第三章双极型三极管及放大电路基础

模拟电子技术基础第3章双极型三极管及放大电路基础第3章双极型三极管及放大电路基础1、双极型三极管BJT2、基本共射极放大电路3、放大电路的分析方法4、放大电路静态工作点的稳定问题5、共集电极、共基极放大电路6、组合（多级）放大电路BJT的结构简介一、双极型三极管BJT小功率管中功率管大功率管多子浓度高多子浓度很低，且很薄面积大晶体管有三个极、三个区、两个PN结。一、双极型三极管BJTBJT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一、双极型三极管BJTBJT的放大原理即BJT放大的条件必须满足：发射结正向偏置；集电结反向偏置。IEICIB根据传输过程可知：IC=InC+ICBO通常

IC>>ICBO

为电流放大系数，只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。通常

=0.90.99。IE=IB+IC一、双极型三极管BJTBJT电流分配关系

是另一个电流放大系数。同样，它也只与管子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。一般

>>1。根据IE=IB+IC

IC=InC+ICBO且令ICEO=(1+)ICBO（穿透电流）一、双极型三极管BJTBJT电流分配关系一、双极型三极管BJT放大的条件：发射结正向偏置；集电结反向偏置。电流分配关系：这是贯穿模拟电子电路分析的两个最重要的概念,务必牢记！！BJT放大的条件和电流分配关系对于小功率晶体管，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。1、输入特性BJT的V-I特性曲线一、双极型三极管BJT一、双极型三极管BJT对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。饱和区放大区截止区BJT的V-I特性曲线2、输出特性BJT的三个工作区当晶体管工作在放大区时，输出回路电流iC几乎仅仅决定于输入回路电流iB；即可将输出回路等效为电流iB

控制的电流源iC

。状态UBEICUCE截止＜UonICEOVCC放大≥UonβiB≥uBE饱和≥Uon＜βiB≤uBE一、双极型三极管BJTBJT的主要参数

直流参数：、、ICBO、ICEO

交流参数：β、α、fT（使β＝1的信号频率）基极b开路，c-e间的击穿电压最大集电极电流最大集电极耗散功率，PCM＝iCuCE安全工作区

极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO一、双极型三极管BJT测得放大电路中六只晶体管的直流电位如图所示。请标注管子的引脚，并分别说明它们哪种材料、类型的三极管。ecbPNPGeebcNPNSiebcNPNSibecPNPSiPNPebcGeebcNPNGe练习1一、双极型三极管BJT两只管子两个电极的电流如图所示。分别求另一电极的电流和电流放大倍数，标出其实际方向，并在圆圈中画出管子。练习2一、双极型三极管BJT二、基本共射极放大电路放大的概念及放大电路的性能指标1、放大的概念放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真电路能否正常放大信号的基本依据二、基本共射极放大电路放大的概念及放大电路的性能指标2、等效电路信号源信号源内阻输入电压输出电压输入电流输出电流任何放大电路均可等效为两端口网络。二、基本共射极放大电路放大的概念及放大电路的性能指标3、性能指标电压放大倍数是最常研究和测试的参数1)放大倍数：输出量与输入量之比二、基本共射极放大电路放大的概念及放大电路的性能指标3、性能指标将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。从输入端看进去的等效电阻。2)输入电阻与输出电阻二、基本共射极放大电路放大的概念及放大电路的性能指标3、性能指标4)最大不失真输出电压Uom衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。输出信号波形最大不失真时的交流电压有效值。3)通频带二、基本共射极放大电路VBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合适的IB。VCC：使UCE≥UBE，同时作为负载的能源。Rc：将ΔiC转换成ΔuCE(uo)。Cb1、Cb2:通交流、隔直流。基本共射极放大电路基本共射极放大电路的组成及各元件的作用二、基本共射极放大电路共射极放大电路的习惯画法基本共射极放大电路共射极放大电路习惯画法二、基本共射极放大电路基本共射放大电路输入电压为零时，晶体管各电极的电流、b-e间的电压、c-e间的压降均为常数，这些常数称为放大电路的静态工作点Q。记为：IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。放大电路的静态工作点概念二、基本共射极放大电路Vi=0静态设置静态工作点的必要性二、基本共射极放大电路设置静态工作点的必要性Vi=Vsint动态设Cb1=10uF，f=1kHz。电容的阻抗：所以在交流（中频段）分析时电容可以近似短路二、基本共射极放大电路设置静态工作点的必要性工作点合适工作点偏低三、放大电路的分析方法放大电路的直流通路和交流通路1.直流通路：①

交流信号Us=0短路处理，保留Rs；②电容开路处理；③电感短路处理。2.交流通路：①大容量电容短路处理；②直流电压源短路处理（内阻为0）。③电感开路处理。通常，放大电路中既有直流电源的作用，也有交流信号的作用，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，由此引入直流通路和交流通路概念。三、放大电路的分析方法1.用近似估算法求静态工作点采用该方法必须已知三极管的值。放大电路静态工作点分析—直流电压作用三、放大电路的分析方法1.用近似估算法求静态工作点根据直流通路可知：一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V。放大电路静态工作点分析—直流电压作用三、放大电路的分析方法采用该方法必须已知三极管的输出特性曲线。QIBQICQUCEQ直流负载线直流负载线方程放大电路静态工作点分析—直流电压作用2.用图解法求静态工作点三、放大电路的分析方法放大电路动态工作图解分析静态工作点设置合理，信号不失真放大。三、放大电路的分析方法放大电路动态工作图解分析静态工作点太低，信号出现截止失真。消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。截止失真是由输入回路工作点太低产生的失真！三、放大电路的分析方法放大电路动态工作图解分析静态工作点太高，信号出现饱和失真。饱和失真产生于晶体管的输出回路！三、放大电路的分析方法放大电路动态工作图解分析消除饱和失真的措施消除方法：增大Rb，减小VBB，减小Rc，减小

β，增大VCC。Rb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑这个方法不好三、放大电路的分析方法放大电路动态工作图解分析Uom=?Q点在什么位置Uom最大？交流负载线过Q点，且斜率取决于（Rc∥RL）交流通路图阻容耦合交流通路和交流负载线三、放大电路的分析方法放大电路动态工作图解分析直接耦合开路和带负载情况的负载线三、放大电路的分析方法放大电路动态工作图解分析直接耦合开路和带负载情况的负载线开路时负载线，斜率仅取决于（Rc）带负载时负载线，斜率取决于（Rc∥RL）直接耦合放大电路的交、直流负载线重合。开路和带负载时的静态工作点不重合。三、放大电路的分析方法放大电路动态工作图解分析形象直观；适应于Q点分析、失真分析、最大不失真输出电压的分析；能够用于大信号分析；不易准确求解；不能求解电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、频带宽度等交流参数。图解分析法的优、缺点三、放大电路的分析方法放大电路动态工作图解分析1、什么参数、如何变化时Q1→Q2→Q3→Q4？2、从输出电压上看，哪个Q点下最易产生截止失真？哪个Q点下最易产生饱和失真？哪个Q点下Uom最大？3、设计放大电路时，应根据什么选择VCC？讨论三、放大电路的分析方法双极型三极管小信号模型（等效电路）在交流通路中可认为晶体管是一个两端口网络，分别为输入端口、输出端口。1、晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）三、放大电路的分析方法在低频、小信号作用下的关系式

1、晶体管的h参数等效模型（交流等效模型）双极型三极管小信号模型（等效电路）三、放大电路的分析方法2、晶体管h参数的物理意义b-e间动态电阻内反馈系数电流放大系数c-e间电导双极型三极管小信号模型（等效电路）三、放大电路的分析方法3、b-e间动态电阻的分布及参数的确定查阅手册默认200基区体电阻发射结电阻发射区体电阻数值小可忽略由IEQ算出双极型三极管小信号模型（等效电路）三、放大电路的分析方法阻容耦合共射极放大电路的动态（交流）分析三、放大电路的分析方法共射极放大电路的动态（交流）分析UBEQ<<VCC时可以忽略不计例1：电路参数如图所示，求各项交流参数。1.静态分析，求静态工作点及动态电阻rbe三、放大电路的分析方法共射极放大电路的动态（交流）分析2.交流分析，画小信号等效电路三、放大电路的分析方法阻容耦合共射极放大电路的动态（交流）分析例2：直接耦合共射放大电路的分析，QIBQ≈35μAUBEQ≈0.65VUBEQ=VBB-IBQRb三、放大电路的分析方法阻容耦合共射极放大电路的动态（交流）分析特点：共射极放大电路的输出和输入反相，即放大电压也放大电流，输出电阻大，输入电阻较小。四、放大电路静态工作点的稳定问题

所谓Q点稳定，是指ICQ和UCEQ在温度变化时基本不变，这是靠IBQ的变化得来的。T（℃）→β↑→ICQ↑→Q’

若温度升高时要使得工作点Q’回到Q，只有减小IBQ。ICEO↑若UCEQ不变IBQ↑Q’温度对静态工作点的影响四、放大电路静态工作点的稳定问题静态工作点稳定的典型电路Ce称为旁路电容，在交流通路中可视为短路。直流通路1、发射极偏置电路四、放大电路静态工作点的稳定问题2、发射极偏置电路稳定工作点原理

为了稳定Q点，通常要求I1>>IBQ，即I1≈I2；因此：基本不随温度变化。T(℃)↑→IC↑→UE↑→UBE↓（UB基本不变）→IB↓→IC↓Re

的作用：直流负反馈

静态工作点稳定的典型电路四、放大电路静态工作点的稳定问题设电路满足I1>>IBQ条件。3、静态工作点Q点分析静态工作点稳定的典型电路四、放大电路静态工作点的稳定问题a、有旁路电容Ce4、动态分析静态工作点稳定的典型电路四、放大电路静态工作点的稳定问题b、无旁路电容Ce4、动态分析静态工作点稳定的典型电路四、放大电路静态工作点的稳定问题b、无旁路电容Ce4、动态分析静态工作点稳定的典型电路求输出电阻Ro的等效电路

若满足四、放大电路静态工作点的稳定问题其他静态工作点稳定电路Rb1或Rb2采用热敏电阻。Rb1应具有负温度系数，Rb2应具有正温度系数。温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接影响输入回路。四、放大电路静态工作点的稳定问题讨论电路采用了什么措施稳定静态工作点？其他静态工作点稳定电路五、共集电极、共基极放大电路共集电极放大电路1、基本共集电极放大电路五、共集电极、共基极放大电路共集电极放大电路与发射极偏置电路的直流通路相同a、静态分析1、基本共集电极放大电路五、共集电极、共基极放大电路共集电极放大电路b、动态分析（电压放大倍数）1、基本共集电极放大电路小信号等效电路五、共集电极、共基极放大电路共集电极放大电路b、动态分析（电压放大倍数）1、基本共集电极放大电路小信号等效电路共集电极放大电路也称为射极跟随器。五、共集电极、共基极放大电路共集电极放大电路b、动态分析（输入电阻）1、基本共集电极放大电路注意：Ri与负载有关！五、共集电极、共基极放大电路共集电极放大电路c、动态分析（输出电阻）1、基本共集电极放大电路注意：Ro与信号源内阻有关！求输出电阻Ro的等效电路五、共集电极、共基极放大电路共集电极放大电路2、其他形式的共集电极放大电路（a）（b）五、共集电极、共基极放大电路2、其他形式的共集电极放大电路（a）图(a)答案静态工作点共集电极放大电路五、共集电极、共基极放大电路共集电极放大电路2、其他形式的共集电极放大电路（a）图(a)答案动态参数五、共集电极、共基极放大电路共集电极放大电路3、共集电极放大电路特点输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在一定条件下有电压跟随作用！输出与输入同相，电压放大倍数小于1。五、共集电极、共基极放大电路共基极放大电路1、基本共基极放大电路五、共集电极、共基极放大电路共基极放大电路与发射极偏置电路的直流通路相同a、静态分析1、基本共基极放大电路五、共集电极、共基极放大电路共基极放大电路b、动态分析（电压放大倍数）1、基本共基极放大电路小信号等效电路五、共集电极、共基极放大电路共基极放大电路b、动态分析1、基本共基极放大电路小信号等效电路五、共集电极、共基极放大电路共基极放大电路2、其他形式的共基极放大电路静态工作点五、共集电极、共基极放大电路共基极放大电路2、其他形式的共基极放大电路动态分析五、共集电极、共基极放大电路共基极放大电路3、共基极放大电路特点输入电阻小，输出电阻大；只放大电压，不放大电流；在一定条件下有电流跟随作用！输出与输入同相，电压放大倍数大于1；频带宽，适用于高频放大。五、共集电极、共基极放大电路空载条件下三种放大电路比较

接法共射共集共基

Au

大

<1

大

Aiβ1＋βαRi

中

大

小

Ro

大

小

大频带窄中宽相位反相同相同相六、多级（组合）放大电路多级放大电路的必要性

当单级放大电路不能满足多方面的性能要求（如Au＝104、Ri=2MΩ、Ro=100Ω）时，应考虑采用多级放大电路。组成多级放大电路时首先应考虑如何“连接”几个单级放大电路，耦合方式即连接方式如何确定。

常见耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、变压器耦合、光电耦合等。六、多级（组合）放大电路耦合方式既是第一级的集电极电阻，又是第二级的基极电阻能够放大变化缓慢的信号，便于集成化，Q点相互影响，存在零点漂移现象。当输入信号为零时，前级由温度变化所引起的电流