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1、第第2 2章章 半导体三极半导体三极管放大电路基础管放大电路基础授课人：庄友谊授课人：庄友谊模拟电子技术模拟电子技术1第第2 2章章 半导体三极管放大电路基础半导体三极管放大电路基础2.1 三极管工作原理三极管工作原理2.2 共射极放大电路共射极放大电路2.3 图解分析法图解分析法2.4 微变等效电路分析法微变等效电路分析法2.5 工作点稳定的放大电路工作点稳定的放大电路2.6 共集电极放大电路和共基极放大电路共集电极放大电路和共基极放大电路22.1 三极管工作原理三极管工作原理 BJT全称为双极型半导体三极管，内部有自由电子全称为双极型半导体三极管，内部有自由电子和空穴两种载流子参与导电。种
2、类很多：有硅管和锗管，和空穴两种载流子参与导电。种类很多：有硅管和锗管，有高频管和低频管，有大、中、小功率管。有高频管和低频管，有大、中、小功率管。32.1.1 三极管的结构与符号：三极管的结构与符号：becNNP基极基极发射极发射极集电极集电极NPN型型PNP集电极集电极基极基极发射极发射极BcePNP型型几微米至几微米至几十微米几十微米bcebce4becNNP基极基极发射极发射极集电极集电极发射结发射结集电结集电结5becNNP基极基极发射极发射极集电极集电极基区：较薄，基区：较薄，掺杂浓度低掺杂浓度低集电区：集电区：面积较大面积较大发射区：掺发射区：掺杂浓度较高杂浓度较高6 为使发射区
3、发射电子，集电区收集电子，必须具备为使发射区发射电子，集电区收集电子，必须具备的的条件条件是：是：a.发射结发射结加加正向正向电压电压(正向偏置正向偏置):NPN管：管：Vbe0；PNP管：管：Vbe0 b.集电结集电结加加反向反向电压电压(反向偏置反向偏置):NPN管：管：Vbc02.1.2 三极管放大的工作原理三极管放大的工作原理7RCbecNNPEBRBECIE基区空穴基区空穴向发射区向发射区的扩散，的扩散，形成空穴形成空穴扩散电流扩散电流I IEP ，数值，数值很小可忽很小可忽略略IBN进入进入P区的电子少部区的电子少部分与基区的空穴复分与基区的空穴复合，形成复合电流合，形成复合电流I
4、BN ，多数扩散到集，多数扩散到集电结电结发射结正偏，发发射结正偏，发射区电子不断向射区电子不断向基区扩散，形成基区扩散，形成发射结电子扩散发射结电子扩散电流电流IEN1、发射区向基区扩散其多数载流子：、发射区向基区扩散其多数载流子：2、载流子在基区的扩散与复合：、载流子在基区的扩散与复合：8becNNPEBRBIE集电结反偏，集电结反偏，有少子形成的有少子形成的反向电流反向电流ICBOICBOIC=ICN+ICBO ICNIBNICNRCEC从基区扩散从基区扩散来的电子作来的电子作为集电结的为集电结的少子，漂移少子，漂移进入集电结进入集电结而被收集，而被收集，形成形成ICN。3、集电区收集载
5、流子：、集电区收集载流子：9IB=IEP+IBN-ICBO IBNIBbecNNPEBRBIEICBOICNIC=ICN+ICBO ICNIBNRCECIE=IEP+IEN IEN10NNPEBRB ECICBO ICN IC=ICN+ICBO ICN IEP RC IBN IEN IB IB=IEP+IBN-ICBO IBNIE=IEP+IEN IENIE 11 IE=IEN+IEP 且有且有IENIEP IEN=ICN+IBN 且有且有IEN IBN ，ICNIBN IC=ICN+ICBO IB=IEP+IBNICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN=(ICN+ICBO)+(I
6、BN+IEPICBO)IE=IC+IB于是可得如下电流关系式于是可得如下电流关系式:12ICN与与IEN之比称为共基直流电流放大倍数之比称为共基直流电流放大倍数总结：总结：要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集要使三极管能放大电流，必须使发射结正偏，集电结反偏（电结反偏（外部条件外部条件）。且发射区杂质浓度要远大于基）。且发射区杂质浓度要远大于基区杂质浓度，基区很薄（区杂质浓度，基区很薄（内部条件内部条件）ICN与与IBN之比称为共射直流电流放大倍数之比称为共射直流电流放大倍数13IC=ICN+ICBO IE=IEP+IENICN14becIBIEICNPN型三极管型三极管becIBIEI
7、CPNP型三极管型三极管15 共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用CC表示表示;共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用，基极作为公共电极，用CB表示。表示。共发射极接法共发射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用CE表示；表示；三极管的三种组态三极管的三种组态 双极型三极管有三个电极，其中一个可以作为输入双极型三极管有三个电极，其中一个可以作为输入,一个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极，一个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极，在放大电路中有三种接法，三种接法也称三种在放大电路中有三种接法，三种接法也称三种组态组态。16B
8、JT在电压放大电路中的应用举例在电压放大电路中的应用举例 其信号放大的原理如下：其信号放大的原理如下：VEE+vi （vi=20mV）iE（iE=1mA）iC（iC=-0.98mA）vo=-iC*RL（vo=-iC*RL=0.981=0.98V）vo/vi 增大倍数称为电压增益增大倍数称为电压增益 Av=vo/vi=(0.981000/20)=49172.1.3 三极管的三极管的V-I特性曲线特性曲线 实验线路实验线路ICmA AVVUCEUBERBIBECEBRC一、共射极连接时的一、共射极连接时的V-I特性曲线特性曲线181 1、输入特性：、输入特性：UCE 1VIB(A)UBE(V)20
9、4060800.40.8工作压降：工作压降：硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE=0.5V 死区电压，死区电压，硅管硅管0.5V，锗管锗管0.2V。192 2、输出特性、输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满此区域满足足IC=IB称称为线性区为线性区（放大区）（放大区）。当当UCE大于一大于一定的数值时，定的数值时，IC只与只与IB有关，有关，IC=IB。20IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中UCE U
10、BE,集电结集电结正偏，正偏，IBIC，UCE 0.3V称为饱和称为饱和区。区。21IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域中此区域中:IB=0，IC=ICEO，UBEIC，硅管：硅管：VCE 0.3V 锗管：锗管：VCE 0.1V(3)截止区：截止区：VBE 死区电压，死区电压，IB=0，IC=ICEO 0 23例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k，当当USB=-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USB=-2V时：时：ICUCEIBUSCRBUSBCBERC
11、UBEIB=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 24例：例：=50，USC=12V，RB=70k，RC=6k，当当USB=-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？IC0；PNP管：管：Vbe0 b.集电结集电结加加反向反向电压电压(反向偏置反向偏置):NPN管：管：Vbc0；PNP管：管：VbcIEP IEN=ICN+IBN 且有且有IEN IBN ，ICNIBN IC=ICN+ICBO IB=IEP+IBNICBOIE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN =(ICN+ICBO)+(IBN+IEPICBO)IE
12、=IC+IB电流关系式电流关系式:152（二）（二）BJT的的V-I特性曲线特性曲线1 1、输入特性：、输入特性：UCE 1VIB(A)UBE(V)204060800.40.8工作压降：工作压降：硅管硅管UBE 0.60.7V,锗管锗管UBE 0.20.3V。UCE=0VUCE=0.5V 死区电压，死区电压，硅管硅管0.5V，锗管锗管0.2V。1532 2、输出特性、输出特性IC(mA )1234UCE(V)36912IB=020 A40 A60 A80 A100 A此区域满足此区域满足IC=IB称为称为线性区（放线性区（放大区）。大区）。此区域中此区域中UCE UBE,集电结集电结正偏，正偏
13、，IBIC，UCE 0.3V称称为饱和区。为饱和区。此区域中此区域中:IB=0，IC=ICEO，UBEIC，硅管：硅管：VCE 0.3V 锗管：锗管：VCE 0.1V(3)截止区：截止区：VBE 死区电压，死区电压，IB=0，IC=ICEO 0 155（三）（三）BJT的主要参数的主要参数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：（1）集）集-基极反向饱和电流基极反向饱和电流ICBO（2）集集-射极反向饱和电流射极反向饱和电流ICEO3、极限参数：、极限参数：（1）集电极最大电流）集电极最大电流ICM（2）反向击穿电压：）反向击穿电压：射射-基反向极击穿电压基反向极击
14、穿电压U(BR)EBO集集-基反向极击穿电压基反向极击穿电压U(BR)CBO集集-射反向击穿电压射反向击穿电压U(BR)CEO（3）集电极最大允许功耗集电极最大允许功耗PCM4、频率参数：、频率参数：156（四）（四）温度对温度对BJT参数及性能的影响参数及性能的影响TUBE ICEO U（BR）CBO U（BR）CEO 157二、放大电路的组成及分析计算二、放大电路的组成及分析计算共射放大器、共集放大器、共基放大器共射放大器、共集放大器、共基放大器直流通道：直流通道：提供放大的条件（静态）。提供放大的条件（静态）。交流通道：交流通道：进行交流信号的放大（动态）。进行交流信号的放大（动态）。放
15、大器的性能指标：放大器的性能指标：电压放大倍数、输入电阻电压放大倍数、输入电阻ri、输出电阻、输出电阻ro、通频带、通频带（一）（一）常用放大电路：常用放大电路：158（二）放大器的分析方法（二）放大器的分析方法A、图解法分析法：、图解法分析法：（1）近似估算近似估算Q点点:RBVCCVBBRCCTVI+-VO+-1、静态工作点的图解分析：、静态工作点的图解分析：159ICUCEQUCEQICQIBQUBEQQIBUBE直流直流负载线负载线一般可认为一般可认为:硅管硅管UBEQ为为0.7V，锗管为，锗管为0.3VIBQ0.7V（2）图解法确定图解法确定Q点点:1602、动态工作情况的图解法分析
16、：、动态工作情况的图解法分析：图解法的步骤：图解法的步骤：1、确定静态工作点确定静态工作点2、画直流负载线画直流负载线3 3、画交流负载线、画交流负载线4、作图：作图：viiBiC、vCEvo5、求放大倍数：、求放大倍数：161ICUCE25354515552134563.32.72.11.50.9mAV假设假设uBE有一微小的变化有一微小的变化uitiBtiCuCEttibtu ucece与与u ui i反相反相直流负载线直流负载线交流负载线交流负载线UBEQIB2535450.680.70.72uAV151623、静态工作点对波形失真的影响、静态工作点对波形失真的影响:（1）Q点过低，信号
17、进入截止区：点过低，信号进入截止区：产生产生截止失真截止失真（2）Q点过高，信号进入饱和区：点过高，信号进入饱和区：产生产生饱和失真饱和失真放大器的动态范围放大器的动态范围163 iC vCE 0Q3 Q1 Q2 Q RC：电路参数对电路参数对Q点的影响：点的影响：Rb：VCC：一般情况下，常采用一般情况下，常采用改变改变Rb的办法，来调节静态工作点。的办法，来调节静态工作点。Rb IBQ Q点下移点下移（QQ1）。）。RC 直流负载线的斜率直流负载线的斜率 变大变大（QQ2）。交流负载线要看交流负载线要看RL而定。而定。VCC变化，直流负载线发生平动，变化，直流负载线发生平动，Q点变化情况比
18、点变化情况比较复杂，在较复杂，在IB不变的情况下，不变的情况下，VCC，QQ3164B、小信号模型分析法小信号模型分析法1、BJT的的h参数及其等效电路：参数及其等效电路：vbehiehfe ibib vce+-+-+-hre vcehoe1icibvcecbe+-vbe+-ichiehfe ibibbcevbe+-vce+-1652、用、用h参数小信号模型分析基本放大器参数小信号模型分析基本放大器步骤：步骤：1、画电路的交流通路。、画电路的交流通路。2、画电路的、画电路的h参数等效电路（包括晶体管和外电路）。参数等效电路（包括晶体管和外电路）。3、标出电压、电流的参考方向。、标出电压、电流的
19、参考方向。4、计算：电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、计算：电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、源电压放大倍数源电压放大倍数166RBVCCVBBRCCTRLVI+-ibicvs+-vo+-RBRLRSrbeibbcevi+-vce+-静态：静态：动态：动态：h参数等效电路：参数等效电路：167+VCCui+-uo+-RBRCTC2C1RLrbeRBRCRL静态：静态：动态：动态：h参数等效电路：参数等效电路：168RB1+VCCRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2rbeRCRLRE1RB静态：静态：动态：动态：h参数等效电路：参数等效电路：169RB+VCCC1C2RERLuiuo
20、rbeRERLRB静态：静态：动态：动态：h参数等效电路：参数等效电路：170RBVCCC1C2REuiuoRB1RCRLCBVoREViRCRLrbeibbceiBiE静态：静态：动态：动态：h参数等效电路：参数等效电路：171耦合方式：耦合方式：阻容耦合；直接耦合；变压器耦合；光电耦合。阻容耦合；直接耦合；变压器耦合；光电耦合。耦合：耦合：即信号的传送方式。即信号的传送方式。（三）多级放大器及其耦合方式（三）多级放大器及其耦合方式1、阻容耦合：阻容耦合：(1)由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点由于电容的隔直作用，各级放大器的静态工作点相互独立，分别估算。相互独立，分别估算。(2)不
21、能传输直流及低频信号。不能传输直流及低频信号。(3)后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。后一级的输入电阻是前一级的交流负载电阻。(4)总电压放大倍数总电压放大倍数=各级放大倍数的乘积。各级放大倍数的乘积。(5)总输入电阻总输入电阻 ri 即为第一级的输入电阻即为第一级的输入电阻ri1。(6)总输出电阻即为最后一级的输出电阻。总输出电阻即为最后一级的输出电阻。1722、直接耦合直接耦合:直接耦合直接耦合可放大微弱的直流信号或变化缓慢的信号可放大微弱的直流信号或变化缓慢的信号 零点漂移零点漂移 多级放大器的静态工作点、电压放大倍数、多级放大器的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻、输入电阻、输出
22、电阻等的计算比较复杂输出电阻等的计算比较复杂直流电平互相影响直流电平互相影响问题：问题：差分放大器差分放大器温度漂移温度漂移（温漂温漂）（四）（四）放大电路的频率响应放大电路的频率响应1、共射电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因、共射电路的耦合电容是引起低频响应的主要原因,CE影响较大影响较大;三极管的结电容和分布电容是引起放大电路高频响应的主要原因三极管的结电容和分布电容是引起放大电路高频响应的主要原因2.共基放大电路没有密勒电容，上限截止频率很高。共基放大电路没有密勒电容，上限截止频率很高。3.共集放大电路密勒电容小，上限截止频率也较高。共集放大电路密勒电容小，上限截止频率也较高。173