1、第六章第六章 晶體管極其應用晶體管極其應用6.2 6.2 晶體管的結構和符號晶體管的結構和符號面積大面積大面積大面積大晶體管有三個極、三個區、兩個PN結。1 1 晶體管的結構晶體管的結構（集電結反偏），即（發射結正偏）放大的條件BECECBonBE0uuuUu 擴散運動形成發射極電流IE，復合運動形成基極電流IB，漂移運動形成集電極電流IC。少數載流子的運動因發射區多子濃度高使大量電子從發射區擴散到基區因基區薄且多子濃度低，使擴散到基區的電子（非平衡少子）中的極少數與空穴復合因集電區面積大，在外電場作用下大部分擴散到基區的電子漂移到集電區基區空穴的擴散2 2 晶體管的電流放大特性晶體管的電流放

2、大特性電流關系： IEIBIC IE擴散運動形成的電流 IB復合運動形成的電流 IC漂移運動形成的電流CBOCEOBCBC)(1 IIiiII穿透電流集電結反向電流直流電流放大系數交流電流放大系數B)(CECIufi 飽和區放大區BiCi截止區CE)(BEBUufi （1）輸入特性3 3 晶體管的特性曲線晶體管的特性曲線（2）輸入特性 晶體管工作在放大狀態時，輸出回路的電流 iC幾乎僅僅決定于輸入回路的電流 iB，即可將輸出回路等效為電流 iB 控制的電流源iC 。晶體管的三個工作區域晶體管的三個工作區域4 4 主要參數主要參數 共射極電流放大倍數和在靜態下（無輸入信號），共射直流電流放大倍數

3、為集電極電流和基極電流的比值，即：BC_II 工作在動態的三極管，真正的信號是疊加在直流上的交流信號。基極電流的變化量為IB，相應的集電極電流變化為IC，則交流電流放大倍數為：BIIC 集-基極反向截止電流ICBO ICBO 是發射極開路，集電結反偏置時，集電極和基極之間的反向漏電流。ICBO 很小，但受溫度影響較大。 集-射極反向截止電流ICEO ICEO是基極開路，集電結反偏置，而發射結正向偏置時，集電極和發射極之間的反向電流（穿透電流）。ICEO 與ICBO 之間的關系為：ICEO= （ +1）ICBO 集電極最大允許電流ICM 集電極電流IC上升會導致三極管的值的下降，當值下降到正常值

4、的三分之二時的集電極電流即為 ICM。 集電極電流IC流過三極管，所發出的焦耳熱為：PC=ICUCE 。必定導致結溫上升， PCM是根據最高結溫給出的，所以對PC有限制，PCPCM。 集極-發射極反向擊穿電壓 U(BR)CEO 當集-射極之間的電壓UCE超過一定的數值時，三極管就會被擊穿。手冊上給出的數值是25C、基極開路時的擊穿電壓U(BR)CEO。 集電極最大允許功耗 PCM安全工作區1. 共發射極放大電路的組成6.2.2 6.2.2 共發射極放大電路共發射極放大電路+ uBE +uCE ECRBEBRC+ui + RSus+uo C2RL+iCiBC1+ 晶體管: 放大元件。電源EC：保

5、證發射結處于正向偏置、集電結處于反向偏置，為輸出信號提供能量。集電極電阻RC ：將電流的變化變換為電壓的變化，以實現電壓放大。 基極電阻RB：使發射結處于正向偏置、提供大小適當的基極電流。耦合電容C1和C2 ：用來隔斷直流、耦合交流。電容值應足夠大，以保證在一定 的頻率范圍內，電容上的交流壓降可以忽略不計，即對交流信號可視為短路。2. 工作原理+ui iC+ uBE +uCE +VCCRBRC+uo C2+C1+iBIC+ UBE +UCE +VCCRBRCIB實際畫法2. 設置靜態工作點的必要性 輸出電壓必然失真！輸出電壓必然失真！ 設置合適的靜態工作點，首先要解決失真問題，但設置合適的靜態

6、工作點，首先要解決失真問題，但Q點點幾乎影響著所有的動態參數！幾乎影響著所有的動態參數！ 為什么放大的對象是動態信號，卻要晶體管在信號為零為什么放大的對象是動態信號，卻要晶體管在信號為零時有合適的直流電流和極間電壓？時有合適的直流電流和極間電壓？三、基本共射放大電路的波形分析t tuCEUCEQVCCOt tuCEUCEQVCCO飽和失真飽和失真底部失真底部失真截止失真截止失真頂部失真頂部失真輸出和輸入反相！輸出和輸入反相！動態信號動態信號馱載在靜馱載在靜態之上態之上與與iC變化變化方向相反方向相反 要想不失真，就要要想不失真，就要在信號的整個周期內在信號的整個周期內保證晶體管始終工作保證晶體

7、管始終工作在放大區！在放大區！二、如何組成放大電路o 靜態工作點合適：合適的直流電源、合適的電路參數。靜態工作點合適：合適的直流電源、合適的電路參數。o 動態信號能夠作用于晶體管的輸入回路，在負載上能夠動態信號能夠作用于晶體管的輸入回路，在負載上能夠獲得放大了的動態信號。獲得放大了的動態信號。o 對實用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少、對實用放大電路的要求：共地、直流電源種類盡可能少、負載上無直流分量。負載上無直流分量。1. 組成原則2. 兩種實用放大電路：（1 1）直接耦合放大電路直接耦合放大電路問題：問題：1. 兩種電源兩種電源2. 信號源與放大電路不信號源與放大電路不“共地共地

8、”共地，且要使信號共地，且要使信號馱載在靜態之上馱載在靜態之上靜態時，靜態時，b1BEQRUU動態時，動態時，b-e間電壓是間電壓是uI與與VCC的共同作用的結果。的共同作用的結果。將兩個電源將兩個電源合二為一合二為一有直流分量有直流分量有交流損失有交流損失（2 2）阻容耦合放大電路阻容耦合放大電路 耦合電容的容量應足夠耦合電容的容量應足夠大，即對于交流信號近似大，即對于交流信號近似為短路。其作用是為短路。其作用是“隔離隔離直流、通過交流直流、通過交流”。靜態時，靜態時，C1、C2上電壓？上電壓？CEQC2BEQC1UUUU，動態時，動態時，C1、C2為耦合電容！為耦合電容！UBEQUCEQu

9、BEuIUBEQ，信號馱載在靜態之上。，信號馱載在靜態之上。負載上只有交流信號。負載上只有交流信號。討論：試用PNP型管分別組成阻容耦合共射放大電路。4.3 4.3 放大電路的分析方法一、放大電路的直流通路和交流通路一、放大電路的直流通路和交流通路二、二、等效電路法等效電路法三、三、圖解法圖解法一、放大電路的直流通路和交流通路1. 直流通路： Us=0，保留，保留Rs；電容開路；電容開路； 電感相當于短路（線圈電阻近似為電感相當于短路（線圈電阻近似為0）。）。2. 交流通路：大容量電容相當于短路；直流電：大容量電容相當于短路；直流電源相當于短路（內阻為源相當于短路（內阻為0）。）。 通常，放大

10、電路中直流電源的作用和交流信號通常，放大電路中直流電源的作用和交流信號的作用共存，這使得電路的分析復雜化。為簡化的作用共存，這使得電路的分析復雜化。為簡化分析，將它們分開作用，引入直流通路和交流通分析，將它們分開作用，引入直流通路和交流通路的概念。路的概念。cCQCCCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVI基本共射放大電路的直流通路和交流通路 列晶體管輸入、輸出回路方程，將列晶體管輸入、輸出回路方程，將UBEQ作為已知條件，作為已知條件，令令ICQIBQ，可估算出靜態工作點。，可估算出靜態工作點。VBB越大，越大，UBEQ取不同的值所引取不同的值所引起的起的IBQ的誤差越的誤差越小

11、。小。cCQCCCEQBQCQbBEQCCBQ RIVUIIRUVI當當VCCUBEQ時，時，bCCBQRVI已知：已知：VCC12V， Rb600k， Rc3k ， 100。 Q？直流通路直流通路阻容耦合單管共射放大電路的直流通路和交流通路二、圖解法bBBBBERiVucCCCCERiVu輸入回路輸入回路負載線負載線QIBQUBEQIBQQICQUCEQ負載線負載線1. 靜態分析：2. 電壓放大倍數的分析符號為“”。反相，與給定uuAuuuuAuuiiuIOIOOCECBI)(bBIBBBERiuVuIuBBQBiIICiCEu斜率不變斜率不變3. 失真分析o截止失真截止失真消除方法：增大消

12、除方法：增大VBB，即向上平移輸入回路負載線。，即向上平移輸入回路負載線。t截止失真是在輸入回路首先產生失真！截止失真是在輸入回路首先產生失真！減小減小Rb能消除截止失真嗎？能消除截止失真嗎？o飽和失真飽和失真o飽和失真飽和失真 Q Q：飽和失真是輸出回路產生失真。：飽和失真是輸出回路產生失真。2o 最大不失真輸出電壓最大不失真輸出電壓Uom ：比較：比較UCEQ與（與（ VCC UCEQ ），取），取其小者，除以其小者，除以 。直流負載線和交流負載線直流負載線和交流負載線交流負載線應過交流負載線應過Q點，且斜率決定于點，且斜率決定于-1/（RcRL）最大不失真輸出電壓最大不失真輸出電壓Uom

13、 ：比較：比較UceQ- Uces與與IcQ*RL，取其小者，除，取其小者，除以以 BRILCQ2三、等效電路法o 半導體器件的非線性特性使放大電路的分析復雜化。利用半導體器件的非線性特性使放大電路的分析復雜化。利用線性元件建立模型，來描述非線性器件的特性。線性元件建立模型，來描述非線性器件的特性。1. 直流模型：適于：適于Q點的分析點的分析理想二極管理想二極管利用估算法求解靜態工作點，實質上利用了直流模型。利用估算法求解靜態工作點，實質上利用了直流模型。cCQCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVICC輸入回路等效為輸入回路等效為恒壓源恒壓源輸出回路等效為電流控制的電流源輸出回路

14、等效為電流控制的電流源2. 晶體管的h參數等效模型（交流等效模型）o 在交流通路中可將晶體管看成在交流通路中可將晶體管看成為一個二端口網絡，輸入回路、為一個二端口網絡，輸入回路、輸出回路各為一個端口。輸出回路各為一個端口。)()(CEBCCEBBEuifiuifu，低頻小信號模型低頻小信號模型ce22b21cce12b11be UhIhIUhIhU在低頻、小信號作用下的關系式在低頻、小信號作用下的關系式CECECBBCCCECEBEBBBEBEddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIU交流等效模型（按式子畫模型）交流等效模型（按式子畫模型）電阻電阻無量綱無量綱無量綱無量綱電導

15、電導h h參數的物理意義參數的物理意義beBBE11CEriuhUBCEBE12IuuhCEBC21UiihceCEC221Bruihib-e間的間的動態電阻動態電阻內反饋內反饋系數系數電流放大系數電流放大系數c-e間的電導間的電導分清主次，合理近似！什么情況下分清主次，合理近似！什么情況下h12和和h22的作用可忽略不計？的作用可忽略不計？簡化的簡化的h h參數等效電路參數等效電路交流等效模型交流等效模型EQTbbebbbbbebe)1 ( IUrrrIUr查閱手冊查閱手冊基區體電阻基區體電阻發射結電阻發射結電阻發射區體電阻發射區體電阻數值小可忽略數值小可忽略利用利用PN結的電流方程可求得結

16、的電流方程可求得由由IEQ算出算出在輸入特性曲線上，在輸入特性曲線上，Q點越高，點越高，rbe越小！越小！3. 放大電路的動態分析)()(bebbbebiirRIrRIUccoRIUbebcio rRRUUAubebiiirRIURcoRR 放大電路的放大電路的交流等效電路交流等效電路阻容耦合共射放大電路的動態分析阻容耦合共射放大電路的動態分析beLbebLcio )(rRrIRRIUUAcubebebirrRRuuARRRUUUUUUAisiiosisoscoRR 輸入電輸入電阻中不阻中不應含有應含有Rs!輸出電輸出電阻中不阻中不應含有應含有RL!3. 放大電路中的頻率參數 在低頻段，隨著信

17、號頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電在低頻段，隨著信號頻率逐漸降低，耦合電容、旁路電容等的容抗增大，使動態信號損失，放大能力下降。容等的容抗增大，使動態信號損失，放大能力下降。高通高通電路電路低通低通電路電路 在高頻段，隨著信號頻率逐漸升高，晶體管極間電容和在高頻段，隨著信號頻率逐漸升高，晶體管極間電容和分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動態信號分布電容、寄生電容等雜散電容的容抗減小，使動態信號損失，放大能力下降。損失，放大能力下降。下限頻率下限頻率上限頻率上限頻率LHbwfff結電容結電容(1)(1)模型的建立模型的建立：由結構而建立，形狀像：由結構而建立，形狀像，參數量綱各不相同。，參

18、數量綱各不相同。 gm為跨導，它不隨信為跨導，它不隨信號頻率的變化而變。號頻率的變化而變。阻值小阻值小阻值大阻值大連接了輸入回路連接了輸入回路和輸出回路和輸出回路二、晶體管的高頻等效電路1. 混合模型（2 2）混合）混合模型的單向化（使信號單向傳遞）模型的單向化（使信號單向傳遞）Lmebceeb)1 (RgkXUkXUUICCCLmeb 1RgXIUXCCCLm)1 (CRgC 1CkkC同理可得，等效變換后電流不變等效變換后電流不變（3 3）晶體管簡化的高頻等效電路）晶體管簡化的高頻等效電路EQT0ebbb)1 (CCCIUrCr可從手冊查得、TEQeb0mebbmebmb0 UIrgrIg

19、UgI？如何得到模型中的參數？為什么不考慮 C？2、電流放大倍數的頻率響應CEbc UIILm 0CCCRgk所以，因為)( 21j1 )( j1 eb0ebebebmCCrfffCCrUUg為什么短路？為什么短路？（1 1）適于頻率從）適于頻率從0 0至無窮大的表達式至無窮大的表達式（2 2）電流放大倍數的頻率特性曲線）電流放大倍數的頻率特性曲線ffffff1200tg )(1j1 -90 0 -45 707. 02 0000，時，；時，；，時，；時，fffffffffo（3 3）電流放大倍數的波特圖）電流放大倍數的波特圖: : 采用對數坐標系采用對數坐標系71. 5， lg20 采用對數坐

20、標系，橫軸為采用對數坐標系，橫軸為lg f，可開闊視野；縱軸為，可開闊視野；縱軸為 單位為單位為“分貝分貝” （dB），使得），使得 “ ” “ ” 。lg fdB32lg20注意折線化曲線的誤差注意折線化曲線的誤差20dB/十倍頻折線化近似畫法折線化近似畫法3.晶體管的頻率參數 1 0TTffff 時的頻率為使)CC(rfffeb0 21 j1 。、)(obTCCfff共射共射截止頻率截止頻率共基共基截止頻率截止頻率特征頻率特征頻率集電結電容集電結電容通過以上分析得出的結論：通過以上分析得出的結論： 低頻段和高頻段放大倍數的表達式；低頻段和高頻段放大倍數的表達式； 截止頻率與時間常數的關系；

21、截止頻率與時間常數的關系； 波特圖及其折線畫法；波特圖及其折線畫法； C的求法。的求法。手冊手冊查得查得討論一1. 若干個放大電路的放大倍數分別為若干個放大電路的放大倍數分別為1、10、102、103、104、105，它們的增益分別為多少？，它們的增益分別為多少？2. 為什么波特圖開闊了視野？同樣長度的橫軸，在為什么波特圖開闊了視野？同樣長度的橫軸，在單位長度不變的情況下，采用對數坐標后，最高頻單位長度不變的情況下，采用對數坐標后，最高頻率是原來的多少倍？率是原來的多少倍？102030405060Of10102103104105106lg f討論二 電路如圖。已知各電阻阻值；電路如圖。已知各電

22、阻阻值；靜態工作點合適，集電極電流靜態工作點合適，集電極電流ICQ2mA；晶體管的；晶體管的rbb=200，Cob=5pF， f=1MHz。 試求解該電路中晶體管高頻等試求解該電路中晶體管高頻等效模型中的各個參數。效模型中的各個參數。ebmCQrgI、Lcmob)(CRRgCC、ebob)(CrCCf、CCC三、單管共射放大電路的頻率響應適用于信號頻率從適用于信號頻率從0的的交流等效電路交流等效電路中頻段：中頻段：C 短路，短路， 開路。開路。CC低頻段：考慮低頻段：考慮C 的影響，的影響， 開路。開路。高頻段：考慮高頻段：考慮 的影響，的影響，C 開路。開路。C1. 中頻電壓放大倍數eboi

23、ebsisosmUUUUUUUUAu)( LcmbeebisismRRgrrRRRAu帶負載時：帶負載時：)( cmbeebisismoRgrrRRRAu空載時：空載時：2. 低頻電壓放大倍數: :定性分析定性分析0U.ooU.oI.o。超前，時，當超前900 0 oooooooUUUfUU)(cmbeebisismoRgrrRRRAuAu.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs2. 低頻電壓放大倍數：定量分析：定量分析 j1LcLsmoooosoososlRCRRAUUUUUUAuuCRRARRRRRCRRAAuuu)(j11j1LcsmLcLcLcLsmosl)(cmbeebisismoRgr

24、rRRRAuCRRfffffAffAAuuu)(21 j1) j ()(j1LcLLLsmLsmslC所在回路的時間常數？所在回路的時間常數？Au.Ui.Uoo.Uo.CRLsURs2. 低頻電壓放大倍數：低頻段頻率響應分析：低頻段頻率響應分析)arctan90(180 )(11lg20lg20lg20L2LsmslffffAAuuCRRfffffAAuu)( 21 j1)j ( LcLLLsmsl135 dB3lg20 sL，下下降降時時，uAff)lg(20lg20 LsmsLffAAffuu時，。，時，90 0 0suAfsmsLlg20lg20 uuAAff時，中頻段中頻段20dB/十

25、倍頻十倍頻3. 高頻電壓放大倍數 )( 21 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrRCfffAUUAuu)(sbbbebRRrrRAu.Uo.RLsURbe低通電路低通電路3. 高頻電壓放大倍數：高頻段頻率響應分析：高頻段頻率響應分析 )( 21 j1sbbbebHHsmsoshCRRrrfffAUUAuu-225 dB3lg20 shH，下下降降時時，uAffH2Hmsharctan180 )(1lg20lg20lg20ffffAAuu；下降倍，每增大時，dB20lg20 10 shHuAfff。，時，-270 0 shuAf；時時，smshHlg20lg20 uuAAff4. 電壓放大倍數的波特圖 )j1)( j1 ()j1)(j1 ()j (HLsmHLLsmsosffffAf