晶体管及其基本放大电路.ppt

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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,第2章 晶体管及其基本放大电路,2.1晶体管,2.1.1 晶体管的结构及类型,2.1.2 晶体管的三种连接方式,2.1.3 晶体管的工作方式,本节重点：1.从晶体管内部载流子的运动理解晶体管的电流控制与放大作用。2.掌握晶体管实现放大的内部条件与外部条件。3.掌握晶体管三极电流之间的关系。4.掌握晶体管的三种工作状态及其特

2、点。5.熟记晶体管的伏安特性曲线 6.晶体管三种状态的判断。,(Semiconductor Transistor),1.结构,发射极 E,基极 B,集电极 C,发射结,集电结,emitter,base,collector,集电区体积较大,基区较薄，掺杂浓度低,发射区掺杂浓度最高,2.1.1 晶体管的结构及类型,NPN 型,PNP 型,晶体管实现电流控制与放大作用的内部条件：结构上的特点,发射极 E,基极 B,集电极 C,NPN 型,PNP 型,2.符号,箭头方向表示发射结正向偏置时的电流方向。,3.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

3、率分：低频管、高频管,大功率管 1 W,中功率管 0.5 1 W,2.1.2 晶体管的三种连接方式,(a)共发射极(b)共集电极(c)共基极图2-3 晶体管的三种连接方式,2.1.3 晶体管的工作状态 工作状态可分为三种：放大状态 饱和状态 截止状态 1.放大状态（发射结正向偏置、集电结反向偏置）,晶体管放大的条件：,内部条件,发射区掺杂浓度高,基区薄且掺杂浓度低,集电区体积大,外部条件,发射结正偏集电结反偏,发射区正偏，发射区发射电子，形成电流 IEN。,I CN,多数向 BC 结方向扩散形成 ICN。,IE,少数与空穴复合，形成 IBN。,I BN,基极电流,少数在基区与空穴复合形成的电流

4、(IBN),集电区少子漂移(ICBO),I CBO,IB,即：,IB=IBN ICBO,2)电子在基区的复合和传输,(1)放大状态下晶体管中载流子的传输过程,IE=IEN+IEPIEN,IEN,IEIEN=IBN+ICN,IC,3)集电结反向偏置形成集电极电流 IC,I C=ICN+ICBO,穿透电流,（2）晶体管的电流分配关系,IB=I BN ICBO,IC=ICN+ICBO,共射直流电流放大系数,IE=IC+IB,集电极收集到的电子数与在基区复合掉的电子数之比，意味着基区每复合一个电子，则有 个电子扩散到集电区去。,IE=IC+IB,共基直流电流放大系数,的值小于1且接近于1，一般为0.9

5、50.99。,的关系,它是集电极收集的电子数与发射极发射的总电子数的比值,(3)晶体管的放大作用,放大状态各电极电位之间的关系是：NPN型：UCUBUE PNP型：UCUBUE,晶体管实现电流放大的外部偏置条件：发射结正偏，集电结反偏,电流放大作用的实质是通过改变基极电流IB的大小，达到控制IC的目的，而并不是真正把微小电流放大了，因此，晶体管称为电流控制型器件。定义：保持工作点处UCE不变，集电极电流变化量与基极电流变化量之比，称为共发射极交流电流放大系数。即,定义：保持工作点处UCB不变，集电极电流变化量与发 射极电流变化量之比，称为共基极交流电流放大系数。即,在数值上,2.饱和状态(发射

6、结正向偏置、集电结正向偏置),集电极电位低于基极电位，集电结正向偏置，不利于集电极从基区收集非平衡少数载流子，从发射区扩散到基区的非平衡少子在基区复合的数量增大，而进入集电区的数量减少，集电极电流不再随基极电流的增大而增大，基极电流失去了对集电极电流的控制作用（晶体管失去了放大能力），集电极电流好像饱和了。,2.饱和状态(两个结都正偏),IC主要受UCE的控制，随着UCE的增大，集电结由正向偏置向零偏变化过程中，集电区收集电子的能力逐步增强，集电极电流IC随UCE的增大而增大。,晶体管工作于饱和状态时的UCE称为集电极饱和电压降，记作UCES。处于深度饱和时，,锗管:,硅管:,3.截止状态（两

7、个结都反偏）晶体管发射结反向偏置或零偏(UBE0)，集电结反向偏置(UBC0），不利于发射极多数载流子的扩散运动，发射极电流几乎为零，此时，集电极流过反向饱和电流IC=ICBO，基极电流：IB=ICBO，ICBO很小可忽略不计，认为晶体管处于截止状态。,例三极管3个电极的对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态。,放大状态,截止状态,饱和状态,两个结正偏,两个结反偏,发射结正偏 集电结反偏,解:(a)uBE=0.7V,uBC=-4.3V,发射结正偏,集电结反偏，三极管处于放大状态;(b)uBE=-1V,uBC-12V,发射结和集电结均反向偏置，三极管处于截止状态;(c)uBE=0.7V,uBC

8、=0.4V,发射结和集电结均为正向偏置，三极管处于饱和状态。饱和压降uCES=0.3V。,NPN管:UCUBUEPNP管:UCUBUE,【例2-1】测得放大电路中工作在放大状态中的两只晶体管的直流电位如图（a）所示。在圆圈中画出管子，并分别说明它们是硅管还是锗管。,(a)题图,(b)解图,放大状态的晶体管:,发射结正向偏置集电结反向偏置,解,|UBE|0.7 硅管|UBE|0.3 锗管,分析 工作于放大状态的晶体管，发射结正向偏置、集电结反 向偏置：NPN管UCUBUE PNP管UCUBUE 基极电位总是居中，据此可先确定基极；硅管：UBE=0.60.8V、锗管的UBE=0.20.4V，从而可

9、判断出与基极相差这一数值的电极为发射极，并由这一差值大小判断是硅管还是锗管；余下一个电极为集电极。集电极电位最高的为NPN管，集电极电位最低的为PNP管。,【例2-2】测得工作在放大状态的晶体管两个电极的电流如图（a）所示。（1）求另一个电极的电流，并在图中标出实际方向。（2）标出e、b、c极，并判断出该管是NPN管还是PNP管。,放大状态电流关系：,IC、IB方向一致,NPN型管,IE流出晶体管,PNP型管,IE流入晶体管,解,（a）题图,（b）解图,IE与IC IB方向相反,(3)若ICBO均为零，试求 及 的值。,晶体管的伏安特性曲线,晶体管伏安特性曲线用来描述晶体管外部各极电流与电压之

10、间的关系。,晶体管的不同连接方式有不同的伏安特性曲线，因共发射极接法应用最为广泛，下面以NPN管共发射极接法为例讨论晶体管的输入特性和输出特性，,共射接法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,对应不同的UCE，输入特性曲线为一族非线性的曲线，存在一段死区，当外加电压UBE小于阈值电压（或称死区电压）UBE(th)时，晶体管不导通，处于截止状态。硅管UBE(th)约为0.5V，锗管约为0.1V。当UBEUBE(th)时，随着UBE的增大，IB开始按指数规律增加，而后近似按直线上升。晶体管正常工作时，UBE变化不大，硅管导通电压UBE(on)约为0.7V左右，锗

11、管约为0.3V左右。,特性基本重合(电流分配关系确定),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,(2)当uCE=1V时，集电结已进入反偏状态，开始收集电子，所以基区复合减少，在同一uBE 电压下，iB 减小。特性曲线将向右稍微移动一些。,2.输出特性,在共射接法的晶体管电路中，当IB为参变量时，输出回路中的电流IC与电压UCE之间的关系特性曲线称为输出特性，用函数关系表示为：,现以iB=30uA一条加以说明。,（1）当uCE=0 V时，因集电极无收集作用，iC=0。,（2）uCE Ic。,（3）当uCE 1V后，收集电子

12、的能力足够强。这时，发射到基区的电子都被集电极收集，形成iC。所以uCE再增加，iC基本保持不变。,同理，可作出iB=其他值的曲线。,4321,2、输出特性,截止区：IB 0 IC=ICEO 0 由于各极电流都基本上等于零,因而此时三极管没有放大作用。条件：两个PN结反偏,截止区,ICEO,当发射结反向偏置时,发射区不再向基区注入电子,则三极管处于截止状态。,输出特性曲线可以分为三个区域:,截止的晶体管等效为断开的开关,两个结反偏,2.放大区：,放大区,截止区,当一定时,的值基本上不随CE而变化。条件：发射结正偏 集电结反偏特点：水平、等间隔,ICEO,对于三极管,工作在放大区时.V,而。,放

13、大状态的晶体管等效为,发射结正偏 集电结反偏,放大状态：,3.饱和区：,uCE u BE,uBC=u BE 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：CEBE,0.3 V(硅管),UCE(SAT)=,0.1 V(锗管),此区域中UCE UBE,集电结正偏，IBIC，UCE0.3V,较小时,管子的集电极电流基本上不随基极电流而变化,这种现象称为饱和。,饱和状态的晶体管等效为闭合的开关,两个结正偏,饱和状态：,4.击穿区：,条件：发射结正偏 集电结反偏,特点：集电结发生 了雪崩击穿,基极开路(IB=0)时，使集电极发生击穿的UCE值，记为U(BR)CE

14、O。,输出特性三个区域的特点:,放大区 条件：发射结正偏，集电结反偏。特点：IC=IB,且 IC=IB,(2)饱和区：条件：发射结正偏，集电结正偏。特点：IBIC，UCEUCES,(3)截止区：条件：发射结反偏，集电结反偏。特点：IB=0，IC=ICEO 0,集电结的空间电荷区变窄，内电场减弱，集电结收集载流子的能量降低，C不再随着B作线性变化，出现发射极发射有余，而集电极收集不足现象。,2.1.5 晶体管的直流模型,输入特性近似,输出特性近似,由晶体管的伏安特性曲线可知，晶体管的输入输出特性是非线性的，它是一种复杂的非线性器件。当晶体管工作于直流时，其非线性主要表现为三种截然不同的工作状态，

15、即放大、截止和饱和状态。在实际应用中，根据实现的功能不同，可通过外电路将晶体管偏置在需要的某一种状态。,截止状态模型,放大状态模型,饱和状态模型,1.截止状态直流模型当外电路使UBEUBE(on)时，发射结反向偏置，晶体管截止。此时，IB=0，IC=0，晶体管b、e极间和c、e极间相当于开路,截止状态模型,放大状态模型,饱和状态模型,2.放大状态直流模型当外电路使晶体管UBEUBE(on)，且UBEUCE时，则发射结正向偏置，集电结反向偏置，晶体管工作于放大状态。此时，一般认为晶体管发射结导通电压UBE=UBE(on)，集电极直流电流IC=IB，IC受IB的控制，晶体管c、e极间可等效为一个受

16、IB控制的受控电流源IB,截止状态模型,放大状态模型,饱和状态模型,3.饱和状态直流模型当外电路使晶体管UBEUBE(on)，且UBEUCE时，则发射结、集电结均正向偏置，晶体管工作于饱和状态。此时，一般认为晶体管发射结导通电压UBE=UBE(on)，集-射极间电压为饱和压降UCES，晶体管c、e极间相当于接了一个恒压源UCES,2.1.6 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,在分立元件电路中,一般取 在20100范围内的管子,太小电流放大作用差,太大受温度影响大,性能稳定性差.,2.共基极电流放大系数,1

17、 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。,(a)ICBO(b)ICEO图2-15 晶体管极间反向电流的测量,ICEO=(1+)ICBO,集基反向饱和电流 ICBO,发射极开路时,集电极和基极间的反向饱和电流.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。锗管：ICBO为微安数量级，硅管：I CBO为纳安数量级。,集射反向饱和电流 ICEO,基极开路时，集电极和发射极间的穿透电流.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。,三、极限参数,

18、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,已知:ICM=20 mA,PCM=100 mW，U(BR)CEO=20 V，当 UCE=10 V 时，IC mA当 UCE=1 V，则 IC mA当 IC=2 mA，则 UCE V,10,20,20,晶体管的安全工作区,4.频率参数,特征频率fT是当

19、的模等于1（0dB）时所对应的频率。,2.1.7 温度对晶体管参数的影响,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。,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,温度每升高 10C，ICBO 约增大 1 倍。,【例2-3】晶体管VT的特性曲线如下图所示，在其上确定、PCM、ICEO、U(BR)CEO。在如下电路中，当开关S接在A、B、C三个触点时，判断晶体管VT的工作状态，确定UCE的值。,输出特性曲线,【解2.3】,在输出特性上PCM与IB1=40A的特性曲线交于点 F（25V，2mA

20、）则 PCM=UCEIC=25V2mA=50mW,(a)特性曲线求,输出特性IB1=0的特性曲线所对应的集电极电流为穿透电流ICEO=10A，该曲线水平部分右端上翘的点所对应的横坐标值为集-射极间反向击穿电压U(BR)CEO=50V,例2-3题解,计算临界饱和电流ICS、IBS,当IBIBS时，IC=IB成立，晶体管处于放大区；当IBIBS时，ICIB，因为晶体管已进入饱和区，集电极电流不能跟随基极电流的变化而变化。,受外电路的限制，晶体管所能提供的最大集电极电流，即集电极临界饱和电流ICS为,基极临界饱和电流IBS为,S接在触点A时,IB1IBS,UBE=0.7V、UCE=4.01V、UBE

21、UCE，晶体管工作于放大状态。,(b)S接触点A,(c)S接触点B,例2-3题解,S接在触点B时,IB2IBS,晶体管工作于饱和区，硅管UCE=UCES0.3V,S接在触点C,UBE=-1V，发射结反向偏置，晶体管处于截止状态,RC上无电流，所以RC上也没有电压降，故UCE=6V,(d)S接触点C,放大电路能否实现放大的判断方法：,1、画直流通路，判断放大电路是否满足发射结正 偏，集电结反偏。,2、画交流流通路，判断放大电路是否有信号的输入输出通路。,放大电路三种工作状态的判断方法：,1.发射结反偏：截止状态。,2.发射结正偏,(2)根据直流通路的输入回路列方程，求IBQ。,(3)判断：若IB

22、QIBS，则工作在放大区。,(1),(1)根据电路对晶体管的要求查阅手册，从而确定选用晶体管的型号，其极限参数ICM、U(BR)CEO和PCM应分别大于电路对管子的集电极最大允许电流、集-射极间击穿电压和集电极最大允许功耗的要求。(2)在维修电子设备时，若发现晶体管损坏，应该用同型号的管子替换。若找不到同型号的管子而需要用其它型号的管子来替换时，应注意：要用同种材料、同种类型的管子替换，替换后管子的参数ICM、U(BR)CEO和PCM一般不得低于原管。,2.1.8 晶体管的选用原则,1.手册的使用,2.1.8 晶体管的选用原则,2.选管的原则,(1)当晶体管的型号确定后，应选极间反向电流小的管

23、子，这样的管子温度稳定性好，管子的值一般选在几十到100以下，太大的管子性能不稳定。(2)如果要求管子的反向电流小，工作温度高，则应选用硅管；当要求导通电压较低时，应选用锗管。(3)如果电路工作频率高，必须选用高频管或超高频管；如果用于开关电路，则应选用开关管。(4)必须保证管子工作在安全区。工作电压高时，应选用U(BR)CEO大的高反压管。由于U(BR)EBO一般较小，因注意发射结的反向电压不能超过U(BR)EBO。使用大功率管时，要保证相应的散热条件。,本节重点：,(1)正确理解 放大的概念及放大电路的性能指标的意义。,(2)正确理解放大电路的组成原则。,(3)正确理解放大电路的静态概念。

24、掌握放大电路的直流通路的画法。,.放大的基本概念,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,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。,2.2放大的概念及放大电路的性能指标,放大电路主要用于放大微弱的电信号，电子技术中所说的“放大”，表面上看是将信号的幅度由小变大，用较小的输入信号去控制较大的输出信号，且输出与输入之间的变化情况完全一致，实现所谓“线性放大”不能失真。放大的实质是能量的控制和转换。在一个能量较小的输入信号作用下，放大电路将直流电源所提供的能量转换成交流能量输出，驱动负载工作。负载所获得的

25、能量大于信号源所提供的能量，就是用小的能量来控制大的能量，因此放大电路的基本特征是功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流信号。,放大电路的主要技术指标,根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。,1.放大倍数表示放大器的放大能力,（1）电压放大倍数定义为:,四种放大倍数的定义,源电压放大倍数:,空载时的电压增益:,（2）电流放大倍数定义为:,（3）互阻增益定义为:,（4）互导增益定义为:,2.输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等 效电阻,输入电阻：,一般来说，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。

26、（2）当信号源有内阻时，Ri越大，vi就越接近vS。,与,的关系:,与,的关系:,当Ri RS时，,3输出电阻:,从放大电路输出端看进去的等效电阻。,带负载时的输出电压,比空载时的输出电压,有所降低,方法一：,图2-23 放大电路的输出电阻计算,方法二,求输出电阻Ro,将放大电路中信号源短路（即,=0，但保留RS）、负载开路（RL=），,，产生相应的电流,与,的比值即为输出电阻Ro,在放大电路的输出端外加电压,4.通频带,fBW=fHfL,fH上限截止频率,fL下限截止频率,fBW通频带:,基本放大电路的组成和工作原理,三极管放大电路有三种形式,共射放大电路,共基放大电路,共集放大电路,以共射

27、放大电路为例讲解工作原理,本节重点:1.正确理解放大电路的组成原则。2.会画放大电路的直流通路与交流通路。3.会判断放大电路能否对交流信号进行放大。4.掌握放大电路的静态分析方法。4.正确理解放大电路的图解分析法。,2.3共发射极电路的组成及工作原理,2.3 共发射极放大电路的组成及工作原理,放大电路要具有放大作用，必须满足三个组成原则：确保晶体管工作于放大区，即满足发射结正向偏 置，集电结反向偏置的外部条件。确保被放大的交流输入信号能够作用于晶体管的输 入回路。确保放大后的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,ui,2.3.1 共发射极放大电路的组

28、成,1.确保晶体管工作于放大区,共射放大电路,集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。,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,+,+,2.确保输入交流信号 作用于发射结,3.确保输出交流信号作用于负载,2.3.1 共发射极放大电路的组成,(a)双电源供电(b)单电源供电图2-25 基本共发射极放大电路的组成,2.3.2 共发射极放大电路的工作原理,1.输入信号为零时的工作情况,当输入信号ui=0时，电路中各处的电压电流都是不变的直流信号，称为直流工作状态，也称静态。

29、,UCE=VCC-RCIC,(a)工作电路(b)等效电路图2-26 放大电路ui=0时工作情况,2.输入信号不为零时的工作情况,几点结论：(1)放大器输入交变电压时，晶体管各极电流的方向和极间电压的极性始终不变，只是围绕各自的静态值，按输入信号规律近似呈线性变化。(2)晶体管各极电流、电压的瞬时波形中，只有交流分量才能反映输入信号的变化，因此，需要放大器输出的是交流量。(3)将共射放大电路输出与输入的波形对照，可知两者的变化规律正好相反，通常称这种波形关系为反相或倒相。,当放大电路输入信号较小，BJT可按线性电路对待，利用叠加定理：分别分析电路中的交流单独作用产生的相应、直流单独作用产生的相应

30、，再叠加。,直流通路(ui=0)分析静态。,直流通路：只有直流作用的通路。,画直流通路的原则：1、将交流电压源短路 2、将电容开路,电感短路。,2.3.3 直流通路和交流通路,交流通路(ui 0)分析动态，只考虑变化的电压和电流。,交流通路：只有交流作用的通路。,(c)交流通路,(a)共射放大电路,(b)直流通路,【例】画出图中电路的直流通路和交流通路。,【例2-4】画出图2-29电路的直流通路和交流通路。,图2-29,解：直流通路:将图中ui短路，电容开路，电路其他部分保留。交流通路:将图中电容短路，直流电源对地短路，电路其他部分保留。,(a)直流通路,(b)交流通路,放大电路要具有放大作用

31、，必须满足以下三个组成原则：确保晶体管工作于放大区，即满足发射结正向偏置，集电结反向偏置的外部条件 确保被放大的交流输入信号能够作用于晶体管的输入回路。确保放大后的交流输出信号能传送到负载上去。,例2-5 根据放大电路的组成原则，判断下图个电路对交流信号是否具有放大作用。,发射结没有正偏电压,（a）中发射结没有正向偏置电压，晶体管不能工作在放大区,（a）,（a）直流通路,否,解,基极无直流偏置,（b）C1有隔离直流的作用，晶体管基极无直流偏置,（b）直流通路,否,（b）,解,输入信号无法加到放大电路的输入端,（c）交流通路,（c）中旁路电容C1对交流输入信号短路，使得输入信号电压vi无法加到放

32、大电路的输入端,解,（c）,否,无交流信号输出,（d）由于没有集电极电阻RC，只有信号电流，无交流电压信号输出,（d）交流通路,解,（d）,放大电路没有输入信号时(ui=0)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,2.4放大电路的图解分析法,画直流通路的原则：1、将交流电压源短路 2、将电容开路,电感短路。,直流通路：只有直流作用的通路。,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(放大区)以保证信号不失真。,

33、将交流电压源短路 将电容开路。,直流通路的画法：,一、静态工作点的估算,1.直流通路,静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）,静态工作点（IB、UBE、IC、UCE）,2.估算,R,+VCC,RC,VT,ICQ,UBEQ,UCEQ,(ICQ,UCEQ),(IBQ,UBEQ),IBQ,+,+,-,-,（1）估算IB（UBE 0.7V),RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。,（2）估算IC、UCE,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,ICQ,UBE

34、Q,UCEQ,(ICQ,UCEQ),(IBQ,UBEQ),IBQ,+,+,-,-,二、用图解法确定静态工作点,BEQ=V BQRB,UCE=VCC IC RC,1.在输入回路中确定(UBEQ,IBQ),根据输入特性曲线及直流负载线方程：,BEQ=V BQRB,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Q(UBEQ,IBQ),UCE=VCC IC RC,输出回路图解,VCC,VCC/RC,O,Q,UCEQ,ICQ,IBQ,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(UCEQ,ICQ),(IBQ,UBEQ)和(ICQ,UC

35、EQ)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,+,-,IBQ,ICQ,UBEQ,UCEQ,+,+,-,-,ui=0时，电路中各极电压和电流都是固定不变的直流。,2.4.2 用图解法确定动态工作情况,一.输出空载（RL=）时的动态,动态：ui 0电路的工作状态。,重点：1正确理解作图的过程，明白动态时，电路中各极电流与电压的组成。2.掌握放大电路最大动态范围的计算方法。3.失真的判断。,2.4.2 用图解法确定动态工作情况,1.根据ui在输入特性上画出ib和ube,0.7 V,Q,ui,IBQ,uBE/V,uBE/V,2.根据ib在输出特性上画出ic和uce,交流负载线

36、：ui 0 时由电路确定的ic和uce之间的关系曲线。,VCC,VCC/RC,2.根据ib在输出特性上画出ic和uce,0.7 V,Q,ui,O t,IBQ,Q,Q,Q,O t,ICQ,UCEQ,说明uce（即uo）和ui反相，同时可以求出电压放大倍数,uo=uce,ui=ube,动态分析（ui0）RL=,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,uo=uce,ube=ui,二、接上负载RL时的图解法,输出端接入负载RL，不影响Q，影响动态！,1.交流通路,对交流信号(输入信号ui),置零,1/C0,将直流电压源短路，将电容短路。,方法和步骤:,交流通路,注意：(1)交流负载线是有动态时iC与u

37、CE之间的关系曲线。,(2)空载时，交流负载线与直流负载线重合。,2.交流负载线,(1)方程,其中：,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。,斜 率为-1/RL。（RL=RLRc）,经过Q点。,注意：（1）交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。,（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。,交流负载线,直流负载线,斜率为-1/RC,计算交流负载线与横轴的交点：,交流负载线的具体画法：,2.4.3 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,Q 趋近截止区；,R

38、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。,Q,Q,RC Q 远离饱和区。,2.4.4 非线性失真,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；,为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；,为获得最大输出，“Q

39、”可设在交流负载线中点。,静态工作点Q的位置应适中,2.4.5 最大输出电压幅值,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。,(1)受截止失真限制,(2)受饱和失真限制,(Uom)M=minUR,UF,(3)最大不失真输出电压,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

40、态指标，如输入电阻、输出电阻等时比较困难。,图解法的优缺点:,(1)在输出特性曲线上作出RB1=285 k、RB2=570 k时的静态工作点Q1、Q2，当开关S断开时，分别求出这两种情况下的最大不失真输出电压幅值(Uom)M1、(Uom)M2。(2)当开关S闭合、RB1=285 k时，求出最大不失真输出电压幅值(Uom)M1。,VCC=12V，UBEQ=0.6V，UCES=1V,例2-6,直流负载线,交流负载线,输入回路满足：,当RB1=285 k时：,当RB2=570 k时：,输出回路满足：VCC=ICQRC+UCEQ 12=4ICQ+UCEQ,Q1,Q2,(Uom)M1=UCEQ1-UCE

41、S=6-1=5V,(Uom)M2=VCC-UCEQ2=12-9=3V,当开关S断开，即空载时，,当开关S闭合，即带负载RL时，RB1=285 k,例2-6 解,【例2-7】放大电路如图所示，晶体管的输出特性和直流负载线MN、交流负载线,已知UBEQ=0.7V，试求：(1)基极电阻RB、集电极电阻RC、负载电阻RL的值；(2)最大不失真输出电压(Uom)M。,静态工作点Q在IBQ=40A的曲线上，对应UCEQ=4V，ICQ=2mA；直流负载线MN与横轴的交点N（10，0），电源电压VCC=10V；,交流负载线,=6V,输入回路满足：VCC=IBQRB+UBEQ,输出回路（即直流负载线MN）满足：

42、VCC=ICQRC+UCEQ,=2V/2mA=1k,交流负载线,=6V,UCEQ=4V，ICQ=2mA,【例2-7】解,2.5微变等效电路分析法,2.rbe的求取,1.低频H参数电路模型,2.5.1 晶体管的低频小信号微变等效模型,本节重点：1.熟记晶体管的简化微变等效模型及其模型中电阻rbe的计算公式。2.掌握放大电路的微变等效电路的画法。3.会用微变等效电路计算放大电路的动态性能指标：放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。,晶体管是一个非线性元件，含有晶体管的放大电路是一个非线性电路，分析非线性电路较为复杂。为了寻求更为有效的分析方法，提出了微变等效电路分析法。指导思想是在放大电路输

43、入信号很小（微变）时，晶体管在小范围内的输入、输出特性曲线可近似用直线来代替，即在一个很小的范围内，可认为晶体管的电压、电流变化量之间的关系是线性的，这样就可以给晶体管建立一个小信号的线性模型，把晶体管近似用一个等效的线性电路来代替，将晶体管这个非线性元件进行线性化处理，从而把含有非线性元件晶体管的放大电路，转化为人们熟悉的线性电路来分析。,微变等效电路分析法,1.低频H参数电路模型,可以用一个线性的二端口网络来等效非线性的晶体管。,根据晶体管端口电压、电流关系可导出晶体管的H参数电路模型。,2.5.1 晶体管的低频小信号微变等效模型,（a）晶体管二端口有源网络（b）二端口有源网络图246 共

44、发射极晶体管二端口网络,在小信号情况下，对上两式取全微分得,对于BJT双口网络，输入输出特性曲线如下：,求变化量之间的关系,用小信号交流分量表示,输出端交流短路时的输入电阻；,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）,（a）H参数微变模型,（b）简化H参数微变模型,（c）输入正弦信号 H参数微变模型,2.rbe的求取,(1)发射结电阻,发射结电流,为发射结的电压，IS为发射结的反向饱和电流，UT，所以,求导得,根据输入电阻的定义,实验

45、表明：,IEQ有一定的适用范围，0.1mAIEQ5mA，超越此范围将会给rbe带来较大误差。,(2)输入电阻rbe,其中对于低频小功率管 rbb(100300）,步骤：,（1）静态分析：画直流电路，求出“Q”。,画电路的交流通路，将BJT用其微变等效 模型代替。,计算动态性能指标Au，Ri，Ro。,2.5.2 共发射极放大电路的分析,（2）动态分析：,计算rbe,标出,1.共发射极放大电路的静态分析,2.5.2 共发射极放大电路的分析,例:VCC=15V,=80,rbb=100,UBEQ=0.7V(1)求Q点；(2)求负载开路与接上负载时的、Ri、Ro(3)求最大不失真电压(Uom)M，(4)

46、电路如产生失真，先产生哪种失真?,例：VCC=15V,=80，rbb=100,UBEQ=0.7V,(1)求Q点；,画直流通路（电容开路，us=0),在直流通路中标出被求的各个量；,对输入回路列方程，求IBQ,(2)动态分析(负载开路时),画微变等效电路,求rbe。,(2)动态分析(负载开路时),求 Ri，Ro,(2)动态分析(接负载时),求，Ri，Ro,例：(3)求最大不失真电压(Uom)M，,(Uom)M=minUCEQ-UCES，,(Uom)M=min5-0.3，25/3=min4.7V，3.75=3.75V,(4)电路如产生失真，将先产生截止失真,为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的

47、、稳定的静态工作点。,2.6 分压式偏置稳定静态工作点电路,引起Q不稳定的因素很多，电源电压的波动、元件的老化以及温度的变化都会引起晶体管参数变化，其中温度对晶体管参数的影响最为重要。,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,射极偏置放大电路,射极偏置放大电路,当环境温度,1、温度对晶体管参数的影响,TICBO,温度每升高10oC,ICBO一倍,TVBE,温度每升高1oC,VBE2.5mv,T,温度每升高1oC,/，0.5%-1%,2、温度对静态工作点的影响,ICQ=IBQ+(1+)ICBO,IBQ=（Vcc-VBE）/RB TICQQ饱和失真,2.6.1 温度对静态工作

48、点的影响,“Q”过高引起饱和失真,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,3、工作点上移时输出波形分析,本节重点：1.正确理解分压式偏置电路稳定静态工作点的原理，以及其稳定静态工作点的条件。2.掌握分压式偏置共射放大电路静态与动态分析方法。,2.6.2 分压式射极偏置稳定电路,特点：RB1上偏流电阻、RB2下偏流电阻、RE发射极电阻,、电路组成,+UBEQ,IBQ,I1,IEQ,二、稳定静态工作点的原理,1.直流通路,ICQ,VB=VCCRB2/(RB1+RB2),若电路调整适当，可以使ICQ基本不变。,2.稳定过程（原理）,TICQICQRE

49、VB固定UBEIBQICQ,3.稳定的条件 VB固定 VB=VCCRB2/(RB1+RB2),（1）I1 IB 硅管I1=（510）IBQ 锗管I1=（1020）IBQ（2）VB UBE 硅管VB=（35）V 锗管VB=（13）V,三、静态分析 求Q点（IBQ、ICQ、UCEQ）求法：画出直流通路求解 方法有二：1、估算法 2、利用戴维南定理,VBQ=VCCRB2/(RB1+RB2),1、估算法,UCEQ=VCC-ICQ/(RC+RE),2、用戴维南定理,VBB=VCCRB2/(RB1+RB2),RB=(RB1/RB2),开路求等效电压,去源求等效电阻,等效电路,四、动态分析 求Au、Ri、R

50、O1、画出微变等效电路（1）画出交流通路,（2）画出放大电路的 微变等效电路,2、计算动态性能指标,（1）计算Au,“-”表示Uo和Ui反相。Au的值比固定偏流放大电路的Au小了。,Au,（2）计算输入电阻,Ri,RoRc,（3）计算输出电阻Ro,Ro基本不变。,同固定偏置放大电路相比较 静态工作点稳定 Au，Ri，Ro基本不变,结 论,分压式偏置稳定静态工作点的电路,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。,举例讨论,2.6.3 带旁路电容的射极偏置稳定电路,例=100，RS=1 k，RB1=62 k，RB2=20 k,RC=3 k，RE=1.