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2-1 第二章 双极型晶体管及 其放大电路 模拟电子技术基础 2-2 第二章 基本放大电路 2.1 双极型晶体管的工作原理 2.2 晶体管伏安特性曲线及参数 2.3 晶体管工作状态分析 及偏置电路 2.4 放大器的组成及性能指标 2.5 放大器图解分析法 2.6 放大器交流等效电路分析法 2.7 共集电极 放大器 和共基极放大 器 2.8 放大器的级联 2-3 2.1.1 基本结构 B E C N N P 基极 base 发射极 emitter 集电极 collector NPN型 P N P 集电极 基极 发射极 PNP型 2.1 双极型晶体管的工作原理 (bipolar junction transistor) C E B 2-4 B E C IB I E IC NPN型三极管 B E C IB I E IC PNP型三极管 2-5 B E C N N P 基极 发射极 集电极 基区：较薄， 掺杂浓度低 集电区： 面积较大 发射区：掺 杂浓度较高 2-6 B E C N N P 基极 发射极 集电极 发射结 集电结 1. 两种结构 2. 三个区 3. 两个 PN结 4. 三个极 5. 四种偏置组合 6. 三种组态 2-7 2.1.2 电流放大原理 B E C N N P EB RB EC IE 进入 P区的电子 少部分与基区的 空穴复合，形成 电流 IBN ，多数 扩散到集电结。 直流偏置 发射结加正向电压 集电结加反向电压 RC 发射结正 偏，发射 区电子不 断向基区 扩散，形 成发射极 电流 IEN。 IBN 基区空穴 向发射区 的扩散形 成 IEP ,可 忽略。 IEP 一、 载流子传输过程 2-8 RC B E C N N P EB RB EC IE 集电结反偏， 有少子形成的 反向电流 ICBO。 ICBO IC=ICN+ICBO IBN ICN 从基区扩 散来的电 子作为集 电结的少 子，漂移 进入集电 结而被收 集，形成 ICN。 2-9 IB=IBN - ICBO IB B E C N N P EB RB EC IE ICBO ICN IC=ICN+ICBO IBN IE IEN =IBN+ICN RC 2-10 ICN与 IBN之比称 为共发射极直流 电流放大倍数 B C C B OB C B OC BN CN I I II II I I 含义：基区复合一个电子，则有 个扩散到 集电区。范围： 20 200 二、 电流分配关系 IC=ICN+ICBO IB=IBN - ICBO IE IEN =IBN+ICN 2-11 IC=ICN+ICBO ICN = IC - ICBO BNCN II BNCN II C E OB C B OBC C B OBC B OC II III IIII )( )( 1 C E OC B O II )( 1 定义： ，称为穿透电流 IB=0 IC IB=IBN -ICBO 2-12 CBE III 忽略 ICEO ， 有 BC II 当 1时， ICIE C B OBB III )( 1 C E OB II )( 1 BE II )( 1 2-13 共基极直流 电流放大倍数 E C B OC EN CN I II I I ,1 一般约为 0.97 0.99 1 1 2-14 IB B E C N N P EB RB EC IE ICN IBN RC 三、 晶体管的放大作用 2-15 开关工作 BE结 BC结 工作状态 正偏 正偏 反偏 反偏 正偏 反偏 反偏 正偏 饱和 截止 放大 倒置 四种工作状态 2-16 三种组态 共发射极组态 发射极作为公共电极 用 CE表示 共基极组态 基极作为公共电极 用 CB表示 共集电极组态 集电极作为公共电极 用 CC表示 2.2 晶体管伏安特性曲线及参数 2-17 实验线路 iC mA A V V uCE uBE RB iB EC EB RC 2.2.1 晶体管共发射极特性曲线 2-18 一、 输入特性 UCE 1V iB(A) uBE(V) 20 40 60 80 0.4 0.8 工作压降： 硅管 UBE0.60.7V,锗管 UBE0.20.3V。 UCE=0V UCE =0.5V 死区电 压，硅管 0.5V，锗 管 0.2V。 2-19 基区调宽效应 当 UCE0时，由于 BC结反偏， 随着 UCE增 大， BC结空间电荷区变厚，基区变薄， 内部复合减弱，致使基极电流变小，称 为基区调宽效应。 2-20 二、 输出特性 IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V) 3 6 9 12 IB=0 20A 40A 60A 80A 100A 此区域满 足 IC=IB 称为线性 区（放大 区）。 当 UCE大于一 定的数值时， IC只与 IB有关， IC=IB。 2-21 IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V) 3 6 9 12 IB=0 20A 40A 60A 80A 100A 此区域中 UBE 0, U CEUBE ,集电结正偏， IBIC， UCE （ sat） 称 为饱和压降。 临界饱和 BE结正偏 BC结零偏 2-22 IC(mA ) 1 2 3 4 UCE(V) 3 6 9 12 IB=0 20A 40A 60A 80A 100A 此区域中 : UBE 0， UBCIC， 深饱和时， UCE（ sat） 0.3V (3) 截止区： BE结反偏， BC结反偏， iB - ICBO 2-24 例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当 USB = -2V， 2V， 5V时， 晶体管的静态工作点 Q位 于哪个区？ 当 USB = -2V时： IC UCE IB USC RB USB C B E RC UBE mAs 88170 .)( C SC atC R UI IB=0 ， IC=0 I C(sat) 临界饱和电流： Q位于截止区 2-25 例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当 USB = -2V， 2V， 5V时， 晶体管的静态工作点 Q位 于哪个区？ IC IC(sat) (=1.88mA) ， Q位于放大区 。 IC UCE IB USC RB USB C B E RC UBE USB =2V时： 9m A01070 702 .R UUI B BESB B 0 . 9 5 m A9 m A01050 .II BC 2-26 USB =5V时 : 例： =50， USC =12V， RB =70k， RC =6k 当 USB = -2V， 2V， 5V时， 晶体管的静态工作点 Q位 于哪个区？ IC UCE IB USC RB USB C B E RC UBE Q 位于饱和区，此时 IC 和 IB 已不是 倍的关系。 mA061070 705 . B BESB B R UUI mARUII C SC c m a xB 2006 1050 5m A3mA . mA2 c m a xc II 2-27 三、 温度的影响 ICBO 硅 温度每上升 10 ，增加 1倍 硅 温度每上升 1 ，增加 0.5%1% uBE 、 、 ICBO 都是温度的函数 uBE 硅 温度每上升 1 ，减小 22.5mV 2-28 （ 1）输入特性 T uBE T 特性曲线左移 （ 2）输出特性 T ICBO IC T IC T 曲线 上移 , iC增加，间隔加大 2-29 四、主要参数 共射直流 电流放大倍数： 工作于动态的三极管，真正的信号是叠加在 直流上的交流信号。基极电流的变化量为 IB， 相应的集电极电流变化为 IC， 则 交流电流放 大倍数 为： BI I C 1. 电流放大倍数 _ B C C B OB C B OC BN CN I I II II I I 2-30 例： UCE=6V时 ： IB1 = 10 A, IC1 =1mA； IB 2= 20 A, IC 2=2mA。 100010020 12 . B C I I 在以后的计算中，一般作近似处理： = 1 0 0 B C C B OB C B OC I I II II 2-31 2.集电极反向饱和电流 ICBO A ICBO ICBO是集 电结反偏 由少子的 漂移形成 的反向电 流，受温 度的变化 影响。 2-32 B E C N N P ICBO ICEO= IBE+ICBO IBE IBE ICBO进入 N 区，形成 IBE。 根据放大关系， 由于 IBE的存 在，必有电流 IBE。 集电结反 偏有 ICBO 3. 集电极穿透电流 ICEO ICEO受温度影响 很大，当温度上 升时， ICEO增加 很快，所以 IC也 相应增加。 三极 管的温度特性较 差 。 2-33 4.集电极最大电流 ICM 集电极电流 IC上升会导致三极管的 值的下降， 当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电 流即为 ICM。 5.集 -射极反向击穿电压 当集 -射极之间的电压 UCE超过一定的数值 时，三极管就会被击穿。手册上给出的数值是 25C、 基极开路时的击穿电压 U(BR)CEO。 2-34 6. 集电极最大允许功耗 PCM 集电极电流 IC 流过三极管， 所发出的焦耳 热为： PC =ICUCE 会导致结温 上升，所以 PC 有限制。 PCPCM IC UCE ICUCE=PCM ICM U(BR)CEO 安全工作区 2-35 2.3 放大的概念和放大电路的 主要性能指标 2-36 2.3.1 放大的概念 电子学中放大是将微弱的 变化信号 放大 成较大的 变化信号 。 本质： 能量的转换和控制 , 能量守恒 特征： 功率放大 前提： 不失真 有源器件 2-37 本课程涉及的主要是电压放大电路。 电压放 大电路可以用有输入口和输出口的四端口网络表 示，如图： Ui Uo Au 信号可以分解为若干正弦信号（谐波）的叠加， 放大电路以正弦波作为测试信号。 2-38 符号规定 UA 大写字母、大写下标，表示直流量。 uA 小写字母、大写下标，表示全量。 ua 小写字母、小写下标，表示交流分量。 uA ua 全量 交流分量 t UA直流分量 Ua 大写字母、小写下标，表示正弦信号有效值。 2-39 2.3.2 放大电路的性能指标 一、放大倍数 A i o u U UA Ui Uo A Ii Io i o i I IA 电压放大倍数，无量纲。有时用分贝表示： 电流放大倍数，无量纲 )lg dBA u ( 20 2-40 i o g U IA i o r I UA Ui Uo A Ii Io 互导放大倍数，单位西门子（ S） 互阻放大倍数，单位欧姆（ ） 2-41 二、输入电阻 Ri 放大电路一定要有前级（信号源）为其提供信号， 那么就要从信号源取电流。 输入电阻 是衡量放大 电路从其前级取电流大小的参数。输入电阻越大， 从其前级取得的电流越小，对前级的影响越小。 i i i I UR 定义： 即： Ri越大， Ii 就越小， Ui就越接近 US Au US iI iU 2-42 三、输出电阻 Ro Au US 放大电路对其 负载 而言，相当于信号源，我们 可以将它等效为戴维南等效电路，这个戴维南 等效电路的内阻就是输出电阻。 Ro US 2-43 如何确定电路的输出电阻 Ro ？ 步骤： 1. 所有的电源置零 (将独立源置零，保留受控源 )。 2. 加压求流。 I UR o 方法一： 计算 I U 2-44 方法二： 测量。 Uo 1. 测量开路电压。 Ro Us 2. 测量接入负载后的输出电压。 L o o o RU UR )( 1 Ro Us RL Uo 步骤： 3. 计算 2-45 四、通频带 f Au AuI 0.7AuI fL 下限截 止频率 fH 上限截 止频率 通频带： fbw=fHfL 放大倍数随频率变化 曲线 幅频特性曲 线 2-46 作业： 1， 3， 4
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