雙極型晶體管BJT解析

1、1第3章 雙極型晶體管（BJT）21947年的晶體管（transistor） 1947年12月16日，美國新澤西州的貝爾實(shí)驗(yàn)室里，3位科學(xué)家威廉肖克利（William Shockley）、約翰巴頓（John Bardeen）和沃特布拉頓（Walter Brattain）成功地制造出第一個(gè)晶體管，改變了人類的歷史。 1950年，William Shockley開發(fā)出雙極性接面晶體管 （bipolar junction transistor, BJT），也就是現(xiàn)在俗稱的晶體管。3 他們在導(dǎo)體電路中正在進(jìn)行用半導(dǎo)體晶體把聲音信號(hào)放大的實(shí)驗(yàn)。3位科學(xué)家驚奇地發(fā)現(xiàn)，在他們發(fā)明的器件中通過的一部分微量電流

2、，竟然可以控制另一部分流過的大得多的電流，因而產(chǎn)生了放大效應(yīng)。這個(gè)器件，就是在科技史上具有劃時(shí)代意義的成果晶體管。 1956年，這3位科學(xué)家共同榮獲了1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。晶體管之父 William Shockley43.1 BJT的結(jié)構(gòu)及內(nèi)部載流子的傳輸 晶體管是通過一定的工藝，將兩個(gè)PN結(jié)結(jié)合在一起的器件。兩個(gè)PN結(jié)互相影響，使晶體管表現(xiàn)出不同于單個(gè)PN結(jié)的特性而具有信號(hào)放大功能，因而成為各種電子電路的核心元件。 在晶體管中，參與導(dǎo)電的有空穴和電子兩種載流子，又因?yàn)樗怯蓛蓚€(gè)PN結(jié)構(gòu)成，所以被稱為雙極型晶體管(Bipolar Junction Transistor)。 由于BJT有三個(gè)

3、電極, 因而又稱為三極管。它有很多種類。按頻率分有高頻管、低頻管；按功率分有大、中、小功率管；按材料分有Si和Ge管。 根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，三極管一般有兩種類型：NPN 型和 PNP 型。5NPN 型三極管結(jié)構(gòu)示意圖e ec cb b符號(hào)集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極 c基極 b發(fā)射極 eN NN NP P3.1.1 晶體管的結(jié)構(gòu)、示意圖和符號(hào) 圖中箭頭表示發(fā)射圖中箭頭表示發(fā)射結(jié)在正向偏置電壓接結(jié)在正向偏置電壓接法下的電流方向。法下的電流方向。6集電區(qū)集電結(jié)基區(qū)發(fā)射結(jié)發(fā)射區(qū)集電極 c發(fā)射極 e基極 bc cb be e符號(hào)N NN N P PP PN NPNP 型三極管結(jié)構(gòu)示意圖 圖中箭頭表示

4、發(fā)射圖中箭頭表示發(fā)射結(jié)在正向偏置電壓接結(jié)在正向偏置電壓接法下的電流方向。法下的電流方向。3.1.2 3.1.2 晶體管放大狀態(tài)下內(nèi)部載流子的運(yùn)晶體管放大狀態(tài)下內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)動(dòng)7以以 NPN NPN 型三極管為例討論型三極管為例討論c cN NN NP Pe eb bb be ec c表面看表面看三極管若實(shí)現(xiàn)放大，必須從三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部所加電源的極性來保證。不具備不具備放大作用放大作用三極管內(nèi)部結(jié)構(gòu)要求： 1. 1. 發(fā)射區(qū)高摻雜。發(fā)射區(qū)高摻雜。2. 2. 基區(qū)做得很薄。通常只有幾基區(qū)做得很薄。通常只有幾微米到幾十微米，而且摻雜較少。微米到幾十微米，而且摻雜較少。外加電源的極性應(yīng)使發(fā)射結(jié)處

5、于正向偏置狀態(tài)，而集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)。3. 3. 集電結(jié)面積大。集電結(jié)面積大。N Ne ec cN NP Pb b二氧化硅集電區(qū)基區(qū)發(fā)射區(qū)8三極管放大的外部條件：e ec cR Rc cR Rb b一、晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)I EIB1. 發(fā)射結(jié)加正向電壓，擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)形成發(fā)射極電流發(fā)射區(qū)的電子越過發(fā)射結(jié)擴(kuò)散到基區(qū)，基區(qū)的空穴擴(kuò)散到發(fā)射區(qū)形成發(fā)射極電流 IE (基區(qū)多子數(shù)目較少，空穴電流IEP可忽略)。2. 擴(kuò)散到基區(qū)的自由電子與空穴的復(fù)合運(yùn)動(dòng)形成基極電流電子到達(dá)基區(qū)，少數(shù)與空穴復(fù)合形成基極電流Ibn，復(fù)合掉的空穴由 VBB 補(bǔ)充。多數(shù)電子在基區(qū)繼續(xù)擴(kuò)散，到達(dá)集電結(jié)的一側(cè)。晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)

6、動(dòng)9b bIEIENIEP IEN IBIBNIEP b be ec cI EI BR Rc cR Rb b3.集電結(jié)加反向電壓，漂移運(yùn)動(dòng)形成集電極電流Ic 集電結(jié)反偏，結(jié)電場的方向阻止集電區(qū)的多子（電子）向基區(qū)運(yùn)動(dòng)，但卻將基區(qū)擴(kuò)散進(jìn)來的電子收集到集電極，形成電流ICN。其能量來自外接電源 VCC 。I C 同時(shí)，結(jié)電場把基區(qū)的本征少子（電子）抽取到集電區(qū)，把集電區(qū)的本征少子（空穴）抽取到基區(qū)，形成很小的少子漂移電流,即反向飽和電流，用ICBO表示。ICBO晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)10 IC=ICN+ICBO 二、晶體管的電流分配關(guān)系IC = ICn + ICBO IE =

7、 IEn+ IEp IB=IEP+ IBNIE =IC+IB晶體管內(nèi)部載流子的運(yùn)動(dòng)與外部電流11= ICn + IBn + IEp三、共射電流放大系數(shù)、共基電流放大系數(shù)12 I IE E=I=IB B+I+IC C I ICNCN I IE E )(ECIII IC C (1(1 )= )= I IB B+I+ICBOCBO I IB BI IBNBNI IEPEP有有1令令 CBOBCIII)1 (BCII-共射電流放大系數(shù) ECBCEOBCBBCEIIIIIIIIII)1 (TBETBETBEVvSCBVvSECVvSEeIIieIIieIi/ECnII 11或或4、共基交流電流放大系數(shù)E

8、Cii直流參數(shù)直流參數(shù) 與交流參數(shù)與交流參數(shù) 、 的含義是不的含義是不同的，但是，對于大多數(shù)三極管來說，同的，但是，對于大多數(shù)三極管來說， 與與 ， 與與 的數(shù)值卻差別不大，計(jì)算中，可不將它們嚴(yán)格區(qū)分。的數(shù)值卻差別不大，計(jì)算中，可不將它們嚴(yán)格區(qū)分。 、 5. 5. 與與 的關(guān)系的關(guān)系133.2 晶體管共射電路的伏安特性14 i iB B= =f f( (v vBEBE) ) V VCE CE = Const= Const一. 輸入特性曲線+ +- -b bc ce e共射極放大電路U UBBBBU UCCCCv vBEBEi iC Ci iB B+ +- -v vCECE 指當(dāng)集射間電壓不變時(shí)

9、，輸入回路中加在基極和發(fā)射極間的電壓vBE和基極電流iB間的關(guān)系曲線。15V VCECE = 0V = 0VV VCECE 1V1VvBE /V(2)當(dāng)VCE0時(shí)，這個(gè)電壓的極性有利于把發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基極的電子收集到集電極。如果VCEVBE，則發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。集電極開始收集電子，基區(qū)復(fù)合減少，在同樣的vBE下,IB減小，特性曲線右移。(1) 當(dāng)VCE=0V時(shí)，從輸入回路看，由于發(fā)射結(jié)正偏，輸入特性與半導(dǎo)體二極管的正向特性曲線類似。 若VCE繼續(xù)增加，輸入特性應(yīng)繼續(xù)右移。但當(dāng)VCE1后，在一定的VBE之下，集電結(jié)的反向偏壓已足以將注入基區(qū)的電子基本上都收集到集電極，此時(shí)即使VCE再增加，I

10、B也不會(huì)減少很多。因此，VCE1V后，不同的VCE值的輸入特性幾乎重疊。通常用VCE1V來代表VCE更高的情況。i iC C= =f f( (v vCECE) ) I IB B = Const= Const二、輸出特性曲線16 指當(dāng)基極電流不變時(shí)，輸出回路中取自集電極和發(fā)射極間的電壓vCE與集電極電流iC間的關(guān)系曲線。1）vCE很小時(shí)，當(dāng)vCE略有增加，iC增加很快。故曲線起始部分較陡。這是由于vCE很小（小于1V）時(shí)，集電結(jié)反向電壓較小，對到達(dá)基區(qū)的電子吸引力不夠。此時(shí)，iC受vCE影響很大，vCE稍有增加，則從基區(qū)到集電區(qū)電子增加很快，此時(shí)iC增加很大。2）當(dāng)vCE超過某數(shù)值后，曲線變得比

11、較平坦，近似于水平直線。這表示當(dāng)iB一定時(shí)，iC的值基本上不隨vCE變化。這是由于vCE大，集電結(jié)的電場足夠強(qiáng)，能使發(fā)射區(qū)擴(kuò)散到基區(qū)的絕大部分電子到達(dá)集電區(qū)，此時(shí)vCE再增大，iC增加就不多了。17飽和區(qū)：在特性曲線的起始部分，不同iB值的各條曲線幾乎重疊。iC基本上不隨iB而變。這稱為飽和現(xiàn)象。iC明顯受vCE控制，該區(qū)域內(nèi)，一般vCE0.7V(硅管)。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)正偏或反偏電壓很小。 隨著iB的不同，可以畫出一族特性曲線。放大區(qū)：iC平行于vCE軸的區(qū)域，曲線基本平行等距。此時(shí)，發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏。截止區(qū)：iC接近零的區(qū)域，相當(dāng)iB=0的曲線的下方。此時(shí)，vBE小于死區(qū)電壓

12、，集電結(jié)反偏。18 一般，放大區(qū)的曲線相對水平軸有一點(diǎn)傾斜，這是由于基區(qū)調(diào)制效應(yīng)引起的。所謂基區(qū)調(diào)制效應(yīng)，是指當(dāng)VBE為常量時(shí)，基區(qū)寬度隨著VCE的增加而減小，發(fā)射區(qū)發(fā)射到基區(qū)的電子與基區(qū)空穴復(fù)合幾率變小，導(dǎo)致IC增加。為了形象化地表示這一結(jié)果，我們可以認(rèn)為集電極特性曲線族的每一條曲線都是由電壓橫軸負(fù)半軸上的一點(diǎn)發(fā)出射線延長得到的。這一點(diǎn)稱為Early電壓，用VA表示。Early 電壓 VA不是實(shí)際的電壓，但它描述了對于固定的IB，vCE變化對iC的影響。三極管的參數(shù)分為三大類：直流參數(shù)、交流參數(shù)、極限參數(shù)一、直流參數(shù)1.共射直流放大系數(shù) 3.3 BJT的主要參數(shù)3.集電極基極間反向飽和電流I

13、CBO集電極發(fā)射極間的反向飽和電流ICEO192.共基直流電流放大系數(shù)是電流的直流量之比，也用hFE標(biāo)記。BCBCEOCIIIII當(dāng)忽略反向飽和電流ICBO時(shí)， ECII 發(fā)射極開路時(shí)，在集電結(jié)加上一定反向電壓時(shí)的反向電流。它的大小標(biāo)志著集電結(jié)的質(zhì)量，即單向?qū)щ娦缘膬?yōu)劣。ICBO越小越好。 基極開路時(shí)，從集電極直通到發(fā)射極間的電流。ICEO越小，放大管的質(zhì)量越好。OCBOCEII)1 (二、交流參數(shù)1.共射交流放大系數(shù)2. 共基極交流電流放大系數(shù) 20 三極管工作時(shí)，基極電流產(chǎn)生一個(gè)ib，相應(yīng)地集電極電流有ic，則 ，是電流的變化量之比，也用hfe標(biāo)記。BCii 與共射直流放大系數(shù)的含義不同。

14、后者反映靜態(tài)（直流工作狀態(tài)）時(shí)IC與IB之比。而前者反映的是動(dòng)態(tài)（交流工作狀態(tài)）時(shí)電流的增量之比，表征的是共射極電路的電流放大能力。ECii，體現(xiàn)的是共基接法下的電流放大作用。 與與 之間的關(guān)系是：之間的關(guān)系是：1或或1 三、 極限參數(shù)1.最大集電極電流ICM3. 反向擊穿電壓 VCBO發(fā)射極開路時(shí)的集電結(jié)所允許加的最高反向電壓。VEBO-集電極開路時(shí)發(fā)射結(jié)所允許加的最高反向電壓。 VCEO基極開路時(shí)集電極和發(fā)射極間所允許加的最高反向電壓。21極限參數(shù)指使用三極管時(shí)不得超過的限度。極限參數(shù)指使用三極管時(shí)不得超過的限度。2.最大集電極耗散功率PCM ICM指三極管的參數(shù)變化不超過規(guī)定值時(shí)允許的最

15、大集電極電流。當(dāng)集電極電流大于ICM時(shí)，值明顯變小，三極管性能下降。 由于三極管處于放大狀態(tài)時(shí)，有一個(gè)PN結(jié)是反偏的。因此就有外加在各電極間的最大允許反向電壓的限制。否則反向電流上升，導(dǎo)致管子擊穿而損壞。 三極管工作時(shí)，損耗功率為PC=iCvCE， PCM表示集電結(jié)上允許損耗功率的最大值。超過此值會(huì)使管子性能變壞或燒毀。PCM值與環(huán)境溫度有關(guān)。溫度越高，則PCM越小。 由PCM、ICM、V（BR）CEO在輸出特性曲線上可以確定過損耗區(qū)、過電流區(qū)和擊穿區(qū)、安全工作區(qū)。如圖所示。22溫度對晶體管特性及參數(shù)的影響 溫度對輸入特性的影響：溫度升高時(shí)正向特性左移，反之右移。6060404020200 0

16、 0.40.4 0.80.8I I / mA/ mAU U / V / V溫度對輸入特性的影響200600 溫度對輸出特性的影響溫度升高將導(dǎo)致IC增大。i iC CV VCECEO Oi iB B200600溫度對輸出特性的影響23三極管工作狀態(tài)的判斷例1：測量某NPN型BJT各電極對地的電壓值如下，試判別管子工作在什么區(qū)域？ 解：解：原則：正偏反偏反偏集電結(jié)正偏正偏反偏發(fā)射結(jié)飽和放大截止對NPN管而言，放大時(shí)對PNP管而言，放大時(shí)（1）放大區(qū)（2）截止區(qū)（3）飽和區(qū)24例2某放大電路中BJT三個(gè)電極的電流如圖所示。 IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,試判斷管腳、管型。解：

17、電流的正方向和KCL。IE=IB+ ICA AB BC C IAIBICC為發(fā)射極B為基極A為集電極。管型為NPN管。25分析：先求UBE，若等于0.6-0.7V，為硅管；若等于0.2-0.3V，為鍺管。 NPN管UBE0， UBC0，即。 PNP管UBE0， UBC 0，即。263.4 BJT的直流模型和微變等效電路27(a) 等效電路 正偏的發(fā)射結(jié) PN結(jié)；反偏的集電結(jié) 基極集電極開路；集電極電流IC由基極電流IB控制 受控電流源。 直流模型用于：確定直流工作點(diǎn)。（b）簡化的直流模型3.4.1 BJT的等效電路和直流模型28【例例3.4-13.4-1】基本的共射放大電路如圖基本的共射放大電

18、路如圖 3.43.4 2 2所示（圖中未所示（圖中未畫出交流部分），求三極管各極的電流及集畫出交流部分），求三極管各極的電流及集- -射間電壓射間電壓V VCECE。設(shè)設(shè)V VBEBE0.7V0.7V， 已知。已知。解：根據(jù)三極管的直流模型，得到等效電路如圖，列出基極回路方程： 得BEbBBBVRIVbBEBBBRVVI，可求得BCIIBEII) 1(由集電極回路，列方程得：cCCCCERIVV3.4.2 BJT的交流小信號(hào)模型29 只要滿足vbe VT，則高階項(xiàng)可忽略不計(jì)，取前兩項(xiàng)，iB對于vbe就是線性的。TbeTbeBEVvBVvVSBeIeIi/)( 小信號(hào)條件小信號(hào)條件將指數(shù)項(xiàng)展開，

19、.! 3121132/TbeTbeTbeVvVvVvVveTbe 小信號(hào)線性模型即微變等效電路，用于交流信號(hào)分析。 晶體管是非線性器件，這將使放大電路的分析變得復(fù)雜。因此試圖對它進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕铺幚?，使得在一定條件下表現(xiàn)為線性特性，以便分析計(jì)算。這個(gè)一定條件就是：當(dāng)信號(hào)變化的范圍很小時(shí)，可以認(rèn)為三極管電壓、電流變化量之間的關(guān)系基本上是線性的。也就是說，在一個(gè)很小的范圍內(nèi)，輸入、輸出特性曲線可以近似看作一段直線。即需滿足小信號(hào)條件(小信號(hào)下變量之間滿足線性關(guān)系)。小信號(hào)模型假設(shè)30最直接的想法：二極管等效于一個(gè)動(dòng)態(tài)電阻。BJT的小信號(hào)模型H參數(shù)等效電路31輸入回路 ),(1CEBBEvifv輸出回

20、路 ),(2CEBCvifi復(fù)習(xí)：二端口網(wǎng)絡(luò)的H參數(shù)：22212122121111UHIHIUHIHU32由于 代表 的變化部分，也就是可以用 的交流分量來代替，即：BEdvBEvBEvbeBEvdvbBidi ceCEvdvcCidi cerebiebevhihvceboefereiebevihhhhivc三極管在共射接法下的H參數(shù) 假定三極管工作在小信號(hào)下，取全微分，得 CEBCEBEBCEBBEBEdvIvvdiVivdvCEBCEcBCEBcCdvIvidiViidiceoebfevhihicCEBBEieVivh輸出端交流短路時(shí)的輸入電阻（歐姆） CEBCfeViih輸出端交流短路時(shí)

21、的正向電流傳輸比或電流放大系數(shù)BCEBEreIvvh輸入端交流開路時(shí)的反向電壓傳輸比 BCECoeIvih輸入端交流開路時(shí)的輸出電導(dǎo)（西門子） 33 由此，可得到三極管H參數(shù)微變等效電路。 這是將三極管線性化后的線性模型，從而可將三極管電路當(dāng)線性電路處理。忽略過小的參數(shù)（hre,hoe），不會(huì)帶來顯著誤差，即為設(shè)想的小信號(hào)模型。ceoebfecvhihicerebiebevhihv34r rbebe可用公式估算：可用公式估算：)()(26)1 (200mAImVrEbe公式的適用范圍：小信號(hào)（0.1mAIE5mA）。 rbe的計(jì)算（公式來源可參考第2章二極管的微變等效模型部分。）小信號(hào)模型的另

22、一種形式35bembvgi bembbemrgivg用跨導(dǎo)表示的BJT小信號(hào)模型3.5 BJT共射電路的工作原理36通常畫法基本的共射電路直流電源：保證發(fā)射結(jié)正偏、集電結(jié)反偏；電容：隔直通交；注意交流輸入回路和輸出回路。oCCERciiBBECivviivvCBC21通過上產(chǎn)生壓降在加到三極管的基極通過信號(hào)放大過程：信號(hào)放大過程：判斷一個(gè)電路有無放大作用37應(yīng)該主要根據(jù)以下幾條原則：n外加電源的極性是否能保證三極管的發(fā)射結(jié)正向偏置，集電結(jié)反向偏置，實(shí)現(xiàn)iB到 iC的轉(zhuǎn)化。n輸入回路的接法是否能將信號(hào)送進(jìn)，實(shí)現(xiàn)輸入vi到iB的轉(zhuǎn)化。n輸出回路的接法是否能將放大了的信號(hào)送出，實(shí)現(xiàn)iC 到輸出vo的

23、轉(zhuǎn)化?！纠?.5-1】 根據(jù)上面討論的放大電路組成原則，判斷圖示電路有無放大作用。設(shè)電路中的電容足夠大，交流情況下可視為短路。 （a a）（b）38分析： (a) Cb足夠大，視作短路，從而使得輸入vi0，即信號(hào)不能送進(jìn)放大管。改正方法是去掉Cb。(b) Vcc使發(fā)射結(jié)反偏，集電結(jié)正偏。改正方法是把Vcc倒過來。(c) 由于Ce的存在使發(fā)射極對地短路，vo=0，即輸出信號(hào)vo送不出去。改正方法是去掉Ce。(d) 缺少集電極電阻RC，使得集電極電流iC的變化不能產(chǎn)生vo。改正方法是接入Rc。（c）（d）3.6.1 靜態(tài)與動(dòng)態(tài)、直流通路與交流通路39 直流電壓源的存在能保證晶體管處于放大區(qū)，即放大

24、器需要直流偏置才能處于放大區(qū)；同時(shí)，信號(hào)源是時(shí)變的，各項(xiàng)參數(shù)隨Q點(diǎn)位置而不同，希望輸出信號(hào)與輸入信號(hào)呈線性關(guān)系。 由此可見，對放大電路存在著兩方面的分析： (1)靜態(tài)（直流）分析，確定靜態(tài)工作點(diǎn)Q（僅直流電源作用時(shí)三極管各極電流和電壓）； (2)動(dòng)態(tài)（交流）分析，即在輸入信號(hào)作用下，分析放大電路的增益、輸入電阻、輸出電阻、最大輸出幅度等。 根據(jù)疊加原理，線性放大器總的響應(yīng)是兩個(gè)單獨(dú)響應(yīng)的疊加。 一個(gè)電路的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)之間既有不變與變的區(qū)別，又有聯(lián)系。動(dòng)態(tài)所討論的變化量，是在某一個(gè)特定的“靜態(tài)”的基礎(chǔ)上變化的，放大管的電流和電壓都是在原來直流量的基礎(chǔ)上又疊加了一個(gè)交流成份，形成電路中交、直流并存的

25、現(xiàn)象。3.6 BJT放大電路的分析方法407568. 072. 05 . 75 . 4BECEvvvA例：某電路靜態(tài)VBEQ=0.7（V），VCEQ=6（V），加輸入信號(hào)后， 的變化范圍為0.68V-0.72V, 的變化范圍為7.5V-4.5V， BEvCEv7.06vA? 0.02V VBEQ -0.02V vi vCE t 0.68V vBE 0.72V t 7.5V 4.5V VCEQ t 由于三極管是非線性元件，各項(xiàng)動(dòng)態(tài)參數(shù)隨靜態(tài)工作點(diǎn)Q點(diǎn)位置的變化而有所不同。嚴(yán)格說來，放大電路的性能指標(biāo)如Av等，也將隨Q點(diǎn)位置而異。而且，若Q點(diǎn)設(shè)置不當(dāng)，在截止區(qū)或飽和區(qū)的話，則信號(hào)不僅得不到放大，而

26、且將產(chǎn)生嚴(yán)重的非線性失真。因此，為了得到Av、Ri、Ro等動(dòng)態(tài)指標(biāo)，首先要估算或者設(shè)置好電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。也就是說，分析和設(shè)計(jì)電路的一般進(jìn)程是先靜態(tài)后動(dòng)態(tài)。41（1）直流通路：電容開路；電感短路；（2）交流通路：電容短路；電感感抗；理想電壓源短路（等效交流電阻=0）；理想電流源開路（等效交流電阻=） 電路靜態(tài)時(shí)討論的對象是直流成分。但放大電路中常有電抗性元件，如電容、電感等，這時(shí)直流和交流成分的通路將有所不同。直流通路和交流通路分析靜態(tài)分析靜態(tài)根據(jù)直流通路；分析動(dòng)態(tài)根據(jù)直流通路；分析動(dòng)態(tài)根據(jù)交流通路根據(jù)交流通路 【例1】直流通路和交流通路42【例例2 2】直流通路和交流通路直流通路和交流通路3

27、.6.2 圖解分析法43 利用三極管的特性曲線，通過作圖法分析放大器的基本特性，稱為圖解法。圖解法是放大電路的基本分析方法之一。【例】設(shè)Rb=300K, VCC= 12V, RC=4K。我們用圖解法來確定電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。1.用圖解分析法作靜態(tài)分析44 首先，根據(jù)三極管的直流模型，由電路的直流通路，對三極管輸入端列出輸入回路方程，得到)(4010300123ARVRVVIbCCbBECCB 然后，寫出三極管輸出端輸出回路的直流伏安特性（這個(gè)方程稱為三極管輸出回路的直流負(fù)載方程）kIRIVVCCCCCCE412直流負(fù)載線 兩部分伏安特性的交點(diǎn)即為靜態(tài)工作點(diǎn)Q,由圖可讀出IC和 VCE ： 由圖可

28、讀出Q點(diǎn)坐標(biāo)：ICQ=1.5mA，VCEQ=6V，IBQ=40uA。幾個(gè)參數(shù)對靜態(tài)工作點(diǎn)Q的影響45（1）Rb對Q點(diǎn)的影響bBECCBRVVI（1）當(dāng)電路中Rb很大，使得VBEVon，基極電流IB0，則Q點(diǎn)處于負(fù)載線的下端，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)。這種情況下，三極管所有電流均為0，忽略漏電流時(shí)，VCE=VCC。（2）當(dāng)Rb減小時(shí)，使得VBEVon，基極電流IB增大，Q點(diǎn)沿負(fù)載線上移至中間部分，三極管處于線性放大狀態(tài)。這種情況下， IC IB 。（3）當(dāng)Rb繼續(xù)減小，VBE繼續(xù)增大，IB也增大，Q點(diǎn)沿負(fù)載線上移至上端集電極電流無法再增大的點(diǎn)，三極管處于飽和狀態(tài)。此時(shí)集電結(jié)正偏，IC和IB不再成比例關(guān)

29、系，此時(shí)CCCSCRVIbCCbBECCBRVRVVIonCEVV46（2）Rc對Q點(diǎn)的影響 當(dāng)VCC固定，RC改變時(shí)，負(fù)載線和靜態(tài)工作點(diǎn)Q的移動(dòng) 當(dāng)RC固定，VCC改變時(shí)，負(fù)載線和靜態(tài)工作點(diǎn)Q的移動(dòng)（3）Vcc對Q點(diǎn)的影響(RC3 RC2 RC1)(VCC1 VCC2 VCC3)47【例】如圖所示，已知=50，判斷電路工作在什么區(qū)域？解： 由輸入回路，得 )(193. 01007 . 020mARVVIbBECCB設(shè)三極管處于放大狀態(tài)，得)(65. 9193. 050mAIIBC)V(5 .761065. 920RIVVCCCCCE 這個(gè)結(jié)果顯然不對。因?yàn)?，電路只?20V的電源，在它的作用

30、下，放大管各極對地電壓不可能小于0，問題出在哪里？48 對三極管“處于線性放大區(qū)”的假設(shè)不正確！事實(shí)上它處于飽和狀態(tài)！)(21020mAKRVICCCCS)(04. 0502mAIICSBS臨界飽和時(shí)的基極電流：而現(xiàn)在mAImAIBSB04. 0913. 0說明放大管確實(shí)已進(jìn)入飽和區(qū)，無放大作用。即ICIB所以，正確的結(jié)論是：)mA(913. 0IB)mA(2IICSConCESCEVVV49重要結(jié)論BSCSBIIIbCCbBECCBRVRVVIcCCCSBSRVIIcCCbCCRVRVcbRR從上面的討論可見，當(dāng) 時(shí)，放大管處在飽和區(qū)。因此，為了避免Q點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)，電路中各有關(guān)參數(shù)應(yīng)滿足一定

31、關(guān)系。下面我們考察這種定量關(guān)系： 因?yàn)椋?臨界飽和時(shí)， 若要Q點(diǎn)不進(jìn)入飽和區(qū)，必須滿足：IBIBS， 即 于是，就有 這就告訴我們，可以根據(jù)基本放大電路中Rb、RC和的參數(shù)值，迅速判斷出Q點(diǎn)是否在飽和區(qū)內(nèi)。502.用圖解分析法作動(dòng)態(tài)分析（1）電路未接負(fù)載l 直流量VBEQ之上疊加交流量vbe(vi)；l 輸入信號(hào)很小時(shí)，ib變化規(guī)律與vbe相同；l 若三極管處于放大區(qū)，ic變化規(guī)律同ibbBBiIivBE=VBE+vi靜態(tài)工作點(diǎn)確定后，就可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析了。51iC=IC+ic vCE=VCE+vce根據(jù)vCE與iC的線性關(guān)系CCCCCERiVvvCE隨著ic按正弦規(guī)律反方向變化。v

32、CE中的交流量vce的波形即輸出電壓vo的波形。52總結(jié)1）當(dāng)沒有輸入信號(hào)時(shí)，三極管有靜態(tài)電流、電壓IBQ、ICQ、VCEQ等值；而加入輸入信號(hào)后，ceCEQCEcCQCbeBEQBEbBQBvVviIivVviIi 三極管電流、電壓的瞬時(shí)值隨信號(hào)的變化而變化，但方向（即極性）始終不變。2)由于輸入信號(hào)很小，在信號(hào)的變化過程中，其動(dòng)態(tài)范圍在三極管的伏安特性曲線上近似于直線，因而管子是在近似線性狀態(tài)下工作的，電路中的各交流量均與輸入信號(hào)成線性關(guān)系。所以電路能基本實(shí)現(xiàn)不失真放大。放大倍數(shù)為交流量之比；3)輸出與輸入相位差180，這稱之為反相，是共射放大電路的一個(gè)特點(diǎn)。53（2）電路接負(fù)載放大器工作

33、時(shí)，輸出端接有負(fù)載RL。這時(shí)放大器的工作情況是否會(huì)因?yàn)镽L的接入而受影響呢？ 靜態(tài)時(shí)，由于C2隔直流，Q點(diǎn)不會(huì)因RL的接入發(fā)生改變。直流負(fù)載線為： CECCCCVRIV. Q 動(dòng)態(tài)時(shí)，輸出回路中RCRL，并聯(lián)值稱為放大器的交流負(fù)載電阻 ，即，LRLCLCLCLRRRRRRR/54V V CCCC0LcceRiv此時(shí)，交流通路集射回路方程為 0LcceRiv 這條斜率為 的直線稱為交流負(fù)載線，它由交流通路決定。 此外，負(fù)載線必須經(jīng)過Q點(diǎn)（ICQ ,VCEQ）。ceLcvR1i1LR)(1CEQCELCQCVvRIi交直流共存時(shí)，負(fù)載直線方程：55LCQCEQCCRIVV)(1CEQCELCQCV

34、vRIiCEQCELCQLCVvRIRi令iC=0，有CEQCELCQVvRI此時(shí)的vCE是負(fù)載線與橫坐標(biāo)軸的交點(diǎn)，記為CCV 計(jì)算出VCC,(VCC,0)點(diǎn)與Q點(diǎn)連線即為交流負(fù)載線。 注意：未接負(fù)載時(shí)電路的交、直流負(fù)載線是重合的。 因此，當(dāng)放大電路接上負(fù)載并考慮有交流輸入信號(hào)時(shí)，動(dòng)態(tài)的工作情況圖解就不是在直流負(fù)載線上，而是在交流負(fù)載線上進(jìn)行了。當(dāng)輸入信號(hào)變化時(shí)，動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)將以直流工作點(diǎn)Q為中心，沿交流負(fù)載線上下移動(dòng)。56用圖解法分析波形的非線性失真 （1）Q點(diǎn)適當(dāng)工作點(diǎn)都在放大區(qū)，輸出不失真。57（2）Q點(diǎn)偏低- 波形上半部失真信號(hào)幅度相對大，工作點(diǎn)有一部分進(jìn)入截止區(qū) 截止失真 Q點(diǎn)偏低，而信號(hào)幅度相對大時(shí)，動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)有一部分進(jìn)入截止區(qū)。如圖所示，ib 的波形已出現(xiàn)失真，則ic、 vce 的波形也出現(xiàn)失真,這種現(xiàn)象稱為截止失真。58（3）Q點(diǎn)偏高- 波形下半部失真工作點(diǎn)一部分進(jìn)入飽和區(qū) 飽和失真 Q點(diǎn)偏高，而信號(hào)幅度相對大時(shí)，動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)有一部分進(jìn)入飽和區(qū)。如圖所示，則ic、 vce 的波形也出現(xiàn)失真,這種現(xiàn)象稱為飽和失真。59Q點(diǎn)已定（放大區(qū)內(nèi)），能輸出的不失真最大幅度值是多大？用圖解法分析波形的不失真最大幅度值 當(dāng)Q點(diǎn)處于放大區(qū)時(shí)，若信號(hào)幅度相