晶体三极管及其基本放大电路

1、第二章、三极管第二章、三极管 及基本放大电路及基本放大电路 重点重点：掌握三极管的结构和基：掌握三极管的结构和基 本特性、工作状态和极性判别本特性、工作状态和极性判别 方法；方法； 掌握三极管基本放大电掌握三极管基本放大电 路性能指标的计算；路性能指标的计算； ma liming electronic technique2 2.12.1、双极型三极管的结构和分类、双极型三极管的结构和分类 发射区掺杂浓度最高发射区掺杂浓度最高, ,基区基区掺杂浓度最低且掺杂浓度最低且很很 薄薄, , 集电极掺杂浓度介于两者之间，体积最大。这集电极掺杂浓度介于两者之间，体积最大。这 样三极管就表现出单个样三极管就

2、表现出单个pnpn结不是有功能结不是有功能电流放大电流放大 作用作用。 根据结构来分可分为根据结构来分可分为pnppnp和和npnnpn管，由两个管，由两个pnpn 结的三层半导体制成结的三层半导体制成, ,分别引出三个电极分别引出三个电极发射极发射极e e (emitter)(emitter) 、基极、基极b b (base)(base)和集电极和集电极c c (collector)(collector) 。 ma liming electronic technique3 三极管的组成与符号三极管的组成与符号 （a）npn型型; （b）pnp型型 ma liming electronic t

3、echnique4 pnp型三极管的组成与符号型三极管的组成与符号 p n p c b e e b cc e b pnp型三极管的结构和型三极管的结构和npn型三极管类似，型三极管类似， 两者几乎具有两者几乎具有相同的特性，只不过各电极端的电相同的特性，只不过各电极端的电 压极性和电流的方向不同。压极性和电流的方向不同。 ma liming electronic technique5 常见三极管（用途）常见三极管（用途） ma liming electronic technique6 为使三极管具有电流放大作用，在制造过程中必须满为使三极管具有电流放大作用，在制造过程中必须满 足实现放大的足实

4、现放大的内部结构条件内部结构条件，即：，即： （1）发射区掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度，以便于有足够的）发射区掺杂浓度远大于基区的掺杂浓度，以便于有足够的 载流子供载流子供“发射发射”。 （2）基区很薄，）基区很薄， 只有只有1微米至几十微米厚，掺杂浓度很低，以微米至几十微米厚，掺杂浓度很低，以 减少载流子在基区的复合机会，这是三极管具有放大作用的关减少载流子在基区的复合机会，这是三极管具有放大作用的关 键所在。键所在。 （3）集电区比发射区体积大且掺杂少，以利于收集载流子。）集电区比发射区体积大且掺杂少，以利于收集载流子。 由此可见，三极管并非两个由此可见，三极管并非两个pn结的简单组合，不

5、能用两个二结的简单组合，不能用两个二 极管来代替；在放大电路中也不可将发射极和集电极对调使用。极管来代替；在放大电路中也不可将发射极和集电极对调使用。 ma liming electronic technique7 n n p c b i i 电流放大系数， 反映了三极管的放大能力. cb ii 在放大状态下在放大状态下i ic c与与i ib b成正比成正比 ma liming electronic technique8 1、输入特性曲线 根据输入回路可知根据输入回路可知,只只 有一有一pn结参与输入回路结参与输入回路,其其 输入特性的函数式为输入特性的函数式为: () cebbe uif

6、u 常数 我们知道我们知道u ubebe加在发射结上，就相加在发射结上，就相 当于加在一个二极管上当于加在一个二极管上,输入特输入特 性和二极管的特性曲线相似性和二极管的特性曲线相似 ()be on u 导通电压导通电压: si 0.60.8v ,一般取一般取0.7v;ge 0.2v0.3v, 一般取一般取0.2v i)i) 死区电压死区电压: si:0.5v;ge:0.1v: si:0.5v;ge:0.1v vbe ib o vonvbe vce=1v vce=10v ma liming electronic technique9 ii) 时时,为什么特性曲线向右偏移？为什么特性曲线向右偏移

7、？ ce u1v 由于由于uce的加入使集电结反偏，必然要导致发的加入使集电结反偏，必然要导致发 射极的一部分载流子参与输出回路的流通射极的一部分载流子参与输出回路的流通 在相在相 同的同的u ubebe情况下，流向基极电流情况下，流向基极电流i ib b减小。减小。 vbe ib o vonvbe ib1 ib2 vce=1v vce=10v ma liming electronic technique10 对于对于npn型三极管型三极管,工作在放大区工作在放大区 时时, 有有:vcvbve 对于对于pnp型三极管型三极管,工作在放大区工作在放大区 时时, 有有:vcvbvevb 对于对于p

8、np型三极管型三极管,工作在截止区工作在截止区 时时, 有有:vcvevcve 对于对于pnp型三极管型三极管,工作在饱和区工作在饱和区 时时, 有有:vbvc icm时时, 三极管不一定会损坏三极管不一定会损坏,但但明显下降。明显下降。 iii)反向击穿电压反向击穿电压u(br)ceo 、 u(br)cbo 、 u(br)ebo。 一般一般u(br)ceo u(br)cbo u(br)ebo ii)集电极最大允许功率集电极最大允许功率pcm 三极管工作时三极管工作时,uce大部分降在集电结上，所以集电大部分降在集电结上，所以集电 极功率损耗极功率损耗pc= uceic，会使集电结温度升高，会

9、使集电结温度升高，pcm 就是允许的最高集电结温度决定的最大集电极功耗。就是允许的最高集电结温度决定的最大集电极功耗。 工作时工作时pc uww q ( 、2ma、6v)20 a 1.静态工作点 +vcc 直 流 通 路 2b r 1b r e r c r 所以假设成立. ma liming electronic technique76 2.交流分析 /(/) 35.6 35.6 100130 1.5 代入数值得: oclclc u ib bebe ui rrrr a ui rr kk kk k ww ww w l r + - + - c r 交 流 通 路 s u s r e r o u 微

10、变等效电路 + - + - be r s u s r e r l r c r o u ib ib ma liming electronic technique77 /代入数值得: 150015 =15 150015 i ieibeb i u rrrrr i ww w ww 1 15 代入数值得: 1.5k = 1+100 ib bebe ieb ee ui rr rr ii w w 0,0,0,3 ibb 令u视为开路 oc iirrkw ma liming electronic technique78 计算结果表明计算结果表明:共基、共射电路共基、共射电路元件参数相元件参数相 同时同时,它们

11、的它们的电压放大倍数数值电压放大倍数数值是相等的是相等的,但但 是是共基极放大电路共基极放大电路输入电阻小输入电阻小,这类电路主这类电路主 要用于要用于高频高频电压放大电路电压放大电路. 15 1301.9 115 oi usu sis ur aa urrk w ww ma liming electronic technique79 三极管放大电路三种基本组态的比较 共发射极电路共集电极电路共基极电路 电 路 形式 au ri ro c1 rc c2 rl ucc ui .rb2 re ce uo . rb1 ro ri c1 c2 rl ucc us re uo . rb ri rs ui

12、. b ro c cb rc c2 rl ucc rb2 re c1 uo . rb1 ri ro ui . l be r r b - (1) 1 (1) l bel r rr b b + + l be r r b bebb rrr/ 21 大）( )1 (/ lbeb rrr 小）)( 1 /( be e r r c r 小）( ) 1 / /( sbbe e rrr r c r ma liming electronic technique80 应应 用用 一般放大，多一般放大，多 级放大器的中级放大器的中 间级间级 输入级、输出级输入级、输出级 或阻抗变换、缓或阻抗变换、缓 冲（隔离）级冲

13、（隔离）级 高频高频放大、宽频放大、宽频 带放大震荡及恒带放大震荡及恒 流电源流电源 ma liming electronic technique81 2.10、多级放大电路、多级放大电路 在实际的电子设备中，为了得到足够大的在实际的电子设备中，为了得到足够大的 放大倍数或者使输入电阻和输出电阻达到指标放大倍数或者使输入电阻和输出电阻达到指标 要求，一个放大电路往往由多级组成。要求，一个放大电路往往由多级组成。 多级放大电路由输入级、中间级及输出级多级放大电路由输入级、中间级及输出级 组成，如图所示。组成，如图所示。 信号源输入级中间级输出级负载 多级放大电路 ma liming electr

14、onic technique82 可以分别考虑输入级如何与信号源配合，输可以分别考虑输入级如何与信号源配合，输 出级一般为功率放大电路来实现，如何满足负载出级一般为功率放大电路来实现，如何满足负载 的要求，中间级如何保证放大倍数足够大。的要求，中间级如何保证放大倍数足够大。 各级放大电路可以针对自己的任务来满足技各级放大电路可以针对自己的任务来满足技 术指标的要求，本章只讨论由输入级到输出级术指标的要求，本章只讨论由输入级到输出级 组成的多级小信号放大电路。组成的多级小信号放大电路。 信号源输入级中间级输出级负载 多级放大电路 ma liming electronic technique83

15、2.10.1、 级间耦合方式级间耦合方式 多级放大电路是将各单级放大电路连接起多级放大电路是将各单级放大电路连接起 来，这种级间连接方式称为耦合。要求前级的来，这种级间连接方式称为耦合。要求前级的 输出信号通过耦合不失真地传输到后级的输入输出信号通过耦合不失真地传输到后级的输入 端。常见的耦合方式有端。常见的耦合方式有阻容耦合阻容耦合、直接耦合直接耦合及及 变压器耦合变压器耦合三种形式。三种形式。 ma liming electronic technique84 1、 阻容耦合阻容耦合 阻容耦合是利用电容器作为耦合元件将前级 和后级连接起来。这个电容器称为耦合电容，如 图所示。 v1v2 ui

16、 . c1 rb1 rc1 c2 rb2rc2 c3 uo . ucc (a) ma liming electronic technique85 阻容耦合两级放大电路的直流通路 v1v2 rb1 rc1rb2rc2 ucc (b) ma liming electronic technique86 阻容耦合的阻容耦合的优点优点是：前级和后级直流通路是：前级和后级直流通路 彼此隔开，每一级的静态工件点相互独立，互彼此隔开，每一级的静态工件点相互独立，互 不影响。便于不影响。便于分析、设计和调试分析、设计和调试电路。因此，电路。因此， 阻容耦合在多级交流放大电路中得到了广泛应阻容耦合在多级交流放大电

17、路中得到了广泛应 用。用。 阻容耦合的阻容耦合的缺点缺点是：信号在通过耦合电容加是：信号在通过耦合电容加 到下一级时会大幅衰减，到下一级时会大幅衰减，对直流信号（或变化对直流信号（或变化 缓慢的信号）很难传输；缓慢的信号）很难传输；在集成电路里制造大在集成电路里制造大 电容很困难，电容很困难，不利于集成化不利于集成化。所以，阻容耦合。所以，阻容耦合 只适用于分立元件组成的电路。只适用于分立元件组成的电路。 ma liming electronic technique87 2、直接耦合、直接耦合 直接耦合是将前级放大电路和后级放大电路直直接耦合是将前级放大电路和后级放大电路直 接相连的耦合方式，

18、这种耦合方式称为接相连的耦合方式，这种耦合方式称为直接耦合直接耦合， 如图所示。如图所示。 v1v2 ui . rb1 rc1rb2rc2 uo . ucc ma liming electronic technique88 直接耦合的直接耦合的优点优点：所用元件少，体积小，低频：所用元件少，体积小，低频 特性好，便于集成化。特性好，便于集成化。 直接耦合的直接耦合的缺点缺点是：由于失去隔离作用，使是：由于失去隔离作用，使 前级和后级的直流通路相通，静态电位相互牵制，前级和后级的直流通路相通，静态电位相互牵制， 使得各级静态工作点相互影响。另外还存在着零使得各级静态工作点相互影响。另外还存在着零

19、 点漂移现象。点漂移现象。 v1v2 ui . rb1 rc1rb2rc2 uo . ucc ma liming electronic technique89 讨论：讨论： （1）、静态工作点相互牵制。如图所示，不论）、静态工作点相互牵制。如图所示，不论 v1管集电极电位在耦合前有多高，接入第二级后，管集电极电位在耦合前有多高，接入第二级后， 被被v2管的基极钳制在管的基极钳制在0.7v左右，致使左右，致使v2管处于临管处于临 界饱和状态，导致整个电路无法正常工作。界饱和状态，导致整个电路无法正常工作。 v1v2 ui . rb1 rc1rb2rc2 uo . ucc ma liming el

20、ectronic technique90 (2)零点漂移现象。由于温度变化等原因，零点漂移现象。由于温度变化等原因， 使放大电路在输入信号为零时输出信号不为零使放大电路在输入信号为零时输出信号不为零 的现象称为的现象称为零点漂移零点漂移。 产生零点漂移的主要原因是由于温度变化产生零点漂移的主要原因是由于温度变化 而引起的，零点漂移也称而引起的，零点漂移也称温度漂移温度漂移。 要使用直接耦合的多级放大电路，必须解要使用直接耦合的多级放大电路，必须解 决静态工作点相互影响和零点漂移问题，解决决静态工作点相互影响和零点漂移问题，解决 方法我们将在差动式放大电路中讨论。方法我们将在差动式放大电路中讨论

21、。 ma liming electronic technique91 3、 变压器耦合变压器耦合 变压器耦合是利用变压器将前级的输出端与 后级的输入端连接起来，这种耦合方式称为变 压器耦合，如图所示。 v1v2 ui . c1 rb11 ce1 ucc rb12re1 cb2 rb21 rb22re2 ce2 rl t1t2 ma liming electronic technique92 变压器耦合的变压器耦合的优点优点是：由于变压器不能传输是：由于变压器不能传输 直流信号，且有隔直作用，因此各级静态工作直流信号，且有隔直作用，因此各级静态工作 点相互独立，互不影响。变压器在传输信号的点相互

22、独立，互不影响。变压器在传输信号的 同时还能够进行同时还能够进行阻抗、电压、电流变换阻抗、电压、电流变换。 变压器耦合的变压器耦合的缺点缺点是：体积大、笨重等，不是：体积大、笨重等，不 能实现集成化应用。能实现集成化应用。 ma liming electronic technique93 2.10.2、耦合对信号传输的影响、耦合对信号传输的影响 1. 信号源和输入级之间的关系信号源和输入级之间的关系 信号源接放大电路的输入级，输入级的输入信号源接放大电路的输入级，输入级的输入 电阻就是它的负载，因此可归结为信号源与负电阻就是它的负载，因此可归结为信号源与负 载的关系。载的关系。 is s si

23、 is i si rr r ii rr r uu ma liming electronic technique94 2、 各级间的关系各级间的关系 中间级级间的相互关系归结为：中间级级间的相互关系归结为：前级的输出前级的输出 信号为后级的信号源，其输出电阻为信号源内信号为后级的信号源，其输出电阻为信号源内 阻，后级的输入电阻为前级的负载电阻。阻，后级的输入电阻为前级的负载电阻。如图如图 所示所示,第二级的输入电阻为第一级的负载，第三第二级的输入电阻为第一级的负载，第三 级的输入电阻为第二级的负载，依次类推。级的输入电阻为第二级的负载，依次类推。 rbe1 e l r iu 1112 / bb

24、rr 1c r ou 1bi 1 1 bi ii rbe2 2122 / bb rr 2c r 2 2 bi 2bi ma liming electronic technique95 1）多级放大电路电压放大倍数）多级放大电路电压放大倍数 12 12 12 , ooon uuun iiin uuu aaa uuu rbe1 e l r iu 1112 / bb rr 1c r ou 1bi 1 1 bi ii rbe2 2122 / bb rr 2c r 2 2 bi 2bi 1223(1) , oioioni n uuuuuu 所以总的电压放大倍数为：所以总的电压放大倍数为： 12 1 on

25、 uuuun i u aaaa u ma liming electronic technique96 2）多级放大电路的输入、输出电阻）多级放大电路的输入、输出电阻 多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电多级放大电路的输入电阻就是第一级的输入电 阻，其输出电阻就是最后一级的输出电阻。阻，其输出电阻就是最后一级的输出电阻。 rbe1 e l r iu 1112 / bb rr 1c r ou 1bi 1 1 bi ii rbe2 2122 / bb rr 2c r 2 2 bi 2bi ma liming electronic technique97 例例 : 电 路 如 图 所 示 ， 已

26、知 u c c = 6 v ， rb1=430,rc1=2k,rb2=270k,rc2=1.5k,rbe2= 1.2k,1=2=50,c1=c2=c3=10f,rbe1=1.6k, 求： (1)电压放大倍数；(2)输入电阻、输出电阻。 v1v2 ui . c1 rb1 rc1 c2 rb2rc2 c3 uo . ucc (a) ma liming electronic technique98 解：解：(1)电压放大倍数电压放大倍数 222 / /270/ /1.21.2 ibbe rrrkkkww w v1v2 ui . c1 rb1 rc1 c2 rb2rc2 c3 uo . ucc (a)

27、 112 / /2/ /1.20.75 lci rrrkkk ww w 1 1 1 50 0.75 23.4 1.6 l u be rk a rk w w ma liming electronic technique99 2 2 2 50 1.5 62.5 1.2 c u be rk a rk w w v1v2 ui . c1 rb1 rc1 c2 rb2rc2 c3 uo . ucc (a) 12( 23.4) ( 62.5)1462.5uuuaaa ma liming electronic technique100 在工程上电压放大倍数常用分贝表示，折算在工程上电压放大倍数常用分贝表示，折

28、算 公式为：公式为： uu adbalg20)( 1112 ()20lg20lg()20lg20lg uuuuuu a dbaaaaa 上题用分贝可表示为：上题用分贝可表示为： 1( )20lg23.427.4() u adbdb 2( )20lg62.535.9() u adbdb ()27.635.963.3() u a dbdb ma liming electronic technique101 (2）输入电阻、输出电阻）输入电阻、输出电阻 111 / / iibbe rrrr v1v2 ui . c1 rb1 rc1 c2 rb2rc2 c3 uo . ucc (a) 2oc rr ma liming electronic technique102 2.10.3、组合放大电路、组合放大电路 三种基本组态电路的性能各有特点，根三种基本组态电路的性能各有特点，根 据三种组态电路不同的特点，将其中任意两据三种组态电路不同的特点，将其中任意两 种组态相组合，可以构成不同的放大电路，种组态相组合，可以构成不同的放大电路， 使其更适合实际电路的需要。下面介绍几种使其更适合实际电路的需要。下面介绍几种 常见的组合放大电路。常见的组合放大电路。 ma liming electronic technique103 1、共集共射极组合电路、共集共射极组合电路 如图所示