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。 (基区空穴运动因浓度低而忽略),I CN,多数向 BC 结方向扩
3、散形成 ICN。,IE,少数与空穴复合，形成 IBN 。,I BN,基区空 穴来源,基极电源提供(IB),集电区少子漂移(ICBO),I CBO,IB,IBN IB + ICBO,即：,IB = IBN ICBO,2)电子到达基区后,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,IE = IC
4、 + IB,IE = IC + IB,IB = I BN ICBO,IC = ICN + ICBO,因为IC ICBO,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 0.2 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：,uC
5、E u BE,uCB = uCE u BE 0,条件：两个结正偏,特点：IC IB,临界饱和时： uCE = uBE,深度饱和时：uCE uBE,0.3 V (硅管),UCE(SAT)=,0.1 V (锗管),放大区,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 T1,2. 温度升高，输出特性曲线向上移。,温度每升高 1C， (0.5 1)%。,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
6、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 ICEO。,CB 极间反向饱和电流 ICBO，,CE 极间反向饱和电流 ICEO。,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
7、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,方框图的示意图,三、放大电路的四端网络表示,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
8、 (dB) = 20lg |Ai|,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
9、,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 共射基本放大电路的组成,2.3.1 共射基本放大电路的组成,以下四条是判断三极管放大电路能否放大的依据，四条必须同时满足。 1.发射结加正向电压 2.集电结加反向电压 3.把信号源加到b-e之间 4.在输入信号作用下得到不失真的输出信号，并且交流输出信号能够传送到负载上去。,输出不失真,发射结加正向电压,集电结加反向电压,RB,VBB,RC,C1,C2,T,放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射
10、结正偏。,输入,输出,参考点,+VCC,Rs,us,+,-,2.3.2放大电路中各元件的作用,使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE。,RB,+VCC,VBB,RC,C1,C2,T,基极电源与基极电阻,集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。,Rb,+VCC,VBB,RC,C1,C2,T,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,Rb,+VCC,VBB,RC,C1,C2,T,耦合电容： 电解电容，有极性， 大小为10F50F,作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。,RB,+VCC,VBB,RC,C1,C2,T,+,+,单电源供电,可以省去,RB
11、,+VCC,VBB,RC,C1,C2,T,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.,C1,+,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,Ic+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,uCE = VCC iC RC,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,uCE = VCC
12、 iC RC,将交流电压源短路将电容开路。,直流通路的画法：,2.3.3分析三极管电路的基本思想和方法,放大电路在放大时，电路中交直流信号并存，可以把直流通路和交流通路分别来分析,对交流信号(输入信号ui),1/C0,将直流电压源短路，将电容短路。,交流通路画法和步骤,交流通路,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,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 静态工作情况分析,为什么要 设置静态 工作点？,放大电
13、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。,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),+,+,-,-,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：,B
14、E = 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,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
15、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,uCE = VCC iC RC,二. 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,三.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！,交流通路,2.
16、 交流负载线,(1) 方程,其中：,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,4.最大输出电压幅度,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,2. 5 微变等效电路分析法,小信号模型,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非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。,建立小信号模型的思路,输入回路,输出回路,2. 输入电阻 的确定,rbe= rb + (1+ ) re,其中对于低
17、频小功率管 rb(100300）,则,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 微分等效模型。,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。,2.5.4. 放大电路的微变等效电路分析法,共 射 极 放 大 电 路,2.5.4. 放大电路的微变等效电路分析法,IC= IB IE,一、静态工作点（ IB、UBE、IC、UCE、 IE ）,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，
18、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,求：1. 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
19、.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 (V),uce, 交流通路,ube, 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
20、，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。,习题：,2.6.1 问题的提出,单管共射放大电路存在的问题,一 实验中出现的现象,2.6 射极偏置放大电路,当环境温度,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.
21、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,3 工作点上移时输出波形分析,“Q”过高引起饱和失真,ICS,NPN 管：底部失真为饱和失真。,不接负载时，交、直流负载线重合,静态是基础，动态是目的,2.6.2 电路组成及稳定静态工作点的原理,特点：RB1上偏流电阻、RB2下偏流电阻、RE发射极电阻 共发射极电路,电路组成,+UBEQ,IBQ,I1,IEQ,二 稳定静态工作点的原理,1.直流通路,ICQ,直流通路的画法,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UBE
22、IBQICQ,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,2.6.3 静态分析 求Q点（IBQ、ICQ 、UCEQ） 求法：画出直流通路求解 方法有二：一 估算法,说明Q是否合适,UB=VCCRB2 / (RB1+RB2),二 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,“-”表示Uo和
23、Ui反相。Au的值比固定偏流放大电路小了。,2.计算输入电阻,Ri，同时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=,如何提高电压放大倍数Au,？,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。,2.5.5 举例讨论,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
24、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。,一、如何使放大倍数减小不大，但输入电阻有所提高？,课后思考题：,二、计算输出电阻时，若考虑RE，如何计算输出电阻呢？,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、射极跟随器),IBQ = (VCC UBEQ) / RB +(1+ ) RE,ICQ = I BQ,UCEQ = VCC ICQ RE,2.7.2 静态分析,交流通路,小信号等效电路,RL = RE / R
25、L,2.7.3 动态分析,1.电压放大倍数：, 1,2.输入电阻：,3.输出电阻：,us = 0,+ u ,i,iRE,RS = Rs / RB,i = iRE ib ib,射极输出器特点,Au 1 输入输出同相,Ri 高,Ro 低,用途：输入级 输出级 中间隔离级,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”,IBQ = (VCC UBE) / RB + (1+ ) RE= (12 0.7) / 300 +121 1 27 (A),IE
26、Q I BQ = 3.2 (mA),UCEQ = VCC ICQ RE = 12 3.2 1 = 8.8 (V),2)求 Au，Ri，Ro,Rbe = 200 + 26 / 0.027 1.18 (k),Ri = 300/(1.18 121) = 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) / rbe + (1 + ) RE,Ri = 50 / 510 = 45 (k),Ri = (RB3 + RB1 / RB2) / rbe +
27、 (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,2.8.2、静态分析,2.8.3、动态性能指标分析,Ri,Ri,Ro,Ro = RC,特点：,1. Au 大小与共射电路相同。,2. 输入电阻小，Aus 小。,2. 9 组合单元放大电路,2.9.2 共集-共射和共射-共集组合放大电路,2.
28、9.1 复合管,2. 9.3 共射-共基组合放大电路,实际应用的放大电路，除了要有较高的放大倍数之外，往往还要对输入、输出电阻及其它性能提出要求。在放大电路中常用两个晶体管以不同的组态相互配合、联合使用，以发挥各自的优势。这样就形成了组合单元放大电路。 如共集-共集、共集-共射、共射-共基组合放大电路等。,NPN + NPN,NPN,PNP + PNP,PNP,NPN + PNP,NPN,PNP + NPN,PNP,一. 复合管的结构,2. 9.1 复合管,二. 复合管的构成规则,1. B1 为 B，C1 或 E1 接 B2 ， C2、E2 为 C 或 E；,2.应保证发射结正偏，集电结反偏；
29、,3. 复合管类型与第一只管子相同。,(a) 电路 (b) 计算复合后rbe电路 (c) 复合后的等效管,三. 复合管的,及rbe,(1) 复合管的等效,(2) 复合管的等效,rbe,四.复合管存在的问题及解决的措施,1.存在的问题穿透电流大,ICEO1,2 ICEO1,R,泻放 电阻,减小,2.措施加泻放电阻,2. 9.2 共集-共射和共射-共集组合放大电路,（当,1，且,）,一.共C-共E,特点：这种电路具有很高的输入电阻，信号源电压几乎全部 输送到共发射极电路的输入端，所以整个电路的电压增益近 似为后级共发射极电路的电压增益。,如果将共集电极电路作为输出级，与共发射 极电路构成共射-共集
30、（CE - CC）组合放大电路， 则放大电路具有很低的输出电阻，这在电压放大时，增强了放大电路的带负载能力，相当于将共发射极电路和负载之间加了一级隔离级。整个放大电路的电压增益，近似为共发射极电路的电压增益。,二.共E-共C,2. 9.3 共射-共基组合放大电路,(a) 共射-共基电路 (b) 微变等效电路,（,）,特点：前级电路负载电阻的减小，有利于该级输出回路时间 常数减小，使高频截止频率提高，展宽了放大电路的通频带。,求：1.“Q ”，2.分别求集电极输出电压，,发射极输出电压与输入电压之比,3.Ri，Ro。,例：已知电路如图所示,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、掌握共源、共漏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：1、 H参数微变等效电路的推导过程。2、组合放大电路的特点,
