晶体管基本放大电路之动态分析
动态分析
在放大电路的输入端加上输入信号后，就需要知道经过放大电路后信号被放大了多少，以及这个电路对前面的信号源产生了什么影响，对后面的负载又有什么要求?这些量的分析称为放大电路的动态分析。
放大电路的实际输人信号并非是单一频率的正弦波，往往没有特定的规律。但这种信号可以看成是由许多不同幅值、ATMEL代理商不同频率的正弦波叠加而成的，所以在调试或测试放大电路时通常都用正弦信号作输入信号。
在放大电路的输入端加入正弦输入信号后，电路中的各电压和电流都会在原来静态值的基础上叠加一个交流量。为了区分电压、电流中的直流分量、交流分量和交直流总量，需要用不同的符号表示，表1给出了放大电路中电压和电流的符号约定。
动态分析的任务是要求出放大电路的电压放大倍数、放大电路的输入电阻和输出电阻，一般也有两种方法，即图解法和估算法(微变等效电路分析法)。在这里我们只介绍估算法。用估算法对放大电路进行动态分析的前提是输入信号比较小，放大电路一定工作在放大区，由前面讨论知，在放大区，输出电流与输入电流呈线性关系，所以可以用线性电路的分析方法，计算各电压、电流值。在分析电路之前，首先作出放大电路的交流通路。画交流通路的原则是C1、c2对交流分量可视为短路，直流电
源yc的内阻很小，对交流也可视为短路。据此画出放大电路的交流通路，如
图2所示。对交流信号来说，从输入端看进去，晶体管的发射结可等效为一个电阻吨 (52)，称作品体管的输入电阻，它的值在选定了合适的静态值以后i可以用以下的经验方式进行估算，即
式中的JB、入(单拉均为MA)都是静态值。由式可见，RB和JB、JE及A有密切关
系。如果已知JB、JG(JE、JR)和p就可以计算出RB的值。—般RK的值约为几百
欧到几千欧。常用的小功率晶体管，当人＝1—2rnJ＼时，儿约为1h1左右。
必须指出的是，RB是动态电阻，是对变化的信号表现的电阻，所以又称交
流电阻，只能用它对变化的佰号进行计算、而绝不能用它来计算直流佰。
出品体管的输出特性曲线可知，在放大区个集电极电流几乎与UU无关，
而只受基极电流的控制。因此，在放大电路的输出回路中，晶体管可以看成
是一个受控电流源，其中输出电流IC由输入电流JL决定，并与其呈线性关系，
即4＝邱M
据此可画出的电路更利于我们分析交流电路，即微变等效电路。在工程
上常用的品体管的微变等效电路及放大电路的微变等效电路如图3所示。
，
根据放大电路的微变等效电路，ATMEL代理可求出放大电路的电压放大倍数Au、输
入电阻的ri和输出电阻人。
电压放大倍数A。的计算当输入信号为正弦员时，微变等效电路图
中各电压、电流量均为正弦员，计算时一般用其有效炮相量来表示。wxq$#
详解经典三极管基本放大电路 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP 两种。我们仅以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明一下三极管放大电路的基本原理。 图1：三极管基本放大电路 下面的分析仅对于NPN型硅三极管。如上图所示，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话)，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1，例如几十，几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式U=R*I 可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因。首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管)，基极电流必须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管，常取0.7V)。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于0.7V时，基极电流都是0)。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流(叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻)，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了)。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小;当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。 下面说说三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制(Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压)，集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0(这叫做三极管截止)，相当于开关断开;当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。 如果我们在上面这个图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。如果基极电流比较大时(大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数β)，三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加(在三极管未饱和之前)。
第二章晶体管及放大电路基础一、教学要求 知识点 教学要求 学时掌握理解了解 晶体管晶体管的结构√电流分配与放大作用√√ 晶体管的工作状态、伏安特性及主要参数√√ 放大电路基础放大电路的组成原则及工作原理√ 放大电路的主要技术指标√ 放大电路 的分析方法 图解法√ 静态工作点估算法√ 微变等效电路法√ 三种基本放大电路比较√ 静态工作点的选择与稳定√√多极放大电路 耦合方式及直接耦合电 路的特殊问题 √ 分析计算方法√ 放大电路的频率响 应 频率响应的基本概念√√ 频率响应的分析计算方 法 √√ 本章的重点是： 晶体管的伏安特性、主要参数；放大电路的组成原则及工作原理、静态工作点的近似估算法、主要动态指标的微变等效电路分析法、静态工作点的选择与稳定、三种基本放大电路的特点；放大电路频率响应的基本概念及分析计算方法。
本章的难点是： 放大电路频率响应的基本概念及分析方法。 三、教学内容 2.1晶体管 1. 晶体管的结构及类型 晶体管有双极型和单极型两种，通常把双极型晶体管简称为晶体管，而单极型晶体管简称场效应管。 晶体管是半导体器件，它由掺杂类型和浓度不同的三个区（发射区、基区和集电区）形成的两个PN结（发射结和集电结）组成，分别从三个区引出三个电极（发射极e、基极b和集电极c）。 晶体管根据掺杂类型不同，可分为NPN型和PNP型两种；根据使用的半导体材料不同，又可分为硅管和锗管两类。 晶体管内部结构的特点是发射区的掺杂浓度远远高于基区掺杂浓度，并且基区很薄，集电结的面积比发射结面积大。这是晶体管具有放大能力的内部条件。 2. 电流分配与放大作用 晶体管具有放大能力的外部条件是发射结正向偏置，集电结反向偏置。在这种偏置条件下，发射区的多数载流子扩散到基区后，只有极少部分在基区被复合，绝大多数会被集电区收集后形成集电极电流。通过改变发射结两端的电压，可以达到控制集电极电流的目的。 晶体管的电流分配关系如下： 其中电流放大系数和之间的关系是=/(1＋)，=/（1－）；I CBO是集电结反向饱和电流，I CEO是基极开路时集电极和发射极之间的穿透电流，并且I CEO=(1＋)I CBO。 在放大电路中，通过改变U BE，改变I B或I E，由ΔI B或ΔI E产生ΔI C，再通过集电极电阻R C，把电流的控制作用转化为电压的控制作用，产生ΔU O=ΔI C R C。实质上，这种控制作用就是放大作用。 3. 晶体管的工作状态 当给晶体管的两个PN结分别施加不同的直流偏置时，晶体管会有放大、饱和和截止三种不同的工作状态。这几种工作状态的偏置条件及其特点如表2.1所列。 表2.1 晶体管的三种工作状态 工作状态直流偏置条件各电极之间的电位关系特点
一、填空题 1．射极输出器的主要特点是电压放大倍数小于而接近于1，输入电阻高、输出电阻低。 2．三极管的偏置情况为发射结正向偏置，集电结反向偏置时，三极管处于饱和状态。 3．射极输出器可以用作多级放大器的输入级，是因为射极输出器的输入电阻高。 4．射极输出器可以用作多级放大器的输出级，是因为射极输出器的输出电阻低。 5．常用的静态工作点稳定的电路为分压式偏置放大 电路。 6．为使电压放大电路中的三极管能正常工作，必须选择合适的静态工作点。 7．三极管放大电路静态分析就是要计算静态工作点，即计算、、三个值。 8．共集放大电路（射极输出器）的集电极极是输入、输出回路公共端。 : 9．共集放大电路（射极输出器）是因为信号从发射极极输出而得名。（） 10．射极输出器又称为电压跟随器，是因为其电压放大倍数电压放大倍数接近于1 。 11．画放大电路的直流通路时，电路中的电容应断开。
12．画放大电路的交流通路时，电路中的电容应短路。 13．若静态工作点选得过高，容易产生饱和失真。 14．若静态工作点选得过低，容易产生截止失真。 15．放大电路有交流信号时的状态称为动态。 16．当输入信号为零时，放大电路的工作状态称为静态。 17．当输入信号不为零时，放大电路的工作状态称为动态。 18．放大电路的静态分析方法有估算法、图解 法。 （ 19．放大电路的动态分析方法有微变等效电路法、图解法。 20．放大电路输出信号的能量来自直流电源。 二、选择题 1、在图示电路中，已知＝12V，晶体管的＝100，' R＝100k b Ω。当 U＝0V时，测得＝，若要基极电流＝20μA，则为kΩ。 i A A. 465 B. 565 2.在图示电路中，已知＝12V，晶体管的＝100，若测得＝
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一、组织教学（3分钟） 二、复习旧课5分钟） 三、导入新课（5分钟） 1.检查学生出勤情况、安全文明生产情况； （包括工作服，绝缘鞋等穿戴情况） 2.课前安全教育；按操作规程要求正确操作电器设备的运行。 1、复习旧知识：（1）放大电路的工作原理。 （提问：简述共发射极放大电路的工作原理。） （2）基本放大电路的工作状态分：静态和动态。 （3）静态工作点的设置。 （提问：设置静态工作点的目的是什么？） 2、启发、提出问题：（1）放大电路设置静态工作点的目的是 为了避免产生非线性失真，那么如何设置静态工作点才能避免非线性失真呢？ （2）放大器的主要功能是放大信号，那怎 样计算放大器的放大能力呢？ 引入新课题：必须学习如何分析放大电路。 课题：§2-2共发射极低频电压放大电路的分析 强调 安全用电 线 路 板 接 通 电 源 连 接 示 波 器 调 R B 观察示波器中输出电压的波形是否失真， 思考，回答 思 考 ， 回 答 讲 授 法 讲 授 法 讲 授 法 稳定课堂秩序，准备上课。 巩固已学知识，为本次课程学习新知识作铺垫。 通过实际生产中的问题引入课程内容，激发学生的求知欲望，达到更好的教学效果。 +U CC + + V C 1 C 2 R B R C u i u o 放大电路的分析方法： 近似估算法； 图解分析法 教师活动 教学方法 设计目的 教学内容与过程 学生活动
四、讲授新课（20分钟） 1、分析静态工作点的估算。 （1） 静态工作点要估算的物理量。 提问：什么是静态工作点？ 回答：当静态时，直流量I B 、I C 、U CE 在晶体管输出特性曲线上 所对应的点称为静态工作点。 提问：要确定静态工作点，必须要计算什么量？ 回答：I B 、I C 、U CE 。 （2） 计算静态工作点的解题步骤。 启发提问：怎样计算I B 、I C 、U CE 呢？ 以例2.1为例子，具体讲解静态的分析解题步骤。 ① 学生阅读例题；（例2.1） ② 画图：共发射极基本放大电路； ③ 提问：什么是直流通路？ 回答：直流电流通过的路径。 ④画出放大器的直流通路。 方法：电容视为开路，其余不变 画图：放大器的直流通路 ⑤ 计算I B ； 适度引导板书课 题 讲解 学生阅读例题； 学生自己画出直流通路 +U CC V R B R C I CQ I BQ U BEQ U CEQ
实验一BJT单管共射电压放大电路 实验报告 自动化一班 李振昌 一、实验目的 （1）掌握共射放大电路的基本调试方法。 （2）掌握放大电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻的基本分析方法。（3）进一步熟练电子仪器的使用。 二、实验内容和原理 仿真电路图
静态工作点变化而引起的饱和失真与截止失真 静态工作点的调整和测量 : 调节RW1，使Q 点满足要求(ICQ ＝。测量个点的静 态电压值 RL ＝∞及RL ＝2K 时，电压放大倍数的测量 : 保持静态工作点不变！输入中频段正弦波，示波器监视输出波形，交流毫伏表测出有效值。 装 订 线
RL＝∞时，最大不失真输出电压Vomax(有效值)≥3V : 增大输入信号幅度与调节RW1，用示波器监视输出波形、交流毫伏表测出最大不失真输出电压Vomax 。输入电阻和输出电阻的测量 : 采用分压法或半压法测量输入、输出电阻。 放大电路上限频率fH、下限频率fL的测量 : 改变输入信号频率，下降到中频段输出电压的倍。 观察静态工作点对输出波形的影响 : 饱和失真、截止失真、同时出现。 三、主要仪器设备 示波器、函数信号发生器、12V稳压源、万用表、实验电路板、三极管9013、电位器、各种电阻及电容器若干等 四、操作方法和实验步骤 准备工作： 修改实验电路 将K1用连接线短路(短接R7)； RW2用连接线短路； 在V1处插入NPN型三极管(9013)； 将RL接入到A为RL=2k，不接入为RL＝∞(开路) 。 开启直流稳压电源，将直流稳压电源的输出调整到12V，并用万用表检测输出电压。 确认输出电压为12V后，关闭直流稳压电源。 用导线将电路板的工作电源与12V直流稳压电源连接。
二、基本放大电路及其分析方法 一个放大器一般是由多个单级放大电路所组成，着重讨论双极型半导体三极管放大电路的三种组态，即共发射极，共集电极和共基极三种基本放大电路。从共发射极电路入手，推及其他二种电路，其中将图解分析法和微变等效电路分析法，作为分析基础来介绍。分析的步骤，首先是电路的静态工作点，然后分析其动态技术指标。对于放大器来说，主要的动态技术指标有电压放大倍数、输入阻抗和输出阻抗。 2.1.共射极基本放大电路的组成及放大作用 在实践中，放大器的用途是非常广泛的，它能够利用三极管的电流控制作用把微弱的电信号增强到所要求的数值，为了了解放大器的工作原理，先从最基本的放大电路学习： 图2.1称为共射极放大电路，要保证发射结正偏，集电极反偏Ib=（V BB-V BE）/Rb，对于硅管V BE约为0.7V左右,锗管约为0.2V左右,I B=(V BB-0.7)/Rb这个电路的偏流I B决定于V BB 和Rb的大小,V BB和Rb一经确定后,偏流I B就固定了,所以这种电路称为固定偏流电路,Rb又称为基极偏置电阻,电容Cb1和Cb2为隔直电容或耦合电容,在电路中的作用是“传送交流,隔离直流”,放大作用的实质是利用三极管的基极对集电极的控制作用来实现的. 上图是共射极放大电路的简化图,它在实际中用得比较多的一种电路组态,放大电路的主要性能指标，常用的有放大倍数、输入阻抗、输出阻抗、非线性失真、频率失真以及输出功率和效率等。对于不同的用途的电路，其指标各有侧重。 初步了解放大电路的组成及简单工作原理后，就可以对放大电路进行分析。主要方法有图解法和微变等效法。 2.2.图解分析法 2.2.1.静态工作情况分析 当放大电路没有输入信号时，电路中各处的电压，电流都是不变的直流，称为直流工作状态简称静态，在静态工作情况下，三极管各电极的直流电压和直流电流的数值，将在管子的特性曲线上确定一点，这点称为静态工作点，下面通过例题来说明怎样估算静态工作点。 解:Cb1与Cb2的隔直作用,对于静态下的直流通路,相当于开路,计算静态工作点时,只需考虑图中的Vcc、Rb、Rc及三极管所组成的直流通路就可以了，I B=（Vcc－0.7）/Rb （I C=βI B+I CEO ） I C=βI B，V CE=V CC－I C R C 如已知β，利用上式可近似估算放大电路的静态工作点。 2.2.2.用图解法确定静态工作点 在分析静态工作情况时,只需研究由V CC、R C、V BB、Rb及半导体三极管所组成的直
3.2 基本放大电路的分析方法 3.2.1 放大电路的静态分析 放大电路的静态分析有计算法和图解分析法两种。 （1）静态工作状态的计算分析法 根据直流通路可对放大电路的静态进行计算 (03.08) I C= I B (03.09) V CE=V CC－I C R c (03.10) I B、I C和V CE这些量代表的工作状态称为静态工作点，用Q表示。 在测试基本放大电路时，往往测量三个电极对地的电位V B、V E和V C即可确定三极管的工作状态。 （2）静态工作状态的图解分析法 放大电路静态工作状态的图解分析如图03.08所示。 图03.08 放大电路静态工作状态的图解分析 直流负载线的确定方法：
1. 由直流负载列出方程式V CE=V CC－I C R c 2. 在输出特性曲线X轴及Y轴上确定两个特殊点 V CC和V CC/R c,即可画出直流负载线。 3. 在输入回路列方程式V BE =V CC－I B R b 4. 在输入特性曲线上，作出输入负载线，两线的交点即是Q。 5. 得到Q点的参数I BQ、I CQ和V CEQ。 例3.1：测量三极管三个电极对地电位如图03.09所示，试判断三极管的工作状态。 图03.09 三极管工作状态判断 例3.2：用数字电压表测得V B=4.5V 、V E=3.8V 、V C=8V，试判断三极管的工作状态。 电路如图03.10所示 图03.10 例3.2电路图 3.2.2 放大电路的动态图解分析 (1) 交流负载线 交流负载线确定方法：
1.通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率为1/R L'。 2.R L'= R L∥R c，是交流负载电阻。 3.交流负载线是有交流输入信号时，工作点Q的运动轨迹。 4.交流负载线与直流负载线相交，通过Q点。 图03.11 放大电路的动态工作状态的图解分析 (2) 交流工作状态的图解分析 动画 图03.12 放大电路的动态图解分析（动画3-1）通过图03.12所示动态图解分析，可得出如下结论： 1. v i→↑ v BE→↑ i B→↑ i C→↑ v CE→↓ |-v o|↑； 2. v o与v i相位相反； 3.可以测量出放大电路的电压放大倍数； 4.可以确定最大不失真输出幅度。 (3) 最大不失真输出幅度 ①波形的失真
第2章三极管及放大电路基础 【课题】 2.1 三极管 【教学目的】 1．掌握三极管结构特点、类型和电路符号。 2．了解三极管的电流分配关系及电流放大作用。 3．理解三极管的三种工作状态的特点，并会判断三极管所处的工作状态。 4．理解三极管的主要参数的含义。 【教学重点】 1．三极管结构特点、类型和电路符号。 2．三极管的电流分配关系及电流放大作用。 3．三极管的三种工作状态及特点。 【教学难点】 1．三极管的电流分配关系和对电流放大作用的理解。 2．三极管工作在放大状态时的条件。 3．三极管的主要参数的含义。 【教学参考学时】 2学时 【教学方法】 讲授法、分组讨论法 【教学过程】 一、引入新课 搭建一个简单的三极管基本放大电路，通过对放大电路输入信号及输出信号的测试，引导学生认识三极管，并知道三极管能放大信号，为后续的学习打下基础。 二、讲授新课 2.1.1 三极管的基本结构 三极管是在一块半导体基片上制作出两个相距很近的PN结构成的。 两个PN结把整块半导体基片分成三部分，中间部分是基区，两侧部分分别是发射区和集电区，排列方式有NPN和PNP两种， 2.1.2 三极管的电流放大特性 三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量，这就是三极管的电
流放大特性。 要使三极管具有放大作用，必须给管子的发射结加正偏电压，集电结加反偏电压。 三极管三个电极的电流(基极电流B I 、集电极电流C I 、发射极电流E I )之间的关系为： C B E I I I +=、B C I I = --β、B C I I ??=β 2.1.3 三极管的特性曲线 三极管外部各极电流与极间电压之间的关系曲线，称为三极管的特性曲线，又称伏安特性曲线。 1. 输入特性曲线 输入特性曲线是指当集-射极之间的电压CE V 为定值时，输入回路中的基极电流B I 与加在基-射极间的电压BE V 之间的关系曲线。 三极管的输入特性曲线与二极管的正向伏安特性曲线相似，也存在一段死区。 2. 输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流B I 为定值时，输出电路中集电极电流C I 与集-射极间的电压CE V 之间的关系曲线。B I 不同，对应的输出特性曲线也不同。 截止区：0=B I 曲线以下的区域。此时，发射结处于反偏或零偏状态，集电结处于反偏状态，三极管没有电流放大作用，相当于一个开关处于断开状态。 饱和区：曲线上升和弯曲部分的区域。此时，发射结和集电结均处于正偏状态，三极管没有电流放大作用，相当于一个开关处于闭合状态。 放大区：曲线中接近水平部分的区域。此时，发射结正偏，集电结反偏。三极管具有电流放大作用。 2.1.4 三极管的主要参数 1. 性能参数：电流放大系数- -β、β，集电极-基极反向饱和电流CBO I ，集电极-发射极反向饱和电流CEO I 。 2. 极限参数：集电极最大允许电流CM I 、集电极-发射极反向击穿电压CEO BR V )(、集电极最大允许耗散功率CM P 。
三极管放大电路基本原理 三极管是电流放大器件，有三个极，分别叫做集电极C，基极B，发射极E。分成NPN和PNP两种。以NPN三极管的共发射极放大电路为例来说明三极管放大电路的基本原理。 以NPN型硅三极管为例，我们把从基极B流至发射极E的电流叫做基极电流Ib;把从集电极C流至发射极E的电流叫做集电极电流Ic。这两个电流的方向都是流出发射极的，所以发射极E上就用了一个箭头来表示电流的方向。 三极管的放大作用就是：集电极电流受基极电流的控制(假设电源能够提供给集电极足够大的电流的话)，并且基极电流很小的变化，会引起集电极电流很大的变化，且变化满足一定的比例关系：集电极电流的变化量是基极电流变化量的β倍，即电流变化被放大了β倍，所以我们把β叫做三极管的放大倍数(β一般远大于1，例如几十，几百)。如果我们将一个变化的小信号加到基极跟发射极之间，这就会引起基极电流Ib的变化，Ib的变化被放大后，导致了Ic很大的变化。如果集电极电流Ic是流过一个电阻R的，那么根据电压计算公式 U=R*I可以算得，这电阻上电压就会发生很大的变化。我们将这个电阻上的电压取出来，就得到了放大后的电压信号了。 三极管在实际的放大电路中使用时，还需要加合适的偏置电路。这有几个原因： 首先是由于三极管BE结的非线性(相当于一个二极管)，基极电流必 须在输入电压大到一定程度后才能产生(对于硅管，常取0.7V)。当基极与发射极之间的电压小于0.7V时，基极电流就可以认为是0。但实际中要放大的信号往往远比0.7V要小，如果不加偏置的话，这么小
的信号就不足以引起基极电流的改变(因为小于0.7V时，基极电流都是0)。如果我们事先在三极管的基极上加上一个合适的电流(叫做偏置电流，上图中那个电阻Rb就是用来提供这个电流的，所以它被叫做基极偏置电阻)，那么当一个小信号跟这个偏置电流叠加在一起时，小信号就会导致基极电流的变化，而基极电流的变化，就会被放大并在集电极上输出。 另一个原因就是输出信号范围的要求，如果没有加偏置，那么只有对那些增加的信号放大，而对减小的信号无效(因为没有偏置时集电极电流为0，不能再减小了)。而加上偏置，事先让集电极有一定的电流，当输入的基极电流变小时，集电极电流就可以减小;当输入的基极电流增大时，集电极电流就增大。这样减小的信号和增大的信号都可以被放大了。 三极管的饱和情况。像上面那样的图，因为受到电阻Rc的限制(Rc是固定值，那么最大电流为U/Rc，其中U为电源电压)，集电极电流是不能无限增加下去的。当基极电流的增大，不能使集电极电流继续增大时，三极管就进入了饱和状态。一般判断三极管是否饱和的准则是：Ib*β〉Ic。进入饱和状态之后，三极管的集电极跟发射极之间的电压将很小，可以理解为一个开关闭合了。这样我们就可以拿三极管来当作开关使用：当基极电流为0时，三极管集电极电流为0(这叫做三极管截止)，相当于开关断开;当基极电流很大，以至于三极管饱和时，相当于开关闭合。如果三极管主要工作在截止和饱和状态，那么这样的三极管我们一般把它叫做开关管。 如果我们在上面这个图中，将电阻Rc换成一个灯泡，那么当基极电流为0时，集电极电流为0，灯泡灭。如果基极电流比较大时(大于流过灯泡的电流除以三极管的放大倍数β)，三极管就饱和，相当于开关闭合，灯泡就亮了。由于控制电流只需要比灯泡电流的β分之一大一点就行了，所以就可以用一个小电流来控制一个大电流的通断。如果基极电流从0慢慢增加，那么灯泡的亮度也会随着增加(在三极管未饱和之前。 但是在实际使用中要注意，在开关电路中，饱和状态若在深度饱和时会影响其开关速度，饱和电路在基极电流乘放大倍数等于或稍大于集电极电流时是浅度饱和，远大于集电极电流时是深度饱和。因此我们只需要控制其工作在浅度饱和工作状态就可以提高其转换速度。对于PNP型三极管，分析方法类似，不同的地方就是电流方向跟NPN 的刚好相反，因此发射极上面那个箭头方向也反了过来——变成朝里
王学民说课稿 各位老师下午好： 我说课的内容是09高级电工班《电子技术》课中《2.1 共发射极基本放大电路的静态分析》。 教材分析 1、选用教材 本教材是由天津职师推荐的高等自学考试用书,北京理工大学出版社出版。全书分为模拟电路和数字电路两个部分，总体难度不大，但比较抽象，适合高职高专学校用书。《2.1 共 发射极基本放大电路的静态分析》是模拟电路的第2章半导体 三极管及放大电路基础中的一节，是高自考的一个重点内容之 一。 2、考试要求： 1）了解直流通路的概念 2）掌握阻共发射极基本放大电路的静态分析 3) 掌握静态工作点的计算 3、课题时间：1课时 学生是09级电工高级班的孩子，他们需要通过天津高等自学考试，但学生学习的积极性不高，基础薄弱，没有良好的学习习惯，自觉性和主动性较差，抽象分析问题的能力和计算能力不强。学生擅长模仿式学习、合作式学习，喜欢动手操作。在进行此课题之前已经学习了分压式偏置电路，本次课在此基础上对新电路进行学习。 教学目标 根据以上情况，我将此课教题教学目标制定如下： 一、知识与技能目标： 1、了解直流通路的概念 2、掌握电路的静态分析计算,会画直流通路 3、掌握静态工作点的计算
4、公式的综合应用能力 二、过程与方法： 通过自主学习、对比分析、合作学习等方式，通过学生的亲身参与，达到以下目标： 1、通过本次课掌握晶体管放大电路静态分析方法 2、掌握公式的推导方法 3、培养自己独立或合作解决问题的能力 4、提高自主分析问题和表达能力 三、态度与价值观： 1、激发学生对电子学习的兴趣 2、提高学生解决问题的自信心 3、增强学生的自我价值评价 4、增强学生世界观的形成 5、加强学生的纪律意识 6、提高学生的思想道德水平 教学过程 一、教学思路 放大电路的静态分析是分析放大电路的基础，也是考自考每年的必考内容之一，此次课的学习效果直接影响其它放大电路的学习。同时由于11电工高级工的学生基本没有经过筛选，学习主动性、纪律性不强，基础比较薄弱。因此在整个教学过程中注重吸引学生兴趣，调动学生积极参与学习，同时大力进行德育和纪律教育。 总的思路是：复习提问（以选择题为主）——导入（创设情境）引出共发射极基本放大电路——教师、学生动态分析——小组讨论——学生总结——例题——总结——作业 学生的学情是学生自主性差，学习、分析能力不强，如果完全采用行为导向教学法，学生可能会出现失控或完成不了课题的情况，而采用层层推进起到了引导和督促作用，也确保了每个组每一个步骤
第 2 章三极管及放大电路基础 【课题】 2.1 三极管 【教学目的】 1．掌握三极管结构特点、类型和电路符号。 2．了解三极管的电流分配关系及电流放大作用。 3．理解三极管的三种工作状态的特点，并会判断三极管所处的工作状态。 4．理解三极管的主要参数的含义。 【教学重点】 1．三极管结构特点、类型和电路符号。 2．三极管的电流分配关系及电流放大作用。 3．三极管的三种工作状态及特点。 【教学难点】 1．三极管的电流分配关系和对电流放大作用的理解。 2．三极管工作在放大状态时的条件。 3．三极管的主要参数的含义。 【教学参考学时】 2 学时 【教学方法】 讲授法、分组讨论法 【教学过程】 一、引入新课 搭建一个简单的三极管基本放大电路，通过对放大电路输入信号及输出信号的测试，引 导学生认识三极管，并知道三极管能放大信号，为后续的学习打下基础。 二、讲授新课 2.1.1 三极管的基本结构 三极管是在一块半导体基片上制作出两个相距很近的PN结构成的。 两个 PN结把整块半导体基片分成三部分，中间部分是基区，两侧部分分别是发射区和集电区，排列方式有NPN和 PNP两种， 2.1.2 三极管的电流放大特性 三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量，这就是三极管的电
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流放大特性。 要使三极管具有放大作用，必须给管子的发射结加正偏电压，集电结加反偏电压。 三极管三个电极的电流( 基极电 流 I B、集电极电 流 I C、发射极电 流 I E ) 之间的关系 为： I E I B I C 、I C、I C I B I B 2.1.3 三极管的特性曲线 三极管外部各极电流与极间电压之间的关系曲线，称为三极管的特性曲线，又称伏安 特性曲线。 1.输入特性曲线 输入特性曲线是指当集- 射极之间的电压V CE为定值时，输入回路中的基极电流I B与加 在基 - 射极间的电压V BE之间的关系曲线。 三极管的输入特性曲线与二极管的正向伏安特性曲线相似，也存在一段死区。 2.输出特性曲线 输出特性曲线是指当基极电流I B为定值时，输出电路中集电极电流I C与集 - 射极间的 电压 V CE之间的关系曲线。I B不同，对应的输出特性曲线也不同。 截止区： I B 0 曲线以下的区域。此时，发射结处于反偏或零偏状态，集电结处于反 偏状态，三极管没有电流放大作用，相当于一个开关处于断开状态。 饱和区：曲线上升和弯曲部分的区域。此时，发射结和集电结均处于正偏状 态，三极管没有电流放大作用，相当于一个开关处于闭合状态。 放大区：曲线中接近水平部分的区域。此时，发射结正偏，集电结反偏。 三极管具有电流放大作用。 2.1.4 三极管的主要参数 1. 性能参数：电流放大系数、，集电极 - 基极反向饱和电流I CBO，集电极 - 发射极反向饱和电流I CEO。 2. 极限参数：集电极最大允许电流I CM、集电极 - 发射 极反向击穿电压V(BR ) CEO、集电
基本共射极放大电路电路分析 基本共射放大电路 1.放大电路概念：基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电路。 a.放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。 b.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。 2.电路组成:(1)三极管T; (2)VCC：为JC提供反偏电压，一般几~几十伏; (3)RC：将IC的变化转换为Vo的变化，一般几K~几十K。 VCE=VCC-ICRC RC，VCC同属集电极回路。 (4)VBB：为发射结提供正偏。 (6)Cb1，Cb2：耦合电容或隔直电容，其作用是通交流隔直流。 (7)Vi：输入信号 (8)Vo：输出信号 (9)公共地或共同端，电路中每一点的电位实际上都是该点与公
共端之间的电位差。图中各电压的极性是参考极性，电流的 参考方向如图所示。 3.共射电路放大原理 4.放大电路的主要技术指标 放大倍数／输入电阻Ri／输出电阻Ro／通频带 (1)放大倍数
(2)输入电阻Ri (3)输出电阻Ro
(4)通频带 问题1：放大电路的输出电阻小，对放大电路输出电压的稳定性是否有利？ 问题2：有一个放大电路的输入信号的频率成分为100Hz~10kHz，那么放大电路的通频带应如何选择？如果放大电路的通频带比输入信号的频带窄，那么输出信号将发生什么变化？ 放大电路的图解分析法 1.直流通路与交流通路 静态：只考虑直流信号，即Vi=0，各点电位不变（直流工作状态）。 动态：只考虑交流信号，即Vi不为0，各点电位变化（交流工作状态）。 直流通路：电路中无变化量，电容相当于开路，电感相当于短路。 交流通路：电路中电容短路，电感开路，直流电源对公共端短路。 放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。 直流通路
基本共射极放大电路电路分析 3.2.1 基本共射放大电路 1. 放大电路概念：基本放大电路一般是指由一个三极管与相应元件组成的三种基本组态放大电路。 a.放大电路主要用于放大微弱信号，输出电压或电流在幅度上得到了放大，输出信号的能量得到了加强。 b.输出信号的能量实际上是由直流电源提供的，经过三极管的控制，使之转换成信号能量，提供给负载。 2. 电路组成:(1)三极管T; (2)VCC：为JC提供反偏电压，一般几~ 几十伏; (3)RC：将IC的变化转换为Vo的变化，一般几K~几十K。 VCE=VCC-ICRC RC ，VCC 同属集电极回路。 (4)VBB：为发射结提供正偏。 (6)Cb1，Cb2：耦合电容或隔直电容，其作用是通交流隔直流。 (7)Vi：输入信号 (8)Vo：输出信号 (9)公共地或共同端，电路中每一点的电位实际上都是该点与公 共端之间的电位差。图中各电压的极性是参考极性，电流的 参考方向如图所示。
3. 共射电路放大原理 4. 放大电路的主要技术指标 放大倍数／输入电阻Ri／输出电阻Ro／通频带(1) 放大倍数 (2) 输入电阻Ri
(3) 输出电阻Ro (4) 通频带
问题1：放大电路的输出电阻小，对放大电路输出电压的稳定性是否有利？ 问题2：有一个放大电路的输入信号的频率成分为100 Hz~10 kHz，那么放大电路的通频带应如何选择？如果放大电路的通频带比输入信号的频带窄，那么输出信号将发生什么变化？ 3.2.2 放大电路的图解分析法 1. 直流通路与交流通路 静态：只考虑直流信号，即Vi=0，各点电位不变（直流工作状态）。 动态：只考虑交流信号，即Vi不为0，各点电位变化（交流工作状态）。 直流通路：电路中无变化量，电容相当于开路，电感相当于短路。 交流通路：电路中电容短路，电感开路，直流电源对公共端短路。 放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。 直流通路 交流通路
实验二三极管基本放大电路 一、实验目的 学会放大器静态工作点的调试方法，分析静态工作点对放大器性能的影响。 掌握放大器电压放大倍数、及最大不失真输出电压的测试方法。 熟悉常用电子仪器及模拟电路实验设备的使用。 二、实验原理 共射放大电路既有电流放大，又有电压放大，故常用于小信号的放大。改变电路的静态工作点，可调节电路的电压放大倍数。而电路工作点的调整，主要是通过改变电路参数来实现，负载电阻R L的变化不影响电路的静态工作点，只改变电路的电压放大倍数。该电路输入电阻居中，输出电阻高，适用于多级放大电路的中间级。 静态工作点是否合适，对放大器的性能和输出波形都有很大影响。如工作点偏高，放大器在加入交流信号以后易产生饱和失真，此时V0的负半周将被削底；如工作点偏低易产生截止失真，即V0的正半周被缩顶（一般截止失真不如饱和失真明显）。这些情况都不符合不失真放大的要求。所以在选定工作点以后还必须进行动态调试，即在放大器的输入端加入一不定期的V i，检查输出电压V0的大小和波形是否满足要求。如不满足，则应调节静态工作点的位置。工作点偏高或偏低不是绝对的，应该是相对信号的幅度而言，如信号幅度很小，即使工作点较高或较低也不一定会出现失真。所以确切地说，产生波形失真是信号幅度与静态工作点设置配合不当所致。 图2－1 基本放大电路实验图 三、实验内容与步骤 1.调整静态工作点：按图连线，然后接通12V电源，调节信号发生器的频率和幅值调切旋 钮，使之输出f=1000Hz，Ui=10mV的低频交流信号，然后调节电路图中Rp1和Rp2使放大器输出波形幅值最大，又不失真。 2.去掉输入信号（最好使输入端交流短路），测量静态工作点（Ic，U ce，U be） 3.测量电压放大倍数：重新输入信号，在波形不失真的条件下用交流毫伏表测量下述二种 情况下的U0值（加入信号和无信号），此时的U0和U i相位相反。 4.测量幅频频特性曲线：保持输入信号的幅度不变，改变信号源频率f，按照下面的的频率 要求逐点测出相应的输出电压U0，记入下表，并且画出幅频特性曲线。
第2章 基本放大电路例题解析 例2．1 三极管组成电路如图2．2(a)～(f)所示，试判断这些电路能不能对输入的交流信号进行正常放大，并说明理由。 解： 解此类题要注意以下问题： (1)判别三极管是否满足发射结正偏，集电结反偏的条件，具备合适的静态工作点。对NPN 型晶体管构成的电路，集电极电源V CC 的正极接集电极C ，负极接“地”；对PNP 型晶体管构成的电路，集电极电源V CC 的负极接集电极C ，正极接“地”。 (2)判断有无完善的直流通路。 (3)判断有无完善的交流通路。 (4)在前三步判断得到肯定的结果时，再根据电路给出的参数值计算、判断三极管是否工作在放大区。电路的分析如下： 图(a)电路由NPN 管组成，静态情况下发射结无正向偏置，电路没有合适的静态工作点， 不具备放大作用。 图(b)电路由NPN 管组成，发射结满足正偏条件，但集电结不是反偏，也不具备合适的静态工作点，不能放大。 图(c)电路由NPN 管组成，三极管的发射结、集电结满足正偏和反偏的条件，但发射结的偏置电源V BB 将输入的交流信号旁路而不能进入三极管b ，e 间的输入回路，所以尽管电路具备合适的静态工作点，仍不能对交流信号进行正常的放大。 图(d)电路由PNP 管组成，三极管发射结正偏，集电结反偏，交流信号能进入b ，e 间的输入回路，经放大后在输出端出现，放电路能进行正常的放大。 图(e)电路由PNP 型管组成，三极管的发射结、集电结均满足放大的偏置条件，输入信号图2． 2
也能进入输入回路，但输出端无电阻R c ，故输出交流信号将经电源V CC 被地短路，因此电路也不能进行正常的放大。 图(f)电路由PNP 管组成，三极管的偏置满足放大的条件，二极管VD 为反向偏置，在电路中起温度补偿的作用，放电路能正常的放大。 例2．2 图2．3(a)固定偏流放大电路中，三极管的输出特性及交、直流负载线如图2．3 (b)，试求： (1)电源电压V CC ，静态电流I B 、I C 和管压降V CE 的值； (2)电阻R b 、R C 的值； (3)输出电压的最大不失真幅度V OM ； 解 (1)由图解法可知，直流负载线与输出特性横坐标轴的交点的电压值即是V CC 值的大小，由图2．3 (b)，读得I b ≈20μA ，V CC ≈6V 。由Q 点分别向横、纵轴作垂线，得I C ＝1mA ，V CE ＝3V 。 (2)由直流通路基极回路得 Ω?=?=≈-361030010206A V I V R B CC B 由集射极回路得 Ω=-=k I V V R C CE CC C 3 (3)由交流负载线②与静态工作点Q 的情况可看出，在输入信号的正半周，输出电压V CE 在3V 到0．8V 范围内，变化范围为2．2V ；在信号的负半周输出电压V CE 在3V 到4．6V 范围内，变化范围为1．6V 。输出电压的最大不失真幅度应取变化范围小者，故V OM 为1．6V 。 例2．3 用示波器观察NPN 管共射单级放大电路输出电压，得到图2．4所示三种失真的波形，试分别写出失真的类型。 图2． 3
第二章晶体管及放大电路基础 1．晶体管能够放大的外部条件是_________。 (a) 发射结正偏，集电结正偏 (b) 发射结反偏，集电结反偏 (c) 发射结正偏，集电结反偏 2．当晶体管工作于饱和状态时，其_________。 (a) 发射结正偏，集电结正偏 (b) 发射结反偏，集电结反偏 (c) 发射结正偏，集电结反偏 3．对于硅晶体管来说其死区电压约为_________。 (a) 0.1V (b) 0.5V (c) 0.7V 4．锗晶体管的导通压降约|U BE|为_________。 (a) 0.1V (b) 0.3V (c) 0.5V 5. 测得晶体管三个电极的静态电流分别为0.06mA，3.66mA和3.6mA。则该管的为_________。 (a) 40 (b) 50 (c) 60 6．反向饱和电流越小，晶体管的稳定性能_________。 (a) 越好 (b) 越差 (c) 无变化 7．与锗晶体管相比，硅晶体管的温度稳定性能_________。 (a) 高 (b) 低 (c) 一样 8．温度升高，晶体管的电流放大系数b_________。
(a) 增大 (b) 减小 (c) 不变 9．温度升高，晶体管的管压降|U BE|_________。 (a) 升高 (b) 降低 (c) 不变 10．对PNP型晶体管来说，当其工作于放大状态时，_________极的电位最低。 (a) 发射极 (b) 基极 (c) 集电极 11．温度升高，晶体管输入特性曲线_________。 (a) 右移 (b) 左移 (c) 不变 12．温度升高，晶体管输出特性曲线_________。 (a) 上移 (b) 下移 (c) 不变 13．温度升高，晶体管输出特性曲线间隔_________。 (a) 不变 (b) 减小 (c) 增大 14．晶体管共射极电流放大系数b随集电极电流i C_________。 (a) 不变化 (b) 有一定变化 (c) 无法判断 15.当晶体管的集电极电流时，下列说法正确的是_________。 (a) 晶体管一定被烧毁 (b) 晶体管的 (c) 晶体管的一定减小 16．对于电压放大器来说，_________越小，电路的带负载能力越强。 (a) 输入电阻 (b) 输出电阻 (c) 电压放大倍数
第二章+晶体管及放大电路基础-自测题
第二章晶体管及放大电路基础 1．晶体管能够放大的外部条件是_________。 (a) 发射结正偏，集电结正偏 (b) 发射结反偏，集电结反偏 (c) 发射结正偏，集电结反偏 2．当晶体管工作于饱和状态时，其_________。 (a) 发射结正偏，集电结正偏 (b) 发射结反偏，集电结反偏 (c) 发射结正偏，集电结反偏 3．对于硅晶体管来说其死区电压约为_________。 (a) 0.1V (b) 0.5V (c) 0.7V 4．锗晶体管的导通压降约|U BE|为_________。 (a) 0.1V (b) 0.3V (c) 0.5V 5. 测得晶体管三个电极的静态电流分别为0.06mA，3.66mA和3.6mA。则该管的为_________。 (a) 40 (b) 50 (c) 60 6．反向饱和电流越小，晶体管的稳定性能_________。 (a) 越好 (b) 越差 (c) 无变化 7．与锗晶体管相比，硅晶体管的温度稳定性能_________。 (a) 高 (b) 低 (c) 一样 8．温度升高，晶体管的电流放大系数b_________。
(a) 增大 (b) 减小 (c) 不变 9．温度升高，晶体管的管压降|U BE|_________。 (a) 升高 (b) 降低 (c) 不变 10．对PNP型晶体管来说，当其工作于放大状态时，_________极的电位最低。 (a) 发射极 (b) 基极 (c) 集电极 11．温度升高，晶体管输入特性曲线_________。 (a) 右移 (b) 左移 (c) 不变 12．温度升高，晶体管输出特性曲线_________。 (a) 上移 (b) 下移 (c) 不变 13．温度升高，晶体管输出特性曲线间隔_________。 (a) 不变 (b) 减小 (c) 增大 14．晶体管共射极电流放大系数b随集电极电流i C_________。 (a) 不变化 (b) 有一定变化 (c) 无法判断 15.当晶体管的集电极电流时，下列说法正确的是_________。 (a) 晶体管一定被烧毁 (b) 晶体管的 (c) 晶体管的一定减小 16．对于电压放大器来说，_________越小，电路的带负载能力越强。 (a) 输入电阻 (b) 输出电阻 (c) 电压放大倍数