第3章雙極型晶體管及其放大電路2022/12/121第3章雙極型晶體管及其放大電路2022/12/1113.1雙極型晶體管

3.2基本放大電路的工作原理及其組成3.3靜態(tài)工作點穩(wěn)定及分壓式射極偏置電路

3.4共發(fā)射極電路3.5共集電極極放大電路和共基極極放大電路3.6多級放大電路3.7放大電路的頻率響應(yīng)和階躍響應(yīng)3.8電流源電路3.9應(yīng)用電路介紹23.1雙極型晶體管2簡介

雙極型晶體管也稱晶體管或半導(dǎo)體三極管它是放大電路的最基本元件之一。本章首先介紹半導(dǎo)體晶體管的基本結(jié)構(gòu)和特性參數(shù)。并以晶體管共發(fā)射極電路為例，重點討論由分立元件組成的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、分析方法以及特點和應(yīng)用。然后介紹靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題，以及共集電極電路和共基極電路。

通過本單元學(xué)習(xí)，要求學(xué)習(xí)者能夠掌握放大電路的基本構(gòu)成及特點，理解基本放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置目的及其求解方法；熟悉非線性失真的概念；初步掌握運用微變等效電路法求解電路的電壓放大倍數(shù)、電路的輸入電阻和輸出電阻；了解多級放大電路的常用耦合方式。技術(shù)能力上要求掌握示波器、信號發(fā)生器、電子毫伏表等常用電子儀器的使用方法；具有對共射放大電路進(jìn)行靜態(tài)工作點調(diào)試能力。3簡介雙極型晶體管也稱晶體管或半導(dǎo)體三極管它是放雙極型三極管是晶體管的一種類型，由于它有空穴和電子兩種載流子參與導(dǎo)電，故稱為雙極型。

3.1雙極型晶體管（BJT）按材料分，有硅管和鍺管；按功率大小分，有大、中、小功率管；按工作頻率分，有高頻管和低頻管等；

按結(jié)構(gòu)分，有NPN型和PNP型。

分類：圖3-1給出了晶體管的外形及封裝。圖3-14雙極型三極管是晶體管的一種類型，由于它有空穴和電子兩種載流子3.1.1晶體管的結(jié)構(gòu)及符號晶體三極管是三層半導(dǎo)體引出三個電極而成的器件。由于各層半導(dǎo)體排列次序的不同，有NPN型和PNP型兩種結(jié)構(gòu)形式。圖3-2

圖3-353.1.1晶體管的結(jié)構(gòu)及符號晶體三極管是三層半導(dǎo)體引出三3.1.2晶體管中的電流分配和放大原理

晶體管的特性不同于二極管，晶體管在模擬電子線路中的基本功能是電流放大。

1.晶體管電流放大的結(jié)構(gòu)特點

如果在制造晶體管時，有意識地使管子內(nèi)部發(fā)射區(qū)（e區(qū)）具有較小面積和較高的摻雜濃度；讓基區(qū)（b區(qū)）摻雜濃度很低且制作很薄，厚度約為幾到幾十微米；把集電區(qū)面積做得很大，摻雜濃度介于發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間，使得發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)（發(fā)射結(jié)）的結(jié)面積較小，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)（集電結(jié)）的結(jié)面積較大。這樣的結(jié)構(gòu)特點是保證晶體管實現(xiàn)電流放大的關(guān)鍵所在和內(nèi)部條件。顯然，由于各區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的差異，雙極型晶體管的發(fā)射極和集電極在使用中是絕不能互換的。63.1.2晶體管中的電流分配和放大原理晶體管的特性不同2.晶體管電流放大的外部條件晶體管的發(fā)射區(qū)面積小且高摻雜，作用是發(fā)射足夠的載流子；集電區(qū)摻雜濃度低且面積大，作用是順利收集擴散到集電區(qū)邊緣的載流子；基區(qū)制造的很薄且摻雜濃度很低，作用是傳輸和控制發(fā)射區(qū)到基區(qū)的載流子。但晶體管真正在電路中起電流放大作用，還必須遵循發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的外部條件。實驗電路如圖3-4所示。

圖3-4

改變可變電阻，則基極電流、集電極電流和發(fā)射極電流都發(fā)生變化。電流方向如圖所示。測量結(jié)果列于表3-1中。72.晶體管電流放大的外部條件晶體管的發(fā)射區(qū)面積小且高摻雜，2、三極管中的電流分配和放大作用

三極管電流放大的實驗電路

可變電阻RB調(diào)節(jié)基極電流IB

IB(mA)

00.020.040.060.080.10

IC(mA)

<0.0010.701.502.303.103.95

IE(mA)

<0.0010.721.542.363.184.0582、三極管中的電流分配和放大作用可變電阻RBI由此實驗及測量結(jié)果可得出如下結(jié)論：

IE=IC+IB當(dāng)IB＝０（將基極開路）時，IC

＝ICEO，表中ICEO<1μA（0.001mA）。ICEO稱為穿透電流

IB

00.020.040.060.080.10

IC

<0.0010.701.502.303.103.95

IE

<0.0010.721.542.363.184.05直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)×

要使三極管起放大作用，發(fā)射結(jié)必須正向偏置，而集電結(jié)必須反向偏置。對NPN型管來說，三個電極的電位關(guān)系是。如果是PNP型管，則應(yīng)是。

9由此實驗及測量結(jié)果可得出如下結(jié)論：IB

三極管電流分配10

3.1.3晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線是用來表示該晶體管各極電壓和電流之間相互關(guān)系的，它反映了晶體管的性能，是分析放大電路的重要依據(jù)。1.輸入特性曲線

圖3-5是某3DG6硅晶體管的輸入特性曲線。可分兩種情況。圖3-5

(1)時，C、E間短接，和的關(guān)系，就是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個正向二極管并聯(lián)的伏安特性。

(2)增大時，輸入特性曲線右移，這說明對輸入特性有影響，特性曲線右移表明，在同樣下，將減小。圖3-5中示出了時的輸入特性曲線。

但從大于一定值（一般當(dāng)）后，曲線基本重合，因此只需測試一條的輸入特性曲線。113.1.3晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線是用來表示該晶2.輸出特性曲線

圖3-6為某個晶體管的輸出特性曲線。圖3-6

在不同的下，可得出不同的曲線，所以晶體管的輸出特性曲線是一組曲線。可分為四個工作區(qū)域：

（1）放大區(qū)：輸出特性曲線的近似于水平部分是放大區(qū)。在放大區(qū)，。和成正比的關(guān)系。晶體管處于放大狀態(tài)的條件是發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

（2）截止區(qū)：的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。時，。對于NPN型硅管時，已開始截止，但是為了截止可靠，常使。發(fā)射結(jié)零偏或反偏，截止時集電結(jié)也處于反向偏置。

122.輸出特性曲線圖3-6為某個晶體管的輸出特性曲線。圖2.輸出特性曲線

圖3-6

（3）飽和區(qū)：飽和區(qū)是對應(yīng)于較?。ǎ┑膮^(qū)域，此時集電結(jié)處于正向偏置，以致使不能隨的增大而成比例增大。在飽和區(qū)，此時發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置。（4）擊穿區(qū)：當(dāng)大于某一值后，開始劇增，這個現(xiàn)象稱為一次擊穿。晶體管一次擊穿后，集電極電流突增，只要電路中有合適的限流電阻，擊穿電流不過大，時間又很短，晶體管是不致于燒毀的。當(dāng)集電極電壓降低后，三極管子仍能恢復(fù)正常工作，所以一次擊穿過程是可逆的。132.輸出特性曲線圖3-6（3）飽和區(qū)：飽和區(qū)是對應(yīng)于3.1.4晶體管的使用常識1.三極管的主要參數(shù)

晶體管的參數(shù)可分為性能參數(shù)和極限參數(shù)兩大類。值得注意的是，由于制造工藝的離散性，即使同一型號規(guī)格的管子，參數(shù)也不完全相同。（1）晶體管的主要性能參數(shù)有：1)電流放大系數(shù)①共射直流放大倍數(shù)

②共射交流電流放大倍數(shù)在輸出特性曲線近于平行等距并且較小的情況下，兩者數(shù)值較為接近。今后在估算時，常用這個近似關(guān)系。143.1.4晶體管的使用常識1.三極管的主要參數(shù)2）極間反向電流①集電極-基極反向飽和電流

圖3-7(a)為測量電路。其值很小，受溫度的影響大。小功率硅管的小于1μA，鍺管的約10μA左右。圖3-7②集電極-發(fā)射極反向飽和電流圖3-7(b)為測量電路。它是的倍，所以受溫度影響更為嚴(yán)重。小功率硅管的在幾uA以下，鍺管的約為幾十至幾百uA

。通常把作為判斷管子質(zhì)量的重要依據(jù)，其值越小，受溫度影響越小，管子工作越穩(wěn)定，故硅管比鍺管穩(wěn)定，在實際中用得較多。152）極間反向電流①集電極-基極反向飽和電流（2）晶體管的極限參數(shù)

1)集電極最大允許電流

在使用三極管時，超過時并不一定會使三極管損壞，但值將逐漸降低。2)集電極最大允許功耗

其大小主要決定于允許的集電結(jié)結(jié)溫。鍺管最高允許結(jié)溫為，硅管可達(dá)，超過這個值，管子的性能變壞，甚至燒毀管子。

小功率的，大功率的。與散熱條件和環(huán)境溫度有關(guān)，加裝散熱器?？墒勾蟠筇岣摺?/p>

圖3-8

16（2）晶體管的極限參數(shù)1)集電極最大允許電流在3）

反向擊穿電壓

①集電極-基極反向擊穿電壓

發(fā)射極開路時，集電極-基極之間允許施加的最高反向電壓，其值通常為幾十伏，有的管子高達(dá)幾百伏以上。

②發(fā)射極-基極反向擊穿電壓

集電極開路時，發(fā)射極-基極之間允許施加的最高反向電壓，一般為幾十伏，有的甚至小于1伏。③集電極-發(fā)射極反向擊穿電壓

基極開路時，集電極-發(fā)射極之間允許施加的最高反向電壓，其值比要小一些。由晶體管的三個極限參數(shù)、和，可以畫出管子的安全工作區(qū)，如圖3-8所示。使用中，不允許將工作點設(shè)在安全工作區(qū)外。173）反向擊穿電壓①集電極-基極反向擊穿電壓2.溫度對參數(shù)的影響（1）溫度對影響：溫度升高，將減小。溫度每升高１℃，減小2～2.5mV。（2）溫度對的影響：反向電流及隨溫度升高而增大。集電結(jié)的反向飽和電流和二極管的反向飽和電流一樣，對溫度很敏感，溫度每升高10℃，約增加一倍。穿透電流隨溫度變化的規(guī)律與大致相同。（3）溫度對的影響：

電流放大倍數(shù)隨溫度升高而增大，溫度每升高１℃，值增大0.5～1％。在輸出特性曲線圖上，表現(xiàn)為各條曲線間的距離隨溫度升高而增大。

綜上所述，溫度升高后，隨著下降，將有所上升，且值也隨溫度增大而增大，二者均使集電極電流增大，這是使用三極管必須注意的問題。

182.溫度對參數(shù)的影響（1）溫度對影響：3.晶體管的選擇原則（1）必須保證晶體管工作在安全區(qū)

應(yīng)使管子工作于如下情況：、、。（2）在放大高頻信號時，為了保持管子良好的放大性能，應(yīng)選用高頻管或超高頻管；若用于開關(guān)電路，為了使管子有足夠高的開關(guān)速度，則應(yīng)選用開關(guān)管。（3）當(dāng)要求反向電流小、允許結(jié)溫高、且能工作在溫度變化大的壞境中時，應(yīng)選硅管；而要求導(dǎo)通電壓低時，可選鍺管。

（4）對于同型號的管子，優(yōu)先選用反向電流小的，而值不宜太大，一般幾十至一百左右為宜。

193.晶體管的選擇原則（1）必須保證晶體管工作在安全區(qū)應(yīng)使202021212222232324243.2基本放大電路的工作原理及其組成放大電路的功能是利用晶體管的電流控制作用，把微弱的電信號（指變化的電壓、電流、功率）不失真地放大到所需要的數(shù)值，實現(xiàn)將直流電源的能量轉(zhuǎn)化為按輸入信號規(guī)律變化的且具有較大能量的輸出信號。所以，放大電路的實質(zhì)，是一種用較小的能量去控制較大能量的能量控制裝置。

圖3-9

a)共發(fā)射極放大電路b)共集電極放大電路c)共基極放大電路

253.2基本放大電路的工作原理及其組成放大電路的功能是利用放大電路組成框圖和四端網(wǎng)絡(luò)的表示法如圖3-10所示。

圖3-10

26放大電路組成框圖和四端網(wǎng)絡(luò)的表示法如圖3-10所示。圖3-圖3-11是共射接法的基本放大電路電路中各元件作用如下：3.2.1基本放大電路的組成原則和各部分的作用

圖3-11

1.晶體管Ｖ它是放大電中的核心元件。利用它的電流放大能力來實現(xiàn)電壓放大。2.直流電源

其作用是：（1）提供晶體管發(fā)射結(jié)和集電結(jié)的工作電壓，其接法必須保證發(fā)射結(jié)正偏和集電結(jié)反偏；（2）向負(fù)載提供輸出功率與負(fù)擔(dān)三極管及電阻上的功率損耗。

3.偏置電阻

決定靜態(tài)基極電流的大小。也稱偏置電流，故稱為偏置電阻。4.集電極電阻

將晶體管的電流放大作用轉(zhuǎn)換成電壓放大作用。27圖3-11是共射接法的基本放大電路電路中各元件作用5.耦合電容和

其作用是“隔斷直流，傳遞交流”，簡稱“通交隔直電容”。靜態(tài)時，使直流電流不能流向信號源，和負(fù)載。對交流信號而言，只要和足夠大，其容抗可忽略不計，這樣信號源提供的交流電壓幾乎全部加到晶體管的基、射極間，而集射交流電壓也幾乎全部傳給負(fù)載。6.放大電路中的公共端

圖中符號“┷”表示“地”，(實際上這一點并不真正接到大地上)，并以該點視為零電位點（參考電位點）。從放大電路介紹中，我們初步了解到，晶體管交流放大電路內(nèi)部實際上是一個交、直流共存的電路。285.耦合電容和其作用是“隔斷直流在交流信號作用下可以得到圖3-12所示的電壓波形圖3-12

（1）直流分量用大寫字母和大寫下標(biāo)符號，如表示基極的直流電壓。（2）交流分量用小寫字母和小寫下標(biāo)，如表示基極交流電壓瞬時值。（3）總變化量是直流分量與交量分量之和，交流疊加在直流上，用小寫字母和大寫腳標(biāo)符號，如。

（4）交流有效值用大寫字母小寫腳標(biāo)表示。如表示基極的正弦交流電壓有效值。

PVII常用文字符號一覽表29在交流信號作用下可以得到圖3-12所示的電壓波形圖3-123.2.2基本放大電路的工作原理和分析方法

1.工作原理

在放大電路中，未加輸入信號()時的工作狀態(tài)為直流狀態(tài)或靜止工作狀態(tài)，簡稱靜態(tài)。靜態(tài)時，晶體管具有固定的、和、，它們分別確定輸入和輸出特性曲線上的一個點，稱為靜態(tài)工作點，常用來表示。

當(dāng)輸入正弦信號時，電路處于交流狀態(tài)或動態(tài)工作狀態(tài)。此時，發(fā)射極兩端電壓為。因而也可以容易地獲得一系列諸如、、和的波形如圖3-13所示。圖3-13

注意：電路中與、相位相同，而與卻相位相反。303.2.2基本放大電路的工作原理和分析方法1.工作原2.共射電路的靜態(tài)分析由于靜態(tài)下放大電路內(nèi)部中所有的電壓、電流都是不變的直流量，因此，電容、相當(dāng)于開路，其等效的直流通路如圖3-14所示。圖3-14

（1）靜態(tài)工作點估算法

如果算得值小于1V，說明晶體管已處于或接近飽和狀態(tài)，將不再與成倍關(guān)系，此時，被限流，稱為飽和電流，集—射極電壓稱為飽和電壓。（的值很小，硅管取0.3V，鍺管取0.1V）由于上式基本上只與及有關(guān)，與及無關(guān)。飽和狀態(tài)時的基極電流稱為基極飽和電流。

如果，則表明晶體管已進(jìn)入飽和狀態(tài)。312.共射電路的靜態(tài)分析由于靜態(tài)下放（2）用圖解法確定靜態(tài)工作點

圖解法是分析非線性電路的一種基本方法，它能直觀地分析和了解靜態(tài)質(zhì)的變化對放大電路的影響。圖解法求解靜態(tài)工作點的步驟一般為：②畫出直流負(fù)載線。在輸入、輸出特性曲線上找出、和、兩個特殊點，把這兩點分別作為橫軸和縱軸的截距，連接兩點即可得到電路線性部分的直流負(fù)載線。

①按已選好的管子型號在手冊中查找、或從晶體管圖示儀上描繪出管子的輸入、輸出特性。③由電路的直流負(fù)載線與晶體管輸出特性兩部分伏安特性的交點，可確定靜態(tài)工作點。圖3-15

輸入回路，線性部分：(輸入直流負(fù)載線)，非線性部分：，從而得到圖3-15(b)。

輸出回路，線性部分：(輸出直流負(fù)載線)，非線性部分：，從而得到圖3-15(c)。32（2）用圖解法確定靜態(tài)工作點圖解法是分析非線性電路的一種基(3)動態(tài)分析直流負(fù)載線方程：交流負(fù)載線斜率：圖3-1633(3)動態(tài)分析圖3-1633(3)靜態(tài)工作點與非線性失真如果不設(shè)置靜態(tài)工作點，當(dāng)傳輸?shù)男盘柺墙蛔兊恼伊繒r，輸入信號中小于和等于晶體管死區(qū)電壓的部分就不可能通過晶體管進(jìn)行放大，由此造成傳輸信號的嚴(yán)重失真，如圖3-17所示。圖3-17

34(3)靜態(tài)工作點與非線性失真如果不設(shè)置靜態(tài)工作點，當(dāng)傳輸?shù)男?3)靜態(tài)工作點與非線性失真

在圖3-18a)中，靜態(tài)工作點的位置太低，當(dāng)輸入是正弦電壓時，在它的負(fù)半周，晶體管進(jìn)入截止區(qū)工作，造成、的負(fù)半周和的正半周被削平。這是由于晶體管的截止而引起的，故稱為截止失真。

在圖3-18b)中，由于靜態(tài)工作點選的太高，在輸入電壓的正半周，晶體管進(jìn)入飽和區(qū)工作，這時雖然不失真，但接近集電極飽和電流，所以產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。由于與成反比，所以也產(chǎn)生同樣的失真。這種由于晶體管的飽和而引起的失真稱為飽和失真。圖3-18不發(fā)生截止失真的條件是：；不發(fā)生飽和失真的條件是：。35(3)靜態(tài)工作點與非線性失真在圖3-18a不發(fā)生截止失真的條件是：36不發(fā)生截止失真的條件是：36不發(fā)生飽和失真的條件是：37不發(fā)生飽和失真的條件是：373.3靜態(tài)工作點穩(wěn)定及分壓式射極偏置電路3.3.1溫度對靜態(tài)工作點的影響造成靜態(tài)工作點不穩(wěn)定的原因很多，如電源電壓波動、電路參數(shù)變化、晶體管老化等，但主要原因是晶體管特性參數(shù)（、、）隨溫度變化造成靜態(tài)工作點離開原來的數(shù)值。

3.3.2發(fā)射極偏置電路為了克服上述問題，可以從電路結(jié)構(gòu)上采取措施，圖3-19所示偏置電路是最常應(yīng)用的工作點穩(wěn)定電路，稱為分壓式偏置電路。

圖3-19

383.3靜態(tài)工作點穩(wěn)定及分壓式射極偏置電路3.3.126V電源電壓端100K電位器兩端電源接地端萬用表電壓檔正極萬用表電壓檔負(fù)極3926V電源電壓端100K電位器兩端電源接地端萬用表電壓檔１．穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理

（1）利用電阻和的分壓來穩(wěn)定基極電位

(2)利用發(fā)射極電阻來獲得反映電流變化的信號，反饋到輸入端，實現(xiàn)工作點穩(wěn)定。其過程為:

t(℃)↑→↑→↑→

↓

↓←IBQ↓

從上述穩(wěn)定過程可以看出，越大，則在上產(chǎn)生的壓降越大，對變化的抑制能力越強，電路穩(wěn)定性能越好。40１．穩(wěn)定靜態(tài)工作點的原理（1）利用電阻和2．穩(wěn)定靜態(tài)工作點的條件

從穩(wěn)定靜態(tài)工作點出發(fā)，越大于以及越大于越好，但實際應(yīng)用中，為兼顧其它指標(biāo)，在估算時一般可選取=（5~10）（硅管），=（10~20）（鍺管）

=（3~5）V（硅管），=（1~3）V（鍺管，取絕對值）

3．穩(wěn)定靜態(tài)工作點估算計算靜態(tài)工作點宜從入手。由圖3-19電路得出:所以，

412．穩(wěn)定靜態(tài)工作點的條件從穩(wěn)定靜態(tài)工作點出發(fā)，越大于圖3-79分壓偏置共射放大電路估算電路的靜態(tài)工作點（設(shè)RB1為25kΩ）

通過調(diào)節(jié)RB1電阻，使得實測實驗42圖3-79分壓偏置共射放大電路估算電路的靜態(tài)工作點實驗43.4共發(fā)射極電路3.4.1放大電路的直流通路和交流通路

直流通路是直流電源作用所形成的電流通路。在直流通路中，電容因?qū)χ绷髁砍薀o窮大電抗而相當(dāng)于開路，電感線圈因電阻非常小可忽略不計而相當(dāng)于短路；信號源電壓為零（），但保留內(nèi)阻。直流通路分析放大電路的靜態(tài)工作點。

433.4共發(fā)射極電路3.4.1放大電路的直流通路和交3.4共發(fā)射極電路3.4.1放大電路的直流通路和交流通路

交流通路是交流信號作用所形成的電流通路。在交流通路中，大容量電容（如耦合電容）因?qū)涣餍盘柸菘箍珊雎圆挥嫸喈?dāng)于短路；直流電源為恒壓源，因內(nèi)阻為零也相當(dāng)于短路。交流通路用于分析放大電路的動態(tài)參數(shù)。443.4共發(fā)射極電路3.4.1放大電路的直流通路和交圖3-20

3.4.2等效電路法動態(tài)分析是在靜態(tài)值確定后分析信號的傳輸情況，考慮的只是電流和電壓的交流分量（信號分量）。微變等效電路法是動態(tài)分析的基本方法。

1.晶體管的微變等效模型

放大電路的微變等效電路，就是把晶體管線性化。線性化的條件，就是晶體管必須在低頻小信號（微變量）情況下工作。才能在靜態(tài)工作點附近的小范圍內(nèi)用直線近似地代替晶體管的非線性特性曲線。45圖3-203.4.2等效電路法動態(tài)分析（1）輸入端

低頻小功率晶體管的輸入電阻常用下式估算：

圖3-23(b)是晶體管的輸出特性曲線，在線性工作區(qū)是一組近似等距離的平行直線。

（2）輸出端綜上所述，可畫出晶體管管的微變等效電路如圖3-24b)所示。

圖3-2446（1）輸入端低頻小功率晶體管的輸入電阻常2.放大電路的微變等效電路3.4.3放大電路參數(shù)的工程估算(1）電壓放大倍數(shù)

定義為放大器輸出電壓與輸入電壓之比，是衡量放大電路電壓放大能力的指標(biāo)。即對于微變等效電路有當(dāng)不接負(fù)載時，電壓放大倍數(shù)為

圖3-25472.放大電路的微變等效電路3.4.3放大電路參數(shù)的工程(２)輸入電阻

放大電路對信號源來說，是一個負(fù)載，這個負(fù)載電阻也就是放大器的輸入電阻，即可見愈大從輸入回路所取用的信號電流愈小。對于圖3-13所示放大電路，觀察其微變等效電路圖3-26，不難看出此放大電路的輸入電阻為：圖3-2648(２)輸入電阻放大電路對信號源來說，是一(３)輸出電阻

對負(fù)載來說，放大器相當(dāng)于一個信號源。運用戴維南定理，可將放大器等效為電壓，內(nèi)阻為的等效信號源如圖3-27a)所示。

放大電路的輸出電阻是將信號源置零(令，但保留內(nèi)阻)和負(fù)載開路，從放大器輸出端看進(jìn)去的一個電阻，在圖3-26中可得:圖3-27圖3-2649(３)輸出電阻對負(fù)載來說，放大器相當(dāng)于一圖3-27用實驗方法求放大器的輸出電阻，如圖3-27(b)所示。保持輸入電壓不變，先測出放大器輸出開路（S打開）時的輸出電壓，再接上負(fù)載電阻，并測出此時放大器的輸出電壓，由圖可得:所以輸出電阻為:通常在作為電壓放大器時，希望放大電路輸出級的輸出電阻低一些。50圖3-27用實驗方法求放大器的輸出電阻，如圖旁路電路的作用既可以穩(wěn)定靜態(tài)工作點，又可以穩(wěn)定交流參數(shù)，但對交流放大倍數(shù)影響較大。是否可以設(shè)想一個即能穩(wěn)定靜態(tài)工作點又有比較大的交流電壓放大倍數(shù)？圖3-30所示電路的工作原理請讀者自行分析。

圖3-30

在小信號工作條件下，利用微變等效電路對放大電路進(jìn)行分析和計算非常簡便，對較為復(fù)雜的電路也能適用，但它不能用來確定靜態(tài)工作點。例3-3P7551旁路電路的作用既可以穩(wěn)定靜態(tài)工作點，又可以穩(wěn)定交流參數(shù)，但對3.5共集電極極放大電路和共基極極放大電路3.5.1共集電極極放大電路的靜態(tài)和動態(tài)分析1.電路組成

圖3-31

又稱射極輸出器。523.5共集電極極放大電路和共基極極放大電路3.5.12.射極輸出器的交、直流參數(shù)計算及特點(1)靜態(tài)工作點穩(wěn)定

由圖3-31(a)的直流通路可列出：于是得：

射極電阻，具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點的作用，例如溫度升高：

t(℃)↑→↑→↑→↓

↓←↓

圖3-31

532.射極輸出器的交、直流參數(shù)計算及特點(1)靜態(tài)工作點穩(wěn)

(2)電壓放大倍數(shù)恒小于１

該電路沒有電壓放大作用，但仍具有電流放大作用。正因為輸出電壓接近輸入電壓，兩者相位又相同，故此電路稱為射極跟隨器；簡稱射隨器。由微變等效電路圖3-31c)可得圖3-31

54(2)電壓放大倍數(shù)恒小于１該電路沒有電壓

(3)輸入電阻高由圖3-31(c)可知(4)輸出電阻低

輸出電阻仍可用開路電壓－短路電流法。求得在大多數(shù)情況下，有所以

射極輸出器具有很小的輸出電阻，一般由幾歐至幾百歐。55(3)輸入電阻高由圖3-31(c)可知(4)輸出電阻低(4)輸出電阻低

輸出電阻仍可用開路電壓－短路電流法。求得在大多數(shù)情況下，有所以

射極輸出器具有很小的輸出電阻，一般由幾歐至幾百歐。圖3-32

56(4)輸出電阻低輸出電阻仍可用開路電壓－短路電流法。求得例3-4圖3-33分三種情況分別分析電路，其等效電路如圖3-34所示。設(shè)。圖3-33所示電路為常用的提高輸入電阻方法。圖3-34(1)圖(a)為無、時：

(2)圖(b)為無有時：

(3)圖(c)為接有時：

57例3-4圖3-33分三種情況分別分析電路，其3.5.2共集電極極放大電路的特點和應(yīng)用實例1.作多級放大電路的輸入級可使輸入到放大電路的信號電壓基本上等于信號源電壓。例如。在許多測量電壓的電子儀器中，就是采用射極輸出器作為輸入級，可使輸入到儀器的電壓基本上等于被測電壓，減小了誤差，提高了精度。2.作多級放大電路的輸出級可獲得穩(wěn)定的輸出電壓，提高了放大電路的帶負(fù)載能力，因此對于負(fù)載電阻較小和負(fù)載變動較大的場合，宜采用射極輸出器作為輸出級。3.作多級放大電路的緩沖級利用其輸入電阻大、輸出電阻小的特點，可作阻抗變換用，在兩級放大電路中間起緩沖作用。583.5.2共集電極極放大電路的特點和應(yīng)用實例1.作多級3.5.3共基極放大電路的靜態(tài)和動態(tài)分析1.電路組成

2.共基極放大電路的交、直流參數(shù)計算及特點共基極放大電路的直流靜態(tài)工作情況與分壓式射極放大電路一致。由微變等效電路圖可知：輸入電阻：輸出電阻:共基電路的特點是：輸入電阻低；輸出電阻同共射放大電路一樣；輸出電壓與輸入電壓同相，電壓放大倍數(shù)與共射放大電路絕對值一樣。從圖3-34(c)看出電流放大倍數(shù)。約在0.9～0.99之間。圖3-35

593.5.3共基極放大電路的靜態(tài)和動態(tài)分析1.電路組成3.5.4基本放大電路三種組態(tài)的性能比較共發(fā)射極電路的電壓、電流、功率增益都比較大，因而應(yīng)用廣泛。但是，由于c、b兩極之間存在極間電容，對高頻信號衰減很大，因此共發(fā)射極電路不宜作為高頻（10MHz以上）放大電路。在高頻情況下，用共基電路比較適合，因為它的頻率響應(yīng)好。共集電極電路的突出優(yōu)點是輸入電阻高、輸出電阻低。因為輸入電阻高，它常用作多級放大電路的輸入級，這對高內(nèi)阻的信號源更為有意義。另外射極輸出器也常用作多級放大電路的輸出級。這是因為射極輸出器的輸出電阻較低，則當(dāng)負(fù)載接入后或當(dāng)負(fù)載增大時，輸出電壓的下降就減小，說明它帶負(fù)載的能力較強。有時還將射極輸出器用于中間級（緩沖級）。

603.5.4基本放大電路三種組態(tài)的性能比較共發(fā)射極電路的電確定VCC晶體管RC、REC1、C2R1、R2晶體管電路設(shè)計(上)61確定晶體管電路設(shè)計(上)61

286頁精讀

322頁精讀62286頁322頁62697頁泛讀

359頁精讀63697頁359頁63模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題64模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題643.6多級放大電路3.6.1多級放大電路的組成即分析方法3.6.2多級放大電路的組成及分析方法

在多級放大電路中，每兩個單級放大電路之間的聯(lián)接方式稱為耦合。常用的級間耦合有阻容耦合、直接耦合和變壓器耦合三種方式。653.6多級放大電路3.6.1多級放大電路的組成即分析1.阻容耦合

具有體積小、重量輕的優(yōu)點。這些優(yōu)點使它在多級放大器中得到廣泛的應(yīng)用。但阻容耦合方式不適合傳送緩慢變化的信號，不能傳送直流信號。圖3-37

661.阻容耦合具有體積小、重量輕的優(yōu)點。這些優(yōu)點使它在多級2.直接耦合

直接耦合放大電路不僅能放大交流信號，也能放大直流或緩慢變化的信號。直接耦合使各級的直流通路互相溝通，各級的靜態(tài)工作點互相影響。溫度造成的直流工作點漂移會被逐級放大，溫漂較大。

直接耦合電路是集成電路內(nèi)部電路常用的耦合方式。

圖3-38

672.直接耦合直接耦合電路是集成電路內(nèi)部電路常用的耦合方式3.變壓器耦合方式

優(yōu)點是能夠進(jìn)行阻抗、電壓和電流的變換，這在功率放大器中常常用到。具有很好的隔直作用。缺點是體積和重量都較大，高頻性能差，價格高，不能傳送變化緩慢的或直流信號。圖3-39

683.變壓器耦合方式優(yōu)點是能夠進(jìn)行阻抗、電壓和電流的變換，

級與級之間通過光電耦合器相連接的方式，稱之為光電耦合。

光電耦合器a)光敏三極管作為接收管b)光敏二極管作為接收管4.光電耦合圖3-40

69級與級之間通過光電耦合器相連接的方式光電耦合器

光電耦合器及其傳輸特性70光電耦合器

光電耦合器及其傳輸特性70用于信號源與輸出采用獨立電源（不共“地”），

能遠(yuǎn)距離信號傳輸，抗干擾能力強。71用于信號源與輸出采用獨立電源（不共“地”），

能遠(yuǎn)距離信號圖3-41

72圖3-41724.多級放大電路的分析和動態(tài)參數(shù)計算

兩級放大從交流參數(shù)來看，前一級輸出信號即為后級的輸入信號，而后級的輸入電阻又是前一級的負(fù)載電阻。因此有（1）多級放大電路的電壓放大倍數(shù)第一級電壓放大倍數(shù)：

第二級電壓放大倍數(shù)：

總的電壓放大倍數(shù)

對于級電壓放大倍數(shù)，其總的電壓放大倍數(shù)是各級電壓放大倍數(shù)的乘積，即734.多級放大電路的分析和動態(tài)參數(shù)計算兩級放大從（2）放大倍數(shù)的分貝表示法當(dāng)輸出量大于輸入量時稱為放大

，(dB)取正值，當(dāng)輸出量小于輸入量時稱為衰減，(dB)為負(fù)值；當(dāng)輸出量等于輸入量時為“0”(dB)。

放大倍數(shù)采用分貝表示的好處是可將多級放大電路的乘、除關(guān)系轉(zhuǎn)化成加、減關(guān)系。給計算使用帶來很多方便。（3）多級放大電路的輸入電阻和輸出電阻多級放大電路的輸入電阻即為第一級放大器的輸入電阻多級放大電路的輸出電阻即為最后第級放大器的輸出電阻

74（2）放大倍數(shù)的分貝表示法當(dāng)輸出量大于輸入量時稱為放大，(3.7放大電路的頻率響應(yīng)工程實際應(yīng)用中，信號由幅度和相位具有固定比例關(guān)系的多頻率分量組合而成的復(fù)雜信號，即具有一定的頻譜。如音頻信號的頻率范圍20Hz～20KHz，而視頻信號從直流到幾十兆赫。如放大電路對不同頻率信號的幅值放大不同，就會引起幅度失真；如放大電路對不同頻率信號產(chǎn)生的相移不同就會引起相位失真。幅度失真和相位失真總稱為頻率失真，由于頻率失真是由電路的電容、電感等線性電抗元件引起的，故歸結(jié)為線性失真。

753.7放大電路的頻率響應(yīng)工程實際應(yīng)用中，信號由幅度和相位3.7.1頻率響應(yīng)的基本概念頻率響應(yīng)表達(dá)式1.基本概念表示電壓放大倍數(shù)的模與頻率之間的關(guān)系，稱為幅頻響應(yīng)。表示放大器輸出電壓與輸入電壓之間的相位差與頻率之間的關(guān)系，稱為響頻響應(yīng)。

放大電路的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)統(tǒng)稱為放大電路的頻率響應(yīng)或頻率特性。

763.7.1頻率響應(yīng)的基本概念頻率響應(yīng)表達(dá)式1.基本概念2.頻率響應(yīng)的原理電路圖3.7.2晶體管高頻小信號模型

圖3-43

圖3-44

圖3-45

772.頻率響應(yīng)的原理電路圖3.7.2晶體管高頻小信號模晶體管低頻時小信號模型對比a)混合π模型b)小信號簡化模型圖3-46

78晶體管低頻時小信號模型對比圖3-46783.7.3放大電路的頻率響應(yīng)上限截止頻率、下限截止頻率和通頻帶上限截止頻率至下限截止頻率的頻率范圍稱為通頻帶，用BW表示，即圖3-47

793.7.3放大電路的頻率響應(yīng)上限截止頻率、2.頻率特性

的一段頻率范圍稱為低頻區(qū)，該區(qū)的頻率通常約小于幾十赫茲，因此在低頻區(qū)，晶體管的極間分布電容和的容抗增大，視為開路；而、、的容抗增大，損耗了一部分信號電壓，因此電壓放大倍數(shù)將隨信號頻率下降而減少。802.頻率特性的一段頻率范的一段頻率范圍稱為高頻區(qū)，高頻區(qū)的頻率通常約大于幾十千赫茲至幾百千赫茲，高頻范圍內(nèi)，耦合、、的容抗減小，可視為短路；但晶體管的極間分布電容和的容抗減小，對信號電流起分流作用，故電壓放大倍數(shù)也將隨信號頻率增加而減少。

8181

低頻區(qū)內(nèi)電容耦合的容抗使對應(yīng)的相移比中頻區(qū)超前一個附加移，最大可達(dá)；

高頻區(qū)極間電容及導(dǎo)線分布電容使對應(yīng)的相移比中頻區(qū)滯后一個附加相移，最大可達(dá)。

82低頻區(qū)內(nèi)電容耦合的容抗使對應(yīng)的相移比中頻區(qū)超前一個附加移3.頻率失真(1)幅度失真和相位失真統(tǒng)稱為頻率失真

產(chǎn)生頻率失真的原因是放大電路的通頻帶BW不夠?qū)挕；ㄝ^大二次諧波相移圖3-48

833.頻率失真(1)幅度失真和相位失真統(tǒng)稱為頻率失真基波(2)失真分為線性失真和非線性失真因放大電路對不同頻率成分信號而產(chǎn)生的幅頻失真和相頻失真是線性失真。（不會產(chǎn)生新頻率分量）如果是因放大電路中的非線性器件，如晶體管，當(dāng)其工作在非線性區(qū)時而引起的截止、飽和、截頂?shù)葘儆诜蔷€性失真。（會產(chǎn)生新頻率分量）84(2)失真分為線性失真和非線性失真843.7.4波特圖頻率坐標(biāo)采用對數(shù)刻度，縱坐標(biāo)上的電壓放大倍數(shù)用電壓增益分貝數(shù)表示，相位差仍用線性刻度，這種半對數(shù)坐標(biāo)特性曲線稱為對數(shù)頻率特性或波特圖。畫波特圖時不是用逐點描繪曲線的方法，而是采用折線近似的方法畫出的對數(shù)頻率特性。放大電路的電壓放大倍數(shù)與對數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系如表3-4所示。

表3-4電壓放大倍數(shù)與對數(shù)之間的對應(yīng)關(guān)系0.010.10.7071210100-40-20-30362040853.7.4波特圖頻率坐標(biāo)采用對數(shù)刻度，縱坐標(biāo)上的電壓放大

～的關(guān)系曲線稱為對數(shù)幅頻特性。

如何測幅頻特性？如何寫幅頻特性表達(dá)式？圖3-4986～的關(guān)系

如何寫幅頻特性表達(dá)式？圖3-49中頻電壓放大倍數(shù)

87如何寫幅頻圖3-49中頻電壓放大倍數(shù)87晶體管電路設(shè)計(上)P2888晶體管電路設(shè)計(上)P28883.7.4多級放大電路的頻率特性因多級放大電路的電壓放大倍數(shù)，故其幅頻特性為：1.多級放大電路的幅特性和相頻特性相頻特性為：圖3-50

893.7.4多級放大電路的頻率特性因多級放大電路的電壓放大2.多級放大電路的通頻帶多級放大電路的下限頻率比單級的要大，上限頻率比單級的要小，因此多級放大電路與單級放大電路相比，總的頻帶寬度BW變窄了。通頻帶變窄換來的是電路總的放大倍數(shù)的提高。3.多級放大電路的上、下限頻率

多級放大電路的下限截止頻率和上限截止頻率，可用下列公式估算：

902.多級放大電路的通頻帶多級放大電路的下限頻率3.8電流源電路

電流源電路的特點是輸出電流穩(wěn)定，亦稱為恒流源，電源電壓和負(fù)載電阻在一定范圍內(nèi)變化時，輸出電流能基本保持不變的電路。3.8.1基本電流源電路

利用分壓式偏置電路組成的基本電流源電路，具有穩(wěn)流特性。電路利用電阻和的分壓來穩(wěn)定基極電位，基極電位為

恒流源的用途？恒流源的特點？913.8電流源電路電流源電路的特點是輸出電流穩(wěn)定，從公式可以看出，輸出電流不會隨負(fù)載電阻的變化而變。圖3-51

92從公式可以看出，輸出電流不會隨負(fù)載電阻3.8.2鏡像電流源電路1.基本鏡像電流源管和管具有完全相同的特性，所以就像照鏡子一樣，管集電極電流和管的相等，因此，該電路稱為鏡像電流源。

由于管的b、c極相連，管處于臨界放大狀態(tài)，電阻中的電流為基準(zhǔn)電流，表達(dá)式為:且

所以

若

則

圖3-52

933.8.2鏡像電流源電路1.基本鏡像電流源2.微電流源

微電流源可以在電源電電壓不高，電阻取值不大的情況下獲得微電流，其電路圖所示。

顯然

式中的最大值只有幾十毫伏，因此只要幾千歐，就可獲得幾十微安的。圖3-52

圖3-53

942.微電流源微電流源可以在電源電電壓不高，電3.8.3恒流源電路及其應(yīng)用

1.恒流二極管的性能特點及主要參數(shù)

恒流二極管在正向工作時存在一個恒流區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)不隨而變化。

主要參數(shù)：

恒定電流，一般為0.2～6mA；

起始電壓；正向擊穿電壓，通常為30～100V；

動態(tài)阻抗，對恒流管的要求是愈大愈好；

電流溫度系數(shù)；一般講，當(dāng)時，；當(dāng)時，。圖3-54

953.8.3恒流源電路及其應(yīng)用1.恒流二極管的性能特點2.恒流三極管的性能特點

恒流三極管增加了一個控制端，能在一定范圍內(nèi)對恒定電流進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為0.08～7.00mA，視具體管子型號而定。

當(dāng)RP=0時，G-K極間短路，恒流三極管就變成了恒流二極管，此時輸出電流為最大，有關(guān)系式：，接入RP之后，就減小，并且RP越大，越小。調(diào)節(jié)RP就能獲得連續(xù)變化的恒定電流。圖3-55

962.恒流三極管的性能特點當(dāng)RP=0時，G-3.檢測恒流二極管的方法檢測恒流二極管的電路如圖3-56所示。

是可調(diào)直流電源，向恒流二極管提供工作電壓。用直流毫安表測量恒定電流，同時用一塊直流電壓表監(jiān)測工作電壓。

圖3-56

測量時需注意以下事項：（1）測量恒流二極管時極性不得接反，否則起不到恒流作用，并且還容易燒毀管子。（2）由恒流二極管組成電路時，必須使，否則恒流特性無法保證。（3）恒流二極管的正向擊穿電壓一般為30～100V。利用兆歐表與直流電壓表能夠測量值。973.檢測恒流二極管的方法檢測恒流二極管的電路

課外實驗一電流源電路P127LM3242N30498課外實3.9應(yīng)用電路介紹用萬用表檢查電容時，一般只能鑒別容量較大的電容的好壞。對于小電容，因為其初始充電電流很小，所以表針的慣性擺幅極小，甚至不擺動，不容易鑒別。若按圖3-57加上二只PNP型復(fù)合管，將被測小電容接在復(fù)合晶體管的集電極和基極之間，則在測試筆接觸的瞬間，由于晶體管的電流放大作用流過小電容的初始充電電流被放大倍后加到表頭上，使表針擺幅大大增加，這樣鑒別起來就比較容易了。應(yīng)用一：小電容的測量圖3-57

993.9應(yīng)用電路介紹用萬用表檢查電容時，一般只能鑒別容量較應(yīng)用二：晶體管用于放大音樂片信號

現(xiàn)在的音樂集成電路（俗稱音樂片）能產(chǎn)生許多大家熟悉的歌曲，它的輸出電壓是一連串幅度不變，但頻率和占空比隨音樂內(nèi)容變化而變化的方波脈沖群，如圖3-58a)所示。圖3-58

由于音樂IC的輸出電流很小，不足以帶動揚聲器，因此可以用最簡單的晶體管放大電路作功率放大，電路如圖3-58b)所示。

VT為共射接法，當(dāng)音樂片沒有信號輸出（B端處于“?！睜顣r，所以VT工作在截止區(qū)。當(dāng)音樂片的輸出方波脈沖跳變到+3V時，VT處于飽和區(qū)，由于管耗數(shù)值較小，所以不會引起VT發(fā)熱。

VT是輪流工作在截止區(qū)和飽和區(qū)，管耗小，效率高，但不適應(yīng)于放大正弦信號，否則會引起很大的失真。100應(yīng)用二：晶體管用于放大音樂片信號現(xiàn)在的音樂集成電路（俗稱音應(yīng)用三：信件電子報訊器圖3-59為信件電子報訊器的電路原理圖。

圖3-59

紅外發(fā)光二極管VL1與光敏三極管V1構(gòu)成一光控電路。VL2是一頻閃發(fā)光二極管，它由振蕩器、分頻器、驅(qū)動放大器和普通發(fā)光二極管組成。通過驅(qū)動放大器使發(fā)光二極管產(chǎn)生頻閃，頻閃頻率在1～5Hz之間，所以很容易引起人們的注意。當(dāng)信箱中無信件時，V1受VL1紅外光線照射呈低電阻，晶體管V2截止，頻閃VL2不發(fā)光；當(dāng)有信件從信箱投入口投入時，隔斷了VL1與V1之間的光路，V1沒有受到來自VL1的紅外光照射，因而其內(nèi)阻增大，這時V2導(dǎo)通，短路電流流過VL2，使其發(fā)光，指示信箱中有信件。101應(yīng)用三：信件電子報訊器圖3-59為信件電子報訊器的電路原理圖應(yīng)用四：光控雞啼早起此電路清晨即響起宏亮悅耳的雞啼聲，喚人起床。它優(yōu)于機械鬧鐘的鬧鈴聲，同時又彌補了一般石英鐘到整點才響起樂曲的不足。圖3-60

天亮?xí)r，光電三極管V1集電極反偏電阻隨光增加而減小，此時V2飽和導(dǎo)通，音樂集成電路兩端的電壓由0V很快上升到1.5～3V(隨光電管反偏電阻減小而增加)，音樂集成電路A開始受控雞啼。夜間時，光電管呈反偏電阻可視為無窮大，，，V2、V3截止，，音樂集成電路A無聲。102應(yīng)用四：光控雞啼早起此電路清晨即響起宏亮悅耳的雞啼聲，喚人起應(yīng)用五：視頻信號放大電路

圖3-61是用于放大視頻信號3MHz左右的分立元件組成的共射－共基放大電路。V1組成共射電路，V2組成共基電路，兩電路直接耦合，V2的E、C極以及相當(dāng)于V1的集電極負(fù)載。圖3-61

由于V2對高頻而言處于共基狀態(tài)，其輸入電阻十分小，因此第一級放大電路只有電流放大作用。()而沒有電壓放大作用。雖然共基電路沒有電流放大作用，但它有電壓放大作用，因此V1與V2組成的放大電路的功率放大作用只相當(dāng)于一級共射電路。由于共基電路的低輸入電阻很小，消除了共射電路集電結(jié)電容對高頻的衰減作用，大大擴展了通頻帶。103應(yīng)用五：視頻信號放大電路圖3-61是用于放應(yīng)用六：恒流管在測量儀表中的應(yīng)用恒流三極管在電子秤中的應(yīng)用電路如圖3-62所示。圖3-62

力敏傳感器由4只接成橋路的電阻應(yīng)變片-構(gòu)成。供橋電路采用了恒流、穩(wěn)壓供電。調(diào)整電位器RP，可使恒流三極管3DH02B輸出的恒定電流。其中，流過12V穩(wěn)壓管的電流，而流過傳感器的電流。在稱重時，應(yīng)變片發(fā)生應(yīng)變，傳感器就產(chǎn)生相應(yīng)的輸出電壓，送至二次儀表，最終顯示出被測物體的重量。由于供橋電壓是用恒流與穩(wěn)壓方式獲得的，其穩(wěn)定度達(dá)0.05％，因此可保證稱重的準(zhǔn)確性。104應(yīng)用六：恒流管在測量儀表中的應(yīng)用恒流三極管在模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題105模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)習(xí)題105第3章雙極型晶體管及其放大電路2022/12/12106第3章雙極型晶體管及其放大電路2022/12/1113.1雙極型晶體管

3.2基本放大電路的工作原理及其組成3.3靜態(tài)工作點穩(wěn)定及分壓式射極偏置電路

3.4共發(fā)射極電路3.5共集電極極放大電路和共基極極放大電路3.6多級放大電路3.7放大電路的頻率響應(yīng)和階躍響應(yīng)3.8電流源電路3.9應(yīng)用電路介紹1073.1雙極型晶體管2簡介

雙極型晶體管也稱晶體管或半導(dǎo)體三極管它是放大電路的最基本元件之一。本章首先介紹半導(dǎo)體晶體管的基本結(jié)構(gòu)和特性參數(shù)。并以晶體管共發(fā)射極電路為例，重點討論由分立元件組成的電路結(jié)構(gòu)、工作原理、分析方法以及特點和應(yīng)用。然后介紹靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題，以及共集電極電路和共基極電路。

通過本單元學(xué)習(xí)，要求學(xué)習(xí)者能夠掌握放大電路的基本構(gòu)成及特點，理解基本放大電路靜態(tài)工作點的設(shè)置目的及其求解方法；熟悉非線性失真的概念；初步掌握運用微變等效電路法求解電路的電壓放大倍數(shù)、電路的輸入電阻和輸出電阻；了解多級放大電路的常用耦合方式。技術(shù)能力上要求掌握示波器、信號發(fā)生器、電子毫伏表等常用電子儀器的使用方法；具有對共射放大電路進(jìn)行靜態(tài)工作點調(diào)試能力。108簡介雙極型晶體管也稱晶體管或半導(dǎo)體三極管它是放雙極型三極管是晶體管的一種類型，由于它有空穴和電子兩種載流子參與導(dǎo)電，故稱為雙極型。

3.1雙極型晶體管（BJT）按材料分，有硅管和鍺管；按功率大小分，有大、中、小功率管；按工作頻率分，有高頻管和低頻管等；

按結(jié)構(gòu)分，有NPN型和PNP型。

分類：圖3-1給出了晶體管的外形及封裝。圖3-1109雙極型三極管是晶體管的一種類型，由于它有空穴和電子兩種載流子3.1.1晶體管的結(jié)構(gòu)及符號晶體三極管是三層半導(dǎo)體引出三個電極而成的器件。由于各層半導(dǎo)體排列次序的不同，有NPN型和PNP型兩種結(jié)構(gòu)形式。圖3-2

圖3-31103.1.1晶體管的結(jié)構(gòu)及符號晶體三極管是三層半導(dǎo)體引出三3.1.2晶體管中的電流分配和放大原理

晶體管的特性不同于二極管，晶體管在模擬電子線路中的基本功能是電流放大。

1.晶體管電流放大的結(jié)構(gòu)特點

如果在制造晶體管時，有意識地使管子內(nèi)部發(fā)射區(qū)（e區(qū)）具有較小面積和較高的摻雜濃度；讓基區(qū)（b區(qū)）摻雜濃度很低且制作很薄，厚度約為幾到幾十微米；把集電區(qū)面積做得很大，摻雜濃度介于發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間，使得發(fā)射區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)（發(fā)射結(jié)）的結(jié)面積較小，集電區(qū)和基區(qū)之間的PN結(jié)（集電結(jié)）的結(jié)面積較大。這樣的結(jié)構(gòu)特點是保證晶體管實現(xiàn)電流放大的關(guān)鍵所在和內(nèi)部條件。顯然，由于各區(qū)內(nèi)部結(jié)構(gòu)上的差異，雙極型晶體管的發(fā)射極和集電極在使用中是絕不能互換的。1113.1.2晶體管中的電流分配和放大原理晶體管的特性不同2.晶體管電流放大的外部條件晶體管的發(fā)射區(qū)面積小且高摻雜，作用是發(fā)射足夠的載流子；集電區(qū)摻雜濃度低且面積大，作用是順利收集擴散到集電區(qū)邊緣的載流子；基區(qū)制造的很薄且摻雜濃度很低，作用是傳輸和控制發(fā)射區(qū)到基區(qū)的載流子。但晶體管真正在電路中起電流放大作用，還必須遵循發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏的外部條件。實驗電路如圖3-4所示。

圖3-4

改變可變電阻，則基極電流、集電極電流和發(fā)射極電流都發(fā)生變化。電流方向如圖所示。測量結(jié)果列于表3-1中。1122.晶體管電流放大的外部條件晶體管的發(fā)射區(qū)面積小且高摻雜，2、三極管中的電流分配和放大作用

三極管電流放大的實驗電路

可變電阻RB調(diào)節(jié)基極電流IB

IB(mA)

00.020.040.060.080.10

IC(mA)

<0.0010.701.502.303.103.95

IE(mA)

<0.0010.721.542.363.184.051132、三極管中的電流分配和放大作用可變電阻RBI由此實驗及測量結(jié)果可得出如下結(jié)論：

IE=IC+IB當(dāng)IB＝０（將基極開路）時，IC

＝ICEO，表中ICEO<1μA（0.001mA）。ICEO稱為穿透電流

IB

00.020.040.060.080.10

IC

<0.0010.701.502.303.103.95

IE

<0.0010.721.542.363.184.05直流電流放大系數(shù)交流電流放大系數(shù)×

要使三極管起放大作用，發(fā)射結(jié)必須正向偏置，而集電結(jié)必須反向偏置。對NPN型管來說，三個電極的電位關(guān)系是。如果是PNP型管，則應(yīng)是。

114由此實驗及測量結(jié)果可得出如下結(jié)論：IB

三極管電流分配115

3.1.3晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線是用來表示該晶體管各極電壓和電流之間相互關(guān)系的，它反映了晶體管的性能，是分析放大電路的重要依據(jù)。1.輸入特性曲線

圖3-5是某3DG6硅晶體管的輸入特性曲線?？煞謨煞N情況。圖3-5

(1)時，C、E間短接，和的關(guān)系，就是發(fā)射結(jié)和集電結(jié)兩個正向二極管并聯(lián)的伏安特性。

(2)增大時，輸入特性曲線右移，這說明對輸入特性有影響，特性曲線右移表明，在同樣下，將減小。圖3-5中示出了時的輸入特性曲線。

但從大于一定值（一般當(dāng)）后，曲線基本重合，因此只需測試一條的輸入特性曲線。1163.1.3晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線是用來表示該晶2.輸出特性曲線

圖3-6為某個晶體管的輸出特性曲線。圖3-6

在不同的下，可得出不同的曲線，所以晶體管的輸出特性曲線是一組曲線?？煞譃樗膫€工作區(qū)域：

（1）放大區(qū)：輸出特性曲線的近似于水平部分是放大區(qū)。在放大區(qū)，。和成正比的關(guān)系。晶體管處于放大狀態(tài)的條件是發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。

（2）截止區(qū)：的曲線以下的區(qū)域稱為截止區(qū)。時，。對于NPN型硅管時，已開始截止，但是為了截止可靠，常使。發(fā)射結(jié)零偏或反偏，截止時集電結(jié)也處于反向偏置。

1172.輸出特性曲線圖3-6為某個晶體管的輸出特性曲線。圖2.輸出特性曲線

圖3-6

（3）飽和區(qū)：飽和區(qū)是對應(yīng)于較?。ǎ┑膮^(qū)域，此時集電結(jié)處于正向偏置，以致使不能隨的增大而成比例增大。在飽和區(qū)，此時發(fā)射結(jié)和集電結(jié)都處于正向偏置。（4）擊穿區(qū)：當(dāng)大于某一值后，開始劇增，這個現(xiàn)象稱為一次擊穿。晶體管一次擊穿后，集電極電流突增，只要電路中有合適的限流電阻，擊穿電流不過大，時間又很短，晶體管是不致于燒毀的。當(dāng)集電極電壓降低后，三極管子仍能恢復(fù)正常工作，所以一次擊穿過程是可逆的。1182.輸出特性曲線圖3-6（3）飽和區(qū)：飽和區(qū)是對應(yīng)于3.1.4晶體管的使用常識1.三極管的主要參數(shù)

晶體管的參數(shù)可分為性能參數(shù)和極限參數(shù)兩大類。值得注意的是，由于制造工藝的離散性，即使同一型號規(guī)格的管子，參數(shù)也不完全相同。（1）晶體管的主要性能參數(shù)有：1)電流放大系數(shù)①共射直流放大倍數(shù)

②共射交流電流放大倍數(shù)在輸出特性曲線近于平行等距并且較小的情況下，兩者數(shù)值較為接近。今后在估算時，常用這個近似關(guān)系。1193.1.4晶體管的使用常識1.三極管的主要參數(shù)2）極間反向電流①集電極-基極反向飽和電流

圖3-7(a)為測量電路。其值很小，受溫度的影響大。小功率硅管的小于1μA，鍺管的約10μA左右。圖3-7②集電極-發(fā)射極反向飽和電流圖3-7(b)為測量電路。它是的倍，所以受溫度影響更為嚴(yán)重。小功率硅管的在幾uA以下，鍺管的約為幾十至幾百uA

。通常把作為判斷管子質(zhì)量的重要依據(jù)，其值越小，受溫度影響越小，管子工作越穩(wěn)定，故硅管比鍺管穩(wěn)定，在實際中用得較多。1202）極間反向電流①集電極-基極反向飽和電流（2）晶體管的極限參數(shù)

1)集電極最大允許電流

在使用三極管時，超過時并不一定會使三極管損壞，但值將逐漸降低。2)集電極最大允許功耗

其大小主要決定于允許的集電結(jié)結(jié)溫。鍺管最高允許結(jié)溫為，硅管可達(dá)，超過這個值，管子的性能變壞，甚至燒毀管子。

小功率的，大功率的。與散熱條件和環(huán)境溫度有關(guān)，加裝散熱器?？墒勾蟠筇岣摺?/p>

圖3-8

121（2）晶體管的極限參數(shù)1)集電極最大允許電流在3）

反向擊穿電壓

①集電極-基極反向擊穿電壓

發(fā)射極開路時，集電極-基極之間允許施加的最高反向電壓，其值通常為幾十伏，有的管子高達(dá)幾百伏以上。

②發(fā)射極-基極反向擊穿電壓

集電極開路時，發(fā)射極-基極之間允許施加的最高反向電壓，一般