1、1三极管半导体三极管又称“晶体三极管”或“晶体管”。在半导体锗或硅的单晶上制备两个能相互影响的 PN 结，组成一个 PNP（或 NPN）结构。中间的 N 区（或 P 区）叫基区，两边的区域叫发射区和集电区，这三部分各有一条电极引线，分别叫基极 B、发射极 E 和集电极 C，是能起放大、振荡或开关等作用的半导体电子器件。三极管的工作原理晶体三极管（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 和锗 PNP 两种三极管，（其中，N 表示在高纯度硅中加入磷，是指取代一些硅原子，在电压刺激下产生自由电子导电，而 p 是加入硼取代硅
2、，产生大量空穴利于导电）。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。 对于 NPN 管，它是由 2 块 N 型半导体中间夹着一块 P 型半导体所组成，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。 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 Ebo。 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
3、，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对方扩散，但因前者的浓度基大于后者，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了。 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集电流 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 Ibo.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
4、维持一定的比例关系，即： 1=Ic/Ib 式中：1-称为直流放大倍数， 集电极电流的变化量Ic 与基极电流的变化量Ib 之比为： = Ic/Ib 式中 -称为交流电流放大倍数，由于低频时 1 和 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， 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。 三极管放大时管子内部的工作原理 1、发射区向基区发射电子 电源 Ub 经过电阻 Rb 加在发射结上，发射结正偏，发射区的多数载流子(自由电子）不断地越过发射结进入基区，形成发射极电流 Ie。同时基区多数载流子也向发射区扩散
5、，但由于多数载流子浓度远低于发射区载流子浓度，可以不考虑这个电流，因此可以认为发射结主要是电子流。2、基区中电子的扩散与复合 电子进入基区后，先在靠近发射结的附近密集，渐渐形成电子浓度差，在浓度差的作用下，促使电子流在基区中向集电结扩散，被集电结电场拉入集电区形成集电极电流 Ic。也有很小一部分电子（因为基区很薄）与基区的空穴复合，扩散的电子流与复合电子流之比例决定了三极管的放大能力。 3、集电区收集电子 由于集电结外加反向电压很大，这个反向电压2产生的电场力将阻止集电区电子向基区扩散，同时将扩散到集电结附近的电子拉入集电区从而形成集电极主电流 Icn。另外集电区的少数载流子（空穴）也会产生漂
6、移运动，流向基区形成反向饱和电流，用 Icbo 来表示，其数值很小，但对温度却异常敏感。需要说明的是三极管有三个电极，在放大电路中可以有三种连接方式，共基极，共发射极，共集电极电路，即分别把基极、发射极、集电极作为输入和输出的共同端。无论是那种连接方式都要使发射结正偏和集电极结反偏，而其内部的载流子的传输的过程相同。下面是三极管的一些主要的工作的参数：特征频率：当三极管工作在特征频率的时候，三极管将完全失去放大的功能，如果工作的频率高于特征频率的时候，三极管完全不能工作。工作的电压和电流：这个可以指定该管的电压和电流的使用范围；hFE:电流的放大倍数，描述的是三极管的核心参数，电流放大倍数；V
7、CEO：集电极发射极反向击穿电压，表示临界饱和时的饱和电压。PCM：最大允许耗散功率。封装形式：指定该管的外观形状,如果其它参数都正确，封装不同将导致组件无法在电路板上实现。三极管的工作的状态分析现在讨论基本共射级电路的工作的特性。BJT 连接成共射级的、放大电路的时候，输入电压是 Vbe,输入电流是 Ib,输出的电压是 Vce，输出的电流是 Ic.输入特性：共射级放大电路的输入特性描述的是输出电压为某一数值的时候，输入的电流 Ib 和输入的电压 Vbe 之间的关系。三者的变化的关系是当 Vbe一定的时候，随着 Vce 的增加，Ib 将减小，画在曲线中的时候是曲线想后移动；当 Vce 不变的时
8、候，随着基极电压的增加，基极的电流 Ib 将会增大，其性能和二极管的放大的曲线一致。当 Vce 较小的时候，集电结会处在正偏或者是反偏电压很小的状态，此时收集电子的能力很弱，而基区的复合作用很强，所以在Vbe 相同的条件下，Ib 较大。当电压增大到 1V 的时候，集电结上的反偏电压加大，内电场增强，收集电子的能力增强，与此同时，集电结空间电荷区也变宽，从而使基区的有效的宽度减少，载流子在基区的复合的机会减少，结果是使 Ib减小。通常将 Vce 的变化的效应称为基区宽度调制效应。但是 Vce=10V 和Vce=1V 的输入特性曲线非常接近。这是因为只要只要保持 Vbe 不变，则从发射区扩散到基区
9、的电子的数目不变，而 Vce 增加到 1V 以后，集电结的电场已经足够的高，已能吧发射到基区的电子中的绝大多数收集到集电区，以至于 Vce 在增加，Ib 也不再明显的减少，因此可近似认为 BJT 在 Vce1V 后的任何曲线基本是重合的。1、输入特性 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 0-2 伏范围内，曲线位置和形状与 Uce 有关，但当 Uce 高于 2 伏后，曲线 Uce 基本无关通常输入特性由两条曲线（和）表示即可。 2.当UbeUbeR 时，IbO 称（0UbeR)的区段为“死区”当 UbeUbeR 时，Ib 随Ube 增加而增加，
10、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=(Ube/Ib)Q 点，其估算公式为：rbe=rb+(+1)(26 毫伏/Ie3毫伏）rb 为三极管的基区电阻，对低频小功率管，rb 约为 300 欧。 输出特性：共射级连接时的输出特性曲线描述了当输入电流 Ib 为某一数值的时候，集电极电流 Ic 和电压 Vce 之间的关系，用函数表达的时候是Ic=f(Vce)。BJT 有三种工作的状态：放大区，饱和区和截止区。1. 放大区在放大区的区域中，BJT 的特性曲线的特点是各条曲线几乎和横坐标轴平行，但是随着 Vce 的增加，各条曲线向上倾斜。这说明在该区域内，Ic 主要受I
11、b 的控制。Vce 对 Ic 的影响有基区宽度调制效应产生，即 Vce 增加时，基区有效宽度减少，载流子在基区的复合的机会减少，是电流放大倍数 B 略有增加，在保持 Ib 不变的情况下，Ic 将随 Vce 的增大而略有增加。2.饱和区BJT 的发射结和集电结均处在正向偏置的区域为饱和区。在该区域内，一般有 Vce=Vbe，因而集电结内电场被削弱，集电结收集载流子的能力较弱，这时即使 Ib 的增加，Ic 也增加的不多，或者基本不变，说明 Ic 不再服从 Bib 的电流分配关系了。但 Ic 随着 Vce 的增加而迅速上升。在该区域内 Vce 很小，称为BJT 的饱和压降 Vces,其大小与 Ib
12、和 Ic 有关，3.截止区截止区是指发射结和集电结均反向偏置，发射极电流 Ie=0 所对应的区域，但是对于小功率管工程上常把 Ib=0 那条输出曲线以下的区域称为截止区。当三极管之基极不加偏压或加上反向偏压使 BE 极截止时 (BE 极之特性和二极管相同，须加 上大于 0.7V 之正向偏压时才态导通)，基极电流 IB=0，因为 IC=IB，所以 IC=IE=0，此时 CE 极之间相当于断路，负载无电流。效益高的三极管，a 可以比 0.99 大，也就是只有小于 1%的射极电流在基极与射极内与基极的主要载体复合，超过 99%的射极电流到达集电极！了解正向活性区的工作原理后，三极管在其他偏压方式的工
13、作情形就很容易理解了。表1 列出三极管四种工作方式的名称及对应之 BE 和 BC 之 pn 接面偏压方式。反4向活性区(reverse active)是将原来之集电极用作射极，原来的射极当作集电极，但由于原来集电极之掺杂浓度较基极低，正向偏压时由原基极注入到原集电极之载体远较原集电极注入基极的多，效益很差，也就是说和正向活性区相比，提供相同的基极电流，能够开关控制的集电极电流较少，a 较小。在饱和区(saturation)，两个接面都是正向偏压，射极和集电极同时将载体注入基极，基极因此堆积很多少数载体，基极复合电流大增，而且射极和集电极的电流抵销，被控制的电流量减小。在截止区(cut off)
14、，BE 和 BC 接面均不导通，各极间只有很小的反向饱和电流，三极间可视作开路，也就是开关在关的状态。 三极管的各种工作的状态：正向活性区 反向活性区 饱和区 截止区名称(forward active) (reverse active) (saturation) (cut off ) BE 接面 正向偏压 反向偏压 正向偏压 反向偏压BC 接面 反向偏压 正向偏压 正向偏压 反向偏压用途线性信号放大器数字电路开关电路很少使用 数字电路 开关电路 数字电路 开关电路工作模式 发射结 集电结饱和 正向偏压 正向偏压线性 正向偏压 反向偏压反向 反向偏压 正向偏压截止 反向偏压 反向偏压表中同时列出
15、了四种工作方式的主要用途。 三极管在数字电路中的用途其实就是开关，利用电信号使三极管在正向活性区（或饱和区）与截止区间切换，就开关而言，对应开与关的状态，就数字电路而言则代表 0 与 1（或 1 与 0）两个二进位数字。若三极管一直维持偏压在正向活性区，在射极与基极间微小的电信号（可以是电压或电流）变化，会造成射极与集电极间电流相对上很大的变化，故可用作信号放大器。下面在介绍完三极管的电流电压特性后，会再仔细讨论三极管的用途。放大电路三极管工作状态有三种，放大、饱和、截止，其中又以放大状态最为复杂，主要用于小信号的放大领域，常用的三极管放大电路形式有：共发射极放大电路，共集电极放大电路，共基极
16、放大电路三种，其中共集电路用于电流放大（功率放大），共基电路用于高频放大，共射电路用于低频放大。 三极管放大电路包含静态参数和动态参数两大类，静态参数又称静态工作点，是保证三极管正常工作的基础，意义是在输入条件为零时，晶体管的基极5电流 Ib，集电极电流 Ic，be 极之间的电压 Ubc，管压降 Uceq。当有输入信号时，晶体管呈现的输入电阻 Ri，输出电阻 Ro，电压增益 Au 等参数被称为动态参数。另外还有一类参数被称为放大电路频率特性参数，主要包括放大电路的低频端截止频率，高频端截止频率，通频带，增益平坦度，幅（度）频（率）特性曲线等。 三极管的作用 晶体三极管，是最常用的基本元器件之一
17、，晶体三极管的作用主要是电流放大，他是电子电路的核心元件，现在的大规模集成电路的基本组成部分也就是晶体三极管。 三极管基本机构是在一块半导体基片上制作两个相距很近的 PN 结，两个PN 结把正块半导体分成三部分，中间部分是基区，两侧部分是发射区和集电区，排列方式有 PNP 和 NPN 两种， 从三个区引出相应的电极，分别为基极 b 发射极e 和集电极 c。发射区和基区之间的 PN 结叫发射结，集电区和基区之间的 PN 结叫集电极。基区很薄，而发射区较厚，杂质浓度大，PNP 型三极管发射区“发射“的是空穴，其移动方向与电流方向一致，故发射极箭头向里；NPN 型三极管发射区“发射“的是自由电子，其
18、移动方向与电流方向相反，故发射极箭头向外。发射极箭头向外。发射极箭头指向也是 PN 结在正向电压下的导通方向。硅晶体三极管和锗晶体三极管都有 PNP 型和 NPN 型两种类型。 三极管是一种控制元件，三极管的作用非常的大，可以说没有三极管的发明就没有现代信息社会的如此多样化，电子管是他的前身，但是电子管体积大耗电量巨大，现在已经被淘汰。三极管主要用来控制电流的大小，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
19、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，这就是三极管的电流放大作用。 刚才说了电流放大是晶体三极管的作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将 Ic/Ib 的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。根据三极管的作用我们分析它可以把微弱的电信号变成一定强度的信号，当然这种转换仍然遵循能量守恒，它只是把电源的能量转换成信号的能量罢了
20、。三极管有一个重要参数就是电流放大系数 。当三极管的基极上加一个微小的电流时，在集电极上可以得到一个是注入电流 倍的电流，即集电极电流。集电极电流随基极电流的变化而变化，并且基极电流很小的变化可以引起集电极电流很大的变化，这就是三极管的放大作用。三极管的作用还有电子开关，配合其它元件还可以构成振荡器，此外三极管还有稳压的作用。 6测试三极管要使用万用电表的欧姆挡，并选择 R100 或 R1k 挡位。红表笔所连接的是表内电池的负极，黑表笔则连接着表内电池的正极。 假定我们并不知道被测三极管是 NPN 型还是 PNP 型，也分不清各管脚是什么电极。测试的第一步是判断哪个管脚是基极。这时，我们任取两
21、个电极(如这两个电极为1、2)，用万用电表两支表笔颠倒测量它的正、反向电阻，观察表针的偏转角度；接着，再取 1、3 两个电极和 2、3 两个电极，分别颠倒测量它们的正、反向电阻，观察表针的偏转角度。在这三次颠倒测量中，必然有两次测量结果相近：即颠倒测量中表针一次偏转大，一次偏转小；剩下一次必然是颠倒测量前后指针偏转角度都很小，这一次未测的那只管脚就是我们要寻找的基极。 二、 PN结，定管型 找出三极管的基极后，我们就可以根据基极与另外两个电极之间PN 结的方向来确定管子的导电类型。将万用表的黑表笔接触基极，红表笔接触另外两个电极中的任一电极，若表头指针偏转角度很大，则说明被测三极管为NPN 型
22、管；若表头指针偏转角度很小，则被测管即为 PNP 型。 三、 顺箭头，偏转大 找出了基极 b，另外两个电极哪个是集电极 c，哪个是发射极 e 呢?这时我们可以用测穿透电流 ICEO 的方法确定集电极 c 和发射极 e。 (1) 对于 NPN 型三极管，穿透电流的测量电路。根据这个原理，用万用电表的黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻 Rce 和 Rec，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：黑表笔c 极b 极e 极红表笔，电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致(“顺箭头”)，所以此时黑表笔所接的一定是集电极c，红表笔所接的一定是发
23、射极 e。 (2) 对于 PNP 型的三极管，道理也类似于 NPN 型，其电流流向一定是：黑表笔e 极b 极 c 极红表笔，其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极 e，红表笔所接的一定是集电极 c。 四、 测不出，动嘴巴 若在“顺箭头，偏转大”的测量过程中，若由于颠倒前后的两次测量指针偏转均太小难以区分时，就要“动嘴巴”了。具体方法是：在“顺箭头，偏转大”的两次测量中，用两只手分别捏住两表笔与管脚的结合部，用嘴巴含住(或用舌头抵住)基电极 b，仍用“顺箭头，偏转大”的判别方法即可区分开集电极 c 与发射极三极管的主要参数 1、直流参数 （1）集电极一基极反向
24、饱和电流 Icbo，发射极开路（Ie=0)时，基极和集电极之间加上规定的反向电压 Vcb 时的集电极反向电流，它只与温度有关，在一定温度下是个常数，所以称为集电极一基极的反向饱和电流。良好的三极管，Icbo 很小，小功率锗管的 Icbo 约为 110 微安，大功率锗管的 Icbo 可达数毫安培，而硅管的 Icbo 则非常小，是毫微安级。 （2）集电极一发射极反向电流 Iceo(穿透电流）基极开路（Ib=0）时，集电极和发射极之间加上规定反向电压 Vce 时的集电极电流。 Iceo 大约是 Icbo 的 倍即 Iceo=(1+)Icbo o Icbo 和 Iceo 受温度影响极大，它们是衡量管子
25、热7稳定性的重要参数，其值越小，性能越稳定，小功率锗管的 Iceo 比硅管大。 （3）发射极-基极反向电流 Iebo 集电极开路时，在发射极与基极之间加上规定的反向电压时发射极的电流，它实际上是发射结的反向饱和电流。 （4）直流电流放大系数 1（或 hEF）这是指共发射接法，没有交流信号输入时，集电极输出的直流电流与基极输入的直流电流的比值，即： 1=Ic/Ib 2、交流参数 （1）交流电流放大系数 （或 hfe）这是指共发射极接法，集电极输出电流的变化量Ic 与基极输入电流的变化量Ib 之比，即：= Ic/Ib 。一般电晶体的 大约在 10-200 之间，如果 太小，电流放大作用差，如果 太
26、大，电流放大作用虽然大，但性能往往不稳定。 （2）共基极交流放大系数 （或 hfb）这是指共基接法时，集电极输出电流的变化是Ic 与发射极电流的变化量Ie 之比，即：=Ic/Ie 。因为IcIe，故 1。高频三极管的 0.90 就可以使用 与 之间的关系： = /（1+） = /（1-）1/（1-） （3）截止频率 f、f 当 下降到低频时 0.707 倍的频率，就什发射极的截止频率 f；当 下降到低频时的 0.707 倍的频率，就什基极的截止频率 fo f、 f 是表明管子频率特性的重要参数，它们之间的关系为： f（1-）f （4）特征频率 fT 因为频率 f 上升时， 就下降，当 下降到
27、1 时，对应的fT 是全面地反映电晶体的高频放大性能的重要参数。 3、极限参数 （1）集电极最大允许电流 ICM 当集电极电流 Ic 增加到某一数值，引起 值下降到额定值的 2/3 或 1/2，这时的 Ic 值称为 ICM。所以当 Ic 超过 ICM 时，虽然不致使管子损坏，但 值显著下降，影响放大品质。 （2）集电极-基极击穿电压 BVCBO 当发射极开路时，集电结的反向击穿电压称为 BVEBO。 （3）发射极-基极反向击穿电压 BVEBO 当集电极开路时，发射结的反向击穿电压称为 BVEBO。 （4）集电极-发射极击穿电压 BVCEO 当基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压，使
28、用时如果 VceBVceo，管子就会被击穿。 （5）集电极最大允许耗散功率 PCM 集电流过 Ic，温度要升高，管子因受热而引起参数的变化不超过允许值时的最大集电极耗散功率称为 PCM。管子实际的耗散功率于集电极直流电压和电流的乘积，即 Pc=UceIc.使用时庆使PcPCM。 PCM 与散热条件有关，增加散热片可提高 PCM。晶体三极管用途：晶体三极管的用途主要是交流信号放大，直流信号放大和电路开关。晶体三极管偏置：使用晶体管作放大用途时，必须在它的各电极上加上适当极性的电压，称为“偏置电压”简称“偏压”， 又“偏置偏流”。电路组成上叫偏置电路。晶体管各电极加上适当的偏置电压之后，各电极上便
29、有电流流动。 通过发射极的电流称为“射极电流”，用 IE 表示；通过基极的8电流称为“基极电流”，用 IB 表示；通过集电极的电流称为“集极电流”，用IC 表示。三极管基本放大电路分析和频率响应分析基本的放大电路的分析：常见的三极管放大电路按照连接方式的不同分为共射级放大电路，共基极方法电路，共集电极放大电路。三者各有各自的特点。共射级放大电路是指的是信号从基极输入，从集电极取出信号的放大电路。共集级放大电路是指的信号从基极输入，信号从集电极输出，这个也就是我们常说的射级跟随器，没有电压的放大的功能，一般用于阻抗匹配。共基极放大电路信号是有发射极输入，从集电结输出。共射级放大电路的电压和电流的
30、增益均大于 1.输入电阻在三种组态中居中，输出电阻和集电极电阻有关。使用与低频情况下，做多级放大电路的中间级。共集电极放大电路只有电流放大作用，没有电压放大作用，有电压跟随的作用。在三种组态中，它的输入电阻最高，输出电阻最小，频率特性好，可用于输入级，输出级，或者是缓冲级。共基极放大电路只有电压放大作用，没有电流的放大作用，有电流的跟随作用，输入电阻小，输出电阻和集电极的电阻有关。高频性能较好，常用与高频和宽频带低输入阻抗的场合，模拟集成电路中亦兼有电位移动的功能。放大电路的功能是利用三极管的电流控制作用，或场效应管电压控制作用，把微弱的电信号（简称信号，指变化的电压、电流、功率）不失真地放大
31、到所需的数值，实现将直流电源的能量部分地转化为按输入信号规律变化且有较大能量的输出信号。放大电路的实质，是一种用较小的能量去控制较大能量转换的能量转换装置。放大电路组成的原则是必须有直流电源，而且电源的设置应保证三极管或场效应管工作在线性放大状态；元件的安排要保证信号的传输，即保证信号能够从放大电路的输入端输入，经过放大电路放大后从输出端输出；元件参数的选择要保证信号能不失真地放大，并满足放大电路的性能指标要求。共发射极放大电路9上图即是基本的共射级放大电路，图中的各个元器件的作用：三极管 V：实现电流放大。集电极直流电源 UCC :确保三极管工作在放大状态。集电极负载电阻 RC :将三极管集
32、电极电流的变化转变为电压变化，以实现电压放大。基极偏置电阻 RB :为放大电路提供静态工作点。耦合电容 C1 和 C2 :隔直流通交流，最终实现信号的交流输出。它的工作的原理是： ui 直接加在三极管 V 的基极和发射极之间，引起基极电流 iB 作相应的变化。通过 V 的电流放大作用， V 的集电极电流 iC 也将变化 。iC 的变化引起 V 的集电 极和发射极之间的电压 uCE 变化。uCE 中的交流分量 uce 经过 C2 畅通地传送给负载 RL，成为输出交流电压 uo,，实现了电压放大作用。 对于每一个电路来说，分析的时候，都会考虑直流分析和交流分析，直流分析的特性是分析电路的直流工作的
33、状态，以确定其是不是工作于放大区，直流分析很最重要，直接确定三极管的静态工作点的问题。放大电路一般要设置好合适的静态工作点。静态工作点的一般的估计的方法：静态分析通常有两种方法一估算法IC I B Uce = Ucc IcRc关于静态工作点得几个量确定之后，三级管得静态工作点也随之确定，静态工作点的确定基本上确定的三极管的工作的状态，放大电路一般要确定合适的放大电路静态工作点。二使用图解法(1) 作直流负载线 ECRBCI10由 Uce =Ucc -IcRc令 Ic=0 时， Uce= Ucc，在横轴上得 M 点( UCC ，0) 令 Uce=0 时， ，在纵轴上得 N 点(0， ) 连接 M
34、 N 即直流负载线, 直流负载线与 iB=IB 对应的那条输出特性曲线的交点 Q，即为静态工作点。电路参数对静态工作点的影响 (1) RB 增大时，IB 减小，Q 点降低，三极管趋向于截止，三极管会工作在区域截止区的状态，放大的能力很弱小。(2) RB 减小时，IB 增大， Q 点抬高，三极管趋向于饱和，三极管会工作在区域饱和区的状态，放大的能力依然会很弱。此时三极管均会失去放大作用。 三极管的动态分析的方法：（一）负载开路时输入和输出电压、电流波形的分析根据 ui 波形，在输入特性曲线上求 iB 和 uBE 的波形 根据 iB 波形，在输出特性曲线和直流负载线上求 iC、 uRC 和 uCE
35、 的变化 。 CRUCR11（二）带负载时输入和输出电压、电流波形分析 作交流负载线：先作出直流负载线 MN，确定 Q 点。在 uCE 坐标轴上，以 UCE 为起点向正方向取一段 IC R/L 的电压值，得到 C 点。过 CQ 作直线 CD，即为交流负载线，如图 7. 5 所示。（三）放大电路的非线性失真 出现这样的两种条件下的失真，一般采取的方法是改变静态工作点 截止失真:三极管进人截止区而引起的失真 。通过减小基极偏置电阻 Rb 的阻值来消除。饱和失真： 三极管进入饱和区而引起的失真。通过增大基极偏置电阻Rb 的阻值来 消除。12为了减小和避免非线性失真，必须合理地选择静态工作点 Q 的位
36、置，并适当限制输入信号 ui 的幅度。一般情况下，Q 点应大致选在交流负载线的中点，当输入信号 ui 的幅度较小时，为了减小管子的功耗，Q 点可适当选低些。若出现了截止失真，通常采用提高静态工作点的办法来消除，即通过减小基极偏置电阻 RB 的阻值来实现；若出现了饱和失真，则反向操作，即增大 RB。 小信号也即微变等效电路的分析方法：（1） 三极管的微变等效电路三极管的为变等效图rbe=200+(1+ ) （2）放大电路的微变等效电路就是用三极管的微变等效电路替代交流通路)(26mAIVE13中的三极管。交流通路指：放大电路中耦合电容和直流电源作短路处理后所得的电路。因此画交流通路的原则是：将直
37、流电源 UCC 短接；将输入耦合电容 C1和输出耦合电容 C2 短接。图示的交流通路和微变等效电路如图所示。(b) 交流通路 (c)微变等效电路 （3）放大电路的分析电压放大倍数 Au 输入电阻 Ri 输入电阻指从放大电路输入端 AA/ (如图 7.13)看进去的等效电阻，定义为：= rbe RB若考虑信号源内阻(如图 7. 13)，则放大电路输入电压 Ui 是信号源 Us 在输入电阻 Ri 上的分压，即输出电阻 Ro：输出电阻指从放大器放大器信号源短路、负载开路，从输出端看进去的等效电阻，定义为：Ro=放大电路的稳定工作点的问题：beLbeLiou rRrIUAiiIRSiiUoI14当温度
38、变化、更换三极管、电路元件老化、电源电压波动时，都可能导致前述共发射极放大电路静态工作点不稳定，进而影响放大电路的正常工作。在这些因素中，又以温度变化的影响最大。因此，必须采取措施稳定放大电路的静态工作点。常用的办法有两种，一是引入负反馈；另一是引入温度补偿。1.射级偏置电路电路图 微变等效电路图图示 设计偏置电路(1) 各元件作用 基极偏置电阻 RB1、 RB2：RB1、RB2 为三极管提供一个大小合适的基极直流电流 IB，调节 RP 的阻值，可控制 IB 的大小。R 的作用是防止 RP 阻值调到零时，烧坏三极管。一般 RB1 的阻值为几十千欧至几百千欧；RB2 的阻值为几十千欧。 发射极电
39、阻 RE：引入直流负反馈稳定静态工作点。一般阻值为几千欧。 发射极旁路电容 CE：对交流而言，CE 短接 RE ,确保放大电路动态性能不受影响。一般 CE 也选择电解电容，容量为几十微法。（2） 稳定工作点的原理 利用 RB1 和 RB2 的分压作用固定基极 UB。 利用发射极电阻 RE 产生反映 Ic 变化的 UE，再引回到输入回路去控制 UBE，实现 IC 基本不变。T Ic Ie Ue Ube Ib Ic 15(3) 静态分析该电路的静态工作点一般用估算法来确定，具体步骤如下： 由： Ub Ucc，求 UB。 由： Ie ，求 Ic、Ie 。 由 Ic=I b，求 Ib。 由 Uce =
40、 Ucc - IcRc - IeRe Ucc - Ic(Rc+Re) 求 UCE 。 (4) 动态分析该电路动态性能指标一般用微变等效电路来确定，具体步骤为： 画出微变等效电路，如图 7.15(c)； 求电压放大倍数 、输入电阻 Ri 、输出电阻 Ro 。比较图 7.15(c)和图 7.12(c)可知：射极偏置放大电路的动态性能与共发射极基本放大电路的动态性能一样。图示 射级偏置电路的微变等效电路2. 集基耦合电路集基耦合电路如图 7.19 所示，它引入了直流电压负反馈实现稳定静态工作点。图示集基耦合电路静态工作点稳定过程如下：21BRE16T Ic Uc Ub Ube Ib Ic3.温度补偿
41、电路 温度补偿电路如图 7.20 所示。图 7.20(a)为：用二极管温度补偿来实现稳定静态工作点的电路，图 7.20(b)为：用热敏电阻温度补偿来实现静态工作点稳定的电路。图 7.20(b)中 RB2 为负温度系数的热敏电阻。若采用正温度系数的热敏电阻，只需将 RB1 和 RB2 位置对调一下即可。 共集电极放大电路1. 电路的结构发射极接负载，又称射极输出器，信号从基极输入，从射级输出输入信号与输出信号同相，大小基本相等，又称射极跟随器输入阻抗大，输出阻抗小，具有隔离阻抗变换的作用 在 IC 电路中常用有源负载射极跟随器（1）.静态工作点的分析eEBbCRIVI17由于是得到（2）电压增益
42、方法：画小信号等效电路和确定模型参数增益输入回路： 其中输出回路：电压增益：在一般的情况下，有 则电压增益接近于 1，即 Av=1,Vo 和 Vi 同相rbeLR.位（3）输入电阻 Ri=Rb 并rbb+(1+ ) L当放大倍数很大的时候，输入的阻抗很大（4）输出电阻输出的电阻 Ro=Re|(Rs+rbe)/(1+B) 通常的情况下 Ro 很小共集放大电路的特点：1. 电压增益小于 1 但接近于 1，Vo 和 Vi 同相位。没有电压的放大作用2. 输入电阻大，对电压信号源衰减小3. 输出电阻小，带负载能力强4. 具有电流的放大作用共基极放大电路共基极放大电路是一种信号从发射极输入，集电极输出的放大电路。其基本的模型如下图所示：BE)1(IIebEC)(RVBCIeCeECERIVIV)mA(26)1(20EQbeIrLbeLbbei )( RrRIIVo )1(1)(LbeLbeLbiV RrrIA LeL/18它的直流通路和交流通路是相同的电压增益输入回路：输出回路：电压增益： 输入电阻 输出电阻共基极放大电路有电流放大作用，但是有电压的放大作用。Cb21BVReBEERVI)(cCecCEI CBIbeirIVocLbLRILc/RbeebiVrA1)(bebeii rIrR 1/beeebii rRrIVRcoR
