LeYb g/QúrHN- Ã yÑ[fQúrHy> · 内容简介...

科

学出版社

职教技术出版中心

www.abook.cn

● 全国中等职业学校机械电子类专业规划教材

电子电路基础

吴麒铭　曹国平　巢文元　主　编　

　　　　李笑屏　马才根　副主编　

　　　　潘旭斌　莫玉华周　珠　姚　坚

　参　编　

　　　　　　　　　姚　新　主　审　

内　容　简　介

“电子电路基础”是电子技术类专业必须掌握的一门主要的基础课程。

本书系统地介绍了模拟电子技术的基本概念、基本理论及其在实际中的应

用，其内容主要包括：半导体二极管及其应用、半导体三极管及其放大电路、

场效应管及其放大电路、负反馈放大电路、集成运算放大器、信号产生电路、功

率放大电路、直流稳压电源及晶闸管应用电路，并附应用性实验１０个，以保证理

论联系实际，培养学生动手能力，符合培养“应用型、技能型、操作型”人才目标。

本书循序渐进、由浅入深，力求系统化、专业化，着重讲清概念，强化应

用，加强基础，以培养学生的学习兴趣和应用能力为主线，突出中等职业教

育及就业培训特色。

本书可作为中职、中技类计算机、电子技术、工业自动化、电子电工等专业

“电子电路基础”或“模拟电子技术”课程的教材，也可供电子工程技术人员参考。

　图书在版编目（CIP）数据

　电子电路基础／吴麒铭，曹国平，巢文元主编畅 —北京：科学出版社，２００９

　（全国中等职业学校机械电子类专业规划教材）

　 ISBN ９７８唱７唱０３唱０２４０２２唱４

　 Ⅰ畅电 ⋯ 　 Ⅱ畅 ①吴 ⋯ ②曹 ⋯ ③巢 ⋯ 　 Ⅲ畅电子电路专业学校教材

Ⅳ畅 TN７１０　中国版本图书馆 CIP数据核字（２００９）第０１９８２３号

责任编辑：何舒民　杨　阳／责任校对：柏连海

责任印制：吕春珉／封面设计：北京美光制版有限公司

出版北京东黄城根北街１６号

邮政编码：１００７１７

http ：／／www畅 sciencep畅 com中国科学院印刷厂印刷

科学出版社发行　各地新华书店经销

倡２００９年４月第　一　版　开本：７８７ × １０９２１／１６

２００９年４月第一次印刷　印张：１４１／４

印数：１－３０００字数：３２００００

定价：20畅00元（如有印装质量问题，我社负责调换枙环伟枛）

销售部电话０１０唱６２１３４９８８　编辑部电话０１０唱６２１３７１５４（ST０３）版权所有，侵权必究

举报电话：０１０唱６４０３０２２９；０１０唱６４０３４３１５；１３５０１１５１３０３

科

学出版社


www.abook.cn

本书根据中等职业技术教育的发展要求，参照人力资源与社会保障部，以及教育部颁发的中等职业技术学校电子类专业教学计划与教学大纲编写。

在编写中，充分考虑适用性、应用性、实践性要求，力求体现中等职业教育的特点，坚持以下几个原则：

１．以能力为主，重视实践技能的培养。根据毕业生从业实际需求，合理确立应备的能力知识结构，以满足培养技能型人才需求。

２．在内容取舍上力求系统性、完整性、应用性，既适应电子技术飞速发展需求，又保持理论的系统完整；引入适当的新内容、新技术，既适合全日制在校生教学，又能满足中级技工层次的社会培训。

３．所应用的图形图标采用最新标准，贯彻“易教易学”原则，使用图片、实物照片或表格形式生动地展示各知识点，每个章节突出了重点提要，既培养学生自主学习的能力，也便于教师对各章节的重点、难点作合理的课时安排。

本书共分８章，安排１２０课时，附有１０个实验课题，每章后附有一定数量习题。

本书由吴麒铭、曹国平、巢文元担任主编，李笑屏、马才根担任副主编，潘旭斌、莫玉华、周珠、姚坚参加编写，姚新担任主审。

由于作者水平有限，不足之处在所难免，恳请广大读者指正。

前言

第 1章　常用半导体器件１……………………………………………………………

１．１　晶体二极管２………………………………………………………………

　　１．１．１　 PN 结２……………………………………………………………

　　１．１．２　晶体二极管的结构和特性３………………………………………

　　１．１．３　二极管的主要参数５………………………………………………

　　１．１．４　二极管的命名及分类５……………………………………………

　　１．１．５　二极管的简易测试６………………………………………………

　　１．１．６　常用二极管７………………………………………………………

１．２　晶体三极管１０………………………………………………………………

　　１．２．１　三极管的结构、分类和符号１０……………………………………

　　１．２．２　晶体三极管的分类及命名１１……………………………………

　　１．２．３　三极管的工作电压和基本连接方式１１…………………………

　　１．２．４　三极管内电流的分配和放大作用１２……………………………

　　１．２．５　三极管的输入和输出特性１４……………………………………

　　１．２．６　三极管的主要参数１５……………………………………………

　　１．２．７　三极管的简易测试１５……………………………………………

１．３　场效应管１６…………………………………………………………………

　　１．３．１　结型场效应管１７…………………………………………………

　　１．３．２　绝缘栅场效应管１９………………………………………………

　　１．３．３　场效应管的主要参数２２…………………………………………

　　１．３．４　各种场效应管的特性比较２３……………………………………

　　１．３．５　场效应管的特点２４………………………………………………

　　１．３．６　场效应管的检测２４………………………………………………

　　１．３．７　场效应管使用注意事项２５………………………………………

小结２５……………………………………………………………………………

习题２６……………………………………………………………………………

科

学出版社


www.abook.cn

ⅳ

电子电路基础

第 2章　放大器基础２８………………………………………………………………

２．１　共发射极基本放大器２９……………………………………………………

　　２．１．１　放大器的基本概念２９……………………………………………

　　２．１．２　三种放大器形式２９………………………………………………

　　２．１．３　放大器的组成２９…………………………………………………

　　２．１．４　电路中电压和电流符号写法的规定３０…………………………

　　２．１．５　工作原理３０………………………………………………………

２．２　放大器的分析方法３２………………………………………………………

　　２．２．１　估算法３２…………………………………………………………

　　２．２．２　图解法３６…………………………………………………………

２．３　静态工作点的稳定３９………………………………………………………

　　２．３．１　温度对静态工作点的影响３９……………………………………

　　２．３．２　静态工作点与波形失真关系的图解３９…………………………

　　２．３．３　电路参数对静态工作点的影响３９………………………………

　　２．３．４　放大器的偏置电路４０……………………………………………

２．４　放大电路的三种基本接法４２………………………………………………

　　２．４．１　共集电极放大器４２………………………………………………

　　２．４．２　共基放大器４４……………………………………………………

　　２．４．３　三种基本放大电路的比较４５……………………………………

　　２．４．４　改进型放大器４６…………………………………………………

　　２．４．５　共源、共漏和共栅放大器４８………………………………………

２．５　多级放大电路４９……………………………………………………………

　　２．５．１　多级放大电路的耦合方式４９……………………………………

　　２．５．２　阻容耦合多级放大器５１…………………………………………

２．６　差分放大器和集成运算放大器５４…………………………………………

　　２．６．１　差分放大器５４……………………………………………………

　　２．６．２　集成运算放大器５７………………………………………………

小结５９……………………………………………………………………………

习题６０……………………………………………………………………………

第 3章　放大器中的负反馈６３………………………………………………………

３．１　反馈的概念和判断６４………………………………………………………

　　３．１．１　反馈的概念６４……………………………………………………

　　３．１．２　反馈放大器的一般表达式６５……………………………………

　　３．１．３　反馈的分类和判断６５……………………………………………

３．２　四种负反馈放大器性能的分析６８…………………………………………

ⅴ

目

　　录

　　３．２．１　电压串联负反馈６８………………………………………………

　　３．２．２　电压并联负反馈６９………………………………………………

　　３．２．３　电流串联负反馈７０………………………………………………

　　３．２．４　电流并联负反馈７０………………………………………………

３．３　负反馈对放大器性能的影响７１……………………………………………

　　３．３．１　减小放大倍数７１…………………………………………………

　　３．３．２　提高放大倍数的稳定性７１………………………………………

　　３．３．３　展宽频带７２………………………………………………………

　　３．３．４　减小非线性失真及抑制干扰７２…………………………………

　　３．３．５　负反馈对输入、输出电阻的影响７３………………………………

３．４　深度负反馈７４………………………………………………………………

　　３．４．１　深度负反馈的实质７４……………………………………………

　　３．４．２　深度负反馈放大器放大倍数的估算７５…………………………

小结７５……………………………………………………………………………

习题７６……………………………………………………………………………

第 4章　集成运算放大器的应用７８…………………………………………………

４．１　集成运算放大器的主要参数和工作特点７９………………………………

　　４．１．１　集成运算放大器的基本知识７９…………………………………

　　４．１．２　集成运放的主要参数和特点８２…………………………………

　　４．１．３　集成运放的产品分类简介８６……………………………………

４．２　信号运算电路８７……………………………………………………………

　　４．２．１　比例运算器８８……………………………………………………

　　４．２．２　加法运算电路９１…………………………………………………

　　４．２．３　减法运算电路９２…………………………………………………

　　４．２．４　积分运算和微分运算电路介绍９５………………………………

４．３　电压比较器与方波发生器９７………………………………………………

　　４．３．１　单门限电压比较器９７……………………………………………

　　４．３．２　双门限电压比较器９８……………………………………………

　　４．３．３　方波发生器１００……………………………………………………

４．４　使用集成运放应注意的问题１０１…………………………………………

　　４．４．１　零点调整１０１………………………………………………………

　　４．４．２　消除寄生振荡１０１…………………………………………………

　　４．４．３　保护电路１０２………………………………………………………

４．５　集成运放应用举例１０３……………………………………………………

　　应用举例：LM３２４组成的电平指示器１０３………………………………

小结１０４……………………………………………………………………………

科

学出版社


www.abook.cn

ⅵ

电子电路基础

习题１０４……………………………………………………………………………

第 5章　调谐放大器的正弦波振荡器１０８……………………………………………

５．１　调谐放大器１０９……………………………………………………………

　　５．１．１　调谐放大器的工作原理１０９………………………………………

　　５．１．２　两种基本的调谐放大电路１１０……………………………………

５．２　正弦波振荡器１１２…………………………………………………………

　　５．２．１　 LC回路中的自由振荡１１２………………………………………

　　５．２．２　自激振荡的条件１１３………………………………………………

　　５．２．３　自激振荡的建立过程１１４…………………………………………

５．３　 LC振荡器１１６………………………………………………………………

　　５．３．１　变压器耦合式 LC振荡器１１６……………………………………

　　５．３．２　三点式 LC振荡电路１１８…………………………………………

５．４　石英晶体振荡器１２１………………………………………………………

　　５．４．１　石英晶体的基本特征及其等效电路１２１…………………………

　　５．４．２　石英晶体振荡电路１２３……………………………………………

５．５　 RC正弦波振荡器１２４………………………………………………………

　　 RC桥式振荡器１２４…………………………………………………………

小结１２９……………………………………………………………………………

习题１３０……………………………………………………………………………

第 6章　低频功率放大器１３２…………………………………………………………

６．１　低频功率放大器的基本要求及分类１３３…………………………………

　　６．１．１　低频功率放大器及基本要求１３３…………………………………

　　６．１．２　低频功率放大器的分类１３３………………………………………

６．２　变压器耦合功率放大器１３４………………………………………………

　　６．２．１　电路组成及工作原理１３４…………………………………………

　　６．２．２　输出功率及效率１３６………………………………………………

６．３　互补对称功率放大器１３８…………………………………………………

　　６．３．１　输入变压器倒相式推挽 OTL 功放电路１３８……………………

　　６．３．２　互补对称式推挽 OTL 功放电路１３９……………………………

　　６．３．３　 OCL 功放电路简析１４２…………………………………………

　　６．３．４　 OCL 实例电路１４３………………………………………………

　　６．３．５　 BTL 功放电路１４４………………………………………………

６．４　集成功率放大器１４５………………………………………………………

　　６．４．１　 LM３８６集成功率放大器的应用电路１４５………………………

　　６．４．２　 TDA２０３０集成功率放大器的应用电路１４７……………………

ⅶ

目　　录

小结１４８……………………………………………………………………………

习题１４８……………………………………………………………………………

第 7章　直流稳压电源１５０……………………………………………………………

７．１　整流电路１５１………………………………………………………………

　　７畅１畅１　单相半波整流电路１５１……………………………………………

　　７．１．２　单相桥式整流电路１５３……………………………………………

７．２　滤波电路１５４………………………………………………………………

　　７．２．１　电容滤波电路１５５…………………………………………………

　　７．２．２　电感滤波电路１５６…………………………………………………

７．３　串联型稳压电路１５７………………………………………………………

　　７．３．１　稳压电源的技术指标１５７…………………………………………

　　７．３．２　串联反馈式稳压电路的工作原理１５８……………………………

７．４　三端集成稳压器１５９………………………………………………………

　　７．４．１　输出电压固定的三端集成稳压器１５９……………………………

　　７．４．２　输出电压可调的三端集成稳压器１６１……………………………

７．５　串联开关稳压电路１６２……………………………………………………

小结１６４……………………………………………………………………………

习题１６４……………………………………………………………………………

第 8章　晶闸管及其应用１６６…………………………………………………………

８．１　晶闸管的结构及特性１６７…………………………………………………

　　８．１．１　晶闸管外形与符号１６７……………………………………………

　　８．１．２　晶闸管的工作原理１６９……………………………………………

　　８畅１畅３　晶闸管的伏安特性１６９……………………………………………

　　８．１．４　晶闸管的主要参数１７０……………………………………………

　　８．１．５　国产晶闸管的型号１７１……………………………………………

８．２　晶闸管可控整流电路１７１…………………………………………………

　　８．２．１　单相半波可控整流电路１７１………………………………………

　　８．２．２　单相半控桥式整流电路１７４………………………………………

８．３　晶闸管的触发电路１７６……………………………………………………

　　８．３．１　单结晶体管的结构与工作原理１７６………………………………

　　８．３．２　单结晶体管振荡器１７７……………………………………………

　　８．３．３　单结晶体管同步触发电路１７８……………………………………

８．４　逆变、变频与交流调压１７９…………………………………………………

　　８．４．１　逆变器１７９…………………………………………………………

　　８畅４畅２　变频器１７９…………………………………………………………

科

学出版社


www.abook.cn

ⅷ

电子电路基础

　　８．４．３　交流调压器１７９……………………………………………………

８．５　晶闸管的保护１８０…………………………………………………………

　　８．５．１　晶闸管的过电流保护１８０…………………………………………

　　８．５．２　晶闸管的过电压保护１８１…………………………………………

８．６　晶闸管的应用实例１８２……………………………………………………

　　８．６．１　调光台灯电路及其工作原理１８２…………………………………

　　８．６．２　漏电保护电路１８３…………………………………………………

小结１８４……………………………………………………………………………

习题１８４……………………………………………………………………………

实验１８５…………………………………………………………………………………

实验一　用晶体管特性图示仪测量晶体管特性曲线１８６………………………

实验二　共射极单管放大电路１９１………………………………………………

实验三　射极跟随器１９５…………………………………………………………

实验四　负反馈放大电路１９８……………………………………………………

实验五　差分放大器２００…………………………………………………………

实验六　 OTL 功率放大器２０２…………………………………………………

实验七　场效应管放大电路２０５…………………………………………………

实验八　 RC桥式振荡器２０８……………………………………………………

实验九　三角波产生电路２１０……………………………………………………

实验十　直流稳压电源２１２………………………………………………………

附录　常用符号说明２１５………………………………………………………………

参考文献２１８……………………………………………………………………………

常用半导体器件

1

第

章

【】

1.PN结及其单向导电特性

2.半导体二极管的伏安特性

3.晶体三极管的放大原理、输入特性曲线、输出特

性曲线

4.结型场效应管和绝缘栅型场效应管的工作原理、

输出特性及主要参数

科

学出版社


www.abook.cn

2　　　　

电子电路基础

１畅１　晶体二极管

1畅1畅1 　 PN结因为半导体二极管是由半导体材料构成的，所以，我们在学习半导体二极管的

工作原理前有必要了解半导体及其特性。物质按导电能力的强弱可分为导体、半导体和绝缘体三大类。半导体的导电

能力介于导体和绝缘体之间，它具有独特的掺杂性、热敏性和光敏性。硅（Si）和锗（Ge）是常用的半导体材料。

图１．１　半导体的两种载流子

半导体理论证实，在半导体中存在两种导电的带电物体：一种是带负电的自由电子，另一种是带正电的空穴，它们在外电场的作用下都有定向移动的效应，都能运载电荷形成电流，通常称为载流子，如图１．１所示。

完全纯净的、没有任何杂质的而且结构完整的半导体晶体称为本征半导体。常温下，本征半导体内的电子和空穴数都很少，所以其导电性能很差。当温度升高或光照增强时，载流子数量增加，本征半导体的导电性能也随之增强。在本征半导体中加入不同的杂质，能产生两种类型杂质半导体，它们是 N型半导体与 P型半导体。

１畅N型半导体在纯净的半导体硅（或锗）中掺入微量５价元素（如磷）后，就可成为 N 型半导

体。由于５价的磷原子同相邻的４个硅（或锗）原子组成共价键时，有１个多余的价电子不能构成共价键，这个价电子就变成了自由电子。在这种半导体中，自由电子数远大于空穴数，导电以电子为主，故此类半导体也称为电子型半导体。

２畅P型半导体在硅（或锗）的晶体内掺入微量３价元素，如硼（或铟）等。硼原子有３个价电

子，它与周围硅原子组成共价键时，因缺少１个电子，在晶体中便产生１个空穴。这个空穴具有导电性能，故此半导体也称为空穴型半导体。

杂质半导体增强了半导体的导电能力，然而，单一的 N 型或 P 型半导体只能起电阻作用。但是如果将这两种半导体以某种方式结合在一起，就可以使半导体的导电性能受到控制，这样才能制成各种具有不同特性的半导体器件。

　　图１．２　 PN结

采用特殊的制作工艺，将 P 型半导体和 N 型半导体紧密地结合在一起，在两种半导体的交界处就会产生一个特殊的接触面，称为 PN 结，如图１．２所示。 PN 结是大多数半导体器件的基本结构，如半导体二极管、三极管分别由１个、２个 PN 结所构成。

3　　　　

第１章　常用半导体器件

1畅1畅2 　晶体二极管的结构和特性

１畅二极管的结构及其在电路中的符号在形成 PN 结的 P 型半导体和 N 型半导体上，分别引出两根金属线，并用管壳

封装，就制成二极管，其中从 P 区引出的线当正极，从 N 极引出的线为负极。二极管的结构外形及在电路中的文字符号如图１．３所示，在图１．３（b）所示电路符号中，箭头指向为正向导通电流方向。

图１畅３　二极管结构、符号及外形

２畅二极管单向导电性二极管的单向导电性可通过图１．４的实验来说明。按图１．４（a）所示连接实验电路，开关闭合后指示灯亮，说明此时二极管的电阻

很小，很容易导电。若将原二极管正负极对调后接入电路，如图１．４（b）所示，开关闭合后指示灯不亮，说明此时二极管的电阻很大，几乎不导电。

图１畅４　二极管导电性能实验

由实验可得出如下结论：（１）加正向电压时二极管导通当二极管正极电位高于负极电位，此时的外加电压称为正向电压，二极管处于

正向偏置，简称正偏。二极管正偏时，内部呈现较小的电阻，可以有较大的电流通过，二极管的这种状态称为正向导通状态。

（２）加反向电压时二极管截止当二极管正极电位低于负极电位，此时的外加电压称为反向电压，二极管处于

反向偏置，简称反偏。二极管反偏时，内部呈现很大的电阻，几乎没有电流通过，二极管的这种状态称为反向截止状态。

科

学出版社


www.abook.cn

4　　　　

电子电路基础

二极管在加正向电压时导通，加反向电压时截止，这就是二极管的单向导电性。

３畅二极管的伏安特性曲线半导体二极管的核心是 PN 结，它的特性是 PN 结的单向导电性。常利用伏安

特性曲线来形象地描述二极管的单向导电性。所谓伏安特性，是指二极管两端电压和流过二极管电流关系。若以电压为横坐标，电流为纵坐标，用作图法把电压、电流的对应值用平滑曲线连接起来，就构成二极管的伏安特性曲线。如图１畅５所示，下面对二极管的伏安特性曲线加以说明。

图１畅５　二极管的伏安特性曲线

（１）正向特性当二极管两端加正向电压时，就产生正向电流，正向电压较小时，正向电流极小

（几乎为零），这一部分称为死区，相应的 A（ A′）点的电压命名为死区电压或门槛电压（也称阈值电压），硅管约为０畅５V ，锗管约为０畅１V ，如图１畅５中０ A（或０ A′）段所示。

当正向电压超过门槛电压时，正向电流就会急剧地增大，二极管呈很小电阻处于正向导通状态，这是硅管的正向导通电压约为０畅６～０畅７V ，锗管约为０畅２～０畅３V ，如图１畅５中 AB（或 A′B′）段所示。

二极管正向导通时，要特别注意它的正向电流不能超过最大值，否则将烧坏PN 结。

（２）反向特性当二极管两端加上反向电压时，在开始很大范围内，二极管相当于非常大的电

阻，反向电流很小，且不随反向电压而变化，此时的电流称之为反向饱和电流 IR（硅管比锗管小），如图１畅５中０C（或０C′）段所示。

（３）反向击穿特性二极管反向电压加到一定数值时，反向电流急剧增大，这种现象称为反向击穿。

此时对应的电压称为反向击穿电压，用 UBR表示，如图１畅５中 CD（或 C′D′）段所示。（４）温度对特性的影响由于二极管的核心是一个 PN 结，它的导电性能与温度有关系，温度高时二极

5　　　　


管正向特性曲线向左移动，正向压降减小；反向特性向下移动，反向电流增大。

1畅1畅3 　二极管的主要参数为定量描述二极管的性能，常采用以下主要参数。

１畅最大整流电流 IFM是指二极管长期工作时，允许通过的最大平均电流。使用正向平均电流不能

超过此值，否则二极管会击穿。

２畅最大反向工作电压 URM二极管正常工作时，所承受的最高反向电压（峰值），通常手册上给出的最大反

向工作电压是击穿电压的一半。

３畅反向饱和电流 IR在规定的反向电压和室温下所测的反向电流值。其值越小，说明管子的单向

导电性能越好。

４畅二极管的直流电阻 R加在二极管两端的直流电压与流过二极管的直流电流的比值。二极管的正向

电阻较小，约为几欧到几千欧；反向电阻很大，一般可达零点几兆欧以上。

５畅最高工作频率 fM二极管正常工作时上限频率，它的大小和 PN 结的结电容有关，超过此值，二

极管单向导电特性变差。二极管结电容越大，则最高工作频率越低。

1畅1畅4 　二极管的命名及分类

１畅半导体二极管的命名方法二极管的种类繁多，国内外都采用各自的命名方法加以区别，我国国产半导体

器件命名采用 GB２４９ — ８９标准。半导体的型号由五部分组成，如图１．６所示。其型号组成部分的符号及其意

义见表１畅１。

图１．６　半导体器件型号组成

科

学出版社


www.abook.cn

6　　　　

电子电路基础

表 1畅1 　二极管的型号

第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分

　用阿拉伯数

字表示器件的

电极数目

　用汉语拼音字

母表示器件的材

料和极性

　用汉语拼音字母表示器件的

类型

符号意义符号意义符号意义

　用阿拉

伯数字表

示器件的

序号

　用汉语拼音

字母表示规格号

２二极管

　反映二

极管参数

的差别

　反映二极管

承受反向击穿

电压的高低，如

A ，B ，C ，D ， … ，

其中 A 承受的反向击穿的电

压最低，B 稍高

A N 型锗材料 P 小倍号管

B P 型锗材料 Z 整流管

C N 型硅材料 W 电压调整管和电压基位管

D P 型硅材料 K 开关管

E 化合物材料 L 整流堆

C 参量管

B T 半导体特殊器件

２畅二极管的分类１）按材料分：有硅二极管、锗二极管和砷化镓二极管等。２）按结构分：根据 PN 结面积大小，有点接触型、面接触型二极管。３）按用途分：有整流、稳压、开关、光电、变容、阻尼等二极管。４）按封装分：有塑封及金属封等二极管。５）按功率分：有大功率、中功率及小功率等二极管。

1畅1畅5 　二极管的简易测试使用二极管时，可以用一只普通万用表测试二极管的好坏或判断正、负极性。

测量时将万用表拨到“ Ω”档，一般用 R × １００ Ω 或 R × １k Ω 这两档（ R × １ Ω 档电流较大，R × １０k Ω档电压较高，都容易使被测管损坏）。

如图１畅７（a）所示，将红、黑表笔分别接二极管的两端，若测得电阻很小，约在几百欧到几千欧时，再将二极管两个电极对调位置，如图１畅７（b）所示。若测得电阻较大，大于几百千欧，则表明二极管是正常的。所测电阻小的那一次为正向电阻值，此时，与黑表笔相接触的是二极管的正极，与红表笔相接触的是负极。

图１畅７　用万用表检测二极管

如果上述两次测得的阻值都很小，表明管子内部已经短路，若两次测得的阻值

7　　　　


都很大，则管子内部已经断路。出现短路或断路时，管子已损坏。

1畅1畅6 　常用二极管１畅整流二极管一种利用二极管单向导电性能把交流电变换成直流电的二极管，它是面结合

图１畅８　整流二极管

型的功率器件，因结电容大，故工作频率低，其电路符号如图１畅８所示。通常，IF M在１ A 以上的二极管采用金属壳封装，以利于散热；IF M在１A 以下的采用全塑料封装由于近代工艺技术不断提高，国外出现了不少较大功率的管子，也采用塑封形式。

２畅稳压二极管由硅材料制成的面结合型晶体二极管，它是利用 PN 结反向击穿时的电压基

本上不随电流的变化而变化的特点，来达到稳压的目的，因为它能在电路中起稳压作用，故称为稳压二极管（简称稳压管），电路符号如图１畅９（a）所示。

稳压二极管根据其封装形式、电流容量、内部结构的不同可以分为多种类型。稳压二极管根据其封装形式可分为金属外壳封装稳压二极管、玻璃封装（简称玻封）稳压二极管和塑料封装（简称塑封）稳压二极管。塑封稳压二极管又分为有引线型和表面封装两种类型，如图１畅９（b）所示。

稳压管的伏安特性曲线如图１畅９（c）所示，它既具有普通二极管的单向导电特性，又可工作于反向击穿状态。在反向电压较低时，稳压二极管截止；当反向电压达到一定数值时，反向电流突然增大，稳压二极管进入击穿区，此时即使反向电流在很大范围内变化时，稳压二极管两端的反向电压也能保持基本不变。但若反向电流增大到一定数值后，稳压二极管则会被彻底击穿而损坏。

图１畅９　稳压二极管

稳压二极管的主要参数有稳定电压 UZ 、最大工作电流 IZmax 、最大耗散功率PZmax 、动态电阻 RZ和稳定电流 IZ等。一般选用 UZ要与所需稳定电压相同或相近，流过稳压管电流应大于 IZ且小于 IZmax 。

３畅发光二极管发光二极管与普通二极管一样，也是由 PN 结构成，同样具有单向导电性，但

科

学出版社


www.abook.cn

8　　　　

电子电路基础

在正向导通时能发光，所以它是一种把电能转换成光能的半导体器件。电路中的符号如图１．１０所示，由于构成它的材料、封装形式、外观等不同，因而它的类型很多，有普通发光二极管、红外线二极管、激光二极管等。

图１．１０　发光二极管

（１）普通发光二极管它是由磷化镓（GaP）或磷砷镓（GaAsP）等半导体材料制成的，发光颜色以红、

绿、黄、橙四种颜色为主，有些也能发出几种色光，最近还出现了发蓝色光的发光二极管。普通发光二极管应用广泛，除作为各种电子设备电源指示灯外，还可以作为七段显示器件及 BP 机、手机背景灯等。

普通发光二极管工作在正偏状态。检测发光二极管，一般用万用表 R × １０k Ω 档，方法和普通二极管一样，一般正

向电阻１５k Ω 左右，反向电阻无穷大。（２）红外线发光二极管红外线发光二极管由砷化镓（GaAs）等半导体材料制成，发射一定波长的红外

线光，应用于各种红外遥控发射器中。一般用无色或黑色圆形透明树脂封装。红外线发光二极管工作在正偏状态。用万用表的 R × １k Ω 档测量，若阻值在３０k Ω 左右，反向为无穷大，则表明正

常，否则二极管性能变差或损坏。（３）激光二极管激光二极管由一块 P 型和一块 N 型铝镓砷半导体组合而成，其形状为长方形

（长约２５０μm ，宽约１００μm），两端面磨成镜面，相互平行，构成一个“光学谐振腔” 。 P区接电源正极，N区接电源负极，此时 PN结正向导通，形成一定的驱动电流，从光学谐振腔中发射出激光，波长约６００nm ，用于 CD机、视盘机及激光打印机等电子设备中。

根据内部结构和原理，判断激光二极管好坏的方法是通过测试激光二极管的正、反向电阻来确定好坏。若正向电阻为２０～３０k Ω ，反向阻值无穷大，说明正常，否则，要么激光二极管老化，要么损坏。

４畅光电耦合器光电耦合器是将发光的二极管和光敏元件（光敏电阻、光电二极管、光电三极

管、光电池等）组装在一起而形成的二端口器件，其电路符号如图１．１１所示。它的工作原理是以光信号作为媒体将输入的电信号传送给外加负载，实现电唱光唱电的传递与转换。光电耦合器主要用在高压开关、信号隔离器、电平匹配等电路中，起

9　　　　


信号的传输和隔离作用。

图１畅１１　光电耦合器电路符号

５畅光电二极管光电二极管工作在反偏状态，它的管壳上有一个玻璃口，以便接受光照。它的

反向电流随光照强度的增加而上升，广泛用于遥控接受器、激光头中。当制成大面积的发光二极管时，它能将光能直接转换成电能，可当作一种能源器件，即光电池，电路符号如图１．１２（a）所示。

光电二极管的检测方法和普通二极管一样，通常正常电阻为几千欧，反向电阻为无穷大，否则光电二极管质量变差或损坏。当受到光线照射时，反向电阻显著变化，正向电阻不变。

图１．１２　光电二极管

６畅变容二极管变容二极管是利用 PN 结可变原理制成的半导体器件，它仍工作在反向偏置

状态，当外加的反向偏置电压的大小变化时，其结电容随外加偏压的变化而变化，在电路中当作可变电容器使用。由于它无机械磨损且体积小，因而广泛应用于彩电调谐器中，不同型号的管子，其容量变化的范围也不一样，一般在３～３００pF ，最大容量与最小容量之比约为５ ∶ １，它的压控特性曲线和电路符号如图１．１３所示。

图１畅１３　变容二极管的符号和特性曲线

科

学出版社


www.abook.cn

10　　　

电子电路基础

１畅２　晶体三极管

1畅2畅1 　三极管的结构、分类和符号

１畅晶体三极管的结构符号半导体三极管又称为晶体三极管，因其内部参与导电的载流子有电子和空穴，

图１畅１４　三极管外形

所以又称它为双极型三极管。它是组成各种电子电路的核心器件，其外形见图１．１４。

将两个 PN 结用一种特殊的工艺背靠背地连接起来，引出三个电极即可得到三极管，按 PN 结组合方式的不同，可得到 NPN 和PNP 两种类型的三极管，其结构示意图和在电路中的符号如图１．１５所示。

图１．１５　三极管的结构和符号

由图１畅１５可见，无论是 NPN 型或是 PNP 型三极管，它们均有三个区，即发射区、基区和集电区，并相应地引出三个电极，即发射极（e）、基极（b）、和集电极（c），同时，在相应两个区的交界处，形成两个 PN 结。发射区和基区之间的 PN 结，称为发射结；集电区和基区之间的 PN 结称为集电结。图形符号中，画箭头的电极是发射极，箭头的方向表示发射结正向偏置时电流的方向。箭头向外表示 NPN 型管，箭头向里表示 PNP 型管。目前多数的 NPN 型管是硅管，多数的 PNP 型管是锗管。三极管在电路中主要起放大作用或开关作用，为了确保三极管正常工作，制造有以下的工艺要求：

１）发射区掺杂浓度较大，以利于发射区向基区发射载流子。２）基区很薄（几微米～几十微米），掺杂少，这样载流子易于通过。３）集电区比发射区体积大且掺杂少，利于收集载流子。

11　　　


1畅2畅2 　晶体三极管的分类及命名

１畅三极管的分类三极管的种类很多，有下列五种分类形式：１）按其结构类型划分，可分为 NPN 管和 PNP 管。２）按其制作材料划分，可分为硅管和锗管。３）按其工作频率划分，可分为高频管和低频管。４）按其功率大小划分，可分为大功率管、中功率管和小功率管。５）按其工作状态划分，可分为放大管和开关管。

２畅三极管的命名国产三极管的命名方法见表１畅２，如３CX４８B ：“３”表示电极数为３，“C”表示

PNP 型硅材料，“X”表示低频小功率管，“４８”表示序号，“B”表示规格号。

表 1畅2 　三极管的型号

第一部分第二部分第三部分第四部分第五部分

　用数字表示器

件的电极数目

　用拼音字母表示

器件的材料和极性

　用汉语拼音字母

表示器件的类型

　用数字表示

器件的序号

　用汉语拼音字

母表示规格号

　反映三极管

参数的差别

　反映三极管承

受反向击穿电压

的高低

符号意义符号意义符号意义

３三极管

A PNP 型锗材料 X 低频小功率管

B NPN 型锗材料 G 高频小功率管

C PNP 型硅材料 D 低频大功率管

D NPN 型硅材料 A 高频大功率管

U 光电器件

K 开关管

CS 场效应管

1畅2畅3 　三极管的工作电压和基本连接方式

１畅三极管的工作电压三极管工作时，通常在它的发射结加正向电压，集电结加反向电压，因此，NPN

型管的发射极低于基极电位，PNP 型管则相反，如图１．１６所示。可以看出两类管子的外部电路所接电源极性正好相反。加在基极和发射极的电压叫做偏置电压，一般硅管在０．５～０．８V ，锗管在０．１～０．３V 。加在集电极和基极之间电压一般是几伏到几十伏。

图１畅１６中，VT 为三极管，GC 为集电极电源，GB为基极电源，又称偏置的电源，Rb为基极电阻，又称偏置电阻，Rc为集电极电阻。

２畅三极管在电路中的基本连接方式电路中的三极管，其输入端应有两个外接端点与管外电路相连，组成输入回路向

科

学出版社


www.abook.cn

12　　　

电子电路基础

图１．１６　三极管电源的接法

管子输入电流；其输出端也应有两个外接端点与管外电路相连，组成输出回路向管外输出电流。可是，三极管只有三个电极，所以必须有一个电极作为输入回路和输出回路的共用端点，称为“公共端” ，如图１．１７所示，显然有三种基本连接方式（或称组态）。

１）共发射极接法：以基极为输入端，集电极为输出端，发射极为输入、输出两回路的公共端，如图１．１７（a）所示。

２）共基极接法：以发射极为输入端，集电极为输出端，基极为输入、输出两回路的公共端，如图１．１７（b）所示。

３）共集电极接法：以基极为输入端，发射极为输出端，集电极为输入、输出两回路的公共端，如图１．１７（c）所示。

图１畅１７　三极管在电路中的三种基本连接方式

1畅2畅4 　三极管内电流的分配和放大作用三极管的电流放大作用可以通过如图１．１８所示的实验电路来分析。电路中

用三个电流表分别测量发射极电流 IE 、基极电流 IB和集电极电流 IC 。调节 Rp可改变 IB的数值，并得到相应的 IC 、IE值，表１畅３中列出了五组实测数据。

图１畅１８　三极管三个电流的测量

13　　　


表 1畅3 　实测数据

IB／ mA －０．００４００．０１０．０２０．０３

IC／mA ０．００４０．０１１．０９１．９８３．０７

IE／mA ００．０１１．１０２．００３．１０

从表１畅３中可以看出：１）三极管中电流分配关系：发射极电流等于集电极电流和基极电流之和，即

IE ＝ IB ＋ IC （１畅１）又因为基极电流很小，所以基极电流与发射极电流近似相等，即

IE ≈ IC （１畅２）　　２）三极管集电极直流电流 IC与相应的基极直流电流 IB之比，称为共发射极直

流放大系数，用 β－表示

β－＝ ICIB （１畅３）

三极管集电极电流的变化量 Δ IC与相应的基极电流变化量 Δ IB的比值，称为共发射极交流电流放大系数，用 β表示

β ＝ Δ ICΔ IB （１畅４）

根据表中的数据，可计算出多组 β－和 β的值。在一般情况下，同一只三极管的 β

－比

β略小，实际应用中并不严格区分。β值的大小表明了三极管的电流放大能力的强弱。这种放大能力实质上是 IB

对 IC的控制能力，因为无论 IB还是 IC都来自电源，三极管本身是不能放大电流的。对于表的实验数据，还有两点说明：１）表中第一纵列 IE ＝０是发射极开路时的情况。此时三极管只有集电结接在

电路内而且加的是反向电压，所以出现的是集电结反向电流，从集电极流向基极，

图１畅１９　 ICBO与 ICEO示意图

它是这种特定的情况下的集电极电

流 IC ，也是基极电流 IB ，所以两者量值相等，又因为 IB的正方向是流向基极的，故此时的 IB取负值。这个发射极开路时的集电结反向电流

称为集电极唱基极反向饱和电流，简称三极管的反向饱和电流，记作ICBO ，如图１．１９（a）所示。

２）表中第二纵列 IB ＝０是基极开路时的情况。这时仍有电流从集电极流向发

射极，在此特定的情况下 IC ＝ IE 。这个基极开路时的集电极与发射极之间的电流称为集电极 — 发射极反向电流，又称三极管的穿透电流，记作 ICEO 。见图１．１９（b）所示。实验证明，ICEO会随着温度的升高而增大，ICEO大反映三极管温度稳定性差，

科

学出版社


www.abook.cn

14　　　

电子电路基础

ICEO越小越好。硅管的 ICEO比锗管的小的多，所以硅管的温度稳定性比锗管好。

1畅2畅5 　三极管的输入和输出特性三极管的特性曲线是指各电极之间电压与电流之间的关系曲线。最常用的是

三极管共发射极电路的输入、输出特性曲线，这些曲线可利用特性测试仪直观地显示出来。

１畅输入特性曲线输入特性曲线是当三极管集电极与发射极之间电压 UCE一定时，输入回路中

基极与发射极之间电压 uBE基极电流 iB与之间的关系曲线，如图１．２０所示。由输入曲线可以看出：当发射结正偏电压 uBE很小时，基极电流 iB近似等于零，

三极管是截止的，只有在 uBE大于某值（此值称三极管的门槛电压或截止电压时，硅管约为０．５V ，锗管约为０．２V）后，三极管才会产生 iB ，开始导通。随后 iB在较大的范围内变动时，相应的 uBE值变化甚小，近似一常数，此时 uBE值称为三极管工作时的发射结正向压降或称导通电压值，硅管约为０．７V ，锗管约为０．３V 。三极管的输入特性是非线性的（ uBE与 iB是非正比例关系）。

２畅输出特性曲线输出特性曲线是当三极管基极电流 IB一定时，集电极电流 iC与集电极和发射

极之间电压 uCE之间的关系曲线。输出特性曲线可分为截止区、放大区和饱和区三个区域，如图１．２１所示。

图１．２０　输入特性曲线图１．２１　输出特性曲线

１）截止区。一般把 IB ＝０这条曲线以下的区域称为截止区。这时候三极管的发射结反偏或两端电压为零，三极管处于截止状态。在 IB ＝０时，iC并不等于零，这电流就是穿透电流 ICEO 。

２）饱和区。当三极管的 uCE减小到 uCE ＜ uBE时，它的发射结和集电结都处于正偏，iC不随 iB的增大而变化，此时三极管处于饱和状态。输出特性曲线左侧 uCE较小的区域即为饱和区。三极管饱和时的 uCE值称为饱和压降，记作 UCES ，小功率硅管的约０．３V ，锗管约０．１V 。

３）放大区。三极管的发射结正偏，集电结反偏时，他处于放大状态。放大区在饱和区截止区之间的区域。此区域内，iC受 iB的控制而变化，即 Δ iC ＝ βΔ iB ，具有电

15　　　


流放大作用。同时 iB一定时，iC不随 uCE而变化，即 iC保持恒定，这种现象称为三极管的恒流特性。

1畅2畅6 　三极管的主要参数三极管的参数是用来表征管子的性能和适用范围的参数依据。常用的有下列

几个主要参数。

１畅共发射极电流放大系数

１）共发射极直流放大系数 β－

（有时用 hFE表示）。２）共发射极交流放大系数 β（有时用 hfe表示）。

同一个三极管，在同等工作条件下，β－

≈ β。

２畅极间反向饱和电流１）集电极唱基极反向饱和电流 ICBO２）集电极唱发射极反向饱和电流（又称穿透电流） ICEOICBO和 ICEO存在下列关系：

ICEO ＝（１＋ β） ICBO （１畅５）

３畅极限参数１）集电极最大允许电流 ICM 。当集电极电流过大时，三极管 β值要降低，一般

规定 β值下降到其正常值的２／３时的集电极电流为集电极最大允许电流。２）集电极最大允许功率损耗 PC M 。 PCM表示集电结上允许损耗功率的最大值。

超过此值，管子的性能会变坏或烧毁。其大小与环境温度有密切关系，温度越高，则 PCM值越小。

３）集电极 — 发射极反向击穿电压 U（BR）CEO 。它是基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。电压超过此值后，若电击穿导致热击穿会损坏管子。

1畅2畅7 　三极管的简易测试

１畅NPN管型和 PNP管型的判别三极管内部有两个 PN 结，根据 PN 结正向电阻小，反向电阻大的特性，可以测

定管型。测试时，可以先测定管子的基极，将万用表选档开关放在 R × １００ Ω 或 R × １k Ω

档用黑表笔和任一管脚相接（假设它是基极 b），红表笔分别和另外两个管脚相接，测量其阻值，如图１．２２（a）所示，如果阻值一个很大，一个很小，则应把黑表笔所节的管脚调换一个，再按上述方法测试，如果能测出两个阻值都很小，则黑表笔所接的就是基极，而且是 NPN 型的管子。原因是因为黑表笔与表内电池的正极相接，这时测得的是两个 PN 的正向电阻值，所以很小。

如果照上述方法测得的结果均为高阻值。则黑表笔所接的是 PNP 管的基极。

科

学出版社


www.abook.cn

16　　　

电子电路基础

因为此时两个 PN 结均为反向电阻值，见图１．２２（b）。

图１畅２２　 NPN管型和 PNP管型的判别

２畅 e 、b 、c三个管脚的判断首先用上述方法确定三极管的基极 b 和管型，假定确定为 NPN 型管，而且基

极 b已找出，先假定一个待定电极为集电极 c（另一个假定为发射极 e）接入万用表，记下欧姆表摆动的幅度，然后再把这两个待定电极对调一下，即原来假定为 c极的改为假定 e极（原假定为 e极的该为假定为 c极）接入电路，在记下欧姆表摆动的幅度。摆动幅度大的一次（即阻值小的一次），黑表笔所接的管脚为集电极 c ，红表笔所接管脚为发射极 e 。这是因为三极管只有各电极电压极性正确时才能导通放大，值较大的缘故。如果待测的是 PNP 型管，只要把红、黑表笔对调位置，仍照上述方法测试。

１畅３　场效应管

场效应是指半导体材料的导电能力随电场的改变而变化的效应。前面介绍的半导体三极管是通过基极电流控制输出电流的器件，为电流控制型器件。场效应管则是利用输入电压产生电场效应来控制输出电流的，属于电压控制型器件。

三极管在工作时，有两种载流子参与导电（电子与空穴），称为双极型晶体管；而场效应管工作时，只有一种载流子参与导电（电子或空穴），所以称为单极型晶体管。场效应管的外形与三极管相似，如图１畅２３所示。

图１畅２３　场效应管实物图

根据场效应管的结构不同，可以分为结型场效应管（JFET）和绝缘栅型场效应管（MOSFET）两种。结型场效应管是利用半导体内电场效应工作的。根据其体

17　　　


内的导电沟道所用的材料不同，分为 N 沟道和 P沟道两种，它的输入阻抗高达１０M Ω 。绝缘栅型场效应管又称为金属唱氧化物唱半导体场效应管（简称 MOS管），它是利用半导体表面的电场效应工作的。绝缘栅场效应管分为增强型和耗尽型，而每一种根据其导电沟道的不同又分为 N沟和 P 沟道两类，如图１畅２４所示。

场效应管

结型N 沟道P 沟道

绝缘栅型

增强型N 沟道P 沟道

耗尽型N 沟道P 沟道

　　图１畅２４　场效应管分类　　

1畅3畅1 　结型场效应管

１畅结构和符号结型场效应管有 N 沟道和 P 沟道两种。图１畅２５（a）是 N 沟道结型场效应管的

结构示意图。它以一块轻掺杂的 N 型硅片作为基片，在基片两侧制造两个高掺杂的 P ＋型区，从而形成两个 PN 结，并将这两个 P ＋型区并联后引出一个电极分别称

为源极 S 和漏极 D 。在两个 PN 结中间的 N 型区是载流子通过漏唱源两极的通道，称为导电沟道，相应的电路符号如图１畅２５（b）所示。图中的箭头方向表示栅极和基片之间 PN 结正向偏置时栅极电流的实际方向。

按照类似的方法，以轻掺杂的 P 型硅片作为基片，在两侧制造高掺杂的 N ＋型

区，从而形成两个 PN 结，在这两个 PN 结中间的导电沟道是 P 型区，因而称为 P沟道结型场效应管，其结构和电路符号分别如图１畅２６（a ，b）所示。

图１畅２５　 N沟道结型场效应管图图１畅２６　 P沟道结型场效应管２畅结型场效应管的工作原理两种结型场效应管的工作原理基本相同，特性曲线和参数也是类似的，不同点

仅在于通过 N 沟道的载流子是自由电子，通过 P 沟道的载流子是空穴，因而外接电源的极性二者也正好相反。下面以 N 沟道结型场效应管为例进行讨论，分析结型场效应管的工作原理。

未加电压时，N 沟道结型场效应管的 PN 结间电荷区（耗尽层）沿着 P ＋区和 N区的交界面均匀分布，并在 N 区内占有一定的宽度，如图１畅２５（a）阴影部分所示。由于此时的耗尽层较窄，两个耗尽层的中间导电沟道较宽，因而沟道的电阻较小。

科

学出版社


www.abook.cn

18　　　

电子电路基础

正常工作时，结型场效应管中的 PN 结必须外加反偏电压，如图１畅２７所示，漏

图１畅２７　 N沟道结型场效应管工作原理

极 D接漏极电源 UD 的正极，源极 S 接 UD的负极，栅极 G 和源极 S 之间接入栅极电源UG ，G 极接 UG 负极，S 极接 UG 正极。在UDS保持不变的条件下，PN 结的宽度随所加的反向电压 uGS而变化，反向电压越高，PN结就越宽（变厚）。由图可知，PN 结变宽时，N 沟道就变窄，沟道电阻变大，D 极和 S 极间的电流 iD （称漏极电流）就变小，因此改变反向电压 uGS即可控制漏极电流 ID 。

可见，结型场效应管是一个电压控制型器件。通常场效应管总是把 G 极和 S极作为输入端使用的，因为 G 极和 S极间的 PN 结都是处于反偏状态，所以输入电阻很大，一般可达１０７～１０８ Ω 。

P 沟道结型场效应管的工作原理和 N 沟道结型场效应管的工作原理相同，只是电流方向和各电极电压极性不同，所以使用 P 沟道结型场效应管时，应使 uDS为负电压，uGS为正电压。它也是利用栅极和源极之间的电压 uGS控制漏极电流 iD 的电压控制器件。

３畅结型场效应管的伏安特性曲线场效应管的伏安特性曲线通常可用晶体管图示仪测出。常见的特性曲线有转

移特性曲线和输出特性曲线两种。（１）转移特性曲线当漏、源之间电压 UDS保持不变时，漏极电流 iD 和栅、源之间电压 uGS的关系称

为转移特性，用函数关系表示则为iD ＝ f（ uGS ） | uDS ＝常数

　　它描述了栅、源之间的电压 uGS对漏极电流 iD 的控制作用，如图１．２８（a）所示。当 uGS ＝０时，导电沟道的截面积最大，沟道电阻最小，所以漏极电流 iD 最大，

用 IDSS表示，它就是饱和漏极电流。随着 uGS负值的增大，iD 随之减小，它们成非线性关系，当 uGS等于夹断电压 UP 时，漏极和源极之间完全被阻断，致使 iD ＝０，相当于三极管处于截止状态。

（２）输出特性曲线输出特性是指栅源电压 UGS一定时，漏极电流 iD 与漏源电压 uDS的关系曲线，

用公式表示为

iD ＝ f（ uDS ） | uGS ＝常数　　每取一个 uGS值，就有一条 iD唱uDS曲线与之对应，所以输出特性曲线是一簇曲线，其形状与三极管输出特性曲线相似，如图１．２８（b）所示。从输出特性曲线上可划分成可变电阻区、放大区（饱和区）和击穿区三个区域。

19　　　


图１．２８　 N沟道结型场效应管特性曲线　　１）可变电阻区（ Ⅰ 区）。在此区域，保持 uGS不变，此时 iD 随 uDS作线性变化，沟道呈现电阻性，且 uGS越大，曲线越陡，这说明电阻值是随 uGS增大而减小，因此叫可变电阻区。

２）饱和区（ Ⅱ 区）。该区域也称恒流区。此区域中，只要 uG S 不变，iD 不随uDS变化，基本维持恒定值，即 iD 对 uDS呈饱和状态，所以称为饱和区。在饱和区，iD 受 uGS控制而变化，当 uGS有少量变化时 iD 变化较大，这个区域相当于晶体三极管的放大区。

３）击穿区（ Ⅲ 区）。当增大到一定值时，漏极电流会突然增大，使管子进入击穿区，如图３畅４（b）所示曲线的上翘部分。在击穿区管子会因过热而损坏，使用时应防止管子进入击穿区。

1畅3畅2 　绝缘栅场效应管绝缘栅场效应管通常由金属、氧化物和半导体制成，所以又称为金属唱氧化物唱

半导体场效应管，简称为 MOS 场效应管。由于这种场效应管的栅极被绝缘层（SiO２）隔离（所以称为绝缘栅）。因此其输入电阻更高，可达１０９ Ω 以上。

绝缘栅场效应管分增强型、耗尽型两类，每类又有 P 沟道（PMOS）和 N 沟道（NMOS）两种。由于 P 沟道和 N 沟道工作原理相同，仅电压极性相反，故就以NMOS 管为例来说明绝缘栅场效应管的工作原理。

１畅N沟道增强型绝缘栅场效应管（１）结构和符号N 沟道增强型 MOS场效应管的结构和图形符号如图１．２９（a ，b）所示。把一

块掺杂浓度较低的 P 型半导体作为衬底，然后在其表面上覆盖一层 SiO２的绝缘

层，再在 SiO２层上刻出两个窗口，通过扩散工艺形成两个高掺杂的 N 型区（用 N ＋

表示），并在 N 区和 SiO２的表面各自喷上一层金属铝，分别引出源极 S 、漏极 D 和控制栅极 G 。衬底上也引出一根引线，通常情况下将它和源极在内部相连。

科

学出版社


www.abook.cn

20　　　

电子电路基础

图１．２９　 N沟道增强型 MOS管　　（２）工作原理绝缘栅场效应管则是利用 uGS来控制“感应电荷”的多少，以改变由这些“感应

电荷”形成的导电沟道的状况，然后达到控制漏极电流 iD 的目的。对 N 沟道增强型的 MOS 场效应管，当 uGS ＝０时，在漏极和源极的两个 N 区

之间是 P 型衬底，因此漏、源之间相当于两个背靠背的 PN 结。所以无论漏、源之间加上何种极性的电压，总是不导通的，iD ＝０，如图１．３０（a）所示。

如图１．３０（b）所示，当 uGS ＞０时（为方便假定 uDS ＝０），则在 SiO２的绝缘层中，产生了一个垂直半导体表面，由栅极指向 P 型衬底的电场。这个电场排斥空穴吸引电子，当 uGS ＞ U T （UT 称为开启电压）时，在绝缘栅下的 P 型区中形成了一层以电子为主的 N′型层。由于源极和漏极均为 N 型，故此 N 型层在漏、源极间形成电子导电的沟道，称为 N 型沟道。此时在漏、源极间加 uDS ，则形成电流 iD 。显然，此时改变 uGS则可改变沟道的宽窄，即改变沟道电阻大小，从而控制了漏极电流 iD 的大小。由于这类场效应管在 uGS ＝０时，iD ＝０，只有在 uGS ＞ U T 后才出现沟道，形成电流，故称为增强型。

图１．３０　 N沟道增强型 MOS管工作原理（３）特性曲线１）转移特性曲线。如图１．３１（a）所示，在 uGS ＝０时，iD ＝０，只有当 uGS为正电

压且大于开启电压 UT 时，才能使 iD ＞０。２）输出特性曲线。如图１．３１（b）所示，可分为三个区：可变电阻区、饱和区和

21　　　


击穿区。

图１．３１　 N沟道增强型绝缘栅场效应管２畅N沟道耗尽型绝缘栅场效应管（１）结构和符号耗尽型 MOS场效应管，是在制造过程中，预先在 SiO２绝缘层中掺入大量的正

离子，因此，在 uGS ＝０时，这些正离子产生的电场也能在 P 型衬底中“感应”出足够的电子，形成 N 型导电沟道，如图１．３２（a）所示。衬底通常在内部与源极相连，图１．３２（b）是它的图形符号。

（２）工作原理如图１．３３所示，当 uDS ＞０时，将产生较大的漏极电流 iD 。如果使 uGS ＜０，则

它将削弱正离子所形成的电场，使 N 沟道变窄，从而使 iD 减小。当 uGS为负，达到某一数值时沟道消失，iD ＝０。使 iD ＝０的 uGS我们也称为夹断电压，仍用 UP 表示。uGS ＜ UP 沟道消失，称为耗尽型。

　　　　图１．３２　 N沟道耗尽型绝缘栅场效应管图１．３３　 N沟道耗尽型绝缘栅管的工作原理

（３）特性曲线１）转移特性曲线。如图１．３４（a）所示，在 uGS ＝０时，就有 iD ，此时的电流称为

饱和电流 IDSS 。要使 iD 减少，uGS应为负电压，当 uGS为夹断电压 UP 时，iD ＝０。

科

学出版社


www.abook.cn

22　　　

电子电路基础

２）输出特性曲线。如图１．３４（b）所示，可分为三个区：可变电阻区、饱和区和击穿区。

图１．３４　 N沟道耗尽型绝缘栅场效应管特性

1畅3畅3 　场效应管的主要参数场效应管主要参数包括直流参数、交流参数、极限参数三部分。

１畅直流参数（１）开启电压 UT当 uDS一定时，漏极电流 iD 达到某一数值（如１０ μA）时所需加的 uGS值，UT 是

增强型场效应管的重要参数。（２）夹断电压 UP它是耗尽型和结型场效应管的重要参数。当 uDS一定时，使 iD 减小到某一个

微小电流（如１ μA ，５０ μA）时所需 uGS的值。（３）饱和漏极电流 IDSS它是耗尽型和结型场效应管的一个重要参数。当栅、源极之间的电压 uGS ＝０，

而漏、源极之间的电压 uDS大于夹断电压 UP 时对应的漏极电流。（４）直流输入电阻 RGSRGS是栅源极之间所加电压 uGS与产生的栅极电流 iG 之比，由于栅极几乎不索

取电流，因此输入电阻很高，结型场效应管一般在１０７ Ω 以上，绝缘栅场效应管可达１０９ Ω 以上。

２畅交流参数（１）低频跨导 gm此参数是描述栅、源电压 uGS对漏极电流 iD 的控制作用，当 UGS一定时，漏极电

压变化量（Δ ID）和引起这个变化的栅唱源电压变化量（ΔUGS ）之比。（２）极间电容它是场效应管三个极间的等效电容 CGS 、CGD和 CDS 。这些极间电容愈小，则管

子的高频性能愈好。一般为几个 pF 。

23　　　


３畅极限参数（１）漏极最大允许耗散功率 PD MiD 与 uDS的乘积不应超过极限值。（２）漏极击穿电压 U（BR）DS

在场效应管输出特性曲线上，当漏极电流 iD 急剧上升产生雪崩击穿时的 uDS 。工作时，外加在漏唱源极之间的电压不得超过此值。

1畅3畅4 　各种场效应管的特性比较前面以 N 沟道场效应管为例，讨论了场效应管的工作原理、特性曲线及主要

参数。其分析方法原则上也适用于 P 沟道场效应管，但由于 P 沟道场效应管工作的载流子是空穴，故组成衬底的半导体材料和管子各电极电源的极性都会作相应的改变，现将各种场应符号、特性曲线汇总见表１畅４。

表 1畅4 　场效应管的符号及特性曲线

类　　型符　　号电源极性转移特性输出特性

U P或 U T U DS iD ＝ f（ uGS） iD ＝ f（ uDS）

结

型

N沟

道

耗

尽

型

－＋

P沟

道

耗

尽

型

＋－

绝

缘

栅

N沟

道

增强型

＋＋

耗尽型

－＋

P沟

道

增强型－－

科

学出版社


www.abook.cn

24　　　

电子电路基础

续表

类　　型符　　号电源极性转移特性输出特性

U P或 U T U DS iD ＝ f（ uGS） iD ＝ f（ uDS）

绝

缘

栅

P沟

道

耗尽型

＋－

1畅3畅5 　场效应管的特点场效应管具有放大作用，可以组成各种放大电路，它与双极性三极管相比，具

有以下几个特点：１）场效应管是电压控制器件通过 uGS来控制 iD 。而双极性三极管是电流控制

器件，通过 IB 来控制 IC 。２）场效应管工作时，栅、源极之间的 PN 结处于反向偏置状态，输入端几乎没

有电流。所以其直流输入电阻和交流输入电阻都非常高。而双极性三极管，发射结始终处于正向偏置，总是存在输入电流，故 b 、e极间的输入电阻较小。

３）由于场效应管是利用多数载流子导电的，因此与双极性三极管相比，具有噪声小、受辐射的影响小、热稳定性好而且存在零温度系数工作点等特性。

４）由于场效应管的结构对称，有时漏极和源极可以互换使用，而各项指标基本上不受影响，因此使用时比较方便、灵活对于有的绝缘栅场效应管，制造时源极已和衬底连在一起，则源极和漏极不能互换。

５）每个 MOS场效应管在硅片上所占的面积只有双极性三极管的５％，因此集成度更高。

６）MOS场效应管的输入电阻可高达１０１５ Ω ，因此，由外界静电感应所产生的电荷不易泄漏。而栅极上的 SiO２绝缘层双很薄，这将在栅极上产生很高的电场强度，以致引起绝缘层击穿而损坏管子。

７）组成放大电路时，在相同负载电阻下，电压放大倍数比双极性三极管低。

1畅3畅6 　场效应管的检测由于绝缘栅型（MOS）场效应管输入阻抗很高，不宜用万用表测量，必须用测

试仪测量，而且测试仪必须良好接地，测试结束后应先短接各电极，以防外来感应电势将栅极击穿。

结型场效应管可用万用表来判别起管脚和性能的优劣。

１畅管脚的判别首先确定栅极，将万用表置于 R × １k Ω 或 R × １００ Ω 档，用黑表棒接假设的栅

极，再用红表棒分别接另外两脚。若测得的阻值小，黑、红表棒对调后阻值很大，则

25　　　


假设的栅极正确，并知它是 N 沟道场效应管，反之为 P 沟道场效应管。其次确定源极和漏极，对于结型场效应管，由于漏、源极是对称的，可以互换，因此，剩余的两只管脚中任何一只都可以作为源极或漏极。

２畅质量判定把万用表置于 R × １k Ω 档或 R × １００ Ω 档，红、黑两表分别交替接源极和漏极，

阻值均小。随后将黑表棒接栅极，红表棒分别接源极和漏极，对 N 沟道管，阻值应很小；对 P 沟道管，阻值应很大。再将红、黑表棒对调，测得的数值相反，这样的管子基本上是很好的。否则，要么是因击穿而短路，要么断路。

1畅3畅7 　场效应管使用注意事项１）MOS管栅、源极之间的电阻很高，使得栅极的感应电荷不易泻放，因极间电容

很小，故会造成电压过高使绝缘层击穿。因此，保存 MOS管应使３个电极短接，避免栅极悬空。焊接时，电烙铁的外壳应良好地接地，或烧热电烙铁后切断电源再焊。

２）有些场效应晶体管将衬底引出，故有４个管脚，这种管子漏极与源极可互换使用。但有些场效应晶体管在内部已将衬底与源极接在一起，只引出３个电极，这种管子的漏极与源极不能互换。

３）使用场效应管时各极必须加正确的工作电压。４）在使用场效应管时，要注意漏、源电压和漏、源电流及耗散功率等，不要超过

规定的最大允许值。

小　　结

１畅半导体中有两种载流子：电子和空穴。半导体具有独特的掺杂性、热敏性和光敏性。在纯净的半导体（本征半导体）中掺入不同杂质。可以得到两种杂质半导体：P 型半导体和 N 型半导体。 P 型半导体中空穴是多数载流子，N 型半导体中电子是多数载流子。

２畅晶体二极管的核心是 PN 结，其主要特性是单向导电性，即加在正向电压时二极管导通，加反向电压时二极管截止。该特性可由二极管特性曲线准确描述。二极管的死区电压或门槛电压（也称阀值电压），硅管约为０．５V ，锗管约为０．１V ；正向压降硅管约为０．６～０．７V ，锗管约为０．２～０．３V 。

３畅晶体三极管是一种电流控制器件，是通过基极电流的变化去控制较大集电极电流变化，所谓电流放大作用，实质上就是这种控制作用。三极管外部有基极、集电极、发射极三个电极，其内部有发射结、集电结两个 PN 结。使用时有三种基本连接方式，广泛采用的是共发射极连接。有三种工作状态，即截止状态、饱和状态和放大状态。三极管三个极的电流关系 IE ＝ IB ＋ IC ，在放大状态时 IC ＝ βIB 。三极管的特性曲线和参数是用来表明管子性能和适用范围的，β表示电流放大能力；ICBO 、ICEO反映了管子温度稳定性。三极管有 NPN 型和 PNP 两大基本类型。

科

学出版社


www.abook.cn

26　　　

电子电路基础

４畅场效应管是一种电压控制器件，用栅极电压来控制漏极电流，具有高输入电阻和低噪音的特点。表征管子性能的有转移特性曲线、输出特性曲线和跨导。它有结型场效应管和绝缘栅场效应管两大类，每类又有 P 沟道、N 沟道的区分。绝缘栅场效应管另有增强型和耗尽型两种。

习　　题

１畅１　什么是半导体？在半导体中存在哪两种载流子？什么是 P 型半导体和N 型半导体？什么是 PN 结？

１畅２　题图１畅１所示的电路中，哪个灯泡可能发亮？

　　题图１畅１题图１畅２题图１畅３

１畅３　题图１畅２电路中的灯泡能发亮吗？１畅４　测量电流时，为保护动圈式电表 M 的脆弱转动部件，不致因接错直流电

源的极性或通过电流过大而损坏，常在表头处串联或并联一个二极管，如题图１畅３所示。试分别说明这两种接法的二极管各起什么作用。

１畅５　题图１畅４两个电路中，设 VD１、VD２均为理想二极管（即正向导通时其正向电阻和正向压降为零，反向截止时其反向电阻为无穷大的二极管）。试判断题图１畅４（a）及题图１畅４（b）中的二极管是导通还是截止，并求输出电压 Uo 。

题图１畅４

１畅６　电路如题图１畅５所示，已知输入电压阻为正弦波，设二极管为理想二极管，试画出输出波形。

１畅７　能否用两个二极管连接成一个三极管？为什么？１畅８　三极管有哪三种基本连接方式？试用 PNP 型管的图形符号画出这三种

连接方式的示意图。１畅９　要使三极管起放大作用，在集电结、发射结上应分别加什么样的工作电

压？以 NPN 型管为例画出电路图。１畅１０　试画出一个三极管的输出特性曲线示意图并在图上标出三个工作区

27　　　


题图１畅５

的位置。１畅１１　已知三极管的 β＝５０，若 IB ＝２０μA ，则该管的 IC 、IE各为多少？（忽略 ICEO）１畅１２　题图１畅６所示是在电路中测出的各三极管的三个电极对地电位。试判

断各三极管处于何种工作状态（设图中 PNP 型管均为锗管，NPN 型管均为硅管）？１畅１３　题图１畅７是某三极管的输出特性曲线，求

（１）UCE ＝６V ，IB ＝１５０μA 时的 IC和 β－

；（２）UCE ＝６V 时，IB由１００μA 变化到２００μA 时的 β。

题图１畅６题图１畅７

１畅１４　什么是场效应管？它有哪三个电极？画出 N 沟道和 P 沟道结型场效应管的图形符号。

１畅１５　结型场效应管的特性用哪两种曲线表示？以 N 沟道结型场效应管为例画出它们的示意图。

１畅１６　结型场效应管的源极和漏极能否调换使用？为什么？１畅１７　参照 N 沟道 MOS 型场效应管结构示意图画出一个 P 沟道增强型

MOS管的结构示意图。１畅１８　画出各类 MOS 管的图形符号（要分清 N 沟道或 P 沟道，增强型或

耗尽型）。１畅１９　指出普通三极管和场效应管，哪个是电流控制器件、哪个是电压控制

型器件。

科

学出版社


www.abook.cn

放大器基础

2

第

章

【】

1.基本放大器的电路组成和工作原理

2.估算法分析放大电路的基本方法和常用公式

3.集置放大器稳定静态工作点的原理

4.放大器的三种基本接法

5.多级放大器的耦合方式

6.差分放大器的工作原理

29　　　

第２章　放大器基础

２畅１　共发射极基本放大器

2畅1畅1 　放大器的基本概念放大器的作用就是把微弱的电信号，放大到推动负载所需要的数值。所谓放

大，表面上看是将小信号经三极管放大后其幅度由小变大，但实质上，放大的过程在三极管放大电路中，是实现能量转换和控制的过程，即由一个能量较小的输入信号去控制直流电源，使之转换成为一个能量较大的交流信号输出。

2畅1畅2 　三种放大器形式由于三极管有三个电极，在实际应用中，一般是将一个电极作为信号的输入端，

另一个电极作为信号的输出端，第三个电极则作为信号输入回路和输出回路的公共端。所以按信号输入和输出回路公共端的不同，在实际应用中的放大器，就有三种不同的放大形式，即：共发射极放大器、共集电极放大器、共基极放大器。本章我们将以应用最广泛的 NPN管组成的共发射极放大器为例，讨论基本放大器的工作原理及其分析方法。

2畅1畅3 　放大器的组成

１畅基本放大器的组成原则１）直流偏置：为保证三极管在电路中实现正常的放大（无论是 NPN 管还是

PNP 管），发射结必须加正向偏置电压，集电结必须加反向偏置电压。２）信号的输入和输出：信号源和负载接入电路时，应不影响三极管原直流偏

置，即：仍应保证发射结正偏，集电结反偏。另外，信号源和负载在一般情况下也不希望有直流电流流入，所以，信号源、放大电路和负载之间的耦合电路，一般要求既能隔断直流，又能使交流信号畅通无阻的传输。

图２畅１　共发射极放大器

２畅电路的组成及各元件的作用图２．１所示为阻容耦合式共发射极基本放大器。

电路中各元件的作用分别如下所述。１）电源 VCC ：其作用是为整个电路提供静态工作电

压，并为交流信号放大时，提供能量转换的直流电源（在画图时，往往省略直流电源的电路符号，只标出直流电源电压的文字符号）。

２） ui ：需要放大的信号（信号源）。３）三极管 VT ：其作用是放大 ui 。４）基极偏置电阻 Rb ：其作用是为了三极管基极提供合适的偏置电压，以获得

合适的基极偏置电流 IB 。

科

学出版社


www.abook.cn

30　　　

电子电路基础

５）集电极电阻 Rc ：其作用是为了三极管集电极提供合适的偏置电压，以获得合适的集电极电流 IC 。

６）耦合电容 C１、C２：其作用是防止信号源以及负载对放大器直流状态的影响；同时保证交流信号顺利地传输，即“隔直通交” 。

７）负载电阻 RL ：其作用是承接被电路放大的输出端信号，电路中的负载电阻并不一定是一个实际的电阻器，而是表示某种用电设备如仪表、扬声器或下一级放大电路。

８）符号“ ⊥ ”为接地符号，是电路中零参考点电位。说明：电路中只有在合适的 V CC 、Rb 、RL的共同作用下，才能保证三极管在静态

时发射极处于正向偏置状态，集电极处于反向偏置状态，才能获得合适的基极偏置电流 IB和合适的集电极电流 IC ，才能使电路处于正常的准备放大状态。

2畅1畅4 　电路中电压和电流符号写法的规定１）直流分量：用大写字母和大写下标的符号，如 IB表示基极的直流电流。２）交流分量瞬时值：用小写字母和小写下标的符号，如 ib表示基极的交流电流。３）总量瞬时值：是直流分量和交流分量之和，用小写字母和大写下标的符号，如

iB ＝ IB ＋ ib ，即表示基极电流的总瞬时值。

2畅1畅5 　工作原理１畅静态工作点把放大器的输入端短路，则放大器处于无信号输入状态，称为静态。此时三极

管直流电压 UBE 、UCE和对应的 IB 、IC ，统称为静态工作点，或简称为 Q 点，由于 UBE恒定（硅管一般０．７V ，锗管为０．３V），所以讨论静态工作点时主要是考虑 IB 、IC和UCE三个量，并分别用 IBQ 、IC Q和 UCEQ表示。

以图２．１为例，如果电源 VCC不变，调节偏置电阻 Rb即可改变 IBQ ，从而使静态工作点改变。为了使静态工作点能正常工作，放大器必须要设置一个合适的静态工作点。

若把图２．１中的 Rb除去，如图２．２所示，则 IBQ ＝０。在输入端加正弦信号电压 ui时，在信号的正半周，发射结因加正向电压而导通，输入电流 ib随 ui变化。在信号负半周，发射结加反向电压而截止，ib不会出现，即负半周信号不能输入三极管，这种不正常的工作状态，是因为放大器静态工作点不合适而发生的。

如果图２．１中的 Rb保留，而且阻值适当，则 IBQ有个合适的数值。在此基础上如输入端有交流信号 ui（设为正弦波电压）通过 C１加到三极管的基极和发射极之间时，基极电流随 ui而变化，它实际上是直流电流 IBQ和由输入信号引起的交流电流 ib的合成。交流 ib叠加在直流 IBQ上，如图２．３所示。如果 IBQ的值超过 ib的幅值，那么基极的总电流 IBQ ＋ ib始终是单方向的脉动直流，即它只有大小的变化，没有正负极的变化，就不会产生三极管发射极反偏而截止的情况，从而避免了输入电流 ib的波形失真。

31　　　


图２畅２　除去 Rb时放大器工作不正常图２畅３　基极电流的合成

　　综上可知，一个放大器选择合适的静态工作点是十分必要的。由电源 VCC和偏置电阻 Rb组成的电路，就是为了提供合适的偏置电流 IBQ而设置的，称为偏置电路。

２畅动态工作当放大器输入交流信号，即 ui ≠ ０时称为动态。当图２．２的共发射极电路放大器输

入端加上交流信号电压 ui［图２．４（a）］时，则改电压通过电容 C１送到晶体管的基极 b与发射极 e之间，引起基极电流的变化。这时基极总电流 iB ＝ IBQ ＋ ib ，如图２．４（b）所示。

图２畅４　放大器各处电压、电流波形

由于基极电流对集电极电流的控制作用，基极电流的变化将使集电极电流在静态值 ICQ的基础上跟着变化，如图２．４（c）所示。可见，集电极电流也是 ICQ和 ic 两个电流的合成，即 iC ＝ ICQ ＋ ic 。

同样，集电极与发射极电压也是静态电压 UCEQ和交流电压 uce两部分合成，即

uCE ＝ UCE Q ＋ uce （２畅１）　　由于集电极电流 iC流过电阻 Rc时，在 Rc上产生电压降iC Rc ，则集电极与发射极间总的电压，同时也是直流成分和交流成分合成，应为

uCE ＝ V CC － iC Rc ＝ VCC －（ IC Q ＋ ic） Rc　　　　　　　＝ VCC － ICQ Rc － ic Rc

　　　　＝ UCEQ － ic Rc （２畅２）　　将式（２畅１）与式（２畅２）比较可得

uCE ＝－ ic Rc （２畅３）式中，负号表示 ic增加时 uce将减小，也就是 uce与 ic反相。故 uCE ＝ UCEQ ＋ uce的波形应如图２．４（d）所示。

耦合电容 C２起隔直流、通交流的作用，仅通过交流成分 uce ，在放大器输出端可获得放大后的输出电压 uo ，如图２．４（e）所示。且

uo ＝ uce ＝－ ic Rc （２畅４）　　上式表明，输出交流电压 uo和 ic是反相关系，从图２．４看出 ui 、ib 、ic是同相的，而 uo和 ui是反相关系。

科

学出版社


www.abook.cn

32　　　

电子电路基础

以上分析说明，在共发射极放大器电路中，输入电压 ui和输出电压 uo ，频率相同，波形相似，而幅度得到了放大，但它们相位相反。

综上所述，单级放大器工作时有下列特点：１）为了使放大器不失真地放大信号，放大器必须建立合适的静态工作点。２）单级共发射极放大电路兼有放大和反相作用。３）当放大器输入交流信号后，放大器中总是同时存在着直流分量和交流分量

两种成分。由于放大器中通常都存在电抗性元件，所以直流分量和交流分量的通路是不一样的。通常把放大器中只允许直流电流通过的路径称为直流通路，把交流信号流通的路径称为交流通路。对于直流通路来说，放大器中的电容可以视为开路，电感可以视为短路；而对于交流通路来说，小容抗的电容以及内阻小的电源，其交流压降很小可视作短路。它们的画法要点是：

画直流通路：把电容视为开路，其他不变。画交流通路：把电容和电源都简化成一条短路直线。根据上述要点，可把图２．５（a）的放大器电路画成图２．５（b）和图２．５（c）所示的

直流和交流通路。

图２畅５　直流、交流通路的画法

２畅２　放大器的分析方法

为了了解放大器的基本性能，例如静态工作点的设置是否恰当，放大倍数的大小等需要对放大电路进行分析，常见的分析方法有估算法、图解法和等效电路法，本节以共发射极基本放大器为例，简要介绍估算法和图解法。

2畅2畅1 　估算法用公式通过近似计算来分析放大器性能的方法称为估算法。在分析小信号放

大电路时，一般采用估算法比较简便。

１畅估算静态工作点根据放大器中的一些已知数据（如 V CC 、Rb 、Rc 、β等）和直流通路可得下列估算

静态工作点的公式。如图２．６所示单级放大器，有下列估算静态工作点的公式

33　　　


IBQ ＝ V CC － UBEQRb

　　当 VCC ＞（３～５）UBEQ时，可忽略 UBEQ

IBQ ≈ V CCRb （２畅５）

ICQ ＝ βIBQ （２畅６）UCEQ ＝ V CC － IC Q RC （２畅７）

【例 2畅 1】　如图２畅６所示的放大电路中，设 V CC ＝１２V ，Rb ＝４００k Ω ，Rc ＝３k Ω ，β＝５０，试估算静态工作点。

解　 IBQ ≈ V CCRb ＝１２４００＝３０ μ A

ICQ ＝ βIBQ ＝５０ × ３０＝１畅５mAUCE Q ＝ V CC － ICQ Rc ＝１２－１畅５ × ３＝７畅５V

２畅估算输入电阻、输出电阻和放大倍数（１）三极管输入电阻 rbe三极管的输入端加入交流信号 ui时，在其基极将产生相应的基极变化电流 ib ，

如同在一个阻抗上加上交流电压 u而产生交流电流 i 的情况一样。因此三极管的输入端 b 、e之间可用一个等效阻抗来代替。或者说，从管子的输入端看进去有一个等效阻抗存在。由于低频时可忽略其电抗部分，而只有计算其电阻部分，因而把这个电阻称为三极管的输入电阻 rbe ，如图２．７所示。

图２畅６　共发射极放大器图２畅７　三极管的输入电阻

rbe的大小为

rbe ＝ uiib （２畅８）

　　通常估算时，对 rbe并不要求那么精确，小功率管在常温下，共发射极接法时的输入电阻可采用下面近似计算公式

rbe ≈ rb ＋（１＋ β）２６mVIE Q （mA）（２畅９）

式中，rb是三极管基区电阻，在小电流（ IEQ约为几毫安）工作情况下，低频小功率管的rb约为３００Ω ；对于大功率管，rb约取５～５０Ω ，所以在低频小信号时，常用下式估算

科

学出版社


www.abook.cn

34　　　

电子电路基础

rbe ≈ ３００ Ω ＋（１＋ β）２６mVIEQ （mA）（２畅１０）

　　从上式可看出，rbe与静态电流 IE Q有关，不同静态工作点的 rbe不同，rbe还和 β有关。一般 rbe的值在几百欧至几千欧之间，常用的小功率管的 rbe在１k Ω （ IE为１～２mA时）左右。

（２）放大器的输入电阻 ri从放大器输入端看进去的交流等效电阻 ri称为放大器的输入电阻

ri ＝ uiii （２畅１１）

式中，ui为放大器输入端所加的信号电压，ii为输入电流。由于三极管的集电结反偏，对输入端来说可视作开路，这样可不考虑 Rc的影响，从图２．８（a）可看出放大器的输入电阻应为 Rb和 rbe的并联值，即

ri ＝ Rb ∥ rbe （２畅１２）　　一般 Rb 冲 rbe ，上式可近似的认为

ri ≈ rbe （２畅１３）　　即单级放大器的输入电阻 ri近似三极管的输入电阻 rbe 。

图２畅８　放大器的输入电阻和输出电阻

（３）放大器的输出电阻 ro放大器的输出电阻就是从输出端（不包括外接负载电阻 RL ）看进去的交流等

效电阻，如图２．８（b）所示。因三极管输出端在放大区呈现近似恒流特性，因而反映出动态电阻很大，所以输出电阻就近似等于集电极电阻，即

ro ≈ Rc （２畅１４）　　一般情况下，放大器的输入电阻大，表示向前一级电路吸收电流小，有利于减小前一级电路的负担；放大器的输出电阻小，向外输出信号时，自身消耗少，有利于提高带负载能力。

（４）放大器空载时的电压放大倍数由放大器的交流通路可知，当放大器空载，即输出端为开路时

输入信号电压　 ui ＝ ib rbe输出信号电压　 uo ＝－ ic Rc ＝－ β ib Rc

则电压放大倍数为

Au ＝ uoui ＝－ β Rcrbe （２畅１５）

35　　　


式中，负号表示 uo与 ui反相。（５）放大器有载时的电压放大倍数放大器接负载时，等效电路如图２．９所示。这时集电极电流将通过交流等效

负载 R′L （R′L ＝ RL ∥ Rc），输出信号电压为uo ＝－ ic R′L

图２．９　放大器有载时的等效电阻

因为 ui 不变，所以放大器带负载时的电压放大倍数为

Au ＝ uoui ＝－ β ib R′Lib rbe ＝－ β R′L

rbe （２畅１６）

显然，由于 R′L ＞ Rc ，放大器带上负载时，电压放大倍数要减小。

【例 2畅 2】　在图２畅６放大电路中，Rc ＝３k Ω ，设静态电流 IEQ ＝１．５mA ，β ＝５０，求输出端带负载电阻 RL ＝３k Ω 时，放大倍数 Au 。

解 rbe ≈ ３００ Ω ＋（１＋ β）２６mVIEQ （mA）

≈ ３００ Ω ＋（１＋５０）２６mV１畅５（mA）

≈ １１６７ Ω

R′L ＝ Rc × RLRc ＋ RL ＝３ × ３３＋３＝１畅５k Ω

Au ＝－ β R′Lrbe ＝－５０ × １５００

１１６７＝－６４

（６）放大器的增益放大倍数用对数表示叫做增益 G ，电压放大倍数取常用对数来表示，称为电压

增益 Gu ，单位为分贝（用 dB表示），即Gu ＝１０lg Au （dB）

　　在电信工程中，对放大器的三种增益，作如下规定：电压增益　 Gu ＝２０lg Au （dB）（２畅１７）电流增益　 Gi ＝２０lg Ai（dB）（２畅１８）功率增益　 Gp ＝１０lg Ap （dB）（２畅１９）

例如某交流放大器的输入电压是１００mV ，输入电流为０．３mA ，输出电压为１０V ，

科

学出版社


www.abook.cn

36　　　

电子电路基础

输出电流为３０mA ，求该放大器的电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数

电压放大倍数　 Au ＝ UoUi ＝１０

０畅０１＝１０００

电流放大倍数　 Ai ＝ IoIi ＝３００畅３＝１００

功率放大倍数　 Ap ＝ Ai × Au ＝１００ × １０００＝１０００００若用增益表示为

电压增益　 Gu ＝２０lg Au ＝２０１g１０００＝６０dB电流增益　 Gi ＝２０lg Ai ＝２０１g１００＝４０dB功率增益　 Gp ＝１０lg Ap ＝１０１g１０００００＝５０dB

运用放大器增益的概念，可以简化电路的运算数字，电子技术中许多场合常采用增益来表示放大器的放大能力。

为了方便，通常编有分贝换算表供查用。表２畅１是一个简单的分贝换算表，它列出了电压放大倍数 Au和分贝数的对应值。

表 2畅1 　电压放大倍数 Au和增益分贝数Au／倍０畅００１０畅０１０畅１０畅２０畅７０７１２３１０１００１０００

Gu／dB －６０－４０－２０－１４－３０６．０９．５２０４０６０

在计算电路增益时，若增益出现负值，则该电路不是放大器而是衰减器，例如增益分贝数为－１４dB ，查表可得所对应的放大倍数为０．２。这表明信号不是被放大，而是被衰减。

2畅2畅2 　图解法利用三极管特性曲线，通过作图分析放大器性能的方法，称为图解分析法，简

称图解法。

１畅直流负载线把图２．１０（a）所示放大电路的输出回路画成直流通路，如图２．１０（b）所示。虚

线 AB的左边是三极管的输出端，其输出电压 UCE和电流 IC的关系，应按三极管输出特性所描绘的规律变化，见图２．１１的曲线。虚线 AB右边是 Rc和 V CC串联的电路，直流负载 Rc中流过的电流就是三极管集电极电流 IC 。由欧姆定律可知

UCE ＝ V CC － IC Rc （２畅２０）式中，VCC和 Rc为定值，式（２畅２０）是一个反应 UCE和 IC关系的直线方程式，可在图２畅１１三极管输出特性曲线图上画出，作法是先由式（２畅２０）找到该直线上的两个特殊点：

１）短路电流点 M ：UCE ＝０，则

IC ＝ V CCRc

37　　　


２）开路电压点 N ：IC ＝０，则UCE ＝ V CC

分别在图２．１１的 IC轴和 UCE轴上描出 M 、N两点，连成 MN 成直线。直线是对应于直流负载电阻 Rc作出的，所以称为直流负载线。式（２畅２０）称直流负载线方程。由图可看出，直流负载线的斜率是１／Rc 。

图２畅１０　放大器的输出回路图２．１１　静态工作点的图解分析

２畅静态工作点的图解分析在图２．１０（b）中的虚线 AB是认为假设的，实际上放大器的输出回路是不可分

割的整体。因此，回路中的 UCE和 IC必须同时处于三极管的输出特性曲线和直流负载线上。显然，只有在它们的交点上，才能满足上述条件。如图２．１１，若给出放大器的静态基极电流 IBQ ＝ IB３，则 IB３输出特性曲线和直流负载线 MN 的交点 Q ，即为相应的静态工作点。由 Q可以很方便地从图上找出相应的 UCEQ和 ICQ的值。应当指出，由于三极管的输出特性是一组曲线，所以，对应于不同的 IBQ ，静态工作点 Q的位置是不同的，所对应的 UCEQ 、ICQ也不同。

３畅交流负载线放大器的主要作用是将微弱的交流信号加以放大后输出到下一级放大器中

去，所以，通常在放大器的输出端，总是带有外接负载的。在图２．１２（a）单级放大器中，RL即外接负载电阻。

图２．１２　放大器交流负载电阻示意图

科

学出版社


www.abook.cn

38　　　

电子电路基础

在无交流信号输入时（ ui ＝０），放大器处于直流工作状态。由于 C２的隔直作用，负载电阻 RL对放大器不产生影响。此时，直流负载电阻就是集电极电阻 Rc 。

有交流信号输入时（ui ≠ ０），放大器集电极电流通过集电极电阻 Rc ，而且其中交流分量还能通过耦合电容 C２流过负载电阻 RL 。由图２．１２（b）所示放大器的交流通路可见，这时的实际负载应是集电极电阻 Rc 和负载电阻 RL的并联等效电阻 R′L ，即

R′L ＝ Rc ∥ RL ＝ Rc RLRc ＋ RL （２畅２１）

　　 R′L 称为放大器的交流等效负载电阻。用图解法分析放大器静态特性时，可根据直流负载电阻 RC作出直流负载线，

它的斜率是－１／ Rc 。那么，用图解法分析放大器动态性能时，也可根据交流负载等效负载电阻－１／ R′L 。另外，在有信号输入放大器时，UCE和 iC的值应在静态工作点附近摆动，当输入信号变到０时，这时的 uCE和 iC的值应该是 UCEQ和 ICQ ，所以静态工作点 Q又可以理解为输入信号瞬时值变到０时的动态工作点，可见交流负载线是通过静态工作点 Q的。作交流负载线的步骤如下：

第一步在输出特性曲线上作直流负载线 MN ，并确定静态工作点 Q的位置。

第二步在 iC轴上确定 iC ＝ V CCR′L辅助点 D的位置，并连接 D 、N两点得到斜率为

－１／R′L的辅助线 DN 。第三步过静态工作点 Q作辅助线 DN 的平行线 M′N′ ，即交流负载线。

４畅输出端带负载时放大倍数的图解分析放大器输入交流信号后，iB将随着输入信号的大小而变化。如图２．１３所示，

若基极电流在最大值 iBmax至最小值 iBmin之间摆动，则交流负载线与输出特性曲线的交点也就在 Q１、Q２点之间摆动，即直线段 Q１ Q２是信号放大过程中动态工作点移

动的轨迹，通常称为放大器的动态工作范围。 Q１ Q２线在 uCE轴和 iC轴上的投影Δ uCE和 Δ iC即放大器的输出电压和电流的变化范围。

图２畅１３　放大倍数的图解分析

39　　　


在 uCE轴上借助于 Q１、Q 、Q２可找到与 iBmax相对应的 uCEmin 、与 IBQ相对应的uCEmax ，从而求出输出电压的幅值 Uom ＝ uCEmax － UCE Q 。如果给出输入信号的幅值Uim ，则可求出输出端带负载时，放大器的放大倍数 Au

Au ＝ UomUim （２畅２２）

２畅３　静态工作点的稳定

2畅3畅1 　温度对静态工作点的影响工作不稳定的原因很多，例如电源电压变化，电路参数变化，管子老化等等，但

主要由于三极管的特性参数（ ICBO 、UBE 、β等）由于温度变化时影响管子内部载流子（电子和空穴）的运动，从而使 ICBO 、UBE和 β都会发生变化。

对于硅管而言，尽管上述三个参数均随温度而变化，但其中 ICBO的值很小，对工作点稳定性的影响很小。硅管的 UBE和 β受温度的影响较大，是它的特点。 UBE的变化将通过 IB的变化影响 Q点。电流放大系数 β会随温度的升高而增大，当 β变大时，输出特性曲线族的间隔将变宽。由于输出特性的变化，当 β增大时，Q点上移，IC增加；当 β减小时，Q点下移，IC减小，这样变化的结果都使工作状态发生变化。

2畅3畅2 　静态工作点与波形失真关系的图解静态工作点 Q选择不当，会使放大器工作时产生信号波形的失真。如图２．１４

所示，如果 Q点在交流负载线上的位子过高，接近于 QA ，信号的正半周可能进入饱

图２畅１４　静态工作点和非线性失真

和区，使输出电压 uce波形负半周被部分削除，产生“饱和失真” 。反之，如果静态工作点在交流负载线上位置

过低，接近于 QB ，则信号负半周可能进入截止区，输出电压 uce波形正半周被部分削除，产生“截止失真” 。由于它们都是晶体管的工作状态离开线

性放大区进入非线性饱和区和截止

区所造成，因此叫做非线性失真。由此可见，为了获得幅度大而不失真的交流输出信号，放大器的静态工作点应设置在负载线的中点 Q处。

2畅3畅3 　电路参数对静态工作点的影响

１畅 Rb对 Q点的影响为明确元件参数对 Q点的影响，当讨论 Rb的影响，固定 Rc和 V CC 。

科

学出版社


www.abook.cn

40　　　

电子电路基础

Rb变化，仅对 IBQ有影响，而对负载线无影响。如 Rb增大，IBQ减小，工作点沿直流负载线下移，当输入信号时，易产生截止失真；如 Rb减小，IBQ增大，则工作点将沿直流负载线上移，当输入信号时，易引起饱和失真，如图２．１５（a）所示。

２畅 Rc对 Q点的影响Rc的变化，仅改变直流负载线的 M点，即仅改变直流负载线的斜率。Rc减小，M点上升，直流负载线变陡，工作点沿 iB ＝ iBQ这一条特性曲线向右移。Rc增大，M点下降，直流负载线变平坦，工作点沿 iB ＝ iBQ这一条特性曲线向左

移，如图２．１５（b）所示。

３畅 VCC对 Q点的影响VCC的变化不仅影响 IBQ ，还影响直流负载线，因此，V CC对 Q点的影响较复杂。VCC上升，IBQ增大，同时直流负载线 M点和 N 点同时增大，故直流负载线平行

上移，所以工作点向右上方移动。VCC下降，IBQ下降，同时直流负载线平行下移，所以工作点向左下方移动，如

图２．１５（c）所示。

图２．１５　电路参数对 Q点的影响

2畅3畅4 　放大器的偏置电路前面已经分析过，要是三极管能正常工作，必须要选择合适的静态工作点，但

三极管受温度影响很大，当温度变化时，三极管的等参数都会随之改变，这样原来设置的静态工作点就会发生变化，使放大器的性能变坏。对温度的敏感是造成三

41　　　


极管静态工作点不稳定的重要原因。因此，保证放大器静态工作点的稳定是放大电路一个十分重要的问题。下面介绍几种常用的偏置电路。

１畅固定偏置电路图２畅１６是固定偏置电路的放大器。静态基极电流 IBQ是通过 Rb由电源 V CC提

供的。当 V CC 冲 UBEQ时

IBQ ＝ V CC － UBEQRb ≈ VCCRb （２畅２３）

　　只要 V CC和 Rb为定值，IBQ也就是定值，故称固定偏置电路。前面讨论过ICQ ＝ βIBQ ＋ ICEO （２畅２４）

　　在温度升高时，ICEO和 β也要升高，而 IBQ是相对固定的，所以 βIBQ ＋ ICEO的值要增大，它表明 ICQ随温度升高而增大。可见，电路的静态工作点是不稳定的。因此，这种固定偏置电路，只能用在环境变化不大，要求不高的场合。

２畅分压式稳定工作点偏置电路图２．１７放大器的偏置电路，它具有稳定静态工作点的作用，称为分压式稳定

工作点偏置电路。 Rb１为上偏电阻，Rb２为下偏电阻，电源电压 V CC经分压后得到基极电压 UBQ ，提供基极偏流。 Rc是发射极电阻。 Ce是射极电阻旁路电容。

图２．１６　固定偏置电路图２．１７　分压式稳定工作点偏置电路

电路工作原理如下：由图２．１７可知，UBEQ ＝ UBQ － UE Q 。当环境温度升高时，引起 ICQ也增大，因为 IE Q ＝ IBQ ＋ ICQ ，略去数值很小的 IBQ ，则 IEQ ≈ ICQ 。所以 IC Q的增加量也就等于 IE Q的增加量，导致发射极电位 UEQ ＝ IEQ Rc的增大，使得 UBEQ减小，于是基极偏流 IBQ减小，使集电极电流 ICQ的增加受到抑制，达到稳定工作点的目的。稳定工作点的过程可用符号式表示为

T（温度） ↑ → IC Q ↑ → IEQ ↑ → UEQ ↑

ICQ ↓ ← IBQ ↓ ← UBEQ ↓实验证明，分压式稳定工作点偏置电路稳定静态工作点的效果好，是一种普遍应用

的偏置电路。这种偏置电路中 Re并联的旁路电容 Ce的作用是提供交流信号的通路，减少信号放大过程中的损耗，使放大器的交流信号放大能力不致因 Re的存在而降低。

【例 2畅 3】　在图２．１７具有分压式稳定偏置电路的放大器中，β ＝５０，Rb１＝

科

学出版社


www.abook.cn

42　　　

电子电路基础

５０k Ω ，Rb２＝１０k Ω ，Re ＝１畅３k Ω ，Rc ＝６k Ω ，V CC ＝１２V ，试求该电路：（１）静态工作点。（２）当负载 RL ＝６k Ω 时，Au 、ri 和 ro 。解　（１） UBQ ＝ VCC Rb２

Rb１＋ Rb２＝１２ × １０５０＋１０＝２V

UBQ ＝ UBQ － UBEQ ＝２－０畅７＝１畅３VIC Q ≈ IE Q ＝ UBQ － UBEQ

Re ＝１畅３１畅３＝１mA

UCE Q ≈ V CC － ICQ （Rc ＋ Re）＝１２－１ × （６＋１畅３）＝４畅７VIBQ ＝ ICQβ ＝１

５０＝０畅０２mA（２） rbe ＝３００＋（１＋ β）２６IE Q ＝３００＋５１ × ２６

１＝１６２６k Ω

Au ＝－ βR′Lrbe ＝－

５０ × ６ × ６６＋６

１畅６２６ ≈ －９３畅８

ri ＝ Rb１ ∥ Rb２ ∥ rbe ＝５０ ∥ １０ ∥ １畅６ ≈ １畅３４k Ωro ＝ Rc ＝６k Ω

２畅４　放大电路的三种基本接法

2畅4畅1 　共集电极放大器图２．１８（a）所示的电路称为共集电极放大器。由其交流通路如图２．１８（c）可

看出，输入信号从三极管的基极和集电极输入，从发射极和集电极之间输出，集电极作为输入和输出的公共端。因信号从发射极输出，它又称为射极输出器。

图２．１８　共集放大器

１畅静态工作点的估算由该电路的直流通路可知

　　 V CC ＝ IBQ Rb ＋ UBEQ ＋ UE

43　　　


又　UE ＝ IEQ Re ＝（１＋ β） IBQ Re

可得

IBQ ＝ VCC － UBE QRb ＋（１＋ β） Re

因

VCC 冲 UBEQ所以

IBQ ≈ VCCRb ＋（１＋ β） Re （２畅２５）

ICQ ＝ βIBQ （２畅２６）UCEQ ＝ V CC － IC Q Re （２畅２７）

２畅电流放大倍数交流通路中，不考虑 Rb对输入电流 ii的分流作用时，则 ii ≈ ib ；流经负载 R′L

（ R′L ＝ Re ∥ RL ）的输出电流 io ＝ ie ，所以

Ai ＝ ioii ＝ ieii ＝１＋ β （２畅２８）

显然，射极输出器具有电流放大作用。

３畅电压放大倍数由交流通路可知，输入电压 ui和输出电压 uo及三极管发射结电压 ube三者之间

有下列关系：ui ＝ uo ＋ ube （２畅２９）

　　 ube一般是很小的，所以输出电压 uo总是小于并接近于输入电压 ui ，即 uo ≈ ui 。所以射极输出器的电压放大倍数总是小于１或接近于１，即

Au ＝ uoui ≈ １（２畅３０）

　　射极输出器的输出电压近似于输入电压，而且输出电压与输入电压同相。

４畅输入电阻和输出电阻的估算（１）输入电阻 ri射极输出器的输入电阻 ri 是指当输出端接有负载电阻 RL时，从输入端看进去

的电阻。交流通路中，若不考虑 Rb 的作用，则输入电阻为

r′i ＝ uiib ＝ ib rbe ＋（１＋ β） ib R′Lib ＝ rbe ＋（１＋ β）R′L （２畅３１）

式中，R′L ＝ Re ∥ RL 。考虑 Rb的作用，输入电阻为

ri ＝ Rb ∥ r′i ＝ Rb ∥ ［ rbe ＋（１＋ β） R′L ］（２畅３２）　　一般 Rb和 r′i 都比较大，都在几百千欧左右，所以射极输出器的输入电阻比较

科

学出版社


www.abook.cn

44　　　

电子电路基础

大，通常比共射放大器输入电阻约大几十倍到几百倍。为了利用输入电阻高的特点，一般射极输出器不用分压式偏置电路。

（２）输出电阻 ro射极输出器的输出电阻 ro是指当输入端接有信号源内阻 Rs 时，从输出端看进

去的电阻。由交流通路可得

ro ＝ Re ∥ rbe ＋ R′s１＋ β （２畅３３）

式中，R′s ＝ Rs ∥ Rb ，Rs 为信号源内阻，考虑到 Rb 冲 Rs ，所以 R′s ≈ Rs ，若 rbe 冲 Rs ，则上式可简化为

ro ≈ Re ∥ rbe１＋ β （２畅３４）

　　若 Re 冲 rbe１＋ β ，则

ro ≈ rbe１＋ β （２畅３５）

　　上式表明，输出电阻 ro比 rbe还要小几十倍，所以射极输出器的输出电阻是很小的。根据以上讨论，可将射极输出器的特性归纳为：电压放大倍数略小于１，电压

跟随特性好，输入阻抗高、输出阻抗小而且具有一定的电流放大能力和功率放大能力。在多级放大器中作输入级，可提高放大器的输入阻抗，即信号源在供给放大器输入级信号电压时，所需提供的电流可减小；如用作输出级，可以提高带负载能力。它还可以用作阻抗变换器，使电路中的放大器通过它的连接达到阻抗匹配有时还可用它作为隔离级，减少后级对前级电路的影响。

2畅4畅2 　共基放大器如图２．１９（a）为共基放大器，从图２．１９（b）所示的交流通路可以看出，电路中

把发射极作为输入端，集电极作为输出端，基极作为输入、输出回路的共同端。

１畅静态工作点根据直流通路可估算静态工作点，方法和共发射极基本放大器（本章２．４节）

的分压偏置电路相同。

２畅电压放大倍数由交流通路可知

　　　　　　　　　　　　　 ui ＝－ ib rbeuo ＝－ ic R′L ＝－ βib R′L

Au ＝ uoui ＝β R′Lrbe （２畅３６）

式中，R′L ＝ Rc ∥ RL 。可见其电压放大倍数在数值上与共射极放大电路相同，只差一个负号，这是由

于共基极电路的输出电压 uo与输入电压 ui同相，而共射极电路的 uo与 ui反相的缘

45　　　


图２．１９　共基放大器

故，输出电压与输入电压同相（或 Au ＞０）的放大电路称为同相放大电路，二者反相（或 Au ＜０）的放大电路称为反相放大电路。

３畅输入电阻 riri ≈ Re ∥ rbe

１＋ β （２畅３７）

　　上式表明，共基电路的输入电阻很低，一般只有几欧到几十欧。４畅输出电阻 ro

ro ≈ Rc （２畅３８）可见它的输出电阻较高。

应当指出，共基放大器的输入电流为 ie ，输出电流为 ic ，所以电流放大倍数接近于１，略小于１。但是，由于该电路的频率特性好，因此用于高频和宽频带电路中。

2畅4畅3 　三种基本放大电路的比较综合以上分析，现将共射、共集、共基三种接法的放大器的特点列于表２畅２中。

表 2畅2 　共射、共集、共基放大器的特点

组态类型共射放大器共集放大器共基放大器

输入电阻 ri Rb ∥ rbe（中） Rb ∥ ［ rbe ＋（１＋ β） R′L］（高） Re ∥ rbe１＋ β（低）

输出电阻 ro Rc（中） Rc ∥ rbe ＋ R′s１＋ β （ R′s ＝ Rs ∥ Rb）（低） Rc（高）

电流放大倍数 A i β（大）１＋ β（大） α ≈ １（小）

电压放大倍数 Au －β R′Lrbe （高）

（１＋ β） R′Lrbe ＋（１＋ β） R′L ≈ １（低）

β R′Lrbe （高）

科

学出版社


www.abook.cn

46　　　

电子电路基础

续表

组态类型共射放大器共集放大器共基放大器

功率放大倍 Ap 高稍低中

相位 uo 与 ui 反相 uo 与 ui 同相 uo 与 ui 同相

频率特性差好好

应用　低频放大和多级放大

电路的中间级

　多级放大电路的输入级、输出级

和中间缓冲级

　高频电路、宽频带

电路和恒流源电路

共射放大器的电压、电流和功率放大倍数都比较高，因而应用广泛；但是它的输入电阻较低，对前后级的影响较大；输出电阻高，带负载能力差；共集放大器虽然没有电压放大作用，但由于它独特的优点，因而被广泛用作多级放大电路中的输入级、输出级和中间缓冲级；共基放大器则可用作高频电路、宽频带电路和恒流源电路。

2畅4畅4 　改进型放大器

１畅组合放大器通常电压放大器要求输入电阻高，输出电阻低；电流放大器则要求输入电阻

低，输出电阻高。在三种组态的放大器中，只有共射放大器同时具有电压和电流的放大作用，但它的输入和输出电阻却与上述要求存在差距。如果将它与共集或共基放大器相接，构成组合放大器，就可以改变放大器的输入输出电阻，从而较好的解决这一问题。

我们在讨论射极输出器的应用时曾经介绍过，可以把射极输出器用作多级放大器的输入级、输出级或中间级。例如，把它作为输入级接于共射放大器之前，就构成共集唱共射组合放大器，它的总电压放大倍数和单独一级共射放大器相同，但输入电阻大大提高了。采用类似方法，还可以接成如图２．２０所示共射唱共基、共集唱共基等多种组合放大器，以满足相应的性能要求。

图２．２０　组合放大器

此外，还可以从共射放大器的偏置电路入手，改进其性能。下面介绍的接有发射极电阻的共射放大器和采用有源负载的放大器，在多数放大器，特别是集成电路中，有着很广泛的应用。

２畅接有发射极电阻的共射放大器接有发射极电阻的共射放大电路及其交流通路分别如图２．２１所示。

47　　　


图２畅２１　接有发射极电阻的共射放大器

与分析共射放大器相似，由交流通路可得放大器的输入电阻为ri ≈ Rb ∥ ［ rbe ＋（１＋ β）Re ］（２畅３９）

　　电压放大倍数为

Au ＝－ β R′Lrbe ＋（１＋ β） Re （２畅４０）

式中，R′L ＝ Rc ∥ RL 。通常满足（１＋ β） Re 冲 rbe ，且 β冲１，故上式可简化为

Au ≈ － R′LRe （２畅４１）

　　空载时，RL 硳 ∞ ，则

Au ≈ － RcRe （２畅４２）

　　电压倍数近似于两个电阻之比，而与 β的大小无关。这一特点恰好适应制成增益稳定的集成放大器。但由于电阻 Rc ，不可能取的很大，所以电压放大倍数受到限制。采用有源负载取代共射放大器中 Rc 是提高放大倍数的有效措施。

３畅采用有源负载的共射放大器所谓有源负载，就是利用三极管工作在放大区时，集电极电流只受基极电流控

制而与管压降无关的特性构成的电路。实际上也就是一个恒流源电路。在图２．２２所示电路中，三极管 VT２即为 VT１管的有源负载。

V T ２管的输出特性曲线如图２．２３所示，在静态工作点 Q处的直流等效电

图２畅２２　采用有源负载的共射放大器图２．２３　 V２管的输出特性曲线

科

学出版社


www.abook.cn

48　　　

电子电路基础

阻为

RCE２＝ UCEQICQ ＝４０畅７＝５畅７１k Ω

　　在工作点 Q附近的交流等效电阻为

rce２＝ ΔUCEΔ IC ＝８－４

０畅８－０畅７＝４０k Ω　　可见 V２管所呈现的直流电阻并不大，交流电阻却很大，这就有效地提高了放大器的电压增益。当然，负载 RL必须足够大，才能充分发挥有源负载的作用。

2畅4畅5 　共源、共漏和共栅放大器

１畅共源放大器（１）自给偏置电路如图２．２４所示图中采用的是 N 沟道耗尽型场效应管，漏极电流在 Rs 上产生

的电压恰好可作为栅极偏压，即 UGS ＝－ ID Rs 。栅极电阻 RG将栅极和源极构成一个回路，使 Rs 上的电压能加到栅极成为栅极偏压。电路对信号的放大作用是通过场效应的电压控制作用实现的。电压放大倍数为

Au ＝－ gm R′L （２畅４３）式中，R′L ＝ RD ∥ RL 。

（２）分压式偏置电路如果用增强型绝缘栅场效应管构成放大器，则不能采用自给偏置电路，而要采

用分压式偏置电路，如图２．２５所示。

图２．２４　自给偏置电路图２．２５　分压式偏置

２畅共漏放大器电路如图２．２６所示。图中采用的是分压式偏置电路。电压放大倍数为

Au ＝ gm R′L１＋ gm R′L （２畅４４）

　　共漏放大器的输出与输入信号相位相同，而且大小近似相等，所以它又称源极跟随器。

49　　　


３畅共栅放大器电路如图２．２７所示。放大器的偏置电路由电阻 Rs和电源 VGG构成。电压放

大倍数为

Au ＝ gm R′L （２畅４５）

图２．２６　共漏放大器图２．２７　共栅放大器

　　场效应管三种接法放大器的性能特点与三极管放大器相似。但由于场效应管栅极不取电流，所以共源和共漏放大管的输入电阻都远比共射和共集放大器的大。此外，在相同静态电流下，共源和共栅放大器的电压放大倍数远比相应的共射和共基放大器的小。

２畅５　多级放大电路

前面讲过的基本放大器，其电压放大倍数一般只能达到几十至几百倍，然而在实际工作中，放大电路所得到的信号往往都非常微弱，要将其放大到能推动负载工作的程度，仅通过单级放大电路放大，达不到实际要求，则必须通过多个单级放大电路连续多次放大，才可满足实际要求。

多级放大电路的组成可用图２．２８所示的框图来表示。其中，输入级与中间级的主要作用是实现电压放大，输出级的主要作用是功率放大，以推动负载作用。

图２畅２８多级放大器结构框图

2畅5畅1 　多级放大电路的耦合方式多级放大电路是由两级或两级以上的单级放大电路连接而成的。在多级放大

电路中，我们把级与级之间的连接方式称为耦合方式。而级与级之间耦合时，必须满足：

１）耦合后，各级电路仍具有合适的静态工作点。２）保证信号在级与级之间能够顺利的传输。

科

学出版社


www.abook.cn

50　　　

电子电路基础

３）耦合后，多级放大电路的性能必须满足实际的要求。为了满足上述要求，一般常用的耦合方式有：阻容耦合、直接耦合、变压器耦

合、光电耦合。

１畅阻容耦合我们把级与级之间通过电容连接耦合信号的方式称为阻容耦合方式。其电路

如图２．２９所示。因电容具有“隔直”作用。所以各级电路的静态工作点相互独立，互不影响。这给放大电路的分析、设计和调试带来了很大的方便。但电容对交流信号有一定的容抗，在信号传输过程中，会受到一定的衰减。尤其对于变化缓慢的信号容抗很大，不便于传输。此外，在集成电路中，制造大容量的电容很困难，所以这种耦合方式下的多级放大电路不便于集成。

２畅直接耦合为了避免电容对缓慢变化的信号在传输过程中带来的不良影响，也可以把级

与级之间直接用导线连接起来，这种连接方式称为直接耦合，其电路如图２．３０所示。前后级之间没有隔直流的耦合电容，因此它既可以放大交流信号，也可以放大变化非常缓慢（直流）的信号；电路简单，便于集成，所以集成电路中多采用这种耦合方式。但这种耦合方式也存在着各级静态工作点相互牵制和零点漂移的问题，给电路的设计和调试带来一定的困难。

图２．２９阻容耦合图２．３０直接耦合

３畅变压器耦合我们把级与级之间通过变压器连接的方式称为变压器耦合。其电路如

图２．３１所示。因变压器不能传输直流信号，只能传输交流信号和进行阻抗变换，所以，各级电路的静态工作点相互独立，互不影响。改变变压器的匝数比，容易实现阻抗变换，因而容易得到较大的输出功率。但变压器体积大而重，不便于集成。同时频率特性差，也不能传送直流和变化非常缓慢的信号。

４畅光电耦合如图２．３２所示为光电耦合放大器。它是以光电耦合器为媒介来实现电信号

的耦合和传送的。前级的输出信号通过发光二极管转换成光信号，再由光电三极管将此光信号还原为电信号，经放大后输出。为增大放大倍数，输出回路常采用复

51　　　


合管，或采用集成光电耦合放大器。光电耦合既可以传输交流信号又可以传输直流信号，而且抗干扰能力强。

图２畅３１　变压器耦合图２畅３２　光电耦合

2畅5畅2 　阻容耦合多级放大器１畅阻容耦合多级放大器的放大倍数图２．３３（a）的阻容耦合两级放大器中，由于耦合电容 C１、C２、C３以及射极旁路

电容 Ce１、Ce２的容量较大。它们的容抗都较小，对交流信号而言可看作短路；电源VCC ，的交流内阻很小，对交流信号而言也看作短路，于是图的交流通路如图２．３３（b）所示。图中

Rb１２ ∥ Rb２２＝ Rb１２ × Rb２２Rb１２＋ Rb２２＝ R′b２

Rb１１ ∥ Rb２１＝ Rb１１ × Rb２１Rb１１＋ Rb２１＝ R′b１

图２畅３３　阻容耦合两级放大器

由图可知：第一级放大器的输入电阻 ri１应是 R′b１与三极管 VT１的输入电阻

rbe１的并联值，即

ri１＝ R′b１ ∥ rbe１＝ R′b１ × rbe１R′b１＋ rbe１

　　同样，第二级的输入电阻 ri２为

ri２＝ R′b２ ∥ rbe２＝ R′b２ × rbe２R′b２＋ rbe２

科

学出版社


www.abook.cn

52　　　

电子电路基础

　　一般有 rbe 虫 R′b ，因此认为ri２ ≈ rbe２　　　　　 ri１ ≈ rbe１

　　第一级放大器的交流负载电阻 R′L１应是集电极电阻 Rc１与 ri２并联的结果。即

R′L１＝ Rc１ ∥ ri２＝ Rc１ × ri２Rc１＋ ri２

　　显然，第二级放大器的交流负载电阻 R′L２应是集电极电阻 Rc２与负载 RL并联的结果，即

R′L１＝ Rc２ ∥ RL ＝ Rc２ × RLRc２＋ RL

　　根据单级放大器的电压放大倍数的公式，可得第一级电压放大倍数

Au１ ≈ － β１ R′L１rbe１（２畅４６）

第二级电压放大倍数

Au２ ≈ － β２ R′L２rbe２（２畅４７）

两级放大器总电压放大倍数为

Au ＝ uo２ui１＝ uo２ui２ · ui２ui１因

ui２＝ uo１所以

Au ＝ uo２ui２ · ui２ui１＝ Au２ · Au１

得

Au ＝ Au１ · Au２（２畅４８）上式表明：两级放大器总的电压放大倍数 Au 等于单独每一级的电压放大倍数

的乘积。同理，可类推 n级放大倍数为

Au ＝ Au１ · Au２ · Au３ … Au n （２畅４９）　　在很多场合，多级放大器的各级放大倍数是用增益分贝（dB）数来表示的，则多级放大器的总增益为各级增益的代数和，即

Gu ＝ Gu１＋ Gu２＋ … ＋ Gu n （２畅５０）　　应当注意的是，这里每一级的电压放大倍数并不是孤立的，而是考虑了后级输入电阻对前级的影响后所得的放大倍数。

２畅放大器的频率特性在分析放大器工作时，往往以正弦波作为被放大的对象进行讨论。这是由于

正弦波比较典型，计算也比其他波形方便。实际上放大器放大的对象，不一定是正

53　　　


弦波，往往是许多合在一起的不同形状的波，他们之间的频率和振幅相差很大。放大器在放大信号时，如果对信号中不同频率的成分，具有不同的放大倍数，则

被放大后的信号要出现失真。例如，放大器对信号中频率偏低成分放大倍数小，则信号的低频成分就不能得到足够的放大，这种现象称为放大器的低频特性差；反之，如果放大器对信号中频率偏高的成分倍数小，则信号的高频成分不能得到足够的放大，这种现象称为放大器的高频特性差。由于放大器频率特性不好而引起的失真，称为频率失真。

通常希望一个放大器对于不同频率的信号有着相同的放大倍数，但实际使用的放大器对不同频率的信号，其放大倍数是不均匀的。

图２畅３４　阻容耦合放大器的频响曲线

放大器的放大倍数和信号频率之间的

关系，叫频率响应，也称放大器的频率特性。用曲线表示时，此曲线称频率响应曲线。图２畅３４是阻容耦合放大器的频响曲线。

从图中可见，对于过低或过高的频率，放大器的放大倍数会急剧下降。而在中间一段频率所对应的放大倍数基本不变，并且放大倍数比低频段和高频段都大。

通常对放大器电压放大倍数允许波动范围作了规定，即以最大电压放大倍数

为标准，放大倍数的波动不得超过最大电压放大倍数的１２（即０．７０７）。

通常把放大器在放大倍数允许波动范围内所对应的频率范围称为通频带

BW ，亦称频带宽度。按规定把放大器在中间一段频率范围内稳定的、最大的放大倍数记作｜ Auo ｜，

则当频率变化引起｜ Au｜值下降时后，当１２｜ Au ｜ ≈ ０．７０７｜ Auo ｜时，所对应的低频率

端的频率称为下限频率 f l 。所对应的高频率端频率称为上限频率 f h ，在 f l和 f h之间的频率范围称通频带 BW 。

在低频段放大倍数降低的主要原因是放大电路中具有阻抗随频率而变化的电

抗元件，在阻容耦合放大器中就是耦合电容和射极旁路电容。因为在低频时，容抗１／ ωc 增大，交流信号在电容上压降亦就增大，使耦合到下一级的信号电压相应减小，从而使低频段的放大倍数下降。所以在选用上述电容时应注意合适的容量，在实际工作中，不要求精确计算时，一般耦合电容选用５～５０ μF ，射极旁路电容可选用３０～１００ μF 。

放大倍数在高频段下降的主要原因，是由于晶体管内部的载流子渡越基区需要一定的时间，随着频率增高，有一部分载流子将来不及到达集电区，导致 β降低造成放大倍数下降。另外晶体管结电容的存在也会使放大倍数下降。

３畅多级放大器的频响特性一般来说，多级放大器的通频带比组成它的每个单级放大器的通频带要窄。

科

学出版社


www.abook.cn

54　　　

电子电路基础

设两个通频带相同的单级放大器连接在一起时，每级都有相同的下限频率 f l和上限频率 fh ，如图２．３５（a ，b）所示。它们组成的两级放大器的频响曲线如图２．３５（c）所示。

当连接两级放大器以后，中频段总的电压放大倍数为

图２畅３５　两级放大器的频响曲线

A′uo ＝ Auo１ · Auo２　　在原来的 f l和 f h处，总的电压放大倍数为

１２Auo１ · １

２Auo２＝０畅５ Auo１ · Auo２

　　　　＝０畅５ A′uo

所以对应１２A′uo（即０畅７０７ A′uo ）的 f′l 和

f′h 两点之间的频率范围比 f l和 f h两点间的频率范围缩小了。可见，两级放大器总的通频带 BW＇要比每个单级放大器的通频带 BW要窄。

通频带是放大器的重要质量指标

之一。一个放大器的通频带应根据所要放大信号频率成分来确定。例如，语言、音乐信号的主要频率成分在５０Hz到８０００Hz 之间，所以高传真度扩音机的通频带应做到大于上述频率范围。

２畅６　差分放大器和集成运算放大器

2畅6畅1 　差分放大器１畅前后级之间的直流工作状态相互影响由于采用了直接耦合，则造成了级与级之间工作状态的相互影响。这点可用

图２畅３６　直流放大器级间的直流工作点相互影响

图２．３６说明。由于某种原因（或调整Rb１）使得第一级静态工作点 Ib１、Ic１和 UCE１发生变化时，则导致第二级的Ib２、Ic２和 UCE２随之改变。显然，第二级静态工作点的变化又会导致第三

级静态工作点的改变。可见，由于某种原因（或调整 Rb１）使得第一级静态工作点发生变化时，就会引起其他各级直流工作状态的改变，这对直接耦

55　　　


合放大电路的设计和调整带来很多不便。为此，我们希望一个直流放大器（往往是多级）在输入信号为零时，其输出直流电平也为零。这样直流放大器级联时，就不会造成直流工作状态的相互影响。

２畅零点漂移问题当把一只电压表（用直流毫伏档）接入一个输入为零的直流放大器的输出端时，

由于输入信号为零，从理论上讲，输出端电表的指针应该一直停留在零点。但实际上，它却离开零点出现忽大忽小，忽快忽慢的不规则摆动，这种现象称为零点漂移，简称零漂。

引起零漂的外界原因是电源电压的变动和晶体管参数随温度而变化。实践证明，温度变化是产生零点漂移的主要原因。

由于零漂的存在，一旦输入直流信号后，在输出端就很难区分哪一部分是真正有用的信号，哪一部分是零漂信号，造成直流放大器不能正常工作。为了抑制零漂，可采用热敏元件进行温度补偿、电流负反馈等措施，而最有效的方法是利用具有对称结构的差分放大器。

图２畅３７　实用型差分放大器

３畅电路特点该电路是有两个完全对称的单管放大

器组成，图２．３７中 Rb１１＝ Rb１２、Rb２１＝ Rb２２、Rc１＝ Rc２、R１＝ R２，且两个晶体管 VT１、VT ２

特性相同，Rp是调零电位器、Re 是公共发射极电阻、V EE是一个负的辅助电源。 ui是输入信号电压，它经 R１、R２分压为 ui１和 ui２分别加到两管的基极（双端输入）；uo是输出信号电压，等于两管输出电压之差（双端输出）。

４畅零点漂移的抑制作用因为两管电路是完全对称的，所以在没有加输入信号即 ui ＝０时，应有 Ic１＝

Ic２，uo１＝ uo２。因此，输出电压 uo ＝ uo１－ uo２＝０，即 uo ＝０。当温度变化时，根据对称原则，两管输出电压的变化量也应相同，显然变化后的输出电压应相等，即 u′o１＝u′o２，使放大器输出电压 u′o ＝ u′o１－ u′o２＝０，即 u′o ＝０。可见两管的零点漂移在输出端抵消，从而有效的消除了整个放大器输出端的零点漂移。

５畅差模输入（１）差模放大倍数 Ad在图２．３７中，因 R１＝ R２，输入信号 ui 被它们分压为大小相等、极性相反的两

个信号 ui１＝１２ ui 、ui２＝－１

２ ui 输入到三极管 VT１和 VT２基极，即加到两管的输入

端是大小相等、极性相反的信号。这种信号称为差模信号，这种输入方式称为差模输入。放大器以差模输入方式工作时，因为 ui１＝－ ui２而电路是完全对成的，则 uo１

科

学出版社


www.abook.cn

56　　　

电子电路基础

＝－ uo２，此时放大器总输出信号 uo ＝ uo１－ uo２＝ uo１－（－ uo１）＝２ uo１。设放大器两边对称的单管放大器的放大倍数为 Au１、Au２，显然 Au１＝ Au２。整个差分放大器的差模倍数为

Ad ＝ uoui ＝２ uo１２ uo２＝ uo１uo２＝ Au１

即

Ad ＝ Au１＝ Au２（２畅５１）　　采用双端输入、双端输出方式的基本差分放大器，它的差模放大倍数等于电路中每个单管放大器的放大倍数。显然，当单端输出时，差模电压放大倍数为双端输出时的一半。

（２）差模输入电阻差模输入电阻是指差分放大器从两个输入端看进去所呈现的电阻，其值应为

两个共射放大器输入电阻之和，即ri ＝２（Rb ＋ rbe）（２畅５２）

　　（３）差模输出电阻差模输出电阻与输出方式有关。单端输出时，任一端的差模输出电阻即为共射放大器的输出电阻，将

ro１＝ Rc （２畅５３）　　双端输出时，差模输出电阻应为两个共射放大器输出电阻之和，即

ro ＝２Rc （２畅５４）

　图２畅３８　共模输入方式

６畅共模输入若按图２．３８所示的方式输入，此时两

管输入信号 ui１＝ ui２，是大小相等且极性相同的信号，称为共模信号，这种输入方式称为共模输入。因为两边电路完全对称，所以，uo１＝ uo２，也是大小相等，极性相同。显然放大器总输出电压 uo ＝ uo１－ uo２＝０。一个完全对称的差分放大器，它的共模放大倍数为零，即

Ac ＝ uoui ＝０ui ＝０（２畅５５）

　　实际的差分放大器电路两边不可能做到完全对称，所以共模放大倍数并不为零，通常很小的。差分放大器受温度影响时，两管的参数变化相当于输入一对共模信号，在共模放大倍数极小的差分放大器中，几乎不能放大，所以能有效地抑制零漂。由于 Rc的存在，即使单端输出，也能有效的抑制零漂。

７畅共模抑制比一个性能良好的差分放大器应有足够的差模放大倍数和尽量小的共模放大倍

57　　　


数。为了全面衡量差分放大器放大差模信号及抑制共模信号的能力，常用共模抑制比 CMRR来表示，其定义是

CMRR ＝ AdAc （２畅５６）

共模抑制比愈大，差分放大器性能愈好。综上所述，差分放大器是利用两只相同的晶体管进行温度补偿抑制零漂的。

温度变化引起晶体管参数变化相当于输入共模信号，放大器对它无放大能力，从而保持输出端零电位不动。只有在放大器输入差模信号时，放大器才进行放大。

８畅 Rp 、Re和 VEE在电路中的作用图２畅２８中调零电位器 Rp的作用是当 ui ＝０时，由于电路完全对称，uo不一定

为零，这样可通过调节 Rp使 uo ＝０。 Rp的取值在几百欧至１千欧。公共射极电阻 Re的作用是引入共模负反馈。如果在电路的输入端加正的共

模信号，则两管的 IC１、IC２同时增加，流过 Re的 IE增加，使发射极电位 UE升高，造成UBE１、UBE２下降，从而限制了 IC１、IC２的增加，形成共模负反馈，此过程可用符号式表示为

Re越大，反馈效果越好，克服零点漂移作用也越显著。这个电路的优点还在于Re对要放大的差模信号并没有影响。因为当差模信号接到电路的输入端时，一个管子的电流增加，另一个管子的电流将减小，在电路完全对称的条件下，增加的量和减小的量相等，故流过 Re的电流与差模信号无关，自然对差模信号的放大不会产生影响。这说明 Re对共模信号有负反馈作用。

实际的差分放大电路，由于不易做到完全对称，为了抑制零漂，Re值要取大些，但Re值大了，UE值增大，就要造成三极管集电极、发射极之间的管压降减小，即信号不失真放大的动态范围减小，所以要接入辅助电源 VEE ，可以看出，对“地”为负的 VEE的加入，等于在管子的集电极 — 发射极回路中串接入一个电压，可以适当提高管子的管压降，只要 VEE和 Re相互配合得当，可以在 Re接入电路后仍能保持管子原来的集电极、发射极电压，不使动态范围减小。当然，当 Re越大，VEE越高，所以 Re不宜过大，一般为几十千欧。用恒流源代替 Re ，可以得到电阻值很高的等效 Re 。

2畅6畅2 　集成运算放大器集成运算放大器简称集成运放，是一种具有高放大倍数的直接耦合放大电路，

它不但能放大交流信号，而且能放大频率很低的信号或直流信号，同时还能对输入

科

学出版社


www.abook.cn

58　　　

电子电路基础

信号进行多种数学运算和处理。经过多年的发展，集成运算放大器已成为一种品种与类别齐全的模拟集成电路。在实际中得到了广泛的应用。

１畅集成运放的组成集成运放实际上是一个高增益的直接耦合电路，其内部电路的组成可用

图２．３９（a）表示。它由输入级、中间级、输出级和偏置电路四部分组成。

图２．３９　集成运放组成

（１）输入级输入级是提高运算放大器质量的关键部分，要求其输入电阻高，为了能减少零

点漂移和抑制共模干扰信号，输入级都采用具有恒流源的差分放大电路，也称差分输入级。

（２）中间级中间级的主要作用是提供足够大的电压放大倍数，故常称为电压放大级。要

求中间级本身具有较高的电压增益。为了减小前级的影响，还应具有较高的输入电阻。另外，中间级还应向输出级提供较大的驱动电流，并能根据需要实现单端输入、双端差模输出，或双端差模输入、单端输出。

（３）输出级输出级的主要作用是输出足够的电流以满足负载的需要，同时还需要有较低

的输出电流和较高的输入电阻，以起到放大级和负载隔离的作用。输出级一般由射极输出器组成，以降低输出电阻，提高带负载能力。

（４）偏置电路偏置电路的作用是为各级提供合适的工作电流，一般由前述的几种恒流电路

组成。此外还有一些辅助环节，如电平移动电路、过载保护电路及高频补偿环节。图２畅３９（b）所示为简单集成运放的原理图。三极管 VT１和 VT２组成带恒流负

载的差分放大器作为输入级。 VT３和 VT４组成复合管，主要起电压放大作用，作为中间级。 VT５和 VT６构成复合射极输出器，是输出级。

２畅集成运放的符号和外形集成运放的符号如图２．４０所示。图中“ ＞ ”表示信号的传输方向，“ ∞ ”表示放

大倍数为理想条件。两个输入端中，“ － ”表示反相输入端，“ ＋ ”表示同相输入端。

59　　　


输出端的“ ＋ ”表示输出电压为正极性。实际集成运放有圆壳式封装、扁平式封装和双列直插式封装等，如图２．４１所示。

图２畅４０　集成运放的符号图２畅４１　集成运放外形

图２畅４２　集成运放的电压传输特性

３畅集成运放的电压传输特性集成运放的传输特性指输出电压与输入电

压（即同相输入端与反相输入端之间的差值电压）之间的关系曲线，对于正、负两路电源供电的集成运放，其电压传输特性如图２．４２所示。

曲线分线性区（图中 AB）和非线性区（ AB以外的部分）。在线性区，输出电压 uo随输入电压（ uP － uN ）的变化而变化；但非线性区，uo只有两种可能：＋ Uom或是－ Uom 。

由于外电路没有引入负反馈，集成运放的开环增益非常高，只要加很微小的输入电压，输出电压就会达到最大值，所以集成运放电压传输特性中的线性区非常窄。

小　　结

１畅单级低频小信号放大电路是最基本的放大电路，表征放大器的放大能力就是放大倍数，即电压、电流、功率三种放大倍数。放大器常采用单电源电路。要不失真的放大电路，必须是放大器设置合适的静态工作点，以保证三极管放大信号时，始终工作在放大区。

２畅图解法和估算法是分析放大电路的两种基本方法。图解法可以直观地了解放大器的工作原理，它的关键是会画直流负载线和交流负载线。估算法可以简捷的了解放大器的工作状态，必须熟记估算静态工作点的公式和估算输入电阻、输出电阻和放大倍数等公式。

３畅放大器的电流和电压有直流分量和交流分量和总量，在书写时要按照规定加以书写。

４畅共发射极放大器是放大器中常用的单元电路，其输出电压和输入电压是反相的，为了静态的稳定，常用分压式稳定工作点偏置电路。

５畅射极输出器是共集电极放大器。它的特点是：输入电阻高，输出电阻低，电压放大倍数略小于１，电压跟随性好，而且具有一定的电流放大能力和功率放大能力。

６畅共基极放大器的特点是：输入电阻低，输出电阻高，电流放大倍数略小于１，输入输出同相；工作稳定，适合于频率较高的信号范围工作。

科

学出版社


www.abook.cn

60　　　

电子电路基础

７畅多级放大器可以把信号经过多次放大，得到所需的放大倍数。多级放大的级间耦合方式有：阻容耦合、变压器耦合、直接耦合和光电耦合四种。

８畅多级放大器总的电压放大倍数公式Au ＝ Au１ · Au２ · Au３ … Au n

　　９畅放大器的通频带由上限频率和下限频率之差决定，放大器对通频带范围内的信号能正常放大。多级放大器的通频带比组成它的每个单级放大器的通频带要窄。

１０畅直接耦合多级放大器的零点漂移主要由温度变化引起。抑制零漂较有效的方法是差分放大器。差分放大器有差模放大倍数和共模放大倍数的区别。用共模抑制比衡量差分放大器的优劣。

１１畅集成运放是一个内部为直接耦合的高放大倍数的线性集成电路。从外特性来看，可以将其等效成一个双端输入、单端输出的差分放大器。

习　　题

２畅１　一个单管共发射极放大器由哪些基本元件组成？各元件的作用是什么？２畅２　题图２畅１所列电路中各有何错误？能否起放大作用？应如何改正？２畅３　画出题图２畅２中各级放大器的直流通路和交流通路。

题图２畅１

61　　　


题图２畅２

　　２畅４　画出由 PNP 型管接成的共发射极交流放大电路，并标出静态电流方向和静态管压降（UCEQ ）的极性。

２畅５　什么是“非线性失真” ？放大电路为什么要设置合适的静态工作点？２畅６　题图２畅３所示的放大器中 V CC ＝１２V ，Rc ＝３k Ω ，Rb ＝５００k Ω ，β＝５０，试估

算放大器静态工作点。（忽略 UBE ）２畅７　题图２畅３中，若 V CC ＝１６V ，Rc ＝４k Ω ，Rb ＝４００k Ω ，试用作图法在题

图２畅４求出静态工作点 IBQ 、ICQ和 UCEQ 。２畅８　题图２畅３中，若 V CC ＝２０V ，Rc ＝６k Ω ，Rb ＝５００k Ω ，试计算：（１）UCEQ ；（２）输入电阻 rbe ；（３）放大器输入电阻 ri ；（４）输出电阻 ro 。２畅９　题图２畅３所示的放大器中 V CC ＝１２V ，Rc ＝３k Ω ，Rb ＝３００k Ω ，β＝５０，试估

算输出端接负载 RL ＝３k Ω 时的电压放大倍数 Au 。２畅１０　简述分压式偏置电路稳定工作点的原理。

题图２畅３题图２畅４

　　２畅１１　题图２畅５具有分压式稳定工作点的偏置放大器中，若 Rb１＝２０k Ω ，Rb２＝１０k Ω ，Rc ＝２k Ω ，Re ＝１k Ω ，VCC ＝１２V ，试估算 UCEQ 。

科

学出版社


www.abook.cn

62　　　

电子电路基础

２畅１２　题图２畅６两级放大电路中，V１、V２的 β值均为４０，在所设工作点附近rbe１ ≈ １ k Ω ，rbe２ ≈ ０畅６k Ω ，试求各级电压放大倍数和总的电压放大倍数。

题图２畅５题图２畅６

　　２畅１３　什么是频率响应曲线？画出示意图。什么是上限频率和下限频率？２畅１４　什么是通频带？２畅１５　试比较四种耦合放大器各有哪些优缺点？２畅１６　画出射极输出器的电路图和交流通路，并简述这种电路的性能特点。

为什么又称它为射极跟随器？２畅１７　共集电极接法和共发射极接法的放大器，其电压放大倍数哪个大？功

率放大倍数哪个大？这两种放大器主要用途有何区别？２畅１８　画出一个直接耦合放大器电路图，它能否放大交流信号？２畅１９　直接耦合放大器有哪两种特殊问题？应如何解决？２畅２０　画出一个使用型差分放大电路图，并说明它为什么可以减小零点漂移？２畅２１　题图２畅７的差分电路中，每个晶体管的单管放大倍数是－４０，该差分放

大器的共模抑制比是１０００，求它的共模放大倍数。

题图２畅７

２畅２２　简述集成运放的组成，并画出它的图形符号。

放大器中的负反馈

3

第

章

【】

1.反馈极性、类型的判断

2.负反馈对电路性能的影响

3.深度负反馈电路的估算

科

学出版社


www.abook.cn

64　　　

电子电路基础

　　前面我们分别介绍了各种基本放大器的原理及性能指标。但在实际应用中，对放大器的性能要求是多种多样的。上述的基本放大器往往满足不了实际的需要。为此在放大器中非常广泛的应用负反馈，以达到改善放大电路性能的目的。什么是负反馈？它对放大器的性能有哪些改善？具有负反馈的放大器如何分析？这些就是本章所要介绍的主要内容。

３畅１　反馈的概念和判断

3畅1畅1 　反馈的概念将放大电路输出回路的信号（电压或电流）的一部分或全部，通过反馈网络回

送到输入端，从而影响（增强或削弱）净输入信号过程称为反馈。若反馈使净输入信号增加，则称为正反馈，使净输入信号减少的称为负反馈。因此在该电路中，电路的输出不仅取决于输入，而且还取决于输出本身，因而就有可能使电路根据输出状况自动的对输出进行调节，以达到改善电路性能的目的。

图３畅１是已经在第２章学习过的两种放大电路。图３畅１（a）为射极输出器，由图可知，三极管的净输入信号 ube ＝ ui － uo ，该式说明，输出回路中的电压 uo影响了三极管的净输入信号 ube （由于 ube ＜ ui ，故 uo是削弱了净输入信号）。图３．１（b）所示是静态工作点，稳定的放大电路 ube ＝ ui － ie Re ，该式说明，输出回路中的电流 ie影响了三极管的净输入信号 ube（由于 ube ＜ ui ，故 ie是削弱了净输入信号）。显然，在图３畅１（a 、b）两图中都存在着输出回路中的信号反送到输入回路中，并影响净输入信号的过程，因此都存在反馈，它们都是负反馈放大器。负反馈放大器也称为闭环放大器；对应的，未引入反馈的放大器称为开环放大器。在反馈放大器中，将输出回路和输入回路相连接的中间环节称为反馈网络，一般由电阻、电容元件组成，在图３畅１中 Re是反馈网络。反馈的形式实际上是通过反馈电路，将输出回路中的信号引回到输入回路，以一定形式与输入信号相叠加，将叠加后所得的信号作为净输入信号输入到电路中去。

图３畅１　两种放大器中的反馈

65　　　

第３章　放大器中的负反馈

3畅1畅2 　反馈放大器的一般表达式为了研究各种形式的负反馈放大器的共同特点，我们可以把负反馈放大电路

抽象成图３．２所示的方框图。由图可见，负反馈放大器主要由基本放大器和反馈

图３．２　反馈放大器框图

网络两大部分组成。图中箭头所表示的是信号传递的方向，Xi ，Xo ，Xf分别表示放大器的输入信号、输出信号和反馈信号，它们可以是电压，也可以是电流。碅表示 Xi与 Xf两个信号的叠加，X′i则是 Xi与 Xf叠加后得到的净输入信号。

A为基本放大器的放大倍数，亦称开环增益

A ＝ XoXi （３畅１）

　　反馈网络的反馈系数为

F ＝ XfXb （３畅２）

　　放大器的净输入信号为X′i ＝ Xi － Xf （３畅３）

　　闭环放大倍数为

Af ＝ XoXi （３畅４）

　　由上述四个式子，可得

Af ＝ A１＋ AF （３畅５）

　　此式即负反馈放大器放大倍数的一般表达式，又称为基本关系式。它反映了闭环放大倍数与开环放大倍数及反馈系数之间的关系。式中，１＋ AF称为反馈深度，１＋ AF的值越大，则负反馈越深。放大器的其他性能的变化也都与反馈深度值有关。

3畅1畅3 　反馈的分类和判断反馈可以从不同角度进行分类。按反馈的正、负极性来划分：可分为正反馈和

负反馈；按反馈信号的交直流成分来划分：可分为交流反馈和直流反馈；按反馈信号和输出信号之间的关系来划分：可分为电压反馈和电流反馈；按反馈信号和输入回路的关系来划分：可分为并联反馈和串联反馈。

１畅正反馈与负反馈反馈信号削弱了净输入信号，使输出量变小，这种反馈称为负反馈。反之，称

为正反馈。正反馈多用于振荡电路和脉冲电路，而负反馈多用于改善放大电路的性能。

判断反馈的正、负通常采用瞬时极性法。这种方法是首先假定输入信号为某

科

学出版社


www.abook.cn

LeYb g/QúrHN- Ã yÑ[fQúrHy> · 内容简介...

Documents

Transcript of LeYb g/QúrHN- Ã yÑ[fQúrHy> · 内容简介...

LeYb g/QúrHN- Ã yÑ[fQúrHy> · 内 容 简 介...

Documents

Transcript of LeYb g/QúrHN- Ã yÑ[fQúrHy> · 内 容 简 介...

LeYb g/QúrHN- Ã yÑ[fQúrHy> · 内容简介...

Transcript of LeYb g/QúrHN- Ã yÑ[fQúrHy> · 内容简介...