第3章 双极型晶体管及其放大电路PPT讲稿.ppt

第第3章章双极型晶体管双极型晶体管及其放大电路及其放大电路第1页，共191页，编辑于2022年，星期二31双极型晶体管的工作原理双极型晶体管的工作原理 双双极极型型晶晶体体管管是是由由三三层层杂杂质质半半导导体体构构成成的的器器件件。它它有有三三个个电电极极，所所以以又又称称为为半半导导体体三三极极管管、晶晶体体三三极极管等，以后我们统称为晶体管。管等，以后我们统称为晶体管。晶晶体体管管的的原原理理结结构构如如图图31(a)所所示示。由由图图可可见见，组组成成晶晶体体管管的的三三层层杂杂质质半半导导体体是是N型型P型型N型型结结构构，所以称为所以称为NPN管。管。第2页，共191页，编辑于2022年，星期二图图31晶体管的结构与符号晶体管的结构与符号(a)NPN管的示意图；管的示意图；(b)电路符号；电路符号；(c)平面管结构剖面图平面管结构剖面图第3页，共191页，编辑于2022年，星期二 311放大状态下晶体管中载流子的传输过程放大状态下晶体管中载流子的传输过程当当晶晶体体管管处处在在发发射射结结正正偏偏、集集电电结结反反偏偏的的放放大大状状态态下下，管管内内载载流流子子的的运运动动情情况况可可用用图图3-2说说明明。我我们们按按传输顺序分以下几个过程进行描述。传输顺序分以下几个过程进行描述。第4页，共191页，编辑于2022年，星期二图图32晶体管内载流子的运动和各极电流晶体管内载流子的运动和各极电流第5页，共191页，编辑于2022年，星期二 一、发射区向基区注入电子一、发射区向基区注入电子由由于于e结结正正偏偏，因因而而结结两两侧侧多多子子的的扩扩散散占占优优势势，这这时时发发射射区区电电子子源源源源不不断断地地越越过过e结结注注入入到到基基区区，形形成成电电子子注注入入电电流流IEN。与与此此同同时时，基基区区空空穴穴也也向向发发射射区区注注入入，形形成成空空穴穴注注入入电电流流IEP。因因为为发发射射区区相相对对基基区区是是重重掺掺杂杂，基基区区空空穴穴浓浓度度远远低低于于发发射射区区的的电电子子浓浓度度，所所以以满满足足IEPIEN，可可忽忽略略不不计计。因因此此，发发射射极极电电流流IEIEN，其其方向与电子注入方向相反。方向与电子注入方向相反。第6页，共191页，编辑于2022年，星期二二、电子在基区中边扩散边复合二、电子在基区中边扩散边复合注注入入基基区区的的电电子子，成成为为基基区区中中的的非非平平衡衡少少子子，它它在在e结结处处浓浓度度最最大大，而而在在c结结处处浓浓度度最最小小(因因c结结反反偏偏，电电子子浓浓度度近近似似为为零零)。因因此此，在在基基区区中中形形成成了了非非平平衡衡电电子子的的浓浓度度差差。在在该该浓浓度度差差作作用用下下，注注入入基基区区的的电电子子将将继继续续向向c结结扩扩散散。在在扩扩散散过过程程中中，非非平平衡衡电电子子会会与与基基区区中中的的空空穴穴相相遇遇，使使部部分分电电子子因因复复合合而而失失去去。但但由由于于基基区区很很薄薄且且空空穴穴浓浓度度又又低低，所所以以被被复复合合的的电电子子数数极极少少，而而绝绝大大部部分分电电子子都都能能扩扩散散到到c结结边边沿沿。基基区区中中与与电电子子复复合合的的空空穴穴由由基基极极电电源源提提供供，形形成成基基区区复复合合电电流流IBN，它是基极电流，它是基极电流IB的主要部分。的主要部分。第7页，共191页，编辑于2022年，星期二三、扩散到集电结的电子被集电区收集三、扩散到集电结的电子被集电区收集由由于于集集电电结结反反偏偏，在在结结内内形形成成了了较较强强的的电电场场，因因而而，使使扩扩散散到到c结结边边沿沿的的电电子子在在该该电电场场作作用用下下漂漂移移到到集集电电区区，形形成成集集电电区区的的收收集集电电流流ICN。该该电电流流是是构构成成集集电电极极电电流流IC的的主主要要部部分分。另另外外，集集电电区区和和基基区区的的少少子子在在c结结反反向向电电压压作作用用下下，向向对对方方漂漂移移形形成成c结结反反向向饱饱和和电电流流ICBO，并并流流过过集集电电极极和和基基极极支支路路，构构成成IC、IB的的另另一一部部分电流。分电流。第8页，共191页，编辑于2022年，星期二312电流分配关系电流分配关系由由以以上上分分析析可可知知，晶晶体体管管三三个个电电极极上上的的电电流流与与内内部载流子传输形成的电流之间有如下关系：部载流子传输形成的电流之间有如下关系：(31a)(31b)(31c)第9页，共191页，编辑于2022年，星期二 式式(31)表表明明，在在e结结正正偏偏、c结结反反偏偏的的条条件件下下，晶晶体体管管三三个个电电极极上上的的电电流流不不是是孤孤立立的的，它它们们能能够够反反映映非非平平衡衡少少子子在在基基区区扩扩散散与与复复合合的的比比例例关关系系。这这一一比比例例关关系系主主要要由由基基区区宽宽度度、掺掺杂杂浓浓度度等等因因素素决决定定，管管子子做做好好后后就就基基本本确确定定了了。反反之之，一一旦旦知知道道了了这这个个比比例例关关系系，就就不不难难得得到到晶晶体体管管三三个个电电极极电电流流之之间间的的关关系系，从从而而为为定量分析晶体管电路提供方便。定量分析晶体管电路提供方便。第10页，共191页，编辑于2022年，星期二为为了了反反映映扩扩散散到到集集电电区区的的电电流流ICN与与基基区区复复合合电电流流IBN之间的比例关系，定义共发射极直流电流放大系数之间的比例关系，定义共发射极直流电流放大系数为为(32)其其含含义义是是：基基区区每每复复合合一一个个电电子子，则则有有个个电电子子扩扩散到集电区去。散到集电区去。值一般在值一般在20200之间。之间。第11页，共191页，编辑于2022年，星期二确定了确定了值之后，由式值之后，由式(31)、(32)可得可得(33a)(33b)(33c)式中式中:(34)称为穿透电流。因称为穿透电流。因ICBO很小，在忽略其影响时，则有很小，在忽略其影响时，则有(35a)(35b)式式(35)是今后电路分析中常用的关系式。是今后电路分析中常用的关系式。第12页，共191页，编辑于2022年，星期二 为为了了反反映映扩扩散散到到集集电电区区的的电电流流ICN与与发发射射极极电电流流IE的比例关系，定义共基极直流电流放大系数的比例关系，定义共基极直流电流放大系数为为(36)显然，显然，1，一般约为，一般约为0.970.99。由式由式(36)、(31)，不难求得，不难求得(37a)(37c)(37b)第13页，共191页，编辑于2022年，星期二 由由于于,都都是是反反映映晶晶体体管管基基区区扩扩散散与与复复合合的的比比例例关关系系，只只是是选选取取的的参参考考量量不不同同，所所以以两两者者之之间间必必有有内在联系。由内在联系。由,的定义可得的定义可得(38)(39)第14页，共191页，编辑于2022年，星期二313晶体管的放大作用晶体管的放大作用现现在在用用图图32来来说说明明晶晶体体管管的的放放大大作作用用。若若在在图图中中UBB上上叠叠加加一一正正弦弦电电压压ui，则则正正向向发发射射结结电电压压会会引引起起相相应应的的变变化化。由由于于e结结正正向向电电流流与与所所加加电电压压呈呈指指数数关关系系，所以发射极会产生一个较大的注入电流所以发射极会产生一个较大的注入电流iE。第15页，共191页，编辑于2022年，星期二32晶体管伏安特性曲线及参数晶体管伏安特性曲线及参数 晶晶体体管管伏伏安安特特性性曲曲线线是是描描述述晶晶体体管管各各极极电电流流与与极极间间电电压压关关系系的的曲曲线线，它它对对于于了了解解晶晶体体管管的的导导电电特特性性非非常常有有用用。晶晶体体管管有有三三个个电电极极，通通常常用用其其中中两两个个分分别别作作输输入入、输输出出端端，第第三三个个作作公公共共端端，这这样样可可以以构构成成输输入入和和输输出出两两个个回回路路。实实际际中中，有有图图33所所示示的的三三种种基基本本接接法法(组组态态)，分分别别称称为为共共发发射射极极、共共集集电电极极和和共共基基极极接接法法。其其中中，共共发发射射极极接接法法更更具具代代表表性性，所所以以我我们们主主要要讨论共发射极伏安特性曲线。讨论共发射极伏安特性曲线。第16页，共191页，编辑于2022年，星期二图图33晶体管的三种基本接法晶体管的三种基本接法(a)共发射极；共发射极；(b)共集电极；共集电极；(c)共基极共基极第17页，共191页，编辑于2022年，星期二321晶体管共发射极特性曲线晶体管共发射极特性曲线因因为为有有两两个个回回路路，所所以以晶晶体体管管特特性性曲曲线线包包括括输输入入和和输输出出两两组组特特性性曲曲线线。这这两两组组曲曲线线可可以以在在晶晶体体管管特特性性图图示示仪仪的的屏屏幕幕上上直直接接显显示示出出来来，也也可可以以用用图图34电电路路逐逐点测出。点测出。一、共发射极输入特性曲线一、共发射极输入特性曲线测测量量电电路路见见图图34。共共射射输输入入特特性性曲曲线线是是以以uCE为为参变量时，参变量时，iB与与uBE间的关系曲线，即间的关系曲线，即典型的共发射极输入特性曲线如图典型的共发射极输入特性曲线如图35所示。所示。第18页，共191页，编辑于2022年，星期二图图34共发射极特性曲线测量电路共发射极特性曲线测量电路第19页，共191页，编辑于2022年，星期二图图35共发射极输入特性曲线共发射极输入特性曲线 第20页，共191页，编辑于2022年，星期二 (1)在在uCE1V的的条条件件下下，当当uBEUBE(on)时时，随随着着uBE的的增大，增大，iB开始按指数规律增加，而后近似按直线上升。开始按指数规律增加，而后近似按直线上升。(2)当当uCE=0时时，晶晶体体管管相相当当于于两两个个并并联联的的二二极极管管，所所以以b,e间间加加正正向向电电压压时时，iB很很大大。对对应应的的曲曲线线明明显显左左移移，见图见图35。(3)当当uCE在在01V之之间间时时，随随着着uCE的的增增加加，曲曲线线右右移移。特特别别在在0uCEUCE(sat)的的范范围围内内，即即工工作作在在饱饱和和区区时时，移动量会更大些。移动量会更大些。(4)当当uBEUBE(on)且且uCEuBE)的的区区域域为为放放大大区区。由由图图36可可以以看看出出，在在放放大大区区有有以以下下两个特点：两个特点：(1)基基极极电电流流iB对对集集电电极极电电流流iC有有很很强强的的控控制制作作用用，即即iB有有很很小小的的变变化化量量IB时时，iC就就会会有有很很大大的的变变化化量量IC。为为此此，用用共共发发射射极极交交流流电电流流放放大大系系数数来来表表示示这这种种控控制制能力。能力。定义为定义为(310)反映在特性曲线上，为两条不同反映在特性曲线上，为两条不同IB曲线的间隔曲线的间隔。第24页，共191页，编辑于2022年，星期二 (2)uCE变变化化对对IC的的影影响响很很小小。在在特特性性曲曲线线上上表表现现为为，iB一一定定而而uCE增增大大时时，曲曲线线略略有有上上翘翘(iC略略有有增增大大)。这这是是因因为为uCE增增大大，c结结反反向向电电压压增增大大，使使c结结展展宽宽，所所以以有有效效基基区区宽宽度度变变窄窄，这这样样基基区区中中电电子子与与空空穴穴复复合合的的机机会会减减少少，即即iB要要减减小小。而而要要保保持持iB不不变变，所所以以iC将将略略有有增增大大。这这种种现现象象称称为为基基区区宽宽度度调调制制效效应应，或或简简称称基基调调效效应应。从从另另一一方方面面看看，由由于于基基调调效效应应很很微微弱弱，uCE在在很很大大范范围围内内变变化化时时IC基基本本不不变变。因因此此，当当IB一一定定时时，集集电电极电流具有恒流特性。极电流具有恒流特性。第25页，共191页，编辑于2022年，星期二2.饱和区饱和区e结结和和c结结均均处处于于正正偏偏(而而uBEUBE(on)且且uCEuBE)的的区区域域为为饱饱和和区区。通通常常把把uCE=uBE(即即c结结零零偏偏)的的情情况况称称为为临界饱和，对应点的轨迹为临界饱和线。临界饱和，对应点的轨迹为临界饱和线。3.截止区截止区e结结为为正正偏偏、c结结为为反反偏偏(而而uBEUBE(on)且且uCEuBE)的的区域为截止区。因此，当区域为截止区。因此，当IB=0时，时，iCICEO。第26页，共191页，编辑于2022年，星期二三、温度对晶体管特性曲线的影响三、温度对晶体管特性曲线的影响温温度度对对晶晶体体管管的的uBE、ICBO和和有有不不容容忽忽视视的的影影响响。其其中中，uBE、ICBO随随温温度度变变化化的的规规律律与与PN结结相相同同，即即温温度度每每升升高高1，uBE减减小小22.5mV；温温度度每每升升高高10，ICBO增增大大一一倍倍。温温度度对对的的影影响响表表现现为为，随随温温度度的的升升高高而而增增大大，变变化化规规律律是是：温温度度每每升升高高1，值值增增大大0.5%1%(即即/T(0.51)%/)。第27页，共191页，编辑于2022年，星期二322晶体管的主要参数晶体管的主要参数一、电流放大系数一、电流放大系数1.共发射极直流电流放大系数共发射极直流电流放大系数和交流电流放大系数和交流电流放大系数和和分分别别由由式式(32)、(310)定定义义，其其数数值值可可以以从输出特性曲线上求出。从输出特性曲线上求出。2.共基极直流电流放大系数共基极直流电流放大系数和交流电流放大系数和交流电流放大系数由由式式(36)定定义义，而而定定义义为为uCB=常常数数时时，集集电电极电流变化量极电流变化量IC与发射极电流变化量与发射极电流变化量IE之比，即之比，即(311)第28页，共191页，编辑于2022年，星期二 由于由于ICBO、ICEO都很小，在数值上都很小，在数值上,。所以在以后的计算中，不再加以区分。所以在以后的计算中，不再加以区分。应当指出，应当指出，值与测量条件有关。一般来说，在值与测量条件有关。一般来说，在iC很大或很小时，很大或很小时，值较小。只有在值较小。只有在iC不大、不小的中间不大、不小的中间值范围内，值范围内，值才比较大，且基本不随值才比较大，且基本不随iC而变化。因此，而变化。因此，在查手册时应注意在查手册时应注意值的测试条件。尤其是大功率管更值的测试条件。尤其是大功率管更应强调这一点。应强调这一点。第29页，共191页，编辑于2022年，星期二二、极间反向电流二、极间反向电流1.ICBO指指发发射射极极开开路路时时，集集电电极极基基极极间间的的反反向向电电流流，称为集电极反向饱和电流。称为集电极反向饱和电流。2.ICEO指指基基极极开开路路时时，集集电电极极发发射射极极间间的的反反向向电电流流，称为集电极穿透电流。称为集电极穿透电流。3.IEBO指集电极开路时，发射极指集电极开路时，发射极基极间的反向电流。基极间的反向电流。第30页，共191页，编辑于2022年，星期二三、结电容及特征频率三、结电容及特征频率1.结电容结电容结结电电容容包包括括发发射射结结电电容容Ce(或或Cbe)和和集集电电结结电电容容Cc(或或Cbe)。结结电电容容影影响响晶晶体体管管的的频频率率特特性性，因因此此交交流流电流放大系数电流放大系数是所加信号频率的函数。是所加信号频率的函数。2.特征频率特征频率fT当当所所加加信信号号使使的的数数值值下下降降到到1时时，此此信信号号频频率率f称为特征频率，记作称为特征频率，记作fT。第31页，共191页，编辑于2022年，星期二四、晶体管的极限参数四、晶体管的极限参数1.击穿电压击穿电压U(BR)CBO指指发发射射极极开开路路时时，集集电电极极基基极极间间的的反反向向击穿电压。击穿电压。U(BR)CEO指指基基极极开开路路时时，集集电电极极发发射射极极间间的的反反向向击穿电压。击穿电压。U(BR)CEOICM时时，虽虽然然管管子子不不致致于于损损坏坏，但但值值已已经经明明显显减减小。因此，晶体管线性运用时，小。因此，晶体管线性运用时，iC不应超过不应超过ICM。第33页，共191页，编辑于2022年，星期二3.集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM晶晶体体管管工工作作在在放放大大状状态态时时，c结结承承受受着着较较高高的的反反向向电电压压，同同时时流流过过较较大大的的电电流流。因因此此，在在c结结上上要要消消耗耗一一定定的的功功率率，从从而而导导致致c结结发发热热，结结温温升升高高。当当结结温温过过高高时时，管管子子的的性性能能下下降降，甚甚至至会会烧烧坏坏管管子子，因因此此需需要要规规定一个功耗限额。定一个功耗限额。PCM与与管管芯芯的的材材料料、大大小小、散散热热条条件件及及环环境境温温度度等等因因 素素 有有 关关。一一 个个 管管 子子 的的 PCM如如 已已 确确 定定，则则 由由PCM=ICUCE可可知知，PCM在在输输出出特特性性上上为为一一条条IC与与UCE乘乘积为定值积为定值PCM的双曲线，称为的双曲线，称为PCM功耗线，如图功耗线，如图37所示。所示。第34页，共191页，编辑于2022年，星期二 图图37晶体管的安全工作区晶体管的安全工作区 第35页，共191页，编辑于2022年，星期二33晶体管工作状态分析及偏置电路晶体管工作状态分析及偏置电路 由由晶晶体体管管的的伏伏安安特特性性曲曲线线可可知知，晶晶体体管管是是一一种种复复杂杂的的非非线线性性器器件件。在在直直流流工工作作时时，其其非非线线性性主主要要表表现现为为三三种种截截然然不不同同的的工工作作状状态态，即即放放大大、截截止止和和饱饱和和。在在实实际际应应用用中中，根根据据实实现现的的功功能能不不同同，可可通通过过外外电电路路将将晶晶体体管管偏偏置置在在某某一一规规定定状状态态。因因此此，在在晶晶体体管管应应用用电电路路分分析析中中，一一个个首首要要问问题题，便便是是晶晶体体管管工工作作状状态态分分析以及直流电路计算。析以及直流电路计算。第36页，共191页，编辑于2022年，星期二331晶体管的直流模型晶体管的直流模型在在通通常常情情况况下下，由由外外电电路路偏偏置置的的晶晶体体管管，其其各各极极直直流流电电流流和和极极间间直直流流电电压压将将对对应应于于伏伏安安特特性性曲曲线线上上一一个个点点的的坐坐标标，这这个个点点称称为为直直流流(或或静静态态)工工作作点点，简简称称Q点点。在在直直流流工工作作时时，可可将将晶晶体体管管输输入入、输输出出特特性性曲曲线线(见见图图35、图图36)分分别别用用图图38(a)和和(b)所所示示的的折折线线近近似似，这这样样直直流流工工作作点点(IBQ,UBEQ)和和(ICQ,UCEQ)必必然然位于该曲线的直线段上。位于该曲线的直线段上。第37页，共191页，编辑于2022年，星期二图图38晶体管伏安特性曲线的折线近似晶体管伏安特性曲线的折线近似(a)输入特性近似；输入特性近似；(b)输出特性近似输出特性近似第38页，共191页，编辑于2022年，星期二 由由图图38可可知知，当当外外电电路路使使UBEUBE(on)(对对硅硅管管约约为为0.7V，锗锗管管约约为为0.3V)时时，IB=0，IC=0，即即晶晶体体管管截截止止。此此时时，相相当当于于b,e极极间间和和c,e极极间间均均开开路路，相相应应的的直直流等效模型如图流等效模型如图39(a)所示。所示。第39页，共191页，编辑于2022年，星期二图图39晶体管三种状态的直流模型晶体管三种状态的直流模型(a)截止状态模型；截止状态模型；(b)放大状态模型；放大状态模型；(c)饱和状态模型饱和状态模型第40页，共191页，编辑于2022年，星期二 例例1.电电路路如如图图310(a)所所示示。已已知知晶晶体体管管处处在在放放大大状态，状态，=100，试计算晶体管的，试计算晶体管的IBQ，ICQ和和UCEQ。解：因为解：因为UBB使使e结正偏，结正偏，UCC使使c结反偏，所以晶体管结反偏，所以晶体管可以工作在放大状态。这时用图可以工作在放大状态。这时用图39(b)模型代替晶体管，模型代替晶体管，得到图得到图310(b)所示的直流等效电路。由图可知所示的直流等效电路。由图可知故有故有第41页，共191页，编辑于2022年，星期二图图310晶体管直流电路分析晶体管直流电路分析(a)电路；电路；(b)直流等效电路直流等效电路第42页，共191页，编辑于2022年，星期二图图310晶体管直流电路分析晶体管直流电路分析(a)电路；电路；(b)直流等效电路直流等效电路第43页，共191页，编辑于2022年，星期二332晶体管工作状态分析晶体管工作状态分析将将晶晶体体管管接接入入直直流流电电路路，在在通通常常情情况况下下，围围绕绕晶晶体管可将电路化为图体管可将电路化为图311(a)所示的一般形式。所示的一般形式。由由图图可可知知，若若UBBUEE+UBE(on),且且UBBUEE+UBE(on)，则则晶晶体体管管导导通通。现现假假定定为为放放大大导导通通，利利用用图图39(b)的的模模型型可可得得该该电电路路的的直直流流等等效效电电路路如图如图311(b)所示。由图可得所示。由图可得UBB-UEE-UBE(on)=IBQRB+(1+)IBQRE(312a)(312b)(312c)借助式借助式(312)的结果，现在可对电路中的晶体管是处于的结果，现在可对电路中的晶体管是处于放大还是饱和作出判别。放大还是饱和作出判别。第46页，共191页，编辑于2022年，星期二图图311晶体管直流分析的一般性电路晶体管直流分析的一般性电路(a)电路；电路；(b)放大状态下的等效电路；放大状态下的等效电路；(c)饱和状态下的等效电路饱和状态下的等效电路第47页，共191页，编辑于2022年，星期二图图311晶体管直流分析的一般性电路晶体管直流分析的一般性电路(a)电路；电路；(b)放大状态下的等效电路；放大状态下的等效电路；(c)饱和状态下的等效电路饱和状态下的等效电路第48页，共191页，编辑于2022年，星期二 例例2.晶晶体体管管电电路路及及其其输输入入电电压压ui的的波波形形如如图图312(a),(b)所所示示。已已知知=50，试试求求ui作作用用下下输输出出电电压压uo的的值值，并画出波形图。并画出波形图。图图312例题例题2.电路及电路及ui,uo波形图波形图(a)电路；电路；(b)ui波形图；波形图；(c)uo波形图波形图第49页，共191页，编辑于2022年，星期二图图312例题例题2.电路及电路及ui,uo波形图波形图(a)电路；电路；(b)ui波形图；波形图；(c)uo波形图波形图第50页，共191页，编辑于2022年，星期二解解：当当ui=0时时，UBE=0，则则晶晶体体管管截截止止。此此时时，ICQ=0,uo=UCEQ=UCC=5V。当。当ui=3V时，晶体管导通且有时，晶体管导通且有而集电极临界饱和电流为而集电极临界饱和电流为 因为因为 第51页，共191页，编辑于2022年，星期二 所所以以晶晶体体管管处处于于饱饱和和。此此时时，ICQ=IC(sat)=1.4mA，而而uo=UCEQ=UCE(sat)=0.3V。根根据据上上述述分分析析结结果果画画出出的的uo波形如图波形如图312(c)所示。所示。通通过过本本例例题题可可以以看看出出，在在实实际际电电路路分分析析中中，由由于于晶晶体体管管的的直直流流模模型型很很简简单单，一一旦旦其其工工作作状状态态确确定定，则则直直流流等等效效电电路路可可不不必必画画出出，而而等等效效的的涵涵义义将将在在计计算算式式中中反反映映出来。出来。第52页，共191页，编辑于2022年，星期二333放大状态下的偏置电路放大状态下的偏置电路晶晶体体管管在在放放大大应应用用时时，要要求求外外电电路路将将晶晶体体管管偏偏置置在在放放大大区区，而而且且在在信信号号的的变变化化范范围围内内，管管子子始始终终工工作作在放大状态。此时，对偏置电路的要求是：在放大状态。此时，对偏置电路的要求是：电电路路形形式式要要简简单单。例例如如采采用用一一路路电电源源，尽尽可可能能少用电阻等；少用电阻等；偏偏置置下下的的工工作作点点在在环环境境温温度度变变化化或或更更换换管管子子时时应力求保持稳定；应力求保持稳定；对信号的传输损耗应尽可能小。对信号的传输损耗应尽可能小。下面将介绍几种常用的偏置电路。下面将介绍几种常用的偏置电路。第53页，共191页，编辑于2022年，星期二一、固定偏流电路一、固定偏流电路电电路路如如图图313所所示示。由由图图可可知知，UCC通通过过RB使使e结结正偏，则基极偏流为正偏，则基极偏流为(314a)只只要要合合理理选选择择RB,RC的的阻阻值值，晶晶体体管管将将处处于于放放大大状状态态。此此时时(314b)(314c)第54页，共191页，编辑于2022年，星期二图图313固定偏流电路固定偏流电路第55页，共191页，编辑于2022年，星期二 这这种种偏偏置置电电路路虽虽然然简简单单，但但主主要要缺缺点点是是工工作作点点的的稳稳定定性性差差。由由式式(314)可可知知，当当温温度度变变化化或或更更换换管管子子引引起起,ICBO改改变变时时，由由于于外外电电路路将将IBQ固固定定，所所以以管管子子参参数数的的改改变变都都将将集集中中反反映映到到ICQ,UCEQ的的变变化化上上。结结果果会会造造成成工工作作点点较较大大的的漂漂移移，甚甚至至使使管管子子进进入入饱饱和和或或截截止状态。止状态。第56页，共191页，编辑于2022年，星期二二、电流负反馈型偏置电路二、电流负反馈型偏置电路使使工工作作点点稳稳定定的的基基本本原原理理，是是在在电电路路中中引引入入自自动动调调节节机机制制，用用IB的的相相反反变变化化去去自自动动抑抑制制IC的的变变化化，从从而而使使ICQ稳稳定定。这这种种机机制制通通常常称称为为负负反反馈馈。实实现现方方法法是是在在管管子子的的发发射射极极串串接接电电阻阻RE，见见图图314。由由图图可可知知，不不管管何何种种原原因因，如如果果使使ICQ有有增增大大趋趋向向时时，电电路路会会产产生生如如下自我调节过程：下自我调节过程：ICQIEQUEQ(=IEQRE)ICQIBQUBEQ(=UBQ-UEQ)第57页，共191页，编辑于2022年，星期二图图314电流负反馈型偏置电路电流负反馈型偏置电路第58页，共191页，编辑于2022年，星期二 结结果果，因因IBQ的的减减小小而而阻阻止止了了ICQ的的增增大大；反反之之亦亦然然。可可见见，通通过过RE对对ICQ的的取取样样和和调调节节，实实现现了了工工作作点点的的稳稳定定。显显然然，RE的的阻阻值值越越大大，调调节节作作用用越越强强，则则工工作作点点越越稳稳定定。但但RE过过大大时时，因因UCEQ过过小小会会使使Q点点靠靠近近饱饱和和区。因此，要二者兼顾，合理选择区。因此，要二者兼顾，合理选择RE的阻值。的阻值。该该电电路路与与图图311(a)电电路路相相比比，差差别别仅仅在在于于此此时时UEE=0,UBB=UCC。参参照照式式(312)，可可得得工工作作点点的的计计算算式为式为(315a)(315b)(315c)第59页，共191页，编辑于2022年，星期二三、分压式偏置电路三、分压式偏置电路分分压压式式偏偏置置电电路路如如图图315(a)所所示示，它它是是电电流流负负反反馈馈型型偏偏置置电电路路的的改改进进电电路路。由由图图可可知知，通通过过增增加加一一个个电电阻阻RB2，可可将将基基极极电电位位UB固固定定。这这样样由由ICQ引引起起的的UE变变化化就就是是UBE的的变变化化，因因而而增增强强了了UBE对对ICQ的的调调节节作作用用，有利于有利于Q点的近一步稳定。点的近一步稳定。第60页，共191页，编辑于2022年，星期二图图315分压式偏置电路分压式偏置电路(a)电路；电路；(b)用戴维南定理等效后的电路用戴维南定理等效后的电路第61页，共191页，编辑于2022年，星期二图图315分压式偏置电路分压式偏置电路(a)电路；电路；(b)用戴维南定理等效后的电路用戴维南定理等效后的电路第62页，共191页，编辑于2022年，星期二 为为确确保保UB固固定定，应应满满足足流流过过RB1、RB2的的电电流流I1IBQ，这这就就要要求求RB1、RB2的的取取值值愈愈小小愈愈好好。但但是是RB1、RB2过过小小，将将增增大大电电源源UCC的的无无谓谓损损耗耗，因因此此要要二二者者兼兼顾。通常选取顾。通常选取并兼顾并兼顾RE和和UCEQ而取而取(316a)(316b)第63页，共191页，编辑于2022年，星期二 从从分分析析的的角角度度看看，在在该该电电路路的的基基极极端端用用戴戴维维南南定定理理 等等 效效，可可 得得 如如 图图 315(b)的的 等等 效效 电电 路路。图图 中中，RB=RB1RB2,UBB=UCCRB2/(RB1+RB2)。此此时时，工工作作点点可可按按式式(315)计计算算。如如果果RB1、RB2取取值值不不大大，在在估估算算工作点时，则工作点时，则ICQ可按下式直接求出：可按下式直接求出：(317a)(317b)第64页，共191页，编辑于2022年，星期二例例3.电路如图电路如图315(a)所示。已知所示。已知=100,UCC=12V,RB1=39k,RB2=25k,RC=RE=2k，试计算工作点，试计算工作点ICQ和和UCEQ。解解:第65页，共191页，编辑于2022年，星期二若按估算法直接求若按估算法直接求ICQ，由式，由式(317a)可得可得 显显然然两两者者误误差差很很小小。因因此此，在在今今后后分分析析中中可可按按估估算算法法来求工作点。来求工作点。与与上上述述稳稳定定Q点点的的原原理理相相类类似似，实实际际中中还还可可采采用用电电压压负负反反馈馈型型偏偏置置电电路路。其其调调节节原原理理请请学学生生自自行行分分析析。除除此此之之外外，在在集集成成电电路路中中，还广泛采用恒流源作偏置电路，即用恒流源直接设定还广泛采用恒流源作偏置电路，即用恒流源直接设定ICQ。第66页，共191页，编辑于2022年，星期二34放大器的组成及其性能指标放大器的组成及其性能指标 晶晶体体管管的的一一个个基基本本应应用用就就是是构构成成放放大大器器。所所谓谓放放大大，是是在在保保持持信信号号不不失失真真的的前前提提下下，使使其其由由小小变变大大、由由弱弱变变强强。因因此此，放放大大器器在在电电子子技技术术中中有有着着广广泛泛的的应应用用，是是现现代代通通信信、自自动动控控制制、电电子子测测量量、生生物物电电子子等等设设备备中中不不可可缺缺少少的的组组成成部部分分。放放大大器器涉涉及及的的问问题题很很多多，这这些些问问题题将将在在后后续续章章节节中中逐逐一一讨讨论论。本本节节主主要要说说明明小小信信号号放放大大器器的的组组成成原原理理，简简要要介介绍绍放放大大器器的的性性能能指指标标，然后给出其二端口网络的一般模型。然后给出其二端口网络的一般模型。第67页，共191页，编辑于2022年，星期二341基本放大器的组成原则基本放大器的组成原则基基本本放放大大器器通通常常是是指指由由一一个个晶晶体体管管构构成成的的单单级级放放大大器器。根根据据输输入入、输输出出回回路路公公共共端端所所接接的的电电极极不不同同，实实际际有有共共射射极极、共共集集电电极极和和共共基基极极三三种种基基本本(组组态态)放放大大器器。下下面面以以最最常常用用的的共共射射电电路路为为例例来来说说明明放放大大器器的的一般组成原理。一般组成原理。第68页，共191页，编辑于2022年，星期二 共共射射极极放放大大电电路路如如图图316所所示示。图图中中，采采用用固固定定偏偏流流电电路路将将晶晶体体管管偏偏置置在在放放大大状状态态，其其中中虚虚线线支支路路的的UCC为为直直流流电电源源，RB为为基基极极偏偏置置电电阻阻，RC为为集集电电极极负负载载电电阻阻。输输入入信信号号通通过过电电容容C1加加到到基基极极输输入入端端，放放大大后后的的信信号号经经电电容容C2由由集集电电极极输输出出给给负负载载RL。因因为为放放大大器器的的分分析析通通常常采采用用稳稳态态法法，所所以以一一般般情情况况下下是是以以正正弦弦波波作作为为放放大大器器的的基基本本输输入入信信号号。图图中中用用内内阻阻为为Rs的的正正弦弦电电压压源源Us为为放放大大器器提提供供输输入入电电压压Ui。电电容容C1,C2称称为为隔隔直直电电容容或或耦耦合合电电容容，其其作作用用是是隔隔直直流流通通交交流流，即即在在保保证证信信号号正正常常流流通通的的情情况况下下，使使直直流流相相互互隔隔离离互互不不影影响响。按这种方式连接的放大器，通常称为阻容耦合放大器。按这种方式连接的放大器，通常称为阻容耦合放大器。第69页，共191页，编辑于2022年，星期二图图316共射极放大电路共射极放大电路第70页，共191页，编辑于2022年，星期二 通通过过上上述述实实例例可可以以看看出出，用用晶晶体体管管组组成成放放大大器器时时应该遵循如下原则：应该遵循如下原则：(1)必必须须将将晶晶体体管管偏偏置置在在放放大大状状态态，并并且且要要设设置置合合适适的的工工作作点点。当当输输入入为为双双极极性性信信号号(如如正正弦弦波波)时时，工工作作点点应应选选在在放放大大区区的的中中间间区区域域；在在放放大大单单极极性性信信号号(如如脉冲波脉冲波)时，工作点可适当靠向截止区或饱和区。时，工作点可适当靠向截止区或饱和区。(2)输输入入信信号号必必须须加加在在基基极极发发射射极极回回路路。由由于于正正偏的发射结其偏的发射结其iE与与uBE的关系仍满足式的关系仍满足式(34)，即，即(318)第71页，共191页，编辑于2022年，星期二而而iCiE。所所以以，uBE对对iC有有极极为为灵灵敏敏的的控控制制作作用用。因因此此，只只有有将将输输入入信信号号加加到到基基极极发发射射极极回回路路，使使其其成成为为控控制制电电压压uBE的的一一部部分分，才才能能得得到到有有效效地地放放大大。具具体体连连接接时时，若若射射极极作作为为公公共共支支路路(端端)，则则信信号号加加到到基基极极；反反之之，信信号号则则加加到到射射极极。由由于于反反偏偏的的c结结对对iC几几乎乎没没有有控控制制作用，所以输入信号不能加到集电极。作用，所以输入信号不能加到集电极。(3)必必须须设设置置合合理理的的信信号号通通路路。当当信信号号源源和和负负载载与与放放大大器器相相接接时时，一一方方面面不不能能破破坏坏已已设设定定好好的的直直流流工工作作点点，另另一一方方面面应应尽尽可可能能减减小小信信号号通通路路中中的的损损耗耗。实实际际中中，若若输输入入信信号号的的频频率率较较高高(几几百百赫赫兹兹以以上上)，采采用用阻阻容容耦耦合合则则是最佳的连接方式。是最佳的连接方式。第72页，共191页，编辑于2022年，星期二342直流通路和交流通路直流通路和交流通路对对一一个个放放大大器器进进行行定定量量分分析析时时，其其分分析析的的内内容容无无外外乎乎两两个个方方面面。一一是是直直流流(静静态态)工工作作点点分分析析，即即在在没没有有信信号号输输入入时时，估估算算晶晶体体管管的的各各极极直直流流电电流流和和极极间间直直流流电电压压。二二是是交交流流(动动态态)性性能能分分析析，即即在在输输入入信信号号作作用用下下，确确定定晶晶体体管管在在工工作作点点处处各各极极电电流流和和极极间间电电压压的的变变化量，进而计算放大器的各项交流指标。化量，进而计算放大器的各项交流指标。以以图图316所所示示的的共共射射极极放放大大电电路路为为例例，按按照照上上述述方方法法，将将电电路路中中的的耦耦合合电电容容C1,C2开开路路，得得直直流流通通路路，如如图图