三极管与交流放大电路07

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1、第7章 三极管与交流放大电路,7.1 三极管 7.2 共射放大电路 7.3 放大电路的基本分析法 7.4 静态工作点的稳定 7.5 共集放大电路,7.1 三极管7.1.1 基本结构7.1.2 电流分配和放大原理7.1.3 特性曲线7.1.4 主要参数,结构,7.1.1 基本结构,7.1.1 基本结构,7.1.2 电流分配和放大原理,共发射极接法,7.1.2 电流分配和放大原理,晶体管电流测量数据,由此实验及测量结果可得出如下结论：（1） IE=IC+IB 符合基尔霍夫电流定律。（2） IE和IC比IB 大的多。（3）当IB=0（将基极开路）时， IE=ICEO， ICEO0,UBC0,UBC=

2、UBE-UCE,UBEUCE,7.1.2 电流分配和放大原理,发射结正偏,扩散强,E区多子（自由电子）到B区,B区多子（空穴）到E区,穿过发射结的电流主要是电子流,形成发射极电流IE,IE是由扩散运动形成的,1 发射区向基区扩散电子，形成发射极电流IE。,7.1.2 电流分配和放大原理,2 电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流IB,E区电子到基区B后，有两种运动,同时基区中的电子被EB拉走形成,IB,IEB=IB时达到动态平衡,形成稳定的基极电流IB,IB是由复合运动形成的,7.1.2 电流分配和放大原理,3 集电极收集电子，形成集电极电流IC,集电结反偏,阻碍C区中的多子（自由电子）扩散，

3、同时收集E区扩散过来的电子,有助于少子的漂移运动，有反向饱和电流ICBO,形成集电极电流IC,7.1.2 电流分配和放大原理,7.1.3 特性曲线,用来表示该晶体管各极电压和电流之间相互关系、反映晶体管的性能，是分析放大电路的重要依据。,以共发射极接法时的输入特性和输出特性曲线为例。,7.1.3 特性曲线,1输入特性曲线：,死区电压：硅管：0.5伏左右，锗管0.1伏左右。 正常工作时，发射结的压降：NPN型硅管UBE=0.60.7V;PNP型锗管UBE=-0.2-0.3V。,7.1.3 特性曲线,2 输出特性曲线,晶体管的输出特性曲线是一组曲线。,7.1.3 特性曲线,晶体管的输出特性曲线分为

4、三个工作区：,（1）放大区 （2）截止区 （3）饱和区,（1）放大区（线性区）,输出特性曲线的近似水平部分。,发射结处于正向偏置；集电结处于反向偏置,7.1.3 特性曲线,（2）截止区,IB=0曲线以下的区域为截止区,IB=0 时，IC=ICEO0.001mA,对NPN型硅管而言，当UBE0.5V时，即已开始截止，为了截止可靠，常使UBE小于等于零。即发射结处于反向偏置。,（3）饱和区,当UCEUBE时，集电结处于正向偏置，晶体管工作处于饱和状态。即发射结和集电结都处于正向偏置。,在饱和区，IB的变化对IC的影响较小，两者不成比例,7.1.3 特性曲线,7.1.4 主要参数,注意：,7.1.4

5、 主要参数,2 集基极反向截止电流ICBO,ICBO=IC|IE=0,ICBO受温度的影响大。在室温下，小功率锗管的ICBO约为几微安到几十微安，小功率硅管在一微安以下。ICBO越小越好。,7.1.4 主要参数,3 集射极反向截止电流ICEO,ICEO=IC|IB=0,穿透电流ICEO与ICBO的关系：,7.1.4 主要参数,4 集电极最大允许电流ICM,在使用晶体管时，IC超过ICM并不一定会使晶体管损坏，但以降低 为代价。,5 集射极反向击穿电压U（BR）CEO,基极开路时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压。,7.1.4 主要参数,7 集电极最大允许耗散功PCM,由于集电极电流在流经集

6、电结时将产生热量，使结温升高，从而会引起晶体管参数变化。当晶体管因受热而引起的参数变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率。,PCM=ICUCE,7.1.4 主要参数,7.2 共射放大电路的组成,放大器的目的是将微弱的变化电信号转换为 较强的电信号。,放大器实现放大的条件：,1. 晶体管必须偏置在放大区。发射结正偏，集电结反偏。,2. 正确设置静态工 作点，使整个波形处于放大区。,3. 输出回路将变化的集电极电流转化成变 化的集电极电压，经电容滤波只输出交流信号。,返回,共射极放大电路,1. 晶体管T的作用,放大元件满足iC= iB， T应工作在放大区， 即保证集电结反 偏，发射结正偏。,i

7、b,ic,ie,返回,2. 集电极电源 UCC作用,共射极放大电路,集电极电 源作用，是为 电路提供能量。 并保证集电结 反偏。,返回,3. 集电极负载电阻 RC作用,共射极放大电路,集电极电 阻的作用是将 变化的电流转 变为变化的电 压。,返回,4. 基极电阻RB的作用,RB,共射极放大电路,基极电阻能提供适当的静态工作点。并保证发射结正偏。,返回,5. 耦合电容C1和C2作用,(1) 隔直作用隔离输入.输出 与电路的直流 通道。,(2)交流耦合作用能使交流信号 顺利通过。,共射极放大电路,返回,（1） 用放大电路的直流通路确定静态值,放大电路中各点的电压或电流都是在静态直流上附加了小的交流

8、信号。,电路中电容对交、直流的作用不同。如果电容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交直流所走的通道是不同的。,交流通道-只考虑交流信号的分电路。 直流通道 -只考虑直流信号的分电路。 不同的信号可以在不同的通道进行分析。,7.3 放大电路的基本分析方法,返回,7.3.1 放大电路的静态分析,1. 直流通道,将电路中的隔直 电容C1、C2开路，直 流通道的简化电路如 图所示。,直流通道的简化电路,返回,基极电流,集电极电流,IC = IB,集-射极电压,UCE= UCC - RCIC,2. 静态时,当UBE UCC时,返回,IC = IB =37.5

9、 0.04= 1.5 mA,返回,（2） 用图解法确定静态值,电路的工作情况由负载线与非线性元件的 伏安特性曲线的交点确定。这个交点称为工作点。,RC的直流负载线与晶体管的某条（由IB 确定）输出特性曲线的交点Q，称为放大电 路的静态工作点，由它确定放大电路的电压 和电流的静态值。,返回,如图所示，(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )分别对应于输入输出特性曲线上的一个点，称为静态工作点Q。,输入输出特性曲线,1. 输入输出特性曲线,返回,UCE= UCC ICRC,IB,2. 直流负载线,返回,IC = 0 时 UCE=UCC,可在图上作直流负载线。,UCE= 0 时,根据 UCE

10、=UCC - RCIC,返回,（2）求静态值,基极电流,= 40 A,IB = 40AIC = 1.5mA UCE = 6V,由图中Q点得:,集电极电流,发射极电流,IC = IB =37.5 4010-61=1.5mA,IE = ( 1+)IB = 1.5mA,返回,一、 微变等效电路法,当输入信号很小时，在静态工作点Q附近的工作段可认为是直线。 对输入的小交流信号而言，三极管相当于电阻rbe，表示输入特性。,UBE,1. 晶体管的微变等效电路,（1）输入特性曲线,Q,7.3.2 放大电路的动态分析,返回,对于低频小功率晶体管的输入电阻估算为：,式中， IE ：发射极电流的静态值; ：晶体管

11、的放大倍数； rbe：输入电阻，其值一般为几百欧到几千欧(动态电阻)。,返回,输出端相当于一个受 ib控制的电流源。,输出端还等效并联一个大电阻rce。,（2）输出特性曲线,在线性工作区是一族平行直线。,ib,iC,返回,在小信号的条件下，rce也是一个常数。阻值很 高，约为几十到几百k。 在后面微变等效电路中， 可忽略不计。,输出电阻rce,返回,先将交流通道中的三极管用微变等效电路代替。,（1）三极管的微变等效电路,2. 放大电路的微变等效电路,返回,(2) 放大电路的微变等效电路,将放大电路交流通道中的三极管用微变等效电路代替。,+,-,返回,式中,故放大电路的电压放大倍数,输出端开路时

12、,3. 电压放大倍数的计算,以上图微变等效电路来计算。,显然负载电阻RL越小，放大倍数越低。Au还与和rBE 有关。,返回,RL = RC RL = 2k,返回,4. 放大电路输入电阻的计算,放大电路对信号源来说，是一个负载，可 用一个电阻等效代替，这个电阻是信号源的负 载电阻，也就是放大电路的输入电阻ri ，即,输入电阻对交流而言是动态电阻。,返回,电路的输入电阻越大，从信号源取得的电流越小，因此一般总是希望得到较大的输入电阻。,返回,5. 放大电路输出电阻的计算,对于负载而言，放大电路相当于信号源(可以将它进行戴维宁定理等效），等效电路的内阻就是输出电阻，它也是动态电阻。,(1) 将信号源

13、短路（ Ui=0）和输出端开路从输出端看进去的电阻。,(2)将信号源短路（ Ui=0）保留受控源，输入端加电压（ U0）以产生电流 I0。,r0 RC,返回,解 放大电路对负载来说，是一信号源，可用等效电 动势E0和内阻r0表示。等效电源的内阻即为输出电阻。,输出端开路时,输出端接上负载电阻时,由上列两式可得出,返回,直流负载线反映静态时电流IC和UCE的变化关系, 由于C2的隔直作用, 不考虑负载电阻RL。,二、 图解法,1.交流负载线,交流负载线反映动态时电流 iC和uCE的变化关系视C2为短路，RL 与RC并联 ，所以交流负载线比直流负载线要陡些。为了得到尽量大的输出信号，要把Q设置在交

14、流负载线的中间部分。如果Q设置不合适，信号进入截止区或饱和区，会造成非线性失真。,返回,（1）交流负载RL,其中：,返回,IB,交流负载线比直流负载线 要陡, 斜率为:,交流负载线,（2）交流负载线的作法,返回,2. 图解分析,Q,由图可见，电压和电流都含有直流分量和交流分量。,返回,uo,Q,合适的静态工 作点可输出最大的 不失真信号，输出 电压与输入信号反 相。,2. 图解分析,返回,uo,称为截止失真,3.非线性失真,Q,(1) Q点过低，信 号进入截止区,返回,uo,称为饱和失真,Q,(2) Q点过高， 信号进入饱和区,3.非线性失真,返回,结 论,（1）交流信号的传输情况,ui (即

15、ube),ib,iC,u0（即uce ）,（2）电压和电流都含有直流分量和交流分量,uBE = UBE+ ube,uCE = UCE+ uce,iB = IBE+ ib,iC = IC+ ic,（3）输入信号电压ui和输出电压u0相位相反,（4）电压放大倍数等于图中输出正弦电压的幅值与输 入正弦电压的幅值之比。RL的阻值愈小，交流负载线 愈陡，电压放大倍数下降得也愈多。,返回,7.4 静态工作点的稳定,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，温度的变化会严重影响静态工作点Q 。,对于固定偏置电路，静态工作点是由UBE、 和ICEO决定，这三个参数易随温度而变化，所以温度对静态工作点Q的影响比较大。,返回,1. 温度对UBE的影响,- - - - -,UBE1,UBE2,显然 UBE2 UBE1,IB,返回,2. 温度对 值及ICEO的影响,总的效果是：,返回,采用分压式偏置电路,VB,（1）RB2的作用,VB不受温度变化的影响。,返回,RE越大，稳定 性越好。但太大将 使输出电压降低。 一般取几百欧几k。,（2）RE的作用,VB,VE,返回,（3）CE的作用,CE将RE短路， RE对交流不起作 用，放大倍数不 受影响。,