模拟电子技术电子教案第二章交流放大电路基础教案

2.交流放大电路基础

【重点】

三极管结构、三极管的截止、放大、饱和三种工作状态及三极管参数。

【难点】

三极管的截止、放大、饱和状态判断。

2.1半导体三极管

2.1.1三极管结构

集电极集电极

CC

CC

集电区集电区

PN

B集电结BB集电结B

基区N基区P

基极发射结基极发射结

PN

发射区

发射区

EE

EE

发射极发射极

a.PNPb.NPN

晶体三极管结构示意图及图形符号

结构特点：

发射区掺杂浓度最高。基区很薄，基区掺杂浓度最低。集电区面积大，掺杂浓度比基区高，比

发射区低。

PNP和NPN三极管的工作原理相似。使用时，电源连接极性不同。

2.1.2三极管的电流放大作用

1.偏置电压

放大的外部条件是发射结要正向偏置，集电结要反向偏置。发射区向基区发射电子，形

成发射极电流I。

：＞＞。E

NPNVCVBVE

：＞＞。

PNPVEVBVC

电子在基区扩散和复

2.三极管内部多数载流子运动的过程

合，形成电流。

IB

3.电流关系

I=I+I，且I>>I这就是晶体管的电流放大作用。

EBCCB电子被集电结收

集，形成。

IIC

直流电流放大系数=C。

I

1

2.1.3三极管的特性曲线

1.输入特性

I=ƒ（U）

BBEU

CE常数

2.输出特性

I=ƒ（U）

CCEI

B常数

输出特性曲线可以划分为以下三个区域，对应于三极管三种工作状态。

IC/mA放大区：发射结正向偏置，集电结反

饱和区：集电结，发射结均

饱和区140向偏置，三极管工作于放大状态，集

处于正向偏置。靠近纵轴的

10120电极电流受基极电流的控制，满足

附近，各条输出特性曲线的，三极管具有很强的电流放大作

100IC=βIB

上升部分属于三极管的饱放80用。

和区。此时三极管失去电流大60

5

放大作用。区40

20（μA）

截止区：发射结和集电结

I=0

B均为反偏。一般将≤

IB0

0

的区域称为截止区。

510U/V

截止区CE

晶体管输出特性曲线

【例】在放大电路中，三极管各管脚对地电位为，，，试分析、、

VA=7VVB=3VVC=3.7VABC

各是三极管什么电极，该管是什么类型，硅管还是锗管？

解因为三极管工作在放大状态，且＞＞，则是三极管基极；根据三极管发射结正

VAVCVBC

偏，导通的特点，导通压降为0.7V，则B是三极管发射极，A是三极管集电极；该管是NPN型硅

管。

2.1.4三极管的主要参数

1.电流放大系数

（1）共发射极电流放大系数。≈β。

（2）共基极电流放大系数。=。

1

2.极间反向电流

（）集电极和基极之间的反向饱和电流。发射极开路。

1ICBO

（）集电极和发射极之间的穿透电流。基极开路。

2ICEO

ICEO=(1+β)ICBO

2

3.极限参数

IC

（1）集电极最大允许电流I。

CMICM

（）集电极最大允许耗散功率。

2PCM

（3）极间反向击穿电压。

P

安CM

【例】某三极管的极限参数I=25mA，P=200mW，

CMCM全

U=20V，试分析下列条件下，三极管能否正常工

（BR）CEO区

作？

0UCE

（）U，；U

1CE=3VIC=20mA（BR）CEO

（）U，；三极管的安全工作区

2CE=15VIC=15mA

（）U，。

3CE=6VIC=30mA

解（1）U=3V＜U，I=20mA＜I，P=UI=60mW＜P，所以可以正常工作。

CE（BR）CEOCCMCCECCM

（2）U=15V＜U，I=15mA＜I，但P=UI=225mW＞P，所以不能正常工

CE（BR）CEOCCMCCECCM

作。

（3）U=6V＜U，P=UI=10mW＜P，但I=30mA＞I，所以不能正常工作。

CE（BR）CEOCCECCMCCM

2.1.5三极管的选择和使用方法

根据电路要求选择三极管类型。

1.三极管的选择

2.三极管的使用常识根据电路参数选择型号。

（1）加到三极管上电压的极性应正确。

（2）三极管的替换。

（3）三极管应避免靠近热元件，减小温度变化和保证管壳散热良好。功率放大管在耗散功率

较大时，应加散热板；管脚引线不宜太短，太短不宜安装，而且在焊接时热量容易传到管内，有可

能烫坏三极管。

测试：三极管测试

实际进行

1.三极管引脚识别

b

e外壳c

e90113DG325

cb

标记标记

ebcebc

常见三极管引脚识别

2.三极管测试

（1）判断三极管基极和管型。

用万用表的电阻挡判断出基极和管型。例如测NPN型三极管，如图所示，当用黑表笔接基极

时，用红表笔分别搭试集电极和发射极，测得阻值均较小；表笔位置对换后，测得电阻均较大。此

时基极可判断出来。

黑表笔接基极，红表笔接另两极时阻值均小为NPN管，阻值均大为PNP管。

3

C

C

N

B

BP

黑表笔

NE红表笔

E

三极管内部相当于两个背靠背PN结三极管基极和管型判别

（2）判断集电极和发射极。

根据三极管的电流放大作用进行判别。如图所示，当接上，有，如果黑、红表笔换接，则

RBIC

β小，I小，此时、间电阻较大，因此可以判别出集电极和发射极极。管有时与黑表笔

CCENPNIC

相接的是集电极，管有时与红表笔相接的是集电极。

PNPIC

3.反向穿透电流I的检查黑表笔

CEO

I要求越小越好。此时基极应开路。

CEO

C

4.用万用表电流放大系数挡测试(hfe挡)

100kIC

将万用表调至hfe挡，把三极管插入对应的电极插孔，B

即可读出β值。IB红表笔

E

判别集电极和发射极

4

【重点】

共射基本放大电路的组成原则、直流通路与交流通路。

【难点】

分析放大电路、画交流通路。

2.2共射基本放大电路组成

2.2.1共射基本放大电路的组成原则

1.必须有直流电源

＋V

保证晶体管发射结正向偏置，集电结反向偏置。CC

RR

2.有信号输入和输出回路BCC

C＋2

元件的安排必须能够保证输入信号从放大电路的C1＋＋

＋VT

输入端加到晶体管上，信号经过放大后又能从输出端输Bu

Eo

ui

出。

－

3.元件参数合适－

元件参数的选择要保证信号不失真的放大，并满足基本共射放大电路

电路性能指标的要求。

2.2.2共射基本放大电路各元件作用

直流电源V、集电极负载电阻R、基极偏置电阻R、电容C、C的作用、三极管VT

CCCB12

调整RB的阻值，可改变偏

流的大小，以控制三极管

的工作状态。保证集电结反向偏置；另

＋V

CC

一方面把集电极电流IC的

输入耦合电容和输出耦合电RR变化转为集电极电压的

BC＋C

容，隔断直流，输入交流信号C2变化。

C＋

可以通过C加到三极管基极和1＋VT

1＋

发射极之间，输出交流信号可Bu

o

uE

以通过C从输出端输出。i

2

－

－电流放大作用。

2.2.3直流通路与交流通路

1.直流通路

由于V的存在，所以在没有外加信号u时，三极管的基极和集电极都有固定或稳定的直流电

CCi

流和直流电压，用I、U、I、U表示。因为它们是不变的，故称放大电路为静态。

BBECCE

I、U、I、U称为放大电路的静态工作点。

BBECCE

分析放大电路的静态工作点，要分析直流信号流通的路径，即直流通路。画直流通路时，电容

视为开路。

2.交流通路

5

当加入u后，三极管的基极和集电极的电压和电流都将随之变化，这时称放大电路为动态。放

i

大电路静态和动态时，电抗性元件对直流信号和交流信号呈现的阻抗是不同的。当、的容量足

C1C2

够大时，对交流信号短路。

i

＋Vc

CC

I＋

IBC＋

RR

BCR

＋iiC

ib

uu

Uceo

CE＋

＋＋

i

UuRue－

BE－iBbe

－－－－

共射基本放大电路直流通路共射基本放大电路交流通路

6

【重点】

放大电路的静态及动态分析、静态工作点对波形失真的影响、电路参数对静态工作点的影响。

【难点】

放大电路的图解法。

2.3放大电路的分析

＋VCC

2.3.1静态分析

II

1.用估算法确定静态值BC

R

BRC

VUV＋

I=CCCCIU=V－IR

BC≈βIBCECCCCU

RR＋CE

ΒΒ

U

2.用图解法确定静态值BE－

直流通路－

（1）直流负载线。（2）静态工作点。

【例】共射基本放大电路中，电源，，，三极管，饱和压降

VCC=12VRB=100kΩRC=2kΩβ=100

U，估算其静态工作点。

CES=0.3V

解对于硅管，取，因此

UBE=0.7V

VU120.7

I＝CC＝=113μA

BR100

假设三极管工作在放大状态，有

=11.3mA

IC≈βIB

U－2×11.3=-10.6V

CE=VCCICRC=12-

U值不合理，可见假设错误。此时三极管处于饱和状态。此时集电极电流为

CE

VU120.3

I＝CCCS＝=5.65mA

CR2

C

静态工作点为：＝113μA、=5.65mA、U0.3V

IBICCE=

三极管处于饱和状态时，不能根据进行计算。

IC≈βIB

IVU

三极管处于饱和状态还是放大状态可根据I及I（I=CS、I＝CCCS）的大小进行

BBSBSCSR

C

判断。

若＞，三极管处于饱和状态；≤，三极管处于放大状态。

IBIBSIBIBS

2.3.2动态分析

1通过输入特性曲线确定i

.b

2通过输出特性曲线确定i、u

.cce

电压放大倍数A输出电压的幅值

u

输入电压的幅值

7

iB/μAiC/mA

N

60660

50i550

ibc

Q1

40440

IIi

bmcmQb

t30t330

Q2

20220

I=10μA

101B

M

0u/V0u/V

0.20.40.61.0BE3468912CE

u

iuce

u=20mV

im

U

cem

t

交流放大电路有输入信号时的图解分析

2.3.3静态工作点对波形失真的影响

1.截止失真

2.饱和失真

输入信号幅度过大，工作点合适也能造成失真。

iC/mA

＇

N

ic2

i

饱和失真QQb2

N23

t

Q

i

c1截止失真

i

Qb1

t1

0u/V

MCE

u

uce2ce1

增加V，则负载线将

CC饱和失真截止失真

平行向右移。tt

放大电路的非线性失真

2.3.4RB、RC、VCC对静态工作点的影响

减小，使直流负载线斜率增加，工作点在

RC

增加RB，偏流IB减小，工作点将沿直流负载线上沿输出特性曲线右移。

着直流负载线下移。

8

测试：常用电子测量仪器的使用

1.仪器线路连接

接线时要求各仪器的接地端子连接在一起，并与实验室的接地系统保持良好的接触。

直流稳压电源

供电

输入实验信号观察输出波形

信号发生器被测试验电路

示波器

测量静态信测量动态信号

万用表电子毫伏表

实验仪器间的相互关系

2.低频信号发生器、交流毫伏表、

示波器的使用

示波器、低频信号发生器、交流

毫伏表三者关系如图所示。低频信号

发生器、交流毫伏表、示波器根据实

际型号使用。

信号发生器、示波器、毫伏表关系

3.测试练习

（1）熟悉示波器及信号发生器各旋钮的作用及名称。

（2）将示波器通电预热1～2分钟，调节有关旋钮，使荧光屏上显示出一条清晰的扫描线，然

后熟悉各旋钮的作用。

（3）启动低频信号发生器，调节有关旋钮，使输出电压及频率发生变化，输出电压为0.5～1V，

输出频率f=1kHz，然后用示波器输入这一正弦信号，观察电压波形，调节示波器使波形稳定清晰。

（4）按表要求，反复调节低频信号发生器的频率，用示波器观察波形，并将低频信号发生器的

输出电压调至最大并保持不变，用毫伏表测量不同频率时的输出电压值。

输出频率测量

信号频率(Hz)1050102103104104×30104×50

毫伏表测量值(V)

（5）测试低频信号发生器在不同输出衰减档时的输出电压。

输出电压衰减档的测量

输出衰减档dB值0dB20dB40dB

电压表满偏（5V）时实际输出电压值5V0.5V0.05V

毫伏表测量值(V)

9

【重点】

放大电路的微变等效电路分析法。

【难点】

放大电路的微变等效电路分析法。

2.4放大电路的微变等效电路分析法

2.4.1三极管微变等效电路分析

IB

1.三极管输入回路等效电路分析

UCE=常数

26mV

r≈300＋（1＋）

be

ImAQ

△IBB

IB

2.晶体管输出回路等效电路分析＋

ib

r

ube

be

－

△UBE

U

0BEE

a.从输入特性曲线求rbeb.三极管B—E间等效电路

IC三极管输入特性曲线及微变等效电路

ic

C

＋

Q

△

△IICIBβiru

C△U△Ibcece

CEC

－

U

0CE

UCEE

a.输出特性曲线b.输出回路微变等效电路

三极管输出特性曲线及微变等效电路

ii

BbcC

β

ribruce

ubebece

三极管微变等效电路

E

三极管微变等效电路

2.4.2微变等效电路分析法

1.画出微变等效电路

2.电压放大倍数的计算

3.放大电路的输入电阻和输出电阻计算

10

＋V

CC

＋

300kΩ3kΩ12V

RR

BCCC

＋2

＋

C＋B

1VTRR

3kΩCLuo

＋

RRS

S1kΩβ=50

RLuE

＋o＋uR－

iB

u－uS

S－

－－

a.放大电路b.交流通路

放大电路I

iII

bc

＋＋

R

S

UrRRU

＋iRBbeCLo

UβI

S－b－

－

R

Rio

c.微变等效电路微变等效电路

交流放大电路

IRR

AbLL

uIrr

bbebe

R

AC

ur

be

URr

R=i=be

iIRr

ibe

≈

RoRC

11

【重点】

分压式偏置电路静态与动态分析。

【难点】

分压式偏置电路静态与动态分析、放大电路测试。

2.5静态工作点的稳定问题

温度对静态工作点的影响

I

BII

CC

500C250C

QQ

2500C2500C

Q2Q250C250C

1Q

Q11

I

CEO

U

BEUU

00CE0CE

变化的影响变化的影响β变化的影响

a.UBEb.ICEOc.

温度对静态工作点的影响

2.5.1分压式偏置电路工作点稳定原理

1.分压式偏置电路组成

＋VCC

2.稳定静态工作点的两个条件I

2R

RB2C

＋C2

I1>>IB