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1、模拟电子技术基础 Fundamentals of Analog Electronic,第四章 晶体三极管及其基本放大电路,第四章 晶体三极管及其基本放大电路,4.1 晶体三极管,4.2 放大电路的组成原则,4.3 放大电路的分析方法,4.4 晶体管放大电路的三种接法,4.5 放大电路的频率响应,4.1 晶体三极管,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,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。,中功率管,大功率管,二、晶体管的放大原理,扩散运动形成发
2、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，使扩散到基区的电子（非平衡少子）中的极少数与空穴复合,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,电流分配： IEIBIC IE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,直流电流放大系数,交流电流放大系数,为什么基极开路集电极回路会有穿透电流？,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
3、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,2. 输出特性,是常数吗？什么是理想晶体管？什么情况下 ?,对应于一个IB就有一条iC随uCE变化的曲线。,为什么uCE较小时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,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 。,四、温度对晶体管特性的影响,五、主要参数,直流参数： 、 、ICBO、 ICEO,c-
4、e间击穿电压,最大集电极电流,最大集电极耗散功率，PCMiCuCE,安全工作区,交流参数：、fT（使1的信号频率）,极限参数：ICM、PCM、U（BR）CEO,讨论一,由图示特性求出PCM、ICM、U （BR）CEO 、。,uCE=1V时的iC就是ICM,U（BR）CEO,利用Multisim分析图示电路在V2小于何值时晶体管截止、大于何值时晶体管饱和。,讨论二,约小于0.5V时截止,约大于1V时饱和,以V2作为输入、以节点1作为输出，采用直流扫描的方法可得输出电压与输出电压之间函数关系的曲线，即电压传输特性。,4.2 放大电路的组成原则,一、基本共射放大电路的工作原理,二、如何组成放大电路,
5、一、基本共射放大电路的工作原理,VBB、Rb：使UBE Uon，且有合适的IB。,VCC：使UCEUBE，同时作为负载的能源。,Rc：将iC转换成uCE(uO) 。,动态信号作用时：,输入电压ui为零时，晶体管各极的电流、b-e间的电压、管压降称为静态工作点Q，记作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。,共射,1. 电路的组成及各元件的作用,2. 设置静态工作点的必要性,输出电压必然失真！ 设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点几乎影响着所有的动态参数！,为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零时有合适的直流电流和极间电压？,三、基本共射放大电路的波形分析,输出
6、和输入反相！,动态信号驮载在静态之上,与iC变化方向相反,要想不失真，就要在信号的整个周期内保证晶体管始终工作在放大区！,二、如何组成放大电路,静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电路参数。 动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负载上能够获得放大了的动态信号。 对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类尽可能少、负载上无直流分量。,1. 组成原则,2. 两种实用放大电路：（1）直接耦合放大电路,问题： 1. 两种电源 2. 信号源与放大电路不“共地”,共地，且要使信号驮载在静态之上,静态时，,动态时，b-e间电压是uI与VCC的共同作用的结果。,将两个电源合二为一,有直流分量,有交流损失,（
7、2）阻容耦合放大电路,耦合电容的容量应足够大，即对于交流信号近似为短路。其作用是“隔离直流、通过交流”。,静态时，C1、C2上电压？,动态时，,C1、C2为耦合电容！,uBEuIUBEQ，信号驮载在静态之上。 负载上只有交流信号。,讨论： 试用PNP型管分别组成直接耦合和阻容耦合共射放大电路。,4.3 放大电路的分析方法,一、放大电路的直流通路和交流通路,二、等效电路法,三、图解法,一、放大电路的直流通路和交流通路,1. 直流通路： Us=0，保留Rs；电容开路； 电感相当于短路（线圈电阻近似为0）。 2. 交流通路：大容量电容相当于短路；直流电源相当于短路（内阻为0）。,通常，放大电路中直流
8、电源的作用和交流信号的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，将它们分开作用，引入直流通路和交流通路的概念。,基本共射放大电路的直流通路和交流通路,列晶体管输入、输出回路方程，将UBEQ作为已知条件，令ICQIBQ，可估算出静态工作点。,VBB越大，UBEQ取不同的值所引起的IBQ的误差越小。,当VCCUBEQ时，,已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？,阻容耦合单管共射放大电路的直流通路和交流通路,二、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,利用估算法求解静态工
9、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,2. 晶体管的h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,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,h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！什么情况下h12和h22的作用可忽略不计？,简化的h参数等效电路交流等效模型,查阅手册,利用PN结的电流方程可求得,在输入特性曲线上，Q点越高，rbe越小！,3. 放大电路的动态分析,放
10、大电路的 交流等效电路,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!,三、图解法 应实测特性曲线,输入回路负载线,IBQ,负载线,1. 静态分析：图解二元方程,2. 电压放大倍数的分析,斜率不变,3. 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？,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 。,讨
11、论一：基本共射放大电路带负载情况下的静态分析和动态分析,为什么用图解法求解IBQ和UBEQ？,讨论二：电路如图,如何增大电压放大倍数？ 直流负载线和交流负载线？ 在Rb变化使Q点变化时，在不失真的情况下，电压放大倍数的数值如何变化？Uom可能如何变化？ 在Ui不变的情况下， Rb减小，Uo如何变化？Au如何变化？当Uo最大时，再减小Rb，会出现失真吗？ 在什么情况下，空载时输出电压失真，带上负载后不失真了？,不能将电子电路中动态参数的表达式看成纯数学式子，注意每个字母的物理意义！,增大，不可行！,增大时要适可而止！,增大，不一定行！,直流负载线和交流负载线,Uom=? Q点在什么位置Uom最大
12、？,交流负载线应过Q点，且斜率决定于（RcRL）,4.4 晶体管放大电路的三种接法,一、静态工作点稳定的共射放大电路,二、基本共集放大电路,三、基本共基放大电路,四、三种接法的比较,一、静态工作点稳定的共射放大电路,所谓Q点稳定，是指ICQ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IBQ。,1. 温度对静态工作点的影响,2、静态工作点稳定的典型电路,Ce为旁路电容，在交流通路中可视为短路,（1）电路组成,（2）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I
13、EQ稳定。,Re 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。,Re有上、下限值吗？,（3） Q 点分析,分压式电流负反馈工作点稳定电路,Rb上静态电压是否可忽略不计？,判断方法：,（4）动态分析,利?弊?,无旁路电容Ce时：,如何提高电压放大能力？,3. 稳定静态工作点的方法,引入直流负反馈 温度补偿：利用对温度敏感的元件，在温度变化时直接影响输入
14、回路。 例如，Rb1或Rb2采用热敏电阻。 它们的温度系数？,讨论一,图示两个电路中是否采用了措施来稳定静态工作点？,若采用了措施，则是什么措施？,二、基本共集放大电路,1. 静态分析,2. 动态分析：电压放大倍数,故称之为射极跟随器,2. 动态分析：输入电阻的分析,Ri与负载有关！,带负载电阻后,2. 动态分析：输出电阻的分析（“加压求流法”）,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；在一定条件下有电压跟随作用！,令Us为零，保留Rs，在输出端加Uo，产生Io, 。,三、基本共基放大电路,1. 静态分析,2. 动态分析,3. 特点：,输入电阻小，频
15、带宽！只放大电压，不放大电流！,四、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,讨论二： 图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入电阻和输出电阻的表达式。,4.5 放大电路的频率响应,一、频率响应的有关概念,二、晶体管的高频等效电路,三、单管共射放大电路的频率响应,一、频率响应的有关概念,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。 在使用一个放大电路时应了解其信号频率的适用范围，在设计放大电路时，应满足信号频率的范围要求。,1. 要研究的问题,2. 高通电路和低通电路,（2）低通电路:信号频率越低，输出电压越接近输入电压。,使输出电压幅值下降到70.7%，相位为45的信号频率为截止频率。,（1）高通电路:信号频率越高，输出电压越接近输入电压。,3. 放大电路中的频率参数,在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。,高通电路,低通电
