìn)行如下說明：（1）直流量：字母大寫，下標(biāo)大寫。如IB、IC、UBE、UCE

。（2）交流量：字母小寫，下標(biāo)小寫。如ib、ic、ube、uce。（3）交、直流疊加量：字母小寫，下標(biāo)大寫。如iB、iC、uBE、uCE。（4）交流量的有效值：字母大寫，下標(biāo)小寫。如Ib、Ic、Ube、Uce

。3.3基本放大電路的分析方法

分析任務(wù)：求解其靜態(tài)工作點(diǎn)及各項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。分析順序：通常遵循“先靜態(tài)，后動(dòng)態(tài)”的原則。只有靜態(tài)工作點(diǎn)合適，電路沒有產(chǎn)生失真，動(dòng)態(tài)分析才有意義。3.3.1直流通路與交流通路圖3-7單管共射放大電路的直流通路和交流通路3.3.2靜態(tài)分析

靜態(tài)分析通常可以采用公式法（也稱近似估算法）和圖解法兩種。

1.近似估算法（公式法）求Q點(diǎn)

【注意】：三極管導(dǎo)通時(shí)，UBEQ的變化很小，可視其為常數(shù)。一般認(rèn)為：硅管UBEQ0.7V，鍺管UBEQ0.2V。2.用圖解法計(jì)算Q點(diǎn)用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)的方法如下：（1）根據(jù)公式求出IBQ，并在三極管的輸出特性曲線上找出對(duì)應(yīng)IBQ的那條曲線。（2）根據(jù)，畫出與之對(duì)應(yīng)的線段，該線段稱為直流