第三章雙極型三極管及放大電路基礎

模擬電子技術基礎第3章雙極型三極管及放大電路基礎第3章雙極型三極管及放大電路基礎1、雙極型三極管BJT2、基本共射極放大電路3、放大電路的分析方法4、放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題5、共集電極、共基極放大電路6、組合（多級）放大電路BJT的結構簡介一、雙極型三極管BJT小功率管中功率管大功率管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。一、雙極型三極管BJTBJT的放大原理擴散運動形成發(fā)射極電流IE，復合運動形成基極電流IB，漂移運動形成集電極電流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)的電子與空穴復合因集電區(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)空穴的擴散一、雙極型三極管BJTBJT的放大原理即BJT放大的條件必須滿足：發(fā)射結正向偏置；集電結反向偏置。IEICIB根據(jù)傳輸過程可知：IC=InC+ICBO通常

IC>>ICBO

為電流放大系數(shù)，只與管子的結構尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。通常

=0.90.99。IE=IB+IC一、雙極型三極管BJTBJT電流分配關系

是另一個電流放大系數(shù)。同樣，它也只與管子的結構尺寸和摻雜濃度有關，與外加電壓無關。一般

>>1。根據(jù)IE=IB+IC

IC=InC+ICBO且令ICEO=(1+)ICBO（穿透電流）一、雙極型三極管BJTBJT電流分配關系一、雙極型三極管BJT放大的條件：發(fā)射結正向偏置；集電結反向偏置。電流分配關系：這是貫穿模擬電子電路分析的兩個最重要的概念,務必牢記??！BJT放大的條件和電流分配關系對于小功率晶體管，UCE大于1V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。1、輸入特性BJT的V-I特性曲線一、雙極型三極管BJT一、雙極型三極管BJT對應于一個IB就有一條iC隨uCE變化的曲線。飽和區(qū)放大區(qū)截止區(qū)BJT的V-I特性曲線2、輸出特性BJT的三個工作區(qū)當晶體管工作在放大區(qū)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

。狀態(tài)UBEICUCE截止＜UonICEOVCC放大≥UonβiB≥uBE飽和≥Uon＜βiB≤uBE一、雙極型三極管BJTBJT的主要參數(shù)

直流參數(shù)：、、ICBO、ICEO

交流參數(shù)：β、α、fT（使β＝1的信號頻率）基極b開路，c-e間的擊穿電壓最大集電極電流最大集電極耗散功率，PCM＝iCuCE安全工作區(qū)

極限參數(shù)：ICM、PCM、U（BR）CEO一、雙極型三極管BJT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。ecbPNPGeebcNPNSiebcNPNSibecPNPSiPNPebcGeebcNPNGe練習1一、雙極型三極管BJT兩只管子兩個電極的電流如圖所示。分別求另一電極的電流和電流放大倍數(shù)，標出其實際方向，并在圓圈中畫出管子。練習2一、雙極型三極管BJT二、基本共射極放大電路放大的概念及放大電路的性能指標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：不失真電路能否正常放大信號的基本依據(jù)二、基本共射極放大電路放大的概念及放大電路的性能指標2、等效電路信號源信號源內(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等效為兩端口網(wǎng)絡。二、基本共射極放大電路放大的概念及放大電路的性能指標3、性能指標電壓放大倍數(shù)是最常研究和測試的參數(shù)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及放大電路的性能指標3、性能指標將輸出等效成有內(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。2)輸入電阻與輸出電阻二、基本共射極放大電路放大的概念及放大電路的性能指標3、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能力。輸出信號波形最大不失真時的交流電壓有效值。3)通頻帶二、基本共射極放大電路VBB、Rb：使UBE＞Uon，且有合適的IB。VCC：使UCE≥UBE，同時作為負載的能源。Rc：將ΔiC轉換成ΔuCE(uo)。Cb1、Cb2:通交流、隔直流。基本共射極放大電路基本共射極放大電路的組成及各元件的作用二、基本共射極放大電路共射極放大電路的習慣畫法基本共射極放大電路共射極放大電路習慣畫法二、基本共射極放大電路基本共射放大電路輸入電壓為零時，晶體管各電極的電流、b-e間的電壓、c-e間的壓降均為常數(shù)，這些常數(shù)稱為放大電路的靜態(tài)工作點Q。記為：IBQ、ICQ（IEQ）、UBEQ、UCEQ。放大電路的靜態(tài)工作點概念二、基本共射極放大電路Vi=0靜態(tài)設置靜態(tài)工作點的必要性二、基本共射極放大電路設置靜態(tài)工作點的必要性Vi=Vsint動態(tài)設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設置靜態(tài)工作點的必要性工作點合適工作點偏低三、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：①

交流信號Us=0短路處理，保留Rs；②電容開路處理；③電感短路處理。2.交流通路：①大容量電容短路處理；②直流電壓源短路處理（內(nèi)阻為0）。③電感開路處理。通常，放大電路中既有直流電源的作用，也有交流信號的作用，這使得電路的分析復雜化。為簡化分析，將它們分開作用，由此引入直流通路和交流通路概念。三、放大電路的分析方法1.用近似估算法求靜態(tài)工作點采用該方法必須已知三極管的值。放大電路靜態(tài)工作點分析—直流電壓作用三、放大電路的分析方法1.用近似估算法求靜態(tài)工作點根據(jù)直流通路可知：一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V。放大電路靜態(tài)工作點分析—直流電壓作用三、放大電路的分析方法采用該方法必須已知三極管的輸出特性曲線。QIBQICQUCEQ直流負載線直流負載線方程放大電路靜態(tài)工作點分析—直流電壓作用2.用圖解法求靜態(tài)工作點三、放大電路的分析方法放大電路動態(tài)工作圖解分析靜態(tài)工作點設置合理，信號不失真放大。三、放大電路的分析方法放大電路動態(tài)工作圖解分析靜態(tài)工作點太低，信號出現(xiàn)截止失真。消除方法：增大VBB，即向上平移輸入回路負載線。截止失真是由輸入回路工作點太低產(chǎn)生的失真！三、放大電路的分析方法放大電路動態(tài)工作圖解分析靜態(tài)工作點太高，信號出現(xiàn)飽和失真。飽和失真產(chǎn)生于晶體管的輸出回路！三、放大電路的分析方法放大電路動態(tài)工作圖解分析消除飽和失真的措施消除方法：增大Rb，減小VBB，減小Rc，減小

β，增大VCC。Rb↑或β↓或VBB↓Rc↓或VCC↑這個方法不好三、放大電路的分析方法放大電路動態(tài)工作圖解分析Uom=?Q點在什么位置Uom最大？交流負載線過Q點，且斜率取決于（Rc∥RL）交流通路圖阻容耦合交流通路和交流負載線三、放大電路的分析方法放大電路動態(tài)工作圖解分析直接耦合開路和帶負載情況的負載線三、放大電路的分析方法放大電路動態(tài)工作圖解分析直接耦合開路和帶負載情況的負載線開路時負載線，斜率僅取決于（Rc）帶負載時負載線，斜率取決于（Rc∥RL）直接耦合放大電路的交、直流負載線重合。開路和帶負載時的靜態(tài)工作點不重合。三、放大電路的分析方法放大電路動態(tài)工作圖解分析形象直觀；適應于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、頻帶寬度等交流參數(shù)。圖解分析法的優(yōu)、缺點三、放大電路的分析方法放大電路動態(tài)工作圖解分析1、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、設計放大電路時，應根據(jù)什么選擇VCC？討論三、放大電路的分析方法雙極型三極管小信號模型（等效電路）在交流通路中可認為晶體管是一個兩端口網(wǎng)絡，分別為輸入端口、輸出端口。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在低頻、小信號作用下的關系式

1、晶體管的h參數(shù)等效模型（交流等效模型）雙極型三極管小信號模型（等效電路）三、放大電路的分析方法2、晶體管h參數(shù)的物理意義b-e間動態(tài)電阻內(nèi)反饋系數(shù)電流放大系數(shù)c-e間電導雙極型三極管小信號模型（等效電路）三、放大電路的分析方法3、b-e間動態(tài)電阻的分布及參數(shù)的確定查閱手冊默認200基區(qū)體電阻發(fā)射結電阻發(fā)射區(qū)體電阻數(shù)值小可忽略由IEQ算出雙極型三極管小信號模型（等效電路）三、放大電路的分析方法阻容耦合共射極放大電路的動態(tài)（交流）分析三、放大電路的分析方法共射極放大電路的動態(tài)（交流）分析UBEQ<<VCC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共射極放大電路的動態(tài)（交流）分析2.交流分析，畫小信號等效電路三、放大電路的分析方法阻容耦合共射極放大電路的動態(tài)（交流）分析例2：直接耦合共射放大電路的分析，QIBQ≈35μAUBEQ≈0.65VUBEQ=VBB-IBQRb三、放大電路的分析方法阻容耦合共射極放大電路的動態(tài)（交流）分析特點：共射極放大電路的輸出和輸入反相，即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在溫度變化時基本不變，這是靠IBQ的變化得來的。T（℃）→β↑→ICQ↑→Q’

若溫度升高時要使得工作點Q’回到Q，只有減小IBQ。ICEO↑若UCEQ不變IBQ↑Q’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Ce稱為旁路電容，在交流通路中可視為短路。直流通路1、發(fā)射極偏置電路四、放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題2、發(fā)射極偏置電路穩(wěn)定工作點原理

為了穩(wěn)定Q點，通常要求I1>>IBQ，即I1≈I2；因此：基本不隨溫度變化。T(℃)↑→IC↑→UE↑→UBE↓（UB基本不變）→IB↓→IC↓Re

的作用：直流負反饋

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)定問題設電路滿足I1>>IBQ條件。3、靜態(tài)工作點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a、有旁路電容Ce4、動態(tài)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b、無旁路電容Ce4、動態(tài)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b、無旁路電容Ce4、動態(tài)分析靜態(tài)工作點穩(wěn)定的典型電路求輸出電阻Ro的等效電路

若滿足四、放大電路靜態(tài)工作點的穩(wěn)定問題其他靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路Rb1或Rb2采用熱敏電阻。Rb1應具有負溫度系數(shù)，Rb2應具有正溫度系數(shù)。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)定問題討論電路采用了什么措施穩(wěn)定靜態(tài)工作點？其他靜態(tài)工作點穩(wěn)定電路五、共集電極、共基極放大電路共集電極放大電路1、基本共集電極放大電路五、共集電極、共基極放大電路共集電極放大電路與發(fā)射極偏置電路的直流通路相同a、靜態(tài)分析1、基本共集電極放大電路五、共集電極、共基極放大電路共集電極放大電路b、動態(tài)分析（電壓放大倍數(shù)）1、基本共集電極放大電路小信號等效電路五、共集電極、共基極放大電路共集電極放大電路b、動態(tài)分析（電壓放大倍數(shù)）1、基本共集電極放大電路小信號等效電路共集電極放大電路也稱為射極跟隨器。五、共集電極、共基極放大電路共集電極放大電路b、動態(tài)分析（輸入電阻）1、基本共集電極放大電路注意：Ri與負載有關！五、共集電極、共基極放大電路共集電極放大電路c、動態(tài)分析（輸出電阻）1、基本共集電極放大電路注意：Ro與信號源內(nèi)阻有關！求輸出電阻Ro的等效電路五、共集電極、共基極放大電路共集電極放大電路2、其他形式的共集電極放大電路（a）（b）五、共集電極、共基極放大電路2、其他形式的共集電極放大電路（a）圖(a)答案靜態(tài)工作點共集電極放大電路五、共集電極、共基極放大電路共集電極放大電路2、其他形式的共集電極放大電路（a）圖(a)答案動態(tài)參數(shù)五、共集電極、共基極放大電路共集電極放大電路3、共集電極放大電路特點輸入電阻大，輸出電阻?。恢环糯箅娏?，不放大電壓；在一定條件下有電壓跟隨作用！輸出與輸入同相，電壓放大倍數(shù)小于1。五、共集電極、共基極放大電路共基極放大電路1、基本共基極放大電路五、共集電極、共基極放大電路共基極放大電路與發(fā)射極偏置電路的直流通路相同a、靜態(tài)分析1、基本共基極放大電路五、共集電極、共基極放大電路共基極放大電路b、動態(tài)分析（電壓放大倍數(shù)）1、基本共基極放大電路小信號等效電路五、共集電極、共基極放大電路共基極放大電路b、動態(tài)分析1、基本共基極放大電路小信號等效電路五、共集電極、共基極放大電路共基極放大電路2、其他形式的共基極放大電路靜態(tài)工作點五、共集電極、共基極放大電路共基極放大電路2、其他形式的共基極放大電路動態(tài)分析五、共集電極、共基極放大電路共基極放大電路3、共基極放大電路特點輸入電阻小，輸出電阻大；只放大電壓，不放大電流；在一定條件下有電流跟隨作用！輸出與輸入同相，電壓放大倍數(shù)大于1；頻帶寬，適用于高頻放大。五、共集電極、共基極放大電路空載條件下三種放大電路比較

接法共射共集共基

Au

大

<1

大

Aiβ1＋βαRi

中

大

小

Ro

大

小

大頻帶窄中寬相位反相同相同相六、多級（組合）放大電路多級放大電路的必要性

當單級放大電路不能滿足多方面的性能要求（如Au＝104、Ri=2MΩ、Ro=100Ω）時，應考慮采用多級放大電路。組成多級放大電路時首先應考慮如何“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。六、多級（組合）放大電路耦合方式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