晶体管放大原理解析

晶体管放大原理.

姓名学号：

系部：计算机系

专业：计算机科学与技术

指导教师：张

评阅教师：张

完成时间：2012年11月4号

论文摘要

题目：晶体管放大原理

摘要：

1、共射电路具有较大的电压放大倍数和电流放大倍数,同时输入电阻和输出电阻适中.所以,在一般对输入电阻,输出电阻和频

率响应没有特殊要求的地方,常被采用.例如低频电压放大电路的输入级,中间级或输出级.

2、共集电路的特点是:输入电阻在三种基本电路中最大;输出电阻则最小;电压放大倍数是接近于1而小于1的正数,具有电压跟

随的性质.由于具有这些特点,故应用很广泛.常用于放大电路的输入级,也常用于电路的功率输出级.

3、共基电路的主要特点是输入电阻小,放大倍数和共射电路差不多,频率特性好.常用于宽频放大器

关键词：晶体管放大基本电路频率

正文

晶体管简介：

1. 晶体管的结构及类型

晶体管有双极型和单极型两种，通常把双极型晶体管简称为晶体管，而单极型晶体管简称场效应管。

晶体管是半导体器件，它由掺杂类型和浓度不同的三个区（发射区、基区和集电区）形成的两个PN结（发射结和集电结）组成，分别从三个区引出三个电极（发射极e、基极b和集电极c）。

晶体管根据掺杂类型不同，可分为NPN型和PNP型两种；根据使用的半导体材料不同，又可分为硅管和锗管两类。

晶体管内部结构的特点是发射区的掺杂浓度远远高于基区掺杂浓度，并且基区很薄，集电结的面积比发射结面积大。这是晶体管具有放大能力的内部条件。2. 电流分配与放大作用

晶体管具有放大能力的外部条件是发射结正向偏置，集电结反向偏置。在这种偏置条件下，发射区的多数载流子扩散到基区后，只有极少部分在基区被复合，绝大多数会被集电区收集后形成集电极电流。通过改变发射结两端的电压，可以达到控制集电极电流的目的。

晶体管的电流分配关系如下：

其中电流放大系数和之间的关系是=/(1＋)，=/（1－）；I CBO 是集电结反向饱和电流，I CEO是基极开路时集电极和发射极之间的穿透电流，并

且I CEO=(1＋)I CBO。

在放大电路中，通过改变U BE，改变I B或I E，由ΔI B或ΔI E产生ΔI C，再通过集电极电阻R C，把电流的控制作用转化为电压的控制作用，产生ΔU O=ΔI C R C。实质上，这种控制作用就是放大作用。

3. 晶体管的工作状态

当给晶体管的两个PN结分别施加不同的直流偏置时，晶体管会有放大、饱和和截止三种不同的工作状态。这几种工作状态的偏置条件及其特点如表2.1所列。

（1）共射极输入特性（以NPN 管为例）

输入特性表达式为：。当U CE =0时，输入特性相当于两个并联二极管的正向特性。当U CE >0时，输入特性右移，U CE ≥1V 后输入特性基本重合。因为发射结正偏，晶体管的输入特性类似于二极管的正向伏安特性。 （2）共射极输出特性（以NPN 管为例）

共射极输出特性表达式为：

。晶体管输出特性曲线的三个区

域对应于晶体管的三个工作状态（饱和、放大和截止）。 a ）饱和区：此时U CE 很小，集电区收集载流子的能力很弱。I C 主要取决于U CE ，而与I B 关系不大。

b ）放大区：位于特性曲线近似水平的部分。此时，I C 主要取决于I B ，而与U CE 几乎无关。

c ）截止区：位于I B =－I CBO 的输出特性曲线与横轴之间的区域。此时，I C 几乎为零。

（3）主要参数

a ）直流参数：共基极直流电流放大系数

，共射极直流电流放大系数

；集

电极—基极间反向饱和电流I CBO ，集电极—发射极间穿透电流I CEO 。

b ）交流参数：共基极交流电流放大系数，共射极交流电流放大系数，其

中，

；共基极截止频率，共射极截止频率

，特征频率

，其

中

。

c ）极限参数：集电极最大允许功率耗散P CM ，集电极最大允许电流I CM ；反向击穿电压：U （BR ）CEO ，U （BR ）EBO ，U （BR ）CBO 。 （4）温度对参数的影响

温度每增加1℃，U BE 将减小 (2~2.5)mV ；温度每增加10℃左右， I CBO 增加一倍；温度每增加1℃，β增大（0.5～1）%。 2.2 放大电路的组成及工作原理 1. 放大电路的组成原则

放大电路的作用是把微弱的电信号不失真地放大到负载所需要的数值。即要求放大电路既要有一定的放大能力，又要不产生失真。因此，首先要给电路中的晶体管（非线性器件）施加合适的直流偏置，使其工作在放大状态（线性状态），其次要保证信号源、放大器和负载之间的信号传递通道畅通。

(1) 直流偏置原则：晶体管的发射结正偏，集电结反偏。

(2) 对耦合电路的要求：第一，信号源和负载接入放大电路时，不能影响晶体管的直流偏置；第二，在交流信号的频率范围内，耦合电路应能使信号无阻地传输。

固定偏置的共射极放大电路如图2.1所示。图中电容器C1、C2起耦合作用，只要电容器的容量足够大，在信号频率范围内的容抗足够小，就可以保证信号无阻地传输；同时电容器又有“隔直”作用，信号源和负载不会影响放大器的直流偏置。这种耦合方式称为阻容耦合。

图2.1 共射放大电路

2. 放大电路的两种工作状态

（1）静态：放大电路输入信号为零时的工作状态称为静态。静态时，电路中只有直流电源，晶体管的U BEQ、U CEQ、I BQ和I CQ都是直流量，称为静态工作点。（2）动态：放大电路输入信号不为零时的工作状态称为动态。动态时，电路中的直流电源和交流信号源同时存在，晶体管的u BE、u CE、i B和i C都是直流和交流分量叠加后的总量。放大电路的目的是放大交流信号，静态工作点是电路能正常工作的基础。

3. 放大原理

在图2.1所示电路中，合理设置静态工作点使晶体管工作在放大状态；当加入输入信号u i以后，u i和U BEQ同时作用在基极和发射极之间，u i的变化控制发射结两端的电压u BE，使基电流i B在I BQ的基础上叠加了交流分量i b，相应的集电极电流i C也在I CQ的基础上叠加了交流分量i c（=βi b）；集电极电流I CQ和i c都在R C上产生压降，使u CE也在U CEQ的基础上叠加了交流分量u ce，通过耦合电容C2以后负载两端只有交流分量u o=u ce。由此可见，输出信号u o受输入信号u i的控制，只要电路参数合理，就有U o大于U i，实现了放大输入信号的目的。

2.3 放大电路的主要技术指标

1. 输入电阻R i

输入电阻R i定义为放大电路输入端的电压U i与输入电流I i的比值，即R i=U i/I i。它就是从放大电路输入端口视入的等效电阻。对输入为电压信号的放大电路，R i越大越好；对输入为电流信号的放大电路，R i越小越好。输入电阻的大小决定了放大电路从信号源吸取信号幅值的大小，它表征了放大电路对信号源的负载特性。

2. 输出电阻R o

输出电阻R o定义为当信号电压源短路或信号电流源开路并断开负载电阻R L 时，从放大电路输出端口视入的等效电阻，即

式中，U为从断开负载处加入的电压；I表示由外加电压U引起流入放大电路输出端口的电流。若要求放大电路的输出电压不随负载变化，则输出电阻越小越好；若要求放大电路的输出电流不随负载变化，则输出电阻越大越好。输出电阻表征了放大电路带负载能力的特性。