半导体三极管放大 .9.19

1、.1 2021-5-131 2.1 bjt 2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法 2.4 放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题 2.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路 2.5 多级放大电路多级放大电路 2.6 其他放大电路其他放大电路 .2 2021-5-132 2.1.1 bjt的结构简介的结构简介 2.1.2 放大状态下放大状态下bjt的工作原理的工作原理 2.1.3 bjt的的v-i 特性曲线特性曲线 2.1.4 bjt的主要参数的主要参数 2.1.5 三极管放大的三种组态三极管放大的三种组态 3.1 bjt .3 2021-5-133 2.1.1 bj

2、t的结构简介的结构简介 (a) 小功率管小功率管 (b) 小功率管小功率管 (c) 大功率管大功率管 (d) 中功率管中功率管 外形 .4 2021-5-134 半导体三极管是由两个背靠背的pn结构成的。 在工作过程中，两种载流子（电子和空穴） 都参与导电，故又称为，简 称晶体管或三极管。 两个pn结，把半导体分成三个区域。这 三个区域的排列，可以是n-p-n，也可以是 p-n-p。因此，三极管有两种类型： 和。 .5 2021-5-135 bjt和ttl概念 bjt：bipolar junction transistor 即双极结型晶体管， 简称晶体三极管。 ttl(逻辑门电路) 全称tra

3、nsistor-transistor logic,即bjt-bjt逻辑门电路 ，是数字电子技术中常用的一种逻辑门电路，应用较 早，技术已比较成熟。ttl主要有bjt和电阻构成， 具有速度快的特点。最早的ttl门电路是74系列，后 来出现了74h系列，74l系列，74ls,74as,74als等系 列。但是由于ttl功耗大等缺点，正逐渐被cmos电 路取代。 .6 2021-5-136 半导体三极管的结半导体三极管的结 构示意图如图所示。构示意图如图所示。 它有两种类型它有两种类型:npn型型 和和pnp型。型。 (a) npn型管结构示意图型管结构示意图 (b) pnp型管结构示意图型管结构示

4、意图 (c) npn管的电路符号管的电路符号 (d) pnp管的电路符号管的电路符号 bjt的结构简介的结构简介 .7 2021-5-137 集成电路中典型集成电路中典型npnnpn型型bjtbjt的截面图的截面图 bjt的结构剖面的结构剖面 n n p e b c 内部： （内构造） 发射区杂质浓度基区和集电区 基区很薄 发射区面积集电区面积 .8 2021-5-138 集电结 b 发射结 n p n 集电区 基区 发射区 c c e e b 集电结 b 发射结 p n p c c e e b 集电区 基区 发射区 npn型 pnp型 箭头方向表示发射结加 正向电压时的电流方向 三极管结构及

5、符号 n n p e b c .9 2021-5-139 （1）产生放大作用的条件 使内部载流子三个传输过程正常进行的条件：使内部载流子三个传输过程正常进行的条件： 内部： （内构造） 发射区杂质浓度基区和集电区 基区很薄 发射区面积集电区面积 外部：(外加电压） 发射结正偏 集电结反偏 2.1.2 放大状态下放大状态下bjt的工作原理的工作原理 .10 2021-5-1310 （2）三极管内部载流子的传输过程）三极管内部载流子的传输过程 a)载流子传输情况 - n p n ic i e i b rb ubb u cc rc iceo ib n发射结正偏发射结正偏（多子扩散）：（多子扩散）：

6、发射区（发射区（n区电子浓度大）向基区电子浓度大）向基 区发射多子电子的过程，区发射多子电子的过程，电子在电子在 （薄的）基区扩散和复合过程（薄的）基区扩散和复合过程（ 复合很少部分，大部分到集电区复合很少部分，大部分到集电区 边缘边缘） n集电结反偏集电结反偏（少子漂移）（少子漂移）： 电子被（大面积、掺杂少）集电电子被（大面积、掺杂少）集电 区吸引和收集的过程（同时区吸引和收集的过程（同时少少 子有漂移）子有漂移） .11 2021-5-1311 三极管内部电流的流向三极管内部电流的流向 ib rb ubbe ie n p n ic rc ucc c icn icbo b ibn 图3-3

7、-2 npn型三极管中载 流子的传输示意图 提问？为什么少子只考虑提问？为什么少子只考虑 i cbo，因为集电结反偏，少子不可忽视因为集电结反偏，少子不可忽视 发射区向基区注入电子，形 成发射极电流 ie 电子在基区中的扩散与复合 ，形成基极电流 ib (因为基区很薄，掺杂少， ib小) 集电区收集扩散过来的电子 ，形成集电极电流 ic 少子的漂移形成集电极饱和电流少子的漂移形成集电极饱和电流 i icbo cbo .12 2021-5-1312 ie = ic + ib 放大原理小结放大原理小结 实验表明ic比ib大数十至数百倍。ib虽然 很小，但对ic有控制作用，ic随ib的改变 而改变，

8、即基极电流较小的变化可以引 起集电极电流较大的变化，表明基极电 流对集电极具有小量控制大量的作用， 这就是三极管的电流放大作用 （本质是直流能转换成交流能）。（本质是直流能转换成交流能）。 （3）电流分配关系（含大小）：）电流分配关系（含大小）： bc ii .13 2021-5-1313 ic ib rb ubb ucc rc v v a ma + uce + ube 0.4 0.8 ube /v 40 30 20 10 ib /ma 0 uce1v 测量三极管特性的实验电路 三极管的输入特性曲线 输入特性曲线输入特性曲线（uce为常数时，从输入方向看的为常数时，从输入方向看的var） 与二

9、极管类似 2.1.3 bjt的的v-i 特性曲线特性曲线 1. .14 ib=f(vbe) vce=const. (2) 当当vce1v时，时， vcb= vce - - vbe0，集电结已进入反偏状态，开，集电结已进入反偏状态，开 始收集电子，基区复合减少，同样的始收集电子，基区复合减少，同样的vbe下下 ib减小，特性曲线右移。减小，特性曲线右移。 (1) 当当vce=0v时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。 （以共射极放大电路为例）（以共射极放大电路为例） 共射极连接共射极连接 输入特性曲线 .15 2021-5-1315 4 3 2 1 ib=0 0

10、 3 6 9 12 uce /v 20a 40a 60a 80a 100a饱和区 截止区 放 大 区 ic /ma 特性曲线三个区特性曲线三个区 讲清左右两图区别，左边是电源电压和偏置电阻固定，ib一定时的图 讲清三个区的 条件和特性， 详细见下页。 .16 2021-5-13 16 （1）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置）放大区：发射极正向偏置，集电结反向偏置 becebeb uuui, 0, 0 bc ii 0, 0 cb ii bc ii （2）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置）截止区：发射结反向偏置，集电结反向偏置 （3）饱和区：发射结正向偏置，集电结正向偏置）饱和区：发射

11、结正向偏置，集电结正向偏置 此时此时 输出特性三个区条件和特性输出特性三个区条件和特性 模拟电路中三极管一般工作在放大区，也称电流控制器件模拟电路中三极管一般工作在放大区，也称电流控制器件 此时，ucb0,集电结正向偏置, 示意图见下： c e b c e b c e b .17 饱和区：饱和区：ic明显受明显受vce控制的区域，该区控制的区域，该区 域内，一般域内，一般vce0.7v (硅管硅管)。此时，。此时，发发 射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。 ic=f(vce) ib=const. 输出特性曲线的三个区域输出特性曲线的三个区域: : 截止区：截止

12、区：ic接近零的区域，相当接近零的区域，相当ib=0的曲线的下的曲线的下 方。此时，方。此时， vbe小于死区电压小于死区电压。 放大区：放大区：ic平行于平行于vce轴的区域，曲线基本平行等距。此时，轴的区域，曲线基本平行等距。此时，发射发射 结正偏，集电结反偏结正偏，集电结反偏。 输出特性曲线文字描述输出特性曲线文字描述 .18 2021-5-1318 2.1.4 2.1.4 三极管的参数用来表示管子的性能，是 选择和使用三极管的重要依据。 其主要 参数有下面几个： 1、电流放大系数、电流放大系数：ic= ib 电流放大倍数是表示三极管的电流放大 能力的参数。 由于制造工艺的离散性， 即使

13、同一型号的三极管，其值也有很 大差别。常用三极管的值一般在20 200之间。 若三极管的值小，则电流放大效果差 。但值太大的三极管，性能不稳定。 .19 2021-5-1319 三极管的主要参数三极管的主要参数-2.反向电流反向电流 2、极间反向电流、极间反向电流icbo、iceo：iceo=（1+ ）icbo 穿透电流iceo 基极开路时, 集电极与发射极之间加反向电压时的 集电极电流称作穿透电流。由于这个电流由集电极 穿过基区流到发射极，故称穿透电流。性能良好的 管子iceo比较小。iceo受周围温度影响较大。温度升 高时，iceo急剧增大，这对三极管的稳定性会产生 很不利的影响。 .20

14、 2021-5-1320 (1) 温度对温度对icbo的影响的影响 温度每升高温度每升高10，icbo约增加一倍。约增加一倍。 (2) 温度对温度对 的影响的影响 温度每升高温度每升高1， 值约增大值约增大0.5%1%。 (3) 温度对反向击穿电压温度对反向击穿电压v(br)cbo、v(br)ceo的影响的影响 温度升高时，温度升高时，v(br)cbo和和v(br)ceo都会有所提高。都会有所提高。 2. 温度对温度对bjt特性曲线的影响特性曲线的影响 1. 温度对温度对bjt参数的影响参数的影响 end 3. 温度对温度对bjt参数及特性的影响参数及特性的影响 .21 2021-5-1321

15、 4、极限参数、极限参数 （1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流 icm： 下降到额定值下降到额定值 的的2/3时所允许的最大集电极电流。时所允许的最大集电极电流。 （2）反向击穿电压）反向击穿电压u（ （br）ceo：基极开路时，集 ：基极开路时，集 电极、发射极间的最大允许电压。电极、发射极间的最大允许电压。 （3）集电极最大允许功耗）集电极最大允许功耗pcm 。 电流太大时，集电结会发热，易烧坏（因为发射结 电流小，所以一般不考虑icm极限参数）书p113 .22 2021-5-1322 综上所述，三极管的放大作用，主要是依综上所述，三极管的放大作用，主要是依 靠它的发射极电流能够

16、通过基区传输，然后到靠它的发射极电流能够通过基区传输，然后到 达集电极而实现的。达集电极而实现的。 电流放大系数电流放大系数 ：ic= ib 实现这一传输过程的两个条件是：实现这一传输过程的两个条件是： （1）内部条件：内部条件：发射区杂质浓度远大于基发射区杂质浓度远大于基 区杂质浓度，且基区很薄。区杂质浓度，且基区很薄。 （2）外部条件：外部条件：发射结正向偏置，集电结发射结正向偏置，集电结 反向偏置。反向偏置。 放大作用小结放大作用小结 .23 2021-5-1323 (c) 共集电极接法共集电极接法，集电极作为公共电极，用，集电极作为公共电极，用cc表示。表示。 (b) 共发射极接法共发

17、射极接法，发射极作为公共电极，用，发射极作为公共电极，用ce表示；表示； (a) 共基极接法共基极接法，基极作为公共电极，用，基极作为公共电极，用cb表示；表示； bjt的三种组态的三种组态 2.1.5 三极管放大的三种组态三极管放大的三种组态 .24 2021-5-1324 2.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成 2.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理 2.2 基本共射极放大电路基本共射极放大电路 .25 2021-5-1325 基本共射极放大电路基本共射极放大电路 2.2.1 基本共射极放大电路的组成基本共射极放大电路的组成 .26 20

18、21-5-13 26 基本放大电路的组成及工作原理基本放大电路的组成及工作原理 如果一个电路或设备具有把外界送给它的弱小 电信号加以放大并送给负载的能力，那么这个电路或设备就 称为放大器，如扩音机（核心器件由晶体管、集成电路或场 效应管等器件组成）。 是将微弱的电信号（电压、电流或功率） 放大到所需要的数据，从而使电子设备的终端执行元件（如 继电器、仪表、扬声器等）有所动作或显示。 信号源：信号源：可以将不同特性的信号源等效成电压源或电流源。 电源：电源：向放大器提供能量。 负载：负载：经放大后，较强的信号输入到的终端执行元件。 放大电路的实质：放大电路的实质：就是在输入信号控制下把直流电源

19、的能量转换成输出信号能量的装置。 .27 2021-5-1327 如：扩音机就是一个典型放大器如：扩音机就是一个典型放大器 放大器放大器 ui uo rl k u 电源 信号源 负 载 扩音机扩音机 信号 源 负 载 .28 2021-5-1328 放大电路的性能指标放大电路的性能指标 评价一个放大电器性能好坏的标准主要有：评价一个放大电器性能好坏的标准主要有： 放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压放大倍数、输入电阻、输出电阻、最大不失真输出电压 、非线性失真系数、通频带、最大输出功率、效率等。、非线性失真系数、通频带、最大输出功率、效率等。 .29 2021-5-1329 rs

20、rb us + + ui + ubb rl + uo + ucc rc c1 c2 v + + 一般放大电路的组成一般放大电路的组成 放大电路的组成原则：保证晶体管工作在放大区放大电路的组成原则：保证晶体管工作在放大区 即：满足放大的外部条件，使即：满足放大的外部条件，使i ib b控制控制i ic c，输入信号能，输入信号能 被足够地放大和顺利地传送（不失真）。被足够地放大和顺利地传送（不失真）。 （原因：（原因：c是为了避免前是为了避免前 后级工作点互相影响）后级工作点互相影响） .30 2021-5-1330 一般放大电路的各元件的作用：一般放大电路的各元件的作用： （1）晶体管t。放大

21、元件，用基极电流ib控制集电极电 流ic。 （2）电源ucc和ubb。使晶体管的发射结正偏，集电结 反偏，晶体管处在放大状态，同时也是放大电路的能量 来源，提供电流ib和ic。ucc一般在几伏到十几伏之间。 （3）偏置电阻rb。用来调节基极偏置电流ib，使晶体管 有一个合适的工作点，一般为几十千欧到几百千欧。 .31 2021-5-1331 一般放大电路的各元件的作用：一般放大电路的各元件的作用： （4）集电极负载电阻rc。将集电极电流ic的变化转换为电 压的变化，以获得电压放大，一般为几千欧（提供合适的集 电结偏置）。 （5）电容cl、c2。用来传递交流信号，起到耦合的作用。 同时，又使放大

22、电路和信号源及负载间直流相隔离，起隔直 作用。为了减小传递信号的电压损失，cl、c2应选得足够大 ，一般为几微法至几十微法，通常采用电解电容器。 .32 2021-5-1332 rs us + + ui rl + uo +ucc rc c1 c2 v rb + + 右下是共发射极放大电路的实用电路右下是共发射极放大电路的实用电路 （原因：两个电源浪费，这里（原因：两个电源浪费，这里r rb b比比r rc c大，使大，使v vb b比比v vc c低，低， c c是为了避免前后级工作点互相影响）是为了避免前后级工作点互相影响） rs rb us + + ui + ubb rl + uo + u

23、cc rc c1 c2 v + + .33 33 r c r b r l u cc ibic ie c 1 c 2 ui v u cc : 直流电源, 向 r l提供能量, 给v提供适当的 偏置 v : 三极管,根据输入信号的 变化规律,控制直流电源所 给出的电流,使在r l上获得 较大的电压或功率 r c : 集电极电阻,将集电极电 流转换成集电极电压，并影响 放大器的电压放大倍数 r b : 基极偏置电 阻,为三极管基 极提供合适的正 向偏流 c 1、 c2 : 耦合电容(电解电容), 有效地构成交流信号的通路;避免 信号源与放大器之间直流电位的互相 影响 uo .34 2021-5-13

24、34 1. 静态静态(直流工作状态直流工作状态) 输入信号输入信号vi0时，时， 放大电路的工作状态称放大电路的工作状态称 为静态或直流工作状态。为静态或直流工作状态。 直流通路直流通路 b beqbb bq r vv i bqceobqcq iiii vceq=vccicqrc 3.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理 .35 2021-5-1335 2. 动态动态 输入正弦信号输入正弦信号vs后，电路后，电路 将处在动态工作情况。此时，将处在动态工作情况。此时， bjt各极电流及电压都将在各极电流及电压都将在 静态值的基础上随输入信号静态值的基础上随输入信号 作

25、相应的变化。作相应的变化。 交流通路交流通路 end 2.2.2 基本共射极放大电路的工作原理基本共射极放大电路的工作原理 .36 2021-5-1336 动态：有交流输入，放大电路各处电压、 电流均为直流量加交流量。 rsrb us+ + ui + ubb rl + uo + ucc rc c1 c2 v + + 一般放大电路总的状态一般放大电路总的状态动态动态 静态和动态好比人的静止和运动状态时的脉动，运动静态和动态好比人的静止和运动状态时的脉动，运动 状态时的脉动叠加在静止值之上。状态时的脉动叠加在静止值之上。 .37 2021-5-1337 是指有交流信号输入时，电路中的电流、 电压随

26、输入信号作相应变化的状态。由于动 态时放大电路是在直流电源ucc和交流输入信 号ui共同作用下工作，电路中的电压uce、电 流ib和ic均包含两个分量。 .38 2021-5-1338 ic t ib 0 ib 0 t ib 0 t (b) 基极电流波形 t ui 0 (a)输入信号电压波形 一般放大电路的工作过程 .39 2021-5-1339 (c)集电极电流波形 ic 0 t t ic 0 ic 0 t (d)rc上压降的波形 urc 0 t t urc 0 urc 0 一般放大电路的工作过程一般放大电路的工作过程 t .40 2021-5-1340 (e)三极管管压降的波形 t 0 u

27、ce t 0 uce 0 t ui 0 uo t (f) 输出信号电压波形 （与输入波形是反向的） 一般放大电路的工作过程一般放大电路的工作过程 uce=vcc- urc uce rs us + + ui rl + uo +ucc rc c1 c2 v rb + + .41 2021-5-1341 rb rc ui to o ib ibq ib t ic icq t ube t ubeq b e c ic uce uceq o uo to ucc c1 c2 ot o 图 放大电路的动态工作情况 i0 ii 放大电路的波形示意图 输入与输出电压的方向相反，看清何时有直流，何时只有交流。输入与输

28、出电压的方向相反，看清何时有直流，何时只有交流。 .42 2021-5-1342 放大电路工作原理实质 (1) 输出电压的波形和输入信号电压的波形相同， 只 是输出电压幅度比输入电压大（有时示意图一样，但 单位分别为微伏和毫伏）。 (2) 输出电压与输入信号电压相位差为180。 通过以上分析可知, 放大电路工作原理实质是用微 弱的信号电压ui通过三极管的控制作用去控制三极管 集电极电流ic，ic在rl上形成压降作为输出电压。ic是 直流电源ucc提供的。因此三极管的输出功率实际上是 利用三极管的控制作用，直流电能转化成交流电能的 功率。 .43 2021-5-1343 字符的含义 （小写字母带

29、小写下缀表示交流瞬时值，符号及下 标均大写是直流分量，小写符号加大写下标是总的 瞬时值。如ib=ib+ib ） 晶体管集电极-发射极间的管压降为uce=ucc-icrc 当ui=0时，放大电路处于静态或叫处于直流工作状态， 这时的基极电流 ib、集电极电流ic和集电极发射极电压uce用ib、 icq、uceq表示。它们在 三极管特性曲线上所确定的点就称为静态工作点，其习惯上加q表示。 ube=ube+ui（当在放大器的输入端加入正弦交流信号电压ui时，信号电 压ui将和静态正偏压ube相串连作用于晶体管发射结上）； ib=ib+ib（基极电流ib由两部分组成, 一个是固定不变的静态基极电流ib

30、； 一个是作正弦变化的交流基极电流ib。 ） ic=ic+ic（一个是固定不变的静态集电极电流ic；一个是作正弦变化的交 流集电极电流ic）。 .44 2021-5-1344 2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法 放大电路的分析方法主要有两种：放大电路的分析方法主要有两种： 图解法：图解法： 计算分析法：计算分析法： .45 2021-5-1345 2.3.1 图解分析法图解分析法 2.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 动态工作情况的图解分析动态工作情况的图解分析 bjt的的h参数及小信号模型参数及小信号模型 用用h参数小信号模型分析基

31、本共射极放大电路参数小信号模型分析基本共射极放大电路 小信号模型分析法的适用范围小信号模型分析法的适用范围 2.3 放大电路的分析方法放大电路的分析方法 .46 2.3.1 图解分析法图解分析法-1、静态、静态 2021-5-1346 图解分析可以用来分析静态工作点、图形失真。图解分析可以用来分析静态工作点、图形失真。 采用该方法分析，必须已知三极管的输入输出特性曲线。采用该方法分析，必须已知三极管的输入输出特性曲线。 .47 2021-5-1347 幅度较大而工作频率不太高的情况幅度较大而工作频率不太高的情况 优点：优点： 直观、形象。有助于建立和理解交、直流共存，静态和直观、形象。有助于建

32、立和理解交、直流共存，静态和 动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置动态等重要概念；有助于理解正确选择电路参数、合理设置 静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态静态工作点的重要性。能全面地分析放大电路的静态、动态 工作情况。工作情况。 缺点：缺点： 不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来不能分析工作频率较高时的电路工作状态，也不能用来 分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。分析放大电路的输入电阻、输出电阻等动态性能指标。 图解分析法的适用范围图解分析法的适用范围 .48 48 图解法举例图解法举例 v曲线图已知，分别求e=1.5v；3v时的i和u

33、 0.5 1 1.5 3 u 解题思路： i=f(u)（由曲线）;e=u+i103（由拓扑外结构） 最后画图，求得交点求得i和u（见上图） （也可以解联立方程。两个二元一次方程）， i 3 1.5 .49 2021-5-1349 1. 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析 列输入回路方程列输入回路方程 列输出回路方程（直流负载线）列输出回路方程（直流负载线） vce=vccicrc 首先，画出直流通路首先，画出直流通路 直流通路直流通路 bbbbbe riv v 2.3.1 图解分析法图解分析法- 静态分析步骤静态分析步骤 .50 2021-5-1350 在输出特性曲线上，作出直流负载线在

34、输出特性曲线上，作出直流负载线 vce=vccicrc，与，与ibq曲曲 线的交点即为线的交点即为q点，从而得到点，从而得到vceq 和和icq。 在输入特性曲线上，作出直线在输入特性曲线上，作出直线 ，两线的交点，两线的交点 即是即是q点，得到点，得到ibq。 bbbbbe riv v 静态分析步骤静态分析步骤 .51 51 r c r b r l u cc ibic ie c 1 c 2 u i v u cc : 直流电源, 向 r l提供能量, 给v提供适当的 偏置 v : 三极管,根据输入信号的 变化规律,控制直流电源所 给出的电流,使在r l上获得 较大的电压或功率 r c : 集电

35、极电阻,将集电极电 流转换成集电极电压，并影响 放大器的电压放大倍数 r b : 基极偏置电 阻,为三极管基 极提供合适的正 向偏流 c 1、 c2 : 耦合电容(电解电容), 有效地构成交流信号的通路;避免 信号源与放大器之间直流电位的互相 影响 u o .52 52 画直流通路和交流通路 在画直流通路和交流通路时， 应遵循下列原则： （1）对直流通路， 电感可视为短路， 电容可视为 开路； (2) 对交流通路， 若直流电源内阻很小(理想电压源 ) ， 则其上交流压降很小，可把它看成短路；若电容在 交流通过时，交流压降很小，可把它看成短路。 实际的输出由直流和交流输出合成。 .53 53 r

36、c +ucc v rb + uceq + ubeq icq ibq ：无交流输入时电路的工作状态。此时交 流电压源可视为短路，耦合电容可视为开路。 rs us + + ui rl + uo +ucc rc c1 c2 v rb + + .54 54 2. 求静态值图解法步骤求静态值图解法步骤 图解步骤：（1）用估算法 求出基极电流ibq（如40a） （2）根据ibq在输出特性曲线中找到对应的曲线。 （3）作直流负载线。根据集电极电流ic与集、射间电 压uce的关系式uce=uccicrc可画出一条直线，该 直线在纵轴上的截距为ucc/rc，在横轴上的截距为 ucc，其斜率为1/ rc ，只与集

37、电极负载电阻rc有 关，称为直流负载线。 b beqcc bq r uu i rc +ucc v rb + uceq + ubeq icq ibq .55 55 图解法图解法步骤 （4）求静态工作点q，并确定uceq、icq的 值。晶体管的icq和uceq既要满足ib=40a 的输出特性曲线，又要满足直流负载线， 因而晶体管必然工作在它们的交点q，该 点就是静态工作点。由静态工作点q便可 在坐标上查得静态值icq和uceq。 .56 56 ib=0 0 uce/v 20a 40a 60a 80a ic/ma q icq uceq ucc rc ucc ib=40a的输 出特性曲线 由uce=u

38、ccicrc所决定的直流负载线 两者的交点q就是静态工作点 过q点作水平 线，在纵轴上 的截距即为icq 过q点作垂线 ，在横轴上的 截距即为icq 图解法图解法 .57 57 图解法举例 已知上图，求电路的静态工作点， 在输出特性曲线图中作直流负载线mn。 .58 58 例题 可以看书上p123124例4.3.1 uama r uu i b becc bq 4004. 0 470 7 . 020 在输出特性曲线图中作直流负载线mn。 vuu ccm 20 ma r u i c cc n 3 . 3 6 20 ib=40a的输出特性曲线与直流负载线mn交于q(9, 1.8)， q即为静态工作点

39、，静态值为ibq=40a； icq=1.8ma uceq=9v .59 59 例题 .60 2021-5-1360 2.3.1图解分析法图解分析法-2、动态、动态 是指有交流信号输入时，电路中的电 流、电压随输入信号作相应变化的状态。 由于动态时放大电路是在直流电源ucc和 交流输入信号ui共同作用下工作，电路中 的电压uce、电流ib和ic均包含直流和交流 两个分量。 .61 2021-5-1361 动态工作情况的图解分析步骤动态工作情况的图解分析步骤 图解步骤： （1）根据静态分析法，求出静态工作点q。 （2）根据ui在输入特性曲线上求ube和ib。 （3）由拓扑结构作交流负载线。 （4）

40、输出特性曲线和交流负载线求ic和uce。 .62 62 (a) 输入回路 u be i b 0 u be t i b t 0 q q q i bq u beq 0 .63 2021-5-1363 根据根据ib的变化范围在输出特性曲线图上画出的变化范围在输出特性曲线图上画出ic和和vce 的波形的波形 ccccce riv v 输出回路的动态图 .64 64 r s r b u s + + u i r l + u o v r c i b i c ：ui单独作用下 的电路-由于电容c1、 c2足够大，容抗近似为 零（相当于短路），若 直流电源内阻很小(理 想电压源) ， 则其上交 流压降很小，可把

41、它看 成对地短路直流电源 ucc去掉（短接）。 rs us + + ui rl + uo +ucc rc c1 c2 v rb + + .65 65 0 u ce ic q icq u cc ic t 0 t q q u ce u ceq 直流负载线 交流负载线 0 列输出回路方程列输出回路方程 直流负载线直流负载线vce=vccicrc 交流负载线交流负载线vce=vccicrc clcc /rrrr uce为0时, ic=vcc/rc上升 上升 .66 2021-5-1366 共射极放大电路中共射极放大电路中 的电压、电流波形的电压、电流波形 动态工作情况的波形动态工作情况的波形 .67

42、2021-5-1367 rb rc ui to o ib ibq ib t ic icq t ube t ubeq b e c ic uce uceq o uo to ucc c1 c2 ot o 动态时的波形定性分析动态时的波形定性分析 （输入与输出电压方向相反）（输入与输出电压方向相反） .68 2021-5-1368 截止失真的电流和电压波形截止失真的电流和电压波形 静态工作点对波形失真的影响静态工作点对波形失真的影响-截止失真截止失真 进入截止区域而引起的失真进入截止区域而引起的失真 .69 2021-5-1369 饱和失真的饱和失真的电流和电压电流和电压波形波形 静态工作点对波形失真

43、的影响静态工作点对波形失真的影响-饱和失真饱和失真 进入进入饱和饱和区域而引起的失真区域而引起的失真 .70 70 几个重要结论：几个重要结论： 从图解分析过程，可得出如下几个重要结论： （1）放大器中的各个量ube，ib，ic和uce都由直流 分量和交流分量两部分组成。 （2）由于c2的隔直作用，uce中的直流分量uceq 被隔开，放大器的输出电压uo等于uce中的交流 分量uce，且与输入电压ui反相。 （3）放大器的电压放大倍数可由uo与ui的幅值之 比或有效值之比求出。负载电阻rl越小，交流 负载电阻rl也越小，交流负载线就越陡，使 uom减小，电压放大倍数下降。 .71 71 几个重

44、要结论：几个重要结论： （4）静态工作点q设置得不合适，会对放大电路 的性能造成影响。若q点偏高，当ib按正弦规律 变化时，q进入饱和区，造成ic和uce的波形与ib （或ui）的波形不一致，输出电压uo（即uce） 的负半周出现平顶畸变，称为饱和失真；若q 点偏低，则q进入截止区，输出电压uo的正半 周出现平顶畸变，称为截止失真。饱和失真和 截止失真统称为非线性失真。 可以通过实验验证 .72 2021-5-1372 建立小信号模型的意义建立小信号模型的意义 建立小信号模型的思路建立小信号模型的思路 当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极 管

45、小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以管小范围内的特性曲线近似地用直线来代替，从而可以 把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来把三极管这个非线性器件所组成的电路当作线性电路来 处理。处理。 由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路的 分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做分析非常困难。建立小信号模型，就是将非线性器件做 线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。线性化处理，从而简化放大电路的分析和设计。 2.3.2 小信号模型分析法小信号模型分析法 .73 73 把非线性元件晶体管所组成的放大电路等 效成一个线性电路，就

46、是放大电路的微变 等效电路，然后用线性电路的分析方法来 分析，这种方法称为微变等效电路分析法 。 是晶体管在小信号（微变量） 情况下工作。这样就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。 小信号等效模型的条件小信号等效模型的条件( (适用范围适用范围) ) .74 74 ube ib 0 ib ube q 输入特性曲线在q点附近的微小 范围内可以认为是线性的。当ube 有一微小变化ube时，基极电流 变化ib，两者的比值称为三极 管的动态输入电阻，用rbe表示， 即： b be b be be i u i u r 模型（模型（1 1）晶体管微变输入等效模型）晶体管微

47、变输入等效模型 )ma( mv)(26 )1 (300 eq be i r一般 .75 75 0 uce ic ib ic q 输出特性曲线在放大区域 内可认为呈水平线，集电 极电流的微小变化ic仅 与基极电流的微小变化 ib有关，而与电压uce无 关，故集电极和发射极之 间可等效为一个受ib控制 的电流源，即： bc ii （2 2）微变输出等效模型）微变输出等效模型 .76 76 + ube + uce ic ib c b e rbe + uce icib cb e + ube ib (a) 三极管 (b) 三极管的微变等效电路 （3 3）微变等效图）微变等效图 .77 77 rs us

48、+ + ui rl + uo +ucc rc c1 c2 v rb + + .78 78 r s r b us+ + ui r l + uo v r c ib ic ：（ui单独作用下的电路）。由于电容c1、 c2足够大，容抗近似为零（相当于短路），直 流电源ucc去掉（短接）。 rs us + + ui rl + uo +ucc rc c1 c2 v rb + + 交流等效电路的画法交流等效电路的画法 .79 79 rbe + o u c i b i cb e + i u b i rcrl rb rs + s u rs rb us+ + ui rl + uo v rc ib ic （4 4）

49、放大电路微变等效电路）放大电路微变等效电路 把晶体管微变等效模型代入交流等效电路得到 .80 80 rbe + o u c i b i cb e + i u b i rcrl rb rs + s u 1. 电压放大倍数 be l bbe bl bbe clo r r ir ir ir ir u u a i u 三、主要性能指标的计算三、主要性能指标的计算 1 电压放大倍数电压放大倍数 lcl / rrr .81 81 式中rl=rc/rl。当rl=（开路）时 be c r r au 放大倍数也可以用增 益来表示。单位：分 贝（db) uu adbalg20)( 1 电压放大倍数电压放大倍数 显

50、然有rl时,au小,见下图. 0 uce ic q icq ucc ic t 0 t q q uce uceq 直流负载线 交流负载 线 0 .82 82 beb /rr i u r i i i rbe + o u c i b i cb e + i u b i r c r lr b r s + s u i i ri 2. 输入电阻 .83 83 输入电阻ri的大小决定了放大电路从信号 源吸取电流（输入电流）的大小。为了 减轻信号源的负担，总希望ri越大越好。 另外，较大的输入电阻ri，也可以降低信 号源内阻rs的影响，使放大电路获得较高 的输入电压。在下式中由于rb比rbe大得 多，ri近似等

51、于rbe，在几百欧到几千欧， 一般认为是较低的，并不理想。 2. 2. 输入电阻含义输入电阻含义 .84 84 rbe + u c i b i cb e b i rc rb rs i co r i u r 3. 输出电阻输出电阻 ro的计算方法是：信号源短路，断 开负载rl，在输出端加电压，求出 由产生的电流，则输出电阻ro为： s u u u i .85 85 对于负载而言，放大器的输出电阻ro越小，负载电 阻rl的变化对输出电压的影响就越小，表明放大 器带负载能力越强，因此总希望ro越小越好。上式 中ro在几千欧到几十千欧，一般认为是较大的，也 不理想。 3. 输出电阻含义输出电阻含义 .

52、86 86 rs us + + ui rl + uo +ucc rc c1 c2 v rb + + 例题： 图示电路，已知，rb为300k，其他电阻均为3k， 电源为12v，电容足够大，三极管的为50，试求： （1）用估算法求静态工作点 （2）rl接入和断开两种情况下电路的电压放 大倍数； （3）输入电阻ri和输出电阻ro； （4）输出端开路时的源电压放大倍数 .87 求解步骤： 2021-5-1387 （1）利用直流通路求）利用直流通路求q点点 （2）画小信号等效电路）画小信号等效电路 （3）求放大电路动态指标）求放大电路动态指标 beb /rr i u r i i i be l r r a

53、 u co r i u r .88 88 解：（解：（1）先求静态工作点先求静态工作点 40a 300 12 b cc b beqcc bq r u r uu ia ma204. 050 bqcq ii v63212 ccqccceq riuu 再求三极管的动态输入电阻 963 )ma(2 mv)(26 )501 (300 )ma( mv)(26 )1 (300 eq be i r963. 0k rc +ucc v rb + uceq + ubeq icq ibq 例题 .89 89 显然接显然接rl后后 的的au降低降低 例题 .90 2021-5-1390 放大电路的输入信号幅度较小，放大

54、电路的输入信号幅度较小，bjtbjt工作在其工作在其v-t特性曲特性曲 线的线性范围（即放大区）内。线的线性范围（即放大区）内。h h参数的值是在静态工作点参数的值是在静态工作点 上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值上求得的。所以，放大电路的动态性能与静态工作点参数值 的大小及稳定性密切相关。的大小及稳定性密切相关。 优点优点： 分析放大电路的动态性能指标分析放大电路的动态性能指标(av 、ri和和ro等等)非常方便，非常方便， 且适用于频率较高时的分析。且适用于频率较高时的分析。 缺点缺点： 在在bjt与放大电路的小信号等效电路中，电压、电流等与放大电路的小信号等效电路中，电

55、压、电流等 电量及电量及bjt的的h参数均是针对变化量参数均是针对变化量(交流量交流量)而言的，不能用而言的，不能用 来分析计算静态工作点。来分析计算静态工作点。 小信号模型分析法小结小信号模型分析法小结 .91 2021-5-1391 共射极放大电路共射极放大电路 放大电路如图所示。已知放大电路如图所示。已知bjt的的 =80， rb=300k ， rc=2k ， vcc= +12v，求：，求： （1）放大电路的）放大电路的q点。此时点。此时bjt工作在哪个区域？工作在哪个区域？ （2）当）当rb=100k 时，放大电路的时，放大电路的q点。此时点。此时bjt工工 作在哪个区域？（忽略作在哪

56、个区域？（忽略bjt的饱和压降）的饱和压降） 解：解：（1）a40 300k 2v1 b becc bq r vv i （2）当）当rb=100k 时，时， 3.2maa4080 bqcq ii 5.6v3.2ma2kv12 cqcccceq irvv 静态工作点为静态工作点为q（40 a，3.2ma，5.6v），），bjt工作在放大区。工作在放大区。 其最小值也只能为其最小值也只能为0，即，即ic的最大电流为：的最大电流为： a120 100k 2v1 b cc bq r v ima6 . 9a12080 bqcq ii v2 . 79.6ma2k-v12 cqcccceq irvv ma6

57、 2k 2v1 c cescc cm r vv i cmbq ii 由由于于 ，所以，所以bjt工作在饱和区。工作在饱和区。 vce不可能为负值，不可能为负值， 此时，此时，q（120ua，6ma，0v），）， end 例题 .92 2021-5-1392 2.4.1 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响 2.4.2 射极偏置电路射极偏置电路 1. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路 2. 含有双电源的射极偏置电路含有双电源的射极偏置电路 3. 含有恒流源的射极偏置电路含有恒流源的射极偏置电路 2.4 放大电路静态工作点的稳定问题放大电路静态工作点的稳定问题 .93 2021

58、-5-1393 温度上升时，温度上升时，bjt的反向电流的反向电流icbo、iceo及电流放大系数及电流放大系数 或或 都会增大，而发射结正向压降都会增大，而发射结正向压降vbe会减小。这些参数随会减小。这些参数随 温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流温度的变化，都会使放大电路中的集电极静态电流icq随温随温 度升高而增加度升高而增加（icq= ibq+ iceo） ，从而使，从而使q点随温度变化。点随温度变化。 要想使要想使icq基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路基本稳定不变，就要求在温度升高时，电路 能自动地适当减小基极电流能自动地适当减小基极电流ibq 。 2.4.1 温度对

59、静态工作点的影响温度对静态工作点的影响 .94 2021-5-1394 （1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原理 目标：温度变化时，使目标：温度变化时，使 ic维持恒定。维持恒定。 如果温度变化时，如果温度变化时，b点电点电 位能基本不变位能基本不变，则可实现静，则可实现静 态工作点的稳定。有负态工作点的稳定。有负反馈反馈 控制作用时更稳定控制作用时更稳定 t 稳定原理：稳定原理： ic ie ve 、vb不变不变 vbe ib ic （反馈控制）（反馈控制） 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路 (a) 原理电路原理电路 (b) 直流通路直流通路 2.4.2 射极偏置电路射极偏置电路

60、 .95 2021-5-1395 b点电位基本不变的条件点电位基本不变的条件： i1 ibq ， cc b2b1 b2 bq v rr r v 此时，此时， vbq与温度无关与温度无关 vbq vbeq re取值越大，反馈控制作用越强取值越大，反馈控制作用越强 一般取一般取 i1 =(510)ibq ， vbq =35v （1 1）稳定工作点原理）稳定工作点原理 基极分压式射极偏置电路分析基极分压式射极偏置电路分析 .96 2021-5-1396 1. 基极分压式射极偏置电路基极分压式射极偏置电路 （2 2）放大电路指标分析）放大电路指标分析 静态工作点静态工作点 cc b2b1 b2 bq