第2章双极型晶体管及其放大电路

1、2021年8月2日星期一模拟电子技术1 第第2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路 2.1 双极型晶体管的工作原理双极型晶体管的工作原理 2.1.1 双极型晶体管的结构双极型晶体管的结构 2.1.2 双极型晶体管的工作原理双极型晶体管的工作原理 一、放大状态下晶体管中载流子的运动一、放大状态下晶体管中载流子的运动 二、二、 电流分配关系电流分配关系 2.2 晶体管特性曲线晶体管特性曲线 2.2.1共射极输出特性曲线共射极输出特性曲线 2.2.2 共射极输入特性曲线共射极输入特性曲线 2021年8月2日星期一模拟电子技术2 2.2.3温度对晶体管特性的影响温度对晶体管特性的影响

2、 2.2.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数 一、电流放大系数一、电流放大系数 二、极间反向电流二、极间反向电流 三、极限参数三、极限参数 2.3 晶体管放大电路的放大原理晶体管放大电路的放大原理 2.3.1 放大电路的组成放大电路的组成 2.3.2 静态工作点的作用静态工作点的作用 2.3.3 晶体管放大电路的放大原理晶体管放大电路的放大原理 2021年8月2日星期一模拟电子技术3 2.3.4 基本放大电路的组成原则基本放大电路的组成原则 2.3.5 直流通路和交流通路直流通路和交流通路 2.4 放大电路的静态分析和设计放大电路的静态分析和设计 2.4.1晶体管的直流模型及静态工作点的估算

3、晶体管的直流模型及静态工作点的估算 2.4.2 静态工作点的图解分析法静态工作点的图解分析法 2.4.3 晶体管工作状态的判断方法晶体管工作状态的判断方法 2.4.4 放大状态下的直流偏置电路放大状态下的直流偏置电路 一、固定偏流电路一、固定偏流电路 二、分压式电流负反馈偏置电路二、分压式电流负反馈偏置电路 2021年8月2日星期一模拟电子技术4 2.5 放大电路的动态分析和设计放大电路的动态分析和设计 2.5.1交流图解分析交流图解分析 2.5.2 放大电路的动态范围和非线性失真放大电路的动态范围和非线性失真 2.5.3 晶体管的交流小信号模型晶体管的交流小信号模型 一、混合一、混合型电路模

4、型型电路模型 二、低频二、低频H参数电路模型参数电路模型 2.5.4 等效电路法分析共射放大电路等效电路法分析共射放大电路 2.5.5共射放大电路的设计实例共射放大电路的设计实例 2021年8月2日星期一模拟电子技术5 2.6 共集放大电路共集放大电路 2.7共基放大电路共基放大电路 2.8 多级放大电路多级放大电路 2.8.1级间耦合方式级间耦合方式 2.8.2级联放大器的性能指标计算级联放大器的性能指标计算 2.8.3 常见的组合放大器常见的组合放大器 一、一、CCCE组合放大器组合放大器 二、二、CECC组合放大器组合放大器 三、三、CECB组合放大器组合放大器 作作 业业 2021年8

5、月2日星期一模拟电子技术6 （1）掌握双极型晶体管的工作原理、特性和参数。）掌握双极型晶体管的工作原理、特性和参数。 （2）掌握双极型晶体管的大信号和小信号模型。了解模型参）掌握双极型晶体管的大信号和小信号模型。了解模型参 数的含义。数的含义。 （3）掌握晶体管基本放大器的组成、工作原理及性能特点。）掌握晶体管基本放大器的组成、工作原理及性能特点。 （4）掌握静态工作点的基本概念和偏置电路的估算。）掌握静态工作点的基本概念和偏置电路的估算。 （5）掌握图解分析方法和小信号等效电路分析方法，掌握动）掌握图解分析方法和小信号等效电路分析方法，掌握动 态参数（态参数（ ）的分析方法。）的分析方法。

6、（6）掌握多级放大电路动态参数的分析方法。）掌握多级放大电路动态参数的分析方法。 omoi URRA u 、 第第2章章 双极型晶体管及其放大电路双极型晶体管及其放大电路 2021年8月2日星期一模拟电子技术7 2.1 双极型晶体管的工作原理双极型晶体管的工作原理 BJT(Bipolar Junction Transistor)，简称晶体管或三极管。，简称晶体管或三极管。 2.1.1 双极型晶体管的结构双极型晶体管的结构 e c b 发射极发射极 基极基极 集电极集电极 发射结发射结集电结集电结 基区基区发射区发射区集电区集电区 N+PN c b e NPN PNP c b e (a) NPN

7、管的管的原理结构原理结构示意图示意图(b) 电路符号电路符号 Base Collector Emitter 图图2.1.1 晶体管的结构与符号晶体管的结构与符号 2021年8月2日星期一模拟电子技术8 P 集电极 基极 发射极 集电结发射结 发射区集电区 (a) NPN c e b PNP c e b b 基区 ec (b) N衬底 N型外延 P N c eb SiO2 绝缘层 集电结 基区 发射区 发射结 集电区 (c) NN 图图2.1.2 平面管结构剖面平面管结构剖面 结构特点结构特点 1.三区二结三区二结2.基区很薄（基区很薄（10-1m 100m） 3.e区重掺杂、区重掺杂、 c区轻

8、掺杂、区轻掺杂、 b区掺杂最轻区掺杂最轻4.Sc结 结Se结结 2021年8月2日星期一模拟电子技术9 图图2.1.3 晶体管内载流子的运动和各极电流晶体管内载流子的运动和各极电流 c IC e IE N P N IB RC UCC UBB RB ICBO 15V b IBN IEPIEN ICN 1.发射区向基区发射区向基区注入注入电子；电子； 2.电子在基区中边电子在基区中边扩散扩散边复合；边复合； 3.扩散到集电结的电子被扩散到集电结的电子被 集电区集电区收集。收集。 2.1.2 双极型晶体管的工作原理双极型晶体管的工作原理 一、放大状态下晶体管中载流子的运动一、放大状态下晶体管中载流子

9、的运动 基区从厚变薄，两个基区从厚变薄，两个PN 结演变为三极管，这是量结演变为三极管，这是量 变引起质变的一个实例。变引起质变的一个实例。 2021年8月2日星期一模拟电子技术10 二、二、 电流分配关系电流分配关系 CBOEPBNB IIII ENEPE III CBOCNC III CBE III c IC e IE N P N IB RC UCC UBB RB b IBN IEN ICN ICBO IEP IB IC IE EN I 跨越两个跨越两个PN节，节， 体现了放大作用。体现了放大作用。 EN I BN I CN I 2021年8月2日星期一模拟电子技术11 1.直流电流放大系

10、数直流电流放大系数 CNCNEN BE EENE CCBO E III III II I 基区传输效率基区传输效率 发射区发射效率发射区发射效率 99. 097. 0 共基直流电流放大系数共基直流电流放大系数 c IC e IE N P N IB RC UCC UBB RB b IBN IEN ICN ICBO IEP CN EN I I 2021年8月2日星期一模拟电子技术12 20020 CBOB CBOC EPBN CN CNE CN II II II I II I c IC e IE N P N IB R C UCC UBB RB b IBN IEN ICN 共射直流电流放大系数共射直

11、流电流放大系数 ICBO IEP CN BN I I 2021年8月2日星期一模拟电子技术13 1 EE E CNE CN II I II I 1)1( CN CN E CN I I I I 共射、共基直流电流放大系数共射、共基直流电流放大系数 、 间关系间关系 1 1 2021年8月2日星期一模拟电子技术14 若忽略若忽略 ICBO , 则则 , BC II BE )1(II , EC II EB )1 (II 2.IC、IE、IB、三者关系三者关系 CBOB CBOC II II E CBOC I II 2021年8月2日星期一模拟电子技术15 2.2 晶体管特性曲线晶体管特性曲线 全面描

12、述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。全面描述晶体管各极电流与极间电压关系的曲线。 图图2.2.1晶体管的三种基本接法（晶体管的三种基本接法（组态组态） c e b iB iC 输出输出 回路回路 输入输入 回路回路 (a)共发射极共发射极 (Common Emitter) (b)共集电极共集电极 (Common Collecter) (c)共基极共基极 (Common Base) 输入回路（接信号源，加入信号）；输入回路（接信号源，加入信号）； 输出回路（接负载，取出信号）；输出回路（接负载，取出信号）； e c b iB iE ce iEiC b 2021年8月2日星期一模拟电子技术16

13、2.2.1共射极输出特性曲线共射极输出特性曲线 图图2.2.2共发射极特性曲线测量电路共发射极特性曲线测量电路 常常数数 B iCEC ufi)( A mA V V iB iC UCC UBB RC RB uBE uCE 2021年8月2日星期一模拟电子技术17 图图2.2.3 共射输出特性曲线共射输出特性曲线 Active Cutoff Saturation C结零偏压结零偏压 E结零偏压结零偏压 C结反偏结反偏 C结正偏结正偏 E结正偏结正偏 E结反偏结反偏 2021年8月2日星期一模拟电子技术18 uCE/V51015 0 1 2 3 4 饱 和 区 截止区 IB40A 30A 20A

14、10A 0A iBICBO 放 大 区 iC/mA uCEuBE 图图2.2.3 共射输出特性曲线共射输出特性曲线 共发射极接法输出特性曲线共发射极接法输出特性曲线.avi Active Region Cutoff Region Saturation Region 2021年8月2日星期一模拟电子技术19 c IC e IE N P N IB R C UCC UBB RB ICBO b IBN IEPIEN ICN 1. 放大区放大区（发射结正偏，（发射结正偏， 集电结反偏）集电结反偏） (1) uCE 变化时变化时, IC 影响影响 很小（很小（恒流特性恒流特性） (2)基极电流基极电流 i

15、B 对集电极对集电极 电流电流 iC 的控制作用很的控制作用很 强，引入交流电流放强，引入交流电流放 大倍数大倍数 常数常数 CE u B C I I 2021年8月2日星期一模拟电子技术20 c IC e IE N P N IB R C UCC UBB RB b 2. 饱和区饱和区（发射结和集电结均处于正向偏置）（发射结和集电结均处于正向偏置） E结正偏结正偏C结零偏的正向传输结零偏的正向传输 (1) iB一定时，一定时，iC比放大比放大 时要小；时要小； (2)UCE一定时一定时 iB增大，增大， iC基基 本不变。本不变。 C结正偏结正偏E结零偏的反向传输结零偏的反向传输 内部载流子的传

16、输过程分解为内部载流子的传输过程分解为 2021年8月2日星期一模拟电子技术21 临界饱和：临界饱和：UCE = UBE，即，即UCB=0（C结零偏）。结零偏）。 饱和压降饱和压降 UCE(sat) = 0.3V（小功率（小功率Si管）；管）； UCE(sat) = 0.1V（小功率（小功率Ge管）。管）。 饱和（饱和（saturation） 关于饱和区的说明关于饱和区的说明 2021年8月2日星期一模拟电子技术22 c IC e IE N P N IB R C UCC UBB RB b 3. 截止区截止区（发射结和集电结均处于反向偏置）（发射结和集电结均处于反向偏置） 三个电极均为反向电流，

17、所以数值很小。三个电极均为反向电流，所以数值很小。 (1) iB =-iCBO(此时此时i E =0) 以下称为截止区；以下称为截止区； (2)工程上认为：工程上认为：iB =0 以以 下即为截止区。下即为截止区。因为因为 在在iB =0 和和iB =-iCBO 间，放大作用很弱。 间，放大作用很弱。 ICBO IEBO 2021年8月2日星期一模拟电子技术23 c 结结 e 结结 正偏正偏反偏反偏 正偏正偏 反偏反偏 晶体管的工作状态总结晶体管的工作状态总结 饱和饱和放大放大 截止截止 倒置放大倒置放大 饱和状态：极间电压近似为饱和状态：极间电压近似为0 截止状态：电极电流近似为截止状态：电

18、极电流近似为0 2021年8月2日星期一模拟电子技术24 2.2.2 共射极输入特性曲线共射极输入特性曲线 常数常数 CE uBEB ufi)( 图图2.2.7 共发射极输入特性曲线共发射极输入特性曲线 (1)UCE = 0 时，晶体管相当于两时，晶体管相当于两 个并联二极管，个并联二极管，iB 很大，曲线明很大，曲线明 显左移。显左移。 cIC e IE N P N IB UBB RB b 2021年8月2日星期一模拟电子技术25 2.2.2 共射极输入特性曲线共射极输入特性曲线 常数常数 CE uBEB ufi)( 图图2.2.7 共发射极输入特性曲线共发射极输入特性曲线 (2)0UCE1

19、 时，随时，随 UCE 增加，曲线增加，曲线 右移，特别在右移，特别在 0UCE1时，曲线近似重合。时，曲线近似重合。 cIC e IE N P N IB RC UCC UBB RB b 2021年8月2日星期一模拟电子技术27 2.2.3温度对晶体管特性的影响温度对晶体管特性的影响 T ，uBE： C)/mV5 . 2mV2( BE T u T ， ICBO ： 10 CBO1CBO2 12 2 TT II T ， ： C/)15 . 0( T CBOBC )1(III T ， IC ： 结论结论 2021年8月2日星期一模拟电子技术28 2.2.4 晶体管的主要参数晶体管的主要参数 一、电

20、流放大系数一、电流放大系数 1. 共射直流放大系数共射直流放大系数 反映静态时集电极电流与基极电流之比。反映静态时集电极电流与基极电流之比。 2. 共射交流放大系数共射交流放大系数 反映动态时的电流放大特性。反映动态时的电流放大特性。 在以后的计算中，不必区分。在以后的计算中，不必区分。 由于由于 ，呈线性关系，呈线性关系 CEOBCBOBC )1(IIIII 因此因此 2021年8月2日星期一模拟电子技术29 4.共基交流放大系数共基交流放大系数 3.共基直流放大系数共基直流放大系数 常数常数 CB E C u I I 在以后的计算中，不必区分。在以后的计算中，不必区分。 由于由于 ，呈线性

21、关系，呈线性关系 CBOEC III 因此因此 2021年8月2日星期一模拟电子技术30 二、极间反向电流二、极间反向电流 1 ICBO 发射极开路时，集电极发射极开路时，集电极基极间的反向电流，称为基极间的反向电流，称为集集 电极反向饱和电流电极反向饱和电流。 2 ICEO 基极开路时，集电极基极开路时，集电极发射极间的反向电流，称为发射极间的反向电流，称为集集 电极穿透电流电极穿透电流。 3 IEBO 集电极开路时，发射极集电极开路时，发射极基极间的反向电流。基极间的反向电流。 2021年8月2日星期一模拟电子技术31 三、极限参数三、极限参数 1. 击穿电压击穿电压 U(BR)CBO指发

22、射极开路时，集电极指发射极开路时，集电极基极间的基极间的 反向击穿电压。反向击穿电压。 U(BR)CEO指基极开路时，集电极指基极开路时，集电极发射极间的发射极间的 反向击穿电压。反向击穿电压。 U(BR)EBO指集电极开路时，发射极指集电极开路时，发射极基极间的基极间的 反向击穿电压。该值通常较小，只有几伏。反向击穿电压。该值通常较小，只有几伏。 例如：例如：3DG6(NPN)， U(BR)CBO =115V， U(BR)CEO =60V，U(BR)EBO=8V。 2021年8月2日星期一模拟电子技术32 2.集电极最大允许电流集电极最大允许电流ICM ICM (Maximum Collec

23、tor Current)一般指一般指下降下降 到正常值的到正常值的2/3时所对应的集电极电流。当时所对应的集电极电流。当iC ICM时，虽然管子不致于损坏，但时，虽然管子不致于损坏，但值已经明显值已经明显 减小。减小。 3.集电极最大允许耗散功率集电极最大允许耗散功率PCM PCM (Maximum Power Dissipation)表示集电极表示集电极 上允许损耗功率的最大值。超过此值就会使管子上允许损耗功率的最大值。超过此值就会使管子 性能变坏或烧毁。性能变坏或烧毁。 PCM =ICUCE 2021年8月2日星期一模拟电子技术33 uCE 工作区 iC 0 安全 ICM U(BR)CEO

24、 PCM 图图2.2.8 晶体管的安全工作区晶体管的安全工作区 功耗线功耗线 过损耗区过损耗区 击穿区击穿区 过流区过流区 Safe Operating Area 2021年8月2日星期一模拟电子技术34 RC uo V ui RB UBB UCC 2.3.1 放大电路的组成放大电路的组成 图图2.3.1 共射极放大电路共射极放大电路 1.当当ui=0时，电路处于时，电路处于静态；静态； 2.当当ui0时，电路处于时，电路处于动态，动态， 动态时交流量与直流量共存。动态时交流量与直流量共存。 2.3 晶体管放大电路的放大原理晶体管放大电路的放大原理 动态：由交流信号源动态：由交流信号源 引起的

25、一种工作状态。引起的一种工作状态。 静态：由直流电源静态：由直流电源 引起的一种工作状态。引起的一种工作状态。 2021年8月2日星期一模拟电子技术35 2.3.2 静态工作点的作用静态工作点的作用 图图2.3.2 没有设置合适的静态工作点没有设置合适的静态工作点 RC uo V ui RB UCC iB t uBE t iB uBE 2021年8月2日星期一模拟电子技术36 2.3.3晶体管放大电路的放大原理晶体管放大电路的放大原理 t ui 0 t uBE UBE Q 0 RC uo V ui RB UBB UCC 图图2.3.3 设置合适静态工作点共射放大电路波形设置合适静态工作点共射放

26、大电路波形 iB t uBE t iB uBE 2021年8月2日星期一模拟电子技术37 t ui 0 t uBE UBE Q 0 uCE t UCEQ 0 uo 0t iC t ICQ 0 RC uo V ui RB UBB UCC 图图2.3.3 设置合适静态工作点共射放大电路波形设置合适静态工作点共射放大电路波形 2021年8月2日星期一模拟电子技术38 图图2.3.4 阻容耦合共射放大电路阻容耦合共射放大电路 RC Uo V Us Rs Ui C 1 RB (U CC) C2 RL US、RS：正弦信号源电压及内阻正弦信号源电压及内阻 UCC：直流电源直流电源 RB：基极偏置电阻基极偏

27、置电阻 RC：集电极负载电阻集电极负载电阻 RL：负载电阻负载电阻 C1(C2)：耦合电容耦合电容 U CC 2.3.4基本放大电路基本放大电路的组成原则的组成原则 1.1.只有一个放大管的放大电路，共有三种组态。只有一个放大管的放大电路，共有三种组态。 2021年8月2日星期一模拟电子技术39 (1) RB, RC, UCC使放大器使放大器 工作在放大区。工作在放大区。 (2)采用采用RB, RC, C1,C2构成构成 阻容耦合连接方式阻容耦合连接方式。选择。选择 合适的电容合适的电容C1、C2使其对使其对 交流信号的容抗近似为交流信号的容抗近似为0， 交流信号可无损耗地送入交流信号可无损耗

28、地送入 发射结。发射结。 2.放大电路中各元件的作用放大电路中各元件的作用 RC Uo Us V R s Ui C1 RB (UCC) C2 RL UCC 2021年8月2日星期一模拟电子技术40 (1) 晶体管偏置在放大状态，晶体管偏置在放大状态， 且有合适的工作点。且有合适的工作点。 (2) 输入信号必须加在基输入信号必须加在基 极极发射极回路。发射极回路。 (3) 须有合理的信号通路。须有合理的信号通路。 需进行交流分析需进行交流分析 需进行直流分析需进行直流分析 RC Uo Us V R s Ui C1 RB (UCC) C2 RL UCC )1e( T BE SE U u Ii 3.

29、3.基本放大电路基本放大电路的组成原则的组成原则 2021年8月2日星期一模拟电子技术41 2.3.5 直流通路和交流通路直流通路和交流通路 分析对象：直流成份、直流通路（偏置电路）分析对象：直流成份、直流通路（偏置电路） 1.直流（静态）分析：直流（静态）分析： 2.交流（动态）分析交流（动态）分析 ： 加入交流信号，即加入交流信号，即u ui i0 0 当放大器没有送入交流信号时，即当放大器没有送入交流信号时，即u ui i=0=0 分析对象：交流成分、交流通路分析对象：交流成分、交流通路 2021年8月2日星期一模拟电子技术42 3.3.画直流通路的原则画直流通路的原则 (1) C开路开

30、路(2) L短路短路 4.4.画交流通路的原则画交流通路的原则 (1) 通常通常C短路短路(2) 通常L保留保留 (3)直流电源直流电源UCC短路短路 (3) 直流电源直流电源UCC视为恒压源视为恒压源 (4) 交流电源交流电源Us=0,Rs保留保留 (4) 交流电源交流电源Us,Rs保留保留 2021年8月2日星期一模拟电子技术43 图图2.3.5(a) 共射放大器的直流通路共射放大器的直流通路 RB UCC RC RC Uo Us V R s Ui C1 RB (UCC) C2 RL UCC 2021年8月2日星期一模拟电子技术44 RCUo Us Rs RB RL Ii Io 习惯用有效

31、值习惯用有效值 练习：练习：P63 2.14(a)(c) 图图2.3.5(b) 共射放大器的交流通路共射放大器的交流通路 RC Uo Us V Rs Ui C1 RB (UCC) C2 RL U CC 2021年8月2日星期一模拟电子技术45 2.4 放大电路的静态分析和设计放大电路的静态分析和设计 直流工作状态分析（静态分析）直流工作状态分析（静态分析） 将输入、输出特性曲线将输入、输出特性曲线线性化线性化 （即用若干直线段表示）（即用若干直线段表示） 等效电路（模型）等效电路（模型） 2021年8月2日星期一模拟电子技术46 (a) 输入特性近似输入特性近似 图图2.4.1 晶体管伏安特性

32、曲线的折线近似及直流模型晶体管伏安特性曲线的折线近似及直流模型 uBE0 iB UBE(on)0uCE iC UCE(sat) IB 0 (b) 输出特性近似输出特性近似 2.4.1晶体管的直流模型及静态工作点的估算晶体管的直流模型及静态工作点的估算 2021年8月2日星期一模拟电子技术47 (e)饱和状态模型饱和状态模型 e bc I B IB UBE(on) e b c e bc UBE(on)UCE(sat) 图图2.4.1 晶体管伏安特性曲线的折线近似及直流模型晶体管伏安特性曲线的折线近似及直流模型 uBE 0 iB UBE(on)0uCE iC UCE(sat) (c)放大状态模型放

33、大状态模型 (d)截止状态模型截止状态模型 c b e V1 . 0|V3 . 0 CE(sat) U(Si|Ge) 2021年8月2日星期一模拟电子技术48 例例2.4.1 晶体管电路如图晶体管电路如图2.4.2(a)所示。若已知晶所示。若已知晶 体管工作在放大状态，体管工作在放大状态，=100，试计算晶体管的，试计算晶体管的 IBQ，ICQ和和UCEQ。 I CQ UCEQ 270k RB UBB6V IBQ UCC 12V RC3k 图图2.4.2 晶体管直流电路分析晶体管直流电路分析 (a) 电路电路 2021年8月2日星期一模拟电子技术49 图图2.4.2 晶体管直流电路分析晶体管直

34、流电路分析(b)直流等效电路直流等效电路 ICQ UCEQ 270k RB UBB6V IBQ UCC 12V RC3k m202. 0100 BQCQ II e RB UBE(on) b IBQ I BQ c ICQ UCC RC U CEQ UBB m02 . 0 270 7 . 06 B BE(on)BB BQ R UU I V63212 CCQCCCEQ RIUU 2021年8月2日星期一模拟电子技术50 2.4.3 晶体管工作状态的判断方法晶体管工作状态的判断方法 图图2.4.5 晶体管直流分析的一般性电路晶体管直流分析的一般性电路 RB UBB RC UCC (a)电路电路 RE

35、2021年8月2日星期一模拟电子技术51 RB UBB RC UCC RE 1.假设晶体管处于假设晶体管处于截止状态截止状态 BEBE(on)CEBE ,UUUU应有且 晶体管工作状态的判断步骤晶体管工作状态的判断步骤 截止状态下的等效电路截止状态下的等效电路 RB UBB RC UCC RE 2021年8月2日星期一模拟电子技术52 RB UBB RC UCC RE 2.假设晶体管处于放大状态假设晶体管处于放大状态 RB UBB RC UCC RE UBE(on) I B BBBE(On) BQCQBQ BE CEQCCCQCE (1) () UU III RR UUIRR 放大状态下的等效

36、电路放大状态下的等效电路 BEBE(on)CEBE(on) ,UUUU应有且 2021年8月2日星期一模拟电子技术53 3.晶体管处于饱和状态晶体管处于饱和状态 RB UBB RC UCC RE RB U BB RC UCC R E U BE(on) UCE(sat) ECQBQBE(on)BBQBB )(RIIURIU ECQBQCE(sat)CCQCC )(RIIURIU 饱和状态下的等效电路饱和状态下的等效电路 V1 . 0|V3 . 0 CE(sat) U(Si|Ge) 2021年8月2日星期一模拟电子技术54 例例2.4.2 晶体管电路如图晶体管电路如图2.4.6所示。已知所示。已知

37、=50， 试求试求ui分别为分别为0V和和3V时的输出电压时的输出电压uo。 RC 3k UCC 5V RB 39k ui uo 图图 2.4.6 例例2.4.2电路电路 2.当当ui=3V时，设晶体管截止时，设晶体管截止 1.当当ui=0时，设晶体管截止时，设晶体管截止 此时此时uo=UCC=5V 假设成立。假设成立。 则则UBE=0，UCE=5V 则则UBE=3V，UCE=5V 假设不成立。假设不成立。 2021年8月2日星期一模拟电子技术55 V3 . 0 o u 与假设不符与假设不符 m R Uu I i 06. 0 39 7 . 03 B BE(on) BQ 假设管子工作在放大区假设

38、管子工作在放大区 0.7VV4335 mA306. 050 CCQCCCEQ BQCQ RIUU II RC 3k UCC 5V RB 39k ui uo 图图 2.4.6 例例2.4.2电路电路 因此管子进入饱和状态因此管子进入饱和状态 2021年8月2日星期一模拟电子技术56 2.4.2 静态工作点的图解分析法静态工作点的图解分析法 图图2.4.3 共射放大器的直流通路及输入回路分析共射放大器的直流通路及输入回路分析 RB UCC RC IBQ I CQ UCEQ 1.输入回路分析输入回路分析 N Q M UBEQUCC IBQ UCC RB B 1 : R 斜率为 BBE ()if u

39、BECCBB uUi R 特性曲线方程 直流负载线方程 uBE 0 iB 2021年8月2日星期一模拟电子技术57 iB=I BQ uCE 0 N Q M iC UCEQUCC I CQ UCC RC (a)直流负载线与直流负载线与Q点点 C R 1 : 斜斜率率为为 图图2.4.4 放大器的直流图解分析放大器的直流图解分析 BQB )( CECIi ufi CCCCCE RiUu 特性曲线方程 2.输出回路分析输出回路分析 直流负载线方程 2021年8月2日星期一模拟电子技术58 (b)Q点与点与RB、RC的关系的关系 uCE / /V 21012 0 1 2 3 40A 30A 20A 1

40、0A iC / /mA 468 4 M N Q RB Q3 Q2Q4 RC RB Q1RC 图图2.4.4 放大器的直流图解分析放大器的直流图解分析 RB UCC RC IBQ I CQ UCEQ 练习：练习：P64 2.17 2021年8月2日星期一模拟电子技术59 2.4.4 放大状态下的直流偏置电路放大状态下的直流偏置电路 一、固定偏流电路一、固定偏流电路 图图2.4.7 固定偏流电路固定偏流电路 RB UCC RC B CC B BE(on)CC BQ R U R UU I 合理选择合理选择RB, RC的阻值，的阻值， 晶体管将处于放大状态晶体管将处于放大状态 , BQCQ II CC

41、QCCCEQ RIUU 2021年8月2日星期一模拟电子技术60 若若 IC (如更换管子如更换管子,增大增大) 导致导致 UCE BCCCCE RIUU 静态工作点静态工作点Q(UCEQ,ICQ)不稳定不稳定 RB U CC RC 固定偏流电路的缺点固定偏流电路的缺点 2021年8月2日星期一模拟电子技术61 RB1 UCC RC RE RB2 UEQ(=IEQRE) ICQ 1.分压式电流负反馈偏置电路如何稳定分压式电流负反馈偏置电路如何稳定Q点点? 若若 ICQIEQ UBEQ(= UBQ -UEQ) IBQ 二、分压式电流负反馈偏置电路二、分压式电流负反馈偏置电路 UBQ=C BEQ

42、BQESe T U U II 2021年8月2日星期一模拟电子技术62 RB1 UCC RC RE RB2 图图2.4.8 分压式电流负反馈偏置电路分压式电流负反馈偏置电路 1 I 锗管）锗管） 硅管）硅管） ()2010( ()105( BQ BQ I I 兼顾兼顾UCEQ CCB ) 3 1 5 1 (UU 为确保为确保UB固定固定 I1 I2 IBQ RB1、RB2的取值愈小愈好的取值愈小愈好 增大电源增大电源UCC的无谓损耗的无谓损耗 取取 I1 I2 2. I1= I2=? UB=? 2021年8月2日星期一模拟电子技术63 RB1 UCC RC RE RB2 UCC RC RE R

43、B UBB 分压式电流负反馈偏置电路用戴维南定理等效后的电路分压式电流负反馈偏置电路用戴维南定理等效后的电路 b a RC RE RB1 UCC RB2 b a CC B2B1 B2 BBB U RR R UU RB=RB1RB2 3.如何计算分压式电流负反馈偏置电路如何计算分压式电流负反馈偏置电路Q点点? 2021年8月2日星期一模拟电子技术64 EBQBEQBQ )1(RIUU 时时）（当当 BE )1(RR E EB BE(on)BB BEQ )1( )1( R RR UU U BB U UCC RC RE RB I CQ UBB I BQ I1 I2 IBQ BE )1(RR 与与等价

44、等价 I1 I2 IBQ 当当时时 BBQBBBQ RIUU 所以所以 B1 B2CCBQ B1B2B1B2 1 () R RUI RRRR BBCC B2B1 B2 UU RR R 2021年8月2日星期一模拟电子技术65 例例 电路如下图所示。已知电路如下图所示。已知=100,UCC=12V, RB1=39k,RB2=25k,RC=RE=2k，试计算工作点，试计算工作点ICQ 和和UCEQ。 k152539 B2B1B RRR RB1 UCC RC RE RB2 V4 . 4)22(9 . 112 )( ECCQCCCEQ RRIUU V7 . 412 2539 25 CC B2B1 B2

45、 BB U RR R U mA019. 0 210115 7 . 07 . 4 )1 ( EB BE(on)BB BQ RR UU I mA9 . 1019. 0100 BQCQ II 2021年8月2日星期一模拟电子技术66 若按估算法直接求若按估算法直接求ICQ，则：，则： mA2 2 7 . 07 . 4 E BE(on)BQ CQ R UU I BE )1(RR RB1 UCC RC RE RB2 误差： %3 . 5 9 . 1 9 . 12 时时，误误差差很很小小。按按估估算算法法求求 CQ I 2021年8月2日星期一模拟电子技术67 2.5 放大电路的动态分析和设计放大电路的动

46、态分析和设计 线性 放大器 Io RL Uo Ui Ii 线性放大的基本概念线性放大的基本概念 幅度放大幅度放大 频谱（波形）不变频谱（波形）不变 2021年8月2日星期一模拟电子技术68 线性线性放大器放大器 Io + _ Uo + _ U i Ii 信号源信号源 负负 载载 信号源信号源 负负 载载 放大器二端口网络通用模型放大器二端口网络通用模型 2021年8月2日星期一模拟电子技术69 2.5.1交流图解分析交流图解分析 ceCEQCEcCQC ,uUuiIi 瞬时值瞬时值 直流值直流值 交流值交流值 1.输入回路分析输入回路分析 RCUo Ui R B RL iB UBE 2021年

47、8月2日星期一模拟电子技术70 iB IBQ t iB IBQ uBE uBE t iBmax iBmin Q UBEQ 放大器的交流图解分析之输入回路的工作波形放大器的交流图解分析之输入回路的工作波形 2021年8月2日星期一模拟电子技术71 2.输出回路分析输出回路分析 LCCE Riu CCQc iIi RCUo Ui RB RL iC uCE ceCEQCECE uUuu cCQCC iIii LCQCCEQCE )(RIiUu 交流负载线方程交流负载线方程 令令 CECEQce uUu则则 cecL u i R CECEQcL uU i R 2021年8月2日星期一模拟电子技术72

48、图图2.5.1放大器的交流图解分析之输出回路的工作波形放大器的交流图解分析之输出回路的工作波形 Q iC iBmax iBmin iC ICQ t t uCE uCE UCC UCEQICQRL I CQ UCC RC C B IBQ A 交流负载线 k RL 1 放大电路的动态图解分析放大电路的动态图解分析.avi LCQCCEQCE )(RIiUu CCCCCE RiUu 2021年8月2日星期一模拟电子技术73 共射极放大器的电压、电流波形共射极放大器的电压、电流波形 RC Uo Us V R s Ui C1 RB (UCC) C2 RL UCC t ui 0 t uBE UBE Q 0

49、 uCE t UCEQ 0 uo 0t iB t IBQ 0 iC t ICQ 0 2021年8月2日星期一模拟电子技术74 iB t iB IBQ uBE uBE t Q UBEQ 2.5.2 放大电路的动态范围和非线性失真放大电路的动态范围和非线性失真 2021年8月2日星期一模拟电子技术75 2.5.2 放大电路的动态范围和非线性失真放大电路的动态范围和非线性失真 Q 交流负载线交流负载线iC 0t0 iC iB uCE uCE 0 t 图图2.5.2 Q点不合适产生的非线性失真点不合适产生的非线性失真(a)截止失真截止失真 2021年8月2日星期一模拟电子技术76 图图2.5.2 Q点

50、不合适产生的非线性失真点不合适产生的非线性失真(b)饱和失真饱和失真 Q 交流负载线交流负载线 iCiC iB 0 tuCE uCE 0 t 0 放大器的截止失真和饱和失真放大器的截止失真和饱和失真.avi 2021年8月2日星期一模拟电子技术77 LCQom RIU CESCEQom UUU Uopp=2Uom 放大器输出动态范围：放大器输出动态范围： 受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度受截止失真限制，其最大不失真输出电压的幅度 为为 因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为因饱和失真的限制，最大不失真输出电压的幅度为 其中较小的即为放大器最大不失真输出电压其中较小的即为放大器最

51、大不失真输出电压 的幅度，而输出动态范围的幅度，而输出动态范围Uopp则为该幅度的两倍，则为该幅度的两倍， 即即 放大器的最大不失真输出幅度放大器的最大不失真输出幅度.avi 2021年8月2日星期一模拟电子技术78 例例 2.5.1 放大电路如下图所示。设放大电路如下图所示。设UCC=12V,RC=2 k, RL=,RB=280 k, =100，忽略晶体管的饱和压降。忽略晶体管的饱和压降。 RC Uo V Us Rs Ui C 1 RB (U CC) C2 RL U CC （3）调节）调节RB，使，使ICQ=3mA时，时， Uopp=？ （1）试确定该电路的）试确定该电路的Uopp=？ （2

52、）调节）调节RB，使，使ICQ=2mA时，时， Uopp=？ 2021年8月2日星期一模拟电子技术79 A40mA04. 0 280 7 . 012 B CC BQ R UU I BE(on) mA41040100 6 BQCQ II V42412 CCQCCCEQ RIUU V824 CCQ LCQ RIRI V8422 CEQopp UU （1）试确定该电路的）试确定该电路的Uopp=？ RC Uo V Us Rs Ui C1 RB (U CC) C2 RL U CC 2021年8月2日星期一模拟电子技术80 （2）调节）调节RB，使，使ICQ=2mA时，时，Uopp=？ V8422 LC

53、Qopp RIU V82212 CCQCCCEQ RIUU V422 CCQ LCQ RIRI RC Uo V Us Rs Ui C1 RB (U CC) C2 RL U CC 2021年8月2日星期一模拟电子技术81 （3）调节）调节RB，使，使ICQ=3mA时，时，Uopp=？ V126222 CEQ LCQopp URIU V62312 CCQCCCEQ RIUU V623 CCQ LCQ RIRI RC Uo V Us Rs Ui C1 RB (U CC) C2 RL U CC 2021年8月2日星期一模拟电子技术82 2.5.3 晶体管的交流小信号模型晶体管的交流小信号模型 交流工作

54、状态分析（动态分析）交流工作状态分析（动态分析） 在在Q点处对输入、输出特性曲线点处对输入、输出特性曲线线性化线性化 （即用直线段表示）（即用直线段表示） Q点处的交流小信号等效电路点处的交流小信号等效电路 （线性等效模型）（线性等效模型） 2021年8月2日星期一模拟电子技术83 一、混合一、混合型电路模型型电路模型 图图2.5.3 共发射极晶体管共发射极晶体管 uce ib ube ic 2021年8月2日星期一模拟电子技术84 1.交流小信号情况下三极管伏安特性的近似及简化的三极管等效电路交流小信号情况下三极管伏安特性的近似及简化的三极管等效电路 iB uBE Q B i BE u O

55、CE u C i b e BE u B i be r uCE O iC Q c CE u C i B i e bBQbBQBQBB )(iIiIIii b e BE u B i be r BE(on) U c CE u C i BQ I e b i 2021年8月2日星期一模拟电子技术85 平面管结构示意图平面管结构示意图 c eb r bb r cc P N N N Cb c C b e r ee b b：基区的理论基极：基区的理论基极 r bb通常取值通常取值200 2.考虑基区体电阻及引线接触电阻时如何修改等效模型？考虑基区体电阻及引线接触电阻时如何修改等效模型？ 2021年8月2日星期

56、一模拟电子技术86 r bb r b e b b c e BE u B i CE u C i 考虑基区体电阻及引线接触电阻引入的参数考虑基区体电阻及引线接触电阻引入的参数 E B ugm EQ eQ B E E EB Q B EB eb )1()1( I U r i i i u i u r T eb Q EB B B C Q EB C m ru i i i u i g e 2021年8月2日星期一模拟电子技术87 3.考虑基区宽度调制效应时如何修改等效模型？考虑基区宽度调制效应时如何修改等效模型？ ),( CEBE1B uufi),( CEBE2C uufi CE u C i uCE O iC

57、 Q iB uBE Q B i BE u O 2021年8月2日星期一模拟电子技术88 ceceebmc cecbebebb ugugi ugugi )()()( )()( ebcecbcecbceebcbmc ceebcbebcbebb uugugguggi uuguggi 见图见图1 见图见图2 图图1 ube uce bc e r bb b cecb ug e b g ebm ug ce g b i c i 2021年8月2日星期一模拟电子技术89 ube uce bc e r bb b c b g cbeb gg ebcbm )( ugg cbce gg 图图2 cecbmcbebcb

58、 ,gggggg )()()( )()( ebcecbcecbceebcbmc ceebcbebcbebb uugugguggi uuguggi 2021年8月2日星期一模拟电子技术90 ube uce bc e r bb b c b g e b g ebm ug ce g cecbmcbebcb ,gggggg 考虑基区宽度调制效应引入的参数考虑基区宽度调制效应引入的参数 2021年8月2日星期一模拟电子技术91 uce rce bc e r bb r b e b r b c 完整的混合完整的混合型电路模型型电路模型(高频模型高频模型) ebm ug e c e C b C b ube 考虑

59、考虑PN结电容引入的参数结电容引入的参数 4.考虑考虑PN结的电容效应时如何修改等效模型？结的电容效应时如何修改等效模型？ 2021年8月2日星期一模拟电子技术92 r bb r b e bb c e be u ce u 实用的低频混合实用的低频混合型电路模型型电路模型 ebm ug 2021年8月2日星期一模拟电子技术93 二、低频二、低频H参数电路模型参数电路模型 适用范围：适用范围： 电路的网络模型很多，如：电路的网络模型很多，如：Z参数、参数、Y参数、参数、 A参数、参数、H参数模型等。参数模型等。 低频、小信号（振幅低频、小信号（振幅2.6mV左右）交流信号。左右）交流信号。 202

60、1年8月2日星期一模拟电子技术94 CEQ CE C BQ B C C CEQ CE BE BQ B BE BE du u i di i i di du u u di i u du 因在因在Q点处将输入、输出特性曲线线性化，则点处将输入、输出特性曲线线性化，则 CEQ CE C BQ B C C CEQ CE BE BQ B BE BE u u i i i i i u u u i i u u ),( CEB1BE uifu ),( CEB2C uifi 线性线性 四端四端 网络网络 uBE uCE iBiC 1.低频低频H参数电路模型的推导参数电路模型的推导 2021年8月2日星期一模拟电子技