半导体三极管及其基本放大电路

1会计学半导体三极管及其基本放大电路8.1半导体三极管8.1.1半导体三极管的结构和符号半导体三极管又称晶体三极管，简称三极管，它是放大电路中的核心器件,其外型如图8.1所示，其结构和符号如图8.2所示。图8.1三极管的外型图8.2三极管的结构和符号(a)NPN型结构;(b)PNP型结构;图8.2三极管的结构和符号(c)NPN型符号;(d)PNP型符号8.1.2三极管的电流放大作用三极管最重要的特性是具有电流放大作用。但要使三极管工作在放大状态，必须具备两个条件:一是必须以正确的连接方式将三极管接入输入输出回路。按公共端的不同，可连接成三种基本组态：共发射极、共基极和共集电极，如图8.3所示。不同的连接方式，其特性存在较大差异。二是必须外加正确的直流偏置电压，即发射结正向偏置、集电结反向偏置。图8.4所示为共发射极电路，图中VCC＞VBB，三个电极的电位关系为UC＞UB＞UE。如果使用PNP型管，应将基极电源和集电极电源的极性反过来，使得UC＜UB＜UE，三个电流IB、IC和IE的方向也要反过来。图8.3三极管的三种组态(a)共射极;(b)共基极;(c)共集极按图8.4所示的实验电路，可通过改变RB来改变基极电流IB，集电极电流IC和发射极电流IE也随之变化，测试结果如表8.1所示。图8.4测试三极管电流放大作用的实验电路表8.1三极管电流放大实验测试数据分析表8.1的实验测试数据，可得到以下结论：(1)三极管各电极电流的关系满足且IB很小，IC≈IE。(2)IC与IB的比值基本保持不变，其大小由三极管的内部结构决定，定义该比值为共射极电路的直流电流放大倍数，用β表示，即(8.2)(8.1)式(8.2)表明，当三极管工作在放大状态时，集电极电流始终是基极电流的β倍。(3)IC与IB的变化量ΔIC与ΔIB的比值也基本保持不变，定义该比值为共射极电路的交流电流放大倍数，用β表示，即(8.3)8.1.3三极管的伏安特性曲线1.输入特性曲线三极管的输入特性，是指当UCE一定时，IB与UBE之间的关系曲线，即IB=f(UBE)|UCE=常数，如图8.5(a)所示。图8.5三极管共射极电路的特性曲线(a)输入特性曲线；(b)输出特性曲线从输出特性曲线可以看出，三极管有三个不同的工作区域，放大区、饱和区和截止区，它们分别表示三极管的三种工作状态。三极管工作在不同区域，特点也各不相同。(1)放大区：指曲线上IB>0和UCE>1V之间的部分，此时发射结正偏、集电结反偏，三极管处于放大状态。其特征是当IB不变时IC也基本不变，即具有恒流特性；当IB变化时，IC也随之变化，这就是三极管的电流放大作用。(2)截止区：指曲线上IB≤0的区域，此时发射结反偏，三极管为截止状态，IC很小，集电极与发射极间相当于开路，三极管相当于断开的开关。(3)饱和区：指曲线上UCE≤UBE的区域，此时IC与IB无对应关系，集电极与发射极之间的压降称为饱和电压，用UCES表示。硅管的UCES约为0.3V，锗管的UCES约为0.1V。三极管相当于闭合的开关。饱和时的集电极电流IC称为临界饱和电流，用ICS表示，大小为(8.4)8.1.4三极管的主要参数三极管的参数很多，其主要参数有以下几个。1.电流放大倍数共射极电流放大倍数为β，共基极电流放大倍数为α。α定义为集电极电流IC的变化量与发射极电流IE的变化量之比，即(8.5)2.极间反向电流极间反向电流是表征三极管工作稳定性的参数。当环境温度增加时，极间反向电流会增大。(1)集电结反向饱和电流ICBO：指发射极开路时，集电极和基极之间的电流。室温下，小功率硅管的ICBO一般小于1μA，而锗管约为10μA。(2)穿透电流ICEO:指基极开路时，集电极和发射极之间的电流。因为ICEO=(1+β)·ICBO，所以ICEO比ICBO大得多，因β、ICBO和ICEO会随着温度的升高而变大，故在稳定性要求较高的电路中或环境温度变化较大的时候，应该选用受温度影响小的硅管。3.极限参数极限参数是表征三极管能够安全工作的临界条件，也是选择管子的依据。(1)集电极最大允许电流ICM：指当集电极电流IC增大到一定程度，β出现明显下降时的IC值。如果三极管在使用中出现集电极电流大于ICM，这时管子不一定会损坏，但它的性能将明显下降。(2)集电极最大允许功耗PCM：三极管工作时，应使集电极功率损耗UCEIC≤PCM，若集电极功耗超过PCM，集电结的结温大大升高，严重时管子将被烧坏。(3)反向击穿电压:U(BR)CEO为基极开路时，集电结不致击穿而允许加在集—射极之间的最高电压；U(BR)CBO为发射极开路时，集电结不致击穿而允许加在集—基极之间的最高电压；U(BR)EBO为集电极开路时，发射结不致击穿而允许加在射—基极之间的最高电压。这些参数的大小关系为U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBO。根据以上三个极限参数ICM、PCM和U(BR)CEO可以确定三极管的安全工作区，如图8.6所示。图8.6三极管的安全工作区8.2基本放大电路分析8.2.1基本放大电路的组成图8.7(a)所示为双电源供电的共射极放大电路，T是一个NPN型三极管，作用是放大电流；VCC是输出回路的电源，作用是为输出信号提供能量；RC是集电极负载电阻，作用是把电流的变化转换成电压的变化；基极电源VBB和基极偏置电阻RB的作用是为发射结提供正向偏置电压和合适的基极电流IB；C1、C2称为隔直电容，作用是隔直流、通交流信号。图8.7(b)为单电源供电的共射极放大电路，只要RBRC，单电源就可代替双电源的作用。图8.7共射极基本放大电路(a)双电源供电共射极放大电路；(b)单电源供电共射极放大电路8.2.2静态工作点的估算静态工作点是指静态时，在晶体管的输出特性曲线上，由IB、IC和UCE组成的一个点，记为Q点,其坐标分别记为IBQ、ICQ和UCEQ，如图8.8所示。计算Q点坐标时可先画出放大电路的直流通路，即让C1、C2开路，如图8.9所示，然后列出输入和输出回路电压方程，即可估算出IBQ、ICQ和UCEQ。由图8.9知，基极回路电压方程为VCC=RBIBQ+UCE考虑管压降UCE很小,可以忽略，得到(8.6)集电极回路电压方程为(8.7)(8.8)图8.8静态工作点图8.9共射极放大电路的直流通路8.2.3放大电路的图解法分析1.静态分析静态分析的任务是确定Q点的IBQ、ICQ和UCEQ。方法是利用式(8.6)求出IBQ，然后在晶体管输出特性曲线上，作出与RC和VCC支路的电压方程UCE=VCC-ICRC所对应的直线，该电压方程称为直流负载线方程，对应的直线称为直流负载线。直流负载线与对应IBQ值的输出特性曲线的交点即为Q点。具体做法是:选取两个特殊点,当UCE=0时，IC=VCC/RC，它对应于纵轴上的一个点（0，VCC/RC）；当IC=0时，UCE=VCC，它对应于横轴上的一个点（VCC，0）。连接这两点的直线即为直流负载线，其斜率为-1/RC，如图8.8所示。2.动态分析放大器输入端加入信号时，电路的工作状态称为动态。动态分析的任务是分析放大器的动态工作情况，计算电压放大倍数。首先要画出放大电路的交流通路。交流通路的作法是将C1、C2短路，由于电源内阻较小可忽略，因而可将电源对地短路，如图8.10所示。 图8.10放大电路的交流通路1)动态工作情况放大器的动态工作情况如图8.11所示。图8.11放大器的动态工作情况图中文字符号的含义是：(1)小写的字母和小写的下角标，表示瞬时值，如ib、ic、ube、uce、uo等。(2)大写的字母和大写的下角标，表示直流量，如IB、IC、UBE、UCE等。(3)大写的字母和小写的下角标，表示交流量的有效值，如Ui、Uo等。(4)小写的字母和大写的下角标，表示交流量和直流量的叠加总量，如iB=IB+ib，iC=IC+ic，uCE=UCE+uce，uBE=UBE+ube。1）电压放大倍数利用图8.11中的ui和uo幅值，可以求出电压放大倍数Au:(8.9)2）放大电路的非线性失真截止失真和饱和失真时的波形如图8.12和图8.13所示。图8.12截止失真图8.13饱和失真3）放大电路的参数对静态工作点的影响在共射极基本放大电路中，当VCC、RB、RC及β发生变化时，Q点的位置也将随之改变。下面分别进行讨论。(1)在其它参数保持不变时，VCC升高，则直流负载线平行右移，Q点将移向右上方，此时交流负载线也将平行右移，放大电路的动态工作范围增大，但由于ICQ、UCEQ同时增大，使三极管的静态功耗变大，应防止工作点超出三极管安全工作区的范围。反之，若VCC减小，则Q点向左下方移动，管子更加安全，但动态工作范围将缩小，见图8.14(a)。(2)其它参数不变，增大RB，直流负载线的位置不变，但因IBQ减小，故Q点沿直流负载线下移，靠近截止区，输出波形易产生截止失真。若RB减小，则Q点沿直流负载线上移，靠近饱和区，易产生饱和失真，见图8.14(b)。(3)其它参数不变，增大RC，直流负载线要比原来更平坦，因IBQ不变，故Q点将移近饱和区，使动态工作范围变小，易于发生饱和失真。若RC减小，直流负载线变陡，Q点右移，使UCEQ增大，管子的静态功耗也增大，见图8.14(c)。(4)其它参数不变，增大β，则三极管的输出特性曲线如虚线所示，此时直流负载线不变，IBQ不变，但由于同样的IBQ值对应的曲线升高，故Q点将沿着直流负载线上移，则ICQ增大，UCEQ减小，Q点靠近饱和区。若β减小，则ICQ减小，Q点将沿直流负载线下移，见图8.14(d)。图8.14放大电路的参数对静态工作点的影响8.2.4微变等效电路法1.简化的等效电路所谓等效，就是替代前后电路的伏安关系不变。由于三极管输入、输出端的伏安关系可用其输入、输出特性曲线来表示，因此在输入特性放大区Q点附近，其特性曲线近似为一段直线，即ΔiB与ΔuBE成正比，如图8.15(a)所示。故三极管的B、E间可用一等效电阻rbe来代替。从输出特性看，在Q点附近的一个小范围内，可将各条输出特性曲线近似认为是水平的，而且相互之间平行等距，即集电极电流的变化量ΔiC与集电极电压的变化量ΔuCE无关，而仅取决于ΔiB，即ΔiC=βΔiB，如图8.15(b)所示。故在三极管的C、E间可用一个线性的受控电流源来等效，其大小为βΔiB。图8.15输入和输出特性曲线的线性近似三极管的等效电路如图8.16所示。由于该等效电路忽略了uCE对iB、iC的影响，因此又称为简化微变等效电路。图8.16三极管等效电路2.rbe的近似计算公式rbe称为三极管的输入电阻，在中低频时,它的大小近似为rbe=300+(1+β)(8.10)3.Ri、Ro和的计算动态分析的目的是为了确定放大电路的输入电阻Ri、输出电阻Ro和电压放大倍数。其方法是：先画出交流通路，图8.7(b)的交流通路如图8.10所示；然后根据交流通路画出微变等效电路，图8.10所对应的微变等效电路如图8.17所示。由微变等效电路可求出Ri、Ro和。图8.17微变等效电路因为其中放大倍数(8.11)式中的负号表示输出电压与输入电压反相。从式中可看出,提高电压放大倍数一种有效的办法是增大负载电阻RL′。输入电阻输出电阻(8.12)(8.13)例8.1在图8.18所示的共射极基本放大电路中，已知β=80，RB=282kΩ，RC=RL=1.5kΩ，VCC=12V。试求Q点和、Ri、Ro的值。若Ui=10mV，Uo为多少？图8.18例8.1电路图解设UBEQ=0.7V，则Q点的值为由于IEQ=ICQ+IBQ=3.2+0.04=3.24mA因此Ri=RB∥rbe=282∥0.95≈0.95kΩRo=RC=1.5kΩ则8.3静态工作点的稳定与分压式偏置电路图8.19显示了UBE的变化对Q点的影响。图8.19UBE对Q点的影响1.电路分压式偏置电路如图8.20所示。图8.20分压式偏置电路其工作原理如下：(1)利用基极电阻RB1、RB2分压来保持基极电位UB基本不变，设计时要使IB远小于I1，让I1≈I2。即 当UB>>UBE时，有：(8.15)显然ICQ≈IE是固定不变的，与晶体三极管的ICBO和β无关。(8.14)(2)利用RE形成电流负反馈，控制IC。当IC随着温度T的升高而增大时，利用RE形成电流负反馈，维持IC基本不变，其过程如下：T(℃)↑→IC↑→IE↑→UE↑→UBE=(UB-UE)↓(因UB固定)→IB↓→IC↓故此电路也称为电流负反馈工作点稳定电路。(3)稳定条件：从稳定工作点的效果看，I1和UB应越大越好。但在实际应用中，它们要受到其它因素的限制。I1大，电路从电源吸取的功率也必然大，且要减小RB1和RB2，这将使输入电阻Ri减小；UB大，必然使UE增大，UCE就要减小，即最大输出电压幅度减小。通常可采用下列经验数据:I1=(5~10)IB,UB=3~5V(硅管)I1=(10~20)IB，UB=1~3V(锗管)利用这两组经验数据来选择电路参数，就可基本满足稳定静态工作点的要求。(4)CE的作用:如果没有电容CE，则RE不仅对直流有负反馈作用，而且对交流信号也有负反馈作用，这将使输出信号变小，电压放大倍数降低。为了消除RE上的交流压降，可并联上一个大的电容CE。其作用是对交流旁路，即对交流信号，CE被CE短路，使RE不对交流信号产生反馈，故称CE为射极交流旁路电容。2.电路的分析计算1)静态分析先画出直流通路，如图8.21所示。图8.21直流通路设I1≈I2，I1>>IBQ，则一般情况下，2)动态分析微变等效电路如图8.22所示。图8.22微变等效电路由微变等效电路知则电压放大倍数为其中(8.16)放大电路的输入电阻为放大电路的输出电阻为例8.2在图8.20所示的放大电路中，已知VCC=12V，β=50，RB1=10kΩ，RB2=20kΩ，RE=RC=2kΩ,RL=4kΩ。求：（1）静态工作点Q。（2）电压放大倍数、输出电阻Ro、输入电阻Ri。解（1）由于因此（2）由于因此Ri=RB1∥RB2∥rbe=20∥1.1∥10=0.95kΩRo=RC=2kΩ8.4共集电极放大电路8.4.1共集电极放大电路的组成图8.23所示为共集电极放大电路，图8.24所示为其直流通路，图8.25(a)所示为其交流通路。图8.23共集电极放大电路图8.24共集极放大电路的=直流通路8.4.2共集电极放大电路的分析1.静态分析共集电极放大电路的直流通路如图8.24所示。列出基极回路电压方程：IBQRB+UBEQ+IEQRE=VCCICQ=βIBQUCEQ=VCC-IEQRE≈VCC-ICQRE2.动态分析共集电极放大电路的交流通路和微变等效电路如图8.25(a)、(b)所示。图8.25共集电极放大电路的交流通路和微变等效电路(a)交流通路；(b)微变等效电路1)电压放大倍数令(8.17)2)输入电阻Ri=［rbe+(1+β)RE′］∥RB(8.18)3)输出电阻根据输出电阻的定义，通过较为复杂的分析计算（过程省略），可得到(8.19)8.5共基极基本放大电路8.5.1共基极放大电路的组成图8.26(a)所示为共基极基本放大电路，图8.26(b)所示为其另一种画法。它的直流通路如图8.27所示，它的交流通路如图8.28(a)所示。从其交流通路知基极是输入回路和输出回路的公共端，故称为共基极放大电路。图8.26基本共基极放大电路(a)共基极放大电路；(b)共基极放大电路的另一种画法8.5.2共基极放大电路的分析1.静态分析共基极放大电路的直流通路如图8.27所示。图8.27共基极放大电路的直流通路当IB相对于RB1和RB2分压回路中的电流可以忽略不计时,可证明由直流通路的发射极回路，得到UBEQ+IEQRE=UB则由直流通路的集电极回路，得到UCEQ=VCC-ICQRC-IEQRE≈VCC-ICQ(RC+RE)2.动态分析共基极放大电路的交流通路和微变等效电路如图8.28所示。图8.28共基极放大电路的交流通路和微变等效电路(a)交流通路；(b)微变等效电路1)电压放大倍数由微变等效电路可知(8.21)2)输入电阻3)输出电阻Ro=rce∥RC≈RC(8.23)(8.22)8.6多级放大器8.6.1多级放大器的概念前面讨论的放大器均属于由一只三极管构成的单级放大器，其放大倍数一般为几十至几百。在实际应用中通常要求有更高的放大倍数，为此就需要把若干单级放大器级联组成多级放大器。多级放大器的一般结构如图8.29所示。图8.29多级放大器的一般结构通常称连接方式为耦合。多级放大器的耦合有：阻容耦合、直接耦合和变压器耦合三种方式。1.阻容耦合2.直接耦合3.变压器耦合8.6.2多级放大器的分析以图8.30所示的两级阻容耦合放大器为例，分析多级放大器的工作情况。图8.30两级阻容耦合放大器1.静态工作分析由于级间耦合电容的存在，因此各级静态工作点彼此独立，可单独设置和计算，其方法与8.2节相同。2.动态工作分析动态分析的任务是求出多级放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。1)电压放大倍数图8.30所示的两级阻容耦合放大器的电压放大倍数为由此可知，多级放大器的电压放大倍数为各级电压放大倍数之积，即2)输入电阻图8.30所示电路的微变等效电路如图8.31所示。(8.24)图8.31两级阻容耦合放大器的微变等效电路从图8.31可知，多级放大器的输入电阻为第一级放大器的输入电阻Ri1，即Ri=Ri1=RB1∥rbe1(8.25)3)输出电阻从图8.31可知，多级放大器的输出电阻为末级的输出电阻Ro2,即Ro=Ro2=RC2(8.26)3．放大倍数的分贝表示法当放大器的级数较多时，放大倍数将非常大，甚至达几十万倍，这样一来，表示和计算都不方便。为了简便起见，常用一种对数单位——分贝（dB）来表示放大倍数。用分贝表示的放大倍数称为“增益”。电压增益表示为电流增益表示为(8.27)(8.28)功率增益表示为放大倍数用分贝表示后，可使放大倍数的相乘转化为相加。例如一个三级放大器，每级的电压放大倍数都为100，则总的电压放大倍数为Au=Au1×Au2×Au3=100×100×100=1×106(8.29)用分贝表示后，其增益为8.7场效应晶体管及其放大电路8.7.1结型场效应晶体管1.结构和电路符号图8.32和图8.33分别是N沟道和P沟道JFET的结构示意图与符号。图8.32(a)是在一块N型半导体的两侧各制作一个高掺杂浓度的P区(用P+表示)，从而形成两个PN结。用导线将两个P+区连接在一起并引出一个电极作为栅极G。N区的上、下两端各引出一个电极，分别称为漏极D和源极S。中间的N区是载流子通过漏源两极的路径，称为导电沟道。因导电沟道是N型的，故称为N沟道JFET。若将管中的N区换成P区，P+区换成N+区，则形成P沟道JFET，如图8.33(a)所示。图8.32N沟道结型场效应管图8.33P沟道结型场效应管(a)结构示意图；(b)符号2.工作特点及特性曲线现以N沟道JFET为例简要介绍其工作情况，P沟道JFET和N沟道的工作情况相同。场效应管正常工作时两个PN结应反偏。对N沟道JFET而言，栅极G接电源UGS的负极，漏极D接电源UDS的正极，如图8.34所示。 图8.34N沟道场效应管的电路连接1)输出特性曲线(又称漏极特性曲线)输出特性曲线是描述以uGS为参变量，iD与uDS(场效应管D、S极间的电压)之间关系的一簇曲线，即iD=f(uDS)|uGS=常数图8.35(a)所示为N沟道JFET的漏极特性曲线，可分为三个工作区。夹断区：指uGS≤uGS(off)的区域，此时沟道被夹断，iD≈0。2)转移特性曲线转移特性曲线是指以uDS为参变量，描述恒流区内iD随uGS变化关系的曲线，即iD=f(uGS)|uDS＝常数该曲线可从输出特性曲线转化出来，故有转移之称，如图8.35(b)所示。在恒流区内，由于uDS对iD的影响很小，因此不同的uDS对应的转移特性曲线基本上是重合的。iD可近似地表示为(8.30)UGS(off)<uGS<0图8.35N沟道结型场效应管的特性曲线(a)输出特性曲线(b)转移特性曲线8.7.2绝缘栅场效应管1.N沟道增强型MOS管1)结构和电路符号图8.36(a)是N沟道增强型MOS管的结构示意图，其符号如图8.36(b)所示。N沟道增强型MOS管是用一块低掺杂浓度的P型硅片作衬底(B)，在其上制作出两个高掺杂浓度的N+区并引出两个电极，分别称为源极S和漏极D。在P型硅片表面覆盖SiO2绝缘层，在漏源两极间的绝缘层上再制作一层金属铝，称为栅极G。衬底B通常与源极S相连。图8.36N沟道增强型绝缘栅场效应管的结构和符号2)工作特点及特性曲线工作时电路的连接方式如图8.37所示，在栅源极之间加正向电压uGS，用以形成导电沟道；在漏源极间加正向电压uDS，形成了漏极电流iD。在漏源电压uDS作用下，开始形成漏极电流iD的栅源电压uGS称为开启电压UGS(th)。uGS对iD起控制作用，uGS＝0，iD＝0；只有在uGS≥UGS(th)时，才能形成导电沟道，而且随着uGS的增大，iD也增大(故称为“增强型”MOS管)。图8.37增强型NMOS管的电路连接(a)结构示意图；(b)符号图8.38(a)、(b)分别是N沟道增强型MOS管的漏极特性曲线和转移特性曲线。它的漏极特性曲线和JFET一样分为三个工作区。转移特性曲线可由输出特性曲线绘出，反映的是管子在恒流区时，uGS对iD的控制规律，其关系式是式中，IDO是uGS＝2UGS(th)时的iD值。(8.31)图8.38N沟道增强型MOS管的特性曲线(a)漏极特性曲线；(b)转移特性曲线P沟道增强型MOS管的符号和特性曲线如图8.39所示。图8.39P沟道增强型MOS管的符号和特性曲线2.N沟道耗尽型MOS管图8.40所示为N沟道耗尽型MOS管的结构和符号。其结构与增强型MOS管基本相同，只是在制造时已在SiO2绝缘层中掺入了大量的正离子，在其纵向电场作用下，即使uGS=0，也能建立N型导电沟道(即出现反型层)。图8.40耗尽型NMOS管的结构和符号(a)结构图；(b)图形符号由于在uGS＝0时已形成导电沟道，与结型场效应晶体管相比，同样具有耗尽型的特点，故称为“耗尽型”MOS管。它的特性曲线如图8.41所示。图8.41耗尽型NMOS管的特性曲线(a)输出特性曲线；(b)转移特性曲线P沟道耗尽型MOS管以N型硅片为衬底，制造时在SiO2绝缘层中掺入大量的负离子。其符号和特性曲线如图8.42所示。图8.42P沟道耗尽型MOS管符号和特性曲线(a)符号；(b)特性曲线8.7.3场效应晶体管的主要参数1.直流参数(1)开启电压UGS(th):uDS为某一固定值时形成iD所需的最小|uGS|值。(2)夹断电压UGS(off):uDS为某一固定值时，使iD为某一微小电流值时所需的uDS值。一般|uGS(off)|=0.5～5V。(3)饱和漏电流IDSS:uGS＝0时，管子出现预夹断时的漏极电流。一般IDSS=1～50mA。(4)直流输入电阻RGS（DC）:栅源电压与栅极电流的比值。JFET一般大于107Ω，MOS管的RGS（DC）一般大于109Ω。2．交流参数(1)低频跨导gm:表示场效应晶体管在恒流区工作时栅源电压对漏极电流的控制能力。其定义为：在uDS为某一固定值时，iD变化量与uGS变化量之间的比值，即gm的单位是西门子(S)，也可用mS。在转移特性曲线上，gm表示曲线上某点切线的斜率。(2)极间电容:指场效应管的三个电极之间存在的电容，即栅源电容CGS、栅漏电容CGD和漏源电容CDS。其值在0.1～1pF之间。极间电容越小，管子的工作频率越高。(3)输出电阻rDS:rDS值反映uDS对iD的影响程度，其定义为(4)低频噪声系数NF：噪声是指由管子内部载流子的不规则运动而引起的，在没有输入信号时输出端出现的不规则电压或电流的变化。噪声所产生的影响用NF表示，单位为分贝(dB)。场效应管的NF一般为几分贝。3.极限参数(1)最大漏极电流IDM：管子在工作时所允许的最大漏极电流。(2)最大耗散功率PDM:　　决定管子温升的参数。如功率超过PDM，管子可能会因过热而损坏。(3)漏源击穿电压U(BR)DS:在uDS增大的过程中，使iD急剧增加时的uDS值。使用时，uDS不允许超过此值，否则会烧坏管子。(4)栅源击穿电压U(BR)GS:对JFET是指栅极与沟道间PN结的反向击穿电压；对MOS管是指使绝缘层击穿的电压。击穿后将造成管子永久损坏。8.7.4场效应管放大电路1．自给偏压偏置电路图8.43是N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的自给偏压偏置电路。图8.43N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的自给偏压偏置电路2．分压式偏置电路图8.44是分压式偏置电路，RG1和RG2为分压电阻。栅源电压为(8.32)式中VG为栅极电位。对N沟道耗尽型管，UGS为负值，RSID>VG；对N沟道增强型管，UGS为正值，RSID<VG。图8.44分压式偏置电路对放大电路进行动态分析，主要是分析它的电压放大倍数和输入电阻与输出电阻。图8.45是分压式偏置放大电路的交流通路。图8.45分压式偏置放大电路的交流通路放大电路的输入电阻为ri=RG1∥RG2∥rgs≈RG1∥RG2因为场效应管的输入电阻rgs比RG1或RG2都高得多，所以三者并联后可将rgs略去。通常在分压点和栅极之间接入一阻值较高的电阻RG，则ri=RG+(RG1∥RG2)(8.33)RG的接入对电压放大倍数无影响；在静态时RG中无电流通过，因此不影响电路的静态工作点。输出电阻为输出电压为式中,。电压放大倍数为(8.34)(8.35)习题81.测得某放大电路中三极管A、B、C的对地电位分别为UA=-9V，UB=-6V，UC=-6.2V，试分析A、B、C中哪个是基极b、发射极e、集电极c，并说明是NPN管，还是PNP管。2.如何用一台欧姆表（模拟型）判断一只三极管的三个电极e、b、c?3.某放大电路中三极管三个电极A、B、C的电流如题图8.1所示。用万用表直流电流挡测得IA=-2mA，IB=-0.04mA，IC=+2.04mA，试分析A、B、C中哪个是基极b、发射极e、集电极c，并说明此管是NPN管还是PNP管，它的β是多少?题图8.14.判别题图8.2所示电路对交流信号有无放大作用。若无放大作用，怎样改变才能放大交流信号?题图8.25.电路如题图8.3所示，设三极管的β=80，UBE=0.6V，ICEO和UCES可忽略不计。试分析当开关S分别接通1、2、3三个位置时，三极管分别工作在输出特性曲线的哪个区，并求出相应的集电极电流IC。题图8.36.测量出某硅三极管各电极的对地电压如下，试判别管子工作在什么区域？(1)UC=6V，UB=0.7V，UE=0V；(2)UC=6V，UB=2V，UE=1.3V；(3)UC=6V，UB=6V，UE=5.4V；(4)UC=6V，UB=4V，UE=3.6V；(5)UC=3.6V，UB=4V，UE=3.4V。7.如题图8.4所示电路，三级管的UBE=0.7V，β=50，试估算静态工作点。题图8.48.放大电路如题图8.5所示，已知RB=400kΩ，RC=3kΩ，VCC=12V，β=50。（1）求静态工作点。（2）若想将IC调到2mA，RB应取多大？（3）若想将UCE调到6V，RC应取多大？（4）若RB短路，将会出现什么问题？（5）若RC开路，将会出现什么问题？题图8.59.放大电路如题图8.6（a）所示，管子的特性曲线如题图8.6（b）所示。（1）作出直流负载线，确定Q点。（2）作出交流负载线，确定最大不失真输出电压的幅值Uom。题图8.610.放大电路如题图8.7所示，用示波器观察其输出波形如题图8.8所示，试判断它们分别产生了哪种非线性失真。如何采取措施消除这些失真？题图8.7题图8.811.电路如题图8.9（a）所示，已知三极管的β=100，UBE=-0.7V。（1）试估算该电路的Q点；（2）画出简化微变等效电路；（3）求该电路的增益、输入电阻Ri、输出电阻Ro；（4）若uo中的交流成分出现8.9（b）所示的失真现象，则是截止失真还是饱和失真？为消除此失真，应调整电路中的哪些元件？如何调整？题图8.912.放大电路如题图8.10所示，已知β=20，UBE=0.7V（1）估算静态时的IC、UCE；（2）求、Ri、Ro；（3）若接入RL=8.7kΩ，则等于多少?（4）若RL开路，则RS=1kΩ时，=uo/uS=？（5）当CE开路（RL开路）时，等于多少?题图8.1013.如题图8.11所示的放大电路，若VCC=12V，RB=400kΩ，RC=5.1kΩ，RE1=100Ω，RE2=2kΩ，RL=5.1kΩ，β=50。（1）求Q；（2）画出微变等效电路；（3）求、Ri和Ro。题图8.1114.射极输出器如题图8.12所示，已知RB=300kΩ，RE=5.1kΩ，RL=2kΩ，RS=2kΩ，VCC=12V，rbe=1.5kΩ，β=49，画出微变等效电路，试用等效电路法估算、、Ri和Ro。题图8.1215.电路如题图8.13所示，RB1=RB2=150kΩ，RS=0.3kΩ，β=49，UBE=0.7V。（1）求Q；（2）画出微变等效电路；（3）求、Ri和Ro。题图8.1316.电路如题图8.14所示，求：（1）Q点；（2）,Ri、Ro。题图8.14从输出特性曲线可以看出，三极管有三个不同的工作区域，放大区、饱和区和截止区，它们分别表示三极管的三种工作状态。三极管工作在不同区域，特点也各不相同。(1)放大区：指曲线上IB>0和UCE>1V之间的部分，此时发射结正偏、集电结反偏，三极管处于放大状态。其特征是当IB不变时IC也基本不变，即具有恒流特性；当IB变化时，IC也随之变化，这就是三极管的电流放大作用。(2)截止区：指曲线上IB≤0的区域，此时发射结反偏，三极管为截止状态，IC很小，集电极与发射极间相当于开路，三极管相当于断开的开关。(4)其它参数不变，增大β，则三极管的输出特性曲线如虚线所示，此时直流负载线不变，IBQ不变，但由于同样的IBQ值对应的曲线升高，故Q点将沿着直流负载线上移，则ICQ增大，UCEQ减小，Q点靠近饱和区。若β减小，则ICQ减小，Q点将沿直流负载线下移，见图8.14(d)。图8.14放大电路的参数对静态工作点的影响解设UBEQ=0.7V，则Q点的值为由于IEQ=ICQ+IBQ=3.2+0.04=3.24mA8.4共集电极放大电路8.4.1共集电极放大电路的组成图8.23所示为共集电极放大电路，图8.24所示为其直流通路，图8.25(a)所示为其交流通路。图8.24共集极放大电路的=直流通路8.7.2绝缘栅场效应管1.N沟道增强型MOS管1)结构和电路符号图8.36(a)是N沟道增强型MOS管的结构示意图，其符号如图8.36(b)所示。N沟道增强型MOS管是用一块低掺杂浓度的P型硅片作衬底(B)，在其上制作出两个高掺杂浓度的N+区并引出两个电极，分别称为源极S和漏极D。在P型硅片表面覆盖SiO2绝缘层，在漏源两极间的绝缘层上再制作一层金属铝，称为栅极G。衬底B通常与源极S相连。