1、,4 雙極結型三極管及放大電路基礎,4.1 半導體三極管,4.3 放大電路的分析方法,4.4 放大電路靜態工作點的穩定問題,4.5 共集電極放大電路和共基極放大電路,4.2 共射極放大電路的工作原理,4.6 組合放大電路,4.7 放大電路的頻率響應,4.1 半導體三極管,4.1.1 BJT的結構簡介,4.1.2 放大狀態下BJT的工作原理,4.1.3 BJT的VI特性曲線,4.1.4 BJT的主要參數,4.1.1 BJT的結構簡介,(a) 小功率管 (b) 小功率管 (c) 大功率管 (d) 中功率管,由于三極管內有兩種載流子(自由電子和空穴)參與導電， 故稱為雙極型三極管或BJT (Bipo

2、lar Junction Transistor)。,三極管的放大作用是在一定的外部條件控制下，通過載流子傳輸體現出來的。,4.1.2 放大狀態下BJT的工作原理,內部載流子的傳輸過程,發射區：發射載流子 集電區：收集載流子 基區：傳送和控制載流子 （以NPN為例）,IE=IB+ IC,放大狀態下BJT中載流子的傳輸過程,三極管的放大作用，主要是依靠它的發射極電流能夠通過基區傳輸，然后到達集電極而實現的。 實現這一傳輸過程的兩個條件是： （1）內部條件：發射區雜質濃度遠大于基區雜質濃度，且基區很薄。 （2）外部條件：發射結正向偏置，集電結反向偏置。,放大狀態下BJT中載流子的傳輸過程,電流分配關

3、系,根據傳輸過程可知,IC= ICN+ ICBO,IB= IEP + IBN- ICBO,通常 IC ICBO,IE=IB+ IC,根據,IE=IB+ IC,可得,三極管的三種組態,共集電極接法，集電極作為公共電極，用CC表示。,共基極接法，基極作為公共電極，用CB表示；,共發射極接法，發射極作為公共電極，用CE表示；,BJT的三種組態,雙極型三極管有三個電極，其中兩個可以作為輸入, 兩個可以作為輸出，這樣必然有一個電極是公共電極。三種接法也稱三種組態,工作壓降： 硅管UBE0.60.7V,鍺管UBE0.20.3V。,死區電壓: 硅管0.5V， 鍺管0.1V。,4.1.3 BJT的V-I 特性

4、曲線,iB=f(vBE) vCE=const,(2) 當vCE1V時， vCB= vCE - vBE0，集電結已進入反偏狀態，開始收集電子，基區復合減少，同樣的vBE下 IB減小，特性曲線右移。,(1) 當vCE=0V時，相當于發射結的正向伏安特性曲線。,（以共射極放大電路為例）,輸入特性曲線:,輸出特性曲線可以分為三個區域:,飽和區iC受vCE顯著控制的區域，該區域內vCE的 數值較小，一般vCE0.7 V(硅管)。此時 發射結正偏，集電結正偏或反偏電壓很小。,截止區iC接近零的區域，相當iB=0的曲線的下方。 此時，發射結反偏，集電結反偏。,放大區iC平行于vCE軸的區域， 曲線基本平行等

5、距。 此時， 發射結正偏，集電結反偏，電壓大于 0.7 V左右(硅管) 。,(1)共發射極直流電流放大系數 =IC / IB vCE=const,1. 電流放大系數,4.1.4 BJT的主要參數,(2) 共發射極交流電流放大系數 =IC/IBvCE=const,(3) 共基極直流電流放大系數 =IC/IE,(4) 共基極交流電流放大系數 =IC/IE VCB=const,當BJT工作于放大區時， 、 ，可以不加區分。,4.1.4 BJT的主要參數,(2) 集電極發射極間的反向飽和電流ICEO ICEO=（1+ ）ICBO,2. 極間反向電流,ICEO,(1) 集電極基極間反向飽和電流ICBO

6、發射極開路時，集電結的反向飽和電流。,4.1.4 BJT的主要參數,(3) 反向擊穿電壓, V(BR)CBO發射極開路時的集電結反 向擊穿電壓。, V(BR) EBO集電極開路時發射結的反 向擊穿電壓。, V(BR)CEO基極開路時集電極和發射 極間的擊穿電壓。,幾個擊穿電壓有如下關系 V(BR)CBOV(BR)CEOV(BR) EBO,3. 極限參數,4.1.4 BJT的主要參數,(3)極限參數 集電極最大允許電流ICM,當集電極電流增加時， 就要下降，當值下降到線性放大區值的7030時，所對應的集電極電流稱為集電極最大允許電流ICM。至于值下降多少，不同型號的三極管， 不同的廠家的規定有所

7、差別。 可見，當ICICM時，并不表 示三極管會損壞。,集電極最大允許功率損耗PCM,集電極電流通過集電結時所產生的功耗， PCM= ICVCBICVCE， 因發射結正偏，呈低阻，所以功耗主要集中 在集電結上。在計算時往往用VCE取代VCB。,反向擊穿電壓,反向擊穿電壓表示三極管電極間承受反向電 壓的能力，其測試時的原理電路如圖所示。,1.V(BR)CBO發射極開路時的集電結擊穿電壓。 下標BR代表擊穿之意，是Breakdown的字頭，CB 代表集電極和基極，O代表第三個電極E開路。,2.V(BR) EBO集電極開路時發射結的反向擊穿電壓。,3.V(BR)CEO基極開路時集電極和發射極間的 擊

8、穿電壓。 對于V(BR)CER表示BE間接有電阻，V(BR)CES表示BE間是短路的。幾個擊穿電壓在大小上有如下關系 V(BR)CBOV(BR)CESV(BR)CERV(BR)CEOV(BR) EBO,由PCM、 ICM和V(BR)CEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區、過電流區和擊穿區 輸出特性曲線上的過損耗區和擊穿區,4.1.5 溫度對BJT參數及特性的影響,(1) 溫度對ICBO的影響,溫度每升高10，ICBO約增加一倍。,(2) 溫度對 的影響,溫度每升高1， 值約增大0.5%1%。,(3) 溫度對反向擊穿電壓V(BR)CBO、V(BR)CEO的影響,溫度升高時，V(BR)CBO和V(

9、BR)CEO都會有所提高。,2. 溫度對BJT特性曲線的影響(左移+上移),1. 溫度對BJT參數的影響,例4.1：測量三極管三個電極對地電位如圖 04.13所示，試判斷三極管的工作狀態。,圖 04.13 三極管工作狀態判斷,例4.2：用數字電壓表測得VB =4.5 V 、VE = 3.8 V 、VC =8 V，試判斷三極管的工作狀態。,end,4.2 共射極放大電路的工作原理,三種三極管放大電路,共射極放大電路,共基極放大電路,共集電極放大電路,以共射極放大電路為例講解工作原理,符號規定:,UA,大寫字母、大寫下標，表示直流量。,uA,小寫字母、大寫下標，表示交直流量。,ua,小寫字母、小寫

10、下標，表示交流分量。,放大電路的目的是將微弱的變化信號不失真的放大成較大的信號。這里所講的主要是電壓放大電路。,電壓放大電路可以用有輸入口和輸出口的四端網絡表示：,Au,放大元件iC= iB，工作在放大區，要保證集電結反偏，發射結正偏。,輸入,輸出,參考點,作用：使發射結正偏，并提供適當的靜態工作點。,基極電源與基極電阻,集電極電源，為電路提供能量。并保證集電結反偏。,集電極電阻，將變化的電流轉變為變化的電壓。,耦合電容： 電解電容，有極性。 大小為10F50F,作用：隔離輸入輸出與電路直流的聯系，同時能使信號順利輸入輸出。,可以省去,電路改進：采用單電源供電,RB,(4) 放大原理,輸入信號

11、通過耦合電容加在三極管的發射結于是有下列過程：,三極管放大作用,變化的 通過 轉變為 變化的Vo輸出,4.2.2 基本共射極放大電路的工作原理,靜態和動態,靜態 時，放大電路的工作狀態， 也稱直流工作狀態。,放大電路建立正確的靜態，是保證動態工作的前提。分析放大電路必須要正確地區分靜態和動態，正確地區分直流通道和交流通道。,動態 時，放大電路的工作狀態，也稱交流工作狀態。,對直流信號（只有+VCC）,直流通道即能通過直流的通道。從C、B、E向外看，有直流負載電阻， Rc 、RB 。,對交流信號(輸入信號ui),直流電源和耦合電容對交流相當于短路,若直流電源內阻為零，交流電流流過直流電源時，沒有

12、壓降。設C1、 C2 足夠大，對信號而言，其上的交流壓降近似為零。在交流通道中，可將直流電源和耦合電容短路。,能通過交流的電路通道。如從C、B、E向外看，有等效的交流負載電阻， Rc/RL和偏置電阻Rb,end,(IBQ,UBEQ) 和( ICQ,UCEQ )分別對應于輸入輸出特性曲線上的一個點稱為靜態工作點。,4.3.1 圖解分析法,采用該方法分析靜態工作點，必須已知三極管的輸入輸出特性曲線。,3. 靜態工作點對波形失真的影響,截止失真的波形,飽和失真的波形,3. 靜態工作點對波形失真的影響,波形的失真,飽和失真,截止失真,由于放大電路的工作點達到了三極管 的飽和區而引起的非線性失真。對于N

13、PN管， 輸出電壓表現為底部失真。,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NPN管， 輸出電壓表現為頂部失真。,注意：對于PNP管，由于是負電源供電，失真的表現形式，與NPN管正好相反。,放大電路要想獲得大的不失真輸出幅度，需要：,1.工作點Q要設置在輸出特性曲線放大區的中間部位； 2.要有合適的交流負載線。,（4）非線性失真,放大器要求輸出信號與輸入信號之間是線性關系，不能產生失真。 由于三極管存在非線性，使輸出信號產生了非線性失真。,4. 圖解分析法的適用范圍,幅度較大而工作頻率不太高的情況,優點： 直觀、形象。有助于建立和理解交、直流共存，靜態和動態等重要概念

14、；有助于理解正確選擇電路參數、合理設置靜態工作點的重要性。能全面地分析放大電路的靜態、動態工作情況。,缺點： 不能分析工作頻率較高時的電路工作狀態，也不能用來分析放大電路的輸入電阻、輸出電阻等動態性能指標。,共射極放大電路,放大電路如圖所示。已知BJT的 =80， Rb=300k ， Rc=2k， VCC= +12V，求：,（1）放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區域？,（2）當Rb=100k時，放大電路的Q點。此時BJT工作在哪個區域？（忽略BJT的飽和壓降）,解：（1）,（2）當Rb=100k時，,靜態工作點為Q（40A，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大區。,其最小值也只能為0，

15、即IC的最大電流為：,，所以BJT工作在飽和區。,VCE不可能為負值，,此時，Q（120uA，6mA，0V），,例題1,4.3.2 小信號模型分析法,1. BJT的H參數及小信號模型,建立小信號模型的意義,建立小信號模型的思路,當放大電路的輸入信號電壓很小時，就可以把三極管小范圍內的特性曲線近似地用直線來代替，從而可以把三極管這個非線性器件所組成的電路當作線性電路來處理。,由于三極管是非線性器件，這樣就使得放大電路的分析非常困難。建立小信號模型，就是將非線性器件做線性化處理，從而簡化放大電路的分析和設計。,1. BJT的H參數及小信號模型, H參數的引出,在小信號情況下，對上兩式取全微分得,用

16、小信號交流分量表示,vbe= hieib+ hrevce,ic= hfeib+ hoevce,對于BJT雙口網絡，已知輸入輸出特性曲線如下：,iB=f(vBE) vCE=const,iC=f(vCE) iB=const,可以寫成：,BJT雙口網絡,1. BJT的H參數及小信號模型, H參數小信號模型,BJT的H參數模型,BJT雙口網絡, H參數都是小信號參數，即微變參數或交流參數。 H參數與工作點有關，在放大區基本不變。 H參數都是微變參數，所以只適合對交流信號的分析。,1. BJT的H參數及小信號模型, 模型的簡化,1. BJT的H參數及小信號模型, H參數的確定, 一般用測試儀測出；,rb

17、e 與Q點有關，可用圖示儀測出。,rbe= rbb + (1+ ) re,其中對于低頻小功率管 rbb200,則,4.3.2 小信號模型分析法,2. 用H參數小信號模型分析基本共射極放大電路,（1）利用直流通路求Q點,共射極放大電路,一般硅管VBE=0.7V，鍺管VBE=0.2V， 已知。,2. 用H參數小信號模型分析基本共射極放大電路,（2）畫小信號等效電路,H參數小信號等效電路,2. 用H參數小信號模型分析基本共射極放大電路,（3）求放大電路動態指標,根據,則電壓增益為,（可作為公式）,電壓增益,H參數小信號等效電路,2. 用H參數小信號模型分析基本共射極放大電路,（3）求放大電路動態指標

18、,輸入電阻,輸出電阻,3. 小信號模型分析法的適用范圍,4.3.2 小信號模型分析法,end,4.4 放大電路靜態工作點的穩定問題,4.4.1 溫度對靜態工作點的影響,4.4.2 射極偏置電路,1. 基極分壓式射極偏置電路,2. 含有雙電源的射極偏置電路,3. 含有恒流源的射極偏置電路,要想使ICQ基本穩定不變，就要求在溫度升高時， 電路能自動地適當減小基極電流IBQ,4.4.2 射極偏置電路,4.4.2 射極偏置電路,（1）穩定工作點原理,目標：溫度變化時，使IC維持恒定。,如果溫度變化時，b點電位能基本不變，則可實現靜態工作點的穩定。,T , IC, IE, VE、VB不變, VBE , IB,（反饋控制）,1. 基極分壓式射極偏置電路,(a) 原理電路