【正文】 的放大區(qū)，使輸出動(dòng)態(tài)范圍最大，直流工作點(diǎn)應(yīng)選在交流負(fù) 載線的中點(diǎn)處。式中， UCES表示晶體管的臨界飽和壓降，一般取為 1V。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路圖 2–24若 Q點(diǎn)設(shè)置過高，如圖 2–24(b)所示，則在輸入電壓正半周的部分時(shí)間內(nèi)，動(dòng)態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區(qū)。由圖可知，對(duì)于 NPN管的共射極放大器，當(dāng)發(fā)生截止失真時(shí)，其輸出電壓波形的頂部被限幅在某一數(shù)值上。 (2)晶體管各極電流、電壓的瞬時(shí)波形中，只有交流分量才能反映輸入信號(hào)的變化， 因此，需要放大器輸出的是交流量。觀察這些波形，可以得出以下幾點(diǎn)結(jié)論： ?由圖可以看出，兩者的變化正好相反，即 iC增大 ， uCE減?。环粗?， (2–25)第 2章 雙極型晶體管及其放大電路此時(shí)，放大器的交流通路如圖 2–20(b)所示。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路=0時(shí)，uCE=UCC=12V， 得 N點(diǎn)。例 4 在圖 2–20(a)電路中，若RB=560kΩ,RC=3kΩ,UCC=12V， 晶體管的輸出特性曲線如圖 2–21(b)所示，試用圖解法確定直流工作點(diǎn)。如圖 2–21(a)所示。(a)直流通路； (b)交流通路第 2章 雙極型晶體管及其放大電路有 關(guān)描述線性失真的一些具體指標(biāo)，如截止頻率、通頻帶等將在第五章中詳細(xì)說明。五、線性失真 ?具體表現(xiàn)為，當(dāng)輸入某一頻率的正弦信號(hào)時(shí)，其輸出電流波形中除基波成分之外，還包含有一定數(shù)量的諧波。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路 (2–19d)互阻放大倍數(shù) 電壓放大倍數(shù) 這樣，放大器的性能指標(biāo)可以用該網(wǎng)絡(luò)的端口特性來描述。以圖 2–16所示的共射放大器為例，按照上述方法，將電路中的耦合電容 C1,C2開路，得直流通路，如圖 2–17(a)所示；將 C1,第 2章 雙極型晶體管及其放大電路對(duì)一個(gè)放大器進(jìn)行定量分析時(shí)，其分析的內(nèi)容無外乎兩個(gè)方面。2–4–2直流通路和交流通路 ?實(shí)際中，若輸入信號(hào)的頻率較高 (幾百赫茲以上 )，采用阻容耦合則是最佳的連接方式。具體連接時(shí)，若射極作為公共支路 (端 )，則信號(hào)加到基極；反之，信號(hào)則加到射極。當(dāng)輸入為雙極性信號(hào) (如正弦波 )時(shí)，工作點(diǎn)應(yīng)選在放大區(qū)的中間區(qū)域；在放大單極性信號(hào) (如脈沖波 )時(shí)，工作點(diǎn)可適當(dāng)靠向截止區(qū)或飽和區(qū)。 ?第 2章 雙極型晶體管及其放大電路圖中用內(nèi)阻為 Rs的正弦電壓源 Us為放大器提供輸入電壓 Ui。共射極放大電路如圖 2–16所示。 ?第 2章 雙極型晶體管及其放大電路本節(jié)主要說明小信號(hào)放大器的組成原理，簡(jiǎn)要介紹放大器的性能指標(biāo)，然后給出其二端口網(wǎng)絡(luò)的一般模型。晶體管的一個(gè)基本應(yīng)用就是構(gòu)成放大器。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路2–4放大器的組成及其性能指標(biāo) ? 其調(diào)節(jié)原理請(qǐng)讀者自行分析。因此，在今后分析中可按估算法來求工作點(diǎn)。解 第 2章 雙極型晶體管及其放大電路若按估算法直接求 ICQ， 由式 (2–17a)可得已知β=100,UCC=12V,RB1=39kΩ,RB2=25kΩ,RC=RE=2kΩ， 試計(jì)算工作點(diǎn) ICQ和 UCEQ。圖中，RB=RB1‖RB2,UBB=UCCRB2/(RB1+RB2)。RB2過小，將增大電源 UCC的無謂損耗，因此要二者兼顧。這樣由 ICQ引起的 UE變化就是 UBE的變化，因而增強(qiáng)了 UBE對(duì) ICQ的調(diào)節(jié)作用，有利于 Q點(diǎn)的近一步穩(wěn)定。 參照式 (2–12)，可得工作點(diǎn)的計(jì)算式為第 2章 雙極型晶體管及其放大電路(2–15a)因此，要二者兼顧，合理選擇 RE的阻值?？梢?，通過 RE對(duì) ICQ的取樣和調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了工作點(diǎn)的穩(wěn)定。UEQ UEQ(=IEQRE)↑?實(shí)現(xiàn)方法是在管子的發(fā)射極串接電阻 RE， 見圖 2–14。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路這種偏置電路雖然簡(jiǎn)單，但主要缺點(diǎn)是工作點(diǎn)的穩(wěn)定性差。(2–14c)第 2章 雙極型晶體管及其放大電路圖 2–13固定偏流電路第 2章 雙極型晶體管及其放大電路只要合理選擇 RB,RC的阻值，晶體管將處于放大狀態(tài)。電路如圖 2–13所示。一、固定偏流電路 ?第 2章 雙極型晶體管及其放大電路此時(shí)，對(duì)偏置電路的要求是： ① 電路形式要簡(jiǎn)單。 根據(jù)上述分析結(jié)果畫出的 uo波形如圖 2–12(c)所示。因?yàn)?=3V時(shí)，晶體管導(dǎo)通且有uo波形圖第 2章 雙極型晶體管及其放大電路ui波形圖； (c)已知 β=50， 試求 ui作用下輸出電壓 uo的值，并 畫出波形圖。圖 2–11晶體管直流分析的一般性電路 ?(a)電路； (b)放大狀態(tài)下的等效電路； (c)飽和狀態(tài)下的等效電路第 2章 雙極型晶體管及其放大電路借助式 (2–12)的結(jié)果，現(xiàn)在可對(duì)電路中的晶體管是處于放大還是飽和作出判別。(2–12c)UBE(on)UBB第 2章 雙極型晶體管及其放大電路由圖可知，若 UBB≤UEE+UBE(on),且 UBB解 (b)直流等效電路第 2章 雙極型晶體管及其放大電路 ?第 2章 雙極型晶體管及其放大電路圖 2–10晶體管直流電路分析 ?(a)電路； 圖 2–9晶體管三種狀態(tài)的直流模型 ?(a)截止?fàn)顟B(tài)模型； (b)放大狀態(tài)模型； (c)飽和狀態(tài)模型 此時(shí)，相當(dāng)于 b,e極間和 c,e極間均開路，相應(yīng)的直流等效模型如圖 2–9(a)所示。 因此，在晶體管應(yīng)用電 路分析中，一個(gè)首要問題，便是晶體管工作狀態(tài)分析以及直流電路計(jì)算。晶體管的安全工作區(qū) PCM在輸出特性上為一條 IC與 UCE乘積為定值 PCM的雙曲線，稱為 PCM功耗線，如圖 2–7所示。一個(gè)管子的 PCM如已確定，則由 ?第 2章 雙極型晶體管及其放大電路當(dāng) iCU(BR)EBO指集電極開路時(shí)，發(fā)射極 — 基極間的反向擊穿電壓。 ? ? ? ?ICBO指發(fā)射極開路時(shí)，集電極 — 基極間的反向電流，稱為集電極反向飽和電流。只有在 iC不大、不小的中間值范圍內(nèi)， β值才比較大，且基本不隨 iC而 變化。,α≈和 β分別由式 (2–2)、 (2–10)定義，其數(shù)值可以從輸出特性曲線上求出。溫度對(duì) β的影響表現(xiàn)為， β隨溫度的升高而增大，變化規(guī)律是：溫度每升高 1℃ ， ? β值增大 %~1%(即 Δβ/βT≈(~1)%/℃ )。 、 若反向電壓超過某一值時(shí)， e結(jié)也會(huì)發(fā)生反向擊穿。特別在 0=0時(shí)，晶體管相當(dāng)于兩個(gè)并聯(lián)的二極管，所以 b,e間加正向電 壓時(shí)， iB很大。 (1)在 uCE≥1V的條件下，當(dāng) uBEUBE(on)時(shí)， iB≈0。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路 測(cè)量電路見圖 2–4。二、共發(fā)射極輸入特性曲線 ?第 2章 雙極型晶體管及其放大電路2? 飽和區(qū) ?uCE在很大范圍內(nèi)變化時(shí) IC基本不變。這是因?yàn)?uCE增大 ， c結(jié)反向電壓增大，使 c結(jié)展寬，所以有效基區(qū)寬度變窄，這樣基區(qū)中電子與空穴復(fù)合的機(jī)會(huì)減少，即 iB要 減小。? iC就會(huì)有很大的變化量 ΔIC。由圖 2–5可以看出，在放大區(qū)有 以下兩個(gè)特點(diǎn)： ? 圖 2–4共發(fā)射極特性曲線測(cè)量電路 這兩組曲線可以在晶體管特性圖示儀的屏幕上直接顯示出來，也可以用圖 2–4電路逐點(diǎn)測(cè)出。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路實(shí)際中，有圖 2–3所示的三種基本接法 (組態(tài) )，分別稱為共發(fā)射極、共集電極和共基極接法。由于 e結(jié)正向電流與所加電壓呈指數(shù)關(guān)系，所以發(fā)射極會(huì)產(chǎn)生一個(gè)較大的注入電流 ΔiE， 例如為 1mA。 由 由于 第 2章 雙極型晶體管及其放大電路為 (2–4)稱為穿透電流。 (2–2)反之，一旦知道了這個(gè)比例關(guān)系 ，就不難得到晶體管三個(gè)電極電流之間的關(guān)系，從而為定量分析晶體管電路提供方便。由以上分析可知，晶體管三個(gè)電極上的電流與內(nèi)部載流子傳輸形成的電流之間有如下關(guān)系：(2–1a) (2–1b)? 2–1–2電流分配關(guān)系 ? 、 IB的另一部分電流。 在該濃度差作用下，注入基區(qū)的電子將繼續(xù)向 c結(jié)擴(kuò)散。 ? 由于 e結(jié)正偏，因而結(jié)兩側(cè)多子的擴(kuò)散占優(yōu)勢(shì)，這時(shí)發(fā)射區(qū)電子源源不斷地越過 e結(jié)注入到基區(qū)，形成電子注入電流 IEN。一、發(fā)射區(qū)向基區(qū)注入電子 ?第 2章 雙極型晶體管及其放大電路圖 2–2晶體管內(nèi)載流子的運(yùn)動(dòng)和各極電流第 2章 雙極型晶體管及其放大電路第 2章 雙極型晶體管及其放大電路 它有三個(gè)電極，所以又稱為半導(dǎo)體三極管 、晶體三極管等，以后我們統(tǒng)稱為晶體管。 IEP因此，發(fā)射極 電流 IE≈IEN，其方向與電子注入方向相反。因此，在基區(qū)中形成了非平衡電子的濃度差。基區(qū)中與電子復(fù)合的空穴由基極電 源提供，形成基區(qū)復(fù)合電流 IBN， 它是基極電流 IB的主要部分。另外，集電區(qū)和基區(qū)的少子在 c結(jié)反向電壓作用下，向?qū)Ψ狡菩纬?c結(jié)反向飽和電流ICBO， 并流過集電極和基極支路，構(gòu)成 IC這一比例關(guān)系主要由基區(qū)寬度、摻雜濃度等因素決定，管子做好后就基本確定了。為 值 一般在 20~200?之間。(2–3c)式中： 式 (2–5)是今后電路分析中常用的關(guān)系式。(2–7b),都是反映晶體管基區(qū)擴(kuò)散與復(fù)合的比例關(guān)系，只是選取的參考量不同，所以兩者之間必有內(nèi)在聯(lián)系。若在圖中UBB上疊加一幅度為 100mV的正弦電壓 Δui， 則正向發(fā)射結(jié)電壓會(huì)引起相應(yīng)的變化。晶體管有三個(gè)電極，通常用其中兩個(gè)分別作輸入、輸出端，第三個(gè)作公共端，這樣可以構(gòu)成輸入和輸出兩個(gè)回路。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路圖 2–3晶體管的三種基本接法 ?(a)共發(fā)射極； (b)共集電極； (c)共基極 2–2–1 晶體管共發(fā)射極特性曲線 ?因?yàn)橛袃蓚€(gè)回路，所以晶體管特性曲線包括輸入和輸出兩組特性曲線?，F(xiàn)分別討論如下。e結(jié)為正偏， c結(jié)為反偏的工作區(qū)域?yàn)榉糯髤^(qū)。共射輸出特性曲線第 2章 雙極型晶體管及其放大電路(1)基極電流 iB對(duì)集電極電流 iC有很強(qiáng)的控制作用，即 iB有很小的變化量 ΔIB時(shí) ， 反映在特性曲線上，為兩條不同 IB曲線的間隔 。在特性曲線上表現(xiàn)為， iB一定而 uCE增大時(shí)，曲線略有上翹 (iC略有增大 )。從另一方面看，由于基調(diào)效應(yīng)很微弱， 第 2章 雙極型晶體管及其放大電路 典型的共發(fā)射極輸入特性曲線如圖 2–6所示。共發(fā)射極輸入特性曲線 當(dāng) uBE(2)當(dāng) uCE第 2章 雙極型晶體管及其放大電路(3)當(dāng) uCE在 0~1V之間時(shí)，隨著 uCE的 增加，曲線右移。 ?(4)當(dāng) uBE0時(shí)，晶體管截止， iB為反向電流。uBEICBO增大一倍。1共發(fā)射極直流電流放大系數(shù) 和交流電流放大系數(shù) β? ? 一般來說，在 iC很大或很小時(shí)， β值較小。 ?第 2章 雙極型晶體管及其放大電路二、極間反向電流 ? 1 ICBO?ICEO指基極開路時(shí)，集電極 — 發(fā)射極間的反向電流，稱為集電極穿透電流。IEBO指集電極開路時(shí)，發(fā)射極 — 基極間的反向電流。關(guān)于晶體管的頻率特性參數(shù)，詳見第五章。 U(BR)CEOU(BR)CBO。第 2章 雙極型晶體管及其放大電路ICM一般指 β下降到正常值的 2/3時(shí)所對(duì)應(yīng)的集電極電流。iC不應(yīng)超過 ICM當(dāng)結(jié)溫過高時(shí)，管子的性能 下降，甚至?xí)龎墓茏樱虼诵枰?guī)定一個(gè)功耗限額。PCM與管芯的材料、大小、散熱條件及環(huán)境溫度等因素有關(guān)。UCE可知， 在實(shí)際應(yīng)用中，根據(jù)實(shí)現(xiàn)的功能不同，可通過外電路將晶體管偏置在某一規(guī)定狀態(tài)。在直流工作時(shí)，可將晶體管輸入、輸出特性曲線 (見圖 2–圖 2–6