三极管、场效应管、运算放大器基本放大电路的结构特点与电路分析

基本放大电路是放大电压或电流的电路。

基本放大电路的结构特点

根据工作条件和电路的不同，基本放大电路的结构也有所差异，根据电路的结构和放大元件的不同，大体可将基本放大电路分为晶体管放大电路、场效应管放大电路、多级放大器和负反馈放大器、差动放大电路、运算放大电路等。

1、晶体管放大电路的结构特点与电路分析

晶体管最基本的作用之一就是放大，因此，使用晶体管制成的电路具有放大作用。

下图是晶体管放大电路的功能示意图。

在对晶体管放大电路进行识读前，应首先了解电路的结构组成。

下图是典型的晶体管放大电路。

由上图可知，晶体管放大电路主要是由晶体管、电阻器和电容器等组成。

晶体管是一种电流放大器件，当输入信号加至晶体管基极时，基极电流随之变化，进而使集电极电流产生相应变化。由于晶体管本身具有放大倍数，根据电流的放大关系，是经过晶体管后的信号放大了一定倍数，输出信号经耦合电容阻止直流后输出，这时在电路的输出端便得到了放大后的信号波形。

2、场效应管放大电路的结构特点与电路分析

场效应管与晶体管一样，也具有放大作用，场效应管是电压控制器件，它具有输入阻抗高，噪声低的特点。

场效应管的三个电极分别是栅极、源极、漏极，分别相当于晶体管的基极、发射极、集电极。由其构成的放大电路可分为三种：共源、共漏和共栅极放大器。

场效应管三种组态电路见下图。

图a)是共源放大器，相当于三极管中的共射极放大器，是一种最常见电路。

图b)是共漏放大器，相当于三极管共集电极放大器i，输入信号从漏极与栅极之间输入，输出信号从源极与漏极之间输出，这种电路又称为源极输出器或源极跟随器。

图c)是共栅放大器，相当于三极管共基极放大器，输入信号从栅极与源极之间输入，输出信号从漏极与栅极之间输出。这种放大器的高频特性比较好。

典型的场效应管放大电路见下图。

.在场效应管的漏极和源极之间加上一定电压，并串接一个电阻，那么改变或调整Ugs，就可改变Id的大小，进而改变输出电压，实现电压放大。

3、运算放大器电路的结构特点与电路分析

标准的运算放大器由三种放大电路组成：差动放大器、电压放大器和推挽式放大器。

运算放大器的基本构成见下图

基本运算放大电路有很高的电压放大倍数，因此在作为放大运用时，总是接成负反馈的闭环结构；否则电路是非常不稳定的。运算放大器有两个输入端，因此输入信号有三种不同的接入方式，即反相输入、同相输入和差动输入。无论是哪种种输入方式，反馈网络都是接在反相输入端和输出端之间。

利用运算放大器构成的温度检测电路见下图。

MC1403为基准电压产生电路，其2脚输出经电阻和电位器等元件分压后加到运算放大器的同相输入端，热敏电阻饥饿在运算放大器的负反馈环路中。环境温度发生变化，热敏电阻的阻值随之发生变化，IC1的输出加到IC3的反相输入端，经IC3放大后作为温度传感信号输出，IC1相当于一个测量放大器，IC2是IC1的负反馈电路，RP2，RP3可以微调负反馈量，从而提高测量的精度和稳定性。

基本放大电路的分析实例

1、宽频带放大电路的分析实例

典型宽频带放大电路见下图，该电路是一种典型的共射极放大电路。

该电路是一种1-250MHz宽频带放大器电路。该电路采用两级放大器作为放大电路，VT3作为输出级放大器。

主要是由晶体管放大器VT1，VT2，VT3以及相应的分压电阻器，耦合电容器等组成，其中VT1，VT2，VT3主要用来对输入的信号进行三级放大，分压电阻器主要用来为晶体管提供工作电压，耦合电容器可用来将信号耦合后送往下一级的晶体管中。

在该电路中，其输入信号由接口J1输入，经电容C1耦合后送入三极管VT1的基极，有三极管放大后经其集电极输出，并经电容C5耦合后送往三极管VT2的基极进行放大，经集电极输出，经电容C9耦合后再送往晶体管VT3的基极上，最终由发射极送往输出口J2。

2、超小型收音机电路的分析实例

见下图，它采用两只晶体管，其中的场效应管放大电路采用了固定式偏置方式。

该电路主要是由场效应管VT以及晶体管2SC2001，耦合电容器C1和C4以及周围元器件组成。场效应管VT用来进行高频信号的放大。

由外接天线接收信号，经C1进入LC振荡电路。LC振荡电路由磁棒线圈和电容组成，谐振电路选频后，经C4耦合至场效应管VT的栅极，与栅极负偏压叠加，加到场效应管山脊上，使场效应管VT的漏极电流相应变化，并在负载电阻R1上产生压降，经C5隔离直流后输出，在输出端得到放大了的信号电压，放大后的信号送入三极管2SC2001的基极，该管还具有检波功能，将调制在高频载波信号上的音频信号检出，输出较纯净的音频信号到耳机。

3、电容耦合多级放大器电路的分析实例

典型的电容耦合多级放大器电路见下图。

该电路由两个共发射极晶体管放大器连接而成的电容耦合两级放大器，可获得较高的放大倍数。信号经过电容器C1耦合到共发射极晶体管VT1的基极，经集电极输出通过电容器C2耦合到后级共发射极晶体管VT2的输入端（基极）。

使用电容器C2耦合，就可以防止某极放大器的直流偏压影响下一级的直流偏压，但是交流信号能够通过耦合电容送入下一级电路。

4、小型录音机音频信号放大器的分析实例

见下图，该电路是一个由多级放大器和负反馈放大电路组成。可将话筒输入的音频信号放大，然后送入录音头，用来保存声音信号。

该电路主要由话筒、电位器、晶体管放大器以及周围的分压电阻器，耦合电容器，反馈回路中的电容器等组成。其中VT1，VT2，VT3组成多级放大器。

话筒信号经电位器RP1调整后加到晶体管VT1，R4接在VT1的发射极作为电流负反馈电阻稳定直流工作点，C3为去耦电容使VT1交流增益提高。音频信号经三级放大后加到变压器T1的初级线圈。VT3的集电极输出经R18，C16反馈到VT1的基极，用以改善放大器的频率特性。该放大器的输出采用变压的方式可以补偿高频信号。

5、OTL音频功率放大器电路的分析实例

见下图。该电路的输出级是一个典型的差动放大器电路，其输入级采用VT1和VT2组成的差动放大器进行音频信号的放大。

VT1、VT2构成差动输入级电压放大器，VT3是推动管，VT4和VT5为功放输出管的静态偏置二极管，VT6-VT9构成复合互补对称式OTL电路，是输出级电路，其中VT6和VT7为两只NPN型同极性复合管，等效成一个NPN型晶体管，VT8和VT9是PNP和NPN复合管。等效成一只PNP型晶体管。

输入信号经过耦合电容C1加到VT1的基极，经放大后从集电极输出，直接耦合到VT3的基极，放大后从集电极输出。VT3集电极输出的正半周信号经VT6和VT7放大，由C7耦合到SP1中，VT3管集电极输出的负半周信号经VT8和VT9放大，由C7耦合到SP1中，在SP1上获得正、负半轴一个完整的信号。

VT1和VT2构成单端输入、单端输出式差动电路，是一级电压放大器。VT1基极偏置由R1提供，VT2基极偏置由R7提供，R7的右端接输出端，其直流电压为1/2（+V）。

推动极VT3的基极电压取自VT1的集电极，这两极之间采用直接耦合方式。C5是VT3的高频电压并联负反馈式消振电容，它容量小，对音频信号而言呈开路，对高频信号容抗很小，具有大的负反馈作用，以抑制放大器可能出现的高频自激。

半导体、集成电路、芯片到底是什么？它们有什么联系和区别呢？

日常生活中常常听到半导体、芯片、集成电路，但是你一定不清楚它们到底有什么区别和联系。

定义

半导体：顾名思义，在常温下导电性既不像导体那样导电性很好，也不像绝缘体那样导电性那么差，就是介于二者之间。常见的有硅、锗、砷化镓。

半导体主要由四个组成部分组成：集成电路、光电器件、分立器件、传感器。 同时形成了三代产品。

第一代：以硅、锗为代表

从1954年5月第一颗硅晶体管到今天的微处理器，已有近70年的历史。硅引领了半导体行业的迅速发展，其技术成熟、性价比高，被广泛地应用在集成电路领域。

我国在2000年后，才开始大力发展半导体行业。中兴、华为事件之后，彻底转变了思路，开始走上自主研发之路。

第二代：以砷化镓（GaAs）、锑化铟（InSb）、磷化铟（InP）为主

砷化镓具有高频、高温、低温性能好、噪声小、抗辐射能力强等优点。

锑化铟制造的晶体管具有相对较高的电子迁移率，运算速度将提升50%，消耗功率也将明显下降。

磷化铟具有饱和电子漂移速度高、抗辐射能力强、导热性好、光电转换效率高、禁带宽度高等诸多优点。

砷化镓磷化铟可以制作集成电路衬底、红外探测器、光通信的关键器件等。而磷化铟比砷化镓优势更强，可以开展光纤及移动通信的新产业，同时可以推动卫星通信业向更高频段发展。

第三代：以氮化镓（GaN）、碳化硅（SiC）、氧化锌(ZnO)、金刚石为代表

第三代半导体普遍拥有高击穿电场、高饱和电子速度、高热导率、高电子密度、高迁移率、可承受大功率等特点。

这个特点，使其可以用在5G、光伏、新能源汽车、快充等多个领域。

第三代半导体兴起于本世纪，各国的研究水平相差不远，我国处于相对领先地位，如果持续地加大研发投入，或可弯道超车。

集成电路就是把电路小型化的方式，英文名字是integrated circuit，简称IC。 这种方式主要应用在半导体设备上，也包括一小部分被动组件。

其主要是利用光刻、刻蚀技术将晶体管、微型电容、电阻、电感及线路布局在一小块晶圆上，最后进行封装。

集成电路按产品种类分为四大类：微处理器，存储器，逻辑器件，模拟器件。按照电路属性分：模拟集成电路、数字集成电路和混合信号集成电路。

芯片：又称微电路、微芯片、集成电路，是指内含集成电路的硅片，体积很小，常常是手机、电脑等电子设备的一部分。

可以说芯片是集成电路的载体 ，也是集成电路的主要表现方式。 在谈起CPU、GPU、存储器时，我们常把集成电路称作芯片。

集成电路和芯片的区别

1、二者表达侧重点不同。

集成电路侧重于电子电路， 是底层布局，而且范围更加广泛。

我们将几个二极管、三极管、电容、电阻混连在一起，就是集成电路。这个电路可以是模拟信号转换，或者具有放大器功能，也或者是逻辑电路。

芯片更为直观 ，就是我们看到的指甲块大小的、长着几个小脚、正方形或者长方形的物体。

芯片更侧重功能 ，比如：CPU用来信息处理、程序运行；GPU主要是图片渲染；存储器顾名思义，就是用来存储数据的。

2、制作方式不同

芯片制造的原材料是晶圆（硅、砷化镓），然后光刻、掺杂、封装、测试，才能完成芯片的制作。

芯片制造必须要使用到光刻机、刻蚀机等先进的设备。

集成电路所使用的原材料和工艺更加广泛，它只要将完整的电路（包含晶体管、电阻、电容和电感等元件）微缩，通过布线连在一起，制作在半导体晶片或介质基片上，然后封装在一个管壳内。

对于集成电路来说，光刻机、刻蚀机并不是必需品。

3、封装不同

芯片的封装最常见的是DIP封装，也叫双列直插式封装技术，双入线封装。这种封装的引脚数量一般不超过100，间距为2.54毫米。

集成电路被放入保护性封装中，以便于处理和组装到印刷电路板上，并保护设备免受损坏，存在大量不同类型的包。

简单来说，芯片的封装更加规则，方式也更加集中。而集成电路封装大小、形状不同，方式方法也更多。

4、作用不同

芯片是为了封装更多的电路，这样可以增加单位面积晶体管的数量，从而增强性能，增大功能。

集成电路中所有元件在结构上已组成一个整体，使电子元件向着微小型化、低功耗、智能化和高可靠性方面迈进了一大步。

二者都适用摩尔定律。即：价格不变时，集成电路上可容纳的元器件的数目，约每隔18-24个月便会增加一倍，性能也将提升一倍。这一定律揭示了信息技术进步的速度。

写到最后

半导体的范围十分庞大，它不仅包含了集成电路、芯片，也包含所有的二极管、三极管、晶体管等。

集成电路的范围要大于芯片。尽管很多时候我们把集成电路称作芯片。

总的来说：半导体>集成电路>芯片。

我是科技铭程，欢迎共同讨论！

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