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1、Analog Electronics1第四章第四章晶体管（晶体管（BJTBJT）及放大电路）及放大电路极管BJT及放大电路课件Analog Electronics2一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号二、晶体管的放大原理二、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四、温度对晶体管特性的影响五、主要参数五、主要参数4.1 4.1 晶体管（晶体管（BJTBJT） 极管BJT及放大电路课件Analog Electronics3 半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型型:N
2、PN型和型和PNP型。型。两种类型的三极管两种类型的三极管发射结发射结(Je) 集电结集电结(Jc) 基极基极，用B或b表示（Base） 发射极发射极，用E或e表示（Emitter）；集电极集电极，用C或c表示（Collector）。 发射区发射区集电区集电区基区基区三极管符号三极管符号4. 1 .1 半导体三极管结构和工作原理半导体三极管结构和工作原理极管BJT及放大电路课件Analog Electronics4 一、晶体管的结构和符号一、晶体管的结构和符号多子浓度高多子浓度高多子浓度很多子浓度很低，且很薄低，且很薄面积大面积大晶体管有三个极、三个区、两个晶体管有三个极、三个区、两个PN结。
3、结。小功率管小功率管中功率管中功率管大功率管大功率管为什么有孔？为什么有孔？极管BJT及放大电路课件Analog Electronics5二、晶体管的电流放大作用二、晶体管的电流放大作用共射极放大电路PNP接法？极管BJT及放大电路课件Analog Electronics6 扩散运动形成发射极电流扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极电，复合运动形成基极电流流IB，漂移运动形成集电极电流，漂移运动形成集电极电流IC。少数载流少数载流子的运动子的运动因发射区多子浓度高使大量因发射区多子浓度高使大量电子从发射区扩散到基区电子从发射区扩散到基区因基区薄且多子浓度低，使极少因基区薄且多子浓度低，
4、使极少数扩散到基区的电子与空穴复合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部分扩散到基区的电子漂移到集电区基区空穴基区空穴的扩散的扩散1.内部载流子运动内部载流子运动极管BJT及放大电路课件Analog Electronics72 2、电流分配：、电流分配： I IE EI IB BI IC C I IE E扩散运动形成的电流扩散运动形成的电流 I IB B复合运动形成的电流复合运动形成的电流 I IC C漂移运动形成的电流漂移运动形成的电流穿透电流穿透电流集电结反向电流集电结反向电流共射直流电共射直流电流放大
5、系数流放大系数交流电流放大系数交流电流放大系数类似：共基电流放大系数类似：共基电流放大系数等等极管BJT及放大电路课件Analog Electronics8三、晶体管的共射输入特性和输出特性三、晶体管的共射输入特性和输出特性为什么为什么UCE增大曲线右移？增大曲线右移？ 对于小功率晶体管，对于小功率晶体管，UCE大于大于1V的一条输入特性曲线的一条输入特性曲线可以取代可以取代UCE大于大于1V的所有输入特性曲线。的所有输入特性曲线。为什么像为什么像PN结的伏安特性？结的伏安特性？为什么为什么UCE增大到一定值曲线右增大到一定值曲线右移就不明显了？移就不明显了？1. 1. 输入特性输入特性极管B
6、JT及放大电路课件Analog Electronics92. 2. 输出特性输出特性对应于一个对应于一个IB就有一条就有一条iC随随uCE变化的曲线。变化的曲线。 为什么为什么uCE较小时较小时iC随随uCE变化很大？为什么进变化很大？为什么进入放大状态曲线几乎是入放大状态曲线几乎是横轴的平行线？横轴的平行线？饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区极管BJT及放大电路课件Analog Electronics10晶体管的三个工作区域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几乎仅仅决定于输入回路的电流回路的电流 iB，
7、即可将输出回路等效为电流，即可将输出回路等效为电流 iB 控制的电流源控制的电流源iC 。状态状态uBEiCuCE截止截止UonICEOVCC放大放大 UoniB uBE饱和饱和 UoniB uBE极管BJT及放大电路课件Analog Electronics11判断三极管的工作状态方法：判断三极管的工作状态方法：截止条件：截止条件：饱和条件饱和条件： IBIBS临界饱和基极电流临界饱和基极电流IBS放大条件：放大条件： IBIBS基极电流基极电流IBSUBE0.7V 极管BJT及放大电路课件Analog Electronics12例由三极管组成的电路如图所示，试判断三极管的工例由三极管组成的电
8、路如图所示，试判断三极管的工作状态。作状态。 （设三极管的（设三极管的=100）解解三极管处于三极管处于饱和状态饱和状态。由于由于VBE0, 三极管处三极管处于截止状态。于截止状态。三极管处于三极管处于放大状态放大状态。极管BJT及放大电路课件Analog Electronics13例由三极管组成的电路如图所示，试判断三极管的工例由三极管组成的电路如图所示，试判断三极管的工作状态。作状态。 （设三极管的（设三极管的=100）解由电路看出，发射结处于正向偏解由电路看出，发射结处于正向偏置，由输入回路可得：置，由输入回路可得：因为因为 |I|IB B|I|UBEQ时，时，例已知：例已知：VCC12
9、V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？直流通路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交流通路极管BJT及放大电路课件Analog Electronics31例放大电路如图所示，试分别画出其直流通路和交流例放大电路如图所示，试分别画出其直流通路和交流通路。通路。直流通路直流通路直流通路直流通路交流通路交流通路交流通路交流通路极管BJT及放大电路课件Analog Electronics32直流通路直流通路交流通路交流通路直流通路直流通路交流通路交流通路极管BJT及放大电路课件Analog Electronics33二、图
10、解法二、图解法 应实测特性曲线应实测特性曲线 输入回路输入回路负载线负载线QIBQUBEQIBQQICQUCEQ负载线负载线1. 静态分析静态分析：图解二元方程（直接耦合电路）：图解二元方程（直接耦合电路）极管BJT及放大电路课件Analog Electronics342. 电压放大倍数的分析电压放大倍数的分析斜率不变斜率不变极管BJT及放大电路课件Analog Electronics353. 失真分析失真分析截止失真截止失真消除方法：增大消除方法：增大VBB，即向上平移输入回路负载线。，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！截止失真是在输入回路首先产生失真！减小减小Rb
11、能消除截止失真吗？能消除截止失真吗？极管BJT及放大电路课件Analog Electronics36饱和失真饱和失真消除方法：消除方法：增大增大Rb，减小减小Rc，减小减小，减小减小VBB，增大增大VCC。Rb或或或或VBB Rc或或VCC：饱和失真是输出回路产生失真。：饱和失真是输出回路产生失真。最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom ：比较：比较UCEQ与（与（ VCC UCEQ ），取），取其小者，除以其小者，除以 。这可不是这可不是好办法！好办法！极管BJT及放大电路课件Analog Electronics374、阻容耦合电路的图解分析、阻容耦合电路的图解分析（交流通路与直流通路不
12、一致，因此交流负载线与直（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）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，过在三极管输出特性曲线上，过Q作斜率是作斜率是 -1/ RL的直线，即的直线，即可得到交流负载线。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值附近有一个变化量iB，在输入特性上找到相应的，在输入特性上找到相应的uBE，如，如图（图（a）所示。然后再根据）所示。然后再根据iB
13、，在输出特性的交流负载线上，在输出特性的交流负载线上找到找到uCE，如图（，如图（b）所示，则电压放大倍数为）所示，则电压放大倍数为极管BJT及放大电路课件Analog Electronics38在输入特性上，先确定在输入特性上，先确定Q点，做出点，做出iBQ波形。波形。在输出特性上，作出直流负载线和交流负载线。在输出特性上，作出直流负载线和交流负载线。在输出特性曲线上对应在输出特性曲线上对应iB的变化利用和交流负载线求的变化利用和交流负载线求出出uCE。C极管BJT及放大电路课件Analog Electronics39例放大电路和三极管的输出特性分别如图例放大电路和三极管的输出特性分别如图(
14、a)(a)、(b)(b)所示。所示。已知晶体管的已知晶体管的UBE=0.7V，=100，试求：，试求：（1 1）用图解法求静态工作点）用图解法求静态工作点IBQ、ICQ、UCEQ ;（2 2）用图解法求最大不失真电压有效值；）用图解法求最大不失真电压有效值；极管BJT及放大电路课件Analog Electronics40三、等效电路法三、等效电路法半导体器件的非线性特性使放大电路的分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。述非线性器件的特性。1. . 直流模型直流模型：适于：适于Q点的分析点的分析理想二极管理
15、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。利用估算法求解静态工作点，实质上利用了直流模型。输入回路等效为输入回路等效为恒压源恒压源输出回路等效为电流控制的电流源输出回路等效为电流控制的电流源极管BJT及放大电路课件Analog Electronics412. 晶体管的晶体管的h（混合）（混合）参数等效模型（交流等效模型）参数等效模型（交流等效模型）在交流通路中可将晶体管在交流通路中可将晶体管看成为一个二端口网络，看成为一个二端口网络，输入回路、输出回路各为输入回路、输出回路各为一个端口。一个端口。低频小信号模型低频小信号模型极管BJT及放大电路课件Analog Electroni
16、cs42在低频、小信号作用下的关系式在低频、小信号作用下的关系式交流等效模型（按式子画模型）交流等效模型（按式子画模型）电阻电阻无量纲无量纲无量纲无量纲电导电导极管BJT及放大电路课件Analog Electronics43h参数的物理意义参数的物理意义b-e间的间的动态电阻动态电阻内反馈内反馈系数系数电流放大系数电流放大系数c-e间的电导间的电导分清主次，合理近似！放大时分清主次，合理近似！放大时h12和和h22的作用可忽略不计。的作用可忽略不计。极管BJT及放大电路课件Analog Electronics44简化的简化的h参数等效电路交流等效模型参数等效电路交流等效模型查阅手册查阅手册基区
17、体电阻基区体电阻发射结电阻发射结电阻发射区体电阻发射区体电阻数值小可忽略数值小可忽略利用利用PN结的电流方程可求得结的电流方程可求得由由IEQ算出算出在输入特性曲线上，在输入特性曲线上，Q点越高，点越高，rbe越小！越小！极管BJT及放大电路课件Analog Electronics453. 放大电路的动态分析放大电路的动态分析放大电路的放大电路的交流等效电路交流等效电路极管BJT及放大电路课件Analog Electronics46阻容耦合共射放大电路的动态分析阻容耦合共射放大电路的动态分析输入电输入电阻中不阻中不应含有应含有Rs!输出电输出电阻中不阻中不应含有应含有RL!极管BJT及放大电路
18、课件Analog Electronics47例基本共射放大电路的静态分析和动态分析例基本共射放大电路的静态分析和动态分析QIBQ35AUBEQ0.65V 为什么用为什么用图解法求解图解法求解IBQ和和UBEQ？极管BJT及放大电路课件Analog Electronics48例阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析例阻容耦合共射放大电路的静态分析和动态分析极管BJT及放大电路课件Analog Electronics49一、温度对静态工作一、温度对静态工作点的影响点的影响 所谓所谓Q点稳定，是指点稳定，是指ICQ和和UCEQ在温度变化时基本不变，在温度变化时基本不变，这是靠这是靠IBQ的变化得来
19、的。的变化得来的。 若温度升高时要若温度升高时要Q回到回到Q，则只有减小，则只有减小IBQT（ ）ICQQICEO若若UBEQ不变不变IBQQ4.4 4.4 晶体管放大电路的三种接法晶体管放大电路的三种接法4.4.1Q点稳定的共射放大电路点稳定的共射放大电路极管BJT及放大电路课件Analog Electronics50二、静态工作点稳定的典型电路二、静态工作点稳定的典型电路 直流通路？直流通路？Ce为旁路电容，在交流为旁路电容，在交流通路中可视为短路通路中可视为短路1. 1. 电路组成电路组成极管BJT及放大电路课件Analog Electronics512. 稳定原理稳定原理 为了稳定为了
20、稳定Q点，通常点，通常I1 IB，即，即I1 I2；因此；因此基本不随温度变化。基本不随温度变化。设设UBEQ UBEUBE，若，若UBQ UBEUBE，则，则IEQ稳定。稳定。分压式偏置放分压式偏置放大电路大电路极管BJT及放大电路课件Analog Electronics52Re 的作用的作用T()ICUE UBE（UB基本不变）基本不变） IB IC Re起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，起直流负反馈作用，其值越大，反馈越强，Q点越稳定。点越稳定。关于反馈的一些概念：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
21、称为反馈。施称为反馈。 直流通路中的反馈称为直流反馈。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。为正反馈。IC通过通过Re转换为转换为UE影响影响UBE温度升高温度升高IC增大，反馈的结果使之减小增大，反馈的结果使之减小极管BJT及放大电路课件Analog Electronics533. Q 点分析点分析极管BJT及放大电路课件Analog Electronics544. 动态分析动态分析利利?弊弊?无旁路电容无旁路电容Ce时：时：极管BJT及放大电路课件Analog Electronics554.
22、4.2基本共集极放大电路基本共集极放大电路1. 静态分析静态分析 ui=02. 动态分析：动态分析：电压放大倍数电压放大倍数画出交流通路画出交流通路极管BJT及放大电路课件Analog Electronics562. 动态分析：动态分析：电压放大倍数电压放大倍数故称之为射故称之为射极跟随器极跟随器Uo Ui极管BJT及放大电路课件Analog Electronics57输入电阻的分析输入电阻的分析Ri与负载有关！与负载有关！RL带负载电阻后带负载电阻后从基极看从基极看Re，被增，被增大到（大到（1+）倍）倍极管BJT及放大电路课件Analog Electronics58输出电阻的分析输出电阻的
23、分析Ro与信号源内阻有关！与信号源内阻有关！3. 特点：特点：输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压；具有电压跟随作用！压；具有电压跟随作用！令令Us为零，保留为零，保留Rs，在输出端加，在输出端加Uo，产生，产生Io, 。从射极看基极回路电阻，被减从射极看基极回路电阻，被减小到（小到（1+）倍）倍极管BJT及放大电路课件Analog Electronics59例电路如图所示，已知晶体管的例电路如图所示，已知晶体管的UBE=0.7V，=100=100，r rbbbb=300=300。试求。试求: :(1)(1)说明该电路的组态；说明该电路的组
24、态；(2)(2)求解静态工作点求解静态工作点I IBQBQ、I ICQCQ和和U UCEQ CEQ ；(3)(3)求解求解Au、Ri、Ro解解（1）该电路为）该电路为共集电极放大电路共集电极放大电路。（2 2）静态工作点）静态工作点(3)(3)求解求解Au、Ri、Ro极管BJT及放大电路课件Analog Electronics60(3)(3)求解求解Au、Ri、Ro画出微变等效电路。如图所示。画出微变等效电路。如图所示。先求出晶体管的输入电阻：先求出晶体管的输入电阻：极管BJT及放大电路课件Analog Electronics614.4.3 基本共基放大电路基本共基放大电路1. 1. 静态分析
25、静态分析极管BJT及放大电路课件Analog Electronics622. 动态分析动态分析3. 3. 特点特点：输入电阻小，频带宽！只放大电输入电阻小，频带宽！只放大电压，不放大电流！压，不放大电流！极管BJT及放大电路课件Analog Electronics634.4.4 三种接法的比较：空载情况下三种接法的比较：空载情况下 接法接法 共射共射 共集共集 共基共基 Au 大大 小于小于1 大大 Ai 1 Ri 中中 大大 小小 Ro 大大 小小 大大 频带频带 窄窄 中中 宽宽极管BJT及放大电路课件Analog Electronics64第五次作业：第五次作业：教材第教材第123页页
26、4.9 4.12 4.13 4.14极管BJT及放大电路课件Analog Electronics654.5 4.5 放大电路的放大电路的频率响应频率响应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。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：率特性包括幅频特性和
27、相频特性。即有：其中其中：Au( f )称为称为幅频特性；幅频特性；( f )称称为为相频特性相频特性极管BJT及放大电路课件Analog Electronics66二、放大电路中的频率参数二、放大电路中的频率参数在低频段，随着信号频率逐渐降低，在低频段，随着信号频率逐渐降低，耦合电容、旁路电容耦合电容、旁路电容等的容抗增等的容抗增大，使动态信号损失，放大能力下降。大，使动态信号损失，放大能力下降。在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管在高频段，随着信号频率逐渐升高，晶体管极间电容极间电容和分布电容、和分布电容、寄生电容等杂散电容的容抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。寄生电容等杂散电容的容
28、抗减小，使动态信号损失，放大能力下降。下限频率下限频率上限频率上限频率结电容结电容若中频电压放大倍数若中频电压放大倍数Am。下降到。下降到0.707 Am时，相应的低频频率和高时，相应的低频频率和高频频率分别称为下限频率频频率分别称为下限频率fL 和上限频率和上限频率fH。二者之差即为带宽。二者之差即为带宽。极管BJT及放大电路课件Analog Electronics67三、三、 波特图波特图用用对对极极坐坐标标来来绘绘制制放放大大电电路路的的幅幅频频特特性性和和相相频频特特性性，这这种种对数频率特性称为波特图。对数频率特性称为波特图。幅频：幅频： 横坐标是频率的对数横坐标是频率的对数lgf
29、纵纵坐坐标标为为20lgAu，即即对对数数增增益益。单单位位为为dB（分分贝贝）。由由于于20lgAu 3dB，则则在在波波特特图图中中，上上、下下限限频频率率对对应应的的增益值为下降增益值为下降3dB。相频：相频： 纵坐标为放大倍数的相角，不取对数。纵坐标为放大倍数的相角，不取对数。极管BJT及放大电路课件Analog Electronics681. 模型的建立：由结构而建立，形状像由结构而建立，形状像，参数量纲各不相同。，参数量纲各不相同。 gm为跨导，它不随信为跨导，它不随信号频率的变化而变。号频率的变化而变。阻值大阻值大连接了输入回路连接了输入回路和输出回路和输出回路4.5.2高频等效
30、模型混合高频等效模型混合模型模型极管BJT及放大电路课件Analog Electronics692. 混合混合模型的单向化（使信号单向传递）模型的单向化（使信号单向传递）等效变换后电流不变等效变换后电流不变极管BJT及放大电路课件Analog Electronics703. 晶体管简化的高频等效电路晶体管简化的高频等效电路？极管BJT及放大电路课件Analog Electronics71二、电流放大系数的频率响应二、电流放大系数的频率响应为什么短路？为什么短路？1. 适于频率从0至无穷大的表达式极管BJT及放大电路课件Analog Electronics722. 电流放大系数的频率特性曲线电流
31、放大系数的频率特性曲线极管BJT及放大电路课件Analog Electronics733. 电流放大系数的波特图: 采用对数坐标系采用对数坐标系 采用对数坐标系，横轴为采用对数坐标系，横轴为lg f，可开阔视野；纵轴为，可开阔视野；纵轴为 单位为单位为“分贝分贝” （dB），使得），使得 “ ” “ ” 。lg f注意折线化曲线的误差注意折线化曲线的误差20dB/十倍频折线化近似画法折线化近似画法极管BJT及放大电路课件Analog Electronics74三、晶体管的频率参数共射截共射截止频率止频率共基截共基截止频率止频率特征特征频率频率集电结电容集电结电容通过以上分析得出的结论：通过以上分析得出的结论： 低频段和高频段放大倍数的表达式；低频段和高频段放大倍数的表达式； 截止频率与时间常数的关系；截止频率与时间常数的关系； 波特图及其折线画法；波特图及其折线画法； C的求法。的求法。手册手册查得查得极管BJT及放大电路课件Analog Electronics75本章学习结束本章学习结束 Goodbye! 极管BJT及放大电路课件
