第2章半导体三极管及其应用

1、半导体三极管及其应用半导体三极管及其应用 2.1.1三极管的结构、符号及分类三极管的结构、符号及分类 2.1.2三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用 2.1.3三极管的输入、输出伏安特性三极管的输入、输出伏安特性 2.1.4三极管的主要参数及其选用三极管的主要参数及其选用 2.1.5特殊三极管特殊三极管 半导体三极管又称晶体三极管（下称三半导体三极管又称晶体三极管（下称三 极管，极管，Semiconductor Transistor），一般简），一般简 称晶体管，或双极型晶体管。它是通过一定称晶体管，或双极型晶体管。它是通过一定 的制作工艺，将两个的制作工艺，将两个PN结结合在一起的器结结

2、合在一起的器 件，两个件，两个PN结相互作用，使三极管成为一结相互作用，使三极管成为一 个具有控制电流作用的半导体器件。三极管个具有控制电流作用的半导体器件。三极管 可以用来放大微弱的信号和作为无触点开关。可以用来放大微弱的信号和作为无触点开关。 2.1.1 晶体三极管的结构、符号及分类晶体三极管的结构、符号及分类 N N P 发射极发射极 E 基极基极 B 集电极集电极 C 发射结发射结 集电结集电结 基区基区 发射区发射区 集电区集电区 emitter base collector NPN 型型 P P N E B C PNP 型型 分类：分类： 按材料分：按材料分： 硅管、锗管硅管、锗管

3、 按结构分：按结构分： NPN、 PNP 按使用频率分：按使用频率分： 低频管、高频管低频管、高频管 按功率分：按功率分： 小功率管小功率管 5 W E C B E C B E B C E B C E B C BE C BJT 外形和引脚外形和引脚 1. 三极管放大的条件三极管放大的条件 内部内部 条件条件 发射区掺杂浓度高发射区掺杂浓度高 基区薄且掺杂浓度低基区薄且掺杂浓度低 集电结面积大集电结面积大 外部外部 条件条件 发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏 2. 满足放大条件的三种电路满足放大条件的三种电路 ui uo CE BE C B ui uo E C B ui uo 共发射极

4、共发射极共集电极共集电极 共基极共基极 实现电路实现电路 ui uo RB RC uo uiRC RE 2.1.2三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用 3. 三极管内部载流子的传输过程三极管内部载流子的传输过程 1) ) 发射区向基区注入多子发射区向基区注入多子电子电子， 形成发射极电流形成发射极电流 IE。 I CN 多数向多数向 BC 结方向扩散形成结方向扩散形成 ICN。 IE 少数与空穴复合，形成少数与空穴复合，形成 IBN 。 I BN基区空基区空 穴来源穴来源 基极电源提供基极电源提供( (IB) ) 集电区少子漂移集电区少子漂移( (ICBO) ) I CBO IB IBN

5、IB + ICBO即：即： IB = IBN ICBO 3) ) 集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流 IC IC I C = ICN + ICBO 2) )电子到达基区后电子到达基区后( (基区空穴运动因浓度低而忽略基区空穴运动因浓度低而忽略) ) 三极管内载流子运动三极管内载流子运动 4. 三极管的电流分配关系三极管的电流分配关系 当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集 电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即： IB = I BN ICBO IC = I

6、CN + ICBO BN CN I I CEOBCBOBC )1(IIIII IE = IC + IB 穿透电流穿透电流 CEOBC III BCE III BC II BE )1(II CEOBE )1(III CBOB CBOC II II BJT 的放大作用的放大作用 Rc VCC IB IE Rb + UBE + UCE VBB c e b IC + UI + IB + IC + IE B C I I 1 IE = IC + IB = (1+ ) IB IC = IB UCE UCE = UR= IC RC 电压放大倍数电压放大倍数: I O U U Au I CC U RI Rc V

7、CC IB IE Rb + UBE + UCE VBB c e b IC 例例 输入电压输入电压 UI = 30 mV, 引起引起 IB = 30 A,设设 = 40， RC = 1 k ，求求 IC、Au。 解：解： IC = IB = 40 30 A = 1.2 mA UO = UCE= IC RC= 1.2 mA 1 k = 1.2 V I O U U Au 40 mV30 V2 . 1 2.1.3 三极管的输入、输出伏安特性三极管的输入、输出伏安特性 一、输入特性一、输入特性 输入输入 回路回路 输出输出 回路回路 常数常数 CE )( BEB u ufi 0 CE u与二极管特性相似

8、与二极管特性相似 RC VCC iB IE RB + uBE + uCE VBB C E B iC + + + iB RB + uBE VBB + BE u B i O 0 CE u V 1 CE u 0 CE u V 1 CE u特性基本特性基本重合重合( (电流分配关系确定电流分配关系确定) ) 特性右移特性右移( (因集电结开始吸引电子因集电结开始吸引电子) ) 导通电压导通电压 UBE( (on) ) 硅管：硅管： (0.6 0.8) V 锗管：锗管： (0.2 0.3) V 取取 0.7 V 取取 0.2 V VBB + RB 二、输出特性二、输出特性 常数常数 B )( CEC i

9、 ufi iC / mA uCE /V 50 A 40 A 30 A 20 A 10 A IB = 0 O 2 4 6 8 4 3 2 1 截止区：截止区： IB 0 IC = ICEO 0 条件：条件：两个结反偏两个结反偏 2. 放大区：放大区： CEOBC III 3. 饱和区：饱和区： uCE u BE uCB = uCE u BE 0 条件：条件：两个结正偏两个结正偏 特点：特点：IC IB 临界饱和时：临界饱和时： uCE = uBE 深度饱和时：深度饱和时： 0.3 V ( (硅管硅管) ) UCE( (SAT) )= = 0.1 V ( (锗管锗管) ) 放大区放大区 截止区截止

10、区 饱饱 和和 区区 条件：条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏 特点：特点：水平、等间隔水平、等间隔 ICEO 输输 出出 特特 性性 2.1.4 三极管的主要参数及其选用三极管的主要参数及其选用 一、电流放大系数一、电流放大系数 1. 共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数 iC / mA uCE /V 50 A 40 A 30 A 20 A 10 A IB = 0 O 2 4 6 8 4 3 2 1 直流电流放大系数直流电流放大系数 B C CBOB CBOC BN CN I I II II I I 交流电流放大系数交流电流放大系数 B i iC 一般为几十一般为几十 几百

11、几百 2. 共基极电流放大系数共基极电流放大系数 11 BC C E C II I I I 1 一般在一般在 0.98 以上。以上。 Q 82 A1030 A1045. 2 6 3 80 10 8 . 0 A1010 A10)65. 145. 2( 6 3 988. 0 180 80 二、极间反向饱和电流二、极间反向饱和电流 (1) 集电极集电极 基极反向饱和电流基极反向饱和电流 ICBO ICBO VCC A b c e (2) 集电极集电极 - 发射极反向饱和电流发射极反向饱和电流 ICEO ICEOVCC A b c e ICEO =（1+ ）ICBO 三、极限参数三、极限参数 1. I

12、CM 集电极最大允许电流，超过时集电极最大允许电流，超过时 值明显降低。值明显降低。 U( (BR) )CBO 发射极开路时发射极开路时 C、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。 2. PCM 集电极最大允许功率损耗集电极最大允许功率损耗PC = iC uCE。 3. U( (BR) )CEO 基极开路时基极开路时 C、E 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。 U( (BR) )EBO 集电极极开路时集电极极开路时 E、B 极极间反向击穿电压。间反向击穿电压。 U( (BR) )CBO U( (BR) )CEO U( (BR) )EBO iC ICM U(BR)CEO uCE PCM O

13、ICEO 安安 全全 工工 作作 区区 温度对特性曲线的影响温度对特性曲线的影响 1. 温度升高，输入特性曲线温度升高，输入特性曲线向左移。向左移。 温度每升高温度每升高 1 C，UBE (2 2.5) mV。 温度每升高温度每升高 10 C，ICBO 约增大约增大 1 倍。倍。 2. 温度升高，输出特性曲线温度升高，输出特性曲线向上移。向上移。 BE u B i O T1T2 iC uCE T1 iB = 0 T2 iB = 0 iB = 0 温度每升高温度每升高 1 C， (0.5 1)%。 输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间距增大。 O 万用表检测晶体三极管的方法万用表检测晶体三极管的

14、方法 1. 根据外观判断极性；根据外观判断极性； 3. 用万用表电阻挡测量三极管的好坏，用万用表电阻挡测量三极管的好坏，PN 结正结正 偏时电阻值较小偏时电阻值较小( (几千欧以下几千欧以下) )，反偏时电阻反偏时电阻 值较大值较大( (几百千欧以上几百千欧以上) ) 。 插入三极管挡插入三极管挡( (hFE) )，测量，测量 值或判断管型值或判断管型 及管脚；及管脚； 指针式万用表指针式万用表 在在 R 1 k 挡进行测量。挡进行测量。 红红表笔是表笔是( (表内表内) )负极，负极，黑黑表笔是表笔是( (表内表内) )正极。正极。 注意事项：注意事项： 测量时手不要接触引脚。测量时手不要接

15、触引脚。 1k B E C 1k B E C 数字万用表数字万用表 注意事项：注意事项： 红红表笔是表笔是( (表内电源表内电源) )正极；正极； 黑黑表笔是表笔是( (表内电源表内电源) )负极。负极。 NPN 和和 PNP 管分别按管分别按 EBC 排列插入不同的孔。排列插入不同的孔。 需要准确需要准确测量测量 值时，应先进行校正。值时，应先进行校正。 2. 插入三极管挡插入三极管挡( (hFE) )，测量，测量 值或判断管型及管脚。值或判断管型及管脚。 可直接用电阻挡的可直接用电阻挡的 挡，分别测量挡，分别测量判断判断两个结两个结 的的好坏。好坏。 三、晶体三极管的选用三、晶体三极管的选

16、用 1. 根据电路工作要求选择高、低频管。根据电路工作要求选择高、低频管。 2. 根据电路工作要求选择根据电路工作要求选择 PCM、 ICM 、 U( (BR) )CEO， 应保证：应保证： PC PCm ICM Cm U( (BR) )CEO VCC 3. 一般三极管的一般三极管的 值在值在 40 100 之间为好，之间为好，9013、 9014 等低噪声、高等低噪声、高 的管子不受此限制的管子不受此限制 。 4. 穿透电流穿透电流 ICEO 越小越好，硅管比锗管的小。越小越好，硅管比锗管的小。 一、一、 光电（敏）三极管光电（敏）三极管 1. 工作原理工作原理 像光电二极管一样实现光像光电

17、二极管一样实现光 -电转换外，还能放大光电流。电转换外，还能放大光电流。 有有NPN和和PNP型之分。型之分。 ec c (+) e () 3DU5C 外型外型符号符号 IC =（ 1+ ）IB = 100 1000 有有3AU、3DU系列系列 如如3DU5C： 最高工作电压最高工作电压 30 V 暗电流暗电流 0.2 A 光电流光电流 3 mA (1000 lx 下下) 峰值波长峰值波长 900 nm 2.1.5 特殊三极管特殊三极管 2. 应用举例应用举例 （1）开关电路）开关电路 直接驱动式，能提直接驱动式，能提 供供 3 mA的光电流。的光电流。 三极管三极管 T 用于放大用于放大 驱

18、动电流。驱动电流。 泄流二极管泄流二极管，在继电器脱电，在继电器脱电 时，使线圈自感电动势形成时，使线圈自感电动势形成 放电回路且限幅为放电回路且限幅为0.7V，从，从 而使三极管免受过大的而使三极管免受过大的uCE。 （2）测速电路）测速电路 （一）基本原理（一）基本原理 + c e 发光器件发光器件 LED 受光器件受光器件 光电二极管光电二极管 光电三极管光电三极管 实现实现 电电 - 光光 - 电电 传输和转换传输和转换 二、光电耦合器二、光电耦合器 （二）主要参数（二）主要参数 1. 输入参数。输入参数。即即LED的参数的参数 2. 输出参数。输出参数。与光电管同，其中：与光电管同，

19、其中： （1）光电流）光电流 指输入一定电流（指输入一定电流（10 mA），输出接一定负载（约），输出接一定负载（约 500 ） 和一定电压（和一定电压（10 V）时输出端产生的电流。）时输出端产生的电流。 （2）饱和压降）饱和压降 指输入一定电流（指输入一定电流（20 mA），输出接一定电压（），输出接一定电压（10 V）,调节调节 负载使输出达一定值负载使输出达一定值( 2 mA )时时输出端的电压时时输出端的电压( 通常为通常为 0.3 V )。 + c e 3. 传输参数传输参数 （1）电流比）电流比CTR 指直流状态下，输出电流与输入电流之比。一般指直流状态下，输出电流与输入电流之比

20、。一般 IBS，则三极管则三极管饱和。饱和。 动态动态 电路中接入电路中接入 ui 后的工作状态。电路中有直流电后的工作状态。电路中有直流电 源作用形成的源作用形成的直流分量直流分量，输入电压作用形成的，输入电压作用形成的交流分量交流分量。 交流通路交流通路只考虑变化的电压和电流的电路。只考虑变化的电压和电流的电路。 电量的符号表示规则电量的符号表示规则 A AA 主要符号；主要符号； A 下标符号。下标符号。 A 大写大写表示电量与时间无关表示电量与时间无关( (直流、平均值、有效值直流、平均值、有效值) ) 小写小写表示电量随时间变化表示电量随时间变化( (瞬时值瞬时值) )。 A 大写大

21、写表示直流量或总电量表示直流量或总电量( (总最大值，总瞬时值总最大值，总瞬时值) )； 小写小写表示交流分量。表示交流分量。 总瞬时值总瞬时值直流量直流量 be U交流有效值交流有效值 t u O BE u BE U be u be U uBE = UBE + ube 交流瞬时值交流瞬时值 三、动态工作情况分析三、动态工作情况分析 画交流通路原则：画交流通路原则： （1） 固定不变的电压源都视为短路；固定不变的电压源都视为短路； （2） 固定不变的电流源都视为开路；固定不变的电流源都视为开路； （3） 视电容对交流信号短路。视电容对交流信号短路。 0j/1 C B BEBB B R uV i

22、 （一）图解法分析动态工作情况（一）图解法分析动态工作情况 线性线性非线性非线性线性线性 输入回路输入回路 ( (A 左左) ) )( CE BEBCu ufi ( (B 右右) ) 输出回路输出回路 )( B CECCi ufi ( (B 左左) ) CCCCCE RiVu ( (A 右右) ) + RB RC + uCE + uBE + VCC VBB iB iC iB iC + uBE + uCE AB 例例 硅管，硅管，ui = 10 sin t (mV)，RB = 176 k ， RC = 1 k ， VCC = VBB = 6 V，图解分析各电压、电流值。，图解分析各电压、电流值。

23、 解解 令令 ui = 0，求静态电流，求静态电流 IBQ A)( 30mA)(03. 0 176 7 . 06 BQ I uBE/V iB/ A O 0.7 V 30Q ui O t t uBE/V O t iB IBQ ( (交流负载线交流负载线) ) uCE/V iC/mA 4 1 O 2 3 iB=10 A 20 30 40 50 50 5 Q 6 直流负载线直流负载线 Q Q 6 O t iC ICQ UCEQ O t t uCE/V Ucem ibic uce RL L 1 R + iB iC RB VCC VBB RC C1 ui + + + uCE + uBE 当当 ui =

24、0 uBE = UBEQ iB = IBQ iC = ICQ uCE = UCEQ 当当 ui = Uim sin t ib = Ibmsin t ic = Icmsin t uce = Ucem sin t uo = uce iB = IBQ + Ibmsin t iC = ICQ + Icmsin t uCE = UCEQ Ucem sin t = UCEQ +Ucem sin (180 t) uBE/V iB/ A 0.7 V 30 Q ui t t uBE/V t iB IBQ ( (交流负载线交流负载线) ) uCE/V iC/mA 4 1 2 3 iB=10 A 20 30 40

25、50 60 5 Q 6 直流负载线直流负载线 Q Q 6 t iC ICQ UCEQ Q t t uCE/V Ucem ibic uce O O O O O O io uu 基本共发射极基本共发射极 电路的波形：电路的波形： + iB iC RB VCC VBB RC C1 ui + + + uCE + uBE IBQ ui O t iB O t uCE O tuo O t iC O t ICQ UCEQ （二）放大电路的非线性失真（二）放大电路的非线性失真 复习：晶体三极管三个工作区域复习：晶体三极管三个工作区域 iC / mA uCE /V 50 A 40 A 30 A 20 A 10 A

26、 IB = 0 O 2 4 6 8 4 3 2 1 截止区：截止区：IB 0 IC = ICEO 0 条件：条件：两个结反偏两个结反偏 2. 放大区：放大区： CEOBC III 3. 饱和区：饱和区：uCE u BE uCB = uCE u BE 0 条件：条件：两个结正偏两个结正偏 特点：特点：IC IB 临界饱和时：临界饱和时： uCE = uBE 深度饱和时：深度饱和时： 0.3 V ( (硅管硅管) ) 0.1 V ( (锗管锗管) ) UCE( (SAT) )= = 放大区放大区 截止区截止区 饱饱 和和 区区 条件：条件：发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏 特点：特点：水

27、平、等间隔水平、等间隔 ICEO 判断如图电路判断如图电路UI = 1V、3V、5V 时，时，BJT的工作状态的工作状态。 VBB RBB 解解 利用戴维宁定理：利用戴维宁定理： 21 2I BB RR RU V k12 I 4 . 0 U 21BB / RRR UI = 1V：VBB = 0.4 V, UBE Ibm 。 O Q ib O t t O uBE/V iB uBE/V iB ui uCE iC ic t OO iC O t uCE Q uce 交流负载线交流负载线 2. “Q”过高引起饱和失真过高引起饱和失真 ICS 集电极临界集电极临界 饱和电流饱和电流 NPN 管：管： 底部

28、底部失真为饱和失真。失真为饱和失真。 PNP 管：管： 顶部顶部失真为饱和失真。失真为饱和失真。 L (SAT)CECC CS BS R UV I I IBS 基极临界饱和电流。基极临界饱和电流。 不接负载时，交、直流负载线重合，不接负载时，交、直流负载线重合，V CC= VCC 不发生饱和失真的条件：不发生饱和失真的条件： IBQ + I bm IBS uCE iC t O O iC O t uCE Q V CC 饱和失真的本质：饱和失真的本质： 负载开路时：负载开路时： 接负载时：接负载时： 受受 RC 的限制，的限制，iB 增大，增大，iC 不可能超过不可能超过 VCC/RC 。 受受

29、R L 的限制，的限制，iB 增大，增大，iC 不可能超过不可能超过 V CC/R L 。 C1 + RC RB +VCC C2 RL + uo + + iB iC V ui ( (R L= RC / RL) ) 选择工作点的原则：选择工作点的原则： 当当 ui 较小时，为减少功耗和噪声，较小时，为减少功耗和噪声，“Q” 可设可设 得低一些；得低一些； 为提高电压放大倍数，为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；可以设得高一些； 为获得最大输出，为获得最大输出，“Q” 可设在交流负载线中点。可设在交流负载线中点。 如图所示电路，当输入交流信号时，出现如图题如图所示电路，当输入交流信号时，出现

30、如图题 2. 5所示输出波形图，试判断何种失真，产生该所示输出波形图，试判断何种失真，产生该 失真的原因是什么？如何才能使其不失真？失真的原因是什么？如何才能使其不失真？ （a）是截止失真。原因是静态工作点偏低，即 IBQ太小，引起ICQ太小。只要将偏置回路的电阻 Rb减小，即增大IBQ，使静态工作点上移就可消 除失真。 （b）是饱和失真。原因是静态工作点偏高，即 IBQ太大，引起ICQ太大。只要将偏置回路的电阻 Rb增大，即减小IBQ，使静态工作点下移就可消 除失真。 （三）最大输出幅值的估算（三）最大输出幅值的估算 最大不失真输出电压幅值最大不失真输出电压幅值 Uomax ： 当当“Q”靠

31、近截止区时，靠近截止区时， Uomax = Ucut 当当“Q”靠近饱和区时，靠近饱和区时， Uomax = Usat Ucut = IC RL Usat = UCE UCE(sat) 估算取估算取UCE(sat) = 1 V 例例 BJT硅管，硅管， = 40，各电容足够大，求，各电容足够大，求“Q”、 Uomax 。 解解 (1) 求求 “Q” b BECC B R UV I 00k3 V)7 . 012( mA 04. 0 直流负载线方程：直流负载线方程： uCE = VCC iC (Rc + Rd ) = 12 4 iC IC = 1.6 mA UCE = 5.6 V RL = R c

32、/ RL = 3 / 6 = 2 (k ) (2) 求求 Uomax UCE + ICRL = 5.6 + 3.2 = 8.8 V 交流负载线在水平轴的截距为：交流负载线在水平轴的截距为： Uomax = 3.2 V 微变等效电路分析法即微变等效电路分析法即小信号模型法可以用来分小信号模型法可以用来分 析电路的动态工作情况。析电路的动态工作情况。 微变等效的依据：微变等效的依据： 1.1.非线性电路经适当近似后可按线性电路对待。非线性电路经适当近似后可按线性电路对待。 2. 利用叠加定理，分别分析电路中交、直流成分。利用叠加定理，分别分析电路中交、直流成分。 3. 动态是输入信号电压在直流静态

33、工作点的基础上，动态是输入信号电压在直流静态工作点的基础上， 各极电流、电压的变化。各极电流、电压的变化。 2.3.2 微变等效电路分析法微变等效电路分析法 一、三极管的小信号简化模型一、三极管的小信号简化模型 1. 输入回路的模型输入回路的模型 动态电阻：动态电阻： 常常数数 CE B BE be u i u r 0 b be ce u i u BJT内部电阻示意图内部电阻示意图 b e c b r bb r bb 基区体电阻基区体电阻 r be r be 发射结电阻发射结电阻 r e re 集电区体电阻集电区体电阻 ebb be )1(rrr r bb通常为几百欧（取通常为几百欧（取 30

34、0 ） re = r be + r e r be E 26 I mA mV26 )1(300 E be I r 注意！注意！ r be UBE / IB，因为，因为 r be是动态电阻，而是动态电阻，而 式右是静态参数，式右是静态参数， 不能混淆。不能混淆。 2. 输出回路的模型输出回路的模型 C CE B C u i i C ce b c u i i BJT 小信号模型小信号模型 + uce + ube ib icC B E rbe E ib ic ic + ube + uce B C 2. 输出回路的模型输出回路的模型 BJT 小信号模型小信号模型 + uce + ube ib icC B

35、 E rbe E ib ic ic + ube + uce B C 注意！注意！小信号模型：小信号模型： （1）未考虑）未考虑BJT结电容的影响，故只适用于低频信号。结电容的影响，故只适用于低频信号。 （2）当信号较大，但非线性失真不严重时或计算精度要）当信号较大，但非线性失真不严重时或计算精度要 求不高时，仍可使用。求不高时，仍可使用。 （3）只能用于放大电路的动态分析，不能用于计算静态）只能用于放大电路的动态分析，不能用于计算静态 工作点。工作点。 （4）适于）适于NPN和和PNP管，不必改电压、电流参考方向。管，不必改电压、电流参考方向。 3. 放大电路的输入、输出电阻放大电路的输入、输

36、出电阻 输入电阻：输入电阻： iS i si RR R UU i i i I U R Ri 越大，越大，Ui 与与 Us 越接近。越接近。 输出电阻：输出电阻： Lo Lo o RR RU U L o o o )1 (R U U R （1）实验法：）实验法： （2）加压法求流法：）加压法求流法： 0 o L s R U I U R + U Ro越小带载能力越强越小带载能力越强 用微变等效电路分析法分析放大电路的求解步骤：用微变等效电路分析法分析放大电路的求解步骤： 用公式估算法估算用公式估算法估算Q点值，并计算点值，并计算Q点处的参数点处的参数 rbe值。值。 由放大电路的交流通路，画出放大电

37、路的微变由放大电路的交流通路，画出放大电路的微变 等效电路。等效电路。 根据等效电路直接列方程求解根据等效电路直接列方程求解Au、Ri、Ro。 注意：注意： NPN和和PNP型三极管的微变等效电路一样。型三极管的微变等效电路一样。 二、用小信号模型分析共射放大电路二、用小信号模型分析共射放大电路 +VCC Rc C1 C2 RL + Rb + ui + uo A A B B 1. 画简化画简化小信号模型电路小信号模型电路 2. 求电压放大倍数求电压放大倍数 i o U U Au beb Lb rI RI RL= Rc / RL 3. 求输入电阻求输入电阻 i i i I U R beb / r

38、R 4. 求输出电阻求输出电阻 Ro = RC be L r R + Uo + Rb RL rbe e Ic bc RC IbIc Ui Ii + 输入输出输入输出 相位相反相位相反 5. 源电压放大倍数源电压放大倍数 + Uo + Rb RL rbe e Ic bc RC IbIc Ui Us Rs Ii s o s U U Au s i i o U U U U s i U U Au si i RR R Au si i be L RR R r R bes be be L rR r r R 例例 BJT硅管，硅管，VCC = 12 V ， = 40，求，求：Au、Ri、Ro。 +VCC Rc

39、C1 C2 RL + Rb + us + uo 0.6 k 3.9 k 3.9 k 300 k + RS 解解 38 00k3 V)7 . 012( B I rbe = 300 +26 mV / IB = 1 k be L r R Au 1 .9/3.93 40 = 78 k 1/300/ bebi rRR k 1 Ro = RC = 3.9 k si i s RR R AA uu 8 .48 6 . 01 1 78 某电路如图所示。晶体管某电路如图所示。晶体管T为硅管，其为硅管，其 ， 电路中的电路中的UCC=24V、RB = 96k、RC =RE=2.4k、 电容器电容器C1、C2、C3

40、的电容量均足够大、正弦波输的电容量均足够大、正弦波输 入信号的电压有效值入信号的电压有效值ui=1V。试求：。试求： 输出电压输出电压uo1、uo2的有效值；的有效值； 用内阻为用内阻为10k的交流电压表分别测量的交流电压表分别测量uo1、uo2时，交时，交 流电压表的读数各为多少？流电压表的读数各为多少？ 20 iuo uAu mA RR UU I EB BEQCC BQ 16. 0 )1 ( 24. 0 26 )1 (300 BQ be I mV r Vu Rr R uAu i Ebe C iuo o 95. 0 )1 ( 1 1 Vu Rr R uAu i Ebe E iuo o 995

41、. 0 )1 ( )1 ( 2 2 Vu Rr RR uAu i Ebe LC iuo o 76. 0 )1 ( )/( 1 1 Vu Rr RR uAu i Ebe LE iuo o 994. 0 )1 ( )/)(1 ( 2 2 解：（解：（1）根据共射极、共集电极放大电路的开路电压放大）根据共射极、共集电极放大电路的开路电压放大 倍数求倍数求 （2） 三、三、两种分析方法特点比较两种分析方法特点比较 放大电路的图解分析法：其优点是形象直观，放大电路的图解分析法：其优点是形象直观， 适用于适用于Q Q点分析、非线性失真分析、最大不失真点分析、非线性失真分析、最大不失真 输出幅度的分析，能够

42、用于大、小信号；其缺点输出幅度的分析，能够用于大、小信号；其缺点 是作图麻烦，只能分析简单电路，求解误差大，是作图麻烦，只能分析简单电路，求解误差大， 不易求解输入电阻、输出电阻等动态参数。不易求解输入电阻、输出电阻等动态参数。 微变等效电路分析法：其优点是适用于任何微变等效电路分析法：其优点是适用于任何 复杂的电路，可方便求解动态参数如放大倍数、复杂的电路，可方便求解动态参数如放大倍数、 输入电阻、输出电阻等；其缺点是只能用于分析输入电阻、输出电阻等；其缺点是只能用于分析 小信号，不能用来求解静态工作点小信号，不能用来求解静态工作点Q Q。 2.4.1温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的

43、影响 2.4.2工作点稳定放大电路的分析工作点稳定放大电路的分析 温度温度 ，输入特性曲线，输入特性曲线 温度温度 ，输出特性曲线，输出特性曲线 BE u B i O T1T2 iC uCE T1 iB = 0 T2 iB = 0 iB = 0 O 温度对温度对ICBO、 、ICEO 的影响 的影响 温度每升高温度每升高 10 C， 两者两者约增大约增大 1 倍。倍。 2. 温度对温度对 UBE 的影响的影响 温度每升高温度每升高 1 C， UBE (2 2.5) mV。 3. 温度对温度对 的影响的影响 温度每升高温度每升高 1 C， (0.5 1)%。 输出特性曲线间距增大。输出特性曲线间

44、距增大。 2.4.1 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响 一、一、 电路组成电路组成 +VCC RC C1 C2 RL RE +C E + + RB1 RB2 RS+ ui + us + uo VCC( (直流电源直流电源) )： 使发射结正偏，集电结反偏使发射结正偏，集电结反偏 向负载和各元件提供功率向负载和各元件提供功率 C1、C2( (耦合电容耦合电容) )： 隔直流、通交流隔直流、通交流 RB1 、RB2( (基极偏置电阻基极偏置电阻) )： 提供合适的基极电流提供合适的基极电流 RC( (集电极负载电阻集电极负载电阻) )： 将将 IC UC ，使电流放大，使电流放大 电压

45、放大电压放大 RE( (发射极电阻发射极电阻) )： 稳定静态工作点稳定静态工作点“Q ” CE( (发射极旁路电容发射极旁路电容) )： 短路交流，消除短路交流，消除 RE 对电压放大倍数的影响对电压放大倍数的影响 2.4.2 工作点稳定放大电路的分析工作点稳定放大电路的分析 二、直流分析二、直流分析 +VCC RC RE RB1 RB2 + UBEQ + UCEQ IBQ I1 ICQ IEQ 要求：要求： I1 (5 10)IBQ UBQ (5 10)UBEQ 方法方法 1：估算：估算 CC B2B1 B2 BQ V RR R U E BEQBQ EQ R UU I EQCQ II /

46、EQBQ II )( ECCQCCCEQ RRIVU 稳定稳定“Q”的原理：的原理： T IC UE UBE IC 方法方法 2：利用戴维宁定理求：利用戴维宁定理求 IBQ VCC RC RE RB1 RB2 + + VCC VCC RC RE + + V CC R B IBQ B2B1 B2CC CC RR RV V B2B1B / RRR B2B1 B2B1 RR RR EB BEQCC BQ )1(RR UV I 三、交流分析三、交流分析 + us +VCC RC C1 C2 RL RE + CE + + RB1 RB2 RS + uo RCRB1 RB2 + ui + uo RL ib

47、 ic ii 交流通路交流通路小信号等效电路小信号等效电路 rbe ib 1. 电压放大倍数电压放大倍数 i o u u Au be L beb Lb r R ri Ri 源电压放大倍数源电压放大倍数 uu A u u u u u u u u A s i s i i o s o s is i RR AR u 2. 输入电阻输入电阻 Ri i i i i u R beB2B1 /rRR 3. 输出电阻输出电阻 Ro Ro = RC 当没有旁路电容当没有旁路电容 CE 时：时： 小信号等效电路小信号等效电路 1. 电压放大倍数电压放大倍数 i o u u Au )1( Ebeb Lb Rri Ri

48、 源电压放大倍数源电压放大倍数 is i i o s i s o s RR AR u u u u u u A u u 2. 输入电阻输入电阻 3. 输出电阻输出电阻 Ro = RC 交流通路交流通路 RC RB1RB2 + ui + uo RL ib ic ii RE RC RB1RB2 + ui + uo RL ibicii rbe ib RE RiR i )1(/ EbeBi RrRR 例例 = 100，RS= 1 k ，RB1= 62 k ，RB2= 20 k , RC= 3 k ，RE = 1.5 k ，RL= 5.6 k ，VCC = 15 V。 求：求：“Q”，Au，Ri，Ro。

49、解解 1) )求求“Q” )V( 7 . 3 6220 1520 BQ U )mA( 2 5 . 1 7 . 07 . 3 EQCQ II A)( 20mA)( 02. 0100 /2 BQ I )V( 6)5 . 13(215 CEQ U +VCC RC C1 C2 RL RE + CE + + RB1 RB2 RS + us + uo +VCC RC C1 C2 RL RE + CE + + RB1 RB2 RS + us + uo 2) )求求 Au，Ri，Ro ， Aus A)( 20 BQ I 5001 02. 0/26200 /26200 BQbe Ir 130 5 . 1 3/5

50、.6 100 be L r R Au )k( 36. 15 . 1/62/20/ beB2B1i rRRR 75 36. 11 )130(36. 1 u Si i s i s A RR R A u u A uu Ro = RC = 3 k 去掉旁路电容去掉旁路电容 CE 时：时： +VCC RC C1 C2 RL RE + + RB1 RB2 RS + us + uo 1) )静态工作点静态工作点“Q”不变不变 2) )求求 Au、Aus 、Ri、Ro RC RB1RB2 + ui + uo RL ibicii rbe ib RE Ebe L )1( Rr R Au 3 . 1 5 . 110

51、15 . 1 /5.63 100 2 . 1 8 .131 )3 . 1(8 .13 si i s uu A RR R A )1(/ Ebe B2B1i RrRRR 5 . 11015 . 1 /62/20 )(k 8 .13 Ro = RC = 3 k 既稳定既稳定“Q”，Au 又较大的电路又较大的电路 2.5.1共集电极放大电路共集电极放大电路 2.5.2共基极放大电路共基极放大电路 共集电极放大电路共集电极放大电路又称为又称为射极输出器、射极跟随器。射极输出器、射极跟随器。 一、电路组成与静态工作点一、电路组成与静态工作点 IBQ IEQ + C1 RS + ui RE RB +VCC

52、C2 RL + + uo + us IBQ = (VCC UBEQ) / RB +(1+ RE ICQ = I BQUCEQ = VCC ICQ RE 交流通路交流通路 Rs RB + + uo RL ib ic ii RE 共集电极电路共集电极电路2.5.1 共集电极放大电路共集电极放大电路 二、动态参数分析二、动态参数分析 交流通路交流通路 Rs RB + + uo RL ib ic ii RE )1(/ )1( LbeB Lbe i B i i i i i RrR Rr u R u u i u R 小信号等效电路小信号等效电路 us RB + uo RL ibicii rbe ib RE

53、 Rs + R L = RE / RL 电压放大倍数：电压放大倍数： Lbe L LEbbeb LEb i o )1( )1( /)1( /1 Rr R RRiri RRi u u Au ）（ 1 输入电阻：输入电阻： 0 L o S R i u R u 输出电阻：输出电阻： us RB + uo RL ibicii rbe ib RE Rs + RB ibicii rbe ib RE Rs us = 0 + u i iRE SbeE )1( Rr u R u R S = Rs / RB i = iRE ib ib 1 )( / )1/()( Sbe E SbeE o Rr R Rr u R

54、u u i u R 射极输出器射极输出器特点特点 Au 1 输入输出同相输入输出同相 Ri 高高 Ro 低低 用途：用途：输入级输入级 输出级输出级 中间隔离级中间隔离级 例例 =120，RB = 300 k ，r bb= 200 ，UBEQ = 0.7 V RE = RL = Rs = 1 k ，VCC = 12V。求：。求：“Q ”，Au，Ri，Ro。 IBQ IEQ + C1 RS + ui RE RB+VCC C2 RL + + uo + us 解解 1) )求求 “Q” IBQ = (VCC UBE) / RB + (1+ ) RE = (12 0.7) / 300 +121 1 2

55、7 ( A) IEQ I BQ = 3.2 (mA) UCEQ = VCC ICQ RE = 12 3.2 1 = 8.8 (V) 2) )求求 Au，Ri，Ro rbe = 200 + 26 / 0.027 1.18 (k ) 98. 0 )1( )1( Lbe L Rr R Au Ri = 300/(1.18 +121) = 51.2 (k ) )( 18 1 )( / Sbe Eo Rr RR RL = 1 / 1 = 0.5(k ) 无无 C3、RB3： Ri = (RB1 / RB2) / rbe + (1 + ) RE Ri = 50 / 510 = 45 (k ) Ri = (R

56、B3 + RB1 / RB2) / rbe + (1+ )RE Ri = (100 + 50) / 510 = 115 (k ) 无无 C3 有有 RB3 ： 接接 C3 ： RB3 / rbe rbe Ri = rbe+ (1 + ) (R B/ RE) = (1 + ) (R B / RE ) Ri = 51 50 / 10 = 425 (k ) 提高提高 Ri 的电路：的电路： + C1 RS RE RB1 +VCC C2 + + uo + us + RB2 RB3C3 = 50 100 k 100 k 100 k 10 k R B + uo ib ic ii rbe ib RE + u

57、i RB3 2.5.2 共基极放大电路共基极放大电路 电路图电路图 +VCC Rc Cb C2 RL Re + + + Rb1 Rb2 RS + us + uo C1 + ui 习惯画法习惯画法 +VCC Rc Cb C2 RL Re + + Rb1 Rb2 RS + us + uo C1 + + ui 一、静态分析一、静态分析（略）（略） 交流通路交流通路 RcRe RS + us RL + ui + uo 小信号模型小信号模型 + Uo Rc Re RS + Us RL rbe IoIc IeIi Ib Ib + Ui 二、动态分析二、动态分析 + Uo Rc Re RS + Us RL

58、rbe IoIc IeIi Ib Ib + Ui be L be L b i r R rI RI U U A b O u RiR i 1)1 ( be b beb e i i r I rI I U R )1( / be ei r RR Ro Ro = RC 特点：特点： 1. Au 大小与共射电路相同。大小与共射电路相同。 2. 输入电阻小，输入电阻小，Aus 小。小。 用途：用途：高频特性好，常用于高频电路中。高频特性好，常用于高频电路中。 三、三极管共基极电流放大系数三、三极管共基极电流放大系数 1/1 / bc bc bc c e c II II II I I I 1 +VCC RC C

59、2 C3 RL RE + + RB1 RB2 RS + us + uo C1 )1( / be Ei r RR Ro = RC 2.4.2 共基极放大电路共基极放大电路 2.6.2 MOS 场效应管场效应管 2.6.3 场效应管的偏置电路及静态分析场效应管的偏置电路及静态分析 2.6.1 结型场效应管结型场效应管 2.6.4 场效应管放大电路的动态分析场效应管放大电路的动态分析 引引 言言 场效应管场效应管 FET ( (Field Effect Transistor) ) 类型：类型： 结型结型 JFET ( (Junction Field Effect Transistor) ) 绝缘栅型

60、绝缘栅型 IGFET( (Insulated Gate FET) ) 特点：特点： 1. 单极性器件单极性器件( (一种载流子导电一种载流子导电) ) 3. 工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低 2. 输入电阻高输入电阻高( (107 1015 ，IGFET 可高达可高达 1015 ) ) 2.6.1 结型场效应管结型场效应管 1. 结构与符号结构与符号 JFET结构结构 N 沟道沟道 JFETP 沟道沟道 JFET 2. 工作原理工作原理 uGS 0，uDS 0 此时此时 uGD = UP； 沟道楔型沟道楔型 耗尽层刚相碰时称耗尽层刚相碰时称预夹断