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1、第5章 晶体三极管及其基本放大电路,5.1 晶体三极管,几种常见晶体管的外形,5.1.1 晶体管的结构及其类型,晶体管的结构,晶体管的结构示意图和表示符号,晶体管的种类,按结构工艺分类，有NPN和PNP型；按制造材料分类，有锗管和硅管；按照工作频率分类，有低频管和高频管；按照容许耗散功率大小分类，有小功率管和大功率管。,5.1.2 晶体管的电流分配与放大作用,NPN型晶体管的电流关系,三极管内部载流子的传输过程,1)发射区向基区扩散多子电子，形成发射极电流 IE。,IE,少数与空穴复合，形成 IB。,基区空穴来源,基极电源提供(IB),集电区少子漂移(ICBO),IB,3)集电区收集扩散过来的
2、载流子形成集电极电流 IC,IC,2)电子到达基区后,(漂移电流因载流子浓度低而忽略),第 2 章半导体三极管,三极管内载流子运动,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：,第 2 章半导体三极管,近似有,【例】一个处于放大状态的晶体管发射极电流为12.1mA，集电极电流为12.0mA，晶体管的 是多少？,解,求基极电流,5.1.3 晶体管的共射特性曲线,共发射极放大电路,图1.3.5 晶体管的输入特性曲线,输出特性曲线,(1)截止区 iB=0的曲线以下的区域称为截止区。iB=0时，集电极电流用ICE0表示，其值很小，即在截止
3、区，电流关系为 iB=0 iE=iC=ICE0 晶体管工作在截止区时没有电流放大能力，且各极电流近似为零，相当于开关断开状态。对于NPN型硅管而言，当uBE0.5V时，已开始截止，但是为了可靠截止，常使得uBE0，特点：发射结和集电结均反偏。,(2)放大区 输出特性曲线的近似水平部分是放大区，也称为线性区。在放大区各极电流满足iC=iB iE=iC+iBiC 表现出iB对 iC的控制作用。晶体管工作在放大状态时特点：发射结正偏，集电结反偏。即对NPN型晶体管而言，应使UBE0.7V，UCE0.7V.从电位来看，应该是 aaaaaaaaaaVCVBVE；而对PNP型晶体管而言，则是VEVBVC,
4、(3)饱和区 饱和区指输出特性曲线中iC上升部分与纵轴之间的区域。在饱和区，对应于不同的iB的输出特性曲线几乎重合，iC不再受ib控制，只随uCE变化，即没有电流放大能力。饱和时特点：发射结与集电结均处于正向偏置。在饱和状态时的uCE称为饱和降，记做UCES，其值很小，对于NPN型硅管约为0.3V，PNP型锗管约为0.1V，若忽略不计，则晶体管集电极与发射极之间相当于短路，相当于开关的闭合状态。,在模拟电路中，大多数情况下，应保证晶体管工作在放大状态。而在开关电路或脉冲数字电路中，晶体管主要工作于饱和状态和截止状态。,三极管特性测试电路,5.1.4 晶体管的主要参数,1电流放大系数,2极间反向
5、电流,3极限参数,（1）共射直流电流放大系数,（2）共射交流电流放大系数,（1）集电极-基极反向饱和电流ICBO,（2）集电极-发射极反向饱和电流ICEO,（1）集电极最大容许电流 ICM,（2）集电极最大容许耗散功率PCM,5.2放大电路的组成和工作原理5.2.1 放大电路概述,放大电路的结构示意图,放大的电路的功能：将微弱的电信号不失真地放大到所需的数值对放大器的基本要求：足够大的放大能力放大的实质：能量的控制与转换,5.2.2 基本共射极放大电路,共发射极基本放大电路,元件作用：晶体管VT是核心元件，起放大作用。基极直流电源VBB使发射结正偏。Rb为基极偏置电阻为晶体管提供一个合适的基极
6、直流，集电极直流电源Vcc使集电结反偏，是输出电路的工作电源，形成集电极回路电流，同时又是负载的能源：C1，C2耦合电容，隔直通交,5.2.2 基本共射极放大电路,共发射极基本放大电路,放大电路组成原则：1.应使放大电路工作在放大状态（发射结正偏、集电结反偏）2.信号能进能出（信号能送到电路输入端，放大后输出信号能作用于负载上）放大电路特点：1.交流直流共存2.线性与非线性共存,5.2.2 基本共射极放大电路,共发射极基本放大电路,电量符号：直流量：符号与下标都大写IB、IC、UCE交流量：符号与下标都小写ib、ic、uce总电量瞬时值：符号小写下标大写iB、iC、uCE,ui=0时的IB、I
7、C、UCE、称为放大电路的静态工作点Q,记为IBQ、ICQ、UCEQ,5.2.2 基本共射极放大电路,共发射极基本放大电路,工作原理,基本共射极放大电路的简化,5.3 放大电路的分析,放大电路可分为静态和动态两种情况来分析。静态：是当放大电路没有输入信号时的工作状态；动态：则是有输入信号时的工作状态；,5.3.1 静态分析,计算法：用放大电路的直流通路计算静态值 图解法：用作图的方法确定静态值,目的：确定放大电路的静态工作点（IBQ、ICQ、UCEQ)(是否满足不失真放大的条件）,方法：,计算法：用放大电路的直流通路计算静态值,静态值是直流，故可用放大电路的直流通路（在直流电源作用下直流电流流
8、过的路径）来分析计算。,静态时的基极电流为,画直流通路的原则：电容视为开路、信号源视为短路,例5.31：已知VCC=12V,RC=4K,Rb=300K,UCEQ=0.7V,=40求静态值IBQ、ICQ、UCEQ,晶体管的工作状态,直流通路,用图解法确定静态值,（1）画出直流通路（2）利用输入特性曲线及输入回路方程来确定IBO和UBEO（3）利用输出特性曲线及输出回路方程确定 ICO和UCEO,输入回路方程：,输出回路方程,直线方程,直线方程,利用图解法求静态工作点,斜率为-1/Rb,斜率为-1/Rc,5.3.2 动态分析,方法：微变等效电路法（计算放大电路的性能指标）晶体管的微变等效电路模型
9、放大电路的微变等效电路 放大电路交流性能指标的计算图解法（分析波形及动态范围）。,目的：分析与计算放大电路的性能指标、波形、动 态范围。,在静态值确定后只考虑电流和电压的交流分量,晶体管的微变等效电路模型,晶体管及其微变等效电路,1.微变等效电路法,几百欧姆到几千欧姆,放大电路的微变等效电路 画出放大电路的交流通路画出放大电路的交流通路原则：电容视为短路、直流电源视为短路,用晶体管的微变等效电路模型 替代交流通路中的晶体管,放大电路交流性能指标的计算,计算电压放大倍数,：衡量电压放大能力,计算输入电阻Ri:从放大器输入端看进去的交流等效电阻，对前级产生影响,计算输出电阻Ro,放大电路的内阻，带
10、负载能力,求输出电阻Ro常采用外加电源法：,保留信号源内阻RS,源电压放大倍数,考虑信号源内阻时的电压放大倍数,例：下图中，已知VCC=12V、RC=RL=4k、Rb=300k、RS=1k晶体=40、UBEQ=0.7V,C1和C2对交流信号视为短路，试求,2.图解法：,根据ui利用输入特性曲线画出ib和ube波形,根据iB利用输出特性曲线画出iC和uCE波形,输出回路的交流负载线方程斜率为,交流负载线与直流负载线相交于Q点：,5.3.3 图解法分析放大电路的非线性失真和动态范围,非线性失真,截止失真,饱和失真,截止失真的图解分析,Q点偏低，IBQ和ICQ值偏小,uce波形出现“削顶”失真，称为
11、截止失真,消除截止失真的方法是：提高静态工作点值、减小输入信号幅值,饱和失真的图解分析,Q点偏高，IBQ和ICQ值偏大,uce波形出现“削顶”失真，称为饱和失真,消除饱和失真的方法是：降低静态工作点值、减小输入信号幅值,用图解法估算动态范围,用图解法估算最大输出幅值,5.4.1 静态工作点稳定的共射极放大电路,基极分压式射极偏置电路,5.4 晶体管放大电路的三种接法,一般选取:I2=(510)IBQ,VBQ=(510)UBEQ,TICQIEQIEQREUBEQIBQ ICQ,例：下图中已知VCC=12V,RC=2K,Re=2K,Rb1=20K,Rb2=10KRL=6K,=40,UBEQ=0.7
12、V,计算静态工作点,解：1.由直流通路计算静态值,解：2.由微变等效电路计算交流参数,5.4.2 共集电极放大电路（射极输出器）,1.静态分析,2.动态分析,电压增益：输入电阻：,求输出电阻,与共射放大电路相比，共集放大电路的输出电阻小，带负载能力强、输入电阻高。对前级影响小。常倍用做放大电路的输入级、输出级或缓冲级,5.4.3 共基极放大电路,5.4.4 三种基本放大电路的性能比较,共发射极电路既放大电压也放大电流，输入、输出电阻适中，被主要应用于低频多级放大电路的中间级；共集电极电路只放大电流，不放大电压，在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，常被用于输入级、输出级或作为隔离用的缓冲级
13、；共基极电路只放大电压不放大电流，输入电阻小，高频特性很好，常被用于高频或宽频带低输入阻抗的场合。,例：两级放大电路下图中已知：VCC=12V,1=60,Rb1=200k,Re1=2k,Rs=100.Rc2=2k,Re2=2k,Rb1=20k,Rb2=10k,RL=6 K,2=40试求：静态值；,解求静态值,解求交流参数,Ri2=0.83(k）,5.5.1 频率响应概述,放大倍数会随着频率而变化，是频率的函数。这种函数关系称为频率响应或者频率特性,5.5 放大电路的频率响应,称为幅频特性,称为相频特性,1.基本概念,阻容耦合单级共射放大电路的频率响应,fL:下限截止频率fH：上限截止频率,2.
14、波特图：横轴采用对数刻度lgf,纵轴采用分贝（dB),5.5.2 简单RC电路的频率特性,RC低通电路的频率特性 RC高通电路的频率特性,RC低通电路的频率特性,RC低通电路,幅频特性,相频特性,截止频率,RC低通电路的波特图,RC高通电路的频率特性,RC高通电路,幅频特性,相频特性,RC高通电路的波特图,5.5.3 晶体管的高频等效模型,1晶体管的混合 等效模型,晶体管的混合型等效模型的单向化简化,5.5.4 放大电路的频率响应分析,共射极阻容耦合放大电路及其等效电路,中频电压放大倍数,共射极阻容耦合放大电路的中频等效电路,低频电压放大倍数,共射极阻容耦合放大电路的低频等效电路,高频电压放大倍数,共射极阻容耦合放大电路高频等效电路,第五章 小节,知识点复习：,
