雙極型三極管及其放大電路

第2章雙極型三極管及其放大電路

2.1雙極型三極管

2.2共發(fā)射極放大電路的組成和工作原理

2.3放大電路的靜態(tài)分析

2.4放大電路的動(dòng)態(tài)分析

電氣與電子工程學(xué)院2.6共集電極和共基極放大電路

2.5放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

2.7多級(jí)放大電路

2.1雙極型三極管

2.1.1三極管的基本結(jié)構(gòu)

2.1.2三極管的電流分配和放大原理

2.1.3三極管的伏安特性曲線

電氣與電子工程學(xué)院2.1.4三極管類(lèi)型和工作狀態(tài)的判斷

2.1.5三極管的主要參數(shù)2.1.6溫度對(duì)三極管參數(shù)的影響

2.1.7三極管的類(lèi)型、型號(hào)和選用原則

2.1.8特殊三極管2.1雙極型三極管

電氣與電子工程學(xué)院(BipolarJunctionTransistor，BJT。)

又稱(chēng)半導(dǎo)體三極管，由于工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，因此，還被稱(chēng)為雙極型晶體管，或簡(jiǎn)稱(chēng)為晶體管、三極管。BJT是由兩個(gè)PN結(jié)組成的。電氣與電子工程學(xué)院2.1.1三極管的基本結(jié)構(gòu)

常見(jiàn)三極管的外形和封裝如下圖所示。三極管一般可分成兩種類(lèi)型：NPN

和PNP

型。下面主要以NPN

型為例進(jìn)行討論。電氣與電子工程學(xué)院

常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管和鍺合金管兩種類(lèi)型。NecNPb二氧化硅becPNP(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)平面型(NPN)三極管制作工藝NcSiO2b硼雜質(zhì)擴(kuò)散e磷雜質(zhì)擴(kuò)散磷雜質(zhì)擴(kuò)散磷雜質(zhì)擴(kuò)散硼雜質(zhì)擴(kuò)散硼雜質(zhì)擴(kuò)散PN在N型硅片(集電區(qū))氧化膜上刻一個(gè)窗口，將硼雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散形成P型(基區(qū))，再在P型區(qū)上刻窗口，將磷雜質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)散形成N型的發(fā)射區(qū)。引出三個(gè)電極即可。合金型三極管制作工藝：在N型鍺片(基區(qū))兩邊各置一個(gè)銦球，加溫銦被熔化并與N型鍺接觸，冷卻后形成兩個(gè)P型區(qū)，集電區(qū)接觸面大，發(fā)射區(qū)摻雜濃度高。NPN型三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)

NNP集電區(qū)集電極c基區(qū)基極b發(fā)射區(qū)發(fā)射極e集電結(jié)發(fā)射結(jié)ecbPNP型三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)

集電區(qū)集電極c基區(qū)基極b發(fā)射區(qū)發(fā)射極e集電結(jié)發(fā)射結(jié)NNPPN

cbe以NPN型三極管為例討論三極管中的兩個(gè)PN結(jié)cNNPebbec表面看三極管若實(shí)現(xiàn)放大，必須從三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部所加電源的極性來(lái)保證。不具備放大作用2.1.2三極管的電流分配和放大原理

三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：NNPebcNNNPPP

1.發(fā)射區(qū)高摻雜。

2.基區(qū)做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。

三極管放大的外部條件：外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。3.集電結(jié)面積大。電氣與電子工程學(xué)院1.實(shí)驗(yàn)及測(cè)量

三極管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，把三極管接成兩個(gè)回路：基極回路和集電極回路。電氣與電子工程學(xué)院改變可變電阻Rb，則基極電流IB、集電極電流IC和發(fā)射極電流IE都發(fā)生變化。測(cè)量結(jié)果如表所示。IB(mA)00.020.040.060.08IC(mA)<0.0010.701.502.303.10IE(mA)<0.0010.721.542.363.18三極管電流測(cè)量數(shù)據(jù)由此實(shí)驗(yàn)及測(cè)量結(jié)果可得出如下結(jié)論：(1)觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的每一列，可得電氣與電子工程學(xué)院

(2)三極管具有電流放大作用。

(3)當(dāng)IB=0(將基極開(kāi)路)時(shí)，IC=ICEO

下面用載流子在三極管內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來(lái)解釋上述結(jié)論。beceRcRbIEpIEICIBIEn2.載流子的運(yùn)動(dòng)(1)發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子發(fā)射區(qū)電子擴(kuò)散到基區(qū)，形成電流IEn?；鶇^(qū)空穴也擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，形成電流IEP，但由于基區(qū)空穴數(shù)量較少，這部分電流可忽略不計(jì)，因此發(fā)射極電流IE≈IEn。beceRcRbIEpIEICIBIEnIBnICn(2)電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合

電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)合形成基極電流Ibn，它基本上等于基極電流IB，復(fù)合掉的空穴由

VBB

補(bǔ)充。絕大部分自由電子都能擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣

。beceRcRbIEpICBOIEICIBIEnIBnICn(3)集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過(guò)來(lái)的電子

從基區(qū)擴(kuò)散來(lái)的電子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成Icn。集電結(jié)反偏，由集電區(qū)和基區(qū)少子形成反向飽和電流ICBO。電氣與電子工程學(xué)院

2.三極管的電流分配關(guān)系集電極的電流為ICIC=ICn+ICBO由于IEP很小，可以忽略不計(jì)，所以

IB≈IBn+ICBO

基極的電流為IBIB=IBn-ICBO+IEP

IE=IC+IB

發(fā)射極的電流為IEIE=IEn+IEP≈IEn≈ICn+IBn因此電氣與電子工程學(xué)院

如上所述，構(gòu)成IE的兩部分中，ICn所占的百分比很大，IBn很小。這個(gè)比值用表示，稱(chēng)為電流放大系數(shù)。因此上式中的后一項(xiàng)常用ICEO

表示，ICEO稱(chēng)穿透電流。則一般情況下，

ICBO和ICEO很小可忽略

。可得

電氣與電子工程學(xué)院2.1.3三極管的伏安特性曲線

1.輸入特性

三極管的伏安特性曲線是指三極管各電極電壓與電流之間的關(guān)系曲線，它是分析放大電路的重要依據(jù)。iB=f(uBE)

uCE=常數(shù)

uCE=0V時(shí)，相當(dāng)于兩個(gè)PN結(jié)并聯(lián)。VBBIB+UBE_bceOIB/A電氣與電子工程學(xué)院iB=f(uBE)

uCE=常數(shù)

當(dāng)uCE=1V時(shí)，集電結(jié)反偏，開(kāi)始收集電子，所以基區(qū)復(fù)合減少，在同一uBE

電壓下，iB

減小。特性曲線向右稍微移動(dòng)一些。

uCE

≥1V再增加時(shí)，曲線右移很不明顯。UCE≥1時(shí)的輸入特性具有實(shí)用意義。電氣與電子工程學(xué)院2.輸出特性iC=f(uCE)

iB=常數(shù)

IC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)劃分三個(gè)區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。(1)放大區(qū)：條件：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏

特點(diǎn)：各條輸出特性曲線比較平坦，基本平行等距。

集電極電流和基極電流體現(xiàn)放大作用，即IC

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321截止區(qū)（2）截止區(qū)

IB≤0的區(qū)域。兩個(gè)結(jié)都處于反向偏置。

IB=0時(shí)，IC=ICEO。

硅管約等于1A，鍺管約為幾十~幾百微安。截止區(qū)截止區(qū)（3）飽和區(qū)：條件：兩個(gè)結(jié)均正偏I(xiàn)C

/mAUCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=0O510154321

特點(diǎn)：IC基本上不隨IB而變化，在飽和區(qū)三極管失去放大作用。IC

IB。當(dāng)UCB=0時(shí)，稱(chēng)臨界飽和，UCE

<

UBE時(shí)稱(chēng)為過(guò)飽和。飽和管壓降UCES<0.4V(硅管)，UCES<

0.2V(鍺管)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)2.1.4三極管類(lèi)型和工作狀態(tài)的判斷電氣與電子工程學(xué)院

1.根據(jù)三極管的電流，判斷三極管的類(lèi)型常用的判斷三極管類(lèi)型和工作狀態(tài)的判斷方法。

(a)NPN(b)PNP各極電流關(guān)系為：IE>IC>IBIE=IB+IC電氣與電子工程學(xué)院

[例]2.1.1在某放大電路中，三極管三個(gè)極的電流方向如圖所示，已知I1=－1.4mA，I2=－0.03mA，I3=1.43mA，試確定三極管是NPN型還是PNP型，并區(qū)分出各電極。電氣與電子工程學(xué)院[例]2.1.2在某放大電路中，三極管各個(gè)極的電流方向如圖所示，試確定三極管是NPN型還是PNP型，并區(qū)分出各電極。電氣與電子工程學(xué)院

2.根據(jù)三極管各極電位，判斷三極管的類(lèi)型對(duì)NPN管有：

UC>UB>UE對(duì)PNP管有：

UC<UB<UE

對(duì)于硅管︱UBE︱=0.6～0.8V

對(duì)于鍺管︱UBE︱=0.1～0.3V判斷依據(jù)為：判斷步驟為：1）先找電位差為0.2V或0.7V左右的電壓，它們必為B極和E極，并可判斷出硅管或鍺管；

2）再比較三個(gè)電壓的大小，來(lái)確定是NPN

或PNP管。電氣與電子工程學(xué)院

[例]2.1.3若測(cè)得放大電路中的兩個(gè)三極管各極電位分別如下，試判斷它們是NPN管還是PNP管，是硅管還是鍺管并確定每管的B，C，E電極。

(1)Ul＝8V，U2＝2V，U3＝2.7V；

(2)Ul＝-2V，U2＝-5V，U3＝-2.3V；

電氣與電子工程學(xué)院

3.根據(jù)三極管各極電位，判斷三極管的工作狀態(tài)對(duì)PNP管有：對(duì)NPN管有：當(dāng)UBE<死區(qū)電壓，三極管截止。當(dāng)UBE>死區(qū)電壓，UCE≥UBE，三極管處于放大狀態(tài)。當(dāng)UBE>死區(qū)電壓，UCE<UBE，三極管處于飽和狀態(tài)。當(dāng)UBE>死區(qū)電壓，三極管截止。當(dāng)UBE<死區(qū)電壓，UCE≤UBE，三極管處于放大狀態(tài)。當(dāng)UBE<死區(qū)電壓，UCE>UBE，三極管處于飽和狀態(tài)。電氣與電子工程學(xué)院2.1.5三極管的主要參數(shù)三極管的連接方式VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+(a)共發(fā)射極接法ICIE+C2+C1VEEReVCCRc(b)共基極接法1、電流放大系數(shù)是表征管子放大作用的參數(shù)。有以下幾個(gè)：電氣與電子工程學(xué)院1.共射電流放大系數(shù)

2.共射直流電流放大系數(shù)忽略穿透電流ICEO時(shí)，3.共基電流放大系數(shù)

4.共基直流電流放大系數(shù)忽略反向飽和電流ICBO時(shí)，

和

這兩個(gè)參數(shù)不是獨(dú)立的，而是互相聯(lián)系，關(guān)系為：電氣與電子工程學(xué)院2、反向飽和電流1）集電極和基極之間的反向飽和電流ICBO2）集電極和發(fā)射極之間的反向飽和電流ICEO(a)ICBO測(cè)量電路(b)ICEO測(cè)量電路ICBOceb

AICEO

Aceb小功率鍺管ICBO約為幾微安；硅管的ICBO小，有的為納安數(shù)量級(jí)。當(dāng)b開(kāi)路時(shí)，c和e之間的電流。值愈大，則該管的ICEO也愈大。反向飽和電流的測(cè)量電路電氣與電子工程學(xué)院3、極限參數(shù)1）集電極最大允許電流ICM當(dāng)IC過(guò)大時(shí)，三極管的

值要減小。在IC=ICM

時(shí)，

值下降到額定值的三分之二。2）集電極最大允許耗散功率

PCM過(guò)損耗區(qū)安全工作區(qū)將IC與UCE乘積等于規(guī)定的PCM值各點(diǎn)連接起來(lái)，可得一條雙曲線。ICUCE<PCM

為安全工作區(qū)ICUCE>PCM為過(guò)損耗區(qū)ICUCEOPCM=ICUCE安全工作區(qū)安全工作區(qū)過(guò)損耗區(qū)過(guò)損耗區(qū)三極管的安全工作區(qū)3.極間反向擊穿電壓外加在三極管各電極之間的最大允許反向電壓。

U(BR)CEO：基極開(kāi)路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。

U(BR)CBO：發(fā)射極開(kāi)路時(shí)，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。

安全工作區(qū)同時(shí)要受PCM、ICM和U(BR)CEO限制。過(guò)電壓ICU(BR)CEOUCEO過(guò)損耗區(qū)安全工作區(qū)ICM過(guò)流區(qū)三極管的安全工作區(qū)電氣與電子工程學(xué)院溫度變化對(duì)管子參數(shù)的影響主要表現(xiàn)有：2.1.6溫度對(duì)三極管參數(shù)的影響

溫度每升高10℃，ICBO大致將增加一倍，說(shuō)明ICBO將隨溫度按指數(shù)規(guī)律上升。1.溫度對(duì)UBE的影響溫度每升高1℃，UBE約下降2mV。2.溫度對(duì)ICBO的影響3.溫度對(duì)β的影響輸出特性曲線的距離隨溫度的升高而增大。

電氣與電子工程學(xué)院

綜上所述：溫度對(duì)UBE，ICBO，β的影響，將使IC隨溫度上升而增加，這將嚴(yán)重地影響三極管的工作狀態(tài)。電氣與電子工程學(xué)院2.1.7三極管的類(lèi)型、型號(hào)和選用原則

按功能及用途來(lái)分：有放大管、開(kāi)關(guān)管、復(fù)合管(達(dá)林頓管)和高反壓管等；按工作頻率來(lái)分：有低頻管、高頻管及超高頻管等；按材料分：為硅管和鍺管；按摻雜方式分：為NPN和PNP管。

1.類(lèi)型按耗散功率分：有小功率三極管、中功率三極管和大功率三極管等電氣與電子工程學(xué)院第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管、

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管、

G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開(kāi)關(guān)管用字母表示材料用字母表示器件的種類(lèi)用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào)用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格三極管?chē)?guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：3DG110B

2.型號(hào)5/25/2024電氣與電子工程學(xué)院3.三極管的選用原則

(1)考慮三極管工作性能的穩(wěn)定，在同一型號(hào)的管子中，應(yīng)選反向電流小的。

值不宜選得過(guò)高，否則管子性能不穩(wěn)定。

(2)若要求管子的反向電流小，工作溫度高，則應(yīng)選硅管；而當(dāng)要求導(dǎo)通電壓較低時(shí)，則應(yīng)選鍺管。

(3)若要求工作頻率高，則選用高頻管或超高頻管；若用于開(kāi)關(guān)電路，則應(yīng)選用開(kāi)關(guān)管。

(4)考慮三極管的安全工作條件，管子用作放大器件時(shí)必須工作在安全區(qū)，注意PCM、ICM、U(BR)CEO的值。

電氣與電子工程學(xué)院4.三極管的檢測(cè)以半圓塑封s9014，s9013，s9015，s9012，s9018系列的晶體小功率三極管為例，說(shuō)明管腳的判別。

(1)把顯示文字平面朝自己，三極管的三個(gè)管腳朝下，從左向右依次為e發(fā)射極、b基極、c集電極。如圖所示。電氣與電子工程學(xué)院（2）用萬(wàn)用表測(cè)量三極管的三個(gè)極的方法。用萬(wàn)用表R×100或R×1k擋測(cè)量管子三個(gè)電極中每?jī)蓚€(gè)極之間的正、反向電阻值。

1)判定三極管的基極

判定NPN管的基極：先用黑表筆接某一引腳，紅表筆先后接另外兩個(gè)引腳，測(cè)得兩個(gè)電阻值。再用黑表筆換接另一引腳，重復(fù)以上步驟，直至測(cè)得兩個(gè)電阻值都很小，則黑表筆所接的那個(gè)引腳即為基極b。

2)測(cè)試三極管的C、E的方法

測(cè)試NPN三極管的C、E的方法：先將基極懸空，把萬(wàn)用筆的紅、黑表筆分別接其余兩個(gè)引腳，萬(wàn)用表的指針指在無(wú)窮大，接著用手同時(shí)捏住基極B與黑表筆所接的引腳，然后觀察指針向右偏轉(zhuǎn)的幅度。然后交換紅黑表筆，再次用手同時(shí)捏住基極B與黑表筆所接的引腳，然后觀察指針偏轉(zhuǎn)的幅度。比較兩次測(cè)量中表針向右擺動(dòng)的幅度，找出擺動(dòng)幅度大的一次，此時(shí)黑表筆接的是集電極C，紅表筆接的是發(fā)射極E。電氣與電子工程學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院2.1.8特殊三極管

1．光敏三極管光敏三極管又叫光電三極管，它最常用的材料是硅，它靠光的照射強(qiáng)度來(lái)控制電流的大小。它可等效看作一個(gè)光電二極管與一個(gè)三極管的結(jié)合，所以它具有放大作用。等效電路和符號(hào)如圖所示，一般僅引出集電極和發(fā)射極，其外形與發(fā)光二極管一樣，它常作溫度補(bǔ)償用。電氣與電子工程學(xué)院

光敏三極管輸出特性與一般晶體三極管特性相似，差別僅在于光電三極管的參變量是入射的光照度E。如圖所示。當(dāng)無(wú)光照時(shí)，就是穿透電流ICEO，稱(chēng)為暗電流，溫度每上升250C，ICEO約上升10倍。當(dāng)有光照時(shí)，稱(chēng)為光電流，當(dāng)管壓降uCE足夠大時(shí)，iC僅決定于入射的光照度E。電氣與電子工程學(xué)院2．光耦合器光耦合器（英文縮寫(xiě)為OC）亦稱(chēng)光電隔離器，簡(jiǎn)稱(chēng)光耦。它是以光為媒介來(lái)傳輸電信號(hào)的器件，通常把發(fā)光器（如發(fā)光二極管）與受光器（如光敏三極管、光敏二極管等）封裝在同一管殼內(nèi)，常用的三極管型光電耦合器原理圖如圖所示。電氣與電子工程學(xué)院

光耦合器可以實(shí)現(xiàn)“電—光—電”轉(zhuǎn)換。它的輸入回路與輸出回路之間各自獨(dú)立，沒(méi)有電氣聯(lián)系，也沒(méi)有共地，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力，可起到很好的安全保障作用，甚至輸入信號(hào)線短接時(shí)，也不會(huì)損壞儀表。因?yàn)檩斎牖芈泛洼敵龌芈分g可以承受幾千伏的高壓，并且工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開(kāi)關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開(kāi)關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過(guò)調(diào)節(jié)控制端電流來(lái)改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。2.2共發(fā)射極放大電路的組成和工作原理2.2.1單管共發(fā)射極放大電路的組成2.2.2單管共發(fā)射極放大電路的工作原理2.2.3放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)電氣與電子工程學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院在模擬電子電路中，放大電路是最常用、最重要的一種單元電路。它利用放大器的控制作用把微弱的電信號(hào)進(jìn)行放大，從而滿(mǎn)足負(fù)載(如喇叭、顯示儀表等)的需要。本質(zhì)：實(shí)現(xiàn)能量的控制。在放大電路中提供一個(gè)能源，由能量較小的輸入信號(hào)控制這個(gè)能源，使之輸出較大的能量，然后推動(dòng)負(fù)載。放大的對(duì)象是變化量。元件：雙極型三極管和場(chǎng)效應(yīng)管。2.2共發(fā)射極放大電路的組成和工作原理電氣與電子工程學(xué)院2.2.1單管共發(fā)射極放大電路的組成VT：NPN型三極管，為放大元件；VCC：為輸出信號(hào)提供能量；

RC：將電流iC的變化轉(zhuǎn)化為集電極電壓的變化，傳送到電路的輸出端；

VBB

、Rb：使發(fā)射結(jié)正向偏置，提供靜態(tài)基極電流(靜態(tài)基流)。C1、C2：耦合電容，作用是“隔直通交”。

發(fā)射極是輸入和輸出回路的公共端，所以電路稱(chēng)為共發(fā)射極基本放大電路，簡(jiǎn)稱(chēng)共射放大電路。電氣與電子工程學(xué)院2.2.2單管共發(fā)射極放大電路的工作原理1.放大作用：輸入端有一個(gè)變化量ui時(shí),電路中將產(chǎn)生以下變化過(guò)程：電氣與電子工程學(xué)院2．組成放大電路的原則（1）外加直流電源的極性必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。（2）輸入回路應(yīng)使輸入電壓ui能夠傳送到三極管的基極回路，使基極電流產(chǎn)生相應(yīng)的變化量△iB。（3）輸出回路應(yīng)使變化量△iC轉(zhuǎn)化為△uCE，并送到放大電路的輸出端。原理電路的缺點(diǎn)：(1)雙電源供電；(2)uI、uO

不共地。電氣與電子工程學(xué)院為了使電路圖清晰，采用放大電路的簡(jiǎn)畫(huà)法。電氣與電子工程學(xué)院

（1）直流分量——大大，如IB、IC、UCE等。

（2）交流分量的瞬時(shí)值——小小，如ib、ic、uce等；有效值——大小，如Ib、Ic、Uce等，幅值是在有效值基礎(chǔ)上加“m”下標(biāo)，如Ibm、Icm、Ucem等。

（3）總電壓（或總電流）的瞬時(shí)值——小大，如iB、uCE等，其中iB=IB+ib，uCE=UCE+uce。符號(hào)規(guī)定

電氣與電子工程學(xué)院2.2.3放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.放大倍數(shù)放大電路技術(shù)指標(biāo)測(cè)試圖電氣與電子工程學(xué)院2.輸入電阻Ri從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻。一般來(lái)說(shuō)，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，從信號(hào)源索取的電流越小。（2）當(dāng)信號(hào)源有內(nèi)阻時(shí)，Ri越大，ui就越接近uS。3.輸出電阻Ro從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻。測(cè)試

Ro：輸入端正弦電壓，分別測(cè)量空載和輸出端接負(fù)載RL

的輸出電壓、。輸出電阻愈小，帶載能力愈強(qiáng)。電氣與電子工程學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院4.通頻帶AumAumfL

fHBWfL：下限頻率fH：上限頻率5.最大不失真輸出幅度輸出波形無(wú)明顯失真時(shí)的最大輸出電壓(或最大輸出電流)

，常用有效值表示(Uom

、Iom)。電氣與電子工程學(xué)院6.最大輸出功率與效率輸出不產(chǎn)生明顯失真的最大輸出功率。用符號(hào)Pom表示。

：效率PV：直流電源消耗的功率直流電源能量的利用率稱(chēng)為效率。2.3放大電路的靜態(tài)分析2.3.1直流通路

2.3.2靜態(tài)工作點(diǎn)的近似估算2.3.3圖解法分析靜態(tài)工作點(diǎn)

電氣與電子工程學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院放大電路定量分析靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析微變等效電路法

圖解法分析方法

放大電路建立合適的靜態(tài)，是保證動(dòng)態(tài)工作的前提。電氣與電子工程學(xué)院2.3.1直流通路

直流通路的畫(huà)法：將交流電壓源及電感短路，電容開(kāi)路。bceIBQICQUCEQ硅管UBEQ=(0.6~0.8)V鍺管UBEQ=(0.1~0.2)VICQ

IBQUCEQ=VCC–ICQ

RC2.3.2靜態(tài)工作點(diǎn)的近似估算電氣與電子工程學(xué)院【例】圖示電路中，已知VCC=12V，Rb

=300k，

Rc=4k

，NPN硅管的

=50，試估算電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。解：設(shè)UBEQ=0.7VICQ

IBQ=(500.04)mA=2mAUCEQ=VCC–ICQ

Rc

=(12-2

4)V=4V電氣與電子工程學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院2.3.3圖解法分析靜態(tài)工作點(diǎn)

圖解法是在三極管的輸入、輸出特性曲線上，用作圖的方法對(duì)放大電路進(jìn)行分析。對(duì)直流工作狀態(tài)來(lái)說(shuō)，就是在特性曲線上，用作圖的方法確定出靜態(tài)工作點(diǎn)。直流負(fù)載線——該直線是由直流通路得出的，且與集電極負(fù)載電阻RC有關(guān)。方法：根據(jù)uCE=VCC

-

iCRc

式確定兩個(gè)特殊點(diǎn)輸出回路Q(chēng)由靜態(tài)工作點(diǎn)Q確定的ICQ、UCEQ

為靜態(tài)值。圖解分析靜態(tài)步驟：(1)用估算法算出IBQ。(2)畫(huà)出三極管的輸出特性曲線。(3)作出直流負(fù)載線，直流負(fù)載線與IBQ對(duì)應(yīng)的輸出特性曲線的交點(diǎn)，就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q。電氣與電子工程學(xué)院圖(a)

【例】在圖示電路a中，已知VCC=12V，Rb=300k

，Rc=3k

，三極管的輸出特性曲線如圖b所示，試用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)。解：首先估算IBQ做直流負(fù)載線，確定Q

點(diǎn)根據(jù)UCEQ=VCC–ICQ

RciC=0，uCE=12V；uCE=0，iC=4mA.電氣與電子工程學(xué)院0iB

=0μA20μA40μA60μA80μA134224681012MQ靜態(tài)工作點(diǎn)IBQ=40μA，ICQ=2mA，UCEQ=6V。uCE

/V由Q

點(diǎn)確定靜態(tài)值為：iC

/mA圖(b)電氣與電子工程學(xué)院2.4放大電路的動(dòng)態(tài)分析2.4.1交流通路

2.4.2圖解分析法

2.4.3微變等效電路法電氣與電子工程學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院動(dòng)態(tài)分析方法圖解分析法微變等效電路分析法2.4.1交流通路

交流通路的畫(huà)法：直流電壓源短路，電容短路。電氣與電子工程學(xué)院

2.4.2圖解分析法輸出端接入負(fù)載RL：不影響Q，影響動(dòng)態(tài)！

1.圖解分析法uce=-ic（RC//RL）

=-ic

RL交流負(fù)載線工作點(diǎn)在輸出特性上移動(dòng)畫(huà)出的軌跡。交流負(fù)載線斜率為：動(dòng)態(tài)工作情況圖解分析輸入回路工作情況0.680.72

uBE

iBtQ000.7t6040200uBE/ViB/μAuBE/ViBUBE交流負(fù)載線直流負(fù)載線4.57.5

uCE912t0ICQiC

/mA0IB=40μA2060804Q260uCE/ViC

/mA0tuCE/VUCEQ

iC輸出回路工作情況電壓電流波形結(jié)論：（1）放大電路中的信號(hào)是交直流共存，可表示成：雖然交流量可正負(fù)變化，但瞬時(shí)量方向始終不變。（2）輸出uo與輸入ui相比，幅度被放大了。（3）輸出uo與輸入ui相位相反。Q點(diǎn)過(guò)低

iCOuCE

iCtOQuCEtOUCEQICQ截止失真uCE波形出現(xiàn)頂部失真。交流負(fù)載線iB

2.非線性失真飽和失真交流負(fù)載線

iCOuCEQICQtO

iCuCEtOUCEQuCE波形出現(xiàn)底部失真。iBQ點(diǎn)過(guò)高電氣與電子工程學(xué)院OuCE

iCQiB=0μАCDEABQ點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)在交流負(fù)載線上線段AB的中點(diǎn)。若CD=DE，則否則交流負(fù)載線直流負(fù)載線

3.最大不失真輸出幅度

晶體管在小信號(hào)(微變量)情況下工作時(shí)，可以在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地代替三極管的特性曲線，三極管就可以等效為一個(gè)線性元件。這樣就可以將非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個(gè)線性電路。微變等效條件研究的對(duì)象僅僅是變化量信號(hào)的變化范圍很小

2.4.3微變等效電路法電氣與電子工程學(xué)院

1.三極管的等效電路（1）h參數(shù)的引出cbe

+uBE

+uCE

iCiB三極管在共射接法時(shí)的雙端口網(wǎng)絡(luò)求變化量：在小信號(hào)情況下：各h參數(shù)的物理意義：iBuBE

uBE

iB——輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻，用rbe表示。——輸入端開(kāi)路時(shí)的電壓反饋系數(shù)，用μr表示。iBuBE

uBE

uCE

iC

iBiCuCE——輸出端交流短路時(shí)的電流放大系數(shù)，用β表示。——輸入端開(kāi)路時(shí)的輸出電導(dǎo)，用1/rce表示。iCuCE

iC

uCE電氣與電子工程學(xué)院（2）簡(jiǎn)化的h參數(shù)等效電路電氣與電子工程學(xué)院（3）rbe的估算公式c

beiBiCiE流過(guò)發(fā)射結(jié)的總電流：因?yàn)閞bb

：基區(qū)體電阻。rb

e

：基射之間結(jié)電阻。歐姆，可忽略。只有幾：發(fā)射區(qū)體電阻，一般

er￠電氣與電子工程學(xué)院由于在Q點(diǎn)附近比較小的變化范圍內(nèi)，從而得出把上式帶入式ube，并對(duì)iB求導(dǎo)可得

再對(duì)uBE求導(dǎo)數(shù)，得到rb’e’的倒數(shù)電氣與電子工程學(xué)院

2.單管共射放大電路的微變等效電路由微變等效電路可得

Ri=

rbe//Rb

，Ro=Rc電氣與電子工程學(xué)院利用微變等效電路法分析放大電路的一般步驟：(1)利用圖解法或近似估算法確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。(2)由Q點(diǎn)求出電路參數(shù)和rbe。

(3)畫(huà)出放大電路的交流通路，然后用三極管的等效電路代替三極管，即可得到放大電路的微變等效電路。(4)列出電路方程，計(jì)算放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。電氣與電子工程學(xué)院[例]2.4.1在下圖所示的放大電路中，已知VCC=12V,Rb=260k，Rc=RL=2k，Re=500，三極管的電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri和輸出電Ro。，試計(jì)算該解：（1）確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q根據(jù)直流通路計(jì)算如下：電氣與電子工程學(xué)院（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)的計(jì)算首先畫(huà)出放大電路的微變等效電路不考慮三極管c、e之間的等效內(nèi)阻rce,2.5放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

2.5.1溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響

2.5.2靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路

電氣與電子工程學(xué)院2.5.1溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響三極管是一種對(duì)溫度十分敏感的元件。溫度變化對(duì)管子參數(shù)的影響主要有：

(2)UBE

改變。UBE

的溫度系數(shù)約為–2mV/

C，即溫度每升高1

C，UBE約下降2mV。

(1)

改變。溫度每升高1C，

值約增加0.5%~1%，

溫度系數(shù)分散性較大。

(3)ICBO改變。溫度每升高10C，ICBQ

大致將增加一倍，說(shuō)明ICBQ

將隨溫度按指數(shù)規(guī)律上升。電氣與電子工程學(xué)院

溫度升高時(shí)，三極管的參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，這些變化都將使IC

增大，Q上移，波形容易失真。iCuCEOiBQVCCT=20

C

T=50

C三極管在不同環(huán)境下溫度的輸出特性曲線電氣與電子工程學(xué)院2.5.2靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路1.電路組成及工作原理——射極偏置電路C1RcRb2+VCCC2RL+

+++

+CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路由于UBQ

不隨溫度變化，——電流負(fù)反饋式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路

T

ICQ

IEQ

UEQ

UBEQ

(=UBQ–UEQ)

IBQ

ICQ

電氣與電子工程學(xué)院2.靜態(tài)與動(dòng)態(tài)分析（1）靜態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL+

+++

+CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB由于IR>>IBQ，可得(估算)靜態(tài)基極電流（2）動(dòng)態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL+

+++

+CeuoRb1ReiBiCiEiRuirbe

ebcRcRL+

+

Rb2Rb1RcRb2+VCCRL+

+

uiuoRb1Re電氣與電子工程學(xué)院電氣與電子工程學(xué)院[例]2.5.1在圖所示的分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路中，已知VCC=12V，Rb1=15k，Rb2=5k，Rc=RL=4k，Re=2.3k三極管的(1)試計(jì)算該電路的電壓放大倍數(shù)(2)如果電路其他參數(shù)不變，換上的三極管，則電路的、輸入電阻Ri和輸出電Ro。靜態(tài)工作點(diǎn)有無(wú)變化？C1RcRb2+VCCC2RL+

+++

+CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB解：(1)a確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q電氣與電子工程學(xué)院b動(dòng)態(tài)指標(biāo)的計(jì)算(2)如果，由以上估算過(guò)程可知，除了IBQ外，其它靜態(tài)值均保持不變。

2.6共集電極和共基