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1、第9章 基本放大电路,9.1 双极型晶体管,9.2 放大电路的工作原理,9.3 放大电路的静态分析,9.4 放大电路的动态分析,9.5 双极型晶体管基本放大电路,9.6 场效应型晶体管,9.7 场效应型晶体管基本放大电路,9.8 多级放大电路,9.9 差分放大电路,9.10 功率放大电路,9.1 双极型晶体管,晶体管又称半导体三极管,晶体管是最重要的一种半导体器件之一，它的放大作用和开关作用，促使了电子技术的飞跃。,晶体管图片,一、基本结构,晶体管的主要类型,(1) 根据结构分为: NPN型和PNP型,(2) 根据使用的半导体材料分为: 硅管和锗管,一、 基本结构,基极,发射极,集电极,NPN
2、型,符号：,NPN型晶体管,PNP型晶体管,基区：最薄， 掺杂浓度最低,发射区：掺 杂浓度最高,发射结,集电结,结构特点：,集电区： 面积最大,二、工作状态,1. 放大状态,发射结正偏、集电结反偏,PNP管：发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVB,从电位的角度看： NPN管：发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVB,即:VCVBVE,即:VC VB VE,二、工作状态,1. 放大状态,发射结正偏、集电结反偏,PNP管：发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVB,从电位的角度看： NPN管：发射结正偏 VBVE 集电结反偏 VCVB,即:VCVBVE,即:VC VB VE,晶体管电流放大的
3、实验电路,设 EC = 6 V，改变可变电阻 RB, 则基极电流 IB、集电极电流 IC 和发射极电流 IE 都发生变化，测量结果如下表：,1). 各电极电流关系及电流放大作用,晶体管电流测量数据,结论:,(1) IE = IB + IC 符合基尔霍夫定律 (2) IC IB ， IC IE (3) IC IB,把基极电流的微小变化能够引起集电极电流较大 变化的特性称为晶体管的电流放大作用。,实质: 用一个微小电流的变化去控制一个较大电流 的变化，是CCCS器件。,2)晶体管内部载流子的运动规律,基区空穴向发射区的扩散可忽略。,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。,基区接
4、电源正极，基区激发的价电子不断被电源拉走，补充空穴形成电流IBE 。 进入P 区的电子少部分与基区的空穴复合，多数扩散到集电结。,集电结反偏，阻挡集电区电子向基区扩散，但是它将从基区扩散来的电子拉入集电区，形成电流ICE。,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。,2)晶体管内部载流子的运动规律,IC = ICE+ICBO ICE,IB = IBE- ICBO IBE,ICE 与 IBE 之比称为共发射极电流放大倍数,集射极穿透电流, 温度ICEO,(常用公式),若IB =0, 则 IC ICE0,IB 微小的变化，会产生 IC 很大的变化。 IC =IB 。 0UCEUCC ， UCE =
5、 UCCRC IC 。 晶体管相当于通路。,3) 特点,特点： IB,IC 基本不变。 ICUCC / RC 。 UCE0 。 晶体管相当于短路。,条件: 发射结正偏, 集电结正偏。,IB,IC UCE = (UCCRC IC) ICM = UCC / RC,2. 饱和状态,电路图,饱和状态时的晶体管,特点： IB= 0 IC= 0 UCE= UCC 晶体管相当于开路。,3. 截止状态,条件: 发射结反偏, 集电结反偏。,电路图,截止状态时的晶体管,晶体管处于放大状态。,例9.1.1 图示电路，晶体管的 = 100，求开关 S 合向 a、b、c 时的 IB、IC 和 UCE，并指出晶体管的工作
6、 状态（忽略 UBE ）。,解 (1) 开关 S 合向 a 时,= 0.01 mA,UCC = 15 V UBB1 = 5 V UBB2 = 1.5 V RB1 = 500 k RB2 = 50 k RC = 5 k,IC = IB = 1000.01 mA = 1 mA UCE = UCCRCIC = (1551031103) V = 10 V,(3) 开关 S 合向 c 时,(2) 开关 S 合向 b 时,IBSIB 晶体管处于饱和状态。,UCE = 0 V,晶体管处于截止状态。,IB = 0，IC = 0，UCE = UCC = 15 V,三、特性曲线,即晶体管各电极电压与电流的关系曲线
7、，是晶体管内部载流子运动的外部表现，反映了晶体管的性能，是分析放大电路的依据。,为什么要研究特性曲线： 1）直观地分析晶体管的工作状态 2）合理地选择偏置电路的参数，设计性能良好的电路,重点讨论应用最广泛的共发射极接法的特性曲线,发射极是输入回路、输出回路的公共端,共发射极电路,输入回路,输出回路,测量晶体管特性的实验线路,1. 输入特性,特点:非线性,正常工作时发射结电压： NPN型硅管 UBE 0.7V PNP型锗管 UBE 0.3V,3DG100晶体管的 输入特性曲线,死区电压：硅管0.5V，锗管0.2V。,2. 输出特性,共发射极电路,3DG100晶体管的输出特性曲线,在不同的 IB下
8、，可得出不同的曲线，所以晶体管 的输出特性曲线是一组曲线。,2. 输出特性,IB=0,20A,放大区,晶体管有三种工作状态，因而输出特性曲线分 为三个工作区。,(1) 放大区,IC= IB,发射结正偏，集电结反偏,（2）截止区,IB 0 以下区域为截止区，有 IC 0 。,发射结反偏，集电结反偏,截止区,IB = 0 时, IC = ICEO(很小)。(ICEO0.001mA),对NPN型硅管，当 UBE0.5V时, 即已 开始截止, 为使晶体 管可靠截止 , 常使 UBE 0。截止时, 集 电结也处于反向偏 置(UBC 0),此时, IC 0, UCE UCC 。,饱和区,（3）饱和区,在饱
9、和区，IB IC， 发射结正偏，集电结正偏。 硅管UCES 0.3V， 锗管UCES 0.1V。 UCES0 ，ICS UCC/RC 。,饱和时：IBIBS,当晶体管饱和时， UCE 0，发射极与集电极之间如同一个开关的接通，其间电阻很小；当晶体管截止时，IC 0 ，发射极与集电极之间如同一个开关的断开，其间电阻很大，可见，晶体管除了有放大作用外，还有开关作用。,四、主要参数,1. 电流放大系数 ，,静态（直流）电流放大系数,动态（交流）电流放大系数,当晶体管接成共发射极电路时，,表示晶体管特性的数据称为晶体管的参数，晶体管的参数也是设计电路、选用晶体管的依据。,注意：,和 的含义不同，但在特
10、性曲线近于平行等距并且ICE0 较小的情况下，两者数值接近。,常用晶体管的 值在20 200之间。,2.集-基极反向截止电流 ICBO,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,3.集-射极反向截止电流(穿透电流)ICEO,ICEO受温度的影响大。 温度ICEO，所以IC也相应增加。晶体管的温度特性较差。,4. 集电极最大允许电流 ICM,5. 集-射极反向击穿电压U(BR)CEO,集电极电流 IC上升会导致晶体管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。,当集射极之间的电压UCE 超过一定的数值时，晶体管就会被击穿。手册上给出的数值
11、是25C、基极开路时的击穿电压U(BR) CEO。,6. 集电极最大允许耗散功耗PCM,PCM取决于晶体管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏晶体管。 PC PCM =IC UCE,硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。,ICUCE=PCM,安全工作区,由三个极限参数可画出晶体管的安全工作区,晶体管参数与温度的关系,1、温度每增加10C，ICBO增大一倍。硅管优 于锗管。,2、温度每升高 1C，UBE将减小 (22.5)mV， 即晶体管具有负温度系数。,3、温度每升高 1C， 增加 0.5%1.0%。,本节题型,1、判断管子类型：NPN，PNP；硅管，锗管。,2、判断管子工作状态：
12、放大，截止，饱和,饱和：发射结正偏，集电结正偏， UBE0，UBC0, IBIBS， 放大：发射结正偏，集电结反偏， UBE0，UBC0, IBIBS 截至：发射结反偏，集电结反偏， UBE0，UBC0, IB=0,例：用直流电压表测某电路中三只晶体管的三个电极对地的电压，其数值如图所示。指出晶体管的E、B、C三个极，并说明该管是硅管还是锗管。,解：,放大的概念:,放大的目的是将微弱的变化信号放大成较大的信号。,放大的实质: 用小能量的信号通过晶体管的电流控制作用，将放大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。,对放大电路的基本要求 ： 1. 要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。 2. 尽
13、可能小的波形失真。 另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术指标。,9.2 放大电路的工作原理,放大电路的目的是将微弱的变化信号不失真的放大成较大的信号。这里所讲的主要是电压放大电路。,电压放大电路可以用有输入口和输出口的四端网络表示，如图：,Au,三种晶体管放大电路,共射极放大电路,共基极放大电路,共集电极放大电路,以共射极放大电路为例讲解工作原理,一、放大电路的组成,一、放大电路的组成,共发射极基本交流放大电路,1、共发射极基本放大电路组成,2、基本交流放大电路各元件作用,晶体管T-放大元件, iC= iB。要保证集电结反偏,发射结正偏,使晶体管工作在放大区 。,基极电源EB与基极电阻
14、RB-使发射结 处于正偏，并提供大小适当的基极电流。,共发射极基本电路,集电极电源EC -为电路提供能量。并保证集电结反偏。,集电极电阻RC-将变化的电流转变为变化的电压。,耦合电容C1 、C2 -隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使信号顺利输入、输出。,信号源,负载,共发射极基本电路,2、基本交流放大电路各元件作用,基本放大电路的简化画法：,单电源供电时常用的画法,共发射极基本电路,上堂课回顾,1、晶体管,符号：,NPN型三极管,PNP型三极管,上堂课回顾,1、晶体管,(1) IE = IB + IC 符合基尔霍夫定律 (2) IC IB ， IC IE (3) IC IB,把基极电流
15、的微小变化能够引起集电极电流较大 变化的特性称为晶体管的电流放大作用。,晶体管放大的外部条件：,发射结正偏、集电结反偏,+ UBE ,IC,IE,IB,C T E,B,+ UCE ,特点:非线性,正常工作时发射结电压： NPN型硅管 UBE 0.7V PNP型锗管 UBE 0.3V,3DG100晶体管的 输入特性曲线,死区电压：硅管0.5V，锗管0.2V。,上堂课回顾,2. 输入特性,IB=0,20A,放大区,晶体管有三种工作状态，因而输出特性曲线分 为三个工作区。,(1) 放大区,发射结正偏，集电结反偏;有电流放大作用, IC=IB，输出曲线具有恒流特性。,上堂课回顾,3. 输出特性,（2）
16、截止区,IB 0 以下区域为截止区，有 IC 0 。,截止区,IB = 0 时, IC = ICEO(很小)。(ICEO0.001mA),发射结反偏，集电结反偏；失去电流放大作用，IC0，晶体管C、E之间相当于开路。（开关断开）,上堂课回顾,饱和区,（3）饱和区,在饱和区，IB IC 深度饱和时， UCE0 , ICS UCC/RC,发射结正偏，集电结正偏；失去放大作用，晶体管C、E之间相当于短路。（开关接通）,上堂课回顾,上堂课回顾,共发射极基本交流放大电路,1、共发射极基本放大电路组成,一、放大电路的组成,上堂课回顾,单电源供电时常用的画法,共发射极基本电路,基本放大电路的简化画法：,UBE、IB 大写字母，大写下标，表示直流量(静态值)。,ube、ib小写字母，小写下标，表示交流瞬时值。,uBE 、iB小写字母，大写下标，表示交、直混
