双极型三极管及放大电路
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双击结型三极管及其放大电路详解
双击结型三极管及其放大电路详解一、三极管结构与工作原理结型三极管是由两个半导体结（PN结）组成的电子器件，其基本结构与工作原理如下：1.结构：结型三极管由两个半导体区域组成，一个是发射区，另一个是基区。
发射区通常是一块高掺杂的半导体材料，而基区则是低掺杂的半导体材料。
在基区的两侧，分别是集电区和发射区。
2.工作原理：当在三极管的发射结上加正向电压时，PN结中的电子和空穴会受到电场的作用而产生流动。
这些载流子在流动中会遇到基区的阻挡，形成载流子的积累。
随着电压的增加，载流子的数量也会增加，形成电流。
当在集电结上加反向电压时，由于PN结的单向导电性，只有少数载流子能够通过集电结到达集电区，形成反向饱和电流。
二、共基极放大电路共基极放大电路是一种基本的放大电路，其基本结构如下：1.结构：共基极放大电路主要由三极管、电阻、电容等元件组成。
其中，输入信号加在三极管的基极上，输出信号从集电极取出。
2.工作原理：当输入信号加在基极上时，由于共基极放大电路的放大作用，输入信号会在三极管的发射区和基区之间产生电流。
这个电流会受到基区的阻挡，只有少数载流子能够到达集电区。
在集电区，这些载流子会通过电阻和电容等元件产生输出信号。
三、共集电极放大电路共集电极放大电路是另一种基本的放大电路，其基本结构如下：1.结构：共集电极放大电路主要由三极管、电阻、电容等元件组成。
其中，输入信号加在三极管的基极上，输出信号从发射极取出。
2.工作原理：当输入信号加在基极上时，由于共集电极放大电路的放大作用，输入信号会在三极管的发射区和基区之间产生电流。
这个电流会受到基区的阻挡，只有少数载流子能够到达集电区。
在发射区，这些载流子会通过电阻和电容等元件产生输出信号。
由于输出信号是从发射极取出的，因此也被称为射极输出器。
四、多级放大电路在实际应用中，为了提高放大倍数并改善性能，通常将多个单级放大电路组合在一起形成多级放大电路。
多级放大电路的基本结构如下：1.结构：多级放大电路由多个单级放大电路组成，每个单级放大电路通常采用共基极或共集电极放大电路的形式。
双极型晶体三极管及其基本放大电路
3、三极管放大电路共有三种基本接法：共射、共集和共基电路。 其中共射电路能放大电压和电流，输入与输出反相，应用广 泛。共集电路无电压放大能力，能放大电流，因为其输入电 阻大，输出电阻小，多用作输入级，输出级及缓冲级。共基 电路能放大电压，无电流放大能力，且其输入电阻小，输出 电阻大，一般只用作高频放大。
4、多级放大电路的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合、直接耦 合等类型。前级输出即为后级的输入，前级的输出电阻是后 级的信号源内阻，后级的输入电阻是前级的负载电阻。放大 电路的总增益为各级放大倍数的乘积；输入电阻是第一级电 路的输入电阻，输出电阻是最后一级电路的输出电阻。
5、复合管放大电路的分析可以等效成单管放大电路的分析。
模拟电子技术
ห้องสมุดไป่ตู้
双极型晶体三极管及其基本放大电路
晶体管的结构、原理及特性曲线→放大电路的分析方法→由 晶体管构成的三种基本放大电路→多级放大电路和复合管的 分析→放大电路的频率响应。 1、晶体管按照结构分成和两种，按材料分成硅管和锗管，由 于硅管的温度特性较好，所以硅管应用广泛。 晶体管有三种工作状态：
多级放大电路的级数越多，通频带越窄。
模拟电子技术
由于电路中的电抗元件对不同频率的输入信号呈现的电抗值 不同，电路的电压放大倍数是信号频率的函数，即频率响应。 频率响应分为幅频特性和相频特性，可以用波特图表示。
6、单级放大电路的频率响应：在中频段基本与频率无关；在低 频段，电压放大倍数随频率的降低而减小，输出电压与输入 电压之间的相移也发生变化；在高频段，电压放大倍数随频 率的升高而减小，相移也发生变化。
2、放大电路的分析方法有图解法和微变等效模型法两种。图解 法主要用来分析失真和静态工作点，工程计算中主要使用微 变等效模型法。 晶体管的模型有两种，低频为h参数等效模型，高频为混合π 模型。 分析放大电路的步骤为先直流，后交流。即先用直流通路计 算静态工作点，后画出交流通路，用低频小信号模型计算电 压放大倍数、输入电阻和输出电阻等交流参数。 由于静态工作点影响电路的性能，故实用放大电路都要有静 态工作点稳定的措施。
4、多级放大电路的耦合方式有阻容耦合、变压器耦合、直接耦 合等类型。前级输出即为后级的输入，前级的输出电阻是后 级的信号源内阻，后级的输入电阻是前级的负载电阻。放大 电路的总增益为各级放大倍数的乘积；输入电阻是第一级电 路的输入电阻，输出电阻是最后一级电路的输出电阻。
5、复合管放大电路的分析可以等效成单管放大电路的分析。
模拟电子技术
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双极型晶体三极管及其基本放大电路
晶体管的结构、原理及特性曲线→放大电路的分析方法→由 晶体管构成的三种基本放大电路→多级放大电路和复合管的 分析→放大电路的频率响应。 1、晶体管按照结构分成和两种，按材料分成硅管和锗管，由 于硅管的温度特性较好，所以硅管应用广泛。 晶体管有三种工作状态：
多级放大电路的级数越多，通频带越窄。
模拟电子技术
由于电路中的电抗元件对不同频率的输入信号呈现的电抗值 不同，电路的电压放大倍数是信号频率的函数，即频率响应。 频率响应分为幅频特性和相频特性，可以用波特图表示。
6、单级放大电路的频率响应：在中频段基本与频率无关；在低 频段，电压放大倍数随频率的降低而减小，输出电压与输入 电压之间的相移也发生变化；在高频段，电压放大倍数随频 率的升高而减小，相移也发生变化。
2、放大电路的分析方法有图解法和微变等效模型法两种。图解 法主要用来分析失真和静态工作点，工程计算中主要使用微 变等效模型法。 晶体管的模型有两种，低频为h参数等效模型，高频为混合π 模型。 分析放大电路的步骤为先直流，后交流。即先用直流通路计 算静态工作点，后画出交流通路，用低频小信号模型计算电 压放大倍数、输入电阻和输出电阻等交流参数。 由于静态工作点影响电路的性能，故实用放大电路都要有静 态工作点稳定的措施。
最新双极型三极管放大电路的三种基本组态知识讲解
=
rbe 1
+Rs′ +β
// Re
10
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第五节 双极型三极管放大电路的三种基本组态
[例2.5.1] 估算图示电路的静态工作点，
并计算电流放大倍数、电压放大倍数
和输入、输出电阻。
10kΩ
Rs
+ us
-
+VCC
240kΩ
Rb
C1 +
β=40
VT C2
ui 5.6kΩ 5.6kΩ
Re
RL
Ri ′ c
Ri ′= rbe + （1 + β） Re′
+ RL uo
-
Ri = Rb //[ rbe + （1 + β） Re′]
8
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第五节 双极型三极管放大电路的三种基本组态
5. 输出电阻
b ib
e - ie
+ Rs us+ ui
--
rbe Rb
+
iC βib
RL Re
uo
-
c
41 × 2.8 = 1.6 + 41× 2.8 = 0.986
13
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第五节 双极型三极管放大电路的三种基本组态
3. 输入、输出电阻
b ib
e - ie
+ Rs us+ ui
rbe Rb
iC βib
+
RL Re
uo
--
-
c
Ri = Rb //[ rbe + （1 + β） Re′] = 78.4 kΩ
双极型三极管放大电路的 三种基本组态
电子电工学——模拟电子技术 第四章 双极结型三极管及发达电路基础
4.1 双极结型三极管BJT
(Bipolar Junction Transistor)
又称半导体三极管、晶 体管，或简称为三极管。
分类： 按材料分：硅管、锗管 按结构分：NPN型、PNP型 按频率分：高频管、低频管 按功率分：小功率、大功率
半导体三极管的型号
国家标准对半导体三极管的命名如下:
3 D G 110 B
c
e V VCE
VCC
V
VBE
也是一组特性曲线
实验电路
1.共射极电路的特性曲线
输入特性 :iB=f(vBE)|vCE=const
(1)VCE=0V时，发射结和集电结均正偏，输入特性相当于两个PN结并联
(2)VCE=1V时，发射结正偏，集电结反偏，收集电子能力增强，发射极发
射到基区的电子大部分被集电极收集，从而使得同样的VBE时iB减小。
ICEO (1 )ICBO 值愈大，则该管的 ICEO 也愈大。
３．极限参数
(1) 集电极最大允许电流 ICM
过流区
当IC过大时，三极管的值要 iC
减小。在IC=ICM时，值下降 ICM
到额定值的三分之二。
PCM = iCvCE
(2) 集电极最大允许耗散功率 PCM
将 iC 与 vCE 乘 积 等 于 规 定 的 PCM 值各点连接起来，可得 一条双曲线。
利用IE的变化去控制IC，而表征三极管电流控制作用的参 数就是电流放大系数 。
共射极组态连接方式
IE UBE
+ Uo
-
49 IC 0.98(mA)
IB
20( A)
共射极接法应用我们得到的结论：
１、从三极管的输入电流控制输出电流这一点看来，这两 种电路的基本区别是共射极电路以基极电流作为输入控制 电流。 ２、共基极电路是以发射极电流作为输入控制电流。
三极管及放大电路解析
基极开路时的击穿电压U(BR) CEO。
6. 集电极最大允许耗散功耗PCM PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。 PC PCM =IC UCE
硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。
由三个极限参数可画出三极管的安全工作区 IC
ICM
ICUCE=PCM
安全工作区 O
ICE 与 IBE 之比称为共发射极电流放大倍数
C IC
ICBO
N
ICE IB
P
EC
B
ICEICICBO IC
RB
IBE
N
IBE IBICBO IB
EB
E IE
IC IB ( 1)IC BO IB ICEO
若IB =0, 则 IC ICE0
集－射极穿透电流, 温度ICEO
忽 IC略 E ， O IC 有 IB (常用公式)
（3）通频带 衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。
由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降， 并产生相移。
下限频率
fbwfHfL
（4）最大不失真输出电压Uom：交流有效值。 （5）最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的主要指标参数
上限频率
二、基本共射极放大电路 1、基本放大电路组成及各元件作用
问题：
将两个电源合二为
1. 两种电源
一
2. 信号源与放大电路不“共地”
共地，且要使信号驮载在静 态之上
－＋ UBEQ
有交流损失
有直流分量
静态时(ui=0)，
UBEQURb1
动态时，VCC和uI同时作用于晶体管的输入回 路。
（2）阻容耦合放大电路
6. 集电极最大允许耗散功耗PCM PCM取决于三极管允许的温升，消耗功率过大，温升过高会烧坏三极管。 PC PCM =IC UCE
硅管允许结温约为150C，锗管约为7090C。
由三个极限参数可画出三极管的安全工作区 IC
ICM
ICUCE=PCM
安全工作区 O
ICE 与 IBE 之比称为共发射极电流放大倍数
C IC
ICBO
N
ICE IB
P
EC
B
ICEICICBO IC
RB
IBE
N
IBE IBICBO IB
EB
E IE
IC IB ( 1)IC BO IB ICEO
若IB =0, 则 IC ICE0
集－射极穿透电流, 温度ICEO
忽 IC略 E ， O IC 有 IB (常用公式)
（3）通频带 衡量放大电路对不同频率信号的适应能力。
由于电容、电感及放大管PN结的电容效应，使放大电路在信号频率较低和较高时电压放大倍数数值下降， 并产生相移。
下限频率
fbwfHfL
（4）最大不失真输出电压Uom：交流有效值。 （5）最大输出功率Pom和效率η：功率放大电路的主要指标参数
上限频率
二、基本共射极放大电路 1、基本放大电路组成及各元件作用
问题：
将两个电源合二为
1. 两种电源
一
2. 信号源与放大电路不“共地”
共地，且要使信号驮载在静 态之上
－＋ UBEQ
有交流损失
有直流分量
静态时(ui=0)，
UBEQURb1
动态时，VCC和uI同时作用于晶体管的输入回 路。
（2）阻容耦合放大电路
双极结型三极管及放大电路基础
集电区收集电子的
能力很弱，iC主要由 vCE决定：vCE↑→ic↑
=80μA =60μA =40μA
=20μA
vCE /V
现以iB=40uA一条加以说明：
（3）当uCE增加到使集电结反偏电压较大时，如：
vCE≥1V vCB≥0.7V 运动到集电结的电子基本上都可以被集电区
收集，此后vCE 再 增加，电流也没有 iC /mA 明显得增加，特性
曲线进入与vCE轴 基本平行的区域。
同理，可作出iB= 其他值的曲线。
=80μA =60μA =40μA
=20μA
vCE /V
输出特性曲线可以划分为三个区域：
饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内 vCE的数值较小，一般vCE≤vBE。此时Je正偏，Jc 正偏或反偏电压很小。
iC /mA
=80μA =60μA =40μA
IB+ICBO=IBN IB=IBN-ICBO ≈IBN
c IC
ICBO
IB
RbbIBE
N
ICN
Jc P Je
N
VBB
e IE
Rc VCC
例：共发射极接法
利用BJT组成的放大电路，其中一个电极 作为信号输入端，一个电极作为输出端，另一 个电极作为输入、输出回路的共同端。根据共 同端的不同，BJT可以有三种连接方式（称三 种组态）：
=20μA
vCE /V
输出特性曲线可以划分为三个区域：
饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的数值较 小，一般vCE<0.7V（硅管）。此时Je正偏，Jc正偏或反偏电 压很小。
截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的
下方。此时Je反偏，Jc反偏。
双极型三极管及其放大电路
上式中的后一项常用 ICEO 表示，ICEO 称穿透电流。 则
一般情况下， ICBO和ICEO很小可忽略 。可得
IC IB IC IB
电气与电子工程学院
第2章 双极型三极管及其放大电路
2.1.3 三极管的伏安特性曲线
三极管的伏安特性曲线是指三极管各电极电压与电流
之间的关系曲线，它是分析放大电路的重要依据。
因为输入回路和输出回路之间可以承受因为输入回路和输出回路之间可以承受几几千伏千伏的高压并且工作稳定无触点使用寿命长传的高压并且工作稳定无触点使用寿命长传输效率高现已广泛用于电气绝缘电平转换级间耦输效率高现已广泛用于电气绝缘电平转换级间耦合驱动电路开关电路斩波器多谐振荡器信号合驱动电路开关电路斩波器多谐振荡器信号隔离级间隔离脉冲放大电路数字仪表远距离信隔离级间隔离脉冲放大电路数字仪表远距离信号传输脉冲放大固态继电器号传输脉冲放大固态继电器ssrssr仪器仪表通仪器仪表通信设备及微机接口中
三极管电流测量数据
IB(mA) IC(mA) IE(mA) 0 <0.001 <0.001 0.02 0.70 0.72 0.04 1.50 1.54 0.06 2.30 2.36 0.08 3.10 3.18
由此实验及测量结果可得出如下结论： (1)观察实验数据中的每一列，可得
IE IC I B
当UBE<死区电压，UCE≤UBE，三极管处于放大状态。 当UBE<死区电压，UCE>UBE，三极管处于饱和状态。
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第2章 双极型三极管及其放大电路
2.1.5 三极管的主要参数
三极管的连接方式
IC C1 IB + Rb T +C2 Rc VCC
双极型三极管放大电路的三种基本组态
rbe + （1 + β） Re´
41 × 2.8 = 1.6 + 41× 2.8 = 0.986
12
第五节 双极型三极管放大电路的三种基本组态
3. 输入、输出电阻
b ib
e - ie
+ Rs us+ ui
rbe Rb
iC βib
+
RL Re
uo
--
-
c
Ri = Rb //[ rbe + （1 + β） Re′] = 78.4 kΩ
-
b ib
ic c
rbe
Rb
e
βib
+
Re
RL uo
-
4
第五节 双极型三极管放大电路的三种基本组态
+ Rs
+ ui us
-
b ib
ic c
rbe
βib
Rb
e
Re
RL
ii
b ib
eie
io
R s +
rbe
+
+ ui
+ uo
u s-
-
-
βib
uo R e ic c
b ib
e - ie
+
rbe
+
Rs us+ ui Rb
ii +
ui
Re
ie e ic
ib
βib
rbe
io c +
uo
R´L
-
-
b 共基极放大电路的等效电路
共基接法的输出电阻比共射接法高得多 考虑Rc的作用 Ro= Rc // rcb ≈ Rc
41 × 2.8 = 1.6 + 41× 2.8 = 0.986
12
第五节 双极型三极管放大电路的三种基本组态
3. 输入、输出电阻
b ib
e - ie
+ Rs us+ ui
rbe Rb
iC βib
+
RL Re
uo
--
-
c
Ri = Rb //[ rbe + （1 + β） Re′] = 78.4 kΩ
-
b ib
ic c
rbe
Rb
e
βib
+
Re
RL uo
-
4
第五节 双极型三极管放大电路的三种基本组态
+ Rs
+ ui us
-
b ib
ic c
rbe
βib
Rb
e
Re
RL
ii
b ib
eie
io
R s +
rbe
+
+ ui
+ uo
u s-
-
-
βib
uo R e ic c
b ib
e - ie
+
rbe
+
Rs us+ ui Rb
ii +
ui
Re
ie e ic
ib
βib
rbe
io c +
uo
R´L
-
-
b 共基极放大电路的等效电路
共基接法的输出电阻比共射接法高得多 考虑Rc的作用 Ro= Rc // rcb ≈ Rc
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VCC
VBB
-
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共射极放大电路
12
1. 输入特性曲线
(3) 输入特性曲线的三个部分
①死区 ②非线性区 ③线性区
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13
2.输出特性曲线
iC=f(vCE) iB=const
输出特性曲线的三个区域
饱和区：Je正偏，Jc正偏。 该区域内，一般vCE <1V (硅)。
放大区： Je正偏，Jc反偏。 曲线基本平行等距。
发射极
4
BJT符号
C
C
N
B
B
P
B
N
E
E
NPN型三极管
C
C
P
B
N
P
E
E
PNP型三极管
由于PN结之间的相互影响，使BJT表现出不
同于单个PN结的特性而具有电流放大作用。
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5
结构特点
集电区： 面积较大
B 基极
C 集电极
N P N
E 发射极
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基区：较薄， 掺杂浓度最低
发射区：掺杂 浓度最高
6
BJT放大的 内部条件
管芯结构剖面示意图
➢ 发射区的掺杂浓度最高； ➢ 集电区掺杂浓度低于发射区，且面积大；
➢ 基区很薄，一般在几个微米至几十个微米，
且掺杂浓度最低。
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7
BJT放大的外部条件：发射结正偏，集电结反偏
进入P区的电子少部 分与基区的空穴复合， 形成电流IB ，多数 扩散到集电结。
发射极开路时，集电结的反向饱和电流。
(2) 集电极发射极间的反向饱和电流ICEO
ICEO=（1+ ）I C BIOCBO c
即输出特性u曲A b
线IB=0那条曲线- 所 +
e
对应的Y坐标的数值。
IC EO -
c b
uA
+
Ve C C
ICEO也称为集电极 I e = 0
ICEO
V CC
发射极间穿透电流。
21
二、 共射极放大电路
1. 电路组成
输入回路（基极回路） 输出回路（集电极回路）
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22
2.习惯画法
BJT: 放大电路的核心
Vcc: 电路的能源
Rb: 基极电阻，用于设置偏压
3 双极型三极管及其放大电路
3.1 半导体BJT
3.2 共射极放大电路
3.3 图解分析法
3.4 小信号模型分析法
3.5 放大电路的工作点稳定问题
3.6 共集电极电路和共基极电路
3.7 放大电路的频率响应
可编辑版
1
3.1 双极型三极管(BJT)
(Bipolar Junction Transistor) 又称半导体三极管、晶体管，或简称为三极管。 三极管的外形如下图所示。
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17
3. 极限参数
(1) 集电极最大允许电流ICM (2) 集电极最大允许功率损耗PCM，PCM= ICVCE (3) 反向击穿电压
• V(BR)CBO—发射极开路时的集电结反向击穿电压。
• V(BR) EBO—集电极开路时发射结的反向击穿电压。
• V(BR)CEO—基极开路时集电极和发射极间的
所以 = IC / IB = α IE /IE（1－α） = α /(1-α)
即为α与的关系
对NPN管，放大时 VC > VB > VE
对PNP管，放大时 VC < VB < VE
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11
二、 BJT的特性曲线
（以共射极放大电路为例）
1. 输入特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const
截止区： Je反偏，Jc反偏。
ic轴接近零的区域，
相当iB=0的曲线的下方。 此时， vBE小于死区电压。
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14
三、BJT的主要参数
1. 电流放大系数
(1)共发射极直流电流放大系数 =（IC－ICEO）/IB≈IC / IB vCE=const
(2) 共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const
B
RB
EB
C
N
P
IB
N
E IE
发射结正偏， 发射区电子 不断向基区 扩散，形成 发射极电流 IE。
Ec
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8
根据KCL
IE=IB+ ICIBຫໍສະໝຸດ BRB EBIC C
从基区扩散来的
IC N 电子漂移进入集
电结而被收集，
P 形成IC。Ec N
E IE
三极管能放大电流的必要条件：
发射结正偏，集电结反偏。
(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 (2) 当vCE≥1V时， vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状 态，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。
此时，曲线基本相同，为一般常用曲线。
vvCCEE == 00VV vCE 1V
iC
iB
c+ b
+ vCE
vBE e -
三极管的外形
三极管有两种类型：NPN 和 PNP 型。主要以 NPN
型为例进行讨论。
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2
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3
一、 BJT的结构、符号及放大条件
结构与分类 两个PN结、三个引脚，两种类型：NPN和PNP型。
NPN型 C 集电极
集电极 C PNP型
N
B
P
基极
N
集电结
P
B
N
基极
P
E 发射极
发射结
可编辑版
E
几个击穿电压有如下关系
反向击穿电压。
V(BR)CBO＞V(BR)CEO＞V(BR) EBO
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18
由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以 确定过损耗区、过电流区和击穿区。
输出特性曲线上的过损耗区和击穿区
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end
19
3.2 共射极放大电路
➢ 放大电路的基本概念
➢ 共射电路组成 ➢ 简单工作原理 ➢ 放大电路的静态和动态 ➢ 直流通路和交流通路
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20
一、 放大电路的基本概念
放大电路的作用：
将微弱的电信号放大到一定的数值去驱动负载，使之 正常工作。
放大电路的分类：
分类1：连接方式不同(组态不同）
共射极放大电路 共集电极放大电路 共基极放大电路
分类2：放大元件的个数不同
单级放大电路 多级放大电路
分类3：所放大的信号不同
直流放大电路
交流放大电可编路辑版
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15
三、BJT的主要参数
1. 电流放大系数
(3) 共基极直流电流放大系数
=（IC－ICBO）/IE≈IC/IE
(4) 共基极交流电流放大系数α
α=IC/IE VCB=const
当ICBO和ICEO很小时， ≈、 ≈，可以不
加区分。
可编辑版
16
三、BJT的主要参数
2. 极间反向电流
(1) 集电极基极间反向饱和电流ICBO
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9
根据KCL IE=IB+ IC
令 α= IC / IE 为共基极电流放大倍（系）数
α< 1 (0.9～0.99)
令 = IC / IB 为共射极电流放大倍(系)数
>> 1 (10～100)
一般放大电路采用30～80为宜，太小放 大作用差，太大性能不稳定。
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因为 IC = α IE IB = IE－IC = IE－α IE = IE（1－ α ）