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1、第四章第四章 双极型三极管及放大电路基础双极型三极管及放大电路基础4.1 4.1 4.1 4.1 半导体三极管（半导体三极管（半导体三极管（半导体三极管（BJTBJTBJTBJT双结晶体管）双结晶体管）双结晶体管）双结晶体管）4.2 4.2 4.2 4.2 共射极放大电路共射极放大电路共射极放大电路共射极放大电路4.3 4.3 4.3 4.3 放大电路放大电路放大电路放大电路分析方法分析方法分析方法分析方法4.4 4.4 4.4 4.4 放大电路的稳定工作点问题放大电路的稳定工作点问题放大电路的稳定工作点问题放大电路的稳定工作点问题4.5 4.5 4.5 4.5 共集电极和共基极放大电路共集电
2、极和共基极放大电路共集电极和共基极放大电路共集电极和共基极放大电路4.7 4.7 4.7 4.7 放大电路的频率特性放大电路的频率特性放大电路的频率特性放大电路的频率特性4.6 4.6 4.6 4.6 组合放大电路组合放大电路组合放大电路组合放大电路第第第第4 4 4 4章章章章 半导体三极管及放大电路基础半导体三极管及放大电路基础半导体三极管及放大电路基础半导体三极管及放大电路基础按频率：按频率：按频率：按频率：高频管、低频管高频管、低频管按功率：按功率：按功率：按功率：按材料：按材料：按材料：按材料：小、中、大功率管小、中、大功率管硅管、锗管硅管、锗管按类型：按类型：按类型：按类型：NPN
3、型、型、PNP型型半导体三极管半导体三极管:是具有电流放大功能的元件是具有电流放大功能的元件三极管分类：三极管分类：4.1 半导体三极管半导体三极管半导体三极管半导体三极管（BJTBJT双结晶体管双结晶体管双结晶体管双结晶体管）4.1.1 4.1.1 基本结构基本结构基本结构基本结构NNPNPN型型becb be ec cPNP型型P PP PN N基极基极发射极发射极集电极集电极beciBiEiCbeciBiEiCNPN型三极管符号PNP型三极管符号发射极箭头表示：当发射结正偏时，电流的流向。发射极箭头表示：当发射结正偏时，电流的流向。发射极集电极基极集电极电流发射极电流基区：最薄，基区：最
4、薄，掺杂浓度最低掺杂浓度最低发射区：掺发射区：掺杂浓度最高杂浓度最高发射结发射结发射结发射结JeJeJeJe集电结集电结JcJcb b b be e e ec c c cN N N NN N N NP P P P基极基极发射极发射极集电极集电极集电区：集电区：面积最大面积最大问题问题：c c、e e两极可否互换？两极可否互换？BJT结构特点结构特点：发射区的掺杂浓度最高；发射区的掺杂浓度最高；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，且掺杂浓度最低。掺杂浓度最低。管芯结构剖面图管芯结构剖
5、面图BJTBJT结构剖面图：结构剖面图：三极管的基本接法三极管的基本接法共集电极接法共集电极接法：c作为公共端；作为公共端；b为输入端，为输入端，e为输出端；为输出端；共基极接法共基极接法：b作为公共端，作为公共端，e为输入端，为输入端，c为输出端。为输出端。共发射极接法共发射极接法：e作为公共端；作为公共端；b为输入端，为输入端，c为输出端；为输出端；4.1.2 BJTBJT的电流分配和放大原理的电流分配和放大原理b bec cN NN NP PEBRBE EC CRC在三极管内部：在三极管内部：在三极管内部：在三极管内部：发射结正偏、集电结反偏发射结正偏、集电结反偏PNPPNP管管管管发射
6、结正偏发射结正偏 VBVE集电结反偏集电结反偏 VCVB即即VCVBVE（EB来实现来实现）集电结反偏集电结反偏：VCVB （EC来实现来实现）即即 VCVBVE共射放大电路组成共射放大电路组成4.1.2 BJTBJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理2.内部载流子的传输过程内部载流子的传输过程 三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通三极管的放大作用是在一定的外部条件控制下，通过载流子传输体现出来的。过载流子传输体现出来的。外部条件：外部条件：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。发射区：发射载流子发射区：发射载流子 以上看出，三极管内有两种载流子(自由电子和空穴)参与导
7、电，故称为双极型三极管。或BJT(Bipolar Junction Transistor)。（以（以NPN为例）为例）放大状态下放大状态下BJTBJT中载流子的传输过程中载流子的传输过程集电区：收集载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制基区：传送和控制 载流子载流子IE=IB+IC 、为电流放大系数为电流放大系数，它只它只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般关，与外加电压无关。一般 1，几十。几十。3.三极管三极管电流分配关系电流分配关系IEIC IB（3）（4）（2）（1）4.三极管的电流分配关系总结三极管的电流分配关系总结（5）电流放大系数）电
8、流放大系数发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端发射极是输入回路、输出回路的公共端 1.共发射极电路共发射极电路输入回路输入回路输出回路输出回路ICVBBmA AVCEVBERBIBVC C+注意：注意：T的类型与的类型与VBE、IB、VCE、IC极性极性ebc4.1.3 BJTBJT的特性曲线的特性曲线vCE=0V+-bce共射极放大电路VBBVCCvBEiCiB+-vCE iB=f(vBE)vCE=常数常数vCE=0V vCE 1V(1)当当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。（
9、以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例）1.输入特性曲线输入特性曲线(2)当当vCE1V时，时，vCB=vCE-vBE0，集电结已进入反，集电结已进入反 偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的vBE 下下 IB减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。(3)输入特性曲线的三个部分输入特性曲线的三个部分死区死区非线性区非线性区线性区线性区结论：整体是非线性的，局部可看作是线性的结论：整体是非线性的，局部可看作是线性的2.输出特性输出特性IB=020 A40 A60 A80 A100 A36iC(mA)1234vCE(V)912O放大区放大区输出特
10、性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：输出特性曲线通常分三个工作区：(1)放大区放大区 在放大区有在放大区有 iC=iB ，也，也称为称为线性区线性区，具有恒流特性。，具有恒流特性。在放大区，在放大区，发射结处于正发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于置，晶体管工作于放大状态放大状态。+-bceRLiB=020 A40 A60 A80 A100 A3 36 6i iC C(mA )1 12 23 34 4v vCECE(V)(V)9 91212O（2 2）截止区）截止区）截止区）截止区i iB B 0 0 以下
11、区域为以下区域为以下区域为以下区域为截止区，有截止区，有截止区，有截止区，有 i iC C=I=ICEOCEO 0 0 。在截止区发射结在截止区发射结J Je e处于反向偏置，集电结处于反向偏置，集电结J Jc c处于反向处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。偏置，晶体管工作于截止状态。饱饱和和区区截止区截止区截止区截止区（3 3）饱和区）饱和区）饱和区）饱和区 当当vCE vBE时时，晶体晶体管工作于饱和状态。管工作于饱和状态。在饱和区，在饱和区，IB IC，发射结处于正向偏置，发射结处于正向偏置，集集电结也处于正电结也处于正偏。偏。深度饱和时，深度饱和时，硅管硅管vCES 0.3V，锗管锗管
12、vCES 0.1V。VCES(1)放大区放大区：Je正偏，正偏，Jc反偏反偏；IC=IB,且且 iC=iB；VCVBVE。(2)饱和区饱和区:Je正偏，正偏，Jc正偏正偏；即即vCE vBE，vCE 0.3V；iC iB。(3)截止区截止区:Je反偏或零偏反偏或零偏，VBEVbVe放大放大VcVb0VCE1V 1.1.图图(b)(b)示出了图示出了图(a)(a)固定偏流放大电路中三极管的输出特性及固定偏流放大电路中三极管的输出特性及 交、直流负载线，试求输出电压的最大不失真幅度为交、直流负载线，试求输出电压的最大不失真幅度为_。A.1V B.1.6V C.2V D.2.4V A.1V B.1.
13、6V C.2V D.2.4V 2.若想得到最大的不失真输出电压若想得到最大的不失真输出电压,VCEQVCES=？无无RL：2.4V有有RL：1.5VVCEQVCES=ICQRL课堂练习题课堂练习题3.如图所给电路及如图所给电路及vi和和vo的波形，的波形，问出现的是什么失真？问出现的是什么失真？如改变直流电源极性和三极管类型如改变直流电源极性和三极管类型,但但vi和和vo的波形不变的波形不变,则出现的是什么失真？则出现的是什么失真？若改为共射或共集放大电路，若改为共射或共集放大电路，vi和和vo的波形的波形还是如此还是如此,则出现的又是什么失真？则出现的又是什么失真？课堂练习题课堂练习题5、图
14、解法的适用范围图解法的适用范围形象直观；形象直观；适应于适应于Q点分析、失真分析、最大不失真输出电点分析、失真分析、最大不失真输出电压的分析；压的分析；能够用于大信号分析；能够用于大信号分析；不易准确求解；不易准确求解；不能求解输入电阻、输出电阻、频带等等参数。不能求解输入电阻、输出电阻、频带等等参数。6.判断三极管工作状态小结判断三极管工作状态小结（）根据直流电位判别根据直流电位判别：对于NPN管,当VCVBVE，T为放大状态；对于PNP管，当VC VB VE，T为放大状态。（）根据电流判别根据电流判别：（3）根据根据Q点的位置判别点的位置判别：0IBIBS，T为放大状态；IB IBS，T为
15、饱和状态。参阅习题4.2.2Q点变化过程中始终处在放大区。点变化过程中始终处在放大区。1 BJT的小信号建模的小信号建模2 共射极放大电路的小信号模型分析共射极放大电路的小信号模型分析 H参数的引出参数的引出 H参数小信号模型参数小信号模型 模型的简化模型的简化 H参数的确定参数的确定（意义、思路）（意义、思路）利用直流通路求利用直流通路求Q点点 画小信号等效电路画小信号等效电路 求放大电路动态指标求放大电路动态指标4.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以当放大电路的输入
16、信号电压很小时，就可以把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，把三极管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作从而可以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。线性电路来处理。由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。1、BJT的小信号建模的小信号建模 H参数的引出参数的引出在小信号情况下，对上两式取全微分得在
17、小信号情况下，对上两式取全微分得用小信号交流分量表示用小信号交流分量表示vbe=hieib+hrevceic=hfeib+hoevce 对于BJT双口网络，已知输入输出特性曲线如下：iB=f(vBE)vCE=constiC=f(vCE)iB=const可以写成：可以写成：BJT双口网络双口网络(1)BJT(1)BJT的的H H参数及小信号模型参数及小信号模型 三极管可以用一个模型（三极管可以用一个模型（只适用交流小信号只适用交流小信号 条件下条件下）来代替。）来代替。H 参数模型参数模型vBEvCEiBcebiCBJT共射接法共射接法 对于低频模型可以不考虑结电容的影响。对于低频模型可以不考虑
18、结电容的影响。小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变 也具有同样的含义。也具有同样的含义。（2 2）.BJT.BJT的小信号模型引出的小信号模型引出hfeibicvceibvbehrevcehiehoe即即 rbe=hie =hfe ur=hre rce=1/hoe一般采用习惯符号一般采用习惯符号则则BJT的的H参数模型为参数模型为 ibicvceibvbeur vcerberce ur很小，一般为很小，一般为10-3 10-4，rce很大，约为很大，约为100k。故一。故一般可忽略它们的影响，得到般可忽略它们的影响，得到简化电路简化电路。ib 是受控
19、源是受控源，且为电流，且为电流控制电流源控制电流源(CCCS)。电流方向与电流方向与ib的方向是关联的方向是关联的。的。.模型的简化模型的简化 一般用测试仪测出；一般用测试仪测出；rbe 与与Q点有关，一般用点有关，一般用公式估算公式估算：rbe=rbb+(1+)re其中对于低频小功率管其中对于低频小功率管 rb200 则则 而而 (T=300K).H参数的确定参数的确定为什么要乘以为什么要乘以（1+）？）？.用近似估算法求用近似估算法求Q Q点点：一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V，已知。已知。2、用、用H参数小信号模型分析参数小信号模型分析 共射极基本放大电路共射
20、极基本放大电路iBiCRbviRbRbviRcicvce+-交流通路交流通路RbviRcRL小信号模型小信号模型(H参数等效参数等效)电路电路（2 2）.画出小信号等效电路画出小信号等效电路.求电压增益求电压增益根据根据RbviRcRL则电压增益为则电压增益为小信号等效电路中电流小信号等效电路中电流电压的符号一律用相量电压的符号一律用相量可作为可作为公式公式.求输入电阻求输入电阻RbRcRLRi.求输出电阻求输出电阻RbRcRLRo令令Ro=Rc 1.如图所示放大电路的H参数小信号等效电路为图_。课堂练习课堂练习2.如图所示放大电路的H参数小信 号等效电路为图_。课堂练习课堂练习 3.电路如图
21、所示。试画出电路如图所示。试画出其小信号等效模型电路。其小信号等效模型电路。解：解：PNP型小信号模型小信号模型如何画型如何画？课堂练习课堂练习 解：解：（1）（2）2.放大电路如图所示。试求：（放大电路如图所示。试求：（1）Q点；（点；（2）、。已知已知=50。例题例题 温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响 温度变化对输入特性曲线的影响温度变化对输入特性曲线的影响 温度变化对温度变化对 的影响的影响 稳定工作点原理稳定工作点原理 放大电路指标分析放大电路指标分析 固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较4.4.1 温度对工作点的影响温度对工作点的影响4.4.2 射
22、极偏置电路射极偏置电路4.4.放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题4.4.1 温度对工作点的影响温度对工作点的影响1.温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响2.温度变化对输入特性曲线的影响温度变化对输入特性曲线的影响温度温度T 输出特性曲线上移输出特性曲线上移温度温度T 输入特性曲线左移输入特性曲线左移3.温度变化对温度变化对 的影响的影响温度每升高温度每升高1 C，要增加要增加0.5%1.0%温度温度T 输出特性曲线族间距增大输出特性曲线族间距增大总之：总之：ICBO ICEO T VBE IB IC 4.4.2 4.4.2 射极偏置电路射极偏置电路1.稳定工作点原理稳
23、定工作点原理目标：温度变化时，使目标：温度变化时，使I IC C维持恒定。维持恒定。如果温度变化时，如果温度变化时，b b点电位能基点电位能基本不变本不变，则可实现静态工作点的稳，则可实现静态工作点的稳定。定。T 稳定原理：稳定原理：IC IE IC VE、VB不变不变 VBE IB（反馈控制）（反馈控制）b点电位基本不变的条件：点电位基本不变的条件：I1 IB，此时，此时，不随温度变化而变化。不随温度变化而变化。VB VBE 且且Re可取可取大些，反馈控制作用更强。大些，反馈控制作用更强。一般取一般取 I1=(510)IB，VB=3V5V 图图4.4.1 射极偏置电路射极偏置电路 2 2 放
24、大电路指标分析放大电路指标分析静态工作点静态工作点输出回路：输出回路：输入回路：输入回路：电压增益：电压增益：画小信号等效电路画小信号等效电路确定模型参数确定模型参数 已知，求已知，求r rbebe增益增益电压增益电压增益根据定义根据定义则输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻RS输入电阻输入电阻2.放大电路指标分析放大电路指标分析输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻求输出电阻的等效电路求输出电阻的等效电路网络内独立源置零网络内独立源置零负载开路负载开路输出端口加测试电压输出端口加测试电压对回路对回路1和和2列列KVL方程方程r rcece对分析
25、过程影响很大，此处不能忽略对分析过程影响很大，此处不能忽略其中其中则则当当时，时，一般一般（）静态：静态：3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较3.固定偏流电路与射极偏置电路的比较固定偏流电路与射极偏置电路的比较 固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路电压增益：电压增益：RbviRcRL固定偏流共射极放大电路固定偏流共射极放大电路输入电阻：输入电阻：输出电阻：输出电阻：Ro=Rc#射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，射极偏置电路做如何改进，既可以使其具有温度稳定性，射极偏置电路做如何改进，既可以
26、使其具有温度稳定性，又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？又可以使其具有与固定偏流电路相同的动态指标？有旁路电容的射极偏置电路有旁路电容的射极偏置电路无旁路电容的射极偏置电路无旁路电容的射极偏置电路本章作业（本章作业（1 1）4.1.2；4.1.3；4.2.1；4.2.2；4.3.1；4.3.5；4.3.8：（a）（）（c）；4.3.9；4.3.11；谢谢观看/欢迎下载BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES.BY FAITH I BY FAITH