三極管及放大電路

關于三極管及放大電路第1頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三§4.1晶體三極管一、基本結構NNPNPN型PNP集電極集電極基極基極發(fā)射極發(fā)射極BBCCEEPNP型基區(qū)：較薄，摻雜濃度低集電區(qū)：面積較大發(fā)射區(qū)：摻雜濃度較高第2頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三BECNNP基極發(fā)射極集電極發(fā)射結集電結第3頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三BECNNPBECPPNEBCBEC*

三極管的符號NPN型三極管PNP型三極管第4頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三二、IE，IB，IC

電流形成BECNNPEBRBECIE進入P區(qū)的電子少部分與基區(qū)的空穴復合，形成電流IB

，多數(shù)擴散到集電結。發(fā)射結正偏，發(fā)射區(qū)電子不斷向基區(qū)擴散，形成發(fā)射極電流IE。IB第5頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三BECNNPEBRBECIE集電結反偏，有少子形成的反向電流ICBO。ICBOIC=ICE+ICBOICEICE從基區(qū)擴散到集電區(qū)的電子，被收集，形成ICE。BJT內部載流子的傳輸過程：（1）、E區(qū)向B區(qū)注入電子,形成IE（2）、電子在B區(qū)復合，形成IB

（3）、C區(qū)收集電子，形成ICIB第6頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三三、

V-I特性曲線及結論iCmAAVVvCEvBERBiBECEB

實驗線路第7頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三(一)、輸入特性:vCE1ViB(A)vBE(V)204060800.40.8工作壓降：硅管VBE0.5~0.7V,鍺管UBE0.1~0.3V。vCE=0VvCE=0.5V

死區(qū)電壓:硅管0.5-0.7V，鍺管0.1-0.3V。第8頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三(二)、輸出特性:iC(mA)1234vCE(V)36912IB=020A40A60A80A100AVB>VE和VC>VB

，

IC只與IB有關且IC=IB，稱為放大區(qū)VCE0.3V,

VB>VE和VB>VC

，稱為飽和區(qū)。IB=0,IC=ICEO,VB<VE和VB<VC，稱為截止區(qū)。第9頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三(三)、結論放大區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結反偏。即：IC=IB,且

IC

=

IB(2)飽和區(qū)：發(fā)射結正偏，集電結正偏。IB>IC，VCE0.3V

(3)截止區(qū)：發(fā)射結反偏，集電結反偏，IB=0，

IC=ICEO

0

1、三極管工作在三個區(qū)域的條件及特點:C、E間相當于短路C、E間相當于開路第10頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三2、電流的放大作用及分配電流分配關系IB=020A40A60A80AiC(mA)1234vCE(V)36912第11頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三思考1：處于放大區(qū)時，NPN型、PNP型兩種三極管的各電極電位如何？EBCBECNNPPPNVB、VC、VE大于零VB、VC、VE小于零且VC>VB>VE且-VC>-VB>-VE總的來說:處于放大區(qū)時，NPN型、PNP型兩種三極管，滿足第12頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三思考2：在同一坐標上繪制NPN型、PNP型三極管的輸出特性曲線IB=020A40A60A80AiC2(mA)1234vCE(V)-12-9-6IB=020A40A60A80A-3IB=020A40A60A80AiC1(mA)1234vCE(V)36912BECNNPiC1EBCPPNiC2vCE(V)iC2(mA)第13頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三四、主要參數(shù)前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點，稱為共射接法，相應地還有共基、共集接法。共射直流電流放大倍數(shù)：工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號?；鶚O電流的變化量為IB，相應的集電極電流變化為IC，則交流電流放大倍數(shù)為：1.電流放大倍數(shù)和

第14頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三四、主要參數(shù)前面的電路中，三極管的發(fā)射極是輸入輸出的公共點，稱為共射接法，相應地還有共基、共集接法。共射直流電流放大倍數(shù)：工作于動態(tài)的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號?；鶚O電流的變化量為IB，相應的集電極電流變化為IC，則交流電流放大倍數(shù)為：1.電流放大倍數(shù)和

第15頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三2.集-基極反向飽和電流ICBOAICBOICBO是集電結反偏由少子的漂移形成的反向電流，受溫度的變化影響。第16頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三BECNNPICBOICEO=

IBE+ICBO

IBEIBEICBO進入N區(qū)，形成IBE。根據(jù)放大關系，由于IBE的存在，必有電流IBE。集電結反偏有ICBO3.集-射極反向飽和電流ICEOICEO受溫度影響很大，當溫度上升時，ICEO增加很快，所以IC也相應增加。三極管的溫度特性較差。第17頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三4.集電極最大電流ICM集電極電流IC上升會導致三極管的值的下降，當值下降到正常值的三分之二時的集電極電流即為ICM。5.集-射極反向擊穿電壓U(BR)CEO當集---射極之間的電壓UCE超過一定的數(shù)值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數(shù)值是25C、基極開路時的擊穿電壓。第18頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三6.集電極最大允許功耗PCM

集電極電流IC

流過三極管，所發(fā)出的焦耳熱為：PC=ICUCE

必定導致結溫上升，所以PC

有限制。PCPCMICUCEICUCE=PCMICMU(BR)CEO安全工作區(qū)第19頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三五、溫度對ＢＪＴ參數(shù)及特性的影響T、

ICEO、ICBOICiCuCE溫度上升時，輸出特性曲線上移第20頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三六、常見三極管實物外形第21頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三三極管放大電路有三種形式共射放大器共基放大器共集放大器以共射放大器為例講解工作原理一、放大電路的分類§4.2基本共射極放大電路第22頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三二、共射放大電路的基本組成iCiBRsvSC1vBEVCCRCT~RBVBC2RB+VCCvotvStvItiCtv0t未加電容Ｃ２加電容Ｃ２vIv0第23頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三三、符號規(guī)定VA:大寫字母、大寫下標，表示直流量。vA:小寫字母、大寫下標，表示交直流量(全量)。va:小寫字母、小寫下標，表示交流分量。vAva全量交流分量tVA直流分量第24頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三(一）、放大的概念、放大器的組成框圖１、放大就是將微弱的變化信號放大成較大的信號，包括對電壓、電流的放大。２、放大器的一般組成框圖：電壓放大功率放大負載輸入信號放大器引言:(§1.4--§1.5的內容)§4.3放大電路的分析方法第25頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三（二）、放大電路的性能指標１、靜態(tài)性能指標：

主要包括靜態(tài)值：IＢQ、ICQ、VCEQ靜態(tài)值決定了三極管的直流偏置，從而決定了放大電路能否正常工作，也決定了放大電路能否不失真地放大信號。放大電路的性能指標主要包括靜態(tài)性能指標和動態(tài)性能指標第26頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三（1）、輸入電阻Ri輸入電阻是衡量放大電路從其前級信號源獲取信號大小的參數(shù)。輸入電阻越大，從其前級取得的信號越大。其定義為：~RSvsRiviii~RoAvviRLvoi0放大電路ii~vSviRLvoi0RS2、動態(tài)性能指標：第27頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三（2）、輸出電阻Ro放大電路的輸出對其負載而言，相當于信號源，其內阻就是輸出電阻。輸出電阻是衡量放大電路帶動負載能力大小的參數(shù)。輸出電阻越小，帶動負載的能力越大。其定義為：~RSvsRiviii~RoAvviRLvoi0放大電路ii~vSviRLvoi0RS第28頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三a、電壓放大倍數(shù)Av、Avs~RSvsRiviii~RoAvviRLvoi0放大電路ii~vSviRLvoi0RS（3）、放大倍數(shù)第29頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三b、互導放大倍數(shù)（互導增益）Ag放大電路ii~vSviRLvoi0RS放大倍數(shù)c、互阻放大倍數(shù)（互阻增益）Ard、電流放大倍數(shù)Ai放大電路iiviRLvoi0~RSiS第30頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三d、通頻帶fAvAvm0.7AvmfL下限截止頻率fH上限截止頻率通頻帶：BW=fH–fL放大倍數(shù)隨頻率變化曲線第31頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三放大電路分析靜態(tài)分析動態(tài)分析估算法圖解法微變等效法圖解法計算機仿真3、放大電路分析方法第32頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三一、靜態(tài)分析放大電路中各點的電壓或電流都是在直流上附加了小的交流信號。在令交流信號Vs=0,只考慮直流信號單獨作用時放大電路的工作狀態(tài)稱為靜態(tài)。

靜態(tài)分析著重計算靜態(tài)值（IＢQ、ICQ、VCEQ）和畫出靜態(tài)工作點Q。估算法：圖解法：主要用于計算靜態(tài)值（IＢQ、ICQ、VCEQ）主要用于畫出靜態(tài)工作點Q并找出最佳Q。第33頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三步驟：原電路直流通道RB+VCCRC(一)、靜態(tài)(估算法)分析的步驟直流通道計算IＢQ、ICQ、VCEQ開路開路RB+VCCRCC1C2TRs~vS原電路令vS=0第34頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三根據(jù)直流通道估算IBQ、ICQ、VCEQ、IBQVBEQ（RB稱為偏置電阻，IB稱為偏置電流）估算法ICQVCEQ直流負載線的方程+VCCRBRC第35頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三ICＶCEVCC直流負載線與輸出特性的交點就是Q點IB(二)、靜態(tài)(圖解法)分析的步驟及應用1、步驟：畫出三極管的輸出特性畫出直流負載線（ＶCE=VCC–ICRC）

計算IＢ直流負載線與iB=IB的輸出特性的交點就是Q點QiB第36頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三

iC、vCE變化，使工作點將移動iBvBEvItiBtIBQiCtICQQiCvCEQ2Q1VCEQtiB iCvOiBRsvSC1vBERCT~vIC2RB+VCC（1）、分析vS造成工作點在Q點上下移動的原因uS的變化，使vI

、

vBE有一微小的變化,從而造成iB、2、圖解法的應用第37頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三（2）、運用圖解法選擇最佳的靜態(tài)工作點可輸出的最大不失真信號iCvCEvovBEQiBtuiiBtvitVCCa、Q點在直流負載線的中點：可輸出的最大不失真信號v0=vCE第38頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三b、Q點過低：放大電路產(chǎn)生截止失真iCvCEvovBEiBtuiiBtuiQt放大電路產(chǎn)生截止失真v0=vCE第39頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三c、Q點過高：放大電路產(chǎn)生飽和失真iCvCEuovBEiBtuitiBtuiQt放大電路產(chǎn)生飽和失真v0=vCE第40頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三思考：電源電壓VCC，電阻RB，RC，溫度的變化對靜態(tài)工作點的影響如何？iCvCEVCCIBQQ1I1BV1CC以VCC降低為例

以RB降低為例

Q3IBI2BQ2以RC增大為例

Q4以溫度上升為例

第41頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三例：已知：VCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。用估算法計算靜態(tài)工作點解：~RB+VCCRCC1C2TRsvSIBQVBEQ+VCCRBRCICQUCEQ第42頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三二、動態(tài)分析放大電路中各點的電壓或電流都是在直流上附加了小的交流信號。在令直流信號VCC=0,只考慮交流信號單獨作用時放大電路的工作狀態(tài)稱為動態(tài)。微變等效法：圖解法：用于計算動態(tài)值略

動態(tài)分析著重計算動態(tài)值（Av

、Avs

、Ri、R0）分析方法第43頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三(一)、三極管的微變等效電路1、輸入回路的等效（b、e間的等效）從輸入特性可知，當工作點圍繞Q點作小幅波動時，可將Q1、Q2曲線近似為線段。rbe的量級從幾百歐到幾千歐。cvbeibvceicbeiBuBEvBEiBQQ2Q1三極管的b、e間可等效為電阻rbe等效rbeibbe第44頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三iCvCE從輸出特性可知，三極管處于放大區(qū)時，iC與vce無關2、輸出回路的等效（c、e間的等效）三極管的微變等效電路cvbeibvceicbe三極管的c、e間可等效為一個受ib

控制的電流源ibce簡易等效完全等效cibrceerce很大可認為開路第45頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三三極管的微變等效電路icvbevcerbeibibrce等效cvbeibvceicberbeibibbceicrce很大，可認為開路第46頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三(二)、動態(tài)分析的步驟步驟：原電路交流通道短路短路置零Rs~vSRB+VCCRCC1C2TRLv0viRBTRs~vSviRLv0RBC1RCC2RC原電路交流通路第47頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三方法:將交流通道中的三極管用微變等效電路代替rbe步驟：原電路交流通道微變等效電路交流通路RBRCRLvivobce微變等效電路iiibRs~vSRBRCRLbcv0vivsRs~ibice動態(tài)分析的步驟第48頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三1、電壓放大倍數(shù)的計算特點：負載電阻越小，放大倍數(shù)越小。步驟：原電路交流通道計算動態(tài)值微變等效電路rbeiiibRBRCRLbcv0vivsRs~ibice動態(tài)分析的步驟第49頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三2、輸入電阻Ri及放大倍數(shù)Avs的計算rbeiiibRBRCRLbcv0viRsvs~ibiceRi式中：動態(tài)分析的步驟第50頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三微變等效法3、輸出電阻的計算r０采用外加電壓法,設外加電壓為，則：v0rbeiiibRBRCbcv0viRsibicer０i0iRC求R0的無源二端網(wǎng)絡置零rbeiiibRBRCRLbcv0vivsRs~ibice第51頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三§4.4工作點穩(wěn)定的放大電路

為了保證放大電路的穩(wěn)定工作，必須有合適的、穩(wěn)定的靜態(tài)工作點。但是，溫度的變化嚴重影響靜態(tài)工作點。

對于基本共射放大電路（固定偏置電路）而言，由于VBE、和ICEO這三個參數(shù)隨溫度而變化，溫度對靜態(tài)工作點的影響主要體現(xiàn)在這一方面。第52頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三1、溫度對ＶBE的影響iBuBE25oC50oCTVBEIBICiCvOiBRsvSC1vBERCT~vIC2RB+VCCIBVBE+VCCRBRCICVCE…….固定偏置電路一、影響靜態(tài)工作點穩(wěn)定的因數(shù)第53頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三2、溫度對值及ICEO的影響T、ICEOICiCuCEQQ′總的效果是：溫度上升時，Q點上移；溫度下降時，Q點下移；溫度上升時，輸出特性曲線上移，造成Q點上移。第54頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三二、穩(wěn)定靜態(tài)工作點Ｑ的措施

固定偏置電路的Q點是不穩(wěn)定的。Q點不穩(wěn)定可能會導致靜態(tài)工作點靠近飽和區(qū)或截止區(qū)，從而導致飽和失真或截止失真。為此，需要改進偏置電路，使IC不隨溫度變化而變化，即做到IC固定，從而就可以抑制Q點的變化，保持Q點基本穩(wěn)定。3、常采用分壓式偏置電路。具體方法有:1、采用熱敏電阻的補償電路。2、含恒流源的射極偏置電路。第55頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三vORsvSC1RCT~vIC2RB+VCC0C采用熱敏電阻的補償電路vORsvSC1RCT~+VCCIS-VEEC2C3RB含恒流源的射極偏置電路第56頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三三、分壓式偏置電路（一）、靜態(tài)分析I1I2IBRB1+VCCRCRB2RE直流通路VCEvoRB1+VCCRCC1C2

RB2CERERLviRsvS~第57頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三靜態(tài)值計算

ICQ可以認為與溫度無關，Q點基本穩(wěn)定。I1I2IBQRB1+VCCRCRB2RE直流通路VCEQVBQVBEQ第58頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三（二）、動態(tài)分析+VCCvoRB1RCC1C2RB2CERERLviRsvS~voRB1RCRLviRB2交流通路RsvS~rbeRCRLR'B微變等效電路Rs~vs第59頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三CE的作用：交流通路中，CE將RE短路，RE對交流不起作用，放大倍數(shù)、輸入電阻不受影響。問題1：如果去掉CE，靜態(tài)值會變化嗎？+VCCvoRB1RCC1C2RB2CERERLviRsvS~問題2：如果去掉CE，放大倍數(shù)、輸入電阻會變化嗎？第60頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三去掉CE后的交流通路和微變等效電路：rbevoRB1RCRLviRB2RERsvS~bceRCRLRER'BRs~vsbce交流通路微變等效電路(1)、電壓放大倍數(shù)…..電壓放大倍數(shù)降低第61頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三RiRiRCRLRER'B~RsvsbcerbeiiibRBRCbcv0

viRsiceR０i0iRCrbeRE（2）、輸入電阻（3）、輸出電阻

……..輸入電阻增大….輸出電阻不變第62頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三RB1+VCCRCC1C2TRB2CERE1RLvivoRE2問題3：如果電路如下圖所示，如何分析？第63頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三I1I2IBRB1+VCCRCC1C2TRB2CERE1RLvivoRE2I1I2IBRB1+VCCRCTRB2RE1RE2靜態(tài)分析：直流通路第64頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三RB1+VCCRCC1C2TRB2CERE1RLvivoRE2動態(tài)分析：交流通路RB1RCRLvivoRB2RE1第65頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三交流通路：RB1RCRLvivoRB2RE1微變等效電路：rbeRCRLRE1R'B第66頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三§4.5共集電極放大電路RB+VCCRE直流通道RB+VCCC1C2RERLvivoRsvS~一、靜態(tài)分析(又稱為射極輸出器、電壓跟隨器）第67頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三IBQIEQRB+VCCRE直流通道VBEQICQVCEQ靜態(tài)分析第68頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三二、動態(tài)分析RB+VCCC1C2RERLvivoRsvS~交流通路RERLRBRs~

vsbce第69頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三動態(tài)分析rbe微變等效電路vsRERLRBRs~bce交流通路RERLRBRs~vsbce第70頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三交流通路RERLRBRs~

vsbceRB+VCCC1C2RERLvivoRsvS~rbevsRERLRBRs~bce微變等效電路第71頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三1.電壓放大倍數(shù)動態(tài)分析令：rbevsRERLRBRs~bce所以但電流ie增加了、故輸出電流io被放大了。2、輸入輸出同相且即輸出電壓跟隨輸入電壓，故稱電壓跟隨器。結論：第72頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三2.輸入電阻RiRiRi動態(tài)分析……輸入電阻較大rbevsRERLRBRs~bcerbeRERLRBbce第73頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三3.輸出電阻:用加壓求流法求輸出電阻。RＯ動態(tài)分析rbevsRERLRBRs~bce置零rbeRERBRsbceRＯiRE第74頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三與共射極放大電路輸出電阻計算的區(qū)別+VCCvoRB1RCC1C2RB2RERLviRsvS~iiibRBRCbcv0

viRsiceR０i0iRCrbeRE第75頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三3.輸出電阻用加壓求流法求輸出電阻。動態(tài)分析rbeRERBRsbceRＯiRE……輸出電阻很小第76頁，講稿共84頁，2023年5月2日，星期三三、共發(fā)射極、共集電極放大電路的使用比較1.由于輸入電阻大，可將共發(fā)射極、共集電極放大電路放在放大電路的首級（輸入級），提高信號的獲取能力。３.由于輸出電阻小，可將共集電極放大電路放在放大電路的末級（輸出級），提高帶負載能力。4.可將共集電極放大電路放在放大電路的中間（緩沖級），可以起到電路的阻抗匹配作用。放大電路1負載放大電路2放大電路3放大電路n輸入信號２.由于電壓放大倍數(shù)大，可將共發(fā)射極放大電路放在放大電路的中間（中間級），起電壓放大作用。第77頁，講稿共84頁，2023年