1、,2.1 晶体管,2.2 放大的概念及放大电路的性能指标,2.3 共发射极放大电路的组成及工作原理,2.4 放大电路的图解分析法,2.5 放大电路的微变等效电路分析法,2.6 分压式稳定静态工作点电路,2.7 共集电极放大电路,2.8 共基极放大电路,2.9 组合单元放大电路,小结,第2章 晶体管及其基本放大电路,2.1 晶体管,2.1.1 晶体三极管,2.1.2 晶体三极管的特性曲线,2.1.3 晶体三极管的主要参数,(Semiconductor Transistor),2.1.1 晶体三极管,一、结构、符号和分类,发射极 E,基极 B,集电极 C,发射结,集电结, 基区, 发射区, 集电区
2、,emitter,base,collector,NPN 型,PNP 型,分类：,按材料分： 硅管、锗管,按功率分： 小功率管 500 mW,按结构分： NPN、 PNP,按使用频率分： 低频管、高频管,大功率管 1 W,中功率管 0.5 1 W,二、电流放大原理,1. 三极管放大的条件,内部 条件,发射区掺杂浓度高,基区薄且掺杂浓度低,集电结面积大,外部 条件,发射结正偏 集电结反偏,2. 满足放大条件的三种电路,共发射极,共集电极,共基极,3. 三极管内部载流子的传输过程,1) 发射区向基区注入多子电子，形成发射极电流 IE。,I CN,多数向 BC 结方向扩散形成 ICN。,IE,少数与空
3、穴复合，形成 IBN 。,I BN,I CBO,IB,IBN IB + ICBO,即：,IB = IBN ICBO,2)电子到达基区后,(基区空穴运动因浓度低而忽略),I CN,IE,I BN,I CBO,IB,3) 集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流 IC,IC,I C = ICN + ICBO,4. 三极管的电流分配关系,当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：,IB = I BN ICBO,IC = ICN + ICBO,穿透电流,IE = IC + IB,2.1.2 晶体三极管的特性曲线,一、输入特性,输入 回路,输出 回路,与二极管
4、特性相似,特性基本重合(电流分配关系确定),特性右移(因集电结开始吸引电子),导通电压 UBE(on),硅管： (0.6 0.8) V,锗管： (0.2 0.3) V,取 0.7 V,取 0.3 V,二、输出特性,截止区：IB 0 IC = ICEO 0条件：两个结反偏,截止区,ICEO,2. 放大区：,放大区,截止区,条件：发射结正偏集电结反偏 特点：水平、等间隔,ICEO,3. 饱和区：,uCE u BE,uBC = uBE uCE 0,条件：两个结正偏,特点：IC IB,临界饱和时： uCE = uBE,深度饱和时：,0.3 V (硅管),UCE(SAT)=,0.1 V (锗管),放大区
5、,截止区,饱 和 区,ICEO,三、温度对特性曲线的影响,1. 温度升高，输入特性曲线向左移。,温度每升高 1C，UBE (2 2.5) mV。,温度每升高 10C，ICBO 约增大 1 倍。,T2 T1,温度每升高 1C， (0.5 1)%。,2. 温度升高，输出特性曲线向上移。,输出特性曲线间距增大。,O,2.1.3 晶体三极管的主要参数,一、电流放大系数,1. 共发射极电流放大系数, 直流电流放大系数, 交流电流放大系数,一般为几十 几百,Q,2. 共基极电流放大系数, 1 一般在 0.98 以上。,Q,二、极间反向饱和电流,CB 极间反向饱和电流 ICBO，,CE 极间反向饱和电流 I
6、CEO。,三、极限参数,1. ICM 集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。,2. PCM 集电极最大允许功率损耗,PC = iC uCE。,U(BR)CBO 发射极开路时 C、B 极间反向击穿电压。,3. U(BR)CEO 基极开路时 C、E 极间反向击穿电压。,U(BR)EBO 集电极极开路时 E、B 极间反向击穿电压。,U(BR)CBO, U(BR)CEO, U(BR)EBO,2.2.1.放大的概念,2.2 概述,一.扩音机示意图,1) 输入量控制输出量,2)把直流能量转换成按输入量变化的交流能量,二.方框图,直流电源,信 号 源,放大 电路,负载,示意方框图,三、放大电路的四端网络表
7、示,us 信号源电压,Rs 信号源内阻,RL 负载电阻,ui 输入电压,uo 输出电压,ii 输入电流,io 输出电流,.2.2 放大电路的主要性能指标,电压增益 Au (dB) = 20lg |Au|,一、 放大倍数,电压放大倍数 Au = uo/ui,电流放大倍数 Ai = io/ ii,电流增益 Ai (dB) = 20lg |Ai|,放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，这里主要讲电压放大电路。,二、输入电阻,Ri 越大， ui 与 us 越接近,例 us = 20 mV，Rs = 600 ，比较不同 Ri 时的 ii 、ui。,当信号源有内阻时：,三、输
8、出电阻,放大电路的输出相当于负载的信号源，该信号源的内阻称为电路的输出电阻。,计算：,= 0,测量：,uot 负载开路时的输出电压；,uo 带负载时的输出电压，,Ro 越小，uot 和 uo 越接近。,四、 通频带,电抗元件(主要是电容)使放大电路对不同频率输入信号的放大能力不同，反映在：,Au( f ) 幅频特性, ( f ) 相频特性,1. 幅频特性和相频特性,2. 频带宽度(带宽)BW,Aum,fL,fH,下限 频率,上限 频率,中频段,低频段,高频段,BW0.7,BW0.7 = fH fL,(Band Width),2. 3 晶体管放大电路的组成及其工作原理,2.3.1 共射基本放大电
9、路的组成,2.3.2 共射基本放大电路的工作原理,1.发射结加正向电压,集电结加反向电压 2.把信号源加到b-e之间 3.放大后的交流输出信号能够传送到负载上去 以上三条是判断三极管放大电路能否放大的依据，三条必须同时满足。,2.3.1 共射基本放大电路的组成,交流输出传送到负载,发射结加正向电压,集电结加反向电压,RB,单电源供电,+VCC,RC,C1,C2,T,uo,+,-,+,+,2.3.2 共射基本放大电路的工作原理,1.静态：ui=0.,2.动态：ui0，若输入为正弦信号,IBQ,ui,O,t,O,t,O,t,uo,O,t,O,t,ICQ,UCEQ,BQ,O,符号说明,IB+ib,I
10、c+ic,UCE + uce,UBE + uce,IBQ,ui,O,t,iB,O,t,uCE,O,t,uo,O,t,iC,O,t,ICQ,UCEQ,UBEQ,uBE,O,t,2. 4 图解分析法,2.4.2 动态工作情况分析,2.4.1 静态工作情况分析,引 言,引 言,基本思想,非线性电路经适当近似后可按线性电路对待， 利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。,分析三极管电路的基本思想和方法,放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。,静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特性确定静 态值（直流值）UBE、IB、 IC 和UCE。可用放大电路的直流通路来分析。,2.4.1 静态工作情况分
11、析,Rb,为什么要 设置静态 工作点？,放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区以保证信号不失真。,将交流电压源短路将电容开路。,一、静态工作点的估算,1.直流通路,静态工作点（ IB、UBE、IC、UCE）,2.估算,（1）估算IB（ UBE 0.7V),Rb称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,（2）估算UCE、IC,IC= IB,例：用估算法计算静态工作点。,已知：VCC=12V，RC=4k， Rb=300k，=37.5。,解：,请注意电路中IB和IC的数量级,UBE 0.7V,R,+VCC,RC,T,IC,UBE,UCE,( IC,UCE ),(IB,UBE),+,+,-,
12、-,二、用图解法确定静态工作点,1.在输入回路中确定 (IB,UBE),根据输入特性曲线及直流负载线方程：,BE = V BRB,输入回路图解,Q,静态工作点,VCC,VCC/RB,UBEQ,IBQ,O,可在输入特性曲线 找出静态工作点,uCE = VCC iC RC,输出回路图解,VCC,VCC/RC,O,Q,UCEQ,ICQ,iB,根据输出特性曲线及直流负载线方程：,2.在输出回路中确定 (IC,UCE),(IB,UBE) 和( IC,UCE )分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为静态工作点。,直流负载线,三、电路参数对静态工作点的影响,1. 改变 RB，其他参数不变,R B iB ,
13、Q 趋近截止区；,R B iB ,Q 趋近饱和区。,2. 改变 RC ，其他参数不变,RC Q 趋近饱和区。,2.4.2 用图解法确定动态工作情况,一. 输出空载时的图解法,1.根据ui在输入特性上画出ib和ube,0.7 V,Q,ui,IBQ,2.根据ib在输出特性上画出ic和uce,说明uce和ui反向，同时可以求出电压放大倍数,0.7 V,Q,ui,O t,IBQ,Q,Q,Q,O t,ICQ,UCEQ,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,二 .接上负载为RL时的图解法,RL,输出端接入负载RL，不影响Q ，影响动态！,(2) 目的,(3) 画法,(1) 含义,1.交流通路,对交流信号
14、(输入信号ui),1/C0,将直流电压源短路，将电容短路。,方法和步骤,交流通路,2. 交流负载线,(1) 方程,其中：,iC,UCE,VCC,IB,交流负载线,直流负载线,Q,ICQ,UCEQ,ICQRL,交流量ic和uce有如下关系：,这就是说，交流负载线的斜率为：,(2).交流负载线的作法： 斜 率为-1/RL 。（ RL= RLRc ）,经过Q点。,IB,交流负载线,直流负载线,斜 率为-1/RL 。 （ RL= RLRc ）,经过Q点。,u,iu/RL,直流负载线是用来确定工作点的； 交流负载线是用来画出波形，分析波形失真。,注意： （1）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨
15、迹。,（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。,三. 放大电路的非线性失真问题,1. “Q”过低引起截止失真,NPN 管： 顶部失真为截止失真。,PNP 管： 底部失真为截止失真。,不发生截止失真的条件：IBQ Ibm 。,2.“Q”过高引起饱和失真,ICS,NPN 管：底部失真为饱和失真。,PNP 管：顶部失真为饱和失真。,IBS 基极临界饱和电流。,不发生饱和失真的条件： IBQ + I bm IBS,3.选择工作点的原则：,当 ui 较小时，为减少功耗和噪声，“Q” 可设得低一些；,为获得最大输出，“Q” 可设在交流负载线中点。,为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；,4.最大输出
16、电压幅度,放大电路在电路参数确定的条件下，输出端不发生饱和失真,和截止失真的最大输出信号电压的幅值称为最大不失真输出,电压幅值(Uom)M,放大器最大不失真输出电压的峰值(Uom)M为UF、UR所确定 的数值中较小的一个，,(1) 受截止失真限制最大不失真输出电压UF的幅度,(2) 受饱和失真限制最大不失真输出电压UR的幅度,(Uom)M = minUR,UF,例2-6,优点:可以直观全面地了解放大电路的工作情况，通过选择电路参数在特性曲线上合理地设置静态工作点，分析最大不失真输出电压、失真情况并估算动态工作范围。 缺点:在特性曲线上作图比较繁琐，误差大，信号频率较高时，特性曲线不再适用。因此
17、图解法只适合分析输出幅值比较大且工作频率较低的情况。在分析其他动态指标，如输入电阻、输出电阻等时比较困难。下一节将要讨论更为简便有效的分析方法，微变等效电路分析法。,图解法的优缺点,2. 5 微变等效电路分析法,2.5.3 H参数小信号模型,2.5.2 H参数的引出,2.5.1引 言,一 建立小信号模型的意义,由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是在一定的条件下（工作点附近）将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。,2.5.1 引 言,当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个
18、非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,二 建立小信号模型的思路,2.5.2 H参数的引出,在小信号情况下，对上两式取全微分得,对于BJT双口网络，我们已经知道输入输出特性曲线如下：,uBE=f(iB，uCE),iC=g(iB ，uCE),一.求变化量之间的关系,输出端交流短路时的输入电阻；,2.H参数的含义和求法,输入端电流恒定（交流开路）的反向电 压传输比,输出端交流短路时的正向电流传输比或电流放大系数；,输入端电流恒定（交流开路）时的输出电导。,四个参数量纲各不相同，故称为混合参数（H参数）。,2.5.3 H参数小信号模型,根据,可得小信号模型,H参数都是小信号参数，即微变参数或交流
19、参数。 H参数与工作点有关，在放大区基本不变。,1. 模型的简化,即 rbe= h11e = h21euT = h12e rce= 1/h22e,一般采用习惯符号,则BJT的H参数模型为, uT很小，一般为10-310-4 ， rce很大，约为100k。故一般可忽略它们的影响，得到简化电路, ib 是受控源 ，且为电流控制电流源(CCCS)。 电流方向与ib的方向是关联的。,2. H参数的确定, 一般用测试仪测出；, rbe 与Q点有关，可用图示仪测出。,一般也用公式估算 rbe,rbe= rb + (1+ ) re,其中对于低频小功率管 rb(100300）,则,一.等效电路的画法,共 射
20、极 放 大 电 路,2.5.4. 放大电路的微变等效电路分析法,画微变等效电路,二.动态指标的计算,1.电压放大倍数的计算,负载电阻越小，放大倍数越小。,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。,2. 输入电阻的计算：,根据输入电阻的定义：,所以：,用加压求流法求输出电阻：,3.输出电阻的计算：,根据定义,三. 晶体管放大电路动态分析步骤, 分析直流电路，求出“Q”，计算 rbe。, 画电路的交流通路 。, 在交流通路上把三极管画成 H 参数模型。,分析计算叠加在“Q”点上的各极交流量。, 分析计算电压放大倍数,输入,输出电阻及各极交流量。,求：1.
21、静态工作点。,例,2.电压增益AU、输入电阻Ri、输出电阻R0 。,3. 若输出电压的波形出现如 下失真 ，是截止还是饱和失,真？应调节哪个元件？如何调节？,解：1 .,2. 思路：微变等效电路,AU、Ri 、R0,3.判断非线性失真,(1)是截止还是饱和失真？,（2）应调节哪个元件？如何调节？,例 = 100，uS = 10sin t (mV)，求叠加在“Q” 点上的各交流量。,12 V,12 V,510,470 k,2.7 k,3.6 k,解,令 ui = 0，求静态电流 IBQ, 求“Q”，计算 rbe,ICQ = IBQ = 2.4 mA,UCEQ = 12 2.4 2.7 = 5.5
22、 (V), 交流通路, 小信号等效电路, 分析各极交流量, 分析各极总电量,uBE = (0.7 + 0.0072sint )V,iB = (24 + 5.5sint) A,iC = ( 2.4 + 0.55sint ) mA,uCE = ( 5.5 0.85sint ) V,图解法、微变等效电路法 比较,(1) 图解法，精度低，繁琐，适合大信号的场合。其要点是：首先确定静态工作点Q，然后根据电路的特点，做出直流负载线，进而画出交流负载线，最后，画出各极电流电压的波形。求出最大不失真输出电压。,(2) 微变等效电路法。 首先用直流通路分析静态工作点Q。 画出交流通路，用晶体管的微变模型代替交流
23、通路中的晶体管，得到放大电路的微变等效电路。 通过微变等效电路求解动态性能指标：放大倍数、输入电阻和输出电阻。,2.6 射极偏置放大电路,当环境温度升高,这是什么失真？为什么产生失真？,二、 静态工作点的位置发生变化的原因,1 温度对晶体管参数的影响,TICBO,温度每升高10oC, ICBO一倍,TUBE,温度每升高1oC, UBE2.5mV,T,温度每升高1oC,/ 0.51%,2 温度对静态工作点的影响,ICQ=IBQ+(1+) ICBO,IBQ=（Vcc- UBE）/ RB,TICQQ饱和失真,ICS,NPN 管构成的共射放大电路： “Q”过高引起底部失真（饱和失真）。,3 工作点上移
24、时输出波形分析,2.6.2 射极偏置放大电路,特点：RB1上偏流电阻、RB2下偏流电阻、RE发射极电阻,、电路组成,共发射极电路,+UBEQ,IBQ,I1,IEQ,二、 稳定静态工作点的原理,1.直流通路,ICQ,若电路调整适当，可以使ICQ基本不变。,2.稳定过程（原理）,TICQICQREUB固定UBEIBQICQ,3.稳定的条件 UB固定 UB=VCCRB2 / (RB1+RB2),（1）I1 IB 硅管I1=（5-10）IBQ锗管I1=（10-20）IBQ （2）UB UBE 硅管UB=（3-5）V 锗管UB=（1-3）V,当I1IBQ时，,只要参数RB1、RB2固定，则UB就是固定的
25、。,如果满足UB UBEQ，则可求出,故ICQ固定，达到了稳定静态工作点的目的。,2.6.3 静态分析 求Q点（IBQ、ICQ 、UCEQ） 求法：画出直流通路求解,1. 估算法,2. 利用戴维南定理（同学自己做）,2.6.4 动态分析求AU、Ri、RO一 画出放大电路的微变等效电路1.画出交流通路,2.画出放大电路的微变等效电路,二、计算动态性能指标,1.计算Au,2.计算输入电阻,Ri，说明公式的记法和折合的概念。,uo在RE两端的电压可以忽略不计，因此RoRc 。,3. 计算输出电阻RoRo=uo/io Us=0RL=,在RE两端并联一个电容，则放大倍数 与固定偏置放大电路相同。,2.6
26、.5 讨论,Ri=RB1/RB2/rberbe,例 = 100，RS= 1 k，RB1= 62 k，RB2= 20 k, RC= 3 k，RE = 1.5 k，RL= 5.6 k，VCC = 15 V。 求：“Q”，Au，Ri，Ro。,1)求“Q”,解,2)求 Au，Ri，Ro ， Aus,Ro = RC = 3 k,小 结,分析了固定偏置放大电路产生失真的原因。 分析了射极偏置放大电路稳定静态工作点的原理。 重点分析计算了分压式偏置放大电路的性能指标。 深入讨论了射极电阻对静态和动态的影响， 为今后学习反馈建立基础概念。,2. 7 共集电极放大电路,2.7.1 电路组成及特点(射极输出器、射
27、极跟随器),特点 (1) 输入b，输出e，交流地c ，称共集电极电路。 (2)负载电阻RL接到发射极回路，故称射极输出器。,IBQ = (VCC UBEQ) / RB +(1+ ) RE,ICQ = I BQ,UCEQ = VCC ICQ RE,2.7.2 静态分析,直流通路：,交流通路,小信号等效电路,RL = RE / RL,2.7.3 动态分析,1.电压放大倍数：, 1,讨论：“+”是输入和输出同相 |Au|1 ，|Au| 接近于1，即Uo与Ui相同，故称射极跟随器。,2.输入电阻：,讨论： Ri提高了 注意rbe与RL串联时，一定要乘 (1+) ， 即rbe+(1+) RL,3.输出电
28、阻：,us = 0,+ u ,i,iRE,RS = Rs / RB,i = iRE ib ib,讨论： Ro 一般为几-几十 注意RE与rbe+Rs并联时，一定要除一个折合系数 (1+),射极输出器特点,应用：输入级 输出级 中间隔离级,Au 1 输入输出同相,Ri 高,Ro 低,在输入级中应用，可提高输入电阻；在中间级中应用，进行阻抗变换；在输出级中应用，减小输出电阻，提高带负载能力。,4.例 =120，RB = 300 k，rbb= 200 ， UBEQ = 0.7 V, RE = RL = Rs = 1 k，VCC = 12V。 求：“Q ”，Au，Ri，Ro。,解,1)求 “Q”,IB
29、Q = (VCC UBE) / RB + (1+ ) RE= (12 0.7) / 300 +121 1 27 (A),IEQ I BQ = 3.2 (mA),UCEQ = VCC ICQ RE = 12 3.2 1 = 8.8 (V),2)求 Au，Ri，Ro,rbe = 300 + 26 / 0.027 1.18 (k),Ri = 300/(1.18 +121 0.4) = 51.2 (k),RL= 1 / 1 = 0.4 (k),5. 自举电路,(2)电路组成及特点,(3)输入电阻的计算,（1）问题的提出：提高 Ri 的电路,无 C3、RB3：,Ri = (RB1 / RB2) / rb
30、e + (1 + ) RE,Ri = 50 / 510 = 45 (k),Ri = (RB3 + RB1 / RB2) / rbe + (1+ )RE,Ri = (100 + 50) / 510 = 115 (k),无 C3 有 RB3 ：,接 C3 ：,RB3 / rbe rbe,Ri = rbe+ (1 + ) (RB/ RE) = (1 + ) (RB / RE ),Ri = 51 50 / 10 = 425 (k),10 k,2. 8 共基极放大电路,2.8 .1 电路组成及特点,输入：发射极e 输出：集电极c 基极b：交流地 共基极放大电路,2.8.2、静态分析,同射极偏置放大电路,
31、直流通路,2.8.3、动态性能指标分析,讨论：“+”是输入和输出同相 数值与基本的共射放大电路相同。,Ro = RC,Ri,Ri,Ro,讨论：rbe为晶体管等效的输入电阻，当折合到发射极回路时减小到1/（1+） 。 共基极放大电路的输入电阻很低，一般为几欧到几十欧。,讨论：数值与基本的共射放大电路相同。,共基极放大电路的特点：,1. Au 、RO大小与共射电路相同。,2. 输入电阻小，Aus 小。,应用：很低的输入电阻，使得晶体管的结电容影响不明显，所以其频率特性是三种接法中最好的，常用于宽频带放大电路和高频电压放大的场合。,基本共射放大电路,共集放大电路,Ro = RC,共基放大电路,三种基
32、本组态放大电路的比较 ：, 共发射极放大电路：电压和电流增益都较大，功率增益是最大，输入和输出电阻并不理想，频带较窄，常用作低频电压放大电路中的主放大级，多级放大电路中的中间级。, 共集电极放大电路：有电流增益，电压放大倍数小于且接近于1，具有电压跟随的特点，输入电阻大，输出电阻小，常被用于多级放大电路的输入级和输出级，或作为隔离用的中间级。, 共基极放大电路：有电压增益，没有电流增益，电流增益小于1，且具有很低的输入电阻，这使得晶体管的结电容影响不明显，所以其频率特性是三种接法中最好的，常用于宽频带放大电路和高频电压放大的场合。,教学基本要求,掌握 1.晶体管的特性和主要参数2、晶体管放大电路的组成原则,图解法，微变等效电路法.3、会计算晶体管放大电路的静态工作点和动态性能指标.4、掌握共射、共集放大电路的工作原理和分析方法,理解：1.晶体管结构和工作原理2.放大的基本概念，放大电路的主要指标 3.各种基本放大电路的组成特点4.复合管的工作原理,了解： H参数微变等效电路的推导过程。,
