半导体三极管及其基本放大电路实用教案

1、8.1 半导体三极管8.1.1 半导体三极管的结构和符号半导体三极管又称晶体三极管，简称三极管，它是放大电路(dinl)中的核心器件, 其外型如图8.1所示，其结构和符号如图8.2所示。 第1页/共159页第一页，共160页。图8.1 三极管的外型BCDE3DG100EBC3AD30第2页/共159页第二页，共160页。图 8.2 三极管的结构(jigu)和符号(a) NPN型结构(jigu); (b) PNP型结构(jigu); PNNBEC发射区基区集电区集电结发射结基极集电极发射极NPPBEC发射区基区集电区集电结发射结基极集电极发射极(a)(b)第3页/共159页第三页，共160页。图

2、 8.2 三极管的结构(jigu)和符号(c) NPN型符号; (d) PNP型符号BECBECiEiCiBiC(c)(d)iBiE第4页/共159页第四页，共160页。8.1.2三极管的电流放大作用三极管最重要的特性是具有电流放大作用。但要使三极管工作在放大状态，必须(bx)具备两个条件: 一是必须(bx)以正确的连接方式将三极管接入输入输出回路。按公共端的不同，可连接成三种基本组态：共发射极、共基极和共集电极，如图8.3所示。不同的连接方式，其特性存在较大差异。二是必须(bx)外加正确的直流偏置电压，即发射结正向偏置、集电结反向偏置。图8.4所示为共发射极电路，图中VCCVBB，三个电极的

3、电位关系为UCUBUE。如果使用PNP型管，应将基极电源和集电极电源的极性反过来，使得UC UB UE ，三个电流IB、IC和IE的方向也要反过来。 第5页/共159页第五页，共160页。 图 8.3 三极管的三种(sn zhn)组态(a) 共射极; (b) 共基极; (c) 共集极(a)(b)(c)第6页/共159页第六页，共160页。按图8.4所示的实验电路，可通过改变RB来改变基极电流(dinli)IB，集电极电流(dinli)IC和发射极电流(dinli)IE也随之变化，测试结果如表8.1所示。第7页/共159页第七页，共160页。图 8.4 测试(csh)三极管电流放大作用的实验电路

4、VCCVBBRBiBTiCAAAiERC第8页/共159页第八页，共160页。表8.1 三极管电流放大(fngd)实验测试数据第9页/共159页第九页，共160页。分析表8.1的实验测试数据，可得到以下结论：(1) 三极管各电极电流的关系满足且IB很小，ICIE。(2)IC与IB的比值基本保持不变，其大小由三极管的内部结构决定，定义(dngy)该比值为共射极电路的直流电流放大倍数，用表示，即 (8.2)CBEIII(8.1) BCII第10页/共159页第十页，共160页。式(8.2)表明，当三极管工作在放大状态时，集电极电流始终是基极电流的倍。(3) IC与IB的变化量IC与IB的比值也基本

5、保持不变，定义该比值为共射极电路的交流电流放(lifng)大倍数，用表示，即 (8.3) BCII第11页/共159页第十一页，共160页。8.1.3 三极管的伏安特性曲线1. 输入特性曲线 三极管的输入特性，是指当UCE一定(ydng)时，IB与UBE之间的关系曲线，即IB=f(UBE)|UCE=常数，如图8.5(a)所示。 第12页/共159页第十二页，共160页。图 8.5 三极管共射极电路(dinl)的特性曲线(a) 输入特性曲线； (b) 输出特性曲线iC / mAuCE/V1234080 mA放大区截止区饱和区0200.86040200.41.22 V12080100UBE / V

6、864210UCE0 V60 mA40 mA20 mAiB0 mA(a)(b)第13页/共159页第十三页，共160页。从输出特性曲线可以看出，三极管有三个不同的工作区域，放大区、饱和区和截止区，它们分别表示三极管的三种(sn zhn)工作状态。三极管工作在不同区域，特点也各不相同。(1) 放大区：指曲线上IB0和UCE1 V之间的部分，此时发射结正偏、集电结反偏，三极管处于放大状态。其特征是当IB不变时IC也基本不变，即具有恒流特性； 当IB变化时，IC也随之变化，这就是三极管的电流放大作用。(2) 截止区：指曲线上IB 0的区域，此时发射结反偏，三极管为截止状态，IC很小，集电极与发射极间

7、相当于开路，三极管相当于断开的开关。第14页/共159页第十四页，共160页。 (3) 饱和区：指曲线上UCEUBE的区域，此时IC与IB无对应关系(gun x)，集电极与发射极之间的压降称为饱和电压，用UCES表示。硅管的UCES V，锗管的UCESV。三极管相当于闭合的开关。饱和时的集电极电流IC称为临界饱和电流，用ICS表示，大小为 (8.4) CCCCCESCCCSRVRUVI第15页/共159页第十五页，共160页。8.1.4 三极管的主要参数三极管的参数很多，其主要参数有以下几个( j )。 1. 电流放大倍数 共射极电流放大倍数为，共基极电流放大倍数为。定义为集电极电流IC的变化

8、量与发射极电流IE的变化量之比，即(8.5) ECII第16页/共159页第十六页，共160页。2. 极间反向电流极间反向电流是表征三极管工作稳定性的参数。当环境温度增加时，极间反向电流会增大。(1) 集电结反向饱和电流ICBO：指发射极开路时，集电极和基极之间的电流。室温下，小功率硅管的ICBO 一般小于1A，而锗管约为10 A。 (2) 穿透电流ICEO: 指基极开路时，集电极和发射极之间的电流。因为ICEO =(1+) ICBO ，所以ICEO比ICBO大得多，因、 ICBO和 ICEO会随着温度的升高而变大，故在稳定性要求较高的电路中或环境温度变化较大的时候(sh hou)，应该选用受

9、温度影响小的硅管。 第17页/共159页第十七页，共160页。3. 极限参数极限参数是表征三极管能够安全(nqun)工作的临界条件，也是选择管子的依据。(1) 集电极最大允许电流ICM：指当集电极电流IC增大到一定程度，出现明显下降时的IC值。如果三极管在使用中出现集电极电流大于ICM ，这时管子不一定会损坏，但它的性能将明显下降。 (2) 集电极最大允许功耗PCM：三极管工作时，应使集电极功率损耗UCEICPCM，若集电极功耗超过PCM ，集电结的结温大大升高，严重时管子将被烧坏。第18页/共159页第十八页，共160页。 (3) 反向击穿电压: U (BR)CEO为基极开路(kil)时，集

10、电结不致击穿而允许加在集射极之间的最高电压； U(BR)CBO为发射极开路(kil)时，集电结不致击穿而允许加在集基极之间的最高电压；U (BR)EBO为集电极开路(kil)时，发射结不致击穿而允许加在射基极之间的最高电压。这些参数的大小关系为U (BR)CBOU(BR)CEOU (BR)EBO。根据以上三个极限参数ICM、PCM和U(BR)CEO可以确定三极管的安全工作区，如图8.6所示。第19页/共159页第十九页，共160页。图8.6 三极管的安全(nqun)工作区ic / mAuCE / V2468020 mAiB0安全区过耗区PCMICMU(BR)CEO40 mA60 mA80 mA

11、100 mA第20页/共159页第二十页，共160页。8.2 基本放大电路(dinl)分析8.2.1基本放大(fngd)电路的组成图8.7(a)所示为双电源供电的共射极放大(fngd)电路，T是一个NPN型三极管，作用是放大(fngd)电流；VCC是输出回路的电源，作用是为输出信号提供能量； RC是集电极负载电阻，作用是把电流的变化转换成电压的变化； 基极电源VBB和基极偏置电阻RB的作用是为发射结提供正向偏置电压和合适的基极电流IB； C1、C2称为隔直电容，作用是隔直流、通交流信号。图8.7(b)为单电源供电的共射极放大(fngd)电路，只要RBRC，单电源就可代替双电源的作用。 第21页

12、/共159页第二十一页，共160页。图 8.7 共射极基本放大电路(dinl)(a) 双电源供电共射极放大电路(dinl)； (b) 单电源供电共射极放大电路(dinl)uiC1RBC2uoRLTRCVCCRCRBRLVBBVCCC1C2TIBICui(a)(b)第22页/共159页第二十二页，共160页。8.2.2 静态工作点的估算静态工作点是指静态时，在晶体管的输出特性曲线上，由IB、IC和UCE组成(z chn)的一个点，记为Q点, 其坐标分别记为IBQ、ICQ和UCEQ，如图8.8所示。计算Q点坐标时可先画出放大电路的直流通路，即让C1、C2开路，如图8.9所示，然后列出输入和输出回路

13、电压方程，即可估算出IBQ、ICQ和UCEQ。由图8.9知，基极回路电压方程为 VCC=RBIBQ+UCE第23页/共159页第二十三页，共160页。考虑(kol)管压降UCE很小, 可以忽略，得到(8.6)集电极回路电压方程为BCECCBQRUVIBQCQII(8.7)CCQCCCEQRIVU(8.8)第24页/共159页第二十四页，共160页。 图 8.8 静态(jngti)工作点iCuCEICQ0UCEQQVCCIBQ), 0(CCCRV第25页/共159页第二十五页，共160页。图8.9 共射极放大电路(dinl)的直流通路RBTIBUCEVCCRCIC第26页/共159页第二十六页，

14、共160页。8.2.3放大电路的图解法分析1. 静态分析静态分析的任务是确定Q点的IBQ、ICQ和UCEQ。方法是利用式(8.6)求出IBQ，然后在晶体管输出特性曲线上，作出与RC和VCC支路的电压(diny)方程UCE=VCC-ICRC所对应的直线，该电压(diny)方程称为直流负载线方程，对应的直线称为直流负载线。直流负载线与对应IBQ值的输出特性曲线的交点即为Q点。第27页/共159页第二十七页，共160页。具体做法是: 选取两个特殊点, 当UCE=0时，IC=VCC/RC，它对应于纵轴上的一个点（0，VCC/RC）；当IC=0时，UCE=VCC，它对应于横轴上的一个点（VCC，0）。连

15、接这两点的直线即为直流负载(fzi)线，其斜率为-1/RC，如图8.8所示。 第28页/共159页第二十八页，共160页。2. 动态分析放大器输入端加入信号(xnho)时，电路的工作状态称为动态。动态分析的任务是分析放大器的动态工作情况，计算电压放大倍数。首先要画出放大电路的交流通路。交流通路的作法是将C1、C2短路，由于电源内阻较小可忽略，因而可将电源对地短路，如图8.10所示。 第29页/共159页第二十九页，共160页。图8.10 放大(fngd)电路的交流通路uiTRBRCuoibicRL第30页/共159页第三十页，共160页。1) 动态(dngti)工作情况放大器的动态(dngti

16、)工作情况如图8.11所示。第31页/共159页第三十一页，共160页。图 8.11 放大器的动态工作(gngzu)情况0iB0tuBEABQUBEQuBE1uBE2iB2IBQui0iC / mAuCE / V00tuCEuCE2uCE10iCiC2ICQiC1ABQuCEQiB1IBQiB2VCCuoiB1uBEiBt(a)(b)t第32页/共159页第三十二页，共160页。图中文字符号(fho)的含义是：(1) 小写的字母和小写的下角标，表示瞬时值，如ib、ic、ube、uce、uo等。 (2) 大写的字母和大写的下角标，表示直流量，如IB、IC、UBE、UCE等。(3) 大写的字母和小

17、写的下角标，表示交流量的有效值，如Ui、Uo等。(4) 小写的字母和大写的下角标，表示交流量和直流量的叠加总量，如iB=IB+ib，iC=IC+ic，uCE=UCE+uce，uBE=UBE+ube。第33页/共159页第三十三页，共160页。1） 电压放大倍数 ui和uo幅值，可以(ky)求出电压放大倍数Au: (8.9)2） 放大电路的非线性失真 截止失真和饱和失真时的波形如图8.12 和图8.13所示。 1UUuuAiu第34页/共159页第三十四页，共160页。图 8.12 截止(jizh)失真00iBt0QUBEQIBQiC / mAuCE / V00tuCE0iCtICQABQuCE

18、QAiBiBtuBEuBE(a)(b)第35页/共159页第三十五页，共160页。图 8.13 饱和(boh)失真iC(a)(b)00t0uBEAUBEQIBQuCE / V0tuCE0tICQABQuCEQBQiC / mA0iBiBtuBE第36页/共159页第三十六页，共160页。3） 放大电路的参数对静态工作点的影响 在共射极基本放大电路中，当VCC、RB、RC及发生变化时，Q点的位置也将随之改变。下面分别进行讨论。(1) 在其它参数保持不变时，VCC升高，则直流负载线平行右移，Q点将移向右上方，此时交流负载线也将平行右移，放大电路的动态工作范围增大，但由于ICQ、UCEQ同时(tng

19、sh)增大，使三极管的静态功耗变大，应防止工作点超出三极管安全工作区的范围。反之，若VCC减小，则Q点向左下方移动，管子更加安全，但动态工作范围将缩小，见图8.14(a)。第37页/共159页第三十七页，共160页。(2) 其它(qt)参数不变，增大RB，直流负载线的位置不变，但因IBQ减小，故Q点沿直流负载线下移，靠近截止区，输出波形易产生截止失真。若RB减小，则Q点沿直流负载线上移，靠近饱和区，易产生饱和失真，见图8.14(b)。(3) 其它(qt)参数不变，增大RC，直流负载线要比原来更平坦，因IBQ不变，故Q点将移近饱和区，使动态工作范围变小，易于发生饱和失真。若RC减小，直流负载线变

20、陡，Q点右移，使UCEQ增大，管子的静态功耗也增大，见图8.14(c)。 第38页/共159页第三十八页，共160页。(4) 其它参数不变，增大，则三极管的输出特性曲线如虚线所示，此时直流负载线不变，IBQ不变，但由于同样的IBQ值对应的曲线升高(shn o)，故Q点将沿着直流负载线上移，则ICQ增大，UCEQ减小，Q点靠近饱和区。若减小，则ICQ减小，Q点将沿直流负载线下移，见图8.14(d)。第39页/共159页第三十九页，共160页。图 8.14 放大电路的参数(cnsh)对静态工作点的影响0Q10IBQic / mAQ02Q1iC / mAuCE / V0Q2Q2Q221VCCVCCV

21、CCVCC1IBQVCC / RCQ1uCE / VRC2 RC1VCC /RC2VCC /RC1(c)(d)(a)(b)iC / mAVCC /RC2VCC /RC1VCC2uCE / VVCC2 VCC1VCC / RCiC / mARB2 RB1Q1uCE / V第40页/共159页第四十页，共160页。8.2.4 微变等效电路(dinl)法1. 简化的等效电路(dinl) 所谓等效，就是替代前后电路(dinl)的伏安关系不变。由于三极管输入、输出端的伏安关系可用其输入、输出特性曲线来表示，因此在输入特性放大区Q点附近，其特性曲线近似为一段直线，即iB与uBE成正比，如图8.15(a)所

22、示。故三极管的B、E间可用一等效电阻rbe来代替。从输出特性看，在Q点附近的一个小范围内，可将各条输出特性曲线近似认为是水平的，而且相互之间平行等距，即集电极电流的变化量iC与集电极电压的变化量uCE无关，而仅取决于iB ，即iC =iB，如图8.15(b) 所示。故在三极管的C、E间可用一个线性的受控电流源来等效，其大小为iB 。 第41页/共159页第四十一页，共160页。图 8.15 输入和输出特性曲线(qxin)的线性近似0iBuBEQiC / mAuCE / V0Q(a)(b)iBiC第42页/共159页第四十二页，共160页。三极管的等效电路如图8.16所示。由于该等效电路忽略(h

23、l)了uCE对iB、iC的影响，因此又称为简化微变等效电路。第43页/共159页第四十三页，共160页。图 8.16 三极管等效电路iBrbeuB EiCuC EuB EiBiBiCuC E(a)(b)第44页/共159页第四十四页，共160页。2. rbe的近似计算公式 rbe称为三极管的输入电阻，在中低频时, 它的大小近似为 rbe=300+(1+) (8.10) 3. Ri、Ro和 的计算 动态分析的目的是为了确定放大电路的输入电阻Ri、输出电阻Ro和电压放大倍数 。其方法(fngf)是：先画出交流通路，图8.7(b)的交流通路如图8.10所示； 然后根据交流通路画出微变等效电路，图8.

24、10所对应的微变等效电路如图8.17所示。由微变等效电路可求出Ri、Ro和 。)()(26mAImVEQuAuAuA第45页/共159页第四十五页，共160页。图 8.17 微变等效电路oUbIrbeRCRLRBiUbIcIRiiIoIRoLI第46页/共159页第四十六页，共160页。因为(yn wi)其中放大倍数LbcLcbcbebiRIURIUIUrIU,CLLRRR/beLbebLbiurRrIRIUUA (8.11) 第47页/共159页第四十七页，共160页。式中的负号表示输出电压与输入电压反相。从式中可看出, 提高电压放大倍数一种有效(yuxio)的办法是增大负载电阻RL。输入电

25、阻输出电阻BbeiiiRrIUR/(8.12)CRIUR(8.13)第48页/共159页第四十八页，共160页。例 8.1在图8.18所示的共射极基本( jbn)放大电路中，已知=80，RB=282 k，RC=RL=1.5 k，VCC=12 V。试求Q点和 、Ri、Ro的值。若Ui=10 mV，Uo为多少？2uA第49页/共159页第四十九页，共160页。C1TuouiRB2 VCCRCC2RL第50页/共159页第五十页，共160页。 解 设UBEQ=0.7 V，则Q点的值为 由于(yuy) IEQ=ICQ+IBQ mAVRIVUmAIIARUVICCQCCCEQBQCQBBEQCCBQ2

26、. 75 . 12 . 3122 . 3001. 0408040102827 . 0123第51页/共159页第五十一页，共160页。因此(ync)Ri=RBrbeRo=RC=1.5 k则6395. 0)5 . 1/5 . 1 (8095024. 326)801 (30026)1 (300beLuEQberRAIrVmVUAUiu89. 089021063第52页/共159页第五十二页，共160页。8.3 静态工作点的稳定与分压式偏置(pin zh)电路UBE的变化(binhu)对Q点的影响。第53页/共159页第五十三页，共160页。图8.19 UBE对Q点的影响(yngxing)uBEQ1

27、IBQ1IBQ2UBE2iBT2T10VCC / RBUBE1Q2第54页/共159页第五十四页，共160页。1. 电路(dinl) 分压式偏置电路(dinl)如图8.20所示。第55页/共159页第五十五页，共160页。图 8.20 分压式偏置(pin zh)电路C1RETuouiI1RB1RB2UBVCCRCC2UCCEUE第56页/共159页第五十六页，共160页。其工作原理如下：(1) 利用基极电阻RB1、RB2分压来保持(boch)基极电位UB基本不变，设计时要使IB远小于I1，让I1 I2。即 当UB UBE时，有： (8.15)显然ICQIE是固定不变的，与晶体三极管的ICBO和

28、无关。CCBBBBVRRRU211(8.14)EBEBEBERURUUI第57页/共159页第五十七页，共160页。(2) 利用RE形成电流负反馈，控制IC 。当IC随着温度T的升高而增大(zn d)时，利用RE形成电流负反馈，维持IC基本不变，其过程如下：T()ICIEUEUBE=(UB-UE )(因UB固定)IB IC故此电路也称为电流负反馈工作点稳定电路。(3) 稳定条件： 从稳定工作点的效果看，I1和UB应越大越好。但在实际应用中，它们要受到其它因素的限制。I1大，电路从电源吸取的功率也必然大，且要减小RB1和RB2，这将使输入电阻Ri减小；UB大，必然使UE增大(zn d)，UCE就

29、要减小，即最大输出电压幅度减小。通常可采用下列经验数据:第58页/共159页第五十八页，共160页。I1=(510)IB, UB=35 V(硅管)I1=(1020) IB ，UB=13 V(锗管)利 用 这 两 组 经 验 数 据 来 选 择 电 路 参 数 ， 就 可 基 本 满 足 稳 定(wndng)静态工作点的要求。 (4) CE的作用: 如果没有电容CE，则RE不仅对直流有负反馈作用，而且对交流信号也有负反馈作用，这将使输出信号变小，电压放大倍数降低。为了消除RE上的交流压降，可并联上一个大的电容CE 。其作用是对交流旁路，即对交流信号， CE被CE短路，使RE不对交流信号产生反馈，

30、故称CE为射极交流旁路电容。第59页/共159页第五十九页，共160页。2. 电路的分析(fnx)计算1) 静态分析(fnx) 先画出直流通路，如图8.21所示。第60页/共159页第六十页，共160页。图8.21 直流通(litng)路RB2TVCCICQIBQUEQIEQRERCRB1UBQI2I1第61页/共159页第六十一页，共160页。设I1I2， I1 IBQ，则 一般(ybn)情况下， EBEQBQEEQEQCCBBBBQRUURUIVRRRU211CQBQEBEQBQEQCQIIRUUII第62页/共159页第六十二页，共160页。2) 动态分析微变等效电路如图8.22所示。C

31、QBQEEQCCQCCCEQIIRIRIVU第63页/共159页第六十三页，共160页。图 8.22 微变等效电路oUbIrbeRCRLRB1iURB1bIcI第64页/共159页第六十四页，共160页。由微变等效电路知则电压(diny)放大倍数为 LCLLbLCbebiRRRRIRIUrIU/其中(qzhng) beLbebLbiurRrIRIUUA (8.16)第65页/共159页第六十五页，共160页。放大(fngd)电路的输入电阻为放大(fngd)电路的输出电阻为 21/BBbeiiiRRrIURCRIUR第66页/共159页第六十六页，共160页。例8.2在图8.20所示的放大电路中

32、，已知VCC=12 V，=50，RB1=10 k，RB2=20 k，RE=RC=2 k, RL=4 k。求：（1）静态工作点Q。（2）电压(diny)放大倍数 、输出电阻Ro、输入电阻Ri。 解 （1） 由于 uAVVRRRUCCBBBBQ412201010211第67页/共159页第六十七页，共160页。因此(ync)（2） 由于 VRRIVUAmARIImARUUIECCQCCCEQECQBQEBEQBQCQ4 . 5)22(65. 112)(33033. 05065. 165. 127 . 04kIrkRRREQbeLCL1 . 165. 1265130026)1 (30033. 14/

33、2/第68页/共159页第六十八页，共160页。因此(ync) Ri=RB1RB2rbe=201.110=0.95 kRo=RC=2 k5 .601 . 133. 150beLurRA第69页/共159页第六十九页，共160页。8.4 共集电极放大(fngd)电路8.4.1共集电极放大电路的组成图8.23所示为共集电极放大电路，图8.24所示为其直流通路，图8.25(a)所示为其交流( jioli)通路。 第70页/共159页第七十页，共160页。图 8.23 共集电极放大(fngd)电路C1RBRETRLuorSuSC2VC C第71页/共159页第七十一页，共160页。图8.24 共集极放

34、大(fngd)电路的 =直流通路RBT VCCICQIBQUCEQUBEQIEQRE第72页/共159页第七十二页，共160页。8.4.2 共集电极放大电路(dinl)的分析1. 静态分析 共集电极放大电路(dinl)的直流通路如图8.24所示。列出基极回路电压方程：IBQRB+UBEQ+IEQRE=VCCICQ=IBQUCEQ=VCC-IEQREVCC-ICQREEBBEQCCBQRRUVI)1 (第73页/共159页第七十三页，共160页。2. 动态分析 共集电极放大(fngd)电路的交流通路和微变等效电路如图8.25(a)、(b) 所示。第74页/共159页第七十四页，共160页。图 8

35、.25 共集电极放大电路(dinl)的交流通路和微变等效电路(dinl) (a) 交流通路； (b) 微变等效电路(dinl)RBrbeRBTrSRiiUuSbIeIcIRCRLoU(a)(b)SuSrbIiUiRbIeIbIoUER第75页/共159页第七十五页，共160页。1) 电压(diny)放大倍数令1)1 ()1 ()1 ()1 (/EbeEiuEbEeEbebEebebiLEERrRUUARIRIURrIRIrIURRR(8.17) 第76页/共159页第七十六页，共160页。2) 输入电阻Ri=rbe+(1+)RERB (8.18)3) 输出电阻根据输出电阻的定义，通过较为复杂的

36、分析计算( j sun)（过程省略），可得到 EBSbeRRrrR/1)/(8.19)第77页/共159页第七十七页，共160页。8.5 共基极基本(jbn)放大电路8.5.1 共基极放大电路的组成 图8.26(a)所示为共基极基本放大电路，图8.26(b)所示为其另一种画法。 它的直流通(litng)路如图8.27所示，它的交流通(litng)路如图8.28(a)所示。从其交流通(litng)路知基极是输入回路和输出回路的公共端，故称为共基极放大电路。第78页/共159页第七十八页，共160页。图 8.26 基本共基极放大电路(dinl)(a) 共基极放大电路(dinl)； (b) 共基极放

37、大电路(dinl)的另一种画法RCREuiuoTVC CC1RB 1RLCBCbC2TRB 2RLVC CRB 2C2RB 1RCREC1uiuo(a)(b)第79页/共159页第七十九页，共160页。8.5.2 共基极放大电路的分析1. 静态( jngti)分析 共基极放大电路的直流通路如图8.27所示。第80页/共159页第八十页，共160页。图8.27 共基极放大电路(dinl)的直流通路RCRETRB1RB2BICQIEQIBQVCC第81页/共159页第八十一页，共160页。当IB相对于RB1和RB2分压回路(hul)中的电流可以忽略不计时, 可证明由直流通路的发射极回路(hul)，

38、得到UBEQ+IEQRE=UB则 CCBBBBVRRRU2111EQBQCQEBEQBEQIIIRUUI第82页/共159页第八十二页，共160页。由直流通路的集电极回路，得到(d do)UCEQ=VCC-ICQRC-IEQREVCC-ICQ(RC+RE)2. 动态分析共基极放大电路的交流通路和微变等效电路如图所示。 第83页/共159页第八十三页，共160页。图 8.28 共基极放大电路(dinl)的交流通路和微变等效电路(dinl) (a) 交流通路； (b) 微变等效电路(dinl)RETRLrsRCRERLrsrbeRiusRCoUusiUiReIcIoRRooU(a)(b)第84页/

39、共159页第八十四页，共160页。1) 电压(diny)放大倍数由微变等效电路可知 beLiuLCLLbLcbebirRUUARRRRIRIUrIU/(8.21) 第85页/共159页第八十五页，共160页。2) 输入电阻 3) 输出电阻Ro=rceRC RC (8.23) EbeiRrR/1(8.22) 第86页/共159页第八十六页，共160页。8.6 多级放大器8.6.1 多级放大器的概念前面讨论的放大器均属于由一只三极管构成的单级放大器，其放大倍数一般(ybn)为几十至几百。在实际应用中通常要求有更高的放大倍数，为此就需要把若干单级放大器级联组成多级放大器。多级放大器的一般(ybn)结

40、构如图8.29所示。 第87页/共159页第八十七页，共160页。图 8.29 多级放大器的一般(ybn)结构第1级第2级第 n级第( n1) 级输入信号输入级末前级末前级(输出级)负载功率放大中间级第88页/共159页第八十八页，共160页。通常称连接方式为耦合。多级放大器的耦合有：阻容耦合、直接(zhji)耦合和变压器耦合三种方式。1. 阻容耦合 2. 直接(zhji)耦合 3. 变压器耦合8.6.2 多级放大器的分析以图所示的两级阻容耦合放大器为例，分析多级放大器的工作情况。 第89页/共159页第八十九页，共160页。图8.30 两级阻容耦合放大器RB1RC1T1RB2RC2T2VCC

41、usrsC3RLui第2级第1级C1C2uo第90页/共159页第九十页，共160页。1. 静态工作分析 由于级间耦合电容的存在，因此各级静态工作点彼此独立，可单独设置和计算，其方法与8.2节相同。2. 动态工作分析 动态分析的任务是求出多级放大电路(dinl)的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。1) 电压放大倍数图8.30所示的两级阻容耦合放大器的电压放大倍数为 211011uuiuAAUUUUUUA第91页/共159页第九十一页，共160页。由此可知，多级放大器的电压放大倍数为各级( j)电压放大倍数之积，即 2) 输入电阻图8.30所示电路的微变等效电路如图8.31所示。unuuuAAA

42、A.21 (8.24)第92页/共159页第九十二页，共160页。图 8.31 两级阻容耦合放大器的微变等效电路rbe1RC1T1RB1rbe2RC2RLT2i1Ub1Ib11Ic1Ii2o1UURB2b2Ib22Ic2Ii1U第93页/共159页第九十三页，共160页。从图8.31可知(k zh)，多级放大器的输入电阻为第一级放大器的输入电阻Ri1 ，即 Ri=Ri1=RB1rbe1 (8.25) 3) 输出电阻从图8.31可知(k zh)，多级放大器的输出电阻为末级的输出电阻Ro2, 即Ro=Ro2=RC2 (8.26)第94页/共159页第九十四页，共160页。3 放大倍数的分贝表示法当

43、放大器的级数较多时，放大倍数将非常大，甚至达几十万倍，这样一来，表示和计算都不方便。为了简便起见，常用一种对数单位(dnwi)分贝（dB）来表示放大倍数。用分贝表示的放大倍数称为“增益”。电压增益表示为电流增益表示为dBAUUdBAuiulg20lg20)(8.27) dBAIIdBAuiilg20lg20)(8.28) 第95页/共159页第九十五页，共160页。功率增益表示为放大(fngd)倍数用分贝表示后，可使放大(fngd)倍数的相乘转化为相加。例如一个三级放大(fngd)器，每级的电压放大(fngd)倍数都为100，则总的电压放大(fngd)倍数为Au=Au1Au2Au3 =1001

44、00100=1106dBAPPdBAuiilg10lg10)(8.29) 第96页/共159页第九十六页，共160页。用分贝(fnbi)表示后，其增益为dBAAAdBAuuuu120404040100lg20100lg20100lg20)100100100lg(20)lg(20)(321第97页/共159页第九十七页，共160页。8.7 场效应晶体管及其放大(fngd)电路8.7.1 结型场效应晶体管1. 结构和电路符号 N沟道和P沟道JFET的结构示意图与符号。图8.32(a)是在一块N型半导体的两侧各制作一个高掺杂浓度的P区(用P+表示)，从而形成(xngchng)两个PN结。用导线将两个

45、P+区连接在一起并引出一个电极作为栅极G。N区的上、下两端各引出一个电极，分别称为漏极D和源极S。中间的N区是载流子通过漏源两极的路径，称为导电沟道。因导电沟道是N型的，故称为N沟道JFET。若将管中的N区换成P区，P+区换成N+区，则形成(xngchng)P沟道JFET，如图8.33(a)所示。 第98页/共159页第九十八页，共160页。图 8.32 N沟道(u do)结型场效应管栅极G源极 S漏极 DN沟道耗尽层PPGSD(a)(b)第99页/共159页第九十九页，共160页。图8.33 P沟道(u do)结型场效应管 (a) 结构示意图； (b) 符号栅极G源极 S漏极 DNP沟道耗尽

46、层GSDN(a)(b)第100页/共159页第一百页，共160页。2. 工作特点及特性曲线 现以N沟道JFET为例简要介绍( jisho)其工作情况，P沟道JFET和N沟道的工作情况相同。场效应管正常工作时两个PN结应反偏。对N沟道JFET而言，栅极G接电源UGS的负极，漏极D接电源UDS的正极，如图8.34所示。 第101页/共159页第一百零一页，共160页。图8.34 N沟道(u do)场效应管的电路连接GSN沟道PRDRGUDSDPUDS第102页/共159页第一百零二页，共160页。1) 输出特性曲线(又称漏极特性曲线)输出特性曲线是描述以uGS为参变量，iD与uDS (场效应管D、

47、S极间的电压(diny)之间关系的一簇曲线，即iD=f(uDS)|uGS=常数图8.35(a)所示为N沟道JFET的漏极特性曲线，可分为三个工作区。 夹断区：指uGS uGS(off) 的区域，此时沟道被夹断， iD 0。第103页/共159页第一百零三页，共160页。2) 转移特性曲线转移特性曲线是指以uDS为参变量，描述恒流区内iD随uGS变化关系的曲线，即 iD=f(uGS)|uDS常数该曲线可从输出特性曲线转化出来，故有转移之称，如图8.35(b)所示。在恒流区内，由于uDS对iD的影响很小，因此不同的uDS对应的转移特性曲线基本上是重合(chngh)的。iD可近似地表示为 (8.30

48、)2)()1 (offGSGSDSSDUuIiUGS(off) uGSVG； 对N沟道增强型管， UGS为正值，RSID VG 。 DSGDSDDGGGGSIRVIRURRRU212第126页/共159页第一百二十六页，共160页。图 8.44 分压式偏置(pin zh)电路 TuoRGRG2RSCSRG1RDC2GDS VDDC1ui第127页/共159页第一百二十七页，共160页。 是分压式偏置放大电路的交流( jioli)通路。 第128页/共159页第一百二十八页，共160页。图8.45 分压式偏置放大电路的交流(jioli)通路TRGRDGDSoUiuRG2RG1dI第129页/共1

49、59页第一百二十九页，共160页。放大电路的输入电阻为ri=RG1RG2rgsRG1RG2因为场效应管的输入电阻rgs比RG1或RG2都高得多，所以三者并联后可将rgs略去。通常在分压点和栅极之间接入一阻值较高的电阻RG，则 ri=RG+(RG1RG2) (8.33)RG的接入对电压放大倍数无影响； 在静态时RG中无电流(dinli)通过，因此不影响电路的静态工作点。 第130页/共159页第一百三十页，共160页。输出电阻为输出电压为式中, 。电压放大(fngd)倍数为GSUDDSdsIUrgsDmdDURgIRU(8.34) gsmdUgIDmgsiuRgUUUUA(8.35) 第131页

50、/共159页第一百三十一页，共160页。习题(xt)8 1. 测得某放大电路中三极管A、B、C的对地电位(din wi)分别为UA=-9V，UB=-6V，UC=-6.2 V，试分析A、B、C中哪个是基极b、发射极e、集电极c，并说明是NPN管，还是PNP管。2. 如何用一台欧姆表（模拟型）判断一只三极管的三个电极e、b、c?3. 某放大电路中三极管三个电极A、B、C的电流如题图8.1所示。用万用表直流电流挡测得IA=-2 mA，IB mA，IC mA，试分析A、B、C中哪个是基极b、发射极e、集电极c，并说明此管是NPN管还是PNP管，它的是多少?第132页/共159页第一百三十二页，共160

51、页。IAICBCIBA第133页/共159页第一百三十三页，共160页。 4.判别题图8.2所示电路对交流信号有无放大作用。若无放大作用，怎样改变(gibin)才能放大交流信号?第134页/共159页第一百三十四页，共160页。TRECEuiCuoRBRC VCCC1TREuiuoRB VCC(b)(c)TuiCuoRBRC VCCC1(a)第135页/共159页第一百三十五页，共160页。5. 电路如题图8.3所示，设三极管的=80，UBE=0.6 V，ICEO和UCES可忽略不计。试分析当开关S分别接通1、2、3三个位置(wi zhi)时，三极管分别工作在输出特性曲线的哪个区，并求出相应的

52、集电极电流IC。第136页/共159页第一百三十六页，共160页。S231T12 V8012 V20 k4 k40 k500 k第137页/共159页第一百三十七页，共160页。6.测量出某硅三极管各电极的对地电压如下，试判别管子工作(gngzu)在什么区域？(1) UC =6 V，UB =0.7 V，UE =0 V；(2) UC =6 V， UB =2 V， UE =1.3 V；(3) UC =6 V， UB =6 V， UE =5.4 V；(4) UC =6 V， UB =4 V， UE =3.6 V；(5) UC =3.6 V， UB =4 V， UE =3.4 V。 7.如题图8.4所

53、示电路，三级管的UBE=0.7 V，=50，试估算静态工作(gngzu)点。第138页/共159页第一百三十八页，共160页。T1 kREC2uiC14 kRLuoRB510 kRC4 k VCC(12 V)第139页/共159页第一百三十九页，共160页。8. 放大电路如题图8.5所示，已知RB=400 k，RC=3 k，VCC=12 V，=50。（1） 求静态工作点。（2） 若想将IC调到2 mA，RB应取多大？（3） 若想将UCE调到6 V，RC应取多大？（4） 若RB短路(dunl)，将会出现什么问题？（5） 若RC开路，将会出现什么问题？第140页/共159页第一百四十页，共160页。RBTRCuiC1 VCCC2uo第141页/共159页第一百四十一页，共160页。9. 放大(fngd)电路如题图8.6（a）所示，管子的特性曲线如题图8.6（b）所示。（1） 作出直流负载线，确定Q点。（2） 作出交流负载线，确定最大不失真输出电压的幅值Uom。 第142页/共159页第一百四十二页，共160页。T1 kiC / mAuCE / V24681048121620240RB1RECE20 AuiC115 k3 kRL