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第一章 常用半導(dǎo)體器件
半導(dǎo)體器件是組成半導(dǎo)體電路的核心元件，學(xué)習(xí)半導(dǎo)體電路，必須首先了解半導(dǎo)體器件的工作原理，掌握它的工作特性和參數(shù)。半導(dǎo)體的各類有很多，本章只討論半導(dǎo)體二極管和三極管。
1.1 晶體二極管
1.1.1 半導(dǎo)體
自然界中的物質(zhì)按照其導(dǎo)電能力的不同，除了可以分為我們較為熟悉的導(dǎo)體和絕緣體之外，還有一類物質(zhì)，它的導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體和絕緣體之間，我們把它叫做半導(dǎo)體，如硅、鍺等。半導(dǎo)體的導(dǎo)電能力還隨著溫度、光照條件和摻入雜質(zhì)的不同而發(fā)生很大的變化。
半導(dǎo)體是制作半導(dǎo)體器件最主要的材料。
1. P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體
在半導(dǎo)體里面有兩種攜帶電荷的粒子。一種粒子帶正電荷，稱之為“空穴”；另一種粒子帶負(fù)電荷，稱之為“自由電子”，它們統(tǒng)稱為“載流子”。
在純凈的半導(dǎo)體中摻入微量元素，如五價(jià)元素磷，就可以形成電子型半導(dǎo)體，也稱N型半導(dǎo)體；摻入三價(jià)元素硼就可以形成空穴型半導(dǎo)體，也稱P型半導(dǎo)體。
N型半導(dǎo)體主要靠電子導(dǎo)電，多數(shù)載流子是自由電子，空穴是少數(shù)載流子。P型半導(dǎo)體主要靠空穴導(dǎo)電，多數(shù)載流子是空穴，自由電子是少數(shù)載流子。
2. PN結(jié)
將P型半導(dǎo)體和N型半導(dǎo)體經(jīng)過特殊的工藝加工緊密結(jié)合在一起，在兩者的交界處便形成了一個(gè)特殊的接觸面，稱為PN結(jié)。
實(shí)驗(yàn)證明，PN結(jié)具有單向?qū)щ姷奶匦?，即PN結(jié)加正向電壓（電源的正極接P區(qū)，負(fù)極接N區(qū)）時(shí)導(dǎo)通，加反向電壓（電源的正極接N區(qū)，負(fù)極接P區(qū)）時(shí)截止。
1.1.2 晶體二極管
1. 二極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)
將PN結(jié)用塑料、玻璃或金屬外殼封裝后，從P區(qū)、N區(qū)分別引出電極就制成了二極管。根據(jù)二極管管芯結(jié)構(gòu)的不同可分為點(diǎn)接觸型、面接觸型和平面型幾種，其結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖1-1所示。
 2. 二極管的伏安特性
加在二極管兩端的電壓和流過二極管的電流之間的關(guān)系就稱為二極管的伏安特性。描述其關(guān)系的曲線稱為伏安特性曲線，如圖1-2所示。
 由二極管的伏安特性曲線可以看出，當(dāng)加在二極管兩端的電壓UD由零開始增大時(shí)，在正向電壓較小的范圍內(nèi)，正向電流很小，如圖中ＯＡ段，我們把此范圍叫做死區(qū)，相應(yīng)的電壓叫死區(qū)電壓。其中，硅二極管的死區(qū)電壓為0.5Ｖ左右，鍺二極管的死區(qū)電壓為0.2V左右。當(dāng)UD大于大于死區(qū)電壓后，正向電流迅速增加，二極管呈導(dǎo)通狀態(tài)，如圖中ＡＢ段，我們把此范圍叫做正向?qū)▍^(qū)。在正向?qū)▍^(qū)的管子兩端的壓降變化不大，硅管為0.7V左右，鍺管約為0.3V左右。當(dāng)給二極管加反向電壓時(shí)，在很大的范圍內(nèi)反向電流很小且不隨反向電壓的變化而變化，二極管呈截止?fàn)顟B(tài)，如略ＯＣ段，此范圍叫做反向截止區(qū)。繼續(xù)加大反向電壓，當(dāng)大到一定數(shù)值時(shí)，反向電流迅速增大，管子進(jìn)入反向擊穿狀態(tài)，如圖中ＣＤ段，此區(qū)域叫做反向擊穿區(qū)，此數(shù)值作為拔身擊穿電壓。因?yàn)槎O管在較大的反向電流作用下是很容易損壞的，所以一般普通的二極管應(yīng)避免工作在反向擊穿區(qū)。
大于死區(qū)電壓之后才會(huì)導(dǎo)通，加反向電壓時(shí)管子處于截止?fàn)顟B(tài)，我們把這一特性稱為二極管的單向?qū)щ娦浴?/div>
3. 二極管的主要參數(shù)
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最大整流電流指的是二極管長(zhǎng)時(shí)間工作時(shí)允許流過的最大直流電流。使用是如果超過此值可能會(huì)管子因過熱而燒毀。
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最高反向工作電壓指的是二極管正常工作時(shí)所能承受的最高反向電壓值。使用時(shí)如果超過此值可能會(huì)使二極管因擊穿而損壞。
1.2 穩(wěn)壓二極管
穩(wěn)壓二極管是一種用特殊工藝制造的硅半導(dǎo)體二極管，是用來穩(wěn)壓的二極管。在使用時(shí)其接法正好和普通二極管相反，即管子處于反向偏置，工作在反向擊穿狀態(tài)，利用反向擊穿特性來穩(wěn)定直流電壓。它的符號(hào)如圖1-3所示。
1.2.1 穩(wěn)壓二極管的伏安特性
如圖1-4所示是穩(wěn)壓二極管的伏安特性曲線，由圖中可以看出，它通常工作在反向特性的ＡＢ段。雖然管子工作在反向擊穿區(qū)，但這并不意味著管子一定會(huì)損壞，只要限制流過穩(wěn)壓管的反向電流不要過大就不會(huì)使管子因過熱而燒毀，因此穩(wěn)壓管一般在工作時(shí)都有限流電阻和它配合使用。從圖中還可以看出，它的正向?qū)ㄌ匦郧€和反向擊穿特性均比普通二極管的要陡峭。穩(wěn)壓管工作時(shí)，流過它的反向電流在IZMIN～I(xiàn)ZMAX范圍內(nèi)變化，在這個(gè)范圍內(nèi)，穩(wěn)壓管工作安全且它兩端反向電壓基本不變，因此具有“恒壓”特性。穩(wěn)壓管也正是利用這一點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓作用的。
 1.2.2 穩(wěn)壓管的主要參數(shù)
1. 穩(wěn)定電壓ＵＺ
穩(wěn)定電壓是指穩(wěn)壓管在正常工作狀態(tài)下管子兩端的電壓。要注意的是在實(shí)際使用中，即使是同型號(hào)的穩(wěn)壓管，其穩(wěn)定電壓也是有一定差異的。
2.穩(wěn)定電流ＩＺ
穩(wěn)定電流是指穩(wěn)壓管在穩(wěn)定電壓下的工作電流。
3. 耗散功率PZM
耗散功率是指穩(wěn)定電壓和最大穩(wěn)定電流和乘積，在使用中若超過此值，穩(wěn)壓管將被燒毀。
此外，還有溫度系數(shù)等參數(shù)，溫度系數(shù)反映穩(wěn)壓管穩(wěn)定電壓受溫度變化影響的程度。
1.3 晶體三極管
晶體三極管廣泛應(yīng)用于電子電路中，是放大電路中的基本器件。
1.3.1 三極管的結(jié)構(gòu)和符號(hào)
構(gòu)成三極管的是兩個(gè)PN結(jié)，結(jié)構(gòu)和符號(hào)如圖1-5所示，它可以分成NPN型和PNP型兩種。兩個(gè)PN結(jié)把半導(dǎo)體基片分為三個(gè)區(qū)域，即集電區(qū)、基區(qū)和發(fā)射區(qū)，三個(gè)區(qū)各引出三個(gè)電極分別叫做集電極、基極和發(fā)射極，用字母分別表示為c、 b、 e,兩個(gè)PN結(jié)也分別叫做停電結(jié)和發(fā)射結(jié)。三極管在電路中的接法也有三種，分別是共停電極、共基極和共發(fā)射極。
 1.3.2 三極管的分類
三極管的各類很多，它們的外形和封裝形式也各不相同，常用的如圖1-6所示。
 三極管按工作頻率分，有低頻管、高頻管和超高頻管；按功率分，有小功率管、中功率管和大功率管；按管芯所用半導(dǎo)體材料分，有硅管和鍺管；按結(jié)構(gòu)工藝分，主要有合金管和平面管；按用途分，有放大管和開關(guān)管。
1.3.3 三極管的特性曲線
在上一節(jié)中，我們提到二極管中的電壓和電流的關(guān)系曲線可以用伏安特性來描述。三極管和二極管類似，只不過比二極管多了一個(gè)電極，所以描述它的電壓和電流的關(guān)系曲線也相應(yīng)比二極管多。通常描述三極管特性的曲線有兩個(gè)：一個(gè)是輸入特性曲線，另一個(gè)是輸出特性曲線。
1. 輸入特性曲線
三極管的輸入特性曲線是指在ＵCE一定時(shí)，測(cè)得三極管基極與發(fā)射極之間的電壓UBE和基極電流IB之間的關(guān)系曲線。測(cè)試電路如圖1-7所示。
從圖中不難看出，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)RP2，使UCE保持一個(gè)定值，再調(diào)節(jié)ＲＰ1，從零開始ＵＢＥ的值，就得到相應(yīng)的IB值。連接每組相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)，便可得到三極管的輸入特性曲線。
每給定一個(gè)UCE的值便可以得到一條相應(yīng)的特性曲線，如圖1-8所示。
  從圖中我們可以看出，三極管的輸入特性曲線和二極管的伏安特性曲線十分相似，因?yàn)槿龢O管的發(fā)射結(jié)本身就相當(dāng)于一個(gè)二極管，而UBE和IB也成非線性關(guān)系，同樣也存在著死區(qū)。其中，硅管的死區(qū)電壓為0.5V，鍺管的為0.2V。三極管正常導(dǎo)通時(shí)，硅管的UBE約為0.7V，鍺管的約為0.3V。
2. 輸出特性曲線
三極管的輸出特性曲線是指在IB一定時(shí)，集電極與發(fā)射極的電壓UCE與集電極電流IC之間的關(guān)系曲線，其測(cè)試電路同樣如圖1-7所示。
 每給定一個(gè)IB值，就會(huì)得到一條IC－UCE曲線，這樣就得到了許多條曲線構(gòu)成的曲線族，如圖1-9所示。
從圖中可以看出，每一條輸出曲線都分為上升、彎曲和平坦三個(gè)部分。整個(gè)曲線族可以分為三個(gè)區(qū)域。
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截止區(qū)是指IB＝０以下的區(qū)域。在該區(qū)UBE很小并處在死區(qū)電壓以內(nèi)。所以發(fā)射結(jié)反向偏置，集電結(jié)也反向偏置。無論UCE怎樣變化，IC都很小，只有發(fā)射區(qū)的少數(shù)載流子穿過基區(qū)到達(dá)集電區(qū)形成的穿透電流ICEO，如圖中所示。穿透電流會(huì)隨溫度的升高而迅速增大，會(huì)導(dǎo)致三極管工作不穩(wěn)定。所以在使用時(shí)應(yīng)選擇穿透電流小的三極管。通常硅管的穿透電流小一些，只有幾微安；而鍺管的稍大一些，有幾十到幾百微安。
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放大區(qū)是指輸出特性曲線中間間距接近相等且互相平行的區(qū)域。在該區(qū)UCE足夠大，發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置。此區(qū)域內(nèi)，IC與IB成正比例增長(zhǎng)，也就是說IB有一個(gè)微小的變化，就會(huì)使IC按比例發(fā)生很大的變化，即三極管的電流廣大作用。圖1-9中，因?yàn)椴煌腎B對(duì)應(yīng)著不同曲線，在垂直于橫軸方向作一直線，從該直線上可以找出IC的變化量△IC和與之對(duì)應(yīng)的IB的變化量△IB，即可得到該管的電流廣大倍數(shù)β，β=△IC／△IB。曲線越平坦，間距越均勻，管子性能越好。曲線間距越大則表示β值越大。
經(jīng)過實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)證明，三極管內(nèi)的電流分配關(guān)系為IE＝IB+IC。
?。常╋柡蛥^(qū)
飽和區(qū)是指輸出特性曲線的上升部分與縱軸之間的區(qū)域。在該區(qū)域內(nèi)，UCE很小，且小于UBE，所以發(fā)射結(jié)和集電結(jié)均處于反向偏置。另外在此區(qū)域內(nèi)，IB增大時(shí)，IC不會(huì)明顯增加，這就是所謂的“飽和”現(xiàn)象。Ic不再受IB的控制，三極管失去電流放大作用。飽和區(qū)內(nèi)的UCE很小，稱為飽和壓降UCES。
3. 三極管的主要參數(shù)
?。保┕采錁O電流放大倍數(shù)β
β是在三極管正常放大狀態(tài)下分析和設(shè)計(jì)電路的重要參數(shù)。在選用管子的時(shí)候，要注意β值應(yīng)恰當(dāng)，過大的管子工作穩(wěn)定性差。一般β值為幾十到幾百。
?。玻┘姌O最大允許電流ICM
該電流是三極管保證安全工作的參數(shù)。電流超過此值時(shí)，不一定會(huì)損壞管子，但是電流放大倍數(shù)會(huì)降低，通常使β下降到正常值的2/3時(shí)的集電極電流稱集電極最大允許電流。
?。常┘姌O最大允許功耗PCM
三極管在正常工作時(shí)本身有一定的功率損耗，主要集中在其集電結(jié)上，若集電結(jié)功率損耗過大超過PCM時(shí)，將使管子性能變差或燒毀。通常管子在使用時(shí)要加散熱裝置。
第二章 整流與濾波電路
在電子系統(tǒng)中，往往要用到非常穩(wěn)定的直流電源，那就需要我們把交變的電流變換成單向脈動(dòng)的電流，這個(gè)過程我們稱之為整流，能完成這種功能的電路就稱為整流電路或整流器。
2.1 單相半波整流電路
在上一章的內(nèi)容里，我們學(xué)到二極管具有單向?qū)щ娦?。?dāng)給二極管加正向電壓時(shí)，二極管導(dǎo)通；當(dāng)加反向電壓時(shí)，二極管截止。如此來看，我們可以把二極管當(dāng)成一個(gè)開關(guān)來用。因二極管導(dǎo)通以后的正向電阻很小，所以在下面介紹的整流電路中，分析二極管時(shí)，都往往忽略它的正向電阻，而把二極管當(dāng)作理想二極管來分析。
2.1.1 電路結(jié)構(gòu)
如圖2-1（ａ）所示為單相半波整流電路。電源變壓器T的初級(jí)線圈接到220V的交流電源上，交流電壓u2為變壓器次級(jí)電壓有效值，D為整流二極管，RL為直流負(fù)載電阻。
  2.1.2 工作原理
因變壓器的初級(jí)線圈接的交流電壓U1，所以在變壓器T的次級(jí)就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電壓U2。
當(dāng)U2下半周時(shí)，二極管因承受正向電壓而導(dǎo)通，電流流經(jīng)RL便在RL上產(chǎn)生正半周電壓U0，如圖2-1（ｂ）所示。當(dāng)U2負(fù)半周時(shí)，二極管因承受反向電壓而截止，于是負(fù)載RL上無電流流過，如圖2-1（ｂ）所示。可見，負(fù)載RL上得到的不是正負(fù)半周交替的電流而是自上而下的單向電流，從而實(shí)現(xiàn)了整流。從U0的波形可見，此電路僅僅利用了電源電壓U2的半個(gè)波，故稱為半波整流。
2.1.3 電路中的電壓和電流
實(shí)驗(yàn)證明，在一個(gè)周期內(nèi)，半波整流輸出電壓的平均值等于變壓器次級(jí)電壓有效值U2的0.45倍，即
U0＝0.45U2
流過負(fù)載的電流 I0＝U0/RL＝0.45U2/RL
那么流過二極管的正向電流的平均值ID和流過負(fù)載RL上的電流相等，即
ID＝I0
二極管反向截止時(shí)所承受的最大反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓的幅值，即
 在選用二極管時(shí)，一定要注意二極管的最大整流電流應(yīng)大于負(fù)載上流過的電流I0，最高反向工作電壓應(yīng)大于
，為保證管子的安全使用，在選擇時(shí)必須留有充分的余量。 單向半波整流電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是電源利用率很低，所以一般僅適用于整流電流較小或?qū)γ}動(dòng)要求不嚴(yán)格的直流設(shè)備中。
2.2 單相橋式整流電路
2.2.1 電路組成
圖2-2所示為單相橋式整流電路，由四個(gè)二極管拼成的橋式電路以及變壓器T和負(fù)載電阻R1組成。
2.2.2 工作原理
當(dāng)輸入電壓U2為正半周時(shí)，整流二極管D1、D3因加正向電壓而導(dǎo)通，D2、D4因承受反向電壓而截止，此時(shí)電流i0經(jīng)D1、DL和D3在RL上產(chǎn)生壓降U0。
當(dāng)輸入電壓U2為負(fù)半周時(shí)，整流二極管D1、D3因承受反向電壓而截止，D2、D4因加正向電壓而導(dǎo)通，電流i0經(jīng)D2、RL和D4并在RL上產(chǎn)生壓降U0。
由此可見，在交流信號(hào)U2的一個(gè)周期內(nèi)，二極管D1、D3和D2、D4輪流導(dǎo)通半個(gè)周期，那么通過負(fù)載電阻的電流為兩個(gè)半波電流，方向相同。電路中的電壓、電流波形如圖2-2（b)所示。因?yàn)殡娫吹膬蓚€(gè)半波都被告利用，所以稱為全波整流電路。
2.2.3 電路中的電壓和電流
因?yàn)闃蚴秸鳛槿ㄕ鳎@然全波整流輸出的平均電壓大小是半波整流的兩倍，即
U0＝0.9U2
流過負(fù)載的平均電流 I0＝U0/RL＝0.9U2/RL
又因?yàn)殡娐分械拿總€(gè)二極管只在半個(gè)周期內(nèi)才導(dǎo)通，所以在每個(gè)周期內(nèi)流過每個(gè)二極管的平均電流只有負(fù)載電流的一半，即
ID＝（1/2）I0＝0.45U2/RL
每只二極管反向截止時(shí)所承受的最大反向電壓等于變壓器次級(jí)電壓U2的幅值，即
同樣在選擇整流二極管時(shí)，還是要依據(jù)二極管的ID、UDRM這兩個(gè)重要參數(shù)來選擇。
在格式全波整流電路中，電源利用率高，且輸出電壓脈動(dòng)小，因而得到了廣泛的應(yīng)用。
2.3 濾波電路
在整流輸出的電壓中，既有直流成分又有交流成分。變樣的輸出電壓在大多數(shù)電子設(shè)備中是不能滿足要求的，因此必須要將其中的交流成分去掉，這樣就可以得到較平穩(wěn)的直流分量，我們把這個(gè)過程叫做濾波。常用的濾波元件有電容和電感。
下面我們以單向半波整流電路為例，來分析電容器在整流電路中的濾波作用。
2.3.1 電路組成
如圖2-3所示的沖波整流濾波電路中，在負(fù)載RL兩端并聯(lián)一個(gè)容量很大的電解電容器C。當(dāng)輸入電壓U1為正半周時(shí)，整流二極管便導(dǎo)通，于是電壓U2經(jīng)過D對(duì)電容器C充電，充電電流為ic，同時(shí)有電流iD流入負(fù)載，電容器兩端電壓為UC。當(dāng)電壓U2到達(dá)峰值后開始又下降，下降到小于UC時(shí)，二極管因U2<UC而反偏截止，管子中的電流下降為零，于是，電容器便對(duì)負(fù)載放電，放電的過程一直延續(xù)到輸入電壓的下一個(gè)正半周，并且在U2>UC（二極管導(dǎo)通）時(shí)，U2又經(jīng)過UD對(duì)C充電，電容器上的電壓繼續(xù)上升，因電容上存有剩余電壓，故而充電時(shí)間明顯比上一周期縮短。當(dāng)U2再下降小于UC時(shí)，二極管又截止，電容又開始對(duì)負(fù)載放電。如此，電容的重放電反復(fù)進(jìn)行，經(jīng)若干周期后便進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。如圖2-3（b)所示。很明顯可以看出，經(jīng)過電容濾波以后的輸出電壓波形比沒有電容濾波時(shí)平滑很多。
2.3.2 輸出電壓平均值的計(jì)算
電路中接入濾波電容以后，輸出電壓的平均值要根據(jù)整流電路的不同而不同，即
單向半波整流 U0＝0.45U2
單向格式整流 U0＝0.9U2
二極管承受的最大反向電壓為
UDRM＝1.414U2
濾波電容的選擇通常與負(fù)載電流有關(guān)，在選擇時(shí)要注意它的耐壓值應(yīng)大于負(fù)載開路時(shí)的輸出電壓值。
第三章 基本放大電路
在一些電子設(shè)備中，如音響功率放大器、電視接收機(jī)還有一些精密儀器都需要將微弱的電信號(hào)加以放大才能得到我們所需要的信號(hào)。我們把能完成這種放大功能的電路稱為放大電路（又稱放大器）。
3.1 放大器概述
變壓器作為電子設(shè)備中應(yīng)用最廣泛的電子電路，可以分為很多種類。例如，根據(jù)信號(hào)的強(qiáng)弱來分的電壓放大器和功率放大器；根據(jù)被放大信號(hào)的頻率不同來分的直流放大器、低頻放大器和高頻放大器等。本章我們主要討論的是低頻小信號(hào)放大器。
圖3-1是放大器的方框圖。它表示各種小信號(hào)放大器都可以用帶有輸入端和輸出端的方框來表示。我們把需要放大的信號(hào)加到放大器的輸入端，然后經(jīng)放大器放大后再?gòu)妮敵龆溯敵觥Ｍǔ?，只要保證輸出信號(hào)的功率大于輸入信號(hào)的功率和輸出信號(hào)的波形與輸入信號(hào)的波形相同這兩個(gè)條件具備，就可以說該信號(hào)已經(jīng)被很好地放大。
那么對(duì)于一個(gè)放大器來講，如何來描述和鑒別它的性能的優(yōu)劣呢？在這里我們對(duì)放大器列出了以下幾點(diǎn)要求。
3.1.1 要有足夠大的放大倍數(shù)
放大倍數(shù)是衡量放大電路放大能力的主要參數(shù)，其值為輸出信號(hào)與輸入信號(hào)之比。根據(jù)電信號(hào)的不同，放大倍數(shù)可分為兩叉電壓放大倍數(shù)AV、電流放大倍數(shù)AI和功率放大倍數(shù)AP。其中：
在本章里我們主要討論的是電壓放大倍數(shù)AV，對(duì)于不同的放大器，要求的放大倍數(shù)也是不同的。
在工程上常采用另一種形式來表示放大倍數(shù)的大小，即增益，它的單位是分貝（ｄＢ），是放大倍數(shù)的對(duì)數(shù)形式。
三種放大倍數(shù)與其對(duì)應(yīng)的增益的關(guān)系如下：
電壓增益 GV＝20lgAV （dB)
電流增益 Gi=20lgAI （dB)
功率增益 GP＝10lgAp （dB)
3.1.2 要有一定寬度的通頻帶
因?yàn)榉糯笃魍糯蟮男盘?hào)并不是單一頻率的，而是在一定的頻率范圍內(nèi)變化的。放大信號(hào)時(shí)，無論其頻率高或低，都應(yīng)該得到同樣的放大，所以就要求放大器應(yīng)具有一定寬度的通頻帶。那什么是通頻帶呢？放大器在放大不同頻率的信號(hào)時(shí)，其放大倍數(shù)也是不同的。在一定的頻率范圍內(nèi)，放大器的放大倍數(shù)高而且穩(wěn)定，此頻率范圍稱中頻區(qū)。而處在中頻區(qū)以外的區(qū)域時(shí)，放大倍數(shù)都會(huì)大幅度下降。如圖3-2所示。
當(dāng)信號(hào)頻率升高使電壓放大倍數(shù)下降到中頻頻率電壓放大倍數(shù)的0.707倍時(shí)，所對(duì)應(yīng)的頻率稱為上限截止頻率∫H；當(dāng)信號(hào)頻率降低使電壓放大倍數(shù)下降到0.707倍時(shí)的頻率稱為下限截止頻率∫L。∫L與∫H之間的頻率范圍就是通頻帶，用BW表示，即BW=∫H-∫L。
3.1.3 非線性失真要小
放大器在放大電信號(hào)時(shí)，輸出信號(hào)的波形與輸入信號(hào)的波形出現(xiàn)了一定的差異，即波形出現(xiàn)畸變，這種現(xiàn)象就是非線性失真，它主要是由放大器中晶體管的非線性造成的。所以，在設(shè)計(jì)放大電路時(shí)，應(yīng)該合理設(shè)計(jì)電路和選擇元件，盡量使非線性失真減到最小。
3.1.4 要有合適的輸入輸出電阻
通常我們把需要放大的信號(hào)稱為信號(hào)源，那么對(duì)于信號(hào)源所呈現(xiàn)的等效負(fù)載電阻，我們就可以用輸入電阻ｎ表示。也可以理解為，輸入電阻就是從放大器的輸入端看進(jìn)去的等效電阻，如圖3-3所示。
可見，放大器的輸入電阻ri=ui/ii,它的大小反映了放大器對(duì)信號(hào)源的影響程度。此值越大，放大器要求信號(hào)源提供的信號(hào)電流就越小，于是信號(hào)源的負(fù)擔(dān)就越輕。所以說通常放大器在應(yīng)用時(shí)，總量希望輸入電阻大一些。
同理，放大器的輸出電阻則是從放大器的輸出端看進(jìn)去的交流等效電阻（不包括負(fù)載電阻RL），如圖3-3中所示。輸出電阻r0越小，表示放大器帶負(fù)載的能力超強(qiáng)，并且負(fù)載變化時(shí)，對(duì)放大器影響也小。所以通常希望輸出電阻越小越好。
3.2 基本放大電路的組成及工作原理
3.2.1 放大電路的組成
由NPN型三極管組成的基本放大電路如圖3-4（a）所示。信號(hào)從基極、發(fā)射極輸入，經(jīng)放大后由集電極和發(fā)射極輸出。由于發(fā)射極既作為信號(hào)的輸入端又作為輸出端，所以稱這種放大電路形式為共發(fā)射極放大器。下面我們分別介紹組成放大器的各元件的作用。
1.晶體三極管T
晶體三極管起電流放大作用，是放大器的核心器件。
為使三極管工作在放大狀態(tài)，必須使其發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。
2. 直流電源UCC
UCC為集電極直流電源。因?yàn)槿龢O管為NPN型，所以UCC必須是正電源，負(fù)責(zé)給三極管提供合適的偏置電壓。
3. 基極偏置電阻Rｂ
通過改變Rｂ的阻值可以得到不同的基極偏置電流。一般取值為幾十千歐到幾百千歐。
4. 集電極偏置電阻RC
放大器通過集電極偏置電阻RC把三極管的電流放大作用轉(zhuǎn)換成電壓放大作用，即三極管集一射極之間的變化電壓就是放大器的輸出信號(hào)電壓。
5. 耦合電容C1、C2
C1和C2分別是輸入和輸出信號(hào)的耦合電容。它們能夠隔斷信號(hào)源與輸入端之間、三極管集電極與負(fù)載之間的直流信號(hào)通路，同時(shí)又能保證交流信號(hào)的順利通過。
3.2.2 放大電路的工作過程
放大器工作過程可以分為兩大部分。放大器在沒有外加輸入信號(hào)時(shí)（Ui=0），電路中僅僅有直流電源提供的直流電壓和直流電流，電路的這種狀態(tài)稱為靜態(tài)。而當(dāng)放大器有輸入信號(hào)（Ui≠0）時(shí)，電路中的電壓和電流都將跟隨輸入信號(hào)作相應(yīng)的變化，此時(shí)我們把這種電路狀態(tài)稱為動(dòng)態(tài)。下面我們先來分析放大器的靜態(tài)情況。
1.靜態(tài)
１）直流通路
剛才已經(jīng)提到，在沒有外加輸入信號(hào)時(shí)，放大電路中的電壓和電流均為直流量，為了便于更好的分析和計(jì)算這些直流參數(shù)，可以畫出它的直流通路。直流通路即為放大器的直流等效電路，是放大器輸入回路和輸出回路直流電流的流經(jīng)途徑。在畫直流通路時(shí)，只需將電路中的電容視為開路，其他不變即可，如圖3-4（ｂ）所示。
2）靜態(tài)工作點(diǎn)
直流通路中的這些電壓和電流參數(shù)值就叫靜態(tài)工作點(diǎn)。通常電路中描述靜態(tài)工作點(diǎn)的量用UBEO、IBQ、ICQ和UCEQ表示。在三極管輸入輸出曲線中，常用Q點(diǎn)來表示，因此在各參數(shù)下都添加符號(hào)Q。那么根據(jù)圖3-4（b)所示的直流通路，我們不難得出該放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)為
UBEQ的值基本恒定不變（硅管約0.7V，鍺管約0.3V）。
一個(gè)放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的合適與否，是放大器能否正常工作的重要條件。
2. 放大過程
如圖3-5所示的電路中，當(dāng)放大器的輸入端加上交流輸入信號(hào)Ui時(shí)，在放大器的輸出端便可以得到圖中所示與Ui波形正好反相并被放大的輸出信號(hào)波形。那這個(gè)波形是怎樣產(chǎn)生的呢？下面我們先來分析當(dāng)放大器輸入交流信號(hào)之后，電路中的電壓和電流是怎樣跟隨輸入信號(hào)變化的。
當(dāng)輸入信號(hào)Uｉ從電路的AO處輸入時(shí)，經(jīng)過耦合電容C1加到放大器的基極和發(fā)射極之間。因耦合電容對(duì)交流信號(hào)相當(dāng)于短路，所以三極管的UBE便成了交流電壓Uｉ和直流電壓UBEQ疊加而成，即UBE＝Ui+UBEQ，波形如圖3-6（a）所示。根據(jù)三極管的輸入曲線可知基極電流將跟隨UBE發(fā)生變化，其變化的波形如圖3-6（b)所示，也是由直流與交流兩部分疊加而成，即iB=IBQ+ib,ib是ui產(chǎn)生的基極交流電流。又因三極管的放大作用，三極管的集電極的電流ic=ICQ+ic也將隨之變化，如圖3-6（c)所示，并在集電極電阻RC上產(chǎn)生壓降icRc，結(jié)果使放大器的集電極輸出電壓UCE=UCC-icRc=UCC-ICQRC-icRc=UCEQ-icRc=UCEQ+UC。由此可見，它也是由直流電壓UCEQ和交流電壓UC=-icRc疊加而成，如圖3-6（d)所示。然后再通過耦合電容C2的隔直通交作用，隔除了直流，便可獲得交流電壓u0的輸出。只要電路參數(shù)選擇合適，保證三極管工作在放大區(qū)，u0的變化幅度將比ui的變化幅度大很多倍?？梢哉f明該放大器對(duì)ui進(jìn)行了放大。
圖3-6 放大電路中三極管的積極電壓、電流波形
由圖3-6可以看出，電路中的各電壓和電流都是由直流量和交流量疊加而成的。另外，當(dāng)ui增大時(shí)，uCE=UCC-icRc將減小，所以輸出電壓u0與輸入電壓ui是反相的，因此又稱這種共發(fā)射極放大器為反相器。
3.3 放大器的動(dòng)態(tài)分析方法
通過前面的知識(shí)我們已經(jīng)知道，放大電路共有兩種工作狀態(tài)，一種是靜態(tài)，另一種是動(dòng)態(tài)。在進(jìn)行靜態(tài)分析時(shí)通過畫它的直流通路、計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)便可以了解到放大器是否能正常工作，也就是說，通過觀察靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的合適與否就可以判斷一個(gè)放大器工作性能的穩(wěn)定性如何。而要全面了解一個(gè)放大器的工作狀態(tài)，還應(yīng)該對(duì)它的一些主要性能指標(biāo)進(jìn)行必要的分析，比如放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入輸出電阻等參數(shù)。通常我們采用等效電路分析法來了解放大器的具體動(dòng)態(tài)情況。
3.3.1 交流通路
我們?cè)诜治龇糯笃鞯膭?dòng)態(tài)情況時(shí)可以暫不考慮放大器的直流參數(shù)，只研究它的交流情況。所以要先畫出放大器的交流通路。在畫交流通路時(shí)，將電容視為短路，將直流電源（內(nèi)阻很?。┮惨暈槎搪罚溆嗖蛔兗纯?。如圖3-7（a)所示，即為放大器的交流通路。
圖3-7（ｂ）為放大器的交流等效電路。所謂等效實(shí)際是將三極管用其微變等效電路代替，其他元件不變。圖中將三極管的基極和發(fā)射極之間等效成一個(gè)電阻rbe,而集電極和發(fā)射極之間等效成一個(gè)恒流源。這樣，原本具有非線性元件的放大電路就轉(zhuǎn)化成線性電路，我們便可以采用線性的計(jì)算方法來分析放大倍數(shù)等技術(shù)指標(biāo)了。需要注意的是，只有晶體管工作在放大狀態(tài)、低頻小信號(hào)時(shí)這種方法才適用。
3.3.2 放大器的電壓增益、輸入和輸出電阻
1. 晶體管的輸入電阻rbe
從圖3-7（ｂ）等效電路中可以看出，要用等效電路分析放大器的話，首先要知道三極管等效電路中的rbe和β值。β值一般可以通過測(cè)量或查手冊(cè)求得，而晶體管的輸入電阻rbe在工程上一般采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式來估算：
一般rbe的取值在幾百歐至幾千歐之間。
2. 放大器的電壓放大倍數(shù)AV
由圖3-7（ｂ）所知，在輸入端有ui=ib(Rb//rbe),因?yàn)镽b>>rbe，所以Rb可以忽略不計(jì)，便有
ui=ibrbe
輸出端有uo＝ic(Rc//RL)=icrL′，因ic=βib,所以u(píng)0=IcRL′=βibRL′,又由于uo與ui是反相的，所以在公式的前面要加上負(fù)號(hào)，即
uo=-icRL′=-βibRL′
最后可得到放大器的電壓放大倍數(shù)AV
3. 放大器的輸入電阻ri
我們知道放大器的輸入電阻ri就是從放大器的輸入端看進(jìn)去的交流等效電阻。從放大器的等效電路中可以提出來 ri=Rb//rbe
而當(dāng)rb>>rbe時(shí) ri≈rbe
需要注意的是，放大器的輸入電阻和晶體管的輸入電阻在意義上是不同的。
4. 放大器的輸出電阻ro
放大器的輸出電阻就是從放大器的輸出端看進(jìn)去的交流等效電阻（不包括負(fù)載電阻RL），同樣從圖3-7（ｂ）的等效電路中可看出ro≈Rc(三極管的動(dòng)態(tài)電阻很大，可忽略不計(jì)）。
例1 如圖3-8所示的基本放大電路，已知三極管的β＝50，其他參數(shù)如圖所示。謀求（１）放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)；（２）rbe; (3)Av;(4)ri和ro。
解：
3.4 穩(wěn)定工作點(diǎn)的放大電路
前面我們分析的基本放大電路中，通過改變基極偏置電阻Rｂ的大小，IB就隨著變化，而當(dāng)Rｂ和UCC一經(jīng)確定之后，IB便是固定的，所以這種電路形式又稱為固定偏置電路。一個(gè)性能良好的放大器，應(yīng)該有一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)并且能夠在外界因素（如電源電壓、溫度等）變化時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)仍能保持穩(wěn)定。而固定偏置電路恰恰是穩(wěn)定性差，電路的外部因素改變后，靜態(tài)工作點(diǎn)也會(huì)隨之變化，從而便影響放大器的質(zhì)量。因此在一些要求較高的場(chǎng)合通常采用一種能夠自行穩(wěn)定工作點(diǎn)的電路，即分壓式偏置電路。
3.4.1 溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響
當(dāng)溫度變化時(shí)β要發(fā)生變化。溫度每升高一度，β要增加１％左右。從下例中我們來分析一下當(dāng)β發(fā)生變化時(shí)，造成靜態(tài)工作點(diǎn)怎樣的變化？
例2 如圖3-9所示的共射極基本放大電路，已知Rｂ＝280kΩ,Rc=2kΩ,RL=1.5kΩ,Ucc=12v,IBEQ=0.7v,當(dāng)β由75增加到150時(shí)，試說明靜態(tài)工作點(diǎn)的變化。
解：（１）β＝75時(shí)
上述計(jì)算說明，當(dāng)β由75增加到150時(shí)，靜態(tài)工作點(diǎn)Q已進(jìn)入飽和區(qū)，放大電路失去了正常的放大作用。
3.4.2 分壓偏置電路
1. 電路組成
圖3-10為分壓式偏置電路。圖中，Rb1是上偏置電阻，Rb2是下偏置電阻，組成分壓電路；Re是發(fā)射極電阻，起到穩(wěn)定工作點(diǎn)的作用；Ce是發(fā)射極旁路電容，對(duì)交流信號(hào)可看作短路。
適當(dāng)選取Rb1和Rb2的阻值，使I1》IB，此時(shí)的基極電壓UBQ為
該式表明，UBQ的大小與三極管的參數(shù)無關(guān)，僅僅由UCC和Rb1、Rb2的分壓來決定。
2. 工作原理
剛才我們從例子中已經(jīng)看到晶體管的β在外界溫度變化時(shí)會(huì)發(fā)生變化，這樣將導(dǎo)致工作點(diǎn)偏移。除了β外，晶體管的其他參數(shù)如ICED、UBEQ等都會(huì)發(fā)生變化。比如，當(dāng)溫度上升時(shí)，實(shí)驗(yàn)證明，三極管的穿透電流ICEO會(huì)大幅度增加，于是造成ICQ增大。而分壓式偏置電路利用自身的特點(diǎn)能使ICQ的變化受到抑制，從而使靜態(tài)工作點(diǎn)自行穩(wěn)定。
由圖3-10可知，因UBEQ＝UBQ-UEQ，UEQ＝IEQRｅ，當(dāng)溫度升高時(shí)，三極管的ICQ將增大，使IEQ在Rｅ上產(chǎn)生的壓降UEQ也增大。又因?yàn)閁BQ是一個(gè)固定值，所以UBEQ便減小，導(dǎo)致IBQ也減小，這樣最終限制了ICQ的增大，起到了工作點(diǎn)的自動(dòng)調(diào)節(jié)作用。
經(jīng)過以上分析，可反分壓式電路穩(wěn)定工作點(diǎn)的過程表示如下：
同樣，當(dāng)晶體管的β發(fā)生變化時(shí)，依據(jù)β增大時(shí)ICQ也將增大，其穩(wěn)定過程和以上相同。
在電路中，旁路電容Cc的作用是提供交流信號(hào)通道，減小信號(hào)的損耗。
3. 電路的分析計(jì)算
下面我們以例題來分析分壓式偏置放大電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)參數(shù)。
例3. 如圖3-11所示電路中，UCC＝12V，晶體管為硅管，β＝50，試求：（１）靜態(tài)工作點(diǎn)；（２）電壓放大倍數(shù)。
解
?。ǎ保┯?jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)
3.5 放大電路的三種接法
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