《第三章 半导体三极管及放大电路基础PPT讲稿.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第三章 半导体三极管及放大电路基础PPT讲稿.ppt（162页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、第三章 半导体三极管及放大电路基础第1页，共162页，编辑于2022年，星期二教学目的和要求教学目的和要求：1.理解三极管的结构、参数和放大作用。理解三极管的结构、参数和放大作用。2.掌握三种基本组态放大电路的知识。掌握三种基本组态放大电路的知识。3.掌握放大电路的图解分析法，包括静态和动态。掌握放大电路的图解分析法，包括静态和动态。4.掌握放大电路的小信号模型分析法。掌握放大电路的小信号模型分析法。5.理解放大电路工作点的稳定问题。理解放大电路工作点的稳定问题。6.6.理解放大电路的频率响应。理解放大电路的频率响应。教学重点与难点教学重点与难点：重点：共射极放大电路，放大电路图解分析法（动重
2、点：共射极放大电路，放大电路图解分析法（动态分析）、小信号模型分析法。态分析）、小信号模型分析法。难点：小信号模型分析法、放大电路的频率响应。难点：小信号模型分析法、放大电路的频率响应。第2页，共162页，编辑于2022年，星期二第一节第一节 半导体三极管半导体三极管BJTBJT一、一、BJTBJT的结构简介的结构简介(BJT,Bipolar Junction Transistor,(BJT,Bipolar Junction Transistor,双极结型晶体管）双极结型晶体管）BJTBJT是通过一定工艺，将是通过一定工艺，将两个两个PNPN结结结合在一起的器件。具有结合在一起的器件。具有电流
3、放大电流放大作用。作用。半导体三极管（半导体三极管（BJTBJT、晶体管）分类：、晶体管）分类：按频率分：按频率分：高频管、低频管；高频管、低频管；按功率分：按功率分：小、中、大功率管；小、中、大功率管；按半导体材料分：按半导体材料分：硅管、锗管等；硅管、锗管等；按结构分：按结构分：NPNNPN型、型、PNPPNP型型;e b c外形外形第3页，共162页，编辑于2022年，星期二becNNP基极基极（Base）发射极发射极（Emitter）集电极集电极（Collector）NPNeb cbecIbIeIcNPN型半导体三极管（型半导体三极管（BJT）第4页，共162页，编辑于2022年，星期
4、二两种类型的两种类型的BJTBJTbecNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BcePNP型becIbIeIcNPN和和PNP型型BJT具有几乎等同的特性，仅各电极端具有几乎等同的特性，仅各电极端电压极电压极性和电流流向性和电流流向不同。不同。第5页，共162页，编辑于2022年，星期二becNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，掺杂浓度低集电区：面积较大发射区：掺杂浓度较高NPNeb c第6页，共162页，编辑于2022年，星期二becNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结集电结两种两种不不同类型同类型的半导的半导体结合体结合在
5、一起在一起时，交时，交界处会界处会形成形成PN结结。第7页，共162页，编辑于2022年，星期二二、二、BJT的电流分配与放大作用的电流分配与放大作用1 1、三种组态、三种组态 双双极极型型三三极极管管有有三三个个电电极极，其其中中两两个个可可以以作作为为输输入入,两两个个可可以以作作为为输输出出，这这样样必必然然有有一一个个电电极极是是公公共共电电极极。三三种种接接法法也也称称三三种种组态组态。共发射极共发射极接法，发射极作为公共电极，用接法，发射极作为公共电极，用CECE表示；表示；共集电极共集电极接法，集电极作为公共电极，用接法，集电极作为公共电极，用CCCC表示；表示；共基极共基极接法
6、，基极作为公共电极，用接法，基极作为公共电极，用CBCB表示。表示。第8页，共162页，编辑于2022年，星期二 半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。若在放大工作状态：放大工作状态：发射结发射结加正向电压（加正向电压（正向偏置正向偏置），），集电结集电结加反向加反向电压（电压（反向偏置反向偏置）。NPNRCRbVCCVBB+_IBICIEVo第9页，共162页，编辑于2022年，星期二BECNNPEBRBECIE基区空穴向发射区的扩散可忽略。IBE(2)进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IBE ，多数扩散到集电结。
7、(1)发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。2、BJT内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程第10页，共162页，编辑于2022年，星期二BECNNPEBRBECIE(3)集电结反偏，有少子形成的反向饱和电流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBO ICEIBEICE(4)从基区扩散来的电子作为集电结的少子，漂移进入集电结而被收集，形成ICE。第11页，共162页，编辑于2022年，星期二IB=IBE-ICBO IBEIBBECNNPEBRBECIEICBOICEIC=ICE+ICBO ICEIBE动态演示动态演示两种载流子参与导电，称为双极型晶体管。两种载流子参与导电，
8、称为双极型晶体管。第12页，共162页，编辑于2022年，星期二半导体三极管内部载流子的传输过程半导体三极管内部载流子的传输过程第13页，共162页，编辑于2022年，星期二3、放大作用、放大作用mA AVVUCEUBERBIBECEB实验线路实验线路基极B与电源EB正极相连集电极C与电源EC正极相连发射极E与电源EB、EC负极相连-共发射极接法发射结正偏集电结反偏第14页，共162页，编辑于2022年，星期二改变电路中可变电阻改变电路中可变电阻RB的值，基极电流的值，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都都发生改变，测量结果如下：发生改变，测量结果如下：IB/mA
9、IC/mAIE/mA00.020.040.060.080.100.0010.701.502.303.103.95死区电压，晶体管才会出现iB指当指当集集-射极电压射极电压vCE为常数时，输入电路中为常数时，输入电路中基极电流基极电流iB与与基基-射极电压射极电压vBE之间的关系曲线。之间的关系曲线。iB=f(vBE)|vCE=常数常数三极管的输入特性与二极管的伏安特性曲线相似三极管的输入特性与二极管的伏安特性曲线相似:随随vCE增大输入曲线右移，当增大输入曲线右移，当vCE 1V时，随时，随vCE增大，右移很小，所以增大，右移很小，所以用用vCE=1时的特性曲线近似代替时的特性曲线近似代替vC
10、E1时的特性曲线。时的特性曲线。第20页，共162页，编辑于2022年，星期二2、输出特性输出特性指当指当基极电流基极电流iB为常数时，输出电路中为常数时，输出电路中集电极电流集电极电流iC与与集集-射射极电压极电压vCE之间的关系曲线。之间的关系曲线。iC=f(vCE)|iB=常数常数输出特性输出特性起始部分很陡，起始部分很陡，v vCECE略有增加，略有增加，i iC C增加很快，增加很快，i iC C受受v vCECE的影响很大。的影响很大。v vCECE超过某一数值后，输出超过某一数值后，输出特性是特性是一组间隔基本均匀，比一组间隔基本均匀，比较平坦的平行直线较平坦的平行直线。第21页
11、，共162页，编辑于2022年，星期二2、输出特性输出特性iC(mA)1234IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满足iC=iB称为线性区（放大区）。是一组间隔基本均匀，比较平坦的平行直线。当vCE大于一定的数值时，iC只与iB有关，iC=iB。-放大作用vCE(V)36912第22页，共162页，编辑于2022年，星期二iC(mA)1234vCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中vCEvBE,集电结正偏，iBiC，vCE0.3V称为饱和区。即输出特性直线上升和弯曲部分为饱和区。第23页，共162页，编辑于2022年，星期二IC(mA
12、)1234vCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中:IB=0,IC=ICEO,vBEIC，饱和压降，饱和压降vCE 0.3V。(3)截止区：截止区：vBE死区电压，死区电压，IB=0，IC 0放大电路中尽量避免工作到饱和区和截止区。放大电路中尽量避免工作到饱和区和截止区。第25页，共162页，编辑于2022年，星期二四、四、BJTBJT的主要参数的主要参数1 1、电流放大系数电流放大系数 前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射共射接法接法，相应地还有共基、共集接法。，相应地还有共基、共
13、集接法。共射共射直流电流放大倍数直流电流放大倍数：工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为流信号。基极电流的变化量为 iB，相应的集电极电流变化为相应的集电极电流变化为 iC，则则交流电流放大倍数交流电流放大倍数为：为：第26页，共162页，编辑于2022年，星期二例：例：UCE=6V时时：IB=40 A,IC=1.5mA；IB=60 A,IC=2.3mA。说明说明:两两个个电电流流放放大大倍倍数数含含义义不不同同，一一般般在在工工作作电电流流不不十十分分大大的的情情况况下下，可以作可以作近似近似处理，可混用。处
14、理，可混用。与与T有关，有关，T升高，升高，增大，同型号的三极管增大，同型号的三极管有差别。有差别。第27页，共162页，编辑于2022年，星期二共基极接法共基极接法的电流放大系数：的电流放大系数：直流放大系数：直流放大系数：交流放大系数：交流放大系数：第28页，共162页，编辑于2022年，星期二2 2、极间反向电流、极间反向电流（1 1）集电极）集电极-基极反向饱和电流基极反向饱和电流I ICBOCBO AICBOICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。条件：发射极开路集电极处于反向偏置I ICBOCBO越小越好越小越好锗管几微安到几十微安，硅管小于等于锗管几微安
15、到几十微安，硅管小于等于1 1微安微安第29页，共162页，编辑于2022年，星期二BECNNPICBOICEO=IBE+ICBOIBE IBEICBO进入N区，形成IBE。根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流IBE。集电结反偏有ICBOICEO受温度影响很大，受温度影响很大，当温度上升时，当温度上升时，ICEO增加很快，所以增加很快，所以IC也也相应增加。相应增加。三极管的三极管的温度特性较差。温度特性较差。（2 2）集电极）集电极-射极反向截止电流射极反向截止电流ICEO条件：基极开路、集电结处于反向偏置，发射结处于正向偏置时集电极电流。（穿透电流）第30页，共162页，编辑于2022
16、年，星期二3、极限参数、极限参数（1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICM指指BJT的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。的参数变化不超过允许值时集电极允许的最大电流。（2）集电极最大允许功率损耗）集电极最大允许功率损耗PCM表示集电结上允许损耗功率的最大值。与温度有关。表示集电结上允许损耗功率的最大值。与温度有关。PCM=iCvCBiCvCE热损耗必定导致结温热损耗必定导致结温上升，所以上升，所以PC 有限制。有限制。PC PCM第31页，共162页，编辑于2022年，星期二iCvCE集电极最大允许功耗PCM ICM安全工作区集电极最大电流ICM集-射极反向击穿电压V(BR)
17、CEO第32页，共162页，编辑于2022年，星期二(3)(3)反向击穿电压反向击穿电压 反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力。不仅与反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力。不仅与管子本身特性有关，还取决于外部电路的接法。管子本身特性有关，还取决于外部电路的接法。a.V(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压。下标发射极开路时的集电结击穿电压。下标CB代代表集电极和基极，表集电极和基极，O代表第三个电极代表第三个电极E开路。开路。b.V(BR)EBO集电极开路时发射结的击穿电压。集电极开路时发射结的击穿电压。c.V(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的击穿电压。基极开路
18、时集电极和发射极间的击穿电压。对于对于V(BR)CER表示表示BE间接有间接有电阻电阻，V(BR)CES表示表示BE间是间是短路短路的。的。第33页，共162页，编辑于2022年，星期二反向击穿电压的测试原理电路：反向击穿电压的测试原理电路：BR代表击穿之意，是Breakdown的字头。几个击穿电压在大小上有如下关系：V(BR)CBOV(BR)CESV(BR)CERV(BR)CEOV(BR)EBO第34页，共162页，编辑于2022年，星期二第二节第二节 共射极放大电路共射极放大电路三极管放大三极管放大电路有三种电路有三种形式（组态）形式（组态）共射放大电路共射放大电路共基放大电路共基放大电路
19、共集放大电路共集放大电路以共射放大器为例讲解工作原理第35页，共162页，编辑于2022年，星期二一、共射放大电路的基本组成一、共射放大电路的基本组成放大元件iC=iB，工作在放大区，要保证集电结反偏，发射结正偏。vivo输入输入输出输出参考点参考点Rb+VCCVBBRCC1C2T第36页，共162页，编辑于2022年，星期二集电极电源，为电路提供能量。并保证集电结反偏。Rb+VCCVBBRCC1C2T第37页，共162页，编辑于2022年，星期二集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。Rb+VCCVBBRCC1C2T第38页，共162页，编辑于2022年，星期二使发射结正偏，并提供适当的静
20、态工作点。基极电源与基极电阻Rb+VCCVBBRCC1C2T固定偏流电路第39页，共162页，编辑于2022年，星期二Rb+VCCVBBRCC1C2T隔断隔断放大电路放大电路与与负负载载之间的直流通之间的直流通路。路。耦合电容耦合电容(隔断隔断放大放大电路电路与与信号源信号源之间的之间的直流通路直流通路)vi输入输入vo输出输出耦合电容耦合电容(隔直电容隔直电容)C1、C2输入耦合电容输入耦合电容C1保证信号加到发射结，保证信号加到发射结，不影响发射结偏置。不影响发射结偏置。输出耦合电容输出耦合电容C2保证信号输送到负载，保证信号输送到负载，不影响集电结偏置。不影响集电结偏置。第40页，共16
21、2页，编辑于2022年，星期二可以省去电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电Rb+VCCVBBRCC1C2T第41页，共162页，编辑于2022年，星期二单电源供电电路单电源供电电路+VCCRCC1C2TRb第42页，共162页，编辑于2022年，星期二组成一个放大器的组成一个放大器的基本原则基本原则。（1）发射结必须正偏，集电结必须反偏发射结必须正偏，集电结必须反偏，以保证放大器处于放，以保证放大器处于放大状态。大状态。（2）对输入回路，应当使）对输入回路，应当使输入的电压信号变成电流信号输入的电压信号变成电流信号，因为，因为ic=ib（3）对输出回路，应当）对输出回路，应当尽可能
22、将信号送到负载尽可能将信号送到负载。（4）为保证放大器不失真地放大，直流下的电流和电压）为保证放大器不失真地放大，直流下的电流和电压（静（静态工作点）态工作点）必须必须设置得合适设置得合适。第43页，共162页，编辑于2022年，星期二二、共射放大电路的工作原理二、共射放大电路的工作原理1、静态工作点、静态工作点vi=0时时由于电源的存在Ib0IC0IBICIE=IB+ICRb+VCCRCC1C2T第44页，共162页，编辑于2022年，星期二IBICVBEVCE(IC,VCE)(IB,VBE)Rb+VCCRCC1C2T第45页，共162页，编辑于2022年，星期二(IB,VBE)和和(IC,
23、VCE)分别对应于分别对应于输入、输出特性曲线输入、输出特性曲线上的一个点，上的一个点，称为称为静态工作点静态工作点。IBVBEQIBVBEICVCEQVCEIC第46页，共162页，编辑于2022年，星期二2、静态工作点的估算、静态工作点的估算IBQICQVBEQVCEQ解得解得IBQ=（VCC-VBEQ）/RB因为发射结正偏时因为发射结正偏时VBEQ0.7V或者或者0.3V，所以，所以IBQVCC/RB ICQ=IBQ VCEQ=VCCICQRC由此得到由此得到Q点的四个值点的四个值由输入回路由输入回路VCC=VBEQ+IBQRB由输出回路由输出回路VCC=ICQRC+VCEQ由电流分配的
24、关系由电流分配的关系ICQ=IBQRB+VCCRC第47页，共162页，编辑于2022年，星期二2、静态工作点的估算、静态工作点的估算（1）画画出出实实际际放放大大电电路路的的直直流流通通路路。并并在在电电路路上上标标出出IB、IC、VBE、VCE。（2）根据直流通路列出输入回路、输出回路的电压方程。根据直流通路列出输入回路、输出回路的电压方程。（3）利用方程利用方程IC=IB。（4）解方程组得到）解方程组得到IB、IC、VCE。VBE用估算的方法写出。用估算的方法写出。第48页，共162页，编辑于2022年，星期二3、放大过程、放大过程假设有一微小的输入假设有一微小的输入vi输出的交流电压输
25、出的交流电压vo=-icRCRLRB+VCCVBRCC1C2TviIBQICQVBEQVCEQvBE=VBE+viiB=IB+ibvCE=VCC-iCRC=VCC-(IC+ic)RC =VCC-ICRC-icRC =VCE-icRCiC=iB=IB+ib=IC+ic第49页，共162页，编辑于2022年，星期二IBVBEQICVCEvCE怎么变化怎么变化假设假设vBE有一微小的变化有一微小的变化ictvit第50页，共162页，编辑于2022年，星期二vCE的变化沿一条直线的变化沿一条直线vce相位如何相位如何vce与与vi反相！反相！ICVCEictvcet第51页，共162页，编辑于202
26、2年，星期二各点波形各点波形Vi=0vi=Vsin t第52页，共162页，编辑于2022年，星期二各点波形各点波形Rb+VCCRCC1C2vitiBtiCtvCtvotviiCvCvoiB第53页，共162页，编辑于2022年，星期二结论：结论：（1）vo与与vi的相位相反。的相位相反。（2）vBE、iB、vCE、iC都是由直流和交流两个部分组成的。都是由直流和交流两个部分组成的。（3）我我们们所所说说的的放放大大作作用用是是指指输输出出与与输输入入的的交交流流成成分分的的关关系系，不包括直流成分。不包括直流成分。实现放大的条件实现放大的条件1.晶体管必须偏置在晶体管必须偏置在放大区放大区。
27、发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏。2.正确设置正确设置静态工作点静态工作点，使整个波形处于，使整个波形处于放大区放大区。3.输入回路输入回路将将变化的电压变化的电压转化成变化的转化成变化的基极电流基极电流。4.输出回路输出回路将变化的将变化的集电极电流集电极电流转化成转化成变化的集电极电压变化的集电极电压，经，经电容滤波只输出电容滤波只输出交流交流信号。信号。第54页，共162页，编辑于2022年，星期二(a)(b)(c)(d)(f)(e)下列下列af电路哪些具有放大作用？电路哪些具有放大作用？第55页，共162页，编辑于2022年，星期二三、放大电路的主要性能指标三、放大电路的主
28、要性能指标常用：常用：增益增益 输入阻抗输入阻抗 输出阻抗输出阻抗 频率响应频率响应 带宽带宽 非线性失真等非线性失真等习题：习题：3.1.13.1.23.2.1第56页，共162页，编辑于2022年，星期二例：例：=50，VSC=12V，RB=70k，RC=6k 当当VSB=-2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？当当VSB=-2V时：时：发射结反偏发射结反偏ICVCEIBVSCRBVSBCBERCVBEIB=0，IC=0IC最大饱和电流：最大饱和电流：Q位于截止区位于截止区第57页，共162页，编辑于2022年，星期二例：例：=50，VSC=
29、12V，RB=70k，RC=6k 当当VSB=-2V，2V，5V时，时，晶体管的静态工作点晶体管的静态工作点Q位位于哪个区？于哪个区？ICIcmax(=2mA)，Q位于饱和区。位于饱和区。(实际上，此时实际上，此时IC和和IB已不是已不是 的关的关系）系）第59页，共162页，编辑于2022年，星期二第三节第三节 图解分析法图解分析法放大电路分放大电路分析方法析方法静态分析静态分析动态分析动态分析估算法估算法图解法图解法微变等效电路法微变等效电路法图解法图解法计算机仿真计算机仿真静态：无输入信号时的工作状态动态：有输入信号时的工作状态求静态值：IB、IC、IE、VCE求动态值：Av、Ri、Ro
30、第60页，共162页，编辑于2022年，星期二静态静态：只考虑直流信号，即：只考虑直流信号，即vi=0，各点电位不变（直流，各点电位不变（直流工作状工作状态态无输入信号）。无输入信号）。动态动态：只考虑交流信号，即：只考虑交流信号，即vi不为不为0，各点电位变化（交流工作状，各点电位变化（交流工作状态）。态）。直流通路直流通路：电路中无变化量，电容相当于开路，电感相当于短路。：电路中无变化量，电容相当于开路，电感相当于短路。交流通路交流通路：电路中电容短路，电感开路，直流电源对公共端：电路中电容短路，电感开路，直流电源对公共端短路。短路。放大电路建立放大电路建立正确的静态正确的静态，是保证动态
31、工作的，是保证动态工作的前提前提。分析放。分析放大电路必须要正确地区分大电路必须要正确地区分静态和动态静态和动态，正确地区分，正确地区分直流通路直流通路和交流通路和交流通路。第61页，共162页，编辑于2022年，星期二一、直流通路和交流通路一、直流通路和交流通路放大电路中各点的放大电路中各点的电压电压或或电流电流都是在都是在静态直流静态直流上附加了小上附加了小的的交流信号交流信号。但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，但是，电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对可以认为它对交流不起作用，即对交流短路交流短路。而对直流可以看。而对直流可以看成
32、成开路开路，这样，这样，交直流所走的通道是不同的交直流所走的通道是不同的。交流通路：交流通路：只考虑只考虑交流信号交流信号的分电路。的分电路。直流通路：直流通路：只考虑只考虑直流信号直流信号的分电路。的分电路。信号的不同分量分别在不同的通路分析。信号的不同分量分别在不同的通路分析。第62页，共162页，编辑于2022年，星期二只有直流信号只有直流信号（只有（只有+VCC）开路开路开路开路RB+VCCRCC1C2T直流通路直流通路RB+VCCRC即能通过直流的通道。从C、B、E向外看，有直流负载电阻：Rc、RB。第63页，共162页，编辑于2022年，星期二短路短路短路短路置零置零RB+VCCR
33、CC1C2TRBRCRLvivo交流通路交流通路只有交流信号只有交流信号若直流电源内阻为零，交流电流流过直流电源时，没有压降。设C1、C2 足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零。在交流通道中，可将直流电源和耦合电容短路。交流通路：能通过交流的电路通道。从C、B、E向外看，有等效的交流负载电阻，Rc/RL和偏置电阻RB。第64页，共162页，编辑于2022年，星期二二、静态工作情况分析二、静态工作情况分析1、近似估算静态工作点（、近似估算静态工作点（Q点）点）IBVBERB称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏置电流偏置电流。+VCC直流通路直流通路RBRC（1）根据直流通路估算）根据直
34、流通路估算IB第65页，共162页，编辑于2022年，星期二（2）根据直流通路估算）根据直流通路估算VCE、ICICVCE直流通路直流通路RBRC(IB,IC,VCE)近似估算出近似估算出放大电路的静态工作点放大电路的静态工作点第66页，共162页，编辑于2022年，星期二例：例：用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。已知：已知：VCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：解：请注意电路中请注意电路中IB 和和IC 的的数量级数量级。Q:（40uA，1.5mA，6V）第67页，共162页，编辑于2022年，星期二Ib、e回路回路c、e回路回路输入特性输入特性VBE=V
35、BB-IBRb输出特性输出特性VCE=VCC-ICRC2、用图解法确定、用图解法确定Q点点图解步骤：图解步骤：(1)画画直直流流通通路路，用用估估算算法法求求出出基基极极电流电流IB(如如40A)。(2)把把放放大大电电路路分分成成非非线线性性(输输入入）和和线线性性（输输出出）两两部分。部分。第68页，共162页，编辑于2022年，星期二（3）作出电路非线性部分的）作出电路非线性部分的V-I特性特性BJT的输出特性，的输出特性，根据根据IB在在输出特性曲线输出特性曲线中找到对应的一条输出特性曲线。中找到对应的一条输出特性曲线。（4）作作线线性性部部分分的的V-I特特性性直直流流负负载载线线。
36、根根据据集集电电极极电电流流IC与与集集、射射间间电电压压VCE的的关关系系式式VCE=VCCICRC可可画画出出一一条条直直线线，该该直直线线在在纵纵轴轴上上的的截截距距为为VCC/RC，在在横横轴轴上上的的截截距距为为VCC，其其斜斜率率为为1/RC，只与集电极负载电阻，只与集电极负载电阻RC有关，称为有关，称为直流负载线直流负载线。（5）由由电电路路的的线线性性与与非非线线性性两两部部分分V-I特特性性的的交交点点确确定定静静态态工工作作点点Q，并并确确定定VCE、IC的的值值。晶晶体体管管的的IC和和VCE既既要要满满足足IB=40A的的输输出出特特性性曲曲线线，又又要要满满足足直直流
37、流负负载载线线，因因而而晶晶体体管管必必然然工工作作在在它它们们的的交交点点Q，该该点点就就是是静静态态工工作作点点。由由静静态态工工作作点点Q便便可可在在坐坐标标上上查查得得静静态态值值ICQ和和VCEQ。第69页，共162页，编辑于2022年，星期二3、直流负载线、直流负载线ICVCEVCEIC满足什么关系？满足什么关系？1.三极管的输出特性。三极管的输出特性。2.VCE=VCCICRC 。ICVCEVCCQ直流负载线与输出特性的交点就是Q点IB直流通道直流通道RB+VCCRC第70页，共162页，编辑于2022年，星期二直流负载线的特点直流负载线的特点（1）与横轴的截距为与横轴的截距为V
38、CC（2）与纵轴的截距为与纵轴的截距为VCC/Rb或或VCC/RC（3）斜率为）斜率为1/RCVCEIC满足什么关系？满足什么关系？1.三极管的输出特性。三极管的输出特性。2.VCE=VCCICRC 。ICVCEVCCQ直流负载线与输出特性的交点就是Q点IB第71页，共162页，编辑于2022年，星期二先先估算估算IB，然后在，然后在输出特性输出特性曲线上作出曲线上作出直流负载线直流负载线，与，与IB 对对应的输出特性曲线与直流负载线的应的输出特性曲线与直流负载线的交点交点就是就是Q点点。ICVCEQVCC3、直流负载线、直流负载线直流负载线第72页，共162页，编辑于2022年，星期二IB=
39、40A的输的输出特性曲线出特性曲线由由VCE=VCCICRC所决定的所决定的直流负载线直流负载线两者的交点两者的交点Q就是就是静态工作点静态工作点过过Q点作水平线，点作水平线，在纵轴上的截距在纵轴上的截距即为即为ICQ过过Q点作垂线，点作垂线，在横轴上的截距在横轴上的截距即为即为VCEQ第73页，共162页，编辑于2022年，星期二4、电路参数的改变时对、电路参数的改变时对Q点的影响点的影响RB+VCCRCT（1）RB的影响的影响若改变若改变RB，就会改变偏流，就会改变偏流IBRBVCC/RBIBQ(上移上移)Q（2）RC的影响的影响若改变若改变RC，直流负载线的斜率，直流负载线的斜率会发生变
40、化会发生变化RCVCC/RCQ右移右移QICVCEVCCQ第74页，共162页，编辑于2022年，星期二RB+VCCRCTQICVCEVCC（3）电源电源EC的影响的影响改变改变VCC，直流负载线发生平移，直流负载线发生平移VCCQRB、RC、EC的改变都对的改变都对Q点的点的位置有影响，但位置有影响，但RB的影响最大，的影响最大，故为了得到合适的故为了得到合适的Q点，常常调点，常常调节节RB。Q第75页，共162页，编辑于2022年，星期二三、动态工作情况分析三、动态工作情况分析TRRbC+_+_voviRLTRRVvvb1b2bCCCCCio+vo-viRLRL=RC/RL1、交流负载线交
41、流负载线放大电路工作时，输出端接上放大电路工作时，输出端接上负载负载，影响交流回路影响交流回路。即：交流信号的变化沿着斜率为：即：交流信号的变化沿着斜率为：的直线。的直线。这条直线通过这条直线通过Q点，称为点，称为交流交流负载线负载线。第76页，共162页，编辑于2022年，星期二1、交流负载线、交流负载线ic其中：其中：vce结论结论（1）交交流流负负载载线线的的斜斜率率是是-1/RL，与与横横轴轴的的锐锐夹夹角角为为=arctan1/RL（2）iC=IC时时vCE=VCE说说明明交交流流负载线通过负载线通过Q点。点。RBRCRLvivo交流通路交流通路第77页，共162页，编辑于2022年
42、，星期二交流负载线的作法交流负载线的作法VCCQIB方法方法1：过：过Q点作一条点作一条直线，斜率为：直线，斜率为：交流负载线ICVCE第78页，共162页，编辑于2022年，星期二交流负载线的作法交流负载线的作法ICVCEVCCQIB方法方法2：过原点作一斜率：过原点作一斜率为为-1/RL的辅助直线，的辅助直线，再平行移动通过再平行移动通过Q点即为点即为交流负载线。交流负载线。交流负载线第79页，共162页，编辑于2022年，星期二ICVCEVCCQIB说明说明（1）当当有有交交流流信信号号输输入入时时，电电路路的的瞬瞬时时工工作作状状态态将沿着交流负载线移动。将沿着交流负载线移动。（2）直
43、直流流负负载载线线只只能能用用来确定静态工作点。来确定静态工作点。（3）当当RL=时时，直直流流负负载线与交流负载线重合。载线与交流负载线重合。第80页，共162页，编辑于2022年，星期二2、用图解法描绘放大电路各处的电流和电压的波形、用图解法描绘放大电路各处的电流和电压的波形作图步骤作图步骤（1）确定放大器的直流工作状态。确定放大器的直流工作状态。（2）按照输入电压的变化规律，在输入特性上画出按照输入电压的变化规律，在输入特性上画出iB的波形。的波形。（3）在输出特性上按在输出特性上按iB的波形作出的波形作出iC和和vCE的波形。的波形。注意：注意：各级电流和电压的交流分量是总瞬时值的一部
44、分。虽然极性和方各级电流和电压的交流分量是总瞬时值的一部分。虽然极性和方向始终不变，但为了分析和计算方便，其中交流分量的极性和方向可以认向始终不变，但为了分析和计算方便，其中交流分量的极性和方向可以认为是变化的。这样对交流分量的分析就存在一个为是变化的。这样对交流分量的分析就存在一个假定正方向假定正方向的问题。的问题。各级电流和电压的交流成分保持一定的相位关系：输出电压与输各级电流和电压的交流成分保持一定的相位关系：输出电压与输入电压入电压相位相反相位相反是共射极电路的重要特点之一。是共射极电路的重要特点之一。第81页，共162页，编辑于2022年，星期二IBVBEQvCE怎么变化怎么变化iB
45、tiCtvit2、用图解法描绘放大电路各处的电流和电压的波形、用图解法描绘放大电路各处的电流和电压的波形ICVCEQvCEt交流负载线iB第82页，共162页，编辑于2022年，星期二3、放大电路在接入正弦信号时的工作情况、放大电路在接入正弦信号时的工作情况图解步骤：先根据输入信号电压图解步骤：先根据输入信号电压vi，在输出特性上画出，在输出特性上画出iB的波形，的波形，然后根据然后根据iB的变化在输出特性上画出的变化在输出特性上画出iC和和vCE的波形。的波形。iC(mA)3212468010 1220uA40uA60uA80uA100uA040vivoiB(uA)6020vi=0.02si
46、nt(V)vBE(V)vCE(V)iC=iB=0.82.4(mA)vCE=8.8V 2.4Vvo=vce=-3.2sin tRRVb1b2bCCCCC+vovi=404Kvi=0.02sint(V)ib=20sint(uA)iB=20uA60uARRVb1b2bCCCCC+vovi=40第83页，共162页，编辑于2022年，星期二各点波形各点波形Rb+VCCRCC1C2vitiBtiCtvCtvotviiCvCvoiBvo(vCE)与与vi相位相反，共射极放大电路又称为相位相反，共射极放大电路又称为反相电压放反相电压放大器大器。第84页，共162页，编辑于2022年，星期二4、失真分析、失真
47、分析在放大电路中，输出信号应该在放大电路中，输出信号应该成比例成比例地放大输入信号地放大输入信号（即（即线性放大线性放大）；如果两者）；如果两者不成比例不成比例，则，则输出信号输出信号不能反映不能反映输输入信号入信号的情况，放大电路产生的情况，放大电路产生非线性失真非线性失真。失真产生的失真产生的原因原因：晶晶体体管管的的非非线线性性。解解决决的的办办法法；选选管管子子：线线性性区区要要宽宽，输输入入曲曲线成直线，输出曲线簇接近于平行等距。线成直线，输出曲线簇接近于平行等距。静态工作点不合适静态工作点不合适。第85页，共162页，编辑于2022年，星期二iCvCEvo可输出的最大不失真信号选择
48、静态工作点选择静态工作点ib（1）Q点合适时点合适时第86页，共162页，编辑于2022年，星期二iCvCEvo(2)Q点过低，信号进入截止区点过低，信号进入截止区放大电路产生放大电路产生截止失真截止失真输出波形输出波形输入波形输入波形ib第87页，共162页，编辑于2022年，星期二截止失真：截止失真：由于放大电路的工作点达到了三极管由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出管，输出电压表现为顶部失真。电压表现为顶部失真。截止失真截止失真第88页，共162页，编辑于2022年，星期二iCvCE(3)Q点过高，信号进入饱和区点
49、过高，信号进入饱和区放大电路产生放大电路产生饱和失真饱和失真ib输入波形输入波形vo输出波形输出波形第89页，共162页，编辑于2022年，星期二饱和失真：由于放大电路的工作点达到了三极饱和失真：由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。管，输出电压表现为底部失真。注意：对于注意：对于PNP管，由于是负电源供电，管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与失真的表现形式，与NPN管正好相反。管正好相反。饱和失真饱和失真为了得到尽量大的为了得到尽量大的输出信号输出信号，要把，要把Q设置在交流负载线的设置在交流负
50、载线的中间部分中间部分。如果如果Q设置不合适，信号设置不合适，信号进入截止区进入截止区或或饱和区饱和区，造成，造成非线性失真非线性失真。习题：习题：3.3.13.3.43.3.6第90页，共162页，编辑于2022年，星期二第四节第四节 小信号模型分析法小信号模型分析法图解法的适用范围：信号频率低、幅度较大的情况。图解法的适用范围：信号频率低、幅度较大的情况。如果电路中输入信号很小，可把三极管特性曲线在小范围如果电路中输入信号很小，可把三极管特性曲线在小范围内用直线代替，从而把放大电路当作内用直线代替，从而把放大电路当作线性电路线性电路处理处理微变微变等效电路等效电路。1.1.三极管可以用一个