晶體管放大器

1晶體管的結(jié)構(gòu)和符號多子濃度高多子濃度很低，且很薄面積大晶體管有三個極、三個區(qū)、兩個PN結(jié)。小功率管中功率管大功率管為什么有孔？2晶體管的放大原理

擴散運動形成發(fā)射極電流IE，復(fù)合運動形成基極電流IB，漂移運動形成集電極電流IC。少數(shù)載流子的運動因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量電子從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū)因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少數(shù)擴散到基區(qū)的電子與空穴復(fù)合因集電區(qū)面積大，在外電場作用下大部分?jǐn)U散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū)基區(qū)空穴的擴散電流分配：

IE＝IB＋IC

IE－擴散運動形成的電流

IB－復(fù)合運動形成的電流

IC－漂移運動形成的電流穿透電流集電結(jié)反向電流直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)為什么基極開路集電極回路會有穿透電流？2晶體管的放大原理3晶體管的共射輸入特性和輸出特性為什么UCE增大曲線右移？

對于小功率晶體管，UCE大于1V的一條輸入特性曲線可以取代UCE大于1V的所有輸入特性曲線。為什么像PN結(jié)的伏安特性？為什么UCE增大到一定值曲線右移就不明顯了？1.輸入特性2.輸出特性β是常數(shù)嗎？什么是理想晶體管？什么情況下?對應(yīng)于一個IB就有一條iC隨uCE變化的曲線。

為什么uCE較小時iC隨uCE變化很大？為什么進入放大狀態(tài)曲線幾乎是橫軸的平行線？飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)晶體管的三個工作區(qū)域

晶體管工作在放大狀態(tài)時，輸出回路的電流iC幾乎僅僅決定于輸入回路的電流iB，即可將輸出回路等效為電流iB

控制的電流源iC

。狀態(tài)uBEiCuCE截止＜UonICEOVCC放大≥UonβiB≥uBE飽和≥Uon＜βiB≤uBE4溫度對晶體管特性的影響5主要參數(shù)

直流參數(shù)：、、ICBO、ICEOc-e間擊穿電壓最大集電極電流最大集電極耗散功率，PCM＝iCuCE安全工作區(qū)

交流參數(shù)：β、α、fT（使β＝1的信號頻率）

極限參數(shù)：ICM、PCM、U（BR）CEO3.6晶體管電路的直流分析3.6.1分析方法①若，則晶體管工作在截止模式，，依據(jù)電路情況進一步確定晶體管各極的電壓；②若，假設(shè)晶體管工作在放大模式，則取，計算晶體管的各極電壓和電流；③依據(jù)②中各極的電壓判斷晶體管的工作狀態(tài)。若，則晶體管工作在放大模式，假設(shè)正確，分析結(jié)束。若，則晶體管工作在飽和模式，假設(shè)不正確，轉(zhuǎn)入步驟④；④利用晶體管的飽和模型代入直流電路中晶體管，重新分析晶體管的各極電壓和電流。

分析方法(NPN型)：導(dǎo)通電壓，飽和電壓分析目的：分析晶體管的各極電壓，確定晶體管的各個結(jié)的偏置，進而確定晶體管的工作模式。PNP型：僅將、、用分別代替、、即可

例3.3在圖3-6-1所示的電路中，試分析該電路，確定晶體管各極的電壓和電流。假定晶體管的圖3-6-1解：因為，發(fā)射極通過電阻接地，因此，發(fā)射結(jié)正偏，取，則有：判斷：晶體管確實工作在放大模式，假設(shè)正確，則上述求得的各極電壓、電流即為電路的解。例3.4在圖3-6-2所示的電路中，試分析該電路，確定晶體管各極的電壓和電流。假定晶體管的圖3-6-2解：因為，發(fā)射極通過電阻接地，，因此發(fā)射結(jié)反偏，晶體管工作在截止模式，則有：例3.5在圖3-6-3(a)所示的電路中，試分析該電路，確定晶體管各極的電壓和電流。假定晶體管的圖3-6-3解：因為，假設(shè)放大模式，取，則有：判斷：因此晶體管工作在飽和模式，采用飽和模型如圖(b)所示注意：以上三個例子的電路一樣，但工作模式不一樣。例3.6在圖3-6-4所示的電路中，試分析該電路，確定晶體管各極的電壓和電流。假定晶體管的圖3-6-4解：假設(shè)晶體管工作在放大模式，取，則有：假設(shè)正確(判斷忽略)。例3.7在圖3-6-5所示的電路中，試分析該電路，確定晶體管各極的電壓和電流。假定晶體管的圖3-6-5解：因為，發(fā)射極通過電阻接正電源，因此，發(fā)射結(jié)正偏，取，則有：例3.7在圖3-6-6(a)所示的電路中，試分析該電路，確定晶體管各極的電壓和電流。假定晶體管的圖3-6-6解：將左邊部分等效為戴維南形式，如(b)圖所示，其中：可求得：或者例3.7說明發(fā)射極與基極的電阻可以互相折算：

計算基極的電流：將發(fā)射極的電阻折算到基極中，其折算方法為乘上系數(shù)，即為；計算發(fā)射極電流：將基極的電阻折算到發(fā)射極中，其折算方法為乘上系數(shù)，即為。若足夠大，則有，，工程估算時方便。

第17頁共22頁晶體管放大器

一、放大的概念與放大電路的性能指標(biāo)

二、基本共射放大電路的組成與工作原理

三、放大電路的分析方法四、靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性問題五、晶體管放大電路的三種接法放大的對象：變化量放大的本質(zhì)：能量的控制放大的特征：功率放大放大的基本要求：不失真——放大的前提判斷電路能否放大的基本出發(fā)點VCC至少一路直流電源供電1.放大的概念一、放大的概念與放大電路的性能指標(biāo)一、放大的概念與放大電路的性能指標(biāo)2.性能指標(biāo)對信號而言，任何放大電路均可看成二端口網(wǎng)絡(luò)。信號源信號源內(nèi)阻輸入電壓輸入電流輸出電壓輸出電流一、放大的概念與放大電路的性能指標(biāo)放大倍數(shù)：輸出量與輸入量之比四種放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)：電流放大倍數(shù)：互阻放大倍數(shù)：互導(dǎo)放大倍數(shù)：

電壓放大倍數(shù)是最常被研究和測試的參數(shù)

輸入阻抗：對信號源而言，放大器可以看作是它的負(fù)載，用等效電阻表示，稱為放大器的輸入阻抗，即：

輸出阻抗：對負(fù)載而言，放大器可以看作是它的等效信號源，輸出阻抗是該等效信號源的內(nèi)阻，稱為輸出阻抗，用表示。定義為輸出端的開路電壓與負(fù)載短路電流的比值。

圖3-11-2外加的電壓電流法求取輸出阻抗：移去放大器電路中的獨立源(獨立電壓源短路、獨立電流源開路)，并將負(fù)載用外加的電壓取代，求取電流,如圖3-11-2所示。則輸出阻抗定義為：

一、放大的概念與放大電路的性能指標(biāo)

通頻帶

最大不失真輸出電壓Uom：交流有效值。

由于電容、電感及放大管PN結(jié)的電容效應(yīng)，使放大電路在信號頻率較低和較高時電壓放大倍數(shù)數(shù)值下降，并產(chǎn)生相移。衡量放大電路對不同頻率信號的適應(yīng)能力。下限頻率上限頻率

最大輸出功率Pom和效率η：功率放大電路的參數(shù)一、放大的概念與放大電路的性能指標(biāo)1、電路的組成及各元件的作用VBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合適的IB。VCC：使UCE≥UBE，同時作為負(fù)載的能源。Rc：將ΔiC轉(zhuǎn)換成ΔuCE(uo)。動態(tài)信號作用時：

輸入電壓ui為零時，晶體管各極的電流、b-e間的電壓、管壓降稱為靜態(tài)工作點Q，記作IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。共射二、基本共射放大電路及其工作原理二、基本共射放大電路及其工作原理2、為什么要設(shè)置靜態(tài)工作點

為什么放大的對象是動態(tài)信號，卻要晶體管在信號為零時有合適的直流電流和極間電壓？

輸出電壓必然失真！

設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，首先要解決失真問題，但Q點幾乎影響著所有的動態(tài)參數(shù)！二、基本共射放大電路及其工作原理3、放大電路的組成原則靜態(tài)工作點合適：合適的直流電源、合適的電路參數(shù)。動態(tài)信號能夠作用于晶體管的輸入回路，在負(fù)載上能夠獲得放大了的動態(tài)信號。對實用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少、負(fù)載上無直流分量。兩種實用放大電路：（1）直接耦合放大電路問題：1.兩種電源2.信號源與放大電路不“共地”共地，且要使信號馱載在靜態(tài)之上靜態(tài)時，動態(tài)時，VCC和uI同時作用于晶體管的輸入回路。將兩個電源合二為一有直流分量有交流損失－＋UBEQ二、基本共射放大電路及其工作原理兩種實用放大電路：（2）阻容耦合放大電路

耦合電容的容量應(yīng)足夠大，即對于交流信號近似為短路。其作用是“隔離直流、通過交流”。靜態(tài)時，C1、C2上電壓？動態(tài)時，C1、C2為耦合電容?。璘BEQ－＋UCEQuBE＝uI＋UBEQ，信號馱載在靜態(tài)之上。負(fù)載上只有交流信號。二、基本共射放大電路及其工作原理4、簡單工作原理Vi=0Vi=Vsint二、基本共射放大電路及其工作原理飽和失真底部失真截止失真頂部失真輸出和輸入反相！

要想不失真，就要在信號的整個周期內(nèi)保證晶體管始終工作在放大區(qū)！動態(tài)信號疊加在靜態(tài)之上與iC變化方向相反二、基本共射放大電路及其工作原理三、放大電路的分析方法1、放大電路的直流通路和交流通路

通常，放大電路中直流電源的作用和交流信號的作用共存，這使得電路的分析復(fù)雜化。為簡化分析，將它們分開作用，引入直流通路和交流通路的概念。直流通路：①Vs=0，保留Rs；②電容開路；③電感相當(dāng)于短路（線圈電阻近似為0）。交流通路：①大容量電容相當(dāng)于短路；②直流電源相當(dāng)于短路（內(nèi)阻為0）。三、放大電路的分析方法阻容耦合單管共射放大電路的直流通路和交流通路

共射極放大電路

直流通路

交流通路

ic

vce

+

-

交流通路三、放大電路的分析方法靜態(tài)：輸入信號為零（vi=0或ii=0）時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱直流工作狀態(tài)。動態(tài)：輸入信號不為零時，放大電路的工作狀態(tài)，也稱交流工作狀態(tài)。2.分析方法：圖解法和模型法（等效電路法）靜態(tài)分析：IBQ，ICQ，VCE動態(tài)分析：Av，Ri，Ro，失真分析

圖解法（應(yīng)用實測特性曲線）輸入回路負(fù)載線QIBQUBEQIBQQICQUCEQ負(fù)載線（1）靜態(tài)分析：圖解二元方程（2）電壓放大倍數(shù)的分析斜率不變（3）失真分析截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移輸入回路負(fù)載線。截止失真是在輸入回路首先產(chǎn)生失真！減小Rb能消除截止失真嗎？飽和失真消除方法：增大Rb，減小Rc，減小β，減小VBB，增大VCC。Rb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑：飽和失真是輸出回路產(chǎn)生失真。最大不失真輸出電壓Uom

：比較UCEQ與（VCC－UCEQ

），取其小者，除以。這可不是好辦法！例題放大電路如圖所示。已知BJT的?=80，Rb=300k，Rc=2k，VCC=+12V，求：(1)放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域？(2)當(dāng)Rb=100k時，放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區(qū)域？（忽略BJT的飽和壓降）解：（1）共射極放大電路

靜態(tài)工作點為Q（40uA，2.2mA，5.6V），BJT工作在放大區(qū)。例題（2）當(dāng)Rb=100k時，其最小值也只能為0，即IC的最大電流為：所以BJT工作在飽和區(qū)。VCE不可能為負(fù)值，此時，Q（120uA，6mA，0V），

例圖中畫出了某固定偏流放大電路中BJT的輸出特性及交、直流負(fù)載線，試求：（1）電源電壓VCC，靜態(tài)電流IB、IC和管壓降VCE的值；

（2）電阻Rb、RC的值；

（3）輸出電壓的最大不失真幅度；

（4）要使該電路能不失真地放大，基極正弦電流的最大幅值是多少？動態(tài)工作情況分析輸入交流信號時的圖解分析三、放大電路的分析方法

等效電路法半導(dǎo)體器件的非線性特性使放大電路的分析復(fù)雜化。利用線性元件建立模型，來描述非線性器件的特性。（1）直流模型（用于Q的分析）理想二極管三、放大電路的分析方法輸入回路等效為恒壓源輸出回路等效為電流控制的電流源利用估算法求解靜態(tài)工作點，實質(zhì)上利用了直流模型。三、放大電路的分析方法（2）交流小信號等效模型基區(qū)體電阻發(fā)射結(jié)電阻發(fā)射區(qū)體電阻數(shù)值小可忽略查閱手冊在輸入特性曲線上，Q點越高，rbe越小?。?）動態(tài)分析三、放大電路的分析方法（4）阻容耦合共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析

共射極放大電路

一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V，

已知。

靜態(tài)分析三、放大電路的分析方法動態(tài)分析ic

vce

+

-

交流通路阻容耦合共射放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析四、靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性問題

所謂Q點穩(wěn)定，是指ICQ和UCEQ在溫度變化時基本不變，這是靠IBQ的變化得來的。

若溫度升高時要Q’回到Q，則只有減小IBQT（℃）→β↑→ICQ↑→Q’ICEO↑若UBEQ不變IBQ↑Q’1、溫度對靜態(tài)工作點的影響2、靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路

直流通路？Ce為旁路電容，在交流通路中可視為短路(1)電路組成四、靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性問題(2)穩(wěn)定原理

為了穩(wěn)定Q點，通常I1>>IB，即I1≈I2；因此基本不隨溫度變化。設(shè)UBEQ＝UBE＋ΔUBE，若UBQ－UBE>>ΔUBE，則IEQ穩(wěn)定。(3)Q點分析分壓式電流負(fù)反饋工作點穩(wěn)定電路Rb上靜態(tài)電壓是否可忽略不計？判斷方法：(4)動態(tài)分析利?弊?無旁路電容Ce時：如何提高電壓放大能力？例題解：求電路的靜態(tài)參數(shù)（IBQ、ICQ、VCEQ)，及動態(tài)參數(shù)（AV、Ri、Ro)。根據(jù)直流通路求靜態(tài)參數(shù)VBIBIC例題根據(jù)微變等效電路求動態(tài)參數(shù)1.電壓放大倍數(shù)例題2.輸入電阻Ri2.輸出電阻Ro（輸出端開路，輸入電壓為零）RiRi'根據(jù)微變等效電路求動態(tài)參數(shù)例題3.10晶體管放大器的直流偏置分壓式偏置電路

——常用偏置電路3.10.1單電源供電的偏置電路

在工程上：一般取，(或者)為，兩端的壓降通過電阻和的電流為發(fā)射極電流的十分之一。為減小受溫度和的影響，電路設(shè)計時應(yīng)滿足：圖3-10-1例3．11設(shè)計圖3-10-1（a）所示放大器的偏置電路，要求

，電源電壓。假設(shè)晶體管的解：依據(jù)工程估算方法，因為，取，則有取，則所以因此發(fā)射極的電阻為選擇通過電阻和電流為發(fā)射極電流的十分之一，即因此又因為則可以得到圖3-10-13.10晶體管放大器的直流偏置正負(fù)電源供電————圖3-10-23.10.2雙電源供電的偏置電路

與分壓式偏置類似，只是將電壓換成即可為減小受溫度和的影響，電路設(shè)計時應(yīng)滿足：圖3-10-2發(fā)射極電流：3.10晶體管放大器的直流偏置3.10.3集電極與基極接電阻的偏置電路圖3-10-3偏置電路如圖3-10-3所示發(fā)射極電流：與分壓式偏置類似，只是將電壓換成，換成即可為減小受溫度和的影響，電路設(shè)計時應(yīng)滿足：3.10晶體管放大器的直流偏置3.10.4恒流源偏置電路圖3-10-4恒流源偏置電路如圖3-10-4所示發(fā)射極電流：

發(fā)射極電流與晶體管的及電阻的取值無關(guān)，因此電阻的值可以很大。

采用恒流源偏置方式簡化電路設(shè)計。特點：說明：恒流源電路的實現(xiàn)將在后面的章節(jié)中介紹。3.11單級晶體管放大器電路基極、發(fā)射極——可作信號的輸入端發(fā)射極、集電極——可作信號的輸出端3.11.2晶體管放大器的基本組態(tài)三種基本組態(tài)電路NPN型PNP型3.11單級晶體管放大器電路交流通路如圖3-11-4(a)所示，交流小信號模型電路如圖3-11-4(b)所示

3.11.3共發(fā)射極放大器令獨立電壓源，相應(yīng)的，則，因此放大器的輸出阻抗為輸入阻抗

圖3-11-4輸出阻抗：

3.11單級晶體管放大器電路當(dāng)集電極開路時，即，此時放大器的增益達(dá)到最大值增益：

電壓增益

負(fù)號表示反相或者源電壓增益：輸出信號與信號源的比值，因

電流增益：

例3.12共發(fā)射極放大器電路如圖3-11-5所示。

試求輸入阻抗、輸出阻抗及電壓增益。晶體管小信號參數(shù)：解：直流分析：直流通路如右下圖圖3-11-5，

，

，

，，

交流通路如圖及交流小信號模型電路如下所示

輸入阻抗

輸出阻抗：

電壓增益：

3.11單級晶體管放大器電路發(fā)射極接電阻的共發(fā)射極放大器如圖3-11-8，也稱為改進型的共發(fā)放大器電路。對應(yīng)的交流通路及交流小信號等效電路如下圖所示。

3.11.4發(fā)射極接電阻的共發(fā)射極放大器圖3-11-8交流通路交流小信號等效電路3.11單級晶體管放大器電路工程估算時忽略電阻。輸入阻抗輸出阻抗

輸入輸出阻抗：

或采用電阻折算法若計入電阻，則有(推算略)：輸入阻抗輸出阻抗3.11單級晶體管放大器電路電壓增益(不計)：

優(yōu)點：克服溫度變化對晶體管影響，提高放大器電路的工作穩(wěn)定性共基極電路1.靜態(tài)工作點直流通路與射極偏置電路相同共基極電路2.動態(tài)指標(biāo)①電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：共基極電路#共基極電路的輸入電阻很小，最適合用來放大何種信號源的信號？②輸入電阻③輸出電阻3.11單級晶體管放大器電路交流通路如圖3-11-9(a)，不計的交流小信號模型電路圖3-11-9(b)3.11.5共基極放大器令獨立電壓源，相應(yīng)的，則，因此放大器的輸出阻抗為輸入阻抗：

圖3-11-9輸出阻抗：

---基極折算到發(fā)射極的電阻3.11單級晶體管放大器電路其電流增益為恒小于1；當(dāng)，電流增益為，即，此時該放大器也稱為電流接續(xù)器。

電壓增益：

說明：

正值---同相放大器源電壓增益：

電流增益：

3.11單級晶體管放大器電路交流通路如圖3-11-10(a)，交流小信號模型電路圖3-11-10(b)3.11.6共集電極放大器輸入阻抗：

圖3-11-10---射極電阻RE//RL折算到基極的電阻

共集電極電路1.電路分析共集電極電路結(jié)構(gòu)如圖示該電路也稱為射極輸出器①求靜態(tài)工作點由得共集電極電路交流通路共集電極電路②電壓增益輸出回路：輸入回路：電壓增益：<A>畫小信號等效電路<B>確定模型參數(shù)

已知，求rbe<C>增益其中一般，則電壓增益接近于1，即電壓跟隨器交流通路小信號等效電路共集電極電路③輸入電阻根據(jù)定義由電路列出方程則輸入電阻當(dāng)時，輸入電阻大輸入電阻其中共集電極電路輸出電阻④輸出電阻由電路列出方程其中則輸出電阻當(dāng)，時，輸出電阻小共集電極電路特點：◆電壓增益小于1但接近于1，◆輸入電阻大，對電壓信號源衰減小◆輸出電阻小，帶負(fù)載能力強#既然共集電極電路的電壓增益小于1（接近于1），那么它對電壓放大沒有任何作用。這種說法是否正確？3.11單級晶體管放大器電路若則有輸出阻抗：外加電壓法，如圖

---基極折算到發(fā)射極的電阻3.11單級晶體管放大器電路其電壓增益為恒小于1；當(dāng)電壓增益為接近于1，即，此時該放大器也稱為射極跟隨器。

電壓增益：

說明：

正值---同相放大器源電壓增益：

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