第6章 晶体管及基本放大电路

第6章 晶体管及放大电路
基本内容 –半导体晶体管 –共射极基本放大电路 –放大电路的基本分析方法 – 放大电路的频率特性
1
6.1
要求:
半导体晶体管
• 理解晶体管的放大原理 • 掌握晶体管的三个状态特点 • 掌握组成放大电路的外部条件 • 掌握晶体管的电流关系
2
一. 基本结构与分类
1. 内部结构 符号
IC ↑
16
6. 2
共射极基本放大电路
基本要求:
• 理解组成基本放大电路各元件的作用 • 掌握放大电路组成原则 • 掌握直流通路和交流通路的画法
17
一. 放大电路的组成
18
1. 各元件的作用 T : 放大元件，在线性区。 UCC :作为放大电路直流工作 电源：与RC一起保证集电结 反向偏置。 RB ：基极偏置电阻，与UCC共同提供适当的基极电流 IB（偏流），以使放大电路获得合适的工作点。 C1、C2 ：用以耦合交流，隔断直流，通常称为耦合 电容器。 RC ：为集电极负载电阻，将集电极电流的变化变换 为电压UCE的变化，以实现电压放大。
U CC U BE IB RB
12 0.7 A 40 A 3 280 10
IC=βIB=50×0.04=2mA
UCE=UCC-IC RC =12 - 2×3=6V
25
例2：判断图中各晶体管的工作状态（饱和，放大， 截止）。设所有的二极管和晶体管均为硅管， β＝40。
解：
（a） 截止 , （b） 饱和 , （c） 放大 ,
Au的特点：UO与Ui的相位相反；｜Au｜>1。
34
2）输入电阻ri
Ui Ii Ib RB Ui Ui RB rbe Ui ri RB // rbe I
i
Ui rbe r Ib
• 当RB >> rbe 时，ri≈ r be
35
讨论： • 当信号源为电压源时，若ri 很小，则有: • 1） 将从信号源取用较大的电流，从而增加信号
•
• •
• •
源的负担； 2） 经过信号源内阻Rs和ri 的分压，使实际加到放 大电路的输入电压ui 减小，从而减小输出电压； 3） 后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电 路的负载电阻，从而将会降低前级放大电路的电 压放大倍数。 结论：希望放大电路的输入电阻ri 大。 电流放大时，希望ri要低。 功率放大时，希望ri=rs 。
6
晶体管共射极接法的放大电路图
7
1. 载流子运动规律
(a)
载流子运动
(b)
电流分配
8
2. 电流关系
1）据KCL 定律有：
I E I B IC
2）共射极晶体管的电流放大倍数：
ic I △I B ib
△ C
IC I B
I E (1 ) I B
晶体管的电流关系体现了电流放大作用，故 称晶体管为电流控制型元件。因电流中有两种载流 子的运动，所以又称为双极型晶体管。
26
6. 4
放大电路的动态分析
• 动态：当放大电路的输入信号ui ≠0 时
的工作状态。 • 任务：分析信号（交流分量）的传输 情况 ，掌握放大倍数 A u 、 输入电阻 ri 和输出电阻ro的计算方法。 • 方法：微变等效电路法、图解法。
27
一. 微变等效电路
• 表述：把非线性元件晶体管所组成的放大电路
40
6.5
射极偏置放大电路
• 射极偏置放大电路为稳定静态工作点而设置。 • 温度对静态工作点的影响主要表现在晶体管的参
数(β 、 ICBO、 uBE )上，若静态工作点与晶体管 的参数基本无关，静态工作就能稳定。
• 如果T ↑ →IC ↑ 时，若使IB ↓，就能使IC ↓,Q
点基本不变，所以从IB着手。
注：当UCE ＞ U(BR)CEO 时，晶体管会被击穿。
4．集电极最大允许功率损耗 PCM PCM允许在集电极上消耗功率的最大值。
15
六. 温度对参数的影响
一般温度对所有参数都影响，但影响最 显著的是 ： 1. ICBO集电极与基极间的反向饱和电流 T ↑ (10°C ) → ICBO ↑ （约一倍）； 2. β ：T ↑(1°C ) → β↑( 1 % ); 3. UBE : T ↑ (1°C ) → UBE↑ ( 约2mV）。
•在放大区工作时，常有 β≈ β
I β △IB
△ C
U CE 常数
ic ib
U CE 常数
14
2 . 集电极最大允许电流 ICM 集电极电流 IC 超过一定值时，晶体管的β值 要下降。当β 值下降到正常数值的三分之二时的 集电极电流 IC ，称为集电极最大允许电流 ICM 。
3．集—射极反向击穿电压 U(BR)CEO IB= 0时，加在集电极和发射极之间的最大 允许电压，称为集—射极反向。当晶体管的集— 射极电压 U(BR)CEO 。
• 任务：
掌握Q点估算的方法。
23
解析法确定Q点 • 根据直流通路计算，
UBE、β为已知。
IC=ß B I UC=UCC - ICRC
• 硅管 UBE=0.6V～0.7V， • 锗管 UBE=0.1V～0.2V，
直流通路
24
例1. 在图所示的放大电路中，已知UCC＝12V，RC＝ 3kΩ，RB＝280kΩ ，β=50。求静态值。
21
二. 直流通路和交流通路
直流通路（C开路） 直流分析：IB、IC、UCE
交流通路 （ C短路，UCC对地短路。） 交流分析：Aus、ri、ro
22
6. 3
放大电路的静态（直流）分析
• 内容：
放大电路的直流分析是指：当ui=0，为保证 晶体管工作在放大区，确定放大电路的直流 值（静态值），即I B 、 I C 、UCE ，又称静态 工作点，简称Q点， Q点可通过公式估算或通 过作图求出 。
IB
IC
IB
IC
IB
（共发射极） （共集电射极） （共基射极）
5
三. 晶体管的放大作用 • （一）三个区的特点 • 1) 发射区是掺杂质比集电区掺杂 多的 N型半导体，电子浓度很大； T 放大作 • 2） 基区很薄，为掺杂质很少的 P 用的内部 型半导体。 条件 • 3） 集电极面积大，保证尽可能收 集到发射区发射的电子。 • （二）载流子运动规律及电流分配关系 • 当一个 NPN 型的晶体管接成共射极接法的 放大电路时： • 发射结正向偏置 T 放大作用 的外部条件 • 集电结反向偏置
•若只考虑交流信号，由交
流通路有：
•ic= -1/RL’×uce，RL′=RC
//RL称为交流负载。
基本放大器交流通路
• iC= -1/RL′(UCE- uCE )+ ICQ称为交流负载线，其
特点：斜率为-1/RL′，过静态工作点Q。
39
动态图解分析过程
①
②
④ ③
②将交流负载 ① 根据输入 ③根据iB在 画于输出特性 信号i，在输 u U om Au 输出特性上 上，根据iu在 入特性上绘出 U im 的变化求 BCE 输出特性上的 的iB 波形; 变化求iC
• b) 当IB 为常数时， UCE
的变化量△UCE 与 I C 的变化量△ IC 之比， 称为晶体管的输出电阻 r ce ，在Q点附近， r ce 为常数，即受控电流源 内阻
U CE rce I C
uce I B 常数 ic
I B 常gt; R c
U CE RCE IC b) 动态电阻
U CE rce I C

rce>>RCE
13
五.主要参数
1．电流放大系数 1）共射极直流电流放大系数β I 在静态(无输入信号)时 β C IB 称为共射极直流放大系数。 2）交流电流放大系数β 集电极电流的变化量△IC 与基极电流的变 化量△IB 的比值。
31
2. 放大电路的微变等效电路
• 表述：将放大电路交流通路中的晶体管变换为
微变等效电路就构成放大电路的微变等效电路
32
二. 放大电路的基本性能指标
1.电压放大倍数
放大电路的输出电压与输入电压幅值或有 效值之比，称为放大电路的电压放大倍数。
表达式： 2. 输入电阻ri
Ui ri Ii
Uo Au Ui
B=常数
1）三个基本区 (1)放大区(UCE ＞UBE ≥ （0.7或0.3）) ; (2)截止区 ( IB ≤ 0 ，UBE ≤ 0 , UCE ＞ 0) ; (3)饱和区（ UCE ＜ UBE )。
11
3.晶体管特性曲线
3DG6的输入特性
3DG6的输出特性
12
4.晶体管输出回路电阻 a) 静态电阻
9
四. 特性曲线
1. 输入特性曲线
• 集一射极电压 UCE 为常数时，
输入电路(基极电路)中基极电
流 IB 与基—射极电压UBE 之间
的关系曲线，即 IB=f (UBE)| U
CE=常数
3DG6的输入特性
10
2. 输出特性曲线 • 当基极电流 IB 为常数时，输出电路(集电
极电路)中集电极电流 IC 与集一射极电压 UCE 之间的关系曲线，即 IC=f (UCE)| I
Uo Aus Us Ui Uo U U
s i
Rs Us +
Ui Au U
s
ri Au Rs ri
考虑信号源内阻，放大倍数将下降。
38
四.图解分析法 •由于 ui ≠ 0 ，整个放大电
路既有直流信号，又有交 流信号，即 iB=IBQ+ib、 iC=ICQ+ic 、uCE=UCEQ+uce。