要想实现对电信号的放大，在电路中就必须要有相应的放大器件，放大器件可以说是放大电路(又称放大器)的核心所在，常用的放大器件有三极管、场效应管以及各种集成放大器件(如集成运算放大器、集成功率放大器等)。放大电路的学习，其实就体现在器件的学习和电路的学习两方面。器件的学习，在了解器件应用常识的基础上，着重在于其特性的理解与掌握; 电路的学习，关键在于理解放大器件与外围电路配置上的必然性和合理性。
2．1．1 任务目标
(1)会识别与检测三极管。
(2)会调试共射放大器的静态工作点。
(3)能进行分压式偏置共射放大器的制作与测试。
2．1．2 基础知识一
三极管的基本知识
半导体三极管有两大类型: 双极型半导体三极管、场效应型半导体三极管。双极型半导体三极管是由两种载流子参与导电的半导体器件，它由两个PN结组合而成，是一种电流控制电流型器件。场效应型半导体三极管仅由一种载流子参与导电，是一种电压控制电流型器件。
2．1．2．1 结构和类型
1．结构
双极型半导体三极管的结构示意图如图2-1-1所示。它有两种类型: NPN型和PNP型。
图2-1-1 晶体管结构示意图及符号
2．分类
(1)按管芯所用的半导体材料不同，分为硅管和锗管。硅管受温度影响小，工作较稳定。
(2)按三极管内部结构分为NPN型和PNP型两类，我国生产的硅管多为NPN型，锗管多为PNP型。
(3)按使用功率分，有大功率管(PC＞1W)，中功率管(PC在0．5～1W)，小功率管(PC＜0．5 W)。
(4)按照工作频率分，有高频管(fr≥3MHz)和低频管(fr≤3MHz)。
(5)按用途不同，分为普通放大三极管和开关三极管。
(6)按封装形式不同，分为金属壳封装管和塑料封装管、陶瓷环氧树脂封装管。
3．三极管的命名方法
(1)普通三极管型号命名
国产普通三极管的型号命名由五部分组成，各部分的含义见表2-1-1所示。
表2-1-1 国产普通三极管命名法
第一部分用数字“3”表示主称和三极管。
第二部分用字母表示三极管的材料和极性。
第三部分用字母表示三极管的类别。
第四部分用数字表示同一类型产品的序号。
第五部分用字母表示规格号。
一般，管型是NPN还是PNP应从管壳上标注的型号来辨别。依照部颁标准，三极管型号的第二位(字母)，A、C表示PNP管，B、D表示NPN管，例如:
·3AX为PNP型低频小功率管; 3BX为NPN型低频小功率管;
·3CG为PNP型高频小功率管; 3DG为NPN型高频小功率管;
·3AD为PNP型低频大功率管; 3DD为NPN型低频大功率管;
·3CA为PNP型高频大功率管; 3DA为NPN型高频大功率管。
此外有国际流行的9011～9018系列高频小功率管，除9012和9015为PNP管外，其余均为NPN型管。
(2)其他三极管的型号命名
我国三极管型号以“3A～3E”开头，日本的以“2S”开头，美国的以“2N”开头，目前市场上以2S开头的三极管占多数。欧洲常采用国际电子联合会制定的标准，对三极管的命名方法是:
第一部分用A或B开头(A表示锗管，B表示硅管);
第二部分用C表示低频小功率管，用F表示高频小功率管，用D表示低频大功率管，用L表示高频大功率管，用S和U分别表示小功率开关管和大功率开关管;
第三部分用三位数表示登记序号。
2．1．2．2 三极管的电流放大原理
晶体三极管(以下简称三极管)按材料分有两种: 锗管和硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和PNP型两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的，下面仅介绍NPN硅管的电流放大原理。
图2-1-2是NPN管的结构图，它是由2块N型半导体中间夹着一块P型半导体所组成的，从图可见发射区与基区之间形成的PN结称为发射结，而集电区与基区形成的PN结称为集电结，三条引线分别称为发射极E、基极B和集电极C。
图2-1-2 晶体三极管(NPN)的结构
当B点电位高于E点电位零点几伏时，发射结处于正偏状态，而C点电位高于B点电位几伏时，集电结处于反偏状态，集电极电源EC要高于基极电源EB。
在制造三极管时，有意识地使发射区的多数载流子浓度大于基区的，同时基区做得很薄，而且，要严格控制杂质含量，这样，一旦接通电源后，由于发射结正偏，发射区的多数载流子(电子)及基区的多数载流子(空穴)很容易地越过发射结互相向反方向扩散，但因前者的浓度大于后者，所以通过发射结的电流基本上是电子流，这股电子流称为发射极电流IE。
由于基区很薄，加上集电结的反偏，注入基区的电子大部分越过集电结进入集电区而形成集电极电流IC，只剩下很少(1%～10%)的电子在基区的空穴进行复合，被复合掉的基区空穴由基极电源EB重新补给，从而形成了基极电流IB。根据电流连续性原理得
IE=IB+IC
这就是说，在基极补充一个很小的IB，就可以在集电极上得到一个较大的IC，这就是所谓电流放大作用，IC与IB是维持一定的比例关系，即:
=IC/IB
式中:
——称为直流放大倍数。集电极电流的变化量ΔIC与基极电流的变化量ΔIB之比为:
β=ΔIC/ΔIB
式中: β——称为交流电流放大倍数。由于低频时β1和β的数值相差不大，所以有时为了方便起见，对两者不作严格区分，β值约为几十至一百多。
三极管是一种电流放大器件，但在实际使用中常常利用三极管的电流放大作用，通过电阻转变为电压放大作用。
2．1．2．3 三极管的特性曲线
1．输入特性
图2-1-3(a)是三极管的输入特性曲线，它表示IB随UBE的变化关系，其特点是:
(1)当UCE在0～2V范围内，曲线位置和形状与UCE有关，但当UCE＞2V后，曲线位置和形状与UCE基本无关，通常输入特性由两条曲线(Ⅰ和Ⅱ)表示即可。
(2)当UBE＜UBER时，IB≈0(0～UBER)的区段称为“死区”; 当UBE＞UBER时，IB随UBE增加而增加，放大时，三极管工作在较直线的区段。
(3)三极管输入电阻，定义为
rbe=ΔUBE/ΔIB
对于工作在图中的Q点，rbe估算公式为
rbb为三极管的基区电阻，对低频小功率管，rbb约为300Ω。
2．输出特性
输出特性表示IC随UCE的变化关系(以IB为参数)。从图2-1-3(b)所示的输出特性可见，它分为三个区域: 截止区、放大区和饱和区。
图2-1-3 三极管的输入特性与输出特性
(1)截止区。当UBE＜0时，则IB≈0，发射区没有电子注入基区，但由于分子的热运动，集电集仍有小量电流通过，即IC=ICEO称为穿透电流，常温时硅管ICEO约为几微安，锗管约为几十微安至几百微安，它与集电极反向电流ICBO的关系是:
ICEO=(1+β)ICBO
常温时硅管的ICBO小于1μA，锗管的ICBO约为10μA，对于锗管，温度每升高12℃，ICBO数值增加一倍，而对于硅管温度每升高8℃，ICBO数值增大一倍，虽然硅管的ICBO随温度变化更剧烈，但由于锗管的ICBO值本身比硅管大，所以锗管仍然受温度影响较严重。
(2)放大区。当晶体三极管发射结处于正偏而集电结处于反偏工作时，IC随IB近似作线性变化，放大区是三极管工作在放大状态的区域。
(3)饱和区。当发射结和集电结均处于正偏状态时，IC基本上不随IB而变化，失去了放大功能。根据三极管发射结和集电结偏置情况，可以判别其工作状态。
截止区和饱和区是三极管工作在开关状态的区域，三极管饱和导通时，工作点落在饱和区，三极管截止时，工作点落在截止区。
2．1．2．4 三极管的主要参数
1．电流放大倍数
直流电流放大倍数β=IC/IB; 交流放大倍数β=ΔIC/ΔIB。
注意: ①两者的定义不同，数值也不相等但却比较接近，故工程计算时可认为相等。②在不同工作点时的β值不相同，故一般给出三极管的β时要说明是指IC和UCE为何值时的β。③β的范围常在管顶上用色点表示。
2．极间反向电流
(1)集电极基极间反向饱和电流ICBO: 为发射极开路时，集电结的反向饱和电流。ICBO越小，管子性能越好。另外，ICBO受温度影响较大，使用时必须注意。
(2)集电极发射极间的反向饱和电流ICEO: 也称为集电极发射极间穿透电流。ICEO对放大不起作用，还会消耗无功功率，引起管子工作不稳定，因此，希望ICEO越小越好。ICEO与ICBO的关系是: ICEO=(1+β)ICBO
3．三极管的极限参数
(1)集电极最大允许电流ICM。ICM是指BJT的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。
(2)集电极最大允许功率损耗PCM=ICMUCE。PCM表示集电结上允许损耗功率的最大值。
(3)反向击穿电压U(BR)CBO、U(BR)CEO、U(BR)EBO。几个击穿电压有如下关系: U(BR)CBO＞U(BR)CEO＞U(BR)EBO。
4．三极管的温度特性
(1)输入特性与温度的关系: T↑→UBE↓。
(2)输出特性与温度的关系:温度每升高10℃，ICBO近似增大一倍，温度每升高1℃，β要增加0．5%～1%。
(3)温度对U(BR)CEO和PCM的影响: T↑→U(BR)CEO、PCM↓
2．1．2．5 三极管的简易判别
1．三极管基极及类型的判别
将万用表拨到R×100或R×1k挡上。红笔表任意接触三极管的一个电极，黑笔表依次接触另外两个电极，分别测量它们之间的电阻值。若红表笔接触某个电极时，其余两个电极与该电极之间均为低电阻时，则该管为PNP型，而且红表笔接触的电极为B极。与此相反，若同时出现几十至上百千欧大电阻时，则该管为NPN型，这时红表笔所接触的电极为B极。
当然也可以黑笔表为基准，重复上述测量过程。若同时出现低电阻的情况，则管子为NPN型; 若同时出现高电阻的情况，则该管为PNP型。
2．电极C、E的判别
在判断出管型和基极的基础上，任意假定一个电极为C极，另一个为E极。对于PNP型管，令红表笔接C极，黑表笔接E极，再用手碰一下B、C极，观察一下万用表指针摆动的幅度。然后将假设的C、E极对调，重复上述的测试步骤，比较两次测量中指针的摆动幅度，测量时摆动幅度大，则说明假定的C、E极是对的。对于NPN型管，则令黑表笔接C极，红表笔接E极，重复上述过程。
2．1．3 技能实训二
三极管的识别与检测
2．1．3．1 实训目的
(1)熟悉三极管的封装外形和型号。
(2)会识读三极管的型号。
(3)会借助资料查阅三极管的主要参数。
(4)能用万用表检测三极管。
2．1．3．2 实训器材
(1)万用表1块。
(2)3DG6A、9018H、3AX31型三极管各1个，型号未知的三极管1个。
2．1．3．3 实训内容与步骤
1．识读三极管的型号
(1)根据封装外形，确定引脚名称。
(2)借助资料，查找3DG6A、9018H、3AX31型三极管的主要参数，并记录。
3DG6A:_______ 。
9018H: _______。
3AX31:_______ 。
(3)明确各三极管的管型与材料，填写表2-1-2。
表2-1-2 三极管的识别与检测
2．三极管的检测
(1)已知型号。分别测试3DG6A、9018H、3AX31两极间的正、反向电阻，并将测试结果填入表2-1-2。
(2)型号未知。
①用万用表的欧姆挡判别基极; ②确定管型; ③判别集电极和发射极。
2．1．3．4 实训注意事项
(1)在测试三极管的正、反向电阻(尤其反向电阻)时，一定要避免人体电阻的介入，以免误差过大。
(2)如果弯折引脚，一定要注意弯折点与引脚根部的距离不少于1．5mm，以免引脚根部断掉。
(3)在测三极管两极间的电阻时，引脚要刮除氧化层，防止表笔跟引脚接触不良，且刮引脚时应在引脚根部留出一定距离(一般为3mm左右)。
2．1．3．5 实训考核
三极管的识别与检测实训考核评价如表2-1-3所示。
表2-1-3 考核评价表
注: 各项配分扣完为止。
2．1．3．6 实训思考
(1)以3DG6A为例，说明型号各组成部分的含义。
(2)通过测试，比较一下硅管与锗管在基-射正反向电阻上的大小区别。
2．1．4 基础知识二
放大器的基本知识
2．1．4．1 放大电路的概念
基本放大电路一般是指由一个三极管组成的三种基本组态放大电路——共射放大电路、共集放大电路、共集放大电路。
(1)放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。
(2)输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，只是经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。放大电路的结构示意图如图2-1-4。
图2-1-4 放大电路的结构示意图
2．1．4．2 放大电路的主要技术指标
1．放大倍数
放大电路输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数，它们通常都是按正弦量定义的。各正弦量用向量表示，即量符号上方加点，如电流、电压分别表示为I˙、V˙。放大倍数定义式中各有关量如图2-1-5所示。
图2-1-5 放大倍数的定义
电压放大倍数定义为
电流放大倍数定义为
功率放大倍数定义为
2．输入电阻Ri
输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数，Ri大，放大电路从信号源吸取的电流则小，反之则大。Ri的定义见图2 -1 -6 和式(2-1-1):
图2-1-6 输入电阻的定义
3．输出电阻Ro
输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro大，表明放大电路带负载的能力差，反之则强。Ro的定义见图2-1-7和式(2-1-2):
图2-1-7(a)是从输出端加假想电源求Ro; 图2-1-7(b)是通过放大电路负载特性曲线求Ro。
图2-1-7 输出电阻的定义
(a)从输出端求Ro; (b)从负载特性曲线求Ro
注意: 放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。
4．通频带
图2-1-8 通频带的定义
2．1．5 基础知识三
单管共射放大电路的分析
2．1．5．1 放大电路的组成
1．单管共发射极基本放大电路的组成
采用NPN型晶体管组成的共射组态基本放大电路如图2-1-9所示。
图中“⊥”表示接地点，实际使用时，通常与设备的机壳相连。RL为负载，如扬声器等。晶体管具有三个电极，由它构成的放大电路形成两个回路。输入回路和输出回路以发射极为公共端，因此称为单管共发射极放大电路(简称共射电路)，是最基本的放大电路。
图2-1-9 共射组态交流基本放大电路
基本组成如下:
三极管VT——起放大作用，是放大电路的核心。
电源UCC——保证晶体管的发射结正偏，集电结反偏，使晶体管处在放大状态，同时也为输出信号提供能量，一般在几伏到十几伏之间。
基极偏置电阻RB——用来调节基极偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。
负载电阻RC，RL——将变化的集电极电流转换为电压输出。
耦合电容C1，C2——分别被称为输入耦合电容C1和输出耦合电容C2。C1的作用是隔断三极管基极和输入电压ui之间的直流信号通路，但又为输入电压的交变信号提供通路，使该信号能够加到三极管的发射结上。输出电容C2作用是隔断三极管集电极和负载电阻RL之间的直流信号通路，即使放大电路的直流电压不能加到负载电阻RL上，集电极和发射极之间的交变电压可以通过C2传递给负载电阻RL。为了减小传递信号的电压损失，C1、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。
2．电路中电压和电流符号写法的规定
(1)直流分量。符号用大写字母加大写下标表示，如IB表示基极的直流电流。
(2)交流分量瞬时值。符号用小写字母加小写下标表示，如ib表示基极的交流电流。
(3)总量瞬时值。交、直流信号并存，是直流分量和交流分量之和，符号用小写字母和大写下标表示，如i B表示基极电流的总瞬时值。
2．1．5．2 共射极基本放大电路的静态分析
静态是指无信号输入(ui=0)时电路的工作状态，此时电路中只有直流电源形成的直流电流和直流电压。静态时晶体管各极电流和电压值称为静态工作点Q(主要指IBQ、ICQ和UCEQ)。设置静态工作点的目的就是要保证在被放大的交流信号加入电路时，不论是正半周还是负半周都能满足发射结正向偏置，集电结反向偏置的三极管放大状态。
静态分析主要是确定放大电路中的静态值——静态工作点Q(IBQ、ICQ和UCEQ)。放大电路的静态分析有估算法和图解分析法两种。根据直流通路可对放大电路的静态进行计算:
1．画直流通路图
按直流信号在电路中的流通路径可画出直流通路图，具体方法是: 电感在直流电路中可视为短路; 电容在直流电路中可视为开路。图2-1-9所示的单管共射极基本放大电路的直流通路图如图2-1-11所示。
2．用图解法确定静态工作点
采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线，如图2-1-10所示。
图2-1-10 三极管的输入输出特性曲线
在输入特性曲线上，作出直线UBE=UCC-IBRB，两线的交点即是Q点，得到IBQ。在输出特性曲线上，作出直流负载线UCE=UCC-ICRC(IC=( -1/RC)UCE+(1/RC)UCC)与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到UCEQ和ICQ。从图中可以看出，直流负载线是一条过输出特性曲线上的Q点，斜率为-1/RC的直线。
3．用估算法确定静态工作点
求解顺序依次是IBQ→ICQ→UCE。
由图2-1-11可得出电路的静态工作点
图2-1-11 直流通路图
通常电压UBEQ近似等于二极管的正向电压，UCC≥UBEQ，则
ICQ=βIBQ(2-1-5)
UCEQ=UCC-RCICQ(2-1-6)
例2-1-1 图2-1-9所示的单管共射极基本放大电路中，已知UCC=12V，RB=300 kΩ，RC=2kΩ，β=80，求放大电路的静态工作点。
解: 根据式(2-1-4)、式(2-1-5)、式(2-1-6)可得
ICQ=βIBQ=80×0．04m A=3．2m A
UCEQ=UCC-RCICQ=［12-(2×3．2)］V=5．6V
由例题可以看出，改变RB的大小可以改变IBQ的值，当RB和UCC的值确定后，静态工作点也随之确定，所以这种形式的电路统称为固定偏置电路。
2．1．5．3 共射极基本放大电路的动态分析
动态是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态。此时放大电路是在直流电源UCC和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压u CE、电流i B和i C均包含交、直流两个分量，放大电路交、直流并存。动态分析只考虑电流和电压的交流分量。
放大电路的估算分析包括估算静态工作点和估算动态指标。电压放大倍数、输入电阻和输出电阻都是很重要的动态性能指标。
1．画交流通路图
对于交流信号而言，直流电源和电容可视为短路。由此得到图2-1-9所示的基本放大电路对应的交流通路如图2-1-12所示。从交流通路中可以清楚地看出，输入信号ui是加在基极与发射极之间，而输出信号uo取自集电极与发射极之间，这也说明了图2-1-9所示的电路是共发射极接法。
图2-1-12 交流通路图
2．估算放大器常用性能指标
(1)晶体管的输入电阻rbe。晶体管基极和发射极之间交流电压ui与相应交流电流ib之比，称为晶体管的输入电阻。
估算公式为
rbb是晶体管基区电阻，在小电流(IEQ约几毫安)情况下，低频小功率管约为300Ω，因此，在低频小信号时
从此可见，rbe与静态电流IEQ有关，静态工作点不同，rbe取值也不同。常用小功率管的rbe约为1kΩ。
(2)电压放大倍数Au。电压放大倍数反映了放大电路对电压的放大能力，定义为输出电压比输入电压，用Au表示，即
从图2-1-12可以看出，输入电压ui=ibrbe; 输出电压uo=-i CR'L，放大电路的输出端接负载时，集电极负载电阻RC与放大电路的负载电阻RL是并联的，并联后称为交流等效负载R'L，即
所以，放大电路的电压放大倍数为
式(2-1-10)中，负号“-”表示输出信号uo与输入信号ui反相，这种现象称为共射放大电路的倒相作用。
放大电路的输出端未接负载时，R'L=RC，电压放大倍数为
(3)输入电阻ri和输出电阻ro。从放大器的输入端看进去的交流等效电阻ri称为放大器的输入电阻，如图2-1-12所示，即
一般情况下，放大电路的输入电阻大，表示向前一级电路吸取的电流小，有利于减小前一级电路的负担。
从放大电路的输出端看进去的电阻就是放大电路的输出电阻ro，如图2-1-12所示。由于晶体管C-E极之间的动态电阻很大，所以输出电阻近似等于集电极负载电阻RC，即
ro≈RC(2-1-13)
输出电阻是衡量放大电路带负载能力的性能指标。放大电路接负载后，可以看做是一个具有一定内阻的信号源，这个内阻就是放大电路的输出电阻。放大电路的输出电阻越小，向外输出信号时，自身消耗越少，放大电路的带负载能力越强。
例2-1-2 共射极基本放大电路中，已知UCC=12V，RB=300kΩ，RC=RL=2kΩ，β=80。求接入负载电阻RL前后放大电路的电压放大倍数Au、输入电阻ri和输出电阻ro。
解: 根据相应估算公式可得
未接入负载电阻RL前，电压放大倍数
接入负载电阻RL后，电压放大倍数
输入电阻
输出电阻
ro≈RC=2kΩ
由例题可以看出，放大电路接上负载电阻后，电压放大倍数将下降，即输出电压降减小。
2．1．6 基础知识四
静态工作点的设置与波形失真
所谓失真，指输入信号经放大器输出后产生了畸变。若静态工作点Q设置偏高，当ib按正弦规律变化时，Q'进入饱和区，输出电压uo(即u CE)的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真，如图2-1-13(a)所示。若Q点设置偏低，则Q″进入截止区，输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真，如图2-1-13(b)所示。饱和失真和截止失真都是由于工作点进入晶体管非线性区而引起的，统称为非线性失真。
图2-1-13 非线性失真
(a)饱和失真; (b)截止失真
一般情况下，可以认为RB和IBQ成反比。饱和失真时，可通过增大RB减小IBQ，从而降低静态工作点，减小或消除饱和失真。截止失真时，可通过减小RB增大IBQ，从而提高静态工作点，减小或消除截止失真。若调节RB不能消除失真，也可以考虑调节UCC和RC。
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通常设置在交流负载线(根据放大器输出回路中i C与u CE间的关系，在输出特性曲线上作出的直线)的中点，调整静态工作点的目的也在于此。
2．1．7 基础知识五
静态工作点的稳定——分压式偏置放大电路
放大电路设置了合适的静态工作点，还希望它能稳定工作。温度变化、电源电压波动、元器件老化等原因都可能使参数发生变化，其中最重要的原因是温度变化的影响。温度增加将使i C增大，静态工作点Q上移。因此，需要通过在电路结构上采用一定的措施来稳定工作点。
1．电路组成
如图2-1-14所示分压式偏置放大电路，是一种应用最广泛的工作点稳定的放大电路。它与共射基本放大电路的区别是在基极增加了一个偏置电阻，在发射极增加了一个射极电阻RE。两个基极偏置电阻RB1和RB2对直流电源UCC分压，使基极电位VB近似不变(忽略基极静态电流IB)，因此称为分压式偏置电路。分压式偏置放大电路实现工作点稳定的自动调节过程如下:
IC↑→IE↑→VE↑→UBE(UBE=VB-VE)↓→IE↓→IC↓
2．静态工作点的估算
分压式偏置放大电路直流通路如图2-1-14(b)所示。
图2-1-14 分压式偏置放大电路
忽略基极静态电流，基极电位为
发射极静态电流为
集电极静态电流
ICQ≈IEQ
集电极-发射极电压为
UCEQ=UCC- RE+R( )C ICQ
3．动态性能指标的估算
分压式偏置放大电路的交流通路如图2-1-15所示。
图2-1-15 交流通路图
电压放大倍数
其中R'L=RC//RL，若电路未接负载，则R'L=RC。
输入电阻ri和输出电阻ro为
ro≈RC
2．1．8 技能实训二
共射放大电路的制作与测试
以下实训是针对阻容耦合的分压式偏置共射放大器，请完成电路的制作、静态工作点的调整以及动态性能指标(|Au|、ri、ro和BW)的测试。
2．1．8．1 实训目标
(1)增强专业意识，培养良好的职业道德和职业习惯。
(2)熟悉分压式偏置共射放大器的组成，并理解其工作原理。
(3)会使用直流稳压电源、示波器、函数信号发生器以及晶体管毫伏表。
(4)能完成分压式偏置共射放大器的制作。
(5)会进行静态工作点的调整与动态性能指标的测试。
2．1．8．2 实训器材
(1)通用面包板1块，万能板1块;
(2)双踪示波器1台; 直流稳压电源1台;
(3)万用表1块; 函数信号发生器1台; 晶体管毫伏表1块;
(4)9013型三极管1个，电解电容10μF/16V2个，50μF/16V1个，500kΩ电位器1个，20kΩ电阻器2个，2．4kΩ电阻器2个，5．1kΩ和1kΩ电阻器各1个，单掷开关1个，导线若干。
2．1．8．3 实训内容与步骤
(1)识别与检测元器件。若有元器件损坏，请说明情况。
(2)根据图2-1-16，进行电路装接。RP置最大值。
图2-1-16 共射极放大电路
(3)静态工作点的调整与测试
①静态工作点Q的调整
合上S，接入负载。接通+12V直流电源，在B点加入f=1k Hz的正弦信号ui，用示波器监测uo波形。反复调整RP及信号的输出幅度，使放大器输出电压的不失真幅值最大。观测uo波形，得Uom(max)=_______ 。
②静态工作点Q的测试
取走信号源，用万用表直流电压挡测量三极管各极对地电压，填入表2-1-4。计算UBEQ、UCEQ、IE值，填入表2-1-4。
表2-1-4 共射放大器的静态工作点Q测试数据表
(4)性能指标的测试
保持RP不变，以使电路有良好的动态范围。
①电压放大倍数|Au|的测试
S闭合，接入负载。在B点加入f=1k Hz的正弦信号ui，用示波器监测uo波形。逐渐调大Ui，在输入最大不失真信号下，用毫伏表测量Ui和Uo的值，记入表2-1-5。计算|Au|，填入表2-1-5。
表2-1-5 测|Au|的数据表(f=1k Hz)
②输出电阻Ro的测试
在B点加入f=1k Hz的正弦信号ui，用示波器监测uo的波形。断开S，电路空载，逐渐调大Ui，在输出最大不失真信号下，用毫伏表测量空载输出电压U'o，记入表2-1-6。然后，闭合S，接入负载，用毫伏表测量电路在负载下的输出电压Uo，记入表2-1-6。最后，计算Ro，填入表2-1-6中。
表2-1-6 测Ro的数据表(f=1k Hz)
③输入电阻Ri的测试
S闭合，接入负载。在A点加入f=1k Hz的正弦信号us，用示波器监测uo的波形。逐渐调大Us，在输出最大不失真信号下，用毫伏表测量Us和Ui值，记入表2-1-7。计算Ri，填入表2-1-7。
表2-1-7 测Ri的数据表(f=1k Hz)
④通频带BW的测试
S闭合，接入负载。在B点加入f=1k Hz的正弦信号ui，用示波器监测uo的波形。逐渐调大Ui，在输出最大不失真信号时，停止调节。用毫伏表测量Ui与Uo，记入表2-1-8相应位置。仅调节信号源频率f，在uo不失真情况下，用毫伏表测出不同频率所对应的Uo，记入表2-1-8。测试时，低频段与高频段要多测几点，中频段可少测几点。计算各频率对应下的|Au|，填入表2-1-8。根据测试结果，用描图法在图2-1-17中画出放大器的幅频特性曲线，并据此确定放大器的通频带BW。f L=_______ ，f H=_______ ，BW= _______。
表2-1-8 幅频特性测试数据(Ui= )
图2-1-17 放大器的幅频特性曲线
2．1．8．4 实训注意事项
(1)要按工艺要求装接电路。
(2)电解电容的极性不能接错，以免造成电容器的损坏。
(3)电路装接好之后才可接通电源。
(4)进行性能指标测试时，一定要注意测试条件。
2．1．8．5 实训考核
共射放大电路的制作与测试实训考核评价如表2-1-9所示。
表2-1-9 考核评价表
注: 各项配分扣完为止。
2．1．8．6 实训思考
(1)如果取走图2-1-16中的旁路电容CE会怎样? 试一试，看结果。
(2)查阅相关资料，获取三极管9013的技术参数。
(3)用万用表的直流电压挡测量耦合电容C1、C2静态与动态下的端电压(注意极性)。
(4)如果断开电阻RB1，电路的工作情况会怎样? 验证一下，看是否是这样。
2．1．9 知识拓展
场效应晶体管及其放大电路
2．1．9．1 结型场效应晶体管
1．符号和分类
如图2-1-18所示，结型场效应晶体管也有三个电极: 漏极(D)、源极(S)、栅极(G)。它们对应于晶体管的集电极(C)、发射极(E)和基极(B)。不同的是场效应晶体管的D和S两极可以交换，而晶体管的C和E则不能交换。结型场效应晶体管可分为P沟道和N沟道两种，在符号中用箭头加以区别。
图2-1-18 结型场效应晶体管的结构与图形符号
2．电压放大作用
如图2-1-19所示。场效应晶体管是电压控制器件，同样具有电压放大作用。与半导体晶体管的放大作用相似，在场效应晶体管共源极电路中，漏极电流ID受栅源电压UGS的控制。分析和实验证明， N沟道场效应晶体管栅源之间只能加负电压，即UGS＜0才能使管子正常工作。图中，栅源电压UGS的变化，必然会引起ID的变化。只要漏极电阻RD选得合适，即可在RD上获得被放大的电压变化量。
2．1．9．2 绝缘栅型场效应晶体管
图2-1-19 场效应晶体管放大电路
绝缘栅型场效应晶体管是输入电阻高达1012Ω的一种栅极与漏极、源极完全绝缘的场效应晶体管。它也有N沟道和P沟道两类，每一类又分为增强型和耗尽型两种。
1．符号和分类
四种场效应晶体管的符号如图2-1-20所示。图中除漏极D、栅极G和源极S以外还加有衬底，这是因生产工艺需要而设置的。栅极与沟道不相接触，表示绝缘，箭头表示N沟道和P沟道，沟道用虚线为增强型，用实线为耗尽型。这类场效应晶体管由金属(电极)、氧化物(绝缘层)和半导体组成。技术上用“M”表示金属，“O”表示氧化物，“S”表示半导体，所以又称MOS场效应晶体管。N沟道的场效应晶体管称NMOS管，P沟道的场效应晶体管称PMOS管。
图2-1-20 绝缘栅场效应晶体管符号
2．结构和工作原理
下面以N沟道增强型场效应晶体管为例，简单介绍一下它的结构和工作原理。
(1)结构: 如图2-1-21所示，它是在一块P型硅片上扩散两个N型区，并分别从两个N型区引出两个电极: 漏极和源极。在源区和漏区之间的衬底表面覆盖一层很薄的绝缘层，再在绝缘层上覆盖一层金属薄层，形成栅极。因此栅极和其他电极之间是绝缘的，故输入电阻很高。另外，从衬底基片上引出一个电极，称为衬底电极(B) (在分立元器件中，常将B与源极S相连，而在集成电路中，B与S一般不相连)。
图2-1-21 增强型场效应晶体管的结构
(2)工作原理: 如图2-1-22所示，对于NMOS场效应晶体管，在栅极没有外加电压时，由前面分析可知，在源极与漏极之间不会有电流流过，此时场效应晶体管处于截止状态(如图2-1-22(a)所示)。当有一个正电压加在N沟道的MOS场效应晶体管栅极上时，由于电场的作用，此时N型半导体的源极和漏极的负电荷被吸引而涌向栅极，但由于氧化膜的阻挡，使得电子聚集在两个N沟道之间的P型半导体中(如图2-1-22(b)所示)，从而形成电流，使源极和漏极之间导通。我们也可以想象两个N型半导体之间为一条沟，栅极电压的建立相当于为它们之间搭了一座桥梁，该桥梁的大小由栅源极间电压的大小决定。即UGS越大，导电沟道越宽，沟道电阻越小，ID越大。这就是增强型MOS场效应晶体管UGS控制ID的基本原理。
图2-1-22 NMOS场效应晶体管的工作原理图
2．1．9．3 场效应管的测试
1．结型场效应管管脚识别
场效应管的栅极相当于晶体管的基极，源极和漏极分别对应于晶体管的发射极和集电极。将万用表置于R×1k挡，用两表笔分别测量每两个管脚间的正、反向电阻。当某两个管脚间的正、反向电阻相等，均为数千欧时，则这两个管脚为漏极D和源极S(可互换)，余下的一个管脚即为栅极G。对于有4个管脚的结型场效应管，另外一极是屏蔽极(使用中接地)。
2．判定栅极(场效应管管脚识别)
用万用表黑表笔碰触管子的一个电极，红表笔分别碰触另外两个电极。若两次测出的阻值都很小，说明均是正向电阻，该管属于N沟道场效应管，黑表笔接的也是栅极。制造工艺决定了场效应管的源极和漏极是对称的，可以互换使用，并不影响电路的正常工作，所以不必加以区分。源极与漏极间的电阻约为几千欧。
注意不能用此法判定绝缘栅型场效应管的栅极。因为这种管子的输入电阻极高，栅源间的极间电容又很小，测量时只要有少量的电荷，就可在极间电容上形成很高的电压，容易将管子损坏。
3．估测场效应管的放大能力(场效应管管脚识别)
将万用表拨到R×100挡，红表笔接源极S，黑表笔接漏极D，相当于给场效应管加上1．5V的电源电压。这时表针指示出的是D-S极间电阻值。然后用手指捏栅极G，将人体的感应电压作为输入信号加到栅极上。由于管子的放大作用，UDS和ID都将发生变化，也相当于D-S极间电阻发生变化，可观察到表针有较大幅度的摆动。如果手捏栅极时表针摆动很小，说明管子的放大能力较弱; 若表针不动，说明管子已经损坏。
由于人体感应的50Hz交流电压较高，而不同的场效应管用电阻挡测量时的工作点可能不同，因此用手捏栅极时表针可能向右摆动，也可能向左摆动。少数的管子RDS减小，使表针向右摆动，多数管子的RDS增大，表针向左摆动。无论表针的摆动方向如何，只要能有明显地摆动，就说明管子具有放大能力。
本方法也适用于测MOS管。为了保护MOS场效应管，必须用手握住螺钉旋具绝缘柄，用金属杆去碰栅极，以防止人体感应电荷直接加到栅极上，将管子损坏。
MOS管每次测量完毕，G-S结电容上会充有少量电荷，建立起电压UGS，再接着测时表针可能不动，此时将G-S极间短路一下即可。目前常用的结型场效应管和MOS型绝缘栅场效应管的管脚顺序如图2-1-23所示。
图2-1-23 管脚顺序
2．1．9．4 场效应管的使用注意事项
(1)使用场效应管之前，必须首先搞清楚场效应管的类型及它的电极，必要时应通过仪表进行测试。
(2)在线路设计中，应根据电路的需要选择场效应管的类型及参数，使用时不允许超过场效应管的耗散功率、最大漏源、电流和电压的极限值。
(3)各类场效应管在使用时，都要按要求接入偏置电路，并注意偏置电路的极性。
(4)对于绝缘栅型场效应管(MOS管)，因为栅极处于绝缘状态，其上的感应电荷很不容易放掉，当积累到一定程度时可产生很高的电压，容易将管子内部的Si O2膜击穿，所以在使用这种类型的场效应管时应注意以下几个问题:
①运输和储藏中必须将引出脚短路或采用金属屏蔽包装，以防外来感应电势将栅极击穿。
②要求测试仪器、工作台有良好的接地。
③焊接用的电烙铁外壳要接地，或者利用烙铁断电后的余热焊接。焊接绝缘栅型场效应管的顺序是: 先焊源、栅极，后焊漏极。
④要采取防静电措施。
(5)场效应管属于电压控制器件，有极高的输入阻抗，为保持管子的高输入特性，焊接后应对电路板进行清洗。
(6)在安装场效应管时，要尽量避开发热元器件。对于功率型场效应管，要有良好的散热条件，必要时应加装散热器，以保证其能在高负荷条件下可靠地工作。
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