模拟电子技术第2章-双极型晶体管及其课件.ppt

1、第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路1第第2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路 21 双极型晶体管的工作原理双极型晶体管的工作原理 22 晶体管伏安特性曲线及参数晶体管伏安特性曲线及参数23 晶体管放大电路的放大原理晶体管放大电路的放大原理24 放大电路的静态分析与设计放大电路的静态分析与设计25 共射放大电路的动态分析与设计共射放大电路的动态分析与设计26 共集放大电路（射极输出器）共集放大电路（射极输出器）27 共基放大电路共基放大电路28 多级放大电路多级放大电路 第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路21.什么是

2、势垒电容？什么是扩散电容？什么是势垒电容？什么是扩散电容？2.什么是晶体二极管的直流电阻和交流电阻？物理意义？什么是晶体二极管的直流电阻和交流电阻？物理意义？3.Page 19 1-1题题4.Page 19 1-2题题5.Page 20 1-5(a)题题6.Page 20 1-6题题上次课内容复习：上次课内容复习：第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路32.1 双极型晶体管的工作原理双极型晶体管的工作原理 双极型晶体管又称为半导体三极管双极型晶体管又称为半导体三极管、晶体三极管，简称晶、晶体三极管，简称晶体管。体管。构成：构成：三层杂质半导体（三个区）：发射区、集电区

3、、基区三层杂质半导体（三个区）：发射区、集电区、基区 三个电极：基极三个电极：基极b、发射极、发射极e、集电极、集电极c 两个两个PN结：基区与发射区间的结：基区与发射区间的PN结称发射结（结称发射结（e结）结）基区和集电区间的基区和集电区间的PN结称集电结（结称集电结（c结）结）分类：分类：NPN型、型、PNP型型 结构：结构：如如图图2.1.1(a)所示。所示。特点：特点：发射区重掺杂；基区很薄；发射区重掺杂；基区很薄；c结面积大于结面积大于e结面积。结面积。2.1.1 2.1.1 双极型晶体管的结构双极型晶体管的结构第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路4P集电

4、极基极发射极集电结发射结发射区集电区(a)NPNcebPNPcebb基区ec(b)N衬底N型外延PNcebSiO2绝缘层集电结基区发射区发射结集电区(c)NN 图图2.1.1晶体管的结构与符号晶体管的结构与符号(a)NPN管的示意图；管的示意图；(b)电路符号；电路符号；(c)平面管结构剖面图平面管结构剖面图第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路5 晶体管处于放大状态的基本条件是：晶体管处于放大状态的基本条件是：发射结正偏、集发射结正偏、集电结反偏电结反偏。晶体管发射区的作用是：向基区注入载流子；晶体管发射区的作用是：向基区注入载流子；基区的作用是：传送和控制载流子；

5、基区的作用是：传送和控制载流子；集电区的作用是：收集载流子。集电区的作用是：收集载流子。管内载流子的运动情况如管内载流子的运动情况如图图2.1.3所示。所示。2.1.2 2.1.2 双极型晶体管的工作原理双极型晶体管的工作原理第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路6图图2.1.3晶体管内载流子的运动和各极电流晶体管内载流子的运动和各极电流cICeIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN动画动画第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路7 1 1、发射区向基区注入电子、发射区向基区注入电子 e结正偏，结正偏，从发射

6、区注入基区的电子，形成电子注从发射区注入基区的电子，形成电子注入电流入电流IEN。同时，从基区注入发射区的空穴，形成空。同时，从基区注入发射区的空穴，形成空穴注入电流穴注入电流IEP。而基区的空穴浓度远低于发射区的电。而基区的空穴浓度远低于发射区的电子浓度，所以子浓度，所以IEPIEN，即发射结电流，即发射结电流IEIEN，方向与，方向与电子注入方向相反。电子注入方向相反。一、放大状态下晶体管中载流子的运动一、放大状态下晶体管中载流子的运动第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路82、电子在基区中的扩散与复合、电子在基区中的扩散与复合 注入基区的电子，成为基区中的非平衡

7、少子，它在注入基区的电子，成为基区中的非平衡少子，它在e结处浓度最大，而在结处浓度最大，而在c结处浓度最小结处浓度最小(因因c结反偏，电子浓结反偏，电子浓度近似为零度近似为零)。因此，在基区中形成了非平衡电子的浓度。因此，在基区中形成了非平衡电子的浓度差。在该浓度差作用下，注入基区的电子将继续向差。在该浓度差作用下，注入基区的电子将继续向c结扩结扩散。在扩散过程中，非平衡电子会与基区中的空穴相遇，散。在扩散过程中，非平衡电子会与基区中的空穴相遇，使部分电子因复合而失去。但由于基区很薄且空穴浓度又使部分电子因复合而失去。但由于基区很薄且空穴浓度又低，所以被复合的电子数极少，而绝大部分电子都能扩散

8、低，所以被复合的电子数极少，而绝大部分电子都能扩散到到c结边沿。结边沿。基区中与电子复合的空穴由基极电基区中与电子复合的空穴由基极电源提供，源提供，形成基区复合电流形成基区复合电流IBN，它是基极电流它是基极电流IB的主要部分。的主要部分。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路9 3、扩散到集电结的电子被集电区收集、扩散到集电结的电子被集电区收集 集电结反偏集电结反偏，在结内形成了较强的电场，因而，在结内形成了较强的电场，因而，使扩散到使扩散到c结边沿的电子在该电场作用下漂移到集电区，结边沿的电子在该电场作用下漂移到集电区，形成集电区的收集电流形成集电区的收集电流IC

9、N。该电流是构成集电极电流。该电流是构成集电极电流IC的主要部分。的主要部分。另外，集电区和基区的少子在另外，集电区和基区的少子在c结反向电压作用下，结反向电压作用下，向对方漂移形成向对方漂移形成c结反向饱和电流结反向饱和电流ICBO，并流过集电极，并流过集电极和基极支路，构成和基极支路，构成IC、IB的另一部分电流。的另一部分电流。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路10 二、电流分配关系二、电流分配关系 1.晶体管三个电极上的电流与内部载流子传输形成的晶体管三个电极上的电流与内部载流子传输形成的电流之间关系：电流之间关系：CNBNENEIIII(21a)(21b

10、)CBOBNBIII(21c)CBOCNCIII 2.共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 ：反映扩散到集电区反映扩散到集电区的电流的电流ICN与基区复合电流与基区复合电流IBN之间的比例关系之间的比例关系，CBOBCBOCBNCNIIIIII(22)其含义是：基区每复合一个电子，则有其含义是：基区每复合一个电子，则有 个电子扩个电子扩散到集电区去。散到集电区去。值值一般在一般在20200之间。之间。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路11确定了确定了 值之后，由式值之后，由式(21)、(22)可得可得CEBCEOBCBOBECEOBCBOBCIIIII

11、IIIIIIII)1()1()1()1(23a)(23b)(23c)式中：式中：CBOCEOII)1(24)称为穿透电流。因称为穿透电流。因ICBO很小，在忽略其影响时，则有很小，在忽略其影响时，则有BEBCI)(III1(25a)(25b)式式(25)是今后电路分析中常用的关系式。是今后电路分析中常用的关系式。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路12 3.共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 ：反映扩散到集电区：反映扩散到集电区的电流的电流ICN与射极注入电流与射极注入电流IEN的比例关系，的比例关系，ECBOCENCNIIIII(26)显然，显然，1，一

12、般约为，一般约为0.970.99。由式由式(26)、(21)，不难求得，不难求得BCEECBOEBECBOECIIIIIIIIIII)1()1(27a)(27c)(27b)第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路1311BNBNBNCNENCNENCNEEECNECNBNCNIIIIIIIIIIIIIIII之间的关系与4.：第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路142.2 晶体管伏安特性曲线及参数晶体管伏安特性曲线及参数 晶体管伏安特性曲线是描述晶体管各极电流与极晶体管伏安特性曲线是描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。间电压关系的曲线。三种

13、基本接法三种基本接法(组态组态)，分别称为共发射极、共集，分别称为共发射极、共集电极和共基极接法。电极和共基极接法。图图2.2.1所示。所示。共发射极接法更具代表共发射极接法更具代表性，所以我们主要讨论共性，所以我们主要讨论共发射极伏安特性曲线。发射极伏安特性曲线。晶体管特性曲线包括输入和输出两组特性曲线。晶体管特性曲线包括输入和输出两组特性曲线。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路15(a)ceiEiCb(b)cebiBiC(c)输出回路输入回路ecbiBiE 图图2.2.1晶体管的三种基本接法晶体管的三种基本接法(a)共发射极；共发射极；(b)共集电极；共集电极

14、；(c)共基极共基极 第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路16 2.2.1共发射极输出特性曲线共发射极输出特性曲线测量电路：如测量电路：如图图2.2.2所示。所示。定义：共射输出特性曲线是以定义：共射输出特性曲线是以iB为参变量时，为参变量时，iC与与uCE间间的关系曲线，即的关系曲线，即常数BiCECufi)(典型的共射输出特性曲线：如典型的共射输出特性曲线：如图图2.2.3所示。输出特性可以所示。输出特性可以划分为三个区划分为三个区域，对应于三种工作状态。现分别讨论如下。域，对应于三种工作状态。现分别讨论如下。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管

15、及其放大电路17AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE图图2.2.2共发射极特性曲线测量电路共发射极特性曲线测量电路 uCE/V5101501234饱和区截止区IB40 A30 A20 A10 A0 AiBICBO放大区iC/mAuCEuBE图图2.2.3 共射输出特性曲线共射输出特性曲线动画动画第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路181 1放大区放大区 e结为正偏，结为正偏，c结为反偏结为反偏的工作区域为放大区。的工作区域为放大区。特点：特点：a)iC的大小主要受的大小主要受iB的控制。可用共发射极交流电流的控制。可用共发射极交流电流放大系数放大系数来

16、表示这种控制能力来表示这种控制能力，即，即常数CEuBCII在特性曲线上为两条不同在特性曲线上为两条不同IB曲线的间隔。曲线的间隔。b)uCE曲线微微上翘。曲线微微上翘。uCEc结反向电压结反向电压c结宽度结宽度基区宽度基区宽度基区中电子与基区中电子与空穴复合的机会空穴复合的机会iB，要保持，要保持iB不变，所以不变，所以iC将略有增大将略有增大。这。这种现象称为基区宽度调制效应，简称种现象称为基区宽度调制效应，简称基调效应基调效应。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路19 由于基调效应很微弱，由于基调效应很微弱，uCE在很大范围内变化时在很大范围内变化时IC基本不

17、基本不变。因此，变。因此，当当IB一定时，集电极电流具有恒流特性。一定时，集电极电流具有恒流特性。2饱和区饱和区 e结和结和c结均处于正偏结均处于正偏的区域为饱和区。通常把的区域为饱和区。通常把uCE=uBE(即即c结零结零偏偏)的情况称为临界饱和，对应点的轨迹的情况称为临界饱和，对应点的轨迹为临界饱和线。为临界饱和线。特点：特点：a)在饱和区，在饱和区，iC不受不受iB控制。控制。b)饱和时，饱和时，c、e间的电压称为饱和压降，记作间的电压称为饱和压降，记作UCE(sat)。深饱和时，深饱和时，UCE(sat)很小，此时三个电极间的电压很小，很小，此时三个电极间的电压很小，各极电流主要由外电

18、路决定。各极电流主要由外电路决定。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路203截止区截止区e结和结和c结均处于反偏，结均处于反偏，且且iB-ICBO的区域为截止区。的区域为截止区。特点：特点：a)对小功率管可忽略对小功率管可忽略ICEO的影响认为的影响认为iB0时，管子即处于截时，管子即处于截止状态；对大功率管必须以止状态；对大功率管必须以iB-ICBO作为截止条件。作为截止条件。b)晶体管截止时，三个电极上的电流均为反向电流，相当晶体管截止时，三个电极上的电流均为反向电流，相当于极间开路，此时各极电位主要由外电路确定。于极间开路，此时各极电位主要由外电路确定。第第2

19、 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路212.2.2共发射极输入特性曲线共发射极输入特性曲线 测量电路见测量电路见图图2.2.2。常数CEuBEBufi)(共射输入特性曲线是以共射输入特性曲线是以uCE为参变量时，为参变量时，iB与与uBE间的关系间的关系曲线，即曲线，即iB/AuBE/V060900.50.70.930UCE0 UCE1图图2.2.7 共发射极输入特性曲线共发射极输入特性曲线 典型的共发射极输入特典型的共发射极输入特性曲线如图性曲线如图2.2.7所示所示。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路22(1)uCE1V时时，当，当uBE

20、 UBE(on)时，随着时，随着uBE的增大，的增大，iB开开 始始 按指数规律增加，而后近似按直线上升。按指数规律增加，而后近似按直线上升。(2)uCE=0时时，晶体管相当于两个并联的二极管，晶体管相当于两个并联的二极管，当当uBE0时，时，iB很大，曲线明显左移。见图很大，曲线明显左移。见图2.2.7。(3)1 uCE 0时时，uCE，曲线右移，特别工作在饱和区时，曲线右移，特别工作在饱和区时，移动量更大。移动量更大。(4)uBE0时时，晶体管截止，晶体管截止，iB为反向电流。反向电压超为反向电流。反向电压超过某一值时，过某一值时，e结反向击穿。结反向击穿。第第2 2章章 双极型晶体管及其

21、放大电路双极型晶体管及其放大电路232.2.3 温度对晶体管特性曲线的影响温度对晶体管特性曲线的影响 温度对晶体管的温度对晶体管的uBE、ICBO和和有不容忽视的影响。有不容忽视的影响。对对 uBE、ICBO随温度变化的规律与随温度变化的规律与PN结相同，即：结相同，即：温度每升高温度每升高1，uBE减小减小22.5mV；温度每升高温度每升高10，ICBO增大一倍。增大一倍。温度每升高温度每升高1，值增大值增大0.5%1%。温度对温度对uBE、ICBO和和的影响，集中反映在的影响，集中反映在iC随温随温度的升高而增大。在输出特性曲线上表现为：温度升度的升高而增大。在输出特性曲线上表现为：温度升

22、高，曲线上移且间隔增大。高，曲线上移且间隔增大。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路24 一、电流放大系数一、电流放大系数 1.共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数 和交流电流放大系数和交流电流放大系数 和和分别由式分别由式(22)、(210)定义，其数值可以从定义，其数值可以从输出特性曲线上求出。输出特性曲线上求出。2.共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数 和交流电流放大系数和交流电流放大系数 由式由式(26)定义，而定义，而定义为，定义为，uCB为常数时，集电极电为常数时，集电极电流变化量流变化量IC与发射极电流变化量与发射极电流变化量IE之

23、比，即之比，即常数BuECII(211)2.2.4 2.2.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路25 说明：说明：1.由于由于ICBO、ICEO都很小，在数值上都很小，在数值上 ,。所以。所以在在以后的计算中，不再加以区分以后的计算中，不再加以区分。2.值与测量条件有关。在值与测量条件有关。在iC很大或很小时，很大或很小时，值较小。值较小。只有在只有在iC不大、不小时，不大、不小时，值才比较大，且基本不随值才比较大，且基本不随iC而变化。而变化。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路26 二、极间反向电流

24、二、极间反向电流 1.集电极反向饱和电流集电极反向饱和电流ICBO 指发射极开路时，集电极指发射极开路时，集电极基极间的反向电流。基极间的反向电流。2.集电极穿透电流集电极穿透电流ICEO 指基极开路时，集电极指基极开路时，集电极发射极间的反向电流。发射极间的反向电流。3.IEBO 指集电极开路时，发射极指集电极开路时，发射极基极间的反向电流。基极间的反向电流。三、结电容三、结电容 结电容包括发射结电容结电容包括发射结电容Ce(或或Cbe)和集电结电容和集电结电容Cc(或或Cbc)。结电容影响晶体管的频率特性。结电容影响晶体管的频率特性。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其

25、放大电路27 四、晶体管的极限参数四、晶体管的极限参数 1 击穿电压击穿电压U(BR)CBO：指发射极开路时，集电极指发射极开路时，集电极基极间的反向击基极间的反向击穿电压。穿电压。U(BR)CEO：指基极开路时，集电极指基极开路时，集电极发射极间的反向击发射极间的反向击穿电压。穿电压。U(BR)CEOU(BR)CBO。U(BR)EBO：指集电极开路时，发射极指集电极开路时，发射极基极间的反向击基极间的反向击穿电压。普通晶体管该穿电压。普通晶体管该电压值比较小，只有几伏。电压值比较小，只有几伏。2 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM ICM指指下降到正常值的下降到正常值的2/3时所对应

26、的集电极电流时所对应的集电极电流（ic）。当）。当icICM时，时，将严重下降。将严重下降。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路28 3 集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM 指指Jc因受热而引起管子参数变化不超过规定值时，允因受热而引起管子参数变化不超过规定值时，允许许Jc耗散的最大功率。耗散的最大功率。PCM与管芯的材料、大小、散热条件与管芯的材料、大小、散热条件及环境温度等因素有关。由及环境温度等因素有关。由PCM=ICUCE可知，可知，PCM在输出特在输出特性曲线上为一条双曲线，性曲线上为一条双曲线，称为称为PCM功耗线功耗线。在共射极输出特性

27、曲线上，由极限参数在共射极输出特性曲线上，由极限参数ICM、U(BR)CEO和和PCM所限定的区域称为所限定的区域称为晶体管的安全工作区晶体管的安全工作区。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路29uCE工作区iC0安全ICMU(BR)CEOPCM 图27 晶体管的安全工作区 第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路30UBBRB 2.3 晶体管放大电路的放大原理晶体管放大电路的放大原理 2.3.1 放大电路的组成放大电路的组成 图图 2.3.1 2.3.1 共射极放大器共射极放大器当当ui=0时，电路时，电路处于静止状态，处于静止状态，简称简

28、称静态静态。当当ui不为不为0时，时，电路中交流量与电路中交流量与直流量共存。直流量共存。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路31各类物理量的表示说明：各类物理量的表示说明：(以集电极电流为例以集电极电流为例)直流量：直流量：字母大写，下标大写。如字母大写，下标大写。如IC集电极静集电极静态电流（直流量）态电流（直流量）交流量：交流量：字母小写，下标小写。如字母小写，下标小写。如ic集电极电集电极电流交流分量流交流分量交流量的有效值：交流量的有效值：字母大写，下标小写。字母大写，下标小写。Ic集集电极电流交流分量有效值电极电流交流分量有效值瞬时值：瞬时值：字母小写，

29、下标大写。字母小写，下标大写。iC集电极总电集电极总电流流(iC=IC+ic)第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路322.3.2 静态工作点的作用静态工作点的作用在在图图2.3.1中令中令UBB0。由于交流输入信号。由于交流输入信号ui很小，很小，其峰值小于其峰值小于Je的开启电压的开启电压UBE(on)，晶体管处于截止状态，晶体管处于截止状态，无法对交流信号进行放大。无法对交流信号进行放大。设置静态工作点是保证放大电路正常工作的基础。设置静态工作点是保证放大电路正常工作的基础。2.3.3 晶体管放大电路的放大原理晶体管放大电路的放大原理对于基本共射放大电路，只有设

30、置合适的静态工作对于基本共射放大电路，只有设置合适的静态工作点，让交流信号承载在直流分量之上，以保证晶体管在点，让交流信号承载在直流分量之上，以保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性失真。波形才不会产生非线性失真。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路33tuituBEUBEQiBtIBQiCtICQuCEtUCEQuo000000t图图2.3.3 共射放大电路的电压、共射放大电路的电压、电流波形电流波形基本共射放大电路的基本共射放大电路的电压放大作用是电压放大作用是利用晶体利用

31、晶体管的电流放大作用管的电流放大作用，并依，并依靠靠RC将电流的变化转化成将电流的变化转化成电压的变化实现的。电压的变化实现的。注意：晶体管的放注意：晶体管的放大作用的能量是由大作用的能量是由UCC的直流功率转换而来的，的直流功率转换而来的，晶体管只起到一种控制晶体管只起到一种控制作用。作用。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路342.3.4 基本放大电路的组成原则基本放大电路的组成原则(1)设置静态工作点：设置静态工作点：必须根据所用晶体管的类型提必须根据所用晶体管的类型提供合适的直流电源，作为输出的能源，同时配合以合适供合适的直流电源，作为输出的能源，同时配合以

32、合适的电阻，以便设置静态工作点；的电阻，以便设置静态工作点；(2)输入信号作用在输入信号作用在b-e间：间：输入信号必须能够作用于输入信号必须能够作用于晶体管的晶体管的b-e回路，产生回路，产生uBE，或改变基极电流，或改变基极电流iB，这样，这样，才能改变晶体管输出回路的电流，从而放大输入信号；才能改变晶体管输出回路的电流，从而放大输入信号；(3)设置合理的信号通路：设置合理的信号通路：当加入信号源和负载时，当加入信号源和负载时，一方面不能破坏已设置好的直流工作点，另一方面应尽一方面不能破坏已设置好的直流工作点，另一方面应尽可能减小信号通路中的损耗。可能减小信号通路中的损耗。第第2 2章章

33、双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路35第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路362.3.5 直流通路和交流通路直流通路和交流通路直流通路是在直流电源作用下直流电流流经的道路，直流通路是在直流电源作用下直流电流流经的道路，也就是静态电流流经的通路。对于也就是静态电流流经的通路。对于直流通路直流通路，电容视为电容视为开路；开路；电感线圈视为短路电感线圈视为短路(即忽略线圈电阻即忽略线圈电阻)；信号源信号源视为短路，但应保留其内阻。视为短路，但应保留其内阻。交流通路是输入信号作用下交流信号流经的通路。对交流通路是输入信号作用下交流信号流经的通路。对于于交流通路

34、交流通路，容量大的电容容量大的电容(如耦合电容如耦合电容)视为短路，视为短路，无内阻的直流电源（如无内阻的直流电源（如UCC）视为短路。）视为短路。图图2.3.4所示电路的直流通路和交流通路如图所示电路的直流通路和交流通路如图2.3.5所示。所示。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路37RBUCCRC(a)RCUoUiRBRL(b)IBQICQUCEQiBiCUCE图图2.3.5共射放大器的直流、交流通路共射放大器的直流、交流通路 (a)直流通路；直流通路；(b)交流通路交流通路第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路382.4 2.4 放大

35、电路的静态分析和设计放大电路的静态分析和设计 2.4.1 晶体管的直流模型及静态工作点的估算晶体管的直流模型及静态工作点的估算图图2.4.1晶体管伏安特性曲线的折线近似晶体管伏安特性曲线的折线近似(a)输入特性近似；输入特性近似；(b)输出特性近似输出特性近似uBE0uCEiC0iB(a)UBE(on)UCE(sat)IB 0(b)第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路39(a)ebc(b)ebcIBIBUBE(on)(c)ebcUBE(on)UCE(sat)图图2.4.1 晶体管三种状态的直流模型晶体管三种状态的直流模型(a)截止状态模型；截止状态模型；(b)放大状

36、态模型；放大状态模型；(c)饱和状态模型饱和状态模型 第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路40例例 2.4.1 晶体管电路如晶体管电路如图图2.3.1所示。已知静态时晶所示。已知静态时晶体管工作在放大状态，试估算晶体管的体管工作在放大状态，试估算晶体管的IBQ、ICQ和和UCEQ。解：解：直流通路如图直流通路如图2.4.2（a）所示。晶体）所示。晶体管工作在放大状态，则管工作在放大状态，则将图中的晶体管用图将图中的晶体管用图2.4.1（b）放大状态模）放大状态模型代替，便得到图型代替，便得到图2.4.2(b)所示的直流等效所示的直流等效电路。电路。UBBRB第第2

37、2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路41图 2.4.2 晶体管直流电路分析BonBEBBBQRUUI)(BQCQIICCQCCCEQRIUU由图可知由图可知:第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路42 例例 晶体管电路下图晶体管电路下图(a)所示。若已知晶体管工作在所示。若已知晶体管工作在放大状态，放大状态，=100，试计算晶体管的，试计算晶体管的IBQ,ICQ和和UCEQ。ICQUCEQ270kRBUBB6VIBQUCC12VRC3k(a)图图 晶体管直流电路分析晶体管直流电路分析(a)电路；电路；(b)直流等效电路直流等效电路eRB(b)UBE

38、(on)bIBQIBQcICQUCCRCUCEQ第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路43 解解 因为因为UBB使使Je正偏，正偏，UCC使使Jc反偏，所以晶体管反偏，所以晶体管可以工作在放大状态。用可以工作在放大状态。用图图2.4.1(b)的模型代替晶体管，的模型代替晶体管，便得到便得到图图(b)所示的直流等效电路，则所示的直流等效电路，则)(onBEBBQBBURIUmRUUIBonBEBBBQ02.02707.06)(所以所以mIIBQCQ202.0100VRIUUCCQCCCEQ63212第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路44放大

39、器的分析方法主要有两种：放大器的分析方法主要有两种：图解法：图解法：在晶体管特性曲线上通过作图确定工作点及其在晶体管特性曲线上通过作图确定工作点及其在信号作用下的相对变化量。（辅助方法）在信号作用下的相对变化量。（辅助方法）特点：特点：形象、直观，对理解放大原理、波形关系及非形象、直观，对理解放大原理、波形关系及非线性失真有帮助，但对于小信号放大器，用图解法难线性失真有帮助，但对于小信号放大器，用图解法难以准确地进行定量分析。以准确地进行定量分析。等效电路法：等效电路法：利用器件模型进行电路分析的方法。（主利用器件模型进行电路分析的方法。（主要方法）要方法）特点：特点：运算简便，结果误差小运算

40、简便，结果误差小 2.4.2 静态工作点的图解分析法（直流图解分析法）静态工作点的图解分析法（直流图解分析法）第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路45 直流图解分析是在晶体管特性曲线上，用作图的直流图解分析是在晶体管特性曲线上，用作图的方法确定出直流工作点，求出方法确定出直流工作点，求出IBQ、UBEQ和和ICQ、UCEQ。一、一、IBQ、UBEQ的求解的求解 一般不用图解法确定，而用估算法。一般不用图解法确定，而用估算法。UBEQ=0.7（硅管）或（硅管）或0.3（锗管）（锗管）二、二、ICQ、UCEQ的求解的求解 对对图图2.3.4 可作其直流通路如可作其直流通

41、路如图图2.3.5(a)所示，在集电极所示，在集电极输出回路，可列出如下一组方程：输出回路，可列出如下一组方程：BonBECCBQRUUI)(无无RE时：时：(此式视具体电路而不同此式视具体电路而不同)第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路46 如如图图2.4.4(a)所示。所示。M(0，Ucc/Rc)、N(Ucc，0)，MN的斜率为的斜率为-1/Rc，MN与与iB=IBQ的交点为的交点为Q点，点，Q点点是上述两个方程组成方程组的解。是上述两个方程组成方程组的解。因而，量得因而，量得Q点的点的纵坐标为纵坐标为ICQ，横坐标则为，横坐标则为UCEQ。直流负载线方程特性曲

42、线方程CCCCCEIiCECRiUuufiBQB)(224a)(224b)第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路47iBIBQuCE0NQMiCUCEQUCCICQUCCRC(a)图图2.4.4放大器的直流图解分析放大器的直流图解分析(a)直流负载线与直流负载线与Q点；点；(b)Q点与点与RB、RC的关系的关系第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路48 例例4 在在图图2.3.5(a)电路中，若电路中，若RB=560k,RC=3k,UCC=12V，晶体管的输出特性曲线如图，晶体管的输出特性曲线如图2.4.4(b)所示，所示，试用图解法确定直流

43、工作点。试用图解法确定直流工作点。解解 取取UBEQ=0.7V，则，则 2002.05607.012mRUUIBBEQCCBQ在特性曲线上找出在特性曲线上找出M、N点点 M(0，Ucc/Rc)即即M(0V，4mA)；N(Ucc，0)即即N(12V，0mA)连接连接MN得直流负载线，其与得直流负载线，其与IBQ=20A特性曲线的交点特性曲线的交点Q即即为直流工作点，从图中测得为直流工作点，从图中测得Q点坐标为点坐标为ICQ=2mA，UCEQ=6V。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路49 图图2.4.4 放大器的直流图解分析放大器的直流图解分析(a)直流负载线与直流负

44、载线与Q点；点；(b)Q点与点与RB、RC的关系的关系(b)uCE/V21012012340A30A20A10AiC/mA4684MNQRBQ3Q2Q4RCRBQ1RC第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路50从从图图2.4.4(b)，可见：，可见：RBIBQQ点沿直流负载线下移，靠近截止区点沿直流负载线下移，靠近截止区RB IBQ Q点沿直流负载线上移，靠近饱和区点沿直流负载线上移，靠近饱和区RCM点沿纵轴下移点沿纵轴下移（N点不变）点不变）Q点沿特性曲线左点沿特性曲线左移，靠近饱和区移，靠近饱和区第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路51

45、 2.4.3晶体管工作状态分析晶体管工作状态分析 1.若若UBBUEE+UBE(on),且且UBB UCC，Je反偏，晶体管截止。反偏，晶体管截止。（IB=IC=IE=0，UBE=UBB-UEE，UCE=UCC-UEE）图图2.4.5 晶体管直流分析的一般性电路晶体管直流分析的一般性电路(a)电路；电路；(b)放大状态下的等效电路；放大状态下的等效电路；(c)饱和状态下的等效电路饱和状态下的等效电路通常情况下，晶体管可化为图通常情况下，晶体管可化为图2.4.5(a)所示的一般形式。所示的一般形式。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路522.若若UBBUEE+UBE(

46、on)晶体管导通晶体管导通。假定为放大假定为放大状态：则直流等效电路如图状态：则直流等效电路如图2.4.5(b)所示，所示，由图可得由图可得 UBB-UEE-UBE(on)=IBQRB+(1+)IBQRE)()1()(ECCQEECCCEQEQBQCQEBOnBEEEBBBQRRIUUUIIIRRUUUI(2.4.6)(2.4.7)(2.4.8)第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路53可利用上一组式子判断晶体管是处于放大还是饱和状态：可利用上一组式子判断晶体管是处于放大还是饱和状态：方法一：算出方法一：算出UCEQ。若。若UCEQUBE(ON)（硅管（硅管0.7V，

47、锗管，锗管0.3V）则管子处于放大状态。）则管子处于放大状态。方法二：图方法二：图2.4.5（a）可知，晶体管在临界饱和时的最大集）可知，晶体管在临界饱和时的最大集电极电流电极电流IC(sat)为为()C(sat)I(2.4.9)CCEEBE onCEUUURR则则IB(sat)=IC(sat)/由式（由式（2.4.6）算出的）算出的IBQIB(sat)晶体管处于放大状态；否则，晶体管处于放大状态；否则，晶体管处于饱和状态。晶体管处于饱和状态。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路54 例例2.4.2 晶体管电路及其输入电压晶体管电路及其输入电压ui的波形如图的波形如

48、图2.4.6(a),(b)所示。已知所示。已知=50，试求，试求ui作用下输出电压作用下输出电压uo的的值，并值，并画出波形图。画出波形图。R33kUCC5VRB39kuiuo(a)图图2.4.6例题例题2.4.2电路及电路及ui,uo波形图波形图 (a)电路；电路；(b)ui波形图；波形图；(c)uo波形图波形图第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路55 图图2.4.6 例题例题2.4.2电路及电路及ui,uo波形图波形图 (a)电路；电路；(b)ui波形图；波形图；(c)uo波形图波形图03(b)tui/V05(c)tuo/V0.3第第2 2章章 双极型晶体管及其

49、放大电路双极型晶体管及其放大电路56解解:当当ui=0时，时，UB E=0，则晶体管截止。此时，则晶体管截止。此时，ICQ=0,uo=UCEQ=UCC=5V。当。当ui=3V时，晶体管导通且有时，晶体管导通且有mRUuIBonBEiBQ06.0397.03)(而集电极临界饱和电流为而集电极临界饱和电流为 因为因为 mImIsatCBQ028.0504.106.0)(mRUUIConBECCsatC4.137.05)()(所以晶体管处于饱和。此时，所以晶体管处于饱和。此时，ICQ=IC(sat)=1.4mA，而，而uo=UCEQ=UCE(sat)=0.3V。uo波形如波形如图图2.4.6(c)所

50、示。所示。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路57 在实际电路分析中，由于晶体管的直流模型很简在实际电路分析中，由于晶体管的直流模型很简单，一旦其单，一旦其工作工作状态确定状态确定，则直流等效电路可不必画，则直流等效电路可不必画出，而等效的涵义将在计算式中反映出来。出，而等效的涵义将在计算式中反映出来。第第2 2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路58 2.4.4 2.4.4 放大状态下的偏置电路放大状态下的偏置电路 使晶体管处于放大状态下使晶体管处于放大状态下，对偏置电路的要求是：，对偏置电路的要求是：电路形式要简单；电路形式要简单；偏置下的工作