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1、双极型晶体管和基本放大电路第1页，共128页，编辑于2022年，星期五思考：思考：2-1 2-16习题：习题：2-4 2-7 2-8 2-10 2-12 2-14 2-17 2-19 2-24 2-25第第2 2章章 双极型晶体三极管双极型晶体三极管 和基本放大电路和基本放大电路第2页，共128页，编辑于2022年，星期五本章的重点与难点本章的重点与难点本本章章所所讲讲述述的的基基本本概概念念、基基本本电电路路和和基基本本分分析析方方法是学习后面各章的基础。法是学习后面各章的基础。重点重点重点重点:双极型晶体管的特性双极型晶体管的特性;放大的概念放大的概念;放大电路的主要指标参数放大电路的主要
2、指标参数;基基本本放放大大电电路路和和放放大大电电路路的的分分析析方方法法。包包括括共共射射、共共集集、共共基基放放大大电电路路的的组组成成、工工作作原原理理、静静态态和和动动态分析计算。态分析计算。第3页，共128页，编辑于2022年，星期五本章的重点与难点本章的重点与难点难点难点:有关放大、动态和静态、等效电路等概念的建立有关放大、动态和静态、等效电路等概念的建立;电路能否放大的判断；电路能否放大的判断；各种基本放大电路的性能分析。各种基本放大电路的性能分析。而这些问题对于学好本课程至关重要。而这些问题对于学好本课程至关重要。第4页，共128页，编辑于2022年，星期五2.1.1 双极型晶
3、体三极管的结构及类型双极型晶体三极管的结构及类型 在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，三个区分别叫在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，三个区分别叫发射区、基区和集电区。发射区、基区和集电区。2.1 双极型晶体三极管双极型晶体三极管 引出的三个电极分别为：引出的三个电极分别为：发射极发射极e、基极基极b和和集电极集电极c。基区和集电区形成集电结，发射区和基区形成基区和集电区形成集电结，发射区和基区形成发射结。发射结。按照掺杂方式的不同分为按照掺杂方式的不同分为NPN型型和和PNP型型两种类型。两种类型。第5页，共128页，编辑于2022年，星期五集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射
4、区NN集电极集电极c基极基极b发射极发射极ePecb符号NPN型晶体三极管型晶体三极管结构示意图结构示意图箭头方向箭头方向代表代表PN结结的正向。的正向。第6页，共128页，编辑于2022年，星期五PNP型晶体三极管型晶体三极管集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区PP集电极集电极c基极基极b发射极发射极eNecb符号结构示意图结构示意图为了实现电流的为了实现电流的控制和放大作用，控制和放大作用，晶体管的三个区晶体管的三个区在在结构尺寸和掺结构尺寸和掺杂浓度上有很大杂浓度上有很大的不同。的不同。第7页，共128页，编辑于2022年，星期五.两个两个PNPN结无外加电压结无外加
5、电压2.1.2 2.1.2 晶体管中的电流控制作用晶体管中的电流控制作用（以（以NPN型为例说明）型为例说明）载流子运动处于动平衡，净载流子运动处于动平衡，净电流为零。电流为零。VCCRcceb公共端公共端VBBRBIBICIE.发射结加正向电压，发射结加正向电压，发射结加正向电压，发射结加正向电压，集电结加反向电压集电结加反向电压集电结加反向电压集电结加反向电压(发射结正向偏置且集电结发射结正向偏置且集电结反向偏置反向偏置)UBE Uon 且且UCE UBE第8页，共128页，编辑于2022年，星期五1 1）发射区向基区注入电子）发射区向基区注入电子）发射区向基区注入电子）发射区向基区注入电
6、子 发射区（e区）的多子电子通过发射结扩散到基区（b区），形成扩散电流IEN；同时基区（b区）的多子空穴扩散到发射区（e区），形成扩散电流IEP。二者实际方向相同。IEIBICVCCVBBRCRBI I B BI IEPEPI ICBOCBOI IENENI ICNCNceb3.电流控制作用及其实现条件电流控制作用及其实现条件（1）电流控制作用）电流控制作用第9页，共128页，编辑于2022年，星期五发射极电流:IE=IEN+IEP IEN。（多子形成的扩散电流）IEIBICVCCVBBRCRBI I B BI IEPEPI ICBOCBOI IENENI ICNCNceb 电源负极向发射区补
7、充电子形成发射极电流IE。1）发射区向基区注入电子第10页，共128页，编辑于2022年，星期五2）电子在基区的扩散与复合 发射区（e区）的电子注入基区（b区）后，小部分在基区（b区）被复合（I B)。（基区的浓度低）IEIBICVCCVBBRCRBI IEPEPI ICBOCBOI IENENI ICNCNceb VBB正极拉走电子，补充被复合的空穴，形成 IB 。（不是 I B，因为还有少子的漂移电流ICBO）I I B B第11页，共128页，编辑于2022年，星期五 发射区的电子大部分通过基区往集电区（c区）扩散。（集电结电压反向，增强了少子的漂移，基区的少子是电子）3）电子被集电极收
8、集的情况 到达集电结边界的电子被集电结电场吸引进入集电区（c区），记作 ICN=IEN I B 。IEIBICVCCVBBRCRBI BI IEPEPI ICBOCBOI IENENI ICNCNceb第12页，共128页，编辑于2022年，星期五 由于集电结反偏，所以有少子形成的漂移电流ICBO。ICBO是基区和集电区的少子（平衡少子）在集电区与基区漂移运动形成的电流。通常认为是发射极开路时，b-c间的反向饱和电流。集电结反向饱和电流IEIBICVCCRCRBI IEPEPI ICBOCBOI IENENI ICNCNcebVBBI I B B第13页，共128页，编辑于2022年，星期五晶
9、体管的电流分配关系 从外部看 IE=IC+IBIE=IEN+IEPIC=ICN+ICBOIB=I B+IEP ICBO VBBIEIBICVCCRCRBI IEPEPI ICBOCBOI IENENI ICNCNcebI IEPEP很小，可忽略。I I B B第14页，共128页，编辑于2022年，星期五 发射区发射的总电子数，绝大部分被集电区收集，极发射区发射的总电子数，绝大部分被集电区收集，极少部分在基区与空穴复合。少部分在基区与空穴复合。集电区收集的电子数与发射区发射电子数的比值定集电区收集的电子数与发射区发射电子数的比值定义为义为（共基（共基直流电流放大系数）直流电流放大系数）共基直流
10、电流放大系数IE=IEN+IEP IEN第15页，共128页，编辑于2022年，星期五 可以看出，通过稍稍改变电流I I，就可以使I ICNCN有很有很大的变化，如此实现了电流控制和电流放大作用。大的变化，如此实现了电流控制和电流放大作用。(IB为在基区复合掉的电子数)共射直流电流放大系数 是到达集电区的电子数和在基区中复合的电子数之比。由生产工艺确定（称共射直流电流放大系数）。令 通常很大，1919199第16页，共128页，编辑于2022年，星期五（2)实现电流控制的条件）晶体管结构上的保证：三个浓度不同的掺杂）晶体管结构上的保证：三个浓度不同的掺杂区，基区薄，掺杂浓度低；发射区掺杂浓度高
11、；区，基区薄，掺杂浓度低；发射区掺杂浓度高；集电结面积大。集电结面积大。）外加直流电源保证：发射结正向偏置，集电）外加直流电源保证：发射结正向偏置，集电结反向偏置。结反向偏置。第17页，共128页，编辑于2022年，星期五.共射接法中的电流关系(射极为公共端，IB为输入回路电流，IC为输出回路电流)VCCRcceb公共端公共端VBBRBIBICIE第18页，共128页，编辑于2022年，星期五 晶体管工作在放大状态的外部条件是：VCCRcIc UcecebUbe输出输出回路回路输入输入回路回路公共端公共端EbRbIb2.1.3 共射接法晶体管的特性曲线（以NPN型为例说明）对于NPN型三极管应
12、满足:UBE 0(且UBE Uon）UBC UB UE 对于PNP型三极管应满足:UBE 0即UE UB UC第19页，共128页，编辑于2022年，星期五1.共射接法晶体管的输入特性曲线IB=f(UBE )UC E =常数常数IB/AUBE/V0UCE 1V0V 0.5V2.1.3共射接法晶体管的特性曲线 UCE=0，输入特性曲线与PN结的伏安特性类似。当UCE 增大时，由于电场的作用，曲线右移，当UCE 增大到一定值后，再增加UCE，曲线右移将不明显。第20页，共128页，编辑于2022年，星期五IB=常数常数IC =f (UCE)2.共射接法晶体管的输出特性 对于每个确定的IB均有一条对
13、应曲线，因此输出特性是一族曲线。对于一条固定的曲线，随着UCE的增加，IC逐渐增加，当UCE增大到一定的程度，IC 几乎不变，IC仅仅决定于IB。0UCE/V IC/mAIB=40AIB=60AIB增加增加IB 减小减小IB =20AIB=0 A第21页，共128页，编辑于2022年，星期五晶体管的三个工作区截止区 IB=0以下的区域以下的区域饱饱和和区区IC /mAUCE /V0IB=0 A20A40 A60 A80 A放放大大区区截止区截止区 条件：条件：条件：条件：发射结和集电发射结和集电结都处于反偏状态。结都处于反偏状态。特点：特点：特点：特点：IB B=0=0，I IC C 0 严格
14、说，严格说，IB=0，ICICEO管子基本不导电。管子基本不导电。第22页，共128页，编辑于2022年，星期五晶体管的三个工作区晶体管的三个工作区放大区放大区交流交流共射共射电流放大系数电流放大系数：条件：条件：条件：条件：发射结正向偏置、集发射结正向偏置、集电结反向偏置。电结反向偏置。饱饱和和区区IC /mAUCE /V0IB=0 A20A40 A60 A80 A放放大大区区截止区截止区 特点：特点：C=IB 曲线几乎水平曲线几乎水平,C与与UCE无关，仅仅由无关，仅仅由IB决定。决定。通常，认为通常，认为 。第23页，共128页，编辑于2022年，星期五晶体管的三个工作区-饱和区 特点：
15、特点：C IB。此时IB，UCE 较小。IC不受IB的控制，IC随UCE增加而增加,。饱饱和和区区IC /mAUCE /V0IB=0 A20A40 A60 A80 A放放大大区区截止区截止区 条件：反射结和集电结均处于正向偏置。管子饱和时的UCE叫UCES。当 UCB=0时，晶体管处于临界饱和状态。第24页，共128页，编辑于2022年，星期五 晶体管的三个工作区域比较晶体管的三个工作区域比较(发射结正向偏置且集电结反向偏置)工作区域外部条件特点截止区截止区IB=0，IC0 (ICICEO)UBE Uon 且UCE UBE（发射结电压小于开启电压且集电结反偏）放大区放大区 IC=IB(IC仅仅
16、由IB决定)UBE Uon 且UCE UBE饱和区饱和区（发射结和集电结均正向偏置）UBE Uon 且UCE UBE IC IB(IC随uCE的增大而增大)临界饱和临界饱和（临界放大）（临界放大）UCE=UBE即UCB=0ICS=IBS第25页，共128页，编辑于2022年，星期五 温度升高时，输入特性曲线将左移，在室温附近，温度每升高1，|UBE|减小22.5mV。0I/mAUBE/V 75 20.温度对晶体管特性及参数的影响温度对晶体管特性及参数的影响（）温度对输入特性曲线的影响（）温度对输入特性曲线的影响 第26页，共128页，编辑于2022年，星期五）温度对）温度对I ICEOCEO
17、和和I ICBOCBO的影响：的影响：UCE/VIC/mA 7520(2)(2)温度对输出特性曲线的影响温度对输出特性曲线的影响75207520 每升高每升高10，ICBO增大增大一一倍，倍，ICEO也是。也是。）温度对）温度对 的影响：的影响：温度升高输出特性上移（温度升高时，温度升高输出特性上移（温度升高时，增加增加,iC的变化量增大）。的变化量增大）。温度升高，温度升高，增大增大，每升高，每升高1，增大增大0.5 1%。输出。输出特性曲线间距增大。特性曲线间距增大。第27页，共128页，编辑于2022年，星期五.4 晶体三极管的主要参数（）在不同接法下的直流比（）在不同接法下的直流比（）
18、在不同接法下的直流比（）在不同接法下的直流比）直流共射电流系数）直流共射电流系数）直流共射电流系数）直流共射电流系数一般在一般在0.95 0.995一般在一般在19 199（2 2）极间反向电流：）极间反向电流：）极间反向电流：）极间反向电流：.直流参数1 1）直流共基电流系数）直流共基电流系数）直流共基电流系数）直流共基电流系数 ICEO和 ICBO：ICEO=（1+）ICBO第28页，共128页，编辑于2022年，星期五2.交流参数(1)(1)电流放大系数电流放大系数 （2 2）特征频率特征频率f fT T 使使 的数值下降为的数值下降为1时输入信号频率称为时输入信号频率称为f fT T。
19、(因存在结电容，因存在结电容，是输入信号频率的函数是输入信号频率的函数，f高到一定程度，高到一定程度，下降且产下降且产生相移生相移。）第29页，共128页，编辑于2022年，星期五（1 1）集电极最大允许）集电极最大允许 耗散功率耗散功率 PCM PCM=IC UCE=常数常数（决定于温升。T硅150、T锗70性能明显变坏）（2 2）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流 ICMCM使明显下降的IC即为ICM （通常合金小功率管选uCE=1v,由 PCM 定义ICM)3.极限参数UCE IC U(BR)CEOICMPCM=ICUCE安安全全工工作作区区第30页，共128页，编辑于2022年，星
20、期五（3 3）极间反向击穿电压）极间反向击穿电压 如果加在如果加在PN结上反向偏置结上反向偏置电压太高，电压太高，PNPN结就会反向击结就会反向击穿。这些电压不仅取决于电穿。这些电压不仅取决于电路本身，还和电路连接方法路本身，还和电路连接方法有关。有关。U UCEO(BR)CEO(BR)：基极开路时集电极发射极的反向击穿电压。UCE IC U(BR)CEOICMPCM=ICUCE安安全全工工作作区区3.极限参数（）晶体管的安全工作区（）晶体管的安全工作区第31页，共128页，编辑于2022年，星期五.晶体管的类型及选用原则.类型 根据材料分为硅管和锗管；根据三个区的掺杂方式分为NPN、PNP管
21、；根据使用的频率范围分为低频管和高频管；根据允许的功率损耗分为小功率管、中功率管和大功率管。第32页，共128页，编辑于2022年，星期五.晶体管的选用原则（1）同型号的管子选反向电流较小的；（2）值不宜太大，一般在几十100之间；（3）要求反向电流小、工作温度高选硅管；要求导通电压低选锗管；（4）工作信号频率高选高频管；开关电路选开关管；（5）保证管子工作在安全区。包括最大集电极电流、最大功耗、反向击穿电压、散热条件等。第33页，共128页，编辑于2022年，星期五 NPN、PNP管在放大电路中外部条件比较 ececbbNPNNPNPNPPNP（UE最低）最低）（UC最低）最低）（UC最高）
22、最高）（UE最高）最高）（UBE=UON）正值正值（UBE=UON）负值负值第34页，共128页，编辑于2022年，星期五晶体管的应用举例例：例：测得某电路中几只NPN晶体管三个极的直流电位如表所示，各晶体管BE间的导通电压Uon均为0.7V。试分别说明各管子的工作状态。晶体管基极直流电位UB/V发射极直流电位UE/V集电极直流电位UC/V工作状态T1T2T3T40.70.31-10050.7-1.70015放大放大饱和截止第35页，共128页，编辑于2022年，星期五2.1.6 光电三极管 光电三极管依据光照的强度来控制集电极电流的大小。其功能可以等效为一个光电二极管和一只晶体三极管相连。e
23、符号符号cce等效电路等效电路第36页，共128页，编辑于2022年，星期五光电晶体管的输出特性曲线光电晶体管的输出特性曲线 光电三极管的输出特性与普通三极管的输出特性曲线相同，只是用入射光强度E取代基极电流IB。第37页，共128页，编辑于2022年，星期五2.2 放大的概念和放大电路的主要性能指标2.2.1 放大的概念和放大电路的组成条件1.1.放大的概念 用小的变化量去控制一个较大的量的变化。要求不失真的“线性放大”。放大电路利用晶体管实现能量的控制与转换。放大作用的实质就是晶体管的电流、电压或功率的放大作用的实质就是晶体管的电流、电压或功率的控制作用。输出的较大能量来自于直流电源控制作
24、用。输出的较大能量来自于直流电源VccVcc，而不是晶体三极管。第38页，共128页，编辑于2022年，星期五对象：变化量对象：变化量实质：能量的控制和转换实质：能量的控制和转换基本特征：功率放大基本特征：功率放大前提条件：不失真前提条件：不失真测试信号：正弦波测试信号：正弦波能量控制器件：有源元件能量控制器件：有源元件 放大电路中能够控制能量转换的元件称为放大电路中能够控制能量转换的元件称为有源元件有源元件（如晶体管）。（如晶体管）。1.放大的概念第39页，共128页，编辑于2022年，星期五2.放大电路的组成 一般包含电压放大电路和功率放大电路。电压放大电路将微弱电压加以放大从而推动功率放
25、大电路，通常工作在小信号状态。功率放大电路输出较大的功率，推动执行元件，工作在大信号状态。扩音机示意图：VCC第40页，共128页，编辑于2022年，星期五要保证放大电路具有放大作用，必须满足如下条件：（1）晶体管工作在放大区（发射结正偏、集电结 反偏）。（2）输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。（3）当负载接入时，放大管输出回路的动态电流或电压能够作用于负载，从而使负载获得比输入回路信号大得多的信号电流或信号电压。2.2.放大电路的组成第41页，共128页，编辑于2022年，星期五放大电路示意图放大电路示意图2.2.2 放大电路的性能指标信号源信号源信号源内阻信号源内阻输入电压输入电压输
26、出电压输出电压输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻负载电阻负载电阻第42页，共128页，编辑于2022年，星期五1.输入为小信号时（测试信号为正弦波）（测试信号为正弦波）（1 1）放大倍数（或增益）放大倍数（或增益）衡量放大电路的放大能力，定义为输出变化量与输入变化量之比。电压放大电路；电流放大电路；互导放大电路；互阻放大电路。根据输入量与输出量的不同，将放大电路分为四种类型：第43页，共128页，编辑于2022年，星期五1）电压放大电路 电压增益电压增益电压增益电压增益：输出电压与输入电压之比。：输出电压与输入电压之比。源电压增益：源电压增益：源电压增益：源电压增益：输出电压与信号源电压之比输出
27、电压与信号源电压之比 输入量与输出量都是电压。第44页，共128页，编辑于2022年，星期五输入量与输出量都是电流。电流增益电流增益：输出电流与输入电流之比电压、电流增益都无量纲。2）电流放大电路 第45页，共128页，编辑于2022年，星期五互导增益3）互导放大电路 量纲为 西门子 S。4 4）互阻放大电路）互阻放大电路 互阻增益量纲为 欧姆 。输入量是电压，输出量是电流。输入量是电流，输出量是电压。第46页，共128页，编辑于2022年，星期五（2）输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等效电阻。定义为输入电压有效值Ui和输入电流有效值Ii之比。R Ri i表明放大电路从信号源索取电流或电压
28、的能力。Ri越大，电流越小，Ui越接近 Us，信号电压Us损失越小。Ri第47页，共128页，编辑于2022年，星期五 输入信号源是内阻很小的电压源时，要求输入电阻尽量大，以保证信号源电压损失尽可能小。输入信号源是内阻很大的电流源时，要求输入电阻尽量小，以保证信号源电流尽可能多流进放大电路。利用Ri和Rs可以求出电压增益电压增益与源电压增益源电压增益的关系式。（2）输入电阻Ri第48页，共128页，编辑于2022年，星期五（3）输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。负载上输负载上输出电压有出电压有效值效值空载时输出电空载时输出电压有效值压有效值Ro整理后后第49页，共128页，编辑于2
29、022年，星期五 RO表明放大电路的带负载能力(指负载变化时输出电压的变化情况）。Ro越小，放大电路带电压负载的能力越强。（Ro小，RL变化时，UO变化小)（3）输出电阻Ro第50页，共128页，编辑于2022年，星期五 放大电路的输出量为电压，要求输出电压尽量不受放大电路的输出量为电压，要求输出电压尽量不受负载变化影响，电路的输出电阻应尽量小。负载变化影响，电路的输出电阻应尽量小。放大电路的输出量为电流，要求输出电流尽量不受负载变放大电路的输出量为电流，要求输出电流尽量不受负载变化影响，电路的输出电阻应尽量大。化影响，电路的输出电阻应尽量大。（3）输出电阻Ro第51页，共128页，编辑于20
30、22年，星期五 R Ri i、R Ro o是为描述电路在相互连接时彼此之间产是为描述电路在相互连接时彼此之间产生影响而引入的参数。生影响而引入的参数。第52页，共128页，编辑于2022年，星期五（4）通频带fbw 是用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能是用于衡量放大电路对不同频率信号的放大能力的技术指标力的技术指标。下限截止频率下限截止频率下限截止频率下限截止频率上限截止频率上限截止频率上限截止频率上限截止频率通频带通频带通频带通频带f fbwbw=f=fH H-f-fL L中频中频中频中频放大倍数放大倍数放大倍数放大倍数|A|fLfH0.707|Am|f|Am|第53页，共128页，编辑
31、于2022年，星期五（1 1）非线性失真系数）非线性失真系数D D 指输出波形中的谐波成分总量与基波成分之比(各次谐波有效值与基波有效值之比）。2.输入信号幅值较大时第54页，共128页，编辑于2022年，星期五（2）最大不失真输出电压 当输入电压再增大时就会使输出波形产生非线性失真时的输出电压（非线性失真系数不超过规定的最大输出电压）。可表示为：最大输出幅值(U Uomom)MM 最大输出有效值最大输出有效值(Uo o)MM第55页，共128页，编辑于2022年，星期五 最大输出功率指在输出波形基本不失真的情况下，负载上能够获得的最大交流功率。效率效率指直流电源能量的利用率。指直流电源能量的
32、利用率。Po交流输出功率Pv电源提供的平均功率（3）最大输出功率(Po)M和效率第56页，共128页，编辑于2022年，星期五模拟电路中的符号直流分量：文字符号和下标均用大写字母。例IB、IC、UBE等。交流分量：交流分量：文字符号和下标均用小写字母。ib、ic、ui、uo等。交直流总量：交直流总量：文字符号用小写字母，下标用大写字 母。例：iB、iC、uBE、uCE、uI、uO。（请阅读本书前面的文字符号说明）（请阅读本书前面的文字符号说明）相量或有效值相量或有效值:在线性放大电路中正弦量为输入量,输入、输出常用相量或有效值表示，例:、Ui等。第57页，共128页，编辑于2022年，星期五2
33、.2.3 单管共射放大电路的工作原理1.电路组成 RB:提供合适的提供合适的IB。RC：将集电极电流变化量转换：将集电极电流变化量转换为电压变化量。为电压变化量。ui，uo：正弦输入信号和输出信号。：正弦输入信号和输出信号。C1、C2耦合电容：隔直流、通交流。耦合电容：隔直流、通交流。Vcc:保证发射结正偏、集电保证发射结正偏、集电结反偏。结反偏。晶体三极管第58页，共128页，编辑于2022年，星期五集电极电压集电极电压2.工作原理 若参数合适，可以实现电压放大。第59页，共128页，编辑于2022年，星期五1.1.晶体管放大电路的特点2.3 晶体管放大电路的图解分析法2.3.1晶体管放大电
34、路的特点和分析方法 （）直流量和交流量共存，直流量是电路具有放大作用的基础，交流量是放大的对象。（）非线性。.晶体管放大电路的分析方法晶体管放大电路的分析方法 （）小信号线性化分析法（等效电路分析法）（）图解分析法第60页，共128页，编辑于2022年，星期五 在直流电源作用下直流量经过的通路。画直流通路的要点：画直流通路的要点：（1）电容视为视为开路；（2 2）电感电感线圈视为线圈视为短路短路；（3）交流信号源信号源视为视为短路，但应保留其内阻保留其内阻。1.1.直流通路直流通路2.静态工作点的图解分析方法第61页，共128页，编辑于2022年，星期五1.直流通路第62页，共128页，编辑于
35、2022年，星期五2.估算静态工作点 放大电路未加交流输入信号，电路中的电压和电流只有直流成分，叫做放大电路的“直流工作状态”或“静态”。在晶体管的特性曲线上，晶体管各极直流电压和电流的数值确定一点，此点叫做“静态工作点静态工作点”。第63页，共128页，编辑于2022年，星期五2.估算静态工作点可以用近似计算（估算）的方法求解可以用近似计算（估算）的方法求解点点。为什么要设置静态工作点为什么要设置静态工作点?设置合适的静态工作点，以保证放大电路不产生失真，静态工作点还影响着放大电路几乎所有的动态参数。第64页，共128页，编辑于2022年，星期五例-用估算法求图示电路的静态工作点解：首先画出
36、电路的直流通路.第65页，共128页，编辑于2022年，星期五直流通路直流通路基极电流集电极电流UBEQ:硅管为硅管为0.7V 锗管为锗管为0.2V静态工作点电压静态工作点电压第66页，共128页，编辑于2022年，星期五.图解法确定静态工作点Q（UCEQ、ICQ）通常输入回路直接用估算法求出IBQ。确定输出回路方程非线性：IC=f(UCE)线性：UCE=VCCICRC两条曲线交点即Q(UCEQ，ICQ)点。第67页，共128页，编辑于2022年，星期五斜率-1/RCVCC/RC 输出回路满足UCE=VCCICRC的直线叫直流负载线。直流负载线过（VCC，0)，(0，VCC/RC)点，斜率-1
37、/RC。第68页，共128页，编辑于2022年，星期五.交流通路 输入信号作用下交流信号流经的通路，用于输入信号作用下交流信号流经的通路，用于研究动态研究动态参数。参数。（1 1）容量大的电容视为短路）容量大的电容视为短路；（2 2）无内阻的直流电源视为短路。无内阻的直流电源视为短路。2.3.动态工作情况的图解分析画交流通路的要点：画交流通路的要点：画交流通路的要点：画交流通路的要点：第69页，共128页，编辑于2022年，星期五交流通路第70页，共128页，编辑于2022年，星期五.放大电路接入正弦信号(未接入负载电阻)uBE 各电压和电流都在原静态基础上叠加了一个交流量。第71页，共128
38、页，编辑于2022年，星期五.放大电路接入正弦信号(未接入负载电阻)uo=uce第72页，共128页，编辑于2022年，星期五输出电压与输入电压输出电压与输入电压的变化的变化反相反相第73页，共128页，编辑于2022年，星期五3.电路中电流、电路中电流、电压波形电压波形注注注注意意意意u uo o和和和和u ui ii ic c反反反反相相相相第74页，共128页，编辑于2022年，星期五1）输出电压与输入电压为频率相同的正弦波，但幅值增大，）输出电压与输入电压为频率相同的正弦波，但幅值增大，“线性放大线性放大”。2）输出电压与输入电压）输出电压与输入电压相位相反，即相差相位相反，即相差18
39、0,Au为负值为负值。第75页，共128页，编辑于2022年，星期五4.4.交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线（电路输出端接负载电阻）（电路输出端接负载电阻）满足此关系式且过Q点的直线，叫做“交流负载线”。根据交流通路可以得到第76页，共128页，编辑于2022年，星期五交流负载线的斜率:直流负载线的斜率:两者相交于Q点，交流负载线更陡，动态范围更小。交流负载线交流负载线ICQ UCEQ4.4.交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线（电路输出端接负载电阻）（电路输出端接负载电阻）第77页，共128页，编辑于2022年，星期五Q点合适且输入信号幅值较小时无波形点合适且输入信号幅值较小时无
40、波形失真失真.2.2.4 静态工作点的选择.静态工作点的位置对输出波形的影响第78页，共128页，编辑于2022年，星期五晶体管截止而产生的失真为截止失真。现象：输出电压波形出现削顶失真。提高静态工作点。提高静态工作点。如何提高？如何提高？1、Q点较低时的情况:uo波形波形:解决方法：第79页，共128页，编辑于2022年，星期五晶体管饱和而产生的失真为饱和失真。现象:输出电压波形出现削底失真。增大RB (减小IBQ)，减小RC (增大负载线斜率)。uo波形波形2、Q点较高的情况点较高的情况:解决方法：解决方法：降低静态工作降低静态工作点。点。第80页，共128页，编辑于2022年，星期五电路
41、参数对工作状态的影响电路参数对工作状态的影响第81页，共128页，编辑于2022年，星期五.最大不失真输出电压幅值、有效值 不饱和最大输出幅值:UCEQ-UCES 不截止最大输出幅值:ICQ RL 取二者取二者较较小的一个小的一个。UCEQ-UCESICQ RL第82页，共128页，编辑于2022年，星期五(1)Q1Q2：RC减少；IB =1 0 A020 A30 A40 A42612uCE/VQ23124Q1iC/mA810Q3Q4VCC/RCVCC(3)Q3Q4：VCC增大；(2)Q2Q3：Rb减少或VBB增大；VBBVCCRCRbT+_ui+_uo例：1.电路中静态工作点从Q1移到Q2、
42、Q2移到Q3、Q3移到Q4的原因有哪些?第83页，共128页，编辑于2022年，星期五 2.当电路的静态工作点分别是Q1Q4时，哪种情况下最容易产生截止失真？IB =1 0 AuCE/V020 A30 A40 A42612Q23124Q1iC/mA810Q3Q4VCC/RCVCCQ2最容易截止失真；最容易截止失真；Q4的最大不失真电压最大。的最大不失真电压最大。Q3最容易饱和失真；最容易饱和失真；哪种情况下最容易产生饱和失真？哪种情况下最大不失真输出电压(Uom)M最大？第84页，共128页，编辑于2022年，星期五图解法的适用范围图解法的适用范围 适用于分析输入信号幅值比较大而工作频率适用于
43、分析输入信号幅值比较大而工作频率f不太高不太高时的情况。时的情况。实际应用中，多用于分析实际应用中，多用于分析Q点位置、最大不失真输出点位置、最大不失真输出电压和波形失真。电压和波形失真。第85页，共128页，编辑于2022年，星期五.晶体管的直流模型2.2.等效电路法等效电路法 在一定条件下,将晶体管的特性线性化,建立线性模型,在误差允许范围内用线性电路分析晶体管电路。2.晶体管的直流模型及静态工作点的计算晶体管的直流模型及静态工作点的计算第86页，共128页，编辑于2022年，星期五静态工作点的计算静态工作点的计算静态工作点的计算静态工作点的计算RBRC直流等效电路第87页，共128页，编
44、辑于2022年，星期五 放大电路的输入信号很小时，可以在静态工作点附近放大电路的输入信号很小时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替晶体管特性曲线，三极的小范围内用直线段近似地代替晶体管特性曲线，三极管就可以用线性双口网络来等效。管就可以用线性双口网络来等效。2.晶体管的低频小信号模型及其参数 低频是指信号频率远低于晶体管的低频是指信号频率远低于晶体管的“特征频率特征频率”。第88页，共128页，编辑于2022年，星期五1.晶体管在共射接法下的参数VTUbeUceIbIcIB/AUBE/V0UCE 1V0V 0.5V 将晶体管看成一个双口网络。输入和输出。IC /mAUCE /V0
45、IB2 IB1 IB3 IB4 IB5 输入特性输入特性输出特性第89页，共128页，编辑于2022年，星期五3.简化的参数等效模型.UceUberbe Ib+-+-VTUbeUceIbIc第90页，共128页，编辑于2022年，星期五 IEQ单位为单位为mA，rbe与与 Q点有关。点有关。rbe为为发射结电阻。发射结电阻。求rbe (以NPN管为例)根据晶体管的电根据晶体管的电流方程存在流方程存在:第91页，共128页，编辑于2022年，星期五rbb一般取一般取300。与与Q点有关。点有关。也可以用阻抗折算原理求出rbe。（注意单位！）第92页，共128页，编辑于2022年，星期五 ）该模型
46、只能用于求各交流量之间的关系，不能用来求静态量。）参数都是在Q点处定义，与Q点有关，且只能用于低频小信号。）PNP型和NPN型晶体管的参数模型相同。4.应用参数模型应注意的问题第93页，共128页，编辑于2022年，星期五2.4.共射基本放大电路动态性能的参数模型分析法、画出微变等效电路图、画出微变等效电路图微变等效电路电路图第94页，共128页，编辑于2022年，星期五1.电压增益交流参数与直流参数有关，即交流性能指标受静态工作点影响。分析放大电路的交流性能指标时，应先进行静态分析放大电路的交流性能指标时，应先进行静态分析分析,先静态，后动态先静态，后动态先静态，后动态先静态，后动态。注意负
47、号注意负号注意负号注意负号!第95页，共128页，编辑于2022年，星期五2.输入电阻第96页，共128页，编辑于2022年，星期五3.输出电阻 由求输出电阻定义，信号源短路，保留内阻，去掉负载电阻，在输出端加电压，产生电流，有:(令输入信号短路后,基极及集电极电流均等于0。)第97页，共128页，编辑于2022年，星期五例:在图示电路中，Rs=500;晶体管的=38,导通时的UBEQ=0.7V,rbb=300。求电路的 、Ri、Ro和 。解：先确定静态工作点。解：先确定静态工作点。第98页，共128页，编辑于2022年，星期五电压增益电压增益微变等效电路微变等效电路源电压放大倍数第99页，共
48、128页，编辑于2022年，星期五输入电阻输入电阻输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻不含输出电阻不含负载电阻负载电阻第100页，共128页，编辑于2022年，星期五问题的提出：问题的提出：问题的提出：问题的提出：环境温度变化、电源电压波动、元件老化会引起晶体管参数的变化，造成电路静态工作点不稳定。其中温度影响最为突出。必需从电路设计上解决静态工作点稳定问题。2.5 其他基本放大电路2.2.分压式偏置稳定共射放大电路分压式偏置稳定共射放大电路 Q点不稳，会产生失真,影响动态参数rbe，从而影响Au、Ri 。严重时可能会造成电路无法正常工作。只有Q点合适时动态分析才有意义。第101页，共12
49、8页，编辑于2022年，星期五RB1、RB2为基极分压电阻1.1.分压式偏置稳定共射放大电路的静态分析电路组成电路组成:IBI2I1BRCIC UCERB1VCCIERB2ReUBQ直流通路直流通路+VCCRCC1C2VTRLRB2RE+RB1+-+-第102页，共128页，编辑于2022年，星期五IBI2I1BRCIC UCERB1VCCIERB2ReUBQI1=I2+IBQI1IBQI2I1UB几乎只与电阻和电源有关，与晶体管参数无关几乎只与电阻和电源有关，与晶体管参数无关。(1)(1)基极电位基极电位U UB第103页，共128页，编辑于2022年，星期五（2 2）电流）电流I ICQC
50、Q、I IEQ的稳定的稳定稳定Q点的调整过程可表示为：形成形成负反馈负反馈T()IC(IE)UE(因为UBQ基本不变)UBE IC IBIBI2I1BRCIC UCERB1VCCIERB2REUBQ第104页，共128页，编辑于2022年，星期五 QQ点稳定的原因：点稳定的原因：点稳定的原因：点稳定的原因：+VCCRCC1C2VTRLRB2RE+RB1+-+-U UBQ在温度变化时基本稳定。在温度变化时基本稳定。在温度变化时基本稳定。在温度变化时基本稳定。R RE E的直流负反馈作用。的直流负反馈作用。的直流负反馈作用。的直流负反馈作用。第105页，共128页，编辑于2022年，星期五Au=R