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1、第第02章双极型晶体管章双极型晶体管及其放大器及其放大器第1页，共185页，编辑于2022年，星期日2.1 双双结结型晶体管型晶体管2.1.1 双结型晶体管的结构及符号 双双结结型型晶晶体体管管又又称称半半导导体体三三极极管管、晶晶体体三三极极管管、三三极极管管，一一般般简简称称晶晶体体管管（BJT）。它它是是通通过过一一定定的的制制作作工工艺艺，将将两两个个PN结结结结合合在在一一起起的的器器件件，两两个个PN结结相相互互作作用用，使使三三极极管管成成为为一一个个具具有有控控制制电电流流作作用用的的半半导导体体器器件件。三三极极管管可可以以用用来来放放大大微微弱的信号弱的信号和作和作为为无触
2、点开关无触点开关。第2页，共185页，编辑于2022年，星期日 三三极极管管从从结结构构上上来来讲讲分分为为两两类类：NPN型型三三极极管管和和PNP型型三三极极管管。图图1.26所所示示为为三三极极管管的的结结构示意构示意图图和符号。和符号。第3页，共185页，编辑于2022年，星期日图图图图1.26 1.26 三极管的结构示意图和符号三极管的结构示意图和符号三极管的结构示意图和符号三极管的结构示意图和符号 很薄、参杂很薄、参杂浓度低浓度低参杂浓度高参杂浓度高面积较大面积较大ecbNPN第4页，共185页，编辑于2022年，星期日 符符号号中中发发射射极极上上的的箭箭头头方方向向，表表示示发
3、发射射结结正偏正偏时时电电流流的流向。的流向。三三极极管管制制作作时时，通通常常它它们们的的基基区区做做得得很很薄薄（几几微微米米到到几几十十微微米米），且且掺掺杂杂浓浓度度低低；发发射射区区的的杂杂质质浓浓度度则则比比较较高高；集集电电区区的的面面积积则则比比发发射射区区做做得得大大，这这是是三三极极管管实实现现电电流流放放大大的的内内部部条件条件。第5页，共185页，编辑于2022年，星期日 三三极极管管可可以以是是由由半半导导体体硅硅材材料料制制成成，称称为为硅硅三三极极管管；也也可可以以由由锗锗材材料料制制成成，称称为为锗锗三极管三极管。三三极极管管从从应应用用的的角角度度讲讲，种种类
4、类很很多多。根根据据工工作作频频率率分分为为高高频频管管、低低频频管管和和开开关关管管；根根据据工工作作功功率率分分为为大大功功率率管管、中中功功率率管管和和小小功功率率管管。常常见见的的三三极极管管外外形形如如图图1.27所示。所示。第6页，共185页，编辑于2022年，星期日图图1.27 常常见见的三极管外形的三极管外形第7页，共185页，编辑于2022年，星期日图图1.28 三极管的三种连接方式三极管的三种连接方式 三极管有三个引脚，那么，其电路三极管有三个引脚，那么，其电路的连接方法就有三种模式（或叫电路组态）的连接方法就有三种模式（或叫电路组态），如图，如图1.28所示。所示。第8页
5、，共185页，编辑于2022年，星期日2.1.2 三极管的电流分配原则及放大作用 要要实实现现三三极极管管的的电电流流放放大大作作用用，首首先先要要给给三三极极管管各各电电极极加加上上正正确确的的电电压压。三三极极管管实实现现放放大大的的外外部部条条件件是是：其其发发射射结结必必须须加加正正向向电电压压（正正偏偏），而），而集集电结电结必必须须加反向加反向电压电压（反偏反偏）。）。第9页，共185页，编辑于2022年，星期日1.共射放大器电流分配的原理 晶晶体体管管的的电电流流分分配配可可以以用用载载流流子子在在三三极极管管内内部部的的运运动动规规律律来来解解释释。如如图图2-5为为的的三三极
6、极管管内内部部载载流子的流子的传输传输与与电电流分配示意流分配示意图图。第10页，共185页，编辑于2022年，星期日图图图图2-5 2-5 三极管内部三极管内部三极管内部三极管内部载载载载流子的流子的流子的流子的传输传输传输传输与与与与电电电电流分配示意流分配示意流分配示意流分配示意图图图图IEPIBNICNICBOIENIENICNIBNIEIENIEPICNIBNIEPICICNICBOIBIBN IEP-ICBOIEIC IB IEIENICICNIBIBN-ICBO扩散到集电区的电子形成的电流扩散到集电区的电子形成的电流I与基区空穴形成的电流与基区空穴形成的电流 IB 的比例定义为的
7、比例定义为电流被放大至16第11页，共185页，编辑于2022年，星期日 ICO是基极开路时，在是基极开路时，在UCE作用下的集电极与作用下的集电极与发射极形成的发射极形成的穿透电流穿透电流；ICBO是发射极开路时，是发射极开路时，集电结集电结的的反向饱和电流反向饱和电流，一般很小，一般很小，IB ICBO，1，所以，所以第12页，共185页，编辑于2022年，星期日1.实验 为了了解三极管的电流分配原则及其放大原理，为了了解三极管的电流分配原则及其放大原理，首先做一个实验，实验电路如图首先做一个实验，实验电路如图2-6所示。在电路中，所示。在电路中，要给三极管的发射结加正向电压，集电结加反向
8、电压，要给三极管的发射结加正向电压，集电结加反向电压，保证三极管能起到放大作用。改变可变电阻保证三极管能起到放大作用。改变可变电阻Rw的值，的值，则基极电流则基极电流IB、集电极电流、集电极电流IC和发射极电流和发射极电流IE都发生都发生变化，电流的方向如图中所示。变化，电流的方向如图中所示。第13页，共185页，编辑于2022年，星期日 图图2-6 三极管三极管电电流放大的流放大的实验电实验电路路RwRb第14页，共185页，编辑于2022年，星期日 由由实验实验及及测测量量结结果可以得出以下果可以得出以下结论结论。（1 1）实验实验实验实验数据中的每一列数据均数据中的每一列数据均数据中的每
9、一列数据均数据中的每一列数据均满满满满足关系：足关系：足关系：足关系：IE E=I IC C+I IB；此此此此结结结结果符合果符合果符合果符合基基基基尔尔尔尔霍夫霍夫霍夫霍夫电电电电流定律流定律流定律流定律。（2 2）每每每每一一一一组组组组数数数数据据据据都都都都有有有有I IC C I IB B，而而而而且且且且有有有有I IC C与与与与I IB B的的的的比比比比值值值值（）近似相等近似相等近似相等近似相等。（3）每每两两组组数数据据（调调整整Rw前前后后所所测测数数据据）中中IC C和和和和I IB B变变变变化量（化量（化量（化量（IcIc、Ib b）的比的比的比的比值值值值，结
10、结结结果仍然近似相等。果仍然近似相等。果仍然近似相等。果仍然近似相等。（4）当当I IB B=0=0（基基基基极极极极开开开开路路路路）时时时时，集集集集电电电电极极极极电电电电流流流流的的的的值值值值很很很很小小小小，称称称称此此此此电电电电流流流流为为为为三极管的三极管的三极管的三极管的穿透穿透穿透穿透电电电电流流流流I ICEOCEO。穿透。穿透。穿透。穿透电电电电流流流流ICEOCEO越小越好。越小越好。越小越好。越小越好。第15页，共185页，编辑于2022年，星期日2.共基放大器的电流分配 UEEUCCu1iE=IE+iEiC=IC+iCiB=IB+iBuo=Uo+uoRL共基直流
11、放大系数共基直流放大系数直流放大系数直流放大系数与与之间有关系之间有关系图交流放大系数交流放大系数电流分配电流分配第16页，共185页，编辑于2022年，星期日2.1.3 三极管的特性曲线及主要参数1.三极管的特性曲线 三三极极管管的的特特性性曲曲线线是是指指三三极极管管的的各各电电极极电电压压与与电电流流之之间间的的关关系系曲曲线线，它它反反映映出出三三极极管管的的特特性性。它它可可以以用用专专用用的的图图示示仪仪进进行行显显示示，也也可可通通过过实实验验测测量量得得到到。以以NPN型型硅硅三三极极管管为为例例，其其常常用用的的特特性性曲曲线线有以下两种。有以下两种。第17页，共185页，编
12、辑于2022年，星期日（1）输入特性曲线 它它它它是是是是指指指指在在在在一一一一定定定定集集集集电电电电极极极极和和和和发发发发射射射射极极极极电电电电压压压压U UCECE下下，三三极极管管的的基基基基极极极极电电电电流流流流IB B与与与与发发发发射射射射结结结结电电电电压压压压UBE之之之之间间间间的的的的关关关关系系系系曲曲曲曲线线线线。实实实实验验验验测测测测得得得得三三三三极极极极管的管的管的管的输输输输入特性曲入特性曲入特性曲入特性曲线线线线如如如如图图图图2-72-7所示。所示。所示。所示。第18页，共185页，编辑于2022年，星期日 图图2-7 三极管的输入特性曲线三极管
13、的输入特性曲线 死区Uce增大，曲线会右移增大，曲线会右移UCE=0VUCE=0.5V第19页，共185页，编辑于2022年，星期日（2）输出特性曲线 它它它它是是是是指指指指一一一一定定定定基基基基极极极极电电电电流流流流I IB B下下下下，三三三三极极极极管管管管的的的的集集集集电电电电极极极极电电电电流流流流I IC C与与与与集集集集电电电电结结结结电电电电压压压压U UCECE之之之之间间间间的的的的关关关关系系系系曲曲曲曲线线线线。实实实实验验验验测测测测得得得得三三三三极极极极管管管管的的的的输输输输出特性曲出特性曲出特性曲出特性曲线线线线如如如如图图图图2-82-8所示。所示
14、。所示。所示。第20页，共185页，编辑于2022年，星期日图图2-8 三极管的输出特性曲线三极管的输出特性曲线 第21页，共185页，编辑于2022年，星期日 一一般般把把三三极极管管的的输输出出特特性性分分为为3个个工工作作区区域域，下面分下面分别别介介绍绍。截止区 三极管工作在截止状三极管工作在截止状态时态时，具有以下几，具有以下几个特点：个特点：（a）发发射射结结和集和集电结电结均反向偏置；均反向偏置；（b）若不）若不计计穿透穿透电电流流ICEO，有，有IB、IC近似近似为为0；（c）三极管的集）三极管的集电电极和极和发发射极之射极之间电间电阻很阻很大，大，三极管相当于一个开关断开三极
15、管相当于一个开关断开。第22页，共185页，编辑于2022年，星期日放大区 图图图图2-82-8中中中中，输输输输出出出出特特特特性性性性曲曲曲曲线线线线近近近近似似似似平平平平坦坦坦坦的的的的区区区区域域域域称称称称为为为为放放放放大大大大区区区区。三三三三极管工作在放大状极管工作在放大状极管工作在放大状极管工作在放大状态时态时态时态时，具有以下特点：，具有以下特点：，具有以下特点：，具有以下特点：（a a）三极管的）三极管的发发射射结结正向偏置，集正向偏置，集电结电结反向偏置；反向偏置；（b b）基基基基极极极极电电电电流流流流I IB B微微微微小小小小的的的的变变变变化化化化会会会会引
16、引引引起起起起集集集集电电电电极极极极电电电电流流流流IC较较大大的的变变化化，有，有，有，有电电电电流关系式：流关系式：流关系式：流关系式：IC=IB （c c）对对对对NPNNPN型的三极管，有型的三极管，有电电位关系：位关系：U UC C U UB BUE E；（d d）对对对对NPNNPN型型型型硅硅硅硅三三三三极极极极管管管管，有有有有发发发发射射射射结结结结电电电电压压压压U UBEBE0.70.7V V；对对对对NPNNPN型型型型锗锗三极管三极管，有，有U UBEBE0.20.2V。第23页，共185页，编辑于2022年，星期日饱和区 三极管工作在三极管工作在三极管工作在三极管
17、工作在饱饱饱饱和状和状和状和状态时态时态时态时具有如下特点：具有如下特点：具有如下特点：具有如下特点：（a a）三极管的）三极管的）三极管的）三极管的发发发发射射射射结结结结和集和集和集和集电结电结电结电结均正向偏置；均正向偏置；均正向偏置；均正向偏置；（b b）三极管的）三极管的）三极管的）三极管的电电电电流放大能力下降，通常有流放大能力下降，通常有流放大能力下降，通常有流放大能力下降，通常有 I IC C ICM时，管子时，管子不一定不一定损坏。损坏。第27页，共185页，编辑于2022年，星期日U(BR)CEOU(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERmAVRmAVRmAVRmAV
18、RRbU(BR)CBOU(BR)CESU(BR)CERU(BR)CEO 第28页，共185页，编辑于2022年，星期日图2-11三极管的安全工作区 因发射结正偏，因发射结正偏，呈很小阻抗，压呈很小阻抗，压降集中在集电结降集中在集电结上。上。ICM过流区过流区U(BR)CEO击穿区击穿区第29页，共185页，编辑于2022年，星期日3.频率特性 晶体管的晶体管的交流放大系数交流放大系数和和只是只是在一定频率范围内基本不变，当频率增在一定频率范围内基本不变，当频率增大到一定值时，大到一定值时，和和将随信号频率升将随信号频率升高而下降高而下降。0 00.7070.7070 0f ff fT T1f
19、fO OfT T ffT T f 第30页，共185页，编辑于2022年，星期日4.温度对三极管特性的影响 同同二二极极管管一一样样，三三极极管管也也是是一一种种对对温温度度十十分分敏敏感感的的器器件件，随随温温度度的的变变化化，三三极管的性能参数也会改极管的性能参数也会改变变。图图2-12和和图图2-13所所示示为为三三极极管管的的特特性性曲曲线线受温度的影响情况。受温度的影响情况。第31页，共185页，编辑于2022年，星期日图图2-12 温度温度对对三极管三极管输输入特性的影响入特性的影响第32页，共185页，编辑于2022年，星期日图图2-13 温度对三极管输出特性的影响温度对三极管输
20、出特性的影响 第33页，共185页，编辑于2022年，星期日5.三极管的型号三极管的型号3DG6 A三极管三极管NPN型硅材料型硅材料高频小功率高频小功率序号序号规格号规格号3DA104A第34页，共185页，编辑于2022年，星期日2.1.4*三极管的检测1.已知型号和管脚排列的三极管，判断其性能的好坏（1）测量极间电阻（2）三极管穿透电流ICEO大小的判断（3）电流放大系数的估计第35页，共185页，编辑于2022年，星期日2.判别三极管的管脚（1）判定基极和管型（2）判定集电极c和发射极e第36页，共185页，编辑于2022年，星期日图2-14判别三极管c、e电极的原理图第37页，共18
21、5页，编辑于2022年，星期日2.2 关于放大器的基本概念关于放大器的基本概念 放大器的主要用途是用来把微弱的信号（电放大器的主要用途是用来把微弱的信号（电压、电流或功率）增大到所需数值。压、电流或功率）增大到所需数值。如：用话筒将将我们说话的声音转变成电信如：用话筒将将我们说话的声音转变成电信号（音频信号），这种信号非常微弱，通过扩音号（音频信号），这种信号非常微弱，通过扩音机放大、扬声器输出，可将我们的说话声音放大机放大、扬声器输出，可将我们的说话声音放大若干倍。若干倍。第38页，共185页，编辑于2022年，星期日放大电路放大电路RSRLAuuouiRsis放大的能量从放大的能量从哪儿来
22、？哪儿来？2.2.1 放大电路模型放大电路模型第39页，共185页，编辑于2022年，星期日2.2.2 放大电路的主要性能指标1.放大倍数Au、Ai 放放大大倍倍数数是是衡衡量量放放大大电电路路对对信信号号放放大大能能力力的的主主要要技技术术参数。参数。（1）电压放大倍数Au 放大电路输出电压与输入电压的比值。放大电路输出电压与输入电压的比值。通常关心源信号的放大通常关心源信号的放大第40页，共185页，编辑于2022年，星期日（2）电流放大倍数Ai 它是指放大电路输出电流与输入电流的比值。它是指放大电路输出电流与输入电流的比值。如果我们关心是如果我们关心是Uo与与Ii或或Io与与Ui，则，则
23、互导互导互阻互阻第41页，共185页，编辑于2022年，星期日放大倍数常用放大倍数常用分贝分贝来表示，这时称为来表示，这时称为增益增益。电压增益电压增益 Au=20lg|Au|（dB）电流增益电流增益=20lg|Ai|（dB）功率增益功率增益=10lgAP（dB）用增益表示优点用增益表示优点 可扩大坐标表可扩大坐标表示的范围；示的范围；将多级放大器的增益将多级放大器的增益计算变为各级放大器增益之和计算变为各级放大器增益之和由于功率正比于电压或电流的平方由于功率正比于电压或电流的平方第42页，共185页，编辑于2022年，星期日图图2-16 放大电路的输入电阻放大电路的输入电阻 2.输入电阻输入
24、电阻Ri第43页，共185页，编辑于2022年，星期日 对对于于一一定定的的信信号号源源电电路路，输输入入电电阻阻Ri越越大大，放放大大电电路路从从信信号号源源得得到到的的输输入入电电压压ui就就越越大大，放放大大电电路路向信号源索取向信号源索取的的电电流流也也就越小就越小。应应用用时时，一一定定要要注注意意区区分分是是“电电压压源源信信号号”还还是是“电电流源信号流源信号”驱动驱动。第44页，共185页，编辑于2022年，星期日3.输出电阻Ro 图图2-17为为放大放大电电路路输输出出电电阻的示意阻的示意图图。图2-17放大电路的输出电阻UouL外加外加U断开断开RL测量测量I第45页，共1
25、85页，编辑于2022年，星期日 作作为为一一个个电电压压放放大大器器，其其输输出出电电阻阻Ro的的大大小小决决定定了了它它带带负负载载的的能能力力。Ro越越小小，放放大大电电路路的的带带负负载载能能力力越越强强，即即放放大大电电路路的的输输出出电压电压uo受负载的影响越小受负载的影响越小。1.外加电压法外加电压法2.实验方法实验方法第46页，共185页，编辑于2022年，星期日4.通频带通频带信号成分复杂，放大器不同频率的信号成分复杂，放大器不同频率的信号有不同的放大能力，产生信号有不同的放大能力，产生幅度幅度失真失真；相位失真。相位失真。由于电路中存在线性电抗元件由于电路中存在线性电抗元件
26、AumAu0.707Aum0低频段低频段高频段高频段fLfH中频段中频段下降下降3dB第47页，共185页，编辑于2022年，星期日2.2.3 基本放大电路的组成和工作原理1.共射极放大电路 在在晶晶体体管管的的三三种种放放大大电电路路组组态态中中，共共发发射射极极电电路路用用得得比比较较普普遍遍。这这里里就就以以NPNNPN共共射射极极放放大大电电路路为为例例，讨讨论论放放大大电电路路的的组组成成、工工作作原理以及分析方法。原理以及分析方法。图图2-192-19所示为所示为NPNNPN型共射极放大电型共射极放大电路的原理性电路。路的原理性电路。第48页，共185页，编辑于2022年，星期日图
27、2-19基本共射极原理性电路注意：电路的电源供电和信号流程注意：电路的电源供电和信号流程第49页，共185页，编辑于2022年，星期日图2-20单电源共射极电路将电路变形，改为单电源供电将电路变形，改为单电源供电Rb、Rc?第50页，共185页，编辑于2022年，星期日2.放大电路实现信号放大的实质图2-20.1放大电路实现信号放大的工作过程静态分析静态分析动态分析动态分析非线性失真非线性失真ui uBE iBiCuCE uo第51页，共185页，编辑于2022年，星期日 放放大大器器放放大大的的实实质质是是实实现现小小能能量量对对大大能能量量的的控控制制和和转转换换作作用用。根根据据能能量量
28、守守恒恒定定律律，在在这这种种能能量量的的控控制制和和转转换换中中，电电源源U UCCCC为为输输出出信信号号提提供供能能量。量。需需要要特特别别注注意意的的是是，信信号号的的放放大大仅仅对对交交流量而言。流量而言。第52页，共185页，编辑于2022年，星期日3.基本放大电路的组成原则 三三极极管管具具有有三三个个工工作作状状态态，截截止止、放放大大和和饱饱和和。在在放放大大电电路路中中为为实实现现其其放放大大作作用用，三三极极管管必必须须工工作作在在放放大大状状态态。从从上上面面放放大大电电路路的的工工作作过过程程可概括可概括放大电路的组成原则放大电路的组成原则为：为：第53页，共185页
29、，编辑于2022年，星期日 （1）外外加加电电源源的的极极性性必必须须保保证证三三极极管管的的发发射射结结正偏正偏，集集电结电结反偏反偏。（2）输输入入电电压压ui要要能能引引起起三三极极管管的的基基极极电电流流iB作相作相应应的的变变化化。（3）三三极极管管集集电电极极电电流流iC的的变变化化要要尽尽可可能能的的转为电压转为电压的的变变化化输输出出。（4）放大电路工作时，直流电源）放大电路工作时，直流电源UCC要为三要为三极管提供合适的静态工作电流极管提供合适的静态工作电流IBQ、ICQ和电压和电压UCEQ，即电路要有一个合适的，即电路要有一个合适的静态工作点静态工作点Q。第54页，共185
30、页，编辑于2022年，星期日2.3 基本放大电路的分析方法基本放大电路的分析方法 2.3.1 放大电路的图解分析法 图图解解分分析析方方法法是是指指根根据据输输入入信信号号，在在三三极极管管的的特特性性曲曲线线上上直直接接作作图图求求解解的方法。的方法。第55页，共185页，编辑于2022年，星期日1.静态工作情况分析（1）静态、动态和静态工作点的概念静态动态静态工作点Q第56页，共185页，编辑于2022年，星期日图2-22静态工作点Q（IBQ,UBEQ)（ICQ,UCEQ)第57页，共185页，编辑于2022年，星期日（2）直流通路 直直流流通通路路：是是指指静静态态（ui=0）时时，电电
31、路中只有直流量流路中只有直流量流过过的通路。的通路。画直流通路有两个要点：画直流通路有两个要点：电容视为开路电感视为短路 图图2-20和和2-21所所示示分分别别为为共共射射极极放放大大电电路及其直流通路。路及其直流通路。估估算算电电路路的的静静态态工工作作点点Q时时必必须须依依据据直直流通路。流通路。第58页，共185页，编辑于2022年，星期日图2-20共射极放大电路300K4K4K第59页，共185页，编辑于2022年，星期日图2-21共射电路的直流通路300K4K输入（输入（IBQ,UBEQ)输出（输出（ICQ,UCEQ)Q点点?第60页，共185页，编辑于2022年，星期日（3）Q点
32、的估算 根据直流通路，估算根据直流通路，估算Q点有两种方法。点有两种方法。公式估算法确定Q点图解法确定Q点 如图如图2-23所示，此直线由直流通路所示，此直线由直流通路获得，称为获得，称为直流负载线直流负载线。第61页，共185页，编辑于2022年，星期日图2-23图解法确定Q点UCE随随IC的变化的变化第62页，共185页，编辑于2022年，星期日2.动态工作情况分析（1）交流通路 它它是是指指动动态态（ui0）时时，电电路路中中交交流流分分量流量流过过的通路。的通路。画交流通路画交流通路时时有两个要点：有两个要点：耦合耦合电电容容视为视为短路。短路。直直流流电电压压源源（内内阻阻很很小小，
33、忽忽略略不不计计）视为视为短路。短路。图图2-21.1所所示示为为图图2-20共共射射极极放放大大电电路路的的交流通路。交流通路。第63页，共185页，编辑于2022年，星期日图2-21.1共射极电路的交流通路研究研究Au、Ri、Ro至至81第64页，共185页，编辑于2022年，星期日（2）交流负载线 在在图图2-21.1中有关系式：中有关系式：uo=uce=-ic（RcRL)=-icRL 其其中中，RL=RcRL称称为为交交流流负负载载电电阻阻，负负号号表表示示电电流流ic和和电电压压uo的的方方向相反。向相反。第65页，共185页，编辑于2022年，星期日 交交流流变变化化量量在在变变化
34、化过过程程中中一一定定要要经经过过零零点点，此此时时ui=0，与与静静点点Q相相符符合合。所所以以Q点点也也是是动动态态过过程程中中的的一一个个点点。交交流流负负载载线线和和直直流流负载线负载线在在Q点相交点相交，如，如图图2-25所示。所示。交流负载线由交流通路获得，且过交流负载线由交流通路获得，且过Q点，点，因此因此交流负载线是动态工作点移动的轨迹交流负载线是动态工作点移动的轨迹。第66页，共185页，编辑于2022年，星期日图2-25交流负载线第67页，共185页，编辑于2022年，星期日图图2-25.1 动态工作情况动态工作情况（3）放大电路的动态工作范围）放大电路的动态工作范围注意：
35、注意：i ib b是交流信号，是交流信号，i iB B是全量，包含直流成分是全量，包含直流成分第68页，共185页，编辑于2022年，星期日 注注意意：三三极极管管各各电电极极的的电电压压和和电电流流瞬瞬时时值值是是在在静静态态值值的的基基础础上上叠叠加加了了交交流流分分量量，但但瞬瞬时时值值的的极性和方向始极性和方向始终终固定不固定不变变。叠加叠加第69页，共185页，编辑于2022年，星期日（4）非线性失真 所所谓谓失失真真，是是指指输输出出信信号号的的波波形形与与输输入入信信号号的的波波形形不不一一致致。三三极极管管是是一一个个非非线线性性器器件件，有有截截止止区区、放放大大区区、饱饱和
36、和区区三三个个工工作作区区，如如果果信信号号在在放放大大的的过过程程中中，放放大大器器的的工工作作范范围围超超出出了了特特性性曲曲线线的的线线性性放放大大区区域域，进进入入了了截截止止区区或或饱饱和和区区，集集电电极极电电流流ic与与基基极极电电流流ib不不再再成成线线性性比比例例的的关关系系，则则会会导导致致输输出信号出出信号出现现非非线线性失真性失真。第70页，共185页，编辑于2022年，星期日非非线线性性失失真真分分为为截截止止失失真真和和饱饱和和失失真真两种。两种。截止失真 当放大电路的静态工作点当放大电路的静态工作点Q选取比选取比较低较低时，时，IBQ较小，输入信号的负半周较小，输
37、入信号的负半周进入截止区而造成的失真称为截止失进入截止区而造成的失真称为截止失真。图真。图2-26所示为放大电路的截止失所示为放大电路的截止失真。真。第71页，共185页，编辑于2022年，星期日图2-26截止失真第72页，共185页，编辑于2022年，星期日饱和失真 当当放放大大电电路路的的静静态态工工作作点点Q选选取取比比较较高高时时，IBQ较较大大，UCEQ较较小小，输输入入信信号号的的正正半半周周进进入入饱饱和和区区而而造造成成的的失失真真称称为为饱饱和和失失真真。图图2-26.1所所示示为为放放大大电电路路的的饱饱和和失失真真。ui正正半半周周进进入入饱饱和和区区造造成成ic失失真，
38、从而使真，从而使uo失真。失真。第73页，共185页，编辑于2022年，星期日图图2-26.1 饱饱和失真和失真第74页，共185页，编辑于2022年，星期日2.3.2 放大电路的微变等效电路分析法 微微变变等等效效电电路路分分析析法法指指的的是是在在三三极极管管特特性性曲曲线线上上Q点点附附近近，当当输输入入为为微微变变信信号号（小小信信号号）时时，可可以以把把三三极极管管的的非非线线性性特特性性近近似似看看为为是是线线性性的的，即即把把非非线线性性器器件件三三极极管管转转为为线线性性器器件件进进行行求求解解的的方方法。法。第75页，共185页，编辑于2022年，星期日1.1.h h 参数模
39、型的导出参数模型的导出也称三极管的微变等也称三极管的微变等效电路分析法效电路分析法第76页，共185页，编辑于2022年，星期日输出端交流短路时的输入电阻hie输入交流开路时的反向电压传输系数hre第77页，共185页，编辑于2022年，星期日输出端交流短路时的电流放大系数hfe输入交流开路时的输出电导hoe第78页，共185页，编辑于2022年，星期日（1）三极管的微变等效电路图2-31.0三极管的交流输入电阻rbehie这个参数，它反映这个参数，它反映的是的是uBE对对iB的控制作的控制作用用第79页，共185页，编辑于2022年，星期日uBEuCEUBEQIBQUBEiB0 不同的不同的
40、UCC有不同的有不同的曲线，曲线，uCE变化很大，变化很大，但但uBE变化很小变化很小 hre反映的是输出回路反映的是输出回路对输入回路的反馈控制对输入回路的反馈控制 当当 uCE10V时，时，uBE0第80页，共185页，编辑于2022年，星期日图2-31.2三极管的电流放大系数 hfe反映的是输入反映的是输入电流对输出电流的电流对输出电流的控制（控制（)第81页，共185页，编辑于2022年，星期日 hoe反映的是输入端反映的是输入端开路时的输出电导开路时的输出电导（常用（常用r rcece表示表示)hoe0第82页，共185页，编辑于2022年，星期日(1/hoe)ucehfe ibhr
41、e uceubeibhieic第83页，共185页，编辑于2022年，星期日 结结论论：当当输输入入为为微微变变信信号号时时，对对于于交交流流微微变变信信号号，三三极极管管可可用用如如图图2-32（b）所所示示的的微微变变等等效效电电路路来来代代替替。图图2-32（a）所所示示的的三三极极管管是是一一个个非非线线性性器器件件，但但图图2-32（b）所所示示的的是是一一个个线线性性电电路路。这这样样就就把把三三极极管管的的非非线线性性问问题题转转化化为线为线性性问题问题。第84页，共185页，编辑于2022年，星期日图图2-32 三极管的微三极管的微变变等效等效电电路模型路模型第85页，共185
42、页，编辑于2022年，星期日图中rbe为交流输入电阻 r rb b为基区体电阻，为基区体电阻，UT为温度的电压当为温度的电压当量，室温下一般量，室温下一般低频小功率低频小功率管的管的rb约为约为300，UT为为26mV，IE一般在一般在0.1mA5mA，超过这个范围将带来较大的误差。，超过这个范围将带来较大的误差。第86页，共185页，编辑于2022年，星期日（1）分析放大电路的求解步骤 用用公公式式估估算算法法估估算算Q Q点点值值，并并计计算算Q Q点点处的参数处的参数r rbebe值。值。由由放放大大电电路路的的交交流流通通路路，画画出出放放大大电路的微变等效电路。电路的微变等效电路。根
43、根据据等等效效电电路路直直接接列列方方程程求求解解A Au u、R Ri i、R Ro o。注注意意：NPNNPN和和PNPPNP型型三三极极管管的的微微变变等等效效电电路一样路一样。2.用微变等效电路分析法分析共射放大电路用微变等效电路分析法分析共射放大电路第87页，共185页，编辑于2022年，星期日（2）分析共射放大电路 放大电路的微变等效电路 对对于于图图2-202-20所所示示共共射射极极放放大大电电路路，从从其其交交流流通通路路图图2-212-21可可得得电电路路的的微微变变等等效效电电路路，如如图图2-332-33所所示示。u uS S为为外外接接的信号源，的信号源，R RS S
44、是信号源内阻。是信号源内阻。图图2-20图图2-21第88页，共185页，编辑于2022年，星期日图2-33图2-20所示共射放大电路的微变等效电路第89页，共185页，编辑于2022年，星期日 求解电压放大倍数Au 负号表示输出电压负号表示输出电压u uo o与输入电压与输入电压u ui i反相位反相位 求解电路的输入电阻求解电路的输入电阻R Ri i R Ri i=R Rb br rbebe 一般基极偏置电阻一般基极偏置电阻 R Rb b r rbebe 所以所以 R Ri i r rbebe第90页，共185页，编辑于2022年，星期日求解电路的输出电阻Ro 图图2.24所所示示为为求求
45、解解输输出出电电阻阻的的等等效效电电路。路。RoRc输输出出电电阻阻Ro越越小小，放放大大电电路路的的带带负负载载能能力力越越强强。输输出出电电阻阻Ro中中不不应应包包含含负负载载电电阻阻RL。第91页，共185页，编辑于2022年，星期日图2.24求解输出电阻的等效电路第92页，共185页，编辑于2022年，星期日 求解输出电压uo对信号源电压uS的放大倍数AuS 由由于于信信号号源源内内阻阻的的存存在在，A AuSuSA Au u，电电路路的的输输入入电阻越大，输入电压电阻越大，输入电压u ui i越接近越接近u uS S。第93页，共185页，编辑于2022年，星期日2.3.3 两种分析
46、方法特点比较 放放大大电电路路的的图图解解分分析析法法：其其优优点点是是形形象象直直观观，适适用用于于Q点点分分析析、非非线线性性失失真真分分析析、最最大大不不失失真真输输出出幅幅度度的的分分析析，能能够够用用于于大大、小小信信号号；其其缺缺点点是是作作图图麻麻烦烦，只只能能分分析析简简单单电电路路，求求解解误误差差大大，不不易易求求解解输输入入电电阻阻、输输出出电电阻阻等等动动态态参数。参数。第94页，共185页，编辑于2022年，星期日 微微变变等等效效电电路路分分析析法法：其其优优点点是是适适用用于于任任何何复复杂杂的的电电路路，可可方方便便求求解解动动态态参参数数如如放放大大倍倍数数、
47、输输入入电电阻阻、输输出出电电阻阻等等；其其缺缺点点是是只只能能用用于于分分析析小小信信号号，不不能能用用来求解静来求解静态态工作点工作点Q。实实际际应应用用中中，常常把把两两种种分分析析方方法法结结合合起来使用。起来使用。第95页，共185页，编辑于2022年，星期日2.4 放大器放大器工作点工作点稳稳定定问题问题2.4.1 温度变化对Q点的影响 Q点点的的影影响响因因素素有有很很多多，如如电电源源波波动动、偏偏置置电电阻阻的的变变化化、管管子子的的更更换换、元元件件的的老老化化等等等等，不不过过最最主主要要的的影影响响则则是是环环境境温温度度的的变变化化。三三极极管管是是一一个个对对温温度
48、度非非常常敏敏感感的的器器件件，随随温温度度的的变变化化，三三极极管管参参数会受到影响，具体表数会受到影响，具体表现现在以下几个方面。在以下几个方面。第96页，共185页，编辑于2022年，星期日1.温度升高，三极管的反向电流增大2.温度升高，三极管的电流放大系数增大3.温度升高，相同基极电流IB下，UBE减小，三极管的输入特性具有负的温度特性。温度每升高1，UBE大约减小2.2mV。第97页，共185页，编辑于2022年，星期日2.4.2 工作点稳定电路的组成及稳定Q点的原理1.工作点稳定电路的组成 如图如图2-36所示工作点稳定电路所示工作点稳定电路 第98页，共185页，编辑于2022年
49、，星期日图2-36分压偏置式的工作点稳定电路温度温度I IC CU UE EU UBEBE IBIC第99页，共185页，编辑于2022年，星期日2.稳定Q点的原理 分分压压偏置式放大偏置式放大电电路具有路具有稳稳定定Q点的点的作用，在作用，在实际电实际电路中路中应应用广泛。用广泛。实际应实际应用用中，中，为为保保证证Q点的点的稳稳定，要求定，要求电电路：路：I1=I2+IBQ I2 （设计时让（设计时让I2IBQ）一般一般对对于硅材料的三极管：于硅材料的三极管：I2=（510）IBQ第100页，共185页，编辑于2022年，星期日I2越大，越大，UB越稳定，越稳定，IBQ也稳定也稳定第101
50、页，共185页，编辑于2022年，星期日2.4.3 工作点稳定电路的分析1.静态工作点Q的估算 图图2-37所示为分压偏置式工作点稳所示为分压偏置式工作点稳定电路的直流通路定电路的直流通路。第102页，共185页，编辑于2022年，星期日图图2-37 稳稳定定电电路的直流通路路的直流通路UBQ=35V第103页，共185页，编辑于2022年，星期日2.微变等效电路微变等效电路Re先作交流等效电路先作交流等效电路第104页，共185页，编辑于2022年，星期日再画微变等效电路再画微变等效电路RiRo第105页，共185页，编辑于2022年，星期日研究研究Au、Ri、Ro第106页，共185页，编