第5章--晶体三极管及其基本放大电路(新使用)

电路与模拟电子技术基础第5章晶体三极管及其基本放大电路电路与模拟电子技术基础5.1晶体三极管几种常见晶体管的外形电路与模拟电子技术基础5.1.1晶体管的结构及其类型晶体管的结构电路与模拟电子技术基础晶体管的结构示意图和表示符号电路与模拟电子技术基础晶体管的种类按结构工艺分类，有NPN和PNP型；按制造材料分类，有锗管和硅管；按照工作频率分类，有低频管和高频管；按照容许耗散功率大小分类，有小功率管和大功率管。电路与模拟电子技术基础5.1.2晶体管的电流分配与放大作用NPN型晶体管的电流关系电路与模拟电子技术基础三极管内部载流子的传输过程1)发射区向基区扩散多子电子，形成发射极电流IE。IE少数与空穴复合，形成IB。基区空穴来源基极电源提供(IB)集电区少子漂移(ICBO)IB3)集电区收集扩散过来的载流子形成集电极电流ICIC2)电子到达基区后(漂移电流因载流子浓度低而忽略)第2章半导体三极管三极管内载流子运动电路与模拟电子技术基础三极管的电流分配关系当管子制成后，发射区载流子浓度、基区宽度、集电结面积等确定，故电流的比例关系确定，即：BCEIIIBCIIBE)1(II第2章半导体三极管CBII近似有流放大倍数称为晶体管共射状态直电路与模拟电子技术基础【例】一个处于放大状态的晶体管发射极电流为12.1mA，集电极电流为12.0mA，晶体管的是多少？解求基极电流BEC12.112.00.1(mA)IIICB12(mA)1200.1(mA)II电路与模拟电子技术基础5.1.3晶体管的共射特性曲线共发射极放大电路电路与模拟电子技术基础图1.3.5晶体管的输入特性曲线常数CEuBEBufi电路与模拟电子技术基础输出特性曲线常数BiCECufi(1)截止区iB=0的曲线以下的区域称为截止区。iB=0时，集电极电流用ICE0表示，其值很小，即在截止区，电流关系为iB=0iE=iC=ICE0晶体管工作在截止区时没有电流放大能力，且各极电流近似为零，相当于开关断开状态。对于NPN型硅管而言，当uBE0.5V时，已开始截止，但是为了可靠截止，常使得uBE≤0，特点：发射结和集电结均反偏。电路与模拟电子技术基础(2)放大区输出特性曲线的近似水平部分是放大区，也称为线性区。在放大区各极电流满足iC=βiBiE=iC+iB≈iC表现出iB对iC的控制作用。晶体管工作在放大状态时特点：发射结正偏，集电结反偏。即对NPN型晶体管而言，应使UBE0.7V，UCE＞0.7V.从电位来看，应该是aaaaaaaaaaVCVBVE；而对PNP型晶体管而言，则是VEVBVC电路与模拟电子技术基础(3)饱和区饱和区指输出特性曲线中iC上升部分与纵轴之间的区域。在饱和区，对应于不同的iB的输出特性曲线几乎重合，iC不再受ib控制，只随uCE变化，即没有电流放大能力。饱和时特点：发射结与集电结均处于正向偏置。在饱和状态时的uCE称为饱和降，记做UCES，其值很小，对于NPN型硅管约为0.3V，PNP型锗管约为0.1V，若忽略不计，则晶体管集电极与发射极之间相当于短路，相当于开关的闭合状态。·在模拟电路中，大多数情况下，应保证晶体管工作在放大状态。而在开关电路或脉冲数字电路中，晶体管主要工作于饱和状态和截止状态。电路与模拟电子技术基础RbRpuAmAmAVVIbIcUbeUce＋－－－－＋＋＋VCCVb三极管特性测试电路电路与模拟电子技术基础5.1.4晶体管的主要参数1．电流放大系数2．极间反向电流3．极限参数（1）共射直流电流放大系数（2）共射交流电流放大系数（1）集电极-基极反向饱和电流ICBO（2）集电极-发射极反向饱和电流ICEO（1）集电极最大容许电流ICM（2）集电极最大容许耗散功率PCM电路与模拟电子技术基础5.2放大电路的组成和工作原理5.2.1放大电路概述放大电路的结构示意图放大的电路的功能：将微弱的电信号不失真地放大到所需的数值对放大器的基本要求：足够大的放大能力放大的实质：能量的控制与转换电路与模拟电子技术基础5.2.2基本共射极放大电路共发射极基本放大电路元件作用：晶体管VT是核心元件，起放大作用。基极直流电源VBB使发射结正偏。Rb为基极偏置电阻为晶体管提供一个合适的基极直流，集电极直流电源Vcc使集电结反偏，是输出电路的工作电源，形成集电极回路电流，同时又是负载的能源：C1，C2耦合电容，隔直通交电路与模拟电子技术基础5.2.2基本共射极放大电路共发射极基本放大电路放大电路组成原则：1.应使放大电路工作在放大状态（发射结正偏、集电结反偏）2.信号能进能出（信号能送到电路输入端，放大后输出信号能作用于负载上）放大电路特点：1.交流直流共存2.线性与非线性共存电路与模拟电子技术基础5.2.2基本共射极放大电路共发射极基本放大电路电量符号：直流量：符号与下标都大写IB、IC、UCE交流量：符号与下标都小写ib、ic、uce总电量瞬时值：符号小写下标大写iB、iC、uCEceCECEcCCbBBuUuiIiiIiui=0时的IB、IC、UCE、称为放大电路的静态工作点Q,记为IBQ、ICQ、UCEQ电路与模拟电子技术基础5.2.2基本共射极放大电路共发射极基本放大电路工作原理tRIutRIURtIIVRiVutIIiIiitIIiIitUUutUuCcmoCcmCEQCcmCQCCCCCCCEcmCQCCQBcbmBQbBQBbeBEQBEmSsinsinsinsinsinsinsin电路与模拟电子技术基础基本共射极放大电路的简化电路与模拟电子技术基础5.3放大电路的分析放大电路可分为静态和动态两种情况来分析。静态：是当放大电路没有输入信号时的工作状态；动态：则是有输入信号时的工作状态；电路与模拟电子技术基础5.3.1静态分析计算法：用放大电路的直流通路计算静态值图解法：用作图的方法确定静态值目的：确定放大电路的静态工作点（IBQ、ICQ、UCEQ)(是否满足不失真放大的条件）方法：电路与模拟电子技术基础计算法：用放大电路的直流通路计算静态值静态值是直流，故可用放大电路的直流通路（在直流电源作用下直流电流流过的路径）来分析计算。静态时的基极电流为CCBEQBQbVUIRCEQCCCQcUVIR画直流通路的原则：电容视为开路、信号源视为短路电路与模拟电子技术基础例5.31：已知VCC=12V,RC=4KΩ,Rb=300KΩ,UCEQ=0.7V,Β=40求静态值IBQ、ICQ、UCEQ,晶体管的工作状态VRIVUmAAIIARUVICCQCCCEQBQCQbBEQCCBQ92.552.138403810038.03007.0123直流通路电路与模拟电子技术基础用图解法确定静态值（1）画出直流通路（2）利用输入特性曲线及输入回路方程来确定IBO和UBEO（3）利用输出特性曲线及输出回路方程确定ICO和UCEObBBBBERiVu•输入回路方程：输出回路方程CCCCCERiVu直线方程直线方程电路与模拟电子技术基础利用图解法求静态工作点bBBBBERiVuCCCCCERiVu斜率为-1/Rb斜率为-1/Rc电路与模拟电子技术基础5.3.2动态分析方法：微变等效电路法（计算放大电路的性能指标）晶体管的微变等效电路模型放大电路的微变等效电路放大电路交流性能指标的计算图解法（分析波形及动态范围）。目的：分析与计算放大电路的性能指标、波形、动态范围。在静态值确定后只考虑电流和电压的交流分量电路与模拟电子技术基础⑴晶体管的微变等效电路模型晶体管及其微变等效电路1.微变等效电路法mAImVrEQbe261300几百欧姆到几千欧姆电路与模拟电子技术基础⑵放大电路的微变等效电路①画出放大电路的交流通路画出放大电路的交流通路原则：电容视为短路、直流电源视为短路②用晶体管的微变等效电路模型替代交流通路中的晶体管电路与模拟电子技术基础⑶放大电路交流性能指标的计算①计算电压放大倍数beLbebbiOubebiLbLCbLCCOiOurRrIRIUUArIURIRRIRRIUUUA////uAuA：衡量电压放大能力电路与模拟电子技术基础②计算输入电阻Ri:从放大器输入端看进去的交流等效电阻，对前级产生影响bebiiirRIUR//CORUORRIURLS,0③计算输出电阻Ro放大电路的内阻，带负载能力求输出电阻Ro常采用外加电源法：保留信号源内阻RS0,0,0bCbSIIIU电路与模拟电子技术基础④源电压放大倍数usA考虑信号源内阻时的电压放大倍数siiSisiiUSiUSiiOSOUSRRRUURRRAUUAUUUUUUA电路与模拟电子技术基础例：下图中，已知VCC=12V、RC=RL=4kΩ、Rb=300kΩ、RS=1kΩ晶体β=40、UBEQ=0.7V,C1和C2对交流信号视为短路，试求mAIC52.1mAmVrbe52.126)401(30080)//(beLCUrRRA401118041//SiiUUSCObebebiRRRAAKRRkrrRRUSOiUARRA,,,电路与模拟电子技术基础2.图解法：⑴根据ui利用输入特性曲线画出ib和ube波形tUumisin电路与模拟电子技术基础⑵根据iB利用输出特性曲线画出iC和uCE波形LR/1CQcCEQceIiUu,LCECCEQceCEQCELCQCLcceRIiUuUuRIiRiu输出回路的交流负载线方程斜率为交流负载线与直流负载线相交于Q点：LR1电路与模拟电子技术基础5.3.3图解法分析放大电路的非线性失真和动态范围非线性失真截止失真饱和失真电路与模拟电子技术基础⑴截止失真的图解分析Q点偏低，IBQ和ICQ值偏小uce波形出现“削顶”失真，称为截止失真消除截止失真的方法是：⑴提高静态工作点值、⑵减小输入信号幅值电路与模拟电子技术基础⑵饱和失真的图解分析Q点偏高，IBQ和ICQ值偏大uce波形出现“削顶”失真，称为饱和失真消除饱和失真的方法是：⑴降低静态工作点值、⑵减小输入信号幅值电路与模拟电子技术基础用图解法估算动态范围max2OPPUUCCQCCCESCCQCCCESCEQRRIVURIVUUU用图解法估算最大输出幅值max2OPPUURFOUUU,minmaxLRMFQM/1tanLCQLCQFRIRIU/1电路与模拟电子技术基础5.4.1静态工作点稳定的共射极放大电路基极分压式射极偏置电路5.4晶体管放大电路的三种接法进入饱和点上移QIUITCQOnBECBO电路与模拟电子技术基础EBEQBQEQCQBEQBQEQEBEBBEQbbCCbbBQbbCCBQBQRVVIIUVIRVVVURRVRIRVRRVIIIIIII212222121221一般选取:I2=(5~10)IBQ,VBQ=(5~10)UBEQT↑→ICQ↑→IEQ↑→IEQRE↑→UBEQ↓→IBQ↓→ICQ↓电路与模拟电子技术基础例：下图中已知VCC=12V,RC=2KΩ,Re=2KΩ,Rb1=20KΩ,Rb2=10KΩRL=6KΩ,β=40,UBEQ=0.7V,计算⑴静态工作点⑵oiuRRA,,)(4.510)22(1065.112)(65.11027.04)(420101012333212VRRIVUmARUVIIVRRVRVECCQCCCEQeBEQBQEQCQbbCCbBQ