晶体管及基本放大电路概况课件

第二章第二章 晶体管及放大电路晶体管及放大电路基本内容基本内容半导体晶体管半导体晶体管 共射极基本放大电路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基本分析方法 放大电路的频率特性放大电路的频率特性基本要求基本要求1.1.理解晶体管的外部特性理解晶体管的外部特性 （3 3个区）、掌握判断个区）、掌握判断晶体管类型和极性的方法。晶体管类型和极性的方法。2.2.掌握各种放大电路的特点和分析方法。掌握各种放大电路的特点和分析方法。3.3.了解了解放大电路的频率特性放大电路的频率特性。1第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路2.1半导体晶体管半导体晶体管 要求要求:理解晶体管的放大原理理解晶体管的放大原理掌握晶体管的三个状态特点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组成放大电路的外部条件掌握晶体管的电流关系掌握晶体管的电流关系2第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.1半导体晶体管半导体晶体管一一.基本结构与分类基本结构与分类1.内部结构内部结构符号符号3第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.1半导体晶体管半导体晶体管/基本结构与分类基本结构与分类1）按材料分）按材料分2）按结构分）按结构分3）按频率分）按频率分4）按功率分）按功率分高频管高频管低频管低频管硅管硅管锗管锗管NPN型型PNP型型大功率管大功率管小功率管小功率管对应型号对应型号3A（锗（锗PNP）3B（锗（锗NPN）3C（硅（硅PNP）3D（硅（硅NPN）2.分类分类4第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.1半导体晶体管半导体晶体管/基本结构与分类基本结构与分类放大器一般为放大器一般为4端网络，根据公共端的不同，端网络，根据公共端的不同，晶体管有三种连接方式晶体管有三种连接方式ICIEIEICIBICIBICIB（共发射极）（共发射极）（共集电射极）（共集电射极）（共基射极）（共基射极）二二.晶体管的连接方式晶体管的连接方式5第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.1半导体晶体管半导体晶体管（一）三个区的特点（一）三个区的特点1)发射区是掺杂质比集电区掺杂多发射区是掺杂质比集电区掺杂多的的N型半导体，电子浓度很大；型半导体，电子浓度很大；2）基区很薄，为掺杂质很少的基区很薄，为掺杂质很少的P型半导体。型半导体。3）集电极面积大，保证尽可能收集电极面积大，保证尽可能收集到发射区发射的电子。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（二）载流子运动规律及电流分配关系当一个当一个NPN型的晶体管接成共射极接法的型的晶体管接成共射极接法的放大电路时：放大电路时：发射结正向偏置发射结正向偏置集电结反向偏置集电结反向偏置T 放大作用的内部条件T 放大作用的外部条件三三.晶体管的放大作用晶体管的放大作用6第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.1半导体晶体管半导体晶体管/晶体管的放大作用晶体管的放大作用晶体管共射极接法的放大电路图晶体管共射极接法的放大电路图7第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.1半导体晶体管半导体晶体管/晶体管的放大作用晶体管的放大作用1.载流子运动规律载流子运动规律(a)(a)载流子运动载流子运动 (b)(b)电流分配电流分配8第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.1半导体晶体管半导体晶体管/晶体管的放大作用晶体管的放大作用2.电流关系电流关系1）据）据KCL 定律有：定律有：2）共射极晶体管的电流放大倍数：）共射极晶体管的电流放大倍数：晶体管的电流关系体现了电流放大作用，故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。子的运动，所以又称为双极型晶体管。9第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.1半导体晶体管半导体晶体管/晶体管的放大作用晶体管的放大作用1.输入特性曲线输入特性曲线集一射极电压集一射极电压UCE 为常数时，为常数时，输入电路输入电路(基极电路基极电路)中基极电中基极电流流IB与基与基射极电压射极电压UBE之间之间的关系曲线，即的关系曲线，即IB=f(UBE)|U CE=常数常数四四.特性曲线特性曲线3DG6的输入特性的输入特性10第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.1半导体晶体管半导体晶体管/特性曲线特性曲线2.输出特性曲线输出特性曲线当基极电流当基极电流IB为常数时，输出电路为常数时，输出电路(集电集电极电路极电路)中集电极电流中集电极电流IC与集一射极电压与集一射极电压UCE 之间的关系曲线，即之间的关系曲线，即IC=f(UCE)|I B=常数常数1）三个基本区）三个基本区(1)放大区放大区(UCEUBE（0.7或或0.3）);(2)截止区截止区(IB0，UBE0,UCE0);(3)饱和区（饱和区（UCEUBE)。11第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.1半导体晶体管半导体晶体管/特性曲线特性曲线3DG6的输入特性的输入特性3DG6的输出特性的输出特性3.晶体管特性曲线晶体管特性曲线12第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.1半导体晶体管半导体晶体管/特性曲线特性曲线a)静态电阻静态电阻b)动态电阻动态电阻 rceRCE4.晶体管输出回路电阻晶体管输出回路电阻13第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.1半导体晶体管半导体晶体管/特性曲线特性曲线1电流放大系数电流放大系数 1）共射极直流电流放大系数）共射极直流电流放大系数 在静态在静态(无输入信号无输入信号)时时 称为称为共射极共射极直流放大系数。直流放大系数。2）交流电流放大系数）交流电流放大系数 集电极电流的变化量集电极电流的变化量I IC C 与基极电流的变化与基极电流的变化量量I IB B 的比值。的比值。在放大区工作时，常有在放大区工作时，常有 五五.主要参数主要参数14第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.1半导体晶体管半导体晶体管/主要参数主要参数2.集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM集电极电流集电极电流IC超过一定值时，晶体管的超过一定值时，晶体管的值值要下降。当要下降。当值下降到正常数值的三分之二时的值下降到正常数值的三分之二时的集电极电流集电极电流IC，称为集电极最大允许电流，称为集电极最大允许电流ICM。3集集射极反向击穿电压射极反向击穿电压U(BR)CEO IB=0时，加在集电极和发射极之间的最大时，加在集电极和发射极之间的最大允许电压，称为集允许电压，称为集射极反向。当晶体管的集射极反向。当晶体管的集射极电压射极电压U(BR)CEO。注：当注：当UCEU(BR)CEO时，晶体管会被击穿。时，晶体管会被击穿。4集电极最大允许功率损耗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。允许在集电极上消耗功率的最大值。15第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.1半导体晶体管半导体晶体管/主要参数主要参数一般温度对所有参数都影响，但影响最显一般温度对所有参数都影响，但影响最显著的是著的是：1.ICBO集电极与基极间的反向饱和电流集电极与基极间的反向饱和电流 T (10C)ICBO（约一倍）；（约一倍）；2.：T(1C)(1%);3.UBE:T (1C)UBE(约约2mV）。）。IC六六.温度对参数的影响温度对参数的影响16第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.1半导体晶体管半导体晶体管2.2共射极基本放大电路共射极基本放大电路基本要求基本要求:理解组成基本放大电路各元件的作用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放大电路组成原则掌握直流通路和交流通路的画法掌握直流通路和交流通路的画法17第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.2共射极基本放大电路共射极基本放大电路一一.放大电路的组成放大电路的组成18第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.2共射极基本放大电路共射极基本放大电路/电路组成电路组成1.各元件的作用各元件的作用T T:放大元件，在线性区。放大元件，在线性区。U UCCCC :作为放大电路直流工作作为放大电路直流工作电源电源：与：与R RC C一起保证集电结一起保证集电结反向偏置。反向偏置。R RB B ：基极偏置电阻，与：基极偏置电阻，与U UCCCC共同提供适当的基极电流共同提供适当的基极电流I IB B（偏流），以使放大电路获得合适的工作点。（偏流），以使放大电路获得合适的工作点。C C1 1、C C2 2 ：用以耦合交流，隔断直流，通常称为耦合：用以耦合交流，隔断直流，通常称为耦合电容器。电容器。R RC C ：为集电极负载电阻，将集电极电流的变化变换：为集电极负载电阻，将集电极电流的变化变换为电压为电压U UCECE的变化，以实现电压放大。的变化，以实现电压放大。19第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.2共射极基本放大电路共射极基本放大电路/电路组成电路组成1).晶体管必须工作在放大区，即晶体管必须工作在放大区，即NPN管：管：UCUB，由由RC、UCC保证，保证，UBUE，由由RB、UCC保证保证;PNP管：管：UCUBUE（与（与NPN管原理管原理同，电源和电容极性相反）同，电源和电容极性相反）；2).信号能输入（信号能输入（C1），即），即u i能使能使i B变化变化;3).信号能输出（信号能输出（C2），即），即 iC变化产生变化产生u o输出。输出。2.2.放大电路组成的原则放大电路组成的原则20第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.2共射极基本放大电路共射极基本放大电路/电路组成电路组成例例1：在晶体管放大电路中，测的得在晶体管放大电路中，测的得3 3个晶体管的各个晶体管的各级电位如图所示。试判断其极性（级电位如图所示。试判断其极性（E E、B B、C C）和类型（和类型（NPNNPN、PNPPNP、硅、锗）、硅、锗）解：（解：（a）,1 1,2 2,3 3;（b）,1 1,2 2,3 3;（c）,1 1,2 2,3 3;NPN 硅硅 E B CPNP 硅硅 C B EPNP 锗锗 C E B21第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.2共射极基本放大电路共射极基本放大电路/电路组成电路组成二二.直流通路和交流通路直流通路和交流通路交流通路交流通路（C C短路，短路，U UCCCC对地短路。）对地短路。）直流通路（直流通路（C C开路）开路）直流分析：直流分析：IB、IC、UCE交流分析：交流分析：Aus、ri、ro22第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.2共射极基本放大电路共射极基本放大电路2.3放大电路的静态（直流）分析放大电路的静态（直流）分析内容内容：放大电路的直流分析是指：当放大电路的直流分析是指：当ui=0，为保证为保证晶体管工作在放大区，确定放大电路的直流晶体管工作在放大区，确定放大电路的直流值（值（静态值静态值），即），即I B、I C、UCE，又称静态，又称静态工作点，简称工作点，简称Q点，点，Q点可通过公式估算或通点可通过公式估算或通过作图求出过作图求出。任务：任务：掌握掌握Q点估算的方法。点估算的方法。23第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.3静态（直流）分析静态（直流）分析解析法确定解析法确定Q点点直流通路直流通路根据直流通路计算，根据直流通路计算，UBE、为已知。为已知。硅管硅管UBE=0.6V0.7V，锗管锗管UBE=0.1V0.2V，IC=IBUC=UCC -ICRC24第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.3静态（直流）分析静态（直流）分析 在图所示的放大电路中，已知在图所示的放大电路中，已知U UCCCC12V12V，R RC C 3k3k，R RB B280k 280k，=50=50。求静态值。求静态值。IC=IB=500.04=2mAUCE=UCC-IC RC=12-23=6V例例1.25第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.3静态（直流）分析静态（直流）分析例例2：判断图中各晶体管的工作状态（饱和，放大，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，截止）。设所有的二极管和晶体管均为硅管，4040。解：解：（a）截止截止,（b）饱和饱和,（c）放大放大,26第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.3静态（直流）分析静态（直流）分析2.4放大电路的动态分析放大电路的动态分析动态动态：当放大电路的输入信号当放大电路的输入信号ui0时时的工作状态。的工作状态。任务任务：分析信号（交流分量）的传输分析信号（交流分量）的传输情况情况，掌握放大倍数，掌握放大倍数 A u、输入电阻输入电阻ri和和输出电阻输出电阻ro的计算方法。的计算方法。方法方法：微变等效电路法、图解法。微变等效电路法、图解法。27第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.4动态分析动态分析表述表述：把非线性元件晶体管所组成的放大电路把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路，也就是把晶体管线性化，等效为一个线性电路，也就是把晶体管线性化，等效为一个线性元件。这就是微变等效电路法。等效为一个线性元件。这就是微变等效电路法。线性化的条件线性化的条件：晶体管在小信号晶体管在小信号(微变量微变量)情况情况下工作，才能在静态工作点附近的小范围内用下工作，才能在静态工作点附近的小范围内用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。直线段近似地代替晶体管的特性曲线。一一.微变等效电路微变等效电路28第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.4动态分析动态分析/微变等效电路微变等效电路1.晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路1)输入回路输入回路在线性工作区，当在线性工作区，当UCE为常数时为常数时,晶体管输晶体管输入端入端BE等效为一个电阻等效为一个电阻 rbe。29第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.4动态分析动态分析/微变等效电路微变等效电路2)输出回路输出回路在线性工作区，当在线性工作区，当UCE为常数时，晶体管为常数时，晶体管输出端输出端CE可等效为一个可等效为一个受控电流源受控电流源：受控电流受控电流ic=ib受控电流源内阻为受控电流源内阻为r ce为称晶体管输出电阻为称晶体管输出电阻30第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.4动态分析动态分析/微变等效电路微变等效电路3）晶体管的微变等效电路图）晶体管的微变等效电路图r ce R c31第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.4动态分析动态分析/微变等效电路微变等效电路2.放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路表述：表述：将放大将放大电路交流通路中的晶体管变换为电路交流通路中的晶体管变换为微变等效电路就构成微变等效电路就构成放大电路的微变等效电路放大电路的微变等效电路32第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.4动态分析动态分析/微变等效电路微变等效电路二二.放大电路的基本性能指标放大电路的基本性能指标1.电压放大倍数电压放大倍数 放大电路的输出电压与输入电压幅值或有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。效值之比，称为放大电路的电压放大倍数。2.输入电阻输入电阻r ri i3.输出电阻输出电阻ro表达式：表达式：33第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.4动态分析动态分析三三.分析举例分析举例1）.电压放大倍数电压放大倍数riAu的特点：的特点：UO与与Ui的相位相反；的相位相反；Au11。34第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.4动态分析动态分析/微变等效电路微变等效电路2 2）输入电阻）输入电阻r ri i当当RB rbe 时，时，ri r be35第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.4动态分析动态分析/分析举例分析举例讨论讨论：当信号源为电压源时，若当信号源为电压源时，若ri很小，则有很小，则有:1）将从信号源取用较大的电流，从而增加信号将从信号源取用较大的电流，从而增加信号源的负担；源的负担；2）经过信号源内阻经过信号源内阻Rs和和ri的分压，使实际加到放的分压，使实际加到放大电路的输入电压大电路的输入电压ui减小，从而减小输出电压；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。压放大倍数。结论：希望放大电路的输入电阻结论：希望放大电路的输入电阻ri大。大。电流放大时，希望电流放大时，希望r ri i要低。要低。功率放大时，希望功率放大时，希望r ri i=r=rs s 。36第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.4动态分析动态分析/分析举例分析举例3 3）输出电阻）输出电阻 r ro o根据定义根据定义 Ui=0，Ib=0Ib=0，ro=UO/IO=RC讨论讨论：若若r ro o 较小，当负载变化时输出电压较小，当负载变化时输出电压的变化较小，放大电路带负载的能力较强。的变化较小，放大电路带负载的能力较强。结论结论：希望放大电路的输出电阻希望放大电路的输出电阻r ro o 小。小。37第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.4动态分析动态分析/分析举例分析举例4）源电压放大倍数）源电压放大倍数考虑信号源内阻，放大倍数将下降。考虑信号源内阻，放大倍数将下降。RsUs+-38第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.4动态分析动态分析/分析举例分析举例四四.图解分析法图解分析法由于由于 ui 0 ，整个放大电，整个放大电路既有直流信号，又有交路既有直流信号，又有交流信号，即流信号，即 iB=IBQ+ib、iC=ICQ+ic、uCE=UCEQ+uce。若只考虑交流信号，由交若只考虑交流信号，由交流通路有：流通路有：i ic c=-1/R=-1/RL Lu ucece，R RL L=R=RC C/R/RL L称为交流负载。称为交流负载。基本放大器交流通路基本放大器交流通路iC=-1/RL(UCE-uCE)+ICQ称为称为交流负载线交流负载线，其，其特点：斜率为特点：斜率为-1/RL，过静态工作点过静态工作点Q。39第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.4动态分析动态分析/图解分析法图解分析法直流负载线和交流负载线直流负载线和交流负载线U/I=uce/ic=RLU I交流负载线交流负载线Ucc交流负载线与交流负载线与UCE轴轴的的 截距为：截距为：UCC=U CEQ Q+I+IC Q C Q RLRL RC，交流负载线交流负载线比直流负载线陡，放大比直流负载线陡，放大倍数将减小。倍数将减小。当放大器空载时，即当放大器空载时，即RL=RC，此时此时交流负载交流负载线与直流负载重合。线与直流负载重合。1.1.交流负载线的画法交流负载线的画法40第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.3动态分析动态分析/微变等效电路微变等效电路交流负载线与直交流负载线与直流负载线对比流负载线对比RL1，由幅频特性可以得到，由幅频特性可以得到fT与与f的近似关系：的近似关系：fT0f3.共基射极截止频率共基射极截止频率电流放大系数电流放大系数也是频率的函数，当频率升高时，也是频率的函数，当频率升高时，的幅值下的幅值下降到降到07070时的频率定义为的截止频率时的频率定义为的截止频率f。上述三个频率参数的关系为上述三个频率参数的关系为ffTf,共基极放大电路的频率共基极放大电路的频率特性要比共发射极放大电路的频率特性好的多。特性要比共发射极放大电路的频率特性好的多。84第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路/2.9放大电路的频率特性放大电路的频率特性小结小结1晶晶体体管管是是一一种种电电流流控控制制器器件件，用用改改变变基基极极电电流流可可以以控控制制集集电电极极电电流流。它它有有三三个个极极分分别别称称为为发发射射极极e、基基极极b和和集集电电极极c。根根据据结结构构的的不不同同可可分分为为NPN和和PNP两两种种类类型型，根根据材料的不同又可分为硅晶体管和锗晶体管。据材料的不同又可分为硅晶体管和锗晶体管。2晶体管在电路中有共射、共集和共基三种组态。晶体管在电路中有共射、共集和共基三种组态。3晶晶体体管管的的电电流流放放大大系系数数是是它它的的主主要要参参数数，按按电电路路组组态态的的不不同同有有共共射射极极电电流流放放大大系系数数和和共共基基极极电电流流放放大大系系数数之之分。分。4描描述述晶晶体体管管性性能能的的有有输输入入特特性性和和输输出出特特性性，我我们们均均称称之之为为伏伏-安安特特性性。从从输输出出特特性性上上可可以以将将晶晶体体管管分分为为放放大大区区、饱和区和截止区。饱和区和截止区。5.放大电路的分析方法有图解法和微变等效电路法。放大电路的分析方法有图解法和微变等效电路法。85第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路小结小结6放放大大电电路路工工作作点点不不稳稳定定的的原原因因，主主要要是是由由于于温温度度的的影影响响。常常用用的的稳稳定定工工作作点点的的电电路路有有射射极极偏偏置置电电路路等等，它它是是利利用用反馈原理来实现的。反馈原理来实现的。7在在多多级级放放大大电电路路的的分分析析中中，对对于于阻阻容容耦耦合合，各各级级静静态态工工作作点点是是独独立立的的，互互不不影影响响，因因此此，各各级级静静态态工工作作点点可可单单独独计计算算。而而各各级级间间的的输输入入电电阻阻和和输输出出电电阻阻将将分分别别影影响响前前级级的的负负载载和和后后级级的的输输入入电电阻阻，因因此此，计计算算多多级级放放大大电电路路的总增益时，应注意各级间的相互影响。的总增益时，应注意各级间的相互影响。8.将将放放大大电电路路的的电电压压放放大大倍倍数数Au和和相相角角作作为为频频率率的的函函数数，这种函数关系称为放大电路的频率响应或频率特性。这种函数关系称为放大电路的频率响应或频率特性。86第二章第二章晶体管及基本放大电路晶体管及基本放大电路