電工電子技術(shù)及應(yīng)用 課件 第六章 晶體管與基本放大電路

6.1雙極型晶體管6.2場(chǎng)效應(yīng)晶體管6.3共射極放大電路6.4共集電極與共基極放大電路6.5多級(jí)放大電路6.6差動(dòng)放大電路6.7功率放大電路6.8場(chǎng)效應(yīng)管放大電路

6.1雙極型晶體管６．１．１ＢＪＴ的結(jié)構(gòu)及分類雙極型晶體管，因其有自由電子和空穴兩種極性的載流子參與導(dǎo)電而得名；又因其是三層雜質(zhì)半導(dǎo)體構(gòu)成的器件，有三個(gè)電極，所以稱為半導(dǎo)體三極管或晶體三極管，簡(jiǎn)稱三極管。它是組成各種電路的核心器件。圖６．１．１所示為ＢＪＴ的幾種常見外形。

ＢＪＴ的結(jié)構(gòu)示意圖如圖６．１．２（ａ）、（ｂ）所示。它是通過一定的制作工藝，在同一塊半導(dǎo)體上用摻入不同雜質(zhì)的方法制成兩個(gè)緊挨的ＰＮ結(jié)，并引出三個(gè)電極。因此，ＢＪＴ有兩種管型：ＮＰＮ型和ＰＮＰ型。從三個(gè)雜質(zhì)區(qū)域各自引出的電極，分別叫做發(fā)射極ｅ、集電極ｃ、基極ｂ，它們對(duì)應(yīng)的雜質(zhì)區(qū)域分別稱為發(fā)射區(qū)、集電區(qū)和基區(qū)。三個(gè)雜質(zhì)半導(dǎo)體區(qū)域之間形成兩個(gè)ＰＮ結(jié)，發(fā)射區(qū)與基區(qū)間的ＰＮ結(jié)稱為發(fā)射結(jié)（常用Ｊｅ表示），集電區(qū)與基區(qū)間的ＰＮ結(jié)稱為集電結(jié)（常用Ｊｃ表示）。圖６．１．２（ｃ）、（ｄ）所示分別是ＮＰＮ型和ＰＮＰ型ＢＪＴ的符號(hào)，其中發(fā)射極上的箭頭表示發(fā)射結(jié)加正向偏置電壓時(shí)，發(fā)射極電流的實(shí)際方向。需要說明的是，雖然發(fā)射區(qū)和集電區(qū)是同一種半導(dǎo)體材料，但由于它們的摻雜濃度不同，ＰＮ結(jié)的結(jié)構(gòu)不同，因此并不是對(duì)稱的，在使用時(shí)，發(fā)射極和集電極不能對(duì)調(diào)使用。集成電路中典型ＮＰＮ型ＢＪＴ的結(jié)構(gòu)截面圖如圖６．１．３所示。ＢＪＴ的種類很多，按照所用的半導(dǎo)體材料分，有硅管和鍺管；按照管型分，有ＮＰＮ和ＰＮＰ；按照工作頻率分，有低頻管和高頻管；按照功率分，有小、中、大功率管；等等。６．１．２ＢＪＴ的放大作用和載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律

從ＢＪＴ的結(jié)構(gòu)上看，由于內(nèi)部存在兩個(gè)ＰＮ結(jié)，表面上似乎相當(dāng)于兩個(gè)二極管背靠背串聯(lián)，假設(shè)兩個(gè)單獨(dú)的二極管按上述關(guān)系連接起來(lái)，將會(huì)發(fā)現(xiàn)它們并不具有放大作用。為了使ＢＪＴ實(shí)現(xiàn)放大作用，必須由ＢＪＴ的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部所加電源的極性兩方面的條件來(lái)保證。

ＢＪＴ的內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)具有以下三個(gè)特點(diǎn)：

（１）發(fā)射區(qū)重?fù)诫s。盡管發(fā)射區(qū)和集電區(qū)是同類型的雜質(zhì)半導(dǎo)體，但前者比后者摻雜濃度高得多，例如：對(duì)ＮＰＮ型ＢＪＴ，發(fā)射區(qū)為Ｎ型，其中的多數(shù)載流子是電子，所以發(fā)射區(qū)的電子濃度很高（是三個(gè)區(qū)中載流子濃度最高的）。

（２）基區(qū)很薄，而且摻雜濃度很低?；鶇^(qū)的摻雜比較低，例如：ＮＰＮ型ＢＪＴ的基區(qū)為Ｐ型，故Ｐ區(qū)很薄，通常只有幾微米到幾十微米，且其中的多數(shù)載流子空穴的濃度很低（是三個(gè)區(qū)中載流子濃度最低的）。

（３）集電結(jié)的面積大，以保證盡可能多地收集到ＮＰＮ型ＢＪＴ發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子。因此ＢＪＴ不是電對(duì)稱的。從外部條件來(lái)看：外加電源時(shí)，由于ＢＪＴ內(nèi)有兩個(gè)ＰＮ結(jié)，它們?cè)趹?yīng)用中可能有四種偏置電壓組合方式：發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置；發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均正向偏置；發(fā)射結(jié)、集電結(jié)均反向偏置；發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)正向偏置。所以，ＢＪＴ可能有四種工作狀態(tài)（放大、飽和、截止與倒置）。要使ＢＪＴ能夠起放大作用，無(wú)論是ＮＰＮ型還是ＰＮＰ型，外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。ＢＪＴ有三個(gè)電極，通常用其中兩個(gè)分別作為輸入、輸出端，第三個(gè)作為公共端，這樣可以構(gòu)成輸入和輸出兩個(gè)回路，因此在放大電路中有三種電路連接方式：共基極、共發(fā)射極（簡(jiǎn)稱共射極）和共集電極，即分別把基極、發(fā)射極、集電極作為輸入端口和輸出端口的共同端，如圖６．１．４所示。１．ＢＪＴ內(nèi)部載流子的傳輸過程圖６．１．５（ａ）、（ｂ）所示內(nèi)容分別表示在偏置電壓作用下，一個(gè)處于放大狀態(tài)的共基極和共射極ＮＰＮ型理想ＢＪＴ的內(nèi)部載流子的傳輸過程。其結(jié)論對(duì)ＰＮＰ型管同樣適用。在滿足內(nèi)部和外部條件的情況下，ＢＪＴ內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)有以下三個(gè)過程。１）發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散載流子由于發(fā)射結(jié)正向偏置，發(fā)射區(qū)的多子即電子在外加電壓的作用下將不斷通過發(fā)射結(jié)擴(kuò)到基區(qū)，形成發(fā)射區(qū)電子擴(kuò)散電流ＩＥＮ，其方向與電子實(shí)際擴(kuò)散方向相反。同時(shí)，基區(qū)的多子空穴也要擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，形成空穴擴(kuò)散電流ＩＥＰ，電流方向與ＩＥＮ相同。ＩＥＮ和ＩＥＰ一起構(gòu)成受發(fā)射結(jié)正向電壓ＵＢＥ控制的發(fā)射結(jié)電流（也就是發(fā)射極電流）ＩＥ，即式中：ＩＥＳ為發(fā)射結(jié)的反向飽和電流，其值與發(fā)射區(qū)及基區(qū)的摻雜濃度、溫度有關(guān)，也與發(fā)射結(jié)的面積成比例。由于發(fā)射區(qū)相對(duì)基區(qū)是重?fù)诫s，基區(qū)是輕摻雜，因此，基區(qū)空穴濃度遠(yuǎn)低于發(fā)射區(qū)的電子濃度，很小，可忽略不計(jì)，可認(rèn)為２）載流子在基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合由發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的載流子電子，在發(fā)射結(jié)邊界附近濃度最高，離發(fā)射結(jié)越遠(yuǎn)，濃度越低。形成了一定的濃度差。濃度差使擴(kuò)散到基區(qū)的電子繼續(xù)向集電結(jié)方向擴(kuò)散。在擴(kuò)散過程中，有一部分電子與基區(qū)的空穴復(fù)合，形成基區(qū)復(fù)合電流ＩＢＮ。由于基區(qū)很薄，摻雜濃度又低，因此電子與空穴復(fù)合機(jī)會(huì)少，ＩＢＮ很小，它是基極電流ＩＢ的主要部分。大多數(shù)電子都能擴(kuò)散到集電結(jié)邊沿。為保持基區(qū)電中性，基區(qū)被復(fù)合掉的空穴由電源ＵＥＥ（共發(fā)射極是ＵＢＢ）從基區(qū)拉走電子來(lái)補(bǔ)充。３）集電區(qū)收集載流子由于集電結(jié)上外加反向偏置電壓，空間電荷區(qū)的內(nèi)電場(chǎng)與外電場(chǎng)方向相同，故其被加強(qiáng)，對(duì)基區(qū)擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣的載流子電子有很強(qiáng)的吸引力，使它們很快漂移過集電結(jié)，被集電區(qū)收集，形成集電區(qū)的收集電流ＩＣＮ，電流受發(fā)射結(jié)電壓控制，其方向與電子漂移方向相反，該電流是構(gòu)成集電極電流ＩＣ的主要部分。顯然有ＩＣＮ＝ＩＥＮ－ＩＢＮ。另外，基區(qū)自身的少子電子和集電區(qū)的少子空穴也要在集電結(jié)反向偏置電壓作用下產(chǎn)生漂移運(yùn)動(dòng)，形成集電結(jié)反向飽和電流ＩＣＢＯ，并流過集電極和基極支路，構(gòu)成ＩＣ、ＩＢ的另一部分電流，其電流方向與ＩＣＮ方向一致。同時(shí)，因?yàn)榛鶇^(qū)摻雜濃度低，其少子即自由電子相對(duì)于集電區(qū)的少子即空穴數(shù)目上要少很多，故ＩＣＢＯ主要由集電區(qū)的少子即空穴漂移產(chǎn)生。ＩＣＮ和ＩＣＢＯ一起構(gòu)成集電極電流ＩＣ，即ＩＣＢＯ在集電結(jié)一邊的回路內(nèi)流通，不受發(fā)射結(jié)電壓控制，因而對(duì)放大作用沒有貢獻(xiàn)，它的大小取決于基區(qū)和集電區(qū)的少子濃度，數(shù)值很小，但它受溫度影響很大，容易使ＢＪＴ工作不穩(wěn)定。一般在制造ＢＪＴ管的過程中，總是設(shè)法盡量減?。桑茫拢稀＃玻拢剩缘碾娏鞣峙潢P(guān)系從載流子的傳輸過程可知，由于ＢＪＴ結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，確保了在發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的共同作用下，由發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的載流子絕大部分能夠被集電區(qū)收集，形成電流ＩＣＮ，一小部分在基區(qū)被復(fù)合，形成電流ＩＢＮ，即由圖６．１．５和式（６．１．１ｂ）、式（６．１．２）可見，ＢＪＴ的基極電流為通常把ＩＥ傳輸?shù)郊姌O的電流分量ＩＣＮ與發(fā)射極電流ＩＥ的比定義為ＢＪＴ共基極直流電流放大系數(shù)即表達(dá)了ＩＥ轉(zhuǎn)化為ＩＣＮ的能力。顯然但接近于１，一般在０．９８以上。為了反映擴(kuò)散到集電區(qū)的電流ＩＣＮ與基區(qū)復(fù)合電流ＩＢＮ之間的比例，定義共射極直流電流放大系數(shù)為

的含義是：基區(qū)每復(fù)合一個(gè)電子，則有β個(gè)電子擴(kuò)散到集電區(qū)去。值一般在２０～２００之間。將式（６．１．４ａ）代入式（６．１．２），則得當(dāng)ＩＣＢＯ很小時(shí)，有故式（６．１．５ｂ）描述了ＢＪＴ在共基極連接時(shí)（如圖６．１．５（ａ）所示），輸出電流ＩＣ受輸入電流ＩＥ控制的電流分配關(guān)系?？梢姸际欠从常拢剩曰鶇^(qū)擴(kuò)散與復(fù)合的比例關(guān)系，只是選取的參考量不同，所以兩者之間必有內(nèi)在聯(lián)系。由定義可得由于ＩＥ＝ＩＣ＋ＩＢ，將它代入式（６．１．５ａ），整理后可得ＢＪＴ在共射極連接時(shí)輸出電流ＩＣ受輸入電流ＩＢ控制的電流分配關(guān)系，即其中：ＩＣＥＯ是集電極與發(fā)射極之間的反向飽和電流，常稱為穿透電流。ＩＣＥＯ的數(shù)值一般很小，當(dāng)它可忽略時(shí)，式（６．１．７）可簡(jiǎn)化為由式（６．１．３ｂ）和式（６．１．９）可得ＢＪＴ在共發(fā)射極連接時(shí)輸出電流ＩＥ受輸入電流ＩＢ控制的電流分配關(guān)系，即上述電流分配關(guān)系說明，無(wú)論采用哪種連接方式，ＢＪＴ在發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，而且保持不變時(shí)，輸出電流均正比于輸入電流。如果能控制輸入電流，就能控制輸出電流，所以常將ＢＪＴ稱為電流控制器件。都是ＢＪＴ的直流參數(shù)，對(duì)于每個(gè)ＢＪＴ，其參數(shù)主要取決于本身的構(gòu)造和工作電流的大小。

同一管子在不同的工作電流下，的數(shù)值是不同的，通常的取值范圍為０．９５～０．９９５，的取值范圍為２０～２００，在近似計(jì)算時(shí)可以認(rèn)為是常數(shù)。此外，可定義共基極交流電流放大倍（系）數(shù)為集電極電流變化量ΔｉＣ和發(fā)射極電流變化量ΔｉＥ之比，用α表示，即把集電極電流變化量ΔｉＣ和基極電流變化量ΔｉＢ的比值叫做共發(fā)射極交流電流放大倍（系）數(shù)，用β表示，即顯然，β與、α與的意義是不同的，反映靜態(tài)（直流工作狀態(tài)）時(shí)的電流放大特性，β、α反映動(dòng)態(tài)（交流工作狀態(tài)）時(shí)的電流放大特性。但在ＢＪＴ輸出特性曲線比較平坦（恒流特性較好），而且各條曲線間距離相等的條件下，可認(rèn)為即在近似分析計(jì)算中不對(duì)α加以區(qū)分，并可得６．１．３ＢＪＴ的伏安（ＵＩ）特性曲線ＢＪＴ的伏安（ＵＩ）特性曲線是描述ＢＪＴ各極電流與極間電壓關(guān)系的曲線，用于對(duì)ＢＪＴ的性能、參數(shù)和ＢＪＴ電路的分析估算。從圖６．１．４所示的三種基本接法的放大電路中可以看出，不管是哪種連接方式，都可以把ＢＪＴ視為一個(gè)二端口網(wǎng)絡(luò)，其中一個(gè)端口對(duì)應(yīng)輸入回路，另一個(gè)端口對(duì)應(yīng)輸出回路。要完整地描述ＢＪＴ的ＵＩ特性，必須選用兩組表示不同端變量（即輸入電壓和輸入電流、輸出電壓和輸出電流）之間關(guān)系的特性曲線。工程上最常用的是ＢＪＴ的輸入特性和輸出特性曲線，一般都采用實(shí)驗(yàn)方法逐點(diǎn)描繪或用專用的晶體管ＵＩ特性圖示儀直接在熒屏上顯示出來(lái)。由于ＢＪＴ在不同組態(tài)時(shí)具有不同的端電壓和電流，因此，它們的ＵＩ特性曲線也就各不相同。這里以ＮＰＮ型硅ＢＪＴ為例著重討論共射極連接時(shí)的ＵＩ特性曲線。１．共射極連接時(shí)的ＵＩ特性曲線ＢＪＴ連接成共射極形式時(shí)，輸入電壓為ｕＢＥ，輸入電流為ｉＢ，輸出電壓為ｕＣＥ，輸出電流為ｉＣ，如圖６．１．６所示。１）輸入特性共射極接法的輸入持性曲線是指當(dāng)輸出電壓ｕＣＥ為某一常數(shù)值時(shí)，輸入電流ｉＢ與輸入電壓ｕＢＥ之間的關(guān)系，用函數(shù)表示為ＮＰＮ型硅ＢＪＴ共射極連接時(shí)的輸入特性曲線如圖６．１．７所示。圖中做出了ｕＣＥ分別為０Ｖ、１Ｖ兩種情況下的輸入特性曲線。因?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏，所以ＢＪＴ的輸入持性曲線與半導(dǎo)體二極管的正向特性曲線相似。但隨著ｕＣＥ的增加，特性曲線向右移動(dòng)。當(dāng)ｕＣＥ＝０Ｖ時(shí)，從輸入回路看，ＢＪＴ相當(dāng)于兩個(gè)二極管并聯(lián)，所以ｂ、ｅ間加正向電壓時(shí)，變化規(guī)律同二極管正向偏置時(shí)的伏安特性曲線相似。從輸入特性曲線上看，ＢＪＴ也有死區(qū)電壓（記為Ｕｔｈ），硅管約為０．５～０．６Ｖ，鍺管約為０．１Ｖ。當(dāng)ｕＢＥ＞Ｕｔｈ時(shí)，隨著ｕＢＥ的增大，ｉＢ開始按指數(shù)規(guī)律增加，而后近似按直線上升。正常工作時(shí)的發(fā)射結(jié)電壓，ＮＰＮ型硅管約０．６～０．７Ｖ，ＰＮＰ型鍺管約－０．２～－０．３Ｖ。當(dāng)ｕＣＥ在０～１Ｖ之間時(shí)，隨著ｕＣＥ的增加，曲線右移。當(dāng)ｕＣＥ較?。ㄈ纾酰茫牛迹埃罚郑r(shí)，集電結(jié)處于正偏或反偏電壓很小的狀態(tài)，此時(shí)它收集電子的能力很弱，而基區(qū)的復(fù)合作用較強(qiáng)，所以在ｕＢＥ相同的情況下，ｉＢ比ｕＣＥ＝０Ｖ時(shí)大。當(dāng)ｕＣＥ≥１Ｖ時(shí)，ｕＣＢ＝ｕＣＥ－ｕＢＥ＞０，ｕＣＥ增至１Ｖ左右時(shí)，集電結(jié)已進(jìn)入反偏狀態(tài)，內(nèi)電場(chǎng)增強(qiáng)，收集電子的能力增強(qiáng)，同時(shí)，集電結(jié)空間電荷區(qū)也在變寬，從而使基區(qū)的有效寬度減小，載流子在基區(qū)的復(fù)合機(jī)會(huì)減少，同樣的ｕＢＥ下隨著ｕＣＥ的增加，ｉＢ減小，特性曲線右移。但是ｕＣＥ＞＝１Ｖ代替。這是因?yàn)橹灰３郑酰拢挪蛔?，從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的電子數(shù)目就不變，而ｕＣＥ增大到１Ｖ以后，集電結(jié)的電場(chǎng)已經(jīng)足夠強(qiáng)，它能把發(fā)射到基區(qū)的電子中的絕大部分收集到集電區(qū)，以至于ｕＣＥ再增加，ｉＢ也不再明顯減小，因此可近似認(rèn)為ＢＪＴ在ｕＣＥ＞１Ｖ后的所有輸入特性曲線基本上是重合的。對(duì)于小功率的ＢＪＴ，可以用ｕＣＥ＞１Ｖ的任何一條輸入特性曲線代表其他各條輸入特性曲線。當(dāng)ｕＢＥ＜０時(shí)，ＢＪＴ截止，ｉＢ為反向飽和電流。若反向電壓超過某一值時(shí)，發(fā)射結(jié)也會(huì)發(fā)生反向擊穿。２）輸出特性共射極連接時(shí)的輸出特性曲線是指當(dāng)輸入電流ｉＢ為某一常數(shù)值時(shí)，集電極電流ｉＣ與電壓ｕＣＥ間的關(guān)系，用函數(shù)表示為圖６．１．８所示為ＮＰＮ型硅ＢＪＴ共射極連接時(shí)的輸出特性曲線。由圖可見，ＢＪＴ輸出特性基本可以劃分為三個(gè)區(qū)域：放大區(qū)、飽和區(qū)和截止區(qū)，對(duì)應(yīng)于三種工作狀態(tài)?，F(xiàn)分別討論如下：（１）放大區(qū)。發(fā)射結(jié)正向偏置、集電結(jié)反向偏置時(shí)的工作區(qū)域?yàn)榉糯髤^(qū)，從圖６．１．８中可以看出放大區(qū)就是在曲線上比較平坦的部分。在放大區(qū)域內(nèi)，ＢＪＴ輸出特性的各條曲線幾乎與橫坐標(biāo)軸平行，ｉＢ一定則ｉＣ一定，但隨著ｕＣＥ的增加，各條曲線略有上翹（ｉＣ略有增大）。在該區(qū)域內(nèi)，ｉＣ主要受ｉＢ控制，ｕＣＥ變化對(duì)ｉＣ的影響很小。當(dāng)ｉＢ有很小的變化量ΔｉＢ時(shí)，ｉＣ就會(huì)有很大的變化ΔｉＣ，即反映在特性曲線上，為兩條不同ｉＢ曲線的間隔。（２）飽和區(qū)。ＢＪＴ的發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于正向偏置的區(qū)域?yàn)轱柡蛥^(qū)，就是曲線靠近縱軸附近，各條輸出特性曲線的上升部分屬于飽和區(qū)。通常把ｕＣＥ＝ｕＢＥ（即ｕＢＣ＝０，集電結(jié)零偏）的情況稱為臨界飽和，對(duì)應(yīng)點(diǎn)的軌跡為臨界飽和線（見圖６．１．８中虛線，即為飽和區(qū)與放大區(qū)的分界線）。當(dāng)ｕＣＥ＜ｕＢＥ時(shí)，ＢＪＴ進(jìn)入飽和區(qū)，由于因集電結(jié)正向偏置，集電結(jié)內(nèi)電場(chǎng)被削弱，集電結(jié)收集載流子的能力減弱，造成基極復(fù)合電流增大。在這個(gè)區(qū)域中，不同ｉＢ值的各條特性曲線幾乎重疊在一起，即當(dāng)ｕＣＥ較小時(shí)，ＢＪＴ的集電極電流ｉＣ基本上不隨基極電流ｉＢ而變化，此時(shí)三極管失去放大作用，ｉＣ不再服從βｉＢ的電流分配關(guān)系。飽和時(shí)發(fā)射極和集電極之間的電壓稱為ＢＪＴ的飽和壓降ＵＣＥＳ，深度飽和時(shí)，小功率管ＵＣＥＳ通常小于０．３Ｖ。（３）截止區(qū)。截止區(qū)是指發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均為反向偏置。實(shí)際上只要０＜ｕＢＥ＜Ｕｔｈ（門限電壓），就能使發(fā)射極電流ｉＥ＝０，這時(shí)基極電流ｉＢ＝－ＩＣＢＯ。但對(duì)小功率管而言，工程上常把ｉＢ＝０的那條輸出特性曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。此時(shí)ｉＣ也近似為零。由于各極電流都基本上等于零，所以此時(shí)三極管沒有放大作用。２．ＢＪＴ的運(yùn)用狀態(tài)由于ＢＪＴ有兩個(gè)ＰＮ結(jié)，故有四種運(yùn)用狀態(tài)，見表６．１。ＢＪＴ工作在放大狀態(tài)、飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)的性能，在介紹ＢＪＴ特性曲線時(shí)已作了介紹。放大狀態(tài)在模擬電子線路中用得最多，是本課程要著重討論的內(nèi)容。在數(shù)字電子技術(shù)中用得最多的是飽和狀態(tài)和截止?fàn)顟B(tài)，可以看做開關(guān)的導(dǎo)通和截止。反向放大狀態(tài)（倒置狀態(tài)）相當(dāng)于集電極與發(fā)射極對(duì)調(diào)使用，從原理上講，這與放大狀態(tài)沒有本質(zhì)的不同，但由于ＢＪＴ的實(shí)際結(jié)構(gòu)并不對(duì)稱，反向放大性能比正常放大性能要差很多，因此很少使用。６．１．４ＢＪＴ的主要參數(shù)ＢＪＴ的參數(shù)可用來(lái)表征其性能的優(yōu)劣和適應(yīng)范圍，是合理選擇和正確使用ＢＪＴ的依據(jù)。ＢＪＴ的參數(shù)很多，這里只介紹在近似分析中最常用的幾個(gè)主要參數(shù)。１．電流放大系數(shù)１）直流電流放大系數(shù)共發(fā)射極直流電流放大系數(shù)共基極直流電流放大系數(shù)２）交流電流放大系數(shù)共發(fā)射極交流電流放大系數(shù)β：前邊已經(jīng)提到β與

的含義不同，但在輸出特性曲線較平坦、各曲線間距相等的條件下，可認(rèn)為β≈

。由于制造工藝的分散性，即使是同型號(hào)的ＢＪＴ，其β值也有差異，通常為２０～２００。共基極交流電流放大系數(shù)α：同樣，在輸出特性曲線較平坦、各曲線間距相等的條件下，可認(rèn)為２．極間反向電流１）集電極基極間反向飽和電流ＩＣＢＯＩＣＢＯ是集電結(jié)加一定的反向偏置電壓時(shí)，集電區(qū)和基區(qū)的少子各自向?qū)Ψ狡菩纬傻姆聪螂娏?。它和單個(gè)ＰＮ結(jié)的反向電流是一樣的。因此，它只取決于溫度和少數(shù)載流子的濃度。在一定溫度下，少子數(shù)量基本不變，故反向電流基本上是個(gè)常數(shù)，所以稱為反向飽和電流ＩＣＢＯ。一般ＩＣＢＯ的值很小，小功率硅管的ＩＣＢＯ小于１μＡ，而小功率鍺管的ＩＣＢＯ約為１０μＡ。由于ＩＣＢＯ隨溫度增加而增加，故在溫度變化范圍大的工作環(huán)境中應(yīng)選用硅管。２）集電極發(fā)射極反向飽和電流（穿透電流）ＩＣＥＯＩＣＥＯ是基極開路時(shí)，由集電區(qū)穿過基區(qū)流向發(fā)射區(qū)的反向飽和電流，也叫穿透電流。小功率硅管的ＩＣＥＯ在幾微安以下，小功率鍺管的ＩＣＥＯ約在幾十微安以上。如前所述，ＩＣＥＯ＝（１＋β）ＩＣＢＯ。選用ＢＪＴ時(shí)，一般希望極間反向飽和電流ＩＣＢＯ和ＩＣＥＯ應(yīng)盡量小些，以減小溫度對(duì)ＢＪＴ性能的影響。硅管比鍺管的極間反向電流?。病硞€(gè)數(shù)量級(jí)，因此溫度穩(wěn)定性比鍺管好。３．極限參數(shù)極限參數(shù)是為了使ＢＪＴ既能夠得到充分使用，又可確保其安全工作而規(guī)定的電壓、電流和功率損耗的限制參數(shù)，主要有：１）最大集電極電流ＩＣＭｉＣ在相當(dāng)大的范圍內(nèi)β值基本不變，但ｉＣ過大時(shí)，β值將下降。ＩＣＭ通常指β值下降到測(cè)試條件規(guī)定值時(shí)所允許的最大集電極電流。當(dāng)工作電流ｉＣ大于ＩＣＭ時(shí)，ＢＪＴ不一定會(huì)燒壞，但β值將過小，放大能力下降。２）最大集電極允許耗散功率ＰＣＭＢＪＴ內(nèi)的兩個(gè)ＰＮ結(jié)上都會(huì)消耗功率，其大小分別等于流過結(jié)的電流與結(jié)上電壓降的乘積。一般情況下，集電結(jié)上的電壓降遠(yuǎn)大于發(fā)射結(jié)上的電壓降，因此與發(fā)射結(jié)相比，集電結(jié)上耗散的功率ＰＣ要大得多。這個(gè)功率將使集電結(jié)發(fā)熱，結(jié)溫上升，當(dāng)結(jié)溫超過最高工作溫度（硅管為１５０℃，鍺管為７０℃）時(shí)，ＢＪＴ性能下降，甚至?xí)龎摹Ｒ虼?，通過規(guī)定集電結(jié)的最大允許耗散功率，可防止結(jié)溫超過允許值，即ＰＣ（≈ｉＣｕＣＥ）值將受到限制，它不得超過最大允許耗散功率ＰＣＭ值。３）反向擊穿電壓當(dāng)ＢＪＴ內(nèi)的兩個(gè)ＰＮ結(jié)上承受的反向電壓超過規(guī)定值時(shí)，也會(huì)發(fā)生擊穿，其擊穿原理和二極管類似，但ＢＪＴ的反向擊穿電壓不僅與ＢＪＴ自身的特性有關(guān)，而且還取決于外部電路的接法。下面是各種擊穿電壓的定義：（１）Ｕ（ＢＲ）ＥＢＯ：集電極開路時(shí)，發(fā)射極基極間的反向擊穿電壓。這是發(fā)射結(jié)所允許的最高反向電壓。在正常放大狀態(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)是正偏的。而在某些場(chǎng)合，例如工作在大信號(hào)或者開關(guān)狀態(tài)時(shí)，發(fā)射結(jié)上就有可能出現(xiàn)較大的反向電壓。所以要考慮發(fā)射結(jié)反向擊穿電壓的大小。小功率管的Ｕ（ＢＲ）ＥＢＯ的值一般為幾伏。（２）Ｕ（ＢＲ）ＣＢＯ：發(fā)射極開路時(shí)集電極基極間的反向擊穿電壓。它是集電結(jié)所允許加的最高反向電壓。它決定于集電結(jié)的雪崩擊穿電壓，其數(shù)值較高，通常為幾十伏，有些ＢＪＴ可高達(dá)１０００多伏。（３）Ｕ（ＢＲ）ＣＥＯ：基極開路時(shí)集電極發(fā)射極間的反向擊穿電壓。此時(shí)集電結(jié)承受反向電壓?；鶚O開路時(shí)，ＵＣＥ在集電結(jié)和發(fā)射結(jié)上分壓，使集電結(jié)反向偏置、發(fā)射結(jié)正向偏置，當(dāng)ＵＣＥ過大時(shí)，由于發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的多數(shù)載流子數(shù)量增多，使ＩＣＥＯ明顯增大，但ＩＣ比ＩＣＥＯ大得多，導(dǎo)致集電結(jié)出現(xiàn)雪崩擊穿。可見，這個(gè)電壓的大小與ＢＪＴ的穿透電流ＩＣＥＯ直接相聯(lián)系。幾個(gè)擊穿電壓的關(guān)系為在組成ＢＪＴ電路時(shí)，應(yīng)根據(jù)工作條件選擇ＢＪＴ的型號(hào)。為防止ＢＪＴ在使用中損壞，必須使它工作在安全區(qū)，即在應(yīng)用中使它的集電極工作電流小于ＩＣＭ，集電極發(fā)射極間的電壓小于Ｕ（ＢＲ）ＣＥＯ，集電極耗散功率小于ＰＣＭ（上述三個(gè)極限參數(shù)決定了ＢＪＴ的安全工作區(qū)）。另外，發(fā)射極基極間反向電壓要小于Ｕ（ＢＲ）ＥＢＯ。對(duì)于功放管，還必須滿足散熱條件。６．１．５溫度對(duì)ＢＪＴ特性及參數(shù)的影響由于半導(dǎo)體材料的熱敏性，ＢＪＴ的參數(shù)幾乎都與溫度有關(guān)。在電子電路中，如果不能解決溫度穩(wěn)定性問題，將不能使電路實(shí)用，因此了解溫度對(duì)ＢＪＴ參數(shù)的影響，對(duì)于設(shè)計(jì)一個(gè)溫度穩(wěn)定性好的電路是非常必要的。１．溫度對(duì)ＢＪＴ參數(shù)的影響１）溫度對(duì)ＩＣＢＯ的影響溫度升高使本征激發(fā)產(chǎn)生的少數(shù)載流子數(shù)量增加，ＢＪＴ的ＩＣＢＯ是集電結(jié)反偏時(shí)，集電區(qū)和基區(qū)的少數(shù)載流子作漂移運(yùn)動(dòng)形成的反向飽和電流隨之增大，通常，溫度每升高１０℃，硅管和鍺管的ＩＣＢＯ約增加１倍。由于

的關(guān)系，所以穿透電流ＩＣＥＯ受溫度影響更大一些。因?yàn)楣韫艿?/p>

ＩＣＢＯ及ＩＣＥＯ比鍺管的本來(lái)就小很多，所以ＩＣＢＯ及ＩＣＥＯ受溫度變化而改變時(shí)，對(duì)硅管工作的影響比鍺管的要小。２）溫度對(duì)β的影響溫度升高時(shí)，ＢＪＴ內(nèi)載流子的擴(kuò)散能力增強(qiáng)，使基區(qū)內(nèi)載流子的復(fù)合作用減小，因而使電流放大系數(shù)β隨溫度上升而增大。通常溫度每升高１℃，β值約增大０．５％～１％。共基電流放大系數(shù)α也會(huì)隨溫度變化而變化。３）溫度對(duì)ｕＢＥ的影響ＢＪＴ工作于放大區(qū)時(shí)，硅管的

約為０．７Ｖ左右；鍺管的

約為０．３Ｖ左右。當(dāng)溫度升高時(shí)，

將減小，其溫度系數(shù)為－（２～２．５）ｍＶ／°Ｃ。４）溫度對(duì)反向擊穿電壓Ｕ（ＢＲ）ＣＢＯ、Ｕ（ＢＲ）ＣＥＯ的影響由于ＢＪＴ的集電區(qū)與基區(qū)摻雜濃度低，集電結(jié)較寬，因此集電結(jié)的反向擊穿一般均為雪崩擊穿。雪崩擊穿電壓具有正溫度系數(shù)，所以溫度升高時(shí)，Ｕ（ＢＲ）ＣＢＯ和Ｕ（ＢＲ）ＣＥＯ都會(huì)有所提高。２．溫度對(duì)ＢＪＴ特性曲線的影響１）對(duì)輸入特性的影響與二極管伏安特性相類似，當(dāng)溫度（Ｔ）升高時(shí)，ＢＪＴ共射極連接時(shí)的輸入特性曲線將向左移動(dòng)，反之將右移。這說明在ｉＢ相同的條件下，ｕＢＥ將減小，如圖６．１．９（ａ）所示，Ｔ１＞Ｔ２。２）對(duì)輸出特性的影響溫度升高時(shí)，ＢＪＴ的ＩＣＢＯ、ＩＣＥＯ、β都將增大，結(jié)果將導(dǎo)致ＢＪＴ的輸出特性曲線向上移動(dòng)，而且各條曲線間的距離加大，如圖６．１．９（ｂ）中的虛線所示。故溫度對(duì)β、ＩＣＢＯ和ｕＢＥ的影響，將集中反映在ｉＣ隨溫度的升高而增大。６．２場(chǎng)效應(yīng)晶體管晶體三極管是利用輸入電流來(lái)控制輸出電流的半導(dǎo)體器件，因而稱為電流控制型器件。場(chǎng)效應(yīng)管是一種電壓控制型器件，它是利用電場(chǎng)效應(yīng)來(lái)控制其電流大小，從而實(shí)現(xiàn)放大的。場(chǎng)效應(yīng)管工作時(shí)，內(nèi)部參與導(dǎo)電的只有多子一種載流子，因此又稱為單極型器件。場(chǎng)效應(yīng)管不僅具有一般半導(dǎo)體三極管體積小、重量輕、耗電省、壽命長(zhǎng)的特點(diǎn)，而且還具有輸入電阻高、噪聲低、抗輻射能力強(qiáng)、功耗小、熱穩(wěn)定性好、制造工藝簡(jiǎn)單、易集成等優(yōu)點(diǎn)，因此在電子電路中得到了廣泛的應(yīng)用，特別是金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管在大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路中占有重要的地位。場(chǎng)效應(yīng)管的種類很多，根據(jù)基本結(jié)構(gòu)不同，主要分為兩大類：結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管和金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)管。６．２．１結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管１．結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)與工作原理結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管簡(jiǎn)稱ＪＦＥＴ，根據(jù)制造材料的不同又可分為Ｎ溝道和Ｐ溝道兩種，它們都具有３個(gè)電極：柵極（Ｇ）、源極（Ｓ）和漏極（Ｄ），如圖６．２．１所示，分別與三極管的基極、發(fā)射極和集電極相對(duì)應(yīng)。１）Ｎ溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)Ｎ溝道ＪＦＥＴ，是在一根Ｎ型半導(dǎo)體棒兩側(cè)通過高濃度擴(kuò)散制造兩個(gè)重?fù)诫sＰ＋型區(qū)，形成兩個(gè)ＰＮ結(jié)，將兩個(gè)Ｐ＋區(qū)接在一起引出一個(gè)電極，稱為柵極，而在兩個(gè)ＰＮ結(jié)之間的Ｎ型半導(dǎo)體構(gòu)成的導(dǎo)電溝道兩端各制造一個(gè)歐姆接觸電極，即為源極和漏極。在ＪＦＥＴ中，源極和漏極是可以互換的。圖６．２．１（ａ）所示為Ｎ溝道ＪＦＥＴ的結(jié)構(gòu)示意圖和代表符號(hào)，其中符號(hào)中箭頭的方向表示柵結(jié)正向偏置時(shí)，柵極電流的方向是由Ｐ指向Ｎ，故從符號(hào)上就可識(shí)別Ｄ、Ｓ之間是Ｎ溝道。按照類似的方法，可以制成Ｐ溝道ＪＦＥＴ，其結(jié)構(gòu)示意圖和代表符號(hào)如圖６．２．１（ｂ）所示。２）工作原理為實(shí)現(xiàn)場(chǎng)效應(yīng)管柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用，結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管在工作時(shí)，柵極和源極之間的ＰＮ結(jié)必須反向偏置。下面以Ｎ溝道ＪＦＥＴ為例，分析ＪＦＥＴ的工作原理。（１）當(dāng)柵源電壓ｕＧＳ＝０時(shí)，兩個(gè)ＰＮ結(jié)的耗盡層比較窄，中間的Ｎ型導(dǎo)電溝道比較寬，溝道電阻小，如圖６．２．２（ａ）所示。（２）當(dāng)ｕＧＳ＜０時(shí)，兩個(gè)ＰＮ結(jié)反向偏置，ＰＮ結(jié)的耗盡層變寬，中間的Ｎ型導(dǎo)電溝道相應(yīng)變窄，溝道導(dǎo)通電阻增大，如圖６．２．２（ｂ）所示。（３）當(dāng)ｕＧＳ進(jìn)一步向負(fù)值增大時(shí)，耗盡層進(jìn)一步變窄，直至增大到某一值ＵＧＳ（ｏｆｆ）時(shí)，溝道完全被夾斷，如圖６．２．２（ｃ）所示。此時(shí)漏源極間的電阻將趨近于無(wú)窮大，可把這時(shí)的柵源電壓稱為夾斷電壓ＵＧＳ（ｏｆｆ）。（４）當(dāng)ＵＧＳ（ｏｆｆ）＜ｕＧＳ≤０且ｕＤＳ＞０時(shí)，可產(chǎn)生漏極電流ｉＤ。改變ｕＧＳ的大小，可以有效地控制溝道電阻的大小。ｉＤ的大小將隨柵源電壓ｕＧＳ的變化而變化，從而實(shí)現(xiàn)電壓對(duì)漏極電流的控制作用。ｕＤＳ的存在使得由源極經(jīng)溝道到漏極的Ｎ型半導(dǎo)體區(qū)域中產(chǎn)生了一個(gè)沿溝道的電位梯度，靠近漏極附近的電位高，而源極附近的電位低。這樣漏極附近的ＰＮ結(jié)所加的反向偏置電壓大，耗盡層寬；源極附近的ＰＮ結(jié)所加的反向偏置電壓小，耗盡層窄，導(dǎo)電溝道成為一個(gè)楔形，如圖６．２．２（ｄ）所示。在ｕＤＳ較小時(shí)，導(dǎo)電溝道靠近漏端區(qū)域仍較寬，這時(shí)阻礙的因素是次要的，故漏極電流Ｄ隨ｕＤＳ升高幾乎成正比地增大。當(dāng)ｕＤＳ繼續(xù)增加，使漏柵間的電位差增大，而靠近漏端電位差最大，耗盡層也最寬。當(dāng)兩個(gè)耗盡層在一點(diǎn)相遇時(shí)，稱為預(yù)夾斷，如圖６．２．３（ａ）所示。此時(shí)相交點(diǎn)耗盡層兩邊的電壓差用夾斷電壓ＵＧＳ（ｏｆｆ）來(lái)描述。溝道一旦在某一點(diǎn)預(yù)夾斷后，隨著ｕＤＳ的上升，夾斷長(zhǎng)度會(huì)增加，即夾斷點(diǎn)將向源極方向延伸。但由于夾斷處內(nèi)電場(chǎng)很強(qiáng)，仍能將電子拉過夾斷區(qū)（即耗盡層），形成漏極電流，如圖６．２．３（ｂ）所示。由于在從源極到夾斷處的溝道上，溝道內(nèi)電場(chǎng)基本不隨ｕＤＳ改變，所以ｉＤ基本不變，漏極電流趨于飽和。綜上所述，可得下述結(jié)論：（１）ＪＦＥＴ柵極與溝道之間的ＰＮ結(jié)是反向偏置的，因此，其ｉＧ≈０，輸入電阻的阻值很高。（２）ＪＦＥＴ是電壓控制電流器件，ｉＤ受ｕＧＳ控制。（３）預(yù)夾斷前，ｉＤ與ｕＤＳ呈近似線性關(guān)系，預(yù)夾斷后，ｉＤ趨于飽和。３）Ｐ溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管Ｐ溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管與Ｎ溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管相比，在結(jié)構(gòu)上各部分半導(dǎo)體的類型相反；外電路所加電壓ｕＧＳ、ｕＤＳ的極性相反；電流此時(shí)為空穴流，故電流方向也相反。而在特性和工作原理上都是相同的。２．結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線１）輸出特性ＪＦＥＴ的輸出特性是指柵源電壓ｕＧＳ一定時(shí)，漏極電流ｉＤ與漏源電壓ｕＤＳ之間的關(guān)系，即如果ＪＦＥＴ柵極與源極之間接一可調(diào)負(fù)電源，由于柵源電壓越負(fù)，耗盡層越寬，溝道電阻就越大，相應(yīng)的ｉＤ就越小。因此，改變柵源電壓可得一簇曲線。如圖６．２．４所示，即為Ｎ溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的輸出特性曲線，它與ＮＰＮ型三極管的輸出特性曲線相似，可以分為以下四個(gè)區(qū)：（１）截止區(qū)（夾斷區(qū)）：當(dāng)ｕＧＳ＜ＵＧＳ（ｏｆｆ）時(shí)，導(dǎo)電溝道被夾斷，ｉＤ＝０，稱為截止區(qū)。（２）可變電阻區(qū)：預(yù)夾斷前的區(qū)域，又稱非飽和區(qū)。此時(shí)溝道尚未出現(xiàn)預(yù)夾斷，ＪＦＥＴ可以看做是一個(gè)由電壓控制的可變電阻。圖６．２．４中左邊的一條虛線為預(yù)夾斷軌跡。預(yù)夾斷軌跡左邊的區(qū)域稱為可變電阻區(qū)，該區(qū)域中的曲線近似為不同斜率的直線。當(dāng)ｕＧＳ確定時(shí)，直線的斜率也唯一地被確定，直線斜率的倒數(shù)為Ｄ-Ｓ間等效電阻。ｕＧＳ越負(fù)，曲線越傾斜，漏源極間的等效電阻越大。（３）飽和區(qū)：預(yù)夾斷后的區(qū)域，又稱恒流區(qū)或放大區(qū)。此時(shí)，ＪＦＥＴ工作在局部出現(xiàn)預(yù)夾斷的狀態(tài)，漏極電流ｉＤ幾乎不隨ｕＤＳ變化，飽和區(qū)主要由ｕＧＳ決定。在這里，場(chǎng)效應(yīng)管可以看做是一個(gè)恒流源。當(dāng)ＪＦＥＴ做放大管時(shí)，就工作在該區(qū)域。（４）擊穿區(qū)：當(dāng)ｕＤＳ增大到一定程度時(shí)，柵漏極間ＰＮ結(jié)發(fā)生雪崩擊穿，此時(shí)ｉＤ迅速增大。如果不加限制，ＪＦＥＴ將會(huì)電擊穿。所以，不允許場(chǎng)效應(yīng)管工作在此區(qū)域。２）轉(zhuǎn)移特性ＪＦＥＴ的轉(zhuǎn)移特性是指在一定漏源電壓ｕＤＳ下，柵源電壓ｕＧＳ對(duì)漏極電流ｉＤ的控制特性，即轉(zhuǎn)移特性反映了場(chǎng)效應(yīng)管柵源電壓對(duì)漏極電流的控制作用，如圖６．２．５所示。當(dāng)ｕＧＳ＝０時(shí)，導(dǎo)電溝道電阻最小，ｉＤ最大，稱此電流為場(chǎng)效應(yīng)管的飽和漏極電流ＩＤＳＳ。當(dāng)ｕＧＳ＝ＵＧＳ（ｏｆｆ）時(shí)，導(dǎo)電溝道被完全夾斷，溝道電阻最大，此時(shí)ｉＤ＝０，稱ＵＧＳ（ｏｆｆ）為夾斷電壓。

Ｐ溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管與Ｎ溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管相比，除了在結(jié)構(gòu)上各部分半導(dǎo)體的類型相反，外電路所加的ｕＧＳ、ｕＤＳ的極性相反外，在特性和工作原理方面是相同的，只是電壓的極性和電流的方向相反。３．結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的主要電參數(shù)１）直流參數(shù)（１）夾斷電壓ＵＧＳ（ｏｆｆ）。它是在ＵＤＳ固定為某一數(shù)值（由測(cè)試條件給出，一般為１０Ｖ）的條件下，使ＩＤ降低到某一極小的測(cè)試電流（由技術(shù)指標(biāo)中給出，一般為５０μＡ）時(shí)的ＵＧＳ值。（２）零偏漏極電流ＩＤＳＳ。也稱為漏極飽和電流。它是ＵＤＳ為某一規(guī)定值（即在技術(shù)指標(biāo)中給出的測(cè)試電壓，其值總大于

）的條件下，ＵＧＳ＝０時(shí)的漏極電流值。對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，其漏極電流不應(yīng)超過這一數(shù)值。否則管子會(huì)因溝道上、下兩側(cè)ＰＮ結(jié)的正向偏置，而使輸入電阻大大減小。（３）直流輸入電阻ＲＧＳ。它是場(chǎng)效應(yīng)管柵極與源極之間的直流等效電阻，當(dāng)ＵＤＳ、ＵＧＳ為規(guī)定值（一般規(guī)定ＵＤＳ＝０，∣ＵＧＳ∣＝１０Ｖ）時(shí)，ＲＧＳ等于ＵＧＳ與ＩＧ比值的絕對(duì)值。ＪＦＥＴ的ＲＧＳ一般大于２）交流參數(shù)（１）跨導(dǎo)ｇｍ?？鐚?dǎo)也稱為互導(dǎo)。它是管子在保持ＵＤＳ一定時(shí)，漏極電流微變量與柵源電壓微變量的比值，即式中：ｇｍ的單位為西門子（Ｓ）或毫西（ｍＳ）。一般管子的ｇｍ約為零點(diǎn)幾到幾個(gè)毫西。ｇｍ也可以在轉(zhuǎn)移特性曲線中求出，其大小等于轉(zhuǎn)移特性曲線在工作點(diǎn)處的斜率。也可以由轉(zhuǎn)移特性曲線的函數(shù)表達(dá)式求導(dǎo)得到。（２）極間電容。場(chǎng)效應(yīng)管的三個(gè)電極間有極間電容，即柵源電容ＣＧＳ、柵漏電容ＣＧＤ、漏源電容ＣＤＳ，它們由ＰＮ結(jié)的結(jié)電容及分布電容組成，通常在皮法數(shù)量級(jí)。管子在高頻下應(yīng)用時(shí)，要考慮這些電容的影響。６．２．２絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管是由金屬、氧化物和半導(dǎo)體材料構(gòu)成的，因此又叫ＭＯＳ管，可以用ＭＯＳＦＥＴ表示。絕緣柵型場(chǎng)效應(yīng)管分為增強(qiáng)型和耗盡型兩種，每一種又包括Ｎ溝道和Ｐ溝道兩種類型。增強(qiáng)型和耗盡型的區(qū)別是：當(dāng)ｕＧＳ＝０時(shí)，存在導(dǎo)電溝道的稱為耗盡型，不存在導(dǎo)電溝道的稱為增強(qiáng)型。下面分別討論這兩種管子的工作原理、特性及主要參數(shù)。１．Ｎ溝道增強(qiáng)型ＭＯＳ管１）結(jié)構(gòu)與符號(hào)以Ｎ溝道為例討論增強(qiáng)型ＭＯＳ管，它是以Ｐ型半導(dǎo)體作為襯底，用半導(dǎo)體工藝技術(shù)制作兩個(gè)高濃度的Ｎ型區(qū)，兩個(gè)Ｎ型區(qū)分別引出一個(gè)金屬電極，作為ＭＯＳ管的源極Ｓ和漏極Ｄ；在Ｐ型襯底的表面生長(zhǎng)一層很薄的ＳｉＯ２絕緣層，絕緣層上引出一個(gè)金屬電極，稱為ＭＯＳ管的柵極Ｇ。Ｂ為從襯底引出的金屬電極，一般工作時(shí)襯底與源極相連。圖６．２．６所示為Ｎ溝道增強(qiáng)型ＭＯＳ管的結(jié)構(gòu)與符號(hào)。符號(hào)中的箭頭表示從Ｐ區(qū)指向Ｎ區(qū)，虛線表示增強(qiáng)型。符號(hào)中的箭頭表示從Ｐ區(qū)指向Ｎ區(qū)，虛線表示增強(qiáng)型。２）工作原理以Ｎ溝道增強(qiáng)型ＭＯＳＦＥＴ為例，簡(jiǎn)單介紹ＭＯＳＦＥＴ的工作原理。如圖６．２．７所示，在柵極Ｇ和源極Ｓ之間加電壓ｕＧＳ，漏極Ｄ和源極Ｓ之間加電壓ｕＤＳ，襯底Ｂ與源極Ｓ相連。（１）ｕＧＳ對(duì)溝道的控制作用。當(dāng)ｕＧＳ≤０時(shí)，無(wú)導(dǎo)電溝道，Ｄ、Ｓ間加電壓時(shí)，也無(wú)電流產(chǎn)生。如圖６．２．７（ａ）所示，當(dāng)柵源短接（即柵源電壓ｕＧＳ＝０）時(shí)，源區(qū)、襯底和漏區(qū)就形成兩個(gè)背靠背的ＰＮ結(jié)，無(wú)論ｕＤＳ的極性如何，其中總有一個(gè)ＰＮ結(jié)是反偏的。如果源極Ｓ與襯底Ｂ相連且接電源ＵＤＳ的負(fù)極，漏極接電源正極時(shí)，漏極和襯底間的ＰＮ結(jié)是反偏的，此時(shí)漏源之間的電阻很大，可高達(dá)

數(shù)量級(jí)，也就是說，Ｄ、Ｓ之間沒有形成導(dǎo)電溝道，因此ｉＤ＝０。

當(dāng)０＜ｕＧＳ＜ＵＧＳ（ｔｈ）時(shí)，即在柵源之間加上正向電壓（柵極接正，源極接負(fù)），則柵極和Ｐ型硅片相當(dāng)于以二氧化硅為介質(zhì)的平板電容器。在正的ｕＧＳ作用下，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)垂直于Ｐ型襯底的電場(chǎng)，但不會(huì)產(chǎn)生電流ｉＧ。這個(gè)電場(chǎng)排斥空穴而吸引電子，故將一部分Ｐ區(qū)中的自由電子吸引到柵極下的襯底表面。但由于ｕＧＳ不夠大，還未形成導(dǎo)電溝道（感生溝道），Ｄ、Ｓ間加電壓后，沒有電流產(chǎn)生。當(dāng)ｕＧＳ＞ＵＧＳ（ｔｈ）時(shí)，此時(shí)正的柵源電壓達(dá)到一定數(shù)值，在電場(chǎng)作用下自由電子在柵極附近的Ｐ型襯底表面形成一個(gè)Ｎ型薄層，稱為反型層，從而產(chǎn)生導(dǎo)電溝道。ｕＧＳ越大，作用于半導(dǎo)體表面的電場(chǎng)越強(qiáng)，吸引到Ｐ型硅表面的電子就越多，導(dǎo)電溝道越厚，溝道電阻將越小，如圖６．２．７（ｂ）所示。

一旦出現(xiàn)了導(dǎo)電溝道，原來(lái)被Ｐ型襯底隔開的兩個(gè)Ｎ＋型區(qū)就被導(dǎo)電溝道連通了。因此，在Ｄ、Ｓ間加電壓后，將有電流ｉＤ產(chǎn)生。一般把在漏源電壓作用下開始導(dǎo)電時(shí)的柵源電壓ＵＧＳ（ｔｈ）稱為開啟電壓。當(dāng)ｕＧＳ＜ＵＧＳ（ｔｈ）時(shí)，ｉＤ＝０，場(chǎng)效應(yīng)管工作于輸出特性曲線的截止區(qū)。（２）ｕＤＳ對(duì)溝道的控制作用。當(dāng)ｕＧＳ一定（滿足ｕＧＳ＞ＵＧＳ（ｔｈ））時(shí)，ｕＤＳ對(duì)溝道的控制作用如圖６．２．８所示。

當(dāng)外加較小的ｕＤＳ時(shí)，漏極電流ｉＤ將隨ｕＤＳ上升而迅速增大，此時(shí)輸出特性曲線的斜率較大。但隨著ｕＤＳ上升，由于溝道存在電位梯度，因此溝道厚度是不均勻的：靠近源端厚，靠近漏端薄，整個(gè)溝道呈楔形分布。當(dāng)ｕＤＳ增加到一定數(shù)值時(shí)（使ｕＧＤ＝ＵＴ），這時(shí)在緊靠漏極處的反型層消失，出現(xiàn)預(yù)夾斷。在預(yù)夾斷處：預(yù)夾斷后，若ｕＤＳ繼續(xù)增加，將形成一夾斷區(qū)（反型層消失后的耗盡區(qū)），夾斷點(diǎn)向源極方向移動(dòng)。值得注意的是，雖然溝道夾斷，但耗盡區(qū)中仍可有電流通過，只有將溝道全部夾斷，才能使ｉＤ＝０。當(dāng)ｕＤＳ繼續(xù)增加時(shí)，ｕＤＳ增加的部分主要降落在夾斷區(qū)，而降落在導(dǎo)電溝道上的電壓基本不變，因而ｕＤＳ上升，ｉＤ趨于飽和，這時(shí)輸出特性曲線的斜率變?yōu)椋?，即由可變電阻區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)。由此可見，預(yù)夾斷點(diǎn)就是可變電阻區(qū)和飽和區(qū)的分界點(diǎn)。３）伏安特性曲線ＭＯＳＦＥＴ的輸出特性是指在柵源電壓ｕＧＳ一定的條件下，漏極電流ｉＤ與漏源電壓ｕＤＳ之間的關(guān)系，即給定一個(gè)ｕＧＳ，就有一條不同的ｉＤ-ｕＤＳ曲線。在ｉＤ-ｕＤＳ坐標(biāo)系下取不同的ｕＧＳ，就可以得到ＭＯＳＦＥＴ的輸出特性曲線，如圖６．２．９所示。由圖可見，該輸出特性曲線與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管相似，ＭＯＳＦＥＴ有三個(gè)工作區(qū)域：可變電阻區(qū)、飽和區(qū)和截止區(qū)。（１）截止區(qū)：當(dāng)ｕＧＳ＜ＵＧＳ（ｔｈ）時(shí)，導(dǎo)電溝道尚未形成，ｉＤ＝０，為截止工作狀態(tài)。（２）可變電阻區(qū)：當(dāng)ｕＤＳ≤（ｕＧＳ－ＵＧＳ（ｔｈ））時(shí)，為可變電阻區(qū)。（３）飽和區(qū)（又稱恒流區(qū)或放大區(qū)）：當(dāng)ｕＧＳ＞ＵＧＳ（ｔｈ），且ｕＤＳ≥（ｕＧＳ－ＵＧＳ（ｔｈ））時(shí)，ＭＯＳＦＥＴ進(jìn)入飽和區(qū)。Ｎ溝道ＭＯＳＦＥＴ的轉(zhuǎn)移特性曲線如圖６．２．１０所示。由于轉(zhuǎn)移特性與輸出特性都是反映ＦＥＴ工作的同一物理過程，所以轉(zhuǎn)移特性可以直接從輸出特性上用作圖法求出。２．Ｎ溝道耗盡型ＭＯＳ管Ｎ溝道耗盡型ＭＯＳＦＥＴ的結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型基本相同。耗盡型ＭＯＳ管的結(jié)構(gòu)圖及符號(hào)如圖６．２．１１所示。對(duì)于Ｎ溝道增強(qiáng)型ＭＯＳＦＥＴ，在ｕＧＳ＝０時(shí)，管內(nèi)沒有導(dǎo)電溝道。而耗盡型則不同，它在ｕＧＳ＝０時(shí)就存在導(dǎo)電溝道。因?yàn)檫@種器件在制造過程中，柵極下面的ＳｉＯ２絕緣層中摻入了大量堿金屬正離子這些正離子的作用如同加正的柵源電壓并與ｕＧＳ＞ＵＧＳ（ｔｈ）時(shí)相似，能在Ｐ型襯底表面產(chǎn)生垂直于襯底的自建電場(chǎng)，排斥空穴，吸引電子，從而形成表面導(dǎo)電溝道，稱為原始導(dǎo)電溝道。由于ｕＧＳ＝０時(shí)就存在原始溝道，所以只要此時(shí)ｕＤＳ＞０，就有漏極電流ｉＤ。如果ｕＧＳ＞０，由于絕緣層的存在，并不會(huì)產(chǎn)生柵極電流，但指向襯底的電場(chǎng)加強(qiáng)，溝道變寬，漏極電流ｉＤ將會(huì)增大。反之，若ｕＧＳ＜０，則柵壓產(chǎn)生的電場(chǎng)與正離子產(chǎn)生的自建電場(chǎng)方向相反，總電場(chǎng)減弱，溝道變窄，溝道電阻變大，ｉＤ減小。當(dāng)ｕＧＳ繼續(xù)變負(fù)，等于某一閾值電壓時(shí)，溝道將完全被夾斷，ｉＤ＝０，ＭＯＳ管進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。此時(shí)的柵源電壓稱為夾斷電壓ＵＧＳ（ｏｆｆ）。Ｎ溝道耗盡型ＭＯＳＦＥＴ的輸出特性和轉(zhuǎn)移特性如圖６．２．１２（ａ）和圖６．２．１２（ｂ）所示。耗盡型ＭＯＳ管的工作區(qū)域同樣可以分為截止區(qū)、可變電阻區(qū)和飽和區(qū)。所不同的是Ｎ溝道耗盡型ＭＯＳ管的夾斷電壓ＵＧＳ（ｏｆｆ）為負(fù)值，而Ｎ溝道增強(qiáng)型ＭＯＳ管的開啟電壓ＵＧＳ（ｔｈ）為正值。Ｎ溝道耗盡型ＭＯＳＦＥＴ可以在正或負(fù)的柵源電壓下工作，而且基本上無(wú)柵流，這是耗盡型ＭＯＳＦＥＴ的重要特點(diǎn)之一。與Ｎ溝道ＭＯＳ管相似，Ｐ溝道ＭＯＳ管也有增強(qiáng)型和耗盡型兩種。為了能正常工作，Ｐ溝道ＭＯＳ管外加的ｕＤＳ必須是負(fù)值，開啟電壓ＵＧＳ（ｔｈ）也是負(fù)值，但夾斷電壓ＵＧＳ（ｏｆｆ）為正值。實(shí)際的電流方向?yàn)榱鞒雎O。３．ＭＯＳＦＥＴ的主要參數(shù)由于耗盡型ＭＯＳＦＥＴ與ＪＦＥＴ均屬于耗盡型管，故其參數(shù)與ＪＦＥＴ相同。只是增強(qiáng)型ＭＯＳＦＥＴ不用夾斷電壓ＵＧＳ（ｏｆｆ），而用開啟電壓ＵＧＳ（ｔｈ）來(lái)表征ＭＯＳ管的參數(shù)。６．３共射極放大電路實(shí)際中常常需要把一些微弱信號(hào)放大到便于測(cè)量和利用的程度。例如，從收音機(jī)天線接收到的無(wú)線電信號(hào)或者從傳感器得到的信號(hào)，有時(shí)只有微伏或毫伏的數(shù)量級(jí)，必須經(jīng)過放大才能驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器或者進(jìn)行觀察、記錄和控制。所謂放大，表面上是將信號(hào)的幅度由小增大，但是，放大的實(shí)質(zhì)是能量轉(zhuǎn)換，即由一個(gè)能量較小的輸入信號(hào)控制直流電源，使之轉(zhuǎn)換成交流能量輸出，驅(qū)動(dòng)負(fù)載。６．３．１共射極放大電路的工作原理三極管可以利用控制基極電流從而控制集電極電流，達(dá)到放大的目的。利用三極管的上述特性可組成放大電路。三極管有三種基本接法，下面以共發(fā)射極接法為例，說明放大電路的工作原理。１．放大電路的組成圖６．３．１所示為一個(gè)常用ＮＰＮ型ＢＪＴ構(gòu)成的低頻（２０Ｈｚ～１０ｋＨｚ）共射極放大電路。其輸入端接交流信號(hào)源，輸入電壓為ｕｉ；輸出端接負(fù)載，輸出電壓為ｕｏ。電路中各元件的作用：（１）Ｖ（即ＢＴＴ）：起放大作用，是整個(gè)放大電路的核心元件。以基極電流的微弱變化控制集電極電流的較大變化，從而實(shí)現(xiàn)電流放大作用。（２）基極電源ＵＢＢ：保證ＢＪＴ發(fā)射結(jié)處于正向偏置。無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，發(fā)射結(jié)電壓為ＵＢＥ，而當(dāng)輸入信號(hào)ｕｉ作用時(shí)，只引起發(fā)射結(jié)電壓ｕＢＥ的大小變化（即在直流電壓ＵＢＥ基礎(chǔ)上疊加一個(gè)小的交流電壓信號(hào)），而無(wú)方向變化（即發(fā)射結(jié)始終處于正偏）。（３）基極電阻Ｒｂ：和基極電源ＵＢＢ配合提供合適的靜態(tài)基極電流ＩＢ。輸入信號(hào)ｕｉ只引起基極電流ｉＢ的大小變化（在直流電流ＩＢ基礎(chǔ)上疊加一個(gè)小的交流電流信號(hào)），而無(wú)方向變化?；鶚O電阻Ｒｂ的另一作用是防止輸入信號(hào)短路。（４）集電極電源ＵＣＣ：保證ＢＪＴ集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，同時(shí)它又為整個(gè)放大電路提供能量，是電路的能源。（５）集電極電阻Ｒｃ：把集電極電流的變化轉(zhuǎn)換為電壓的變化，從而實(shí)現(xiàn)電壓放大。（６）耦合電容Ｃ１、Ｃ２：在放大電路的輸入端和輸出端分別接入電容Ｃ１、Ｃ２，一方面起到隔直作用，Ｃ１隔斷放大電路與交流輸入信號(hào)源之間的直流通路，Ｃ２隔斷放大電路與負(fù)載ＲＬ之間的直流通路，使交流信號(hào)源、放大電路、負(fù)載三者之間無(wú)直流聯(lián)系；另一方面又起到耦合交流的作用，溝通交流信號(hào)源、放大電路、負(fù)載三者之間的交流通路，保證交流信號(hào)暢通無(wú)阻。為使交流信號(hào)無(wú)損失地傳遞，Ｃ１、Ｃ２取值要大，一般為幾微法至幾十微法，通常采用電解電容，使用時(shí)正負(fù)極性要連接正確。２．工作原理輸入信號(hào)ｕｉ經(jīng)電容Ｃ１加在ＢＪＴ的基極和發(fā)射極之間，從而引起三極管基極和發(fā)射極間電壓ｕＢＥ的變化，導(dǎo)致基極電流ｉＢ隨ｕｉ的增減而作相應(yīng)的增減變化，而集電極電流ｉＣ受ｉＢ控制變化更大，當(dāng)ｉＣ流經(jīng)電阻Ｒｃ時(shí)就產(chǎn)生一個(gè)較大的電壓變化ｉＣＲｃ，而后經(jīng)由Ｃ２耦合輸出，得到一個(gè)放大的輸出電壓信號(hào)ｕｏ。圖６．３．２所示為圖６．３．１所示放大電路中各點(diǎn)電壓、電流的工作波形。３．放大電路的電源簡(jiǎn)化放大電路中同時(shí)使用兩個(gè)直流電源ＵＢＢ和ＵＣＣ實(shí)際是很不方便的，故只要合理地選擇Ｒｂ和Ｒｃ的大小，就可將直流電源ＵＢＢ省去，而只采用單個(gè)電源ＵＣＣ，同樣也能保證ＢＪＴ的發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏，三極管工作于放大區(qū)。利用電位的概念，取共射極放大電路的公共端發(fā)射極作為電位參考點(diǎn)，可省去電源不畫，只標(biāo)出它對(duì)參考點(diǎn)的電位值。同樣，電路中其他各點(diǎn)的電位也都以發(fā)射極作為參考點(diǎn)。于是可規(guī)定：電壓的正方向以公共端為負(fù)端，其他各點(diǎn)為正；電流的正方向以三極管實(shí)際的電流方向作為正方向。簡(jiǎn)化后的放大電路如圖６．３．３所示。６．３．２放大電路的靜態(tài)分析

為了保證放大電路能夠正常工作，且三極管具有電流放大作用，就必須使三極管的發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。因此，即使在無(wú)交流信號(hào)輸入時(shí)（稱為靜態(tài)），三極管也應(yīng)該有合適的極間電壓ＵＢＥ、ＵＣＥ和電流ＩＢ、ＩＣ，它們都是直流量，稱之為靜態(tài)值；而在有交流信號(hào)輸入時(shí)（稱為動(dòng)態(tài)），三極管的極間電壓和電流都將變化，但是，這種變化是在靜態(tài)直流量的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，只有量值大小的變化，沒有方向（即正負(fù)極性）的變化。也就是說，三極管始終維持發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，處于放大狀態(tài)。可見，靜態(tài)直流量的選擇十分重要，直接關(guān)系到放大電路的性能，而靜態(tài)直流量可以通過調(diào)整ＵＣＣ、Ｒｂ、Ｒｃ加以改變。常用的電路求解方法有圖解法和估算法兩種。（１）圖解法：利用ＢＪＴ的特性曲線，通過作圖的方法分析放大電路的靜態(tài)工作情況。它也可以用于分析放大電路的動(dòng)態(tài)工作情況。（２）估算法：在一定條件下，若忽略次要因素，進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕铺幚?，就可利用公式迅速、?jiǎn)便地對(duì)放大電路的靜態(tài)進(jìn)行分析計(jì)算，且得到的結(jié)果仍能滿足工程要求。１．直流通路直流通路表示直流量傳遞的路徑，可以由它來(lái)決定靜態(tài)電壓和電流，即ＵＢＥＱ、ＩＢＱ、ＩＣＱ、ＵＣＥＱ。在畫直流通路圖時(shí)，由于電容的隔直作用使放大電路與信號(hào)源、負(fù)載間的直流聯(lián)系被隔斷，相當(dāng)于開路，從而可繪出無(wú)輸入信號(hào)時(shí)的直流通路，如圖６．３．４所示。２．靜態(tài)工作點(diǎn)的確定

ＢＪＴ的一組靜態(tài)直流量ＵＢＥＱ、ＩＢＱ、ＩＣＱ、ＵＣＥＱ，在ＢＪＴ輸入、輸出特性曲線上以一個(gè)點(diǎn)來(lái)表示，稱為靜態(tài)工作點(diǎn)Ｑ。（１）估算法。

圖6.3.4所示的直流通路包含兩個(gè)獨(dú)立回路：一個(gè)是由直流電源ＵＣＣ、基極電阻Ｒｂ和發(fā)射極組成的基極回路；另一個(gè)是由直流電源ＵＣＣ、集電極負(fù)載電阻Ｒｃ和發(fā)射極組成的集電極回路。對(duì)基極回路有式中：ＵＢＥ為ＢＪＴ發(fā)射結(jié)的正向壓降。因ＢＪＴ在放大區(qū)正常工作時(shí)，發(fā)射結(jié)的正向偏置電壓ＵＢＥ＝０．６～０．７Ｖ（ＮＰＮ型硅管），一般可取為０．７Ｖ。而ＵＣＣ一般為幾伏至幾十伏，故ＵＢＥ可忽略不計(jì)。由ＩＢＱ可得出靜態(tài)時(shí)的集電極電流ＩＣＱ為此時(shí)ＢＪＴ集電極和發(fā)射極之間的電壓ＵＣＥＱ為（２）圖解法。圖解法是根據(jù)ＢＪＴ的輸入、輸出特性曲線，通過作圖的方法確定放大電路的靜態(tài)值，若已知ＢＪＴ的特性曲線如圖６．３．５所示，則用圖解法確定靜態(tài)值的步驟如下。①利用輸入特性曲線確定ＩＢＱ和ＵＢＥＱ。利用如圖６．３．４所示的直流通路，可以列出輸入回路的電壓方程同時(shí)式（６．３．４）中的ＩＢ和ＵＢＥ應(yīng)符合ＢＪＴ輸入特性曲線。輸入特性用函數(shù)式表示為聯(lián)立式（６．３．４）和式（６．３．５），其解就是靜態(tài)工作點(diǎn)，即圖６．３．５（ａ）中同一坐標(biāo)系下兩線的交點(diǎn)Ｑ（ＵＢＥＱ，ＩＢＱ）。②在輸出特性曲線上作直流負(fù)載線。根據(jù)直流通路列出輸出回路電壓方程為或輸出回路電壓方程是一個(gè)直線方程，它在橫軸上的截距為ＵＣＣ（集射極間開路工作點(diǎn)，ＩＣ＝０時(shí)取得），在縱軸上的截距為ＵＣＣ／Ｒｃ（集射極間短路工作點(diǎn)，ＵＣＥ＝０時(shí)取得），直線的斜率為ｔａｎα＝－１／Ｒｃ，因其是由直流通路得出的，且與集電極負(fù)載電阻Ｒｃ有關(guān)，故稱為直流負(fù)載線。如圖６．３．５（ｂ）所示，直流負(fù)載線與對(duì)應(yīng)ＩＢ（即輸入特性上確定的ＩＢ值）的輸出特性曲線的交點(diǎn)就是靜態(tài)工作點(diǎn)Ｑ（ＵＣＥＱ，ＩＣＱ）。顯然，當(dāng)電路中元件參數(shù)改變時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)Ｑ將在直流負(fù)載線上移動(dòng)。上述分析說明，靜態(tài)基極電流ＩＢ確定了直流負(fù)載線上靜態(tài)工作點(diǎn)Ｑ的位置，因而也就確定了ＢＪＴ的工作狀態(tài)。因此，靜態(tài)基極電流ＩＢ被稱為偏置電流，簡(jiǎn)稱偏流。產(chǎn)生偏流的路徑對(duì)應(yīng)直流通路中ＵＣＣ—Ｒｂ—發(fā)射結(jié)—地，稱為偏置電路。當(dāng)ＵＣＣ和Ｒｂ確定后，靜態(tài)基極電流ＩＢ就固定了，所以這種偏置電路稱為固定式偏置電路。３．靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)波形失真的影響對(duì)放大電路的基本要求之一就是輸出波形不能失真，否則就失去了放大的意義。導(dǎo)致放大電路產(chǎn)生失真的原因很多，其中最基本的原因之一就是因靜態(tài)工作點(diǎn)不合適而使放大電路的工作范圍超出了ＢＪＴ特性曲線的線性區(qū)，即進(jìn)入非線性區(qū)域所引起的“非線性失真”。（１）當(dāng)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Ｑ選取得比較低時(shí)，ＩＢＱ較小，致使輸入信號(hào)的負(fù)半周進(jìn)入截止區(qū)而造成ｉＢ、ｉＣ趨于零，輸出電壓出現(xiàn)正半周削波，此即為截止失真。圖６．３．６所示為放大電路產(chǎn)生截止失真時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓和電流波形。

要消除截止失真，唯有抬高靜態(tài)工作點(diǎn)，增大靜態(tài)基極電流ＩＢ，使ＢＪＴ發(fā)射結(jié)的正向偏置電壓始終大于死區(qū)電壓，脫離截止區(qū)。

（２）當(dāng)放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)Ｑ選得太高時(shí)，基極電流ｉＢ雖不失真，但在輸入信號(hào)變至正半周時(shí)，ＢＪＴ工作進(jìn)入飽和區(qū)，致使ｕＣＥ太小，集電結(jié)反向偏壓極低，收集電子的能力削弱，ｉＣ不再增加，而趨于飽和，輸出電壓將維持飽和壓降不變，導(dǎo)致負(fù)半周被削波，此即為飽和失真。圖６．３．７所示為放大電路產(chǎn)生飽和失真時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓和電流波形。要消除飽和失真，就應(yīng)降低靜態(tài)工作點(diǎn)，使靜態(tài)基極電流ＩＢ減小，可通過改變電路參數(shù)予以實(shí)現(xiàn)，如增加Ｒｂ或減小Ｒｃ。６．３．３放大電路的動(dòng)態(tài)分析１．放大電路的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)放大電路放大的對(duì)象是變化量，研究放大電路時(shí)除了要保證放大電路具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)外，更重要的是研究它的放大性能。對(duì)于放大電路的放大性能有兩個(gè)方面的要求：一是放大倍數(shù)要盡可能大；二是輸出信號(hào)要盡可能不失真。衡量放大電路性能的重要指標(biāo)有電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。（１）電壓放大倍數(shù)Ａｕ。放大電路輸出電壓

和輸入電壓

之比稱為放大電路的電壓放大倍數(shù)，即電壓放大倍數(shù)反映了放大電路的放大能力。（２）輸入電阻ｒｉ。放大電路對(duì)信號(hào)源或前級(jí)放大電路而言是負(fù)載，可等效為一個(gè)電阻，該電阻是從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效動(dòng)態(tài)電阻，稱為放大電路的輸入電阻。在電子電路中，往往要求放大電路具有盡可能高的輸入電阻。輸入電阻ｒｉ在數(shù)值上應(yīng)等于輸入電壓的變化量與輸入電流的變化量之比，即ｒｉ＝ΔＵｉ／ΔＩｉ；當(dāng)輸入信號(hào)為正弦交流信號(hào)時(shí)，有（３）輸出電阻ｒｏ。放大電路對(duì)負(fù)載或后級(jí)放大電路而言是信號(hào)源，可以用一個(gè)理想電壓源與內(nèi)阻的串聯(lián)電路來(lái)表示，這個(gè)內(nèi)阻稱為放大電路的輸出電阻，記為ｒｏ。一般要求放大電路具有盡可能小的輸出電阻，最好能遠(yuǎn)小于負(fù)載電阻ＲＬ。輸出電阻在數(shù)值上等于放大電路輸出端開路電壓的變化量與短路電流的變化量之比，即實(shí)際在計(jì)算電路輸出電阻時(shí)，是利用戴維南定理來(lái)求解的。即將信號(hào)源ｕｓ短路，并斷開負(fù)載，在輸出端加ｕｔ，求出電流ｉｔ，則２．放大電路的微變等效電路（１）ＢＪＴ的小信號(hào)電路模型。由于ＢＪＴ是非線性元件，對(duì)放大電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析的最直接方法是圖解法。顯然，這種方法非常麻煩，如果采用小信號(hào)模型分析法，即當(dāng)信號(hào)變化范圍很小時(shí)，可以認(rèn)為ＢＪＴ這個(gè)非線性器件的電壓與電流變化量之間的關(guān)系基本上是線性的，這樣就可以給ＢＪＴ建立一個(gè)小信號(hào)的線性模型，用處理線性電路的方法來(lái)處理ＢＪＴ放大電路。ＢＪＴ在采用共射極接法時(shí)，對(duì)應(yīng)兩個(gè)端口，如圖６．３．８（ａ）所示。輸入端的電壓與電流的關(guān)系可由ＢＪＴ的輸入特性來(lái)確定。在圖６．３．８（ｂ）中，當(dāng)ＢＪＴ工作在輸入特性曲線的線性段時(shí)，輸入端電壓與電流的變化量，即ΔＵＢＥ與ΔＩＢ成正比例關(guān)系。因而可以用一個(gè)等效的動(dòng)態(tài)電阻ｒｂｅ來(lái)表示，即ｒｂｅ＝ΔＵＢＥ／ΔＩＢ，稱為ＢＪＴ的輸入電阻。在常溫下，低頻小功率晶體管的動(dòng)態(tài)輸入電阻ｒｂｅ的計(jì)算式為式中：ＩＥＱ的單位為毫安（ｍＡ）；ｒｂｅ的單位為歐姆（Ω）。輸出端的電壓與電流的關(guān)系可由ＢＪＴ的輸出特性來(lái)確定，在圖６．３．８（ｃ）中，當(dāng)ＢＪＴ工作在放大區(qū)時(shí)，ΔＩＣ＝βΔＩＢ，與ΔＵＣＥ幾乎無(wú)關(guān)，因此，從ＢＪＴ的輸出端看進(jìn)去，可用一個(gè)等效的恒流源來(lái)表示，不過這個(gè)恒流源的電流ΔＩＣ不是孤立的，而是受ΔＩＢ控制，故稱為電流控制電流源，簡(jiǎn)稱受控電流源。由此可見，當(dāng)輸入為交流小信號(hào)時(shí)，ＢＪＴ可用如圖６．３．９（ｂ）所示的電路模型來(lái)代替。這樣就把ＢＪＴ的非線性分析轉(zhuǎn)化為線性分析。（２）放大電路的微變等效電路。放大電路的微變等效電路只是針對(duì)交流分量作用的情況，也就是信號(hào)源單獨(dú)作用時(shí)的電路。為得到微變等效電路，首先要畫出放大電路的交流通路。其原則是：將放大電路中的直流電源和所有電容短路。需注意，這里所說的電源短路，是將直流電源的作用去掉，而只考慮信號(hào)單獨(dú)作用的情況。畫出交流通路后，再將ＢＪＴ用小信號(hào)模型代替，便得到放大電路的微變等效電路。交流通路和微變等效電路如圖６．３．１０所示。用微變等效電路分析法分析放大電路的步驟如下：①用公式估算法計(jì)算Ｑ點(diǎn)的值，并求出Ｑ點(diǎn)處的參數(shù)ｒｂｅ。②由放大電路的交流通路，畫出放大電路的微變等效電路。③利用微變等效電路，可求出空載（即不接負(fù)載ＲＬ）時(shí)，有接上ＲＬ時(shí)，有式（６．３．１３）中，負(fù)號(hào)表示輸出電壓ｕｏ與輸入電壓ｕｉ反相位。該電路的輸入電阻為一般基極偏置電阻Ｒｂ?ｒｂｅ，故式（６．３．１５）可以近似為該電路的輸出電阻為６．３．４分壓式偏置共射極放大電路放大電路的Ｑ點(diǎn)易受電源波動(dòng)、偏置電阻的變化、三極管的更換、元件的老化等因素的影響，而環(huán)境溫度的變化是影響Ｑ點(diǎn)的最主要因素。因?yàn)椋拢剩允且粋€(gè)對(duì)溫度非常敏感的器件，隨溫度的變化，三極管參數(shù)（ＵＢＥ、ＩＣＢＯ、β）會(huì)受到影響，導(dǎo)致Ｑ點(diǎn)變化。因此在一些要求比較高的放大電路中，必須要考慮靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定問題。穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)Ｑ實(shí)際就是穩(wěn)定靜態(tài)電流ＩＣ，因?yàn)闇囟茸兓梗拢剩詤?shù)的變化最終都?xì)w結(jié)于ＩＣ的變化。設(shè)法使ＩＣ維持恒定，也就穩(wěn)定了靜態(tài)工作點(diǎn)。為此，引入分壓式偏置共射極放大電路，如圖6.3.11（ａ）所示。該電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的實(shí)質(zhì)是：利用發(fā)射極電流ＩＥ在電阻Ｒｅ上產(chǎn)生的壓降ＵＥ的變化去影響基極電流ＩＢ。

１．電路特點(diǎn)

（１）利用基極分壓電阻Ｒｂ１和Ｒｂ２固定靜態(tài)基極電位ＵＢ。根據(jù)基爾霍夫電流定律（ＫＣＬ）有Ｉ１＝Ｉ２＋ＩＢ，當(dāng)滿足Ｉ２?ＩＢ（一般?。桑玻剑ǎ怠保埃桑拢r(shí)，則Ｉ１≈Ｉ２。靜態(tài)基極電位為此時(shí)，ＵＢ主要由電路中固定參數(shù)確定，而幾乎與ＢＪＴ參數(shù)無(wú)關(guān)，不受溫度影響。（２）利用射極電阻Ｒｅ將靜態(tài)集電極電流ＩＣ的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，回送到基極（輸入）回路。根據(jù)基爾霍夫電壓定律（ＫＶＬ），有如果滿足ＵＢ?ＵＢＥ，那么靜態(tài)集電極電流為靜態(tài)集射極間的電壓為這樣，集電極電流ＩＣ和集射極電壓ＵＣＥ主要由電路參數(shù)確定，幾乎與ＢＪＴ參數(shù)無(wú)關(guān)。電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的過程為：當(dāng)溫度升高時(shí)，ＩＣ增加，電阻Ｒｅ上壓降增大，由于基極電位ＵＢ固定，則加到發(fā)射結(jié)上的電壓減小，ＩＢ減小，從而使ＩＣ減小，即ＩＣ趨于恒定。調(diào)節(jié)過程可以表示為（３）Ｒｅ兩端并聯(lián)一個(gè)發(fā)射極旁路電容Ｃｅ，以免放大電路的電壓放大倍數(shù)下降。２．靜態(tài)分析根據(jù)前面對(duì)電路特點(diǎn)的分析，很容易求出靜態(tài)參數(shù)，即從而確定了放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。３．動(dòng)態(tài)分析（１）接有射極電容Ｃｅ：因Ｃｅ一般較大，可達(dá)幾十至幾百微法，故可視為交流短路。其對(duì)應(yīng)的交流通路和微變等效電路如圖６．３．１２所示。由微變等效電路可得到輸入、輸出電壓的表達(dá)式為所以輸入電阻為輸出電阻為（２）未接發(fā)射極電容Ｃｅ時(shí)，其對(duì)應(yīng)的微變等效電路如圖６．３．１３所示。由微變等效電路可得到輸入、輸出電壓的表達(dá)式為所以可以看出，去掉發(fā)射極電容后，對(duì)電路的電壓放大倍數(shù)影響很大，使得急劇下降。輸入電阻為此時(shí)，提高了放大電路的輸入電阻。輸出電阻為６．４共集電極與共基極放大電路６．４．１共集電極放大電路共集電極放大電路如圖６．４．１所示。它采用固定偏置電路使ＢＪＴ工作在放大狀態(tài)。交流輸入信號(hào)ｕｓ（Ｒｓ為信號(hào)源內(nèi)阻）從基極送入，輸出信號(hào)從發(fā)射極輸出，由此得名為射極輸出器。而集電極作為交流地，是輸入、輸出回路的公共端，故為共集電極放大電路。１．靜態(tài)分析共集電極放大電路的交、直流通路如圖６．４．２所示。根據(jù)圖６．４．２（ａ）可得于是從而確定了放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。２．動(dòng)態(tài)分析１）電壓放大倍數(shù)由圖６．４．２（ｂ）所示的共集電極電路的交流通路，便可得到如圖６．４．３所示的共集電極放大電路的微變等效電路。根據(jù)ＫＶＬ可列出輸入、輸出回路的電壓方程：輸出回路為輸入回路為電壓放大倍數(shù)的表達(dá)式為在實(shí)際電路中，因?yàn)楣布姌O放大電路的電壓放大倍數(shù)為正實(shí)數(shù)，且小于１而接近于１，這說明：（１）共集電極放大電路的輸出電壓和輸入電壓同相位。（２）共集電極放大電路的輸出電壓的大小接近于輸入電壓。故共集電極放大電路的輸出電壓具有跟隨輸入電壓變化的能力，因而又稱為射極跟隨器。２）輸入電阻根據(jù)可得而輸入電流為所以可見，與共射極放大電路相比，共集電極放大電路的輸入電阻要高得多，可高出幾十至幾百倍。３）輸出電阻按照輸出電阻定義的表達(dá)式可畫出共集電極電路求ｒｏ的等效電路，如圖６．４．４所示。根據(jù)等效電路可得式中：則所以可見共集電極放大電路的輸出電阻是很低的，它遠(yuǎn)小于共射極放大電路的輸出電阻（ｒｏ＝Ｒｃ），約為幾十至幾百歐。３．共集電極放大電路的應(yīng)用共集電極放大電路雖然沒有電壓放大作用，但有電流放大作用和功率放大作用，故仍屬于放大電路之列，利用共集電極電路的特點(diǎn)，使它在放大電路的很多地方得到廣泛的應(yīng)用。（１）作為放大電路、測(cè)量?jī)x器的輸入級(jí)，是利用其輸入電阻高的特點(diǎn)。它可以降低輸入電流，減輕信號(hào)源的負(fù)擔(dān)；提高輸入電壓，減小信號(hào)損失；當(dāng)它作為測(cè)量?jī)x器的輸入級(jí)接入被測(cè)電路時(shí)，由于其分流作用小，對(duì)被測(cè)電路的影響就小，提高了測(cè)量精確度。（２）作為放大電路的輸出級(jí)，是利用其輸出電阻低的特點(diǎn)。它可以提高放大器的帶負(fù)載能力，增強(qiáng)輸出電壓的穩(wěn)定性。（３）作為多級(jí)放大電路的中間級(jí)，起阻抗變換作用。其高輸入電阻可提高前級(jí)的電壓放大倍數(shù)，減小前級(jí)的信號(hào)損失；其低輸出電阻可提高后級(jí)輸入電壓，這對(duì)輸入電阻小的共射極放大電路十分有益。所以，共集電極電路作為中間級(jí)有利于提高整個(gè)電路的電壓放大倍數(shù)。６．４．２共基極放大電路共基極放大電路及其微變等效電路如圖６．４．５（ａ）、（ｂ）所示。由圖６．４．５可見：該電路的偏置方式與分壓式偏置共射極放大電路完全相同，故靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算可直接利用式（６．３．１８）～（６．３．２０）來(lái)求解。電路構(gòu)成的特點(diǎn)：（１）射極電阻Ｒｅ同樣起著穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的作用。（２）信號(hào)改由發(fā)射極輸入。（３）增加了基極電容Ｃｂ，使基極成為信號(hào)輸入和輸出的公共端，即形成共基極電路。共基極放大電路，信號(hào)由發(fā)射極輸入，自集電極輸出，故無(wú)電流放大作用，但它的電流放大倍數(shù)小于１而接近于１，具有電流跟隨作用，所以又將共基極放大電路稱為電流跟隨器。共基極放大電路有電壓放大和功率放大作用。輸出電壓與輸入電壓相位相同。輸入電阻比共射極放大電路還要小，而輸出電阻與共射極放大電路相同。這種放大電路的主要特點(diǎn)是通頻帶寬，穩(wěn)定性好，具有恒流輸出特性，適用于要求通頻帶寬和頻率較高的場(chǎng)合。式（６．４．７）～（６．４．９）是根據(jù)圖６．４．５（ｂ）所示共基極放大電路的微變等效電路推導(dǎo)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)計(jì)算公式。具體推導(dǎo)過程可參照共射極放大電路（或共集電極放大電路）動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)的分析方法。式中：