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1、2 晶体三极管及放大电路基础,2.1 晶体三极管 2.2 放大电路的基本组成和主要性能指标 2.3 放大电路的分析法 2.4 晶体管偏置电路 2.5 放大电路三种组态 2.6 多级放大电器(理解)4.7 放大器的频率响应(了解),三极管及放大电路,2.1 晶体三极管,一、基本结构,NPN型,PNP型,基区：较薄，掺杂浓度低,集电区：面积较大,发射结,集电结,*三极管的符号,NPN型三极管,PNP型三极管,二、IE，IB，IC 电流形成,EB,RB,EC,进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IB，多数扩散到集电结。,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。,IB,EB
2、,RB,EC,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。,从基区扩散到集电区的电子，被收集，形成ICE。,内部载流子的传输过程：,（1）E区向B区注入电子,形成IE,（2）电子在B区复合，形成IB,（3）C区收集电子，形成IC,IB,三、V-I特性曲线及结论,iC,V,uCE,uBE,RB,iB,EC,EB,实验线路,三、V-I特性曲线及结论,iC,V,uCE,uBE,RB,iB,EC,EB,实验线路,(一)、输入特性:,发射结压降：硅管UBE0.60.8V,锗管UBE0.20.3V。,死区电压:硅管约0.5V，锗管约0.1V。,(二)、输出特性:,uBuE和uCuB，iC只与iB有关且iC=
3、iB，称为放大区,uCE0.3V,uBuE和uBuC，称为饱和区。,iB=0,iC=iCEO,uB uE和uBuC，称为截止区。,(三)、结论,放大区：发射结正偏，集电结反偏。即：iC=iB,且 iC=iB,(2)饱和区：发射结正偏，集电结正偏。iBiC，uCE0.3V,(3)截止区：发射结反偏，集电结反偏，iB=0，iC=iCEO 0,1、三极管工作在三个区域的条件及特点:,C、E间相当于短路,C、E间相当于开路,2、电流的放大作用及分配,电流分配关系,思考：处于放大区时，NPN型、PNP型两种三极管的各 电极电位如何？,UB、UC、UE大于零,UB、UC、UE小于零,且UC UBUE,且-
4、UC-UB-UE,总的来说:处于放大区时，NPN型、PNP型两种三极管，满足,四、主要参数,前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。,共射直流电流放大倍数：,工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：,1.电流放大倍数和,四、主要参数,前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。,共射直流电流放大倍数：,工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流
5、电流放大倍数为：,1.电流放大倍数和,2.集-基极反向饱和电流ICBO,ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。,B,E,C,N,N,P,ICBO进入N区，形成IBE。,根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流IBE。,集电结反偏有ICBO,3.集-射极反向饱和电流ICEO,ICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,4.集电极最大电流ICM,集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。,5.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO,当集-射极之间的电压UCE超过一定
6、的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压。,6.集电极最大允许功耗PCM,集电极电流IC 流过三极管，所发出的焦耳 热为：,PC=ICUCE,必定导致结温 上升，所以PC 有限制。,PCPCM,ICUCE=PCM,安全工作区,五、温度对参数及特性的影响,温度上升时，输出特性曲线上移,六、常见三极管实物外形,三极管放大电路有三种形式,共发射极放大电路,共基极放大电路,共集电极放大电路,以共发射极放大电路为例讲解工作原理,一、放大电路的分类,2.2 放大电路的基本组成和主要性能指标,二、共发射极放大电路的基本组成,iC,iB,Rs,uS,C1,uBE,EC,RC,
7、T,C2,RB,+EC,未加电容,加电容,ui,u0,三、符号规定,IB:,大写字母、大写下标，表示直流量。,iB:,小写字母、大写下标，表示交直流量(全量)。,ib:,小写字母、小写下标，表示交流分量。,iB,全量,ib交流分量,t,IB直流分量,四、放大的概念、放大器的组成框图,、放大就是将微弱的变化信号放大成较大的信号，包括对电压、电流的放大。,、放大器的一般组成框图：,五、放大电路的性能指标,、静态性能指标：,静态值：I、IC、UCE,静态值决定了三极管的直流偏置，从而决定了放大电路能否正常工作，也决定了放大电路能否不失真地放大信号。,放大电路的性能指标主要包括静态性能指标和动态性能指
8、标,2、动态性能指标：,(1)、输入电阻i,输入电阻是衡量放大电路从其前级信号源获取信号大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的信号越大。,放大电路,定义为：,输入电阻的意义：,()、输出电阻Ro,放大电路的输出对其负载而言，相当于信号源，其内阻就是输出电阻。,输出电阻是衡量放大电路带动负载能力大小的参数。输出电阻越小，带动负载的能力越大。,定义为：,输入电阻的意义：,放大倍数,(4)、通频带,通频带：,fbw=fhfl,放大倍数随频率变化曲线,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效法,图解法,计算机仿真,2.3 放大电路分析方法,一、静态分析,放大电路中各点的电压或电流都
9、是在直流上附加了小的交流信号。,在令交流信号us=0,只考虑直流信号单独作用时放大电路的工作状态称为静态。,静态分析着重计算静态值（IQ、ICQ、UCEQ）和画出静态工作点Q。,估算法：,图解法：,主要用于计算静态值（IQ、ICQ、UCEQ）,主要用于画出静态工作点Q并找出最佳Q。,步骤：原电路,(一)、静态(估算法)分析的步骤,直流通道,计算IQ、ICQ、UCEQ,令uS=0,根据直流通道估算IBQ、ICQ、UCEQ、,（RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流）,估算法,直流负载线的方程,直流负载线,与输出特性的交点就是Q点,IB,(二)、静态(图解法)分析的步骤及应用,1、步骤：,画出直流负载
10、线（UCE=ECICRC）,计算I,直流负载线与iB=IB的输出特性的交点就是Q点,iB,iC、uCE变化，使工作点将移动,（1）、分析uS造成工作点在Q点上下移动的原因,uS的变化，使ui、uBE有一微小的变化,从而造成iB、,2、图解法的应用,（2）、运用图解法选择最佳的静态工作点,可输出的最大不失真信号,a、Q点在直流负载线的中点：,可输出的最大不失真信号,u0=uCE,b、Q点过低：,放大电路产生截止失真,放大电路产生截止失真,u0=uCE,c、Q点过高：,放大电路产生饱和失真,放大电路产生饱和失真,u0=uCE,思考：,电源电压VCC，电阻RB，RC，温度的变化对静态工作点的影响如何
11、？,Q,Q1,I1B,E1C,以EC降低为例,以RB降低为例,Q3,IB,I2B,Q2,以RC增大为例,Q4,以温度上升为例,例：,已知：EC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。用估算法计算静态工作点,解：,二、动态分析,放大电路中各点的电压或电流都是在直流上附加了小的交流信号。,在令直流信号EC=0,只考虑交流信号单独作用时放大电路的工作状态称为动态。,微变等效法：,图解法：,用于计算动态值,略,分析方法,(一)、三极管的微变等效电路,1、输入回路的等效（b、e间的等效）,从输入特性可知，当工作点围绕Q点作小幅波动时，可将Q1、Q2曲线近似为线段。,rbe(hie)的量级从几百
12、欧到几千欧。,(rbe),从输出特性可知，三极管处于放大区时，iC与uce无关,2、输出回路的等效（c、e间的等效）,三极管的微变等效电路,简易等效,完全等效,rce(hoe)很大,可认为开路,(rce),hfeib,(ib),(ib),hfeib,三极管的微变等效电路,hoe(rce)很大，可认为开路,(二)、动态分析的步骤,步骤：原电路,交流通道,原电路,交流通路,方法:将交流通道中的三极管用微变等效电路代替,步骤：原电路,交流通道,微变等效电路,交流通路,RB,RC,RL,ui,uo,b,c,e,微变等效电路,e,动态分析的步骤,(rbe),(ib),1、电压放大倍数的计算,特点：负载电
13、阻越小，放大倍数越小。,步骤：原电路,交流通道,计算动态值,微变等效电路,动态分析的步骤,(rbe),(ib),hfeib,2、输入电阻Ri及放大倍数Aus的计算,RB,RC,RL,b,c,e,式中：,动态分析的步骤,微变等效法,3、输出电阻的计算,2.4 晶体管偏置电路,放大电路的性能与放大电路的静态工作点有着密切的关系。而静态工作点由偏置电路所决定，故偏置电路决定了放大电路的性能。,偏置电路,固定偏置电路（基本共射放大电路）,分压式偏置共射放大电路,电流源偏置电路,.固定偏置电路,一、固定偏置电路（基本共射放大电路）,1、温度对固定偏置电路（基本共射放大电路）静态工作点的影响,总的效果是：
14、温度上升时，Q点上移；温度下降时，Q点下移；,温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。,2、稳定静态工作点的措施,固定偏置电路的Q点是不稳定的。Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致饱和失真或截止失真。为此，需要改进偏置电路，使IC不随温度变化而变化，即做到IC固定，从而就可以抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定。,（3）、常采用电流源偏置电路。,具体方法有:,（1）、采用热敏电阻的补偿电路。,（2）、常采用分压式偏置共射极放大电路,采用热敏电阻的补偿电路,分压式偏置共射极放大电路,二、分压式偏置电路,（一）、静态分析,静态值计算,（二）、动态分析,CE的作用：交流通路中，
15、CE将RE短路，RE对交流不起作用，放大倍数、输入电阻不受影响。,问题1：如果去掉CE，静态值会变化吗？,问题2：如果去掉CE，放大倍数、输入电阻会变化吗？,去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：,uo,交流通路,微变等效电路,(1)、电压放大倍数,.电压放大倍数降低,RC,RL,RE,RB,b,c,e,rbe,（2）、输入电阻,（3）、输出电阻,.输入电阻增大,.输出电阻不变,问题3：如果电路如下图所示，如何分析？,（一）、电流源在放大电路中作为直流偏置的应用及作用,作用:.提供稳定偏置电流IE和IC,稳定静态工作点；2.提高电压放大倍数。,作用:.提供稳定偏置电流IE和IC,稳定静态工作
16、点；2.提高输入电阻，,三、电流源偏置电路,1、基本电流源(镜像电流源),(1).参数计算:,(二）、用晶体三极管构成电流源,（当很大时）,IC2I与三极管参数及温度无关，相当于电流源,且电流较大。,因为T1、T2参数完全相同,(2)、电流源在放大电路的应用,电流源在电路中，一方面提供集电极电流；另一方面它也起集电极电阻的作用。,由于电流源的交流电阻大，常常在IC中作为有源负载，提高电压放大倍数。,2、威尔逊电流源,因为T1、T2参数完全相同,（当较大时）,、微电流源,T1、T2参数不要求对称,特点：,3、多路电流源,（1）、电路结构：,（2）、参数计算,2.5 放大器三种基本组态,放大器有三
17、种组态,共基极放大电路,共集电极放大电路,共发射极放大电路,一、共发射极放大电路,共发射极放大电路,基本型共发射极放大电路,分压偏置型共发射极放大电路,二、共基极放大电路,（一）、静态分析,直流通路,（二）、动态分析,交流通路,微变等效电路,RL,RL,RL,rbe,1、电压放大倍数的计算,同相电压放大,2、输入电阻的计算,输入电阻很小,求i的电路,求0的电路,、输出电阻的计算,0C,.输出电阻较大,思考:共基极放大电路是否 有电流放大作用?,Ai1,三、共集电极放大电路,（一）、静态分析,(又称为射极输出器、电压跟随器）,RB,+EC,RE,直流通道,ICQ,UCEQ,静态分析,(二)、动态
18、分析,动态分析,微变等效电路,微变等效电路,1.电压放大倍数,动态分析,令：,所以,但电流ie增加了、故输出电流io被放大了。,2、,输入输出同相且即输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,结论：,2.输入电阻,动态分析,输入电阻较大,3.输出电阻:,用加压求流法求输出电阻。,动态分析,3.输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,动态分析,输出电阻很小,四、共射、共集、共基放大电路的比较,共射放大电路:,具有反相电压放大和电流放大，输入、输出电阻适中，可用于输入级和中间级。,共集放大电路:,只对电流放大，对电压有跟随作用，输入电阻大、输出电阻小，可用于输入级、中间级、输出级。,共集放大电路:,只对
19、电压同相放大，对电流有跟随作用，输入电阻小、输出电阻大，高频特性好，可用于高频放大电路。,（一）、特点比较,（二）、使用比较,1.由于输入电阻大，可将共发射极、共集电极放大电路放在放大电路的首级（输入级），提高信号的获取能力。,.由于输出电阻小，可将共集电极放大电路放在放大电路的末级（输出级），提高带负载能力。,4.可将共集电极放大电路放在放大电路的中间（缓冲级），可以起到电路的阻抗匹配作用。,.由于电压放大倍数大，可将共发射极放大电路放在放大电路的中间（中间级），起电压放大作用。,（三）、共集电极放大电路作为缓冲级，起阻抗匹配作用的应用举例。,1、问题的提出：若信号源与负载直接相连,假设：信
20、号源的内阻RS=5K，us=5mV，负载RL=10,负载从信号源中获得的信号太小,2、解决的方法：,若信号源通过共集电极放大电路 与负载相连,假设共集放大电路的动态值为：Ri=50K,RO=10,Au=0.98,负载从信号源中获得的信号大大增加。,已知:RS=5K,us=5mV，RL=10,2.6 多级放大电路(及其级间耦合方式),耦合方式：,阻容耦合、变压器耦合、直接耦合三种方式,一、阻容耦合,输入信号,第一级放大,第二级放大,负载,阻容耦合的优缺点：,优点：各级的静态值可单独计算；,缺点：1、不能对直流或低频率的交流信号进行放大；,2、在集成电路中不宜采用阻容耦合方式；,二、变压器耦合,输
21、入信号,第一级放大,第二级放大,变压器耦合的优缺点：,优点：各级的静态值可单独计算；,缺点：1、不能对直流或高频率的交流信号进行放大；,2、在集成电路中不宜采用变压器耦合方式；,负载,三、直接器耦合,输入信号,第一级放大,第二级放大,（一）、直接耦合的优缺点：,优点：1、能对直流或高、低频率交流信号进行放大,缺点：1、各级的静态值不能单独计算；,2、出现零点漂移现象。,负载,2、在集成电路中宜采用直接耦合方式；,（二）、零点漂移及抑制,当有用信号ui=0时,由于温度变化及干扰等信号的存在,可以测出输出电压u0并不为零,而为缓慢地、无规则地变化着，出现不应有的输出信号。,把温度变化及干扰等信号在放大电路的输出端造成的缓慢地、无规则地变化的输出信号称为零点漂移。,对应的输出称为零点漂移电压u0c；,把它折算到输入端的电压称为等效输入漂移电压uic,零点漂移的抑制须在多级放大电路的最前级（输入级）开始，作为输入级的放大电路应采用差动放大电路。,
