模拟电路基础
By 成鹏致远
资料
#.三极管作用
三极管的主要作用是电流放大，以共发射极接法为例（信号从基极输入，从集电极输出，发射极接地），当基极电压UB有一个微小的的变化时，基极电流IB也会随之有一小的变化，受基极电流IB的控制，集电极电流IC会有一个很大的变化，基极电流IB越大，集电极电流IC也越大，反之，基极电流越小，集电极电流也越小，即基极电流控制集电极电流的变化，但是集电极电流的变化比基极电流的变化大得多，这就是三极管的放大作用，IC的变化量与IB的变化量之比叫做三极管的放大倍数，三极管的放大倍数一般在几十到几百倍之间。
第二个作用就是开关作用了，开关三极管的外形与普通三极管外形相同，主要用于电路的关与通的转换。由于它具有完成断路或接通的作用，被广泛用于开关电路，且具有开关速度快、寿命长等特点，而且普遍用于电源、稳压器电路、驱动电路、振荡电路、功率放大电路、脉冲放大电路及行输出电路等。开关三极管因功率的不同可分为小功率开关管和大功率开关管。
#.场效应管是电压控制元件，而晶体三极管是电流控制元件。在只允许从信号源取较少电流的情况下，应选用场效应管；而在信号电压较低，又允许从信号源取较多电流的条件下，应选用晶体三极管。
一.放大电路基本知识
#.模拟信号：模拟信号的特点是，在时间上和幅值上均是连续的，在一定动态范围内可能取任意值。
#.在信号分析中，按时间和幅值的连续性和离散性把信号分为4类：
1）时间连续、数值连续信号 2）时间离散、数值连续信号 3）时间离散、数值离散信号 4）时间连续、数值离散信号 其中第1类就是所述的模拟信号
#.数字电路系统，无法处理模拟信号，所以需要对其进行数字化转换，即离散化或量化处理。转换的第一步是对模拟信号取样，第二步是对取样信号的数字转换，转换由模数转换器实现。
#.模拟信号放大原因。检测外部物理信号的传感器所输出的电信号通常是很微弱的。对这些能量过于微弱的信号，既无法直接显示，一般也很难作进一步分析；若对信号进行数字化处理，则须把信号放大到数伏量级才能被一般的模数转换器所接受。
#.根据实际的输入信号和所需的输出信号是电压或者电流，放大电路可分为四种类型，即：电压放大、电流放大、互阻放大(把电流转换为与之相就变化的电压输出)和互导放大(把电压信号转换为与之相应变化的电流输出)。
#.受控电压源：是一种非独立的电压信号源，它的输出受另一信号控制，并随信号线性变化。
#.理想电压放大电路的输出电阻应为0，以尽量减小信号的衰减；信号衰减的另一个环节在输入电路，信号源内阻和放大电路输入电阻的分压作用，这里要求提高电压放大电路的输入电阻，理想电压放大电路的输入电阻应为无穷大。
#.电压放大电路适用于信号源内阻较小且负载电阻较大的场合。
#.受控电流源：是另一种受控信号源
#.电流放大电路一般适用于信号源内阻较大而负载电阻较小的场合
#.上述四种电路模型相互之间可以实现任意转换，一个实际的放大电路原则上可以取四类电路模型中任意一种作为它的电路模型，但是根据信号源的性质和负载的要求，一般只有其中一种模型在电路设计或分析中概念最明确，运用最方便。
#.放大电路输入指标
输入电阻：输入电阻的大小决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小。R＝V／I。对输入为电压信号的放大电路，即电压放大和互导放大，R越大，则放大电路输入端的V越大；反之，输入为电流信号的放大电路，即电流放大和互阻放大，R越小，注入放大电路的输入电流越大。
输出电阻：输出电阻的大小决定它带负载的能力。输出为电压信号的放大电路，即电压放大和互阻放大，R越小，负载电阻的变化对输出电压的影响越小，此种情况输出功率一般较低，对供电电源的能耗也较低，多用于信号的前置放大和中间级放大；对输出为电流信号的放大电路，即电流放大和互导放大，与受控电流源并联的R越大，负载电阻的变化对输出电流的影响越小，此种情况输出功率较大，电源供给的功率也较大，通常用于电子系统的输出级，可作为各种输出物理变量变换器的驱动电路。
增益：电压增益、电流增益、互阻增益、互导增益，它们实际反映了放大电路在输入信号控制下，将供电电源能量转换为信号能量的能力。
频率响应及带宽：实际的放大电路中总是存在一些电抗性元件，如电容、电感、电子器件的极间电容以及接线电容与接线电感等，因此，放大电路的输出和输入之间的关系必然和信号频率有关。放大电路的频率响应所指的是，在输入正弦信号情况下，输出随频率连续变化的稳态响应。
#.直接耦合放大电路：有些放大电路的频率响应，中频区平坦部分一直延伸到直流，即下限频率为零，这种放大电路称为直流（直接耦合）放大电路。现代模拟集成电路大多采用直接耦合进行放大。
#.幅度失真：受带宽限制，基波增益较大，而二次谐波增益较小，于是输出电压波形产生了失真
#.相位失真：放大电路对不同频率的信号产生的相移不同时也要产生失真
#.频率失真|线性失真：无论频谱函数还是相位谱函数发生变化，相应的时间函数波形都会由此而失真，幅度失真和相位失真总称为频率失真，它们都是由于线性电抗元件所引起的，所以又称为线性失真
#.为使信号的频率失真限制在容许的程度之内，则要求设计放大电路时正确估计信号的有效带宽，即包含信号主要能量或信息的频谱宽度，以使放大电路带宽与信号带宽相匹配。
二.半导体二极管及其基本电路
2.1半导体基本知识
#.半导体材料：硅是目前最常用的一种半导体材料；当半导体受到外界光和热的刺激时，其导电能力将发生显著的变化；在纯净的半导体中加入微量的杂质，其导电能力也会有显著的增加
#.本征半导体：一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体
#.价电子：最外层原子轨道上的电子，物质的化学性质是由价电子决定的，半的导电性质也与价电子有关，因此，价电子是我们在研究的对象
#.本征半导体：一种完全纯净的、结构完整的半导体晶体。半导体的重要物理特性是它的电导率，电导率与材料内单位体积中所含的电荷载流子的数目有关。电荷载流子的浓度愈高，其电导率愈高。
#.空穴的出现是半导体区别于导体的一个重要特点
#.空穴的移动方向和电子移动的方向是相反的，因而可以用空穴移动产生的电流来代表束缚电子移动产生的电流
#.共价键中空穴或束缚电子移动产生电流的根本原因是由于共价键中出现空穴引起的。只有当共价键中出现了空穴以后，它才开始导电。
#.半导体中的载流子数目就越多，因此形成的电流就愈大
#.杂质半导体可分为空穴(P)型半导体和电子(N)型半导体两大类。
#.P型半导体：掺入少量三价元素杂质，它与周围硅原子组成共价键时，因缺少一个电子，在晶体中便产生一个空位；在P型半导体中，空穴数远大于自由电子数，在这种半导体中，以空穴导电为主，因而空穴为多数载流子，自由电子为少数载流子。
#.N型半导体：电子型半导体或N型半导体，在N型半导体中，电子为多数载流子，空穴为少数载流子；在掺入杂质后，载流子的数目都有相当程度的增加
#.对半导体掺杂是提高半导体导电能力的最有效的方法
2.2 PN结的形成及特性
#.PN结的形成：P型半导体中含有受主杂质，在室温下，受主杂质电离为带正电的空穴和带负电的受主离子；N型半导体中含有施主杂质，在室温下，施主杂质电离为带负电的电子和带正电的施主离子。
#.半导体中的正负电荷数是相等的，它们的作用互相抵消，因此保持电中性。
#.在P型半导全和N型半导体结合后，在空位的交界处就出现了电子和空穴的浓度差。电子和空穴都是带电的，它们扩散的结果就使P区和N区中原来保持的电中性被破坏了
#.半导体中的离子虽然也带电，但由于物质结构的关系，它们不能任意移动，因此并不参与导电。这些不能移动的带电粒子通常称为空间电荷，它们集中在P区和N区交界面附近，形成了一个很薄的空间电荷区，这就是所谓的PN结
#.在空间电荷区中就形成了一个电场，其方向是从带正电的N区指向带负电的P区，称为内电场。这个内电场的方向是阻止扩散的
#.漂移运动的结果是使空间电荷区变窄，其作用正好与扩散运动相反。
#.扩散运动和漂移运动是互相联系又互相矛盾的，扩散使空间电荷区加宽，电场增强，对多数载流子扩散的阻力增大，但使少数载流子的漂移增强；而漂移使空间电荷区变窄，电场减弱，又使扩散容易进行。当漂移运动达到和扩散运动相等时，便处于动态平衡状态
#.PN结的空间电荷区存在电场，电场的方向是从N区指向P区的，说明N区的电位要比P区高，高出的数值用V表示，这个电位差称为接触电位差
#.PN结空间电荷区内存在电子热能，电子要从N区到P区必须越过一个能量高坡，一般称为势垒，因此又把空间电荷区称为势垒区
#.PN结的基本特性—单向导电性只有在外加电压时才显示出来
#.外加正向电压：P区中的多数载流子空穴和N区中的多数载流子电子都要向PN结移动，结果使PN结变窄，这时耗尽区中载流子增加并变窄，因而电阻减小，所以这个方向的外加电压称为正向电压或正向偏电压，在PN结形成扩散电流，这时扩散运动将大于漂移运动；
#.在正常工作范围内，PN结上外加电压只在稍有变化，便能引起电流的显著变化，因此电流是随外加电压急速上升的。这样，正向的PN结表现为一个很小的电阻
#.外加反向电压：在这种外电场作用下，P区中的空穴和N区中的电子都将进一步离开PN结，使耗尽区厚度加宽，这样P区和N区中的多数载流子就很难越过势垒，因此扩散电流趋近于零；这种情况下，PN结内的电流由支配地位的漂移电流所决定
#.此时漂移电流的方向与扩散电流相反，表现在外电路上有一个注入N区的反向电流Ir，它是由少数载流子的漂移运动形成的。由于少数载流子的浓度很小，所以Ir是很微弱的；在一定温度T下，由于热激发而产生的少数载流子的数量是一定的，电流的值趋于恒定，这时的反向电流Ir就是反向饱和电流；反向电流很小，所以PN结在反向偏置时，呈现出一个很大的电阻。
#.PN结的正向电阻很小，反向电阻很大，这就是它的单向导电性。PN结的单向 导电性关键在于它的耗尽区的存在，且其宽度随外加电压而变化。
#.反向击穿：如果加到PN结两端的反向电压增大到一定数值时，反向电流突然增加。这个现象就称为PN结的反向击穿(电击穿)。
#.PN结电击穿的原因是：在强电场作用下，大大地增加了自由电子和空穴的数目，引起反向电流的急剧增加。
#.当加在稳压管两端的反向电压降低后，管子仍可以恢复原来的状态，但它有一个前提条件，就是反向电流和反向电压的乘积不超过PN结容许的耗散功率，超过了就会因为热量散不出去而使PN结温度上升，直到过热而烧毁，这种现象就是热击穿，所以热击穿和电击穿的概念是不同的。
2.3 半导体二极管
#.半导体按其结构可分为点接触型和面接触型两类
#.点接触型二极管金属丝很细，形成的PN结面积很小，所以极间电容很小，也不能承受高的反向电压和大的电流
#.面接触型二极管的PN结面积大，可承受较大的电流，但极间电容也大
#.二极管的V-I特性和PN结的V-I特性基本上相同
#.P型半导体中的少数载流子-电子和N型半导体中的少数载流子-空穴，在反向电压作用下很容易通过PN结，形成反向饱和电流。但由于少数载流子数目很少，所以反向电流是很小的
#.反向电流，其值愈小，则管子的单向导电性愈好
#.PN结的势垒电容是用来描述势垒区的空间电荷随电压变化而产生的电容效应的
#.PN结的空间电荷是随外加电压的变化而变化的
#.势垒电容吸要外加电压改变时才起作用
#.当外加电压频率越高时，每秒充放电次数越多，势垒电容的作用越显著
#.势垒电容的大小与PN结面积S成正比，与耗尽区厚度成反比
#.PN结的正向电流是由P区空穴和N区电子的相互扩散造成的
#.扩散电容，它反映了在外加电压作用下载流子在扩散过程中积累的情况
2.4 二极管基本电路及其分析方法
#.二极管是一种非线性器件，因而二极管电路一般要采用非线性电路的分析方法
#.参考电位点，或叫“地”，即电路的共同端点。电路中任一点的电位，都是对此共同端而言的
#.恒压降模型：其基本思想是当二极管导通后，其管压降认为是恒定的，且不随电流而变
#.折线模型：即认为二极管的管压降不是恒定的，而是随着通过二极管电流的增加而增加，所以在模型中用一个电池和一个电阻来作进一步的近似
#.当电源电压远大于二极管管压降的情况下，恒压降模型能得出较合理的结果，但当电源电压较低时，折线模型能提供较合理的结果。
2.5 特殊二极管
#.稳压管的稳压作用在于，电流增量很大，只引起很小的电压变化。曲线愈陡，动态电阻愈小，稳压管的稳压性能愈好。
#.稳压电路之所以能够稳定输出电压，在于当稳定电流Iz有较大幅度的变化△Iz时，而稳定电压的变化△Vz却小(二极管的反向输出特性)。这样，当V1或Rl变化时，电路能自动地高速Iz的大小，以改变R上的压降IrR，达到维持输出电压V0(Vz)基本恒定的目的
#.变容二极管：结电容随反向电压的增加而减小，这种效应显著的二极管为变容二极管。
#.当前一种新的趋势是，在信号传输和存储等环节中，可有效地应用光信号
#.光电子系统的突出优点是，抗干扰能力较强，可大量地传送信息，而且传输 损耗小，工作可靠。
#.光信号和电信号的接口需要一些特殊的光电子器件
#.光电二极管的结构与PN结二极管类似，但在它的PN结处，通过管壳上的一个玻璃窗口能接收外部的光照。这种器件的PN结在反向偏置状态下运行，它的反向电流随光照强度的增加而上升。
#.光电二极管可用来作为光的测量，是将光信号转换为电信号的常用器件
#.发光二极管能以电流时将发出光来，这是由于电子与空穴直接复合而放出能量的结果
#.发光二极管学用作为显示器件，除单个使用外，也常作成七段式或矩阵式器件；另一种重要的用途是将电信号变为光信号，通过光缆传输，然后再用光电二极管接收，再现电信号。
#.小结：PN结的P型半导体与N型半导体的交界处形成一个空间电荷区或耗尽区。当PN结外加正向电压(正向偏置)时，耗尽区变窄，有电流流过，而当外加反向电压(反向偏置)时，耗尽区变宽，没有电流流过或电流极小，这就是半导体二极管的单向导电性
#.PN结内部的空间电荷区是由带正电的正离子和带负电的负离子组成，进而形成内电场，当外加正向电压时，会促使PN结中空间电荷区两端的空穴和电子进入空间电荷区(扩散运动>漂流运动)，空穴进入空间电荷区后就中和了部分带负电的负离子，电子进入空间电荷区后就中和了部分带正电的正离子，所以导致空间电荷区的厚度变窄了，但是载流子数目的增多使电阻变小，所以加正向电压时会导通；外加反向电压时情况可自行分析。
#.二极管电路的分析，主要采用模型分析法。在分析忡的静态情况时，根据输入信号的大小，选用不同的模型；只有当信号很微小时，才采用信号模型
三.半导体三极管及放大电路基础
#.根据结构不同，BJT(半导体三极管)可分成两种类型：NPN型和PNP型
#.NPN型：虽然发射区和停电区都是N型半导体，但是发射区比集电区掺的杂质多；在几何尺寸上，集电区的面积比发射区的大。因此它们并不是对称的
#.BJT有两个PN结：发射区与基区交界处的PN结称为发射结，集电区与基区交界处的PN结称为集电结，两个PN结通过很薄的基区联系着
#.NPN型和PNP型BJT具有几乎等同的特性，只不过各电极端的电压极性和电流流向不同而已
#.BJT内部载流子的传输过程
为使发射区发射电子、集电区收集电子，必须具备的条件是：发射结加正向电压(正向偏置)，集电结加反向电压(反向偏置)，在这些处加电压的条件下，管内载流子的传输将发生下列过程：
1）发射区向基区注入电子
这时发射区的多数载流子电子不断通过发射结扩散到基区，形成发射极电流Ie，其方向与电子流动方向相反
2）电子在基区中的扩散与复合
由发射区来的电子注入基区后，就在基区靠近发射结的边界积累起来，在基区中形成了一定的浓度梯度，电子要向集电结的方向扩散，在扩散过各中又会与基区中的空穴复合，同时接在基区的电源Vee的下端则不断从基区拉走电子，好像不断供给基区空穴。电子复合的数目与电源从基区拉走的电子数目相等，使基区的浓度基本维持不变。这样就形成了基极电流Ib，所以电流就是电子在基区与空穴复合的电流；
也就是说，注入基区的电子有一部分未到达集电结，如复合越多，则到达集电结的电子越少，对放大是不利的。所以为了减小复合，常把基区做得很薄，并使基区掺入杂质的浓度很低，因而电子在扩散过程中实际上与空穴复合的数量很少，大部分都能到达集电结。
3）集电区收集扩散过来的电子
集电结所加的是反向电压。集电集电结势垒很高，使集电区的电子和基区的空穴很难通过集电结，但这个势垒对基区扩散到集电结边缘的电子却有很强的吸引力，可使电子很快地漂移过集电结为集电区所收集，形成集电极电流Ic
#.反向饱和电流Icbo：根据反向PN结的特性，当集电结加反向电压时，基区中少数载流子电子和集电区中少数载流子空穴在结电场作用下形成反向漂移电流；这部分电流决定于少数载小孩子浓度，称为反向饱和电流。这个电流对放大没有贡献，而且受温度影响很大，容易使管子工作不稳定，所以在制造过程中要尽量设法减小Icbo
#.BJT内有两种载流子参与导电，故称为双极型晶体管
#.基极电流是电子在基区与空穴复合的电流
#.放大作用：BJT最基本的一种应用，是把微弱的电信号加以放大
#.在发射极和基极之间的回路(输入回路)上加入一个等放大的输入信号，由于外加电压的变化，将使发射极电流相应地变化，而PN结的正向电压对电流的控制作用是很灵敏的，发射极电流的变化引起集电极电流的变化，集电极电流的变化通过接在集电极上的负载电阻产生一个变化的电压，而从负载电阻上取出来的变化电压随时间的变化规律和输入信号电压变化相同，但幅度却大了旅行倍。所增大的倍数称为电压增益
#.归纳：BJT的放大作用，主要依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。为了保证这一个传输过程，一方面要满足内部条件，即要求发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区厚度要很小；另一方面要满足外部条件，即发射结要正向偏置、集电结要反向偏置
#.BJT组成的放大电路，其中一个电极作为信号输入端，一个电极作为输出端，另一个电极作为输入、输出回路的共同端。根据共同端的不同，BJT可有三种连接方式：共基极、共发射极和共集电极
#.共发射极电路以发射极作为共同端，以基极为输入端，集电极为输出端
#.共射极电路与共基极电路放大信号的物理本质是相同的，但共射极电路也有自身的特点：
1）从BJT的输入电流控制输出电流这一点看来，这两种电路的基本区别是：共射极电路以基极电流Ib作为输入控制电流，而共基极电路则是以发射极电流Ie作为输入控制电流。用Ib作为输入控制电流的好处是信号源消耗的功率很小
2）对于共射极电路，研究其放大过程主要是分析集电极电流(输出电流)与基极电流(输入电流)之间的关系
3）共射极电路不但能得到电压放大，而且还可得到电流放大，致使共射极电路是目前应用最广泛的一种组态
#.共射极电路的特性曲线
1）输入特性
输入特性是指当集电极与发射极之间的电压Uce为某一常数时，输入回路中加在BJT基极与发射极之间的电压Ube与基极电流Ib之间的关系曲线
集电结所加的反向电压大到1V以后已能把这些电子中的绝大部分拉到集电结来，以至Uce再增加，Ib也不再明显减小，故Uce>1V后的输入特性基本重合
2）输出特性
输出特性是在基极电流Ib一定的情况下，BJT的输出回路中(此处指集电极回路)，集电极与发射极之间的电压Uce与集电极电流Ic之间的关系曲线
输出特性的起始部分很陡，Uce略有增加时，Ic增加很快，这是由于在Uce很小地(约1V以下)，集电结的反向电压很小，对到达基区的电子吸引力不够，这时Ic受Uce的影响很大，Uce稍有增加，从基区到集电区的电子也增加，故Ic随Uce的增加而增加
当Uce超过某一数值(约1V)后，特性曲线变得比较平坦。这是由于Uce大于1V以后，集电结的电场已足够强，能使发射区扩散到基区的电子绝大部分都到达集电区，故Uce再增加，Ic就增加不多了
#.共射极电路可知：Uce=Ucb-Ube
#.交流电流放大系数表示在工作点处Ic和Ib的变化量的比值
#.BJT的电流放大系数有直流和交流两种，在通常情况下，两者接近，故可混用
#.集电极-基极反向饱和电流Icbo：表示发射极开路，c、b间加上一定反向电压时的反向电流，只决定于温度和少数载流子的浓度，这个电流基本上一个常数，所以称为反向饱和电流，一般值很小
#.集电极-发射极间的反向饱和电流Iceo：表示基极开路，c、e间加上一定反向电压时的集电极电流
#.Icm：集电极最大允许电流 | Pcm：集电极最大允许功率损耗 | V(br)ebo：集电极开路时发射极-基极间的反向击穿电压 | V(br)ceo：基极开路时集电极-发射极间的反向击穿电压 | V(br)cbo：发射极开路时集电极-基极间的反向击穿电压
#.BJT发生电压击穿后，电路中的管子就不能正常工作，但管子并不一定损坏，只要不超过最大功率损耗Pcm，而且进入击穿的时间很短时，管子的特性不会变坏，因此击穿过程还是可逆的
3.2 共射极放大电路
#.在实践中，放大电路的用途是非常广泛的，它能够利用BJT的电流控制作用把微弱的电信号增强到所要求的数值
#.扩音机：声音先经过话筒变成微弱的电信号，经过放大器，利用BJT的控制作用，把电源供给的能量转换为较强的电信号，然后经过扬声器(喇叭)还原成为放大了的声音
#.NPN型放大电路中，集电结为反向偏置，发射极为正向偏置；对于PNP型管，保证集电结为反向偏置，发射结为正向偏置
#.放大电路中的电容称为隔直电容或耦合电容，它们在电路中的作用是：传送交流，隔离直流
#.放大：输入端的交流电压V1通过电容Cb1加到BJT的发射结，从而引起基极电源Ib相应的变化，Ib的变化使集电极电流Ic随之变化，Ic的变化量在集电极电阻Rc上产生压降。集电极电压Uce=Vcc-IcRc，当Ic的瞬时值增加时，Uce就要减小，所以Uce的变化与Ic相反。Uce中的变化量经过Cb2传送到输出端成为输出电压Vo
#.值得指出的是：放大作用是利用BJT的基极对集电极的控制作用来实现的，即在输入端加一个能量较小的信号，通过BJT的基极电流去控制流过集电极电路的电流，从而将直流电源Vcc的能量转化为所需要的形式供给负载。因此，放大作用实质上是放大器件的控制作用；放大器是一种能量控制部件。同时还要注意放大作用是针对变化量而言的
#.在半导体电路中，常把输入电压、输出电压以及直流电源Vcc和Vbb的共同端点称为“地”，并以地端作为零电位点(参考电位点)。这样，电路中各点的电位实际上就是该点与地之间的电压(即电位差)
#.为了分析方便，我们规定：电压的正方向是以共同端为负端，其他各点为正端。在图中用“+”、“-”号分别表示假定正方向；而电流的假定正方向在图中用箭头表示
#.分析放大电路的方法主要有图解分析法和小信号模型分析法
3.3 图解分析法
#.当放大电路没有输入信号(Vi=0)时，电路中各自的电压、电流都是不变的直流，称为直流工作状态或静止状态，简称静态。在静态工作情况下，BJT各电极的直流电压和直流电流的数值，将在管子的特性曲线上确定一点，这点常称为Q点
#.当放大电路输入信号后，电路中各处的电压、电流便处于变动状态，这时电路处于动态工作情况，简称动态
#.电路的线性与非线性两部分实际上是串联在一起构成一个电路整体，只有这两部分V-I特性的交点Q所对应的电流电压值，才能同时满足所有表达式。Q点表示在给定条件下电路的工作状态，由于此时没有输入信号电压，所以Q点就是静态工作点；Q点对应的电流、电压值就是静态工作情况下的电流和电压，Q点确定后，就可以在此基础上进行动态分析了
#.放大电路的直流负载线是不变的，Ib最大时，输出特性与直流负载线的交点是Q'点,Ib最小时，输出特性与直流负载线的交点是Q"点，所以放大电路只能在负载线的Q'Q"段上工作，即放大电路的工作点随着Ib的变动将沿着直流负载线在Q'与Q"点之间移动，因此，直线段Q'Q"是工作点移动的轨迹，通常称为动态工作范围。
#.Uce中的交流量Uce的波形就是输出电压Vo的波形
#.总结
1.没有输入信号电压时，BJT各电极都是恒定的电流和电压(Ib、Ic、Vce)，当在放大电压输入端加入输入信号电压后，ib、ic、v(ce)都在原来静态直流量的基础上叠加了一个交流量，即ib=Ib+ib;ic=Ic+ic;v(ce)=Vce+v(ce)。因此，放大电路中电压、电流包含两个分量：一个是静态工作情况决定的直流成分Ib、Ic、Vce；另一个是由输入电压引起的交流成分ib、ic和v(ce)。虽然这些电流、电压的瞬时值是变化的，但它们的方向始终是不变的
2.Vo(v(ce))与Vi相位相反。这种现象称为放大电路的反相作用，因而共射极放大电路又叫反相电压放大器，它是一种重要的电路组态。
#.对于交流分量来说，就当用Rl"来表示电流、电压之间的关系；把由斜率为-1/Rc定出的负载线称为直流负载线，它由直流通路决定；而把由斜率-1/Rl"定出的负载线称为交流负载线，它由交流通路决定。
#.交流负载线和直流负载线必然在Q点相交，这是因为在线性工作范围内，输入电压在变化过程中是一定经过零点的
#.所以，通过Q点作一条斜率为-1/Rl"的直线就可得到交流负载线
#.Q点选得过低，将导致产生截止失真；反之，若Q点选得过高，又将引起饱和失真。一般来说，Q点选在交流负载线AB的中央，这时可获得最大的不失真输出，亦即可得到最大的动态工作范围
#.BJT的基本特点是通过电流控制实现放大作用，饱和、放大、截止称为BJT的三种工作状态。
#.饱和现象的产生是由于工作点上移使Uce减小到一定的程度后，集电结收集载流子的能力减弱，发射极有余，而集电极收集不足，这时即使Ib增加，但Ic却不能增加即不再服从Ic=βIb的规律了，Q1点即属于这种情况。一般把输出特性直线上升和弯曲部分划为饱和区
#.BJT工作在饱和状态时的管压降称为饱和压降
#.BJT输出特性的平坦部分接近恒流特性，这部分符合Ic=βIb的规律，称为放大区，这是放大电路的工作区域
#.其它条件不变时，Ib减小，则Q点就会沿直流负载线向下移动，当Ib=0时，工作到Q"点，Ic=Iceo≈0，这时Ib=0，Ic≈0，Vce≈Vcc，BJT如同工作在断开状态，一般把输出特性Ib=0曲线以下的部分称为截止区
#.改变Ib就可使BJT的三种状态互相转化。在放大电路中要尽量避免工作到饱和区和截止区，以免产生饱和失真和截止失真，甚至失去放大作用，而在脉冲数字电路中恰好相反，它正是利用饱和、截止状态使BJT作为一个可以控制的无触点开关
#.在实际工作中，常可利用测量BJT各电极之间的电压来判断它的工作状态
3.4 小信号模型分析法
#.如果放大电路的输入信号电压很小，就可以设想把BJT小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把BJT这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。这就是BJT小信号建模的指导思想
#.Z参数(开路阻抗参数)，Y参数(短路导纳参数)，H参数(混合参数)。
#.BJT的输出阻抗高，不易实现输出端开路的条件
#.放大电路在工作时放大的对象是变化量，所以在小信号模型中所讨论的电压、电流也都是变化量，因此不能利用小信号模型来求Q点，或者利用它来计算某一时间的电压和电流总值
#.在计算电路之前，首先必须确定所用的BJT在给定Q点上的H参数(采用H参数测试仪)
#.在小信号等效电路中，所关心的是变化量，因此在输入和输出回路中，任何固定不变的电压源都可认为是交流短路的，而任何固定不变的电流都不予考虑
#.一般来说，希望放大电路的输入电阻高一些为好，特别是在信号源内阻R较大的场合，这样便可避免信号过多地衰减，作为放大电路的输入级尤其应当予以考虑；对于输出级来说，往往希望输出电阻越小越好，从而可以提高带负载的能力
#.分析一般按下列步骤
1.用图解法定出静态工作点
2.当输入电压幅度较小或BJT基本上在线性范围内工作时，特别是放大电路比较复杂时，可用小信号模型来分析
3.当输入电压幅度较大，BJT的工作点延伸到特性曲线的非线性部分时，就需要采用图解法
3.5 放大电路的工作点稳定问题
#.Q点在放大电路中是很重要的，它不仅关系到波形失真，而且对电压增益也有重大影响
#.温度变化时将影响管子内部载流子(电子和空穴)的运动，从而使Icbo、Vbe和β都会发生变化
#.Vbe的变化将通过Ib的变化影响Q点
#.BJT的电流放大系数β会随温度的升高的而增大，这是因为温度升高后，加快了基区注入载流子的扩散速度，这样，在基区电子与空穴的复合数目减小，因而β增大
#.BJT的输出特性将因β的变化而随之变化，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
#.Icbo、β、Vbe随温度T升高的结果，都集中表现在Q点电流Ic的增大
#.射极偏置电路(交流放大电路中最常用的一种基本电路)：针对Icbo的影响，可设法使基极电流Ib随温度的升高而自动减小；针对Vbe的影响，可设法使发射结的外加电压随着温度的增加而自动减小
#.当BJT的基极电位固定，并在射极电路里接一电阻Re，便可提高输出电阻，亦即提高电路的恒流特性
#.射极偏置电路，在某些文献中称为自偏置电路，意即自动调节BJT的电流Ic以稳定Q点，实质上是利用反馈原理来实现的
3.6 共集电极电路和共基极电路
#.共集电极电路：BJT的负载电阻是接在发射极上，输入电压Vi加在基极和地即集电极之间，而输出电压Vo从发射极和集电极两端取出，所以集电极是输入、输出电路的共同端点。因为是从发射极把信号输出去，所以共集电极电路又称为射极输出器。
#.射极输出器的电压增益接近于1，它的输出电压和输入电压是同相的，因此射极输出器通常又称为电压跟随器
#.与共射极基本放大电路相比，电压跟随器的输入电阻高得多(比共射极基本放大电路高几十倍到几百倍)。其物理本质是由于在输入回路中除了信号电压Vi外，还有输出电压Vo，因此从BJT的发射结来看，所得的净输入电压Vbe=Vi-Vo比无射极电阻Re时减小了，所以尽管Vi很大，但在放大电路输入回路中所产生的基极电流Ib依然很小，因此从放大电路输入端来看，就呈现出一个很大的输入电阻。
#.电压跟随器的特点是：电压增益小于1而近于1，输出电压与输入电压同相，输入电阻高，输出电阻低。虽然电压跟随器的电压增益小于1，但是它的输入电阻高，可减小放大电路对信号源(或前级)所取的信号电流。同时，它的输出电阻低，可减小负载变动对电压增益的影响。另外，它对电流仍有放大作用。
#.在集成电路中，常用电流源代替电阻
#.复合管因其等效电流放大系数很高，而等效输入电阻亦很高，特别是当它制成集成器件时，使用方便而受到用户的欢迎。复合管又称为达林顿管
#.在多级电子电路中，因电压跟随器的输入电阻高而用作输入级。也常用作中间级以隔离前后级之间的影响，此时称之为缓冲级。其基本原理还是利用它的输入电阻高和输出电阻低这一特点、在电路中起着阻抗变换的作用
#.由于电压跟随器具有较低的输出电阻以及较大的电流增益，所以也常用作多级放大电路的输出级
#.共基极电路：输入电压Vi加在发射极和基极之间，而输出电压Vo从集电极和基极两端取出，故基极是输入、输出电路的共同端点
#.在共基极电路中，电流放大系数接近于1，但小于1.从这个角度来看，共基极电路又称为电流跟随器。
#.三种基本组态的比较：共射极电路的电压、电流、功率增益都比较大，因而应用广泛；但是在宽频带或高频情况下，要求稳定性较好时，共基极电路就比较合适；共集电极电路的独特优点是输入电阻很高、输出电阻很低，多用于输入级、输出级或缓冲级
3.7 放大电路的频率响应
#.在电子电路中所遇到的信号往往不是单一频率的，而是具有一定的频谱。例如人体的心电信号，广播中的语音信号和音乐信号，电视是的图像和伴音信号，数字系统中的脉冲信号等
#.在放大电路的高频区，影响频率响应的主要因素是管子的极间电容和接线电容等
#.RC低能对高频信号只有衰减作用
#.BJT的频率参数：用来描述管子对不同频率信号的放大能力。常用的频率参数有共射极截止频率、特征频率等
#.增益-带宽积：将低频电压增益与通频带相乘所得的乘积称为增益-带宽积
#.共射极放大电路因存在密勒效应，其高频响应受到限制，如采用共基极电路，则密勒效应不存在，频带将得到扩展
#.共基极放大电路常用于高频、宽频带、低输入阻抗的场合，在模拟集成电路中，亦兼有电位移动的功能
#.共射-共基电路的电压增益与单管共射极放大电路的增益接近，但是电路的输入-输出之间不存在密勒效应，故它的频率响应远优于共射极放大电路，其频带得到扩展。这一设计思路常用于场效应管放大电路
#.放大电路的低频响应主要取决于外接的电容器，如隔直(耦合)电容和射极旁路电容
#.在计算各级的电压增益时，前级的开路电压是下级的信号源电压；前级的输出阻抗是下级的信号源阻抗，而下级的输入阻抗是前级的负载
#.多级放大电路的通频带一定比它的任何一级都窄；将几级放大电路串联起来后，总电压增益虽然提高了，但是通频带变窄了，这是多级放大电路一个重要的概念
#.稳态分析法在放大电路的分析中仍占主导地位，这是因为：任何周期性的信号都可分解为一系列的正弦波，因此放大电路的主要着重点是正弦信号，放大电路的技术指标之一常用频率响应来给定，例如频带宽度
#.小结
1.BJT的由两个PN结组成的三端有源器件，分NPN和PNP两种类型，它的三个端子称为发射极e、基极b和集电极c。由于硅材料的热稳定性好，因而硅BJT得到广泛的应用。
2.表征BJT性能的有输入特性和输出特性，其中输出特性用得较多，我们均称之为V-I特性，从输出特性上可以看出，用改变基极电流的方法可以控制集电极电流，因而BJT是一种电流控制器件
3.BJT的电流放大系数是它的主要参数，按电路组态的不同有共射极电流放大系数β和共基极电流放大系数α之分。为了保证器件的安全运行，还有几项极限参数如集电极最大允许电流Icm、集电极最大允许功率损耗Pcm和若干反向击穿电压，如V(br)cer等，使用时应当予以注意
4.BJT在电路中有共射、共集和共基三种组态，根据相应的电路输出量与输入量之间的大小与相位的关系，分别将它们称为反相电压放大器，电压跟随器和电流跟随器
5.放大电路的分析方法有图解法和小信号模型分析法，前者是承认电子器件的非线性，而后者是将非线性的局部线性化。通常使用图解法求Q点，而用小信号模型分析法求电压增益、输入电阻和输出电阻。
6.放大电路工作点不稳定的原因，主要是由于温度的影响。常用的稳定工作点的电路有射极偏置电路等，它是利用反馈原理来实现的
7.频率响应与带宽是放大电路的重要指标之一。用混合Ⅱ型等效电路分析高频响应，而用含电容的低频等效电路分析低频响应，二者的电路基础则是RC低通电路和RC高通电路
8.瞬态响应和频率响应是分析放大电路的时域和频域的两种方法，二者从各处的侧面反映放大电路的性能，存在内在的联系，互相补充。工程上以频域分析胜利较普遍
四.场效应管放大电路
#.场效应管是一种利用电场效应来控制其电流大小的半导体器件。兼有体积小、重量轻、耗电省、寿命长等特点，而且还有输入阻抗高、噪声低、热稳定性好、搞辐射能力强和制造工艺简单等优点；在大规模集成电路中得到了广泛的应用
#.场效应管可分为两大类：结型场效应管(JFET)和金属-氧化物-半导体场效应管(MOSFET)
4.1 结型场效应管
#.JFET是利用半导体内的电场效应进行工作的，也称为体内场效应器件
#.在一块N型半导体材料两边扩散高浓度的P型区(用P+表示)，形成两个PN结，两边P+型区引出两个欧姆接触电极并连在一起称为栅极g，在N型本体材料的两端各引出一个欧姆接触电极，分别称为源极s和漏极d。它们分别相当于BJT的基极b、射极c和集电极c。两个PN结中间的N型区域称为导电沟道。这种结构称为N型沟道JFET
#.N沟道JFET工作时，在栅极与源极间需加一负电压(Vgs<0)，使栅极、沟道间的PN结反偏，栅极电流Ic≈0，场效应管呈现高达10^7欧姆以上的输入电阻。在漏极与源极间加一正电压(Vds>0)，使N沟道中的多数载流子(电子)在电场作用下由源极向漏极运动，形成电流Id，Id的大小受Vgs控制。因此，讨论JFET的工作原理就是讨论Vgs对Id的控制作用和Vds对Id的影响
#.改变Vgs的大小，可以有效地控制沟道电阻的大小。若在漏源极间加上固定的正向电压Vds，则由漏极流向源极的电流Id将受Vgs的控制，|Vgs|增大时，沟道电阻增大，Id减小
#.结论
1.JFET栅极、沟道之间的PN结是反射偏置的，因此，其Ig≈0，输入电阻很高
2.JFET是电压控制电流器件，Id受Vgs控制
3.预夹断前，Id与Vds呈近似线性关系，预夹断后，Id趋于饱和
4.P沟道JFET工作时，其电源极性与N沟道JFET的电源极性相反
#.输出特性：JFET的输出特性是指在栅源电压Vgs一定的情况下，漏极电流Id与漏源电压Vds之间的关系
#.转移特性：在一定漏极电压Vds下，栅源电压Vgs对漏极电流Id的控制特性
#.FET放大电路中的FET都工作于输出特性的线性放大区；如果使其工作于可变电阻区，那么FET可用作压控可变电阻。
#.小结
1.第三章讨论的BJT是电流控制电流器件，有两种载流子参与导电，属于双极型器件；而FET是电压控制电流器件，只依靠一种载流子导电，因而属于单极型器件。虽然这两种器件的控制原理有所不同，但通过类比可发现，组成电路的形式极为相似，分析的方法仍然是图解法(亦可用公式计算)和小信号模型分析法
2.在FET放大电路中，Vds的极性决定于沟道性质，N(沟道)为正，P(沟道)为负；为了建立合适的偏置电压Vgs，不同类型的FET，对偏置电压的极性有不同要求；JFET的Vgs与Vds极性相反，增强型MOSFET的Vgs与Vds同极性，耗尽型MOSFET的Vgs可正、可负或为零
3.按三端有源器件三个电极的不同连接方式，两种器件(BJT、JFET、MESFET和MOSFET)可以组成六种组态。但依据输出量与输入量之间的大小与相位关系的特征，这六种组态又可归纳为三种组态，即反相电压放大器、电压跟随器和电流跟随器。这为放大电路的综合设计提供了有实用意义的思路
4.由于FET具有输入阻抗高、噪声低(如JFET)等一系列优点，而BJT β高，若FET和BJT结合使用，就可大大提高和改善电子电路的某些性能指标。BiFET模拟集成电路就是按这一特点发展起来的，从而扩展了FET的应用范围
5.由于GaAs的电子迁移率比硅大约5~10倍，高速GaAs MESFET正被用于高频放大和高速数字逻辑电路，其互导gm可达100ms，甚至更高。
6.MOS器件主要用于制成集成电路。由于微电子工艺水平的不断提高，在大规模和超大规模数字集成电路中应用极为广泛，同时在集成运算放大器和其他模拟集成电路中也得到了迅速的发展，其中BiCMOS集成电路更具特色，因此，MOS器件的广泛应用必须引起读者的高度重视
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