晶体管及基本放大电路

晶体管及基本放大电路第1页/共87页22.1半导体晶体管

要求:理解晶体管的放大原理掌握晶体管的三个状态特点掌握组成放大电路的外部条件掌握晶体管的电流关系第2页/共87页3一.基本结构与分类1.内部结构符号第3页/共87页41）按材料分2）按结构分3）按频率分4）按功率分高频管低频管硅管锗管NPN型PNP型大功率管小功率管对应型号3A（锗PNP）3B（锗NPN）3C（硅PNP）3D（硅NPN）2.分类第4页/共87页5放大器一般为4端网络，根据公共端的不同，晶体管有三种连接方式ICIEIEICIBICIBICIB

（共发射极）（共集电射极）（共基射极）二.晶体管的连接方式第5页/共87页6（一）三个区的特点1)发射区是掺杂质比集电区掺杂多的N型半导体，电子浓度很大；2）基区很薄，为掺杂质很少的P型半导体。3）集电极面积大，保证尽可能收集到发射区发射的电子。（二）载流子运动规律及电流分配关系当一个NPN型的晶体管接成共射极接法的放大电路时：发射结正向偏置集电结反向偏置T

放大作用的内部条件T

放大作用的外部条件三.晶体管的放大作用第6页/共87页7晶体管共射极接法的放大电路图第7页/共87页81.载流子运动规律(a)载流子运动(b)电流分配第8页/共87页92.电流关系1）据KCL定律有：2）共射极晶体管的电流放大倍数：

晶体管的电流关系体现了电流放大作用，故称晶体管为电流控制型元件。因电流中有两种载流子的运动，所以又称为双极型晶体管。第9页/共87页101.输入特性曲线集一射极电压UCE

为常数时，输入电路(基极电路)中基极电流IB

与基—射极电压UBE

之间的关系曲线，即

IB=f(UBE)|UCE=常数四.特性曲线3DG6的输入特性第10页/共87页112.输出特性曲线当基极电流IB

为常数时，输出电路(集电极电路)中集电极电流IC

与集一射极电压UCE

之间的关系曲线，即

IC=f(UCE)|IB=常数1）三个基本区

(1)放大区(UCE

＞UBE≥（0.7或0.3）);(2)截止区(IB≤0，UBE≤0,UCE

＞0);(3)饱和区（UCE

＜UBE)。第11页/共87页123DG6的输入特性3DG6的输出特性3.晶体管特性曲线第12页/共87页13a)静态电阻动态电阻

rce>>RCE4.晶体管输出回路电阻第13页/共87页141．电流放大系数

1）共射极直流电流放大系数β

在静态(无输入信号)时称为共射极直流放大系数。

2）交流电流放大系数β

集电极电流的变化量△IC

与基极电流的变化量△IB

的比值。在放大区工作时，常有β≈β五.主要参数第14页/共87页15

2.集电极最大允许电流ICM

集电极电流IC

超过一定值时，晶体管的β值要下降。当β

值下降到正常数值的三分之二时的集电极电流IC

，称为集电极最大允许电流ICM

。3．集—射极反向击穿电压U(BR)CEOIB=0时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压，称为集—射极反向。当晶体管的集—射极电压U(BR)CEO。注：当UCE

＞U(BR)CEO

时，晶体管会被击穿。4．集电极最大允许功率损耗PCMPCM允许在集电极上消耗功率的最大值。第15页/共87页16

一般温度对所有参数都影响，但影响最显著的是

：1.ICBO集电极与基极间的反向饱和电流

T↑(10°C)→ICBO↑

（约一倍）；2.β：T↑(1°C)→β↑(1%);3.UBE:T↑(1°C)→UBE↑(约2mV）。IC↑六.温度对参数的影响第16页/共87页172.2共射极基本放大电路基本要求:理解组成基本放大电路各元件的作用掌握放大电路组成原则掌握直流通路和交流通路的画法第17页/共87页18一.放大电路的组成第18页/共87页191.各元件的作用T:放大元件，在线性区。UCC

:作为放大电路直流工作电源：与RC一起保证集电结反向偏置。RB

：基极偏置电阻，与UCC共同提供适当的基极电流IB（偏流），以使放大电路获得合适的工作点。C1、C2

：用以耦合交流，隔断直流，通常称为耦合电容器。RC

：为集电极负载电阻，将集电极电流的变化变换为电压UCE的变化，以实现电压放大。第19页/共87页20

1).晶体管必须工作在放大区，即

NPN管：UC

＞UB，由RC、UCC保证，

UB＞UE，由RB、UCC保证;PNP管：UC

＜UB＜UE

（与NPN管原理同，电源和电容极性相反）；2).信号能输入（C1），即u

i

能使iB

变化;3).信号能输出（C2），即

i

C

变化产生uo

输出。2.放大电路组成的原则第20页/共87页21例1：

在晶体管放大电路中，测的得3个晶体管的各级电位如图所示。试判断其极性（E、B、C）和类型（NPN、PNP、硅、锗）解：（a）

,

,1

,2

,3

;

（b）

,

,1

,2

,3

;

（c）

,

,1

,2

,3

;NPN硅EBCPNP硅CBEPNP锗CEB第21页/共87页22二.直流通路和交流通路交流通路（C短路，UCC对地短路。）直流通路（C开路）直流分析：IB、IC、UCE交流分析：Aus、ri、ro第22页/共87页232.3放大电路的静态（直流）分析内容：

放大电路的直流分析是指：当ui=0，为保证晶体管工作在放大区，确定放大电路的直流值（静态值），即IB

、IC

、UCE

，又称静态工作点，简称Q点，Q点可通过公式估算或通过作图求出。任务：掌握Q点估算的方法。第23页/共87页24解析法确定Q点直流通路根据直流通路计算，UBE、β为已知。硅管UBE=0.6V～0.7V，锗管UBE=0.1V～0.2V，IC=ßIBUC=UCC-ICRC第24页/共87页25

在图所示的放大电路中，已知UCC＝12V，RC＝3kΩ，RB＝280kΩ，β=50。求静态值。IC=βIB=50×0.04=2mAUCE=UCC-ICRC=12-2×3=6V例1.第25页/共87页26例2：

判断图中各晶体管的工作状态（饱和，放大，截止）。设所有的二极管和晶体管均为硅管，β＝40。解：（a）

截止

,

（b）

饱和

,

（c）

放大

,

第26页/共87页272.4放大电路的动态分析动态：当放大电路的输入信号ui≠0时的工作状态。任务：分析信号（交流分量）的传输情况，掌握放大倍数

Au

、输入电阻ri

和输出电阻ro的计算方法。

方法：微变等效电路法、图解法。第27页/共87页28表述：把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路，也就是把晶体管线性化，等效为一个线性元件。这就是微变等效电路法。线性化的条件：晶体管在小信号(微变量)情况下工作，才能在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。一.微变等效电路第28页/共87页291.晶体管的微变等效电路输入回路在线性工作区，当UCE

为常数时,晶体管输入端BE等效为一个电阻

rbe。第29页/共87页302)输出回路

在线性工作区，当UCE

为常数时，晶体管输出端CE可等效为一个受控电流源：受控电流ic=βib受控电流源内阻为

rce为称晶体管输出电阻第30页/共87页313）晶体管的微变等效电路图rce>>Rc第31页/共87页322.放大电路的微变等效电路表述：将放大电路交流通路中的晶体管变换为微变等效电路就构成放大电路的微变等效电路第32页/共87页33二.

放大电路的基本性能指标1.电压放大倍数放大电路的输出电压与输入电压幅值或有效值之比，称为放大电路的电压放大倍数。2.

输入电阻ri3.输出电阻ro表达式：第33页/共87页34三.分析举例1）.电压放大倍数ri'Au的特点：UO与Ui的相位相反；｜Au｜>1。第34页/共87页352）输入电阻ri当RB>>rbe

时，ri≈rbe第35页/共87页36讨论：当信号源为电压源时，若ri

很小，则有:1）将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的负担；2）经过信号源内阻Rs和ri的分压，使实际加到放大电路的输入电压ui减小，从而减小输出电压；3）后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电路的负载电阻，从而将会降低前级放大电路的电压放大倍数。结论：希望放大电路的输入电阻ri大。电流放大时，希望ri要低。功率放大时，希望ri=rs

。第36页/共87页373）输出电阻ro根据定义∵Ui=0，Ib=0∴βIb=0，ro=UO/IO=RC讨论：若ro

较小，当负载变化时．输出电压的变化较小，放大电路带负载的能力较强。结论：希望放大电路的输出电阻ro

小。第37页/共87页384）源电压放大倍数考虑信号源内阻，放大倍数将下降。RsUs+-第38页/共87页39四.图解分析法由于ui≠0

，整个放大电路既有直流信号，又有交流信号，即iB=IBQ+ib、

iC=ICQ+ic、uCE=UCEQ+uce。若只考虑交流信号，由交流通路有：ic=-1/RL’×uce，RL′=RC//RL称为交流负载。基本放大器交流通路iC=-1/RL′(UCE-uCE

)+ICQ称为交流负载线，其特点：斜率为-1/RL′，过静态工作点Q。第39页/共87页40直流负载线和交流负载线ΔU/ΔI=uce/ic=RL′ΔUΔI交流负载线Ucc’交流负载线与UCE轴的截距为：UCC′=UCEQ+ICQRL′RL′<RC，交流负载线比直流负载线陡，放大倍数将减小。当放大器空载时，即RL′=RC，此时交流负载线与直流负载重合。1.

交流负载线的画法第40页/共87页41交流负载线与直流负载线对比RL′<RC，交流负载线比直流负载线陡，放大倍数将减小。第41页/共87页42①②③④2.动态图解分析过程①根据输入信号ui，在输入特性上绘出的iB

波形;②将交流负载画于输出特性上，根据iB在输出特性上的变化求iC③根据ic在输出特性上的变化求uCE第42页/共87页432.5

射极偏置放大电路射极偏置放大电路为稳定静态工作点而设置。温度对静态工作点的影响主要表现在晶体管的参数(β、ICBO、uBE)上，若静态工作点与晶体管的参数基本无关，静态工作就能稳定。如果T↑→IC↑时，若使IB↓，就能使IC↓,Q点基本不变，所以从IB着手。任务：理解放大电路稳定静态工作点的原理。掌握静态计算和动态计算方法。总结射极偏置放大电路的特点。第43页/共87页44一.射极偏置电路的结构第44页/共87页45UB与晶体管参数无关。偏置电路的分析

1.静态工作分析I1=I2+I

B;若使：I

2

＞＞IB----(1)则：I1≈I2

直流通路若使：UB＞＞UBE(3)，且:IC

＞＞IBIC与T的参数无关第45页/共87页462.静态工作点Q的估算式当满足式（1）和式（3）条件，则第46页/共87页473.稳定静态工作点的物理过程：4.稳定静态工作点的实质：由于IC的变化通过IE

在RE

上引起电压降（UE=IE

RE

）的变化，而后UE被引回(就是反馈)到输入电路与UB比较，使UBE发生变化，牵制IC

的变化。这就是利用反馈法稳定静态工作点。电路中引入的反馈为电流负反馈。ICIBUBE温度升高IC

UE第47页/共87页482.动态分析（根据微变等效电路图）第48页/共87页49射极偏置放大电路提问：若在RE两端未并CE，如图所示，试分析电路。1).静态分析∵

直流通路没变，∴静态工作点不受影响。第49页/共87页50微变等效电路2)Au

的计算放大倍数显著减小第50页/共87页513).ri

、ro

的计算输入电阻增大输出电阻不变第51页/共87页52例题：

电路如图所示，试计算:1)静态工作点；2)画出微变等效电路；3)求ri

、ro

、Au、Aus

。放大电路图第52页/共87页53例题直流通路1)静态工作点的计算第53页/共87页542)微变等效电路3)ri

、ro、Au、Aus的计算≈3.85kΩ第54页/共87页55第55页/共87页56

2.6射极输出器

射极输出器是共集电极放大电路，由发射极输出，故称为射极输出器。任务：掌握共集电极放大电路的分析计算。理解共集电极放大电路的三个特点。第56页/共87页57

一.静态分析UCC=RBIB+UBE+RE

IE=RBIB+UBE+(1+β)REIBIB=(UCC-UBE)/(RB+(1+β)RE))IC=β

IBUCE=UCC-RE

IE共c极放大电路图第57页/共87页58微变等效电路二.

动态分析①电压放大倍数输入和输出电压相位相同数值近似相等第58页/共87页59②ri

的计算射极输出器的输入电阻r’较大，可作为多级放大器的输入级。第59页/共87页60③ro的计算：射极输出器的输出电阻r0较小，可作为多级放大器的输出级。第60页/共87页61

Au≈1，即uo≈ui

，具有跟随作用，故称射极跟随器，可作为多级放大器的缓冲级（中间级）；

具有较高的输入电阻，可作为多级放大器的输入级；

具有较小的输出电阻，有较强的带负载能力，可作为多级放大器的输出级；三.主要特点第61页/共87页62

在射极输出器中，UCC=12V,β=60,RB=200kΩ,RE=2kΩ,RL=2kΩ,UBE=0.6V.试求1）静态值；2）Au

、ri

、ro。解：1）计算静态值；

例题：第62页/共87页63第63页/共87页64通过上述计算结果，说明Au≈1，ri较高、ro很低。第64页/共87页65交流放大电路汇总静态计算abcIB=(UCC-UBE)/RBIC=βIBUCE=UCC-RCICUB=UCCRB/(RB1+RB)IC≈IE=(UB-UBE)/REIB=IC/βUCE=UCC-(RC+

RE)ICIB=(UCC-UBE)/

（RB+(1+β)RE)IC=βIBUCE=UCC-REIE第65页/共87页66动态计算rbe=300+(1+β)×26÷IEa:RB1断开，RE=0RL′=RC//RL

Au=-βRL′/rberi=RB//rbero=RCb

′:有

CERL′=RC//RL

Au=-βRL′/rberi=RB//RB1//rbero=RCc:RB1断开RL′=RE//RLri′=rbe+(1+β)RL′Au=(1+β)RL′/ri′ri=RB//ri′ro=RE//rbe/(1+β)b

:

RL′=RC//RL

ri′=rbe+(1+β)RE

Au=-βRL′/ri′

ri=RB//RB1//ri′ro=RCRL+UO-第66页/共87页67电路特点基本放大电路电路简单，电压放大倍数较高，输入电阻较小，工作点不稳定。射极偏置放大电路能稳定工作点，输入电阻较大，电压放大倍数较小。射极输出器能稳定工作点，输入电阻较大，电压放大倍数近似为1，输出电阻较小，具有足够的电流放大作用。第67页/共87页682.7多级放大电路一.多级放大电路组成信号源输入级电压放大中间级末前级负载输出级第68页/共87页691.要求1）输入级主要要求具有足够高的输入阻抗（信号源为电压源），可使实际加到输入级的输入电压增大；2）对中间级主要要求具有足够大的电压放大倍数；3）对末前级和输出级要求具有足够的功率输出去推动负载。第69页/共87页702.级间耦合方式

耦合：在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的联接方式称为耦合；耦合方式：1）.阻容耦合：两级之间通过耦合电容C2及下级输入电阻R联接的方式。特点：各级静态工作点互不影响，只适合交流放大。第70页/共87页712）.直接耦合：将前级输出端直接接到后级的输入端或级与级之间直接联接的方式。特点：适合交直流放大，但各级静态工作点相互影响，并带来零点漂移。3）.变压器耦合：前级输出信号通过变压器传递到后级输入端的方式。特点：能实现阻抗匹配，信号隔离，适合与交流功率放大电路，但体积大，频率特性差。第71页/共87页72二.阻容耦合放大电路的分析以两级阻容耦合放大电路为例。第72页/共87页731.各级静态分析

第一级：第73页/共87页74第二级：第74页/共87页752.各级动态计算两级阻容耦合放大电路的微变等效电路第75页/共87页761）电压放大倍数Au

的计算第76页/共87页772)输入电阻ri

、输出电阻ro

的计算意注：阻容耦合不适用于传递缓慢变化的信号或直流变化的信号。第77页/共87页78例：

在图示中，已知电路参数和β1、β2、rbe1、rbe2，试计算（1）各级输入电阻ri1、ri2和总输入电阻ri；（2）各级输出电阻ro1、ro2和总输出电阻ro；（3）各级电压放大倍数、和总电压放大倍数。

第78页/共87页79解：

第一级为射极跟随器，第二级为射极偏置电路，微变等效电路如图1）ri=ri1=Rb//r’i1r’i1=rbe1+(1+β1)R’L1R’L1=Re1//ri2

ri2=Rb12//Rb22//rbe2第79页/共87页802）

ro1=(rbe1/(1+β1))//Re1

ro2=Rc23)R’L=Rc2//RL第80页/共87页812.9

放大电路的频率特性一.

频率特性的概念1.

中频区各种电容作用可以忽略的频率范围通常称为中频区。在中频区内，电压放大倍数Aum基本上不随频率而变化，保持一常数。2.

高频区影响频率特性的主要因素是管子的极间电容和接线电容等，当频率↑→容抗↓→输出电压↓→从而使Au↓

，同时产生附加的滞后相移。3.低频区影响频率特性的主要因素是耦合电容和射极旁路电容高频区