第2章雙極型三極管及其放大電路

2.1雙極型三極管

2.2共發(fā)射極放大電路的組成和工作原理

2.3放大電路的靜態(tài)分析

2.4放大電路的動(dòng)態(tài)分析

2.6共集電極和共基極放大電路

2.5放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

2.7多級(jí)放大電路

2.1雙極型三極管

2.1.1三極管的基本結(jié)構(gòu)

2.1.2三極管的電流分配和放大原理

2.1.3三極管的伏安特性曲線

2.1.4三極管類型和工作狀態(tài)的判斷

2.1.5三極管的主要參數(shù)2.1.6溫度對(duì)三極管參數(shù)的影響

2.1.7三極管的類型、型號(hào)和選用原則

2.1.8特殊三極管2.1雙極型三極管

(BipolarJunctionTransistor，BJT)

又稱半導(dǎo)體三極管，由于工作時(shí)，多數(shù)載流子和少數(shù)載流子都參與運(yùn)行，因此，還被稱為雙極型晶體管，或簡(jiǎn)稱為晶體管、三極管。BJT是由兩個(gè)PN結(jié)組成的。2.1.1三極管的基本結(jié)構(gòu)

常見三極管的外形和封裝如下圖所示。三極管一般可分成兩種類型：NPN

和PNP

型。下面主要以NPN

型為例進(jìn)行討論。

常用的三極管的結(jié)構(gòu)有硅平面管和鍺合金管兩種類型。NecNPb二氧化硅becPNP(a)平面型(NPN)(b)合金型(PNP)NPN型三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)

NNP集電區(qū)集電極c基區(qū)基極b發(fā)射區(qū)發(fā)射極e集電結(jié)發(fā)射結(jié)ecbPNP型三極管結(jié)構(gòu)示意圖和符號(hào)

集電區(qū)集電極c基區(qū)基極b發(fā)射區(qū)發(fā)射極e集電結(jié)發(fā)射結(jié)NNPPN

cbe以NPN型三極管為例討論三極管中的兩個(gè)PN結(jié)cNNPebbec表面看三極管若實(shí)現(xiàn)放大，必須從三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部所加電源的極性來保證。不具備放大作用2.1.2三極管的電流分配和放大原理

三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求：NNPebcNNNPPP

1.發(fā)射區(qū)高摻雜。

2.基區(qū)做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。

三極管放大的外部條件：外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。3.集電結(jié)面積大。1.實(shí)驗(yàn)及測(cè)量

三極管電流放大的實(shí)驗(yàn)電路如圖所示，把三極管接成兩個(gè)回路：基極回路和集電極回路。改變可變電阻Rb，則基極電流IB、集電極電流IC和發(fā)射極電流IE都發(fā)生變化。測(cè)量結(jié)果如下表所示。IB/mA00.020.040.060.08IC/mA<0.0010.701.502.303.10IE/mA<0.0010.721.542.363.18三極管電流測(cè)量數(shù)據(jù)由此實(shí)驗(yàn)及測(cè)量結(jié)果可得出如下結(jié)論：(1)觀察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中的每一列，可得

(2)三極管具有電流放大作用。

(3)當(dāng)IB=0(將基極開路)時(shí)，IC=ICEO

下面用載流子在三極管內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)規(guī)律來解釋上述結(jié)論。beceRcRbIEpIEICIBIEn2.載流子的運(yùn)動(dòng)(1)發(fā)射區(qū)向基區(qū)擴(kuò)散電子發(fā)射區(qū)電子擴(kuò)散到基區(qū)，形成電流IEn?；鶇^(qū)空穴也擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)，形成電流IEp，但由于基區(qū)空穴數(shù)量較少，這部分電流可忽略不計(jì)，因此發(fā)射極電流IE≈IEn。beceRcRbIEpIEICIBIEnIBnICn(2)電子在基區(qū)的擴(kuò)散和復(fù)合

電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)合形成基極電流IBn，它基本上等于基極電流IB，復(fù)合掉的空穴由

VBB

補(bǔ)充。絕大部分自由電子都能擴(kuò)散到集電結(jié)邊緣

。beceRcRbIEpICBOIEICIBIEnIBnICn

(3)集電區(qū)收集從發(fā)射區(qū)擴(kuò)散過來的電子

從基區(qū)擴(kuò)散來的電子，漂移進(jìn)入集電結(jié)而被收集，形成ICn。集電結(jié)反偏，由集電區(qū)和基區(qū)少子形成反向飽和電流ICBO。

3.三極管的電流分配關(guān)系集電極的電流為ICIC=ICn+ICBO由于IEp很小，可以忽略不計(jì)，所以

IB≈IBn-ICBO基極的電流為IBIB=IBn_ICBO+IEp

IE=IC+IB

發(fā)射極的電流為IEIE=IEn+IEp≈IEn≈ICn+IBn因此

如上所述，構(gòu)成IE的兩部分中，ICn所占的百分比很大，IBn很小。這個(gè)比值用表示，稱為電流放大系數(shù)。因此上式中的后一項(xiàng)常用ICEO

表示，ICEO稱為穿透電流。則一般情況下，

ICBO和ICEO很小可忽略

?？傻?/p>

2.1.3三極管的伏安特性曲線

1.輸入特性

三極管的伏安特性曲線是指三極管各電極電壓與電流之間的關(guān)系曲線，它是分析放大電路的重要依據(jù)。iB=f(uBE)

uCE=常數(shù)

uBEiB+-uCE=0VBBRbbec

三極管的輸入回路uCE=0VuCE=2VuBE/ViB/μAO

當(dāng)uCE大于某一數(shù)值后，各條輸入特性十分密集，通常用uCE

>1時(shí)的一條輸入特性來代表。發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓Si管0.5V，Ge管0.1V2.輸出特性iC=f(uCE)

iB=常數(shù)

iC

/mAuCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=00510154321放大區(qū)截止區(qū)飽和區(qū)劃分三個(gè)區(qū)：截止區(qū)、放大區(qū)和飽和區(qū)。

(1)放大區(qū)：條件：發(fā)射結(jié)正偏集電結(jié)反偏

特點(diǎn)：各條輸出特性曲線比較平坦，基本平行等距。

集電極電流和基極電流體現(xiàn)放大作用，即iC

/mAuCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=00510154321截止區(qū)（2）截止區(qū)

iB

≤0的區(qū)域。兩個(gè)結(jié)都處于反向偏置。

iB=0時(shí)，iC

=ICEO。

硅管約等于1A，鍺管約為幾十至幾百微安。截止區(qū)截止區(qū)iC=f(uCE)

iB=常數(shù)

（3）飽和區(qū)條件：兩個(gè)結(jié)均正偏I(xiàn)C

/mAuCE

/V100μA80μA60μA40μA20μAIB=00510154321

特點(diǎn)：iC

基本上不隨iB

而變化，在飽和區(qū)三極管失去放大作用。iC

iB。當(dāng)uCB

=0時(shí)，稱臨界飽和，uCE

<

uBE時(shí)稱為過飽和。飽和管壓降UCES<0.4V(硅管)，UCES<

0.2V(鍺管)飽和區(qū)飽和區(qū)飽和區(qū)2.1.4三極管類型和工作狀態(tài)的判斷

1.根據(jù)三極管的電流，判斷三極管的類型常用的判斷三極管類型和工作狀態(tài)的判斷方法。

(a)NPN(b)PNP各極電流關(guān)系為：IE>IC>IBIE=IB+IC

[例]2.1.1在某放大電路中，三極管三個(gè)極的電流方向如圖所示，已知I1=_1.4mA，I2=_0.03mA，I3=1.43mA，試確定三極管是NPN型還是PNP型，并區(qū)分出各電極。

[例]2.1.2在某放大電路中，三極管各個(gè)極的電流方向如圖所示，試確定三極管是NPN型還是PNP型，并區(qū)分出各電極。

2.根據(jù)三極管各極電位，判斷三極管的類型對(duì)NPN型管有：

UC>UB>UE對(duì)PNP型管有：

UC<UB<UE

對(duì)于硅管︱UBE︱=0.6～0.8V

對(duì)于鍺管︱UBE︱=0.1～0.3V判斷依據(jù)為：判斷步驟為：1）先找電位差為0.2V或0.7V左右的電壓，它們必為b極和e極，并可判斷出硅管或鍺管；

2）再比較三個(gè)電壓的大小，來確定是NPN型

或PNP型管。

[例]2.1.3若測(cè)得放大電路中的兩個(gè)三極管各極電位分別如下，試判斷它們是NPN型管還是PNP型管，是硅管還是鍺管并確定每管的b，c，e電極。

(1)Ul＝8V，U2＝2V，U3＝2.7V；

(2)Ul＝

2V，U2＝

5V，U3＝

2.3V。

3.

根據(jù)三極管各極電位，判斷三極管的工作狀態(tài)對(duì)PNP管有：對(duì)NPN型管有：當(dāng)UBE<死區(qū)電壓，三極管截止；當(dāng)UBE>死區(qū)電壓，UCE≥UBE，三極管處于放大狀態(tài)；當(dāng)UBE>死區(qū)電壓，UCE<UBE，三極管處于飽和狀態(tài)。當(dāng)UBE>死區(qū)電壓，三極管截止；當(dāng)UBE<死區(qū)電壓，UCE≤UBE，三極管處于放大狀態(tài)；當(dāng)UBE<死區(qū)電壓，UCE>UBE，三極管處于飽和狀態(tài)。

2.1.5三極管的主要參數(shù)三極管的連接方式+RbC2VBBC1TICIBVCCRc+(a)共發(fā)射極接法ICIE+C2+C1VEEReVCCRc(b)共基極接法發(fā)射極作為輸入與輸出回路的公共端?；鶚O作為輸入與輸出回路的公共端。

（1）直流分量——大大，如IB、IC、UCE等。

（2）交流分量的瞬時(shí)值——小小，如ib、ic、uce等；有效值——大小，如Ib、Ic、Uce等；幅值是在有效值基礎(chǔ)上加“m”下標(biāo)，如Ibm、Icm、Ucem等。

（3）總電壓（或總電流）的瞬時(shí)值——小大，如iB、uCE等，其中iB=IB+ib，uCE=UCE+uce。符號(hào)規(guī)定

1.電流放大系數(shù)是表征管子放大作用的參數(shù)。有以下幾個(gè)：

(1)共射交流電流放大系數(shù)

(2)共射直流電流放大系數(shù)忽略穿透電流ICEO時(shí)，

(3)共基交流電流放大系數(shù)

(4)共基直流電流放大系數(shù)忽略反向飽和電流ICBO時(shí)，和

這兩個(gè)參數(shù)不是獨(dú)立的，而是互相聯(lián)系，關(guān)系為：2.反向飽和電流（1）集電極和基極之間的反向飽和電流ICBO（2）集電極和發(fā)射極之間的反向飽和電流ICEO(a)ICBO測(cè)量電路(b)ICEO測(cè)量電路ICBOcebAICEOAceb小功率鍺管ICBO約為幾微安；硅管的ICBO小，有的為納安數(shù)量級(jí)。當(dāng)b開路時(shí)，c和e之間的電流值愈大，則該管的ICEO也愈大。3.極限參數(shù)（1）集電極最大允許電流ICM當(dāng)iC

過大時(shí)，三極管的值要減小。在iC=ICM

時(shí)，值下降到額定值的2/3。（2）集電極最大允許耗散功率

PCM過損耗區(qū)安全工作區(qū)將iC

與uCE

乘積等于規(guī)定的PCM值各點(diǎn)連接起來，可得一條雙曲線。iCuCE<PCM

為安全工作區(qū)iCuCE>PCM為過損耗區(qū)iCuCEoPCM=iCuCE安全工作區(qū)安全工作區(qū)過損耗區(qū)過損耗區(qū)三極管的安全工作區(qū)（3）

極間反向擊穿電壓外加在三極管各電極之間的最大允許反向電壓。

U(BR)CEO：基極開路時(shí)，集電極和發(fā)射極之間的反向擊穿電壓。

U(BR)CBO：發(fā)射極開路時(shí)，集電極和基極之間的反向擊穿電壓。

安全工作區(qū)同時(shí)要受PCM、ICM和U(BR)CEO限制。過電壓iCU(BR)CEOuCEO過損耗區(qū)安全工作區(qū)ICM過流區(qū)三極管的安全工作區(qū)溫度變化對(duì)管子參數(shù)的影響主要表現(xiàn)有：2.1.6溫度對(duì)三極管參數(shù)的影響

溫度每升高10℃，ICBO大致將增加一倍，說明ICBO將隨溫度按指數(shù)規(guī)律上升。1.溫度對(duì)UBE的影響溫度每升高1℃，UBE約下降2mV。

2.溫度對(duì)ICBO的影響3.溫度對(duì)β的影響輸出特性曲線的距離隨溫度的升高而增大。

綜上所述：溫度對(duì)UBE，ICBO，β的影響，將使IC隨溫度上升而增加，這將嚴(yán)重地影響三極管的工作狀態(tài)。25o50ouBE/ViB/μAO

IBUBE1UBE22.1.7三極管的類型、型號(hào)和選用原則

按功能及用途分：有放大管、開關(guān)管、復(fù)合管(達(dá)林頓管)和高反壓管等；按工作頻率分：有低頻管、高頻管及超高頻管等；按材料分：硅管和鍺管；按摻雜方式分：NPN型和PNP型管。

1.類型按耗散功率分：小功率三極管、中功率三極管和大功率三極管等;第二位：A鍺PNP管、B鍺NPN管

C硅PNP管、D硅NPN管

第三位：X低頻小功率管、D低頻大功率管

G高頻小功率管、A高頻大功率管、K開關(guān)管用字母表示材料用字母表示器件的種類用數(shù)字表示同種器件型號(hào)的序號(hào)用字母表示同一型號(hào)中的不同規(guī)格三極管國家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)半導(dǎo)體器件型號(hào)的命名舉例如下：3DG110B

2.型號(hào)3.三極管的選用原則

(1)考慮三極管工作性能的穩(wěn)定，在同一型號(hào)的管子中，應(yīng)選反向電流小的。值不宜選得過高，否則管子性能不穩(wěn)定。

(2)若要求管子的反向電流小，工作溫度高，則應(yīng)選硅管；而當(dāng)要求導(dǎo)通電壓較低時(shí)，則應(yīng)選鍺管。

(3)若要求工作頻率高，則選用高頻管或超高頻管；若用于開關(guān)電路，則應(yīng)選用開關(guān)管。

(4)考慮三極管的安全工作條件，管子用作放大器件時(shí)必須工作在安全區(qū)，注意PCM、ICM、U(BR)CEO的值。

4.三極管的檢測(cè)以半圓塑封s9014，s9013，s9015，s9012，s9018系列的晶體小功率三極管為例，說明管腳的判別。

(1)把顯示文字平面朝自己，三極管的三個(gè)管腳朝下，從左向右依次為發(fā)射極e

、基極b

、集電極c

，如圖所示。（2）用萬用表測(cè)量三極管的三個(gè)極的方法。用萬用表R×100或R×1k擋測(cè)量管子三個(gè)電極中每?jī)蓚€(gè)極之間的正、反向電阻值。

①判定三極管的基極

判定NPN型管的基極：先用黑表筆接某一管腳，紅表筆先后接另外兩個(gè)引腳，測(cè)得兩個(gè)電阻值。再用黑表筆換接另一引腳，重復(fù)以上步驟，直至測(cè)得兩個(gè)電阻值都很小，則黑表筆所接的那個(gè)引腳即為基極b。

2)測(cè)試三極管的c、e的方法

測(cè)試NPN三極管的c、e的方法：先將基極懸空，把萬用筆的紅、黑表筆分別接其余兩個(gè)引腳，萬用表的指針指在無窮大，接著用手同時(shí)捏住基極b與黑表筆所接的引腳，然后觀察指針向右偏轉(zhuǎn)的幅度。然后交換紅黑表筆，再次用手同時(shí)捏住基極b與黑表筆所接的引腳，然后觀察指針偏轉(zhuǎn)的幅度。比較兩次測(cè)量中表針向右擺動(dòng)的幅度，找出擺動(dòng)幅度大的一次，此時(shí)黑表筆接的是集電極c，紅表筆接的是發(fā)射極e。

2.1.8特殊三極管

1．光電三極管光電三極管又稱光敏三極管，它最常用的材料是硅，它靠光的照射強(qiáng)度來控制電流的大小。它可等效看作一個(gè)光電二極管與一個(gè)三極管的結(jié)合，所以它具有放大作用。等效電路和符號(hào)如圖所示，一般僅引出集電極和發(fā)射極，其外形與發(fā)光二極管一樣，它常作溫度補(bǔ)償用。

光電三極管輸出特性與一般晶體三極管特性相似，差別僅在于光電三極管的參變量是入射的光照度E。如圖所示。

當(dāng)無光照時(shí)，就是穿透電流ICEO，稱為暗電流，溫度每上升25oC，ICEO約上升10倍。當(dāng)有光照時(shí)，稱為光電流，當(dāng)管壓降uCE足夠大時(shí)，iC僅決定于入射的光照度E。2．光耦合器

光耦合器（opticalcouplerOC）亦稱光電隔離器，簡(jiǎn)稱光耦。它是以光為媒介來傳輸電信號(hào)的器件，通常把發(fā)光器（如發(fā)光二極管）與受光器（如光電三極管、光電二極管等）封裝在同一管殼內(nèi)，常用的三極管型光電耦合器原理圖如圖所示。

光耦合器可以實(shí)現(xiàn)“電—光—電”轉(zhuǎn)換。它的輸入回路與輸出回路之間各自獨(dú)立，沒有電氣聯(lián)系，也沒有共地，因而具有良好的電絕緣能力和抗干擾能力，可起到很好的安全保障作用，甚至輸入信號(hào)線短接時(shí)，也不會(huì)損壞儀表。因?yàn)檩斎牖芈泛洼敵龌芈分g可以承受幾千伏的高壓，并且工作穩(wěn)定，無觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備及微機(jī)接口中。在單片開關(guān)電源中，利用線性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過調(diào)節(jié)控制端電流來改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓的目的。2.2共發(fā)射極放大電路的組成和工作原理2.2.1單管共發(fā)射極放大電路的組成2.2.2單管共發(fā)射極放大電路的工作原理2.2.3放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)在模擬電子電路中，放大電路是最常用、最重要的一種單元電路。它利用放大器的控制作用把微弱的電信號(hào)進(jìn)行放大，從而滿足負(fù)載(如喇叭、顯示儀表等)的需要。本質(zhì)：實(shí)現(xiàn)能量的控制。在放大電路中提供一個(gè)能源，由能量較小的輸入信號(hào)控制這個(gè)能源，使之輸出較大的能量，然后推動(dòng)負(fù)載。放大的對(duì)象是變化量。元件：雙極型三極管和場(chǎng)效應(yīng)管。2.2共發(fā)射極放大電路的組成和工作原理

2.2.1單管共發(fā)射極放大電路的組成VT：NPN型三極管，為放大元件；VCC：為輸出信號(hào)提供能量；

RC：將電流iC的變化轉(zhuǎn)化為集電極電壓的變化，傳送到電路的輸出端；

VBB

、Rb：使發(fā)射結(jié)正向偏置，提供靜態(tài)基極電流(靜態(tài)基流)。C1、C2：耦合電容，作用是“隔直通交”。

發(fā)射極是輸入和輸出回路的公共端，所以電路稱為共發(fā)射極基本放大電路，簡(jiǎn)稱共射放大電路。2.2.2單管共發(fā)射極放大電路的工作原理1.放大作用輸入端有一個(gè)變化量ui時(shí),電路中將產(chǎn)生以下變化過程：2．組成放大電路的原則

（1）外加直流電源的極性必須使發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。（2）輸入回路應(yīng)使輸入電壓ui能夠傳送到三極管的基極回路，使基極電流產(chǎn)生相應(yīng)的變化量iB。（3）輸出回路應(yīng)使變化量iC轉(zhuǎn)化為

uCE，并送到放大電路的輸出端。為了使電路圖清晰，采用放大電路的簡(jiǎn)化法。

2.2.3放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.放大倍數(shù)放大電路技術(shù)指標(biāo)測(cè)試圖2.輸入電阻Ri從放大電路輸入端看進(jìn)去的等效電阻。一般來說，Ri越大越好。（1）Ri越大，ii就越小，從信號(hào)源索取的電流越小。（2）當(dāng)信號(hào)源有內(nèi)阻時(shí)，Ri越大，ui就越接近us。3.輸出電阻Ro從放大電路輸出端看進(jìn)去的等效電阻。測(cè)試

Ro：輸入端正弦電壓，分別測(cè)量空載和輸出端接負(fù)載RL

的輸出電壓、。輸出電阻愈小，帶負(fù)載能力愈強(qiáng)。OffLfHBWAum0.707AumfL

：下限頻率fH

：上限頻率BW：通頻帶BW=fH

-

fL4.通頻帶5.最大不失真輸出幅度輸出波形無明顯失真時(shí)的最大輸出電壓(或最大輸出電流)

，常用有效值表示(Uom

、Iom)。6.最大輸出功率與效率輸出不產(chǎn)生明顯失真的最大輸出功率。用符號(hào)Pom表示。：效率PV：直流電源消耗的功率直流電源能量的利用率稱為效率。2.3放大電路的靜態(tài)分析2.3.1直流通路

2.3.2靜態(tài)工作點(diǎn)的近似估算2.3.3圖解法分析靜態(tài)工作點(diǎn)

放大電路定量分析靜態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析微變等效電路法

圖解法分析方法

放大電路建立合適的靜態(tài)，是保證動(dòng)態(tài)工作的前提。2.3放大電路的靜態(tài)分析2.3.1直流通路

直流通路的畫法：將交流電壓源及電感短路，電容開路。硅管UBEQ=(0.6~0.8)V鍺管UBEQ=(0.1~0.2)VICQ

IBQUCEQ=VCC–ICQ

Rc2.3.2靜態(tài)工作點(diǎn)的近似估算【例】圖示電路中，已知VCC=12V，Rb

=300k，

Rc=4K，NPN硅管的=50，試估算電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。解：設(shè)UBEQ=0.7VICQ

IBQ=(500.04)mA=2mAUCEQ=VCC–ICQ

Rc

=(12-24)V=4V

2.3.3圖解法分析靜態(tài)工作點(diǎn)

圖解法是在三極管的輸入、輸出特性曲線上，用作圖的方法對(duì)放大電路進(jìn)行分析。對(duì)直流工作狀態(tài)來說，就是在特性曲線上，用作圖的方法確定出靜態(tài)工作點(diǎn)。直流負(fù)載線——該直線是由直流通路得出的，且與集電極負(fù)載電阻Rc有關(guān)。方法：根據(jù)uCE=VCC

-

iCRc

式確定兩個(gè)特殊點(diǎn)輸出回路Q由靜態(tài)工作點(diǎn)Q確定的ICQ、UCEQ

為靜態(tài)值。圖解分析靜態(tài)步驟：

(1)用估算法算出IBQ。

(2)畫出三極管的輸出特性曲線。

(3)作出直流負(fù)載線，直流負(fù)載線與IBQ對(duì)應(yīng)的輸出特性曲線的交點(diǎn)，就是靜態(tài)工作點(diǎn)Q。圖(a)

【例】在圖示電路(a)中，已知VCC=12V，Rb=300k，Rc=3k

，三極管的輸出特性曲線如圖(b)所示，試用圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)。解：首先估算IBQ作直流負(fù)載線，確定Q

點(diǎn)根據(jù)UCEQ=VCC–ICQ

RciC=0，uCE=12VuCE=0，iC=4mA0iB

=0μA20μA40μA60μA80μA134224681012MQ靜態(tài)工作點(diǎn)IBQ=40μA，ICQ=2mA，UCEQ=6VuCE

/V由Q

點(diǎn)確定靜態(tài)值為iC

/mA圖(b)2.4放大電路的動(dòng)態(tài)分析2.4.1交流通路

2.4.2圖解分析法

2.4.3微變等效電路法動(dòng)態(tài)分析方法圖解分析法微變等效電路分析法

2.4.1交流通路

交流通路的畫法：直流電壓源短路，電容短路。2.4放大電路的動(dòng)態(tài)分析

2.4.2圖解分析法輸出端接入負(fù)載RL：不影響Q，影響動(dòng)態(tài)！

1.圖解分析法交流負(fù)載線工作點(diǎn)在輸出特性上移動(dòng)畫出的軌跡。交流負(fù)載線斜率為：動(dòng)態(tài)工作情況圖解分析輸入回路工作情況0.680.72uBEiBtQ000.7t6040200uBE/ViB/μAuBE/ViBUBE交流負(fù)載線直流負(fù)載線4.57.5uCE912t0ICQiC

/mA0IB=40μA2060804Q260uCE/ViC

/mA0tuCE/VUCEQiC輸出回路工作情況電壓電流波形結(jié)論：（1）放大電路中的信號(hào)是交直流共存，可表示成：雖然交流量可正負(fù)變化，但瞬時(shí)量方向始終不變。（2）輸出uo與輸入ui相比，幅度被放大了。（3）輸出uo與輸入ui相位相反。Q點(diǎn)過低

iCOuCE

iCtOQuCEtOUCEQICQ截止失真uCE波形出現(xiàn)頂部失真。交流負(fù)載線：工作點(diǎn)移動(dòng)的軌跡iB

2.非線性失真飽和失真交流負(fù)載線

iCOuCEQICQtO

iCuCEtOUCEQuCE波形出現(xiàn)底部失真。iBQ點(diǎn)過高OuCE

iCQiB=0μАCDEAB

Q點(diǎn)應(yīng)盡量設(shè)在交流負(fù)載線上線段AB的中點(diǎn)。若CD=DE，則否則交流負(fù)載線直流負(fù)載線

3.最大不失真輸出幅度

晶體管在小信號(hào)(微變量)情況下工作時(shí)，可以在靜態(tài)工作點(diǎn)附近的小范圍內(nèi)用直線段近似地代替三極管的特性曲線，三極管就可以等效為一個(gè)線性元件。這樣就可以將非線性元件晶體管所組成的放大電路等效為一個(gè)線性電路。微變等效條件研究的對(duì)象僅僅是變化量信號(hào)的變化范圍很小

2.4.3微變等效電路法

1.三極管的等效電路（1）h參數(shù)的引出cbe

+uBE

+uCEiCiB三極管在共射接法時(shí)的雙端口網(wǎng)絡(luò)求變化量：在小信號(hào)情況下：各h參數(shù)的物理意義：iBuBEuBEiB——輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻，用rbe表示?！斎攵碎_路時(shí)的電壓反饋系數(shù)，用μr表示。iBuBEuBEuCEiCiBiCuCE——輸出端交流短路時(shí)的電流放大系數(shù)，用β表示?！斎攵碎_路時(shí)的輸出電導(dǎo)，用1/rce表示。iCuCEiCuCE（2）簡(jiǎn)化的h參數(shù)等效電路ibicbce晶體三極管ube+-uce+-icibib微變等效電路ube+-uce+-rbebec（3）rbe的估算公式流過發(fā)射結(jié)的總電流：因?yàn)閁BE>>UTrbb

：基區(qū)體電阻。rbe

：基射之間結(jié)電阻。歐姆，可忽略。只有幾：發(fā)射區(qū)體電阻，一般er由于在Q點(diǎn)附近比較小的變化范圍內(nèi)，從而得出把上式帶入式ube，并對(duì)iB求導(dǎo)可得

再對(duì)uBE求導(dǎo)數(shù)，得到的倒數(shù)

2.單管共射放大電路的微變等效電路由微變等效電路可得

Ri=

rbe//Rb

Ro=RcRBRCuiuORL++--RSeS+-ibicbceiiibiceSrbeibRBRCRLebcui+-uo+-+-RSii微變等效電路利用微變等效電路法分析放大電路的一般步驟：(1)利用圖解法或近似估算法確定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)Q。(2)由Q點(diǎn)求出電路參數(shù)和rbe。

(3)畫出放大電路的交流通路，然后用三極管的等效電路代替三極管，即可得到放大電路的微變等效電路。

(4)列出電路方程，計(jì)算放大電路的動(dòng)態(tài)指標(biāo)。

[例]2.4.1在下圖所示的放大電路中，已知VCC=12V,

Rb=260k電路的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。試計(jì)算該解：（1）確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q根據(jù)直流通路計(jì)算如下：（2）動(dòng)態(tài)指標(biāo)的計(jì)算首先畫出放大電路的微變等效電路不考慮三極管c、e之間的等效內(nèi)阻rce,2.5放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的穩(wěn)定

2.5.1溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響

2.5.2靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路

2.5.1溫度對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響三極管是一種對(duì)溫度十分敏感的元件。溫度變化對(duì)管子參數(shù)的影響主要有：

(2)UBE

改變。UBE

的溫度系數(shù)約為–2mV/C，即溫度每升高1C，UBE約下降2mV。

(1)改變。溫度每升高1C，值約增加0.5%~1%，

溫度系數(shù)分散性較大。

(3)ICBO改變。溫度每升高10C，ICBQ

大致將增加一倍，說明ICBQ

將隨溫度按指數(shù)規(guī)律上升。

溫度升高時(shí)，三極管的參數(shù)會(huì)發(fā)生變化，這些變化都將使IC

增大，Q上移，波形容易失真。iCuCEOiBQVCCT=20C

T=50C三極管在不同環(huán)境下溫度的輸出特性曲線

2.5.2靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路1.電路組成及工作原理——射極偏置電路C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路由于UBQ

不隨溫度變化——電流負(fù)反饋式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路

T

ICQIEQUEQUBEQ

(=UBQ–UEQ)IBQICQ2.靜態(tài)與動(dòng)態(tài)分析（1）靜態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB由于IR>>IBQ，可得(估算)靜態(tài)基極電流（2）動(dòng)態(tài)分析C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiRcRb2+VCCRL++uiuoRb1ReibiceSrbeibRBRCRLEBCui+-uo+-+-RSii(2)如果電路其他參數(shù)不變，換上的三極管，則電路的、輸入電阻Ri和輸出電阻Ro。靜態(tài)工作點(diǎn)有無變化？C1RcRb2+VCCC2RL+++++CeuoRb1ReiBiCiEiRuiuEuB解：(1)

a)確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q

[例]2.5.1在圖所示的分壓式工作點(diǎn)穩(wěn)定電路中，已知VCC=12V,Rb1=15k三極管的(1)試計(jì)算該電路的電壓放大倍數(shù)

b)動(dòng)態(tài)指標(biāo)的計(jì)算(2)如果，由以上估算過程可知，除了IBQ外，其他靜態(tài)值均保持不變。

2.6共集電極和共基極放大電路

2.6.1共集電極放大電路

2.6.2共基極放大電路

2.6.3三種基本組態(tài)的比較

三種基本接法共射組態(tài)共集組態(tài)共基組態(tài)2.6.1共集電極放大電路2.6共集電極和共基極放大電路

1.靜態(tài)分析由基極回路求得靜態(tài)基極電流則Rs+-usRbVT+-uoRLC1C2+VCC+-uiRe(1)電壓放大倍數(shù)結(jié)論：電壓放大倍數(shù)恒小于1，而接近1，且輸出電壓與輸入電壓同相，又稱射極跟隨器。2.動(dòng)態(tài)分析(2)輸入電阻輸入電阻較大。加上Rb后輸入電阻為(3)輸出電阻輸出電阻低，故帶載能力比較強(qiáng)。Ro求射極輸出器Ro

的等效電路加上Re后輸出電阻為

2.6.2共基極放大電路1.靜態(tài)分析2.動(dòng)態(tài)分析（1）電壓放大倍數(shù)共基極放大電路沒有電流放大作用，但是具有電壓放大作用。電壓放大倍數(shù)與共射電路相等，但沒有負(fù)號(hào)，說明該電路輸入、輸出信號(hào)同相位。又稱電流跟隨器。（2）輸入電阻暫不考慮電阻Re的作用（3）輸出電阻暫不考慮電阻Rc

的作用Ro

=

rcb

已知共射輸出電阻rce

，而rcb

比

rce大得多，可認(rèn)為rcb

(1+

)rce如果考慮集電極負(fù)載電阻，則共基極放大電路的輸出電阻為Ro=Rc//rcb

Rc2.6.3三種基本組態(tài)的比較三極管單管放大電路三種基本組態(tài)的特點(diǎn)

1．共射放大電路具有較大的電壓放大能力和電流放大能力。輸入電阻和輸出電阻相對(duì)較適中，因而被廣泛應(yīng)用于多級(jí)低頻放大電路的各級(jí)中。

2．共集放大電路(電壓跟隨器)的電壓放大倍數(shù)小于1而接近1，并有較大的電流放大能力，且輸入電阻高，輸出電阻低，因此常用作多級(jí)放大電路的輸入級(jí)、輸出級(jí)或中間緩沖級(jí)，具有很好的隔離、緩沖作用。

3．共基放大電路(電流跟隨器)的電流放大倍數(shù)小于1而接近1，它的輸入電阻很小，從而減小了三極管結(jié)電容的影響，因此電路的頻率響應(yīng)好，常用作寬帶或高頻放大電路。大(數(shù)值同共射電路，但同相)小(小于、近于

1)大(十幾~一幾百)小大(幾十~一百以上)大(幾十~一百以上)電路組態(tài)性能共射組態(tài)共集組態(tài)共基組態(tài)C1C2VCCRb2Rb1+++++__ReCbRLC1Rb+VCCC2RL+Re+++C1Rb+VCCC2RL++++Rc三種基本組態(tài)的比較

頻率響應(yīng)大(幾百千歐~幾兆歐)小(幾歐~幾十歐)中(幾十千歐~幾百千歐)RC小(幾歐

~幾十歐)大(幾十千歐以上)中(幾百歐~幾千歐)

rbe組態(tài)性能共射組態(tài)共集組態(tài)共基組態(tài)差較好好2.7多級(jí)放大電路

2.7.1多級(jí)放大電路的耦合方式

2.7.2多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析

2.7.1多級(jí)放大電路的耦合方式

耦合方式阻容耦合直接耦合變壓器耦合1.阻容耦合:前后兩極之間通過電容和下一級(jí)輸入電阻相連接。C1RC1Rb1+VCCC2RL++VT1++Rc2Rb2C3VT2+優(yōu)點(diǎn):

各級(jí)Q

點(diǎn)相互獨(dú)立,便于分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試。缺點(diǎn):

不易放大低頻信號(hào)，無法集成。光電耦合2.變壓器耦合選擇恰當(dāng)?shù)淖儽龋稍谪?fù)載上得到盡可能大的輸出功率。第二級(jí)VT2、VT3組成推挽式放大電路，信號(hào)正負(fù)半周VT2、VT3

輪流導(dǎo)電。優(yōu)點(diǎn):能實(shí)現(xiàn)阻抗變換,各級(jí)Q

點(diǎn)相互獨(dú)立。缺點(diǎn):

不易放大低頻信號(hào)，笨重,無法集成。3.直接耦合Rc1Rb1+VCC+VT1+Rc2Rb2VT2優(yōu)點(diǎn):

可放大交流和直流信號(hào);便于集成。缺點(diǎn):

各級(jí)Q點(diǎn)相互影響;零點(diǎn)漂移較嚴(yán)重。(1)直接耦合解決合適靜態(tài)工作點(diǎn)的幾種辦法

b圖電路中接入Re2，保證第一級(jí)集電極有較高的靜態(tài)電位，但第二級(jí)放大倍數(shù)嚴(yán)重下降。Rc1Rb1+VCC+VT1+Rc2Re2VT2(b)Rc1Rb1+VT1+Rc2Rb2VT2VDz(c)

c圖保證第一級(jí)集電極有較高的靜態(tài)電位，又不損失第二級(jí)的放大倍數(shù)。但穩(wěn)壓管噪聲較大。

d圖為實(shí)現(xiàn)電平移動(dòng)的另一種電路，后級(jí)采用PNP型管,可獲得合適的工作點(diǎn)。這種電路常被用于分立或集成直接耦合電路中。Rc1Rb1+VCC+VT1+Re2Rc2VT2-(d)

直接耦合時(shí)，輸入電壓為零，但輸出電壓離開零點(diǎn)，并緩慢地發(fā)生不規(guī)則變化的現(xiàn)象。原因：放大器件參數(shù)的溫度特性使Q點(diǎn)不穩(wěn)定。uOtOuItO

放大電路級(jí)數(shù)愈多，放大倍數(shù)愈高，零點(diǎn)漂移問題愈嚴(yán)重。(2)零點(diǎn)漂移抑制零點(diǎn)漂移的措施：a引入直流負(fù)反饋以穩(wěn)定Q

點(diǎn)。b利用熱敏元件補(bǔ)償放大器的零漂。c采用差分放大電路。集成運(yùn)放的輸入級(jí)基本上都采用差分放大的結(jié)構(gòu)。(3)靜態(tài)分析由直流通路列各回路方程，然后聯(lián)立求解。4.光電耦合優(yōu)點(diǎn):

各級(jí)Q

點(diǎn)相互獨(dú)立,體積小，壽命長(zhǎng)。

缺點(diǎn):

不易放大低頻信號(hào)，易出現(xiàn)非線性失真。

光電耦合器四種耦合方式的比較阻容耦合變壓器耦合直接耦合光電耦合優(yōu)點(diǎn)各級(jí)工作點(diǎn)互相獨(dú)立；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單各級(jí)工作點(diǎn)互相獨(dú)立；有阻抗變換作用能放大緩變或直流信號(hào)；適合集成化各級(jí)工作點(diǎn)互相獨(dú)立；體積小、壽命長(zhǎng)缺點(diǎn)不能放大緩變或直流信號(hào)；不便于集成化不能放大緩變或直流信號(hào)；不便于集成化有零點(diǎn)漂移現(xiàn)象；各級(jí)工作點(diǎn)互相影響不能放大緩變或直流信號(hào)；易出現(xiàn)非線性失真適合場(chǎng)合分立元件交流放大電路低頻功率放大，調(diào)諧放大集成放大電路，直流放大電路

隔離電路，長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸1.電壓放大倍數(shù)總電壓放大倍數(shù)等于各級(jí)電壓放大倍數(shù)的乘積，即2.輸入電阻和輸出電阻一般來說，多級(jí)放大電路的輸入電阻就是輸入級(jí)的輸入電阻；輸出電阻就是輸出級(jí)的輸出電阻。2.7.2多級(jí)放大電路的動(dòng)態(tài)分析

?

后級(jí)的輸入阻抗是前級(jí)的負(fù)載?

前級(jí)的輸出阻抗是后級(jí)的信號(hào)源阻抗