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1、6.2 6.2 晶体管的结构和符号面积大面积大晶体管有三个极、三个区、两个PN结。1 1 晶体管的结构第1页/共60页 扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。少数载流子的运动因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使扩散到基区的电子（非平衡少子）中的极少数与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴的扩散2 2 晶体管的电流放大特性第2页/共60页电流关系：IEIBIC IE扩散运动形成的电流 IB复合运动形成的电流 IC漂移运动形成的电流穿透电流集电结反向电流直流电流放大系数交流电流
2、放大系数第3页/共60页饱和区放大区截止区（1）输入特性3 3 晶体管的特性曲线（2）输入特性第4页/共60页 晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅决定于输入回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源iC。晶体管的三个工作区域第5页/共60页第6页/共60页4 4 主要参数 共射极电流放大倍数和在静态下（无输入信号），共射直流电流放大倍数为集电极电流和基极电流的比值，即：工作在动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：第7页/共60页 集-基极反向截止电流ICBO ICBO 是
3、发射极开路，集电结反偏置时，集电极和基极之间的反向漏电流。ICBO 很小，但受温度影响较大。集-射极反向截止电流ICEO ICEO是基极开路，集电结反偏置，而发射结正向偏置时，集电极和发射极之间的反向电流（穿透电流）。ICEO 与ICBO 之间的关系为：ICEO=（+1）ICBO 集电极最大允许电流ICM 集电极电流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。第8页/共60页 集电极电流IC流过三极管，所发出的焦耳热为：PC=ICUCE 。必定导致结温上升，PCM是根据最高结温给出的，所以对PC有限制，PCPCM。集极-发射极反向击穿电压 U(BR)C
4、EO 当集-射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压U(BR)CEO。集电极最大允许功耗 PCM安全工作区第9页/共60页1.共发射极放大电路的组成6.2.2 6.2.2 共发射极放大电路+uBE +uCE ECRBEBRC+ui+RSus+uo C2RL+iCiBC1+晶体管:放大元件。电源EC：保证发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，为输出信号提供能量。集电极电阻RC：将电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。基极电阻RB：使发射结处于正向偏置、提供大小适当的基极电流。耦合电容C1和C2 ：用来隔断直流、耦合交流。电容值
5、应足够大，以保证在一定 的频率范围内，电容上的交流压降可以忽略不计，即对交流信号可视为短路。第10页/共60页2.工作原理+ui iC+uBE +uCE+VCCRBRC+uo C2+C1+iBIC+UBE +UCE+VCCRBRCIB直流通路直流通路实际画法第11页/共60页第12页/共60页第13页/共60页第14页/共60页2.2.设置静态工作点的必要性设置静态工作点的必要性 输出电压必然失真！输出电压必然失真！设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点点几乎影响着所有的动态参数！几乎影响着所有的动态参数！为什么放大的对象是动态信号，却要晶
6、体管在信号为零为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？时有合适的直流电流和极间电压？第15页/共60页三、基本共射放大电路的三、基本共射放大电路的波形分析波形分析饱和失真饱和失真底部失真截止失真截止失真顶部失真输出和输入反相！输出和输入反相！动态信号驮载在静态之上与iC变化方向相反 要想不失真，就要要想不失真，就要在信号的整个周期内在信号的整个周期内保证晶体管始终工作保证晶体管始终工作在放大区！在放大区！第16页/共60页二、如何组成放大电路二、如何组成放大电路静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够
7、获得放大了的动态信号。对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。1.组成原则第17页/共60页2.2.两种实用放大电路两种实用放大电路：（1 1）直接耦合放大电路直接耦合放大电路问题：问题：1.两种电源两种电源2.信号源与放大电路不信号源与放大电路不“共地共地”共地，且要使信号驮载在静态之上静态时，静态时，动态时，动态时，b-e间电压是间电压是uI与与VCC的共同作用的结果。的共同作用的结果。将两个电源合二为一有直流分量有交流损失第18页/共60页（2 2）阻容耦合放大电路阻容耦合放大电路 耦合电容的容量应足够耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似大，即对于交流信
8、号近似为短路。其作用是为短路。其作用是“隔离隔离直流、通过交流直流、通过交流”。静态时，静态时，C1、C2上电压？上电压？动态时，动态时，C1、C2为耦合电容！为耦合电容！UBEQUCEQuBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。负载上只有交流信号。第19页/共60页讨论讨论：试用试用PNP型管分别组成阻容耦合共射放大电路。型管分别组成阻容耦合共射放大电路。第20页/共60页4.3 4.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法一、放大电路的直流通路和交流通路一、放大电路的直流通路和交流通路二、二、等效电路法等效电路法三、三、图解法图解法第21页/共60页
9、一、放大电路的直流通路和交流通路一、放大电路的直流通路和交流通路1.直流通路：Us=0，保留Rs；电容开路；电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。2.交流通路：大容量电容相当于短路；直流电源相当于短路（内阻为0）。通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。路的概念。第22页/共60页基本共射放大电路的直流通路和交流通路基本共射放大电路的直流通路和交流通路 列晶体管输入、输出回路方程，
10、将列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，作为已知条件，令令ICQIBQ，可估算出静态工作点。，可估算出静态工作点。VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的误差越小。第23页/共60页当当VCCUBEQ时，时，已知：已知：VCC12V，Rb600k，Rc3k，100。Q？直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路通路第24页/共60页二、图解法二、图解法 输入回路负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线1.静态分析：第25页/共60页2.2.电压放大倍数的分析电压放大倍数的分析斜率不变第26页/共60页3.3.失真分
11、析失真分析截止失真消除方法：增大消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。，即向上平移输入回路负载线。截止失真是在输入回路首先产生失真！截止失真是在输入回路首先产生失真！减小减小Rb能消除截止失真吗？能消除截止失真吗？第27页/共60页饱和失真饱和失真：饱和失真是输出回路产生失真。：饱和失真是输出回路产生失真。o最大不失真输出电压Uom：比较UCEQ与（VCC UCEQ），取其小者，除以 。第28页/共60页直流负载线和交流负载线交流负载线应过Q点，且斜率决定于-1/（RcRL）最大不失真输出电压Uom：比较UceQ-Uces与IcQ*RL，取其小者，除以 第29页/共60页三、等效电路
12、法三、等效电路法半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。1.直流模型：适于：适于Q点的分析点的分析理想二极管利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。输入回路等效为恒压源输出回路等效为电流控制的电流源第30页/共60页2.2.晶体管的晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）参数等效模型（交流等效模型）在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为一个端口。低频小信号模型低频小信号模型第31页/共60页在低频、小信号作用下的关系式交流等效模型（按式子画模型）交流等效模型（按
13、式子画模型）电阻无量纲无量纲电导第32页/共60页h h参数的物理意义b-e间的动态电阻内反馈系数电流放大系数c-e间的电导分清主次，合理近似！什么情况下分清主次，合理近似！什么情况下h12和和h22的作用可忽略不计？的作用可忽略不计？第33页/共60页简化的h h参数等效电路交流等效模型查阅手册基区体电阻发射结电阻发射区体电阻数值小可忽略利用PN结的电流方程可求得由IEQ算出在输入特性曲线上，在输入特性曲线上，Q点越高，点越高，rbe越小！越小！第34页/共60页3.3.放大电路的动态分析放大电路的动态分析放大电路的交流等效电路第35页/共60页阻容耦合共射放大电路的动态分析输入电阻中不应含
14、有Rs!输出电阻中不应含有RL!第36页/共60页3.3.放大电路中的频率参数放大电路中的频率参数 在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。高通电路低通电路 在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。损失，放大能力下降。下限频率上限频率结电容结电容第37页/共60页(1)(1)
15、模型的建立模型的建立：由结构而建立，形状像：由结构而建立，形状像，参数量纲各不相同。，参数量纲各不相同。gm为跨导，它不随信为跨导，它不随信号频率的变化而变。号频率的变化而变。阻值小阻值大连接了输入回路和输出回路二、晶体管的高频等效电路二、晶体管的高频等效电路1.1.混合混合模型模型第38页/共60页（2 2）混合模型的单向化（使信号单向传递）等效变换后电流不变第39页/共60页（3 3）晶体管简化的高频等效电路？第40页/共60页2 2、电流放大倍数的频率响应、电流放大倍数的频率响应为什么短路？（1 1）适于频率从）适于频率从0 0至无穷大的表达式至无穷大的表达式第41页/共60页（2 2）
16、电流放大倍数的频率特性曲线第42页/共60页（3 3）电流放大倍数的波特图:采用对数坐标系 采用对数坐标系，横轴为采用对数坐标系，横轴为lg f，可开阔视野；纵轴为，可开阔视野；纵轴为 单位为单位为“分贝分贝”（dB），使得），使得“”“”。lg f注意折线化曲线的误差注意折线化曲线的误差20dB/十倍频折线化近似画法折线化近似画法第43页/共60页3.3.晶体管的频率参数晶体管的频率参数共射截止频率共基截止频率特征频率集电结电容通过以上分析得出的结论：通过以上分析得出的结论：低频段和高频段放大倍数的表达式；低频段和高频段放大倍数的表达式；截止频率与时间常数的关系；截止频率与时间常数的关系；波
17、特图及其折线画法；波特图及其折线画法；C的求法。的求法。手册查得第44页/共60页讨论一讨论一1.若干个放大电路的放大倍数分别为若干个放大电路的放大倍数分别为1、10、102、103、104、105，它们的增益分别为多少？，它们的增益分别为多少？2.为什么波特图开阔了视野？同样长度的横轴，在为什么波特图开阔了视野？同样长度的横轴，在单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频单位长度不变的情况下，采用对数坐标后，最高频率是原来的多少倍？率是原来的多少倍？102030405060Of10102103104105106lg f第45页/共60页讨论二讨论二 电路如图。已知各电阻阻值；电路如图。已知
18、各电阻阻值；静态工作点合适，集电极电流静态工作点合适，集电极电流ICQ2mA；晶体管的；晶体管的rbb=200，Cob=5pF，f=1MHz。试求解该电路中晶体管高频等试求解该电路中晶体管高频等效模型中的各个参数。效模型中的各个参数。第46页/共60页三、单管共射放大电路的频率响应三、单管共射放大电路的频率响应适用于信号频率从适用于信号频率从0的的交流等效电路交流等效电路中频段：中频段：C 短路，短路，开路。开路。低频段：考虑低频段：考虑C 的影响，的影响，开路。开路。高频段：考虑高频段：考虑 的影响，的影响，C 开路。开路。第47页/共60页1.1.中频电压放大倍数中频电压放大倍数带负载时：
19、带负载时：空载时：空载时：第48页/共60页2.2.低频电压放大倍数低频电压放大倍数:定性分析第49页/共60页2.2.低频电压放大倍数低频电压放大倍数：定量分析C所在回路的时间常数？第50页/共60页2.2.低频电压放大倍数低频电压放大倍数：低频段频率响应分析中频段20dB/十倍频第51页/共60页3.3.高频电压放大倍数高频电压放大倍数低通电路第52页/共60页3.3.高频电压放大倍数高频电压放大倍数：高频段频率响应分析第53页/共60页4.4.电压放大倍数的波特图电压放大倍数的波特图全频段放大倍数表达式：全频段放大倍数表达式：第54页/共60页5.5.带宽增益积带宽增益积：定性分析fbw
20、 fH fL fH矛盾 当提高增益时，带宽将变窄；反之，增益降低，带宽将变宽。第55页/共60页5.5.带宽增益积带宽增益积：定量分析若若rbeRb、RsRb、，则可以证明，则可以证明图示电路的图示电路的说明决定于管子参数 对于大多数放大电路，增益提高，带宽都将变窄。对于大多数放大电路，增益提高，带宽都将变窄。要想制作宽频带放大电路需用高频管，必要时需采用共要想制作宽频带放大电路需用高频管，必要时需采用共基电路。基电路。约为常量根据根据第56页/共60页讨论讨论：如何利用Multisim求解频率响应静态工作点静态工作点频率响应频率响应 首先分析静态工作点是否合首先分析静态工作点是否合适，然后利用适，然后利用“交流分析交流分析”获获得频率响应。得频率响应。第57页/共60页人有了知识，就会具备各种分析能力，明辨是非的能力。所以我们要勤恳读书，广泛阅读，古人说“书中自有黄金屋。”通过阅读科技书籍，我们能丰富知识，培养逻辑思维能力；通过阅读文学作品，我们能提高文学鉴赏水平，培养文学情趣；通过阅读报刊，我们能增长见识，扩大自己的知识面。有许多书籍还能培养我们的道德情操，给我们巨大的精神力量，鼓舞我们前进。第58页/共60页第59页/共60页感谢您的观看！第60页/共60页