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1、第二章第二章 半导体三极管与分立元件半导体三极管与分立元件 放大电路放大电路2.1 2.1 双极型半导体三极管双极型半导体三极管 2.2 2.2 共射基本放大电路共射基本放大电路 2.3 2.3 分压式工作点稳定电路分压式工作点稳定电路 2.4 2.4 分立元件放大电路的分析方法分立元件放大电路的分析方法 2.5 2.5 共集电路和共基电路共集电路和共基电路 2.6 2.6 场效应晶体管及其放大电路场效应晶体管及其放大电路 2.7 2.7 多级放大电路多级放大电路 2.8 2.8 共射放大电路的频率特性共射放大电路的频率特性教学目标1、了解三极管结构，熟悉电路符号、电流放大作用、特性曲 线、主
2、要参数及温度对特性的影响。掌握三极管三种工作状 态及其特点。 2、熟悉放大电路的基本要求及主要性能指标 。 3、熟悉共射基本电路的组成及其工作原理。熟悉静态、动态 、直流通路、交流通路的基本概念。 4、熟悉温度对静态工作的影响,分压式工作点稳定电路组成和 工作点稳定原理。 5、会用工程估算法计算静态工作点。了解直流负载线的作法 ，熟悉非线性失真及其产生原因和消除方法。 教学目标6、掌握三极管简化微变等效电路模型和微变等效电路法，会 用微等效电路法求放大电路的主要参数。 7、熟悉共集电路组成工作原理、性能特点及其应用。 8、了解共基电路组成、性能及其应用。 9、了解场效应管结构、分类、工作原理、
3、电路符号，选学主 要参数、组成电路及主要参数的求法。 10、了解多级放大电路的耦合方式及其特点，熟悉多级放大电 路Au、 Ri 、Ro计算方法。了解常用组合放大电路的组成和特 点 。 11、熟悉BJT频率参数、单级阻容耦合共射电路频率特性和波 特图。了解多级放大电路频率特性。 半导体三极管分为双极型三极管(Bipolar junction transistor，BJT)和单极型三极管。双极型三极管又称为晶体三极管，简称三极管(或晶体管)，它是多数载流子与少数载流子均参与导电的三极管。单极型三极管又称为场效应管(Field effect transistor，FET)，它工作时只有多数载流子参与
4、导电。 2.1 双极型半导体三极管 o若将两个PN结“背靠背”地连接起来（用工艺 的办法制成），则组成三极管。1三极管的分类(1)按结构(导电类型)划分：NPN和PNP。 (2)按所用半导体材料划分：硅管和锗管。(3)按用途划分：放大管和开关管。(4)按工作频率划分：低频管和高频管。(5)按功率大小划分：小功率管、中功率管、大功率管。 2.1.1 三极管的结构、图形符号及分类2三极管的结构、电路符号 三极管结构与符号如图2.1.1所示。它们有三区：集电 区、基区、发射区；三极：各对应引出的电极分别称为集电 极c（Collector）、基极b（Base）和发射极e（Emitter）；两 结：发射
5、区与基区之间的PN结称为发射结Je，基区与集电区 之间的PN结称为集电结Jc。 图2.1.1 三极管的内部结构与符号 （a）NPN型 （b） PNP型 三极管实物图片 注意：(1)两种管子的电路符号用发射极箭头方向的不同以示区别，箭头方向表示发射结正偏时发射极电流的实际方向。(2)三极管具有信号放大作用。(3)保证放大的制造工艺：基区很薄且掺杂浓度低，发射区掺杂浓度高，集电结的面积比发射结的面积大等。(4)在使用时三极管的发射极和集电极不能互换。一、三极管放大的基本条件 （1）放大的偏置条件：Je正偏，Jc反偏。（2）NPN管具有放大作用时的电位关系：UCUBUE；PNP管：UCUBUE。 2
6、.1.2 三极管的电流放大作用及其放大的基本条件 二、三极管各电极上的电流分配 NPN型三极管的电流分配实验电路如图2.1.2所示，图中 ，IB为基极电流，IC为集电极电流，IE为发射极电流，它们的 方向如图中箭头所示。UBE为发射结的正偏压，UCE为集电极 与发射极之间的电压。图2.1.2 三极管电流分配实验电路 调节实验电路的电位器RP可以改变UBE并产生相应的基极电流IB，而IB的变化又将引起IC和IE的变化。每产生一个IB值，就有一组IC和IE值与之对应，该实验所得数据见表2.1.1。 由上表得出规律：IE=IB+IC，即发射极电流等于基极电流与集电极电流之和。表2.1.1 三极管三个
7、电极上的电流分配 三、三极管的电流放大作用 由表1.3.1可知，当IB从0.02mA变化到0.03mA时， IC随之从1.14mA变化到了1.74mA，则两变化量之比（1.74-1.14）/（0.03-0.02）=60，说明此时三极管IC的变化量为IB的变化量的60倍。（1）三极管的电流放大作用就是基极电流IB的微小变化控制了集电极电流IC较大的变化。（2）三极管放大电流时，被放大的IC是由电源VCC提供的，并不是三极管自身生成的，放大的实质是小信号对大信号的控制作用。（3）三极管是一种电流控制器件。 2.1.3 三极管的输入、输出特性曲线 三极管的各个电极上电压和电流之间的关系曲线称为三极管
8、的 伏安特性曲线或特性曲线。常用的是输入特性曲线和输出特性曲线 。三极管在电路中的连接方式（组态）不同，其特性曲线也不同。用NPN型管组成的共射特性曲线测试电路如图2.1.3所示。 图2.1.3 三极管共射特性曲线测试电路 一、输入特性曲线（Input characteristic curves） 共射输入特性曲线方程式：iB=f(uBE)uCE=常数。图 2.1.4为NPN型硅管3DG4的共射输入特性曲线。 图2.1.4 共射输入特性曲线 (1) uCE0：c极与b极相连，相当于两个二极管并联，输入特性曲线与二极管伏安特性曲线的正向特性相似。(2)uCE1V：曲线右移。(3) uCE1V：曲
9、线与uCE=1V时的曲线近乎重合。实际中，通常就用uCE1V这条曲线来代表。(4)三极管放大状态的依据：硅管uBE=0.7V，锗管uBE=0.2V。 二、输出特性曲线（Output characteristic curves） 1方程输出特性曲线方程式：iC= f(uBE)iB=常数。 2输出特性曲线测试测试时，先调节RP1使iB为某一值固定不变，再调节RP2，得到与之对应的uCE和iC值，根据所对应的值可在直角坐标系中画出一条曲线。重复上述步骤，可得不同IB值的曲线族，如图2.1.5所示。 图2.1.5 共射输出特性曲线 由图可知： (1)曲线起始部分较陡， 且不同iB曲线的上升部分几乎重合
10、。(2)对一条曲线而言，uCE 增大，iC增大，但当uCE大于 0.3V左右以后，曲线较平坦，只略有上翘。这说明三极 管具有恒流特性。(3)输出特性曲线不是直线，是非线性的，说明三极 管是一种非线性器件。 3三极管输出特性曲线的四个区 (1)放大区（Active region） (2)饱和区（Saturation region） (3)截止区(Cutoff region) (4)击穿区(Breakdown region) 4PNP管特性曲线由于电源电压极性和电流方向不同，PNP管与NPN管的特性曲线是相反、“倒置”的。 2.1.4 三极管的主要参数及温度对特性的影响 三极管的参数用来表征管子性
11、能优劣和适用范围，它是 合理选用三极管的依据。 一、电流放大系数（Current amplification factor）电流放大系数是表征三极管放大能力的参数。电路工作状 态有两种：电路无交流信号输入而工作在直流状态时，称为静 态；电路有交流信号输入而工作在交流状态时，称为动态。 1.共发射极电路直流电流放大系数 它反映静态时集电极电流与基极电流之比值。 温度升高，值增大。每升高1，值增加0.5%1%， 反映在输出特性曲线上就是各条曲线的间距增大。 3. 共基极电路电流放大系数2.共发射极电路交流电流放大系数 在共基极电路（即信号从发射极输入，集电极输出，基 极为输入输出的公共端）中，三极
12、管的集电极电流IC与发射 极电流IE之比称为共基极电路直流电流放大系数。二、极间反向电流（1）ICBO指发射极开路时集电极和基极之间的反向饱和电流。ICBO很小，温度升高，ICBO增加。一般硅管热稳定性比锗管好。图2.1.6（a）为该参数的测试电路。（2）ICEO是指基极开路时，集电极和发射极之间的反向饱和电流，又称为穿透电流。ICEO=(1+) ICBO。图2.1.6（b）为该参数的测试电路。极间反向电流是由少数载流子形成的，其大小表征了管子的温度特性。 图2.1.6 极间反向电流的测量 （a)测量ICBO的电路 （b)测量ICEO的电路 三、极限参数 （1）集电极最大允许电流ICM(Max
13、imum allowable collector current)：是指当下降到正常值的2/3时所对应的IC值。当IC超过 这个值时，放大性能下降或损坏管子。 （2）反向击穿电压（Reverse breakdown voltage）U(BR)CBO ： 发射极开路时，集电极基极之间允许施加的最高 反向电压，超过此值，集电结发生反向击穿。U(BR)EBO ： 集电极开路时，发射极基极之间允许施加的最高反 向电压。U(BR)CEO：基极开路时，集电极与发射极之间所能承受的最高反 向电压。为可靠工作，使用时VCC取U(BR)CEO的1/2或2/3。在输出特 性曲线中，iB0的曲线开始急剧上翘所对应的
14、电压即为U(BR)CEO ， 其值比U(BR)CBO小。T，U(BR)。 （3）集电极最大允许耗散功率PCM(Maximum allowable power dissipation)：PCM的大小主要决定于允许的集电结结温。一般硅管约 为150，锗管约为70。显然，PCM的大小与管子的散热条件及环 境温度有关。且PCM= iCuCE，由此可画出三极管的安全工作区。 图2.1.7 三极管的安全工作区1.3.5 微型三极管简介 图2.1.8 微型三极管外形尺寸 （a）SOT-23封装外形尺寸 (b) SOT-143封装外形尺寸附：三极管的引脚判别及性能检测 （一）晶体三极管的引脚判别用万用表测三极
15、管示意图 1、基极的判别2、集电极、发射极的判别一、BJT放大电路的基本要求 2.2 共射基本放大电路 要使BJT放大电路完成预定的放大功能，必须满足以下要求：(1)有直流电源。三极管Je正偏，Jc反偏，工作在放大区。(2)输入信号能输入。(3)输出信号能输出。(4)信号不失真地放大，满足放大电路的性能指标要求。 2.2.1 放大电路的基本要求及主要性能指标 1放大倍数（Amplification）放大倍数是衡量放大电路放大能力的指标，常用A表示。 放大倍数可分为电压放大倍数、电流放大倍数和功率放大倍数 等。放大电路框图如图2.2.1所示。 二、放大电路的主要性能指标 图2.2.1 放大电路框
16、图 放大电路输出电流与输入电流之比，称为电流放大倍数。工程上常用对数来表示放大倍数，称为增益G，单位为分贝 （dB），常用的有Gu=20lgAu Gi=20lgAi 放大电路输出电压与输入电压之比，称为电压放大倍数 相当于信号源的负载， 越大，信号源的电压更多地传输到放大 电路的输入端。在电压放大电路中，希望大一些。2输入电阻（Input resistance）输入电阻就是向放大电路输入端看进去的交流等效电阻，在数 值上等于输入电压与输入电流之比，即3输出电阻（Output resistance） 图2.2.2 输出电阻的求法 输出电阻就是从放大电路输出端（不包括负载）看进去的 交流等效电阻。输出电阻的求法如图2.2.2所示，即先将信号源 短路，保留内阻，将负载开路，在输出端加一交流电压uo，产 生电流io，输出电阻等于uo与io之比，即 图2.2.3 共射放大电路组成 （a)双电源电路 （b)实际电路 2.2.2 共射基本
