晶體管及基本放大電路

1第二章晶體管及放大電路基本內(nèi)容半導(dǎo)體晶體管共射極基本放大電路放大電路的基本分析方法放大電路的頻率特性基本要求1.理解晶體管的外部特性（3個(gè)區(qū)）、掌握判斷晶體管類(lèi)型和極性的方法。2.掌握各種放大電路的特點(diǎn)和分析方法。3.了解放大電路的頻率特性。22.1半導(dǎo)體晶體管

要求:理解晶體管的放大原理掌握晶體管的三個(gè)狀態(tài)特點(diǎn)掌握組成放大電路的外部條件掌握晶體管的電流關(guān)系3一.基本結(jié)構(gòu)與分類(lèi)1.內(nèi)部結(jié)構(gòu)符號(hào)41）按材料分2）按結(jié)構(gòu)分3）按頻率分4）按功率分高頻管低頻管硅管鍺管NPN型PNP型大功率管小功率管對(duì)應(yīng)型號(hào)3A（鍺PNP）3B（鍺NPN）3C（硅PNP）3D（硅NPN）2.分類(lèi)5放大器一般為4端網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)公共端的不同，晶體管有三種連接方式ICIEIEICIBICIBICIB

（共發(fā)射極）（共集電射極）（共基射極）二.晶體管的連接方式6（一）三個(gè)區(qū)的特點(diǎn)1)發(fā)射區(qū)是摻雜質(zhì)比集電區(qū)摻雜多的N型半導(dǎo)體，電子濃度很大；2）基區(qū)很薄，為摻雜質(zhì)很少的P型半導(dǎo)體。3）集電極面積大，保證盡可能收集到發(fā)射區(qū)發(fā)射的電子。（二）載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律及電流分配關(guān)系當(dāng)一個(gè)NPN型的晶體管接成共射極接法的放大電路時(shí)：發(fā)射結(jié)正向偏置集電結(jié)反向偏置T

放大作用的內(nèi)部條件T

放大作用的外部條件三.晶體管的放大作用7晶體管共射極接法的放大電路圖81.載流子運(yùn)動(dòng)規(guī)律(a)載流子運(yùn)動(dòng)(b)電流分配92.電流關(guān)系1）據(jù)KCL定律有：2）共射極晶體管的電流放大倍數(shù)：

晶體管的電流關(guān)系體現(xiàn)了電流放大作用，故稱晶體管為電流控制型元件。因電流中有兩種載流子的運(yùn)動(dòng)，所以又稱為雙極型晶體管。101.輸入特性曲線集一射極電壓UCE

為常數(shù)時(shí)，輸入電路(基極電路)中基極電流IB

與基—射極電壓UBE

之間的關(guān)系曲線，即

IB=f(UBE)|UCE=常數(shù)四.特性曲線3DG6的輸入特性112.輸出特性曲線當(dāng)基極電流IB

為常數(shù)時(shí)，輸出電路(集電極電路)中集電極電流IC

與集一射極電壓UCE

之間的關(guān)系曲線，即

IC=f(UCE)|IB=常數(shù)1）三個(gè)基本區(qū)

(1)放大區(qū)(UCE

＞UBE≥（0.7或0.3）);(2)截止區(qū)(IB≤0，UBE≤0,UCE

＞0);(3)飽和區(qū)（UCE

＜UBE)。123DG6的輸入特性3DG6的輸出特性3.晶體管特性曲線13a)靜態(tài)電阻動(dòng)態(tài)電阻

rce>>RCE4.晶體管輸出回路電阻141．電流放大系數(shù)

1）共射極直流電流放大系數(shù)β

在靜態(tài)(無(wú)輸入信號(hào))時(shí)稱為共射極直流放大系數(shù)。

2）交流電流放大系數(shù)β

集電極電流的變化量△IC

與基極電流的變化量△IB

的比值。在放大區(qū)工作時(shí)，常有β≈β五.主要參數(shù)15

2.集電極最大允許電流ICM

集電極電流IC

超過(guò)一定值時(shí)，晶體管的β值要下降。當(dāng)β

值下降到正常數(shù)值的三分之二時(shí)的集電極電流IC

，稱為集電極最大允許電流ICM

。3．集—射極反向擊穿電壓U(BR)CEOIB=0時(shí)，加在集電極和發(fā)射極之間的最大允許電壓，稱為集—射極反向。當(dāng)晶體管的集—射極電壓U(BR)CEO。注：當(dāng)UCE

＞U(BR)CEO

時(shí)，晶體管會(huì)被擊穿。4．集電極最大允許功率損耗PCMPCM允許在集電極上消耗功率的最大值。16

一般溫度對(duì)所有參數(shù)都影響，但影響最顯著的是

：1.ICBO集電極與基極間的反向飽和電流

T↑(10°C)→ICBO↑

（約一倍）；2.β：T↑(1°C)→β↑(1%);3.UBE:T↑(1°C)→UBE↑(約2mV）。IC↑六.溫度對(duì)參數(shù)的影響172.2共射極基本放大電路基本要求:理解組成基本放大電路各元件的作用掌握放大電路組成原則掌握直流通路和交流通路的畫(huà)法18一.放大電路的組成191.各元件的作用T:放大元件，在線性區(qū)。UCC

:作為放大電路直流工作電源：與RC一起保證集電結(jié)反向偏置。RB

：基極偏置電阻，與UCC共同提供適當(dāng)?shù)幕鶚O電流IB（偏流），以使放大電路獲得合適的工作點(diǎn)。C1、C2

：用以耦合交流，隔斷直流，通常稱為耦合電容器。RC

：為集電極負(fù)載電阻，將集電極電流的變化變換為電壓UCE的變化，以實(shí)現(xiàn)電壓放大。20

1).晶體管必須工作在放大區(qū)，即

NPN管：UC

＞UB，由RC、UCC保證，

UB＞UE，由RB、UCC保證;PNP管：UC

＜UB＜UE

（與NPN管原理同，電源和電容極性相反）；2).信號(hào)能輸入（C1），即u

i

能使iB

變化;3).信號(hào)能輸出（C2），即

i

C

變化產(chǎn)生uo

輸出。2.放大電路組成的原則21例1：

在晶體管放大電路中，測(cè)的得3個(gè)晶體管的各級(jí)電位如圖所示。試判斷其極性（E、B、C）和類(lèi)型（NPN、PNP、硅、鍺）解：（a）

,

,1

,2

,3

;

（b）

,

,1

,2

,3

;

（c）

,

,1

,2

,3

;NPN硅EBCPNP硅CBEPNP鍺CEB22二.直流通路和交流通路交流通路（C短路，UCC對(duì)地短路。）直流通路（C開(kāi)路）直流分析：IB、IC、UCE交流分析：Aus、ri、ro232.3放大電路的靜態(tài)（直流）分析內(nèi)容：

放大電路的直流分析是指：當(dāng)ui=0，為保證晶體管工作在放大區(qū)，確定放大電路的直流值（靜態(tài)值），即IB

、IC

、UCE

，又稱靜態(tài)工作點(diǎn)，簡(jiǎn)稱Q點(diǎn)，Q點(diǎn)可通過(guò)公式估算或通過(guò)作圖求出。任務(wù)：掌握Q點(diǎn)估算的方法。24解析法確定Q點(diǎn)直流通路根據(jù)直流通路計(jì)算，UBE、β為已知。硅管UBE=0.6V～0.7V，鍺管UBE=0.1V～0.2V，IC=?IBUC=UCC-ICRC25

在圖所示的放大電路中，已知UCC＝12V，RC＝3kΩ，RB＝280kΩ，β=50。求靜態(tài)值。IC=βIB=50×0.04=2mAUCE=UCC-ICRC=12-2×3=6V例1.26例2：

判斷圖中各晶體管的工作狀態(tài)（飽和，放大，截止）。設(shè)所有的二極管和晶體管均為硅管，β＝40。解：（a）

截止

,

（b）

飽和

,

（c）

放大

,

272.4放大電路的動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)：當(dāng)放大電路的輸入信號(hào)ui≠0時(shí)的工作狀態(tài)。任務(wù)：分析信號(hào)（交流分量）的傳輸情況，掌握放大倍數(shù)

Au

、輸入電阻ri

和輸出電阻ro的計(jì)算方法。

方法：微變等效電路法、圖解法。28表述：把非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個(gè)線性電路，也就是把晶體管線性化，等效為一個(gè)線性元件。這就是微變等效電路法。線性化的條件：晶體管在小信號(hào)(微變量)情況下工作，才能在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地代替晶體管的特性曲線。一.微變等效電路291.晶體管的微變等效電路輸入回路在線性工作區(qū)，當(dāng)UCE

為常數(shù)時(shí),晶體管輸入端BE等效為一個(gè)電阻

rbe。302)輸出回路

在線性工作區(qū)，當(dāng)UCE

為常數(shù)時(shí)，晶體管輸出端CE可等效為一個(gè)受控電流源：受控電流ic=βib受控電流源內(nèi)阻為

rce為稱晶體管輸出電阻313）晶體管的微變等效電路圖rce>>Rc322.放大電路的微變等效電路表述：將放大電路交流通路中的晶體管變換為微變等效電路就構(gòu)成放大電路的微變等效電路33二.

放大電路的基本性能指標(biāo)1.電壓放大倍數(shù)放大電路的輸出電壓與輸入電壓幅值或有效值之比，稱為放大電路的電壓放大倍數(shù)。2.

輸入電阻ri3.輸出電阻ro表達(dá)式：34三.分析舉例1）.電壓放大倍數(shù)ri'Au的特點(diǎn)：UO與Ui的相位相反；｜Au｜>1。352）輸入電阻ri當(dāng)RB>>rbe

時(shí)，ri≈rbe36討論：當(dāng)信號(hào)源為電壓源時(shí)，若ri

很小，則有:1）將從信號(hào)源取用較大的電流，從而增加信號(hào)源的負(fù)擔(dān)；2）經(jīng)過(guò)信號(hào)源內(nèi)阻Rs和ri的分壓，使實(shí)際加到放大電路的輸入電壓ui減小，從而減小輸出電壓；3）后級(jí)放大電路的輸入電阻，就是前級(jí)放大電路的負(fù)載電阻，從而將會(huì)降低前級(jí)放大電路的電壓放大倍數(shù)。結(jié)論：希望放大電路的輸入電阻ri大。電流放大時(shí)，希望ri要低。功率放大時(shí)，希望ri=rs

。373）輸出電阻ro根據(jù)定義∵Ui=0，Ib=0∴βIb=0，ro=UO/IO=RC討論：若ro

較小，當(dāng)負(fù)載變化時(shí)．輸出電壓的變化較小，放大電路帶負(fù)載的能力較強(qiáng)。結(jié)論：希望放大電路的輸出電阻ro

小。384）源電壓放大倍數(shù)考慮信號(hào)源內(nèi)阻，放大倍數(shù)將下降。RsUs+-39四.圖解分析法由于ui≠0

，整個(gè)放大電路既有直流信號(hào)，又有交流信號(hào)，即iB=IBQ+ib、

iC=ICQ+ic、uCE=UCEQ+uce。若只考慮交流信號(hào)，由交流通路有：ic=-1/RL’×uce，RL′=RC//RL稱為交流負(fù)載?；痉糯笃鹘涣魍穒C=-1/RL′(UCE-uCE

)+ICQ稱為交流負(fù)載線，其特點(diǎn)：斜率為-1/RL′，過(guò)靜態(tài)工作點(diǎn)Q。40直流負(fù)載線和交流負(fù)載線ΔU/ΔI=uce/ic=RL′ΔUΔI交流負(fù)載線Ucc’交流負(fù)載線與UCE軸的截距為：UCC′=UCEQ+ICQRL′RL′<RC，交流負(fù)載線比直流負(fù)載線陡，放大倍數(shù)將減小。當(dāng)放大器空載時(shí)，即RL′=RC，此時(shí)交流負(fù)載線與直流負(fù)載重合。1.

交流負(fù)載線的畫(huà)法41交流負(fù)載線與直流負(fù)載線對(duì)比RL′<RC，交流負(fù)載線比直流負(fù)載線陡，放大倍數(shù)將減小。42①②③④2.動(dòng)態(tài)圖解分析過(guò)程①根據(jù)輸入信號(hào)ui，在輸入特性上繪出的iB

波形;②將交流負(fù)載畫(huà)于輸出特性上，根據(jù)iB在輸出特性上的變化求iC③根據(jù)ic在輸出特性上的變化求uCE432.5

射極偏置放大電路射極偏置放大電路為穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)而設(shè)置。溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響主要表現(xiàn)在晶體管的參數(shù)(β、ICBO、uBE)上，若靜態(tài)工作點(diǎn)與晶體管的參數(shù)基本無(wú)關(guān)，靜態(tài)工作就能穩(wěn)定。如果T↑→IC↑時(shí)，若使IB↓，就能使IC↓,Q點(diǎn)基本不變，所以從IB著手。任務(wù)：理解放大電路穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的原理。掌握靜態(tài)計(jì)算和動(dòng)態(tài)計(jì)算方法?？偨Y(jié)射極偏置放大電路的特點(diǎn)。44一.射極偏置電路的結(jié)構(gòu)45UB與晶體管參數(shù)無(wú)關(guān)。偏置電路的分析

1.靜態(tài)工作分析I1=I2+I

B;若使：I

2

＞＞IB----(1)則：I1≈I2

直流通路若使：UB＞＞UBE(3)，且:IC

＞＞IBIC與T的參數(shù)無(wú)關(guān)462.靜態(tài)工作點(diǎn)Q的估算式當(dāng)滿足式（1）和式（3）條件，則473.穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的物理過(guò)程：4.穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的實(shí)質(zhì)：由于IC的變化通過(guò)IE

在RE

上引起電壓降（UE=IE

RE

）的變化，而后UE被引回(就是反饋)到輸入電路與UB比較，使UBE發(fā)生變化，牽制IC

的變化。這就是利用反饋法穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。電路中引入的反饋為電流負(fù)反饋。ICIBUBE溫度升高IC

UE482.動(dòng)態(tài)分析（根據(jù)微變等效電路圖）49射極偏置放大電路提問(wèn)：若在RE兩端未并CE，如圖所示，試分析電路。1).靜態(tài)分析∵

直流通路沒(méi)變，∴靜態(tài)工作點(diǎn)不受影響。50微變等效電路2)Au

的計(jì)算放大倍數(shù)顯著減小513).ri

、ro

的計(jì)算輸入電阻增大輸出電阻不變52例題：

電路如圖所示，試計(jì)算:1)靜態(tài)工作點(diǎn)；2)畫(huà)出微變等效電路；3)求ri

、ro

、Au、Aus

。放大電路圖53例題直流通路1)靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算542)微變等效電路3)ri

、ro、Au、Aus的計(jì)算≈3.85kΩ5556

2.6射極輸出器

射極輸出器是共集電極放大電路，由發(fā)射極輸出，故稱為射極輸出器。任務(wù)：掌握共集電極放大電路的分析計(jì)算。理解共集電極放大電路的三個(gè)特點(diǎn)。57

一.靜態(tài)分析UCC=RBIB+UBE+RE

IE=RBIB+UBE+(1+β)REIBIB=(UCC-UBE)/(RB+(1+β)RE))IC=β

IBUCE=UCC-RE

IE共c極放大電路圖58微變等效電路二.

動(dòng)態(tài)分析①電壓放大倍數(shù)輸入和輸出電壓相位相同數(shù)值近似相等59②ri

的計(jì)算射極輸出器的輸入電阻r’較大，可作為多級(jí)放大器的輸入級(jí)。60③ro的計(jì)算：射極輸出器的輸出電阻r0較小，可作為多級(jí)放大器的輸出級(jí)。61

Au≈1，即uo≈ui

，具有跟隨作用，故稱射極跟隨器，可作為多級(jí)放大器的緩沖級(jí)（中間級(jí)）；

具有較高的輸入電阻，可作為多級(jí)放大器的輸入級(jí)；

具有較小的輸出電阻，有較強(qiáng)的帶負(fù)載能力，可作為多級(jí)放大器的輸出級(jí)；三.主要特點(diǎn)62

在射極輸出器中，UCC=12V,β=60,RB=200kΩ,RE=2kΩ,RL=2kΩ,UBE=0.6V.試求1）靜態(tài)值；2）Au

、ri

、ro。解：1）計(jì)算靜態(tài)值；

例題：6364通過(guò)上述計(jì)算結(jié)果，說(shuō)明Au≈1，ri較高、ro很低。65交流放大電路匯總靜態(tài)計(jì)算abcIB=(UCC-UBE)/RBIC=βIBUCE=UCC-RCICUB=UCCRB/(RB1+RB)IC≈IE=(UB-UBE)/REIB=IC/βUCE=UCC-(RC+

RE)ICIB=(UCC-UBE)/

（RB+(1+β)RE)IC=βIBUCE=UCC-REIE66動(dòng)態(tài)計(jì)算rbe=300+(1+β)×26÷IEa:RB1斷開(kāi)，RE=0RL′=RC//RL

Au=-βRL′/rberi=RB//rbero=RCb

′:有

CERL′=RC//RL

Au=-βRL′/rberi=RB//RB1//rbero=RCc:RB1斷開(kāi)RL′=RE//RLri′=rbe+(1+β)RL′Au=(1+β)RL′/ri′ri=RB//ri′ro=RE//rbe/(1+β)b

:

RL′=RC//RL

ri′=rbe+(1+β)RE

Au=-βRL′/ri′

ri=RB//RB1//ri′ro=RCRL+UO-67電路特點(diǎn)基本放大電路電路簡(jiǎn)單，電壓放大倍數(shù)較高，輸入電阻較小，工作點(diǎn)不穩(wěn)定。射極偏置放大電路能穩(wěn)定工作點(diǎn)，輸入電阻較大，電壓放大倍數(shù)較小。射極輸出器能穩(wěn)定工作點(diǎn)，輸入電阻較大，電壓放大倍數(shù)近似為1，輸出電阻較小，具有足夠的電流放大作用。682.7多級(jí)放大電路一.多級(jí)放大電路組成信號(hào)源輸入級(jí)電壓放大中間級(jí)末前級(jí)負(fù)載輸出級(jí)691.要求1）輸入級(jí)主要要求具有足夠高的輸入阻抗（信號(hào)源為電壓源），可使實(shí)際加到輸入級(jí)的輸入電壓增大；2）對(duì)中間級(jí)主要要求具有足夠大的電壓放大倍數(shù)；3）對(duì)末前級(jí)和輸出級(jí)要求具有足夠的功率輸出去推動(dòng)負(fù)載。702.級(jí)間耦合方式

耦合：在多級(jí)放大電路中，每?jī)蓚€(gè)單級(jí)放大電路之間的聯(lián)接方式稱為耦合；耦合方式：1）.阻容耦合：兩級(jí)之間通過(guò)耦合電容C2及下級(jí)輸入電阻R聯(lián)接的方式。特點(diǎn)：各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)互不影響，只適合交流放大。712）.直接耦合：將前級(jí)輸出端直接接到后級(jí)的輸入端或級(jí)與級(jí)之間直接聯(lián)接的方式。特點(diǎn)：適合交直流放大，但各級(jí)靜態(tài)工作點(diǎn)相互影響，并帶來(lái)零點(diǎn)漂移。3）.變壓器耦合：前級(jí)輸出信號(hào)通過(guò)變壓器傳遞到后級(jí)輸入端的方式。特點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，信號(hào)隔離，適合與交流功率放大電路，但體積大，頻率特性差。72二.阻容耦合放大電路的分析以兩級(jí)阻容耦合放大電路為例。731.各級(jí)靜態(tài)分析

第一級(jí)：74第二級(jí)：752.各級(jí)動(dòng)態(tài)計(jì)算兩級(jí)阻容耦合放大電路的微變等效電路761）電壓放大倍數(shù)Au

的計(jì)算772)輸入電阻ri

、輸出電阻ro

的計(jì)算意注：阻容耦合不適用于傳遞緩慢變化的信號(hào)或直流變化的信號(hào)。78例：

在圖示中，已知電路參數(shù)和β1、β2、rbe1、rbe2，試計(jì)算（1）各級(jí)輸入電阻ri1、ri2和總輸入電阻ri；（2）各級(jí)輸出電阻ro1、ro2和總輸出電阻ro；（3）各級(jí)電壓放大倍數(shù)、和總電壓放大倍數(shù)。

79解：

第一級(jí)為射極跟隨器，第二級(jí)為射極偏置電路，微變等效電路如圖1）ri=ri1=Rb//r’i1r’i1=rbe1+(1+β1)R’L1R’L1=Re1//ri2

ri2=Rb12//Rb22//rbe2802）

ro1=(rbe1/(1+β1))//Re1

ro2=Rc23)R’L=Rc2//RL812.9

放大電路的頻率特性一.

頻率特性的概念1.

中頻區(qū)各種電容作用可以忽略的頻率范圍通常稱為中頻區(qū)。在中頻區(qū)內(nèi)，電壓放大倍數(shù)Aum基本上不隨頻率而變化，保持一常數(shù)。2.

高頻區(qū)影響頻率特性的主要因素是管子的極間電容和接線電容等，當(dāng)頻率↑→容抗↓→輸出電壓↓→從而使Au↓

，同時(shí)產(chǎn)生附加的滯后相移。3.低頻區(qū)影響頻率特性的主要因素是耦合電容和射極旁路電容高頻區(qū)電容的作用低