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1、书名：电子技术基础项目教程 ISBN：978-7-111-45542-4作者：梁洪洁出版社：机械工业出版社本书配有电子课件项目二项目二 放大电路的分析与设计放大电路的分析与设计知识目标：掌握晶体管的结构。知识目标：掌握晶体管的结构。掌握晶体管的放大电路的静态和动态分析方法。掌握晶体管的放大电路的静态和动态分析方法。能力目标：能看懂电路图，会搭建电路。能力目标：能看懂电路图，会搭建电路。能画出共射电路，并能对电路进行分析计算。能画出共射电路，并能对电路进行分析计算。会检查放大电路的结构是否合理，输出波形是会检查放大电路的结构是否合理，输出波形是否失真，工作状态。否失真，工作状态。模块模块2.1
2、三极管的识别和检测三极管的识别和检测任务任务2.1.12.1.1 半导体三极管的结构和符号半导体三极管的结构和符号一、三极管的结构和符号一、三极管的结构和符号三极管又称双极型晶体管、晶体管，简称三极管三极管又称双极型晶体管、晶体管，简称三极管v外形：外形：v分类：分类：NPNNPN型、型、PNPPNP型型 三区、三极、二结：三区、三极、二结：三个区：发射区、基区、集电区三个区：发射区、基区、集电区 三个极：发射极三个极：发射极e e、基极、基极b b、集电极、集电极c c 两个结：发射结、集电结两个结：发射结、集电结 v符号符号：v内部放大的条件：内部放大的条件：发射区是高浓度掺杂区；基区很薄
3、发射区是高浓度掺杂区；基区很薄且杂质浓度低；集电结面积大。且杂质浓度低；集电结面积大。二、三极管的分类二、三极管的分类1.1.按组合方式：按组合方式：NPNNPN型和型和PNPPNP型。型。2.2.按使用材料：硅管和锗管。按使用材料：硅管和锗管。3.3.按工作频率：高频管和低频管。按工作频率：高频管和低频管。4.4.按功能：开关管、功率管、达林顿管、光敏管等。按功能：开关管、功率管、达林顿管、光敏管等。5.5.按消耗功率：小功率管、中功率管和大功率管等按消耗功率：小功率管、中功率管和大功率管等任务任务2.1.22.1.2 三极管的偏置及各极电流的关系三极管的偏置及各极电流的关系一、晶体管的偏置
4、一、晶体管的偏置 外部放大的条件：外部放大的条件：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。例例2-1 2-1 晶体管的三个极管脚分别为晶体管的三个极管脚分别为1 1、2 2、3 3，用直流电压，用直流电压表测得其在放大状态下的电位分别为表测得其在放大状态下的电位分别为U U1 1=2V=2V、U U2 2=7V=7V、U U3 3=2.7V=2.7V，试判断三极管的类型及三极管对应的各电极。，试判断三极管的类型及三极管对应的各电极。解：首先根据两电极的电位差应是解：首先根据两电极的电位差应是0.7V0.7V（硅管）或（硅管）或0.3V0.3V（锗管）来判断三极管的材料，并确定集电极。其
5、次根（锗管）来判断三极管的材料，并确定集电极。其次根据集电极电位的高低判断是据集电极电位的高低判断是NPNNPN管还是管还是PNPPNP管，最后根据管，最后根据剩余两个管脚电位的高低判断发射极和基极。剩余两个管脚电位的高低判断发射极和基极。硅管，硅管，2 2管脚应为集电极管脚应为集电极c c 三极管应为三极管应为NPNNPN型，型，3 3号管脚为号管脚为基极，基极，1 1号管脚为发射极号管脚为发射极e e 二、晶体管各极电流的形成二、晶体管各极电流的形成1.1.发射区向基区注入载流子的过程发射区向基区注入载流子的过程 由于发射结外加正向电压，发射区的电子载流子由于发射结外加正向电压，发射区的电
6、子载流子不断地注入基区，基区的多数载流子（空穴）也流入不断地注入基区，基区的多数载流子（空穴）也流入发射区。二者共同形成发射极电流。但是，由于基区发射区。二者共同形成发射极电流。但是，由于基区掺杂浓度比发射区的小，流入发射区的空穴流与流入掺杂浓度比发射区的小，流入发射区的空穴流与流入基区的电子流相比，可忽略。基区的电子流相比，可忽略。2.2.载流子在基区中扩散与复合的过程载流子在基区中扩散与复合的过程 由发射区注入基区的电子载流子不断地向集电结由发射区注入基区的电子载流子不断地向集电结方向扩散。由于基区宽度制作得很小，且掺杂浓度也方向扩散。由于基区宽度制作得很小，且掺杂浓度也很低，从而大大地减
7、小了复合的机会，使注入基区中很低，从而大大地减小了复合的机会，使注入基区中的电子载流子绝大部分都能到达集电结。故基区中是的电子载流子绝大部分都能到达集电结。故基区中是以扩散电流为主的，且扩散与复合的比例决定了晶体以扩散电流为主的，且扩散与复合的比例决定了晶体管的电流放大能力。管的电流放大能力。3.3.集电区收集载流子的过程集电区收集载流子的过程 集电结外加较大的反向电压，使结内电场很强，集电结外加较大的反向电压，使结内电场很强，基区中扩散到集电结边缘的电子，受强电场的作用，基区中扩散到集电结边缘的电子，受强电场的作用，迅速漂移越过集电结而进入集电区，形成集电极电流。迅速漂移越过集电结而进入集电
8、区，形成集电极电流。另一方面，集电结两边的少数载流子，也要经过集电另一方面，集电结两边的少数载流子，也要经过集电结漂移，在集电极和发射极之间形成反向饱和电流。结漂移，在集电极和发射极之间形成反向饱和电流。三、晶体管的电流分配关系与放大作用三、晶体管的电流分配关系与放大作用1.1.电流分配关系（以电流分配关系（以NPNNPN为例）为例）2.2.电流放大作用电流放大作用q电流放大系数电流放大系数：集电极电流变化量与基极电流变化集电极电流变化量与基极电流变化量之比称为电流放大系数。量之比称为电流放大系数。q总结：要实现晶体管的放大作用，一方面要满足内部总结：要实现晶体管的放大作用，一方面要满足内部条
9、件，即发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同条件，即发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，同时基区厚度要很薄；另一方面要满足外部条件，即发时基区厚度要很薄；另一方面要满足外部条件，即发射结正偏，集电结反偏。射结正偏，集电结反偏。任务任务2.1.32.1.3 晶体管的连接方式晶体管的连接方式共发射极连接（简称：共射接法）共发射极连接（简称：共射接法）以基极为输入端，集电极为输出端，以基极为输入端，集电极为输出端，发射极为公共端。发射极为公共端。共基极连接（简称：共基接法）共基极连接（简称：共基接法）以发射极为输入端，集电极为输出端，以发射极为输入端，集电极为输出端，基极为公共端。基极为公共端。共集
10、电极连接（简称：共集接法）共集电极连接（简称：共集接法）以基极为输入端，发射极为输出端，以基极为输入端，发射极为输出端，集电极为公共端。集电极为公共端。任务任务2.1.42.1.4 三极管的特性曲线三极管的特性曲线q特性曲线：特性曲线：三极管各极电压与电流之间的关系用曲线三极管各极电压与电流之间的关系用曲线表示就是三极管的特性曲线。表示就是三极管的特性曲线。q特性曲线分类：特性曲线分类：输入特性曲线、输出特性曲线输入特性曲线、输出特性曲线q测试电路：测试电路：一、输入特性曲线一、输入特性曲线q输入特性：输入特性：指三极管输入电流和输入电压之间的关系。指三极管输入电流和输入电压之间的关系。q输入
11、特性曲线：输入特性曲线：输入特性的曲线即为输入特性曲线。输入特性的曲线即为输入特性曲线。二、输出特性曲线二、输出特性曲线q输出特性：输出特性：指三极管输出电流和输出电压之间的关系。指三极管输出电流和输出电压之间的关系。q输出特性曲线：输出特性曲线：输出特性的曲线即为输出特性曲线。输出特性的曲线即为输出特性曲线。q工作状态：工作状态：截止区、饱和区、放大区。截止区、饱和区、放大区。1.1.截止区截止区q定义：定义：将将I IB B=0=0以下的区域称为截止区。以下的区域称为截止区。q接法：接法：三极管发射结零偏或反偏，集电结反偏，即三极管发射结零偏或反偏，集电结反偏，即 U UBEBE00，U
12、UCBCB0 0q特点：特点：三极管的发射极三极管的发射极集电极之间相当于断路，类似集电极之间相当于断路，类似于开关的断开状态。于开关的断开状态。2.2.饱和区饱和区q定义：定义：将将U UCECEUUBEBE时是区域称为饱和区。时是区域称为饱和区。q接法：接法：三极管发射结和集电结均为正偏三极管发射结和集电结均为正偏.q特点：特点：在理想状态下，三极管的发射极在理想状态下，三极管的发射极集电极之间相集电极之间相当于短路，类似于开关的闭合状态。当于短路，类似于开关的闭合状态。3.3.放大区放大区q定义：定义：将将U UCECEU UBEBE且且=0=0以上的区域称为放大区。以上的区域称为放大区
13、。q接法：接法：三极管的发射结正偏，集电结反偏。三极管的发射结正偏，集电结反偏。q特点：特点：三极管的输出电流和输入电流的关系满足三极管的输出电流和输入电流的关系满足任务任务2.1.52.1.5 三极管的主要参数三极管的主要参数一、电流放大系数一、电流放大系数1.1.共射电流放大系数共射电流放大系数：1 1）共射直流电流放大系数：）共射直流电流放大系数：是指在共射极放大电路中，若交流输入信号为零，是指在共射极放大电路中，若交流输入信号为零，则管子各极间的电压和电流都是直流量，此时，集电则管子各极间的电压和电流都是直流量，此时，集电极电流和基极电流之比，即极电流和基极电流之比，即2 2）共射交流
14、电流放大系数：）共射交流电流放大系数：把两电流变化量之比称为共射交流电流放大系数。把两电流变化量之比称为共射交流电流放大系数。通常：通常：=20=20200 200 一般一般=40=4080 80 2.2.共基极电流放大系数共基极电流放大系数1 1）共基极直流电流放大系数：）共基极直流电流放大系数：是指在共基极放大电路中，若交流输入信号为零，是指在共基极放大电路中，若交流输入信号为零，集电极电流和发射极电流之比集电极电流和发射极电流之比2 2）共基极交流电流放大系数：）共基极交流电流放大系数：是指在共基极放大电路中，有交流输入信号时，集是指在共基极放大电路中，有交流输入信号时，集电极电流的变化
15、量与发射极电流的变化量之比电极电流的变化量与发射极电流的变化量之比 二、极间反向饱和电流二、极间反向饱和电流1.1.反向饱和电流反向饱和电流反向饱和电流反向饱和电流I ICBOCBO 反向饱和电流反向饱和电流I ICBOCBO是指发射极开路，集电结加是指发射极开路，集电结加反向电压时测得的集电极电流。在一定温度下，基反向电压时测得的集电极电流。在一定温度下，基本上是常数，与本上是常数，与U UCBCB无关。常温下，小功率锗管的无关。常温下，小功率锗管的I ICBOCBO为为A A级，硅管则更小，为级，硅管则更小，为nAnA级。级。2.2.穿透电流穿透电流I ICEOCEO 穿透电流穿透电流I
16、ICEOCEO是指基极开路时，集电极与发射是指基极开路时，集电极与发射极之间的反向电流。穿透电流的大小受温度的影响极之间的反向电流。穿透电流的大小受温度的影响较大，温度升高，较大，温度升高，I ICBOCBO增大，增大，I ICEOCEO增大。穿透电流增大。穿透电流I ICEOCEO是衡量晶体管质量的重要参数。是衡量晶体管质量的重要参数。三、极限参数三、极限参数1.1.集电极最大允许电流集电极最大允许电流I ICMCM 晶体管的集电极电流晶体管的集电极电流I ICMCM在相当大的范围内值基本保在相当大的范围内值基本保持不变，但当持不变，但当I IC C的数值大到一定程度时，电流放大系数的数值大
17、到一定程度时，电流放大系数值将下降。我们把增大到使值下降到正常值的值将下降。我们把增大到使值下降到正常值的2/32/3时时所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流I ICMCM 。实。实际中，集电极电流际中，集电极电流I IC C必须满足必须满足I IC C I IIBQ BQ I I1 1 I I2 2 二、动态分析二、动态分析 根据交流通路画出微变等效电路根据交流通路画出微变等效电路模块模块2.4 单管放大电路三种组态的识别单管放大电路三种组态的识别模块模块2.5 多级放大电路的分析与测试多级放大电路的分析与测试任务任务2.5.12.5.1 多级放大
18、电路的组成及耦合方式多级放大电路的组成及耦合方式一、多级放大电路的组成一、多级放大电路的组成输入级输入级中间级中间级输出级输出级实现电压放大实现电压放大实现功率放大，以推动负载实现功率放大，以推动负载二、多级放大电路的耦合方式二、多级放大电路的耦合方式v耦合方式：耦合方式：在多级放大电路中，把级和级之间的连接在多级放大电路中，把级和级之间的连接方式称为耦合方式。方式称为耦合方式。v耦合方式：耦合方式：阻容耦合阻容耦合直接耦合直接耦合变压器耦合变压器耦合1.1.阻容耦合阻容耦合阻容耦合方式：阻容耦合方式：级与级之间通过电容连接的方式称阻级与级之间通过电容连接的方式称阻容耦合方式。容耦合方式。特点
19、：特点：因电容具有因电容具有“隔直隔直”的作用，所以各级之间的的作用，所以各级之间的静态工作点具有相互独立，互不影响的特点。但是电静态工作点具有相互独立，互不影响的特点。但是电容具有一定的容抗，信号在传输过程中会受到一定的容具有一定的容抗，信号在传输过程中会受到一定的衰减。衰减。2.2.直接耦合直接耦合阻容耦合方式：阻容耦合方式：把级与级之间直接用导线连接起来的把级与级之间直接用导线连接起来的方式称为直接耦合。方式称为直接耦合。特点：特点：电路既可以放大交流信号，也可以放大直流和电路既可以放大交流信号，也可以放大直流和变化缓慢的信号，电路简单，便于做成集成电路。但变化缓慢的信号，电路简单，便于
20、做成集成电路。但由于各级之间没有电容，所以各级静态工作点相互牵由于各级之间没有电容，所以各级静态工作点相互牵制，并存在零点漂移的问题。制，并存在零点漂移的问题。3.3.变压器耦合变压器耦合变压器耦合：变压器耦合：把级与级之间通过变压器连接起来的方把级与级之间通过变压器连接起来的方式称为变压器耦合。式称为变压器耦合。特点：特点：电路的特点：因为变压器不能传输直流信号，电路的特点：因为变压器不能传输直流信号，所以各级之间的静态工作点相互独立，互不影响。改所以各级之间的静态工作点相互独立，互不影响。改变变压器的匝数比可以实现阻抗变换从而获得较大的变变压器的匝数比可以实现阻抗变换从而获得较大的输出功率。但变压器的体积大，不易集成，也不能传输出功率。但变压器的体积大，不易集成，也不能传送直流和变化缓慢的信号。送直流和变化缓慢的信号。任务任务2.5.22.5.2 多级放大电路的性能指标估算多级放大电路的性能指标估算一、电压放大倍数一、电压放大倍数A Au u二、输入电阻二、输入电阻r ri i 放大电路的输入电阻就是输入级的输入的电阻。放大电路的输入电阻就是输入级的输入的电阻。三、输出电阻三、输出电阻r ro o 放大电路的输出电阻就是输出级的输出的电阻。放大电路的输出电阻就是输出级的输出的电阻。