第2章晶体管及其基本放大电路

1、2.1 晶体管晶体管2.2 放大的概念及放大电路的性能指标放大的概念及放大电路的性能指标 2.3 共发射极放大电路的组成及工作原理共发射极放大电路的组成及工作原理2.4 放大电路的图解分析放大电路的图解分析法法2.5 放大电路的微变等效电路分析法放大电路的微变等效电路分析法 2.6 分压式稳定静态工作点电路分压式稳定静态工作点电路2.7 共集电极放大电共集电极放大电路路2.8 共基极放大电路共基极放大电路2.9 组合单元放大电路组合单元放大电路2.1.1 2.1.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型2.1.2 2.1.2 晶体管的三种连接方式晶体管的三种连接方式2.1.3 2.1.3 晶体

2、管的工作方式晶体管的工作方式本节重点：本节重点： 1. 1. 从晶体管内部载流子的运动从晶体管内部载流子的运动理解理解晶体管的电流晶体管的电流控制与放大作用。控制与放大作用。 2. 2. 掌握掌握晶体管实现放大的内部条件与外部条件。晶体管实现放大的内部条件与外部条件。 3. 3. 掌握掌握晶体管三极电流之间的关系。晶体管三极电流之间的关系。 4. 4. 掌握掌握晶体管的三种工作状态及其特点。晶体管的三种工作状态及其特点。 5. 5. 熟记熟记晶体管的伏安特性曲线晶体管的伏安特性曲线 6. 6. 晶体管三种状态的判断。晶体管三种状态的判断。 (Semiconductor Transistor)(

3、Semiconductor Transistor)1.1.结构结构N NN NP P发射极发射极 E E基极基极 B B集电极集电极 C C发射结发射结集电结集电结e emittermitterb baseasec collectorollectorP PP PN NE EB BC C集电区集电区体体积较大积较大基区基区较薄，掺较薄，掺杂浓度低杂浓度低发射区发射区掺掺杂浓度最高杂浓度最高2.1.1 晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型NPN NPN 型型PNP PNP 型型晶体管实现电流控制与放大作用的晶体管实现电流控制与放大作用的内部条件：内部条件： 结构上的特点结构上的特点N NN NP

4、P发射极发射极 E E基极基极 B B集电极集电极 C CP PP PN NE EB BC CE EC CB BNPN NPN 型型PNP PNP 型型E EC CB B2.2.符号符号箭头方向箭头方向表示发射结正向偏置时的电流方向表示发射结正向偏置时的电流方向。3. 分类分类按材料分：按材料分： 硅管、锗管硅管、锗管按功率分：按功率分： 小功率管小功率管 1 W中功率管中功率管 0.5 1 W2.1.2 2.1.2 晶体管的三种连接方式晶体管的三种连接方式 (a) 共发射极 (b) 共集电极 (c) 共基极图2-3 晶体管的三种连接方式 2.1.3 晶体管的工作状态晶体管的工作状态 工作状态

5、可分为三种：工作状态可分为三种： 放大状态放大状态 饱和状态饱和状态 截止状态截止状态 1. 放大状态放大状态（发射结正向偏置、集电结反向偏置（发射结正向偏置、集电结反向偏置 ） 晶体管放大的条件：晶体管放大的条件：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区体积大集电区体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1) 发射区正偏，发射区发射发射区正偏，发射区发射电子电子，形成电流形成电流 IEN。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

6、极电流基极电流少数在基区与空穴复合少数在基区与空穴复合形成的电流形成的电流(IBN)集电区少子漂移集电区少子漂移(ICBO)I CBOIB即：即：IB = IBN ICBO 2)电子在基区的复合和传输电子在基区的复合和传输(1) 放大状态下晶体管中载流子的传输过程放大状态下晶体管中载流子的传输过程IE= IEN + IEP IEN IENIE IEN = IBN + ICN IC 3) 集电结反向偏置形成集电极电流集电结反向偏置形成集电极电流 ICI C = ICN + ICBO 穿透电流穿透电流（2）晶体管的电流分配关系）晶体管的电流分配关系IB = I BN ICBO IC = ICN +

7、 ICBOBNCNII CBOBCBOCIIII BNCNENEIIII 共射直流电流放大系数共射直流电流放大系数 IE = IC + IBCBOB)1 (IICEOBII CEOB )1 (II CEOI集电极收集到的电子数与在基区复合掉的电子数之比，意味着基区每复合一个电子，则有 个电子扩散到集电区去。BCEIII BC II BE )1(II CEOBE )1(III IE = IC + IBCEOBCIII 共基直流电流放大系数 ECNII的值小于1且接近于1，一般为0.950.99。 的关系的关系IIIIIIII1EEECNECNBNCNIIIIIIII1BNEBNCNBNCNECN

8、它是集电极收集的电子数它是集电极收集的电子数与发射极发射的总电子数与发射极发射的总电子数的比值的比值 (3) (3) 晶体管的放大作用晶体管的放大作用放大状态放大状态各电极电位之间的关系是各电极电位之间的关系是： NPN型：型： UCUBUE PNP型：型： UCUBUE晶体管实现电流放大的晶体管实现电流放大的外部偏置条件：外部偏置条件： 发射结正偏，集电结反偏发射结正偏，集电结反偏 电流放大作用的实质电流放大作用的实质是通过改变基极电流是通过改变基极电流IB的大的大小，达到控制小，达到控制IC的目的，而并不是真正把微小电流的目的，而并不是真正把微小电流放大了，因此，晶体管称为电流控制型器件。

9、放大了，因此，晶体管称为电流控制型器件。 定义定义 ：保持工作点处：保持工作点处UCE不变，集电极电流变化不变，集电极电流变化量与基极电流变化量之比，称为共发射极交流电流量与基极电流变化量之比，称为共发射极交流电流放大系数。即放大系数。即 常数CEBCUII 定义定义 ：保持工作点处：保持工作点处UCB不变，集电极电流不变，集电极电流变化量与发变化量与发 射极电流变化量之比，称为共基极交射极电流变化量之比，称为共基极交流电流放大系数。流电流放大系数。 即即 常数CBECUII在数值上 2. 饱和状态饱和状态 (发射结正向偏置、集电结正向偏置发射结正向偏置、集电结正向偏置) 集电极电位低于基极电

10、位，集电结正向偏置，集电极电位低于基极电位，集电结正向偏置，不利于集电极从基区收集非平衡少数载流子，从不利于集电极从基区收集非平衡少数载流子，从发射区扩散到基区的非平衡少子在基区复合的数发射区扩散到基区的非平衡少子在基区复合的数量增大，而进入集电区的数量减少，集电极电流量增大，而进入集电区的数量减少，集电极电流不再随基极电流的增大而增大，基极电流失去了不再随基极电流的增大而增大，基极电流失去了对集电极电流的控制作用（晶体管失去了放大能对集电极电流的控制作用（晶体管失去了放大能力），集电极电流好像饱和了。力），集电极电流好像饱和了。 2. 饱和状态饱和状态 (两个结都正偏两个结都正偏) IC主要

11、受主要受UCE的控制，随着的控制，随着UCE的增大，集电结由的增大，集电结由正向偏置向零偏变化过程中，集电区收集电子的能力正向偏置向零偏变化过程中，集电区收集电子的能力逐步增强，集电极电流逐步增强，集电极电流IC随随UCE的增大而增大。的增大而增大。 V30CES.UV10CES.U 晶体管工作于饱和状态时的晶体管工作于饱和状态时的UCE称为集电极称为集电极饱和饱和电压降电压降，记作，记作UCES。处于深度饱和时，。处于深度饱和时，锗管锗管:硅管硅管: 3. 截止状态截止状态 （两个结都反偏）（两个结都反偏） 晶体管发射结反向偏置或零偏晶体管发射结反向偏置或零偏(UBE0)，集电，集电结反向偏

12、置结反向偏置(UBC0），不利于发射极多数载流子），不利于发射极多数载流子的扩散运动，发射极电流几乎为零，此时，集电极的扩散运动，发射极电流几乎为零，此时，集电极流过反向饱和电流流过反向饱和电流IC=ICBO， 基极电流：基极电流： IB= ICBO， ICBO很小可忽略不计，认为晶体管很小可忽略不计，认为晶体管处于截止状态。处于截止状态。 例例 三极管三极管3 3个电极的对地电位如图所示，试判个电极的对地电位如图所示，试判断三极管的工作状态。断三极管的工作状态。放大状态放大状态截止状态截止状态饱和状态饱和状态两个结正偏两个结正偏两个结反偏两个结反偏发射结正偏发射结正偏 集电结反偏集电结反偏解

13、解:(a) uBE=0.7V, uBC=-4.3V, 发射结正偏发射结正偏,集电结反偏集电结反偏，三极管处于三极管处于放大状态放大状态;(b) uBE =-1V,uBC 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：CEBE0.3 V ( (硅管硅管) )UCE( (SAT) )= =0.1 V ( (锗管锗管) )iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321放大区放大区截止区截止区饱饱和和区区ICEOBE0UBC0U此区域中此区域中UCE UBE,集电结

14、正偏，集电结正偏， IBIC，UCE 0.3V 较小时较小时, 管子的集电极电流管子的集电极电流基本上不随基极基本上不随基极电流电流而变化而变化, 这种现象称为饱和。这种现象称为饱和。饱和区：饱和区：iC明显受明显受uCE控控制的区域，该区域内，制的区域，该区域内，一般一般uCE0.7V(硅管硅管)。饱和状态的晶体管等效为闭合的开关饱和状态的晶体管等效为闭合的开关两个结正偏两个结正偏饱和状态：饱和状态： 4. 击穿区：击穿区：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：集电结发生集电结发生 了雪崩击穿了雪崩击穿 基极开路基极开路(IB=0)时，使集电极发生击穿的时，使集电

15、极发生击穿的UCE值，值，记为记为U(BR)CEO 。输出特性三个区域的特点输出特性三个区域的特点: :(1)放大区放大区 条件条件：发射结正偏，集电结反偏。发射结正偏，集电结反偏。 特点特点： IC= IB , 且且 IC = IB(2) 饱和区：饱和区： 条件：条件：发射结正偏，集电结正偏。发射结正偏，集电结正偏。 特点：特点： IBIC，UCE UCES(3) 截止区：截止区： 条件：条件：发射结反偏，集电结反偏。发射结反偏，集电结反偏。 特点：特点： IB=0 ， IC=ICEO 0 集电结的空间电荷区变窄，内电场减弱，集电结收集集电结的空间电荷区变窄，内电场减弱，集电结收集载流子的能

16、量降低，载流子的能量降低，C不再随着不再随着B作线性变化，出作线性变化，出现发射极发射有余，而集电极收集不足现象。现发射极发射有余，而集电极收集不足现象。 2.1.5 晶体管的直流模型晶体管的直流模型 输入特性近似 输出特性近似 由晶体管的伏安特性曲线可知，晶体管的输入输出特性是非线性的，它是一种复杂的非线性器件。当晶体管工作于直流时，其非线性主要表现为三种截然不同的工作状态，即放大、截止和饱和状态。在实际应用中，根据实现的功能不同，可通过外电路将晶体管偏置在需要的某一种状态。 截止状态模型放大状态模型 饱和状态模型 1. 截止状态直流模型当外电路使UBEUBE(on)时，发射结反向偏置，晶体

17、管截止。此时，IB=0，IC=0，晶体管b、e极间和c、e极间相当于开路 截止状态模型放大状态模型 饱和状态模型 2. 放大状态直流模型放大状态直流模型当外电路使晶体管UBEUBE(on)，且UBEUCE时，则发射结正向偏置，集电结反向偏置，晶体管工作于放大状态。此时，一般认为晶体管发射结导通电压UBE=UBE(on)，集电极直流电流IC=IB，IC受IB的控制，晶体管c、e极间可等效为一个受IB控制的受控电流源IB 截止状态模型放大状态模型 饱和状态模型 3. 饱和状态直流模型饱和状态直流模型当外电路使晶体管UBEUBE(on)，且UBEUCE时，则发射结、集电结均正向偏置，晶体管工作于饱和

18、状态。此时，一般认为晶体管发射结导通电压UBE =UBE(on)，集-射极间电压为饱和压降UCES，晶体管c、e极间相当于接了一个恒压源UCES 2.1.6 2.1.6 晶体三极管的主要参数晶体三极管的主要参数一、电流放大系数一、电流放大系数1. 1. 共发射极电流放大系数共发射极电流放大系数i iC C / mA/ mAu uCECE /V /V50 50 A A40 40 A A30 30 A A20 20 A A10 10 A AI IB B = 0 = 0O O 2 4 6 2 4 6 8 8 4 43 32 21 1 直流电流放大系数直流电流放大系数BCCBOBCBOCBNCNIII

19、IIIII 交流电流放大系数交流电流放大系数 BiiC一般为几十一般为几十 几百几百Q82A1030A1045. 263 80108 . 0A1010A10)65. 145. 2(63 在分立元件电路中在分立元件电路中, ,一般取一般取 在在2010020100范围内的管子范围内的管子 , ,太小电流放大作用差太小电流放大作用差, , 太大受温度影响大太大受温度影响大, ,性能稳定性差性能稳定性差. . iC / mAuCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212. 共基极电流放大系数共基极电流放大系数 11BCCECIIIII 1 一般在一般在

20、 0.98 以上。以上。 Q988. 018080 11BCCECIIIIIECii 二、极间反向饱和电流二、极间反向饱和电流CB 极间反向饱和电流极间反向饱和电流 ICBO，CE 极极间反向饱和电流间反向饱和电流 ICEO。 (a) ICBO (b) ICEO图2-15 晶体管极间反向电流的测量ICEO = (1+)ICBO集基反向饱和电流集基反向饱和电流 ICBO ,发射极开路时发射极开路时,集电极和基极间的反集电极和基极间的反向饱和电流向饱和电流. ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。流，受温度的变化影响。锗管：锗管：IC

21、BO为微安数量级，为微安数量级， 硅管：硅管：I CBO为纳安数量级。为纳安数量级。集射反向饱和电流集射反向饱和电流 ICEO,基极开路时，集电极和发射极间的基极开路时，集电极和发射极间的穿透电流穿透电流. ICEO受温度影响很大，当温度上升时，受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加增加很快，所以很快，所以IC也相应增加。也相应增加。三极管的温度特性较差三极管的温度特性较差。三、极限参数三、极限参数1. ICM 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。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。iCICMU(BR)

22、CEOuCEPCMOICEO安安全全 工工 作作 区区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。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已知已知:ICM = 20 mA, PCM = 100 mW，U(BR)CEO = 20 V，当当 UCE = 10 V 时，时，IC mA当当 UCE = 1 V，则，则 IC mA当当 IC = 2 mA，则，则 UCE

23、 T12. 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。iCuCE T1iB = 0T2 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温度每升高温度每升高 10 C，ICBO 约增大约增大 1 倍。倍。 【例2-3】 晶体管VT的特性曲线如下图所示，在其上确定 、 、PCM、ICEO、U(BR)CEO。在如下电路中，当开关S接在A、B、C三个触点时，判断晶体管VT的工作状态，确定UCE的值。输出特性曲线 50A)4060()mA23(1BB21CC2BCIIIIII【解【解2.3】98051501. 在输出特性上P

24、CM与IB1=40A的特性曲线交于点 F（25V，2mA）则 PCM= UCEIC =25V2mA=50mW50A)4060()mA23(1BB21CC2BCIIIIII (a) 特性曲线求 输出特性IB1=0的特性曲线所对应的集电极电流为穿透电流ICEO=10A，该曲线水平部分右端上翘的点所对应的横坐标值为集-射极间反向击穿电压U(BR)CEO=50V 例例2-3题解题解 计算临界饱和电流计算临界饱和电流ICS、IBS mA4516CCCCCESCCCS.RVRUVIA80504CSBSII当当I IB BIIBSBS时，时，I IC C= = I IB B成立，晶体管处于放大区；成立，晶体

25、管处于放大区；当当I IB BI IBSBS时，时，I IC C I IB B，因为晶体管已进入饱和区，因为晶体管已进入饱和区，集电极电流不能跟随基极电流的变化而变化。集电极电流不能跟随基极电流的变化而变化。 受外电路的限制，晶体管所能提供的最大集电极电受外电路的限制，晶体管所能提供的最大集电极电流，即集电极临界饱和电流流，即集电极临界饱和电流ICS为为基极临界饱和电流基极临界饱和电流IBS为为 S接在触点接在触点A时时 A5262007061BBECCB1.RUVIIB1IBS1.325mAA52650B1C1.IIV0145132516CCCCCE.RIVUUBE=0.7V、UCE=4.0

26、1V、UBEUCE，晶体管工作于放大状态。(b) S接触点A(c) S接触点B 例2-3题解 S接在触点接在触点B时时 A265207062BBECCB2.RUVIIB2IBS晶体管工作于饱和区，硅管UCE=UCES0.3V S接在触点接在触点C UBE= -1V，发射结反向偏置，晶体管处于截止状态 RC上无电流，所以RC上也没有电压降，故UCE=6V (d) S接触点C放大电路能否实现放大的判断方法：放大电路能否实现放大的判断方法：1、 画直流通路，判断放大电路是否满足发射结画直流通路，判断放大电路是否满足发射结正正 偏，集电结反偏。偏，集电结反偏。2、画交流流通路，判断放大电路是否有信号的

27、、画交流流通路，判断放大电路是否有信号的输入输出通路。输入输出通路。放大电路三种工作状态的判断方法：放大电路三种工作状态的判断方法：1. 发射结反偏：截止状态。发射结反偏：截止状态。2. 发射结正偏发射结正偏CCCCCESCCCSRVRUVI IICSBS (2) 根据直流通路的输入回路列方程，求根据直流通路的输入回路列方程，求IBQ。(3) 判断：若判断：若IBQIBS，则工作在饱和区。，则工作在饱和区。 (1) (1) 根据电路对晶体管的要求查阅手册，从而确定选用晶体管的型号，其极限参数ICM、U(BR)CEO和PCM应分别大于电路对管子的集电极最大允许电流、集-射极间击穿电压和集电极最大

28、允许功耗的要求。 (2) 在维修电子设备时，若发现晶体管损坏，应该用同型号的管子替换。若找不到同型号的管子而需要用其它型号的管子来替换时，应注意：要用同种材料、同种类型的管子替换，替换后管子的参数ICM、U(BR)CEO和PCM一般不得低于原管。2.1.8 晶体管的选用原则1. 1. 手册的使用手册的使用 2.1.8 2.1.8 晶体管的选用原则晶体管的选用原则2. 2. 选管的原则选管的原则(1) 当晶体管的型号确定后，应选极间反向电流小的管子，这样的管子温度稳定性好，管子的值一般选在几十到100以下，太大的管子性能不稳定。(2) 如果要求管子的反向电流小，工作温度高，则应选用硅管；当要求导

29、通电压较低时，应选用锗管。(3) 如果电路工作频率高，必须选用高频管或超高频管；如果用于开关电路，则应选用开关管。(4) 必须保证管子工作在安全区。工作电压高时，应选用U(BR)CEO大的高反压管。由于U(BR)EBO一般较小，因注意发射结的反向电压不能超过U(BR)EBO。使用大功率管时，要保证相应的散热条件。本节重点：本节重点：(1) 正确理解正确理解 放大的概念及放大电路的性能指标放大的概念及放大电路的性能指标的意义。的意义。(2) 正确理解放大电路的组成原则。正确理解放大电路的组成原则。(3) 正确理解放大电路的静态概念。正确理解放大电路的静态概念。 掌握放大电路的直流通路的画法。掌握

30、放大电路的直流通路的画法。2.2.1.放大的基本概念放大的基本概念 一一.扩音机示意图扩音机示意图1) 输入量控制输出量2) 把直流能量转换成按输入量变化的交流能量 放大电路主要用于放大微弱的电信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，这里主要讲电压放大电路。放大的概念及放大电路的性能指标放大的概念及放大电路的性能指标 放大电路主要用于放大微弱的电信号，电子技术中所说的“放大”，表面上看是将信号的幅度由小变大，用较小的输入信号去控制较大的输出信号，且输出与输入之间的变化情况完全一致，实现所谓“线性放大”不能失真。 放大的实质是能量的控制和转换。在一个能量较小的输入信号作用下，放大电路将直流电源所

31、提供的能量转换成交流能量输出，驱动负载工作。 负载所获得的能量大于信号源所提供的能量，就是用小的能量来控制大的能量，因此放大电路的基本特征是功率放大，即负载上总是获得比输入信号大得多的电压或电流信号。放大电路的主要技术指标放大电路的主要技术指标 根据放大电路输入信号的条件和对输出信号的要求，放大器可分为四种类型，所以有四种放大倍数的定义。1.1.放大倍数放大倍数表示放大器的放大能力表示放大器的放大能力（1）电压放大倍数定义为）电压放大倍数定义为:四种放大倍数的定义四种放大倍数的定义ouiUAU&源电压放源电压放大倍数大倍数: : sousUUA 空载时的电压增益空载时的电压增益: io

32、iouoLUUUUAR （2）电流放大倍数定义为）电流放大倍数定义为:（3）互阻增益定义为）互阻增益定义为:（4）互导增益定义为）互导增益定义为:ioiIIA iorIUA ioUIA g2. 输入电阻输入电阻Ri从放大电路输入端看进去的等从放大电路输入端看进去的等 效电阻效电阻输入电阻：一般来说， Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，从信号源索取的电流越小。（2）当信号源有内阻时， Ri越大， vi就越接近vS。iiiIUR iUsUsSiiiURRRU uAusASiiusiiosousRRRAUUUUUUA 与的关系: 与的关系: uAusA当Ri RS时， 3 3输出电阻输出电阻

33、: :从放大电路输出端看进去的等效电阻。从放大电路输出端看进去的等效电阻。 oUoU 带负载时的输出电压带负载时的输出电压比空载时的输出电压比空载时的输出电压有所降低有所降低 oUoLoLoURRRU Looo1 RUUR 方法一：方法一： Ls0oRUIUR图2-23 放大电路的输出电阻计算方法二方法二求输出电阻求输出电阻Ro sUUIUI将放大电路中信号源短路（即=0，但保留RS）、负载开路（RL= ），产生相应的电流与的比值即为输出电阻Ro 在放大电路的输出端外加电压4. 通频带通频带fBW= fHfLfH上限截止频率上限截止频率, fL下限截止频率下限截止频率fBW通频带通频带: :

34、通频带越宽表明放大电路对不同频率信号的适应能力越强，但是通频带也不是越宽越好，通频带超出信号所需要的宽度，会增加电路的成本，同时也会把有用信号以外的干扰和噪声信号一起放大，所以，应根据信号的频带宽度来要求放大电路应有的通频带。基本放大电路的组成和工作原理基本放大电路的组成和工作原理三极管放大电路有三种形式共射放大电路共基放大电路共集放大电路以共射放大电路为例讲解工作原理本节重点:正确理解放大电路的组成原则。2.会画放大电路的直流通路与交流通路。3.会判断放大电路能否对交流信号进行放大。4.掌握放大电路的静态分析方法。4.正确理解放大电路的图解分析法。2.32.3共发射极电路的组成及工作原理共发

35、射极电路的组成及工作原理2.3 共发射极放大电路的组成及工作原理共发射极放大电路的组成及工作原理 放大电路要具有放大作用，必须满足三个组成原则：放大电路要具有放大作用，必须满足三个组成原则： 确保晶体管工作于放大区，即满足发射结正向偏 置，集电结反向偏置的外部条件。 确保被放大的交流输入信号能够作用于晶体管的输 入回路。 确保放大后的交流输出信号能够传送到负载上去。输出不失输出不失真真发射结加正向发射结加正向电压电压集电结加反集电结加反向电压向电压RBVBBC1+Rs+us-RCVCCTC2RL+uo信号源加到信号源加到b-e间间ui 2.3.1 2.3.1 共发射极放大电路的组成共发射极放大

36、电路的组成RBVBBRCC1C2T放大元件放大元件iC= iB，工作在放大区，要工作在放大区，要保证集电结反偏，保证集电结反偏，发射结正偏。发射结正偏。uiuo输入输入输出输出参考点参考点RL+VCC1. 1. 确保晶体管工作于放大区确保晶体管工作于放大区共射放大电路组成使发射结正偏，并提供适当的静态工作点IB和UBE。RB+VCCVBBRCC1C2TRL基极电源与基极电阻共射放大电路共射放大电路集电极电阻，将变化的电流转变为变化的电压。RB+VCCVBBRCC1C2TRL耦合电容：电解电容，有极性，大小为10F50F作用：隔直通交隔离输入输出与电路直流的联系，同时能使信号顺利输入输出。RB+

37、VCCVBBRCC1C2TRL+uiuo 2. 2.确保输入交流信号确保输入交流信号 作用于发射结作用于发射结 3. 3.确保输出交流信号作用于负载确保输出交流信号作用于负载2.3.1 共发射极放大电路的组成共发射极放大电路的组成 (a)双电源供电 (b)单电源供电图2-25 基本共发射极放大电路的组成2.3.2 共发射极放大电路的工作原理共发射极放大电路的工作原理1. 输入信号为零时的工作情况输入信号为零时的工作情况 当输入信号ui=0时，电路中各处的电压电流都是不变的直流信号，称为直流工作状态，也称静态。 UCE = VCC-RCIC (a) 工作电路 (b) 等效电路图2-26 放大电路

38、ui=0时工作情况 1.静态：静态： u ui i=0.=0. CEQCCCQCUVIRIBQuiOtOtOtuoOtOtICQUCEQBEQO2.3.2 共发射极放大电路的工作原理共发射极放大电路的工作原理CCBEQBQBVUIR 2. 输入信号不为零时的工作情况输入信号不为零时的工作情况tUuUuiIiiIiuUuuuuRiRiVcemceoCcCECCCCceCECEcCCbBBbeBEBEsin符号说明符号说明IBQuiOt iB OtuCEOtuoOt iC OtICQUCEQUBEQuBE OtuCE =VCC-iCRC=VCC-ICRC-ic RC =UCE-icRC 几点结论：

39、几点结论： (1) (1) 放大器输入交变电压时，晶体管放大器输入交变电压时，晶体管各极电各极电流的方向和极间电压的极性始终不变，流的方向和极间电压的极性始终不变，只是围只是围绕各自的静态值，按输入信号规律近似呈线性绕各自的静态值，按输入信号规律近似呈线性变化。变化。 (2) (2) 晶体管各极电流、电压的瞬时波形中，晶体管各极电流、电压的瞬时波形中，只有只有交流分量才能反映输入信号的变化交流分量才能反映输入信号的变化，因此，因此，需要放大器输出的是交流量。需要放大器输出的是交流量。 (3) (3) 将将共射放大电路输出与输入共射放大电路输出与输入的波形对照，的波形对照，可知两者的变化规律正好

40、相反，通常称这种波可知两者的变化规律正好相反，通常称这种波形关系为形关系为反相反相或或倒相倒相。2.3.3、直流通路和交流通路、直流通路和交流通路共射放大电路共射放大电路 直流通路直流通路 交流通路交流通路 +-+VTRS+- RB RL RCUiUsUo RL+VCC+-+-+ C2 C1VT RS+- RB RCUiUsUo+VCCVT RB RC放大电路工作在放大电路工作在放大状态放大状态时，电路中交直流信号并存。时，电路中交直流信号并存。为了分析方便，将交流信号和直流信号分开研究。直流为了分析方便，将交流信号和直流信号分开研究。直流信号的工作情况称为信号的工作情况称为静态静态，用直流通

41、路来分析；交流信，用直流通路来分析；交流信号的工作情况称为号的工作情况称为动态动态，用交流通路来分析。这样就需，用交流通路来分析。这样就需要根据电路的具体情况，正确地画出电路的直流通路和要根据电路的具体情况，正确地画出电路的直流通路和交流通路。交流通路。 当放大电路输入信号较小，BJT可按线性电路对待，利用叠加定理：分别分析电路中的交流单独作用产生的相应、直流单独作用产生的相应，再叠加。直流通路(ui = 0)分析静态。 直流通路：只有直流作用的通路。画直流通路的原则：1、将交流电压源短路 2、将电容开路,电感短路。2.3.3 直流通路和交流通路直流通路和交流通路 交流通路(ui 0)分析动态

42、，只考虑变化的电压和电流。交流通路：只有交流作用的通路。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；2. 固定不变的电流源都视为开路；3. 耦合电容对交流信号短路0j/1 C 画出放大电路的直流通路画出放大电路的直流通路直流通路的画法：直流通路的画法：开路开路开路开路将交流电压源短路将交流电压源短路 将电容开路。将电容开路。对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)短路短路短路短路置零置零uo将直流电压源短路，将直流电压源短路，将电容短路。将电容短路。交流通路交流通路分析动态工作情况分析动态工作情况交流通路的画法：交流通路的画法：(c) 交流通路 (a) 共射放大电路(b

43、) 直流通路【例】 画出图中电路的直流通路和交流通路。【例【例2-4】 画出画出图图2-29电路的直流通路和交流通路。电路的直流通路和交流通路。图2-29解： 直流通路: 将图中ui短路，电容开路，电路其他部分保留。 交流通路: 将图中电容短路，直流电源对地短路，电路其他部分保留。(a) 直流通路(b) 交流通路放大电路要具有放大作用，必须满足以下三个放大电路要具有放大作用，必须满足以下三个组成原则组成原则： 确保晶体管工作于放大区，即满足发射结正向偏置，集电结反向偏置的外部条件 确保被放大的交流输入信号能够作用于晶体管的输入回路。 确保放大后的交流输出信号能传送到负载上去。例2-5 根据放大

44、电路的组成原则，判断下图个电路对交流信号是否具有放大作用。发射结没有正偏电压（a）中发射结没有正向偏置电压，晶体管不能工作在放大区 （a）（a）直流通路 否解 基极无直流偏置（b） C1有隔离直流的作用，晶体管基极无直流偏置 （b）直流通路 否（b）解 输入信号无法加到放大电路的输入端（c）交流通路 （c）中旁路电容C1对交流输入信号短路，使得输入信号电压vi无法加到放大电路的输入端 解 （c）否无交流信号输出（d）由于没有集电极电阻RC，只有信号电流，无交流电压信号输出 （d）交流通路解 （d） 放大电路没有输入信号时(ui=0)的工作状态称为静态。 静态分析的任务是根据电路参数和三极管的特

45、性确定静 态值（直流值）UBE、IB、 IC 和 UCE。可用放大电路的直流通路来分析。2.4.1 静态工作情况分析静态工作情况分析2. 4放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法画直流通路的原则：1、将交流电压源短路 2、将电容开路,电感短路。直流通路：只有直流作用的通路。RB+VCCRCC1C2TRL为什么要为什么要设置静态设置静态工作点？工作点？ 放大电路建立正确的静态工作点，是为了使三极管工作在线性区(放大区)以保证信号不失真。开路开路将交流电压源短路将交流电压源短路 将电容开路。将电容开路。直流通路的画法：直流通路的画法：开路开路RB+VCCRCC1C2RLUi=0一、静态工作点的估

46、算一、静态工作点的估算1.1.直流通路直流通路静态工作点（静态工作点（ IB、UBE、IC、UCE）静态工作点（静态工作点（ IB、UBE、IC、UCE）2.2.估算估算R+VCCRCVTICQUBEQUCEQ( ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)IBQ+-（1）估算IB（ UBE 0.7V)RB+VCCRCIBUBEBBECCBRUVI BCC70R.V BCCRV RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流。（2）估算IC 、 UCECCCCCERIVU IC= IBICRB+VCCRCUCE+-例：用估算法计算静态工作点。已知：VCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：A4

47、00.04mA30012BCCBRVImA51040537BC.II6V41.512CCCCCERIVU请注意电路中IB和IC的数量级UBE 0.7VRB+VCCRC+VCC( ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ)-RRCTICQUBEQUCEQIBQ+-二、二、用图解法确定静态工作点用图解法确定静态工作点BEQ = V BQRBUCE = VCC IC RC1. 在输入回路中确定在输入回路中确定 (UBEQ, IBQ)根据输入特性曲线及直流负载线方程：BEQ = V BQRB输入回路图解输入回路图解QuBE/ViB/ A静态工作点静态工作点VCCVCC/RBUBEQIBQO可在输入特性曲线

48、找出静态工作点Q(UBEQ,IBQ)RRCTICQUBEQUCEQIBQ+-UCEQ = VCC ICQ RC输出回路图解输出回路图解uCE/ViC/mAVCCVCC/RCOQUCEQICQIBQ 根据输出特性曲线及直流负载线方程：2.在输出回路中确定在输出回路中确定 (UCEQ, ICQ)(IBQ,UBEQ) 和和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入输出特分别对应于输入输出特性曲线上的一个点称为性曲线上的一个点称为静态工作点静态工作点。直流负载线直流负载线CEQCCCQCCUVIRR 斜率为斜率为 -1/RCRRCTICQUBEQUCEQIBQ+-RB+VCCRCC1C2RLUi=0BEQ

49、C1UU +-IBQuiOtOtOtuoOtOtICQUCEQBEQOIBQICQUBEQUCEQ+-ui=0时，电路中各极电压和电流都是固定不变的直流。时，电路中各极电压和电流都是固定不变的直流。2.4.2 用图解法确定动态工作情况用图解法确定动态工作情况一一. 输出空载输出空载 （RL=）时的动态）时的动态动态：动态：ui 0电路的工作状态。电路的工作状态。重点：1正确理解作图的过程，明白动态时，电路中各极电流与电压的组成。2.掌握放大电路最大动态范围的计算方法。3.失真的判断。2.4.2 用图解法确定动态工作情况用图解法确定动态工作情况1. 根据根据ui在输入特性上画出在输入特性上画出i

50、b和和ube0.7 VQuiOt tiB/ AOO tiBIBQibiBEQiC1BEuUuUu BBQbiIiuBE/VuBE/Vib= Ibmsint 2. 根据根据ib在输出特性上画出在输出特性上画出ic和和uceiBuCE/ViC/mAcecCui R 交流负载线： ui 0 时,由电路确定ic和uce之间的关系曲线。VCCVCC/RCicRBRCuiuo-uce2. 根据根据ib在输出特性上画出在输出特性上画出ic和和uce0.7 VQuiO tuBE/ViB/ AOOt tuBE/ViBIBQQQ Q O tICQUCEQiBuCE/ViC/mAiCOt tuCE/VibicUce

51、mucecCCiIi bcIi ceCECEuUu 说明说明uce（即（即uo）和）和ui反相，同时可以求出电压放大倍数反相，同时可以求出电压放大倍数uCE =VCC-iCRC=VCC-ICRC-ic RC =UCE-icRC =UCE+uce uce= -icRC= -IcmRCsint ic= -uce/RC 空载时放大电路的交流负载线空载时放大电路的交流负载线,过点过点Q，且斜率为，且斜率为 -1/RC,与直流负载线重合与直流负载线重合 uo = uceui = ube动态分析（动态分析（ui0） RL=各点波形各点波形uo比比ui幅度放大且相位相反幅度放大且相位相反RB+VCCRCC1

52、C2uiiBiCuCEuouo = uceube = uiceCECEcCCbBBbeBEBEuUuiIiiIiuUu uce= -icRC二、接上负载二、接上负载RL时的图解法时的图解法输出端接入负载输出端接入负载RL，不影响不影响Q ，影响动态！影响动态！1.交流通路交流通路RB+VCCRCC1C2RLuiuo-对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui)1/ C 0将直流电压源短路，将电容短路。将直流电压源短路，将电容短路。方法和步骤方法和步骤:短路短路短路短路置置零零RB+VCCRCC1C2RLuiuo-交流通路交流通路RBRCRLuiuo-注意：注意：(1) 交流负载线是动态时ic与

53、uce之间的关系曲线。(2) 空载时，交流负载线与直流负载线重合。2. 交流负载线交流负载线(1) 方程方程RbRCRLuiuoicuce其中：CLLR/RR uce=-ic（RC/RL）= -ic RL交流量ic和uce有如下关系：这就是说，交流负载线的斜率为：L1R uce=-ic（RC/RL）= -ic RL或ic=（-1/ RL） uce(2)交流负载线的作法：斜 率为-1/RL 。（ RL= RLRc ）经过Q点。 iCuCEVCCCCCRVQIB直流负载线交流负载线斜斜 率为率为-1/RL 。（ RL= RLRc ）经过经过Q点。点。 注意：注意：（1 1）交流负载线是有交流输入信

54、号时工作点的运动轨迹。）交流负载线是有交流输入信号时工作点的运动轨迹。 （2 2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。）空载时，交流负载线与直流负载线重合。交流负载线交流负载线CCCCCECRVRVI直流负载线直流负载线斜率为斜率为-1/RCLCEQCCCQCEQCCCQQNQN10RUVIUVIXXYYK LCQCEQCCRIUV 计算交流负载线计算交流负载线与横轴的交点：与横轴的交点：CCV 交流负载线交流负载线的具体画法：的具体画法：直流负载线是用来确定工作点的；直流负载线是用来确定工作点的；交流负载线是用来画出波形，分析波形失真。交流负载线是用来画出波形，分析波形失真。注意：注意：（1

55、）交流负载线是有交流）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运输入信号时工作点的运 动轨迹。动轨迹。 （2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。）空载时，交流负载线与直流负载线重合。1.1.确定静态工作点确定静态工作点Q Q 在输入回路中确定在输入回路中确定 (UBEQ, IBQ);在输出回路中确定在输出回路中确定 (UCEQ, ICQ) 做出直流负载线。做出直流负载线。2. 根据根据ui在输入特性上画出在输入特性上画出ib和和ube3. 根据根据ib在输出特性上画出在输出特性上画出ic和和uce 画出交流负载线画出交流负载线图解法图解法2.4.3 电路参数对静态工作点的影响电路参数对静态工作

56、点的影响 1. 改变改变 RB，其他参数不变，其他参数不变uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBQQR B iB Q 趋近截止区；趋近截止区；R B iB Q 趋近饱和区。趋近饱和区。UBE=VCC-IBRB输入回路直流负载线 输出回路直流负载线 UCE=VCC-ICRC VCC/RC 2.4.3 电路参数对静态工作点的影响电路参数对静态工作点的影响 2. 改变改变 RC ，其他参数不变，其他参数不变RC Q 趋近饱和区。趋近饱和区。iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRCQQRC Q 远离饱和区。远离饱和区。UBE=VCC-IBRBUCE=VCC-ICRC 2.4.4 非线

57、性失真非线性失真1. “Q”过低引起截止失真过低引起截止失真NPN 管：管： 顶部顶部失真为截止失真。失真为截止失真。PNP 管：管： 底部底部失真为截止失真。失真为截止失真。不发生截止失真的条件：不发生截止失真的条件：IBQ Ibm 。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。IBS 基极临界饱和电流。基极临界饱和电流。不发生饱和失真的条件：不发生饱和失真的条件： IBQ + I bm IBSuCEiCt OOiCO tuCEQV CCCS

58、CECCCSBSRUVII 3.静态工作点静态工作点Q的位置应适中：的位置应适中：静态工作点静态工作点Q的位置应该适中，既不能太高，又不能太低。的位置应该适中，既不能太高，又不能太低。Q的位置的位置太高太高引引起起饱和饱和失真，失真，太低太低引起引起截止截止失真。失真。Q应选取在输出特性曲线上交流负载线接应选取在输出特性曲线上交流负载线接近中央的位置近中央的位置 Q点位置过低(截止失真) Q点位置适中(不失真) Q点位置过高(饱和失真) 2、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。3、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；

59、可以设得高一些；选择工作点的原则：选择工作点的原则：1、静态工作点的选择，、静态工作点的选择，还要考虑交流输入信号的还要考虑交流输入信号的大小。如果输入信号幅度小，则可把静态工作点选大小。如果输入信号幅度小，则可把静态工作点选得低一些，以减少管子在静态时的功率损耗；如果得低一些，以减少管子在静态时的功率损耗；如果交流输入信号幅度大，则可把静态工作点选得高一交流输入信号幅度大，则可把静态工作点选得高一些。这些都应以交流输出信号的波形不出现失真为些。这些都应以交流输出信号的波形不出现失真为准。准。尽管静态工作点位置适当，但当输入信号幅度过大时，输出信号将会同时出现饱和失真和截止失真，称之为双向失真

60、。 静态工作点静态工作点Q的位置应适中的位置应适中2.4.5 最大输出电压幅值最大输出电压幅值 LR 放大电路在电路参数确定的条件下，输出端不发生饱和放大电路在电路参数确定的条件下，输出端不发生饱和失真和截止失真的最大输出信号电压的幅值称为最大不失真失真和截止失真的最大输出信号电压的幅值称为最大不失真输出电压幅值输出电压幅值(Uom)M。(1) 受截止失真限制受截止失真限制LCQFRIU (2) 受饱和失真限制受饱和失真限制CESCEQRUUU (Uom)M = minUR,UF(3) 最大不失真输出电压最大不失真输出电压= UCEQ +ICQCCVLR2. 放大器输出动态范围UOPP 由于受晶体管截