晶体管及其基本放大电路-10
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晶体三极管及其放大电路
第3章 晶体三极管及其放大电路3.1 教学基本要求教 学 基 本 要 求主 要 知 识 点熟练掌握 正确理解 一般了解晶体管的结构及其工作原理√ 电流分配与放大作用√ 晶体管三极管 晶体管的工作状态、伏安特性及主要参数√ 放大电路的组成原则及工作原理√ 放大电路的主要技术指标、查阅电子器件相关数据资料 √ 图解法 √ 静态工作点估算法 √ 三极管放大电路的分析方法微变等效电路法√三种组态基本放大电路比较√静态工作点的选择与稳定、基本电路设计√耦合方式及直接耦合电路的特殊问题√ 多极放大电路 分析计算方法 √频率响应的基本概念 √三极管放大电路基础放大电路的频率响应频率响应的分析计算方法√3.2 重点和难点一、重点1．正确理解三极管的结构、电流分配、伏安特性和“放大”的实质。
2．三极管放大电路的图解法、小信号模型和放大电路的小信号模型分析方法。
3．放大电路中静态工作点的稳定问题。
二、难点1．正确理解NPN 和PNP 型三极管的组成及其工作原理。
2．三极管放大电路的小信号模型分析方法和工作点稳定问题。
3．基本放大电路的设计3.3 知识要点三极管的结构及类型 电流分配及电流放大作用 1．双极型三极管 共发射极特性、工作区域 主要参数“放大”的概念“放大”的概念及条件 三极管的内部条件外部条件 放大电路的组成、各元器件的作用2．共发射极放大电路 固定偏置共发射极放大电路的原理和工作波形 共发射极放大电路的三种工作状态与失真分析 分析方法与步骤静态分析3．共发射极放大电路的图解法动态分析失真与最大不失真输出电压三极管的小信号模型4．小信号模型分析法H参数的物理意义共发射极放大电路的小信号模型分析方法5．共发射极放大电路的工作点稳定问题6．共发射极、共基极和共集电极放大电路的特点阻容耦合方式直接耦合方式7．多级放大器变压器耦合方式光电耦合方式多级放大器的分析频率响应的基本概念RC低通电路的特性及波特图8．放大电路的频率响应RC高通电路的特性及波特图BJT的高频小信号混合π型模型单级阻容耦合放大电路的频率特性多级放大电路的频率特性3.4 主要内容3.4.1 晶体三极管3.4.1.1 晶体三极管的分类及结构晶体三极管通常简称为三极管，也称为晶体管和半导体三极管。
基本放大电路课件-PPT(精)精选全文完整版
15.3.1 微变等效电路法
1.晶体管的微变等效电路
晶体管的微变等效电路可从晶体管特性曲线求出。
(1)输入回路
当信号很小时，在静态工作点
附近的输入特性在小范围内可近
似线性化。
晶体管的 输入电阻
输入特性
对于小功率三极管：
晶体管的输入回路(B、E 之间) 可用rbe等效代替，即由rbe来确 定ube和i 之间的关系。
放大的实质：
用小能量的信号通过三极管的电流控制作用，将放 大电路中直流电源的能量转化成交流能量输出。
对放大电路的基本要求： 1.要有足够的放大倍数(电压、电流、功率)。 2.尽可能小的波形失真。 另外还有输入电阻、输出电阻、通频带等其它技术 指标。
15.1共发射极放大电路的组成
15.1.1 共发射极放大电路组成
15.1.3 共发射极放大电路的电压放大作用
RB C₁
十
Ucc
RC
C
lB lc 十₂
T
十 UCE
UBE
u₀
iE
u₀=0
UBE=UBE
ucE=UCE
无输入信号(u;=0) 时：
CE
ic
WBE
iB
BE
IB
Ic
UCE
0
to
0
tO
结论：
(1)无输入信号电压时，三极管各电极上都是恒定
的
电压和电流：Ip、UBE和
ri≈be
当Rg>>r 时 ，
5.放大电路输出电阻的计算
放大电路对负载(或对后级放大电路)来说，是
一个信号源，可以将它进行戴维宁等效，等效电
源的内阻即为放大电路的输出电阻。
输出电阻是
晶体管放大电路及组成原理
VCC
ui
RB
C1
RC C2
T
RL uo
VCC
RB
RC
IB
IC
UBE
T UCE
2.3 放大电路的静态分析
2.3.2 估算法在放大电路静态分析中的应用
由输入回路方程
RB
VCC=IBRB+UBE
得
IBQ
VCC
UBEQ RB
VCC
RC IC
IB
UBE
T UCE
式中，|UBEQ |凡硅管可取为0.7 V、锗管0.3 V。
VCC
RC
RB
C2
ui
C1Leabharlann B CT uCE RLuo
uB E
式中 VCC UCEQ ICQ RL
2.4 放大电路的动态分析
iC
VCC / RC M a
直流负载线
ICQ
交流负载线
式 uCE VCC iC RL
O
VCC UCEQ ICQ RL
1 / RL 1 / RC
Qo
b b P
直流负载线与晶体管输出特性曲 线的交点，即为放大电路的输出 回路的静态工作点Qo。
VCC
RB
RC
IB
IC
UBE
T UCE
iC
VCC / RC
M
ICQ
输出 特性 O 曲线
直流负载线
Qo
N
U CEQ
IBQ
uCE
VCC
2.3 放大电路的静态分析
【例】 放大电路如图所示，已
知 VCC=12V ， RB=360kW ，
根据输入信号的频率， 将电抗极小的大电容、 小电感短路， 电抗极大的小电容、 大电感开路， 而电抗不容忽略的电容、 电感保留， 且直流电源对地短路(因其内阻极小)， 便得交流 通路。
晶体三极管及其基本放大电路
22
2.4、三极管的主要参数
• 1、电流放大系数 • i)共射极电流放大系数
直流电流放大系数 IC
IB
交流电流放大系 数 Vic
Vib
h（ fe 高频）
一般工作电流不十分大的情况下,可认为
Ma Liming
Electronic Technique
23
ii)共基极电流放大系数
共基极直流电流放大系数
3
6
9
IB=0 12 vCE(V)
区时, 有:VB>VC Rb
+
－
UBB
Ma Liming
+ 对于PNP型三极管,工作在饱和区 UCC 时, 有:VB<VC<VE
－
Electronic Technique
13
例:如图，已知三极管工作在放大状态, 求:1).是NPN结构还是PNP结构?
Ma Liming
Electronic Technique
20
方法二：用万用表的 hFE档检测 值
1. 拨到 hFE挡。
2.将被测晶体管的三个引脚分别插入相应的插孔 中（TO-3封装的大功率管，可将其3个电极接 出3根引线，再插入插孔），三个引脚反过来 再插一次，读数大的为正确的引脚。
3.从表头或显示屏读出该管的电流放大系数。
N
b
c PV
Rb
eN
+
－
UBB
Ma Liming
+
UCC 对于PNP型三极管,工作在放大区 － 时, 有:VC<VB<VE
Electronic Technique
10
iC(mA ) 4 3
2 1
电子技术基础： 晶体管放大电路
二、性能分析 1、静态 2、动态
输入电压为零时， 电路输出电压会偏离 初始值，随时间作缓慢、
无规则地变动。
Vcc
三、电路特点
ui
uo
6.4 功率放大电路
6.4.1 功率放大电路的基本特点
一、输出功率足够大
输出足够大的信号电压、足够大的信号电流。
二、转换效率尽可能高
效率：交流输出功率与电源提供的直流功率之比。
6.2.4 稳定静态工作点的放大电路
1.温度对静态工作点的影响 T↑→ICBO↑,温度每升高10oC, ICBO↑一倍 T↑→UBE↓,温度每升高1oC, UBE↓2.5mv T↑→β↑,温度每升高1oC,β↑ 0.5%—1%
100℃ 27℃
0℃
温度扫描分析
6.2.4 稳定静态工作点的放大电路
2. 典型的稳定静态工作点电路 一、电路构成
三、非线性失真尽可能小
工作在大信号状态，难免带来非线性失真。
四、重视功率管的散热和保护
功率放大电路的分类 分类：
1、甲类状态：晶体管在整个信号周期内导通。
2、乙类状态：晶体管只在信号半个周期内导通。 3、甲乙类状态：晶体管导通时间略大于半个周期。
6.4.2 互补对称功率放大电路
1.互补对称乙类功放电路(OCL电路)
(1 )RL rbe (1 )RL
RL = Re // RL
输入电阻Ri
Ri
Ui Ii
Rb
// [rbe
(1 )RL ]
输出电阻Ro
Ro
Uo Io
Re
// (rbe
RS // Rb )
1
特点：Au略小于1；Uo与Ui同相；Ri大，Ro小; 有电流、功率放大作用。
输入电压为零时， 电路输出电压会偏离 初始值，随时间作缓慢、
无规则地变动。
Vcc
三、电路特点
ui
uo
6.4 功率放大电路
6.4.1 功率放大电路的基本特点
一、输出功率足够大
输出足够大的信号电压、足够大的信号电流。
二、转换效率尽可能高
效率：交流输出功率与电源提供的直流功率之比。
6.2.4 稳定静态工作点的放大电路
1.温度对静态工作点的影响 T↑→ICBO↑,温度每升高10oC, ICBO↑一倍 T↑→UBE↓,温度每升高1oC, UBE↓2.5mv T↑→β↑,温度每升高1oC,β↑ 0.5%—1%
100℃ 27℃
0℃
温度扫描分析
6.2.4 稳定静态工作点的放大电路
2. 典型的稳定静态工作点电路 一、电路构成
三、非线性失真尽可能小
工作在大信号状态，难免带来非线性失真。
四、重视功率管的散热和保护
功率放大电路的分类 分类：
1、甲类状态：晶体管在整个信号周期内导通。
2、乙类状态：晶体管只在信号半个周期内导通。 3、甲乙类状态：晶体管导通时间略大于半个周期。
6.4.2 互补对称功率放大电路
1.互补对称乙类功放电路(OCL电路)
(1 )RL rbe (1 )RL
RL = Re // RL
输入电阻Ri
Ri
Ui Ii
Rb
// [rbe
(1 )RL ]
输出电阻Ro
Ro
Uo Io
Re
// (rbe
RS // Rb )
1
特点：Au略小于1；Uo与Ui同相；Ri大，Ro小; 有电流、功率放大作用。
晶体管放大电路的三种接法(10)
10
四、三种接法的组合形式
• 为使单级放大电路具有多方面的优良性能，有时 采用组合接法。例如：
– 共集－共基形式：输入电阻高、电压放大倍数较大、 频带宽
– 共集－共射形式：输入电阻高、电压放大倍数较大
具有什么特 点？是为了增 强电压放大能 力吗？
增强电流放大能力
2021/4/9
11
讨论一
图示电路为哪种基本接法的放大电路？它们的静态工作 点有可能稳定吗？求解静态工作点、电压放大倍数、输入 电阻和输出电阻的表达式。
令Us为零，保留Rs，在输出端加Uo，得：
U o
Ro
Uo Io
Uo I Re Ie
Uo
Uo (1 ) Uo
Re
Rb rbe
Ro与信号源内阻有关！
Re
∥
Rb rbe
1
3. 特点
输入电阻大，输出电阻小；只放大电流，不放大电压； 在一定条件下有电压跟随作用！
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6
二、基本共基放大电路
IC IB
VCE VCC R4 IC Re Ie
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14
动态分析
.
.
.
Au
U0
.
Ui
U
01
.
U
02
Ui
RRc i Re (1 )Ib rbe Re (1 )
Ri rbe (1 ) Re//Rb Rb
U 01 - Rc I 0 U 02 I 0 Re
b
c IC
1、Rb取得很小时，有可能
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Re
2、R3取得很大时，有可能
12
(1) 静态工作点
I BQ
晶体三极管及其基本放大电路
共基极交流电流放大系数
ic ie
一般可认为
h fe h fe 1
24
Ma Liming
1
Electronic Technique
2、极间反向电流 ICBO为发射极开路时,集电极和基极之间的反向 饱和电流,室温下小功率硅管的ICBO小于1μA，锗管 约为几微安到几十微安。
26
2.5、放大电路基础
2.5.1、放大电路的组成 信 号 源 放大电路
负 载
直流电源 放大电路电路结构示意图 信号输入 第一级 第二级 多级放大电路
Ma Liming Electronic Technique 27
第三级
信号输出
2.5.2、放大的概念
电子学中放大的目的是将微弱的变化信号放 大成较大的信号。即用能量较小的输入信号控制 另一个能源，从而使输出端的负载上得到能量较
20A IB=0 12 vCE(V)
b Rb + － UBB
Ma Liming
c V e
+ UCC －
对于PNP型三极管,工作在饱和区 时, 有:VB<VC<VE
Electronic Technique 13
例:如图，已知三极管工作在放大状态, 求:1).是NPN结构还是PNP结构? 2).是Si还是Ge材料? 3).X ,Y ,Z分别对应 什么电极？
方法三：从外观上 半球型的三极管管脚识别方法：平面对着自己，
引脚朝下，从左至右依次是E、B 、C。
常用的三极管9011～9018系列为高频小功率 管，除9012和9015为PNP型管外，其余均为NPN
型管。
Ma Liming
Electronic Technique
基本放大电路
IB
IC
IB
Q
IC
UBE
UBE
Q IB
UCE
UCE
直流负载线
VCC
UCE=VCC–ICRC
IC
RC
静态IC
Q IB
UCE
静态UCE VCC
由估算法求出IB， IB对应的输出特
性与直流负载 线的交点就是 工作点Q
三、电路参数对静态工作点的影响
1. 改变 RB，其他参数不变
iB
iC
VBB
R B iB Q 趋近截止区；
晶体管放大电路的组成 及其工作原理
共射基本放大电路的组成 及其工作原理
共射基本放大电路的组成及其工作原理
一．放大原理
三极管工作在放大区：
发射结正偏，
集电结反偏。
放大原理：
VBB
UI
•
Ui
→△UBE
→△IB →△IC（b△IB
）
•
→△UCE（-△IC×Rc）→ Uo
电压放大倍数：
•
•
Au =
Uo
•
当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极 管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可 以把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电 路来处理。
小信号模型如下：
iB b
c iC
vBE
vCE
e
BJT双口
网络
• b ib 是受控源 ，且为电流
控制电流源(CCCS)。
(RL= RC // RL)
选择工作点的原则： 当 ui 较小时，为减少功耗和噪声,“Q”可设得 低一些；
为提高电压放大倍数，“Q”可以设得高一些；
为获得最大输出，“Q” 可设在交流负载线中点。
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模 拟电子技术
[例2] = 100，uS = 10sin t (mV)，求叠加在
“Q” 点上的各交流量。
iC
C2
470 k
+
C1 510
RS + uS –
iB
R+B
+ uBE
–VBB –
2.7 k
uCE
VCC
12 V RC
+ RL
–
12 V
+
3.6 k
uo
模 拟电子技术
[解] 令 ui = 0，求静态电流 IBQ
•
•
Ii
Ib
R L
RC
// R L
•
Ui
Rb
rbe
Au
RL rbe
•
Ic
•
RL •
IB
U o
RC
负载电阻越小，放大倍数越小。
模 拟电子技术
2. 输入电阻的计算
根据输入电阻的定义：•
•
•
Ii
Ib
Ri
U
•
i
Ii
r R •
U i
b
be
R b //rbe rbe
•
Ic
•
RL •
IB
U o
RC
电路的输入电阻越大，从信号源取 得的电流越小，因此一般总是希望得到 较大的的输入电阻。
ib
u be r be
5.5sin t (A)
ic
ib
0.55sin t (mA )
uce uo ic (RC // RL ) 0.85sin t (V)
⑤ 分析各极总电量
uBE = (0.7 + 0.0072sint )V iB = (24 + 5.5sint) A iC = ( 2.4 + 0.55sint ) mA uCE = ( 5.5 – 0.85sint ) V
① 求“Q”，计算 rbe
IBQ
12 0.7 470
0.024
(mA)
ICQ = IBQ = 2.4 mA
UCEQ = 12 2.4 2.7 = 5.5 (V)
r be
200 (1
)
26 I EQ
200 26 1 283 ()
0.024
模 拟电子技术
② 交流通路
C1
RS + uS –
模 [例1]
拟电子技术
求：1. 静态工作点。
2.电压增益AU、 输入电阻Ri、 输出电阻R0 。
模 拟电子技术 3. 若输出电压的波形出现如 下失真 ，是截止还是饱和失
真？应调节哪个元件？如何调节？
Ic
解：1.
VCE
模 拟电子技术
2. 思路：微变等效电路 AU、Ri 、R0
模 拟电子技术
模 拟电子技术
•
•
Au
U0
•
Ui
RL'
rbe
43 (3.9 // 6.2) 103 0.945
Ri Rb // rbe 470 // 0.945 0.945(k)
R0 RC
模 拟电子技术
判断非线性失真
(1)是截止还是饱和失真？ (2)应调节哪个元件？如何调节？
答:饱和失真.由于工作点太高而引起的,所以应减小IB,根据 前面的计算可知,增大Rb即可实现.
模 拟电子技术
深度拓展
固定偏置共射放大电路
1.固定偏置共射放大电路的电压放大倍数Au 是否与β成正比？ 2.固定偏置放大电路中，为什么说当β一定时， 通过IE来提高共射极放大电路的电压放大倍数 是有限制的？试从IC和rbe两方面说明。
3.固定偏置放大电路中能否通过增大RC来提高共 射放大电路的电压放大倍数？假设IB不变，RC过 大时对放大电路的性能有何影响？
可以增大输入电阻，Ri越大，Ui 越接近于 Us Aus 也越接近于 Au
。
模 拟电子技术
晶体管放大电路动态分析步骤 ① 分析直流电路，求出“Q”，计算 rbe。 ② 画电路的交流通路 。
③ 在交流通路上把三极管画成 H 参数模型。 ④ 分析计算电压放大倍数,输入,输出电阻及各 极交流量。
⑤ 分析计算叠加在“Q”点上的各极交流量。
模 拟电子技术
2.6.2 共发射极放大电路的分析
1. 共发射极放大电路的静态分析
共
射
极
放
大
电
ui
uo
路
模 拟电子技术
2. 共发射极放大电路的动态分析
•
Ii
画微变等效电路
•
•
Ib
Ic
•
U i Rb rbe
•
RL •
IBU oຫໍສະໝຸດ RC模 拟电子技术
1.电压放大倍数的计算
••
U i I b rbe
•
•
Uo Ib RL
模 拟电子技术
图解法、微变等效电路法比较
(1) 图解法，精度低，繁琐，适合大信号的场合。 其要点是：首先确定静态工作点Q，然后根据电 路的特点，做出直流负载线，进而画出交流负载 线，最后，画出各极电流电压的波形。求出最大 不失真输出电压。
模 拟电子技术
(2) 微变等效电路法。 ① 首先用直流通路分析静态工作点Q。 ② 画出交流通路，用晶体管的微变模型代 替交流通路中的晶体管，得到放大电路的 微变等效电路。 ③ 通过微变等效电路求解动态性能指标： 放大倍数、输入电阻和输出电阻。
iC
C2
+
iB
R+B
+ uBE
–VBB –
uCE uVbCeC
RCuce + RL
–
+ uo
③ 小信号等效电路
RS
+
R
us– B
ib
ic
+B
C
+
ube rbe
RL uo
E ic RC
模 拟电子技术
④ 分析各极交流量
u be
uS ( RB // rbe ) RS RB // rbe
7.2sint (mV)
模 拟电子技术
3.输出电阻的计算 根据定义
0
0
.
•
•
Ro
=
Uo
.
RL ,
US 0
Ii
Ib
Io
用加压求 流法求输 出电阻：
Rb
rbe
•
•
Ic
Io
•
Ib
•
Uo
RC
•
所以： R o
Uo
•
Rc
Io
模 拟电子技术
4.源电压放大倍数
由 Aus的定义
Aus
U o Us
Ri Ri RS
Au
Aus 总是小于 Au ，为了提高 Aus