第三章 晶体三极管(BJT)及放大电路基础
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晶体三极管及基本放大电路PPT
输出特性曲线
四、三极管器件手册的使用
三极管的类型非常多，从晶体管手册可以查找到三极管的型号，主要用途、主
要参数和器件外形等，这些技术资料是正确使用三极管的依据。
1．三极管型号
国产三极管的型号由五部分组成。
第一部分是数字“3”，表示三极管。 第二部分是用拼音字母表示管子的材料和极
性。 A——PNP锗材料，B——NPN锗材料， C——PNP硅材料，D——NPN硅材料。
电流iB经放大后获得对应的集电极电流iC，如图（d）所示。集—射极电压vCE 波形与输出电流iC变化情况相反，如图（e）所示。 vCE经耦合电容C2隔离直流成分 ，输出的只是放大信号的交流成分vo，波形如图（f）所示。
放大电路的电压和电流波形
第三节 放大电路的分析方法
一、主要性能指标 1．放大倍数 电压放大倍数
在实际放大电路中，除了共发射极联接方式外，还有共集电极和共基极联接方 式。
共发射极接法
共基极接法
共集电极接法
三、三极管的特性曲线 1．输人特性曲线
输人特性曲线是反映三极管输人回路电压和电流关系的曲线，它是在输出电压 VCE为定值时，iB与vBE对应关系的曲线。
当输入电压vBE较小时，基极电流iB很
第一节 晶体三极管
晶体三极管是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型器件，它由两个PN 结构成，在电路中主要作为放大和开关元件使用。
一、结构与分类
1．外形
近年来生产的小、中功率管多采用硅酮塑料封装；大功率三极管多采用金属封 装，通常做成扁平形状并有螺钉安装孔，有的大功率管制成螺栓形状。
塑料封装小功率管 塑料封装中功率管
集电极最大允许电流ICM 若三极管的工作电流超过ICM，其ß值将下降到正
四、三极管器件手册的使用
三极管的类型非常多，从晶体管手册可以查找到三极管的型号，主要用途、主
要参数和器件外形等，这些技术资料是正确使用三极管的依据。
1．三极管型号
国产三极管的型号由五部分组成。
第一部分是数字“3”，表示三极管。 第二部分是用拼音字母表示管子的材料和极
性。 A——PNP锗材料，B——NPN锗材料， C——PNP硅材料，D——NPN硅材料。
电流iB经放大后获得对应的集电极电流iC，如图（d）所示。集—射极电压vCE 波形与输出电流iC变化情况相反，如图（e）所示。 vCE经耦合电容C2隔离直流成分 ，输出的只是放大信号的交流成分vo，波形如图（f）所示。
放大电路的电压和电流波形
第三节 放大电路的分析方法
一、主要性能指标 1．放大倍数 电压放大倍数
在实际放大电路中，除了共发射极联接方式外，还有共集电极和共基极联接方 式。
共发射极接法
共基极接法
共集电极接法
三、三极管的特性曲线 1．输人特性曲线
输人特性曲线是反映三极管输人回路电压和电流关系的曲线，它是在输出电压 VCE为定值时，iB与vBE对应关系的曲线。
当输入电压vBE较小时，基极电流iB很
第一节 晶体三极管
晶体三极管是一种利用输入电流控制输出电流的电流控制型器件，它由两个PN 结构成，在电路中主要作为放大和开关元件使用。
一、结构与分类
1．外形
近年来生产的小、中功率管多采用硅酮塑料封装；大功率三极管多采用金属封 装，通常做成扁平形状并有螺钉安装孔，有的大功率管制成螺栓形状。
塑料封装小功率管 塑料封装中功率管
集电极最大允许电流ICM 若三极管的工作电流超过ICM，其ß值将下降到正
三极管及放大电路基础
IC(mA ) 4
3
2
1 36
截止区
100A 80A
IB= 60A 40A 20A 0 9 12 VCE(V)
IC RC
IB B C
VCE
RB
VBE EB
E IE
EC
（1-13）
特点:VBE＜死区电压, IB≤0≈0, IC ≤ICEO≈ 0,VCE ≈EC
这时三极管C 、 E端相当于: 一个断开的开关。
过大，温升过高会烧坏三极管。所以要求：
PC =IC VCE≤PCM 6.集-射极反向击穿电压V(BR)CEO ——基极开路时，集电极与发射极之间允许的最大反向 电压。
（1-22）
由三个极限参数可画出三极管的安全工作区
IC ICM
ICVCE=PCM
安全工作区
O
V(BR)CEO
VCE
（1-23）
八、晶体管参数与温度的关系
IC RC
IB B
C VCE
RB
VBE EB
E IE
EC
如何判断是否截止？
若：VBE ≤0(死区电压)
或 VC＞VE ＞VB 三极管可靠截止
IC
VCE
C RC
E
EC
（1-14）
(3) 放大区：IC=IB区域 , 发射结e正偏，集电结c反偏 特点: IC=IB , 且 IC = IB , VCE＝EC－IC RC
（1-29）
三极管在电路中的应用
1、放大电路 对三极管放大电路的分析，包括静态分 析和动态分析两部分。 也就是直流方面的分析和交流方面的分 析 直流方面的分析主要是判断三极管是否 有合适的直流工作条件 交流方面的分析主要是判断放大电路是 否能够正常的放大信号。
双极结型三极管及放大电路基础
集电区收集电子的
能力很弱，iC主要由 vCE决定：vCE↑→ic↑
=80μA =60μA =40μA
=20μA
vCE /V
现以iB=40uA一条加以说明：
（3）当uCE增加到使集电结反偏电压较大时，如：
vCE≥1V vCB≥0.7V 运动到集电结的电子基本上都可以被集电区
收集，此后vCE 再 增加，电流也没有 iC /mA 明显得增加，特性
曲线进入与vCE轴 基本平行的区域。
同理，可作出iB= 其他值的曲线。
=80μA =60μA =40μA
=20μA
vCE /V
输出特性曲线可以划分为三个区域：
饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内 vCE的数值较小，一般vCE≤vBE。此时Je正偏，Jc 正偏或反偏电压很小。
iC /mA
=80μA =60μA =40μA
IB+ICBO=IBN IB=IBN-ICBO ≈IBN
c IC
ICBO
IB
RbbIBE
N
ICN
Jc P Je
N
VBB
e IE
Rc VCC
例：共发射极接法
利用BJT组成的放大电路，其中一个电极 作为信号输入端，一个电极作为输出端，另一 个电极作为输入、输出回路的共同端。根据共 同端的不同，BJT可以有三种连接方式（称三 种组态）：
=20μA
vCE /V
输出特性曲线可以划分为三个区域：
饱和区——iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的数值较 小，一般vCE<0.7V（硅管）。此时Je正偏，Jc正偏或反偏电 压很小。
截止区——iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的
下方。此时Je反偏，Jc反偏。
《模拟电子技术基础》第3章 双极型晶体管及其基本放大电路
3.2 双极型晶体管
3.2.4 晶体管的共射特性曲线
2.输出特性曲线—— iC=f(uCE) IB=const
以IB为参变量的一族特性曲线
(1)当UCE=0V时，因集电极无收集
作用，IC=0；
(2)随着uCE 的增大，集电区收集电
子的能力逐渐增强，iC 随着uCE 增加而
增加；
(3)当uCE 增加到使集电结反偏电压
电压，集电结应加反向偏置电压。
3.2 双极型晶体管
3.2.3 晶体管的电流放大作用
1. 晶体管内部载流子的传输
如何保证注入的载流
子尽可能地到达集电区？
P
N
IE=IEN + IEP
IEN >> IEP
IC= ICN +ICBO
ICN= IEN – IBN
IEN>> IBN
ICN>>IBN
N
IEP
IE
3. 晶体管的电流放大系数
(1) 共基极直流电流放大系数
通常把被集电区收集的电子所形成的电流ICN 与发射极电流
IE之比称为共基电极直流电流放大系数。
ത
I CN
IE
由于IE=IEP+IEN=IEP+ICN+IBN，且ICN>> IBN，ICN>>IEP。通常ത
的值小于1，但≈1，一般
ത
为0.9-0.99。
ത
3.2 双极型晶体管
3.2.3 晶体管的电流放大作用
3. 晶体管的电流放大系数
(2) 共射极直流电流放大系数
I C I CN I CBO I E I CBO ( I C I B ) I CBO
第三章 双极性三极管及其放大电路基础
子的结构尺寸和掺杂浓度有关，与外加电压无关。 一般 >> 1 。
一、双极型三极管BJT
BJT放大的条件和电流分配关系
放大的条件： 发射结正向偏置；集电结反向偏置。 电流分配关系：
I C I B I E I B IC (1 ) I B
这是贯穿模拟电子电路分析的两个最重要的概念
无量纲 电导
三、放大电路的分析方法
小信号模型分析法（等效电路法）
1、晶体管的h参数等效模型（交流等效模型） 交流等效模型（按式子画模型）
U be h11 I b h12U CE I C h21 I b h22U CE
三、放大电路的分析方法
小信号模型分析法（等效电路法）
2、h参数的物理意义
放大的概念与放大电路的性能指标
1、放大的概念
放大的对象：变化量 放大的本质：能量的控制
判断电路能否放 大的基本出发点
放大的特征：功率放大
放大的基本要求：不失真
二、基本共射极放大电路
放大的概念与放大电路的性能指标
2、性能指标
任何放大电路均可看成为两端口网络。
输出电流 输入电流
信号源 内阻
信号源
二、基本共射极放大电路
基本共射放大电路的组成及各元件的作用
动态信号作用时：
uI ib ic iRc uCE (uo )
输入电压 uI为零时，晶体管各 极的电流、b-e间电压、管压降， 称为静态工作点Q。记作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。 基本共射放大电路
IC 1 100 I B 0.01
IC 5 50 I B 0.1
一、双极型三极管BJT
讨论
一、双极型三极管BJT
BJT放大的条件和电流分配关系
放大的条件： 发射结正向偏置；集电结反向偏置。 电流分配关系：
I C I B I E I B IC (1 ) I B
这是贯穿模拟电子电路分析的两个最重要的概念
无量纲 电导
三、放大电路的分析方法
小信号模型分析法（等效电路法）
1、晶体管的h参数等效模型（交流等效模型） 交流等效模型（按式子画模型）
U be h11 I b h12U CE I C h21 I b h22U CE
三、放大电路的分析方法
小信号模型分析法（等效电路法）
2、h参数的物理意义
放大的概念与放大电路的性能指标
1、放大的概念
放大的对象：变化量 放大的本质：能量的控制
判断电路能否放 大的基本出发点
放大的特征：功率放大
放大的基本要求：不失真
二、基本共射极放大电路
放大的概念与放大电路的性能指标
2、性能指标
任何放大电路均可看成为两端口网络。
输出电流 输入电流
信号源 内阻
信号源
二、基本共射极放大电路
基本共射放大电路的组成及各元件的作用
动态信号作用时：
uI ib ic iRc uCE (uo )
输入电压 uI为零时，晶体管各 极的电流、b-e间电压、管压降， 称为静态工作点Q。记作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。 基本共射放大电路
IC 1 100 I B 0.01
IC 5 50 I B 0.1
一、双极型三极管BJT
讨论
第三章_晶体三极管放大电路基础_3.4
2) 输出电阻
vt Ro = it
R L =∞ vs = 0
= RC
3.46） （3.46）
3) 电压放大倍数
vo (1 + β 1 )( R E // Ri 2 ) β 2 ( RC // R L ) Av = = Av1 ⋅ Av 2 = ⋅ （3.47） 3.47） vi rbe1 + (1 + β 1 )( R E // Ri 2 ) rbe 2
。
′ (1 + β2 ) RL ⋅ ′ rbe2 + (1 + β2 ) RL
rbe1
′′ β1RL rbe1
≈ Av1
3.51） （3.51）
其中
′′ ′ RL = RC 1 // Rb 3 //[ rbe 2 + (1 + β 2 ) RL ] ′ RL = Re 2 // RL
例3.6 为提高放大电路信号电压的利用率和带负载的能 多级放大电路的第一级和最末级常采用共集电路。 力，多级放大电路的第一级和最末级常采用共集电路。 3.41是CC－CE－CC三级直接耦合放大器 已知BJT 三级直接耦合放大器。 BJT的 图3.41是CC－CE－CC三级直接耦合放大器。已知BJT的 β = 1 0 0, rb e 1 = 3 K Ω , rb e 2 = 2 K Ω , rb e 3 = 1 .5 K Ω
3.49） （3.49）
其中
R B = R b1 // R b 2 R i′1 = rb e 1
2）输出电阻
Ro
其中
vt = it
RL =∞ vs = 0
′ = R e 2 // R o 2
3.50） （3.50）
rbe + RC1 // Rb 3 R = 1 + β2
BJT及放大电路基础资料
N P
（1）内部条b件：
发射区杂质浓度远N
P
N IE=IB+ IC 一组公b式 IC=βIB
大于基区杂质浓度，e 且基区很薄。
P ICe=αIE
思考1：可否用两个二极管相
（2）外部条件：
连构成一个三极管？
发射结正向偏置，
思考2：可否将e和c交换使用
集电结反向偏置。
思考3：外部条件对PNP管和 NPN管各如何实现？
PCM= ICVCE
PCM值与环境温度有关， 温度愈高，则PCM值愈小。 当超过此值时，管子性 能将变坏或烧毁。
4.1.5 温度对BJT参数及特性的影响
1. 温度对BJT参数的影响 (1) 温度对ICBO的影响 温度每升高10℃，ICBO约增加一倍。
(2) 温度对 的影响 温度每升高1℃， 值约增大0.5%~1%。
iB=f(vBE) vCE=const
(1) 当vCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 (2) 当vCE≥1V时， vCB= vCE - vBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收
集电子，基区复合减少，同样的vBE下 IB减小，特性曲线右移。
工作在放大状态的条件： vCE≥1V
共射极连接
4.1.3 BJT的V-I 特性曲线
非线性部分：
iB f (v ) BE VCE C
(2). 输出回路
非线性部分：
iC f (vCE ) iBIBQ
线性部分：
vCE VCC iC RC 称为直流负载线
得出Q（ IBQ，ICQ，VCEQ ）
（3）电路参数对Q点的影响：
其他参数不变：
变Rb
IB
VBB Rb
Rb Rb
第三章BJT放大电路
模拟电路基础
模拟电路基础
(IBQ,VBEQ) 和( ICQ,VCEQ )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。 IB IBQ Q VBE VBEQ VCEQ IC Q
ICQ
VCE
模拟电路基础
（2）交流通路:输入信号不为零(动态)时，信号 叠加在静态工作点上，只反映信号间关系的电 路称为交流通路。 交流通路的作用：求交流指标。 交流通路的画法：直流源置零（直流电压源 短路，直流电流源开路）， 电容短路 ，电感 (如有)开路
放大电路的分析方法 放大电路的直流通路和交流通路
1、放大器的通 用小信号模型
模拟电路基础
实际的放大电路通常是 由信号源、晶体三极管 构成的放大器及负载组 成。
图3-1 放大电路框图
模拟电路基础
由于晶体三极管构成的 放大器可视为无源双口 网络，放大器相对于信 号源而言是信号源的负 载，因此在放大器的输 入端口可等效为一个电 阻 放大器相对于负载而言 又是负载的信号源，由 戴维南定理可知，放大 器在输出端口可等效为 一个电压源和一个电阻 的串联支路。
电流放大倍数（电流增益）
io Ai ii
io
ii
is
Rs
Ri
Aioii
Ro
RL
模拟电路基础
（3）互阻放大器 输入信号----电流 输出信号----电压 电流控制电压源
互阻增益
ii is Rs Ri
Ro + Aroii _
vo Ar ii
+ vo _
RL
模拟电路基础
（4）跨导放大器 输入信号----电压 输出信号----电流 电压控制电流源
图3-2 放大器通用小信号模型
第3章 双极型BJT及其放大电路
us
RC RB uS iB uI T
iC
0
2
3
t
uBE
U BEQ
VCC
uO uCE
0
t
iB
I BQ
uBE
VBB
0
t
iC
基本共射极放大电路
uBE U BEQ ube iB I BQ ib iC I CQ ic u U CEQ uce CE
23/101
3.1
双极型BJT
3.1.4 温度对BJT参数及特性的影响
1.温度对发射结正向电压降 uBE的影响 2.温度对反向饱和电流 ICBO 的影响 3.温度对电流放大系数β的影响 T2 T1 iC
iB 40 A μ
30 A μ
20 A μ
10 A μ
0 A μ
0
uCE
24/101
3.2
IC IB
U CE U BE
U EB
输入 回路
IE
IC
IE IB
IE
CE
IB
输出 回路
U CB
U BC U BC
IC
CC
CB
BJT的三种组态
共发射极接法，发射极作为公共电极 共基极接法，基极作为公共电极 共集电极接法，集电极作为公共电极
10/101
3.1
双极型BJT
3.1.1 BJT的工作原理与电流分配关 系
8/101
3.1
双极型BJT
3.1.1 BJT的工作原理与电流分配关 系 1. BJT内部载流子运动规律
N
I En
P
N
I Cn
E
I Bp
C
RC RB uS iB uI T
iC
0
2
3
t
uBE
U BEQ
VCC
uO uCE
0
t
iB
I BQ
uBE
VBB
0
t
iC
基本共射极放大电路
uBE U BEQ ube iB I BQ ib iC I CQ ic u U CEQ uce CE
23/101
3.1
双极型BJT
3.1.4 温度对BJT参数及特性的影响
1.温度对发射结正向电压降 uBE的影响 2.温度对反向饱和电流 ICBO 的影响 3.温度对电流放大系数β的影响 T2 T1 iC
iB 40 A μ
30 A μ
20 A μ
10 A μ
0 A μ
0
uCE
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3.2
IC IB
U CE U BE
U EB
输入 回路
IE
IC
IE IB
IE
CE
IB
输出 回路
U CB
U BC U BC
IC
CC
CB
BJT的三种组态
共发射极接法，发射极作为公共电极 共基极接法，基极作为公共电极 共集电极接法，集电极作为公共电极
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3.1
双极型BJT
3.1.1 BJT的工作原理与电流分配关 系
8/101
3.1
双极型BJT
3.1.1 BJT的工作原理与电流分配关 系 1. BJT内部载流子运动规律
N
I En
P
N
I Cn
E
I Bp
C
第三章 晶体三极管(BJT)及放大电路基础
• *** 只给出输出特性曲线来确定UCEQ和ICQ • 1) 估算IBQ及UBEQ • 2) 利用输出特性曲线来确定ICQ，UCEQ • 由估算的IBQ 所对应的输出特性曲线 与直流负 载线的交点Q 对应ICQ，UCEQ
2. 动态工作情况分析
• （１）、利用输入特性画出iB，uBE波形 • 设输入为Ui=UmSINwt（mv） • uBE=UBEQ+ui iB=IBQ+IBMSINwt
RL rbe (1 ) Re
+EC
RB1 RC
C1
C2
RL ui RB2 RE CE
RE射极直流 负反馈电阻 CE 交流旁 路电容
uo
CE的作用：交流通路中， CE将RE短路， RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。
• • • •
有旁路电容CE: R ' Av≈ r ri＝Rb1∥Rb2∥rbe ro＝RC
对NPN管：VB<VE
特性：IC=ICEO (3) 饱和区 条件：发射结、集电结皆正偏 对NPN管：VCE>VBE 特性：IB增加，IC却不再增加，即 IC≠ßB ;而 I 且VCE很小。
四、BJT的主要参数
• 1 电流放大系数 • 共发射极直流电流、交流电流放大系数 • 例：书图3.1.7(b)为3DG6晶体三极管输出特性 曲线，求它的共发射极直流电流、交流电流放 大系数 • 2 极间反向电流 (1) ICBO (2) ICEO • 3 极限参数
• 共射输入特性曲线是以输出电压VCE为参变量，输入口 基极电流iB随収射结电压vBE变化的曲线： • 共射输入特性曲线的特点：
• ３、共射输出特性曲线
• 共射输出特性曲线是在集电极电流IB一定的情况下，的 输出回路中集电极与収射极之间的电压VCE与集电极电流 IC之间的关系曲线。
晶体三极管(BJT)及放大电路基础解读共80页文档
晶体三极管(BJT)及放大电路基础解读
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
•
6、黄金时代是在我们的前面，而不在 我们的 后面。
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
谢谢你的阅读
❖ 知识就是财富 ❖ 丰富你的人生
71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
第3章 晶体三极管及其基本放大电路
第3章 晶体三极管及其基本放大电路
图3.1.8 NPN 型硅 BJT 共射极连接时的 输入特性曲线
第3章 晶体三极管及其基本放大电路
2. 输出特性 共射极连接时的输出特性曲线描述了当输入电流iB为一定数值(即以iB为
参变量)时,集电极电流iC与电压uCE间的关系, 用函数表示为
图3.1.9是 NPN 型硅 BJT 共射极连接时的输出特性曲线。 由图可以看到 BJT的三个工作区域: 放大区、饱和区和截止区(图中的截止区范围有所夸大, 实际上对硅管而言,iB=0的那条曲线几乎与横轴重合)。
由此
式中，ICEO称为穿透电流, 其物理意义是,当基极开路(IB=0)时, 在集电极电源 UCC作用下的集电极与发射极之间形成的电流; ICEO是发射极开路时, 集电结的 反向饱和电流。 一般情况下,IB≫ ICEO，β≫1, 因此
在图3.1.4所示的电路中, 若有输入电压 ΔuI作用, 则BJT的基极电流将在IB 基础上叠加动态电流ΔiB, 集电极电流也将在IC的基础上叠加动态电流ΔiC, ΔiC 与 ΔiB之比称为共射极交流电流放大系数, 记作β, 即
第3章 晶体三极管及其基本放大电路
由于基区很薄, 杂质浓度很低, 集电结又加了反向电压, 所以扩散到基区 的电子中只有很少部分与空穴复合, 又由于电源UBB的作用, 电子与空穴的复 合作用源源不断地进行而形成基极电流IB。
漂移运动形成集电极电流IC。由于集电结加反向电压且其结面积较大, 大 多数扩散到基区的电子在外电场作用下越过集电结到达集电区, 形成漂移电 流。与此同时, 集电区与基区内的少子也参与漂移运动, 形成电流ICBO, 但由于 少子的数量很小, 近似分析中可忽略不计。
图3.1.7 共射极连接
BJT及放大电路基础
第30页/共152页
放大电路模型
1. 电压放大模型
Rs
Ro
AVO ——负载开路时的
电压增益
+ Vs
–
Ri ——输入电阻
+
+
+
Vi
Ri
AVOVi
Vo RL
–
–
–
Ro ——输出电阻
由输出回路得 则电压增益为
Vo AV
AVVVoOi ViRAoVROLRRLo RLRL
由此可见 RL
AV 即负载的大小会影响增益的大小
发射载流子 传送控制载流子
收集载流子
第4页/共152页
4. 1. 2 电流分配和放大原理
1. 三极管放大的外部条件 发射结正偏、集电结反偏
从电位的角度看：
C
发射结正偏 集电结反偏
发射结正偏 集电结反偏
NPN VB>VE VC>VB
PNP VB<VE VC<VB
N
B
P
RC
N RB
E EB
EC
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ICEO -
c b
uA
+
e
VCC
ICEO
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4. 集电极最大允许电流 ICM
集电极电流 IC上升会导致三极管的 值的下降，当 值下降到正常值的三分之二时的集电极电流即为 ICM。
5. 集-射极反向击穿电压 V(BR)CEO
当集—射极之间的电压 VCE 超过一定的数值时，三极管
就会被击穿。手册上给出的数值是25C、基极开路时的击
Io
A IS Ii
Ro Ro RL
则电流增益为
一-3 晶体三极管(BJT)
（3）集电极反向穿透电流 ICEO ICEO 是BJT在基极开路时，集电极与发射 极间的穿透电流。同一型号的管子反向电流 I 愈小，性能愈稳定，选用管子时，CEO 和 ICBO 应尽量小，硅管比锗管的极间反向电流小2-3 个数量级，因此温度稳定性也比锗管好。
交流参数 交流参数是描述BJT对于动态信号的性能指标。 1.交流电流放大系数 和 （1）交流电流放大系数
BJT的结构
一句话概括BJT结构：
三块杂质半导体材料构成，其中：两边是同型 层，中间是异型层。因此，有两种类型的BJT： NPN管 BJT
晶体三极管
PNP管
NPN 管
EB结 CB结
E极 发射极 Ｃ极 集电极
Ｎ＋
发射区
P
基区
Ｎ
集电区
Ｂ极 基极
PNP 管
EB结 CB结
E极 发射极 Ｃ极 集电极
P＋
BJT的电路符号
C NPN管：
B
箭头表示EB结正偏时， 发射极电流的真实流向。 E C
PNP管：
B
箭头表示EB结正偏时， 发射极电流的真实流向。
E
BJT放大原理
BJT放大偏置及电流分配关系
EB结（发射结）正偏
BJT放大偏置条件：
CB结（集电结）反偏
BJT放大偏置时外加电源的接法
NPN 管
Ｃ极
§1.3 晶体三极管
一、晶体管的结构和符号 二、晶体管的放大原理 三、晶体管的共射输入特性和输出特性 四、温度对晶体管特性的影响
五、主要参数
双极型晶体管 （Bipolar Junction Transistor，英 文缩写BJT）
BJT实物：
几种常见的双极型三极管外形 Bipolar Junction Transistor，缩写为BJT
三极管BJT及放大电路
管压降称为静态工作点Q，记
作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。
共射
20
Analog Electronics
二、设置静态工作点的必要性
为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零 时有合适的直流电流和极间电压？
输出电压必然失真！ 设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点 几乎影响着所有的动态参数！
《例》试判断如下个电路能否放大正弦信号。设电容对交 流信号均视为短路。若不能应如何改正。
《解》 电容C2将输出交流信号短路，故
应将其去掉。
《解》 电容C将输出直流信号开路，故应
将其短路去掉，才能使三极管有合适 的静态工作点。
26
Analog Electronics
《例》试判断如下个电路能否放大正弦信号。设电容对交 流信号均视为短路。若不能应如何改正。
VCC Rb
《例》已知：VCC＝12V，
Rb＝600kΩ， Rc＝3kΩ ，
β＝100。 Q＝？
30
Analog Electronics
《例》放大电路如图所示，试分别画出其直流通路和交流
通路。
直流通路
交流通路
直流通路
交流通路
31
Analog Electronics
直流通路
交流通路
直流通路
交流通路
－＋ UBEQ
问题：
将两个电源 合二为一
有交流损失 有直流分量
1. 两种电源 2. 信号源与放大电路不“共地”
共地，且要使信号 驮载在静态之上
静态时，U BEQ U Rb1
动态时，VCC和uI同时作用 于晶体管的输入回路。
24
Analog Electronics
作IBQ、 ICQ（IEQ）、 UBEQ、 UCEQ。
共射
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Analog Electronics
二、设置静态工作点的必要性
为什么放大的对象是动态信号，却要晶体管在信号为零 时有合适的直流电流和极间电压？
输出电压必然失真！ 设置合适的静态工作点，首先要解决失真问题，但Q点 几乎影响着所有的动态参数！
《例》试判断如下个电路能否放大正弦信号。设电容对交 流信号均视为短路。若不能应如何改正。
《解》 电容C2将输出交流信号短路，故
应将其去掉。
《解》 电容C将输出直流信号开路，故应
将其短路去掉，才能使三极管有合适 的静态工作点。
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Analog Electronics
《例》试判断如下个电路能否放大正弦信号。设电容对交 流信号均视为短路。若不能应如何改正。
VCC Rb
《例》已知：VCC＝12V，
Rb＝600kΩ， Rc＝3kΩ ，
β＝100。 Q＝？
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Analog Electronics
《例》放大电路如图所示，试分别画出其直流通路和交流
通路。
直流通路
交流通路
直流通路
交流通路
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直流通路
交流通路
直流通路
交流通路
－＋ UBEQ
问题：
将两个电源 合二为一
有交流损失 有直流分量
1. 两种电源 2. 信号源与放大电路不“共地”
共地，且要使信号 驮载在静态之上
静态时，U BEQ U Rb1
动态时，VCC和uI同时作用 于晶体管的输入回路。
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（2）、利用输出特性画iC和uCE波形 交流负载线 a、空载时RL=∞ 交流负载线与直流负载线重合，动态工作点在 交流负线上移动，斜率——1/RC • uCE=EC-IC*RC
• b、RL不等于∞ / • 放大电路的交流负载电阻RL =RC‖RL • 交流负载线作法：过Ｑ点作一条斜率 / 为-1/RL 的直线
L be
如果电路如下图所示，如何分析？
+EC RB1 C1 RC C2
T
RL
ui
RB2 RE2
RE1 CE
uo
动态分析： +EC
RB1
C1
RC
C2 T RL
RB1 ui
RB2
RE1
RL
uo RC
ui
RB2 RE2
RE1 CE
uo
交流通路
交流通路：
ui
RB1
RB2
RE1
RL
uo RC
Ii
微变等效电路： Ui
iB /uA iB /uA
60 40 20
iC /mA iC /mA
交流负载线
Q` Q IBQ Q`` vBE/V vBE/V
ICQ t
Q` Q
60uA 40uA
Q`` 20uA vC E/V vC E/V
t
VBEQ t
VC EQ t
3. 非线性失真 1) 截止失真 Q点过低，信号进入截止区
iC 放大电路产生 截止失真 输入波形 uCE
§3.3 图解分析法
2. 用图解法确定Ｑ点
• 1) 给出输入特性，输出特性曲线 • 2) 画出直流通路：标出IBQ，ICQ，UBEQ，UCEQ • 3) 利用输入特性曲线来确定IBEQ和UBEQ • 基极偏置线：UBE=EC-IB*RB 与输入特性曲线的交点对 应的IBQ，UBEQ • 4) 利用输出特性曲线来确定ICQ和UCEQ • 直流负载线：UCE=EC-IC*RC 与输出特性曲线中IBQ 线 的交点确定ICQ、UCEQ
• • • •
（２） RL≠∞ UO=Io′RL′=-ICRL′=-βIBRL′ AV=UO/UI=-βIBRL/（IBRBE）= -βRL/RBE=-βRC//RL/RBE
• ３、计算输入电阻和输出电阻
• (1) 计算输入电阻 • RI=UI/IB=RB//RBE=RBE • (2) 计算输出电阻 • 当RL=∞时，向左看进去 • 所以UI=0 IB=0则βIB=0 RO=RC
RL rbe (1 ) Re
+EC
RB1 RC
C1
C2
RL ui RB2 RE CE
RE射极直流 负反馈电阻 CE 交流旁 路电容
uo
CE的作用：交流通路中， CE将RE短路， RE对交流不起作用，放大倍数不受影响。
• • • •
有旁路电容CE: R ' Av≈ r ri＝Rb1∥Rb2∥rbe ro＝RC
三 BJT静态特性曲线 • BJT静态特性曲线：是在伏安平面上作出的 反映晶体管各极直流电流电压关系的曲线。 • BJT静态特性曲线用途：
•
１、晶体三极管的组态
• 将晶体三极管视为双端口器件，分析其三种典型接法， 称为组态。 共基极接法（CB）
共射接法（CE） 共ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ接法（CC）
２、共射输入特性曲线
• 1． 直流通路：直流信号通过的电路 • 原则：遇C——视为开路 • 遇L——视为短路
• 1． 交流通路：交流信号通过的电路 • 原则：遇C——（充分大）——近似视 为短路 • 遇L——（充分大）——近似视为开路 • 直流电源（内阻小）：近似为短路。
• 一、静态分析 • １静态工作点估算： • 从输入特性中知：晶体管导通时UBE变化很小 （硅管：0.6-0.8V；锗管：0.1-0.3V） • 一般情况UBEQ：（硅管：0.7V，锗管0.2V ） • 1) 从直流通路中：列KVL方程 • IBQ*RB+UBEQ-EC=0 • IBQ=（EC-UBEQ）/RB • 2) 从晶体管电流分配关系 • ICQ=βIBQ • 3) 从直流通路中：列负载回路的KVL方程 • ICQ*RC+UCEQ-EC=0 • UCEQ=EC-ICQ*RC
二. 组成原则
(1) 发射结正偏 集电极反偏 使T管处于放大状 态 (2) 输入回路：Ui——产生ib 控制ic (3) 输出回路：使iC尽可能多流到RL上（减少其 他支路的分流） (4) 保证放大电路工作正常，T 处于放大状态，
合理设置静态工作点Q
三. 放大电路的性能指标 １、 放大倍数：输入信号若为正弦波 a. 电压放大倍数：AV=U0/UI
• 共射输入特性曲线是以输出电压VCE为参变量，输入口 基极电流iB随収射结电压vBE变化的曲线： • 共射输入特性曲线的特点：
• ３、共射输出特性曲线
• 共射输出特性曲线是在集电极电流IB一定的情况下，的 输出回路中集电极与収射极之间的电压VCE与集电极电流 IC之间的关系曲线。
工作区域划分： (1) 放大区(线性区) 条件：发射结正偏，集电结反偏 对NPN管：VC>VB>VE 特性：IC=ßB I (2) 截止区 条件：发射结反偏
Ib
rbe
R'B
Ic Ib
RL RC
Uo
RE1
§3.6 共集电极放大电路 和共基极放大电路
• 一、共集电极放大电路
• １、静态工作点计算： • 直流通路
EC=RbIBQ+IEQRe+UBEQ EC=UCEQ+ReIEQ
又 IEQ=（1+β）IBQ IBQ=（EC-UBEQ）/（Rb+（1+β ） Re） ICQ=βIBQ UCEQ=EC-（1+β）IBQRe
第三章 晶体三极管(BJT)及 放大电路基础
• • • • • • • §3.1 半导体BJT 一 BJT结构与电路符号 二 晶体管电流的分配与放大作用 演示实验 结论：１、晶体管起放大作用的条件： 发射结正偏，集电结反偏，称为BJT的放大偏置。 即满足下列电压关系： NPN管：VCB﹥0，VBE﹥0或VC＞VB ＞VE PNP管： VCB﹤0，VBE﹤0或 VC＜VB＜VE
• *** 只给出输出特性曲线来确定UCEQ和ICQ • 1) 估算IBQ及UBEQ • 2) 利用输出特性曲线来确定ICQ，UCEQ • 由估算的IBQ 所对应的输出特性曲线 与直流负 载线的交点Q 对应ICQ，UCEQ
2. 动态工作情况分析
• （１）、利用输入特性画出iB，uBE波形 • 设输入为Ui=UmSINwt（mv） • uBE=UBEQ+ui iB=IBQ+IBMSINwt
饱和失真
截止失真
Q点合适，Ui幅度过大——双向失真（截止，饱和失真）
选择静态工作点 iC ib
可输出的 最大不失 真信号
uCE uo
§3.4 微变等效电路法
• 条件：指输入信号UI 变化量小（即小信号） 输入信号频率在低中频范围 • 原因：根据输入，输出特性曲线 • 在 如 上 条 件 下 ： 小信号：——特性曲线近似直线性——可用等 效 的 线 性 电 路 代 替 T 管 低中频：晶体管中结电容的影响极小
ib
uo
2)饱和失真
Q点过高，信号进入饱和区 iC
ib
放大电路产生 饱和失真 输入波 形
uCE
输出波形
uo
动态工作情况分析小结
波形的 失真
由于放大电路的工作点达到了三极管 的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为底部失真。 由于放大电路的工作点达到了三极管 的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管， 输出电压表现为顶部失真。
对NPN管：VB<VE
特性：IC=ICEO (3) 饱和区 条件：发射结、集电结皆正偏 对NPN管：VCE>VBE 特性：IB增加，IC却不再增加，即 IC≠ßB ;而 I 且VCE很小。
四、BJT的主要参数
• 1 电流放大系数 • 共发射极直流电流、交流电流放大系数 • 例：书图3.1.7(b)为3DG6晶体三极管输出特性 曲线，求它的共发射极直流电流、交流电流放 大系数 • 2 极间反向电流 (1) ICBO (2) ICEO • 3 极限参数
电压增益： AV(db)=20lgAV 分贝 DB b．电流放大倍数 AI=IO/II 电流增益： AI (db)=20lgAI (分贝) c．功率放大倍数：功率增益 20lgAp 分贝 Ap=Po/PI
UO——输出电压（有效值）UI——输入电压（有效值）
2. 最大输出幅度：U0MAX,U0,U0PP（以正弦 为例子） 3.输入电阻: Ri 4.输出电阻：Ro 5. 通频带BW（Bf）
２、放大偏置时的电流分配与放大关 系： (1) IE=IC+IB (2) IC和IE 》IE
基极电流的少量变化△IB可引起集电极电流△IC 的较大变化 (3) 当IB=0时，IC=ICEO
解释：BJT内部载流子的传输过程 ⑴ 发射区向基区注入电子 ⑵ 电子在基区中的扩散与复合 ⑶ 集电区收集扩散过来的电子
B
二、用H参数微变等效电路法分析共射极基
本放大电路
１、画出放大电路的微变等效电路 由BJT的微变等效电路和放大电路的交流通路 可得出放大电路的微变等效电路。
• • • • •
２、求电压增益AV ：AV=UO/UI UI=IBRBE （1） 空载时：RL=∞ U0=I′ORC=-ICRC U0=-βIBRC 所以AV=UO/UI=-βIBRC/（IBRBE）=-βRC/RB
• 二、分压式射极偏置电路： • 电路应满足： IRb2>>IBQ UBQ>>UBEQ • 1、稳定工作点原理：