晶体三极管及其基本放大电路.pptx

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1、2023/3/18电路与模拟电子技术基础15.1晶体三极管晶体三极管又称为半导体三极管、双极型晶体管，简称晶体管。是电子电路主要的有源器件，可用来放大、振荡、调制等。第1页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础2几种常见晶体管的外形 第2页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础3晶体管的结构及其类型ecb发射极发射极基极基极集电极集电极发射结发射结集电结集电结基区基区发射区发射区集电区集电区NPNcbeNPN(a)NPN管的原理结构示意图(b)电路符号（base）（collector）（emitter）符号中发射极上的符号中发射极上的箭头方向，箭头方向，表示表示发射

2、结正偏时电流的流发射结正偏时电流的流向。向。晶体三极管的结构示意图如下图所示。它有两种类型:NPN型和PNP型。第3页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础4晶体管的结构第4页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础5PNPcbe(b)电路符号(a)PNP型三极管的原理结构符号中发射极上的符号中发射极上的箭头方向，箭头方向，表示表示发射结正偏时电流的流发射结正偏时电流的流向。向。第5页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础6图2-3 平面管结构剖面图结构特点1、三区两结2、基区很薄薄3、e区重重掺杂 c区轻轻掺杂 b区掺杂最轻最轻4、集电区集电区的面积面

3、积则比发射区做得大大，这是三极管实现电流放大的内部条件。第6页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础7晶体管的电流分配与放大作用 （以（以NPNNPN管为例）管为例）一、放大状态下晶体管中载流子的运动BJT BJT 处于放大状态的条件：处于放大状态的条件：内部条件：发射区重掺杂(故管子e、c极不能互换)基区很薄(几个m)集电结面积大外部条件：发射结正偏集电结反偏第7页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础8对晶体管 发射区的作用是：向基区注入载流子；基区的作用是：传送和控制载流子；集电区的作用是：收集载流子。管内载流子的运动情况如下图所示。第8页/共177页2023

4、/3/18电路与模拟电子技术基础92.电子在基区中的扩散与复合3.集电区收集扩散过来的电子另外另外,基区集电区本身存在的少子，基区集电区本身存在的少子，在集电结上存在漂移运动，由此形成电流在集电结上存在漂移运动，由此形成电流ICBO三极管内有两种载流子参与导电，故称此种三极管为双极型三极管，记为BJT1.发射区向基区注入电子第9页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础10外加偏置电压要求 对对 NPN管管UC UB UE UC UEUB对对 PNP管管 要求要求 UC UB UE UC UEUB第10页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础11二、电流分配关系cIC

5、eIENPNIBRCUCCUBBRBICBO15VbIBNIEPIENICN晶体管三个电极上的电流与内部载流子传输形成的电流之间有如下关系：第11页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础12共射极直流电流放大系数 反映扩散到集电区的电流ICN与基区复合电流IBN之间的比例关系，一般直流电流放大系数直流电流放大系数含义：基区每复合一个电子，就有个电子扩散到集电区去。若忽略 ICBO,则第12页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础13晶体管的共射特性曲线 晶体管伏安特性曲线是描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线，它对于了解晶体管的导电特性非常有用。晶体管有三个电极，

6、通常用其中两个分别作输入、输出端，第三个作公共端，这样可以构成输入和输出两个回路。实际中，有下图所示的三种基本接法(组态)，分别称为共发射极、共集电极和共基极接法。其中，共发射极接法更具代表性，所以我们主要讨论共发射极伏安特性曲线。第13页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础14icebiBC输出回路输入回路ecbiBiEceiEiCb(a)共发射极(b)共集电极(c)共基极 晶体管的三种基本接法（组态）晶体管在电路中的连接方式晶体管在电路中的连接方式第14页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础15晶体管的特性曲线晶体管的特性曲线特性曲线是指各电极之间的电压与电

7、流之间的关系曲线概念输入特性曲线输出特性曲线第15页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础161 共射极输入特性曲线共射组态晶体共射组态晶体管的输入特性：管的输入特性：AmAVViBiCUCCUBBRCRBuBEuCE共发射极放大电路见图。共射输入特性曲线是以uCE为参变量时，iB与uBE间的关系曲线，即 典型的共发射极输入特性曲线如下图所示。第16页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础17共发射极输入特性曲线 典型的共发射极输入特性曲线。(1)当当vCE=0V时，晶体管相当于两个时，晶体管相当于两个并联二极管，并联二极管，i B 很大，曲线明显很大，曲线明显左移

8、。左移。(2)1 uCE 0时，uCE，曲线右移，特别工作在饱和区时，移动量更大。当 vCE1V以后，由于集电结的反偏电压可以在单位时间内将所有到达集电结边上的载流子拉到集电极，故iC不随vCE变化，所以同样的vBE下的 iB不变，特性曲线几乎重叠。第17页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础182 共射极输出特性曲线共射组态晶体管的输出特性：它是指一定基极电流IB下，三极管的输出回路集电极电流IC与管压降UCE之间的关系曲线。典型的共射输出特性曲线如图所示。由图可见，输出特性可以划分为三个区域，对应于三种工作状态。现分别讨论如下。第18页/共177页2023/3/18电路与模

9、拟电子技术基础19 共射输出特性曲线uCE/V5101501234截止区IB40 A30 A20 A10 A0AiBICBO放大区iC/mAuCEuBE饱和区第19页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础20（1）放大区发射结正向偏置，发射结正向偏置，集电结反向偏置集电结反向偏置1）、基极电流 iB 对集电极电流 iC 的控制作用很强uCE/V5101501234饱饱和和区区截止区截止区iBICBO放放大大区区iC/m AuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 在数值上近似等于在数值上近似等于 问题：问题：特性图中特性图中=？=100第20页/共177页2

10、023/3/18电路与模拟电子技术基础212）uCE 变化时,iC 影响很小（恒流特性恒流特性）uCE/V5101501234饱饱和和区区截止区截止区iBICBO放放大大区区iC/m AuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 即即：iC 仅决定于iB，与输出环路的外电路无关。第21页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础222、饱和区发射结和集电结均正向偏置发射结和集电结均正向偏置uCE/V5101501234饱饱和和区区截止区截止区iBICBO放放大大区区iC/m AuCEuBEIB40 A 30 A 20 A 10 A 0 A 临界饱和：临界饱和：uC

11、E=uBE，uCB=0(集电结零偏集电结零偏)第22页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础23IcCeIENPNIBRCUCCUBBRBIbIBNIEPIENICNC1饱和区（1）iB一定时，iC比放大时要小 三极管的电流放大能力下降，通常有iCUB 集电结反偏；集电结反偏；三极管三极管T工作在截止区工作在截止区为什么要设计静态工作点？为什么要设计静态工作点？第45页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础46 动态时（动态时（ui0）：ui UBE（ON）发射结无法正偏发射结无法正偏三极管一直在截止区三极管一直在截止区 uo=UCE=UCC即使即使 u ui i

12、U UBEBE（ONON），输出仍然严重失真。输出仍然严重失真。只有在信号的整个周期内晶体管始终工作在只有在信号的整个周期内晶体管始终工作在放大状态，输出信号才不会产生失真。放大状态，输出信号才不会产生失真。第46页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础47静态工作点的作用：静态工作点的作用：保证放大电路中的三极管正常工作保证放大电路中的三极管正常工作 ，保证放大电路输出不产生失真。，保证放大电路输出不产生失真。放大电路的基本要求：放大电路的基本要求：输出不失真输出能够放大 第47页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础48结 论设置合适的静态工作点，让交流信号承载

13、在直流分量之上，保证晶体管在输保证晶体管在输入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性入信号的整个周期内始终工作在放大状态，输出电压波形才不会产生非线性失真。失真。基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠依靠RC将电流的变化转化成电压的变化来实现的。将电流的变化转化成电压的变化来实现的。第48页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础49补：直流通路和交流通路直流通路：直流通路：直流电源作用下直流电流流经的道路画直流通路的原则画直流通路的原则C C开路L L短路输入信号为0 0（保留内阻）RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合

14、共射放大电路 电路中信号源与放大电路，放大电路与负载电阻均通过电容相连。第49页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础50RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 RBUCCRC(a)直流通路直流通路直流通路第50页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础51交流通路：交流通路：只考虑交流信号的分电路画交流通路的原则画交流通路的原则C C短路直流电源对地短路（恒压源处理）RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 交流通路第51页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础52RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射

15、放大电路 RCuousRsRBRLIiIo(b)交流通路交流通路交流通路第52页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础53练习：请画出下面电路的直流通路的交流通路。练习：请画出下面电路的直流通路的交流通路。(a)(c)第53页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础54直流通路直流通路交流通路交流通路第54页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础55直流通路直流通路交流通路交流通路第55页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础56 由由于于一一般般情情况况下下，在在放放大大电电路路中中，直直流流分分量量与与交交流流分分量量是是共共存存的的。

16、但但为为了了分分析析方方便便，对对工工作作在在放放大大模模式式下下的的电电路路进进行行分分析析时时，常常先先进进行行直直流流分分析析（静静态态分析），后进行交流分析（动态分析）。分析），后进行交流分析（动态分析）。5.3 放大电路的分析放大电路的分析直流分析法直流分析法（静态分析）（静态分析）分析指标（静态工作点）：分析指标（静态工作点）：IBQ、ICQ、UCEQ分析方法：分析方法：图解法、估算法图解法、估算法 交流分析法交流分析法（动态分析）（动态分析）分析指标：分析指标：Au、Ri、Ro分析方法：分析方法：图解法、微变等效电路法图解法、微变等效电路法 第56页/共177页2023/3/18

17、电路与模拟电子技术基础57放大电路的静态分析1 放大电路的直流模型及静态工作点的估算放大电路直流通路计算静态值的步骤：1）画直流通路）画直流通路C C开路L L短路输入信号为0 0（保留内阻）2 2）将直流通路中晶体管用其放大工作状态的直流模型等效第57页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础58(a)输入特性近似输入特性近似 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uBE0iBUBE(on)0uCEiCUCE(sat)IB 0(b)输出特性近似输出特性近似饱和区饱和区放大区放大区截止区截止区3.根据直流通道估算静态工作点估算时一般UBEQ认为常量，硅管（0.6-

18、0.7），锗管（0.2-0.3）第58页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础59(a)ebc(b)ebcIBQIBQUBE(on)(c)ebcUBE(on)UCE(sat)(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 晶体管三种状态的直流模型CQIuBE0iBUBE(on)0uCEiCUCE(sat)IB 0第59页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础60例例1：晶体管电路如图晶体管电路如图(a)所示。若已知晶所示。若已知晶体管工作在放大状态，试计算晶体管的体管工作在放大状态，试计算晶体管的IBQ，ICQ和和

19、UCEQ。(a)电路电路ICQUCEQRBUBBIBQUCCRCeRBUBE(on)bIB QIBQcICQUCCRCUCE QUBB(b)直流等效电路直流等效电路图图：晶体管直流电路分析：晶体管直流电路分析第60页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础61 解：解：因为晶体管工作在放大状态。这时用图因为晶体管工作在放大状态。这时用图(b)的模型代替晶体管，便得到图的模型代替晶体管，便得到图)所示的直流等所示的直流等效电路。由图可知效电路。由图可知故有故有第61页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础62例例例例2 2：用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点

20、。用估算法计算静态工作点。用估算法计算静态工作点。已知：已知：UCC=12V，RC=4k，RB=300k，=37.5。解：解：注意：注意：电路中电路中I IBQBQ 和和 I ICQCQ 的数量级不同的数量级不同+UCCRBRCT+UBEUCEICIB第62页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础63例例例例3 3：用估算法计算图示电路的静态工作点。用估算法计算图示电路的静态工作点。用估算法计算图示电路的静态工作点。用估算法计算图示电路的静态工作点。由例由例2 2 2 2、例、例3 3 3 3可知，当电路不同时，计算可知，当电路不同时，计算静态静态值的公式也不同。值的公式也不同。

21、由KVL可得：由KVL可得：IE+UCCRBRCT+UBEUCEICIB第63页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础642 静态工作点的图解分析法图解法：图解法：图解分析是在晶体管特性曲线上，用作图的方法确定出直流工作点Q，求出IBQ、UBEQ和ICQ、UCEQ。优点：直观、形象第64页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础65步骤：2).利用输入特性曲线确定IBQ、UBEQ一般不用图解法确定,用估算法。UBEQ=0.7V（硅管）或0.3V（锗管）RBUCCRC 共射放大器的直流通路 1).画直流通路第65页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础66

22、3、利用输出特性曲线确定ICQ、UCEQ输出特性曲线与输出回路方程的交点为静态工作点输出特性曲线与输出回路方程的交点为静态工作点Q。RBUCCRCiBIBQuCE0NQMiCUCEQUCCICQUCCRC(a)直流负载线与直流负载线与Q点点直流负载线直流负载线第66页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础67静态工作点的求解方法：静态工作点的求解方法：等效模型法（估算）图解分析法第67页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础68例4 在图(a)电路中，若RB=560k,RC=3k,UCC=12V，晶体管的输出特性曲线如图(b)所示，试用图解法确定直流工作点。RBUC

23、CRCIBQICQUCEQ(a)直流通路输出回路满足：输出回路满足：UCC=UCEQ+ICQRC解:取UBEQ=0.7V，由估算法可得第68页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础69图b放大器的直流图解分析(b)Q点与RB、RC的关系uCE/V21012012340A30A20A10 AiC/mA4684MNQRBQ2RC 在输出特性上找两个特殊点：当uCE=0时，iC=UCC/RC=12/3=4mA，得M点；当iC=0时，uCE=UCC=12V，得N点。连接以上两点便得到图(b)中的直流负载线MN，它与IB=20A的一条特性曲线的交点Q，即为直流工作点。由图中Q点的坐标可得，

24、ICQ=2mA,UCEQ=6V。第69页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础70共射放大电路的动态分析1 微变等效电路法所谓放大电路的微变等效电路，就是把非所谓放大电路的微变等效电路，就是把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一线性元件晶体管所组成的放大电路等效为一个线性电路，就是把晶体管等效为一个线性个线性电路，就是把晶体管等效为一个线性元件。元件。第70页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础71(1)晶体管的微变等效电路模型第71页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础72第72页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础73 rb

25、b：基区体电阻，不能忽略,一般取值为300。rbc：很大（几十M），可做开路处理。若rceRL或UA=，可忽略rce。为晶体管 输出电阻。gmubeucerceuberbebcebrbb 共射低频混合共射低频混合型模型型模型第73页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础74说明说明只适用小信号交流分析（不能用来求Q Q点）只针对低频第74页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础75（2）放大电路的微变等效电路根据直流通路估算直流工作点根据直流通路估算直流工作点确定放大器交流通路、交流等效电路确定放大器交流通路、交流等效电路计算放大器的各项交流指标计算放大器的各项交流

26、指标第75页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础76注意：画交流通路的原则：C短路直流电压源对地短路（恒压源处理），电流源视为开路L开路第76页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础77UoUiUsRsRB2C1RECERLUCCRCRB1C2 共射极放大器及其交流等效电路共射极放大器及其交流等效电路(a)电路电路第77页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础78UoUiUsRsRB2RLRB1RC交流通路第78页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础79(b)交流等效电路交流等效电路 共射极放大器及其交流等效电路共射极放大器及其交流等

27、效电路UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us第79页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础801）、电压放大倍数）、电压放大倍数-无量纲参数无量纲参数UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us（3）、放大电路交流性能指标的计算）、放大电路交流性能指标的计算输出、输入电压反相第80页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础81 2）输入电阻）输入电阻Ri定义：从放大器输入端看进去的电阻，即：定义：从放大器输入端看进去的电阻，即：UsAuoUiRLRsUiRiRoUoRi表征放大器从信号源

28、获得信号的能力。表征放大器从信号源获得信号的能力。第81页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础82UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us第82页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础83UsAuoUiRLRsUiRiRoUo3）输出电阻）输出电阻Ro定义：从放大器输出端看进去的电阻。定义：从放大器输出端看进去的电阻。根据戴维南定理，可得：根据戴维南定理，可得：Ro是一个表征放大器带负载能力的参数。是一个表征放大器带负载能力的参数。第83页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础84UiRiRsRB2rbeIi

29、RCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us第84页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础85对于对于电压输出电压输出。Ro越小，带负载能力越强，即负越小，带负载能力越强，即负载变化时放大器输出给负载的电压基本不变。载变化时放大器输出给负载的电压基本不变。对于对于电流输出电流输出。Ro越大，带负载能力越强，即负越大，带负载能力越强，即负载变化时放大器输出给负载的电流基本不变。载变化时放大器输出给负载的电流基本不变。UsAuoUiRLRsUiRiRoUo第85页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础864、源电压放大倍数源电压放大倍数Aus若若RiRs,则：

30、则：UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us第86页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础87UoUiUsRsRB2C1RERLUCCRCRB1C2 共射极放大器及其交流等效电路共射极放大器及其交流等效电路(a)电路电路 5、带有射极电阻、带有射极电阻RE时的交流指标时的交流指标CE第87页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础88 发射极接电阻时的交流等效电路发射极接电阻时的交流等效电路Ri=RB1/RB2/RiRi第88页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础89例：例：下图电路中，若下图电路中，若RB1=

31、75k，RB2=25k,RC=RL=2k，RE=1k,UCC=12V，晶体管的，晶体管的=80，rbb=100,信号源内阻信号源内阻Rs=0.6k,试求直试求直流工作点流工作点ICQ、UCEQ及及Au，Ri，Ro和和Aus。UoUiUsRsRB2C1RECERLUCCRCRB1C2第89页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础90 解：解：按估算法计算按估算法计算Q点：点：RB2REUCCRCRB1直流通路直流通路 第90页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础91UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us第91页/共177页

32、2023/3/18电路与模拟电子技术基础92UiRiRsRB2rbeIiRCRLUoeIbIbrceRoIcIobcRB1Us第92页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础93UoUiUsRsRB2C1RE1CERLUCCRCRB1C2RE2例例：在在上上例例中中，将将RE变变为为两两个个电电阻阻RE1和和RE2串串联联，且且RE1=100,RE2=900，而而旁旁通通电电容容CE接接在在RE2两端，其它条件不变，试求此时的交流指标。两端，其它条件不变，试求此时的交流指标。第93页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础941解：解：由于由于RE=RE1+RE2=1k

33、，所以，所以Q点不变。点不变。对于交流通路，现在射极通过对于交流通路，现在射极通过RE1接地。交流等接地。交流等效电路为：效电路为：第94页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础951第95页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础96可可可可见见见见，RE1的的接接入入，使使得得Au减减小小了了约约10倍倍。但但是是，由由于于输输入入电电阻阻增增大大，因因而而Aus与与Au的的差差异异明明显减小了。显减小了。第96页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础972 交流图解分析法交流图解分析是在输入信号作用下，通过作交流图解分析是在输入信号作用下，通过作图

34、来确定晶体管各极电流和极间电压的图来确定晶体管各极电流和极间电压的变化量变化量。由于交流信号是叠加在静态工作点上的，因此由于交流信号是叠加在静态工作点上的，因此交流状态的图解法必须在静态分析的基础上分交流状态的图解法必须在静态分析的基础上分析。析。瞬时值 直流值 交流值第97页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础98RCVRBUCCuoC2RLuiC1 阻容耦合共射放大电路 RCuousRsRBRLIiIo交流通路 RBUCCRC直流通路 第98页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础99步骤：1）由直流通路确定静态工作点2）根据ui利用输入特性曲线画出ib和uB

35、E的波形第99页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础100iBIBQtiBIBQuBEuBEtiBmaxiBminQUBEQ(a)输入回路的工作波形输入回路的工作波形RCVRBUCCuoC2RLuiC1第100页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础101iBIBQuCE0NQMiCUCEQUCCICQUCCRC iB变化时，在输出特性曲线上瞬时工作点（变化时，在输出特性曲线上瞬时工作点（uCE和和iC）移动的轨迹称为）移动的轨迹称为交流负载线交流负载线。RCVRBUCCuoC2RLuiC13）根据iB利用输出特性曲线画出iC和uCE的波形第101页/共177页2

36、023/3/18电路与模拟电子技术基础102，其中，其中RL=RC/RL RCUoUiRBRLibicuceRL因此：因此：-交流负载方程交流负载方程 交流量瞬时值直流量第102页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础103uCE-UCEQ=-(iC-ICQ)RL 特点特点:RCUoUiRBRLibicuceRL第103页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础104 放大器的交流图解分析放大器的交流图解分析(b)输出回路的输出回路的工作波形工作波形QiCiBmaxiBminiCICQtuCEtuCEUCCUCEQICQUCCRCQ1Q2IBQICQRLA交流负载线交

37、流负载线 kRL1交流负载线：交流负载线：uCE=UCEQ-(iC-ICQ)RL直流负载线直流负载线 kRC1第104页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础105 tuBE0QuBEiB0iCuCE0Q tiBIBQiC tICQ tuCE0-1/R LVCEQibuCEiCiB第105页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础106uCEiCiB tuBE0QuBEiB0iCuCE0Q tiBIBQiC tICQ tuCE0-1/R LVCEQib第106页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础107 共射极放大器的电压、电流波形共射极放大器的电压、

38、电流波形叠加交流信号后，叠加交流信号后，晶体管各极电流方向、晶体管各极电流方向、极间电压极性与静态时极间电压极性与静态时相同。相同。放大器的输出与放大器的输出与输入信号是反相（或称输入信号是反相（或称倒相）的。倒相）的。结论：结论：第107页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础108直流量保证了交直流量保证了交流量的不失真。流量的不失真。共射极放大器的电压、电流波形共射极放大器的电压、电流波形uCEiCiB第108页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础109图解法分析放大电路的动态范围和非线性失真非线性失真非线性失真:对放大电路有一个基本要求，就对放大电路有一个

39、基本要求，就是输出信号尽可能不失真。所谓失真就是输出波形是输出信号尽可能不失真。所谓失真就是输出波形与输入波形不完全一样。引起失真的原因很多，其与输入波形不完全一样。引起失真的原因很多，其中最常见的是静态工作点不适合或输入信号太大，中最常见的是静态工作点不适合或输入信号太大，使放大电路的工作范围超出了晶体管曲线的线性范使放大电路的工作范围超出了晶体管曲线的线性范围。这种失真为非线性失真。围。这种失真为非线性失真。1.非线性失真非线性失真（1）.截止失真截止失真第109页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础110Q交流负载线交流负载线iC0t0iCiBuCEuCE0t(a)截止失

40、真截止失真Q点过低点过低动态工作点进入截止区，出现截止失真。动态工作点进入截止区，出现截止失真。对对NPN管的共射极放大器，发生截止失真时，其输出管的共射极放大器，发生截止失真时，其输出电压出现电压出现“胖顶胖顶”的现象（顶部限幅），的现象（顶部限幅），ICQRLUCEQ第110页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础111 Q点不合适产生的非线性点不合适产生的非线性失真失真(b)饱和失真饱和失真Q交流负载线交流负载线iCiCiB0tuCEuCE0t0Q点过高点过高动态工作点进入饱和区，出现饱和失真。动态工作点进入饱和区，出现饱和失真。对对NPN管的共射极放大器，发生饱和失真时，

41、其输出管的共射极放大器，发生饱和失真时，其输出电压出现电压出现“削底削底”现象（底部限幅）现象（底部限幅）UCEQUCES第111页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础1122.用图解法估算动态范围：动态范围是指放大电路的输出端不产生非线性失真的最大输出电压的峰-峰值，即 Up-p=2Uomax式中Uomax为不失真输出电压的最大值。第112页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础113Q交流负载线交流负载线iC0t0iCiBuCEuCE0t(a)截止失真截止失真受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为ICQRLUC

42、EQ第113页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础114 Q点不合适产生的非线性失真点不合适产生的非线性失真(b)饱和失真饱和失真Q交流负载线交流负载线iCiCiB0tuCEuCE0t0因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为UCEQUCES第114页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础115 Uopp=2Uom 放大器输出动态范围：放大器输出动态范围：受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度为因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为因饱和失真的限制，最大不失真输出

43、电压的幅度为其中较小的即为放大器最大不失真输出电压其中较小的即为放大器最大不失真输出电压的幅度，而输出动态范围的幅度，而输出动态范围Uopp则为该幅度的两倍，则为该幅度的两倍，即即第115页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础116 显然，为了充分利用晶体管的放大区，使输出动态范围最大，直流工作点应选在交流负载线的中点处。第116页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础117 例：UCC=12V，RC=2k，RL=，RB=280k，=100=100求：U UOPPOPP=？调节R RB B，使I ICQCQ=2mA=2mA，UOPPOPP=？调节R RB B，使I

44、 ICQCQ=3mA=3mA，UOPPOPP=？RCVRBUCCuoC2RLuiC1 解题思路：第一步：求出ICQ 比较Uom1=ICQRL和Uom2=UCEQ-UCES临界大小 忽略晶体管的饱和压降 UCES临界=0 第117页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础118 UCEQ-UCES临界=UCEQ 比较Uom1和Uom2大小第二步：若Uom1 Uom2，Uopp=2 Uom1 若Uom2 Uom1，Uopp=2 Uom2 结论：结论：动态范围决定于动态范围决定于Uom1、Uom2 中的小者。当Uom1=Uom2时，动态范围最大。（Q点在有效交流负载线中央）第118页/共

45、177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础119练习：教材P140 例第119页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础1205.4 晶体管放大电路的三种接法静态工作点稳定的共射级放大电路晶体管在放大应用时，要求外电路将晶体管偏置在放大区，而且在信号的变化范围内，管子始终工作在放大状态。此时，对偏置电路的要求是：电路形式要简单。例如采用一路电源，尽可能少用电阻等；偏置下的工作点在环境温度变化或更换管子时应力求保持稳定；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。第120页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础121偏流：偏流：当电源电压和集电极电阻

46、确定后，放大电路的当电源电压和集电极电阻确定后，放大电路的Q Q点由基极电流点由基极电流I IB B来确来确定，这个电流叫偏流。定，这个电流叫偏流。偏置电路：偏置电路：获得偏流的电路获得偏流的电路特点：特点：电路结构简单，调试方便电路结构简单，调试方便第121页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础122一、固定偏流电路单电源供电。单电源供电。UEE=0，UBB由由UCC提供提供 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大状态。放大状态。固定偏流电路第122页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础123 固定偏流电路固定偏流电路缺缺

47、点点：工工作作点点稳稳定定性性差差。（IBQ固固定定，当当、ICBO等等变变化化ICQ、UCEQ的的变变化化工工作作点点产产生生较较大大的漂移的漂移使管子进入饱和或截止区）使管子进入饱和或截止区）优点：电路结构简单。优点：电路结构简单。第123页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础124二、电流负反馈型偏置电路RBUCCRCRE1.电路：在固定偏置电路的发射极加一个RE2.工作点稳定原理：ICQIEQUEQUBEQIBQICQ负反馈负负反反馈馈机机制制的的作作用用：克克服服Q点点的的漂漂移移现现象，保证象，保证Q点的稳定。点的稳定。第124页/共177页2023/3/18电路与

48、模拟电子技术基础125RBUCCRCRE工作点计算式：第125页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础126三、分压式直流电流负反馈偏置电路分分压压式式直直流流电电流流负负反反馈馈偏偏置电路置电路电路：在电流负反馈型偏置电路的基极加一个偏置电阻RB2。RB2的作用：与RB1组成串联分压电路，保证UB的固定。UB固定的条件：流过电阻RB1、RB2的电流I1IBQ，因此，RB1、RB2越小越好，但过小将增大UCC的无谓损耗。两者要兼顾。第126页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础127计算静态工作点计算静态工作点Q Q：前提IBQI1、I2（c）分分压压式式直直流流

49、电电流流负负反馈偏置电路反馈偏置电路第127页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础128例5 电路如图(a)所示。已知=100,UCC=12V,RB1=39k,RB2=25k,RC=RE=2k，试计算工作点ICQ和UCEQ。(a)电路RB1UCCRCRERB2第128页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础129 解：(a)电路RB1UCCRCRERB2=100,UCC=12V,RB1=39k,RB2=25k,RC=RE=2k第129页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础130若按估算法直接求ICQ，则：第130页/共177页2023/3/18电路

50、与模拟电子技术基础131若增加，工作点是否 发 生 改 变？设=150。(a)电路RB1UCCRCRERB2第131页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础132结论：结论：从从10100 0变化到变化到150150，各个，各个Q Q点参数值基本没有变化，点参数值基本没有变化，说明电路的静态工作点说明电路的静态工作点Q Q的稳定性。的稳定性。第132页/共177页2023/3/18电路与模拟电子技术基础1332 2、分压式电流负反馈偏置电路的设计、分压式电流负反馈偏置电路的设计设计注意点：设计注意点：RB1、RB2选取适当小的数值 R选取足够大的数值（c）分分压压式式直直流流电电