晶体管及其基本放大电路

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1、2.1 晶 体 管2.2 放 大 的 概 念 及 放 大 电 路 的 性 能 指 标 2.3 共 发 射 极 放 大 电 路 的 组 成 及 工 作 原 理2.4 放 大 电 路 的 图 解 分 析法2.5 放 大 电 路 的 微 变 等 效 电 路 分 析 法 2.6 分 压 式 稳 定 静 态 工 作 点 电 路2.7 共 集 电 极 放 大 电路2.8 共 基 极 放 大 电 路2.9 组 合 单 元 放 大 电 路 2.1.1 晶 体 管 的 结 构 及 类 型2.1.2 晶 体 管 的 三 种 连 接 方 式2.1.3 晶 体 管 的 工 作 方 式 本 节 重 点 ： 1. 从 晶

2、 体 管 内 部 载 流 子 的 运 动 理 解 晶 体 管 的 电 流控 制 与 放 大 作 用 。 2. 掌 握 晶 体 管 实 现 放 大 的 内 部 条 件 与 外 部 条 件 。 3. 掌 握 晶 体 管 三 极 电 流 之 间 的 关 系 。 4. 掌 握 晶 体 管 的 三 种 工 作 状 态 及 其 特 点 。 5. 熟 记 晶 体 管 的 伏 安 特 性 曲 线 6. 晶 体 管 三 种 状 态 的 判 断 。 (Semiconductor Transistor)1.结 构 NNP发 射 极 E基 极 B集 电 极 C 发 射 结集 电 结emitterbasecollect

3、or PPNEB C集 电 区 体积 较 大 基 区较 薄 ， 掺杂 浓 度 低发 射 区 掺杂 浓 度 最 高2.1.1 晶 体 管 的 结 构 及 类 型NPN 型 PNP 型晶 体 管 实 现 电 流 控 制 与 放 大 作 用 的 内 部 条 件 ： 结 构 上 的 特 点 NNP发 射 极 E基 极 B集 电 极 C PPNEB CECB NPN 型 PNP 型ECB2.符 号箭 头 方 向 表 示 发 射 结 正 向 偏 置 时 的 电 流 方 向 。 3. 分 类按 材 料 分 ： 硅 管 、 锗 管按 功 率 分 ： 小 功 率 管 1 W中 功 率 管 0.5 1 W 2.1

4、.2 晶 体 管 的 三 种 连 接 方 式 (a) 共 发 射 极 (b) 共 集 电 极 (c) 共 基 极图 2-3 晶 体 管 的 三 种 连 接 方 式 2.1.3 晶 体 管 的 工 作 状 态 工 作 状 态 可 分 为 三 种 ： 放 大 状 态 饱 和 状 态 截 止 状 态 1. 放 大 状 态 （ 发 射 结 正 向 偏 置 、 集 电 结 反 向 偏 置 ） 晶 体 管 放 大 的 条 件 ：内 部条 件 发 射 区 掺 杂 浓 度 高基 区 薄 且 掺 杂 浓 度 低集 电 区 体 积 大 外 部条 件 发 射 结 正 偏集 电 结 反 偏 发 射 区 正 偏 ， 发

5、 射 区 发 射 电 子 ，形 成 电 流 IEN。I CN 多 数 向 BC 结 方 向 扩 散 形 成 ICN。IE 少 数 与 空 穴 复 合 ， 形 成 IBN 。I BN 基 极 电 流 少 数 在 基 区 与 空 穴 复 合形 成 的 电 流 (IBN)集 电 区 少 子 漂 移 (I CBO)I CBOIB 即 ： IB = IBN ICBO 2)电 子 在 基 区 的 复 合 和 传 输 (1) 放 大 状 态 下 晶 体 管 中 载 流 子 的 传 输 过 程IE= IEN + IEPIEN IEN IEIEN = IBN + ICN IC 3) 集 电 结 反 向 偏 置

6、形 成 集 电 极 电 流 I CI C = ICN + ICBO 穿 透 电 流（ 2） 晶 体 管 的 电 流 分 配 关 系IB = I BN ICBO IC = ICN + ICBOBNCNII CBOB CBOC II II BNCNENE IIII 共 射 直 流 电 流 放 大 系 数 IE = IC + IB CBOB )1( II CEOB II CEOB )1( II CEOI集 电 极 收 集 到 的 电 子 数 与 在 基 区 复 合 掉 的 电 子 数之 比 ， 意 味 着 基 区 每 复 合 一 个 电 子 ， 则 有 个 电 子扩 散 到 集 电 区 去 。 BC

7、E III BC II BE )1( II CEOBE )1( III IE = IC + IB CEOBC III 共 基 直 流 电 流 放 大 系 数 ECNII 的 值 小 于 1且 接 近 于 1， 一 般 为 0.950.99。 的 关 系 II III III 1EE ECNE CNBNCN II III III 1BNE BNCNBN CNECN 它 是 集 电 极 收 集 的 电 子 数与 发 射 极 发 射 的 总 电 子 数的 比 值 (3) 晶 体 管 的 放 大 作 用放 大 状 态 各 电 极 电 位 之 间 的 关 系 是 ： NPN型 ： UC UB UE PN

8、P型 ： UC UB UE晶 体 管 实 现 电 流 放 大 的 外 部 偏 置 条 件 ： 发 射 结 正 偏 ， 集 电 结 反 偏 电 流 放 大 作 用 的 实 质 是 通 过 改 变 基 极 电 流 IB的 大小 ， 达 到 控 制 IC的 目 的 ， 而 并 不 是 真 正 把 微 小 电 流放 大 了 ， 因 此 ， 晶 体 管 称 为 电 流 控 制 型 器 件 。 定 义 ： 保 持 工 作 点 处 UCE不 变 ， 集 电 极 电 流 变 化量 与 基 极 电 流 变 化 量 之 比 ， 称 为 共 发 射 极 交 流 电 流放 大 系 数 。 即 常 数 CEBC UII

9、 定 义 ： 保 持 工 作 点 处 UCB不 变 ， 集 电 极 电 流变 化 量 与 发 射 极 电 流 变 化 量 之 比 ， 称 为 共 基 极 交流 电 流 放 大 系 数 。 即 常 数 CBEC UII在 数 值 上 2. 饱 和 状 态 (发 射 结 正 向 偏 置 、 集 电 结 正 向 偏 置 ) 集 电 极 电 位 低 于 基 极 电 位 ， 集 电 结 正 向 偏 置 ，不 利 于 集 电 极 从 基 区 收 集 非 平 衡 少 数 载 流 子 ， 从发 射 区 扩 散 到 基 区 的 非 平 衡 少 子 在 基 区 复 合 的 数量 增 大 ， 而 进 入 集 电 区

10、 的 数 量 减 少 ， 集 电 极 电 流不 再 随 基 极 电 流 的 增 大 而 增 大 ， 基 极 电 流 失 去 了对 集 电 极 电 流 的 控 制 作 用 （ 晶 体 管 失 去 了 放 大 能力 ） ， 集 电 极 电 流 好 像 饱 和 了 。 2. 饱 和 状 态 (两 个 结 都 正 偏 ) IC主 要 受 UCE的 控 制 ， 随 着 UCE的 增 大 ， 集 电 结 由正 向 偏 置 向 零 偏 变 化 过 程 中 ， 集 电 区 收 集 电 子 的 能 力逐 步 增 强 ， 集 电 极 电 流 IC随 UCE的 增 大 而 增 大 。 V30CES .U V10CE

11、S .U 晶 体 管 工 作 于 饱 和 状 态 时 的 UCE称 为 集 电 极 饱 和电 压 降 ， 记 作 UCES。 处 于 深 度 饱 和 时 ，锗 管 :硅 管 : 3. 截 止 状 态 （ 两 个 结 都 反 偏 ） 晶 体 管 发 射 结 反 向 偏 置 或 零 偏 (UBE0)， 集 电结 反 向 偏 置 (UBC 0） ， 不 利 于 发 射 极 多 数 载 流 子的 扩 散 运 动 ， 发 射 极 电 流 几 乎 为 零 ， 此 时 ， 集 电 极流 过 反 向 饱 和 电 流 IC=ICBO， 基 极 电 流 ： IB= ICBO， ICBO很 小 可 忽 略 不 计

12、， 认 为 晶 体 管处 于 截 止 状 态 。 例 三 极 管 3个 电 极 的 对 地 电 位 如 图 所 示 ， 试 判断 三 极 管 的 工 作 状 态 。放 大 状 态 截 止 状 态 饱 和 状 态两 个 结 正 偏两 个 结 反 偏发 射 结 正 偏 集 电 结 反 偏 解 :(a) uBE=0.7V, uBC=-4.3V, 发 射 结 正 偏 ,集 电 结 反 偏 ，三 极 管 处 于 放 大 状 态 ;(b) uBE =-1V,uBC 0条 件 ： 两 个 结 正 偏特 点 ： IC IB临 界 饱 和 时 ： u CE = uBE 深 度 饱 和 时 ： CE BE0.3

13、V (硅 管 )UCE(SAT)= 0.1 V (锗 管 ) iC / mA uCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321 放 大 区截 止 区饱和区ICEO BE 0U BC 0U 此 区 域 中 UCE UBE,集 电 结 正 偏 ， IBIC，UCE0.3V 较 小 时 , 管 子 的 集 电 极 电 流 基 本 上 不 随 基 极电 流 而 变 化 , 这 种 现 象 称 为 饱 和 。 饱 和 区 ： iC明 显 受 uCE控制 的 区 域 ， 该 区 域 内 ，一 般 uCE 0.7V(硅 管 )。 饱 和 状 态 的 晶 体 管 等

14、 效 为 闭 合 的 开 关两 个 结 正 偏饱 和 状 态 ： 4. 击 穿 区 ： 条 件 ： 发 射 结 正 偏 集 电 结 反 偏特 点 ： 集 电 结 发 生 了 雪 崩 击 穿 基 极 开 路 (I B=0)时 ， 使 集 电 极 发 生 击 穿 的 UCE值 ，记 为 U(BR)CEO 。 输 出 特 性 三 个 区 域 的 特 点 : 放 大 区 条 件 ： 发 射 结 正 偏 ， 集 电 结 反 偏 。 特 点 ： IC=IB , 且 IC = IB(2) 饱 和 区 ： 条 件 ： 发 射 结 正 偏 ， 集 电 结 正 偏 。 特 点 ： IBIC， UCEUCES(3)

15、 截 止 区 ： 条 件 ： 发 射 结 反 偏 ， 集 电 结 反 偏 。 特 点 ： I B=0 ， IC=ICEO 0 集 电 结 的 空 间 电 荷 区 变 窄 ， 内 电 场 减 弱 ， 集 电 结 收 集载 流 子 的 能 量 降 低 ， C不 再 随 着 B作 线 性 变 化 ， 出现 发 射 极 发 射 有 余 ， 而 集 电 极 收 集 不 足 现 象 。 2.1.5 晶 体 管 的 直 流 模 型 输 入 特 性 近 似 输 出 特 性 近 似 由 晶 体 管 的 伏 安 特 性 曲 线 可 知 ， 晶 体 管 的 输 入 输 出 特 性 是 非线 性 的 ， 它 是 一

16、种 复 杂 的 非 线 性 器 件 。 当 晶 体 管 工 作 于 直 流时 ， 其 非 线 性 主 要 表 现 为 三 种 截 然 不 同 的 工 作 状 态 ， 即 放 大 、截 止 和 饱 和 状 态 。 在 实 际 应 用 中 ， 根 据 实 现 的 功 能 不 同 ， 可通 过 外 电 路 将 晶 体 管 偏 置 在 需 要 的 某 一 种 状 态 。 截 止 状 态 模 型 放 大 状 态 模 型 饱 和 状 态 模 型 1. 截 止 状 态 直 流 模 型 当 外 电 路 使 UBE UBE(on)时 ， 发 射 结 反 向 偏 置 ， 晶 体 管截 止 。 此 时 ， IB=0

17、， IC=0， 晶 体 管 b、 e极 间 和 c、 e极间 相 当 于 开 路 截 止 状 态 模 型 放 大 状 态 模 型 饱 和 状 态 模 型 2. 放 大 状 态 直 流 模 型当 外 电 路 使 晶 体 管 UBEUBE(on)， 且 UBE UCE时 ， 则 发 射 结 正 向偏 置 ， 集 电 结 反 向 偏 置 ， 晶 体 管 工 作 于 放 大 状 态 。 此 时 ， 一 般认 为 晶 体 管 发 射 结 导 通 电 压 U BE=UBE(on)， 集 电 极 直 流 电 流 IC=IB，IC受 IB的 控 制 ， 晶 体 管 c、 e极 间 可 等 效 为 一 个 受

18、IB控 制 的 受 控 电流 源 IB 截 止 状 态 模 型 放 大 状 态 模 型 饱 和 状 态 模 型 3. 饱 和 状 态 直 流 模 型 当 外 电 路 使 晶 体 管 UBEUBE(on)， 且 UBEUCE时 ， 则 发 射结 、 集 电 结 均 正 向 偏 置 ， 晶 体 管 工 作 于 饱 和 状 态 。 此时 ， 一 般 认 为 晶 体 管 发 射 结 导 通 电 压 U BE =UBE(on)， 集 -射 极 间 电 压 为 饱 和 压 降 UCES， 晶 体 管 c、 e极 间 相 当 于接 了 一 个 恒 压 源 UCES 2.1.6 晶 体 三 极 管 的 主 要

19、 参 数一 、 电 流 放 大 系 数1. 共 发 射 极 电 流 放 大 系 数 iC / mA uCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 4321 直 流 电 流 放 大 系 数 BCCBOB CBOCBNCN IIII IIII 交 流 电 流 放 大 系 数 BiiC 一 般 为 几 十 几 百 Q82A1030 A1045.2 63 80108.0A1010 A10)65.145.2( 6 3 在 分 立 元 件 电 路 中 ,一 般 取 在 20 100范 围 内 的 管 子 ,太 小 电 流 放 大 作 用 差 , 太 大 受 温 度 影

20、 响 大 ,性 能 稳 定 性 差 . iC / mA uCE /V50 A40 A30 A20 A10 AIB = 0O 2 4 6 8 43212. 共 基 极 电 流 放 大 系 数 11 BC CEC II III 1 一 般 在 0.98 以 上 。 Q 988.018080 11BC CEC II III ECii 二 、 极 间 反 向 饱 和 电 流CB 极 间 反 向 饱 和 电 流 ICBO，CE 极 间 反 向 饱 和 电 流 ICEO。 (a) ICBO (b) ICEO图 2-15 晶 体 管 极 间 反 向 电 流 的 测 量ICEO = (1+)ICBO 集 基

21、反 向 饱 和 电 流 ICBO ,发 射 极 开 路 时 ,集 电 极 和 基 极 间 的 反向 饱 和 电 流 . ICBO是 集 电 结 反 偏 由 少 子 的 漂 移 形 成 的 反 向 电流 ， 受 温 度 的 变 化 影 响 。 锗 管 ： ICBO为 微 安 数 量 级 ， 硅 管 ：I CBO为 纳 安 数 量 级 。集 射 反 向 饱 和 电 流 ICEO,基 极 开 路 时 ， 集 电 极 和 发 射 极 间 的穿 透 电 流 . ICEO受 温 度 影 响 很 大 ， 当 温 度 上 升 时 ， ICEO增 加很 快 ， 所 以 IC也 相 应 增 加 。 三 极 管 的

22、 温 度 特 性 较 差 。 三 、 极 限 参 数1. I CM 集 电 极 最 大 允 许 电 流 ， 超 过 时 值 明 显 降 低 。2. PCM 集 电 极 最 大 允 许 功 率 损 耗 PC = iC uCE。 iCICM U(BR)CEO uCEPCMOICEO 安全 工 作 区 U(BR)CBO 发 射 极 开 路 时 C、 B 极 间 反 向 击 穿 电 压 。3. U(BR)CEO 基 极 开 路 时 C、 E 极 间 反 向 击 穿 电 压 。U(BR)EBO 集 电 极 极 开 路 时 E、 B 极 间 反 向 击 穿 电 压 。U(BR)CBO U(BR)CEO U

23、(BR)EBO已 知 :ICM = 20 mA, PCM = 100 mW，U(BR)CEO = 20 V，当 UCE = 10 V 时 ， IC mA当 U CE = 1 V， 则 IC mA当 IC = 2 mA， 则 UCE T1 2. 温 度 升 高 ， 输 出 特 性 曲 线 向 上 移 。iC uCE T1 iB = 0T2 iB = 0温 度 每 升 高 1C， (0.5 1)%。输 出 特 性 曲 线 间 距 增 大 。O温 度 每 升 高 10C， ICBO 约 增 大 1 倍 。 【 例 2-3】 晶 体 管 VT的 特 性 曲 线 如 下 图 所 示 ， 在 其上 确 定

24、 、 、 PCM、 ICEO、 U(BR)CEO。 在 如 下 电 路中 ， 当 开 关 S接 在 A、 B、 C三 个 触 点 时 ， 判 断 晶 体管 VT的 工 作 状 态 ， 确 定 UCE的 值 。输 出 特 性 曲 线 50A)4060( )mA23(1BB2 1CC2BC II IIII【 解 2.3】 98051501 . 在 输 出 特 性 上 PCM与 IB1=40A的 特 性 曲 线 交 于 点 F（ 25V， 2mA） 则 P CM= UCE IC =25V 2mA=50mW50A)4060( )mA23(1BB2 1CC2BC II IIII (a) 特 性 曲 线

25、求 输 出 特 性 IB1=0的 特 性 曲 线 所 对 应 的 集 电 极 电 流 为穿 透 电 流 ICEO=10A， 该 曲 线 水 平 部 分 右 端 上 翘 的点 所 对 应 的 横 坐 标 值 为 集 -射 极 间 反 向 击 穿 电 压U(BR)CEO=50V 例 2-3题 解 计 算 临 界 饱 和 电 流 ICS、 IBS mA4516CCCC CESCCCS .RVRUVI A80504CSBS II当 IB IBS时 ， IC=IB成 立 ， 晶 体 管 处 于 放 大 区 ；当 IB IBS时 ， IC IB， 因 为 晶 体 管 已 进 入 饱 和 区 ，集 电 极

26、电 流 不 能 跟 随 基 极 电 流 的 变 化 而 变 化 。 受 外 电 路 的 限 制 ， 晶 体 管 所 能 提 供 的 最 大 集 电 极 电流 ， 即 集 电 极 临 界 饱 和 电 流 ICS为基 极 临 界 饱 和 电 流 IBS为 S接 在 触 点 A时 A5262007061B BECCB1 .R UVI IB1 IBS1.325mAA52650B1C1 .II V0145132516CCCCCE .RIVU UBE=0.7V、 UCE=4.01V、 UBE UCE，晶 体 管 工 作 于 放 大 状 态 。 (b) S接 触 点 A (c) S接 触 点 B 例 2-3

27、题 解 S接 在 触 点 B时 A265207062B BECCB2 .R UVI IB2 IBS晶 体 管 工 作 于 饱 和 区 ， 硅 管 UCE=UCES0.3V S接 在 触 点 C UBE= -1V， 发 射 结 反 向 偏 置 ， 晶 体 管 处 于 截 止 状 态 RC上 无 电 流 ， 所 以 RC上 也 没 有 电 压 降 ， 故 UCE=6V (d) S接 触 点 C 放 大 电 路 能 否 实 现 放 大 的 判 断 方 法 ：1、 画 直 流 通 路 ， 判 断 放 大 电 路 是 否 满 足 发 射 结正 偏 ， 集 电 结 反 偏 。2、 画 交 流 流 通 路

28、， 判 断 放 大 电 路 是 否 有 信 号 的输 入 输 出 通 路 。 放 大 电 路 三 种 工 作 状 态 的 判 断 方 法 ：1. 发 射 结 反 偏 ： 截 止 状 态 。2. 发 射 结 正 偏 CCCC CESCCCS RVRUVI II CSBS (2) 根 据 直 流 通 路 的 输 入 回 路 列 方 程 ， 求 IBQ。(3) 判 断 ： 若 I BQIBS， 则 工 作 在 放 大 区 。 (1) (1) 根 据 电 路 对 晶 体 管 的 要 求 查 阅 手 册 ， 从 而 确 定选 用 晶 体 管 的 型 号 ， 其 极 限 参 数 ICM、 U(BR)CEO

29、和PCM应 分 别 大 于 电 路 对 管 子 的 集 电 极 最 大 允 许 电流 、 集 -射 极 间 击 穿 电 压 和 集 电 极 最 大 允 许 功 耗 的要 求 。 (2) 在 维 修 电 子 设 备 时 ， 若 发 现 晶 体 管 损 坏 ， 应该 用 同 型 号 的 管 子 替 换 。 若 找 不 到 同 型 号 的 管 子而 需 要 用 其 它 型 号 的 管 子 来 替 换 时 ， 应 注 意 ： 要用 同 种 材 料 、 同 种 类 型 的 管 子 替 换 ， 替 换 后 管 子的 参 数 ICM、 U(BR)CEO和 PCM一 般 不 得 低 于 原 管 。2.1.8

30、晶 体 管 的 选 用 原 则1. 手 册 的 使 用 2.1.8 晶 体 管 的 选 用 原 则2. 选 管 的 原 则(1) 当 晶 体 管 的 型 号 确 定 后 ， 应 选 极 间 反 向 电 流 小 的 管 子 ，这 样 的 管 子 温 度 稳 定 性 好 ， 管 子 的 值 一 般 选 在 几 十 到 100以下 ， 太 大 的 管 子 性 能 不 稳 定 。(2) 如 果 要 求 管 子 的 反 向 电 流 小 ， 工 作 温 度 高 ， 则 应 选 用 硅管 ； 当 要 求 导 通 电 压 较 低 时 ， 应 选 用 锗 管 。(3) 如 果 电 路 工 作 频 率 高 ， 必

31、 须 选 用 高 频 管 或 超 高 频 管 ； 如果 用 于 开 关 电 路 ， 则 应 选 用 开 关 管 。(4) 必 须 保 证 管 子 工 作 在 安 全 区 。 工 作 电 压 高 时 ， 应 选 用U (BR)CEO大 的 高 反 压 管 。 由 于 U(BR)EBO一 般 较 小 ， 因 注 意 发 射结 的 反 向 电 压 不 能 超 过 U(BR)EBO。 使 用 大 功 率 管 时 ， 要 保 证 相应 的 散 热 条 件 。 本 节 重 点 ：(1) 正 确 理 解 放 大 的 概 念 及 放 大 电 路 的 性 能 指 标的 意 义 。(2) 正 确 理 解 放 大

32、电 路 的 组 成 原 则 。(3) 正 确 理 解 放 大 电 路 的 静 态 概 念 。 掌 握 放 大 电 路 的 直 流 通 路 的 画 法 。 2.2.1.放 大 的 基 本 概 念 一 .扩 音 机 示 意 图1) 输 入 量 控 制 输 出 量2) 把 直 流 能 量 转 换 成 按 输 入 量 变 化 的 交 流 能 量 放 大 电 路 主 要 用 于 放 大 微 弱 的 电 信 号 ， 输 出 电 压 或 电流 在 幅 度 上 得 到 了 放 大 ， 这 里 主 要 讲 电 压 放 大 电 路 。放 大 的 概 念 及 放 大 电 路 的 性 能 指 标 放 大 电 路 主

33、要 用 于 放 大 微 弱 的 电 信 号 ， 电 子 技 术中 所 说 的 “ 放 大 ” ， 表 面 上 看 是 将 信 号 的 幅 度 由 小变 大 ， 用 较 小 的 输 入 信 号 去 控 制 较 大 的 输 出 信 号 ，且 输 出 与 输 入 之 间 的 变 化 情 况 完 全 一 致 ， 实 现 所 谓“ 线 性 放 大 ” 不 能 失 真 。 放 大 的 实 质 是 能 量 的 控 制 和 转 换 。 在 一 个 能 量较 小 的 输 入 信 号 作 用 下 ， 放 大 电 路 将 直 流 电 源 所 提供 的 能 量 转 换 成 交 流 能 量 输 出 ， 驱 动 负 载

34、工 作 。 负 载 所 获 得 的 能 量 大 于 信 号 源 所 提 供 的 能 量 ，就 是 用 小 的 能 量 来 控 制 大 的 能 量 ， 因 此 放 大 电 路 的基 本 特 征 是 功 率 放 大 ， 即 负 载 上 总 是 获 得 比 输 入 信号 大 得 多 的 电 压 或 电 流 信 号 。 放 大 电 路 的 主 要 技 术 指 标 根 据 放 大 电 路 输 入 信 号 的 条 件 和 对 输 出 信 号 的 要 求 ，放 大 器 可 分 为 四 种 类 型 ， 所 以 有 四 种 放 大 倍 数 的 定 义 。1.放 大 倍 数 表 示 放 大 器 的 放 大 能 力

35、 （ 1） 电 压 放 大 倍 数 定 义 为 :四 种 放 大 倍 数 的 定 义iou UUA 源 电 压 放 大 倍 数 : sous UUA 空 载 时 的 电 压 增 益 : ioiouo L UUUUA R （ 2） 电 流 放 大 倍 数 定 义 为 :（ 3） 互 阻 增 益 定 义 为 :（ 4） 互 导 增 益 定 义 为 : ioi IIA ior IUA ioUIA g 2. 输 入 电 阻 Ri从 放 大 电 路 输 入 端 看 进 去 的 等 效 电 阻输 入 电 阻 ：一 般 来 说 ， R i越 大 越 好 。（ 1） Ri越 大 ， ii就 越 小 ， 从 信

36、 号 源 索 取 的 电 流 越 小 。（ 2） 当 信 号 源 有 内 阻 时 ， Ri越 大 ， vi就 越 接 近 vS。i ii IUR iU sU sSi ii URR RU uA usA Si iusiiosous RR RAUUUUUUA 与 的 关 系 : 与 的 关 系 : uA usA当 Ri RS时 ， 3 输 出 电 阻 : 从 放 大 电 路 输 出 端 看 进 去 的 等 效 电 阻 。 oU oU带 负 载 时 的 输 出 电 压 比 空 载 时 的 输 出 电 压 有 所 降 低 oU oLo Lo URR RU Looo 1 RUUR 方 法 一 ： Ls 0

37、o RUIUR 图 2-23 放 大 电 路 的 输 出 电 阻 计 算方 法 二求 输 出 电 阻 Ro sUU IU I将 放 大 电 路 中 信 号 源 短 路 （ 即 =0， 但 保 留 RS） 、负 载 开 路 （ RL= ） ， 产 生 相 应 的 电 流与 的 比 值 即 为 输 出 电 阻 Ro 在 放 大 电 路 的 输 出 端 外 加 电 压 4. 通 频 带 f BW= fH fLfH 上 限 截 止 频 率 , fL下 限 截 止 频 率fBW通 频 带 : 基 本 放 大 电 路 的 组 成 和 工 作 原 理三 极 管 放大 电 路 有三 种 形 式 共 射 放 大

38、 电 路共 基 放 大 电 路共 集 放 大 电 路 以 共 射 放 大电 路 为 例 讲解 工 作 原 理 本 节 重 点 :正 确 理 解 放 大 电 路 的 组 成 原 则 。 2.会 画 放 大 电 路 的 直 流 通 路 与 交 流 通 路 。3.会 判 断 放 大 电 路 能 否 对 交 流 信 号 进 行 放 大 。4.掌 握 放 大 电 路 的 静 态 分 析 方 法 。4.正 确 理 解 放 大 电 路 的 图 解 分 析 法 。2.3共 发 射 极 电 路 的 组 成 及 工 作 原 理 2.3 共 发 射 极 放 大 电 路 的 组 成 及 工 作 原 理 放 大 电 路

39、 要 具 有 放 大 作 用 ， 必 须 满 足 三 个 组 成 原 则 ： 确 保 晶 体 管 工 作 于 放 大 区 ， 即 满 足 发 射 结 正 向 偏 置 ， 集 电 结 反 向 偏 置 的 外 部 条 件 。 确 保 被 放 大 的 交 流 输 入 信 号 能 够 作 用 于 晶 体 管 的 输 入 回 路 。 确 保 放 大 后 的 交 流 输 出 信 号 能 够 传 送 到 负 载 上 去 。 输 出 不 失真 发 射 结 加 正 向电 压 集 电 结 加 反向 电 压RBVBBC1+Rs+us- RC VCCT C2RL+ uo 信 号 源 加 到 b-e间ui 2.3.1

40、共 发 射 极 放 大 电 路 的 组 成 RBVBBRCC1 C2T 放 大 元 件 iC=iB，工 作 在 放 大 区 ， 要保 证 集 电 结 反 偏 ，发 射 结 正 偏 。ui uo输 入 输 出参 考 点RL+VCC1. 确 保 晶 体 管 工 作 于 放 大 区 共 射 放 大 电 路 组 成使 发 射 结 正 偏 ，并 提 供 适 当 的静 态 工 作 点 IB和 UBE。 RB +VCCVBB RCC1 C2T RL基 极 电 源 与基 极 电 阻 共 射 放 大 电 路 集 电 极 电 阻 ，将 变 化 的 电 流转 变 为 变 化 的电 压 。RB +VCCVBBRCC1

41、 C2T RL 耦 合 电 容 ： 电 解 电 容 ，有 极 性 ， 大 小 为10F50F 作 用 ： 隔 直 通 交 隔 离输 入 输 出 与 电 路 直 流的 联 系 ， 同 时 能 使 信号 顺 利 输 入 输 出 。RB +VCCVBB RCC1 C2T RL+ui uo 2.确 保 输 入 交 流 信 号 作 用 于 发 射 结 3.确 保 输 出 交 流 信 号 作 用 于 负 载 2.3.1 共 发 射 极 放 大 电 路 的 组 成 (a)双 电 源 供 电 (b)单 电 源 供 电图 2-25 基 本 共 发 射 极 放 大 电 路 的 组 成 2.3.2 共 发 射 极

42、放 大 电 路 的 工 作 原 理1. 输 入 信 号 为 零 时 的 工 作 情 况 当 输 入 信 号 ui=0时 ， 电 路 中 各 处 的 电 压 电 流 都 是 不 变 的直 流 信 号 ， 称 为 直 流 工 作 状 态 ， 也 称 静 态 。 UCE = VCC-RCIC (a) 工 作 电 路 (b) 等 效 电 路图 2-26 放 大 电 路 ui=0时 工 作 情 况 2. 输 入 信 号 不 为 零 时 的 工 作 情 况 几 点 结 论 ： (1) 放 大 器 输 入 交 变 电 压 时 ， 晶 体 管 各 极 电流 的 方 向 和 极 间 电 压 的 极 性 始 终

43、不 变 ， 只 是 围绕 各 自 的 静 态 值 ， 按 输 入 信 号 规 律 近 似 呈 线 性变 化 。 (2) 晶 体 管 各 极 电 流 、 电 压 的 瞬 时 波 形 中 ，只 有 交 流 分 量 才 能 反 映 输 入 信 号 的 变 化 ， 因 此 ，需 要 放 大 器 输 出 的 是 交 流 量 。 (3) 将 共 射 放 大 电 路 输 出 与 输 入 的 波 形 对 照 ，可 知 两 者 的 变 化 规 律 正 好 相 反 ， 通 常 称 这 种 波形 关 系 为 反 相 或 倒 相 。 当 放 大 电 路 输 入 信 号 较 小 ， BJT可 按 线 性 电 路 对待

44、， 利 用 叠 加 定 理 ： 分 别 分 析 电 路 中 的 交 流 单 独 作用 产 生 的 相 应 、 直 流 单 独 作 用 产 生 的 相 应 ， 再 叠 加 。直 流 通 路 (ui = 0)分 析 静 态 。 直 流 通 路 ： 只 有 直 流 作 用 的 通 路 。画 直 流 通 路 的 原 则 ： 1、 将 交 流 电 压 源 短 路 2、 将 电 容 开 路 ,电 感 短 路 。2.3.3 直 流 通 路 和 交 流 通 路 交 流 通 路 (ui 0)分 析 动 态 ， 只 考 虑 变 化 的 电 压 和 电 流 。交 流 通 路 ： 只 有 交 流 作 用 的 通 路

45、。画 交 流 通 路 原 则 ：1. 固 定 不 变 的 电 压 源 都 视 为 短 路 ；2. 固 定 不 变 的 电 流 源 都 视 为 开 路 ；3. 耦 合 电 容 对 交 流 信 号 短 路 0j/1 C (c) 交 流 通 路 (a) 共 射 放 大 电 路(b) 直 流 通 路 【 例 】 画 出 图 中 电路 的 直 流 通 路 和 交 流通 路 。 【 例 2-4】 画 出 图 2-29电 路 的 直 流 通 路 和 交 流 通 路 。图 2-29 解 ： 直 流 通 路 : 将 图 中 ui短 路 ，电 容 开 路 ， 电 路 其 他 部 分 保 留 。 交 流 通 路 :

46、 将 图 中 电 容 短 路 ， 直流 电 源 对 地 短 路 ， 电 路 其 他 部 分 保留 。 (a) 直 流 通 路 (b) 交 流 通 路 放 大 电 路 要 具 有 放 大 作 用 ， 必 须 满 足 以 下 三 个组 成 原 则 ： 确 保 晶 体 管 工 作 于 放 大 区 ， 即 满 足 发射 结 正 向 偏 置 ， 集 电 结 反 向 偏 置 的 外 部 条件 确 保 被 放 大 的 交 流 输 入 信 号 能 够 作 用于 晶 体 管 的 输 入 回 路 。 确 保 放 大 后 的 交 流 输 出 信 号 能 传 送 到负 载 上 去 。 例 2-5 根 据 放 大 电

47、路 的 组 成 原 则 ， 判 断 下 图 个 电路 对 交 流 信 号 是 否 具 有 放 大 作 用 。发 射 结 没 有 正 偏 电 压（ a） 中 发 射 结 没 有 正 向 偏 置电 压 ， 晶 体 管 不 能 工 作 在 放 大 区 （ a） （ a） 直 流 通 路 否解 基 极 无 直 流 偏 置（ b） C1有 隔 离 直 流 的 作 用 ，晶 体 管 基 极 无 直 流 偏 置 （ b） 直 流 通 路 否（ b） 解 输 入 信 号 无 法 加 到 放 大 电 路 的 输 入 端（ c） 交 流 通 路 （ c） 中 旁 路 电 容 C1对 交流 输 入 信 号 短 路

48、， 使 得 输 入 信 号 电 压 vi无 法 加 到放 大 电 路 的 输 入 端 解 （ c） 否 无 交 流 信 号 输 出（ d） 由 于 没 有 集 电 极 电 阻 RC， 只 有 信 号 电 流 ，无 交 流 电 压 信 号 输 出 （ d） 交 流 通 路解 （ d） 放 大 电 路 没 有 输 入 信 号 时 (ui=0)的 工 作 状 态 称 为 静 态 。 静 态 分 析 的 任 务 是 根 据 电 路 参 数 和 三 极 管 的特 性 确 定 静 态 值 （ 直 流 值 ） UBE、 IB、 IC 和 UCE。可 用 放 大 电 路 的 直 流 通 路 来 分 析 。2.

49、4.1 静 态 工 作 情 况 分 析2. 4 放 大 电 路 的 图 解 分 析 法画 直 流 通 路 的 原 则 ： 1、 将 交 流 电 压 源 短 路 2、 将 电 容 开 路 ,电 感 短 路 。直 流 通 路 ： 只 有 直 流 作 用 的 通 路 。 RB +VCCRCC1 C2T RL 为 什 么 要设 置 静 态工 作 点 ？ 放 大 电 路 建 立 正 确 的 静 态 工 作 点 ， 是 为 了 使三 极 管 工 作 在 线 性 区 (放 大 区 )以 保 证 信 号 不 失 真 。 开 路 将 交 流 电 压 源 短 路 将 电 容 开 路 。直 流 通 路 的 画 法

50、： 开 路RB +VCCRCC1 C2 RLUi=0一 、 静 态 工 作 点 的 估 算1.直 流 通 路 静 态 工 作 点 （ IB、 UBE、 IC、 UCE） 静 态 工 作 点 （ IB、 UBE、 IC、 UCE）2.估 算 R +VCCRC VTICQUBEQ UCEQ ( ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ) IBQ+ +- - （ 1） 估 算 IB（ UBE 0.7V)RB +VCCRCIBUBE B BECCB RUVI BCC 70R .V BCCRVRB称 为 偏 置 电 阻 ，IB称 为 偏 置 电 流 。 （ 2） 估 算 IC 、 UCE CCCCCE RI

51、VU IC= IBICRB +VCCRC UCE+- 例 ： 用 估 算 法 计 算 静 态 工 作 点 。已 知 ： VCC=12V， RC=4k，RB=300k， =37.5。解 ： A400.04mA30012 BCCB RVI mA51040537BC .II 6V41.512CCCCCE RIVU 请 注 意 电 路 中 IB和 IC的 数 量 级UBE 0.7V RB +VCCRC R +VCCRC TICQUBEQ UCEQ ( ICQ,UCEQ)(IBQ,UBEQ) IBQ+ +- -二 、 用 图 解 法 确 定 静 态 工 作 点 BEQ = V BQRB UCE = VC

52、C IC RC 1. 在 输 入 回 路 中 确 定 (UBEQ, IBQ) 根 据 输 入 特 性 曲 线 及 直 流 负 载 线 方 程 ： BEQ = V BQRB 输 入 回 路 图 解Q uBE/ViB/A 静 态 工 作 点VCCVCC/RB UBEQIBQO 可 在 输 入 特 性 曲 线 找 出 静 态 工 作 点 Q(U BEQ,IBQ) UCE = VCC IC RC输 出 回 路 图 解 uCE/ViC/mA VCCVCC/RC O QUCEQICQ IBQ 根 据 输 出 特 性 曲 线 及 直 流 负 载 线 方 程 ：2.在 输 出 回 路 中 确 定 (UCEQ,

53、 ICQ)(I BQ,UBEQ) 和 ( ICQ,UCEQ )分 别 对 应 于 输 入 输 出 特性 曲 线 上 的 一 个 点 称 为 静 态 工 作 点 。 直 流 负 载 线 CCCCCEC RVRUI RB +VCCRCC1 C2 RLUi=0 BEQC1 UU +- IBQuiO tO tO tuoO tO tICQUCEQ BEQ OIBQ ICQUBEQ UCEQ+ +- -u i=0时 ， 电 路 中 各 极 电 压 和 电 流 都 是 固 定 不 变 的 直 流 。 2.4.2 用 图 解 法 确 定 动 态 工 作 情 况一 . 输 出 空 载 （ RL=） 时 的 动

54、态动 态 ： ui 0电 路 的 工 作 状 态 。重 点 ：1正 确 理 解 作 图 的 过 程 ，明 白 动 态 时 ， 电 路 中 各极 电 流 与 电 压 的 组 成 。2.掌 握 放 大 电 路 最 大 动态 范 围 的 计 算 方 法 。3.失 真 的 判 断 。+VCCRCC1 C2T + -ui uo+ + 2.4.2 用 图 解 法 确 定 动 态 工 作 情 况1. 根 据 ui在 输 入 特 性 上 画 出 ib和 ube 0.7 VQu iOtiB/AOO tiBIBQ ib iBEQiC1BE uUuUu bBB iIi uBE/VuBE/V+VCCRCC1 C2T

55、+ -ui uo+ + 2. 根 据 ib在 输 出 特 性 上 画 出 ic和 uceiB uCE/ViC/mA CCCCCE RiVu 交 流 负 载 线 ： ui 0 时 由 电 路 确 定 的 ic和 uce之 间 的 关系 曲 线 。 VCC VCC/RC +VCCRCC1 C2T + -ui uo+ + 2. 根 据 ib在 输 出 特 性 上 画 出 ic和 uce 0.7 VQuiO t uBE/ViB/AOOt uBE/ViBIBQQQ QO tICQ UCEQ iB uCE/ViC/mAiC Ot uCE/V ibic U cemuce cCC iIi bc Ii ceCE

56、CE uUu 说 明 uce（ 即 uo） 和 ui反 相 ，同 时 可 以 求 出 电 压 放 大 倍 数 uo = uce ui = ube动 态 分 析 （ ui0） RL= 各 点 波 形 u o比 ui幅 度 放 大 且 相 位 相 反 RB +VCCRCC1 C2ui iB iCuCE uo uo = uceube = ui ceCECE cCC bBB beBEBE uUu iIi iIi uUu 二 、 接 上 负 载 RL时 的 图 解 法输 出 端 接 入 负 载 RL， 不 影 响 Q ， 影 响 动 态 ！1.交 流 通 路 RB +VCCRCC1 C2RLui uo-

57、 对 交 流 信 号 (输 入 信 号 ui)短 路 短 路 置 零1/C0 将 直 流 电 压 源 短 路 ， 将 电 容 短 路 。方 法 和 步 骤 :RB +VCCRCC1 C2RLui uo- 交 流 通 路 RB RC RLui uo -注 意 ：(1) 交 流 负 载 线 是 有 动 态 时 i C与 uCE之 间 的 关 系 曲 线 。(2) 空 载 时 ， 交 流 负 载 线 与 直 流 负 载 线 重 合 。 2. 交 流 负 载 线(1) 方 程 Rb RC RLui uoicuce 其 中 ： CLL R/RR uce=-ic（ RC/RL） = -ic RL 交 流

58、量 ic和 uce有 如 下 关 系 ：这 就 是 说 ， 交 流 负 载 线 的 斜 率 为 ： L1Ruce=-ic（ RC/RL） = -ic RL或 ic=（ -1/ RL） uce(2)交 流 负 载 线 的 作 法 ： 斜 率 为 -1/RL 。 （ RL= RL Rc ） 经 过 Q点 。 iC uCEVCCCCCRV Q IB直 流 负 载 线交 流 负 载 线 斜 率 为 -1/RL 。（ RL= RL Rc ） 经 过 Q点 。 注 意 ：（ 1） 交 流 负 载 线 是 有 交 流 输 入 信 号 时 工 作 点 的 运 动 轨 迹 。 （ 2） 空 载 时 ， 交 流

59、负 载 线 与 直 流 负 载 线 重 合 。交 流 负 载 线 CCCCCEC RVRVI 直 流 负 载 线斜 率 为 -1/RC LCEQCC CQCEQCC CQQN QN 10 RUV IUV IXX YYK LCQCEQCC RIUV 计 算 交 流 负 载 线与 横 轴 的 交 点 ：CCV交 流 负 载 线的 具 体 画 法 ： 2.4.3 电 路 参 数 对 静 态 工 作 点 的 影 响 1. 改 变 RB， 其 他 参 数 不 变uBEiB uCEiC VCCV CCVCCRB Q Q R B iB Q 趋 近 截 止 区 ；R B iB Q 趋 近 饱 和 区 。2.

60、改 变 RC ， 其 他 参 数 不 变 RC Q 趋 近 饱 和 区 。iCuBEiB uCEVCCUCEQQ QICQVCCRC QQ RC Q 远 离 饱 和 区 。VCCRC 2.4.4 非 线 性 失 真1. “Q”过 低 引 起 截 止 失 真NPN 管 ： 顶 部 失 真 为 截 止 失 真 。PNP 管 ： 底 部 失 真 为 截 止 失 真 。不 发 生 截 止 失 真 的 条 件 ： I BQ Ibm 。 2.“Q”过 高 引 起 饱 和 失 真ICS 集 电 极 临 界饱 和 电 流 NPN 管 ： 底 部 失 真 为 饱 和 失 真 。PNP 管 ： 顶 部 失 真 为

61、 饱 和 失 真 。IBS 基 极 临 界 饱 和 电 流 。不 发 生 饱 和 失 真 的 条 件 ： I BQ + I bm IBSuCE iCt OO iC O t uCEQ V CC C SCECCCSBS R UVII 3.选 择 工 作 点 的 原 则 ： 当 ui 较 小 时 ， 为 减 少 功 耗 和 噪 声 ， “ Q” 可设 得 低 一 些 ；为 提 高 电 压 放 大 倍 数 ， “ Q”可 以 设 得 高 一 些 ；为 获 得 最 大 输 出 ， “ Q” 可 设 在 交 流 负 载 线 中 点 。 静 态 工 作 点 Q的 位 置 应 适 中 2.4.5 最 大 输

62、出 电 压 幅 值 LR 放 大 电 路 在 电 路 参 数 确 定 的 条 件 下 ， 输 出 端 不 发 生 饱 和失 真 和 截 止 失 真 的 最 大 输 出 信 号 电 压 的 幅 值 称 为 最 大 不 失 真输 出 电 压 幅 值 (Uom)M。 (1) 受 截 止 失 真 限 制 LCQF RIU (2) 受 饱 和 失 真 限 制 CESCEQR UUU (Uom)M = minUR,UF(3) 最 大 不 失 真 输 出 电 压 优 点 :可 以 直 观 全 面 地 了 解 放 大 电 路 的 工 作 情 况 ，通 过 选 择 电 路 参 数 在 特 性 曲 线 上 合 理

63、 地 设 置 静 态工 作 点 ， 分 析 最 大 不 失 真 输 出 电 压 、 失 真 情 况 并估 算 动 态 工 作 范 围 。 缺 点 :在 特 性 曲 线 上 作 图 比 较 繁 琐 ， 误 差 大 ， 信 号频 率 较 高 时 ， 特 性 曲 线 不 再 适 用 。 因 此 图 解 法 只适 合 分 析 输 出 幅 值 比 较 大 且 工 作 频 率 较 低 的 情 况 。在 分 析 其 他 动 态 指 标 ， 如 输 入 电 阻 、 输 出 电 阻 等时 比 较 困 难 。图 解 法 的 优 缺 点 : (1) 在 输 出 特 性 曲 线 上 作 出 RB1=285 k、 RB

64、2=570 k时 的 静 态 工作 点 Q1、 Q2， 当 开 关 S断 开 时 ， 分 别 求 出 这 两 种 情 况 下 的 最 大 不 失真 输 出 电 压 幅 值 (Uom)M1、 (Uom)M2。(2) 当 开 关 S闭 合 、 RB1=285 k时 ， 求 出 最 大 不 失 真 输 出 电 压 幅 值(Uom) M1。VCC=12V， UBEQ=0.6V，UCES=1V 例 2-6 直 流 负 载 线 交 流 负 载 线 B BEQCCBQ RUVI A40k285 )V6012(B1 BEQCCBQ1 .RUVI A2070k5 )V6012(B2 BEQCCBQ2 .RUVI

65、输 入 回 路 满 足 ： 当 RB1=285 k时 ： 当 RB2=570 k时 ： 输 出 回 路 满 足 ： VCC = ICQRC +UCEQ 12 = 4ICQ +UCEQQ1Q2 (Uom)M1=UCEQ1-UCES=6-1=5V(Uom) M2=VCC-UCEQ2=12-9=3V当 开 关 S断 开 ， 即 空 载 时 ， 当 开 关 S闭 合 ， 即 带 负 载 RL时 ， RB1=285 k CCV LR= UCEQ+ ICQ =（ 6+1.5 2） =9V(Uom)M1=ICQ LR =3V 例 2-6 解 【 例 2-7】 放 大 电 路 如 图 所 示 ， 晶 体 管

66、的 输 出特 性 和 直 流 负 载 线 MN、 交 流 负 载 线 NM 已 知 UBEQ=0.7V， 试 求 ： (1) 基 极 电 阻 RB、 集 电 极 电 阻 RC、 负载 电 阻 RL的 值 ； (2) 最 大 不 失 真 输 出 电 压 (Uom)M。 静 态 工 作 点 Q在 I BQ=40A的 曲 线 上 ， 对 应 UCEQ=4V， ICQ=2mA；直 流 负 载 线 MN与 横 轴 的 交 点 N（ 10， 0） ， 电 源 电 压 VCC=10V； NM 交 流 负 载 线 CCV = 6V 输 入 回 路 满 足 ： VCC = IBQRB+UBEQ k5232A40 )V7010(BQ BEQCCB .I UVR输 出 回 路 （ 即 直 流 负 载 线 MN） 满 足 ： VCC = ICQRC +UCEQ k3mA2 )V410(CQ CEQCCC I UVR LC LCL RR RRR k5113 13LC LCL .RR RRR ICQ LR =2V LR =2V/2mA=1kNM 交 流 负 载 线 CCV = 6V CCV LR=UCEQ+ IC