第二章晶体管及其放大电路(一)

2半导体三极管及放大电路基础■半导体三极管★共射极放大电路的组成和工作原理★放大电路的静态分析★放大电路的动态分析■静态工作点的选择和稳定★共集电极和共基极放大电路■多级放大器■放大电路的频率特性本章学习重点：1、半导体三极管的特性曲线和主要参数2、放大电路的分析方法3、共射极、共基极、共集电极放大电路特点、主要性能指标的分析估算4、频率响应的表达方式以及放大电路的频率特性2.1半导体三极管Transistor半导体三极管又称简称晶体管。半导体三极管的放大作用和开关作用，促使了电子技术的的飞跃。半导体三极管图片2.1.1半导体三极管的结构（2）根据使用的半导体材料分（1）根据结构分三极管的主要类型NPN型PNP型硅管锗管NNP发射区集电区基区发射极集电极

发射结集电结基极

EBC1.NPN型三极管结构示意图和符号B(b)E(e)TC(c)2、PNP型三极管结构示意图和符号PNP型三极管符号BETCE发射区集电区基区PPNCBJeJcEBC（1）发射区小，掺杂浓度大。（2）集电区掺杂浓度低，集电结面积大。（3）基区掺杂浓度很低，且很薄。3、三极管的内部结构特点（具有放大作用的内部条件）：平面型晶体管的结构示意图发射区基区集电区2.1.2三极管工作原理（以NPN型管为例）三极管放大的外部条件：▲发射结正向偏置▲集电结反向偏置原理图电路图+–+–三极管的电流分配关系动画演示a.发射区向基区扩散电子形成发射极电流IEb.向发射区扩散到基区的电子和基区的空穴复合形成基极电流IBc.集电区收集从发射区扩散过来的电子形成发射极电流ICd.集电区、基区少子相互漂移形成反向饱和电流ICBO三极管内部电流形成过程：发射结回路为输入回路，集电结回路为输出回路。定义基极是两个回路的公共端，称这种接法为共基极接法。

称为共基极直流电流放大系数

输入回路输出回路各电极电流之间的关系

IE=IC+IB

IBICICBO晶体管共射极接法原理图电路图IBICICBO定义为三极管共射极直流电流放大系数IBICICBO各电极电流之间的关系ICEO称为穿透电流得或的关系式由由及的定义与共基极交流电流放大系数共射极交流电流放大系数

定义α与β的关系一般可以认为：结论：在RC两端有一个较大的交流分量可供输出。ui→ib→ic→icRc交流信号的传递过程TVBBVCCiBuBE_uCEiC+RBRCui+_+_iE(2)放大原理设输入信号ui=UimSinωt

V2.1.3半导体三极管共射极接法的伏安特性曲线

1．共射极输入特性

共射极输入特性三极管共射极接法2．共射极输出特性

输出特性曲线饱和区截止区放大区iiB=20μA04060801002468/VuCE01234C/mA各区的特点：（1）饱和区UCE≤UBE发射结正偏，集电结正偏b.IC＜βIB

IB失去了对IC的控制c.UCE增大，IC

增大饱和区iiB=20μA04060801002468/VuCE01234C/mAd.饱和电压降UCES较小（3）截止区IB≈0发射结反偏或零偏（2）放大区UCE>UBE发射结正偏，集电结反偏b.IC=βIBc.IC与UCE无关饱和区放大区iiB=20μA04060801002468/VuCE01234C/mA截止区b.

IC=ICEO≈0

NPN管与PNP型管的区别iB、uBE、iC、iE、uCE的极性二者相反PNP管电路NPN管电路硅管与锗型管的区别（3）锗管的ICBO比硅管大（1）死区电压约为硅管0.5V锗管0.1V（2）

导通压降|uBE|锗管0.3V硅管0.7V2.1.4半导体三极管的主要电参数1.直流参数（3）发射极开路，集电极——基极间反向饱和电流ICBO

（1）共基极直流电流放大系数

（2）共射极直流电流放大系数

（4）发射极开路，集电极——发射极间反向饱和电流ICEO

2.交流参数

（1）共基极交流电流放大系数α

β值与iC的关系曲线（2）共射极交流电流放大系数β

常数iC0β3.极限参数(4)集电极最大允许电流ICM(1)集电极开路时发射极——基极间反向击穿电压U（BR）EBO(2)发射极开路时集电极——基极间反向击穿电压U（BR）CBO(3)基极开路时集电极——发射极间反向击穿电压U（BR）CEO

iCuCE0U

(BR)CEOICMPCM不安全区安全区(5)集电极最大允许功率耗散PCM晶体管的安工作全区等功耗线PC=PCM=uCE×iC2.1.5温度对管子参数的影响

1．对β的影响2．对ICBO的影响3．对UBE的影响

4．温度升高，管子的死区电压降低。

小结：▲三极管分NPN管和PNP管▲三极管的工作状态分为放大、饱和、截止三种状态▲三极管放大的条件是：发射结正偏，集电结反偏▲三极管是一种电流控制电流型器件：IC=βIB思考题2.如何用万用表判别晶体管的类型和电极？3.为什么晶体管基区掺杂浓度小而且做的很薄？1.晶体管的发射极和集电极是否可以调换使用？4.晶体管在输出特性曲线的饱和区工作时，其电流放大系数和在放大区工作时是否一样大？2.2共射极放大电路的组成和工作原理

2.2.1放大电路概述

1．放大电路的用途: 把微弱的电信号不失真地放大到负载所需的数值。应用举例放大器直流电源话筒

输入喇叭输出2．放大电路的主要性能指标

放大器性能指标测量原理方框图

被测放大电路负载正弦波信号源+−直流电源+−++−−互导放大倍数Ag

·······互阻放大倍数

Ar

····电流放大倍数Ai·ioUUAu=···电压放大倍数Au

·+−直流电源+−++−−(1)放大倍数A

·功率放大倍数Ap(2)输入电阻Ri

Ri越大，Ui也越大，UO也就越大。a.由于b.

Ri越大，输入电流ii越小，信号源的负载越小。+−直流电源+−++−−Ri(3)输出电阻Ro

定义：测量电路被+–测放大电路直流电源+–Ro即Ro越小，输出电压越稳定，电路带载能力越强。+−直流电源+−++−−由于测量Ro的一种方法

——带负载时的输出电压——负载开路时的输出电压+−直流电源+−++−−S(4)全谐波失真度D

(5)动态范围Uop-p也称为最大不失真输出电压。即谐波电压总有效值与基波电压有效值之比使输出电压uo的非线性失真度达到某一规定数值时的uo的峰—峰值。(6)频带宽度fBW相频特性由得····幅频特性··fL幅频特性曲线fHf·fBW相频特性曲线90_o180_o225_o270_o135_ofBWf2.2.2共射极放大电路的组成及其工作原理

1.共射极放大电路的组成各元器件的名称：T—放大器件耦合电容C1、C2RB—基极偏置电阻—RC

—集电极功耗电阻隔离放大电路对信号源和负载的直流影响。沟通信号源、放大电路、负载之间的信号传递通道。各元器件的作用：1、三极管T:放大电路的核心器件，起放大电路2、耦合电容C1C23、VCC为T提供Jc反偏电压UCE及集电极电流IC为T提供Je正偏电压UBE，提供基极偏置电流为电路提供能量4、RC转换集电极电流信号为电压信号,

实现电压放大放大电路的两种工作状态：静态—当输入信号为零时电路的工作状态。静态时放大电路只有直流分量。动态—有输入信号时电路的工作状态。动态时电路中的信号为交直流混合信号。注：不同书写体字母的含义UBE

IB—大写字母，大写下标，表示直流量。ube—小写字母，小写下标，表示交流瞬时值。uBE—小写字母，大写下标，表示交、直混合量。Ube—大写字母，小写下标，表示交流分量有效值。

信号的传递过程C2隔直作用思考题1、通常希望放大电路的输入电阻高一些好，还是低一些好？对输出电阻呢？放大电路的带负载能力是指什么?2、如何用PNP管构成共射极放大电路？2.3放大电路的静态分析静态分析——就是通过放大电路的直流通路求解静态工作点值IBQ、ICQ、UCEQ。直流通路2.3.1图解法在放大电路静态分析中的应用

1．输入回路列写输入回路方程VCC=iBRB+uBE求解静态工作点的常用方法图解法估算法直流负载线与三极管输入特性曲线的交点，即为放大电路的输入静态工作点Qi。在iB、uBE坐标系上是一条直线称为输入回路的直流负载线VCC=iBRB+uBE方程PK三极管输入特性曲线直流负载线0iBuBE2．输出回路VCC=iCRC+uCE输出回路方程称为输出回路的直流负载线MN直流负载线输出特性曲线直流负载线与晶体管输出特性曲线的交点，即为放大电路的输入静态工作点Qo。在iC、uCE坐标系上是一条直线iC0uCE2.3.2估算法在放大电路静态分析中的应用

UCEQ=VCC－ICQRC式中，|UBEQ|硅管可取为0.7V，锗管0.3V

由输入回路方程VCC=iBRB+uBE得

在静态分析基础上，分析电路中的交流分量之间关系。主要求Au、Ri、Ro及Uopp等参数。2.4放大电路的动态分析

常用的分析方法图解法微变等效电路法1．当RL=∞时在输入回路uBE=UBE+uit02.4.1图解法在放大电路动态分析中的应用

基本共射极放大电路的波形分析动画演示已知输入信号小结：输出信号波形输出电压uo与输入电压ui相位相反0t0t（忽略UCES和ICBO）放大电路的动态范围a.如果UCEQ=ICQRC=VCC/2iB波形iB1iB2iB3uo1uo2uo3输出波形=2ICRCUopp=2UCEQ=VCC0t0MNb.如果UCEQ<ICQRCiB波形iB1iB2iB3输出波形Uopp=2UCEQuo1uo2uo30t0MNC.如果UCEQ>ICQRCiB波形iB1iB2iB3输出波形Uopp=2ICRCuo1uo2uo30t0MN结论:(2)共射极放大电路的uo与ui的相位相反。(3)ui的幅度过大或静态工作点不合适，将使工作点进入非线性区而产生非线性失真（饱和失真、截止失真）。(4)放大电路信号iB=IB+ibuBE=UBE+uiiC=IC+icuCE=UCE+uce(1)(5)动态范围(忽略ICEO和UCES)(a)

Qo点在负载线的中点UCEQ=ICQRC=VCC/2Uopp=2ICQRC(b)

Qo点在负载线中点下方

UCEQ＞ICQRC

(c)

Qo点在负载线中点上方(6)非线性失真的特点：Uopp=2×min[UCEQ，ICQRC]UCEQ＜ICQRC饱和失真：输出电压波形的下半部被削平。截止失真：输出电压波形的上半部被削平。

(d)Uopp的一般表示式2．当RL≠∞时（1）放大电路的交流通路交流通路画法：耦合电容短路直流电压源短路交流通路R'L＝RC//RL由放大电路的交流通路可知式中ic由于故（2）交流负载线式中该直线称为放大电路的交流负载线。在uCE和iC的坐标中，也表示一条直线M直流负载线交流负载线PUCEQ+ICQR'LiCuCE0QONICQab式交流负载线及放大电路波形分析交流负载线的特点:

电路的工作点沿交流负载线移动。

斜率为－1/R'L

经过静态工作点Q

与横轴的交点为UCEQ+ICQR'L

动态范围(a)比电路空载时小。(b)(c)当考虑UCES时（2）作图烦琐，Ui很小时难以作图。图解法的特点（1）便于观察。（3）放大电路一些性能指标无法由图解法求得。2.4.2微变等效电路法在放大电路动态分析中的应用

1．晶体管的H参数微变等效电路

（1）晶体管线性化的条件：电路工作在小信号状态。a.ΔiB与

Δ

uBE之间具有线性关系b.β值恒定（2）晶体管可线性化的主要依据：晶体管共射极接法线性化原理晶体管–ucebecNPNPNP或型型晶管体+icubeib+–等效图线性网络uce+–+–ubeicib晶体管线性等效电路的H参数描述式中线性网络uce+–+–ubeicib晶体管的微变等效电路可画出等效电路由+_bec+_hfeib+_hieubeibhreuce1/hoeicuce称为晶体管的输入电阻其中rbb'称为晶体管的基极体电阻。(2)hre￣反向传输电压比电流放大系数+_bec+_ib+_rbeubeibhreuce1/hoeicuce(1)(3)(4)称为晶体管共射极输出电导hre、hoe一般比较小，可忽略不计

晶体管微变等效简化电路ube+_becib+_rbeβibicuce+_bec+_ib+_rbeubeibhreuce1/hoeicuce三极管H参数等效电路使用注意事项：1、适用于输入为交流小信号的情况2、βib是受控源，大小和方向都受控制问题：PNP管的H参数等效电路如何画？2．微变等效电路法在放大电路动态分析中的应用

（1）画出放大电路的交流通路（2）放大电路的微变等效电路bce（3）放大电路的主要性能指标的计算a.电压放大倍数bce·····式中uo与ui相位相反通常Ribceb.输入电阻Ric.输出电阻Ro由定义：画出求输出电阻的等效电路bceiiRobce求输出电阻的等效电路由图可知故bceiiRoβib=0在图示电路中，已知：VCC=12V，RC=2kΩ，RB=360kΩ；晶体管T为锗管，其=β=60，rbb'=300Ω；C1=C2=10μF，RL=2kΩ。试求：[例](a)晶体管的IBQ，ICQ

及UCEQ；

(b)

放大电路的Au，Ri，Ro及Uopp。[解]略1.晶体管用微变等效电路来代替，条件时什么？2.电压放大倍数Au是不是与

成正比？3.为什么说当一定时通过增大IE来提高电压放大倍数是有限制的？试从IC和rbe两方面来说明。4.能否增大RC来提高放大电路的电压放大倍数？当RC过大时对放大电路的工作有何影响？设IB不变。5.Rbe、rce、Ri、Ro是交流电阻，还是直流电阻？在Ro中包括不包括负载电阻RL？6.如果输出波形失真，静态工作点不合适吗？思考题2.5静态工作点的选择和稳定

2.5.1选择静态工作点Q应该考虑的几个主要问题1.安全性2.动态范围Q应该在安全区，且应该在安全区中的放大区。为了获得尽可能大的动态范围，Q应该设置在交流负载线的中间。3.电压放大倍数Au当dβ/diC

≈0时|ICQ|增大rbe减小|Au

|提高4.输入电阻Ri由于Ri≈rbe当|ICQ|增大rbe减小Ri减小由于·5.功耗和噪声2.5.2静态工作点的稳定

1．引起Q点不稳定的原因

（1）温度对Q点的影响a.温度升高，β增大b.温度升高，ICBQ增大减小电流|ICQ|，可以降低电路的功耗和噪声。c.温度升高，|UBE|减小导致集电极电流ICQ增大（2）老化（3）其他方面b.影响Q点不稳定的主要因素是温度管子长期使用后，参数会发生变化，影响Q点。

电路中电源电压波动、元件参数的变化等都会影响Q点。小结：a.Q点是影响电路性能的主要因素2．稳定静态工作点的途径

(1)从元件入手。a.选择温度性能好的元件b.经过一定的工艺处理以稳定元件的参数，防止元件老化。(2)从环境入手采用恒温措施。引入负反馈采用温度补偿(3)从电路入手2.5.3负反馈在静态工作点稳定中的应用

（1）

电路组成

+_T+_+++I＞＞IBQ故基极电位

UBQ>>UBEQ

（2）

Q点稳定的条件

直流通路T+_+__稳定Q点的机理

T↑↑↑↓↑↑↓↓↓T+_+__这种作用称为直流电流负反馈。小结：稳定Q的机理是：电路将输出电流IC在RE上的压降返送到输入回路，产生了抑制IC改变的作用，使IC基本不变。T+_+__电容CE的作用：a.对于交流信号满足b.交流信号对地短路，使RE只对直流信号有反馈，而对交流信号无反馈。电容CE称为旁路电容。+_T+_+++[例1]在图示电路中，RB1=39kΩ，RB2=10kΩ，RC=2.7kΩ，RE=1kΩ，RL=5.1kΩ，C1=C2=10μF，Ce=47μF，VCC=15V，晶体管T的=100、rbb'=300Ω、UBEQ=0.7V。试求：

(1)

ICEQ、UCEQ(2)Au、R

i、Ro的值。+_T+_+++解略

[例2]图示电路的参数均与例1相同。试求：(1)放大电路的Q。（2）放大电路的Au、R

i、Ro。[解]+_T+_++略1.静态工作点不稳定对放大电路有何影响？2.对于分压式偏置电路，为什么只要满足I2>>IB和VB>>UBE两个条件，静态工作点才能基本稳定？3.对于分压式偏置电路，当更换晶体管时，对放大电路的静态值有无影响？试说明之。4.在实际中调整分压式偏置电路的静态工作点时，应调节哪个元件的参数比较方便？接上发射极电阻的旁路电容CE后是否影响静态工作点？思考题2.6共集电极和共基极放大电路2.6.1共集电极放大电路

1.电路组成

电路从发射极与“地”之间输出信号，所以又称为射极输出器。2.静态分析

画出放大电路的直流通路。

+_T+_++UCEQ=VCC－IEQRE

（1）估算法

直流通路由图可得T+_+__+_T+_++（2）戴维南等效电路法等效电路等效电路中RB=RB1//RB2

T+_+__UCEQ=VCC－IEQRE≈VCC－ICQRE

由图可得2．动态分析

交流通路（1）画交流通路+_T+_+_T+_++交流通路输入回路输出回路共集电极电路另一种画法+_T+_（2）画微变等效电路

微变等效电路图中•+_T+_（3）动态性能分析

a.电压放大倍数RL'=RE//RL其中

由图可知········•···由于故···无电压放大能力•b.电流放大倍数由于·······故··•和同一数量级和同一数量级即射极输出器有电流放大能力和功率放大能力整理上式得一般情况|Ai|>1故····

Ri=RB//R'i=RB1//RB2//[rbe+(1+β)R'L]

c.输入电阻由于故

Ri通常很大•d.输出电阻Ro画出求Ro的等效电路图中故•射极输出器的输出电阻很小。•e.射极输出器的特点：

(a)Au≈1，无电压放大能力。(b)uo与ui同相。

(c)

具有电流放大能力和功率放大能力。(d)具有高的输入电阻和低的输出电阻。f.射极输出器的用途(b)在多级放大电路中作输入级和