三极管放大电路图示综述及相关问答.doc
三极管放大电路 1 在结构上,三极管是由两个背靠背的PN结组成的,那么,三极管与两只对接的二极管有什么区别呢? 答：从结构上看，图121（a）所示三极管就是两只背靠背的PN结，好像是两只背靠背的二极管如图121（b）所示。但两者的工作有本质的区别，两只背靠背的二极管是没有放大作用的。当D2正偏、D1反偏时，D2的正向电流很大，D1的反向电流很小，它们之间互不受影响。然而，三极管的两个PN结，由很薄的基区联系在一起。正常运用时，三极管的发射结加正向偏置、集电结加反向偏置，如图12l（C）所示，图中为NPN型三极管共基接法。因为基区很薄，在发射区的电子，少部分与基区的空穴复合多数载流子电子扩散到基区形成正向发射极电流的同时，到达基区的大部分电子迅速扩散到集电结边缘，在反偏集电结的强电场吸引下，漂移过集电结形成集电极电流。显然，流过正偏发射结的电流越大，则流过反偏集电结的电流也越大。如果改变发射结的正偏电压，使发射结电流作相应变化，则集电结的电流也将随之变化。从而实现了电流的控制和放大作用。2 由前面的讨论已知,在结构上,三极管是由两个背靠背的PN结组成的,由很薄的基区联系在一起.那么，三极管的发射极和集电极是否可以调换使用呢？答：在结构上，三极管中背靠背得两个PN结是不对称的，表现在以下两个方面：第一，发射区的掺杂浓度高于集电区。如果给发射结加上正向电压，发射区就可以注入大量的载流子到基区，这些载流子将迅速扩散到集电结的边缘。第二，集电结的面积比发射结的面积大，便于收集到达集电结边缘的载流子，只要加在集电结上的反偏电压足够大，就可以收集到注入基区的大部分载流子而形成集电极电流。如果将两者调换使用，则集电区因掺杂浓度低，使向基区注入的载流子大为减少、而发射结面积小也不利于收集载流子，三极管的电流放大系数变得很小，通常由此可见，三极管作为放大元件使用时，集电极和发射极是不可以调换便用的。 3 前面讨论了三极管的集电结和发射结在结构上的区别以及它们各自的作用。试问如果将加于集电结的反相偏置电压改为正向偏置电压，是否对收集发射区注入到基区的载流子更加有利？答：这里需要指出的是：发射区的多数载流子注入到基区后就成为了基区的少数载流子。通常将注入基区的这部分少子称为非平衡少数载流子。例如，NPN型三极管在发射结正偏电压（VbeO）作用下，使发射区（N区）的多数载流子电子到达基区（P区），即成为了基区的少子。其中很小一部分与基区的空穴复合，并在基极电压作用下形成基极电流，而绝大部分迅速扩散到集电结边缘。集电结在反偏电压作用下，空间电荷区变厚，内电场加强，内电场的方向从集电区（N区）一侧指向基区（P区）一侧【参见图12l（C）】。于是，在该内电场的作用下，基区的非平衡少数载流子电子漂移过集电结，形成集电极电流。这就是集电结收集载流子的过程。显然，如果给集电结加上正向偏置，集电结的内电场将被削弱，对收集载流子是不利的。 4 穿透电流Iceo=(1+)Icbo，试分析起产生的原因答：Icbo是指发射极开路时，集电极、基极间的反向饱和电流。Iceo是指基极开路时，集电极、发射极间的反向饱和电流，又称穿透电流，其测量电路如图 1 2 5（a）所示。图125（b）示出了Iceo形成的原因。当基极开路、Vcc加在集电结和发射结上时，发射结分配有正向电压，集电结分配有反向电压。由于集电结反偏，集电区的少子空穴将漂移过集电结，其大小为Icbo。由于基极开路，这些少子就在基区积累起来。与此同时，发射区的多子电子在正偏电压作用下，扩散到基区。于是其中一部分与由集电区到达基区的空穴复合，形成大小为人。的电流，其余大部分到达集电区。根据三极管的电流分配关系集电极收集的电流为基区复合电流的产倍，于是发射极的总电流为Iceo =Icbo+Icbo=(1+)Icbo 如果在基极与发射极间串入电阻R，如图125（C）所示，则基极将部分地分流人BO，使在基区复合的电流减小，相应地，穿透电流也减小。如果令图中R的阻值趋近于零（即b�e短接），则Icbo全部从基极流出，此时的穿透电流最小，Iceo在数值上近似等于Icbo。5 为什么放大电路能把小能量的电信号放大到所要求的程度？试说明组成放大电路的基本原则。答： 能量守恒是宇宙的基本法则，但为什么用扩音机说话时，扬声器能输出比原来说话时大得多的能量呢？也就是说，扬声器不仅得到放大了的电压，也得到放大了的电流，即得到了较大的功率，这些能量来自何处呢？我们发现，如果把扩音机电源切断，扬声器将不再发声。可见，能量是电源供给的。放大电路的作用就是利用三极管的控制作用，把电源的能量转换为变化的输出量，而这些输出量的变化情况是与输入量的变化情况成比例的。因此，放大作用实质上就是一种能量控制作用，放大电路是一种能量控制部件。为了实现上述功能，不论哪种组态的放大电路，在组成时必须遵循下列原则：1要有极性连接正确的直流电源、合理的元件参数，以保证三极管发射结正偏、集电结反偏和合适的静态工作点，使三极管工作在放大区域；2有信号的输入、输出回路，也就是信号能够从放大电路的输入端加到三极管上，经过放大后又能传给放大电路的下一级或负载。以上第回条是放大电路的静态（直流）问题，第2条是动态（交涉）问题。所以任何一个放大电路都是交直流共存的电路。 6 在阻容耦合放大电路中，耦合电容有何作用？若耦合电容采用电解电容，其极性应如何安排？答：耦合电容具有“隔离直流，传送交流”的作用。它的这个作用，既可以使放大电路中的直流成分不和信号及负载（或下一级放大电路）发生联系。便于设置和稳定静态工作点，又可以使信号顺利地传递过去。现以图2·l·4（a）和（b）电路中的C。为例说明耦合电容隔直传交作用。在静态时，Vi=0，C2两端电压处于稳态，则流过它的电流为零，故Rl两端的电压为零，显然，此时C2两端的电压Vc2=vce=Vce，这是电容的隔离直流作用，如图214（a）所示。在动态时，Vi<>0，此时vCE=Vce+vce。vCE中包含了交流分量vce，由于C2的数值较大（一般低频放大器约为几微法），以至在vCE。变化过程中，C2两端的电压基本上维持不变，即vc2=Vce，那么在Rl两端的电压为vce，这就体现了C2传送交流的作用，如图214（b）所示。由于电容两端的电压在静态和动态时基本维持不变（vc2=Vce）故电容极性决定于静态时电容两端电位的高低，即电位高的一端接电解电容的正极，电位低的一端接电容的负极。根据这个原则，图214（a）、（b）和（c）所示放大电路的耦合电容C1和C2的极性已分别在图中标注。对于图214（d）所示电路中的耦合电容C2的极性如何确定呢？首先要确定Vc1和Vb2电位的高低，若从Vc1Vb2，则C2的正极接T1的集电极，负极接T2的基极；若Vc1<Vb2则接法与上述相反。射极旁路电容Ce的极性接法与上述原则相同，如图2.1.4（d）所示。 7 PN结具有单向导电性，为什么交流信号能在三极管放大电路中全波导通并获得放大？若已知图215（a）所示共射放大电路的输入电压vi为正弦波形试定性画出vBE,iB,ic,vCE和v0的波形。答任何一个能正常工作的放大电路都具有适当的直流偏置，它保证了输入信号不论在正半月时还是在负半月时，三极管的发射结始终是正向偏置，集电结是反向偏置。例如，图215（a）所示共射放大电路，在静态时（vi=0），由于适当的直流偏置，使放大电路中产生了直流量VBE,IB,IC,VCE，其波形如图2·l·5（b）所示。在动态时，放大电路输入端加入了正弦输入信号vi此时加在三极管基射极电压为vBE=-VBE+vi，在一般情况下，vi<|VBE|，且两者之差大于死区电压，故保证了三极管发射结始终正向偏置，信号在正、负半周时均有iBO，三极管在信号的整个周期内均导通因此，放大电路输出端就可得到完整的被放大了的信号波形。上述物理过程是vi-vBE-iB-iC-vCE-v0其波形如图 2· l· 5（b）所示。由波形图可见：放大状态下的vBE、iB、ic和vCE均由静态的直流量和动态的交流量两部分相加而成，其中，交流量都是在直流量的基础上变化，说明了放大电路中交直流共存的现象，并且各交流量的幅值均小于直流量的值，保证了三极管在信号整个周期内导通。此外，从波形图中还可见：v。与vi相位相差18O度，输出信号与输入信号相位相反是共射放大电路的一个重要特性。8 前面讨论的放大电路的电源是直流电源而图2.1.6（a）是一个采用正弦交流电源vc作为集电极回路电源的放大电路，设该电路输人信号vbe的频率与vc频率相同，试问输出电压vo的波形如何？答：图216（a）所示电路是相敏放大电路，电路中集电极回路的电源vc相当于一般放大电路中的电源Vcc，通常|vc|>|vbe|，当vbe和vc满足一定的相位关系时，该电路具有放大作用。现分析如下：当vbe和vc同相时见图216(b）：在 0期间，vbe和vc均为正半周，此时三极管T发射结和二极管D均处于反向偏置，故ib=0,ic=0，输出电压v0=0；在-2期间，vbe和vc均为负半周，此时。三极管T发射结和二极管D均处于正向偏置，vbe产生电流ib，经放大后为ic，在负载Rl上就可得到v0=Rl*ic，波形如图216（5）所示(忽略二极管和三极管的导通压降）。当vbe和vc反相时见图216(c)，在0期间，vc为正半周。二极管D处于反向偏置，故icO，v0O；在2期问，vbe为负半周，三极管T发射结处于反向偏置，故ib=0,ic=0,v0=0。由于该电路输出电压的大小和极性，决定于信号电压和电源电压两者之间的相位关系，也就是对输入信号的相位敏感，故该电路称相敏放大电路常用在随动系统和自动测量系统中。 9 什么是放大电路的静态分析？静态分析时依据什么电路？答：任何一个放大电路都是交、直流共存的电路。静态，是指放大电路不加输入信号（Vi=0）时的工作状态。它是保证三极管正常放大的基础，此时放大电路中只有直流电源作用，各处的电压和电流都是直流量。静态分析是确定放大电路在静态时，三极管各极的直流电流和各极间的直流电压：IBQ、 VBEQ、 ICQ和ICEQ，这些量决定了放大电路的静态工作点Q，Q点可以由估算法求得，也可以由图解法确定。进行静态分析的电路是放大电路的直流通路，它是将放大电路中的电容看作开路，电感（如果有的话）看作短路后所得出的电路。路。 10 图 224（a）所示电路是能稳定静态工作点的射极偏置电路。若已知：Vcc=12V，Rb2=3k，Re=1k，Rc=2k，三极管为硅管，=50，欲使VCE=6V，问基极上偏流电阻R。；应取多大？此时IBQ和ICQ各为多少？解：本电路的工作条件是I1（510）IB VB=（35）VBE在上述条件下，可求得基极电位与管子参数无关而基本固定，进而确定了IE和IC，有因此，对于这种电路，分析Q点的思路将不再同于例223（即由IB-IC），而是遵循如下顺序： VB-VE-IE(IC) IB VCE本题具体内容是已知静态工作点Q点中的部分量（如VCEQ）和部分电路参数，求Q点中的未知量（IBQ，ICQ）和未知的电路参数（上偏流电阻）。它是静态工作点计算中的一种倒序求解题，因此，解题顺序是：VCE-Ic-VE-VB-I1-Rbl。首先作出图224（a）所示电路的直流通路如图 224（b）所示。据直流通路可知：因为 所以 对放
