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1、第2章 半导体三极管及其基本放大电路电子技术基础第2章 半导体三极管及其基本放大电路 半导体三极管是一种最重要的半导体器件。它的放大作用和开关作用促使电子技术飞跃发展。场效应管是一种较新型的半导体器件，现在已被广泛应用于放大电路和数字电路中。本章介绍半导体三极管、绝缘栅型场效应管以及由它们组成的基本放大电路。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.1 双极型半导体三极管 双极型半导体三极管简称为晶体管。它由两个PN结组成。由于内部结构的特点，使三极管表现出电流放大作用和开关作用，这就促使电子技术有了质的飞跃。本节围绕三极管的电流放大作用这个核心问题来讨论它的基本结构、工作原理、特性曲线及主要参
2、数。三极管的种类很多，按功率大小可分为大功率管和小功率管；按电路中的工作频率可分为高频管和低频管；按半导体材料不同可分为硅管和锗管；按结构不同可分为NPN管和PNP管。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.1.1 半导体三极管的结构 无论是NPN型还是PNP型的半导体三极管都分为三个区，分别称为发射区、基区和集电区，由三个区各引出一个电极，分别称为发射极（E）、基极（B）和集电极（C），发射区和基区之间的PN结称为发射结，集电区和基区之间的PN结称为集电结。其结构和符号如图2-1所示，（a）为NPN管，（b）为PNP管。其中发射极箭头所示方向表示发射极电流的流向。第2章 半导体三极管及其基本
3、放大电路 在电路中，晶体管用字符VT表示。具有电流放大作用的三极管，在内部结构上具有其特殊性，这就是：其一是发射区掺杂浓度大于集电区掺杂浓度，集电区掺杂浓度远大于基区掺杂浓度；其二是基区很薄，一般只有几微米。这些结构上的特点是三极管具有电流放大作用的内在依据。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.1.2 半导体三极管的放大原理 现以NPN管为例来说明晶体管各极间电流分配关系及其电流放大作用，上面介绍了三极管具有电流放大用的内部条件。为实现晶体三极管的电流放大作用还必须具有一定的外部条件，这就是要给三极管的发射结加上正向电压，集电结加上反向电压。第2章 半导体三极管及其基本放大电路 如图2-2
4、所示的电路，VBB为基极电源，与基极电阻RB及三极管的基极B、发射极E组成基极发射极回路（称作输入回路），VBB使发射结正偏，VCC为集电极电源，与集电极电阻RC及三极管的集电极C、发射极E组成集电极发射极回路（称作输出回路），VCC使集电结反偏。图2-2中，发射极E是输入输出回路的公共端，因此称这种接法为共发射极放大电路，改变可变电阻RB，测基极电流IB，集电极电流IC和发射结电流IE，结果如表2-1。第2章 半导体三极管及其基本放大电路从实验结果可得如下结论：（1）IE = IB + IC。此关系就是三极管的电流分配关系，它符合基尔霍夫电流定律。（2）IE和IC几乎相等，但远远大于基极电流
5、IB，从第三列和第四列的实验数据可知IC与IB的比值分别为：第2章 半导体三极管及其基本放大电路IB的微小变化会引起IC较大的变化，计算可得： 计算结果表明，微小的基极电流变化，可以控制比之大数十倍至数百倍的集电极电流的变化，这就是三极管的电流放大作用。 、称为电流放大系数。 通过了解三极管内部载流子的运动规律，可以解释晶体管的电流放大原理。本书从略。第2章 半导体三极管及其基本放大电路5.5402.009.104.006.008.217.33B4B3C4CBCIIIIII2.1.3 半导体三极管的伏安特性和主要参数 三极管的特性曲线是用来表示各个电极间电压和电流之间的相互关系的，它反映出三极
6、管的性能，是分析放大电路的重要依据。特性曲线可由实验测得，也可在晶体管图示仪上直观地显示出来。1输入特性曲线 晶体管的输入特性曲线表示了VCE为参考变量时，IB和VBE的关系。第2章 半导体三极管及其基本放大电路 如图2-3所示是三极管的输入特性曲线，由图2-3可见，输入特性有以下几个特点： （1）输入特性也有一个“死区”。在“死区”内，VBE虽已大于零，但IB几乎仍为零。当VBE大于某一值后，IB才随VBE增加而明显增大。和二极管一样，硅晶体管的死区电压VT（或称为门槛电压）约为0.5V，发射结导通电压VBE = （0.60.7）V；锗晶体管的死区电压VT约为0.2V，导通电压约（0.2 0
7、.3）V。若为PNP型晶体管，则发射结导通电压VBE分别为（-0.6 -0.7）V和（-0.2 -0.3）V。 （2）一般情况下，当VCE 1V以后，输入特性几乎与VCE = 1V时的特性重合，因为VCE 1V后，IB无明显改变了。晶体管工作在放大状态时，VCE总是大于1V的（集电结反偏），因此常用VCE 1V的一条曲线来代表所有输入特性曲线。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2输出特性曲线 晶体管的输出特性曲线表示以IB为参考变量时，IC和VCE的关系，即： 图2-4是三极管的输出特性曲线，当IB改变时，可得一组曲线族，由图2-4可见，输出特性曲线可分放大、截止和饱和三个区域。第2章 半导
8、体三极管及其基本放大电路 （1）截止区：IB = 0的特性曲线以下区域称为截止区。在这个区域中，集电结处于反偏，VBE 0发射结反偏或零偏，即VC VE VB。电流IC很小，（等于反向穿透电流ICEO）工作在截止区时，晶体管在电路中犹如一个断开的开关。 （2）饱和区：特性曲线靠近纵轴的区域是饱和区。当VCE VC VE。在饱和区IB增大，IC几乎不再增大，三极管失去放大作用。规定VCE = VBE时的状态称为临界饱和状态，用VCES表示，此时集电极临界饱和电流： 基极临界饱和电流： 当集电极电流IC ICS时，认为管子已处于饱和状态。IC VB VE。其特点是IC的大小受IB的控制，IC =
9、IB，晶体管具有电流放大作用。在放大区约等于常数，IC几乎按一定比例等距离平行变化。由于IC只受IB的控制，几乎与VCE的大小无关。特性曲线反映出恒流源的特点，即三极管可看作受基极电流控制的受控恒流源。第2章 半导体三极管及其基本放大电路【例2-1】用直流电压表测得放大电路中晶体管VT1各电极的对地电位分别为Vx = +10V，Vy = 0V，Vz = +0.7V，如图2-5（a）所示，VT2管各电极电位Vx = +0V，Vy = -0.3V，Vz = -5V，如图2-5（b）所示，试判断VT1和VT2各是何类型、何材料的管子，x、y、z各是何电极？第2章 半导体三极管及其基本放大电路解：工作
10、在放大区的NPN型晶体管应满足VC VB VE，PNP型晶体管应满足VC VB Vz Vy，所以x为集电极，y为发射极，z为基极，满足VC VB VE的关系，管子为NPN型。（2）在图（b）中，x与y的电压为0.3V，可确定为锗管，又因Vz Vy Vx，所以z为集电极，x为发射极，y为基极，满足VC VB ICS，所以管子工作在饱和区。第2章 半导体三极管及其基本放大电路（2）因为基极偏置电源-2V小于管子的导通电压，管子的发射结反偏，管子截止，所以管子工作在截止区。（3）因为基极偏置电源+2V大于管子的导通电压，故管子的发射结正偏，管子导通基极电流： 因为IC ICS，所以管子工作在放大区。
11、第2章 半导体三极管及其基本放大电路3晶体管的主要参数 晶体管的参数是用来表示晶体管的各种性能的指标，是评价晶体管的优劣和选用晶体管的依据，也是计算和调整晶体管电路时必不可少的根据。主要参数有以下几个。1）电流放大系数（1）共射直流电流放大系数 。它表示集电极电压一定时，集电极电流和基极电流之间的关系。即：（2）共射交流电流放大系数。它表示在VCE保持不变的条件下，集电极电流的变化量与相应的基极电流变化量之比，即：第2章 半导体三极管及其基本放大电路 上述两个电流放大系数 和的含义虽不同，但工作于输出特性曲线的放大区域的平坦部分时，两着差异极小，故在今后估算时常认为 。 由于制造工艺上的分散性
12、，同一类型晶体管的值差异很大。常用的小功率晶体管，值一般为20200。过小，管子电流放大作用小，过大，工作稳定性差。一般选用在40100的管子较为合适。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2）极间电流（1）集电极反向饱和电流ICBO。ICBO是指发射极开路，集电极与基极之间加反向电压时产生的电流，也是集电结的反向饱和电流。可以用图2-7所示的电路测出。手册上给出的ICBO都是在规定的反向电压之下测出的。反向电压大小改变时，ICBO的数值可能稍有改变。另外ICBO是少数载流子电流，随温度升高而指数上升，影响晶体管工作的稳定性。作为晶体管的性能指标，ICBO越小越好，硅管的ICBO比锗管的小得多，
13、大功率管的ICBO值较大，使用时应予以注意。第2章 半导体三极管及其基本放大电路（2）穿透电流ICEO。ICEO是基极开路，集电极与发射极间加电压时的集电极电流，由于这个电流由集电极穿过基区流到发射极，故称为穿透电流。测量ICEO的电路如图2-8所示。根据晶体管的电流分配关系可知：ICEO = （1+ ）ICBO。故ICEO也要受温度影响而改变，且 大的晶体管的温度稳定性较差。第2章 半导体三极管及其基本放大电路3）极限参数 晶体管的极限参数规定了使用时不许超过的限度。主要极限参数如下：（1）集电极最大允许耗散功率PCM 晶体管电流IC与电压VCE的乘积称为集电极耗散功率，这个功率导致集电结发
14、热，温度升高。而晶体管的结温是有一定限度的，一般硅管的最高结温为100 150，锗管的最高结温为70 100，超过这个限度，管子的性能就要变坏，甚至烧毁。因此，根据管子的允许结温定出了集电极最大允许耗散功率PCM，工作时管子消耗功率必须小于PCM。可以在输出特性的坐标系上画出PCM = ICVCE的曲线，称为集电极最大功率损耗线。如图2-9所示。曲线的左下方均满足PC PCM的条件为安全区，右上方为过损耗区。第2章 半导体三极管及其基本放大电路（2）反向击穿电压V（BR）CEO反向击穿电压V（BR）CEO是指基极开路时，加于集电极发射极之间的最大允许电压。使用时如果超出这个电压将导致集电极电流
15、IC急剧增大，这种现象称为击穿。从而造成管子永久性损坏。一般取电源VCC ）时的值。通常高频晶体管都用fT表征它的高频放大特性。第2章 半导体三极管及其基本放大电路5）温度对晶体管参数的影响几乎所有晶体管参数都与温度有关，因此不容忽视。温度对下列三个参数的影响最大。（1）温度对ICBO的影响：ICBO是少数载流子形成，与PN结的反向饱和电流一样，受温度影很大。无论硅管或锗管，作为工程上的估算，一般都按温度每升高10，ICBO增大一倍来考虑。（2）温度对的影响：温度升高时随之增大。实验表明，对于不同类型的管子随温度增长的情况是不同的，一般认为：以25时测得的值为基数，温度每升高10，增加约（0.
16、5 1）%。（3）温度对发射结电压VBE的影响：和二极管的正向特性一样，温度每升高10，|VBE|约减小2 2.5mV。因为，ICEO =（1+ ）ICBO，而IC = IB+（1+ ）ICBO，所以温度升高使集电极电流IC升高。换言之，集电极电流IC随温度变化而变化。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.2 共发射极基本放大电路模拟信号是时间的连续函数，处理模拟信号的电路称为模拟电子电路。模拟电子电路中的晶体三极管通常都工作在放大状态，它和电路中的其它元件构成各种用途的放大电路。而基本放大电路又是构成各种复杂放大电路和线性集成电路的基本单元。晶体管基本放大电路按结构有共射、共集和共基极三种
17、。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.2.1 共发射极基本放大电路的组成共发射交流放大电路如图2-11所示，在图2-11所示的共发射极交流基本放大电路中，输入端接低频交流电压信号i（如音频信号，频率为20HZ 20kHZ）。输出端接负载电阻RL（可能是小功率的扬声器，微型继电器、或者接下一级放大电路等），输出电压用o表示。电路中各元件作用如下：第2章 半导体三极管及其基本放大电路（1）集电极电源VCC是放大电路的能源，为输出信号提供能量，并保证发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，使晶体管工作在放大区。VCC取值一般为几伏到几十伏。（2）晶体管T是放大电路的核心元件。利用晶体管在放大区的
18、电流控制作用，即ic = ib的电流放大作用，将微弱的电信号进行放大。（3）集电极电阻RC是晶体管的集电极负载电阻，它将集电极电流的变化转换为电压的变化，实现电路的电压放大作用。RC一般为几千到几十千欧。（4）基极电阻RB以保证工作在放大状态。改变RB使晶体管有合适的静态工作点。RB一般取几十千欧到几百千欧。（5）耦合电容C1、C2起隔直流通交流的作用。在信号频率范围内，认为容抗近似为零。所以分析电路时，在直流通路中电容视为开路，在交流通路中电容视为短路。C1、C2一般为十几微法到几十微法的有极性的电解电容。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.2.2 共发射极放大电路的静态分析放大电路未接
19、入vi前称静态。动态则指加入vi后的工作状态。静态分析就是确定静态值，即直流电量，由电路中的IB、IC和VCE一组数据来表示。这组数据是晶体管输入、输出特性曲线上的某个工作点，习惯上称静态工作点，用“Q” 表示。通常，静态工作点所对应的直流量分别用IBQ、ICQ、VCEQ等表示。放大电路的质量与静态工作点的合适与否关系甚大。动态分析则是在已设置了合适的静态工作点的前提下；讨论放大电路的电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等技术指标。第2章 半导体三极管及其基本放大电路1由放大电路的直流通路确定静态工作点将耦合电容C1、C2视为开路，画出图2-11所示的共发射极放大电路的直流通路如图2-12所示，由
20、电路得：第2章 半导体三极管及其基本放大电路用式（2-7）可以近似估算此放大电路的静态作点。晶体管导通后硅管VBEQ的大小约在0.6 0.7V之间（锗管VBEQ的大小约在0.2 0.3V之间）。而当VCC较大时，VBEQ可以忽略不计。 第2章 半导体三极管及其基本放大电路2由图解法求静态工作点Q（1）用输入特性曲线确定IBQ 和VBEQ根据图2-12中的输入回路，可列出输入回路电压方程：同时VBEQ和IBQ还符合晶体管输入特性曲线所描述的关系，输入特性曲线用函数式表示为：第2章 半导体三极管及其基本放大电路用作图的方法在输入特性曲线所在的VBEIB平面上作出式（2-8）对应的直线，那么求得两线
21、的交点就是静态工作点Q，如图2-13（a）所示，Q点的坐标就是静态时的基极电流IBQ和基射极间电压VBEQ。（2）用输出特性曲线确定ICQ和VCEQ由图2-12电路中的输出回路，以及晶体管的输出特性曲线，可以写出下面两式：第2章 半导体三极管及其基本放大电路晶体管的输出特性可由已选定管子型号在手册上查找，或从图示仪上描绘，而式（2-10）为一直线方程，其斜率为tg = -1 / RC，在横轴的截距为VCC，在纵轴的截距为VCC / RC。这一直线很容易在图2-13（b）上作出。因为它是直流通路得出的，且与集电极负载电阻有关，故称之为直流负载线。由于已确定了IBQ的值，因此直流负载线与IB =
22、IBQ所对应的那条输出特性曲线的交点就是静态工作点Q。如图2-13（b）所示，Q点的坐标就是静态时晶体管的集电极电流ICQ和集一射极间电压VCEQ。由图2-13可见，基极电流的大小影响静态工作点的位置。若IBQ偏低，则静态工作点Q靠近截止区；若IBQ偏高则Q靠近饱和区。因此，在已确定直流电源VCC集电极电阻RC的情况下，静态工作点设置的合适与否取决于IB的大小，调节基极电阻RB，改变电流IB，可以调整静态工作点。第2章 半导体三极管及其基本放大电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.2.3 共发射极放大电路的动态分析静态工作点确定以后，放大电路在输入电压信号vi的作用下，若晶体管能始终工作
23、在特性曲线的放大区，则放大电路输出端就能获得基本上不失真的放大的输出电压信号o。放大电路的动态分析，就是要对放大电路中信号的传输过程、放大电路的性能指标等问题进行分析讨论，这也是模拟电子电路所要讨论的主要问题。微变等效电路法和图解法是动态分析的基本方法。第2章 半导体三极管及其基本放大电路1信号在放大电路中的传输与放大 以图2-14（a）为例来讨论，图中IB、IC、VCE表示直流分量（静态值），ib、ic、vce表示输入信号作用下的交流分量（有效值用Ib、Ic、Vce），iB、iC、vCE表示总电流或总电压，这点务必搞清。 设输入信号vi为正弦信号，通过耦合电容C1加到晶体管的基射极，产生电流
24、ib，因而基极电流iB = IB + ib。集电极电流受基极电流的控制，iC = IC + ic =（IB + ib）。电阻RC上的压降为iCRC，它随iC成比例地变化。而集射极的管压降vCE = VCC - iCRC = VCC -（IC + ic）RC = VCE - icRC，它却随iCRC的增大而减小。耦合电容C2阻隔直流分量VCE，将交流分量vce = - icRC送至输出端，这就是放大后的信号电压vo = vce = - icRC。vo为负，说明vi、ib、ic为正半周时，vo为负半周，它与输入信号电压vi反相。图2-14（b）（f）为放大电路中各有关电压和电流的信号波形。第2章
25、半导体三极管及其基本放大电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路综上所述，可归纳以下几点：（1）无输入信号时，晶体管的电压、电流都是直流分量。有输入信号后，iB、iC、vCE都在原来静态值的基础上叠加了一个交流分量。虽然iB、iC、vCE的瞬时值是变化的，但它们的方向始终不变，即均是脉动直流量。（2）输出vo与输入vi频率相同，且幅度vo比vi大的多。（3）电流ib、ic与输入vi同相，输出电压vo与输入vi反相，即共发射极放大电路具有“倒相”作用。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2微变等效电路法1）晶体管的微变等效电路所谓晶体管的微变等效电路，就是晶体管在小信号（微变量）的情况下工作在特
26、性曲线直线段时，将晶体管（非线性元件）用一个线性电路代替。由图2-15（a）晶体管的输入特性曲线可知，在小信号作用下的静态工作点Q邻近的Q1 Q2工作范围内的曲线可视为直线，其斜率不变。两变量的比值称为晶体管的输入电阻，即第2章 半导体三极管及其基本放大电路式（2-12）表示晶体管的输入回路可用管子的输入电阻rbe来等效代替，其等效电路见图2-16（b）。根据半导体理论及文献资料，工程中低频小信号下的rbe可用下式估算小信号低频下工作时的晶体管的rbe一般为几百到几千欧。第2章 半导体三极管及其基本放大电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路由图2-15（b）晶体管的输出特性曲线可知，在小信号
27、作用下的静态工作点Q邻近的Q1 Q2工作范围内，放大区的曲线是一组近似等距的水平线，它反映了集电极电流IC只受基极电流IB控制而与管子两端电压基本VCE无关，因而晶体管的输出回路可等效为一个受控的恒流源，即 第2章 半导体三极管及其基本放大电路 第2章 半导体三极管及其基本放大电路实际晶体管的输出特性并非与横轴绝对平行。当IB为常数时，VCE变化会引起 变化这个线性关系就是晶体管的输出电阻rce，即rce和受控恒流源ib并联。由于输出特性近似为水平线，rce又高达几十千欧到几百千欧，在微变等效电路中可视为开路而不予考虑。如图2-16（b）所示为简化了的微变等效电路。第2章 半导体三极管及其基本
28、放大电路2）共射放大电路的微变等效电路 放大电路的直流通路确定静态工作点。交流通路则反映了信号的传输过程并通过它可以分析计算放大电路的性能指标。如图2-17（a）所示是图2-11共射放大电路的交流通路。 C1、C2的容抗对交流信号而言可忽略不计，在交流通路中视作短路，直流电源VCC为恒压源两端无交流压降也可视作短路。据此作出如图2-17（a）所示的交流通路。将交流通路中的晶体管用微变等效电路来取代，可得如图2-17（b）所示共射放大电路的微变等效电路。第2章 半导体三极管及其基本放大电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路3动态性能指标的计算1）电压放大倍数AV电压放大倍数是小信号电压放大电路
29、的主要技术指标。设输入为正弦信号，图2-17（b）中的电压和电流都可用相量表示。由图2-17（b）可列出第2章 半导体三极管及其基本放大电路其中，RL = RC / RL；Av为复数，它反映了输出与输入电压之间大小和相位的关系。式（2-16）中的负号表示共射放大电路的输出电压与输入电压的相位反相。第2章 半导体三极管及其基本放大电路当放大电路输出端开路时，（未接负载电阻RL），可得空载时的电压放大倍数（AVo），比较式（2-16）和（2-17），可得出：放大电路接有负载电阻RL时的电压放大倍数比空载时降低了。RL愈小，电压放大倍数愈低。一般共射放大电路为提高电压放大倍数，总希望负载电阻RL大一
30、些。第2章 半导体三极管及其基本放大电路输出电压 输入信号源电压 之比，称为源电压放大倍数（ ），则式（2-18）中ri = RB / rbe rbe （通常RB rbe）。可见RS愈大，电压放大倍数愈低。一般共射放大电路为提高电压放大倍数，总希望信号源内阻RS小一些。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2）放大电路的输入电阻ri一个放大电路的输入端总是与信号源（或前一级放大电路）相联的，其输出端总是与负载（或后一级放大电路）相接的。因此，放大电路与信号源和负载之间（或前级放大电路与后级放大电路），都是互相联系，互相影响的。如图2-18（a）、（b）所示表示它们之间的联系。第2章 半导体三极管
31、及其基本放大电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路输入电阻ri也是放大电路的一个主要的性能指标。放大电路是信号源（或前一级放大电路）的负载，其输入端的等效电阻就是信号源（或前一级放大电路）的负载电阻，也就是放大电路的输入电阻ri。其定义为为输入电压与输入电流之比。即第2章 半导体三极管及其基本放大电路图2-11（a）共射放大电路的输入电阻可由图2-19所示的等效电路计算得出。由图可知第2章 半导体三极管及其基本放大电路一般输入电阻越高越好。原因是：第一，较小的ri从信号源取用较大的电流而增加信号源的负担。第二，电压信号源内阻RS和放大电路的输入电阻ri分压后，ri上得到的电压才是放大电路的输
32、入电压 （如图2-19所示），ri越小，相同的 使放大电路的有效输入 减小，那么放大后的输出也就小。第三，若与前级放大电路相联，则本级的ri就是前级的负载电阻RL，若ri较小，则前级放大电路的电压放大倍数也就越小。总之，要求放大电路要有较高的输入电阻。第2章 半导体三极管及其基本放大电路（3）输出电阻ro 放大电路是负载（或后级放大电路）的等效信号源，其等效内阻就是放大电路的输出电阻ro，它是放大电路的性能参数。它的大小影响本级和后级的工作情况。放大电路的输出电阻ro，即从放大电路输出端看进去的戴维宁等效电路的等效内阻，实际中我们采用如下方法计算输出电阻： 将输入信号源短路，但保留信号源内阻，
33、在输出端加一信号 ，以产生一个电流 ，则放大电路的输出电阻为第2章 半导体三极管及其基本放大电路图2-11 共射放大电路的输出电阻可由图2-20所示的等效电路计算得出。由图2-20可知，当VS = 0时，Ib = 0，Ib = 0，而在输出端加一信号 ，产生的电流 就是电阻RC中的电流，取电压与电流之比为输出电阻。第2章 半导体三极管及其基本放大电路计算输出电阻的另一种方法是，假设放大电路负载开路（空载）时输出电压为 ，接上负载后输出端电压为Vo，则第2章 半导体三极管及其基本放大电路 由此可见，输出电阻越小，负载得到的输出电压越接近于输出信号，或者说输出电阻越小，负载大小变化对输出电压的影响
34、越小，带载能力就越强。 一般输出电阻越小越好。原因是：第一，放大电路对后一级放大电路来说，相当于信号源的内阻，若ro较高，则使后一级放大电路的有效输入信号降低，使后一级放大电路的AVs降低。第二，放大电路的负载发生变动，若ro较高，必然引起放大电路输出电压有较大的变动，也即放大电路带负载能力较差。总之，希望放大电路的输出电阻ro越小越好。 第2章 半导体三极管及其基本放大电路【例2-3】图2-11 所示的共射放大电路，已知VCC = 12V，RB = 300k，RC = 4k，RL = 4k，RS = 100，晶体管的 = 40。求：估算静态工作点；计算电压放大倍数；计算输入电阻和输出电阻。第
35、2章 半导体三极管及其基本放大电路解：估算静态工作点。由图2-12所示直流通路得：第2章 半导体三极管及其基本放大电路计算电压放大倍数。首先画出如图2-16（a）所示的交流通路，然后画如图2-16（b）所示的微变等电路，可得：第2章 半导体三极管及其基本放大电路计算输入电阻和输出电阻。根据式（2-20）和（2-23）得： 第2章 半导体三极管及其基本放大电路4放大电路其它性能指标的介绍输入信号经放大电路放大后，输出波形与输入波形不完全一致称为波形失真，而由于晶体管特性曲线的非线性引起的失真称为非线性失真。下面我们分析当静态工作点位置不同时，对输出波形的影响。（1）波形的非线性失真如果静态工作点
36、太低，如图2-21所示 点，从输出特性可以看到，当输入信号vi在负半周时，晶体管的工作范围进入了截止区。这样就使 的负半周波形和 的正半周波形都严重失真（输入信号vi为正弦波），如图2-21所示。这种失真称为截止失真，消除截止失真的方法是提高静态工作点的位置，适当减小输入信号vi的幅值。对于图2-11的共射极放大电路，可以减小RB阻值，增大IBQ，使静态工作点上移来消除截止失真。第2章 半导体三极管及其基本放大电路 如果静态工作点太高，如图2-21所示 点，从输出特性可以看到，当输入信号vi在正半周时，晶体管的工作范围进入了饱和区。这样就使 的正半周波形和 的负半周波形都严重失真，如图2-21
37、所示。这种失真称为饱和失真，消除饱和失真的方法是降低静态工作点的位置，适当减小输入信号vi的幅值。对于图2-11的共射极放大电路，可以增大RB阻值，减小IBQ，使静态工作点下移来消除饱和失真。 总之，设置合适的静态工作点，可避免放大电路产生非线性失真。如图2-21所示Q点选在放大区的中间，相应的ic和vo都没有失真。但是，还应注意到即使Q点设置合适，若输入vi的信号幅度过大，则可能既产生饱和失真又产生截止失真。第2章 半导体三极管及其基本放大电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路（2）通频带由于放大电路含有电容元件（耦合电容C1、C2及布线电容、PN结的结电容），当频率太高或太低时，微变等效
38、电路不再是电阻性电路，输出电压与输入电压的相位发生了变化，电压放大倍数也将降低，所以交流放大电路只能在中间某一频率范围（简称中频段）内工作。通频带就是反映放大电路对信号频率的适应能力的性能指标。第2章 半导体三极管及其基本放大电路图2-22（a）为电压放大倍数Av与频率f的关系曲线，称为幅频特性。可见在低频段Av有所下降，这是因为当频率低时，耦合电容的容抗不可忽略，信号在耦合电容上的电压降增加，因此造成Av下降。在高频段Av下降的原因，是由于高频时三极管的值下降和电路的布线电容、PN结的结电容的影响。第2章 半导体三极管及其基本放大电路图2-22（a）所示的幅频特性中，其中频段的电压放大倍数为
39、Avm。当电压放大倍数下降到 时，所对应的两个频率分别称为上限频率fH和下限频率fL，fH - fL的频率范围称为放大电路的通频带（或称带宽）BW。BW = fH - fL由于一般fL IB（5倍以上），则认为IB不影响VB，基极电位为第2章 半导体三极管及其基本放大电路其次在发射极串接一个电阻RE，使得温度第2章 半导体三极管及其基本放大电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路当温度升高使IC增加，电阻RE上的压降IERE增加，也即发射极电位VE升高，而基极电位VB固定，所以净输入电压VBE = VB VE减小，从而使输入电流IB减小，最终导致集电极电流IC也减小，这样在温度变化时静态工作点
40、便得到了稳定，但是由于RE的存在使得输入电压vi不能全部加在B、E两端，使vo减小，造成了Av的减小，为了克服这一不足，在RE两端再并联一个旁路电容CE，使得对于直流CE相当于开路，仍能稳定工作点，而对于交流信号，CE相当于短路，这使输入信号不受损失，电路的放大倍数不至于因为稳定了工作点而下降。一般旁路电容CE取几十微法到几百微法。图中RE越大，稳定性越好。但过大的RE会使VCE下降，影响输出vo的幅度，通常小信号放大电路中RE取几百到几千欧。下面对此电路的性能进行具体分析。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2）静态工作点分析图2-24（b）为分压式偏置放大电路的直流通路，由直流通路得： 第
41、2章 半导体三极管及其基本放大电路3）动态分析 首先，画出微变等效电路如图2-24（d），电路中的电容对于交流信号可视为短路，RE被CE交流旁路掉了。图2-24（d）中RB = RB1 / RB2。a）电压放大倍数第2章 半导体三极管及其基本放大电路b）输入电阻c）输出电阻第2章 半导体三极管及其基本放大电路第二，若电路中无旁路电容CE，对于交流信号而言，RE未被CE交流旁路掉，其等效电路如图2-24（e），图中RB = RB1 / RB2。分析如下：a）电压放大倍数第2章 半导体三极管及其基本放大电路b）输入电阻c）输出电阻第2章 半导体三极管及其基本放大电路【例2-4】在图2-24所示的分
42、压式偏置共射放大电路中，已知VCC = 24V，RB1 = 33 k，RB2 = 10k，RC = 3.3k，RE = 1.5k，RL = 5.1k，晶体管的 = 66，设RS = 0。求：估算静态工作点。画微变等效电路计算电压放大倍数。计算输入、输出电阻。当RE两端未并联旁路电容时，画其微变等效电路，计算电压放大倍数，输入、输出电阻。第2章 半导体三极管及其基本放大电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路解：估算静态工作点 画微变等效电路如图2-24（d）所示第2章 半导体三极管及其基本放大电路计算电压放大倍数由微变等效电路得：计算输入、输出电阻第2章 半导体三极管及其基本放大电路当RE两端
43、未并联旁路电容时其微变等效电路如图2-24（e）所示。电压放大倍数输入、输出电阻 第2章 半导体三极管及其基本放大电路从计算结果可知，去掉旁路电容后，电压放大倍数降低了，输入电阻提高了。这是因为电路引入了串联负反馈，负反馈内容第4章再讨论。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.3 其他放大电路2.3.1 共集电极放大电路如图2-25（a）所示的是阻容耦合共集电极放大电路。由图2-25可见，放大电路的交流信号由晶体管的发射极经耦合电容C2输出，故名射极输出器。图2-25（c）射极输出器的交流通路可见，集电极是输入回路和输出回路的公共端。输入回路为基极到集电极的回路，输出回路为发射极到集电极的回
44、路。所以，射极输出器从电路连接特点而言，为共集电极放大电路。射极输出器与已讨论过的共射放大电路相比，有着明显的特点，学习时务必注意。第2章 半导体三极管及其基本放大电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路1静态分析图2-25（b）为射极输出器的直流通路。由此确定静态值。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2动态分析由图2-25（c）所示的交流通路画出微变等效电路，如图2-26所示。 第2章 半导体三极管及其基本放大电路1）电压放大倍数由微变等效电路及电压放大倍数的定义得： 第2章 半导体三极管及其基本放大电路从式（2-31）可以看出：射极输出器的电压放大倍数恒小于1，但接近于1。若（1+）（R
45、E / RL） rbe，则Av 1，输出电压 ，Av为正数，说明 与 不但大小基本相等并且相位相同。即输出电压紧紧跟随输入电压的变化而变化。因此，射极输出器也称为电压跟随器。值得指出的是：尽管射极输出器无电压放大作用，但射极电流Ie是基极Ib的（1+）倍，输出功率也近似是输入功率的（1+）倍，所以射极输出器具有一定的电流放大作用和功率放大作用。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2）输入电阻由图2-26微变等效电路及输入电阻的定义得第2章 半导体三极管及其基本放大电路一般RB和 都要比rbe大得多，因此射极输出器的输入电阻比共射放大电路的输入电阻要高。射极输出器的输入电阻高达几十千欧到几百千欧
46、。第2章 半导体三极管及其基本放大电路3）输出电阻 根据输出电阻的定义，可以通过在输出端加上电压而使电路产生电流的方法 计算输出电阻，其等效电路如图2-26所示。图2-26中已去掉独立源（信号源 ）。在输出端加上电压 。产生电流 ，由图2-27得第2章 半导体三极管及其基本放大电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路射极输出器的输出电阻与共射放大电路相比是较低的，一般在几欧到几十欧。当ro较低时，射极输出器的输出电压几乎具有恒压性。综上所述，射极输出器具有电压放大倍数恒小于1，接近于1，输入、输出电压同相，输入电阻高，输出电阻低的特点；尤其是输入电阻高，输出
47、电阻低的特点，使射极输出器获得了广泛的应用。第2章 半导体三极管及其基本放大电路【例2-5】图2-25（a）所示的射极输出器。已知VCC = 12V，RB = 120k，RE = 4k，RL = 4k，RS = 100，晶体管的 = 40。求：估算静态工作点；画微变等电路；计算电压放大倍数；计算输入、输出电阻。第2章 半导体三极管及其基本放大电路第2章 半导体三极管及其基本放大电路解：估算静态工作点 画微变等效电路如图2-26第2章 半导体三极管及其基本放大电路计算电压放大倍数 计算输入、输出电阻 第2章 半导体三极管及其基本放大电路3射极输出器的作用 由于射极输出器输入电阻高，常被用于多级放
48、大电路的输入级。这样，可减轻信号源的负担， 又可获得较大的信号电压。这对内阻较高的电压信号来讲更有意义。在电子测量仪器的输入级采用共集电极放大电路作为输入级，较高的输入电阻可减小对测量电路的影响。 由于射极输出器的输出电阻低，常被用于多级放大电路的输出级。当负载变动时，因为射极输出器具有几乎为恒压源的特性，输出电压不随负载变动而保持稳定，具有较强的带负载能力。 射极输出器也常作为多级放大电路的中间级。射极输出器的输入电阻大，即前一级的负载电阻大，可提高前一级的电压放大倍数；射极输出器的输出电阻小，即后一级的信号源内阻小，可提高后一级的电压放大倍数。这对于多级共射放大电路来讲，射极输出器起了阻抗
49、变换作用，提高了多级共射放大电路的总的电压放大倍数改善了多级共射放大电路工作性能。第2章 半导体三极管及其基本放大电路2.3.2 共基极放大电路共基极放大电路的主要作用是高频信号放大，具有频带宽的特点 ，其电路组成如图2-28所示。图2-28中RB1、RB2为发射结提供正向偏置，公共端三极管的基极通过一个电容器接地，不能直接接地，否则基极上得不到直流偏置电压。输入端发射极可以通过一个电阻或一个绕组与电源的负极连接，输入信号加在发射极与基极之间（输入信号也可以通过电感耦合接入放大电路）。集电极为输出端，输出信号从集电极和基极之间取出。第2章 半导体三极管及其基本放大电路第2章 半导体三极管及其基
50、本放大电路1静态分析由图2-28不难看出，共基极放大电路的直流通路与共射极分压式偏置电路的直流通路一样，所以与共射极放大电路的静态工作点的计算相同。2动态分析共基极放大电路的微变等效电路如图2-29所示，由图2-29可知第2章 半导体三极管及其基本放大电路说明，共基极放大电路的输出电压与输入电压同相位，这是共射极放大电路的不同之处；它也具有电压放大作用，Au的数值与固定偏置共射极放大电路相同。 第2章 半导体三极管及其基本放大电路由图2-29可得 它是共射极接法时三极管输入电阻的 倍，这是因为在相同的Ui作用下，共基极法三极管的输入电流I = （1+）Ib，比共射接法三极管的输入电流大（1+）