晶体管及其基本放大电路-13
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。
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
基本放大电路习题(含答案)
基本放大电路习题（含答案）一、选择题A.共射放大电路B.共基放大电路C.共集放大电路D.不能确定2在由NPN晶体管组成的基本共射放大电路中，当输入信号为1kHz,5mV的正弦电压时，输出电压波形出现了底部削平的失真，这种失真是A.饱和失真B.截止失真C.交越失真D.频率失真3晶体三极管的关系式iE=f(uEB)|uCB代表三极管的A.共射极输入特性B.共射极输出特性C.共基极输入特性D.共基极输出特性4在由PNP晶体管组成的基本共射放大电路中，当输入信号为1kHz,5mV的正弦电压时，输出电压波形出现了顶部削平的失真，这种失真是A．饱和失真B.截止失真C.交越失真D.频率失真5对于基本共射放大电路，试判断某一参数变化时放大电路动态性能的变化情况(A.增大，B.减小，C.不变)，选择正确的答案填入空格。
1).Rb减小时，输入电阻Ri2).Rb增大时，输出电阻Ro3).信号源内阻R增大时，输入电阻Ri4).负载电阻RL增大时，电压放大倍数|Au||Uo|U5).负载电阻RL减小时，输出电阻Ro6.有两个放大倍数相同、输入和输出电阻不同的放大电路A和B，对同一个具有内阻的信号源电压进行放大。
在负载开路的条件下测得A的输出电压小。
这说明A的A.输入电阻大B.输入电阻小C.输出电阻大D.输出电阻小7．三极管的穿透电流ICEO是集-基反向饱和电流的倍.A.aB.1+βC.β8．如图1所示的电路中的三极管为硅管，β=50，通过估算,可判断电路工作在______区。
如图2所示的电路中的三极管为硅管，β=50，通过估算,可判断电路工作在______区。
如图3所示的电路中的三极管为硅管，β=50，通过估算,可判断电路工作在______区。
A.放大区B.饱和区C.截止区图1图2图3图49如图4所示放大电路中，①若Rb=100kΩ，Rc=1.5kΩ，三极管的β=80，在静态时，该三极管处于_________；A.放大状态B.饱和状态C.截止状态D.倒置工作状态②集电极电阻Rc的作用是_________；A.放大电流B.调节IBQC.防止输出信号交流对地短路，把放大了的电流转换成电压D.调节ICQ③用直流电压表测得VCE≈VCC，可能是因为______；A.Rb开路B.RL短路C.Rc开路D.Rb过小④若VCC≈12V,Rc＝2kΩ,IC计算值为1mA，用直流电压表测得VCE＝8V，这说明_______；A.工作正常B.三极管c－e极间开路C.三极管b－e极间开路D.电容C2短路⑤当Rc、Rb的参数分别为_________时，该电路的静态工作点处在放大区，β=100；A.5.6kΩ,10kΩB.5.6kΩ,510kΩC.5.6kΩ,1MΩD.100kΩ,1MΩ⑥若仅当Rb增加时，VCEQ将______；若仅当Rc减小时，VCEQ将______；若仅当RL增加时，VCEQ将_____；若仅当β减小（换三极管）时，VCEQ将_____。
三极管及放大电路基础
IC(mA ) 4
3
2
1 36
截止区
100A 80A
IB= 60A 40A 20A 0 9 12 VCE(V)
IC RC
IB B C
VCE
RB
VBE EB
E IE
EC
（1-13）
特点:VBE＜死区电压, IB≤0≈0, IC ≤ICEO≈ 0,VCE ≈EC
这时三极管C 、 E端相当于: 一个断开的开关。
过大，温升过高会烧坏三极管。所以要求：
PC =IC VCE≤PCM 6.集-射极反向击穿电压V(BR)CEO ——基极开路时，集电极与发射极之间允许的最大反向 电压。
（1-22）
由三个极限参数可画出三极管的安全工作区
IC ICM
ICVCE=PCM
安全工作区
O
V(BR)CEO
VCE
（1-23）
八、晶体管参数与温度的关系
IC RC
IB B
C VCE
RB
VBE EB
E IE
EC
如何判断是否截止？
若：VBE ≤0(死区电压)
或 VC＞VE ＞VB 三极管可靠截止
IC
VCE
C RC
E
EC
（1-14）
(3) 放大区：IC=IB区域 , 发射结e正偏，集电结c反偏 特点: IC=IB , 且 IC = IB , VCE＝EC－IC RC
（1-29）
三极管在电路中的应用
1、放大电路 对三极管放大电路的分析，包括静态分 析和动态分析两部分。 也就是直流方面的分析和交流方面的分 析 直流方面的分析主要是判断三极管是否 有合适的直流工作条件 交流方面的分析主要是判断放大电路是 否能够正常的放大信号。
第四章 场效应晶体管及其放大电路
ID
IDSS(1源自U GS U GS(off)
)
2
3. 结型场效应管
结型场效应管的特性和耗尽型绝 缘栅场效应管类似。图4-7 a)、 b) 分别为Ｎ沟道和Ｐ沟道的结型场效 应管图形符号。
图4-7
使用结型场效应管时，应使栅极与源极间加反偏电压，漏 极与源极间加正向电压。对于Ｎ沟道的管子来说，栅源电压应 为负值，漏源电压为正值。
图4-1
（1）工作原理
增强型MOS管的源区(N+)、衬底(P型)和漏区(N+)三者之 间形成了两个背靠背的PN+结，漏区和源区被P型衬底隔开。
当栅-源之间的电压 uGS 0时，不管漏源之间的电源VDD 极 性如何，总有一个PN+结反向偏置，此时反向电阻很高，不能 形成导电通道。
若栅极悬空，即使漏源之间加上电压 uDS，也不会产生漏 极电流 iD ，MOS管处于截止状态。
2) 输出特性曲线 I D f (U DS ) UGS常数
图4-4b)是N沟道增强型MOS管的输出特性曲线，输出特性曲 线可分为下列几个区域。
① 可变电阻区
uDS很小时，可不考虑 uDS 对沟道的影响。于是 uGS一 定时，沟道电阻也一定， 故 iD 与 uDS 之间基本上是 线性关系。
uGS 越大，沟道电阻越
的变化而变化，iD 已趋于饱和， 具有恒流性质。所以这个区域 又称饱和区。
③ 截止区
uGS UGS(th)时以下的区域。
（夹断区）
当uDS增大一定值以后，漏源之间会发生击穿，漏极电流 iD急剧增大。
2. N沟道耗尽型绝缘栅场效应管的结构
上述的增强型绝缘栅场效应管只有当 uGS U GS(th) 时才能形成导电沟道，如果在制造时就使它具有一个原始 导电沟道，这种绝缘栅场效应管称为耗尽型。
13 MOS管讲解
沟道最宽
沟道变窄
沟道消失 称为夹断
uGS可以控制导电沟道的宽度，为什么g-s必须加负电压？
夹断电压为负
漏-源电压对漏极电流的影响
uGD >UGS（off）
uGD ＝UGS（off ）
预夹断
uGD <UGS（off）
uGS ＞UGS （off）且不变，VDD增大，iD增大
。
VDD的增大，几乎全部用来克服沟道的 电阻，iD 几乎不变，进入恒流区， iD 几乎 仅仅决定于uGS 。
（铝栅的ΦMS为-0.3V，硅栅为+0.8V。所以硅栅NMOS器件相 对于铝栅NMOS器件容易获得增强型器件）
Vgs<Vtn 晶体管截止
没有形成反型层，即源和漏之间无导电沟道 。
S
Vds
D
G
Vgs< Vtn
P-Si 衬底
无导电沟道
Vgs? Vtn， 源漏电流随源漏电压Vds变化
设Vgs 保持不变。
阈值电压VT是MOS晶体管的一个重要的电参数，也是在制造工 艺中的重要控制参数。VT的大小以及一致性对电路乃至 集成系统 的性能具有决定性的影响。 影响MOS晶的阈值电压VT 的因素:
介质的二氧化硅(栅氧化层)中的电荷以及电荷的性质； 衬底的掺杂浓度; 栅氧化层厚度tOX；栅材料与硅衬底的功函数 差。
沟道上的电压降（Vgs-Vtn）基本保持不变，由于沟道电阻 Rc 正比于沟道长度L，而Leff=L-? L变化不大，Rc基本不变。所以， Ids=(Vgs-Vtn)/Rc 不变，即电流Ids基本保持不变，出现恒流现象。
S
Vds> Vgs-Vtn D
Vgs> Vtn G
P-Si 衬底
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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共发射极放大电路
固定偏置放大电路
射极偏置放大电路
不能稳定静态工作点
能稳定静态工作点
动态性能指标有以下特点:
(1) Au 1, uo与ui反相
(2) Ri不够大 (Ri≈rbe) (3) RO比较大 (RO ≈ RC)
Ai
模 拟电子技术
2.8 共集电极放大电路
2.8.1共集电极放大电路(射极输出器、射极跟随器)
电路图
微变等效电路
模 拟电子技术
1. 自举式射极输出器的静态分析 由直流通路可以得到
RB RB3 RB1 // RB2
VBB
RB2 RB1 RB2
VCC
输入回路满足方程：
VBB I BQRB U BEQ I EQRE
可求出
模 拟电子技术
I BQ
VBB U BEQ RB (1 β)RE
0.98
Ri = 300//(1.18 +121×0.5 ) = 51.2 (k)
Ro
RE
//
(rbe RS )
1
18 ()
模 拟电子技术
2.8.2 自举式射极输出器
(1)问题的提出：提高 Ri 的电路 (2)电路组成及特点
!Ri是动态性能指标
RB C1
IBQ
+ RS +u+Ii EQ
us – RE
VT
IBQ
C +E
C2 +
RB3 B +
VT IEQ
+
RB2
RE
RL U·o
-
UB
RE
B′
IBQ
RB +
VBB -
B+
UB
B′
+VCC ICQ
VT IEQ RE
电路图
直流通路
加入C3后,不影响静态工作点
等效直流通路
模 拟电子技术
100 k C1
+
RS RB3
+100 k – 10u0sk
+VCC
RB1
= 50
C3
C2
+ ++
RB2
RE 10 kபைடு நூலகம்
uo
–
ii
+ RB3 ui RB
ib rbe
RE
ic
ib
+ uo
无 C3、RB3： Ri = (RB1 // RB2) // [rbe + (1 + ) RE]
Ri = 50 // 510 = 45 (k)
无 C3 有 RB3 ：Ri = (RB3 + RB1 // RB2) // [rbe + (1+ )RE]
求：“Q ”，Au，Ri，Ro。
[解] 1)求 “Q”
IBQ = (VCC – UBE) / [RB + (1+ ) RE]
RB C1
IBQ
= (12 – 0.7) / [300 +121 1] 27 (A)
+ RS +u+Ii EQ
IEQ I BQ = 3.2 (mA)
– us – RE
一、电路组成与电路特点
R IBQ
C1
B
+
–
RuS+s u+–IiERQ E
+VCC
C2 +
+
RL
uo
–
特点:
(1)被放大的交流信号从基极输入; (2)放大后的信号从发射极输出.
模 拟电子技术
二. 静态分析
IBQ RB C1
+ RS +u+Ii EQ us – RE
–
+VCC
+ C2 + RL uo
u u 大电路组的态输R里E出最//电(小rb阻1e的是.R三S )种
RE (rbe RS ) /(1 )
模 拟电子技术
射极输出器特点
Au 1 输入输出同相 Ri 高 (优点) Ro 低 (优点)
模 拟电子技术
四、用途
输入级:利用共集放大电路输入电阻高的特点.
输出级:利用共集放大电路输出电阻低的特点.
+VCC
+ C2 + RL uo
–
UCEQ = VCC – ICQ RE = 12 – 3.2 1 = 8.8 (V)
模 拟电子技术
2)求 Au，Ri，Ro
rbe = 200 + 26 / 0.027 RL= 1 // 1 = 0.5 (k) 1.18 (k)
Au
(1 )RL rbe (1 )RL
–
+VCC
+ C2 + RL uo
–
Ri RB // [rbe (1 )RL ]
RB大了，工作点不合适
Ri RB1 RB2 // [rbe (1 )RL ]
Ri更小了
模 拟电子技术
微变等效电路
RB RB3 RB1 // RB2
电路图
直流通路
其中 RB RB3 RB1 // RB2
–
IBQ RB
+ IEQ
ICQ +VCC UCEQ
RE
IBQ = (VCC – UBEQ) / [RB +(1+ ) RE]
ICQ = I BQ
UCEQ = VCC – ICQ RE
模 拟电子技术
三. 动态分析
IBQ RB C1
+ RS +u+Ii EQ us – RE
–
+VCC
C2
+
+
RL uo
等效直流通路
RB3也不能太大！
模 拟电
加入C3
C1
+
RS RB3
+
– us
子技
RB1
术
+VCC
C3
C2
+ ++
RB2 RE
uo
–
动态时，由于RB3两 端的电压几乎相等， 因而流过RB3的电流 很小，因此输入电阻 可以提高！！！
自举电路
RB1
C1 +
B
+
RB3
U·i
A
RB2
-
+VCC
+VCC
RB1
ICQ
ii ib
ic
R
+s us
rbe RB
RE
ib
+ RL uo
R
s
us = 0
rbe RB
RE
i
ib
+
iRE
u
Ro
u i
u S
RL
0
RS = Rs // RB
i
R=OiRE
–RiEb
–
//
rbeib 1
RS'
u RE
(与电1 共阻 射小)放.实rbe大际u电上R路S共 相集比电,极输放出
u Ro i u
–
ii ib
ii ib + Rs RB
ic
R
+s us
rbe RB
RE
ib
+ RL uo
小信号等效电路
ic +
RE RLuo
模 拟电子技术
1.电压放大倍数
Au
uo ui
（1 ）ib RE // RL ibrbe (1 )ib RE // RL
(1 )RL rbe (1 )RL
中间隔离级: 利用共集放大电路输入电阻高,输出电阻低的特点.
驱动级:利用放大电路具有的电流放大作用的特点.
作为输入级的示意图
作为输出级的示意图
模 拟电子技术
五、例 子
=120，RB = 300 k，rbb= 200 ，
UBEQ = 0.7 V, RE = RL = Rs = 1 k，VCC = 12V。
I CQ βI BQ
UCEQ VCC ICQ RE
2. 自举式射极输出器的动态分析
(1) 放大倍数
A u
U o U i
(1 β)RL r be(1 β)RL
(2) 输入电阻
模 拟电子技术
根RB据3//r输be入的电电阻流的Ii定义计算Ri，首先计算流过并联电阻
Ii
Ui Uo RB3 // rbe
Ui (1 Au ) RB3 // rbe
Ri
Ui Ii
RB3 // rbe 1 Au
A
RB2
-
+VCC
VT
C +E
RE
C2 +
+ RL U·o
-
I·i
RB1 +
RB3IBQ
U·i
RB2
RB3 B +
UB
RB1
-
-
Ri B′
II·CbQ+VCbC
c
rbe
VT IEQ
RB2 RE
IβBIQ·b
B+
e
RB
RE VBB + RL
-
U+B U·o --
c B′
+VCC ICQ
VT IEQ RE
1
Au<1但接近于1 电流被放大了近似(1+β)倍
2.输入电阻
Ri
ui ii
ui
ui ui
RB rbe (1 )RL
RB // [rbe (1 )RL ]