1、第三章 雙極型三極管及放大電路基礎(chǔ),模擬電子技術(shù)基礎(chǔ),重點知識,一、雙極型三極管BJT,二、基本共射極放大電路,三、放大電路的分析方法,四、放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題,五、共集電極、共基極放大電路,六、組合（多級）放大電路,一、雙極型三極管BJT,BJT的結(jié)構(gòu)簡介,多子濃度高,多子濃度很低，且很薄,面積大,晶體管有三個極、三個區(qū)、兩個PN結(jié)。,中功率管,大功率管,一、雙極型三極管BJT,BJT的放大原理,擴散運動形成發(fā)射極電流IE，復(fù)合運動形成基極電流IB，漂移運形成集電極電流IC。,少數(shù)載流子的運動,因發(fā)射區(qū)多子濃度高使大量電子從發(fā)射區(qū)擴散到基區(qū),因基區(qū)薄且多子濃度低，使極少數(shù)擴散到基區(qū)的

2、電子與空穴復(fù)合,因集電區(qū)面積大，在外電場作用下大部分擴散到基區(qū)的電子漂移到集電區(qū),基區(qū)空穴的擴散,BJT放大的條件： 發(fā)射結(jié)正向偏置； 集電結(jié)反向偏置。,一、雙極型三極管BJT,根據(jù)傳輸過程可知,IC= InC+ ICBO,通常 IC ICBO,IE=IB+ IC,BJT電流分配關(guān)系,一、雙極型三極管BJT,BJT電流分配關(guān)系,一、雙極型三極管BJT,BJT放大的條件和電流分配關(guān)系,放大的條件：,發(fā)射結(jié)正向偏置；集電結(jié)反向偏置。,電流分配關(guān)系：,這是貫穿模擬電子電路分析的兩個最重要的概念,一、雙極型三極管BJT,BJT的V-I特性曲線,為什么UCE增大曲線右移？,對于小功率晶體管，UCE大于1

3、V的一條輸入特性曲線可以取代UCE大于1V的所有輸入特性曲線。,為什么像PN結(jié)的伏安特性？,為什么UCE增大到一定值曲線右移就不明顯了？,1、輸入特性,一、雙極型三極管BJT,對應(yīng)于一個IB就有一條iC隨uCE變化的曲線。,為什么uCE較小時iC隨uCE變化很大？為什么進入放大狀態(tài)曲線幾乎是橫軸的平行線？,飽和區(qū),放大區(qū),截止區(qū),2、輸出特性,BJT的V-I特性曲線,一、雙極型三極管BJT,晶體管工作在放大狀態(tài)時，輸出回路電流 iC幾乎僅僅決定于輸入回路電流 iB；即可將輸出回路等效為電流 iB 控制的電流源iC 。,BJT的三個工作區(qū),一、雙極型三極管BJT,直流參數(shù)： 、 、ICBO、 I

4、CEO,交流參數(shù)：、fT（使1的信號頻率）,BJT的主要參數(shù),c-e間擊穿電壓,最大集電極電流,最大集電極耗散功率，PCMiCuCE,安全工作區(qū),極限參數(shù)：ICM、PCM、U（BR）CEO,一、雙極型三極管BJT,溫度對BJT參數(shù)及特性的影響,測得放大電路中六只晶體管的直流電位如圖所示。請標注管子 的引腳，并分別說明它們哪種材料、類型的三極管。,一、雙極型三極管BJT,練習(xí)1,一、雙極型三極管BJT,一、雙極型三極管BJT,由圖示特性求出PCM、ICM、U（BR）CEO、。,2.7,uCE=1V時的iC就是ICM,U（BR）CEO,討論,二、基本共射極放大電路,放大的概念與放大電路的性能指標,

5、1、放大的概念,放大的對象：變化量 放大的本質(zhì)：能量的控制 放大的特征：功率放大 放大的基本要求：不失真,判斷電路能否放大的基本出發(fā)點,二、基本共射極放大電路,2、性能指標,信號源,信號源內(nèi)阻,輸入電壓,輸出電壓,輸入電流,輸出電流,任何放大電路均可看成為兩端口網(wǎng)絡(luò)。,放大的概念與放大電路的性能指標,二、基本共射極放大電路,電壓放大倍數(shù)是最常研究和測試的參數(shù),2、性能指標,放大的概念與放大電路的性能指標,1) 放大倍數(shù)：輸出量與輸入量之比,二、基本共射極放大電路,放大的概念與放大電路的性能指標,2)輸入電阻和輸出電阻,將輸出等效成有內(nèi)阻的電壓源，內(nèi)阻就是輸出電阻。,從輸入端看進去的 等效電阻,

6、2、性能指標,二、基本共射極放大電路,放大的概念與放大電路的性能指標,2、性能指標,4)最大不失真輸出電壓Uom,衡量放大電路對不同頻率信號的適應(yīng)能力。,3)通頻帶,輸出信號波形最大不失真時的交流有效值。,二、基本共射極放大電路,基本共射放大電路的組成及各元件的作用,VBB、Rb：使UBE Uon， 且有合適的IB。,VCC：使UCEUBE，同時 作為負載的能源。,Rc：將iC轉(zhuǎn)換成uCE(uo) 。,Cb1、Cb2: 通交流、隔直流。,基本共射放大電路,二、基本共射極放大電路,基本共射放大電路的組成及各元件的作用,基本共射放大電路,動態(tài)信號作用時：,輸入電壓 uI為零時，晶體管各極的電流、b

7、-e間電壓、管壓降，稱為靜態(tài)工作點Q。記作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。,二、基本共射極放大電路,基本共射放大電路,共射放大電路習(xí)慣畫法,基本共射放大電路的組成及各元件的作用,二、基本共射極放大電路,Vi=0 靜態(tài),設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性,二、基本共射極放大電路,設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性,Vi=Vsint 動態(tài),設(shè)Cb1=10uF，f=1kHz。,電容的阻抗：,所以在交流（中頻段）分析時電容可以近似短路,二、基本共射極放大電路,工作點合適,設(shè)置靜態(tài)工作點的必要性,三、放大電路的分析方法,放大電路的直流通路和交流通路,1. 直流通路： Us=0，保留Rs；電容相當于開路；電感

8、相當于短路。 2. 交流通路：大容量電容相當于短路；直流電壓源相當于短路（內(nèi)阻為0）。,通常，放大電路中直流電源的作用和交流信號的作用共存，這使得電路的分析復(fù)雜化。為簡化分析，將它們分開作用，引入直流通路和交流通路。,放大電路靜態(tài)工作點分析,1. 用近似估算法求靜態(tài)工作點,根據(jù)直流通路可知：,采用該方法必須已知三極管的 值。,一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V。,三、放大電路的分析方法,放大電路靜態(tài)工作點分析,2. 用圖解法求靜態(tài)工作點,采用該方法必須已知三極管的輸出特性曲線。,Q,IBQ,ICQ,UCEQ,直流負載線,直流負載線方程,三、放大電路的分析方法,放大電路動態(tài)工作圖解分

9、析,三、放大電路的分析方法,截止失真,消除方法：增大VBB，即向上平移輸入回路負載線。,截止失真是在輸入回路首先產(chǎn)生失真！,放大電路動態(tài)工作圖解分析,三、放大電路的分析方法,飽和失真產(chǎn)生于晶體管的輸出回路！,放大電路動態(tài)工作圖解分析,飽和失真,三、放大電路的分析方法,消除方法：增大Rb，減小VBB，減小Rc，減小，增大VCC。,Rb或或 VBB ,Rc或VCC,這個方法不好,放大電路動態(tài)工作圖解分析,消除飽和失真的方法,三、放大電路的分析方法,形象直觀； 適應(yīng)于Q點分析、失真分析、最大不失真輸出電壓的分析； 能夠用于大信號分析； 不易準確求解； 不能求解電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻、頻帶寬

10、度等交流參數(shù)。,放大電路動態(tài)工作圖解分析,圖解法的特點,三、放大電路的分析方法,Uom=? Q點在什么位置Uom最大？,交流負載線應(yīng)過Q點，且斜率決定于（RcRL）,交流通路和交流負載線,交流通路圖,三、放大電路的分析方法,三、放大電路的分析方法,1、在什么參數(shù)、如何變化時Q1 Q2 Q3 Q4？ 2、從輸出電壓上看，哪個Q點下最易產(chǎn)生截止失真？哪個Q點下最易產(chǎn)生飽和失真？哪個Q點下Uom最大？ 3、設(shè)計放大電路時，應(yīng)根據(jù)什么選擇VCC？,討論一,三、放大電路的分析方法,小信號模型分析法（等效電路法）,1、晶體管的h參數(shù)等效模型（交流等效模型）,在交流通路中可將晶體管看成為一個兩端口網(wǎng)絡(luò)，輸入

11、回路、輸出回路各為一個端口。,三、放大電路的分析方法,小信號模型分析法（等效電路法）,在低頻、小信號作用下的關(guān)系式,電阻,無量綱,無量綱,電導(dǎo),1、晶體管的h參數(shù)等效模型（交流等效模型）,三、放大電路的分析方法,小信號模型分析法（等效電路法）,1、晶體管的h參數(shù)等效模型（交流等效模型）,交流等效模型（按式子畫模型）,b-e間動態(tài)電阻,內(nèi)反饋系數(shù),電流放大系數(shù),c-e間 電導(dǎo),三、放大電路的分析方法,小信號模型分析法（等效電路法）,2、h參數(shù)的物理意義,三、放大電路的分析方法,查閱手冊 默認200,基區(qū)體電阻,發(fā)射結(jié)電阻,發(fā)射區(qū)體電阻數(shù)值小可忽略,由IEQ算出,小信號模型分析法（等效電路法）,3

12、、b-e間動態(tài)電阻的分布及參數(shù)確定,三、放大電路的分析方法,阻容耦合共射放大電路的動態(tài)分析,三、放大電路的分析方法,UBEQVCC 時可以忽略不計,例1：電路參數(shù)如圖所示，求各項交流參數(shù)。,1.靜態(tài)分析，求靜態(tài)工作點及動態(tài)電阻rbe,三、放大電路的分析方法,2.交流分析，畫小信號等效電路,三、放大電路的分析方法,例2：直接耦合共射放大電路的分析，,IBQ35A,UBEQ0.65V,UBEQ=VBB-IBQRb,三、放大電路的分析方法,特點：共射放大電路輸出和輸入反相，既放大電壓也放大電流，輸出電阻大，輸入電阻較小。,四、放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題,所謂Q點穩(wěn)定，是指ICQ和UCEQ在溫度變化

13、時基本不變，這是靠IBQ的變化得來的。,T（ ）ICQ,Q,若溫度升高時要Q回到Q，則只有減小IBQ,溫度對靜態(tài)工作點的影響,四、放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題,靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路,1、射極偏置電路,Ce為旁路電容，在交流通路中可視為短路,直流通路,四、放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題,靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路,為了穩(wěn)定Q點，通常I1 IBQ，即I1 I2；因此,基本不隨溫度變化。,2、射極偏置電路穩(wěn)定原理,靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路,T()ICUE UBE（UB基本不變） IB IC,Re起直流負反饋作用，其值越大，反饋越強，Q點越穩(wěn)定。,關(guān)于反饋的一些概念： 將輸出量通過一定的方式引回輸入回

14、路影響輸入量的措施稱為反饋。 直流通路中的反饋稱為直流反饋。 反饋的結(jié)果使輸出量的變化減小的稱為負反饋，反之稱為正反饋。,2、穩(wěn)定原理: Re 的作用,四、放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題,滿足I1 IBQ，即I1 I2,3、Q點分析,靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路,四、放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題,不滿足I1 IBQ,利用戴維寧定理等效變換求Q點,四、放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題,四、放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題,4、動態(tài)分析（有旁路電容Ce）,靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路,利?弊?,靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路,四、放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題,4、動態(tài)分析（無旁路電容Ce）,求輸出電阻Ro,當,四、放大電

15、路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題,靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路,4、動態(tài)分析（無旁路電容Ce）,四、放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題,例如，Rb1或Rb2采用熱敏電阻。 Rb1應(yīng)具有負溫度系數(shù)， Rb2應(yīng)具有正溫度系數(shù)。,穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法,引入直流負反饋 溫度補償：利用對溫度敏感的 元件，在溫度變化時直接影響輸入回路。,四、放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題,穩(wěn)定靜態(tài)工作點的方法,討論電路采用了什么措施穩(wěn)定靜態(tài)工作點？,共集電極放大電路,1、靜態(tài)分析,與射極偏置電路具有相同的直流通路,五、共集電極、共基極放大電路,五、共集電極、共基極放大電路,共集電極放大電路,2、動態(tài)分析：電壓增益,小信號等效電路,故稱之為 射

16、極跟隨器,五、共集電極、共基極放大電路,共集電極放大電路,2、動態(tài)分析：輸入電阻,Ri與負載有關(guān)！,五、共集電極、共基極放大電路,共集電極放大電路,2、動態(tài)分析：輸出電阻,Ro與信號源內(nèi)阻有關(guān)！,五、共集電極、共基極放大電路,輸入電阻大，輸出電阻小；只放大電流，不放大電壓； 在一定條件下有電壓跟隨作用！,4、其他形式的共集電極放大電路,（a）,（b）,共集電極放大電路,3、電路特點,輸出與輸入同相，電壓放大倍數(shù)小于1。,五、共集電極、共基極放大電路,圖(a)答案,靜態(tài)工作點,動態(tài)參數(shù),圖(b)請同學(xué)自行分析,共集電極放大電路,4、其他形式的共集電極放大電路,五、共集電極、共基極放大電路,共基極

17、放大電路,1、靜態(tài)分析,與射極偏置電路具有相同的直流通路,五、共集電極、共基極放大電路,3. 特點：,輸入電阻小，頻帶寬！只放大電壓，不放大電流！,共基極放大電路,2、動態(tài)分析,五、共集電極、共基極放大電路,其他形式共基極放大電路,1、靜態(tài)分析,五、共集電極、共基極放大電路,其他形式共基極放大電路,2、動態(tài)分析,五、共集電極、共基極放大電路,接法 共射 共集 共基 Au 大 1 大 Ai 1 Ri 中 大 小 Ro 大 小 大 頻帶 窄 中 寬 相位 反相 同相 同相,空載情況下三種放大電路的比較,六、多級（組合）放大電路,當單級放大電路不能滿足多方面的性能要求（如Au104、Ri=2M、 R

18、o=100）時，應(yīng)考慮采用多級放大電路。組成多級放大電路時首先應(yīng)考慮如何“連接”幾個單級放大電路，耦合方式即連接方式如何確定。,常見耦合方式有：直接耦合、阻容耦合、變壓器耦合、光電耦合等。,既是第一級的集電極電阻，又是第二級的基極電阻,能夠放大變化緩慢的信號，便于集成化， Q點相互影響，存在零點漂移現(xiàn)象。,當輸入信號為零時，前級由溫度變化所引起的電流、電位的變化會逐級放大。,第二級,第一級,耦合方式,1、直接耦合,輸入為零，輸出產(chǎn)生變化 的現(xiàn)象稱為零點漂移,六、多級（組合）放大電路,六、多級（組合）放大電路,Q1合適嗎？,對哪些動態(tài)參數(shù)產(chǎn)生影響？,用什么元件取代Re既可設(shè)置合適的Q點，又可使第二級放大倍數(shù)不至于下降太大？,若要UCEQ5V，則應(yīng)怎么辦？用多個二極管嗎？,二極管導(dǎo)通電壓UD？動態(tài)電阻rd？,Re,耦合方式,1、直接耦合,六、多級（組合）放大電路,UCEQ1太小加Re（Au2數(shù)