分立元件放大电路
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第四章 分立元件放大电路
南京工业大学信息科学与工程学院电子系
2020年4月26日 *
电工电子学C
1
第四章 分立元件放大电路
1、半导体器件 2、基本放大电路 3、放大电路中静态工作点的稳定 4、共集电极放大电路 5、多级放大电路
2020年4月26日 *
电工电子学C
2
• 基本要求
理解半导体二极管、稳压二极管、 晶体三极管的工作原理和主要参数；理 解放大电路的基本性能指标；掌握共射 极、共集电极单管放大电路静态工作点 的作用和微变等效电路的分析方法；了 解多级放大的概念。
二极管导通，可看作短路 uo = 8V 二极管截止，可看作开路 uo = ui
电工电子学C
24
5、稳压二极管
符号
伏安特性
I
+ –
稳压管正常工作 时加反向电压
UZ
稳压管反向击穿后，
电流变化很大，但电 压变化很小，利用此
UZ
特性，稳压管在电路
中可起稳压作用。
2020年4月26日 *
电工电子学C
IZ
IC =IB ，发射结正偏、集电结反偏。 2）截止区（晶体管处于截止状态）开关断开
IB=0，IC0，UBE< 死区电压 发射结反偏或零偏、集电结反偏。 3）饱和区(管子处于饱和导通状态)开关闭合 IBIC， UCEUBE, 发射结正偏，集电结正偏。
2020年4月26日 *
电工电子学C
41
C
IC IB
P
B
N
基极 P
电工电子学C
E 发射极
返回
29
符号：
C IC B
IB E
IE
前一页 后一页
C IC B
IB E
IE
NPN型三极管 型号： 3B、3D是NPN
3A、3B是锗管
2020年4月26日 *
电工电子学C
PNP型三极管 3A、3C是PNP 3C、3D是硅管
返回
30
2、电流分配关系和放大原理
C 三极管放大的外部条件
U IZ IZM
返回
25
稳压二极管的工作+电路
Ui
Uo
– IR–
UZ IZ
2020年4月26日 *
电工电子学C
26
主要参数
(1)稳定电压UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。
(2)电压温度系数ｕ
环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。
(3)动态电阻
r UZ
Z
IZ
愈r Z 小，曲线愈陡，稳压性能愈好。
2020年4月26日 *
电工电子学C
Fra Baidu bibliotek22
定性分析：判断二极管的工作状态
导通 截止
若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零相 当于短路，反向截止时二极管相当于断开。(便于分析的理想化)
否则，正向管压降
硅0.6~0.7V 锗0.2~0.3V
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位
的高低或所加电压UD的正负。
引起IC的较大变化(第三列与第四列的电流增
量比)。
电流放大倍数
IC 2.301.5040
IB 0.060.04
实质:用一个微小电流的变化去控制一个
较大电流的变化，是电流控制电流的放大
器件。
2020年4月26日 *
电工电子学C
33
小结：
• 在晶体管中，不仅IC比IB大很多；当 IB有微小变化时还会引起IC的较大变 化
差
度固定不变.
多子的扩散运动
2020年4月26日 *
电工电子学C
13
PN结的形成:
当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在
一起的时侯，由于交界面处存在载流子 浓度的差异→多子扩散→产生空间电荷 区和内电场→内电场阻碍多子扩散，有 利少子漂移.
当扩散运动和漂移运动达到动态平 衡时，交界面形成稳定的空间电荷区， 即ＰＮ结。
发射结正偏、集电结反偏 B
N P RC
对NPN, 从电位的
角度看：
发射结正偏 VB>VE
N RB
E EB
EC
集电结反偏 VC>VB
2020年4月26日 *
电工电子学C
31
通过实验及测量结果，得
IEICIB
IC(或IE)比IB大得多，(如
表中第三、四列数据)
IC 1.5037.5 IB(mA) IB 0.04
11
P 型半导体
掺入三价元素
掺杂浓度远大于本
+4
+4 空穴 征半导体中载流子浓
度，所以，空穴浓度
+4
+4
+3
远大于自由电子浓度。 空穴称为多数载流
子（多子），
硼原子
自由电子称为少数 载流子（少子）。
2020年4月26日 *
电工电子学C
12
3、PN结的形成
内电场越强，漂移运动
少子的漂移越运强动，而漂移使空间电荷
• 晶体管放大的外部条件－发射结必 须正向偏置，集电结必须反向偏置
• 晶体管是电流控制电流的放大器件
2020年4月26日 *
电工电子学C
34
3、 特性曲线
前一页 后一页
三极管的伏安特性反映了三极管电极之间 电压和电流的关系。要正确使用三极管必须了 解其伏安特性。
输入特性 输出特性
2020年4月26日 *
2020年4月26日 *
电工电子学C
3
• 重点
理解半导体二极管、稳压二极管、晶体 三极管 的工作原理和主要参数；理解放 大电路的基本性能指标；掌握共射极的 微变等效电路分析方法 。
• 难点
PN结的单向导电性，微变等效电路分析 方法。
2020年4月26日 *
电工电子学C
4
第一节 半导体器件
• PN结 • 半导体二极管 • 晶体三极管
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
IC(mA) <0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95
IC 2.3038.3
IB 0.06
IE(mA) <0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05
2020年4月26日 *
电工电子学C
32
晶体管的电流放大作用：IB的微小变化可以
• 按结构分二极管有点接触型和面接触型两类。
2020年4月26日 *
电工电子学C
17
D
（c）符号
图 (c)是二极管的表示符号。 箭头方向表示加正向电压时 的正向电流的方向，逆箭头 方向表示不导通，体现了二 极管的单向导电性能，其文 字符号为D
2020年4月26日 *
电工电子学C
18
2、二极管的伏安特性
为可3靠截止， 常取发射结零偏 压或反2偏压。
1此00区A域中: I区B=电800压,UA，BE称< 为死截 止区60。A
40A
1
20A
IB=0
3 6 9 12 UCE(V)
2020年4月26日 *
电工电子学C
40
输出特性可划分为三个区，分别代表晶体 管的三种工作状态。 1）放大区(线性区，具有恒流特性)放大状态
电工电子学C
返回
35
实验线路 I
I mA C
B
E A
UB
V UCE C
R
VE
B
输入回路
输出回路
E
B
共发射极电路
2020年4月26日 *
电工电子学C
36
（1） 输入特性IBf(UBE)UCE常数
特点:非线性 IB(A)
80
60
40
20
死区电压： 硅管0.5V， 锗管0.2V。
UCE1V
工作压降： 硅UBE 0.6~0.7V 锗UBE 0.2~0.3V
空间电荷区也称 PN 结
区变薄。
P 型半导体
内电场E N 型半导体
－ － － － － － + + + + + +扩散和漂
－－－－ － － －－－－ － －
+ + + + +移+这一对相 反的运动最
+ + + + +终+达到动态
－ － － － － － + + + + +平+衡，空间 电荷区的厚
空空扩间散电间的荷电结区荷果变区使宽。浓度
2020年4月26日 *
电工电子学C
14
4、PN结的单向导电性
• PN 结加正向电压（正向偏置，P 接正、N接 负 ）时， PN 结处于正向导通状态，PN 结正 向电阻较小，正向电流较大。---抵消内电场的 阻碍作用
• PN 结加反向电压（反向偏置，P接负、N接正 ） 时， PN 结处于反向截止状态，PN 结反向电 阻较大，反向电流很小。---少数载流子漂移
压，一般是反向击穿电压1/2。
（3）最大反向电流 IRM 指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向
电流大，说明管子的单向导电性差， IRM受温度的影响， 温度越高反向电流越大。
2020年4月26日 *
电工电子学C
21
4、二极管的应用
二极管的应用范围很广，主要 都是利用它的单向导电性实现整流、
检波、限幅、箝位、开关、元件保护、 温度补偿等。
P– +N
反向特性
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿，
U
死区电压
硅管0.5V 锗管0.2V
外加电压大于死区电 压二极管才能导通。
失去单向导电性。
2020年4月26日 *
电工电子学C
20
3、二极管的主要参数 （1）最大整流电流 IFM 二极管长期使用时所允许通过的最大正向平均电流。
（2）最高反向工作电压 URM 是保证二极管不被击穿而允许施加的最高反向电
2020年4月26日 *
电工电子学C
5
一、PN结
• 本征半导体 • 杂质半导体 • PN结的形成 • PN结的单向导电性
2020年4月26日 *
电工电子学C
6
1、本征半导体
半导体:
导电能力介于导体和绝缘体之间的材料称 为半导体。最常用的半导体为硅和锗。
半导体导电性能的特点:
热敏性:温度升高导电能力增强； 光敏性:光照增强导电能力增强； 掺杂后导电能力剧增。
若 V阳 >V阴或 UD为正，二极管导通（正向偏置）
若 V阳 <V阴或 UD为负，二极管截止（反向偏置）
2020年4月26日 *
电工电子学C
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例1
+
ui
–
R D
8V
u2
18V 8V
+
已知： ui 1s8in tV
uo 二极管是理想的，试画
–
出 uo 波形。
参考点
t
ui > 8V ui < 8V
2020年4月26日 *
二极管的伏安特性是指二极管两端的 电压和流过管子的电流之间的关系。二极 管本质上是一个PN结，它具有单向导电性， 分正向特性和反向特性两部分。
2020年4月26日 *
电工电子学C
19
非线性
I
正向特性
P+ –N
反向击穿
电压U(BR)
导通压降
硅0.6~0.8V 锗0.2~0.3V
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
2020年4月26日 *
电工电子学C
15
二、半导体二极管
• 二极管的结构和类型 • 二极管的伏安特性 • 二极管的主要参数 • 二极管的应用 • 稳压二极管
2020年4月26日 *
电工电子学C
16
1、二极管的结构和类型
• 将PN结加上相应的电极引线和管壳，就成为半 导体二极管。 从P区引出的电极称为阳极（正 极），从N区引出的电极称为阴极（负极）。
电工电子学C
10
N 型半导体
在常温下即可
变为自由电子 掺入五价元素
+4
+54
失去一个 电子变为 正离子
2020年4月26日 *
多余电子 掺杂浓度远大于本
+4
征半导体中载流子浓
度，所以，自由电子
浓度远大于空穴浓度。
+4
自由电子称为多数
载流子（多子），
磷原子
空穴称为少数载流 子（少子）。
电工电子学C
返回
IB B
U BE 0,U BC 0
E
放大
C
IB
IC
B
UBE0
E
截止
C
IB
I C
EC RC
B UCE 0
2020年4月26日 *
电工电子学C
8
空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4
束缚电子
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
2020年4月26日 *
电工电子学C
9
2、杂质半导体
• 本征半导体由于载流子数量极少，因此 导电能力很低。
• 掺入有用杂质的半导体叫杂质半导体。 N型半导体 P型半导体
2020年4月26日 *
3 69
电工电子学C
20A IB=0 12 UCE(V)
38
此区 4
域中IC 受UCE
3
的影响 较大
2
1
2020年4月26日 *
IC(mA ) 偏，UCEIBUBICE1，,0集0称电A为结饱正 和区。 80A
60A
40A
3 69
电工电子学C
20A IB=0 12 UCE(V)
返回
39
IC(mA ) 4
0.4 0.8 UBE(V)
2020年4月26日 *
电工电子学C
37
（2） 输出特性 ICf(UCE)IB常数
IC(mA )
此区域满足4 I线C=性I区B （称放为3 大区），具 有恒流特性2。
当定的U1CE0数0大值于A时一， I即C只IC8与=0IIABB有。关，
60A
40A
1
2020年4月26日 *
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电工电子学C
27
三、晶体三极管
• 三极管的结构与类型 • 三极管的放大原理 • 三极管的特性曲线 • 三极管的主要参数
2020年4月26日 *
电工电子学C
28
1、 结构与类型
前一页 后一页
NPN型 C 集电极 集电极 C PNP型
N
B
P
基极
N
2020年4月26日 *
E 发射极
2020年4月26日 *
电工电子学C
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本征半导体:
完全纯净、具有晶体结构的半导体。
本征半导体的导电性能:
(1)在绝对0度和没有外界影响时, 共价键中的价 电子被束缚很紧,本征半导体中无载流子的存在, 具有绝缘体的性能。
(2)在常温下（温度升高）使一些价电子获得足够 的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同 时共价键上留下一个空位，称为空穴---本征激发.
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1
第四章 分立元件放大电路
1、半导体器件 2、基本放大电路 3、放大电路中静态工作点的稳定 4、共集电极放大电路 5、多级放大电路
2020年4月26日 *
电工电子学C
2
• 基本要求
理解半导体二极管、稳压二极管、 晶体三极管的工作原理和主要参数；理 解放大电路的基本性能指标；掌握共射 极、共集电极单管放大电路静态工作点 的作用和微变等效电路的分析方法；了 解多级放大的概念。
二极管导通，可看作短路 uo = 8V 二极管截止，可看作开路 uo = ui
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5、稳压二极管
符号
伏安特性
I
+ –
稳压管正常工作 时加反向电压
UZ
稳压管反向击穿后，
电流变化很大，但电 压变化很小，利用此
UZ
特性，稳压管在电路
中可起稳压作用。
2020年4月26日 *
电工电子学C
IZ
IC =IB ，发射结正偏、集电结反偏。 2）截止区（晶体管处于截止状态）开关断开
IB=0，IC0，UBE< 死区电压 发射结反偏或零偏、集电结反偏。 3）饱和区(管子处于饱和导通状态)开关闭合 IBIC， UCEUBE, 发射结正偏，集电结正偏。
2020年4月26日 *
电工电子学C
41
C
IC IB
P
B
N
基极 P
电工电子学C
E 发射极
返回
29
符号：
C IC B
IB E
IE
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C IC B
IB E
IE
NPN型三极管 型号： 3B、3D是NPN
3A、3B是锗管
2020年4月26日 *
电工电子学C
PNP型三极管 3A、3C是PNP 3C、3D是硅管
返回
30
2、电流分配关系和放大原理
C 三极管放大的外部条件
U IZ IZM
返回
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稳压二极管的工作+电路
Ui
Uo
– IR–
UZ IZ
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主要参数
(1)稳定电压UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。
(2)电压温度系数ｕ
环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。
(3)动态电阻
r UZ
Z
IZ
愈r Z 小，曲线愈陡，稳压性能愈好。
2020年4月26日 *
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定性分析：判断二极管的工作状态
导通 截止
若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零相 当于短路，反向截止时二极管相当于断开。(便于分析的理想化)
否则，正向管压降
硅0.6~0.7V 锗0.2~0.3V
分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位
的高低或所加电压UD的正负。
引起IC的较大变化(第三列与第四列的电流增
量比)。
电流放大倍数
IC 2.301.5040
IB 0.060.04
实质:用一个微小电流的变化去控制一个
较大电流的变化，是电流控制电流的放大
器件。
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小结：
• 在晶体管中，不仅IC比IB大很多；当 IB有微小变化时还会引起IC的较大变 化
差
度固定不变.
多子的扩散运动
2020年4月26日 *
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13
PN结的形成:
当Ｐ型半导体和Ｎ型半导体结合在
一起的时侯，由于交界面处存在载流子 浓度的差异→多子扩散→产生空间电荷 区和内电场→内电场阻碍多子扩散，有 利少子漂移.
当扩散运动和漂移运动达到动态平 衡时，交界面形成稳定的空间电荷区， 即ＰＮ结。
发射结正偏、集电结反偏 B
N P RC
对NPN, 从电位的
角度看：
发射结正偏 VB>VE
N RB
E EB
EC
集电结反偏 VC>VB
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31
通过实验及测量结果，得
IEICIB
IC(或IE)比IB大得多，(如
表中第三、四列数据)
IC 1.5037.5 IB(mA) IB 0.04
11
P 型半导体
掺入三价元素
掺杂浓度远大于本
+4
+4 空穴 征半导体中载流子浓
度，所以，空穴浓度
+4
+4
+3
远大于自由电子浓度。 空穴称为多数载流
子（多子），
硼原子
自由电子称为少数 载流子（少子）。
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12
3、PN结的形成
内电场越强，漂移运动
少子的漂移越运强动，而漂移使空间电荷
• 晶体管放大的外部条件－发射结必 须正向偏置，集电结必须反向偏置
• 晶体管是电流控制电流的放大器件
2020年4月26日 *
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3、 特性曲线
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三极管的伏安特性反映了三极管电极之间 电压和电流的关系。要正确使用三极管必须了 解其伏安特性。
输入特性 输出特性
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• 重点
理解半导体二极管、稳压二极管、晶体 三极管 的工作原理和主要参数；理解放 大电路的基本性能指标；掌握共射极的 微变等效电路分析方法 。
• 难点
PN结的单向导电性，微变等效电路分析 方法。
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4
第一节 半导体器件
• PN结 • 半导体二极管 • 晶体三极管
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.10
IC(mA) <0.001 0.70 1.50 2.30 3.10 3.95
IC 2.3038.3
IB 0.06
IE(mA) <0.001 0.72 1.54 2.36 3.18 4.05
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32
晶体管的电流放大作用：IB的微小变化可以
• 按结构分二极管有点接触型和面接触型两类。
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17
D
（c）符号
图 (c)是二极管的表示符号。 箭头方向表示加正向电压时 的正向电流的方向，逆箭头 方向表示不导通，体现了二 极管的单向导电性能，其文 字符号为D
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18
2、二极管的伏安特性
为可3靠截止， 常取发射结零偏 压或反2偏压。
1此00区A域中: I区B=电800压,UA，BE称< 为死截 止区60。A
40A
1
20A
IB=0
3 6 9 12 UCE(V)
2020年4月26日 *
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40
输出特性可划分为三个区，分别代表晶体 管的三种工作状态。 1）放大区(线性区，具有恒流特性)放大状态
电工电子学C
返回
35
实验线路 I
I mA C
B
E A
UB
V UCE C
R
VE
B
输入回路
输出回路
E
B
共发射极电路
2020年4月26日 *
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36
（1） 输入特性IBf(UBE)UCE常数
特点:非线性 IB(A)
80
60
40
20
死区电压： 硅管0.5V， 锗管0.2V。
UCE1V
工作压降： 硅UBE 0.6~0.7V 锗UBE 0.2~0.3V
空间电荷区也称 PN 结
区变薄。
P 型半导体
内电场E N 型半导体
－ － － － － － + + + + + +扩散和漂
－－－－ － － －－－－ － －
+ + + + +移+这一对相 反的运动最
+ + + + +终+达到动态
－ － － － － － + + + + +平+衡，空间 电荷区的厚
空空扩间散电间的荷电结区荷果变区使宽。浓度
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4、PN结的单向导电性
• PN 结加正向电压（正向偏置，P 接正、N接 负 ）时， PN 结处于正向导通状态，PN 结正 向电阻较小，正向电流较大。---抵消内电场的 阻碍作用
• PN 结加反向电压（反向偏置，P接负、N接正 ） 时， PN 结处于反向截止状态，PN 结反向电 阻较大，反向电流很小。---少数载流子漂移
压，一般是反向击穿电压1/2。
（3）最大反向电流 IRM 指二极管加最高反向工作电压时的反向电流。反向
电流大，说明管子的单向导电性差， IRM受温度的影响， 温度越高反向电流越大。
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4、二极管的应用
二极管的应用范围很广，主要 都是利用它的单向导电性实现整流、
检波、限幅、箝位、开关、元件保护、 温度补偿等。
P– +N
反向特性
外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿，
U
死区电压
硅管0.5V 锗管0.2V
外加电压大于死区电 压二极管才能导通。
失去单向导电性。
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3、二极管的主要参数 （1）最大整流电流 IFM 二极管长期使用时所允许通过的最大正向平均电流。
（2）最高反向工作电压 URM 是保证二极管不被击穿而允许施加的最高反向电
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一、PN结
• 本征半导体 • 杂质半导体 • PN结的形成 • PN结的单向导电性
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1、本征半导体
半导体:
导电能力介于导体和绝缘体之间的材料称 为半导体。最常用的半导体为硅和锗。
半导体导电性能的特点:
热敏性:温度升高导电能力增强； 光敏性:光照增强导电能力增强； 掺杂后导电能力剧增。
若 V阳 >V阴或 UD为正，二极管导通（正向偏置）
若 V阳 <V阴或 UD为负，二极管截止（反向偏置）
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例1
+
ui
–
R D
8V
u2
18V 8V
+
已知： ui 1s8in tV
uo 二极管是理想的，试画
–
出 uo 波形。
参考点
t
ui > 8V ui < 8V
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二极管的伏安特性是指二极管两端的 电压和流过管子的电流之间的关系。二极 管本质上是一个PN结，它具有单向导电性， 分正向特性和反向特性两部分。
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非线性
I
正向特性
P+ –N
反向击穿
电压U(BR)
导通压降
硅0.6~0.8V 锗0.2~0.3V
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
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二、半导体二极管
• 二极管的结构和类型 • 二极管的伏安特性 • 二极管的主要参数 • 二极管的应用 • 稳压二极管
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1、二极管的结构和类型
• 将PN结加上相应的电极引线和管壳，就成为半 导体二极管。 从P区引出的电极称为阳极（正 极），从N区引出的电极称为阴极（负极）。
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N 型半导体
在常温下即可
变为自由电子 掺入五价元素
+4
+54
失去一个 电子变为 正离子
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多余电子 掺杂浓度远大于本
+4
征半导体中载流子浓
度，所以，自由电子
浓度远大于空穴浓度。
+4
自由电子称为多数
载流子（多子），
磷原子
空穴称为少数载流 子（少子）。
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返回
IB B
U BE 0,U BC 0
E
放大
C
IB
IC
B
UBE0
E
截止
C
IB
I C
EC RC
B UCE 0
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空穴
+4
+4
自由电子
+4
+4
束缚电子
本征半导体的导电能力取决于载流子的浓度。
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2、杂质半导体
• 本征半导体由于载流子数量极少，因此 导电能力很低。
• 掺入有用杂质的半导体叫杂质半导体。 N型半导体 P型半导体
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20A IB=0 12 UCE(V)
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此区 4
域中IC 受UCE
3
的影响 较大
2
1
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IC(mA ) 偏，UCEIBUBICE1，,0集0称电A为结饱正 和区。 80A
60A
40A
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20A IB=0 12 UCE(V)
返回
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IC(mA ) 4
0.4 0.8 UBE(V)
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（2） 输出特性 ICf(UCE)IB常数
IC(mA )
此区域满足4 I线C=性I区B （称放为3 大区），具 有恒流特性2。
当定的U1CE0数0大值于A时一， I即C只IC8与=0IIABB有。关，
60A
40A
1
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三、晶体三极管
• 三极管的结构与类型 • 三极管的放大原理 • 三极管的特性曲线 • 三极管的主要参数
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1、 结构与类型
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NPN型 C 集电极 集电极 C PNP型
N
B
P
基极
N
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E 发射极
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本征半导体:
完全纯净、具有晶体结构的半导体。
本征半导体的导电性能:
(1)在绝对0度和没有外界影响时, 共价键中的价 电子被束缚很紧,本征半导体中无载流子的存在, 具有绝缘体的性能。
(2)在常温下（温度升高）使一些价电子获得足够 的能量而脱离共价键的束缚，成为自由电子，同 时共价键上留下一个空位，称为空穴---本征激发.