晶体三极管及放大电路课件

第4章晶体三极管及放大电路4.1半导体三极管（BJT—双结晶体管）4.2放大电路的组成原则4.3放大电路的基本分析方法4.4放大电路的三种接法4.5放大电路的频率特性1第4章晶体三极管及放大电路4.1半导体三极管（B概况1

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您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。+++整体概况2概况1+++整体概况2双极型晶体管(BJT)又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。三极管的外形如下图所示。三极管有两种类型：NPN型和PNP型。三极管的外形X：低频小功率管D：低频大功率管G：高频小功率管为什么有孔？3双极型晶体管(BJT)又称半导体三极管、晶体三极管，或简1、晶体管的结构及类型常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。图a三极管的结构(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe发射极，b基极，c集电极。发射区集电区基区基区发射区集电区41、晶体管的结构及类型常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金图(b)三极管结构示意图和符号NPN型ecb符号集电区集电结基区发射结发射区集电极c基极b发射极eNNP5图(b)三极管结构示意图和符号NPN型ecb符号集集电区集电结基区发射结发射区集电极c发射极e基极b

cbe符号NNPPN图©三极管结构示意图和符号(b)PNP型6集电区集电结基区发射结发射区集电极c发射极e基极b2、晶体管的电流放大作用以NPN型三极管为例讨论cNNPebbec表面看三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。不具备放大作用72、晶体管的电流放大作用以NPN型三极管为例讨论cNNP三极管内部结构要求：NNPebcNNNPPP1.发射区高掺杂。2.基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。

三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。3.集电结面积大。8三极管内部结构要求：NNPebcNNNPPP1.发射区3、晶体管的放大原理

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，使极少数扩散到基区的电子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93、晶体管的放大原理扩散运动形成发射极电流IE，复合becRcRb一、晶体管内部载流子的运动IEIB2.扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流Ibn，复合掉的空穴由VBB补充。多数电子在基区继续运动，到达集电结的一侧。晶体管内部载流子的运动1.发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区—形成发射极电流

IE

(基区多子数目较少，空穴电流可忽略)10becRcRb一、晶体管内部载流子的运动IEIB2.扩散becIEIBRcRb3.集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流Ic，集电结反偏，有利于收集基区漂移过来的电子而形成集电极电流

Icn。其能量来自外接电源VCC。IC另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流，用ICBO表示。ICBO晶体管内部载流子的运动11becIEIBRcRb3.集电结加反向电压beceRcRb二、晶体管的电流分配关系IEpICBOIEICIBIEnIBnICn晶体管内部载流子的运动与外部电流

IE＝IB＋IC

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12beceRcRb二、晶体管的电流分配关系IEpICBOIEIbeceRcRbIEpIEnIBnICBOIEICIBICn晶体管内部载流子的运动与外部电流三、晶体管的电流放大系数ICBO称反向饱和电流ICEO称穿透电流1、直流电流放大系数2、交流电流放大系数13beceRcRbIEpIEnIBnICBOIEICIBICn

晶体管共射极特性曲线发射极是输入回路、输出回路的公共端输入回路输出回路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++14晶体管共射极特性曲线发射极是输入回路、输出回路的公共1、输入特性曲线为什么UCE增大曲线右移？由发射区注入基区的电子有一部分越过基区和集电结形成电流ic，而另一部分在基区参与复合运动的电子将随Uce的增大而减少，所以要获得同样的ib，就必须加大Ube，使发射区向基区注入更多的电子。为什么像PN结的伏安特性？为什么UCE增大到一定值曲线右移就不明显了？当Uce增大到一定值后集电结电场足够强，可以把将发射区注入基区的绝大部分电子都收集到集电区，因而再增大Uce，ic不能明显增大，ib已基本不变。对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。描述管压降UCE一定的情况下，基极电流iB与发射结压降uBE之间的函数关系，即151、输入特性曲线为什么UCE增大曲线右移？由发射区注入基区的输入特性特点:非线性开启电压：硅管0.5V，锗管0.1V。发射结正偏时发射结导通电压：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型锗管

UBE0.2~0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO16输入特性特点:非线性开启电压：硅管0.5V，锗管0.1V2.输出特性对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？为什么uCE较大时曲线几乎是横轴的平行线？饱和区放大区截止区描述基极电流iB为一常量时，集电极电流ic与管压降uCE之间的函数关系，即输出回路的电流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。172.输出特性对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大区输出特性曲线通常分三个工作区：(1)放大区在放大区有IC=IB

，也称为线性区，具有恒流特性。在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。18IB=020A40A60A80A100A36IC(IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止区IB<0以下区域为截止区，有IC0

。在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。饱和区截止区（3）饱和区

当UCEUBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IBIC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。

深度饱和时，硅管UCES0.3V，

锗管UCES0.1V。19IB=020A40A60A80A100A36IC(

测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。

放大截止饱和-+正偏反偏-++-正偏反偏+-放大Vc>Vb>Ve放大Vc<Vb<Ve发射结和集电结均为反偏。发射结和集电结均为正偏。例1：20测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状举例图中已标出各硅晶体管电极的电位，判断晶体管的状态。放大放大饱和截止21举例图中已标出各硅晶体管电极的电位，判断晶体管的状态。放大放4主要参数1.电流放大系数，直流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时，表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：和

的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的

值在20~200之间。224主要参数1.电流放大系数，直流电流放大系数交流电例：在UCE=6V时，在Q1点IB=40A,IC=1.5mA；

在Q2点IB=60A,IC=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：=。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1点，有由Q1和Q2点，得23例：在UCE=6V时，在Q1点IB=40A,温度对晶体管特性的影响24温度对晶体管特性的影响241.集-基极反向截止电流（反向饱和电流）ICBO

ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度ICBOICBOA+–EC2.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEOAICEOIB=0+–

ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。2.极间反向电流251.集-基极反向截止电流（反向饱和电流）ICBOICB1.集电极最大允许电流ICM2.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO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。小功率管可以达几十毫安，大功率管可以达几百安培。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。3.集电极最大允许耗散功耗PCMPCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。

PC

PCM=ICUCE

硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。3.极限参数：261.集电极最大允许电流ICM2.集-射极反向击穿电压UICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEO27ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限输出特性三个区域的特点:(1)放大区BE结正偏，BC结反偏，IC=IB,且

IC=

IB(2)饱和区BE结正偏，BC结正偏，即UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止区UBE<死区电压，IB=0，IC=ICEO0

28输出特性三个区域的特点:(1)放大区(2)饱和区(3)三极管工作状态的判断[例1]：测量某NPN型BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？（1）

VC＝6VVB＝0.7VVE＝0V（2）VC＝6VVB＝4VVE＝3.6V（3）VC＝3.6VVB＝4VVE＝3.4V解：原则：正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止对NPN管而言，放大时VC＞VB＞VE

对PNP管而言，放大时VC＜VB＜VE

（1）放大区（2）放大区（3）饱和区29三极管工作状态的判断[例1]：测量某NPN型BJT各电极对地[例2]某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。

IA＝-2mA,IB＝-0.04mA,IC＝+2.04mA,试判断管脚。解：电流判断法。电流的正方向和KCL。IE=IB+ICABC

IAIBICC为发射极B为基极A为集电极。管脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。30[例2]某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。解：电流例[3]：测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1、U2、U3分别为：

（1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V（2）U1=3V、U2=2.8V、U3=12V（3）U1=6V、U2=11.3V、U3=12V（4）U1=6V、U2=11.8V、U3=12V判断它们是硅管还是锗管？是NPN型还是PNP型？并确定e、b、c。（1）硅NPNU1b、U2e、U3c（2）锗NPNU1b、U2e、U3c（3）硅PNPU1c、U2b、U3e（4）锗PNPU1c、U2b、U3e原则：先求UBE，若等于0.6-0.7V，为硅管；若等于0.2-0.3V，为锗管。发射结正偏，集电结反偏。NPN管UBE＞0，UBC＜0，即UC＞UB＞UE

。PNP管UBE＜0，UBC＜0，即UC＜UB＜UE

。解：31例[3]：测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1、5、光电三极管一、等效电路、符号ceceiCuCEO光电三极管的输出特性E1E2E3E4E＝0325、光电三极管一、等效电路、符号ceceiCuCEO光电三极如何判断三极管的三个电极方法一：看、读33如何判断三极管的三个电极方法一：看、读33如何判断三极管的三个电极方法二：数字万用表hFe三极管档位判断类型和各个引脚，如果插入正确，显示β值，否则无显示值。34如何判断三极管的三个电极方法二：数字万用表hFe三极管判断类①用指针式万用表判断基极b和三极管的类型:将万用表欧姆挡置"R×100"或"R×lk"处,先假设三极管的某极为"基极",并把黑表笔接在假设的基极上,将红表笔先后接在其余两个极上,如果两次测得的电阻值都很小(或约为几百欧至几千欧),则假设的基极是正确的,且被测三极管为NPN型管；同上,如果两次测得的电阻值都很大(约为几千欧至几十千欧),则假设的基极是正确的,且被测三极管为PNP型管。如果两次测得的电阻值是一大一小,则原来假设的基极是错误的,这时必须重新假设另一电极为"基极"，再重复上述测试。如何判断三极管的三个电极方法三：模拟万用表测量35①用指针式万用表判断基极b和三极管的类型:如何判断三极管②判断集电极c和发射极e:仍将指针式万用表欧姆挡置“R×100”或“R×1k”处,以NPN管为例,把黑表笔接在假设的集电极c上,红表笔接到假设的发射极e上,并用手捏住b和c极(不能使b、c直接接触),通过人体,相当b、c之间接入偏置电阻,读出表头所示的阻值,然后将两表笔反接重测。若第一次测得的阻值比第二次小,说明原假设成立,因为c、e间电阻值小说明通过万用表的电流大，偏置正常。如何判断三极管的三个电极方法三：模拟万用表测量ecbNPN36②判断集电极c和发射极e:仍将指针式万用表欧姆挡置如何判断如何判断三极管的三个电极方法三：模拟万用表测量37如何判断三极管的三个电极方法三：模拟万用表测量37一、放大的概念放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制和转换放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真——放大的前提判断电路能否放大的基本出发点VCC至少一路直流电源供电电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。38一、放大的概念放大的对象：变化量判断电路能否放大的基本出发点二、性能指标信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。39二、性能指标信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流1、放大倍数表示放大器的放大能力根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。（1）电压放大倍数为:Auu=UO/UI（重点）（2）电流放大倍数为:Aii=IO/II

（4）互导放大倍数为:Aiu=IO/UI（3）互阻放大倍数为:Aui=UO/II电压放大倍数是最常被研究和测试的参数401、放大倍数表示放大器的放大能力根据放大电路2、输入电阻Ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。AuIi~USUiRi=Ui/Ii一般来说，Ri越大越好。412、输入电阻Ri放大电路一定要有前级（信号源）为3、输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。输入端正弦电压，分别测量空载和输出端接负载RL的输出电压、。输出电阻愈小，带载能力愈强。423、输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。4.通频带

由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。放大倍数随频率变化曲线434.通频带由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，5、最大不失真输出电压在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰值(UOPP、IOPP)表示，或有效值表示(Uom、Iom)。6、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Pom表示。：效率PV：直流电源消耗的功率445、最大不失真输出电压在输出波形没有明显失真情况下放大电§4.2基本共射放大电路的工作原理一、电路的组成及各元件的作用二、设置静态工作点的必要性三、波形分析四、放大电路的组成原则45§4.2基本共射放大电路的工作原理一、电路的组成及各元晶体管放大电路的工作原理基本共射放大电路的组成基本共射放大电路T:NPN型三极管，为放大元件输出回路：VCC、RC

输入回路：VBB、Rb动态信号源ui46晶体管放大电路的工作原理基本共射放大电路的组成基本共射放大电

VBB

RB

RC

VCC晶体管放大电路的工作原理三极管放大的外部条件

发射结正偏，

集电结反偏。1、VBB：使UBE＞Uon，并且为基极输入回路提供合适的直流电压。2、VCC：使UCE≥Uon，形成集电极回路电流，同时作为负载的能源。一、晶体管放大电路的组成及各元件的作用两个电源的作用：47VBBRBRCVCC晶体管放大电路的工作原理2、Rc：将ΔiC转换成ΔuCE，使电路具有电压放大作用。两个电阻的功能：1、Rb：与VBB相配合为晶体管提供一个合适的直流电流IB。Rc

可以无限增大吗？

VBB

RB

RC

VCC所以，在电子电路的设计中元件参数的选择一定要合适，既要故此还又不失彼。482、Rc：将ΔiC转换成ΔuCE，两个电阻的功能：1、Rb：基本放大电路的习惯画法49基本放大电路的习惯画法49放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。静态工作点的设置一、静态工作点(QuiescentPoint)静态工作点Q（直流值）：UBEQ、IBQ、ICQ

和UCEQ图4.2.1基本共射放大电路TICQ=IBQ对于NPN硅管UBEQ＝0.7V，PNP锗管UBEQ＝-0.2V50放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。静态工作点的设置一二、设置静态工作点的必要性

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Q点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，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？51二、设置静态工作点的必要性输出电压必然失真！IBQuiOtiB

OtuCEOtuoOtiC

OtICQUCEQ-++VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCE各电压、电流的波形动态信号驮载在静态之上52IBQuiOtiBOtuCEOtuoOt共射极放大电路放大电路如图所示。已知BJT的ß=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）解：（1）（2）当Rb=100k时，静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：所以BJT工作在饱和区。UCEQ不可能为负值，此时，Q（120uA，6mA，0V），例题53共射极放大电路放大电二、放大电路的组成原则1.静态工作点合适：必须有为放大管提供合适Q点的直流电源。保证晶体管工作在放大区；场效应管工作在恒流区。2.电阻适当，同电源配合，使放大管有合适Q点。3.输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。对于晶体管能产生△uBE，从而改变输出回路的电流，放大输入信号。

4.当负载接入时，必须保证放大管的输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。5.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。54二、放大电路的组成原则1.静态工作点合适：必须有为放大管提两种实用型晶体管放大电路问题：1.VBB、VCC两种电源2.信号源与放大电路不“共地”3.输出端除了动态信号外还有直流干扰信号。将两个电源合二为一单电源供电1、直接耦合放大电路55两种实用型晶体管放大电路问题：将两个电源合二为一单电源供电1ICIEIB+UBE-+UCE-2、阻容耦合放大电路两种实用型晶体管放大电路56ICIEIB++2、阻容耦合放大电路两种实用型晶体管放大电路实用型晶体管放大电路实物效果图57实用型晶体管放大电路实物效果图57总结在电子电路的分析与设计中一定要选择合适的直流电源和电路参数。考虑电子线路的干扰问题，设置相应的抗干扰电路。晶体管放大电路理论设计完成后，需进行Multisim模拟仿真，并对各个电路参数进行微调，使之成为最佳状态。然后才能购买器件完成实际电路的焊接。58总结在电子电路的分析与设计中一定要选择一、放大电路的直流通路和交流通路直流通路：①Us=0，保留Rs；②电容开路；③电感相当于短路（线圈电阻近似为0）2.交流通路：①大容量电容相当于短路；②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的作用共存，各自通路不同，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路的概念。放大电路的分析方法59一、放大电路的直流通路和交流通路直流通路：①Us=0，保留例：画出下图放大电路的直流通路直流通路直流通路用来计算静态工作点Q(IB、IC、UCE)对直流信号电容C可看作开路（即将电容断开）断开断开+UCCRBRCT++–UBEUCE–ICIBIE+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE4.3.1直流通路与交流通路60例：画出下图放大电路的直流通路直流通路直流通路用来计算静态工RBRCuiuORLRSes++–+––对交流信号(有输入信号ui时的交流分量)XC0，C可看作短路。忽略电源的内阻，电源的端电压恒定，直流电源对交流可看作短路。短路短路对地短路交流通路用来计算电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态参数。+UCCRSesRBRCC1C2T+++–RLui+–uo+–++–uBEuCE–iCiBiE61RBRCuiuORLRSes++–+––对交流信号(有输入信当VCC>>UBEQ时，已知：VCC＝12V，Rb＝600kΩ，Rc＝3kΩ，β＝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通路62当VCC>>UBEQ时，已知：VCC＝12V，4.3.2图解法

应实测特性曲线

1.静态分析：图解二元方程输入回路负载线QIBQUBEQQIBQICQUCEQ负载线634.3.2图解法应实测特性曲线

12.电压放大倍数的分析斜率不变642.电压放大倍数的分析斜率不变64在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。一、静态工作点的分析1.先用估算的方法计算输入回路IBQ、UBEQ。2.用图解法确定输出回路静态值。方法：根据uCE=VCC

-

iCRc式确定两个特殊点65在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电输出回路输出特性直流负载线Q由静态工作点Q确定的ICQ、UCEQ为静态值。66输出回路输出特性直流负载线Q由静态工作点Q确定的I【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知Rb=280k，Rc=3k，集电极直流电源VCC=12V，试用图解法确定静态工作点。解：首先估算IBQ做直流负载线，确定Q点根据UCEQ=VCC–ICQ

RciC=0，uCE=12V；uCE=0，iC=4mA.T67【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知Rb=0iB

=0µA20µA40µA60µA80µA134224681012MQ静态工作点IBQ=40µA，ICQ=2mA，UCEQ=6V.uCE

/V由Q点确定静态值为：iC

/mA680iB=0µA20µA40µA60µA80µ三、波形非线性失真的分析1.静态工作点过低，引起iB、iC、uCE的波形失真ibui结论：iB波形失真为截止失真是在输入回路首先产生失真！OQOttOuBE/ViB/µAuBE/ViB/µAIBQ——截止失真69三、波形非线性失真的分析1.静态工作点过低，引起iiC

、uCE

(uo

)波形失真NPN管截止失真时的输出uo波形。uo波形顶部失真uo=

uceOiCtOOQ

tuCE/VuCE/ViC

/mAICQUCEQ70iC、uCE(uo)波形失真NPN管截止失真时的输截止失真分析2.消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。减小Rb能消除截止失真1.静态工作点过低，引起iB、iC、uCE的波形失真71截止失真分析2.消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路OIB=0QtOONPN管uo波形tiCuCE/VuCE/ViC

/mAuo=

uceib(不失真)ICQUCEQ2.Q点过高，引起iC、uCE的波形失真—饱和失真结论：饱和失真是输出回路产生失真。

uo波形底部失真72OIB=0QtOONPN管uo波形tiCuCE/Vu提问与解答环节Questionsandanswers73提问与解答环节73结束语

CONCLUSION

感谢参与本课程，也感激大家对我们工作的支持与积极的参与。课程后会发放课程满意度评估表，如果对我们课程或者工作有什么建议和意见，也请写在上边，来自于您的声音是对我们最大的鼓励和帮助，大家在填写评估表的同时，也预祝各位步步高升，真心期待着再次相会！74结束语

CONCLUSION

感谢参与本课程，也感激大家对我最后、感谢您的到来·讲师：XXXX·时间：202X.XX.XX75最后、感谢您的到来75第4章晶体三极管及放大电路4.1半导体三极管（BJT—双结晶体管）4.2放大电路的组成原则4.3放大电路的基本分析方法4.4放大电路的三种接法4.5放大电路的频率特性76第4章晶体三极管及放大电路4.1半导体三极管（B概况1

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您的内容打在这里，或者通过复制您的文本后。+++整体概况77概况1+++整体概况2双极型晶体管(BJT)又称半导体三极管、晶体三极管，或简称晶体管。三极管的外形如下图所示。三极管有两种类型：NPN型和PNP型。三极管的外形X：低频小功率管D：低频大功率管G：高频小功率管为什么有孔？78双极型晶体管(BJT)又称半导体三极管、晶体三极管，或简1、晶体管的结构及类型常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。图a三极管的结构(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NecNPb二氧化硅becPNPe发射极，b基极，c集电极。发射区集电区基区基区发射区集电区791、晶体管的结构及类型常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金图(b)三极管结构示意图和符号NPN型ecb符号集电区集电结基区发射结发射区集电极c基极b发射极eNNP80图(b)三极管结构示意图和符号NPN型ecb符号集集电区集电结基区发射结发射区集电极c发射极e基极b

cbe符号NNPPN图©三极管结构示意图和符号(b)PNP型81集电区集电结基区发射结发射区集电极c发射极e基极b2、晶体管的电流放大作用以NPN型三极管为例讨论cNNPebbec表面看三极管若实现放大，必须从三极管内部结构和外部所加电源的极性来保证。不具备放大作用822、晶体管的电流放大作用以NPN型三极管为例讨论cNNP三极管内部结构要求：NNPebcNNNPPP1.发射区高掺杂。2.基区做得很薄。通常只有几微米到几十微米，而且掺杂较少。

三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。3.集电结面积大。83三极管内部结构要求：NNPebcNNNPPP1.发射区3、晶体管的放大原理

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，使极少数扩散到基区的电子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843、晶体管的放大原理扩散运动形成发射极电流IE，复合becRcRb一、晶体管内部载流子的运动IEIB2.扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极电流电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流Ibn，复合掉的空穴由VBB补充。多数电子在基区继续运动，到达集电结的一侧。晶体管内部载流子的运动1.发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区—形成发射极电流

IE

(基区多子数目较少，空穴电流可忽略)85becRcRb一、晶体管内部载流子的运动IEIB2.扩散becIEIBRcRb3.集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流Ic，集电结反偏，有利于收集基区漂移过来的电子而形成集电极电流

Icn。其能量来自外接电源VCC。IC另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成反向饱和电流，用ICBO表示。ICBO晶体管内部载流子的运动86becIEIBRcRb3.集电结加反向电压beceRcRb二、晶体管的电流分配关系IEpICBOIEICIBIEnIBnICn晶体管内部载流子的运动与外部电流

IE＝IB＋IC

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87beceRcRb二、晶体管的电流分配关系IEpICBOIEIbeceRcRbIEpIEnIBnICBOIEICIBICn晶体管内部载流子的运动与外部电流三、晶体管的电流放大系数ICBO称反向饱和电流ICEO称穿透电流1、直流电流放大系数2、交流电流放大系数88beceRcRbIEpIEnIBnICBOIEICIBICn

晶体管共射极特性曲线发射极是输入回路、输出回路的公共端输入回路输出回路ICEBmAAVUCEUBERBIBECV++––––++89晶体管共射极特性曲线发射极是输入回路、输出回路的公共1、输入特性曲线为什么UCE增大曲线右移？由发射区注入基区的电子有一部分越过基区和集电结形成电流ic，而另一部分在基区参与复合运动的电子将随Uce的增大而减少，所以要获得同样的ib，就必须加大Ube，使发射区向基区注入更多的电子。为什么像PN结的伏安特性？为什么UCE增大到一定值曲线右移就不明显了？当Uce增大到一定值后集电结电场足够强，可以把将发射区注入基区的绝大部分电子都收集到集电区，因而再增大Uce，ic不能明显增大，ib已基本不变。对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。描述管压降UCE一定的情况下，基极电流iB与发射结压降uBE之间的函数关系，即901、输入特性曲线为什么UCE增大曲线右移？由发射区注入基区的输入特性特点:非线性开启电压：硅管0.5V，锗管0.1V。发射结正偏时发射结导通电压：NPN型硅管

UBE0.6~0.7VPNP型锗管

UBE0.2~0.3VIB(A)UBE(V)204060800.40.8UCE1VO91输入特性特点:非线性开启电压：硅管0.5V，锗管0.1V2.输出特性对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。为什么uCE较小时iC随uCE变化很大？为什么uCE较大时曲线几乎是横轴的平行线？饱和区放大区截止区描述基极电流iB为一常量时，集电极电流ic与管压降uCE之间的函数关系，即输出回路的电流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。922.输出特性对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O放大区输出特性曲线通常分三个工作区：(1)放大区在放大区有IC=IB

，也称为线性区，具有恒流特性。在放大区，发射结处于正向偏置、集电结处于反向偏置，晶体管工作于放大状态。93IB=020A40A60A80A100A36IC(IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)912O（2）截止区IB<0以下区域为截止区，有IC0

。在截止区发射结处于反向偏置，集电结处于反向偏置，晶体管工作于截止状态。饱和区截止区（3）饱和区

当UCEUBE时，晶体管工作于饱和状态。在饱和区，IBIC，发射结处于正向偏置，集电结也处于正偏。

深度饱和时，硅管UCES0.3V，

锗管UCES0.1V。94IB=020A40A60A80A100A36IC(

测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状态。

放大截止饱和-+正偏反偏-++-正偏反偏+-放大Vc>Vb>Ve放大Vc<Vb<Ve发射结和集电结均为反偏。发射结和集电结均为正偏。例1：95测量三极管三个电极对地电位，试判断三极管的工作状举例图中已标出各硅晶体管电极的电位，判断晶体管的状态。放大放大饱和截止96举例图中已标出各硅晶体管电极的电位，判断晶体管的状态。放大放4主要参数1.电流放大系数，直流电流放大系数交流电流放大系数当晶体管接成发射极电路时，表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。注意：和

的含义不同，但在特性曲线近于平行等距并且ICE0较小的情况下，两者数值接近。常用晶体管的

值在20~200之间。974主要参数1.电流放大系数，直流电流放大系数交流电例：在UCE=6V时，在Q1点IB=40A,IC=1.5mA；

在Q2点IB=60A,IC=2.3mA。在以后的计算中，一般作近似处理：=。IB=020A40A60A80A100A36IC(mA)1234UCE(V)9120Q1Q2在Q1点，有由Q1和Q2点，得98例：在UCE=6V时，在Q1点IB=40A,温度对晶体管特性的影响99温度对晶体管特性的影响241.集-基极反向截止电流（反向饱和电流）ICBO

ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度ICBOICBOA+–EC2.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEOAICEOIB=0+–

ICEO受温度的影响大。温度ICEO，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。2.极间反向电流1001.集-基极反向截止电流（反向饱和电流）ICBOICB1.集电极最大允许电流ICM2.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO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。小功率管可以达几十毫安，大功率管可以达几百安培。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。3.集电极最大允许耗散功耗PCMPCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。

PC

PCM=ICUCE

硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。3.极限参数：1011.集电极最大允许电流ICM2.集-射极反向击穿电压UICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限参数可画出三极管的安全工作区ICUCEO102ICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作区由三个极限输出特性三个区域的特点:(1)放大区BE结正偏，BC结反偏，IC=IB,且

IC=

IB(2)饱和区BE结正偏，BC结正偏，即UCEUBE

，

IB>IC，UCE0.3V

(3)截止区UBE<死区电压，IB=0，IC=ICEO0

103输出特性三个区域的特点:(1)放大区(2)饱和区(3)三极管工作状态的判断[例1]：测量某NPN型BJT各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？（1）

VC＝6VVB＝0.7VVE＝0V（2）VC＝6VVB＝4VVE＝3.6V（3）VC＝3.6VVB＝4VVE＝3.4V解：原则：正偏反偏反偏集电结正偏正偏反偏发射结饱和放大截止对NPN管而言，放大时VC＞VB＞VE

对PNP管而言，放大时VC＜VB＜VE

（1）放大区（2）放大区（3）饱和区104三极管工作状态的判断[例1]：测量某NPN型BJT各电极对地[例2]某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。

IA＝-2mA,IB＝-0.04mA,IC＝+2.04mA,试判断管脚。解：电流判断法。电流的正方向和KCL。IE=IB+ICABC

IAIBICC为发射极B为基极A为集电极。管脚、管型的判断法也可采用万用表电阻法。参考实验。105[例2]某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。解：电流例[3]：测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1、U2、U3分别为：

（1）U1=3.5V、U2=2.8V、U3=12V（2）U1=3V、U2=2.8V、U3=12V（3）U1=6V、U2=11.3V、U3=12V（4）U1=6V、U2=11.8V、U3=12V判断它们是硅管还是锗管？是NPN型还是PNP型？并确定e、b、c。（1）硅NPNU1b、U2e、U3c（2）锗NPNU1b、U2e、U3c（3）硅PNPU1c、U2b、U3e（4）锗PNPU1c、U2b、U3e原则：先求UBE，若等于0.6-0.7V，为硅管；若等于0.2-0.3V，为锗管。发射结正偏，集电结反偏。NPN管UBE＞0，UBC＜0，即UC＞UB＞UE

。PNP管UBE＜0，UBC＜0，即UC＜UB＜UE

。解：106例[3]：测得工作在放大电路中几个晶体管三个电极的电位U1、5、光电三极管一、等效电路、符号ceceiCuCEO光电三极管的输出特性E1E2E3E4E＝01075、光电三极管一、等效电路、符号ceceiCuCEO光电三极如何判断三极管的三个电极方法一：看、读108如何判断三极管的三个电极方法一：看、读33如何判断三极管的三个电极方法二：数字万用表hFe三极管档位判断类型和各个引脚，如果插入正确，显示β值，否则无显示值。109如何判断三极管的三个电极方法二：数字万用表hFe三极管判断类①用指针式万用表判断基极b和三极管的类型:将万用表欧姆挡置"R×100"或"R×lk"处,先假设三极管的某极为"基极",并把黑表笔接在假设的基极上,将红表笔先后接在其余两个极上,如果两次测得的电阻值都很小(或约为几百欧至几千欧),则假设的基极是正确的,且被测三极管为NPN型管；同上,如果两次测得的电阻值都很大(约为几千欧至几十千欧),则假设的基极是正确的,且被测三极管为PNP型管。如果两次测得的电阻值是一大一小,则原来假设的基极是错误的,这时必须重新假设另一电极为"基极"，再重复上述测试。如何判断三极管的三个电极方法三：模拟万用表测量110①用指针式万用表判断基极b和三极管的类型:如何判断三极管②判断集电极c和发射极e:仍将指针式万用表欧姆挡置“R×100”或“R×1k”处,以NPN管为例,把黑表笔接在假设的集电极c上,红表笔接到假设的发射极e上,并用手捏住b和c极(不能使b、c直接接触),通过人体,相当b、c之间接入偏置电阻,读出表头所示的阻值,然后将两表笔反接重测。若第一次测得的阻值比第二次小,说明原假设成立,因为c、e间电阻值小说明通过万用表的电流大，偏置正常。如何判断三极管的三个电极方法三：模拟万用表测量ecbNPN111②判断集电极c和发射极e:仍将指针式万用表欧姆挡置如何判断如何判断三极管的三个电极方法三：模拟万用表测量112如何判断三极管的三个电极方法三：模拟万用表测量37一、放大的概念放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制和转换放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真——放大的前提判断电路能否放大的基本出发点VCC至少一路直流电源供电电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。113一、放大的概念放大的对象：变化量判断电路能否放大的基本出发点二、性能指标信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。114二、性能指标信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流1、放大倍数表示放大器的放大能力根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。（1）电压放大倍数为:Auu=UO/UI（重点）（2）电流放大倍数为:Aii=IO/II

（4）互导放大倍数为:Aiu=IO/UI（3）互阻放大倍数为:Aui=UO/II电压放大倍数是最常被研究和测试的参数1151、放大倍数表示放大器的放大能力根据放大电路2、输入电阻Ri放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号，那么就要从信号源取电流。输入电阻是衡量放大电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。AuIi~USUiRi=Ui/Ii一般来说，Ri越大越好。1162、输入电阻Ri放大电路一定要有前级（信号源）为3、输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。输入端正弦电压，分别测量空载和输出端接负载RL的输出电压、。输出电阻愈小，带载能力愈强。1173、输出电阻Ro从放大电路输出端看进去的等效电阻。4.通频带

由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降，并产生相移。衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。下限频率上限频率通频带越宽，表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强。放大倍数随频率变化曲线1184.通频带由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，5、最大不失真输出电压在输出波形没有明显失真情况下放大电路能够提供给负载的最大输出电压(或最大输出电流)可用峰-峰值(UOPP、IOPP)表示，或有效值表示(Uom、Iom)。6、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Pom表示。：效率PV：直流电源消耗的功率1195、最大不失真输出电压在输出波形没有明显失真情况下放大电§4.2基本共射放大电路的工作原理一、电路的组成及各元件的作用二、设置静态工作点的必要性三、波形分析四、放大电路的组成原则120§4.2基本共射放大电路的工作原理一、电路的组成及各元晶体管放大电路的工作原理基本共射放大电路的组成基本共射放大电路T:NPN型三极管，为放大元件输出回路：VCC、RC

输入回路：VBB、Rb动态信号源ui121晶体管放大电路的工作原理基本共射放大电路的组成基本共射放大电

VBB

RB

RC

VCC晶体管放大电路的工作原理三极管放大的外部条件

发射结正偏，

集电结反偏。1、VBB：使UBE＞Uon，并且为基极输入回路提供合适的直流电压。2、VCC：使UCE≥Uon，形成集电极回路电流，同时作为负载的能源。一、晶体管放大电路的组成及各元件的作用两个电源的作用：122VBBRBRCVCC晶体管放大电路的工作原理2、Rc：将ΔiC转换成ΔuCE，使电路具有电压放大作用。两个电阻的功能：1、Rb：与VBB相配合为晶体管提供一个合适的直流电流IB。Rc

可以无限增大吗？

VBB

RB

RC

VCC所以，在电子电路的设计中元件参数的选择一定要合适，既要故此还又不失彼。1232、Rc：将ΔiC转换成ΔuCE，两个电阻的功能：1、Rb：基本放大电路的习惯画法124基本放大电路的习惯画法49放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。静态工作点的设置一、静态工作点(QuiescentPoint)静态工作点Q（直流值）：UBEQ、IBQ、ICQ

和UCEQ图4.2.1基本共射放大电路TICQ=IBQ对于NPN硅管UBEQ＝0.7V，PNP锗管UBEQ＝-0.2V125放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态。静态工作点的设置一二、设置静态工作点的必要性

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Q点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，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？126二、设置静态工作点的必要性输出电压必然失真！IBQuiOtiB

OtuCEOtuoOtiC

OtICQUCEQ-++VT123URBIRBBBECCCCb（+12V）IUVCE各电压、电流的波形动态信号驮载在静态之上127IBQuiOtiBOtuCEOtuoOt共射极放大电路放大电路如图所示。已知BJT的ß=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）解：（1）（2）当Rb=100k时，静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：所以BJT工作在饱和区。UCEQ不可能为负值，此时，Q（120uA，6mA，0V），例题128共射极放大电路放大电二、放大电路的组成原则1.静态工作点合适：必须有为放大管提供合适Q点的直流电源。保证晶体管工作在放大区；场效应管工作在恒流区。2.电阻适当，同电源配合，使放大管有合适Q点。3.输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。对于晶体管能产生△uBE，从而改变输出回路的电流，放大输入信号。

4.当负载接入时，必须保证放大管的输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。5.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。129二、放大电路的组成原则1.静态工作点合适：必须有为放大管提两种实用型晶体管放大电路问题：1.VBB、VCC两种电源2.信号源与放大电路不“共地”3.输出端除了动态信号外还有直流干扰信号。将两个电源合二为一单电源供电1、直接耦合放大电路130两种实用型晶体管放大电路问题：将两个电源合二为一单电源供电1ICIEIB+UBE-+UCE-2、阻容耦合放大电路两种实用型晶体管放大电路131ICIEIB++2、阻容耦合放大电路两种实用型晶体管放大电路实用型晶体管放大电路实物效果图132实用型晶体管放大电路实物效果图57总结在电子电路的分析与设计中一定要选择合适的直流电源和电路参数。考虑电子线路的干扰问题，设置相应的抗干扰电路。晶体管放大电路理论设计完成后，需进行Multisim模拟仿真，并对各个电路参数进行微调，使之成为最佳状态。然后才能购买器件完成实际电路的焊接。133总结在电子电路的分析与设计中一定要选择一、放大电路的直流通路和交流通路直流通路：①Us=0，保留Rs；②电容开路；③电感相当于短路（线圈电阻近似为0）2.交流通