湖南大学微电子电路晶体管放大电路

1、122.4.1 BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理1. 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。 发射区：发射载流子发射区：发射载流子集电区：收集载流子集电区：收集载流子基区：传送和控制载流子基区：传送和控制载流子 （以（以NPN为例）为例） 载流子的传输过程载流子的传输过程3 三极管的放大作用，主要是依靠它的发射三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。实现的。2

2、.4.1 BJT的电流分配与放大原理的电流分配与放大原理实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基区发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄，集电极面积大，易于杂质浓度，且基区很薄，集电极面积大，易于收集电子。收集电子。（2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结反发射结正向偏置，集电结反向偏置。向偏置。42.4.2 共射极放大电路共射极放大电路 电路组成电路组成 简化电路及习惯画法简化电路及习惯画法 简单工作原理简单工作原理 放大电路的静态和动态放大电路的静态和动态 直流通路和交流通路直流通路和交流通路51. 电路组成

3、电路组成61. 电路组成电路组成输入回路（基极回路）输入回路（基极回路）输出回路（集电极回路）输出回路（集电极回路）72. 简化电路及习惯画法简化电路及习惯画法习惯画法习惯画法 共射极基本放大电路共射极基本放大电路83. 简单工作原理简单工作原理Vi=0Vi=Vsin t94. 放大电路的放大电路的静态和动态静态和动态 静态：静态：输入信号为零（输入信号为零（vi= 0 或或 ii= 0）时，放）时，放大电路的工作状态，也称大电路的工作状态，也称直流工作状态直流工作状态。 动态：动态：输入信号不为零时，放大电路的工作输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称状态，也称交流工作状态交流工作状态。

4、 电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在特性曲线上电路处于静态时，三极管各电极的电压、电流在特性曲线上确定为一点，称为确定为一点，称为静态工作点静态工作点，常称为，常称为Q点。一般用点。一般用IB、 IC、和、和VCE （或（或IBQ、ICQ、和、和VCEQ ）表示。）表示。105. 直流通路和交流通路直流通路和交流通路交流通路交流通路 直流通路直流通路 耦合电容：通交流、隔直耦合电容：通交流、隔直流流 直流电源：内阻为零直流电源：内阻为零 直流电源和耦合电容对直流电源和耦合电容对交流相当于短路交流相当于短路 共射极放大电路共射极放大电路交直共存，通路有别交直共存，通路有别11TVBBCb

5、RcRb(a)TVCCCb1RcCb2(b)(c)T-VCCCb1RcCb2RcT+VCCCb1RcCb2Rc(d)(f)TVCCCb1RcCb2VBBRbT-VCCCb1RcCb2(e)1. 下列下列af电路哪些具有放大作用？电路哪些具有放大作用？PNP: vc=0, 无；无；NPN：设：设vb=Vcc=-10,vc=-5-10, 故故vcb0,集电结正偏集电结正偏判据：发射结正偏，集电结反偏判据：发射结正偏，集电结反偏(c)PNP: RbRc,设设Vcc=-10,vb=-5, vc=-2,vcb0,集电结正偏集电结正偏(d)NPN:RbRc,设设vb=Vcc=10,vb=5,vc=2,vb

6、c0, 集电结正偏集电结正偏(e)PNP: vi0时发射结才正偏时发射结才正偏(f)NPN:vb0, 发射结反偏，发射结反偏，vc0, 集电结正偏集电结正偏思考题思考题122 图解分析法图解分析法 用近似估算法求静态工作点用近似估算法求静态工作点 用图解分析法确定静态工作点用图解分析法确定静态工作点 交流通路及交流负载线交流通路及交流负载线 输入交流信号时的图解分析输入交流信号时的图解分析 BJT的三个工作区的三个工作区 输出功率和功率三角形输出功率和功率三角形 1 静态工作情况分析静态工作情况分析 2 动态工作情况分析动态工作情况分析 13 共射极放大电路共射极放大电路 1 静态工作情况分析

7、静态工作情况分析1. 用近似估算法求静态工作点用近似估算法求静态工作点cCCCCEBCbBECCBRIVVIIRVVI根据直流通路可知：根据直流通路可知： 采用该方法，必须已知三极管的采用该方法，必须已知三极管的 值值。一般硅管一般硅管VBE=0.7V，锗管，锗管VBE=0.2V。直流通路直流通路+-14 采用该方法分析静态工作点，必须已知三极采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输入输出特性曲线。管的输入输出特性曲线。 共射极放大电路共射极放大电路2. 用图解分析法确定静态工作点用图解分析法确定静态工作点 首先，画出直流通路首先，画出直流通路直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+-

8、1 静态工作情况分析静态工作情况分析15直流通路直流通路IBVBE+-ICVCE+- 列输入回路方程：列输入回路方程：VBE =VCCIBRb 列输出回路方程（直流负载线）：列输出回路方程（直流负载线）：VCE=VCCICRc 在输入特性曲线上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 VBE =VCCIBRb，两，两线的交点即是线的交点即是Q点，得到点，得到IBQ。 在输出特性曲线上，作出直流负载线在输出特性曲线上，作出直流负载线 VCE=VCCICRc，与与IBQ曲线的交点即为曲线的交点即为Q点，从而得到点，从而得到VCEQ 和和ICQ。vCEiC斜斜率率 -1RcRcVCCVCCvCEiC斜斜

9、率率 -1RcIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQICQIBQRcVCCVCCvCEiC16 2 动态工作情况分析动态工作情况分析由交流通路得纯交流负载线：由交流通路得纯交流负载线： 共射极放大电路共射极放大电路交流通路交流通路icvce+-vce= -ic (Rc /RL) 因为交流负载线必过因为交流负载线必过Q点，即点，即 vce= vCE - VCEQ ic= iC - ICQ 同时，令同时，令R L = Rc/RL1. 交流通路及交流负载线交流通路及交流

10、负载线则交流负载线为则交流负载线为vCE - VCEQ= -(iC - ICQ ) R L 即即 iC = (-1/R L) vCE + (1/R L) VCEQ+ ICQ斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1Rc斜斜率率1Rc/ RLQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC 过输出特性曲线上过输出特性曲线上的的Q点做一条斜率为点做一条斜率为-1/R L 直线，该直线即直线，该直线即为交流负载线。为交流负载线。 RL= RLRc， 是是交流负载电阻。交流负载电阻。 交流负载线是有

11、交交流负载线是有交流输入信号时流输入信号时Q点点的运动轨迹。的运动轨迹。 172. 输入交流信号时的图解分析输入交流信号时的图解分析 2 动态工作情况分析动态工作情况分析182. 输入交流信号时的图解分析输入交流信号时的图解分析 2 动态工作情况分析动态工作情况分析 共射极放大电路共射极放大电路QIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uAQQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060QICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线QQQICQVCEQvC

12、E/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线20uA40uA60uAQQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线20uA40uA60uAQQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/ViC/mAtt交流负载线交流负载线20uA40uA60uA通过图解分析，可得如下结论：通过图解分析，可得如下结论： 1. 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. 2. vo与与vi相位相反；相位相反； 3. 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数；可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 4. 可以确定最大不失真输出幅度可以确定最大不失真

13、输出幅度。19 2 动态工作情况分析动态工作情况分析3. BJT的三个工作区的三个工作区QQ1Q2vCE/ViC/mA放大区放大区0iB=40uA80uA120uA160uA200uA饱和区饱和区截止区截止区当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线性失真。饱和区特点：饱和区特点： iC不再随不再随iB的增加而线性增加，即的增加而线性增加，即BCii 此时此时CBii 截止区特点：截止区特点：iB=0， iC= ICEOvCE= VCES ，典型值为，典型值为0.3V20波形波形的失真的失真饱和失真截止失真 由于放大电路的工作点达到了三极管由于放大电

14、路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，管，输出电压表现为底部失真。输出电压表现为底部失真。 由于放大电路的工作点达到了三极管由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，管，输出电压表现为顶部失真。输出电压表现为顶部失真。 注意：对于PNP管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与NPN管正好相反。 2 动态工作情况分析动态工作情况分析3. BJT的三个工作区的三个工作区21 放大电路放大电路的动态范围的动态范围 放大电路要想放大电路要想获得大的不失真输获得大的不失真输出幅度，要

15、求：出幅度，要求： 工作点工作点Q要设置在要设置在输出特性曲线放大区输出特性曲线放大区的中间部位；的中间部位； 要有合适的交流负载线要有合适的交流负载线。 3. BJT的三个工作区的三个工作区 2 动态工作情况分析动态工作情况分析22 4. 输出功率和功率三角形输出功率和功率三角形omomomomo2122IVIVP 要想要想PO大，就要使功率三角形的大，就要使功率三角形的面积大，即必须使面积大，即必须使Vom 和和Iom 都要大。都要大。功率三角形放大电路向电阻性负载提供的放大电路向电阻性负载提供的输出功率输出功率 在输出特性曲线上，正在输出特性曲线上，正好是三角形好是三角形 ABQ的面积，

16、这的面积，这一三角形称为一三角形称为功率三角形功率三角形。2 动态工作情况分析动态工作情况分析231. 试分析下列问题：试分析下列问题：斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC 共射极放大电路共射极放大电路（1）增大）增大Rc时，负载线将如时，负载线将如何变化？何变化？Q点怎样变化？点怎样变化？（2）增大）增大Rb时，负载线将如时，负载线将如何变化？何变化？Q点怎样变化？点怎样变化？（3）减小）减小VCC时，负载线将时，负载线将如何变化？如何变化？Q点怎样变化？点怎样变化？斜率斜率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜率斜率 -1RcQVCEQI

17、CQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQVCEQICQIBQRcVCCVCCvCEiC斜斜率率 -1RcQICQIBQRcVCCVCCvCEiC（4）减小）减小RL时，负载线将如时，负载线将如何变化？何变化？Q点怎样变化？点怎样变化？24 (1)Rc增大，斜率增大，斜率Vcc/Rc减小；减小； Rc增大，增大， vc减减小，小，vCE减小，减小，Q点左移。点左移。 (2)RB增大增大, vB减小，减小，IB减小，减小， Q点左移。点左移。 (3) Vcc减小，减小，斜率斜率Vcc/Rc减小，减小，vCE减小，减小，Q点点左移。左移。 (4) RL减小，减小， 负载总电阻负载总电

18、阻RL（ RL 和和Rc并联并联）减小，）减小，vCE减小，减小，Q点左移。点左移。252. 放大电路如图所示。当测得放大电路如图所示。当测得BJT的的VCE 接近接近VCC的值时，问的值时，问管子处于什么工作状态？可能管子处于什么工作状态？可能的故障原因有哪些？的故障原因有哪些？截止状态截止状态答：答：故障原因可能有：故障原因可能有： Rb支路可能开路，支路可能开路，IB=0， IC=0， VCE= VCC - IC Rc= VCC 。 C1可能短路，可能短路， VBE=0， IB=0， IC=0， VCE= VCC - IC Rc= VCC 。 共射极放大电路共射极放大电路26 共射极放大

19、电路共射极放大电路 放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知BJT的的 =80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求：求： （1）放大电路的放大电路的Q点。此点。此时时BJT工作在哪个区域？工作在哪个区域？（2）当当Rb=100k时，求放大电路的时，求放大电路的Q点。点。此时此时BJT工作在哪个区域？（忽略工作在哪个区域？（忽略BJT的的饱和压降）饱和压降）解：解：（1）uA40300k2V1bBECCB RVVI（2）当当Rb=100k时，时，3.2mAuA4080BC II 5.6V3.2mA2k-V12CcCCCE IRVV静态工作点为静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区