第2章晶体三极管及其基本放大电路素材

第2章晶体三极管及其基本放大电路单管共集电极和共基极放大电路2.4晶体三极管2.1单管共射极放大电路2.2放大电路静态工作点的稳定2.3多级放大电路2.5放大电路的频率响应2.62.1晶体三极管2.1.1晶体三极管的结构与类型

小功率管中功率管大功率管为什么有孔？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。2.1.2晶体三极管的电流放大原理

IB/mA00.020.040.060.080.10IC/mA＜0.0010.701.502.303.103.95IE/mA＜0.0010.721.542.363.184.05试验结果：（1）（2）称为电流放大系数。IB/mA00.020.040.060.080.10IC/mA＜0.0010.701.502.303.103.95IE/mA＜0.0010.721.542.363.184.05（3）（4）IB=0（将基极开路）时，IC＜0.001mA=1µA。该电流称为穿透电流，一般用ICEO表示要使晶体管起放大作用，外加电源须满足：放射结正向偏置，集电结反向偏置。2.1.2晶体三极管的电流放大原理

扩散运动形成放射极电流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放射区多子浓度高使大量电子从放射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使扩散到基区的电子中的极少数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2.1.2晶体三极管的电流放大原理

vovi穿透电流集电结反向电流电流安排：IE＝IB＋IC直流电流放大系数2.1.3晶体三极管的特性曲线(1)输入特性曲线死区电压硅0.5V锗0.1V导通压降硅0.7V锗0.3V

对于小功率晶体管，通常只用vCE≥1V的一条输入特性曲线

。=0VvCE>1VCEv(2)输出特性曲线对应于一个iB就有一条iC随vCE变更的曲线。饱和区放大区截止区=20μA=40μA=60μA=80μA(mA)1234（1）放大区

①放射结正向偏置，集电结反向偏置。②放大区也称为线性区。

③vCE增加时，iC基本不变，呈恒流特性。也称恒流区。

（2）截止区①放射结反向偏置，集电结反向偏置。②iB=0时，

iC=ICEO≈0。晶体管的集射极之间相当于开关断开。（3）饱和区

①放射结正向偏置，集电结正向偏置。②iC不再受iB限制，晶体管的集—射极之间相当于开关的导通。VCE=VCES=0.1~0.3V2.1.4晶体三极管的主要参数1．直流参数

（1）共射极直流电流放大系数（2）共基极直流电流放大系数（3）极间反向电流ICBO和ICEO2．沟通参数（1）共射极沟通电流放大系数（2）共基极沟通电流放大系数（3）特征频率fT

当电流放大系数的数值下降到1时，对应的信号频率。3．极限参数

（1）集电极最大允许电流ICM

β值下降到正常数值的三分之二时的集电极电流。

（2）反向击穿电压

（3）集电结最大允许耗散功率PCM

平安工作区2.1.5温度对三极管参数及特性的影响（2）温度上升ICBO增加。（1）温度上升VBE减小。（3）温度上升β增加。2.2单管共射极放大电路2.2.1放大的概念及放大电路的性能指标

1、放大的概念放大器的作用是将微弱的电信号（电压、电流、功率）不失真地放大到所须要的数值。放大的本质：能量的限制，利用有源元件实现VCC至少一路直流电源供电，是能源推断电路能否放大的基本动身点放大的特征：功率放大常用正弦波做测试信号放大的对象：变更量放大的基本要求：不失真——放大的前提输入信号为零时为静态。能够控制能量的元件

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1.放大倍数：输出量与输入量之比电压放大倍数是最常被探讨和测试的参数2.输入电阻输入电压与输入电流有效值之比。从输入端看进去的等效电阻一般来说，Ri越大越好。（1）当信号源有内阻时，Ri越大，Vi就越接近VS。（2）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。

将输出等效成有内阻的电压源，内阻就是输出电阻。

输出电阻Ro——从放大电路输出端看进去的等效电阻。3.输出电阻（1）理论计算

+-负载+-放大电路~AB（2）试验测试输出电阻的大小反映了放大电路带负载实力的好坏。Ro越小，放大电路的带负载实力越强，反之越差。3.最大不失真输出电压定义：不失真的前提下，电路能够输出的最大电压。有效值：最大值：峰峰值：4.最大输出功率与效率在输出信号不失真的状况下，负载上能够获得的最大功率。效率是最大输出功率与直流电源供应的总功率之比。这两个参数是功率放大电路的主要技术指标。2.2.2单管共射极放大电路的组成及工作原理（1）晶体管T是放大电路的核心元件，起放大作用。

（2）直流电源VCC

为放大电路供应能量。放射结正向偏置，集电结反偏，使晶体管工作在放大区。产生大小合适的基极电流IB和集电极电流IC（直流）。

（3）Rb为基极偏置电阻，产生大小合适的基极电流IB

。

2.2.2单管共射极放大电路的组成及工作原理（4）Rc是集电极负载电阻。它的作用是将集电极电流的变更转化为电压的变更，（5）Cb1和Cb2称为隔直电容或者耦合电容，其作用是“隔直流、通沟通”。（6）vs和Rs分别是信号源电压和信号源内阻。

共射动态信号作用时：放大电路的直流通路和沟通通路1.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）。2.沟通通路：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沟通信号的作用共存，这使得电路的分析困难化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和沟通通路这两个特别重要的概念。

表示直流量表示沟通量

表示总瞬时值

这时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降分别记作：IBQ、ICQ（IEQ）、VBEQ、VCEQ。2.2.3放大电路的静态分析当输入（沟通）信号vi=0时，放大电路中的电压和电流都是直流量，称电路处于静态或直流工作状态。IBVBEQIBQVBEQQVCEQICQICVCEIBQ称为静态工作点。1.估算法

直流通路+VBE-+VCE-例2.2.1设图2.2.3电路中的VCC=15V，Rc=3kΩ，晶体管的电流放大系数β=150，VBEQ=0.7V。试确定Rb=750kΩ和Rb=300kΩ两种状况下电路的静态工作点，并说明晶体管的工作状态。解：（1）由图知放射结正偏，可设晶体管处于放大状态。=0.02mA=20µAICQ=βIBQ=150×0.02(mA)=3mA

VCEQ=VCC－ICQ

Rc=（15-3×3）（V）=6V

晶体管工作在放射结正偏、集电结反偏的放大状态。+VBE-+VCE-（2）同样，设晶体管处于放大状态。=0.05mA=50µAICQ=βIBQ=150×0.05(mA)=7.5mA

VCEQ=VCC－ICQ

Rc=（15-3×7.5）（V）=-7.5V

VBCQ=VBEQ-VCEQ=0.7V-（-7.5）V=8.2V放射极、集电结均处于正向偏置。晶体管处于饱和状态。

ICQ≠βIBQ

不可能！2.图解法

输入回路负载线QIBQVBEQIBQQICQUCEQ负载线+VBE-+VCE-2.2.4放大电路的动态分析沟通通路1.微变等效电路法一般取100~300Ω阻值大，为几十千欧到几百千欧，常可认为开路（2）用微变等效电路分析共射极基本放大电路①电压放大倍数

负号表示输出与输入电压反相位

②输入电阻

③输出电阻

例2.2.2依据例2.2.1题给出的参数，试计算Rb=750kΩ时图2.2.3所示放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解：

≈rbe=1.5kΩ=3kΩ例2.2.3图示电路中，已知VCC=15V，Rb=1.5MΩ，Rc=RL=10kΩ，信号源内阻Rs=2kΩ，晶体管的电流放大系数β=100，rbe=2.8kΩ，VBEQ=0.7V。试计算（1）电路的静态工作点Q；（2）电路的电压放大倍数、源电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解：

（1）求静态工作点Q。

=0.01mA=10µAICQ=βIBQ=100×0.01(mA)=1mA

VCEQ=VCC－ICQ

Rc=（15-1×10）V=5V

（2）电路的电压放大倍数，、源电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。≈rbe=2.8kΩ=10kΩ2.图解法（1）动态工作状况的图解分析其中：沟通负载线的画法：沟通负载线的画法：直流负载线方程：斜率为沟通负载线方程：斜率为（1）先作直流负载线。iCvCE（2）再作沟通负载线。沟通负载线通过Q点。斜率为iCvCE留意：（1）沟通负载线是有沟通输入信号时工作点的运动轨迹。（2）空载时，沟通负载线与直流负载线重合。iCvCE最大不失真输出电压Vom

。较小者（2）波形非线性失真的图解分析截止失真顶部失真饱和失真底部失真2.3放大电路静态工作点的稳定2.3.1温度对静态工作点的影响2.3.2静态工作点稳定电路Ce为旁路电容，在沟通通路中可视为短路（1）电路组成（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更。TVBEICICIEVE

VBE=VB-VEVBQ稳定IB由输入特性曲线

=VB-IE

Re3.静态工作点的估算4.动态分析（1）求电压放大倍数（2）求输入电阻

（3）求输出电阻

无旁路电容Ce时：例2.3.1在图2.3.2（a）所示电路中，已知VCC=12V，Rb1=2.5kΩ，Rb2=7.5kΩ，Rc=RL=2kΩ，Re=1kΩ，晶体管的电流放大系数β=30，VBEQ=0.7V。（1）试估算电路的静态工作点；

（2）计算电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻;（3）假如在输入端加一信号源，其内阻Rs=10kΩ，计算此时的源电压放大倍数;（4）计算去掉电容Ce时电路的电压放大倍数和输入电阻;（5）假如换上β=50的晶体管，电路其它参数不变，静态工作点有何变更？解：（1）（2）（3）（4）

（5）

2.4单管共集电极放大电路和共基极放大电路2.4.1单管共集电极放大电路静态分析2.动态分析2.动态分析（1）求电压放大倍数（2）求输入电阻Ri与负载有关！（3）求输出电阻

Ro与信号源内阻有关！特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；在确定条件下有电压跟随作用！例2.4.1电路如图2.4.4所示，已知晶体管的电流放大系数β=50，VBEQ=-0.7V。试求该电路的静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻，并说明它属于什么组态。解：2.4.2单管共基极放大电路与分压式偏置静态工作点稳定电路的直流通路完全一样。

特点：输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！求下图所示电路的静态工作点和动态参数。例2.4.2在图示电路中，已知VCC=15V，Rb1=30kΩ，Rb2=20kΩ，Rc=2kΩ，RL=1kΩ，Re=2.65kΩ，晶体管的电流放大系数β=100，VBEQ=0.7V。各电容对沟通信号可视为短路。试估算电路的静态工作点Q和电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。解：

接法共射共集共基

Av

大

小于1

大

Aiβ1＋βαRi

中

大

小

Ro

大

小

大频带窄中宽2.4.3三种基本组态放大电路的性能比较2.5多级放大电路阻容耦合共射电路共集电路Q点相互独立。不能放大变更缓慢的信号，低频特性差，不能集成化。利用电容连接信号源与放大电路、放大电路的前后级、放大电路与负载，为阻容耦合。2.5.1多级放大电路的耦合方式2.干脆耦合既是第一级的集电极电阻，又是其次级的基极电阻能够放大变更缓慢的信号，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，前级由温度变更所引起的电流、电位的变更会逐级放大。共射电路共射电路干脆连接输入为零，输出产生变化的现象称为零点漂移求解Q点时应按各回路列多元一次方程，然后解方程组。例2.5.1在图示电路中，各元器件参数如图所示，两只晶体管都是硅管，电流放大系数相等，β1=β2=50，稳压管的工作电压VZ=4V。（1）试计算各级电路的静态工作点Q。（2）若由于温度的上升使ICQ1增加1%，试计算静态输出电压的变更时多少？解：（1）先确定T1的静态工作点再确定T2的静态工作点所以静态时的输出电压为（2）当温度上升使IC1Q增加1%时比原来增加了1.65V，约变更了33%。零点漂移产生零点漂移的主要缘由，是放大电路的静态工作点受温度影响而上下波动。在多级放大电路各级的漂移当中，第一级的漂移影响最为严峻。2.5.2多级放大电路的动态分析电压放大倍数2.输入、输出电阻

对电压放大电路的要求：Ri大，Ro小，Av的数值大，最大不失真输出电压大。留意：在算前级放大倍数时，要把后级的输入阻抗作为前级的负载！例2.5.2在图2.5.1所示电路中，已知VCC=12V，R1=15kΩ，R2=R3=5kΩ，R4=2.3kΩ，R5=100kΩ，R6=RL=5kΩ；晶体管的电流放大系数β均为50，rbe1=1.2kΩ，rbe2=1kΩ，VBE1Q=VBE2Q=0.7V。（1）试估算电路的静态工作点Q。（2）计算电路的电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。解：（1）求静态工作点。

（2）计算电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。2.6放大电路的频率响应2.6.1频率响应的一般概念1.幅频特性和相频特性2.上限频率、下限频率和通频带通频带：上限频率下限频率3.波特图(1)RC低通电路的波特图①频率响应表达式：幅频响应：相频响应：令：则：②

RC低通电路的波特图最大误差-3dB斜率为-20dB/十倍频程的直线幅频响应：f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程0分贝水平线相频响应

可见：当频率较低时，│A

v│

≈1，输出与输入电压之间的相位差=0。随着频率的提高，│Av

│下降，相位差增大，且输出电压是滞后于输入电压的，最大滞后90o。其中fH是一个重要的频率点，称为上限截止频率。

f0.1fH0fH10fH100fH-20-40-20dB/十倍频程f0.1fH0°fH10fH100fH-45°-90°这种对数频率特性曲线称为波特图（2）RC高通电路的波特图（1）频率响应表达式：令：则：幅频响应：相频响应：（2）RC高通电路的波特图f0.01fL00.1fL

fL10fL-20-40最大误差-3dB斜率为20dB/十倍频程的直线幅频响应：20dB/十倍频

可见：当频率较高时，│Av

│

≈1，输出与输入电压之间的相位差=0。随着频率的降低，│Av│下降，相位差增大，且输出电压是超前于输入电压的，最大超前90o。其中，fL是一个重要的频率