三极管(BJT)及放大电路

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1、Analog Electronics1第四章晶体管（BJT）及放大电路Analog Electronics2一、晶体管的结构和符号二、晶体管的放大原理三、晶体管的共射输入特性和输出特性四、温度对晶体管特性的影响五、主要参数4.1 晶体管（BJT） Analog Electronics3半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种 类型:NPN型和PNP型。两种类型的三极管发射结(Je)集电结(Jc)基极，用B或b表示（Base）发射极，用E或e 表示（Emitter）；集电极，用C或c 表示（Collector）。发射区集电区基区三极管符号4. 1 .1 半导体三极管结构和工作原理Analog

2、Electronics4一、晶体管的结构和符号多子浓度高多子浓度很 低，且很薄面积大 晶体管有三个极、三个区、两个PN结。小功率管中功率管大功率管为什么有孔？Analog Electronics5二、晶体管的电流放大作用共射极放大电路PNP接法？Analog Electronics6扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电 流IB，漂移运动形成集电极电流IC。少数载流 子的运动因发射区多子浓度高使大量 电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使极少 数扩散到基区的电子与空穴复合因集电区面积大，在外电场作用下大 部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴 的扩散1.内部载流子运动Anal

3、og Electronics72、电流分配： IEIBICIE扩散运动形成的电流IB复合运动形成的电流IC漂移运动形成的电流穿透电流集电结反向电流共射直流电 流放大系数交流电流放大系数类似：共基电流放大系数等Analog Electronics8三、晶体管的共射输入特性和输出特性为什么UCE增大曲线右移？对于小功率晶体管，UCE大于1V的一条输入特性曲线 可以取代UCE大于1V的所有输入特性曲线。为什么像PN结的伏安特性？为什么UCE增大到一定值曲线右 移就不明显了？1. 输入特性Analog Electronics92. 输出特性对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。为什么uCE较小

4、时iC随 uCE变化很大？为什么进 入放大状态曲线几乎是 横轴的平行线？饱和区放大区截止区Analog Electronics10晶体管的三个工作区域晶体管工作在放大状态时，输出回路的电流 iC几乎仅仅决定于输入 回路的电流 iB，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源iC 。状态态uBEiCuCE 截止UonICEOVCC 放大 UoniB uBE 饱饱和 UoniB uBEAnalog Electronics11判断三极管的工作状态方法：截止条件：饱和条件： IBIBS临界饱和基极电流IBS放大条件： IBIBS基极电流IBSUBE0.7V Analog Electronics12例

5、由三极管组成的电路如图所示，试判断三极管的工 作状态。 （设三极管的=100）解三极管处于饱和状态。由于VBEUBEQ时，例已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？直流通路阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路交流通路Analog Electronics31例放大电路如图所示，试分别画出其直流通路和交流 通路。 直流通路直流通路交流通路交流通路Analog Electronics32直流通路交流通路直流通路交流通路Analog Electronics33二、图解法 应实测特性曲线应实测特性曲线 输入回路 负载线Q IBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线1.

6、静态分析：图解二元方程（直接耦合电路）Analog Electronics342. 电压放大倍数的分析斜率不变Analog Electronics353. 失真分析 截止失真消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。截止失真是在输入回路首先产生失真！减小Rb能消除截止失真吗？Analog Electronics36 饱和失真 消除方法：增大Rb，减小Rc，减小，减小VBB，增大VCC。Rb或 或 VBB Rc或VCC：饱和失真是输出回路产生失真。 最大不失真输出电压Uom ：比较UCEQ与（ VCC UCEQ ），取其小者，除以 。这可不是 好办法！Analog Electronics3

7、7 4、阻容耦合电路的图解分析 （交流通路与直流通路不一致，因此交流负载线与 直流负载线不一样） 由放大电路交流通路，计算等效交流负载电阻RL=Rc/RL ，在三极管输出特性曲线上，过Q作斜率是 -1/ RL的直线 ，即可得到交流负载线。 求放大电路电压放大倍数，方法是：先假设基极电流在静 态值附近有一个变化量iB，在输入特性上找到相应的uBE ，如图（a）所示。然后再根据iB，在输出特性的交流负 载线上找到uCE，如图（b）所示，则电压放大倍数为Analog Electronics38 在输入特性上，先确定Q点，做出iBQ波形。 在输出特性上，作出直流负载线和交流负载线。 在输出特性曲线上对

8、应iB的变化利用和交流负载线 求出uCE。CAnalog Electronics39例放大电路和三极管的输出特性分别如图(a)、(b)所示 。已知晶体管的UBE=0.7V，=100，试求：（1）用图解法求静态工作点IBQ、ICQ、UCEQ ;（2）用图解法求最大不失真电压有效值；Analog Electronics40三、等效电路法 半导体器件的非线性特性使放大电路的 分析复杂化。利用线性元件建立模型， 来描述非线性器件的特性。 1. 直流模型：适于Q点的分析理想二极管 利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。输入回路等效为 恒压源输出回路等效为电流控制的电流源Analog Elect

9、ronics412. 晶体管的h（混合）参数等效模型（交流等效模型） 在交流通路中可将晶体管 看成为一个二端口网络， 输入回路、输出回路各为 一个端口。低频小信号模型Analog Electronics42在低频、小信号作用下的关系式交流等效模型（按式子画模型）电阻无量纲无量纲电导Analog Electronics43h参数的物理意义b-e间的 动态电阻内反馈 系数电流放大系数 c-e间的电导分清主次，合理近似！放大时h12和h22的作用可忽略不计。Analog Electronics44简化的h参数等效电路交流等效模型查阅手册基区体电阻发射结电阻发射区体电阻 数值小可忽略利用PN结的电流方

10、程可求得由IEQ算出在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！Analog Electronics453. 放大电路的动态分析放大电路的 交流等效电路Analog Electronics46阻容耦合共射放大电路的动态分析输入电 阻中不 应含有 Rs!输出电 阻中不 应含有 RL!Analog Electronics47例基本共射放大电路的静态分析和动态分析QIBQ35AUBEQ0.65V为什么用 图解法求解 IBQ和UBEQ？Analog Electronics48例阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析Analog Electronics49一、温度对静态工作点的影响所谓Q点稳定，是指ICQ

11、和UCEQ在温度变化时基本不变 ，这是靠IBQ的变化得来的。若温度升高时要Q回到Q， 则只有减小IBQT（ ）ICQQICEO若UBEQ不变IBQQ4.4 晶体管放大电路的三种接法4.4.1 Q点稳定的共射放大电路Analog Electronics50二、静态工作点稳定的典型电路 直流通路？Ce为旁路电容，在交流 通路中可视为短路1. 电路组成Analog Electronics512. 稳定原理为了稳定Q点，通常I1 IB，即 I1 I2；因此基本不随温度变化。设UBEQ UBEUBE，若UBQ UBEUBE，则IEQ稳定。分压式偏置放 大电路Analog Electronics52Re

12、的作用T()ICUE UBE（UB基本不变） IB IC Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。关于反馈的一些概念：将输出量通过一定的方式引回输入回路影响输入量的措施称为反馈。直流通路中的反馈称为直流反馈。反馈的结果使输出量的变化减小的称为负反馈，反之称为正反馈。IC通过Re转换为UE影响UBE温度升高IC增大，反馈的结果使之减小Analog Electronics533. Q 点分析Analog Electronics544. 动态分析利?弊?无旁路电容Ce时：Analog Electronics554.4.2 基本共集极放大电路1. 静态分析 ui=02. 动态分析：电压放

13、大倍数 画出交流通路Analog Electronics562. 动态分析：电压放大倍数故称之为射 极跟随器Uo UiAnalog Electronics57输入电阻的分析Ri与负载有关！RL带负载电阻后从基极看Re，被增 大到（1+）倍Analog Electronics58输出电阻的分析Ro与信号源内阻有关！3. 特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电 压；具有电压跟随作用！令Us为零，保留Rs，在输出端加Uo，产生Io, 。从射极看基极回路电阻，被减 小到（1+）倍Analog Electronics59例电路如图所示，已知晶体管的UBE=0.7V，=100， rbb=300

14、。试求:(1)说明该电路的组态；(2)求解静态工作点IBQ、ICQ和UCEQ ；(3)求解Au、Ri、Ro解（1）该电路为共集电极放大电路 。（2）静态工作点(3)求解Au、Ri、RoAnalog Electronics60(3)求解Au、Ri、Ro画出微变等效电路。如图所示。先求出晶体管的输入电阻 ：Analog Electronics614.4.3 基本共基放大电路1. 静态分析Analog Electronics622. 动态分析3. 特点：输入电阻小，频带宽！只放大电 压，不放大电流！Analog Electronics634.4.4 三种接法的比较：空载情况下 接法 共射 共集 共基 Au 大 小于1 大 Ai 1 Ri 中 大 小 Ro 大 小 大 频带 窄 中 宽Analog Electronics64第五次作业：教材第123页 4.9 4.124.13 4.14Analog Electronics654.5 放大电路的频率响应4.5.1 概述 一、研究的问题 放大电路对信号频率的适应程度，即信号 频率对放大倍数的影响。 由于放大电路中耦合电容、旁路电容、半 导体器件极间电容的存在，使放大倍数为频率 的函数。这种函数关系称为频率响应或频率特 性。频率特性包括幅频特性和相频特性。即有 ：其中：Au( f )称为幅频特性；