《电子技术基础》第三章 半导体三极管及其应用

1、第三章第三章 半导体三极管及其应用半导体三极管及其应用n半导体三极管半导体三极管n放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法n放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法n放大电路工作点稳定放大电路工作点稳定n共集电极和共基极电路共集电极和共基极电路n放大电路的频率响应放大电路的频率响应n放大电路的瞬态响应放大电路的瞬态响应3.1 双极型三极管双极型三极管n半导体三极管的结构n三极管内部的电流分配与控制n三极管各电极的电流关系n三极管的共射极特性曲线n半导体三极管的参数n三极管的型号n三极管应用3.1.1 3.1.1 半导体三极管的结构半导体三极管的结构 双极型半导体三极管的结构示意图如

2、图所示。双极型半导体三极管的结构示意图如图所示。它有两种类型它有两种类型:NPN型和型和PNP型。型。e-b间的PN结称为发射结(Je) c-b间的PN结称为集电结(Jc) 中间部分称为基区，连上电极称为基极，用B或b表示（Base）； 一侧称为发射区，电极称为发射极，用E或e表示（Emitter）； 另一侧称为集电区和集电极，用C或c表示（Collector）。双极型三极管的符号中，发射极的箭头代表发射极电流的实际方向。半导体三极管的结构半导体三极管的结构 从外表上看两个N区,(或两个P区)是对称的，实际上发射区的掺杂浓度大，集电区掺杂浓度低，且集电结面积大。基区要制造得很薄，其厚度一般在几

3、个微米至几十个微米。3.1.2 三极管内部的电流分配与控制三极管内部的电流分配与控制 双极型半导体三极管在工作时一定要加上适当的直流偏置电压。 若在放大工作状态：发射结加正向电压，集电结加反向电压，如图所示。 现以 NPN型三极管的放大状态为例，来说明三极管内部的电流关系。NPNRCRbVCCVBB+_IBICIEVo电流分配与控制电流分配与控制 在发射结正偏，集电结反偏条件下，三极管中载流子的运动：(1)发射区向基发射区向基区注入电子：区注入电子：在VBB作用下，发射区向基区注入电子形成IEN，基区空穴向发射区扩散形成IEP。 IEN IEP方向相同VBBVCC电流分配与控制电流分配与控制(

4、2) 电子在基区复合和扩散电子在基区复合和扩散 由发射区注入基区的电子继续向集电结扩散，扩散过程中少部分电子与基区空穴复合形成电流IBN。由于基区薄且浓度低，所以IBN较小。(3) 集电结收集电子集电结收集电子 由于集电结反偏，所以基区中扩散到集电结边缘的电子在电场作用下漂移过集电结，到达集电区，形成电流ICN。VBBVCC电流分配与控制电流分配与控制(4) 集电极的反向电流集电极的反向电流 集电结收集到的电子包括两部分：发射区扩散到基区的电子ICN基区的少数载流子ICBOVBBVCC电流分配与控制（动画2-1）电流分配与控制电流分配与控制 IE= IEN+ IEP 且有IENIEP IEN=

5、ICN+ IBN 且有IEN IBN ，ICNIBN IC=ICN+ ICBO IB=IEP+ IBNICBOIE =IC+IBVBBVCC3.1.3 3.1.3 三极管各电极的电流关系三极管各电极的电流关系 (1)三种组态 双极型三极管有三个电极，其中两个可以作为输入, 两个可以作为输出，这样必然有一个电极是公共电极。三种接法也称三种组态，见下图 共集电极接法，集电极作为公共电极，用CC表示; 共基极接法，基极作为公共电极，用CB表示。共发射极接法，发射极作为公共电极，用CE表示；(2)(2)三极管的电流放大系数三极管的电流放大系数 对于集电极电流IC和发射极电流IE之间的关系可以用系数来说

6、明，定义: ECN/ II 称为共基极直流电流放大系数。它表示最后达到集电极的电子电流ICN与总发射极电流IE的比值。ICN与IE相比，因ICN中没有IEP和IBN，所以 的值小于1, 但接近1，一般为0.980.999 。由此可得:IC=ICN+ICBO= IE+ICBO= IC+ IB+ICBOCEOBCBOBIIII11IC电流放大系数电流放大系数在忽略ICBO情况下， IC 、 IE 和IB之间的关系可近似表示为：BCEBEBCIIIIIII 1 BCEBEBCIIIIIII 1 BCCEOBCIIIII 很小时当定义1=式中： 称为共发射极接法直流电流放大倍数。CBOCBOCEOII

7、I)+1 (=-1=3.1.4 3.1.4 三极管的共射极特性曲线三极管的共射极特性曲线 输入特性曲线 iB=f(vBE) vCE=const 输出特性曲线 iC=f(vCE) iB=const共发射极接法三极管的特性曲线：这两条曲线是共发射极接法的特性曲线。 iB是输入电流，vBE是输入电压，加在B、E两电极之间。iC是输出电流，vCE是输出电压，从C、E两电极取出。RCRbVccBBV+_VoiBiCiE+_vBE+_vCEbce信号表示信号表示信号表示（对IC 、VBE 、VCE 等意义相同）：IB 表示直流量 Ib 表示交流有效值Ib 表示复数量 iB 表示交直流混合量 ib 表示交流

8、变化量 IB 表示直流变化量 iB 表示iB的变化量1. 1. 输入特性曲线输入特性曲线i (uA)B100204060800.2 0.40v (V)BEV =0VCEV =0.5VCEV 1VCEVCE一定时，iB与vBE之间的变化关系：由于受集电结电压的影响，输入特性与一个单独的PN结的伏安特性曲线有所不同。 在讨论输入特性曲线时，设vCE=const(常数)。CEV)(BEBvfi (1)VCE=0时：b、e间加正向电压， JC和JE都正偏， JC没有吸引电子的能力。所以其特性相当于两个二极管并联PN结的特性。 VCE=0V： 两个两个PN结并联结并联输入特性曲线输入特性曲线i (uA)

9、B100204060800.2 0.40v (V)BEV =0VCEV =0.5VCEV 1VCE(2) VCE1V时，b、e间加正向电压，这时JE正偏， JC反偏。发射区注入到基区的载流子绝大部分被JC收集，只有小部分与基区多子形成电流IB。所以在相同的VBE下，IB要比VCE=0V时小。 VCE1V： iB比比VCE=0V时小时小(3) VCE介于01V之间时， JC反偏不够，吸引电子的能力不够强。随着VCE的增加，吸引电子的能力逐渐增强，iB逐渐减小，曲线向右移动。 0VCE1V: VCE iB 2. 输出特性曲线输出特性曲线表示IB一定时，iC与vCE之间的变化关系。BI)(CECvf

10、i 放放大大区区饱饱和和区区截止区0uA100uA80uA60uA40uA20uAICBOvCEic64224681012VCE=VBE0(1) 放大区放大区JE正偏，正偏，JC反偏反偏，对应一个IB，iC基本不随vCE增大，IC= IB 。处于放大区的三极管相当于一个电流控制电流源。截止区：对应IB0的区域， JC和和JE都反偏，都反偏， IB= IC =0输出特性曲线输出特性曲线(3) 饱和区对应于vCEvBE的区域，集电结处于正偏，吸引电子的能力较弱。随着vCE增加，集电结吸引电子能力增强，iC增大。JC和和JE都正偏，都正偏， VCES约等于约等于0.3V，IC IB饱和时c、e间电压

11、记为VCES，深度饱和时VCES约等于0.3V。饱和时的三极管c、e间相当于一个压控电阻。放放大大区区饱饱和和区区截止区0uA100uA80uA60uA40uA20uAICBOvCEic64224681012VCE=VBE0输出特性曲线总结输出特性曲线总结饱和区iC受vCE显著控制的区域，该区域内vCE的 数值较小，一般vCE0.7 V(硅管)。此时 发射结正偏，集电结正偏或反偏电压很小。截止区iC接近零的区域，相当iB=0的曲线的下方。 此时，发射结反偏，集电结反偏。放大区iC平行于vCE轴的区域，曲线基本平行等距。 此时，发射结正偏，集电结反偏，电压大于0.7 V左右(硅管) 。动画2-2

12、三极管工作情况总结三极管工作情况总结状状态态发发射射结结集集电电结结IC截止反偏或零偏反偏0放大正偏反偏 IB饱和正偏正偏 IB三极管处于放大状态时，三个极上的 电流关系： 电位关系：BCEBEBCIIIIIII 1 NPNPNPc最高最低b中VB=VE+0.7V中VB=VE-0.7Ve最低最高3. 温度对三极管特性的影响温度对三极管特性的影响温度升高使：（1）输入特性曲线左移（2）ICBO增大，输出特性曲线上移（3）增大2.1.5 半导体三极管的参数半导体三极管的参数半导体三极管的参数分为三大类: 直流参数 交流参数 极限参数1. 直流参数 直流电流放大系数 a.共基极直流电流放大系数 =

13、IC/IE= IB/1+ IB= /1+ 三极管的三极管的直流参数直流参数 在放大区基本不变。在共发射极输出特性曲线上，通过垂直于X轴的直线(vCE=const)来求取IC / IB ，如下左图所示。在IC较小时和IC较大时， 会有所减小，这一关系见下右图。b.共射极直流电流放大系数： =（ICICEO）/IBIC / IB vCE=const三极管的三极管的直流参数直流参数b.集电极发射极间的反向饱和电流ICEO ICEO和ICBO之间的关系： ICEO=（1+ ）ICBO相当于基极开路时，集电极和发射极间的反向饱和电流，即输出特性曲线IB=0时曲线所对应的Y坐标的数值,如图所示。 极间反向

14、电流a.集电极基极间反向饱和电流ICBO ICBO的下标CB代表集电极和基极，O是Open的字头，代表第三个电极E开路。它相当于集电结的反向饱和电流。 三极管的三极管的交流交流参数参数2.交流参数交流电流放大系数 a.共发射极交流电流放大系数 =IC/IBvCE=const在放大区 值基本不变，可在共射接法输出特性曲线上通过垂直于X 轴的直线求取IC/IB。或在图上通过求某一点的斜率得到。具体方法如图所示。 三极管的三极管的交流交流参数参数 b.共基极交流电流放大系数=IC/IE VCB=const 当ICBO和ICEO很小时， 、 ，可以不加区分。 特征频率特征频率fT 三极管的值不仅与工作

15、电流有关，而且与工作频率有关。由于结电容的影响，当信号频率增加时，三极管的将会下降。当下降到1时所对应的频率称为特征频率，用fT表示。三极管的三极管的极限极限参数参数 如图所示，当集电极电流增加时， 就要下降，当值下降到线性放大区值的7030时，所对应的集电极电流称为集电极最大允许电流ICM。至于值下降多少，不同型号的三极管，不同的厂家的规定有所差别。可见，当ICICM时，并不表示三极管会损坏。 (3)极限参数集电极最大允许电流ICM三极管的三极管的极限极限参数参数集电极最大允许功率损耗PCM 集电极电流通过集电结时所产生的功耗， PCM= ICVCBICVCE， 因发射结正偏，呈低阻，所以功

16、耗主要集中在集电结上。 在计算时往往用VCE取代VCB。三极管的三极管的极限极限参数参数反向击穿电压:反向击穿电压表示三极管电极间承受反向电压的能力，其测试时的原理电路如图所示。BR代表击穿之意，是Breakdown的字头。几个击穿电压在大小上有如下关系： V(BR)CBOV(BR)CESV(BR)CERV(BR)CEOV(BR) EBO三极管的三极管的极限极限参数参数 a.V(BR)CBO发射极开路时的集电结击穿电压。下标 CB代表集电极和基极，O代表第三个电 极E开路。 b.V(BR) EBO集电极开路时发射结的击穿电压。 c.V(BR)CEO基极开路时集电极和发射极间的 击穿电压。 对于

17、V(BR)CER表示BE间接有电阻，V(BR)CES表示BE间是短路的。三极管的安全工作区三极管的安全工作区由PCM、 ICM和V(BR)CEO在输出特性曲线上可以确定过损耗区、过电流区和击穿区，见下图。三极管的参数三极管的参数参 数型 号 PCM mW ICM mAVR CBO VVR CEO VVR EBO V IC BO A f T MHz3AX31D 125 125 20 126* 83BX31C 125 125 40 246* 83CG101C3CG101C 100 30 450.1 1003DG123C3DG123C 500 50 40 300.353DD101D3DD101D 5

18、A 5A 300 25042mA3DK100B3DK100B 100 30 25 150.1 3003DKG23 250W 30A 400 325 8注：*为 f 3.1.6 3.1.6 三极管的型号三极管的型号国家标准对半导体三极管的命名如下国家标准对半导体三极管的命名如下: :3 D G 110 B 第二位：A锗PNP管、B锗NPN管、 C硅PNP管、D硅NPN管 第三位：X低频小功率管、D低频大功率管、 G高频小功率管、A高频大功率管、K开关管用字母表示材料用字母表示材料用字母表示器件的种类用字母表示器件的种类用数字表示同种器件型号的序号用数字表示同种器件型号的序号用字母表示同一型号中的

19、不同规格用字母表示同一型号中的不同规格三极管三极管3.1.7 三极管应用三极管应用Vi=5V时，IB=(5-0.7)/10K=0.43mAICS=10V/5K=2mAVBE时：ceRbRCVCCb+ +_ _+ +_ _VBBCb2+TvivoCb1基本共射放大电路基本共射放大电路(7) vi：输入信号(8) vo：输出信号 公共地或共同端， 电路中每一点的电位 实际上都是该点与公 共端之间的电位差。 图中各电压的极性是参考极性，电流的参考方向如图所示。(6 )Cb1， Cb2：耦合电容或隔 直电容，其作用是通交流 隔直流。ceRbRCVCCb+ +_ _+ +_ _VBBCb2+TvivoC

20、b1基本共射放大电路基本共射放大电路RL:负载电阻ceRbRCVCCb+ +_ _+ +_ _VBBCb2+TvivoCb1RLT+vivoRLTCb1VCCCb2+ +_ _+ +_ _RbRC3. 共射电路共射电路放大原理放大原理+vivoCb1VCCCb2+ +_ _+ +_ _RbRC12V300K4K=40vi 变化 iB 变化 iC 变化 vCE 变化 vo 变化Cb1iC= iBvCE= VCC - iCRCVR-IVVmAII uARVICCCCCEBCbCCB6 . 56 . 1 40 oCCCECBivVRivmAiuAimVv8 . 02 . 0514. 4. 放大电路的

21、主要技术指标放大电路的主要技术指标(1) (1) 放大倍数放大倍数(2) (2) 输入电阻输入电阻Ri(3) (3) 输出电阻输出电阻Ro(4) (4) 通频带通频带(1) (1) 放大倍数放大倍数 放大电路的输出信号的电压和电流幅度得到了放大，所以输出功率也会有所放大。对放大电路而言有: 通常它们都是按正弦量定义的。放大倍数定义式中各有关量如图所示。io/VVAv电压放大倍数：io/IIAi电流放大倍数：iiooio/IVIVPPAp功率放大倍数：(2) (2) 输入电阻输入电阻 Ri 输入电阻是表明放大电路从信号源吸取电流大小的参数。Ri大，放大电路从信号源吸取的电流小，反之则大。 Ri的

22、定义:iiiIVR(3) (3) 输出电阻输出电阻Ro(a) 从假想的 求Ro (b)从负载特性曲线求RooV输出电阻是表明放大电路带负载的能力，Ro大表明放大电路带负载的能力差，反之则强。Ro的定义:0,.o.ooSL=VRIVR则：Ro =Vo / Io=( VoVo)/ Io =( VoVo) RL / Vo =( Vo/ Vo) 1 RL。，开路时的输出为、，测得时，在带根据图oooL)b(VIVR输出电阻输出电阻Ro注意：放大倍数、输入电阻、输出电阻通常都是在正弦信号下的交流参数，只有在放大电路处于放大状态且输出不失真的条件下才有意义。(4) (4) 通频带通频带 放大电路的增益A(

23、 f ) 是频率的函数。在低频段和高频段放大倍数都要下降。当A( f )下降到中频电压放大倍数A0的 1/ 时，即:200HL7.02)()(AAfAfA相应的频率:fL称为下限频率fH称为上限频率问题问题问题1：放大电路的输出电阻小，对放大电路输出 电压的稳定性是否有利？问题2：有一个放大电路的输入信号的频率成分为 100 Hz10 kHz，那么放大电路的通频带应 如何选择？ 如果放大电路的通频带比输入信号的频带窄，那么输出信号将发生什么变化？ 通知通知1. 答疑时间：周一下午答疑时间：周一下午3：004：40 周五下午周五下午3：004：40 答疑地点：答疑地点：01518以班为单位下周一

24、下午到实验室领取以班为单位下周一下午到实验室领取 实验元器件，每套实验元器件，每套5元元3.2.2 放大电路的图解分析法放大电路的图解分析法n直流通路与交流通路直流通路与交流通路n静态分析静态分析n近似估算法n图解分析n电路参数变化对Q点的影响n动态分析动态分析n截止失真n饱和失真n交流负载线n最大不失真输出n输出功率和功率三角形1. 直流通路与交流通路直流通路与交流通路静态：只考虑直流信号，即vi=0，各点电位不变 （直流工作状态）。直流通路：电路中无变化量，电容相当于开路， 电感相当于短路交流通路：电路中电容短路，电感开路，直流 电源对公共端短路 放大电路建立正确的静态，是保证动态工作的前

25、提。分析放大电路必须要正确地区分静态和动态，正确地区分直流通道和交流通道。动态：只考虑交流信号，即vi不为0，各点电位变化 （交流工作状态）。直流通路直流通路TRRVb1b2bCCCCC+vovi电容Cb1和Cb2断开TRRVbCCC直流通路 即能通过直流的通道。从C、B、E向外看，有直流负载电阻， Rc 、Rb 。交流通路交流通路TRRVvvb1b2bCCCCCio+vovi直流电源和耦合电容对交流相当于短路TRRbC+_+_vovi若直流电源内阻为零，交流电流流过直流电源时，没有压降。设C1、 C2 足够大，对信号而言，其上的交流压降近似为零。在交流通道中，可将直流电源和耦合电容短路。 交

26、流通路： 能通过交流的电路通道。从C、B、E向外看，有等效的交流负载电阻， Rc/RL和偏置电阻Rb 。2. 静态分析静态分析(1) 静态工作点的近似估算法静态工作点的近似估算法 已知硅管导通时VBE0.7V， 锗管VBE 0.2V以及 =40， 根据直流通路则有：VRIVVmAIIARVVICCQCCCEQBQCQbBECCBQ6 .5=6 .1=40=-Q:（40uA，1.6mA，5.6V）RRbVCCC12V300K4K=40固定偏流电路固定偏流电路RbRCvoviCb1Cb2VCC+Re0.5K330K4K15V =50例例3.2.1：电路及参数如图，求：电路及参数如图，求Q点值点值直

27、流通路RbRCVCC330K4K15V =50Re0.5K例例3.2.1VRIVIRIVVcCCCEcCCCCE65 . 4215)R(ReeuARVVIbBECCB405 . 0513307 . 015R)1 (e mAuAIIEC24050150 直流通路RbRCVCC330K4K15V =50Re0.5K例例3.2.2：电路及参数如图，求：电路及参数如图，求Q点值点值固定偏压电路，射极偏置电路（动画3-5）Rb1RCvoviCb1Cb2VCC+Re0.5K68K4K15VRb212K=40直流通路Rb1RCVCCRe0.5K68K4K15VRb212K=40例例3.2.2Rb1RCRe0

28、.5K68K4KRb212K15VVCC15VVCC直流通路Rb1RCVCCRe0.5K68K4K15VRb212K=40例例3.2.2VVRRRVKRRRRRRRCCbbbBBbbbbbbb25. 2=+=2 .10=+=/=21221212168KRb212K15VVCCRb2.25V10.2KRb1VBB 例例3.2.2uARRVIebBBB50)1 (7 . 0-VIRRRVVCeeCCCCE6)5 .4(2-15)(-21mAIIIBEC2 )6 ,2 ,50( :VmAAQRCRe0.5K4K2.25VVBB15V10.2KRbVCC(2) 静态工作点的图解分析静态工作点的图解分析

29、RRVIVBBbCCCV+_+_CEBEVBCI求VBE、IB的方法同二极管图解分析输入特性VBE=VBB-IBRb输出特性VCE=VCC-ICRCb、e回路回路c、e回路回路(a) 画直流通路(b) 把基极回路和集电极回路电路分为线性和非线性两部分如图IB=40uA、RC=4K、VCC=12V图解分析图解分析vCE(v)i C (mA)32124680101220uA40uA60uA80uAIB =100uA(c)作非线性部分的伏安特性曲线BCECIvfi)(=40uA(d) 作线性部分的伏安特性曲线直流负载线VCE=12 - 4 IC (VCC=12V , RC=4K)用两点法做直线M(1

30、2V,0)，N(0,3mA)MN(e)直线MN与IB=40uA曲线的交点(5.6V,1.6mA) 就是静态工作点Q（5.6V，1.6mA）Q直流直流负载线负载线IB=40uA、RC=4K、VCC=12V讨论：电路参数变化对讨论：电路参数变化对Q点的影响点的影响vi (mA)3212468C EC01012I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uABMNQRb改变： Q点沿MN向下移动CECBbVIIRQRRbVCCC12V300K4K=40固定偏流电路固定偏流电路电路参数变化对电路参数变化对Q点的影响点的影响vi (mA)3212468C EC01012I

31、 =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uABMNQRC改变：点逆时针转动绕的斜率变小MMNMNRRIVVCCCCCCEQRRbVCCC12V300K4K=40固定偏流电路固定偏流电路电路参数变化对电路参数变化对Q点的影响点的影响vi (mA)3212468CEC010 12I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uABMNQVCC改变：向右平移不变MNVIVRIVVCECCCCCCCCEQRRVIBVBBbCCCV+_+_CEBEVICiC(mA)32124680101220uA40uA60uA80uA100uA040vi

32、voiB(uA)6020vi=0.02sint(V)vBE(V)vCE(V)2. 动态分析动态分析vi=0.02sint(V) ib=20sint(uA)iB= 20uA60uARRVb1b2bCCCCC+vovi=40iC=iB=0.82.4(mA)vCE= 8.8V 2.4Vvo= vce=-3.2sin tRRVb1b2bCCCCC+vovi=404K动态分析（动画）动态分析（动画）截止失真截止失真vi (mA)3212468CEC010 12I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uAB040uAvivoi (uA)BvBEQ截止失真截止失真：由于放

33、大电路的工作点达到了三极管的截止区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为顶部失真。截止失真（动画）截止失真（动画）饱和失真饱和失真vi (mA)3212468CEC010 12I =20uABI =40uABI =60uABI =80uABI =100uAB080uAvoi (uA)BvBEQ饱和失真vi饱和失真：由于放大电路的工作点达到了三极管的饱和区而引起的非线性失真。对于NPN管，输出电压表现为底部失真。注意：对于注意：对于PNP管，由于是负电源管，由于是负电源供电，失真的表现形式，与供电，失真的表现形式，与NPN管管正好相反。正好相反。饱和失真（动画）饱和失真（动画）TRRb

34、C+_+_voviRL交流通路交流负载线交流负载线TRRVvvb1b2bCCCCCio+vo -viRLRL=RC/RL交流负载线交流负载线交流负载线确定方法：通过输出特性曲线上的Q点做一条直线，其斜率 为-1/RL 。 RL= RLRc 是交流负载电阻。c. 交流负载线和直 流负载线相交与 Q点。 b. 交流负载线是有 交流输入信号时 Q点的运动轨迹。最大不失真输出最大不失真输出放大电路要想获得大的不失真输出幅度，需要： 1.工作点Q要设置在输出特性曲线放大区的中间部位；2.要有合适的交流负载线。 Q位于交流负载线中间时，VomICQRL交流动态范围（动画） 要想PO大，就要使功率三角形的面

35、积大，即必须使Vom 和Iom 都要大。omomomomo2122IVIVP放大电路向电阻性负载提供的输出功率： 在输出特性曲线上，正好是三角形ABQ的面积，这一三角形称为功率三角形。输出功率和功率三角形输出功率和功率三角形作业作业3.2.13.2.23.3.43.3.63.2.3 放大电路的小信号模型分析法放大电路的小信号模型分析法图解法的适用范围：信号频率低、幅度 较大的情况。 如果电路中输入信号很小，可把三极管特性曲线在小范围内用直线代替，从而把放大电路当作线性电路处理微变等效电路。 1.1.三极管可以用一个模型来代替。三极管可以用一个模型来代替。 2.2.对于低频模型可以不考虑结电容的

36、影响。对于低频模型可以不考虑结电容的影响。 3.3.小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也小信号意味着三极管在线性条件下工作，微变也 具有线性同样的含义。具有线性同样的含义。1. h参数等效电路参数等效电路输入开路时输出导纳 =0=22221IVIh输出短路时的输入电阻:=0=11112VIVh数输入开路时电压反馈系 =0=21121IVVh数输出短路时电流放大系 =0=12212VIIh22212122121111VhIhIVhIhV如果I1和V2是独立源：I1I2+双端口网络+V2V1h参数等效电路参数等效电路I1I2V1V2双端口网络122222212122121111VhIhIVh

37、IhV根据公式双端口网络可等效为下图所示电路。2. 三极管共射三极管共射h参数等效电路参数等效电路共射接法等效的双端口网络：输入特性表达式：vBE= f1 ( iB ,vCE )输出特性表达式：iC= f2 ( iB ,vCE )ccebbeIVIV，输出：，输入：+_+_beVbIcIceV三极管共射三极管共射h参数等效电路参数等效电路CEICECBVBCCCEICEBEBVBBEBEdvvidiiididvvvdiivdvBCEBCE求全微分：cebccebbeVhIhIVhIhV22212111c+_+-beVbIcIceV参数的物理含义参数的物理含义ebcbrerberbbrbcrcC

38、EBBEVivh11VCEQ时iB 对vBE的影响，是三极管在Q点附近b与e之间的动态电阻，用rbe表示。rbe的组成：rbe = rbb + rbere 很小，忽略rbb ：基区体电阻rbe：发射结正偏电阻EebImVr26)1 ( EbbbeImVrr26)1 ( 参数的物理含义参数的物理含义BCEBEIvvh12IBQ附近vCE 对vBE的影响：vCE 1V后，h12105221hrce三极管共射简化三极管共射简化h参数等效电路参数等效电路忽略h12和h22影响的简化参数等效电路c3.2.3 基本共射电路分析计算基本共射电路分析计算放大电路分析步骤：u画直流通路，计算静态工作点Qu计算

39、rbeu画交流通路u画微变等效电路u计算电压放大倍数Avu计算输入电阻Riu计算输出电阻Ro1. 计算电压放大倍数计算电压放大倍数AvTRRVvvb1b2bCCC CCio+voviTRRbC+_+_vovibceCbcCobbeiRIIRVrV-I beCiovrRVV-A2. 计算输入电阻计算输入电阻 RibebebbebbebirrRrRrRR/IViiRiCooRIRoV所以：3. 计算输出电阻计算输出电阻 Ro方法一：=oooIVRRo输出开路时的输出电压: oV输出短路时的输出电流: IocoCcI=IRI=oV计算输出电阻计算输出电阻 Ro方法二：把输入信号源短路（Vs=0）但保

40、留信号源 内阻，在输出端加信号Vo，求此时的 Io， 则： oooVRI /=CoooRVR=I=所以：如图，如果Vs0，则 Ib=0， 所以 Ib=0 Ro例例3.2.3：求：求Av ，R i，Ro电路及参数如图，rbb=100，求Av，Ri，RoRRVvvb1b2bCCC CCio+Re0.5K330K4K15V =50vivo解： 静态工作点 （40uA，2mA，6V) EbbbeImVrr26)+1 (+=100+5126/2=0.763K例例3.2.3ebbebiRIrIV)+1 (+=cboRIV-=ebeciovRrRVVA)+1 (+-= -7.62TRRbc+_+_ReViV

41、ovivo例例3.2.3K4=coRRebebiRrRR)+1 (+/=330K/26.263K=24.3KRiRo例例3.2.4：电路及参数如图，=40， rbb=100， (1)计算静态工作点 (2)求Av，Ri，Ro解：(1) 画直流通路 求静态工作点RRVvvb1b2b1CCCCcio+Re10.1K68K4K15VRReC+e20.4Kb212Kvivo射极偏置电路稳定工作点（动画）例例3.2.4：RRVb1CCcRe10.1K68K4K15VRRe20.4Kb212K直流通路RRb1cRe10.1K68K4KRRe20.4Kb212K15VVcc15VVccVVRRRVKRRRRR

42、RRCCbbbBBbbbbbbb25. 2=+=2 .10=+=/=212212121例例3.2.4：Rb168KRb212K15VV ccR2.25VV bbb10KRbVBB例例3.2.4： uARRRVIeebBBB50)1(7 . 021- VIRVVCCCCCE6)5 .4(215)RR(2e1emAIIIBEC2 633. 0=26)+1 (+=KImVrrEbbbeRRb1cRe10.1K10.2V4KRe20.4K2.25VVbb15VVccVBBRb例例3.2.4：(2) 画微变等效电路，求Av，Ri，Ro8 .33-=1 . 041+633. 0440-=)+1 (+-=

43、-=-=)+1 (+=11ebeCiovCbCcoebbbeiRrRVVARIRIVRIIrV KRrRRebebi23. 3733. 4/2 .10)1(/1 RiRo=RC=4KRo作业作业3.4.13.4.43.4.53.3 基本放大电路的三种组态基本放大电路的三种组态组态一：共射电路beCVVvArRio -=Ri=Rb/rbe Ro=RcTRRVvvb1b2bCCC CCio+voviTRRbC+_+_vovibce组态二：组态二：共集电极电路共集电极电路共集电极组态基本放大电路如图所示。(1)(1)直流分析直流分析IB=( VBBVBE)/ Rb+(1+)ReIC= IBVCE=

44、VCCIERe= VCCICReRb =Rb1 /Rb2直流通路交流通路交流通路交流通路：(2)(2)交流分析交流分析微变等效电路如图交流通路：放大倍数和输入电阻放大倍数和输入电阻中频电压放大倍数中频电压放大倍数1)1 ()1 (LbeLooRrRVVAv 比较CE和CC组态放大电路的电压放大倍数公式，它们的分子都是乘以输出电极对地的交流等效负载电阻，分母都是三极管基极对地的交流输入电阻。输入电阻输入电阻 Ri=Rb1/ Rb2 /rbe +(1+)RL ) RL = RL / Re输出电阻输出电阻输出电阻输出电阻RrRIVRRVRrVIRRRRRrVIRVIIIIIR+1+/=)/(+)+/

45、()+1(=/=,)+/(=)/(+)+1 (=+=sbeeoooeosbeoob2b1sssbeobeobbboe共集电极电路（动画3-6） 将输入信号短路，负载开路，加 ，信号源短路，内阻保留。oV组态三：共基极放大电路组态三：共基极放大电路共基组态放大电路如图交流、直流通路交流、直流通路交流通路：微变等效电路微变等效电路共基极组态基本放大电路的微变等效电路 Ie性能指标性能指标输出电阻 Ro RCbeLvrRVVA+=/=io电压放大倍数rRrIVR+1/+1=/=beebeiii输入电阻三种组态电路比较三种组态电路比较共射电路：电压和电流放大倍数均大，输入输出电压相位相反，输出输出电阻

46、适中。常用于电压放大。共集电路：电压放大倍数是小于且接近于1的正数，具有电压跟随特点，输入电阻大，输出电阻小。常作为电路的输入和输出级。共基电路：放大倍数同共射电路，输入电阻小，频率特性好。常用作宽带放大器。作业作业3.5.33.5.43.6.23.6.53.4 基本放大电路的频率响应基本放大电路的频率响应频率失真：幅度失真和相位失真(p20-21图1.2.9)相位频率特性相位频率特性: :幅度频率特性幅度频率特性: : 幅频特性是描绘输入信号幅度幅频特性是描绘输入信号幅度固定，输出信号的幅度随频率变化固定，输出信号的幅度随频率变化而变化的规律。即而变化的规律。即 = =Aio/VVf ()

47、相频特性是描绘输出信号与输入相频特性是描绘输出信号与输入信号之间相位差随频率变化而变化信号之间相位差随频率变化而变化的规律。即的规律。即)(iofVVA3.4.1 RC电路的频率响应电路的频率响应1. RC低通滤波电路低通滤波电路RC+j=CjR+Cj=VV=Aiov1111其中，是角频率 = RCfRC211上限截止频率令：RCfHH21=2=(1) 分析分析RC低通滤波电路频率响应低通滤波电路频率响应HHvff+j=+j=RC+j=A111111HHHfftgfftgffv11211 A幅频特性相频特性RC低通滤波电路频率响应低通滤波电路频率响应()(-=)- (=+11=A1-1-2HH

48、Hfffffftgtgv当 f fH 时ovA900 +5.70.1fHfH10fH0-20-40-45-900ff-20dB/十倍频-3(dB) vAlg20 0.1fHfH10fHRC低通滤波电路频率响应低通滤波电路频率响应(2) 波特图波特图幅频特性相频特性-3dB-5.7-5.7幅频特性的X轴采用指数坐标，Y轴采用对数坐标,f fH H 称为上限截止频率上限截止频率。当 f f fH H 时，幅频特性将以十倍频十倍频20dB的斜率下降的斜率下降，或写成-20-20dB/dec。在 f = f fH H 处的误差最大，有3dB。当 f = f fH H 时，相频特性将滞后45，并具有 -

49、45/dec的斜率。在0.1 f fH H 和10 f fH H 处与实际的相频特性有最大的误差，其值分别为+5.7和5.7。 这种折线化画出的频率特性曲线称为波特图，是分析放大电路频率响应的重要手段。2. RC高通滤波电路高通滤波电路(1) 分析分析LLvff+jffj=RC+jCj=CjR+R=A111RC+jCj=CjR+Rv=A11下限截止频率令：C21=RfLRC高通滤波电路频率响应高通滤波电路频率响应当 f = fL时ovA45707. 021 当 f fL 时ovA01 )(-90=)(11-2HHHffofffftg +=vA相频：幅频：当 f fL 时ov00 ARC高通滤波

50、电路频率响应高通滤波电路频率响应(2) 波特图波特图0.1fHfH10fH0-20-4045900ff-20dB/十倍频-3(dB) vAlg20幅频特性相频特性3.4.2 三极管的高频等效模型三极管的高频等效模型ebcrerberbbrbcrc三极管结构：bCbeCbcCbc : 210pF(C)几十到几百pF(C)TmebfgC2=三极管的高频等效模型三极管的高频等效模型ms=0约几十TEQebCEBECmVIrVvig 这一模型中用 代替 ，这是因为本身就与频率有关，而 gm与频率无关。推导如下: eb.mVg.bI三极管的高频等效模型三极管的高频等效模型忽略 rce 和 rbc 对电路

51、的影响的简化等效模型：三极管的频率参数三极管的频率参数f和和fT0ceVbcII已知cbmebcbebebmcbebrmCjCjebbebebmcCgrCCjrgCCjgrIVVgIebcbeb1cb11cb)(1)(Cj-)/()Cj-(三极管的频率参数三极管的频率参数f和和fT)(21 bcbebe+CCrf令共射极截止频率0020707.022=)(+1=ffff时，011 ffj则与RC低通滤波电路的频响表达式相同ebmrg0三极管的频率参数三极管的频率参数f和和fTf T ：频率增大使| |下降到 0dB （ | |=1）时的频率，称为特征频率。111TffTffffT 一般00eb

52、mrmebebCCcbebebTCggCrCCrffebcbeb000 2 2 2 0三极管的频率参数三极管的频率参数f和和fTTTffff= : 的关系与当=1时对应的频率称为特征频率fT，且有fT0f 当20lg下降3dB时,频率f称为共发射极接法的截止频率高频等效模型的单向化高频等效模型的单向化 在简化混合型模型中，因存在Cbc ，对求解不便，可通过单向化处理加以变换。密勒定理密勒定理ZKVZKVVZVVIiiioi-1=-=-=1=-1=ZKZIViZZZI+Vi-+Vo-KK+Vi-+Vo-II12密勒定理密勒定理ZKVZVKVZVVIooooi1-1=-=-=2=1-1=-ZKZI

53、VoZZZI+Vi-+Vo-KK+Vi-+Vo-II12高频等效模型的单向化高频等效模型的单向化 可以用输入侧的C和输出侧的C两个电容去分别代替Cbc ，但要求变换前后应保证相关电流不变，如图所示。高频等效模型的单向化高频等效模型的单向化利用米勒定理，:, =cm则放大倍数令RgKcbCKC)+1 (=cbCKKC+1= 高频等效模型的单向化高频等效模型的单向化由于C1/Ce时，在射极电路中，可忽略Re，只剩下Ce低频段低频段当Rb较大，可忽略Rb的影响。将Ce归算到基极回路后与C1串联，Ce =Ce /（1+0 ）。Ce对输出回路基本上不存在折算问题，而且一般CeC2，所以Ce对输出回路的影

54、响可忽略。将输出回路的电流源变换成电压源，得到简化的微变等效电路。低频段低频段在此简化条件下，低频段的电压放大倍数:)+(+1)+()+)( /(+1)+)( /(+-=LC2LC2beSe1beSe1beSL0sosLRRCjRRCjrRCCjrRCCjrRRVVAv)+(21=)+)( /(21=LC22beSe11RRCfrRCCfLL令：L2L2L1L1+1+1=sMsLffffffffvvjjjjAA4. 4. 全频段总电压放大倍数全频段总电压放大倍数全频段总电压放大倍数的复数形式为:HL2L2L1L1sMs/+11/+1/+1/=fjffjffjffjffjfAAvvbeLbebs

55、bebArRrRRrRvsM /+/-=0如果两个下限频率fL1 、 fL2相差4倍以上，可取大者作为电路的下限截止频率fL1，否则只能按定义求fL全频段放大倍数波特图全频段放大倍数波特图 如果 fL1fL2，可以画出单级基本放大电路的波特图，如图所示。放大电路的增益带宽积放大电路的增益带宽积HLHBWffff-= :带宽beLbebsbebebbbbsHvMrRrRRrRCrrRRfA /+/)/+ /(21 :0增益带宽积所以，三极管一旦选定，带宽增益积就确定下来，放大倍数增大多少倍，带宽就减少多少倍a基本概念a直接耦合多级放大电路a阻容耦合多级放大电路a变压器耦合多级放大电路a多级放大电

56、路的频率响应3.5 多级放大电路多级放大电路3.5.1 多级放大电路多级放大电路单级电路:iovVVA=IoRiRo+Vi-Ii+Vo-AVoViIo1Ri1Ro1+Vi-Ii+Vo1-AVo1Vi1IoRi2Ro2+Vo-AVo2Vi2212211=vvioioiovAAVVVVVVA多级电路:RVVVCCC1oT2T1RBBViRC2Rb1b2vivo3.5.2 直接耦合多级放大电路直接耦合多级放大电路优点：低频性能好， 易于继集成缺点：静态点相互影响 （温度漂移问题）静态分析：VBB=IB1Rb1 +VBE1VCE1=IB2Rb2 +VBE2VCE1= VCC -（ IC1 + IB2）RC1VCE2= VCC - IC2RC2IC1= IB1IC2= IB2IB1、VC1 、 IB2 VC2 、 IC2 、 IC1 直接耦合多级放大电路动态分析直接耦合多级放大电路动态分析112111/-bebiCiovrRRRVVA22212+-=bebCoovrRRVVA22211211+/=2bebCbebiCviovr