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1、第第 2章章半导体三极管及其基本放大电路半导体三极管及其基本放大电路 本章教学基本要求本章教学基本要求要知道：三极管管型、符号、三极管各电极电流关系、处于放大状态三极管各电极电位的关系、三极管处于放大、饱和、截止三种状态的条件。三种组态放大电路的特点和适用场合及输出与输入相位关系；放大电路的动态指标。静态、动态、直流通路、交流通路、非线性失真等基本概念。会计算：三种基本放大电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。会画出：典型的固定偏流共射基本放大电路、分压式工作点稳定电路、共集基本放大电路以及它们的直流通路、交流通路、交流微变等效电路。会确定：三极管放大电路三种组态；三极管在电路中
2、的放大、饱和、截止状态；由三个电极电位关系确定三极管管型。会使用：光电三极管和光电耦合器。2.1 半导体三极管半导体三极管 2.1.1 2.1.1 三极管的结构与符号三极管的结构与符号 半导体三极管，又称双极型晶体管、晶体管等，以后简称三极管。三极管结构示意图如图2-1-1所示。其中图2-1-1(a)所示为NPN型管，图2-1-1(b)所示是PNP型管 2.1 半导体三极管半导体三极管 2.1.1 2.1.1 三极管的结构与符号三极管的结构与符号 三极管的电路符号和文字符号如图2-1-2所示,图中箭头方向表示发射结正偏时电流的实际方向。文字符号用T或V表示。2.1 半导体三极管半导体三极管 2
3、.1.2 2.1.2 三极管的放大原理三极管的放大原理1放大的概念电子电路中所说的放大，有两方面的含义：一是放大的对象是变化量，二是指对能量的控制作用。具有能量控制作用的器件，称为有源器件，如三极管、场效应管、集成运放等。2三极管的偏置三极管实现放大除了满足内部条件外，还应满足外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。图2-1-3(a)为NPN管组成的放大电路的外部电路，应满足UCUBUE；图2-1-3(b)为PNP管组成的放大电路的外部电路，应满足UCUBUE。2.1 半导体三极管半导体三极管 2.1.2 2.1.2 三极管的放大原理三极管的放大原理2三极管的偏置2.1 半导体三极管半导体三
4、极管 2.1.2 2.1.2 三极管的放大原理三极管的放大原理 3三极管内部载流子的运动和各极电流的形成图2-1-4是一个简单的放大电路，图中UI是一个作为控制用的微小的变化电压，它接在基极和发射极所在的回路(称为输入回路)中，放大后的信号出现在集电极和发射极所在的回路(称为输出回路)中，由于输入和输出回路以发射极为公共端，所以称为共发射极电路(简称共射电路)。2.1 半导体三极管半导体三极管 2.1.2 2.1.2 三极管的放大原理三极管的放大原理 3三极管内部载流子的运动和各极电流的形成如图2-1-5所示，由于发射结加正向电压，因而有利于该结两边半导体中多子的扩散。发射区的电子源源不断地越
5、过发射结扩散到基区，同时，基区的空穴也要扩散到发射区。由于基区的掺杂浓度远低于发射区，所以流过发射结的正向电流主要是由发射区的多子(自由电子)向基区扩散形成的，且电源不断向发射区补充电子，从而形成发射极电流。2.1 半导体三极管半导体三极管 2.1.2 2.1.2 三极管的放大原理三极管的放大原理 3三极管内部载流子的运动和各极电流的形成 如图如图2-1-52-1-5所示，由于发射结加正向电压，因而有利于该结两边半所示，由于发射结加正向电压，因而有利于该结两边半导体中多子的扩散。发射区的电子源源不断地越过发射结扩散到基区，导体中多子的扩散。发射区的电子源源不断地越过发射结扩散到基区，同时，基区
6、的空穴也要扩散到发射区。由于基区的掺杂浓度远低于发同时，基区的空穴也要扩散到发射区。由于基区的掺杂浓度远低于发射区，所以流过发射结的正向电流主要是由发射区的多子射区，所以流过发射结的正向电流主要是由发射区的多子(自由电子自由电子)向基区扩散形成的，且电源不断向发射区补充电子，从而形成发射极向基区扩散形成的，且电源不断向发射区补充电子，从而形成发射极电流。电流。2.1 半导体三极管半导体三极管 2.1.3 2.1.3 三极管的特性曲线三极管的特性曲线三极管的特性曲线是指三极管各电极电压与电流之间的关系曲线，也叫伏安特性。三极管的伏安特性主要有输入特性和输出特性两种。2.2 基本放大电路基本放大电
7、路2.2.1 2.2.1 基本放大电路的组成和元件作用基本放大电路的组成和元件作用图2-2-1所示为由一个NPN型三极管组成的共射基本放大电路。AO为其输入端，外接待放大的信号us，Rs是信号源的内阻；BO是放大电路的输出端，外接负载RL。发射极是放大电路输入回路与输出回路的公共端，故称该电路为共射基本放大电路。2.2 基本放大基本放大电路路2.2.1 2.2.1 基本放大基本放大电路的路的组成和元件作用成和元件作用放大电路的组成原则通过上面的讨论，我们可以归纳出组成基本放大电路时必须遵循的几条原则：(1)必须有直流电源，且电源的极性必须使发射结处于正向偏置而集电结处于反向偏置，以保证三极管处
8、于放大状态。(2)输入回路的接法，应当使输入的变化电压ui能产生变化的电流iB，因为iB直接控制着iC。(3)输出回路的接法，应产生受iB控制的iC，并且尽可能多地流到负载上去，减少其他支路的分流。(4)为了保证放大电路的正常工作，必须在没有外加信号时，使三极管不仅处于放大状态，还要有一个合适的直流电压和电流，即必须合理设置静态工作点，以保证输出信号不产生明显的非线性失真。2.2 基本放大电路基本放大电路2.2.2 2.2.2 基本放大电路的工作情况基本放大电路的工作情况放大电路有两种状态，一是没有输入信号(ui=0)时，电路各处的电压、电流处于相对的静止状态，这时三极管各电极的电压、电流都是
9、不变的直流，称为直流工作状态，简称静态；二是输入交流信号ui加到三极管输入电极时，三极管各极电压、电流便随信号显著地变化，这种变化状态称为交流工作状态，简称动态。2.2 基本放大电路基本放大电路2.2.3 2.2.3 交流通路和直流通路交流通路和直流通路1直流通路 所谓直流通路，就是放大电路中直流电流通过的途径。画直流通路的原则是：耦合电容、旁路电容视为开路；电感视为短路。这样可得图2-2-5(a)单管共射放大电路的直流通路，如图2-2-5(b)所示。2交流通路 所谓交流通路，就是放大电路中交流电流通过的途径。画交流通路的原则是：耦合电容、旁路电容视为短；由于直流电压源对交流的内阻很小，也可看
10、作短路。这样可得图2-2-5(a)的交流通路，如图2-2-5(c)所示2.2 基本放大电路基本放大电路2.2.3 2.2.3 交流通路和直流通路交流通路和直流通路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 2.3.1 用图解法分析基本放大电路用图解法分析基本放大电路图解法就是在三极管输入、输出特性曲线上，用图解法就是在三极管输入、输出特性曲线上，用作图的方法来分析放大电路的静态工作情况或动作图的方法来分析放大电路的静态工作情况或动态工作情况。态工作情况。1 1静态分析静态分析图解法静态分析的目的是确定静态工作点，求得图解法静态分析的目的是确定静态工作点，求得I IBQBQ、
11、U UBEQBEQ、I ICQCQ和和U UCEQCEQ的具体数值。的具体数值。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 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 2.3.1 用图解法分析基本放大电路用图解法分析基本放大电路2 2动态分析动态分析图解法动态分析的目的是观察放大电路的动态工图解法动态分析的目的是观察放大电路的动态工作情况，研究放大电路的非线性失真，求得最大作情况，研究放大电路的非线性失真，求得最大不失真输出幅值。不失真输出幅值。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 基本放大电路的分析方法基本放大电路的分析方法3 3放大电路的非
12、线性失真放大电路的非线性失真1)1)截止失真截止失真 2)2)饱和失真饱和失真2.3 基本放大电路的分析方法基本放大电路的分析方法4 4估算最大不失真输出幅值估算最大不失真输出幅值U Uom om 最大不失真输出幅值是放大电路的主要技术指标最大不失真输出幅值是放大电路的主要技术指标之一。可用图解法大致估算出放大电路最大不失之一。可用图解法大致估算出放大电路最大不失真输出的范围。真输出的范围。2.3 基本放大电路的分析方法基本放大电路的分析方法2.3.2 2.3.2 用等效电路法分析共发射极基本放大电路用等效电路法分析共发射极基本放大电路1 1静态分析静态分析2.3 基本放大电路的分析方法基本放
13、大电路的分析方法2.3.2 2.3.2 用等效电路法分析共发射极基本放大电路用等效电路法分析共发射极基本放大电路2 2动态分析动态分析微变等效电路法是放大电路的另一种常用分析方微变等效电路法是放大电路的另一种常用分析方法。它的实质是在信号变化范围很小（微变）的法。它的实质是在信号变化范围很小（微变）的前提下，把非线性的三极管用线性等效电路来等前提下，把非线性的三极管用线性等效电路来等效。效。2.3 基本放大电路的分析方法基本放大电路的分析方法2.3.3 2.3.3 用等效电路法分析共集电极基本放大电路用等效电路法分析共集电极基本放大电路2.4 稳定静态工作点的放大电路稳定静态工作点的放大电路2
14、.4.1 2.4.1 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响 1 1温度对温度对U UBEBE的影响的影响温度升高时，管内载流子运动加剧，如果保持温度升高时，管内载流子运动加剧，如果保持I IB B不变，则不变，则U UBEBE将减小，即输入特性曲线要左移，一般温度每升高将减小，即输入特性曲线要左移，一般温度每升高1 1，U UBEBE约减小约减小2.5 mV2.5 mV，导致，导致I IBQBQ将增大。将增大。2 2温度对温度对I ICBOCBO的影响的影响三极管的反向饱和电流三极管的反向饱和电流I ICBOCBO将随温度的升高而急剧增大，将随温度的升高而急剧增大，一般当温度每升高一般
15、当温度每升高1010时，时，I ICBOCBO约增大一倍。由于穿透电约增大一倍。由于穿透电流流I ICEO(pt)=(1+)CEO(pt)=(1+)I ICBOCBO，故，故I ICEO(pt)CEO(pt)上升更显著。上升更显著。I ICEO(pt)CEO(pt)的增加，表现为输出特性曲线族向上平移。结果的增加，表现为输出特性曲线族向上平移。结果I ICQCQ增大。增大。3 3温度对温度对 的影响的影响当温度升高时，三极管的当温度升高时，三极管的 值将增大，表现为输出特性各值将增大，表现为输出特性各条曲线间隔的增大。实验证明，温度每升高条曲线间隔的增大。实验证明，温度每升高1 1，约增大约增
16、大。2.5 特殊三极管特殊三极管光电三极管光电三极管光电三极管是将光信号转换成光电流信号的半导体光电三极管是将光信号转换成光电流信号的半导体受光器件，并且还能把光电流放大，它又称为光受光器件，并且还能把光电流放大，它又称为光敏三极管，其工作原理与光电二极管基本相同。敏三极管，其工作原理与光电二极管基本相同。2.5 特殊三极管特殊三极管2.5.2 2.5.2 光电耦合器光电耦合器光电耦合器是将发光器件光电耦合器是将发光器件(LED)(LED)和受光器件和受光器件(光电二光电二极管或光电三极管等极管或光电三极管等)封装在同一个管壳内组成的封装在同一个管壳内组成的电电 光光 电器件，其符号如图电器件，其符号如图2-5-22-5-2所示。图中左边所示。图中左边是发光二极管，右边是光电三极管。当在光电耦是发光二极管，右边是光电三极管。当在光电耦合器的输入端加电信号时，发光二极管发光，光合器的输入端加电信号时，发光二极管发光，光电管受到光照后产生光电流，由输出端引出，于电管受到光照后产生光电流，由输出端引出，于是实现了电是实现了电 光光 电的传输和转换。电的传输和转换。