1、第三章第三章 晶體三極管晶體三極管(BJT)及及放大電路基礎放大電路基礎 3.1半導體BJT 一 BJT結構與電路符號 二 晶體管電流的分配與放大作用 演示實驗 結論：、晶體管起放大作用的條件： 發射結正偏，集電結反偏，稱為BJT的放大偏置。 即滿足下列電壓關系： NPN管：VCB0，VBE0或VCVB VE PNP管： VCB0，VBE0或 VCVBVE、放大偏置時的電流分配與放大關系：(1) IE=IC+IB(2) IC和IE IE 基極電流的少量變化IB可引起集電極電流IC的較大變化(3) 當IB=0時，IC=ICEO解釋：BJT內部載流子的傳輸過程發射區向基區注入電子電子在基區中的擴散

2、與復合集電區收集擴散過來的電子三 BJT靜態特性曲線 BJT靜態特性曲線：是在伏安平面上作出的反映晶體管各極直流電流電壓關系的曲線。 BJT靜態特性曲線用途： 、晶體三極管的組態 將晶體三極管視為雙端口器件，分析其三種典型接法，稱為組態。共基極接法（CB） 共射接法（CE） 共接接法（CC） 、共射輸入特性曲線、共射輸入特性曲線 共射輸入特性曲線是以輸出電壓VCE為參變量，輸入口基極電流iB隨發射結電壓vBE變化的曲線： 共射輸入特性曲線的特點： 、共射輸出特性曲線共射輸出特性曲線 共射輸出特性曲線是在集電極電流IB一定的情況下，的輸出回路中集電極與發射極之間的電壓VCE與集電極電流IC之間的

3、關系曲線。工作區域劃分：(1)放大區(線性區)條件：發射結正偏，集電結反偏對NPN管：VCVBVE特性：IC=IB(2)截止區條件：發射結反偏對NPN管：VBVBE特性：IB增加，IC卻不再增加，即 ICIB ;而且VCE很小。四、BJT的主要參數 1 電流放大系數 共發射極直流電流、交流電流放大系數 例：書圖3.1.7(b)為3DG6晶體三極管輸出特性輸出特性曲線，求它的曲線，求它的共發射極直流電流、交流電流放大系數 2 極間反向電流(1) ICBO (2) ICEO 3極限參數3.2 共發射極放大電路放大電路 一、共發射極基本放大電路 教材圖3.2.1 T：NPN型晶體管,放大的核心部件

4、VCC： 集電極回路直流電源提供集電結反偏 RC： 集電極負載電阻,作用:將iC 轉換成U0，反應在輸出端 VBB,Rb:提供發射結正偏和合適的基極偏流 C1,C2： 隔直流通交流 二. 組成原則 (1) 發射結正偏 集電極反偏 使T管處于放大狀態(2) 輸入回路：Ui產生ib 控制ic(3) 輸出回路：使iC盡可能多流到RL上（減少其他支路的分流）(4) 保證放大電路工作正常，T 處于放大狀態，合理設置靜態工作點Q 三. 放大電路的性能指標、 放大倍數：輸入信號若為正弦波 a. 電壓放大倍數：AV=U0/UI UO輸出電壓（有效值）UI輸入電壓（有效值） 電壓增益： AV(db)=20lgA

5、V 分貝 DB b電流放大倍數 AI=IO/II 電流增益： AI (db)=20lgAI (分貝) c功率放大倍數：功率增益 20lgAp 分貝 Ap=Po/PI2. 最大輸出幅度：U0MAX,U0,U0PP（以正弦為例子）3.輸入電阻: Ri4.輸出電阻：Ro5. 通頻帶BW（Bf）四、放大電路的基本分析方法 、分析方法：1）圖解法：在特性曲線上用作圖來進行分析 2）微變等效電路法：在一定條件下等效為線性電路進行分析 3) 計算機仿真 一、直流通路，交流通路 電路分析的兩種基本電路：1）直流通路：靜態工作點分析（UBEQ ,UCEQ , IBQ , ICQ ） 2）交流電路：動態分析（AV

6、，ri，r0） 1 直流通路：直流信號通過的電路 原則：遇C視為開路 遇L視為短路 1 交流通路：交流信號通過的電路 原則：遇C（充分大）近似視為短路 遇L（充分大）近似視為開路 直流電源（內阻?。航茷槎搪贰?3.3圖解分析法 一、靜態分析 靜態工作點估算： 從輸入特性中知：晶體管導通時UBE變化很小（硅管：0.6-0.8V；鍺管：0.1-0.3V） 一般情況UBEQ：（硅管：0.7V，鍺管0.2V ） 1) 從直流通路中：列KVL方程 IBQ*RB+UBEQ-EC=0 IBQ=（EC-UBEQ）/RB 2) 從晶體管電流分配關系 ICQ=IBQ 3) 從直流通路中：列負載回路的KVL方程

7、 ICQ*RC+UCEQ-EC=0 UCEQ=EC-ICQ*RC2. 用圖解法確定點 1) 給出輸入特性，輸出特性曲線 2) 畫出直流通路：標出IBQ，ICQ，UBEQ，UCEQ 3) 利用輸入特性曲線來確定IBEQ和UBEQ 基極偏置線：UBE=EC-IB*RB 與輸入特性曲線的交點對應的IBQ，UBEQ 4) 利用輸出特性曲線來確定ICQ和UCEQ 直流負載線：UCE=EC-IC*RC與輸出特性曲線中IBQ線的交點確定ICQ、UCEQ * 只給出輸出特性曲線來確定UCEQ和ICQ 1) 估算IBQ及UBEQ 2) 利用輸出特性曲線來確定ICQ，UCEQ 由估算的IBQ所對應的輸出特性曲線

8、與直流負載線的交點Q 對應ICQ，UCEQ2. 動態工作情況分析 （）、利用輸入特性畫出iB，uBE波形 設輸入為Ui=UmSINwt（mv） uBE=UBEQ+ui iB=IBQ+IBMSINwt （2）、利用輸出特性畫iC和uCE波形 交流負載線 a、空載時RL= 交流負載線與直流負載線重合，動態工作點在交流負線上移動，斜率1/RC uCE=EC-IC*RC b、RL不等于 放大電路的交流負載電阻RL/=RCRL 交流負載線作法：過點作一條斜率為-1/RL/的直線QQQIBQVBEQvBE/ViB/uAttvBE/ViB/uA204060QQQICQVCEQvCE/ViC/mAvCE/Vi

9、C/mAtt交流負載線交流負載線20uA40uA60uA3. 非線性失真1) 截止失真 Q點過低，信號進入截止區點過低，信號進入截止區iCuCEuo放大電路產生放大電路產生截止失真截止失真輸入波形輸入波形ibiCuCE 2)飽和失真飽和失真 Q點過高，信號進入飽和區點過高，信號進入飽和區放大電路產生放大電路產生飽和失真飽和失真ib輸入波輸入波形形uo輸出波形輸出波形波形的波形的失真失真飽和失真截止失真 由于放大電路的工作點達到了三極管由于放大電路的工作點達到了三極管的飽和區而引起的非線性失真。對于的飽和區而引起的非線性失真。對于NPN管，管，輸出電壓表現為底部失真。輸出電壓表現為底部失真。 由

10、于放大電路的工作點達到了三極管由于放大電路的工作點達到了三極管的截止區而引起的非線性失真。對于的截止區而引起的非線性失真。對于NPN管，管，輸出電壓表現為頂部失真。輸出電壓表現為頂部失真。 動態工作情況分析小結動態工作情況分析小結Q點合適，Ui幅度過大雙向失真（截止，飽和失真） iCuCEuo可輸出的可輸出的最大不失最大不失真信號真信號選擇靜態工作點選擇靜態工作點ib3.4微變等效電路法 條件：指輸入信號UI變化量?。葱⌒盘枺┹斎胄盘栴l率在低中頻范圍 原因：根據輸入，輸出特性曲線 在如上條件下：小信號：特性曲線近似直線性可用等效的線性電路代替T管低中頻：晶體管中結電容的影響極小 一、BJT的

11、微變等效電路 rbe稱為BJT的輸入電阻，它表示BJT的輸入特性近似計算公式：rbe=UBE/IB=rb+(1+)re rb-基區體電阻 , re發射擊區體電阻 rbe =200+（1+B）26(mV)/IE(mA) rce稱為BJT的輸出電阻，rce=uce/icIB，一般rce10k可忽略二、用H參數微變等效電路法分析共射極基本放大電路、畫出放大電路的微變等效電路由BJT的微變等效電路和放大電路的交流通路可得出放大電路的微變等效電路。 、求電壓增益AV ：AV=UO/UI UI=IBRBE （1） 空載時：RL= U0=IORC=-ICRC U0=-IBRC 所以AV=UO/UI=-IBR

12、C/（IBRBE）=-RC/RB （） RL UO=IoRL=-ICRL=-IBRL AV=UO/UI=-IBRL/（IBRBE）= -RL/RBE=-RC/RL/RBE 、計算輸入電阻和輸出電阻 (1)計算輸入電阻 RI=UI/IB=RB/RBE=RBE (2)計算輸出電阻 當RL=時，向左看進去 所以UI=0 IB=0則IB=0RO=RC3.5放大電路的工作點穩定問題 一、溫度對工作點的影響一、溫度對工作點的影響 1)ICBO VBE影響：影響：T升，升， 升，輸出特性曲線間隔寬，升，輸出特性曲線間隔寬，Q點上移，飽和區，放大能力減弱。點上移，飽和區，放大能力減弱。 2) ICBO影響：影

13、響：T升，升， ICBO升，升，ICEO升，輸出特性曲線向升，輸出特性曲線向上平移，上平移，Q點向飽和區移動，放大能力減弱。點向飽和區移動，放大能力減弱。 硅管硅管 ICBO很少，影響可忽略。鍺管很少，影響可忽略。鍺管ICBO很大，造成工作很大，造成工作點不穩的主要因素。高溫下應選硅管點不穩的主要因素。高溫下應選硅管 3) VBE影響。影響。T升，升，VBE降（導通電壓），輸入特性曲降（導通電壓），輸入特性曲線向左移動，線向左移動，IBQ升，工作點上移，升，工作點上移，ICQ不穩不穩 歸上述：歸上述：T升，升，Q點，飽和區移動點，飽和區移動 T降，降，Q點，截止區移動。點，截止區移動。 二、分

14、壓式射極偏置電路： 電路應滿足： IRb2IBQUBQUBEQ 1、穩定工作點原理： 目標：溫度變化時，使目標：溫度變化時，使I IC C維持恒定。維持恒定。 如果溫度變化時如果溫度變化時，b b點電位能基本不變點電位能基本不變，則可實現靜態工作點的穩定。則可實現靜態工作點的穩定。穩定原理：穩定原理：T IC IE VE 、VB不變不變 VBE IB IC （負反饋控制）（負反饋控制） 2、靜態分析： I1I2IBRB1+ECRCTRB2RE直流通路直流通路算法：算法：BII 22121BBCRREII22BBRIV CBBBERRR212EEBEBBERIVVVUEBEBEBECRURUUI

15、IEECCCCERIRIEU 3、動態分析： 交流通路微變等效電路 Av： Av= ri、ro ri=Rb1Rb2rbe+(1+)Re roRc 故 ReAv 矛盾 采用改進電路在Re上并聯一大電容(交流旁路) ebeLi0R)1 (rRVVRB1+ECRCC1C2RB2CERERLuiuoCE 交流交流旁旁路電容路電容RE射極直流射極直流負反饋電阻負反饋電阻CE的作用：交流通路中，的作用：交流通路中， CE將將RE短路，短路，RE對交流不起作用，放大倍數不受影響。對交流不起作用，放大倍數不受影響。 有旁路電容CE: Av riRb1Rb2rbe roRC beLrRRB1+ECRCC1C2T

16、RB2CERE1RLuiuoRE2如果電路如下圖所示，如何分析？如果電路如下圖所示，如何分析？RB1+ECRCC1C2TRB2CERE1RLuiuoRE2動態分析：動態分析：交流通路交流通路RB1RCRLuiuoRB2RE1交流通路：交流通路：RB1RCRLuiuoRB2RE1微變等效電路：微變等效電路：rbeRCRLoURE1iUiIbIcIbIRB3.6共集電極放大電路 和共基極放大電路 一、共集電極放大電路 、靜態工作點計算： 直流通路EC=RbIBQ+IEQRe+UBEQ EC=UCEQ+ReIEQ又又 IEQ=（1+）IBQ IBQ=（EC-UBEQ）/（Rb+（1+）Re） ICQ

17、=IBQUCEQ=EC-（1+）IBQRe、 動態分析交流通路：微變等效電路電壓增益電壓增益：UI=IBRBE+IERL=IBRBE+IB（1+）RL UO=IERL=（1+）RLAV=UO/UI=（1+）RL/（RBE+（1+）RL）注： 當（1+）RLRBE時，AV1 說明共級電路，UO與UI同相，電壓無放大作用輸入電阻：輸入電阻：輸出電阻：輸出電阻： )/)(1 (/LebebRRrR 1)/(/bebserRRR結論： （1）U0與UI同相 （2） V=1，電壓無放大作用，電流有放大 （就電壓信號講又稱為射極跟隨器）（3）RI大對前級影響?。▽π盘栐此魅‰娏餍。?（4） RO小帶負載能

18、力強射極輸出器的使用射極輸出器的使用1. 將射極輸出器放在電路的首級，可以提高輸將射極輸出器放在電路的首級，可以提高輸入電阻。入電阻。2. 將射極輸出器放在電路的末級，可以降將射極輸出器放在電路的末級，可以降 低輸低輸出電阻，提高帶負載能。出電阻，提高帶負載能。3. 將射極輸出器放在電路的兩級之間，可以起將射極輸出器放在電路的兩級之間，可以起到電路的匹配作用。到電路的匹配作用。二、共基極放大電路 、靜態工作點、靜態工作點 直流通路 VB=RB1/（RB1+RB2）EC VB=RBEQ+IEQRE IEQ=（UB-UBEQ）/RE IBQ=IEQ/（1+）UCEQ=EC-ICQRC-IEQRE EC-IEQ（RC+RE） 當IB 很小 則： 動態分析： 交流通路微變等效電路電壓增益：電壓增益：beLc)/(rRR 輸入電阻：輸入電阻： 1/beerR輸出電阻：輸出電阻：cR結論：A.共基電路是同相放大器VO、VI同相 B電