第二章半导体三极管及其放大电路

1、 P PN 负极（阴极）负极（阴极）正极（阳极）正极（阳极） 1、PN结的正偏和反偏概念结的正偏和反偏概念 UPUN时，时，PN结正偏结正偏 UP 0 N N P BB V CC V R b R C e b c 共发射极接法共发射极接法 c区区 b区区 e区区 （1 1）因为发射结正偏，所以发）因为发射结正偏，所以发 射区向基区注入电子射区向基区注入电子 ，形成了扩形成了扩 散电流散电流IEN 。同时从基区向发射区。同时从基区向发射区 也有空穴的扩散运动，形成的电流也有空穴的扩散运动，形成的电流 为为IEP。但其数量小，可忽略但其数量小，可忽略。 所所 以发射极电流以发射极电流I E I EN

2、 。 （2）发射区的电子注入）发射区的电子注入 基区后，变成了少数载流子。基区后，变成了少数载流子。 少部分遇到的空穴复合掉，少部分遇到的空穴复合掉， 形成形成IBN。所以。所以基极电流基极电流I B I BN 。大部分到达了集电区。大部分到达了集电区 的边缘。的边缘。 1BJT内部的载流子传输过程内部的载流子传输过程 N N P BB V CC V R b R C e b c I EN EP I I E B I （3）因为集电结反偏，）因为集电结反偏， 收集扩散到集电区边缘收集扩散到集电区边缘 的电子，形成电流的电子，形成电流ICN 。 N N P BB V CC V R b R C e b

3、 c I EN EP I I E B I CN I C I CBO I 另外，集电结区另外，集电结区 的少子形成漂移的少子形成漂移 电流电流ICBO。 2021-8-6 2电流分配关系电流分配关系 三个电极上的电流关系三个电极上的电流关系: IE =IC+IB N N P BB V CC V R b R C e b c I EN EP I I E B I CN I C I CBO I 定义：定义： E CN I I E CBOEC I III (1)(1)IC与与I E之间的关系之间的关系: 所以所以: E C I I 其值的大小约为其值的大小约为0.90.90.990.99。 (2)IC与与

4、I B之间的关系：之间的关系： 联立以下两式联立以下两式： CBOEC III BCE III 得：得： CBOBCCBOEC IIIIII）（ 所以所以： CBOBC 1 1 1 III BCEOBC IIII 得：得： 1 令令： CBOCEO 1 1 II N N P BB V CC V R b R C e b c I EN EP I I E CN I C I CBO I B I 三极管的电流放大作用三极管的电流放大作用 1、 三极管的工作电压三极管的工作电压 NPNNPN型三极管型三极管PNPPNP型三极管型三极管 VccVBB NPNNPN型三极管型三极管 分组讨论处于放大状态的分组

5、讨论处于放大状态的PNP型三极管其发射结和集电结分别是正偏还是反偏，型三极管其发射结和集电结分别是正偏还是反偏， 以及三个电极电位之间的关系。以及三个电极电位之间的关系。 VccVBB NPN型三极管：型三极管：UCUBUE PNP型三极管：型三极管：UEUBUC 三极管实现三极管实现电流放大电流放大的外部的外部条件条件： 发射结正偏发射结正偏，集电结，集电结反偏反偏 PNPPNP型三极管型三极管 N P N UbUe 发射结正发射结正 偏偏 UcUb 集电结反偏集电结反偏 UbUe 发射结正偏发射结正偏 UcU1 U3,所以该三极管为所以该三极管为NPN型三极管。型三极管。 最后确定剩余的管

6、脚为最后确定剩余的管脚为集电极集电极。 解：解： 四四. BJTBJT的主要参数的主要参数 1.电流放大系数电流放大系数 （2 2）共基极电流放大系数：）共基极电流放大系数： B C I I B C i i E C I I E C i i i CE =20uA (mA) B =40uA I C u =0 (V) =80uA I B B B I B i IB I =100uA C B I =60uA i 一般取一般取20200之间之间 2.3 1.5 38 A60 mA3 . 2 B C I I 40 A40)-(60 mA)5 . 13 . 2( B C i i （1 1）共发射极电流放大系数

7、：）共发射极电流放大系数： 2.极间反向电流极间反向电流 （2）集电极发射极间的穿透电流）集电极发射极间的穿透电流ICEO 基极开路时，集电极到发射极间的电流基极开路时，集电极到发射极间的电流 穿透电流穿透电流 。其大小与温度有关。其大小与温度有关。 （1）集电极基极间反向饱和电流）集电极基极间反向饱和电流ICBO 发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。发射极开路时，在其集电结上加反向电压，得到反向电流。 它实际上就是它实际上就是一个一个PNPN结的反向电流。结的反向电流。其大小与温度有关。其大小与温度有关。 锗管：锗管：I CBO为微安数量级，为微安数量级， 硅管：硅管：I C

8、BO为纳安数量级。为纳安数量级。 CBOCEO )1 (II + + ICBO e c b ICEO 3.极限参数极限参数 Ic增加时，增加时， 要下降。当要下降。当 值值下降到线性放大区下降到线性放大区 值值 的的70时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许 电流电流ICM。 （1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICM （2）集电极最大允许）集电极最大允许 功率损耗功率损耗PCM 集电极电流通过集电结集电极电流通过集电结 时所产生的功耗时所产生的功耗 PC= ICUCE B I CE u i (V) I B C =100uA B=80uA =6

9、0uA (mA) I I B =0 B =40uA =20uA B I I PCM 0 0; ;集电 集电 结反偏结反偏 U UBC BC 0 0; ; 第二，输入信号第二，输入信号U Ui i( (I Ii i) ) 能有效能有效 地输入到三极管的输入端进行放地输入到三极管的输入端进行放 大；而放大后的输出信号大；而放大后的输出信号U UO O( (I IO O ) ) 能有效地从输出端取出。能有效地从输出端取出。 基本放大电路元器件的作用基本放大电路元器件的作用 b c e C i e i V BE U b i BC U 基本放大电路的组成基本放大电路的组成 三种三极管三种三极管 放大电路

10、放大电路 共射极放大电路共射极放大电路 共基极放大电路共基极放大电路 共集电极放大电路共集电极放大电路 以共射极以共射极 放大电路放大电路 为例讲解为例讲解 工作原理工作原理 电路中各元件的作用如下：电路中各元件的作用如下： C1 RS + ui RC RB +UCC C2 RL + es + uo + + iB + uBE iC + uCE T 晶体管晶体管 T 晶体管是放大元件，利用它的电流放大作用，晶体管是放大元件，利用它的电流放大作用， 在集电极电路获得放大了的电流在集电极电路获得放大了的电流 iC，该电流受输入信号的控制。，该电流受输入信号的控制。 集电极电源电压集电极电源电压 UC

11、C 电源电压电源电压 UCC 除为输除为输 出信号提供能量外，出信号提供能量外， 它还保证集电结处于它还保证集电结处于 反向偏置，以使晶体反向偏置，以使晶体 管具有放大作用。管具有放大作用。 2-2 2-2 基本共射级放大电路基本共射级放大电路 集集电极负载电阻电极负载电阻 RC集电极负载电阻简称集电极电阻，它集电极负载电阻简称集电极电阻，它 主要是将电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。主要是将电流的变化变换为电压的变化，以实现电压放大。 偏置电阻偏置电阻 RB它的作用是提供大小适当的基极电流，以使它的作用是提供大小适当的基极电流，以使 放大电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置

12、。放大电路获得合适的工作点，并使发射结处于正向偏置。 耦合电容耦合电容 C1 和和 C2它们一方面起到隔直作用，它们一方面起到隔直作用，C1 用来隔用来隔 断放大电路与信号源之间的直流通路，而断放大电路与信号源之间的直流通路，而 C2 用来隔断放大电路用来隔断放大电路 与负载之间的直流通路，使三者之间无直流联系互不影响。另与负载之间的直流通路，使三者之间无直流联系互不影响。另 一方面又起到交流耦合的作用，其电容值应足够大，以保证在一方面又起到交流耦合的作用，其电容值应足够大，以保证在 一定的频率范围内，耦合电容上的交流压降小到可以忽略不计，一定的频率范围内，耦合电容上的交流压降小到可以忽略不计

13、， 即对交流信号可视为短路。即对交流信号可视为短路。 返回返回 基本放大电路的组成基本放大电路的组成 放大元件放大元件iC= iB， 工作在放大区，工作在放大区， 要保证集电结反要保证集电结反 偏，发射结正偏。偏，发射结正偏。 ui uo 输入输入 输出输出 RB +EC EB RC C1 C2 T 耦合电容耦合电容 隔离输入输隔离输入输 出与电路直出与电路直 流的联系，流的联系， 同时能使信同时能使信 号顺利输入号顺利输入 输出。输出。 RB +EC EB RC C1 C2 T 集电极电源，集电极电源， 为电路提供能为电路提供能 量。并保证集量。并保证集 电结反偏。电结反偏。 RB +EC

14、EB RC C1 C2 T 集电极电阻，集电极电阻， 将变化的电流将变化的电流 转变为变化的转变为变化的 电压。电压。 RB +EC EB RC C1 C2 T RC的值一般为几的值一般为几 千欧到几十千欧。千欧到几十千欧。 使发射结正偏，使发射结正偏， 并提供适当的并提供适当的 静态工作点。静态工作点。 基极电源与基极电源与 基极电阻基极电阻 RB +EC EB RC C1 C2 T RB的值一般为几的值一般为几 十千欧到几百千十千欧到几百千 欧。欧。 放大元件放大元件iC= iB， 工作在放大区，要工作在放大区，要 保证集电结反偏，保证集电结反偏， 发射结正偏。发射结正偏。 单管共单管共射

15、射极放大电路的结构及各元件的作用极放大电路的结构及各元件的作用 + + b2 b - i u C + R - b1 R u T oL + C c R V CC BB V 各元件作用：各元件作用： 使发射结正偏，使发射结正偏， 并提供适当的静并提供适当的静IB 和和UBE。 基极电源与基极电源与 基极电阻基极电阻 + + b2 b - i u C + R - b1 R u T oL + C c R V CC BB V 集电极电源，为电路提供能量。并集电极电源，为电路提供能量。并 保证集电结反偏。保证集电结反偏。 集电极电阻集电极电阻RC，将，将 变化的电流转变为变化的电流转变为 变化的电压。变化

16、的电压。 + + b2 b - i u C + R - b1 R u T oL + C c R VCC BB V 耦合电容：耦合电容： 电解电容，有极性，电解电容，有极性， 大小为大小为10 F50 F 作用：作用：隔直通交隔直通交隔离隔离 输入输出与电路直流输入输出与电路直流 的联系，同时能使信的联系，同时能使信 号顺利输入输出。号顺利输入输出。 + + 各元件作用：各元件作用： 可以省去可以省去 电路改进：采用单电源供电电路改进：采用单电源供电 RB +EC EB RC C1 C2 T 单电源供电电路单电源供电电路 +EC RC C1 C2 T RB RB需要需要 相应地相应地 提高阻提高

17、阻 值。值。 参考点参考点 在晶体管电路中，在晶体管电路中， 通常将输入电压、通常将输入电压、 输出电压以及电输出电压以及电 源的公共端称为源的公共端称为 “地地”用用表示，表示， 但并不见得真的但并不见得真的 接到大地，只是接到大地，只是 以以“地地”端为零端为零 电位，作为电路电位，作为电路 中各点电位的参中各点电位的参 考点。换句话说，考点。换句话说， 电路中各点电位电路中各点电位 的极性和数值，的极性和数值， 如不特殊注明，如不特殊注明， 都是指该点相对都是指该点相对 于于“地地”的电位的电位 差。差。 符号规定符号规定 UA 大写字母、大写下标，表示直流量。大写字母、大写下标，表示直

18、流量。 uA小写字母、大写下标，表示交直流量。小写字母、大写下标，表示交直流量。 ua 小写字母、小写下标，表示交流分量。小写字母、小写下标，表示交流分量。 uAua 交直流量交直流量 交流分量交流分量 t UA直流分量直流分量 基本放大电路的习惯画法基本放大电路的习惯画法 + + b2 b - i u C + R - b1 R u T oL + C c R V CC BB V + + + C T b1 CC Rb V L + uo R - u + - i b2 C c R 放大电路的分析方法放大电路的分析方法 放大放大 电路电路 分析分析 静态分析静态分析 动态分析动态分析 估算法估算法 图

19、解法图解法 微变等效电路法微变等效电路法 图解法图解法 直流通路和交流通路直流通路和交流通路 放大电路中各点的电压或电流都是在静态直放大电路中各点的电压或电流都是在静态直 流上附加了小的交流信号。流上附加了小的交流信号。 但是，电容对交、直流的作用不同。如果电但是，电容对交、直流的作用不同。如果电 容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即容容量足够大，可以认为它对交流不起作用，即 对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交对交流短路。而对直流可以看成开路，这样，交 直流所走的通道是不同的。直流所走的通道是不同的。 交流通路：交流通路：只考虑交流信号的分电路。只考虑交流信号的分电路。 直流通路

20、：直流通路：只考虑直流信号的分电路。只考虑直流信号的分电路。 信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。信号的不同分量可以分别在不同的通路分析。 放大电路的静态工作点放大电路的静态工作点 放大电路没有输入信号时的工作状放大电路没有输入信号时的工作状 态称为态称为直流工作状态或静止状态直流工作状态或静止状态，简称，简称 静态。静态。 静态分析的目的就是确定放大电路静态分析的目的就是确定放大电路 的静态（直流）值，的静态（直流）值，IB、IC和和UCE。 这些值可以在晶体管特性曲线上确这些值可以在晶体管特性曲线上确 定一个点，称为定一个点，称为静态工作点静态工作点(quiescent point)，

21、用，用Q表示，分别记为表示，分别记为IBQ、ICQ和和 UCEQ。 开路开路 开路开路 RB +EC RC C1 C2 T 直流通道直流通道 RB +EC RC 1. 1. 用直流通路法确定静态工作点用直流通路法确定静态工作点 直流直流 通道通道 RB +EC RC CCQCCEO BQCEOBQCQ B C B BEC BQ RIEU IIII R E R UE I 画直流通路：画直流通路： + T R b1 R CC V c Rb称为称为偏置电阻偏置电阻，IB称为称为偏置电流偏置电流。 用估算法分析放大器的静态工作点用估算法分析放大器的静态工作点 （ IB、UBE、IC、UCE） IC=

22、IB b BECC B R UV I b CC V7 . 0 R V CCCCCE RIVU - u + T R b2 L b1 o C R C u b1 + R + CC - . i V c 开路开路 画出放大电路的直流通路画出放大电路的直流通路 将交流电压源短路，将电容开路。将交流电压源短路，将电容开路。 直流通路的画法：直流通路的画法： 开路开路 在本放大电路中，电源电压在本放大电路中，电源电压EC和和 集电极电阻集电极电阻RC的大小确定后，静态的大小确定后，静态 工作点的位置就仅取决于偏置电流工作点的位置就仅取决于偏置电流 IBQ的大小。的大小。 而而IBQECRB，因此当，因此当RB

23、一经一经 选定，选定，IBQ也就固定不变，故该电路也就固定不变，故该电路 又称为又称为固定偏置电路固定偏置电路。 对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui) 短路短路 短路短路 置零置零 RB +EC RC C1 C2 T RB RCRL ui uo 交流通路交流通路 放大电路的基本分析方法放大电路的基本分析方法 放大电路没有输入信号时的工作状态称为放大电路没有输入信号时的工作状态称为静态静态。静态分析。静态分析 是要确定放大电路的静态值是要确定放大电路的静态值( (直流值直流值) ) IB ， IC ， UBE 和和 UCE。 返回返回 1. 用放大电路的直流通路确定静态值用放大电路的直流

24、通路确定静态值 可用右图所示的直流通路来计可用右图所示的直流通路来计 算静态值算静态值 RC RB +UCC IB + UBE IC + UCE T B CC B BECC B R U R UU I BC II CCCCCE IRUU 硅管的硅管的 UBE 约为约为 0.6 V，比，比 UCC 小得多，可以忽略不计。小得多，可以忽略不计。 放大电路的静态分析放大电路的静态分析 例例 1 在在共发射极基本交流放大电路中，已知共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12V， RC = 4 k ，RB = 300 k ， ，试求，试求放大电路的静态值。放大电路的静态值。5 .37 解解 mA5

25、 . 1mA04. 05 .37 BC II A40A 10300 12 3 B CC B R U I V6V)105 . 110412( 33 CCCCCE IRUU 例：用估算法计算静态工作点。例：用估算法计算静态工作点。 已知：已知：VCC=12V，RC=4K ， Rb=300K ， =37.5。 解：解：A400.04mA 300 12 b CC B R V I mA5 . 104. 05 .37BC II 6V41.512CCCCCE RIVU 请注意电路中请注意电路中IB和和IC的数量级的数量级 + + + C T b1 CC Rb V L + uo R - u + - i b2

26、C c R 结论：结论： （1）放大电路中的信号是交直流）放大电路中的信号是交直流 共存，可表示成：共存，可表示成： ceCECE cCC bBB beBEBE uUu iIi iIi uUu 虽然交流量可正负变化，但虽然交流量可正负变化，但 瞬时量方向始终不变瞬时量方向始终不变 （2 2）输出）输出u uo o与输入与输入u ui i相比，幅度相比，幅度 被放大了，频率不变，但相位相反。被放大了，频率不变，但相位相反。 ui t uBE t iB t iC t uCE t uo t 2. 用图解法确定静态值用图解法确定静态值 根据根据 CCCCCE IRUU 可得出：可得出： 时时0 C I

27、 CCCE UU 时时0 CE U C CC C R U I 在晶体管的输出特性曲线组上作出一直线，它称为直在晶体管的输出特性曲线组上作出一直线，它称为直 流负载线，与晶体管的某条流负载线，与晶体管的某条( (由由 IB 确定确定) )输出特性曲线的交输出特性曲线的交 点点 Q 称为称为放大电路的静态工作点，由它确定放大电路的电放大电路的静态工作点，由它确定放大电路的电 压和电流的静态值。压和电流的静态值。 基极电流基极电流 IB 的大小不同，静态工作点在负载线上的位的大小不同，静态工作点在负载线上的位 置也就不同，改变置也就不同，改变 IB 的大小，可以得到合适的静态工作点，的大小，可以得到

28、合适的静态工作点， IB 称为偏置电流，简称偏流。通常是改变称为偏置电流，简称偏流。通常是改变 RB 的阻值来调整的阻值来调整 IB 的大小。的大小。 O IB = 0 A 20 A 40 A 60 A 80 A 1 2 3 UCC RC N 246810 12UCC M Q 直流负载线直流负载线 图解过程图解过程: IC / mA UCE /V Q1 Q2 例例 2 在在共发射极基本交流放大电路中，已知共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12V，RC = 4 k ， RB = 300 k ，晶体管的输出特性曲线如晶体管的输出特性曲线如 上图。上图。( (1) )作出直流负载线，作出

29、直流负载线，( (2) )求求静态值。静态值。 解解 ( (1) ) 由由 IC = 0 时，时， UCE = UCC = 12 V，和，和 UCE = 0 时，时， mA3A 104 12 3 C CC C R U I 可作出直流负载线可作出直流负载线 ( (2) ) 由由 得出静态工作点得出静态工作点 Q，静态值为静态值为 A40 B ImA1.5 C IV6 CE U A40A 10300 12 3 B CC B R U I O IB = 0 A 20 A 40 A 60 A 80 A 1 2 3 1.5 246810 12 M Q 静态工作点静态工作点 求得静态值为求得静态值为 : I

30、B = 40 A ，IC = 1.5 mA , UCE = 6V IC / mA UCE /V 对交流信号对交流信号(输入信号输入信号ui) 交流通路交流通路分析动态工作情况分析动态工作情况 交流通路的画法：交流通路的画法： - u + T + b2 V - u R c . o b1 R L C + b1 CC C Ri 将直流电压源短路，将电容短路。将直流电压源短路，将电容短路。 短路短路 短路短路 置零置零 放大电路的动态态分析放大电路的动态态分析 放大电路的交流模型分析法放大电路的交流模型分析法 思路：将非线性的思路：将非线性的BJT等效成一个线性电路等效成一个线性电路 条件：交流小信号

31、条件：交流小信号 + + + + i - u be + - u b T ce + c i + + + + b u ce i + - + i be c u - 二端口 网络 交流通路交流通路 + + R - - u o T u R b R L i c + 放大电路的动态态分析放大电路的动态态分析 放大电路有输入信号时的工作状态称为动态，动态分析放大电路有输入信号时的工作状态称为动态，动态分析 是在静态值确定后，分析信号的传输情况，确定放大电路的是在静态值确定后，分析信号的传输情况，确定放大电路的 电压放大倍数电压放大倍数 Au ，输入电阻，输入电阻 ri 和输入电阻和输入电阻 ro 晶体管在小信

32、号晶体管在小信号( (微变量微变量) )情况下工作时，可以在静态工作情况下工作时，可以在静态工作 点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三点附近的小范围内用直线段近似地代替三极管的特性曲线，三 极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶极管就可以等效为一个线性元件。这样就可以将非线性元件晶 体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。体管所组成的放大电路等效为一个线性电路。 1. 微变等效电路法微变等效电路法 ( (1) ) 晶体管的微变等效电路晶体管的微变等效电路 O IB UBE UCE IB Q IB UBE 在晶体管的输入特性曲线上，将工在晶体管的输入特性曲线上，

33、将工 作点作点 Q 附近的工作段近似地看成直线，附近的工作段近似地看成直线， 当当 UCE 为常数时，为常数时， UBE 与与 IB 之比之比 CECE b be B BE be UU i u I U r 称为晶体管的输入电阻，在小信号的称为晶体管的输入电阻，在小信号的 条件下，条件下，rbe是一常数，由它确定是一常数，由它确定 ube 和和 ib 之间的关系。因此，晶体管的输之间的关系。因此，晶体管的输 入电路可用入电路可用 rbe 等效代替。等效代替。 放大电路的动态态分析放大电路的动态态分析 低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算低频小功率晶体管输入电阻的常用下式估算 )mA( )mV(

34、26 )1()(200 E be I r Rbe 是对交流而言的一个动态电阻。是对交流而言的一个动态电阻。 Q IC UCE IB IC IC UCE 晶体管输出特性曲线的线性工作区是一组近似等距离的晶体管输出特性曲线的线性工作区是一组近似等距离的 平行直线，当平行直线，当 UCE 为常数时，为常数时， IC 与与 IB 之比之比 CECE b c B C UU i i I I 即为晶体管的电流放大系即为晶体管的电流放大系 数，在小信号的条件下，数，在小信号的条件下， 是一常数，由它确定是一常数，由它确定 ic 受受 ib 的控制关系。因此，的控制关系。因此， 晶体管的输出电路可用一晶体管的输

35、出电路可用一 受控电流源受控电流源 ic = = ib 等效等效 代替。代替。 rbe的计算：的计算： 由由PN结的电流公式：结的电流公式： 其中：其中：rbb=300 + + + b c e b e r bb r B I C I I E be r )mA( mV26 )(1300 E be I r 所以：所以： Q IC UCE IB IC IC UCE UCE 晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行，当晶体管的输出特性曲线不完全与横轴平行，当 IB 为常数为常数 时，时， UCE 与与 IC 之比之比 BB c ce C CE ce II i u I U r 称为晶体管的输出称为晶体管的输出

36、 电阻，在小信号的条件下，电阻，在小信号的条件下， rce 也是一常数，在等效也是一常数，在等效 电路中与电路中与 ib 并联，由于并联，由于 rce 的阻值很高，可以将的阻值很高，可以将 其看成开路。其看成开路。 由以上分析可得出晶体管的微变等效电路由以上分析可得出晶体管的微变等效电路 ube ib uce ic ube uce ic rce很大，很大， 一般忽略。一般忽略。 三极管的微变等效电路三极管的微变等效电路 rbe ib ib rce rbe ib ib b c e 等等 效效 c b e E B C rce ic rbe ib ib + uce + ube C B E + ube

37、 + uce ic ib T ( (2) ) 放大电路放大电路的微变等效电路的微变等效电路 先画出下图所示放大电路的交流通路，对交流分量而言，先画出下图所示放大电路的交流通路，对交流分量而言， 电容可视作短路；一般直流电源的内阻很小，可忽略不计，电容可视作短路；一般直流电源的内阻很小，可忽略不计， 对交流讲直流电源也可以认为是短路的。对交流讲直流电源也可以认为是短路的。将将交流通路中的三交流通路中的三 极管用其极管用其微变等效电路来代替，即得到放大电路微变等效电路来代替，即得到放大电路的微变等效的微变等效 电路。电路。 C1 RS + ui RC RB +UCC C2 RL + es + uo

38、 + + iB iC T 基本放大电路基本放大电路 + ube T RC ii ib ic RL RS RB E B C + ui + es + uo + uce 交流通路交流通路 基本放大基本放大电路的电路的 微变等效电路微变等效电路 rbe E BC RCRL RB RS ii ib + ui + es + uo ui = ube uo = uce ic ib 当输入的是当输入的是 正弦信号时，正弦信号时， 各电压和电各电压和电 流都可用相流都可用相 量表示。量表示。 ( (3) ) 电压放大倍数的计算电压放大倍数的计算 rbe E BC RCRL RB RS o U b I c I b

39、I i I + + S E + L R i U bbei IrU bLcLo IRIRU 由上图可列出由上图可列出 故放大故放大电路的电路的电压放大倍数电压放大倍数 当放大当放大电路电路输出端开路输出端开路( (未接未接 RL ) )时时 比接比接 RL 时高，可见时高，可见 RL 越小，电压放大倍数越低。越小，电压放大倍数越低。 be L i o r R U U Au 式中式中 LCL / RRR be C r R Au 例例 3 在在共发射极基本交流放大电路中，已知共发射极基本交流放大电路中，已知 UCC = 12 V，RC = 4 k ， RB = 300 k ， ，试求电压放大，试求电

40、压放大 倍数倍数 Au。 5 .37 解解 在例在例 1 中已求出中已求出 EC mA1.5II k867. 0 )mA(5 . 1 )mV(26 )15 .37()(200 be r 5 .86 867. 0 2 5 .37 be L r R Au k2/ LCL RRR ( (4) ) 放大电路输入电阻的计算放大电路输入电阻的计算 I U r i 如果放大电路的输入电阻较小：第一，将从信号源取用较大如果放大电路的输入电阻较小：第一，将从信号源取用较大 的电流，从而增加信号源的负担；第二，经过内阻的电流，从而增加信号源的负担；第二，经过内阻 Rs 和和 ri 的的 分压，使实际加到放大电路的

41、输入电压分压，使实际加到放大电路的输入电压 Ui 减小，从而减小输减小，从而减小输 出电压；第三，后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电出电压；第三，后级放大电路的输入电阻，就是前级放大电 路的负载电阻，从而将会降低前级放大电路电压放大倍数。路的负载电阻，从而将会降低前级放大电路电压放大倍数。 因此，因此，通常希望放大电路的输入电阻能高一些通常希望放大电路的输入电阻能高一些。 放大电路对信号源放大电路对信号源( (或对前级放大电路或对前级放大电路) )来说，是一个负来说，是一个负 载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电载，可用一个电阻来等效代替。这个电阻是信号源的负载电 阻，也就

42、是放大电路的输入电阻阻，也就是放大电路的输入电阻 ri ，即，即 它是对交流信号而言的一个动态电阻。它是对交流信号而言的一个动态电阻。 以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为以共发射极基本放大电路为例，其输入电阻为 bebeBi /rrRr 共发射极基本放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电共发射极基本放大电路的输入电阻基本上等于晶体管的输入电 阻，是不高的。阻，是不高的。 注意：注意： ri 与与 rbe 意义不同不能混淆。意义不同不能混淆。 ( (5) ) 放大电路输出电阻的计算放大电路输出电阻的计算 如果放大电路的输出电阻较大如果放大电路的输出电阻较大( (相当于信号源的内阻较相当

43、于信号源的内阻较 大大) )，当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电，当负载变化时，输出电压的变化较大，也就是放大电 路带负载的能力较差。因此，路带负载的能力较差。因此，通常通常希望放大电路输出级的输希望放大电路输出级的输 出电阻低一些。出电阻低一些。 放大电路对负载放大电路对负载( (或对后级放大电路或对后级放大电路) )来说，是一个信号来说，是一个信号 源，其内阻即为放大电路的输出电阻源，其内阻即为放大电路的输出电阻 ro ，它也是一个动态电，它也是一个动态电 阻。阻。 输出电阻的计算输出电阻的计算 对于负载而言，放大电路相当于信号源，对于负载而言，放大电路相当于信号源， 可以将它

44、进行戴维南等效，戴维南等效电路的可以将它进行戴维南等效，戴维南等效电路的 内阻就是输出电阻。内阻就是输出电阻。 计算输出电阻的方法：计算输出电阻的方法： (1) 所有电源置零，然后计算电阻（对有受控所有电源置零，然后计算电阻（对有受控 源的电路不适用）。源的电路不适用）。 (2) 所有独立电源置零，保留受控源，加压求所有独立电源置零，保留受控源，加压求 流法。流法。 C o o o R I U r 所以：所以： 用加压求流法求输出电阻：用加压求流法求输出电阻： o U rbe RB RC i I b I c I b I 00 o I 放大电路的输出电阻可在信号源短路放大电路的输出电阻可在信号源

45、短路( )( )，和输出，和输出 端开路的条件下求得。从基本放大电路的微变等效电路看，端开路的条件下求得。从基本放大电路的微变等效电路看， 当当 ，电流源相当于开路，故，电流源相当于开路，故 0 i U 000 bcbi IIIU 时，时， Co Rr 2. .图解法图解法 RC一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高。一般为几千欧，因此，共发射极放大电路的输出电阻较高。 首先在输入特性上作图，由输入信号首先在输入特性上作图，由输入信号 ui 确定基极电流的变确定基极电流的变 化量化量 ib ，再在输出特性上作图，得到交流分量，再在输出特性上作图，得到交流分量 ic 和和 uce 即

46、即( (uo) )。 由图解分析可得出由图解分析可得出: ( (1) )交流信号的传输情况：交流信号的传输情况： ) )即即( () )即即( ( ceocbbei uuiiuu O uBE/V Q1 Q Q2 60 40 20 O O 60 40 20 0.58 0.6 0.62 UBE t t iB / A 在输入特性上作图在输入特性上作图 (ui ) uBE/V iB / A IB (ib) O IB = 40 A 20 60 80 3 Q 1. 5 612 N 0 M t O O Q2 2.25 0.75 2.25 1.5 0.75 IC 39 369 交流负载线交流负载线 Q1 接负

47、载后，接负载后，Uom 减小减小, Au下降。下降。 t Q1 Q2 空载输出电压空载输出电压 iC / mA uCE/V uCE/V iC / mA (ic) UCE uo = uce ( (2) )电压和电流都含有直流分量和交流分量，即电压和电流都含有直流分量和交流分量，即 beBEBE uUu bBB iIi ceCECE uUu cCC iIi ( (3) )输入信号电压输入信号电压 ui 和输出电压和输出电压 uo 相位相反。相位相反。 此外，还要求放大电此外，还要求放大电 路输出信号尽可能不失真，路输出信号尽可能不失真， 所谓失真所谓失真,是指输出信号的是指输出信号的 波形不像输入

48、信号的波形。波形不像输入信号的波形。 引起失真最常见的原因是引起失真最常见的原因是 由于静态工作点不合适或由于静态工作点不合适或 者信号太大，使放大电路者信号太大，使放大电路 的工作范围超出了晶体管的工作范围超出了晶体管 特性曲线上的线性范围。特性曲线上的线性范围。 这种通常称为非线性失真。这种通常称为非线性失真。 O Q1 5 ib O t t O uBE/V iB / A uBE/V iB / A ( (a) ) 工作点工作点偏低引起偏低引起 ib 失真失真 工作点偏低引起截止失真工作点偏低引起截止失真 (ui ) O IB = 5 A 20 60 80 3 1. 5 6 12 t O O

49、 Q 2.25 0.75 2.25 1.5 0.75 39 40 0 ( (b) )工作点偏低引起工作点偏低引起 ic、uce ( (uo) )失真失真 0.25 0.25 正半周正半周 变平变平 t 截止截止失真失真 uo 波形波形 iC / mA uCE/V uCE/V iC / mA (iC) uo = uce O 20 A 40 A 80 A 1 2 3 IB = 0 Q t O O 静态工作点偏高引起饱和失真静态工作点偏高引起饱和失真 iC正正半周被削平半周被削平 IB = 60 A uo波形波形 t uce负负半周被削平半周被削平 饱和失真饱和失真 iC / mA uCE/V uC

50、E/V iC / mA uo = uce ib(不失真）不失真） 返回返回 对于前面的电路（固定偏置电路）而言，对于前面的电路（固定偏置电路）而言， 静态工作点由静态工作点由UBE、 和和ICEO决定，这三个参决定，这三个参 数随温度而变化。数随温度而变化。 Q变变 UBE ICEO 变变T变变 IC变变 1. 温度对静态工作点的影响温度对静态工作点的影响 静态工作点的稳定静态工作点的稳定 2-3 2-3 射极偏置放大电路射极偏置放大电路 1）、温度对）、温度对UBE的影响的影响 iB uBE 25 C 50C TUBE IB IC 2）、温度对）、温度对 值及值及ICEO的影响的影响 T 、

51、 ICEO IC iC uCE Q Q 温度上升时温度上升时 ，输出特性，输出特性 曲线上移，曲线上移， 造成造成Q点上点上 移。移。 总之：总之： T IC I1 I2 IB CC b2b1 b2 B RR R VU 2. 静态工作点稳定的放大器静态工作点稳定的放大器 选选I2=（510）IB I1 I2 IC IE + + + b2 R b1 b1 C C T C R R V R u + - L o - + u i C b2 Rc e （1） 结构及工作原理结构及工作原理 静态工作点稳定过程：静态工作点稳定过程： T UBEIC IC IE UE CC b2b1 b2 B RR R VU

52、UBE=UB-UE =UB - IE Re UB稳定稳定 IB 由输入特性曲线由输入特性曲线 + + + b2 R b1 b1 CC T C R R V R u + - L o - + ui Cb2 Rc e I1 I2 IB IC IE （2）直流通道及静态工作点估算）直流通道及静态工作点估算: CC b2b1 b2 B V RR R U IB=IC/ UCE = VCC - ICRC - IERe IC IE =UE/Re = （ （UB- UBE）/ Re 电容开路电容开路,画出直流通道画出直流通道 + b2 c R e V R R R b1 T CC 将电容短路将电容短路,直流电源短路

53、，画出电路的交直流电源短路，画出电路的交 流小信号等效电路流小信号等效电路 （3）动态分析：）动态分析： + + + + e b b c i Ri R R b1 be r R u o C + - L R i - + u b2 R Ri ic b iii 电压放大倍数：电压放大倍数： RL= RC / RL + + + + e b b c i Ri R R b1 be r R u o C + - L R i - + u b2 R Ri ic b iii e be L e beb L b i o u )(1)(1R r R R r i Ri u u A ebbebi )1(Ririu )/( LC

54、bo RRiu 输入电阻：输入电阻： ebe b i i )(1Rr i u R b2b1ii /RRRR b2b1ebe /)(1RRRr 输出电阻：输出电阻： co RR + + + + e b b c i Ri R R b1 be r R u o C + - L R i - + u b2 R Ri ic b iii o R 思考：思考：若在若在Re两端并电容两端并电容Ce会对会对Au、Ri、Ro有有 什么影响？什么影响？ + + + b2 R b1 b1 CC T C R R V R u + - L o - + ui Cb2 Rc e Ce 静态工作点的稳定静态工作点的稳定 放大电路不仅

55、要有合适的静态工作点，而且要保持静态放大电路不仅要有合适的静态工作点，而且要保持静态 工作点的稳定。由于某种原因，例如温度的变化，将使集电工作点的稳定。由于某种原因，例如温度的变化，将使集电 极电流的静态值极电流的静态值 IC 发生变化，从而影响静态工作点的稳定。发生变化，从而影响静态工作点的稳定。 上一节所讨论的基本放大电路偏置电流上一节所讨论的基本放大电路偏置电流 B CC B BECC B R U R UU I 当当 RB 一经选一经选 定后，定后，IB 也就固定也就固定 不变，这种称为固不变，这种称为固 定偏置放大电路，定偏置放大电路， 它不能稳定静态工它不能稳定静态工 作点。为此，常

56、采作点。为此，常采 用分压式偏置放大用分压式偏置放大 电路。电路。 +UCC RC C1 C2 T RL RE + CE + + RB1 RB2 RS + ui + es + uo iB iC + uCE + uBE 分压式偏置放大电路分压式偏置放大电路 +UCC RC T RE RB1 RB2 IB IC + UCE + UBE I1 I2 IE 直流通路直流通路 由直流通路可列出由直流通路可列出 B21 III 若使若使 B2 II 则则 B2B1 CC 21 RR U II 基极电位基极电位 CC B2B1 B2 2B2B U RR R IRV 可认为可认为VB 与晶体管的参数无关，不受

57、温度影响，而仅为与晶体管的参数无关，不受温度影响，而仅为RB1和和 RB2 的分压电路所固定。的分压电路所固定。 EEBEBBE IRVVVU 若使若使 BEB UV E B E BEB EC R V R UV II 则则 因此，只要满足因此，只要满足 和和 两个条件，两个条件，VB 和和 IE 或或 IC 就与晶体管的参数几乎无关，不受温度变化的影响，使静就与晶体管的参数几乎无关，不受温度变化的影响，使静 态工作点能得以基本稳定。对硅管而言，在估算时一般可取态工作点能得以基本稳定。对硅管而言，在估算时一般可取 I2 =( (5 10) ) IB 和和 VB = ( (5 10) )UBE 。

58、 B2 II BEB UV 这种电路稳定工作点的实质是：当温度升高引起这种电路稳定工作点的实质是：当温度升高引起 IC 增大时，增大时， 发射极电阻发射极电阻 RE 上的压降增大，使上的压降增大，使 UBE 减小，从而使减小，从而使 IB 减小，减小， 以限制以限制 IC 的增大，工作点得以稳定。的增大，工作点得以稳定。 电容电容 CE 的作用是使交流旁路，防止的作用是使交流旁路，防止 RE 上产生交流压降降上产生交流压降降 低电压放大倍数，低电压放大倍数， CE 称为交流旁路电容。称为交流旁路电容。 例例 1 在在分压式偏置放大电路中，已知分压式偏置放大电路中，已知 UCC = 12 V，R

59、C = 2 k ， RE = 2 k ，RB1 = 20 k ， RB2 = 10 k ， RL = 6 k ， 晶体管的晶体管的 。( (1) )试求静态值；试求静态值；( (2) )画出微变等效电路；画出微变等效电路； ( (3) )计算该电路的计算该电路的 Au， ri 和和 ro 。 37.5 解解 ( (1) ) V412 1020 10 CC B2B1 B2 B U RR R V mA7 . 1A 102 6 . 04 3 E BEB EC R UV II mA045. 0mA 5 .37 7 . 1 C B I I V2 . 5107 . 110)22(12 )( 33 CECC

60、CCE IRRUU ( (2) ) rbe E BC RCRL RB2 RS o U b I c I b I i I + + S E + RB1 i U ( (3) ) k79. 0 mA7 . 1 mV26 )5 .371(200 mA mV26 )1(200 E be I r 271 790 62 62 537 be L . . . r R Au k0.79 bebeB2B1i r/r/RRr k2 Co Rr 返回返回 射极输出器是从发射极输出。在接法上是一个共集电极电路。射极输出器是从发射极输出。在接法上是一个共集电极电路。 静态分析静态分析 RE RB +UCC IB + UBE +