第2章 双极型三极管及其放大电路

1、第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 ( (Bipolar Junction Transistor，BJTBJT) )又称又称半导体三极管半导体三极管，由于工作时，多数载流子和少由于工作时，多数载流子和少数载流子都参与运行，因此，还被称为数载流子都参与运行，因此，还被称为双极型双极型晶体管，晶体管，或简称为或简称为晶体管、三极管晶体管、三极管。BJT是由是由两个两个PN结组成的。结组成的。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三

2、极管及其放大电路 常见三极管的外形和封装如下图所示。常见三极管的外形和封装如下图所示。三极管一般可分成两种类型：三极管一般可分成两种类型：NPN 和和 PNP 型。下型。下面主要以面主要以 NPN 型为例进行讨论。型为例进行讨论。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路常用的三极管的结构有常用的三极管的结构有硅平面管硅平面管和和锗合金管锗合金管两种类两种类型。型。NecNPb二氧化硅二氧化硅becPNP( (a) )平面型平面型( (NPN) )( (b) )合金型合金型( (PNP) )第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路NPN 型三极管结

3、构示意图和符号型三极管结构示意图和符号NNP集电区集电区集电极集电极 c基区基区基极基极 b发射区发射区发射极发射极 e集电结集电结发射结发射结ecb第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路PNP型型三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号集电区集电区集电极集电极 c基区基区基极基极 b发射区发射区发射极发射极 e集电结集电结发射结发射结NNPPNcbe第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论三极管中的两个三极管中的两个 PN 结结cNNPebbec表面看表面看三极管若实三极管若实现放大，必须从现

4、放大，必须从三极管内部结构三极管内部结构和和外部所加电源外部所加电源的极性的极性来保证。来保证。不具备不具备放大作用放大作用 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路三极管内部结构要求：三极管内部结构要求：NNPebcN N NP P P1. 发射区高掺杂。发射区高掺杂。2. 基区做得很薄基区做得很薄。通常只有。通常只有几微米到几十微米，而且几微米到几十微米，而且掺杂较掺杂较少少。三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使：外加电源的极性应使发射发射结处于正向偏置结处于正向偏置状态，而状态，而集电结处于反向偏置集电结处于反向偏置状态。状态。3. 集电结

5、面积大。集电结面积大。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路实验及测量实验及测量 三极管电流放大的实验电路如图所示，把三极管三极管电流放大的实验电路如图所示，把三极管接成两个回路：基极回路和集电极回路。接成两个回路：基极回路和集电极回路。 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 改变可变电阻改变可变电阻Rb，则基极电流，则基极电流IB、集电极电流、集电极电流IC和和发射极电流发射极电流IE都发生变化。测量结果如下表所示。都发生变化。测量结果如下表所示。IB/mA00.020.040.060.08IC/mA0.0010.701.502.303.

6、10IE/mA 1 1 时的一条输入特性来代表。时的一条输入特性来代表。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路输出特性输出特性iC=f(uCE) iB=常数常数 BCiiiC / mAuCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB = 00 5 10 154321放放大大区区截止区截止区饱饱和和区区 划分三个区：截止划分三个区：截止区、放大区和饱和区。区、放大区和饱和区。 (1)放大区：放大区：CBii条件：条件：发射结正偏发射结正偏集电结反偏集电结反偏特点特点：各条输出特性曲各条输出特性曲线比较平坦，线比较平坦，基本平行等距。基本平行等距。集电极电流和基极

7、电流集电极电流和基极电流体现体现放大作用，放大作用，即即第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路iC / mAuCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB = 00 5 10 154321截止区截止区（2） 截止区截止区 iB 0 的区域。的区域。两个结都处于反向偏置。两个结都处于反向偏置。iB= 0 时，时，iC = ICEO。 硅管约等于硅管约等于 1 A，锗管，锗管约为几十约为几十 至几百微安。至几百微安。截止区截止区截止区截止区iC=f(uCE) iB=常数常数 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路（3） 饱和区饱和区条件

8、条件：两个结均正偏：两个结均正偏IC / mAuCE /V100 A80A60 A40 A20 AIB =00 5 10 154321 特点特点：iC 基本上不随基本上不随 iB 而变化，在饱和区三极管失而变化，在饱和区三极管失去放大作用。去放大作用。 i C iB。 当当 uCB = 0 时，称时，称临界临界饱和饱和，uCE uBE时称为时称为过过饱和饱和。饱和管压降饱和管压降 UCES 0.4 V( (硅管硅管) )，UCESUBUE对对PNP型管有：型管有： UCUBUE 对于硅管对于硅管 UBE=0.60.8V 对于锗管对于锗管 UBE=0.10.3V判断依据为：判断依据为：判断步骤为

9、判断步骤为：1）先找电位差为）先找电位差为0.2V或或0.7V左右的电压，左右的电压，它们必为它们必为b极和极和e极，并可判断出硅管或锗管；极，并可判断出硅管或锗管； 2）再比较三个电压的大小，来确定是）再比较三个电压的大小，来确定是NPN型型 或或PNP型管型管 。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路例例 2.1.3若测得放大电路中的两个三极管各极电位分别如若测得放大电路中的两个三极管各极电位分别如下，试判断它们是下，试判断它们是NPN型管还是型管还是PNP型管，是硅管还是锗管并型管，是硅管还是锗管并确定每管的确定每管的b，c，e电极。电极。 第第2 2章章 双极

10、型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路3. 根据三极管各极电位，判断三极管的工作状态根据三极管各极电位，判断三极管的工作状态对对NPN型管有：型管有：当当UBE死区电压，死区电压，UCEUBE，三极管处于放大状态；，三极管处于放大状态；当当UBE死区电压，死区电压，UCE死区电压，三极管截止；死区电压，三极管截止；当当UBE死区电压，死区电压，UCEUBE，三极管处于放大状态；，三极管处于放大状态；当当UBEUBE，三极管处于饱和状态。，三极管处于饱和状态。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路三极管的连接方式三极管的连接方式+RbC2VBBC1TICIBVCC

11、Rc+( (a) )共发射极接法共发射极接法ICIE+C2+C1VEEReVCCRc( (b) )共基极接法共基极接法1.电流放大系数电流放大系数是表征管子放大作用的参数。有以下几个：是表征管子放大作用的参数。有以下几个：第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 (1) 共射电流放大系数共射电流放大系数 BCII (2) 共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数 忽略穿透电流忽略穿透电流 ICEO 时，时，BCII (3) 共基电流放大系数共基电流放大系数 ECII (4) 共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数 忽略反向饱和电流忽略反向饱和电流 ICBO 时，时，E

12、CII 和和 这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为：这两个参数不是独立的，而是互相联系，关系为： 1 1或或第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路2.反向饱和电流反向饱和电流（1）集电极和基极之间的反向饱和电流）集电极和基极之间的反向饱和电流 ICBO（2）集电极和发射极之间的反向饱和电流）集电极和发射极之间的反向饱和电流 ICEO( (a) )ICBO测量电测量电路路( (b) )ICEO测量电测量电路路ICBOceb AICEO Aceb 小功率锗管小功率锗管 ICBO 约为几微约为几微安；硅管的安；硅管的 ICBO 小，有的为纳小，有的为纳安数量级。安数量

13、级。当当 b 开路时，开路时， c 和和 e 之间的电流之间的电流CBOCEO)1(II 值愈大，则该管的值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。也愈大。 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路3. 极限参数极限参数（1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流 ICM 当当 iC 过大时，三极管的过大时，三极管的 值要减小。在值要减小。在 iC = ICM 时，时， 值下降到额定值的值下降到额定值的2/3。（2）集电极最大允许耗散功率）集电极最大允许耗散功率 PCM过过损损耗耗区区安安全全 工工 作作 区区 将将 iC 与与 uCE 乘积等于规乘积等于规定的定的 PCM

14、值各点连接起来，值各点连接起来，可得一条双曲线。可得一条双曲线。iCuCE PCM 为过损耗区为过损耗区iCuCEoPCM = iCuCE安安全全 工工 作作 区区安安全全 工工 作作 区区过过损损耗耗区区过过损损耗耗区区三极管的安全工作区三极管的安全工作区第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路（3） 极间反向击穿电压极间反向击穿电压外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。外加在三极管各电极之间的最大允许反向电压。U(BR)CEO：基极开路：基极开路时，集电极和发射极之间时，集电极和发射极之间的反向击穿电压。的反向击穿电压。U(BR)CBO：发射极开：发射极开路时，

15、集电极和基极之间路时，集电极和基极之间的反向击穿电压。的反向击穿电压。安全工作区安全工作区同时要受同时要受 PCM、ICM 和和U(BR)CEO限制。限制。过过电电压压iCU(BR)CEOuCEO过过损损耗耗区区安安全全 工工 作作 区区ICM过流区过流区三极管的安全工作区三极管的安全工作区第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路温度变化对管子参数的影响主要表现有：温度变化对管子参数的影响主要表现有： 温度每升高温度每升高10，ICBO大致将增加大致将增加一倍一倍，说明，说明ICBO将将随温度按随温度按指数规律指数规律上升。上升。1.温度对温度对UBE的影响的影响温度每

16、升高温度每升高1，UBE约下降约下降2mV。 2.温度对温度对ICBO的影响的影响 3.温度对温度对的影响的影响输出特性曲线的距离随温度的输出特性曲线的距离随温度的升高升高而而增大增大。 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 综上所述：综上所述：温度对温度对UBE，ICBO，的影响，将使的影响，将使IC随随温度上升而增加，这将严重地影响三极管的工作状态。温度上升而增加，这将严重地影响三极管的工作状态。 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 按按功能及用途功能及用途分：有放大管、开关管、复合管分：有放大管、开关管、复合管(达达 林顿管林顿管

17、)和高反压管等；和高反压管等；按按 工作工作 频频 率率 分：分： 有低频管、高频管及超高频管等；有低频管、高频管及超高频管等；按按 材材 料料 分：分： 硅管和锗管；硅管和锗管；按按 掺掺 杂杂 方式方式 分：分： NPN型和型和PNP型管。型管。 1. 类型类型 按按耗耗 散散 功率功率 分：分： 小功率三极管、中功率三极管和小功率三极管、中功率三极管和 大功率三极管等大功率三极管等;第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路第二位：第二位：A锗锗PNP管、管、B锗锗NPN管管 C硅硅PNP管、管、D硅硅NPN管管 第三位：第三位：X低频小功率管、低频小功率管、D低频

18、大功率管低频大功率管 G高频小功率管、高频小功率管、A高频大功率管、高频大功率管、K开关管开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：国家标准对半导体器件型号的命名举例如下：3DG110B第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路3. 三极管的选用原则三极管的选用原则 (1)考虑三极管工作性能的考虑三极管工作性能的稳定稳定，在同一型号的管子中，在同一型号的管子中，应选应选反向电

19、流小反向电流小的。的。 值不宜选得过高，否则管子性能不稳定。值不宜选得过高，否则管子性能不稳定。 (2)若要求管子的反向电流小，工作温度高，则应选硅管；若要求管子的反向电流小，工作温度高，则应选硅管；而当要求导通电压较低时，则应选锗管。而当要求导通电压较低时，则应选锗管。 (3)若要求工作频率高，则选用高频管或超高频管；若用若要求工作频率高，则选用高频管或超高频管；若用于开关电路，则应选用开关管。于开关电路，则应选用开关管。 (4)考虑三极管的安全工作条件，管子用作放大器件时必考虑三极管的安全工作条件，管子用作放大器件时必须工作在须工作在安全区，安全区，注意注意PCM、ICM、U(BR)CEO

20、的值。的值。 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路4. 三极管的检测三极管的检测 以半圆塑封以半圆塑封s9014，s9013，s9015，s9012，s9018系列的晶体小功率三极管为例，说明管脚的判别。系列的晶体小功率三极管为例，说明管脚的判别。 (1)把显示文字平面朝自己，三极管的三个管脚朝下，把显示文字平面朝自己，三极管的三个管脚朝下，从从左向右左向右依次为发射极依次为发射极e 、基极、基极b 、集电极、集电极c ，如图所示。，如图所示。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 （2）用万用表测量三极管的三个极的方法。）用万用表测量三极

21、管的三个极的方法。 用万用表用万用表R100或或R1k挡测量管子三个电极中每两挡测量管子三个电极中每两个极之间的正、反向电阻值。个极之间的正、反向电阻值。 判定三极管的基极判定三极管的基极 判定判定NPN型管的基极型管的基极：先用黑表笔接某一管脚，红表笔先：先用黑表笔接某一管脚，红表笔先后接另外两个引脚，测得两个电阻值。再用黑表笔换接另一后接另外两个引脚，测得两个电阻值。再用黑表笔换接另一引脚，重复以上步骤，直至测得引脚，重复以上步骤，直至测得两个电阻值都很小两个电阻值都很小，则，则黑黑表笔表笔所接的那个引脚即为所接的那个引脚即为基极基极b。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管

22、及其放大电路 2)测试三极管的测试三极管的c、e的方法的方法 测试测试NPN三极管的三极管的c、e的方法的方法：先将基极悬空，把：先将基极悬空，把万用笔的红、黑表笔分别接其余两个引脚，万用表的指针万用笔的红、黑表笔分别接其余两个引脚，万用表的指针指在无穷大，接着用手同时捏住基极指在无穷大，接着用手同时捏住基极b与黑表笔所接的引与黑表笔所接的引脚，然后观察指针向右偏转的幅度。然后交换红黑表笔，脚，然后观察指针向右偏转的幅度。然后交换红黑表笔，再次用手同时捏住基极再次用手同时捏住基极b与黑表笔所接的引脚，然后观察与黑表笔所接的引脚，然后观察指针偏转的幅度。比较两次测量中表针向右摆动的幅度，指针偏转

23、的幅度。比较两次测量中表针向右摆动的幅度，找出摆动幅度大的一次，此时黑表笔接的是集电极找出摆动幅度大的一次，此时黑表笔接的是集电极c，红，红表笔接的是发射极表笔接的是发射极e。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 1光电三极管光电三极管 光电三极管又称光电三极管又称光敏三极管光敏三极管，它最常用的材料是硅，它靠，它最常用的材料是硅，它靠光的光的照射强度照射强度来控制电流的大小。它可等效看作一个光电二来控制电流的大小。它可等效看作一个光电二极管与一个三极管的结合，所以它具有极管与一个三极管的结合，所以它具有放大作用放大作用。等效电路。等效电路和符号如图所示，一般仅引出

24、集电极和发射极，其外形与发和符号如图所示，一般仅引出集电极和发射极，其外形与发光二极管一样，它常作光二极管一样，它常作温度补偿温度补偿用。用。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路光电三极管输出特性与一般晶体三极管特性相似，差别光电三极管输出特性与一般晶体三极管特性相似，差别仅在于光电三极管的仅在于光电三极管的参变量参变量是入射的是入射的光照度光照度E。如图所示。如图所示。当无光照时，就是当无光照时，就是穿透电流穿透电流ICEO，称为，称为暗电流暗电流，温度每，温度每上升上升25oC，ICEO约上升约上升10倍。当有光照时，称为倍。当有光照时，称为光电流光电流，当，当

25、管压降管压降uCE足够大时，足够大时，iC仅决定于入射的仅决定于入射的光照度光照度E。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路2光耦合器光耦合器光耦合器（光耦合器（英文缩写为英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称）亦称光电隔离器，简称光耦光耦。它是以它是以光光为媒介来传输电信号的器件，通常把为媒介来传输电信号的器件，通常把发光器发光器（如发（如发光二极管）与光二极管）与受光器受光器（如光电三极管、光电二极管等）封装（如光电三极管、光电二极管等）封装在在同一管壳内同一管壳内，常用的三极管型，常用的三极管型光电耦合器光电耦合器原理图如图所示。原理图如图所示。第第2 2章章 双

26、极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路光耦合器光耦合器可以实现可以实现 “电电光光电电”转换。它的输入转换。它的输入回路与输出回路之间回路与输出回路之间各自独立各自独立，没有，没有电气联系电气联系，也没有，也没有共地共地，因而具有良好的，因而具有良好的电绝缘能力电绝缘能力和和抗干扰能力抗干扰能力，可起，可起到很好的到很好的安全保障安全保障作用，甚至输入信号线短接时，也不作用，甚至输入信号线短接时，也不会损坏仪表。会损坏仪表。因为输入回路和输出回路之间可以承受因为输入回路和输出回路之间可以承受几几千伏千伏的高压，并且工作稳定，无触点，使用寿命长，传的高压，并且工作稳定，无触点，使用寿命长

27、，传输效率高，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦输效率高，现已广泛用于电气绝缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信隔离、级间隔离、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光线性光耦合器耦合器可构成可构成光耦反馈电路光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压

28、的目的。变占空比，达到精密稳压的目的。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 在模拟电子电路中，在模拟电子电路中，放大电路放大电路是最是最常用常用、最、最重要重要的一的一种单元电路。它利用放大器的种单元电路。它利用放大器的控制作用控制作用把微弱的电信号进把微弱的电信号进行放大，从而满足负载行放大，从而满足负载(如喇叭、显示仪表等如喇叭、显示仪表等)的需要。的需要。 本质：本质：实现能量的控制。实现能量的控制。在放大电路中提供一个能源，由在放大电路中提供一个能源，由能量较小能量较小的输入信号的输入信号控制这

29、个能源，使之输出控制这个能源，使之输出较大的能量较大的能量，然后推动负载。，然后推动负载。放大的对象是放大的对象是变化量。变化量。元件：元件：双极型三极管和场效应管。双极型三极管和场效应管。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路VT：NPN 型三极管，为型三极管，为放大元件放大元件；VCC：为输出信号提供能量；为输出信号提供能量；RC：将电流将电流iC的变化的变化转化为集电极电压的变化，转化为集电极电压的变化，传送到电路的输出端；传送到电路的输出端；VBB 、Rb：使发射结使发射结正向偏置，提供静态基正向偏置，提供静态基极电流极电流( (静态基流静态基流) )。C1、

30、C2：耦合电容，作用是耦合电容，作用是“隔直通交隔直通交”。 发射极发射极是输入和输出回路的公共端，所以电路称为共发是输入和输出回路的公共端，所以电路称为共发射极基本放大电路，简称射极基本放大电路，简称共射放大电路共射放大电路。 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路1. 放大作用放大作用 输入端有一个输入端有一个变化量变化量ui时时,电路中将产生以下电路中将产生以下变化过程：变化过程：iBEBCBoCECC ( ) () uuiiiuui R 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路2组成放大组成放大电路的原则电路的原则原理电路的缺点：原理电

31、路的缺点：(1) 双电源供电；双电源供电；( 2) uI、uO 不共地。不共地。 （1）外加直流电源的极性必须使外加直流电源的极性必须使发射结正偏，发射结正偏，集电结反偏集电结反偏。 （2）输入回路应使输入回路应使输入电压输入电压ui能够传送到三极管的基极回能够传送到三极管的基极回路，使基极电流产生相应的路，使基极电流产生相应的变化量变化量 iB。 （3）输出回路应使输出回路应使变化量变化量 iC转化为转化为 uCE，并送到放大，并送到放大电路的电路的输出端输出端。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路为了使电路图清晰，采用放大电路的简化法。为了使电路图清晰，采用放大

32、电路的简化法。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 （1）直流分量）直流分量大大大大，如，如IB、IC、UCE等。等。 （2）交流分量的瞬时值）交流分量的瞬时值小小小小，如，如ib、ic、uce等；等；有效值有效值大小大小，如，如Ib、Ic、Uce等；幅值是在有效值基础等；幅值是在有效值基础上加上加“m”下标，如下标，如Ibm、Icm、Ucem等。等。 （3）总电压（或总电流）的瞬时值）总电压（或总电流）的瞬时值小大小大，如，如iB、uCE等，其中等，其中iB=IB+ib，uCE=UCE+uce。 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路1.

33、 放大倍数放大倍数) )( (电压放大倍数电压放大倍数uA iA电流放大倍数 ()()ioUUAu ioIIAi 放大电路技术指标测试图放大电路技术指标测试图第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路2. 输入电阻输入电阻 Ri 从放大电路输入端看进去的等效电阻。从放大电路输入端看进去的等效电阻。iiiIUR 一般来说，一般来说， Ri越大越好。越大越好。（1）Ri越大，越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时，）当信号源有内阻时， Ri越大，越大， ui就越接近就越接近us。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路

34、双极型三极管及其放大电路3. 输出电阻输出电阻 Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。从放大电路输出端看进去的等效电阻。测试测试 Ro：sLoo0oURURI输入端正弦电压输入端正弦电压 ，分别测量空载和输出端接负载，分别测量空载和输出端接负载 RL 的输出电压的输出电压 、 。oU iUoULooo)1(RUUR 输出电阻愈小，带负载能力愈强。输出电阻愈小，带负载能力愈强。LoLooRRRUU 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路uAOffLfHBWAum0.707AumfL ：下限频率：下限频率fH ：上限频率：上限频率BW ：通频带：通频带BW = fH fL

35、4. 通频带通频带5. 最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度输出波形无明显失真时的最大输出电压输出波形无明显失真时的最大输出电压( (或最大输出或最大输出电流电流) ) ，常用有效值表示，常用有效值表示( (Uom 、Iom) )。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路6. 最大输出功率与效率最大输出功率与效率 输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号输出不产生明显失真的最大输出功率。用符号 Pom表示。表示。VomPP ：效率：效率PV：直流电源消耗的功率：直流电源消耗的功率直流电源能量的利用率称为效率。直流电源能量的利用率称为效率。 第第2 2章章 双极型三极管及

36、其放大电路双极型三极管及其放大电路 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路放大电路定量分析放大电路定量分析静态分析静态分析动态分析动态分析微变等效电路法微变等效电路法 图解法图解法分析方法分析方法 放大电路建立合适的静态，是保证动态工作的前提。放大电路建立合适的静态，是保证动态工作的前提。 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 直流通路的画法：直流通路的画法：将交流电压源及电感短路，电容开将交流电压源及电感短路，电容开路。路。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路bBEQCCBQRUVI硅管硅管 UBEQ = (0

37、.6 0.8) V锗管锗管 UBEQ = (0.1 0.2) VICQ IBQUCEQ = VCC ICQ Rc第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路【例例】图示电路中，已知图示电路中，已知VCC = 12 V， Rb =300 k ， Rc = 4K ，NPN 硅管的硅管的 = 50，试估算电路的静态工，试估算电路的静态工作点。作点。解：解：设设 UBEQ = 0.7 VA 40mA )30012(bBEQCCBQ bCCRVRUVIICQ IBQ = (50 0.04) mA = 2 mAUCEQ = VCC ICQ Rc = (12 2 4)V = 4 V第第2

38、 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 图解法图解法是在三极管的输入、输出特性曲线上，用是在三极管的输入、输出特性曲线上，用作图作图的的方法对放大电路进行分析。对直流工作状态来说，就是在特方法对放大电路进行分析。对直流工作状态来说，就是在特性曲线上，用作图的方法确定出性曲线上，用作图的方法确定出静态工作点静态工作点。 直流负载线直流负载线该直线是由直流通路得出的，且与集电该直线是由直流通路得出的，且与集电极负载电阻极负载电阻Rc有关。有关。 方法：方法：根据根据 uCE = VCC iCRc 式确定两个特殊点式确定两个特殊点cCCCCECCCEC 0 0 RViuVui 时

39、，时，当当时，时，当当第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路输出回路输出回路Q由静态工作点由静态工作点 Q 确定的确定的 ICQ、UCEQ 为静态值。为静态值。图解分析静态步骤：图解分析静态步骤： (1) 用用估算估算法算出法算出IBQ。 (2) 画出三极管的画出三极管的输出特性曲线输出特性曲线。 (3) 作出作出直流负载线直流负载线，直流负载线与，直流负载线与IBQ对应的输出特性对应的输出特性曲线的曲线的交点交点，就是静态工作点，就是静态工作点Q。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路图图 ( (a) )【例例】在在图示电路图示电路(a)中

40、，已知中，已知 VCC = 12 V， Rb = 300 k ，Rc = 3 k ，三极管的输出特性曲线如图，三极管的输出特性曲线如图(b)所所示示 ，试用图解法确定静态工作点。，试用图解法确定静态工作点。解：解：首先估算首先估算 IBQCCBEQBQbb12()mA40 A280CCVUVIRR作直流负载线，确定作直流负载线，确定 Q 点点根据根据 UCEQ = VCC ICQ RciC = 0，uCE = 12 VuCE = 0，iC = 4 mA第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路0iB = 0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQI

41、BQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 VuCE /V由由 Q 点确定静态值为点确定静态值为iC /mA图图 ( (b) )第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路动态分析方法动态分析方法图解分析法图解分析法微变等效电路分析法微变等效电路分析法 交流通路的画法：交流通路的画法： 直流电压源短路，电容直流电压源短路，电容短路。短路。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路输出端接入负载输出端接入负载RL：不影响不影响Q， 影响动态！影响动态！LLc/RRR 交流

42、负载线交流负载线 工作点在输出特性上移动工作点在输出特性上移动画出的轨迹。画出的轨迹。交流负载线斜率为：交流负载线斜率为：DC交流负载线交流负载线 直流负载线直流负载线 IC/mA4321O4812162080mAA60mA40mA20mAuCE/VQcL(/)cecui RRLci R 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路动态工作情况图解分析动态工作情况图解分析输入回路工作情况输入回路工作情况0.680.72 uBE iBtQ000.7t6040200uBE/ViB / AuBE/ViBUBE第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路交流负载

43、线交流负载线直流负载线直流负载线4.57.5 uCE912t0ICQiC / mA0IB = 4 0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQ iC输出回路工作情况输出回路工作情况第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路电压电流波形电压电流波形 结论：结论：（1 1）放大电路中）放大电路中的信号是交直流共存，可表的信号是交直流共存，可表示成：示成：BEBEbeBBbCCcCECEceuUuiIiiIiuUu 虽然交流量可正负变化，虽然交流量可正负变化，但瞬时量但瞬时量方向方向始终始终不变不变。 （2 2）输出）输出u uo o与输入与输入u

44、 ui i相比，相比，幅度被幅度被放大放大了。了。 （3 3）输出）输出u uo o与输入与输入u ui i相位相位相反。相反。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 Q点应尽量设在点应尽量设在交流负载线上线段交流负载线上线段AB的的中点中点。若若CD = DE，则则22omDECDU 22minomDECDU，3. 3. 最大不失真输出幅度最大不失真输出幅度第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路晶体管在小信号晶体管

45、在小信号( (微变量微变量) )情况下工作时，可以在静情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的用直线段近似地代替三极管的特性曲线特性曲线，三极管就可以，三极管就可以等效为一个等效为一个线性线性元件元件。这样就。这样就可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个可以将非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。线性电路。微变等效条件微变等效条件研究的对象仅仅是研究的对象仅仅是变化量变化量信号的信号的变化范围很小变化范围很小第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路（1 1）h h参数的引出参数的引出cbe +u

46、BE +uCE iCiB三极管在共射接法时的双端口网络三极管在共射接法时的双端口网络),(CEB1BEuifu ),(CEB2Cuifi 求变化量：求变化量：在小信号情况下在小信号情况下：cerebiebeuhihu ceoebfecuhihi BBEBEBEBBd|d|dCEuiCECEuuuiuiuBBBd|d|dCECCCuiCECEiiiiuiu第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路各各h h参数的物理意义：参数的物理意义：CEBBEieuiuh BCEBEreiuuh iBuBE uBE iB输出端交流短路时的输入电阻，用输出端交流短路时的输入电阻，用r r

47、bebe表示。表示。输入端开路时的电压反馈系数，输入端开路时的电压反馈系数，用用r r表示。表示。iBuBE uBE uCE第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路CEBCfeuiih BCECoeiuih iC iBiCuCE输出端交流短路时的电流放大系数，输出端交流短路时的电流放大系数，用用表示。表示。输入端开路时的输出电导，用输入端开路时的输出电导，用1/rce表示。表示。iCuCE iC uCE第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路（2 2）简化的）简化的h参数等效电路参数等效电路ibicbce晶体三极管晶体三极管ube+ +- -uc

48、e+ +- -icib ib微变等效电路微变等效电路ube+ +- -uce+ +- -rbebec第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路（3 3）rbe的估算公式的估算公式c beiBiCiEbb r berer e b BEB bbE beB bbB be1ui ri ri ri r流过发射结的总电流：流过发射结的总电流：BETES1uUiIe因为因为UBEUTrbb ：基区体电阻基区体电阻。r b e ：基射之间结电阻。基射之间结电阻。欧姆，可忽略。欧姆，可忽略。只有几只有几：发射区体电阻，一般：发射区体电阻，一般 er BETESuUiI e第第2 2章章 双

49、极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路BETESEbeBETT1uUdiIierduUUEEQiITbeEQEQ26()()UmVrIImABEbebbBEQ26(mV)1(mA)durrdiI由于在由于在Q Q点附近比较小的变化范围内，点附近比较小的变化范围内，从而得出从而得出把上式带入式把上式带入式u ubebe，并对，并对i iB B求导可得求导可得 再对再对uBE求导数，得到求导数，得到 的倒数的倒数 b er第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 2. 2. 单管共射放大电路的微变等效电路单管共射放大电路的微变等效电路由微变等效电路可得由微变等效电路

50、可得 ibbeUI rOLbL cUI RI R 而beLio rRUUAu 所以所以)/(LcLRRR Ri = rbe / Rb Ro = RcRBRCuiuORL+ + +- - -RSeS+ +- -ibicbceiiibiceSrbe ibRBRCRLebcui+ +- -uo+ +- -+ +- -RSii微变等效电路微变等效电路第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路利用微变等效电路法分析放大电路的一般步骤：利用微变等效电路法分析放大电路的一般步骤：(1)(1)利用图解法或近似估算法确定放大电路的利用图解法或近似估算法确定放大电路的静态工作点静态工作点Q

51、Q。(2)(2)由由Q Q点求出电路参数点求出电路参数 和和rbe。 (3) (3)画出放大电路的画出放大电路的交流通路交流通路，然后用三极管的等效电路，然后用三极管的等效电路代替三极管，即可得到放大电路的代替三极管，即可得到放大电路的微变等效电路微变等效电路。 (4)(4)列出电路方程，计算放大电路的列出电路方程，计算放大电路的动态指标动态指标。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路,2,500 ,cLeRRKR50,三极管的uA 例例 2.4.1在下图所示的放大电路中，已知在下图所示的放大电路中，已知VCC=12V, Rb=260k电路的电路的电压放大倍数电压放大

52、倍数、输入电阻输入电阻Ri和输出电阻和输出电阻Ro。试计算该试计算该解解：（1）确定静态工作点）确定静态工作点Q根据直流通路计算如下：根据直流通路计算如下：BQbBEQEQeCCIRUIRVCCBEQBQbe1120.7mA0.04mA26051 0.5VUIRRCQBQ50 0.04mA2mAIIEQCQ2mAII第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 首先画出放大电路的微首先画出放大电路的微变等效电路变等效电路 bebbEQ51 26(3002)6(mV)(1)9632rrI LcL2 2k1k22/ /RRR Lbee5(1)0 11.890.96351 0.5

53、uRArR ibeeb0.96351 0.52600.96351 0.52601/ /RrRRkoc2kRR不考虑三极管不考虑三极管c、e之之间的等效内阻间的等效内阻rce, 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对管子三极管是一种对温度十分敏感的元件。温度变化对管子参数的影响主要有：参数的影响主要有： (2) UBE 改变。改变。UBE 的温度系数约为的温度系数约为 2 mV/ C，即温度，即温度每升高每升高 1 C，UBE 约下降约下降 2 mV 。 (1

54、) 改变。改变。温度每升高温度每升高 1 C， 值约增加值约增加 0.5% 1 %， 温度系数分散性较大。温度系数分散性较大。 (3) ICBO 改变。改变。温度每升高温度每升高 10 C ，ICBQ 大致将增加一倍，大致将增加一倍，说明说明 ICBQ 将随温度按指数规律上升。将随温度按指数规律上升。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 温度升高时，三极管的参数会发生变化，这些温度升高时，三极管的参数会发生变化，这些变化都将使变化都将使 IC 增大，增大，Q 上移，波形容易失真。上移，波形容易失真。iCuCEOiBQCCCRVVCCQ T = 20 C T = 50

55、 C三极管在不同环境下温度 的输出特性曲线第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路1. 电路组成及工作原理电路组成及工作原理射极偏置电路射极偏置电路C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB分压式工作点稳定电路分压式工作点稳定电路由于由于 UBQ 不随温度变化不随温度变化电流负反馈式工作点稳定电路电流负反馈式工作点稳定电路T ICQ IEQ UEQ UBEQ ( (= UBQ UEQ) ) IBQ ICQ 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路2. 静态与动态分析静态与动态分析（1）静态分析）静态分析C1

56、RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB由于由于 IR IBQ， 可得可得( (估算估算) )CCb2b1b1BQVRRRU eBEQBQeEQEQCQ RUURUII 则则)(ecCQCCeEQcCQCCCEQRRIVRIRIVU 静态基极电流静态基极电流 CQBQII 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路（2）动态分析）动态分析C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuiRcRb2+VCCRL+ uiuoRb1Re beLrRAu )/(LcLRRR cob2b1bei/RRRRrR ibice

57、Srbe ibRBRCRLEBCui+ +- -uo+ +- -+ +- -RSii第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路50(2)(2)如果电路其他参数不变，换上如果电路其他参数不变，换上 的三极管，则电路的的三极管，则电路的、输入电阻输入电阻Ri和输出电阻和输出电阻Ro。静态工作点有无变化？静态工作点有无变化？C1RcRb2+VCCC2RL+ +CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB解解： (1) a) 确定静态工作点确定静态工作点Q b2BQCCb1b2512V3V155RUVRRBQBEQCQEQe30.7mA1mA2.3UUIIRCEQCCCQce1

58、2 14(2.3V5.)7VUVIRR CQBQ1mA3330IAIb2cLe,5,4k ,2.3k ,RKRRR 例例2.5.1 在图所示的分压式工作点稳定电路中，已在图所示的分压式工作点稳定电路中，已知知VCC=12V, Rb1=15k三极管的三极管的uA(1)(1)试计算该电路的电压放大倍数试计算该电路的电压放大倍数30。第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 b) 动态指标的计算动态指标的计算bebbEQ31 26(30026(mV)(1)1.1)k1rrI 4 44 4Lk2/ /kLcRRR Lube30 254.61.1RAr ib1b2be10.838

59、301111551.1/ / /KRrKRR oc4kRR(2)(2)如果如果50，由以上估算过程可知，除了由以上估算过程可知，除了IBQ外，外，其他静态值均保持不变。其他静态值均保持不变。 CQBQ1mA20A50II第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路三种基本接法三种基本接法共射组态共射组态共集组态共集组态共基组态共基组态 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路1. 静态分析静态分析由基极回路求得静态基极电流由基极回路求得静态基极电流ebBEQCCBQ)1(RRUVI B

60、QCQII 则则eCQCCeEQCCCEQRIVRIVU 第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路(1)电压放大倍数电压放大倍数oeLbe(1)UI RI Rebbebeebebi)1(RIrIRIrIU oebeei(1)(1)uURArRULeL/ /RRR 结论：电压放大倍数恒小于结论：电压放大倍数恒小于 1，而接近，而接近 1，且输出电，且输出电压与输入电压同相，又称压与输入电压同相，又称射极跟随器。射极跟随器。2.动态分析动态分析第第2 2章章 双极型三极管及其放大电路双极型三极管及其放大电路(2)输入电阻输入电阻ib beeLb beeL(1)UI rI R