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1、第二章第二章 晶体三极管及基本放大器晶体三极管及基本放大器o2.1 2.1 引言引言o2.2 2.2 晶体三极管的工作原理晶体三极管的工作原理o2.3 2.3 晶体三极管的三种连接方式晶体三极管的三种连接方式o2.4 2.4 晶体三极管共发射极接法的伏安特性和参数晶体三极管共发射极接法的伏安特性和参数o2.5 2.5 晶体三极管组成的基本放大器晶体三极管组成的基本放大器o2.6 2.6 多级放大器多级放大器o2.7 2.7 放大器的频率响应放大器的频率响应2021/9/1512.1 2.1 引言引言 晶体三极管是电子电路中的重要器件，它通过一定晶体三极管是电子电路中的重要器件，它通过一定的工艺
2、，将两个的工艺，将两个PNPN结结合在一起，由于两个结结合在一起，由于两个PNPN结的相结的相互影响，使三极管具有电流放大作用。从二极管发展互影响，使三极管具有电流放大作用。从二极管发展到三极管到三极管,这是一个质的飞跃。这是一个质的飞跃。1 1、分类、分类 按材料分：按材料分：硅管硅管；锗管锗管 按功率分：按功率分：小功率管小功率管；中功率管中功率管；大功率管大功率管 按结构分：按结构分：NPNNPN；PNPPNP 2021/9/1522 2、NPNNPN和和PNPPNP管的结构示意及符号管的结构示意及符号 PN结结 PN结结发射区发射区发射极发射极emitter基区基区基极基极base集电
3、区集电区集电极集电极collector集电结集电结发射结发射结ECBNPN 型型(1)(1)符号中的箭头符号中的箭头方向是三极管的方向是三极管的实际电流方向实际电流方向符号符号(2)(2)三极管有三个区：三极管有三个区：发射区发射区发射极发射极e e；基区基区基极基极b b；集电区集电区集电极集电极c c。(3)(3)发射区掺杂浓度发射区掺杂浓度远高于基区掺杂浓远高于基区掺杂浓度，基区很薄且掺度，基区很薄且掺杂的浓度低；而集杂的浓度低；而集电结面积比发射结电结面积比发射结面积大得多，所三面积大得多，所三极管的发射极与集极管的发射极与集电极不能对调使用。电极不能对调使用。2021/9/1532
4、2、NPNNPN和和PNPPNP管的结构示意及符号管的结构示意及符号PN结结PN结结发射区发射区发射极发射极emitter基区基区基极基极base集电区集电区集电极集电极collector集电结集电结发射结发射结ECBPNP 型型(1)(1)符号中的箭头符号中的箭头方向是三极管的方向是三极管的实际电流方向实际电流方向符号符号(2)(2)三极管有三个区：三极管有三个区：发射区发射区发射极发射极e e；基区基区基极基极b b；集电区集电区集电极集电极c c。(3)(3)发射区掺杂浓度发射区掺杂浓度远高于基区掺杂浓远高于基区掺杂浓度，基区很薄且掺度，基区很薄且掺杂的浓度低；而集杂的浓度低；而集电结面
5、积比发射结电结面积比发射结面积大得多，所三面积大得多，所三极管的发射极与集极管的发射极与集电极不能对调使用。电极不能对调使用。2021/9/154 常见三极管的外形常见三极管的外形2021/9/155常见三极管的外形常见三极管的外形2021/9/1562.2 三极管的工作原理三极管的工作原理o三极管有两个三极管有两个PN结：一个是发射结，另一个是结：一个是发射结，另一个是集电结，这两个集电结，这两个PN结上加正向偏置电压的组合结上加正向偏置电压的组合情况共有四种。情况共有四种。o首先讨论发射结加正向偏置电压，集电结加反首先讨论发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压的情况。向偏置电压的情况。
6、2021/9/157三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件B BEC CN NN NP PEBRBE EC CRC发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏 PNP PNP发射结正偏发射结正偏发射结正偏发射结正偏 V VB B V VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 V VC C V VE E集电结反偏集电结反偏集电结反偏集电结反偏 V VC C V VB B 2021/9/1582.2.各电极电流关系及电流放大作用各电极电流关系及电流放大作用I IB B(mA)(mA)I IC C(mA)(
7、mA)I IE E(mA)(mA)0 00.020.020.040.040.060.060.080.080.100.100.0010.0010.700.701.501.502.302.303.103.103.953.950.0010.0010.720.721.541.542.362.363.183.184.054.05结论结论结论结论:1 1）三电极电流关系）三电极电流关系 I IE E=I IB B+I IC C2 2）I IC C I IB B ，I IC C I IE E 3 3）I IC C I IB B 把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变把基极电流的微小变化能够引起集电极电
8、流较大变把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。化的特性称为晶体管的电流放大作用。化的特性称为晶体管的电流放大作用。化的特性称为晶体管的电流放大作用。实质实质实质实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是变化，是变化，是变化，是CCCSCCCS器件器件器件器件。2021/9/159发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏UBBRbUCCRC2.1.12.1.1三极管的正向控制作用三极
9、管的正向控制作用 NPNICIB1、三极管内的载流子的传输过程（以、三极管内的载流子的传输过程（以NPN为例）为例）IE电源接法电源接法:UBB 使发射结正偏使发射结正偏 UBE=0.7V0 UCC 使集电结反偏使集电结反偏 UBC 0 为了达到这个目的为了达到这个目的,要保证要保证 UCCUBB （2 2）电子在基区的）电子在基区的扩散扩散与复合，形成基与复合，形成基极电流极电流IB。因为基区。因为基区很薄，且掺杂浓度低，很薄，且掺杂浓度低，电子只有一小部份被电子只有一小部份被基区的空穴复合，大基区的空穴复合，大部份电子很快到达集部份电子很快到达集电结边缘电结边缘。（3 3）由于集电结）由于
10、集电结反偏，反偏，扩散扩散到集电到集电结边缘的电子，很结边缘的电子，很快被吸引越过集电快被吸引越过集电结，形成集电极电结，形成集电极电流流IC。(1)1)由于发射结正由于发射结正偏，因此高掺杂浓偏，因此高掺杂浓度的发射区中的多度的发射区中的多子（自由电子）越子（自由电子）越过发射结，向基区过发射结，向基区扩散扩散，形成发射极，形成发射极电流电流IE。2021/9/15101 1、三极管各极电流表达式三极管各极电流表达式（以（以NPN为例）为例）(a)(a)发射极电流：发射极电流：(b)(b)基极电流：基极电流：(c)(c)发射极电流：发射极电流：结论：结论：三极管的发射极电流等三极管的发射极电
11、流等于集电极电流和基极电流之和。于集电极电流和基极电流之和。2021/9/15112 2、三极管的正向控制作用三极管的正向控制作用（以（以NPN为例）为例）(a)(a)发射结的发射效率：发射结的发射效率：(b)(b)载流子的传输效率：载流子的传输效率：(c)(c)三极管的共基极直流电流传输系数：三极管的共基极直流电流传输系数：2021/9/1512(a)(a)发射极电流：发射极电流：(b)(b)集电极电流：集电极电流：(c)(c)基极电流：基极电流：2.1.2 三极管各极电流表达式三极管各极电流表达式2021/9/15132.3 三极管的三种连接方式三极管的三种连接方式输输入入端端输输出出端端
12、输输入入端端输输出出端端输输入入端端输输出出端端（a）（b）（c）(a)共基极接法共基极接法(b)共发射极接法共发射极接法(c)共集电极接法共集电极接法2021/9/15142.3.1 共发射极接法下的直流电流传输方程共发射极接法下的直流电流传输方程输输入入端端输输出出端端ICIB2021/9/15152.3.2 共集电极接法下的直流电流传输方程共集电极接法下的直流电流传输方程输输入入端端输输出出端端（c）IBIE2021/9/15162.4 2.4 三极管共发射极接法的伏安特性和参数三极管共发射极接法的伏安特性和参数o什么叫三极管的特性曲线？什么叫三极管的特性曲线？三极管伏安特性曲线三极管伏
13、安特性曲线是指三极管各电极是指三极管各电极电电 压压与各电极与各电极电流电流之间关系的曲线，它是管子内之间关系的曲线，它是管子内 部载流子运动规律的外部体现。部载流子运动规律的外部体现。2021/9/1517输入回路输入回路输出回路输出回路1、输入特性曲线、输入特性曲线:(1)是研究当是研究当vCE=常数常数 时，时，vBE 和和iB之间的关系曲之间的关系曲 线，线，用函数关系式表示为用函数关系式表示为:2.4.1 输入特性输入特性2021/9/1518(1)vBE 和和iB之间的关系曲线之间的关系曲线(2)用用 vCE=1V 的输入特性曲的输入特性曲线来代表线来代表vCE1V 所有输所有输入
14、特性曲线入特性曲线(3)输入特性的死区电压：输入特性的死区电压：硅管约为硅管约为0.5V；锗管约为锗管约为0.1V。发射结正偏导通后：发射结正偏导通后：硅管硅管 VBE=0.7V；锗管锗管 VBE=0.3V200.40.60.81006080400.2输入回路输入回路输出回路输出回路2.4.1 输入特性输入特性2021/9/15191 1、输出特性曲线、输出特性曲线:(1)(1)是研究当是研究当 iB B=常数常数 时，时，vCECE和和iC之间的关系曲线，之间的关系曲线，用函数表示为用函数表示为:输入回路输入回路输出回路输出回路2.4.2 输出特性输出特性2021/9/1520(2)输出特性
15、曲线输出特性曲线,当当vCE较小时起始部份很陡，较小时起始部份很陡，当当vCE 略有增加，略有增加，iC 增加很快，当增加很快，当vCE1V 以后，再增加以后，再增加vCE、iC 增加不明显。增加不明显。(3)如改变如改变IB 则得到另则得到另一条输出特性曲线。一条输出特性曲线。输入回路输入回路输出回路输出回路2.4.2 输出特性输出特性2021/9/1521（a）输入特性曲线输入特性曲线;（b）输出特性曲线输出特性曲线 图图1-28 1-28 三极管的输入、三极管的输入、输出特性曲线输出特性曲线2021/9/15222 2、把输出特性曲线划分成三个区、把输出特性曲线划分成三个区5101520
16、12340饱和区饱和区截止区截止区放大区放大区击穿区击穿区(3)饱和区饱和区 区域：区域：vCE 0.7v 以左部分以左部分 条件：发射结正偏，集电结正偏。条件：发射结正偏，集电结正偏。特点：失去放大能力，特点：失去放大能力，iCRC=4k保证集保证集电结反偏电结反偏,即即UBCIB I1I2 (ii)TICQIEUReUBE=UB-UReIB (iii)一般取：一般取：I1=(510)IB UB=（35）UBE 分压式射极偏置电路分压式射极偏置电路 UB是稳定的是稳定的工作点稳定的典型电路工作点稳定的典型电路2021/9/1561例例2-5 2-5 分分压压式式射射极极偏偏置置电电路路如如图
17、图2-292-29所所示示，6060，R Re e1k1k，R Rb1b1 30k30k，R Rb2b2 10k10k，R Rc c2k2k，R RL L2k2k。求：（求：（1 1）静态工作点静态工作点Q Q；（2 2）电压放大倍数电压放大倍数A Au u；（3 3）输入电阻；输入电阻；（4 4）输出电阻。输出电阻。2021/9/1562(a)(a)共基极放大电路（共基极放大电路（b b）直流通路直流通路;1.1.静态分析静态分析直流通路直流通路2.4.5 共基极放大器共基极放大器2021/9/1563 交流通路交流通路2.2.动态分析动态分析2.4.5 共基极放大器共基极放大器2021/9
18、/1564微变等效电路微变等效电路(接上图接上图)2.2.动态分析动态分析从上可见，共基放大电路放大倍数较大，且输入与输出从上可见，共基放大电路放大倍数较大，且输入与输出相位相同，相位相同，R Ri i较小，较小，R Ro o较大，较大，,所以共基电路所以共基电路也叫电流跟随器，主要用于高也叫电流跟随器，主要用于高频频电路中电路中。2021/9/15652.4.6共集电极放大器共集电极放大器（a a）共集电极放大电路共集电极放大电路;（b b）交流通路交流通路 集电极是输入输出公共参考端，故各为集电极是输入输出公共参考端，故各为共集电极电路共集电极电路，因为输出信号从射因为输出信号从射极极输出
19、，所以之称为输出，所以之称为射极输出器射极输出器交流通路交流通路为什么称为共集电极放大电路？为什么称为共集电极放大电路？2021/9/15661 1、静态分析、静态分析 （静态工作点）（静态工作点）UCC=IBRb+UBE+IERe =IBRb+UBE+(1+)IBRe IC IB UCEUCC IERe UCC-ICRe图图2-33 2-33 共集电极放大电路共集电极放大电路2.4.6共集电极放大器共集电极放大器2021/9/15672.交流分析交流分析交流通路交流通路微变等效电路微变等效电路2021/9/15682.交流分析交流分析（1 1）电压放大倍数）电压放大倍数所以这个电压放大倍数是
20、小于所以这个电压放大倍数是小于1 1且约等于且约等于1 1的，的，并且输出电压和输入电压同相。并且输出电压和输入电压同相。这说明输出电这说明输出电压和输入电压相位相同、压和输入电压相位相同、大小近似相等，大小近似相等，所以所以共集电极放大电路又被称为共集电极放大电路又被称为电压跟随器或射极跟电压跟随器或射极跟随器。随器。2021/9/15692.交流分析交流分析（2 2）输入电阻）输入电阻R Ri i2021/9/15702.交流分析交流分析（3）输出电阻）输出电阻Ro图图2-35中，中，IB和和IC的方向与图的方向与图2-34中相反，主要原因是中相反，主要原因是由测试电压源由测试电压源UT作
21、用下产生，而不是输入信号源产生作用下产生，而不是输入信号源产生的。的。2021/9/15712.交流分析交流分析（3 3）输出电阻）输出电阻R Ro o2021/9/15722.交流分析交流分析（3 3）输出电阻）输出电阻R Ro o2021/9/15732.5 多级放大电路多级放大电路一般来说，一般来说，单级放大电路并不能同时满足多个性单级放大电路并不能同时满足多个性能指标的要求，因此，能指标的要求，因此，实际的放大器都是由若干实际的放大器都是由若干单级放大电路连接而成的多级放大电路，单级放大电路连接而成的多级放大电路，其方框其方框图如图图如图3-30所示。所示。信号源信号源负载负载输出级输
22、出级末前级末前级中间级中间级输入级输入级2021/9/15741 1、电压放大倍数、电压放大倍数 所以多级放大器总的电压放大倍数是多级电压放大倍数的所以多级放大器总的电压放大倍数是多级电压放大倍数的乘积。乘积。2.5.2 多级放大电路的指标计算多级放大电路的指标计算多级放大电路进行分析时，必须考虑到级与级之间的影响。多级放大电路进行分析时，必须考虑到级与级之间的影响。将前级电路作为后级电路的信号源，而后级电路当做前级电将前级电路作为后级电路的信号源，而后级电路当做前级电路的负载，这样，单级放大电路的很多公式和结论路的负载，这样，单级放大电路的很多公式和结论,都可以直都可以直接应用于多级放大电路
23、的计算中接应用于多级放大电路的计算中。=Au1 Au2 Aun 第一级第一级第第N N级级第二级第二级uo1=ui2uo(N-1)=ui(N)信号源信号源第一级第一级第二级第二级负载负载uiuo2021/9/15752、输入电阻输入电阻多级放大器的输入电阻多级放大器的输入电阻,就是输入级的输入电阻就是输入级的输入电阻.在计算输入电阻时要将后级的输入电阻当作前级在计算输入电阻时要将后级的输入电阻当作前级的负载，即的负载，即3、输出电阻输出电阻多级放大器的输出电阻多级放大器的输出电阻,就是输出级的输出电阻就是输出级的输出电阻.在计算输出电阻时，将前级的输出电阻作为输出在计算输出电阻时，将前级的输出
24、电阻作为输出级的信号源内阻，即级的信号源内阻，即 2021/9/15762.6 多级放大电路多级放大电路o2.5.1 阻容耦合阻容耦合放大器放大器o2.5.2 变压器耦合变压器耦合放大器放大器o2.5.3 光电光电耦合耦合放大器放大器o 2.5.4 直接耦合放大器直接耦合放大器2021/9/1577信号源信号源第一级第一级第二级第二级负载负载2.5.1 阻容耦合放大器阻容耦合放大器 阻容耦合：阻容耦合：(1)多级放大电路采用电容和电阻（下级的输入电阻）多级放大电路采用电容和电阻（下级的输入电阻）连接的方式称为阻容耦合，电路为图连接的方式称为阻容耦合，电路为图3-313-31。图图3-31 两级
25、阻容耦合放大电路两级阻容耦合放大电路(2)阻容耦合结构简单，成本低，频率特性好，静态工作点不阻容耦合结构简单，成本低，频率特性好，静态工作点不互相影响，其应用十分广泛。但耦合电容对低频信号衰减大，互相影响，其应用十分广泛。但耦合电容对低频信号衰减大，对缓慢变化的信号不能进行耦合，同时在集成电路中难于制造对缓慢变化的信号不能进行耦合，同时在集成电路中难于制造大的电容，所以阻容耦合形式在集成电路中无法应用。大的电容，所以阻容耦合形式在集成电路中无法应用。2021/9/1578直接耦合：直接耦合：(1)把前一级的输出端和后一级的输入端直接相连把前一级的输出端和后一级的输入端直接相连的级间耦合方式叫做
26、直接耦合，如图的级间耦合方式叫做直接耦合，如图3-32所示。所示。图图3-32 3-32 两级直接耦合放大电路两级直接耦合放大电路(2)直接耦合方式中信号不经过电容，直接耦合方式中信号不经过电容，所以频率特性较所以频率特性较好，好，可以放大频率很低的信号或直流信号，可以放大频率很低的信号或直流信号，并便于集并便于集成，成，但静态工作点不再互相独立，使放大器设计与调但静态工作点不再互相独立，使放大器设计与调试较为复杂，而且会引起零点漂移。试较为复杂，而且会引起零点漂移。2.5.4 直接耦合放大器直接耦合放大器2021/9/1579例例2-4图图3-32两级直接耦合放大电路中，两级直接耦合放大电路中，1=2=100，(1)试计算试计算V1、V2的静态工作点；的静态工作点；(2)若若V2的发射极直接接地，试分析该电路能否正常工作。的发射极直接接地，试分析该电路能否正常工作。2021/9/1580