三极管和基本放大电路

第第2 2章章 双极型晶体三极管双极型晶体三极管 和基本放大电路和基本放大电路2.1 双极型晶体三极管双极型晶体三极管2.2 晶体管放大电路的性能指标和工作原理晶体管放大电路的性能指标和工作原理2.3 晶体管放大电路的图解分析法晶体管放大电路的图解分析法2.4 等效电路分析法等效电路分析法2.5 其他基本放大电路其他基本放大电路2.6 组合放大单元电路组合放大单元电路思考：思考：2-1（1.2.4.5.），），2-16作业：作业：2-4,2-7,2-8,2-10,2-12,2-14,2-17,2-19,2-24,2-25本章的重点本章的重点与与难点难点本本章章所所讲讲述述的的基基本本概概念念、基基本本电电路路和和基基本本分分析析方法是学习后面各章的基础。方法是学习后面各章的基础。重重点点:双双极极型型晶晶体体管管的的特特性性、放放大大的的概概念念、放放大大电电路路的的主主要要指指标标参参数数、基基本本放放大大电电路路和和放放大大电电路路的的分分析析方方法法。包包括括共共射射、共共集集、共共基基放放大大电电路路的组成、工作原理、静态和动态分析的组成、工作原理、静态和动态分析难难点点:有有关关放放大大、动动态态和和静静态态、等等效效电电路路等等概概念念的的建建立立;电电路路能能否否放放大大的的判判断断；各各种种基基本本放放大大电电路路的的性性能能分分析析等等。而而上上述述问问题题对对于于学学好好本本课课程程至至关关重要。重要。第第2 2章章 双极型晶体管三极管双极型晶体管三极管 和基本放大电路和基本放大电路2.1.1 双极型晶体三极管的结构及类型双极型晶体三极管的结构及类型在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，在同一个硅片上制造出三个掺杂区域，三个区分别叫发射区、基区和集电区。三个区分别叫发射区、基区和集电区。2.1 双极型晶体三极管双极型晶体三极管引出的三个电极分别为：发射极引出的三个电极分别为：发射极e、基极、基极b和集电极和集电极c。基区和集电区形成集电结，发射区和基区形成发射结。基区和集电区形成集电结，发射区和基区形成发射结。集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区NN集电极集电极c基极基极b发射极发射极ePecb符号 按照掺杂方式的不同分为按照掺杂方式的不同分为NPNNPN型型和和PNPPNP型型两种类型两种类型 NPN型型集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区PP集电极集电极c基极基极b发射极发射极eNecb符号PNP型型箭头方向箭头方向代表代表PN结结指向指向、两个、两个PN结结无外加电压无外加电压2.1.2 2.1.2 晶体管中的电流控制作用晶体管中的电流控制作用（以（以NPN型型为例说明）为例说明）载流子运动处于动平衡，净电流为零载流子运动处于动平衡，净电流为零、发射结加正向电压，、发射结加正向电压，集电结加反向电压集电结加反向电压ecb发射区向基区发射区向基区发射电子发射电子IEIB电子在基区电子在基区扩散与复合扩散与复合集电区收集电子集电区收集电子 电子流向电源正极形成电子流向电源正极形成 ICICNPN电源负极向发射电源负极向发射区补充电子形成区补充电子形成 发射极电流发射极电流IEVBB正极拉走电正极拉走电子，与基区空穴子，与基区空穴复合，形成复合，形成 I IB BVCCRCVBBRBIEPIBNICBOICNIENecb小小 结结 实现电流控制的条件实现电流控制的条件（）晶体管结构上的保证：三个浓度不同的掺（）晶体管结构上的保证：三个浓度不同的掺杂区、基区薄，掺杂浓度低；集电结面积大。杂区、基区薄，掺杂浓度低；集电结面积大。（）（）外加直流电源外加直流电源保证：发射结正向偏置，集电结反保证：发射结正向偏置，集电结反向偏置。向偏置。ecbNPN型型PNP型型ecb晶体管工作在放大状态的外部晶体管工作在放大状态的外部条件是：条件是：（1）发射结正向偏置；）发射结正向偏置；（2）集电结反向偏置。）集电结反向偏置。对于对于NPN型型三极管应满足三极管应满足:Ube 0,Ubc Ub Ue对于对于PNP型型三极管应满足三极管应满足:Ube 0即即 Uc Ub IBQI2=I1UB几乎只与电阻和电源有关，与晶体管参数无关几乎只与电阻和电源有关，与晶体管参数无关（）基极电位（）基极电位UB的固定的固定（）电流（）电流ICQ、IEQ的稳定的稳定上述稳定点的调整过程可表示为：上述稳定点的调整过程可表示为：T()IC (IE)UE (因为因为UBQ基本不变基本不变)UBE IC IB 形成形成负反馈负反馈IBI2I1BRCIC UCERB1VCCIERB2REUBQ通过通过RE引入了引入了直流负反馈直流负反馈Au=RC/RLrbe+（1+）R.分压式偏置稳定共射放大电路的动态分析分压式偏置稳定共射放大电路的动态分析画出微变等效电路画出微变等效电路（）电压增益（）电压增益+VCCRCC1C2VTRLRB2RE+RB1+-+-RB2RCUo I Ib br rbebeRLI Ib bUiRB1REI Ie eRi=R1/R2/rbe+（1+）R注意：通过注意：通过注意：通过注意：通过r rbebe及及及及R R的电流不同的电流不同的电流不同的电流不同。R折合到输入回路等效为电流是折合到输入回路等效为电流是I b b时电阻增大了时电阻增大了1+倍。倍。（）输入电阻（）输入电阻（3）输出电阻）输出电阻RB2RCUo I Ib br rbebeRLI Ib bUiRB1REI Ie e分压式偏置电路引入的射极电阻分压式偏置电路引入的射极电阻RE稳定了静态工作点，稳定了静态工作点，但降低了电压增益，提高了输入电阻。但降低了电压增益，提高了输入电阻。在在RE上上并联旁路电容并联旁路电容CE可以在不影响动态性能的可以在不影响动态性能的前提下，稳定静态工作点。前提下，稳定静态工作点。+VCCRCC1C2VTRLRB2RE+RB1+-+-CE(1)电压增益电压增益（）输入电阻（）输入电阻（）输出电阻（）输出电阻RB2RCUo I Ib br rbebeRLI Ib bUiRB1例例 图示图示电路中，电路中，已知已知三极管的三极管的 =50 ()画出微变等效电路；画出微变等效电路；（）当（）当Us=15mVUs=15mV时，计算输出电压时，计算输出电压UoUo;()求输入电阻和输出电阻。求输入电阻和输出电阻。解解 (1)PNP型管和型管和NPN管的管的H参数模型相同参数模型相同（2）当当Us=15mV时，时，求求UoUB=VCCRB1RB2RB2+=-2.8V VIEQ=UBUBEQRE11.73mA+RE2Au=RC/RLrbe+（1+）R1=8.9（）（）输出电阻输出电阻2.5.2.5.基本共集放大电路基本共集放大电路(射极输出器射极输出器）、共集放大电路共集放大电路的特点和分析的特点和分析直流通路直流通路从发射极输出从发射极输出+VCCC1C2RLRE+RB+-+-RsRBRET+VCCI IBQBQI IEQEQ(1)静态工作点分析静态工作点分析（）电压增益（）电压增益（）输入电阻（）输入电阻（大大）微变等效电路微变等效电路(1+)RLAu=rbe+(1+)RL其中其中RiRBrbe Ib b Ib bUo bceRE+_ _ _ _ _I Ie e.RLUs.RiAu 0（Uo、Ui同相），同相），Au 1Uo Ui，称称射极跟随器射极跟随器+VCCC1C2RLRE+RB+-+-RsRs(4)输出电阻输出电阻Ro（小小）Uo.Rsrbe.IRE.RBIb b Ib b bceRE+_ _ _ _I Ie e.I Io o.Rs（输入信号短路，去掉负载，在输出端加电压）（输入信号短路，去掉负载，在输出端加电压）其中其中2.5.2.5.基本共基放大电路基本共基放大电路、共基放大电路静态分析、共基放大电路静态分析BRCICRB1IBVCCIERB2RE+Vcc+-+-R Rs sR RE ER RB2B2R RL LR RB1B1R RC CC C1 1C Cb bC C2 2Us.Uo(a)(a)交流通路交流通路Ri、共基放大电路的动态分析、共基放大电路的动态分析、共基放大电路的动态分析、共基放大电路的动态分析+Vcc+-+-R Rs sR Re eR Rb1b1R RL LR Rb2b2R Rc cC C1 1C Cb bC C2 2Us.Uo+-+-R Rs sR Re eR RL LR Rc cUs.Uo、共基放大电路的动态分析、共基放大电路的动态分析、共基放大电路的动态分析、共基放大电路的动态分析（）电压增益（）电压增益（）输入电阻（）输入电阻（）输出电阻（）输出电阻其中其中UiRERLrbe Ib+-+-I I I Ie e e ee eb bc c.R Ro oUs+-R Rs s.Ib.I I I Ii i i iUoRRi iR Ri iRC入出同相，入出同相，Ri小小无电流放大能力无电流放大能力+-+-R Rs sR Re eR RL LR Rc cUs.Uo2.5.4 三种晶体管基本放大电路的比较三种晶体管基本放大电路的比较电路组成上的区别主要在于输入和输出信号电路组成上的区别主要在于输入和输出信号接在晶体管的哪个极接在晶体管的哪个极（1）共射共射电路信号从电路信号从基极输入、集电极输出基极输入、集电极输出，电路具有电，电路具有电流、电压和功率的放大作用。但输出电阻较大，带负载能力流、电压和功率的放大作用。但输出电阻较大，带负载能力不强，不适合功率放大电路。不强，不适合功率放大电路。（2）共集共集电路信号从电路信号从基极输入、发射极输出基极输入、发射极输出，实现，实现“电压跟随电压跟随”无电压放大作用，只有电流放大作用，所以仍无电压放大作用，只有电流放大作用，所以仍 具功率放大作具功率放大作用。因输出电阻小，带负载能力强，适合作功率放大。用。因输出电阻小，带负载能力强，适合作功率放大。（3）共基共基电路信号从电路信号从射极输入、集电极输出射极输入、集电极输出，实现，实现“电流跟电流跟随随”无电流放大作用，只有电压放大作用。因输出电阻大，不无电流放大作用，只有电压放大作用。因输出电阻大，不适合作功率放大。适合作功率放大。三种基本放大电路的比较三种基本放大电路的比较输出与输入电压相位关系输出与输入电压相位关系共射共射 共集共集 共基共基电压增益电压增益电流增益电流增益输输 入入 电电 阻阻输输 出出 电电 阻阻大大大大 大大大大适中适中较大较大最大最大最小最小小小较大较大用用 途途低频电压低频电压放大电路放大电路输入级输入级输出级输出级宽宽频带频带放大电路放大电路信号输入端信号输入端信号输出端信号输出端bbeecc 相相反反相相同同相相同同2.6 2.6 组合放大单元电路组合放大单元电路2.6.1 2.6.1 共集共集放大电路共集共集放大电路 两个晶体管以不同的电路组态联合使用构成两个晶体管以不同的电路组态联合使用构成组合放大单元电路组合放大单元电路复合管复合管（复合管共集放大电路）（复合管共集放大电路）（复合管共集放大电路）（复合管共集放大电路）复合管复合管复合管复合管放大电路放大电路放大电路放大电路组成原则组成原则组成原则组成原则:1.1.每只管子的各极电流均有合适的通路。每只管子的各极电流均有合适的通路。作用：作用：作用：作用：进一步改善放大电路的性能进一步改善放大电路的性能进一步改善放大电路的性能进一步改善放大电路的性能a.a.NPN+NPN=NPNNPN+NPN=NPNb.b.PNP+PNP=PNPPNP+PNP=PNPc.c.PNP+NPN=PNPPNP+NPN=PNPd.d.NPN+PNP=NPNNPN+PNP=NPN c c接一起作接一起作c,ec,e连下一级连下一级b,b,下级下级e e作作e e。前级前级e e连后级连后级c c作作e,e,前级前级c c连下一级连下一级b,b,后级后级e e作作c c。2.2.前一只管子的集电极或发射极电流作为后一只管子的基前一只管子的集电极或发射极电流作为后一只管子的基极电流，以极电流，以实现电流放大实现电流放大。复合管的等效电流放大系数复合管的等效电流放大系数为为 =ic/ib 1 23.3.复合管的类型与第一只管类型相同。复合管的类型与第一只管类型相同。本章重点本章重点理理理理解解解解双双双双极极极极型型型型晶晶晶晶体体体体管管管管的的的的工工工工作作作作原原原原理理理理，掌掌掌掌握握握握它它它它们们们们的的的的特特特特性性性性和主要参数；和主要参数；和主要参数；和主要参数；掌掌掌掌握握握握晶晶晶晶体体体体管管管管基基基基本本本本放放放放大大大大电电电电路路路路的的的的组组组组成成成成、工工工工作作作作原原原原理理理理及及及及性性性性能特点；能特点；能特点；能特点；掌握放大电路静态工作点和动态参数掌握放大电路静态工作点和动态参数掌握放大电路静态工作点和动态参数掌握放大电路静态工作点和动态参数（）的分析方法。）的分析方法。）的分析方法。）的分析方法。思考：思考：2-1（1.2.4.5.），），2-16作业：作业：2-4,2-7,2-8,2-10,2-12,2-14,2-17,2-24,2-25,2-19 学习学习EDA软件软件Multisim提交仿真实验报告：实验一提交仿真实验报告：实验一 单管放大电路的研单管放大电路的研究究EDAEDA仿真实验报告要求：仿真实验报告要求：仿真实验报告要求：仿真实验报告要求：n1.画出实验电路；画出实验电路；n2.按实验步骤进行仿真研究；按实验步骤进行仿真研究；n3.给出仿真实验结果：给出仿真实验结果：包括输出波形和表格数据包括输出波形和表格数据。n4.总结：总结：Rb、Rc、RL的变化对的变化对Au和输出波形的影响。和输出波形的影响。