电子电路笔记----基本放大电路--半导体三极管

电子电路笔记---基本放大电路--半导体二极管

2.1 三极管的结构及类型

半导体三极管是由两个背靠背的PN结构成的，在工作过程中，两种载流子（电子和空穴）都参与导电，故又称为双极性晶体管，简称晶体管或三极管。

两个PN结，把半导体分成三个区域，这三个区域的排列，可以是N-P-N，也可以是P-N-P。因此，三极管有两种类型：NPN型或PNP型。

2.2 电流分配和电流放大作用

（1）产生放大作用的条件

内部：a) 发射区杂质浓度 >> 集电区 >> 基区

b) 基区很薄

外部：发射结正偏，集电结反偏

（2）三极管内部载流子的传输过程

a）发射区向基区注入电子，形成发射极电流iE

b）电子在基区中的扩散与复合，形成基极电流iB

c）集电区收集扩散过来的电子，形成集电极电流iC

（3）电流分配关系：iE = ic+iB

实验表明Ic比IB大数十至数百倍。因而有IB虽然很小，但对IC有控制作用，IC随IB的改变而改变，即集电极电流较小的变化可以引起集电极电流较大的变化，表明基极电流对集电极具有小量控制大量的作用，这就是三极管的电流放大作用。

2.3 三极管的特性曲线

1、输入特性曲线与二极管类似

2、输出特性曲线

放大区：发射极正向偏置，集电极反向偏置 Vc > Vb > Ve $iC = \ss iB$

截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置 Vc>Ve >= Vb iB ≤ 0，iC≈0

饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置Vb > Vc > Ve iB>0,uBE>0, uCE ≤ uBE

此时 iC ≠ βiB

2.4 三极管的主要参数

1、电流放大系数 β ： iC= β iB

2、极间反向电流 iCBO、iCEO：iCEO = （1+β）iCBO

3、极限参数

（1）集电极最大允许电流ICM：β下降到额定值的2/3时，所允许的最大集电极电流；

（2）反向击穿电压U(BR)CEO：基极开路时，集电极、发射极间的最大允许电压。

（3）集电极最大允许功耗Pcm；

2.5 三极管单管放大电路

放大的实质：用较小的信号去控制较大的信号。

2.5.1 发射极基本放大电路的组成及工作原理

（1）晶体管V。放大元件，用基极电流iB控制集电极电流iC

（2）电源Ucc和UBB，使晶体管的发射结正偏。集电极反偏，晶体管处于放大状态，同时也是放大电路的能量来源，提供电流iB和iC，UCC一般在几伏到十几伏之间，

（3）偏置电阻RB，用来调节基极偏置电流IB，使晶体管有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。

（4）集电极负责电流RC，将集电极电流iC的变化转换为电压的变化，已获得电压放大，一般为几千欧。

（5）电容C1、C2。用来传递交流信号，起到耦合的作用。同时，又使放大电路和信号源及负载及负载间直流相隔离，起隔直作用。为了减小传递信号的电压损失，C1、C2应选得足够大，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容。

发射极放大电路的实用电路

5.5.2 共发射极基本放大电路的静态分析

静态是指无交流信号输入时，电路中的电流、电压都不变的状态，静态时三极管各极电流和电压值称为静态工作点Q(主要指IBQ、ICQ和UCEQ）。静态分析主要是确定放大电路中的静态值IBQ、ICQ和UCEQ、

1、估算法

直流通路：耦合电容可视为开路。

2、图解法

图解步骤：

（1）用估算法求出基极电流IBQ（如40uA）。

（2）根据IBQ在输出特性曲线中找到对应的曲线。

（3）作直流负载线。根据集电极电流IC与集、射间电压Uce的关系式UCE= Ucc - IcRc 可画出一条直线，该直线在纵轴上的截距为Ucc / Rc，在横轴上的截距为Ucc，其斜率为 - 1 / Rc，只与集电极负载电阻Rc有关，称为直流负载线。

（4）求静态工作点Q，并确定Uceq、Icq的值，晶体管的Icq和Uceq即要满足Ib = 40uA的输出特性曲线。又要满足直流负载线，因而晶体管必然工作在它们的交点Q，该点就是静态工作点。由静态工作点Q便可在坐标上查得静态Icq和Uceq

2.5.3 共发射极基本放大电路的动态分析

动态是指有交流信号输入时，电路中的电流、电压随输入信号作相应变化的状态，由于动态时放大电路是在直流电源Ucc和交流输入信号ui共同作用下工作，电路中的电压uCE、电流iB和iC均包含两个分量。

交流通路：（ui单独作用下的电路），由于电容C1、C2足够大，容抗近似为零（相当于短路），直流电源Ucc去掉（短路）。

1、图解法

图解步骤：

（1）根据静态分析方法，求出静态工作点Q。

（2）根据ui在输入特性上求出uBE和iB

（3）作交流负载线。

（4）由输出特性曲线和交流负载线求iC和uCE

从图解分析过程，可得出如下几个重要结论：

（1）放大器中的各个量uBE，iB，iC和uCE都由直流分量和交流分量两部分组成。

（2）由于C2的隔直作用，uCE中的直流分量Uceq被隔开，放大器的输出电压uo等于uCE中的交流分量uce，且与输入电压ui反相。

（3）放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之比或有效值之比求出，负载电阻Rl越小，交流负载电阻Rl·也越小，交流负载线就越陡，使Uom减小，电压放大倍数下降。

（4）静态工作点Q设置得不合适，会对放大电路的性能造成影响。若Q点偏高，当ib按正弦规律变化是，Q`进入饱和区，造成ic和uce的波形与ib（或ui）的波形不一致，输出电压uo（即uce）的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若Q点偏低，则Q``进入截止区，输出电压uo的正半周出现平顶畸变，称为截止失真，饱和失真和截止失真统称为非线性失真，

2、微变等效电路法

（1）基本思路

把非线性元件晶体管所组成的放大电路等效成一个线性电路，就是放大电路的微变等效电路，然后用线性电路的分析方法来分析，这种方法称为微变等效电路分析法。等效条件是晶体管在小信号在小信号（微变量）情况下工作。这样就能在静态工作点附近的小范围内，用直线段近似地代替晶体管的特性曲线。

（2）晶体管微变等效电路

输入特性曲线在Q点附近的微小范围内可以认为是线性的，当uBE有一微小变化△Ube时，基极电流变化△Ib，两者的比值称为三极管的动态输入电阻，用rbe表示，即：

输出特性曲线在放大区域内可认为呈水平线，集电极电流的微小变化△Ic仅与基极电流的微小变化△Ib有关，而与电压uce无关，故集电极和发射极之间可等效为一个受ib控制的电流源，即：

（3）放大电路微变等效电路

①

①电压放大倍数

式中RL'=RC//RL。当RL=∞（开路）时

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