三极管及放大电路.ppt

1、第2章三极管及放大电路 第第2章章 三极管及放大电路三极管及放大电路 内容提要内容提要本章首先介绍半导体三极管的结构、特性及主要参数，然后介绍各种放大电路。重点讨论三极管共射放大电路的静态和动态分析，然后讨论三极管共集和共基放大电路、MOS场效应管放大电路、多级放大电路、差动放大电路和功率放大电路。2022-11-10第2章三极管及放大电路2.1 三极管三极管2.2 共射放大电路共射放大电路2.3 放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法2.4 放大电路的微变等效电路分析法放大电路的微变等效电路分析法2.5 静态工作点稳定电路静态工作点稳定电路2.6 共集放大电路和共基放大电路共集放大电路和共

2、基放大电路2.7 MOS场效应管及放大电路场效应管及放大电路2.8 多级放大电路多级放大电路2.9 差动放大电路差动放大电路 2.10 功率放大电路功率放大电路2022-11-10第2章三极管及放大电路 2.1 三极管三极管 2.1.1 三极管三极管的结构的结构半导体三极管的种类很多，根据制作的基片材料分为硅管和锗管，硅管性能优于锗管，故当前生产和使用的三极管以硅管为多；按频率分为高频管、低频管；按功率分为小、中、大功率管；按结构分为NPN和PNP两种类型。三极管是通过一定的工艺，将两个PN结结合在一起的器件。图2.1所示为三极管的外形、内部结构示意图及符号（用VT表示）。2022-11-10

3、第2章三极管及放大电路图2.1三极管的外形、内部结构示意图及符号 2022-11-10第2章三极管及放大电路 三极管是由三层半导体制成的两个PN结（发射结和集电结），其特点是中间一层P（或N）型半导体特别薄，两边各为一层N（或P）型半导体。从三层半导体上分别引出3个电极，称为集电极C、基极B和发射极E，对应的每块半导体称为集电区、基区和发射区。虽然发射区和集电区都是N（或P）型半导体，但是发射区比集电区掺的杂质重，因此它们并不对称，使用时这两个极不能混淆。2022-11-10第2章三极管及放大电路 三极管接在电路中要有输入端和输出端，而其只有三个电极，因此必然有一个电极作为输入回路和输出回路的

4、公共端，如图2.2所示，晶体管有三种基本组态。图2.2三极管的三种组态 2022-11-10第2章三极管及放大电路 1.共射接法共射接法以基极为输入端，集电极为输出端，发射极为输入、输出两回路的公共端，如图2.2（a）所示。2.共集接法共集接法以基极为输入端，发射极为输出端，集电极为输入、输出两回路的公共端，如图2.2（b）所示。3.共基接法共基接法以发射极为输入端，集电极为输出端，基极为输入、输出两回路的公共端，如图2.2（c）所示。2022-11-10第2章三极管及放大电路 以NPN型三极管为例，通过实验来了解半导体三极管的放大原理和其中的电流分配情况，实验电路如图2.3所示。图2.3电流

5、放大实验电路2.1.2 三极管的放大作用三极管的放大作用2022-11-10第2章三极管及放大电路 将三极管接成两条电路，一条是由电源电压UCC的正极经过电阻RB（通常为几百千欧的可调电阻）、基极、发射极到电源电压UCC的负极，称为基极回路。另一条是由电源电压UCC的正极经过电阻RC、集电极、发射极再回到电源电压UCC的负极，称为集电极回路。可见，发射极是两个回路所共用的，所以这种接法称为共发射极电路。改变可变电阻RB，则基极电流IB、集电极电流IC和发射极电流IE都发生变化，电流方向如图1.18所示，测试结果列于表2.1中。2022-11-10第2章三极管及放大电路表2.1实验测试数据 电电

6、 流流实实 验验 次次 数数1 12 23 34 45 56 6IB（mA）00.020.040.060.060.080.080.100.10IC C（mA）0.0010.701.502.302.303.103.103.953.95IE E（mA）0.0010.721.542.362.363.183.184.054.052022-11-10第2章三极管及放大电路 由实验及测试结果可得出如下结论。（1）三个电流符合基尔霍夫定律，即 IE=IB+IC（2-1）且基极电流IB很小，忽略IB不计，则有IEIC（2）三极管有电流放大作用，从实验数据可以看出，IC与IB的的比值近似为一个常数，即（2-2）

7、基极电流IB的微小变化能引起集电极电流IC较大的变化，即（2-3）以上两式中的和分别称为晶体管的直流和交流电流放大系数。从表1.1中可以看出，且在一定范围内几乎不变，故工程上不必严格区分，估算时可以通用。2022-11-10第2章三极管及放大电路 2.1.3 三极管的特性曲线及工作状态三极管的特性曲线及工作状态三极管采用共发射极接法时，信号从基极-发射极回路输入，从集电极-发射极回路输出，所以有两条伏安特性曲线。这些特性曲线可用晶体管特性图示仪直观地显示出来，也可通过如图2.4所示的实验电路进行测绘。图中，UCCUBB，以使发射结正向偏置，集电结反向偏置，保证三极管放大的外部条件。2022-1

8、1-10第2章三极管及放大电路图2.4三极管特性曲线实验电路 2022-11-10第2章三极管及放大电路 1.输入特性曲线输入特性曲线 输入特性是指当集-射电压UCE为常数时，基极电流IB与基-射电压UBE之间的关系曲线，如图2.5所示。可以看到，它类似二极管的正向伏安特性曲线，三极管的输入特性曲线也有一段死区，硅管的死区电压约为0.5V，锗管的死区电压约为0.1V。在正常导通时，硅管的UBE约为0.7V，而锗管UBE约为0.3V。且对三极管而言，当UCE1V后，即使加大UCE，这条输入特性曲线基本上也是与UCE无关的。2022-11-10第2章三极管及放大电路图2.5输入特性曲线 2022-

9、11-10第2章三极管及放大电路 2.输出特性曲线输出特性曲线输出特性是指当基极电流IB为常数时，集电极电流IC与集-射电压UCE之间的关系曲线。在不同的IB下，可得出不同的曲线，所以三极管的输出特性曲线是一组曲线，如图2.6（a）所示。2022-11-10第2章三极管及放大电路 图2.6输出特性曲线 2022-11-10第2章三极管及放大电路 通常把三极管的输出特性曲线分为3个工作区。（1）放大区。输出特性曲线近于水平的区域是放大区，也称线性区。此时发射结正偏，集电结反偏。对NPN型管，就是UBE0.5V（或UBE0.1V），且UCE1V时，三极管工作于放大状态。在此区域，三极管具有恒流特性

10、：，可见IB不变时，IC基本不变，IC受IB的控制，与UCE基本无关。2022-11-10第2章三极管及放大电路 （2）截止区。IB=0曲线与横轴之间的区域是截止区。此时发射结反偏（或正偏电压小于死区电压），集电结反偏。对NPN型硅管，当UBE小于死区电压时，即已开始截止，但是为了截止可靠，常使UBE0。当减小IB使工作点下移到图2.6（a）中Q2点时，晶体管即进入截止区，此时IB=0，IC=ICEO0（ICEO称为穿透电流），UCEUCC。C，B，E3个电极间相当于开路，其等效电路如图2.6（b）所示。2022-11-10第2章三极管及放大电路 （3）饱和区。IC随UCE的增大而增大的区域是

11、饱和区。此时发射结正偏，集电结正偏。对NPN型管，当UCEUBE时，三极管工作于饱和状态。当增加IB使工作点上移到Q1点时，三极管即进入饱和区，此时IB的变化对IC的影响较小，ICIB，其管压降UCE称为饱和压降UCES，一般硅管约为0.3V，锗管约为0.1V，都可近似为0V。因UCES0，C，E极近似于短路，UBE0.7V，B，E极也近似于短路，等效电路如图2.6（c）所示。可见，三极管具有开关作用，它相当于一个由基极电流控制的无触点开关，截止时相当于开关断开，饱和时相当于开关闭合。在模拟电路中，三极管常用做放大元件，工作在放大区；在数字电路中，三极管常用做开关元件，工作在截止区和饱和区。三

12、极管工作区的判别分析非常重要，当放大电路中的三极管不工作在放大区时，放大信号就会出现严重失真。2022-11-10第2章三极管及放大电路 例例2.1已知图2.7中各晶体管均为硅管，测得各管脚的电压值分别如图中所示值，试判别各晶体管的工作状态。图2.7例2.1的图2022-11-10第2章三极管及放大电路 解：解：（1）在图2.7（a），发射结零偏；UCB=-2V0，集电结反偏，故中，因为UBE=0.7V0，发射结正偏；UBC=0.5V0，集电结正偏，故可判断它工作在饱和区。（2）在图2.7（b）中，因为UBE=0.7V0，发射结正偏；UBC=-5.3V0，集电结反偏，故可判断它工作在放大区。（

13、3）在图2.7（c）中，因为UEB=0V可判断它工作在截止区。2022-11-10第2章三极管及放大电路 2.1.4 晶体管的主要参数及温度影响晶体管的主要参数及温度影响 1.三极管的主要参数三极管的主要参数 （1）电流放大系数）电流放大系数 是指输出电流与输入电流的比值，用于衡量晶体管电流放大能力的参数。由于制造工艺的分散性，即使是同一型号的晶体管，值也有很大差别。但对一个给定的管子，值是一定的。一般值为20200之间。选用晶体管时，值太大稳定性差，值太小则电流放大能力弱。（2）集）集-基反向饱和电流基反向饱和电流ICBO ICBO是指发射极开路时集-基极之间的电流。通常要求ICBO值越小越

14、好。2022-11-10第2章三极管及放大电路 （3）穿透电流）穿透电流ICEO ICEO是基极开路时集-射极之间的电流。由于这个电流似乎是从集电区穿过基区流至发射区，所以称为穿透电流。这个电流越小，表明晶体管的质量越好。一般硅管的ICEO远小于锗管，所以多数情况下选用硅管。ICEO与ICBO有下列关系：ICEO=(1+)ICBO（2-4）2022-11-10第2章三极管及放大电路 （4）极限参数）极限参数 集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM集电极电流过大时，值明显下降，当 值下降到正常值的2/3时的集电极电流IC，称为集电极最大允许电流ICM。作为放大管使用时，IC不宜超过ICM，超

15、过时会引起 值下降、输出信号失真，过大时还会烧坏管子。集集-射极反向击穿电压射极反向击穿电压U（BR）CEO U（BR）CEO是基极开路时加在集-射极之间的最大允许电压。当三极管的集-射极电压大于此值时，ICEO大幅度上升，说明三极管已被击穿。电子器件手册上给出的一般是常温（25）时的值。在高温下，其反向击穿电压将会降低，使用时应特别注意。2022-11-10第2章三极管及放大电路 集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM由于集电极电流在流经集电结时要产生功率损耗，使结温升高，从而会引起晶体管参数变化。当晶体管因受热而引起的变化不超过允许值时，集电极所消耗的最大功率，称为集电极最大允

16、许耗散功率PCM。PCM=ICUCE（2-5）工作时，应使PCPCM，晶体管的工作点不可进入图2.6（a）所示的过耗区。应使PCPCM。2022-11-10第2章三极管及放大电路 2.温度对晶体管参数的影响温度对晶体管参数的影响严格来说，温度对三极管特性和所有参数都有影响，但受影响最大的是以下三个参数。（1）温度对 的影响。三极管的 值会随温度的变化而变化，温度每升高1，值增大0.5%1%。（2）温度对ICBO的影响。实验证明，ICBO随温度按指数规律变化。温度每升高10，ICBO约增加一倍。（3）温度对UBE的影响。UBE具有负的温度系数。一般来说，温度每升高1，|UBE|下降约22.5mV。2022-11-10第2章三极管及放大电路 2.1.5 三极管的简易测试三极管的简易测试 1.三极管的引脚判别三极管的引脚判别 （1）基极的判别）基极的判别三极管引脚判别示意图如图2.8（a）、（b）所示。将万用表欧姆挡拨到R100或R1k挡，用黑表笔接三极管的某一极，再用红表笔分别去接触另外两个电极，若测得一个阻值大，一个阻值小，就将黑表笔换接一个电极再测，直到出现测得的两个阻值都很小（或都很