第一章 常用半导体器件

1.1 内容概要

1.1.1 半导体基础知识

需了解的名词术语：

1. 本征半导体：纯净的晶体结构的半导体。
2. 共价键：晶体中的原子排列成整齐的点阵，相邻原子的最外层电子成为共用电子,称之为 共价键。
3. 自由电子与空穴：在热激发下，价电子挣脱共价键的束缚变为具有较高能量的电子，称为 自由电子；在共价键中留下的空位置称为空穴。
4. 载流子：能够运载电荷的粒子称为载流子。自由电子和空穴均为载流子，自由电子带负 电，空穴带正电；在外加电压时，它们产生方向相反的定向移动，形成电流。当环境温度升高时， 热运动加剧，本征半导体中载流子的浓度升高，因而导电性能增强。
5. 复合：自由电子在运动过程中与空穴相遇而填补空穴，使二者同时消失，称为复合。
6. N型半导体和P型半导体:通过扩散工艺，在本征半导体中掺入五价元素就形成N型半 导体，自由电子为其多数载流子；掺入三价元素就形成P型半导体，空穴为其多数载流子。杂质 半导体主要靠多数载流子导电，因而控制掺入杂质的多少就可有效地改变其导电性，即实现了导 电性能的可控性。
7. 扩散运动、漂移运动和PN结:将两种杂质半导体制作在同一个硅片（或错片）时，在它们 的交界面处，载流子有两种有序的运动，因浓度差而产生的运动称为扩散运动，因电位差而产生 的运动称为漂移运动。当两种运动达到动态平衡时，就形成了 PN结。PN结具有单向导电性， 加正向电压（或称正向偏置、正向接法）导通，加反向电压（或称反向偏置，反向接法）截止。
8. PN结的电容效应：空间电荷区宽窄变化所等效的电容称为势垒电容，扩散运动区域内载 流子浓度变化所等效的电容称为扩散电容,PN结的等效电容等于它们之和。

   1.1.2半导体二极管

   将PN结封装并引出两个电极，就构成半导体二极管。

   一、普通二极管

   二极管的伏安特性力如图所示。当二极管所加正向电压大于开启电压时，导通；当所加反向电压较小时，随u数值的增大反向电流逐 渐增大，而当u的数值足够大时反向电流基本不变，称为 反向饱和电流人，由于人很小，可认为二极管截止。 为击穿电压，不同型号二极管的击穿电压差别很大，从几十伏到几千伏。在温度升高时，二极管正向特性左移，即在电流不变的情况下端电压减小；反向特性下移，增大， 击穿电压变小。
   
   不同材料二极管的开启电压、导通电压和反向饱和电 流如表

二极管的伏安特性可近似用PN结的电流方程来描述，为
式中为反向饱和电流，为温度的电压当量，在温度为300 K时，约为26 mV。式可写成

表明二极管的正向特性为指数曲线，反向特性在反向电压足够大时为横轴的平行线。
最大整流电流、最高反向工作电流、反向电流和最高工作频率是二极管的主要参数。为流过二极管的最大平均电流，是二极管工作时能够承受的最大反向电压的瞬时值, 与结电容密切相关。

二、稳压二极管

稳压二极管(简称稳压管)的伏安特性如图所示。图中为稳定电压，为稳定电流，是稳压管进入稳压区的最小电流； 为最大稳定电流，超过此值稳压管将因功耗过大而损坏，最大功耗；稳压管的反向电流变化时稳定电压稍有变化，动态电阻描述这种变化关系，等于端电压变化量与电流变化量之比， 即 。

稳压管电路中必须有一个限流电阻使稳压管中电流大于以确保其工作在稳压状态，小于,以确保其不损坏。
此外，利用发光材料可制成发光二极管，利用PN结的光敏性可制成光电二极管。

1.1.3双极型晶体管

双极型晶体管，也称晶体管或半导体三极管，后面简称晶体管。晶体管有NPN和PNP两种 类型，下面以NPN型管为例进行分析。

一、晶体管具有电流放大作用

当晶体管的发射结处于正向偏置（）且集电结处于反向偏置时()，发射区中 的多数载流子由于扩散运动而大量注入基区，其中仅有很少部分与基区的多数载流子复合，形成 基极电流，而大部分在集电结外电场作用下形成漂移电流,体现出对口的控制作用，可将看成为由电流控制的电流源。

二、晶体管的共射特性曲线及其三个工作区域

晶体管的输入特性曲线如图所示，对于小功率管，大于1 V的任何一条曲线均可近似为大于1V的所有曲线。晶体管的输出特性曲线如图所示，为一组曲线，电流放大系数

晶体管有截止区、放大区、饱和区等三个工作区域,对于图所示电路,晶体管在三个工作区的。如表所示。表中是b-e间的开启电压;是为零时的,称为穿透电流。
温度升高时,晶体管的输入特性左移,说明当不变情况下减小;输出特性上移,且当等差变化时曲线间隔增大,说明均增大。

三、晶体管的主要参数

晶体管的性能指标有和，应适中，越小越好。极限参数有最大集电极电流,最大管压降,最大集电极功耗,晶体管的安全工作区如图1.1.5所示。此外,还有共基电流放大倍数。

特征频率是使下降为1的信号频率,与晶体管两个PN结的结电容紧密相关

特殊三极管与晶体管一样,也能够实现输入信号对的控制。如光电三极管是用光的入射量来控制i的大小的。

1.1.4 单极型晶体管

场效应管是单极型晶体管,分为结型和绝缘栅型(又称MOS管)两种类型,每种类型均分为N沟道和Р沟道两种,而MOS管又分为增强型和耗尽型两种形式。与双极型管相比，它具有输人入回路等效电阻大(可达 以上)、抗辐射能力强、噪声小等优点,并能构成低功耗电路。

一、场效应管的转移特性和输出特性

场效应管工作在恒流区时,可将看成由电压控制的电流源,转移特性曲线描述了这种控制关系。输出特性曲线描述三者之间的关系。各种场效应管的符号和特性曲线如表1.1.3所示。

二、场效应管的三个工作区域

与晶体型管的截止区、放大区、饱和区相对应,场效应管有截止区(耗尽型管也称夹断区)、恒流区和可变电阻区三个工作区域。以N沟道增强型MOS管为例,场效应管的三个工作区域如图1.1.6所标注。的虚线称为预夹断轨迹,以它为界,左面的区域为可变电阻区,右面的区域为恒流区。在恒流区,场效应管的输出特性与晶体管的相类似,但当等差变化时的变化不相等,越大变化越大。在管压降为常量的情况下,和变化量之比称为场效应管的低频跨导即
在可变电阻区 ,对应于不同的,曲线斜率不同 ;
即对应于不同的,d-s间的等效电阻不同,实现了对的控制作用。在恒流区,对应于不同的,不同,实现对的控制作用。当时,管子截止。

三、场效应管的电流方程和主要参数

对于结型场效应管,在恒流区的漏极电流和g-s 电压的关系为
式中为时的漏极电流,称为漏极饱和电流。
对于增强型MOS 管,在恒流区的漏极电流和g-s电压的关系为
式中为,时的漏极电流。
场效应管的主要参数除了有外,还有与晶体管相类似的几个极限参数,最大漏极电流 ,d-s间承受的最大电压 ,漏极最大耗散功率,以及三个极之间的等效电容等,它们决定场效应管的工作频率。

1.2 疑难解释

1.2.1 为什么半导体器件的性能受温度影响

在半导体器件内部,当环境温度升高时,热运动加剧,致使共价键中电子具有的能量加大,以至于有更多的电子挣脱共价键的束缚,两种载流子将以同样数目增长。因为多数载流子数目很多,因而相对增长量较小;而少数载流子数目很少,故相对增长量很大。因此,尽管少数载流子的浓度远低于多数载流子,但它对温度的敏感性对半导体器件性能的影响是显著的。
对于半导体二极管,在热力学温度300K附近,温度每升高1℃,正向压降减小2~2.5 mV ;温度每升高10℃,反向电流约增大一倍。
由此可见,温度对半导体器件的影响是客观存在的,对于多数模拟电子电路,不解决温度稳定性问题,就不能称其为实用电路,只能是“纸上谈兵”。

1.2.2 二极管的直流电阻和动态电阻

半导体器件是非线性器件,它们对直流量和交流量(或说动态量)呈现出不同的等效电阻。二极管的直流电阻是其工作在伏安特性上某一点时的端电压与其电流之比,而动态电阻是在一定的直流电压和电流下(即静态工作点Q下)、在低频小信号作用时的等效电阻。
在图1.2.1( a)所示电路中,当交流信号为零时二极管的电流和电压称为静态工作点Q,如图(b)中所标注,则该点的直流电阻为

若在Q点的基础上外加微小的低频信号,二极管产生的电压变化量和电流变化量如图(c)中所标注,则二极管可等效成一个动态电阻,根据电流方程可得
是以Q点为切点的切线斜率的倒数,利用分析动态信号的实质是以Q点的切线(即直线)来近似其附近的曲线,因而Q点在伏安特性上的位置不同,的数值将不同。根据二极管的电流方程可得因此
为静态电流,常温下。从式( 1.2.3)可知,静态电流越大,将越小。
设,则,二者相差甚远,两个概念不可混绢。

1.2.3二极管电路的折线化伏安特性

在近似分析中,可将二极管的伏安特性折线化,并由此得到不同的等效电路,如图1.2.2所示,它们的共同特点是截止时反向电流为零。图( a)所示为理想二极管的伏安特性,可等效为开关,导通时正向电压为零;图(b)所示伏安特性表明二极管的导通电压为常量;图(c)所示伏安特性表明二极管的导通电压与电流呈线性关系, 为直流等效电阻,且动态电阻等于。在近似分析中应根据具体情况选择不同的等效电路。

在图( d)所示电路中,设二极管为硅管,则其导通电压约为。若,远大于,则可认为;若,可取,则;与实际电流的误差不会超过5%。若,则取中不同的值时计算出的相差很多,因而需实测所用二极管的伏安特性,利用第二章所述图解法求出点,得到。可见,应根据的数值和所能容许的误差来决定采用哪个等效电路。

1.2.4双极型晶体管和单极型晶体管的工作区域

在放大电路中,只有晶体管工作在放大区,场效应管工作在恒流区,电路才能正常放大。在数字电路中,晶体管和场效应管多工作在开关状态,即晶体管不是工作在饱和区就是工作在截止区,场效应管不是工作在可变电阻区就是工作在截止区。
晶体管三个工作区域的极间电压如表1.2.1所示,场效应管三个工作区域的极间电压如表1.2.2所示。据此,既可判断已知放大电路的静态工作点是否合适,又可在设计放大电路时设置合活的静态工作点。

第二章 基本放大电路

一、原理电路

二、阻容耦合基本放大电路

三、静态工作点稳定电路

2.1.1基本概念

一、放大的概念

在电子电路中,放大的对象是变化量,测试信号常用正弦波。放大的本质是能量的控制和转换,即在输人信号的作用下,通过有源元件(如晶体管或场效应管)使负载从直流电源中获得大于输入电压的输出电压,或者大于输入电流的输出电流,或者二者兼而有之。可见,负载上获得的能量比信号源向放大电路提供的能量大,因此放大的特征是功率放大。
放大的前提是不失真,换言之,如果电路输出波形产生失真便谈不上放大。

二、静态工作点与失真

放大电路的核心元件是有源元件,即晶体管(或场效应管)。因晶体管截止而产生的失真为截止失真,因晶体管饱和而产生的失真为饱和失真。在基本放大电路中,只有在信号的任意时刻晶体管都工作在放大区或场效应管都工作在恒流区,输出电压才不会失真。为此,放大电路必须设置静态工作点Q。当输入信号为零时,晶体管和场效应管各电极间的电流与电压称为Q点。对于晶体管,Q点包括基极电流,集电极(或发射极)电流(或) ,b-e间电压和管压降;对于场效应管,Q点包括栅-源电压 ,漏极电流和管压降
当有电压信号输入时,在放大管的输入回路产生动态信号,并驮载在静态之上,输出回路电流随之产生相应的变化,再由电阻转换成电压的变化,从而实现了电压放大。

三、放大电路的性能指标

若将放大电路看成一个黑盒子,且输人电压和电流分别为 ;,输出电压和电流分别为,如图2.1.1所示,则电压放大倍数、电流放大倍数、电压-电流(互阻)放大倍数和电流-电压(互导)放大倍数分别为

2.1.2放大电路的组成原则

1. 根据所用的放大管的特性选择供电电源的数值和极性。
2. 选择合适的电阻阻值,与直流电源相配合建立合适的静态工作点,保证在输入信号的最大幅值下晶体管工作在放大区,场效应管工作在恒流区,即保证电路不失真。
3. 输人信号应能够有效地作用于晶体管的b-e回路或场效应管的g-s回路;输出信号能够作用于负载之上;动态信号传递通畅,没有被短路和断路的地方。

   2.1.3放大电路的分析方法

   放大电路的分析应遵循“先静态、后动态”的顺序,在已知静态工作点合适的基础上,再分析动态才有意义。应当指出,Q点不但影响电路的输出是否失真,而且与大多数动态参数密切相关。

   一、放大电路的直流通路和交流通路

   从基本放大电路的工作原理可知,在放大电路中交流量(变化量)和直流量往往共存,由于电容和电感的存在,直流量流经的通路和交流量流经的通路不同,为方便分析,引入直流通路和交流通路。
   在直流电源作用下直流量所流经的通路为直流通路,电路中的电容开路,电感因线圈阻值很小而视为短路;信号源短路,但要保留其内阻。在输入信号作用下动态量所流经的通路为交流通路,因而电路中的容量大的电容(如耦合电容,旁路电容)和内阻为零的直流电源可视为短路。直流通路用于分析静态工作点,交流通路用于分析动态参数。

   二、放大电路的静态分析

   在分析放大电路的静态工作点时,首先要画出直流通路,然后通过估算法或图解法求出Q点。

   1.估算法

   在估算法中,认为晶体管的b-e间电压为已知量,常取硅管的为0.7 V,锗管的为0.2 V;集电极电流仅决定于基极电流, ;即认为晶体管的直流模型如图所示,图中二极管为理想二极管,它只表示电流的流向,导通时压降为零。
   
   利用估算法求解静态工作点时,应首先画出放大电路的直流通路,然后列回路方程,并将代入,解方程即可。

   2.图解法

   在实测放大电路中晶体管输人、输出特性曲线的前提下,可用图解法求解静态工作点。对于图2.1.3( a)所示共射放大电路,首先在输入特性坐标系中作输入回路负载线,与输入特性曲线的交点就是Q点,如图( b)所示,读其坐标值,得出和; 然后在输出特性坐标系中作输出回路负载线,它与的那条输出特性曲线的交点就是Q点,如图(c)所示,读出坐标值,即为和。图解法可以直观地描述出Q点在输出特性坐标系中的位置。如果实测特性曲线和作图都比较准确,所得结果应比较符合实际情况。
   

   三、放大电路的动态分析

   放大电路的动态分析就是求解各动态参数和分析输出波形。通常,利用等效电路法求解利用图解法分析和失真情况。

   1．双极型管和单极型管的h参数等效模型

   h参数等效模型是适于低频小信号的模型,双极型管和单极型管简化的h参数等效模型及其参数来源如表2.1.1所示。
   

   2.求解的方法和步骤

   在利用等效电路法求解时,应首先画出放大电路的交流通路,并用晶体管简化的h参数等效模型取代其中的晶体管,从而得出交流等效电路;然后写出输入电压(或信号源电压)和输出电压的表达式,根据的定义,利用,描述出的关系;进而得出的值;最后根据的物理意义,观察交流等效电路,得出结论。
   图2.1.3( a)所示基本共射放大电路的交流等效电路如图2.1.4所示,因而

3.求解最大不失真输出电压的方法和步骤

图解法可以直观地描述出Q点在输出特性坐标系中的位置,因而有利于判断电路在输人信号时是否会产生失真,以及在输入信号增大时电路容易产生截止失真还是饱和失真,故应用图解法可以方便地求解。
对于图2.1.3( a)所示电路,从图(c)可知,不产生饱和失真的最大输出电压的峰值为,不产生截止失真的最大输出电压的峰值为中小者除以就是最大不失真输出电压。

2.1.4双极型晶体管基本放大电路

晶体管基本放大电路有共射、共集和共基三种接法。

一、原理电路

在空载情况下三种接法的原理电路及动态参数如表2.1.2所示。

二、阻容耦合基本放大电路

在实用电路中,为了使信号源与放大电路、放大电路与负载电阻共地,也为了使负载电阻上无直流分量,常采用阻容耦合放大电路,它们的电路及动态参数如表2.1.3所示。其中共基电路是典型的工作点稳定电路,电容,为旁路电容,在交流通路中可视为短路。


由表可知,共集放大电路的输入电阻可达一百千欧以上,输出电阻可至百欧以下;共基放大电路的输入电阻最小,也可至百欧以下。

三、静态工作点稳定电路

当环境温度变化时,由于晶体管的穿透电流、电流放大系数等参数随之变化使得点产生变化,造成原本不失真的电路产生失真。由于与点相关,由表2.1.1和表2.1.2可知,放大电路的多数动态参数又与有关,因而温度变化动态参数也将随之变化。因此,稳定点不但可在环境温度变化时使电路不产生失真,而且可减小温度对动态参数的影响。
所谓点稳定是指在温度变化时点在晶体管输出特性坐标系中的位置基本不变,为此，在温度升高时要减小 ,温度降低时要增大。通过引人直流负反馈和温度补偿的方法能够稳定静态工作点。
图2.1.5( a)、(b)为典型的静态工作点稳定电路,前者为直接耦合电路,后者为阻容耦合电路,图(c)为它们的直流通路。通常, ,因此基极静态电位

基本不随温度的变化而变。
静态工作点
电路通过射极电阻引人直流负反馈来稳定工作点。若在图2.1.5(b)所示电路中用负温度系数的热敏电阻或用正温度系数的热敏电阻,来实现温度补偿,则点更加稳定。
图2.1.5(b)所示电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻为
若旁路电容开路,则

2.1.5单极型晶体管基本放大电路

场效应管放大电路的共源接法、共漏接法与晶体管放大电路的共射,共集接法相对应,但比晶体管电路输入电阻高、噪声系数低且在同样负载条件下电压放大倍数小,适用于作电压放大电路的输入级。

一、静态工作点的设置方法

根据所用场效应管的类型及其特性,在其输入回路和输出回路分别加合适的直流电源,即可设置合适的静态工作点,组成放大电路。根据表1.1.3所示各种场效应管的转移特性和输出特性,或者根据表1.2.2所示场效应管三个工作区域的极间电压,可以组成的各种场效应管基本共源放大电路,如图2.1.6所示,由于耗尽型MOS管电路的栅-源电压可为正值、零或负值,故其输入回路也可加
在实用电路中,常采用自给偏压电路和分压式偏置电路,如图2.1.7所示,它们均为阻容耦合电路。在图2.1.7(a)中

由于在正直流电源供电的情况下,通过源极电阻上的压降使放大管获得负偏压,而得名“自给偏压电路”。
在图2.1.7(b)中
由于栅极电位是两个电阻对直流电源的分压,从而得到偏置电压,故称为“分压式偏

二、动态分析

与分析晶体管放大电路相同,画出场效应管放大电路的交流等效电路,根据各动态参数的定义,利用i a=g.. 的关系,即可求出它们的表达式。由N沟道增强型MOS管组成的基本共源电路、共漏电路及其动态参数如表2.1.4所示。

在基本放大电路不能满足性能要求时,可将放大管采用复合管结构或两种接法组合的方式构成放大电路,前者可使等效管的电流放大系数约增大到组成它的各管的电流放大系数之积,后者可集中两种接法的优点于一个电路。在单级放大电路不能满足性能要求时,可采用多级放大电路,掌握各种基本放大电路的特点后,就可以在组成多级放大电路时正确地选择各级电路。

2.2.1 放大电路放大的本质

在物理学中,利用放大镜放大微小物体(光学中的放大),利用杠杆原理用小力移动重物(力学中的放大)和利用变压器将低电压变换为高电压(电学中的放大)等,在放大前后都遵循能量守恒的原则。从现象上看,放大电路和上述放大的对象均为变化量(或说差异),但放大电路放大却与它们有着本质的区别。在放大电路中,负载上获得的能量总是大于信号源提供的能量。因此,放大电路一定具有功率放大的特征,表现为输出电压大于输人电压,或者输出电流大于输入电流,或者二者兼而有之。换言之,不能将“放大”仅理解为电压放大。晶体管三种接法的放大电路虽然均实现了放大,但是共射放大电路既能放大电压又能放大电流,共集放大电路只能放大电流不能放大电压,共基放大电路只能放大电压不能放大电流。
放大电路中负载所获得的能量不是来源于信号源,而是来源于为电路供电的直流电源,可见放大的本质是能量的转换和控制。那么,负载究竟是怎样从直流电源中获得交流功率的呢?在图2.1.3( a)所示基本共射放大电路中,设静态工作点合适,信号源为晶体管输人回路提供了基极动态电流,于是产生集电极动态电流,改变了集电极回路从索取的电流,上电压产生相应的变化,使得管压降产生相反的变化,这个变化就是输出电压。放大电路通过晶体管将直流电源的直流功率转换为交流功率输出,并由输入信号控制直流电源为输出提供交流功率的大小。其它放大电路的原理相类似。放大电路中就是靠晶体管和场效应管来实现能量的控制和转换的。能够控制能量的电子元件是有源元件,因而晶体管和场效应管均为有源元件。

2.2.2 放大电路中的直流量、交流量和瞬时总量

在基本放大电路中,总是交、直流量共存,当有交流信号输入时,放大管各极的电流、电位均为瞬时总量。
图2.1.3( a)所示基本共射放大电路在不失真情况下输入电压和放大管管压降的波形如图2.2.1所示。以为例,在图(c)中,虚线为静态管压降,即在直流通路中c-e之间的电压;实线的正弦波电压是c-e之间电压的交流分量u.,即在图2.1.4所示交流等效电路中c-e之间的电压,即输出电压;而在图(c)中所读出波形某一点的纵坐标值则为c-e之间电压在这一时刻的瞬时总量。同理可知图(b)中基极电流。的物理意义。可见,在交流等效电路中,虽然由于为交变信号使得基极回路电流随输入信号的极性有正、负的变化,但在实际电路中基极电流的方向是不变的,只不过在输入信号的正半周期时总量增大,而负半周总量变小而已。

2.2.3 直接耦合基本共射放大电路带负载情况下的分析

若图2.1.3( a)所示基本共射放大电路与负载的连接方式为直接耦合方式,则如图2.2.2( a)所示。在分析模拟电子电路时,应特别注意电路分析中的基本定理(如戴维宁定理、诺顿定理、叠加定理等)的应用。

在图2.2.2(a)所示电路中,若从a,b断开(如图中所示) ,按箭头方向利用戴维宁定理对所组成的电路进行等效变换,得图2.2.2(b)所示电路,其中

图2.2.2( b)所示电路与图2.1.3( a)所示电路形式完全一样,因而其静态工作点与电压放大倍数表达式形式完全一样。点为
电压放大倍数

2.2.4 放大电路中Q点和动态参数的关系

一、Q点的设置首先应保证电路不失真

放大电路放大的前提是不失真,换言之,若电路已产生失真,则其它的分析将没有意义。因而若所设置的点在输入信号最大时放大电路既不产生饱和失真又不产生截止失真,则
从不失真的角度看该点是合适的。通常,满足不失真要求的点不是唯一的,它在直流负载线上有一个范围,因此究竟选择该范围中的哪一点应取决于对动态参数的要求。

二、

在晶体管的h参数等效电路中
为晶体管发射极静态电流。
下面以提高图2.2.3所示阻容耦合共射放大电路的方法为例,来说明点与的关系。为使问题简单起见,设电路某一参数变化时其余参数不变。
图2.2.3所示电路的电压放大倍数为

仅从数学式子上看,可以通过增大来增大,这些方法是否合理且行之有效呢?

• (1)是由用户决定的,通常不宜改变。
• (2）增大可使增大。但是需考虑到,一方面由于输出电阻为,增大就是增大,使电路带负载能力变弱;另一方面,当远远大于时,增大对提高电压放大能力将影响不大,而且增大!会使静态管压降减小,增大到一定数值电路将产生饱和失真。
• (3）若,,且,根据式(2.2.1)可得则式(2.2.2)可变换为说明换管子增大对影响不大。换言之,在相同的情况下,大的管子.也大,只有在不满足式(2.2.3)时增大β才是有效的方法。同时应注意,增大会使点沿直流负载线上移,易产生饱和失真。
• (4) 减小使增大,随之增大, 必然减小,根据式(2.2.2)可知, 一定增大。从表2.1.2,2.1.3可知,电压放大倍数均与有关,几乎对所有的单管放大电路,减小.都是增大行之有效的方法。但是由于输人电阻;为 ,减小, 将减小,,从而增大从信号源索取的电流;而且减小会使点沿直流负载线上移,易产生饱和失真。
• 综上所述,各种方法中减小是提高图2.2.3所示电路电压放大能力的最常用的有效方法。无论用哪种方法均不能顾此失彼,应考虑对点的影响,以及由于点变化对输入电阻和输出电阻的影响,只有这些影响在容许的范围内,这种方法才是适用的。上述分析也说明,不能将电子电路中的表达式看成为纯数学式子,应对照电路深入理解式中各物理量的意义及其相互关系。

  三、点和

  空载时,图2.2.3所示阻容耦合共射放大电路的交、直流负载线合二而一,输出电压沿图
  
  2.2.4中所示直流负载线变化。当静态工作点在，处,增大输入电压将首先出现截止失真,这时有
  点沿直流负载线上移时,最大不失真输出电压。将随之增大,若上移到某一点,有
  则最大,输入电压增大到一定值时电路同时出现截止失真和饱和失真,有
  若点再继续上移则.将减小,上移至时,增大输入电压将首先出现饱和失真,有
  在带负载的情况下,求解.时,应首先画出放大电路的交流负载线,如图2.2.4所示,其斜率为且过点,与横轴的交点为,输出电压将沿交流负载线变化。输出电压不产生饱和失真的最大幅值,输出电压不产生截止失真的最大幅值。
  若 ,说明当输入电压增大时电路首先出现饱和失真,则
  
  若,说明当输入电压增大时电路首先出现截止失真,则
  当,即点约在交流负载线中点时最大,为
  综上所述,随点的变化而变,应根据交流负载线求解阻容耦合共射放大电路的对于任何放大电路,使最大的点是唯一的。
  应当指出,直接耦合共射放大电路直流负载线和交流负载线总是重合的,因而其的分析方法与阻容耦合共射放大电路空载时相同。

  2.2.5 NPN 型管和PNP型管共射放大电路的失真分析

  NPN 型管基本共射放大电路如图2.2.5( a)所示,其输出电压与输入电压反相。中的动态电压就是输出电压,因而可通过判断输出电压的失真情况。设晶体管的饱和管压降和穿透电流均为零。由于集电极电阻上电压与管压降之和等于电源电压,是常量,所以当输入如图2.2.5(b)所示正弦波电压时,若在正半周峰值附近的一段时间内, 不能随线性变化, 趋于零,底部失真,则为饱和失真,如图( c)所示;若在,负半周峰值附近的一段时间内, 不能随线性变化,趋于,顶部失真,则为截止失真,如图(d)所示。
  
  对于图2.2.6( a)所示PNP型管共射放大电路,应如何从的波形来判断其失真的性质呢?由图可知,集电极电阻上电压与管压降之和等于电源电压 是常量, 在不失真的情况下,在的正半周,晶体管的基极回路电压为,使小于,与上电压随成线性变化,因而大于 ,即集电极电位向.变化;同理,在u;的负半周时,上述各物理量均向相反方向变化。可见,PNP型管共射放大电路的输出电压也与输入电压反相。设u波形如图(b)所示,晶体管的饱和压降和穿透电流均为零,在u的正半周峰值附近,若增大到接近,波形底部失真,则为截止失真,如图(c)所示;若减小到接近零,波形顶部失真,则为饱和失真,如图(d)所示。
  
  利用上述方法可以分析其它由不同类型管子作放大管的基本放大电路与;的相位关系以及波形失真的性质。综上所述可知:
  (1)与的相位关系只和放大电路的基本接法有关,与所用放大管是 NPN型管还是PNP型管无关,共射放大电路与反相。类似分析可得共源放大电路与反相,共基、共集,共漏、共栅放大电路与同相。
  (2）同种接法的放大电路,在输出波形相同时,会因为所用放大管的类型不同而失真性质不同。例如,共射放大电路的输出电压底部失真,若用NPN型管作放大管则为饱和失真
  若用PNP型管作放大管则为截止失真。

  2.2.6放大电路基本接法的识别

  晶体管放大电路有共射、共集和共基三种接法,场效应管有共源、共漏和共栅三种接法,不同接法的电路具有不同的特点,也就具有不同的适用场合,因而判断电路属于哪种基本接法是判断其基本性能的基础。
  对于实用电路,常常不采用观察晶体管或场效应管哪个极接“地”的方法来判断其接法,因为在不少电路中放大管的三个极都不直接接“地”。例如,在图2.1.5( a)所示电路中就是如此。通常,可通过信号的传递方式,即看输入信号作用于哪个极和输出信号通过哪个极作用于负载来判断基本接法,如表2.2.1所示。