第2章半導體三極管及其放大電路

1、 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 第第 2 章章 半導體三極管及其半導體三極管及其 放大電路放大電路 2.1 半導體三極管半導體三極管 2.2 放大電路的基本概念放大電路的基本概念 2.3 放大電路的失真現象分析放大電路的失真現象分析 2.4 放大電路的偏置方式放大電路的偏置方式 2.5 放大電路性能指標的估算放大電路性能指標的估算 2.6 多級放大電路多級放大電路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2.1 半導體三極管半導體三極管 2.1.1 三極管的結構與分類三極管的結構與分類 1三極管的結構與電路符號三極管的結構與電路符號 三極管的結構示意圖如圖2.1（

2、a）所示,它是由三 層不同性質的半導體組合而成的。按半導體的組合方 式不同,可將其分為NPN型管和PNP型管。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 N P N 集電結 發(fā)射結 集電區(qū) 基區(qū) 發(fā)射區(qū) b c e P N P 集電結 發(fā)射結 集電區(qū) 基區(qū) 發(fā)射區(qū) b c e NPN型PNP型 (a) 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 V c b e V c b e PNP型NPN型 (b) 圖2.1三極管的結構示意圖與電路符號 （a）結構示意圖;（b）電路符號 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 無論是NPN型管還是PNP型管,它們內部均含有三 個區(qū):發(fā)

3、射區(qū)、基區(qū)、集電區(qū)。從三個區(qū)各引出一個金 屬電極分別稱為發(fā)射極（e）、基極（b）和集電極 （c）;同時在三個區(qū)的兩個交界處形成兩個PN結,發(fā)射 區(qū)與基區(qū)之間形成的PN結稱為發(fā)射結,集電區(qū)與基區(qū)之 間形成的PN結稱為集電結。三極管的電路符號如圖2.1 （b）所示,符號中的箭頭方向表示發(fā)射結正向偏置時的 電流方向。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2 三極管的分類三極管的分類 三極管的種類很多, 有下列5種分類形式： (1) 按其結構類型分為NPN管和PNP管; (2) 按其制作材料分為硅管和鍺管; (3) 按工作頻率分為高頻管和低頻管; 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其

4、放大電路 3三極管的外形結構 常見三極管的外形結構如圖2.2所示。 小功率管 塑封管 硅銅塑封三極管 圖2.2 常見三極管的外形結構 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2.1.2 三極管的電流分配與放大作用三極管的電流分配與放大作用 三極管實現放大作用的外部條件是發(fā)射結正向偏置, 集 電結反向偏置。圖2.3（a）為NPN管的偏置電路, Rb UBB IE IB IC UCC Rc (a) V 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 Rb UBB IE IB IC UCC Rc (b) V 圖2.3 三極管具有放大作用的外部條件 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其

5、放大電路 *1.三極管內部載流子的運動三極管內部載流子的運動 圖2.4所示為三極管內部載流子運動的示意圖。 1）發(fā)射區(qū)向基區(qū)發(fā)射電子的過程 2）電子在基區(qū)的擴散和復合過程 3）電子被集電區(qū)收集的過程 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 UCC Rc Rb UBB b e c P N N IC IE IB ICBO ICN IBN 圖2.4 三極管內部載流子的運動情況 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 以上式說明,在三極管中發(fā)射極電流IE等于集電極電 流IC和基極電流IB之和。對于PNP管,三個電極產生的 電流方向正好和NPN管相反。其內部載流子的運動情 況讀者可自

6、己分析。 CCNCBO BBNCBO ECNBNCB III III IIIII 由圖2.4不難得出： 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2. 三極管的電流放大作用三極管的電流放大作用 II IIIIII I I CBOC CBOBNBCBOCNC BN CN )1 ( , 由于 固有 當ICBO可以忽略時，上式可簡化為 IIBC 把集電極電流的變化量與基極電流變化量之比 定義為三極管的共發(fā)射極交流電流放大系數，其 表達式為 I I B C 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 3電流分配關系的測試電流分配關系的測試 1）測試電路 圖2.5所示為三極管各電極電流分配

7、關系的測試電路。 mA mA b c e V (NPN) mA UBB IE IB IC UCC Rb Rc RP 圖2.5 電流分配關系測試電路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2）測試數據 3）數據分析 (1) IE、IC、IB間的關系。 (2) IC、 IB間的關系。 從表中第三列、 第四列數 據可知: 100 02. 0 98. 1 01. 0 09. 1 I I B C 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 89 01. 0 89. 0 89. 009. 198. 1 01. 001. 002. 0 I I I I I I B C C B B C mA

8、mA 又 這表示其交流放大性能, 用表示, 即 I I B C 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 (3) 從表中可知, 當IE時, 即發(fā)射極開路, IC=一IB。 (4) 從表中可知, 當IB時, 即基極開路, IC=IE, 此電流稱為集電極發(fā)射極的穿透電流, 用ICEO表示。三 極管三電極電流分配關系可用圖.6表示。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 IE IB IC (最小) (最大) (大) UCE UBE c b e IE IB IC UCE UBE c b e (a)(b) 圖2.6三極管的電流分配關系 (a)NPN型三極管; (b)PNP型三極管 半

9、導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2.1.3三極管的特性曲線三極管的特性曲線 三極管的特性曲線是指各電極間電壓和電流之間的 關系曲線。 mA A V V UBB uBE uCE UCC iE Rb Rc iB iC 圖2.7 三極管特性曲線的測試電路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 1輸入特性曲線輸入特性曲線 三極管的輸入特性曲線如圖2.8(a)所示。 25 0 20 40 60 80 100 0.20.40.60.8uBE / V iB / A uCE0 uCE1 V (a) 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 0246810 截止區(qū) 放 大 區(qū)

10、 100 80 60 40 iB0 A 20 飽和區(qū) iC / mA uCE / V (b) 圖2.8三極管的特性曲線 (a)輸入特性曲線; (b)輸出特性曲線 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 1) 當uCE時 從輸入端看進去, 相當于兩個結并聯且正向偏置, 此時的特性曲線類似于二極管的正向伏安特性曲線。 2) 當uCE1時 從圖中可見, uCE的曲線比uCEV時的曲線稍 向右移 2輸出特性曲線輸出特性曲線 輸出特性曲線如圖2.8(b)所示, 該曲線是指當iB一定時, 輸出回路中的iC與uCE之間的關系曲線, 用函數式可表示為 常數 B i CECui f)( 半導體三極管及

11、其放大電路半導體三極管及其放大電路 1）放大區(qū) 2）飽和區(qū) 3）截止區(qū) 2.1.4三極管的主要參數三極管的主要參數 三極管的參數是用來表征其性能和適用范圍的,也是評 價三極管質量以及選擇三極管的依據。常用的主要參數 有: 1）電流放大系數 2）反向飽和電流ICBO ：反映三極管熱穩(wěn)定性的好 壞。 3）穿透電流ICEO ：反映三極管質量的好壞。 IICBOCEO )1 ( 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 4）集電極最大允許電流ICM 5）集電極發(fā)射極間的擊穿電壓U（BR）CEO 6)集電極最大耗散功率PCM 集電極最大耗散功率是指三極管正常工作時最大允許 消耗的功率。 4 溫度

12、對三極管的特性與參數的影響 1） 溫度對uBE的影響 三極管的輸入特性曲線與二極管的正向特性曲線相似, 溫度升高,曲線左移,如圖2.9（a）所示。在iB相同的條件下, 輸入特性隨溫度升高而左移,使uBE減小。溫度每升高 1,uBE就減小22.5mV。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 IB iB uBE UBE2UBE1 50 20 (a) O 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 0 200 A 150 A 100 A 50 A IC IC uCE iC (b) O 圖2.9溫度對三極管特性的影響 （a）溫度對輸入特性的影響;（b）溫度對輸出特性的影響 半導體三極

13、管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2）溫度對ICBO的影響 三極管輸出特性曲線隨溫度升高將向上移動 。 3）溫度對的影響 溫度升高,輸出特性各條曲線之間的間隔增大。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2.1.5 三極管的判別及手冊的查閱方法三極管的判別及手冊的查閱方法 要準確地了解一只三極管類型、 性能與參數, 可用專 門的測量儀器進行測試, 但一般粗略判別三極管的類型和 管腳, 可直接通過三極管的型號簡單判斷, 也可利用萬用 表測量方法判斷.下面具體介紹其型號的意義及利用萬用 表的簡單測量方法。 1三極管型號的意義三極管

14、型號的意義 三極管的型號一般由五大部分組成,如3AX31A、 3DG12B、3CG14G等。下面以3DG110B為例說明各部分 的命名含義。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 (1)第一部分由數字組成，表示電極數?！?”代表 三極管。 (2)第二部分由字母組成，表示三極管的材料與類 型。如A表示PNP型鍺管，B表示NPN型鍺管，C表示 PNP型硅管，D表示NPN型硅管。 (3)第三部分由字母組成，表示管子的類型，即表 明管子的功能 。 (4)第四部分由數字組成,表示三極管的序號。 ) 1 ( 3 )2( D ) 3( G )4( 110 )5( B 半導體三極管及其放大電路半導

15、體三極管及其放大電路 (5) 第五部分由字母組成,表示三極管的規(guī)格號。 2三極管手冊的查閱方法三極管手冊的查閱方法 1）三極管手冊的基本內容 (1)三極管的型號; (2)電參數符號說明; (3)主要用途; (4)主要參數。 2）三極管手冊的查閱方法 （1）已知三極管的型號查閱其性能參數和使用范圍。 （2）根據使用要求選擇三極管。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 3判別三極管的管型和管腳 (1）根據三極管外殼上的型號,初判其類型。 (2）根據三極管的外形特點,初判其管腳 (3）用萬用表判別三極管的管腳及管型。 基極的判別。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 b

16、c e b c e c b e c e b e c b c b e c b e eb c 凸片 凸片焊接片 接管殼 接管殼 凸片距發(fā)射極引線45 角凸片距發(fā)射極引線45 角 以色點辨認集電極 以色點辨認集電極 e b c 以色點辨認集電極 e c b 圖2.10 典型三極管的管腳排列圖 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 c b e 紅筆 紅 筆 黑筆 V 圖2.11 三極管基極的測試 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 集電極和發(fā)射極的判別。 具體測試方法如圖2.12所示,圖（a）、（b）為PNP 管的測試圖,圖（c）為NPN管的測試圖。 根據硅管的發(fā)射結正向壓降

17、大于鍺管的正向壓 降的特點,來判斷其材料。一般常溫下,鍺管正向壓降為 0.20.3V,硅管的正向壓降為0.60.7V。根據圖2.13電 路進行測量,由電壓表的讀數大小確定是硅管還是鍺管。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 圖2.12 三極管集電極、發(fā)射極的判別 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 1.5 V 10 k NPN 1.5 V 10 k PNP VV 圖2.13 判斷硅管和鍺管的電路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 4 三極管的質量粗判及代換方法三極管的質量粗判及代換方法 1） 判別三極管的質量好壞 2） 三極管的代換方法 通過上述方法

18、的判斷, 如果發(fā)現電路中的三極管已損壞, 更換時一般應遵循下列原則: （1） 更換時, 盡量更換相同型號的三極管。 （2）無相同型號更換時, 新換三極管的極限參數應等于 或大于原三極管的極限參數, 如參數ICM、PCM、U（BR）CEO等。 （3）性能好的三極管可代替性能差的三極管。 如穿透 電流ICEO小的三極管可代換ICEO大的, 電流放大系數高的可 代替低的。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 （ 4）在集電極耗散功率允許的情況下, 可用高頻管 代替低頻管， 如3DG型可代替3DX型。 （5）開關三極管可代替普通三極管, 如3DK型代 替3DG型, 3AK型代替3AG型管

19、。 2.1.6 特殊三極管簡介特殊三極管簡介 1光電三極管光電三極管 光電三極管也稱光敏三極管，其等效電路和電路 符號如圖2.14所示。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 c ee e c b () () IL IC (a)(b) 圖 2.14 光電三極管的等效電路與電路符號 (a)等效電路;(b)電路符號 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 (a)(b) (c)(d) 圖2.15 光電耦合器電路符號 (a)LED+光敏電阻； (b)LED+光電二極管 (c)LED+光電三極管; (d)LED+光電池 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2光電耦合器

20、光電耦合器 光電耦合器是將發(fā)光二極管和光敏元件（光敏電 阻、光電二極管、光電三極管、光電池等）組裝在一 起而形成的二端口器件,其電路符號如圖2.15所示。它 的工作原理是以光信號作為媒體將輸入的電信號傳送 給外加負載,實現了電光電的傳遞與轉換。光電耦 合器主要用作高壓開關、信號隔離器、電平匹配等電 路中,起信號的傳輸和隔離作用。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2.2 放大電路的基本知識放大電路的基本知識 2.2.1 放大電路的基本概念放大電路的基本概念 1放大的概念放大的概念 所謂放大,從表面上看是將信號由小變大,實質上,放 大的過程是實現能量轉換的過程。三極管有三個電極,

21、 三極管對小信號實現放大作用時在電路中可有三種不 同的連接方式（或稱三種組態(tài)）,即共(發(fā))射極接法、 共集電極接法和共基極接法。這三種接法分別以發(fā)射 極、集電極、基極作為輸入回路和輸出回路的公共端, 而構成不同的放大電路,如圖2.16(以NPN管為例)所示。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 b e c ui uo b e c ui uo (a)(b) b ec ui uo (c) 圖2.16 放大電路中三極管的三種連接方法 (a)共(發(fā))射極電路;(b)共集電極電路;(c)共基極電路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2放大電路的組成及各元件的作用放大電路的組

22、成及各元件的作用 電路的組成如圖2.17所示。 Rc Rb RL UCC iBiC iE C1 C2 ui V UCC : 直流電源, 向 RL提供能量, 給V提供適當的 偏置 V : 三極管,根據輸入信號的 變化規(guī)律,控制直流電源所 給出的電流,使在RL上獲得 較大的電壓或功率 Rc : 集電極電阻,將集電極電 流轉換成集電極電壓，并影響 放大器的電壓放大倍數 Rb : 基極偏置電 阻,為三極管基 極提供合適的正 向偏流 C1、 C2 : 耦合電容(電解電容), 有效地構成交流信號的通路;避免 信號源與放大器之間直流電位的互相 影響 uo 圖2.17 基本共(發(fā))射(極)放大電路 半導體三極

23、管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 電路中各元件的作用如下: （1）集電極電源UCC: 其作用是為整個電路提供能 源, 保證三極管的 發(fā)射結正向偏置, 集電結反向偏置。 （2）基極偏置電阻Rb: 其作用是為基極提供合適的 偏置電流。 （3）集電極電阻Rc: 其作用是將集電極電流的變化 轉換成電壓的變 （4）耦合電容C1、 C2: 其作用是隔直流、 通交流。 （5）符號“”為接地符號, 是電路中的零參考電 位。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 3 放大電路中電壓、放大電路中電壓、 電流的方向及符號規(guī)定電流的方向及符號規(guī)定 1） 電壓、 電流正方向的規(guī)定 2）電壓、電流符號的

24、規(guī)定 (a)(b) O O t t IB ib Ibm (c) Ot iB IB 圖2.18三極管基極的電流波形 (a)直流分量;(b)交流分量;(c)總變化量 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 (1)直流分量。如圖2.18(a)所示波形,用大寫字母和大寫 下標表示。如IB表示基極的直流電流。 (2)交流分量。如圖2.18(b)所示波形,用小寫字母和小 寫下標表示。如ib表示基極的交流電流。 (3)總變化量。如圖2.18(c)所示波形,是直流分量和交 流分量之和,即交流疊加在直流上,用小寫字母和大寫下標 表示。如iB表示基極電流總的瞬時值,其數值為iB=IB+ib。 (4)交流

25、有效值。用大寫字母和小寫下標表示。如Ib表 示基極的正弦交流電流的有效值。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 4直流通路和交流通路直流通路和交流通路 1）直流通路 所謂直流通路,是指當輸入信號ui=0時,在直流電源UCC 的作用下,直流電流所流過的路徑。在畫直流通路時,電路 中的電容開路,電感短路。圖2.17所對應的直流通路如圖 2.19（a）所示。 2）交流通路 所謂交流通路,是指在信號源ui的作用下,只有交流電 流所流過的路徑。畫交流通路時,放大電路中的耦合電容 短路;由于直流電源UCC的內阻很小,對交流變化量幾乎不 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 起作用

26、,故可看作短路。圖2.17所對應的交流通路如圖 2.19(b)所示。 Rb Rc V UCC (a) b c e Rb Rc RL ui uo ib (b) uce ube ic ie 圖2.19基本共射放大電路的交、直流通路 (a)直流通路;(b)交流通路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2.2.2 放大電路的工作狀態(tài)分析放大電路的工作狀態(tài)分析 1靜態(tài)（靜態(tài)（ui=0）工作情況）工作情況 所謂靜態(tài),是指輸入信號為零時放大電路的工作狀 態(tài)。 靜態(tài)分析的目的是通過直流通路分析放大電路中 三極管的工作狀態(tài)。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 ICQ IBQ UCE

27、Q UBEQ UCC Rb Rc (a) iB IBQ OO UBEQ Q Q uBE ICQ UCEQ iC / mA uCE / V iB IBQ (b) 圖2.20基本放大電路的靜態(tài)情況 (a)電路; (b)靜態(tài)工作點Q 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2動態(tài)工作情況動態(tài)工作情況 所謂動態(tài),是指放大電路輸入信號不為零時的工作 狀態(tài)。當放大電路加入交流信號ui時,電路中各電極的 電壓、電流都是由直流量和交流量疊加而成的。其波 形如圖2.21所示。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 Rb Rc ui tO O iB IBQ iB t iC ICQ t uBE

28、 t UBEQ b e c iC uCE UCEQ O uo tO UCC C1 C2 Ot O 圖2.21 放大電路的動態(tài)工作情況 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 uUu BEQBE1 iIi bBQB （2.1） （2.2） uURiURiUu iIii ceCEQCcCEQCCCCCE cCQBc （2.3） （2.4） Riuuccceo （2.5） 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2.3 放大電路的失真現象分析放大電路的失真現象分析 所謂失真,是指輸出信號的波形與輸入信號的波形 不成比例的現象。 1演示電路演示電路 演示電路如圖2.22所示。 2演

29、示過程演示過程 (1）通過信號發(fā)生器產生一頻率為1000Hz的正弦 波信號ui,輸入放大電路,調整ui的幅值和電位器RP,通過 示波器在輸出端可觀察到最大不失真輸出信號的波形, 如圖2.23（a）所示。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 (2）調節(jié)RP,使Rb減小,通過示波器在輸出端可觀察 到2.23（b）所示的底部失真信號。 (3）調節(jié)RP,使Rb增大,通過示波器在輸出端可觀察 到2.23（c）所示的頂部失真信號。 3現象分析 1）底部失真 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 Rb Rc C1 C2 ui uo UCC RP Y軸輸入 示波器 信號 發(fā)生器 圖2

30、.22 演示電路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 (a)(b) (c)(d ) 圖2.23 通過示波器所觀察到的輸出波形 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2.4 放大電路的偏置分析放大電路的偏置分析 放大電路只有設置了合適的靜態(tài)工作點Q,才能不 失真地放大交流信號。因此,設置直流偏置電路,是實現 對交流信號放大的前提。放大電路中常見的直流偏置 電路有以下幾種。 1固定偏置式電路固定偏置式電路 1)電路組成 如圖2.24所示,+UCC經電阻Rb為發(fā)射結提供正偏電 壓,經電阻Rc為集電結提供反偏電壓。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 ICQ I

31、BQ UCEQ UBEQ UCC Rb Rc IEQ 圖2.24 固定偏置式直流電路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2)靜態(tài)工作點的估算 R UU I b BEQCC BQ IIBQCQ RIUUCCQCCCEQ R U R UU I C CC C CESCC CS R UI I C SSCS BS （2.6） （2.7） （2.8） （2.9） （2.10） 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 3)電路的特點 固定偏置式電路結構簡單,但靜態(tài)工作點不穩(wěn)定。 例如當IBQ固定時,溫度升高,值增大,ICQ增大,UCEQ減小, 使Q點變化。 2.分壓式偏置電路分壓式

32、偏置電路 1)電路組成 2)靜態(tài)工作點的估算 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 ICQ IBQ UCEQ UBEQ UCC Rb1 Rc IEQ Rb2 UBQ I1 I2 Re Rb1、 Rb2 : 基極偏置電阻， 構成分壓電路，固定三 極管的基極電壓(UBQ ) Re : 射極電阻,保 證靜態(tài)工作點穩(wěn)定 圖2.25 分壓偏置式直流電路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2) 靜態(tài)工作點的估算 R UU I U RR R U E BEBQ EQ CC bb b BQ 21 2 （2.11） （2.12） )( RRIUU I I II ecCQCCCEQ CQ

33、 BQ EQCQ （2.13） （2.14 （2.15） 3) Q點的穩(wěn)定過程 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 3.帶有帶有(發(fā)發(fā))射極電阻射極電阻Re的固定偏置電路的固定偏置電路 1)電路組成 電路組成如圖2.26所示。 ICQ IBQ UCEQ UBEQ UCC Rb Rc Re 圖2.26 帶有(發(fā))射極電阻Re的固定偏置式直流電路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2) Q點的估算 由電路可得 )( )1 ( RRIUU II RR UU I ecCQCCCEQ BQCQ eB BEQCC BQ 該電路與不帶Re的固定偏置式電路相比,靜態(tài) 工作點較穩(wěn)定

34、。其穩(wěn)定過程請讀者自行分析。 （2.16） （2.17） （2.18） 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2.5 放大電路性能指標的估算放大電路性能指標的估算 2.5.1 放大電路的動態(tài)性能指標放大電路的動態(tài)性能指標 放大電路放大的對象是變化量,研究放大電路時除 了要保證放大電路具有合適的靜態(tài)工作點外,更重要的 是還要研究其放大性能。對于放大電路的放大性能有 兩個方面的要求:一是放大倍數要盡可能大;二是輸出信 號要盡可能不失真。衡量放大電路性能的重要指標有 放大倍數、輸入電阻ri和輸出電阻ro。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 1. 放大倍數放大倍數 電壓放大

35、倍數的定義為 u u A i o u （2. 19） i i A i o i （2. 20） 電流放大倍數的定義為 2.輸入電阻輸入電阻ri 如圖2.27所示,放大電路的輸入端可以用一個等 效交流電阻ri來表示,它定義為 i u i i i i （2. 21） 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 ui ii 放大電路 rs ri ro us uo uo io RL ri ro 圖2.27 放大電路的方框圖 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 3. 輸出電阻輸出電阻ro 如圖2.27所示,從放大電路輸出端看,放大電路對于 負載RL相當于一個信號源,該信號源的內阻就是放

36、大電 路的輸出電阻,用ro表示,它定義為 i u r o o o （2.22） 2.5.2 共發(fā)射極放大電路性能指標的估算共發(fā)射極放大電路性能指標的估算 共發(fā)射極放大電路(簡稱共射放大電路)如圖2.28所示。 常用等效電路法來對放大電路基本性能指標Au、ri、ro 進行定量估算。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 1三極管的微變等效電路三極管的微變等效電路 1) 三極管基-(發(fā))射極間的等效 在圖2.28（a）中,根據三極管的輸入特性,當輸入 信號ui在很小范圍內變化時,輸入回路的電壓uBE、電流 iB在uCE為常數時,可認為其隨ui的變化作線性變化,即三 極管輸入回路基極與發(fā)

37、射極之間可用等效電阻rbe代替。 其等效電路如圖2.29（b）所示。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 UCC Rb1Rc Rb2 Re RL C1 C2 ui uo UB Ce (a) Ce: 射極旁路電容， 使發(fā)射極交流接地 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 ui Rb1Rb2 RcRL (b) ib ic ie 圖2.28實用的共射放大電路 （a）電路;（b）交流通路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 ube uce c b e ib ic ib ubeuce cb e ic ib (a) (d ) ib c e uce icib ube

38、b rbe rbe e (b)(c) 圖2.29三極管的微變等效電路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2)三極管集(電)-(發(fā))射極間的等效 當三極管工作于放大區(qū)時,ic的大小只受ib控制,而與 uCE無關,即實現了三極管的受控恒流特性,ic=ib。所以, 當輸入回路的ib給定時,三極管輸出回路的集電極與發(fā) 射極之間,可用一個大小為ib的理想受控電流源來等效, 如圖2.29(c)所示。 i u i u r b be B BE be uCE 常數 （2.23） 根據三極管輸入回路結構分析,rbe的數值可以用下 列公式計算: )( )(26 )1 ( mV mV I rr EQ

39、bbbe （2.24） 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2. 放大電路的微變等效電路放大電路的微變等效電路 把圖2.28(b)所示交流通路中的三極管,用微變等效電 路代換,則可得到 放大電路的微變等效電路,如圖2.30所 示。 下面我們以圖2.28（a）所示電路為例,總結畫放大 電路微變等效電路的方法和步驟。 (1）畫出放大電路的交流通路如圖2.28（b）所示。 (2）用三極管的微變等效電路代替交流通路中的三 極管,畫出放大電路的微變等效電路,如圖2.30(a)所示。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 rbe Rb uiuo riro ib Rc RL ibi

40、c bc (a) 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 rbe Rb uiuo riro ib Rc RL rs us ibic cb (b) 圖2.30共射放大電路的微變等效電路 (a)不考慮信號源內阻的等效電路； (b)考慮信號源內阻時的等效電路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 3共射放大電路基本動態(tài)參數的估算共射放大電路基本動態(tài)參數的估算 1）電壓放大倍數 （1）求有載電壓放大倍數Au。 RiRiuLbLco (2.25) riu RRR bebi LCL / （2.26） r R ri Ri A be L beb Lb u （2.27） 式中“-”表示輸入

41、信號與輸出信號相位反相。 （2）求空載電壓放大倍數Au。即不接負載 RL,RL, 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 RRRRCLCL / r R A be C L RRLC )/( RRRLCL （2.28） 2）輸入電阻ri rR I u rbeb i i i /)/( 21RRRbBb rrRrbebebi / 當Rbrbe時 3）輸出電阻ro 在圖2.30中,根據戴維南定理可得 RrCo （3. 30） 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 4）源電壓放大倍數 圖2.30(b)為考慮信號源內阻時所畫出的微變等效 電路,可以得出 rr r u rr r uu b

42、es i s is i si （2. 31） 將式（2.31）代入式（2.19）可求得考慮信號源內 時的源電壓放大倍數Aus 將式（2.27）代入式（2.32）得 rr r A u u u u u u A bes be u s i i o s o us （2. 32） rr R u u A bes L s o us （2. 33） 稱Aus為源電壓放大倍數。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2.5.3 共集電極、共基極放大電路的性能指標共集電極、共基極放大電路的性能指標 1共集電極放大電路動態(tài)參數的估算共集電極放大電路動態(tài)參數的估算 電路如圖2.32（a）所示,交流信號從基極

43、輸入,從發(fā) 射極輸出,故該電路又稱射極輸出器。圖2.32（b）為該電 路對應的交流通路。由交流通路可看出,集電極為輸入、 輸出的公共端,故稱為共集電極放大電路(簡稱共集放大 電路)。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 Rb Re C1 C2 ui uo UCC c b e rs us (a) 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 uo ui rs us Rb ReRL e c b (b) 圖2.32共集電極放大電路 （a）電路; （b）交流通路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 1）等效電路 畫出電路的微變等效電路,如圖2.33所示。 2）參數估算

44、（1）Au的估算。由圖2.33可得 RiRiuLbLeo )1 ()/( RRRLEL (2. 34) RiriuriuLbbebobebi )1 (2. 35) 將式（2.34）、（2.35）代入電壓放大倍數的定義 式（2.19）,可得 Rr R u u A Lbe L i o u )1 ( )1 ( (2. 36) （2）ri的估算。由圖2.33可得 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 rs us ui Rb rbe uo riro ibie Re RL b c riro e ioii ib 圖2.33共集電極放大電路的微變等效電路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放

45、大電路 icibRe roro e ieib b rsRb rbe c up 圖2.34 求ro的微變等效電路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 （3）ro的估算。在圖2.33中,令us=0,并去掉負載RL, 在輸出端加一探察電壓up,則可畫成如圖2.34所示的形 式。由圖可得 Rr i Riri i u r rRr Lbe b Lbbeb b i i ibi )1 ( )1 ( / (2. 37) RrRrLbebi )1 (/ （2.38） 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 Rrriu i u i u r rRr Bsbebp b p e p o oeo /

46、( )1 ( / (2. 39) (2. 40) (2. 41) 將式（2.41）代入式（2.40）,得 1 )/( Rrr r Bsbe o (2. 42) 將式（2.42）代入式（2.39)，得 1 )/( / Rrr Rr bsbe eo (2. 43) 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2共基極放大電路的動態(tài)性能共基極放大電路的動態(tài)性能 共基極放大電路(簡稱共基放大電路)如圖2.35(a)所示, 直流通路采用的是分壓偏置式,交流信號經C1從發(fā)射極輸 入,從集電極經C2輸出,C1、C2為耦合電容,Cb為基極旁路 電容,使基極交流接地,故稱為共基極放大器。微變等效電 路如圖

47、2.35(b)所示。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 UCC RL Rb1 Rc Rb2 Re C1 C2 ui uo Cb Vec b (a) Cb : 基極旁路電容,使基極交流接地 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 uo c ib e iiie ib rbe b Re ui RcRL (b) 圖2.35共基極放大電路 （a）基本放大電路;（b）微變等效電路 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 根據微變等效電路,同樣可分析得共基極放大電 路的動態(tài)參數: r R A be L u )/( RRRLeL (2. 44) 1 / r Rr be ei

48、 (2. 45) Rrco 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2.5.4三種基本放大電路的性能比較三種基本放大電路的性能比較 上述所講的三種組態(tài)放大電路是用三極管組成放 大電路的基本形式,其他類型的單級放大電路歸根到底 都是由這三種變化而來的。三種組態(tài)的基本放大電路 的比較見表2.3。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2.6 多級放大電路多級放大電路 前面講過的基本放大電路,其電壓放大倍數一般只能 達到幾十幾百。然而在實際工作中,放大電路所得到的 信號往往都非常微弱,要將其放大到能推動負載工作的程 度,僅通過單級放大電路放大,達不到實際要求,則必須通 過多個單

49、級放大電路連續(xù)多次放大,才可滿足實際要求。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2.6.1多級放大電路的組成多級放大電路的組成 1多級放大電路的組成多級放大電路的組成 多級放大電路的組成可用圖2.36所示的框圖來表 示。其中,輸入級與中間級的主要作用是實現電壓放大， 輸出級的主要作用是功率放大,以推動負載工作。 輸 入 級 中 間 級 輸 出 級 信 號 源 負 載 圖2.36 多級放大電路的結構框圖 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 2多級放大電路的耦合方式多級放大電路的耦合方式 多級放大電路是由兩級或兩級以上的單級放大電路 連接而成的。在多級放大電路中,我們把級與級之間的連 接方式稱為耦合方式。而級與級之間耦合時,必須滿足: (1) 耦合后,各級電路仍具有合適的靜態(tài)工作點; (2) 保證信號在級與級之間能夠順利地傳輸過去; (3) 耦合后,多級放大電路的性能指標必須滿足實際 的要求。 為了滿足上述要求,一般常用的耦合方式有:阻容耦 合、直接耦合、變壓器耦合。 半導體三極管及其放大電路半導體三極管及其放大電路 1）阻容耦合 我們把級與級之間通過電容連接的方式稱為阻容 耦合方式。電路如圖2.37所示。 由圖可得阻容耦合放大電路的特點: (1)優(yōu)點:因電容具有“隔直”作用,所以各級電路 的靜態(tài)工作點相互獨立,互不影響。這給放大電路的分 析、設計和調