晶体三极管及其基本放大电路

第5章晶体三极管及其基本放大电路5.1晶体三极管几种常见晶体管的外形5.1.1晶体管的结构及其类型晶体管的结构发射区NNP基区集电区发射结集电结集电极基极发射极cbe发射区ppn基区集电区发射结集电结集电极发射极cbe基极(a)NPN型(b)PNP型基极集电极发射极IBICIE基极集电极发射极IBICIE晶体管的结构示意图和表示符号发射区NNP基区集电区发射结集电结集电极基极发射极cbe发射区ppn基区集电区发射结集电结集电极发射极cbe基极(a)NPN型(b)PNP型基极集电极发射极IBICIE基极集电极发射极IBICIE三个区、三个极、两个区晶体管的种类•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。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BCBCEIIIII发射结扩散运动集电结漂移运动【例】一个晶体管的发射极电流为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5.1.3晶体管的共射特性曲线共发射极放大电路图1.3.5晶体管的输入特性曲线常数CEuBEBufi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。(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(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。RbRpuAmAmAVVIbIcUbeUce＋－－－－＋＋＋VCCVb三极管特性测试电路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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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,尽可能小的失真。放大的实质：能量的控制与转换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.应使放大器件工作在放大状态（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、UCEQ5.2.2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基本共射极放大电路的简化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；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：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直线方程直线方程利用图解法求静态工作点bBBBBERiVuCCCCCERiVu斜率为-1/Rb斜率为-1/Rc5.3.2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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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,,,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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15.3.3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/15.4.1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EBEQBQEQCQBEQBQEQEBEBBEQbbCCbbBQbbCCBQBQRVVIIUVIRVVVURRVRIRVRRVIIIIIII212222121221一般选取:I2=(5~10)IBQ,VBQ=(5~10)UBEQT↑→ICQ↑→IEQ↑→IEQRE↑→UBEQ↓→IBQ↓→ICQ↓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解：1.由直流通路计算静态值0,,RRAiU解：2.由微变等效电路计算交流参数KRRKrRRRrIRRIUUAKmAImVrCObebbibebLCbiOuEQbe283.095.0//10//20////2.6395.06//240//95.065.12640130026130021KRRRrIRIrIIURkRRRRRIrIRRIUUARIrIURRIUCOebeebeiibbiebbebLCbiOUebbebiLCbO21117.6////72.01//1//215.4.2共集电极放大电路（