《電路與電子技術(shù)》課件第8章

第8章半導(dǎo)體三極管及 其基本放大電路8.1半導(dǎo)體三極管8.2基本放大電路分析8.3靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定與分壓式偏置電路8.4共集電極放大電路8.5共集極基本放大電路8.6多級(jí)放大器8.7場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其放大電路習(xí)題8

8.1.1半導(dǎo)體三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)

半導(dǎo)體三極管又稱晶體三極管，簡(jiǎn)稱三極管，它是放大電路中的核心器件。其外形如圖8.1所示，結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖8.2所示。

8.1半導(dǎo)體三極管

圖8.1三極管的外形圖8.2三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)(a)NPN型結(jié)構(gòu)；(b)PNP型結(jié)構(gòu)；(c)NPN型符號(hào)；(d)PNP型符號(hào)

從圖8.2(a)和(b)可看出，三極管有三個(gè)區(qū)，分別是發(fā)射區(qū)、基區(qū)和集電區(qū)；有兩個(gè)PN結(jié)，分別是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)；有三個(gè)電極，分別是發(fā)射極、基極和集電極。根據(jù)PN結(jié)的組合方式不同，可形成NPN型和PNP型三極管，對(duì)應(yīng)的符號(hào)如圖8.2(c)和(d)所示。從發(fā)射極箭頭的方向可判斷出是NPN型或PNP型三極管。圖中標(biāo)注的電流方向?yàn)榘l(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏時(shí)電流的實(shí)際方向。需要說(shuō)明的是，三個(gè)區(qū)的面積大小不一樣，各有特殊作用，故發(fā)射極和集電極不能調(diào)換使用。8.1.2三極管的電流放大作用

三極管最重要的特性是其具有電流放大作用，但要使三極管工作在放大狀態(tài)，必須具備兩個(gè)條件：一是必須以正確的連接方式將三極管接在輸入輸出回路中，按公共端的不同，可連接成三種基本組態(tài)(共發(fā)射極、共基極和共集電極)，如圖8.3所示，不同的連接方式，其特性存在較大差異；二是必須外加正確的直流偏置電壓，即發(fā)射結(jié)要正向偏置，集電結(jié)要反向偏置。圖8.4所示電路為共發(fā)射極電路，圖中UCC＞UBB，三個(gè)電極的電位關(guān)系為UC＞UB＞UE。如果使用PNP型管，應(yīng)將基極電源和集電極電源的極性反過(guò)來(lái)，使得UC＜UB＜UE，三個(gè)電流IB、IC和IE的方向也要反過(guò)來(lái)。

圖8.3三極管的三種組態(tài)(a)共發(fā)射極；(b)共基極；(c)共集極圖8.4測(cè)試三極管電流放大作用的實(shí)驗(yàn)電路

表8.1三極管電流放大實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)

通過(guò)分析表8.1的實(shí)驗(yàn)測(cè)試數(shù)據(jù)，可得到以下結(jié)論：

(1)三極管各電極電流的關(guān)系滿足

IE=IB＋I(xiàn)C (10.1)

且IB很小，IC≈IE。

(2)IC與IB的比值基本保持不變，其大小由三極管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)決定，定義該比值為共射極電路的直流電流放大倍數(shù)，用β表示，即

(8.2)

式(8.2)表明，當(dāng)三極管工作在放大狀態(tài)時(shí)，集電極電流始終是基極電流的β倍。

(3)IC與IB的變化量ΔIC與ΔIB的比值也基本保持不變，定義該比值為共射極電路的交流電流放大倍數(shù)，用β表示，即

(8.3)

從式(8.3)可知，當(dāng)基極電流IB有一微小變化ΔIB時(shí)，集電極電流IC將得到一個(gè)較大的變化ΔIC，且β遠(yuǎn)大于1。這表明三極管是一個(gè)電流控制元件，即基極電流IB對(duì)集電極電流IC具有控制作用，這就是三極管的電流放大作用。

需要注意的是，當(dāng)IB=0(基極開(kāi)路)時(shí)，IC≠0，而是有一微小電流值(硅管為μA級(jí)，鍺管為mA級(jí))，稱為穿透電流，用ICEO表示。工程計(jì)算時(shí)，常忽略ICEO，故可認(rèn)為β≈β。8.1.3三極管的伏安特性曲線

通常用三極管的各極電流與電壓之間的關(guān)系曲線來(lái)描述三極管的外部特性，輸入回路的伏安關(guān)系用輸入特性曲線來(lái)表示，輸出回路的伏安關(guān)系用輸出特性曲線來(lái)表示。特性曲線可通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試或用晶體管圖示儀獲得。

1.輸入特性曲線

三極管的輸入特性是指當(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)，如圖8.5(a)所示。從圖中可知，輸入特性曲線和二極管正向特性曲線相似，硅管死區(qū)電壓約為0.5V，鍺管約為0.2V；導(dǎo)通電壓硅管約為0.6～0.7V，鍺管約為0.2～0.3V；且當(dāng)UCE增大時(shí)，輸入特性曲線右移，但在UCE≥2V后曲線重合。

2.輸出特性曲線

輸出特性曲線是指當(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具有控制作用，因此不同的基極電流IB將有不同的IC－UCE關(guān)系，由此得到圖8.5(b)所示的一簇曲線，這就是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，即放大區(qū)、飽和區(qū)和截止區(qū)，它們分別表示了三極管的三種工作狀態(tài)：放大、飽和和截止。三極管工作在不同區(qū)域，特點(diǎn)也各不相同。

圖8.5三極管共射極電路的特性曲線(a)輸入特性曲線；(b)輸出特性曲線

(1)放大區(qū)：指曲線上IB>0和UCE>1V之間的部分，此時(shí)發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，三極管處于放大狀態(tài)。放大區(qū)的特征是當(dāng)IB不變時(shí)IC也基本不變，即具有恒流特性；當(dāng)IB變化時(shí)，IC也隨之變化，且IC≈βIB，這就是三極管的電流放大作用。

(2)截止區(qū)：指曲線上IB≤0的區(qū)域，此時(shí)發(fā)射結(jié)反偏，三極管為截止?fàn)顟B(tài)，IC很小，集電極與發(fā)射極間相當(dāng)于開(kāi)路，三極管相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)。

(3)飽和區(qū)：指曲線上UCE≤UBE的區(qū)域，此時(shí)IC與IB無(wú)對(duì)應(yīng)關(guān)系，集電極與發(fā)射極之間的壓降稱為飽和電壓，用UCES表示。硅管的UCES約為0.3V，鍺管的UCES約為0.1V，三極管相當(dāng)于開(kāi)關(guān)的閉合狀態(tài)。飽和時(shí)的集電極電流IC稱為臨界飽和電流，用ICS表示，大小為

(8.4)

從以上分析可知，若三極管交替工作在飽和區(qū)與截止區(qū)，則其C、E間相當(dāng)于一個(gè)開(kāi)關(guān)，飽和時(shí)閉合，截止時(shí)斷開(kāi)，該特性稱為三極管的“開(kāi)關(guān)特性”，在數(shù)字電路中應(yīng)用廣泛。8.1.4三極管的主要參數(shù)

三極管的參數(shù)很多，其主要參數(shù)有以下三個(gè)。

1.電流放大倍數(shù)

共射極電流放大倍數(shù)為β；共基極電流放大倍數(shù)為α，α定義為集電極電流IC與發(fā)射極電流IE的變化量之比，即

(8.5)

2.極間反向電流

極間反向電流是表征三極管工作穩(wěn)定性的參數(shù)。當(dāng)環(huán)境溫度增加時(shí)，極間反向電流會(huì)增大。

(1)集電結(jié)反向飽和電流ICBO：指發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極和基極之間的電流。室溫下，小功率硅管的ICBO一般小于1μA，鍺管約為10μA。

(2)穿透電流ICEO：指基極開(kāi)路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的電流。因?yàn)镮CEO=(1＋β)ICBO，所以ICEO比ICBO大得多，因β、ICBO和ICEO會(huì)隨著溫度的升高而變大，故在穩(wěn)定性要求較高的電路中或環(huán)境溫度變化較大的時(shí)候，應(yīng)該選用受溫度影響小的硅管。

3.極限參數(shù)

極限參數(shù)是表征三極管能夠安全工作的臨界條件，也是選擇管子的依據(jù)。

(1)集電極最大允許電流ICM：指當(dāng)集電極電流IC增大到一定程度，β出現(xiàn)明顯下降時(shí)的IC值。如果三極管在使用中出現(xiàn)集電極電流大于ICM的情況，則這時(shí)管子不一定會(huì)損壞，但它的性能將明顯下降。

(2)集電極最大允許功耗PCM。三極管工作時(shí)，應(yīng)使集電極功率損耗UCEIC≤PCM。若集電極功耗超過(guò)PCM，集電結(jié)的結(jié)溫會(huì)大大升高，嚴(yán)重時(shí)管子將被燒壞。

(3)反向擊穿電壓。U(BR)CEO為基極開(kāi)路時(shí)，集電結(jié)不致?lián)舸┒试S加在集—射極之間的最高電壓；

圖8.6三極管的安全工作區(qū)

U(BR)CBO為發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電結(jié)不致?lián)舸┒试S加在集—基極之間的最高電壓；

U(BR)EBO為集電極開(kāi)路時(shí)，發(fā)射結(jié)不致?lián)舸┒试S加在射—基極之間的最高電壓。這些參數(shù)的大小關(guān)系為U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBO。

根據(jù)以上三個(gè)極限參數(shù)ICM、PCM和U(BR)CEO可以確定三極管的安全工作區(qū)，如圖10.6所示。這是一條雙曲線，曲線左側(cè)所包圍面積內(nèi)三極管集電極的功耗小于PCM，故稱為安全工作區(qū)；右側(cè)集電極的功耗則大于PCM，故稱為過(guò)損耗區(qū)。

放大電路又稱放大器，是電子設(shè)備中的核心部分，其主要作用是對(duì)輸入的信號(hào)進(jìn)行放大，從而推動(dòng)負(fù)載工作。所謂放大，實(shí)質(zhì)上就是將直流電源的能量轉(zhuǎn)化為具有一定大小且隨著輸入信號(hào)變化而變化的輸出信號(hào)，也可以講放大器是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器。

放大電路分為共發(fā)射極放大電路、共集電極放大電路和共基極放大電路三種基本形式。本節(jié)以應(yīng)用廣泛的共發(fā)射極放大電路為例，討論放大電路的組成和靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置。8.2基本放大電路分析8.2.1基本放大電路的組成

圖8.7(a)所示為雙電源供電的共射極放大電路，V是一個(gè)NPN型三極管，作用是放大電流；VCC是輸出回路的電源，作用是為輸出信號(hào)提供能量；RC是集電極負(fù)載電阻，作用是把電流的變化轉(zhuǎn)換成電壓的變化；基極電源VBB和基極偏置電阻RB的作用是為發(fā)射結(jié)提供正向偏置電壓和合適的基極電流IB；C1、C2稱為隔直電容，作用是隔直流、通交流信號(hào)。圖8.7(b)為單電源供電的共射極放大電路，只要RB>>RC，單電源就可代替雙電源的作用。

圖8.7共射極基本放大電路(a)雙電源供電共射極放大電路；(b)單電源供電共射極放大電路為了使三極管工作在放大狀態(tài)，首先必須保證發(fā)射結(jié)為正向偏置，集電結(jié)為反向偏置；其次為了保證放大電路能盡可能不失真地放大交流信號(hào)，必須在靜態(tài)(ui=0)時(shí)，三極管的各極都要有一個(gè)合適的工作電壓和電流，即給放大器設(shè)置一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。8.2.2靜態(tài)工作點(diǎn)的估算

靜態(tài)工作點(diǎn)是指靜態(tài)時(shí)，在晶體管的輸出特性曲線上，由IB、IC和UCE組成的一個(gè)點(diǎn)，記為Q點(diǎn)，其坐標(biāo)分別記為IBQ、ICQ和UCEQ，如圖8.8所示。

計(jì)算Q點(diǎn)坐標(biāo)時(shí)可先畫(huà)出放大電路的直流通路，即讓C1、C2開(kāi)路，如圖10.9所示；然后列出輸入和輸出回路電壓方程，即可估算出IBQ、ICQ和UCEQ。

由圖8.9知，基極回路電壓方程為

VCC=RBIBQ＋UCE

考慮管壓降UBE很小可以忽略，得到

(8.6)

ICQ=βIBQ (8.7)

集電極回路電壓方程為

UCEQ=VCC－ICQRC (8.8)

以上是計(jì)算放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的估算法，它的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)是不直觀，無(wú)法直觀地判斷Q點(diǎn)的位置是否合適。

圖8.8靜態(tài)工作點(diǎn)圖8.9共射極放大電路的直流通路8.2.3放大電路的圖解法分析

圖解分析是指已知電路參數(shù)RB、RC和UCC，以及晶體管的輸入、輸出特性曲線，利用作圖的方法分析放大電路的工作情況。

1.靜態(tài)分析

靜態(tài)分析的任務(wù)是確定Q點(diǎn)的IBQ、ICQ和UBEQ。方法是利用式(10.6)求出IBQ，然后在晶體管輸出特性曲線上做出與RC和UCC支路的電壓方程UCE=UCC－ICRC所對(duì)應(yīng)的直線，該電壓方程稱為直流負(fù)載線方程，對(duì)應(yīng)的直線稱為直流負(fù)載線。直流負(fù)載線與對(duì)應(yīng)IBQ值的輸出特性曲線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)。

具體做法是：選取兩個(gè)特殊點(diǎn)，當(dāng)UCE=0時(shí)，IC=VCC/RC，它對(duì)應(yīng)于縱軸上的一個(gè)點(diǎn)(0，VCC/RC)；當(dāng)IC=0時(shí)，UCE=VCC，它對(duì)應(yīng)于橫軸上的一個(gè)點(diǎn)(VCC，0)，連接這兩點(diǎn)的直線即為直流負(fù)載線，其斜率為－1/RC，如圖8.8所示。

圖8.10放大電路的交流通路

2.動(dòng)態(tài)分析

放大器輸入端加入信號(hào)時(shí)，電路的工作狀態(tài)是動(dòng)態(tài)的。動(dòng)態(tài)分析的任務(wù)是分析放大器的動(dòng)態(tài)工作情況，計(jì)算電壓放大倍數(shù)。首先要畫(huà)出放大電路的交流通路，交流通路的做法是將C1、C2短路，由于電源內(nèi)阻較小可忽略，因而可將電源對(duì)地短路，如圖8.10所示。

1)動(dòng)態(tài)工作情況

放大器的動(dòng)態(tài)工作情況如圖8.11所示。

圖8.11放大器的動(dòng)態(tài)工作情況圖中文字符號(hào)的含義是：

(1)小寫(xiě)的字母和小寫(xiě)的下角標(biāo)，表示瞬時(shí)值，如ib、ic、ube、uce、uo等。

(2)大寫(xiě)的字母和大寫(xiě)的下角標(biāo)，表示直流量，如IB、IC、UBE、UCE等。

(3)大寫(xiě)的字母和小寫(xiě)的下角標(biāo)，表示交流量的有效值，如Ui、Uo等。

(4)小寫(xiě)的字母和大寫(xiě)的下角標(biāo)，表示交流量和直流量的疊加總量，如iB=IB＋ib，iC=IC＋ic，uCE=UCE＋uce，uBE=UBE＋ube。

從圖8.11可以看出，當(dāng)ui=0(靜態(tài))時(shí)，uBE=UBEQ，iB=IBQ，輸入回路的工作點(diǎn)位于Q點(diǎn)；當(dāng)ui以正弦規(guī)律變化時(shí)，UBE隨之變化，波形與ui相同，其結(jié)果使得輸入回路的工作點(diǎn)Q沿著輸入特性曲線上下移動(dòng)。

在輸出特性曲線上，可利用直流負(fù)載線做出交流負(fù)載線。交流負(fù)載線是動(dòng)態(tài)時(shí)輸出回路工作點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，做法是過(guò)Q點(diǎn)做斜率為－1/(RC∥RL)的直線，該直線即為交流負(fù)載線。iB變化引起iC、uCE的變化，但ic和ib同波形同相位，而uce與ib同波形卻反相，即uo與ui反相，這表明共射極放大電路的輸入電壓和輸出電壓反相。

2)電壓放大倍數(shù)

利用圖8.11中的ui和uo幅值，可以求出電壓放大倍數(shù)Au：

(8.9)

3)放大電路的非線性失真

從圖8.11可看出，若Q點(diǎn)處于交流負(fù)載線的中點(diǎn)附近，輸入電壓大小合適，放大器就能不失真地放大信號(hào)。但當(dāng)輸入電壓過(guò)大，或者Q點(diǎn)過(guò)低、過(guò)高時(shí)，動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)在變化中就可能進(jìn)入非線性區(qū)，使輸出產(chǎn)生非線性失真，該失真分為截止失真和飽和失真。截止失真是由于Q點(diǎn)過(guò)低，動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)入截止區(qū)而產(chǎn)生的非線性失真；飽和失真是由于Q點(diǎn)過(guò)高，動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)而產(chǎn)生的非線性失真。截止失真和飽和失真時(shí)輸入輸出電壓的波形如圖8.12和圖8.13所示。

圖8.12截止失真

圖8.13飽和失真

4)放大電路的參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響

在共射極基本放大電路中，當(dāng)VCC、RB、RC及β發(fā)生變化時(shí)，Q點(diǎn)的位置也將隨之改變。下面分別進(jìn)行討論。

(1)在其它參數(shù)保持不變時(shí)，VCC升高，則直流負(fù)載線平行右移，Q點(diǎn)將移向右上方，此時(shí)交流負(fù)載線也將平行右移，放大電路的動(dòng)態(tài)工作范圍增大，但由于ICQ、UCEQ同時(shí)增大，使三極管的靜態(tài)功耗變大，因而應(yīng)防止工作點(diǎn)超出三極管安全工作區(qū)的范圍。反之，若UCC減小，則Q點(diǎn)向左下方移動(dòng)，管子更加安全，但動(dòng)態(tài)工作范圍將縮小，見(jiàn)圖8.14(a)。

圖8.14放大電路的參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響

(2)若其它參數(shù)不變，增大RB，直流負(fù)載線的位置不變，但因IBQ減小，故Q點(diǎn)沿直流負(fù)載線下移，靠近截止區(qū)，輸出波形易產(chǎn)生截止失真；若RB減小，則Q點(diǎn)沿直流負(fù)載線上移，靠近飽和區(qū)，易產(chǎn)生飽和失真，見(jiàn)圖8.14(b)。

(3)若其它參數(shù)不變，增大RC，則直流負(fù)載線要比原來(lái)更平坦，因IBQ不變，故Q點(diǎn)將移近飽和區(qū)，使動(dòng)態(tài)工作范圍變小，易于發(fā)生飽和失真；若RC減小，則直流負(fù)載線變陡，Q點(diǎn)右移，使UCEQ增大，管子的靜態(tài)功耗也增大，見(jiàn)圖8.14(c)。

(4)若其它參數(shù)不變，增大β，則三極管的輸出特性曲線如虛線所示，此時(shí)直流負(fù)載線不變，IBQ不變，但由于同樣的IBQ值對(duì)應(yīng)的曲線升高，故Q點(diǎn)將沿著直流負(fù)載線上移，則ICQ增大，UCEQ減小，Q點(diǎn)靠近飽和區(qū)；若β減小，則ICQ減小，Q點(diǎn)將沿直流負(fù)載線下移，見(jiàn)圖8.14(d)。8.2.4微變等效電路法

1.簡(jiǎn)化的等效電路

所謂等效，就是替代前后電路的伏安關(guān)系不變。

由于三極管輸入、輸出端的伏安關(guān)系可用其輸入、輸出特性曲線來(lái)表示，因此在輸入特性放大區(qū)Q點(diǎn)附近，其特性曲線近似為一段直線，即ΔiB與ΔuBE成正比，如圖8.15(a)所示，故三極管的B、E間可用一等效電阻rbe來(lái)代替。從輸出特性看，在Q點(diǎn)附近的一個(gè)小范圍內(nèi)，可將各條輸出特性曲線近似認(rèn)為是水平的，而且相互之間平行等距，即集電極電流的變化量ΔiC與集電極電壓的變化量ΔuCE無(wú)關(guān)，而僅取決于ΔiB，即ΔiC=βΔiB，如圖8.15(b)所示，故在三極管的C、E間可用一個(gè)線性的受控電流源來(lái)等效，其大小為βΔiB。

三極管的等效電路如圖8.16所示。由于該等效電路忽略了uCE對(duì)iB、iC的影響，所以又稱為簡(jiǎn)化微變等效電路。

圖8.15輸入和輸出特性曲線的線性近似

2.rbe的近似計(jì)算公式

rbe稱為三極管的輸入電阻，在中低頻時(shí)，它的大小近似為

(8.10)

圖8.16三極管等效電路

3.Ri、Ro和Au的計(jì)算

動(dòng)態(tài)分析的目的是為了確定放大電路的輸入電阻Ri、輸出電阻Ro和電壓放大倍數(shù)Au。其方法是先畫(huà)出交流通路，圖8.7(b)的交流通路如圖8.10所示；然后根據(jù)交流通路畫(huà)出微變等效電路，圖8.10所對(duì)應(yīng)的微變等效電路如圖8.17所示。

由微變等效電路可求出Ri、Ro和Au。.

圖8.17微變等效電路因?yàn)?/p>

其中

放大倍數(shù)

(8.11)

式中的負(fù)號(hào)表示輸出電壓與輸入電壓反相。從式中可看出提高電壓放大倍數(shù)的一種有效的辦法是增大負(fù)載電阻RL′。

輸入電阻

(8.12)

輸入電阻Ri的大小是衡量放大電路性能的參數(shù)之一，Ri越大，表示放大電路從信號(hào)源獲取信號(hào)的能力越強(qiáng)。

輸出電阻

(8.13)

輸出電阻Ro的大小是衡量放大電路性能的又一重要參數(shù)，Ro越小，表示放大電路的輸出端帶負(fù)載的能力越強(qiáng)。

總體來(lái)講，我們希望放大電路有較大的Au和Ri，較小的Ro。

.

【例8.1】在圖8.18所示的共發(fā)射極基本放大電路中，已知β=80，RB=282kΩ，RC=RL=1.5kΩ，UCC=12V。試求Q點(diǎn)和Au、Ri、Ro的值。若Ui=102mV，Uo為多少？

圖8.18例8.1電路圖

解設(shè)UBEQ=0.7V，則Q點(diǎn)的值為

ICQ=βIBQ=80×40×10－6=3.2mA

UCEQ=UCC－ICQRC=12－3.2×1.5=7.2V

由于

IEQ=ICQ＋I(xiàn)BQ=3.2＋0.04=3.24mA

因此

Ri=RB∥rbe=282∥0.95≈0.95kΩ

Ro=RC=1.5kΩ

則

三極管是一種對(duì)溫度十分敏感的元件，溫度變化主要影響管子的UBE、IB、ICBO、β等參數(shù)。溫度升高時(shí)，β、ICBO和UBE的變化都會(huì)使ICQ增加，從而使Q點(diǎn)向上移動(dòng)。如果溫度降低，則將使ICQ減小，Q點(diǎn)向下移動(dòng)。當(dāng)Q點(diǎn)變動(dòng)太大時(shí)，有可能使輸出信號(hào)出現(xiàn)失真。因此，在實(shí)際工作中，必須采取措施穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，使放大器能正常工作。圖8.19顯示了UBE的變化對(duì)Q點(diǎn)的影響。8.3靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定與分壓式偏置電路

圖8.19

UBE對(duì)Q點(diǎn)的影響

1.分壓式偏置電路

分壓式偏置電路如圖8.20所示。

分壓式偏置電路的工作原理如下。

(1)利用基極電阻RB1、RB2分壓來(lái)保持基極電位UB基本不變，設(shè)計(jì)時(shí)要使IB遠(yuǎn)小于I1，讓I1≈I2，即

(8.14)

當(dāng)UB>>UBE時(shí)，有

(8.15)

顯然ICQ≈IE是固定不變的，與晶體三極管的ICBO和β無(wú)關(guān)。

圖8.20分壓式偏置電路

(2)利用RE形成電流負(fù)反饋，控制IC。當(dāng)IC隨著溫度T的升高而增大時(shí)，利用RE形成電流負(fù)反饋，維持IC基本不變，其過(guò)程如下：

T(℃)↑→IC↑→IE↑→UE↑(因UB固定)→UBE=(UB－UE)↓→IB↓→IC↓

故此電路也稱為電流負(fù)反饋工作點(diǎn)穩(wěn)定電路。

(3)穩(wěn)定條件。從穩(wěn)定工作點(diǎn)的效果看，I1和UB應(yīng)越大越好。但在實(shí)際應(yīng)用中，它們要受到其它因素的限制。若I1大，電路從電源吸取的功率也必然大，且要減小RB1和RB2，這將使輸入電阻Ri減?。籙B大，必然使UE增大，UCE就要減小，即最大輸出電壓幅度減小。通常可采用下列經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)：

I1=(5~10)IB，UB=3~5V(硅管)

I1=(10~20)IB，UB=1~3V(鍺管)

利用這兩組經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)選擇電路參數(shù)，就可基本滿足穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的要求。

(4)CE的作用。如果沒(méi)有電容CE，則RE不僅對(duì)直流有負(fù)反饋?zhàn)饔?，而且?duì)交流信號(hào)也有負(fù)反饋?zhàn)饔茫@將使輸出信號(hào)變小，電壓放大倍數(shù)降低。為了消除RE上的交流壓降，可并聯(lián)上一個(gè)大的電容CE，其作用是對(duì)交流旁路，即對(duì)交流信號(hào)，RE被CE短路，使RE不對(duì)交流信號(hào)產(chǎn)生反饋，故稱CE為射極交流旁路電容。

圖8.21分壓式偏置電路的直流通路

2.電路的分析計(jì)算

(1)靜態(tài)分析。

先畫(huà)出直流通路，如圖8.21所示。

設(shè)I1≈I2，I1>>IBQ，則

一般情況下，

UCEQ=VCC－ICQRC－IEQRE

(2)動(dòng)態(tài)分析。微變等效電路如圖8.22所示。

由微變等效電路知

其中 RL'=RC∥RL

則電壓放大倍數(shù)為

(8.16)

放大電路的輸入電阻為

放大電路的輸出電阻為

【例8.2】在圖10.20所示的放大電路中，已知VCC=12V，β=50，RB1=10kΩ，RB2=20kΩ，RE=RC=

2kΩ，RL=4kΩ。求：

(1)靜態(tài)工作點(diǎn)Q；

(2)電壓放大倍數(shù)Au、輸出電阻Ro、輸入電阻Ri。

.

圖8.22分壓式偏置電路的微變等效電路

解

(1)由于

故

UCEQ=UCC－ICQ(RC＋RE)=12－1.65×(2＋2)=5.4V

(2)由于

RL’=RC∥RL=2∥4=1.33kΩ

故

Ri=RB1∥RB2∥rbe=20∥1.1∥10=0.95kΩ

Ro=RC=2kΩ

從以上的分析和計(jì)算結(jié)果可知，共發(fā)射極電路具有較高的電壓放大倍數(shù)和電流放大倍數(shù)，同時(shí)輸入電阻和輸出電阻大小適中。因此只要對(duì)輸入電阻、輸出電阻沒(méi)有特殊要求，共發(fā)射極電路就可廣泛地用作低頻放大器的輸入級(jí)、中間級(jí)和功率輸出級(jí)。

8.4.1共集電極放大電路的組成

圖8.23所示為共集電極放大電路,圖8.24(a)是共集電極放大電路,圖8.24(a)所示為其交流通路。從其交流通路可明顯看出輸入回路和輸出回路的公共端是集電極。因負(fù)載接在發(fā)射極和地之間，輸出電壓從發(fā)射極引出，故共集電極放大電路又稱為射極輸出器。8.4共集電極放大電路

圖8.23共集電極放大電路

圖8.24共集電極放大電路的直流通路8.4.2共集電極放大電路的分析

1.靜態(tài)分析

共集電極放大電路的直流通路如圖8.24所示。

列出基極回路電壓方程：

IBQRB＋UBEQ＋I(xiàn)EQRE=VCC

ICQ=βIBQ

UCEQ=VCC－IEQRE≈VCC－ICQRE圖8.25共集電極放大電路的交流通路和微變等效電路(a)交流通路；(b)微變等效電路

1)電壓放大倍數(shù)。令

RE′=RE∥RL

則

(8.17)

從式(8.17)可看出，射極輸出器沒(méi)有電壓放大作用，輸出電壓與輸入電壓大小近似相等，相位相同，輸出電壓跟隨輸入電壓的變化而變化，故射極輸出器又稱為射極跟隨器。2.動(dòng)態(tài)分析

共集電極放大電路的交流通路和微變等效電路如圖8.25(a)、(b)所示。

2)輸入電阻。輸入電阻為

Ri=［rbe＋(1＋β)RE‘］∥RB (8.18)

3)輸出電阻。根據(jù)輸出電阻的定義，通過(guò)較為復(fù)雜的分析計(jì)算(過(guò)程省略)，可得到

(8.19)

由上式可見(jiàn)，由于rS和rbe都很小，而β值較大，所以輸出電阻很小，一般在幾十歐到幾百歐之間，并且，當(dāng)負(fù)載改變時(shí)，輸出電壓變動(dòng)很小，近似于一個(gè)恒壓源。從以上的分析和計(jì)算可知，雖然共集電極放大電路沒(méi)有電壓放大作用，但具有很大的輸入電阻和很小的輸出電阻，這些特點(diǎn)使它適合于作為多級(jí)放大器的輸入級(jí)、中間級(jí)和輸出級(jí)，分別起到從微弱的信號(hào)源提取信號(hào)、變換阻抗和穩(wěn)定輸出電壓的作用。8.5共基極基本放大電路

8.5.1共基極放大電路的組成圖8.26(a)所示為共基極基本放大電路，圖8.26(b)所示為其另一種畫(huà)法。它的直流通路如圖8.27所示，它的交流通路如圖8.28(a)所示。從其交流通路知基極是輸入回路和輸出回路的公共端，故稱為共基極放大電路。圖8.26基本共基極放大電路(a)共基極放大電路；(b)共基極放大電路的另一種畫(huà)法8.5.2共基極放大電路的分析

1.靜態(tài)分析

共基極放大電路的直流通路如圖8.27所示。

當(dāng)IB相對(duì)于RB1和RB2分壓回路中的電流可以忽略不計(jì)時(shí),可證明由直流通路的發(fā)射極回路，得到圖8.27共基極放大電路的直流通路則(8.20)由直流通路的集電極回路，得到UCEQ=VCC-ICQRC-IEQRE≈VCC-ICQ(RC+RE)

2.動(dòng)態(tài)分析

共基極放大電路的交流通路和微變等效電路如圖8.28所示。圖8.28共基極放大電路的交流通路和微變等效電路(a)交流通路；(b)微變等效電路

1)電壓放大倍數(shù)

由微變等效電路可知其中則(8.21)

2)輸入電阻(8.22)3)輸出電阻(8.23)三極管的rcb比rce高得多，可認(rèn)為rcb=(1+β)rce，即共基極接法時(shí)輸出電阻很高。

從以上分析和計(jì)算的結(jié)果可知，共基極與共射極放大電路的電壓放大倍數(shù)大小相同，區(qū)別在于前者為同相放大，后者為反相放大。由于rbe/(1+β)很小，因此共基極放大電路的輸入電阻也很小。但由于rcb很大，故輸出電阻接近于RC。共基極放大電路的優(yōu)點(diǎn)是具有較好的高頻特性，常作為高頻放大器使用。

10.5.1多級(jí)放大器的概念

前面討論的放大器均為由一只三極管構(gòu)成的單級(jí)放大器，其放大倍數(shù)一般為幾十至幾百。在實(shí)際應(yīng)用中通常要求有更高的放大倍數(shù)，為此就需要把若干單級(jí)放大器級(jí)聯(lián)組成多級(jí)放大器。多級(jí)放大器的一般結(jié)構(gòu)如圖8.29所示。8.6多級(jí)放大電路

圖8.29多級(jí)放大器的組成輸入級(jí)一般采用具有高輸入電阻的射極輸出器；中間級(jí)一般由若干級(jí)電壓放大器組成，以獲得較大的電壓放大倍數(shù)；輸出級(jí)一般采用功率放大器。

在多級(jí)放大器中，由于前級(jí)放大器的輸出為后級(jí)放大器的輸入，因此，為了保證每級(jí)放大器都能正常工作，把信號(hào)不失真地逐級(jí)傳送和放大，級(jí)間就要以合適的方式連接，通常稱其連接方式為耦合。多級(jí)放大器的耦合有阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合三種方式。

1.阻容耦合

阻容耦合就是利用電阻和電容實(shí)現(xiàn)級(jí)間的連接，前面討論過(guò)的三種基本放大電路都屬于這種連接方式。其特點(diǎn)是各級(jí)放大器的Q點(diǎn)互不影響，彼此獨(dú)立，僅能放大交流信號(hào)，不能放大變化比較緩慢的極低頻信號(hào)和直流信號(hào)。

2.直接耦合

直接耦合就是把多級(jí)放大器前級(jí)的輸出端直接接入后級(jí)的輸入端。其特點(diǎn)是前后級(jí)的靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響。這種耦合不但能放大交流信號(hào)，也能放大變化比較緩慢的極低頻信號(hào)和直流信號(hào)，在集成放大電路中有著廣泛的應(yīng)用。

3.變壓器耦合

變壓器耦合就是用變壓器把多級(jí)放大器的前后級(jí)連接起來(lái)。其特點(diǎn)是各級(jí)放大器的Q點(diǎn)彼此獨(dú)立，可實(shí)現(xiàn)級(jí)間的阻抗匹配，使之輸出最大功率。這種連接方式多用于功率放大器。

8.6.2多級(jí)放大器的分析

我們以圖8.30所示的兩級(jí)阻容耦合放大器為例來(lái)分析多級(jí)放大器的工作情況。

1.靜態(tài)工作分析

由于級(jí)間耦合電容的存在，各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)彼此獨(dú)立，可單獨(dú)設(shè)置和計(jì)算，其方法與基本放大電路分析方法相同。圖8.30兩級(jí)阻容耦合放大器

2.動(dòng)態(tài)工作分析

動(dòng)態(tài)分析的任務(wù)是求出多級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻。

1)電壓放大倍數(shù)。圖8.30所示的兩級(jí)阻容耦合放大器的電壓放大倍數(shù)為

由此可知，多級(jí)放大器的電壓放大倍數(shù)為各級(jí)電壓放大倍數(shù)之積，即(8.24)

圖8.31兩級(jí)阻容耦合放大器的微變等效電路

(2)輸入電阻。

圖8.30所示電路的微變等效電路如圖8.31所示。

從圖8.31可知，多級(jí)放大器的輸入電阻為第一級(jí)放大器的輸入電阻Ri1，即

Ri=Ri1=RB1∥rbe1 (8.25)

(3)輸出電阻。

從圖10.28可知，多級(jí)放大器的輸出電阻為末級(jí)的輸出電阻Ro2，即

Ro=Ro2=RC2(8.26)3．放大倍數(shù)的分貝表示法

當(dāng)放大器的級(jí)數(shù)較多時(shí)，放大倍數(shù)將非常大，甚至達(dá)幾十萬(wàn)倍，這樣一來(lái)，表示和計(jì)算都不方便。為了簡(jiǎn)便起見(jiàn)，常用一種對(duì)數(shù)單位——分貝(dB)來(lái)表示放大倍數(shù)。用分貝表示的放大倍數(shù)稱為“增益”。電壓增益表示為

(8.27)

電流增益表示為

(8.28)

功率增益表示為

(8.29)

式中Ui、Ii和Pi分別表示放大器的輸入電壓、電流和功率，Uo、Io和Po分別表示放大器的輸出電壓、電流和功率；lg是以10為底的對(duì)數(shù)；單位是分貝(dB)。

放大倍數(shù)用分貝表示后，可使放大倍數(shù)的相乘轉(zhuǎn)化為相加。例如一個(gè)三級(jí)放大器，每級(jí)的電壓放大倍數(shù)都為100，則總的電壓放大倍數(shù)為

Au=Au1×Au2×Au3=100×100×100=1×106

用分貝表示后，其增益為

Au(dB)=20lg(Au1×Au2×Au3)

=20lg(100×100×100)

=20lg100＋20lg100＋20lg100

=40+40+40

=120dB

8.7場(chǎng)效應(yīng)晶體管及其放大電路

8.7.1結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管

1.結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)

圖8.32和圖8.33分別是N溝道和P溝道JFET的結(jié)構(gòu)示意圖與符號(hào)。圖8.32(a)是在一塊N型半導(dǎo)體的兩側(cè)各制作一個(gè)高摻雜濃度的P區(qū)(用P+表示)，從而形成兩個(gè)PN結(jié)。用導(dǎo)線將兩個(gè)P+區(qū)連接在一起并引出一個(gè)電極作為柵極G。N區(qū)的上、下兩端各引出一個(gè)電極，分別稱為漏極D和源極S。中間的N區(qū)是載流子通過(guò)漏源兩極的路徑，稱為導(dǎo)電溝道。因?qū)щ姕系朗荖型的，故稱為N溝道JFET。若將管中的N區(qū)換成P區(qū)，P+區(qū)換成N+區(qū)，則形成P溝道JFET，如圖8.33(a)所示。圖8.32

N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(a)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)符號(hào)圖8.33

P溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管

(a)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)符號(hào)

2.工作特點(diǎn)及特性曲線

現(xiàn)以N溝道JFET為例簡(jiǎn)要介紹其工作情況，P溝道JFET和N溝道的工作情況相同。場(chǎng)效應(yīng)管正常工作時(shí)兩個(gè)PN結(jié)應(yīng)反偏。對(duì)N溝道JFET而言，柵極G接電源UGS

的負(fù)極，漏極D接電源UDS的正極，如圖8.34所示。圖8.34

N溝道場(chǎng)效應(yīng)管的電路連接

UDS提供漏極電流iD，方向從D極流向S極。場(chǎng)效應(yīng)管G、S極間電壓uGS控制導(dǎo)電溝道的大小，當(dāng)uGS增大時(shí)，導(dǎo)電溝道傾斜變窄（D端最窄，S端最寬）；當(dāng)uGS達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，導(dǎo)電溝道在D端合攏在一起，稱為預(yù)夾斷，此時(shí)的uGS稱為“夾斷電壓”，記作UGS（off）。N溝道JFET的UGS（off）為負(fù)值。預(yù)夾斷后的iD不隨UDS變化而變化，只受uGS的控制。

JFET正常工作時(shí)，由于兩個(gè)PN結(jié)始終反偏，因此G極與S極之間只能通過(guò)極小的反向電流，故柵源之間的輸入電阻很高，可達(dá)107Ω以上。

綜上所述，JFET的工作特點(diǎn)是：為保證正常工作，兩個(gè)PN結(jié)必須反偏。工作時(shí)，無(wú)柵極電流，是靠改變電壓uGS達(dá)到對(duì)漏極電流iD的控制的，因此稱FET是電壓控制器件。JFET的外部特性可用特性曲線反映，特性曲線分為輸出特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線，它們可由實(shí)驗(yàn)測(cè)定或用晶體管特性圖示儀測(cè)出。

1)輸出特性曲線(又稱漏極特性曲線)

輸出特性曲線是描述以u(píng)GS為參變量，iD與uDS(場(chǎng)效應(yīng)管D、S極間的電壓)之間關(guān)系的一簇曲線，即圖8.35(a)所示為N溝道JFET的漏極特性曲線，可分為三個(gè)工作區(qū)。夾斷區(qū)：指uGS≤UGS(off)的區(qū)域，此時(shí)溝道被夾斷，iD≈0?？勺冸娮鑵^(qū)：指預(yù)夾斷前的區(qū)域。進(jìn)入該區(qū)的條件是UGS(off)<uGS≤0，且uDS較小，滿足uDS<uGS-UGS(off)。該區(qū)是預(yù)夾斷軌跡以左的區(qū)域。預(yù)夾斷軌跡是在不同的uGS下滿足uDS=uGS-UGS(off)點(diǎn)的連線。該區(qū)的特點(diǎn)是漏源極之間的等效電阻rDS隨u

GS而變，即rDS＝f(uGS)。從圖8.35(a)可見(jiàn)，當(dāng)uGS一定時(shí)，iD隨u

DS線性增加，曲線斜率的倒數(shù)rD=uDS/iD為一定值；當(dāng)uGS不同時(shí)，曲線的斜率不同，即rDS不同。因此，F(xiàn)ET可等效為受uGS控制的壓控可變電阻。恒流區(qū)(線性放大區(qū))：指預(yù)夾斷后的區(qū)域。進(jìn)入該區(qū)的條件是：UGS(off)<uGS<0,uDS較大,uDS>uGS-UGS(off)。該區(qū)的特點(diǎn)是當(dāng)uGS恒定時(shí)，iD具有恒流特性，當(dāng)uDS一定時(shí)，iD受uGS控制。FET用作放大時(shí)就工作在該區(qū)域。圖8.35

N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的特性曲線(a)輸出特性曲線；(b)轉(zhuǎn)移特性曲線

2)轉(zhuǎn)移特性曲線

轉(zhuǎn)移特性曲線是指以u(píng)DS為參變量，描述恒流區(qū)內(nèi)iD隨uGS

變化關(guān)系的曲線，即該曲線可從輸出特性曲線轉(zhuǎn)化出來(lái)，故有轉(zhuǎn)移之稱，如圖8.35(b)所示。在恒流區(qū)內(nèi)，由于uDS對(duì)iD的影響很小，因此不同的uDS對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)移特性曲線基本上是重合的。iD可近似地表示為UGS(off)<uGS<0(8.30)8.7.2絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管

1.N溝道增強(qiáng)型MOS管

1)結(jié)構(gòu)和電路符號(hào)

圖8.36(a)是N溝道增強(qiáng)型MOS管的結(jié)構(gòu)示意圖，其符號(hào)如圖8.36(b)所示。N溝道增強(qiáng)型MOS管是用一塊低摻雜濃度的P型硅片作襯底(B)，在其上制作出兩個(gè)高摻雜濃度的N+區(qū)并引出兩個(gè)電極，分別稱為源極S和漏極D。在P型硅片表面覆蓋SiO2絕緣層，在漏源兩極間的絕緣層上再制作一層金屬鋁，稱為柵極G。襯底B通常與源極S相連。圖8.36

N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)(a)結(jié)構(gòu)示意圖；(b)符號(hào)圖8.37增強(qiáng)型NMOS管的電路連接

2)工作特點(diǎn)及特性曲線

工作時(shí)電路的連接方式如圖8.37所示，在柵源極之間加正向電壓uGS，用以形成導(dǎo)電溝道；在漏源極間加正向電壓uDS，形成了漏極電流iD。在漏源電壓uDS作用下，開(kāi)始形成漏極電流iD的柵源電壓uGS稱為開(kāi)啟電壓UGS(th)。uGS對(duì)iD起控制作用，uGS＝0，iD＝0；只有在uGS≥UGS(th)時(shí)，才能形成導(dǎo)電溝道，而且隨著uGS的增大，iD也增大(故稱為“增強(qiáng)型”MOS管)。圖8.38(a)、(b)分別是N溝道增強(qiáng)型MOS管的漏極特性曲線和轉(zhuǎn)移特性曲線。它的漏極特性曲線和JFET一樣分為三個(gè)工作區(qū)。轉(zhuǎn)移特性曲線可由輸出特性曲線繪出，反映的是管子在恒流區(qū)時(shí)，uGS對(duì)iD的控制規(guī)律，其關(guān)系式是(8.31)式中，IDO是uGS＝2UGS(th)時(shí)的iD值。圖8.38

N溝道增強(qiáng)型MOS管的特性曲線(a)漏極特性曲線；(b)轉(zhuǎn)移特性曲線

P溝道增強(qiáng)型MOS管的基本結(jié)構(gòu)是以低摻雜濃度的N型硅片為襯底，在其上制作兩個(gè)高摻雜濃度的P+區(qū)。其工作特點(diǎn)和特性曲線與N溝道增強(qiáng)型MOS管相類(lèi)似。但在使用時(shí)要注意，P溝道增強(qiáng)型MOS管的外加電壓uDS、uGS的極性和漏極電流iD的方向與N溝道增強(qiáng)型MOS管完全相反。P溝道增強(qiáng)型MOS管的符號(hào)和特性曲線如圖8.39所示。圖8.39

P溝道增強(qiáng)型MOS管的符號(hào)和特性曲線

2.N溝道耗盡型MOS管

圖8.40所示為N溝道耗盡型MOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)。其結(jié)構(gòu)與增強(qiáng)型MOS管基本相同，只是在制造時(shí)已在SiO2絕緣層中摻入了大量的正離子，在其縱向電場(chǎng)作用下，即使uGS=0，也能建立N型導(dǎo)電溝道(即出現(xiàn)反型層)。

當(dāng)uGS>0時(shí)，導(dǎo)電溝道加寬，iD增大；當(dāng)uGS<0時(shí)，導(dǎo)電溝道變窄，iD減少。當(dāng)uGS減小到一定值時(shí)，溝道消失，iD＝0，管子關(guān)斷，此時(shí)的uGS值稱為夾斷電壓UGS(off)。圖8.40耗盡型NMOS管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)此類(lèi)管子的柵源電壓uGS在一定范圍內(nèi)的正、負(fù)值均可控制漏極電流iD的大小，且在uGS為正值時(shí)也不會(huì)有柵極電流出現(xiàn)。由于在uGS＝0時(shí)已形成導(dǎo)電溝道，與結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管相比，同樣具有耗盡型的特點(diǎn)，故稱為“耗盡型”MOS管。它的特性曲線如圖8.41所示。圖8.41耗盡型NMOS管的特性曲線

(a)輸出特性曲線；(b)轉(zhuǎn)移特性曲線圖8.42

P溝道耗盡型MOS管符號(hào)和特性曲線

(a)符號(hào)；(b)特性曲線8.7.3場(chǎng)效應(yīng)晶體管的主要參數(shù)

1.直流參數(shù)

(1)開(kāi)啟電壓UGS(th):uDS為某一固定值時(shí)形成iD所需的最小|u

GS|值。

(2)夾斷電壓UGS(off):uDS為某一固定值時(shí)，使iD為某一微小電流值時(shí)所需的uGS值。一般|uGS(off)|=0.5V～5V。

(3)飽和漏電流IDSS:uGS＝0時(shí)，管子出現(xiàn)預(yù)夾斷時(shí)的漏極電流。一般IDSS=1mA～50mA。

(4)直流輸入電阻RGS（DC）:柵源電壓與柵極電流的比值。JFET一般大于107Ω，MOS管的RGS（DC）一般大于109Ω。

2．交流參數(shù)

(1)低頻跨導(dǎo)gm:表示場(chǎng)效應(yīng)晶體管在恒流區(qū)工作時(shí)柵源電壓對(duì)漏極電流的控制能力。其定義為：在uDS為某一固定值時(shí)，iD變化量與uGS變化量之間的比值，即gm的單位是西門(mén)子(S)，也可用mS。在轉(zhuǎn)移特性曲線上，gm表示曲線上某點(diǎn)切線的斜率。

(2)極間電容:指場(chǎng)效應(yīng)管的三個(gè)電極之間存在的電容，即柵源電容CGS、柵漏電容CGD和漏源電容CDS。其值在0.1pF～1pF之間。極間電容越小，管子的工作頻率越高。

(3)輸出電阻rDS:rDS

值反映uDS對(duì)iD的影響程度，其定義為rDS越大，表明uDS對(duì)iD的影響越小、恒流特性越好。rDS通常為幾十至幾百千歐。

(4)低頻噪聲系數(shù)NF：噪聲是指由管子內(nèi)部載流子的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)而引起的，在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)輸出端出現(xiàn)的不規(guī)則電壓或電流的變化。噪聲所產(chǎn)生的影響用NF表示，單位為分貝(dB)。場(chǎng)效應(yīng)管的NF一般為幾分貝。

3.極限參數(shù)

(1)最大漏極電流IDM：管子在工作時(shí)所允許的最大漏極電流。

(2)最大耗散功率PDM:決定管子溫升的參數(shù)。如功率超過(guò)PDM，管子可能會(huì)因過(guò)熱而損壞。

(3)漏源擊穿電壓U(BR)DS:在uDS增大的過(guò)程中，使iD急劇增加時(shí)的uDS值。使用時(shí)，uDS不允許超過(guò)此值，否則會(huì)燒壞管子。

(4)柵源擊穿電壓U(BR)GS:對(duì)JFET是指柵極與溝道間PN結(jié)的反向擊穿電壓；對(duì)MOS管是指使絕緣層擊穿的電壓。擊穿后將造成管子永久損壞。對(duì)于MOS管來(lái)說(shuō)，由于它的輸入電阻極大，使得柵極的感應(yīng)電荷不易泄放，而且由于絕緣層很薄，柵極和襯底間的電容很小，柵極只要有少量的感應(yīng)電荷即可產(chǎn)生高壓，從而造成管子被擊穿而損壞。為此，應(yīng)避免柵極懸空，存放時(shí)應(yīng)使管子的三個(gè)電極短路；在焊接時(shí)，電烙鐵要有良好的接地，最好拔下電烙鐵的電源插頭；在電路中，柵源間要設(shè)直流通路；取用管子時(shí)，手腕上最好套一個(gè)接地的金屬箍。8.7.4場(chǎng)效應(yīng)管放大電路

1．自給偏壓偏置電路

圖8.43是N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的自給偏壓偏置電路。圖8.43

N溝道耗盡型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管的自給偏壓偏置電路電路中各元件的作用如下：

RS為源極電阻，作用是控制靜態(tài)工作點(diǎn)，其阻值約為幾千歐。

CS為源極電阻上的交流旁路電容，容量約為幾十微法。

RG為柵極電阻，構(gòu)成柵、源極間的直流通路。RG不能太小，否則影響放大電路的輸入電阻，其阻值約為200kΩ～10MΩ。

RD為漏極電阻，作用是讓放大電路具有電壓放大功能，其阻值約為幾十千歐；

C1，C2分別為輸入電路和輸出電路的耦合電容，其容量約為0.01pF～0.047pF。

應(yīng)當(dāng)指出，由N溝道增強(qiáng)型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管組成的放大電路，工作時(shí)UGS為正，所以無(wú)法采用自給偏壓偏置電路。

2．分壓式偏置電路

圖8.44是分壓式偏置電路，RG1和RG2為分壓電阻。柵源電壓為(8.32)式中VG為柵極電位。對(duì)N溝道耗盡型管，UGS為負(fù)值，RSID>VG；對(duì)N溝道增強(qiáng)型管，UGS為正值，RSID<VG。對(duì)放大電路進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，主要是分析它的電壓放大倍數(shù)和輸入電阻與輸出電阻。圖8.45是分壓式偏置放大電路的交流通路。圖8.44分壓式偏置電路圖8.45分壓式偏置放大電路的交流通路放大電路的輸入電阻為ri=RG1∥RG2∥rgs≈RG1∥RG2

因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管的輸入電阻rgs比RG1或RG2都高得多，所以三者并聯(lián)后可將rgs略去。通常在分壓點(diǎn)和柵極之間接入一阻值較高的電阻RG，其作用是減小RG1和RG2對(duì)交流信號(hào)的分流作用，以保持較高的輸入電阻。則ri=RG+(RG1∥RG2)(8.33)RG的接入對(duì)電壓放大倍數(shù)無(wú)影響；在靜態(tài)時(shí)RG中無(wú)電流通過(guò)，因此不影響電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。輸出電阻為在共源極放大電路中，漏極電阻RD是和管子的輸出電阻rds

并聯(lián)的，所以當(dāng)rds>>RD時(shí)，放大電路的輸出電阻ro≈RD,這點(diǎn)和晶體管共發(fā)射極放大電路類(lèi)似。輸出電壓為式中,電壓放大倍數(shù)為(8.35)式中的負(fù)號(hào)表示輸出電壓和輸入電壓反相。

1.測(cè)得某放大電路中三極管A、B、C腳的對(duì)地電位分別為UA=－9V，UB=－6V，UC=－6.2V，試分析A、B、C中哪個(gè)是基極、發(fā)射極、集電極，并說(shuō)明是NPN管還是PNP