4-三极管及放大电路

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1、4 双极结型三极管及放大电路基础,4.1 BJT 4.2 基本共射极放大电路 4.3 放大电路的分析法 4.4 放大电路静态工作点的稳定问题 4.5 共集电极放大电路 *和共基极放大电路 *4.6 组合放大电路 4.7 放大电路的频率响应,三极管及放大电路,4.1 晶体三极管,一、 基本结构,NPN型,PNP型,基区：较薄， 掺杂浓度低,集电区： 面积较大,发射结,集电结,* 三极管的符号,NPN型三极管,PNP型三极管,二、IE， IB， IC 电流形成,EB,RB,EC,进入P区的电子少部分与基区的空穴复合，形成电流IB ，多数扩散到集电结。,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射

2、极电流IE。,IB,EB,RB,EC,集电结反偏，有少子形成的反向电流ICBO。,从基区扩散到集电区的电子，被收集，形成ICE。,BJT 内部载流子的传输过程：,（1）、E区向B区注入电子,形成IE,（2）、电子在B区复合，形成IB,（3）、 C区收集电子，形成IC,IB,三、 V-I特性曲线及结论,iC,V,vCE,vBE,RB,iB,EC,EB,实验线路,(一)、输入特性:,工作压降： 硅管VBE0.50.7V,锗管UBE0.10.3V。,死区电压:硅管0.5-0.7V，锗管0.1-0.3V。,(二)、输出特性:,VBVE和VCVB ， IC只与IB有关且IC=IB，称为放大区,VCE0.

3、3V, VBVE和VBVC ，称为饱和区。,IB=0,IC=ICEO, VB VE和VBVC，称为截止区。,(三)、结论,放大区：发射结正偏，集电结反偏。 即： IC=IB , 且 IC = IB,(2) 饱和区：发射结正偏，集电结正偏。 IBIC，VCE0.3V,(3) 截止区：发射结反偏，集电结反偏， IB=0 ， IC=ICEO 0,1、三极管工作在三个区域的条件及特点:,C、E间相当于短路,C、E间相当于开路,2、电流的放大作用及分配,电流分配关系,思考1：处于放大区时，NPN型、PNP型两种三极管的各 电极电位如何？,VB、VC、VE大于零,VB、VC、VE小于零,且VC VBVE,

4、且-VC - VB-VE,总的来说:处于放大区时，NPN型、PNP型两种三极管， 满足,思考2：在同一坐标上绘制NPN型、PNP型三极管的 输出特性曲线,iC1(mA),vCE(V),3,6,9,12,vCE(V),iC2(mA),四、主要参数,前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还有共基、共集接法。,共射直流电流放大倍数：,工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：,1. 电流放大倍数和 ,四、主要参数,前面的电路中，三极管的发射极是输入输出的公共点，称为共射接法，相应地还

5、有共基、共集接法。,共射直流电流放大倍数：,工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在直流上的交流信号。基极电流的变化量为IB，相应的集电极电流变化为IC，则交流电流放大倍数为：,1. 电流放大倍数和 ,2.集-基极反向饱和电流ICBO,ICBO是集电结反偏由少子的漂移形成的反向电流，受温度的变化影响。,B,E,C,N,N,P,ICBO进入N区，形成IBE。,根据放大关系，由于IBE的存在，必有电流IBE。,集电结反偏有ICBO,3. 集-射极反向饱和电流ICEO,ICEO受温度影响很大，当温度上升时，ICEO增加很快，所以IC也相应增加。三极管的温度特性较差。,4.集电极最大电流ICM,集电极电

6、流IC上升会导致三极管的值的下降，当值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为ICM。,5.集-射极反向击穿电压U(BR)CEO,当集-射极之间的电压UCE超过一定的数值时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击穿电压。,6. 集电极最大允许功耗PCM,集电极电流IC 流过三极管， 所发出的焦耳 热为：,PC =ICUCE,必定导致结温 上升，所以PC 有限制。,PCPCM,ICUCE=PCM,安全工作区,五、温度对参数及特性的影响,温度上升时，输出特性曲线上移,六、常见三极管实物外形,三极管放大电路有三种形式,共射放大器,共基放大器,共集放大器,以共射放大器为例讲解工作原

7、理,一、放大电路的分类, 4.2 基本共射极放大电路,二、 共射放大电路的基本组成,iC,iB,Rs,vS,C1,vBE,VCC,RC,T,C2,RB,+VCC,未加电容,加电容,vI,v0,三、 符号规定,VA :,大写字母、大写下标，表示直流量。,vA :,小写字母、大写下标，表示交直流量(全量)。,va :,小写字母、小写下标，表示交流分量。,vA,va,全量,交流分量,t,VA直流分量,(一）、 放大的概念、放大器的组成框图,、放大就是将微弱的变化信号放大成较大的信号，包括对电压、电流的放大。,、放大器的一般组成框图：,引言: (1.4- 1.5的内容), 4.3 放大电路的分析方法,

8、（二）、 放大电路的性能指标,、静态性能指标：,主要包括静态值：IQ、ICQ、VCEQ,静态值决定了三极管的直流偏置，从而决定了放大 电路能否正常工作，也决定了放大电路能否不失真 地放大信号。,放大电路的性能指标主要包括静态性能指标和 动态性能指标,（1）、输入电阻Ri,输入电阻是衡量放大电路从其前级信号源获取信号大小的参数。输入电阻越大，从其前级取得的信号越大。其定义为：,2、动态性能指标：,（2）、输出电阻Ro,放大电路的输出对其负载而言，相当于信号源，其内阻就是输出电阻。,输出电阻是衡量放大电路带动负载能力大小的参数。输出电阻越小，带动负载的能力越大。其定义为：,放大倍数,d、通频带,通

9、频带：,BW=fHfL,放大倍数随频率变化曲线,放大电路分析,静态分析,动态分析,估算法,图解法,微变等效法,图解法,计算机仿真,3、放大电路分析方法,一、静态分析,放大电路中各点的电压或电流都是在直流上附加了小的交流信号。,在令交流信号Vs=0,只考虑直流信号单独作用时放大电路的工作状态称为静态。,静态分析着重计算静态值（IQ、ICQ、VCEQ）和画出静态工作点Q。,估算法：,图解法：,主要用于计算静态值（IQ、ICQ、VCEQ）,主要用于画出静态工作点Q并找出最佳Q。,步骤：原电路,(一)、静态(估算法) 分析的步骤,直流通道,计算IQ、ICQ、VCEQ,令vS=0,根据直流通道估算IBQ

10、、 ICQ、 VCEQ、,（RB称为偏置电阻，IB称为偏置电流）,估算法,直流负载线的方程,直流 负载线,与输出特性的交点就是Q点,IB,(二)、静态(图解法) 分析的步骤及应用,1、步骤：,画出直流负载线 （CE=VCCICRC）,计算I,直流负载线与 iB=IB的输出特性 的交点就是Q点,iB,iC、 vCE变化，使工作点将移动,（1）、分析vS造成工作点在Q点上下移动的原因,uS的变化，使vI 、 vBE有一微小的变化,从而造成iB、,2、图解法的应用,（2）、运用图解法选择最佳的静态工作点,可输出的最大不失真信号,a、 Q点在直流负载线的中点：,可输出的最大不失真信号,v0= vCE,

11、b、 Q点过低：,放大电路产生截止失真,放大电路产生截止失真,v0= vCE,c、 Q点过高：,放大电路产生饱和失真,放大电路产生饱和失真,v0= vCE,思考：,电源电压VCC，电阻RB，RC，温度的变化 对静态工作点的影响如何？,Q,Q1,I1B,V1CC,以VCC降低为例,以RB降低为例,Q3,IB,I2B,Q2,以RC增大为例,Q4,以温度上升为例,例：,已知：VCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。用估算法计算静态工作点,解：,二、动态分析,放大电路中各点的电压或电流都是在直流上附加了小的交流信号。,在令直流信号VCC=0,只考虑交流信号单独作用时放大电路的工作状态称

12、为动态。,微变等效法：,图解法：,用于计算动态值,略,分析 方法,(一)、三极管的微变等效电路,1、 输入回路的等效（b、e间的等效）,从输入特性可知，当 工作点围绕Q点作小 幅波动时，可将Q1、 Q2曲线近似为线段。,rbe的量级从几百欧到几千欧。,从输出特性可知，三极管处于放大区时，iC与vce无关,2、 输出回路的等效（c、e间的等效）,三极管的微变 等效电路,简易等效,完全等效,rce很大,可认为开路,三极管的微变等效电路,rce很大， 可认为开路,(二)、动态分析的步骤,步骤：原电路,交流通道,原电路,交流通路,方法:将交流通道中的三极管用微变等效电路代替,步骤：原电路,交流通道,微

13、变等效电路,交流通路,RB,RC,RL,vi,vo,b,c,e,微变等效电路,e,动态分析的步骤,1、电压放大倍数的计算,特点：负载电阻越小，放大倍数越小。,步骤：原电路,交流通道,计算动态值,微变等效电路,动态分析的步骤,2、输入电阻Ri及放大倍数Avs的计算,RB,RC,RL,b,c,e,式中：,动态分析的步骤,微变等效法,3、输出电阻的计算,采用外加电压法,设外加电压为 ，则：,4.4 工作点稳定的放大电路,为了保证放大电路的稳定工作，必须有合适的、稳定的静态工作点。但是，温度的变化严重影响静态工作点。,对于基本共射放大电路（固定偏置电路）而言，由于VBE、 和ICEO 这三个参数随温度

14、而变化，温度对静态工作点的影响主要体现在这一方面。,1、温度对BE的影响,.固定偏置电路,一、影响静态工作点稳定的因数,2、温度对 值及ICEO的影响,总的效果是：温度上升时，Q点上移； 温度下降时，Q点下移；,温度上升时，输出特性曲线上移，造成Q点上移。,二、稳定静态工作点的措施,固定偏置电路的Q点是不稳定的。 Q点不稳定可能会导致静态工作点靠近饱和区或截止区，从而导致饱和失真或截止失真。为此，需要改进偏置电路，使IC不随温度变化而变化， 即做到IC固定，从而就可以抑制Q点的变化，保持Q点基本稳定。,3、常采用分压式偏置电路。,具体方法有:,1、采用热敏电阻的补偿电路。,2、含恒流源的射极偏

15、置电路。,采用热敏电阻的补偿电路,含恒流源的射极偏置电路,三、分压式偏置电路,（一）、静态分析,静态值计算,（二）、动态分析,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、输入电阻不受影响。,问题1：如果去掉CE，静态值会变化吗？,问题2：如果去掉CE，放大倍数、输入电阻会变化吗？,去掉 CE 后的交流通路和微变等效电路：,vo,交流通路,微变等效电路,(1)、电压放大倍数,.电压放大倍数降低,RC,RL,RE,RB,b,c,e,rbe,（2）、输入电阻,（3）、输出电阻,.输入电阻增大,.输出电阻不变,问题3：如果电路如下图所示，如何分析？,静态分析：,直流通路,动态分析：,交流通路,交流通路：,微变等效电路：,4.5 共集电极放大电路,一、静态分析,(又称为射极输出器、电压跟随器）,RB,+VCC,RE,直流通道,ICQ,VCEQ,静态分析,二、动态分析,动态分析,微变等效电路,微变等效电路,1. 电压放大倍数,动态分析,令：,所以,但电流ie增