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1、1,4 双极型三极管及放大电路基础,4.2 共射极放大电路,4.3 图解分析法,4.4 小信号模型分析法,4.5 放大电路的工作点稳定问题,4.6 共集电极电路和共基极电路,4.7 放大电路的频率响应,4.1 半导体BJT,2,4.1 双极型三极管(BJT),又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。,(Bipolar Junction Transistor),三极管的外形如下图所示。,三极管有两种类型：NPN 和 PNP 型。主要以 NPN 型为例进行讨论。,三极管的外形,3,4,NPN型,PNP型,结构与分类 两个PN结、三个引脚，两种类型：NPN和PNP型。,一、 BJT的结构、符号及放
2、大条件,集电结,发射结,5,BJT符号,由于PN结之间的相互影响，使BJT表现出不同于单个PN结的特性而具有电流放大作用。,6,基区：较薄，掺杂浓度最低,集电区：面积较大,发射区：掺杂浓度最高,结构特点,7,BJT放大的内部条件,发射区的掺杂浓度最高；,集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；,基区很薄，一般在几个微米至几十个微米， 且掺杂浓度最低。,管芯结构剖面示意图,8,发射结正偏，发射区电子不断向基区扩散，形成发射极电流IE。,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。,BJT放大的外部条件：发射结正偏，集电结反偏,9,EB,RB,Ec,从基区扩散来的电子漂移进
3、入集电结而被收集，形成IC。,三极管能放大电流的必要条件： 发射结正偏，集电结反偏。,根据KCL IE=IB+ IC,10,令 = IC / IE 为共基极电流放大倍数 1 (0.90.99),根据KCL IE=IB+ IC,令 = IC / IB 为共射极电流放大倍数 1 (10100) 一般放大电路采用3080为宜，太小放大作用差，太大性能不稳定。,11,因为 IC = IE,IB = IE IC = IE IE,所以 = IC / IB = IE /(IE IE ) = /(1-),即为与的关系,对NPN管，放大时 VC VB VE 对PNP管，放大时 VC VB VE,12,vCE =
4、 0V,iB=f(vBE) vCE=const,(2) 当vCE1V时， vCB= vCE - vBE0，集电结已进入反偏状态，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。,(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。,1. 输入特性曲线,此时，曲线基本相同，为一般常用曲线。,13,(3) 输入特性曲线的三个部分,死区,非线性区,线性区,1. 输入特性曲线,14,iC=f(vCE) iB=const,2.输出特性曲线,饱和区：Je正偏，Jc正偏。 该区域内，一般vCE 1V (硅)。,放大区： Je正偏，Jc反偏。 曲线基本平行等距。,截止区： Je反偏，Jc反偏。ic轴接近零的区域
5、， 相当iB=0的曲线的下方。 此时， vBE小于死区电压。,输出特性曲线的三个区域,15,(1)共发射极直流电流放大系数 =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const,1. 电流放大系数,三、BJT的主要参数,(2) 共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const,16,(4) 共基极交流电流放大系数 =IC/IE VCB=const,当ICBO和ICEO很小时， 、 ，可以不加区分。,三、BJT的主要参数,1. 电流放大系数,17,(2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO,2. 极间反向电流,ICEO,(1) 集电极基极间反向饱和电
6、流ICBO 发射极开路时，集电结的反向饱和电流。,三、BJT的主要参数,18,(3) 反向击穿电压, V(BR)CBO发射极开路时的集电结反向击穿电压。, V(BR) EBO集电极开路时发射结的反向击穿电压。, V(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的 反向击穿电压。,几个击穿电压有如下关系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO,3. 极限参数,(1) 集电极最大允许电流ICM,(2) 集电极最大允许功率损耗PCM，PCM= ICVCE,19,由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区。 输出特性曲线上的过损耗区和击穿区,end,2
7、0,4.2 共射极放大电路,共射电路组成,简单工作原理,放大电路的静态和动态,直流通路和交流通路,放大电路的基本概念,21,放大电路的作用：,将微弱的电信号放大到一定的数值去驱动负载，使之正常工作。,放大电路的分类：,分类1：连接方式不同(组态不同） 共射极放大电路 共集电极放大电路 共基极放大电路,分类2：放大元件的个数的不同 单级放大电路 多级放大电路,分类3：所放大的信号不同 直流放大电路 交流放大电路,一、 放大电路的基本概念,22,二、 共射极放大电路,1. 电路组成,输入回路（基极回路）,输出回路（集电极回路）,23,2.习惯画法,BJT: 放大电路的核心 Vcc: 电路的能源 R
8、b: 基极电阻，用于设置偏压 Rc: 集电极电阻，用于实现集电 极的电流与电压的转换 C1、C2: 耦合电容，作用为 1）隔直流，使BJT的直流工作点 Q不受外界直流影响； 2）通交流，使交流信号无 衰减地通过。,注意：零电位点是指电路中各点电位 均以此点为参考。,24,3. 简单工作原理,vi=0(静态),vi=Vsint（动态）,25,4. 放大电路的静态和动态,静态：输入信号为零（vi= 0 或 ii= 0）时放大电路的工作状态，也称直流工作状态；可用估算法和图解法进行分析。,动态：输入信号不为零时放大电路的工作状态，也称交流工作状态；可用图解法和小信号模型法分析。其主要性能指标为 Av
9、 、 Ri、 Ro 。,电路处于静态时，三极管各电极的电流、电压在特性曲线上确定为一点，称为静态工作点，常称为Q点。一般用IB、 IC、和VCE （或IBQ、ICQ、和VCEQ ）表示。,综合考虑电路的静态分析结果与动态分析结果，即得电路的实际工作情况,26,1. 静态工作点Q合适,放大电路为什么要建立合适的的静态工作点？,2. 静态工作点 Q 偏高 可能导致饱和失真,3. 静态工作点 Q 偏低 可能导致截止失真,27,直流通路,5. 直流通路和交流通路,耦合电容：隔直流， 可看做为开路。 信号源：不加考虑 去掉所在支路。,直流电源：内阻为零， 相当于对地短路 耦合电容：通交流， 相当于短路,
10、end,交流通路,28,4.3 放大电路的分析法,4.3.1 静态工作情况分析,4.3.2 动态工作情况分析,4.3.3 小信号模型分析法,29,4.3.1 静态工作情况分析,1. 近似估算静态工作点,根据直流通路可知：,共射极放大电路, 首先，画出直流通路,采用该方法，必须已知三极管的值。,30, 在输出特性曲线上， 直流负载线 vCE=VCCiCRC， 与IBQ曲线的交点即为Q点， 从而得到VCEQ 和ICQ。, 列输出回路方程（直流负载线）：vCE=VCCiCRC,2. 用图解法确定静态工作点,采用该方法分析静态工作点，必须已知三极管的输出特性曲线。, 由直流回路求出 IB (即 IBQ
11、),O,31,【例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知 Rb = 280 k，Rc = 3 k ，集电极直流电源 VCC = 12 V，试用图解法确定静态工作点。,解：首先估算 IBQ,做直流负载线，确定 Q 点,根据 vCE = VCC iC Rc,iC = 0，vCE = 12 V ；,vCE = 0，iC = 4 mA .,32,0,iB = 0 A,20 A,40 A,60 A,80 A,1,3,4,2,2,4,6,8,10,12,M,IBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.,uCE /V,由 Q 点确定静态值为：,iC /mA,33,由交流通路得纯交流
12、负载线：,共射极放大电路,vce= -ic (Rc /RL),1. 交流通路及交流负载线,4.3.2 动态工作情况分析,O,34,2. 输入交流信号时的图解分析,通过图解分析，可得如下结论： 1. vi vBE iB iC vCE |-vo| 2. vo与vi相位相反； 3. 可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4. 可以确定最大不失真输出幅度。,35,单管共射放大电路当输入正弦波 ui 时，放大电路中相应的 uBE、iB、iC、uCE、uO 波形。,单管共射放大电路的 电压电流波形,36,3. BJT的三个工作区,截止区：iB=0， iC= ICEO 当工作点进入饱和区或截止区时，将产生非线
13、性失真。,放大区（线性区）：,O,37, 图解法的应用,(一)用图解法分析非线性失真,1. 静态工作点过低，引起 iB、iC、uCE 的波形失真,ib,ui,结论：iB 波形失真, 截止失真,38,iC 、 uCE (uo )波形失真,NPN 管截止失真时的输出 uo 波形。,uo = uce,39,O,IB = 0,Q,t,O,O,t,iC,uCE/V,uCE/V,iC / mA,uo = uce,ib(不失真),ICQ,UCEQ,2. Q 点过高，引起 iC、uCE的波形失真饱和失真,40,(二)用图解法估算最大输出幅度,输出波形没有明显失真时能够输出最大电压。即输出特性的 A、B 所限定
14、的范围。,Q 尽量设在线段 AB 的中点。则 AQ = QB，CD = DE,41,(三)用图解法分析电路参数对静态工作点的影响,1. 改变 Rb，保持VCC ，Rc ， 不变；,Rb 增大，,Rb 减小，,Q 点下移；,Q 点上移；,2. 改变 VCC，保持 Rb，Rc ， 不变；,升高 VCC，直流负载线平行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大。,Q2,42,3. 改变 Rc，保持 Rb，VCC ， 不变；,4. 改变 ，保持 Rb，Rc ，VCC 不变；,增大 Rc ，直流负载线斜率改变，则 Q 点向饱和区移近。,Q2,增大 ，ICQ 增大，UCEQ 减小，则 Q 点移近饱和区
15、。,43,图解法小结,1. 能够形象地显示静态工作点的位置与非线性失真的关系； 2. 方便估算最大输出幅值的数值； 3. 可直观表示电路参数对静态工作点的影响； 4. 有利于对静态工作点 Q 的检测等。,44,放大电路的动态范围,45,共射极放大电路,放大电路如图所示。已知BJT的 =80， Rb=300k， Rc=2k， VCC= +12V，求：,（1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？,（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）,解：（1）,（2）当Rb=100k时，,静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。,其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：,所以BJT工作在饱和区。,VCE不可能为负值，,此时，Q（120uA，6mA，0V），,例题,end,46,小信号模型分析法亦称微变等效电路法,晶体管在小信号(微变量)情况下工作时，可以在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性
