晶体管及其小信号放大(3)23页PPT

β IC IB UCE 常数
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定义α ：保持工作点处UCB不变，集电极 电流变化量与发 射极电流变化量之比，称为共 基极交流电流放大系数。
即
α IC
IE UCB 常数
在数值上 β ≈ β α ≈ α
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2. 饱和状态 (发射结正向偏置、集电结正向偏置) 集电极电位低于基极电位，集电结正向偏置，不利于集电极
|UBE|≈0.7 硅管 |UBE|≈0.3 锗管
12V
e
b
11.7V
VT1
c
0V
PNP型锗管
12V
c
b
3.7V
VT2e3V NhomakorabeaNPN型硅管
(b) 解图
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分析
① 工作于放大状态的晶体管，发射结正向偏置、集电结反
向偏置：NPN管UC＞UB＞UE PNP管UC＜UB＜UE
基极电位总是居中，据此可先确定基极；
I I I E
C
B 0.1mA
0.1mA
IC 、IB方向一致
5.1mA 5.1mA
IE与IC IB方向相反
（a）题图
IE 最大 IC 居中 IB最小
NPN型管, IE流出晶体管 PNP型管, IE流入晶体管
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bc e
bce
0.1mA
5.1mA
0.1mA
5.1mA
5.0mA 5.0mA
IB2
0
0.2 0.4 0.6 UBE1 uBE/V
①对应不同的UCE，输入特性曲线为一族非线性的曲线，存 在一段死区，当外加电压UBE小于阈值电压（或称死区电压） UBE(th)时，晶体管不导通，处于截止状态。硅管UBE(th)约 为0.5V，锗管约为0.1V。② 当UBE＞UBE(th)时，随着UBE的增 大，IB开始按指数规律增加，而后近似按直线上升。晶体管 正常工作时，UBE变化不大，硅管导通电压UBE(on)约为0.7V左 右，锗管约为0.3V左右。

传感器信号的特点
传感器输出的信号通常比较微弱，容易受到噪声干扰的影响 。为了准确获取传感器数据，需要使用晶体管和场效应管放 大电路对信号进行放大和噪声抑制。
放大电路的作用
通过适当的信号放大，可以增强传感器信号的强度，降低噪 声干扰的影响，提高信号的信噪比，从而获得更准确、可靠 的传感器数据。
THANKS
3
图解分析法
通过图形直观地分析晶体管的工作状态和性能指 标。
03
场效应管放大电路
BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
场效应管放大原理
场效应管通过改变输入电压来控 制输出电流，从而实现放大功能。
场效应管具有输入阻抗高、噪声 低、热稳定性好等优点，适用于
小信号放大。
无线通信系统中的信号放大
无线通信系统
在无线通信系统中，信号传输距离较 远，信号强度会逐渐减弱。为了确保 信号的稳定传输，需要使用晶体管和 场效应管放大电路对信号进行放大。
信号质量与可靠性
通过适当的信号放大，可以增强无线 信号的强度，提高信号传输的可靠性 和稳定性，确保通信系统的正常运行 。
传感器信号的放大处理
输出级
负责将放大的信号进行功率放 大，提供足够的输出功率。
电压放大级
位于输入级和输出级之间，对 信号进行进一步放大。
偏置电路
为晶体管提供合适的静态工作 点，确保放大器正常工作。
晶体管放大电路的分析方法
1 2
直流通路分析法
在静态工作点下分析电路的直流工作状态和性能 指标。
交流通路分析法
在动态工作状态下分析电路的交流工作状态和性 能指标。
场效应管放大电路的放大倍数由 场效应管的跨导和电阻决定。

第二种命名方法是CS××#，CS代表场效应管， ××以数字代表型号的序号，#用字母代表同一型号 中的不同规格。例如CS14A、CS45G等。
22
几种常用的场效应三极管的主要参数
参 数 PDM
IDSS
型号
mW mA
VRDS VRGS VV
VP gm
fM
V mA/ V MHz
3DJ2D 100 <0.35 >20 >20 -4 ≥2 300
场效应晶体管(FET)
• 电压控制器件 • 多子导电 • 输入阻抗高,噪声低,热稳定好,抗辐射,工
艺简单,便于集成,…应用广泛
1
§4 场效应晶体管及场效应管放大电路
§4.1 场效应晶体管(FET)
FET 场效应管
JFET 结型
IGFET
N沟道 （耗尽型）
P沟道
增强型
N沟道 P沟道
绝缘栅型
耗尽型
N沟道 P沟道
7
三、特性曲线和电流方程
1. 输出特性 2. 转移特性
iD f (v ) DS vGSconst.
iD f (v ) GS vDS const.
iD
I
DSS
(1
vGS VGS(off)
)2
(VGS(off) vGS 0)
U UGD GS (off ) =
（饱和区）
夹断区
U GS (off )
输出特性曲线
ID=f(VDS)VGS=const
VGD=VGS（th)
（饱和区）
夹断区
14
转移特性曲线
ID=f(VGS)VDS=const
iD
I
DO
( vGS VGS(th)

RL R C // R L
负载电阻越小，放大倍数越小。
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输入电阻
根据输入• 电阻的定义：
•
Ii
U
•
Ib
Ri
i
•
Ii
r R •
U i
b
be
R b //rbe rbe
•
Ic
•
RL •
bIB
Uo
RC
电路的输入电阻越大，从信号源取 得的电流越小，因此一般总是希望得到 较大的的输入电阻。
u 计算输入电阻ri u 计算输出电阻ro
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3）用微变等效电路求动态指标
ui
uo
共射极放大电路
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画微变等效电路
•
•
•
Ii
Ib
Ic
电压放大倍数 (Au)
•
•
Ui Ib rbe
•
•
Uo b Ib RL
r •
U i
Rb
b
e
•
RL •
bIB
Uo
RC
Au
b RL rbe
Ui Ii
=Rb//[rbe+(1+ b)RL]
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3、输出电阻
•
Ii
•
Us
置0 Rs
•
Ui
Rb
•
Ib rbe
Re
保留
•
Ic
•
bIb
ro
用加压求流法求输出电阻。
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（加电压求流法）
Rs Rs // RB
ro=Re//
rbe 1+ b

Q IBQ
UBEQ
输 入 回 路 负 载线 ICQ
负载线
Q IBQ
UCEQ
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2. 电压放大倍数的分析
uBE VBB uI iBRb 斜率不变
iC
IB IBQ iB
uI
uCE
给定uI
iB
iC
uCE (uO )
Au
uO uI
uO与uI反相，Au符号为“－”。
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§4.2 放大电路的组成原 则
一、基本共射放大电路的工作原理 二、如何组成放大电路
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一、基本共射放大电路的工 作原理
1. 电路的组成及各元件的作用
VBB、Rb：使UBE＞ Uon，且有 合适的IB。 VCC：使UCE≥UBE，同时作为 负载的能源。
Rc：将ΔiC转换成ΔuCE(uO) 。
因发射区多子浓度高使大量电子从发 射区扩散到基区
扩散运动形成发射极电流IE，复合运动形成基极 电流IB，漂移运动形成集电极电流IC。
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电流分配：
IE＝IB＋IC
IE－扩散运动形成的电流
IB－复合运动形成的电流 IC－漂移运动形成的电流
直流电流 放大系数
穿透电流
IC
IB
iC
iB
ICEO (1 )ICBO
为什么基极开路集电极回 路会有穿透电流？
交流电流放大系 数
集电结反向电流
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三、晶体管的共射输入特性和输
1. 输入特性
出特性
iB f (uBE ) UCE
为什么像PN结的伏安特性？ 为什么UCE增大曲线右移？ 为什么UCE增大到一定值曲线 右移就不明显了？

11
3.晶体管特性曲线
3DG6的输入特性
3DG6的输出特性
第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管/特性曲线
12
4.晶体管输出回路电阻
a) 静态电阻
RCE

U CE IC
b) 动态电阻
rce

U CE I C
rce>>RCE
第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管/特性曲线
等效为一个线性电路，也就是把晶体管线性化， 等效为一个线性元件。这就是微变等效电路法。
• 线性化的条件：晶体管在小信号(微变量)情况
下工作，才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。
第二章 晶体管及基本放大电路/2.4 动态分析/微变等效电路
28
1. 晶体管的微变等效电路 1)输入回路
=12 - 2×3=6V
第二章 晶体管及基本放大电路/2.3 静态（直流）分析
25
例2：判断图中各晶体管的工作状态（饱和，放大， 截止）。设所有的二极管和晶体管均为硅管， β＝40。
解： （a） 截止 , （b） 饱和 , （c） 放大 ,
第二章 晶体管及基本放大电路/2.3 静态（直流）分析
26
型半导体。
• 3） 集电极面积大，保证尽可能收
集到发射区发射的电子。
T 放大作 用的内部 条件
• （二）载流子运动规律及电流分配关系 • 当一个 NPN 型的晶体管接成共射极接法的
放大电路时：
• 发射结正向偏置 • 集电结反向偏置
T 放大作用 的外部条件
第二章 晶体管及基本放大电路/2.1 半导体晶体管/晶体管的放大作用
流IB（偏流），以使放大电路获得合适的工作点。 C1、C2 ：用以耦合交流，隔断直流，通常称为耦合

发射区
符号 发射极 e 图 1.3.2(b) 三极管结构示意图和符号
NPN 型
e
第六章 晶体管放大电路基础
集电极 c 集电区 P N 基极 b
N
集电结
c
N P
基区
发射结 b
发射区
发射极 e
e
符号
(b)PNP 型
图 1.3.2© 三极管结构示意图和符号
第六章 晶体管放大电路基础
6.2.2 晶体管的电流分配及放大原理
(1) 当uCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 (2) 当uCE≥1V时， uCB= uCE - uBE>0，集电结已进入反偏状态，开始收 集电子，基区复合减少，在同样的uBE下 IB减小，特性曲线右移。 iC
uCE CE = 0V uCE 1V
iB
uBE - e UBB
uBE/V /V u BE
e
三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使发射 结处于正向偏置状态，而集电结处于反向偏置状态。
第六章 晶体管放大电路基础
一、晶体管内部载流子的运动
c Rc
1. 发射结加正向电压，扩散 运动形成发射极电流
发射区的电子越过发射结扩散 到基区，基区的空穴扩散到发 射区—形成发射极电流 IE (基 区多子数目较少，空穴电流可 忽略)。
t
O
t
底部失真
顶部失真
第六章 晶体管放大电路基础
4. 放大电路的组成原则
• 静态工作点合适：合适的直流电源、合适的电 路参数。 • 动态信号能够作用于晶体管的输入回路，在负 载上能够获得放大了的动态信号。 • 对实用放大电路的要求：共地、直流电源种类 尽可能少、负载上无直流分量。

3)基极电流IB小，集电极电流IC大，有

IC/IB≈ β(常量)
(3.2.2)
即小电流IB增大，大电流IC也增大；小电流IE减小，大电流
IC也减小，IC跟随IB变化，也就是IB能够控制IC， β称为直
流电流放大倍数。
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[课题3.2] 用三极管实现小信号放大
3.2.2三极管是具有电流控制作用的半导体 器件
3.2.3三极管的伏安特性
2)以IB=40mA为例，如下所述。 ①UCE从0V开始增大时，IC迅速增大； ②当UCE>1V以后，输出特性曲线变为近似水平，即UCE继
续增大，IC保持稳定，UCE对IC的影响很小，要增大IC的值， 需要将IB值增大。 ③IB维持不变，UCE增大到一定数值时，IC会急剧增加，如 图中输出特性曲线的尾部所示，称为击穿。
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[课题3.2] 用三极管实现小信号放大
3.2.3三极管的伏安特性
1.输入特性
当间U的C关E不系变曲时线，称输为入输回入路特中性的，基即极I电B 流 If（ B与U发BE射）极UCE电常压量。UBE之
以硅材料NPN三极管为例，输入特性如图3-5所示。 1)当UCE=0时，输入特性是左边那条曲线。 2)当UBE=0~0.4V(死区电压)，IB=0，三极管截止。 3)当UBE>0.4V(死区电压)后，三极管开始导通，IB>0，
4)断开蓄电池，音箱声音有什么变化? 5)恢复蓄电池，断开MP3播放器，音箱声音有什么变化? 6)用镊子碰触汽车扩音机的输入端，音箱有没有声音?
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[课题3.1]蓄电池供电音响系统实训
3.1.4实训结论
1) MP3输出的音乐信号太小，无法推动音箱正常发出声音； 2)汽车扩音机能够将信号放大推动音箱正常工作； 3)汽车扩音机输出的放大信号来源于蓄电池，变化与输入信

开关
通过晶体管的PN结控制输入信号，从而控制输出信号的开关状态。
3
晶体管的应用
电子计算机
芯片中晶体管的数量和体积 必须尽可能的小，晶体管硅 芯片的诞生 让计算机体积大 幅缩小。
通信设备
晶体管和集成电路广泛应用 于各种无线电收发器、电视 机、雷达、导航和测距设备 等。
医疗器械
利用晶体管的放大电路，可 以轻松控制医疗器械的电子 部件，如心脏起搏器等。
2 基极
基极主要是控制电流的输入，输入或不输入一个小信号，便可控制输出电流的变化，从 而实现信号放大的功能。
3 发射极
发射极主要是从PN结中发射出大量电子，为之后流入集电极完成信号的放大做准备。
晶体管的工作方式
1
放大器
晶体管可以完成电子信号的放大处理，使信号输出的大小增加到我们需要的数值范围内。
2
总结
重要性
晶体管是现代电子技术的基础， 是电子科技和信息科技发展的 关键。
影响
晶体管技术对现代化的各行各 业都有着非常重要的影响，快 速推动了科技的创新。
发展趋势
晶体管技术的发展是一个不断 推进的过程，人们在逐渐认识 晶体管的本质和深刻意义的同 时，还在不断探索晶体管的工 作方式，进一步拓展其应用场 景。
晶体管的发展历程
1
发明
1947年，美国贝尔实验室科学家Bardeen Brattain和Shockley发明出晶体管和相关 技术，开启了晶体管时代。
2

发展历程
1948年至1955年，晶体管从最初的实验室样品逐渐走向量产阶段，推动着电子 技术和信息产业的全球发展。
3
未来前景
尽管未来光电晶体管和其他类型的元件将有更广泛的应用，但是如今的微电子产 品也必然发展到每个生活细节中，晶体管技术会继续创造更多的商业价值。