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1、43第第 5 章章 晶体管及其放大电路晶体管及其放大电路一一基本要求基本要求1 理解晶体三极管、场效应管的电流分配及放大原理； 2 掌握基本放大电路如，固定偏置放大电路、分压式偏置放大电路、射极输出器 的基本原理和电路特点，了解电路中各元件的作用和意义； 3 掌握放大电路的静态分析和微变等效电路的动态分析方法； 4 了解设置静态工作点的意义及稳定静态工作点的原理和方法： 5 了解多级放大电路的几种耦合方式，会计算阻容耦合多极放大电路的放大倍数；6 理解差动放大电路的意义及作用； 7 了解功率放大电路的工作原理； 8 了解场效管放大电路的分析方法及特点。二二阅读指导阅读指导1 半导体三极管 （1
2、）晶体管的电流分配和放大原理。半导体三极管是由两个 PN 结构成的双 极型晶体管，简称晶体管。共有 NPN 和 PNP 两种管型。BC II要注意和的含义不同，两者数值基本相同。晶体管有截止、放大和饱和三种工作状态，如表 5-1 所示： 表 5-1工作状态截止放大饱和偏置条件发射结反偏， 集电结反偏发射结正偏 集电结反偏发射结正偏 集电结正偏 工作特征ccCEUU0CIBCII0CEUCCC CSRUI（2）输入、输出特性 根据晶体管工作状态不同，输出特性曲线可分为截止区、放大区和饱和区。深刻理解输入、输出特性曲线，可帮助理解晶体管放大电路的工作原理及各个 参数间的关系。 2 场效应管 场效应
3、晶体管是一种单极型半导体器件，简称场效应管。转移特性，漏极输出特性。绝缘栅场效应管常数 DSUGSDUfI)(常数 GSUDSDUfI)(（简称 MOS 管）的四种管型及特性如教材表 5-2 所示。443 晶体管与场效应管比较 晶体管和场效应管都可构成放大电路，其实质是用小信号和小能量控制大信号和大能量。 两者比较如表 5-2 所示。表 5-2晶体管场效应管载流子两种不同极性的载流子（电子 与空穴）同时参与导电，故称 为双极型晶体管只有一种极性的载 流子（电子或空穴） 参与导电，故又 称 为单级型晶体管控制方式电流控制电压控制类型NPN 型和 PNP 型两种N 沟道和 P 沟道两 种放大参数1
4、0020VmAgm/51输入电阻1021041071014输出电阻很高cer很高dsr热稳定性差好制造工艺较复杂简单，成本低对应极基极-栅极，发射极-源极，集 电极-漏极4 晶体管放大电路 从基本放大电路入门，要求理解放大电路的组成，各元件的作用，及三极管在 电路中的意义，要会求几个典型电路的静态值及动态参数。 （1）静态分析是指在没有输入信号时，确定放大电路的静态值 IB、 ，IC、 、 ，UCE，（既静态工作点 Q） 。可通过直流通路，采用估算法和图 解法。 （2）动态分析是指在有输入信号时，通过交流通路确定放大电路的输入、 输出电阻和电压放大倍数。通常采用微变等效电路法。 （3）几种常见
5、的基本放大电路的静态和动态分析，如表 5-3 所示。表 5-3451.基本放大电路（固定偏置放大电路）直流通路：微变等效电路：2.分压式偏置放大电路直流通路1静态工作点：CCCCCEBCBCCBBECC BRIUUIIRU RUUI输入电阻：bebeB/rrRri输出电阻： ro = RC电压放大倍数：SbeL SSLCLuRrRARRRRrRAbeL0)/(时2静态工作点CC 2B1BB2 BUURRR EBEBEB ECRU RUUII)(ECCCCCERRIUU输入电阻bebe2B1BbeB /rrRRrRri输出电阻 ro = RC电压放大倍数T uo+UCCuiusC1 +RB RC
6、 + C2RS RLIC UCE UBE IB +UCC +VCC RB RC oI&cI&bI&iI&SV&bI&iV&OV&RLRCRSRB rbe iEi2iCRB1 + CE i1+ C2 +UCCiBC1 + uCE RC RS1 RB2 RE1 RL1 uS1 uo UCE IC+UCCUBE BIEIBRE 1 RB2 RB1 RC1 46微变等效电路3.射级输出器直流通路微变等效电路SbeL SSLCLuRrRARRRRrRAbeL0)/(时3静态工作点EBEECCCEEEBBECC B)1 ()1 ()1 (RIURIUUIIIRRUUICCBC输入电阻 )/()1 (/ L
7、E beB RRRRrRrLLi 输出电阻1)/(/SBbe ERRrRro（）SbeRrrober电压放大倍数1)1 ()1 ( bbeb bLLRIrIRIAubI&oV&eI&bI&RLRERBrbeRSOV&bI&iV&SV&RL1 RC1 RB RS1 rbe 1 IEUBE IBRBREUCE +UCC uo+ C2uSC1 +RLvBE iBRBRERSuCE +UCC 47注意：1），IE 是直流静态值。EbeImVr26)1 (3002）微变等效电路是利用电阻、恒流源构成的一个线性电路，以表明晶体管的 PN 结 结构及其输入与输出特性。它是在交流小信号的前提下，晶体管线性化的
8、等效电路。 放大电路的微变等效电路是直接在交流通路的基础上得出的，微变等效电路是对交流信 号而言的，输入和输出电阻都是动态电阻。3）静态工作点选择的好坏，直接影响放大电路的工作性能，Q 点应选在放大区的中 间部分，可通过调节 RB或 RC选择合适的 Q 点。 4) 非线形失真的问题。当静态工作点过高而信号幅度过大时会引起饱和失真、当静 态工作点过低而信号幅度过大时会引起截止失真。 5静态工作点的稳定 静态工作点不稳定主要是由于受温度变化的影响。温度变化要影响晶体管的参数 ICBO、ICEO、和 UBE。这三者随温度升高的变化，都使集电极电流的静态值 IC增大。当温 度升高使 IC增大时，IB应
9、自动减小以牵制 IC的增大，常用的是分压式偏置放大电路。稳定 静态工作点的物理过程、静态值的计算，必须掌握。 6射级输出器的特点及用途 射级输出器具有输入阻抗高、输出电阻低、，且同相跟随的特点；1uA射级跟随器一般用于放大电路的输入级、输出级和中间缓冲级。 7多级放大电路 （1） 阻容耦合多级放大电路中，静态工作点彼此独立、互不影响， 电压放大倍数 Au=Au1 Au2.Aun ； （2） 直接耦合多级放大电路中，静态工作点相互影响，零点漂移的问题比较突出。 8差分放大电路 （1）差分放大电路是抑制零点漂移的最有效的电路。抑制零点漂移的水平用电路抑制共 模信号的能力来衡量。差分电路可抑制共模信
10、号，放大差模信号，任何信号均可分 解为共模和差模信号，其中：,221uuuc221uuud（2）差分放大电路不完全对称和单端输出（即使电路对称）时，输出就有零点漂移。因 此，常采用在发射极引入 RP、RE和负电源 EE。 （3）差分放大电路的输入、输出方式共有四种。重点是双端输入双端输出电路，单端 输入单端输出电路。 9功率放大电路 对功率放大电路的要求： （1）输出功率大，且不失真； （2）效率高；尽量减少电源供应，增大输出功率。 所以，常用的功率放大器有 OTL 和 OCL 互补对称电路。功率放大器一般采用乙 类或甲乙类工作状态；在同样的输出功率条件下，OTL 互补对称电路的电源电压 UC
11、C应为 OCL 的两倍。功率的计算如教材 P151所述。（3）复合管：复合管的目的是增大电流放大倍数，提高电路对称性。，管子的2148类型取决于第一个管子的类型，如图 5-1（a） ， （b）所示。三、例题解析三、例题解析例例 5.1 在图 5-2 (a) 所示放大电路中， 已知,12VUCC,2 kRC,2 kRLkRBI100图 5-2电位器总电阻，三极管。试求： MRP1VUBE6 . 0,50(1)当调到 0 时静态工作点()，并判定三极管工作在什么区；PRCECBUII,(2)当调到最大时静态工作点()，并判定三极管工作在什么区；PRCECBUII,(3)若使，问应调节到多大？VUC
12、E6PR(4)若在的条件下，输入和输出信号波形如图 5-2 (b) 所示，判定它产生了什VUCE6么失真，说明应如何调节以减小失真，为什么？PR解解 (1) 当=0 时， PRkRRBIB100ARUUIBBECC B1141006 . 012可见 ，三极管已进入饱和区。BSBII(2) 当最大时，PR kPRRPBIB11001000100ARUUIBBECC B1011006 . 012mAIIBC5 . 01010506C B E T1 iB1 iE1 iB2 iC1 R1 C B T2 E iC2 iE2 (a)图 5-1 复合管（a） ， （b）C B E T1 R1 C B T2
13、E (b)49CCCCCCCEUVRIUU1125 . 012可见三极管已进入截止区附近。 (3) 若，则VUCE6mARUUICCECC C32612AIIC B60503kIUURBBECC B19010606 . 0123kRRRBIBP90100190(4) 波形产生了截止失真。这是由于静态工作点偏低造成的。应适当减小，同时适ouPR当调节输入信号，使在最大时不产生失真。iuiu注：注： 由此例题分析可见，调整静态工作点的位置及减小非线性失真的方法，主要是改 变基极偏置电阻大小，从而调节基极电流的大小。由波形可知，截止失真是在正BIouou半周(即的负半周)，饱和失真则在的负半周(的正
14、半周)，这是由于集电极与基极相iuouiu位相反的结果。 例例 5.2 在图 5-3 (a) 所示放大电路中，已知，三极管VUCC12,2 kRE,2 kRL，。50VUBE6 . 0(1) 若使，则为多少？VUCE6BR(2) 若输入、输出信号波形如图 5-3(b)所示，问电路产生了什么失真？如何调节才能BR 消除失真？图 5-3(a),(b)解解 (1) 根据 VUCE6EECCCERIUU可得 mARUUIECECC E32612AIIE B8 .58513 1又 BEEEBBCCURIRIU50得 kIURIURBBEEECC B8 .91108 .586 . 023126(2) 由于发射极与基极相位相同，可知失真产生在正半周，故为饱和失真，为此应iu增大以减小才能消除失真。BRBI例例 5.3 在图 5-4 所示放大电路中，已知，kRG1801kRG602 MRG1，kRD10kRS10kRB331kRB2 . 82kRC10，场效应管， 3901ER kRE32kRL10mAIDSS4VUoffGS4)(三极管，。80VUBE6 . 0VUCC24(1)试求各级静态值； (2)画出微变等效电路； (3) 试求各级电压放大倍数及总电压放大倍数；(4) 试求输入电阻及输出电阻；iror(5) 试问第一级用的是什么类型的场效应管？还可用什么形式的偏置电路？图 5-4
