第4章晶体三极管及其基本放大电路课件

1、33 MHzAnalog Electronics第第4章章 晶体三极管及其基本放大电路晶体三极管及其基本放大电路本章重点本章重点1.三极管的电流放大原理，特性曲线、微变等效电路三极管的电流放大原理，特性曲线、微变等效电路2. 共射放大电路的静态工作点分析、失真分析和三种组态的特点共射放大电路的静态工作点分析、失真分析和三种组态的特点和静、动态参数计算。和静、动态参数计算。本章讨论的问题：本章讨论的问题：1 .晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？晶体管是通过什么方式来控制集电极电流的？2. 为什么晶体管的输入、输出特性说明它有放大作用？如为什么晶体管的输入、输出特性说明它有放大作用？如何将晶

2、体管接入电路才能起到放大作用？组成放大电路的何将晶体管接入电路才能起到放大作用？组成放大电路的原则是什么？有几种接法？原则是什么？有几种接法？3. 晶体管三种基本放大电路各有什么特点？如何根据它们晶体管三种基本放大电路各有什么特点？如何根据它们的特点组成派生电路？的特点组成派生电路？33 MHzAnalog Electronics4.1晶体三极管（双极型晶体管晶体三极管（双极型晶体管BJT) )又称半导体三极管，或简称晶体管。又称半导体三极管，或简称晶体管。( (Bipolar Junction Transistor) )三极管有两种类型：三极管有两种类型：NPN 型和型和 PNP 型。型。主

3、要以主要以 NPN 型为例进行讨论。型为例进行讨论。图图 4.1.1三极管的外形三极管的外形33 MHzAnalog Electronics我国晶体管得型号命名方法我国晶体管得型号命名方法 33 MHzAnalog Electronics4.1.1晶体管的结构及类型晶体管的结构及类型常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。常用的三极管的结构有硅平面管和锗合金管两种类型。图图4.1.2a三极管的结构三极管的结构( (a) )平面型平面型( (NPN) )( (b) )合金型合金型( (PNP) )ebbecPNPNcNP二氧化硅二氧化硅发射区发射区集电区集电区基区基区基区基区发射区发射区

4、集电区集电区33 MHzAnalog Electronics图图 4.1.2(b)三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号NPN 型型ecb符号符号集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c基极基极 b发射极发射极 eNNP33 MHzAnalog Electronics集电区集电区集电结集电结基区基区发射结发射结发射区发射区集电极集电极 c发射极发射极 e基极基极 bcbe符号符号NNPPN图图 4.1.2（C)三极管结构示意图和符号三极管结构示意图和符号( (b) )PNP 型型33 MHzAnalog Electronics类型类型1.按结构区分：按结构

5、区分：有NPN型和PNP型。2.按材料区分按材料区分：有硅三极管和锗三极管。3.按工作频率区分按工作频率区分：有高频三极管和低频三极管。4.按功率大小区分按功率大小区分：有大功率三极管和小功率三极管。 NPNCBEBECNPN型型PNPCBEBECPNP型型33 MHzAnalog Electronics4.1.2晶体管的电流放大作用晶体管的电流放大作用以以 NPN 型三极管为例讨论型三极管为例讨论cNNPebbec表面看表面看三极管若实三极管若实现放大，必须从现放大，必须从三极管内部结构三极管内部结构和和外部所加电源外部所加电源的极性的极性来保证。来保证。不具备不具备放大作用放大作用33 M

6、HzAnalog Electronics三极管内部结构要求：三极管内部结构要求：NNPebcN N NP P P1. 发射区高掺杂。发射区高掺杂。2. 基区做得很薄基区做得很薄。通常只有。通常只有几微米到几十微米，而且几微米到几十微米，而且掺杂较掺杂较少少。三极管放大的外部条件三极管放大的外部条件：外加电源的极性应使：外加电源的极性应使发射发射结处于正向偏置结处于正向偏置状态，而状态，而集电结处于反向偏置集电结处于反向偏置状态。状态。3. 集电区面积大。集电区面积大。N N N33 MHzAnalog Electronics晶体管基本共射放大电路33 MHzAnalog Electronics

7、becRcRb一、晶体管内部载流子的运动一、晶体管内部载流子的运动I EIB发射结加正向电压，扩散发射结加正向电压，扩散运动形成发射极电流运动形成发射极电流发射区的电子越过发射结发射区的电子越过发射结扩散到基区，基区的空穴扩散扩散到基区，基区的空穴扩散到发射区到发射区形成发射极电流形成发射极电流 IE ( (基区多子数目较少，空穴电流基区多子数目较少，空穴电流可忽略可忽略) )。2. 扩散到基区的自由电子与扩散到基区的自由电子与空穴的复合运动形成基极空穴的复合运动形成基极电流电流电子到达基区，少数与空穴复电子到达基区，少数与空穴复合形成基极电流合形成基极电流 Ibn，复合掉的复合掉的空穴由空穴

8、由 VBB 补充补充。多数电子在基区继续扩散，到达多数电子在基区继续扩散，到达集电结的一侧。集电结的一侧。33 MHzAnalog ElectronicsbecI EI BRcRb3.集电结加反向电压，漂移集电结加反向电压，漂移运动形成集电极电流运动形成集电极电流IC 集电结反偏，有利于收集基区集电结反偏，有利于收集基区扩散过来的电子而形成集电极扩散过来的电子而形成集电极电流电流 IC。I C另外，集电区和基区的少另外，集电区和基区的少子在外电场的作用下将进子在外电场的作用下将进行漂移运动而形成行漂移运动而形成反向反向饱饱和电流和电流，用用ICBO表示表示。ICBO晶体管内部载流子的运动晶体管

9、内部载流子的运动33 MHzAnalog ElectronicsbeceRcRb 二二.晶体管的电流分配关系和晶体管的电流分配关系和电流放大系数电流放大系数电流分配关系电流分配关系IEpICBOIEICIBIEnIBnICnIC = ICn + ICBO IE=ICn + IBn + IEp = IEn+ IEpIE =IC+IB图图1.3.4晶体管内部载流子的运动与外部电流晶体管内部载流子的运动与外部电流IB=IEP+ IBNICBO IBNICBO33 MHzAnalog Electronics电流放大系数电流放大系数CBOBCBOCIIIIIIBNCnCEOBCBOBC)1 ( IIII

10、I整理可得：整理可得：ICBO 称反向饱和电流称反向饱和电流ICEO 称穿透电流称穿透电流（1）共射直流共射直流电流放大系数电流放大系数BCIIBE1II）（2）共射交流共射交流电流放大系数电流放大系数BCII VCCRb+VBBC1TICIBC2Rc+共发射极接法共发射极接法33 MHzAnalog Electronics（3）共基直流共基直流电流放大系数电流放大系数ECII 11或或（4）共基交流共基交流电流放大系数电流放大系数ECii直流参数直流参数 与交流参数与交流参数 、 的含义是不同的，的含义是不同的，但是，对于大多数三极管来说，但是，对于大多数三极管来说， 与与 ， 与与 的数值

11、的数值却差别不大，计算中，可不将它们严格区分。却差别不大，计算中，可不将它们严格区分。 、 5. 与与 的关系的关系ICIE+C2+C1VEEReVCCRc共基极接法共基极接法33 MHzAnalog Electronicsc+euBBuCC-uBEiB+-uCEiCb共射极放大电路共射极放大电路 iB=f(uBE) UCE=const(2) 当当UCE增大时，特性曲线右移。增大时，特性曲线右移。(3)当当UCE1V时时，三极管的特性曲线几乎与三极管的特性曲线几乎与UCE=1V时的输入特时的输入特 性曲线重合。性曲线重合。 (1) 当当UCE=0V时，相当于发射结的正向伏安特性曲线。时，相当于

12、发射结的正向伏安特性曲线。1. 1. 输入特性曲线输入特性曲线4.1.3 晶体管的共射特性曲线33 MHzAnalog Electronicsc+euBBuCC-uBEiB+-uCEiCb共射极放大电路共射极放大电路饱和区：饱和区：iC明显受明显受uCE控控制的区域，该区域内，制的区域，该区域内，一般一般uCE0.7V(硅管硅管)。此时，此时，发射结正偏，集发射结正偏，集电结也正偏电结也正偏。iC=f(uCE) IB=const2 2、输出特性曲线、输出特性曲线输出特性曲线的三个区域:截止区：截止区：iC接近零的接近零的区域，相当区域，相当iB=0的曲的曲线的下方。此时，线的下方。此时， uB

13、E小于死区电压，小于死区电压，集电结反偏集电结反偏。放大区：放大区：iC平行于平行于uCE轴的轴的区域，曲线基本平行等距。区域，曲线基本平行等距。此时，此时，发射结正偏，集电发射结正偏，集电结反偏结反偏。33 MHzAnalog ElectronicsiC=f(uCE) IB=const输出特性曲线输出特性曲线放大区：放大区： Je正偏，正偏，Jc反偏反偏。uBE Uon ，硅管：0.60.8V， 锗管：0.10.3V。uCEuBE,iC受iB的控制，iC=iB. 截止区：截止区： Je反偏，反偏，Jc反偏反偏。uBEUon,IB=0,IC=ICEO,三极管几乎不导通 输出特性曲线的三个区域输

14、出特性曲线的三个区域饱和区：饱和区：Je正偏，正偏，Jc正偏正偏uBE Uon ，硅管：0.60.8V, 锗管：0.10.3V。uCEuBE,iC UCES UCER U(BR)CEO U(BR) EBO3. . 极限参数极限参数(2)最大集电极电流最大集电极电流ICM 使使值明显减小的集电极电流。值明显减小的集电极电流。(1)最大集电极耗散功率最大集电极耗散功率PCM 集电极耗散功率集电极耗散功率:PC= iCuCE ,为使集电结温度不超过规定为使集电结温度不超过规定值值,PC应受到限制应受到限制,不允许超过不允许超过最大集电极耗散功率最大集电极耗散功率PCM。 UCER b、e间接电阻时间

15、接电阻时c、e间的击穿电压。间的击穿电压。UCESb、e间短路时间短路时c、e间的击穿电压。间的击穿电压。UCEXb、e间反偏时间反偏时c、e间的击穿电压。间的击穿电压。33 MHzAnalog Electronics4.1.5 4.1.5 温度对晶体管特性和参数的影响温度对晶体管特性和参数的影响一、一、 温度变化对温度变化对ICBO的影响的影响二、二、 温度变化对输入特性曲线的影响温度变化对输入特性曲线的影响温度温度T ICBO )()C25CBO(CBO00TTkTeII V102 . 2)(30)C25BE(BE0TTuuT温度温度T 输入特性曲线左移输入特性曲线左移三、三、 温度变化对

16、温度变化对输出特性输出特性 的影响的影响温度升高温度升高 要增大。要增大。温度温度T 输出特性曲线族间距增大输出特性曲线族间距增大总之：总之： ICBO ICEO T 输入特性左移输入特性左移 IC 33 MHzAnalog Electronics三极管工作状态的判断三极管工作状态的判断例例1：测量某测量某NPN型硅型硅BJT各电极对地的电压值如下，各电极对地的电压值如下，试判别管子工作在什么区域？试判别管子工作在什么区域？ 解：一般原则：一般原则：正偏反偏反偏集电结集电结正偏正偏反偏发射结发射结饱和放大截止对NPN管而言，放大时对PNP管而言，放大时（1）放大区）放大区（2）截止区）截止区（

17、3）饱和区）饱和区33 MHzAnalog Electronics例例2某放大电路中某放大电路中BJT三个电极的电流如图所示。三个电极的电流如图所示。 IA-2mA,IB-0.04mA,IC+2.04mA,试判断管脚、管型。试判断管脚、管型。解：电流判断法。解：电流判断法。电流的正方向和电流的正方向和KCL。IE=IB+ ICABC IAIBICC为发射极为发射极B为基极为基极A为集电极。为集电极。管型为管型为NPN管。管。33 MHzAnalog Electronics原则：先确定原则：先确定B，再求，再求|UBE|，若等于若等于0.6-0.8V，为硅管；若等于为硅管；若等于 0.1- 0.

18、3V，为锗管，从而为锗管，从而E、C确定。确定。 根据发射结正偏，集电结反偏。根据发射结正偏，集电结反偏。 NPN管管UBE0， UBC0，即即。 PNP管管UBE0， UBC 0，即即。 33 MHzAnalog Electronics同时为输出提供能源。，使 :BECECCUUVuiRC 转换为将 :)( oCEcbicuuuiiuR。且有一个合适的，大于使、BonBEbBB :IUURVIBQ=(VBB-UBEQ)/RbICQ=IBQUCEQ=VCC- ICQRc图中：CEQBEQEQCQBQi)(0UUIIIu、称为静态工作点。记作发射结电压、管压降，时晶体管的各极电流、UCE，4.2

19、放大电路的组成原则放大电路的组成原则4.2.1基本共射放大电路的工作原理基本共射放大电路的工作原理1.各元件作用各元件作用实现电压放大实现电压放大33 MHzAnalog Electronics 若不设置静态工作点，输出电压必然失真！若不设置静态工作点，输出电压必然失真！ 设置合适的静态工作点，首先解决了失真问设置合适的静态工作点，首先解决了失真问 题；另外题；另外Q点几乎影响着所有的动态参数！点几乎影响着所有的动态参数！ 无失真的放大信号是对放大电路的基本要求无失真的放大信号是对放大电路的基本要求 ，Q点不仅点不仅影响放大电路是否会失真，而且影响放大电路的几乎所有的影响放大电路是否会失真，而

20、且影响放大电路的几乎所有的动态参数，因而设置合适的动态参数，因而设置合适的Q点很有意义。点很有意义。33 MHzAnalog Electronics静态工作点如图中虚线所示管压降管压降：uCE=VCC-iCRciBuBEubeibiC uCEicuCE结论结论：基本共射放大电路的电压放大：基本共射放大电路的电压放大作用是利用晶体管的电流放大作用，作用是利用晶体管的电流放大作用，并依靠并依靠Rc将电流的变化转换成电压的将电流的变化转换成电压的 变化来实现的。变化来实现的。33 MHzAnalog Electronics4.2.2 放大电路的组成原则放大电路的组成原则1.组成原则组成原则(1) 必

21、须有为放大管提供合适必须有为放大管提供合适Q点的直流电源。点的直流电源。保证晶体管工作在放大区。保证晶体管工作在放大区。(2) 同时直流电源作为负载的能源。同时直流电源作为负载的能源。(3) 输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。输入信号必须能够作用于放大管的输入回路。对于晶体管能产生对于晶体管能产生uBE，从而改变输入回路的电流，从而改变输入回路的电流，放大输入信号。放大输入信号。(4) 当负载接入时，必须保证放大管的输出回路的动当负载接入时，必须保证放大管的输出回路的动态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号态电流能够作用于负载，从而使负载获得比输入信号大得多的信号电流或信号电压。

22、大得多的信号电流或信号电压。33 MHzAnalog Electronics2.常见的两种共射放大电路常见的两种共射放大电路(1)直接耦合共射放大电路直接耦合共射放大电路阻容耦合共射放阻容耦合共射放大电路大电路T(2)阻容耦合共射放大电路阻容耦合共射放大电路ICQ IBQUCEQ = VCC ICQ RC直接耦合共射放直接耦合共射放大电路大电路TR Rb1b1R Rb2b2b1BEQb2BEQCCBQRURUVIUCEQ = VCC ICQ RCICQ IBQbBEQCCBQRUVI33 MHzAnalog Electronics 放大电路如图所示。已知BJT的 =80， Rb=300k， R

23、c=2k， VCC= +12V，求： 共射极放大电路共射极放大电路 （1）放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（2）当Rb=100k时，放大电路的Q点。此时BJT工作在哪个区域？（忽略BJT的饱和压降）解：（1）uA40300k2V1bBECCBQRUVI（2）当Rb=100k时，3.2mAuA4080BC II 5.6V3.2mA2k-V12CcCCCEQIRVU静态工作点为Q（40uA，3.2mA，5.6V），BJT工作在放大区。其最小值也只能为0，即IC的最大电流为：uA120100k2V1bCCB RVImA6 . 9uA12080BC II V2 . 79.6mA2k-V12C

24、cCCCEQIRVUmA62k2V1cCESCCCMRUVICMB II 由由于于所以BJT工作在饱和区。UCEQ不可能为负值，此时，Q（120uA，6mA，0V），33 MHzAnalog Electronics4.3 放大电路的基本分析方法 通常，放大电路中交流信号的作用和直流电源通常，放大电路中交流信号的作用和直流电源的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分的作用共存，这使得电路的分析复杂化。为简化分析，引入直流通路和交流通路。析，引入直流通路和交流通路。直流通路直流通路 直流电源直流电源作用下直流电流流经的通路。作用下直流电流流经的通路。 画法：画法： Us=0，保留，保留Rs；电

25、容开路；电容开路；电感相电感相当于短路（线圈电阻近似为当于短路（线圈电阻近似为0）。）。交流通路交流通路 信号源作用下交流电流流经的通路。信号源作用下交流电流流经的通路。 画法：画法： 大容量电容相当于短路；大容量电容相当于短路；直流电源相直流电源相当于短路（内阻为当于短路（内阻为0）。）。33 MHzAnalog ElectronicscCQCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVICC基本共射放大电路的直流通路和交流通路基本共射放大电路的直流通路和交流通路33 MHzAnalog Electronics 直接耦合共射放大电路及其直流通路和交流通路直接耦合共射放大电路及其直流通路和

26、交流通路33 MHzAnalog ElectronicscCQCCCEQBQCQbBEQCCBQ RIVUIIRUVI阻容耦合共射放大电路的直流通路和交流通路阻容耦合共射放大电路的直流通路和交流通路33 MHzAnalog Electronics4.3.2图解法图解法在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方在三极管的输入、输出特性曲线上直接用作图的方法求解放大电路的工作情况。法求解放大电路的工作情况。1、静态分析、静态分析bBBBBERiVucCCCCERiVu33 MHzAnalog Electronics图解法确定直流工作点的步骤图解法确定直流工作点的步骤(1)首先用图解法或计算法确定

27、UBEQ 、IBQ。(2)在输出特性曲线中画出直流负载线。(3)直流负载线与IBQ对应的那条输出特性 曲线的交点Q即为直流工作点。(4)最后确定Q点所对应的坐标UCEQ、ICQ。 33 MHzAnalog ElectronicsT【例例】图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知图示单管共射放大电路及特性曲线中，已知 Rb = 280 k ，Rc = 3 k ，集电极直流电源集电极直流电源 VCC = 12 V，试用图解法确定静态工作点。试用图解法确定静态工作点。解：解：首先估算首先估算 IBQA 40mA)2807 . 012(bBEQCCBQ RUVI做直流负载线，确定做直流负载线，确定 Q

28、点点根据根据 UCEQ = VCC ICQ RciC = 0，uCE = 12 V ；uCE = 0，iC = 4 mA .33 MHzAnalog Electronics0iB = 0 A20 A40 A60 A80 A134224681012MQIBQ = 40 A ，ICQ = 2 mA，UCEQ = 6 V.uCE /V由由 Q 点确定静态值为：点确定静态值为：iC /mA33 MHzAnalog ElectronicsuBE=VBB+uI-iBRb步骤步骤输入特性输入特性IOOCECBI)(uuAuuiiuu给定输出特性输出特性输入特性输入特性（1）求解电压放大倍数）求解电压放大倍数

29、2.2.动态动态分析分析33 MHzAnalog Electronics（2）失真分析）失真分析 静态工作点合适且输入信号较小为正弦波的情况下， 基本共射放大电路的波形分析33 MHzAnalog ElectronicsA)静态工作点过低，静态工作点过低，引起引起 iB、iC、uCE 的的波形失真波形失真ibube结论：结论：iB 波形失真波形失真OQOttOuBE/ViB / AuBE/ViB / AIBQ 截止失真截止失真33 MHzAnalog ElectronicsiC 、 uCE ( (uo ) )波形失真波形失真NPN 管截止失真时管截止失真时的输出的输出 uo 波形。波形。uo

30、波形顶部失真波形顶部失真uo = uceOiCtOOQ tuCE/VuCE/ViC / mAICQUCEQ33 MHzAnalog ElectronicsOIB = 0QtOO NPN 管管 uo波形波形tiCuCE/VuCE/ViC / mAuo = uceib( (不失真不失真) )ICQUCEQB) Q 点过高，引起点过高，引起 iC、uCE的波形失真的波形失真饱和失真饱和失真uo 波形底部失真波形底部失真33 MHzAnalog Electronics(3) (3) 用图解法估算最大输出幅度用图解法估算最大输出幅度 放大电路的最放大电路的最大不失真输出电压大不失真输出电压是指输出波形没

31、有是指输出波形没有明显失真时能够输明显失真时能够输出的最大电压。出的最大电压。 Q 尽量设在线段尽量设在线段 AB 的的中点中点。则。则 AQ = QB，CD = DB问题：如何求最大不失真输出电压？问题：如何求最大不失真输出电压？Uomax=min(UCEQ-UCES) , (UCCUCEQ)OQuCE/ViC / mAACBD交流负载线交流负载线33 MHzAnalog Electronics直流负载线：直流负载线：直流通路中，晶直流通路中，晶体管输出回路外体管输出回路外电路方程对应的电路方程对应的直线。直线。cCCCCERIVU交流负载线：交流负载线：交流通路中，晶交流通路中，晶体管输出

32、回路外电路方程对应的直体管输出回路外电路方程对应的直线。线。 u ucece=-i=-ic c(R(RC C/R/RL L)= -i)= -ic cRL 而而 i iC C=I=ICQCQ+i+ic c u uCECE=U=UCEQCEQ+u+ucece 得得 u uCECE=U=UCEQCEQ-(i-(iC C-I-ICQCQ) )RL3.阻容耦合共射放大电路的分析阻容耦合共射放大电路的分析33 MHzAnalog Electronics交流负载线的两个特征交流负载线的两个特征 过过Q点点 斜率为斜率为-1/(RCRL)交流负载线的作法交流负载线的作法经过经过Q点作斜率为点作斜率为- -1/

33、 RL的的直线（直线（ RL= RLRc ）过过Q点及点点及点UCEQ+ICQRL,0作直线作直线说明：说明： 直接耦合放大电路的交直流负载线是同一直线。直接耦合放大电路的交直流负载线是同一直线。 阻容耦合电路，只有在空载的情况下交直流负载线才阻容耦合电路，只有在空载的情况下交直流负载线才 合二为一，负载的接入使合二为一，负载的接入使Au减小。减小。33 MHzAnalog Electronics4.图解法的图解法的优缺优缺点点 形象直观；形象直观； 适应于适应于Q点点分析分析、失真分析、最大不失真、失真分析、最大不失真输出电压的分析；输出电压的分析； 能够用于大信号分析；能够用于大信号分析；

34、 不易准确求解；不易准确求解； 不能求解输入电阻、输出电阻、频带等不能求解输入电阻、输出电阻、频带等等参数。等参数。33 MHzAnalog Electronics由书例由书例4.3.3可得出用图解法分析电路、参数对静态工作可得出用图解法分析电路、参数对静态工作点的影响点的影响（1） 改变改变 Rb，保持保持VCC ，Rc ， 不变；不变；OIBiCuCE Q1Rb 增大，增大，Rb 减小，减小，Q 点下移；点下移；Q 点上移；点上移；Q2OIBiCuCE Q1Q3（2）改变）改变 VCC，保持保持 Rb，Rc ， 不变；不变； 升高升高 VCC，直流负载线平直流负载线平行右移，动态工作范围增

35、大，行右移，动态工作范围增大，但管子的动态功耗也增大。但管子的动态功耗也增大。Q233 MHzAnalog Electronics（3） 改变改变 Rc，保持保持 Rb，VCC ， 不变；不变；（4） 改变改变 ，保持保持 Rb，Rc ，VCC 不变；不变；增大增大 Rc ，直流负载直流负载线斜率改变，则线斜率改变，则 Q 点向点向饱和区移近。饱和区移近。OIBiCuCE Q1Q2OIBiCuCE Q1Q2增大增大 ，IC Q 增大，增大，UCEQ 减小，则减小，则 Q 点移近饱点移近饱和区。和区。33 MHzAnalog Electronics2.2.动态动态分析分析（1） 交流通路的输出回

36、路交流通路的输出回路 输出通路的外电路是输出通路的外电路是 Rc 和和 RL 的并联。的并联。（2） 交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线交流负载线斜率为：交流负载线斜率为：LCLL/ 1RRRR ，其中，其中OIBiC / mAuCE /VQ33 MHzAnalog Electronics（3） 动态工作情况图解分析动态工作情况图解分析0.680.72 uBE iBtQ000.7t6040200uBE/ViB / AuBE/ViBUBE33 MHzAnalog Electronics交流负载线交流负载线直流负载线直流负载线4.57.5 uCE912t0ICQiC / mA0IB = 4

37、0 A2060804Q260uCE/ViC / mA0tuCE/VUCEQ iC输出回路工作输出回路工作情况分析情况分析33 MHzAnalog Electronics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，就可以把三当放大电路的输入信号电压很小时，就可以把三极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极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处理。线性器件所组成的电路当作线性电路来处理。建立小信号模型的意义：建立小信号模型的意义：由于三极管是非线性器件，这样就使得放大电路由于三极管

38、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，就是在小信号作用下（工作点附近），的分析非常困难。建立小信号模型，就是在小信号作用下（工作点附近），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。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。33 MHzAnalog Electronics(用于用于Q点的分析点的分析)cCQCEQBQCQbBEQBBBQ RIVUIIRUVICC使用条件：使用条件：U UBEBEU Uonon且且U UCECEUUBEBE33 MHzAnalog Electronics(1) h参数等效模型 将晶体管看成一个双端口网络：输入端

39、口、输出端口。其端口电压、电流的关系用h参数来描述，写成函数关系为：)()(CEBCCEBBEuifiuifu，BEuBiCEuCi33 MHzAnalog ElectronicsCECECBBCCCECEBEBBBEBEddddddBCEBCEuuiiiiiuuuiiuuIUIUce22b21cce12b11be UhIhIUhIhU对上两式求全微分得：对上两式求全微分得：ube= h11ib+ h12uceic= h21ib+ h22uce在小信号情况下，无限小的信号增量可在小信号情况下，无限小的信号增量可用有限的增量代替用有限的增量代替由表达式可得晶体管的小信号等效模型由表达式可得晶体管

40、的小信号等效模型(h参数等效模型参数等效模型)h2133 MHzAnalog Electronics输出端交流短路时的输入电阻输出端交流短路时的输入电阻( (b-e间动态间动态电阻电阻)，h11uBE/iBbeBBE11CEriuhU输入端电流恒定（交流开路）的反向电压传输比输入端电流恒定（交流开路）的反向电压传输比( (内反馈系数内反馈系数)，h12 uBE/uCEBCEBE12Iuuh（2 2）h h参数的物理意义参数的物理意义( (四个参数量纲各不相同，四个参数量纲各不相同，故称为混合参数故称为混合参数hybrid 参数）参数）33 MHzAnalog ElectronicsCEBC21

41、Uiih输出端交流短路时的正向电流传输比输出端交流短路时的正向电流传输比( (电电流放大系数流放大系数) )，h21 iC/iBBCEC22Iuih输入端电流恒定（交流开路）时的输出电导输入端电流恒定（交流开路）时的输出电导( (c-e间电导间电导)，h22 iC/uCE33 MHzAnalog Electronics(3)h参数等效模型的简化参数等效模型的简化BJT的的h参数模型参数模型h21ibicuceibubeh12uceh11h22ubeuceibcebicBJT双口网络双口网络 ibicuceibuber ucerberceubeuce33 MHzAnalog Electronic

42、s（4） h参数的确定参数的确定 一般用测试仪测出；一般用测试仪测出； rbe 与与Q点有关，可用图点有关，可用图示仪测出。示仪测出。一般也用公式估算一般也用公式估算 rbe rbe= rb+ (1+ ) re则则 )mA()mV(26)1(200EQbeIr )mA()mV()mA()mV(EQEQTeIIVr26而而 (T=300K) 对于低频小功率管对于低频小功率管 rb(100300） 33 MHzAnalog Electronics3、放大电路的动态分析、放大电路的动态分析电路动态参数的分析就是电路动态参数的分析就是求解电路电压放大倍数、求解电路电压放大倍数、输入电阻、输出电阻。输入

43、电阻、输出电阻。解题的方法是：解题的方法是：在放大电路的交流通路中，在放大电路的交流通路中，用用h参数等效模型取代三极管参数等效模型取代三极管得到放大电路交流等效电路得到放大电路交流等效电路 图图2.2.5共射极放大电路共射极放大电路RbviRcRLiVbIcIOVbI33 MHzAnalog Electronics根据根据RbviRcRLiVbIcIOVbIbebirIVbcII)/(LccORRIV则电压增益为则电压增益为beLcbebLcbbebLcciO)/()/()/(rRRrIRRIrIRRIVVAV(1) 求电压放大倍数（电压增益）求电压放大倍数（电压增益）33 MHzAnalo

44、g Electronics（2） 求输入电阻求输入电阻RbRcRLiVbIcIOVbIRiiIbebiii/rRIVR （3） 求输出电阻求输出电阻RbRcRLiVbIcIOVbIRo0i V0b I0b I Ro = Rc 所以所以Li0oooRVIVR33 MHzAnalog Electronics（4）当信号源有内阻时：）当信号源有内阻时：Ri为放大电路的为放大电路的输入电阻输入电阻求求Ui.UO.Ui.Us.33 MHzAnalog Electronics1.求解静态工作点求解静态工作点Q；2.求工作点对应的求工作点对应的h参数（参数（求求rbe）；3.画出交流等效电路；画出交流等效电

45、路；4.根据根据要求要求求解动态参数。求解动态参数。注意：注意： 只有在只有在Q点正常的情况下，动态分析才有意义。点正常的情况下，动态分析才有意义。Ri中不应含有中不应含有Rs， Ro中不应含有中不应含有RL。33 MHzAnalog Electronics)()(bebbbebiirRIrRIUccoRIUbebcio rRRUUAubebiiirRIURcoRR cCQCEQBQCQbBEQBBBQ, ,RIVUIIRUVICC33 MHzAnalog Electronics4.4晶体管放大电路的三种接法晶体管放大电路的三种接法 共射组态共射组态 CE共集组态共集组态 CC共基组态共基组态

46、 CBC1Rb+VCCC2RL+Re+RS+sUoU 共射极放大电路共射极放大电路C1C2+_+_OUiUReVEEVCCRcRLT33 MHzAnalog Electronics4.4.1 4.4.1 静态工作点稳定共射放大电路静态工作点稳定共射放大电路1.温度对静态工作点Q的影响CBBECCEOC)不变(C)( C)( C)(温度IIUTIITIT位置就可能基本不变。在输出特性坐标系中的、，则，若此时温度CEQCQBCC)( UIIIT33 MHzAnalog Electronics （1）电路组成电路组成路中可视为短路。为旁路电容，在交流通eC33 MHzAnalog Electroni

47、csBBEVEECoeIUVIICTRVRRRVIIBQ)(CCb21b1bBQB1)()(: :不变增设发射极电阻措施二，基本不随温度变化。电路参数的选取满足措施一定性分析定性分析33 MHzAnalog Electronics反馈反馈：将输出量通过一定的：将输出量通过一定的方式引回到输入回路来影响方式引回到输入回路来影响输入量的措施。输入量的措施。负反馈负反馈：使输出量的变化减：使输出量的变化减小的反馈。小的反馈。直流反馈直流反馈：出现在直流通路：出现在直流通路中的反馈。中的反馈。几个概念几个概念: :33 MHzAnalog Electronics)(111ecEQCCeEQcCQCCC

48、EQEQEQBQeBEQBQEQCCb2bbBQ RRIVRIRIVUIIIRUUIIVRRRUCQ (1)静态分析在I1IBQ的条件下33 MHzAnalog Electronicsb21bbCCb21b1bBBRRRVRRRVCCb21b1bBQbeeBQBEQbBQeEQBEQbBQBB)1 ()1 (VRRRURRRIURIRIURIV，则所以若UBQUEQ(1+)ReRb I1IBQ如何判断条件如何判断条件I1IBQ是否满足是否满足?33 MHzAnalog ElectronicsbeLio rRUUAubeb2b1irRRRcoRR 将将R Rb1b1、R Rb2b2合并为一个合并

49、为一个电阻电阻R Rb b，则该等效电路与，则该等效电路与前面阻容耦合共射电路的前面阻容耦合共射电路的交流等效电路完全相同，交流等效电路完全相同，前面导出的动态参数的表前面导出的动态参数的表达式可直接利用。达式可直接利用。有旁路电有旁路电容时容时33 MHzAnalog Electronicsee)1 ( )( beLebebLcbioRrRRIrIRRIUUAucoRRRrRRR)1 (ebeb2b1i利利?弊弊?eLbee)1 (RRArRu，则若无旁路电无旁路电容时容时33 MHzAnalog Electronics 引入直流负反馈 温度补偿 Rb1或Rb2采用热敏电阻。 Rb1应具有

50、温度系数， Rb2应具有 温度系数。负正33 MHzAnalog ElectronicsCBRCoBRRbCCbBEQCCRIIIICTIIIRVRUVIbb )(CBEBDECoIUUUUICT )(33 MHzAnalog Electronics4.4.2基本共集放大电路基本共集放大电路图图 4.4.2基本基本共集放大电路共集放大电路1.电路的组成电路的组成信号从基极输入，信号从基极输入，从发射极输出从发射极输出1.电路组成电路组成33 MHzAnalog Electronics2.静态分析eEQCCCEQBQebBEQBBBQRIVUIIRRUVI)1 ()1 (EQ eBQBEQbBQ

51、eBEQbBQBB RIURIRIURIV)1 (EQ 33 MHzAnalog Electronics3.动态分析动态分析（1）电压放大倍数）电压放大倍数ebebeeebebbeeio)1 ()1 ( )( RrRRRIrRIRIUUAu。也称电压跟随器，即则，）若（ 1 1iobebeUUArRRu 33 MHzAnalog Electronicsebebebebiii)1 ( )(RrRIRIrRIIURbeb1 )1 (0bebebeboeooeooooosserRRrRURUUIIUIURURUR，则，在输出端加，保留令33 MHzAnalog Electronics（4）基本共集放

52、大电路特点）基本共集放大电路特点a)电压放大倍数恒小于电压放大倍数恒小于 1，而接近，而接近 1， 且输出电压与输入电压同相，又称电压跟随器。且输出电压与输入电压同相，又称电压跟随器。b)输入电阻较大输入电阻较大,可达几十几百千欧。可达几十几百千欧。c)输出电阻低，可小于几十欧，故带载能力输出电阻低，可小于几十欧，故带载能力 比较强。比较强。只放大电流，不放大电压！只放大电流，不放大电压！33 MHzAnalog Electronics4.4.3基本共基放大电路基本共基放大电路1.电路组成电路组成图图 4.4.7共基极放大电路共基极放大电路VBB 保证发射结正偏；保证发射结正偏；VCC 保证集

53、保证集电结反偏；三极管工作在放大区。电结反偏；三极管工作在放大区。( (a) )电路电路+_+_OuIuReVBBVCCRcT+_OUReVBBVCCRcT( (b) )直流通路直流通路33 MHzAnalog Electronics2.静态静态 分析分析( (IBQ , ICQ , UCEQ) )直流通路直流通路+_OUReVBBVCCRcTBEQCCQCCEQCQCEQEQBQeBEQBBEQURIVVVUIIRUVI133 MHzAnalog Electronics( (a) )电路电路+_+_OuIuReVBBVCCRcT( (b) )交流通路交流通路OU+_+_iUReRcT+_+_

54、OUiURerbeeICIbIbI becRC33 MHzAnalog Electronics3.动态分析动态分析（1）电压放大倍数）电压放大倍数微变等效电路微变等效电路由图可得：由图可得：交流等效电路交流等效电路+_+_OUiURerbeeICIbIbI becRCebeCbebeeCCiouRrRrIRIRIUUA)1 ( 33 MHzAnalog Electronics（2）电流放大倍数）电流放大倍数由微变等效电路可得，共基极放大电路没有电流放大作用，由微变等效电路可得，共基极放大电路没有电流放大作用，因为：输入电流因为：输入电流 ii=ie，输出电流输出电流 iO=iC， Ai= iO

55、/ii= ic /ie =但是但是具有电压放大作用具有电压放大作用。电压放大倍数与相应的共射电路。电压放大倍数与相应的共射电路相等，但没有负号，说明该电路相等，但没有负号，说明该电路输入、输出信号同相位。输入、输出信号同相位。+_+_OUiURerbeeICIbIbI becRC33 MHzAnalog Electronics（3）输入电阻）输入电阻 1)1 (beibeeiiiirRRrRIrIRIIUIUReeebebee则：为零若(4)输出电阻输出电阻 Ro RC+_+_OUiURerbeeICIbIbI becRC33 MHzAnalog Electronics（5）基本共基放大电路特

56、点）基本共基放大电路特点a) 无电流放大作用，有电压放大能力，无电流放大作用，有电压放大能力， 输入、输出信号同相位输入、输出信号同相位b)输入电阻较小。输入电阻较小。c)输出电阻较大，与共射电路相同，均为输出电阻较大，与共射电路相同，均为RC。d)通频带最宽，适于作宽频带放大电路。通频带最宽，适于作宽频带放大电路。33 MHzAnalog Electronics4.4.4基本放大电路三种接法的性能比较基本放大电路三种接法的性能比较大(数值同相应的共射电路，但同相)小(小于、近于 1 )大(几十 一百以上) 小 大(几十 一百以上) 大(几十 一百以上)电路组态组态性能性能共共 射射 组组 态

57、态共共 集集 组组 态态共共 基基 组组 态态C1C2OUVCCRb2Rb1+_ReCbRLiUC1Rb+VCCC2RL+Re+iUOUC1Rb+VCCC2RL+iUOURciAuA 1beLrR ebee)1()1(RrR beLrR 33 MHzAnalog Electronics 通频带大(几百欧 几十千欧)小(几欧 几十欧)大(几百欧几十千欧)Ro小(几欧 几十欧)大(几十千欧以上)中(几百欧几千欧) rbe组态组态性能性能共共 射射 组组 态态共共 集集 组组 态态共共 基基 组组 态态iRoR 1sbeRroR 1berebe)1(Rr 窄窄较宽较宽宽宽33 MHzAnalog E

58、lectronics 阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发阻容耦合放大电路由于存在级间耦合电容、发射极旁路电容及三极管的结电容等，它们的容抗随射极旁路电容及三极管的结电容等，它们的容抗随频率变化，故当信号频率不同时，放大电路的输出频率变化，故当信号频率不同时，放大电路的输出电压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。电压相对于输入电压的幅值和相位都将发生变化。33 MHzAnalog Electronicsf|Au |0.707| Auo |fLfH| Auo |幅频特性幅频特性f 270 180 90相频特性相频特性 阻容耦合单管共射放大电路的频率响应阻容耦合单管共射放大电路的频率响应3

59、3 MHzAnalog Electronics本章结束33 MHzAnalog Electronics 4.54.5放大电路的频率特性放大电路的频率特性在前面的讨论中，我们得出如下结论：在前面的讨论中，我们得出如下结论：1 1）电压放大倍数为正值，则）电压放大倍数为正值，则 输出与输入同相输出与输入同相2 2）电压放大倍数为负值，则）电压放大倍数为负值，则 输出与输入反相输出与输入反相 实际上，实际上，这种情况只发生在一定的频率范围内这种情况只发生在一定的频率范围内。由于放大电路中存在着耦合电容、旁路电容、晶体管的结电容和电路由于放大电路中存在着耦合电容、旁路电容、晶体管的结电容和电路的分布电

60、容等，它们的容抗的分布电容等，它们的容抗X XC C(=1/wc)(=1/wc)随着频率的变化而变化，随着频率的变化而变化，因此因此放大电路的某些性能指标与输入信号的频率有关。放大电路的某些性能指标与输入信号的频率有关。 3.3. 当输入信号的频率太高或太低时，放大倍数的幅值和相位都将随输入当输入信号的频率太高或太低时，放大倍数的幅值和相位都将随输入信号的频率的变化而变化。也就是说，信号的频率的变化而变化。也就是说，放大电路的电压放大倍数是放大电路的电压放大倍数是频率的函数频率的函数，这种函数关系叫做放大电路的，这种函数关系叫做放大电路的“频率响应频率响应”或或“频率频率特性特性”。均与频率的