三极管及放大电路基础课件

第四章三极管及放大电路基础重点：1.了解三极管的基本构造、工作原理和特性曲线，理解主要参数的意义；2.理解三极管的电流分配和电流放大作用；3.会判断三极管的工作状态。4.掌握各类三极管放大电路的分析方法:(1)静态的工作点估算法;(2)动态的微变等效电路分析法,即AV、Ri和Ro的计算方法。1第四章重点：1§4.1晶体三极管双极型晶体管(BipolarJunctionTransistor,简称BJT)(a)小功率管(b)小功率管(c)中功率管(d)大功率管2§4.1晶体三极管(a)小功率管(b)半导体三极管有两种类型:NPN型和PNP型。4.1.1BJT的结构简介特点：基区薄，惨杂浓度低发射区惨杂浓度最高集电区面积最大3半导体三极管有两种类型:NPN型和PNP型

扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。少数载流子的运动因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使扩散到基区的电子（非平衡少子）中的极少数与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴的扩散4.1.2放大状态下BJT的工作原理1.内部载流子的传输过程4扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电流IBIE＝IB＋IC

IE－扩散运动形成的电流

IB－复合运动形成的电流IC－漂移运动形成的电流穿透电流集电结反向电流直流电流放大系数交流电流放大系数2.电流分配关系5IE＝IB＋IC穿透电流集电结反向电流综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到达集电极而实现的。实现这一传输过程的两个条件是：（1）内部条件：发射区杂质浓度远大于基区杂质浓度，且基区很薄。（2）外部条件：发射结正向偏置，集电结反向偏置。6综上所述，三极管的放大作用，主要是依靠它的发射极电流4.1.3BJT的V-I特性曲线

iB=f(vBE)

vCE=const(3)当vCE≥1V时，特性曲线基本重合。集电结的电场足够强，已收集绝大部分电子，故随VCE，IB电流无明显变化。(1)当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。1.输入特性曲线（以共射极放大电路为例）共射极连接(2)随vCE的增加，曲线右移。等于1V时集电结已进入反偏状态，开始收集电子，基区复合减少，同样的vBE下IB减小，特性曲线右移。74.1.3BJT的V-I特性曲线iB=f(vBE)饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE＜0.7V(硅管)。发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。iC=f(vCE)

iB=const2.输出特性曲线输出特性曲线的三个区域:截止区：iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。此时，vBE小于死区电压。发射结反偏，集电结反偏。放大区：iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距；随VCE增加，曲线略向上倾斜。发射结正偏，集电结反偏。8饱和区：iC明显受vCE控制的区域，该区域内，一般vCE＜0

(1)共发射极直流电流放大系数

=（IC－ICEO）/IB≈IC/IB

vCE=const1.电流放大系数

4.1.4BJT的主要参数与iC的关系曲线

(2)共发射极交流电流放大系数

=

IC/

IB

vCE=constβ是常数吗？什么情况下?9(1)共发射极直流电流放大系数1.电流放大系数(3)共基极直流电流放大系数 =（IC－ICBO）/IE≈IC/IE

(4)共基极交流电流放大系数α

α=

IC/

IE

vCB=const

当ICBO和ICEO很小时，≈

、≈

，可以不加区分。10(3)共基极直流电流放大系数(4)共基极交流电流放

2.极间反向电流ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的电流，受温度的影响大。温度

ICBO

衡量晶体管集电结质量的重要指标。越小，管子稳定性越好。

(2)集电极-发射极间的反向饱和电流ICEO

ICEO=（1+）ICBO

(1)集电极-基极间反向饱和电流ICBO

112.极间反向电流ICBO是由少数载流子的漂移运动所形成的(1)集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功率损耗PCM

PCM=ICVCE

3.极限参数集电极电流IC上升会导致三极管的

值的下降。一般把β减小到额定值的1/2时，所对应的IC值。IC超过ICM后，β显著减小，放大性能降低。12(1)集电极最大允许电流ICM(2)集电极最大允许功4.1.5温度对BJT参数及特性的影响(1)温度对ICBO的影响温度每升高10℃，ICBO约增加一倍。(2)温度对

的影响温度每升高1℃，

值约增大0.5%~1%。

(3)温度对反向击穿电压V(BR)CBO、V(BR)CEO的影响温度升高时，V(BR)CBO和V(BR)CEO都会有所提高。

1.温度对BJT参数的影响134.1.5温度对BJT参数及特性的影响(1)温度对IC2.温度对晶体管特性的影响142.温度对晶体管特性的影响14放大电路的性能指标（课本P12）放大倍数：衡量放大电路放大能力的指标。定义为输出量有效值与输入量有效值之比。15放大电路的性能指标（课本P12）放大倍数：衡量放大电路放大能非线性失真：当放大电路工作时，晶体管进入饱和区或截止区，输出波形失去了输入波形的形状，这种失真由于晶体管的非线性造成的，故称为非线性失真。输入电阻：表明了放大电路对信号源的影响程度。输出电阻：反映了放大电路带负载的能力。最大输出幅值：又称动态范围，是指输出波形的非线性失真在允许的范围内，放大电路可能输出的最大信号的峰值。16非线性失真：当放大电路工作时，晶体管进入饱和区或截止区，输出VBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合适的IB。VCC：使UCE≥UBE，同时作为负载的能源。Rc：将ΔiC转换成ΔuCE(uO)。4.2共射极放大电路的工作原理4.2.1基本共射极放大电路的组成Vi：待放大的时变输入信号。17VBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合适的IB。VCC：使通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。4.2.2基本共射极放大电路的工作原理1.静态(直流工作状态)输入信号vi＝0时，放大电路的工作状态称为静态或直流工作状态。

静态时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。18通常，放大电路中直流电源的作用和交流信号的作用共存，直流通路VCEQ=VCC－ICQRc

画直流通路原则：①vi=0，保留Rs；②电容开路；③电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。19直流通路VCEQ=VCC－ICQRc画直流通路原则：192.动态

输入正弦信号vs后，电路将处在动态工作情况。此时，BJT各极电流及电压都将在静态值的基础上随输入信号作相应的变化。

动态信号作用时：放大电路为什么要设置直流呢？202.动态输入正弦信号vs后，电路将处在动态工交流通路画交流通路的原则：对交流信号，内阻小的电压源视为短路，内阻大的电流源视为开路对一定频率范围内的交流信号，较大的电容视为短路21交流通路画交流通路的原则：对交流信号，内阻小的电压源视静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。信号能正常地输入和输出。放大电路组成原则22静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。放大电路组成4.3.1图解分析法1.静态分析

列输入回路方程

列输出回路方程（直流负载线）

VCE=VCC－iCRc

首先，画出直流通路直流通路4.3放大电路的分析方法234.3.1图解分析法1.静态分析列输入回路方程输入回路负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线

在输入特性曲线上，作出直线

，两线的交点即是Q点，得到IBQ。

在输出特性曲线上，作出直流负载线VCE=VCC－iCRc，与IBQ曲线的交点即为Q点，从而得到VCEQ和ICQ。24输入回路负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线

根据vs的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出vBE、iB的波形2.动态分析25根据vs的波形，在BJT的输入特性曲线图上画出vBE、

根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和vCE的波形26根据iB的变化范围在输出特性曲线图上画出iC和vCE的

共射极放大电路中的电压、电流波形27共射极放大电路中的电压、电流波形27截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。截止失真是在输入回路首先产生失真！3.静态工作点对波形失真的影响28截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。截止饱和失真消除方法：增大Rb，减小Rc，减小β，减小VBB，增大VCC。Rb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑：饱和失真是输出回路产生失真。最大不失真输出电压Uom：比较UCEQ与（VCC－UCEQ），取其小者，乘以。这可不是好办法！29饱和失真消除方法：增大Rb，减小Rc，减小β，减小VBB，增图解法分析放大电路的步骤由直流通路写出直流负载方程在特性曲线上作直流负载线，确定Q在特性曲线上作交流负载线画出输出电压、电流的波形，分析放大过程求放大倍数、动态范围、分析波形失真等静态分析动态分析30图解法分析放大电路的步骤由直流通路写出直流负载方程在特性曲线4.3.2小信号模型分析法1.BJT的小信号模型BJT是非线性器件小信号模型就是将BJT线性化314.3.2小信号模型分析法1.BJT的小信号模型BJT基区体电阻（反映基区对电流的阻碍作用）32基区体电阻（反映基区对电流的阻碍作用）323333低频简化小信号模型34低频简化小信号模型342.基本共射极放大电路分析（1）静态分析：利用直流通路求Q点352.基本共射极放大电路分析（1）静态分析：利用直流通路求Q（2）动态分析：画小信号等效电路，求Au,Ri,Ro小信号等效电路36（2）动态分析：画小信号等效电路，求Au,Ri,Ro小信根据则电压增益为1)电压增益小信号等效电路37根据则电压增益为1)电压增益小信号等效电路372)输入电阻3)输出电阻令Ro=Rc所以382)输入电阻3)输出电阻令Ro=Rc所以38

放大电路如图所示。已知BJT的ß=80,Rb=300k

，Rc=2k

，VCC=+12V，求：

1)放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域2)当Rb=100k

时,放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域?(忽略BJT的饱和压降)解：1)所以BJT工作在饱和区。此时Q(120vA，6mA，0V)例ICQ＝

IB＝9.6mA＞6mAICQ＝

IB＝3.2mA<VCEQ＝VCC－ICQRC＝5.6V静态工作点为Q(40

A,3.2mA,5.6V),BJT工作在放大区。(2)当Rb=100k

时:39放大电路如图所示。已知BJT的ß=共射放大电路如图所示。设：VCC＝12V，Rb=300kΩ,

Rc=3kΩ,RL=3kΩ,BJT的b

=60。试求：

1）电路的静态工作点Q。2）估算电路的电压放大倍数、输入电阻Ri和输出电阻Ro。3）若输出电压的波形出现如下失真，是截止还是饱和失真？应调节哪个元件？如何调节？解：

1)例3)为截止失真,应减小Rb。40共射放大电路如图所示。设：VCC＝12V，Rb=32)画微变等效电路Ri=rbe//Rb≈rbe=993ΩRo=Rc=3kΩ412)画微变等效电路Ri=rbe//Rb≈rbe=993ΩR4.4.1温度对静态工作点的影响4.4放大电路静态工作点的稳定问题

合理设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。但是放大电路的静态工作点常因外界条件的变化(晶体管的老化、电源的波动、温度的变化)而发生变动。其中影响最大的是温度的变化。424.4.1温度对静态工作点的影响4.4放大电路静态工作点4.4.2稳Q电路-射极偏置电路（1）稳定工作点原理目标：温度变化时，使IC维持恒定。T

稳定原理：

IC

IE

VE、VB不变

VBE

IB

IC

（反馈控制）1.基极分压式射极偏置电路(a)原理电路(b)直流通路434.4.2稳Q电路-射极偏置电路（1）稳定工作点原理目标（2）放大电路指标分析①静态工作点44（2）放大电路指标分析①静态工作点44②电压增益45②电压增益454646③输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻47③输入电阻则输入电阻放大电路的输入电阻不包含信号源的内阻47④输出电阻求输出电阻的等效电路网络内独立源置零负载开路输出端口加测试电压其中所以因为故输出电阻48④输出电阻求输出电阻的等效电路网络内独立源置零负载开路2.含有双电源的射极偏置电路（1）阻容耦合静态工作点492.含有双电源的射极偏置电路（1）阻容耦合静态工作点49（2）直接耦合50（2）直接耦合503.含有恒流源的射极偏置电路静态工作点由恒流源提供分析该电路的Q点及、、

513.含有恒流源的射极偏置电路静态工作点由恒流源提供分析该电

在图示放大电路中，已知VCC=12V,RC=6kΩ,

RE1=300Ω，RE2=2.7kΩ，RB1=60kΩ，RB2=20kΩ

RL=6kΩ，晶体管β=50，VBE=0.6V,试求:1)静态工作点IB、IC及VCE；2)画出微变等效电路；3)输入电阻ri、ro及Av。RB1RCC1C2RB2CERE1RL++++VCCvivo++––RE2例52在图示放大电路中，已知VCC=12V,RC=6k直流通路RB1RCRB2RE1+VCCRE2+–VCEIEIBICVB解:1)由直流通路求静态工作点53直流通路RB1RCRB2RE1+VCCRE2+–VCEIEI2)由微变等效电路求Av、ri、

ro。微变等效电路rbeRBRCRLEBC+-+-+-RSRE542)由微变等效电路求Av、ri、ro。微变等效电4.5.1共集电极放大电路1.静态分析由得直流通路4.5共集电极和共基极放大电路554.5.1共集电极放大电路1.静态分析由得直流通路4.5①小信号等效电路2.动态分析交流通路56①小信号等效电路2.动态分析交流通路56②电压增益输出回路：输入回路：电压增益：其中一般，则电压增益接近于1，电压跟随器即。57②电压增益输出回路：输入回路：电压增益：其中一般，则电压增益③输入电阻输入电阻大58③输入电阻输入电阻大58④输出电阻由电路列出方程其中则输出电阻当，时，输出电阻小59④输出电阻由电路列出方程其中则输出电阻当，时，输出电阻小59共集电极电路特点：◆电压增益小于1但接近于1，◆输入电阻大，对电压信号源衰减小◆输出电阻小，带负载能力强。60共集电极电路特点：◆电压增益小于1但接近于1，◆输入电阻4.5.2共基极放大电路1.静态工作点直流通路与射极偏置电路相同614.5.2共基极放大电路1.静态工作点直流通路与2.动态指标①电压增益输出回路：输入回路：电压增益：交流通路小信号等效电路622.动态指标①电压增益输出回路：输入回路：电压增益：交流通路②输入电阻小信号等效电路输入电阻小63②输入电阻小信号等效电路输入电阻小63∵(1+

)ib·(Re//RS)+ib·rbe=0ic=0∴ib=0输出电阻大③输出电阻

Ro＝RC故64∵(1+)ib·(Re//RS)+ib·rbe=0ic4.5.3放大电路三种组态的比较1.三种组态的判别以输入、输出信号的位置为判断依据：信号由发射极输入，集电极输出——共基极电路信号由基极输入，集电极输出——共射极放大电路信号由基极输入，发射极输出——共集电极放大电路

654.5.3放大电路三种组态的比较1.三种组态的判别以输入2.三种组态的比较662.三种组态的比较66优点：电路中无电容，便于集成化。缺点：各级放大器Q点不独立,相互影响。输出温度漂移严重。4.6组合放大电路(多级放大电路)

在实际应用中,为得到理想的增益、输入电阻、输出电阻，常把前面三种单管放大电路组合起来使用。4.6.1多级放大器的耦合方式1.阻容耦合优点：

各级放大器Q点独立。输出温度漂移比较小。缺点：

不便于集成。低频特性差，只能放大中高频信号。2.直接耦合耦合方式指多级放大电路中前级电路与后级电路的连接方式。67优点：电路中无电容，便于集成化。4.6组合放大电路(多级放4.6.2共射—共基放大电路1、电路684.6.2共射—共基放大电路1、电路68VC1＝VE2＝VB2－VBE2VCE1＝VC1－(VB1－VBE1)

VCE2＝VCC－IC2RC2－VE2IC2≈IE2＝IC1≈IE1

Rb11Rb21Re1RC2Rb12Rb22+VCC+VCE1-IB1IE1IB2IC2+VCE2-2、静态分析69VC1＝VE2＝VB2－VBE2IC2≈IE2＝IC1≈I其中所以因为因此3、动态分析电压增益70其中所以输入电阻Ri＝＝Rb||rbe1＝Rb1||Rb2||rbe1

输出电阻Ro

Rc2

多级放大电路的分析方法：多级放大电路的电压放大倍数是各级电压放大倍数之积；多级放大电路的输入电阻是第一级放大电路的输入电阻；多级放大电路的输出电阻是最后一级的输出电阻；71输入电阻Ri＝＝Rb||rbe1＝Rb1||Rb2||rbe一、复合管相关概念所谓复合管是指将两只三极管按照一定的原则连接起来构成一个类似于NPN或PNP的三端器件，习惯上也称为达林顿管。4.6.3共集—共集放大电路1、什么是复合管？复合管可以提供更高的电流增益，也便于在功放电路中配对。①对于同类型的三极管，前级的发射极应与后级的基极相连；②不同类型的三极管，前级的集电极应与后级的基极相连。2、复合管有什么用？3、复合管的连接原则72一、复合管相关概念所谓复合管是指将两只三极管按照一定73734、复合管的主要参数1）电流放大系数744、复合管的主要参数1）电流放大系数742）输入电阻两只NPN管

NPN管和PNP管

752）输入电阻两只NPN管NPN管和PNP管75二、共集—共集放大电路式中

≈

1

2rbe＝rbe1＋(1＋

1)rbe2R

L＝Re||RL

Ri＝Rb||[rbe＋(1＋

)R

L]

1)电压倍数2)输入电阻3)输出电阻76二、共集—共集放大电路式中Ri＝Rb||[rbe＋(1＋)4)改进不足：图中T2的电流是T1的倍,因此T1的工作点电流IC太小,工作点太低。改进：在T1射极与地之间加接一只几十k以上的电阻Re1或接恒流源。注意：加接Re1后T1、T2不再组成复合管。774)改进不足：图中T2的电流是T1的倍,因此T1的工作4.7放大电路的频率响应

放大电路放大倍数与频率的关系，称为放大电路的频率特性，又称频率响应。

不同频率信号的放大倍数不同，即放大倍数是频率的函数式中表示电压放大倍数的模与频率的关系，称为幅频特性；表示输出电压与输入电压间的相位差与频率的关系，称为相频特性。784.7放大电路的频率响应放大电路放大倍数4.7.1单时间常数RC电路的频率响应1.RC低通电路的频率响应则令电压增益的幅值（模）（幅频响应）电压增益的相角（相频响应）①增益频率函数RC低通电路794.7.1单时间常数RC电路的频率响应1.RC低通电路的最大误差-3dB②频率响应曲线描述幅频响应相频响应80最大误差-3dB②频率响应曲线描述幅频响应相频响应802.RC高通电路的频率响应RC电路的电压增益：幅频响应相频响应输出超前输入RC高通电路812.RC高通电路的频率响应RC电路的电压增益：幅频响应相频1.BJT的中低频小信号模型icib+vce-cbe+vbe-①分析动态②信号很小③中低频crbe

ibibbeic+vce-+vbe-2.BJT的高频小信号模型icib+vce-cbe+vbe-①分析动态②信号很小③高频+

.Vbe-+

.Vce-rbb'becb'.Ib.Icrb'eCb'e+

.Vb'e-Cb'c.gmVb'e4.7.2BJT的高频小信号模型及频率参数821.BJT的中低频小信号模型icib+cbe+①分析动态c基区的体电阻:rbb'≈几十~几百

发射结电阻:

rb'e≈(1+)26(mV)/IEQ发射结电容:Cb'e≈几十~几百pF集电结电容:Cb'c≈2~10pF互导:gm≈IEQ/26(mV)+

.Vbe-+

.Vce-rbb'becb'.Ib.Icrb'eCb'e+

.Vb'e-Cb'c.gmVb'e3.BJT高频小信号模型中元件参数值的求法