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1、电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 第第5章章 晶体三极管及其基本放大电路晶体三极管及其基本放大电路 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.1 晶体三极管晶体三极管 几种常见晶体管的外形 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.1.1 晶体管的结构及其类型晶体管的结构及其类型 晶体管的结构晶体管的结构 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 晶体管的结构示意图和表示符号晶体管的结构示意图和表示符号 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 晶体管的种类晶体管的种类 按结构工艺分类，有NPN和PNP型；按制造材料分类，有锗管和硅管；按照工作频率分类，有低
2、频管和高频管；按照容许耗散功率大小分类，有小功率管和大功率管。电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.1.2 晶体管的电流分配与放大作用晶体管的电流分配与放大作用 NPN型晶体管的电流关系型晶体管的电流关系 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程1)发射区向基区扩散多子发射区向基区扩散多子电子电子，形成发射极电流形成发射极电流 IE。IE少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成 IB。基区空基区空穴来源穴来源基极电源提供基极电源提供(IB)集电区少子漂移集电区少子漂移(ICBO)IB 3)集电区收集扩散过来的载流集电区收集扩
3、散过来的载流子形成集电极电流子形成集电极电流 ICIC2)电子到达基区后电子到达基区后(漂移电流因载流子浓度低而忽略漂移电流因载流子浓度低而忽略)第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管三极管内载流子运动三极管内载流子运动电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系当当管管子子制制成成后后，发发射射区区载载流流子子浓浓度度、基基区区宽宽度度、集集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：第第 2 章章半导体半导体半导体半导体三极管三极管近似有近似有电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 【例例】
4、一个处于放大状态的晶体管发射极电流为，集电一个处于放大状态的晶体管发射极电流为，集电极电流为，晶体管的极电流为，晶体管的 是多少？是多少？解求基极电流 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.1.3 晶体管的共射特性曲线晶体管的共射特性曲线 共发射极放大电路共发射极放大电路 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 图图1.3.5 晶体管的输入特性曲线晶体管的输入特性曲线电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 输出特性曲线输出特性曲线(1)截止区截止区 iB=0的曲线以下的区域称为截的曲线以下的区域称为截止区。止区。iB=0时，集电极电流用时，集电极电流用ICE0表表示，其
5、值很小，即在截止区，电流示，其值很小，即在截止区，电流关系为关系为 iB=0 iE=iC=ICE0 晶体管工作在截止区时没有电晶体管工作在截止区时没有电流放大能力，且各极电流近似为零，流放大能力，且各极电流近似为零，相当于开关断开状态。相当于开关断开状态。对于对于NPN型硅管而言，当型硅管而言，当uBE时，已开始截止时，已开始截止，但是为了可靠截，但是为了可靠截止，常使得止，常使得uBE0，特点特点：发射结和集电结均反偏。发射结和集电结均反偏。电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 (2)放大区放大区 输出特性曲线的近似水平部分输出特性曲线的近似水平部分是放大区，也称为线性区。在放大是放
6、大区，也称为线性区。在放大区各极电流满足区各极电流满足iC=iB iE=iC+iBiC 表现出表现出iB对对 iC的控制作用。晶的控制作用。晶体管工作在放大状态时体管工作在放大状态时特点特点：发射结发射结正偏正偏，集电结，集电结反偏反偏。即对即对NPN型晶体管而言，应使型晶体管而言，应使UBE，UCE0.7V.从电位来看，应该是从电位来看，应该是 aaaaaaaaaaVCVBVE；而对而对PNP型晶体管而言，则是型晶体管而言，则是VEVBVC电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 (3)饱和区饱和区 饱和区指输出特性曲线中饱和区指输出特性曲线中iC上升上升部分与纵轴之间的区域。部分与纵轴
7、之间的区域。在饱和区，对应于不同的在饱和区，对应于不同的iB的输的输出特性曲线几乎重合，出特性曲线几乎重合，iC不再受不再受ib控制，控制，只随只随uCE变化，变化，即没有电流放大能力。即没有电流放大能力。饱和时特点饱和时特点：发射结与集电结均处于正向偏置发射结与集电结均处于正向偏置。在饱和状态时的在饱和状态时的uCE称为饱和降，称为饱和降，记做记做UCES，其值很小，对于，其值很小，对于NPN型硅型硅管约为，管约为，PNP型锗管约为，若忽略不型锗管约为，若忽略不计，则晶体管集电极与发射极之间相计，则晶体管集电极与发射极之间相当于短路，相当于开关的闭合状态。当于短路，相当于开关的闭合状态。在模
8、拟电路中，大多数情况下，应保证晶体管工作在放大状态。在模拟电路中，大多数情况下，应保证晶体管工作在放大状态。而在开关电而在开关电路或脉冲数字电路中，晶体管主要工作于饱和状态和截止状态。路或脉冲数字电路中，晶体管主要工作于饱和状态和截止状态。电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 三极管特性测试电路三极管特性测试电路电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.1.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数 1电流放大系数电流放大系数2极间反向电流极间反向电流3极限参数极限参数（1）共射直流电流放大系数）共射直流电流放大系数（2）共射交流电流放大系数）共射交流电流放大系数（1）集电极）集电极
9、-基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBO（2）集电极）集电极-发射极反向饱和电流发射极反向饱和电流ICEO（1）集电极最大容许电流）集电极最大容许电流 ICM（2）集电极最大容许耗散功率）集电极最大容许耗散功率PCM电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 放大电路的组成和工作原理放大电路的组成和工作原理5.2.1 放大电路概述放大电路概述 放大电路的结构示意图放大电路的结构示意图 放大的电路的放大的电路的功能功能：将微弱的电信号不失真地放大到将微弱的电信号不失真地放大到所需的数值所需的数值对放大器的对放大器的基本要求基本要求：足够大的放大能力足够大的放大能力放大的放大的实质实质：能量的
10、控制与转换能量的控制与转换电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.2.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路 共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路元件作用：晶体管VT是核心元件，起放大作用。基极直流电源V VBBBB使发射结正偏。R Rb b为基极偏置电阻为晶体管提供一个合适的基极直流，集电极直流电源V Vcccc使集电结反偏，是输出电路的工作电源，形成集电极回路电流，同时又是负载的能源：C C1 1，C C2 2耦合电容，隔直通交 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.2.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路 共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路放大电路组
11、成原则：1.应使放大电路工作在放大状态（发射结正偏、集电结反偏）2.信号能进能出（信号能送到电路输入端，放大后输出信号能作用于负载上）放大电路特点：1.交流直流共存2.线性与非线性共存电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.2.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路 共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路电量符号：直流量：符号与下标都大写IB、IC、UCE交流量：符号与下标都小写ib、ic、uce总电量瞬时值：符号小写下标大写iB、iC、uCEui=0时的时的IB、IC、UCE、称为放大电路、称为放大电路的的静态工作点静态工作点Q,记为记为IBQ、ICQ、UCEQ电路与模拟电子技
12、术基础电路与模拟电子技术基础 5.2.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路 共发射极基本放大电路共发射极基本放大电路工作原理工作原理电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 基本共射极放大电路的简化 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.3 放大电路的分析放大电路的分析 放大电路可分为放大电路可分为静态静态和和动态动态两种情况来分析。两种情况来分析。静态：静态：是当放大电路没有输入信号时的工作状态；是当放大电路没有输入信号时的工作状态；动态：动态：则是有输入信号时的工作状态；则是有输入信号时的工作状态；电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.3.1 静态分析静态分
13、析 计算法：计算法：用放大电路的直流通路计算静态值用放大电路的直流通路计算静态值 图解法：图解法：用作图的方法确定静态值用作图的方法确定静态值 目的：确定放大电路的静态工作点（IBQ、ICQ、UCEQ)(是否满足不失真放大的条件）方法：电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 计算法：计算法：用放大电路的用放大电路的直流通路直流通路计算计算静态值静态值 静态值是直流，故可用放大电路的直流通路（在直流电源作用下直流电流流过的路径）来分析计算。静态时的基极电流为 画直流通路的原则：电容视为开路、信号源视为短路电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 例：已知VCC=12V,RC=4K,Rb
14、=300K,UCEQ=0.7V,=40求静态值IBQ、ICQ、UCEQ,晶体管的工作状态直流通路直流通路电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 用图解法确定静态值用图解法确定静态值 （1）画出直流通路（2）利用输入特性曲线及输入回路方程来确定IBO和UBEO（3）利用输出特性曲线及输出回路方程确定 ICO和UCEO输入回路方程：输出回路方程直线方程直线方程直线方程直线方程电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 利用图解法求静态工作点利用图解法求静态工作点 斜率为斜率为-1/Rb斜率为斜率为-1/Rc电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.3.2 动态分析动态分析 方法：方
15、法：微变等效电路法微变等效电路法（计算放大电路的性能指标）晶体管的微变等效电路模型晶体管的微变等效电路模型 放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路 放大电路交流性能指标的计算放大电路交流性能指标的计算图解法图解法（分析波形及（分析波形及动态范围）。目的：分析与计算放大电路的性能指标、波形、动 态范围。在静态值确定后只考虑电流和电压的交流分量电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 晶体管的微变等效电路模型晶体管的微变等效电路模型 晶体管及其微变等效电路 1.微变等效电路法几百欧姆到几千欧姆电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 放大电路的微变等效电路 画出放大电路的交流通路画出
16、放大电路的交流通路原则：电容视为短路、直流电源视为短路 用晶体管的微变等效电路模型 替代交流通路中的晶体管电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 放大电路交流性能指标的计算 计算电压放大倍数 ：衡量电压放大能力电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 计算输入电阻计算输入电阻Ri:从放大器输入端看进去的交流等效电阻，从放大器输入端看进去的交流等效电阻，对前级产生影响对前级产生影响 计算输出电阻计算输出电阻Ro放大电路的内阻，带负载能力放大电路的内阻，带负载能力求输出电阻求输出电阻Ro常采用外加电源法：常采用外加电源法：保留信号源内阻RS电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 源
17、电压放大倍数源电压放大倍数考虑信号源内阻时的电压放大倍数考虑信号源内阻时的电压放大倍数电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 例：下图中，已知例：下图中，已知VCC=12V、RC=RL=4k、Rb=300k、RS=1k晶体晶体=40、UBEQ=0.7V,C1和和C2对交流信号视为短路，试求对交流信号视为短路，试求电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 2.2.图解法：图解法：根据根据ui利用输入特性曲线画出利用输入特性曲线画出ib和和ube波形波形电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 根据iB利用输出特性曲线画出iC和uCE波形输出回路的交流负载线方程输出回路的交流负载线方
18、程斜率为斜率为交流负载线与直流负载线相交交流负载线与直流负载线相交于于Q点：点：电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.3.3 图解法分析放大电路的图解法分析放大电路的非线性失真非线性失真和和动态范围动态范围 非线性失真非线性失真 截止失真截止失真 饱和失真饱和失真 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 截止失真的图解分析 Q点偏低，点偏低，IBQ和和ICQ值偏小值偏小uce波形出现波形出现“削顶削顶”失真，失真，称为称为截止失真截止失真消除消除截止失真的方法是：截止失真的方法是：提高提高静态工作点值、静态工作点值、减小输入信号幅值减小输入信号幅值电路与模拟电子技术基础电路与
19、模拟电子技术基础 饱和失真的图解分析 Q点偏高，点偏高，IBQ和和ICQ值偏大值偏大uce波形出现波形出现“削顶削顶”失真，失真，称为称为饱和失真饱和失真消除消除饱和失真的方法是：饱和失真的方法是：降低降低静态工作点值、静态工作点值、减小输入信号幅值减小输入信号幅值电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 用图解法估算动态范围 用图解法估算最大输出幅值用图解法估算最大输出幅值 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.4.1 静态工作点稳定的共射极放大电路静态工作点稳定的共射极放大电路 基极分压式射极偏置电路 5.4 晶体管放大电路的三种接法电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术
20、基础 一般选取一般选取:I2=(510)IBQ,VBQ=(510)UBEQTICQIEQIEQREUBEQIBQ ICQ 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 例：下图中已知例：下图中已知VCC=12V,RC=2K,Re=2K,Rb1=20K,Rb2=10KRL=6K,=40,UBEQ=0.7V,计算计算静态工作点静态工作点解：解：1.由直流通路由直流通路计算静态值计算静态值电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 解：解：2.由微变等效电路计算交流参数由微变等效电路计算交流参数电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.4.2
21、共集电极放大电路（射极输出器）1.静态分析静态分析电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 2.2.动态分析动态分析电压增益：电压增益：输入电阻：输入电阻：电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 求输出电阻求输出电阻与共射放大电路相比，共集与共射放大电路相比，共集放大电路的放大电路的输出电阻小输出电阻小，带，带负载能力强、负载能力强、输入电阻高输入电阻高。对前级影响小。常倍用做放对前级影响小。常倍用做放大电路的输入级、输出级或大电路的输入级、输出级或缓冲级缓冲级电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.4.3 共基极放大电路共基极放大电路 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子
22、技术基础 5.4.4 三种基本放大电路的性能比较三种基本放大电路的性能比较 共发射极电路既放大电压也放大电流，输入、输出电阻适中，被主要共发射极电路既放大电压也放大电流，输入、输出电阻适中，被主要应用于低频多级放大电路的中间级；应用于低频多级放大电路的中间级；共集电极电路只放大电流，不放大电压，在三种组态中，输入电阻最共集电极电路只放大电流，不放大电压，在三种组态中，输入电阻最高，输出电阻最小，常被用于输入级、输出级或作为隔离用的缓冲高，输出电阻最小，常被用于输入级、输出级或作为隔离用的缓冲级；级；共基极电路只放大电压不放大电流，输入电阻小，高频特性很好，常共基极电路只放大电压不放大电流，输入
23、电阻小，高频特性很好，常被用于高频或宽频带低输入阻抗的场合。被用于高频或宽频带低输入阻抗的场合。电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 例例：两级放大电路：两级放大电路下图中已知：下图中已知：VCC=12V,1=60,Rb1=200k,Re1=2k,Rs=100.Rc2=2k,Re2=2k,Rb1=20k,Rb2=10k,RL=6 K,2=40试求：试求：静态值；静态值；解求静态值求静态值电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 解求交流参数Ri2=0.83(k）电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.5.1 频率响应概述 放大倍数会随着频率而变化，是频率的函数。放大倍数会
24、随着频率而变化，是频率的函数。这种函数关系称为这种函数关系称为频率响应频率响应或者或者频率特性频率特性 5.5 放大电路的频率响应放大电路的频率响应称为幅频特性称为幅频特性称为相频特性称为相频特性1.基本概念电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 阻容耦合单级共射放大电路的频率响应阻容耦合单级共射放大电路的频率响应 fL:下限截止频率下限截止频率fH：上限截止频率上限截止频率电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 2.波特图：横轴采用对数刻度lgf,纵轴采用分贝（dB),电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.5.2 简单简单RC电路的频率特性电路的频率特性 RC低通电路
25、的频率特性 RC高通电路的频率特性 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 RC低通电路的频率特性低通电路的频率特性 RC低通电路低通电路 幅频特性幅频特性 相频特性相频特性 截止频率截止频率电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 RC低通电路的波特图低通电路的波特图 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 RC高通电路的频率特性高通电路的频率特性 RC高通电路高通电路 幅频特性幅频特性 相频特性相频特性 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 RC高通电路的波特图高通电路的波特图 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.5.3 晶体管的高频等效模型晶体管的高
26、频等效模型 1晶体管的混合晶体管的混合 等效模型等效模型电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 晶体管的混合晶体管的混合型等效模型的型等效模型的单向化简化单向化简化 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 5.5.4 放大电路的频率响应分析放大电路的频率响应分析 共射极阻容耦合放大电路共射极阻容耦合放大电路及其等效电路及其等效电路 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 中频电压放大倍数中频电压放大倍数 共射极阻容耦合放大电路的中频等效电路 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 低频电压放大倍数低频电压放大倍数 共射极阻容耦合放大电路的低频等效电路 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 高频电压放大倍数高频电压放大倍数 共射极阻容耦合放大电路高频等效电路共射极阻容耦合放大电路高频等效电路 电路与模拟电子技术基础电路与模拟电子技术基础 第五章第五章 小节小节知识点复习：