晶体三极管(BJT)及放大电路基础解读

第三章晶体三极管(BJT)及放大电路基础§3.1半导体BJT一BJT结构与电路符号二晶体管电流的分配与放大作用演示实验结论：１、晶体管起放大作用的条件：

发射结正偏，集电结反偏，称为BJT的放大偏置。即满足下列电压关系：NPNVCB﹥0，VBE﹥0或VC＞VB＞VEPNPVCB﹤0，VBE﹤0或VC＜VB＜VE２、放大偏置时的电流分配与放大关系：

(1)IE=IC+IB

(2)IC和IE》IE

基极电流的少量变化△IB可引起集电极电流△IC的较大变化

(3)当IB=0时，IC=ICEO解释：BJT内部载流子的传输过程

⑴发射区向基区注入电子

⑵电子在基区中的扩散与复合

⑶集电区收集扩散过来的电子

三BJT静态特性曲线BJT静态特性曲线：是在伏安平面上作出的反映晶体管各极直流电流电压关系的曲线。BJT静态特性曲线用途：

１、晶体三极管的组态将晶体三极管视为双端口器件，分析其三种典型接法，称为组态。共基极接法（CB）

共射接法（CE）

共接接法（CC）

２、共射输入特性曲线共射输入特性曲线是以输出电压VCE为参变量，输入口基极电流iB随发射结电压vBE变化的曲线：共射输入特性曲线的特点：３、共射输出特性曲线共射输出特性曲线是在集电极电流IB一定的情况下，的输出回路中集电极与发射极之间的电压VCE与集电极电流IC之间的关系曲线。工作区域划分：

(1)放大区(线性区)

条件：发射结正偏，集电结反偏

对NPN管：VC>VB>VE

特性：IC=ßIB

(2)

截止区

条件：发射结反偏

对NPN管：VB<VE

特性：IC=ICEO

(3)饱和区

条件：发射结、集电结皆正偏

对NPN管：VCE>VBE

特性：IB增加，IC却不再增加，即IC≠ßIB;而且VCE很小。四、BJT的主要参数1电流放大系数

共发射极直流电流、交流电流放大系数

例：书图3.1.7(b)为3DG6晶体三极管输出特性曲线，求它的共发射极直流电流、交流电流放大系数

2极间反向电流(1)ICBO(2)ICEO3极限参数§3.2共发射极放大电路

一、共发射极基本放大电路

教材图3.2.1

T：NPN型晶体管,放大的核心部件VCC：集电极回路直流电源提供集电结反偏RC：集电极负载电阻,作用:将iC转换成U0，反应在输出端VBB,Rb:提供发射结正偏和合适的基极偏流C1,C2：隔直流通交流

二.组成原则

(1)发射结正偏集电极反偏使T管处于放大状态

(2)输入回路：Ui——产生ib控制ic

(3)输出回路：使iC尽可能多流到RL上（减少其他支路的分流）

(4)保证放大电路工作正常，T处于放大状态，合理设置静态工作点Q

三.放大电路的性能指标

１、放大倍数：输入信号若为正弦波

a.电压放大倍数：AV=U0/UI

UO——输出电压（有效值）UI——输入电压（有效值）

电压增益：AV(db)=20lgAV分贝DB

b．电流放大倍数AI=IO/II

电流增益：AI(db)=20lgAI(分贝)

c．功率放大倍数：功率增益20lgAp分贝

Ap=Po/PI

2.最大输出幅度：U0MAX,U0,U0PP（以正弦为例子）

3.输入电阻:Ri

4.输出电阻：Ro

5.

通频带BW（Bf）

四、放大电路的基本分析方法

１、分析方法：1）图解法：在特性曲线上用作图来进行分析2）微变等效电路法：在一定条件下等效为线性电路进行分析3)计算机仿真一、直流通路，交流通路电路分析的两种基本电路：1）直流通路：静态工作点分析（UBEQ,UCEQ,IBQ,ICQ）2）交流电路：动态分析（AV，ri，r0）

1．

直流通路：直流信号通过的电路原则：遇C——视为开路

遇L——视为短路1．

交流通路：交流信号通过的电路

原则：遇C——（充分大）——近似视为短路

遇L——（充分大）——近似视为开路直流电源（内阻小）：近似为短路。§3.3图解分析法一、静态分析１静态工作点估算：从输入特性中知：晶体管导通时UBE变化很小（硅管：0.6-0.8V；锗管：0.1-0.3V）一般情况UBEQ：（硅管：0.7V，锗管0.2V）1)从直流通路中：列KVL方程IBQ*RB+UBEQ-EC=0IBQ=（EC-UBEQ）/RB2)从晶体管电流分配关系ICQ=βIBQ3)从直流通路中：列负载回路的KVL方程ICQ*RC+UCEQ-EC=0UCEQ=EC-ICQ*RC2.用图解法确定Ｑ点1)给出输入特性，输出特性曲线2)画出直流通路：标出IBQ，ICQ，UBEQ，UCEQ3)利用输入特性曲线来确定IBEQ和UBEQ

基极偏置线：UBE=EC-IB*RB与输入特性曲线的交点对应的IBQ，UBEQ4)利用输出特性曲线来确定ICQ和UCEQ直流负载线：UCE=EC-IC*RC与输出特性曲线中IBQ线的交点确定ICQ、UCEQ***

只给出输出特性曲线来确定UCEQ和ICQ1)估算IBQ及UBEQ2)利用输出特性曲线来确定ICQ，UCEQ由估算的IBQ所对应的输出特性曲线与直流负载线的交点Q对应ICQ，UCEQ2.动态工作情况分析

（１）、利用输入特性画出iB，uBE波形设输入为Ui=UmSINwt（mv）uBE=UBEQ+uiiB=IBQ+IBMSINwt

（2）、利用输出特性画iC和uCE波形交流负载线a、空载时RL=∞交流负载线与直流负载线重合，动态工作点在交流负线上移动，斜率——1/RCuCE=EC-IC*RCb、RL不等于∞放大电路的交流负载电阻RL/=RC‖RL交流负载线作法：过Ｑ点作一条斜率为-1/RL/的直线3.非线性失真

1)截止失真

Q点过低，信号进入截止区

iCuCEuo放大电路产生截止失真输出波形输入波形ibiCuCE2)饱和失真Q点过高，信号进入饱和区放大电路产生饱和失真ib输入波形uo输出波形波形的失真饱和失真截止失真

由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。

由于放大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。

动态工作情况分析小结Q点合适，Ui幅度过大——双向失真（截止，饱和失真）iCuCEuo可输出的最大不失真信号选择静态工作点ib§3.4微变等效电路法条件：指输入信号UI变化量小（即小信号）输入信号频率在低中频范围

原因：根据输入，输出特性曲线在如上条件下：小信号：——特性曲线近似直线性——可用等效的线性电路代替T管低中频：晶体管中结电容的影响极小

一、BJT的微变等效电路rbe称为BJT的输入电阻，它表示BJT的输入特性近似计算公式：rbe=△UBE/△IB=rb+(1+β)re

rb----基区体电阻

,re——发射击区体电阻rbe=200+（1+B）26(mV)/IE(mA)rce称为BJT的输出电阻，rce=uce/ic∣IB，一般rce>10k可忽略二、用H参数微变等效电路法分析共射极基本放大电路

１、画出放大电路的微变等效电路

由BJT的微变等效电路和放大电路的交流通路可得出放大电路的微变等效电路。２、求电压增益AV：AV=UO/UIUI=IBRBE（1）

空载时：RL=∞U0=I′ORC=-ICRCU0=-βIBRC所以AV=UO/UI=-βIBRC/（IBRBE）=-βRC/RB（２）

RL≠∞UO=Io′RL′=-ICRL′=-βIBRL′AV=UO/UI=-βIBRL/（IBRBE）=-βRL/RBE=-βRC//RL/RBE

３、计算输入电阻和输出电阻(1)计算输入电阻RI=UI/IB=RB//RBE=RBE

(2)计算输出电阻当RL=∞时，向左看进去所以UI=0IB=0则βIB=0RO=RC§3.5放大电路的工作点稳定问题一、温度对工作点的影响1)ICBO

β

VBE影响：T升，β升，输出特性曲线间隔宽，Q点上移，饱和区，放大能力减弱。2)ICBO影响：T升，ICBO升，ICEO升，输出特性曲线向上平移，Q点向饱和区移动，放大能力减弱。硅管ICBO很少，影响可忽略。锗管ICBO很大，造成工作点不稳的主要因素。高温下应选硅管3)VBE影响。T升，VBE降（导通电压），输入特性曲线向左移动，IBQ升，工作点上移，ICQ不稳归上述：T升，Q点，饱和区移动T降，Q点，截止区移动。

二、分压式射极偏置电路：电路应满足：

IRb2>>IBQUBQ>>UBEQ1、稳定工作点原理：目标：温度变化时，使IC维持恒定。如果温度变化时，b点电位能基本不变，则可实现静态工作点的稳定。稳定原理：T

IC

IE

VE、VB不变

VBE

IB

IC

（负反馈控制）2、静态分析：I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路算法：3、动态分析：交流通路——微变等效电路<1>Av：Av=<2>ri、rori=Rb1∥Rb2∥[rbe+(1+β)Re]ro＝Rc

故Re↑→Av↓矛盾采用改进电路在Re上并联一大电容(交流旁路)RB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoCE交流旁路电容RE射极直流负反馈电阻CE的作用：交流通路中，CE将RE短路，RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。有旁路电容CE:Av≈ri＝Rb1∥Rb2∥rbe

ro＝RC

RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2如果电路如下图所示，如何分析？RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2动态分析：交流通路RB1RCRLuiuoRB2RE1交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微变等效电路：rbeRCRLRE1R'B§3.6共集电极放大电路和共基极放大电路一、共集电极放大电路１、静态工作点计算：

直流通路

EC=RbIBQ+IEQRe+UBEQ

EC=UCEQ+ReIEQ又IEQ=（1+β）IBQIBQ=（EC-UBEQ）/（Rb+（1+β）Re）

ICQ=βIBQUCEQ=EC-（1+β）IBQRe２、动态分析交流通路：微变等效电路电压增益：′UI=IBRBE+IERL′=IBRBE+IB（1+β）RL′UO=IERL′=（1+β）RLAV=UO/UI=（1+β）RL′/（RBE+（1+β）RL′）注：当（1+β）RL′》RBE时，AV≈1说明共级电路，UO与UI同相，电压无放大作用输入电阻：输出电阻：结论：

（1）U0与UI同相

（2）

V=1，电压无放大作用，电流有放大（就电压信号讲又称为射极跟随器）（3）RI大——对前级影响小（对信号源索取电流小）

（4）

RO小——带负载能力强射极输出器的使用1.将射极输出器放在电路的首级，可以提高输入电阻。2.将射极输出器放在电路的末级，可以降低输出电阻，提高带负载能。3.将射极输出器放在电路的两级之间，可以起到电路的匹配作用。二、共基极放大电路

１、静态工作点直流通路VB=RB1/（RB1+RB2）ECVB=RBEQ+IEQREIEQ=（UB-UBEQ）/REIBQ=IEQ/（1+β）UCEQ=EC-ICQRC-IEQRE≈EC-IEQ（RC+RE）

当IB

很小则：

动态分析：交流通路微变等效电路电压增益：输入电阻：输出电阻：结论：A.共基电路是同相放大器VO、VI同相B．电压其有放大，电流不具有放大作用C输入电阻小可作为宽频带放大器，频率响应带（工作频率范围宽）三种电路比较

AVAIRIROUO与VI应用共基放大<1小大同相频率特性好应用于宽带放大共集<1放大大小同相多级放大的输入级，带负载能力的输出级共射

放大

放大

中

中

反相

实现阻抗变换的缓冲级，多级放大

§3.7放大电路的频率响应一、频率响应（简称为频响）的基本概念１、频响问题的提出当输入信号的频率f在中频段时，有以下结论：增益A=常数

当输入信号的频率f从低频变化到高频时增益A=？

上述问题的回答是：在全频段范围内，增益A=A（jf)

放大器的增益是输入信号频率的函数放大器的频率响应实质是放大器对正弦输入信号的稳态响应，用其频率特性函数A（j)来描述。本章到现在始终围绕着如何确定一个放大器中频段范围的大小来展开讨论的，也即A=常数的范围，放大器的中频带范围称为通频带。２、观察一组实验实验条件：输入信号Vi=Vimsint

Vim不变，

改变实验结论：

是低频角频率Vo缩小

是中频角频率Vo放大

是高频角频率Vo缩小实验表明：增益A=A（j

)３、增益是频率的函数的原因以单级共E组态放大器为例说明C1、C2、CE

F量级，称为大电容Cb’e

、Cb’cpF量级，称为小电容1、中频段大电容视为短路小电容视为开路放大器的交流通路是阻性网络增益A=常数2、低频段，大电容不能视为短路

小电容更能视为开路低频段放大器的交流通路含有大电容，如下图所示：大电容的存在使低频增益是频率的函数。

在低频段，由于信号频率较低，偶合电容的容抗大，使实际送到BJT输入端的电压Ube比输入信号Ui小,故放大倍数要降低。同样，Ce的容抗不能忽略，有交流负反馈，也使放大倍数降低。3、高频段

大电容更能视为短路

小电容不能视为开路高频段放大器的交流通路含有小电容，如下图所示:

二、频响指标和频率失真１、频率特性函数A(j)的描述定义:A(j)的极坐标形式如下:其中:|A(j)|=A(

)~

称为幅频特性(

)~

称为相频特性２、频率响应特性指标电容耦合放大器的频响特性曲线可定性描绘如下：

fL

和fH

的定义:当信号频率降低或升高使得增益A(

)下降到中频增益A0的1/倍或0.707倍时对应的频率,分别称为增益的低端截止频率fL和高端截止频率fH.

通频带

f0.7=

fH–fL

fH通频带的其他叫法：3dB带宽半功率频带３、放大器的频率失真频率失真的含义也叫线性失真幅频失真和相频失真频率失真与非线性失真的异同相同点：都表现为输出波形发生畸变差异：频率失真的输出信号中不增加新的频率成分非线性失真的输出信号中增加了新的频率成分§3.8多级放大电路多级放大电路的组成：第一级放大电路输入输出第二级放大电路第n级放大电路……第n-1

级放大电路功放级微弱信号放大对多级放大器的要求：输入级：多级放大电路的第一级，要求输入电阻高小信号中间级：信号放大，提供足够大的放大倍数（由共射电路放大）输出级：功放，要求有很强带负载能力（由共集电极放大）推动极：小信号→大信号的缓冲及转换耦合：在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式耦合方式：直接耦合；阻容耦合；变压器耦合；光电耦合。多级放大电路对耦合电路要求：1.静态：保