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第4章 晶体三极管及其放大电路本章主要内容：l 晶体三极管的工作原理l 放大电路的组成原则l 放大电路的分析方法l 放大电路的三种组态l 放大电路的频率响应4.1 晶体三极管一、晶体三极管的结构、类型、内部载流子运动过程1、 结构、名称：2、 类型：3、 典型条件下内部载流子运动过程：条件：发射结正偏，集电结反偏(1)发射区发射多子：因发射结正偏，发射区的多子（电子）向基区扩散（基区的多子亦向发射区扩散，但因基区多子浓度很低，此部分可忽略不计），并形成发射区、发射极电流（IEN，扩散电流）2)多子在基区的扩散与复合：发射区扩散的多子存在浓度差，继续向集电结扩散，在此过程中，少部分与基区的少子（空穴）复合，在基极外电压作用下，补充复合的空穴，形成基极电流（IBN），因基区很窄，此电流亦很小；剩下的大部分扩散到集电结附近3)集电区收集多子：因集电结反偏，在此外加的反向电压的作用下，扩散来的多子（电子）漂移到集电区（集电区的少子亦漂移到基区，但集电区浓度较低，形成的电流亦较小），形成集电区、集电极的主要电流（ICN，漂移电流）二、三极管的电流放大特性1、 近似条件下的电流关系：忽略基区的扩散电流、集电区的漂移电流，则：，，，则：。

若将三极管看作一个电流节点，依KCL：定义：直流电流放大系数： 2、 考虑集电区漂移情况下的电流关系：若考虑集电结反偏、集电区的少子漂移产生的电流ICBO（仍忽略基区的扩散电流），则： ，仍符合KCL ，根据此式，有如下结论：(1)若忽略ICBO，则(2)令IB=0，即基极开路，则：，，其物理意义是：在基极开路，集电极与发射极外加反向电压时，C-E间仍有电流，定义此电流为ICEO，并称其为穿透电流其形成原理如下：A．在集电极与发射极间外加反向电压的情况下，相当于两个PN结串联，发射结正偏，集电结反偏，发射区向基区发射多子（电子），集电区向基区漂移少子（空穴）；B．发射区扩散到基区的多子（电子）在扩散过程中与基区的多子（空穴）复合，此时，由于基极开路，由集电区漂移到基区的少子（空穴）填补了为维持基区电荷平衡所需的多子（空穴），形成ICBO，即；另外大部分被集电结的反向电场拉向集电区，形成ICNC．根据的定义，，而此时的，故，依此可得：3、 三极管的电流放大特性：(1)直流状态下：，即较小的基极电流对应于较大的集电极电流2)交流状态下： 定义：为交流电流放大系数，在输入交流信号为小信号时，，因此，通常不对二者区分。

3)三极管的电流放大特性：共发射极组态下，三极管较小的基极电流或电流变化，引起较大的集电极电流或集电极电流变化（主要强调后者）4)共基极组态电流放大系数：定义：直流： 交流：，通常：根据，可得： ，显然，，若远大于1，则三、三极管的伏安特性曲线及其工作区1、 输入特性：2、 输出特性：3、 输出特性的三个工作区(1)截止区：，， 此时，因发射结反偏（或虽然正偏但外加电压小于开启电压），集电结反偏，形成很小的ICEO2)放大区：，此时，发射结正偏，集电结反偏，处于正常的电流放大状态IB的小变化引起IC的大变化3)饱和区：，此时，两结均正偏，表现为IC不仅与IB有关，亦与UCE有关，IC随IB、UCE的较小变化发生较大变化，解释如下：A．保持IB不变，改变UCE：当由放大区开始，逐步减小UCE时，集电结的反偏电压逐步减小，对发射区扩散来的多子的电场力逐步减小，IC逐步减小，当使UBC为0时，此时的状态称为临界饱和状态（IC与IB间仍维持β关系），过此状态后，集电结开始正偏，阻碍发射区扩散来的多子，IC急剧减小（虽然集电子区的多子此时可扩散到基区形成一定电流，但因集电区掺杂浓度不高，此电流变化不明显）。

B．保持UCE不变，改变IB：在保持UCE不变且维持集电结正偏的情况下，若需改变IB，需改变UBE，UBE越小，IB越小，UBC越大，集电结的正偏电压越高，阻碍力越大，IC越小四、三极管的主要参数1、 直流参数：(1)共射直流放大系数(2共基直流放大系数(3)极间反向电流 2、 交流参数：(1)共射交流放大系数(2)共基交流放大系数(3)特征频率fT：当信号频率升高到一定程度时，β会下降且产生相移，即β是信号频率的函数，记作；使下降到1时对应的信号频率称为三极管的特征频率3、 极限参数：(1)最大集电极耗散功率PCM(2)最大集电极电流ICM(3)极间反向击穿电压U（BR）CBO、U（BR）CEO、U（BR）EBO五、温度对三极管参数及性能的影响1、 温度对ICBO的影响：温度每升高10oC，ICBO增加一倍；硅管比锗管的温度稳定性好2、 温度对输入特性的影响：温度升高，输入曲线左移——在相同UBE的情况下，IB增大3、 温度对输出特性的影响：温度升高，输出曲线整体上移，且间隔加大——在相同IB情况下，ICEO、β增大4.2 放大电路的组成与工作原理一、基本共射放大电路的组成与工作原理1、 组成及各器件作用：（1） 三极管：使其工作于放大区，实现电流放大。

2） 基极偏置电阻：为基极提供合适的电源，使发射结正偏；提供小信号输入通道3） 集电极负载电阻：为集电极提供合适电源，使集电结反偏；将iC的变化转换大幅度的电压变化，实现电压放大2、 静态工作点及其设置必要性：（1） 概念：在输入信号为0时，基极电流、集电极电流、B-E间电压、C-E间电压值称为静态工作点，分别表示为：IBQ、ICQ、UBEQ、UCEQ2） 求法： （3） 设置静态工作点的必要性：保证在输入信号较小或输入信号为负时，发射结均处于正偏状态，集电结均处于反偏状态3、 工作原理：在VBB与输入小信号共同作用下（以正弦信号为例，rbe为交流状态下基极-发射极间的动态电阻）：（1） 输入信号引起iB微变： （2） 三极管电流放大，iC发生大变化： （3） 集电极负载将大变化的电流转换为大变化、但反相的电压变化：二、常见的实用单管（级）共射放大电路1、 电路改进：（1） 单电源供电（2） 信号源与输出共同接地（3） 根据需要，可在输入、输出端加电容——隔直流、通交流2、 静态工作点的计算：（1） a图： （2） b图： 4.3 放大电路的分析方法一、放大电路的直流通路与交流通路1、 直流通路：指放大电路在只有直流电源作用、没有交流信号作用的情况下，电路各处的直流电流通路。

主要用于分析、计算静态工作点电容：开路处理；电感：短路处理；信号源：为0但保留内阻2、 交流通路：指放大电路在只有交流信号作用、没有直流电源的情况下，电路各处的交流电流通路主要用于分析电路在信号作用下的动态情况电容：短路处理；电感：开路处理；直流电源：作为恒压源处理——短路二、图解分析法（简介）1、 静态分析（只有直流电源作用，无输入信号作用）：（1） 输入回路方程：，将该直线画于输入特性曲线图上，其交点即为输入回路的静态工作点此直线称为输入回路直流负载线2） 输出回路方程：，将该直线画于输出特性曲线图上，直线与相应IB值所对应的曲线交点即为输出回路的静态工作点此直线称为输出回路直流负载线3） 可分析温度变化对静态工作点的影响：2、 动态分析（只有交流输入信号作用）：（1） 输入回路方程：，根据输入的交流信号及其变化范围，找出直流负载线与输入曲线交点的变化范围，再求出iB的变化范围2） 输出回路方程：与静态时的直流负载线相同，故也称为交流负载线根据的iB变化范围，找出交流负载线与输出曲线交点的变化范围，再求出iC、uCE的变化范围3） 可求解电路的电压放大倍数；可进行失真分析：截止失真——因静态工作点位置过低，靠近截止区，而导致输出电压信号正半周失真。

饱和失真——因静态工作点位置过高，靠近饱和区，而导致输出电压信号负半周失真3、 图解法的优缺点：（1） 优点：直观，易于理解，适合于静态工作点的定性分析、失真问题的定性分析，尤其适用于非小信号时——功率放大器的分析2） 缺点：不准确，过程繁琐三、等效电路分析法1、 三极管的直流等效模型：（1） 输入回路：若将UBE作为一个常量，则B-E间可等效为一个理想二极管与恒压源UBE的串联2） 输出回路：根据，C-E间可等效为一个理想二极管与恒流源的串联2、 三极管的交流等效模型：（1） 根据输入、输出特性求三极管的h参数： （2） 各h参数的物理意义：h11——在UCE为常量时，B-E间的动态电阻，记作rbe，近似计算时可取1KΩ左右h12——在IB为常量时，uCE的变化对uBE的影响，称为内反馈系数，此值通常很小h21——在UCE为常量时，iC与iB变化量的比值——βh22——在IB为常量时，C-E间动态电导，记作1/rcerce通常为几百KΩ以上3） 输入/输出回路的h参数表达式（变化量用正弦信号代替）：（4） 三极管的h参数等效模型：A．完整模型： 输入回路等效为rbe与受控源的串联；输出回路等效为电阻rce与受控源的并联。

， 根据，，，所以，B．简化模型： 通常，h12很小，rce很大，均将其忽略，则： 输入回路等效为rbe；输出回路等效为受控源3、 放大电路的动态参数及其求解：（1） 求解电压放大倍数：（2） 求解输入/输出电阻：A． 输入电阻Ri：去掉信号源与负载，将放大电路看作成一个输入端口的二端口网络，在放大电路输入端口所加电压与产生的电流有效值之比B． 输出电阻Ro：去掉信号源与负载，将放大电路看作成一个输出端口的二端口网络，在放大电路输出端口所加电压与产生的电流有效值之比4.4 放大电路的三种组态一、共发射极组态1、 温度对静态工作点的影响：（1）输入特性左移、输出特性上移且间隔加大2）静态工作点：温度升高时，Q点沿直流负载线上移，向饱和区靠近；温度降低时，Q点沿直流负载线下移，向截止区靠近2、 静态工作点稳定的共发射极组态放大电路：（1）方法：在发射极串接电阻（并可在其旁并接交流旁路电容）2）原理：A．合理选择Rb1、Rb2的参数，使其中的电流远大于IB，则，，与温度无关B．当温度升高时，IBQ、ICQ、IEQ升高，UE=URe增大，但因UBQ恒定，故UBEQ减小，IBQ减小，ICQ、IEQ均减小，Q点基本稳定。

3、 静态与动态分析计算：（1）静态计算： ， ， ， （2）动态计算（以未并发射极旁路电容为例）： A．，若，且，则，与温度基本无关 B． C．二、共集电极组态 1、电路结构： 信号源与信号输出共集电极（地），基极输入、发射极输出仍须保证：发射结正偏，集电结反偏 2、静态计算与分析： 3、动态计算与分析： 仍使用三极管的h参数等效模型——B-E间用rbe代替，C-E间用受控源代替A． 电压放大倍数：，，若β>>1，，则，称此电路为射极输出器、射极跟随器B． 输入电阻：，远大于共发组态输入电阻——优——从信号源取得的信号大C． 输出电阻：， ， 与共射电路比较，很小——优。