双极性晶体管及其基本放大电路

这是一篇关于双极性晶体管及其基本放大电路的思维导图，主要内容包括：分析电路，建立模型，电路应用，搭建电路，认识器件。

双极性晶体管及其基本放大电路

• 分析电路
  • 静态分析
    • 直流通路
      • 电容视为开路
      • 电感线视为短路
      • 交流电源短路,保留电阻Rs
    • 静态分析估算法
      • 列方程，导通压降认为是0.7V
    • 静态分析图解法
      • 各个参量对Q点的影响
        • Rb
          • 输入曲线的纵截距（Vcc/Rb）变低，但是横截距不变，所以负载线变得更趴，Q下移
        • Rc
          • k=-1/Rc，变得更趴，Q左移（同一高度）
        • Vcc
          • 纵截距和横借据等比例减小，负载线平行下移，Q下移
        • β
          • Uceq减小就是横坐标往回缩嘛，直流负载线形状又不变，Q点会沿直流负载线上移
  • 动态分析
    • 交流通路
      • 电容视为短路
      • 直流电源视为短路
      • Vcc接地置零
      • 围绕三极管来画！
    • 图解法
      • 分析非线性失真（以NPN管为例）
        • 截止失真
          • Q过低，进入截止区
            • 减小Rb
          • 顶部失真
        • 饱和失真
          • Q过高
            • 增大Rb，减小Rc
          • 底部失真
        • 最大不失真输出电压
      • 直流负载线与交流负载线
        • 斜率比较
          • 有负载的情况下，交流负载线更加陡峭
    • 拓展：直接耦合放大电路的负载线
      • 结论：无论是空载还是带负载情况，直流负载线与交流负载线都是重合的
  • 静态工作点稳定技术
    • 定义
      • Q点稳定 和Uoe在温度变化时基本不变。
    • 必要性
      • 温度对静态工作点的影响 Q点不仅决定电路是否会产生失真，还影响着电压放大倍数，输入输出电阻等动态参数，合理选择Q点并使之稳定，就成为电路正常且稳定工作的关键。
    • 因素
      • Q不稳定的因素: 1）电源电压的波动 2）元件的老化 3）温度的变化
    • 方法
      • 二极管温度补偿
      • 直流负反馈补偿（Ub恒定）
        • 前提
          • 在I1>>lbq的情况下，Ubq在温度变化是基本不变
        • 温度升高的过程
          • T.上升-->Ie上升-->Ue上升-->Ube下降-->Ib下降-->Ic下降.
        • 温度下降的过程
          • 下降-->Ie下降-->Ue下降--> Ube升高--> Ib升高-->Ic升高
        • 动态分析
          • 静态：旁路电容相当于开路，不影响Re对Q的稳定作用
          • 动态：旁路电容相当于短路，消除了Re对电压放大倍数的影响
• 建立模型
  • h参数微变等效模型 （由数学推导到电路结构的思想）
    • 所谓微变等效，就是把非线性元件（晶体管）线性化，把放大电路等效一个线性电路
    • 1.晶体管微变等效电路模型成立的前提：微变小信号（由于没有考虑结电容的作用） 2.不能用来分析静态特性和求解静态直流工作点Q 3.晶体管微变等效电路模型中，电流源，其大小和方向均受控制,
    • 具体步骤
      • Step1：画出交流通路，标出b、c、e三极
      • Step2：b和e之间画rbe并标ib，c和e之间画一个流控电流源，标βib（注意两个电流的方向）！！
      • Step3：用基本定律分析即可
  • rbe的意义
    • 晶体管的动态等效输入电阻
    • 只有通过静态分析，才能求得rbe的值
    • rbe与静态工作点密切相关
    • 架起了动态与静态的桥梁
  • 应用：求解其他参量
    • 电压放大倍数
      • • 当信号源有内阻Rs时
          • 这里的Uo是输入电阻和内阻的分压
    • 输入电阻
      • 越大越好
      • 信号拾取能力
    • 输出电阻
      • 越小越好
      • 带负载能力
      • 如何求解
• 电路应用
  • 放大
    • 共射放大电路
      • 信号拾取能力、带负载能力弱
  • 阻抗匹配
    • 共集放大电路
      • 也叫做射极跟随器
      • 只能实现电流放大，电压放大倍数<1并且趋于1
        • 功率放大√
      • 优点
        • 同相放大
        • 输入阻抗大（与负载有关），输出阻抗小（与信号源内阻有关）
          • 信号拾取能力和带负载能力都比较强
      • 应用
        • 1.放在多级放大器的输入端，提高整个放大器的输入电阻。 2.放在多级放大器的输出端，减小整个放大器的输出电阻。
  • 超宽带放大电路
    • 共基放大电路
      • 电压放大作用, 没有电流放大
      • 电流跟随器
      • 输入电阻小，输出电阻大
      • 高频特性较好，常用于高频或宽频带低输入阻抗的场合
  • 总结
• 搭建电路
  • 放大的本质和基本要求
    • 左：信号源source 右：负载 注：上面两个都不是放大电路！只有中间的部分是放大电路
    • 本质是能量的转换和控制
      • 必须有直流电源供电，才能保证能量守恒！
    • 不失真是放大的前提
    • 由于有两个源，所以必须用叠加定理
      • 静态：没有输入信号，各点的电流和电压都是直流量
      • 动态：有输入信号，随交流信号而变化
      • 静态“驼载”着动态
    • 符号规定：IB：直流分量 ib交流分量；iB总瞬时值（交流波形平移直流的高度） Ib有效值
  • 技术指标
    • 静态
      • 1.静态工作点Q
        • IB，UBE，IC，UCE，两两配对，在输入和输出的特性曲线上唯一确定了一个点
      • 三个参数
        • 1.放大倍数（无单位/单位为分贝）
          • 电压是重点！！
        • 2.输入电阻Ri
          • 从输入端看进去的电阻（不是信号源！！）
          • Ri=Ui/Ii
          • 电压放大时，R越大越好
            • 分压更大，能够索取信号源更多
              • 信号拾取能力更强
          • 电流放大时，R越小越好
        • 3。输出电阻
          • 从输入端看进去的等效电阻，也就是戴维南等效电阻
            • 1.负载开路 2.电源置零 3.外接电源求激励
          • 电压放大时越小越好
            • 与负载抢的越少，带负载能力越强
          • 电流放大时，越大越好
  • 组成原则与组态划分
    • 组成原则和组态划分
      • 偏置
        • Rb：确定静态工作点Q Rc：集电极电阻）：将集电极电流 IcIc​ 的变化转化为电压变化，实现电压放大。
      • 组态
        • 快速判断：找到交流信号的输入端管脚，再找负载从哪个管脚去输出，剩下的极就是共的极 判断组态一定得是交流，会优先走电容，短路电阻
  • 工作原理
    • 链式反应（最终共射实现反向放大）
    • 直流是基础，交流是目标！
• 认识器件
  • 三极管（晶体管）
    • 结构和符号
      • 结构
        • 三个极、三个区、两个结
          • 三个区的特点
            • 发射区：掺杂浓度最高，发射载流子
            • 基区：最薄，掺杂浓度最低，传送和控制载流子
            • 集电区;面积最大，收集载流子
          • 成功放大对两个结的要求： 发射结正偏，集电结反偏
      • 符号
      • 题型1：根据电位关系，在放大条件下确定管子类型和三个极
        • 判管子类型： 0.7V硅管
        • 1.电位大小在中间的，一定是基极b 2.由于保证发射结正偏，所以比基极小0.7的一定是发射极e 3.剩下的就是集电极c 若集电极电势最高，所以是NPN型三极管 否则为PNP型三极管
    • 题型2：判断三极管工作状态
      • 法1：结偏置法
      • 法2：电流关系法
    • 主要参数
      • 放大倍数
      • 极限参数
        • • 都是纳安级别，受温度影响大，故越小越好，温度稳定性越好
          • 穿透电流就是Ib=0时，Ic略微>0的原因
          • Iceo=（1+β）Icbo
        • 决定安全工作区
      • 电流关系Ie=Ib+Ic
    • 伏安特性
      • 输入特性曲线
        • 控制Uce不变，调整Vbb，得到Ib和Ube的关系
      • 输出特性曲线
        • 1.每一个确定的Ib，对应一条输出曲线
          • 2.在恒流区确定Ib，读出Ic，可确定β拔和β，读图即可 3.在恒流区，Ic不受Uce影响，只受Ib控制（电流控制元件BJT） 4.等效成一个电流控制电流源
      • 温度的影响
        • 对输入特性曲线的影响
        • 对输出特性曲线的影响
    • 三个区
      • 放大区
        • 发射结正偏，集电结反偏
      • 截止区
        • 发射结反偏，集电结反偏
        • Ic≈0
        • Uce三个区最大，接近电源电压
      • 饱和区
        • 发射结正偏，集电结正偏
        • Uces这个参数（缺b，故b极开路，是C和E之间的电压降） 本来应该是一个理想的闭合的开关，不应该有压降，实际却有压降 越小越好，说明功率损耗越小！
      • 晶体管的开关作用
        • 截止区：输入低电平，输出高电平 饱和区：输入高电平，输出低电平 逻辑“非”
• 学习重点与难点
  • 一、学习重点
    • 1. 晶体管结构与工作原理
      • 三极管三个区（发射区、基区、集电区）的特点与作用。
      • 放大条件：发射结正偏，集电结反偏。
      • 电流关系：Ie = Ib + Ic。
    • 2. 三极管工作状态判断
      • 结偏置法：根据偏置状态判断放大、饱和、截止区。
      • 电流关系法：通过电流大小判断状态。
    • 3. 静态工作点（Q点）
      • Q点的定义与重要性：决定电路是否失真、影响动态参数。
      • 静态分析方法：
        • 估算法（列方程，假设 Ube ≈ 0.7V）
        • 图解法（负载线与特性曲线交点）
    • 4. 放大电路性能指标
      • 电压放大倍数 Au
      • 输入电阻 Ri（越大越好，信号拾取能力强）
      • 输出电阻 Ro（越小越好，带负载能力强）
    • 5. 三种基本组态
      • 共射：电压放大能力强，反向放大。
      • 共集（射极跟随器）：电压放大≈1，输入电阻大，输出电阻小。
      • 共基：高频特性好，输入电阻小。
    • 6. 微变等效电路（h参数模型）
      • 将非线性晶体管线性化。
      • rbe 的计算与意义：连接静态与动态分析的桥梁。
      • 分析步骤：画交流通路 → 替换为等效模型 → 求解动态参数。
    • 7. Q点稳定技术
      • 温度对 Q 点的影响机制。
      • 稳定方法：
        • 二极管温度补偿
        • 直流负反馈（如 Re 电阻）
  • 二、学习难点
    • 1. 三极管工作状态判断
      • 尤其在复杂电位下判断 NPN/PNP 类型及三个极。
      • 区分饱和、放大、截止状态的条件。
    • 2. 静态与动态分析的切换
      • 直流通路 vs 交流通路：
      • 电容、电源的处理方式不同。
      • 容易混淆“开路”与“短路”的条件。
    • 3. 微变等效模型的理解与应用
      • rbe 与静态电流 IE 的关系：
      • 电流源的方向与控制关系（β·ib）容易画错。
    • 4. 交流负载线与直流负载线的区别
      • 有负载时，交流负载线更陡峭。
      • 图解失真分析时，Q点位置对失真的影响（截止失真 vs 饱和失真）。
    • 5. 三种组态的性能比较与应用场景
      • 共射、共集、共基的输入/输出电阻、放大能力、频率特性差异。
      • 如何根据需求选择合适的组态（很重要！）
    • 6. Q点稳定机制的理解
      • 负反馈稳定过程（如：T↑ → Ie↑ → Ue↑ → Ube↓ → Ib↓ → Ic↓）
      • 旁路电容 Ce 在静态和动态下的不同作用。