第2章半导体三极管及其应用课件

半导体三极管及其应用第

2

章2.1

晶体三极管2.1.1三极管的结构、符号及分类2.1.2三极管的电流放大作用2.1.3三极管的输入、输出伏安特性2.1.4三极管的主要参数及其选用2.1.5特殊三极管

半导体三极管又称晶体三极管（下称三极管，SemiconductorTransistor），一般简称晶体管，或双极型晶体管。它是通过一定的制作工艺，将两个PN结结合在一起的器件，两个PN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NNP发射极E基极B集电极C发射结集电结—基区—发射区—集电区emitterbasecollectorNPN型PPNEBCPNP型分类：按材料分：硅管、锗管按结构分：

NPN、PNP按使用频率分：

低频管、高频管按功率分：小功率管<1W中功率管15W大功率管>5WECBECBEBCEBCEBCBECBJT外形和引脚1.三极管放大的条件内部条件发射区掺杂浓度高基区薄且掺杂浓度低集电结面积大外部条件发射结正偏集电结反偏2.满足放大条件的三种电路uiuoCEBECBuiuoECBuiuo共发射极共集电极共基极实现电路uiuoRBRCuouiRCRE2.1.2三极管的电流放大作用3.三极管内部载流子的传输过程1)

发射区向基区注入多子电子，形成发射极电流

IE。ICN多数向BC结方向扩散形成ICN。IE少数与空穴复合，形成IBN。IBN基区空穴来源基极电源提供(IB)集电区少子漂移(ICBO)I

CBOIBIBN

IB+ICBO即：IB=IBN

–

ICBO3)

集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流ICICIC=ICN+ICBO2)电子到达基区后(基区空穴运动因浓度低而忽略)三极管内载流子运动4.三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、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：IB=I

BN

ICBOIC=ICN+ICBOIE=IC+IB穿透电流BJT的放大作用RcVCCIBIERb+UBE+UCEVBBcebIC+UI+

IB+

IC+

IE>>1IE=

IC+

IB=(1+

)

IBIC=

IBUCEUCE=

–

UR=

–

ICRC电压放大倍数:RcVCCIBIERb+UBE+UCEVBBcebIC例输入电压UI=

30

mV,

引起IB=

30

A,设

=

40，RC=

1

k，求IC、Au。解：IC=

IB=

40

30

A=

1.2mAUO=UCE=

–

ICRC=

1.2mA

1

k=1.2V2.1.3三极管的输入、输出伏安特性一、输入特性输入回路输出回路与二极管特性相似RCVCCiBIERB+uBE+uCEVBBCEBiC+++iBRB+uBEVBB+O特性基本重合(电流分配关系确定)特性右移(因集电结开始吸引电子)导通电压UBE(on)硅管：(0.60.8)V锗管：

(0.20.3)V取0.7V取0.2VVBB+RB二、输出特性iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321截止区：

IB0

IC=ICEO0条件：两个结反偏2.放大区：3.饱和区：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0条件：两个结正偏特点：IC

IB临界饱和时：uCE

=uBE深度饱和时：0.3V(硅管)UCE(SAT)=0.1V(锗管)放大区截止区饱和区条件：发射结正偏集电结反偏特点：水平、等间隔ICEO输出特性2.1.4三极管的主要参数及其选用一、电流放大系数1.共发射极电流放大系数iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321—直流电流放大系数

—交流电流放大系数一般为几十几百2.共基极电流放大系数1一般在0.98以上。

Q二、极间反向饱和电流(1)集电极–基极反向饱和电流ICBOICBOVCCAbce(2)集电极-发射极反向饱和电流ICEOICEOVCCAbceICEO=（1+）ICBO三、极限参数1.ICM

—集电极最大允许电流，超过时

值明显降低。U(BR)CBO

—发射极开路时C、B极间反向击穿电压。2.PCM—集电极最大允许功率损耗PC=iC

uCE。3.U(BR)CEO

—基极开路时C、E极间反向击穿电压。U(BR)EBO

—集电极极开路时E、B极间反向击穿电压。U(BR)CBO>U(BR)CEO>U(BR)EBOiCICMU(BR)CEOuCEPCMOICEO安全工作区温度对特性曲线的影响1.温度升高，输入特性曲线向左移。温度每升高1C，UBE

(22.5)mV。温度每升高10C，ICBO

约增大1倍。2.温度升高，输出特性曲线向上移。OT1T2>iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0温度每升高1C，

(0.51)%。输出特性曲线间距增大。O万用表检测晶体三极管的方法1.根据外观判断极性；3.用万用表电阻挡测量三极管的好坏，PN结正偏时电阻值较小(几千欧以下)，反偏时电阻值较大(几百千欧以上)

。插入三极管挡(hFE)，测量值或判断管型及管脚；指针式万用表在R1k挡进行测量。红表笔是(表内)负极，黑表笔是(表内)正极。注意事项：测量时手不要接触引脚。1kBEC1kBEC数字万用表注意事项：•红表笔是(表内电源)正极；黑表笔是(表内电源)负极。•NPN和PNP管分别按EBC排列插入不同的孔。•需要准确测量值时，应先进行校正。2.插入三极管挡(hFE)，测量值或判断管型及管脚。可直接用电阻挡的挡，分别测量判断两个结的好坏。三、晶体三极管的选用1.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PCM、ICM

、U(BR)CEO，应保证：PC>PCm

ICM>ＩCm

U(BR)CEO>VCC3.一般三极管的值在40~100之间为好，9013、

9014等低噪声、高的管子不受此限制。4.穿透电流ICEO

越小越好，硅管比锗管的小。一、光电（敏）三极管1.工作原理像光电二极管一样实现光-电转换外，还能放大光电流。有NPN和PNP型之分。ecc(+)e(–)3DU5C外型符号IC=（1+）IB=100~1000有3AU、3DU系列如3DU5C：最高工作电压30

V暗电流<0.2

A光电流

3

mA(1000

lx

下)峰值波长900

nm2.1.5特殊三极管2.应用举例（1）开关电路直接驱动式，能提供3mA的光电流。三极管T

用于放大驱动电流。泄流二极管，在继电器脱电时，使线圈自感电动势形成放电回路且限幅为0.7V，从而使三极管免受过大的uCE。（2）测速电路（一）基本原理+–ce发光器件LED受光器件光电二极管光电三极管实现

电-光-电传输和转换二、光电耦合器（二）主要参数1.输入参数。即LED的参数2.输出参数。与光电管同，其中：（1）光电流指输入一定电流（10

mA），输出接一定负载（约500）和一定电压（10

V）时输出端产生的电流。（2）饱和压降指输入一定电流（20

mA），输出接一定电压（10V）,调节负载使输出达一定值(

2

mA

)时时输出端的电压(

通常为0.3V

)。

+–ce3.传输参数（1）电流比CTR

指直流状态下，输出电流与输入电流之比。一般

<

1。（2）隔离电阻RISO。指输入输出间绝缘电阻。（3）极间耐压UISO。指发光管光电管间的绝缘耐压，一般在500V以上。

（三）类型、特点和用途分类：普通光电耦合器线性光电耦合器，用作光电开关。，输出随输入成线性比例变化。特点：抗干扰性能好、隔噪声、响应快、寿命长。用作线性传输时失真小、工作频率高；用作光电开关时无机械触点疲劳，可靠性高。用途：实现电平转换、电信号电气隔离。（四）应用举例1.计算机接口电路示意图计算机系统工业系统传感电路执行机构输入输出R1R2传输线线性光电耦合器功能：（1）双向数据实时传输；（2）隔离，防止现场干扰窜入计算机；（3）电平转换，适应计算机和工业系统执行机构要求。2.光耦合器组成的开关电路功能：（1）实现脉冲传输；（2）实现电平转换。低电平VCC1低电平高电平低电平高电平补充：半导体器件的命名方式第一部分数字电极数2—二极管3—

三极管第二部分第三部分字母(汉拼)材料和极性A—锗材料N型B—锗材料P型C—硅材料N型D—硅材料P型A—锗材料PNPB—锗材料NPNC—硅材料PNPD—硅材料NPN字母(汉拼)器件类型P—普通管W—稳压管Z—整流管K—开关管U—光电管X—低频小功率管G—高频小功率管D—低频大功率管A—高频大功率管第四部分第五部分数字序号字母(汉拼)规格号例如：2CP2AP2CZ2CW3AX313DG12B3DD63CG3DA3AD3DK常用小功率进口三极管901190182.2

共射基本放大电路2.2.1放大电路的组成及主要性能指标2.2.2共射基本放大电路的结构及原理

一般得说，信号是信息的载体。例如，声音信号可以传递语言、音乐或其他信息，图像信号可以传达人类视觉系统能够接受的图像信息。声音或图像信号无法直接传递给电子电路系统，需要先用传感器把它转换为电信号，然后送到电子电路系统中去进一步放大处理。

扩音机的原理图一、放大电路的组成2.2.1放大电路的组成及主要性能指标

扩音机的原理图

放大电路的本质是能量的控制和转换；是在输入信号作用下，通过放大电路将直流电源的能量转换成负载所获得的能量，使负载从电源获得的能量大于信号源提供的能量。因此，电子电路放大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，有时兼而有之。

1.放大电路的组成框图直流电源信号源RS+us–RSis放大电路负载RL信号输入第一级第二级第三级信号输出2.多级放大电路3.放大电路的四端网络表示１122+us–放大电路RS+ui–+uo–RLioiius—信号源电压Rs—信号源内阻RL—负载电阻ui—输入电压uo—输出电压ii—输入电流io—输出电流1122+us–放大电路RS+ui–+uo–RLioii电压增益

Gu(dB)=20lg|Au|1.放大倍数电压放大倍数

Au=uo/ui电流放大倍数

Ai=io/ii功率放大倍数

Ap=po/pi电流增益Gi(dB)=20lg|Ai|功率增益

Gp(dB)=10lg|Ap|二、放大电路的主要性能指标2.输入电阻１1+us–RS+ui–iiRiRi越大，ui与us越接近例us=20mV，Rs=600，比较不同Ri时的ii

、ui。Riiiui60003A18mV60016.7A10mV6030A1.82mV3.输出电阻放大电路的输出相当于负载的信号源，该信号源的内阻称为电路的输出电阻。计算：i2211usRS+u–放大电路=0Ro测量：uot—负载开路时的输出电压；uo—带负载时的输出电压，Ro越小，uot

和

uo

越接近。2211+us–RS+ui–+uo–RLRo+uot–Ri4.电量的符号表示规则A

AA大写表示电量与时间无关(直流、平均值、有效值)；A小写表示电量随时间变化(瞬时值)。大写表示直流量或总电量(总最大值，总瞬时值)；小写表示交流分量。总瞬时值直流量交流瞬时值交流有效值直流量往往在下标中加注QA—主要符号；

A—下标符号。tuOuBE=UBE

+ube一、放大电路的基本概念放大的对象：变化量放大的本质：能量的控制和转换放大电路的必备元件：有源器件（晶体管或场效应管）放大的前提：不失真2.2.2共射放大电路的结构及原理+VCCRcC1C2RL+Rb+ui+uoAA’BB’VCC(直流电源)：•使发射结正偏，集电结反偏•向负载和各元件提供功率C1、C2(耦合电容)：•隔直流、通交流RB(基极偏置电阻)：•提供合适的基极电流RC(集电极负载电阻)：•将IC

UC

，使电流放大

电压放大信号ui从AA’输入信号uo从BB’输出

二、共发射极放大电路的组成基本放大电路的组成

三、放大电路实现信号放大的实质基本放大电路的放大作用四、基本放大电路的组成原则（1）外加电源的极性必须保证三极管的发射结正偏，集电结反偏。（2）输入电压ui要能引起三极管的基极电流iB作相应的变化。（3）三极管集电极电流iC的变化要尽可能的转为电压的变化输出。（4）放大电路工作时，直流电源UCC要为三极管提供合适的静态工作电流IBQ、ICQ和电压UCEQ，即电路要有一个合适的静态工作点Q。（a）不能。因为输入信号被VBB短路，（b）可能。（c）不能。因为输入信号作用于基极与地之间，不能驮载在静态电压之上，必然失真。

2.3基本放大电路的分析方法2.3.1放大电路的图解分析法2.3.2微变等效电路分析法1.基本思想

非线性电路经适当近似后可按线性电路对待，利用叠加定理，分别分析电路中的交、直流成分。一、分析三极管电路的基本思想和方法直流通路(ui=0)分析静态。交流通路(ui

0)分析动态，只考虑变化的电压和电流。2.3.1放大电路的图解分析法2.基本方法图解法：在输入、输出特性图上画交、直流负载线，求静态工作点“Q”，分析动态波形及失真等。微变等效分析法：根据发射结导通压降估算“Q”。用小信号等效电路法分析计算电路动态参数。

静态时直流电流流经的路径称为直流通路。作直流通路时：电容视为开路；电感视为短路；信号源视为短路，但保留其内阻。画直流通路原则：二、静态工作情况分析静态—ui=0，电路中只有直流电源作用。静态工作点

—静态时，各极电流、电压反映在输入、输出特性上的点，常用

“Q”

表示。直流通路+VCCRcRb输入特性OiBuBE输出特性iCuCE

OIB+UBEIBUBEQIC+UCEIBICUCEQ（一）图解分析法+–RBRC+uCE–+

uBE

+–VCCVBB3V5ViBiC输入直流负载线方程：uCE=VCCiC

RCuBE=VBBiBRB输出直流负载线方程：输入回路图解QuBE/ViB/A静态工作点VBBVBB/RB115kUBEQIBQ0.720输出回路图解uCE/ViC/mAVCCVCC/RCO1kQ23UCEQICQOiB=20A线性非线性线性AB+VCCRcC1C2RL+Rb+ui+uo300k4k4k12V练习：IB=40AuCE=

VCC–

iCRC

=

12

–4

iC312Q1.56（二）估算法确定静态工作点+–RBRC+uCE–+

uBE

+–VCCVBB3V5ViBiC115k1k=100练习：用估算法确定静态工作点+VCCRcRbIB+UBEIC+UCE

取UBE=0.7V(硅管)

0.2V(锗管)IC=

IBUCE=

VCC–

ICRC300k4k12V=37.5=37.5

0.04mA=1.5mA=12–1.5

mA

4k=6V（三）电路参数对静态工作点的影响1.改变RB，其他参数不变uBEiBuCEiCVCCVBBVBBRBQQRB

iBQ趋近截止区；RB

iB

Q趋近饱和区。2.改变RC，其他参数不变RC

Q

趋近饱和区。iCuBEiBuCEVCCUCEQQQICQVCCRCiC0iC=VCC/RC例1设RB

=

38

k，求VBB=0

V、3

V时的iC、uCE。+–RBRC+uCE–+

uBE

+–VCCVBB3V5ViBiC1

k[解]uCE/ViC/mAiB=010A20A30A40A50A60A41O235当VBB=0V：iB0，iC

0，5VuCE

5V当VBB=3V：0.3uCE

0.3

V0，iC5mA三极管的开关等效电路SBCEVCC+RCRBiB0uCE

5ViBuCE0判断是否饱和临界饱和电流

ICS和IBS

：iB>IBS，则三极管饱和。动态

—电路中接入ui

后的工作状态。电路中有直流电源作用形成的直流分量，输入电压作用形成的交流分量。交流通路—只考虑变化的电压和电流的电路。电量的符号表示规则A

AA

—主要符号；

A

—下标符号。A大写表示电量与时间无关(直流、平均值、有效值)小写表示电量随时间变化(瞬时值)。A大写表示直流量或总电量(总最大值，总瞬时值)；小写表示交流分量。总瞬时值直流量交流有效值tuOuBE=UBE

+ube交流瞬时值三、动态工作情况分析画交流通路原则：（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）视电容对交流信号短路。（一）图解法分析动态工作情况线性非线性线性输入回路(A左)(B右)输出回路(B左)(A右)+–RBRC+uCE–+uBE

+–VCCVBBiBiCiBiC+uBE

+uCE–AB例硅管，ui

=10sint(mV)，RB=176k，RC=1k，VCC=VBB=6V，图解分析各电压、电流值。[解]令ui=0，求静态电流IBQuBE/ViB/AO0.7V30QuiOtuBE/VOtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA41O23iB=10A20304050505Q6直流负载线QQ6OtiCICQUCEQOtuCE/VUcemibicuceRL+–

iBiCRBVCCVBBRCC1ui+–

+

–

+uCE+uBE–

当ui=0

uBE=UBEQ

iB=IBQ

iC=ICQ

uCE=UCEQ

当ui=Uimsintib=Ibmsintic=Icmsint

uce=–Ucemsint

uo=uceiB=

IBQ

+IbmsintiC=

ICQ

+IcmsintuCE=

UCEQ

–

Ucemsin

t=

UCEQ

+Ucemsin

(180°–

t)uBE/ViB/A0.7V30QuituBE/VtiBIBQ(交流负载线)uCE/ViC/mA4123iB=10A20304050605Q6直流负载线QQ6tiCICQUCEQtuCE/VUcemibicuceOOOOOO基本共发射极电路的波形：+–

iBiCRBVCCVBBRCC1ui+–

+

–

+uCE+uBE–

IBQuiOtiBOtuCEOtuoOtiCOtICQUCEQ（二）放大电路的非线性失真复习：晶体三极管三个工作区域iC

/mAuCE

/V50µA40µA30µA20µA10µAIB=0O24684321截止区：IB0

IC=ICEO0

条件：两个结反偏2.放大区：3.饱和区：uCE

u

BEuCB=uCE

u

BE

0条件：两个结正偏特点：IC

IB临界饱和时：uCE

=uBE深度饱和时：0.3V(硅管)0.1V(锗管)UCE(SAT)=放大区截止区饱和区条件：发射结正偏集电结反偏特点：水平、等间隔ICEO判断如图电路UI=1V、3V、5V

时，BJT的工作状态。VBBRBB[解]

利用戴维宁定理：UI

=

1V：VBB=0.4

V,UBE<

0.5

V，BJT截止UI=3V：VBB=1.2

V，IC

=

I

B

=500.04mA=2

mAUCE=VCC–

IC

Rc=6

VBJT处于放大状态VBBRBB[解]

利用戴维宁定理：UI

=

1V：BJT截止UI=3V：BJT处于放大状态UI=5V：VBB=2

V，IC

=

I

B

=5

mABJT处于饱和状态判断如图电路UI=1V、3V、5V

时，BJT的工作状态。放大电路的非线性失真问题：因工作点不合适或者信号太大使放大电路的工作范围超出了晶体管特性曲线上的线性范围，从而引起非线性失真。1.“Q”过低引起截止失真NPN管：顶部失真为截止失真。PNP管：底部失真为截止失真。不发生截止失真的条件：IBQ>Ibm。OQibOttOuBE/ViBuBE/ViBuiuCEiCictOOiCOtuCEQuce交流负载线2.“Q”过高引起饱和失真ICS集电极临界饱和电流NPN管：

底部失真为饱和失真。PNP管：顶部失真为饱和失真。IBS—基极临界饱和电流。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：IBQ+IbmIBSuCEiCtOOiCO

tuCEQV

CC饱和失真的本质：负载开路时：接负载时：受RC的限制，iB增大，iC不可能超过VCC/RC。受RL的限制，iB增大，iC不可能超过V

CC/RL。C1+RCRB+VCCC2RL+uo++iBiCVui(RL=RC//RL)选择工作点的原则：当ui较小时，为减少功耗和噪声，“Q”

可设得低一些；为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；为获得最大输出，“Q”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2.5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？

（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最大不失真输出电压幅值

Uomax：当“Q”靠近截止区时，

Uomax=Ucut当“Q”靠近饱和区时，

Uomax=UsatUcut=ICR’LUsat=UCE

UCE(sat)估算取UCE(sat)

=

1

V例BJT硅管，=40，各电容足够大，求“Q”、Uomax

。[解](1)求“Q”直流负载线方程：uCE=VCC–

iC

(Rc+Rd)

=12

–4

iCIC=1.6mAUCE=5.6VR’L

=

R

c//

RL

=3

//

6=2

(k)(2)求UomaxUCE+

ICR’L

=5.6+3.2

=8.8V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小信号模型法可以用来分析电路的动态工作情况。微变等效的依据：1.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。3.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。2.3.2微变等效电路分析法一、三极管的小信号简化模型1.输入回路的模型动态电阻：BJT内部电阻示意图b’ecbrbb’rbb’—基区体电阻rb’erb’e—发射结电阻r’er’e—集电区体电阻rbb’通常为几百欧（取300）re=rb’e+r’e

rb’e注意！rbeUBE/IB，因为rbe是动态电阻，而式右是静态参数，不能混淆。2.输出回路的模型BJT小信号模型+uce–+ube–

ibicCBErbe

Eibicic+ube+uceBC2.输出回路的模型BJT小信号模型+uce–+ube–

ibicCBErbe

Eibicic+ube+uceBC注意！小信号模型：（1）未考虑BJT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，不能用于计算静态工作点。（4）适于NPN和PNP管，不必改电压、电流参考方向。3.放大电路的输入、输出电阻输入电阻：Ri越大，Ui与Us越接近。输出电阻：（1）实验法：（2）加压法求流法：+–URo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：①

用公式估算法估算Q点值，并计算Q点处的参数rbe值。②

由放大电路的交流通路，画出放大电路的微变等效电路。③

根据等效电路直接列方程求解Au、Ri、Ro。注意：NPN和PNP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+VCCRcC1C2RL+Rb+ui+uoAA’BB’1.画简化小信号模型电路2.求电压放大倍数R’L=Rc//RL3.求输入电阻4.求输出电阻Ro

=RC+Uo+–

RbRLrbe

eIcbcRCIbIcUiIi+–输入输出相位相反5.源电压放大倍数+Uo+–

RbRLrbe

eIcbcRCIbIcUiUsRsIi例BJT硅管，VCC

=12

V

，=40，求：Au、Ri、Ro。

+VCCRcC1C2RL+Rb+us+uo0.6k3.9k3.9k300k+RS[解]rbe=300

+26mV/IB

=1k

=

–

78Ro=RC=

3.9

k某电路如图所示。晶体管T为硅管，其，电路中的UCC=24V、RB=96kΩ、RC=RE=2.4kΩ、电容器C1、C2、C3

的电容量均足够大、正弦波输入信号的电压有效值ui=1V。试求：输出电压uo1、uo2的有效值；用内阻为10kΩ的交流电压表分别测量uo1、uo2时，交流电压表的读数各为多少？解：（1）根据共射极、共集电极放大电路的开路电压放大倍数求（2）三、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，适用于Q点分析、非线性失真分析、最大不失真输出幅度的分析，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，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小信号，不能用来求解静态工作点Q。2.4

分压式工作点稳定电路2.4.1温度对静态工作点的影响2.4.2工作点稳定放大电路的分析温度，输入特性曲线温度，输出特性曲线OT1T2>iCuCET1iB=0T2>iB=0iB=0O温度对ICBO、ICEO的影响

温度每升高10C，

两者约增大1倍。2.温度对UBE

的影响温度每升高1C，

UBE

(22.5)mV。3.温度对的影响温度每升高1C，

(0.51)%。输出特性曲线间距增大。2.4.1温度对静态工作点的影响一、电路组成+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+ui+us+uoVCC(直流电源)：•使发射结正偏，集电结反偏•向负载和各元件提供功率C1、C2(耦合电容)：•隔直流、通交流RB1

、RB2(基极偏置电阻)：•提供合适的基极电流RC(集电极负载电阻)：•将IC

UC

，使电流放大

电压放大RE(发射极电阻)：•稳定静态工作点“Q”CE(发射极旁路电容)：•短路交流，消除RE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二、直流分析+VCCRCRERB1RB2+UBEQ

+UCEQIBQI1ICQIEQ要求：I1(510)IBQUBQ(510)UBEQ方法1：估算稳定“Q”的原理：TICUEUBE

IC方法2：利用戴维宁定理求IBQVCCRCRERB1RB2+–+–VCCVCCRCRE+–+–V

CCRBIBQ三、交流分析+us+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+uoRCRB1RB2+ui+uoRLibicii交流通路小信号等效电路rbe

ib1.电压放大倍数源电压放大倍数2.输入电阻Ri3.输出电阻RoRo

=RC当没有旁路电容CE时：小信号等效电路1.电压放大倍数源电压放大倍数2.输入电阻3.输出电阻Ro=RC交流通路RCRB1RB2+ui+uoRLibiciiRERCRB1RB2+ui+uoRLibiciirbeibRERiRi例=100，RS=1k，RB1=62k，RB2=20k,RC=3k，RE=1.5k，RL=5.6k，VCC=15V。求：“Q”，Au，Ri，Ro。[解]1)求“Q”+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+us+uo+VCCRCC1C2RLRE+CE++RB1RB2RS+us+uo2)求Au，Ri，Ro，

AusRo=RC=3k去掉旁路电容CE时：+VCCRCC1C2RLRE++RB1RB2RS+us+uo1)静态工作点“Q”不变2)求Au、Aus、Ri、RoRCRB1RB2+ui+uoRLibiciirbeibRERo

=RC=3k既稳定“Q”，Au

又较大的电路2.5共集和共基放大电路2.5.1共集电极放大电路2.5.2共基极放大电路

共集电极放大电路又称为射极输出器、射极跟随器。一、电路组成与静态工作点IBQIEQ+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+usIBQ=(VCC

–UBEQ)/[RB+(1+)

RE]ICQ=

IBQUCEQ=VCC–

ICQ

RE交流通路RsRB++uoRLibiciiRE共集电极电路2.5.1共集电极放大电路二、动态参数分析交流通路RsRB++uoRLibiciiRE小信号等效电路usRB+uoRLibiciirbeibRERs+RL=RE//RL电压放大倍数：1输入电阻：输出电阻：usRB+uoRLibiciirbeibRERs+RBibiciirbeibRERsus=0+uiiRERS=Rs//RBi=iRE

–ib–ib射极输出器特点Au1

输入输出同相Ri

高Ro

低用途：输入级输出级中间隔离级例

=120，RB=300k，rbb=200，UBEQ=0.7VRE=RL=Rs=1k，VCC=12V。求：“Q”，Au，Ri，Ro。IBQIEQ+C1RS+ui

–RERB+VCCC2RL+–+uo–+us[解]1)求“Q”IBQ=(VCC–

UBE)/

[RB

+

(1+

)

RE]=(12

–0.7)/[300+1211]

27(A)IEQ

IBQ

=3.2(mA)UCEQ=VCC–

ICQ

RE

=12–3.21=8.8(V)2)求Au，Ri，Rorbe=200+26/0.027

1.18(k)Ri=300//(1.18+121)=51.2(k)RL=

1

//

1

=0.5(k)无C3、RB3：Ri=(RB1//RB2)//[rbe+(1+)RE]Ri=50//510=45(k)Ri=(RB3+RB1//RB2)//[rbe+(1+)RE]Ri=(100+50)//510=115(k)无C3有RB3：接C3：RB3

//rberbeRi=rbe+(1+)(RB//RE)=(1+)(RB//RE)Ri=5150//10=425(k)提高Ri

的电路：+C1RSRERB1+VCCC2+–+uo–+us+RB2RB3C3=50100k100k100k10kRB+uoibiciirbeibRE+uiRB32.5.2共基极放大电路电路图+VCCRcCbC2RLRe+++Rb1Rb2RS+us

+uoC1+ui习惯画法+VCCRcCbC2RLRe++Rb1Rb2RS+us+uoC1++ui一、静态分析（略）交流通路RcReRS+usRL+ui+uo小信号模型+UoRcReRS+UsRLrbeIoIcIeIiIb

Ib+Ui二、动态分析+UoRcReRS+UsRLrbeIoIcIeIiIb

Ib+UiRiRiRoRo=RC特点：1.Au大小与共射电路相同。

2.输入电阻小，Aus

小。用途：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

共基极电路具有电压放大作用，uo与ui同相位。放大管输入电流为ie，输出电流为ic，没有电流放大作用，ic≈ie，因此电路又称为电流跟随器。其输入电阻很小，输出电阻很大。共基极电路的频率特性比较好，一般多用于高频放大电路。+VCCRCC2C3RLRE+++RB1RB2RS+us+uoC1Ro=RC2.4.2共基极放大电路2.6.2MOS场效应管2.6.3场效应管的偏置电路及静态分析2.6.1结型场效应管2.6场效应管及其放大电路2.6.4场效应管放大电路的动态分析引言场效应管FET

(FieldEffectTransistor)类型：结型JFET

(JunctionFieldEffectTransistor)绝缘栅型IGFET(InsulatedGateFET)特点：1.单极性器件(一种载流子导电)3.工艺简单、易集成、功耗小、体积小、成本低2.输入电阻高(1071015，IGFET可高达1015)2.6.1结型场效应管1.结构与符号JFET结构N沟道JFETP沟道JFET2.工作原理uGS

0，uDS

>0

此时

uGD=UP；

沟道楔型耗尽层刚相碰时称预夹断。预夹断当uDS

，预夹断点下移。3.转移特性和输出特性UP当UP

uGS0时,uGSiDIDSSuDSiDuGS=–3V–2V–1V0V–3VJFET工作原理OO场效应管的主要参数开启电压UT(增强型)

夹断电压

UP(耗尽型)

指uDS=某值，使漏极电流iD为某一小电流时的uGS

值。UTUP2.饱和漏极电流IDSS耗尽型场效应管，当uGS=0时所对应的漏极电流。3.直流输入电阻RGS指漏源间短路时，栅、源间加反向电压呈现的直流电阻。JFET：RGS>107

MOSFET：RGS=109

1015IDSSuGS/ViD/mAO4.低频跨导gm

反映了uGS对iD的控制能力，单位S(西门子)。一般为几毫西

(mS)uGS/ViD/mAQPDM=uDSiD，受温度限制。5.漏源动态电阻rds6.最大漏极功耗PDMO一、增强型N沟道MOSFET

(MentalOxideSemi—FET)2.6.2MOS场效应管1.结构与符号P型衬底(掺杂浓度低)N+N+用扩散的方法制作两个N区在硅片表面生一层薄SiO2绝缘层SD用金属铝引出源极S和漏极DG在绝缘层上喷金属铝引出栅极GB耗尽层S—源极SourceG—栅极Gate

D—漏极DrainSGDBMOSFET结构2.工作原理1)uGS

对导电沟道的影响

(uDS=0)a.

当UGS=0

，DS间为两个背对背的PN结；b.

当0<UGS<UT(开启电压)时，GB间的垂直电场吸引

P区中电子形成离子区(耗尽层)；c.

当uGS

UT

时，衬底中电子被吸引到表面，形成导电沟道。uGS

越大沟道越厚。反型层(沟道)2)

uDS

对

iD的影响(uGS>UT)

DS间的电位差使沟道呈楔形，uDS，靠近漏极端的沟道厚度变薄。预夹断(UGD=

UT)：漏极附近反型层消失。预夹断发生之前：uDSiD。预夹断发生之后：uDSiD不变。MOS工作原理3.转移特性曲线2464321uGS/ViD/mAUDS=10VUT当uGS>UGS(th)

时：uGS=2UGS(th)

时的

iD值4.输出特性曲线可变电阻区uDS<uGSUTuDSiD

，直到预夹断饱和(放大区)uDS，iD

不变uDS加在耗尽层上，沟道电阻不变截止区uGS

UT

全夹断iD=0

开启电压iD/mAuDS/VuGS=2V4V6V8V截止区

饱和区可变电阻区放大区恒流区OO二、耗尽型N沟道MOSFETSGDBSio2

绝缘层中掺入正离子在uGS=0时已形成沟道；在DS间加正电压时形成iD，uGS

UP

时，全夹断。输出特性uGS/ViD/mA转移特性IDSSUGS(off)夹断电压饱和漏极电流当uGS

UP

时，uDS/ViD/mAuGS=4V2V0V2VOO三、P沟道MOSFET增强型耗尽型SGDBSGDBN沟道增强型SGDBiDP沟道增强型SGDBiD2–2OuGS/ViD/mAUTOuDS/ViD/mA–2V–4V–6V–8VuGS=8V6V4V2VSGDBiDN沟道耗尽型iDSGDBP沟道耗尽型UPIDSSuGS/ViD/mA–5O5OuDS/ViD/mA5V2V0V–2VuGS=2V0V–2V–5VN沟道结型SGDiDSGDiDP沟道结型uGS/ViD/mA5–5OIDSSUPOuDS/ViD/mA5V2V0VuGS=0V–2V–5VFET符号、特性的比较场效应管的主要特点及使用注意事项

特点：FET为电压控制型器件，栅极基本无电流，输入电阻高，常用做高输入阻抗输入级。多

子导电，受温度、辐射等外界因素影响小。噪声比BJT小（尤其是JFET）。MOS管制造工艺简单，体积小，功耗小，易集成。使用注意事项：MOS管衬底与源极通常接在一起。若需分开，衬源间电压须反偏（NMOSuGS

<0，PMOSuGS

>

0）。MOS管输入电阻极高，使栅极感应电荷产生高压造成管子击穿。为避免栅极悬空及减少感应，储存时应将三个极短路；焊接时，用镊子短路三个极，并将电烙铁断电后焊接；不能用万用表检测，只能接入测试仪后再去掉短路线测试，取下前也应先短路。JFET可在栅源极开路情况下储存和用万用表检测。MOS管栅极过压保护电路三极管和场效应管放大和开关电路的应用举例一、简易助听器电路音量调节PNP型小功率管（3AX）二、触电保护电路（旁路电流检测器）L1、L2匝数相等，双线并绕反向串接，磁通抵消，使二次侧L3无感应电动势，A点电压约0.47

V，T1、T2截止。KA不动作。0.47

VIdL2上电流小于L1，二次侧L3感应电动势，经整流滤波后，A点电压0.2

V

，T1、T2导通。KA动作，KA1KA2断开，电器断电。0.2

V恢复开关采用阻容降压稳压管稳压泄流二极管模拟人体触电三、恒流充电机电路功能：给摩托车、电动自行车电瓶和可充电电池恒流充电。整流滤波分压稳压电流调节原理：利用VMOS栅源电压不变时iD恒流，实现恒流充电。指示变压场效应管的特点1、场效应管是一种电压控制器件2、场效应管的栅极几乎不取电流，所以其输入电阻非常高。3、场效应管具有噪声小、受外界温度及辐射的影响小。4、场效应管制造工艺简单，有利于大规模集成。5、场效应管存放时，应将栅极和源极短接在一起。6、场效应管的跨导较小，电压放大倍数一般比双极性三极管低。2.6.3场效应管的偏置电路及静态分析+VDDRdC2CS+++uoC1+uiRgRsgsd

1.工作原理一、自偏压电路栅极电阻Rg的作用：(1)为栅偏压提供通路(2)泻放栅极积累电荷源极电阻Rs的作用：提供负栅偏压漏极电阻Rd的作用：把iD的变化变为uDS的变化uGS=uG

–

uS

=–iDRs

2.静态工作点的估算UGS=–IDRsUDS=VDD–

ID（Rs+Rd）二、分压式自偏压电路调整电阻的大小，可获得：UGS>0UGS=0UGS<0RL+VDDRdC2Cs+++uoC1+uiRg2RsgsdRg1Rg32.6.4场效应管放大电路的动态分析一、FET的简化小信号模型从输入回路看，iG

0，故认为g、s极间开路；从输出回路看，漏极电流受栅、源电压控制，有：对于正弦量：小信号模型sIdgmUgs+Ugs+Udsgd二、用小信号模型分析

FET

共源极放大电路RL+VDDRdC2Cs+++uoC1+uiRg2RsgsdRg1Rg3RLRD+Uo+UiRg2gsdRg3Rg1+UgsgmUgsIdIiRS有

CS

时：无

CS

时：Ri、Ro不变例已知gm

=0.7mS，求电压放大倍数、输入和输出电阻。47

kRLRdC2Cs+++uoC1+uiRg2gsdRg1Rg32k30

k2

M10

M10k+18VRs解：二、性能指标分析1.共源放大电路有CS时：RL+VDDRDC2CS+++uoC1+uiRG2RSGSDRG1RG3RLRD+uo+uiRG2GSDRG3RG1+ugsgmugsidii无CS

时：RSRi、Ro不变2.共漏放大电路RL+VDDC2++uoC1+uiRG2RSGSDRG1RG3RLRS+uo+uiRG2GSDRG3RG1+ugsgmugsiiioRo小结一、两种半导体放大器件双极型半导体三极管(晶体三极管

BJT)单极型半导体三极管(场效应管

FET)两种载流子导电多数载流子导电晶体三极管1.形式与结构NPNPNP三区、三极、两结2.特点基极电流控制集电极电流并实现放大放大条件内因：发射区载流子浓度高、基区薄、集电区面积大外因：发射结正偏、集电结反偏3.电流关系IE=IC+IBIC=

IB+ICEO

IE=(1+)

IB+ICEOIE=IC+IBIC=

IB

IE=(1+)

IB

4.特性iC

/mAuCE

/V100µA80µA60µA40µA20µAIB=0O369124321O0.40.8iB

/AuBE/V60402080死区电压(Uth)：0