晶体管放大器

1晶体管的结构和符号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。小功率管中功率管大功率管为什么有孔？2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电流分配：

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穿透电流集电结反向电流直流电流放大系数交流电流放大系数为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？2晶体管的放大原理3晶体管的共射输入特性和输出特性为什么UCE增大曲线右移？

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。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？1.输入特性2.输出特性β是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下?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？为什么进入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？饱和区放大区截止区晶体管的三个工作区域

晶体管工作在放大状态时，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

。状态uBEiCuCE截止＜UonICEOVCC放大≥UonβiB≥uBE饱和≥Uon＜βiB≤uBE4温度对晶体管特性的影响5主要参数

直流参数：、、ICBO、ICEOc-e间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

交流参数：β、α、fT（使β＝1的信号频率）

极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO3.6晶体管电路的直流分析3.6.1分析方法①若，则晶体管工作在截止模式，，依据电路情况进一步确定晶体管各极的电压；②若，假设晶体管工作在放大模式，则取，计算晶体管的各极电压和电流；③依据②中各极的电压判断晶体管的工作状态。若，则晶体管工作在放大模式，假设正确，分析结束。若，则晶体管工作在饱和模式，假设不正确，转入步骤④；④利用晶体管的饱和模型代入直流电路中晶体管，重新分析晶体管的各极电压和电流。

分析方法(NPN型)：导通电压，饱和电压分析目的：分析晶体管的各极电压，确定晶体管的各个结的偏置，进而确定晶体管的工作模式。PNP型：仅将、、用分别代替、、即可

例3.3在图3-6-1所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的图3-6-1解：因为，发射极通过电阻接地，因此，发射结正偏，取，则有：判断：晶体管确实工作在放大模式，假设正确，则上述求得的各极电压、电流即为电路的解。例3.4在图3-6-2所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的图3-6-2解：因为，发射极通过电阻接地，，因此发射结反偏，晶体管工作在截止模式，则有：例3.5在图3-6-3(a)所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的图3-6-3解：因为，假设放大模式，取，则有：判断：因此晶体管工作在饱和模式，采用饱和模型如图(b)所示注意：以上三个例子的电路一样，但工作模式不一样。例3.6在图3-6-4所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的图3-6-4解：假设晶体管工作在放大模式，取，则有：假设正确(判断忽略)。例3.7在图3-6-5所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的图3-6-5解：因为，发射极通过电阻接正电源，因此，发射结正偏，取，则有：例3.7在图3-6-6(a)所示的电路中，试分析该电路，确定晶体管各极的电压和电流。假定晶体管的图3-6-6解：将左边部分等效为戴维南形式，如(b)图所示，其中：可求得：或者例3.7说明发射极与基极的电阻可以互相折算：

计算基极的电流：将发射极的电阻折算到基极中，其折算方法为乘上系数，即为；计算发射极电流：将基极的电阻折算到发射极中，其折算方法为乘上系数，即为。若足够大，则有，，工程估算时方便。

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一、放大的概念与放大电路的性能指标

二、基本共射放大电路的组成与工作原理

三、放大电路的分析方法四、静态工作点的稳定性问题五、晶体管放大电路的三种接法放大的对象：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——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1.放大的概念一、放大的概念与放大电路的性能指标一、放大的概念与放大电路的性能指标2.性能指标对信号而言，任何放大电路均可看成二端口网络。信号源信号源内阻输入电压输入电流输出电压输出电流一、放大的概念与放大电路的性能指标放大倍数：输出量与输入量之比四种放大倍数电压放大倍数：电流放大倍数：互阻放大倍数：互导放大倍数：

电压放大倍数是最常被研究和测试的参数

输入阻抗：对信号源而言，放大器可以看作是它的负载，用等效电阻表示，称为放大器的输入阻抗，即：

输出阻抗：对负载而言，放大器可以看作是它的等效信号源，输出阻抗是该等效信号源的内阻，称为输出阻抗，用表示。定义为输出端的开路电压与负载短路电流的比值。

图3-11-2外加的电压电流法求取输出阻抗：移去放大器电路中的独立源(独立电压源短路、独立电流源开路)，并将负载用外加的电压取代，求取电流,如图3-11-2所示。则输出阻抗定义为：

一、放大的概念与放大电路的性能指标

通频带

最大不失真输出电压Uom：交流有效值。

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

最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的参数一、放大的概念与放大电路的性能指标1、电路的组成及各元件的作用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)。动态信号作用时：

输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。共射二、基本共射放大电路及其工作原理二、基本共射放大电路及其工作原理2、为什么要设置静态工作点

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？

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！二、基本共射放大电路及其工作原理3、放大电路的组成原则静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。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。两种实用放大电路：（1）直接耦合放大电路问题：1.两种电源2.信号源与放大电路不“共地”共地，且要使信号驮载在静态之上静态时，动态时，VCC和uI同时作用于晶体管的输入回路。将两个电源合二为一有直流分量有交流损失－＋UBEQ二、基本共射放大电路及其工作原理两种实用放大电路：（2）阻容耦合放大电路

耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。静态时，C1、C2上电压？动态时，C1、C2为耦合电容！＋－UBEQ－＋UCEQuBE＝uI＋UBEQ，信号驮载在静态之上。负载上只有交流信号。二、基本共射放大电路及其工作原理4、简单工作原理Vi=0Vi=Vsint二、基本共射放大电路及其工作原理饱和失真底部失真截止失真顶部失真输出和输入反相！

要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！动态信号叠加在静态之上与iC变化方向相反二、基本共射放大电路及其工作原理三、放大电路的分析方法1、放大电路的直流通路和交流通路

通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，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。直流通路：①Vs=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）。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）。三、放大电路的分析方法阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路

共射极放大电路

直流通路

交流通路

ic

vce

+

-

交流通路三、放大电路的分析方法静态：输入信号为零（vi=0或ii=0）时，放大电路的工作状态，也称直流工作状态。动态：输入信号不为零时，放大电路的工作状态，也称交流工作状态。2.分析方法：图解法和模型法（等效电路法）静态分析：IBQ，ICQ，VCE动态分析：Av，Ri，Ro，失真分析

图解法（应用实测特性曲线）输入回路负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线（1）静态分析：图解二元方程（2）电压放大倍数的分析斜率不变（3）失真分析截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。截止失真是在输入回路首先产生失真！减小Rb能消除截止失真吗？饱和失真消除方法：增大Rb，减小Rc，减小β，减小VBB，增大VCC。Rb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑：饱和失真是输出回路产生失真。最大不失真输出电压Uom

：比较UCEQ与（VCC－UCEQ

），取其小者，除以。这可不是好办法！例题放大电路如图所示。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）共射极放大电路

静态工作点为Q（40uA，2.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。例题（2）当Rb=100k时，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。VCE不可能为负值，此时，Q（120uA，6mA，0V），

例图中画出了某固定偏流放大电路中BJT的输出特性及交、直流负载线，试求：（1）电源电压VCC，静态电流IB、IC和管压降VCE的值；

（2）电阻Rb、RC的值；

（3）输出电压的最大不失真幅度；

（4）要使该电路能不失真地放大，基极正弦电流的最大幅值是多少？动态工作情况分析输入交流信号时的图解分析三、放大电路的分析方法

等效电路法半导体器件的非线性特性使放大电路的分析复杂化。利用线性元件建立模型，来描述非线性器件的特性。（1）直流模型（用于Q的分析）理想二极管三、放大电路的分析方法输入回路等效为恒压源输出回路等效为电流控制的电流源利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。三、放大电路的分析方法（2）交流小信号等效模型基区体电阻发射结电阻发射区体电阻数值小可忽略查阅手册在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！（3）动态分析三、放大电路的分析方法（4）阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析

共射极放大电路

一般硅管VBE=0.7V，锗管VBE=0.2V，

已知。

静态分析三、放大电路的分析方法动态分析ic

vce

+

-

交流通路阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析四、静态工作点的稳定性问题

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。

若温度升高时要Q’回到Q，则只有减小IBQT（℃）→β↑→ICQ↑→Q’ICEO↑若UBEQ不变IBQ↑Q’1、温度对静态工作点的影响2、静态工作点稳定的典型电路

直流通路？Ce为旁路电容，在交流通路中可视为短路(1)电路组成四、静态工作点的稳定性问题(2)稳定原理

为了稳定Q点，通常I1>>IB，即I1≈I2；因此基本不随温度变化。设UBEQ＝UBE＋ΔUBE，若UBQ－UBE>>ΔUBE，则IEQ稳定。(3)Q点分析分压式电流负反馈工作点稳定电路Rb上静态电压是否可忽略不计？判断方法：(4)动态分析利?弊?无旁路电容Ce时：如何提高电压放大能力？例题解：求电路的静态参数（IBQ、ICQ、VCEQ)，及动态参数（AV、Ri、Ro)。根据直流通路求静态参数VBIBIC例题根据微变等效电路求动态参数1.电压放大倍数例题2.输入电阻Ri2.输出电阻Ro（输出端开路，输入电压为零）RiRi'根据微变等效电路求动态参数例题3.10晶体管放大器的直流偏置分压式偏置电路

——常用偏置电路3.10.1单电源供电的偏置电路

在工程上：一般取，(或者)为，两端的压降通过电阻和的电流为发射极电流的十分之一。为减小受温度和的影响，电路设计时应满足：图3-10-1例3．11设计图3-10-1（a）所示放大器的偏置电路，要求

，电源电压。假设晶体管的解：依据工程估算方法，因为，取，则有取，则所以因此发射极的电阻为选择通过电阻和电流为发射极电流的十分之一，即因此又因为则可以得到图3-10-13.10晶体管放大器的直流偏置正负电源供电————图3-10-23.10.2双电源供电的偏置电路

与分压式偏置类似，只是将电压换成即可为减小受温度和的影响，电路设计时应满足：图3-10-2发射极电流：3.10晶体管放大器的直流偏置3.10.3集电极与基极接电阻的偏置电路图3-10-3偏置电路如图3-10-3所示发射极电流：与分压式偏置类似，只是将电压换成，换成即可为减小受温度和的影响，电路设计时应满足：3.10晶体管放大器的直流偏置3.10.4恒流源偏置电路图3-10-4恒流源偏置电路如图3-10-4所示发射极电流：

发射极电流与晶体管的及电阻的取值无关，因此电阻的值可以很大。

采用恒流源偏置方式简化电路设计。特点：说明：恒流源电路的实现将在后面的章节中介绍。3.11单级晶体管放大器电路基极、发射极——可作信号的输入端发射极、集电极——可作信号的输出端3.11.2晶体管放大器的基本组态三种基本组态电路NPN型PNP型3.11单级晶体管放大器电路交流通路如图3-11-4(a)所示，交流小信号模型电路如图3-11-4(b)所示

3.11.3共发射极放大器令独立电压源，相应的，则，因此放大器的输出阻抗为输入阻抗

图3-11-4输出阻抗：

3.11单级晶体管放大器电路当集电极开路时，即，此时放大器的增益达到最大值增益：

电压增益

负号表示反相或者源电压增益：输出信号与信号源的比值，因

电流增益：

例3.12共发射极放大器电路如图3-11-5所示。

试求输入阻抗、输出阻抗及电压增益。晶体管小信号参数：解：直流分析：直流通路如右下图图3-11-5，

，

，

，，

交流通路如图及交流小信号模型电路如下所示

输入阻抗

输出阻抗：

电压增益：

3.11单级晶体管放大器电路发射极接电阻的共发射极放大器如图3-11-8，也称为改进型的共发放大器电路。对应的交流通路及交流小信号等效电路如下图所示。

3.11.4发射极接电阻的共发射极放大器图3-11-8交流通路交流小信号等效电路3.11单级晶体管放大器电路工程估算时忽略电阻。输入阻抗输出阻抗

输入输出阻抗：

或采用电阻折算法若计入电阻，则有(推算略)：输入阻抗输出阻抗3.11单级晶体管放大器电路电压增益(不计)：

优点：克服温度变化对晶体管影响，提高放大器电路的工作稳定性共基极电路1.静态工作点直流通路与射极偏置电路相同共基极电路2.动态指标①电压增益输出回路：输入回路：电压增益：共基极电路#共基极电路的输入电阻很小，最适合用来放大何种信号源的信号？②输入电阻③输出电阻3.11单级晶体管放大器电路交流通路如图3-11-9(a)，不计的交流小信号模型电路图3-11-9(b)3.11.5共基极放大器令独立电压源，相应的，则，因此放大器的输出阻抗为输入阻抗：

图3-11-9输出阻抗：

---基极折算到发射极的电阻3.11单级晶体管放大器电路其电流增益为恒小于1；当，电流增益为，即，此时该放大器也称为电流接续器。

电压增益：

说明：

正值---同相放大器源电压增益：

电流增益：

3.11单级晶体管放大器电路交流通路如图3-11-10(a)，交流小信号模型电路图3-11-10(b)3.11.6共集电极放大器输入阻抗：

图3-11-10---射极电阻RE//RL折算到基极的电阻

共集电极电路1.电路分析共集电极电路结构如图示该电路也称为射极输出器①求静态工作点由得共集电极电路交流通路共集电极电路②电压增益输出回路：输入回路：电压增益：<A>画小信号等效电路<B>确定模型参数

已知，求rbe<C>增益其中一般，则电压增益接近于1，即电压跟随器交流通路小信号等效电路共集电极电路③输入电阻根据定义由电路列出方程则输入电阻当时，输入电阻大输入电阻其中共集电极电路输出电阻④输出电阻由电路列出方程其中则输出电阻当，时，输出电阻小共集电极电路特点：◆电压增益小于1但接近于1，◆输入电阻大，对电压信号源衰减小◆输出电阻小，带负载能力强#既然共集电极电路的电压增益小于1（接近于1），那么它对电压放大没有任何作用。这种说法是否正确？3.11单级晶体管放大器电路若则有输出阻抗：外加电压法，如图

---基极折算到发射极的电阻3.11单级晶体管放大器电路其电压增益为恒小于1；当电压增益为接近于1，即，此时该放大器也称为射极跟随器。

电压增益：

说明：

正值---同相放大器源电压增益：

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