备课参考新人教版高中地理必修教学课件水资源的合理利用课件

第二章晶体三极管及基本放大器2024/4/3第二章晶体三极管及基本放大器第二章晶体三极管及基本放大器2024/4/2第二章晶体三极管12.1引言晶体三极管是电子电路中的重要器件，它通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起，由于两个PN结的相互影响，使三极管具有电流放大作用。从二极管发展到三极管,这是一个质的飞跃。1、分类按材料分：①硅管；②锗管按功率分：①小功率管；②中功率管；③大功率管按结构分：①NPN；②PNP

第二章晶体三极管及基本放大器22.1引言晶体三极管是电子电路中的重要器件，它2、NPN和PNP管的结构示意及符号PN结PN结发射区发射极emitter基区基极base集电区集电极collector集电结发射结ECBNPN型(1)符号中的箭头方向是三极管的实际电流方向符号(2)三极管有三个区：发射区—发射极e；基区——基极b；集电区——集电极c。(3)发射区掺杂浓度远高于基区掺杂浓度，基区很薄且掺杂的浓度低；而集电结面积比发射结面积大得多，所三极管的发射极与集电极不能对调使用。第二章晶体三极管及基本放大器32、NPN和PNP管的结构示意及符号PN结2、NPN和PNP管的结构示意及符号PN结PN结发射区发射极emitter基区基极base集电区集电极collector集电结发射结ECBPNP型(1)符号中的箭头方向是三极管的实际电流方向符号(2)三极管有三个区：发射区—发射极e；基区——基极b；集电区——集电极c。(3)发射区掺杂浓度远高于基区掺杂浓度，基区很薄且掺杂的浓度低；而集电结面积比发射结面积大得多，所三极管的发射极与集电极不能对调使用。第二章晶体三极管及基本放大器42、NPN和PNP管的结构示意及符号PN结PN结发射区发射极常见三极管的外形第二章晶体三极管及基本放大器5常见三极管的外形第二章晶体三极管及基本放大器5常见三极管的外形第二章晶体三极管及基本放大器6常见三极管的外形第二章晶体三极管及基本放大器62.2三极管的工作原理三极管有两个PN结：一个是发射结，另一个是集电结，这两个PN结上加正向偏置电压的组合情况共有四种。首先讨论发射结加正向偏置电压，集电结加反向偏置电压的情况。第二章晶体三极管及基本放大器72.2三极管的工作原理三极管有两个PN结：一个是发射结，另三极管放大的外部条件BECNNPEBRBECRC发射结正偏、集电结反偏PNP发射结正偏VB<VE集电结反偏VC<VB从电位的角度看：

NPN

发射结正偏VB>VE集电结反偏VC>VB

第二章晶体三极管及基本放大器8三极管放大的外部条件BECNNPEBRBECRC发射结正偏、2.各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)IE(mA)00.020.040.060.080.10<0.0010.701.502.303.103.95<0.0010.721.542.363.184.05结论:1）三电极电流关系IE=IB+IC2）IC

IB

，

IC

IE

3）

IC

IB

把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大变化的特性称为晶体管的电流放大作用。

实质:用一个微小电流的变化去控制一个较大电流的变化，是CCCS器件。第二章晶体三极管及基本放大器92.各电极电流关系及电流放大作用IB(mA)IC(mA)I发射结正偏集电结反偏UBBRbUCCRC2.1.1三极管的正向控制作用

NPNICIB1、三极管内的载流子的传输过程（以NPN为例）IE电源接法:

UBB

使发射结正偏

UBE=0.7V＞0

UCC

使集电结反偏

UBC＜0

为了达到这个目的,要保证UCC＞UBB

（2）电子在基区的扩散与复合，形成基极电流IB。因为基区很薄，且掺杂浓度低，电子只有一小部份被基区的空穴复合，大部份电子很快到达集电结边缘。（3）由于集电结反偏，扩散到集电结边缘的电子，很快被吸引越过集电结，形成集电极电流IC。(1)由于发射结正偏，因此高掺杂浓度的发射区中的多子（自由电子）越过发射结，向基区扩散，形成发射极电流IE。第二章晶体三极管及基本放大器10发射结正偏集电结反偏UBBRbUCCRC2.1.1三极管的正1、三极管各极电流表达式（以NPN为例）(a)发射极电流：(b)基极电流：(c)发射极电流：结论：三极管的发射极电流等于集电极电流和基极电流之和。第二章晶体三极管及基本放大器111、三极管各极电流表达式（以NPN为例）第二章晶体三极管及基2、三极管的正向控制作用（以NPN为例）(a)发射结的发射效率：(b)载流子的传输效率：(c)三极管的共基极直流电流传输系数：

第二章晶体三极管及基本放大器122、三极管的正向控制作用（以NPN为例）第二章晶体三极管及基(a)发射极电流：(b)集电极电流：(c)基极电流：

2.1.2三极管各极电流表达式第二章晶体三极管及基本放大器132.1.2三极管各极电流表达式第二章晶体三极管及基本放大器2.3三极管的三种连接方式输入端输出端输入端输出端输入端输出端（a）（b）（c）(a)共基极接法(b)共发射极接法(c)共集电极接法第二章晶体三极管及基本放大器142.3三极管的三种连接方式输入端输出端输入端输出端输入端2.3.1共发射极接法下的直流电流传输方程输入端输出端ICIB第二章晶体三极管及基本放大器152.3.1共发射极接法下的直流电流传输方程输入端输出端I2.3.2共集电极接法下的直流电流传输方程输入端输出端（c）IBIE第二章晶体三极管及基本放大器162.3.2共集电极接法下的直流电流传输方程输入端输出端（2.4三极管共发射极接法的伏安特性和参数什么叫三极管的特性曲线？

三极管伏安特性曲线是指三极管各电极电压与各电极电流之间关系的曲线，它是管子内部载流子运动规律的外部体现。第二章晶体三极管及基本放大器172.4三极管共发射极接法的伏安特性和参数第二章晶体三极管输入回路输出回路1、输入特性曲线:(1)是研究当vCE=常数

时，vBE和iB之间的关系曲线，用函数关系式表示为:2.4.1输入特性第二章晶体三极管及基本放大器18输入回路输出回路1、输入特性曲线:2.4.1输入特性第(1)vBE

和iB之间的关系曲线(2)用vCE=1V的输入特性曲线来代表vCE＞1V所有输入特性曲线(3)输入特性的死区电压：硅管约为0.5V；锗管约为0.1V。发射结正偏导通后：硅管VBE=0.7V；锗管VBE=0.3V200.40.60.81006080400.2输入回路输出回路2.4.1输入特性第二章晶体三极管及基本放大器19(1)vBE和iB之间的关系曲线200.40.60.8101、输出特性曲线:(1)是研究当iB=常数

时，vCE和iC之间的关系曲线，用函数表示为:输入回路输出回路2.4.2输出特性第二章晶体三极管及基本放大器201、输出特性曲线:输入回路输出回路2.4.2输出特性第(2)输出特性曲线,当vCE较小时起始部份很陡，当vCE略有增加，iC增加很快，当vCE＞1V

以后，再增加vCE、iC增加不明显。(3)如改变IB则得到另一条输出特性曲线。输入回路输出回路2.4.2输出特性第二章晶体三极管及基本放大器21(2)输出特性曲线,当vCE较小时起始部份很陡，当vCE略（a）输入特性曲线;（b）输出特性曲线

图1-28三极管的输入、输出特性曲线第二章晶体三极管及基本放大器22（a）输入特性曲线;（b）输出特性曲线图1-28三2、把输出特性曲线划分成三个区510152012340饱和区截止区放大区击穿区(3)饱和区区域：vCE＜0.7v以左部分条件：发射结正偏，集电结正偏。特点：失去放大能力，iC<βiB，即iB不能控制iC

的变化。(1)截止区：区域：iB≤0输出特性曲线以下的区域为截止区条件：发射结、集电结均反偏特点：iB=0时，iC≈iE=ICEO=0，三极管CE间为开路。(2)放大区区域：iB＝0以上多条的输出特性曲线。条件：发射结正偏，集电结反偏，特点：(A)有放大特性：iC＝βiB(B)有恒流特性：iC与vCE无关。ICEO输入回路输出回路第二章晶体三极管及基本放大器232、把输出特性曲线划分成三个区510152012340饱和区全2.4.3三极管的极限参数1.集电极最大允许电流ICM。IC↑→β↓。

ICM就是表示β下降到额定值的1/3～2/3时的IC值，正常工作时，iC＜ICM。2.基极开路时，集电极与发射极之间的反向击穿电压V(BR)CEO。使用时三极管各电极间的电压不要超过V(BR)CEO就可以了。3.集电极最大允许耗散功率PCM=iC·vCE。在的输出特性曲线上，做出三极管临界损耗线，如图iC/mAV(BR)CEOICEOICM安

工作区PCM=iC·uCE损过耗区输出特性曲线输入回路输出回路第二章晶体三极管及基本放大器24全2.4.3三极管的极限参数1.集电极最大允许电流ICM2.5三极管组成的基本放大器1、放大的意义：所谓放大就是利用晶体管的电流或电压控制作用，将微弱电压或电流不失真放大到需要的数值，称之为放大。2、放大电路的框图：传感器直流电源电压放大功率放大执行元件微弱电压或电流放大到需要的数值第二章晶体三极管及基本放大器252.5三极管组成的基本放大器1、放大的意义：所谓放大就是利1.放大器的输入电阻Ri：

放大电路2.5.1放大器的各项指标第二章晶体三极管及基本放大器261.放大器的输入电阻Ri：放大电路2.5.1放大器的各项指2.放大器的输出电阻(1)Ro

定义为：放大电路即在VS=0,RL=∞的条件下,接V产生I2.5.1放大器的各项指标第二章晶体三极管及基本放大器272.放大器的输出电阻放大电路即在VS=0,RL=∞的条件下2.5.1放大器的各项指标放大电路

输入端口输出端口图2-7放大电路的等效表示方法

(1)电压放大倍数（无量纲）

(2)电流放大倍数（无量纲）(3)互导放大倍数(4)互阻放大倍数不同场合使用的放大电路,可以求出不同性质的放大倍数.对低频小信号放大电路,我们最关心的是电压放大倍数.3.放大倍数（或增益）(5)功率放大倍数AP,第二章晶体三极管及基本放大器282.5.1放大器的各项指标放大电路输入端口输出端口2.5.2放大器的分析方法前面对基本放大电路作了定性的分析,下面将对放大电路作定量的分析放大电路的静态分析放大电路的动态分析第二章晶体三极管及基本放大器292.5.2放大器的分析方法前面对基本放大电路作了定性A.共射放大电路

输入回路输出回路第二章晶体三极管及基本放大器30A.共射放大电路输输第二章晶体三极管及基本放大器3基本放大电路元器件的作用1、元件的作用V:NPN三极管是核心的元件起放大作用UBB：保证NPN管发射结正偏UBE=0.70vUcc：保证NPN管集电结反偏 UBC＜0C1C2：耦合（隔直）电容起“隔直流、通交流”的作用RC：集电极负载电阻是将集电极电流的变化转换为电压的变化RB：基极偏流电阻，调节基极电流的大小以基本共射放大电路为例第二章晶体三极管及基本放大器31基本放大电路元器件的作用1、元件的作用V:NPN三极管是B.共集放大电路

输入回路输出回路第二章晶体三极管及基本放大器32B.共集放大电路输输第二章晶体三极管及基本放大器3C.共基放大电路

输入回路输出回路第二章晶体三极管及基本放大器33C.共基放大电路输输第二章晶体三极管及基本放大器3A、画法：单电源供电的共射放大电路及画法以基本共射放大电路为例RB=300kΩ>RC=4kΩ保证集电结反偏,即UBC<0第二章晶体三极管及基本放大器34A、画法：单电源供电的共射放大电路及画法以基本共射放大电路1.直流通路对直流而言，电容C可视为开路可得直流通路直流通路共发射极固定偏置放大电路直流通路1、放大电路的静态分析第二章晶体三极管及基本放大器351.直流通路直流通路共发射极固定偏置放大电路直流通路1、放1、放大电路的静态分析1、静态：当ui=0

时,电路中各处的电流和电压都是不变的直流量输入回路：ＵBEQ，IBQ，对应输入特性曲线上一个Q输出回路:UCEQ，ICQ，对应输出特性曲线一个QQ点称为静态工作点2040输入特性曲线第二章晶体三极管及基本放大器361、放大电路的静态分析1、静态：当ui=0时,电路中各处(1)图解法(直流负载线作法)IBQ=40μA直流负载线uCE=Ucc-icRc联M、N点即得直流负载线。直流负载线和IBQ=40μA这条输出特性曲线的交点Q即为静态工作Q:ICQ=1.5mAUCEQ=6v直流负载线斜率：直流通路1、放大电路的静态分析第二章晶体三极管及基本放大器37(1)图解法(直流负载线作法)IBQ=40μA直流负载线例2-1共射放大电路Rb=470kΩ,Rc=6kΩ,Vcc=20V,用图解法在三极管输出特性曲线上求静态工作点Q,(设UBE=0.7硅管）第二章晶体三极管及基本放大器38例2-1共射放大电路Rb=470kΩ,Rc=6kΩ,Vcc(2)估算法直流通路1、放大电路的静态分析第二章晶体三极管及基本放大器39(2)估算法直流通路1、放大电路的静态分析第二章晶体三极2、放大电路的动态分析所谓动态即（ui≠0）分析动态：用交流通路如图.对交流信号,电容C相当短路，理想电压源内阻为0,直流电源接地。动态分析要求：Au、Ri和R0等。动态分析的方法:1.图解分析法2.微变等效电路分析法图2-15共发射极固定偏置放大电路的交流通路

交流通路第二章晶体三极管及基本放大器402、放大电路的动态分析所谓动态即（ui≠0）图2-15共发(1)动态图解的步骤(无负载)动态图解分析，就是利用三极管的特性曲线分析放大电路的动态活动范围,分析的步骤就是按照信号的流程ui→uBE→iB→iC→uCE→uo.（1)图解分析法第二章晶体三极管及基本放大器41(1)动态图解的步骤(无负载)（1)图解分析法第二章晶体三极(1)图解分析法(1)动态图解的步骤(无负载)A.在输入回路中加

ui=0.02sinωt(v)uBE=0.7+0.2sinωtiB=IB+ib=(40+20sinωt)μA共发射极基本放大电路su第二章晶体三极管及基本放大器42(1)图解分析法(1)动态图解的步骤(无负载)共发射极基本放(1)图解分析法(1)动态图解的步骤(无负载)B.在输出回路中,由于IB的变化,引起输出回路中IC,、UCE的变化iC=IC+iC=(1.5+0.75sinωt)mAuCE=UCE+uCe=(6-3sinωt)VuO=-3sinωtV共发射极基本放大电路su直流负载线第二章晶体三极管及基本放大器43(1)图解分析法(1)动态图解的步骤(无负载)共发射极基本放(1)图解分析法(1)动态图解的步骤(无负载)从图中的数据可得出ui=0.02v,uo=-3v，∴|Au|=|uo/ui|=3/0.02=150.uo与ui反相，所以共发射极放大电路具有反相功能。第二章晶体三极管及基本放大器44(1)图解分析法(1)动态图解的步骤(无负载)第二章晶体三极（1)图解分析法放大电路带负载的动态分析A、交流负载的特点与做法特点:(i)直流负载斜率为交流负载斜率为比直流负载陡.(ii)交流负载线会通过静态工作点Q，因为交流信号过Q点时与静态的情况相同(iii)所以过Q点作一条斜率为的直线即为交流负载线IB=40μA直流负载线uCE=Ucc-icRc交流负载线第二章晶体三极管及基本放大器45（1)图解分析法放大电路带负载的动态分析IB=40μA直流负交流负载线的具体做法(i)带负载时RL的动态图解选Q点

ICQ=1.5mA,UCEQ=6V(ii)从直角三角形QCA可得出当△IC=1.5mA时(与Q点对应)△UCE=ICQRL′=1.5×2=3V可求出:UCE=UCEQ+△UCE=6+3=9V

对应于A点(iii)联AQ,并延伸到B点，得AB线,即为交流负载线,因为AB线既Q通过点,同时其斜条为：IB=40μA直流负载线交流负载线放大电路交流通路第二章晶体三极管及基本放大器46交流负载线的具体做法(i)带负载时RL的动态图解IB=40μAu的求法图2-18带载时的动态图解

△Ui=0.72-0.70=0.02V△Uo=4.5-6=-1.5V第二章晶体三极管及基本放大器47Au的求法图2-18带载时的动态图解△Ui△Uo第二章(2)微变等效电路分析法所谓微变等效电路分析法，就是在输入信号较小的情况下，将非线性的三极管等效成线性元件，然后由线性元件组成的等效电路进行计算，得到放大器的性能指标如Au、Ri、Ro等第二章晶体三极管及基本放大器48(2)微变等效电路分析法所谓微变等效电路分析法，就是在输入信(1)三极管的微变等效模型

A、三极管的输入端b、e等效为输入电阻rbe

（在输入小信号条件下）

B、三极管的输出端c、e等效为受ib控制的电流源ic=βib(2)微变等效电路分析法第二章晶体三极管及基本放大器49(1)三极管的微变等效模型(2)微变等效电路分析法第二章晶体(2)微变电路分析法交流通路共发射极基本放大电路微变等效电路su第二章晶体三极管及基本放大器50(2)微变电路分析法交流通路共发射极基本放大电路微变等效电路(2)微变电路分析法A、电压放大倍数Au(负号代表Ui与Uo相位相反)第二章晶体三极管及基本放大器51(2)微变电路分析法A、电压放大倍数Au(负号代表Ui与Uo(2)微变电路分析法B、输入电阻Ri:C、输出电阻Ro:D、源电压放大倍数:

。

第二章晶体三极管及基本放大器52(2)微变电路分析法B、输入电阻Ri:第二章晶体三极管及基例2-2共发射极基本放大电路及参数如图2-21（a）所示,β＝40，UBE可忽略。求：（1）电路的静态工作点；（2）电压放大倍数Au；（3）源电压放大倍数Aus；（4）输入电阻和输出电阻。第二章晶体三极管及基本放大器53例2-2共发射极基本放大电路及参数如图2-21（a）所示,第例2-3共发射极放大电路如图2-23所示。已知UCC=20V，Rc=6kΩ，Rb=470kΩ，β=45，RL=4kΩ，Rs=1.25kΩ，UBE=0.7V，Re=1kΩ,Ce为射极旁路电容，在交流时可认为短路。求（1）Q点的数值；（2）源电压放大倍数Aus；（3）输入电阻ri和输出电阻ro。第二章晶体三极管及基本放大器54例2-3共发射极放大电路如图2-23所示。已知UCC=20例2-4:单级共发射极放大电路如图2-25所示。已知UCC=20V，Rc=6kΩ，Rb=470kΩ，β=45，RL=4kΩ，Rs=1.25kΩ，UBE=0.7V，Re=1kΩ，参数同例2-3，但没有射极旁路电容。求（1）Q点的数值；2）源电压放大倍数Aus；(3）输入电阻ri和输出电阻ro。第二章晶体三极管及基本放大器55例2-4:单级共发射极放大电路如图2-25所示。已知UCC(3)静态工作点Q位置与非线失真的关系直流负载线uCE=Ucc-icRcB、Q

点选得过低，产生截止失真，Uo顶部被削平.解决办法：使Q↑:Rb↓→IBQ↑→Q↑截止区第二章晶体三极管及基本放大器56(3)静态工作点Q位置与非线失真的关系直流负载线uCE=U(3)静态工作点Q位置与非线失真的关系直流负载线uCE=Ucc-icRcC、Q点选得过高,产生饱和失真,Uo底部被削平解决办法：

Q↓：1.Rb↑→IBQ↓→Q↓2.Rc↓,直流负载线变陡,由饱和区进入放大区饱和区放大区第二章晶体三极管及基本放大器57(3)静态工作点Q位置与非线失真的关系直流负载线uCE=U2.4.3三极管放大器的偏置电路影响放大电路静态工作主要原因是温度的变化，如何使放大电路的静态工作点稳定是十分重要的问题。第二章晶体三极管及基本放大器582.4.3三极管放大器的偏置电路影响放大电路静态工作主要饱和失真A、温度升高1℃，β增大0.5-1%温度升高1℃，UBEQ下降2-2.5mv温度升高10℃，ICEO增加一倍这些参数得变化，都引起IC的增加，Q点进入饱和区B、当T=20℃时，静态工作点为QT=60℃时，静态工作点为Q’

稳定静态工作点的必要性第二章晶体三极管及基本放大器59饱A、稳定静态工作点的必要性第二章晶体三极管及基本放大器59工作点稳定的典型电路A、(i)增加Rb2，Rb1和Rb2构成电阻分压器(ii)增加射极电阻Re共发射极基本放大电路su分压式射极偏置电路su第二章晶体三极管及基本放大器60工作点稳定的典型电路A、(i)增加Rb2，Rb1和

B、工作原理：(i)I1＝I2＋IB,I1、I2>>IB∴I1≈I2(ii)T℃↑→ICQ↑↓→IE↑→URe↑→UBE=UB-URe↑→IB↓(iii)一般取：I1=(5～10)IBUB=（3～5）UBE

分压式射极偏置电路UB是稳定的工作点稳定的典型电路第二章晶体三极管及基本放大器61B、工作原理：分压式射极偏置电路UB是稳定的工作点稳定例2-5分压式射极偏置电路如图2-29所示，β＝60，Re＝1kΩ，Rb1＝30kΩ，Rb2＝10kΩ，Rc＝2kΩ，RL＝2kΩ。

求：（1）静态工作点Q；（2）电压放大倍数Au；（3）输入电阻；（4）输出电阻。

第二章晶体三极管及基本放大器62例2-5分压式射极偏置电路如图2-29所示，β＝60，Re(a)共基极放大电路（b）直流通路;1.静态分析直流通路2.4.5共基极放大器第二章晶体三极管及基本放大器63(a)共基极放大电路（b）直流通路;1.静态分析直流

交流通路2.动态分析2.4.5共基极放大器第二章晶体三极管及基本放大器64交流通路2.动态分析2.4.5共基极放大器第二章微变等效电路(接上图)2.动态分析从上可见，共基放大电路放大倍数较大，且输入与输出相位相同，Ri较小，Ro较大，,所以共基电路也叫电流跟随器，主要用于高频电路中。第二章晶体三极管及基本放大器65微变等效电路(接上图)2.动态分析从上可见，共基放大电路2.4.6共集电极放大器（a）共集电极放大电路;（b）交流通路

集电极是输入输出公共参考端，故各为共集电极电路，因为输出信号从射极输出，所以之称为射极输出器交流通路为什么称为共集电极放大电路？第二章晶体三极管及基本放大器662.4.6共集电极放大器（a）共集电极放大电路;（b）1、静态分析（静态工作点）UCC=IB·Rb+UBE+IE·Re

=IB·Rb+UBE+(1+β)IB·ReIC＝βIBUCE＝UCC–IERe

≈UCC-ICRe图2-33共集电极放大电路2.4.6共集电极放大器第二章晶体三极管及基本放大器671、静态分析图2-33共集电极放大电路2.4.6共集电极放2.交流分析交流通路微变等效电路第二章晶体三极管及基本放大器682.交流分析交流通路微变等效电路第二章晶体三极管及基本放大器2.交流分析（1）电压放大倍数所以这个电压放大倍数是小于1且约等于1的，并且输出电压和输入电压同相。这说明输出电压和输入电压相位相同、大小近似相等，所以共集电极放大电路又被称为电压跟随器或射极跟随器。

第二章晶体三极管及基本放大器692.交流分析（1）电压放大倍数所以这个电压放大倍数是小于1且2.交流分析（2）输入电阻Ri第二章晶体三极管及基本放大器702.交流分析（2）输入电阻Ri第二章晶体三极管及基本放大器72.交流分析（3）输出电阻Ro图2-35中，IB和IC的方向与图2-34中相反，主要原因是由测试电压源UT作用下产生，而不是输入信号源产生的。第二章晶体三极管及基本放大器712.交流分析（3）输出电阻Ro第二章晶体三极管及基本放大器72.交流分析（3）输出电阻Ro第二章晶体三极管及基本放大器722.交流分析（3）输出电阻Ro第二章晶体三极管及基本放大器72.交流分析（3）输出电阻R