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1、第2章 半导体三极管及放大电路基础,2.1半导体BJT 2.2共射级放大电路 2.3图解分析法 2.4 小信号模型分析法 2.5放大电路的工作点稳定问题 2.6共集电极电路,2019/11/11,2.1半导体BJT,2.1.1 BJT的结构简介 2.1.2 BJT的电流分配及放大作用 2.1.3 型号,2019/11/11,2.1.1 BJT的结构简介,两种类型:NPN和PNP,一、结构,e(Emitter) ：发射极 b(Base） ：基极 c(Collector)：集电极,发射结(Je),集电结(Jc),基区,发射区,集电区,特点:b区薄 e区搀杂多 c区面积大,e,b,c,Je,Jc,双
2、结型三极管BJT结构,N,P,N,e,b c,e b c,P e,b N,P c,PNP电路符号,N e,b P,N c,NPN电路符号,2.1.2 BJT的电流分配及放大作用,一、放大条件,二、电流分配关系,三、放大作用,2019/11/11,外部条件：,一、放大条件,电位关系：,内部条件？,三区掺杂不同！,Je正偏， Jc反偏。,对NPN型：VC VB VE 对PNP型：VC VB VE,1) Ie= Ib + Ic 2)设： 为共基极电流放大倍数 =Ic / Ie 则有：Ib=(1-)Ie Ic/Ib=/(1-)= 为共发射极电流放大倍数 3) = ；= ,Ic,Ib,Ie,1-,1+,
3、二、电流分配关系,2019/11/11,三种组态,应用：共射电压放大,电流放大(控制）作用,三、放大作用,三极管的三种基本组态（NPN型为例）,1)、共发射极连接,实际电路图,输入端 b e; 输出端 c e,Ic=Ib,Ie=(1+)Ib,2)、共集电极连接,输入端 b C; 输出端 C e,直流电压源对信号短路,输 入,输 出,e,c,b,原理图,+ -,+ -,Ib,Ic,Ie,实际电路图,Ie=(1+)Ib,3)、共基极连接,输入端 e b; 输出端 c b,输 入,输 出,+ -,输 入,输 出,+ -,RC VCC,Rb Vbe,实际电路图,原理图,c,e,b,Ib,Ie,Ie,I
4、c,共基极电流放大倍与共射极电流放大倍的关系 = ; = =,Ic,Ie,(1+),(1+)Ib,Ib,例1：测量三极管三个电极对地电位如图 试判断三极管的工作状态。,2019/11/11,2.1.3 半导体三极管的型号,国家标准对半导体三极管的命名如下: 3 D G 110 B,第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管,第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管,用字母表示材料,用字母表示器件的种类,用数字表示同种器件型号的序号,用字母表示同一型号中的不同规格,三极管,2019/11/11,表02.01 双极型三极管的参数,注：
5、*为 f,2.2 共射极放大电路放大电路,2.2.1 放大的概念 2.2.2 组成 2.2.3 特点,2.2.1 放大的概念,1. 放大对象：主要放大微弱、变化的信号（交流小信号），使VO或IO、PO得到放大！,2. 放大实质：直流能 交流能 三极管换能器,基本组成如下： 三 极 管T 负载电阻Rc 、RL 偏置电路VCC 、Rb 耦合电容C1 、C2,1、管子要放大 直流通路（IB、IC、VCE）,2、信号能入能出 交流通路,组成原则：,2.2.2 组成（共射）,动态是目的，静态是保证（不失真）！,交流通路 直流通路,交流信号、直流信号并存！,动态 静态,2.2.3 特点,2.3.1 用图解
6、法分析放大器的静态工作点,UCE=VCCICRC,直流负载线,由估算法求出IB，IB对应的输出特性与直流负载线的交点就是工作点Q,2.3 放大电路的图解分析法,2.3.1 用图解法分析放大器的动态工作情况,1. 交流放大原理（设输出空载）,假设在静态工作点的基础上， 输入一微小的正弦信号 ， 观察 的变化,uCE也沿着负载线变化,UCE与Ui反相！,各点波形,uo比ui幅度放大且相位相反,工作原理演示,结论：（1）放大电路中的信号是交直流共存，可表示成：,虽然交流量可正负变化，但瞬时量方向始终不变,（2）输出uo与输入ui相比，幅度被放大了，频率不变，但相位相反。,对交流信号(输入信号ui),
7、1.放大器的交流通路,1/C0,将直流电压源短路，将电容短路。,交流通路分析动态工作情况 交流通路的画法：,2.3.2动态分析,交流通道,3.交流负载线,输出端接入负载RL：不影响Q 影响动态！,交流负载线,其中：,交流量ic和uce有如下关系：,这就是说，交流负载线的斜率为：,交流负载线的作法： 斜 率为-1/RL 。（ RL= RLRc ）,经过Q点。,交流负载线的作法,IB,交流负载线,直流负载线,斜 率为-1/RL 。 （ RL= RLRc ）,经过Q点。,注意： （1）交流负载线是有交流 输入信号时工作点的运动轨迹。,（2）空载时，交流负载线与直流负载线重合。,uo,可输出的最大不失
8、真信号,（1）合适的静态工作点,4非线性失真与Q的关系,uo,（2）Q点过低信号进入截止区,称为截止失真,信号波形,uo,（3）Q点过高信号进入饱和区,称为饱和失真,信号波形,动画演示,截止失真和饱和失真统称“非线性失真”,基础知识,Sect,3.3 放大器的图解分析法,通过作图的方法求AU、AI及放大电路的最大不失真电压, 交流负载线,交流负载线确定方法： 1. 通过输出特性曲线上过Q点做一条斜率为1/RL直线。,2.交流负载电阻RL= RLRc,3.交流负载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。,比直流负载线要陡, 图解分析方法,1. 求出静态工作点Q,2. 画出交流通路，求出交流负载
9、电阻,RL=Rc/RL,3. 以Q为基准，在输入特性曲线上，根据ui的变化波形求出ib的波形及幅值Ibm,作出交流负载线, 图解分析方法, 图解分析方法, 图解分析方法, 图解分析方法,不截止 Ucm1,不饱和 Ucm2, 图解分析方法,6. 求增益,AU=Ucm/Uim,AI=Icm/Iim,7. 确定放大器的最大工作范围-最大不失真电压,Ucm=min(Ucm1,Ucm2),通过图解分析，可得如下结论： 1.ui uBE iB iC uCE uo 2.uO与ui相位相反； 3.可以量出放大电路的电压放大倍数； 4.可以确定最大不失真输出幅度。,饱和失真,截止失真,由于放大电路的工作点 达到
10、了三极管的饱和区 而引起的非线性失真。,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。,波形的失真,双向失真,工作点位置合适 信号过大 而引起的非线性失真。, 图解分析方法,基础知识,Sect,放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要：,1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；,2.要有合适的交流负载线。,3. 输入信号的幅度不能太大, 图解分析方法,2.4 放大电路的交流模型分析法,思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路,条件：交流小信号,1、,三极管的h参数等效电路,首先考察输入回路,当信号很小时，将输入特性在小范围内近似线性。,uBE,对输入的小交流信号而言
11、，三极管BE间等效于电阻rbe。,2.4.1 . 三极管的共射低频h参数模型,对输入的小交流信号而言，三极管BE间等效于电阻rbe。,b,e,c,b,e,rbe=ube/ib,rbe的计算：,对于小功率三极管：,rbe的量级从几百欧到几千欧。,考察输出回路,输出端相当于一个受 ib控制的电流源。,且电流源两端还要并联一个大电阻rce。,rce的含义,rce很大，一般忽略。,画出三极管的h参数等效电路,2.三极管的简化微变等效电路,请注意如下问题： 电流源为一受控源，而不是独立的电源。 电流源的流向不能随意假定，而是由ib决定。 该模型仅适用于交流小信号，不能用于静态分析和大信号。,2.4.2.
12、 用H参数模型分析放大电路,1. 画出放大器的微变等效电路,动画演示,（1）画出放大器的交流通路,（2）将交流通路中的三极管用h参数等效电路代替,2、电压放大倍数的计算：,负载电阻越小，放大倍数越小。,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的的输入电阻。,3、输入电阻的计算：,根据输入电阻的定义：,当信号源有内阻时：,所以：,用加压求流法求输出电阻：,4、输出电阻的计算：,根据定义,求：1. 静态工作点。 2.电压增益AU、输入电阻Ri、 输出电阻R0 。 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 .,2.
13、思路：微变等效电路,AU、Ri 、R0,对于前面的电路（固定偏置电路）而言，静态工作点由UBE、和ICEO决定，这三个参数随温度而变化。,2.5. 放大电路的工作点稳定问题,3.5.1. 温度对静态工作点的影响,温度对UBE的影响,温度对值及ICEO的影响,总的效果是：,2.5.2. 静态工作点稳定的放大器,I2=（510）IB I1 I2,分压式偏置电路,Re射极直流负反馈电阻,Ce 交流旁路电容,静态工作点稳定过程,UBE=UB-UE =UB - IE RE,UB被认为较稳定,本电路稳压的过程实际是由于加了RE形成了负反馈过程,E,C,B,直流通道及静态工作点估算,IB=IC/,UCE =
14、 VCC - ICRC - IERe,IC IE =UE/Re = （UB- UBE）/ Re,UBE 0.7V,电容开路,画出直流通道,电容短路,直流电源短路，画出交流通道,交流通道及微变等效电路,B,E,C,交流通道,微变等效电路,微变等效电路及电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的计算,Ri= Rb1/ Rb2/ rbe,Ro= RC,电容CE的作用：,例题：,（2）求电压放大倍数：,1. 结构：,2.6 共集放大电路,2. 直流通道及静态工作点分析：,VCC=IBRb+ UBE +IERe =IBRb+ UBE +(1+ ）IBRe,IC= IB,3. 动态分析,交流通道及微变等效电路,交流通道及微变等效电路,（1）电压放大倍数,2、输入输出同相，输出电压跟随输入电压，故称电压跟随器。,讨论,输出电压与输入电压近似相等，电压未被放大，但是电流放大了，即输出功率被放大了。,Au,（2）输入电阻,3、输出电阻,用加压求流法求输出电阻。,置0,保留,输出电阻,（加压求流法）,射极输出器的特点：电压放大倍数=1， 输入阻抗高，输出阻抗小。,演示：,
