基本放大电路是组成各种复杂放大电路的基本单元

晶体三极管

晶体三极管又称为双极型晶体管（BJT）—【因为空穴和电子都参与导电，是两种极性的载流子】、半导体三极管等

晶体管的结构及其类型

$\bigstar$发射极电流向里则为PNP，反之为NPN

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三个区域分别称为发射区、基区和集电区，对应电极分别称为发射极、基级和集电极。
发射区有非常多的载流子（重掺杂），作用是发射载流子
基区作为控制区，能控制从发射区流到集电区的载流子的数量。
图中发射极上的箭头表示发射结加正向偏压时，发射极电流的实际方向。

晶体管按结构工艺分类：有NPN和PNP型；
按制造材料分类：有锗管和硅管；
按照工作频率分类：有低频管和高频管；
按照容许耗散功率大小分类：有小功率管和大功率管

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晶体管的电流分配与放大作用

1.晶体管内部载流子的运动
放大能使微弱的信号变成在电子学应用中足够强的有效信号。例如，音频放大电路能给扬声器提供一个较强的信号

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2.晶体管的电流分配与电流放大系数
$I_E=I_C+I_B$
发射极电流是电路中最大的电流，集电极电流稍小，基极电流是很小的。
一个很小的基极电流控制了大很多的发射极电流。通常，从基极到集电极的电流增益是基本确定的。这个特征值$\bar{\beta}$：
$\bar{\beta}\approx \dfrac{I_C}{I_B}$
$I_E=I_C+I_B\approx (1+\bar{\beta}) I_B$

在考虑基区多子扩散运动和集电区少子运动的情况下有：
$I_C=\bar{\beta} I_B +(1+\bar{\beta})I_{CBO}=\bar{\beta} I_B +I_{CEO}$

式中，$I_{BCO}$是发射极开路时，集电极的反向饱和电流；$I_{CEO}$是基极开路（$I_B=0$）时，集电极和发射极之间流过的穿透电流，即：
$I_{CEO}=(1+\bar{\beta})I_{CBO}$

集电极电流 $I_C$的主要成分是由发射极电流$I_E$转化而来，定义共基极直流电流放大系数 $\bar{\alpha}$为：
$\bar{\alpha}\approx \dfrac{I_C}{I_E}$

可以得到：
$\bar{\alpha}=\dfrac{\bar{\beta}}{1+\bar{\beta}}或\bar{\beta}=\dfrac{\bar{\alpha}}{1+\bar{\alpha}}$

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晶体管的共射特性曲线

晶体管是放大电路的核心元件

$u_i$为要放大的输入信号，它接入基极—发射极回路，称为输入回路；
$u_o$为放大后的输出信号，在集电极—发射极贿赂，称为输出回路。
由于发射极是两个回路的公共端，故称此电路为共发射极放大电路，也称共射电路
为了使发射结正偏、集电极反偏，在输入回路中加基极电源$V_{BB}$,在输出回路中加集电极电源$V_{CC}$,且$V_{CC}>V_{BB}$

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1.输入特性曲线

共射极连接时的输入特性曲线描述了当管压降$u_{CE}$为某个数值时，输入电流$i_B$和输入电压$u_{BE}$之间的关系为：
$i_B=f(u_{BE})|_{u_{CE}=常数}$

NPN型硅晶体管输入特性曲线3.1.7
硅管死区电压约为0.5V，发射结电压$u_{BE}$为0.6~0.7V
锗管死区电压约为0.1V，发射结电压$u_{BE}$为0.2~0.3V

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2.输出特性曲线

共射极连接时的输出特性曲线描述了当输入电流$i_B$为某个数值时，集电极电流$i_C$和管压降$u_{CE}$之间的关系为：
$i_C=f(u_{CE})|_{i_B=常数}$

晶体管有3个工作区
1）截至区
$i_B=0$的曲线以下被称为截至区。集电极电流用$i_{CEO}$表示，其值很小
$i_B=0$
$i_E=i_C=i_{CEO}$
显然，晶体管在截至区没有电流放大的能力，相当于开关断开状态

对于NPN型硅管而言，当 $u_{BE}<0.5V时$，已开始截止。但为了可靠截止，常使 $u_{BE}\leqslant 0$
发射结和集电结均反偏

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2）放大区
输出特性曲线的近似水平部分是放大区，也称线性区
$i_C=\beta i_B$
$i_E=i_B+i_C=(1+\beta )i_B\approx \beta i_B$
$i_C$几乎仅仅决定于$i_B$, 而与$u_{CE}$无关，表现出基极电流对集电极电流的控制作用
发射结正偏，集电结反偏

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3）饱和区
饱和区是指输出特性曲线中$i_C$上升部分与纵轴之间的区域。在饱和区，$i_C不再受i_B控制，只随u_{CE}$变化，即没有电流放大能力。

饱和时，发射结与集电结均处于正向偏置。饱和状态下的$u_{CE}$称为饱和压降，记为$U_{CES}$,其值很小，对于NPN型硅管约为0.3V,PNP型锗管约为-0.1V.
发射结和集电结均正偏

等效电路模型

在模电中，大多情况下，应保证晶体管工作在放大状态。而在开关电路或脉冲数字电路中，晶体管主要工作于饱和状态或截止状态。

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晶体管的主要参数

1.电流放大系数
1）共射极直流电流放大系数
$\bar{\beta}\approx \dfrac{I_C}{I_B}$

2）共射极交流电流放大系数
${\beta}=\dfrac{\Delta i_C}{\Delta i_B}$

放大区平坦部分：$\beta \approx \bar{\beta}$

3）共射极直流电流放大系数
$\bar{\alpha}\approx \dfrac{I_C}{I_E}$

4）共射极交流电流放大系数
${\alpha} = \dfrac{\Delta i_C}{\Delta i_E}$

近似分析中认为$\alpha \approx \bar{\alpha}$

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2.极间反向电流

1）集电极—基极反向饱和电流$I_{CBO}$

2）集电极—发射极反向饱和电流$I_{CEO}$

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3.极限参数
使晶体管得到充分利用而又安全可靠的参数

1）集电极最大容许电流$I_{CM}$

2）集电极最大容许耗散功率$P_{CM}$

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放大电路的组成和工作原理

基本共射极放大电路的组成

两个原则：
发射结正偏，集电结反偏；—N端接负极正偏，P端接正极正偏
输入信号能送到放大电路的输入端

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放大电路的分析

放大电路可分为静态和动态两种情况分析。静态是没有输入信号的工作状态。

直流通路和交流通路

将基本共射极放大电路拆分为直流通路和交流通路。

直流通路:
置交流输入信号源为零，视电容为开路

交流通路:
置直流电源为零，对交流信号，电容容抗为$\dfrac{1}{wc}$,当电容足够大，可视电容为短路，将零电位端同视一个地端。

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静态分析

1）计算静态值

$I_{BQ}=\dfrac{V_{CC}-B_{BEQ}}{R_b}$
$U_{BEQ}$被认为是已知量，即管压降

求出集电极电流
$I_{CQ}=\beta I_{BQ}$

求$U_{CEQ}$
$U_{CEQ}=V_{CC}-I_{CQ}R_c$

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1）图解法
利用线性特性与三极管输入输出特性

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动态分析

晶体管的微变等效电路模型

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发射结电阻：
$r_e=\dfrac{U_T}{I_{EQ}}$

$r_{be}=r_{bb'}+(1+\beta)r_e=r_{bb'}+(1+\beta)\dfrac{U_T}{I_{EQ}}$
$I_{EQ}为静态时的发射极电流，单位mA；r_{bb'}为晶体管的基区体电阻，近似为300Ω；U_T为热电压，常温取值26mV$
当$0.1mA\leqslant I_{EQ}\leqslant 5mA$
$r_{be}=300+(1+\beta)\dfrac{26(mV)}{I_{EQ}(mA)}$

考虑到晶体管输出特性曲线不完全与横轴平行而有所上翘，即随着$u_{CE}$的增大$i_C$
有所增大，则
$r_{ce}=\dfrac{\Delta U_{CE}}{\Delta I_C}=\dfrac{u_{ce}}{i_C}|_{I_B一定}$
$r_{ce}$称为晶体管的输出电阻，就是等效电流源的内阻。

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放大电路交流性能指标的计算
1)电压放大倍数$\dot A_{u}$
$\dot A_{u}=\dfrac{\dot U_o}{\dot U_i}=-\beta\dfrac{R'_L}{r_{be}}$

2)输入电阻$R_i$
$R_i=\dfrac{\dot U_i}{\dot I_i}$

3)输出电阻$R_o$
$R_o=\dfrac{\dot U}{\dot I}|_{U_S=0,R_L=\infty}$

4)源电压放大倍数$\dot A_{us}$
$\dot A_{us}=\dfrac{\dot U_o}{\dot U_S}=\dot A_u \dfrac{\dot U_i}{\dot U_S}=\dot A_u \dfrac{R_i}{R_i+R_S}$

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失真
1）截止失真：静态工作点进入了截止区，出现$u_i$负半周“削顶”失真

需要提高静态工作点的位置，适当减小输入信号的幅值。
对共射极放大电路来说，可以减少$R_b的阻值$来增大$I_{BQ}$

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2）饱和失真：静态工作点进入了饱和区，出现$u_i$正半周“削顶”失真

需要降低静态工作点的位置，适当减小输入信号的幅值。
对共射极放大电路来说，可以增大$R_b的阻值$来减小 $I_{BQ}$

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晶体管放大电路的3种接法

静态工作点稳定的共射极放大电路

输入与输出反相，既能放大电压也能放大电流，输入、输出电阻适中，主要被应用于低频多级放大电路的中间级

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共集电极放大电路

输入输出同相，只放大电流，输入电阻最高，输出电阻最小，常被用于输入级、输出级或作为隔离用的缓冲级。
又被称为射极输出器，电压放大倍数接近于1.

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共基极放大电路

只放大电压，输入电阻小，高频特性很好，常被用于高频或宽频带低输入阻抗的场合。

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性能比较: